CN205900579U - 垂直型发光二极管 - Google Patents

Abstract

一种垂直型发光二极管，包括：堆叠层，包括N型半导体层、量子阱层、P型半导体层和导电层，导电层与P型半导体层电连接；若干间隔分布的第一沟槽，位于堆叠层内，第一沟槽露出N型半导体层；第一绝缘层，覆盖在导电层上，并覆盖第一沟槽的侧壁；导电塞，位于第一沟槽内，并与N型半导体层电连接；导电衬底，覆盖在第一绝缘层及导电塞上，并与导电塞电连接；N电极，与导电衬底电连接；第二沟槽，位于堆叠层内，沿厚度方向至少依次贯穿N型半导体层、量子阱层、P型半导体层，并露出导电层；位于第二沟槽内的P电极，与导电层电连接。本实用新型发光二极管内的电流均匀分布、发光分布均匀、可靠性高。

Description

垂直型发光二极管

技术领域

本实用新型涉及发光二极管技术领域，特别是涉及一种垂直型发光二极管。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)是一种半导体发光器件，具有能耗低、寿命长、稳定性好、响应快、发光波长稳定等光电性能特点，因而目前已经在照明、家电、显示屏、指示灯等领域有广泛的应用。

现有发光二极管可以划分为正装型、倒装型、垂直型三种，其中，垂直型发光二极管因具有散热性好，能够承载大电流，发光强度高，耗电量小，寿命长等优点，因而得到广泛应用。

然而，现有垂直型发光二极管的电流分布、发光分布、可靠性依然有待提高。

实用新型内容

本实用新型解决的问题是：现有垂直型发光二极管的电流分布、发光分布、可靠性依然有待提高。

为解决上述问题，本实用新型提供了一种垂直型发光二极管，其包括：堆叠层，包括沿厚度方向依次堆叠设置的N型半导体层、量子阱层、P型半导体层和导电层，所述导电层与P型半导体层电连接；若干间隔分布的第一沟槽，位于所述堆叠层内，所述第一沟槽沿所述厚度方向至少依次贯穿所述导电层、P型半导体层、量子阱层，并露出所述N型半导体层；第一绝缘层，覆盖在所述导电层上，并覆盖所述第一沟槽的侧壁；导电塞，位于所述第一沟槽内，所述导电塞被所述第一沟槽侧壁上的第一绝缘层环绕，并与所述N型半导体层电连接；导电衬底，覆盖在所述第一绝缘层及导电塞上，并与所述导电塞电连接；N电极，覆盖在所述导电衬底背向第一绝缘层的表面，并与所述导电衬底电连接；第二沟槽，位于所述堆叠层内，沿所述厚度方向至少依次贯穿所述N型半导体层、量子阱层、P型半导体层，并露出所述导电层；位于所述第二沟槽内的P电极，与所述导电层电连接，所述P电极在垂直于所述厚度方向的方向上与所述N型半导体层、量子阱层、P型半导体层存在间隔。

可选地，所述导电层包括在所述厚度方向上依次堆叠设置的欧姆接触层、金属反射层和金属保护层，且所述欧姆接触层更靠近所述P型半导体层；

所述金属反射层面向所述第一沟槽的侧壁被所述金属保护层覆盖。

可选地，所述欧姆接触层为ITO层、氧化锌层或石墨烯层，所述金属反射层至少包括面向所述欧姆接触层的银层，所述金属保护层为包括Pt、Ti、Au、Ni中的至少一种的材料层。

可选地，所述欧姆接触层和金属反射层在所述厚度方向上对应所述第二沟槽的位置设有开口，所述金属保护层的一部分填充在所述开口内，并与所述P电极接触电连接。

可选地，还包括：第二绝缘层，至少覆盖在所述P型半导体层、量子阱层、以及部分N型半导体层面向所述P电极的侧壁上，所述金属保护层还覆盖在所述第二绝缘层上。

可选地，所述第二绝缘层为氧化硅层、氮化硅层、氮氧化硅层或氧化铝层。

可选地，所述第一沟槽呈阵列均匀间隔排布，所述导电塞呈阵列均匀间隔排布。

可选地，所述P电极位于所述堆叠层的边缘。

可选地，所述N型半导体层背向量子阱层的表面经过了粗化处理，以呈现凹凸不平的形貌。

可选地，所述P型半导体层为P型GaN层，所述N型半导体层为N型GaN层。

可选地，还包括：黄色荧光粉，至少覆盖所述N型半导体层背向量子阱层的表面，所述第二沟槽的露出表面，以及所述堆叠层、第一绝缘层、导电层、导电衬底和N电极的侧面。

可选地，所述导电衬底为硅衬底、铜衬底或铜钨衬底。

可选地，还包括：键合金属层，位于所述导电衬底面向第一绝缘层的表面，并与所述导电塞电连接。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下优点：

