專利名稱：帶有靜電損傷保護(hù)功能的發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管的靜電損傷保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)以及其制造方法，主要關(guān)于一種帶有三極管的硅基板結(jié)構(gòu)及其制作過(guò)程。
背景技術(shù)：
以GaN基III族氮化物材料為基礎(chǔ)的藍(lán)、綠光發(fā)光二極管(LED)有很高的發(fā)光效率，在照明和高亮度顯示領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。但是該類器件通常對(duì)靜電損傷(ESD)非常敏感，這大大限制了器件的可靠性和制作過(guò)程的成品率。有人提出通過(guò)與LED并聯(lián)一個(gè)反接的硅基齊納二極管(T.Inoue日本專利號(hào)H11-040848)或兩個(gè)反向串聯(lián)的齊納二極管(M.R.Krames美國(guó)專利號(hào)6,486,499)來(lái)改善GaN基LED的抗靜電特性。該類設(shè)計(jì)一般是通過(guò)用于LED芯片倒裝焊的硅基板上實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)LED與硅齊納二極管并聯(lián)裝置遇到靜電釋放脈沖時(shí)，后者將分流大部分電流，使得流過(guò)LED的電流量大大減小，從而起到保護(hù)LED免受電壓脈沖損傷的作用。要使硅齊納管起到良好的ESD保護(hù)作用，通常設(shè)計(jì)硅齊納管的擊穿電壓值略高于LED的工作電壓。如果硅齊納管擊穿電壓太低，LED無(wú)法正常工作；相反，如果擊穿電壓設(shè)計(jì)的偏高也無(wú)法起到瀉放電流的作用。一個(gè)良好的ESD保護(hù)電路應(yīng)含有以下兩方面特征一是在開(kāi)通之前漏電流盡可能小；二是開(kāi)通后的動(dòng)態(tài)電阻要小。根據(jù)該原理，本專利提出一種基于硅三極管的ESD保護(hù)電路裝置，并結(jié)合倒裝焊工藝設(shè)計(jì)一種具有良好抗靜電損傷特性的LED器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服上述提到的ESD損傷問(wèn)題，提供一種基于硅三極管結(jié)構(gòu)的抗靜電LED裝置的設(shè)計(jì)以及其制作方法。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案為，帶有靜電損傷保護(hù)功能的發(fā)光二極管的制造方法，包括提供一外延襯底，在所述外延襯底上依次形成n型GaN層、發(fā)光層和p型GaN層；
在所述外延襯底上的n型GaN層上引出n電極；在p型GaN層上形成p電極；在p、n電極上沉積多個(gè)壓焊點(diǎn)；提供一硅基板，在所述硅基板上形成與上述外延襯底上p、n電極分別對(duì)應(yīng)的硅三極管的集電極和發(fā)射極，所述二極之間形成硅三極管的基極；在所述集電極和發(fā)射極上形成金屬電極；將所述外延襯底倒置，并使其p、n電極分別與所述硅基板的集電極區(qū)電極和發(fā)射極區(qū)電極分別連接。
比較好的是，所述壓焊點(diǎn)的材料包括Ti/Al/Au或Cr/Ni/Au。
比較好的是，基區(qū)是為開(kāi)路連接，其上設(shè)置有鈍化層。
本發(fā)明的另一種帶有靜電損傷保護(hù)功能的發(fā)光二極管，包括硅基板，包括硅三極管的集電極和發(fā)射極、所述硅三極管的基極位于所述集電極和發(fā)射極之間；金屬電極，位于所述硅三極管的發(fā)射極和集電極之上，形成發(fā)射極區(qū)金屬電極和集電極區(qū)金屬電極；壓焊點(diǎn)，將所述集電極區(qū)電極和發(fā)射極區(qū)金屬電極分別與一外延襯底上的n電極、p電極相連；所述外延襯底上進(jìn)一步包括n型GaN層，位于所述外延襯底上；發(fā)光層，位于所述n型GaN層之上；p型GaN層，設(shè)置于所述發(fā)光層之上；所述n電極由對(duì)所述外延襯底刻蝕至n型GaN層后沉積金屬形成；所述p電極在未被刻蝕的所述外延襯底上沉積金屬形成。
比較好的是，所述壓焊點(diǎn)的材料包括Ti/Al/Au或Cr/Ni/Au。
本發(fā)明中的硅三極管的靜電保護(hù)特性是與其保護(hù)對(duì)象的電學(xué)性質(zhì)相關(guān)的。根據(jù)保護(hù)對(duì)象的電學(xué)特性，通過(guò)調(diào)整硅三極管的擊穿電壓值以及擊穿后的動(dòng)態(tài)電阻特性，可以優(yōu)化保護(hù)效果。保護(hù)電路的硅三極管可以是NPN或PNP型。
