专利名称：适用于大功率GaN基LED芯片的网络状电极的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体照明技术领域，尤其涉及一种适用于大功率GaN基LED芯片的网络状电极，它电流分布均匀，具有较好的光电特性。
背景技术：
LED是新一代固态光源，它具有体积小、耗电量低、使用寿命长、高发光效率、低热量、环保节能、坚固耐用等诸多优点，因而具有广阔的应用市场。目前LED已在背光源、交通灯、大屏幕显示、汽车照明、装饰照明等领域得到了广泛应用。随着GaN基LED技术的不断成熟与发展，基于GaN基大功率LED芯片的照明灯具将有望成为第 四代照明光源，具有极其广泛的应用前景。目前，商品化的GaN基发光二极管往往是在碳化硅、单晶硅以及蓝宝石衬底上通过化学气相沉积的方法外延制备获得。GaN基发光二极管一般有三种结构第一种是正装结构，其芯片的P型电极和N型电极在同一面。第二种是倒装结构，其发光二极管芯片倒扣在单晶硅上，芯片的P型电极和N型电极通过相应电极键合在单晶硅上。第三种是垂直结构，其P型电极和N型电极分别设置在LED外延层的两侧。采用蓝宝石衬底的GaN基发光二极管通常采用第一种的正装结构和第二种的倒装结构。在正装结构中，一般是通过对外延片表面刻蚀形成台面结构，将P型电极与N型电极设置在同一侧。这样，不可避免地会存在电流的横向扩展，由于电流倾向于走电阻较小的通道，电极分布不均将使得电流极容易产生拥挤效应。这样，容易产生GaN基发光二极管发光和发热不均、使用寿命下降等问题，从而影响GaN基发光二极管的稳定性。对于大功率的GaN基发光二极管来说，电流拥挤及分布不均的现象将更为严重。为了使得流经芯片的电流均匀分布，有必要优化电极形状，从而改善电流扩展分布，这对提高GaN基LED的光电性能具有重要的意义。现在，GaN基大功率发光二极管芯片的电极多采用N电极、P电极相互环绕的图形化电极结构。这种结构虽然在一定程度上改善了电流扩展，但是，由于该结构的电极分布不具备较高的对称性，导致流经P区和N区的电流在局部区域仍然是非对称分布的，这样就不可避免地产生局部电流拥挤效应。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种具有网络状电极的发光二极管，它在结构上完全对称并可根据需要改变电极数目，此外，其N型电极所在沟槽将芯片划分成多个独立的单元，能阻止电流在某些方向的流向，能克服当前GaN基大功率发光二极管的电极中存在的电流扩展不理想的问题，提高电流密度分布的均匀性，增加芯片的光提取效率，改善芯片散热不均等问题，从而提升芯片的光电特性。为实现上述目的，本发明采取如下的技术方案。一种适用于大功率GaN基LED芯片的网络状电极，含有衬底、P型电极和N型电极，在所述衬底的P型氮化镓GaN的表面覆盖有ITO薄膜层，其特征在于，所述衬底由网络状的沟槽分割成若干对称分布的台面，所述沟槽深入到台面N型的GaN层，但不对N型的GaN层作分割，而是将N型的GaN层及其外延的N型GaN层之上的量子阱层、超晶格层分割为互不相连的部分；沿台面外圈的沟槽形成“L”形台面；所述P型电极包含P型金属电极和P型金属焊盘，设置在台面表面的P型ITO薄膜层上；所述N型电极为包含N型金属电极与N型金属焊盘的网络状电极，所述N型金属电极为相互交错形成网络状的条形电极，设置在台面的台面结构上，被二氧化硅钝化层或者氮化硅钝化层掩埋并与由台面边缘和所述的沟槽相隔离；所述N型金属焊盘设置在所述网络状的N型金属电极的节点处，由所述的台面边缘与所述的沟槽相隔离或者是由所述的沟槽相隔离。进一步，所述的衬底为矩形结构，其长与宽至少为762微米。进一步，所述的P型金属电极为相互交错形成网络状的条形电极，设置在所述台面表面的ITO薄膜层(一般为氧化铟锡ΙΤ0)上，所述P型金属焊盘设置在所述网络状的P 型金属电极连接的节点处。进一步，所述P型金属电极由单独的P型金属焊盘构成，设置在所述台面表面的ITO薄膜层上。进一步，所述的N型金属电极与N型金属焊盘以及所述的P面金属电极与P面金属焊盘至少具有中心反演对称性和绕垂直于芯片中心法线的二次轴对称性及四次轴对称性(即，芯片绕中心法线旋转180度、270度和360度时，电极均能重合)。可选的，所述的P面金属电极采用与N型金属电极相同或者不同的材料。进一步，所述P面金属电极与所述N型金属电极为由导电性能优于ITO薄膜的导电材料制作的条形电极。可选的，所述导电性能优于ITO薄膜的导电材料为二氧化锡(SnO2)质量百分比大于等于10%的ITO材料。本发明适用于大功率GaN基LED芯片的网络状电极的积极效果是
