CN112687780B - 一种高压发光二极管芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压发光二极管芯片，其包括衬底和位于衬底上的多个LED发光单元，其中至少两个LED发光单元在物理位置上相邻，该两个LED发光单元之间具有电势差，该电势差为LED发光单元正向电压的两倍或两倍以上；该LED发光单元中覆盖透明电流扩展层外表面的钝化层厚度为200nm‑450nm。本发明通过增加钝化层厚度，将2000V下的ESD测试良率由现有的14.3％‑15.7％增加到了93.3％‑99.5％，解决了高压发光二极管芯片在ESD测试中或LED封装前的各环节容易发生局部ESD击穿/爆点现象的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种高压发光二极管芯片。
背景技术
以PN结结构为主的发光二极管(英文名称Light Emitting Diode，简称LED)芯片，在制造、筛选、测试、包装、储运及安装使用等环节，难免不受静电感应影响而产生感应电荷。若得不到及时释放，LED芯片的两个电极上形成的较高电压将直接加上LED芯片的PN结两端。当电压超过LED的最大承受值后，电荷将会在瞬间释放。在极短的瞬间(纳秒级别)对LED芯片的两个电极之间进行放电，瞬间将在两个电极之间的发光层等芯片内部物质中产生局部的高温，温度高达1400℃，这种极端高温下将两电极之间的材料层熔融，熔成一个小洞，从而造成漏电以及短路的现象。因此，芯片的静电放电(英文名称electrostaticdischarge，简称ESD)耐受电压是LED芯片的一项重要测试指标，可用于评估LED芯片可能被静电损坏(击穿，爆点等)的几率。
高压发光二极管芯片是指将多个微芯片通过金属导线串联而成的一种电流小、电压高的LED芯片，实际生产中，此类芯片抗ESD能力相对较弱，在ESD测试中或LED封装前的各环节容易发生局部ESD击穿/爆点现象。
发明内容
为了解决高压发光二极管芯片在ESD测试中或LED封装前的各环节容易发生局部ESD击穿/爆点现象的技术问题，本发明提供了一种抗ESD能力强的高压发光二极管芯片。
为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是：
一种高压发光二极管芯片，其包括：衬底和位于所述衬底上的多个LED发光单元，各所述LED发光单元之间通过衬底上的隔离槽相互隔离，所述多个LED发光单元通过横跨在所述隔离槽上的电极互联线电连接；
所述多个LED发光单元中，至少两个LED发光单元在物理位置上相邻，所述两个LED发光单元之间具有电势差，所述电势差为所述LED发光单元正向电压的两倍或两倍以上；
所述LED发光单元包括发光外延叠层、透明电流扩展层及钝化层，所述透明电流扩展层覆盖所述发光外延叠层的部分外表面，所述钝化层覆盖所述透明电流扩展层的外表面及所述发光外延叠层的部分外表面，其中覆盖所述透明电流扩展层外表面的钝化层厚度为200nm-450nm。
进一步地，所述多个LED发光单元至少呈两行两列排列，所述电势差为所述LED发光单元正向电压的三倍或三倍以上。
进一步地，所述发光外延叠层包含第一导电类型半导体层、有源层及第二导电类型半导体层，所述第一导电类型半导体层具有上台阶面和下台阶面，所述有源层和所述第二导电类型半导体层由下至上依次设置在所述上台阶面上，所述透明电流扩展层覆盖部分所述第二导电类型半导体层的外表面。
进一步地，所述下台阶面上设有第一导电电极，所述透明电流扩展层上设有第二导电电极，位于所述芯片最外侧的第一导电电极贯穿所述钝化层与所述下台阶面接触，位于所述芯片最外侧的所述第二导电电极贯穿所述钝化层与所述透明电流扩展层接触。
