一种垂直集成单元发光二极管

摘要

本发明提供一种垂直集成单元发光二极管，包括：远离第一导电类型电极的一侧形成n个二极管台面结构和沟槽结构，所述第二导电类型电极线沿所述第二导电类型层之上的沟槽延伸，相邻二极管单元垂直于所述第二导电类型电极线延伸方向上的距离根据电流扩散长度确定；所述n个二极管单元包括电流阻挡层和保护金属层，所述保护金属层内设置反射镜，所述电流阻挡层嵌置于保护金属层与反射镜内。本发明有效地阻挡了电流在垂直方向的扩散，而单元二极管以较高自由度的几何优化和足够小的微纳结构设计，促进电流的横向扩散，解决了电流扩散不均匀导致的发光不均匀问题，提高了光电转换效率/流明效率。

权利要求

1.一种垂直集成单元发光二极管，其特征在于，包括：第一导电类型电极，第二导电类型电极，及远离第一导电类型电极的一侧形成n个二极管台面结构和沟槽，第二导电类型电极线沿第一导电类型层之上的沟槽延伸，所述延伸的第二导电类型电极线之间形成n个二极管单元台面结构，其中，n≥2；相邻二极管单元的第二导电类型电极在垂直于电极线延伸方向上的距离小于横向临界电流扩散长度，所述横向临界电流扩散长度为与二极管单元的“工作电压(VF)‑单元尺寸”曲线上的拐点所对应的电流扩散长度；所述n个二极管单元包括电流阻挡层和保护金属层，所述保护金属层内设置反射镜，所述电流阻挡层嵌置于保护金属层与反射镜内。

2.如权利要求1所述的垂直集成单元发光二极管，其特征在于，所述横向临界电流扩散长度小于70微米。

3.一种如权利要求1所述的垂直集成单元发光二极管，其特征在于，n个二极管单元包括绝缘介质层，第一导电类型层，第二导电类型层和位于第一导电类型层与第二导电类型层之间的量子阱有源区；所述第一导电类型层位于保护金属层与反射镜上表面；所述绝缘介质层位于保护金属层上并与第二导电类型层接触；所述第二导电类型电极位于绝缘介质层上，并与第二导电类型层接触。

4.一种如权利要求3所述的垂直集成单元发光二极管，其特征在于，所述第二导电类型电极与第二导电类型层接触长度小于电流阻挡层长度；所述第二导电类型电极与第二导电类型层接触长度为0.001微米‑30微米；所述电流阻挡层长度为0.001微米‑30微米。

5.一种如权利要求4所述的垂直集成单元发光二极管，其特征在于，所述绝缘介质层和电流阻挡层材料为二氧化硅、氧化铝、氮化硅中任一种或三种绝缘材料的任意组合结构。

6.一种如前述权利要求任一项所述的垂直集成单元发光二极管，其特征在于，所述发光二极管包括沟槽；所述沟槽位于二极管单元台面结构之间。

7.一种如权利要求6所述的垂直集成单元发光二极管，其特征在于，所述沟槽宽度为

0.5纳米‑10微米，深度为0.5纳米‑10微米。

8.一种如权利要求7所述的垂直集成单元发光二极管，其特征在于，所述n个二极管单元沿沟槽底部向上的垂直方向上，并垂直于所述第二导电类型电极延伸方向上的截面面积不变或逐渐缩小。

9.一种如权利要求8所述的垂直集成单元发光二极管，其特征在于，所述发光二极管包括焊盘和至少一条电极线；所述电极线与焊盘和第二导电类型电极相连；所述电极线为线条形电极线。

10.一种如权利要求9所述的垂直集成单元发光二极管，其特征在于，所述焊盘个数大于或等于1。

11.一种如权利要求10所述的垂直集成单元发光二极管，其特征在于，所述焊盘形状为：半圆形，圆形，矩形，三角形。

12.一种如权利要求11所述的垂直集成单元发光二极管，其特征在于，所述焊盘厚度为

0.001微米～20微米；所述焊盘宽度为：10微米～100微米。

13.一种如权利要求12所述的垂直集成单元发光二极管，其特征在于，所述焊盘位于芯片平面任意边沿、芯片平面顶点、芯片平面中间或芯片平面其它任意位置。

14.一种如权利要求13所述的垂直集成单元发光二极管，其特征在于，所述二极管台面结构包括孔结构。

15.一种如权利要求14所述的垂直集成单元发光二极管，其特征在于，所述反射镜为分布式布拉格反射镜，或者所述反射镜材料为银或铝。

16.一种如权利要求15所述的垂直集成单元发光二极管，其特征在于，所述线条形电极线宽度为0.001微米～20微米，所述线条形电极线厚度为0.001微米～10微米。