(I)与现有的图形化电极结构相比，本发明的网络状电极的对称要素较多，网络状电极至少具有中心反演对称性和绕垂直于外延片中心法线的二次轴对称性、四次轴对称性和六次轴对称性。(2)由于N型金属电极由衬底边缘和沟槽相隔离，在垂直于芯片中心轴投影平面上，该网络电极将衬底外延层中N型GaN层之上的部分分割为多个独立的不相接触的单元，使得电流流向更为均匀，极大地改善了电流的分布，从而能有效地改善芯片发热不均的问题。(3)由于P型金属焊盘与N型金属焊盘的高对称性，在芯片打线时，可以有选择性地接通P型金属焊盘与N型金属焊盘。
图I为本发明适用于大功率GaN基LED芯片的网络状电极第一种实施例的结构示意图。图2为本发明适用于大功率GaN基LED芯片的网络状电极第二种实施例的结构示意图。
图3为本发明适用于大功率GaN基LED芯片的网络状电极第三种实施例的结构示意图。图中的标号分别为
I、台面；2、沟槽；3、P型ITO薄膜层；4、N型金属电极；5、N型金属焊盘；
51、第一 N型金属焊盘；52、第二 N型金属焊盘；53、第三N型金属焊盘；
54、第四N型金属焊盘；6、P型金属电极； 7、P型金属焊盘；
71、第一 P型金属焊盘；72、第二 P型金属焊盘；73、第三P型金属焊盘；
74、第四P型金属焊盘；75、第五P型金属焊盘；76、第六P型金属焊盘；
77、第七P型金属焊盘；78、第八P型金属焊盘；79、第九P型金属焊盘。
具体实施例方式以下结合附图继续解释本发明适用于大功率GaN基LED芯片的网络状电极的具体实施情况，提供3个实施例。但是，本发明的实施不限于以下的实施方式。实施例I
参见附图I。一种适用于大功率GaN基LED芯片的网络状电极，采用尺寸为ImmXlmm的芯片，首先，在GaN外延层的正面刻蚀出沟槽2直至N层，将芯片分割成4个台面I :台面I的线宽为100微米，沟槽2的线宽为30微米；所述的台面I为矩形结构，其长与宽为762微米。所述沟槽2使这4个台面I在N型层之上的量子阱层、超晶格层、P型GaN层彻底不相连。在沟槽2之中和台面I上淀积金属电极，沟槽2中和台面I上的金属线宽为20微米。N型电极为由第一 N型金属焊盘51、第二 N型金属焊盘52、第三N型金属焊盘53、第四N型金属焊盘54与N型金属电极4构成的网络状电极，所述N型金属电极4为相互交错形成网络状的条形电极，设置在台面I的台面结构上，被二氧化硅钝化层掩埋并与由台面I边缘和所述的沟槽2相隔离；所述第一 N型金属焊盘51、第二 N型金属焊盘52、第三N型金属焊盘53、第四N型金属焊盘54的直径为120微米，可选择性设置在台面I上的四个角端，即网络状的N型金属电极4的节点处。P型电极包含P型金属电极6与第一 P型金属焊盘71、第二 P型金属焊盘72、第三P型金属焊盘73、第四P型金属焊盘74，设置在芯片表面透明导电的P型ITO薄膜层3 (—般为氧化铟锡ΙΤ0)上，为对称性设置。由于第一 P型金属焊盘71、第二 P型金属焊盘72、第三P型金属焊盘73、第四P型金属焊盘74的对称性，可以能够接通第一 P型金属焊盘71、第三P型金属焊盘73与第一 N型金属焊盘51、第三N型金属焊盘53组金属焊盘，也能够接通第二 P型金属焊盘72、第四P型金属焊盘74与第二 N型金属焊盘52、第四N型金属焊盘54组金属焊盘；还能够同时接通第一 P型金属焊盘71、第二 P型金属焊盘72、第三P型金属焊盘73、第四P型金属焊盘74与第一 N型金属焊盘51、第二 N型金属焊盘52、第三N型金属焊盘53、第四N型金属焊盘54组金属焊盘，这就提高了本发明的网络状电极打线工艺的灵活性。实施中，所述P面金属电极6与所述N型金属电极4为由导电性能优于ITO薄膜的导电材料制作的条形电极；所述导电性能优于ITO薄膜的导电材料为二氧化锡(SnO2)质量百分比大于等于10%的ITO材料。实施中，所述的P面金属电极6可采用与N型金属电极4相同或者是不同的材料。
