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一種發光二極管芯片結構.pdf

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一種 發光二極管 芯片 結構
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摘要
申請專利號:

CN201110037091.2

申請日:

2011.02.12

公開號:

CN102637799B

公開日:

2015.01.28

當前法律狀態:

終止

有效性:

無權

法律詳情: 未繳年費專利權終止IPC(主分類):H01L 33/36申請日:20110212授權公告日:20150128終止日期:20160212|||授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H01L 33/36申請日:20110212|||公開
IPC分類號: H01L33/36(2010.01)I; H01L33/38(2010.01)I 主分類號: H01L33/36
申請人: 上海藍光科技有限公司
發明人: 張楠; 齊勝利; 潘堯波; 郝茂盛
地址: 201210 上海市浦東新區張江高科技園區芳春路400號
優先權:
專利代理機構: 上海光華專利事務所 31219 代理人: 李儀萍
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201110037091.2

授權公告號:

|||102637799B||||||

法律狀態公告日:

2017.03.29|||2015.01.28|||2012.10.03|||2012.08.15

法律狀態類型:

專利權的終止|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種發光二極管芯片結構,該結構的P型半導體層之上設有P型歐姆接觸電極層;在所述P型歐姆接觸電極層之上設有絕緣阻隔結構;在所述絕緣阻隔結構上設有P型透明導電層,所述P型透明導電層將所述絕緣阻隔結構包裹;其P電極與所述P型透明導電層接觸。其中,所述絕緣阻隔結構包括多個柱狀絕緣結構或者為設有多個通孔的絕緣層。本發明的發光二極管芯片結構通過改善電流的擴展,提高電流的注入效率,從而提高了LED的亮度。

權利要求書

1.一種發光二極管芯片結構,包括:N型半導體層、位于所述N型半導體層之
上的有源層、位于所述有源層之上的P型半導體層、與所述N型半導體層電
連接的N電極以及與所述P型半導體層電連接的P電極,其特征在于:
在所述P型半導體層之上設有P型歐姆接觸電極層;
在所述P型歐姆接觸電極層之上設有絕緣阻隔結構;
在所述絕緣阻隔結構上設有P型透明導電層,所述P型透明導電層將所
述絕緣阻隔結構包裹;
所述P電極與所述P型透明導電層接觸。
2.根據權利要求1所述的發光二極管芯片結構,其特征在于:所述P型歐姆接
觸電極層厚度為2-200nm。
3.根據權利要求1所述的發光二極管芯片結構,其特征在于:所述P型歐姆接
觸電極層采用ITO、Ni、Au、NiO、ZnO材料中的一種或多種。
4.根據權利要求1所述的發光二極管芯片結構,其特征在于:所述絕緣阻隔結
構為設有多個通孔的絕緣層,所述絕緣層厚度為0.01-0.2μm,所述通孔直
徑為0.01-10μm,多個所述通孔之間的間隔為0.01-10μm。
5.根據權利要求1所述的發光二極管芯片結構,其特征在于:所述絕緣阻隔結
構包括多個柱狀絕緣結構,所述柱狀絕緣結構高為0.01-0.2μm,寬為
0.01-10μm,多個所述柱狀絕緣結構之間的間隔為0.01-10μm。
6.根據權利要求1所述的發光二極管芯片結構,其特征在于:所述絕緣阻隔結
構采用氧化硅或氮化硅材料。
7.根據權利要求1所述的發光二極管芯片結構,其特征在于:所述P型透明導
電層的厚度為0.2-0.5μm。
8.根據權利要求1所述的發光二極管芯片結構,其特征在于:所述P型透明導
電層的表面為粗化結構。
9.根據權利要求1所述的發光二極管芯片結構,其特征在于:所述P型透明導
電層為ITO、Ni、Au、NiO、ZnO材料中的一種或多種。

說明書

一種發光二極管芯片結構

技術領域

本發明涉及發光二極管結構,尤其是指一種具有特殊電極結構的發光二極管
芯片結構。

背景技術

發光二極管(LED)具有體積小、效率高和壽命長等優點,在交通指示、戶
外全色顯示等領域有著廣泛的應用。尤其是利用大功率發光二極管可能實現半導
體固態照明,引起人類照明史的革命,從而逐漸成為目前電子學領域的研究熱點。