17.一种如权利要求14所述的垂直集成单元发光二极管，其特征在于，所述线条形电极线布局方式为部分或全部设计采用非直线布局。

18.一种如权利要求17所述的垂直集成单元发光二极管，其特征在于，所述非直线布局包括折线布局，曲线布局。

19.一种如权利要求18所述的垂直集成单元发光二极管，其特征在于，所述线条形电极线采用线条形金属和/或氧化铟锡材料，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。

20.一种如权利要求19所述的垂直集成单元发光二极管，其特征在于，所述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。

21.一种如权利要求20所述的垂直集成单元发光二极管，其特征在于，所述二极管单元形状为：三角形、长方形、五边形、六边形、圆形。

22.一种如权利要求21所述的垂直集成单元发光二极管，其特征在于，所述二极管发光光波为UVC、UVB、UVA、紫光、蓝光、绿光、黄光、红光或红外光。

23.一种如权利要求22所述的垂直集成单元发光二极管，其特征在于，所述垂直集成单元发光二极管发光光波为UVC、UVB、UVA、紫光、蓝光、绿光、黄光或红光时发光材料为Alx1Iny1Gaz1N，1≥x1,y1,z1≥0；所述发光二极管还包括衬底，衬底为平面衬底，或图形化衬底；所述衬底材料为蓝宝石、碳化硅、氮化镓、氮化铝、氧化镓或硅。

24.一种如权利要求22所述的垂直集成单元发光二极管，其特征在于，所述垂直集成单元发光二极管发光光波为黄光、红光、红外光时发光材料为Alx2Iny2Gaz2P，1≥x2,y2,z2≥0，Alx3Iny3Gaz3As，1≥x3,y3,z3≥0,Alx4Iny4Gaz4AsuPv,1≥x4,y4,z4,u,v≥0；所述发光二极管还包括衬底，衬底为平面衬底，或图形化衬底，衬底材料为磷化铟、砷化镓、蓝宝石或硅。

说明书

一种垂直集成单元发光二极管

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体材料和器件工艺领域，特别是半导体光电器件，更具体地，本发明涉及一种垂直集成单元发光二极管。

背景技术

[0002] 常规的垂直结构LED芯片中，电流扩散主要依靠N型导电电极侧，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。

[0003] 现有技术一为Proc.of SPIE Vol.10021 100210X‑1 2016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(back metal Au)，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。

[0004] 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型导电电极线的区域光强很大，电流密度大，而远离N型导电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。

发明内容

[0005] 本发明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。

[0006] 为实现上述目的，本发明提供一种垂直集成单元发光二极管，可定义，芯片的长宽高分别为X、Y、Z，每个单元的台面尺寸的长宽高则以a、b、c表示，各单元按照J×K的单元排列分布。所述芯片包括：第一导电类型电极，第二导电类型电极，及远离第一导电类型电极的一侧形成n个二极管台面结构和沟槽结构，所述第二导电类型电极线沿所述第二导电类型层之上的沟槽延伸，所述延伸的第二导电类型电极线之间形成n个二极管单元台面结构，其中，n≥2；相邻二极管单元的垂直于所述第二导电类型电极线延伸方向上距离根据电流扩散长度确定；所述n个二极管单元包括电流阻挡层和保护金属层，所述保护金属层内设置反射镜，所述电流阻挡层嵌置于保护金属层与反射镜内。

