CN203260616U - Led芯片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种LED芯片，包括：依次层叠的衬底、第一导电型半导体层、发光层、第二导电型半导体层和反射层；至少一个第一电极孔，各自延伸穿过所述反射层、所述第二导电型半导体层和所述发光层；多个第二电极孔，各自延伸穿过所述反射层；第一电极，至少部分位于所述反射层的正面，经由所述第一电极孔与所述第一导电型半导体层电性接触；第二电极，至少部分位于所述反射层的正面，经由所述第二电极孔与所述第二导电型半导体层电性接触；以及隔离层，位于所述反射层的正面，用以将所述第一电极与所述第二电极绝缘隔离。其中，在所述反射层的正面上，至少围绕一个所述第一电极孔的所述第二电极孔呈对称图形分布，提高了发光均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及发光元件技术领域，具体涉及一种LED芯片。
背景技术
随着LED（Light Emitting Diode，发光二极管）照明技术的日益发展，LED在人们日常生活中的应用也越来越广泛。
LED的发光是利用正极的电流到达负极所完成，电流会以最小的电阻路线由正极到达负极，一般电阻值决定于电流路线的远近，正极到负极越近则电阻值越小、正极到负极越远则电阻就越大。然而，现有LED中的电极通常为金属线状，这使得单点的一个电流从正极进入负极，并以正极到负极给电流最近的距离最亮，其它位置将由于距离金属线较远而电阻较大、相对较暗，从而存在电流密度不均匀、导致发光不均匀的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，如何使得LED的发光尽量均匀。
为了解决上述问题，根据本发明一实施例，提供了一种LED芯片，其包括：衬底；第一导电型半导体层，位于所述衬底的正面；发光层，位于所述第一导电型半导体层的正面；第二导电型半导体层，位于所述发光层的正面；反射层，位于所述第二导电型半导体层的正面；至少一个第一电极孔，各自延伸穿过所述反射层、所述第二导电型半导体层和所述发光层；多个第二电极孔，各自延伸穿过所述反射层；第一电极，至少部分位于所述反射层的正面，经由所述第一电极孔与所述第一导电型半导体层电性接触；第二电极，至少部分位于所述反射层的正面，经由所述第二电极孔与所述第二导电型半导体层电性接触；以及隔离层，位于所述反射层的正面，用以将所述第一电极与所述第二电极绝缘隔离。其中，至少围绕一个所述第一电极孔的所述第二电极孔呈对称图形分布。
对于上述LED芯片，在一种可能的实现方式中，所述第一电极孔在所述第一导电型半导体层的正面上均匀分布。
对于上述LED芯片，在一种可能的实现方式中，所述对称图形为对称多边形、弧形或者圆形。
对于上述LED芯片，在一种可能的实现方式中，还包括导电层，所述导电层由高透射率的导电材料形成，所述导电层位于所述第二导电型半导体层和所述反射层之间，并且所述第一电极孔延伸穿过所述导电层。其中，所述高透射率的导电材料可为例如ITO、ZnO、导电性高分子材料、PEDOT或纳米碳材的导电玻璃。
对于上述LED芯片，在一种可能的实现方式中，在所述导电层、所述第一电极和所述第二电极至少之一上形成有保护层，所述保护层可由钛、镍、铬和金中的一种或几种制成。
对于上述LED芯片，在一种可能的实现方式中，所述第一电极包括：填充各所述第一电极孔的电极材料，以及将填充位于第二电极区内的第一电极孔中的电极材料连接至位于第一电极区内的第一电极孔中的电极材料的引线，其中，所述第一电极区是指所述第一电极在所述反射层的正面的存在区域，所述第二电极区是指所述第二电极在所述反射层的正面的存在区域。另一方面，所述第二电极包括：填充各所述第二电极孔的电极材料，以及使填充各所述第二电极孔的电极材料避开各所述第一电极孔和所述引线而相互连接的部分。
对于上述LED芯片，在一种可能的实现方式中，所述反射层由单层或者多层高反射率的绝缘材料制成，所述高反射率的绝缘材料可为SiO2、DBR或光子晶体结构，所述DBR可由SiO2、TiO2、SiNx、Ta2O5、MgF2、ZnS中的一种或几种制成。
