CN106992235A - 一种发光二极管芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管芯片，包括：半导体堆叠结构，半导体堆叠结构依次包括衬底、第一半导体层、多量子阱层、第二半导体层和电流扩展层，第一半导体层和第二半导体层的导电类型相反，半导体堆叠结构自电流扩展层至衬底方向具有开槽，且开槽底部裸露第一半导体层；位于开槽内、且形成于第一半导体层上的第一电极层；形成于电流扩展层背离衬底一侧的第二电极层，第二电极层包括第二电极引脚，及延伸方向相同、且垂直延伸方向排列的多个第二延伸体，第二延伸体的一端与第二电极引脚相连。本发明提供的技术方案，保证多量子阱层中的电流分布更加均匀，且被遮挡光子可以通过相邻两个第二延伸体之间的空隙出射，提高发光二极管芯片的发光亮度。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，更为具体的说，涉及一种发光二极管芯片。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)作为代替白炽灯和荧光灯的新一代环保光源，被广泛应用在照明、显示和背光等领域。与传统照明光源相比，LED具有效率高、能耗低、寿命长、无污染、体积小、色彩丰富等诸多优点。一般的，发光二极管芯片主要包括半导体堆叠结构，以及与半导体堆叠结构接触的P型电极和N型电极，半导堆叠结构依次包括有衬底、N型半导体层、多量子阱层、P型半导体层和电流扩展层，半导体堆叠结构上形成有台阶裸露出N型半导体层。其中，P型电极形成在电流扩展层背离P型半导体层一侧表面，以及，N型电极形成在台阶区域所裸露的N型半导体层表面上。现有的发光二极管芯片工作时，P型电极和N型电极之间注入的电流在多量子阱层中较为集中，导致发光二极管芯片的发光亮度降低；以及，由于面积较大的P型电极的对发光二极管芯片的出光进行遮挡，进一步降低了发光二极管芯片的发光亮度。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种发光二极管芯片，第二电极层包括第二电极引脚和多个第二延伸体，通过第二电极引脚和多个第二延伸体与第一电极层之间形成多个注入电流的通路，使得多量子阱层不同区域均有电流通过，保证多量子阱层中的电流分布更加均匀，提高发光二极管芯片的发光亮度；以及，通过优化第二延伸体的宽度，可以使光二极管芯片出射的光子，通过相邻两个第二延伸体之间的空隙出射，进一步提高发光二极管芯片的发光亮度。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种发光二极管芯片，包括：
半导体堆叠结构，所述半导体堆叠结构依次包括衬底、第一半导体层、多量子阱层、第二半导体层和电流扩展层，所述第一半导体层和第二半导体层的导电类型相反，其中，所述半导体堆叠结构自所述电流扩展层至衬底方向具有开槽，且所述开槽底部裸露所述第一半导体层；
位于所述开槽内、且形成于所述第一半导体层上的第一电极层；
以及，形成于所述电流扩展层背离所述衬底一侧的第二电极层，其中，所述第二电极层包括第二电极引脚，及延伸方向相同、且垂直所述延伸方向排列的多个第二延伸体，所述第二延伸体的一端与所述第二电极引脚相连。
可选的，所述开槽与所述第二电极引脚相对设置；
其中，所述多个第二延伸体分布于所述开槽两侧。
可选的，在所述开槽任意一侧的所有所述第二延伸体，相邻两个所述第二延伸体之间的间距，自所述开槽向该侧的所述第二延伸体的方向上呈减小趋势；
或者，在所述开槽任意一侧的所有所述第二延伸体，任意相邻两个所述第二延伸体之间的间距相同。
可选的，在所述开槽任意一侧的所有所述第二延伸体，相邻两个所述第二延伸体之间的间距，自所述开槽向该侧的所述第二延伸体的方向上呈减小趋势，且相邻两个所述间距之间的差值相同。
可选的，在所述开槽任意一侧的所有所述第二延伸体，相邻两个所述第二延伸体之间的间距范围为10μm～50μm，包括端点值。
可选的，在所述开槽任意一侧的所有所述第二延伸体，所述第二延伸体在沿垂直所述延伸方向上的宽度，自所述开槽向该侧的所述第二延伸体的方向上呈增大趋势；
或者，在所述开槽任意一侧的所有所述第二延伸体，所述第二延伸体在沿垂直所述延伸方向上的宽度相同。
