CN104733487B - 一种具有立体发光结构的高压发光二极管 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有立体发光结构的高压发光二极管，由至少两层相互错开键合的子级发光二级管组成，其中一层设置n+1个子级发光二极管为底层，底层各子级发光二极管处于同一平面，另一层设置n个子级发光二极管为顶层，顶层各子级发光二极管处于同一平面，底层与顶层相邻的子级发光二极管设置于两个不同水平面上；各子级发光二级管具有独立发光结构，各子级发光二级管串联连接。本发明将各子级发光二极管串联连接，构成立体的至少双层发光结构，明显地增加单位面积发光的功率，且使得同样电压的高压芯片模块的面积缩小近一倍，有效地降低高压芯片模块的封装成本。

Description

一种具有立体发光结构的高压发光二极管

技术领域

本发明涉及发光二极管技术领域，尤其是指一种具有立体发光结构的高压发光二极管。

背景技术

发光二极管具有低功耗、尺寸小和可靠性高等优点，作为主要光源得到快速发展。近年来发光二极管的利用领域正在迅速扩展，而提高发光二极管亮度和降低发光二极管成本成为LED发展的技术目标。

高压发光二极管(HV-LED)可以较为明显地降低发光二极管的成本，HV-LED具有两大优点：一，有效降低LED照明灯具的成本和重量，二，大幅降低对散热系统的设计要求，解决了LED照明市场的散热技术障碍。

HV-LED高电压、小电流工作条件颠覆了传统LED低电压、大电流工作要求。LED照明灯具由于采用HV-LED的SOP而降低发热，灯具结构造型趋向节省散热材料、大于270度发光、低成本、轻重量等。HV-LED芯片组高电压、小电流工作条件，与传统LED低电压、大电流工作环境相比，HV-LED工作时发热明显降低；HV-LED只需高压线性恒流源就能很好的工作，高压线性恒流电源无变压器、无电解电容器解决了传统LED驱动电源和电解电容器的使用寿命问题。

然而，现有技术高压发光二极管的发光功率有待进一步提高，同时，封装成本有待进一步降低，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有立体发光结构的高压发光二极管，以提高发光功率，同时降低封装成本。

为达成上述目的，本发明的解决方案为：

一种具有立体发光结构的高压发光二极管，由至少两层相互错开键合的子级发光二极管组成，其中一层设置n+1个子级发光二极管为底层，底层各子级发光二极管处于同一平面，另一层设置n个子级发光二极管为顶层，顶层各子级发光二极管处于同一平面，底层与顶层相邻的子级发光二极管设置于两个不同水平面上；各子级发光二极管具有独立发光结构，各子级发光二极管串联连接；

各子级发光二极管包含独立外延发光结构，各独立外延发光结构通过外延绝缘层隔开；外延发光结构包括有源层，有源层第一接触面上设置第一型导电层，有源层第二接触面上设置第二型导电层；

底部各子级发光二极管于基板上设置第一型导电层，第一型导电层上设置第一电极，第二型导电层上设置第二电流扩展导电层，第二电流扩展导电层上设置第二电极，第一电极和第二电极在同一侧；

顶部各子级发光二极管的第一型导电层上设置第一电极，第二型导电层上设置第二电流扩展导电层，第二电流扩展导电层上设置第二电极，第一电极和第二电极在同一侧；

顶部各子级发光二极管与底部各子级发光二极管之间相邻的接触面之间设置非导电键合层；

底部第一子级发光二极管的第一电极与顶部第一子级发光二极管的第二电极形成导电连接；

顶部第一子级发光二极管的第一电极与底部第二子级发光二极管的第二电极形成导电连接；底部第二子级发光二极管的第一电极与顶部第二子级发光二极管的第二电极形成导电连接；依次连接直至顶部、底部第n子级发光二极管；

顶部第n子级发光二极管的第一电极与底部第n+1子级发光二极管的第二电极形成导电连接；底部第n+1子级发光二极管的第一电极与底部第一子级发光二极管的第二电极为焊台电极。

一种具有立体发光结构的高压发光二极管，由至少两层相互错开键合的子级发光二极管组成，其中一层设置n+1个子级发光二极管为底层，底层各子级发光二极管处于同一平面，另一层设置n个子级发光二极管为顶层，顶层各子级发光二极管处于同一平面，底层与顶层相邻的子级发光二极管设置于两个不同水平面上；各子级发光二极管具有独立发光结构，各子级发光二极管串联连接；

各子级发光二极管包含独立外延发光结构，各独立外延发光结构通过外延绝缘层隔开；外延发光结构包括有源层，有源层第一接触面上设置第一型导电层，有源层第二接触面上设置第二型导电层；

底部各子级发光二极管于第一型导电层上设置第一电流扩展导电层，第一电流扩展导电层上设置第一电极，第二型导电层上设置介质层，介质层内部设有导电通道，介质层上设置金属发射层，金属反射层通过导电通道与第二型导电层形成欧姆接触，金属反射层上设置非导电键合层，非导电键合层上设置基板，介质层上设置有第二电极，第二电极通过导电通道与金属反射层形成连接，第二电极与外延发光结构的侧壁接触面之间隔着电极绝缘层，且与第一电极同一侧；

顶部各子级发光二极管的第二型导电层上设置第二电流扩展导电层，第二电流扩展导电层上设置第二电极，第一型导电层上设置第一电极，第一电极与外延发光结构的侧壁接触面之间隔着电极绝缘层，且与第二电极同一侧；

顶部各子级发光二极管与底部各子级发光二极管之间相邻的接触面之间设置非导电键合层，非导电键合层的第一接触面与顶部各子级发光二极管的第二电流扩展导电层接触，非导电键合层的第二接触面与底部各子级发光二极管的第一电流扩展导电层接触；

底部第一子级发光二极管的第二电极与顶部第一子级发光二极管的第一电极形成导电连接；顶部第一子级发光二极管的第二电极与底部第二子级发光二极管的第一电极形成导电连接；底部第二子级发光二极管的第二电极与顶部第二子级发光二极管的一电极形成导电连接；依次连接直至底部、顶部第n子级发光二极管；