对于上述LED芯片，在一种可能的实现方式中，所述隔离层由绝缘材料制成，所述绝缘材料可为SiO2、DBR或光子晶体结构，所述DBR可由SiO2、TiO2、SiNx、Ta2O5、MgF2、ZnS中的一种或几种制成。
对于上述LED芯片，在一种可能的实现方式中，还包括绝缘保护膜，所述绝缘保护膜优选由例如二氧化硅的高硬度绝缘材料制成，覆盖该LED芯片的所有侧面、而仅暴露所述第一电极和所述第二电极。
通过使至少部分第一电极孔被多个第二电极孔呈对称图形状围绕，其中，第一电极孔用以使第一电极与第一导电型半导体层电性连接，第二电极孔用以使第二电极与第二导电型半导体层电性连接，根据本发明实施例的LED芯片及其制造方法能够使得LED中至少部分正电极到负电极的距离一致、至少部分正电极到负电极电流的电阻一致，从而与现有技术相比，能够提高电流密度的均匀性、发光的均匀性。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的说明书附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。
图1为本发明实施例的LED芯片的制造方法的流程图；
图2（a）-图2（d）分别为本发明实施例的LED芯片的制造方法中所形成结构的剖面图；
图3（a）-图3（e）分别为本发明实施例的LED芯片的制造方法中所形成结构的俯视图；
图4（a）-图4（c）为本发明实施例的LED芯片的剖面图。
图5（a）-图5（b）为利用本发明实施例的LED芯片形成HV-LED结构的俯视图和剖面图。
附图标记说明
10：衬底；20：第一导电型半导体层；30：发光层；40：第二导电型半导体层；50：第一电极孔；60：导电层；70：反射层；80：第二电极孔；90：绝缘保护层；500：第一电极；510：第一电极接点；800：第二电极；810：第二电极接点；900：导电金属；1000：基板。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
图1为根据本发明实施例的LED芯片制造方法的流程图，结合图2（a）-图2（d）、图3（a）-图3（e）所示详细说明如下。该方法包括：
步骤S1，对于在衬底10上依次层叠有第一导电型半导体层20、发光层30和第二导电型半导体层40的LED外延片，通过例如干式或者湿式的蚀刻方式，利用第一掩模刻蚀第二导电型半导体层40及发光层30以暴露第一导电型半导体层20，形成如图2（a）所示第二导电型半导体层40和发光层30中包含有至少一个第一电极孔50的结构。其中，第一电极孔50将用于使下述的第一电极与第一导电型半导体层20接触，并优选如图3（a）所示尽可能分布均匀。
在一种可能的实现方式中，衬底10可具体为各种具有不同晶向的衬底，例如蓝宝石、硅或者碳化硅衬底。
此外，第一导电型半导体层20的材料可以为n型氮化镓，也可以为n型磷化铝铟镓（AlGaInP）。第二导电型半导体层40的材料可以为p型氮化镓，也可以为p型磷化铝铟镓。在一种可能的实现方式中，第一导电型半导体层20和第二导电型半导体层40分别采用n型氮化镓和p型氮化镓制成。
步骤S2，在刻蚀了第一电极孔50的第二导电型半导体层40上镀例如ITO、ZnO、导电性高分子材料、PEDOT或纳米碳材的高透射率导电材料作为导电层60，其中导电层60必须暴露第一电极孔50的底部，从而形成如图2（b）所示第一电极孔50延伸穿过导电层60的结构。
步骤S3，在第一电极孔50的侧壁和导电层60上覆盖由单层或者多层例如二氧化硅（SiO2）、DBR（可由SiO2、TiO2、SiNx、Ta2O5、MgF2、ZnS中的一种或几种制成）或光子晶体结构等高反射率的绝缘材料作为反射层70，其中反射层70必须暴露位于第一电极孔50底部的第一导电型半导体层20，从而形成如图2（c）所示第一电极孔50延伸穿过反射层70的结构。其中，反射层70本身不导电，因此，除了反射光以外，反射层70还起到绝缘隔离的作用。
