CN202917531U - 高效高压led芯片 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种高效高压LED芯片，包括衬底、依次形成在所述的衬底上的N型GaN限制层、外延发光层和P型GaN限制层，所述的N型GaN限制层、外延发光层和P型GaN限制层上蚀刻隔离出多个独立的呈阵列分布的图形单元，其位于中部的图形单元呈三角形，而位于两侧的图形单元呈梯形以整体上构成四边形，每个图形单元由导电材料连结形成串联和/或并联。与现有技术相比，本实用新型的LED中各单元图形为更利于侧壁出光的三角形，显著提升了芯片的出光效率；不同单元的发光面积均匀，避免了多颗单元间电流密度不同导致的发光效率不同、产生热量不同等问题。本器件具有出光率高、芯片内部发光发热均匀，稳定性高的特点，具有更好的可靠性，更加适合于高压LED的运用领域。

Description

高效高压LED芯片
技术领域
 本实用新型属于光电子发光器件制造领域，特别描述了一种高效高压LED芯片。
背景技术
随着以GaN(氮化镓)材料P型掺杂的突破为起点的第三代半导体材料的兴起，伴随着以Ⅲ族氮化物为基础的高亮度发光二级管（Light Emitting Diode，LED）的技术突破，用于新一代绿色环保固体照明光源的氮化物LED正在成为新的研究热点。目前，LED应用的不断升级以及市场对于LED的需求，使得LED正朝着大功率和高亮度的方向发展。其中研究热点之一是高压直流LED技术，它是采用多颗芯片组成一个总发光二极管形式，即多颗LED串联形成一个LED。目前高压LED技术属于新兴技术范畴，其技术存在一些问题：LED芯片的出光效率有待提升，多颗芯片的发光面积差别大，电流密度差别较大。LED芯片出光效率低的主要原因之一是外延材料的折射率远大于空气折射率，而传统的高压直流LED芯片的图形往往采用矩形单元的布局（附图1），矩形芯片的侧面光取出角度很小，从而使有源区产生的光由于全内反射不能从LED中有效的发射出去，导致LED的外量子效率很低。以GaN基LED为例，GaN的折射率为2.5，临界角为23.6°，即只有入射角小于23.6°的光子才能逃逸出LED，其余光子发生全反射最终为LED吸收。对于AlGaInP系LED，GaP的折射率为3.4，临界角仅为17°。
发明内容
本实用新型旨在提供一种增强芯片侧面的光取出效率，提升LED整体的出光效率的高效高压LED芯片。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案提供了一种高效高压LED芯片，包括衬底、依次形成在所述的衬底上的N型GaN限制层、外延发光层和P型GaN限制层，所述的N型GaN限制层、外延发光层和P型GaN限制层上蚀刻隔离出多个独立的呈阵列分布的图形单元，其每个所述的图形单元呈三角形并且整体上构成四边形结构，每个图形单元由导电材料连结形成串联和/或并联。 
优选地，位于所述的阵列中部的图形单元呈三角形，而位于所述的阵列两侧的图形单元呈近似的直角三角形以整体上构成四边形结构。
优选地，各个所述的图形单元的发光面积相等。
优选地，各个所述的图形单元的电流密度相一致。 
优选地，各个所述的图形单元的之间呈平行排列或者对角排列。
优选地，所述的P型GaN限制层表面覆盖有绝缘材料。
优选地，各个所述的图形单元的P型电极下方设置有电流阻挡层。
优选地，每个所述的图形单元串联和/或并联后高电压LED或高直流电流LED，或者每个所述的图形单元按桥式电路连接后形成交流高压LED。
优选地，所述外延发光层包括蓝光、绿光或红光发光层。
与现有技术相比，本发明的LED中各单元图形为更利于侧壁出光的三角形，显著提升了芯片的出光效率；不同单元的发光面积均匀，避免了多颗单元间电流密度不同导致的发光效率不同、产生热量不同等问题。本器件具有出光率高、芯片内部发光发热均匀，稳定性高的特点，具有更好的可靠性，更加适合于高压LED的运用领域。
附图说明
图1是现有高压LED矩形单元的示意图；
图2是根据本实用新型的高效高压LED的三角形单元的示意图；
图3是根据本实用新型的方案一中各单元分别为平行排列的顶视图；
