CN212342655U - 发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种发光二极管，包括：发光外延结构，包括依次层叠的第一导电型半导体层、有源层以及第二导电型半导体层；电流扩展层，形成在所述第二导电型半导体层的表面，且设有呈阵列分布的多个第一开口部，露出所述第二导电型半导体层的一部分，该发光外延结构被该多个第一开口部所占据的面积比例为5%~40%；绝缘性反射层，形成在所述电流扩展层上，具有第一通孔及第二通孔，第一电极，位于所述绝缘性反射层之上，通过第一通孔与所述第一导电类型半导体层形成电性连接；第二电极，位于所述绝缘性反射层之上，通过第二通孔与所述第二导电类型半导体层形成电性连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体技术领域，具体为一种倒装型发光二极管。
背景技术
发光二极管（light emitting diode，简称LED）是一种利用载流子复合时释放能量形成发光的半导体器件，尤其其中的倒装LED芯片具有免打线、高光效、散热性好等优点，应用越来越广泛。
目前倒装型LED芯片通常采用电流扩展层（诸如ITO等导电金属氧化物）作为P型欧姆接触层，虽然经过高温熔合后具有较高的透过率，但仍然具有一定的损失，不利于芯片的亮度提升，而若不采用电流扩展层作为欧姆接触层，又难于实现P型半导体层的欧姆接触。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种发光二极管，保证与发光外延结构具有足够欧姆接触的同时，提升器件亮度。
上述发光二极管包括：发光外延结构，包括依次层叠的第一导电型半导体层、有源层以及第二导电型半导体层；电流扩展层，形成在所述第二导电型半导体层的表面，且设有呈阵列分布的多个第一开口部，露出所述第二导电型半导体层的一部分，该发光外延结构被该多个第一开口部所占据的面积比例为5%~40%；绝缘性反射层，形成在所述电流扩展层上和该电流扩展层的所述第一开口部内，具有第一通孔及第二通孔，第一电极，位于所述绝缘性反射层之上，通过第一通孔与所述第一导电型半导体层形成电性连接；第二电极，位于所述绝缘性反射层之上，通过第二通孔与所述第二导电型半导体层形成电性连接。
优选地，所述第一开口部的直径为2~50μm。在一些实施例中，该发光二极管为微小尺寸LED芯片，例如该LED芯片的截面积可以为62500μm2以下，该第一开口的直径可以为2~5μm；在一些实施例，该发光二有管为中、大尺寸LED芯片，例如该LED芯片的截面积可以为90000μm2以上，该第一开口的直径可以为2~5μm，或者5~10μm，或者10~20μm，或者20μm以上。较佳的，该第一开口部分的直径优选为2~20μm，可以较好的兼顾VF（电压）和LOP（亮度）。
优选地，相邻的第一开口部之间的间距为1~20μm。
优选地，该发光外延结构被该电流扩展层占据的面积比例大于50%且小于95%。
在一些实施例中：所述绝缘性反射层包括布拉格反射层，例中可以由高、低折射率的透光性材料交替堆叠而成。
优选的，所述绝缘性反射层覆盖所述发光外延结构的侧壁。
在一些实施例中，所述反射层包含金属层包括金属反射层和金属阻挡层。
进一步地，该发光二极管还包括局部缺陷区，位于部分所述第二导电型半导体层上，且向下延伸至所述第一导电型半导体层形成台面结构，所述台面结构露出有发光外延结构侧壁。
在一些实施例中，第一电极通过所述第一通孔电连接所述第一导电型半导体层，且所述第一电极横跨于所述绝缘性反射层的部分表面上；所述第二电极通过所述第二通孔结构电连接所述第二导电型半导体层，且所述第二电极横跨于所述绝缘性反射层的部分表面上。
在一些实施例中，该发光二极管还包括一金属反射层，设置于所述绝缘性反射层与电流扩展层之间。进一步的，该发光二极管可以还包括一绝缘层，位于所述金属反射层与电流扩展层之间，并与该金属反射层构成全方位反射层，所述绝缘层具有多个与所述多个第一开口部错开的第二开口部。
优选地，该发光外延结构被该多个第二开口部占据的面积比例为0.1%~50%。
优选地，所述第一开口部与第二开口部的数量之比介于2：1~100：1。
优选地，所述多个第二开口部等间距排列。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本实用新型的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本实用新型进行任何限制。
图1为实施例一中所提及的发光二极管的结构示意图。
图2为平面示意图，显示了实施例一电流扩展的图案。
图3和图4为平面示意图，分别显示了根据本发明实施的发光二极管的电流扩展层的图案。
图5为侧面剖视图，显示了实施例二所提及的发光二极管的结构示意图。
图6为平面示意图，显示了实施例二电流扩展的图案。
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。
