专利名称：高压氮化物led电路及相应的高压氮化物led器件的制作方法
技术领域：
本发明属于发光器件制造领域，涉及一种发光器件的结构设计与制造，尤其涉及一种集成反向放电二极管的高压氮化物LED器件。
背景技术：
随着以氮化物为基础的高亮度LED应用的开发，新一代绿色环保固体照明光源氮化物LED已成为研究的重点，尤其是以第三代半导体氮化镓(feiN)为代表的蓝色LED的开发。以GaN、氮化铟镓(InGaN)和氮化铝镓(AWaN)合金为主的III族氮化物半导体材料具有宽的直接带隙、内外量子效率高、高热导率、耐高温、抗腐蚀、抗震性、高强度和高硬度等特性，是世界上目前制造高亮度发光器件的理想材料。随着LED背光应用、路灯等功能性照明领域的应用快速发展，高压LED器件将成为照明领域中的一个发展趋势。要实现LED器件的高压供电，需要将多个LED串联在一起。 但是，LED器件在制造或使用的过程中，由于电荷或电场的存在而产生电荷转移，从而形成两个电压极性相反的能量叫静电。静电电荷会不断积累，如果静电缺乏泄放通道，不能及时释放，那么电荷能量经过一段时间会累计到很高的数值，一旦超过LED芯片的最大承受值， 电荷将以极短的瞬间(纳秒级别)在LED两个电极层之间进行放电。由于静电放电现象往往在电阻值很小、电极周边的位置发生，因此，在这些很小的电阻上泄放电压瞬间上升，泄放电流也会相应的瞬间变大，产生功率焦耳的热量，从而在导电层之间局部，往往是在电阻值最小、电极周边的位置上形成高温，高温将会把导电层之间熔融成一些小孔，从而造成漏电、暗亮、死灯、电性飘移等现象，甚至烧毁LED发光器件。而对于多个发光二极管串联的高压LED，只要其中一个LED因静电作用被破坏，整组LED组件就会失效，从而使高压LED器件因为遭受到静电损害而大大降低可靠性。因此，要想使高压LED在各类产品和各种环境里的使用，就必须提高高压LED的抗静电能力。人们正在试图从技术上尝试各种能提高LED的抗静电能力的方法。比如其中一种方式是在器件封装或电路制造时，将硅质材料制造的齐纳二极管独立的和LED器件并联在一起。的确，在LED器件上加接齐纳二极管能有效提高LED的抗静电能力。其实，发光二极管本身就属于半导体的P-N结二极管结构，如果在LED芯片制造过程中直接把放电二极管制造出来，并通过集成手段与发光二极管并联连接，就可以简化生产步骤，提高集成发光芯片自身的抗静电性能。综上所述，在制造III族氮化物高压LED发光芯片时一方面希望通过LED外延片自身质量的提高，以改善LED器件的抗静电能力，从而得到可靠的高压LED芯片。另一方面，在实际的实施过程中仍然存在着问题，亟待引进能有效改善上述缺陷的新方法，以解决第三代半导体材料使用面临的高压LED抗静电性能的二极管集成技术的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能提高高压氮化物LED抗静电能力的方法。为解决上述问题，本发明提出了一种高压氮化物LED电路，包括多个发光二极管串联成一路发光二极管，所述一路发光二极管按序连续划分成η组，每组发光二极管与一个放电二极管反向并联，其中η为自然数。相应地，本发明提供了一种高压氮化物LED器件，包括基底层以及形成在基底层上的第一器件区域和第二器件区域，所述第一器件区域内制作有N*M-K个发光二极管，所述第二器件区域内制作有K个放电二极管，使得基底层上集成的发光二极管和放电二极管的总数为N*M个，所述第一器件区域内的发光二极管串联成一路发光二极管，并按序连续划分成η组，每组发光二极管与第二器件区域内的一个放电二极管反向并联，其中，N、M、K、 η为自然数，且N和M不同时为1、η彡Ν*Μ_Κ、Κ < Ν*Μ/2。