高压交流半导体发光二极管芯片的制造方法技术

本发明专利技术涉及LED芯片的设计与制造，是一种高压交流半导体发光二极管芯片的制造方法，其步骤包括：⑴提供蓝宝石衬底；⑵形成复式GaN半导体层；⑶生长透明导电层和三个电极；⑷切割道的深刻蚀；⑸侧壁填充；⑹减薄蓝宝石衬底和⑺切割、裂片、扩膜。本发明专利技术的制备方法有利于降低生产成本，提高使用效率，适合工业化大规模生产。用本发明专利技术的方法制造的高压交流半导体发光二极管芯片具有高压交流芯片的优点，又能避免复杂的连接方式，能减小芯片的占用面积，实现了LED芯片集成，便于实现芯片的串并联，具有功能组件的优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体材料
，涉及LED芯片的设计与制造，具体的是一种可直接通交流电的GaN基复式结构(NPN、PNP)发光二极管芯片及其制造方法。
技术介绍
发光二极管(LED)是新一代固态光源，具有体积小、耗电量低、使用寿命长、发光效率高、热量低、环保节能、坚固耐用等诸多优点，广泛应用于图像显示、信号指示和照明灯领域。近年来，在新技术的带动下，氮化镓(GaN)基发光二极管的研究和制造得到迅猛发展。基于GaN基的LED目前被公认为是光电子科学与技术的重大成就，是发展固态照明、实现人类照明革命的关键性光源，具有广泛的应用前景。但就目前来说，可供应用的高效率大功率芯片产品较少，这一直制约着氮化镓(GaN)基发光二极管在照明行业的应用，成为阻碍其取代传统照明技术的主要瓶颈问题。为了达到高功率的要求，已有LED生产企业在生产大功率直流单芯片，也有企业能提供一种由串联的小功率LED集成的大功率高压LED芯片。传统的LED是以直流电为驱动电源的，因此，若使用交流电电源时，必须用附带的整流变压器将交流电转换成直流电才能确保LED的正常运作。但是，人们在应用上一直强调的是LED的省电特性，而在交流电至直流电的转换过程中，有高达15 30%的电力被耗损，因此，这样的使用是不能体现省电特性的。所以，目前的大功率直流单芯片在应用中还不能体现LED的省电特性。有鉴于此，有的企业提供了一种高压交流的LED芯片，它是由小功率LED串并连而集成的大功率高压LED芯片，可直接通IlOV或220V交流电。使用中，当电压为顺向偏压时，电流会顺着某一方向流出，通过二极管使其发光；当电压为逆向偏压时，电流往反方向流动，使另一边的发光二极管发光；这样降低了电路中的功率消耗，提高了用电效率。ACLED透过特殊电路设计可直接用交流电驱动，不需配置整流变压器也能正常运作。所以，在照明灯具的设计上，AC LED灯在体积和重量方面一般都比DC LED灯具更有优势。然而，目前的高压交流的LED芯片仅仅是小功率芯片的简单串并联，其组件的结构比较复杂，若一个节点出现异常，整个芯片都不能正常工作。此外，其占用面积相对较大，不利于集成更多的芯片。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述问题，提供一种，采用本发专利技术的方法制造的高压交流半导体LED芯片，能体现LED的省电特性，减小芯片的占用面积，实现芯片的串并联；本专利技术的制造方法能进行所述LED芯片的规模化生产，满足GaN基LED芯片的市场需求。为实现上述目的，本专利技术采取如下的技术方案。—种，其特征是，包括以下步骤 (I)提供蓝宝石衬底所述蓝宝石衬底包括第一表面以及与所述第一表面相对应的第二表面，所述衬底包括平片衬底或PSS衬底； (2)形成复式GaN半导体层 在步骤(I)的蓝宝石衬底的第一表面生长外延，形成PNP或NPN型的复式GaN半导体层； (3)生长透明导电层和三个电极 在步骤(2)形成的GaN半导体层上通过光刻及刻蚀生长透明导电层以及NPN或PNP的三个电极； (4)切割道的深刻蚀 在单颗芯片切割道上进行深刻蚀，直至蓝宝石衬底为止，实现单颗芯片光电特性的分离，得到电性分离的三角形芯片组； 然后，利用气相沉积法在侧壁生长二氧化硅钝化层，实现侧壁的填充； (5)侧壁填充 在同一模块内相邻的芯片间蒸镀金属，使蒸镀的金属互联芯片的相应PN电极； (6)减薄蓝宝石衬底 在步骤(I)的蓝宝石衬底的第二表面的一侧减薄蓝宝石衬底； (7)切割、裂片、扩膜 从所述蓝宝石衬底的第一表面沿集成模块切割道进行激光切割，从所述蓝宝石衬底的第二表面进行裂片，扩膜后得到分离的集成芯片——高压交流半导体发光二极管芯片。进一步，步骤(I)所述的蓝宝石衬底包括平片蓝宝石衬底或图形化蓝宝石基板(PSS衬底)。进一步，步骤(2)所述的在第一表面生长外延采用有机金属气相沉积法(MOCVD)、分子束外延法(MBE)、液相外延法(LPE)或者气相外延法(VPE)来完成。本专利技术的积极效果是 本专利技术的制备方法有利于降低生产成本，提高使用效率，适合工业化大规模生产。