CN101859822A - 具有抗突波与静电的二极体结构及制程方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有抗突波与静电的二极体结构，其包含有一基板、一N型半导体层、一P型半导体层、一发光层、一透明导电层、一正电极、一负电极与一静电保护层。此外，本发明还公开了该具有抗突波与静电的二极体结构的制程方法。其中正电极经透明导电层、P型半导体层、发光层与N型半导体层至负电极形成一第一路径供一电压通过，且利用静电保护层的电性，以促使负电极经静电保护层至正电极形成一第二路径供一电流通过，若偏压电压超过二极体的操作电压，将使突波电流经静电保护层从负电极传导至正电极或从正电极经由静电保护层传导至负电极，使二极体结构不受突波与静电影响，以提供二极体具有更好的抗突波与静电效能。
Description
技术领域
本发明是有关于一种半导体的结构，特别是一种具有抗突波与静电的二极体结构；此外，本发明还涉及该具有抗突波与静电的二极体结构的制程方法。
背景技术
现今半导体制程已发展成熟，且更进一步进入奈米制程，以提高积体电路的效能，其中二极体是受到广泛利用的一种半导体结构，且现今光电领域更是普遍应用发光二极体结构，然而制程越来越小，越需注意发光二极体晶片的过电压防护，以防止过电压所产生的过电流，造成发光二极体晶片因为过电流经过而发生元件破坏等问题，而发光二极体更是需要注意静电的保护措施。其中氮化镓系发光二极体广泛运用于有色发光二极体的技术上，且具有高亮度与高发光效率，氮化镓的应用范围除了基本消费性电子装置的显示装置，更包含户外显示装置、照明装置等应用，且发光二极体于照明装置应用上，因为发光二极体比传统日光灯省电，所以有逐渐取代日光灯的趋势。
请参阅图1，是公知抗静电的覆晶式发光二极体的结构示意图。如图1所示，公知抗静电的发光二极体是覆晶式封装结构，其包含有一发光二极体晶片10、一第一N型电极12、一第二N型电极14、一第一P型电极16、一齐纳二极体(ZENER Diode)20、一导热及导电元件30、一导热及导电基板40、一导电元件50与一导电胶体60。其中齐纳二极体20包含有一第三N型电极24与一第二P型电极22。发光二极体晶片10藉由第一N型电极12与第一P型电极16经导电元件50，分别连接齐纳二极体20的第二P型电极22与第三N型电极24；另外发光二极体晶片10是藉由第二N型电极14连接导热导电元件30，齐纳二极体20与导热及导电元件30是经导电胶体60分别连接第一支架42与第二支架44，以连接导热及导电基板40，如此构成的发光二极体具有抗静电的功能。
公知抗静电的发光二极体是利用齐纳二极体20，以具有抗静电的功能，其中发光二极体的抗静电功能参见中国台湾专利公告号(M273822)的新型专利(具抗静电之无导线覆晶式封装之表面粘着型发光二极体)所公告的内容。然而，公知具抗静电的发光二极体是以氮化镓系发光二极体为主，且发光二极体的基板采用蓝宝石等材质，以用于形成二极体的半导体晶片，然而氮化镓系的半导体与蓝宝石基板的晶格常数不匹配，所以造成氮化镓系发光二极体的消除静电效能降低。现今最常利用的抗静电的方式是采用一种覆晶式封装制程方式，其是利用硅为主要成分形成如一层薄膜的齐纳二极体与发光二极体结合在一起，如此确实解决了发光二极体于静电防护上的问题，却因为制程的程序相当复杂，于制程上程序越复杂即表示发光二极体的制造成本越高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种具有抗突波与静电的二极体结构，不仅可改善二极体突波与静电防护上的问题，且制作程序上较为简单，又可增加消除突波与静电的效率，更可促使二极体晶片广泛应用于各发光元件上。为此，本发明还提供该具有抗突波与静电的二极体结构的制程方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种具有抗突波与静电的二极体结构，其包含有一二极体晶片以及一静电保护层；该二极体晶片包含有一基板；一N型半导体层，设置于该基板之上；一发光层，设置于部分该N型半导体层之上；一P型半导体层，设置于该发光层之上；一透明导电层，设置于部分该P型半导体层之上；一正电极，设置于部分该透明导电层与该P型半导体层之上；与一负电极，设置于部分该N型半导体层之上。该静电保护层，设置于该二极体晶片之上，且仅覆盖部分该正电极以及部分该负电极。其中静电保护层是提供二极体结构于偏压电压高于操作电压时，可促使负电极所接收的突波电流经静电保护层传导至正电层后导出或正电极所接收的突波电流经由静电保护层传导至负电极后导出，以避免突波与静电破坏二极体结构。