实施例一
本实施例公开如下一种LED芯片，如图1所示的剖面示意图，其包括如下堆叠层：透明基板110、发光外延结构、电流扩展层130、绝缘性反射层150、第一电极171和第二电极172。
所述透明基板110可以是用于发光外延叠层生长的生长基板，也可以是透过透明粘合层与发光外延叠层结合的透明基板，具体包括平面型蓝宝石衬底、图形蓝宝石衬底、硅衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、砷化镓衬底等。在本实施例中，所述透明基板110选用为图形蓝宝石衬底。在另一些实施例，所述基板可以减薄或者移除，形成薄膜型LED芯片。
所述发光外延结构位于所述透明基板110上，包括依次层叠的第一导电型半导体层121、有源层122以及第二导电型半导体层123。例如，所述第一导电型半导体层121可以为N型GaN层，所述有源层122可以为GaN基量子阱层，所述第二导电型半导体层123可以为P型GaN层。当然，也可以依据实际需求选择其它种类的外延结构，并不限于此处所列举的示例。
至少一个局部缺陷区1211位于部分所述第二导电型半导体层122上，且向下延伸至所述第一导电型半导体层121形成台面结构，所述台面结构露出有所述外延结构侧壁，具体地，所述台面结构显露有第一导电型半导体层121台面以及第一导电型半导体层121、有源层122及第二导电型半导体层124的侧壁。需要说明的是，局部缺陷区1211的数量至少一个，也可以根据LED芯片的结构、面积大小等进行增加。
所述电流扩展层130可以选用相对于有源层发射的光线具有透光性的金属氧化物，例如氧化铟锡、氧化锌、氧化锌铟锡、氧化铟锌、氧化锌锡、氧化镓铟锡、氧化铟镓、氧化锌镓、铝掺杂氧化锌、氟掺杂氧化锡等。结构上，优选位于所述发光外延层表面上的电流扩展层“内缩”，便于后续的绝缘性反射层可以披覆于该电流扩展层的侧壁。电流扩展层130通常采用金属导电氧化物，其具有良好的电流扩展特性，且可以与半导体层形成良好的欧姆接触，但金属导电氧化物对于520nm以下的波长具有一定的吸光性，且随着波长的减少其吸光越严重，以ITO为例，在400~520nm的波段光线，其吸光率可达到3~15%左右，在400nm以下的波段的紫外光线，其吸光率更为严重。在本实施例，该电流扩展层130设有所述第二导电型半导体层122的一部分露出的多个第一开口部161，通过控制该第一开口的尺寸及密度，使得所述发光外延结构被该电流扩展层所占据的面积比例大于50%且小于95%，在保证电流扩展层130与第二导电型半导体层122具有足够欧姆接触的同时，减少电流扩展层130的面积，从而提升发光二极管的亮度。较佳的，所述发光外延结构被该电流扩展层所占据的面积比例为60~90%。如图2所示，所述第一开口部161呈阵列分布，直径为2~50μm，相邻第一开口部分161之间的间距为1~20μm。在本实施例，该第一开口部的直径选为0.2~5μm，间距为5~20μm。优选的，该第一开口部优选均匀布均，所述发光外延结构被该第一开口部所占据的面积比例优选为5%~40%。在本实施例，该第一开口部的直径选为2~5μm，间距为5~20μm。优选的地，该电流扩展层130的厚度为5~60nm，当厚度低于5nm，容易适成LED芯片的正向电压(Vf)升高，超过60nm侧其吸光效应将明显上升。该电流扩展层130的厚度更佳为10~30nm，例如可以为15nm或者20nm。
进一步地，优选地在电流扩展层130的部分表面上形成到扩展电极175，该扩展电极175至少一部分通过第一开口部161接触第二导电类半导体层123，该扩展电极175与第二导电型半导体层的接触电阻高于其与电流扩展层130的接触电阻，保证流入扩展电极的电流优选通过电流扩展层130进行扩展后再进入第二导电型半导体层123，因此可以降低顺向电压，提高发光效率。
绝缘性反射层150覆盖电流扩展层上表面和侧壁、扩展电电极的上表面和侧壁，并填充剩余的第一开口部161。该绝缘性反射层150具有至少一个第一通孔181和一个第二通孔182，第一电极171和第二电极172形成在绝缘性反射层150的表面。第一电极171通过第一通孔181在第一导电型半导体层121形成电性连接，第二电极172通过第二通孔182与扩展电极层175接触，并通过电流扩展层130与第二导电型半导体层123形成电性连接。
优选地，该绝缘性反射层150同时覆盖发光外延结构的侧壁，当有源层122辐射的光通过电流扩展层130到达绝缘性反射层150的表面时，可通过绝缘性反射层150反射大部分的光返回至发光外延叠层中，并且大部分穿过透明基板110一侧出光，减少光从发光外延叠层表面以及侧壁穿出导致光损失。优选地，绝缘性反射层150能够对所述发光层辐射的光到达其表面的至少80%或者进一步的至少90%比例的光强进行反射。绝缘性反射层150具体的可包括布拉格反射器。所述布拉格反射器能够以折射率不同的至少两种绝缘介质重复堆叠的方式形成，可形成为4对至20对，例如所述绝缘性反射层150可包括TiO2、SiO2、HfO2、ZrO2、Nb2O5、MgF2等。在一些实施例中，绝缘层230可呈交替地沉积TiO2层/SiO2层。