P电极为正极并作为电流注入端，N电极为负极并作为电流输入端。发光二极管工作时，P型半导体层、N型半导体层内的电子和空穴在量子阱层复合，从N型半导体层一侧发出光，自P电极注入的电流依次流过导电层、P型半导体层、量子阱层、N型半导体层、导电塞、导电衬底，最后从N电极流出。除了在对应导电塞的位置，导电层几乎覆盖了发光二极管的发光区域，因此，发光二极管内的电流能在较大面积的导电层中传导。另外，发光二极管内的电流能同时通过多个导电塞从N电极流出，故发光二极管内的电流能够均匀分布，这样不仅能使发光分布均匀，而且能使工作产生的热量分布均匀进而提高了发光二极管的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型的第一实施例中垂直型发光二极管的立体图；

图2是本实用新型的第一实施例中图1沿A-A方向的局部剖面图；

图3是本实用新型的第二实施例中垂直型发光二极管的局部剖面图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

第一实施例

结合图1至图2所示，本实施例提供了一种垂直型发光二极管，其包括堆叠层D、第一沟槽43、第一绝缘层5、导电塞8、键合金属层6、导电衬底7、N电极70、第二沟槽44和P电极9。在图1中，由于导电塞8、P电极9被遮挡故用虚线示意。其中：

堆叠层D包括沿厚度方向X依次堆叠设置的N型半导体层1、量子阱层2、P型半导体层3和导电层4，导电层4与P型半导体层3电连接。

第一沟槽43的数量为若干个，并间隔分布。第一沟槽43位于堆叠层D内，第一沟槽43沿厚度方向X至少依次贯穿导电层4、P型半导体层3、量子阱层2，并露出N型半导体层1。在本实施例中，第一沟槽43在厚度方向X上的投影为圆形。当然，在其它实施例中，第一沟槽43也可以设置为其它形状，如椭圆形。

第一绝缘层5覆盖在导电层4上，并覆盖第一沟槽43的侧壁(未标识)。

导电塞8位于第一沟槽43内，并被第一沟槽43侧壁上的第一绝缘层5环绕，且导电塞8与N型半导体层1电连接。在本实施例中，为了使导电塞8与N型半导体层1形成更好的电连接，第一沟槽43贯穿部分N型半导体层1，使得导电塞8延伸至N型半导体层1内。当然，在其它实施例中，第一沟槽43也可以沿厚度方向X延伸至N型半导体层1与量子阱层2的界面处。在本实施例中，导电塞8在厚度方向X上的投影为圆形。当然，在其它实施例中，导电塞8也可以设置为其它形状，如椭圆形。

键合金属层6在厚度方向X上位于第一绝缘层5背向导电层4的一侧，并覆盖在第一绝缘层5及导电塞8上，且与导电塞8电连接。导电衬底7在厚度方向X上位于键合金属层6背向第一绝缘层5的一侧，并覆盖在键合金属层6上，且通过键合金属层6与导电塞8电连接。在本实施例的变换例中，也可以没有键合金属层6，在这种情况下，导电衬底7直接与导电塞8电连接。

N电极70覆盖在导电衬底7背向第一绝缘层5的表面上，并与导电衬底7电连接。由于导电衬底7与导电塞8电连接，导电塞8与N型半导体层1电连接，故N电极70与N型半导体层1电连接。

第二沟槽44位于堆叠层D内，其沿厚度方向X至少依次贯穿N型半导体层1、量子阱层2、P型半导体层3，并露出导电层4。

P电极9位于第二沟槽44内，与导电层4电连接。在垂直于厚度方向X的方向Y上，P电极9与N型半导体层1、量子阱层2、P型半导体层3存在间隔G，以防止P电极9与PN结直接电连接。由于导电层4与P型半导体层3电连接，故P电极9与P型半导体层3电连接。在本实施例中，每个第二沟槽44内均设有一个P电极9。P电极9与N电极70在厚度方向X上布置在发光二极管的两侧，因此构造为垂直型发光二极管。