此外，本发明还提供该具有抗突波与静电的二极体结构的制程方法，首先执行的步骤是提供一基板，接续即以N型半导体层、发光层、P型半导体层、透明导电层、正电极、负电极与静电保护层，由前述提示的顺序依序形成二极体结构的各层，具体为：首先，提供一发光二极体晶片，其制造方法的步骤依次包含：提供一基板；形成一N型半导体层于该基板之上，在该N型半导体层上形成一蚀刻区块；形成一发光层于部分该N型半导体层之上；形成一P型半导体层于该发光层之上；形成一透明导电层于部分该P型半导体层之上；形成一正电极于部分该透明导电层与该P型半导体层之上，同时形成一负电极于该N型半导体层的蚀刻区块之上；然后，形成一静电防护层于该二极体晶片之上，并仅覆盖部分该正电极与部分该负电极。如此二极体结构即可藉由静电保护层所提供的特性，于二极体结构接收到高于操作电压的偏压电压时，促使突波电流从负电极经静电保护层传导至正电极后导出或突波电流从正电极经由静电保护层传导至负电极后导出。
本发明的有益效果在于：利用一静电保护层形成于一二极体结构的最上层，且利用正负电极消除突波与静电，以提供发光二极体具有更好的抗突波与静电效能。本发明的主要目的，在于形成一静电保护层于二极体结构之上，提供二极体结构于接收一突波电流时，将突波电流从负电极经由静电保护层传导至正电极后导出，或者将突波电流从正电极经由静电保护层传导至负电极后导出，以达到提供二极体结构具备抗静电的效能且更可具抗突波的效能的目的。本发明的次要目的，在于提供一种静电保护层，以提供二极体结构于偏压电压超过二极体操作电压时，一突波电流从负电极经由静电保护层传导至正电极后导出或突波电流从正电极经由静电保护层传导至负电极后导出，而未通过二极体本体结构，以保护发光二极体结构。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是公知具抗静电的发光二极体的结构示意图；
图2是本发明的一较佳实施例的二极体的结构示意图；
图3是图2的二极体结构的电流路径图；
图4是图2的二极体结构的相关波形图；
图5是本发明的另一较佳实施例的二极体结构的剖面示意图；
图6A是本发明的二极体制程的部分实施步骤的示意图；
图6B是本发明的二极体制程的部分实施步骤的示意图；
图6C是本发明的二极体制程的部分实施步骤的示意图；
图6D是本发明的二极体制程的部分实施步骤的示意图；
图6E是本发明的二极体制程的部分实施步骤的示意图；
图6F是本发明的二极体制程的部分实施步骤的示意图；
图6G是本发明的二极体制程的部分实施步骤的示意图；
图6H是本发明的二极体制程的部分实施步骤的示意图。
图中附图标记说明：
10为发光二极体晶片 12为第一N型电极
14为第二N型电极 16为第一P型电极
20为齐纳二极体 22为第二P型电极
24为第三N型电极 30为导热及导电元件
40为导热及导电基板 42为第一支架
44为第二支架 50为导电元件
60为导电胶体 100为发光二极体晶片
102为基板 104为N型半导体层
106为发光层 108为P型半导体层
110为透明导电层 112为正电极
114为负电极 116为氧化层
120为静电保护层 I1为第一电流 I2为第二电流
具体实施方式
本发明是利用一静电保护层形成于一二极体晶片上，利用静电保护层于二极体接收到超过操作电压的偏压电压时，以促使偏压电压衍生的突波电流从负电极经静电保护层传导至正电极后导出或衍生的突波电流从正电极经由静电保护层传导至负电极后导出，以让二极体结构避免突波与静电的影响。请参阅图2，是本发明的一较佳实施例的二极体的结构示意图；如图2所示，本发明的二极体是氮化镓系的半导体。二极体结构包含有一二极体晶片100以及一静电保护层120。其中二极体晶片100包含有一基板102、一N型半导体层104、一发光层106、一P型半导体层108、一透明导电层110、一正电极112与一负电极114。基板102是形成二极体结构的基础结构，以及二极体晶片100为二极体结构，其中基板102的材料为选自于III-V族、II-VI族、IV族、IV-IV族及上述的任意组合的其中的一种。静电保护层120是选自于氧化锌、氧化镍、二氧化钛、氧化物、变阻材料、压电材料、铁电材料、陶瓷材料及上述的任意组合的其中的一种。
