一种大功率垂直结构LED芯片结构及其电流阻挡层的制备方法

本发明涉及发光二极管领域，尤其是涉及一种大功率垂直结构led芯片结构及其电流阻挡层的制备方法。

背景技术：

1、半导体发光二极管（led），在显示、照明领域有着重要应用。led实际是通过受主掺杂层（p层）和施主掺杂层（n层）之间的有源区把电能转换成光能的一种器件，具有可控性好、响应快、寿命长、发光效率高、节能环保等优点，随着led产业的发展，大功率led越来越受到人们的青睐，大功率、高亮度的led在汽车照明、户外照明、lcd背光、投影仪等众多领域有着广泛的应用。随着使用功率的提高，单位面积上注入的电流也要求越来越大，大功率led仍然面临着发光效率、发光不均匀等技术难题。

2、目前的现有技术中，垂直结构led的上电极通常采用finger电流扩展金属层作为导电通道，在大电流密度条件下，电流集中于finger的注入端，较难扩散到另一端，使得大功率led局部区域的电流拥挤，发光不均匀，发光效率低。大功率led的发光面发光不均匀，不仅会降低led的发光亮度，还会导致led芯片发热严重，降低led芯片寿命。因此finger型的电极不适用于大尺寸、大功率的led芯片设计。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的在于提供一种能提高led的发光亮度、降低led芯片的发热量、延长led芯片寿命的大功率垂直结构led芯片结构，它克服了现有finger型电极大功率led发光不均匀、发光效率低的缺陷。

2、本发明的第二个目的在于提供一种大功率垂直结构led芯片结构的电流阻挡层的制备方法。

3、本发明的第一个目的具体是这样实现的：

4、一种大功率垂直结构led芯片结构，特征是：所述led芯片从下到上依次包括导电基板、金属键合层、第一电极、第一半导体层、有源层、第二半导体层、电流阻挡层、第二电极；所述互补层与电流阻挡层的位置上下对应；所述电流阻挡层形成于第二半导体的表面；所述第二电极包括，至少一个焊盘、传输电极和传输注入电极；所述焊盘和传输电极形成于电流阻挡层表面的预定位置，传输电极位于焊盘的左右两侧及上侧，传输电极与焊盘组成一个封闭的环形；所述传输注入电极的一部分形成于第二半导体的表面，传输注入电极的剩余部分形成于电流阻挡层的表面，传输注入电极位于传输电极与焊盘组成一个封闭的环形内部；所述焊盘与传输电极连接，传输电极与传输注入电极连接，传输注入电极与焊盘不连接；所述焊盘和传输电极的电极宽度均小于焊盘和传输电极下方的电流阻挡层的宽度，传输注入电极的宽度大于传输注入电极下方的电流阻挡层宽度。

5、进一步的，所述焊盘的宽度为da，焊盘下方的电流阻挡层的宽度为wa，wa-da≥0.1nm；所述传输电极的宽度为db，传输电极下方的电流阻挡层的宽度为wb，wb-da≥0.1nm；所述传输注入电极的宽度为dc，焊盘下方的电流阻挡层的宽度为wc， dc-wc≥0.1nm；所述焊盘与传输注入电极之间的间距为d0，d0≥0.1nm。

6、进一步的，所述传输电极的宽度从远离焊盘到靠近焊盘呈渐变趋势；所述传输注入电极的宽度从远离传输电极到靠近传输电极呈渐变趋势。

7、进一步的，所述渐变趋势为从宽到窄、从窄到宽或从宽到窄再到宽。

8、进一步的，所述传输电极包括一个或多个u型电极；所述传输注入电极包括一个或多个条形电极。

9、进一步的，所述条形电极至少有一端与u型电极相连。

10、本发明的第二个目的具体是这样实现的：

11、一种大功率垂直结构led芯片结构的电流阻挡层的制备方法，特征是：在第二半导体层的表面沉积介质层作为电流阻挡层；或在第二半导体层的表面进行离子轰击或离子注入，使第二半导体层的表面形成高阻区，作为电流阻挡层；或在第二半导体层的表面沉积与第二半导体层形成肖特基接触的金属层。

12、进一步的，所述电流阻挡层的厚度为1nm～10000nm。

13、进一步的，所述介质层为al2o3、sio2、si3n4、tio2、ti3o5中的一种或多种。

14、进一步的，所述离子轰击或离子注入的离子源为：ar、h、he、n、 f、mg、zn、o、ti、fe、cr、mn或co中的任意一种或多种；离子轰击的离子能量从5kev到 1000kev。