进一步地，所述透明电流扩展层覆盖所述第二导电类型半导体层的上表面。
进一步地，所述透明电流扩展层部分覆盖所述第二导电类型半导体层的上表面。
进一步地，所述第一导电类型半导体层为N型层，所述第二导电类型半导体层为P型层；所述第一导电电极为N电极，所述第二导电电极为P电极。
进一步地，所述第一导电类型半导体层为P型层，所述第二导电类型半导体层为N型层；所述第一导电电极为P电极，所述第二导电电极为N电极。
进一步地，所述第一导电类型半导体层与所述衬底连接，或者所述第一类型半导体层与所述衬底之间夹设有缓冲层。
进一步地，覆盖所述透明电流扩展层的钝化层厚度为200nm-300nm。
进一步地，覆盖所述透明电流扩展层外表面的钝化层厚度为230nm-300nm。
进一步地，覆盖所述透明电流扩展层外表面的钝化层厚度为250nm-300nm。
进一步地，所述多个LED发光单元中，任意两个相邻的LED发光单元的透明电流扩展层之间的距离为20μm-100μm。
进一步地，所述多个LED发光单元中，任意两个相邻的LED发光单元的透明电流扩展层之间的距离为20μm-50μm。
进一步地，所述多个LED发光单元中，任意两个相邻的LED发光单元的透明电流扩展层之间的距离为50μm-100μm。
进一步地，位于所述透明电流扩展层上方表面的钝化层厚度d与位于所述透明电流扩展层侧面表面的钝化层厚度h的关系为：0.8≤h/d≤1。
进一步地，所述透明电流扩展层的底面与侧面的夹角为10°-45°。
进一步地，所述钝化层的顶面与侧面之间或者所述透明电流扩展层顶面与侧面之间为平滑过渡。
可选地，所述LED发光单元的个数为3个，呈两行排布，其中第一行2个，第二行1个，所述LED发光单元的串联结构为：第一行2个LED发光单元顺次连接，第二行1个LED发光单元与第一行的后一个LED发光单元连接。
可选地，所述LED发光单元的个数为4个，呈两行两列排布，其中第一列2个，第二列2个；所述LED发光单元的串联结构为：第一列2个LED发光单元上下连接，且其中一个所述LED发光单元连接与它同一行的第二列所述LED发光单元，第二列所述LED发光单元上下连接。
可选地，所述LED发光单元的个数为6个，呈两行三列排布；所述LED发光单元的串联结构为：第一列所述LED发光单元上下连接，然后其中一个所述LED发光单元连接与它同一行的第二列所述LED发光单元，第二列所述LED发光单元上下连接，第二列末端的所述LED发光单元连接与它同一行的第三列所述LED发光单元，第三列所述LED发光单元上下连接。
可选地，所述LED发光单元的个数为11个，呈三行排布，第一行和第三行为4个，中间的第二行为3个；所述LED发光单元的串联结构为：第一行所述LED发光单元顺次连接，第一行末端的所述LED发光单元连接离它最近的第二行所述LED发光单元，第二行所述LED发光单元顺次连接，第二行末端的所述LED发光单元连接离它最近的第三行所述LED发光单元，第三行所述LED发光单元顺次连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明通过将高压发光二极管芯片覆盖在透明电流扩展层的钝化层厚度由传统的80nm-100nm增厚至200nm-450nm，其在2000V电压条件下的ESD测试良率由14.3％-15.7％增加到了93.3％-99.5％，很好的解决了高压发光二极管芯片在ESD测试中或LED封装前的各环节容易发生局部ESD击穿/爆点现象的技术问题；
2、本发明通过将相邻两个发光单元的透明电流扩展层之间的距离设置为20μm-100μm之间，这样的距离适中，既能满足小尺寸LED芯片的发展要求，又不会提高静电击穿/爆点的发生率；