可选的，在所述开槽任意一侧的所有所述第二延伸体，所述第二延伸体在沿垂直所述延伸方向上的宽度，自所述开槽向该侧的所述第二延伸体的方向上呈增大趋势，且相邻两个所述宽度之间的差值相同。
可选的，在所述开槽任意一侧的所有所述第二延伸体，所述第二延伸体在沿垂直所述延伸方向上的宽度范围为10nm～500nm，包括端点值。
可选的，位于所述开槽两侧的所述第二延伸体的数量相同。
可选的，所述第一电极层包括第一电极引脚，及位于所述第一电极引脚和第二电极引脚之间、且沿所述第一电极引脚至第二电极引脚的方向延伸的第一延伸体，其中，所述第一延伸体与所述第一电极引脚相连。
相较于现有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：
本发明提供了一种发光二极管芯片，包括：半导体堆叠结构，所述半导体堆叠结构依次包括衬底、第一半导体层、多量子阱层、第二半导体层和电流扩展层，所述第一半导体层和第二半导体层的导电类型相反，其中，所述半导体堆叠结构自所述电流扩展层至衬底方向具有开槽，且所述开槽底部裸露所述第一半导体层；位于所述开槽内、且形成于所述第一半导体层上的第一电极层；以及，形成于所述电流扩展层背离所述衬底一侧的第二电极层，其中，所述第二电极层包括第二电极引脚，及延伸方向相同、且垂直所述延伸方向排列的多个第二延伸体，所述第二延伸体的一端与所述第二电极引脚相连。
由上述内容可知，本发明提供的技术方案，第二电极层包括第二电极引脚和多个第二延伸体，通过第二电极引脚和多个第二延伸体与第一电极层之间形成多个注入电流的通路，使得多量子阱层不同区域均有电流通过，保证多量子阱层中的电流分布更加均匀，提高发光二极管芯片的发光亮度；以及，通过优化第二延伸体的宽度，可以使光二极管芯片出射的光子，通过相邻两个第二延伸体之间的空隙出射，进一步提高发光二极管芯片的发光亮度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种发光二极管芯片的结构示意图；
图2为图1中沿AA’方向的切面图；
图3为本申请实施例提供的另一种发光二极管芯片的结构示意图；
图4为图3中沿AA’方向的切面图；
图5为本申请实施例提供的又一种发光二极管芯片的结构示意图；
图6为图5中沿AA’方向的切面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
正如背景技术所述，发光二极管芯片主要包括半导体堆叠结构，以及与半导体堆叠结构接触的P型电极和N型电极，半导堆叠结构依次包括有衬底、N型半导体层、多量子阱层、P型半导体层和电流扩展层，半导体堆叠结构上形成有台阶裸露出N型半导体层。其中，P型电极形成在电流扩展层背离P型半导体层一侧表面，以及，N型电极形成在台阶区域所裸露的N型半导体层表面上。现有的发光二极管芯片工作时，P型电极和N型电极之间注入的电流在多量子阱层中较为集中，导致发光二极管芯片的发光亮度降低；以及，由于面积较大的P型电极的对发光二极管芯片的出光进行遮挡，进一步降低了发光二极管芯片的发光亮度。
基于此，本申请实施例提供了一种发光二极管芯片，第二电极层包括第二电极引脚和多个第二延伸体，通过第二电极引脚和多个第二延伸体与第一电极层之间形成多个注入电流的通路，使得多量子阱层不同区域均有电流通过，保证多量子阱层中的电流分布更加均匀，提高发光二极管芯片的发光亮度；以及，通过优化第二延伸体的宽度，可以使光二极管芯片出射的光子，通过相邻两个第二延伸体之间的空隙出射，进一步提高发光二极管芯片的发光亮度。为实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下，具体结合图1至图6所示，对本申请实施例提供的技术方案进行详细的描述。
参考图1所示，为本申请实施例提供的一种发光二极管芯片的结构示意图，其中，本申请实施例提供的发光二极管芯片为倒装芯片，即出光方向为衬底至电流扩展层的方向，发光二极管芯片包括：
半导体堆叠结构，所述半导体堆叠结构依次包括衬底110、第一半导体层120、多量子阱层130、第二半导体层140和电流扩展层150，所述第一半导体层120和第二半导体层140的导电类型相反，其中，所述半导体堆叠结构自所述电流扩展层150至衬底110方向具有开槽160，且所述开槽160底部裸露所述第一半导体层120；
