CN113036012A - 一种高出光率集成单元二极管芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高出光率集成单元二极管芯片，包括第一导电类型电极，第二导电类型电极，及远离第一导电类型电极的一侧形成n个二极管台面结构和沟槽结构，所述第二导电类型电极线沿所述第二导电类型层之上的沟槽延伸，所述延伸的第二导电类型电极线之间形成n个二极管单元台面结构，其中，n≥2，相邻二极管单元在垂直于所述第二导电类型电极线延伸方向上的距离根据电流扩散长度确定；所述第二导电类型电极、透明电极和第二导电类型层在垂直于台面的方向上不连通。本发明解决了现有技术存在的透明电极厚度限制电流横向扩散和LED出光效率的问题，提高了单位面积单元二极管芯片的流明输出，降低了流明成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体材料和器件工艺领域，特别是半导体光电器件，更特别地，本发明涉及一种高出光率集成单元二极管芯片。
背景技术
常规的正装集成单元二极管芯片，电流扩散不均匀，导致发光效率的损失，现有结构下的二极管单元二极管芯片散热通过蓝宝石衬底实现，散热性较差，从而影响单元二极管芯片的效率和稳定性，因此通常正装发光二极管单元二极管芯片主要的应用领域为0.5瓦以下的中小功率单元二极管芯片市场，无法提供单位面积流明输出高的产品。电流扩散的不均匀、热扩散的不均匀和光提取的不均匀，导致其在流明效率、流明密度输出、流明成本三个重要的参数上有极大的局限性，目前市场上的正装二极管技术无法提供有效的解决方案。
现有技术一为专利公开号为US6614056B1的美国专利申请，如图1所示，21/23为N型电极，19/20ab为P型电极。电流的扩散的机理如下：ITO(氧化铟锡)与P型氮化镓形成欧姆接触后，在ITO上沉积19/20ab金属，通过电极线的方式，将空穴扩散到P型氮化镓，到达量子阱有源区，在量子阱有源区与21/22N型电极扩散过来的电子通过辐射复合发光，获得发光的LED器件。采用ITO透明导电欧姆接触，加金属引线的电流扩散方式，由于ITO电阻率大，且P型氮化镓材料电导率也不佳，因此总体电流扩散非常不均匀。并且考虑ITO对光的吸收问题，ITO层的厚度不能太大，也限制了总体的电流扩散。此外由于LED单元二极管芯片的电流扩散长度与电流密度的平方根成反比，因此在大电流的注入下，电流的扩散长度更短，导致单元二极管芯片的电流扩散更加的不均匀，效率更低，散热更加困难。
正装集成单元二极管芯片电流扩散的不均匀导致发光效率的损失。现有结构下的二极管单元二极管芯片散热通过蓝宝石衬底实现，散热性较差，从而影响单元二极管芯片的效率和稳定性，因此通常正装发光二极管单元二极管芯片主要的应用领域为0.5瓦以下的中小功率单元二极管芯片市场，无法提供单位面积流明输出高的产品。电流扩散的不均匀、热扩散的不均匀和光提取的不均匀，导致其在流明效率、流明密度输出、流明成本三个重要的参数上有极大的局限性，目前市场上的正装发光二极管技术无法提供有效的解决方案。
现有技术二为Proc.of SPIE Vol.10021 100210X-1 2016的会议论文，如图2所示，正装LED芯片的近场分析图(上)和中线上归一化的电流分布图(下)，芯片的尺寸为1.2mm×1.2mm。近场分析图中的光强分布与电流扩散的分布成正比。图中可见，在7A/cm2的小电流下，边缘某些区域的电流密度不到中间区域的80％，当电流增大70A/cm2到时，边缘某些区域的电流密度甚至不到中间区域的50％。因此，大电流下的LED光效、散热和稳定性都会受到严重的限制。
