一種可直接連接在交流電上的led晶片組的製作方法

2023-06-15 07:05:56

專利名稱：一種可直接連接在交流電上的led晶片組的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種發光二極體晶片，尤其是涉及一種可直接連接在交流電上的LED 晶片組。
背景技術：
發光二極體晶片，是led燈的核心組件，也就是指的P-N結。其主要功能是把電能轉化為光能，晶片的主要材料為單晶矽。半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體， 在它裡面空穴佔主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成一個P-N結。當電流通過導線作用於這個晶片的時候，電子就會被推向P區，在P區裡電子跟空穴複合，然後就會以光子的形式發出能量，這就是LED發光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結的材料決定的。發光二極體晶片的P-N結具有單向導電性即正嚮導通，反向不導通。對紅黃光發光二極體，其正嚮導通電壓在2伏左右，而對藍綠光二極體，正嚮導通電壓在3.0伏左右。 當二極體的正向電壓高於導通電壓後，流過二極體的電流將隨著外加電壓的增加而迅速增加；當流過二極體的電流過大時，由於二極體本身產生的熱量過大而可能被燒毀。目前，一般1瓦藍光二極體的工作電流在350毫安左右，相應的工作電壓遠小於4伏。顯然，一般二極體由於其單向導通性和較低的工作電壓限制。由此可見，所有的發光二極體晶片使用都需要額外設置的整流電路和外加電阻配合使用，因而會增加了燈具生產成本以及電路連接的複雜性。此外，現有LED晶片是無法與交流電直接連接使用的，需要增加額外設施。

發明內容
本發明設計了一種可直接連接在交流電上的LED晶片組，其解決的技術問題是 (1)現有LED晶片組無法直接與交流電直接使用；(2)現有發光二極體晶片需要與專門的整流電路和外加電阻配合使用，會增加了燈具生產成本以及電路連接的複雜性。為了解決上述存在的技術問題，本發明採用了以下方案
一種可直接連接在交流電上的LED晶片組，至少包括兩枚集成電阻發光二極體晶片， 所述兩枚集成電阻發光二極體晶片並聯在交流電正負極，每一枚集成電阻發光二極體晶片包括第一半導體電阻(Rl)和第二半導體電阻(R2)，在所述第一半導體電阻(Rl)和所述第二半導體電阻(R2)之間串聯有多個發光二極體(L1、L2、L3)，所述多個發光二極體(L1、L2、 L3)的PN結走向相同，根據二極體正嚮導通原理兩枚集成電阻發光二極體晶片在交流電作用下交替發光。進一步，一枚集成電阻發光二極體晶片的第一半導體電阻(Rl)和另一枚集成電阻發光二極體晶片的第二半導體電阻(R2)的連接端與交流電正極或負極直接連接。進一步，所述第一半導體電阻(R1)、所述第二半導體電阻(R2)以及所述多個發光二極體除了共用一襯底(1)層外分別由獨立的緩衝層(2)、N型層(3)、N型分別限制層(4)、有源區結構(5)、P型分別限制層(6)、P型層(7)、P型歐姆接觸層(8)以及P型金屬歐姆接觸層(9)由下至上組合而成；相鄰兩個發光二極體通過N型層(3)電極與P型金屬歐姆接觸層(9)電極連接實現串聯；所述第一半導體電阻(Rl)和所述第二半導體電阻(R2)分別都設有兩個接觸電極，所述第一半導體電阻(Rl)或所述第二半導體電阻(R2)的一個接觸電極與電源的正極或負極連接，另外一個接觸電極與相鄰發光二極體的N型層(3)或P型金屬歐姆接觸層(9)連接。進一步，所述第一半導體電阻(R1)、所述第二半導體電阻(R2)以及多個發光二極體的外表都包裹一層絕緣介質膜(13)，但多個發光二極體的N型層(3)電極、多個發光二極體的P型金屬歐姆接觸層(9)電極以及所述第一半導體電阻(Rl)和所述第二半導體電阻 (R2 )的各自兩個接觸電極上方的絕緣介質膜(13 )都去除。