位于所述开槽160内、且形成于所述第一半导体层120上的第一电极层200；
以及，形成于所述电流扩展层150背离所述衬底110一侧的第二电极层300，其中，所述第二电极层300包括第二电极引脚310，及延伸方向相同、且垂直所述延伸方向(延伸方向为第一方向X，垂直延伸方向为第二方向Y)排列的多个第二延伸体320，所述第二延伸体320的一端与所述第二电极引脚310相连。
在本申请一实施例中，所述开槽160与所述第二电极引脚310相对设置；其中，所述多个第二延伸体320分布于所述开槽160两侧。以及，所述第一电极层200包括第一电极引脚210，及位于所述第一电极引脚210和第二电极引脚310之间、且沿所述第一电极引脚210至第二电极引脚310的方向延伸的第一延伸体220，其中，所述第一延伸体220与所述第一电极引脚210相连。
在本申请一实施例中，衬底110的材料包括但不限于蓝宝石、碳化硅、硅中的一种。
另外，第一半导体层120可以为N型半导体层，具体可以为N型GaN层，以及，第二半导体层140为P型半导体层，具体可以为P型GaN层，对此本申请不做具体限；第一电极层200为N型电极层，第二电极层为P型电极层。其中，本申请实施例提供的第一电极层200和第二电极层300可以为金属或合金层，具体可以包括但不限于Ag、Al、Au、Cr、Ni、Pd、Pt、Ti、Ni、W中的一种金属或几种组合的合金，厚度范围约为包括端点值。
此外，电流扩展层150的材料包括但不限于氧化铟锡、Au、掺铝ZnO、金属纳米中的一种或几种，厚度范围约为包括端点值。
由上述内容可知，本申请实施例提供的技术方案，第二电极层包括第二电极引脚和多个第二延伸体，通过第二电极引脚和多个第二延伸体与第一电极层之间形成多个注入电流的通路，使得多量子阱层不同区域均有电流通过，保证多量子阱层中的电流分布更加均匀，提高发光二极管芯片的发光亮度；以及，通过优化第二延伸体的宽度(优选将第二延伸体在第二方向Y的宽度设置为纳米量级)，可以使光二极管芯片出射的光子，通过相邻两个第二延伸体之间的空隙出射，进一步提高发光二极管芯片的发光亮度。
在本申请一实施例中，在开槽160任意一侧的所有第二延伸体320，任意相邻两个第二延伸体320之间的间距可以设置为相同的。或者，可以优化设计该间距，在开槽160任意一侧的所有第二延伸体320，将相邻两个第二延伸体320之间的间距，自开槽160向该侧的第二延伸体320的方向上呈减小趋势；其中，由于远离第一电极层200的相邻第二延伸体320的间距小，相当于远离第一电极层200第二延伸体320的密度较大，使得注入多量子阱层的电流更易向远离第一电极层200的第二延伸体320的区域流动，避免注入多量子阱层的电流集中于第二延伸体320靠近第一电极层200一侧的区域，保证注入多量子阱层的电流均匀度高，提高发光二极管芯片的发光亮度。
具体结合图3和图4所示，图3为本申请实施例提供的另一种发光二极管芯片的结构示意图，图4为图3中沿AA’方向的切面图。其中，在所述开槽160任意一侧的所有所述第二延伸体320，相邻两个所述第二延伸体320之间的间距，自所述开槽160向该侧的所述第二延伸体320的方向上呈减小趋势。
进一步的，在开槽160任意一侧的所有第二延伸体320，自开槽160向该侧的第二延伸体320的方向上，相邻两个第二延伸体320之间的间距呈渐变的减小趋势；即，在所述开槽160任意一侧的所有所述第二延伸体320，相邻两个所述第二延伸体320之间的间距，自所述开槽160向该侧的所述第二延伸体320的方向上呈减小趋势，且相邻两个所述间距之间的差值相同。
需要说明的是，上述实施例对于间距的优化方案只是本申请众多实施例中的一种，对此本申请不做具体限制，需要根据实际应用进行具体设计。其中，本申请实施例可选的，在所述开槽160任意一侧的所有所述第二延伸体320，相邻两个所述第二延伸体320之间的间距范围为10μm～50μm，包括端点值，其中，间距具体可以为15μm、20μm、30μm、45μm等，对此具体数值本申请同样不做限制。以及，本申请实施例提供的呈减小趋势的间距，具体可以为由靠近第一电极层200的相邻两个第二延伸体320的间距30μm，减小至远离第一电极层200的相邻两个第二延伸体320的间距10μm。