绝缘性反射层150包括布拉格反射器的情况下，进一步包括提高分布布拉格反射器的膜质量的底层或界面层。例如，该绝缘性反射层包含一约0.2~1.0μm厚度的由SiO2形成的界面层，然后在该界面层上按照特定周期堆叠层TiO2/SiO2。
在本实施例中，首先在电流扩展层形成阵列分布的开口结构，在保证足够面积的欧姆接触面积的同时，采用具有反射性的绝缘材料作为反射层150，覆盖发光外延结构的侧壁及表面，一方面可以针对有源层发射的光线进行反射，另一方面可以作为电极的台面，结合了金属反射层、BDR反射层的反射效果，提取器件的取光效率。
第一电极171通过所述第一通孔181与所述第一导电型半导体层121实现电连接，且所述第一电极横跨于所述绝缘性反射层150的部分表面上。具体来说，第一电极171形成于所述第一通孔181中，且横跨于所述绝缘性反射层150的部分表面上。第二电极172通过所述第二通孔结构182与所述第二导电型半导体层23实现电连接，且所述第二电极横跨于所述绝缘性反射层150的部分表面上。作为示例，优选所述第一电极与所述第二电极的面积相当，所述第一电极与所述第二电极呈对称关系，可以是轴对称，也可以是旋转对称等。进一步地，优选横跨于所述绝缘性反射层150的部分表面上的第一电极面积占第一电极面积的90%以上，横跨于所述绝缘性反射层150的部分表面上的第二电极面积占第二电极面积的90%以上，如此有助于实现第一电极、第二电极的顶表面的整体平整性，有利于倒装式发光二极管芯片的固晶焊接，提升封装推力水平，增强可靠性。进一步地，从俯视角度看，优选所述第一电极的面积大于所述局部缺陷区的面积。进一步地，位于发光外延结构表面/电流扩展表面之上的第一电极的面积大于位于局部缺陷区之上的第一电极的面积，如此有利于尽可能减少局部缺陷区造成的发光面积减少，且可以兼顾第一电极的顶面平整性，减少第一电极的高度差。
作为一个变形实施例，该发光二极管为一中大尺寸的LED芯片，该LED芯片具有多个局部缺陷区1211，第一开口部的尺寸优选为2~50μm，更佳为2~20μm，例如可以为2μm或者5或者10μm。图3和图4显示了两种可以应用于该实施例的电流扩展层的图案，其中图3所示图案的第一开口部的排列方式与图2所示的类似，其区别在于具有多个局部缺陷区1211。对于具有多个局部缺陷区1211的发光二极管，可以设置叠层的第一电极层、绝缘层和第二电极层。
实施例2
本实施例公开如下一种LED芯片，如图5所示的剖面示意图，其包括如下堆叠层：透明基板110、发光外延结构、电流扩展层130、绝缘层140，金属反射层151和绝缘性反射层150、第一电极171和第二电极172。本实施例与实施例1具有多个相同的特征，与实施例1的区别在于：在电流扩展层130与绝缘性反射层之间加入绝缘层140和金属反射层151，构成全方位反射层，在这里，对于相同的特征就不再一一叙述，仅对区别进行叙述。
具体的，该绝缘层140形成在电流扩展层130上和该电流扩展层130的所述第一开口部161内。进一步地，所述绝缘层140设有所述电流扩展层130的一部分露出的多个第二开口部162，该第二开口部162作为第二电极的预留窗口，与该第一开口部161错开设置，如图6所示。该第二开口部162横截面面积总和占所述发光外延结构（LED芯片单元）的横截面面积比值的0.1%~50%，优选5%~20%，更优选10%，如果比值太低，则金属反射层151与电流扩展层140通过第二开口部162接触的面积太小，不利于控制电压，而如果比值太高，则会影响电流扩展层、绝缘层（如低折射率）、金属反射层形成全方位反射层结构的反射效果。该绝缘层140采用氧化硅、氮化硅或者氧化铝。优选地，该第二开口部162等间距分布。优选的，该绝缘层140的透光性高于所述电流扩展层的透光性，其厚度大于所述电流扩展层的厚度，优选为50nm以上。
优选的，第一开口部161和第二开口部162组成一个阵列。在一个具体实施例中，在第一开口部分161与第二开口部分162组成的阵列中，第一开口部161和第二开口部162的直径相同，第一开口部161与第二开口部的数量比例优选为2：1~100：1，例如可以为2：1或者3:1，或者5：1。进一步地，和同一个第二开口部162相邻的六个第一开口部161组成一个六边形D1，该第二开口部162位于该六边形的中心，距离最近的三个第二开口部分组成一个等腰三角形，如图2所示。
金属反射层151形成于所述绝缘层140的表面，并通过第二开口部与所述电流扩展层130接触。作为示例，当金属反射层选用Al或Ag高反射金属，作为反射镜（mirror）时，优选进一步在金属反射层表面包覆一金属保护层（图中未视出），选用TiW、Cr、Pt、Ti等，金属保护层可完全包裹金属镜面层，用于保护金属反射层151。
