CN101373804B - 具有放电结构的led芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有放电结构的LED芯片，该芯片主要用来解决芯片在静电等高压情况下释放电荷、对芯片进行保护的问题。它包括第一电极、第一掺杂半导体层、发光层、第二掺杂半导体层、第二电极和衬底；其中，第一掺杂半导体层、发光层和第二掺杂半导体层由上至下依次叠加在衬底的上方；所述LED芯片还包括连接在所述第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层中的任一个掺杂半导体层侧边上的导体，第一掺杂半导体层、导体和第二掺杂半导体层之间形成有用于放电的间隙；其中导体与发光层之间设有绝缘层。本发明可用于LED芯片的静电防护和过压保护。

Description

具有放电结构的LED芯片
技术领域
本发明涉及发光二极管的芯片，特别是涉及发光二极管芯片的过压保护。
背景技术
现有发光二极管芯片按衬底的材料分类主要有蓝宝石衬底、硅衬底和碳化硅衬底三大类。其中蓝宝石衬底的芯片为单面电极结构，硅衬底和碳化硅衬底多采用垂直电极结构。发光二极管的芯片主要由N电极、N型掺杂半导体层、发光区、P型掺杂半导体层、P电极和衬底几个主要部分叠加构成，这些芯片的尺寸非常小。由于芯片的尺寸微小，其工作电压只有几伏，而静电往往都在几千伏特，在生产过程中极易被环境中静电击穿损坏。目前的LED生产广泛采用的防静电的方式是提高封装LED生产车间环境的净化级(一般为1万级)，并控制净化间的温度和湿度来减小静电对芯片的损害，高的标准会使得生产投入的成本很高，该方式不是很好的解决方式。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有放电结构的LED芯片，该芯片主要用来解决芯片在静电等高压情况下释放电荷、对芯片进行保护的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提出一种具有放电结构的LED芯片，包括第一电极、第一掺杂半导体层、发光层、第二掺杂半导体层、第二电极和衬底；其中，第一掺杂半导体层、发光层和第二掺杂半导体层由上至下依次叠加在衬底的上方；所述LED芯片还包括连接在所述第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层中的任一个掺杂半导体层侧边上的导体，第一掺杂半导体层、导体和第二掺杂半导体层之间形成有用于放电的间隙；其中导体与发光层之间设有绝缘层。其中所述导体一般为金属。
本发明的优选结构为：所述芯片的侧边形成有所述绝缘层；在绝缘层外侧形成有所述导体；导体上端通过导体连接部连接所述第一掺杂半导体层，导体下端位于所述第二掺杂半导体层的外侧位置，导体下端与第二掺杂半导体层之间形成有所述用于放电的间隙。
本发明的优选结构为：所述芯片的侧边形成有所述绝缘层，所述导体分为导体上段和导体下段，其中导体上段连接所述第一掺杂半导体层，导体下段连接所述第二掺杂半导体层，导体上段和导体下段在所述绝缘层外侧形成所述用于放电的间隙。
本发明的优选结构为：所述芯片为水平电极结构，所述衬底为蓝宝石衬底。这种水平电极结构，其芯片电流为横向流动，两个电极均位于芯片的上面；这种结构适用于诸如蓝宝石这样的绝缘体衬底。
本发明的优选结构为：所述芯片为垂直电极结构，其衬底为导电衬底。这种垂直结构的芯片电流为纵向流动，电极分设于芯片的上、下两个面。它适用于衬底为导电的芯片，如硅衬底、碳化硅衬底、锗衬底、砷化镓衬底、磷化镓衬底、铜衬底、铬衬底中的任一种，或者为金属合金衬底以及其它复合衬底等，金属合金可以是铁合金、铜合金、铬合金等。
