CN204144307U - 一种led芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种LED芯片。本实用新型提供的LED芯片，其中，外延层、透明电极层和钝化层依次形成于衬底上；钝化层、透明电极层和外延层上设置有多个贯穿于钝化层、透明电极层、量子阱发光层和P型半导体层的第一通孔，以及贯穿于钝化层的第二通孔；多个第一通孔中填充有金属电极并通过钝化层上的金属层连接以形成点接触式的N型电极，第二通孔中填充有金属电极，用于形成P型电极，P型电极围绕于多个N型电极的接触点。本实用新型提供的LED芯片，通过N型电极和P型电极的设计方案，获得一种可以在提高发光效率与降低电压之间实现平衡的LED芯片的电极设计方案，以实现提高LED芯片发光效率的同时，保持较低的工作电压。

Description

一种LED芯片

技术领域

本实用新型涉及发光二极管的设计技术，尤其涉及一种LED芯片。

背景技术

随着20世纪初蓝光发光二极管(Light Emitting Diode，简称：LED)的诞生，使得白光LED的生产成为可能。近几年来LED技术迅猛发展，政府更致力于将LED推向照明光源，以取代原有低光效的白炽灯和有汞污染的荧光灯，节能时代的到来给予LED前所未有的发展前景。

目前的氮化物半导体LED芯片发光效率提高很快，以蓝光LED作为激发源的白光LED单灯光源效率已达140流明/瓦以上，这远远超出了白炽灯和节能灯的光效。随着LED技术的逐渐成熟和产业化市场化的需要，对LED器件的发光效率及产品价格也有了更加严格的要求。随着LED芯片外延生长技术与芯片制造技术的不断发展和进步，芯片的电极设计对调整芯片的电压与亮度具有至关重要的作用，因此需要设计人员不断的改进LED芯片的电极设计方法以应对各种需求的LED芯片。

现有技术中的LED芯片电极版图的设计，通常都是在提升亮度与降低电压方面取平衡点，由于电极占整颗芯片的面积比的大小影响着LED芯片的电压与亮度，因此，如何在提高发光效率与降低电压之间取得平衡，成为LED芯片的电极设计中亟需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种LED芯片，通过N型电极和P型电极的设计方案，获得一种可以在提高发光效率与降低电压之间实现平衡的LED芯片的电极设计方案，以实现提高LED芯片发光效率的同时，保持较低的工作电压。

本实用新型提供一种LED芯片，包括：衬底、外延层、透明电极层、钝化层、N型电极和P型电极；

所述外延层、所述透明电极层和所述钝化层依次形成于所述衬底上，所述外延层包括N型半导体层、量子阱发光层和P型半导体层；所述钝化层、所述透明电极层和所述外延层上设置有多个贯穿于所述钝化层、所述透明电极层、所述量子阱发光层和所述P型半导体层的第一通孔，以及贯穿于所述钝化层的第二通孔；

多个所述第一通孔中填充有金属电极并通过所述钝化层上的金属层连接以形成多个点接触式的N型电极，所述第二通孔中填充有金属电极，用于形成所述P型电极，所述P型电极围绕于多个所述N型电极的接触点。

如上所示的LED芯片，其中，多个所述N型电极由所述钝化层上的金属层连接多个所述第一通孔中填充的金属电极形成，用于在所述LED芯片中形成均匀分布的所述N型电极。

如上所示的LED芯片，其中，多个所述第一通孔的直径均小于10um，使得多个所述点接触式的N型电极分别与所述N型半导体的接触面积均小于100um²。

如上所示的LED芯片，其中，所述点接触式的N型电极与所述P型电极通过所述钝化层隔离开。

如上所示的LED芯片，其中，多个所述第一通孔和所述第二通孔中填充的金属电极为相同的材料；或者，多个所述第一通孔和第二通孔中填充的金属电极为不同的材料。

如上所示的LED芯片，其中，多个所述第一通孔和第二通孔中填充的金属电极为金属与金属材料的组合，或者，为金属与非金属氧化物材料的组合，或者，为金属与半导体材料的组合。

如上所示的LED芯片，其中，多个所述第一通孔和第二通孔中填充的金属电极的厚度在1～2000um之间。

本实用新型所提供的LED芯片，通过在LED芯片上形成多个点接触式的N型电极，该多个N型电极由钝化层上的金属层连接为一个整体，并传导分布于LED芯片的各个区域，获取N型电极均匀分布的LED芯片，可以有效的增加了有源区的发光面积，以提高LED芯片的发光效率，进一步地，P型电极围绕于该多个N型电极的接触点，实现了在将电流由拥堵的N型区域引向芯片的各个区域的同时，不需要刻蚀掉路径上的有源区，获得了一种可以在提高发光效率与降低电压之间实现平衡的LED芯片的电极设计方案，以实现提高LED芯片发光效率的同时，保持较低的工作电压。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所提供的一种LED芯片的结构示意图；

