專利名稱：階梯陣列式高壓發(fā)光管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一類GaN基陣列式高 壓發(fā)光管及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著第三代半導(dǎo)體材料氮化鎵的突破和藍(lán)、綠、白光發(fā)光二極管的問世，繼半導(dǎo)體 技術(shù)引發(fā)微電子革命之后，又在孕育一場(chǎng)新的產(chǎn)業(yè)革命——照明革命，其標(biāo)志是半導(dǎo)體燈 將逐步替代白熾燈和熒光燈。由于半導(dǎo)體照明(亦稱固態(tài)照明)具有節(jié)能、長(zhǎng)壽命、免維護(hù)、 環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，如同晶體管替代電子管一樣，半導(dǎo)體燈替代傳統(tǒng)的白熾燈和熒 光燈，也是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然和大勢(shì)所趨。目前用于半導(dǎo)體照明的發(fā)光器件主要是GaN 材料系發(fā)光管(LED)。但是單個(gè)發(fā)光管的驅(qū)動(dòng)電壓只有3伏多，用于高壓交流(比如220伏 市電)時(shí)必須將高壓交流轉(zhuǎn)化為低壓直流，這樣就增加了電路的復(fù)雜性和電功率的損耗。 于是人們開始研究開發(fā)陣列式高壓發(fā)光管，如臺(tái)灣小太陽(yáng)公司就報(bào)道了一種正裝陣列式高 壓發(fā)光管(見該公司網(wǎng)站microsolar. com. tw)。這種陣列式高壓發(fā)光管結(jié)構(gòu)如圖1所示， 由帶有金屬化電極的支撐襯底1，支撐襯底1上的焊片2，焊片2上面的單元管芯3和僑接 電極4構(gòu)成。這種陣列式高壓發(fā)光管的單元管芯3是同面電極結(jié)構(gòu)，其組裝方式為正裝結(jié) 構(gòu)，散熱不好，同時(shí)，這種僑接電極的制備需要蒸鍍電極金屬、光刻、腐蝕等復(fù)雜工藝。為了克服上述陣列式高壓發(fā)光管的這一困難，本發(fā)明提出一種新型階梯陣列式高 壓發(fā)光管及其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為解決上述陣列式高壓發(fā)光管散熱不好，工藝復(fù)雜的一些問 題，提供一種新型階梯陣列式高壓發(fā)光管及其制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種新型階梯式高壓發(fā)光管(見附圖2和


)，依次由支撐 襯底1、支撐襯底1上的焊片2和焊片2上面的單元管芯3構(gòu)成，其特征在于1、單元管芯3是如圖3所示的垂直結(jié)構(gòu)，制備在單元管芯3出光面的上電極31為 條形，其面積占整個(gè)單元管芯3出光面表面積的5 30%，下電極32覆蓋在全部單元管芯 3的下表面；2、支撐襯底1是如圖4所示的一維方向的階梯形結(jié)構(gòu)，階梯臺(tái)階的高度和單元管 芯3的厚度一樣，其前后方向的寬度為單元管芯3的前后方向?qū)挾?，其左右方向的寬度比?