专利名称：一种可直接连接在交流电上的led芯片组的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管芯片，尤其是涉及一种可直接连接在交流电上的LED 芯片组。
背景技术：
发光二极管芯片，是led灯的核心组件，也就是指的P-N结。其主要功能是把电能转化为光能，芯片的主要材料为单晶硅。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体， 在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。发光二极管芯片的P-N结具有单向导电性即正向导通，反向不导通。对红黄光发光二极管，其正向导通电压在2伏左右，而对蓝绿光二极管，正向导通电压在3.0伏左右。 当二极管的正向电压高于导通电压后，流过二极管的电流将随着外加电压的增加而迅速增加；当流过二极管的电流过大时，由于二极管本身产生的热量过大而可能被烧毁。目前，一般1瓦蓝光二极管的工作电流在350毫安左右，相应的工作电压远小于4伏。显然，一般二极管由于其单向导通性和较低的工作电压限制。由此可见，所有的发光二极管芯片使用都需要额外设置的整流电路和外加电阻配合使用，因而会增加了灯具生产成本以及电路连接的复杂性。此外，现有LED芯片是无法与交流电直接连接使用的，需要增加额外设施。
发明内容
本发明设计了一种可直接连接在交流电上的LED芯片组，其解决的技术问题是 (1)现有LED芯片组无法直接与交流电直接使用；(2)现有发光二极管芯片需要与专门的整流电路和外加电阻配合使用，会增加了灯具生产成本以及电路连接的复杂性。为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案
一种可直接连接在交流电上的LED芯片组，至少包括两枚集成电阻发光二极管芯片， 所述两枚集成电阻发光二极管芯片并联在交流电正负极，每一枚集成电阻发光二极管芯片包括第一半导体电阻(Rl)和第二半导体电阻(R2)，在所述第一半导体电阻(Rl)和所述第二半导体电阻(R2)之间串联有多个发光二极管(L1、L2、L3)，所述多个发光二极管(L1、L2、 L3)的PN结走向相同，根据二极管正向导通原理两枚集成电阻发光二极管芯片在交流电作用下交替发光。进一步，一枚集成电阻发光二极管芯片的第一半导体电阻(Rl)和另一枚集成电阻发光二极管芯片的第二半导体电阻(R2)的连接端与交流电正极或负极直接连接。进一步，所述第一半导体电阻(R1)、所述第二半导体电阻(R2)以及所述多个发光二极管除了共用一衬底(1)层外分别由独立的缓冲层(2)、N型层(3)、N型分别限制层(4)、有源区结构(5)、P型分别限制层(6)、P型层(7)、P型欧姆接触层(8)以及P型金属欧姆接触层(9)由下至上组合而成；相邻两个发光二极管通过N型层(3)电极与P型金属欧姆接触层(9)电极连接实现串联；所述第一半导体电阻(Rl)和所述第二半导体电阻(R2)分别都设有两个接触电极，所述第一半导体电阻(Rl)或所述第二半导体电阻(R2)的一个接触电极与电源的正极或负极连接，另外一个接触电极与相邻发光二极管的N型层(3)或P型金属欧姆接触层(9)连接。进一步，所述第一半导体电阻(R1)、所述第二半导体电阻(R2)以及多个发光二极管的外表都包裹一层绝缘介质膜(13)，但多个发光二极管的N型层(3)电极、多个发光二极管的P型金属欧姆接触层(9)电极以及所述第一半导体电阻(Rl)和所述第二半导体电阻 (R2 )的各自两个接触电极上方的绝缘介质膜(13 )都去除。进一步，所述第一半导体电阻(Rl)的P型金属欧姆接触层(9)被P型金属欧姆接触层第一隔离缺口(17)分离成两个接触电极。