[發明專利]一種垂直集成單元發光二極管

有效

• 申請號: 201911354880.1
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN113036014B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 閆春輝;蔣振宇
• 申請（專利權）人: 深圳第三代半導體研究院
• 主分類號: H01L33/38
• 分類號: H01L33/38;H01L33/14;H01L33/20;H01L33/64;H01L33/10;H01L27/15;B82Y40/00
• 代理公司: 北京華創智道知識產權代理事務所(普通合伙) 11888
• 代理人: 彭隨麗

本發明提供一種垂直集成單元發光二極管，包括：遠離第一導電類型電極的一側形成n個二極管臺面結構和溝槽結構，所述第二導電類型電極線沿所述第二導電類型層之上的溝槽延伸，相鄰二極管單元垂直于所述第二導電類型電極線延伸方向上的距離根據電流擴散長度確定；所述n個二極管單元包括電流阻擋層和保護金屬層，所述保護金屬層內設置反射鏡，所述電流阻擋層嵌置于保護金屬層與反射鏡內。本發明有效地阻擋了電流在垂直方向的擴散，而單元二極管以較高自由度的幾何優化和足夠小的微納結構設計，促進電流的橫向擴散，解決了電流擴散不均勻導致的發光不均勻問題，提高了光電轉換效率/流明效率。

技術領域

本發明涉及半導體材料和器件工藝領域，特別是半導體光電器件，更具體地，本發明涉及一種垂直集成單元發光二極管。

背景技術

常規的垂直結構LED芯片中，電流擴散主要依靠N型導電電極側，有電極引線型引線或鉆孔型的引線，但總體電流擴散仍不均勻，導致發光效率的損失，散熱也不均勻，從而影響單元二極管芯片的效率和穩定性。從而限制了垂直大功率LED芯片提供單位面積流明輸出更高的產品。電流擴散的不均勻、熱擴散的不均勻和光提取的不均勻，導致其在流明效率、流明密度輸出、流明成本三個重要的參數上有極大的局限性，目前市場上的垂直LED芯片技術無法提供有效的解決方案。

現有技術一為Proc.of SPIE Vol.10021 100210X-1 2016會議論文，如圖1-3所示，其中，圖1為垂直LED芯片的結構圖，其中P型電極與背面的電極相連(back metal Au)，黑色部分邊緣的方框與中間3根手指型引線代表了N型電極，通過下方的兩個大的N-pad打線引出。因此整個芯片的電流擴散，主要為N型金屬線所限制。

圖2展示了現有技術一的垂直芯片的近場分析圖和中線上歸一化的電流分布圖，芯片的尺寸為1.2mm×1.2mm。近場圖中可見，芯片的電流分布仍然十分不均勻，靠近N型導電電極線的區域光強很大，電流密度大，而遠離N型導電電極線的區域光強較小，電流密度小。歸一化的分布圖顯示，電流密度較小的區域不到較大區域的70％。因此，大電流下的LED光效、散熱和穩定性都會受到嚴重的限制。

發明內容

本發明為解決現有技術存在的二極管結構流明效率、流明密度輸出、流明成本三個重要的參數上有極大局限性的技術問題，提出一種流明效率高、流明密度輸出大的集成單元二極管。

為實現上述目的，本發明提供一種垂直集成單元發光二極管，可定義，芯片的長寬高分別為X、Y、Z，每個單元的臺面尺寸的長寬高則以a、b、c表示，各單元按照J×K的單元排列分布。所述芯片包括：第一導電類型電極，第二導電類型電極，及遠離第一導電類型電極的一側形成n個二極管臺面結構和溝槽結構，所述第二導電類型電極線沿所述第二導電類型層之上的溝槽延伸，所述延伸的第二導電類型電極線之間形成n個二極管單元臺面結構，其中，n≥2；相鄰二極管單元的垂直于所述第二導電類型電極線延伸方向上距離根據電流擴散長度確定；所述n個二極管單元包括電流阻擋層和保護金屬層，所述保護金屬層內設置反射鏡，所述電流阻擋層嵌置于保護金屬層與反射鏡內。

現有的LED結構都會面臨P型導電電極到量子阱有源區，和N型導電電極到量子阱有源區的橫向電流擴散問題，電流橫向擴散從物理本質上來說永遠也無法達到100％的電流均勻分布。電流擴散長度與LED外延結構和芯片結構的相關，并不是固定值，通常小電流下大約在80微米左右，而市面上大部分LED芯片設計中，N型導電電極引線到P型導電電極引線的距離通常到100微米左右，因此目前的中小功率LED芯片都普遍有比較嚴重的電流分布不均勻的問題。同時因為電流擴散長度也是電流密度的函數，隨電流密度的增加，電流擴散長度減少，因此大電流下的電流擴散更加的不均勻，導致局部區域電流密度過大，效率降低。同時高電流密度的區域也是熱聚集的區域，會影響芯片的穩定性，降低芯片的壽命，同時對封裝散熱技術上、成本上都提出了更高的要求。

作為進一步的優選，電流擴散的長度具體為橫向臨界電流擴散長度；