目前LED设计中透明导电膜ITO(透明电极)的厚度普遍在60～120纳米左右，越厚的ITO对光的吸收越大，从而降低了LED出光的效率。而ITO厚度越薄，则方块电阻越大，导致横向的电流扩散效率越差。因此现有LED设计中ITO的厚度通常限制在60～120纳米的工艺窗口内。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的透明电极厚度对LED芯片出光效率和电流扩散影响过大问题，提出了一种单元尺寸小、透明电极薄的高出光率集成单元二极管芯片。
为实现上述目的，芯片的长宽高分别为X，Y，Z，每个单元的台面尺寸的长宽高则以a，b，c表示，各单元按照J×K的单元排列分布。
本发明提供一种高出光率集成单元二极管芯片，包括：
第一导电类型电极，第二导电类型电极，及远离第一导电类型电极的一侧形成n个二极管台面结构和沟槽结构，所述第二导电类型电极线沿所述第二导电类型层之上的沟槽延伸，所述延伸的第二导电类型电极线之间形成n个二极管单元台面结构，其中，n≥2，每个所述单元的第一导电类型电极与第二导电类型电极之间在垂直于电极线延伸方向上的距离根据电流扩散长度确定；
现有的LED结构都会面临P电极到量子阱有源区，和N电极到量子阱有源区的横向电流扩散问题，电流横向扩散从物理本质上来说永远也无法达到100％的电流均匀分布。电流扩散长度与LED外延结构和芯片结构的相关，并不是固定值，通常小电流下大约在80微米左右，而市面上大部分LED芯片设计中，n电极引线到p电极引线的距离通常到100微米左右，因此目前的中小功率LED芯片都普遍有比较严重的电流分布不均匀的问题。同时因为电流扩散长度也是电流密度的函数，随电流密度的增加，电流扩散长度减少，因此大电流下的电流扩散更加的不均匀，导致局部区域电流密度过大，效率降低。同时高电流密度的区域也是热聚集的区域，会影响芯片的稳定性，降低芯片的寿命，同时对封装散热技术上、成本上都提出了更高的要求。
上述几个方面都存在同一个问题，电流横向扩散从物理本质上来说永远也无法达到100％的电流均匀分布。电流扩散长度在J(x)＝J(0)exp(-x/Lx)的定义下，与LED外延结构和芯片结构的相关，并不是固定值，通常小电流下大约在80微米左右，而市面上大部分LED芯片设计中，N电极引线到P电极引线的距离通常到100微米左右，因此目前的中小功率LED芯片都普遍有比较严重的电流分布不均匀的问题。同时因为电流扩散长度也是电流密度的函数，随电流密度的增加，电流扩散长度减少，因此大电流下的电流扩散更加的不均匀，导致局部区域电流密度过大，效率降低。同时高电流密度的区域也是热聚集的区域，会影响芯片的稳定性，降低芯片的寿命，同时对封装散热技术上、成本上都提出了更高的要求。
作为进一步的优选，电流扩散的长度具体为横向临界电流扩散长度；
其中，所述横向临界电流扩散长度为与发光二极管单元的“工作电压(VF)-单元尺寸”曲线上的拐点所对应的电流扩散长度。当小于这个临界值时，芯片的性能开始有巨大的提升。
优选地，所述的台面结构的尺寸具体选择为：每个所述单元的第一导电类型电极与第二导电类型电极之间在垂直于电极线延伸方向上的距离。
优选地，所述横向临界电流扩散长度小于70微米。
所述n个二极管单元包括位于第一导电类型层上并部分覆盖第二导电类型层的绝缘介质层，位于第二导电类型层上并部分覆盖绝缘介质层的透明电极和位于绝缘介质层上的第二导电类型电极；所述第二导电类型电极、透明电极和第二导电类型层在垂直于台面的方向上不连通。
优选的，所述n个二极管单元包括量子阱有源区；所述量子阱有源区位于第一导电类型层和第二导电类型层之间。
