CN102412353B - 一种可直接连接在交流电上的led芯片组制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可直接连接在交流电上的LED芯片组制作方法，包括以下制作步骤：生成的两枚集成电阻发光二极管芯片，将两枚集成电阻发光二极管芯片并联在交流电正负极，一枚集成电阻发光二极管芯片的第一半导体电阻和另一枚集成电阻发光二极管芯片的第二半导体电阻的连接端与交流电正极或负极直接连接，根据二极管正向导通原理两枚集成电阻发光二极管芯片在交流电作用下交替发光。本发明方法可以将发光二极管芯片制作成多个发光二极管以及半导体电阻，因而不再需要与专门的整流电路和外加电阻配合使用，大大降低了照明灯具生产成本以及电路连接的复杂性。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管芯片的制作方法，尤其是涉及一种可直接连接在交流电上的LED芯片组制作方法。
背景技术
发光二极管芯片，是led灯的核心组件，也就是指的P-N结。其主要功能是：把电能转化为光能，芯片的主要材料为单晶硅。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。
发光二极管芯片的P-N结具有单向导电性：即正向导通，反向不导通。对红黄光发光二极管，其正向导通电压在2伏左右，而对蓝绿光二极管，正向导通电压在3.0伏左右。当二极管的正向电压高于导通电压后，流过二极管的电流将随着外加电压的增加而迅速增加；当流过二极管的电流过大时，由于二极管本身产生的热量过大而可能被烧毁。目前，一般1瓦蓝光二极管的工作电流在350毫安左右，相应的工作电压远小于4伏。显然，一般二极管由于其单向导通性和较低的工作电压限制。由此可见，所有的发光二极管芯片使用都需要额外设置的整流电路和外加电阻配合使用，因而会增加了灯具生产成本以及电路连接的复杂性。
此外，现有LED芯片是无法与交流电直接连接使用的，需要增加额外设施。
发明内容
本发明设计了一种可直接连接在交流电上的LED芯片组制作方法，其解决的技术问题是（1）现有LED芯片组无法直接与交流电直接使用；（2）现有发光二极管芯片需要与专门的整流电路和外加电阻配合使用，会增加了灯具生产成本以及电路连接的复杂性。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：
一种可直接连接在交流电上的LED芯片组制作方法，发光二极管芯片从下至上依次为衬底（1）、缓冲层（2）、N型层（3）、N型分别限制层（4）、有源区层（5）、P型分别限制层（6）、P型层（7）以及P型欧姆接触层（8），包括以下制作步骤：
步骤1：在P型欧姆接触层（8）表面上方形成P型金属欧姆接触层（9）；
步骤2：将发光二极管芯片分割出多个独立单元，其中在发光二极管芯片两个端部的单元成为半导体电阻形成区；
步骤3：将其余多个独立单元形成多个发光二极管形成区；
步骤4：通过绝缘介质膜（13）将在发光二极管芯片上形成第一半导体电阻（R1）、第二半导体电阻（R2）和多个发光二极管（L1、L2、L3）;
步骤5：将第一半导体电阻（R1）、多个发光二极管以及第二半导体电阻（R2）的各个电极通过金属合金层（16）进行串联连接，即生成一枚集成电阻发光二极管芯片；
步骤6：使用步骤5中生成的两枚集成电阻发光二极管芯片，将两枚集成电阻发光二极管芯片并联在交流电正负极，一枚集成电阻发光二极管芯片的第一半导体电阻（R1）和另一枚集成电阻发光二极管芯片的第二半导体电阻（R2）的连接端与交流电正极或负极直接连接，根据二极管正向导通原理两枚集成电阻发光二极管芯片在交流电作用下交替发光。
进一步，步骤1通过蒸镀或溅射工艺，在P型欧姆接触层（8）表面形成一层或多层P型金属欧姆接触层（9）。
进一步，步骤2中包括以下具体分步骤：
步骤21：在P型金属欧姆接触层（9）表面上方形成第一光刻胶层（10）；
步骤22：去除部分第一光刻胶层（10），保留的多块第一光刻胶层（10）用于制作半导体电阻形成区或发光二极管形成区；
