[发明专利]串联连接分段式发光二极管

说明书

背景技术

发光二极管(LED)是一种能够将电能转换成光的重要固态装置。这些装置的改善使其被应用在设计来取代传统白炽灯与荧光灯光源的照明灯具上。LED的寿命要长得多，并且在某些情况下，在将电能转换成光的效率方面明显比较高。

出于讨论的目的，LED可以被视为具有三层，活性层夹在其他两层之间。当来自外侧层的空穴与电子在该活性层内结合时，该活性层发光。通过电流通过LED来生成空穴与电子。在一种常见的配置中，通过位于顶层上方的电极以及提供电气连接至底层的触点来为LED供电。

LED的成本及其功率转换效率是决定这种新技术取代传统光源以及运用于高功率应用的比例的重要因素。LED的转换效率定义为LED在所期望光谱范围内所发射的光功率与光源所消耗的电功率的比率。所消耗的电功率取决于LED的转换效率，以及将AC电源转换成可以用于直接为LED管芯供电的DC源的电路所损耗的功率。未转换成光就离开LED的电功率，会转换成热，使得LED的温度上升。散热通常限制了LED运行的功率水平。此外，LED的转换效率随着电流增大而减小。因此，尽管通过增大电流来增大LED的光输出会增大总的光输出，不过通过这种策略电转换效率也会减小。此外，在高电流运行下LED的寿命也会缩短。最后，将电流传送至发光区域且位于该LED的高阻抗p型层内的导体，其内部阻抗耗损随着电流增大而快速增大。因此，LED具有最佳电流。

LED的驱动电压由用于制作该LED的材料来设定，对于GaN型LED来说该驱动电压通常是3伏特的等级。典型的光源需要多个LED，因为对许多应用来说，以最佳电流运行的单个LED无法生成足够的光。所述LED可以并联连接、串联连接或以并串联连接结合的方式进行连接。如果LED并联连接，驱动电压通常为3伏特等级的低驱动电压，而需要较高的电流。因此，串联连接是优选的以避免这种高电流配置固有的功率耗损。此外，如果电源的输出驱动电压接近AC电源振幅，则将大多数应用中使用的AC电源转换成驱动LED所需的DC源明显便宜许多。因此，优选的配置方式为所述LED串联连接以为阵列提供较高的驱动电压。

串联连接通过连接光源内个别LED的布线，或通过在绝缘衬底上制造每一LED与环绕的LED电隔离的LED阵列来提供。在上述后者串联连接方式中，运用光刻法，在隔离的LED之间提供串联连接电极。虽然第二方法具有降低封装成本的潜力，不过仅限于用在如下制造系统中：LED层生长于诸如蓝宝石的绝缘衬底上，使得能够通过在个别LED之间设置诸如往下延伸至衬底的沟槽等绝缘阻挡层来隔离个别LEDs。

在诸如硅晶圆的非绝缘衬底上制造LED具有显著的成本优势。传统生产线已经针对硅晶圆最佳化。此外，硅晶圆明显比蓝宝石晶圆便宜。最后，从硅晶圆切割个别光源的过程基本上比蓝宝石型系统中的对应切割过程来得容易。

因此，需要一种在硅晶圆或其他导电衬底上生成串联连接LED的方法。

发明内容

本发明包括一种光源以及制造所述光源的方法。所述光源包括发光结构，其接合至导电衬底。所述发光结构包括：具有第一导电类型半导体材料的第一层，其位于所述衬底上方；活性层，其位于所述第一层上方；以及具与所述第一导电类型相反的导电类型的半导体材料的第二层，其位于所述活性层上方。阻挡层将所述发光结构分成彼此电隔离的第一和第二区段。连接电极将所述第一区段中的所述第一层连接至所述第二区段中的所述第二层。镜子与所述区段中的每一区段中的所述第一层电接触，所述连接电极将所述第一区段中的所述镜子连接至所述第二区段中的所述第二层。所述衬底包括第一和第二隔离区，其将所述第一区段和第二区段中的所述镜子彼此电隔离。所述光源可以由沉积在硅衬底上的GaN半导体层(GaN半导体层包括AlInGaN的所有合金)构成。

附图说明

图1是光源的俯视图。

图2为图1所示光源的截面图。

图3-7示出制造根据一个实施例的光源的方式。

图8示出了在移除了生长衬底后，暴露的n面已经被蚀刻的实施例。

图9-13示出了根据另一实施例的串联连接光源的制造。

具体实施方式