CN105938864A - 一种ac-led芯片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种AC‑LED芯片及其制造方法，涉及LED生产技术领域。在透明导电层上设置两组图形化N型层和P型层，每组N型层连接在透明导电层上，每组P型层连接在N型层上；在N‑GaN层的两个下台阶面上方各自设置一组P型层和N型层，每组P型层连接在N‑GaN层上，每组N型层连接在P型层上；在相邻的下台阶面上方的一组P型层和N型层与透明导电层上方的一组N型层和P型层之间设置绝缘层；在各绝缘层以及相应的下台阶面上方的N型层与透明导电层上方的P型层上设置焊盘。本发方便生产，后端应用不需要区分正负极，可极大提升芯片的光效，还避免了频闪的隐患，利于多芯片的联接良率的有效提升。
Description
技术领域
本发明涉及LED生产技术领域。
背景技术
传统常规的LED芯片是DC驱动元件，而目前常规照明市电属于交流电，所以在传统的LED灯具中需要配备AC-DC转换电路。
为解决上述问题有厂家提供了AC-LED芯片的解决方案。常规的AC-LED芯片是使用LED作为整流电路的二极管使用，导致整个芯片每次使用发光面积只有一半，这极大的限制了LED芯片光效的提升，同时还会有频闪的隐忧。另外，常规的AC-LED芯片还存在多芯片联接良率较低的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种无频闪、可提升光效的AC-LED芯片。
本发明包括衬底，在衬底上设置具有一个上台阶面和两个下台阶面的N-GaN层，两个下台阶面对称设置在上台阶面的两侧；在N-GaN层的上台阶面上方依次设置有源层、P-GaN层和透明导电层；在透明导电层上设置两组图形化N型层和P型层，每组N型层连接在透明导电层上，每组P型层连接在N型层上；在N-GaN层的两个下台阶面上方各自设置一组P型层和N型层，每组P型层连接在N-GaN层上，每组N型层连接在P型层上；在相邻的下台阶面上方的一组P型层和N型层与透明导电层上方的一组N型层和P型层之间设置绝缘层；在各绝缘层以及相应的下台阶面上方的N型层与透明导电层上方的P型层上设置焊盘。
本发明采用以上结构，方便生产制作，后端应用不需要区分正负极，克服了目前AC-LED芯片每次使用发光面积只有一半的缺陷，可以极大地提升AC-LED芯片的光效。同时，本发明还避免了频闪的隐患，利于多芯片的联接良率的有效提升。
进一步地，本发明还可以在上台阶面上的透明导电层和N型层之间设置反射层，在下台阶面上的N-GaN层和P型层之间设置反射层。该反射层有利于减少P型层对于光的吸收，增加光取出，提升亮度。
本发明在下台阶面上的P型层和在上台阶面上的P型层分别为B掺杂非晶体硅薄膜层，在下台阶面上的N型层和在上台阶面上的N型层分别为P掺杂非晶体硅薄膜层。B为ⅢA族元素，掺杂进Si内使非晶体硅薄膜呈现P型半导体特性，是常见的P型Si的掺杂元素。P为ⅤA族元素，掺杂进Si内使非晶体硅薄膜呈现N型半导体特性，是常见的N型Si的掺杂元素。
本发明另一目的是提出以上产品的制造方法，包括以下步骤：
1）在衬底上依次外延形成N-GaN层、有源层和P-GaN层，取得外延片；
2）在外延片上，刻蚀去除部分P-GaN层和有源层，直至暴露出部分N-GaN层，形成具有一个上台阶面和两个下台阶面的N-GaN层，并且两个下台阶面对称设置在上台阶面的两侧；
3）在P-GaN层上制作形成与P-GaN层欧姆接触的透明导电层；
4）在N-GaN层的两个下台阶面上分别采用PECVD沉积、光刻、蚀刻的方式先后形成图形化的P型层、N型层；
5）在透明导电层上分别采用PECVD沉积、光刻、蚀刻的方式先后形成图形化的N型层、P型层；
