CN211350691U - 一种半导体发光元件 - Google Patents

Abstract

一种半导体发光元件，其包括：半导体发光序列，半导体发光序列由下至上包括：第一导电性半导体层、发光层和第二导电性半导体层；透明绝缘层，其接触所述第二导电性半导体层上的一部分区域表面，并且包含在其厚度方向上贯通的第一孔，所述透明绝缘层为透明材质；透明导电层，其覆盖在所述第二导电性半导体层的其他区域表面，并且连续至覆盖所述透明绝缘层的上表面的一部分为止；一DBR绝缘层，位于透明绝缘层的第一孔内，并且覆盖所述透明绝缘层的第一孔内的至少部分第二导电性半导体层表面；第二电极打线部，底面完整覆盖所述的透明绝缘层的第一孔，并且覆盖所述透明绝缘层的第一孔的周围的上表面以及覆盖透明绝缘层的上表面的至少部分透明导电层。

Description

一种半导体发光元件

技术领域

本实用新型涉及一种难以发生元件自身的接通不良的半导体发光元件以及使用该半导体发光元件的半导体发光装置。

背景技术

半导体发光元件具有在n型半导体层与p型半导体层之间包含发光层的层叠，通过从n型半导体层与p型半导体层注入到发光层的电子与空穴结合而发光。因此，如何将由发光层所产生的光有效地向外导出，成为影响作为发光元件的性能的关键。

已知具有如下构造的半导体发光元件，该构造包含：n型半导体层；N侧第一电极，包括打线部，其设置于n型半导体层上的一部分上；发光层；p型半导体层，其设置于发光层上；透明绝缘层，其设置于p型半导体层上的一部分上；透明导电层，其覆盖p型半导体层的露出面与透明绝缘层；以及p侧第二电极，第二电极包括打线部，其设置于夹着透光性电极层而与透明绝缘层对向的位置。

n侧第一电极与p侧第二电极的打线部为了在n型半导体层与p型半导体层之间施加电压，分别通过打线接合连接或凸块连接而与外部电路连接。通过透明绝缘层，可以抑制p侧打线部的正下方的发光，并且通过利用透明绝缘层与金属电极反射性表面组合形成ODR结构而使自发光层射向p侧打线部的光向发光面(第二电极以外的P型半导体层区域)侧反射后自发光面射出，可以获得较高的发光输出。

然而现有的金属电极常采用铝这种反射性金属，在使用过程中，该金属容易发生迁移导致电极失效，电极可靠性降低。但是如果取消该反射性金属铝，第二电极打线部的反射率会大大降低。因此如何提升第二电极打线部的反射率以及可靠性是影响作为发光元件的性能的关键。

实用新型内容

为了提升电极打线部的反射性以及可靠性，本实用新型提供如下一种半导体发光元件，其包括：半导体发光序列，半导体发光序列由下至上包括：第一导电性半导体层、发光层和第二导电性半导体层；

透明绝缘层，其接触所述第二导电性半导体层上的一部分区域表面，并且包含在其厚度方向上贯通的第一孔，所述透明绝缘层为透明材质；

透明导电层，其覆盖在所述第二导电性半导体层的其他区域表面，并且连续至覆盖所述透明绝缘层的上表面的一部分为止；

一DBR绝缘层，位于透明绝缘层的第一孔内，并且覆盖所述透明绝缘层的第一孔内的至少部分第二导电性半导体层表面；

第二电极打线部，底面完整覆盖所述的透明绝缘层的第一孔，并且覆盖所述透明绝缘层的第一孔的周围的上表面以及覆盖透明绝缘层的上表面的至少部分透明导电层。

优选地，DBR绝缘层，位于透明绝缘层的所述第一孔内，并且覆盖透明绝缘层的所述第一孔内的部分第二导电性半导体层表面，第二电极打线部，底面同时覆盖所述透明绝缘层的所述第一孔内的其余第二导电性半导体层表面。

