一种模块化阵列式高压LED芯片及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种模块化阵列式高压LED芯片及其制造方法，芯片由至少一个单元模块组成，该单元模块包含至少一个LED微晶粒；各LED微晶粒之间互相绝缘隔离集成于衬底上，且各单元模块中的LED微晶粒之间以及单元模块之间通过互联引线的方式串联在一起。在制造时，先在一个衬底上生长N型外延层、量子阱发光层、P型外延层，刻蚀出制作N电极的N型外延层的材料面和LED微晶粒间的绝缘隔离跑道后，分别在P型外延材料制作电流阻挡层、ITO透明导电层和金属电极；然后通过激光划片工艺沿所述隔离跑道进行切割，得到模块化阵列式高压LED芯片。本发明专利技术能同时得到30V和60V的阵列式高压芯片，并降低了芯片制造成本，给芯片的加工提供了多种可供选择的方案。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种模块化阵列式高压LED芯片及其制造方法，芯片由至少一个单元模块组成，该单元模块包含至少一个LED微晶粒；各LED微晶粒之间互相绝缘隔离集成于衬底上，且各单元模块中的LED微晶粒之间以及单元模块之间通过互联引线的方式串联在一起。在制造时，先在一个衬底上生长N型外延层、量子阱发光层、P型外延层，刻蚀出制作N电极的N型外延层的材料面和LED微晶粒间的绝缘隔离跑道后，分别在P型外延材料制作电流阻挡层、ITO透明导电层和金属电极；然后通过激光划片工艺沿所述隔离跑道进行切割，得到模块化阵列式高压LED芯片。本专利技术能同时得到30V和60V的阵列式高压芯片，并降低了芯片制造成本，给芯片的加工提供了多种可供选择的方案。【专利说明】一种模块化阵列式高压LED芯片及其制造方法
本专利技术属于半导体照明
，具体而言，是一种模块化阵列式高压LED芯片及其制造方法。
技术介绍
作为新一代绿色环保的固态照明光源，GaN基LED的发光效率和可靠性在不断的提高和改善。相比于其他传统光源，高性能LED具有光电转换效率高、寿命长、损耗低、无污染等显著优势，已广泛应用关于通用照明、交通指示、显示屏背光源和户外显示屏等领域。传统LED器件结构类型包括正装、垂直和倒装结构。正装结构LED的pn电极分别位于芯片的同侧，其存在的缺点包括散热性能不佳和电流拥挤效应；垂直结构LED特殊的导电衬底和芯片结构，pn电极分别位于芯片的两侧；倒装结构LED的GaN外延层表面整面蒸镀金属反射电极，采用倒装焊技术将芯片倒装于基板上。模块化阵列式高压LED芯片内部采用阵列式结构，内部集成多个独立的LED微晶粒，采用电互联的方法将微晶粒串联或并联在一起。通过制作阵列式结构LED器件，能够实现LED器件高电压、小电流的工作状态。相较于传统大功率LED器件，阵列式高压LED(HV-LED)在电流扩展、光提取、功率效率以及光效droop等光电特性方面有较大的优势。由于阵列式LED器件的特殊结构和光电特性，应用在通用照明领域中时，可以使驱动电路的结构简化并降低成本。目前的高压LED芯片都采用多个子单元串联形成一个阵列式高压芯片的形式互连，市场上主流的高压LED芯片工作电压在50V左右，大约是15-16个芯片单元。然而，在实际应用中如果对配光要求不高，则需要电压规格更小的高压LED芯片，而为了满足配光的高要求，则需要更多的芯片集成，或者更小的芯片尺寸，为了满足不同电压和尺寸规格需求，通常需要设计不同的版图，导致制版过程乃至整个芯片制造过程成本大幅度提高。中国专利申请公开说明书CN103236474A中公开了一种利用同一版图实现不同电压规格的芯片的阵列式高压LED制作方法。在该现有技术中，将四个LED子单元串联起来作为最小的高压LED阵列单元，各高压LED阵列单元之间通过金属互连串联。可以根据不同的电压规格需要选择切割方式，可以分别切割出12V、24V、36V、48V的阵列式高压LED芯片，如图1所不。但是，在阵列式高压LED器件实际应用过程中，存在变压后电压在240-250V的电压需求。对于氮化镓基LED来说，每个LED子单元的工作电压一般在3V左右，因此需要60V和30V的电压规格的高压芯片。对于60V和30V的高压芯片需要10个或20个子单元，子单元个数是5的倍数。