專利名稱：高效高壓led芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光電子發(fā)光器件制造領(lǐng)域，特別描述了一種高效高壓LED芯片。
背景技術(shù)：
隨著以GaN(氮化鎵)材料P型摻雜的突破為起點(diǎn)的第三代半導(dǎo)體材料的興起，伴隨著以III族氮化物為基礎(chǔ)的高亮度發(fā)光二級(jí)管(Light Emitting Diode，LED)的技術(shù)突破，用于新一代綠色環(huán)保固體照明光源的氮化物L(fēng)ED正在成為新的研究熱點(diǎn)。目前，LED應(yīng)用的不斷升級(jí)以及市場(chǎng)對(duì)于LED的需求，使得LED正朝著大功率和高亮度的方向發(fā)展。其中研究熱點(diǎn)之一是高壓直流LED技術(shù)，它是采用多顆芯片組成一個(gè)總發(fā)光二極管形式，即多顆LED串聯(lián)形成一個(gè)LED。目前高壓LED技術(shù)屬于新興技術(shù)范疇，其技術(shù)存在一些問(wèn)題:LED芯片的出光效率有待提升，多顆芯片的發(fā)光面積差別大，電流密度差別較大。LED芯片出光效率低的主要原因之一是外延材料的折射率遠(yuǎn)大于空氣折射率,而傳統(tǒng)的高壓直流LED芯片的圖形往往采用矩形單元的布局(附圖1)，矩形芯片的側(cè)面光取出角度很小，從而使有源區(qū)產(chǎn)生的光由于全內(nèi)反射不能從LED中有效的發(fā)射出去，導(dǎo)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°，即只有入射角小于23.6°的光子才能逃逸出LED，其余光子發(fā)生全反射最終為L(zhǎng)ED吸收。對(duì)于AlGaInP系LED，GaP的折射率為
3.4，臨界角僅為17°。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型旨在提供一種增強(qiáng)芯片側(cè)面的光取出效率，提升LED整體的出光效率的聞效聞壓LED芯片。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案提供了一種高效高壓LED芯片，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(fā)光層和P型GaN限制層，所述的N型GaN限制層、外延發(fā)光層和P型GaN限制層上蝕刻隔離出多個(gè)獨(dú)立的呈陣列分布的圖形單元，其每個(gè)所述的圖形單元呈三角形并且整體上構(gòu)成四邊形結(jié)構(gòu)，每個(gè)圖形單元由導(dǎo)電材料連結(jié)形成串聯(lián)和/或并聯(lián)。優(yōu)選地，位于所述的陣列中部的圖形單元呈三角形，而位于所述的陣列兩側(cè)的圖形單元呈近似的直角三角形以整體上構(gòu)成四邊形結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，各個(gè)所述的圖形單元的發(fā)光面積相等。優(yōu)選地，各個(gè)所述的圖形單元的電流密度相一致。優(yōu)選地，各個(gè)所述的圖形單元的之間呈平行排列或者對(duì)角排列。優(yōu)選地，所述的P型GaN限制層表面覆蓋有絕緣材料。優(yōu)選地，各個(gè)所述的圖形單元的P型電極下方設(shè)置有電流阻擋層。優(yōu)選地，每個(gè)所述的圖形單元串聯(lián)和/或并聯(lián)后高電壓LED或高直流電流LED，或者每個(gè)所述的圖形單元按橋式電路連接后形成交流高壓LED。優(yōu)選地，所述外延發(fā)光層包括藍(lán)光、綠光或紅光發(fā)光層。[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的LED中各單元圖形為更利于側(cè)壁出光的三角形，顯著提升了芯片的出光效率；不同單元的發(fā)光面積均勻，避免了多顆單元間電流密度不同導(dǎo)致的發(fā)光效率不同、產(chǎn)生熱量不同等問(wèn)題。本器件具有出光率高、芯片內(nèi)部發(fā)光發(fā)熱均勻，穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，具有更好的可靠性，更加適合于高壓LED的運(yùn)用領(lǐng)域。

圖1是現(xiàn)有高壓LED矩形單元的示意圖；圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的高效高壓LED的三角形單元的示意圖；圖3是根據(jù)本實(shí)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(jù)本實(shí)用新型的方案二中各單元分別為對(duì)角排列的頂視圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本實(shí)用新型的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。參見(jiàn)附圖2與附圖3所示，實(shí)施例一中的高效高壓LED芯片，包括襯底、依次形成在襯底上的N型GaN限制層、外延發(fā)光層和P型GaN限制層，外延發(fā)光層包括藍(lán)光、綠光或紅光發(fā)光層，N型GaN限制層、外延發(fā)光層和P型GaN限制層上蝕刻隔離出多個(gè)獨(dú)立的呈陣列分布的圖形單元，其位于中部的圖形單元呈三角形，而位于兩側(cè)的圖形單元呈直角三角形以整體上構(gòu)成四邊形，各個(gè)圖形單元的之間呈平行排列，或者對(duì)角排列(如附圖4所示)或其他各種可能的排列方式，每個(gè)圖形單元由導(dǎo)電材料連結(jié)形成串聯(lián)和/或并聯(lián)。其制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(fā)光層和P型GaN限制層；b)通過(guò)光刻結(jié)合蝕刻工藝將襯底上的N型GaN限制層、外延發(fā)光層和P型GaN限制層隔離出至少兩個(gè)以上的獨(dú)立圖形單元，其大部分的圖形單元呈三角形，而兩側(cè)圖形單元呈梯形，所有的圖形單元呈陣列分布并整體上構(gòu)成四邊形；c)將每個(gè)圖形單元由金屬線連結(jié)形成串聯(lián)和/或并聯(lián)，由此形成互聯(lián)的多個(gè) LED。