具有靜電保護(hù)的發(fā)光二極管及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有靜電保護(hù)的發(fā)光二極管及其制作方法，其在芯片出光面上設(shè)置靜電保護(hù)區(qū)、電極區(qū)和出光，在電極區(qū)上形成第一N型歐姆接觸電極，在該靜電保護(hù)區(qū)依次形成蝕刻截止層、隧穿結(jié)、靜電保護(hù)層、第二N型歐姆接觸電極構(gòu)成抗靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)，在當(dāng)發(fā)光二極管受到靜電逆向偏壓時，所述抗靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)工作，電流經(jīng)由第一N型歐姆接觸電極、靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)至第二N型歐姆接觸電極，避免靜電逆向偏壓過高造成所述發(fā)光層被破壞。
【專利說明】
具有靜電保護(hù)的發(fā)光二極管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體照明領(lǐng)域，具體的說是具有抗靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管及其 制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)光二極管是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，其利用半導(dǎo)體PN結(jié)作為發(fā)光材料，可以 直接將電轉(zhuǎn)換為光。發(fā)光二極管的正逆向電流或電壓必須經(jīng)過發(fā)光層，在施加反向電壓過 大時會有造成芯片被擊穿的可能性，導(dǎo)致芯片功能失效。
[0003] 中國專利公開申請案CN102308397A公開了一種發(fā)光二極管和發(fā)光二極管燈，其在 透明基板的底部設(shè)置第3電極，在裝配成發(fā)光二極管燈時將η型歐姆電極和第3電極通過η極 電極端子以成為等電位或大致等電位的方式電連接，并且從透明基板側(cè)向Ρ型GaP層側(cè)的擊 穿電壓為比PN接合型的發(fā)光部的反向電壓低的值。由此，與其使在不小心地施加反向電壓 時發(fā)生的反向電流經(jīng)由設(shè)置于發(fā)光部的上方的η型歐姆電極流到PN接合部的反向電壓高的 發(fā)光部，不如索性使其經(jīng)由第3電極在擊穿電壓低的透明基與ρ型GaP層的接合區(qū)域流通，可 以不經(jīng)由發(fā)光部而逃向P型歐姆電極。因此，能夠避免由不小心的反向過電流的流通引起的 發(fā)光二極管的發(fā)光部的破壞。
[0004] 然而，該防止逆向電壓擊穿發(fā)光二極的結(jié)構(gòu)必須為水平板PN電極同一面的芯片結(jié) 構(gòu)，并不適合于垂直版芯片，此問題大大減少并且限制了 LED應(yīng)用的簡便性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對前述問題，本發(fā)明提出一種具有靜電保護(hù)的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其將防止逆向 電壓擊穿結(jié)構(gòu)做于LED芯片上，增加芯片質(zhì)量與使用上的簡便性。
[0006] 本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案為:一種具有靜電保護(hù)的發(fā)光二極管的外延片， 依次包括:生長襯底；由一N型半導(dǎo)體層和一P型半導(dǎo)體層構(gòu)成的靜電保護(hù)層，形成于所述生 長襯底之上；隧穿結(jié)，形成于所述靜電保護(hù)層之上;蝕刻截止層，形成于所述隧穿結(jié)之上;N 型覆蓋層，形成于所述第二蝕刻截止層之上；發(fā)光層，形成于所述N型覆蓋層之上;P型覆蓋 層，形成于所述發(fā)光層之。
[0007] 采用上述外延結(jié)構(gòu)設(shè)計的LED芯片結(jié)構(gòu)，包括:發(fā)光部，包含P型覆蓋層、發(fā)光層和 N型覆蓋層，其上表面劃分為出光區(qū)、電極區(qū)和靜電保護(hù)區(qū)；抗靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)，位于所述發(fā)光 部的靜電保護(hù)區(qū)之上，依次包含蝕刻截止層、隧穿結(jié)、靜電保護(hù)層，所述靜電保護(hù)層由一 N型 半導(dǎo)體層和一 P型半導(dǎo)體層構(gòu)成;第一 N型歐姆接觸電極，形成于所述發(fā)光部的電極區(qū)之上； 第二N型歐姆接觸電極，形成于所述靜電保護(hù)層之上；當(dāng)發(fā)光二極管受到靜電逆向偏壓時， 所述抗靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)工作，電流經(jīng)由第一N型歐姆接觸電極、靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)至第二N型歐姆 接觸電極，避免靜電逆向偏壓過高造成所述發(fā)光層被破壞。作為本發(fā)明的一個較佳實施例， 所述發(fā)光部位通于金屬鍵合層粘結(jié)于導(dǎo)電基板上。更佳的，在發(fā)光部與金屬鍵合層之間還 可設(shè)置反射鏡結(jié)構(gòu)。