用本专利技术的方法制造的高压交流半导体发光二极管芯片具有高压交流芯片的优点，又能避免复杂的连接方式，能减小芯片的占用面积，实现了 LED芯片集成，便于实现芯片的串并联，具有功能组件的优势。附图说明图I为本专利技术的流程框图。图2为平片蓝宝石衬底的结构主视图。图3为平片蓝宝石衬底的结构俯视图。图4为形成复式GaN半导体层的平片蓝宝石衬底的结构主视图。图5为透明导电层和三个电极的结构主视图。图6为在单颗芯片的切割道上进行刻蚀后的结构主视图。图7为在刻蚀形成的侧壁进行填充后的结构主视图。图8为第二表面减薄后的平片蓝宝石衬底的结构主视图。图9为单颗芯片的结构俯视图。图10为单模块的结构示意图。图11为在wafer上的模块结构俯视图。图12为高压交流半导体发光二极管芯片的工作原理图。图中的标号分别为 101、平片蓝宝石衬底；102、下层N型GaN层；103、下层多重量子阱层； 104、P型GaN层； 105、上层多重量子阱层；106、上层N型GaN层； 107、透明导电层； 108、下层N电极；109、P电极； 110、上层N电极； 111、二氧化硅层；112、交流源。具体实施例方式以下结合附图继续解释本专利技术的具体实施情况。但是，本专利技术的实施不限于以下的实施方式。说明本专利技术的附图只是示意图，图中的表示只是示意性质的，在图中，为了清楚反应本专利技术的原理和结构，对层和区域的厚度做了适当的调整，它们作为示意图不严格反映集合尺寸的比例关系，因此，本专利技术的示意图不能被用来限制本专利技术的范围。一种，包括以下步骤(参见附图I)(I)提供蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底为平片蓝宝石衬底101，其主视结构参见附图2，其俯视结构图参见附图3。所述平片蓝宝石衬底101直径为2英寸，其抛光面(正面)称为第一表面，其背面为第二表面； 另外应注意，在实施中，所述蓝宝石衬底也可使用蓝宝石的图样化衬底。(2)在步骤(I)的平片蓝宝石衬底101的第一表面上生长外延，形成PNP或NPN型的复式GaN半导体层。所述复式GaN半导体层包括依次形成的下层N型GaN层102、下层多重量子阱层103、P型GaN层104以及上层多重量子阱层105和上层N型GaN层106 (参见附图4)。实施中，所述在第一表面的生长外延可采用现有技术中的常用的外延生长方法，即有机金属气相沉积法(MOCVD)来完成；此外，还可采用分子束外延法(MBE)、液相外延法(LPE)或者气相外延法(VPE)来完成。(3)在步骤(2)外延生长的复式GaN半导体层上通过光刻及刻蚀，在上层N型GaN层106上生长透明导电层107，在下层N型GaN层102上生长下层N电极108，在P型GaN层104上生长P电极109，在透明导电层107上生长上层N电极110 (参见附图5);其中，透明导电层107通过电子束蒸发镀膜技术蒸镀氧化铟锡，所述氧化铟锡的厚度在2000埃左右；此外，P电极109为采用光刻及蒸镀技术层叠两种以上的金属得到的，所述层叠的金属包括铬、钼和金。(4)在单颗芯片的切割道上通过光刻及刻蚀技术进行深刻蚀，直至刻蚀到蓝宝石衬底(参见附图6);本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压交流半导体发光二极管芯片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）提供蓝宝石衬底所述蓝宝石衬底包括第一表面以及与所述第一表面相对应的第二表面，所述衬底包括平片衬底或PSS衬底；（2）形成复式GaN半导体层在步骤（1）的蓝宝石衬底的第一表面生长外延，形成PNP或NPN型的复式GaN半导体层；（3）生长透明导电层和三个电极在步骤（2）形成的GaN半导体层上通过光刻及刻蚀生长透明导电层以及NPN或PNP的三个电极；（4）切割道的深刻蚀在单颗芯片切割道上进行深刻蚀，直至蓝宝石衬底为止，实现单颗芯片光电特性的分离，得到电性分离的三角形芯片组；然后，利用气相沉积法在侧壁生长二氧化硅钝化层，实现侧壁的填充；（5）侧壁填充在同一模块内相邻的芯片间蒸镀金属，使蒸镀的金属互联芯片的相应PN电极；（6)？减薄蓝宝石衬底在步骤（1）的蓝宝石衬底的第二表面的一侧减薄蓝宝石衬底；（7）切割、裂片、扩膜从所述蓝宝石衬底的第一表面沿集成模块切割道进行激光切割，从所述蓝宝石衬底的第二表面进行裂片，扩膜后得到分离的集成芯片——高压交流半导体发光二极管芯片。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旅云，陈晓鹏，张宇欣，张国龙，吴东平，常志伟，薛进营，王明辉，夏成，
申请(专利权)人：施科特光电材料昆山有限公司，
类型：发明
国别省市：