顶部第n子级发光二极管的第二电极与底部第n+1子级发光二极管的第一电极形成导电连接；

底部第n+1子级发光二极管的第二电极与底部第一子级发光二极管的第一电极为焊台电极。

一种具有立体发光结构的高压发光二极管，由至少两层相互错开键合的子级发光二极管组成，其中一层设置n+1个子级发光二极管为底层，底层各子级发光二极管处于同一平面，另一层设置n个子级发光二极管为顶层，顶层各子级发光二极管处于同一平面，底层与顶层相邻的子级发光二极管设置于两个不同水平面上；各子级发光二极管具有独立发光结构，各子级发光二极管串联连接；

各子级发光二极管包含独立外延发光结构，各独立外延发光结构通过外延绝缘层隔开；外延发光结构包括有源层，有源层第一接触面上设置第一型导电层，有源层第二接触面上设置第二型导电层；

底部各子级发光二极管于第一型导电层上设置第一电流扩展导电层，第二型导电层上设置介质层，介质层内部设有导电通道，介质层上设置金属发射层，金属反射层通过导电通道与第二型导电层形成欧姆接触，金属反射层上设置非导电键合层，非导电键合层上设置基板，介质层上设置有第二电极，第二电极通过导电通道与金属反射层形成连接，第二电极与外延发光结构的侧壁接触面之间隔着电极绝缘层，且电极表面与第一电流扩展导电层同一侧；

顶部各子级发光二极管的第二型导电层上设置第二电流扩展导电层，第一型导电层上设置第一电极，第一电极与外延发光结构的侧壁接触面之间隔着电极绝缘层，且电极表面与第二电流扩展导电层同一侧；

顶部各子级发光二极管与底部各子级发光二极管之间相邻的接触面之间的中间区域设置导电键合层，导电键合层的第一接触面与顶部各子级发光二极管的第二电流扩展导电层接触，导电键合层的第二接触面与底部各子级发光二极管的第一电流扩展导电层接触；

顶部各子级发光二极管与底部各子级发光二极管之间相邻的接触面之间的除中间区域及电极区域之外的其余区域设置非导电键合层，非导电键合层的第一接触面与顶部各子级发光二极管的第二电流扩展导电层接触，非导电键合层的第二接触面与底部各子级发光二极管的第一电流扩展导电层接触，非导电键合层与导电键合层处于同一水平面；

底部第一子级发光二极管的第一电流扩展导电层与顶部第一子级发光二极管的第二电流扩展导电层通过导电键合层形成连接；顶部第一子级发光二极管的第一电极与底部第二子级发光二极管的第二电极形成导电连接；底部第二子级发光二极管的第一电流扩展导电层与顶部第二子级发光二极管的第二电流扩展导电层通过导电键合层形成连接；依次连接直至底部、顶部第n子级发光二极管；

顶部第n子级发光二极管的第一电极与底部第n+1子级发光二极管的第二电极形成导电连接；

各子级发光二极管之间的其余接触面通过非导电键合层形成绝缘；

底部第n+1子级发光二极管的第一电流扩展导电层上设置第一电极，底部第n+1子级发光二极管的第一电极与底部第一子级发光二极管的第二电极为焊台电极。

进一步，发光二极管串联个数n的取值范围1-110,且n为整数。采用串联个数根据具体应用需求而定。采用直插式的应用于普通居民照明的设计电压为220V，减少附属的降压器件及线路，可有效降低封装及应用端的制作成本。

进一步，顶部各子级发光二极管与底部各子级发光二极管之间非导电键合层的厚度D＝(2n+1)λ/4,其中n为整数，λ为发光波长。非导电键合层采用增透的厚度设计，可减少光传播在顶、底各子级发光二极管的键合界面产生全发射，提高了立体发光结构的高压发光二极管的光的萃取率。

进一步，构成各子级发光二极管的有源层材料包括GaN、GaInN、AlGaN、AlGaInN、AlN、AlGaInP、GaInP、GaAs、AlGaAs、GaInAs、AlGaInAs、GaInAsP三五族化合物；构成电流扩展导电层的材料包括氧化铟锡(ITO)、ZnO、石墨烯。

进一步，顶部各子级发光二极管与底部各子级发光二极管上下相邻的各子级发光二极管形成两两相互平行的四条外延绝缘层，其中两条平行的外延绝缘层在垂直方向上重合，另两条平行的外延绝缘层相互错开，使得高压模块的切割工艺更简易，且提高成品率。

一种具有立体发光结构的高压发光二极管制作方法，包括以下步骤：

一，在外延衬底上表面由下至上依次设置缓冲层、剥离层、第一型导电层、有源层和第二型导电层；

二，制作底部各子级发光二极管，在第二型导电层表面蒸镀透明导电材料，形成第二电流扩展导电层；

三，在第二电流扩展导电层表面采用掩膜、ICP刻蚀，形成外延隔离槽，且蚀刻深度至外延衬底，形成各个独立外延发光结构；

四，在第二电流扩展导电层表面采用掩膜、ICP刻蚀，形成第一电极制作区域，蚀刻深度至第一型导电层；

五，在第一型导电层的第一电极制作区域上形成第一电极，第一电极与外延发光结构之间隔着电极隔离槽；

六，在第二电流扩展导电层上形成第二电极；第一电极与第二电极在同一侧面，且第一电极与第二电极的表面在同一水平面；

七，蒸镀绝缘材料填充外延隔离槽和电极隔离槽形成外延绝缘层和电极绝缘层，且底部各子级发光二极管构成底部高压模块的周围切割道的外延隔离槽无填充，由此形成底部各子级发光二极管；

八，重复步骤一至七制作顶部各子级发光二极管；

九，底部第一子级发光二极管与顶部第一子级发光二极管键合：底部第一子级发光二极管的第一电极与顶部第一子级发光二极管的第二电极形成导电连接；底部第一子级发光二极管的第二电流扩展导电层与顶部第一子级发光二极管的第二电流扩展导电层采用非导电键合材料键合，形成非导电键合层；

