CN114023858B - 一种发光二极管、发光模块及发光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及发光二极管制造技术领域,特别涉及一种发光二极管、发光模块及发光装置。本发明发光二极管的第二接触电极具备特殊的延伸部形状为非线性的两部分,既扩大顶针作业窗口,尽量避免顶针顶破接触电极凸起区域而容易顶破导致芯片异常的问题,又能一定程度解决因接触电极位置变化导致的电流变化而引起的发光二极管发光不均匀的问题。同时保证上述的第二接触电极的形状提升电流分布均匀性的情况下,可以取消第二接触电极延伸部下方的电流阻挡层,以保证亮度不受明显影响的情况下,降低电压,从而有效维持灯丝灯、灯带的正常光电性能。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管制造技术领域,特别涉及一种发光二极管、发光模块及发光装置。
背景技术
LED灯丝灯就是用LED制作的白炽灯。以往LED光源要达到一定的光照度和光照面积,需加装透镜之类的光学器件,一方面影响光照效果,另一方面会降低LED应有的节能功效,而LED灯丝可以实现360°全角度发光,大角度发光且不需加透镜,就可实现立体光源,带来前所未有的照明体验。
LED灯丝是将蓝光LED灯珠固晶在蓝宝石、透明陶瓷、荧光晶体、玻璃、金属等做成的基条上,再通过金线串联基条,以及涂覆荧光粉而制成。目前灯丝灯的基板主要分为两大类,硬性基板和柔性基板。
其中柔性灯丝通常采用倒装芯片,部分硬性基板也有采用倒装芯片,倒装芯片也就是无引线覆晶封装,无引线覆晶封装是通过 共晶/回流焊接技术将电极接触面镀层上的锡或金-锡合金的电极芯片直接焊接到基板上,这样既可以固定芯片,又可电器连接和热传导。
目前,部分倒装LED包括衬底和外延结构,而外延结构包括依次层叠的第一半导体层、发光层和第二半导体层;第一电极,位于第一半导体层之上,电连接至第一半导体层,至少包括第一焊盘电极和第一接触电极,第一接触电极与第一半导体层形成欧姆接触;第二电极,位于第二半导体层之上,电连接至第二半导体层,至少包括第二焊盘电极;绝缘层,位于第二半导体层之上,并覆盖第一接触电极,第一焊盘电极和第二焊盘电极形成在绝缘层上,第一焊盘电极和第二焊盘电极上均分别设置有贯穿绝缘层的两个通孔,焊盘电极通过通孔与第一/第二接触电极和第一/第二半导体层电连接。
发光二极管的倒装结构,即把正装芯片倒置,使发光层激发出的光直接从电极的另一面发出,基于这种倒装结构设计的发光二极管称为倒装型发光二极管。本领域技术人员为了一些目的,会调整发光二极管的结构,如图1所示,目前倒装芯片的接触电极的延伸部凸起区域落在顶针的作业区域,则在封装固晶时,顶针会直接顶在芯片正面,若顶针顶在指状电极凸起区域时,则容易顶破导致芯片异常(如图2所示)。申请人在申请号为2021100962764的专利中提出了,为了避免封装固晶时,顶针容易顶破接触电极凸起区域而容易顶破导致芯片异常的问题,改变接触电极延伸部的位置,以绕开顶针作业区域。又或是,出于其余目的,做出对接触电极延伸部结构或者位置的其它设计。
然而,在接触电极的结构形状或者位置发生一定改变的时候,发光二极管的内部电流将会发生异常,进而引起发光二极管发光不均匀的问题。
另外,在灯丝灯内部,与LED芯片串联的元件还有RC、IC驱动元件(限流保护元件),需要考虑在一定电流驱动下,LED芯片的电压不能过高,以维持IC驱动元件在正常电压下运行。
发明内容
为了解决上述背景技术中提到的接触电极结构形状或者位置发生变化后,发光二极管的内部电流将会发生异常,从而导致的电流变化引起发光二极管发光相对不均匀的问题,以及电压较高的问题。
本发明的一种发光二极管,其包括:
衬底,
外延结构,位于衬底上,由下至上包括依次层叠的第一半导体层、发光层和第二半导体层;
第一电极和第二电极,位于外延结构上,所述第一电极至少包括第一焊盘电极,所述第二电极至少包括第二焊盘电极和第二接触电极,所述第二接触电极具条状延伸部并且位于第二半导体层上;
绝缘层,覆盖外延结构和所述第二接触电极,所述绝缘层在所述的第二接触电极上具有贯穿的通孔;