元管芯3的左右方向的寬度(即單元管芯3的長(zhǎng)度)短5 30%，在階梯形結(jié)構(gòu)的每個(gè)臺(tái) 階的上面均制備有分立的常規(guī)材料的金屬化薄膜11 ；3、在階梯形結(jié)構(gòu)的每個(gè)臺(tái)階的上面均設(shè)置有一個(gè)單元管芯3，焊片2設(shè)置在每個(gè) 單元管芯3下電極32的下面，焊片2的長(zhǎng)寬尺寸和單元管芯3相同，厚度為5 60微米，通 過焊片2將每個(gè)單元管芯3固定在支撐襯底1的金屬化薄膜11上，即固定在每個(gè)臺(tái)階上，同時(shí)沿階梯上升的方向使每個(gè)單元管芯3的下電極32與其前一個(gè)單元管芯3的上電極31 電連接，從而使多個(gè)單元管芯3串聯(lián)在一起組成了單元階梯式高壓發(fā)光管，如圖2所示，階 梯形結(jié)構(gòu)的起始端為單元階梯式高壓發(fā)光管的低端，階梯形結(jié)構(gòu)的終止端為單元階梯式高 壓發(fā)光管的高端。進(jìn)一步地為了使陣列高壓發(fā)光管排列更多的單元管芯3，而又不進(jìn)一步增加支撐 襯底1的厚度，只增加寬度和長(zhǎng)度，本發(fā)明提出幾種線形結(jié)構(gòu)的階梯式高壓發(fā)光管陣列，這 種線形結(jié)構(gòu)的階梯式高壓發(fā)光管陣列是把上述階梯式高壓發(fā)光管作為一個(gè)單元，將這樣多 個(gè)單元的階梯式高壓發(fā)光管沿支撐襯底1的原一維方向進(jìn)行重復(fù)排列，再將多個(gè)單元階梯 式高壓發(fā)光管的低端和高端進(jìn)行電連接，從而形成串聯(lián)或并聯(lián)的單元階梯式高壓發(fā)光管陣 列。為了描述方便，我們先不考慮這些單元階梯式高壓發(fā)光管的電橋接連接方式，先 描述其位置的排列。如將第一個(gè)單元階梯式高壓發(fā)光管的高端和第二個(gè)單元階梯式高壓發(fā) 光管的低端相連接，再將第二個(gè)單元階梯式高壓發(fā)光管的高端和第三個(gè)單元階梯式高壓發(fā) 光管的低端相連接，余下依次排列，則排成鋸齒形結(jié)構(gòu)的階梯式高壓發(fā)光管陣列。如將第一個(gè)單元階梯式高壓發(fā)光管的高端和第二個(gè)單元階梯式高壓發(fā)光管的高 端相連接，再將第二個(gè)單元階梯式高壓發(fā)光管的低端和第三個(gè)單元階梯式高壓發(fā)光管的低 端相連接，余下依次排列，則排成升、降交替的凸凹形階梯式高壓發(fā)光管陣列；如只有兩個(gè) 單元的階梯式高壓發(fā)光管，就形成了凸字形結(jié)構(gòu)的階梯式高壓發(fā)光管陣列，如圖5所示；如 果將第一個(gè)單元階梯式高壓發(fā)光管的低、高端互換，使第一個(gè)單元階梯式高壓發(fā)光管的低 端與第二個(gè)單元階梯式高壓發(fā)光管的低端相連接，則排成凹字形結(jié)構(gòu)的階梯式高壓發(fā)光管 陣列。下面考慮這些單元階梯式高壓發(fā)光管的電橋接連接方式與方法，連接的方式可以 是串聯(lián)也可以是并聯(lián)，串聯(lián)能夠增加高壓發(fā)光管的使用電壓，并聯(lián)能夠增加高壓發(fā)光管的 使用電流，根據(jù)設(shè)計(jì)需要按電路的基本常識(shí)選擇。連接的方法用支撐襯底1排布的金屬化 橋接線12和鍵合金屬線相結(jié)合方法相連接。以如圖5所示凸字形結(jié)構(gòu)進(jìn)行串聯(lián)為例，可將 左邊的單元階梯管芯的低端下電極用金絲就近鍵合到左單元階梯旁邊的金屬化橋接線12 左端上，然后將右單元階梯管芯的高端上電極用金絲就近鍵合到左單元階梯旁邊金屬化橋 接線12的右端，這樣左單元階梯管芯的上電極就成為整個(gè)高壓發(fā)光管的上電極，右單元階 梯管芯的下電極就成為整個(gè)高壓發(fā)光管的下電極。再以如圖5所示凸字形結(jié)構(gòu)進(jìn)行并聯(lián)為 例，可將左單元階梯管芯的低端下電極用金絲就近鍵合到左單元階梯旁邊的金屬化橋接線 12左端上，同樣將右單元階梯管芯的低端下電極用金絲鍵合就近到右單元階梯旁邊的金屬 化橋接線12上右端，再將左單元階梯管芯的高端上電極和右單元階梯管芯的高端上電極 用金絲鍵合連接，成為整個(gè)高壓發(fā)光管的上電極，再將左單元階梯旁邊的金屬化橋接線12 右端和右單元階梯旁邊的金屬化橋接線12的左端用金絲鍵合連接，成為整個(gè)高壓發(fā)光管 的下電極。