專利名稱：高電壓低電流表面發(fā)射led的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管(LED)芯片，并且具體來說涉及具有互連的多個串聯(lián)結(jié)的 LED芯片以便為高電壓和低電流工作創(chuàng)造條件。
背景技術：
發(fā)光二極管(LED或LEDs)是將電能轉(zhuǎn)換為光的固態(tài)器件，并且通常包括夾在相反的摻雜層之間的一個或多個半導體材料有源層。當跨摻雜層施加偏壓時，空穴和電子被注入該有源層中，所述空穴和電子在該有源層重新組合以產(chǎn)生光。光從該有源層并且從LED 的所有表面發(fā)出。
為了在電路或其它類似布置中使用LED芯片，已知的是將LED芯片密封在封裝中以提供環(huán)境和/或機械保護、顏色選擇、光聚焦等。LED封裝還可以包括用于將LED封裝電連接到外部電路的電引線、觸點或跡線。圖1示出常規(guī)LED封裝，該封裝通常包括通過焊接粘合劑或?qū)щ姯h(huán)氧樹脂安裝在反射杯13上的單個LED芯片12。一根或多根焊線(wire bond) 11將LED芯片12的歐姆觸點連接到引線15A和/或15B，引線15A和/或15B可以附接到反射杯13或與其集成。反射杯13可以填充有密封劑材料16，該密封劑材料可以含有諸如磷光體的波長轉(zhuǎn)換材料。由LED以第一波長發(fā)出的光可以被所述磷光體吸收，所述磷光體可以響應地發(fā)射第二波長的光。整個組件隨后被密封在清潔保護樹脂14中，所述清潔保護樹脂可以被模制成在LED芯片12上方的透鏡形狀。
圖2示出另一個常規(guī)LED封裝20，該封裝可以更適用于會產(chǎn)生更多熱量的高功率工作。在LED封裝20中，一個或多個LED芯片22被安裝到如印刷電路板(PCB)載體、襯底或子基板(submount) 23的載體上。反射器24可以包括在子基板23上，圍繞一個或多個 LED芯片22并將LED芯片22所發(fā)出的光反射離開封裝20?？梢允褂貌煌姆瓷淦鳎T如金屬反射器、全向反射器(OCR)和分布式的Bragg反射器(DBR)。反射器24還可以向LED 芯片22提供機械保護。在LED芯片22上的歐姆觸點與子基板23上的電跡線25A、25B之間進行一個或多個焊線連接。所安裝的LED芯片22隨后由密封劑26覆蓋，所述密封劑可以對這些芯片提供環(huán)境和機械保護，同時也用作透鏡。金屬反射器24通常通過焊接或環(huán)氧樹脂粘合劑附接到載體。
用于固態(tài)照明應用的許多LED部件試圖通過在對于單獨的LED來說盡可能高的電流和典型的低電壓下操作單個LED芯片來實現(xiàn)高的光輸出。圖3和圖4示出購自CREE Inc.的在EZ700 LED產(chǎn)品代號下的一個市售LED 30。所述LED包括單個LED結(jié)32以及其頂端上的電流擴散結(jié)構(gòu)34，以將電流從頂部觸點36擴散。也可以包括電流擴散層。這些類型的單結(jié)LED芯片的具體電壓水平可以取決于用于LED的具體材料系統(tǒng)和基于結(jié)電壓所必需的電壓。例如，一些基于第III族氮化物的LED可以具有2. 5至3. 5伏特范圍的結(jié)電壓，并且可以通過施加升高的電流水平來獲得用于這些LED的增加的光通量。這種方法的一個缺點在于在系統(tǒng)級別上高電流工作使得相對昂貴的驅(qū)動器必需化來為這些部件提供恒定DC電流源。另外，能夠施加到這些LED芯片的電流水平可能存在限制，并且如果該單個結(jié)故障，那么芯片可能不可用?？梢酝ㄟ^將幾個LED封裝安裝到單個電路板上來在組件級別上實現(xiàn)較高的光輸出。圖5示出一種這樣分布的集成LED封裝陣列50的截面圖，該陣列包括安裝到襯底/子基板54上以實現(xiàn)較高光通量的多個LED封裝52。典型的陣列包括許多LED封裝，而圖5為了便于理解和說明僅示出兩個?？商鎿Q地，通過利用空腔陣列提供了較高的通量成分，其中單個LED芯片安裝在每個空腔中。(例如，由Lamina Inc.提供的TitanTurbo LED光引擎)。這種多LED部件布置也可以通過在電路板級別上將適合的額定電流的多個LED封裝串聯(lián)組裝來為在高電壓和低電流下工作創(chuàng)造條件。在高電壓和低電流下驅(qū)動固態(tài)照明部件可以保證較低成本的驅(qū)動器解決方案，并且最終降低系統(tǒng)成本。然而，多個單獨部件的高成本可能超過對于這些解決方案來說較低的驅(qū)動器成本。這些LED陣列解決方案可能沒有需要的緊湊，因為它們保證了在相鄰LED封裝和空腔之間的擴展的非發(fā)光“無效空間”。這種無效空間保證了較大器件，并且可能限制通過單個緊湊光學元件(如準直透鏡或反射器)將輸出束成形為特定角分布的能力。這使得難以提供在現(xiàn)有燈的形狀系數(shù)或甚至更小的形狀系數(shù)內(nèi)保證定向或準直光輸出的固態(tài)照明燈具的構(gòu)造。這可能在提供并入有傳遞來自小光源的1000流明和較高范圍的光通量水平的LED部件的緊湊型LED燈結(jié)構(gòu)方面存在挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的LED芯片的一個實施例包括在子基板上的多個子LED。包括導電和電絕緣特征，這些特征將子LED串聯(lián)互連，從而使得施加到所述串聯(lián)互連的子LED的電信號沿所述導電特征擴散到所述 串聯(lián)互連的子LED。包括被布置成將子LED之一耦接到子基板的通路。根據(jù)本發(fā)明的LED芯片的另一個實施例包括安裝在子基板上的多個子LED。包括將子LED與絕緣特征串聯(lián)互連的連接跡線，以將子LED的部分與連接跡線絕緣。通路被布置成為電信號從子LED中的一個子LED穿過子基板創(chuàng)造條件。根據(jù)本發(fā)明的LED芯片的又一個實施例包括子基板上的多個子LED。將子LED中的至少一些子LED串聯(lián)互連的多個導電特征，其中子LED中的兩個子LED通過導電特征中的多于一個的導電特征來電互連。所述導電特征中的每一個導電特征能夠在子LED中的兩個子LED之間擴散電信號。根據(jù)本發(fā)明的LED芯片的另一個實施例包括子基板上的多個子LED，其中多個導電路徑將子LED中的至少一些子LED串聯(lián)連接。所述串聯(lián)連接的子LED中的相鄰子LED通過導電路徑中的多于一個的導電路徑連接。本發(fā)明的這些和其它方面和優(yōu)點將根據(jù)以下詳細描述和附圖變得顯而易見，附圖通過舉例圖示了本發(fā)明的特征。