第一焊盘电极和第二焊盘电极在所述绝缘层上,所述的第一焊盘通过所述通孔与所述的第一半导体层电连接,所述第二焊盘电极通过所述通孔与所述第二接触电极电连接;
从第一焊盘电极和第二焊盘电极的一侧俯视所述发光二极管:
所述发光二极管具有四个边,四个边在一个环绕方向上依次定义为第一短边、第一长边、第二短边和第二长边,所述的第一短边相对于第一长边和第二长边更短;
第一焊盘电极相对于第二焊盘电极更靠近第一短边;
所述的第二接触电极的延伸部包括条状的第一部分和第二部分,第一部分和第二部分不在同一直线上且相互平行。
优选的,所述的第二接触电极的延伸部从第二焊盘下方朝向第一焊盘延伸,所述第一部分比第二部分更靠近第二短边,并且所述第二接触电极的第一部分比所述的第二部分更靠近第一长边。
优选的,从第一焊盘电极和第二焊盘电极的一侧俯视所述发光二极管,所述的第二接触电极的延伸部与发光二极管的中心位置距离至少为25微米。
优选的,所述第二接触电极包括与延伸部连接的第一接触部分,所述第二接触电极的接触部分上方有绝缘层的所述贯穿的通孔,所述的第二接触电极的接触部分通过绝缘层的所述的贯穿的通孔与第二焊盘电极接触。
优选的,所述的第一部分平行于第一长边。
优选的,定义一条中心线平行于第一长边和第二长边,且位于第一长边和第二长边之间的中间位置;所述第二接触电极还包括一个第二接触部分,从外延结构的一侧俯视所述发光二极管:所述第二接触电极的第二接触部分相较于第一接触部分更靠近中心线。
优选的,定义一条中心线平行于第一长边和第二长边,且位于第一长边和第二长边之间的中间位置;所述第二接触电极还包括一个第二接触部分,从外延结构的一侧俯视所述发光二极管:所述的第二接触电极的第二接触部分位于中心线上。
优选的,所述的第二接触电极无延伸部。
优选的,所述的第二接触部分比第一接触部分更靠近所述第二短边。
优选的,所述的第二接触电极的第二部分的一端为第二接触电极延伸部的末端。
优选的,所述第一电极包括第一接触电极位于第一半导体层上,所述的第一焊盘电极通过绝缘层的贯穿的通孔与第一接触电极连接,所述的第一接触电极具有延伸部平行于第一部分和第二部分。
优选的,所述的第二接触电极的第三部分为直线型或者曲线型。
优选的,所述的第二接触电极下方具有电流阻挡层,所述的电流阻挡层的块状数量为一块或者多块,还有透明导电层覆盖所述电流阻挡层,第二接触电极位于透明导电层上。
优选的,所述第一接触电极的接触部为一个,延伸部从接触部开始平行于第二接触电极的第二部分延伸出去并朝向第二焊盘延伸。
优选的,所述的第一接触电极的第一接触部分下方有多块的电流阻挡层,所述的第一接触部分一侧的外延结构的发光层和第二半导体层的边缘具有多个间隔设置的内凹型。
优选的,所述的第二接触电极的延伸部下方无电流阻挡层,所述的第二接触电极的接触部分下方有电流阻挡层。
优选的,所述发光二极管本体的长度为8mil~45mil,宽度为3mil~8mil。
优选的,所述第一长边和第一短边的长度比例至少为2:1。
优选的,所述第一焊盘电极和第二焊盘电极之间的最短距离为60~300μm。
优选的,所述第一电极位于外延结构的平行于第二长边的边缘上。
本发明同时提供一种发光模块,包括本发明所述的发光二极管。
本发明同时提供一种发光模块,包括本发明发光模块。
本发明提供的发光二极管的第二接触电极具备特殊的延伸部形状为非线性的两部分,既扩大顶针作业窗口,尽量避免顶针顶破接触电极凸起区域而容易顶破导致芯片异常的问题,又能一定程度解决因接触电极位置变化导致的电流变化而引起的发光二极管发光不均匀的问题。同时保证上述的第二接触电极的形状提升电流分布均匀性的情况下,可以取消第二接触电极延伸部下方的电流阻挡层,以保证亮度不受明显影响的情况下,降低电压,从而有效维持灯丝灯的正常光电性能。
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一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,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为现有发光二极管示意图;
图2为现有发光二极管中顶针刺破接触电极凸起区域损伤的SEM图;
图3为本发明一实施例提供的发光二极管结构的俯视结构示意图;