6）在相邻的下台阶面上方的一组P型层和N型层与透明导电层上方的一组N型层和P型层之间采用PECVD沉积、光刻、蚀刻的方式制作形成绝缘层；
7）在各绝缘层以及相应的下台阶面上方的N型层与透明导电层上方的P型层上采用光刻、蒸镀、剥离的方式分别制作形成图形焊盘。
本制造流程制造成本低、易于导产。
另外，本发明在步骤4）中，先于N-GaN层的两个下台阶面上分别采用PECVD沉积、光刻、蚀刻的方式形成图形化的反射层，然后再在反射层上形成P型层。
在步骤5）中，先于透明导电层上采用PECVD沉积、光刻、蚀刻的方式形成图形化的反射层，然后再在反射层上形成N型层。
所述步骤4）和步骤5）中，以B掺杂非晶体硅为材料制作形成厚度为200～20000埃的P型层，以P掺杂非晶体硅为材料制作形成厚度为200～20000埃的N型层。更薄的厚度P、N型层之间缺陷太多，容易反向漏电，无法实现单向导通目的；更厚的厚度会导致制造成本的上升，同时蚀刻工艺难于控制。
附图说明
图1为本发明外延片的一种结构示意图。
图2为本发明制作过程的半制结构示意图。
图3为实施例1形成的产品结构示意图。
图4为实施例2形成的产品结构示意图。
图5为本发明产品的等效电路。
具体实施方式
一、实施例1：
1、在衬底1上依次外延形成N-GaN层2、有源层3和P-GaN层4，取得外延片。
2、在外延片上，通过光刻、干法刻蚀的方式，刻蚀掉部分P-GaN层4和有源层3，直至对称地暴露出两部分N-GaN层2，形成具有一个上台阶面和两个下台阶面的N-GaN层2，并且两个下台阶面对称设置在上台阶面的两侧。如图1所示。
3、在P-GaN层4之上，以ITO、ZnO等材料，使用蒸镀或者溅镀的方式形成透明导电层，通过高温合金方式使透明导电层5和P-GaN层4之间形成良好的欧姆接触。
4、以SiH4、BH3和H2混合气体为反应气体，在N-GaN层2的两个下台阶面上采用PECVD沉积、光刻、蚀刻的方式，以B掺杂非晶体硅为材料，制作形成图形化的厚度为200～20000埃的P型层6。然后以SiH4、PH5和H2混合气体为反应气体，在图形化的P型层上采用PECVD沉积、光刻、蚀刻的方式，以P掺杂非晶体硅为材料制作形成厚度为200～20000埃的N型层7。
两层膜也可以先一起沉积，然后一次蚀刻完成图形制作。
5、以SiH4、PH5和H2混合气体为反应气体，在透明导电层5上采用PECVD沉积、光刻、蚀刻的方式，以P掺杂非晶体硅为材料制作形成两个图形化的厚度为200～20000埃的N型层8。然后以SiH4、BH3和H2混合气体为反应气体，在N型层8上采用PECVD沉积、光刻、蚀刻的方式，以B掺杂非晶体硅为材料，制作形成图形化的厚度为200～20000埃的P型层9。
两层膜可以先一起沉积，然后一次蚀刻完成图形制作。
形成的半制品如图2所示。
6、在相邻的下台阶面上方的一组P型层6和N型层7与透明导电层5上方的一组N型层8和P型层9之间，以SiO2、SiN等材料采用PECVD沉积、光刻、蚀刻的方式制作形成绝缘层10。
7、在各绝缘层10以及相应的下台阶面上方的N型层与透明导电层5上方的P型层9上采用光刻、蒸镀、剥离的方式分别制作形成图形焊盘11。
8、制成的产品如图3所示：
在衬底1上设置具有一个上台阶面和两个下台阶面的N-GaN层2，两个下台阶面对称设置在上台阶面的两侧。在N-GaN层2的上台阶面上方依次设置台阶状有源层3、P-GaN层4和透明导电层5。在透明导电层5上对称设置两组图形化的N型层8和P型层9，每组N型层8连接在透明导电层5上，每组P型层9连接在N型层8上。在N-GaN层2的两个下台阶面上方各自设置一组P型层6和N型层7，每组P型层6连接在N-GaN层2上，每组N型层7连接在P型层6上。在相邻的下台阶面上方的一组P型层6和N型层7与透明导电层5上方的一组N型层8和P型层9之间设置绝缘层10。在各绝缘层10以及相应的下台阶面上方的N型层7与透明导电层5上方的P型层9上设置焊盘11。