实施例2
参见附图2。一种适用 于大功率GaN基LED芯片的网络状电极，采用尺寸为762微米X 762微米的芯片，首先，在GaN外延层正面刻蚀出沟槽2直至N层，将芯片分割成4个台面I :沟槽2的线宽为23微米，台面I的线宽为76微米。沟槽2使这4个台面I在N型层之上的量子阱层、超晶格层、P型GaN层彻底不相连。在沟槽2之中和台面I上淀积金属电极，沟槽2中和台面I上的金属线宽为15微米。N型电极为由N型金属焊盘5与N型金属电极4构成的网络状电极，所述N型金属电极4为相互交错形成网络状的条形电极，设置在台面I的台面结构上，被二氧化硅钝化层掩埋并与由台面I边缘和所述的沟槽2相隔离；所述N型金属焊盘5的直径为91微米，设置在网络状的N型金属电极4的中央位置。P型电极包含第一 P型金属电极61、第二 P型金属电极62、第三P型金属电极63、第四P型金属电极64与第一 P型金属焊盘71、第二 P型金属焊盘72、第三P型金属焊盘
73、第四P型金属焊盘74，其中，第一 P型金属电极61设置在第一 P型金属焊盘71与第二P型金属焊盘72之间，第二 P型金属电极62设置在第二 P型金属焊盘72与第三P型金属焊盘73之间，第三P型金属电极63设置在第三P型金属焊盘73与第四P型金属焊盘74之间，第四P型金属电极64设置在第四P型金属焊盘74与第一 P型金属焊盘71之间。所述的P型金属电极与P型金属焊盘都设置在芯片表面透明导电的P型ITO薄膜层3 (—般为氧化铟锡ΙΤ0)上。由于第一 P型金属焊盘71、第二 P型金属焊盘72、第三P型金属焊盘73、第四P型金属焊盘74的对称性，可以接通第一 P型金属焊盘71、第三P型金属焊盘73与N型金属焊盘5组金属焊盘，也可以接通第二 P型金属焊盘72、第四P型金属焊盘74与N型金属焊盘5组金属焊盘；还可以同时接通第一 P型金属焊盘71、第二 P型金属焊盘72、第三P型金属焊盘73、第四P型金属焊盘74与N型金属焊盘5组金属焊盘，使本发明的网络状电极打线工艺的灵活性。其他实施内容可参照实施例I的内容。实施例3
参见附图3。一种适用于大功率GaN基LED芯片的网络状电极，采用尺寸为1500微米X 1500微米的芯片，首先，在GaN外延层正面刻蚀出沟槽2直至N层，将芯片分割成9个台面I :沟槽2的线宽为45微米，台面I的线宽为150微米。沟槽2使这9个台面I在N型层之上的量子阱层、超晶格层、P型GaN层彻底不相连。在沟槽2之中和台面I上淀积金属电极，沟槽2中和台面I上的金属线宽为30微米。N型电极为由第一 N型金属焊盘51、第二 N型金属焊盘52、第三N型金属焊盘53、第四N型金属焊盘54与N型金属电极4构成的网络状电极，所述N型金属电极4为相互交错形成网络状的条形电极，设置在台面I的台面结构上，被氮化硅钝化层掩埋并与沟槽2及台面I的侧壁不相接触；所述第一 N型金属焊盘51、第二 N型金属焊盘52、第三N型金属焊盘53、第四N型金属焊盘54的直径为180微米，选择性设置在台面I上四个角端，也为网络状的N型金属电极4的节点处。P型电极包含P型金属电极6与第一 P型金属焊盘71、第二 P型金属焊盘72、第三P型金属焊盘73、第四P型金属焊盘74、第五P型金属焊盘75、第六P型金属焊盘76、第七P型金属焊盘77、第八P型金属焊盘78、第九P型金属焊盘79，其中，P型金属电极6设置所述的九个P型金属焊盘之间，形成一个网络状P型电极。所述网络状P型电极设置在芯片表面透明导电的P型ITO薄膜层3 (—般为氧化铟锡ΙΤ0)上。由于第一 P型金属焊盘71、第二 P型金属焊盘72、第三P型金属焊盘73、第四P型金属焊盘74、第五P型金属焊盘75、第六P型金属焊盘76、第七P型金属焊盘77、第八P型金属焊盘78、第九P型金属焊盘79的对称性，可以接通第一 P型金属焊盘71、第五P型金属焊盘75、第九P型金属焊盘79与第二 N型金属焊盘52、第四N型金属焊盘54组金属焊盘；也可以接通第三P型金属焊盘73、第五P型金属焊盘75、第七P型金属焊盘77与第一 N型金属焊盘51、第三N型金属焊盘53组金属焊盘；还可以同时接通第一 P型金属焊盘71、第二 P型金属焊盘72、第三P型金属焊盘73、第四P型金属焊盘74、第五P型金属焊盘