本發(fā)明的抗靜電LED器件的制作是通過(guò)將LED芯片倒裝焊接在硅基板上，使得LED的p、n電極分別與硅三極管的集電極和發(fā)射極并聯(lián)導(dǎo)通。同時(shí)讓基極開(kāi)路。器件通過(guò)制作在硅基板上的引線壓焊點(diǎn)與外界聯(lián)通。該LED器件遇到靜電放電時(shí)，硅三極管將分流絕大部分電流，而流經(jīng)LED的電流量就相對(duì)有限，因此LED可以免招損壞。與前述兩個(gè)反向串聯(lián)的齊納管不同的是，硅三極管被擊穿后有負(fù)阻特性，這大大提高了它在脈沖沖擊下瀉放電流的能力。此外，由于該三極管是橫向管，集電極與發(fā)射極角色可以互換，所以它的正反向擊穿伏安特性相似，可以起到瀉放正反兩個(gè)方向的脈沖電流的作用。


下面，參照附圖，對(duì)于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員而言，從對(duì)本實(shí)用新型的詳細(xì)描述中，本實(shí)用新型的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見(jiàn)。
圖1(a)是本發(fā)明的倒裝LED芯片的俯視圖；圖1(b)是圖1(a)的A-A方向剖視圖；圖2(a)是本發(fā)明的硅三極管基板的俯視圖；圖2(b)是圖2(a)的B-B方向剖視圖；圖3(a)是本發(fā)明的帶靜電損傷保護(hù)功能的LED器件的俯視圖；圖3(b)是圖3(a)的C-C方向剖視圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照?qǐng)D1至圖3就本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)作具體說(shuō)明。
圖1所示的是本發(fā)明的LED芯片的結(jié)構(gòu)。下面就其結(jié)構(gòu)及制作方法做具體說(shuō)明。
首先如圖1(b)所示，在襯底17上外延生長(zhǎng)半導(dǎo)體材料，在該圖例中，包括n型GaN層11，發(fā)光層16，以及p型GaN層15。然后刻蝕部分外延層區(qū)域直到n型層以便引出n電極12，通常使用Ti/Al/Au多層金屬。接著，在p型GaN層15構(gòu)成的p電極上沉積半透明Ni/Au金屬層作p電極14接觸。最后，在p電極14和n電極12上，沉積用于壓焊接合LED芯片和硅基板的壓焊點(diǎn)13，通常是Ti/Al/Au或Cr/Ni/Au等延展性好的材料。壓焊點(diǎn)13的高度通常在2微米到10微米之間。最終形成如圖1(a)所示的LED芯片。
圖2所示的是本發(fā)明的硅基板的結(jié)構(gòu)。下面就其結(jié)構(gòu)及制作方法做具體說(shuō)明。
首先，如圖2(b)所示，通過(guò)注入或擴(kuò)散的方式在硅基板21上制作圖形與LED的p、n電極相匹配的集電極211和發(fā)射極212，兩區(qū)之間的部位就是硅三極管的基區(qū)。在該實(shí)施例中，由于只利用三極管的集電極211和發(fā)射極212兩端的擊穿瀉放電流效應(yīng)，因此基區(qū)是開(kāi)路的，一般使用鈍化層保護(hù)213。根據(jù)LED的工作電壓范圍，調(diào)整硅三極管的擊穿閾值，通常在氮化物基LED應(yīng)用中，設(shè)定擊穿電壓在4至8伏之間。隨后，通過(guò)蒸鍍、退火的方式分別制作集電極區(qū)金屬電極24和發(fā)射極區(qū)金屬電極25。同時(shí)，還在硅基板21上制作正負(fù)電極引線壓焊點(diǎn)23和22，使之與集電極區(qū)電極24和發(fā)射極區(qū)金屬電極25分別相聯(lián)。
圖3所示的是本發(fā)明的帶靜電損傷保護(hù)電路的LED器件的結(jié)構(gòu)。下面就其結(jié)構(gòu)及制作方法做具體說(shuō)明。
在完成圖1和圖2所示的LED芯片和帶三極管靜電保護(hù)電路的硅基板制備后，將LED芯片倒置，并使圖1所示的LED芯片上的p電極14和n電極12分別與圖2所示的硅基板的集電極區(qū)電極24和發(fā)射極區(qū)電極25分別對(duì)準(zhǔn)，通過(guò)加壓力、加熱并輔以超聲使得LED芯片與硅基板牢固接合。