進一步，所述第一半導體電阻(Rl)的P型金屬歐姆接觸層(9)被P型金屬歐姆接觸層第一隔離缺口(17)分離成兩個接觸電極。進一步，所述第二半導體電阻(R2) P型金屬歐姆接觸層(9)被P型金屬歐姆接觸層第二隔離缺口(18)分離成兩個接觸電極。進一步，所述發光二極體為三個第一發光二極體(Li)、第二發光二極體(L2)和第三發光二極體(L3);其中，第一發光二極體(Li)的P型金屬歐姆接觸層(9)電極通過PP 結電極連接金屬層(162)與第一半導體電阻(Rl)的右側接觸電極連接，第一發光二極體 (Li)的N型層(3)電極通過第一 PN結電極連接金屬層(163)與第二發光二極體(L2)的P 型金屬歐姆接觸層(9)電極連接；第二發光二極體(L2)的N型層(3)電極通過第二 PN結電極連接金屬層(164)與第三發光二極體(L3)的P型金屬歐姆接觸層(9)電極連接；第三發光二極體(L3)的N型層(3)電極通過第三PN結電極連接金屬層(165)與第二半導體電阻 (R2)的左側接觸電極連接。進一步，所述絕緣介質膜(13)的厚度在150nm-450nm之間。進一步，所述襯底(1)的材質為藍寶石、碳化矽或GaN。該可直接連接在交流電上的LED晶片組與傳統發光二極體晶片製作方法相比，具有以下有益效果
(1)本發明由於將兩顆集成電阻發光二極體晶片並聯連接並且使得兩者的多個發光二極體PN結走向相反，一枚集成電阻發光二極體晶片在交流電的正半周工作，另一枚集成電阻發光二極體晶片在交流電的負半周工作，實現LED晶片組可以在交流電下一直工作。(2)本發明方法可以將發光二極體晶片製作成多個發光二極體以及半導體電阻， 該半導體電阻直接集成在發光二極體晶片中，因而不再需要與專門的整流電路和外加電阻配合使用，大大降低了照明燈具生產成本以及電路連接的複雜性。


圖01 本發明中發光二極體裸晶片結構示意圖02 本發明集成電阻發光二極體晶片製作步驟1結構示意圖； 圖03 本發明集成電阻發光二極體晶片製作步驟2結構示意圖； 圖04 本發明集成電阻發光二極體晶片製作步驟3結構示意圖； 圖05 本發明集成電阻發光二極體晶片製作步驟4結構示意圖；圖06本發明集成電阻發光二二極I 晶片製作步驟5結構示意07本發明集成電阻發光二二極I 晶片製作步驟6結構示意08本發明集成電阻發光二二極I 晶片製作步驟7結構示意09本發明集成電阻發光二二極I 晶片製作步驟8結構示意10本發明集成電阻發光二二極I 晶片製作步驟9結構示意11本發明集成電阻發光二二極I 晶片製作步驟10結構示意12本發明集成電阻發光二二極I 晶片製作步驟11結構示意13本發明集成電阻發光二二極I 晶片製作步驟12結構示意14本發明集成電阻發光二二極I 晶片製作步驟13結構示意15本發明集成電阻發光二二極I 晶片製作步驟14結構示意16本發明集成電阻發光二二極I 晶片製作步驟15結構示意17本發明集成電阻發光二二極I 晶片製作步驟16結構示意18本發明集成電阻發光二二極I 晶片製作步驟17結構示意19本發明集成電阻發光二二極I 晶片製作步驟18結構示意20本發明集成電阻發光二二極I 晶片製作步驟19結構示意21本發明集成電阻發光二二極I 晶片製作步驟20結構示意22本發明集成電阻發光二二極I 晶片製作步驟21結構示意23本發明集成電阻發光二二極I 晶片製作步驟22結構示意24本發明可直接連接在交流電上的LED晶片組結構示意圖。
附圖標記說明
