CN202189788U - 一种阵列式发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种阵列式发光二极管，其包括：一生长衬底；一个位于生长衬底上的发光单元阵列；一个位于生长衬底上的绝缘柱阵列，所述绝缘柱与发光单元的外延发光结构同质；所述发光单元阵列通过所述绝缘柱阵列实现彼此电隔离；每个所述的发光单元都具有一个第一电极和一个第二电极，且每个发光单元的第一电极与其相邻的发光单元的第二电极相连，从而使所阵列中的发光单元串联。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种发光二极管，更为具体地，涉及一种阵列式高压发光二极管。
背景技术
目前，为了满足照明应用的需求而且出于成本方面考虑，发光二极管（LED）的设计必须往大功率方向发展，解决途径有二，一是加大驱动电流，然而此法面临发光效率骤降（Droop效应）之困扰，二是采用高压阵列式设计，即HV-LED，此法在保持低电流驱动下又可简化驱动电源设计，具有明显优势。阵列式发光二极管具有多个单体的LED芯片，并且根据实际要求做适当的串联或者并联，其中，单体LED芯片之间须做完全之电隔离。以传统基于蓝宝石衬底的氮化镓LED为例，为了电隔离各单体LED芯片，必须蚀刻沟道至露出蓝宝石衬底；另外，为达到串并联之效果，则须在单体LED芯片之间做桥式跨接以形成电连接线，在跨接之前还须在沟道侧壁上沉积绝缘层以防止短路。然而，因外延厚度一般有几个微米，也就是说沟道侧壁的高度一般有几个微米，如此金属跨接线极易在陡峭的侧壁上出现断裂或者绝缘层断裂引起隔离不良形成短路，特别是后者，因为一般绝缘材料的导热性能较差，在器件使用过程中产生的热会使此绝缘材料膨胀，从而金属在绝缘材料的粘附性下降，绝缘材料断裂的可能性也增大，从而增加器件失效风险。虽然可以通过增加电连接线厚度和绝缘层厚度等方法予以改进，这样将使整个制程变得更加复杂，不适合批量生产，同时亦增加额外的生产成本，。
专利申请号为200610005230.2的发明专利申请公开了一种异质集成高压直流/交流发光器。它由大量位于透明衬底上的相互电隔离的发光二极管构成，与一个带有导电元件阵列的基板连接。此设计虽然通过基板实现单体LED的串联避免了桥式跨接，但是仍是需要通过蚀刻沟道至露出蓝宝石衬底实用单体LED的电隔离，在蚀刻过程中不可避免的就会造成单体LED发光结构的侧面被破坏；同时，为了达到较佳的隔离效果，一般还需在各个单体LED发光结构的侧面做一层绝缘保护层。另外，由于此设计是通过一个带有导电元件阵列的基板实用电连接，其制作工艺变得复杂，且又直接地增加了生产成本。
实用新型内容
针对现有技术中存在的上述缺点和局限，本实用新型提出了一种新型阵列式发光二极管。
本实用新型解决上述问题的技术方案为：一种阵列式发光二极管，包括：一生长衬底；一个位于生长衬底上的发光单元阵列；一个位于生长衬底上的绝缘柱阵列，所述绝缘柱与发光单元的外延发光结构同质；所述发光单元阵列通过所述绝缘柱阵列实现彼此电隔离；每个所述的发光单元都具有一个第一电极和一个第二电极，首个发光单元的第一电极用于连接外部电源，其余各个发光单元的第一电极与其相邻的发光单元的第二电极相连，从而使所阵列中的发光单元串联。
进一步地，所述绝缘柱由Ⅲ-Ⅴ族化合物材料构成,其通过在发光单元的外延结构中采用离子注入法注入特定的离子,形成高阻性材料。
本实用新型的主要优势有以下几点：首先，采用与发光单元的外延发光结构同质的高阻值绝缘柱有效地电隔离了相邻的发光单元，其绝缘系数要大于一般绝缘材料如SiO2或者Si3N4，可以避免材料绝缘性不够带来的微小漏电。在实际的工艺执行过程中，绝缘材料的生长存在着一些问题，例如为了保证足够的绝缘性能常常选择增加厚度，但随着厚度的增加，材料致密性将下降，其可靠性也随之降低。进一步地，在先技术的集成发光二极管一般是通过蚀刻半导体层到衬底表面来实现每个独立发光二极管的隔离，蚀刻深度一般在5微米以上，深槽增加了金属连线的难度，采用离子注入形成绝缘区，可以令各个发光单元的第二电极只跨过大约1um高度（一般p型半导体层厚度在1um以下）就与相邻的发光单元的第一电极相连接，避免了现有技术中必不可少的深蚀刻，如此金属跨接易于实现，这样就大大降低了器件制作的复杂性，在批量生产中其效益就更加明显。再者，离子注入可以定义的线宽精度较高，如此方法造成的发光面积损失就会比通过黄光微影技术蚀刻半导体层带来的发光面积损失少，从而增加了发光区的面积，提高了器件的性能。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1～图3为根据本实用新型优选实施例的阵列式发光二极管的制作超额过程示意图。