為了獲得高亮度的發光二極管,關鍵要提高器件的內量子效率和外量子效
率。芯片光提取效率是限制器件外量子效率的主要因素,其主要原因是外延材料、
襯底材料以及空氣之間的折射率差別較大,導致有源區產生的光在不同折射率材
料界面發生全反射而不能導出芯片。目前已經提出了幾種提高芯片光提取效率的
方法,主要包括:改變芯片的幾何外形,減少光在芯片內部的傳播路程,降低光的
吸收損耗,如采用倒金字塔結構;控制和改變自發輻射,通常采用諧振腔或光子晶
體等結構;采用表面粗糙方法,使光在粗糙的半導體和空氣界面發生漫射,增加其
投射的機會等。可見,芯片結構的設計對提高發光二極管的發光效率至關重要。

通常發光二極管的芯片結構為在藍寶石等襯底上依次外延了N型半導體層、
有源層、P型半導體層的構造,并且設有與N型半導體層電連接的N電極以及與
P型半導體層電連接的P電極。通過在N電極與P電極上施加電壓,根據電致發
光原理從而使發光二極管發光。可見,LED結構中電流的擴展情況、電流的注入
情況等對LED工作時的光電轉換性能有重要的影響。如何降低接觸電阻,減小電
流擁塞,使電流分布均勻,降低工作電壓,是本領域技術人員亟待解決的重要課
題。

因此,實有必要對發光二極管芯片的電極構造進行改良,以達到改善電流的
注入,降低器件工作電壓,提高LED亮度的目的。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于提供一種發光二極管芯片結構,通過改良電極
結構,從而提高LED亮度。

為了解決上述技術問題,本發明采用如下技術方案:

一種發光二極管芯片結構,包括:N型半導體層、位于所述N型半導體層之
上的有源層、位于所述有源層之上的P型半導體層、與所述N型半導體層電連接
的N電極以及與所述P型半導體層電連接的P電極;

在所述P型半導體層之上設有P型歐姆接觸電極層;

在所述P型歐姆接觸電極層之上設有絕緣阻隔結構;

在所述絕緣阻隔結構上設有P型透明導電層,所述P型透明導電層將所述絕
緣阻隔結構包裹;

所述P電極與所述P型透明導電層接觸。

作為本發明的優選方案之一,所述P型歐姆接觸電極層厚度為2-200nm。

作為本發明的優選方案之一,所述P型歐姆接觸電極層采用ITO(銦錫氧化
物)、Ni、Au、NiO、ZnO材料中的一種或多種。

作為本發明的優選方案之一,所述絕緣阻隔結構為設有多個通孔的絕緣層,
所述絕緣層厚度為0.01-0.2μm,所述通孔直徑為0.01-10μm,多個所述通孔之
間的間隔為0.01-10μm。

作為本發明的優選方案之一,所述絕緣阻隔結構包括多個柱狀絕緣結構,所
述柱狀絕緣結構高為0.01-0.2μm,寬為0.01-10μm,多個所述柱狀絕緣結構之
間的間隔為0.01-10μm。

作為本發明的優選方案之一,所述絕緣阻隔結構采用氧化硅、氮化硅等絕緣
材料。

作為本發明的優選方案之一,所述P型透明導電層的厚度為0.2-0.5μm。

作為本發明的優選方案之一,所述P型透明導電層的表面為粗化結構。

作為本發明的優選方案之一,所述P型透明導電層為ITO、Ni、Au、NiO、
ZnO材料中的一種或多種。

相較于現有技術,本發明的有益效果在于:

本發明發光二極管芯片結構,通過改良電極結構,在P電極下方的透明導電
層與P型歐姆接觸電極層之間增設了絕緣阻隔結構,提高了電流的注入效率,改
善了電流擴展,降低了器件工作電壓,從而提高了LED的亮度。此外,透明導電
層表面的粗化結構可進一步提高LED的出光效率。

附圖說明

圖1是實施例中發光二極管芯片的結構示意圖;

圖2是實施例中P型透明導電層表面粗化結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖進一步說明本發明的優選實施例,為了示出的方便附圖并未按
照比例繪制。

請參看圖1,本實施例提供的發光二極管芯片包括:N型半導體層10、位于
所述N型半導體層10之上的有源層20、位于所述有源層20之上的P型半導體
層30、與所述N型半導體層10電連接的N電極40以及與所述P型半導體層30
電連接的P電極50;其中,所述N型半導體層10優選為N型GaN層,P型半導
體層30優選為P型GaN層,有源層20優選為GaN基量子阱層。該發光二極管芯
片的材料層制備于生長襯底100上,生長襯底100為Si襯底、藍寶石襯底或圖
形化襯底等,其中適于制作發光二極管芯片的生長襯底種類比較多,在此不做局
限,可以優先使用圖形化襯底。

本實施例對發光二極管芯片電極結構的改進之處在于:

