高可靠性的高电压垂直发光二极管阵列制造技术

本发明专利技术提供了一种改良的高电压垂直发光二极管，相对于传统LED阵列，其能产生较少热量。特别是，本发明专利技术提供的高电压垂直LED阵列，每个LED包括了位于发光面上的第一电极和第二电极。导电矩阵围绕着每个LED并电连接到每个电极，而电绝缘材料位于相邻二极管之间，使得有第一电通路在第二和第一电极之间，穿过每个二极管。隔离材料置于相邻LED之间的导电矩阵中，以相互隔离相邻的两个第二电极。在相邻二极管之间还有阻抗改变材料，在一个单独的LED损坏后，其能永久性地降低其阻抗，以提供另一条电通路。因此提高了高电压垂直LED阵列的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及垂直LED阵列。具体地，本专利技术涉及高电压垂直LED阵列，其备有另一条电通路以防设备故障，从而拥有高可靠性能。
技术介绍
在各种商业应用中(包括计算机显示器、住宅和商业室内照明、户外照明、标牌、信号显示、和电视机)，LED作为光源具有许多现有的和潜在的应用。但是，传统LED也有不少问题。传统LED通常是单独封装，或每个封装只有少量器件在内。这种传统封装通常适用于低电压和高的驱动电流的环境之下。驱动电流越高，每个LED产生的热量就越多。因此需要散热机制，这包括厚重且昂贵的热沉或有源冷却如风扇。两种机制都大大增加了封装成本，而且使得很难使用上大量LED，尤其是在一个狭小的空间之内。最近，有LED阵列的生产了。这些阵列通常都是使用多个水平发光的LED，它们和非阵列封装一样同样需要高驱动电流，因而亦会产生散热问题。尽管也有生产一些垂直发光的LED阵列，但是这些阵列通常都是很复杂的设计，制作成本高且产量低。 高电压LED也是为人所知的。这种LED是在高电压下运行，因此运作时消耗的电流很少。所以高电压LED产生的热量就会较少。举例，对于输出功耗同是I瓦特的LED，驱动3V的低电压LED要使用350mA的电流，而驱动50V的高电压LED仅需要20mA的电流。因此改良LED阵列是有需要的，使其可以产生较少热量，而有高的流明输出。除此以外，可以更进一步改良LED阵列，使其阵列中如果一个或多个LED发生故障时，其还能有相当高的可靠性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种改良的LED阵列，其使用垂直发光LED用于高电压、低电流驱动。和传统LED阵列相比，这个高电压垂直LED阵列产生较少的热量，而具有高亮度(高流明输出)和均勻发光特性。另外，一旦阵列中有一个或多个LED损坏,本专利技术的高电压垂直LED阵列是不会中断阵列中其它LED的运作。特别是，本专利技术提供的高电压垂直LED阵列，每个LED包括位于发光面的第一电极和第二电极。一导电矩阵围绕着每个LED并电连接到每个电极。一电绝缘材料位于相邻LED之间，使得有第一电通路在第二和第一电极之间，穿过每个LED。一电隔离材料穿过相邻两个LED的第二电极之间的导电矩阵，以相互隔离相邻的两个第二电极。在相邻LED之间还有一阻抗改变材料，在一个单独的高电压垂直LED损坏后，其能永久性地降低其阻抗，以提供另一条电通路。附图说明图1A-1B显示本专利技术的实施例的高电压垂直发光二极管阵列的部分。图2A-2B显示在正常状态下和在阵列中一个LED损坏后的电流流过高电压垂直发光二极管的情况。图3A-3B显示串联连接的LED阵列(图3A)和并联连接的LED阵列(图3B)。具体实施方式参见附图，图1A和IB显示本专利技术的高电压垂直发光二极管(LED)阵列的一个部分100。在图1A中，显示有两个相邻的高电压发光二极管200 ;但是该明白，一个阵列中LED的数量是可以根据产品的最终应用来选择的(例如，该阵列是用于显示器或者用于商业照明等等)。所以一个阵列可以有很少或者很多个LED，如少至两个LED，到多至64个LED，这些数字仅仅只是示范性的，并不是限制性的；根据本专利技术，是还能够制作更大的LED阵列。每个LED 200包括第一电极210和第二电极220，第一电极210置于LED 200的发光面202，第二电极220置于LED 200的另一面。本专利技术的阵列中所使用的高电压LED可以是任何垂直LED材料和结构，例如共同受让的美国专利7，846，753号披露的氮化镓基LED及其制作，该披露被引入本文作为参考之用。而本专利技术的阵列中还可以使用其它垂直发光LED材料和结构，包括有机和无机材料基的垂直LED。对于电极210和220的电极材料，可以是相同的或不同的，可以是金属、合金、导电氧化层、或其它导电材料。因为电极210是位于发光面，所以最好选用透明的电极材料如铟锡氧化物。或者，也可以使用薄的金属电极作电极210。当金属/金属合金电极足够薄时，电极也就几乎是透明的/半透明的，LED发出的光也就几乎不会被该金属电极吸收了。这种薄电极包括金、金和钯的合金、钼、镍、氧化镍、和钯。也可以使用其它材料，只要它们的厚度在足够薄且薄到至少半透明时仍具有高导电性。LED 200由导电矩阵300包围著。导电矩阵电连接阵列中每个LED的第一电极210和第二电极220，因此形成相邻LED之间的电极桥。通过提供一个大的导电矩阵，在阵列中能得到较好的电流扩散，有助于减轻一个垂直LED的多重量子井结构里的不均匀电流分布。为了保证通过每个LED的电极210和220之间的电流通路，每个LED都包括一个电绝缘材料400，在正常运作条件下`，其会阻止电流流过一对相邻电极220之间的导电矩阵。导电矩阵的导电材料包括金属、合金、导电聚合物、或者导电的无机材料或其混合物。铜及其合金是导电矩阵材料的范例，因为它们是导电性的且具有良好的热传导性，有助于散热。绝缘材料400可以是无机的或有机的绝缘材料层，取决于所选的制作技术、需要的厚度、以及绝缘材料的介电常数。一个绝缘材料的范例是二氧化硅。亦可以使用其它硅基材料，包括氮化硅(化学计量的或非化学计量的，如富硅氮化硅)、SU-8、非化学计量的氧化硅，以及非硅基材料。还可以使用掺杂或混合材料。在图1B中，有个选择性的抛光停止块材料350包含在导电矩阵中，其是在上文提及那共同受让的美国专利中的制作过程需要使用到的，具体解释请参见上文的参考引用。该抛光停止块是当利用化学机械抛光作材料去除时用的。其它的衬底材料去除技术还包括激光剥离、湿蚀刻或其它。在导电矩阵300和衬底600之间有一层电隔离层500。在一个实施例中,衬底600包括硅衬底610和连接的金属层620(例如，当衬底600是一个从初始生长基板-蓝宝石-的替代衬底时)。替代衬底的进一步讨论可以参看共同受让的美国专利。隔离层材料500可以有各种选择，如氧化材料，包括但不限于氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化物和氮化物及碳化物的混合物、电阻性聚合物材料如SU-8、或其它能提供合适电隔离性的材料。电隔离层500包括延伸到绝缘层400中的区域510，其阻止电流在相邻电极220之间流动。区域510可以是一种材料，也可以是混合材料，或者多层材料结构，在施加一个预定电流/电压后，其电特性被永久地更改。通常，在施加一个高电压和/或电流后，该材料或多层材料结构会被改变。例如，电阻性非晶硅材料被转换成/部分转换成导电性多晶硅，非晶碳(类金刚石碳)被转换成导电碳，又或者富硅二氧化硅被转换成导电硅材料。请注意，区域510的材料选择并不是至关重要的。任何能够通过一个预定电压/电流来产生导电通路的电阻材料、混合材料、或多层结构都可以选作用于区域510。隔离材料500和区域510的各种组合形成了本专利技术的示例性实施例。在一个实施例中，隔离层500是氧化硅，而510部分是非晶硅/加氢非晶硅。或者，当隔离层500是氧化硅时，区域510是富硅氧化硅。无论哪一种情况，隔离层500都可以通过化学气相沉积/等离子体增强化学气相沉积(CVD/PECVD)硅烷而与510部分一体形成非晶硅，或者与氧一起混合而造成富硅氧化硅，因为添加了较高浓度的氧，使得隔离层500的上半部分形成氧化硅。因为区域510是在制作晶圆时嵌入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个高电压垂直发光二极管阵列，包括：多个高电压垂直发光二极管，每个高电压垂直发光二极管包括第一电极和第二电极，所述第一电极位于所述垂直发光二极管的发光面，所属第二电极位于所述垂直发光二极管的第二面；导电矩阵，其围绕着每个高电压垂直发光二极管并电连接每个垂直发光二极管的每个第一电极和每个第二电极；隔离材料，其位于所述导电矩阵中，并位于相邻的所述高电压垂直发光二极管的第二电极之间，使相邻的第二电极相互隔离，使得第一电流通路在所述第二和第一电极之间，穿过每个高电压垂直发光二极管；阻抗改变材料，当其在相邻两个高电压垂直发光二极管之间遭受到一个预定电压和/或电流时，其会永久性地降低其阻抗，因而在一个单独的高电压垂直发光二极管损坏后，导致所述预定电压和/或电流施加在其上，用以提供另一条电通路穿过所述导电矩阵。