對(duì)于多個(gè)單元階梯式高壓發(fā)光管也還可以有其他多種電橋接連接方法和方式， 可根據(jù)需要按電路的基本常識(shí)靈活設(shè)計(jì)。這種線形階梯陣列式高壓發(fā)光管和上述線形階梯陣列式高壓發(fā)光管相比較，特征 1和特征2均一樣，只是支撐襯底1的形狀和電連接方法方式有所改變。即幾種線形階梯陣 列式高壓發(fā)光管，由支撐襯底1、支撐襯底1上的焊片2和焊片2上面的單元管芯3構(gòu)成，其特征在于1、單元管芯3是如圖3所示的垂直結(jié)構(gòu)，制備在單元管芯3出光面的上電極31為 條形，其面積占整個(gè)單元管芯3出光面表面積的5 30%，下電極32覆蓋在全部單元管芯 3的下表面；2、支撐襯底1是將如圖4所示的一維方向的階梯形作為一個(gè)單元階梯，再沿著 支撐襯底1的原一維方向重復(fù)排列，排列的方式有多種，可以是第一個(gè)單元階梯的高端和 第二個(gè)單元階梯的低端相連接，再將第二個(gè)單元階梯的高端和第三個(gè)單元階梯的低端相連 接，則排成鋸齒形；也可以是將第一個(gè)單元階梯的高端和第二個(gè)單元階梯的高端相連接，再
將第二個(gè)單元階梯的低端和第三個(gè)單元階梯的低端相連接......，則排成升、降交替的凸
凹形，如只有兩個(gè)單元的階梯，就形成了凸字形結(jié)構(gòu)，如圖5所示；同樣如只有兩個(gè)單元的 階梯，還可以的將第一個(gè)單元階梯的低、高端互換，使第一個(gè)單元階梯低端與第二個(gè)單元階 梯的低端相連接，則排成凹字形結(jié)構(gòu)的階梯；階梯的臺(tái)階的寬度和高度根據(jù)所制備的單元 管芯3設(shè)計(jì)，其高度和單元管芯3的厚度一樣，其前后方向的寬度為單元管芯3的前后方向 寬度，其左右方向的寬度比單元管芯3的左右方向的寬度(即單元管芯3的長(zhǎng)度)短5 30%，，在階梯形結(jié)構(gòu)的每個(gè)臺(tái)階的上面均制備有分立的常規(guī)的金屬化薄膜11 ；3、在階梯形結(jié)構(gòu)的每個(gè)臺(tái)階的上面均設(shè)置有一個(gè)單元管芯3，在每個(gè)單元管芯3 下電極32的下面設(shè)置有焊片2，焊片2的長(zhǎng)寬尺寸和單元管芯3相同，厚度為5 60微米， 通過焊片2將每個(gè)單元管芯3固定在支撐襯底1的金屬化薄膜11上，即固定在每個(gè)臺(tái)階上， 同時(shí)沿階梯上升的方向使每個(gè)單元管芯3的下電極32與其前一個(gè)單元管芯3的上電極31 電接觸，從而使多個(gè)單元管芯3串聯(lián)在一起組成了單元階梯式高壓發(fā)光管，如圖2所示，階 梯形結(jié)構(gòu)的起始端為單元階梯式高壓發(fā)光管的低端，階梯形結(jié)構(gòu)的終止端為單元階梯式高 壓發(fā)光管的高端。4、一個(gè)單元階梯上管芯和另一個(gè)單元階梯上管芯的電橋接連接，可以用鍵合金屬 線相連接，也可以用支撐襯底1排布的金屬化橋接線12和鍵合金屬線相結(jié)合方法相連接， 連接的方式可以是串聯(lián)也可以是并聯(lián)，串聯(lián)能夠增加高壓發(fā)光管的使用電壓，并聯(lián)能夠增 加高壓發(fā)光管的使用電流，可根據(jù)需要按電路的基本常識(shí)靈活設(shè)計(jì)連接。再進(jìn)一步為了增加陣列高壓發(fā)光管的發(fā)光面積，本發(fā)明提出一種矩形面階梯式高 壓發(fā)光管陣列。