图2为图1所示实施例提供的LED芯片的俯视图；

图3为图1所示实施例提供的LED芯片的工艺过程中的芯片结构示意图；

图4为图1所示实施例提供的LED芯片的工艺过程中的芯片结构示意图；

图5为图1所示实施例提供的LED芯片的工艺过程中的芯片结构示意图；

图6为图1所示实施例提供的LED芯片的工艺过程中的芯片结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例所提供的一种LED芯片的结构示意图，图2为图1所示实施例提供的LED芯片的俯视图。如图1和图2所示，本实施例的LED芯片100可以包括：衬底1001、外延层、透明电极层3001，钝化层4001、N型电极5002和P型电极5001；外延层、透明电极层3001和钝化层4001依次形成于衬底1001上，该外延层包括N型半导体层2001、量子阱发光层2002和P型半导体层2003；钝化层4001、透明电极层3001和外延层上设置有多个贯穿于钝化层4001、透明电极层3001、量子阱发光层2002和P型半导体层2003的第一通孔5002a，以及贯穿于钝化层4001的第二通孔5001a；多个第一通孔5002a中填充有金属电极并通过钝化层4001上的金属层连接以形成多个点接触式的N型电极5002，该第二通孔5001a中填充有金属电极，用于形成P型电极5001，该P型电极5001围绕于多个N型电极5002的接触点。

本实施例提供的LED芯片的制备工艺通常包括如下步骤：

步骤1，在半导体晶片的衬底1001上通过外延设备，例如，有机金属化学气相沉积(Metalorganic Chemical Vapor Deposition，简称为：MOCVD)设备沉积外延层，该外延层的材料例如可以为氮化镓基(GaN)化合物，一般包括N型GaN层2001、量子阱发光层2002、P型GaN层2003；本实施例制备的是LED芯片，因此衬底1001通常采用发光效果较好的蓝宝石。如图3所示，为图1所示实施例提供的LED芯片的工艺过程中的芯片结构示意图。

步骤2，在上述半导体晶片的基础上通过离子镀膜方式在外延层上蒸镀2300A的透明电极层3001，该透明电极层3001例如可以为氧化铟锡(ITO)薄膜，如图4所示，为图1所示实施例提供的LED芯片的工艺过程中的芯片结构示意图；进而再通过光刻，实现ITO薄膜的图形化刻蚀，GaN的图形化干法刻蚀，以形成多个第一通孔5002a，该第一通孔5002a贯穿于透明电极层3001、量子阱发光层2002和P型半导体层2003，该第一通孔5002a的刻蚀深度通常为1.2um。如图5所示，为图1所示实施例提供的LED芯片的工艺过程中的芯片结构示意图。

步骤3，在上述半导体晶片的基础上，通过等离子增强化学气相沉淀法沉积2300A的氧化硅并通过光罩在芯片表面形成绝缘的钝化层4001，该钝化层4001在步骤2所形成的第一通孔5002a的相同的位置形成通孔，使得该第一通孔5002a同样贯穿于该钝化层4001，并且，该钝化层4001上具有仅贯穿钝化层4001的第二通孔5001a，该第二通孔5001a围绕在多个第一通孔5002a的周围，本实施的方案对第一通孔5002a的设计要求为其直径通常小于10um，使得在该多个第一通孔5002a中填充金属电极以形成多个N型电极5002时，该多个N型电极5002与N型GaN的接触面积均小于100um²，用于提高有源区的发光面积。如图6所示，为图1所示实施例提供的LED芯片的工艺过程中的芯片结构示意图。

步骤4，在上述半导体晶片的基础上，层通过电子束(Electron Beam，简称为：E-Beam)蒸镀的方式，填充多个第一通孔5002a和第二通孔5001a，以形成N型电极5002和P型电极5001，并且与多个第一通孔5002a对应，N型电极为多个，均匀分布在LED芯片中，由钝化层4001上金属层将该多个N型电极5002连接为一个整体，并且，该多个点接触式的N型电极5002与P型电极5001被该钝化层4001所隔离开。如图1所示，也为本实用新型实施例提供的LED芯片的工艺过程中的芯片结构示意图。在具体实现中，多个第一通孔5002a和第二通孔5001a中填充的金属电极可以为相同的材料，也可以为不同的材料，例如，填充的金属电极的材料可以为金属与金属材料的组合，也可以为金属与非金属氧化物材料的组合，还可以为金属与半导体材料的组合；并且多个第一通孔5002a和第二通孔5001a中填充的金属电极的厚度通常可以在1～2000um之间。