以及，除可以如上述实施例中所述对相邻两第二延伸体320之间的间距进行优化设计外，还可以对第二延伸体320在第二方向Y的宽度进行优化设计。在本申请一实施例中，在开槽160任意一侧的所有第二延伸体320，第二延伸体320在沿垂直延伸方向(第二方向Y)上的宽度可以相同。或者，可以优化设计该宽度，在开槽160任意一侧的所有第二延伸体320，第二延伸体320在沿垂直延伸方向(第二方向Y)上的宽度，自开槽160向该侧的第二延伸体320的方向上呈增大趋势；其中，由于远离第一电极层200的第二延伸体320的宽度大，而靠近第一电极层200的第二延伸体320的宽度较小，使得注入多量子阱层的电流更易向远离第一电极层200的第二延伸体320的区域流动，避免注入多量子阱层的电流集中于第二延伸体320靠近第一电极层200一侧的区域，保证注入多量子阱层的电流均匀度高，提高发光二极管芯片的发光亮度。
具体结合图5和图6所示，图5为本申请实施例提供的又一种发光二极管芯片的结构示意图，图6为图5中沿AA’方向的切面图。其中，在所述开槽160任意一侧的所有所述第二延伸体320，所述第二延伸体320在沿垂直所述延伸方向上的宽度，自所述开槽160向该侧的所述第二延伸体320的方向上呈增大趋势。
进一步的，在开槽160任意一侧的所有第二延伸体320，第二延伸体320在沿垂直延伸方向上的宽度，自开槽160向该侧的第二延伸体320的方向上呈渐变的增大趋势；即，在所述开槽160任意一侧的所有所述第二延伸体320，所述第二延伸体320在沿垂直所述延伸方向上的宽度，自所述开槽160向该侧的所述第二延伸体320的方向上呈增大趋势，且相邻两个所述宽度之间的差值相同。
需要说明的是，上述实施例对于宽度的优化方案只是本申请众多实施例中的一种，对此本申请不做具体限制，需要根据实际应用进行具体设计。本申请实施例可选的，在所述开槽160任意一侧的所有所述第二延伸体320，所述第二延伸体320在沿垂直所述延伸方向上的宽度范围为10nm～500nm，包括端点值，其中，宽度具体可以为20nm、30nm、100nm、200nm、350nm、450nm等，对此具体数值本申请同样不做限制。以及，本申请实施例提供的呈增大趋势的宽度，具体可以为由靠近第一电极层200的第二延伸体320的宽度50nm，增大至远离第一电极层200的第二延伸体320的宽度500nm。其中，设置第二延伸体320在第二方向Y上的宽度优选与发光二极管芯片的发光波长差值在预设范围(可以相等)内，进而通过衍射效应使第二延伸体320遮挡住的光子绕过该第二延伸体320出射，提高发光二极管芯片的发光亮度。
以及，需要说明的是，在本申请实施例提供的发光二极管芯片中，还可以对开槽160任意一侧的所有第二延伸体320中，相邻两个第二延伸体320之间的间距和第二延伸体320在第二方向Y上的宽度同时进行优化，对此本申请不做具体限制。
在上述任意一实施例中，本申请提供的位于所述开槽160两侧的所述第二延伸体320的数量相同。此外，在本申请其他实施例中，开槽160两侧的第二延伸体320的数量还可以设置为不相同，对此本申请不做具体限制，需要根据实际应用进行具体设计。
对于上述任意一实施例提供的发光二极管芯片，其制作方法可以包括：
S1、首先提供一衬底。
S2、在衬底表面上形成叠层，其中，叠层包括第一半导体层，位于第一半导体层背离衬底一侧的多量子阱层，及位于多量子阱层背离衬底一侧的第二半导体层。
S3、通过刻蚀工艺对叠层进行刻蚀台阶，其中，刻蚀的台阶不仅包括有开槽，以及进一步还包括有环绕叠层的台阶区域。其中，刻蚀工艺包括但不限于采用感应耦合等离子体刻蚀工艺、化学腐蚀、电化学腐蚀等中一种或几种，对此本申请不做具体限制；以及，刻蚀的台阶的高度范围约为 包括端点值，具体可以为保证裸露出第一半导体层。
S4、在第二半导体层背离衬底一侧表面形成电流扩展层。其中，具体可以将的氧化铟锡薄膜溅射于第二半导体层背离衬底一侧表面，而后结合光刻工艺和氧化铟锡刻蚀液去除多余部分形成预设图案后，得到电流扩展层，以最终得到半导体堆叠结构。
S5、通过电子束蒸发镀膜或纳米压印等方法，在电流扩展层背离衬底一侧形成第二电极层和第一电极层，而后进行封装等后续工艺得到发光二极管芯片。
