一种垂直集成单元二极管芯片制造技术

本发明专利技术提供一种垂直集成单元发光二极管，包括：第一导电类型电极，第二导电类型电极，及位于所述第一导电类型电极之上的二极管台面结构；二极管台面结构包括n个二极管单元和沟槽结构，其中，n≥2；沟槽结构位于二极管单元之间；所述二极管台面结构面积根据电流扩散长度确定。二极管台面结构还包括第一导电类型层，第二导电类型层，及位于所述第一导电类型层上的量子阱有源区，量子阱有源区厚度，其中，第一导电类型层厚度为L1，第二导电类型层厚度为L2，量子阱有源区厚度为L3，其中沟槽深度L为：L2+L3<L≤L1+L2+L3，所述二极管台面结构面积根据电流扩散长度确定。本发明专利技术解决了现有技术存在的二极管结构在流明效率、流明密度输出、流明成本三个重要的参数上极大局限性的技术问题，提高了单位面积芯片的流明输出，降低了流明成本。

【技术实现步骤摘要】
一种垂直集成单元二极管芯片
本专利技术涉及半导体材料和器件工艺领域，特别是半导体光电器件。
技术介绍
常规的垂直结构LED芯片中，电流扩散主要依靠n电极侧，有电极引线型引线或钻孔型的引线，但总体电流扩散仍不均匀，导致发光效率的损失，散热也不均匀，从而影响单元二极管芯片的效率和稳定性。从而限制了垂直大功率LED芯片提供单位面积流明输出更高的产品。电流扩散的不均匀、热扩散的不均匀和光提取的不均匀，导致其在流明效率、流明密度输出、流明成本三个重要的参数上有极大的局限性，目前市场上的垂直LED芯片技术无法提供有效的解决方案。现有技术一为Proc.ofSPIEVol.10021100210X-12016会议论文，如图1-3所示，其中，图1为垂直LED芯片的结构图，其中p型电极与背面的电极相连(backmetalAu)，黑色部分边缘的方框与中间3根手指型引线代表了n型电极，通过下方的两个大的N-pad打线引出。因此整个芯片的电流扩散，主要为n型金属线所限制。图2展示了现有技术一的垂直芯片的近场分析图和中线上归一化的电流分布图，芯片的尺寸为1.2mm×1.2mm。近场图中可见，芯片的电流分布仍然十分不均匀，靠近n电极线的区域光强很大，电流密度大，而远离n电极线的区域光强较小，电流密度小。归一化的分布图显示，电流密度较小的区域不到较大区域的70％。因此，大电流下的LED光效、散热和稳定性都会受到严重的限制。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术存在的二极管结构流明效率、流明密度输出、流明成本三个重要的参数上有极大局限性的技术问题，提出一种流明效率高、流明密度输出大的集成单元二极管。为实现上述目的，本专利技术提供一种垂直集成单元二极管芯片，包括：第一导电类型电极，第二导电类型电极，及位于所述第一导电类型电极之上的二极管台面结构；所述二极管台面结构包括n个二极管单元和沟槽结构，其中，n≥2；沟槽结构位于二极管单元之间，沟槽深度为L；所述二极管台面结构还包括第一导电类型层，厚度为h1的第二导电类型层，及位于所述第一导电类型层上的量子阱有源区，量子阱有源区厚度为h2，其中，h1<L≤h1+h2。所述二极管台面结构面积根据电流扩散长度确定。优选的，所述的垂直集成单元二极管芯片，其特征在于所述二极管台面结构的n个二极管单元沿沟槽底部向上的垂直方向上的水平截面面积不变或逐渐缩小。优选的，所述二极管单元之间的沟槽横截面形状为三角形、四边形、弧形以及其它任意定义形状。优选的，所述二极管单元之间的沟槽形状为四边形、同心圆环、十字形及其它任意曲线形状。优选的，所述二极管单元之间的沟槽水平方向不均匀分布或均匀分布。优选的，所述二极管单元之间的沟槽水平方向不均匀分布包括等距和非等距周期性分布，或等距和非等距非周期性分布。优选的，所述二极管台面结构内的二极管单元的侧壁与水平面的夹角α大于0度且小于等于90度。优选的，所述二极管台面结构内的二极管单元的侧壁形状为梯形、四边形、曲面以及其它任意定义形状；优选的，所述二极管台面结构内的二极管单元至少有一个侧壁从台面底部到顶部方向上有沟槽分布。优选的，所述二极管台面结构内的二极管单元侧壁沟槽截面形状为三角形、四边形、弧形以及其它任意定义形状。优选的，所述二极管台面结构内的二极管单元侧壁沟槽水平方向不均匀分布或均匀分布。优选的，所述二极管台面结构内的二极管单元侧壁沟槽水平方向不均匀分布包括等距和非等距周期性分布，或等距和非等距非周期性分布。优选的，所述二极管台面结构内的二极管单元侧壁上的沟槽宽度为0.5纳米-10微米，深度为0.5纳米-10微米。优选的，所述的垂直集成单元二极管芯片包括电极线；所述电极线为二极管单元间电极连接线；所述电极连接线为线条形电极线。优选的，所述电极线宽度为0.001微米～20微米，所述电极线厚度为0.001微米～10微米。优选的，所述电极线布局方式为部分或全部设计采用非直线布局。优选的，所述非直线布局包括折线布局，曲线布局。优选的，所述电极线采用线条形金属和/或氧化铟锡材料；所述线条形金属材料为铝、银、钛、镍、金、铂、铬，或以上任意两种以上的金属的合金。优选的，所述二极管台面结构包括孔结构。所述二极管台面结构内的孔结构包括1个～1000000个孔单元，所述二极管台面结构内的孔单元直径为0.001微米～20微米。优选的，所述二极管台面结构内的二极管单元的连接方式为：并联，串联或设定比例的串并联混合。优选的，所述二极管台面结构内的二极管单元形状为：三角形、正方形、长方形、五边形、六边形、圆形、任意自定义形状。所述二极管台面结构内的二极管单元数量为2个～1000亿个。本专利技术所采用的垂直装集成单元二极管芯片，通过纳微米尺寸结构效应，在光、电、热三个层面突破现有垂直LED技术的局限性。单元二极管芯片的尺寸设计控制在电流扩散长度以内，其较高自由度的几何优化设计方式，可同时解决困扰LED单元二极管芯片设计的n-电极和p-电极电流扩散不均匀的问题，从而得到更高的光电转换效率/流明效率；每个二极管单元的纳米微结构，台面内部的孔结构和沟槽结构可增加有效出光面积，从而提升光萃取效率；集成单元二极管芯片尺寸的缩小和台面内部的孔结构，带来更大的散热面积，具备更佳的散热性能，可以允许超大电流密度的注入而不影响其稳定性，从而极大的提高单位面积集成单元二极管芯片的流明输出，降低流明成本。附图说明图1是现有技术的二极管单元结构图。图2是现有技术的二极管单元结构图。图3是本专利技术实施例1提供的二极管台面结构的俯视图。图4是本专利技术实施例1提供的二极管台面结构的俯视图。图5是本专利技术实施例1提供的二极管台面结构的俯视图。图6是本专利技术实施例2提供的二极管台面结构的剖视图。图7是本专利技术实施例3提供的垂直集成单元二极管芯片的三维图。图8是本专利技术实施例3提供的二极管单元侧壁示意图。图9是本专利技术实施例3提供的二极管单元俯视图。第二导电类型电极1，绝缘介质层2，第二导电类型层3，量子阱有源区(MQM)4，第一导电类型层5，二极管台面结构6，沟槽结构7，二极管单元8，电极线9，孔结构10。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护范围。鉴于现有的二极管结构流明效率、流明密度输出、流明成本三个重要的参数上极大的局限性，本专利技术实施例提供一种流明效率高、流明密度输出大的垂直装集成单元二极管，以下结合附图对本专利技术进行详细说明。一种垂直集成单元二极管芯片，其特征在于，包括：第一导电类型电极，第二导电类型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种垂直集成单元二极管芯片，其特征在于，包括：/n第一导电类型电极，第二导电类型电极，及位于所述第一导电类型电极之上的二极管台面结构；所述二极管台面结构包括n个二极管单元和沟槽结构，其中，n≥2；沟槽结构位于二极管单元之间，沟槽深度为L；/n所述二极管台面结构还包括第一导电类型层，第二导电类型层，及位于所述第一导电类型层上的量子阱有源区，量子阱有源区厚度，第一导电类型层厚度为L1，第二导电类型层厚度为L2，量子阱有源区厚度为L3，/n其中，L2+L3<L≤L1+L2+L3；/n所述二极管台面结构面积根据电流扩散长度确定。/n