[0008] 上述具有靜電保護(hù)的發(fā)光二極管芯片的制作方法，包括步驟：1)外延生長:在生長 襯底上外延生長形成外延片，其自下而上包含:生長襯底、由一N型半導(dǎo)體層和一 P型半導(dǎo)體 層構(gòu)成的靜電保護(hù)層、隧穿結(jié)、蝕刻截止層、N型覆蓋層、發(fā)光層和P型覆蓋層;2)轉(zhuǎn)移生長襯 底:提供一導(dǎo)電基板，通過一金屬鍵合層與所述外延片的P型覆蓋層一側(cè)表面進(jìn)行粘接，移 除所述生長襯底，露出外延片的表面;3)制作抗靜電保護(hù)結(jié)構(gòu):在露出的外延片表面上定義 出光區(qū)、電極區(qū)和靜電保護(hù)區(qū)，去除所述出光區(qū)和電極區(qū)的靜電保護(hù)層、隧穿結(jié)、蝕刻截止 層;4)制作電極:在所述外延片表面的電極區(qū)制作第一 N型歐姆接觸電極，在所述靜電保護(hù) 層上制作第二N型歐姆接觸電極。在上述形成的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中，所述蝕刻截止層、隧穿 結(jié)、靜電保護(hù)層和第二N型歐姆接觸電極構(gòu)成抗靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)，當(dāng)發(fā)光二極管受到靜電逆向 偏壓時，所述抗靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)工作，電流經(jīng)由第一 N型歐姆接觸電極、靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)至第二N 型歐姆接觸電極，避免靜電逆向偏壓過高造成所述發(fā)光層被破壞。
[0009] 優(yōu)選地，所述構(gòu)成靜電保護(hù)層的N型半導(dǎo)體層同時作為N型歐姆接觸半導(dǎo)體層。
[0010] 優(yōu)選地，所述靜電保護(hù)層由N-GaAs層和P-GaAs層構(gòu)成。
[0011] 優(yōu)選地，所述隧穿結(jié)由P型重?fù)诫s層和N型重?fù)诫s層構(gòu)成，其中P重?fù)诫s層為P++-GaAs，其摻雜濃度彡1E19，N重?fù)诫s層為N++-GaAs，其摻雜濃度彡1E20。
[0012]優(yōu)選地，所述蝕刻截止層為N型摻雜，摻雜濃度至少為1E18以上，較佳值為5E18,摻 雜材料可以為Si、Te，厚度至少為1000A以上，材料可選用InGaP、GaP、GaAs、AlInP、AlAs 或AlGaAs〇
[0013] 優(yōu)選地，在所述蝕刻截止層與N型覆蓋層之間還設(shè)有一 N型歐姆接觸半導(dǎo)體層。
[0014] 優(yōu)選地，在所述N型歐姆接觸半導(dǎo)體層與N型覆蓋層之間還設(shè)有一 N型電流傳輸層， 其摻雜濃度彡5E17，厚度彡2000nm 〇
[0015] 優(yōu)選地，所述出光區(qū)的面積大于所述靜電保護(hù)區(qū)的面積。
[0016] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變 得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利 要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0017] 附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實 施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按 比例繪制。
[0018] 圖1為根據(jù)本發(fā)明實施的一種具有靜電保護(hù)的LED外延結(jié)構(gòu)的側(cè)面剖視圖。
[0019] 圖2為采用圖1所示外延結(jié)構(gòu)制作的LED芯片結(jié)構(gòu)的側(cè)面剖視圖。
[0020] 圖3為根據(jù)本發(fā)明實施的一種具有靜電保護(hù)的LED芯片在正常工作模式下的電流 流向示意圖。
[0021] 圖4為根據(jù)本發(fā)明實施的一種具有靜電保護(hù)的LED芯片在抗靜電工作模式下的電 流流向示意圖。
[0022] 圖5為根據(jù)本發(fā)明實施的制作一種具有靜電保護(hù)的LED過程剖視圖。
