一种GaN基LED交流电照明芯片制造技术

本实用新型专利技术揭示了一种GaN基LED交流电照明芯片，该照明芯片为由LED微阵列构成，该LED微阵列包含蓝宝石衬底上的N型GaN的Mesa隔离结构、PN结有源区、二氧化硅绝缘层，且每个LED微阵列分别具有各自多层金属的N型电极和P型电极。特别地，该芯片为由至少两组导通方向相反的LED微阵列并联构成，相并联的两极引线在压焊区域上的设有压焊电极，分别用于与交流供电源的两极相连。本实用新型专利技术GaN基LED交流电照明芯片，提供了一种用于交流电照明的LED集成化单芯片，解决了交流电不能直接驱动LED的局限，大大简化了LED照明芯片的驱动电路，推广了LED在市电照明系统中的应用；同时，采用微阵列的结构可以减小LED照明芯片的热阻，提高了器件的寿命和可靠性。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于半导体照明领域，具体涉及适用于交流电驱动的LED微阵列芯片。
技术介绍
LED是一种半导体固体发光器件，由于其具有发光效率高、寿命长、绿色环保、开关速度快等优点，作为新一代的绿色照明光源，被广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源和城市景观照明等领域。目前，照明领域采用最普遍的当属普通交流照明，其为LED供电的驱动电路方案可以大致分为两种情况一种是通过传统的交流变压、整流、串联稳压等环节来获得直流驱动；一种是采用较先进的开关电源直接产生所需的直流稳压电源。前者因为使用了变压器、 限流电阻等装置，具有成本高、能耗大、不轻便等缺点，后者应用较为普遍，虽然具有低的能耗，但结构复杂，成本也是较高的。由于上述方案实际上都是将交流电转化为直流后再供给 LED驱动之用，因此实际上并没有能够实现直接采用交流供电。
技术实现思路
本技术的目的旨在提出一种GaN基LED交流电照明芯片，使其可直接运用交流电驱动而无需复杂的外部电路，并且能较好地满足LED —致性、可靠性、使用寿命等性能指标要求。本技术的上述目的，其技术解决方案为一种GaN基LED交流电照明芯片，所述照明芯片为由LED微阵列构成，所述LED微阵列包含蓝宝石衬底上的N型GaN的Mesa隔离结构、PN结有源区、二氧化硅绝缘层，且每个所述LED微阵列分别具有各自多层金属的N型电极和P型电极，其特征在于所述照明芯片为由至少两组导通方向相反的LED微阵列并联构成，相并联的两极引线在压焊区域上的设有压焊电极，分别用于与交流供电源的两极相连。进一步地，所述LED微阵列结构自蓝宝石衬底朝上依次为N型GaN的Mesa隔离结构、PN结有源区、二氧化硅绝缘层，其中在N型GaN的Mesa隔离结构与二氧化硅绝缘层之间设有多层金属的N型电极，所述二氧化硅绝缘层正对PN结有源区和N型电极分别设有P 型台面接触孔和N型电极通孔，并且多层金属的P型电极在P型台面接触孔与PN结有源区相连。进一步地，所述多层金属的N型电极为剥离后的Ti/Al/Ti/Au金属复合层；所述多层金属的P型电极为剥离后的Ti/Au金属复合层。本技术提供的GaN基LED交流电照明芯片，与传统技术相比，提供了一种用于交流电照明的LED集成化单芯片，解决了交流电不能直接驱动LED的局限，大大简化了 LED 照明芯片的驱动电路，推广了 LED在市电照明系统中的应用；同时，采用微阵列的结构可以减小LED照明芯片的热阻，提高了器件的寿命和可靠性。附图说明图1是本技术两组反向并联的LED微阵列的平面结构图；图2是本技术LED微阵列结构剖视图。具体实施方式以下便结合实施例附图，对本技术的具体实施方式作进一步的详细说明，以使本技术技术方案更易于理解、掌握。如图1和图2所示，本技术所设计的LED交流照明芯片为由两个结构相同或相近似的LED微阵列合成而制得的。其任意一个LED微阵列11主要包括P型半导体114、 蓝宝石衬底上的N型GaN的Mesa隔离结构111 (以下简称为“N型半导体”)、二氧化硅薄膜绝缘层113以及分别由对应种类的多层金属薄膜构成的N型电极112和P型加厚电极115， 其中ρ型半导体114是位于长条形Ν型半导体111台阶上的独立岛状台阶，N型半导体111 与多层金属钛铝钛金结合的地方形成N型电极112，且夹设于N型GaN的Mesa隔离结构与二氧化硅绝缘层之间；而二氧化硅绝缘层正对PN结有源区(即P型半导体)和N型电极分别设有P型台面接触孔和N型电极通孔，P型半导体的顶部则透过P型台面接触孔电子束蒸发多层金属钛金形成了 P型加厚电极115，与PN结有源区相连。