【技术特征摘要】
1.一种垂直集成单元二极管芯片，其特征在于，包括：
第一导电类型电极，第二导电类型电极，及位于所述第一导电类型电极之上的二极管台面结构；所述二极管台面结构包括n个二极管单元和沟槽结构，其中，n≥2；沟槽结构位于二极管单元之间，沟槽深度为L；
所述二极管台面结构还包括第一导电类型层，第二导电类型层，及位于所述第一导电类型层上的量子阱有源区，量子阱有源区厚度，第一导电类型层厚度为L1，第二导电类型层厚度为L2，量子阱有源区厚度为L3，
其中，L2+L3<L≤L1+L2+L3；
所述二极管台面结构面积根据电流扩散长度确定。


2.一种如权利要求1所述的垂直集成单元二极管芯片，其特征在于所述二极管台面结构内的n个二极管单元沿沟槽底部向上的垂直方向上的水平截面面积不变或逐渐缩小。


3.一种如权利要求1所述的垂直集成单元二极管芯片，其特征在于所述二极管单元之间的沟槽横截面形状为三角形、四边形、弧形以及其它任意定义形状。


4.一种如权利要求1所述的垂直集成单元二极管芯片，其特征在于所述二极管单元之间的沟槽形状为四边形、同心圆环、十字形及其它任意曲线形状。


5.一种如权利要求1所述的垂直集成单元二极管芯片，其特征在于所述二极管单元之间的沟槽水平方向不均匀分布或均匀分布。


6.一种如权利要求5所述的垂直集成单元二极管芯片，其特征在于所述不均匀分布包括等距和非等距周期性分布，或等距和非等距非周期性分布。


7.一种如权利要求1所述的垂直集成单元二极管芯片，其特征在于所述二极管台面结构内的二极管单元的侧壁与水平面具有一定夹角α。


8.一种如权利要求7所述的垂直集成单元二极管芯片，其特征在于所述夹角α大于0度且小于等于90度。


9.一种如权利要求1所述的垂直集成单元二极管芯片，其特征在于所述二极管台面结构内的二极管单元的侧壁形状为梯形、四边形、曲面以及其它任意定义形状；


10.一种如权利要求1或7所述的垂直集成单元二极管芯片，其特征在于所述二极管台面结构内的二极管单元至少有一个侧壁从台面底部到顶部方向上有沟槽分布。


11.一种如权利要求1或7或10所述的垂直集成单元二极管芯片，其特征在于所述二极管台面结构内的二极管单元侧壁沟槽截面形状为三角形、四边形、弧...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫春辉，蒋振宇，
申请(专利权)人：深圳第三代半导体研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44