CN220121870U - 具备高亮度的垂直led芯片以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具备高亮度的垂直LED芯片以及电子设备，一种具备高亮度的垂直LED芯片包括：垂直LED芯片结构；垂直LED芯片结构包括：N型外延层；其中，N型外延层的纵截面为“倒梯形结构”，以使得具备高亮度的垂直LED芯片为“碗状结构”；第一反射金属层；第一反射金属层覆盖N型外延层的侧壁上；以用于汇聚光束。本实用新型提供的技术方案，解决了垂直LED芯片的出光亮度低的问题。

Description

具备高亮度的垂直LED芯片以及电子设备

技术领域

本实用新型涉及LED芯片领域，尤其涉及一种具备高亮度的垂直LED芯片以及电子设备。

背景技术

目前的高端薄膜芯片普遍采用垂直芯片，垂直芯片即P电极和N电极分别位于芯片的上下两侧，第一代垂直结构为P下N上，此结构比较适合芯片尺寸在300um以内，随着高端LED亮度的需求，芯片的尺寸也随之增加，芯片尺寸变大，电路的布局分布直接影响着电流的分布效果，从而导致芯片的发光以及发热的效果；因此第一代垂直结构逐渐被电流分布更为均匀的二代垂直结构取代，即N下P上，具体实现形式是PN电路在同侧P面完成，但通过绝缘层的设计，使P面的N电极与键合衬底连接后剥离蓝宝石，使得N面朝上，同时再通过刻蚀的方法，使P电极露出，形成N下P上电路连接模式。但是，这种结构存在电流分布不均匀，以及亮度不能满足实际需求的问题。

因此，研发一种实现高均匀电流分布的垂直LED芯片结构，以及可以实现高发光亮度芯片设计，成为本领域技术人员亟待要解决的技术重点。

实用新型内容

本实用新型提供一种具备高亮度的垂直LED芯片以及电子设备，以解决垂直LED芯片的出光亮度低的问题。

根据本实用新型的第一方面，提供了一种具备高亮度的垂直LED芯片，包括：

垂直LED芯片结构；所述垂直LED芯片结构包括：N型外延层；其中，所述N型外延层的纵截面为“倒梯形结构”，以使得所述具备高亮度的垂直LED芯片为“碗状结构”；

第一反射金属层；所述第一反射金属层覆盖所述N型外延层的侧壁上；以用于汇聚光束。

可选的，所述“倒梯形结构”的倾斜角为30°～85°。

可选的，所述第一反射金属层的厚度大于100nm。

可选的，所述垂直LED芯片结构还包括：

P型外延层、量子阱发光层以及N型外延层；所述P型外延层、所述量子阱发光层以及所述N型外延层沿第一方向依次堆叠；所述第一方向表征了截取所述N型外延层的纵截面的方向；

若干第一电极金属塞，贯穿所述P型外延层与所述量子阱发光层，并伸入所述N型外延层的表层中；

第一钝化层，包裹第一电极金属塞的侧壁，且延伸到所述P型外延层的部分表面，以暴露出若干所述第一电极金属塞之间的所述P型外延层；

第二反射金属层；覆盖若干所述第一电极金属塞之间的所述P型外延层的表面；

绝缘层；包裹所述第一电极金属塞的第一端，且覆盖所述P型外延层表面的所述第一钝化层，且暴露出所述第二反射金属层；所述第一电极金属塞的第一端表征了所述第一电极金属塞的远离所述N型外延层的一端；

其中，所述具备高亮度的垂直LED芯片的一侧还包括第一电极引出结构与第一电极金属板；

所述第一电极引出结构贯穿所述具备高亮度的垂直LED芯片的一侧的所述N型外延层，且连接于所述第一电极金属塞的顶端；且所述金属引出结构连接所述第一电极金属板；以使得所述N型外延层通过所述第一电极金属塞、所述第一电极引出结构连接到第一电极金属板，以形成第一电极；所述第一电极为共N极结构。

可选的，第二电极；所述第二电极覆盖所述绝缘层的第一表面，所述第二电极还填充于所述绝缘层之间的空隙中，且覆盖所述第二反射金属层的表面，以使得所述第二电极通过所述第二反射金属层连接所述P型外延层；其中，所述绝缘层的第一表面表征了所述绝缘层远离所述第一电极金属塞的一面。