3、本发明通过将位于所述透明电流扩展层上方表面的钝化层厚度d与位于所述透明电流扩展层侧面表面的钝化层厚度h的关系设定为：0.8≤h/d＜1；所述透明电流扩展层的底面与侧面的夹角为10°-45°；或者将钝化层的顶面与侧面之间或者透明电流扩展层顶面与侧面之间设置为平滑过渡，可以减轻尖端放电带来的不良影响，同时可以保证钝化层在透明电流扩展层的侧壁的覆盖厚度，进一步提高高压发光二极管抗ESD能力。
附图说明
图1：本发明一具体实施例的高压发光二极管芯片的俯视图；
图2：本发明另一具体实施例的高压发光二极管芯片的俯视图；
图3：本发明又一具体实施例的高压发光二极管芯片的俯视图；
图4：本发明又一具体实施例的高压发光二极管芯片的俯视图；
图5：本发明一具体实施例高压发光二极管芯片的结构示意图(电极互联为ITO桥接)；
图6：本发明一具体实施例高压发光二极管芯片的结构示意图(电极互联为金属桥接)；
图7：本发明另一具体实施例高压发光二极管芯片的结构示意图；图8：本发明中对比例的高压发光二极管芯片静电击穿/爆点的参考图；
图9：图8中区域A的放大图；
图10：图5或图6中区域B的放大图；
图11：图7中区域C的放大图。
图中：
10、衬底；
20、发光外延叠层，201、N型层，2011、上台阶面，2012、下台阶面，202、有源层，203、P型层；
30、隔离槽；
40、电极互联线；
50、透明电流扩展层，60、钝化层，601、尖端；
701、P电极，702、N电极；
80、电流阻挡层。
具体实施方式
现有技术中存在高压发光二极管芯片在ESD测试中或LED封装前的各环节容易发生局部ESD击穿/爆点现象的技术问题。所以本发明提出新的方案，为更加清楚的表示，下面结合附图和具体实施例对本发明做详细的说明。
高压发光二极管芯片在ESD测试中或LED封装前的各环节容易发生局部ESD击穿/爆点现象一直是困扰本领域技术人员的问题之一，一般来说，瞬间放电产生的高温会将两电极(P电极和N电极)之间的材料层熔融，熔成一个小洞，也即通常认为爆点区处于发光层(有源层),于发光层内部形成熔洞。
发明人对高压发光二极管芯片的抗ESD性能进行了持续的研究和实验，发现ESD静电击穿/爆点现象不容易发生在发光单元串联成一排或一列的芯片中(因为这类芯片的各发光单元间电势差均相等)，而容易发生在多个发光单元排成多行多列的芯片中，这类芯片中，相邻不相连(不直接通过电极互联线连接)的两个发光单元间具有更高的电势差，从而更容易发生静电击穿/爆点现象。
在一具体的实施例中，所述高压发光二极管芯片包括3个LED发光单元，参照图1所示，所述高压发光二极管芯片包括衬底10和位于衬底10上的3个LED发光单元，每个所述LED发光单元包括发光外延叠层20，各LED发光单元之间通过隔离槽30相互隔离，电极互联线40横跨隔离槽30将LED发光单元串联起来。所述3个LED发光单元呈两行排布，其中第一行2个，第二行1个，所述LED发光单元的串联结构为：第一行2个LED发光单元顺次连接，第二行1个LED发光单元与第一行末端的一个LED发光单元连接。这样第一行第一个/前一个LED发光单元与第二行的LED发光单元构成了物理位置上的相邻却不存在直接相连接的关系，两者之间的电势差为LED发光单元正向电压的2倍。
在另一具体的实施例中，所述高压发光二极管芯片包括4个LED发光单元，参照图2所示，所述高压发光二极管芯片包括衬底10和位于衬底10上的4个LED发光单元，每个所述LED发光单元包括发光外延叠层20，各LED发光单元之间通过隔离槽30相互隔离，电极互联线40横跨隔离槽30将LED发光单元串联起来。所述4个LED发光单元呈两行两列排布，其中第一列2个，第二列2个，所述LED发光单元的串联结构为：第一列2个LED发光单元顺次连接，然后其中一个所述LED发光单元连接与它同一行的第二列所述LED发光单元，第二列所述LED发光单元上下连接。这样第一行第一个/前一个LED发光单元与第一行第二个LED发光单元之间构成了物理位置上的相邻却不存在直接相连接的关系，两者之间的电势差为LED发光单元正向电压的3倍。