进一步，所述第二半导体电阻(R2) P型金属欧姆接触层(9)被P型金属欧姆接触层第二隔离缺口(18)分离成两个接触电极。进一步，所述发光二极管为三个第一发光二极管(Li)、第二发光二极管(L2)和第三发光二极管(L3);其中，第一发光二极管(Li)的P型金属欧姆接触层(9)电极通过PP 结电极连接金属层(162)与第一半导体电阻(Rl)的右侧接触电极连接，第一发光二极管 (Li)的N型层(3)电极通过第一 PN结电极连接金属层(163)与第二发光二极管(L2)的P 型金属欧姆接触层(9)电极连接；第二发光二极管(L2)的N型层(3)电极通过第二 PN结电极连接金属层(164)与第三发光二极管(L3)的P型金属欧姆接触层(9)电极连接；第三发光二极管(L3)的N型层(3)电极通过第三PN结电极连接金属层(165)与第二半导体电阻 (R2)的左侧接触电极连接。进一步，所述绝缘介质膜(13)的厚度在150nm-450nm之间。进一步，所述衬底(1)的材质为蓝宝石、碳化硅或GaN。该可直接连接在交流电上的LED芯片组与传统发光二极管芯片制作方法相比，具有以下有益效果
(1)本发明由于将两颗集成电阻发光二极管芯片并联连接并且使得两者的多个发光二极管PN结走向相反，一枚集成电阻发光二极管芯片在交流电的正半周工作，另一枚集成电阻发光二极管芯片在交流电的负半周工作，实现LED芯片组可以在交流电下一直工作。(2)本发明方法可以将发光二极管芯片制作成多个发光二极管以及半导体电阻， 该半导体电阻直接集成在发光二极管芯片中，因而不再需要与专门的整流电路和外加电阻配合使用，大大降低了照明灯具生产成本以及电路连接的复杂性。
图01 本发明中发光二极管裸芯片结构示意图02 本发明集成电阻发光二极管芯片制作步骤1结构示意图； 图03 本发明集成电阻发光二极管芯片制作步骤2结构示意图； 图04 本发明集成电阻发光二极管芯片制作步骤3结构示意图； 图05 本发明集成电阻发光二极管芯片制作步骤4结构示意图；图06本发明集成电阻发光二二极I 芯片制作步骤5结构示意07本发明集成电阻发光二二极I 芯片制作步骤6结构示意08本发明集成电阻发光二二极I 芯片制作步骤7结构示意09本发明集成电阻发光二二极I 芯片制作步骤8结构示意10本发明集成电阻发光二二极I 芯片制作步骤9结构示意11本发明集成电阻发光二二极I 芯片制作步骤10结构示意12本发明集成电阻发光二二极I 芯片制作步骤11结构示意13本发明集成电阻发光二二极I 芯片制作步骤12结构示意14本发明集成电阻发光二二极I 芯片制作步骤13结构示意15本发明集成电阻发光二二极I 芯片制作步骤14结构示意16本发明集成电阻发光二二极I 芯片制作步骤15结构示意17本发明集成电阻发光二二极I 芯片制作步骤16结构示意18本发明集成电阻发光二二极I 芯片制作步骤17结构示意19本发明集成电阻发光二二极I 芯片制作步骤18结构示意20本发明集成电阻发光二二极I 芯片制作步骤19结构示意21本发明集成电阻发光二二极I 芯片制作步骤20结构示意22本发明集成电阻发光二二极I 芯片制作步骤21结构示意23本发明集成电阻发光二二极I 芯片制作步骤22结构示意24本发明可直接连接在交流电上的LED芯片组结构示意图。
附图标记说明