优选的，所述芯片包括沟槽结构，所述沟槽结构位于二极管单元之间。
优选的，所述绝缘介质层、透明电极和第二导电类型电极设置于沟槽结构内。
优选的，所述透明电极厚度为60纳米～120纳米，或为1纳米～60纳米。
优选的，所述芯片包括第一导电类型焊盘、第二导电类型焊盘，第一导电类型电极与第一导电类型焊盘连接，第二导电类型电极与第二导电类型焊盘连接。
优选的，所述第一导电类型电极和第二导电类型电极分别为第一导电类型电极线和第二导电类型电极线。
优选的，所述第一导电类型电极线和第二导电类型电极线为线条型电极线；所述线条型电极线宽度为0.001微米～20微米，厚度为0.001微米～10微米。
优选的，所述绝缘介质层材料为二氧化硅、氧化铝、氮化硅。
优选的，所述二极管单元的连接方式为：并联，串联或设定比例的串并联混合。
优选的，所述二极管单元形状为：三角形、正方形、长方形、五边形、六边形、圆形、任意自定义形状。
优选的，所述二极管单元数量为2个～1000亿个。
优选的，所述二极管单元沿垂直于电极线延伸方向长度为0.001微米～200微米。
优选的，线条型电极线布局方式为：1个以上第一导电类型电极线包围芯片平面的布局；或1个以上第二导电类型电极线包围芯片平面布局；或第一导电类型电极线和第二导电类型电极线数量相等布局；或第一导电类型电极线和第二导电类型电极线平行，在垂直空间上绝缘重叠布局，不同导电类型电极线的重叠部分之间隔有绝缘介质材料；或第一导电类型电极线和第二导电类型电极线绝缘垂直交叉布局，不同导电类型电极线的交叉部分之间隔有绝缘介质材料；或第一导电类型电极线和第二导电类型电极线的部分或全部设计采用非直线布局。
优选的，所述非直线布局包括折线布局，曲线布局。
优选的，所述线条型电极线采用线条形金属和/或氧化铟锡材料；所述线条形金属材料为铝、银、钛、镍、金、铂、铬，或以上任意两种以上的金属的合金。
优选的，所述二极管台面结构包括孔结构。
优选的，所述衬底位于反射镜上。反射镜材料为银、铝或分布式布拉格反射镜。
本发明所采用的高出光率集成单元二极管芯片，通过纳微米尺寸结构效应，在光、电、热三个层面突破现有正装LED技术的局限性。第二导电类型电极、透明电极和第二导电类型层在垂直于台面的方向上不连通，从而促进电流的横向扩散；集成单元二极管芯片尺寸的缩小带来更大的侧壁散热面积，具备更佳的散热性能，可以允许超大电流密度的注入而不影响其稳定性。透明电极厚度小，吸光能力弱，从而增强了LED出光的效率，解决了现有技术存在的透明电极厚度瓶颈。单元二极管芯片的尺寸设计控制在电流扩散长度以内，其较高自由度的几何优化设计方式，可同时解决困扰LED单元二极管芯片设计的N电极和P电极电流扩散不均匀的问题，从而得到更高的光电转换效率/流明效率；每个二极管单元的纳微结构，以及台面内部的孔结构可增加侧壁的出光面积，从而提升光提取效率。
附图说明
图1是现有技术的二极管单元结构图。
图2是现有技术的二极管单元结构图。
图3是本发明实施例1提供的一种高出光率集成单元二极管芯片台面结构俯视图。
图4是本发明实施例1提供的一种高出光率集成单元二极管芯片台面结构俯视图。
图5是本发明实施例1提供的一种高出光率集成单元二极管芯片台面结构俯视图。
图6是本发明实施例2提供的一种高出光率集成单元二极管芯片台面结构俯视图。
图7是本发明实施例2提供的一种高出光率集成单元二极管芯片台面结构俯视图。
图8是本发明实施例2提供的一种高出光率集成单元二极管芯片台面结构俯视图。
图9是本发明实施例2提供的一种高出光率集成单元二极管芯片剖视图。
