CN207282517U

CN207282517U - 一种稻草人形n电极及垂直结构led芯片

Info

Publication number: CN207282517U
Application number: CN201720392713.6U
Authority: CN
Inventors: 李国强; 张云鹏; 张子辰
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2017-04-14
Filing date: 2017-04-14
Publication date: 2018-04-27
Anticipated expiration: 2027-04-14

Abstract

本实用新型公开了一种稻草人形N电极，包括插指和焊盘；所述焊盘为长方形；所述插指由中心区域插指及边缘多边形插指组成；所述边缘多边形插指同时为左右对称、上下对称结构；所述中心区域插指由一根垂直插指和两根平行插指组成；所述中心区域插指和焊盘相连组成稻草人形插指，所述稻草人形插指位于边缘多边形插指内部，所述边缘多边形插指与焊盘顶部长边相连，与垂直插指底部相连。本实用新型的稻草人形N电极，很大程度上改善了传统米字型、十字型N电极电流分布不均，吸光严重的问题。本实用新型还公开了一种垂直结构LED芯片，包括所述的稻草人形N电极，克服了横向结构LED芯片的电流拥挤的缺点，极大的改善了电流在芯片内传输的均匀性。

Description

一种稻草人形N电极及垂直结构LED芯片

技术领域

本实用新型涉及LED制造领域，特别涉及一种稻草人形N电极及垂直结构LED芯片。

背景技术

随着LED在照明领域的逐步应用，市场对白光LED光效的要求越来越高，GaN基垂直结构LED具有良好的散热能力，能够承受大电流注入，这样一个垂直结构LED芯片可以相当于几个正装结构芯片，折合成本只有正装结构的几分之一。因此，GaN基垂直结构LED是市场所向，是半导体照明发展的必然趋势。与传统的平面结构LED相比，垂直结构LED具有许多优点：垂直结构LED两个电极分别在LED的两侧，电流几乎全部垂直流过外延层，没有横向流动的电流，电流分布均匀，产生的热量减少；采用键合与剥离的方法将导热不好的蓝宝石衬底去除，换成导电性好并且具有高热导率的衬底，可有效地散热；n-GaN层为出光面，该层具有一定的厚度，便于制作表面微结构，以提高光提取效率。总之，与传统平面结构相比，垂直结构在出光、散热等方面具有明显的优势。

随着半导体技术的高速发展，LED的内部量子效率能达到90％以上，而外部量子效率的提高并不显著，受到诸多因素的影响，如LED结构，电极形状，电极材料，电流扩展层厚度等，成为制约LED发光效率提高的主导因素。相对于其他提高LED亮度的方法(如高反射膜，衬底剥离，表面粗化等)而言，最易操作的是对芯片的电极形状进行优化，电极形状对光输出影响很大，如果电流扩散不充分、不均匀，会导致出光减少，通过合理设计电极的形状可以提高LED的发光效率。

理论上，在离电极越远的地方，电流越小，亮度越低。对于现有垂直电极结构技术，传统认为电极形状为“十”字形或“米”字形状的LED芯片的I-V性能最好。但“十”字形或“米”字形电极在芯片中心部分，由于电极比较集中，电流也相对比较集中，这样导致LED电流分布不够均匀，尤其是到台面的边缘部分，电流分布极不均匀，使得边缘部分的亮度很小。在中心圆形电极周围及插指附近，电流拥挤，在芯片边缘部分，电流小。电流趋势从中间到边缘越来越小，亮度也是越来越弱。

一般在制作垂直结构LED时，通常使用金属银作为反射层，但是由于Ag的易扩散，会制作一层电流阻挡层(barrier)包裹住反射层，每一个芯片周围会有大概5μm～10μm区域没有反射层(如图1)，在图1中，反射层20被电流阻挡层10包围，由于反射层20用于反射光线，而阻挡层10由于材料限制，反射光线极弱，导致该区域反射光线会有很大部分损失，而在蒸镀上一般的“十”字形或“米”字形N电极后，此区域电流分布也不均匀，对出光贡献也大大减小。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本实用新型的目的在于提供一种稻草人形N电极，很大程度上改善了传统米字型、十字型N电极电流分布不均，吸光严重的问题。

