CN208127232U - 一种发光二极管芯片结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种发光二极管芯片结构，包括：一发光外延结构，包括依次层叠的第一导电型半导体层、量子阱层以及第二导电型半导体层；局部缺陷区，位于部分所述第二导电型半导体层上，且向下延伸至所述第一导电型半导体层形成台面结构，所述台面结构露出有发光外延结构侧壁；一绝缘反射层，覆盖于所述发光外延结构的表面以及包裹所述发光外延结构侧壁，所述绝缘反射层包括第一、第二通孔结构；一第一电极，通过所述第一通孔结构与所述第一导电型半导体层实现电连接，且所述第一电极横跨于所述绝缘反射层的部分表面上；一第二电极，通过所述第二通孔结构与所述第二导电型半导体层实现电连接，且所述第二电极横跨于所述绝缘反射层的部分表面上。
Description
技术领域
本实用新型属于半导体照明领域，特别是涉及一种发光二极管芯片结构。
背景技术
半导体照明作为新型高效固体光源，具有寿命长、节能、环保、安全等显著优点，将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次飞跃，其应用领域正在迅速扩大，正带动传统照明、显示等行业的升级换代，其经济效益和社会效益巨大。正因如此，半导体照明被普遍看作是21世纪最具发展前景的新兴产业之一，也是未来几年光电子领域最重要的制高点之一。发光二极管（英文简称LED）通常是由如GaN、GaAs、GaP、GaAsP等半导体制成，其核心是具有发光特性的PN结，在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区，进入对方区域的少数载流子一部分与多数载流子复合而发光。
当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，LED被称为***照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。
中国台湾专利I220578公开了在正装LED结构中，制作N-Mesa 凸状台面减少N-GaN蚀刻区域，N-GaN蚀刻区域形成环绕分布，按其描述可使电流分布更均匀，但在打线金属电极下垫有绝缘层，在封装打线过程容易遇到N-金属电极下的绝缘层被打碎，造成漏电、老化异常；对于倒装LED芯片，其在N固晶电极370与欧姆接触层355之间设置绝缘层，容易造成P、N金属电极高度差。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于：提供一种发光二极管芯片结构，用于解决现有技术中发光二极管中存在的绝缘层容易打碎、金属电极高度差等诸多问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种发光二极管芯片结构，其特征在于：包括：一发光外延结构，包括依次层叠的第一导电型半导体层、量子阱层以及第二导电型半导体层；局部缺陷区，位于部分所述第二导电型半导体层上，且向下延伸至所述第一导电型半导体层形成台面结构，所述台面结构露出有发光外延结构侧壁；一绝缘反射层，覆盖于所述发光外延结构的表面以及包裹所述发光外延结构侧壁，所述绝缘反射层包括第一、第二通孔结构；一第一电极，通过所述第一通孔结构与所述第一导电型半导体层实现电连接，且所述第一电极横跨于所述绝缘反射层的部分表面上；一第二电极，通过所述第二通孔结构与所述第二导电型半导体层实现电连接，且所述第二电极横跨于所述绝缘反射层的部分表面上。
优选地，所述绝缘反射层包括分布布拉格反射层。
优选地，所述绝缘反射层的厚度大于所述第一、第二电极的厚度。
优选地，所述绝缘反射层的面积占发光外延结构面积的80%以上。
优选地，横跨于所述绝缘反射层的部分表面上的第一电极面积占第一电极面积的90%以上。
优选地，横跨于所述绝缘反射层的部分表面上的第二电极面积占第二电极面积的90%以上。
优选地，从俯视角度看，所述第一电极的面积大于所述局部缺陷区的面积。
优选地，从俯视角度看，所述局部缺陷区的面积大于所述第一通孔的面积。