图10是本发明实施例2提供的一种高出光率集成单元二极管芯片剖视图。
图11是工作电压VF-单元尺寸关系曲线示意图
图12是本发明所实现的VF降低效果示意图
图13是本发明优选的二极管单元台面尺寸的定义方式示意图
N型电极线1，P型电极线2，透明电极3，绝缘介质层4，P型氮化镓层5，量子阱有源区(MQWs)6，N型氮化镓层7，本征GaN层8，衬底9，反射镜10，N型焊盘11，P型焊盘12，整体台面结构13，二极管单元14，沟槽结构15，孔结构16，沟槽和台面未覆盖区域17。
具体实施方式
下面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它实施例，都属于本发明保护范围。
鉴于现有的二极管结构流明效率、流明密度输出、流明成本三个重要的参数上极大的局限性，本发明实施例提供一种流明效率高、流明密度输出大的正装集成单元二极管，以下结合附图对本发明进行详细说明。
一种高出光率集成单元二极管芯片，包括：
第一导电类型电极，第二导电类型电极，及位于所述第一导电类型电极和第二导电类型电极之间的n个二极管单元台面结构，其中，n≥2，每个二极管单元的第一导电类型电极与第二导电类型电极间垂直于电极线延伸方向上的距离小于横向临界电流扩散长度；
所述n个二极管单元包括位于第一导电类型层上并部分覆盖第二导电类型层的绝缘介质层，位于第二导电类型层上并部分覆盖绝缘介质层的透明电极和位于绝缘介质层上的第二导电类型电极；所述第二导电类型电极、透明电极和第二导电类型层在垂直于台面的方向上不连通。
所述n个二极管单元包括量子阱有源区；所述量子阱有源区位于第一导电类型层和第二导电类型层之间。所述芯片还包括沟槽结构，所述沟槽结构位于二极管单元之间，沟槽宽度为0.0005微米-10微米，沟槽深度为0.0005微米-10微米。所述绝缘介质层、透明电极和第二导电类型电极设置于沟槽结构内。
芯片包括第一导电类型焊盘、第二导电类型焊盘，第一导电类型电极与第一导电类型焊盘连接，第二导电类型电极与第二导电类型焊盘连接。第一导电类型电极和第二导电类型电极分别为第一导电类型电极线和第二导电类型电极线。所述第一导电类型电极线和第二导电类型电极线为线条型电极线；所述线条型电极线宽度为0.001微米～20微米，厚度为0.001微米～10微米。其中第一导电类型电极为N型电极线，第二导电类型电极为P型电极线，第一导电类型焊盘为N型焊盘，第二导电类型为P型焊盘，第一导电类型层为N型氮化镓层，第二导电类型层为P型氮化镓层。
线条型电极线布局方式为：1个以上N型电极线包围芯片表面的布局；或1个以上P型电极线包围芯片表面布局；或N型电极线和P型电极线数量相等布局；或N型电极线和P型电极线平行，在垂直空间上绝缘重叠布局，不同导电类型电极线的重叠部分之间隔有绝缘介质材料；或N型电极线和P型电极线绝缘垂直交叉布局，不同导电类型电极线的交叉部分之间隔有绝缘介质材料；或N型电极线和P型电极线的部分或全部设计采用非直线布局；非直线布局包括折线布局，曲线布局。线条型电极线采用线条形金属和/或氧化铟锡材料；所述线条形金属材料为铝、银、钛、镍、金、铂、铬，或以上任意两种以上的金属的合金。
透明电极厚度为60纳米～120纳米，或1纳米～60纳米，绝缘介质层材料为二氧化硅、氧化铝、氮化硅。
二极管单元的连接方式为：并联，串联或设定比例的串并联混合。二极管单元形状为：三角形、正方形、长方形、五边形、六边形、圆形、任意自定义形状。二极管单元数量为2个～1000亿个。二极管单元沿垂直于电极线延伸方向长度为0.001微米～200微米。
