專利名稱：一種GaN基LED交流電照明芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于半導(dǎo)體照明領(lǐng)域，具體涉及適用于交流電驅(qū)動的LED微陣列芯片。
背景技術(shù)：
LED是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，由于其具有發(fā)光效率高、壽命長、綠色環(huán)保、開關(guān)速度快等優(yōu)點，作為新一代的綠色照明光源，被廣泛應(yīng)用于各種指示、顯示、裝飾、背光源和城市景觀照明等領(lǐng)域。目前，照明領(lǐng)域采用最普遍的當(dāng)屬普通交流照明，其為LED供電的驅(qū)動電路方案可以大致分為兩種情況一種是通過傳統(tǒng)的交流變壓、整流、串聯(lián)穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)來獲得直流驅(qū)動；一種是采用較先進(jìn)的開關(guān)電源直接產(chǎn)生所需的直流穩(wěn)壓電源。前者因為使用了變壓器、 限流電阻等裝置，具有成本高、能耗大、不輕便等缺點，后者應(yīng)用較為普遍，雖然具有低的能耗，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也是較高的。由于上述方案實際上都是將交流電轉(zhuǎn)化為直流后再供給 LED驅(qū)動之用，因此實際上并沒有能夠?qū)崿F(xiàn)直接采用交流供電。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的旨在提出一種GaN基LED交流電照明芯片，使其可直接運(yùn)用交流電驅(qū)動而無需復(fù)雜的外部電路，并且能較好地滿足LED —致性、可靠性、使用壽命等性能指標(biāo)要求。本實用新型的上述目的，其技術(shù)解決方案為一種GaN基LED交流電照明芯片，所述照明芯片為由LED微陣列構(gòu)成，所述LED微陣列包含藍(lán)寶石襯底上的N型GaN的Mesa隔離結(jié)構(gòu)、PN結(jié)有源區(qū)、二氧化硅絕緣層，且每個所述LED微陣列分別具有各自多層金屬的N型電極和P型電極，其特征在于所述照明芯片為由至少兩組導(dǎo)通方向相反的LED微陣列并聯(lián)構(gòu)成，相并聯(lián)的兩極引線在壓焊區(qū)域上的設(shè)有壓焊電極，分別用于與交流供電源的兩極相連。進(jìn)一步地，所述LED微陣列結(jié)構(gòu)自藍(lán)寶石襯底朝上依次為N型GaN的Mesa隔離結(jié)構(gòu)、PN結(jié)有源區(qū)、二氧化硅絕緣層，其中在N型GaN的Mesa隔離結(jié)構(gòu)與二氧化硅絕緣層之間設(shè)有多層金屬的N型電極，所述二氧化硅絕緣層正對PN結(jié)有源區(qū)和N型電極分別設(shè)有P 型臺面接觸孔和N型電極通孔，并且多層金屬的P型電極在P型臺面接觸孔與PN結(jié)有源區(qū)相連。進(jìn)一步地，所述多層金屬的N型電極為剝離后的Ti/Al/Ti/Au金屬復(fù)合層；所述多層金屬的P型電極為剝離后的Ti/Au金屬復(fù)合層。本實用新型提供的GaN基LED交流電照明芯片，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，提供了一種用于交流電照明的LED集成化單芯片，解決了交流電不能直接驅(qū)動LED的局限，大大簡化了 LED 照明芯片的驅(qū)動電路，推廣了 LED在市電照明系統(tǒng)中的應(yīng)用；同時，采用微陣列的結(jié)構(gòu)可以減小LED照明芯片的熱阻，提高了器件的壽命和可靠性。
圖1是本實用新型兩組反向并聯(lián)的LED微陣列的平面結(jié)構(gòu)圖；圖2是本實用新型LED微陣列結(jié)構(gòu)剖視圖。