1一衬底；2—缓冲层；3 — N型层；4一N型分别限制层；5—有源区层；6 — P型分别限制层；7—P型层；8—P型欧姆接触层；9一P型金属欧姆接触层；10—第一光刻胶层；11一第二光刻胶层；12—第三光刻胶层；121—刻蚀缺口 ；13—绝缘介质膜；14一第四光刻胶层；15— 第五光刻胶层；16—金属合金层；160—输入电极金属层；161—输出电极金属层；162 — PP 结电极连接金属层；163—第一 PN结电极连接金属层；164—第二 PN结电极连接金属层； 165—第三PN结电极连接金属层；17—P型金属欧姆接触层第一隔离缺口 ；18—P型金属欧姆接触层第二隔离缺口 ；Rl—第一半导体电阻；R2—第二半导体电阻；Ll一第一发光二极管；L2—第二发光二极管；L3—第三发光二极管。
具体实施例方式下面结合图1至图24，对本发明做进一步说明
如图ι所示，普通发光二极管芯片从下至上依次为衬底1、缓冲层2、N型层3、N型分别限制层4、有源区层5、P型分别限制层6、P型层7以及P型欧姆接触层8。衬底1是载体， 一般是蓝宝石、碳化硅或GaN等材料。缓冲层2是一个过度层，在此基础上生长高质量的N， P,量子阱等其它材料。LED由pn结构成，缓冲层2、N型层3层、N型分别限制层4，P型分别限制层6以及P型层7是为了形成制作LED所需的P和N型材料。有源区层5是LED的发光区，光的颜色由有源区的结构决定。P型欧姆接触层8是材料生长的最后一层，这一层的载流子搀杂浓度较高，目的是为制作较小的欧姆接触电阻。一种可直接连接在交流电上的LED芯片组制作方法如下1、在P型欧姆接触层8表面上方形成P型金属欧姆接触层9；
2、将发光二极管芯片分割出多个独立单元，其中在发光二极管芯片两个端部的单元成为半导体电阻形成区；
3、将其余多个独立单元形成多个发光二极管形成区；
4、通过绝缘介质膜13将在发光二极管芯片上形成第一半导体电阻R1、第二半导体电阻R2和多个发光二极管Li、L2、L3 ；
5、将第一半导体电阻R1、多个发光二极管以及第二半导体电阻R2的各个电极通过金属合金层16进行串联连接，即生成一枚集成电阻发光二极管芯片；
6、使用步骤5中两枚集成电阻发光二极管芯片，将两枚集成电阻发光二极管芯片并联在交流电正负极，一枚集成电阻发光二极管芯片的第一半导体电阻Rl和另一枚集成电阻发光二极管芯片的第二半导体电阻R2的连接端与交流电正极或负极直接连接，根据二极管正向导通原理两枚集成电阻发光二极管芯片在交流电作用下交替发光。具体详细步骤如下
如图2所示，在P型欧姆接触层8表面上方形成P型金属欧姆接触层9。通过蒸镀或溅射工艺，在P型欧姆接触层8表面形成一层或多层P型金属欧姆接触层9。P型金属欧姆接触层9不是由生长形成的，而是通过蒸镀或溅射等方法形成的，目的之一是制作器件的电极，目的之二是为了封装打线用。如图3所示，在P型金属欧姆接触层9表面上方形成第一光刻胶层10。第一光刻胶层10涂布速度在2500-5000转/分，并对涂布温度控制90摄氏度-100摄氏度之间，在烘箱里或铁板表面烘烤，烘烤时间分别为30分钟和2分钟。如图4所示，去除部分第一光刻胶层10，保留的多块第一光刻胶层10用于制作半导体电阻形成区或发光二极管形成区。如图5所示，将暴露的P型材料、有源区以及部分N型材料进行去除。如图6所示，去除剩下所有的第一光刻胶层10。如图7所示，对图6中所得到的发光二极管芯片表面上方形成第二光刻胶层11。 第二光刻胶层11涂布速度在2500-5000转/分，并对涂布温度控制90摄氏度-100摄氏度之间，在烘箱里或铁板表面烘烤，烘烤时间分别为30分钟和2分钟。如图8所示，将半导体电阻形成区独立单元上方的第二光刻胶层11进行部分去除，形成缺口。如图9所示，对缺口下方的P型金属欧姆接触层9进行完整去除，形成P型金属欧姆接触层第一隔离缺口 17和P型金属欧姆接触层第二隔离缺口 18。如图10所示，去除所有剩余的第二光刻胶层11。如图11所示，在图10中得到的发光二极管芯片表面上方形成第三光刻胶层12。 第三光刻胶层12涂布速度在2500-5000转/分，并对涂布温度控制90摄氏度-100摄氏度之间，在烘箱里或铁板表面烘烤，烘烤时间分别为30分钟和2分钟。如图12所示，去除部分第三光刻胶层12，保留半导体电阻形成区最上方的第三光刻胶层12，保留多个发光二极管芯片形成区最上方和右侧的第三光刻胶层12，但发光二极管芯片形成区右侧的第三光刻胶层12与另外一个的发光二极管芯片形成区或第二半导体电阻形成区存在刻蚀缺口 121。