在另一具体的实施例中，所述高压发光二极管芯片包括11个LED发光单元，参照图3所示，所述高压发光二极管芯片包括衬底10和位于衬底10上的11个LED发光单元，每个所述LED发光单元包括发光外延叠层20；该11个发光单元组成3行排列，且成反S形排布(排布方式不以此为限)，第一行、第三行分别包括4个发光单元，第二行包括3个发光单元，各发光单元之间通过隔离槽30相互隔离，电极互联线40横跨于隔离槽30上，电极互联线40用于将多个(11个)发光单元(按照反S形)串联起来。这样的排布使得11个发光单元中，多个发光单元之间相邻但不相连，例如位于第一行第一列的发光单元与位于第二行第一列的发光单元，位于第二行第三列的发光单元与位于第三行第四列的发光单元等，这些相邻但不相连的发光单元间的电势差可以达到两相互连接(串联)的发光单元间的电势差的6倍，从而更容易发生静电击穿/爆点现象。
在另一具体的实施例中，所述高压发光二极管芯片包括6颗LED发光单元，参照图4所示，该6个发光单元可以组成两行三列，每一行均包括三个发光单元(排布方式不以此为限)。同前述实施例，各发光单元之间通过隔离槽30相互隔离，电极互联线40横跨隔离槽30将发光单元串联起来(按照∽形串联)，这样的排列使得6个发光单元间，多个发光单元相邻但不相连，例如位于第一行第一列的发光单元与位于第一行第二列的发光单元，位于第二行第二列的发光单元与位于第二行第三列的发光单元等，这些相邻但不相连的发光单元间的电势差可以达到两两连接的发光单元间的电势差的3倍，从而更容易发生静电击穿/爆点现象。
在其他的实施例中，所述高压发光二极管芯片中发光单元的数目和排列方式也可以是其他的，例如是8个发光单元，第一行和第三行具有三颗，第二行具有两颗等等，只要满足至少有两个LED发光单元在物理位置上相邻，所述两个LED发光单元之间具有电势差，所述电势差为所述LED发光单元正向电压的2倍或2倍以上即可。
由于目前高压发光二极管芯片正朝着小尺寸的方向发展，所以多行多列的发光单元排布方式无法避免且将是主流的排布方式，另外，各发光单元之间的距离受芯片尺寸影响无法扩大以降低电势差，很多情况下甚至需要缩小发光单元间的距离，使排布更加紧凑，所以小尺寸高压发光二极管芯片上，静电击穿/爆点问题更加突出。
参照图5-图7所示，所述高压发光二极管芯片为台阶形正装结构，其包括前述的衬底10和发光外延叠层20，发光外延叠层20进一步包含N型层201、有源层202和P型层203，该N型层201与衬底10连接，或者N型层201与衬底10之间通过一N型缓冲层(图中未示出)连接。该N型层201具有上台阶面2011和下台阶面2012，在N型层201的上台阶面2011上依次设有有源层202和P型层203，下台阶面2012与前述隔离槽30连接(也即下台阶面2012的侧面与相邻发光单元的上台阶面2011的侧面之间被隔离槽30隔开)。P型层203上还设有用于实现电流扩展的透明电流扩展层50，透明电流扩展层50的材料可以包括氧化铟锡(Indium TinOxides，ITO)、掺杂氟的氧化锡、石墨烯中的至少一种，优选的，透明电流扩展层50的材料为ITO，使用最为广泛/普遍，成本低。P型层203和透明电流扩展层50之间还可以进一步设有电流阻挡层80(如图5所示，图6和图7中未示出)，所述电流阻挡层由绝缘材料制成，用于避免电流直接注入P型层，有利于电流均匀分布，提升LED的发光亮度。