专利名称：具有两组电极的垂直结构led芯片的制作方法
技术领域：
本实用新型揭示一种具有两组电极的垂直结构LED芯片，可直接连接交流电源， 属于光电子技术领域。
背景技术：
LED正在进入普通照明领域，直接采用交流电驱动LED具有优势。方法之一是采 用直流LED芯片，在封装水平，把多个LED芯片串联成两串，然后把两串串联的多个LED芯 片反向并联，因此，可直接采用交流电驱动。但是，采用上述方法时，总有一半数量的LED芯片在交流电的正半周不发光，另一 半数量的LED芯片在交流电的负半周不发光，整体电路的发光效率较低。因此，需要进一步提高直接采用直流LED芯片组成的交流驱动的整体电路的发光 效率。本实用新型揭示一种具有两组电极的垂直结构LED芯片。多个具有两组电极的 垂直结构LED芯片的两组电极分别串联后，互相反向并联。因此，可直接采用交流电驱动 交流电的正半周沿一组电极流动，交流电的负半周沿另一组电极流动，具有两组电极的垂 直结构LED芯片在交流电的正半周和负半周都发光，提高了采用具有两组电极的垂直结构 LED芯片组成的交流驱动的整体电路的发光效率。
实用新型内容本实用新型的具有两组电极的垂直结构LED芯片的结构如下具有两组电极的垂直结构LED芯片的结构包括，导电的支持衬底和键合在导电的 支持衬底上的外延层。外延层包括N-类型限制层、活化层(active layer)和P_类型限制 层。P-类型限制层键合在导电的支持衬底上。每个具有两组电极的垂直结构LED芯片具有 两组电极，每组电极包括P-电极和N-电极。导电的支持衬底作为两组电极的共同的P-电 极；每组N-电极分别形成在该垂直结构LED芯片的N-类型限制层的预定位置上。一组电 极允许交流电的正半周电流通过垂直结构LED芯片，称为正向电极；另一组电极允许交流 电的负半周电流通过垂直结构LED芯片，称为反向电极；或者，称正向电极为第一组电极， 称反向电极为第二组电极。把单个具有两组电极的垂直结构LED芯片的两组电极反向并联后与交流电源相 连接，允许较低电压的交流电驱动。把数个具有两组电极的垂直结构LED芯片的两组电极 分别串联，串联的具有两组电极的垂直结构LED芯片的两组电极反向并联后与交流电源相 连接，允许较高电压的交流电驱动。因此，无论是交流电的正半周还是负半周，都通过具有两组电极的垂直结构LED 芯片流动，提高了采用具有两组电极的垂直结构LED芯片组成的交流电驱动的整体电路的 发光效率。具有两组电极的垂直结构LED芯片，其中，[0011](1)具有两组电极的垂直结构LED芯片的外延层的材料是从一组材料中选出，该 组材料包括，氮化镓基、磷化镓基、镓氮磷基、和氧化锌基材料。其中，氮化镓基材料包括 镓、铝、铟、氮的二元系、三元系、四元系材料。镓、铝、铟、氮的二元系、三元系、四元系材料包 括，&ιΝ、&αηΝ、Α1&αηΝ、Α1&αηΝ，等。磷化镓基材料包括镓、铝、铟、磷的二元系、三元系、 四元系材料。镓、铝、铟、磷的二元系、三元系、四元系材料包括，GaP、GalnP.AlGalnP.InP, 等。镓氮磷基材料包括镓、铝、铟、氮、磷的二元系、三元系、四元系和五元系材料。镓、铝、 铟、氮、磷的二元系、三元系、四元系和五元系材料包括，GaNP, AlGaNP, GaInNP, AlGaInNP, 等。氧化锌基材料包括，&ι0，等。氮化镓基、磷化镓基、镓氮磷基、和氧化锌基外延层包括: 氮化镓基、磷化镓基、镓氮磷基、和氧化锌基LED外延层。氮化镓基外延层的晶体平面是从 一组晶体平面中选出，该组晶体平面包括c-平面、平面、m-平面。(2)支持衬底的材料是从一组材料中选出，该组材料包括，导电硅、金属、合金，合 金包括，钨铜。