十，顶部第一子级发光二极管与底部第二子级发光二极管键合：顶部第一子级发光二极管的第一电极与底部第二子级发光二极管的第二电极形成导电连接；顶部第一子级发光二极管的第二电流扩展导电层与底部第二子级发光二极管的第二电流扩展导电层采用非导电键合材料键合，形成非导电键合层；

十一，底部第二子级发光二极管与顶部第二子级发光二极管键合：底部第二子级发光二极管的第一电极与顶部第二子级发光二极管的第二电极采用金属键合材料形成连接；底部第二子级发光二极管的第二电流扩展导电层与顶部第二子级发光二极管的第二电流扩展导电层采用非导电键合材料键合，形成非导电键合层；依次连接至顶部第n子级发光二极管和底部第n子级发光二极管；

十二，顶部第n子级发光二极管与底部第n+1子级发光二极管键合；顶部第n子级发光二极管的第一电极与底部第n+1子级发光二极管的第二电极形成导电连接；顶部第n子级发光二极管的第二电流扩展导电层与底部第n+1子级发光二极管的第二电流扩展导电层采用非导电键合材料键合，形成非导电键合层；

十三，底部第n+1子级发光二极管的第一电极与底部第一子级发光二极管的第二电极为焊台电极；

十四，剥离去除顶部各子级发光二极管的外延衬底；采用背切技术，在底部各子级发光二极管的外延衬底上切割裂片，形成高压发光二极管。

一种具有立体发光结构的高压发光二极管制作方法，包括以下步骤：

一，在外延衬底上表面由下至上依次设置缓冲层、腐蚀截止层、第一型导电层、有源层、第二型导电层；

二，制作底部各子级发光二极管，在第二型导电层表面形成介质层，且在介质层中形成若干通孔，通孔的深度至第二型导电层；

三，在介质层表面蒸镀金属，形成金属反射层，且金属填满通孔形成导电通道；

四，采用非导电键合材料将金属导电层与基板键合，形成非导电键合层；

五，腐蚀去除外延衬底、缓冲层与腐蚀截止层，露出第一型导电层；

六，在第一型导电层表面蒸镀透明导电材料，形成第一电流扩展导电层；

七，在第一电流扩展导电层上采用掩膜、ICP刻蚀，制作外延隔离槽，且外延隔离槽深度至非导电键合层，形成各个独立外延发光结构；

八，在第一电流扩展导电层上采用掩膜、ICP刻蚀，制作，形成第二电极制作区域，蚀刻深度至介质层表面；

九，在第二电极制作区域上形成第二电极，第二电极通过导电通道与金属反射镜形成连接，且第二电极与外延发光结构的侧壁之间隔着电极隔离槽；

十，在第一电流扩展导电层上形成第一电极，且第一电极与第二电极在同一侧，且第一电极与第二电极的表面在同一水平面；

十一，蒸镀绝缘材料填充外延隔离槽和电极隔离槽形成外延绝缘层和电极绝缘层，且底部各子级发光二极管构成底部高压模块的周围切割道的外延隔离槽无填充，形成底部各子级发光二极管；

十二，制作顶部各子级发光二极管，在第二型导电层表面蒸镀透明导电材料，形成第二电流扩展导电层；

十三，在第二电流扩展导电层表面采用掩膜、ICP刻蚀，形成外延隔离槽，且蚀刻深度至外延衬底，形成各个独立外延发光结构；

十四，在第二电流扩展导电层表面采用掩膜、ICP刻蚀，形成第一电极制作区域，蚀刻深度至第一型导电层；

十五，在第一型导电层的第一电极制作区域上形成第一电极，且第一电极与外延发光结构的侧壁之间隔着电极隔离槽；

十六，在第二电流扩展导电层上形成第二电极，且第二电极与第一电极在同一侧，且第二电极与第一电极表面在同一水平面；

十七，蒸镀绝缘材料填充外延隔离槽和电极隔离槽形成外延绝缘层和电极绝缘层，且顶部各子级发光二极管构成底部高压模块的周围切割道的外延隔离槽无填充，至此形成顶部各子级发光二极管；

十八，底部第一子级发光二极管与顶部第一子级发光二极管键合：底部第一子级发光二极管的第二电极与顶部第一子级发光二极管的第一电极形成导电连接；底部第一子级发光二极管的第一电流扩展导电层与顶部第一子级发光二极管的第二电流扩展导电层采用非导电键合材料键合，形成非导电键合层；

十九，顶部第一子级发光二极管与底部第二子级发光二极管键合：顶部第一子级发光二极管的第二电极与底部第二子级发光二极管的第一电极形成导电连接；顶部第一子级发光二极管的第二电流扩展导电层与底部第二子级发光二极管的第一电流扩展导电层采用非导电键合材料键合，形成非导电键合层；

二十，底部第二子级发光二极管与顶部第二子级发光二极管键合：底部第二子级发光二极管的第二电极与顶部第二子级发光二极管的第一电极形成导电连接；底部第二子级发光二极管的第一电流扩展导电层与顶部第二子级发光二极管的第二电流扩展导电层采用非导电键合材料键合，形成非导电键合层；依次连接至顶部第n子级发光二极管和底部第n子级发光二极管；

二十一，顶部第n子级发光二极管与底部第n+1子级发光二极管键合：顶部第n子级发光二极管的第二电极与底部第n+1子级发光二极管的第一电极采用金属键合材料形成连接；顶部第n子级发光二极管的第二电流扩展导电层与底部第n+1子级发光二极管的第一电流扩展导电层采用非导电键合材料键合，形成非导电键合层；

二十二，底部第n+1子级发光二极管的第二电极与底部第一子级发光二极管的第一电极为焊台电极；

二十三，分别腐蚀去除顶部发光外延片的外延衬底、缓冲层与腐蚀截止层，露出第一型导电层的表面；采用背切技术在底部各子级发光二极管的外延衬底上切割裂片，形成高压发光二极管。