75、第六P型金属焊盘76、第七P型金属焊盘77、第八P型金属焊盘78、第九P型金属焊盘79与第一 N型金属焊盘51、第二 N型金属焊盘52、第三N型金属焊盘53、第四N型金属焊盘54组金属焊盘，使本发明的网络状电极打线工艺的灵活性。
其他实施内容可参照实施例I的内容。以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明结构的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种适用于大功率GaN基LED芯片的网络状电极，含有衬底、P型电极和N型电极，在所述衬底的P型氮化镓GaN的表面覆盖有ITO薄膜层，其特征在于，所述衬底由网络状的沟槽(2)分割成若干对称分布的台面(1)，所述沟槽(2)深入到台面(I)N型的GaN层，但不对N型的GaN层作分割，而是将N型的GaN层及其外延的N型GaN层之上的量子阱层、超晶格层分割为互不相连的部分；沿台面(I)外圈的沟槽(2)形成“L”形台面；所述P型电极包含P型金属电极(6)和P型金属焊盘，设置在台面(I)表面的P型ITO薄膜层(3)上；所述N型电极为包含N型金属电极(4)与N型金属焊盘(6)的网络状电极，所述N型金属电极(4)为相互交错形成网络状的条形电极，设置在台面(I)的台面结构上，被二氧化硅钝化层或者氮化硅钝化层掩埋并与由台面(I)边缘和所述的沟槽(2)相隔离；所述N型金属焊盘(5)设置在所述网络状的N型金属电极(4)的节点处，由所述的台面(I)边缘与所述的沟槽(2)相隔离或者是由所述的沟槽(2)相隔离。
2.根据权利要求I所述的适用于大功率GaN基LED芯片的网络状电极，其特征在于，所述的衬底为矩形结构，其长与宽至少为762微米。
3.根据权利要求I所述的适用于大功率GaN基LED芯片的网络状电极，其特征在于，所述的P型金属电极(6)为相互交错形成网络状的条形电极，设置在所述台面(I)表面的ITO薄膜层上，所述P型金属焊盘(7)设置在所述网络状的P型金属电极(6)连接的节点处。
4.根据权利要求I所述的适用于大功率GaN基LED芯片的网络状电极，其特征在于，所述P型金属电极(6)由单独的P型金属焊盘(7)构成，设置在所述台面(I)表面的ITO薄膜层上。
5.根据权利要求I所述的适用于大功率GaN基LED芯片的网络状电极，其特征在于，所述的N型金属电极(4)与N型金属焊盘(5)以及所述的P面金属电极(6)与P面金属焊盘(7)至少具有中心反演对称性和绕垂直于芯片中心法线的二次轴对称性及四次轴对称性。
6.根据权利要求I所述的适用于大功率GaN基LED芯片的网络状电极，其特征在于，所述的P面金属电极(6)采用与N型金属电极(4)相同或者不同的材料。
7.根据权利要求I所述的适用于大功率GaN基LED芯片的网络状电极，其特征在于，所述P面金属电极(6)与所述N型金属电极(4)为由导电性能优于ITO薄膜的导电材料制作的条形电极。
8.根据权利要求7所述的适用于大功率GaN基LED芯片的网络状电极，其特征在于，所述导电性能优于ITO薄膜的导电材料为二氧化锡SnO2质量百分比大于等于10%的ITO材料。
全文摘要
本发明涉及半导体照明技术领域，是适用于大功率GaN基LED芯片的网络状电极，芯片的电极由网络状的电极与金属焊盘构成，采用的电极至少具有中心反演对称性和绕垂直于芯片中心法线的二次轴对称性和四次轴对称型，即芯片绕中心法线旋转180度、270度和360度时电极均能重合；在垂直于芯片中心轴投影平面上，N型电极沟槽将外延层中N型GaN层之上的部分划分为多个独立的不相接触的单元，使各个单元之间彼此不受影响；本发明中电极对称要素较多，使电流分布更为均匀，有效地改善了芯片发热不均的问题；由于P型金属焊盘与N型金属焊盘的高对称性，在打线时能选择性地接通P型金属焊盘与N型金属焊盘，提高了打线的灵活性。
文档编号H01L33/38GK102709432SQ20121014239
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月10日 优先权日2012年5月10日
发明者刘献伟, 吴东平, 常志伟, 张国龙, 张宇欣, 曹凤凯, 李 浩, 杨旅云, 田光磊, 赵明, 陈晓鹏 申请人:施科特光电材料(昆山)有限公司