交流表面贴片式垂直结构半导体发光二极管制造技术

交流表面贴片式垂直结构半导体发光二极管包括，多个直流垂直结构LED单元芯片，垂直结构LED单元芯片按照预定的正反向并联或桥式整流的方式电连接。垂直结构LED单元包括，(A)半导体外延薄膜；半导体外延薄膜设置在通孔支持衬底的金属膜上。(B)钝化层；钝化层覆盖通孔支持衬底、金属膜和半导体外延薄膜；在半导体外延薄膜的上方的钝化层上的预定的位置上形成窗口；在金属膜的上方的钝化层上的预定的位置上形成窗口；(C)金属电极；金属电极通过窗口层叠在半导体外延薄膜上并向预定的相邻的垂直结构LED单元的金属膜延伸并通过在相邻的垂直结构LED单元的金属膜上的窗口与该金属膜形成电连接，使得两个相邻的垂直结构LED单元形成电连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术揭示一种交流表面贴片式垂直结构半导体发光二极管(AC SMDVertical LED)，属于光电子

技术介绍
半导体发光二极管(LED)正在进入普通照明领域，交流电驱动的LED芯片已被推 出到市场上。一个交流LED芯片实施例的结构如下，一个交流LED芯片包括多个LED单元 芯片，LED单元芯片分别串联成为五串，五串LED单元芯片组成类似一个整流桥。整流桥的 两端分别联接交流源，整流桥的另两端联接一串LED单元芯片，交流的正半周沿一条通路 流动，3串LED单元芯片发光，负半周沿另一条通路流动，3串LED单元芯片发光。因此可以 将交流LED芯片直接电连接到外界交流电源上，而无需外接变压器和整流器。但是，组成交 流LED芯片中的每一个LED单元芯片具有横向结构。横向结构LED芯片的缺点是发光效率 低、电流拥塞(current crowding)、热阻大，因此不能采用大电流密度驱动，等。因此需要一种交流LED芯片，可以采用大电流密度驱动，并且进一步提高发光效 率和改善散热。
技术实现思路
本专利技术揭示一种交流表面贴片式垂直结构LED芯片(或交流三维垂直结构LED芯 片)及制造工艺，以克服上述的不足之处。本专利技术提供交流表面贴片式垂直结构LED的一 个实施例，其结构如下交流表面贴片式垂直结构LED芯片包括多个直流垂直结构LED单元 芯片，垂直结构LED单元芯片按照预定的正反向并联或桥式整流的方式电连接，形成交流 表面贴片式垂直结构LED芯片。一个实施例垂直结构LED单元芯片的半导体外延薄膜的 P-类型限制层层叠在金属膜或P电极-金属膜上，使得散热优良，采用大电流驱动。交流表面贴片式垂直结构LED芯片包括(1)通孔支持衬底。通孔支持衬底包括绝缘支架，绝缘支架的预定位置上形成多个 通孔，通孔中填充金属栓；绝缘支架的第一个主表面上形成多个互相电绝缘的金属膜，称为 通孔支持衬底的第一个主表面；绝缘支架的与第一个主表面相对的第二个主表面上形成至 少两个互相电绝缘的金属膜，分别称为N-电极和P-电极。N-电极和P-电极分别通过通孔 中的金属栓与绝缘支架的第一个主表面上的两个金属膜形成电连接，这两个金属膜分别称 为N电极-金属膜和P电极-金属膜。N-电极和P-电极的功能是与外界电源相连接，绝缘 支架的第二个主表面上的其他金属膜的功能是提高散热效率，与绝缘支架的第一个主表面 上的金属膜没有电连接。(2)多个半导体外延薄膜。半导体外延薄膜的结构包括，但不限于，第一类型限制 层，活化层(active layer)，第二类型限制层。活化层形成在第一类型限制层和第二类型限 制层之间。多个半导体外延薄膜的第二类型限制层分别层叠在绝缘支架的第一主表面上的 不同的金属膜上。层叠即可以是在晶圆水平(wafer level bonding)的层叠，也可以是在芯片(chip level flip chipbonding)水平的层叠。每个半导体外延薄膜、相应的金属膜 和相应的金属电极构成一个LED单元芯片。一个实施例对于整流桥的一个节点，设置一个金属膜，其上没有层叠半导体外延 薄膜，该金属膜按预定方式通过金属电极分别与两个半导体外延薄膜的相同类型的限制层 和另一个半导体外延薄膜的不同类型的限制层形成电连接，使得两个半导体外延薄膜的相 同类型的限制层和另一个半导体外延薄膜的不同类型的限制层形成电连接。一个实施例对于整流桥的一个节点，通过设置金属电极，使得两个半导体外延薄 膜的相同类型的限制层和另一个半导体外延薄膜的不同类型的限制层形成电连接。(3)钝化层。钝化层覆盖通孔支持衬底的第一主表面、金属膜和半导体外延薄 膜。在半导体外延薄膜的第一类型限制层的上方的预定的位置上的钝化层中形成窗口 (opening)，使得第一类型限制层暴露。在金属膜的上方的预定的位置上的钝化层中形成窗 口，使得金属膜暴露。