[發明專利]串聯分段式發光二極管

有效

• 申請號: 200980132907.0
• 申請日: 2009-08-20
• 公開（公告）號: CN102132429A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發明（設計）人: 古拉姆·漢士奈因
• 申請（專利權）人: 普瑞光電股份有限公司
• 主分類號: H01L33/62
• 分類號: H01L33/62
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 任默聞

技術領域

本發明關于一種發光元件，特別是有關于一種發光二極管元件。

背景技術

發光二極管(LEDs，“Light?emitting?diodes”)為轉換電能為光線的一種重要的固態元件的類型。這些元件的改良已經使得它們被用于設計來取代習知白熱及螢光光源的發光設備。LEDs有顯著較長的壽命，且在某些情況下有顯著較高的電能轉換到光的效率。

為了此討論的目的，一LED可視為具有三層，活化層夾在其它兩層之間。當來自外側層的電洞與電子在該活化層中復合時該活化層發出光。該等電洞與電子藉由傳送電流通過該LED而產生。該LED經由位在頂部層上方的電極及提供一電氣連接至底部層的接點而被供應電力。

LEDs的成本及功率轉換效率為決定此種新技術是否可以取代習知光源及用于高功率應用的速度的重要因素。一LED的轉換效率被定義為由該LED放射的光功率與所消耗的電功率的比例。未被轉換成離開LED的光的電力被轉換成熱量，其即增加LED的溫度。熱散逸對于一LED可運作的功率級時常造成限制。

電轉換成光的效率系取決于量子效率，其與該LED被建構的材料系統有關，亦根據外來的電阻損失而定。對于氮化鎵基(GaN-based)LEDs，位在活化層上方的p型層具有非常高的電阻。此亦為在許多設計中光離開時通過的該頂部層。結果是，一透明導電層例如銦錫氧化物(ITO，“Indium?Tin?Oxide”)被用來橫向散布電流于晶片上，并且此ITO層的片電阻系被選擇為相當于在該等活化層下方的n型GaN層的片電阻。對于大面積的電力晶片，為了進一步降低該電阻，同時對于該ITO層以及被向下蝕刻來裸露該n-GaN層的溝槽中使用金手指。這些不透光的金屬電極必須制作成盡可能地窄，以最小化對于光的阻隔，但這會增加對于一給定金屬厚度的單位長度的電阻。因此對于一給定電極寬度，如果跨越該等電極的長度的電壓降系要保持成固定且為最小，則對于較高電流的操做該電極金屬的厚度必須要增加。

此外，該活化層轉換電為光的效率亦根據該等活化區域層的特定設計及品質隨著電流密度超過某個點而亦會降低。因此，一LED的單位面積的光量即到達一實際限制。一旦到達此限制時為了提供較高的光輸出，該LED的面積必須要增加。然而，為了在該LED的頂表面的上提供適當的電流散布，對于自該LED的頂表面上單一接點而供應電力的LED而言，其大小系有限制。當該光經由該LED的頂表面而被萃取時，一透明導電層(例如ITO)因前述的理由而被沉積在該頂部層之上。當此材料的電阻率明顯低于下方GaN時，該層的電阻率仍然很高。在原理上，在該ITO層中電阻損失可藉由使用較厚的ITO層來克服；然而，ITO僅為部份“透光”，其對于藍光有不可忽略的吸收，因此對于該ITO層的厚度有一實際限制。在實務上，在該ITO層上提供額外的金屬接點可有助于電流散布；然而，這些接點為不透光，因此會降低光輸出。

由于在該p型層上方的材料中電流散布與光吸收之間的多種妥協結果，對于一單一LED的大小有實際上的限制。因此，需要比單一LED的光輸出能夠提供更多光輸出的一光源，其必須由多個較小的LED來建構。為了最小化成本，該等多個LEDs被建構在相同晶粒上，并由該晶粒上共用端點來供應電力。這種光源有時候稱之為分段式LEDs(segmented?LEDs)。然而每個區段可視為連接至該晶粒上其它LEDs的一單一LED。

在這種設計的現有技術光源中，個別的區段系并聯連接。此會造成一些問題。首先，可施加于該光源的最大電壓藉由一單一LED可承受的最大電壓所決定，其基本上為數伏特。因此，供應該光源電力的電源供應必須提供低電壓下非常高的電流。此即造成該電源供應與該光源間導體進一步的功率損失。此外，由于該晶粒的制造工藝變化造成供電給每個LED的兩個接點間存在的電阻變化，使得在該光源上個別LED的亮度造成變化。

發明內容

本發明包括一光源及其制造方法。該光源包括一基板，及一被分成區段的發光結構。該發光結構包含一第一導電型半導體材料第一層系沉積在該基板上、一活化層系位于該該第一層上方，及一二導電型半導體材料第二層系位于該活化層上方，且該第二導電型系相反于該第一導電型。該發光結構亦包含一阻障，系分隔該發光結構成為彼此電氣絕緣的第一與第二區段。一串聯電極系連接該第一區段中該第一層至該第二區段中該第二層。該光源經由第一與第二電力接點供應電力。該第一電力接點電氣連接至該第一區段中該第二層，及該第二電力接點電氣連接至該第二區段中該第一層。當在該第一與第二電力接點間產生一電位差時，該第一與第二區段產生光。