相应地，本发明还提供了一种高压氮化物LED器件，包括基底层以及均勻分布在基底层上的η个单元，每个单元依次按序连续串联，所述每个单元包括一组发光二极管和与该组发光二极管反向并联的一个放电二极管，所述每个单元中的一组发光二极管依次串联连接，其中η为自然数。通过金属有机化学气相淀积生长LED外延区后，通过采用集成的放电二极管技术，在没有改变LED外延结构的前提下，有效利用了原有芯片的自身结构特性，通过一些简单的工艺就将多个LED分组，且每组LED分别和相应的放电二极管集成反向并联，不仅能制作高压LED器件，以提高一组LED的光通量，而且由于放电二极管在制造过程中与LED同步生成，因此，当一个反向的静电电荷积累瞬间冲击LED时，经过放电二极管，这些电荷时刻都会被放电二极管释放掉，因此，提高了抗静电性能，防止LED静电损害，延长了 LED的使用寿命，降低了成本。
图1显示了本发明一种高压氮化物LED电路的示意图。图2显示了本发明一种高压氮化物LED器件的平面连接示意图。图3显示了图2所示的高压氮化物LED器件的A-A截面示意图。图4显示了本发明另一种高压氮化物LED器件的平面连接示意图。图5显示了图4所示的高压氮化物LED器件的B-B截面示意图。其中，附图标记说明如下LlOO 一路发光二极管L-U L-2........L-n每组发光二极管L1、L2、......、Li、.......LN*M_K 发光二极管L01、L02、.......LOj、.......LOn (LOK)放电二极管Dl第一器件区域D2第二器件区域Cl........Cj........Cn 二极管单元200衬底202低温成核层204非掺杂氮化物层206N型氮化物层208基底层 209多量子阱210第一 P型氮化物层211第二 P型氮化物层212P型氮化物层213多层外延结构214衬底凹槽
216放电二极管的N电极218放电二极管的P电极220导电透明层222绝缘层224发光二极管的P型电极2 发光二极管的N型电极2 发光二极管P型电极与放电二极管N电极连接金属230发光二极管N型电极与放电二极管P电极连接金属300多个发光二极管串联的连线金属
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。参见图1，本发明提供的一种高压氮化物LED电路，包括多个发光二极管通过P型电极、N型电极首尾串联连接成一路发光二极管L100。所述一路发光二极管LlOO按序连续
划分成η组L-1、L-2.....L-n，每组发光二极管与一个放电二极管反向并联(L-1与放电
二极管LOl反向并联，L-2与L02反向并联，...，L-n与LOn反向并联)，即每组发光二极管的首尾P型电极、N型电极与相应的放电二极管的N电极、P电极相连接，其中η为自然数。其中，所述每组发光二极管包括的发光二极管数目可以相同或不同，且每组发光二极管连接至不同的放电二极管。基于上述的高压氮化物LED电路，本发明提出了相应的高压氮化物LED器件及其制造方法以实现上述电路，下面将结合图2至图5进行具体说明。参见图2，并配合参见图3，本发明提出的一种高压氮化物LED器件，包括基底层 208以及形成在基底层208上的第一器件区域Dl和第二器件区域D2，所述第一器件区域Dl 内制作有N*M-K个发光二极管Li (1 < i < N*M-K)，所述第二器件区域D2内制作有K个放电二极管LOj (1 ( j < K)，使得基底层上集成的发光二极管和放电二极管的总数为N*M个， 所述第一器件区域Dl内的发光二极管串联成一路发光二极管，并按序连续划分成η组，每组发光二极管与第二器件区域D2内的一个放电二极管反向并联，其中，Ν、Μ、Κ、η为自然数， 且N和 M 不同时为 Un^ Ν*Μ-Κ、Κ < Ν*Μ/2。其中，所述每个发光二极管的P型电极224、N型电极2 首尾串联连接成一路发光二极管，每组发光二极管的首尾P型电极224、N型电极2 连接到一个放电二极管的N 电极216、P电极218上，且各组发光二极管分别连接至不同的放电二极管。可选的，所述每组发光二极管包括的发光二极管的数量相同或不同。其次，多个所述高压氮化物LED器件制作在一 LED芯片上，以N*M个发光二极管和放电二极管为一模块，通过切片和裂片工艺将LED芯片分裂，模块内不再进行切片和分裂。
