CN107210316B - 具有集成机电开关的led芯片及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种LED芯片（22），该LED芯片具有用于LED的机电控制的集成静电开关（12）。悬梁开关（12）悬浮在导电控制电极（10）之上，并且通过电极（10）的充电，梁（12）被向下吸引以在LED结构和外部电极（20）之间建立连接。组件安装在公共衬底（6）上，使得形成具有MEMS开关的完全集成的LED。还提供了制造LED芯片的方法，其中开关机构的制造与LED结构的制造完全集成。

Description

具有集成机电开关的LED芯片及其制造方法

技术领域

本发明涉及LED的领域，特别涉及具有集成开关的LED。

背景技术

经过多年的研究，在LED的领域内，仍然存在大量正在进行中的发展。该发展近年来的主要重点是为改进的光输出或效率（增加“流明美元比”）寻找解决方案。然而，与在照明应用中实现LED技术相关联的最大成本越来越多地由被驱动器机构利用的组件所引起。

减少这些成本的一种方式是将驱动器功能集成到LED自身内，从而避免需要制造附加外部组件来实现这些驱动器功能。通常希望集成的一个特别的功能是经由串联开关来控制LED的ON/OFF状态的能力。将开关集成到LED管芯内将消除对于昂贵的驱动器组件的需要的一部分。

耦合到LED的串联开关可以例如用于当其形成多通道系统中的一个通道时控制向着该LED的电流的流动。通过对这样的开关施加脉冲宽度调制信号，可以控制LED利用其工作的占空比，并且因此可以控制所感知到的亮度。以这种方式，可以例如通过独立地控制每一个通道来控制多通道系统的颜色。

耦合到LED的并联开关可以例如用于选择性地旁路LED。这可以例如在LED根据经整流的AC市电电压的水平被旁路的抽头线性驱动器中使用，从而避免需要昂贵的调节电流驱动器。

集成开关功能的一种方案是在LED管芯上并入晶体管。然而，这需要在管芯内提供具有特定掺杂的附加半导体层，并且这增加了制造这样的LED的成本。

US 6037719公开了一种显示器，其包括布置为像素矩阵的多个发光设备和耦合到每个相应的发光设备的寻址电路。寻址电路包括可操作以控制多个发光设备的多个微加工机电（MEM）开关。每个MEM开关包括悬臂式梁和与其分开的控制电极，以便关闭或打开开关。特别地，机电开关在设置于衬底上的电路中使用，控制电极固定到衬底上。

因此，期望的是在LED芯片内集成开关功能（从而减少对用于控制LED的ON/OFF状态的外部驱动器组件的需要）而不需要提供附加半导体层（正如例如在芯片内集成晶体管将需要的那样）的手段。

发明内容

本发明由权利要求限定。

根据本发明的一方面，提供了一种LED芯片，包括：

半导体衬底；

第一和第二外部端子；

连接在第一和第二外部端子之间的LED结构；

与第一和第二外部端子之间的该LED结构串联连接、或与该LED结构并联连接的悬梁静电开关；

第三外部端子；和

连接到第三外部端子、用于控制悬梁静电开关的控制电极。

因此，提供了一种LED芯片，其具有用于提供LED结构的静电致动的集成机电开关。LED结构和悬梁开关两者都在单个公共衬底上形成，并且控制电极（开关借助于该控制电极被静电地致动）被内部地集成在芯片内。LED结构可以包括任何特定的半导体层布置，当跨过该布置提供电流时，LED功能借助于该布置得到实现。

在串联布置中，静电开关和LED结构在两个外部端子之间串联，内部端子在两个外部端子之间。在并联布置中，静电开关和LED结构并联，并且两者都连接在两个外部端子之间。

在串联布置中，第一外部端子和内部端子在此实例中为LED结构提供阳极和阴极（或反之亦然）。第一和第二外部端子为包括LED及其相关联的开关的集成模块提供外部阳极/阴极端子。第三外部端子充当用于将设备在活动和非活动状态之间切换的控制端子。通过经由第三外部端子对控制电极施加电压，悬梁变成被朝着电极静电地吸引，并且通过随之发生的向下位移来完成电路。在接地电压施加到控制电极的情况下，悬梁保持在闲置（悬置）状态，至少一个端部悬置在开关接触部之一之上。

本发明的实施例从而有效地将MEMS开关技术集成到LED管芯中，提供用于控制MEMS开关的外部接触部（第三外部接触部），同时在芯片级将开关的所有其他组件集成到LED中。MEMS开关不需要附加半导体层和特定掺杂，从而与例如晶体管集成相比降低成本。此外，MEMS设备是成熟的技术，并且可以集成到使用标准半导体技术的LED制作工艺中。