一种具有立体发光结构的高压发光二极管制作方法，包括以下步骤：

一，在外延衬底上表面由下至上依次设置缓冲层、腐蚀截止层、第一型导电层、有源层、第二型导电层；

二，制作底部各子级发光二极管，在第二型导电层表面形成介质层，且在介质层中形成若干通孔，通孔的深度至第二型导电层；

三，在介质层表面蒸镀金属，形成金属反射层，且金属填满通孔形成导电通道；

四，采用非导电键合材料将金属导电层与基板键合，形成非导电键合层；

五，分别腐蚀去除外延衬底、缓冲层与腐蚀截止层，露出第一型导电层；

六，在第一型导电层表面蒸镀透明导电材料材料，形成第一电流扩展导电层；

七，在第一电流扩展导电层上采用掩膜、ICP刻蚀，制作外延隔离槽，且外延隔离槽深度至非导电键合层，形成各个独立外延发光结构；

八，在第一电流扩展导电层上采用掩膜、ICP刻蚀，制作，形成第二电极制作区域，蚀刻深度至介质层表面；

九，在第二电极制作区域上形成第二电极，第二电极通过导电通道与金属反射镜形成连接，且第二电极与外延发光结构的侧壁之间隔着电极隔离槽；第二电极与第一电流扩展导电层在同一侧，且第二电极表面与第一电流扩展导电层在同一水平面；

十，蒸镀绝缘材料填充外延隔离槽和电极隔离槽形成外延绝缘层和电极绝缘层，且底部各子级发光二极管构成底部高压模块的周围切割道的外延隔离槽无填充，至此形成底部各子级发光二极管；

十一，制作顶部各子级发光二极管，在第二型导电层表面蒸镀电流扩展材料，形成第二电流扩展导电层；

十二，在第二电流扩展导电层表面采用掩膜、ICP刻蚀，形成外延隔离槽，且蚀刻深度至外延衬底，形成各个独立外延发光结构；

十三，在第二电流扩展导电层表面采用掩膜、ICP刻蚀，形成第一电极制作区域，蚀刻深度至第一型导电层；

十四，在第一型导电层的第一电极制作区域上形成第一电极，且第一电极与外延发光结构的侧壁之间隔着电极隔离槽；第一电极与第二电流扩展导电层在同一侧，且第一电极表面与第二电流扩展导电层表面在同一水平面；

十五，蒸镀绝缘材料填充外延隔离槽和电极隔离槽形成外延绝缘层和电极绝缘层，且顶部各子级发光二极管构成底部高压模块的周围切割道的外延隔离槽无填充，至此形成顶部各子级发光二极管；

十六，底部第一子级发光二极管与顶部第一子级发光二极管键合：底部第一子级发光二极管的第一电流扩展导电层表面中间区域与顶部第一子级发光二极管的第二电流扩展导电层表面中间区域采用导电键合材料键合形成导电键合层；底部第一子级发光二极管的第一电流扩展导电层的其余区域与顶部第一子级发光二极管的第二电流扩展导电层的其余区域采用非导电键合材料键合，形成非导电键合层；导电键合层周围包裹非导电键合层，且厚度相同；

十七，顶部第一子级发光二极管与底部第二子级发光二极管键合：顶部第一子级发光二极管的第一电极与底部第二子级发光二极管的第二电极形成导电连接；

十八，底部第二子级发光二极管与顶部第二子级发光二极管键合：底部第二子级发光二极管的第一电流扩展导电层表面中间区域与顶部第二子级发光二极管的第二电流扩展导电层表面中间区域采用导电键合材料键合，形成导电键合层；底部第二子级发光二极管的第一电流扩展导电层的其余区域与顶部第二子级发光二极管的第二电流扩展导电层的其余区域采用非导电键合材料键合，形成非导电键合层；导电键合层周围包裹非导电键合层，且厚度相同；依次连接至顶部第n子级发光二极管和底部第n子级发光二极管；

十九，顶部第n子级发光二极管与底部第n+1子级发光二极管键合：顶部第n子级发光二极管的第一电极与底部第n+1子级发光二极管的第二电极形成导电连接；

二十，底部第n+1子级发光二极管的第一电极与底部第一子级发光二极管的第二电极为焊台电极；

二十一，分别腐蚀去除顶部发光外延结构的外延衬底、缓冲层与腐蚀截止层，露出第一型导电层的表面；采用背切技术在在底部各子级发光二极管的外延衬底上切割裂片，形成高压发光二极管。

采用上述方案后，本发明采用至少两层结构的各独立发光结构的子级发光二极管相互错开键合，把各子级发光二极管串联连接，构成立体的至少双层发光结构，明显地增加单位面积发光的功率，且使得同样电压的高压芯片模块的面积缩小近一倍，有效地降低高压芯片模块的封装成本。

附图说明

图1为本发明实施例一的外延结构示意图；

图2为本发明实施例一的各子级发光二极管之间隔离槽示意图；

图3为本发明实施例一的各子级发光二极管电极区域示意图；

图4为本发明实施例一的各子级发光二极管蒸镀第一电极、第二电极及制作外延绝缘层示意图；

图5为本发明实施例一的底部各子级发光二极管蒸镀第一电极、第二电极及制作外延绝缘层的平面示意图；

图6为本发明实施例一的顶部各子级发光二极管蒸镀第一电极、第二电极及制作外延绝缘层的平面示意图；

图7为本发明实施例一的底部各子级发光二极管与顶部各子级发光二极管键合后的结构示意图；

图8为本发明实施例一去除外延衬底后获得的高压发光二极管芯片模块的结构示意图；

图9为本发明实施例二的外延结构示意图；

图10为本发明实施例二底部发光二极管键合在基板后的结构示意图；

图11为本发明实施例二底部发光二极管剥离衬底及去除腐蚀截止层后的结构示意图；

图12为本发明实施例二底部发光二极管蒸镀第一电流扩展导电层后的结构示意图；

图13为本发明实施例二底部发光二极管的各子级发光二极管之间外延隔离槽的示意图；

图14为本发明实施例二底部发光二极管的各子级发光二极管电极区域示意图；

图15为本发明实施例二底部发光二极管的各子级发光二极管的芯片结构示意图；

图16为本发明实施例二的底部发光二极管在蒸镀第一电极、第二电极及制作外延绝缘层的平面示意图；

图17为本发明实施例二的顶部发光二极管之间外延隔离槽的示意图；

图18为本发明实施例二的顶部发光二极管电极区域示意图；

图19为本发明实施例二的顶部发光二极管蒸镀第一电极、第二电极及制作外延绝缘层的芯片结构示意图；

图20为本发明实施例二的顶部发光二极管蒸镀第一电极、第二电极及制作外延绝缘层的平面示意图；

图21为本发明实施例二的底部各子发光二极管与顶部各子发光二极管键合后的结构示意图；

图22为本发明实施例二剥离外延衬底后获得的高压发光二极管芯片模块的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做详细描述。

