CN101859831A - 具有抗突波与静电的发光二极管及其制造方法 - Google Patents

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黄国钦
潘锡明
简奉任
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Abstract

本发明公开了一种具有抗突波与静电的发光二极管及其制造方法，其结构包含一个基板、一个N型半导体层、一个P型半导体层、一个主动层、一个第一透明导电层、一个氧化层、一个绝缘层、一个第二透明导电层、一个正电极与一个负电极。其中正电极经第一透明导电层、P型半导体层、主动层与N型半导体层至负电极形成一个第一路径供一个电压通过，以及负电极经氧化层与第二透明导电层至正电极形成一个第二路径供一个电流通过，当偏压电压超过发光二极管的操作电压时，将使突波电流从负电极经第二路径传导至正电极或从正电极经第二路径传导至负电极，以提供二极管具有更好的抗突波与静电的功能。

Description

具有抗突波与静电的发光二极管及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种光电半导体结构及其制造方法，尤其是一种具抗突波与静电的发光二极管及其制造方法。
背景技术
现今光电半导体制程发展成熟，且由早期的微米制程进一步发展至现今的纳米制程，以提高光电半导体结构的效能，其中一种受到广泛利用的光电半导体结构即为发光二极管，且发光二极管的应用在现今光电半导体制程中更是普遍，特别是发光二极管与半导体激光的应用。然而随着现今光电半导体制程越来越小，越需注意二极管的过电压防护，以防止过电压所产生的过电流，造成发光二极管受到过电流的破坏，而光电半导体的发光二极管更是需要注意静电与突波的绝缘措施。由于氮化镓系发光二极管具高亮度与高发光率，且氮化镓系发光二极管更可直接发出色光，或混合两种以上的色光形成其它色光，因此发光二极管的应用技术上以氮化镓系发光二极管受到广泛运用。另外，由于发光二极管比传统日光灯省电，发光二极管于照明装置应用上即具有取代传统照明装置的趋势。
请参见图1，所示为现有抗静电的覆晶式发光二极管的结构示意图。如图所示，现有抗静电的发光二极管为覆晶式封装结构，其包含有一基板10、一个N型半导体层12、一个P型半导体层14、一个第一N型电极16、一个第二N型电极18、一个第一P型电极20、一个第一导电组件22、一个第二导电组件24、一个第三导电组件26、一个导热及导电组件28、一个齐纳二极管(ZENER Diode)30、一个导热及导电基板40与一个导电胶体50。其中齐纳二极管30包含有一个第二P型电极32与一个第三N型电极34。N型半导体层12经由第一N型电极16与第一导电组件22耦接齐纳二极管30的第二P型电极32，且P型半导体层14经由第一P型电极20与第二导电组件24耦接齐纳二极管30的第三N型电极34。
另外，N型半导体层12经由第二N型电极18与第三导电组件26耦接导热及导电组件28。齐纳二极管30与导热及导电组件28系经导电胶体50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管具有抗静电的功能。
而且，现有的具有抗静电的发光二极管以氮化镓系发光二极管为主，而发光二极管之基板为蓝宝石等材质，然而氮化镓系的半导体层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管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，其形成一个齐纳二极管与一个发光二极管结合，这样确实解决了发光二极管在静电防护上的问题，但却因为制程的程序相当复杂，在制程上程序越复杂即表示发光二极管的制造成本越高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有抗突波与静电的发光二极管及其制造方法，其形成一个氧化层在发光二极管之上，使得发光二极管在接收一个突波电流时，将突波电流从负电极经由氧化层传导至正电极后导出，或者将突波电流从正电极经由氧化层传导至负电极后导出，以使得发光二极管具有抗静电的功能，而且更具有抗突波的功能。
本发明所要解决的另一技术问题是提供一种具有抗突波与静电的发光二极管及其制造方法，其提供一个发光二极管，在偏压电压超过一个二极管操作电压时，由第一透明导电层、氧化层与第二透明导电层传导偏压电压所产生的一个突波电流，而让突波电流未通过发光二极管本体结构，以保护发光二极管不受突波与静电的影响。