图4本发明一实施例提供的发光二极管结构的剖面示意图;
图5,7~12为本发明各实施例发光二极管结构的俯视示意图;
图6为本发明的灯丝灯或者条状灯带内发光模块的结构示意图。
附图标记:
10衬底;20第一半导体层;30发光层;40第二半导体层;50电流扩展层;60绝缘层;70第一电极;71第一接触电极;72第一焊盘电极;80第二电极;81第二接触电极;82第二焊盘电极;811第一电极段;812第二电极段;90顶针作业区域;73第一通孔;82第二通孔;83第三通孔;810a第一接触部分;810b第二接触部分;100电流阻挡层;a第一短边;b第一长边;c第二短边;d第二长边;200电路基板;201发光二极管;202 荧光粉层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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作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。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明提供一种发光二极管,其包括:
衬底,
外延结构,位于衬底上,由下至上包括依次层叠的第一半导体层、发光层和第二半导体层;
第一电极和第二电极,位于外延结构上,所述第一电极至少包括第一焊盘电极,所述第二电极至少包括第二焊盘电极和第二接触电极,所述第二接触电极具条状延伸部并且位于第二半导体层上;
绝缘层,覆盖外延结构和所述第二接触电极,所述绝缘层在所述的第二接触电极上具有贯穿的通孔;
第一焊盘电极和第二焊盘电极在所述绝缘层上,所述的第一焊盘电极通过所述通孔与所述的第一半导体层电连接,所述第二焊盘电极通过所述通孔与所述第二接触电极电连接;
从第一焊盘电极和第二焊盘电极的一侧俯视所述发光二极管:
所述发光二极管具有四个边,四个边在一个环绕方向上依次定义为第一短边、第一长边、第二短边和第二长边,所述的第一短边相对于第一长边和第二长边更短;
第一焊盘电极相对于第二焊盘电极更靠近第一短边;
所述的第二接触电极的延伸部包括条状的第一部分和第二部分,第一部分和第二部分不在同一直线上且相互平行。
通过控制第二接触电极的延伸部形状,既扩大顶针作业窗口,尽量避免顶针顶破接触电极凸起区域而容易顶破导致芯片异常的问题,又能通过设置第二接触电极的形状,可一定程度解决因接触电极进行变化导致的电流变化而引起的发光二极管发光不均匀的问题。
具体的,本实施例将结合附图3~5进行如下详细说明,所述的发光二极管包括:
衬底10;
可选的,所述衬底10包括可以选用蓝宝石(Al2O3)、SiC、GaAs、GaN、ZnO、GaP、InP以及Ge中的至少一种,且并不限于此处所列举的示例。
本实施例中发光二极管的类型为倒装发光二极管,优选蓝宝石衬底,所述发光层30为多量子阱层,所述的蓝宝石衬底具有相对的两面侧,其中下面侧作为出光面,上面侧堆叠有外延结构。
衬底上的外延结构,包括在衬底上由下至上依次层叠的第一半导体层20、发光层30和第二半导体层40,优选地,外延结构还包括电极台面,所述电极台面具有贯穿所述第二半导体层40、发光层30的斜面,及露出部分所述第一半导体层20的平面区。优选的,从第二半导体层40一侧俯视第一半导体层20,所述平面区的表面呈围绕所述的发光层的环形,并且平面区在发光层的一侧具有局部加宽用于安装后续提及的第一接触电极。
作为示例,所述第一半导体层20可以为N型GaN层,所述第二半导体层40可以为P型GaN层。其中N型为硅基掺杂类型,P型为镁基掺杂类型。
外延结构为氮化镓基外延层或者砷化镓基外延层,通过发光层的材料选择,可以提供380~700nm之间的发光辐射,例如蓝光、绿光或者红光的单一峰值波长的光。
优选地,在所述第二半导体层40上有透明电流扩展层50。电流扩展层与第二半导体层形成欧姆接触,并且接近整面(至少90%的覆盖面积)地形成在第二半导体层40上。电流扩展层同时实现电流水平方向上的横向传输。
电流扩展层50材料可以是金属氧化物,并且电流扩展层是相对透明的材料,可允许至少部分发光层的辐射透过,例如ITO、GTO、GZO、ZnO一种或几种的组合,且并不限于此处所列举的示例,优选的,电流扩展层的厚度是30~200nm。
