CN106328798B - 一种发光二极管芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种发光二极管芯片，包括基板，基板上分布有相互隔离的多个发光二极管单元；每个发光二极管单元上分布有第一型和第二型延伸电极；一透明绝缘层覆盖多个发光二极管单元；透明绝缘层中设有多个穿过透明绝缘层的导电通道，每个发光二极管单元的第一型与第二型延伸电极分别通过导电通道连通透明绝缘层的上端面；透明绝缘层上设有第一型电极、第二型电极和多个电极连接层；第一型电极和第二型电极分别通过导电通道电连接不同发光二极管单元上的第一型延伸电极和第二型延伸电极，不同发光二极管单元上的同型延伸电极或不同型延伸电极通过导电通道和电极连接层电连接；本发明各发光二极管单元之间可实现灵活的电性连接，且电流分布均匀。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管芯片制造领域，尤其是一种由多个发光二极管单元集成的发光二极管芯片。
背景技术
集成式发光二极管芯片是把多个发光二极管单元集成在一个基板上，然后各个发光二极管单元之间形成电学连接，最终组合成一个发光芯片与外部电源连接发光。
附图1所示是一种现有集成发光二极管芯片剖视结构图，其各个发光二极管单元20集成在一个基板1a上，发光二极管单元20之间采用跨接电极层30形成电学连接，跨接电极层30下方及发光二极管单元20之间具有绝缘层60，头尾的发光二极管单元分别设有第二型电极100b及第一型电极100a。这种集成芯片存在以下问题，一是采用这种跨接的方式局限了电极线路的布局，难于实现复杂的混合连接；二是绝缘层及发光二极管单元之间存在高低落差，跨接电极层30存在断裂风险，降低集成芯片的可靠性；三是在各发光二极管单元20内电流分布未能达到较佳水平。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种由多个发光二极管单元集成的发光二极管芯片，芯片内各发光二极管单元之间可以实现灵活的电性连接，并使芯片内每个发光二极管单元有更加均匀的电流分布。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种发光二极管芯片，包括基板，在该基板之一表面上分布有多个发光二极管单元，相邻发光二极管单元之间具有隔离区使该发光二极管单元相互分离；
每个发光二极管单元上分布有第一型延伸电极和第二型延伸电极；
一透明绝缘层覆盖该多个发光二极管单元；
多个导电通道分布于该透明绝缘层中且穿过该透明绝缘层，每个发光二极管单元的该第一型延伸电极与该第二型延伸电极分别通过至少一个导电通道连通该透明绝缘层的上端面；
该透明绝缘层上设有第一型电极、第二型电极和多个电极连接层；
该第一型电极通过至少一个该导电通道电连接至少一个发光二极管单元上的一个或多个该第一型延伸电极；
该第二型电极通过至少一个该导电通道电连接至少一个发光二极管单元上的一个或多个该第二型延伸电极；
各不同发光二极管单元上的同型延伸电极或不同型延伸电极通过该导电通道和该电极连接层电连接，使该多个发光二极管单元形成电连接。
优选该多个发光二极管单元通过该导电通道和该电极连接层电连接成串联、并联或串并联关系。
进一步，该透明绝缘层还延伸至所有该隔离区并覆盖所有该隔离区。以确保各个发光二极管单元之间形成电学隔离。
优选该发光二极管单元包含第一型半导体层、第二型半导体层以及位于该第一型半导体层与该第二型半导体层之间的一发光层，该第一型延伸电极位于该第一型半导体层上，该第二型延伸电极位于该第二型半导体层上。
进一步，该透明绝缘层上端面相对于该基板之一表面的高度为一致，该透明绝缘层上端面与每个发光二极管单元的最小距离大于10µm。该透明绝缘层上端面保持平坦性，防止制造时各发光二极管单元之间电性连接不良，使器件电学连接更具稳定性，提高良品率；另外使该透明绝缘层上端面与每个发光二极管单元的最小距离大于10µm，拉开第一型电极、第二型电极和多个电极连接层与发光层的距离，提高光线的出光角度，以提高亮度。
