专利名称：带有静电损伤保护功能的发光二极管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管的静电损伤保护装置的结构以及其制造方法，主要关于一种带有三极管的硅基板结构及其制作过程。
背景技术：
以GaN基III族氮化物材料为基础的蓝、绿光发光二极管(LED)有很高的发光效率，在照明和高亮度显示领域有着广阔的应用前景。但是该类器件通常对静电损伤(ESD)非常敏感，这大大限制了器件的可靠性和制作过程的成品率。有人提出通过与LED并联一个反接的硅基齐纳二极管(T.Inoue日本专利号H11-040848)或两个反向串联的齐纳二极管(M.R.Krames美国专利号6,486,499)来改善GaN基LED的抗静电特性。该类设计一般是通过用于LED芯片倒装焊的硅基板上实现的。当LED与硅齐纳二极管并联装置遇到静电释放脉冲时，后者将分流大部分电流，使得流过LED的电流量大大减小，从而起到保护LED免受电压脉冲损伤的作用。要使硅齐纳管起到良好的ESD保护作用，通常设计硅齐纳管的击穿电压值略高于LED的工作电压。如果硅齐纳管击穿电压太低，LED无法正常工作；相反，如果击穿电压设计的偏高也无法起到泻放电流的作用。一个良好的ESD保护电路应含有以下两方面特征一是在开通之前漏电流尽可能小；二是开通后的动态电阻要小。根据该原理，本专利提出一种基于硅三极管的ESD保护电路装置，并结合倒装焊工艺设计一种具有良好抗静电损伤特性的LED器件。
发明内容
本发明旨在克服上述提到的ESD损伤问题，提供一种基于硅三极管结构的抗静电LED装置的设计以及其制作方法。
本发明采用的技术方案为，带有静电损伤保护功能的发光二极管的制造方法，包括提供一外延衬底，在所述外延衬底上依次形成n型GaN层、发光层和p型GaN层；
在所述外延衬底上的n型GaN层上引出n电极；在p型GaN层上形成p电极；在p、n电极上沉积多个压焊点；提供一硅基板，在所述硅基板上形成与上述外延衬底上p、n电极分别对应的硅三极管的集电极和发射极，所述二极之间形成硅三极管的基极；在所述集电极和发射极上形成金属电极；将所述外延衬底倒置，并使其p、n电极分别与所述硅基板的集电极区电极和发射极区电极分别连接。
比较好的是，所述压焊点的材料包括Ti/Al/Au或Cr/Ni/Au。
比较好的是，基区是为开路连接，其上设置有钝化层。
本发明的另一种带有静电损伤保护功能的发光二极管，包括硅基板，包括硅三极管的集电极和发射极、所述硅三极管的基极位于所述集电极和发射极之间；金属电极，位于所述硅三极管的发射极和集电极之上，形成发射极区金属电极和集电极区金属电极；压焊点，将所述集电极区电极和发射极区金属电极分别与一外延衬底上的n电极、p电极相连；所述外延衬底上进一步包括n型GaN层，位于所述外延衬底上；发光层，位于所述n型GaN层之上；p型GaN层，设置于所述发光层之上；所述n电极由对所述外延衬底刻蚀至n型GaN层后沉积金属形成；所述p电极在未被刻蚀的所述外延衬底上沉积金属形成。
比较好的是，所述压焊点的材料包括Ti/Al/Au或Cr/Ni/Au。
本发明中的硅三极管的静电保护特性是与其保护对象的电学性质相关的。根据保护对象的电学特性，通过调整硅三极管的击穿电压值以及击穿后的动态电阻特性，可以优化保护效果。保护电路的硅三极管可以是NPN或PNP型。
本发明的抗静电LED器件的制作是通过将LED芯片倒装焊接在硅基板上，使得LED的p、n电极分别与硅三极管的集电极和发射极并联导通。同时让基极开路。器件通过制作在硅基板上的引线压焊点与外界联通。该LED器件遇到静电放电时，硅三极管将分流绝大部分电流，而流经LED的电流量就相对有限，因此LED可以免招损坏。与前述两个反向串联的齐纳管不同的是，硅三极管被击穿后有负阻特性，这大大提高了它在脉冲冲击下泻放电流的能力。此外，由于该三极管是横向管，集电极与发射极角色可以互换，所以它的正反向击穿伏安特性相似，可以起到泻放正反两个方向的脉冲电流的作用。
下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本实用新型的详细描述中，本实用新型的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。
图1(a)是本发明的倒装LED芯片的俯视图；图1(b)是图1(a)的A-A方向剖视图；图2(a)是本发明的硅三极管基板的俯视图；图2(b)是图2(a)的B-B方向剖视图；图3(a)是本发明的带静电损伤保护功能的LED器件的俯视图；图3(b)是图3(a)的C-C方向剖视图。
具体实施例方式
下面参照图1至图3就本发明的实施形态作具体说明。
图1所示的是本发明的LED芯片的结构。下面就其结构及制作方法做具体说明。