在上述垂直型发光二极管中，P电极9为正极并作为电流注入端，N电极70为负极并作为电流输入端，发光二极管工作时，P型半导体层3、N型半导体层1内的电子和空穴在量子阱层2复合，从N型半导体层1一侧发出光，自P电极9注入的电流依次流过导电层4、P型半导体层3、量子阱层2、N型半导体层1、导电塞8、导电衬底7，最后从N电极70流出。除了在对应导电塞8的位置，导电层4几乎覆盖了发光二极管的发光区域，因此，发光二极管内的电流能在较大面积的导电层4中传导。另外，发光二极管内的电流能同时通过多个导电塞8从N电极70流出，故发光二极管内的电流能够均匀分布，这样不仅能使发光分布均匀，而且能使工作产生的热量分布均匀进而提高了发光二极管的可靠性。

参考图1所示，P电极9可以设置在堆叠层D的任何位置，在本实施例中，P电极9位于堆叠层D的边缘，在封装时与P电极9电连接的引线(未图示)能够直接引到堆叠层D之外，而不会遮挡发光二极管的发光区域，因而能够提高发光二极管的发光效率。

在本实施例中，P电极9的数量为两个，两个P电极9均设置在发光二极管芯片的边角，发光二极管工作时，通过同时向两个P电极9通电，可以使电流更为分散的注入发光二极管内。需说明的是，在本实用新型的技术方案中，对P电极9的数量并没有限制，其可以为一个或三个以上。

在本实施例中，第一沟槽43呈阵列均匀间隔排布，这样一来，相对应地，导电塞8也呈阵列均匀间隔排布，使得发光二极管内的电流分布更为均匀，发光分布也更为均匀。在图中，导电塞8呈菱形阵列排布，第一沟槽43也呈菱形阵列排布。在其它实施例中，导电塞8、第一沟槽43也可以以其它阵列方式均匀间隔排布，例如方形阵列。

继续结合图1至图2所示，在本实施例中，发光二极管发出蓝光，N型半导体层1为N型GaN层，P型半导体层3为P型GaN层。需说明的是，在本实用新型的技术方案中，N型半导体层1、P型半导体层3的材料不应局限于本实施例，其可以根据发光二极管的类型作出相应调整。例如，在本实施例的变换例中，N型半导体层1可以为N型GaAs层，P型半导体层3为P型GaAs层。

在本实施例的变换例中，通过在发光二极管中设置黄色荧光粉(未图示)，可以使发光二极管发出白光。该黄色荧光粉至少覆盖N型半导体层1背向量子阱层2的表面S，第二沟槽44的露出表面(包括N型半导体层1、量子阱层2和P型半导体层1在方向Y上面向第二沟槽44的侧壁，以及第二沟槽44的未被P电极9占据的底壁)，以及堆叠层D、导电层4、第一绝缘层5、键合金属层6、导电衬底7和N电极70的侧面(图2中显示为左、右端面)。除此之外，该黄色荧光粉还可以覆盖住P电极9未与电柱塞(未图示)接触的部分，该电柱塞比P电极9小，并与P电极9电连接，通过该电柱塞向P电极9注入电流。

需说明的是，在本实用新型的技术方案中，对于发光二极管的发光颜色并不做限定，本领域技术人员根据发光颜色要求对所给实施例的发光二极管的材料和/或结构作出相适应的调整。

在本实施例中，导电层4包括在厚度方向X上依次堆叠设置的欧姆接触层40、金属反射层41和金属保护层42，且欧姆接触层40更靠近P型半导体层3。第一沟槽43为阶梯槽，其在对应欧姆接触层40和金属反射层41处的开口宽度相等，且均大于在对应P型半导体层3处的开口宽度，使得第一沟槽43在图2中呈上宽下窄的形状。欧姆接触层40和金属反射层41面向第一沟槽43的侧壁(未标识)被金属保护层42覆盖。

覆盖在金属反射层41侧壁上的金属保护层42可以阻止发光二极管工作时，金属反射层41因受热而横向(即垂直于厚度方向X的方向Y)扩散，进而防止扩散的金属反射层41因覆盖在N型半导体层1、量子阱层2、P型半导体层1面向第一沟槽43的侧壁而造成短路。

在本实施例的变换例中，第一沟槽43在对应欧姆接触层40处的开口宽度，大于或小于其在对应金属反射层41处的开口宽度，欧姆接触层40面向第一沟槽43的侧壁(未标识)未被金属保护层42覆盖。

在本实施例中，欧姆接触层40为ITO层、氧化锌层(ZnO)或石墨烯层，ITO层、氧化锌层(ZnO)或石墨烯层除了可以用作欧姆接触层，以和P型半导体层1获得较小的接触电阻之外，还可以用作电流扩展层，以减少电流在发光二极管内的拥堵，使发光二极管内的电流分布更为均匀。