二极管台面结构包括孔结构，二极管台面结构与衬底之间具有本征氮化镓层，衬底位于反射镜上，反射镜材料为银、铝或分布式布拉格反射镜。
实施例1
本实施例提供一种高出光率集成单元二极管芯片，如图3所示，包括：N型电极线1，P型电极线2，N型焊盘11，P型焊盘12，二极管单元台面组成的整体结构13，二极管单元14和沟槽结构15，沟槽宽度为0.1微米，深度为0.01微米，沟槽结构位于二极管单元之间。芯片包括6排共52个等大小均匀分布的正方形二极管单元16，二极管单元沿垂直于电极线延伸方向长度为40微米。二极管台面结构采用正方形排列，每个二极管单元的第一导电类型电极与第二导电类型电极间垂直于电极线延伸距离小于横向临界电流扩散长度。二极管单元形状为正长方形，按照均匀的对称排列分布。如图4所示，芯片平面内的沟槽和二极管单元顶部铺设有透明电极3，透明电极完全覆盖沟槽结构且占据大部分芯片平面结构。
在一些优选的实施例中，二极管单元沿垂直于电极线延伸方向长度为100纳米，沟槽宽度为0.01微米，深度为0.001微米；在另一些优选实施例中，二极管单元沿垂直于电极线延伸方向长度为10纳米，沟槽宽度为0.001微米，深度为0.0001微米。
N型电极线1和P型电极线2为线条型电极线，线条型电极线宽度为0.001微米～20微米，厚度为0.001微米～10微米，电极线采用氧化铟锡材料，直线布局设计。N型焊盘11和P型焊盘12形状为一条为弧形的不规则多边形，焊盘个数均为1，位于芯片边沿。沟槽结构17的形状为十字形，横截面形状为长方形，电极线延伸方向均匀分布。
如图5所述，每个二极管单元还增设孔结构16，孔结构包括2个孔单元，孔单元为圆形孔单元直径为1nm～20微米。孔单元对称排列，非对称排列，周期性排列，非周期性排列或随机排列。孔单元形状还可以为三角形、正方形、长方形、五边形、六边形、圆形、以及其它任意定义形状，并不局限于图5中展示的形状。
实施例2
本实施例提供一种高出光率集成单元二极管芯片台面结构，如图6所示，包括：N型电极线1，P型电极线2，N型焊盘11，P型焊盘12，二极管单元台面组成的整体台面结构13，二极管单元14和沟槽结构15，沟槽宽度为1微米，深度为0.1微米沟槽结构位于二极管单元之间。二极管台面结构包括6排共6个大小部分相等的长条形二极管单元16，二极管单元沿垂直于电极线延伸方向长度为80微米。二极管台面结构采用长方形排列，每个二极管单元的第一导电类型电极与第二导电类型电极间垂直于电极线延伸距离小于横向临界电流扩散长度。如图7所示，二极管台面结构内的沟槽和二极管单元顶部铺设有透明电极3，透明电极完全覆盖沟槽结构且占据大部分芯片平面。
图9为透明电极完全覆盖沟槽结构的二极管芯片剖视图，其包括N型电极线1，P型电极线2，透明电极3，绝缘介质层4，N型氮化镓层7，P型氮化镓层5，量子阱有源区6，本征氮化镓层(u-GaN)层8，衬底9和反射镜10。量子阱有源区6位于N型氮化镓层7和P型氮化镓层5之间。绝缘介质层4位于N型氮化镓层7上并部分覆盖P型氮化镓层5，透明电极3位于P型氮化镓层5上并全部覆盖N型氮化镓层7上的绝缘介质层4；P型电极线2、透明电极3和P型氮化镓层5在垂直与台面的方向上不连通；所述绝缘介质层4、透明电极3和P型电极线2设置于沟槽结构内。二极管单元的沟槽深度至N型氮化镓层内。
