具有靜電保護的發光二極管及其制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有靜電保護的發光二極管及其制作方法，其在芯片出光面上設置靜電保護區、電極區和出光，在電極區上形成第一N型歐姆接觸電極，在該靜電保護區依次形成蝕刻截止層、隧穿結、靜電保護層、第二N型歐姆接觸電極構成抗靜電保護結構，在當發光二極管受到靜電逆向偏壓時，所述抗靜電保護結構工作，電流經由第一N型歐姆接觸電極、靜電保護結構至第二N型歐姆接觸電極，避免靜電逆向偏壓過高造成所述發光層被破壞。
【專利說明】
具有靜電保護的發光二極管及其制作方法
技術領域
[0001] 本發明涉及半導體照明領域，具體的說是具有抗靜電保護結構的發光二極管及其 制作方法。
【背景技術】
[0002] 發光二極管是一種半導體固體發光器件，其利用半導體PN結作為發光材料，可以 直接將電轉換為光。發光二極管的正逆向電流或電壓必須經過發光層，在施加反向電壓過 大時會有造成芯片被擊穿的可能性，導致芯片功能失效。
[0003] 中國專利公開申請案CN102308397A公開了一種發光二極管和發光二極管燈，其在 透明基板的底部設置第3電極，在裝配成發光二極管燈時將η型歐姆電極和第3電極通過η極 電極端子以成為等電位或大致等電位的方式電連接，并且從透明基板側向Ρ型GaP層側的擊 穿電壓為比PN接合型的發光部的反向電壓低的值。由此，與其使在不小心地施加反向電壓 時發生的反向電流經由設置于發光部的上方的η型歐姆電極流到PN接合部的反向電壓高的 發光部，不如索性使其經由第3電極在擊穿電壓低的透明基與ρ型GaP層的接合區域流通，可 以不經由發光部而逃向P型歐姆電極。因此，能夠避免由不小心的反向過電流的流通引起的 發光二極管的發光部的破壞。
[0004] 然而，該防止逆向電壓擊穿發光二極的結構必須為水平板PN電極同一面的芯片結 構，并不適合于垂直版芯片，此問題大大減少并且限制了 LED應用的簡便性。
【發明內容】
[0005] 針對前述問題，本發明提出一種具有靜電保護的發光二極管結構，其將防止逆向 電壓擊穿結構做于LED芯片上，增加芯片質量與使用上的簡便性。
[0006] 本發明解決上述問題的技術方案為:一種具有靜電保護的發光二極管的外延片， 依次包括:生長襯底；由一N型半導體層和一P型半導體層構成的靜電保護層，形成于所述生 長襯底之上；隧穿結，形成于所述靜電保護層之上;蝕刻截止層，形成于所述隧穿結之上;N 型覆蓋層，形成于所述第二蝕刻截止層之上；發光層，形成于所述N型覆蓋層之上;P型覆蓋 層，形成于所述發光層之。
[0007] 采用上述外延結構設計的LED芯片結構，包括:發光部，包含P型覆蓋層、發光層和 N型覆蓋層，其上表面劃分為出光區、電極區和靜電保護區；抗靜電保護結構，位于所述發光 部的靜電保護區之上，依次包含蝕刻截止層、隧穿結、靜電保護層，所述靜電保護層由一 N型 半導體層和一 P型半導體層構成;第一 N型歐姆接觸電極，形成于所述發光部的電極區之上； 第二N型歐姆接觸電極，形成于所述靜電保護層之上；當發光二極管受到靜電逆向偏壓時， 所述抗靜電保護結構工作，電流經由第一N型歐姆接觸電極、靜電保護結構至第二N型歐姆 接觸電極，避免靜電逆向偏壓過高造成所述發光層被破壞。作為本發明的一個較佳實施例， 所述發光部位通于金屬鍵合層粘結于導電基板上。更佳的，在發光部與金屬鍵合層之間還 可設置反射鏡結構。
[0008] 上述具有靜電保護的發光二極管芯片的制作方法，包括步驟：1)外延生長:在生長 襯底上外延生長形成外延片，其自下而上包含:生長襯底、由一N型半導體層和一 P型半導體 層構成的靜電保護層、隧穿結、蝕刻截止層、N型覆蓋層、發光層和P型覆蓋層;2)轉移生長襯 底:提供一導電基板，通過一金屬鍵合層與所述外延片的P型覆蓋層一側表面進行粘接，移 除所述生長襯底，露出外延片的表面;3)制作抗靜電保護結構:在露出的外延片表面上定義 出光區、電極區和靜電保護區，去除所述出光區和電極區的靜電保護層、隧穿結、蝕刻截止 層;4)制作電極:在所述外延片表面的電極區制作第一 N型歐姆接觸電極，在所述靜電保護 層上制作第二N型歐姆接觸電極。在上述形成的發光二極管結構中，所述蝕刻截止層、隧穿 結、靜電保護層和第二N型歐姆接觸電極構成抗靜電保護結構，當發光二極管受到靜電逆向 偏壓時，所述抗靜電保護結構工作，電流經由第一 N型歐姆接觸電極、靜電保護結構至第二N 型歐姆接觸電極，避免靜電逆向偏壓過高造成所述發光層被破壞。
