CN104347775B - 具有图形化n电极的led芯片 - Google Patents
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Abstract
本专利发明涉及一种具有图形化N电极的LED芯片，由于LED芯片之间的边缘区域处形成有反光极弱的阻挡层，将N电极扩展至阻挡层的正上方，一方面由于N电极扩展在光极弱的阻挡层上，不影响反射镜的反射效率；另一方面扩展的N电极能够使电流分布更加均匀，提高LED芯片的发光和散热的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及LED制造领域，尤其涉及一种具有图形化N电极的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镜，但是由于Ag的易扩散，会制作一层阻挡层(barrier)包裹住反射镜，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，反射镜20被阻挡层10包围，由于反射镜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。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有图形化N电极的LED芯片，能够利用边缘阻挡层反光弱的缺陷，在其上方形成N电极，使电流分布更加均匀，提高发光效率。
为了实现上述目的，本发明提出了一种具有图形化N电极的LED芯片，包括：反射镜、阻挡层、外延层及N电极，所述反射镜形成于所述阻挡层内并暴露出反射镜的一表面，所述外延层形成于所述反射镜及阻挡层的表面上，所述N电极形成于所述外延层的表面，所述N电极包括中心区域和插指，一部分插指形成在所述阻挡层正上方的外延层表面，所述插指全部或者部分覆盖在所述阻挡层的正上方，所述插指与所述中心区域相连。
进一步的，所述外延层包括依次形成的P-GaN、量子阱和N-GaN，所述P-GaN形成在所述反射镜及阻挡层的表面上，所述N电极形成于所述N-GaN的表面。
进一步的，所述插指为长条形，沿着所述中心区域呈点对称排列。
进一步的，所述插指形成田字形或八边形。
进一步的，所述插指的宽度范围是3μm～10μm。
进一步的，所述中心区域为圆形或多边形。
进一步的，所述中心区域为圆形时，所述中心区域的直径范围是50μm-120μm；所述中心区域为多边形时，所述中心区域的边长范围是30μm-100μm。
进一步的，所述N电极的材质为Cr、Al、Ti、Pt、Au的一种或多种。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：由于LED芯片之间的边缘区域处形成有反光极弱的阻挡层，将N电极扩展至阻挡层的正上方，一方面由于N电极扩展在反光极弱的阻挡层上，不影响反射镜的反射效率；另一方面扩展的N电极能够使电流分布更加均匀，提高LED芯片的发光和散热的均匀性。
附图说明
图1为现有技术中阻挡层包围反射镜的结构示意图；
图2为本发明第一实施例中LED芯片的N电极的俯视图；
图3为沿图2中A-A’向的剖面示意图；
图4为本发明第二实施例中LED芯片的N电极的俯视图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具有图形化N电极的LED芯片进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关***或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
请参考图2和图3，在本实施例中，提出了一种具有图形化N电极的LED芯片，包括：反射镜110、阻挡层100、外延层及N电极300，所述反射镜110形成于所述阻挡层100内并暴露出反射镜110的一表面，所述外延层形成于所述反射镜110及阻挡层100的表面上，所述N电极300形成于所述外延层的表面，所述N电极300包括中心区域310和插指320，一部分插指320形成在所述阻挡层100正上方的外延层表面，所述插指320全部或者部分覆盖在所述阻挡层100正上方外延层的表面，所述插指320与所述中心区域310相连。
具体的，请参考图3，所述外延层包括依次形成的P-GaN210、量子阱220和N-GaN230，所述P-GaN210形成在所述反射镜110及阻挡层100的表面上，所述N电极300形成于所述N-GaN230的表面，其中，图2中并未示出具体的外延层。
在本实施例中，所述插指320为长条形，沿着所述中心区域310呈点对称排列，即所述插指320形成田字形，具有一定直角，所述插指320的宽度范围是3μm～10μm，例如是5μm，由于阻挡层100的宽度通常为5μm～10μm，插指320可以全部或者部分覆盖在阻挡层100的正上方，这个可以根据工艺的需求来决定。
在本实施例中，所述中心区域310为圆形，中心区域310的直径范围是50μm-120μm，例如是100μm；所述N电极的材质为Cr、Al、Ti、Pt、Au或类似金属的一种或多种。
在本实施例中，由于N电极包括插指320，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，由于插指320形成在反光极弱的阻挡层100的正上方，不会遮挡较多的反射镜110的反射效率。
实施例二
在本实施例中，提出的具有图形化N电极的LED芯片是对实施例一的改进，不同之处在于，N电极300的插指320的形状为八边形，另一不同之处在与中心区域310的多边形，所述中心区域的边长范围是30μm-100μm，例如是60μm。其余均与实施例一相同，在此不作赘述，具体的可以参考实施例一。
由于实施例一中的插指320为田字形，其拐角处有90°，造成该处的电流分布较为密集，使该区域附近的电流分布不均匀，一定程度上影响了发光的效率。因此，请参考图4(图4中也为示出具体的外延层)，在本实施例中，将插指320由实施例一中的田字形修改为八边形，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，一部分插指320依旧形成在不反射光的阻挡层100上，并未占用较多的反射镜100的反射面积。
综上，在本发明实施例提供的具有图形化N电极的LED芯片中，由于LED芯片之间的边缘区域处形成有反光极弱的阻挡层，将N电极扩展至阻挡层的正上方，一方面由于N电极扩展在反光极弱的阻挡层上，不影响反射镜的反射效率；另一方面扩展的N电极能够使电流分布更加均匀，提高LED芯片的发光和散热的均匀性。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种具有图形化N电极的LED芯片，其特征在于，包括：反射镜、阻挡层、外延层及N电极，所述反射镜形成于所述阻挡层内并暴露出反射镜的一表面，所述外延层形成于所述反射镜及阻挡层的表面上，所述N电极形成于所述外延层的表面，所述N电极包括中心区域和插指，一部分插指形成在所述阻挡层正上方的外延层表面，所述插指全部或者部分覆盖在所述阻挡层正上方外延层的表面，所述插指与所述中心区域相连，所述插指形成八边形。
2.如权利要求1所述的具有图形化N电极的LED芯片，其特征在于，所述外延层包括依次形成的P-GaN、量子阱和N-GaN，所述P-GaN形成在所述反射镜及阻挡层的表面上，所述N电极形成于所述N-GaN的表面。
3.如权利要求1所述的具有图形化N电极的LED芯片，其特征在于，所述插指的宽度范围是3μm～10μm。
4.如权利要求1所述的具有图形化N电极的LED芯片，其特征在于，所述中心区域为圆形或多边形。
5.如权利要求4所述的具有图形化N电极的LED芯片，其特征在于，所述中心区域为圆形时，所述中心区域的直径范围是50μm-120μm；所述中心区域为多边形时，所述中心区域的边长范围是30μm-100μm。
6.如权利要求1所述的具有图形化N电极的LED芯片，其特征在于，所述N电极的材质为Cr、Al、Ti、Pt、Au的一种或多种。
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