這種高壓發(fā)光管陣列是將線形階梯式高壓發(fā)光管陣列依次平行排列成如圖 6所示矩形面陣列，這種發(fā)光管的特征1、特征2和特征4均和上述發(fā)光管一樣，只是支撐襯 底1的形狀有所改變。即一種矩形面階梯式高壓發(fā)光管陣列，其特征在于支撐襯底1是將 如圖4所示的一維方向的階梯形作為一個(gè)單元階梯，沿著支撐襯底1的原一維方向重復(fù)排 列，同時(shí)再沿著支撐襯底1的原一維方向的垂直方向依次平行重復(fù)排列，然后將多個(gè)單元 階梯式高壓發(fā)光管的電極進(jìn)行電橋接連接，從而形成串聯(lián)或并聯(lián)的矩形面元階梯式高壓發(fā) 光管陣列。再進(jìn)一步為了使陣列高壓發(fā)光管發(fā)出光的出射角成面對(duì)稱，本發(fā)明提出一種十字 形面階梯式高壓發(fā)光管陣列。這種發(fā)光管的特征1、特征2和特征4均和上述發(fā)光管一樣， 只是支撐襯底1的形狀和金屬化橋接線12形狀有所改變。這種高壓發(fā)光管陣列是將如圖 4所示的一維方向的階梯形作為一個(gè)單元階梯，再將這樣的單元階梯排列階梯成如圖7所 示十字形面陣列。即一種十字形面階梯式高壓發(fā)光管陣列，其特征在于支撐襯底1是將如圖4所示的一維方向的階梯形作為一個(gè)單元階梯，將這樣的單元階梯排列成如圖7所示十 字形面陣列，然后將單元階梯式高壓發(fā)光管的電極進(jìn)行電橋接連接，從而形成串聯(lián)或并聯(lián) 的十字形面階梯式高壓發(fā)光管陣列。進(jìn)一步地，在每個(gè)階梯形單元之間的斜面上制備有金屬化橋接線12，為了方便一 個(gè)單元階梯上管芯的電極和另一個(gè)單元階梯上管芯電極的橋接，可以將支撐襯底1的金屬 化橋接線12和單元階梯最底層的管芯下電極金屬化連接。再進(jìn)一步為了增加陣列高壓發(fā)光管發(fā)光的功率，同時(shí)使陣列高壓發(fā)光管發(fā)出光的 出射角成圓面對(duì)稱，本發(fā)明提出一種多邊形面階梯式高壓發(fā)光管陣列。這種高壓發(fā)光管是 將如圖4所示的一維方向的階梯形作為一個(gè)單元階梯，再將這樣的單元階梯排列成如圖8 所示由中心向外發(fā)散的八邊形面陣列，也可以排列成五邊形面陣列、六邊形面陣列、十邊形 面陣列、十二邊形面陣列等等，也可以排列成不對(duì)稱的多邊形。這種發(fā)光管的特征1、特征2 和特征4均和上述發(fā)光管一樣，只是支撐襯底1的形狀和金屬化橋接線12形狀有所改變。 即一種多邊形面階梯陣列式高壓發(fā)光管，其特征在于支撐襯底1是將如圖4所示的一維方 向的階梯形作為一個(gè)單元階梯，將這樣的單元階梯排列成多邊形面陣列，然后將單元階梯 式高壓發(fā)光管的電極進(jìn)行電橋接連接，從而形成串聯(lián)或并聯(lián)的多邊形面階梯式高壓發(fā)光管 陣列。和上述結(jié)構(gòu)一樣，在每個(gè)階梯形單元之間的斜面上制備有金屬化橋接線12，為了 方便一個(gè)單元階梯上管芯的電極和另一個(gè)單元階梯上管芯電極的橋接，可以將支撐襯底1 的金屬化橋接線12和單元階梯最底層的管芯下電極金屬化連接。所述的電極進(jìn)行電橋接連接為以上陣列的電極的橋接連接方發(fā)都可以用鍵合金 屬線相連接，也可以用支撐襯底1排布的金屬化橋接線12和鍵合金屬線相結(jié)合方法相連 接；連接的方式可以是所有的單元陣列高壓發(fā)光管都串聯(lián)，也可以都并聯(lián)，也可以幾個(gè)單元 先并聯(lián)(如兩個(gè)、兩個(gè)先并聯(lián))，然后再串聯(lián)。可根據(jù)需要按電路的基本常識(shí)靈活設(shè)計(jì)連接。