具體實施方式
以下便結(jié)合實施例附圖，對本實用新型的具體實施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以使本實用新型技術(shù)方案更易于理解、掌握。如圖1和圖2所示，本實用新型所設(shè)計的LED交流照明芯片為由兩個結(jié)構(gòu)相同或相近似的LED微陣列合成而制得的。其任意一個LED微陣列11主要包括P型半導(dǎo)體114、 藍(lán)寶石襯底上的N型GaN的Mesa隔離結(jié)構(gòu)111 (以下簡稱為“N型半導(dǎo)體”)、二氧化硅薄膜絕緣層113以及分別由對應(yīng)種類的多層金屬薄膜構(gòu)成的N型電極112和P型加厚電極115， 其中ρ型半導(dǎo)體114是位于長條形Ν型半導(dǎo)體111臺階上的獨(dú)立島狀臺階，N型半導(dǎo)體111 與多層金屬鈦鋁鈦金結(jié)合的地方形成N型電極112，且夾設(shè)于N型GaN的Mesa隔離結(jié)構(gòu)與二氧化硅絕緣層之間；而二氧化硅絕緣層正對PN結(jié)有源區(qū)(即P型半導(dǎo)體)和N型電極分別設(shè)有P型臺面接觸孔和N型電極通孔，P型半導(dǎo)體的頂部則透過P型臺面接觸孔電子束蒸發(fā)多層金屬鈦金形成了 P型加厚電極115，與PN結(jié)有源區(qū)相連。任意一個P型加厚電極與N電極構(gòu)成一 LED單元21，各LED單元之間通過鈦金多層金屬連接，如圖2所示。再如圖1所示，經(jīng)由兩個或兩個以上上述LED微陣列按相反的導(dǎo)通方向并聯(lián)，即可簡單實現(xiàn)本實用新型目的所要求的交流電應(yīng)用。具體即LED微陣列11的P型電極115與另一 LED微陣列12的N型電極相連接，并引出到壓焊區(qū)域上形成一個壓焊電極31 ；同時微陣列11的N型電極112則與另一 LED微陣列12的P型電極相連接，并引出到壓焊區(qū)域上形成另一個壓焊電極32，分別用于與交流供電源的兩極相連。特別地，上述多層金屬的N型電極為剝離后的Ti/Al/Ti/Au金屬復(fù)合層；且多層金屬的P型電極為剝離后的Ti/Au金屬復(fù)合層。上述兩附圖其中圖1是芯片平面結(jié)構(gòu)圖，圖2是LED微陣列結(jié)構(gòu)的截面剖視圖，并且各微陣列制造過程是同步進(jìn)行的，且作為芯片制造的基底為III族氮化物半導(dǎo)體晶圓片， 該晶圓片本身即為P型半導(dǎo)體形成于N型半導(dǎo)體上。由此可以進(jìn)一步看出并分析該LED陣列芯片的制備過程I、以LED微陣列制備為出發(fā)點，清洗已激活鎂離子的GaN基LED外延片；II、采用ICP干法刻蝕方法在GaN基LED外延片上制成復(fù)數(shù)個N型GaN的Mesa隔離結(jié)構(gòu)(長條形臺階)和PN結(jié)有源區(qū)(密布的多個孤島狀臺階)；III、采用電子束蒸發(fā)法在N型GaN的Mesa隔離結(jié)構(gòu)上蒸發(fā)多層金屬Ti/Al/Ti/Au， 利用光刻技術(shù)并剝離形成N型電極；IV、采用PECVD將二氧化硅絕緣層薄膜生長在整個外延片上，并利用液相腐蝕法在P型臺面接觸孔和N型電極通孔的位置形成窗口；V、再次采用電子束蒸發(fā)在二氧化硅絕緣層上蒸發(fā)多層金屬Ti/Au，剝離形成P電極引線；VI、將兩組LED微陣列中一組的P電極引線在另一組的N電極通孔處互聯(lián)形成兩組LED微陣列的反向?qū)ú⒙?lián)，再將互聯(lián)處的引線在壓焊區(qū)域上形成壓焊電極，封裝整個芯片。這些工藝步驟為光電子領(lǐng)域的成熟技術(shù)，故不再對其詳細(xì)的工藝要求、條件及步驟贅述其周詳特征。