LED结构可以包括（至少）第一半导体层和在该第一半导体层之上的第二半导体层，每个层具有顶表面和底表面，并且其中第二半导体层部分地覆盖第一半导体层的顶表面。

这些至少两个半导体层-例如n掺杂和p掺杂的半导体层-具有不同的表面积并且相对于彼此堆叠，使得上层留下下层的部分被暴露。这两者形成“阶梯状”结构，使得下层的上表面的一个部分与上层形成结，并且第二部分提供自由表面，其用于例如向层提供电流。

第一半导体层可以包括两个电气隔离的子部分，这两个子部分由半导体层中的分隔通道隔离，并且在它们的底表面处通过半导体衬底物理地连接。

因此，下半导体层的暴露部分被分成两个隔开的子部分：由上半导体层部分覆盖、但部分暴露的第一子部分；以及完全暴露、并且通过分隔通道与第一子部分电气隔离的第二子部分。第一子部分因此相对于上层形成如上所述的同一个“阶梯状”结构，包括邻近这两个层之间的节的暴露的下层“凸缘”，而第二子部分在分隔通道的另一侧形成隔开的“平台”。

在该布置内，串联布置的内部端子可以设置在下半导体层的一个子部分的顶表面上，第二外部端子可以设置在下半导体层的另一子部分的顶表面上，并且控制电极可以设置在分隔通道内的表面上。

例如，根据此实施例，第一子部分的暴露“凸缘”可以容纳内部接触部，由第二子部分形成的“平台”容纳第二外部接触部，并且控制电极驻留在分隔通道内。因此，控制电极可以在低于下半导体层的顶表面的水平处设置。

在一个具体实施例中，悬梁静电开关可以延伸跨过隔开两个子部分的分隔通道，该悬梁静电开关具有物理和电气地连接到第二外部端子或内部端子中的任意一个的一个端部。

因此，悬梁开关包括悬臂式电极，其延伸跨过分隔通道，在一个端部处弹性地铰接，在该端部处，其与毗邻通道的两个接触部中的一个建立永久连接。另一端部在其自然（闲置）状态下悬置在两个接触部中的另一个之上。由于电极在通道顶部之上跨越，通过向（设置在通道内的）控制电极施加电压，两个电极可以被静电吸引到彼此，并且因此使得开关的悬置端部与它的相应电气接触部接触，并且完成电路。

在替代实施例中，悬梁静电开关可以包括悬置在分隔通道之上的悬置压板电极，其物理地连接到悬浮的桥电极，并与该桥电极电气隔离，桥电极具有悬置在内部端子之上的第一端部和悬置在第二外部端子之上的第二端部，并且其中两个电极从邻近下层定位的辅助支撑结构铰接，跨越分隔通道。

悬梁开关在这种情况下从辅助支撑结构铰接，该辅助支撑结构定位在下层“后面”，具有延伸到下半导体层的顶表面的高度之上的高度，使得压板电极和桥电极两者可以通过与此升高的结构建立物理连接而在半导体层之上悬浮。

桥电极在这种情况下不在分隔通道顶部之上跨越，而是替代地包围分隔通道，围绕该通道延伸。以这种方式，由控制电极产生的静电场不需要干扰在内部接触部和第二外部接触部之间经过的电流（并且反之亦然）。在该示例中，开关的致动由控制电极和悬置压板电极之间的静电吸引促进，压板电极与桥电极电气隔离。压板电极例如接地，使得其可以被吸引到控制电极，并且其可以具有用于此目的的连接端子。

桥电极可以通过经过辅助支撑结构的顶部之上来围绕通道延伸。由于桥电极和压板电极之间的物理连接，后者的静电吸引还利用其拉动桥电极的两端部，从而完成内部端子与第二外部端子之间的电路。

上面结合串联开关布置描述的一般的MEMS开关设计可以等同地适用于并联开关布置，开关电气连接在第一和第二外部端子之间，并因此与LED结构并联。

根据本发明的另一方面，提供了一种制造具有集成静电开关的LED芯片的方法，该方法包括：

在半导体衬底上提供LED结构；

提供第一和第二外部端子，并在这两者之间连接LED结构；

提供与第一和第二外部端子之间的该LED结构串联、或与该LED结构并联的悬梁静电开关；

提供用于控制悬梁静电开关的控制电极；和

提供第三外部端子并将所述端子连接到控制电极。

提供LED结构可以包括提供第一半导体层和在该第一半导体层之上的第二半导体层，每个半导体层具有顶表面和底表面，并且其中第二半导体层部分地覆盖第一半导体层的顶表面。

可以实施提供这种结构的任何手段。例如，层可以外延生长（初始具有相同的表面积），并且随后去除上层的部分。替代地，可以提供已经具有这种结构（其已通过单独的工艺形成）的层。