图4为本实用新型优选实施例的阵列式发光二极管的的结构示意图。
图中部件符号说明：
001：生长衬底； 010：外延发光结构；
011：第一半导体层； 012：有源层；
013：第二半导体层； 020：绝缘柱系列；
030：第一电极； 031：第二电极；
100：发光单元。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本实用新型的实施方式，借此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本实用新型中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本实用新型的保护范围之内。
如图4所示，为本实用新型优选实施例之一种阵列式发光二极管，其包括生长衬底001，发光单元100，各发光单元通过绝缘柱020实现电隔离，且各个发光单元100的第一电极030与其相邻的发光单元的第二电极031相连，从而使所阵列中的发光单元串联起来。
生长衬底001用于生长发光外延，其材料选择绝缘性材料，如蓝宝石。发光单元阵列100通过外延生长在衬底001上，相邻发光单元之间设有一绝缘柱020，使各个发光单元100相互电隔离。每个发光单元100包括由第一半导体层011、有源层012、第二半导体层013构成的外延发光结构010，第一电极030第二电极031。绝缘柱020包括外延发光结构的三层结构，其材料与外延发光结构的材料同质。在本实施例中，为简化工艺，绝缘柱可采用离子注法形成：在外延发光结构的三层结构中注入离子三层结构中注入特定的离子形成高阻性绝缘柱，该离子可选用氮、氧、氦、氢、碳等离子中的一种或其组合。绝缘柱020与相邻的发光单元100之间不存在空隙，各个发光100的第一电极030覆盖绝缘柱的表面，与相邻的发光单元的第二电极031相连接。
图1～图.3为上述实施例一种阵列式发光二极管的制作流程示意图。
如图1所示，选择一生长衬底001，该生长衬底为绝缘性材料，如蓝宝石。在生长衬底001上形成外延发光结构010，包括第一半导体层011，有源层012，第二半导体层013。
如图2所示，采用离子注入法在外延发光层010周期性注入特定离子形成绝缘柱020，将外延发光层分隔成相互电隔离的发光单元阵列100。其具体包括如下：先定义绝缘区和发光单元区，在发光单元上形成保护层，在绝缘区注入特定离子至衬底表面，使绝缘区高阻化，形成绝缘柱020，将外延发光层分隔成一系列的发光单元100。该离子可选用氮、氧、氦、氢、碳等离子中的一种或其组合。
如图3所示，定义各个发光单元的发光区和电极区，去除电极电极区的第二半导体层013和有源层012，露出第一半导体层011的表面，用于制作第一电极。
如图4所示，分别在各个发光单元100的第一半导体层011和第二半导体层上制作第一电极030和第二电极031。第二电极031与相邻的绝缘柱020接触，并覆盖在绝缘柱的表面上，与相邻的发光单元的第一电极030连接，构成阵列式发光二极管。
Claims (4)
1.一种阵列式发光二极管，其包括：
一生长衬底；
一个位于生长衬底上的发光单元阵列；
一个位于生长衬底上的绝缘柱阵列，所述绝缘柱与发光单元的外延发光结构同质；
所述发光单元阵列通过绝缘柱阵列实现彼此电隔离；
每个所述的发光单元都具有一个第一电极和一个第二电极，首个发光单元的第一电极用于连接外部电源，其余各个发光单元的第一电极与其相邻的发光单元的第二电极相连，从而使所阵列中的发光单元串联。
2.根据权利要求1所述的一种阵列式发光二极管，其特征在于：所述生长衬底的材料为绝缘性材料。
3.根据权利要求1所述的一种阵列式发光二极管,其特征在于：所述第一电极覆盖绝缘柱的表面，与相邻发光单元的第二电极相连。
4.根据权利要求1所述的一种阵列式发光二极管，其特征在于：所述绝缘柱由Ⅲ-Ⅴ族化合物材料构成，其通过在发光单元的外延结构中采用离子注入法注入特定的离子，形成高阻性材料。
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