步骤S4，在反射层70上，通过例如干式或者湿式的蚀刻方式，利用第二掩模进行刻蚀以暴露第二导电型半导体层40或导电层60，形成如图2（d）所示反射层70中还包含有多个第二电极孔80的结构。其中，第二电极孔80将用于使下述的第二电极与第二导电型半导体层40接触，并且至少围绕一个第一电极孔50的多个第二电极孔80呈对称图形分布。这样，由于至少部分第二电极孔80到一个第一电极孔50的距离一致，使得在最终制成的LED芯片中经由这些电极孔形成的正负电极之间的距离一致、并且流过这部分正负电极的电流所经历的电阻一致，从而与现有技术相比，能够有效提高电流密度和发光的均匀性。
在一种可能的实现方式中，优选如图3（b）所示，围绕各第一电极孔50的第二电极孔80都呈对称图形分布。与部分第一电极孔被第二电极孔呈对称图形包围的实现方式相比，这种实现方式可进一步提高电流密度和发光的均匀性。
在一种可能的实现方式中，由围绕各第一电极孔50的多个第二电极孔80构成的对称图形可为三角形、方形（如图4（b）所示）、菱形（如图4（c）所示）或六边形（如图4（a）所示等任意多边形，也可为弧形或者圆形。
步骤S5，形成经由第一电极孔50连接至第一导电型半导体层20的第一电极以及经由第二电极孔80连接至第二导电型半导体层40的第二电极。
在一种可能的实现方式中，上述步骤S5中用以形成第一电极和第二电极的操作可包括底层电极制作步骤、隔离步骤以及表面电极制作步骤，其中：
在底层电极制作步骤中，利用电极材料填充各第一电极孔50和各第二电极孔80，使位于预定的第二电极区内的各第一电极孔50中的电极材料经由引线连接至位于预定的第一电极区内的第一电极孔50中的电极材料，并使填充各第二电极孔80的电极材料避开各第一电极孔50以及引线相互连接，从而形成俯视结构如图3（c）所示的底层电极。
在一种可能的实现方式中，如图3（c）所示，所述引线可沿该LED芯片的侧边从第二电极区进入第一电极区，以尽量降低与第二电极的接触可能性。
在隔离步骤中，至少在反射层70的正面上覆盖绝缘材料以形成隔离层，并利用第三掩模对该隔离层进行刻蚀，以在第一电极区暴露填充各第一电极孔50的电极材料、在第二电极区至少暴露填充各第二电极孔80的电极材料及其连接部分，从而形成如图3（d）所示的俯视结构。
其中，如图3（d）所示，第一电极区可位于LED芯片正面的左端，第二电极区可位于LED芯片正面的右端，两者之间存在由隔离层构成的隔离区，以确保两者电性不接触。
在表面电极制作步骤中，至少在第一电极区的正面覆盖电极材料以完成第一电极，并至少在第二电极区的正面覆盖电极材料以完成第二电极，从而形成如图3（e）所示的俯视结构。
这样，由于第一电极和第二电极隔着隔离区分设于该LED芯片正面的中轴线的两侧，两个电极的正面面积不至于相差太多，安装时、尤其是以覆晶方式安装时，导电金属不会恰好点至两个电极上且大小适中，从而防止了出现导电金属溢出的现象，进一步提高了产品的良率。
需要说明的是，在上述方法中，尽管通过步骤S2使第二导电型半导体层40与反射层70之间形成有导电层60，以使得电流更均匀。然而，本领域技术人员应能明白，即使不形成导电层60，只要用以使第二电极与第二导电型半导体层40电性接触的部分第二电极孔80围绕用以使第一电极与第一导电型半导体层20电性接触的第一电极孔50呈对称图形分布，以使得至少部分正电极到负电极的电流所经历的电阻一致，就能够有效提高发光的均匀性。
此外，在一种可能的实现方式中，还可在导电层60、第一电极和第二电极至少之一上形成保护层。所述保护层可由钛、镍、铬和金等金属材料中的一种或几种制成，其厚度为
时可被锡膏或银胶焊接使用。
在一种可能的实现方式中，在表面电极形成步骤中，还使例如二氧化硅（SiO2）等的高绝缘材料作为绝缘保护层90包覆整个LED芯片，仅暴露第一电极区500和第二电极区800，从而可形成如图3（e）所示的俯视结构和如图5（b）所示的局部剖面结构，以在该LED芯片的安装过程中、尤其是覆晶安装中因导电而IR。由于二氧化硅是一种硬度比较坚硬的材料，极有可能因在分离裂片过程中使用钨钢刀进行劈裂时产生的内应力，使得被劈的LED芯片的二氧化硅保护层出现膜裂，进而使得用以粘接发光元件和基板的材料渗入元件内。在这种情况下，在裂片过程中使用钨钢刀进行劈裂时，在被劈的LED芯片表面涂上一层软性材料，可以有效抵消钨钢刀在劈裂时造成的内应力，从而可以防止二氧化硅保护层膜裂。
