高效高壓led晶片的製作方法

2023-07-16 21:22:51

專利名稱：高效高壓led晶片的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於光電子發光器件製造領域，特別描述了一種高效高壓LED晶片。
背景技術：
隨著以GaN(氮化鎵)材料P型摻雜的突破為起點的第三代半導體材料的興起，伴隨著以III族氮化物為基礎的高亮度發光二級管(Light Emitting Diode，LED)的技術突破，用於新一代綠色環保固體照明光源的氮化物LED正在成為新的研究熱點。目前，LED應用的不斷升級以及市場對於LED的需求，使得LED正朝著大功率和高亮度的方向發展。其中研究熱點之一是高壓直流LED技術，它是採用多顆晶片組成一個總發光二極體形式，即多顆LED串聯形成一個LED。目前高壓LED技術屬於新興技術範疇，其技術存在一些問題:LED晶片的出光效率有待提升，多顆晶片的發光面積差別大，電流密度差別較大。LED晶片出光效率低的主要原因之一是外延材料的折射率遠大於空氣折射率,而傳統的高壓直流LED晶片的圖形往往採用矩形單元的布局(附圖1)，矩形晶片的側面光取出角度很小，從而使有源區產生的光由於全內反射不能從LED中有效的發射出去，導致LED的外量子效率很低。以GaN基LED為例，GaN的折射率為2.5，臨界角為23.6°，即只有入射角小於23.6°的光子才能逃逸出LED，其餘光子發生全反射最終為LED吸收。對於AlGaInP系LED，GaP的折射率為
3.4，臨界角僅為17°。
發明內容本實用新型旨在提供一種增強晶片側面的光取出效率，提升LED整體的出光效率的聞效聞壓LED晶片。為實現上述目的，本實用新型的技術方案提供了一種高效高壓LED晶片，包括襯底、依次形成在所述的襯底上的N型GaN限制層、外延發光層和P型GaN限制層，所述的N型GaN限制層、外延發光層和P型GaN限制層上蝕刻隔離出多個獨立的呈陣列分布的圖形單元，其每個所述的圖形單元呈三角形並且整體上構成四邊形結構，每個圖形單元由導電材料連結形成串聯和/或並聯。優選地，位於所述的陣列中部的圖形單元呈三角形，而位於所述的陣列兩側的圖形單元呈近似的直角三角形以整體上構成四邊形結構。優選地，各個所述的圖形單元的發光面積相等。優選地，各個所述的圖形單元的電流密度相一致。優選地，各個所述的圖形單元的之間呈平行排列或者對角排列。優選地，所述的P型GaN限制層表面覆蓋有絕緣材料。優選地，各個所述的圖形單元的P型電極下方設置有電流阻擋層。優選地，每個所述的圖形單元串聯和/或並聯後高電壓LED或高直流電流LED，或者每個所述的圖形單元按橋式電路連接後形成交流高壓LED。優選地，所述外延發光層包括藍光、綠光或紅光發光層。[0013]與現有技術相比，本發明的LED中各單元圖形為更利於側壁出光的三角形，顯著提升了晶片的出光效率；不同單元的發光面積均勻，避免了多顆單元間電流密度不同導致的發光效率不同、產生熱量不同等問題。本器件具有出光率高、晶片內部發光發熱均勻，穩定性高的特點，具有更好的可靠性，更加適合於高壓LED的運用領域。