步骤23：将暴露的P型材料、有源区以及部分N型材料进行去除；
步骤24：去除剩下所有的第一光刻胶层（10）；
步骤25：对步骤24所得到的发光二极管芯片表面上方形成第二光刻胶层（11）；
步骤26：将半导体电阻形成区独立单元上方的第二光刻胶层（11）进行部分去除，形成缺口；
步骤27：对步骤26中缺口下方的P型金属欧姆接触层（9）进行完整去除，形成P型金属欧姆接触层第一隔离缺口（17）和P型金属欧姆接触层第二隔离缺口（18）；
步骤28：去除所有剩余的第二光刻胶层（11）。
进一步，步骤3中包括以下具体分步骤：
步骤31：在步骤28中得到的发光二极管芯片表面上方形成第三光刻胶层（12）；
步骤32：去除部分第三光刻胶层（12），保留半导体电阻形成区最上方的第三光刻胶层（12），保留多个发光二极管芯片形成区最上方和右侧的第三光刻胶层（12），但发光二极管芯片形成区右侧的第三光刻胶层（12）与另外一个的发光二极管芯片形成区或第二半导体电阻形成区存在刻蚀缺口（121）；
步骤33：将未覆盖第三光刻胶层（12）的暴露部分进行刻蚀去除所有缓冲层（2）和N型层（3）；
步骤34：去除所有剩余的第三光刻胶层（12）。
进一步，步骤4中包括以下具体分步骤：
步骤41：在步骤34中得到的发光二极管芯片表面上方形成绝缘介质膜（13）；
步骤42：在绝缘介质膜（13）表面上方形成第四光刻胶层（14）；
步骤43：去除部分第四光刻胶层（14），在两个半导体电阻的电极形成区和多个发光二级管的电极形成区上形成的多个缺口；
步骤44：将步骤43中多个缺口下方的绝缘介质膜（13）去除；
步骤45：去除剩余所有的第四光刻胶层（14）。
进一步，步骤5中包括以下具体分步骤：
步骤51：在步骤45中得到的发光二极管芯片表面上方形成第五光刻胶层（15）；
步骤52：去除部分第五光刻胶层（15），仅仅保留任何一个发光二级管P电极至N电极之间绝缘介质膜（13）上方的第五光刻胶层（15）、P型金属欧姆接触层第一隔离缺口（17）和P型金属欧姆接触层第二隔离缺口（18）中绝缘介质膜（13）上方的第五光刻胶层（15）、第一半导体电阻（R1）最左侧绝缘介质膜（13）上方的第五光刻胶以及第二半导体电阻（R2）最右侧绝缘介质膜（13）上方的第五光刻胶；
步骤53：在步骤52中得到的发光二极管芯片表面上方形成金属合金层（16）；
步骤54：去除第五光刻胶层（15）及其上方的金属合金层（16）后，剩下的金属合金层（16）包括输入电极金属层（160）、输出电极金属层（161）、PP结电极连接金属层（162）以及多个PN结电极连接金属层（163、164、165）。
进一步，所述第一光刻胶层（10）、第二光刻胶层（11）、第三光刻胶层（12）、第四光刻胶层（14）以及第五光刻胶层（15）的涂布速度在2500-5000转/分，并对涂布温度控制90摄氏度-100摄氏度之间，在烘箱里或铁板表面烘烤，烘烤时间分别为30分钟和2分钟。
进一步，所述绝缘介质膜（13）的厚度在150nm-450nm之间。
进一步，所述衬底（1）的材质为蓝宝石、碳化硅或GaN。
该可直接连接在交流电上的LED芯片组制作方法与传统发光二极管芯片制作方法相比，具有以下有益效果：
（1）本发明由于将两颗集成电阻发光二极管芯片并联连接并且使得两者的多个发光二极管PN结走向相反，一枚集成电阻发光二极管芯片在交流电的正半周工作，另一枚集成电阻发光二极管芯片在交流电的负半周工作，实现LED芯片组可以在交流电下一直工作。
（2）本发明方法可以将发光二极管芯片制作成多个发光二极管以及半导体电阻，该半导体电阻直接集成在发光二极管芯片中，因而不再需要与专门的整流电路和外加电阻配合使用，大大降低了照明灯具生产成本以及电路连接的复杂性。
附图说明
图01：本发明中发光二极管裸芯片结构示意图；
图02：本发明方法中步骤1中发光二极管芯片结构示意图；
图03：本发明方法中步骤21中发光二极管芯片结构示意图；
图04：本发明方法中步骤22中发光二极管芯片结构示意图；
图05：本发明方法中步骤23中发光二极管芯片结构示意图；