如图8所示，透明电极还可以部分覆盖沟槽结构，留有部分沟槽和台面未覆盖区域17，未覆盖区域剖视图如图10所示。其包括N型电极线1，P型电极线2，透明电极3，绝缘介质层4，N型氮化镓层7，P型氮化镓层5，量子阱有源区6，本征氮化镓层(u-GaN)层8，衬底9和反射镜10。量子阱有源区6位于N型氮化镓层7和P型氮化镓层5之间。绝缘介质层4位于N型氮化镓层7上并部分覆盖P型氮化镓层5，透明电极3位于P型氮化镓层5上并部分覆盖单元顶部的绝缘介质层4；P型电极线2、透明电极3和P型氮化镓层5在垂直与台面的方向上不连通；所述绝缘介质层4和P型电极线2设置于沟槽结构内。二极管单元的沟槽深度至N型氮化镓层内。
在一些优选的实施例中，二极管单元沿垂直于电极线延伸方向长度为100微米，沟槽宽度为5微米，深度为2微米；在另一些优选实施例中，二极管单元沿垂直于电极线延伸方向长度为10微米；在另一些优选实施例中，二极管单元沿垂直于电极线延伸方向长度为1微米，沟槽宽度为8微米，深度为1.5微米。
N型电极线1和P型电极线2为线条型电极线，线条型电极线宽度为0.001微米～20微米，厚度为0.001微米～10微米，电极线采用氧化铟锡材料，直线布局设计。N型焊盘11和P型焊盘12形状为一条为弧形的不规则多边形，焊盘个数均为1，位于台面结构边沿。沟槽结构17的形状为十字形，横截面形状为长方形，电极线延伸方向均匀分布。
本实施例提供的二极管芯片能有效阻挡电流在垂直方向上的扩散，促进电流的均匀、横向扩散，从而发光更均匀，出光效率更高。透明电极部分覆盖沟槽结构的设计在保证电流均匀横向扩散的同时节约了电极材料成本，具经济环保的优点。
0.5W常规的正装集成单元发光二极管产品，驱动电流通常为150mA，驱动电流密度在70A/cm2左右。本发明中，由于每个单元尺寸小于电流的扩散长度，且通过超均匀的电流分布设计，可以使得0.5W的正装集成单元发光二极管的驱动电流将在150A/cm2以上，每个发光二极管单元可以承受的电流密度是常规正装发光二极管产品的2倍以上。比如典型的0.5W正装LED芯片，当驱动电流超过150mA时，由于电流扩散的不均匀，正装LED芯片的电压VF急剧上升，热效应非常显著，因此芯片无法承受大电流的驱动；而对应的集成单元发光二极管芯片驱动电流可以增加到600mA以上，同时对比电压VF增加较小。因此集成单元发光二极管可以承受的电流密度是正装LED的好几倍以上，带来了巨大的流明密度和流明成本的优势。
此处以0.5W LED芯片举例，说明了集成单元发光二极管芯片的巨大流明密度和流明成本的优势。另外需要强调的一点是正装LED芯片由于电流扩散和散热的困难，只能做0.5W输出的产品。但同等尺寸下的集成单元发光二极管产品，由于可以驱动到600mA以上的电流，实际上已经达到了2W的驱动功率，因此芯片的流明输出可以是正装产品的4倍以上，实现了正装中小功率LED产品所不具备的超高流明密度输出。
在一优选实施方式中，电流扩散的长度具体为横向临界电流扩散长度；
其中，所述横向临界电流扩散长度为与发光二极管单元的“工作电压(VF)-单元尺寸”曲线上的拐点所对应的电流扩散长度。当小于这个临界值时，芯片的性能开始有巨大的提升。
可以定义芯片及各二极管单元的包括的尺寸如图13所示，芯片的长宽高分别为XYZ，单元尺寸则以abc表示。具体原理如图11所示，cell size 100μm指的是市场上常规的LED芯片结构,cell size指的是N-P电极的间距分别为：X＝72，60，50,40,30μm。不同颜色的曲线代表不同驱动电流。因为通常市场对于LED芯片的工作电压要求为VF<3.3V，因此目前的常规LED芯片只有在150mA下的驱动电流下可以满足条件。而随着横向电流扩散长度的缩小，小于72μm时，VF开始快速减少，因此我们可以定义72微米为设计中的临界横向电流扩散长度，当小于这个临界值时，芯片的性能开始有巨大的提升。比如到50微米的尺寸时，驱动电流在300mA下VF<3.3V，因此新的设计可以允许超过目前常规芯片的驱动电流(超驱100％)，从而极大的提升芯片的流明密度。