本发明提供一种具有抗突波与静电的发光二极管包含有一个基板、一个N型半导体层、一个主动层、一个P型半导体层、一个第一透明导电层、一个绝缘层、一个氧化层、一个第二透明导电层、一个正电极与一个负电极；其中氧化层提供发光二极管在正电极与负电极所接收的偏压电压高于操作电压时，可促使该偏压电压所衍生的突波电流经第一透明导电层、氧化层与第二透明导电层传导至正电极或负电极后导出，以避免突波与静电破坏发光二极管。
本发明还提供了一种具有抗突波与静电的发光二极管的制造方法，首先执行的步骤是提供一基板，然后即以N型半导体层、主动层、P型半导体层、第一透明导电层、绝缘层、氧化层、第二透明导电层、正电极与负电极的顺序依序形成本发明之发光二极管的各层。
本发明所提供的发光二极管及其制造方法，不仅可改善二极管防护突波与静电的问题，而且程序上较为简单，又可增加消除突波与静电的效率，这样更可促使二极管芯片广泛应用于各发光组件上。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
图1为现有的具有抗静电的发光二极管的结构示意图；
图2为本发明的一个较佳实施例的发光二极管的侧视图；
图3为本发明的一个较佳实施例的电流流向的示意图；
图4A为本发明的一个较佳实施例的制造方法实施的部分步骤的示意图；
图4B为本发明的一个较佳实施例的制造方法实施的部分步骤的示意图；
图4C为本发明的一个较佳实施例的制造方法实施的部分步骤的示意图；
图4D为本发明的一个较佳实施例的制造方法实施的部分步骤的示意图；
图4E为本发明的一个较佳实施例的制造方法实施的部分步骤的示意图；
图4F为本发明的一个较佳实施例的制造方法实施的部分步骤的示意图；
图4G为本发明的一个较佳实施例的制造方法实施的部分步骤的示意图；
图4H为本发明的一个较佳实施例的制造方法实施的部分步骤的示意图；
图4I为本发明的一个较佳实施例的制造方法实施的部分步骤的示意图；
图4J为本发明的一个较佳实施例的制造方法实施的部分步骤的示意图。
图中附图标记为，
10为基板；          12为N型半导体层；      14为P型半导体层；
16为第一N型电极；   18为第二N型电极；      20为第一P型电极；
22为第一导电组件；  24为第二导电组件；     26为第三导电组件；
28为导热及导电组件；30为齐纳二极管；       32为第三N型电极；
34为第二P型电极；   40为导热及导电基板；   42为第一支架；
44为第二支架；      50为导电胶体；         100为发光二极管；
102为基板；         104为N型半导体层；     106为主动层；
108为P型半导体层；  110为第一透明半导体层；112为绝缘层；
114为氧化层；       116为第二透明导电层；  118为正电极；
120为负电极；       I1为第一电流；         I2为第二电流。
具体实施方式
本发明利用一个氧化层形成于一个二极管芯片上，利用氧化层在二极管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第二透明导电层、氧化层与第一透明导电层传导至正电极后导出或从正电极经第一透明导电层、氧化层与第二透明导电层传导至负电极后导出，以让发光二极管避免突波与静电的影响。
请参见图2，所示为本发明的一个较佳实施例的发光二极管的侧视图。如图所示，本发明的发光二极管100包含一个基板102、一个N型半导体层104、一个主动层106、一个P型半导体层108、一个第一透明导电层110、一个绝缘层112、一个氧化层114、一个第二透明导电层116、一个正电极118与一个负电极120。基板102为发光二极管100的基础结构，N型半导体层104设置于基板102上，主动层106设置于部分N型半导体层104上，P型半导体层108设置于主动层106上。第一透明导电层110设置于部分P型半导体层108上；绝缘层112设置于部分N型半导体层104上与部分P型半导体层108上。