图06：本发明方法中步骤24中发光二极管芯片结构示意图；
图07：本发明方法中步骤25中发光二极管芯片结构示意图；
图08：本发明方法中步骤26中发光二极管芯片结构示意图；
图09：本发明方法中步骤27中发光二极管芯片结构示意图；
图10：本发明方法中步骤28中发光二极管芯片结构示意图；
图11：本发明方法中步骤31中发光二极管芯片结构示意图；
图12：本发明方法中步骤32中发光二极管芯片结构示意图；
图13：本发明方法中步骤33中发光二极管芯片结构示意图；
图14：本发明方法中步骤34中发光二极管芯片结构示意图；
图15：本发明方法中步骤41中发光二极管芯片结构示意图；
图16：本发明方法中步骤42中发光二极管芯片结构示意图；
图17：本发明方法中步骤43中发光二极管芯片结构示意图；
图18：本发明方法中步骤44中发光二极管芯片结构示意图；
图19：本发明方法中步骤45中发光二极管芯片结构示意图；
图20：本发明方法中步骤51中发光二极管芯片结构示意图；
图21：本发明方法中步骤52中发光二极管芯片结构示意图；
图22：本发明方法中步骤53中发光二极管芯片结构示意图；
图23：本发明方法中步骤54中发光二极管芯片结构示意图；
图24：本发明方法中步骤6中发光二极管芯片结构示意图。
附图标记说明：
1—衬底；2—缓冲层；3—N型层；4—N型分别限制层；5—有源区层；6—P型分别限制层；7—P型层；8—P型欧姆接触层；9—P型金属欧姆接触层；10—第一光刻胶层；11—第二光刻胶层；12—第三光刻胶层；121—刻蚀缺口；13—绝缘介质膜；14—第四光刻胶层；15—第五光刻胶层；16—金属合金层；160—输入电极金属层；161—输出电极金属层；162—PP结电极连接金属层；163—第一PN结电极连接金属层；164—第二PN结电极连接金属层；165—第三PN结电极连接金属层；17—P型金属欧姆接触层第一隔离缺口；18—P型金属欧姆接触层第二隔离缺口；R1—第一半导体电阻；R2—第二半导体电阻；L1—第一发光二极管；L2—第二发光二极管；L3—第三发光二极管。
具体实施方式
下面结合图1至图23，对本发明做进一步说明：
如图1所示，一种集成电阻的发光二极管芯片，发光二极管芯片从下至上依次为衬底1、缓冲层2、N型层3、N型分别限制层4、有源区层5、P型分别限制层6、P型层7以及P型欧姆接触层8。衬底1是载体，一般是蓝宝石、碳化硅或GaN等材料。缓冲层2是一个过度层，在此基础上生长高质量的N, P, 量子阱等其它材料。LED由pn结构成，缓冲层2、N型层3层、N型分别限制层4，P型分别限制层6以及P型层7是为了形成制作LED所需的P和N型材料。有源区层5是LED的发光区，光的颜色由有源区的结构决定。P型欧姆接触层8是材料生长的最后一层，这一层的载流子搀杂浓度较高，目的是为制作较小的欧姆接触电阻。
如图2所示，在P型欧姆接触层8表面上方形成P型金属欧姆接触层9。通过蒸镀或溅射工艺，在P型欧姆接触层8表面形成一层或多层P型金属欧姆接触层9。P型金属欧姆接触层9不是由生长形成的，而是通过蒸镀或溅射等方法形成的，目的之一是制作器件的电极，目的之二是为了封装打线用。
如图3所示，在P型金属欧姆接触层9表面上方形成第一光刻胶层10。第一光刻胶层10涂布速度在2500-5000转/分，并对涂布温度控制90摄氏度-100摄氏度之间，在烘箱里或铁板表面烘烤，烘烤时间分别为30分钟和2分钟。
如图4所示，去除部分第一光刻胶层10，保留的多块第一光刻胶层10用于制作半导体电阻形成区或发光二极管形成区。
如图5所示，将暴露的P型材料、有源区以及部分N型材料进行去除。
如图6所示，去除剩下所有的第一光刻胶层10。
如图7所示，对图6中所得到的发光二极管芯片表面上方形成第二光刻胶层11。第二光刻胶层11涂布速度在2500-5000转/分，并对涂布温度控制90摄氏度-100摄氏度之间，在烘箱里或铁板表面烘烤，烘烤时间分别为30分钟和2分钟。
如图8所示，将半导体电阻形成区独立单元上方的第二光刻胶层11进行部分去除，形成缺口。
