CN101681971A - 发光二极管 - Google Patents

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Abstract

一种在电绝缘的衬底(4)上生成的LED芯片(1)包括第一传导类型的下部电流分配层(5)、第一电极(2)、垂直层状结构(5，6，7)，第一电极(2)和垂直层状结构(5，6，7)被水平地彼此分离地形成在下部电流分配层上，该垂直层状结构包括活性层(6)和位于活性层上方的第二传导类型的上部电流分配层(8)，以及形成在上部电流分配层上的第二电极(3)，电极的几何形状被调整以在电极之间提供低于芯片的电流散布长度的水平距离。根据本发明，垂直沟槽(9)被形成在电极(2，3)之间，该沟槽延伸穿过包括下部电流分配层(5)的芯片(1)，以控制水平电流流动，以便在活性层(6)上面实现均匀的电流密度。

Description

发光二极管
发明领域
本发明涉及发光二极管(LED)芯片设计，该LED在绝缘衬底上生成。
发明背景
在生成为绝缘衬底上的层状结构的LED中，n-接触电极和p-接触电极是由芯片的顶面制成的。它们通常被定位成靠近芯片的产生光的区域的相对边缘。它们中的一个被形成在下部电流分配层上，该下部电流分配层通过选择性地蚀刻掉生成在其上的层而被暴露，以及它们中的另一个位于LED层状结构顶部上的上部电流分配层上。
在一种典型情况中，电极之间的水平距离远高于LED的垂直(vertical)层状结构的总厚度。在那种情况中，为了在产生光的层的上面提供高的电流均匀度，电流分配层的薄层电阻应该尽可能低，以便最小化沿着那些层的电压降。具体地，该薄层电阻应显著地小于穿过层状结构的平均垂直电阻(包括例如来源于p-n结中的电压降的电阻)。然而，在大多数实际情况中，所述薄层电阻沿着电流分配层产生大的电压降。这导致非均匀的电流密度，非均匀的电流密度可能在高电流密度的部位引起局部过热。此种局部过热还可以引起设备效率的降低，以及引起设备可靠度的降低。
涉及电流均匀度的特征参数为电流散布长度(current spreadinglength)：
Figure G2008800205288D00011
这里ρ垂直为穿过LED结构的平均垂直电阻，以及ρ薄层，顶部和ρ薄层，底部为顶部和底部电流分配层的薄层电阻。为了避免上面描述的沿着电流散布层的电压降，电极之间的水平距离应该低于电流散布长度。问题在于，在大多数实际情况中，水平的芯片尺寸清楚地高于电流散布长度。因此，使用常规的简单接触垫，关于电极之间的距离的所述条件不能被满足。对于此问题的一种已知解决方案是使用指状的即指叉型电极几何形状。使用此种几何形状，电极之间的水平距离可以被调整得小于电流散布长度。然而，此种方法同样具有其缺陷：靠近电极特别是位于电极“手指”的外部端部的电流密度总是最高，引起显著地非均匀的电流密度。
发明目的
本发明的目的是提供一种LED芯片设计，该LED芯片设计通过芯片的产生光的区域上面的改进的电流均匀度来改善元件的性能和可靠度。
发明概述
本发明以权利要求1中的陈述为特征。
本发明的LED芯片电绝缘的衬底上生成。该LED结构包括第一传导类型的下部电流分配层、第一电极以及垂直层状结构，第一电极以及垂直层状结构被水平地彼此分离开地形成在下部电流分配层上。该垂直层状结构包括活性层和位于该活性层上方的第二传导类型的上部电流分配层，该活性层优选地夹在n-型和p-型半导体夹止层(cladding layer)之间。第二电极形成在上部电流分配层上。电极的几何形状被调整以在电极之间提供低于芯片的电流散布长度的水平距离。本文中术语“水平的”意思是在衬底的平面内的方向以及自然地，“垂直的”意思是垂直于此平面的方向。
依据本发明，垂直沟槽被形成在电极之间，该沟槽延伸穿过包括下部电流分配层的芯片，以控制电流分配层中的水平电流流动，以便在活性层上面实现均匀的电流密度。换言之，与在现有技术解决方案中电流流动只由电极和下部电流分配层上方的垂直层状结构的几何形状来控制形成对比，在本发明中下部电流分配也选择性地被切断。因此，代替现有技术解决方案的两-层级方法，芯片拓扑是基于三个层级的。通过将所有层从芯片几何形状的选定的部位除去来控制电流流动，可以在整个产生光的层上面实现非常均匀的密度。
除电流引导效果外，上文描述的沟槽增加垂直层状结构的总周长。这对于在活性层中产生的光从结构中通过垂直层状结构的侧壁逸出，产生增加的可能性。为了进一步提供光从芯片中的提取，在本发明的优选实施方式中附加的垂直沟槽被形成在电极之间，该附加的沟槽沿着电流分配层中电流流动的水平方向，延伸穿过包括活性层的芯片，以进一步增加垂直层状结构的总周长。沿着电流流动方向被定位的附加的沟槽不干扰电流流动。
具有指叉型或类似几何形状的芯片一个问题在于，穿过垂直层状结构的侧壁从芯片中提取的光可能被相对的侧壁阻挡或者被下部电流分配层上的第一电极阻挡。为了避免这样，垂直层状结构的侧壁优选地为倾斜的，至少在产生光的活性层是偏离于垂直方向倾斜的，以促进光从芯片中的提取。
附图简述
在下文中，本发明将参照附图被更详细地被描述，其中
图1示出了常规LED芯片中的电流密度的例子，
图2示出了利用指叉型电极几何形状的现有技术的LED芯片中的电流密度的例子，
图3为依据本发明的一个实施方式的示意性的和简化的视图，以及
图4示出了依据本发明的一个优选实施方式的垂直层状结构的倾斜的侧壁的效果。
发明详述
图1示出了具有200μm(上方图表)和400μm(下方图表)的长度的线性的LED芯片中的计算出的电流密度。在两种情形中电流散布长度均为200μm。如图中见到的那样，由于相对于电流散布长度的大水平尺寸，电流密度在两种情形中均为不均匀的，均匀度随着芯片长度的增加变得更高。在第二种情形中可以看到，电流密度远非均匀的。
图2的LED设计的指叉型电极2、3被布置成提供小于电流散布长度的电极之间的距离。尽管如此，如在图2的图表中见到的那样，芯片区域上面的电流密度是非常不均匀的，其在电极的手指状突起的端部具有非常强的局部最大值。
在图3的LED芯片1中，第一电极2和第二电极3建立在整个芯片区域上方延伸的更改的指叉型几何形状。因此，LED采用以电极之间的距离不大于电流散布长度的方式将芯片分成许多分段(section)的基本概念。此种分段法被表示在也示出了芯片的层状结构的横截面视图A-A和B-B中。LED在电绝缘的衬底4上生成。衬底上的最下层为下部电流分配层5。在这上方是产生光的活性层(active layer)6，该活性层6夹在具有不同类型的传导性的两个夹止层7之间。在层堆叠的顶部是上部电流分配层8。在生成这些层之后，下部电流分配层上方的层堆叠已经选择性地被蚀刻掉，以暴露下部电流分配层以便在其上形成第一电极2。产生的横截面包括邻近的台面状(mesa-like)层堆叠，该台面状层堆叠位于下部电流分配层上并且具有作为最上面元件的第二电极。
除了由电流分配层确定的两个层级之外，第三个芯片层级已经通过在电极之间、穿过上文描述的所有层、在电极的手指状突起10的尖端部位处，蚀刻沟槽9而被形成。因此，防止电流流过所述尖端，这将引起如图2中示出的局部电流密度最大值。作为代替，电流可以主要地只在垂直于电极的平行的“手指”的方向上流动。这在整个芯片区域上面提供非常均匀的电流密度。
由于垂直层状结构的周长的总长度增加以及因此使光从芯片中通过垂直层状结构的侧壁逸出的可能性增加，台面状层堆叠之间的凹槽和穿过芯片的沟槽9不仅电隔离芯片的不同分段而且也改进光从芯片中的提取。为了进一步提高光提取，还有从芯片的顶部开始在活性层下方延伸的附加的垂直沟槽11。为了避免干扰电流流动，这些附加的沟槽位于电流分配层中的沿着水平电流流动的方向。
如图3中见到的那样，垂直层状结构的侧壁12中的一些是偏离于垂直方向倾斜的以形成向上开口的沟槽轮廓。支持这一点理由被示出于图4中，图4在左侧示出具有垂直侧壁的沟槽以及在右侧示出具有倾斜侧壁的沟槽。在前者的情况中，当从层状结构水平地向旁边逸出时，光继续水平地散布并且可以被第一电极或沟槽的相对的边缘阻挡。作为代替，在倾斜侧壁的情况中，逸出结构的光从初始的水平方向被向上折射并且阻挡被避免。
如本领域技术人员清楚的那样，本发明不被限制到上文描述的例子中，但是这些实施方式可以在权利要求的范围内自由地变化。