[0009] 優選地，所述構成靜電保護層的N型半導體層同時作為N型歐姆接觸半導體層。
[0010] 優選地，所述靜電保護層由N-GaAs層和P-GaAs層構成。
[0011] 優選地，所述隧穿結由P型重摻雜層和N型重摻雜層構成，其中P重摻雜層為P++-GaAs，其摻雜濃度彡1E19，N重摻雜層為N++-GaAs，其摻雜濃度彡1E20。
[0012]優選地，所述蝕刻截止層為N型摻雜，摻雜濃度至少為1E18以上，較佳值為5E18,摻 雜材料可以為Si、Te，厚度至少為1000A以上，材料可選用InGaP、GaP、GaAs、AlInP、AlAs 或AlGaAs〇
[0013] 優選地，在所述蝕刻截止層與N型覆蓋層之間還設有一 N型歐姆接觸半導體層。
[0014] 優選地，在所述N型歐姆接觸半導體層與N型覆蓋層之間還設有一 N型電流傳輸層， 其摻雜濃度彡5E17，厚度彡2000nm 〇
[0015] 優選地，所述出光區的面積大于所述靜電保護區的面積。
[0016] 本發明的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變 得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在說明書、權利 要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
【附圖說明】
[0017] 附圖用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發明的實 施例一起用于解釋本發明，并不構成對本發明的限制。此外，附圖數據是描述概要，不是按 比例繪制。
[0018] 圖1為根據本發明實施的一種具有靜電保護的LED外延結構的側面剖視圖。
[0019] 圖2為采用圖1所示外延結構制作的LED芯片結構的側面剖視圖。
[0020] 圖3為根據本發明實施的一種具有靜電保護的LED芯片在正常工作模式下的電流 流向示意圖。
[0021] 圖4為根據本發明實施的一種具有靜電保護的LED芯片在抗靜電工作模式下的電 流流向示意圖。
[0022] 圖5為根據本發明實施的制作一種具有靜電保護的LED過程剖視圖。
【具體實施方式】
[0023] 以下將結合附圖及實施例來詳細說明本發明的實施方式，借此對本發明如何應用 技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現過程能充分理解并據以實施。需要說明 的是，只要不構成沖突，本發明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結合， 所形成的技術方案均在本發明的保護范圍之內。
[0024] 請參看附圖1，根據本發明實施的一種發光二極管的外延結構，包括：生長襯底 100,第一蝕刻截止層111、靜電保護層之N型層112、靜電保護層之P型層113、P型重摻層114、 N型重摻層115、第二蝕刻截止層116、N型歐姆接觸層117、N型電流擴散層118、N型覆蓋層 119、多量子阱發光層120、P型覆蓋層121、P型電流擴散層122和P型歐姆接觸層123。
[0025] 具體的，生長襯底100采用GaAs材料;第一蝕刻截止層111采用N-InGaP材料;靜電 保護層之N型層112采用N-GaAs材料，其可同時作為抗靜電保護結構的歐姆接觸半導體層； 靜電保護層之P型層113采用P- GaAs材料;P型重摻層114和N型重摻層115構成隧穿結，其中 P重摻雜層114為P++-GaAs，其摻雜濃度彡1E19，N重摻雜層115為N++-GaAs，其摻雜濃度彡 1E20;第二蝕刻截止層116為N型摻雜，摻雜濃度至少為1E18以上，較佳值為5E18,摻雜材料 可以為Si、Te，厚度至少為1000A以上，材料可選用InGaP、GaP、GaAs、AlInP、AlAs或 AlGaAs;N型歐姆接觸層117的材料為GaAs;N型電流擴散層118為n-AlGalnP，摻雜濃度至少 為7E17以上，較佳值為1E18,摻雜材料可以為Si、Te，厚度至少為1微米以上，較佳值為3微 米;η型覆蓋層119的材料為AllnP;有源層120為多量子阱結構;p型覆蓋層121的材料可為 A1 InP; p型電流擴散層122的厚度為0.5~2微米，較佳值為1微米;P型歐姆接觸層123的材料 為p-GaP，摻雜濃度至少為8E17以上，較佳值為IE 18，摻雜材料可以為Mg、Zn、C，厚度至少為5 微米以上，較佳值為10微米。
