[发明专利]发光二极管

说明书

发明领域

本发明涉及发光二极管(LED)芯片设计，该LED在绝缘衬底上生成。 

发明背景 

在生成为绝缘衬底上的层状结构的LED中，n-接触电极和p-接触电极是由芯片的顶面制成的。它们通常被定位成靠近芯片的产生光的区域的相对边缘。它们中的一个被形成在下部电流分配层上，该下部电流分配层通过选择性地蚀刻掉生成在其上的层而被暴露，以及它们中的另一个位于LED层状结构顶部上的上部电流分配层上。 

在一种典型情况中，电极之间的水平距离远高于LED的垂直(vertical)层状结构的总厚度。在那种情况中，为了在产生光的层的上面提供高的电流均匀度，电流分配层的薄层电阻应该尽可能低，以便最小化沿着那些层的电压降。具体地，该薄层电阻应显著地小于穿过层状结构的平均垂直电阻(包括例如来源于p-n结中的电压降的电阻)。然而，在大多数实际情况中，所述薄层电阻沿着电流分配层产生大的电压降。这导致非均匀的电流密度，非均匀的电流密度可能在高电流密度的部位引起局部过热。此种局部过热还可以引起设备效率的降低，以及引起设备可靠度的降低。 

涉及电流均匀度的特征参数为电流散布长度(current spreadinglength)： 

这里ρ_竖直为穿过LED结构的平均垂直电阻，以及ρ_{薄层，顶部}和ρ_{薄层，底部}为顶部和底部电流分配层的薄层电阻。为了避免上面描述的沿着电流散布层的电压降，电极之间的水平距离应该低于电流散布长度。问题在于，在大多数实际情况中，水平的芯片尺寸清楚地高于电流散布长度。因此，使用常规的简单接触垫，关于电极之间的距离的所述条件不能被满足。对于此问题的一种已知解决方案是使用指状的即指叉型电极几何形状。使用此种几何形状，电极之间的水平距离可以被调整得小于电流散布长度。然而，此种方法同样具有其缺陷：靠近电极特别是位于电极“手指”的外部端部的电流密度总是最高，引起显著地非均匀的电流密度。 

发明目的 

本发明的目的是提供一种LED芯片设计，该LED芯片设计通过芯片的产生光的区域上面的改进的电流均匀度来改善元件的性能和可靠度。 

发明概述 

本发明特征陈述如下。 

本发明的LED芯片电绝缘的衬底上生成。该LED结构包括第一传导类型的下部电流分配层、第一电极以及垂直层状结构，第一电极以及垂直层状结构被水平地彼此分离开地形成在下部电流分配层上。该垂直层状结构包括活性层和位于该活性层上方的第二传导类型的上部电流分配层，该活性层优选地夹在n-型和p-型半导体夹止层(cladding layer)之间。第二电极形成在上部电流分配层上。电极的几何形状被调整以在电极之间提供低于芯片的电流散布长度的水平距离。本文中术语“水平的”意思是在衬底的平面内的方向以及自然地，“垂直的”意思是垂直于此平面的方向。 

依据本发明，垂直沟槽被形成在电极之间，该沟槽延伸穿过包括下部电流分配层的芯片，以控制电流分配层中的水平电流流动，以便在活性层上面实现均匀的电流密度。换言之，与在现有技术解决方案中电流流动只由电极和下部电流分配层上方的垂直层状结构的几何形状来控制形成对比，在本发明中下部电流分配也选择性地被切断。因此，代替现有技术解决方案的两-层级方法，芯片拓扑是基于三个层级的。通过将所有层从芯片几何形状的选定的部位除去来控制电流流动，可以在整个产生光的层上面实现非常均匀的密度。 

除电流引导效果外，上文描述的沟槽增加垂直层状结构的总周长。这对于在活性层中产生的光从结构中通过垂直层状结构的侧壁逸出，产生增加的可能性。为了进一步提供光从芯片中的提取，在本发明的优选实施方式中附加的垂直沟槽被形成在电极之间，该附加的沟槽沿着电流分配层中电流流动的水平方向，延伸穿过包括活性层的芯片，以进一步增加垂直层状结构的总周长。沿着电流流动方向被定位的附加的沟槽不干扰电流流动。 

具有指叉型或类似几何形状的芯片一个问题在于，穿过垂直层状结构的侧壁从芯片中提取的光可能被相对的侧壁阻挡或者被下部电流分配层上的第一电极阻挡。为了避免这样，垂直层状结构的侧壁优选地为倾斜的，至少在产生光的活性层是偏离于垂直方向倾斜的，以促进光从芯片中的提取。 

附图简述 

在下文中，本发明将参照附图被更详细地被描述，其中 

图1示出了常规LED芯片中的电流密度的例子，