优选该多个发光二极管单元通过多个该电极连接层和该导电通道电连接形成一交流发光二极管芯片。
进一步，每个发光二极管单元上的第一型延伸电极有多个，每个发光二极管单元上的该多个第一型延伸电极利用该导电通道和该电极连接层形成电连接；和/或每个发光二极管单元上的第二型延伸电极有多个，每个发光二极管单元上的该多个第二型延伸电极利用该导电通道和该电极连接层形成电连接。通过设置多个第一型延伸电极和多个第二型延伸电极，可使发光二极管单元内的电流分布更加均匀。
进一步，该第一型电极通过该导电通道与不同发光二极管单元上的同型延伸电极或不同型延伸电极同时电连接，该第二型电极通过该导电通道与不同发光二极管单元上的同型延伸电极或不同型延伸电极同时电连接。
进一步，该透明绝缘层为多层结构。以利于透明绝缘层的制备，特别是方便相邻发光二极管单元之间隔离区的充填，保证透明绝缘层上端面为平坦型。
优选该多层结构包括覆盖两两相邻发光二极管单元侧壁之第一透明绝缘层、填满该隔离区之第二透明绝缘层和同时覆盖该第二透明绝缘层与该多个发光二极管单元表面之第三透明绝缘层。进一步优选该第二透明绝缘层为涂布玻璃。
附图说明
图1是一种现有集成发光二极管芯片剖视结构图；
图2是本发明第一种实施例的俯视图；
图3是图2的A-A剖视图；
图4是图3的B处放大图；
图5是本发明第一种实施例隐藏透明绝缘层的立体图；
图6是本发明第一种实施例和第二种实施例等效电路图；
图7是本发明第二种实施例的俯视图；
图8是图7的C-C剖视图；
图9是本发明第二种实施例隐藏透明绝缘层的立体图；
图10是本发明第三种实施例的俯视图；
图11是本发明第三种实施例隐藏透明绝缘层的立体图；
图12是本发明第三种实施例等效电路图；
图13是本发明第四种实施例的俯视图；
图14是本发明第四种实施例隐藏透明绝缘层的立体图；
图15是本发明第四种实施例等效电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步详细说明。
本发明一种发光二极管芯片的第一种实施方式如图2至图6所示，图2是本发明第一种实施例的俯视图，图3是图2 沿A-A剖线的剖视图。发光二极管芯片包括一基板1，在基板1之一表面上分布有四个发光二极管单元2，相邻发光二极管单元2之间具有隔离区3使发光二极管单元2相互分离；具体分布方式可在基板1的上面以外延方式依次生长第一型半导体层（N型半导体层）21、发光层22、第二型半导体层（P型半导体层）23和电流扩展层24，电流扩展层24具有低电阻高传导特性，可视发光二极管单元提高电流扩展性能之需求而设置，基板1系作为成长基板，其材质可包含但不限于砷化镓(GaAs)、锗(germanium, Ge)、磷化铟(indium phosphide, InP)、蓝宝石(sapphire)、碳化硅(silicon carbide, SiC)、硅(silicon)、氧化锂铝(lithium aluminum oxide, LiAlO2)、氧化锌(zinc oxide, ZnO)、氮化镓(gallium nitride, GaN)、氮化铝(aluminum nitride, AlN)。然后通过蚀刻移除部分区域上的第一型半导体层21、发光层22、第二型半导体层23至暴露出基板1，形成隔离区3，以在基板1上集成四个分开排列的发光二极管单元2，，每个发光二极管单元2均包括有第一型半导体层（N型半导体层）21、发光层22、第二型半导体层（P型半导体层）23和电流扩展层24；对于本结构，可视需求增加隔离区3，以形成更多个发光二极管单元2；
在每个发光二极管单元2一端面自上而下蚀刻，移除第二型半导体层23及发光层22，使部分第一型半导体层21暴露出来。
