CN101916769A - 抗静电氮化镓基发光器件及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种抗静电发光二极管器件结构及其制造方法，在蓝宝石衬底依次生长缓冲层、N型氮化镓层、发光层多量子肼结构MQW、P型氮化镓层，蚀刻发光二极管与保护二极管之间的外延层到衬底，制作发光二极管的P、N电极，并分别与保护二极管的N、P电极连接，在不改变现有氮化镓基外延结构的基础上，在一个发光二极管器件内集成了一个保护二极管和一个发光二极管，提高了产品抗静电能力、减少了后续产品封装中并联保护二极管，减少工序，降低产品成本。

Description

抗静电氮化镓基发光器件及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种氮化镓(GaN)基发光二极管器件的结构和制造方法，尤其是在不改变现有发光器件外延结构的情况下，通过在发光器件内同时集成发光二极管、保护二极管来提高发光二极管的抗静电性能。

背景技术

发光二极管(LED)具有高效节能、绿色环保的优点，在交通指示、户内外全色显示、液晶电视背光源等方面有着广泛的应用，尤其是利用大功率LED可能实现半导体固态照明，其有望成为新一代光源进入千家万户，引起人类照明史上的革命，其中蓝宝石衬底生长氮化镓外延的蓝光LED芯片上涂敷黄光荧光粉，蓝光激发荧光粉发出黄光，蓝光与黄光混合得到白光，从而用蓝光LED得到白光。氮化镓衬底材料常见有二种，即蓝宝石和碳化硅，碳化硅机械加工性能差，价格昂贵以及专利方面的问题使其应用得到限制，因此当前用于氮化镓外延生长的衬底主要是蓝宝石，氮化镓外延层与蓝宝石的晶格失配度相当大，所以在蓝宝石上生长氮化镓容易造成大量的缺陷，而这些缺陷大大降低发光器件抗静电能力；另一方面由于蓝宝石衬底不导电，发光二极管上的静电不能得到有效释放，因此蓝宝石衬底的氮化镓基发光二极管都存在抗静电问题。

目前主要通过在封装、使用电路中并联保护二极管提高抗静电能力，也有通过改变外延结构来达到提高抗静电能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗静电氮化镓基发光器件，发光二极管与保护二极管同时于芯片制造时形成，具有抗静电效果，本发明的另一目的是提供该防止静电破坏的发光二极管器件的制造方法。

本发明的技术方案为：一种抗静电氮化镓基发光器件包括衬底，衬底之上依次是缓冲层，N型氮化镓层，发光层多量子肼结构MQW，P型氮化镓层。透明导电层位于所述P型氮化镓外延的部分区域上，发光二极管P电极位于透明导电层的部分区域上，并且与所述P型氮化镓形成欧姆接触。N电极位于所述N型氮化镓外延层的部分区域之上。

抗静电保护二极管位于衬底外延的另一部分区域上，此区域所在外延与发光二极管外延完全隔离，并在此区域外延的P型氮化镓上生成此保护二极管的P电极，此区域外延的N型氮化镓上生成保护二极管的N电极。保护二极管的P电极与发光二极管的N电极通过金属连接，保护二极管的N电极与发光二极管的P电极通过金属连接，连接金属沉积在绝缘层上。在除发光二极管P、N电极压焊点区域外生长绝缘层。

氮化镓基发光二极管与氮化镓基保护二极管集成在同一发光器件中，并且保护二极管的P电极与发光二极管的N电极通过金属连接，保护二极管的N电极与发光二极管的P电极通过金属连接。

本发明中，发光二极管和保护二极管欧姆接触电极的材料使用Ti、Al、Ni、Au或这些材料的组合，绝缘层和填充层的材料选用二氧化硅，氮化硅，旋涂玻璃法(SOG spin on glass)，聚酰亚胺(PI)等。

上述一种抗静电氮化镓基发光器件的制作方法，其步骤包括：在衬底蓝宝石上依次生长形成缓冲层，N型氮化镓层，发光层多量子肼结构MQW，P型氮化镓层；蚀刻部分外延层，深度直到蓝宝石衬底，将保护二极管和发光二极管的外延层完全隔离；同时在发光二极管和保护二极管区域蚀刻部分外延层，包括P型氮化镓层、发光层多量子肼结构MQW，蚀刻到N型氮化镓层；在发光二极管区域P型氮化镓层上生长透明导电层；在第2步蚀刻形成的凹槽中生成绝缘填充层；在下步的发光二极管P、N电极与保护二极管N、P电极将要生长连接金属的区域沉积绝缘层；分别沉积发光二极管P、N电极及与保护二极管的P、N电极间的连接金属；在除发光二极管PN压焊点的区域生长绝缘保护层。通过减薄、划裂、测试、分别形成发光器件。

本发明的优点在于：发光二极管与保护二极管同时于芯片制造时形成，具有抗静电效果，而且可以简化制作流程、提高产品良率，后续封装也没有必要另外并联保护二极管，同时也不改变现有外延层结构。