可选的，所述具备高亮度的垂直LED芯片还包括：

第二钝化层；所述第二钝化层覆盖所述第一反射金属层的表面，且连接所述绝缘层或所述第二电极。

可选的，所述第二钝化层的厚度为500nm-2000nm。

可选的，所述垂直LED芯片结构还包括：

衬底键合金属层与导电衬底；所述第二电极通过所述衬底键合金属键合于所述导电衬底上。

可选的，所述垂直LED芯片还包括：粗化面，所述粗化面覆盖所述N型外延层的第一表面；所述N型外延层的第一表面表征了所述N型外延层远离所述导电衬底的一面。

可选的，所述第一电极金属塞是N电极金属塞；所述第二电极是P电极。

可选的，所述P型外延层的材料为：P-GaN；所述N型外延层的材料为N-GaN。

根据本实用新型的第二方面，提供了一种电子设备，包括本实用新型第一方面的任一项所述的具备高亮度的垂直LED芯片。

本实用新型提供的具备高亮度的垂直LED芯片，通过将N型外延层设置为纵截面为倒梯形的结构，以使得所述具备高亮度的垂直LED芯片为“碗状结构”；并设置在所述N型外延层的侧壁上覆盖所述第一反射金属层，以用于汇聚光束。由于N型外延层的纵截面为倒梯形，因而扩大了从N型外延层一侧的出光面的表面积，且N型外延层侧壁覆盖的第一反射金属层会对出射的光束进行反射，以达到汇聚出射光束的作用，从而增强了垂直LED芯片的出光亮度。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本实用新型一典型实施例提供的一种具备高亮度的垂直LED芯片的结构示意图；

附图标记说明：

101-导电衬底；

102-衬底键合金属层；

103-第二电极；

104-第二钝化层；

105-第一反射金属层；

106-P型外延层；

107-量子阱发光层；

108-N型外延层；

109-绝缘层；

110-第一电极金属塞；

111-第二反射金属层；

112-第一钝化层；

113-粗化面。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

电流分布更为均匀的二代垂直结构，即N下P上，具体实现形式是PN电路在同侧P面完成，但通过绝缘层的设计，使P面的N电极与键合衬底连接后剥离蓝宝石，使得N面朝上，同时再通过刻蚀的方法，使P电极露出，形成N下P上电路连接模式；但是，这种结构仍然存在亮度不高，不能满足实际亮度需求的问题。

有鉴于此，本申请的发明人经过反复研究和大量实验发现：一方面，通过结合深刻蚀走道形成倒梯形结构的设计，同时在倒梯形结构的侧壁上形成的反射结构用于聚光，使得LED垂直芯片形成碗杯状发光形态，可以实现高发光亮度的独特设计结构。从而解决了二代垂直芯片结构仍然存在的亮度不高的问题。

另一方面，本申请的发明人巧妙的设计了不同于现有技术的P电极、N电极以及引出结构；具体包括：PN电极同样是在P面完成，但与现有技术不同的是：通过绝缘层选择性绝缘保护的设计，使N电极保护起来，而P电极露出，P电极通过金属键合层与导电衬底连接，剥离蓝宝石之后，N面朝上，后续可通过图形化的方案使得垂直LED芯片上的一侧，且位于N电极之上的N型外延层去除，暴露出N极金属塞用于引出N极；本实用新型提供的技术方案可以实现垂直芯片结构的高均匀电流分布。

可见，本申请提供的技术方案，通过倒梯形结构的设计形成高发光亮度的独特设计结构，以及巧妙设计的P电极、N电极以及引出结构；在提高二代垂直LED芯片亮度的同时，还实现了更均匀的电流分布。

下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

请参考图1，根据本实用新型的一实施例，提供了一种具备高亮度的垂直LED芯片，包括：

垂直LED芯片结构；所述垂直LED芯片结构包括：N型外延层108；其中，所述N型外延层108的纵截面为“倒梯形结构”，以使得所述具备高亮度的垂直LED芯片为“碗状结构”；