在本实施例中，金属反射层41至少包括银层，该银层面向欧姆接触层40。除此之外，金属反射层41还可以包括在厚度方向X上堆叠设置的钛钨层(TiW)和位于钛钨层上的铂层(Pt)，该钛钨层和铂层可以保护下方的银层。

在本实施例中，金属保护层42为包括Pt、Ti、Au、Ni中的至少一种的材料层，除此之外，金属保护层42还可以包括TiW、Cr、Al中的至少一种，以调节金属保护层42的导电性和应力。

在本实施例中，第一绝缘层5为氧化硅层(SiO₂)、氮化硅层(SiN_x)、氮氧化硅层(SiON)或氧化铝层(Al₂O₃)，其具有良好的致密性。导电塞8的材料至少包括Cr，其能与材料为GaN的N型半导体层1具有良好的欧姆接触，除此之外，导电塞8的材料还可以包括Al、Pt、Ti、Au、Ni中的至少一种，以提高导电塞8的致密性和导电性。P电极9的材料包括Cr、Al、Pt、Ti、Au、Ni、Ru、W中的至少一种。

在本实施例中，键合金属层6至少包括Au层，除此之外，键合金属层6还可以包括Cr、Al、Ti、Pt、Ni中的至少一种的材料层，该材料层位于Au层面向第一绝缘层5的表面，以提高键合金属层6与第一绝缘层5的粘附性。可以先在一临时性衬底(未图示)上制作堆叠层D、第一绝缘层5以及覆盖在第一绝缘层5表面的一层键合金属，然后将其与表面覆盖有一层键合金属的导电衬底7键合在一起，再将该临时性衬底剥离，实现发光二极管的转移。

在本实施例中，导电衬底7为硅衬底、铜衬底或铜钨衬底，使得导电衬底7具有较佳的导电性和导热性。由于导电衬底7导热性较佳，且N电极70、键合金属层6均为金属，故堆叠设置的键合金属层6、导电衬底7和N电极70具有很好的散热性能，因而提高了发光二极管的可靠性。

在本实施例中，N型半导体层1背向量子阱层2的表面S(图2中显示为下表面)经过了粗化处理，以呈现凹凸不平的形貌，这样可以有利于光的溢出，提升外量子效率。在具体实施例中，N型半导体层1背向量子阱层2的表面呈现由若干锥面相连的形貌。

在本实施例中，发光二极管还包括第三绝缘层10，第三绝缘层10覆盖在N型半导体层1的表面S上，且延伸至第二沟槽44的侧壁以及部分底壁上。第三绝缘层10起保护作用，其具有较好的透光性。在具体实施例中，第三绝缘层10为氧化硅层(SiO₂)、氮氧化硅层(SiON)或氧化铝层(Al₂O₃)，其具有良好的致密性。

第二实施例

第二实施例与第一实施例之间的区别之一在于：在第二实施例中，如图3所示，欧姆接触层40和金属反射层41在厚度方向X上对应第二沟槽44的位置设有开口46，金属保护层42的一部分填充在开口46内，并与P电极9接触电连接。换言之，P电极9通过金属保护层42与欧姆接触层40、金属反射层41电连接。

更进一步地，在本实施例中，开口46的口径大于第二沟槽44在对应P型半导体层3处的开口宽度，使得P型半导体层3的上表面中靠近第二沟槽44的部位未被欧姆接触层40和金属反射层41覆盖，防止了欧姆接触层40和金属反射层41因流向P型半导体层3、量子阱层2、N型半导体层1面向P电极9的侧壁而造成短路。

第二实施例与第一实施例之间的区别之二在于：在第二实施例中，发光二极管还包括第二绝缘层45。第二绝缘层45至少覆盖在P型半导体层3、量子阱层2、以及部分N型半导体层1面向P电极9的侧壁上，金属保护层42还覆盖在第二绝缘层45上。

在形成P型半导体层3之后，先形成第二绝缘层45，再形成导电层4以及进行后续的工艺，在形成第二绝缘层45之后的工艺中，第二绝缘层45可以保护P型半导体层3、量子阱层2、以及部分N型半导体层1面向P电极9的侧壁，进而提高发光二极管的可靠性。

进一步地，在本实施例中，部分第二绝缘层45还填充在开口46内，以更可靠地确保在形成发光二极管的过程中，量子阱层2得到有效保护。部分N型半导体层1在厚度方向X上覆盖在第二绝缘层45的一侧，且与P电极9在方向上存在间隔。