1一襯底；2—緩衝層；3 — N型層；4一N型分別限制層；5—有源區層；6 — P型分別限制層；7—P型層；8—P型歐姆接觸層；9一P型金屬歐姆接觸層；10—第一光刻膠層；11一第二光刻膠層；12—第三光刻膠層；121—刻蝕缺口 ；13—絕緣介質膜；14一第四光刻膠層；15— 第五光刻膠層；16—金屬合金層；160—輸入電極金屬層；161—輸出電極金屬層；162 — PP 結電極連接金屬層；163—第一 PN結電極連接金屬層；164—第二 PN結電極連接金屬層； 165—第三PN結電極連接金屬層；17—P型金屬歐姆接觸層第一隔離缺口 ；18—P型金屬歐姆接觸層第二隔離缺口 ；Rl—第一半導體電阻；R2—第二半導體電阻；Ll一第一發光二極體；L2—第二發光二極體；L3—第三發光二極體。
具體實施例方式下面結合圖1至圖24，對本發明做進一步說明
如圖ι所示，普通發光二極體晶片從下至上依次為襯底1、緩衝層2、N型層3、N型分別限制層4、有源區層5、P型分別限制層6、P型層7以及P型歐姆接觸層8。襯底1是載體， 一般是藍寶石、碳化矽或GaN等材料。緩衝層2是一個過度層，在此基礎上生長高質量的N， P,量子阱等其它材料。LED由pn結構成，緩衝層2、N型層3層、N型分別限制層4，P型分別限制層6以及P型層7是為了形成製作LED所需的P和N型材料。有源區層5是LED的發光區，光的顏色由有源區的結構決定。P型歐姆接觸層8是材料生長的最後一層，這一層的載流子攙雜濃度較高，目的是為製作較小的歐姆接觸電阻。一種可直接連接在交流電上的LED晶片組製作方法如下1、在P型歐姆接觸層8表面上方形成P型金屬歐姆接觸層9；
2、將發光二極體晶片分割出多個獨立單元，其中在發光二極體晶片兩個端部的單元成為半導體電阻形成區；
3、將其餘多個獨立單元形成多個發光二極體形成區；
4、通過絕緣介質膜13將在發光二極體晶片上形成第一半導體電阻R1、第二半導體電阻R2和多個發光二極體Li、L2、L3 ；
5、將第一半導體電阻R1、多個發光二極體以及第二半導體電阻R2的各個電極通過金屬合金層16進行串聯連接，即生成一枚集成電阻發光二極體晶片；
6、使用步驟5中兩枚集成電阻發光二極體晶片，將兩枚集成電阻發光二極體晶片並聯在交流電正負極，一枚集成電阻發光二極體晶片的第一半導體電阻Rl和另一枚集成電阻發光二極體晶片的第二半導體電阻R2的連接端與交流電正極或負極直接連接，根據二極體正嚮導通原理兩枚集成電阻發光二極體晶片在交流電作用下交替發光。具體詳細步驟如下
如圖2所示，在P型歐姆接觸層8表面上方形成P型金屬歐姆接觸層9。通過蒸鍍或濺射工藝，在P型歐姆接觸層8表面形成一層或多層P型金屬歐姆接觸層9。P型金屬歐姆接觸層9不是由生長形成的，而是通過蒸鍍或濺射等方法形成的，目的之一是製作器件的電極，目的之二是為了封裝打線用。如圖3所示，在P型金屬歐姆接觸層9表面上方形成第一光刻膠層10。第一光刻膠層10塗布速度在2500-5000轉/分，並對塗布溫度控制90攝氏度-100攝氏度之間，在烘箱裡或鐵板表面烘烤，烘烤時間分別為30分鐘和2分鐘。如圖4所示，去除部分第一光刻膠層10，保留的多塊第一光刻膠層10用於製作半導體電阻形成區或發光二極體形成區。如圖5所示，將暴露的P型材料、有源區以及部分N型材料進行去除。如圖6所示，去除剩下所有的第一光刻膠層10。如圖7所示，對圖6中所得到的發光二極體晶片表面上方形成第二光刻膠層11。 第二光刻膠層11塗布速度在2500-5000轉/分，並對塗布溫度控制90攝氏度-100攝氏度之間，在烘箱裡或鐵板表面烘烤，烘烤時間分別為30分鐘和2分鐘。如圖8所示，將半導體電阻形成區獨立單元上方的第二光刻膠層11進行部分去除，形成缺口。如圖9所示，對缺口下方的P型金屬歐姆接觸層9進行完整去除，形成P型金屬歐姆接觸層第一隔離缺口 17和P型金屬歐姆接觸層第二隔離缺口 18。如圖10所示，去除所有剩餘的第二光刻膠層11。如圖11所示，在圖10中得到的發光二極體晶片表面上方形成第三光刻膠層12。 第三光刻膠層12塗布速度在2500-5000轉/分，並對塗布溫度控制90攝氏度-100攝氏度之間，在烘箱裡或鐵板表面烘烤，烘烤時間分別為30分鐘和2分鐘。如圖12所示，去除部分第三光刻膠層12，保留半導體電阻形成區最上方的第三光刻膠層12，保留多個發光二極體晶片形成區最上方和右側的第三光刻膠層12，但發光二極體晶片形成區右側的第三光刻膠層12與另外一個的發光二極體晶片形成區或第二半導體電阻形成區存在刻蝕缺口 121。