在透明电流扩展层50的部分表面上设置有P电极701，在下台阶面2012的部分表面上设有N电极702，在透明电流扩展层50的另一部分(除去设有P电极701的剩余部分)表面(包含上方的表面和侧面的表面)、下台阶面2012的另一部分表面(除去设有N电极702的剩余部分)以及发光外延叠层20(包括N型层201、有源层202和P型层203)的侧面设置钝化层60，钝化层60用于保护高压发光二极管芯片，避免反向漏电。参照图5和图6所示，利用电极互联线40连接的电极(包括相互连接的P电极和N电极)及电极互联线上也覆盖有钝化层60，但是位于所述芯片最外侧的N电极702贯穿钝化层60与所述下台阶面接触，位于所述芯片最外侧的P电极701贯穿钝化层60与透明电流扩展层50接触。钝化层60的材料可以为氧化硅、氮化硅或者氧化铝等，优选氧化硅，性质稳定，使用普遍。需要说明的是，本实施例中N型层和P型层的位置也可以对调，相应的，P电极和N电极的位置也随之对调。
可选地，透明电流扩展层50将P型层的上表面部分覆盖(如图5和图6所示)或者全覆盖(如图7所示)，优选地，透明电流扩展层50将P型层的上表面部分覆盖。
本发明中提供的高压发光二极管芯片可以通过如下方法制造，所述方法包括以下步骤：
提供衬底10，优选蓝宝石绝缘衬底，也可以选用氮化铝或者其他不导电衬底；通过金属有机化合物化学气相沉积工艺，在衬底10上形成N型层、有源层和P型层；通过刻蚀去除部分P型层、N型层和有源层，直至形成具有上台阶面2011和下台阶面2012的N型层201，以及在N型层201的上台阶面2011上依次设置的有源层202和P型层203；
采用蚀刻法制作隔离槽30直至裸露出衬底10表面，从而将发光外延叠层20分隔为多个发光单元(图5-图7所示为3个发光单元，仅作为参照，发光单元数量不限于此，可根据需要设置)，且所述多个发光单元呈多行多列排布；
在P型层203上制作形成与P型层203欧姆接触的透明电流扩展层50，P型层203和透明电流扩展层50之间还可以进一步设有电流阻挡层80(如图5所示)；
制作电极(包括P电极701和N电极702)，在透明电流扩展层50的部分表面上设置P电极701，在下台阶面2012的部分表面上设置N电极702；
在透明电流扩展层50的另一部分(除去设有P电极701的剩余部分)表面(包含上方的表面和侧面的表面)、下台阶面2012的另一部分表面(除去设有N电极702的剩余部分)以及N型层201、有源层202和P型层203的侧面设置钝化层60，容易想到的是，若透明电流扩展层50将P型层的上表面部分覆盖时，未覆有透明电流扩展层50的P型层部分也覆有钝化层60(如图4和图8所示)，隔离槽30上也覆设有钝化层60；
制作电极互联线40(参照图1-图3所示)，横跨于所述隔离槽30上，电极互联线40可以为ITO或者金属制成，又称为ITO桥接(参照图5所示)或金属桥接(参照图6所示)。电极互联线40用于将所述多个LED发光单元(的电极)串联起来，其中，前一个LED发光单元的N电极连接后一个LED发光单元的P电极，或者前一个LED发光单元的P电极连接后一个LED发光单元的N电极；参照图5和图6所示，利用电极互联线40连接的电极(包括相互连接的P电极和N电极)及电极互联线上也覆盖有钝化层60，但是位于所述芯片最外侧的N电极702贯穿钝化层60与所述下台阶面接触，位于所述芯片最外侧的P电极701贯穿钝化层60与透明电流扩展层50接触。发明人通过深入的观察、研究和实验发现，高压发光二极管芯片ESD击穿/爆点并非容易发生在通常认为的发光层(有源层)内部，而是容易出现钝化层60靠近透明电流扩展层50边缘的部分(参照图8和图9所示，爆点D发生在第二行第三列的发光单元与第三行第四列的发光单元之间，位于第三行第四列发光单元的边缘，该两发光单元相邻却不直接相连)，该部分的钝化层60出现了爆开/爆裂现象。这部分原因是在LED发光单元呈多行或多列排布时，相邻LED发光单元间距离小，相邻但不相连(不通过电极互联线40连接)的发光单元间电势差大，而透明电流扩展层50导电性能好，所以相邻但不相连的两个LED发光单元的透明电流扩展层50间电场强，且钝化层60、透明电流扩展层50及上台阶面2011的侧面在现有芯片的制备工艺条件下常呈斜坡状(可参照图5-7所示)，从而钝化层60靠近透明电流扩展层50的边缘处形成一尖端601(参照图10和图11所示)，透明电流扩展层50具有尖角，由于尖端放电原理(在强电场作用下，物体表面曲率大的地方(如尖锐、细小物的顶端)，等电位面密，电场强度剧增，使得该尖角处更容易被击穿/爆点。