优选地，所述的DBR绝缘层为一块或多块。

优选地，所述的DBR绝缘层为折射率相对高的第一绝缘材料和折射率相对低的第二绝缘材料各至少一层或重复堆叠成多层。

优选地，所述的DBR绝缘层的总厚度为600nm以上。

优选地，所述透明绝缘层的第一孔的开口水平宽度为所述第二电极打线部的底面水平宽度的80％以下。

优选地，所述DBR绝缘层高于所述透明绝缘层的厚度。

优选地，所述的DBR绝缘层与第二导电性半导体层之间具有所述透明绝缘层。

优选地，第二电极还包括扩展条，扩展条位于透明导电层上。

优选地，相对于透明绝缘层的最临近第二导电性半导体层的底面，所述的透明绝缘层的侧壁，具有倾斜角，倾斜角的范围为30~70度。

优选地，相对于DBR绝缘层的最临近第二导电性半导体层的底面，所述的DBR绝缘层的侧壁具有倾斜角，倾斜角的范围为20~80度。

优选地，所述的半导体发光元件为氮化物半导体发光元件。

有益效果：

一方面，该结构较佳适用于第二电极打线部的底面的粘附层之上的第一层为非迁移性金属且低反射率的金属，由于现有高反射率的金属例如Al容易发生迁移导致电极失效，本案结构适用于选择非迁移性金属且低反射率的金属替代传统的粘附层之上的第一层，第一层反射率对于发光层辐射的光不高于60%，所述的第二电极的打线部的第一层为非迁移性金属，可以提升电极可靠性，选择DBR反射层提升反射率。

第二方面，仍然保留第二电极打线部的底面与所述透明导电层相接触，并且在透明导电层下方设置透明绝缘层阻挡纵向电流，实现第二电极通过透明导电层进行横向电流扩展，提升电极打线部以外的发光区域的光亮度。

第三方面，为了保证DBR反射率，需要厚度至少为400~1000nm，但是由于DBR厚度不利于透明导电层在其侧壁位置的附着性，因此为了保证透明导电层的附着性，选择传统的透明绝缘层设置打线电极下方靠近边缘的位置，作为透明导电层下方的附着层，阻挡打线部通过ITO与第二导电性半导体层之间的电流传递，透明绝缘层为单层的透明材质，例如氧化硅或氮化硅之类的材料，这些材料的厚度低于DBR反射层的厚度就能起到电流阻挡效果，有利于透明导电层附着在其上表面以及周围侧壁位置，形成连续的透明导电层。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式的一种正装发光二极管芯片的结构示意图（未示出保护层）；

图2是图1的A- A'截面图；

图3是图2的一种变形结构。

图示说明：

1、衬底；2、第二导电性半导体层；3、发光层；4、第一导电性半导体层；5、透明绝缘层；6、透明导电层；7、DBR绝缘层；8、保护层；9、第二电极打线部；10、第二电极扩展条；11、第一电极打线部；12、第一电极扩展条；13、第二透明绝缘层；14、第一电极扩展条。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型具体实施方式的技术方案作进一步详细说明，这些实施方式仅用于说明本实用新型，而非对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语 “上方”、“下方”“横向”和“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“多个”为两个或两个以上。

如图1~2所示，本实用新型实施例提供了一种正装发光二极管芯片，包括衬底1和半导体发光序列堆叠层，半导体发光序列堆叠层自衬底的一表面由下至上包括第一导电性半导体层2、发光层3和第二导电性半导体层4。透明绝缘层5，覆盖在所述第二导电性半导体层上的一部分区域表面，并且包含于其厚度方向上贯通的第一孔。透明导电层6覆盖在第二导电性半导体层4其余区域的表面，透明导电层6自所述第二导电性半导体层的其他区域连续至所述透明绝缘层5的上面的一部分为止而设置，即透明导电层6在透明绝缘层5的上面开设有第二孔，第二孔暴露第一孔，并且第二孔的宽度尺寸大于第一孔宽度尺寸。