步骤5，对制备完成的半导体晶片进行背面减薄，切割和裂片，以形成本实用新型实施例所提供的LED芯片。

现有技术中LED芯片的电极设计方案一直在不断的创新和发展，但基本上都是在提升亮度与降低电压方面取得平衡点，电极占整颗芯片的面积比的大小影响着芯片的电压与亮度，因此很难找到一个很好的设计点在获得高光效的同时保证低电压。具体地，为了解决电流在电极附近拥堵的问题，通常采用刻蚀有源区以制作N型电极，P型电极与N型电极通常采用对称指形，树形或者蝴蝶形等结构，然而，无论哪种芯片的电极结构设计，都是依赖于通过增加电极面积来使电流得以均匀的扩散以获取优良的电压特性，但取得优良电压特性的同时必然会带来器件光学性能的下降。

在本实用新型的实施例中，为了解决上述无法在高光效和低电压实现平衡的问题，对LED芯片提出了全新的电极设计方案，即，本实用新型的电极模型通过绝缘层，即钝化层4001的阻隔，将N型电极5002的引线由钝化层4001上的金属层传导并分布于LED芯片的各个区域，增加了有源区的发光面积，以提高LED芯片的发光效率，与此同时，P型电极5001的引线在本实用新型中设计为围绕在多个N型电极5002的周边，通过这种设计方案将电流由拥堵的N型区域引向芯片的各个区域，同时又不刻蚀掉路径上的有源区，在增加有源区面积的同时，减少刻蚀造成的光损失，从而得以提高发光效率，实现了在电流均匀扩展的同时增加了芯片的光通量。

本实施提供的LED芯片，通过在LED芯片上形成多个点接触式的N型电极，该多个N型电极由钝化层上的金属层连接为一个整体，并传导分布于LED芯片的各个区域，获取N型电极均匀分布的LED芯片，可以有效的增加了有源区的发光面积，以提高LED芯片的发光效率，进一步地，P型电极围绕于该多个N型电极的接触点，实现了在将电流由拥堵的N型区域引向芯片的各个区域的同时，不需要刻蚀掉路径上的有源区，获得了一种可以在提高发光效率与降低电压之间实现平衡的LED芯片的电极设计方案，以实现提高LED芯片发光效率的同时，保持较低的工作电压。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种LED芯片，其特征在于，包括：衬底、外延层、透明电极层、钝化层、N型电极和P型电极；

所述外延层、所述透明电极层和所述钝化层依次形成于所述衬底上，所述外延层包括N型半导体层、量子阱发光层和P型半导体层；所述钝化层、所述透明电极层和所述外延层上设置有多个贯穿于所述钝化层、所述透明电极层、所述量子阱发光层和所述P型半导体层的第一通孔，以及贯穿于所述钝化层的第二通孔；

多个所述第一通孔中填充有金属电极并通过所述钝化层上的金属层连接以形成多个点接触式的N型电极，所述第二通孔中填充有金属电极，用于形成所述P型电极，所述P型电极围绕于多个所述N型电极的接触点。

2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，多个所述N型电极由所述钝化层上的金属层连接多个所述第一通孔中填充的金属电极形成，用于在所述LED芯片中形成均匀分布的所述N型电极。

3.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，多个所述第一通孔的直径均小于10um，使得多个所述点接触式的N型电极分别与所述N型半导体的接触面积均小于100um²。

4.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，多个所述点接触式的N型电极与所述P型电极通过所述钝化层隔离开。

5.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，多个所述第一通孔和所述第二通孔中填充的金属电极为相同的材料；或者，多个所述第一通孔和第二通孔中填充的金属电极为不同的材料。

6.根据权利要求5所述的LED芯片，其特征在于，多个所述第一通孔和第二通孔中填充的金属电极为金属与金属材料的组合，或者，为金属与非金属氧化物材料的组合，或者，为金属与半导体材料的组合。

7.根据权利要求5所述的LED芯片，其特征在于，多个所述第一通孔和第二通孔中填充的金属电极的厚度在1～2000um之间。