然后，将所述各模块封装为一个高压氮化物LED并且所述每个高压氮化物LED由一个电源供电。例如，本发明中的一种高压氮化物LED器件集成的二极管的总数为80个，其中，第一器件区域Dl制作的发光二极管数目为71个，第二器件区域D2制作的放电二极管数目K 为9个；所述发光二极管被分成η = 9组，各组中发光二极管的个数依次可以为9、9、9、6、 9、6、7、7、9，每组发光二极管分别与一个放电二极管反向并联。当然，各组发光二极管包括的发光二极管的数量也可以相同。当第一器件区域Dl制作有70个发光二极管，第二器件区域D2制作有10个放电二极管时，可以将发光二极管分成10组，每组包括7个发光二极管，且每组分别与一个放电二极管反向并联。以上举例仅用于说明高压氮化物LED器件中发光二极管、放电二极管可采用的数目以及分组连接方式，并非用于限定本发明，只要在合理的布局范围内，M、N、K、η及各组发光二极管中包括的发光二极管数目都可以调整。参见图3，上述高压氮化物LED器件的制作方法，包括如下步骤SlOO 采用金属有机化学气相淀积方法在基底层上生长多层外延结构213。所述基底层208由下至上依次包括衬底200、低温成核层202、未掺杂氮化物层 204、N型氮化物层206。所述多层外延结构213由下至上依次包括多量子阱209、P型氮化物层212。所述P型氮化物层212由下至上依次包括第一 P型氮化物层210、第二 P型氮化物层 211。SlOl 对多层外延结构进行蚀刻停止在N型氮化物层。对多层外延结构进行蚀刻停止在N型氮化物层，用以后续工艺制备发光二极管和放电二极管电极。S102 对所述基底层进行蚀刻停止在衬底用以制作衬底凹槽。对所述基底层208进行蚀刻，蚀刻停止在衬底200上，用以制作衬底凹槽214。所述衬底凹槽214通过贯穿多层外延结构213、N型氮化物层206、未掺杂氮化物层204、低温成核层202将后续工艺制备的发光二极管之间、放电二极管之间以及发光二极管与放电二极管之间进行隔离。S103 在第二 P型氮化物层沉积导电透明层220。在所述第二 P型氮化物层211上沉积导电透明层220，在所述导电透明层220上可以用来制备后续工艺中的发光二极管和放电二极管的P电极。S104 根据所述高压氮化物LED的电路要求，在基底层上制作发光二极管、放电二极管的P电极和N电极。根据所述高压氮化物LED的电路要求，将基底层208划分用以后续制作发光二极管的第一器件区域Dl和用以制作放电二极管的第二器件区域D2(见图2)。在基底层208上的第一器件区域Dl中制作N*M_K个发光二极管的P型电极224、 N型电极226，在第二器件区域D2中制作K个放电二极管的P电极218、N电极216，其中， N、M、K为自然数KN*M/2。其中，被隔离出来的第二器件区域D2要尽量小，以使在第二器件区域D2上制成的放电二极管的尺寸在保证工艺的条件下尽量小，第二器件区域D2的形状和位置不限于图2所示的情形，也可以根据用于制作发光二极管的第一器件区域Dl的版图形状来调节D2的形状和位置，只要放电二极管集中排列在单一区域即所述第二器件区域D2中且第一器件区域Dl和第二器件区域D2拼成矩形图形即可。