在本实施例中，第二绝缘层45为氧化硅层(SiO₂)、氮化硅层(SiN_x)、氮氧化硅层(SiON)或氧化铝层(Al₂O₃)，其具有良好的致密性。

需说明的是，在本实用新型的技术方案中，各个部件的材料并不应局限于所给实施例，其可以根据各自的作用作出相适应的调整。

本实用新型中，各实施例采用递进式写法，重点描述与前述实施例的不同之处，各实施例中的相同部分可以参照前述实施例。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (13)

1.一种垂直型发光二极管，其特征在于，包括：

堆叠层，包括沿厚度方向依次堆叠设置的N型半导体层、量子阱层、P型半导体层和导电层，所述导电层与P型半导体层电连接；

若干间隔分布的第一沟槽，位于所述堆叠层内，所述第一沟槽沿所述厚度方向至少依次贯穿所述导电层、P型半导体层、量子阱层，并露出所述N型半导体层；

第一绝缘层，覆盖在所述导电层上，并覆盖所述第一沟槽的侧壁；

导电塞，位于所述第一沟槽内，所述导电塞被所述第一沟槽侧壁上的第一绝缘层环绕，并与所述N型半导体层电连接；

导电衬底，覆盖在所述第一绝缘层及导电塞上，并与所述导电塞电连接；

N电极，覆盖在所述导电衬底背向第一绝缘层的表面，并与所述导电衬底电连接；

第二沟槽，位于所述堆叠层内，沿所述厚度方向至少依次贯穿所述N型半导体层、量子阱层、P型半导体层，并露出所述导电层；

位于所述第二沟槽内的P电极，与所述导电层电连接，所述P电极在垂直于所述厚度方向的方向上与所述N型半导体层、量子阱层、P型半导体层存在间隔。

2.如权利要求1所述的垂直型发光二极管，其特征在于，所述导电层包括在所述厚度方向上依次堆叠设置的欧姆接触层、金属反射层和金属保护层，且所述欧姆接触层更靠近所述P型半导体层；

所述金属反射层面向所述第一沟槽的侧壁被所述金属保护层覆盖。

3.如权利要求2所述的垂直型发光二极管，其特征在于，所述欧姆接触层为ITO层、氧化锌层或石墨烯层，所述金属反射层至少包括面向所述欧姆接触层的银层，所述金属保护层为Pt材料层、Ti材料层、Au材料层、或Ni材料层。

4.如权利要求2所述的垂直型发光二极管，其特征在于，所述欧姆接触层和金属反射层在所述厚度方向上对应所述第二沟槽的位置设有开口，所述金 属保护层的一部分填充在所述开口内，并与所述P电极接触电连接。

5.如权利要求4所述的垂直型发光二极管，其特征在于，还包括：第二绝缘层，至少覆盖在所述P型半导体层、量子阱层、以及部分N型半导体层面向所述P电极的侧壁上，所述金属保护层还覆盖在所述第二绝缘层上。

6.如权利要求5所述的垂直型发光二极管，其特征在于，所述第二绝缘层为氧化硅层、氮化硅层、氮氧化硅层或氧化铝层。

7.如权利要求1所述的垂直型发光二极管，其特征在于，所述第一沟槽呈阵列均匀间隔排布，所述导电塞呈阵列均匀间隔排布。

8.如权利要求1所述的垂直型发光二极管，其特征在于，所述P电极位于所述堆叠层的边缘。

9.如权利要求1至8任一项所述的垂直型发光二极管，其特征在于，所述N型半导体层背向量子阱层的表面经过了粗化处理，以呈现凹凸不平的形貌。

10.如权利要求1至8任一项所述的垂直型发光二极管，其特征在于，所述P型半导体层为P型GaN层，所述N型半导体层为N型GaN层。

11.如权利要求10所述的垂直型发光二极管，其特征在于，还包括：黄色荧光粉，至少覆盖所述N型半导体层背向量子阱层的表面，所述第二沟槽的露出表面，以及所述堆叠层、第一绝缘层、导电层、导电衬底和N电极的侧面。

12.如权利要求1至8任一项所述的垂直型发光二极管，其特征在于，所述导电衬底为硅衬底、铜衬底或铜钨衬底。

13.如权利要求1至8任一项所述的垂直型发光二极管，其特征在于，还包括：键合金属层，位于所述导电衬底面向第一绝缘层的表面，并与所述导电塞电连接。