圖1示出現(xiàn)有技術LED封裝的截面 圖2示出另一個現(xiàn)有技術LED封裝的截面 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的現(xiàn)有技術LED芯片的頂視 圖4是圖3中的LED芯片的側(cè)視 圖5是根據(jù)本發(fā)明的現(xiàn)有技術LED封裝的截面 圖6是根據(jù)本發(fā)明的LED芯片的一個實施例的頂視 圖7是沿截面線7-7獲得的圖6的LED芯片的截面 圖8是示出圖6中的LED芯片中的互連的示意 圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的LED芯片的另一實施例之間的互連的示意 圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的LED芯片的另一實施例之間的互連的示意 圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的LED芯片的另一實施例之間的互連的示意 圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的LED芯片的另一實施例之間的互連的示意 圖13是根據(jù)本發(fā)明的單片LD芯片的另一實施例的截面 圖14是根據(jù)本發(fā)明的單片LED芯片的另一實施例的截面 圖15是根據(jù)本發(fā)明的單片LED芯片的另一實施例的截面 圖16是根據(jù)本發(fā)明的單片LED芯片的又一實施例的截面 圖17是使用通路的根據(jù)本發(fā)明的單片LED芯片的實施例的截面 圖18是使用通路的根據(jù)本發(fā)明的單片LED芯片的另一實施例的截面 圖19是根據(jù)本發(fā)明的LED芯片的頂視圖；以及 圖20是根據(jù)本發(fā)明的另一 LED芯片的頂視圖。
具體實施例方式本發(fā)明包括具有安裝到襯底/子基板(“子基板”)上以產(chǎn)生單個緊湊型光源元件的多個LED結(jié)或子LED的單片LED芯片或部件。如本申請中所使用，單片是指其中發(fā)射極被安裝在一個襯底或子基板上的LED芯片。根據(jù)本發(fā)明，結(jié)或子LED中的至少一些被布置在子基板上，其中不同的實施例提供多個串聯(lián)互連，或者串聯(lián)/并聯(lián)互連的組合。根據(jù)本發(fā)明的LED芯片可以發(fā)出不同顏色的光，其中一些實施例發(fā)出白光。在一個實施例中，提供與常規(guī)高輸出單結(jié)LED具有相同尺寸或覆蓋區(qū)(footprint)的LED芯片，常規(guī)高輸出單結(jié)LED使用低電壓和高電流工作來提供高光通量工作。這種類型的常規(guī)LED芯片的有效區(qū)域基本上覆蓋其子基板。根據(jù)本發(fā)明，使用不同方法(如標準蝕刻、光刻法或離子注入)將這個區(qū)域分成多個結(jié)或子LED (“子LED”)?？梢蕴峁щ娀ミB和絕緣特征的組合以將子LED串聯(lián)互連在子基板上。由于以高AC電壓提供電力， 所以從輸電網(wǎng)操作常規(guī)的單結(jié)LED和LED照明系統(tǒng)需要某些類型的變壓器和轉(zhuǎn)換器電路，這可能是昂貴的、笨重的并且有損耗的。本發(fā)明提供了新穎的LED芯片架構(gòu)，其被設計成在高電壓和低電流工作而不是現(xiàn)有的低電壓和高電流配置。等效的總體LED性能可以得到維持，而同時維持了 LED芯片的總體尺寸和對接觸LED芯片的要求。通過將現(xiàn)有單結(jié)LED芯片的功能元件并入到每個子LED和其結(jié)中來實現(xiàn)等效性能。通過將單獨的子LED串聯(lián)連接在用于單結(jié)LED芯片的相同子基板上來實現(xiàn)高電壓和低電流工作。優(yōu)選地，單獨子LED被密集地封裝以便最大化給定芯片覆蓋區(qū)的有效發(fā)射區(qū)域。在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，每個制造水平的臨界尺寸之間的對齊公差是2 um或更小，以使得在相鄰結(jié)之間幾乎不浪費有效面積。
子LED的數(shù)量可以被調(diào)整或定制以符合可用的電壓水平，或者電壓水平可以被調(diào)整以符合子LED所提供的結(jié)的數(shù)量。取決于可用的工作電壓，子基板上的子LED的數(shù)量可以小到三個或者為數(shù)百個?？梢酝ㄟ^選擇每個芯片的適當數(shù)量和大小的子LED來為最終應用調(diào)整LED芯片工作電壓。例如，以50伏特和22 mA工作的16X225 μ mX 225 μ m的多個子LED器件(例如，具有15個子LED)可以與以3V和350mA工作的類似大小的單結(jié)器件相同的輸出特性工作。
本發(fā)明可以用以制造具有與許多可購得的單結(jié)LED芯片的大小和覆蓋區(qū)基本上相同的許多不同LED芯片，單結(jié)LED芯片該諸如為可從Cree Inc.購得的EZ Bright EZ700 和EZlOOO LED芯片。EZ700可以具有約680 X 680 μ m的芯片面積和約650 X 650 μ m的有效結(jié)面積。EX1000 LED芯片可以具有約980 X 980 μ m的芯片面積和約950 X 950 μ m的有效結(jié)面積。這兩種芯片都在商業(yè)上提供有單結(jié)，并且根據(jù)本發(fā)明，這種單結(jié)布置可以被替代提供為隨后可以串聯(lián)互連的多個子LED。
可以簡單地通過在保持相同的制造工藝的同時改變用于形成子LED和導電互連的制造掩膜布局來實現(xiàn)不同數(shù)量的子LED和所得的目標工作電壓和電流。例如，根據(jù)本發(fā)明的單片LED芯片可以具有20個串聯(lián)連接的子LED。用于每個子LED的不同材料系統(tǒng)可以呈現(xiàn)出不同的子LED結(jié)電壓。對于第III族氮化物子LED來說，可以使用約60伏(或每個結(jié)3伏)的驅(qū)動電壓，同時工作電流為約20 mA。在使用約150伏(峰到谷)的美國輸電網(wǎng)功率的其它應用中，單片LED芯片可以包括每個結(jié)3伏的50個串聯(lián)連接的子LED。對于超過約350伏(峰到谷)的歐洲輸電網(wǎng)功率，單片芯片可以包括超過100個串聯(lián)連接的子LED。 高電壓和低電流LED芯片為更有效的驅(qū)動器電路在高功率照明系統(tǒng)中的使用創(chuàng)造條件。
根據(jù)本發(fā)明的單片LED芯片的不同實施例還可以包括單個子基板上的多于一組的串聯(lián)連接的子LED。這可以取決于每個串聯(lián)連接串中的子LED的數(shù)量，要求將相同或不同水平的兩個電壓施加到子基板上來驅(qū)動串聯(lián)連接的子LED。其它實施例可以包括串聯(lián)和并聯(lián)互連的子LED的不同組合。在其它實施例中，LED芯片可以具備已經(jīng)蝕刻好的子LED，并且可以基于串聯(lián)互連的子LED的數(shù)量來確定工作電壓。這為提供具有標準數(shù)量的子LED的標準LED芯片創(chuàng)造條件，其中具有不同互連的LED芯片串聯(lián)連接到一些或所有子LED以實現(xiàn)所需要的工作電壓。然而，這種方法可能導致在LED芯片上并不使用所有的子LED。
根據(jù)本發(fā)明的實施例與常規(guī)LED芯片架構(gòu)和技術在許多方面不同。本發(fā)明考慮到將單結(jié)LED分為在單片表面發(fā)射芯片上的兩個或更多個的串聯(lián)連接的子LED。每個子LED 可以通過導電與電絕緣層和特征的不同組合與其它子LED電絕緣(除軌跡之外)。在不同的實施例中，這種絕緣也可能要求將電絕緣層插入到結(jié)與導電子基板或背側(cè)噴涂金屬之間， 并且建立各自的與每個結(jié)的歐姆接觸。