前面所述的高壓發(fā)光管的制備方法，其步驟如下A、單元管芯3的選取與電極的制備選取可制備垂直結(jié)構(gòu)單元管芯的外延片材 料，如導(dǎo)電的SiC襯底制備的GaN發(fā)光管外延片、Si襯底制備的GaN發(fā)光管外延片、導(dǎo)電的 GaN襯底制備的GaN發(fā)光管外延片；外延片選取好后先在出光面制備上電極，制備的方法可 采用熱蒸鍍、電子束蒸鍍、和磁控激射方法，用掩膜法或用光刻刻蝕、光刻膠剝離工藝方法 制備成條形上電極31 ；條形上電極31的面積占整個(gè)單元管芯上表面積的5 30%;對(duì)于面 積比較大的單元管芯，除了這一條形上電極31外還可以增加制備環(huán)繞整個(gè)單元管芯出光 面邊緣的環(huán)狀口字形電極，或梳狀，如山字形電極等等；電極的金屬材料可選用Au、NiAu、 TiAu、ZnAu或PtAu等二元合金材料，也可以用TiPtAiuTiNiAu或NiPtAu等三元金材料；然 后進(jìn)行合金、減薄，將襯底減薄至50 150微米；再制備下電極32，下電極32覆蓋全部單 元管芯3的下面，同樣下電極的金屬材料可選用Au、NiAu, TiAu, ZnAu或PtAu等二元合金 材料，也可以用TiPtAiuTiNiAu或NiPtAu等三元合金材料；再用常規(guī)工藝合金、劃片，制備 成單元管芯3。B、支撐襯底1的制備支撐襯底1的材料可用絕緣的Si晶片或陶瓷材料，最好選 用導(dǎo)熱好而絕緣的陶瓷材料，如A1N、氧化鈹?shù)忍沾桑蝗绻肧i晶片，可用常規(guī)半導(dǎo)體工藝 制備成所需要形狀的帶有金屬化薄膜11和金屬化橋接線12的支撐襯底1 ；如果用陶瓷材料，可采用常規(guī)的陶瓷金屬化工藝制備成所需要形狀的帶有金屬化薄膜11和金屬化橋接 線12的支撐襯底1，這種陶瓷材料支撐襯底1的制備可以委托精密電子陶瓷專業(yè)公司加工 完成；C、燒結(jié)制備階梯陣列式高壓發(fā)光管在支撐襯底1的每個(gè)臺(tái)階上依次放置好焊片 2和單元管芯3，焊片2可選用AuSn、AgSn, InSn, PbSn等合金焊料片，其厚度為5 60微 米；為了組裝方便，可先將焊片2預(yù)先低溫焊接設(shè)置在每個(gè)單元管芯3下電極32的下面， 然后在氮?dú)饣蚱渌麣怏w保護(hù)下加熱燒結(jié)，加熱的溫度根據(jù)焊片材料的不同進(jìn)行調(diào)節(jié)，可在 160° 800°C，這樣將一個(gè)個(gè)單元管芯通過焊片焊接在支撐襯底1的金屬化薄膜11上，同 時(shí)將上面的一個(gè)單元管芯的下電極32焊接在下面一個(gè)單元管芯的上電極31上，多個(gè)單元 管芯串聯(lián)焊接便制備得到階梯陣列式高壓發(fā)光管；如果進(jìn)一步制備線形階梯陣列式高壓發(fā) 光管、矩形面階梯陣列式高壓發(fā)光管、十字形面階梯陣列式高壓發(fā)光管或多邊形面階梯陣 列式高壓發(fā)光管，可根據(jù)串聯(lián)或并聯(lián)的需要，用支撐襯底1上排布的金屬化橋接線12和鍵 合金屬線相結(jié)合的連接方法將一個(gè)單元階梯上管芯的電極和另一個(gè)單元階梯上管芯的電 極相橋接連接，金屬線可采用金、銅、鋁絲。本發(fā)明的效果和益處本發(fā)明可以克服正裝結(jié)構(gòu)散熱不好，僑接電極制備工藝復(fù)雜的缺點(diǎn)；可以提高高 壓發(fā)光管的輸出功率和亮度，進(jìn)一步拓展高壓發(fā)光管應(yīng)用范圍。

圖1:(a)正裝陣列式高壓發(fā)光,^結(jié)構(gòu)俯視(b)正裝陣列式高壓發(fā)光1f結(jié)構(gòu)前視圖2:(a)階梯陣列式高壓發(fā)光,^結(jié)構(gòu)俯視(b)階梯陣列式高壓發(fā)光1f結(jié)構(gòu)前視圖3:(a)單元管芯結(jié)構(gòu)俯視(b)單元管芯結(jié)構(gòu)前視圖>
