CN201812849U - 一种led芯片的电极结构及包含其的led芯片结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种LED芯片的电极结构，包括：N型电极和P型电极，N型电极包括：边缘电极，设置在芯片边缘，边缘电极包括相互平行的两条第一边缘电极，以及连接在两条第一边缘电极之间的第二边缘电极；中心电极，连接在第二边缘电极的中心，平行于第一边缘电极设置；定位电极，包括：连接在第一边缘电极上，并平行于第二边缘电极设置的第一定位电极，以及连接在中心电极上，并平行于第一定位电极设置的第二定位电极；P型电极的结构配置为与第一定位电极和第二定位电极保持预定距离，在第一定位电极和第二定位电极之间延伸。该结构通过改变N型电极与P型电极之间的排布结构，使电流传递更为稳定、以达到更好的电流扩散性，避免电流聚集效应的产生。

Description

一种LED芯片的电极结构及包含其的LED芯片结构

技术领域

本实用新型涉及一种LED芯片的电极结构及包含其的LED芯片结构。

背景技术

LED以其自身具有发光效率高、耗电量小、寿命长、发热量低、体积小、环保节能等诸多优点，得到了广泛的应用。其中以GaN为半导体材料的LED应用更为广泛。目前氮化镓基发光二极管芯片制作方法是：完成氮化镓基LED外延片的生长，LED外延片自下向上包括：衬底，设置在衬底上的N型氮化镓层，设置在N型氮化镓层上的量子阱层，设置在量子阱层上的P型氮化镓层。完成外延片的生长后，设计MESA图形，通过光刻、蚀刻、去胶等工艺形成基本形貌；在P型GaN的表面生长一层透明导电层，在透明导电层上蒸发形成P型电极，在沟槽内蒸发形成N型电极。最后通过激光划线和劈裂的方法沿切割道分割成单颗晶粒。

由于与GaN相匹配的衬底材料较少，目前普遍是采用蓝宝石作为衬底材料。由于蓝宝石为绝缘体，故只能将芯片的正负极做在同一侧以实现电流的流通。使用这种将芯片正负极(P&N电极)做在同一侧的工艺制作成的LED不可避免地存在电流横向扩展的情况，这样会使芯片通电过程中极易产生电流聚集效应，进而导致LED发光、发热不均匀，使用寿命下降等问题。

为了避免这种电流聚集效应，使芯片的整面任意点都可以获得相同的电流密度，从而获得良好的发光效率。扬州大学曾祥华与张俊兵在专利号为200820039405.6的实用新型专利中公开了一种树形GaN基LED芯片电极。并在该专利的说明书中指出通过结合环形电极和条形电极的优点，P型和N型电极相互交叉平行排布，两电极之间的传输距离相等，电流得到均匀地扩散分布，提高了芯片的出光效率，同时也有助于改善芯片的电流电压特性和散热等问题，整体提升了芯片的光电性能。

这种树形GaN基LED芯片电极虽然在一定程度上减少了电流聚集效应的发生，然而对于大尺寸LED，特别是对于45mil的LED来说，由于其尺寸较大，功率较大、注入的电流也较大，依然有可能导致LED产生电流聚集效应，进而导致LED发光、发热不均匀，使用寿命下降等问题。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种LED芯片的电极结构，解决了现有技术中LED发光、发热不均匀，使用寿命低等问题。

为此，本实用新型提供了一种LED芯片的电极结构，包括：N型电极和P型电极，N型电极包括：边缘电极，设置在芯片边缘，边缘电极包括相互平行的两条第一边缘电极，以及连接在两条第一边缘电极之间的第二边缘电极；中心电极，连接在第二边缘电极的中心，平行于第一边缘电极设置；定位电极，包括：连接在第一边缘电极上，并平行于第二边缘电极设置的第一定位电极，以及连接在中心电极上，并平行于第一定位电极设置的第二定位电极；P型电极的结构配置为与第一定位电极和第二定位电极保持预定距离，在第一定位电极和第二定位电极之间延伸。

根据本实用新型的进一步改进，第二定位电极与第一定位电极等距交叉排布。

根据本实用新型的进一步改进，N型电极设有两个N型焊盘，各N型焊盘分别设置在第一边缘电极与第二边缘电极的连接点处；P型电极设有两个P型焊盘，两个P型焊盘相对中心电极对称设置。

同时，本实用新型还提供了一种LED芯片结构，包括：蓝宝石衬底；N型氮化镓层，设置在蓝宝石衬底的上侧，N型氮化镓层设有N型沟槽，N型沟槽内设有N型电极；量子阱层，设置在N型氮化镓层的未设有N型沟槽的部分的上侧；P型氮化镓层，设置在量子阱层的上侧；其上设有P型电极，P型电极包括P型焊盘；芯片结构中N型电极和P型电极的结构设置为上述的电极结构。