經(jīng)實驗證明，本實用新型提供的一種用于交流電照明的LED集成化單芯片，解決了交流電不能直接驅(qū)動LED的局限，大大簡化了 LED照明芯片的驅(qū)動電路，推廣了 LED在市電照明系統(tǒng)中的應(yīng)用；同時，采用微陣列的結(jié)構(gòu)可以減小LED照明芯片的熱阻，提高了器件的壽命和可靠性。以上是本實用新型的具體范例，對本案保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制，凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方法，均落在本實用新型權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實施例僅是用來說明本實用新型，而并非用作為對本實用新型的限定，只要在本實用新型的實質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本實用新型的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種GaN基LED交流電照明芯片，所述照明芯片為由LED微陣列構(gòu)成，所述LED微陣列包含藍(lán)寶石襯底上的N型GaN的Mesa隔離結(jié)構(gòu)、PN結(jié)有源區(qū)、二氧化硅絕緣層，且每個所述LED微陣列分別具有各自多層金屬的N型電極和P型電極，其特征在于所述照明芯片為由至少兩組導(dǎo)通方向相反的LED微陣列并聯(lián)構(gòu)成，相并聯(lián)的兩極引線在壓焊區(qū)域上設(shè)有壓焊電極，分別用于與交流供電源的兩極相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GaN基LED交流電照明芯片，其特征在于所述LED微陣列結(jié)構(gòu)自藍(lán)寶石襯底朝上依次為N型GaN的Mesa隔離結(jié)構(gòu)、PN結(jié)有源區(qū)、二氧化硅絕緣層，其中在N型GaN的Mesa隔離結(jié)構(gòu)與二氧化硅絕緣層之間設(shè)有多層金屬的N型電極，所述二氧化硅絕緣層正對PN結(jié)有源區(qū)和N型電極分別設(shè)有P型臺面接觸孔和N型電極通孔， 并且多層金屬的P型電極在P型臺面接觸孔與PN結(jié)有源區(qū)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GaN基LED交流電照明芯片，其特征在于所述多層金屬的N型電極為剝離后的Ti/Al/Ti/Au金屬復(fù)合層；所述多層金屬的P型電極為剝離后的 Ti/Au金屬復(fù)合層。
專利摘要本實用新型揭示了一種GaN基LED交流電照明芯片，該照明芯片為由LED微陣列構(gòu)成，該LED微陣列包含藍(lán)寶石襯底上的N型GaN的Mesa隔離結(jié)構(gòu)、PN結(jié)有源區(qū)、二氧化硅絕緣層，且每個LED微陣列分別具有各自多層金屬的N型電極和P型電極。特別地，該芯片為由至少兩組導(dǎo)通方向相反的LED微陣列并聯(lián)構(gòu)成，相并聯(lián)的兩極引線在壓焊區(qū)域上的設(shè)有壓焊電極，分別用于與交流供電源的兩極相連。本實用新型GaN基LED交流電照明芯片，提供了一種用于交流電照明的LED集成化單芯片，解決了交流電不能直接驅(qū)動LED的局限，大大簡化了LED照明芯片的驅(qū)動電路，推廣了LED在市電照明系統(tǒng)中的應(yīng)用；同時，采用微陣列的結(jié)構(gòu)可以減小LED照明芯片的熱阻，提高了器件的壽命和可靠性。
文檔編號H01L33/00GK202134537SQ201120194758
公開日2012年2月1日 申請日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月10日
發(fā)明者吳良松, 彭曉雷, 鮑芳 申請人:工業(yè)和信息化部電子第五研究所華東分所