本发明的优选方式为：所述衬底为硅衬底。对于没有经过衬底转移工艺的芯片，这里所指的衬底是生长衬底。对于经过邦定、除去生长衬底的芯片来说，这里所指的衬底是转移衬底。
本发明的优选方式为：所述的第一电极为N电极，第一掺杂半导体层为N型掺杂半导体层，第二掺杂半导体层为P型掺杂半导体层，第二电极为P电极层。
本发明的优选结构为：所述导体连接部形成在所述导体、第一掺杂半导体层上。
本发明的有益效果如下：
相比现有技术，本发明在芯片的侧边增加了一个用于实现第一掺杂半导体层与第二半导体掺杂层进行高压下进行放电的导体，这样可以有效释放诸如静电情况下的多余电荷，以保护芯片。本发明结构，在没有静电的情况下，由于导体中间的间隙，使得第一掺杂半导体层与第二半导体掺杂层之间只有通过发光层形成电通路；在有静电的情况下，间隙两端的导体会发生犹如尖端放电一样放电效应，致使第一掺杂半导体层与第二掺杂半导体层之间导通，进入第一掺杂半导体层的一部分电荷通过导体直接进入第二掺杂半导体层，这样可以很好的对发光层进行保护，避免芯片发光部分被击穿。因此本发明这种结构不但可以用于防止在生产芯片过程中产生的静电对芯片的损坏，还可以防止电路中的过压情况。
附图说明
图1是本发明的实施例一的结构图。
图2是本发明的实施例二的结构图。
图3是本发明的实施例三的结构图。
具体实施方式
本发明提供一种具有放电结构的LED芯片。
本发明的实施例一，参看图1。
该LED芯片为采用垂直电极结构的芯片，衬底为硅衬底，它包括依次层叠在一起的N电极1、N型掺杂半导体层、发光层3、P型掺杂半导体层4、P电极5、衬底6和金属层7。衬底以上的多层半导体结构的发光薄膜材料可以是铟镓铝氮(InxGayAl1-x-yN，0≤x≤1，0≤y≤1)材料、铟镓铝磷(InxGayAl1-x-yP，0≤x≤1，0≤y≤1)材料或者铟镓铝砷(InxGayAl1-x-yAs，0≤x≤1，0≤y≤1)材料。本实施例选用铟镓铝氮材料。该结构为经过倒装焊工艺后的产品结构，其生长衬底已经被除去，硅衬底6为转移衬底。它的特点是N电极1和N型掺杂半导体层2设置在发光层3的上方，P电极和P型掺杂半导体层4设置在发光层3的下方。
该LED芯片还包括连接在N型掺杂半导体层和P型掺杂半导体层侧边上的导体，导体为图1中的金属外层8。芯片的侧边形成有钝化在芯片侧边表面的绝缘层9。金属外层8通过绝缘层9与发光层3保持绝缘。在绝缘层9外侧形成有金属外层8，金属外层8上端通过金属连接部11电连接N型掺杂半导体层2，金属外层8下端位于P型掺杂半导体层4的外侧位置，金属外层8下端与P型掺杂半导体层4之间形成有用于放电的间隙10。间隙10中的气体为对芯片进行封装的封装环境中的气体，一般为空气。通过控制空气的密度(气压)可以实现不同放电电压的要求。除了空气外，还可以为常用的氮气，或者氦气、氖气等惰性气体，或者是上述气体的混合气体。
参看图1，如果产生静电，电荷会在金属外层8的下端与P型掺杂半导体层4之间进行放电，图中电弧12即为放电的示意图。这样N型掺杂半导体层2与P型掺杂半导体层4之间的发光层不会在静电情况下过压击穿，进而可以保护芯片，使其免受静电的破坏。
本发明实施例二，如图2所示。芯片的侧边形成有绝缘层9，金属外层分为金属层上段80和金属层下段81，其中金属层上段80在连接部20处连接N型掺杂半导体层2，金属层下段81连接P型掺杂半导体层4，金属层上段80和金属层下段81在绝缘层9的外侧形成用于放电的间隙10。当有静电的时候，金属层上段80与金属层下段81在间隙10处进行放电，发光层得以受到保护而不被击穿破坏。