(3)N-电极的形状使得电流均勻分布，没有或较少电流拥塞。一个实施例每组 N-电极具有多齿叉形状，两组N-电极互相交错。(4)每组电极包括至少一个打线焊盘。本实用新型的目的和能达到的各项效果如下(1)本实用新型提供的具有两组电极的垂直结构LED芯片，交流电的正半周和负 半周分别流过不同组的电极，因此，LED芯片在交流电的正半周和负半周都发光，提高了采 用具有两组电极的垂直结构LED芯片组成的交流电驱动的整体电路的发光效率。(2)本实用新型提供的具有两组电极的垂直结构LED芯片，结构简单，与传统的制 造工艺相同，便于生产。唯一的区别是在形成电极时，形成两组电极。本实用新型提供的具有两组电极的垂直结构LED芯片和它的特征及效益将在下 面的详细描述中更好的展示。
图1展示在先的直流LED芯片组成的交流电驱动的整体电路的一个实施例的等效 电路图。图加展示本实用新型的具有两组电极的垂直结构LED芯片的一个实施例。图2b展示图加展示的垂直结构LED芯片的实施例的截面图。图3展示采用具有两组电极的垂直结构LED芯片组成的交流电驱动的整体电路的 一个实施例的等效电路图。
具体实施方式
虽然本实用新型的具体实施例将会在下面被描述，但下列各项描述只是说明本实 用新型的原理，而不是局限本实用新型于下列各项具体化实施实例的描述。注意下列各项适用于本实用新型的具有两组电极的垂直结构LED芯片的所有具 体实施例(1)图中各部分的比例不代表真实产品的比例。(2)每个具有两组电极的垂直结构LED芯片的每一组电极是直流电驱动，但是，两 组反向并联后，每个具有两组电极的垂直结构LED芯片可以采用交流电驱动。[0028](3)具有两组电极的垂直结构LED芯片的结构包括导电的支持衬底和键合在导电 的支持衬底上的外延层。外延层包括N-类型限制层、活化层(active layer)和P_类型限 制层。每组的N-电极形成在N-类型限制层的预定位置上。导电的支持衬底作为两组电极 的共同的P-电极。(4)N-类型限制层的表面形成粗化结构或光子晶体结构。(5)每组的N-电极有至少一个打线焊盘。(6)每组N-电极具有多齿叉形状，两组的N-电极互相交错，使得电流分布均勻。(7)键合方法是从一组方法中选出，该组方法包括共晶键合，导电胶粘合，导电焊 锡膏键合。(8) 一个优化实施例透明电极形成在N-类型限制层上，两组的N-电极形成在透 明电极上的各自的预定位置。(9)透明电极具有单层或多层结构，透明电极的每一层的材料是从一组导电氧 化物材料和一组金属材料中选出，导电氧化物材料包括IT0、ZnO:Al, ZnGa204, Sn02:Sb、 Ga203:Sn、In203: Zn、NiO、MnO、CuO、SnO、GaO ；透明金属膜包括Ni/Au、Ni/Pt、Ni/Pd、Ni/ Co、Pd/Au、Pt/Au、Ti/Au、Cr/Au、Sn/Au。(10)透明电极的表面形成粗化结构。(11)具有两组电极的垂直结构LED芯片的外延层的材料是从一组材料中选出，该 组材料包括，氮化镓基、磷化镓基、镓氮磷基、和氧化锌基材料。其中，氮化镓基材料包括镓、铝、铟、氮的二元系、三元系、四元系材料。镓、铝、铟、 氮的二元系、三元系、四元系材料包括，GaN, GaInN, AlGaInN, AlGaInN,等。磷化镓基材料包 括镓、铝、铟、磷的二元系、三元系、四元系材料。镓、铝、铟、磷的二元系、三元系、四元系材 料包括，GaP, GaInP, AlGaInP, hP，等。镓氮磷基材料包括镓、铝、铟、氮、磷的二元系、三 元系、四元系和五元系材料。镓、铝、铟、氮、磷的二元系、三元系、四元系和五元系材料包括， GaNP、AWaNP、feJnNP、AWaInNP，等。