例如，所述第一器件区域Dl可以是朝任意方向开口的“L”型，则相应的第二器件区域D2位于一角，并与Dl拼成矩形(见图2)；或者所述第一器件区域Dl是“回”字型，则相应的第二器件区域D2位于中央，与Dl拼成矩形；或者所述第一器件区域Dl还可以是朝任意方向开口的“凹”型，则相应的第二器件区域D2可以是一个“口”或者“凸”型并与Dl拼成矩形；或者所述第一器件区域Dl是“凸”型，则相应的第二器件区域D2可以是一个“凹” 型并与Dl拼成矩形。本发明中所述第一器件区域Dl和所述第二器件区域D2的形状不限于上述实例， 只要所述第一器件区域Dl和所述第二器件区域D2的形状可以完全匹配成有效的矩形图形，而不影响后续切片和裂片等工艺，且元件排列紧凑、布局布线合理，以提高多层外延结构213的利用效率。由于采用与通常LED兼容的制造工艺，不需要另加任何额外的步骤，解决了外接连接放电二极管导致LED芯片面积增大、成本增高的问题。S105 除电极区域外生长绝缘层。其中，绝缘层222可以使用Si02等材料等。S106 根据所述高压氮化物LED的电路要求进行分组设计，将发光二极管、放电二极管以及发光二极管与放电二极管的电极按照预先设计一次完成金属互连。为了实现本发明提供的一种高压氮化物LED器件，应当根据所述的高压氮化物 LED的电路要求预先将多个发光二极管进行分组设计，分为η组(η为自然数)。然后，在电极上沉积金属，通过本步骤一次形成了发光二极管和放电二极管的各电极的欧姆接触，以及发光二极管的P型电极2Μ和放电二极管的N电极216的连接金属228，发光二极管的N 型电极2 和放电二极管的P电极218的连接金属230，使每组发光二极管的首尾P型电极、N型电极与相应的放电二极管的N电极、P电极相连接，同时，形成了每组内的发光二极管的依次串联的连线金属300。经过本步骤，第一器件区域Dl中的所有发光二极管形成了串联，同时完成了 η组发光二极管间的依次按序连接，且每组发光二极管与相应的放电二极管反向连接，实现了基于上述的高压氮化物LED的电路。S107 多个所述高压氮化物LED器件制作在一 LED芯片上，以N*M个发光二极管和放电二极管为一模块，通过切片和裂片工艺将LED芯片分裂，模块内不再进行切片和分裂， 其中，每一模块中放电二极管可以为K个。S108 将所述各模块封装为一个高压氮化物LED并且所述每个高压氮化物LED由一个电源供电(图中未示)。参见图4，并配合参见图5，本发明中还提出了另一种高压氮化物LED器件，包括
基底层208以及均勻分布在基底层上的η个单元Cl.....Cj.....Cn，所述每个单元Cj
包括一组发光二极管和与该组发光二极反向并联的一个放电二极管LOj，所述每个单元内的一组发光二极管依次串联连接，所述各个单元间依次按序连续串联，其中η为自然数，
j < η。
其中，所述每个单元内的各个发光二极管的P型电极224、N型电极2 首尾串联连接成一组发光二极管，所述一组发光二极管的首尾P型电极、N型电极和一个放电二极管的N电极216、P电极218分别连接。所述每个单元间通过每个单元中的一组发光二极管的首尾P型电极、N型电极依次按序连续串联。可选的，所述每个单元包括的发光二极管的数量相同或不同。参见图5，上述高压氮化物LED器件的制作方法，包括如下步骤SlOO至S103的制作步骤及工艺参见图3中SlOO至S103描述的制作步骤及工艺， 这里不再赘述。S104 根据所述高压氮化物LED的电路要求，在基底层上制作发光二极管、放电二极管的P电极和N电极。根据图4所述高压氮化物LED的电路要求，将基底层208均勻划分为用以后续工艺的η个单元，所述每个单元用于制作多个发光二极管和一个放电二极管，其中，η为自然数(见图4)。在基底层208上的所述每个单元中制作Ν*Μ_Κ个发光二极管的P型电极224、Ν型电极2 和制作K个放电二极管的P电极218、Ν电极216，其中，Ν、Μ、Κ为自然数，K彡Ν*Μ/2。