多結(jié)設計的另一個 優(yōu)點在于工藝成品率(每個晶圓的良好小片)可能由于其固有的缺陷容忍而增加。雖然單個短路結(jié)缺陷會使單結(jié)器件故障，但是多結(jié)器件中的結(jié)之一上的相同的短路缺陷僅會使個別結(jié)故障。電信號會通過有缺陷的結(jié)，并且盡管所述有缺陷的結(jié)不會發(fā)光，但是剩余的結(jié)會正常工作。所有其它方面是相同的，本發(fā)明所允許的較高成品率可以將LED照明的成本以每美元流明為基礎降低。另外，與用以在系統(tǒng)水平(例如，燈泡)實現(xiàn)高電壓/低電流工作的串聯(lián)成串的多個小LED芯片或LED封裝的替代物相比，本發(fā)明通過使發(fā)射結(jié)更緊密來為顯著更小的源大小創(chuàng)造條件。這導致更緊密地類似于點源的源，從而為控制輻射圖案的次級光學設計的更有效性和靈活性創(chuàng)造條件。另一個優(yōu)點在于通過使用功率信號來驅(qū)動更接近常規(guī)輸電網(wǎng)功率的單片芯片，可以降低轉(zhuǎn)換輸電網(wǎng)功率的損耗。根據(jù)本發(fā)明的不同實施例可以由于僅降低了轉(zhuǎn)換損耗而導致系統(tǒng)工作效率的高達7%的增加。本發(fā)明還為減小轉(zhuǎn)換驅(qū)動電路的大小創(chuàng)造條件，這又減小了發(fā)射極封裝或固態(tài)照明封裝的總體大小。本發(fā)明可以用在LED芯片級別以用串聯(lián)連接的多結(jié)LED芯片取代單結(jié)LED芯片?？商鎿Q地，本發(fā)明可以應用于較大面積的應用，如在晶圓級別或者在晶圓的部分處形成串聯(lián)連接的多個LED、子LED或結(jié)。面積的量可以取決于不同的因素，如所需要的工作電壓和將由不同結(jié)覆蓋的面積。本發(fā)明的不同實施例還可以在LED芯片級別具有覆蓋子基板或晶圓的不同面積的子LED。本文參考某些實施例描述了本發(fā)明，但是將理解的是，本發(fā)明可以用許多不同的形式來實施并且不應被解釋為限于本文闡釋的實施例。具體來說，以下就成不同構(gòu)造的多個串聯(lián)連接的子LED來描述本發(fā)明，但是將理解的是，可以以許多其它構(gòu)造來使用本發(fā)明。子LED和不同的部件可以具有與所展示的子LED和不同的部件不同的形狀和大小，并且在陣列中可以包括不同數(shù)量的子LED。子LED中的一些或所有子LED可以涂覆有可以包括載有磷的黏合劑(“磷/黏合劑涂層”)的向下轉(zhuǎn)換涂層。還將理解的是，當如層、區(qū)域或襯底的元件本稱為在另一個元件“上”時，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在中間元件。另外，如“內(nèi)”、“外”、“上部”、“上方”、“下部”、“下方”和“下”的相對術語以及類似術語可以在本文用以描述一個層或另一個區(qū)域的關系。將理解的是，這些術語意圖涵蓋除了圖中所描繪的定向之外的器件的不同定向。盡管術語第一、第二等可以在本文用以描述各種元件、部件、區(qū)域、層和/或區(qū)段，但是這些元件、部件、區(qū)域、層和/或區(qū)段不應受到這些術語限制。這些術語僅用以將一個元件、部件、區(qū)域、層或區(qū)段與另一個區(qū)域、層或區(qū)段區(qū)別開來。因此，在不脫離本發(fā)明的教導的情況下，以下論述的第一元件、部件、區(qū)域、層或區(qū)段可以被稱為第二元件、部件、區(qū)域、層或區(qū)段。本文參考橫截面示來描述本發(fā)明的實施例，所述橫截面示是本發(fā)明的實施例的示意性圖示。這樣，層的實際厚度可以是不同的，并且預期由于例如制造技術和/或公差而導致的與所述圖示的形狀的不同。本發(fā)明的實施例不應被解釋為限于本文圖示的區(qū)域的具體形狀，而是要包括由例如制造導致的形狀的偏離。圖示或描述為正方形或矩形的區(qū)域通常將由于正常的制造公差而具有圓形或弧形的特征。因此，圖中所圖示的區(qū)域本質(zhì)上是示意性的，并且其形狀并不意示器件的區(qū)域的精確形狀并且并不意圖限制本發(fā)明的范圍。 圖6和圖7示出根據(jù)本發(fā)明的高電壓和低電流的單片LED芯片60的一個實施例，所述芯片包括安裝在子基板64上的多個串聯(lián)連接的子LED 62a-c。將理解的是，在其它實施例中，子基板64可以包括用于LED芯片60的生長襯底。這個實施例是針對單片LED芯片60，所述芯片是被用于代替單結(jié)LED芯片(例如，如圖3和圖4中所示)，其具有基本上覆蓋子基板64的有效區(qū)域。多個串聯(lián)連接的子LED 62a-c被布置成覆蓋單結(jié)LED的相同表面區(qū)域或覆蓋區(qū)，除了有效區(qū)域的某些部分可以被去除以分隔子LED 62a-c,并且為子LED 62a-c的串聯(lián)互連創(chuàng)造條件。盡管僅示出了三個子LED 62a_c，但是將理解的是，取決于如所需要的工作電壓的不同因素，可以包括兩個或更多個子LED。如上所述，本發(fā)明和本文所描述的實施例同樣適用于較大面積的布置，如在晶圓級別或晶圓的部分。
圖8示出在LED芯片60的子LED 62a_c之間的串聯(lián)互連的一個實施例的示意圖。 如上所述，可以不同的串聯(lián)和并聯(lián)互連來提供更多的LED芯片。圖9示出根據(jù)本發(fā)明的具有多于三個的串聯(lián)連接的子LED 92的LED芯片90的另一實施例的示意圖。圖10示出根據(jù)本發(fā)明的具有并聯(lián)連接在單個輸入和輸出接觸點95a、95b之間的子LED芯片94的兩個串聯(lián)連接串的LED芯片93的另一實施例的示意圖。圖11示出根據(jù)本發(fā)明的LED芯片96 的另一實施例的示意圖，該LED芯片96包括子LED 98的兩個串聯(lián)連接串，這兩個串具有其各自的輸入和輸出接觸點99a、99b。圖12示出根據(jù)本發(fā)明的LED芯片100的又一實施例的示意圖，LED芯片100具有被串聯(lián)連接在輸入和輸出接觸點104、106之間的并聯(lián)連接的子 LED電路102。這種布置可以提供容錯互連，其中如果并聯(lián)電路中的子LED中的一個子LED 故障，那么剩余的子LED可以繼續(xù)發(fā)光。這些僅是可以提供在根據(jù)本發(fā)明的LED芯片中的許多不同串聯(lián)和并聯(lián)布置中的一些。在以上實施例中，例如，每個子LED可以包括其自己的子LED的串聯(lián)或并聯(lián)電路，或者子LED的任何串聯(lián)/并聯(lián)電路組合。
再次參考圖6和圖7，子LED 62a_c中的每一個子LED可以具有與覆蓋整個子基板64的單結(jié)LED類似的特征和特性。子LED 62a_c可以具有以不同方式布置的許多不同的半導體層。包括LED和子LED 62a-c的層的制造和操作通常是本領域已知的，并且在本文僅簡要論述。子LED 62a-c的層可以使用已知工藝來制造，其中適合的制造工藝使用金屬有機化學氣相沉積(M0CVD)。子LED 62a-c的層通常包括夾在第一和第二相反的摻雜外延層之間的有源層/區(qū)域，所有外延層是被連續(xù)地形成在生長襯底上。