【具體實施方式】
[0023] 以下將結(jié)合附圖及實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用 技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明 的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結(jié)合， 所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0024] 請參看附圖1，根據(jù)本發(fā)明實施的一種發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)，包括：生長襯底 100,第一蝕刻截止層111、靜電保護(hù)層之N型層112、靜電保護(hù)層之P型層113、P型重?fù)綄?14、 N型重?fù)綄?15、第二蝕刻截止層116、N型歐姆接觸層117、N型電流擴(kuò)散層118、N型覆蓋層 119、多量子阱發(fā)光層120、P型覆蓋層121、P型電流擴(kuò)散層122和P型歐姆接觸層123。
[0025] 具體的，生長襯底100采用GaAs材料;第一蝕刻截止層111采用N-InGaP材料;靜電 保護(hù)層之N型層112采用N-GaAs材料，其可同時作為抗靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)的歐姆接觸半導(dǎo)體層； 靜電保護(hù)層之P型層113采用P- GaAs材料;P型重?fù)綄?14和N型重?fù)綄?15構(gòu)成隧穿結(jié)，其中 P重?fù)诫s層114為P++-GaAs，其摻雜濃度彡1E19，N重?fù)诫s層115為N++-GaAs，其摻雜濃度彡 1E20;第二蝕刻截止層116為N型摻雜，摻雜濃度至少為1E18以上，較佳值為5E18,摻雜材料 可以為Si、Te，厚度至少為1000A以上，材料可選用InGaP、GaP、GaAs、AlInP、AlAs或 AlGaAs;N型歐姆接觸層117的材料為GaAs;N型電流擴(kuò)散層118為n-AlGalnP，摻雜濃度至少 為7E17以上，較佳值為1E18,摻雜材料可以為Si、Te，厚度至少為1微米以上，較佳值為3微 米;η型覆蓋層119的材料為AllnP;有源層120為多量子阱結(jié)構(gòu);p型覆蓋層121的材料可為 A1 InP; p型電流擴(kuò)散層122的厚度為0.5~2微米，較佳值為1微米;P型歐姆接觸層123的材料 為p-GaP，摻雜濃度至少為8E17以上，較佳值為IE 18，摻雜材料可以為Mg、Zn、C，厚度至少為5 微米以上，較佳值為10微米。
[0026] 下面表格列舉了上述LED外延結(jié)構(gòu)中各層的主要材料及其相關(guān)參數(shù)。
[0027] 圖2顯示了采用上述外延結(jié)構(gòu)設(shè)計的一種發(fā)光二極管的芯片結(jié)構(gòu)，自下而上依次 包括:P電極143、導(dǎo)電基板101、金屬鍵合層132、鏡面層131、P型歐姆接觸層123、P型電流擴(kuò) 散層122、P型覆蓋層121、發(fā)光層120、N型覆蓋層119、N型電流擴(kuò)散層118、N型歐姆接觸層 117、第二蝕刻截止層116、N重?fù)诫s隧穿結(jié)層115、P重?fù)诫s隧穿結(jié)層114、靜電保護(hù)層之P型層 113、靜電保護(hù)層之N型層、第一歐姆接觸電極141和第二歐姆接觸電極142。其中，N型電流擴(kuò) 散層118的上表面劃分為出光區(qū)、電極區(qū)和靜電保護(hù)區(qū)，N型歐姆接觸層117形成于出光區(qū)和 電極區(qū)，第二蝕刻截止層116、N重?fù)诫s隧穿結(jié)層115、P重?fù)诫s隧穿結(jié)層114、靜電保護(hù)層之P 型層113和靜電保護(hù)層之N型層112形成于靜電保護(hù)區(qū)，第一歐姆接觸電極141形成于電極區(qū) 的N型歐姆接觸層117上，第二歐姆接觸電極142形成于靜電保護(hù)層之N型層112上。
[0028]在上述LED芯片結(jié)構(gòu)中，N型電流擴(kuò)散層118、第二蝕刻截止層116、N重?fù)诫s隧穿結(jié) 層115、P重?fù)诫s隧穿結(jié)層114、靜電保護(hù)層之P型層113和靜電保護(hù)層之N型層112構(gòu)成靜電保 護(hù)結(jié)構(gòu)。將圖2所述LED芯片安裝于PCB板200時，其中第一N型歐姆接觸電極141與PCB板200 的負(fù)極接點200a連接，第二N型歐姆接觸電極142和P電極143與PCB板200的正極接點200b連 接，當(dāng)此發(fā)光二極管施以正向偏壓，電流經(jīng)由P電極143到外延發(fā)光層至第一 N型歐姆接觸電 極141，此芯片正常工作，如圖3所示；當(dāng)發(fā)光二極管受到靜電逆向偏壓時，芯片抗靜電保護(hù) 結(jié)構(gòu)工作，電流經(jīng)由第一 N型歐姆接觸電極141到靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)至第二N型歐姆接觸電極 142，避免靜電逆向偏壓過高造成MQW發(fā)光層被破壞，導(dǎo)致LED失效。