[0007] 现有的LED结构都会面临P型导电电极到量子阱有源区，和N型导电电极到量子阱有源区的横向电流扩散问题，电流横向扩散从物理本质上来说永远也无法达到100％的电流均匀分布。电流扩散长度与LED外延结构和芯片结构的相关，并不是固定值，通常小电流下大约在80微米左右，而市面上大部分LED芯片设计中，N型导电电极引线到P型导电电极引线的距离通常到100微米左右，因此目前的中小功率LED芯片都普遍有比较严重的电流分布不均匀的问题。同时因为电流扩散长度也是电流密度的函数，随电流密度的增加，电流扩散长度减少，因此大电流下的电流扩散更加的不均匀，导致局部区域电流密度过大，效率降低。同时高电流密度的区域也是热聚集的区域，会影响芯片的稳定性，降低芯片的寿命，同时对封装散热技术上、成本上都提出了更高的要求。

[0008] 作为进一步的优选，电流扩散的长度具体为横向临界电流扩散长度；

[0009] 其中，所述横向临界电流扩散长度为与发光二极管单元的“工作电压(VF)‑单元尺寸”曲线上的拐点所对应的电流扩散长度。

[0010] 优选的，电流扩散的长度具体为横向临界电流扩散长度；其中，所述横向临界电流扩散长度为与二极管单元的“工作电压(VF)‑单元尺寸”曲线上的拐点所对应的电流扩散长度。由于将相邻单元的N型导电电极间距缩小至横向临界电流扩散长度以内，使得单流扩散的均匀性能够得到明显改善。

[0011] 优选的，所述横向临界电流扩散长度小于70微米。

[0012] 优选的，所述n个二极管单元包括绝缘介质层，第一导电类型层，第二导电类型层，位于第一导电类型层与第二导电类型层之间的量子阱有源区；所述第一导电类型层位于保护金属层与反射镜上表面；所述绝缘介质层位于保护金属层上并与第二导电类型层接触；所述第二导电类型电极位于绝缘介质层上，并与第二导电类型层接触。

[0013] 优选的，所述第二导电类型电极与第二导电类型层接触长度小于电流阻挡层长度；所述第二导电类型电极与第二导电类型层接触长度为0.001微米‑30微米；所述电流阻挡层长度为0.001微米‑30微米。

[0014] 优选的，所述绝缘介质层和电流阻挡层材料为二氧化硅、氧化铝、氮化硅中任一种。

[0015] 优选的，所述芯片包括沟槽结构；所述沟槽结构位于二极管单元台面结构之间。

[0016] 优选的，所述沟槽宽度为0.5纳米‑10微米，深度为0.5纳米‑10微米。

[0017] 优选的，所述n个二极管单元沿沟槽底部向上的垂直方向上，并垂直于所述第二导电类型电极延伸方向上的截面面积不变或逐渐缩小。

[0018] 优选的，所述芯片包括焊盘和至少一条电极线；所述电极线与焊盘和第二导电类型电极相连；所述电极线为线条形电极线。

[0019] 优选的，所述焊盘个数大于或等于1。

[0020] 优选的，所述焊盘形状为：半圆形，圆形，矩形，三角形，规则或不规则直线多边形，或者一条或多条边为弧形的不规则多边形。

[0021] 优选的，所述焊盘厚度为0.001微米～20微米；所述焊盘宽度为：10微米～100微米。

[0022] 优选的，所述焊盘位于所述芯片平面结构任意边沿、芯片平面顶点、芯片平面中间或芯片平面其它任意位置。

[0023] 优选的，所述二极管台面结构包括孔结构。

[0024] 优选的，所述反射镜材料为银、铝或分布式布拉格反射镜。

[0025] 优选的，所述线条形电极线宽度为0.001微米～20微米，所述线条形电极线厚度为0.001微米～10微米。

[0026] 优选的，所述线条形电极线布局方式为部分或全部设计采用非直线布局。

[0027] 优选的，所述非直线布局包括折线布局，曲线布局。

[0028] 优选的，所述线条形电极线采用线条形金属和/或氧化铟锡材料，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。

[0029] 优选的，所述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。

[0030] 优选的，所述二极管单元形状为：三角形、正方形、长方形、五边形、六边形、圆形、任意自定义形状。

[0031] 优选的，所述二极管发光光波为UVC、UVB、UVA、紫光、蓝光、绿光、黄光、红光或红外光。

[0032] 优选的，所述垂直集成单元发光二极管发光光波为UVC、UVB、UVA、紫光、蓝光、绿光、黄光或红光时发光材料为Alx1Iny1Gaz1N，1≥x1,y1,z1≥0；所述衬底为平面衬底，或图形化衬底；所述衬底材料为蓝宝石、碳化硅、氮化镓、氮化铝、氧化镓或硅。