將理解的是，在子LED 62a-c的每個子LED中還可以包括額外的層和元件，包括但不限于緩沖、成核、接觸和電流擴散層以及光提取層和元件。還將理解的是，相反摻雜的層可以包括多個層和子層以及超晶格結(jié)構(gòu)和內(nèi)層。有源區(qū)域可以包括單量子阱(SQW)、多量子阱(MQW)、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)或超晶格結(jié)構(gòu)。層的順序可以是不同的，并且在所示的實施例中，第一或底部外延層可以是η型摻雜層并且第二或頂部外延層可以是P型摻雜層，然而在其它實施例中，第一層可以是P型摻雜的而第二層可以是η型摻雜的。P型層是底部層的實施例通常與倒裝式安裝在子基板64上的子LED相對應。在倒裝式實施例中，將理解的是，頂部層可以是生長襯底，并且在不同的實施例中，生長襯底中的所有或一部分可以被去除。在生長襯底被去除的那些實施例中，η型摻雜層被暴露作為頂表面。在其它實施例中，生長襯底的部分可以被留在子LED 62a-c上，并且在一些實施例中，可以被成形或紋理化以增強光提取。
子LED 62a-c的層可`以由不同材料系統(tǒng)制造，其中優(yōu)選的材料系統(tǒng)是基于第III 族氮化物的材料系統(tǒng)。第III族氮化物是指形成在氮與元素周期表的第III族中的元素 (通常是鋁(Al)、鎵(Ga)和銦(In))之間的那些半導體化合物。該術語還指諸如氮化鋁鎵 (AlGaN)和氮化鋁銦鎵(AlInGaN)的三元和四元化合物。在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中， η型和P型層是氮化鎵(GaN)，并且有源區(qū)域是InGaN，但是將理解的是，這些實施例可以包括具有不同成分的額外層，如AlGaN緩沖層、具有GaN/InGaN層的超晶格結(jié)構(gòu)和包括AlGaN的蓋層。在替代性實施例中，η型和P型層可以是AlGaN、砷化鋁鎵(AlGaAs)或砷磷化鋁鎵銦(AlGalnAsP)。第III族氮化物材料系統(tǒng)的不同成分可以具有不同的結(jié)電壓，如在2. 5至3. 5伏的范圍中。子LED生長襯底(未示出)可以與如藍寶石、硅、碳化硅、氮化鋁(AIN)、GaN的許多材料制成，其中適合的襯底為碳化硅的4H多型體，然而也可以使用其它碳化硅多型體，包括3C、6H和15R多型體。碳化硅具有某些優(yōu)點，如相對于藍寶石來說與第III族氮化物的更緊密的晶格匹配，并且導致更高質(zhì)量的第III族氮化物膜。碳化硅還具有非常高的導熱性，從而使得碳化硅上的第III族氮化物器件的總輸出功率不受到襯底的熱耗散限制(如可以是利用形成在藍寶石上的一些器件的情況)。SiC襯底可從北卡羅萊納州的Durham的Cree Research Inc.獲得，并且在科學文獻以及美國專利號Re 34，861 ;4，946，547以及5，200，022中闡釋了用于制造該襯底的方法。子LED 62a_c中的每個子LED可以具有第一和第二觸點，并且在所示的實施例中，子LED 62a-c具有垂直幾何形狀。如下文所述，可以在子LED 62a_c的頂表面上和其底表面上接觸子LED 62a-c，如在常規(guī)垂直幾何形狀器件中的那樣。如下文在其它實施例中進一步描述的那樣，本發(fā)明也可以與具有水平幾何形狀的LED —起使用，其中可以從子LED的一側(cè)或一個表面(而不是如垂直幾何形狀的情況的頂表面和底表面)接觸子LED。第一和第二觸點可以包括許多不同的材料，如金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)、銦(In)、鋁(Al)、銀(Ag)或其組合。其它實施例可以包括導電氧化物和透明導電氧化物，如氧化銦錫、氧化鎳、氧化鋅、氧化鎘錫、鈦鶴鎳、氧化銦、氧化錫、氧化猛、ZnGa2O4^ Zn02/Sb、Ga203/Sn、Agln02/Sn、Ιη203/Ζη、CuAlO2, LaCuOS, CuGaO2和 SrCu202。所使用的材料的選擇可以取決于觸點的位置以及所需要的電特性，如透明度、結(jié)電阻率和薄層電阻。子LED 62a-c的一些實施例可以具有其它特征和基于第III族氮化物的子LED，例如，可以具有其它特征以輔助擴散來自觸點的電流。這尤其適用于將電流擴散到P型第III族氮化物中，并且電流擴散結(jié)構(gòu)可以包括覆蓋一些或整個P型層的薄的半透明電流擴散層。這些層可以包括不同的材料，所述材料包括但不限于如鉬(Pt)的金屬或如氧化銦錫(ITO)的透明導電氧化物。如上所述，示出的實施例中的子LED 62a_c被倒裝式安裝到子基板64。這可以發(fā)生在晶圓級別或在芯片級別。對于晶圓級別的倒裝式安裝來說，可以使用多種晶圓結(jié)合技術，并且在所示的實施例中，在子LED 62a-c與子基板64之間包括金屬結(jié)合堆68，其中金屬結(jié)合堆68的一個或多個層在子LED 62a-c上，并且一個或多個層在子基板64上。當子LED 62a-c被倒裝式安裝到子基板64時，來自子LED 62a_c的金屬層與來自子基板64的金屬層相接觸。施加足夠的熱以使得金屬層結(jié)合在一起，并且在去除了熱之后，子LED 62a-c由金屬結(jié)合堆68保持到子基板64。結(jié)合堆層可以由不同材料制成，如N1、Au和Sn，或者其組合。在晶圓級別結(jié)合之后，LED芯片60可以從晶圓單個化。將理解的是，這種倒裝式結(jié)合也可以發(fā)生在LED芯片級別或者在晶圓級別的部分上。子基板64可以由許多不同的材料形成，如硅、陶瓷、氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、藍寶石或如聚酰胺(polymide)和聚酯等的聚合物材料。在其它實施例中，子基板64可以包括高反射性的材料，諸如反射性陶瓷、如銀的電介質(zhì)或金屬反射體，以增強從部件的光提取。在其它實施例中，子基板64可以包括印刷電路板(PCB)或任何其它適合的材料，如可從Minn的Chanhassen的Bergquist公司購得的T覆蓋的熱覆蓋絕緣襯底材料。對于PCB實施例來說，可以使用不同的PCB類型，如標準FR-4金屬核PCB或任何其它類型的印刷電路板。
如上所述，在常規(guī)的低電壓和高電流單結(jié)LED芯片中，LED有源層可以是跨全部或大部分子基板64連續(xù)的，以提供單結(jié)的單個LED。在一些實施例中，在幫助電流擴散結(jié)構(gòu)和特征的幫助下隨后將電信號施加到單個LED。在LED芯片60中，單結(jié)LED芯片可以被分隔成在絕緣層70 (下文描述)上的多個子LED 62a-c?？梢允褂迷S多不同的方法來實現(xiàn)這種分隔，并且在一個實施例中，可以使用已知的蝕刻技術來蝕刻掉連續(xù)LED層的部分，以在子LED 62a-c之間提供物理分隔。在其它實施例中，可以使用已知的光刻技術來去除部分。 在一個實施例中，將摻雜層和LED有源區(qū)域的部分向下蝕刻到絕緣體70以在相鄰的LED 62a-c之間形成開放區(qū)域。在其它實施例中，子LED可以在安裝到子基板64上之前與單結(jié) LED分隔。
將理解的是，較大數(shù)量的子LED 62a_c導致形成在子LED之間的較大數(shù)量的開口。 利用每個開口，發(fā)射有效區(qū)域的一部分被去除，以使得與覆蓋相同區(qū)域的單結(jié)器件相比，對于LED芯片來說可能存在較少的有效區(qū)域。在較大數(shù)量的子LED的情況下，通常存在有效發(fā)射區(qū)域的相應減少。這種有效發(fā)射區(qū)域的減少可以導致電流密度的相應增加和從LED芯片的光發(fā)射的減少。有效發(fā)射區(qū)域減少得越多，有效區(qū)域利用率(即，子LED器件的有效區(qū)域與LED覆蓋區(qū)的比)越小。為了最小化發(fā)射區(qū)域的這種減少，子LED之間的對齊公差應盡可能地小，以使得子LED之間去除的有效區(qū)域的量盡可能地小。子LED之間的對齊公差應小于5微米，其中優(yōu)選的公差為小于2微米。有效區(qū)域利用率應大于50%，其中適合的實施例具有大于75%的有效區(qū)域利用率。