第一反射金属层105；所述第一反射金属层105覆盖所述N型外延层108的侧壁上；以用于汇聚光束。具体的，第一反射金属层105的一般主体以反射率较高的金属如：Ag、Al或含不限于Ag或Al的合金材料，也可以是叠层反射结构，如：Cr/Ag或Cr/Al、Ti/Al、Ti/Ag叠层等；其中，一种具体实施方式中，Cr、Ti厚度在1nm以下。

一种实施方式中，所述第一反射金属层105覆盖部分所述N型外延层108的侧壁。

另一种实施方式中，所述第一反射金属层105完全覆盖所述N型外延层108的侧壁；其中，当第一反射金属层105完全覆盖N型外延层108的“碗状”侧壁时，可以汇聚更多的光线，使得具备高亮度的垂直LED芯片发出的光束亮度更高。

其中，一种实施方式中，所述N型外延层108的纵截面的“倒梯形结构”为等腰梯形结构。

其他实施方式中，所述N型外延层108的纵截面的“倒梯形结构”也可以为其他梯形结构。应当知道的是：所有N型外延层108设计为类似倒梯形结构、以及垂直LED芯片设计为碗状结构的垂直LED芯片结构，只要可以通过类似的结构扩大出光面积，增强出光亮度的垂直LED芯片结构，均属于本实用新型的保护范围。

本实用新型提供的具备高亮度的垂直LED芯片，通过将传统的所述垂直LED芯片结构中，N型外延层108设置为纵截面为倒梯形的结构，以使得所述具备高亮度的垂直LED芯片为“碗状结构”；并设置在所述N型外延层108的侧壁上覆盖所述第一反射金属层105，以用于汇聚光束。由于本实用新型提供的技术方案中，N型外延层108的纵截面为倒梯形，因而扩大了从N型外延层108一侧的出光面的表面积，且N型外延层108侧壁覆盖的第一反射金属层105会对出射的光束进行反射，以达到汇聚出射光束的作用，从而增强了垂直LED芯片的出光亮度。

可见，本实用新型提供的技术方案，通过纵截面为“倒梯形结构”的N型外延层108以及覆盖于所述N型外延层108的侧壁上的第一反射金属层105，形成高发光亮度的独特设计结构，解决了二代垂直芯片结构存在的亮度不高的问题。

一种实施例中，所述“倒梯形结构”的倾斜角为30°～85°。

一种优选的实施例中，所述第一反射金属层105的厚度大于100nm。当所述第一反射金属层105的厚度大于100nm时，可以保证第一反射金属层105的反射效率；

另一种实施例中，第一反射金属层105的厚度可以略小于100nm；

其中，当第一反射金属层105的厚度小于100nm时，会具有一定的透光性，因此会降低反射效率。

一种实施例中，所述垂直LED芯片结构还包括：

P型外延层106、量子阱发光层107以及N型外延层108；所述P型外延层106、所述量子阱发光层107以及所述N型外延层108沿第一方向依次堆叠；所述第一方向表征了截取所述N型外延层108的纵截面的方向；

若干第一电极金属塞110，贯穿所述P型外延层106与所述量子阱发光层107，并伸入所述N型外延层108的表层中；

第一钝化层112，包裹第一电极金属塞110的侧壁，且延伸到所述P型外延层106的部分表面，以暴露出若干所述第一电极金属塞110之间的所述P型外延层106；

第二反射金属层111；覆盖若干所述第一电极金属塞110之间的所述P型外延层106的表面；

绝缘层109；包裹所述第一电极金属塞110的第一端，且覆盖所述P型外延层106表面的所述第一钝化层112，且暴露出所述第二反射金属层111；所述第一电极金属塞110的第一端表征了所述第一电极金属塞110的远离所述N型外延层108的一端；

一种实施方式中，绝缘层109；包裹所述第一电极金属塞110的第一端，且覆盖所述P型外延层106表面的所述第一钝化层112，且暴露出所述第二反射金属层111；其中，绝缘层109覆盖所述P型外延层106表面的所述第一钝化层112，可以提前保护mesa台阶(即P/N分界线)可有效避免后续第二金属反射镜在后续工艺过程中金属迁移或污染导致的漏电问题。