优选地，从俯视角度看，所述第二通孔的面积大于或者等于所述第一通孔的面积。
优选地，所述第一电极与所述第二电极的顶表面齐平。
优选地，所述第一电极与所述第二电极的面积相当。
优选地，所述第一电极与所述第二电极呈对称关系。
优选地，所述绝缘反射层与所述发光外延结构表面之间设置一电流扩展层。
优选地，所述绝缘反射层与所述发光外延结构表面之间设置一金属反射层。
如上所述，本实用新型的发光二极管芯片结构，包括以下有益效果：
（1）通过在发光外延层上设置大面积的绝缘反射层，其具有第一通孔、第二通孔结构，第一、第二电极结构横跨于第一、第二通孔结构之上，且横跨于绝缘反射层的部分表面上的电极面积占电极面积的90%以上，如此有助于实现第一电极、第二电极的顶表面的整体平整性，有利于发光二极管芯片的固晶焊接，提升封装推力水平，增强可靠性；
（2）藉由绝缘反射层的面积占发光外延结构面积的80%以上，如此一方面有助于提高绝缘反射层的有效反射面积，另一方面有助于形成顶表面基本齐平的绝缘反射层，使得第一电极、第二电极充分地横跨于绝缘反射层之上，以获得电极顶表面的平整性；
（3）藉由绝缘反射层的厚度大于第一、第二电极的厚度，如此则第一、第二电极用于打线时，可以避免第一、第二电极下方的绝缘反射层被打碎，造成漏电、老化异常，从而保证发光二极管芯片的可靠性。
附图说明
图1显示为本实用新型实施例1的发光二极管芯片结构示意图。
图2显示为本实用新型实施例2的发光二极管芯片结构示意图。
图中元件标号说明：101：衬底；102：第一导电型半导体层；1021：局部缺陷区；103：量子阱层；104：第二导电型半导体层；105：电流扩展层；106：绝缘反射层；1061：第一通孔结构；1062：第二通孔结构；107：第一电极；108：第二电极：109：金属反射层。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1和图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种发光二极管芯片结构，所述发光二极管芯片结构包括：衬底101、发光外延结构、若干个局部缺陷区1021、电流扩展层105、具有第一通孔结构1061、第二通孔结构1062的绝缘反射层106、第一电极107以及第二电极108。
所述衬底101包括平面型蓝宝石衬底、图形蓝宝石衬底、硅衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、砷化镓衬底等。在本实施例中，所述衬底101选用为图形蓝宝石衬底。
所述发光外延结构位于所述衬底101上，包括依次层叠的第一导电型半导体层102、量子阱层103以及第二导电型半导体层104。
例如，所述第一导电型半导体层102可以为N型GaN层，所述量子阱层103可以为GaN基量子阱层103，所述第二导电型半导体层104可以为P型GaN层。当然，也可以依据实际需求选择其它种类的外延结构，并不限于此处所列举的示例。
所述若干个局部缺陷区1021位于部分所述第二导电型半导体层104上，且向下延伸至所述第一导电型半导体层102形成台面结构，所述台面结构露出有所述外延结构侧壁，具体地，所述台面结构显露有第一导电型半导体层102台面以及第一导电型半导体层102、量子阱层103及第二导电型半导体层104的侧壁。需要说明的是，局部缺陷区1021的数量至少一个，也可以根据LED芯片的结构、面积大小等进行增加，本实施例优选局部缺陷区1021为一个。
所述电流扩展层105形成于所述发光外延结构的部分表面上，并与部分所述发光外延结构表面接合。
例如，所述电流扩展层105可以选用ITO透明导电层，也可以选用其它材料，如ZnO、石墨烯等。结构上，优选位于所述发光外延层表面上的透明导电层“内缩”，便于后续的绝缘反射层可以披覆于该电流扩展层的侧壁。
所述绝缘反射层106，覆盖于所述发光外延结构、电流扩展层105的表面，包裹所述电流扩展层105的侧壁以及包裹所述发光外延结构侧壁。进一步地，所述绝缘反射层包括第一通孔结构1061、第二通孔结构1062，其中第一通孔结构1061位于局部缺陷区之上，作为第一电极的预留窗口，第二通孔结构位于发光外延层表面或是电流扩展层表面之上，作为第二电极的预留窗口。