第一电极70,电连接至第一半导体层20,包括第一接触电极71和第一焊盘电极72,其中所述第一接触电极71位于所述电极台面的第一半导体层20的平面区上,与所述第一半导体层20形成欧姆接触。
第二电极80,位于所述第二半导体层40之上,电连接至第二半导体层40,所述包括第二接触电极81和第二焊盘电极82。
在该实施例中,第一电极70和第二电极80是金属电极,例如,镍、金、铬、钛、铂、钯、铑、铱、铝、锡、铟、钽、铜、钴、铁、钌、锆、钨、钼及其一种或其组合。
作为示例,所述第一电极70可以为N电极,所述第二电极80可以为P电极。
作为示例,所述第一焊盘电极72可以为N焊盘电极,所述第二焊盘电极82可以为P焊盘电极。
作为一个实施例,第二接触电极81位于第二半导体层上,并且位于透明电流扩展层50之上,并于透明电流扩展层50接触。
第二接触电极81具有接触部分实现电流在第二焊盘电极与第二接触电极之间的纵向传输,所述点状为例如圆形点状或者椭圆形点状。
所述的第二接触电极81具有第一接触部分810a、第二接触部分810b和条状的延伸部。延伸部与第一接触部分810a连接,并且自第一接触部分810a延伸出去。
其中第一接触部分810a的宽度大于所述的延伸部的宽度。接触部分的宽度通常是10~30微米,延伸部的宽度通常是2~10微米。
所述的第一接触电极71具有接触部分以及从接触部分延伸出去的延伸部。
绝缘层60,位于所述外延结构之上,具体的位于所述第二半导体层40之上、第一半导体层20的平面区之上以及电极台面的斜面之上,并覆盖所述第一接触电极71、第二接触电极81,所述第一焊盘电极72和第二焊盘电极82形成在所述绝缘层60上。绝缘层可以是允许大部分的光透过或者允许大部分的光被反射。
其中,所述绝缘层60至少包括SiO2层、Si3N4层、Al2O3层、AlN层、DBR层的一种或其组合,且并不限于此处所列举的示例。作为示例,可以优先选用分布布拉格反射层DBR膜层;DBR膜层覆盖于透明电流扩展层50和第一接触电极71、第二接触电极81之上。
所述绝缘层60上设置有贯穿所述绝缘层60的通孔,如图4所示,所述的通孔位于第一接触电极71、第二接触电极81的第一接触部分810a、第二接触部分810b之上。所述绝缘层60在第一接触电极71的接触部分上有第一通孔73,所述绝缘层60在第二接触电极包括的两个第一接触部分810a、第二接触部分810b的上方分别具有第二通孔82和第三通孔83。
所述的第一焊盘电极72和第二焊盘电极82分别通过绝缘层60上设置的通孔与第一接触电极71和第二接触电极81的接触部分接触连接。所述第一焊盘电极和第二焊盘电极之间的最短距离为60~300μm。
所述的透明电流扩展层50与第二半导体层40之间还设置有一层电流阻挡层100。该电流阻挡层100同时设置在第二接触电极的下方,用于阻挡电流从第二接触电极与第二半导体层之间垂直纵向传输电流,促进电流扩展层50的横向传输作用。电流阻挡层100与第二接触电极的形状和位置对应,电流阻挡层100的宽度相对于第二接触电极的宽度可加宽至少5微米。
所述的第一接触电极71与第一半导体层20之间也有一层电流阻挡层100,所述的电流阻挡层100仅位于第一接触电极71的接触部分下方。
本发明的发光二极管为长方形的发光二极管,例如所述发光二极管本体的长度为8mil~45mil,宽度为3mil~8mil,更佳的为长宽比至少为2:1的发光二极管。
如图3所示,从第一焊盘电极和第二焊盘电极的一侧俯视所述发光二极管:
所述发光二极管具有四个边a、b、c、d,四个边在一个环绕方向上依次定义为第一短边a、第一长边b、第二短边c和第二长边d,所述的第一短边a相对于第一长边b和第二长边d更短。
第一焊盘电极72位于第一短边a一侧,第二焊盘电极82位于第二短边c一侧,第一焊盘电极72相对于第二焊盘电极82更靠近第一短边a。
为了实现第二接触电极的延伸部相较于发光二极管的中心位置保持一定的距离R,即可以实现发光二极管的焊盘之间的区域表面平整,有效避免芯片在被转移时顶针顶到不平整的表面,导致绝缘层破裂的问题。并且又能通过设置第二接触电极的形状,可一定程度解决因接触电极进行变化导致的电流变化而引起的发光二极管发光不均匀的问题。