如图9所示，对缺口下方的P型金属欧姆接触层9进行完整去除，形成P型金属欧姆接触层第一隔离缺口17和P型金属欧姆接触层第二隔离缺口18。
如图10所示，去除所有剩余的第二光刻胶层11。
如图11所示，在图10中得到的发光二极管芯片表面上方形成第三光刻胶层12。第三光刻胶层12涂布速度在2500-5000转/分，并对涂布温度控制90摄氏度-100摄氏度之间，在烘箱里或铁板表面烘烤，烘烤时间分别为30分钟和2分钟。
如图12所示，去除部分第三光刻胶层12，保留半导体电阻形成区最上方的第三光刻胶层12，保留多个发光二极管芯片形成区最上方和右侧的第三光刻胶层12，但发光二极管芯片形成区右侧的第三光刻胶层12与另外一个的发光二极管芯片形成区或第二半导体电阻形成区存在刻蚀缺口121。
如图13所示，将未覆盖第三光刻胶层12的暴露部分进行刻蚀去除所有缓冲层2和N型层3；
如图14所示，去除所有剩余的第三光刻胶层12。
如图15所示，在图14中得到的发光二极管芯片表面上方形成绝缘介质膜13。绝缘介质膜13的厚度在150nm-450nm之间。
如图16所示，在绝缘介质膜13表面上方形成第四光刻胶层14。第四光刻胶层14涂布速度在2500-5000转/分，并对涂布温度控制90摄氏度-100摄氏度之间，在烘箱里或铁板表面烘烤，烘烤时间分别为30分钟和2分钟。
如图17所示，去除部分第四光刻胶层14在两个半导体电阻的电极形成区和多个发光二级管的电极形成区上形成的多个缺口；
如图18所示，将图17中多个缺口下方的绝缘介质膜13去除。
如图19所示，去除剩余所有的第四光刻胶层14。
如图20所示，在图19中得到的发光二极管芯片表面上方形成第五光刻胶层15。第五光刻胶层15涂布速度在2500-5000转/分，并对涂布温度控制90摄氏度-100摄氏度之间，在烘箱里或铁板表面烘烤，烘烤时间分别为30分钟和2分钟。
如图21所示，去除部分第五光刻胶层15，仅仅保留任何一个发光二级管P电极至N电极之间绝缘介质膜13上方的第五光刻胶层15、P型金属欧姆接触层第一隔离缺口17和P型金属欧姆接触层第二隔离缺口18中绝缘介质膜13上方的第五光刻胶层15、第一半导体电阻R1最左侧绝缘介质膜13上方的第五光刻胶以及第二半导体电阻R2最右侧绝缘介质膜13上方的第五光刻胶；
如图22所示，在图21中得到的发光二极管芯片表面上方形成金属合金层16。
如图23所示，去除第五光刻胶层15及其上方的金属合金层16后，剩下的金属合金层16包括输入电极金属层160、输出电极金属层161、PP结电极连接金属层162以及多个PN结电极连接金属层163、164、165，生成一枚集成电阻发光二极管芯片。
如图24所示，使用步骤5中生成的两枚集成电阻发光二极管芯片，将两枚集成电阻发光二极管芯片并联在交流电正负极，一枚集成电阻发光二极管芯片的第一半导体电阻R1和另一枚集成电阻发光二极管芯片的第二半导体电阻R2的连接端与交流电正极或负极直接连接，根据二极管正向导通原理两枚集成电阻发光二极管芯片在交流电作用下交替发光。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1. 一种可直接连接在交流电上的LED芯片组制作方法，发光二极管芯片从下至上依次为衬底（1）、缓冲层（2）、N型层（3）、N型分别限制层（4）、有源区层（5）、P型分别限制层（6）、P型层（7）以及P型欧姆接触层（8），包括以下制作步骤：步骤1：在P型欧姆接触层（8）表面上方形成P型金属欧姆接触层（9）；步骤2：将发光二极管芯片分割出多个独立单元，其中在发光二极管芯片两个端部的单元成为半导体电阻形成区；步骤2中包括以下具体分步骤：步骤21：在P型金属欧姆接触层（9）表面上方形成第一光刻胶层（10）；步骤22：去除部分第一光刻胶层（10），保留的多块第一光刻胶层（10）用于制作半导体电阻形成区或发光二极管形成区；步骤23：将暴露的P型材料、有源区以及部分N型材料进行去除；步骤24：去除剩下所有的第一光刻胶层（10）；步骤25：对步骤24所得到的发光二极管芯片表面上方形成第二光刻胶层（11）；步骤26：将半导体电阻形成区独立单元上方的