Claims (3)

1.一种在电绝缘的衬底(4)上生成的LED芯片(1)，所述芯片(1)包括第一传导类型的下部电流分配层(5)、第一电极(2)、垂直层状结构(5，6，7)，所述第一电极(2)和所述垂直层状结构(5，6，7)被水平地彼此分离地形成在所述下部电流分配层上，所述垂直层状结构包括活性层(6)和位于所述活性层上方的第二传导类型的上部电流分配层(8)，以及在所述上部电流分配层上生成的第二电极(3)，所述电极的几何形状被调整以在所述电极之间提供低于所述芯片的电流散布长度的水平距离，所述LED芯片的特征在于
垂直沟槽(9)，其被形成在所述电极(2，3)之间，所述沟槽延伸穿过包括下部电流分配层(5)的所述芯片(1)，以控制水平电流流动，以便在所述活性层(6)上实现均匀的电流密度。
2.如权利要求1所述的LED芯片(1)，其特征在于附加的垂直沟槽(11)被形成在所述电极(2，3)之间，所述附加的沟槽沿着所述电流分配层(5，8)中水平的电流流动方向，延伸穿过包括所述活性层(6)的所述芯片，以增加所述垂直层状结构(5，6，7)的总周长，并且因此提高光从所述芯片中的提取。
3.如权利要求1或2所述的LED芯片(1)，其特征在于所述垂直层状结构(5，6，7)的侧壁(12)是偏离于所述垂直方向倾斜的，以促进光从所述芯片(1)中的提取。
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