在本实施例中，首先在图形成化的电流扩展层130上方形成绝缘层140及金属反射层，构成全方位反射层，其反射效果优于常规的金属反射层或分布布拉格反射层结构，增强发光二极管芯片外部光萃取几率，提高LED器件的亮度；其次在电流扩展层130上形成阵列式的开口部，使得所述发光外延结构被该电流扩展层所占据的面积比例大于50%且小于95%，在保证电流扩展层130与第二导电型半导体层122具有足够欧姆接触的同时，减少电流扩展层130的面积，从而提升发光二极管的亮度；在金属反射层上方及发光外延结构的侧壁覆盖绝缘性反射层，一方面可以保证其更稳定的覆盖在发光外延叠层的侧壁，防止水汽进入发光外延叠层的周围，降低漏电风险，另一方面该绝缘性反射层和金属反射层达到对发光外延叠层的表面做到全覆盖，当有源层辐射的光可通过全方位反射层和绝缘性反射层150反射绝大部分的光返回至发光外延叠层中，并且大部分穿过透明基板的第二表面侧出光，减少光从发光外延叠层表面以及侧壁穿出导致光损失。
本实施例并不局限于图5和6所示的一个局部缺陷区1211，可以根据LED芯片的结构、面积大小等进行增加。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型，本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (18)
1.发光二极管，其特征在于，包括：
发光外延结构，包括依次层叠的第一导电型半导体层、有源层以及第二导电型半导体层；
电流扩展层，形成在所述第二导电型半导体层的表面，且设有呈阵列分布的多个第一开口部，露出所述第二导电型半导体层的一部分，该发光外延结构被该多个第一开口部所占据的面积比例为5%~40%；
绝缘性反射层，形成在所述电流扩展层上，具有第一通孔及第二通孔，
第一电极，位于所述绝缘性反射层之上，通过第一通孔与所述第一导电型半导体层形成电性连接；
第二电极，位于所述绝缘性反射层之上，通过第二通孔与所述第二导电型半导体层形成电性连接。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第一开口部的直径为2~50μm。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：相邻的第一开口部之间的间距为1~20μm。
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述：该发光外延结构被该透明导电层占据的面积比例大于50%且小于95%。
5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第一开口部等间距分布。
6.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述绝缘性反射层覆盖所述发光外延结构的侧壁。
7.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述绝缘性反射层包含布拉格反射层。
8.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：还包括局部缺陷区，位于部分所述第二导电型半导体层上，且向下延伸至所述第一导电型半导体层形成台面结构，所述台面结构露出有发光外延结构侧壁。
9.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第一电极横跨于所述绝缘性反射层的部分表面上，所述第二电极横跨于所述绝缘性反射层的部分表面上。
10.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述电流扩展层的厚度为5~60nm。
11.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述有源层发射的波长为520nm以下。
12.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述绝缘性反射层填充该电流扩展层的所述第一开口部。
13.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：还包括一金属反射层，设置于所述绝缘性反射层与电流扩展层之间。
14.根据权利要求13所述的发光二极管，其特征在于：还包括一绝缘层，位于所述金属反射层与电流扩展层之间，并与该金属反射层构成全方位反射层。
15.根据权利要求13所述的发光二极管，其特征在于：所述绝缘性反射层具有多个与所述多个第一开口部错开的第二开口部，该发光外延结构被该多个第二开口部占据的面积比例为0.1%~50%。
16.根据权利要求15所述的发光二极管，其特征在于：所述第一开口部与第二开口部的数量之比介于2：1~100：1。
17.根据权利要求15所述的发光二极管，其特征在于：所述多个第二开口部等间距排列。
18.根据权利要求14所述的发光二极管，其特征在于：所述绝缘层的厚度大于所述电流扩展层的厚度。
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