该方法还可以包括在下半导体层的顶表面和底表面之间形成通道，从而提供具有两个电气隔离的子部分的下半导体层，两个子部分在它们的底表面处通过衬底连接。

通过以这种方式形成两个隔离的子部分，工艺步骤可以最少化，因为不需要独立地制造如上所述的隔开的“平台”部分。相反，开关机构的制作完全集成到与LED芯片的制作相同的工艺流程中作为整体，开关的元件由包含典型LED芯片装配件的标准半导体组件的操作形成。相比于作为外部驱动器组件将单独制作的MEMS设备与LED芯片组合，该集成可以例如降低成本并且简化制造。

在这种布置内，对于串联布置，内部端子可以提供在下半导体层的一个子部分的顶表面上，第二外部端子可以提供在下半导体层的另外的子部分的顶表面上，并且控制电极可以提供在分隔通道内的表面上。

此外，平坦化层可以另外在分隔通道内提供，并且控制电极可以在该平坦化层上提供。

这样的平坦化层用于升高设置控制电极的水平，从而减小所述电极与上面的悬置开关之间的位移。更接近的间隔例如允许利用更低的电压来致动开关。如果形成通道的方法在通道基部留下不平整的表面，则平坦化层更一般地可以简单地提供在其上安装控制电极的平坦表面。

替代地，控制电极可以简单地设置在所形成的通道的底部，在通道基部处位于衬底的暴露部分上。

提供悬梁静电开关可以包括在分隔通道之上形成牺牲层，在该牺牲层之上形成悬梁开关，并且随后去除牺牲层以留下跨过分隔通道悬置的悬梁开关。

牺牲层允许通过以最终开关的期望形状和期望高度沉积（或以其它方式形成）牺牲层来制作或形成开关的‘悬置’或未致动的形状。然后可以或者通过模制，或者以其他方式在牺牲层之上形成开关，并且最终去除牺牲层以留下处于其悬置状态的开关。

在一个实施例中，形成开关包括在分隔通道之上形成电极，第一端部物理和电气地连接到内部接触部或第二外部接触部中的任意一个，并且第二端部设置在内部接触部或第二外部接触部中的另一个之上（由牺牲层隔开）。

根据该实施例，由此创建了悬臂式电极开关，其延伸跨过分隔通道，在一个端部处弹性地铰接，在该端部处，其与毗邻通道的两个接触部中的一个建立永久连接。另一端部在其自然（闲置）状态下悬置在两个接触部中的另一个之上。

在替代实施例中，形成开关包括在牺牲层上形成定位于分隔通道之上的压板电极，并形成电气隔离但物理连接的桥电极，该桥电极具有设置在牺牲层上位于内部端子之上的第一端部和设置在牺牲层上位于第二外部端子之上的第二端部。

在该实施例内，还可以形成辅助支撑结构，该辅助支撑结构设置在衬底上，邻近下层，并且跨越分隔通道，用于为悬梁静电开关提供铰链支撑。

通过在芯片的整个半导体层结构之上沉积或形成平坦化介电材料的层，并且随后（通过例如蚀刻）去除所形成的层的部分而仅留下形成支撑结构的部分，支撑结构可以例如在提供接触端子之前形成。

替代地，支撑结构可以在本方法的工艺流程之前（或另外在其内）单独制造，并且随后在适当的位置安装到衬底层。

附图说明

现在将参考附图详细描述本发明的示例，在附图中：

图1示出了具有集成机电开关的LED芯片的第一示例实施例的示意图示；

图2示出了具有集成机电开关的LED芯片的该第一示例实施例的简图；

图3示出了具有集成机电开关的LED芯片的第二示例实施例的简图；

图4a-e示出了制造具有集成机电开关的LED芯片的该第一示例实施例的示例方法中的步骤；

图5a-h示出了制造具有集成机电开关的LED芯片的该第二示例实施例的示例方法中的步骤；

图6示出了具有集成机电开关的封装LED芯片的示例实施例；

图7示出了各自具有串联开关的LED模块的第一可能使用；并且

图8示出了各自具有并联开关的LED模块的第一可能使用。

具体实施方式

本发明提供一种具有用于LED的机电控制的集成静电开关的LED芯片。悬梁开关悬浮在导电控制电极之上，并且通过电极的充电，开关可被向下吸引以在LED结构和外部电极之间建立连接，或否则跨过LED结构建立连接。还提供了制造LED芯片的方法，其中开关机构的制造与LED结构的制造完全集成。