如图5所示,所述的第二接触电极81的延伸部包括相互平行的第一部分811、第二部分812以及在第二接触电极的第一部分811和第二部分812之间起连接作用的一定长度的第三部分813,第一部分811和第二部分812不在同一直线上且相互平行。
第二接触电极81延伸部的第一部分811自第二焊盘电极82的下方的第一接触部分810a延伸出去,延伸至穿过平行于第一短边a的中心线至靠靠近第一短边a,并且朝向第一焊盘电极72。使得第一部分811有效的保持中心位置保持一定的距离R,避免顶针的作用。
第二接触电极81延伸部的第一部分811比第二部分812更靠近第二短边c。在一个实施例中,所述的第二接触电极81延伸部的第一部分811比所述的第二部分812更靠近第一长边b。将第二部分812相较于第一部分811向更靠近中心线的设置可以一定程度弥补第一部分811偏离平行于第一长边的中心线导致的电流扩散不均匀性的缺陷,改善电流分布的均匀性。
优选的,所述第二接触电极81延伸部的第一部分811从接触部分开始延伸出去,并且第一部分811平行于第一长边b。
优选的,如图3所示,所述的第二接触电极81的延伸部与发光二极管的中心位置距离至少为25微米。具体的,所述的第一部分811与中心位置之间的最短距离是至少25微米,并且第二部分812与中心位置之间的最短距离是至少25微米。或者定义一条中心线平行于第一长边b和第二长边d,其中第一部分811与中心线之间的距离是至少为25微米。
所述的第二部分812具有远离第一部分811的端部为第二接触电极81延伸部的端部。
优选的,所述的第二部分812延伸至第一焊盘电极8下方,或者第二焊盘电极为了避开第二部分812,而具有一个水平内凹的槽部,槽部的底部是绝缘层的表面,所述的第二部分812延伸至第二焊盘电极的槽部底部的绝缘层的下方。
所述的第一部分811与第二部分812之间还有起连接作用的第三部分813,所述的第三部分813为直线型或者曲线型,并且第三部分813也需要避开顶针作用区域而设置,优选的,第三部分813与中心位置也具有至少为25微米的距离R。
所述的25微米是根据发光二极管被转移时,发光二极管表面的顶针作业区域为在芯片表面的几何中心为顶针作业区域的圆心,以最大作业误差长度为半径的圆形区域所述顶针在芯片表面上作业时范围误差所覆盖的区域。目前顶针作业区域90的大小,一般为半径小于等于25μm圆形区域,或小于等于35μm圆形区域。因此所述的距离R可大于等于25μm,或者进一步地大于等于35μm。后续的顶针设计,根据顶针的作用效果,顶针作业区域也有可能缩小,例如小于等于10μm、或者小于等于5μm。本领域技术人员可以通过本发明的设计构思,针对顶针区域90的不同规格大小,对延伸部与发光二极管表面几何中心的最小间距进行调整选择。
优选的,位于第一长边b和第二长边d之间的中间位置,所述第二接触电极81还包括第二接触部分810b,所述第二接触电极81的第二接触部分810b相较于第一接触部分810a更靠***行于第一长边的中心线。
或者优选的,位于第一长边b和第二长边d之间的中间位置,所述第二接触电极81还包括第二接触部分810b,所述第二接触电极81的第二接触部分810b位于平行于第一长边的中心线上。
优选的,所述的第二接触部分810b无条状的延伸部。
所述第二接触电极81的第一接触部分810a与第一短边a的距离小于第二接触电极81的第一接触部分810b与第一短边a的距离,从而使具有第二接触部分810b的第二接触电极81相对于具有第一接触部分810a和延伸部的第二接触电极81更靠近第二短边c。
优选的,第一接触部分810a为一个,其余的第二接触部分810b的数量为一个或者多个,包括且不限于2、3、4、5、6、7、8个。上述结构为发光二极管的实施例,本领域技术人员可以在上述实施例结构和材料选择的基础上根据实际需求进行相应的变化。
结合上述的第一接触部分和第二接触部分的位置关系的设计,以及第二接触电极81的第一接触部分具有的非线性的延伸部从第二短边附近向第一短边延伸过去。对于长方形的发光二极管来说,上述设计将有利于电流沿着长边方向的扩展,上述设计将有利于电流沿着长边方向的扩展。
