串联连接分段式发光二极管制造技术

本发明专利技术公开了一种光源以及制造该光源的方法。该光源包括导电衬底，以及分成区段的发光结构。该发光结构包括：由具有第一导电类型的半导体材料组成的第一层，其沉积在该衬底上；活性层，其位于该第一层上方；以及由具有与该第一导电类型相反的导电性的半导体材料组成的第二层，其位于该活性层上方。一个阻挡层将该发光结构分成彼此电隔离的第一和第二区段。串联连接电极将该第一区段中的该第一层连接至该第二区段中的该第二层。一个电源触点电连接至该第一区段中的该第二层，而第二电源触点电连接至该第二区段中的该第一层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】串联连接分段式发光二极管
技术介绍
发光二极管(LED)是一种能够将电能转换成光的重要固态装置。这些装置的改善使其被应用在设计来取代传统白炽灯与荧光灯光源的照明灯具上。LED的寿命要长得多，并且在某些情况下，在将电能转换成光的效率方面明显比较高。出于讨论的目的，LED可以被视为具有三层，活性层夹在其他两层之间。当来自外侧层的空穴与电子在该活性层内结合时，该活性层发光。通过电流通过LED来生成空穴与电子。在一种常见的配置中，通过位于顶层上方的电极以及提供电气连接至底层的触点来为LED供电。LED的成本及其功率转换效率是决定这种新技术取代传统光源以及运用于高功率应用的比例的重要因素。LED的转换效率定义为LED在所期望光谱范围内所发射的光功率与光源所消耗的电功率的比率。所消耗的电功率取决于LED的转换效率，以及将AC电源转换成可以用于直接为LED管芯供电的DC源的电路所损耗的功率。未转换成光就离开LED的电功率，会转换成热，使得LED的温度上升。散热通常限制了 LED运行的功率水平。此外，LED的转换效率随着电流增大而减小。因此,尽管通过增大电流来增大LED的光输出会增大总的光输出，不过通过这种策略电转换效率也会减小。此外，在高电流运行下LED的寿命也会缩短。最后，将电流传送至发光区域且位于该LED的高阻抗P型层内的导体，其内部阻抗耗损随着电流增大而快速增大。因此，LED具有最佳电流。LED的驱动电压由用于制作该LED的材料来设定，对于GaN型LED来说该驱动电压通常是3伏特的等级。典型的光源需要多个LED，因为对许多应用来说，以最佳电流运行的单个LED无法生成足够的光。所述LED可以并联连接、串联连接或以并串联连接结合的方式进行连接。如果LED并联连接，驱动电压通常为3伏特等级的低驱动电压，而需要较高的电流。因此，串联连接是优选的以避免这种高电流配置固有的功率耗损。此外，如果电源的输出驱动电压接近AC电源振幅，则将大多数应用中使用的AC电源转换成驱动LED所需的DC源明显便宜许多。因此，优选的配置方式为所述LED串联连接以为阵列提供较高的驱动电压。串联连接通过连接光源内个别LED的布线，或通过在绝缘衬底上制造每一 LED与环绕的LED电隔离的LED阵列来提供。在上述后者串联连接方式中，运用光刻法，在隔离的LED之间提供串联连接电极。虽然第二方法具有降低封装成本的潜力，不过仅限于用在如下制造系统中:LED层生长于诸如蓝宝石的绝缘衬底上，使得能够通过在个别LED之间设置诸如往下延伸至衬底的沟槽等绝缘阻挡层来隔离个别LEDs。在诸如硅晶圆的非绝缘衬底上制造LED具有显著的成本优势。传统生产线已经针对硅晶圆最佳化。此外，硅晶圆明显比蓝宝石晶圆便宜。最后，从硅晶圆切割个别光源的过程基本上比蓝宝石型系统中的对应切割过程来得容易。因此，需要一种在硅晶圆或其他导电衬底上生成串联连接LED的方法。
技术实现思路
本专利技术包括一种光源以及制造所述光源的方法。所述光源包括发光结构，其接合至导电衬底。所述发光结构包括:具有第一导电类型半导体材料的第一层，其位于所述衬底上方；活性层，其位于所述第一层上方；以及具与所述第一导电类型相反的导电类型的半导体材料的第二层，其位于所述活性层上方。阻挡层将所述发光结构分成彼此电隔离的第一和第二区段。连接电极将所述第一区段中的所述第一层连接至所述第二区段中的所述第二层。镜子与所述区段中的每一区段中的所述第一层电接触，所述连接电极将所述第一区段中的所述镜子连接至所述第二区段中的所述第二层。所述衬底包括第一和第二隔离区，其将所述第一区段和第二区段中的所述镜子彼此电隔离。所述光源可以由沉积在硅衬底上的GaN半导体层(GaN半导体层包括AlInGaN的所有合金)构成。【附图说明】图1是光源的俯视图。图2为图1所示光源的截面图。图3-7示出制造根据一个实施例的光源的方式。图8示出了在移除了生长衬底后，暴露的η面已经被蚀刻的实施例。图9-13示出了根据另一实施例的串联连接光源的制造。【具体实施方式】参照I图和图2可以更容易了解本专利技术提供其优点的方式，图1-2示出了现有技术串联连接GaN型LED光源。图1是光源60的俯视图，而图2是图1的光源60沿切线2_2所取的截面图。光源60包括两个区段64和65 ;不过，从下列讨论中将了解，使用相同设计可以构建具有更多区段的光源。光源60由具有三层的LED结构所构成，其中所述层生长于蓝宝石衬底51上。η型层52生长于衬底51上，接着活性层55和ρ型层53生长于η型层52上。本领域技术人员了解，这些层可以由子层构成，而且实际上LED具有许多其他层。