改进的多结点LED制造技术

在此披露了一种光源以及用于制造该光源的方法。该光源包括一个基板以及沉积在该基板上的一个发光结构。一个屏障体将该发光结构分成彼此电气隔离的第一和第二区段。一个串联电极将该第一区段与该第二区段串联连接在一起。一个位于该发光结构与该基板之间的第一阻挡二极管在该发光结构发光时防止了电流在该发光结构与该基板之间流动。该屏障体延伸穿过该发光结构并且进入该第一阻挡二极管。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】改进的多结点LED
技术介绍
发光二极管(LED)是重要的一类将电能转换成光的固态器件。这些器件的改进已经导致了其在照明设备上的用途，这些照明设备被设计为代替传统的白炽灯以及荧光灯光源。这些LED具有明显更长的寿命，并且在某些情况下，在将电能转换成光的效率方面明显更高。基于LED的白光源典型地通过将一个或多个蓝色LED芯片与合适的黄色以及红色的荧光粉封装在一起而进行制造。为了讨论，一种LED芯片可视为具有三个层的一种半导体，活性层夹在其他两和层之间。当来自外层的空穴与电子在该活性层内结合时，该活性层会发出光。利用使将电流通过该LED芯片来产生这些空穴与电子。该LED芯片透过置于该顶层上的一个电极以及提供至该底层的电连接的一个接触进行供电。 LED芯片的成本及其功率转换效率是决定这项新技术取代传统光源并且运用于高功率应用中的速度的重要因素。一个LED芯片的功率转换效率定义为LED芯片在所希望的光谱范围内所发出的光功率与该光源所消耗的电功率的比率。未转换成光就离开LED的电功率被转换成热，使LED的温度上升。这种芯片温度上升限制了 LED运作的功率水平。此夕卜，LED的转换效率总体上会随着电流提高而下降，尤其是在使能降低光成本的较高电流密度下；因此当通过提高电流来增加LED的光输出而提高总光输出时，电转换效率也会通过这种策略而下降。此外，在高电流运作下LED的寿命也会缩短。即使由大小为高达几平方毫米的单一 LED芯片所制造的LED光源，也无法产生充足的光来取代许多应用中的传统光源。总体而言，LED于特定可接受的功率转换效率下所产生的每单位面积光仍存有限制。这种限制是由于LED材料系统的功率消耗与电转换效率所产生。因此，为了提供一种具更高密度的单一 LED光源，就必须运用大面积芯片；然而，对于大多数LED芯片而言，尺寸越大，光提取的效率越低，并且用来制造LED芯片的制程也对单一 LED芯片尺寸有所限制。随着芯片尺寸增加，芯片产量会因为随机缺陷而降低，因此，一旦芯片尺寸增加超过预定尺寸,每一 LED芯片成本的增加将超过光输出的增加。因此，对于许多应用而言，LED型光源必须运用多个LED以提供所希望的光输出。例如，若要取代传统照明应用当中的100瓦白炽灯泡，大约需要25个等级为Imm2的LED芯片。此数量会随所要的色温(color temperature)以及芯片的确切尺寸而改变。典型的GaN LED芯片的驱动电压大约是3. 2-3. 6V。若所有LED芯片都并联，则DC电源必须在低电压下提供大电流，这对于AC至DC功率转换效率和必须用于输送高电流而不在阻抗耗损中消散过多功率的导体的尺寸而言都提出了问题。减少这些问题的一种方法涉及将大体上最佳尺寸的裸片(die)分成多个串联的LED区段，这种结构于2008年9月11日提交的申请案号为12/208，502的共同未决的专利申请中示出，将其通过引用结合在此。裸片的最佳尺寸取决于芯片设计细节，以及用来制造裸片的半导体方法的产量。针对任何已知方法，从成本观点来看存在一种最佳尺寸。若该裸片用来作为具有3伏特的驱动电压的单一 LED，则必须在裸片上提供一个大电流，以将光输出最大化。若裸片被分成N个串联的较小LED区段，则驱动电压增加了一个因子N，并且驱动电流降低了一个因子N，这提供了对于提供驱动电流的电源的效率以及在裸片内的阻抗耗损的减少这两者上的改进。—种用于将裸片分成多个部分LED区段的现有技术的方法涉及切割多个自裸片表面延伸到底部阻抗基板的隔离沟道，以将单独的部分LED彼此隔离。然后利用提供导线将每个组件LED的n型层连接至相邻组件LED的p型层上，以将单独组件LED串联。这些深沟道增加了裸片的生产成本，并且干扰了从裸片侧面的光的提取。