N型半导体层104是N型氮化镓系的半导体，而P型半导体层108则为P型氮化镓系的半导体；P型半导体层108设置于N型半导体层104之上，而发光层106形成于P型半导体层108与N型半导体层104之间，以隔离P型半导体层108与N型半导体层104，藉由P型半导体层108与N型半导体层104于一电流通过时促使电子与电洞的结合，因为发光层106的隔离，所以电子及电洞的结合需经由电流通过发光层106，发光层106即藉由电子与电洞结合所释放的能量发光。
正电极112与负电极114分别形成于透明导电层110与N型半导体层104之上，以接收输入至二极体结构的偏压电源，且因为负电极114设置于N型半导体层104之上，所以正电极112与负电极114为不同高低层次，其如图2所示。假使静电保护层120于偏压电压超过二极体操作电压时，将促使静电保护层120让突波电流从负电极114经静电保护层120至正电极112后导出或突波电流从正电极112经由静电保护层120传导至负电极114后导出，避免突波电流影响二极体结构的其他部分，导致二极体无法正常工作。当偏压电压为二极体操作电压时，将促使偏压电压所衍生的工作电流通过正电极112经透明导电层110、P型半导体层108、发光层106、N型半导体层104传导至负电极114，以让二极体晶片100因为偏压电压所衍生的工作电流驱使发光层106发光。
请参阅图3，其是图2的二极体结构的电流路径图。本发明的二极体是因为偏压电压为二极体操作电压时，二极体的透明导电层110、P型半导体层108、发光层106、N型半导体层104是产生一第一电流I1的电流路径，但偏压电压超过二极体操作电压后，静电保护层120会产生一第二电流I2的电流路径，且第二电流I2所行进的电流路径将会因为静电保护层120是二极体于偏压电压超过二极体操作电压后的主要电流路径。
请参阅图4，是图2的二极体结构的相关波形图。如图4所示，本发明的二极体结构是依据偏压电压的不同，导致静电保护层120通过的电流大小随着不同，因为电流是随着偏压电压的变化产生不同的电流流量，本实施例是以突波电压6000伏特的电流变化曲线为代表曲线，二极体所承受的突波电压为介于0伏特至6000伏特时，通过静电保护层120的电流流量变化与代表曲线相同。如此所凸显的抗静电效果是偏压电压一旦超过二极体操作电压时，将导致静电保护层120通过的电流提升，以消除突波与静电。
此外，形成静电保护层120的方式更可为化学气相磊晶法(Chemical Vapor Deposition，CVD)，或为有机金属化学气相磊晶法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)，或为离子增强化学气相磊晶法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)，或为利用溅镀法(Sputter)，或为电子枪蒸镀法(Electron Gun Evaporation)，或为热阻丝蒸镀法(Thermal Evaporation)，以形成静电保护层120。
以上所述的静电保护层120一旦偏压电压超过二极体的操作电压时，以吸引超过基准的偏压电压所衍生的突波电流，如有突波与静电从正电极112或负电极114进入二极体，则不会造成突波与静电破坏二极体本体结构，突波电流是受静电保护层120吸引而传导至正电极112或负电极114导出。
请参阅图5，是本发明的另一较佳实施例的二极体结构的剖面示意图。其中图5与图2的不同是图2的二极体晶片100未包含一氧化层116，而图5的二极体晶片100更包含氧化层116，形成于二极体晶片100与静电保护层120之间，且连接正电极112与负电极114。本发明的二极体结构于本实施例中，N型半导体层104、发光层106、P型半导体层108、透明导电层110与静电保护层120是受到氧化层116隔离，其中氧化层116是选自于二氧化硅、一氧化硅、四氮化硅、氮化物、非晶体半导体、非结晶体半导体及上述的任意组合的其中的一种。
图6A至图6H是本发明的二极体制程实施步骤的示意图。如图6A至图6H所示，其为本发明的二极体结构于制程步骤中的结构变化。首先按图6A所示，工作人员提供一基板102，以形成二极体结构于基板102，其中基板102的材料可为III-V族、II-VI族、IV族、IV-IV族或上述的任意组合；按第图6B所示，基板102之上形成一层N型半导体层104；按图6C所示，N型半导体层104形成一蚀刻区块，以用于后续制程中形成电极；按图6D所示，部分N型半导体层104之上形成一层发光层106；按图6E所示，发光层106之上形成一层P型半导体层108；按图6F所示，部分P型半导体层108之上形成一层透明导电层110。