因此，本发明的实施例将MEMS开关设备集成在LED芯片内，这允许LED的ON/OFF控制，而不需要提供专用外部驱动器组件来实现该功能。对比晶体管开关，MEMS开关不需要专用半导体层，并且因此LED芯片内的集成既更简单又更便宜。特别地，通过完全集成LED元件和开关元件两者的制作，芯片的制造可以包括完全线性的工艺流程，其利用与标准LED制作技术基本类似的工艺。

图1示出了根据本发明的LED芯片的简单的第一示例实施例。具有两个电气隔离的子部分2a、2b的第一（下）半导体层设置在衬底层6上。两个子部分由分隔通道8隔开，在分隔通道8内安装了控制电极10，其用于静电地吸引悬置在上面的梁开关12。第二（上）半导体层14堆叠在下半导体层的第一子部分2a顶上，部分地覆盖第一子部分的顶表面。第一外部端子16设置在所述上半导体层14的顶表面上。两个半导体层适当地（并且相对于彼此相反地）掺杂，使得两个堆叠的层形成LED PN结。内部接触部18安装在第一下层子部分2a的暴露表面的顶部上，在该内部接触部之上悬浮着悬梁开关12的一个端部。悬梁的另一端部物理地和电气地连接到第二外部端子20，后者安装在下半导体层的第二子部分2b上。第一外部端子16和第二外部端子20一起包括经组合的LED和开关模块的阳极和阴极连接（或反之亦然）。

第三外部端子附接到控制电极10，用于向控制电极提供外部电压。在对控制电极施加适当电压时，悬梁12变成被静电吸引到电极，引起其悬置端部向下移位，并与内部端子18建立接触。然后在第一外部端子16和内部端子18之间建立电气连接，从而允许电流穿过连接在第一外部端子16和第二外部端子20之间的LED结构，在第一外部端子16和第二外部端子20之间流动。因此，控制电极10提供悬梁开关12的静电致动和LED芯片22的ON/OFF控制。

在图1的具体示例中，下层示出为包括n掺杂层，并且上层示出为包括p掺杂层。然而，应当理解，在替代实施例中，这些层可以在其顺序方面颠倒。此外，其他示例可以包括具有更复杂结构的LED元件，其例如包括附加的中间半导体层。

根据该第一实施例的不同示例，可以提供附加的非半导体层。例如，可以在控制电极10之上施加隔离或介电层，以将层与包围它的两个下层子部分2a、2b和悬挂在上面的梁开关12二者导电地隔离。在一些示例中，该层可以包括SiN的介电层。此外，通过选择性地控制这样的层的厚度，可以控制控制电极与梁开关之间的间隔距离。使隔离层更薄将导致芯片的致动需要更低的控制电压。

还应当注意，尽管在给出的示例中，第一下半导体层子部分2a和第二下半导体层子部分2b通过分隔通道8或间隔道电气隔离，但是不同的实现这种隔离的方法也是可能的。例如，两个子部分可以由施加在下层顶上的隔离层隔开，或者，第二子部分可以例如包括升高的部分，该升高的部分通过绝缘层与该层的其余部分电气隔离。

在一个实施例中，衬底层可以包括蓝宝石衬底层，诸如图案化蓝宝石衬底（PSS）。相比于更常规的衬底构成的LED，图案化蓝宝石衬底LED具有亮度增加的优点。蓝宝石衬底表面上的图案化减少了在到达衬底边界后被往回反射到LED中的光的量，并且因此改进了元件的整体亮度。然而，在替代的实施例中，根据特定的光输出或制造规格，并且与制作时的可用技术相一致，可以为衬底使用任何合适的材料。

在图2中示出了如上面描述的第一实施例的示例的简图。控制电极10由隔离介电层30覆盖，并且在悬梁12下方坐落于分隔通道8中。梁跨越安装到第一下半导体层子部分2a的内部端子18和安装到第二下层子部分2b的表面的第二外部端子20（或‘N接触部’）之间。第一外部接触部16（或‘P接触部’）安装到p掺杂上半导体层14的表面。

虽然该第一实施例受益于非常简单的设计和结构，但是它也遭受LED自身的驱动电压影响控制电极和悬梁之间的相互作用的缺陷。由于驱动电流由与促进芯片的静电切换完全相同的组件承载，静电作用可能受到通过电流的影响。