在所示的實施例中，子LED 62a-c被串聯(lián)連接，以使得施加到第一子LED 62a的信號流通到剩余的串聯(lián)連接的子LED 62b、62c。為了為這種類型的串聯(lián)連接創(chuàng)造條件，子LED 62a-c與以下導電特征(如金屬粘合堆68)電絕緣。在其它實施例中，子基板64也可以是導電的，以使得LED 62a-c也應與子基板64絕緣。為了提供這種電絕緣，可以在子LED 62a_c 與金屬粘合堆68以及下文的子基板64之間包括襯底絕緣層70?？梢允褂贸Ｒ?guī)方法將襯底絕緣層70沉積在子LED 62a-c上，并且可以在將子LED 62a_c倒裝式安裝在子基板64上之前并且在沉積金屬粘合堆68之前沉積襯底絕緣層70。絕緣層70可以由許多不同的絕緣材料制成，所述絕緣材料包括但不限于氮化硅(SiN)、氮化鋁(A1N)、二氧化硅(SiO2)、二氧化鈦(TiO2)或氧化鋁(Al2O3X在一些實施例中，絕緣層70也可以用作蝕刻停止層，所述蝕刻停止層用于用以將單個LED結(jié)分隔成多個子LED的蝕刻。
絕緣層70可以具有許多不同的厚度，其中所述厚度足以承受施加到串聯(lián)連接的子LED 62a-c的電壓。例如，對于LED芯片實施例來說，使50伏施加到其子LED的實施例可以具有1,000至10，000埃(A)的 SiN絕緣層厚度。然而，將理解的是，絕緣層也可以具有許多不同的厚度。較厚的層可以提供補償在沉積期間形成在絕緣層中的小的制造缺陷的額外優(yōu)點。然而，較厚的層還可以降低LED芯片將熱從子LED擴散到子基板的能力。因此，當確定特定LED芯片的最佳厚度時， 在缺陷容忍與熱耗散之間存在折中。
包括導電的底部接觸層72a_c，其中每個接觸層存在于子LED 62a_c中的各自的子LED與絕緣層70之間。底部接觸72a-c中的每一個都包括導電材料以將電流擴散到子LED 62a-c的每個子LED的底部層，其中適合的材料是以上列出的用于第一和第二觸點的材料?？梢允褂靡阎募夹g(如派射或電子束(ebeam)技術)來制造底部接觸層72a_c。
子LED 62a-c中的一些或所有子LED可以涂覆有一種或多種磷光體，其中所述磷光體吸收LED光中的至少一些光并發(fā)射不同波長的光，使得LED發(fā)射來自LED和磷光體的光的組合。這個涂層可以在如上所述的將子LED 62a-c與單結(jié)分隔之后被施加到所述子LED。根據(jù)本發(fā)明的不同實施例包括發(fā)射白光的子LED，所述發(fā)射白光的子LED發(fā)射藍色波長頻譜中的光，其中磷光體吸收藍光中的一些并且再次發(fā)射黃光。子LED 62a-c發(fā)射藍光與黃光的白光組合。在一個實施例中，磷光體包括可購得的YAG:Ce，然而使用由基于 (Gd, Y) 3 (Al, Ga)5012:Ce系統(tǒng)(如Y3Al5O12 = Ce(YAG))的磷光體制成的轉(zhuǎn)換顆粒進行全范圍的寬黃光頻譜發(fā)射是可能的?？梢杂糜诎l(fā)射白光的LED芯片的其它黃色磷光體包括Tb3_xREx O12: Ce (TAG) ; RE=Y, Gd, La, Lu ;或者 Sr2_x_yBaxCaySiO4:Eu。
將理解的是，不同的子LED 62a_c可以涂覆有不同類型的磷光體來吸收LED光并發(fā)射不同顏色的光。例如，可以使用不同的黃色、綠色或紅色磷光體，所述磷光體展示藍色和/或UV發(fā)射光譜中的激勵。這些磷光體中的多種磷光體提供所需要的峰值發(fā)射，具有有效的光轉(zhuǎn)換，并且具有可接收的斯托克司頻移。
可以使用許多不同的方法來用磷光體涂覆子LED 62a_c，其中一個適合的方法在美國專利申請序號11/656，759和11/899，790中進行描述，這兩個美國專利申請標題都為 “Wafer Level Phosphor Coating Method and Devices Fabricated Utilizing Method，，， 并且這兩個美國專利申請都以引用的方式并入本文。可替換地，可以使用如電泳沉積(Ero) 的其它方法來涂覆LED,其中一種適合的EF1D方法在標題為“Close Loop Electrophoretic Deposition of Semiconductor Devices”美國專利申請?zhí)?1/473，089中描述,所述美國專利申請以引用的方式并入本文。將理解的是，根據(jù)本發(fā)明的LED封裝也可以具有不同顏色的多個LED，其中一個或多個LED可以發(fā)射白光。
為了為串聯(lián)互連創(chuàng)造條件，子LED 62a-c中的每個子LED也可以具有第一和第二側(cè)絕緣體74、76。每個第一側(cè)絕緣體74在其子LED 62a_c中的一個子LED與將電信號攜帶到子LED 62a-c的頂表面(例如，η型層)的觸點或跡線之間提供電絕緣。這防止了施加到頂層的電信號對LED的非想要的層或觸點的短路。例如，第一子LED 62a具有與第一子 LED觸點之一電接觸的頂部焊線墊78。子LED 62a上的第一絕緣體74使側(cè)表面和底部觸點72a與焊線墊78電絕緣，以使得施加到焊線墊78的電信號擴散到子LED 62a的頂層中。
第一電連接跡線80將底部觸點72a從第一子LED 62a連接到第二子LED 62b的頂層。第二子LED 62b上的第一絕緣體74使第二子LED 62b的側(cè)表面與第一電連接跡線 80電絕緣，以使得來自底部觸點72a的電信號擴散到第二子LED 62b的頂表面中。第三子 LED 62c上的第一側(cè)絕緣體層74類似地使第三子LED 62c的側(cè)面與第二電跡線82絕緣，所述第二電跡線82將第二子LED的底部觸點連接到第三子LED 62c的頂表面。
第一子LED 62a上的第二側(cè)絕緣層76使第一子LED 62a的側(cè)表面與第一電跡線 80絕緣，以防止跡線80對第一子LED 62a的短路。類似地，第二子LED 62b上的第二側(cè)絕緣層76防止第二電跡線82對第二子LED 62b的短路。在用于第三子LED 62c的底部觸點 72c上包括第二焊線墊84，并且第三子LED 62c上的第二側(cè)絕緣層76使第三子LED 62c與第二焊線墊84絕緣。側(cè)絕緣體、焊線墊和電跡線的這種布置為施加到LED芯片60的電信號適當?shù)剡B續(xù)傳輸通過子LED 62a-c創(chuàng)造條件。側(cè)絕緣體層74、76可以由使用已知技術沉積的許多不同的材料制成，如用于子基板絕緣體層70的那些材料，包括但不限于SiN、AlN、Si02、Ti02 或六1203。 底部接觸層72a_c中的每一個還可以包括與子LED 62a_c中的一個或多個子LED的底部表面相鄰的鏡面觸點86。鏡面可以覆蓋子LED 62a-c的整個底部表面，或者可以覆蓋少于整個底部表面，以使得其與子LED頂部表面中的每一個子LED頂部表面的發(fā)光開口(即，頂部表面中不被焊線墊、跡線和絕緣材料覆蓋的部分)對齊。鏡面觸點86可以包括許多不同的材料，如反射材料，或者可以包括如分布式Bragg反射器(DBR)的反射結(jié)構(gòu)。