按图6G所示，部分透明导电层110与P型半导体层108之上形成正电极112，同时N型半导体层104形成的蚀刻区块上亦形成负电极114，且因为所形成的层次不同导致正电极112与负电极114形成于不同高低位置；若二极体制程为生产图2的二极体结构，则直接利用图6G的二极体结构形成一静电保护层120于透明导电层110之上，且静电保护层120覆盖部分正电极112与部分负电极114，若二极体制程为生产图5的二极体结构则接续图6H的步骤；按图6H所示，透明导电层110之上形成一层氧化层116，且氧化层116连接正电极112与负电极114。图6H的二极体结构形成一静电保护层120于氧化层116之上，且静电保护层120覆盖部分正电极112与部分负电极114，其如图5所示。
以上通过实施例，对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种具有抗突波与静电的二极体结构，其特征在于，其包含有一二极体晶片和一静电保护层；
该二极体晶片，其包含：
一基板；
一N型半导体层，设置于该基板之上；
一发光层，设置于部分该N型半导体层之上；
一P型半导体层，设置于该发光层之上；
一透明导电层，设置于部分该P型半导体层之上；
一正电极，设置于部分该透明导电层与该P型半导体层之上；
一负电极，设置于部分该N型半导体层之上；
该静电保护层，设置于该二极体晶片之上，且仅覆盖部分该正电极以及部分该负电极；
若该正电极是接收超过一二极体的操作电压的偏压电压，该静电保护层提供偏压电压所衍生的突波电流从该负电极传导至该正电极或该静电保护层将突波电流从该正电极传导至该负电极后导出，以消除突波与静电效应。
2.如权利要求1所述的二极体结构，其特征在于，该正电极若为接收一二极体的操作电压，则该操作电压的电流即为一工作电流从该正电极经该透明导电层、该P型半导体层、该发光层、该N型半导体层传导至该负电极后导出。
3.如权利要求1所述的二极体结构，其特征在于，还包括一氧化层，设置于该静电保护层和该二极体晶片之间，且连接该正电极与该负电极。
4.如权利要求3所述的二极体结构，其特征在于，该氧化层的材料是选自于二氧化硅、一氧化硅、四氮化硅、氮化物、非晶体半导体、非结晶体半导体及上述的任意组合的其中的一种。
5.如权利要求1所述的二极体结构，其特征在于，该基板材料是选自于III-V族、II-VI族、IV族、IV-IV族及上述的任意组合的其中的一种。
6.如权利要求1所述的二极体结构，其特征在于，该N型半导体层是N型氮化镓系半导体。
7.如权利要求1所述的二极体结构，其特征在于，该P型半导体层是P型氮化镓系半导体。
8.如权利要求1所述的二极体结构，其特征在于，该静电保护层的材料为选自于氧化锌、氧化镍、二氧化钛、氧化物、变阻材料、压电材料、铁电材料、陶瓷材料及上述的任意组合的其中的一种。
9.一种具有抗突波与静电的二极体结构的制程方法，其特征在于，其步骤包含有：
首先，提供一发光二极体晶片，其制造方法的步骤依次包含：
提供一基板；
形成一N型半导体层于该基板之上，在该N型半导体层上形成一蚀刻区块；
形成一发光层于部分该N型半导体层之上；
形成一P型半导体层于该发光层之上；
形成一透明导电层于部分该P型半导体层之上；
形成一正电极于部分该透明导电层与该P型半导体层之上，同时形成一负电极于该N型半导体层的蚀刻区块之上；
然后，形成一静电防护层于该二极体晶片之上，并仅覆盖部分该正电极与部分该负电极。
10.如权利要求9所述的二极体结构的制程方法，其特征在于，形成一静电保护层的步骤前，还包含有一步骤：形成一氧化层于该静电保护层和该二极体晶片之间，且该氧化层连接该正电极与该负电极。
11.如权利要求10所述的二极体结构的制程方法，其特征在于，该氧化层的材料是选自于二氧化硅、一氧化硅、四氮化硅、氮化物、非晶体半导体及非结晶体半导体的其中的一种。
12.如权利要求9所述的二极体结构的制程方法，其特征在于，形成该静电保护层所利用的方式选自于化学气相磊晶法、有机金属化学气相磊晶法、离子增强化学气相磊晶法、溅镀法、电子枪蒸镀法及热阻丝蒸镀法的其中的一种。
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