首先如图1(b)所示，在衬底17上外延生长半导体材料，在该图例中，包括n型GaN层11，发光层16，以及p型GaN层15。然后刻蚀部分外延层区域直到n型层以便引出n电极12，通常使用Ti/Al/Au多层金属。接着，在p型GaN层15构成的p电极上沉积半透明Ni/Au金属层作p电极14接触。最后，在p电极14和n电极12上，沉积用于压焊接合LED芯片和硅基板的压焊点13，通常是Ti/Al/Au或Cr/Ni/Au等延展性好的材料。压焊点13的高度通常在2微米到10微米之间。最终形成如图1(a)所示的LED芯片。
图2所示的是本发明的硅基板的结构。下面就其结构及制作方法做具体说明。
首先，如图2(b)所示，通过注入或扩散的方式在硅基板21上制作图形与LED的p、n电极相匹配的集电极211和发射极212，两区之间的部位就是硅三极管的基区。在该实施例中，由于只利用三极管的集电极211和发射极212两端的击穿泻放电流效应，因此基区是开路的，一般使用钝化层保护213。根据LED的工作电压范围，调整硅三极管的击穿阈值，通常在氮化物基LED应用中，设定击穿电压在4至8伏之间。随后，通过蒸镀、退火的方式分别制作集电极区金属电极24和发射极区金属电极25。同时，还在硅基板21上制作正负电极引线压焊点23和22，使之与集电极区电极24和发射极区金属电极25分别相联。
图3所示的是本发明的带静电损伤保护电路的LED器件的结构。下面就其结构及制作方法做具体说明。
在完成图1和图2所示的LED芯片和带三极管静电保护电路的硅基板制备后，将LED芯片倒置，并使图1所示的LED芯片上的p电极14和n电极12分别与图2所示的硅基板的集电极区电极24和发射极区电极25分别对准，通过加压力、加热并辅以超声使得LED芯片与硅基板牢固接合。
完成倒装焊后的LED器件结构如图3(a)、(b)所示，包括在硅基板21上制作图形与LED的p、n电极相匹配的集电极211和发射极212，两区之间的部位形成硅三极管的基区，该基区是开路的，一般使用钝化层保护213，通过蒸镀、退火的方式分别制作集电极区金属电极24和发射极区金属电极25，同时，还在硅基板21上制作正负电极引线压焊点23和22，使之与集电极区电极24和发射极区金属电极25分别相联。倒装的LED芯片的p电极14和n电极12分别对应硅基板的集电极区电极24和发射极区电极25。
虽然已经通过上述的氮化物基的LED例子描述了本发明的实施形态，但是它们只是说明性的，该发明原理同样适用于其他带有透明衬底的LED芯片。事实上，在不违背本发明原理的条件下，还可以对其进行各种形式的修改。此外，本发明的范围由所附权利要求书限定。
权利要求
1.带有静电损伤保护功能的发光二极管的制造方法，包括提供一外延衬底，在所述外延衬底上依次形成n型GaN层、发光层和p型GaN层；在所述外延衬底上的n型GaN层上引出n电极；在p型GaN层上形成p电极；在p、n电极上沉积多个压焊点；提供一硅基板，在所述硅基板上形成与上述外延衬底上p、n电极分别对应的硅三极管的集电极和发射极，所述二极之间形成硅三极管的基极；在所述集电极和发射极上形成金属电极；将所述外延衬底倒置，并使其p、n电极分别与所述硅基板的集电极区电极和发射极区电极分别连接。
2.根据权利要求1所述的带有静电损伤保护功能的发光二极管及其制造方法，其特征在于，所述压焊点的材料包括Ti/Al/Au或Cr/Ni/Au。
3.根据权利要求1所述的带有静电损伤保护功能的发光二极管及其制造方法，其特征在于，基区是为开路连接，其上设置有钝化层。
4.带有静电损伤保护功能的发光二极管，包括硅基板，包括硅三极管的集电极和发射极、所述硅三极管的基极位于所述集电极和发射极之间；金属电极，位于所述硅三极管的发射极和集电极之上，形成发射极区金属电极和集电极区金属电极；压焊点，将所述集电极区电极和发射极区金属电极分别与一外延衬底上的n电极、p电极相连；所述外延衬底上进一步包括n型GaN层，位于所述外延衬底上；发光层，位于所述n型GaN层之上；p型GaN层，设置于所述发光层之上；所述n电极由对所述外延衬底刻蚀至n型GaN层后沉积金属形成；所述p电极在未被刻蚀的所述外延衬底上沉积金属形成。
5.根据权利要求4所述的带有静电损伤保护功能的发光二极管，包括所述压焊点的材料包括Ti/Al/Au或Cr/Ni/Au。
全文摘要
本发明揭示了一种新的带有静电损伤保护功能的发光二极管LED的设计及其制造方法。本发明的LED器件结构包括一个倒装焊的LED芯片以及带有静电损伤保护功能的硅基板。LED芯片通过焊接的方式与硅基板实现电气导通。硅基板的静电保护功能是通过一个NPN或PNP三极管来实现的。通过将LED与硅三极管的集电极和发射极两端并联连接，同时调整三极管的击穿电压，该LED器件可以抵抗由于静电释放带来的损伤。
文档编号H01L25/16GK1988119SQ200510111630
公开日2007年6月27日 申请日期2005年12月19日 优先权日2005年12月19日
发明者江忠永 申请人:杭州士兰明芯科技有限公司