另一种实施方式中，绝缘层109；包裹所述第一电极金属塞110的第一端，且暴露出所述第二反射金属层111；

其中，所述具备高亮度的垂直LED芯片的一侧还包括第一电极引出结构与第一电极金属板；

所述第一电极引出结构贯穿所述具备高亮度的垂直LED芯片的一侧的所述N型外延层108，且连接于所述第一电极金属塞110的顶端；且所述金属引出结构连接所述第一电极金属板；以使得所述N型外延层108通过所述第一电极金属塞110、所述第一电极引出结构连接到第一电极金属板，以形成第一电极；所述第一电极为共N极结构。

其中，第一电极金属层贯通具备高亮度的垂直LED芯片；

一种实施方式中，第一电极金属层的数量为四个；

其他实施方式中，第一电极金属层的数量可以是其他数量，本实用新型对此不予限制。

本实施例中提供的技术方案，通过利用第一钝化层112包裹第一电极金属塞110的侧壁，且延伸到所述P型外延层106的部分表面，以暴露出若干所述第一电极金属塞110之间的所述P型外延层106；并利用绝缘层109将第一电极金属远离N型外延层108的一端包裹起来；其中，第一电极金属塞110伸入所述N型外延层108；并在N型外延层108的一侧打通N型外延层108，通过第一电极引出结构引出第一电极金属层到第一电极金属板，以实现共N极结构。可见，本实用新型提供的技术方案，相比于现有技术而言，提出了一种新的N电极引出结构，可以实现更均匀的电流分布。

一种实施例中，第二电极103；所述第二电极103覆盖所述绝缘层109的第一表面，所述第二电极103还填充于所述绝缘层109之间的空隙中，且覆盖所述第二反射金属层111的表面，以使得所述第二电极103通过所述第二反射金属层111连接所述P型外延层106；其中，所述绝缘层109的第一表面表征了所述绝缘层109远离所述第一电极金属塞110的一面。

本实施例提供的技术方案，利用第一钝化层112之间的第二反射金属层111，将第二电极103的金属层填充绝缘层109之间的第二反射金属的表面，使得第二电极103的金属与所述P型外延层106连接，以形成第二电极103；

当然地，对应于“倒梯形结构”，第一电极与第二电极103的结构也可以是其他引出方式，本实用新型对此不予限制，任何可以实现本实用新型目的的电极设置和引出方式，均在本实用新型的保护范围内。

可见，本申请的发明人巧妙的设计了不同于现有技术的第一电极、第二电极103以及引出结构；实现了垂直芯片结构的高均匀电流分布。

一种实施例中，所述具备高亮度的垂直LED芯片还包括：

第二钝化层104；所述第二钝化层104覆盖所述第一反射金属层105的表面，且连接所述绝缘层109或所述第二电极103。具体的，第二钝化层104的材料为SiO2、SiN、SiNO或Al2O3中的一种，或几种材料的组合。

其中，由于在第一反射金属层105的表面设置了第二钝化层104，因而，可以避免第一反射金属层105与第二电极103连接，造成漏电。

一种实施方式中，第二钝化层104覆盖第一反射金属层105的底端，避免第一反射金属层105与第二电极103连接，造成漏电；

另一种实施方式中，第二钝化层104覆盖第一反射金属层105的底端以及其他部分的表面；

其中，由于在后续键合过程中，挤压的第一反射金属层105与第二电极103有接触的风险，鉴于实际制作需要，整体绝缘效果，第二钝化层104完全覆盖第二钝化层104覆盖第一反射金属层105的底端以及其他部分的表面；以在实际工艺制作过程中更好的避免第一反射金属层105与第二电极103连接，造成漏电。

一种实施例中，所述第二钝化层104的厚度为500nm-2000nm。

其中，第二钝化层104过薄，击穿压裂风险增加，太厚影响散热；因而设置第二钝化层104的厚度为500nm-2000nm。

一种实施例中，所述垂直LED芯片结构还包括：

衬底键合金属层102与导电衬底101；所述第二电极103通过所述衬底键合金属键合于所述导电衬底101上。

一种实施例中，所述垂直LED芯片还包括：粗化面113，所述粗化面113覆盖所述N型外延层108的第一表面；所述N型外延层108的第一表面表征了所述N型外延层108远离所述导电衬底101的一面。