一DBR绝缘层5，位于透明绝缘层的第一孔内，并且覆盖所述透明绝缘层的第一孔内的至少部分第二导电性半导体层表面。

第二电极，包括打线部9，打线部9的底面覆盖透明绝缘层5的第一孔内的区域，包括覆盖所述DBR绝缘层7，DBR绝缘层5覆盖在第二电极打线部9下面可提升第二电极打线部底面覆盖区域的光反射性，从而降低打线部的吸光，促进打线部9底面的光被反射至打线部9以外的出光区域，提升出光亮度。DBR绝缘层7对发光层的辐射的光的反射率，较佳的，为60%以上或80%以上，从而提升发光效率。

透明绝缘层5具有第一孔，透明导电层6具有第二孔，打线部9的底面同时覆盖透明导电层6的第二孔内的透明绝缘层5的上表面，并且打线部9的底面边缘覆盖在透明绝缘层5上表面的透明导电层6上表面，打线部9与透明导电层6形成电连接，透明导电层6与第二导电性半导体层4形成电连接，通过透明导电层6下方的电流独挡层阻挡第二电极的打线部9向下纵向电流传输，促进横向电流扩展，提升打线部以外的发光区域的亮度。

透明绝缘层5具有第一孔，透明导电层6具有第二孔，可使第二电极的打线部尽量少的面积附在透明导电层6上，尽量多的面积附着在DBR层、透明绝缘层或第二导电类型的半导体层上，可相对提升电极打线部的附着力。较佳的，由于透明绝缘层5的厚度可以设计低于DBR绝缘层7的厚度，由此可以提升透明导电层6在透明绝缘层5的侧壁的包覆连续性。并且较佳的，透明绝缘层5的侧壁相对于底面是倾斜的，例如30~70°，提升透明导电层6的包覆连续性。

较佳的，DBR绝缘层7，位于透明绝缘层5的第一孔内部分区域，第二电极的打线部9的底面覆盖所述绝缘阻挡层的所述第一孔的其余区域而与所述第二导电性半导体层相接触，可以实现第二电极的打线部部分附着在第二导电性半导体层上，而不是完全附着在透明导电层6或绝缘阻挡层5或DBR绝缘层7上，可以提升打线部的附着力，另外即使透明导电层6在透明绝缘层5的侧壁发生断线，仍然具有电流流经打线部与第二导电性半导体层之间。

进一步地来说，透明绝缘层5为传统的透明绝缘层材料，其为透明绝缘材料，包括二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、二氧化钛或氧化铝等中一种，可以选择CVD工艺获得，并且具有10～500nm的厚度。透明绝缘层5具有第一孔，第一孔具有水平开口直径D1，透明绝缘层5的第一孔的开口形状为圆形或者大致圆形，优选地，其开口水平宽度为所述打线部的底面水平宽度的80％以下。

透明导电层6，较佳的是ITO或者IZO这类的透明导电材料，其厚度较佳的是20～400nm，这类材料优选溅射镀膜工艺形成，并且经过退火工艺实现透明导电层6与第二导电性半导体层之间良好的欧姆接触。透明导电层6在透明绝缘层5的上表面具有第二孔，第二孔的水平开口宽度为D2，其中D1小于D2，两者的差值较佳的1~10微米之间，第二孔暴露第一孔。

DBR绝缘层7可以为折射率相对高的第一绝缘材料和折射率相对低的第二绝缘材料，第一绝缘材料例如氧化钛，第二绝缘材料例如氧化硅。第一绝缘材料和第二绝缘材料为重复堆叠的多层，例如4~10对，其中第一绝缘材料和第二绝缘材料的较佳的单层厚度满足发光层辐射的光的波长的1/(4*n)倍，由此实现较佳的反射效果，较佳的DBR绝缘层7的总厚度介于400~1000nm。DBR绝缘层7的厚度并不是越高越好，过高会导致第二电极出现较高的高低差，导致打线部容易打线不稳。