实施例一

一种具有立体发光结构的高压发光二极管，由七个具有独立发光结构的子级发光二极管串联而成，串联的各子级发光二极管分为两层，底层由四个底部子级发光二极管构成，顶层由三个顶部子级发光二极管构成，如图8所示。

其中各个子级发光二极管都包含独立的有源层4，有源层4第一接触面上设置第一型导电层3，有源层4第二接触面上设置第二型导电层5。第一型导电层3由具有Si掺杂的GaN三五族化合物构成，且厚度为2μm。有源层4采用6对量子阱和量子垒交叉生长的结构。其中量子垒由GaN三五族化合物构成，厚度为10nm。量子阱由GaInN三五族化合物构成，且厚度为3nm。第二型导电层5采用Mg掺杂的GaN三五族化合物，厚度为300nm。

底部第一、二、三、四子级发光二极管于基板上设置第一型导电层3，基板包括外延衬底1及设置于其上的缓冲层2，第一型导电层3上设置第一电极，第二型导电层5上设置第二电流扩展导电层6，第二电流扩展导电层6上设置第二电极，第一电极8和第二电极在同一侧。电流扩展导电层的蒸镀材料采用ITO，即为ITO导电层。

顶部第一、二、三子级发光二极管的第一型导电层3上设置第一电极8，第二型导电层5上设置第二电流扩展导电层6，第二电流扩展导电层6上设置第二电极10，第一电极8和第二电极10在同一侧。电流扩展导电层的蒸镀材料采用ITO，即为ITO导电层。

顶部第一子级发光二极管与底部第一、二子级发光二极管之间相邻的接触面之间设置非导电键合层；顶部第二子级发光二极管与底部第二、三子级发光二极管之间相邻的接触面之间设置非导电键合层；顶部第三子级发光二极管与底部第三、四子级发光二极管之间相邻的接触面之间设置非导电键合层。非导电键合层的第一接触面与顶部第一、二、三子级发光二极管的第二电流扩展导电层6接触，非导电键合层的第二接触面与底部第一、二、三、四子级发光二极管的第二电流扩展导电层6接触。

底部第一子级发光二极管的第一电极8与顶部第一子级发光二极管的第二电极10形成金属连接。

顶部第一子级发光二极管的第一电极8与底部第二子级发光二极管的第二电极10形成金属连接。

底部第二子级发光二极管的第一电极8与顶部第二子级发光二极管的第二电极10形成金属连接。依次连接方式直至顶、底部第三子级发光二极管。

顶部第三子级发光二极管的第一电极8与底部第四子级发光二极管的第二电极10形成金属连接。

底部第四子级发光二极管的第一电极8与底部第一子级发光二极管的第二电极10为焊台电极。

一种具有立体发光结构的高压发光二极管制作方法，包括以下步骤：

一，如图1所示，在外延衬底1的上表面由下至上依次外延缓冲层2、第一型导电层3、有源层4和第二型导电层5。

具体为外延衬底1采用4英寸的蓝宝石，厚度为400μm。缓冲层2采用无掺杂的GaN三五族化合物，厚度为2μm。

二，制作底部各子级发光二极管，在第二型导电层5表面蒸镀ITO材料，形成第二电流扩展导电层6。

三，如图2所示，在第二电流扩展导电层6表面采用掩膜、ICP刻蚀，形成外延隔离槽7，外延隔离槽7在各子级发光二极管的切割边的宽度为20μm，外延隔离槽7在各子级发光二极管的非切割边的宽度为4μm，且蚀刻深度至外延衬底1，形成几万个10mil*10mil尺寸的独立外延发光结构。

四，如图3所示，在第二电流扩展导电层6表面采用掩膜、ICP刻蚀，形成第一电极制作区域，蚀刻深度至第一型导电层3。

五，在第一型导电层3的第一电极制作区域上形成第一电极8，第一电极8与外延发光结构之间隔着电极隔离槽，如图4所示。

六，在第二电流扩展导电层6上形成第二电极10；第一电极8与第二电极10在同一侧面且表面在同一水平面。

七，蒸镀绝缘材料填充外延隔离槽和电极隔离槽形成外延绝缘层11和电极绝缘层9，且底部各子级发光二极管构成底部高压模块的周围切割道12的外延隔离槽无填充；由此形成底部各子级发光二极管，如图4和图5所示。

八，顶部各子级发光二极管制作步骤与底部各子级发光二极管几乎相同，除了步骤四增加：同时形成顶部第一子级发光二极管、第三子级发光二极管电极空台13。但与底部各子级发光二极管采用的芯片尺寸及电极版图不同，如图6所示,形成几万个10mil*15mil/10mil*10mil/10mil*15mil尺寸的周期交替的独立外延发光结构。底、顶各子级发光二极管采用不同的设计版图，有利于各子级发光二极管形成串联的条件下，两层发光二极管在发光面积上相同且空间上重合。

九，底部第一子级发光二极管与顶部第一子级发光二极管键合：底部第一子级发光二极管的第一电极8与顶部第一子级发光二极管的第二电极10采用金属键合材料形成连接；底部第一子级发光二极管的第二电流扩展导电层6与顶部第一子级发光二极管的第二电流扩展导电层6采用非导电键合材料键合，形成非导电键合层14。

十，顶部第一子级发光二极管与底部第二子级发光二极管键合：顶部第一子级发光二极管的第一电极8与底部第二子级发光二极管的第二电极10采用金属键合材料形成连接；顶部第一子级发光二极管的第二电流扩展导电层6与底部第二子级发光二极管的第二电流扩展导电层6采用非导电键合材料键合，形成非导电键合层14。

