一种交流发光二极管芯片及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种交流发光二极管芯片及其制作方法，属于半导体技术领域。芯片包括衬底、多个子芯片和金属电极，多个子芯片包括四个第一子芯片和多个第二子芯片，四个第一子芯片连成桥式整流电路，多个第二子芯片串联在桥式整流电路的两个直流输出端之间，每个子芯片包括N型半导体层、发光层、P型半导体层、绝缘保护层和透明导电层，P型半导体层上设有延伸至N型半导体层的第一凹槽，第一凹槽内的N型半导体上设有延伸至衬底的第二凹槽，第二凹槽位于相邻的两个子芯片之间；N型半导体层包括依次层叠的第一N型氮化镓层、掺杂镍的氮化镓层和第二N型氮化镓层。本发明专利技术可提高芯片的反向击穿电压，增加同一时刻发光的子芯片数量。

An AC light emitting diode chip and its fabrication method

The invention discloses a kind of AC light emitting diode chip and its making method, which belongs to the field of semiconductor technology. The chip comprises a substrate, a plurality of sub chip and a metal electrode, a plurality of sub chip includes four first chip and second chip, four first sub chip connected bridge rectifier circuit, a plurality of second sub chip connected in series between the two DC output end of the bridge rectifier circuit, each chip comprises a N type semiconductor layer, a light emitting layer, a P type semiconductor layer, an insulating protective layer and a transparent conductive layer, a first groove extends to the N type semiconductor layer P type semiconductor layer, a second groove type N semiconductor first groove is arranged on the extending substrate, between the two sub chip second groove is located adjacent to the N type semiconductor layer includes; sequentially the first N type gallium nitride layer, Ni doped GaN layer and second N type gallium nitride layer. The invention can increase the reverse breakdown voltage of the chip and increase the number of the sub chip of the light emitting at the same time.

【技术实现步骤摘要】
一种交流发光二极管芯片及其制作方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种交流发光二极管芯片及其制作方法。
技术介绍