根据本实用新型的进一步改进，还包括电流限制层，设置在P型氮化镓层的上侧，P型焊盘的下侧；透明导电层，设置在P型氮化镓层的上侧，且至少部分透明导电层与P型焊盘相连接。

根据本实用新型的进一步改进，P型焊盘与透明导电层的连接部分相对P型焊盘呈中心对称结构。

根据本实用新型的进一步改进，透明导电层设置在电流限制层的外周侧。

根据本实用新型的进一步改进，电流限制层的面积大于P型焊盘的面积；透明导电层的高度高于电流限制层，高于电流限制层的部分向P型焊盘的中心方向延伸；P型焊盘与透明导电层的延伸部分相连接。

根据本实用新型的进一步改进，部分P型焊盘设置在透明导电层的延伸部分的上侧。

根据本实用新型的进一步改进，还包括反射层和散热层，反射层设置在蓝宝石衬底远离N型氮化镓层的一侧，散热层设置在反射层远离蓝宝石衬底的一侧。

本实用新型的优点：本实用新型提出了一种LED芯片的电极结构，通过改变N型电极与P型电极之间的排布，使N型电极与P型电极之间的电流传递更为稳定、均匀，以达到更好的电流扩散性，避免电流聚集效应的产生。同时，本实用新型还提供了一种LED芯片结构，通过在P型氮化镓层和P型焊盘之间加入了一层电流限制层，进一步限制了注入电流在电极下方的量子阱内的复合发光，避免了电极下方产生的光因电极遮挡而无法射出的情况，同时增大了发光区的电流密度，可以获得更好的转换效率。同时，本实用新型提供的一种LED芯片的结构，通过在透明导电层上加工出柱状突起形成导光柱图案，进一步帮助光更好的从发光区取出，本实用新型一种LED芯片还在蓝宝石衬底的背面制作了一层反射层，将量子阱所产生的或者经由全反射后出射方向朝向背面的光再反射出去，增加了芯片的外量子效应，提高了LED的亮度。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

附图是构成本说明书的一部分、用于进一步理解本实用新型，附图中示出了本实用新型的优选实施例，并与说明书一起用来说明本实用新型的原理。图中：

图1示出了根据本实用新型实施例的一种LED芯片的电极结构的结构示意图；

图2示出了根据本实用新型实施例的一种LED芯片结构的一种结构示意图；以及

图3示出了图2中A-A方向剖视结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，说明书中所写的实施例以及附图，仅是用以帮助理解本实用新型，而不能限定本实用新型的保护范围，本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1所示，在本实用新型的一种具体的实施方式中，该LED芯片的电极结构，包括N型电极和P型电极，N型电极与P型电极之间保持预定距离。如图1所示，N型电极3包括，围绕在外侧的边缘电极，以及连接在边缘电极的中心电极35，以及设置在边缘电极与中心电极35之间的定位电极。其中边缘电极设置在芯片的边缘，边缘电极包括相互平行的两条第一边缘电极31，以及连接在两条第一边缘电极31之间的第二边缘电极33。中心电极35，连接在第二边缘电极33的中心，平行于第一边缘电极31设置。定位电极包括：连接在第一边缘电极31上，并平行于所述第二边缘电极33设置的第一定位电极37，以及连接在中心电极35上，并平行于第一定位电极37设置的第二定位电极39。P型电极6的结构配置为与第一定位电极37和第二定位电极39保持预定距离，在第一定位电极37和第二定位电极39之间延伸。这样的结构更适合LED芯片中电极之间的电流传导，缩短了N型电极与P型电极之间的传输距离，使电流的传输更为稳定，能够达到更好的电流扩散性，避免出现电流聚集效应。更为优选地，第二定位电极39与第一定位电极37等距交叉排布。这样的结构扩大了P型电极与N型电极之间的延伸范围，缩短了两者之间的传输距离，更有利于电流的传输的均匀性，保证芯片发热、发光的均匀性，延长芯片的使用寿命。更为优选地，N型电极上设有两个N型焊盘32，各N型焊盘32分别设置在第一边缘电极31与第二边缘电极33的连接点处；P型电极设有两个P型焊盘61，两个P型焊盘相对中心电极35对称设置。对于使用比较大的驱动电流的45mil芯片来说，可防止过大的驱动电流烧坏连接在焊盘上的导线，在电极上设有两个焊盘，能够分担驱动电流的电量，对与焊盘连接的导线起到保护的作用。将两个焊盘对称设置能够提高电流传输的均匀性，使电流在各个角度都能够实现均匀注入，使得发光区内量子阱的电子与电洞更有效的复合，减少转化为内部热能部分的损失，提高芯片的出光效率，改善芯片的光电特性。