为了规避这种情况，根据本发明的第二实施例，悬梁开关被分成两个隔开的（并且电气隔离的）元件：一个用于承载LED驱动电流，并且另一个用于与控制电极静电地相互作用。

在图3中示出了该第二实施例的第一示例的简图。根据该示例，悬梁静电开关12包括悬置在分隔通道8之上的悬置压板电极34（在该分隔通道内设置控制电极10）和悬浮的桥电极36（该桥电极具有悬置在内部端子18之上的第一端部和悬置在第二外部端子20之上的第二端部）。悬置压板电极通过接触端子接地。悬浮的桥电极的两端部通过支撑绝缘层38物理地连接到压板电极。两个电极物理地附接到辅助支撑结构42，该辅助支撑结构包含绝缘材料，并且定位于分隔通道的一个端部‘后面’，安装到衬底的邻近部分。两个电极一起构成了悬梁开关，该悬梁开关从支撑结构“铰接”，以便当闲置时在接触部18和20之上悬浮，并且当被致动时向下变形。

当对控制电极10施加电压时，压板电极34被静电吸引，并且由于物理连接层38，利用其拉动桥电极36，桥电极的两端部分别与内部接触部18和第二外部接触部20建立接触，从而跨过芯片完成电路。

由于压板电极34与桥电极36电气隔离，在开关被激活的情况下，LED驱动电流不干扰开关的静电致动。

物理连接层可以包括任何合适的绝缘或介电材料，诸如例如SiN。

在其他示例中，实施例可以包括附加的绝缘、介电或支撑层。在一个示例中，分隔通道8被平坦化介电层46部分地填充，并且控制电极10设置在所述层之上。这样的平坦化层用于升高控制电极被设置的水平，从而减小所述电极与上方的悬置开关之间的位移。更接近的间隔例如允许以更低的电压致动开关。如果形成通道的方法在其基部留下不平整的表面，则平坦化层更一般地可以简单地提供在其上安装控制电极的平坦表面。

此外，如在第一实施例中，控制电极（在一个示例中）可以由（SiN的）介电或绝缘层覆盖，用于提供与上方压板电极34的绝缘或间隔。该（一个或多个）介电层的厚度确定了控制电极和压板电极之间的间隔距离，并且因此确定了开关的致动所需的电压。

为了防止由于第二外部接触部20和桥电极36的相应悬挂（overhanging）端部之间的电压差（以及因此静电吸引）导致的意外致动，桥电极右手侧的表面可能在某些示例中具有非常小的尺寸，以便最小化静电力。

LED与静电开关的裸片级（die-level）集成允许使用线性工艺流程构建芯片，该工艺流程利用与标准LED制作技术基本类似的工艺。特别地，芯片的开关组件可以集成到包括典型LED芯片的传统半导体层结构的简单操控中，并且实际上部分地由该简单操控制作。此外，对工艺流程的修改，或工艺流程内所需的附加步骤典型是在MEMS设备制作的领域内已经众所周知的步骤或过程。因此，下面描述的方法仅仅构成在它们各自的技术领域内众所周知的制作技术的集成，并且此外，已经存在针对所述方法的成熟技术用于实施。

在图4a-e中图示了用于制作如上所述的根据本发明的第一实施例的LED芯片的第一示例工艺流程中的阶段。

图4a示出了在形成LED结构之后、但在形成MEMS开关之前的结构。如图4a所示，首先提供衬底层6，其具有设置在其表面上的堆叠的下半导体层2a、2b和上半导体层14，下半导体层包括由分隔通道8隔开的两个隔离的子部分2a、2b，其中第一子部分具有由上层14部分覆盖的顶表面，并且第二子部分2b具有暴露的顶表面。第一外部端子16被提供到上半导体层14的表面，并且内部接触部18被提供到下半导体层的第一子部分2a的顶表面的暴露部分。控制端子10在分隔通道8内提供，并且外部接触端子（未示出）连接到控制端子以施加外部控制信号。

在一个示例中，上半导体层14和下半导体层2a、2b在衬底层6上外延生长，并且随后通过光刻蚀刻原位成形以形成图4a中描绘的结构。例如，上半导体层和下半导体层可以初始地在衬底6上生长，各自覆盖相同面积的衬底（上层完全覆盖下层的顶表面）并且随后层的部分被去除以便形成图4a的结构。特别地，首先去除上半导体层14的部分，并且随后穿过下半导体层2形成分隔通道8以形成两个隔离的下层子部分2a、2b。

在已形成图4a的半导体层结构的情况下，接触端子16、18、10然后被提供到它们的相应表面。通过金属层在对于接触部的期望地点的受控沉积和图案化，接触部在原位形成。

应当注意，尽管在图4的具体示例中，方法被示出为包括在p掺杂层下面提供n掺杂层，但在替代实施例中，这些层可以形成为具有交替的顺序以创建PN结。此外，在某些实施例中，还可以提供附加的中间半导体层，例如在p层和n层之间的多量子阱堆叠。