一种实施例中，所述第一电极金属塞110是N电极金属塞；所述第二电极103是P电极。

一种实施例中，所述P型外延层106的材料为：P-GaN；所述N型外延层108的材料为N-GaN。

根据本实用新型的一实施例，还提供了一种电子设备，包括本实用新型前述实施例的任一项所述的具备高亮度的垂直LED芯片。

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 (12)

1.一种具备高亮度的垂直LED芯片，其特征在于，包括：

垂直LED芯片结构；所述垂直LED芯片结构包括：N型外延层；其中，所述N型外延层的纵截面为“倒梯形结构”，以使得所述具备高亮度的垂直LED芯片为“碗状结构”；

第一反射金属层；所述第一反射金属层覆盖所述N型外延层的侧壁上；以用于汇聚光束。

2.根据权利要求1所述的具备高亮度的垂直LED芯片，其特征在于，所述“倒梯形结构”的倾斜角为30°～85°。

3.根据权利要求2所述的具备高亮度的垂直LED芯片，其特征在于，所述第一反射金属层的厚度大于100nm。

4.根据权利要求3所述的具备高亮度的垂直LED芯片，其特征在于，所述垂直LED芯片结构还包括：

P型外延层、量子阱发光层以及N型外延层；所述P型外延层、所述量子阱发光层以及所述N型外延层沿第一方向依次堆叠；所述第一方向表征了截取所述N型外延层的纵截面的方向；

若干第一电极金属塞，贯穿所述P型外延层与所述量子阱发光层，并伸入所述N型外延层的表层中；

第一钝化层，包裹第一电极金属塞的侧壁，且延伸到所述P型外延层的部分表面，以暴露出若干所述第一电极金属塞之间的所述P型外延层；

第二反射金属层；覆盖若干所述第一电极金属塞之间的所述P型外延层的表面；

绝缘层；包裹所述第一电极金属塞的第一端，覆盖所述P型外延层表面的所述第一钝化层，且暴露出所述第二反射金属层；所述第一电极金属塞的第一端表征了所述第一电极金属塞的远离所述N型外延层的一端；

其中，所述具备高亮度的垂直LED芯片的一侧还包括第一电极引出结构与第一电极金属板；

所述第一电极引出结构贯穿所述具备高亮度的垂直LED芯片的一侧的所述N型外延层，且连接于所述第一电极金属塞的顶端；且所述金属引出结构连接所述第一电极金属板；以使得所述N型外延层通过所述第一电极金属塞、所述第一电极引出结构连接到第一电极金属板，以形成第一电极；所述第一电极为共N极结构。

5.根据权利要求4所述的具备高亮度的垂直LED芯片，其特征在于，

第二电极；所述第二电极覆盖所述绝缘层的第一表面，所述第二电极还填充于所述绝缘层之间的空隙中，且覆盖所述第二反射金属层的表面，以使得所述第二电极通过所述第二反射金属层连接所述P型外延层；其中，所述绝缘层的第一表面表征了所述绝缘层远离所述第一电极金属塞的一面。

6.根据权利要求5所述的具备高亮度的垂直LED芯片，其特征在于，所述具备高亮度的垂直LED芯片还包括：

第二钝化层；所述第二钝化层覆盖所述第一反射金属层的表面，且连接所述绝缘层或所述第二电极。

7.根据权利要求6所述的具备高亮度的垂直LED芯片，其特征在于，所述第二钝化层的厚度为500nm-2000nm。

8.根据权利要求7所述的具备高亮度的垂直LED芯片，其特征在于，所述垂直LED芯片结构还包括：

衬底键合金属层与导电衬底；所述第二电极通过所述衬底键合金属键合于所述导电衬底上。

9.根据权利要求8所述的具备高亮度的垂直LED芯片，其特征在于，所述垂直LED芯片还包括：粗化面，所述粗化面覆盖所述N型外延层的第一表面；所述N型外延层的第一表面表征了所述N型外延层远离所述导电衬底的一面。

10.根据权利要求9所述的具备高亮度的垂直LED芯片，其特征在于，所述第一电极金属塞是N电极金属塞；所述第二电极是P电极。

11.根据权利要求10所述的具备高亮度的垂直LED芯片，其特征在于，所述P型外延层的材料为：P-GaN；所述N型外延层的材料为N-GaN。

12.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-11任一项所述的具备高亮度的垂直LED芯片。