圖1是現有高壓LED矩形單元的示意圖；圖2是根據本實用新型的高效高壓LED的三角形單元的示意圖；圖3是根據本實用新型的方案一中各單元分別為平行排列的頂視圖；圖4是根據本實用新型的方案二中各單元分別為對角排列的頂視圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的較佳實施例進行詳細闡述，以使本實用新型的優點和特徵能更易於被本領域技術人員理解，從而對本實用新型的保護範圍做出更為清楚明確的界定。參見附圖2與附圖3所示，實施例一中的高效高壓LED晶片，包括襯底、依次形成在襯底上的N型GaN限制層、外延發光層和P型GaN限制層，外延發光層包括藍光、綠光或紅光發光層，N型GaN限制層、外延發光層和P型GaN限制層上蝕刻隔離出多個獨立的呈陣列分布的圖形單元，其位於中部的圖形單元呈三角形，而位於兩側的圖形單元呈直角三角形以整體上構成四邊形，各個圖形單元的之間呈平行排列，或者對角排列(如附圖4所示)或其他各種可能的排列方式，每個圖形單元由導電材料連結形成串聯和/或並聯。其製備工藝包括如下步驟:a) 提供一襯底 ，所述襯底上依次形成有N型GaN限制層、外延發光層和P型GaN限制層；b)通過光刻結合蝕刻工藝將襯底上的N型GaN限制層、外延發光層和P型GaN限制層隔離出至少兩個以上的獨立圖形單元，其大部分的圖形單元呈三角形，而兩側圖形單元呈梯形，所有的圖形單元呈陣列分布並整體上構成四邊形；c)將每個圖形單元由金屬線連結形成串聯和/或並聯，由此形成互聯的多個 LED。優選地，各個圖形單元的發光面積相等，各個圖形單元的電流密度相一致；進一步的，所有晶片單元串聯則形成高壓直流LED;也可以是將一行單元串聯，而將各行並聯，形成高直流電流LED ;也可以將單元按橋式電路連接，形成交流高壓LED ;其電路排布式在此不再詳細描述。作為本發明進一步的改進，製備絕緣材料覆蓋於晶片表面以保護晶片和增加晶片光提取效率。製備絕緣材料填充於刻蝕至襯底的深溝並作為掩膜，使GaN側面得到保護防止漏電，利用光刻的方法製備圖形並作為掩膜，並將深溝以外的部分利用化學或物理的方法去除掉使GaN暴露出便於下一步驟的加工。製備絕緣材料覆蓋於晶片表面，利用光刻的方法製備圖形並作為掩膜，將除打線盤以外的部分保護起來，減少由外來物導致的漏電情況並利用透射原理增加晶片光提取效率。出於改善電流分布以提高器件發光效率的目的，本發明還於各單元的P型電極下方設置了電流阻擋層。與現有技術相比，本發明的LED中各單元圖形為更利於側壁出光的三角形，顯著提升了晶片的出光效率；不同單元的發光面積均勻，避免了多顆單元間電流密度不同導致的發光效率不同、產生熱量不同等問題。本器件具有出光率高、晶片內部發光發熱均勻，穩定性高的特點，具有更好的可靠性，更加適合於高壓LED的運用領域。以上實施方式只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人了解本實用新型的內容並加以實施，並不能以此限制本實用新型的保護範圍，凡根據本實用新型精神實質所做的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍內。
權利要求1.一種高效高壓LED晶片，包括襯底、依次形成在所述的襯底上的N型GaN限制層、夕卜延發光層和P型GaN限制層，其特徵在於:所述的N型GaN限制層、外延發光層和P型GaN限制層上蝕刻隔離出多個獨立的呈陣列分布的圖形單元，其每個所述的圖形單元呈三角形並且整體上構成四邊形結構，每個圖形單元由導電材料連結形成串聯和/或並聯。
2.根據權利I所述的高效高壓LED晶片，其特徵在於:位於所述的陣列中部的圖形單元呈三角形，而位於所述的陣列兩側的圖形單元呈近似的直角三角形以整體上構成四邊形結構。
3.根據權利I所述的高效高壓LED晶片，其特徵在於:各個所述的圖形單元的發光面積相等。
4.根據權利2所述的高效高壓LED晶片，其特徵在於:各個所述的圖形單元的電流密度相一致。
5.根據權利I所述的高效高壓LED晶片，其特徵在於:各個所述的圖形單元的之間呈平行排列或者對角排列。
6.根據權利I所述的高效高壓LED晶片，其特徵在於:所述的P型GaN限制層表面覆蓋有絕緣材料。
7.根據權利I所述的高效高壓LED晶片，其特徵在於:各個所述的圖形單元的P型電極下方設置有電流阻擋層。
8.根據權利I所述的高效高壓LED晶片，其特徵在於:每個所述的圖形單元串聯和/或並聯後形成高電壓LED或高直流電流LED，或者每個所述的圖形單元按橋式電路連接後形成交流高壓LED。
9.根據權利I所述的高效高壓LED晶片，其特徵在於:所述外延發光層包括藍光、綠光或紅光發光層。
專利摘要本實用新型公開了一種高效高壓LED晶片，包括襯底、依次形成在所述的襯底上的N型GaN限制層、外延發光層和P型GaN限制層，所述的N型GaN限制層、外延發光層和P型GaN限制層上蝕刻隔離出多個獨立的呈陣列分布的圖形單元，其位於中部的圖形單元呈三角形，而位於兩側的圖形單元呈梯形以整體上構成四邊形，每個圖形單元由導電材料連結形成串聯和/或並聯。與現有技術相比，本實用新型的LED中各單元圖形為更利於側壁出光的三角形，顯著提升了晶片的出光效率；不同單元的發光面積均勻，避免了多顆單元間電流密度不同導致的發光效率不同、產生熱量不同等問題。本器件具有出光率高、晶片內部發光發熱均勻，穩定性高的特點，具有更好的可靠性，更加適合於高壓LED的運用領域。
文檔編號H01L33/20GK202917531SQ20122050451
公開日2013年5月1日 申請日期2012年9月29日 優先權日2012年9月29日
發明者趙鴻悅, 華斌, 孫智江 申請人:海迪科(蘇州)光電科技有限公司