如图4b中所图示的，在已设置了金属接触部16、18、10的半导体层结构已被提供/形成的情况下，在分隔通道8内提供两个堆叠的层：覆盖控制端子10的介电或绝缘层50，以及在所述第一层50的顶上第一牺牲层52。在一些示例中，介电或绝缘层可以包括例如SiN。牺牲层可以包括例如SiO₂。然而，可以替代地使用任何合适的材料，其中牺牲层包括可被容易地蚀刻掉，而留下介电层在适当位置的材料。在反应器中的一个沉积行程期间，可以依次添加两个层50、52。在这些沉积步骤之后，层被蚀刻。

在第一牺牲层52之上随后提供第二牺牲层54（如图4c中所图示），该层延伸跨过分隔通道8的顶部，并且至少部分地覆盖内部端子18，并且部分地覆盖下半导体层的第二子部分2b的顶表面的节段。第二牺牲层然后也是SiO₂并且达到在由内部端子18形成的接触电极的高度之上的高度。

如图4d所示，悬梁电极/开关12在第二牺牲层54顶上形成。因此，第二牺牲层被沉积和/或图案化以便跨过其顶表面呈现悬挂梁12所期望的特定形状。悬梁电极12形成为覆盖第二牺牲层54的上表面并且至少部分地覆盖第二下层子部分2b的顶表面。因此，形成了悬置开关和第二外部接触部20两者，第二外部接触部用于当芯片在使用中时为LED提供驱动电流。

悬置开关12的形成可以包括例如跨过牺牲层54沉积金属层，并且图案化或蚀刻该层以便仅覆盖牺牲层54和第二子部分2b的期望部分。

如图4e所示，在已形成悬置电极12的情况下，两个牺牲层52、54被去除以留下悬置开关12在一个端部处物理地和电气地连接到形成的第二外部接触部20，并且在另一端部处悬置在内部接触部18之上。

牺牲层的去除可以例如通过蚀刻来执行。在特定情况下（例如提供包含SiN的介电层50，并且提供包含SiO₂的牺牲层52、54），牺牲层可以通过氢氟酸（蒸气/湿蚀刻）来蚀刻掉。SiN对氢氟酸有抗性，并且因此在蚀刻工艺之后将作为介电层52保留在控制电极顶部上以确保良好的隔离。

由图4a-e描绘（并在上面描述）的示例制造方法具有下述特定优点：在所需单独工艺步骤的数量和在各种层内利用的不同材料的数量的方面的显著简约。然而，如上面提到的，通过该方法制造的特定实施例具有LED自身的驱动电压影响开关的致动行为的缺点。

因此，在图5a-h中描绘了制造如上所述（并在图3中示出）的本发明的第二实施例的示例方法中的工艺步骤。如图5a所示，该方法包括首先提供衬底层6，其具有设置在其表面上的堆叠的n和p掺杂半导体层，下（n掺杂）层2a、2b被分隔通道8分成两个隔离的子部分，第一子部分2a由上半导体层14部分地覆盖，并且第二子部分2b具有暴露的上表面。因此，该方法再次在LED结构的常规形成之后描述。

图5b示出了该方法的下个阶段，其中图5a的半导体层结构由平坦化介电层60覆盖或“填充”。平坦化介电层在一个示例中可以包含苯并环丁烯的层，但可以在其他示例中包括不同的材料。如图5c所示，平坦化介电层随后被往回图案化和蚀刻，以便部分地填充分隔通道8。辅助支撑结构42也通过所述图案化和蚀刻工艺形成（为了清楚起见，辅助支撑结构未在图5中示出，但在本发明的第二实施例的图3描绘中示出），该辅助支撑结构设置在图5c中描绘的层结构“后面的”衬底6的部分上，邻近分隔通道8的一个端部，并跨越两个下半导体层子部分2a、2b之间。

在平坦化介电层60的蚀刻/图案化之后，外部和内部接触端子16、18、20被提供到半导体层的相应表面，并且控制端子10被提供到设置在分隔通道内的平坦化介电层的顶表面。还提供了第三外部端子（未示出），其与控制端子连接，用于传送外部电压。如在第一示例制造方法中那样，这些端子典型通过沉积和图案化在原位形成。

在提供了接触端子的情况下（如图5d所示），提供介电材料的层64，其覆盖控制端子10，并且在介电层顶上提供第一牺牲层66，所提供的这两个层具有组合厚度，使得第一牺牲层的顶表面与相邻接触端子18和20的顶表面对齐。然而，电极的对齐是可选的。在一些示例中，牺牲层可以包括SiO₂的层。然而，技术人员将理解，存在用于牺牲层的构成的其它这样的材料。介电层64用于提供压板电极的电气隔离。