本实用新型的另一目的在于提供一种垂直结构LED芯片，克服了横向结构LED芯片的电流拥挤的缺点，极大的改善了电流在芯片内传输的均匀性。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

一种稻草人形N电极，包括插指和焊盘；所述焊盘为长方形；所述插指由中心区域插指及边缘多边形插指组成；

所述边缘多边形插指同时为左右对称、上下对称结构；

所述中心区域插指由一根垂直插指和两根平行插指组成；所述中心区域插指和焊盘相连组成稻草人形插指，所述稻草人形插指位于边缘多边形插指内部，所述边缘多边形插指与焊盘顶部长边相连，与垂直插指底部相连；

所述稻草人形插指整体呈左右对称结构，所述垂直插指位于边缘多边形插指的左右对称轴上，顶端与焊盘相接,并与焊盘长边垂直，底端与边缘多边形插指相接；所述两根平行插指相互平行，分别位于边缘多边形插指的上下对称轴两侧，所述两根平行插指到上下对称轴的距离相等；所述两根平行插指分别与垂直插指垂直相交，其长边与焊盘长边平行。

所述边缘多边形插指为正方形插指或八边形插指。

所述插指的宽度范围为4μm～11μm。

所述焊盘的长边边长范围是50μm-100μm,短边边长范围是30um-80um。

一种垂直结构LED芯片，包括所述的稻草人形N电极。

所述的垂直结构LED芯片，由下至上依次包括p电极保护层、反射层、电流阻挡层、外延层及稻草人形N电极，所述电流阻挡层的形状与稻草人形N电极的形状构成相似图形，所述流阻挡层的尺寸比稻草人形N电极的尺寸大18％～25％。

所述外延层由下至上依次包括P-GaN、量子阱和N-GaN。

所述p电极保护层由下至上依次包括种子层、键合层、掺杂硅衬底层、防氧化层。

所述电流阻挡层的制备方法如下：

利用PECVD在P-GaN表面先生长一层SiO₂，再用正胶光刻板保护住与稻草人形N电极图案相对应部分的SiO₂，将其余的SiO₂用BOE腐蚀液腐蚀掉，SiO₂与P-GaN形成肖特基接触，形成高势垒区，形成电流阻挡层。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果：

(1)本实用新型的稻草人形N电极，很大程度上改善了传统米字型、十字型N电极电流分布不均，吸光严重的问题。稻草人形中心区域简化了米字型和十字型图案的复杂性，电极中心区域的主要部分置于边缘，改善了电极的吸光问题；同时边缘多边形插指解决了十字型或米字型电极边缘部分电流较弱，分布较少的问题。

(2)本实用新型的稻草人形垂直结构LED芯片克服了横向结构LED芯片的电流拥挤的缺点，极大的改善了电流在芯片内传输的均匀性。

(3)本实用新型的利用SiO₂与p型GaN接触形成肖特势垒高阻区，进而形成电流阻挡层的方法。在N电极对应的垂直投影区域形成电流阻挡层的方法，代替了直接在N电极下方沉积SiO₂作为电流阻挡层的方法，使电流更加充分的利用，更加充分的扩散到整个芯片。

(4)本实用新型采用金属电极保护层替代SiO₂防止Ag反射镜的扩散和氧化，并且反射光的能力大为增强，减小保护层对Ag反射镜反射效率的影响。

附图说明

图1为现有技术中P电极层包围反射层的结构示意图。

图2为本实用新型的实施例1的稻草人形N电极的示意图。

图3为本实用新型的实施例1垂直结构LED芯片的截面示意图。

图4为本实用新型的实施例2的稻草人形N电极的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

如图2所示，本实施例的稻草人形N电极，包括插指和焊盘11；所述焊盘为长方形；所述插指由中心区域插指及边缘多边形插指12组成；所述边缘多边形插指12为正方形；所述中心区域插指由一根垂直插指13和两根平行插指14组成。

所述中心区域插指和焊盘相连组成稻草人形插指，所述稻草人形插指位于边缘四边形插指内部，所述边缘四边形插指与焊盘顶部长边相连,，与垂直插指底部相连；所述稻草人形插指整体呈左右对称结构，所述垂直插指位于边缘多边形插指的左右对称轴上，顶端与焊盘相接,并与焊盘长边垂直，底端与边缘多边形插指相接；所述两根平行插指相互平行，分别位于边缘多边形插指的上下对称轴两侧，所述两根平行插指到上下对称轴的距离相等；所述两根平行插指分别与垂直插指垂直相交，其长边与焊盘长边平行。

