[发明专利]串联分段式发光二极管

说明书

技术领域

本发明关于一种发光元件，特别是有关于一种发光二极管元件。

背景技术

发光二极管(LEDs，“Light emitting diodes”)为转换电能为光线的一种重要的固态元件的类型。这些元件的改良已经使得它们被用于设计来取代习知白热及萤光光源的发光设备。LEDs有显著较长的寿命，且在某些情况下有显著较高的电能转换到光的效率。

为了此讨论的目的，一LED可视为具有三层，活化层夹在其它两层之间。当来自外侧层的电洞与电子在该活化层中复合时该活化层发出光。该等电洞与电子藉由传送电流通过该LED而产生。该LED经由位在顶部层上方的电极及提供一电气连接至底部层的接点而被供应电力。

LEDs的成本及功率转换效率为决定此种新技术是否可以取代习知光源及用于高功率应用的速度的重要因素。一LED的转换效率被定义为由该LED放射的光功率与所消耗的电功率的比例。未被转换成离开LED的光的电力被转换成热量，其即增加LED的温度。热散逸对于一LED可运作的功率级时常造成限制。

电转换成光的效率系取决于量子效率，其与该LED被建构的材料系统有关，亦根据外来的电阻损失而定。对于氮化镓基(GaN-based)LEDs，位在活化层上方的p型层具有非常高的电阻。此亦为在许多设计中光离开时通过的该顶部层。结果是，一透明导电层例如铟锡氧化物(ITO，“Indium Tin Oxide”)被用来横向散布电流于晶片上，并且此ITO层的片电阻系被选择为相当于在该等活化层下方的n型GaN层的片电阻。对于大面积的电力晶片，为了进一步降低该电阻，同时对于该ITO层以及被向下蚀刻来裸露该n-GaN层的沟槽中使用金手指。这些不透光的金属电极必须制作成尽可能地窄，以最小化对于光的阻隔，但这会增加对于一给定金属厚度的单位长度的电阻。因此对于一给定电极宽度，如果跨越该等电极的长度的电压降系要保持成固定且为最小，则对于较高电流的操做该电极金属的厚度必须要增加。

此外，该活化层转换电为光的效率亦根据该等活化区域层的特定设计及品质随着电流密度超过某个点而亦会降低。因此，一LED的单位面积的光量即到达一实际限制。一旦到达此限制时为了提供较高的光输出，该LED的面积必须要增加。然而，为了在该LED的顶表面的上提供适当的电流散布，对于自该LED的顶表面上单一接点而供应电力的LED而言，其大小系有限制。当该光经由该LED的顶表面而被萃取时，一透明导电层(例如ITO)因前述的理由而被沉积在该顶部层之上。当此材料的电阻率明显低于下方GaN时，该层的电阻率仍然很高。在原理上，在该ITO层中电阻损失可藉由使用较厚的ITO层来克服；然而，ITO仅为部份“透光”，其对于蓝光有不可忽略的吸收，因此对于该ITO层的厚度有一实际限制。在实务上，在该ITO层上提供额外的金属接点可有助于电流散布；然而，这些接点为不透光，因此会降低光输出。

由于在该p型层上方的材料中电流散布与光吸收之间的多种妥协结果，对于一单一LED的大小有实际上的限制。因此，需要比单一LED的光输出能够提供更多光输出的一光源，其必须由多个较小的LED来建构。为了最小化成本，该等多个LEDs被建构在相同晶粒上，并由该晶粒上共用端点来供应电力。这种光源有时候称之为分段式LEDs(segmented LEDs)。然而每个区段可视为连接至该晶粒上其它LEDs的一单一LED。

在这种设计的现有技术光源中，个别的区段系并联连接。此会造成一些问题。首先，可施加于该光源的最大电压藉由一单一LED可承受的最大电压所决定，其基本上为数伏特。因此，供应该光源电力的电源供应必须提供低电压下非常高的电流。此即造成该电源供应与该光源间导体进一步的功率损失。此外，由于该晶粒的制造工艺变化造成供电给每个LED的两个接点间存在的电阻变化，使得在该光源上个别LED的亮度造成变化。

发明内容

本发明包括一光源及其制造方法。该光源包括一基板，及一被分成区段的发光结构。该发光结构包含一第一导电型半导体材料第一层系沉积在该基板上、一活化层系位于该该第一层上方，及一二导电型半导体材料第二层系位于该活化层上方，且该第二导电型系相反于该第一导电型。该发光结构亦包含一阻障，系分隔该发光结构成为彼此电气绝缘的第一与第二区段。一串联电极系连接该第一区段中该第一层至该第二区段中该第二层。该光源经由第一与第二电力接点供应电力。该第一电力接点电气连接至该第一区段中该第二层，及该第二电力接点电气连接至该第二区段中该第一层。当在该第一与第二电力接点间产生一电位差时，该第一与第二区段产生光。