[0033] 优选的，所述垂直集成单元发光二极管发光光波为黄光、红光、红外光时发光材料为Alx2Iny2Gaz2P，1≥x2,y2,z2≥0，Alx3Iny3Gaz3As，1≥x3,y3,z3≥0,Alx4Iny4Gaz4AsuPv,1≥x4,y4,z4,u,v≥0；所述衬底为平面衬底，或图形化衬底，衬底材料为磷化铟、砷化镓、蓝宝石或硅。

[0034] 本发明所采用的垂直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。第二导电类型电极与第二导电类型层接触长度小于电流阻挡层长度，有效地阻挡电流在垂直方向的扩散，而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，促进电流的横向扩散，解决了电流扩散不均匀导致的发光不均匀问题，提高了光电转换效率/流明效率；每个二极管单元的纳米微结构、及台面内部的孔结构以及沟槽结构可增加有效出光面积并带来更大的散热面积，提升了光提取效率的同时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

[0035] 图1是现有技术的二极管单元结构图。

[0036] 图2是现有技术的二极管单元结构图。

[0037] 图3是本发明实施例1提供的二极管台面结构的俯视图。

[0038] 图4是本发明实施例1提供的二极管台面结构的俯视图。

[0039] 图5是本发明实施例1提供的二极管台面结构的俯视图。

[0040] 图6是本发明实施例1提供的二极管台面结构的剖视图。

[0041] 图7是本发明实施例1提供的垂直集成单元发光二极管局部三维图。

[0042] 图8是本发明实施例2提供的二极管台面结构的俯视图。

[0043] 图9是工作电压VF‑单元尺寸关系曲线示意图

[0044] 图10是本发明所实现的VF降低效果示意图

[0045] 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(MQWs)4，第一导电类型层5，整体台面结构6，沟槽结构7，二极管单元8，电极线9，孔结构10，焊盘11，电流阻挡层12，反射镜13，保护金属层14，衬底15，背面电极16。

具体实施方式

[0046] 下面结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护范围。

[0047] 在一优选实施方式中，电流扩散的长度具体为横向临界电流扩散长度；

[0048] 其中，所述横向临界电流扩散长度为与发光二极管单元的“工作电压(VF)‑单元尺寸”曲线上的拐点所对应的电流扩散长度。当小于这个临界值时，芯片的性能开始有巨大的提升。

[0049] 可以定义芯片及各二极管单元的包括的尺寸，芯片的长宽高分别为XYZ，单元尺寸则以abc表示。具体原理如图9所示，cell size100μm指的是市场上常规的LED芯片结构,cell size指的是N‑P电极的间距分别为：X＝72，60，50,40,30μm。不同颜色的曲线代表不同驱动电流，随电流的增加工作电压也随之增加。因为通常市场对于LED芯片的工作电压要求为VF<3.3V，因此目前的常规LED芯片只有在150mA下的驱动电流下可以满足条件。而随着横向电流扩散长度的缩小，小于72μm时，VF开始快速减少，因此我们可以定义72微米为设计中的临界横向电流扩散长度，当小于这个临界值时，芯片的性能开始有巨大的提升。比如到50微米的尺寸时，驱动电流在300mA下VF<3.3V，因此新的设计可以允许超过目前常规芯片的驱动电流(超驱100％)，从而极大的提升芯片的流明密度。

[0050] 图10则示出了上述设置方式对VF的改善效果，由此定义一个临界电流扩散长度，L<72μm，在这样的设计下，由于VF的降低，可以获得能量效率更高的LED芯片；由于VF的降低，能量转换效率的提升，同时热效应也会随之降低，从而获得稳定性更佳的芯片；并且由于电流扩散均匀性的改善，芯片可以承受更高的驱动电流，从而极大的提升芯片的流明密度。