圖4:(a)支撐襯底結(jié)構(gòu)俯視(b)支撐襯底結(jié)構(gòu)前視圖>
圖5:(a)線形階梯陣列式高壓發(fā)光,^結(jié)構(gòu)俯視圖
(b)線形階梯陣列式高壓發(fā)光1f結(jié)前視圖；圖6 矩形面階梯陣列式高壓發(fā)光管結(jié)構(gòu)俯視示意圖；圖7 十字形面階梯陣列式高壓發(fā)光管結(jié)構(gòu)俯視圖；圖8 多邊形面階梯陣列式高壓發(fā)光管結(jié)構(gòu)俯視圖。圖中部件1為支撐襯底，11為支撐襯底上的金屬化薄膜，12為支撐襯底上的金屬 化橋接線，2為焊片，3為單元管芯，31為單元管芯上電極，32為單元管芯下電極。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施例和實(shí)施工藝。實(shí)施例1 階梯陣列式高壓發(fā)光管。這種新型階梯陣列式高壓發(fā)光管結(jié)構(gòu)見附圖2，其制備過程為A、單元管芯3選取η型導(dǎo)電的SiC襯底制備的GaN發(fā)光管外延片；先在出光面制 備上電極，制備的方法可采用熱蒸鍍、電子束蒸鍍、和磁控激射方法，用掩膜法或用光刻刻 蝕、光刻膠剝離工藝方法制備成條形上電極31 ；條形上電極31的面積占整個(gè)單元管芯上表 面積的5 30% ；電極的金屬材料可選用Au、NiAu, TiAu, ZnAu或PtAu等二元合金材料， 也可以用TiPtAu、TiNiAu或NiPtAu等三元合金材料；然后用常規(guī)工藝進(jìn)行合金、減薄，將 襯底減薄至50 150微米；再制備下電極32，下電極32覆蓋全部單元管芯3的下面，同樣 下電極的金屬材料可選用Au、NiAu、TiAu、ZnAu或PtAu等二元合金材料，也可以用TiPtAu、 TiNiAu或NiPt Au等三元合金材料；再用常規(guī)工藝合金、劃片，制備成單元管芯3 ；B、支撐襯底1的材料選用導(dǎo)熱好而絕緣的AlN陶瓷材料，用常規(guī)的陶瓷金屬化工 藝制備成所需要形狀的帶有金屬化薄膜11的支撐襯底1 ；C、在支撐襯底1上依次放置好焊片2和單元管芯3，焊片2選用AuSn合金焊料片， 其厚度為20 50微米；為了組裝方便，可將焊片2預(yù)先低溫160°C焊接設(shè)置在每個(gè)單元管 芯3的下電極32下面，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下加熱燒結(jié)，加熱溫度為300° 700°C，將一個(gè)個(gè)單元 管芯焊接在支撐襯底1上，同時(shí)和其上、下兩個(gè)單元管芯焊接在一起了，便制備得到階梯陣 列式高壓發(fā)光管。實(shí)施例2:十字形面階梯陣列式高壓發(fā)光管。這種十字形面階梯陣列式高壓發(fā)光管結(jié)構(gòu)見附 圖7，其制備過程中的單元管芯3的選取與電極的制備，以及燒結(jié)制備階梯陣列式高壓發(fā)光 管工藝同實(shí)施例1 ；同實(shí)施例1不同的是支撐襯底1上每個(gè)階梯形單元之間的斜面上要制 備有金屬化橋接線12 ；燒結(jié)制備好每個(gè)單元階梯陣列式高壓發(fā)光管后，將一個(gè)單元階梯上 管芯的電極和另一個(gè)單元階梯上管芯電極的進(jìn)行電橋接連接；現(xiàn)以為提高使用電壓，串聯(lián) 橋接方式為例，敘述橋接連接方法如下將左單元階梯管芯的上電極用金絲鍵合到連接上 單元階梯管芯下電極的金屬化橋接線12上，再同樣將下單元階梯管芯的上電極用金絲鍵 合到連接左單元階梯管芯下電極的金屬化橋接線12上，再同樣將右單元階梯管芯的上電 極用金絲鍵合到連接下單元階梯管芯下電極的金屬化橋接線12上，這樣上單元階梯管芯 的上電極就是整個(gè)器件的上電極，右單元階梯管芯的下電極就是整個(gè)器件的下電極，便制 備得到十字形面階梯陣列式高壓發(fā)光管。