在本实用新型中还提供了一种LED芯片结构，如图1、图2和图3所示的一种实施例中，这种LED芯片结构中包括：蓝宝石衬底1、N型氮化镓层2、量子阱层3、P型氮化镓层4。N型氮化镓层2设置在蓝宝石衬底1的上侧，部分N型氮化镓层2经刻蚀形成N型沟槽，并在沟槽内淀积形成N型电极3。量子阱层4，设置在N型氮化镓层2的未设有N型沟槽的部分的上侧。P型氮化镓层5设置在量子阱层4的上侧；P型氮化镓层5上设有P型电极6，P型电极6包括P型焊盘61；根据本实用新型的芯片结构并不限于图3中所示的结构，如在现有技术中常用的，蓝宝石衬底1和N型氮化镓层2之间还设有缓冲层、以及不掺杂氮化镓层。在本实用新型中，在P型氮化镓层5和P型焊盘61之间还设有一层电流限制层7，这层电流限制层7设置在P型氮化镓层5的上侧，P型焊盘61的下侧，这样的结构能够避免电流横向扩展的情况，进而减少电流聚集效应发生的频率，提高芯片发光、发热的均匀性，延长芯片的使用寿命。同时，在P型氮化镓层5的上侧还设有一层透明导电层8，且至少部分透明导电层8与P型焊盘61相连接。这种透明导电层8具有实现电流的扩散和光的导出的作用，能够将焊盘61中的电流经透明导电层8的电流的横向传导的作用传输到P型氮化镓层5，实现P型焊盘61与P型氮化镓层5之间的连通，形成完整的电流流路。透明导电层8可选地材料包括但不限于：氧化铟锡、氧化锌。优选地，这种P型焊盘61与透明导电层8的连接部分相对P型焊盘61呈中心对称结构。这样的设置能够增加电流流通的均匀性。这种透明导电层8可以被制作为任意形状用以实现P型焊盘61和P型氮化镓层5之间的电流的扩散和光的导出，如：当电流限制层7的面积制作为大于P型焊盘61的面积时；P型焊盘61和P型氮化镓层5之间被完全分开。此时，可以将透明导电层8设置在电流限制层7的外周侧，且将透明导电层8的高度制作为高于电流限制层7，同时将透明导电层8高于电流限制层7的部分向P型焊盘61的中心方向的延伸；并且将P型焊盘61与透明导电层8延伸部分相连接。使电流能够由P型焊盘61经透明导电层8的电流的横向传导的作用传输到P型氮化镓层5，这样便实现了P型焊盘61与P型氮化镓层5之间的连接。更为优选地，可以将部分P型焊盘61设置在透明导电层8的延伸部分的上侧。这样可以增加P型焊盘61与透明导电层8之间的连接面积，更有利于电流的传输。使用这样的结构所制作的根据本实用新型的LED芯片结构的LED的发光效率与现有技术中的LED芯片相比，光取出效率方面能提高10％-15％。如图2所示，在本实用新型一种LED芯片结构的一种具体实施例中，可以将透明导电层8上设有导光柱，导光柱可以通过光刻以及蚀刻的方式在透明导电层上实现。导光柱可以为圆柱形呈波浪形或网格状排布，也可以以其他能够帮助光取出的任何台面图形设置在透明导电层8上。

为了能够更进一步的提高根据本实用新型所提供的一种LED芯片的光电性能，在本实用新型的一种具体的实施方式中，该LED芯片还包括一层反射层9，反射层9设置在蓝宝石衬底1远离N型氮化镓层2的一侧，用以反射由于芯片中GaN材料以及设置在GaN材料外侧的其他材料的折射率远远大于空气的折射率而被全反射而最终消耗在芯片内部的那部分光，这部分被全反射回芯片内部的光如果转化成热能，既不利于光的取出，也不利于LED的散热、会缩短芯片的使用寿命。而在蓝宝石衬底1远离N型氮化镓层2的一侧设置的这个反射层9能够将全反射到芯片内部的光在此反射出去，这样可获得更好的光的取出率以及避免热的产生，从而整体上提升了芯片的光电性能。这种反射层可以是经过对蓝宝石衬底1远离N型氮化镓层2的一侧进行研磨抛光后，再形成布拉格反射层。更为优选地，在本实用新型芯片中，还可以设有一层散热层91，这种散热层91可以直接连接在蓝宝石衬底1远离N型氮化镓层2的一侧，也可以直接连接在反射层9远离蓝宝石衬底1的一侧。散热层91可以是金属散热层。可选的金属散热层材料包括但不限于：铝、金、铬等材料。这种散热层不仅也可起到光反射的作用，更加地，能够帮助芯片内部正常消耗所产生的热量的向外传导，使得芯片通电后产生的热量有效的散发出去，更有利提高芯片的使用寿命。

