[发明专利]集成有混合传感器的LED芯片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管(LED)芯片，其中，混合传感器形成在氮化物基LED结构中。

背景技术

传感器的重要作用之一是检测源自生物的各种化学品或材料，诸如，各种离子的浓度、诸如氧气或者二氧化碳等气体的浓度。为了监测在我们周围环境中可能发生的水污染、空气污染等等，经常使用能够测量各种气体(诸如，CO、COx等等)、离子和湿度的传感器。在气体传感器的情况下，从约翰逊于1923年提出催化燃烧式起已经开发了众多的传感器。在半导体气体传感器的情况下，它们主要被分成电阻型传感器和非电阻型传感器，并且由于半导体气体传感器可以检测各种类型的气体，所以它们是非常有用的。

由于已使用诸如聚合物、半导体、陶瓷等的材料开发了具有优越性能的高技术元件，也开发了将湿度转换成电信号的形式的湿度传感器，并且具体地，转换湿度并输出阻抗、导电率、热导率、静电电容等的传感器。

将测量湿度的方法分成直接测量方法和间接测量方法。直接测量方法包括基于饱和、吸收或蒸发法的各种湿度计。间接测量方法包括评估水分吸收或光谱特性的方法，以及导电率、表面导电率、介电常数的变化、近红外吸收、扩散速度的压力差、电离电位的变化以及与其对应的参数等的测量。

虽然LED目前被广泛使用并且将它们的应用领域逐渐延伸到与亮度相关的特定范围中，但作为传感器的功能通过与以上描述的LED不相关的各个传感器执行。因此，在现有技术中未能发现传感器形成在与LED集成的结构中，并且尤其是，现在不存在用于以此结构测量特定污染物或测量温度或压力并且告知污染度的LED传感器。

发明内容

技术问题

因此，已作出本发明以提供一种氮化物基发光二极管(LED)，其可被用于在作为照明元件操作的LED的持续发光时通过感测周围环境的污染水平来确定周围环境是否被污染。

技术解决方案

根据本发明的一个方面，提供一种集成有混合传感器的LED芯片，LED芯片包括：蓝宝石衬底；n型半导体层，形成在衬底上；两个或更多LED单元，形成在n型半导体层上；p型电极，形成在LED单元的p型半导体层上，以及p型电极极板(electrode pad)，通过延伸p型电极形成在绝缘层上，该绝缘层形成在n型半导体层上；n型电极极板，面向彼此并且形成在在通过蚀刻移除绝缘层的区域中所暴露的n型半导体层的一部分上；n型极板对极板电极，在连接两侧上的n型电极极板的同时穿过中央部分；以及空白空间，形成在n型极板对极板电极(n型电极极板连接单元或混合电极)之下。

本发明的LED芯片可包括与在连接两侧上的极板电极的n型电极极板连接单元以下具有空气间隙的混合传感器连接的输出装置。在这一点上，用于显示电流值的变化的装置可以是输出装置。此外，作为显示装置工作的安培表可以是模拟型的装置或数字型装置并且可以在小于预定电流值或大于预定电流值的值处闪烁的方式操作，并且可以应用不同于上述输出装置的一个或多个输出设备。

在本发明的LED芯片中，当在连接两侧的极板电极的连接单元下方具有空白空间(empty space)的混合传感器被特定污染物损坏时，由于一定的变化被传送至与电极连接的输出装置，所以能够感测到污染。变化可以是电流值的变化或者电流变化率的增加或减少。

在本发明的LED芯片中，当在连接两侧的n型电极极板的n型极板电极连接单元(n型混合电极)下方具有空白空间的混合传感器受到特定污染物损坏时，一定的变化被传送至与其连接的输出装置，并且同时，用作照明元件的LED芯片(例如，由图中由六个单元构成)由于进入下面半导体层的电流的流动被保持而进行发光。

在本发明的LED芯片中，包括连接两侧的极板电极的n型极板电极连接单元(n型混合电极)的混合传感器在混合传感器下方具有空白空间。这种n型混合电极可以包括对化学气体(诸如，神经毒气、无色气体和无味气体)、特定环境污染气体(HCl、H2SO4、硝酸、HF和王水)、一般环境污染物等起反应的一种或多种金属(Al、Au、Sn、Ni、Cr等)。

本发明的LED芯片在n型电极极板连接单元上方具有空间，这是因为n型电极极板连接单元的顶部低于n型极板电极或p型极板电极的高度。因为，空白空间由于此构造而形成在n型电极极板连接单元的上方和下方，所以有助于流动包含污染物的空气。