如圖13所示，將未覆蓋第三光刻膠層12的暴露部分進行刻蝕去除所有緩衝層2 和N型層3 ；
如圖14所示，去除所有剩餘的第三光刻膠層12。如圖15所示，在圖14中得到的發光二極體晶片表面上方形成絕緣介質膜13。絕緣介質膜13的厚度在150nm-450nm之間。如圖16所示，在絕緣介質膜13表面上方形成第四光刻膠層14。第四光刻膠層14 塗布速度在2500-5000轉/分，並對塗布溫度控制90攝氏度-100攝氏度之間，在烘箱裡或鐵板表面烘烤，烘烤時間分別為30分鐘和2分鐘。如圖17所示，去除部分第四光刻膠層14在兩個半導體電阻的電極形成區和多個發光二級管的電極形成區上形成的多個缺口 ；
如圖18所示，將圖17中多個缺口下方的絕緣介質膜13去除。如圖19所示，去除剩餘所有的第四光刻膠層14。如圖20所示，在圖19中得到的發光二極體晶片表面上方形成第五光刻膠層15。 第五光刻膠層15塗布速度在2500-5000轉/分，並對塗布溫度控制90攝氏度-100攝氏度之間，在烘箱裡或鐵板表面烘烤，烘烤時間分別為30分鐘和2分鐘。如圖21所示，去除部分第五光刻膠層15，僅僅保留任何一個發光二級管P電極至 N電極之間絕緣介質膜13上方的第五光刻膠層15、P型金屬歐姆接觸層第一隔離缺口 17和 P型金屬歐姆接觸層第二隔離缺口 18中絕緣介質膜13上方的第五光刻膠層15、第一半導體電阻Rl最左側絕緣介質膜13上方的第五光刻膠以及第二半導體電阻R2最右側絕緣介質膜13上方的第五光刻膠；
如圖22所示，在圖21中得到的發光二極體晶片表面上方形成金屬合金層16。如圖23所示，去除第五光刻膠層15及其上方的金屬合金層16後，剩下的金屬合金層16包括輸入電極金屬層160、輸出電極金屬層161、PP結電極連接金屬層162以及多個PN結電極連接金屬層163、164、165。如圖M所示，使用兩枚圖23中製造出來的集成電阻發光二極體晶片，將兩枚集成電阻發光二極體晶片並聯在交流電正負極，一枚集成電阻發光二極體晶片的第一半導體電阻Rl和另一枚集成電阻發光二極體晶片的第二半導體電阻R2的連接端與交流電正極或負極直接連接，根據二極體正嚮導通原理兩枚集成電阻發光二極體晶片在交流電作用下交替發光。上面結合附圖對本發明進行了示例性的描述，顯然本發明的實現並不受上述方式的限制，只要採用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種改進，或未經改進將本發明的構思和技術方案直接應用於其它場合的，均在本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種可直接連接在交流電上的LED晶片組，其特徵在於至少包括兩枚集成電阻發光二極體晶片，所述兩枚集成電阻發光二極體晶片並聯在交流電正負極，每一枚集成電阻發光二極體晶片包括第一半導體電阻(Rl)和第二半導體電阻(R2)，在所述第一半導體電阻(Rl)和所述第二半導體電阻(R2)之間串聯有多個發光二極體(Li、L2、L3)，所述多個發光二極體(Li、L2、L3)的PN結走向相同，根據二極體正嚮導通原理兩枚集成電阻發光二極體晶片在交流電作用下交替發光。
2.根據權利要求1所述可直接連接在交流電上的LED晶片組，其特徵在於一枚集成電阻發光二極體晶片的第一半導體電阻(Rl)和另一枚集成電阻發光二極體晶片的第二半導體電阻(R2)的連接端與交流電正極或負極直接連接。