因为钝化层60具有一定的吸光性，所以基于出光效率考量，钝化层60的厚度通常被控制在80nm-100nm之间。本发明将位于透明电流扩展层外表面上的钝化层60的厚度提高到200nm-450nm后，有效的解决了覆盖在透明电流扩展层外表面的钝化层容易被击穿/爆点的问题，同时钝化层200nm-450nm的厚度与80nm-100nm的厚度的出光效率差异在0.5％以内，钝化层200nm-450nm的厚度对出光效果未产生实质影响。
进一步地，覆盖在透明电流扩展层外表面的钝化层60的厚度为200nm-300nm，再进一步地，覆盖在透明电流扩展层外表面的钝化层60的厚度为230nm-300nm，更进一步地，覆盖在透明电流扩展层外表面的钝化层60的厚度为250nm-300nm。
由于两相邻发光单元(特别是相邻但不相连的发光单元)的透明电流扩展层50之间的距离越近，电场越强，越容易发生击穿现象，但不当扩大该距离一方面会不满足小尺寸LED芯片的发展要求，另一方面会造成芯片在一系列制程过程中容易发生断裂，增加制程时间，提高成本等问题，所以本发明进一步作出改进，将两相邻发光单元(特别是相邻但不相连的发光单元)的透明电流扩展层50之间的距离(如图5中第一个发光单元透明电流扩展层50的最右端与第二个发光单元透明电流扩展层最左端之间的距离)限定为20μm-100μm，超过100μm，不利于缩小芯片的尺寸，小于20μm，抗静电能力下降。优选为20μm-50μm，这样的距离适中，设置既能满足小尺寸LED芯片的发展要求，又不会提高静电击穿/爆点的发生率。
为了降低尖端放电效应带来的不良影响，本发明继续进一步作出改进，首先定义位于透明电流扩展层50上方钝化层60的厚度为d，定义位于透明电流扩展层50侧面(即所述斜坡)的钝化层60的厚度为h，定义透明电流扩展层50的底面与侧面(斜坡面)之间的夹角为a，定义透明电流扩展层50的顶面与侧面(斜坡面)之间的夹角为β，β越平缓则越不容易产生尖端效应，因此本发明提供的高压发光二极管芯片可以进一步设计为0.8≤h/d≤1，夹角a为10°-45°的结构，此外透明电流扩展层50的顶面与侧面(斜坡面)之间，钝化层60的顶面与侧面之间(也即尖端601)宜采用平滑过渡，避免产生尖角以进一步减轻尖端放电。
试验：
在2000V电压下对如图3所示的高压发光二极管芯片(包含11个发光单元，该11个发光单元组成3个行列，且成反S形排布串联在一起，第一行、第三行分别包括4个发光单元，第二行包括3个发光单元)和如图4所示的高压发光二极管芯片(包括6个发光单元，该6个发光单元组成两行三列，且按照∽形串联，每一行均包括三个发光单元)进行正向电压VF及抗ESD测试,表1中VF4的定义为正向通1μA电流情况下(通在芯片最外侧的P电极和N电极之间，可参照图3中所示的P电极701和N电极702位置理解)，高压发光二极管芯片的正向电压值。以未进行ESD处理之前和进行ESD处理之后的VF4的差值△VF4作为判断因素，-0.5V≤△VF4≤0.5V时判定VF4通过，也即ESD测试通过，测试结果如表1所示。
表1高压发光二极管芯片抗ESD测试结果
注：ESD测试良率判断标准：-0.5V≤△VF4≤0.5V。