15、进一步的，所述金属层的材料包括al、ti、ag、cu、cr、mn、co、w等金属中的一种或多种。

16、本发明的第二电极包括焊盘、传输电极和传输注入电极，由于传输电极与焊盘连接，传输注入电极与传输电极连接，焊盘与传输注入电极不连接，电流通过焊盘注入后，由于焊盘及传输电极与第二半导体层不接触，电流不会注入焊盘及传输电极下方的第二半导体层，而是在传输电极中扩展，然后，再通过传输注入电极注入下方的第二半导体层中，改变了电流注入位置，避免电流拥挤在焊盘处。电流注入形式较普通的n-finger注入形式，减少了因电流集中于finger的注入端，较难扩散到finger的另一端而损失的发光区面积，克服了现有finger型电极大功率led发光不均匀、发光效率低的缺陷，使得led芯片在大电流下的电流扩展均匀性提高，同时提高了led芯片的饱和特性和发光亮度。

技术特征：

1.一种大功率垂直结构led芯片结构，其特征在于：所述led芯片从下到上依次包括导电基板、金属键合层、第一电极、第一半导体层、有源层、第二半导体层、电流阻挡层、第二电极；所述互补层与电流阻挡层的位置上下对应；所述电流阻挡层形成于第二半导体的表面；所述第二电极包括，至少一个焊盘、传输电极和传输注入电极；所述焊盘和传输电极形成于电流阻挡层表面的预定位置，传输电极位于焊盘的左右两侧及上侧，传输电极与焊盘组成一个封闭的环形；所述传输注入电极的一部分形成于第二半导体的表面，传输注入电极的剩余部分形成于电流阻挡层的表面，传输注入电极位于传输电极与焊盘组成一个封闭的环形内部；所述焊盘与传输电极连接，传输电极与传输注入电极连接，传输注入电极与焊盘不连接；所述焊盘和传输电极的电极宽度均小于焊盘和传输电极下方的电流阻挡层的宽度，传输注入电极的宽度大于传输注入电极下方的电流阻挡层宽度。

2.根据权利要求1所述的大功率垂直结构led芯片结构，其特征在于：所述焊盘宽度为da，焊盘下方的电流阻挡层的宽度为wa，wa-da≥0.1nm；所述传输电极的宽度为db，传输电极下方的电流阻挡层的宽度为wb，wb-da≥0.1nm；所述传输注入电极的宽度为dc，焊盘下方的电流阻挡层的宽度为wc， dc-wc≥0.1nm；所述焊盘与传输注入电极之间的间距为d0，d0≥0.1nm。

3.根据权利要求1所述的大功率垂直结构led芯片结构，其特征在于：所述传输电极的宽度从远离焊盘到靠近焊盘呈渐变趋势；所述传输注入电极的宽度从远离传输电极到靠近传输电极呈渐变趋势。

4.根据权利要求3所述的大功率垂直结构led芯片结构，其特征在于：所述渐变趋势为从宽到窄、从窄到宽或从宽到窄再到宽。

5.根据权利要求1所述的大功率垂直结构led芯片结构，其特征在于：所述传输电极包括一个或多个u型电极；所述传输注入电极包括一个或多个条形电极。

6.根据权利要求5所述的大功率垂直结构led芯片结构，其特征在于：所述条形电极至少有一端与u型电极相连。

7.一种大功率垂直结构led芯片结构的电流阻挡层的制备方法，其特征在于：在第二半导体层的表面沉积介质层作为电流阻挡层，所述介质层为al2o3、sio2、si3n4、tio2、ti3o5中的一种或多种；或在第二半导体层的表面进行离子轰击或离子注入，使第二半导体层的表面形成高阻区，作为电流阻挡层；或在第二半导体层的表面沉积与第二半导体层形成肖特基接触的金属层。

8.根据权利要求7所述的大功率垂直结构led芯片结构的电流阻挡层的制备方法，其特征在于：所述电流阻挡层的厚度为1nm～10000nm。

9.根据权利要求7所述的大功率垂直结构led芯片结构的电流阻挡层的制备方法，其特征在于：所述离子轰击或离子注入的离子源为：ar、h、he、n、 f、mg、zn、o、ti、fe、cr、mn或co中的任意一种或多种；离子轰击的离子能量从5kev到 1000kev。

10.根据权利要7所述的大功率垂直结构led芯片结构的电流阻挡层的制备方法，其特征在于：金属层的材料包括al、ti、ag、cu、cr、mn、co、w等金属中的一种或多种。

技术总结
本发明提供一种大功率垂直结构LED芯片结构及其电流阻挡层的制备方法，所述LED芯片从下到上依次包括导电基板、金属键合层、第一电极、第一半导体层、有源层、第二半导体层、电流阻挡层、第二电极；所述互补层与电流阻挡层的位置上下对应；所述电流阻挡层形成于第二半导体层的表面；所述第二电极形成于电流阻挡层的表面；所述第二电极包括焊盘、传输电极和传输注入电极，焊盘和传输电极的宽度均小于焊盘和传输电极下方的电流阻挡层的宽度，传输注入电极的宽度大于传输注入电极下方的电流阻挡层宽度，通过对第二电极与电流阻挡层的宽度设计，减小电极下方电流拥挤，提高了大功率LED电流扩展均匀性，提高了大电流下芯片的亮度。

技术研发人员：吴小明,林前英,江风益,陈芳,莫春兰,王立,黄超,夏邦美
受保护的技术使用者：南昌大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13