在所述P型半導體層30之上設有P型歐姆接觸電極層60;在所述P型歐姆
接觸電極層60之上設有絕緣阻隔結構70;在所述絕緣阻隔結構70上設有P型
透明導電層80,所述P型透明導電層80將所述絕緣阻隔結構70包裹;所述P
電極50與所述P型透明導電層80接觸。

其中,所述P型歐姆接觸電極層60的厚度優選為2-200nm,例如2nm、5nm、
10nm、50nm、100nm或200nm,本實施例優選5nm。所述P型歐姆接觸電極層60
可以采用ITO(銦錫氧化物)、Ni、Au、NiO、ZnO材料中的一種或多種,或其他
的P型歐姆接觸材料,主要起到改善電流擴展的作用。

所述絕緣阻隔結構70可以是設有多個通孔的絕緣層,也可以由多個柱狀絕
緣結構組成,主要起到改善電流的擴展,提高電流注入效率的作用。所述絕緣阻
隔結構70可以采用任一絕緣材料,例如氧化硅、氮化硅等。

所述絕緣阻隔結構70為設有多個通孔的絕緣層時效果最佳,其中所述絕緣
層厚度為0.01-0.2μm,例如0.01μm、0.05μm、0.1μm或0.2μm,本實施例
優選0.1μm;所述通孔直徑為0.01-10μm,例如,可以為納米量級10nm、20nmm、
50nm或100nm等,也可以稍微大一些如0.5μm、1μm、5μm或10μm等,本實
施例優選50nm,實際上通孔直徑較小時更有利于提高電流的注入。多個所述通
孔之間的間隔為0.01-10μm,例如0.01μm、0.05μm、0.1μm、5μm或10μm
等,本實施例優選0.1μm。多個所述通孔可以沒有規則地隨意排列于所述P型
半導體層30之上,也可以規則地排列于所述P型半導體層30之上,例如等間距
的陣列排布或者是按照其他排列規則的周期性排布等。

所述絕緣阻隔結構70也可以由多個柱狀絕緣結構組成,其中所述柱狀絕緣
結構的高度為0.01-0.2μm,例如0.01μm、0.05μm、0.1μm或0.2μm,本實
施例優選0.1μm;寬度為0.01-10μm,例如0.01μm、0.05μm、0.1μm、3μm、
5μm或10μm等,本實施例優選3μm。多個所述柱狀絕緣結構之間的間隔為
0.01-10μm,例如0.01μm、0.05μm、0.1μm、3μm、5μm或10μm等,本實
施例優選3μm。實際上可以通過調節所述柱狀絕緣結構的尺寸,來提高LED的
亮度。多個所述柱狀絕緣結構可以沒有規則地隨意排列于所述P型半導體層30
之上,也可以規則地排列于所述P型半導體層30之上,例如等間距的陣列排布
或者是按照其他排列規則的周期性排布等。

所述P型透明導電層80的厚度需要大于所述絕緣阻隔結構70中通孔或柱狀
絕緣結構的高度,從而可將所述絕緣阻隔結構70完全包裹,并且使電流在所述
P型透明導電層80中,可以從所述絕緣阻隔結構70上方,經由通孔或者多個柱
狀絕緣結構的間隙向下注入至芯片,從而達到改善電流注入的目的。其中,所述
P型透明導電層80的厚度優選為0.2-0.5μm,例如0.2μm、0.3μm、0.4μm
或0.5μm,本實施例優選0.2um。所述P型透明導電層80的材料為ITO、Ni、
Au、NiO、ZnO材料中的一種或多種,優選為ITO材料。

如圖2所示,所述P型透明導電層80的表面優選為粗化結構,從而可進一
步提高出光效率。其中,可以采用腐蝕液腐蝕所述P型透明導電層80的表面制
作粗化結構,通過對腐蝕工藝的調控,從而得到理想的粗化表面。

本實施例中發光二極管芯片結構,通過改良電極部分的結構,在P電極50
下方的P型透明導電層80與P型歐姆接觸電極層60之間增設絕緣阻隔結構70,
從而提高了電流的注入效率,改善了電流擴展性能,降低了器件工作電壓,提高
了LED的亮度。經過實驗測試,該結構相較于傳統的發光二極管芯片結構工作電
壓降低了約3%,LED亮度提高了10%以上。

本發明中涉及的其他工藝條件為常規工藝條件,屬于本領域技術人員熟悉的
范疇,在此不再贅述。上述實施例僅用以說明而非限制本發明的技術方案。任何
不脫離本發明精神和范圍的技術方案均應涵蓋在本發明的專利申請范圍當中。

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