十一，底部第二子级发光二极管与顶部第二子级发光二极管键合：底部第二子级发光二极管的第一电极8与顶部第二子级发光二极管的第二电极10采用金属键合材料形成连接；底部第二子级发光二极管的第二电流扩展导电层6与顶部第二子级发光二极管的第二电流扩展导电层6采用非导电键合材料键合，形成非导电键合层14。依次连接方式至顶部第三子级发光二极管和底部第三子级发光二极管。

十二，顶部第三子级发光二极管与底部第四子级发光二极管键合；顶部第三子级发光二极管的第一电极8与底部第四子级发光二极管的第二电极10采用金属键合材料形成连接；顶部第三子级发光二极管的第二电流扩展导电层6与底部第四子级发光二极管的第二电流扩展导电层6采用非导电键合材料键合，形成非导电键合层14。

十三，底部第四子级发光二极管的第一电极8与底部第一子级发光二极管的第二电极10为焊台电极，如图7所示。

十四，采用激光剥离技术去除顶部各子级发光二极管共有的蓝宝石外延衬底1，蒸镀氮化硅材料作为PV保护层15保护外延结构，如图8所示。采用背切技术，在外延衬底1上切割裂片，形成高压发光二极管。

实施例二

一种具有立体发光结构的高压发光二极管，由九个具有独立发光结构的子级发光二极管串联而成，串联的各子级发光二极管分为两层，底层由五个底部子级发光二极管构成，顶层由四个顶部子级发光二极管构成，如图22所示。

其中各个子级发光二极管都包含独立的有源层4，有源层4第一接触面上设置第一型导电层3，有源层4第二接触面上设置第二型导电层5。第一型导电层3由第一型电流扩展层、第一型限制层组成。具体为第一型电流扩展层由(Al0.4Ga0.6)0.5In0.5P三五族化合物构成，且厚度为5μm。第一型限制层由(Al0.9Ga0.1)0.5In0.5P三五族化合物构成，且厚度为600nm。有源层4由18组(Al0.9Ga0.1)0.5In0.5P/Ga0.5In0.5P三五族化合物交替构成。第二型导电层5由第二型限制层、第二型电流扩展层组成。第二型限制层由(Al0.9Ga0.1)0.5In0.5P三五族化合物构成，且厚度为600nm。第二型电流扩展层由GaP三五族化合物构成，且厚度为4μm。电流扩展层的蒸镀材料采用ITO，即为ITO导电层。

底部各子级发光二极管于第一型导电层3上设置第一电流扩展导电层31，第一电流扩展导电层31上设置第一电极8，第二型导电层5上设置有SiO2介质层51，SiO2介质层51内部设有导电通道，SiO2介质层51上设置金属发射层52，金属反射层52通过导电通道与第二型导电层5形成欧姆接触，金属反射层52上设置非导电键合层53，非导电键合层53上设置基板54，SiO2介质层51上设置有第二电极10，第二电极10通过导电通道与金属反射层52形成连接，第二电极10与外延发光结构的侧壁接触面之间隔着电极绝缘层9，且与第一电极8同一侧。

顶部各子级发光二极管的第二型导电层5上设置第二电流扩展导电层6，第二电流扩展导电层6上设置第二电极10，第一型导电层3上设置第一电极8，第一电极8与外延发光结构的侧壁接触面之间隔着电极绝缘层9，且与第二电极10同一侧。

顶部各子级发光二极管与底部各子级发光二极管之间相邻的接触面之间设置非导电键合层14，非导电键合层14的第一接触面与顶部各子级发光二极管的第二电流扩展导电层6接触，非导电键合层14的第二接触面与底部各子级发光二极管的第一电流扩展导电层31接触。

底部第一子级发光二极管的第二电极10与顶部第一子级发光二极管的第一电极8形成金属连接。

顶部第一子级发光二极管的第二电极10与底部第二子级发光二极管的第一电极8形成金属连接。

底部第二子级发光二极管的第二电极10与顶部第二子级发光二极管的一电极8形成金属连接。依次连接方式至底、顶部第四子级发光二极管。

顶部第四子级发光二极管的第二电极10与底部第五子级发光二极管的第一电极8形成金属连接。

底部第五子级发光二极管的第二电极10与底部第一子级发光二极管的第一电极8为焊台电极。

一种具有立体发光结构的高压发光二极管制作方法，包括以下步骤：

一，如图9所示，在外延衬底1的上表面由下至上依次外延缓冲层2、腐蚀截止层31、第一型导电层3、有源层4、第二型导电层5。

具体为外延衬底1采用2英寸的GaAs衬底，厚度为270μm。缓冲层2由300nm的GaAs材料组成。腐蚀截止层31由400nm厚的(Al0.8Ga0.2)0.5In0.5P材料组成。

二，制作底部各子级发光二极管，在第二型导电层5表面形成介质层51，在介质层51中形成密度为150个/mm2，直径为7μm的圆形的介质层通孔；通孔的深度至第二型导电层5。

三，在介质层5表面蒸镀金属，形成金属反射层52，且金属填满通孔形成导电通道511。

四，采用非导电键合材料将金属反射层52与基板54键合，形成非导电键合层53,如图10所示。

五，分别腐蚀去除外延衬底1、缓冲层2与腐蚀截止层31，露出第一型导电层3,如图11所示。

六，在底部发光外延片的第一型导电层3表面蒸镀ITO材料，形成第一电流扩展导电层32,如图12所示。

七，如图13及图16所示，在第一电流扩展导电层32采用掩膜、ICP刻蚀，在串联的各子级发光二极管形成宽度为5μm的外延隔离槽7，在非串联的各子级发光二极管形成宽度为18μm切割道12，且蚀刻深度至非导电键合层53，形成几万个10mil*10mil尺寸的独立外延发光结构。