氧化锌基材料包括，SiO，等。氮化镓基、磷化镓基、镓 氮磷基、和氧化锌基外延层包括氮化镓基、磷化镓基、镓氮磷基、和氧化锌基LED外延层。 氮化镓基外延层的晶体平面是从一组晶体平面中选出，该组晶体平面包括c-平面、平 面、m-平面。(12)支持衬底的材料是从一组材料中选出，该组材料包括，导电硅、金属、合金，合 金包括，钨铜。图1展示在先的交流电驱动的直流LED芯片组成的整体电路的一个实施例的等效 电路。数个LED芯片101串联，数个LED芯片102串联，这两串串联的LED芯片反向并 联，使得交流电源110的正半周电流111流过串联的LED芯片101，使得交流电源110的负 半周电流112流过串联的LED芯片102。因此，交流电源110的正半周电流111流过整体电 路时，只有串联的LED芯片101发光，交流电源110的负半周电流112流过整体电路时，只 有串联的LED芯片102发光。发光效率低。图2展示本实用新型的具有两组电极的垂直结构LED芯片的一个实施例。图加展示具有两组电极的垂直结构LED芯片的一个实施例的顶视图。LED芯片200具有两组电极，称为第一组电极和第二组电极。第一组电极包括P-电
5极(导电的支持衬底，在图2b中展示)、N-电极201、至少一个打线焊盘202 ；第二组电极包 括P-电极(导电的支持衬底，在图2b中展示)、N-电极211、至少一个打线焊盘212。N-电 极201的形状为多齿叉形状，N-电极211的形状为多齿叉形状，两组N-电极互相交错，使 得正半周电流和负半周电流流过具有两组电极的垂直结构LED芯片时，电流分布均勻。图2b展示具有两组电极的垂直结构LED芯片的一个实施例的截面图。具有两组电极的垂直结构LED芯片的结构包括导电的支持衬底230，键合在导电 的支持衬底230上的P-类型限制层231，活化层(active layer) 232层叠在P-类型限制层 231上，N-类型限制层233层叠在活化层232上，透明电极234层叠在N-类型限制层233 上，两组的N-电极235形成在透明电极234上的各自的预定位置上。注意，具有两组电极的垂直结构LED芯片的结构可以不包括透明电极234，两组的 N-电极235形成在N-类型限制层233的各自的预定位置上。把N-类型限制层和N++-类 型限制层统称为N-类型限制层。图3展示采用具有两组电极的垂直结构LED芯片组成的交流驱动的整体电路的一 个实施例的等效电路图。每个具有两组电极的垂直结构LED芯片包括两组电极。一组电极 允许交流电正半周电流通过具有两组电极的垂直结构LED芯片，称为正向电极；另一组电 极允许交流电负半周电流通过具有两组电极的垂直结构LED芯片，称为反向电极；或者，称 正向电极为第一组电极，称反向电极为第二组电极。图3中展示3个具有两组电极的垂直 结构LED芯片301、具有两组电极的垂直结构LED芯片302和具有两组电极的垂直结构LED 芯片303。图3中的虚线表示具有两组电极的垂直结构LED芯片302和具有两组电极的垂 直结构LED芯片303之间可以串联多个具有两组电极的垂直结构LED芯片，使得整体电路 可以承受较高的交流电压。每两个具有两组电极的垂直结构LED芯片之间，均串联有半导 体二极管。半导体二极管331串联在具有两组电极的垂直结构LED芯片301和具有两组电 极的垂直结构LED芯片301的第一组电极311和第一组电极312之间。半导体二极管332 串联在具有两组电极的垂直结构LED芯片301和具有两组电极的垂直结构LED芯片301的 第二组电极321和第二组电极322之间。