如图5e所描绘的，随后沉积第二牺牲层68，其覆盖内部端子18和第二外部端子20的顶表面的全部，并且延伸跨过第一牺牲层66顶部，以覆盖分隔通道8。

随着第二牺牲层68就位，随后形成悬梁开关的金属组件。如上面描述的，在本发明的第二示例实施例中（见图3），悬梁开关包括电气隔离的桥电极36和压板电极34。桥电极具有悬置在内部端子之上的第一端部36a和悬置在第二外部端子之上的第二端部36b。压板电极34物理地悬浮在分隔通道8及设置在该分隔通道中的控制电极10之上。如图3所示，桥电极36和压板电极34两者与辅助支撑结构42物理地连接，桥电极经由辅助支撑结构的顶表面跨越两个下层子部分2a、2b之间。因此，在桥电极和压板电极的形成中，如通过图5f图示的，沉积（和图案化）第一金属层，其从第一端部端子36a‘向后’延伸到后面的辅助支撑结构（未示出），跨过支撑结构的顶表面，并且再次‘向前’延伸，以形成第二端部端子36b。在两个端部端子之间形成压板电极34，压板电极‘向后’延伸以与支撑结构42建立物理接触，而不与所沉积的桥电极36建立物理接触。

在形成金属接触元件36a、36b、34时，这些元件被介电层72覆盖（见图5g）。介电层用于将这三个接触点物理地结合在一起，以便形成作为单个实体移动的一体的悬梁开关结构12。

在该介电层的沉积（或其他应用）之后，通过例如蚀刻来去除第一和第二牺牲层66、68（见图5h），留下压板电极34和桥电极36分别悬置在内部和第二外部端子以及控制电极之上。

当使用MEMS致动器来进行切换时，密封设备对于确保设备的正常运行和对于最大化寿命来说是重要的。因此，根据多个实施例，LED芯片可以包裹在包装布置内。在电子封装的领域中存在能够气密地密封电气设备的敏感部件的若干技术。

图6示出了这种布置的简单示例，其中包括LED芯片的第一上述实施例的装置被包裹在封盖结构76内，该封盖结构气密地密封设备的组件，阻隔其与周围环境。封盖结构可以由玻璃形成，并且在一些示例中可以另外由磷光体覆盖，以便创建白光LED。在以这种方式密封装置的情况下，到第一、第二和第三外部端子的连接将需要在密封件外部确定路线。也可以考虑用于包装LED芯片的其它方法。

上述示例创建了包括LED和串联开关的LED模块。可能有多个LED在每个芯片内串联。开关可以替代地与LED并联，并且可以应用相同的基础工艺方案。

例如，通过将接触部16、18用作外部阳极和阴极端子，并且将接触部16和20电气连接在一起，可以形成并联架构。以这种方式，二极管在外部接触部18和16（=20）之间，并且开关也在外部接触部18和16（=20）之间。在这种情况下，电极18需要被制作得较大，使得其可以既用作外部端子，并且又用作静电梁的接触端子。

因此，可以使用相同、但具有一个附加的内部连接的结构来形成并联布置。

在另一布置中，所有三个接触部16、18、20可以作为外部端子来提供，并且外部互连然后可以确定开关是作为串联开关还是并联开关来耦合。整体模块于是将具有四个外部端子。

当然，其它不同的设计可以用于串联版本和用于并联版本。为了避免共享电极，LED和开关可以利用五个外部端子（两个用于LED、三个用于开关）在芯片内完全独立。建立的外部连接然后可以确定组件是串联还是并联。

图7示出了具有集成串联开关的LED模块的一种可能的使用。存在示出为并联的三个模块。每个模块80提供不同颜色的输出，诸如红色、绿色和蓝色，或白色、冷白色和暖白色。每个颜色起通道的作用，并且例如利用PWM（脉冲宽度调制）信号来控制开关以控制来自每个通道的光贡献。

图8示出了具有集成并联开关的LED模块的一种可能的使用。存在示出为串联的三个模块90。并联开关控制电路中有多少个模块。可以根据经整流的市电信号水平来选择被使用的模块的数量，从而简化所需要的驱动器。因此开关利用经整流的市电电压信号被同步地控制。

存在可利用与LED相关联的串联或并联开关的其他电路。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，可以理解和达成对所公开实施例的其它变型。权利要求中，词语“包括”不排除其它元素或步骤，并且不定冠词“一（a或an）”不排除复数。在互不相同的从属权利要求中列举某些措施的纯粹事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应解释为限制范围。

Claims (9)