如图13所示，将未覆盖第三光刻胶层12的暴露部分进行刻蚀去除所有缓冲层2 和N型层3 ；
如图14所示，去除所有剩余的第三光刻胶层12。如图15所示，在图14中得到的发光二极管芯片表面上方形成绝缘介质膜13。绝缘介质膜13的厚度在150nm-450nm之间。如图16所示，在绝缘介质膜13表面上方形成第四光刻胶层14。第四光刻胶层14 涂布速度在2500-5000转/分，并对涂布温度控制90摄氏度-100摄氏度之间，在烘箱里或铁板表面烘烤，烘烤时间分别为30分钟和2分钟。如图17所示，去除部分第四光刻胶层14在两个半导体电阻的电极形成区和多个发光二级管的电极形成区上形成的多个缺口 ；
如图18所示，将图17中多个缺口下方的绝缘介质膜13去除。如图19所示，去除剩余所有的第四光刻胶层14。如图20所示，在图19中得到的发光二极管芯片表面上方形成第五光刻胶层15。 第五光刻胶层15涂布速度在2500-5000转/分，并对涂布温度控制90摄氏度-100摄氏度之间，在烘箱里或铁板表面烘烤，烘烤时间分别为30分钟和2分钟。如图21所示，去除部分第五光刻胶层15，仅仅保留任何一个发光二级管P电极至 N电极之间绝缘介质膜13上方的第五光刻胶层15、P型金属欧姆接触层第一隔离缺口 17和 P型金属欧姆接触层第二隔离缺口 18中绝缘介质膜13上方的第五光刻胶层15、第一半导体电阻Rl最左侧绝缘介质膜13上方的第五光刻胶以及第二半导体电阻R2最右侧绝缘介质膜13上方的第五光刻胶；
如图22所示，在图21中得到的发光二极管芯片表面上方形成金属合金层16。如图23所示，去除第五光刻胶层15及其上方的金属合金层16后，剩下的金属合金层16包括输入电极金属层160、输出电极金属层161、PP结电极连接金属层162以及多个PN结电极连接金属层163、164、165。如图M所示，使用两枚图23中制造出来的集成电阻发光二极管芯片，将两枚集成电阻发光二极管芯片并联在交流电正负极，一枚集成电阻发光二极管芯片的第一半导体电阻Rl和另一枚集成电阻发光二极管芯片的第二半导体电阻R2的连接端与交流电正极或负极直接连接，根据二极管正向导通原理两枚集成电阻发光二极管芯片在交流电作用下交替发光。上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种可直接连接在交流电上的LED芯片组，其特征在于至少包括两枚集成电阻发光二极管芯片，所述两枚集成电阻发光二极管芯片并联在交流电正负极，每一枚集成电阻发光二极管芯片包括第一半导体电阻(Rl)和第二半导体电阻(R2)，在所述第一半导体电阻(Rl)和所述第二半导体电阻(R2)之间串联有多个发光二极管(Li、L2、L3)，所述多个发光二极管(Li、L2、L3)的PN结走向相同，根据二极管正向导通原理两枚集成电阻发光二极管芯片在交流电作用下交替发光。
2.根据权利要求1所述可直接连接在交流电上的LED芯片组，其特征在于一枚集成电阻发光二极管芯片的第一半导体电阻(Rl)和另一枚集成电阻发光二极管芯片的第二半导体电阻(R2)的连接端与交流电正极或负极直接连接。