優(yōu)選地，各個(gè)圖形單元的發(fā)光面積相等，各個(gè)圖形單元的電流密度相一致；進(jìn)一步的，所有芯片單元串聯(lián)則形成高壓直流LED;也可以是將一行單元串聯(lián)，而將各行并聯(lián)，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(xì)描述。作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，制備絕緣材料覆蓋于芯片表面以保護(hù)芯片和增加芯片光提取效率。制備絕緣材料填充于刻蝕至襯底的深溝并作為掩膜，使GaN側(cè)面得到保護(hù)防止漏電，利用光刻的方法制備圖形并作為掩膜，并將深溝以外的部分利用化學(xué)或物理的方法去除掉使GaN暴露出便于下一步驟的加工。制備絕緣材料覆蓋于芯片表面，利用光刻的方法制備圖形并作為掩膜，將除打線盤(pán)以外的部分保護(hù)起來(lái)，減少由外來(lái)物導(dǎo)致的漏電情況并利用透射原理增加芯片光提取效率。出于改善電流分布以提高器件發(fā)光效率的目的，本發(fā)明還于各單元的P型電極下方設(shè)置了電流阻擋層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的LED中各單元圖形為更利于側(cè)壁出光的三角形，顯著提升了芯片的出光效率；不同單元的發(fā)光面積均勻，避免了多顆單元間電流密度不同導(dǎo)致的發(fā)光效率不同、產(chǎn)生熱量不同等問(wèn)題。本器件具有出光率高、芯片內(nèi)部發(fā)光發(fā)熱均勻，穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，具有更好的可靠性，更加適合于高壓LED的運(yùn)用領(lǐng)域。以上實(shí)施方式只為說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本實(shí)用新型精神實(shí)質(zhì)所做的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種高效高壓LED芯片，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(fā)光層和P型GaN限制層，其特征在于:所述的N型GaN限制層、外延發(fā)光層和P型GaN限制層上蝕刻隔離出多個(gè)獨(dú)立的呈陣列分布的圖形單元，其每個(gè)所述的圖形單元呈三角形并且整體上構(gòu)成四邊形結(jié)構(gòu)，每個(gè)圖形單元由導(dǎo)電材料連結(jié)形成串聯(lián)和/或并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的高效高壓LED芯片，其特征在于:位于所述的陣列中部的圖形單元呈三角形，而位于所述的陣列兩側(cè)的圖形單元呈近似的直角三角形以整體上構(gòu)成四邊形結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利I所述的高效高壓LED芯片，其特征在于:各個(gè)所述的圖形單元的發(fā)光面積相等。
4.根據(jù)權(quán)利2所述的高效高壓LED芯片，其特征在于:各個(gè)所述的圖形單元的電流密度相一致。
5.根據(jù)權(quán)利I所述的高效高壓LED芯片，其特征在于:各個(gè)所述的圖形單元的之間呈平行排列或者對(duì)角排列。
6.根據(jù)權(quán)利I所述的高效高壓LED芯片，其特征在于:所述的P型GaN限制層表面覆蓋有絕緣材料。
7.根據(jù)權(quán)利I所述的高效高壓LED芯片，其特征在于:各個(gè)所述的圖形單元的P型電極下方設(shè)置有電流阻擋層。
8.根據(jù)權(quán)利I所述的高效高壓LED芯片，其特征在于:每個(gè)所述的圖形單元串聯(lián)和/或并聯(lián)后形成高電壓LED或高直流電流LED，或者每個(gè)所述的圖形單元按橋式電路連接后形成交流高壓LED。
9.根據(jù)權(quán)利I所述的高效高壓LED芯片，其特征在于:所述外延發(fā)光層包括藍(lán)光、綠光或紅光發(fā)光層。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種高效高壓LED芯片，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(fā)光層和P型GaN限制層，所述的N型GaN限制層、外延發(fā)光層和P型GaN限制層上蝕刻隔離出多個(gè)獨(dú)立的呈陣列分布的圖形單元，其位于中部的圖形單元呈三角形，而位于兩側(cè)的圖形單元呈梯形以整體上構(gòu)成四邊形，每個(gè)圖形單元由導(dǎo)電材料連結(jié)形成串聯(lián)和/或并聯(lián)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的LED中各單元圖形為更利于側(cè)壁出光的三角形，顯著提升了芯片的出光效率；不同單元的發(fā)光面積均勻，避免了多顆單元間電流密度不同導(dǎo)致的發(fā)光效率不同、產(chǎn)生熱量不同等問(wèn)題。本器件具有出光率高、芯片內(nèi)部發(fā)光發(fā)熱均勻，穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，具有更好的可靠性，更加適合于高壓LED的運(yùn)用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01L33/20GK202917531SQ20122050451
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者趙鴻悅, 華斌, 孫智江 申請(qǐng)人:海迪科(蘇州)光電科技有限公司