本实用新型一种LED芯片的电极结构，通过改变N型电极与P型电极之间的排布结构，使N型电极与P型电极之间的电流传递更为稳定、可靠，以达到更好的电流扩散性，避免LED产生电流聚集效应。同时，本实用新型还提供了一种LED的芯片结构，通过在P型氮化镓层和P型焊盘之间加入了一层电流限制层，进一步限制了注入电流在P型焊盘下面的复合发光，提高芯片发光区的注入电流密度，获得更好的发光效率。同时，本实用新型一种LED的芯片结构，通过能够帮助电流的横向传导的透明导电层将P型电极与P型氮化镓层更好地连接在一起，在该透明导电层上实现导光柱的形式予以帮助芯片的光导出。本实用新型一种LED芯片结构还在蓝宝石衬底的背面制作了一层反射层，将量子阱所发出光产生全反射的部分，再反射出去，提高了芯片的外量子效应，提高了LED的亮度。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种LED芯片的电极结构，包括N型电极和P型电极，其特征在于，

所述N型电极(3)包括：

边缘电极，设置在所述芯片边缘，所述边缘电极包括相互平行的两条第一边缘电极(31)，以及连接在两条所述第一边缘电极(31)之间的第二边缘电极(33)；

中心电极(35)，连接在所述第二边缘电极(33)的中心，平行于所述第一边缘电极(31)设置；

定位电极，包括：连接在所述第一边缘电极(31)上，并平行于所述第二边缘电极(33)设置的第一定位电极(37)，以及连接在所述中心电极(35)上，并平行于所述第一定位电极(37)设置的第二定位电极(39)；

所述P型电极(6)的结构配置为与所述第一定位电极(37)和第二定位电极(39)保持预定距离，在所述第一定位电极(37)和第二定位电极(39)之间延伸。

2.根据权利要求1所述的电极结构，其特征在于，所述第二定位电极(39)与所述第一定位电极(37)等距交叉排布。

3.根据权利要求1或2所述的电极结构，其特征在于，所述N型电极设有两个N型焊盘(32)，各所述N型焊盘(32)分别设置在所述第一边缘电极(31)与所述第二边缘电极(33)的连接点处；

所述P型电极设有两个P型焊盘(61)，两个所述P型焊盘相对所述中心电极(35)对称设置。

4.一种LED芯片结构，包括：

蓝宝石衬底(1)；

N型氮化镓层(2)，设置在所述蓝宝石衬底(1)的上侧，所述N型氮化镓层(2)设有N型沟槽，所述N型沟槽内设有N型电极(3)；

量子阱层(4)，设置在所述N型氮化镓层(2)的未设有N型沟槽的部分的上侧；

P型氮化镓层(5)，设置在所述量子阱层(4)的上侧；其上设有P型电极(6)，所述P型电极包括P型焊盘(61)；

其特征在于，所述芯片结构中所述N型电极和所述P型电极的结构设置为权利要求1-3中任一项所述的电极结构。

5.根据权利要求4所述的结构，其特征在于，还包括：

电流限制层(7)，设置在所述P型氮化镓层(5)的上侧，所述P型焊盘(61)的下侧；

透明导电层(8)，设置在所述P型氮化镓层(5)的上侧，且至少部分所述透明导电层(8)与所述P型焊盘(61)相连接。

6.根据权利要求5所述的结构，其特征在于，所述P型焊盘(61)与所述透明导电层(8)的连接部分相对P型焊盘(61)呈中心对称结构。

7.根据权利要求6所述的结构，其特征在于，所述透明导电层(8)设置在所述电流限制层(7)的外周侧。

8.根据权利要求7所述的结构，其特征在于，所述电流限制层(7)的面积大于所述P型焊盘(61)的面积；所述透明导电层(8)的高度高于所述电流限制层(7)，高于所述电流限制层(7)的部分向P型焊盘(61)的中心方向延伸；所述P型焊盘(61)与所述透明导电层(8)的延伸部分相连接。

9.根据权利要求8所述的结构，其特征在于，部分所述P型焊盘(61)设置在所述透明导电层(8)的延伸部分的上侧。

10.根据权利要求4所述的结构，其特征在于，还包括反射层(9)和散热层(91)，所述反射层(9)设置在所述蓝宝石衬底(1)远离所述N型氮化镓层(2)的一侧，所述散热层(91)设置在所述反射层(9)远离所述蓝宝石衬底(1)的一侧。

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