二、实施例2：
1、在衬底1上依次外延形成N-GaN层2、有源层3和P-GaN层4，取得外延片。
2、在外延片上，通过光刻、干法刻蚀的方式，刻蚀掉部分P-GaN层4和有源层3，直至对称地暴露出两部分N-GaN层2，形成具有一个上台阶面和两个下台阶面的N-GaN层2，并且两个下台阶面对称设置在上台阶面的两侧。如图1所示。
3、在P-GaN层4之上，以ITO、ZnO等材料，使用蒸镀或者溅镀的方式形成透明导电层，通过高温合金方式使透明导电层5和P-GaN层4之间形成良好的欧姆接触。
4、以Ag、Al、Rh为主体材料，Cr、Ni、Pt、Au、W、Ti的一种或多种材料，使用蒸镀或者溅镀、光刻、蚀刻方式或者剥离方式在N-GaN层2的两个下台阶面上、在透明导电层5分别形成四层图形化的反射层12。
5、以SiH4、BH3和H2混合气体为反应气体，在N-GaN层2的两个下台阶面上反射层12上的采用PECVD沉积、光刻、蚀刻的方式，以B掺杂非晶体硅为材料，制作形成图形化的厚度为200～20000埃的P型层6。然后以SiH4、PH5和H2混合气体为反应气体，在图形化的P型层上采用PECVD沉积、光刻、蚀刻的方式，以P掺杂非晶体硅为材料制作形成厚度为200～20000埃的N型层7。
两层膜也可以先一起沉积，然后一次蚀刻完成图形制作。
6、以SiH4、PH5和H2混合气体为反应气体，在透明导电层5上的两层反射层12上采用PECVD沉积、光刻、蚀刻的方式，以P掺杂非晶体硅为材料制作形成两个图形化的厚度为200～20000埃的N型层8。然后以SiH4、BH3和H2混合气体为反应气体，在N型层8上采用PECVD沉积、光刻、蚀刻的方式，以B掺杂非晶体硅为材料，制作形成图形化的厚度为200～20000埃的P型层9。
两层膜可以先一起沉积，然后一次蚀刻完成图形制作。
7、在相邻的下台阶面上方的一组反射层12、P型层6和N型层7与透明导电层5上方的一组反射层12、N型层8和P型层9之间，以SiO2、SiN等材料采用PECVD沉积、光刻、蚀刻的方式制作形成绝缘层10。
8、在各绝缘层10以及相应的下台阶面上方的N型层与透明导电层5上方的P型层9上采用光刻、蒸镀、剥离的方式分别制作形成图形焊盘11。
9、制成的产品如图4所示：
在衬底1上设置具有一个上台阶面和两个下台阶面的N-GaN层2，两个下台阶面对称设置在上台阶面的两侧。在N-GaN层2的上台阶面上方依次设置台阶状有源层3、P-GaN层4和透明导电层5。在透明导电层5上对称设置两组图形化的反射层12、N型层8和P型层9，每组反射层12连接在透明导电层5上，每组N型层8连接在反射层12上，每组P型层9连接在N型层8上。在N-GaN层2的两个下台阶面上方各自设置一组反射层12、P型层6和N型层7，每组反射层12连接N-GaN层2上，每组P型层6连接在反射层12上，每组N型层7连接在P型层6上。在相邻的下台阶面上方的一组反射层12、P型层6和N型层7与透明导电层5上方的一组反射层12、N型层8和P型层9之间设置绝缘层10。在各绝缘层10以及相应的下台阶面上方的N型层7与透明导电层5上方的P型层9上设置焊盘11。
Claims (8)