[0051] 一种垂直集成单元发光二极管，包括：

[0052] 第一导电类型电极，第二导电类型电极，及远离第一导电类型电极的一侧形成n个二极管台面结构和沟槽结构，所述第二导电类型电极线沿所述第二导电类型层之上的沟槽延伸，所述延伸的第二导电类型电极线之间形成n个二极管单元台面结构，焊盘，至少一条电极线和孔结构，其中，n≥2；相邻二极管单元的垂直于所述第二导电类型电极线延伸方向上的距离小于横向临界电流扩散长度；所述n个二极管单元包括电流阻挡层和保护金属层，所述保护金属层内设置反射镜，所述电流阻挡层嵌置于保护金属层与反射镜内。所述的垂直集成单元发光二极管包括绝缘介质层，第一导电类型层，第二导电类型层，位于第一导电类型层与第二导电类型层之间的量子阱有源区；所述第一导电类型层位于保护金属层与反射镜上表面；所述绝缘介质层位于保护金属层上并与第二导电类型层接触；所述第二导电类型电极位于绝缘介质层上，并与第二导电类型层接触。所述第二导电类型电极与第二导电类型层接触长度小于电流阻挡层长度；所述第二导电类型电极与第二导电类型层接触长度为0.001微米‑10微米；所述电流阻挡层长度为0.001微米‑10微米。所述绝缘介质层和电流阻挡层材料为二氧化硅、氧化铝、氮化硅中任一种或三种绝缘材料的任意组合结构。反射镜材料为银、铝、分布式布拉格反射镜。保护金属层材料为铝、银、钛、镍、金、铂、铬、锡、钨，或以上任意两种及以上的金属的合金。芯片还包括衬底和背面电极，背面电极材料为铝、银、钛、镍、金、铂、铬、锡，或以上任意两种及以上的金属的合金。

[0053] 沟槽结构位于二极管单元之间，沟槽宽度为0.0005微米‑10微米，沟槽深度为0.0005微米‑10微米。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，并垂直于所述第二导电类型电极延伸方向上的截面面积不变或逐渐缩小。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，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，沟槽水平方向不均匀分布或均匀分布，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。

[0054] 二极管单元台面的侧壁与水平面夹角α大于0度且小于等于90度，侧壁形状为梯形、四边形、曲面以及其它任意定义形状。二极管单元至少有一个侧壁面从台面底部到顶部方向上有沟槽分布，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。

[0055] 电极线与焊盘和第二导电类型电极相连。所述焊盘个数大于或等于1。焊盘形状为：半圆形，圆形，矩形，三角形，规则或不规则直线多边形，或者一条或多条边为弧形的不规则多边形。焊盘厚度为0.001微米～20微米；焊盘宽度为：10微米～100微米。焊盘位于所述台面结构任意边沿、台面顶点、台面中间或台面其它任意位置。电极线为线条形连接线，电极线宽度为0.001微米～20微米，电极线厚度为0.001微米～10微米。所述线条形电极线布局方式为部分或全部设计采用非直线布局。非直线布局包括折线布局，曲线布局。电极线采用线条形金属和/或氧化铟锡材料，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。

[0056] 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。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，二极管单元沿电极线延伸方向长度为0.001微米～200微米，二极管台面结构内的二极管单元按照均匀的对称排列分布，二极管单元大小不等，不均匀分布设置。

[0057] 二极管发光光波为UVC、UVB、UVA、紫光、蓝光、绿光、黄光、红光或红外光。当发光光波为UVC、UVB、UVA、紫光、蓝光、绿光、黄光或红光时发光材料为Alx1Iny1Gaz1N，1≥x1,y1,z1≥0；所述衬底为平面衬底，或图形化衬底；所述衬底材料为蓝宝石、碳化硅、氮化镓、氮化铝、氧化镓或硅。当发光光波为黄光、红光、红外光时发光材料为Alx2Iny2Gaz2P，1≥x2,y2,z2≥0，Alx3Iny3Gaz3As，1≥x3,y3,z3≥0,Alx4Iny4Gaz4AsuPv,1≥x4,y4,z4,u,v≥0；所述衬底为平面衬底，或图形化衬底，衬底材料为磷化铟、砷化镓、蓝宝石或硅。