3.根據權利要求2所述可直接連接在交流電上的LED晶片組，其特徵在於所述第一半導體電阻(R1)、所述第二半導體電阻(R2)以及所述多個發光二極體除了共用一襯底(1) 層外分別由獨立的緩衝層(2)、N型層(3)、N型分別限制層(4)、有源區結構(5)、P型分別限制層(6)、P型層(7)、P型歐姆接觸層(8)以及P型金屬歐姆接觸層(9)由下至上組合而成；相鄰兩個發光二極體通過N型層(3)電極與P型金屬歐姆接觸層(9)電極連接實現串聯；所述第一半導體電阻(Rl)和所述第二半導體電阻(R2)分別都設有兩個接觸電極，所述第一半導體電阻(Rl)或所述第二半導體電阻(R2)的一個接觸電極與電源的正極或負極連接，另外一個接觸電極與相鄰發光二極體的N型層(3)或P型金屬歐姆接觸層(9)連接。
4.根據權利要求3所述可直接連接在交流電上的LED晶片組，其特徵在於所述第一半導體電阻(R1)、所述第二半導體電阻(R2)以及多個發光二極體的外表都包裹一層絕緣介質膜(13)，但多個發光二極體的N型層(3)電極、多個發光二極體的P型金屬歐姆接觸層 (9)電極以及所述第一半導體電阻(Rl)和所述第二半導體電阻(R2)的各自兩個接觸電極上方的絕緣介質膜(13 )都去除。
5.根據權利要求1至4任何一項所述可直接連接在交流電上的LED晶片組，其特徵在於所述第一半導體電阻(Rl)的P型金屬歐姆接觸層(9)被P型金屬歐姆接觸層第一隔離缺口(17)分離成兩個接觸電極。
6.根據權利要求1至5中任何一項所述可直接連接在交流電上的LED晶片組，其特徵在於所述第二半導體電阻(R2) P型金屬歐姆接觸層(9)被P型金屬歐姆接觸層第二隔離缺口(18)分離成兩個接觸電極。
7.根據權利要求6所述可直接連接在交流電上的LED晶片組，其特徵在於所述發光二極體為三個第一發光二極體(Li)、第二發光二極體(L2)和第三發光二極體(L3)；其中， 第一發光二極體(Li)的P型金屬歐姆接觸層(9)電極通過PP結電極連接金屬層(162)與第一半導體電阻(Rl)的右側接觸電極連接，第一發光二極體(Li)的N型層(3)電極通過第一 PN結電極連接金屬層(163)與第二發光二極體(L2)的P型金屬歐姆接觸層(9)電極連接；第二發光二極體(L2)的N型層(3)電極通過第二 PN結電極連接金屬層(164)與第三發光二極體(L3)的P型金屬歐姆接觸層(9)電極連接；第三發光二極體(L3)的N型層(3) 電極通過第三PN結電極連接金屬層(165)與第二半導體電阻(R2)的左側接觸電極連接。
8.根據權利要求7所述可直接連接在交流電上的LED晶片組，其特徵在於所述絕緣介質膜(13)的厚度在150nm-450nm之間。
9.根據權利要求8所述可直接連接在交流電上的LED晶片組，其特徵在於所述襯底(1)的材質為藍寶石、碳化矽或GaN。
全文摘要
本發明涉及一種可直接連接在交流電上的LED晶片組，至少包括兩枚集成電阻發光二極體晶片，兩枚集成電阻發光二極體晶片並聯在交流電正負極，每一枚集成電阻發光二極體晶片包括第一半導體電阻和第二半導體電阻，在所述第一半導體電阻和所述第二半導體電阻之間串聯有多個發光二極體，根據二極體正嚮導通原理兩枚集成電阻發光二極體晶片在交流電作用下交替發光。本發明由於將兩顆集成電阻發光二極體晶片並聯連接並且使得兩者的多個發光二極體PN結走向相反，一枚集成電阻發光二極體晶片在交流電的正半周工作，另一枚集成電阻發光二極體晶片在交流電的負半周工作，實現LED晶片組可以在交流電下一直工作。
文檔編號H01L25/03GK102412242SQ20111037579
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月23日 優先權日2011年11月23日
發明者俞國宏 申請人:俞國宏