八，在第一电流扩展导电层32上采用掩膜、ICP刻蚀，制作，形成第二电极制作区域，蚀刻深度至介质层51表面,如图14所示。

九，在第二电极制作区域上形成第二电极10，第二电极10通过导电通道511与金属反射镜52形成连接，且第二电极10与外延发光结构的侧壁之间隔着电极隔离槽。

十，在第一电流扩展导电层32上形成第一电极8，且第一电极8与第二电极10在同一侧，且电极表面在同一水平面。

十一，蒸镀绝缘材料填充外延隔离槽和电极隔离槽形成外延绝缘层11和电极绝缘层9，外延绝缘层11和电极绝缘层9且底部各子级发光二极管构成底部高压模块的周围切割道的外延隔离槽无填充；至此完成底部各子级发光二极管的制作,如图15和图16所示。

十二，制作顶部各子级发光二极管，在第二型导电层5表面蒸镀ITO材料，形成第二电流扩展导电层6。

十三，在第二电流扩展导电层6表面采用掩膜、ICP刻蚀，在串联的各子级发光二极管形成宽度为5μm的外延隔离槽7，在非串联的各子级发光二极管形成宽度为18μm切割道12，且蚀刻深度至外延衬底1，形成几万个10mil*10mil尺寸的独立外延发光结构，如图17及图20所示。

十四，在第二电流扩展导电层6表面采用掩膜、ICP刻蚀，形成第一电极制作区域，蚀刻深度至第一型导电层3，如图18所示。

十五，在第一型导电层3的第一电极制作区域上形成第一电极8，且第一电极8与外延发光结构的侧壁之间隔着电极隔离槽。

十六，在第二电流扩展导电层6上形成第二电极10，且第二电极10与第一电极8在同一侧，且电极表面在同一水平面。

十七，蒸镀绝缘材料填充外延隔离槽和电极隔离槽形成外延绝缘层11和电极绝缘层9，且顶部各子级发光二极管构成底部高压模块的周围切割道12的外延隔离槽无填充；至此完成顶部各子级发光二极管的制作，如图19和图20所示。

十八，底部各子级发光二极管与顶部各子级发光二极管的键合在一起及其串联连接的制作，如图21所示。底部第一子级发光二极管与顶部第一子级发光二极管键合：底部第一子级发光二极管的第二电极10与顶部第一子级发光二极管的第一电极8采用金属键合材料形成连接；底部第一子级发光二极管的第一电流扩展导电层32与顶部第一子级发光二极管的第二电流扩展导电层6采用非导电键合材料键合，形成复合非导电键合层14。

十九，顶部第一子级发光二极管与底部第二子级发光二极管键合：顶部第一子级发光二极管的第二电极10与底部第二子级发光二极管的第一电极8采用金属键合材料形成连接；顶部第一子级发光二极管的第二电流扩展导电层6与底部第二子级发光二极管的第一电流扩展导电层32采用非导电键合材料键合，形成复合非导电键合层14。

二十，底部第二子级发光二极管与顶部第二子级发光二极管键合：底部第二子级发光二极管的第二电极10与顶部第二子级发光二极管的第一电极8采用金属键合材料形成连接；底部第二子级发光二极管的第一电流扩展导电层32与顶部第二子级发光二极管的第二电流扩展导电层6采用非导电键合材料键合，形成复合非导电键合层14。依次连接方式至顶部第四子级发光二极管和底部第四子级发光二极管。

二十一，顶部第四子级发光二极管与底部第五子级发光二极管键合：顶部第四子级发光二极管的第二电极10与底部第五子级发光二极管的第一电极8采用金属键合材料形成连接；顶部第四子级发光二极管的第二电流扩展导电层6与底部第五子级发光二极管的第一电流扩展导电层32采用非导电键合材料键合，形成复合非导电键合层14。

二十二，底部第五子级发光二极管的第二电极10为第二焊台电极，底部第一子级发光二极管的第一电极8为第一焊台电极。

二十三，分别腐蚀去除顶部发光外延片的外延衬底1、缓冲层2与腐蚀截止层31，露出第一型导电层3的表面。

二十四，在外延表面除焊台电极区域外的区域及外延结构侧面蒸镀氮化硅，形成PV保护层15；采用背切技术在基板54上切割裂片，形成高压发光二极管，如图22所示。

Claims (7)

1.一种具有立体发光结构的高压发光二极管，其特征在于：由至少两层相互错开键合的子级发光二极管组成，其中一层设置n+1个子级发光二极管为底层，底层各子级发光二极管处于同一平面，另一层设置n个子级发光二极管为顶层，顶层各子级发光二极管处于同一平面，底层与顶层相邻的子级发光二极管设置于两个不同水平面上；各子级发光二极管具有独立发光结构，各子级发光二极管串联连接,n为发光二极管的串联个数且n为整数；

各子级发光二极管包含独立外延发光结构，各独立外延发光结构通过外延绝缘层隔开；外延发光结构包括有源层，有源层第一接触面上设置第一型导电层，有源层第二接触面上设置第二型导电层；

底部各子级发光二极管于基板上设置第一型导电层，第一型导电层上设置第一电极，第二型导电层上设置第二电流扩展导电层，第二电流扩展导电层上设置第二电极，第一电极和第二电极在同一侧；

顶部各子级发光二极管的第一型导电层上设置第一电极，第二型导电层上设置第二电流扩展导电层，第二电流扩展导电层上设置第二电极，第一电极和第二电极在同一侧；

顶部各子级发光二极管与底部各子级发光二极管之间相邻的接触面之间设置非导电键合层；

底部第一子级发光二极管的第一电极与顶部第一子级发光二极管的第二电极形成导电连接；

顶部第一子级发光二极管的第一电极与底部第二子级发光二极管的第二电极形成导电连接；底部第二子级发光二极管的第一电极与顶部第二子级发光二极管的第二电极形成导电连接；依次连接直至顶部、底部第n子级发光二极管；

顶部第n子级发光二极管的第一电极与底部第n+1子级发光二极管的第二电极形成导电连接；底部第n+1子级发光二极管的第一电极与底部第一子级发光二极管的第二电极为焊台电极。