为了本专利的目的，“位于上方的”层表示所述层可以彼此接触或有中间层介于其间。区段64和65由隔离沟槽66分离，所述沟槽穿过层52延伸至衬底51，从而使区段64和65电隔离。隔离沟槽66包括仅部分延伸进入层52的平坦区(plateau) 67。绝缘层57覆盖隔离沟槽66的壁，绝缘层57包括开口区58，以使得与每一区段相关联的层52的部分进行电接触。绝缘层57可以由提供无孔洞缺陷的绝缘层的任何材料所构成。例如，可以使用SiOx或SiNx作为绝缘材料。其他材料可包括聚酰亚胺、BCB、旋涂玻璃以及半导体产业常用于装置平坦化的材料。在光源60的端部上设有类似沟槽，如68和69所示。串联连接电极59沉积在隔离沟槽66内，使得电极59经由绝缘层57内的开口 58接触层52。电极59也与相邻区段内的ITO层56电接触。因此，当经由电极61和62供电时，区段64和65串联连接。结果，光源60以并联连接的两个相似LED的两倍电压和一半电流来运行。绝缘层57延伸到电极59和61下方，如图2的57a所示。因为电极59不透明，所以会挡住在其正下方的部分活性层55所生成的光。在此方面，请注意附图所示层的厚度并未依照比例绘制。实践中，层53的厚度远小于层52的厚度，因此电极59挡住其下方所生成的大部分光。因此，通过电极59下方的层55的电流基本上被浪费掉了，因为此电流所生成的大部分光都耗损了。该绝缘层的延伸阻挡电流流过层55的这个被浪费的区域，因此改善光源的整体效率。电极61下方存在类似的问题，因此该绝缘层也延伸到该电极下方。上述构建技术取决于属于绝缘体且在沟槽生成期间提供良好的蚀刻停止功能的衬底51。如果衬底51为诸如硅晶圆这类导电衬底，则两个LED区段不会彼此隔离。因此，在导电衬底上形成LED结构时，将对此技术产生挑战。如上所述，运用硅衬底来形成LED结构具有显著的优势。本专利技术提供一种机制，允许LED结构形成在硅衬底上，同时仍提供具有多个串联连接连结的区段的单体LED结构的优点。现在参考图3-7，这些图示出了本专利技术的一个实施例的光源的制造方法。参考图3。一开始，在硅衬底21上沉积η型层22、活性层23以及P型层24。衬底21优选为〈111〉衬底。η型层可以包括一个或多个缓冲层，所述一个或多个缓冲层有助于GaN族层生长在该硅衬底上。缓冲层的范例包括AlN、AlGaN、AlxGal-xN及其组合。在所述ρ型层位于LED内的区域之上构图银基金属化层，以提供镜子与P触点。这些镜子示出为25。为了保护银，诸如钼的阻障金属层沉积在银之上，如26所示。或者本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光源，包括：导电衬底；发光结构，所述发光结构包括：具有第一导电类型的半导体材料的第一层，其位于所述衬底上方；活性层，其位于所述第一层上方；以及具有与所述第一导电类型相反的导电类型的半导体材料的第二层，其位于所述活性层上方；阻挡层，其将所述发光结构划分为彼此电隔离的第一区段和第二区段；连接电极，其将所述第一区段中的所述第一层连接至所述第二区段中的所述第二层；以及镜子，其与所述区段中的每一区段中的所述第一层电接触，所述连接电极将所述第一区段中的所述镜子连接至所述第二区段中的所述第二层，其中所述衬底包括将所述第一区段和所述第二区段中的所述镜子彼此电隔离的第一隔离区和第二隔离区。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.09 US 13/292,9381.一种光源，包括: 导电衬底； 发光结构，所述发光结构包括: 具有第一导电类型的半导体材料的第一层，其位于所述衬底上方； 活性层，其位于所述第一层上方；以及 具有与所述第一导电类型相反的导电类型的半导体材料的第二层，其位于所述活性层上方； 阻挡层，其将所述发光结构划分为彼此电隔离的第一区段和第二区段； 连接电极，其将所述第一区段中的所述第一层连接至所述第二区段中的所述第二层；以及 镜子，其与所述区段中的每一区段中的所述第一层电接触，所述连接电极将所述第一区段中的所述镜子连接至所述第二区段中的所述第二层， 其中所述衬底包括将所述第一区段和所述第二区段中的所述镜子彼此电隔离的第一隔离区和第二隔离区。2.如权利要求1所述的光源，进一步包括: 第一电源触点，其电连接至所述第一区段中的所述第二层；以及第二电源触点，其电连接至所述第二区段中的所述第一层，其中在所述第一电源触点和所述第二电源触点之间生成电势差时，所述第一区段和第二区段生成光。3.如权利要求1所述的光源，其中所述隔离区包括位于所述镜子与所述导电衬底之间的绝缘层。4.如权利要求1所述的光源，其中所述导电衬底包括具有第一导电类型的半导体材料，并且所述隔离区包括在所述半导体材料中具有第二导电类型的区域。5.如权利要求1所述的光源，其中所述导电衬底通过金属层接合至所述发光结构。6.如权利要求1所述的光源，其中所述第一层包括P型GaN族成员。7.如权利要求1所述的光源，其中所述导电衬底包括硅晶圆。8.如权利要求1所述的光源，其中所述第一半导体层包括η型GaN族成员。...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·D·莱斯特，CW·庄，
申请(专利权)人：东芝技术中心有限公司，
类型：
国别省市：