[发明专利]高电压垂直结构半导体发光二极管

说明书

技术领域

本发明揭示一种高电压垂直结构半导体发光二极管(HV Vertical LED)，属于光电子技术领域。

背景技术

半导体发光二极管(LED)正在进入普通照明领域，高电压驱动的LED芯片已被推出到市场上。但是，现有的高电压半导体发光二极管中的每一个LED单元具有横向结构。横向结构LED单元的缺点是不能采用大电流驱动、发光效率低、电流拥塞(current crowding)、热阻大，等，因此需要一种高电压半导体发光二极管，可以采用大电流驱动，并且进一步提高发光效率和改善散热。

本发明揭示一种高电压垂直结构LED芯片，以克服上述的不足之处。

发明内容

本发明的高电压垂直结构LED芯片的一个实施例的结构如下：一个高电压垂直结构LED芯片包括，支持衬底和至少两个垂直结构LED单元，支持衬底的至少一个主表面上形成至少两片金属膜；垂直结构LED单元分别形成在金属膜上；垂直结构LED单元按照串联的方式电连接，使得垂直结构LED芯片可以承受高电压

高电压垂直结构LED芯片的一个实施例的结构包括：

(1)支持衬底。支持衬底包括：(A)绝缘支持衬底，或(B)带有通孔的绝缘支持衬底。绝缘支持衬底，包括，绝缘衬底和形成在其一个主表面上的多个互相电绝缘的金属膜。绝缘衬底包括，硅绝缘衬底、或陶瓷绝缘衬底、或石墨泡沫(Graphite foam)绝缘衬底、或一个主表面带有一层绝缘层的金属衬底。一个主表面带有一层绝缘层的金属衬底被定义为绝缘衬底的一种，其优势是导热优良。陶瓷绝缘衬底包括，氮化铝衬底，氧化铝衬底。带有通孔的绝缘支持衬底包括，绝缘衬底和形成在其中的多个通孔，通孔中填充金属栓；带有通孔的绝缘衬底的两个主表面中的每一个主表面上分别形成至少两个金属膜，形成在一个主表面上的两个金属膜与形成在另一个主表面上的相对应的两个金属膜通过通孔中的金属栓形成电连接。在第一个主表面上，形成至少两个金属膜；在第二个主表面上，只形成两个金属膜，这两个金属膜将与外界电源的正负电极相连接。

(2)至少两个互相串联的垂直结构LED单元。垂直结构LED单元包括，(A)半导体外延薄膜；半导体外延薄膜的结构包括，但不限于，第一类型限制层，活化层(active layer)，第二类型限制层。活化层形成在第一类型限制层和第二类型限制层之间。半导体外延薄膜设置在支持衬底的金属膜上。(B)钝化层；钝化层覆盖支持衬底、金属膜和半导体外延薄膜；在半导体外延薄膜的上方的钝化层上的预定的位置上形成窗口，使得半导体外延薄膜在窗口中暴露；在金属膜的上方的钝化层上的预定的位置上形成窗口，使得金属膜在窗口中暴露；(C)金属电极；金属电极通过窗口层叠在半导体外延薄膜上并向预定的相邻的垂直结构LED单元的金属膜延伸并通过在相邻的垂直结构LED单元的金属膜上的窗口与该金属膜形成电连接，使得两个相邻的垂直结构LED单元形成串联方式的电连接。一个个半导体外延薄膜、相应的钝化层和金属电极构成一个垂直结构LED单元。

半导体外延薄膜的第二类型限制层设置在支持衬底的金属膜上，设置的方法包括，键合和粘结。其中，设置可以是在晶圆水平(wafer level bonding)的设置，或在芯片(chip level flip chip bonding)水平的设置。键合的介质包括，金锡，银锡，金铟，金，等。粘结的介质包括，导电胶，焊膏(solder paste)。

一个实施例(图2a)：对于绝缘支持衬底，除了作为与外界电源相连接的打线焊盘的金属膜外，其他金属膜上都有设置的半导体外延薄膜。金属膜的数量大于半导体外延薄膜的数量。

一个实施例(图3b)：带有通孔的绝缘支持衬底的第一个主表面上形成三个金属膜；第二个主表面上形成两个金属膜，这两个金属膜与形成在第一个主表而上的相对应的两个金属膜通过通孔与其中的金属栓形成电连接；至少两个半导体外延薄膜分别形成在第一个主表面上的不同的金属膜上。金属膜的数量≥半导体外延薄膜的数量+1。

金属电极。通过钝化层在半导体外延薄膜的第一类型限制层上的窗口，金属电极层叠在该半导体外延薄膜的第一类型限制层上，并向相邻的另一金属膜延伸并通过另一金属膜上的窗口与该金属膜形成电连接。由于另一个半导体外延薄膜的第二类型限制层设置在该金属膜上，因而使得一个半导体外延薄膜的第一类型限制层与另一个半导体外延薄膜的第二类型限制层形成串联式的电连接，从而，两个垂直结构LED单元形成串联。采用同样方式，串联预定数量的垂直结构LED单元，使得可以承受更高的电压。