图12则示出了上述设置方式对VF的改善效果，由此定义一个临界电流扩散长度，L<72μm，在这样的设计下，由于VF的降低，可以获得能量效率更高的LED芯片；由于VF的降低，能量转换效率的提升，同时热效应也会随之降低，从而获得稳定性更佳的芯片；并且由于电流扩散均匀性的改善，芯片可以承受更高的驱动电流，从而极大的提升芯片的流明密度。
优选地，所述的台面结构的尺寸具体选择为：每个所述单元的第一导电类型电极与第二导电类型电极之间在电极线延伸方向上的距离，如图13所示。
优选地，所述横向临界电流扩散长度小于70微米。
本发明的实施例提供的高出光率集成单元二极管芯片，具有以下有益效果：
(1)本发明的二极管单元的长度设计控制在电流扩散长度以内，优化的具备一定自由度的几何设计可以更进一步的提升出光效率，可同时解决困扰LED单元二极管芯片设计的N型电极和P型电极电流扩散不均匀的问题，从而得到更高的光电转换效率/流明效率。
(2)本发明的二极管单元的长度设计可以远远小于电流扩散长度，因此可以极大的减少透明电极的厚度，从而极大地减少透明电极对光的吸收，从而增加芯片的出光效率。
(3)电流阻挡层结构的设计，可以减少电流的聚集和吸光效应，提升芯片的出光效率。
(4)本发明的每个二极管单元的微纳结构增加侧壁的出光面积，从而提升光提取效率。
(5)本发明的集成单元二极管芯片尺寸的优化，带来更大的侧壁散热面积，具备更佳的散热性能，允许超大电流密度的注入而不影响其稳定性，极大的提高单位面积单元二极管芯片的流明输出，降低流明成本。
(6)本发明的集成单元二极管芯片的设计，可以实现超均匀的电流注入，因此能获得更高的效率、更好的波长均匀性、发光谱更窄的半高宽、更好的散热均匀性和更好的器件稳定性，电流注入均匀性远超过正装50％左右的电流注入均匀性。
(7)本发明的集成单元二极管芯片适于UVC、UVA、UVB、紫光、蓝光、绿光、黄光、红光、红外光等各色系的LED产品，可用于LED照明，背光，显示，植物照明，医疗和其他半导体发光器件应用领域。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的，技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (21)
1.一种高出光率集成单元二极管芯片，其特征在于，包括：第一导电类型电极，第二导电类型电极，及远离第一导电类型电极的一侧形成n个二极管台面结构和沟槽结构，所述第二导电类型电极线沿所述第二导电类型层之上的沟槽延伸，所述延伸的第二导电类型电极线之间形成n个二极管单元台面结构，其中，n≥2，每个所述单元的第一导电类型电极与第二导电类型电极之间在垂直于电极线延伸方向上的距离根据电流扩散长度确定；
所述n个二极管单元包括位于第一导电类型层上并部分覆盖第二导电类型层的绝缘介质层，位于第二导电类型层上并覆盖绝缘介质层的透明电极和位于绝缘介质层上的第二导电类型电极；所述第二导电类型电极、透明电极和第二导电类型层在垂直于台面的方向上不连通。
2.如权利要求1所述的正装集成单元发光二极管，其特征在于，电流扩散的长度具体为横向临界电流扩散长度；
其中，所述横向临界电流扩散长度为与发光二极管单元的“工作电压(VF)-单元尺寸”曲线上的拐点所对应的电流扩散长度。
3.如权利要求2所述的正装集成单元发光二极管，其特征在于，每个所述单元的第一导电类型电极与第二导电类型电极在垂直于电极线延伸方向上的距离小于所述横向临界电流扩散长度。