[0029] 下面對上述發(fā)光二極管的制作方法做簡單描述。
[0030] 首先，采用外延生長方法形成圖1所示的外延結(jié)構(gòu)。
[0031] 接著，進(jìn)行基板轉(zhuǎn)移:在p型歐姆接觸層123的表面上制作鏡面層131，其包括P型歐 姆接觸金屬層131a和高透光性介電材料層131b，兩者配合一方面提供P型歐姆接觸層，另一 方面用于反射發(fā)光層射向下方的光線;提供一導(dǎo)電基板101，在其上涂布金屬鍵合層132,將 導(dǎo)電基板101與鏡面層131進(jìn)行黏合，并去除生長襯底100,裸露N型歐姆接觸層112,如圖5所 不。
[0032] 再接著，制作抗靜電保護(hù)結(jié)構(gòu):在裸露出的N型歐姆接觸層112表面上定義出光區(qū)、 電極區(qū)和靜電保護(hù)區(qū)，使用黃光化學(xué)制成技術(shù)，蝕刻去除出光區(qū)的靜電保護(hù)層之N型層112、 靜電保護(hù)層之P型層113、P型重?fù)綄?14、N型重?fù)綄?15、第二蝕刻截止層116、N型歐姆接觸 層117及電極區(qū)的靜電保護(hù)層之N型層112、靜電保護(hù)層之P型層113、P型重?fù)綄?14、N型重?fù)?層115、第二蝕刻截止層116,從而形成由N型電流擴(kuò)散層118、第二蝕刻截止層116、N重?fù)诫s 隧穿結(jié)層115、P重?fù)诫s隧穿結(jié)層114、靜電保護(hù)層之P型層113和靜電保護(hù)層之N型層112構(gòu)成 靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)。
[0033] 最后，制作N型歐姆接觸電極:在電極區(qū)的N型歐姆接觸層117上制作第一N型歐姆 接觸電極141，在靜電保護(hù)區(qū)的靜電保護(hù)層112上制作第二N型歐姆接觸電極142,形成具有 抗靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管。
[0034] 很明顯地，本發(fā)明的說明不應(yīng)理解為僅僅限制在上述實施例，而是包括利用本發(fā) 明構(gòu)思的所有可能的實施方式。
【主權(quán)項】
1. 具有靜電保護(hù)的發(fā)光二極管外延片，依次包括:生長襯底；由一N型半導(dǎo)體層和一P型 半導(dǎo)體層構(gòu)成的靜電保護(hù)層，形成于所述生長襯底之上;隧穿結(jié)，形成于所述靜電保護(hù)層之 上;蝕刻截止層，形成于所述隧穿結(jié)之上;N型覆蓋層，形成于所述第二蝕刻截止層之上;發(fā) 光層，形成于所述N型覆蓋層之上;P型覆蓋層，形成于所述發(fā)光層之。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有靜電保護(hù)的發(fā)光二極管外延片，其特征在于:所述構(gòu)成靜 電保護(hù)層的N型半導(dǎo)體層同時作為N型歐姆接觸半導(dǎo)體層。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有靜電保護(hù)的發(fā)光二極管外延片，其特征在于:所述靜電保 護(hù)層由N-GaAs層和P-GaAs層構(gòu)成。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有靜電保護(hù)的發(fā)光二極管外延片，其特征在于:所述隧穿結(jié) 由P型重?fù)诫s層和N型重?fù)诫s層構(gòu)成，其中P重?fù)诫s層為P++-GaAs，其摻雜濃度彡1E19，N重?fù)?雜層為N++_GaAs，其摻雜濃度彡1E20。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有靜電保護(hù)的發(fā)光二極管外延片，其特征在于:所述蝕刻截 止層的厚度彡1000 A。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有靜電保護(hù)的發(fā)光二極管外延片，其特征在于:在所述蝕刻 截止層與N型覆蓋層之間還設(shè)有一 N型歐姆接觸半導(dǎo)體層。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有靜電保護(hù)的發(fā)光二極管外延片，其特征在于:在所述N型 歐姆接觸半導(dǎo)體層與N型覆蓋層之間還設(shè)有一 N型電流傳輸層，其摻雜濃度多5E17,厚度多 2000nm。8. 