在每个发光二极管单元2暴露出的第一型半导体层21上设置第一型延伸电极4，在电流扩展层24上端面设置第二型延伸电极5，从图2和图5可清晰看出，本实施例的第一型延伸电极4和第二型延伸电极5为条形状，当然其形状也可依发光二极管单元之面积、形状有所不同，例如采用圆形、环形或其它形状。
在四个发光二极管单元2上同时覆盖一透明绝缘层6，透明绝缘层6还延伸至所有隔离区3并覆盖所有隔离区3；如此一来，透明绝缘层6上端面相对于基板1之一表面10的高度为一致，藉由透明绝缘层6达到平坦化。
在透明绝缘层6上端面对应第一型延伸电极4和/或第二型延伸电极5的位置，向下蚀刻形成多个通孔，在每个通孔中设置导电层形成多个导电通道61，于本实施例中，一部分导电通道61的下端接触第一型延伸电极4形成电连接，另一部分导电通道61下端接触第二型延伸电极5形成电连接；
在透明绝缘层6上端面设置第一型电极7、第二型电极8和多个电极连接层9，从图2可以看出，第一型电极7设置在透明绝缘层6上端面的右前侧，第二型电极8设置在透明绝缘层6上端面的两侧，第一型电极7和第二型电极8也可根据设计需要改变其位置。
第一型电极7具有一打线部7a及一由打线部7a所延伸出之延伸部7b，延伸部7b经一个导电通道61接触其下方发光二极管单元2上的第一型延伸电极4形成电连接；第二型电极8也具有一打线部8a及一由打线部8a所延伸出之延伸部8b，延伸部8b经一个导电通道61接触靠其下方发光二极管单元2上的第二型延伸电极5形成电连接。当然，第一型电极7和第二型电极8也可不具有延伸部7b和延伸部8b，直接通过导电通道61与第一型延伸电极4和第二型延伸电极5接触形成电连接，只要第一型电极7和第二型电极8的位置或体积改变即可直接通过导电通道61电连接第一型延伸电极4和第二型延伸电极5。
不同发光二极管单元2上的不同型延伸电极(即第一型延伸电极4和第二型延伸电极5)通过其上方对应的两个导电通道61和一个电极连接层9形成电连接，使四个发光二极管单元2电连接在一起，本实施例是相邻发光二极管单元2上的第一型延伸电极4和第二型延伸电极5通过两个导电通道61和一个电极连接层9形成电连接，且使四个发光二极管单元2形成串联关系，如图6所示的等效电路。
图4是图3的B处放大图，上述的透明绝缘层6分为三层结构，包括覆盖相邻发光二极管单元2侧壁之第一透明绝缘层62、覆盖第一透明绝缘层62且填满隔离区3之第二透明绝缘层63和同时覆盖第一透明绝缘层62、第二透明绝缘层63与多个发光二极管单元2表面之第三透明绝缘层64。
第一透明绝缘层62、第二透明绝缘层63及第三透明绝缘层64之材料可包含但不限于氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)、氮化铝(AlN)、氮化硅(SiNx)、二氧化钛(TiO2)、五氧化二钽(Tantalum Pentoxide, Ta2O5)等材料或其复合组合且第一透明绝缘层62优选厚度为0.1µm -0.2µm；第二透明绝缘层63选用涂布玻璃(SOG; spin-on glass)构成；第三透明绝缘层64优选厚度为1µm -2µm，但第三透明绝缘层64之厚度并不限于此，其厚度可增加至大于10µm，增厚的第三透明绝缘层64可拉开其上方的第一型电极7或第二型电极8与发光层22的距离，减少金属电极的挡光角度，增加由第三透明绝缘层64侧向出光的机率，进而对提高发光二极管芯片整体之出光效率。
图5是本发明第一种实施例的立体图，为了清楚绘示第一/第二型延伸电极层，在本发明中各实施例的立体图皆隐藏透明绝缘层6。通过图5可以进一步看出，在第一型电极7和第二型电极8下面的发光二极管单元2上端面即电流扩展层24的上端面设有对应的反射层71、81，第一型电极7和第二型电极8和对应的反射层71、81之间为覆盖在反射层71、81上隐藏的透明绝缘层6；对应的反射层71与第一型电极7之打线部7a的投影面积大致相同，对应的反射层81投影面积和第二型电极8之打线部8a的投影面积大致相同，这样可以减少第一型电极7和第二型电极8对发光二极管芯片的阻挡，较好把发光层发出的光反射到外部，进一步提高亮度。