氧化层114设置于部分第一透明导电层110上、部分P型半导体层108上，并连接绝缘层112，且氧化层114更覆盖部分绝缘层112；第二透明导电层116设置于绝缘层112上与部分氧化层114上。正电极118设置于部分第一透明导电层110上；负电极120设置于部分N型半导体层104上，并连接绝缘层112与第二透明导电层116，其中负电极120更覆盖部分第二透明导电层116。其中基板102的材料为选自于Al2O3、SiC、GaAs、GaN、AlN、GaP、Si、ZnO及MnO、Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族、Ⅳ族、Ⅳ-Ⅳ族及上述的任意组合的其中之一。N型半导体层104为N型氮化镓系的半导体可为选自于AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所构成材料群组中的一种材料，而P型半导体层108则为P型氮化镓系的半导体AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所构成材料群组中的一种材料。氧化层114为选自于二氧化硅、一氧化硅、四氮化硅、氮化物、非晶体半导体、非结晶体半导体、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之一。绝缘层112的材料选自于二氧化硅、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之一。
主动层106为隔离N型半导体层104与P型半导体层108，促使电子与空穴受通过的电流带动而结合，因而让主动层106即由电子与空穴结合所释放的能量发光。由于正电极118设置于部分第一透明导电层110上，而负电极120设置于部分N型半导体层104上，所以正电极118与负电极120为不同高低层次，如图2所示。当正电极118与负电极120接收到超过一个二极管操作电压的一个偏压电压时，将促使氧化层114导通，而形成一个电流旁路，以让该偏压电压所衍生的突波电流从正电极118经由第一透明导电层110、氧化层114与第二透明导电层116传导至负电极120后导出，或从负电极120经第二透明导电层116、氧化层114与第一透明导电层110传导至正电极118后导出。
这样即可避免突波电流影响发光二极管100的半导体层，导致发光二极管100无法正常工作。而且，当正电极118与负电极120接收到符合二极管操作电压的一个偏压电压时，将促使偏压电压所衍生的工作电流通过正电极118经第一透明导电层110、P型半导体层108、主动层106与N型半导体层104传导至负电极120，以让偏压电压所衍生的工作电流驱使主动层106发光。其中突波电流与工作电流的示意图如图3所示。
请参见图3，其所示为本发明的一个较佳实施例的电流流向的示意图。如图所示，本发明的发光二极管100的正电极118与负电极120一旦接收符合发光二极管的操作电压的第一偏压电压时，第一偏压电压所衍生的工作电流即一个第一电流I1，其流向为从正电极118经第一透明导电层110、P型半导体层108、主动层106、N型半导体层104传导至负电极120，但当正电极118与负电极120接收超过发光二极管的操作电压的第二偏压电压时，将促使氧化层114导通，而第二偏压电压所衍生的突波电流即一个第二电流I2，其流向为从正电极118经第一透明导电层110、氧化层114与第二透明导电层116传导至负电极120，且第二电流I2所行进的电流路径是发光二极管100在第二偏压电压下的主要电流路径。
请参见图4A至图4J，所示为本发明的一个较佳实施例的制造方法实施的示意图。图4A至图4J所示为本发明的发光二极管100在制造方法的步骤中的结构变化。如图4A所示，提供一个基板102，其中基板102的材料为选自于Al2O3、SiC、GaAs、GaN、AlN、GaP、Si、ZnO及MnO、Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族、Ⅳ族、Ⅳ-Ⅳ族及上述任意组合的其中之一。如图4B所示，形成N型半导体层104在基板102上，其中N型半导体层104为氮化镓系半导体可为选自于AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所构成材料群组中的一种材料。如图4C所示，形成一个蚀刻区块在部分N型半导体层104上，以用于后续步骤形成电极；然后如图4D所示，形成主动层106在未蚀刻的部分N型半导体层104上，然后如图4E所示，形成P型半导体层108在主动层106上。
