[發明專利]一種多發光子區GaN基LED集成芯片

無效

• 申請號: 201310617852.0
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN103730479A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 徐洲;陳鵬;譚崇斌;徐兆青;張琳;吳真龍;徐峰;高峰;邵勇;王欒井;宋雪云
• 申請（專利權）人: 南京大學揚州光電研究院
• 主分類號: H01L27/15
• 分類號: H01L27/15;H01L33/48;H01L33/62
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所 32106
• 代理人: 江平

技術領域

本發明屬于LED芯片結構的技術領域，具體涉及單片集成型LED芯片生產技術領域。

背景技術

目前，以GaN基LED為代表的新一代固態照明光源由于其節能、環保、壽命長、體積小、抗機械振動能力強、光譜純度佳等優點已逐漸應用于交通信號燈、液晶顯示器背光、路燈、汽車車燈、室內照明等。

近年來，由于傳統低電壓、大電流驅動的直流LED芯片存在著驅動電路結構復雜、發熱量大、效率低、可靠性不高等不足之處，因此，根據發光子區電路連接方式的不同的分類方法，采用高電壓、小電流驅動的高壓LED(High?Voltage?LED，簡稱為?HV-LED)芯片和交流LED(Alternating?Current?LED,，簡稱為AC-LED)芯片逐漸成為半導體照明領域研發的重要內容。它們具有下列優點：(1)由于焦耳熱與電流的2次方成正比，所以使用高電壓、小電流驅動的LED芯片可以顯著減小驅動電路及導線的功率損耗；(2)可以簡化驅動電路，去除變壓器、整流橋等元器件；(3)因驅動電路的發熱損耗減小、元器件數量減少，所以可靠性也相應提高；(4)由于使用高電壓、小電流驅動，可以避免大電流注入引起LED芯片的Droop效應；(5)與傳統封裝級LED模組相比，采用HV-LED芯片或AC-LED芯片可以大大簡化封裝階段電極引線鍵合工序，同時還可以減小燈具體積，降低封裝成本。

HV-LED或AC-LED芯片與傳統LED芯片結構區別在于：HV-LED和AC-LED屬于多發光子區的單片集成型LED芯片，而傳統LED芯片為單一的發光區域。因此，多發光子區的LED芯片比傳統LED芯片多了隔離溝槽以及橫跨溝槽的互連線，這也正是多發光子區的LED芯片關鍵技術所在。跨越隔離溝槽的互連線容易斷路或在溝槽側壁使發光子區的PN結短路的問題是影響這類LED芯片產品良率的主要因素。

針對上述問題，已提出了一些解決方法。例如，臺灣晶元光電股份有限公司的一項題為《制造發光元件陣列的方法》的中國發明專利(申請號：200810169439.1)公開了一種解決方法，所采用的方法是利用絕緣材料封閉溝槽頂部，溝槽底部仍然是空洞，互連線位于較為平坦的絕緣材料上表面，不會接觸到發光子區側壁。韓國首爾半導體有限公司的一項題為《Light?Emitting?Device?Having?Light?Emitting?Elements》的美國專利(US20090237935)公開了另一種解決方法，通過兩次光刻結合金屬蒸發與離子鍍制備出跨越溝槽的懸空金屬連接橋(Air?Bridge)，其原理類似于“拱橋”，利用了金屬互連線自身的強度。晶科電子(廣州)有限公司的一項題為《一種由倒裝發光單元陣列組成的發光器件及其制造方法》的中國發明專利(申請號：201010274676.1)公開了一種解決方法，將金屬互連線制備在平坦的襯底上，再將多發光子區的LED芯片倒裝焊在襯底上，從而避開在溝槽上布線的問題。盡管上述三種方法均能解決互連線容易斷路或使發光子區側壁的PN結短路的問題，但都存在工藝復雜的缺點。

發明內容

針對現有技術狀況，本發明提出了一種簡單可靠、低成本的溝槽側壁大角度傾斜的多發光子區GaN基LED集成芯片。

本發明包括襯底、n-GaN層、量子阱有源區、p-GaN層、電流擴展層和P電極，所述芯片包括至少兩個發光子區，相鄰的發光子區之間設有相互隔離的溝槽，所述溝槽的底部位于襯底表面。

本發明將原來一整個發光區通過相互隔離的溝槽分隔成若干個發光子區，各發光子區的大小、形狀以及電極的大小、形狀可以相同也可以不同。各發光子區位于同一襯底上，屬于單片集成型LED芯片。發光子區之間通過金屬互連線連接起來，電路連接方式可以是串聯、并聯、串并混聯等多種方式，每條支路上串聯發光子區的數目最多為110個，可直接工作在220V電壓下，單顆芯片最多可有8條支路。

本發明的突出優點是：

1、可以極大程度地減小互連線橫跨溝槽時斷路的概率；

2、傾斜側壁比垂直側壁更有利于制備出高可靠性的絕緣保護層，因此，發光子區的PN結被側壁的互連線短接的概率也顯著減小了；

3、GaN基LED芯片形成傾斜側壁可以提高芯片內全反射光出射的概率，減少內反射損耗，從而提高光抽取效率；

4、對于從襯底出光的倒裝LED芯片，通過在大角度傾斜的側壁上制備金屬反射鏡，可以進一步增強側壁反射，把射向側壁的光反射出芯片底面，可以顯著提高光抽取效率。

另外，本發明所述溝槽的側壁為傾斜面，各傾斜面與襯底上表面的夾角為30～80°。