除了用作與子LED 62a-c的底部層的歐姆觸點之外，每個鏡面被布置成將從子LED 62a_c之一的有源區(qū)域發(fā)出的光朝向子基板64反射，以使得光有助于從它的子LED 62a-c之一的頂部表面的有用發(fā)射。在工作中，焊線可以耦接到第一和第二焊線墊78、84，以使得電信號可以被施加到子LED 62a-c。所述電信號通過第一子LED 62a，并且沿第一電跡線80被引導到第二子LED62b。信號通過第二子LED 62b，并且沿第二電跡線82被引導到第三子LED。信號隨后通過第三子LED 62c，其中所有的子LED響應于施加到焊線墊78、84的電信號而發(fā)光。圖13示出根據(jù)本發(fā)明的單片LED芯片110的另一個實施例，所述單片LED芯片110包括子LED 112a-c。LED芯片110具有與LED芯片60類似的特征中的許多特征，并且對于那些類似的特征來說，將在描述此實施例(和后續(xù)實施例)時使用相同的參考數(shù)字，其中理解以上描述適用于此實施例。LED芯片110包括子基板64，粘合金屬堆68和子基板絕緣層70被連續(xù)布置在子基板64上。包括底部觸點72a-d，其中每一個是在子LED 112a_c之一與絕緣層70之間。子LED 112a_c可以具有與所描述的子LED 62a_c相同的特征，包括半導體層、觸點、磷光體、緩沖、成核、接 觸和電流擴散層以及光提取層和元件。子LED 112a-c還可以被如上所述的倒裝式安裝到子基板64，其中子LED 112a-c與單結(jié)LED分隔并且串聯(lián)連接在一起。然而，子LED 112具有水平幾何形狀而不是垂直幾何形狀，以使得每個子LED的觸點從子LED底部表面中的每一個是可以使用的。在水平幾何形狀器件的一個實施例中，子LED的P型層和有源區(qū)域中的每一個的一部分被去除，如通過蝕刻以暴露所述η型層上的接觸臺面。在η型層的臺面上提供接觸區(qū)域，以使得觸點從相同側(cè)面接觸子LED ;在這種情況下是底部表面。在被絕緣層70覆蓋之前并且在倒裝式安裝到子基板64之前形成觸點。第一子LED 112a與絕緣層70之間的底部觸點72a包括第一焊線墊78，所述第一焊線墊被布置成使得施加到其的電信號擴散到底部觸點72a中。電信號從底部觸點72a擴散到第一子LED 112a中。第一子LED 112a的第一接觸臺面114a與第二底部觸點72b重疊，并且第一觸點116a被布置在接觸臺面114a與第二底部觸點72b之間。第一接觸臺面114a處的電信號通過第一觸點116a引導至第二底部觸點72b。第二底部觸點72b處的電信號擴散到第二子LED 112b中。類似地，第二接觸臺面114b與第三底部觸點72c重疊，并且第二觸點116b將來自第二接觸臺面114b的電流擴散到第三底部觸點72c中。第三底部觸點72c擴散到第三子LED 112c。第三接觸臺面114c與第四底部觸點72d重疊，并且第三觸點116c將電流擴散到第四底部觸點72d。第二焊線墊84在第四底部觸點72d上。鄰近焊線墊78、84以及第一、第二和第三臺面觸點包括絕緣區(qū)域118，以使它們與子LED 112a-c的相鄰半導體層絕緣。這防止了這些特征對子LED 112a_c的不期望的層的短路。絕緣區(qū)域118可以由使用已知技術沉積的與上述側(cè)絕緣體相同的材料制成，包括但不限于 SiN, AIN、Si02、TiO2 或 Al2O30如同上述的LED芯片60，焊線可以耦接到焊線墊78、84，并且電信號從焊線墊78、84連續(xù)地通過子LED 112a-c。信號從焊線墊78傳遞到第一底部觸點72a、通過子LED 112a并且到達第一接觸臺面114a。第一接觸臺面114a處的信號擴散到第二底部觸點72b中，并且類似地繼續(xù)通過子LED 112b、112c到達第二焊線墊84。提供LED芯片110而不需要覆蓋子LED 112a-c的焊線或?qū)щ娵E線。圖14示出根據(jù)本發(fā)明的LED芯片130的又一個實施例，所述芯片具有串聯(lián)制造并且以與上述的LED芯片60中的子LED 62a_c相同的方式互連的垂直幾何形狀的子LED132a-c。然而,在這個實施例中，子基板134包括絕緣材料,并且相應地,不需要包括特征來使子LED 132a-c與子基板134絕緣。相反，可以使用在子基板134與子LED 132a_c之間的介電晶圓粘合層136將子LED安裝到子基板134。電信號連續(xù)地通過子LED 132a_c，從晶圓粘合墊78、通過底部觸點72a-c、通過第一和第二電跡線80、82擴散并且到達第二焊線墊84。因為子基板134是絕緣的，所以通過這些特征的電信號不會對子基板短路。另外，因為子基板134是絕緣的，所以介電層136的電擊穿特性不是關鍵的。圖15示出根據(jù)本發(fā)明的單片LED芯片160的又一個實施例，所述芯片依賴于其它器件而分隔子LED 162a-c。子LED 162a_c具有水平幾何形狀，然而此實施例同等地適用于垂直幾何形狀器件。子LED 162a-c通過金屬粘合堆68和子基板絕緣層70被倒裝式安裝在子基板64上。底部觸點72a-d中的每一個被與圖12中的LED芯片100中所示的布置類似的方式布置在子LED 162a-c之間。第一焊線墊78在底部觸點72a上，并且第二焊線墊84在底部觸點72d上。并不是使子LED 162a-c與單結(jié)LED機械分隔，而是使用絕緣植入物在LED的半導體材料中形成絕緣或半絕緣區(qū)域來使不同的區(qū)域彼此電絕緣。不同的植入物也用來產(chǎn)生穿過LED的半導體材料的導電路徑，以為子LED的水平幾何形狀工作而無需形成接觸臺面創(chuàng)造條件。在所示的實施例中，在子LED 162a_c中包括第一、第二和第三導電植入物164a-c，其中每個導電植入物分別提供從第一、第二和第三底部觸點72b-c之一到子LED中的每一個內(nèi)的摻雜層之一的導電路徑。為了倒裝式子LED，導電路徑從底部觸點72b-c延伸到η型摻雜層。可以使用如硅和氧的化合物的η +植入來形成導電路徑，然而也可以使用其它第V或VI族元素。可以使用已知的離子植入方法，并且在一些實施例中，η+植入可以要求通過退火來活化。導電植入物164a-c提供具有到達η摻雜半導體層的導電路徑而無需必須形成接觸臺面的優(yōu)點。 然而，將理解的是，這種布置也可以用于具有如上所述的接觸臺面的實施例中。深絕緣植入物166a、166b可以用于提供子LED 162a_c之間的電絕緣，其中每個植入物延伸穿過LED的半導體材料。許多不同的材料可以用于絕緣植入物，所述材料包括但不限于氮或鐵。這些植入物166a、166b包括以與機械分隔大致相同的方式防止相鄰子LED之間的導電的半絕緣或絕緣區(qū)域。在子LED 162a-c中在底部觸點72a_d之間的每個空隙上方提供淺絕緣植入物168a-c，其中每個淺植入物168a-c向上通過子LED 162a_c中的它的子LED的底部摻雜層。 在所示的實施例中，底部摻雜層包括P型摻雜層。淺絕緣植入物168a_c阻擋通過每個P型層的電信號，避免對導電植入物164a-c和底部觸點72b-d中的相鄰觸點短路。這提供了用于電信號通過每個子LED 162a-c使其發(fā)光的路徑，其中子LED 162a_c串聯(lián)地電連接在第一焊線墊78與第二焊線墊84之間。