本申请实施例提供了一种发光二极管芯片，包括：半导体堆叠结构，所述半导体堆叠结构依次包括衬底、第一半导体层、多量子阱层、第二半导体层和电流扩展层，所述第一半导体层和第二半导体层的导电类型相反，其中，所述半导体堆叠结构自所述电流扩展层至衬底方向具有开槽，且所述开槽底部裸露所述第一半导体层；位于所述开槽内、且形成于所述第一半导体层上的第一电极层；以及，形成于所述电流扩展层背离所述衬底一侧的第二电极层，其中，所述第二电极层包括第二电极引脚，及延伸方向相同、且垂直所述延伸方向排列的多个第二延伸体，所述第二延伸体的一端与所述第二电极引脚相连。
由上述内容可知，本申请实施例提供的技术方案，第二电极层包括第二电极引脚和多个第二延伸体，通过第二电极引脚和多个第二延伸体与第一电极层之间形成多个注入电流的通路，使得多量子阱层不同区域均有电流通过，保证多量子阱层中的电流分布更加均匀，提高发光二极管芯片的发光亮度；以及，通过优化第二延伸体的宽度，可以使光二极管芯片出射的光子，通过相邻两个第二延伸体之间的空隙出射，进一步提高发光二极管芯片的发光亮度。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种发光二极管芯片，其特征在于，包括：
半导体堆叠结构，所述半导体堆叠结构依次包括衬底、第一半导体层、多量子阱层、第二半导体层和电流扩展层，所述第一半导体层和第二半导体层的导电类型相反，其中，所述半导体堆叠结构自所述电流扩展层至衬底方向具有开槽，且所述开槽底部裸露所述第一半导体层；
位于所述开槽内、且形成于所述第一半导体层上的第一电极层；
以及，形成于所述电流扩展层背离所述衬底一侧的第二电极层，其中，所述第二电极层包括第二电极引脚，及延伸方向相同、且垂直所述延伸方向排列的多个第二延伸体，所述第二延伸体的一端与所述第二电极引脚相连。
2.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述开槽与所述第二电极引脚相对设置；
其中，所述多个第二延伸体分布于所述开槽两侧。
3.根据权利要求2所述的发光二极管芯片，其特征在于，在所述开槽任意一侧的所有所述第二延伸体，相邻两个所述第二延伸体之间的间距，自所述开槽向该侧的所述第二延伸体的方向上呈减小趋势；
或者，在所述开槽任意一侧的所有所述第二延伸体，任意相邻两个所述第二延伸体之间的间距相同。
4.根据权利要求3所述的发光二极管芯片，其特征在于，在所述开槽任意一侧的所有所述第二延伸体，相邻两个所述第二延伸体之间的间距，自所述开槽向该侧的所述第二延伸体的方向上呈减小趋势，且相邻两个所述间距之间的差值相同。
5.根据权利要求3所述的发光二极管芯片，其特征在于，在所述开槽任意一侧的所有所述第二延伸体，相邻两个所述第二延伸体之间的间距范围为10μm～50μm，包括端点值。
6.根据权利要求2所述的发光二极管芯片，其特征在于，在所述开槽任意一侧的所有所述第二延伸体，所述第二延伸体在沿垂直所述延伸方向上的宽度，自所述开槽向该侧的所述第二延伸体的方向上呈增大趋势；
或者，在所述开槽任意一侧的所有所述第二延伸体，所述第二延伸体在沿垂直所述延伸方向上的宽度相同。
7.根据权利要求6所述的发光二极管芯片，其特征在于，在所述开槽任意一侧的所有所述第二延伸体，所述第二延伸体在沿垂直所述延伸方向上的宽度，自所述开槽向该侧的所述第二延伸体的方向上呈增大趋势，且相邻两个所述宽度之间的差值相同。
8.根据权利要求6所述的发光二极管芯片，其特征在于，在所述开槽任意一侧的所有所述第二延伸体，所述第二延伸体在沿垂直所述延伸方向上的宽度范围为10nm～500nm，包括端点值。
9.根据权利要求2所述的发光二极管芯片，其特征在于，位于所述开槽两侧的所述第二延伸体的数量相同。
10.根据权利要求2所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述第一电极层包括第一电极引脚，及位于所述第一电极引脚和第二电极引脚之间、且沿所述第一电极引脚至第二电极引脚的方向延伸的第一延伸体，其中，所述第一延伸体与所述第一电极引脚相连。
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