技术实现思路
本专利技术包括光源以及制造该光源的方法。该光源包括一个基板以及沉积在该基板上的一个发光结构。一个屏障体将该发光结构分成彼此电性隔离的第一和第二区段。一个串联电极将该第一区段与该第二区段串联连接在一起。一个位于该发光结构与该基板之间的第一阻挡二极管防止了在该发光结构发光时电流在该发光结构与该基板之间流动。该屏障体延伸穿过该发光结构并进入该第一阻挡二极管。在本专利技术的一个方面中，该基板包括一个半导体材料的过渡层，该过渡层对于该发光结构产生的光是透明的。该屏障体包括一个延伸穿过该发光结构并且终止于该过渡层的沟道。来自该第一区段的光可在这些区段之间经过该过渡层。附图说明图I为区段型LED 60的俯视图。图2为图I的该区段型LED 60沿2-2线的截面图。图3为根据本专利技术一个实施方案的GaN区段型LED光源的截面图。 图4为根据本专利技术另一实施方案的区段型LED 70的俯视图。图5A-5C为在不同的制造过程阶段的光源80的截面图。图6为根据本专利技术的光源的另一个实施方案的截面图。具体实施例方式在此参考图I和图2可更容易理解本专利技术提供其优点的方式，这些图展示了一个含区段型LED (segmented LED)的裸片。图I为区段型LED60的俯视图，并且图2为图I的区段型LED 60沿2-2线的截面图。该区段型LED 60包括两个区段64和65 ;然而从下列讨论中将理解，从本专利技术的传授内容中可建构具有更多区段的光源。该区段型LED 60是由同样具有三层的LED结构所建构的，其中这些层于一个蓝宝石基板51上生长。n型层52于该基板51上生长,然后活性层55和p型层53于该n型层52上生长。这些区段64和65由一个隔离沟道66分离,该沟道66从层52延伸至该基板51,由此电性隔离这些区段64和65。该隔离沟道66包括只有延伸进入部份该层52的一个平坦区(plateau) 67。该隔离沟道66的壁由一个绝缘层57覆盖，并留具有一个开口区58，以供与每一区段相关联的该层52的部分进行电接触。该绝缘层57可由提供无针孔缺陷的绝缘层的任何材料所建构而成，例如SiNx、SiOx或其他像是半导体器件制造中用来作为绝缘材料常用的介电膜。其他材料可包括聚酰亚胺、BCB、玻璃上旋涂物(spin-on-glass)以及半导体工业常用于器件平坦化的材料。在该区段型LED 60的端部提供了类似沟道，如在68和69处所示的。一个串联电极59沉积在该隔离沟道66内，使得该串联电极59经由该绝缘层57内的一开口区58接触该层52。该串联电极59也与相邻区段内的一个氧化铟锡(ITO)层56电接触。因此，通过电极61和62提供电源时，这些区段64和65系以串联的方式连结。结果是，该区段型LED60按一个常规的LED的两倍电压和一半电流来运作。应指出的是，图2并未依照比例显示层52、53和55。总体而言，该层52比该层53厚很多，因为该P型材料由于所使用的GaN族材料而具有非常高的阻抗，因此该层的厚度尽可能薄，以避免该层内的阻抗耗损。还应指出的是，因为GaN材料层与周围介质之间有较大的折射系数差，所以活性层55内产生的大部份光会在该层52和53内被捕获。通常来说，此光通过该裸片的侧面以离开裸片，并且由一适当反射 器引导向上。因为该层52比层53厚很多，所以大部分这种水平前进光都在该层52内。因此，穿过该层52的这些深沟道中断这种捕获的光的传播。若该沟道内的材料(即隔离沟道壁或导体的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·哈斯奈恩，S·D·莱斯特，Sy·胡，J·拉默，
申请(专利权)人：普瑞光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：