专利名称：一种高压交流led晶片模块的制作方法
技术领域：
一种高压交流LED晶片模块
技术领域：
本实用新型涉及一种LED晶片模块，尤其涉及一种高压交流LED晶片模块。背景技术：
众所周知，由直流驱动的LED产品存在不少弊端。它们需要与整流器一并使用，其寿命只有2万小时，但直流电驱动的LED产品的寿命却长达5-10万小时。因此，直流驱动的LED产品“一生”便需要多次更换整流器，若应用于固定照明装置上必定造成不便。与之相反，交流LED是一类集成了各种处理技术的LED产品，它包括多种器件或内核，无需额外的变压器、整流器或驱动电路，交流电网的交流电就可以直接对其进行驱动。这使得AC LED 产品无需整流器就可以直接应用于家居及办公室交流电器插头(100-110伏特/220-230伏特)，不仅降低LED产品成本，也避免了电源变换过程中电能的损失。AC LED是双向导通模式，因而避免了静电放电问题。AC LED可匹配IlOV至220V的高压交流电，因此，AC LED可以应用于一般照明、广告牌、路灯和家用电器。韩国首尔半导体很早就开始从事AC LED的研发和推广工作。近几年，众多台湾厂商也已经在该领域投入大量的人力物力，为AC LED的研发和推广再添一把火。为实现差异化，台湾公司正在开发一种高压LED，它在结构上与AC LED类似，但集成了一个整流器。该产品采用单芯片设计，通过配置可降低驱动电流且可将发光芯片进行更广泛的分布以获得更高的发光效率。单片结构还把电光转换效率提高了 10%，另外，也减少了所需的线绑定、 简化了封装、降低了整体成本。此外，为了满足需求，高压交流LED可以定制芯片尺寸和或内核数量，而其大批量制造流程也与标准直流驱动的LED兼容。器件内核之间的绝缘性一般要求器件内核之间的隔离区将半导体层完全隔离开来，隔离区必须深至衬底处，但是由于衬底上的半导体层一般都在5um左右，使得器件内核之间的隔离区制作比较困难，目前制作工艺主要是用干法刻蚀，但是这种方法成本太高，对光刻胶的选择性要求也很高，不宜批量化生产，同时也存在使用寿命短，出光效率较低的技术难题。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种高压交流LED晶片模块，该LED晶片模块具有出光效率高及使用寿命长的特点。为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是一种高压交流LED晶片模块，包括衬底，形成于衬底正面的半导体层，所述半导体层包括依次形成于衬底正面的缓冲层、N型半导体层、发光层以及P型半导体层，其特征在于，所述半导体层形成有隔离区， 所述半导体层由隔离区隔开形成多颗LED晶粒，所述LED晶粒的半导体层呈倒梯台形状，半导体层的侧面与衬底的正面形成的夹角为50° 70°，LED晶粒之间通过导电线路连接形成串联或/和并联的LED晶片模块。本实用新型与现有技术相比的有益效果是由于本实用新型在半导体层由X轴隔离区和Y轴隔离区隔开形成多颗LED晶粒，LED晶粒之间通过导电线路连接形成串联或/和并联的LED晶片模块，其中LED晶粒的半导体层成倒梯台形状，这样设置可以增大半导体层的侧面发光面积，半导体层侧面发出的光也可以通过衬底正面将光反射出去，这样可以减少光损耗及避免光在半导体层内发生全反射，提高LED晶片的出光效率；同时，也避免了光能转化为热能，大大提高LED晶片模块的使用寿命，而且相对传统干法刻蚀制作工艺，成本大大降低，宜于批量化生产。优选地，所述半导体层的侧面与衬底的正面形成的夹角为55° 65°，这种结构是光在LED晶片模块内导出的较佳角度范围，该角度范围可以大大提高LED晶片模块的出光效率，同时延长LED晶片的使用寿命。优选地，所述半导体层的侧面与衬底的正面形成的夹角为60°，这种结构是光在 LED晶片模块内导出的最佳角度，该角度可以大大提高LED晶片模块的出光效率，同时延长 LED晶片的使用寿命。
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
图1为本实用新型LED晶片模块的立体结构示意图。
图2为本实用新型LED晶片模块的导电线路连接结构示意图。
图3为本实用新型LED晶片模块的另一导电线路连接结构示意图。
图4为本实用新型在衬底上形成半导体层的结构示意图。
图5为图4所示在半导体层上形成保护层及经过图形曝光工艺的示意图,
图6为图5通过刻蚀保护层后的结构示意图。
图7为图6所示浸泡酸性混合溶液后的结构示意图。
图8为图7所示去除保护层后的结构示意图。
图9为图8所示在半导体层上制作凹形台面的结构示意图。
图10为图9所示在半导体层表面形成绝缘层及电极的结构示意图。
图11为图10所示导电线路连接结构示意图。