1.一种AC-LED芯片，包括衬底，在衬底上设置具有一个上台阶面和两个下台阶面的N-GaN层，两个下台阶面对称设置在上台阶面的两侧；在N-GaN层的上台阶面上方依次设置有源层、P-GaN层和透明导电层；其特征在于：在透明导电层上设置两组图形化N型层和P型层，每组N型层连接在透明导电层上，每组P型层连接在N型层上；在N-GaN层的两个下台阶面上方各自设置一组P型层和N型层，每组P型层连接在N-GaN层上，每组N型层连接在P型层上；在相邻的下台阶面上方的一组P型层和N型层与透明导电层上方的一组N型层和P型层之间设置绝缘层；在各绝缘层以及相应的下台阶面上方的N型层与透明导电层上方的P型层上设置焊盘。
2.根据权利要求1所述AC-LED芯片，其特征在于：在上台阶面上的透明导电层和N型层之间设置反射层，在下台阶面上的N-GaN层和P型层之间设置反射层。
3.根据权利要求1或2所述AC-LED芯片，其特征在于：在下台阶面上的P型层和在上台阶面上的P型层分别为B掺杂非晶体硅薄膜层，在下台阶面上的N型层和在上台阶面上的N型层分别为P掺杂非晶体硅薄膜层。
4.根据权利要求1-3任一项所述AC-LED芯片，其特征在于：所述AC-LED芯片的制备方法包括以下步骤：
1）在衬底上依次外延形成N-GaN层、有源层和P-GaN层，取得外延片；
2）在外延片上，刻蚀去除部分P-GaN层和有源层，直至暴露出部分N-GaN层，形成具有一个上台阶面和两个下台阶面的N-GaN层，并且两个下台阶面对称设置在上台阶面的两侧；
3）在P-GaN层上制作形成与P-GaN层欧姆接触的透明导电层；
4）在N-GaN层的两个下台阶面上分别采用PECVD沉积、光刻、蚀刻的方式先后形成图形化的P型层、N型层；
5）在透明导电层上分别采用PECVD沉积、光刻、蚀刻的方式先后形成图形化的N型层、P型层；
6）在相邻的下台阶面上方的一组P型层和N型层与透明导电层上方的一组N型层和P型层之间采用PECVD沉积、光刻、蚀刻的方式制作形成绝缘层；
7）在各绝缘层以及相应的下台阶面上方的N型层与透明导电层上方的P型层上采用光刻、蒸镀、剥离的方式分别制作形成图形焊盘。
5.如权利要求1-3任一项所述AC-LED芯片的制备方法，包括以下步骤：
1）在衬底上依次外延形成N-GaN层、有源层和P-GaN层，取得外延片；
2）在外延片上，刻蚀去除部分P-GaN层和有源层，直至暴露出部分N-GaN层，形成具有一个上台阶面和两个下台阶面的N-GaN层，并且两个下台阶面对称设置在上台阶面的两侧；
3）在P-GaN层上制作形成与P-GaN层欧姆接触的透明导电层；
其特征在于还包括以下步骤：
4）在N-GaN层的两个下台阶面上分别采用PECVD沉积、光刻、蚀刻的方式先后形成图形化的P型层、N型层；
5）在透明导电层上分别采用PECVD沉积、光刻、蚀刻的方式先后形成图形化的N型层、P型层；
6）在相邻的下台阶面上方的一组P型层和N型层与透明导电层上方的一组N型层和P型层之间采用PECVD沉积、光刻、蚀刻的方式制作形成绝缘层；
7）在各绝缘层以及相应的下台阶面上方的N型层与透明导电层上方的P型层上采用光刻、蒸镀、剥离的方式分别制作形成图形焊盘。
6.根据权利要求4或5所述AC-LED芯片的制造方法，其特征在于在步骤4）中，先于N-GaN层的两个下台阶面上分别采用PECVD沉积、光刻、蚀刻的方式形成图形化的反射层，然后再在反射层上形成P型层。
7.根据权利要求4或5所述AC-LED芯片的制造方法，其特征在于在步骤5）中，先于透明导电层上采用PECVD沉积、光刻、蚀刻的方式形成图形化的反射层，然后再在反射层上形成N型层。
8.根据权利要求4或5所述AC-LED芯片的制造方法，其特征在于所述步骤4）和步骤5）中，以B掺杂非晶体硅为材料制作形成厚度为200～20000埃的P型层，以P掺杂非晶体硅为材料制作形成厚度为200～20000埃的N型层。
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