3.根据权利要求2所述可直接连接在交流电上的LED芯片组，其特征在于所述第一半导体电阻(R1)、所述第二半导体电阻(R2)以及所述多个发光二极管除了共用一衬底(1) 层外分别由独立的缓冲层(2)、N型层(3)、N型分别限制层(4)、有源区结构(5)、P型分别限制层(6)、P型层(7)、P型欧姆接触层(8)以及P型金属欧姆接触层(9)由下至上组合而成；相邻两个发光二极管通过N型层(3)电极与P型金属欧姆接触层(9)电极连接实现串联；所述第一半导体电阻(Rl)和所述第二半导体电阻(R2)分别都设有两个接触电极，所述第一半导体电阻(Rl)或所述第二半导体电阻(R2)的一个接触电极与电源的正极或负极连接，另外一个接触电极与相邻发光二极管的N型层(3)或P型金属欧姆接触层(9)连接。
4.根据权利要求3所述可直接连接在交流电上的LED芯片组，其特征在于所述第一半导体电阻(R1)、所述第二半导体电阻(R2)以及多个发光二极管的外表都包裹一层绝缘介质膜(13)，但多个发光二极管的N型层(3)电极、多个发光二极管的P型金属欧姆接触层 (9)电极以及所述第一半导体电阻(Rl)和所述第二半导体电阻(R2)的各自两个接触电极上方的绝缘介质膜(13 )都去除。
5.根据权利要求1至4任何一项所述可直接连接在交流电上的LED芯片组，其特征在于所述第一半导体电阻(Rl)的P型金属欧姆接触层(9)被P型金属欧姆接触层第一隔离缺口(17)分离成两个接触电极。
6.根据权利要求1至5中任何一项所述可直接连接在交流电上的LED芯片组，其特征在于所述第二半导体电阻(R2) P型金属欧姆接触层(9)被P型金属欧姆接触层第二隔离缺口(18)分离成两个接触电极。
7.根据权利要求6所述可直接连接在交流电上的LED芯片组，其特征在于所述发光二极管为三个第一发光二极管(Li)、第二发光二极管(L2)和第三发光二极管(L3)；其中， 第一发光二极管(Li)的P型金属欧姆接触层(9)电极通过PP结电极连接金属层(162)与第一半导体电阻(Rl)的右侧接触电极连接，第一发光二极管(Li)的N型层(3)电极通过第一 PN结电极连接金属层(163)与第二发光二极管(L2)的P型金属欧姆接触层(9)电极连接；第二发光二极管(L2)的N型层(3)电极通过第二 PN结电极连接金属层(164)与第三发光二极管(L3)的P型金属欧姆接触层(9)电极连接；第三发光二极管(L3)的N型层(3) 电极通过第三PN结电极连接金属层(165)与第二半导体电阻(R2)的左侧接触电极连接。
8.根据权利要求7所述可直接连接在交流电上的LED芯片组，其特征在于所述绝缘介质膜(13)的厚度在150nm-450nm之间。
9.根据权利要求8所述可直接连接在交流电上的LED芯片组，其特征在于所述衬底(1)的材质为蓝宝石、碳化硅或GaN。
全文摘要
本发明涉及一种可直接连接在交流电上的LED芯片组，至少包括两枚集成电阻发光二极管芯片，两枚集成电阻发光二极管芯片并联在交流电正负极，每一枚集成电阻发光二极管芯片包括第一半导体电阻和第二半导体电阻，在所述第一半导体电阻和所述第二半导体电阻之间串联有多个发光二极管，根据二极管正向导通原理两枚集成电阻发光二极管芯片在交流电作用下交替发光。本发明由于将两颗集成电阻发光二极管芯片并联连接并且使得两者的多个发光二极管PN结走向相反，一枚集成电阻发光二极管芯片在交流电的正半周工作，另一枚集成电阻发光二极管芯片在交流电的负半周工作，实现LED芯片组可以在交流电下一直工作。
文档编号H01L25/03GK102412242SQ20111037579
公开日2012年4月11日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者俞国宏 申请人:俞国宏