图12为本实用新型外延片的局部结构放大示意图。
附图标号说明
1-衬底；
4-发光层；
7-X轴隔离区；
10-LED晶片模块；
13-保护层；
16-P电极；
17' -N电极安装区；
2-缓冲层； 5-P型半导体层 8-Y轴隔离区； 11-外延片； 14-光刻胶图形
17-N电极；
18-导电线路；
3-N型半导体层； 6-凹形台面； 9-半导体层； 12-反射层； 15-绝缘层； 16' -P电极安装区 20-LED 晶粒。
具体实施方式
参照附图1、图2、图3所述，本实用新型提供一种高压交流LED晶片模块10，包括衬底1，形成于衬底1正面的半导体层9，所述半导体层9包括依次形成于衬底1正面的缓
4冲层2、N型半导体层3、发光层4以及P型半导体层5，所述半导体层9形成有隔离区，所述隔离区包括X轴隔离区7和Y轴隔离区8，所述半导体层9由X轴隔离区7和Y轴隔离区 8隔开形成多颗LED晶粒20，LED晶粒20之间通过导电线路18连接形成串联或/和并联的LED晶片模块10，所述LED晶粒20的半导体层9呈倒梯台形状，倒梯台半导体层9的侧面与衬底1的正面形成的夹角β为50° 70° ；优选角度，倒梯台半导体层9的侧面与衬底1的正面形成的夹角β为阳° 65°，这种结构是光在LED晶片模块10内导出的较佳角度范围，该角度范围可以提高LED晶片模块10的出光效率，同时延长LED晶片的使用寿命。最佳角度，倒梯台半导体层9的侧面与衬底1的正面形成的夹角β为60°，这种结构是光在LED晶片模块10内的最佳导光角度，该角度可以大大提高LED晶片模块10的出光效率，同时也延长了 LED晶片的使用寿命。在所述衬底1的底部及侧面形成有反射层12，所述反射层12为氧化物反射层或/和金属反射层，所述氧化物为S^2或/和TiO2,也可以是 Ti3O5或Nb2O5，所述金属为Au、Al、Ag、Pt、Cr、Mo、W中的任一种，也可以是所述金属Au、Al、 Ag、Pt、Cr、Mo、W两者或多者之间的组合。 参照附图1-图12所示，本实用新型制造方法如下，首先，通过金属有机化学气相沉积或分子束外延技术在衬底1上生长出半导体层9形成外延片11，所述半导体层9为依次在衬底1上生长的缓冲层2、N型半导体层3、发光层4及P型半导体层5，参照4所示；接下来在外延片11的表面沉积保护层13，所述保护层13的物质为SiO2或者Si3N4，在外延片 11表面沉积保护层13的目的是为了保护半导体层9，防止后续浸泡酸性混合溶液时酸性混合溶液对半导体层9的腐蚀，在保护层13表面通过图形曝光半导体平面工艺，在保护层13 表面形成光刻胶图形14，如图5所示，采用干法或者湿法刻蚀工艺刻蚀保护层13，使保护层 13形成X轴隔离区7及Y轴隔离区8，如图6所示；接下来去除光刻胶，将外延片11浸泡在酸性混合溶液里，酸性混合溶液沿X轴隔离区7及Y轴隔离区8分别在纵向和横向两个方向上蚀刻半导体层9直至衬底1，所述半导体层9通过X轴隔离区7及Y轴隔离区隔8开形成多颗LED晶粒20，其中，所述酸性混合溶液为和H3PO4的混合物，所述H2SO4与H3PO4 在同一浓度时的体积比为2 5 1，浸泡时所述混合物的温度为200 300 0C，浸泡时间为5 30分钟；浸泡后使每颗LED晶粒20的半导体层9成倒梯台形状，倒梯台半导体层9 的侧面与衬底的正面形成的夹角为50° 70°，如图7、图8所示；优选角度，倒梯台半导体层9的侧面与衬底1的正面形成的夹角β为55° 65°，这种结构是光在LED晶片模块10内导出的较佳角度范围，该角度范围可以提高LED晶片模块10的出光效率，同时延长 LED晶片的使用寿命；最佳角度，倒梯台半导体层9的侧面与衬底1的正面形成的夹角β为 60°，这种结构是光在LED晶片模块10内导出的最佳角度，该角度可以大大提高LED晶片模块10的出光效率，同时大大延长LED晶片的使用寿命；接下来利用感应耦合等离子刻蚀， 在每颗LED晶粒20的表面形成凹形台面6，使每颗LED晶粒20的半导体层9的部分N型半导体3层露出凹形台面6，如图9所示；接下来在外延片11表面沉积一层致密的绝缘层15， 所述绝缘层15分布在半导体层9、X轴隔离区7及Y轴隔离区隔8表面，其中，在X轴隔离区7及Y轴隔离区隔8形成的绝缘层15横截面呈三角形，如图10所示，所述绝缘层15的物质为SW2或者Si3N4 ；接下来蚀刻绝缘层15，在绝缘层15形成P电极安装区16'及N电极安装区17'，在所述P电极安装区16'制作P电极16，在N电极安装区17'制作N电极 17，如图10所示，制作导电线路18，使LED晶粒20的电极与另一 LED晶粒20的电极通过导电线路18电连接，多颗LED晶粒20之间通过导电线路18连接形成LED晶片模块10 ；方法一通过图形曝光半导体平面工艺技术，在光刻胶上得到所设计的P电极安装区16'和 