根据本发明的另一实施例，还提供了一种LED芯片，继续参照图2（a）-图2（d）、图3（a）-图3（e）所示详细说明如下。
根据本发明实施例提供的LED芯片可包括：依次层叠的衬底10、第一导电型半导体层20、发光层30、第二导电型半导体层40和由单层或者多层具有高反射率的绝缘材料（例如SiO2、DBR（可由SiO2、TiO2、SiNx、Ta2O5、MgF2、ZnS中的一种或几种制成）或光子晶体结构等）制成的反射层70；至少一个第一电极孔50，其各自延伸穿过反射层70、第二导电型半导体层40和发光层30；多个第二电极孔80，各自延伸穿过反射层70；第一电极，至少部分位于所述反射层的正面，经由所述第一电极孔与所述第一导电型半导体层电性接触；第二电极，至少部分位于所述反射层的正面，经由所述第二电极孔与所述第二导电型半导体层电性接触；以及隔离层，位于所述反射层的正面，用以将所述第一电极与所述第二电极绝缘隔离。
其中，从反射层70的正面看，至少围绕一个第一电极孔50的多个第二电极孔80呈对称图形分布。这样，由于至少部分第二电极孔80到第一电极孔50的距离一致，使得由这些电极孔形成的正负电极之间的距离一致、并且流过这部分正负电极的电流所经历的电阻一致，从而与现有技术相比，能够有效提高电流密度和发光的均匀性。
在一种可能的实现方式中，如图3（b）所示，在反射层70的正面上，围绕各第一电极孔50的第二电极孔80都呈对称图形分布。与部分第一电极孔被第二电极孔呈对称图形包围的实现方式相比，这种实现方式显然可进一步提高电流密度和发光的均匀性。
在一种可能的实现方式中，衬底10可具体为各种具有不同晶向的衬底，例如蓝宝石、硅或者碳化硅衬底。
此外，第一导电型半导体层20的材料可以为n型氮化镓，也可以为n型磷化铝铟镓（AlGaInP）。第二导电型半导体层40的材料可以为p型氮化镓，也可以为p型磷化铝铟镓。在一种可能的实现方式中，第一导电型半导体层20和第二导电型半导体层40分别采用n型氮化镓和p型氮化镓制成。相应地，第一电极和第二电极分别为负电极和正电极。
在一种可能的实现方式中，第一电极孔50在第一导电型半导体层20的正面上均匀分布，例如，如图3（a）、图3（b）所示。
在一种可能的实现方式中，由围绕各第一电极孔50的多个第二电极孔80构成的对称图形可为三角形、方形、菱形或六边形等任意多边形，也可为弧形或圆形。
在一种可能的实现方式中，反射层70与第二导电型半导体层40之间还可形成有导电层60，并且导电层60优选由例如ITO、ZnO、导电性高分子材料、PEDOT或纳米碳材等具有高透射率的导电材料形成，以进一步获得电流密度更均匀、反射效果更好的效果。
在一种可能的实现方式中，如图3（c）所示，第一电极可包括：填充各第一电极孔50的电极材料；以及，将填充位于第二电极区内的第一电极孔50中的电极材料连接至位于第一电极区内的第一电极孔50中的电极材料的引线。其中，第一电极区是指第一电极在反射层70的正面的存在区域，图3（c）中示出为剖视图的左端；以及，第二电极区是指第二电极在反射层70的正面的存在区域，图3（c）中示出为剖视图的右端。
相应地，如图3（c）所示，第二电极可包括：填充各第二电极孔80的电极材料；以及，使填充各第二电极孔80的电极材料避开各第一电极孔50和上述引线而相互连接的部分。
此外，如上参考图3（d）、图3（e）所介绍，为了更好地隔离第一电极和第二电极，还可通过在图3（c）所示的结构上继续进行上述隔离步骤和表面电极制作步骤，以进一步提高该LED芯片的品质。
在一种可能的实现方式中，在导电层60、第一电极和第二电极至少之一上还可形成有保护层。所述保护层可由钛、镍、铬和金等金属材料中的一种或几种制成，其厚度为时可被锡膏或银胶焊接使用。