例如，所述绝缘层106可以是包括高、低折射率材料交替层叠形成的分布布拉格反射层（DBR），其中低折射率材料可以选用二氧化硅、氟化镁等，高折射率材料可以选用二氧化钛、五氧化二钛等，且并不限于此处所列举的示例。本实施例优选二氧化硅与二氧化钛交替堆叠形成的DBR层，层数优选超过10层。作为示例，从俯视角度看，所述第二通孔的面积大于或者等于所述第一通孔的面积，所述第一通孔结构与第二通孔结构的数量相当。第二通孔的形状可以与第一通孔的形状不同，比如第二通孔为圆形带扩展条，而第一通孔我圆形，也就是说当第二通孔的面积大于所述第一通孔的面积时，可以方便直观区分第二、第一电极的正、负极电性，一般来说，第一通孔结构的数量与局部缺陷区的数量相当，局部缺陷区的面积大于第一通孔的面积，以利于绝缘反射层包裹发光外延结构侧壁。
第一电极107，通过所述第一通孔结构1061与所述第一导电型半导体层102实现电连接，且所述第一电极横跨于所述绝缘反射层的部分表面上。具体来说，第一电极107形成于所述第一电极的预留窗口中，且横跨于所述绝缘反射层的部分表面上，所述第一电极选用N电极，以实现N电极与N型GaN层电性连接。
第二电极108，通过所述第二通孔结构1062与所述第二导电型半导体层104实现电连接，且所述第二电极横跨于所述绝缘反射层的部分表面上。具体来说，第二电极108形成于所述第二电极的预留窗口中，且横跨于所述绝缘反射层的部分表面上，所述第二电极选用P电极，以实现P电极与电流扩展层、P型GaN层电性连接。当发光二极管芯片结构为倒装式时，第一、第二电极作为键合电极（Bond Pad）；当发光二极管芯片结构为正装式时，第一、第二电极作为打线电极（Wire Pad）。
作为示例，优选所述第一电极与所述第二电极的面积相当，所述第一电极与所述第二电极呈对称关系，可以是轴对称，也可以是旋转对称等。进一步地，优选横跨于所述绝缘反射层的部分表面上的第一电极面积占第一电极面积的90%以上，横跨于所述绝缘反射层的部分表面上的第二电极面积占第二电极面积的90%以上，如此有助于实现第一电极、第二电极的顶表面的整体平整性，有利于倒装式发光二极管芯片的固晶焊接，提升封装推力水平，增强可靠性。需要说明的是，优选绝缘反射层的面积占发光外延结构面积的80%以上，更优地90%以上，如此一方面有助于提高绝缘反射层的有效反射面积，另一方面有助于形成顶表面基本齐平的绝缘反射层，使得第一电极、第二电极充分地横跨于绝缘反射层之上，以获得电极顶表面的平整性。
作为示例，可选地，绝缘反射层的厚度大于第一、第二电极的厚度，如此则第一、第二电极用于打线电极（Wire Pad）时，可以避免第一、第二电极下方的绝缘反射层被打碎，造成漏电、老化异常，从而保证正装式发光二极管芯片的可靠性。
进一步地，从俯视角度看，优选所述第一电极的面积大于所述局部缺陷区的面积。进一步地，位于发光外延结构表面/电流扩展表面之上的第一电极的面积大于位于局部缺陷区之上的第一电极的面积，如此有利于尽可能减少局部缺陷区造成的发光面积减少，且可以兼顾第一电极的顶面平整性，减少第一电极的高度差。
实施例2
如图2所示，与实施例1区别在于，实施例1是于所述绝缘反射层与所述发光外延结构表面之间设置一电流扩展层，而本实施例在所述绝缘反射层与所述发光外延结构表面之间设置一金属反射层109，金属反射层位于发光外延结构的第二导电型半导体层表面上。所述金属层可以包括多层结构，如金属镜面层、金属保护层等，并不限于此。
作为示例，当金属镜面层选用Al或Ag高反射金属，作为反射镜（mirror）时，金属保护层（Barrier）选用TiW、Cr、Pt、Ti等，金属保护层可完全包裹金属镜面层，用于保护金属镜面层。
与实施例1相比，本实施例不仅采用大面积的具有高、低折射率差较大的分布布拉格反射层（DBR），还搭配大面积的具有较高反射率的金属（如Ag等）作为金属反射层，可以克服DBR反射具有一定的角度性，且导热效果有限的不足，从而充分地发挥绝缘反射层、金属反射层的双重优势，进一步增加LED芯片外部光萃取几率，从而提升芯片的发光效率。