權(quán)利要求
1.一種新型階梯式高壓發(fā)光管，依次由支撐襯底(1)、焊片( 和單元管芯C3)構(gòu)成， 其特征在于a)單元管芯(3)為垂直結(jié)構(gòu)，制備在單元管芯(3)外延片出光面的上電極(31)為條 形，其面積占整個(gè)單元管芯(3)出光面表面積的5 30%，下電極(3 覆蓋在全部單元管 芯⑶的下表面；b)支撐襯底(1)為一維方向的階梯形結(jié)構(gòu)，階梯形結(jié)構(gòu)臺(tái)階的高度和單元管芯(3)的 厚度一樣，其前后方向的寬度為單元管芯(3)的前后方向?qū)挾?，其左右方向的寬度比單?管芯(3)的左右方向的寬度短5 30%，在階梯形結(jié)構(gòu)的每個(gè)臺(tái)階的上面均制備有分立的 金屬化薄膜(11)；c)在階梯形結(jié)構(gòu)的每個(gè)臺(tái)階的上面均設(shè)置有一個(gè)單元管芯(3)，焊片( 設(shè)置在每個(gè) 單元管芯(3)下電極(32)的下面，焊片O)的尺寸和單元管芯(3)相同，厚度為5 60微 米，通過焊片( 將每個(gè)單元管芯(3)固定在支撐襯底(1)的金屬化薄膜(11)上，即固定 在每個(gè)臺(tái)階上，同時(shí)沿階梯上升的方向使每個(gè)單元管芯C3)的下電極(3 與其前一個(gè)單元 管芯C3)的上電極(31)電連接，從而使多個(gè)單元管芯(3)串聯(lián)在一起組成單元階梯式高壓 發(fā)光管，階梯形結(jié)構(gòu)的起始端為單元階梯式高壓發(fā)光管的低端，階梯形結(jié)構(gòu)的終止端為單 元階梯式高壓發(fā)光管的高端。
2.一種線形結(jié)構(gòu)的階梯式高壓發(fā)光管陣列，其特征在于是將多個(gè)權(quán)利要求1所述的 單元階梯式高壓發(fā)光管沿支撐襯底(1)的原一維方向進(jìn)行重復(fù)排列，再將多個(gè)單元階梯式 高壓發(fā)光管的電極進(jìn)行電橋接連接，從而形成串聯(lián)或并聯(lián)的線形階梯式高壓發(fā)光管陣列。
3.如權(quán)利要求2所述的一種線形結(jié)構(gòu)的階梯式高壓發(fā)光管陣列，其特征在于是將第 一個(gè)單元階梯式高壓發(fā)光管的高端和第二個(gè)單元階梯式高壓發(fā)光管的低端相連接，再將第 二個(gè)單元階梯式高壓發(fā)光管的高端和第三個(gè)單元階梯式高壓發(fā)光管的低端相連接，余下依 次排列，則排成鋸齒形結(jié)構(gòu)的階梯式高壓發(fā)光管陣列。
4.如權(quán)利要求2所述的一種線形結(jié)構(gòu)的階梯式高壓發(fā)光管陣列，其特征在于是將第 一個(gè)單元階梯式高壓發(fā)光管的高端和第二個(gè)單元階梯式高壓發(fā)光管的高端相連接，再將第 二個(gè)單元階梯式高壓發(fā)光管的低端和第三個(gè)單元階梯式高壓發(fā)光管的低端相連接，余下依 次排列，則排成升、降交替的凸凹形階梯式高壓發(fā)光管陣列。
5.一種矩形面階梯式高壓發(fā)光管陣列，其特征在于是將多個(gè)權(quán)利要求1所述的單元 階梯式高壓發(fā)光管沿著支撐襯底(1)的原一維方向重復(fù)排列，同時(shí)再沿著支撐襯底(1)原 一維方向的垂直方向依次平行重復(fù)排列，然后將多個(gè)單元階梯式高壓發(fā)光管的電極進(jìn)行電 橋接連接，從而形成串聯(lián)或并聯(lián)的矩形面元階梯式高壓發(fā)光管陣列。
6.一種十字形面階梯式高壓發(fā)光管陣列，其特征在于是將四個(gè)權(quán)利要求1所述的單 元階梯式高壓發(fā)光管排列成十字形面陣列，然后將單元階梯式高壓發(fā)光管的電極進(jìn)行電橋 接連接，從而形成串聯(lián)或并聯(lián)的十字形面階梯式高壓發(fā)光管陣列。