本发明一种发光二极管芯片的第二种实施方式如图7至图9所示，其与第一种实施方式不同的是，从图7和图9可以看出第一型电极7设置在透明绝缘层6上端面的右中部，第二型电极8设置在透明绝缘层6上端面的左中部；在每个发光二极管单元2上端面的中间暴露一部分第一型半导体层21，然后在这部分第一型半导体层21上端面设置一条第一型延伸电极4，在第一型延伸电极4的周边的电流扩展层24上端面设置四条第二型延伸电极5，四条第二型延伸电极5通过导电通道61和处于透明绝缘层6上端面的电极连接层9电连接在一起，第一型电极7之延伸部7b与其下的第一个发光二极管单元2上第一型延伸电极4通过导电通道61电连接，第二型电极8之延伸部8b与其下的第二个发光二极管单元2上四条第二型延伸电极5通过导电通道61电连接，其余发光二极管单元2上的一条第一型延伸电极4和相邻发光二级管单元上的四条第二型延伸电极5通过导电通道61和电极连接层9形成电连接。四个发光二极管单元2电连接成串联关系，也如图6所示等效电路连接关系。本实施例由于每个发光二极管单元2上设置四条第二型延伸电极5，使得发光二极管单元2内的电流分布更加均匀。
本发明一种发光二极管芯片的第三种实施方式如图10至图12所示，其与第二种实施方式不同的是，四个发光二极管单元2在基板1的上端面呈二维矩阵排列，四个发光二极管单元2电连接成串并联关系，第一型电极7之延伸部7b通过导电通道61同时与两个发光二极管单元2上的同型延伸电极(即第一型延伸电极4)接触形成电连接，第二型电极8之延伸部8b通过导电通道61同时与两个发光二极管单元2上的同型延伸电极(即四条第二型延伸电极5)电连接，四个发光二极管单元2两两串联然后并联，如附图12所示的等效电路图。
本发明一种发光二极管芯片的第四种实施方式如图13至图15所示，其与第一种实施方式不同的是，基板1上分布有八个发光二极管单元2，发光二极管单元2通过隔离区3相隔离，八个发光二极管单元2电连接成交流型的发光二极管芯片，第一型电极7之延伸部7b通过导电通道61同时与一个发光二极管单元2上的第一型延伸电极4和另一发光二极管单元2上的第二型延伸电极5电连接，第二型电极8之延伸部8b通过导电通道61同时与一个发光二极管单元2上的第一型延伸电极4和另一发光二极管单元2上的第二型延伸电极5电连接，即第一型/第二型电极之延伸部可同时电连接不同发光二极管单元之不同型延伸电极，其等效电路图如图15所示，八个发光二极管单元2-1至2-8组成一个桥式整流电路，中间的桥臂上设置四个发光二极管单元2-1至2-4，周边的四个桥臂上各设置一个发光二极管单元2-5至2-8，桥式整流电路的两端分别连接交流源，在交流电源作用下，正半周有六个发光二极管单元2发光，负半周也有六个发光二极管单元2发光，这种结构的芯片就无需经过交流/直流（AC/DC）转换，可直接连接于交流电使用。
从以上四个实施例可以看出，本发明通过第一型延伸电极4、第二型延伸电极5，导电通道61、电极连接层9、第一型电极7、第二型电极8和透明绝缘层6可以把多个发光二极管单元2进行灵活电连接，以轻松实现一些复杂的混合连接；另一方面，第一型延伸电极4和第二型延伸电极5可以灵活设置数量、形状和位置，方便每个发光二极管单元2的电流扩散，可以灵活选择每个发光二极管单元2的电流注入点，使每个发光二极管单元2的电流分布更加均匀，提高每个发光二极管单元2的亮度和使用寿命。
在此，为了进一步说明本发明，本发明继续公开上述实施例的制造方法，其包括以下步骤：
步骤一、在基板1上表面依次外延生长第一型半导体层（N型半导体层）21、发光层22、第二型半导体层（P型半导体层）23；
步骤二、定义多个发光二极管单元2区域，然后自上而下蚀刻至生长基板1，形成隔离区3，经由多个隔离区3定义多个发光二极管单元2；