此外，在一种可能的实现方式中，该LED芯片还可包括由高硬度的绝缘材料制成的绝缘保护层90，该绝缘保护层90覆盖该LED芯片的所有侧面、并且仅暴露第一电极500和第二电极800，从而可形成如图3（e）所示的俯视结构以及如图5（b）所示的局部剖面结构。
根据本发明的又一实施例，还提供了一种HV-LED结构。下面将参照图5（a）-图5（b）详细描述。
如图5（a）所示，该HV-LED结构中的每个LED芯片具有如图3（e）所示的俯视结构。此外，要安装有LED芯片的基板1000本身绝缘，但如图5（b）所示，基板1000上形成有第一电极接点510、第二电极接点810。
在一种可能的实现方式中，在串接LED芯片之前，如图5（b）所示，需要将LED芯片之间的隔离带蚀刻到衬底10，以使得各LED芯片彼此间不能有例如氮化镓的半导体材料，否则有可能产生漏电。然后，如图5（a），利用导电金属900将相连LED芯片的第一电极500、第二电极800相接，以串接多个LED芯片来形成HV-LED结构。
其中，如图5（b）所示，仅第一个LED芯片的第一电极500与基板1000上的第一电极接点510导通，仅最后一个LED芯片的第二电极800与基板1000上的第二电极接点810导通，而任一个中间LED芯片的第一电极500经由导电金属900与前一LED芯片的第二电极800连接、其第二电极800经由导电金属900与后一LED芯片的第一电极500连接、并且整体不与基板1000导通。
Claims (7)
1.一种LED芯片，其特征在于，包括：
衬底；
第一导电型半导体层，位于所述衬底的正面；
发光层，位于所述第一导电型半导体层的正面；
第二导电型半导体层，位于所述发光层的正面；
反射层，位于所述第二导电型半导体层的正面；
至少一个第一电极孔，各自延伸穿过所述反射层、所述第二导电型半导体层和所述发光层；
多个第二电极孔，各自延伸穿过所述反射层；
第一电极，至少部分位于所述反射层的正面，经由所述第一电极孔与所述第一导电型半导体层电性接触；
第二电极，至少部分位于所述反射层的正面，经由所述第二电极孔与所述第二导电型半导体层电性接触；以及
隔离层，位于所述反射层的正面，用以将所述第一电极与所述第二电极绝缘隔离，
其中，在所述反射层的正面上，至少围绕一个所述第一电极孔的所述第二电极孔呈对称图形分布。
2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述第一电极孔在所述第一导电型半导体层的正面上均匀分布。
3.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述对称图形为对称多边形、弧形或者圆形。
4.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，
所述第一电极包括：
填充各所述第一电极孔的电极材料，以及
将填充位于第二电极区内的第一电极孔中的电极材料连接至位于第一电极区内的第一电极孔中的电极材料的引线，其中，所述第一电极区是指所述第一电极在所述反射层的正面的存在区域，所述第二电极区是指所述第二电极在所述反射层的正面的存在区域；
所述第二电极包括：
填充各所述第二电极孔的电极材料，以及
使填充各所述第二电极孔的电极材料避开各所述第一电极孔和所述引线而相互连接的部分。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的LED芯片，其特征在于，还包括导电层，所述导电层位于所述第二导电型半导体层和所述反射层之间，并且所述第一电极孔延伸穿过所述导电层。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的LED芯片，其特征在于，在所述导电层、所述第一电极和所述第二电极至少之一上形成有保护层。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的LED芯片，其特征在于，还包括绝缘保护膜，所述绝缘保护膜覆盖该LED芯片的所有侧面、而仅暴露所述第一电极和所述第二电极。
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