【技术特征摘要】
2012.11.29 US 13/688,2501.一个高电压垂直发光二极管阵列,包括 多个高电压垂直发光二极管，每个高电压垂直发光二极管包括第一电极和第二电极，所述第一电极位于所述垂直发光二极管的发光面，所属第二电极位于所述垂直发光二极管的第二面； 导电矩阵，其围绕着每个高电压垂直发光二极管并电连接每个垂直发光二极管的每个第一电极和每个第二电极； 隔离材料，其位于所述导电矩阵中，并位于相邻的所述高电压垂直发光二极管的第二电极之间，使相邻的第二电极相互隔离，使得第一电流通路在所述第二和第一电极之间，穿过每个高电压垂直发光二极管； 阻抗改变材料，当其在相邻两个高电压垂直发光二极管之间遭受到一个预定电压和/或电流时，其会永久性地降低其阻抗，因而在一个单独的高电压垂直发光二极管损坏后，导致所述预定电压和/或电流施加在其上，用以提供另一条电通路穿过所述导电矩阵。2.根据权利要求1所述的高电压垂直发光二极管阵列，其中所述导电矩阵包括金属或金属合金。3.根据权利要求1所述的高电压垂直发光二极管阵列，其中所述第一电极是透明的或半透明的。4.根据权利要求3所述的高电压垂直发光二极管阵列，其中所述第一电极包括金属或金属合金。5.根据权利要求3所述的高电压垂直发光二极管阵列，其中所述第一电极包括透明氧化物。6.根据权利要求1所述的高电压垂直发光二极管阵列，其中所述发光二极管是串连连接的。7.根据权利要求2所述的高电压垂直发光二极管阵列，其中所述导电矩阵包括铜或铜I=1-Wl O8.根据权利要求1所述的高电压垂直发光二极管阵列，其中所述每个高电压垂直发光二极管阵列包括侧壁电绝缘...

【专利技术属性】
技术研发人员：何咏恩，吴恩柏，
申请(专利权)人：香港应用科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：