较佳的，DBR绝缘层7仅覆盖透明绝缘层5的第一孔内部分区域上，第二电极的打线部7的底面覆盖绝缘第一孔内的其余区域，具体的，第二电极的打线部的底面具有水平宽度D3，其中D2小于D3，两者的差值较佳的介于1~10微米之间，D3的电极尺寸较佳的为10~100微米。DBR绝缘层7在透明绝缘层5的第一孔内的覆盖宽度为第一孔的开口宽度的20~70%或者较佳的例如40~60%。

进一步地来说，DBR绝缘层7可以为一块状，如图2所示，DBR绝缘层7可为环形镂空的块DBR绝缘层7状或实心的块状，其中实心的块状包括圆形、水滴形、多边形、月牙形、扇形等等，或者DBR绝缘层7也可以为中间镂空的环形块状。

进一步地来说，如图3所示，DBR绝缘层7也可以是多个块状，例如可为分散的2个圆形块状，圆形块状的DBR绝缘层7之间或者周围留有间隙，间隙暴露第二导电性半导体层，第二电极的打线部填充间隙。

DBR绝缘层7的侧壁优选地相对于接触第二导电性半导体层的底面是倾斜的，例如40~80°，由此增加第二电极打线部在其表面的附着性。

DBR绝缘层7优选地为离子源辅助镀膜工艺形成，离子源辅助镀膜工艺形成DBR绝缘层7时，为了避免离子源破坏半导体层，因此优选地DBR绝缘层7与第二导电性半导体层之间具有中间层，中间层的材料与透明绝缘层5相同，并且采用同一工艺步骤形成例如PECVD工艺，中间层仅位于DBR绝缘层7与第二导电性半导体层之间。

第二电极的打线部9为多层金属组成，例如至少具有粘附层作为最底层以及粘附层上的第一层，粘附层例如Cr、Ti、Ni等材料，粘附层较佳的厚度低于10nm，通过粘附层用于增加第二电极打线部在第二导电性半导体层上的附着力。较佳的，第二电极的打线部与第二导电性半导体层之间的欧姆接触电阻低于透明导电层6与第二导电性半导体层之间的接触电阻，由此实现电流主要从透明导电层6与第二导电性半导体层之间流通。

由于现有氮化物半导体发光元件的电极使用的第一层通常为高反射性金属例如Al或Ag，可以保证第二电极底面的反射率，但是这些反射性金属容易发生迁移导致电极失效。因此借由DBR绝缘层7的反射性，本实用新型的第二电极打线部9可以取消使用Al或者Ag这类会发生迁移的高反射性金属作为粘附层上的第一层，由此可以提高电极的可靠性。第二电极打线部9的第一层的金属可以是例如Ni、Ti、Cu、Cr、Au、Pt、Ru、Rh之一种非迁移性的金属或两种以上的前述金属的合金，这些金属对于氮化物半导体发光元件辐射的光反射率明显低于Al以及Ag的光反射性，但是不会发生金属迁移，可以提升电极可靠性。

第二电极的打线部9还包括最顶面的打线金属层，打线金属层较佳的是Au。打线金属层用于后续封装过程中打线连接。

第二电极打线部9的整体厚度较佳的是400～2000nm。

第二电极较佳的还具有扩展条10，扩展条10自打线部延伸出去，并且设置为覆盖在透明导电层6上，扩展条可以是一条或者多条。扩展条下方的透明导电层6与第二导电性半导体层之间设置有第二透明绝缘层135，第二透明绝缘层135可以是透明绝缘层，也可以是DBR绝缘层7。具体的第二透明绝缘层135可以是一段或者多段。通过电极扩展条和透明导电层6的电流扩展效率，促进电流向发光区域扩散分布，从而提升亮度。

本实用新型还包括第一电极与第一导电性半导体层2接触。第一电极同样包括打线部11和扩展条12。并且可选的，第一电极的打线部11下方还可选的有第三透明绝缘层145，第三透明绝缘层145的结构与第二透明绝缘层135的结构相同。第二透明绝缘层135和第三透明绝缘层145的材料包括二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、二氧化钛或氧化铝等透明绝缘材料。