本发明的实施例三，如图3所示。本例与实施例一的区别在于采用水平电极结构。衬底6为不导电的蓝宝石衬底。其结构由上至下依次为：P电极5、P型掺杂半导体层4、发光层3、N型掺杂半导体层2和衬底6，N电极1设在N型掺杂半导体2的上面，它与P电极5位于芯片的同一侧。其中，衬底以上的多层半导体结构的发光薄膜材料选用铟镓铝氮材料。这种结构的芯片是没有经过倒装焊的结构，该结构P电极5和P型掺杂半导体层4在发光层3的上面，N电极1和N型掺杂半导体层2在发光层3的下面。
该LED芯片还包括连接在N型掺杂半导体层2和P型掺杂半导体层4侧边上的导体，导体为图1中的金属外层8。芯片的侧边形成有钝化在芯片侧边表面的绝缘层9。金属外层8通过绝缘层9与发光层3保持绝缘。在绝缘层9外侧形成有金属外层8，金属外层8上端通过金属连接部11电连接P型掺杂半导体层4，金属外层8下端位于N型掺杂半导体层2的外侧位置，金属外层8下端与N型掺杂半导体层2之间形成有用于放电的间隙10。

Claims (8)

1.一种具有放电结构的LED芯片，包括第一电极、第一掺杂半导体层、发光层、第二掺杂半导体层、第二电极和衬底；其中，第一掺杂半导体层、发光层和第二掺杂半导体层由上至下依次叠加在衬底的上方；其特征在于：所述LED芯片还包括连接在所述第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层中的任一个掺杂半导体层侧边上的导体，第一掺杂半导体层、导体和第二掺杂半导体层之间形成有用于放电的间隙，间隙中为对芯片进行封装的封装环境中的气体；其中导体与发光层之间设有绝缘层。
2.根据权利要求1所述的具有放电结构的LED芯片，其特征在于：所述芯片的侧边形成有所述绝缘层；在绝缘层外侧形成有所述导体；导体上端通过导体连接部连接所述第一掺杂半导体层，导体下端位于所述第二掺杂半导体层的外侧位置，导体下端与第二掺杂半导体层之间形成有所述用于放电的间隙。
3.根据权利要求1所述的具有放电结构的LED芯片，其特征在于：所述芯片为水平电极结构，所述衬底为蓝宝石衬底。
4.根据权利要求1所述的具有放电结构的LED芯片，其特征在于：所述芯片为垂直电极结构，其衬底为导电衬底。
5.根据权利要求4所述的具有放电结构的LED芯片，其特征在于：所述衬底为硅衬底、碳化硅衬底、锗衬底、砷化镓衬底、磷化镓衬底、铜衬底、铬衬底中的任一种，或者为金属合金衬底。
6.根据权利要求1所述的具有放电结构的LED芯片，其特征在于：所述的第一电极为N电极，第一掺杂半导体层为N型掺杂半导体层，第二掺杂半导体层为P型掺杂半导体层，第二电极为P电极层。
7.根据权利要求2所述的具有放电结构的LED芯片，其特征在于：所述导体连接部形成在所述导体、第一掺杂半导体层上。
8.一种具有放电结构的LED芯片，包括第一电极、第一掺杂半导体层、发光层、第二掺杂半导体层、第二电极和衬底；其中，第一掺杂半导体层、发光层和第二掺杂半导体层由上至下依次叠加在衬底的上方；其特征在于：所述芯片的侧边形成有绝缘层，形成在所述绝缘层外侧的导体分为导体上段和导体下段，其中导体上段连接所述第一掺杂半导体层，导体下段连接所述第二掺杂半导体层，导体上段和导体下段在所述绝缘层外侧形成用于放电的间隙，间隙中为对芯片进行封装的封装环境中的气体。
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