发光二极管(英文：LightEmittingDiode，简称：LED)是高效、环保、绿色的新一代固态照明光源，具有低电压、低功耗、体积小、重量轻、寿命长、高可靠性等优点，广泛应用于交通信号灯、汽车内外灯、城市景观照明、手机背光源、户外全彩显示屏等领域。芯片是LED的心脏，单片芯片只允许电流由单一方向流过，如果直接将供应交流电的市电加载到单片芯片的两端，则芯片只能间隙性发光。为了使芯片能够持续发光，通常将四个子芯片连成桥式整流电路，并将桥式整流电路提供的直流电提供给串联在一起的多个子芯片，这些子芯片一起组成交流LED芯片。其中，各个子芯片的结构与单片芯片基本相同，都包括依次层叠在衬底上的N型氮化镓层、发光层、P型氮化镓层、绝缘保护层、透明导电层和金属电极，不同之处仅在于各个子芯片之间设有隔离槽，并且金属电极和绝缘保护层的设置位置进行了调整，金属电极按照各个子芯片的连接关系设置，绝缘保护层对应所在芯片的金属电极设置。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下问题：受限于子芯片的反向击穿电压，四个子芯片连成的桥式整流电路能够提供的直流电压有限，最多只能驱动串联在一起的三个子芯片正常发光，同一时刻最多只有5/7(约70％)的子芯片进行发光，交流LED芯片的发光亮度以及其中发光的子芯片比例还有待提高。
技术实现思路
为了解决现有技术的问题，本专利技术实施例提供了一种交流发光二极管芯片及其制作方法。所述技术方案如下：第一方面，本专利技术实施例提供了一种交流发光二极管芯片，所述交流发光二极管芯片包括衬底、间隔分布在所述衬底上的多个子芯片、以及连接所述多个子芯片的金属电极，所述多个子芯片包括四个第一子芯片和多个第二子芯片，所述四个第一子芯片连成桥式整流电路，所述多个第二子芯片串联在所述桥式整流电路的两个直流输出端之间，每个所述子芯片包括依次层叠在所述衬底上的N型半导体层、发光层、P型半导体层、绝缘保护层和透明导电层，所述P型半导体层上设有延伸至所述N型半导体层的第一凹槽，所述第一凹槽内的所述N型半导体上设有延伸至所述衬底的第二凹槽，所述第二凹槽位于相邻的两个所述子芯片之间；所述N型半导体层包括依次层叠的第一N型氮化镓层、掺杂镍的氮化镓层和第二N型氮化镓层。可选地，所述第一N型氮化镓层的厚度为3微米，所述第二N型氮化镓层的厚度为2微米。可选地，所述绝缘保护层包括氮化硅绝缘层和二氧化硅绝缘层，所述氮化硅绝缘层设置所述第一凹槽的侧壁上，所述二氧化硅绝缘层设置在所述金属电极的下方。可选地，各个所述第二子芯片在所述衬底上占用区域的面积，大于每个所述第一子芯片在所述衬底上占用区域的面积。优选地，各个所述第一子芯片中透明导电层的厚度，大于每个所述第二子芯片中透明导电层的厚度。可选地，所述衬底为图形化蓝宝石衬底，所述图形化蓝宝石衬底中图形的间距为0.5微米。可选地，每个所述子芯片还包括氮化铝缓冲层，所述氮化铝缓冲层层叠在所述衬底和所述N型半导体层之间。第二方面，本专利技术实施例提供了一种交流发光二极管芯片的制作方法，所述制作方法包括：在衬底上依次生长N型半导体层、发光层、P型半导体层，所述N型半导体层包括依次层叠的第一N型氮化镓层、掺杂镍的氮化镓层和第二N型氮化镓层；在所述P型半导体层上开设延伸至所述N型半导体层的第一凹槽；在所述第一凹槽内的所述N型半导体上开设延伸至所述衬底的第二凹槽，形成间隔分布在所述衬底上的多个子芯片，所述多个子芯片包括四个第一子芯片和多个第二子芯片；在所述N型半导体层、所述P型半导体层、所述第一凹槽的侧壁和所述第二凹槽的侧壁上形成绝缘保护层；在所述P型半导体层和所述P型半导体层上的绝缘保护层上形成透明导电层；在所述N型半导体层、所述绝缘保护层和所述绝缘保护层上的透明导电层上形成金属电极，使所述四个第一子芯片连成桥式整流电路，所述多个第二子芯片串联在所述桥式整流电路的两个直流输出端之间。可选地，所述在所述第一凹槽内的所述N型半导体上开设延伸至所述衬底的第二凹槽，包括：在所述P型半导体层上和所述第一凹槽内沉积二氧化硅掩膜层；采用光刻技术在所述二氧化硅掩膜层上形成第一图形的光刻胶；湿法腐蚀所述二氧化硅掩膜层，形成第一图形的二氧化硅掩膜层；去除所述第一图形的光刻胶；采用光刻技术在所述P型半导体层上和所述第一凹槽内形成第二图形的光刻胶；干法刻蚀所述N型半导体层，形成所述第二凹槽，所述第二凹槽的中段的宽度大于所述第二凹槽的两端的宽度；去除所述第一图形的二氧化硅掩膜层和所述第二图形的光刻胶。优选地，所述制作方法还包括：采用隐形切割的方式在所述N型半导体上形成延伸至所述衬底的第三凹槽，形成至少两个交流发光二极管芯片，每个所述交流发光二极管芯片包括四个第一子芯片和多个第二子芯片。