[实用新型]一种发光二极管芯片

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种发光二极管芯片结构，特别涉及一种具有发光二极管单元的发光二极管芯片。

背景技术

随着技术及效率的进步，发光二极管(LED)的应用越来越广，并且随着LED应用的升级，市场对于LED的需.求也朝更大功率及更高亮度——也就是通称的高功率LED的方向发展。

对于高功率LED的设计，目前各大厂多采用大尺寸单颗低压直流LED，大尺寸单颗低压直流LED广泛采用两种结构：一种为传统的水平结构，另一种则为垂直导电结构。

所述水平结构的制程和一般小尺寸晶粒的制程几乎相同，具体地，水平结构和小尺寸晶粒两者的剖面结构是一样的。对于上游的芯片制程厂而言，传统的水平结构的工艺兼容性高，无需再添购新式或特殊机台，同时，对于下游系统厂而言，如电源方面的设计等等周边的搭配差异并不大。但有别于小尺寸晶粒，高功率LED常常需要在大电流之下工作，因此在大尺寸LED上要将电流均匀扩散并不是件容易的事，尺寸愈大均匀扩散愈困难，并且由于几何效应的关系，P、N电极设计必须保持平衡，否则都会导致严重的电流丛聚效应(Current crowding)，结果除了会使得LED达不到设计所需的亮度外，也会损害晶片的可靠性，因此大尺寸LED的光提取效率往往较小尺寸的低。

另一种垂直导电结构的工艺则要复杂许多。由于目前商品化的蓝光LED几乎都生长于蓝宝石基板之上，因此要改为垂直导电结构，必须先和导电性基板做接合之后，再将不导电的蓝宝石基板移除，之后才能完成后续制程。由于在制作过程中更换了基板，故垂直导电结构能够改善散热，降低结面温度，并间接提高了发光效率。同时就电流分布而言，在垂直结构中不需要过多考虑横向传导，因此垂直结构的电流均匀度好于传统的水平结构。然而，垂直导电结构最大的缺点在于，由于制程复杂度较高，导致良率较传统的水平结构低，制作的成本高出不少。

作为大尺寸、高功率LED的解决方案，采用高压发光二极管芯片的效率优于低压发光二极管芯片，主要可归于为高压发光二极管芯片的小电流、多芯片单元的设计能均匀地将电流扩散开来，从而提升发光二极管的外量子效率。另一方面，除了需要考虑芯片本身的效率外，最终产品的售价也是一项重要指标，低压大功率芯片，需要额外配备一个变压器，变压器的使用一方面增加了光源成本，另一方面增加了能量的转换过程中的损耗，而高压发光二极管芯片则不需要设置变压器。

此外，因为发光二极管芯片本身体积小，热源容易集中，使得发光元件本身寿命变短。为了解决散热的问题，发光二极管芯片灯源上的散热设计也不可缺少，目前散热设计方面以金属散热片最为常见，但金属散热片除了增加灯源的重量，也增加灯源的成本。由于高压发光二极管本身效率高，会减少对散热的需求，进而削减成本；从电源转换的角度而言，高电压小瓦数的电源转换器，除了体积小外，因为采用的元件少，成本也较低。因此，高压发光二极管的优点不仅在于芯片本身，它还能直接或间接进一步提升整体光源模组的效率。

此外，高压发光二极管在应用上和一般低压二极管最主要的不同点为，它不仅仅能够应用于稳态直流电流中，同时，高压发光二极管只要外接桥式整流器不需要内接桥式整流器，因此高压发光二极管也能够应用于交流环境，适用性较强，并且不需要设置内接桥式整流器的发光区域，因此使发光效率相对较高，耐用度也较佳。

高压发光二极管和传统的低压发光二极管在技术上最主要的差异有三点，沟槽(Trench)、绝缘层(Isolation)和导线互联(Interconnect)。而绝缘层(Isolation)和导线互联(Interconnect)的技术关键都是基于沟槽的结构。设置沟槽的目的在于将数颗的单芯片独立开来，因此，高压发光二极管的沟槽下方需要达到绝缘层，其深度依不同的外延结构而异，一般约在4～8um，沟槽宽度方面则无一定的限制，但是沟槽太宽代表着有效发光区域的减少，将影响高压LED的发光效率表现，因此需要合适的深宽比和沟壁角度，缩小制程线宽来增加发光效率，较缓的沟槽壁为侧壁沉积提供平台。

因此，对于上层的金属连线的良好连接以及侧壁沉积都需要平坦的表面，随着沟槽的深宽比不断增加，台阶状结构会使得薄膜连续性降低，从而在高电流和高电压下，降低了芯片的可靠性。然而，从现有的设计中发现导线互联都是采用的金属材料，金属材料的导线厚度都要在1um以上，才能够保证连续性，但在该厚度以上的金属材料却不具有透光性，特别如铝电极还具有高的电迁移性，故在高压驱动下，台阶拐角处易出现熔断导致芯片失效。所以采用金属导线互联减少了有效的出光面积，降低了芯片的稳定性。

实用新型内容