可选的,第二接触电极81的接触部和延伸部下方有电流阻挡层,电流阻挡层为一块,电流阻挡层的宽度会稍大于第二接触电极81的接触部分以及延伸部的宽度,以阻挡电流向下扩展,利于电流的横向扩展,进一步促进电流分布的均匀性。然而该电流阻挡层的设计会导致电压的升高,将不利于灯丝的运用。为此,如图5所示,电流阻挡层100在延伸部下方分为具有一定间距的多块,电流阻挡层100被去除部分可以有效降低电压。
可选的,第一接触电极71的接触部和延伸部下方有电流阻挡层,电流阻挡层为一块,电流阻挡层的宽度会稍大于第一接触电极71的接触部分以及延伸部的宽度,以阻挡电流向下扩展,利于电流的横向扩展,进一步促进电流分布的均匀性。然而该电流阻挡层的设计会导致电压的升高,将不利于灯丝的运用。为此,如图5所示,电流阻挡层100在延伸部下方分为具有一定间距的多块,电流阻挡层100去除部分可以有效降低电压。并且在第一接触电极71下方,电流阻挡层100为有一定间距的多块时,所述每一块的电流阻挡层100一侧的发光层和第二半导体层的边缘为水平内凹型,相对的,相邻块状的电流阻挡层100一侧的发光层和第二半导体层的侧壁为水平凸起型,由此以利于设置电流阻挡层的同时,尽量增加发光层的面积,提升亮度。
优选的,第一接触电极71的接触部为一个,延伸部从接触部开始平行于第二接触电极81的第二部分延伸出去并朝向第二焊盘延伸,第一接触电极的延伸部与第二接触电极的延伸部的第二部分以平行的延伸方式搭配设计,可更有利于第一焊盘下方的外延结构的区域发光亮度的均匀性。
本专利的发光二极管优选的适用于小电流驱动的(例如5mA)照明用灯丝灯上或者类似结构设计的装饰性用灯带上。如图6所示,照明用灯丝灯上或者装饰性用灯带均具有一种发光模块,所述的发光模块包括电路基板200,在条状的电路基板200上以多颗串联的方式安装发光二极管201,并且表面被荧光粉层202包覆形成发光体。
用于小电流驱动的(例如5mA)照明用灯丝灯上或者装饰性用灯带上时,基于电路基板上串联的其它器件(例如IC保护元件)的工作电压需求,在一定电流驱动下,发光二极管的电压不能高。
因此作为更佳的实施例,如图7所示,发光二极管的第一接触电极71的延伸部下方不存在电流阻挡层。更优选的,如图8所示,所述的第二接触电极81的第一接触部分和第二接触部分下方具有电流阻挡层100,第二接触电极81的延伸部下方也不具备电流阻挡层。结合前述的电极形状设计改善了电流分布的情况下,本发明进一步优化取消电流阻挡层,从而在亮度不受明显影响的情况下有效降低发光二极管的电压,以维持灯丝灯或者灯带等小电流驱动的产品的正常运行。
作为另外一个实施例,如图9-10所示,从第二半导体层40一侧向第一半导体层20方向俯视,所述外延结构平面区的表面不成围绕所述的发光层的环形,而是在发光层的一侧具有局部的区域,用于安装后续提及的第一接触电极。例如第一接触电极下的平面区位于第一短边a、第二长边d一侧,而第一长边b和第三短边c附近无露出第一半导体层20的平面区,即外延结构在第一长边b和第三短边c附近的侧壁为连续无台阶的。由此,可以提升发光层和第二半导体层的面积,进而可以进一步降低电压,以满足灯丝灯或者灯带的运用需求。
作为另外一个实施例,如图10所示,为了维持发光二极管的亮度,所述的第二接触电极81的第一接触部分和第二接触部分下方的电流阻挡层100仍然保留,由此有利于电流从第一接触部分和第二接触部分利用电流扩散层和延伸部扩散出去,防止电流集中在第一接触部分和第二接触部分。图11所示的是另外一种发光二极管,取消了所述的第二接触电极81的第一接触部分和第二接触部分下方的电流阻挡层。
另外,为了提升电极的可靠性,作为另外一个实施例,本发明同时提供如下一个技术改进,如图12所示,所述第二电极80包括第二焊盘电极82,所述第一接触电极71的延伸部与所述第二焊盘电极82在竖直面上的投影最短距离d大于零,使得在竖直面上第一接触电极71和第二焊盘电极82不存在交叠重合区域。所述第一接触电极71由第一焊盘电极72向第二焊盘电极82方向延伸,优选地,所述第一接触电极71与所述第二焊盘电极82的最短距离为5~50μm,更优选地为10~50μm和20~40μm,若该距离过短,仍然存在膏容易渗入二者间隙的风险,若该距离过长,则会影响电压的均衡性,而上述距离选择能够很好地解决该问题。进一步地,在所述第一接触电极71与所述第二焊盘电极82在竖直面上的投影最短距离d大于零基础上,所述电极台面与所述第二焊盘电极82在竖直面上的投影最短距离也大于零。