圖16示出根據(jù)本發(fā)明的具有子LED 182a_c的LED 180的又一個實施例，所述 LED，其也依賴于植入物來在LED的半導體材料中形成絕緣或半絕緣區(qū)域并且依賴于植入物來建立導電路徑。然而，在這個實施例中，單結(jié)LED包括絕緣或半絕緣緩沖層184。為了在子LED 182a-c的相鄰子LED之間形成必要的絕緣，包括穿過半導體材料到達緩沖層的絕緣植入物186a、186b。電流被絕緣植入物186a、186b和緩沖層184阻擋而不能在子LED 182a-c之間傳遞。淺絕緣植入物188a-c類似于LED芯片160中的淺絕緣植入物168a_c，并且也使得P型層與η觸點電絕緣。還包括類似于導電植入物164a-c的導電植入物190a_c， 并且導電植入物190a-c提供通過LED芯片180的其它半導體層的與η型層的電連接。這種布置也提供了用于使電信號通過每個子LED 182a-c使其發(fā)光的路徑，其中子LED 182a_c 串聯(lián)地電連接在第一焊線墊78與第二焊線墊84之間。
如上所述，通過將單獨的子LED串聯(lián)地連接在子基板上來實現(xiàn)高電壓和低電流工作，其中一些實施例具有與用于單結(jié)LED芯片的子基板相同或類似的子基板。為了實現(xiàn)有效的工作，應最大化用于給定芯片覆蓋區(qū)的有效發(fā)射區(qū)域。如上提及，在一些實施例中，每個制造水平的臨界尺寸之間的對齊公差為2 um或更小，以使得在相鄰結(jié)之間浪費少許的有效區(qū)域。這有助于最大化根據(jù)本發(fā)明的LED芯片的有效發(fā)射區(qū)域。其它實施例可以具有進一步最大化有效區(qū)域的其它特征和架構(gòu)。
圖17示出根據(jù)本發(fā)明的單片LED芯片200的另一個實施例，其中可以通過最小化粘合墊所占據(jù)的區(qū)域來增加有效發(fā)射區(qū)域。LED芯片200類似于圖7中所示的單片LED芯片60，并且包括子基板64上的子LED 202a-c。LED芯片200進一步包括連續(xù)地布置在子基板64上的粘合金屬堆68和子基板絕緣層70，在子基板64與子LED 202a_c之間。包括底部觸點72a-c，其中每個底部觸點在子LED 202a_c之一與絕緣層70之間。第一子LED 202a 可以具有與第一子LED觸點之一電接觸的頂部焊線墊78。為了為串聯(lián)互連創(chuàng)造條件，每個子LED 202a-c還可以具有第一和第二側(cè)絕緣體74、76，其中跡線80、82將子LED互連。
應理解的是，焊線墊可以具有許多不同的形狀和大小，其中一個常規(guī)的粘合墊具有約150平方微米的面積。在圖7中所示的實施例中，子子LED 202c的有效發(fā)射區(qū)域被去除(即，被蝕刻)從而留下用于第二觸點84的臺面。這減少了可用于發(fā)射的有效區(qū)域。
再次參見圖17，為了有助于最小化在形成第二粘合墊臺面時產(chǎn)生的有效發(fā)射區(qū)域的減少，在LED芯片200中可以包括導電通路204，導電通路204是用來替代用于與底部觸點72c電連接的粘合墊。在所示的實施例中，通路204通過絕緣層70到達金屬堆68，但是應理解的是，其它實施例中的通路可以進一步延伸，如延伸到和/或部分地通過子基板64。 通路204具有水平部分204a，水平部分204a在底部觸點72c的頂部表面上方延伸，以在二者之間提供良好的電接觸。
如同圖7中的LED 60，焊線可以耦接到第一粘合墊80，以使得電信號可以被施加到子LED 202a-c。然而，在這個實施例中，信號被跨粘合墊78和子基板64施加到子LED202a-c。電信號通過第一粘合墊78、經(jīng)過第一子LED 202a，并且沿第一電跡線80被引導到第二子LED 202b。信號穿過第二子LED 202b，并且沿第二電跡線82被引導到第三子LED202c。信號隨后穿過第三子LED 202c。與圖7中的LED 60不同，信號不從第三子LED 202c傳遞到粘合墊和焊線。相反，信號穿過通路204并且到達導電金屬堆68。信號隨后穿過子基板64，其中所述子基板電耦接以允許信號穿過子基板離開LED 200。在一些實施例中，LED芯片200可以被安裝到印刷電路板(PCB)、散熱片或具有耦接到子基板64的導電特征的其它類似的結(jié)構(gòu)。在所示的實施例中，所有的子LED 202a-c響應于施加到焊線墊78和子基板64的電信號而發(fā)光。通過在子LED 202c處使用通路而不是粘合墊，需要去除較少的有效區(qū)域。與可能需要150 μ m或更大面積的粘合墊相比，通路僅需要一小部分的面積。在一些實施例中，通路需要約40 μπι或更小的面積，而在其它實施例中，它可能需要約30 μπι或更小的面積。在其它實施例中，它可能需要約20 ym或更小的面積。這種與焊線墊相比的尺寸減少導致了子LED有效區(qū)域的增加并且相應地效率的增加。根據(jù)本發(fā)明的通路可以使用常規(guī)方法來形成，如蝕刻以形成用于通路的開口和用于形成通路的光刻工藝。將理解的是，這種通路布置可以類似地用在具有導電子基板的任何上述LED實施例中。例如，圖13中的LED 110可以具備通路而不是焊線墊84，其中類似于圖17中的通路204來布置通路。也可以分別在圖15和圖16中所示的LED 160和180中提供通路來取代焊線墊84。根據(jù)本發(fā)明的通路布置也可以用在具有電絕緣襯底的實施例中。圖18示出類似于圖14中所示的LED 130的LED芯片210，并且LED芯片210包括安裝在介電晶圓粘合層136和絕緣子基板134上的第一、第二和第三子LED 212a_c。電信號連續(xù)地擴散通過子LED212a-c，從晶圓粘合墊78、通過底部觸點72a_c、通過第一和第二電跡線80、82。然而，這個實施例并不具有第二焊線墊，而是具有穿過介電層136和子基板134的通路214。該通路也具有提供與底部觸點72c的良 好電接觸的水平部分214a。因為子基板134是電絕緣的，所以所述通路應穿過并到達子基板134的底部表面。這使得通路214可用于在LED底部表面的電接觸。在一些實施例中，可以在子基板64的底部表面上包括導電層216,所述導電層與通路214電接觸以為與在LED底部表面處的214的有效電接觸創(chuàng)造條件。如同上述實施例，所述通路僅占據(jù)LED芯片上的焊線墊會需要的面積的一小部分。通過使用通路來取代焊線墊，去除了較少的有效區(qū)域。這允許更多的LED有效區(qū)域用于發(fā)光，從而增加了 LED芯片的總效率。還將理解的是，不同的實施例可以具有多于一個的通路并且通路可以處于許多不同的位置。在具有多個通路的那些實施例中，通路可以具有不同的形狀和大小，并且可以延伸到LED中的不同深度。還應理解的是，不同的實施例還可以包括用于替代第一焊線墊的通路。如上提及，本發(fā)明的優(yōu)點之一在于其與單結(jié)LED芯片相比增加了故障容忍?，F(xiàn)在參見圖19，示出了單片LED芯片220，其具有串聯(lián)連接在子基板224上的多個子LED 222。子LED 222a被示為具有故障結(jié)的子LED。當這個子LED結(jié)發(fā)生故障時，子LED 222a可能不發(fā)光，但是其仍然能夠?qū)щ?，以使得施加到子LED 222a的電信號將引導到按照串聯(lián)連接的剩余子LED。結(jié)果是，除了一個發(fā)生故障的子LED 222a之外的所有的子LED 222可以發(fā)光。在許多應用中，由于單個發(fā)生故障的子LED而引起的光通量的減少可能是可接受的。通過對比，當在單結(jié)LED芯片中結(jié)發(fā)生故障時，器件不發(fā)光并且不能被使用。