第二光刻胶层（11）进行部分去除，形成缺口；步骤27：对缺口下方的P型金属欧姆接触层（9）进行完整去除，形成P型金属欧姆接触层第一隔离缺口（17）和P型金属欧姆接触层第二隔离缺口（18）；步骤28：去除所有剩余的第二光刻胶层（11）；步骤3：将其余多个独立单元形成多个发光二极管形成区；步骤3中包括以下具体分步骤：步骤31：在步骤28中得到的发光二极管芯片表面上方形成第三光刻胶层（12）；步骤32：去除部分第三光刻胶层（12），保留半导体电阻形成区最上方的第三光刻胶层（12），保留多个发光二极管芯片形成区最上方和右侧的第三光刻胶层（12），但发光二极管芯片形成区右侧的第三光刻胶层（12）与另外一个的发光二极管芯片形成区或第二半导体电阻形成区存在刻蚀缺口（121）；步骤33：将未覆盖第三光刻胶层（12）的暴露部分进行刻蚀去除所有缓冲层（2）和N型层（3）；步骤34：去除所有剩余的第三光刻胶层（12）；步骤4：通过绝缘介质膜（13）将在发光二极管芯片上形成第一半导体电阻（R1）、第二半导体电阻（R2）和多个发光二极管（L1、L2、L3）; 步骤4中包括以下具体分步骤：步骤41：在步骤34中得到的发光二极管芯片表面上方形成绝缘介质膜（13）；步骤42：在绝缘介质膜（13）表面上方形成第四光刻胶层（14）；步骤43：去除部分第四光刻胶层（14）在两个半导体电阻的电极形成区和多个发光二级管的电极形成区上形成的多个缺口；步骤44：将步骤43中多个缺口下方的绝缘介质膜（13）去除；步骤45：去除剩余所有的第四光刻胶层（14）；步骤5：将第一半导体电阻（R1）、多个发光二极管以及第二半导体电阻（R2）的各个电极通过金属合金层（16）进行串联连接，即生成一枚集成电阻发光二极管芯片；步骤5中包括以下具体分步骤：步骤51：在步骤45中得到的发光二极管芯片表面上方形成第五光刻胶层（15）；步骤52：去除部分第五光刻胶层（15），仅仅保留任何一个发光二级管P电极至N电极之间绝缘介质膜（13）上方的第五光刻胶层（15）、P型金属欧姆接触层第一隔离缺口（17）和P型金属欧姆接触层第二隔离缺口（18）中绝缘介质膜（13）上方的第五光刻胶层（15）、第一半导体电阻（R1）最左侧绝缘介质膜（13）上方的第五光刻胶以及第二半导体电阻（R2）最右侧绝缘介质膜（13）上方的第五光刻胶；步骤53：在步骤52中得到的发光二极管芯片表面上方形成金属合金层（16）；步骤54：去除第五光刻胶层（15）及其上方的金属合金层（16）后，剩下的金属合金层（16）包括输入电极金属层（160）、输出电极金属层（161）、PP结电极连接金属层（162）以及多个PN结电极连接金属层（163、164、165）；步骤6：使用步骤5中生成的两枚集成电阻发光二极管芯片，将两枚集成电阻发光二极管芯片并联在交流电正负极，一枚集成电阻发光二极管芯片的第一半导体电阻（R1）和另一枚集成电阻发光二极管芯片的第二半导体电阻（R2）的连接端与交流电正极或负极直接连接，根据二极管正向导通原理两枚集成电阻发光二极管芯片在交流电作用下交替发光。
2.根据权利要求1所述可直接连接在交流电上的LED芯片组制作方法，其特征在于：步骤1通过蒸镀或溅射工艺，在P型欧姆接触层（8）表面形成一层或多层P型金属欧姆接触层（9）。
3.根据权利要求1或2所述可直接连接在交流电上的LED芯片组制作方法，其特征在于：所述第一光刻胶层（10）、第二光刻胶层（11）、第三光刻胶层（12）、第四光刻胶层（14）以及第五光刻胶层（15）的涂布速度在2500-5000转/分，并对涂布温度控制90摄氏度-100摄氏度之间，在烘箱里或铁板表面烘烤，烘烤时间分别为30分钟和2分钟。
4.根据权利要求3所述可直接连接在交流电上的LED芯片组制作方法，其特征在于：所述绝缘介质膜（13）的厚度在150nm-450nm之间。
5.根据权利要求4所述可直接连接在交流电上的LED芯片组制作方法，其特征在于：所述衬底（1）的材质为蓝宝石、碳化硅或GaN。
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