通过控制第一接触电极与第二焊盘电极在竖直面上的投影最短距离,破坏现有芯片结构中存在的第二焊盘电极/绝缘层/第一接触电极形成的三层交叠结构,可以有效避免锡膏渗入导致不同电极导通漏电从而致使芯片失效的问题。
选择6*16mil尺寸的图1所示的现有发光二极管作为基础,分别按照如图7,9-11所示的结构对现有发光的电极结构以及电流阻挡层进行改进以获得不同的发光二极管,对这些发光二极管进行5mA电流驱动下的电压和亮度测试并以图1的结构的测试数据作为基础(电压为2.72V)进行对比,发现图7的结构具备第二接触电极的非线性形状,并且具有相互平行的第一部分和第二部分,既能解决顶针顶破接触电极凸起区域的问题,又能有效改善电流分布从而维持发光二极管的发光效率,同时多个块状的电流阻挡层的设计能起到降电压的作用。图9的结构在图7的基础上进一步的将发光层和第二半导体层的水平面积拓宽,第一半导体层仅局部留有平面区用于设置第一接触电极,能进一步的降低电压。图10的结构进一步取消了第一接触电极下方的电流阻挡层、第二接触电极的延伸部下方的电流阻挡层,可以进一步有效降低电压。相对于图1的结构,图10的结构电压降低了0.18V,亮度维持在2%以内的差异。
作为一个对比例,图11的结构取消了第二接触电极的接触部分下方的电流阻挡层,相对于图1的结构,图11的结构电压降低了0.16V,但是限制了电流的扩散,导致亮度降低了4.5%。
本发明实施例还提供发光二极管的一种作为参考的具体制造工艺,包括以下步骤:
步骤a、在蓝宝石衬底上依次生长GaN缓冲层、N型GaN层(第一半导体层)、发光层和P型GaN层(第二半导体层);
步骤b、通过ICP干蚀刻的方法定义芯片尺寸,并刻出台面暴露出N型GaN层;
步骤c、按芯片边缘经过黄光及干法刻蚀工艺制作ISO边缘结构;
步骤d、在P型GaN层上蒸镀透明电流扩展层,扩展层材料可以是ITO、GTO、GZO、ZnO或几种的组合;
步骤e、通过黄光及蒸镀工艺形成第一/第二接触电极;
步骤f、在上述结构上制作布拉格反射层(DBR),为SiO2、TiO2交替结构的绝缘层,绝缘层覆盖整个芯片区域;
步骤g、通过干法蚀刻露出部分第一/第二接触电极;
步骤h、再次通过光刻和蒸镀工艺制作第一焊盘电极、第二焊盘电极,电极材料表层为Au材料;
步骤i、使用研磨设备将上述工艺形成的芯片的蓝宝石层减薄,并抛光;
步骤j、使用切割、划裂工艺将芯片分割;
步骤k、倒置发光二极管,使生长基板背表面朝上,使用锡膏将芯粒键合在散热基板上;
最后经过封装工艺,即得倒装发光二极管。
本发明提供的发光二极管的第二接触电极具备特殊的延伸部形状为非线性的两部分,既扩大顶针作业窗口,可一定程度避免顶针顶破接触电极凸起区域而容易顶破导致芯片异常的问题,又能一定程度解决因接触电极位置变化导致的电流变化而引起的发光二极管发光不均匀的问题。同时保证上述的第二接触电极的形状提升电流分布均匀性的情况下,可以取消第二接触电极延伸部下方的电流阻挡层,以保证亮度不受明显影响的情况下,降低电压,从而有效维持灯丝灯、灯带等产品的正常光电性能。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,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发明各实施例技术方案的范围。
Claims (22)
1.一种发光二极管,其包括:
衬底,
外延结构,位于衬底上,由下至上包括依次层叠的第一半导体层、发光层和第二半导体层;
第一电极和第二电极,位于外延结构上,所述第一电极至少包括第一焊盘电极,所述第二电极至少包括第二焊盘电极和第二接触电极,所述第二接触电极具条状延伸部并且位于第二半导体层上;
绝缘层,覆盖外延结构和所述第二接触电极,所述绝缘层在所述的第二接触电极上具有贯穿的通孔;
第一焊盘电极和第二焊盘电极在所述绝缘层上,所述的第一焊盘通过所述通孔与所述的第一半导体层电连接,所述第二焊盘电极通过所述通孔与所述第二接触电极电连接;