完成倒裝焊后的LED器件結(jié)構(gòu)如圖3(a)、(b)所示，包括在硅基板21上制作圖形與LED的p、n電極相匹配的集電極211和發(fā)射極212，兩區(qū)之間的部位形成硅三極管的基區(qū)，該基區(qū)是開(kāi)路的，一般使用鈍化層保護(hù)213，通過(guò)蒸鍍、退火的方式分別制作集電極區(qū)金屬電極24和發(fā)射極區(qū)金屬電極25，同時(shí)，還在硅基板21上制作正負(fù)電極引線壓焊點(diǎn)23和22，使之與集電極區(qū)電極24和發(fā)射極區(qū)金屬電極25分別相聯(lián)。倒裝的LED芯片的p電極14和n電極12分別對(duì)應(yīng)硅基板的集電極區(qū)電極24和發(fā)射極區(qū)電極25。
雖然已經(jīng)通過(guò)上述的氮化物基的LED例子描述了本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)，但是它們只是說(shuō)明性的，該發(fā)明原理同樣適用于其他帶有透明襯底的LED芯片。事實(shí)上，在不違背本發(fā)明原理的條件下，還可以對(duì)其進(jìn)行各種形式的修改。此外，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書(shū)限定。
權(quán)利要求
1.帶有靜電損傷保護(hù)功能的發(fā)光二極管的制造方法，包括提供一外延襯底，在所述外延襯底上依次形成n型GaN層、發(fā)光層和p型GaN層；在所述外延襯底上的n型GaN層上引出n電極；在p型GaN層上形成p電極；在p、n電極上沉積多個(gè)壓焊點(diǎn)；提供一硅基板，在所述硅基板上形成與上述外延襯底上p、n電極分別對(duì)應(yīng)的硅三極管的集電極和發(fā)射極，所述二極之間形成硅三極管的基極；在所述集電極和發(fā)射極上形成金屬電極；將所述外延襯底倒置，并使其p、n電極分別與所述硅基板的集電極區(qū)電極和發(fā)射極區(qū)電極分別連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有靜電損傷保護(hù)功能的發(fā)光二極管及其制造方法，其特征在于，所述壓焊點(diǎn)的材料包括Ti/Al/Au或Cr/Ni/Au。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有靜電損傷保護(hù)功能的發(fā)光二極管及其制造方法，其特征在于，基區(qū)是為開(kāi)路連接，其上設(shè)置有鈍化層。
4.帶有靜電損傷保護(hù)功能的發(fā)光二極管，包括硅基板，包括硅三極管的集電極和發(fā)射極、所述硅三極管的基極位于所述集電極和發(fā)射極之間；金屬電極，位于所述硅三極管的發(fā)射極和集電極之上，形成發(fā)射極區(qū)金屬電極和集電極區(qū)金屬電極；壓焊點(diǎn)，將所述集電極區(qū)電極和發(fā)射極區(qū)金屬電極分別與一外延襯底上的n電極、p電極相連；所述外延襯底上進(jìn)一步包括n型GaN層，位于所述外延襯底上；發(fā)光層，位于所述n型GaN層之上；p型GaN層，設(shè)置于所述發(fā)光層之上；所述n電極由對(duì)所述外延襯底刻蝕至n型GaN層后沉積金屬形成；所述p電極在未被刻蝕的所述外延襯底上沉積金屬形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶有靜電損傷保護(hù)功能的發(fā)光二極管，包括所述壓焊點(diǎn)的材料包括Ti/Al/Au或Cr/Ni/Au。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種新的帶有靜電損傷保護(hù)功能的發(fā)光二極管LED的設(shè)計(jì)及其制造方法。本發(fā)明的LED器件結(jié)構(gòu)包括一個(gè)倒裝焊的LED芯片以及帶有靜電損傷保護(hù)功能的硅基板。LED芯片通過(guò)焊接的方式與硅基板實(shí)現(xiàn)電氣導(dǎo)通。硅基板的靜電保護(hù)功能是通過(guò)一個(gè)NPN或PNP三極管來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)將LED與硅三極管的集電極和發(fā)射極兩端并聯(lián)連接，同時(shí)調(diào)整三極管的擊穿電壓，該LED器件可以抵抗由于靜電釋放帶來(lái)的損傷。
文檔編號(hào)H01L25/16GK1988119SQ200510111630
公開(kāi)日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2005年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月19日
發(fā)明者江忠永 申請(qǐng)人:杭州士蘭明芯科技有限公司