[0058] 二极管尺寸面积的范围为0.1微米×0.1微米至100000微米×100000微米，二极管的功率为0.0001W～1000W。

[0059] 实施例1

[0060] 本实施例提供一种垂直集成单元发光二极管，包括：第二导电类型电极1，二极管单元台面结构组成的整体台面结构6，沟槽7和二极管单元8，第二导电类型电极线9，焊盘11，第二导电类型电极1为N型导电电极。沟槽宽度为0.1微米，深度为0.01微米，沟槽位于二极管单元之间，沟槽内铺设有线条形电极线，电极线的宽度为0.01微米～10微米，厚度为
0.01微米‑10微米。N型导电电极与二极管单元顶部欧姆接触并与焊盘通过线条形电极线连接。焊盘个数为1，形状为一条边为弧形的不规则多边形，位于台面结构短边边沿。焊盘厚度为0.1微米，宽度为50微米。

[0061] 如图3所示，整体台面结构包括6排共102个相等大小，均匀分布的三角形二极管单元台面，二极管单元沿电极线延伸方向长度为1微米。二极管台面结构采用三角形排列，相邻二极管单元的N型导电电极在垂直于电极线延伸方向上的距离小于横向临界电流扩散长度。二极管单元形状为三角形，按照均匀的对称排列分布。

[0062] 如图4所示，芯片包括6排6个大小均匀分布的长方形二极管单元，二极管单元沿电极线延伸方向长度为100微米。二极管台面结构采用长方形排列，相邻二极管单元的N型导电电极在垂直于电极线延伸方向上的距离小于横向临界电流扩散长度。二极管单元形状为长方形，按照均匀的对称排列分布。

[0063] 如图5所示，芯片包括6排共52个等大小均匀分布的正方形二极管单元，二极管单元沿电极线延伸方向长度为10微米。二极管台面结构采用长方形排列，台面结构的尺寸小于电流扩散长度。二极管单元形状为正方形，按照均匀的对称排列分布。每个二极管单元增设孔结构10，孔结构包括一个孔单元，孔单元为圆形孔单元直径为1纳米～20微米。孔单元对称排列，非对称排列，周期性排列，非周期性排列或随机排列。孔单元形状还可以为三角形、正方形、长方形、五边形、六边形、圆形、以及其它任意定义形状，并不局限于图5中展示的形状。

[0064] 如图6和7所示，n个二极管单元包括第一导电类型层5，第二导电类型层3，位于所述第一导电类型层5与第二导电类型层3之间的量子阱有源区4，绝缘介质层2，电流阻挡层12，反射镜13，保护金属层14，衬底15和背面电极16。其中第一导电类型层5为P型氮化镓层，第二导电类型层3为N型氮化镓层。保护金属层14内设置反射镜13，电流阻挡层12一部分嵌置于反射镜13内，另一部分嵌置于保护金属层14内，电流阻挡层12和反射镜13上表面与P型氮化镓层接触。绝缘介质层2位于保护金属层14上并与N型氮化镓层接触，N型导电电极位于绝缘介质层2上，并与N型氮化镓层接触。电流阻挡层12在垂直于N型电极线延伸方向上的长度为1微米。N型导电电极与N型氮化镓层接触在垂直于N型电极线延伸方向上的长度为0.1微米，小于电流阻挡层12长度。绝缘介质层和电流阻挡层材料为二氧化硅、氧化铝、氮化硅中任一种。反射镜材料为银、铝或分布式布拉格反射镜。保护金属层材料为铝、银、钛、镍、金、铂、铬、锡、钨。背面电极材料为铝、银、钛、镍、金、铂、铬、锡，或以上任意两种及以上的金属的合金。

[0065] 当二极管发光光波为UVC、UVB、UVA、紫光、蓝光、绿光、黄光或红光时发光材料为Alx1Iny1Gaz1N，1≥x1,y1,z1≥0；所述衬底为平面衬底，或图形化衬底；所述衬底材料为蓝宝石、碳化硅、氮化镓、氮化铝、氧化镓或硅。当发光光波为黄光、红光、红外光时发光材料为Alx2Iny2Gaz2P，1≥x2,y2,z2≥0，Alx3Iny3Gaz3As，1≥x3,y3,z3≥0,Alx4Iny4Gaz4AsuPv,1≥x4,y4,z4,u,v≥0；所述衬底为平面衬底，或图形化衬底，衬底材料为磷化铟、砷化镓、蓝宝石或硅。二极管的功率为500W。