具有两组电极的垂直结构LED芯片301包括第一 组正向电极311和第二组反向电极321。具有两组电极的垂直结构LED芯片302包括第一 组正向电极312和第二组反向电极322。具有两组电极的垂直结构LED芯片303包括第一 组正向电极313和第二组反向电极323。数个具有两组电极的垂直结构LED芯片的第一组 正向电极形成串联，第二组反向电极形成串联；串联的多个具有两组电极的垂直结构LED 芯片的第一组电极和第二组电极形成并联结构，并联结构的两个端点分别与两个打线焊盘 360a和360b电连接。多个具有两组电极的垂直结构LED芯片的第一组电极串联，第二组 电极的串联，然后，串联的第一组电极和串联的第二组电极反向并联，组成采用具有两组电 极的垂直结构LED芯片的交流电驱动的整体电路。打线焊盘360a和360b与外界交流电源 电连接，因此，交流电源的正半周电流和负半周电流都流过全部的具有两组电极的垂直结 构LED芯片，提高采用具有两组电极的垂直结构LED芯片组成的交流电驱动的整体电路的 效率。上面的具体的描述并不限制本实用新型的范围，而只是提供一些本实用新型的具 体化的例证。因此本实用新型的涵盖范围应该由权利要求和它们的合法等同物决定，而不 是由上述具体化的详细描述和实施例决定。
权利要求1.一种具有两组电极的垂直结构LED芯片，其特征在于，所述的具有两组电极的垂直 结构LED芯片包括，导电的支持衬底和外延层；所述的外延层包括N-类型限制层、活化层和 P-类型限制层；所述的P-类型限制层键合在所述的导电的支持衬底上；所述的具有两组电 极的垂直结构LED芯片具有两组电极，所述的每组电极包括P-电极和N-电极；所述的导电 的支持衬底是所述的两组电极的共同的所述的P-电极；每组的所述的N-电极分别形成在 所述的N-类型限制层的预定位置上。
2.根据权利要求1所述的具有两组电极的垂直结构LED芯片，其特征是，所述的导电的 支持衬底是，导电硅衬底或钨铜衬底。
3.根据权利要求1所述的具有两组电极的垂直结构LED芯片，其特征是，每组的所述的 N-电极具有多齿叉形状，两组的所述的N-电极互相交错，使得电流分布均勻。
4.根据权利要求1所述的具有两组电极的垂直结构LED芯片，其特征是，每组的所述的 N-电极包括至少一个打线焊盘。
5.根据权利要求1所述的具有两组电极的垂直结构LED芯片，其特征是，所述的N-类 型限制层的表面形成粗化结构或光子晶体结构。
6.根据权利要求1所述的具有两组电极的垂直结构LED芯片，其特征是，所述的N-电 极和所述的N-类型限制层之间形成一透明电极。
7.根据权利要求6所述的具有两组电极的垂直结构LED芯片，其特征是，所述的透明电 极的表面形成粗化结构。
专利摘要具有两组电极的垂直结构LED芯片的结构包括，导电的支持衬底和键合在导电的支持衬底上的外延层。外延层包括N-类型限制层、活化层和P-类型限制层。P-类型限制层键合在导电的支持衬底上。每个该垂直结构LED芯片具有两组电极，每组电极包括P-电极和N-电极。导电的支持衬底作为两组电极的共同的P-电极。每组N-电极分别形成在该垂直结构LED芯片的N-类型限制层的预定位置上。把两组电极反向并联后与交流电源相连接，允许较低电压的交流电驱动。因此，无论是交流电的正半周还是负半周，都通过具有两组电极的垂直结构LED芯片流动，提高了采用单个或数个具有两组电极的垂直结构LED芯片组成的交流电驱动的整体电路的发光效率。
文档编号H01L33/36GK201868466SQ201020002560
公开日2011年6月15日 申请日期2010年1月22日 优先权日2010年1月22日
发明者彭晖 申请人:彭晖, 金芃