其中，被隔离出来的放电二极管的尺寸在保证工艺的条件下尽量小，放电二极管的形状和位置不限于图4所示的情形，也可以根据每个单元中的发光二极管的版图调节被排列在每个单元中任意区域，只要元件排列紧凑、布局布线合理，以提高多层外延结构213 的利用效率。S105 除电极区域外生长绝缘层。其中，绝缘层222可以使用Si02等材料等。S106 根据所述高压氮化物LED的电路要求进行单元设计，将发光二极管、放电二极管以及发光二极管与放电二极管的电极按照预先设计一次完成金属互连。为了实现本发明提供的一种高压氮化物LED器件，应当根据所述的高压氮化物 LED的电路要求预先将发光二极管和放电二极管分成η个单元(η为自然数)。然后，在电极上沉积金属，通过本步骤一次形成了发光二极管和放电二极管的个电极的欧姆接触，以及发光二极管的P型电极2Μ和放电二极管的N电极216的连接金属228，发光二极管的N 型电极2 和放电二极管的P电极218的连接金属230，使单元Cj发光二极管的首尾P型电极、N型电极与一个放电二极管的N电极、P电极相连接，同时，形成了单元内的发光二极管的依次串联的连线金属300。参见图4，通过连线金属300将所述每个单元中的每个发光二极管的P型电极、N 型电极首尾串联连接成一组发光二极管，所述每个单元包括一组发光二极管和与该组发光二极管反向连接的一个放电二极管，所述反向连接是所述每个单元中的一组发光二极管的首尾P型电极、N型电极和一个放电二极管的N电极、P电极分别连接，所述每个单元间通过每个单元中的一组发光二极管的首尾P型电极、N型电极进行按序连续串联。经过本步骤，每个单元中的所有发光二极管形成了串联并与相应的放电二极管反向连接，同时完成了 η个单元之间的依次按序连接，实现了基于上述的高压氮化物LED的电路。由于采用与通常LED兼容的制造工艺，不需要另加任何额外的步骤。
S107 多个所述高压氮化物LED器件制作在一 LED芯片上，以η个单元为一模块， 通过切片和裂片工艺将LED芯片分裂，模块内不再进行切片和分裂。S108 将所述各模块封装为一个高压氮化物LED并且所述每个高压氮化物LED由一个电源供电。由上述任何一种高压氮化物LED器件结构可知，在金属有机化学气相淀积工艺生长LED结构后，直接在LED结构上采用通常的制作工艺同步制造出集成的发光二极管和放电二极管，不仅防止LED被静电损坏，延长了 LED的使用寿命，而且简化了生产工艺。上述任何一种高压氮化物LED器件的制作方法均可以采用正面或倒装的封装方法。优选的，采用倒装的封装形式，从基底层一侧发光，可以改善出光效率和散热性。上述本发明中的不同实施例中涉及到的发光二极管Li、发光二极管组L_j、放电二极管LOj、单元Cj均不限于上述实施例的数量，可以根据实际情况的需要制备。另外，利用整流的交流电源供电装置也可以用于本发明的发光二极管芯片，同样属于本专利的保护范围。本发明中提供的不同实施例，通过上述步骤制得与放电二极管相连接的发光二极管，避免了以往在制造过程中没有同步制备放电二极管，而发光二极管随之工艺的完成就因为抗静电性能不高导致被瞬间极短的电流被击穿的风险，提高了高压氮化物LED器件的抗静电能力和延长了 LED的使用寿命，从而得到了高压的集成反向并联的LED发光器件。本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1.一种高压氮化物LED电路，其特征在于包括多个发光二极管串联成一路发光二极管，所述一路发光二极管按序连续划分成η组，每组发光二极管与一个放电二极管反向并联，其中η为自然数。
2.根据权利要求1所述的高压氮化物LED电路，其特征在于所述每组发光二极管包括的发光二极管数目相同或不同。