如上所述，本实用新型的发光二极管芯片结构，包括以下有益效果：
本实用新型通过在发光外延层上设置大面积的绝缘反射层，其具有第一通孔、第二通孔结构，第一、第二电极结构横跨于第一、第二通孔结构之上，且横跨于绝缘反射层的部分表面上的电极面积占电极面积的90%以上，如此有助于实现第一电极、第二电极的顶表面的整体平整性，有利于发光二极管芯片的固晶焊接，提升封装推力水平，增强可靠性；藉由绝缘反射层的面积占发光外延结构面积的80%以上，更优地90%以上，如此一方面有助于提高绝缘反射层的有效反射面积，另一方面有助于形成顶表面基本齐平的绝缘反射层，使得第一电极、第二电极充分地横跨于绝缘反射层之上，以获得电极顶表面的平整性；藉由绝缘反射层的厚度大于第一、第二电极的厚度，如此则第一、第二电极用于打线时，可以避免第一、第二电极下方的绝缘反射层被打碎，造成漏电、老化异常，从而保证发光二极管芯片的可靠性。
本实用新型提供的发光二极管芯片结构，适用于制作倒装结构LED，也适合制作正装结构LED，还适用于制作薄膜结构或者高压结构LED器件等。本实用新型不仅适用于制作可见光LED，也适用于制作UV-LED等。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
Claims (14)
1.一种发光二极管芯片结构，其特征在于，包括：
一发光外延结构，包括依次层叠的第一导电型半导体层、量子阱层以及第二导电型半导体层；
局部缺陷区，位于部分所述第二导电型半导体层上，且向下延伸至所述第一导电型半导体层形成台面结构，所述台面结构露出有发光外延结构侧壁；
一绝缘反射层，覆盖于所述发光外延结构的表面以及包裹所述发光外延结构侧壁，所述绝缘反射层包括第一、第二通孔结构；
一第一电极，通过所述第一通孔结构与所述第一导电型半导体层实现电连接，且所述第一电极横跨于所述绝缘反射层的部分表面上；
一第二电极，通过所述第二通孔结构与所述第二导电型半导体层实现电连接，且所述第二电极横跨于所述绝缘反射层的部分表面上。
2.根据权利要求1所述的一种发光二极管芯片结构，其特征在于：所述绝缘反射层包括分布布拉格反射层。
3.根据权利要求1所述的一种发光二极管芯片结构，其特征在于：所述绝缘反射层的厚度大于所述第一、第二电极的厚度。
4.根据权利要求1所述的一种发光二极管芯片结构，其特征在于：所述绝缘反射层的面积占发光外延结构面积的80%以上。
5.根据权利要求1所述的一种发光二极管芯片结构，其特征在于：横跨于所述绝缘反射层的部分表面上的第一电极面积占第一电极面积的90%以上。
6.根据权利要求1所述的一种发光二极管芯片结构，其特征在于：横跨于所述绝缘反射层的部分表面上的第二电极面积占第二电极面积的90%以上。
7.根据权利要求1所述的一种发光二极管芯片结构，其特征在于：从俯视角度看，所述第一电极的面积大于所述局部缺陷区的面积。
8.根据权利要求1所述的一种发光二极管芯片结构，其特征在于：从俯视角度看，所述局部缺陷区的面积大于所述第一通孔的面积。
9.根据权利要求1所述的一种发光二极管芯片结构，其特征在于：从俯视角度看，所述第二通孔的面积大于或者等于所述第一通孔的面积。
10.根据权利要求1所述的一种发光二极管芯片结构，其特征在于：所述第一电极与所述第二电极的顶表面齐平。
11.根据权利要求1所述的一种发光二极管芯片结构，其特征在于：所述第一电极与所述第二电极的面积相当。
12.根据权利要求1所述的一种发光二极管芯片结构，其特征在于：所述第一电极与所述第二电极呈对称关系。
13.根据权利要求1所述的一种发光二极管芯片结构，其特征在于：所述绝缘反射层与所述发光外延结构表面之间设置一电流扩展层。
14.根据权利要求1所述的一种发光二极管芯片结构，其特征在于：所述绝缘反射层与所述发光外延结构表面之间设置一金属反射层。
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