从第一焊盘电极和第二焊盘电极的一侧俯视所述发光二极管:
所述发光二极管具有四个边,四个边在一个环绕方向上依次定义为第一短边、第一长边、第二短边和第二长边,所述的第一短边相对于第一长边和第二长边更短;
第一焊盘电极相对于第二焊盘电极更靠近第一短边;
所述的第二接触电极的延伸部包括条状的第一部分和第二部分,第一部分和第二部分不在同一直线上且相互平行。
2.根据权利要求1所述的一种发光二极管,其包括:
所述的第二接触电极的延伸部从第二焊盘下方朝向第一焊盘延伸,所述第一部分比第二部分更靠近第二短边,并且所述第二接触电极的第一部分比所述的第二部分更靠近第一长边。
3.根据权利要求1所述的发光二极管,其特征在于:从第一焊盘电极和第二焊盘电极的一侧俯视所述发光二极管,所述的第二接触电极的延伸部与发光二极管的中心位置距离至少为25微米。
4.根据权利要求1所述的发光二极管,其特征在于:所述第二接触电极包括与延伸部连接的第一接触部分,所述第二接触电极的接触部分上方有绝缘层的所述贯穿的通孔,所述的第二接触电极的接触部分通过绝缘层的所述的贯穿的通孔与第二焊盘电极接触。
5.根据权利要求4所述的发光二极管,其特征在于:所述的第一部分平行于第一长边。
6.根据权利要求4所述的发光二极管,其特征在于:
定义一条中心线平行于第一长边和第二长边,且位于第一长边和第二长边之间的中间位置;所述第二接触电极还包括一个第二接触部分,从外延结构的一侧俯视所述发光二极管:所述第二接触电极的第二接触部分相较于第一接触部分更靠近中心线。
7.根据权利要求4所述的发光二极管,其特征在于:定义一条中心线平行于第一长边和第二长边,且位于第一长边和第二长边之间的中间位置;所述第二接触电极还包括一个第二接触部分,从外延结构的一侧俯视所述发光二极管:所述的第二接触电极的第二接触部分位于中心线上。
8.根据权利要求6或者7所述的发光二极管,其特征在于:所述的第二接触电极无延伸部。
9.根据权利要求6或者7所述的发光二极管,其特征在于:所述的第二接触部分比第一接触部分更靠近所述第二短边。
10.根据权利要求1所述的发光二极管,其特征在于:所述的第二接触电极的第二部分的一端为第二接触电极延伸部的末端。
11.根据权利要求1所述的发光二极管,其特征在于:所述第一电极包括第一接触电极位于第一半导体层上,所述的第一焊盘电极通过绝缘层的贯穿的通孔与第一接触电极连接,所述的第一接触电极具有延伸部平行于第一部分和第二部分。
12.根据权利要求1所述的发光二极管,其特征在于:所述的第二接触电极的第三部分为直线型或者曲线型。
13.根据权利要求1或者4所述的发光二极管,其特征在于:所述的第二接触电极下方具有电流阻挡层,所述的电流阻挡层的块状数量为一块或者多块,还有透明导电层覆盖所述电流阻挡层,第二接触电极位于透明导电层上。
14.根据权利要求11所述的发光二极管,其特征在于,所述第一接触电极的接触部为一个,延伸部从接触部开始平行于第二接触电极的第二部分延伸出去并朝向第二焊盘延伸。
15.根据权利要求11所述的发光二极管,其特征在于:所述的第一接触电极的第一接触部分下方有多块的电流阻挡层,所述的第一接触部分一侧的外延结构的发光层和第二半导体层的边缘具有多个间隔设置的内凹型。
16.根据权利要求15所述的发光二极管,其特征在于:所述的第二接触电极的第一接触部分下方有电流阻挡层,所述的第二接触电极的延伸部分下方无电流阻挡层。
17.根据权利要求1所述的发光二极管,其特征在于,所述发光二极管本体的长度为8mil~45mil,宽度为3mil~8mil。
18.根据权利要求1所述的发光二极管,其特征在于,所述第一长边和第一短边的长度比例至少为2:1。
19.根据权利要求11所述的发光二极管,其特征在于,所述第一接触电极位于外延结构的平行于第二长边的边缘上。
20.一种发光模块,其特征在于,包括如权利要求1-19任一项所述的发光二极管。
21.一种发光装置,其特征在于,包括如权利要求20所述的发光模块。
22.根据权利要求21所述的发光装置,其特征在于,所述的发光装置为灯丝灯或者灯带。
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