3.根据权利要求1所述的高压氮化物LED电路，其特征在于所述每个发光二极管具有P型电极、N型电极，且各发光二极管的P型电极、N型电极首尾串联连接成一路发光二极管。
4.根据权利要求3所述的高压氮化物LED电路，其特征在于所述每个放电二极管具有P电极、N电极，每组发光二极管的首尾P型电极、N型电极分别与放电二极管的P电极、 N电极反向连接。
5.根据权利要求1所述的高压氮化物LED电路，其特征在于所述每组发光二极管连接至不同的放电二极管。
6.一种高压氮化物LED器件，其特征在于包括基底层以及形成在基底层上的第一器件区域和第二器件区域，所述第一器件区域内制作有N*M-K个发光二极管，所述第二器件区域内制作有K个放电二极管，使得基底层上集成的发光二极管和放电二极管的总数为 N*M个，所述第一器件区域内的发光二极管串联成一路发光二极管，并按序连续划分成η 组，每组发光二极管与第二器件区域内的一个放电二极管反向并联，其中，N、Μ、K、η为自然数，且N和M不同时为Un^ Ν*Μ-Κ、Κ < Ν*Μ/2。
7.根据权利要求6所述的高压氮化物LED器件，其特征在于所述每组发光二极管包括的发光二极管的数量不同或相同。
8.根据权利要求6所述的高压氮化物LED器件，其特征在于所述每个发光二极管具有P型电极、N型电极，且各发光二极管的P型电极、N型电极首尾串联连接成一路发光二极管。
9.根据权利要求8所述的高压氮化物LED器件，其特征在于所述每个放电二极管具有P电极、N电极，每组发光二极管的首尾P型电极、N型电极分别与一个放电二极管的P电极、N电极反向连接。
10.根据权利要求6所述的高压氮化物LED器件，其特征在于所述每组发光二极管连接至不同的放电二极管。
11.根据权利要求6所述的高压氮化物LED器件，其特征在于多个所述高压氮化物 LED器件制作在一 LED芯片上，以N*M个发光二极管和放电二极管为一模块，通过切片和裂片工艺将所述LED芯片分裂，模块内不再进行切片和分裂。
12.根据权利要求11所述的高压氮化物LED器件，其特征在于将所述各模块分别封装为一个高压氮化物LED并且所述每个高压氮化物LED由一个电源供电。
13.一种高压氮化物LED器件，其特征在于包括基底层以及均勻分布在基底层上的η 个单元，所述每个单元包括一组发光二极管和与该组发光二极管反向并联的一个放电二极管，所述每个单元中的一组发光二极管依次串联连接，每个单元依次按序连续串联，其中η 为自然数。
14.根据权利要求13所述的高压氮化物LED器件，其特征在于所述每个单元包括的发光二极管的数量不同或相同。
15.根据权利要求13所述的高压氮化物LED器件，其特征在于所述每个发光二极管具有P型电极、N型电极，且在所述每个单元中的各发光二极管的P型电极、N型电极首尾串联连接成一组发光二极管。
16.根据权利要求15所述的高压氮化物LED器件，其特征在于所述每个放电二极管具有P电极、N电极，一组发光二极管的首尾P型电极、N型电极与一个放电二极管的P电极、N电极反向连接。
17.根据权利要求15所述的高压氮化物LED器件，其特征在于所述各个单元间通过每个单元中的一组发光二极管的首尾P型电极、N型电极进行依次串联。
全文摘要
本发明提出一种高压氮化物LED器件，包括多个发光二极管串联成一路发光二极管，所述一路发光二极管按序连续划分成n组，每组发光二极管与一个放电二极管反向并联，其中n为自然数。由上述技术方案的实施，不仅能获得高压LED器件，提高器件的抗静电性能，同时由于放电二极管在制造过程中与发光二极管同步生成，简化了生产工艺。
文档编号H01L27/15GK102315240SQ20111026017
公开日2012年1月11日 申请日期2011年9月5日 优先权日2011年9月5日
发明者于洪波, 张汝京, 程蒙召, 肖德元 申请人:映瑞光电科技(上海)有限公司