由表1的试验结果可知，本发明通过将高压发光二极管芯片中覆盖在透明电流扩展层外表面的钝化层厚度由传统的80nm-100nm增厚至200nm-450nm，在如图3所示的排布方式下，将2000V下的ESD测试良率由15.7％增加到了93.8％-99.5％，在如图4所示的排布方式下，将2000V下的ESD测试良率由14.3％增加到了93.3％-99.5％，且两种排布方式下，覆盖在透明电流扩展层外表面的钝化层厚度为200-300之间时，ESD测试良率随着厚度的增加而进一步增加，这很好的解决了高压发光二极管芯片在ESD测试中或LED封装前的各环节容易发生局部ESD击穿/爆点现象的技术问题。
以上实施例仅用以解释说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管上述实施例对本发明进行了具体的说明，相关技术人员应当理解，依然可对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改和等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围之中。
Claims (20)
1.一种高压发光二极管芯片，其特征在于：包括衬底和位于所述衬底上的多个LED发光单元，各所述LED发光单元之间通过衬底上的隔离槽相互隔离，所述多个LED发光单元通过横跨在所述隔离槽上的电极互联线电连接；
所述多个LED发光单元中，至少两个LED发光单元在物理位置上相邻，所述两个LED发光单元之间具有电势差，所述电势差为所述LED发光单元正向电压的两倍以上；
所述LED发光单元包括发光外延叠层、透明电流扩展层及钝化层，所述透明电流扩展层覆盖所述发光外延叠层的部分外表面，所述钝化层覆盖所述透明电流扩展层的外表面及所述发光外延叠层的部分外表面，其中覆盖所述透明电流扩展层外表面的钝化层厚度为200nm-450nm；
位于所述透明电流扩展层上方表面的钝化层厚度d与位于所述透明电流扩展层侧面表面的钝化层厚度h的关系为：0.8≤h/d≤1。
2.根据权利要求1所述的高压发光二极管芯片，其特征在于：所述多个LED发光单元至少呈两行两列排列，所述电势差为所述LED发光单元正向电压的三倍以上。
3.根据权利要求1所述的高压发光二极管芯片，其特征在于：所述发光外延叠层包含第一导电类型半导体层、有源层及第二导电类型半导体层，所述第一导电类型半导体层具有上台阶面和下台阶面，所述有源层和所述第二导电类型半导体层由下至上依次设置在所述上台阶面上，所述透明电流扩展层覆盖部分所述第二导电类型半导体层的外表面。
4.根据权利要求3所述的高压发光二极管芯片，其特征在于：所述下台阶面上设有第一导电电极，所述透明电流扩展层上设有第二导电电极，位于所述芯片最外侧的第一导电电极贯穿所述钝化层与所述下台阶面接触，位于所述芯片最外侧的第二导电电极贯穿所述钝化层与所述透明电流扩展层接触。
5.根据权利要求3所述的高压发光二极管芯片，其特征在于：所述透明电流扩展层覆盖所述第二导电类型半导体层的上表面。
6.根据权利要求3所述的高压发光二极管芯片，其特征在于：所述透明电流扩展层部分覆盖所述第二导电类型半导体层的上表面。
7.根据权利要求4所述的高压发光二极管芯片，其特征在于：所述第一导电类型半导体层为N型层，所述第二导电类型半导体层为P型层；所述第一导电电极为N电极，所述第二导电电极为P电极。
8.根据权利要求4所述的高压发光二极管芯片，其特征在于：所述第一导电类型半导体层为P型层，所述第二导电类型半导体层为N型层；所述第一导电电极为P电极，所述第二导电电极为N电极。
9.根据权利要求1所述的高压发光二极管芯片，其特征在于：覆盖所述透明电流扩展层的钝化层厚度为200nm-300nm。
10.根据权利要求9所述的高压发光二极管芯片，其特征在于：覆盖所述透明电流扩展层外表面的钝化层厚度为230nm-300nm。