1.一种LED芯片（22），包括：

半导体衬底（6）；

第一和第二外部端子（16、20）；

连接在所述第一和第二外部端子之间的LED结构，所述LED结构包括第一半导体层（2）和在所述第一半导体层（2）之上的第二半导体层（14），每个层具有顶表面和底表面；

悬梁静电开关（12），其与所述第一和第二外部端子之间的所述LED结构串联连接，或与所述LED结构并联连接；

第三外部端子；和

连接到所述第三外部端子、用于控制所述悬梁静电开关（12）的控制电极（10），

其中所述第一半导体层包括两个电气隔离的子部分（2a、2b），所述两个电气隔离的子部分由所述第一半导体层中的分隔通道（8）隔离，并且在它们的底表面处通过所述半导体衬底（6）物理地连接，

其中所述第二半导体层部分地覆盖所述第一半导体层的顶表面，

其中内部端子（18）连接到所述LED结构的阳极或阴极，并设置在所述第一半导体层的一个子部分（2a）的顶表面上，并且

其中所述第二外部端子（20）设置在所述第一半导体层的另一子部分（2b）的顶表面上，并且所述控制电极（10）设置在所述分隔通道（8）内的表面上。

2.根据权利要求1所述的LED芯片，其中所述悬梁静电开关（12）延伸跨过隔开两个子部分（2a、2b）的所述分隔通道（8），具有物理和电气地连接到所述第二外部端子（20）或所述内部端子（18）中的任意一个的一个端部。

3.根据权利要求1所述的LED芯片，其中所述悬梁静电开关（12）包括悬置压板电极（34），所述悬置压板电极悬置在所述分隔通道（8）之上，物理地连接到悬浮的桥电极（36），并与所述桥电极电气隔离，所述桥电极具有悬置在所述内部端子（18）之上的第一端部和悬置在所述第二外部端子（20）之上的第二端部，并且其中两个电极从邻近所述第一半导体层（2）定位的辅助支撑结构（42）铰接，跨越所述分隔通道（8）。

4.一种制造具有集成静电开关的LED芯片（22）的方法，所述方法包括：

在半导体衬底（6）上提供LED结构，包括提供第一半导体层（2）和在所述第一半导体层（2）之上的第二半导体层（14），每个半导体层具有顶表面和底表面，并且其中所述第二半导体层部分地覆盖所述第一半导体层的顶表面；

提供第一和第二外部端子（16、20），并且将所述LED结构连接在两者之间；

在所述第一半导体层（2）的顶表面和底表面之间形成分隔通道（8），从而提供具有两个电气隔离的子部分（2a、2b）的第一半导体层，两个子部分由所述分隔通道（8）隔离，并且在它们的底表面处通过衬底（6）连接；

提供悬梁静电开关（12），所述悬梁静电开关与所述第一和第二外部端子之间的所述LED结构串联，或者与所述LED结构并联；

提供用于控制所述悬梁静电开关（12）的控制电极（10）；

提供第三外部端子，并将所述第三外部端子连接到所述控制电极（10）；以及

在所述第一半导体层的一个子部分（2a）的顶表面上提供内部端子（18），

其中所述第二外部端子（20）被提供在所述第一半导体层的另外的子部分（2b）的顶表面上，并且所述控制电极（10）被提供在所述分隔通道（8）内的表面上。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括在所述分隔通道内提供平坦化层（46），并且其中所述控制电极（10）被提供在所述平坦化层上。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中提供悬梁静电开关（12）包括在所述分隔通道（8）之上形成牺牲层（54、68），在所述牺牲层之上形成悬梁静电开关，以及随后去除所述牺牲层以留下跨过所述分隔通道悬置的悬梁静电开关。

7.根据权利要求6所述的方法，其中形成悬梁静电开关（12）包括在所述分隔通道（8）之上形成电极，所述电极具有物理和电气地连接到所述内部端子（18）或所述第二外部端子（20）中的任意一个的第一端部，和设置在所述内部端子或第二外部端子中的另一个之上、通过所述牺牲层隔开的第二端部。

8.根据权利要求6所述的方法，其中形成悬梁静电开关（12）包括在所述牺牲层上形成定位在所述分隔通道（8）之上的压板电极（34），以及形成电气隔离但物理连接的桥电极（36），所述桥电极具有设置在所述牺牲层上、在所述内部端子（18）之上的第一端部（36a）和设置在所述牺牲层上、在所述第二外部端子（20）之上的第二端部（36b）。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括形成辅助支撑结构（42），所述辅助支撑结构设置在所述衬底（6）上，邻近所述第一半导体层（2），并且跨越所述分隔通道（8），用于为所述悬梁静电开关（12）提供铰链支撑。

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