图4是根据本实用新型的方案二中各单元分别为对角排列的顶视图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参见附图2与附图3所示，实施例一中的高效高压LED芯片，包括衬底、依次形成在衬底上的N型GaN限制层、外延发光层和P型GaN限制层，外延发光层包括蓝光、绿光或红光发光层，N型GaN限制层、外延发光层和P型GaN限制层上蚀刻隔离出多个独立的呈阵列分布的图形单元，其位于中部的图形单元呈三角形，而位于两侧的图形单元呈直角三角形以整体上构成四边形，各个图形单元的之间呈平行排列，或者对角排列（如附图4所示）或其他各种可能的排列方式，每个图形单元由导电材料连结形成串联和/或并联。其制备工艺包括如下步骤：
a)      提供一衬底，所述衬底上依次形成有N型GaN限制层、外延发光层和P型GaN限制层；
b)      通过光刻结合蚀刻工艺将衬底上的N型GaN限制层、外延发光层和P型GaN限制层隔离出至少两个以上的独立图形单元，其大部分的图形单元呈三角形，而两侧图形单元呈梯形，所有的图形单元呈阵列分布并整体上构成四边形；
c)      将每个图形单元由金属线连结形成串联和/或并联，由此形成互联的多个LED。
优选地，各个图形单元的发光面积相等，各个图形单元的电流密度相一致；进一步的，所有芯片单元串联则形成高压直流LED；也可以是将一行单元串联，而将各行并联，形成高直流电流LED；也可以将单元按桥式电路连接，形成交流高压LED；其电路排布式在此不再详细描述。
作为本发明进一步的改进，制备绝缘材料覆盖于芯片表面以保护芯片和增加芯片光提取效率。 制备绝缘材料填充于刻蚀至衬底的深沟并作为掩膜，使GaN侧面得到保护防止漏电，利用光刻的方法制备图形并作为掩膜，并将深沟以外的部分利用化学或物理的方法去除掉使GaN暴露出便于下一步骤的加工。制备绝缘材料覆盖于芯片表面，利用光刻的方法制备图形并作为掩膜，将除打线盘以外的部分保护起来，减少由外来物导致的漏电情况并利用透射原理增加芯片光提取效率。出于改善电流分布以提高器件发光效率的目的，本发明还于各单元的P型电极下方设置了电流阻挡层。
与现有技术相比，本发明的LED中各单元图形为更利于侧壁出光的三角形，显著提升了芯片的出光效率；不同单元的发光面积均匀，避免了多颗单元间电流密度不同导致的发光效率不同、产生热量不同等问题。本器件具有出光率高、芯片内部发光发热均匀，稳定性高的特点，具有更好的可靠性，更加适合于高压LED的运用领域。
以上实施方式只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本实用新型的内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1. 一种高效高压LED芯片，包括衬底、依次形成在所述的衬底上的N型GaN限制层、外延发光层和P型GaN限制层，其特征在于：所述的N型GaN限制层、外延发光层和P型GaN限制层上蚀刻隔离出多个独立的呈阵列分布的图形单元，其每个所述的图形单元呈三角形并且整体上构成四边形结构，每个图形单元由导电材料连结形成串联和/或并联。
2. 根据权利1所述的高效高压LED芯片，其特征在于：位于所述的阵列中部的图形单元呈三角形，而位于所述的阵列两侧的图形单元呈近似的直角三角形以整体上构成四边形结构。
3. 根据权利1所述的高效高压LED芯片，其特征在于：各个所述的图形单元的发光面积相等。
4. 根据权利2所述的高效高压LED芯片，其特征在于：各个所述的图形单元的电流密度相一致。
5. 根据权利1所述的高效高压LED芯片，其特征在于：各个所述的图形单元的之间呈平行排列或者对角排列。
6. 根据权利1所述的高效高压LED芯片，其特征在于：所述的P型GaN限制层表面覆盖有绝缘材料。
7. 根据权利1所述的高效高压LED芯片，其特征在于：各个所述的图形单元的P型电极下方设置有电流阻挡层。
8. 根据权利1所述的高效高压LED芯片，其特征在于：每个所述的图形单元串联和/或并联后形成高电压LED或高直流电流LED，或者每个所述的图形单元按桥式电路连接后形成交流高压LED。
9. 根据权利1所述的高效高压LED芯片，其特征在于：所述外延发光层包括蓝光、绿光或红光发光层。
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