本实施例的插指的宽度范围可为4μm～11μm；所述焊盘的长边边长范围是50μm-100μm,短边边长范围是30um-80um。所述N电极的材质为Al、Ti、Au、Ni或类似金属的一种或多种。

如图3所示，本实施例的垂直结构LED芯片，由下至上依次包括p电极保护层100、反射层110、电流阻挡层120、外延层130及稻草人形N电极140，所述电流阻挡层120的形状与稻草人形N电极140的形状构成相似图形，所述流阻挡层120的尺寸比稻草人形N电极140的尺寸大18％～25％。其中，所述外延层由下至上依次包括P-GaN131、量子阱132和N-GaN133。所述p电极保护层由下依次包括种子层、键合层、掺杂硅衬底层、防氧化层。

本实施例的电流阻挡层的制备方法如下：

利用PECVD在P-GaN表面先生长一层SiO₂，再用正胶光刻板保护住与稻草人形N电极图案相对应部分的SiO₂,将其余的SiO₂用BOE腐蚀液腐蚀掉，SiO₂与P-GaN形成肖特基接触，形成高势垒区，形成电流阻挡层。

在本实施例中，边缘多边形插指能够使电流在N-GaN面分布的更加均匀，提高发光和发热，增加LED芯片的发光效率，此外，由于稻草人形插指形成在反光较强的电极保护层的正上方，不会降低较多的反射镜的反射效率。

实施例2

本实施例除边缘多边形插指采用八边形外，其余特征与实施例1同。

如图4所示，本实施例的稻草人形N电极，包括插指和焊盘11；所述焊盘为长方形；所述插指由中心区域插指及边缘多边形插指22组成；所述边缘多边形插指22为正方形；所述中心区域插指由一根垂直插指13和两根平行插指组成14。

在本实施例中，将边缘多边形由实施例一中的四边形字形修改为八边形，能够解决拐角处电流密集的现象，且减少遮挡的发光面积，使电流在N-GaN面分布的更加均匀，进一步的提高了发光效率。此外，稻草人形插指依旧形成在不反射光的电流阻挡层上，并未占用较多的反射镜的反射面积。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种稻草人形N电极，其特征在于，包括插指和焊盘；所述焊盘为长方形；所述插指由中心区域插指及边缘多边形插指组成；

所述边缘多边形插指同时为左右对称、上下对称结构；

所述稻草人形插指整体呈左右对称结构，所述垂直插指位于边缘多边形插指的左右对称轴上，顶端与焊盘相接，并与焊盘长边垂直，底端与边缘多边形插指相接；所述两根平行插指相互平行，分别位于边缘多边形插指的上下对称轴两侧，所述两根平行插指到上下对称轴的距离相等；所述两根平行插指分别与垂直插指垂直相交，其长边与焊盘长边平行。

2.根据权利要求1所述的稻草人形N电极，其特征在于，所述边缘多边形插指为正方形插指或八边形插指。

3.根据权利要求1所述的稻草人形N电极，其特征在于，所述插指的宽度范围为4μm～11μm。

4.根据权利要求1所述的稻草人形N电极，其特征在于，所述焊盘的长边边长范围是50μm-100μm,短边边长范围是30um-80um。

5.一种垂直结构LED芯片，其特征在于，包括权利要求1～4任一项所述的稻草人形N电极。

6.根据权利要求5所述的垂直结构LED芯片，其特征在于，由下至上依次包括p电极保护层、反射层、电流阻挡层、外延层及稻草人形N电极，所述电流阻挡层的形状与稻草人形N电极的形状构成相似图形，所述流阻挡层的尺寸比稻草人形N电极的尺寸大18％～25％。

7.根据权利要求6所述的垂直结构LED芯片，其特征在于，所述外延层由下至上依次包括P-GaN、量子阱和N-GaN。

8.根据权利要求6所述的垂直结构LED芯片，其特征在于，所述p电极保护层由下至上依次包括种子层、键合层、掺杂硅衬底层、防氧化层。