本发明的工作原理描述：如图1A，当发光管两端有正向工作电压时，也就是图1A中A端电位高于B端时，发光二极管101处于导通状态，保护二极管102截止，整个防静电保护电路处于截止状态，发光二极管101正常工作，不会产生静电积累；当发光二极管两端有大于保护二极管102反向击穿电压的静电积累脉冲时，发光二极管101处于反向，不导通，此时并联的保护二极管102导通，静电积累电荷经保护二极管102释放，发光二极管101得到保护，处于截止状态，发光二极管101正常工作，不会由于静电积累而破坏。

附图说明

图1A抗静电氮化镓基发光器件的等效电路图；

图1B抗静电氮化镓基发光器件的截面结构图；

图1C抗静电氮化镓基发光器件的平面结构图。

图中：

图1A 101发光二极管    102保护二极管

图1B 201衬底(蓝宝石)  202缓冲层    203发光二极管N型氮化镓层

204发光二极管N电极

205发光二极管N电极与保护二极管P电极连接金属

206保护二极管与发光二极管外延间绝缘填充层

207保护二极管N型氮化镓层    208保护二极管P型氮化镓层

209发光二极管P极与保护二极管N极连接金属

210发光二极管P型氮化镓层    211发光二极管多量子肼层

212发光二极管P电极压焊点    213透明导电层

220绝缘层    301发光二极管N电极

302发光二极管N电极与保护二极管P电极连接金属

303保护二极管与发光二极管外延间绝缘填充层

304保护二极管P电极    305保护二极管N电极

306发光二极管P电极与保护二极管N电极连接金属

307透明导电层    308发光二极管P电极压焊点

具体实施方式

一种抗静电氮化镓基发光器件的其制作方法，其具体步骤：

步骤1：在蓝宝石衬底201上依次生长外延缓冲层202、N型氮化镓层203、多量子肼层211、P型氮化镓层209(210)；

步骤2：蚀刻部分外延层，深度直到蓝宝石衬底，将保护二极管和发光二极管的外延层完全隔离；本步骤可通过ICP蚀刻，或湿法腐蚀来去除保护二极管和发光二极管之间的外延层；

步骤3：同时在发光二极管和保护二极管区域通过ICP或RIE蚀刻部分外延层，蚀刻到N型氮化镓层上；

步骤4：在发光二极管区域P型氮化镓外延上生长透明导电层213；

步骤5：在步骤2蚀刻形成的凹槽中生成绝缘层，本步骤可以通过旋涂SOG，或聚酰亚胺来达到平坦化目的；

步骤6：在发光二极管P电极与保护二极管N电极连接金属205、发光二极管N电极与保护二极管P电极连接金属209下面沉积绝缘保护层；

步骤7：蒸镀金属，形成发光二极管P电极压焊点212、发光二极管N电极204、发光二极管P电极与保护二极管N电极连接金属205、发光二极管N电极与保护二极管P电极连接金属209；

在发光二极管器件沉积绝缘层220，暴露出发光二极管P电极压焊点、发光二极管N电极。

步骤8：通过减薄、划裂、测试、分别形成发光器件。

Claims (4)

1.一种抗静电氮化镓基发光器件，其特征在于：在蓝宝石衬底上依次生长缓冲层、N型氮化镓层、发光层多量子肼结构MQW、P型氮化镓层，将发光器件外延层蚀刻层两个区域，一部分外延上制作发光二极管，另一部分外延上制作保护二极管，发光二极管的P、N电极与保护二极管的N、P电极分别连接。

2.根据权利要求1所述的一种抗静电氮化镓基发光器件，其特征是：器件内发光二极管与保护二极管的外延层是完全隔离的。

3.根据权利要求1所述的一种抗静电氮化镓基发光器件，其特征是：器件内发光二极管P、N电极与保护二极管的N、P电极是分别通过金属连接的。

4.一种抗静电氮化镓基发光器件的制作方法，其步骤包括：

1)在蓝宝石衬底依次生长缓冲层、N型氮化镓层、发光层多量子肼结构MQW、P型氮化镓层；

2)蚀刻去除部分区域的外延层，包括P型氮化镓层、发光层多量子肼结构MQW、N型氮化镓层、缓冲层，暴露出衬底蓝宝石层，形成两个隔离的外延层：发光二极管外延层和保护二极管外延层；

3)在两个隔离的外延层的部分区域分别刻蚀P型氮化镓层和发光层多量子肼结构MQW，暴露N型氮化镓层；

4)在发光二极管的P型氮化镓层沉积透明导电层，并在透明导电层和N型氮化镓层沉积P、N电极以及相应区域的绝缘层；

5)将发光二极管的P、N电极与保护二极管的N、P电极通过蒸镀金属，形成金属连接；

6)将发光器件上除发光二极管P电极压焊点和N电极区域外生长绝缘层；

7)通过减薄、划裂、测试、分别形成发光器件。

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