具有靜電保護(hù)的發(fā)光二極管芯片，包括： 發(fā)光部，包含P型覆蓋層、發(fā)光層和N型覆蓋層，其上表面劃分為出光區(qū)、電極區(qū)和靜電 保護(hù)區(qū)； 抗靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)，位于所述發(fā)光部的靜電保護(hù)區(qū)之上，依次包含蝕刻截止層、隧穿結(jié)、 靜電保護(hù)層，所述靜電保護(hù)層由一 N型半導(dǎo)體層和一 P型半導(dǎo)體層構(gòu)成； 第一 N型歐姆接觸電極，形成于所述發(fā)光部的電極區(qū)之上； 第二N型歐姆接觸電極，形成于所述靜電保護(hù)層之上； 當(dāng)發(fā)光二極管受到靜電逆向偏壓時，所述抗靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)工作，電流經(jīng)由第一 N型歐姆 接觸電極、靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)至第二N型歐姆接觸電極，避免靜電逆向偏壓過高造成所述發(fā)光層 被破壞。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有靜電保護(hù)的發(fā)光二極管芯片，其特征在于:所述構(gòu)成靜電 保護(hù)層的N型半導(dǎo)體層同時作為N型歐姆接觸半導(dǎo)體層。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有靜電保護(hù)的發(fā)光二極管芯片，其特征在于:所述靜電保 護(hù)層由N-GaAs層和P-GaAs層構(gòu)成。11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有靜電保護(hù)的發(fā)光二極管芯片，其特征在于:所述隧穿結(jié) 由P型重?fù)诫s層和N型重?fù)诫s層構(gòu)成，其中P重?fù)诫s層為P++-GaAs，其摻雜濃度彡1E19，N重?fù)?雜層為N++_GaAs，其摻雜濃度彡1E20。12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有靜電保護(hù)的發(fā)光二極管芯片，其特征在于:所述蝕刻截 止層的厚度彡1000 A。13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有靜電保護(hù)的發(fā)光二極管芯片，其特征在于：在所述蝕刻 截止層與N型覆蓋層之間還設(shè)有一 N型歐姆接觸半導(dǎo)體層，其形成于所述N型覆蓋層的整個 表面之上。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的具有靜電保護(hù)的發(fā)光二極管芯片，其特征在于:在所述N型 歐姆接觸半導(dǎo)體層與N型覆蓋層之間還設(shè)有一 N型電流傳輸層，其摻雜濃度多5E17,厚度多 2000nm〇15. 具有靜電保護(hù)的發(fā)光二極管的制作方法，包括步驟： 1) 外延生長:在生長襯底上外延生長形成外延片，其自下而上包含:生長襯底、由一 N型 半導(dǎo)體層和一 P型半導(dǎo)體層構(gòu)成的靜電保護(hù)層、隧穿結(jié)、蝕刻截止層、N型覆蓋層、發(fā)光層和P 型覆蓋層； 2) 轉(zhuǎn)移生長襯底:提供一導(dǎo)電基板，通過一金屬鍵合層與所述外延片的P型覆蓋層一側(cè) 表面進(jìn)行粘接，移除所述生長襯底，露出外延片的表面； 3) 制作抗靜電保護(hù)結(jié)構(gòu):在露出的外延片表面上定義出光區(qū)、電極區(qū)和靜電保護(hù)區(qū)，去 除所述出光區(qū)和電極區(qū)的靜電保護(hù)層、隧穿結(jié)、蝕刻截止層； 4) 制作電極:在所述外延片表面的電極區(qū)制作第一 N型歐姆接觸電極，在所述靜電保護(hù) 層上制作第二N型歐姆接觸電極，所述蝕刻截止層、隧穿結(jié)、靜電保護(hù)層和第二N型歐姆接觸 電極構(gòu)成抗靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)，當(dāng)發(fā)光二極管受到靜電逆向偏壓時，所述抗靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)工作， 電流經(jīng)由第一N型歐姆接觸電極、靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)至第二N型歐姆接觸電極，避免靜電逆向偏 壓過高造成所述發(fā)光層被破壞。
【文檔編號】H01L33/00GK106025017SQ201610381162
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月1日
【發(fā)明人】吳超瑜, 吳俊毅, 王篤祥
【申請人】天津三安光電有限公司