4.如权利要求2所述的正装集成单元发光二极管，其特征在于，所述横向临界电流扩散长度小于70微米。
5.一种如权利要求1所述的高出光率集成单元二极管芯片，其特征在于，所述n个二极管单元包括量子阱有源区；所述量子阱有源区位于第一导电类型层和第二导电类型层之间。
6.一种如权利要求5所述的高出光率集成单元二极管芯片，其特征在于，所述芯片包括沟槽结构，所述沟槽结构位于二极管单元台面之间。
7.一种如权利要求6所述的高出光率集成单元二极管芯片，其特征在于，所述绝缘介质层、透明电极和第二导电类型电极设置于沟槽结构内。
8.一种如权利要求7所述的高出光率集成单元二极管芯片，其特征在于，所述透明电极厚度为60纳米～120纳米，或为1纳米～60纳米。
9.一种如权利要求8所述的高出光率集成单元二极管芯片，其特征在于，所述芯片包括第一导电类型焊盘和第二导电类型焊盘，第一导电类型电极与第一导电类型焊盘连接，第二导电类型电极与第二导电类型焊盘连接。
10.一种如权利要求9所述的高出光率集成单元二极管芯片，其特征在于，所述第一导电类型电极和第二导电类型电极分别为第一导电类型电极线和第二导电类型电极线。
11.一种如权利要求10所述的高出光率集成单元二极管芯片，其特征在于，所述第一导电类型电极线和第二导电类型电极线为线条型电极线；所述线条型电极线宽度为0.001微米～20微米，厚度为0.001微米～10微米。
12.一种如权利要求11所述的高出光率集成单元二极管芯片，其特征在于，所述绝缘介质层材料为二氧化硅、氧化铝、氮化硅。
13.一种如权利要求12所述的高出光率集成单元二极管芯片，其特征在于，所述二极管单元的连接方式为：并联，串联或设定比例的串并联混合。
14.一种如权利要求13所述的高出光率集成单元二极管芯片，其特征在于，所述二极管单元形状为：三角形、正方形、长方形、五边形、六边形、圆形、任意自定义形状。
15.一种如权利要求14所述的高出光率集成单元二极管芯片，其特征在于，所述二极管单元数量为2个～1000亿个。
16.一种如权利要求15所述的高出光率集成单元二极管芯片，其特征在于，所述二极管单元沿垂直于电极线延伸方向的长度为0.001微米～200微米。
17.一种如权利要求16所述的高出光率集成单元二极管芯片，其特征在于，线条型电极线布局方式为：1个以上第一导电类型电极线包围台面的布局；或1个以上第二导电类型电极线包围台面布局；或第一导电类型电极线和第二导电类型电极线数量相等布局；或第一导电类型电极线和第二导电类型电极线平行，在垂直空间上绝缘重叠布局，不同导电类型电极线的重叠部分之间隔有绝缘介质材料；或第一导电类型电极线和第二导电类型电极线绝缘垂直交叉布局，不同导电类型电极线的交叉部分之间隔有绝缘介质材料；或第一导电类型电极线和第二导电类型电极线的部分或全部设计采用非直线布局。
18.一种如权利要求16所述的高出光率集成单元二极管芯片，其特征在于，所述非直线布局包括折线布局，曲线布局。
19.一种如权利要求18所述的高出光率集成单元二极管芯片，其特征在于，所述线条型电极线采用线条形金属和/或氧化铟锡材料；所述线条形金属材料为铝、银、钛、镍、金、铂、铬，或以上任意两种以上的金属的合金。
20.一种如权利要求19所述的高出光率集成单元二极管芯片，其特征在于，所述二极管台面结构包括孔结构。
21.一种如权利要求20所述的高出光率集成单元二极管芯片，其特征在于，所述衬底位于反射镜上，所述反射镜材料为银、铝或分布式布拉格反射镜。
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