2.一种具有立体发光结构的高压发光二极管，其特征在于：由至少两层相互错开键合的子级发光二极管组成，其中一层设置n+1个子级发光二极管为底层，底层各子级发光二极管处于同一平面，另一层设置n个子级发光二极管为顶层，顶层各子级发光二极管处于同一平面，底层与顶层相邻的子级发光二极管设置于两个不同水平面上；各子级发光二极管具有独立发光结构，各子级发光二极管串联连接,n为发光二极管的串联个数且n为整数；

各子级发光二极管包含独立外延发光结构，各独立外延发光结构通过外延绝缘层隔开；外延发光结构包括有源层，有源层第一接触面上设置第一型导电层，有源层第二接触面上设置第二型导电层；

底部各子级发光二极管于第一型导电层上设置第一电流扩展导电层，第一电流扩展导电层上设置第一电极，第二型导电层上设置介质层，介质层内部设有导电通道，介质层上设置金属发射层，金属反射层通过导电通道与第二型导电层形成欧姆接触，金属反射层上设置非导电键合层，非导电键合层上设置基板，介质层上设置有第二电极，第二电极通过导电通道与金属反射层形成连接，第二电极与外延发光结构的侧壁接触面之间隔着电极绝缘层，且与第一电极同一侧；

顶部各子级发光二极管的第二型导电层上设置第二电流扩展导电层，第二电流扩展导电层上设置第二电极，第一型导电层上设置第一电极，第一电极与外延发光结构的侧壁接触面之间隔着电极绝缘层，且与第二电极同一侧；

顶部各子级发光二极管与底部各子级发光二极管之间相邻的接触面之间设置非导电键合层，非导电键合层的第一接触面与顶部各子级发光二极管的第二电流扩展导电层接触，非导电键合层的第二接触面与底部各子级发光二极管的第一电流扩展导电层接触；

底部第一子级发光二极管的第二电极与顶部第一子级发光二极管的第一电极形成导电连接；顶部第一子级发光二极管的第二电极与底部第二子级发光二极管的第一电极形成导电连接；底部第二子级发光二极管的第二电极与顶部第二子级发光二极管的一电极形成导电连接；依次连接直至底部、顶部第n子级发光二极管；

顶部第n子级发光二极管的第二电极与底部第n+1子级发光二极管的第一电极形成导电连接；

底部第n+1子级发光二极管的第二电极与底部第一子级发光二极管的第一电极为焊台电极。

3.一种具有立体发光结构的高压发光二极管，其特征在于：由至少两层相互错开键合的子级发光二极管组成，其中一层设置n+1个子级发光二极管为底层，底层各子级发光二极管处于同一平面，另一层设置n个子级发光二极管为顶层，顶层各子级发光二极管处于同一平面，底层与顶层相邻的子级发光二极管设置于两个不同水平面上；各子级发光二极管具有独立发光结构，各子级发光二极管串联连接,n为发光二极管的串联个数且n为整数；

底部各子级发光二极管于第一型导电层上设置第一电流扩展导电层，第二型导电层上设置介质层，介质层内部设有导电通道，介质层上设置金属发射层，金属反射层通过导电通道与第二型导电层形成欧姆接触，金属反射层上设置非导电键合层，非导电键合层上设置基板，介质层上设置有第二电极，第二电极通过导电通道与金属反射层形成连接，第二电极与外延发光结构的侧壁接触面之间隔着电极绝缘层，且电极表面与第一电流扩展导电层同一侧；

顶部各子级发光二极管的第二型导电层上设置第二电流扩展导电层，第一型导电层上设置第一电极，第一电极与外延发光结构的侧壁接触面之间隔着电极绝缘层，且电极表面与第二电流扩展导电层同一侧；

顶部各子级发光二极管与底部各子级发光二极管之间相邻的接触面之间的中间区域设置导电键合层，导电键合层的第一接触面与顶部各子级发光二极管的第二电流扩展导电层接触，导电键合层的第二接触面与底部各子级发光二极管的第一电流扩展导电层接触；

顶部各子级发光二极管与底部各子级发光二极管之间相邻的接触面之间的除中间区域及电极区域之外的其余区域设置非导电键合层，非导电键合层的第一接触面与顶部各子级发光二极管的第二电流扩展导电层接触，非导电键合层的第二接触面与底部各子级发光二极管的第一电流扩展导电层接触，非导电键合层与导电键合层处于同一水平面；

底部第一子级发光二极管的第一电流扩展导电层与顶部第一子级发光二极管的第二电流扩展导电层通过导电键合层形成连接；顶部第一子级发光二极管的第一电极与底部第二子级发光二极管的第二电极形成导电连接；底部第二子级发光二极管的第一电流扩展导电层与顶部第二子级发光二极管的第二电流扩展导电层通过导电键合层形成连接；依次连接直至底部、顶部第n子级发光二极管；

顶部第n子级发光二极管的第一电极与底部第n+1子级发光二极管的第二电极形成导电连接；

各子级发光二极管之间的其余接触面通过非导电键合层形成绝缘；

底部第n+1子级发光二极管的第一电流扩展导电层上设置第一电极，底部第n+1子级发光二极管的第一电极与底部第一子级发光二极管的第二电极为焊台电极。

4.如权利要求1、2或3所述的一种具有立体发光结构的高压发光二极管，其特征在于：发光二极管串联个数n的取值范围1-110,且n为整数。

5.如权利要求1、2或3所述的一种具有立体发光结构的高压发光二极管，其特征在于：顶部各子级发光二极管与底部各子级发光二极管之间非导电键合层的厚度D＝(2n+1)λ/4,其中n为整数，λ为发光波长。

6.如权利要求1、2或3所述的一种具有立体发光结构的高压发光二极管，其特征在于：构成各子级发光二极管的有源层材料包括GaN、GaInN、AlGaN、AlGaInN、AlN、AlGaInP、GaInP、GaAs、AlGaAs、GaInAs、AlGaInAs、GaInAsP三五族化合物。

7.如权利要求1、2或3所述的一种具有立体发光结构的高压发光二极管，其特征在于：构成电流扩展导电层的材料包括氧化铟锡、ZnO、石墨烯。