N电极安装区17'；蚀刻绝缘层15，将光刻胶上所设计的P电极安装区16'和N电极安装区17'图形转移到绝缘层15上，使得P电极安装区16'和N电极安装区17'的半导体层 9暴露，利用电子束蒸发台或者溅射镀膜机沉积Cr/Pt/Au或Ti/Al/Au，通过光刻胶剥离工艺，在已刻蚀过的内核单元上，分别在P型半导体层5和N型半导体层3的凹形台面6上制作P电极16和N电极17，通过图形曝光半导体平面工艺技术，在光刻胶上得到设计的导电线路18焊线区域，利用电子束蒸发台或者溅射镀膜机沉积Cr/Pt/Au或Ti/Al/Au，通过光刻胶剥离工艺，在P电极安装区16'与N电极安装区17'区域制作导电线路18，完成所设计的高压LED及交流LED连接电路图，参照图2、3、11所示；方法二 P电极16、N电极17及导电线路18制作，通过图形曝光半导体平面工艺技术，在光刻胶上得到所设计的P电极安装区16'与N电极安装区17'；蚀刻绝缘层15，将光刻胶上所设计的P电极16和N电极17 图形转移到绝缘层15上，使P电极安装区16'与N电极安装区17'的半导体层9暴露，通过图形曝光半导体平面工艺技术，在光刻胶上得到所述设计的P电极安装区16'与N电极安装区17'及导电线路18焊线区域，利用电子束蒸发台或者溅射镀膜机沉积Cr/Pt/Au或 Ti/Al/Au，通过光刻胶剥离工艺，在P电极16和N电极17及导电线路18焊线区域制作导电线路18，得到所设计的高压LED及交流LED连接电路图，参照图2、3、11所示；这样即将多个LED晶粒20通过导电线路18连接的方式形成一个LED晶片模块10 ；再接下来将外延片11进行切割、研磨、精抛光，在外延片的背面蒸镀形成反射层；所述反射层12为氧化物反射层或/和金属反射层，所述氧化物为Si02、Ti02、Ti3O5Jb2O5中的任一种，所述金属为Au、 Al、Ag、Pt、Cr、Mo、W中的任一种；在外延片的背面蒸镀反射层的作用主要是用来提供LED 晶片模块10的出光效率；最后采用裂片机按每块LED晶片模块10进行裂片。由于本方法是采用光刻胶刻蚀外延片的保护层，使保护层形成X轴隔离区7及Y 轴隔离区8，将外延片11浸泡在酸性混合溶液里，外延片11浸泡酸性混合溶液后使X轴隔离区7及Y轴隔离区8隔开半导体层9，外延片11的衬底1上形成多颗LED晶粒20 ；用该方法制作LED晶片模块10具有成本低、易于量产的特点；同时，LED晶粒20之间通过设计合理电路连接形成LED晶片模块10，其中LED晶粒20的半导体层9形成倒梯台形状，这样设置可以增大半导体层9的侧面发光面积，半导体层9侧面发出的光也可以通过衬底1正面将光反射出去，这样可以减少光损耗及避免光在半导体层9内发生全反射，提高LED晶片模块的出光效率；同时避免了光能转化为热能，大大提高LED晶片模块10的使用寿命。以上所述均以方便说明本实用新型，在不脱离本实用新型创作的精神范畴内，熟悉此技术的本领域的技术人员所做的各种简单的变相与修饰仍属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种高压交流LED晶片模块，包括衬底，形成于衬底正面的半导体层，所述半导体层包括依次形成于衬底正面的缓冲层、N型半导体层、发光层以及P型半导体层，其特征在于 所述半导体层形成有隔离区，所述半导体层由隔离区隔开形成多颗LED晶粒，所述LED晶粒的半导体层呈倒梯台形状，半导体层的侧面与衬底的正面形成的夹角为50° 70°，LED 晶粒之间通过导电线路连接形成串联或/和并联的LED晶片模块。
2.根据权利要求1所述高压交流LED晶片模块，其特征在于所述半导体层的侧面与衬底的正面形成的夹角为 65°。
3.根据权利要求2所述高压交流LED晶片模块，其特征在于所述半导体层的侧面与衬底的正面形成的夹角为60°。
专利摘要本实用新型公开了一种高压交流LED晶片模块，包括衬底，形成于衬底正面的半导体层，所述半导体层包括依次形成于衬底正面的缓冲层、N型半导体层、发光层以及P型半导体层，其特征在于，所述半导体层形成有隔离区，所述半导体层由隔离区隔开形成多颗LED晶粒，所述LED晶粒的半导体层成倒梯台形状，半导体层的侧面与衬底的正面形成的夹角为50°～70°，LED晶粒之间通过导电线路连接形成串联或/和并联的LED晶片模块。本实用新型具有成本低、易量产、出光效率高以及使用寿命长等优点。
文档编号H01L33/20GK202094125SQ20112018910
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月3日 优先权日2011年6月3日
发明者叶国光, 曹东兴, 杨小东, 梁伏波, 樊邦扬 申请人:广东银雨芯片半导体有限公司