如果仍然采用图1所示的芯片版图设计，会导致高压LED芯片在横向上过长，不利于配光设计和采用通用管壳封装。此外，对于同一个阵列式高压LED芯片来说，各子单元的电流密度要相当，否则，整个芯片的亮度不均匀，更甚者会导致不同子单元工作寿命不同，而一旦个别子单元失效，会降低整个芯片乃至应用产品的可靠性。在设计高压LED芯片时，需保证高压LED芯片中各子单元的面积相等，因此正常工作状态下各子单元的电流密度就相等，不会出现高压LED芯片亮度不均匀或各子单元衰减不一等现象。传统的高压LED芯片结构的设计方法例如图2A?图2D所示。如图2A和图2B所示的皆为长条形结构的设计方法，此种版图结构设计简单，各子单元间的金属互联简单，不会产生较长的互联引线，对器件的可靠性造成影响；但是一旦需要制作较高工作电压的高压LED芯片(如60V)，高压LED芯片内部会集成更多的发光子单元，因此采用此单一的长条形设计，会导致芯片长度过长，给芯片的封装带来极大的困难。如图2C和图2D所示，将高压LED芯片设计成正方形，大大改善了芯片的长宽比，不会造成单一方向过长，给封装带来困难；但如果针对市场同时对60V和30V高压芯片的需求，此种设计方法较为死板，不能同时制作出30V和60V的高压芯片。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题针对
技术介绍
以及以上分析得出的结论，本专利技术的主要目的在于设计一种模块化阵列式高压LED芯片，使之能够同时满足市场上对30V和60V的需求，并且能够实现灵活的封装。(二)技术方案本专利技术的一个方面提出一种模块化阵列式高压LED芯片，由至少一个单元模块组成，该单元模块包含至少一个LED微晶粒；各LED微晶粒之间互相绝缘隔离集成于衬底上，且各单元模块中的LED微晶粒之间以及单元模块之间通过互联引线的方式串联在一起。根据本专利技术的一种【具体实施方式】，所述的单元模块为正方形或长方形结构。根据本专利技术的一种【具体实施方式】，所述的单元模块中的LED微晶粒为长方形、正方形、三角形、菱形、六边形，或者上述形状的组合，且各LED微晶粒的面积相同。根据本专利技术的一种【具体实施方式】，所述的互联引线的材料为铟锡氧化物(ITO)、氧化锌(ZnO)、石墨烯和金属中的一种及其任意组合。根据本专利技术的一种【具体实施方式】，所述单元模块包含独立的P型电极和N型电极；单元模块与单元模块之间通过P型和N型电极串联在一起。本专利技术的另一方面提出一种制造模块化阵列式高压LED芯片的方法，包括如下步骤:S1、在一个衬底上生长N型外延层、量子阱发光层、P型外延层，刻蚀出制作N电极的N型外延层的材料面和LED微晶粒间的绝缘隔离跑道后，分别在P型外延材料制作电流阻挡层、ITO透明导电层和金属电极；S2、通过激光划片工艺沿所述隔离跑道进行切割，得到模块化阵列式高压LED芯片，其由至少一个单元模块组成，该单元模块包含至少一个LED微晶粒；各LED微晶粒之间互相绝缘隔离集成于衬底上，且各单元模块中的LED微晶粒之间以及单元模块之间通过互联引线的方式串联在一起。(三)有益效果本专利技术的设计方法灵活多变，既能够同时得到30V和60V的阵列式高压芯片，满足了市场需求；同时也降低了芯片制造成本，给芯片的加工提供了多种可供选择的方案。此夕卜，本专利技术得到的正方形或2: I长宽比的长方形芯片结构有利于芯片进行封装。【专利附图】【附图说明】图1为中国专利申请公开说明书CN103236474A中的阵列式高压LED芯片结构；图2A至图2D为传统阵列式高压LED芯片的设计图；图3为本专利技术的一个实施例模块化阵列式高压LED芯片的俯视图；图4为本专利技术的一个实施例的模块化阵列式高压LED允许激光切割的跑道的示意图；图5为本专利技术的一个实施例的15V阵列式高压LED芯片俯视图及其等效电路；图6为本专利技术的一个实施例的30V阵列式高压LED芯片俯视图及其等效电路；图7为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：詹腾，郭金霞，田婷，伊晓燕，王莉，李璟，王国宏，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：