步骤三、定义每个发光二极管单元2第一型半导体层21的接触区域，然后自上而下蚀刻至第一型半导体层21使部分第一型半导体层21暴露在外；在每个发光二极管单元2的第二型半导体层23的上端面形成电流扩展层24；
步骤四、在每个发光二极管单元2的电流扩展层24上定义第二型延伸电极5分布位置并利用蒸镀或溅镀或电镀方式形成第二型延伸电极5，在每个发光二极管单元2的第一型半导体层21暴露部分上定义第一型延伸电极4分布位置并利用蒸镀或溅镀或电镀方式形成第一型延伸电极4；
步骤五、在所有发光二极管单元2上端面利用物理涂布或者化学气相沉积的方式覆盖一透明绝缘层6；
步骤六、在透明绝缘层6上端面定义通孔位置，利用干法或湿法方法蚀刻出多个通孔；
步骤七、利用化镀、蒸镀或溅镀方式在每个通孔中形成金属层以形成多个导电信道61，导电信道61与透明绝缘层6上端面平齐或略高于透明绝缘层6的上端面；每个发光二极管单元2上的第一型延伸电极4通过至少一个导电通道61连通透明绝缘层6的上端面，每个发光二极管单元2上的第二型延伸电极5通过至少一个导电通道61连通透明绝缘层6的上端面；
步骤八、在透明绝缘层6上端面定义第一型电极7、第二型电极8和多个电极连接层9的位置，利用蒸镀或溅镀或电镀方式在透明绝缘层6上端面形成第一型电极7、第二型电极8和多个电极连接层9，并使第一型电极7电连接至少一个发光二极管单元2上的第一型延伸电极4或与不同发光二极管单元2上的第一型延伸电极4和第二型延伸电极5同时电连接，第二型电极8电连接至少一个发光二极管单元2上的第二型延伸电极5或与不同发光二极管单元2上的第一型延伸电极4和第二型延伸电极5同时电连接，不同发光二极管单元2上的同型延伸电极或不同型延伸电极通过导电通道61连接至透明绝缘层6上端面，然后通过透明绝缘层6上端面的电极连接层9形成电连接，使多个发光二极管单元2电连接成所需要的电学关系。
其中步骤五的透明绝缘层6可为三层结构，分成三次加工形成，首先，在每个发光二极管单元2与其它发光二极管单元2的相邻侧壁上采用涂布或者化学气相沉积形成第一透明绝缘层62，第一透明绝缘层选用SiO2且控制厚度为0.1µm -0.2µm；其次在相邻发光二极管单元2之间的隔离区3采用涂布或者化学气相沉积形成第二透明绝缘层63，并使第二透明绝缘层63的上端面为平坦型，第二透明绝缘层63选用涂布玻璃(SOG; spin-on glass)，选用涂布玻璃方式可使隔离区3内的透明绝缘层6具有较佳的覆盖性，以确保相邻发光二极管单元2间的绝缘性；最后，在第一透明绝缘层62、第二透明绝缘层63的上端面和多个发光二极管单元2上端面再采用涂布或者化学气相沉积方式形成第三透明绝缘层64，使第三透明绝缘层64的上端面为平坦型。第三透明绝缘层64之材料可包含但不限于氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)、氮化铝(AlN)、氮化硅(SiNx)、二氧化钛(TiO2)、五氧化二钽(TantalumPentoxide, Ta2O5)等材料或其复合组合。
从以上实施例可以看出，本发明由于增设透明绝缘层6，且在透明绝缘层6中设置导电通道61，在透明绝缘层6上端面设置第一型电极7、第二型电极8和多个电极连接层9，在每个发光二极管单元2上设置第一型延伸电极4和第二型延伸电极5，不同发光二极管单元2上的同型延伸电极或不同型延伸电极通过导电通道61和电极连接层9电连接，整体形成一立体的连接结构，这样集成芯片内各发光二极管单元2之间可以实现灵活的电性连接，方便各发光二极管单元2之间实现复杂的混合连接，各发光二极管单元2之间的绝缘效果也更好；另一方面，由于形成立体连接结构，第一型延伸电极4和第二型延伸电极5的设置数量、位置和形状就非常灵活，也可以灵活选择每个发光二极管单元2的电流注入点，这样就使集成芯片内每个发光二极管单元2有更加均匀的电流分布，既提高亮度，又延长发光二极管单元2的使用寿命，使整个集成芯片的可靠性更高。