之后，如图4F所示，形成第一透明导电层110在部分P型半导体层108上，其采用化学气相磊晶法(Chemical Vapor Deposition，CVD)或有机金属化学气相磊晶法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)或离子增强化学气相磊晶法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)或溅镀法(Sputter)或电子枪蒸镀法(Electron Gun Evaporation)或热阻丝蒸镀法(Thermal Evaporation)。其中该第一透明导电层的材料为选自于Ni/Au、氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锑锡及透明导电黏剂所组成材料群组中的至少一种材料。之后如图4G所示，自部分N型半导体层104上的蚀刻区域形成绝缘层112至部分P型半导体层108上。其中该绝缘层112的材料选自于二氧化硅、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之一。
然后，如图4H所示，形成氧化层114在部分P型半导体层108上与部分第一透明导电层110上，并连接氧化层114至绝缘层112，其中氧化层114为选自于二氧化硅、一氧化硅、四氮化硅、氮化物、非晶体半导体、非结晶体半导体、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、陶瓷材料及上述任意组合的其中之一。氧化层114的磊晶方式采用化学气相磊晶法或有机金属化学气相磊晶法或离子增强化学气相磊晶法或溅镀法或电子枪蒸镀法或热阻丝蒸镀法。如图4I所示，形成第二透明导电层116于绝缘层112上与部分氧化层114上，其采用化学气相磊晶法或有机金属化学气相磊晶法或离子增强化学气相磊晶法或溅镀法或电子鎗蒸镀法或热阻丝蒸镀法。其中该第二透明导电层的材料为选自于Ni/Au、氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锑锡及透明导电黏剂所组成材料群组中的至少一种材料。
最后，如图4J所示，分别形成正电极118与负电极120在部分N型半导体层106与部分第一透明导电层110上，以让发光二极管100透过正电极118与负电极120接收偏压电压，其中负电极120即形成于受蚀刻的部分N型半导体层104上。
以上所述的发光二极管100一旦接收到超过发光二极管的操作电压的偏压电压时，以由氧化层114所产生的电流旁路吸引偏压电压所衍生的突波电流，当正电极118或负电极120接收到突波与静电，将可避免突波与静电破坏发光二极管100，其中突波电流受氧化层114所产生的电流旁路吸引而传导至正电极118或负电极120后导出。
综上所述，本发明的发光二极管及其制造方法即可提供一种具有抗突波与静电的发光二极管，以保护发光二极管不受突波电流的影响，而维持于操作状态。
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以做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (18)

1.一种具有抗突波与静电的发光二极管，其特征在于，包含有：
一个基板；
一个N型半导体层，设置于该基板上；
一个主动层，设置于部分该N型半导体层上；
一个P型半导体层，设置于该主动层上；
一个第一透明导电层，设置于部分该P型半导体层上；
一个绝缘层，自部分该N型半导体层上覆盖至部分该P型半导体层上；
一个氧化层，设置于部分该第一透明导电层与部分该P型半导体层上，并连接该绝缘层；
一个第二透明导电层，设置于该绝缘层上与部分该氧化层上；
一个正电极，设置于部分该第一透明导电层上；以及
一个负电极，设置于部分该N型半导体层上，并连接该第二透明导电层；
其中，当该正电极与该负电极接收超过该发光发光二极管的操作电压的一个第二偏压电压时，将驱使该第二偏压电压所衍生的突波电流从该正电极经该第一透明导电层、该氧化层与该第二透明导电层传导至该负电极或从该负电极经该第二透明导电层、该氧化层与该第一透明导电层传导至该正电极，以导出而消除突波与静电效应。
2.根据权利要求1所述的具有抗突波与静电的发光二极管，其特征在于，该正电极与该负电极一旦接收符合该发光发光二极管之操作电压的一个第一偏压电压时，将驱使该第一偏压电压所衍生的一个工作电流从该正电极经该第一透明导电层、该P型半导体层、该主动层与该N型半导体层传导至该负电极后导出。
3.根据权利要求1所述的具有抗突波与静电的发光二极管，其特征在于，该氧化层的材料为选自于二氧化硅、一氧化硅、四氮化硅、氮化物、非晶体半导体、非结晶体半导体、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、陶瓷材料及上述任意组合的其中之一。
4.根据权利要求1所述的具有抗突波与静电的发光二极管，其特征在于，该绝缘层的材料选自于二氧化硅、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之一。