[0026] 下面表格列舉了上述LED外延結構中各層的主要材料及其相關參數。
[0027] 圖2顯示了采用上述外延結構設計的一種發光二極管的芯片結構，自下而上依次 包括:P電極143、導電基板101、金屬鍵合層132、鏡面層131、P型歐姆接觸層123、P型電流擴 散層122、P型覆蓋層121、發光層120、N型覆蓋層119、N型電流擴散層118、N型歐姆接觸層 117、第二蝕刻截止層116、N重摻雜隧穿結層115、P重摻雜隧穿結層114、靜電保護層之P型層 113、靜電保護層之N型層、第一歐姆接觸電極141和第二歐姆接觸電極142。其中，N型電流擴 散層118的上表面劃分為出光區、電極區和靜電保護區，N型歐姆接觸層117形成于出光區和 電極區，第二蝕刻截止層116、N重摻雜隧穿結層115、P重摻雜隧穿結層114、靜電保護層之P 型層113和靜電保護層之N型層112形成于靜電保護區，第一歐姆接觸電極141形成于電極區 的N型歐姆接觸層117上，第二歐姆接觸電極142形成于靜電保護層之N型層112上。
[0028]在上述LED芯片結構中，N型電流擴散層118、第二蝕刻截止層116、N重摻雜隧穿結 層115、P重摻雜隧穿結層114、靜電保護層之P型層113和靜電保護層之N型層112構成靜電保 護結構。將圖2所述LED芯片安裝于PCB板200時，其中第一N型歐姆接觸電極141與PCB板200 的負極接點200a連接，第二N型歐姆接觸電極142和P電極143與PCB板200的正極接點200b連 接，當此發光二極管施以正向偏壓，電流經由P電極143到外延發光層至第一 N型歐姆接觸電 極141，此芯片正常工作，如圖3所示；當發光二極管受到靜電逆向偏壓時，芯片抗靜電保護 結構工作，電流經由第一 N型歐姆接觸電極141到靜電保護結構至第二N型歐姆接觸電極 142，避免靜電逆向偏壓過高造成MQW發光層被破壞，導致LED失效。
[0029] 下面對上述發光二極管的制作方法做簡單描述。
[0030] 首先，采用外延生長方法形成圖1所示的外延結構。
[0031] 接著，進行基板轉移:在p型歐姆接觸層123的表面上制作鏡面層131，其包括P型歐 姆接觸金屬層131a和高透光性介電材料層131b，兩者配合一方面提供P型歐姆接觸層，另一 方面用于反射發光層射向下方的光線;提供一導電基板101，在其上涂布金屬鍵合層132,將 導電基板101與鏡面層131進行黏合，并去除生長襯底100,裸露N型歐姆接觸層112,如圖5所 不。
[0032] 再接著，制作抗靜電保護結構:在裸露出的N型歐姆接觸層112表面上定義出光區、 電極區和靜電保護區，使用黃光化學制成技術，蝕刻去除出光區的靜電保護層之N型層112、 靜電保護層之P型層113、P型重摻層114、N型重摻層115、第二蝕刻截止層116、N型歐姆接觸 層117及電極區的靜電保護層之N型層112、靜電保護層之P型層113、P型重摻層114、N型重摻 層115、第二蝕刻截止層116,從而形成由N型電流擴散層118、第二蝕刻截止層116、N重摻雜 隧穿結層115、P重摻雜隧穿結層114、靜電保護層之P型層113和靜電保護層之N型層112構成 靜電保護結構。
[0033] 最后，制作N型歐姆接觸電極:在電極區的N型歐姆接觸層117上制作第一N型歐姆 接觸電極141，在靜電保護區的靜電保護層112上制作第二N型歐姆接觸電極142,形成具有 抗靜電保護結構的發光二極管。
[0034] 很明顯地，本發明的說明不應理解為僅僅限制在上述實施例，而是包括利用本發 明構思的所有可能的實施方式。
【主權項】