(4)金属电极。金属电极通过钝化层在半导体外延薄膜的第一类型限制层的上方 的窗口层叠在半导体外延薄膜的第一类型限制层上并向相邻的预定的另金属膜延伸，通过 金属膜上方的钝化层中的窗口形成电连接。由于另一个半导体外延薄膜的第二类型限制层 层叠在该金属膜上，因而使得一个半导体外延薄膜的第一类型限制层与另一个半导体外延 薄膜的第二类型限制层电连接，从而，两个半导体外延薄膜形成串联。采用同样方式，串联 预定数量的半导体外延薄膜。金属电极的功能有两类，一是把两个半导体外延薄膜串联起 来，一是把半导体外延薄膜与外部电源形成电连接，即，把多个LED单元芯片按照预定方式 串联或并联，形成正反向并联或桥式整流连接的交流LED芯片。在N电极-金属膜上没有层叠的半导体外延薄膜。与N电极-金属膜相邻的预定 的金属膜上的半导体外延薄膜的N类型限制层通过金属电极与N电极-金属膜形成电连 接，从而通过通孔中的金属栓与第二个主表面上的N-电极形成电连接。一个实施例P电极-金属膜上没有层叠的半导体外延薄膜。P电极-金属膜通过 金属电极与相邻的预定的有半导体外延薄膜的金属膜形成电连接，从而与半导体外延薄膜 的P-类型限制层形成电连接。一个实施例P电极-金属膜上有层叠的半导体外延薄膜。半导体外延薄膜的P类 型限制层层叠在P电极-金属膜上，并通过通孔中的金属栓与第二个主表面上的P-电极形 成电连接。在交流表面贴片式垂直结构LED芯片的第一类型限制层的表面上，形成粗化结构 或光子晶体结构，为简化画图，未在图中展示。钝化层的表面上，形成微结构或粗化结构，未在图中展示。本专利技术的目的和能达到的各项效果如下(1)本专利技术提供交流表面贴片式垂直结构LED芯片(包括，氮化镓基、磷化镓基、镓 氮磷基、氧化锌基LED芯片)，单个的LED单元芯片仍是直流LED驱动，具有直流垂直结构 LED芯片的一切优点，进一步提高发光效率和改善散热，使得交流LED可以更快地进入普通 照明。(2)本专利技术提供的交流表面贴片式垂直结构LED芯片，没有电流拥塞 (currentcrowding)、可通过大电流密度。(3)本专利技术提供的交流表面贴片式垂直结构LED芯片，无需打金线，提高可靠性。(4)本专利技术提供的交流表面贴片式垂直结构LED芯片，对于采用芯片水平层叠的 半导体外延薄膜，因为不需要蚀刻任何发光层材料，所以，百分之百地利用发光层材料。(5)本专利技术提供的交流表面贴片式垂直结构LED芯片钝化层的表面具有微结构 或粗化结构。因此，具有较高的光取出效率。(6)本专利技术提供的交流表面贴片式垂直结构LED芯片由于透明电极的表面具有 微结构或粗化结构，因此，具有较高的光取出效率。本专利技术和它的特征及效益将在下面的详细描述中更好的展示。附图说明图Ia展示由串联后正反向并联的LED单元芯片组成的交流表面贴片式垂直结构 LED芯片的一个实施例的等效电路图。图Ib展示由串联后正反向并联的LED单元芯片组成的交流表面贴片式垂直结构 LED芯片的一个实施例的俯视图。图Ic展示制造图Ib展示的交流表面贴片式垂直结构LED芯片的实施例的工艺步 骤的A-A截面图。图Id展示制造图Ib展示的交流表面贴片式垂直结构LED芯片的实施例的工艺步 骤的A-A截面图。图加展示由整流桥式回路连接的LED单元芯片组成的交流表面贴片式垂直结构 LED芯片的一个实施例的等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交流表面贴片式垂直结构ＬＥＤ芯片，其特征在于，所述的交流表面贴片式垂直结构ＬＥＤ芯片包括，通孔支持衬底和多个直流的垂直结构ＬＥＤ单元芯片；其中，所述的通孔支持衬底包括绝缘支架，所述的绝缘支架的预定位置上形成多个通孔，所述的通孔中填充金属栓，所述的绝缘支架的第二主表面上形成互相电绝缘的Ｎ－电极和Ｐ－电极；所述的绝缘支架的与所述的第二主表面相对的第一主表面上形成互相电绝缘的Ｎ电极－金属膜、Ｐ电极－金属膜和多个金属膜；所述的Ｎ－电极和Ｐ－电极分别通过所述的金属栓与所述的Ｎ电极－金属膜和Ｐ电极－金属膜电连接；所述的直流垂直结构ＬＥＤ单元芯片包括所述的绝缘支架的第一主表面上的多个所述的金属膜、层叠在所述的金属膜上的半导体外延薄膜、钝化层和金属电极；其中，所述的金属电极把所述的Ｎ电极－金属膜、多个所述的半导体外延薄膜和所述的Ｐ　电极－金属膜按照预定的方式形成正反向并联或桥式整流的电连接，形成交流表面贴片式垂直结构ＬＥＤ芯片。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：金木子，彭刚，
申请(专利权)人：金木子，
类型：发明
国别省市：11