以上仅是本发明几个较佳的实施例，本领域的技术人员应该明白，本发明并不局限以上的实施例，本领域的技术人员按权利要求作等同的改变都落入本案的保护范围。
Claims (13)
1.一种发光二极管芯片，其特征在于：
包括基板，在该基板之一表面上分布有多个发光二极管单元，相邻发光二极管单元之间具有隔离区使该发光二极管单元相互分离；
每个发光二极管单元上分布有第一型延伸电极和第二型延伸电极；
一透明绝缘层覆盖该多个发光二极管单元；
多个导电通道分布于该透明绝缘层中且穿过该透明绝缘层，每个发光二极管单元的该第一型延伸电极与该第二型延伸电极分别通过至少一个导电通道连通该透明绝缘层的上端面；
该透明绝缘层上设有第一型电极、第二型电极和多个电极连接层；
该第一型电极通过至少一个该导电通道电连接至少一个发光二极管单元上的一个或多个该第一型延伸电极；
该第二型电极通过至少一个该导电通道电连接至少一个发光二极管单元上的一个或多个该第二型延伸电极；
各不同该发光二极管单元上的同型延伸电极或不同型延伸电极通过该导电通道和该电极连接层电连接，使该多个发光二极管单元形成电连接；
其中，该第二型电极包括打线部及延伸部，且该第二型电极与该电极连接层彼此互相分离；
该多个发光二极管单元包含第一型半导体层、第二型半导体层以及位于该第一型半导体层与该第二型半导体层之间的一发光层，该第一型延伸电极位于该第一型半导体层上，该第二型延伸电极位于该第二型半导体层上。
2.根据权利要求1所述的一种发光二极管芯片，其特征在于：该多个发光二极管单元通过该导电通道和该电极连接层电连接成串联、并联或串并联。
3.根据权利要求1所述的一种发光二极管芯片，其特征在于：该透明绝缘层还延伸至所有该隔离区并覆盖所有该隔离区。
4.根据权利要求1所述的一种发光二极管芯片，其特征在于：该透明绝缘层上端面相对于该基板之一表面的高度为一致，该透明绝缘层上端面与每个发光二极管单元的最小距离大于10µm。
5.根据权利要求1所述的一种发光二极管芯片，其特征在于：该多个发光二极管单元通过多个该电极连接层和该导电通道电连接形成一交流发光二极管芯片。
6.根据权利要求1所述的一种发光二极管芯片，其特征在于：每个发光二极管单元上的第一型延伸电极有多个，每个发光二极管单元上的该多个第一型延伸电极利用该导电通道和该电极连接层形成电连接；和/或每个发光二极管单元上的第二型延伸电极有多个，每个发光二极管单元上的该多个第二型延伸电极利用该导电通道和该电极连接层形成电连接。
7.根据权利要求1所述的一种发光二极管芯片，其特征在于：该第一型电极通过至少一个该导电通道与不同发光二极管单元上的同型延伸电极或不同型延伸电极同时电连接，该第二型电极通过至少一个该导电通道与不同发光二极管单元上的同型延伸电极或不同型延伸电极同时电连接。
8.根据权利要求1至7任一项所述的一种发光二极管芯片，其特征在于：该透明绝缘层为多层结构。
9.根据权利要求8所述的一种发光二极管芯片，其特征在于：该多层结构包括覆盖两两相邻的该发光二极管单元侧壁之第一透明绝缘层、填满该隔离区之第二透明绝缘层和同时覆盖该第二透明绝缘层与该多个发光二极管单元表面之第三透明绝缘层。
10.根据权利要求9所述的一种发光二极管芯片，其特征在于：该第二透明绝缘层为涂布玻璃。
11.根据权利要求1所述的一种发光二极管芯片，其特征在于：该打线部与该第二型延伸电极在所述基板的厚度方向上不重叠。
12.根据权利要求1所述的一种发光二极管芯片，其特征在于：该第一型电极包括打线部及延伸部，且该打线部与该第一型延伸电极在所述基板的厚度方向上不重叠。
13.根据权利要求1所述的一种发光二极管芯片，其特征在于：该隔离区暴露出该基板之该表面。
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