[0066] 本实施例提供三种垂直集成单元发光二极管台面结构设计，通过灵活地改变二极管台面结构的尺寸、形状，可以获得指定工作电流下最佳的电流扩散和散热性能，并极大的提升芯片的注入电流密度，从而提升单位面积的流明输出。第二导电类型电极与第二导电类型层接触长度小于电流阻挡层长度，有效地阻挡了电流在垂直方向的扩散，促进了电流的横向扩散，解决了电流扩散不均匀导致的发光不均匀问题，提高了光电转换效率。

[0067] 实施例2

[0068] 本实施例提供一种垂直集成单元发光二极管，如图8所示，包括：第二导电类型电极1，整体台面结构6，沟槽7，二极管单元8，第二导线类型电极线9和焊盘11，第二导电类型电极1为N型导电电极。沟槽宽度为1微米，深度为0.1微米，沟槽结构位于二极管单元之间，沟槽内铺设有线条形电极线，电极线的宽度为0.1微米～1微米，厚度为0.1微米～1微米。N型导电电极与二极管单元顶部欧姆接触并与焊盘通过线条形电极线连接。焊盘个数为1，形状为带圆角的矩形，位于台面中间，焊盘厚度为1微米，宽度为5微米。

[0069] 芯片包括6排共52个等大小均匀分布的二极管单元，二极管单元沿电极线延伸方向长度为0.1微米。二极管台面结构采用长方形排列，台面结构的尺寸小于电流扩散长度。二极管单元形状为正方形。

[0070] 在优选的实施例中，二极管单元沿电极线延伸方向长度为0.01微米，沟槽宽度为0.01微米，深度为0.001微米；在更优选的实施例中，二极管单元沿电极线延伸方向长度为
0.001微米，沟槽宽度为5微米，深度为2微米。

[0071] 当发光光波为UVC、UVB、UVA、紫光、蓝光、绿光、黄光或红光时发光材料为Alx1Iny1Gaz1N，1≥x1,y1,z1≥0；所述衬底为平面衬底，或图形化衬底；所述衬底材料为蓝宝石、碳化硅、氮化镓、氮化铝、氧化镓或硅。当发光光波为黄光、红光、红外光时发光材料为Alx2Iny2Gaz2P，1≥x2,y2,z2≥0，Alx3Iny3Gaz3As，1≥x3,y3,z3≥0,Alx4Iny4Gaz4AsuPv,1≥x4,y4,z4,u,v≥0；所述衬底为平面衬底，或图形化衬底，衬底材料为磷化铟、砷化镓、蓝宝石或硅。二极管的功率为1000W。

[0072] 由于二极管芯片的电流扩散长度与电流密度的平方根成反比，因此在大电流的注入下，电流的扩散长度更短，导致芯片的电流扩散更加的不均匀，效率更低，散热更加困难。采用垂直集成单元发光二极管结构设计，可以灵活的改变二极管台面结构的尺寸、形状，可以获得指定工作电流下最佳的电流扩散和散热性能，并极大的提升芯片的注入电流密度，从而提升单位面积的流明输出。

[0073] 本发明的实施例提供的垂直集成单元发光二极管，具有以下有益效果：

[0074] (1)本发明的二极管单元的长度设计控制在电流扩散长度以内，优化的具备一定自由度的几何设计可以更进一步的提升出光效率，可同时解决困扰LED单元二极管芯片设计的第二导电类型电极和第一导电类型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；

[0075] (2)本发明的每个二极管单元的微纳结构增加侧壁的出光面积，从而提升光提取效率；

[0076] (3)本发明的集成单元二极管芯片尺寸的优化，带来更大的侧壁散热面积，具备更佳的散热性能，允许超大电流密度的注入而不影响其稳定性，极大的提高单位面积单元二极管芯片的流明输出，降低流明成本；

[0077] (4)本发明的集成单元二极管芯片的设计，可以实现超均匀的电流注入，因此而获得更高的效率、更好的波长均匀性、发光谱更窄的半高宽、更好的散热均匀性和更好的器件稳定性。

[0078] (5)本发明的集成单元二极管芯片适于UVC、UVA、UVB、紫光、蓝光、绿光、黄光、红光、红外光等各色系的LED产品，可用于LED照明，背光，显示，植物照明，医疗和其它半导体发光器件应用领域。

[0079] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的，技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。