本發(fā)明的不同實施例可以包括其它特征以進一步增加故障容忍。圖20示出根據(jù)本發(fā)明的LED芯片230的另一個實施例，其與圖6和圖7中所示的并且如上所述的LED芯片60類似。它包括安裝在絕緣層70上的第一、第二和第三子LED 232a-c,絕緣層70在金屬堆和子基板(在所示的圖中不可見)上。LED芯片230進一步包括第一焊線墊78和第二焊線墊84。然而，在這個實施例中，LED芯片可以包括在子LED 232a_c之間的多個互連的跡線，其中所示的實施例具有兩個互連跡線。第一電跡線80a和80b可以包括在第一子LED232a和第二子LED 232b之間并且互連第一子LED 232a和第二子LED 232b，并且第二電跡線82a和82b可以包括在第二子LED 232b和第三子LED 232c之間并且互連第二子LED232b和第三子LED 232c。LED芯片230還可以包括如所述的第一和第二側(cè)絕緣層，以在將電信號攜帶到子LED 232a-c的頂部表面的第一和第二電跡線或粘合墊之間提供電絕緣。在子LED之間提供多個、空間獨立的電互連產(chǎn)生了增加缺陷或故障容忍的LED芯片。如果電跡線之一在子LED中的兩個子LED之間發(fā)生故障，如通過變成電斷開，那么相同LED之間的電跡線中的其它電跡線可以在這二者之間攜帶電信號。這種布置為LED芯片保持可工作創(chuàng)造條件，即使電跡線之一在子LED中的兩個子LED之間發(fā)生故障。將理解的是，根據(jù)本發(fā)明的LED芯片可以在相鄰子LED之間具有多于兩個的電跡線，并且可以在不同LED跡線之間包括不同數(shù)量的跡線。還將理解的是，其它子LED特征可能也是冗余的以增加故障容忍，如同如上所述的焊線墊和/或通路。本發(fā)明可以用于許多不同的照明應用中，并且具體來說用于使用小尺寸的高輸出光源的那些應用中。這些應用中的一些包括但不限于街燈、建筑照明、家庭和辦公室照明、顯示照明和背后照明。盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的某些優(yōu)選配置詳細描述了本發(fā)明，但是其它版本也是可能的。因此，本發(fā)明的精神和范圍`不應限于上述版本。
權利要求
1.一種LED芯片，包括 子基板上的多個子LED ； 導電和電絕緣特征，所述特征使所述子LED串聯(lián)互連以使得施加到所述串聯(lián)互連的子LED的電信號沿所述導電特征擴散到所述串聯(lián)互連的子LED ;以及 布置成將所述子LED中的一個子LED電連接到所述子基板的通路。
2.如權利要求1所述的LED芯片，其中所述子基板是導電的，所述通路上的電信號穿過所述子基板。
3.如權利要求1所述的LED芯片，其中所述子基板是電絕緣的，所述通路延伸穿過所述子基板。
4.如權利要求1所述的LED芯片，進一步包括電耦接到所述串聯(lián)互連的子LED中的所述第一子LED的焊線墊，所述通路電耦接到所述串聯(lián)互連的子LED中的最后一個子LED。
5.如權利要求1所述的LED芯片，其中跨所述焊線墊和所述通路施加的電信號導致所述子LED發(fā)光。
6.如權利要求1所述的LED芯片，其中所述子LED由單結(jié)LED形成。
7.如權利要求1所述的LED芯片，包括將所述子LED中的兩個子LED串聯(lián)互連的多個導電特征，每個所述導電特征能夠在所述子LED中的所述兩個子LED之間擴散所述電信號。
8.如權利要求1所述的LED芯片，進一步包括在所述子基板與所述子LED之間的絕緣層。
9.如權利要求1所述的LED芯片，其中驅(qū)動所述子LED所必需的電壓依賴于所述串聯(lián)互連的子LED的數(shù)量和所述子LED的結(jié)電壓。
10.如權利要求1所述的LED芯片，其中所述有效區(qū)域利用率大于50%。
11.如權利要求1所述的LED芯片，其中所述有效區(qū)域利用率大于75%。
12.如權利要求1所述的LED芯片，其中所述子LED被倒裝式安裝在所述子基板上。
13.如權利要求1所述的LED芯片，其中所述子LED之間的對齊公差小于5微米。
14.如權利要求1所述的LED芯片，其中所述子LED之間的對齊公差小于2微米。
15.如權利要求1所述的LED芯片，從所述子LED發(fā)射白光。
16.一種LED芯片，包括 安裝在子基板上的多個子LED ； 使所述子LED串聯(lián)互連的連接跡線； 使所述子LED的部分與所述連接跡線絕緣的絕緣特征；以及 布置成為電信號從所述子LED中的一個子LED穿過所述子基板創(chuàng)造條件的通路。
17.如權利要求16所述的LED芯片，進一步包括多個底部觸點，每個底部觸點在所述子LED中的一個子LED與所述子基板之間。
18.如權利要求16所述的LED芯片，進一步包括布置在所述子LED與所述子基板之間的金屬堆和絕緣層，所述通路穿過所述子基板。
19.如權利要求16所述的LED芯片，其中所述子基板是導電的，所述通路上的電信號電耦接到所述子基板。
20.如權利要求16所述的LED芯片，其中所述子基板是電絕緣的，所述通路延伸穿過所述子基板。
21.如權利要求16所述的LED芯片，進一步包括電耦接到所述串聯(lián)互連的子LED中的所述第一子LED的焊線墊，所述通路電耦接到所述串聯(lián)互連的子LED中的最后一個子LED。
22.如權利要求16所述的LED芯片，其中跨所述焊線墊和所述通路施加的電信號導致所述子LED發(fā)光。
23.如權利要求16所述的LED芯片，其中跨所述焊線墊和所述子基板施加的電信號導致所述子LED發(fā)光。
24.如權利要求16所述的LED芯片，其中所述子LED中的至少兩個子LED通過多個所述連接跡線互連。
25.—種LED芯片，包括 在子基板上的多個子LED ；以及 使所述子LED的至少一些子LED串聯(lián)互連的多個導電特征，其中所述子LED中的至少兩個子LED通過所述導電特征中的多于一個的導電特征電互連，所述導電特征中的每一個能夠在所述子LED中的所述兩個子LED之間擴散電信號。
26.如權利要求25所述的LED芯片，其中所述導電特征包括導電跡線。
27.如權利要求25所述的LED芯片，其中所述導電特征中的每一個能夠在所述子LED中的所述兩個子LED之間擴散電信號，以使得所述子LED響應于所述信號發(fā)光。
28.如權利要求25所述的LED芯片，進一步包括絕緣特征以與所述導電特征合作以允許所述信號在所述子LED中的所述兩個子LED之間擴散。
29.—種LED芯片，包括 在子基板上的多個子LED ;以及 使所述子LED的至少一些子LED串聯(lián)連接的多個導電路徑，其中所述串聯(lián)連接的子LED中的相鄰子LED通過所述導電路徑中的多于一個的導電路徑連接。
全文摘要
一種LED芯片包括子基板上的多個子LED。包括導電和電絕緣特征，所述特征使所述子LED串聯(lián)互連以使得施加到所述串聯(lián)互連的子LED的電信號沿所述導電特征擴散到所述串聯(lián)互連的子LED。包括布置成將所述子LED中的一個子LED電耦接到所述子基板的通路。所述子LED可以通過所述導電特征中的多于一個的導電特征互連，其中每個導電特征能夠在所述子LED中的兩個子LED之間擴散電信號。
文檔編號H01L33/00GK103038899SQ201180039581
公開日2013年4月10日 申請日期2011年6月9日 優(yōu)先權日2010年6月11日
發(fā)明者J.伊貝森, S.黑克曼 申請人:克里公司