7.—種多邊形面階梯式高壓發(fā)光管陣列，其特征在于是將多個(gè)權(quán)利要求1所述的單 元階梯式高壓發(fā)光管排列成由中心向外發(fā)散的多邊形面陣列，然后將單元階梯式高壓發(fā)光 管的電極進(jìn)行電橋接連接，從而形成串聯(lián)或并聯(lián)的多邊形面階梯式高壓發(fā)光管陣列。
8.如權(quán)利要求7所述一種多邊形面階梯式高壓發(fā)光管陣列，其特征在于為正五邊形、 正六邊形、正八邊形、正十邊形或正十二邊形。
9.權(quán)利要求1所述的階梯式高壓發(fā)光管的制備方法，其步驟如下A、單元管芯(3)的選取與電極的制備選取導(dǎo)電的SiC襯底制備的GaN發(fā)光管外延片、 Si襯底制備的GaN發(fā)光管外延片或?qū)щ姷腉aN襯底制備的GaN發(fā)光管外延片；在外延片出 光面制備條形上電極(31)，條形上電極(31)的面積占整個(gè)單元管芯上表面積的5 30%; 然后進(jìn)行合金、減薄操作，將襯底減薄至50 150微米；再制備下電極(32)，下電極(32)覆 蓋全部單元管芯(3)的下面；經(jīng)過合金、劃片操作后制備成單元管芯(3)；B、支撐襯底(1)的制備支撐襯底(1)的材料為絕緣的Si晶片或陶瓷，然后制備成階 梯式結(jié)構(gòu)，并在階梯式結(jié)構(gòu)的臺(tái)階上制備分立的金屬化薄膜(11)；C、燒結(jié)制備階梯陣列式高壓發(fā)光管在支撐襯底(1)的每個(gè)臺(tái)階上依次放置好焊片 ⑵和單元管芯(3)，焊片(2)的厚度為5 60微米；先將焊片(2)預(yù)先低溫焊接在每個(gè) 單元管芯(3)下電極(32)的下面，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下加熱燒結(jié)，加熱的溫度為160° 800°C，從而將每個(gè)單元管芯C3)通過焊片( 焊接在支撐襯底(1)的金屬化薄膜(11)上， 并同時(shí)將上面的一個(gè)單元管芯的下電極(32)焊接在下面一個(gè)單元管芯的上電極(31)上， 多個(gè)單元管芯串聯(lián)焊接便制備得到階梯陣列式高壓發(fā)光管。
全文摘要
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一類GaN基陣列式高壓發(fā)光管及其制備方法。器件由支撐襯底1、支撐襯底1上的焊片2和焊片2上面的單元管芯3構(gòu)成，其特征在于單元管芯3是垂直結(jié)構(gòu)，其上電極31為條形，下電極32覆蓋全部單元管芯3的下面；支撐襯底1是一維方向的階梯形結(jié)構(gòu)，在每個(gè)臺(tái)階上有金屬化薄膜11；支撐襯底1的每個(gè)臺(tái)階上有一個(gè)單元管芯3，通過焊片2將單元管芯3焊接固定在支撐襯底1上，同時(shí)將上面的一個(gè)單元管芯的下電極32焊接在下面一個(gè)單元管芯的上電極31上，多個(gè)單元管芯串聯(lián)焊接組成階梯陣列式高壓發(fā)光管。本發(fā)明克服正裝結(jié)構(gòu)散熱不好，僑接電極制備工藝復(fù)雜的缺點(diǎn)，進(jìn)一步拓展高壓發(fā)光管應(yīng)用范圍。
文檔編號(hào)H01L33/48GK102130107SQ20101058440
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者彭暉, 杜國(guó)同, 梁紅偉, 郭文平, 閆春輝 申請(qǐng)人:亞威朗光電(中國(guó))有限公司, 吉林大學(xué), 大連理工大學(xué)