任意一个P型加厚电极与N电极构成一 LED单元21，各LED单元之间通过钛金多层金属连接，如图2所示。再如图1所示，经由两个或两个以上上述LED微阵列按相反的导通方向并联，即可简单实现本技术目的所要求的交流电应用。具体即LED微阵列11的P型电极115与另一 LED微阵列12的N型电极相连接，并引出到压焊区域上形成一个压焊电极31 ；同时微阵列11的N型电极112则与另一 LED微阵列12的P型电极相连接，并引出到压焊区域上形成另一个压焊电极32，分别用于与交流供电源的两极相连。特别地，上述多层金属的N型电极为剥离后的Ti/Al/Ti/Au金属复合层；且多层金属的P型电极为剥离后的Ti/Au金属复合层。上述两附图其中图1是芯片平面结构图，图2是LED微阵列结构的截面剖视图，并且各微阵列制造过程是同步进行的，且作为芯片制造的基底为III族氮化物半导体晶圆片， 该晶圆片本身即为P型半导体形成于N型半导体上。由此可以进一步看出并分析该LED阵列芯片的制备过程I、以LED微阵列制备为出发点，清洗已激活镁离子的GaN基LED外延片；II、采用ICP干法刻蚀方法在GaN基LED外延片上制成复数个N型GaN的Mesa隔离结构(长条形台阶)和PN结有源区(密布的多个孤岛状台阶)；III、采用电子束蒸发法在N型GaN的Mesa隔离结构上蒸发多层金属Ti/Al/Ti/Au， 利用光刻技术并剥离形成N型电极；IV、采用PECVD将二氧化硅绝缘层薄膜生长在整个外延片上，并利用液相腐蚀法在P型台面接触孔和N型电极通孔的位置形成窗口；V、再次采用电子束蒸发在二氧化硅绝缘层上蒸发多层金属Ti/Au，剥离形成P电极引线；VI、将两组LED微阵列中一组的P电极引线在另一组的N电极通孔处互联形成两组LED微阵列的反向导通并联，再将互联处的引线在压焊区域上形成压焊电极，封装整个芯片。这些工艺步骤为光电子领域的成熟技术，故不再对其详细的工艺要求、条件及步骤赘述其周详特征。经实验证明，本技术提供的一种用于交流电照明的LED集成化单芯片，解决了交流电不能直接驱动LED的局限，大大简化了 LED照明芯片的驱动电路，推广了 LED在市电照明系统中的应用；同时，采用微阵列的结构可以减小LED照明芯片的热阻，提高了器件的寿命和可靠性。以上是本技术的具体范例，对本案保护范围不构成任何限制，凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方法，均落在本技术权利保护范围之内。本
中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本技术，而并非用作为对本技术的限定，只要在本技术的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本技术的权利要求书范围内。权利要求1.一种GaN基LED交流电照明芯片，所述照明芯片为由LED微阵列构成，所述LED微阵列包含蓝宝石衬底上的N型GaN的Mesa隔离结构、PN结有源区、二氧化硅绝缘层，且每个所述LED微阵列分别具有各自多层金属的N型电极和P型电极，其特征在于所述照明芯片为由至少两组导通方向相反的LED微阵列并联构成，相并联的两极引线在压焊区域上设有压焊电极，分别用于与交流供电源的两极相连。2.根据权利要求1所述的一种GaN基LED交流电照明芯片，其特征在于所述LED微阵列结构自蓝宝石衬底朝上依次为N型GaN的Mesa隔离结构、PN结有源区、二氧化硅绝缘层，其中在N型GaN的Mesa隔离结构与二氧化硅绝缘层之间设有多层金属的N型电极，所述二氧化硅绝缘层正对PN结有源区和N型电极分别设有P型台面接触孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种ＧａＮ基ＬＥＤ交流电照明芯片，所述照明芯片为由ＬＥＤ微阵列构成，所述ＬＥＤ微阵列包含蓝宝石衬底上的Ｎ型ＧａＮ的Ｍｅｓａ隔离结构、ＰＮ结有源区、二氧化硅绝缘层，且每个所述ＬＥＤ微阵列分别具有各自多层金属的Ｎ型电极和Ｐ型电极，其特征在于：所述照明芯片为由至少两组导通方向相反的ＬＥＤ微阵列并联构成，相并联的两极引线在压焊区域上设有压焊电极，分别用于与交流供电源的两极相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍芳，彭晓雷，吴良松，
申请(专利权)人：工业和信息化部电子第五研究所华东分所，
类型：实用新型
国别省市：32