第一电极的打线部、第二电极的打线部、第一电极扩展条和第二电极扩展条的材料可以选择用相同的金属堆叠结构或者不同的堆叠结构。

进一步地来说，第一导电性半导体层2和第二导电性半导体层4为包覆层或局限层，具有不同的导电型态、电性、极性或用于提供电子或空穴的掺杂元素。在本实施例中，第一导电性半导体层2可包括P型半导体层，P型半导体层包括掺杂镁的氮化镓层；第二导电性半导体层4可包括N型半导体层，N型半导体层2包括掺杂硅的氮化镓层。发光层3可以是单异质结构、双异质结构、双面异质结构或多层量子肼，发光层3的材料可以是I型、P型或N型半导体。本实施例中，发光层3可包括多层量子肼层。所述的半导体发光元件优选地，为氮化物半导体发光元件。

进一步地来说，衬底1包括蓝宝石图形化衬底、蓝宝石衬底、氮化镓衬底、氮化铝衬底、碳化硅衬底和硅衬底等，可选地，衬底1为蓝宝石图形化衬底。

该正装发光二极管芯片还设置有保护层8，该保护层8覆盖至少部分第一电极第二电极的打线部9、透明导电层65和半导体发光序列堆叠层，即覆盖第二导电性半导体层4、发光层3以及第一导电性半导体层2的侧壁。保护层8可以保护第二电极的打线部9、第一电极的打线部11、第一导电性半导体层2及第二导电性半导体层4不被水汽侵入，降低了漏电和老化的风险。保护层8可包括二氧化硅或氮化硅等绝缘绝缘层材料制成，并且优选具有透光性好的材料。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本实用新型权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种半导体发光元件，其包括：半导体发光序列，半导体发光序列由下至上包括：第一导电性半导体层、发光层和第二导电性半导体层；

透明绝缘层，其接触所述第二导电性半导体层上的一部分区域表面，并且包含在其厚度方向上贯通的第一孔；

透明导电层，其覆盖在所述第二导电性半导体层的其他区域表面，并且连续至覆盖所述透明绝缘层的上表面的一部分为止；

其特征在于：还包括：

一DBR绝缘层，位于透明绝缘层的第一孔内，并且覆盖所述透明绝缘层的第一孔内的至少部分第二导电性半导体层表面；

第二电极打线部，底面覆盖所述的透明绝缘层的第一孔，并且覆盖所述透明绝缘层的第一孔的周围的上表面，以及覆盖透明绝缘层的上表面的至少部分透明导电层的上表面。

2.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件，其特征在于：所述DBR绝缘层，位于透明绝缘层的所述第一孔内，并且覆盖透明绝缘层的所述第一孔内的部分第二导电性半导体层表面；所述第二电极打线部，底面同时覆盖所述透明绝缘层的所述第一孔内的其余第二导电性半导体层表面。

3.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件，其特征在于：所述的DBR绝缘层为一块或多块。

4.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件，其特征在于：所述的DBR绝缘层为折射率相对高的第一绝缘材料和折射率相对低的第二绝缘材料各至少一层或重复堆叠成多层。

5.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件，其特征在于：所述的DBR绝缘层的总厚度为600nm以上。

6.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件，其特征在于：所述透明绝缘层的第一孔的开口水平宽度为所述第二电极打线部的底面水平宽度的80％以下。

7.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件，其特征在于：所述DBR绝缘层高于所述透明绝缘层的厚度。

8.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件，其特征在于：所述的DBR绝缘层与第二导电性半导体层之间具有所述透明绝缘层。

9.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件，其特征在于：第二电极还包括扩展条，扩展条位于透明导电层上。

10.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件，其特征在于：相对于透明绝缘层的最临近第二导电性半导体层的底面，所述的透明绝缘层的侧壁，具有倾斜角，倾斜角的范围为30~70度。

11.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件，其特征在于：相对于DBR绝缘层的最临近第二导电性半导体层的底面，所述的DBR绝缘层的侧壁具有倾斜角，倾斜角的范围为20~80度。

12.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件，其特征在于：所述的半导体发光元件为氮化物半导体发光元件。

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