5.根据权利要求1所述的具有抗突波与静电的发光二极管，其特征在于，该基板的材料为选自于Al2O3、SiC、GaAs、GaN、AlN、GaP、Si、ZnO及MnO、Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族、Ⅳ族、Ⅳ-Ⅳ族及上述任意组合的其中之一。
6.根据权利要求1所述的具有抗突波与静电的发光二极管，其特征在于，该N型半导体层的材料为氮化镓系半导体可为选自于AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所构成材料群组中的一种材料。
7.根据权利要求1所述的具有抗突波与静电的发光二极管，其特征在于，该P型半导体层的材料为氮化镓系半导体可为选自于AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所构成材料群组中的一种材料。
8.根据权利要求1所述的具有抗突波与静电的发光二极管，其特征在于，该第一透明导电层的材料为选自于Ni/Au、氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锑锡及透明导电黏剂所组成材料群组中的至少一种材料。
9.根据权利要求1所述的具有抗突波与静电的发光二极管，其特征在于，该第二透明导电层的材料为选自于Ni/Au、氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锑锡及透明导电黏剂所组成材料群组中的至少一种材料。
10.一种具有抗突波与静电的发光二极管制造方法，其特征在于，包含有：
提供一个基板；
形成一N型半导体层于该基板上；
形成一个主动层于部分该N型半导体层上；
形成一个P型半导体层于该主动层上；
形成一个第一透明导电层于部分该P型半导体层上；
在部分该N型半导体层上形成一个绝缘层至部分该P型半导体上；
形成一个氧化层于部分该第一透明导电层上与部分该P型半导体上；
连接该氧化层至该绝缘层；
形成一个第二透明导电层于部分该氧化层上与该绝缘层上；以及
分别形成一个正电极与一个负电极在部分该第一透明导电层上与部分该N型半导体层上，并连接该负电极至该第二透明导电层。
11.根据权利要求10所述的具有抗突波与静电的发光二极管制造方法，其特征在于，在连接该氧化层至该绝缘层的步骤中，更包含覆盖该氧化层于部分该绝缘层上的步骤。
12.根据权利要求10所述的具有抗突波与静电的发光二极管制造方法，其特征在于，该绝缘层的材料系选自于二氧化硅、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之一。
13.根据权利要求10所述的具有抗突波与静电的发光二极管制造方法，其特征在于，该氧化层的材料为选自于二氧化硅、一氧化硅、四氮化硅、氮化物、非晶体半导体、非结晶体半导体、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、陶瓷材料及上述任意组合的其中之一。
14.根据权利要求10所述的具有抗突波与静电的发光二极管制造方法，其特征在于，在分别形成一个正电极与一个负电极于该第一透明导电层上与该N型半导体层上的步骤中，更包含覆盖该负电极于该第二透明导电层上的步骤。
15.根据权利要求10所述的具有抗突波与静电的发光二极管制造方法，其特征在于，在形成一个第一透明导电层于部分该P型半导体层上的步骤中，采用化学气相磊晶法或有机金属化学气相磊晶法或离子增强化学气相磊晶法或溅镀法或电子枪蒸镀法或热阻丝蒸镀法。
16.根据权利要求10所述的具有抗突波与静电的发光二极管制造方法，其特征在于，在形成一氧化层于部分该第一透明导电层上与部分该P型半导体上的步骤中，采用化学气相磊晶法或有机金属化学气相磊晶法或离子增强化学气相磊晶法或溅镀法或电子枪蒸镀法或热阻丝蒸镀法。
17.根据权利要求10所述的具有抗突波与静电的发光二极管制造方法，其特征在于，于形成一绝缘层于部分该N型半导体与部分该P型半导体上之步骤中，采用化学气相磊晶法或有机金属化学气相磊晶法或离子增强化学气相磊晶法或溅镀法或电子枪蒸镀法或热阻丝蒸镀法。
18.根据权利要求10所述的具有抗突波与静电的发光二极管制造方法，其特征在于，在形成一第二透明导电层于部分该氧化层上与该绝缘层上之步骤中，采用化学气相磊晶法或有机金属化学气相磊晶法或离子增强化学气相磊晶法或溅镀法或电子枪蒸镀法或热阻丝蒸镀法。
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