11.根据权利要求10所述的高压发光二极管芯片，其特征在于：覆盖所述透明电流扩展层外表面的钝化层厚度为250nm-300nm。
12.根据权利要求1所述的高压发光二极管芯片，其特征在于：所述多个LED发光单元中，任意两个相邻的LED发光单元的透明电流扩展层之间的距离为20μm-100μm。
13.根据权利要求12所述的高压发光二极管芯片，其特征在于：所述多个LED发光单元中，任意两个相邻的LED发光单元的透明电流扩展层之间的距离为20μm-50μm。
14.根据权利要求12所述的高压发光二极管芯片，其特征在于：所述多个LED发光单元中，任意两个相邻的LED发光单元的透明电流扩展层之间的距离为50μm-100μm。
15.根据权利要求1所述的高压发光二极管芯片，其特征在于：所述透明电流扩展层的底面与侧面的夹角为10°-45°。
16.根据权利要求1所述的高压发光二极管芯片，其特征在于：所述钝化层的顶面与侧面之间或者所述透明电流扩展层顶面与侧面之间为平滑过渡。
17.根据权利要求1所述的高压发光二极管芯片，其特征在于：所述LED发光单元的个数为3个，呈两行排布，其中第一行2个，第二行1个，所述LED发光单元的串联结构为：第一行2个LED发光单元顺次连接，第二行1个LED发光单元与第一行的后一个LED发光单元连接。
18.根据权利要求1至16任意一项所述的高压发光二极管芯片，其特征在于：所述LED发光单元的个数为4个，呈两行两列排布，其中第一列2个，第二列2个；所述LED发光单元的串联结构为：第一列2个LED发光单元上下连接，且其中一个所述LED发光单元连接与它同一行的第二列所述LED发光单元，第二列所述LED发光单元上下连接。
19.根据权利要求1至16任意一项所述的高压发光二极管芯片，其特征在于：所述LED发光单元的个数为6个，呈两行三列排布；所述LED发光单元的串联结构为：第一列所述LED发光单元上下连接，然后其中一个所述LED发光单元连接与它同一行的第二列所述LED发光单元，第二列所述LED发光单元上下连接，第二列末端的所述LED发光单元连接与它同一行的第三列所述LED发光单元，第三列所述LED发光单元上下连接。
20.根据权利要求1至16任意一项所述的高压发光二极管芯片，其特征在于：所述LED发光单元的个数为11个，呈三行排布，第一行和第三行为4个，中间的第二行为3个；所述LED发光单元的串联结构为：第一行所述LED发光单元顺次连接，第一行末端的所述LED发光单元连接离它最近的第二行所述LED发光单元，第二行所述LED发光单元顺次连接，第二行末端的所述LED发光单元连接离它最近的第三行所述LED发光单元，第三行所述LED发光单元顺次连接。
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
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| CN102956663A (zh) * | 2011-08-17 | 2013-03-06 | 铼钻科技股份有限公司 | 垂直式发光二极管结构及其制备方法 |
| CN204067416U (zh) * | 2014-07-22 | 2014-12-31 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管芯片 |
| CN204118107U (zh) * | 2014-07-31 | 2015-01-21 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管芯片 |
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