1. 具有靜電保護的發光二極管外延片，依次包括:生長襯底；由一N型半導體層和一P型 半導體層構成的靜電保護層，形成于所述生長襯底之上;隧穿結，形成于所述靜電保護層之 上;蝕刻截止層，形成于所述隧穿結之上;N型覆蓋層，形成于所述第二蝕刻截止層之上;發 光層，形成于所述N型覆蓋層之上;P型覆蓋層，形成于所述發光層之。2. 根據權利要求1所述的具有靜電保護的發光二極管外延片，其特征在于:所述構成靜 電保護層的N型半導體層同時作為N型歐姆接觸半導體層。3. 根據權利要求1所述的具有靜電保護的發光二極管外延片，其特征在于:所述靜電保 護層由N-GaAs層和P-GaAs層構成。4. 根據權利要求1所述的具有靜電保護的發光二極管外延片，其特征在于:所述隧穿結 由P型重摻雜層和N型重摻雜層構成，其中P重摻雜層為P++-GaAs，其摻雜濃度彡1E19，N重摻 雜層為N++_GaAs，其摻雜濃度彡1E20。5. 根據權利要求1所述的具有靜電保護的發光二極管外延片，其特征在于:所述蝕刻截 止層的厚度彡1000 A。6. 根據權利要求1所述的具有靜電保護的發光二極管外延片，其特征在于:在所述蝕刻 截止層與N型覆蓋層之間還設有一 N型歐姆接觸半導體層。7. 根據權利要求6所述的具有靜電保護的發光二極管外延片，其特征在于:在所述N型 歐姆接觸半導體層與N型覆蓋層之間還設有一 N型電流傳輸層，其摻雜濃度多5E17,厚度多 2000nm。8. 具有靜電保護的發光二極管芯片，包括： 發光部，包含P型覆蓋層、發光層和N型覆蓋層，其上表面劃分為出光區、電極區和靜電 保護區； 抗靜電保護結構，位于所述發光部的靜電保護區之上，依次包含蝕刻截止層、隧穿結、 靜電保護層，所述靜電保護層由一 N型半導體層和一 P型半導體層構成； 第一 N型歐姆接觸電極，形成于所述發光部的電極區之上； 第二N型歐姆接觸電極，形成于所述靜電保護層之上； 當發光二極管受到靜電逆向偏壓時，所述抗靜電保護結構工作，電流經由第一 N型歐姆 接觸電極、靜電保護結構至第二N型歐姆接觸電極，避免靜電逆向偏壓過高造成所述發光層 被破壞。9. 根據權利要求8所述的具有靜電保護的發光二極管芯片，其特征在于:所述構成靜電 保護層的N型半導體層同時作為N型歐姆接觸半導體層。10. 根據權利要求8所述的具有靜電保護的發光二極管芯片，其特征在于:所述靜電保 護層由N-GaAs層和P-GaAs層構成。11. 根據權利要求8所述的具有靜電保護的發光二極管芯片，其特征在于:所述隧穿結 由P型重摻雜層和N型重摻雜層構成，其中P重摻雜層為P++-GaAs，其摻雜濃度彡1E19，N重摻 雜層為N++_GaAs，其摻雜濃度彡1E20。12. 根據權利要求8所述的具有靜電保護的發光二極管芯片，其特征在于:所述蝕刻截 止層的厚度彡1000 A。13. 根據權利要求8所述的具有靜電保護的發光二極管芯片，其特征在于：在所述蝕刻 截止層與N型覆蓋層之間還設有一 N型歐姆接觸半導體層，其形成于所述N型覆蓋層的整個 表面之上。14. 根據權利要求13所述的具有靜電保護的發光二極管芯片，其特征在于:在所述N型 歐姆接觸半導體層與N型覆蓋層之間還設有一 N型電流傳輸層，其摻雜濃度多5E17,厚度多 2000nm〇15. 具有靜電保護的發光二極管的制作方法，包括步驟： 1) 外延生長:在生長襯底上外延生長形成外延片，其自下而上包含:生長襯底、由一 N型 半導體層和一 P型半導體層構成的靜電保護層、隧穿結、蝕刻截止層、N型覆蓋層、發光層和P 型覆蓋層； 2) 轉移生長襯底:提供一導電基板，通過一金屬鍵合層與所述外延片的P型覆蓋層一側 表面進行粘接，移除所述生長襯底，露出外延片的表面； 3) 制作抗靜電保護結構:在露出的外延片表面上定義出光區、電極區和靜電保護區，去 除所述出光區和電極區的靜電保護層、隧穿結、蝕刻截止層； 4) 制作電極:在所述外延片表面的電極區制作第一 N型歐姆接觸電極，在所述靜電保護 層上制作第二N型歐姆接觸電極，所述蝕刻截止層、隧穿結、靜電保護層和第二N型歐姆接觸 電極構成抗靜電保護結構，當發光二極管受到靜電逆向偏壓時，所述抗靜電保護結構工作， 電流經由第一N型歐姆接觸電極、靜電保護結構至第二N型歐姆接觸電極，避免靜電逆向偏 壓過高造成所述發光層被破壞。
【文檔編號】H01L33/00GK106025017SQ201610381162
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月1日
【發明人】吳超瑜, 吳俊毅, 王篤祥
【申請人】天津三安光電有限公司