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在N型氮化镓层中插入掺杂镍的氮化镓层，掺杂镍的氮化镓层和没有掺杂镍的N型氮化镓层的交界面会形成二维电子气，二维电子气具有很好的横向导电能力，有利于电流的横向扩展和均匀分布，避免局部电流过大，提高子芯片的反向击穿电压(10微安下承受的反向击穿电压可达到40V以上，如50V，比传统的反向击穿电压15V提高了两倍多)，进而提高四个第一子芯片连成的桥式整流电流提供的最大直流电压，从而增加桥式整流电路驱动的串联在一起的多个第二子芯片的数量，同一时刻可以有9/11(约80％)的子芯片进行发光，交流发光二极管芯片的发光亮度以及其中发光的子芯片比例都得到了提高，同时增强交流发光二极管芯片的抗静电能力，提高交流发光二极管芯片的可靠性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例一提供的一种交流发光二极管芯片的结构俯视图；图2是本专利技术实施例一提供的交流发光二极管芯片中各个子芯片的连接电路图；图3是本专利技术实施例一提供的相邻两个子芯片的结构示意图；图4是本专利技术实施例一提供的N型半导体层的结构示意图；图5是本专利技术实施例一提供的相邻两个子芯片的结构俯视图；图6是本专利技术实施例二提供的一种交流发光二极管芯片的制作方法的流程图；图7a-图7g是本专利技术实施例二提供的交流发光二极管芯片制作过程中的结构俯视图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例一本专利技术实施例提供了一种交流发光二极管芯片，图1为交流发光二极管芯片的结构俯视图，参见图1，交流发光二极管芯片包括衬底30、间隔分布在衬底30上的多个子芯片、以及连接多个子芯片的金属电极40，多个子芯片包括四个第一子芯片11-14和多个第二子芯片21-27(图1以七个第二子芯片为例，第二子芯片的数量并不限制于此)，四个第一子芯片11-14连成桥式整流电路，多个第二子芯片21-27串联在桥式整流电路的两个直流输出端之间。具体地，图2为交流发光二极管芯片中各个子芯片的连接电路图，参见图2，桥式整流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交流发光二极管芯片，所述交流发光二极管芯片包括衬底、间隔分布在所述衬底上的多个子芯片、以及连接所述多个子芯片的金属电极，所述多个子芯片包括四个第一子芯片和多个第二子芯片，所述四个第一子芯片连成桥式整流电路，所述多个第二子芯片串联在所述桥式整流电路的两个直流输出端之间，每个所述子芯片包括依次层叠在所述衬底上的N型半导体层、发光层、P型半导体层、绝缘保护层和透明导电层，所述P型半导体层上设有延伸至所述N型半导体层的第一凹槽，所述第一凹槽内的所述N型半导体上设有延伸至所述衬底的第二凹槽，所述第二凹槽位于相邻的两个所述子芯片之间；其特征在于，所述N型半导体层包括依次层叠的第一N型氮化镓层、掺杂镍的氮化镓层和第二N型氮化镓层。

【技术特征摘要】
1.一种交流发光二极管芯片，所述交流发光二极管芯片包括衬底、间隔分布在所述衬底上的多个子芯片、以及连接所述多个子芯片的金属电极，所述多个子芯片包括四个第一子芯片和多个第二子芯片，所述四个第一子芯片连成桥式整流电路，所述多个第二子芯片串联在所述桥式整流电路的两个直流输出端之间，每个所述子芯片包括依次层叠在所述衬底上的N型半导体层、发光层、P型半导体层、绝缘保护层和透明导电层，所述P型半导体层上设有延伸至所述N型半导体层的第一凹槽，所述第一凹槽内的所述N型半导体上设有延伸至所述衬底的第二凹槽，所述第二凹槽位于相邻的两个所述子芯片之间；其特征在于，所述N型半导体层包括依次层叠的第一N型氮化镓层、掺杂镍的氮化镓层和第二N型氮化镓层。2.根据权利要求1所述的交流发光二极管芯片，其特征在于，所述第一N型氮化镓层的厚度为3微米，所述第二N型氮化镓层的厚度为2微米。3.根据权利要求1或2所述的交流发光二极管芯片，其特征在于，所述绝缘保护层包括氮化硅绝缘层和二氧化硅绝缘层，所述氮化硅绝缘层设置所述第一凹槽的侧壁上，所述二氧化硅绝缘层设置在所述金属电极的下方。4.根据权利要求1或2所述的交流发光二极管芯片，其特征在于，各个所述第二子芯片在所述衬底上占用区域的面积，大于每个所述第一子芯片在所述衬底上占用区域的面积。5.根据权利要求4所述的交流发光二极管芯片，其特征在于，各个所述第一子芯片中透明导电层的厚度，大于每个所述第二子芯片中透明导电层的厚度。6.根据权利要求1或2所述的交流发光二极管芯片，其特征在于，所述衬底为图形化蓝宝石衬底，所述图形化蓝宝石衬底中图形的间距为0.5微米。7.根据权利要求1或2所述的交流发光二极管芯片，其特征在于，每个所述子芯片还包括氮化铝缓冲层，所述氮化铝缓冲层层叠在所述衬底和所述N型半导体层之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰叶，顾小云，杨春艳，吴志浩，王江波，刘榕，
申请(专利权)人：华灿光电浙江有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33