一种带保护电路的紫光垂直结构LED芯片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种带保护电路的紫光垂直结构LED芯片及其制备方法，在单个芯片上隔离出部分外延层，使用光刻工艺将主发光区的P电极和保护区的N电极连接，将主发光区的N电极和保护区的P电极连接，在不改变外延层结构的基础上牺牲部分发光区面积构造ESD保护电路。本发明专利技术利用外延片的垂直结构特点，在不改变外延层结构的基础上牺牲一小部分发光区面积，直接在LED芯片上构造ESD保护电路，从源头解决ESD保护电路防护问题。

A Purple Light Vertical LED Chip with Protection Circuit and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种带保护电路的紫光垂直结构LED芯片及其制备方法
本专利技术属于半导体集成电路
，具体涉及一种带保护电路的紫光垂直结构LED芯片及其制备方法。
技术介绍
随着CMOS集成电路产业的高速发展，越来越多的CMOS芯片应用在各种电子产品中，但在电子产品系统的设计过程中，随着CMOS工艺尺寸越求越小，单位面积上集成的晶体管越来越多，极大地降低了芯片的成本，提高了芯片的运算速度。但是，随着工艺的进步和尺寸的减小，静电释放(ESD)，ElecyroStaticDischarge)问题变得日益严峻。据统计，在集成电路设计中大约40％的失效电路是ESD。随着LED应用的发展，紫光LED的市场需求越来越大，普遍应用于医疗器械、医学测量、卫生消毒、验钞点钞检验设备、防伪行业、生物统计安全性检测，涵盖医疗、卫生、金融、生物、检测、公共安全等各个方面。目前紫光LED外延生长技术还不够成熟，静电放电(ESD)会导致LED芯片的危害极大，特别是对集成电路和半导体器件。如果静电放电发生在电子部件上，可导致电子部件的损坏；轻者击穿二极管，重则损坏集成电路。静电放电(ESD)会给电子产品带来致命的危害，它不仅降低了产品的可靠性，增加了维修成本。静电放电(ESD，electrostaticdischarge)是在电子装配中电路板与元件损害的一个熟悉而低估的根源。它影响每一个制造商，无任其大小。虽然许多人认为他们是在ESD安全的环境中生产产品，但事实上，ESD有关的损害继续给世界的电子制造工业带来每年数十亿美元的代价。更加严重的是，这种危害只有十分之一的情况坏到引起在最后测试的整个元件失效。其它90％的情况，ESD损坏只引起部分的降级，意味着损坏的元件可毫无察觉地通过最后测试，而只在发货到顾客之后出现过早的现场失效。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种带保护电路的紫光垂直结构LED的结构及其制备方法，在不改变外延结构的基础上通过初期设计，兼容工艺，避免芯片损坏，该方法工艺简单，易操作，从源头起到保护电路的作用。本专利技术采用以下技术方案：一种带保护电路的紫光垂直结构LED芯片，LED芯片的外延层从下至上包括依次生长的蓝宝石衬底生长AlN修复层，U-GaN基底层，n型GaN轻掺过渡层，n型GaN重掺层，n型AlGaN层，重掺n型GaN层，n型GaN轻掺电流扩展层；MQWS层；掺杂p型AlGaN阻挡层；掺杂p型GaN层；掺杂p+型GaN层和CTL层；重掺n型GaN层设置N电极；掺杂p+型GaN层设置P电极，N电极和P电极与主发光区连接构成ESD保护电路。。具体的，N电极和主发光区的P电极连接，P电极和主发光区的N电极连接。进一步的，ESD保护电路正向偏置时，主发光区为低阻状态，保护区为高阻状态，用于发光。进一步的，ESD保护电路反向偏置时，保护区处于低阻状态，主发光区被保护。具体的，蓝宝石衬底生长AlN修复层的厚度为2μm；U-GaN基底的厚度为2μm；n型GaN轻掺过渡层的厚度为500～600nm；n型GaN重掺的厚度为300～400nm；n型AlGaN层的厚度为200nm；重掺n型GaN层的厚度为3.5μm；n型GaN轻掺电流扩展层的厚度为500～600nm；MQWS层的厚度为300nm；掺杂p型AlGaN阻挡层、掺杂p型GaN层和掺杂p+型GaN层的厚度为200nm；CTL层的厚度为10nm。进一步的，MQWS层为8～25个周期的InGaN/AlGaN结构。具体的，主发光区设置有InGaN层。具体的，紫光垂直结构LED芯片的波长为265～420nm。一种带保护电路的紫光垂直结构LED芯片制备方法，在单个LED芯片上隔离出部分外延层，使用光刻工艺将主发光区的P电极和保护区的N电极连接，将主发光区的N电极和保护区的P电极连接，不改变外延层结构，在发光区构造ESD保护电路。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种带保护电路的紫光垂直结构LED芯片，只针对特定的外延层结构，选用n++GaN下的nGaN做肖特基接触主要是为了在厚度不均匀时准确刻蚀，因此有更好的工艺保密性。进一步的，选用n++GaN下的n-GaN做肖特基接触主要是为了在厚度不均匀时有更大概率刻中该层。进一步的，外延层结构的ESD保护电路具有较高的工艺兼容性，可以适用于大多数外延层结构，由于需要牺牲一部分发光区面积，需在光电性能与成本之间折衷。本专利技术提供一种带保护电路的紫光垂直结构LED芯片的制备方法，利用外延片的垂直结构特点，在不改变外延层结构的基础上牺牲一小部分发光区面积，直接在LED芯片上构造ESD保护电路，方法工艺简单，易操作，从源头起到保护电路的作用。综上所述，本专利技术利用外延片的垂直结构特点，在不改变外延层结构的基础上牺牲一小部分发光区面积，直接在LED芯片上构造ESD保护电路，从源头解决ESD保护电路防护问题。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为外延层结构芯片线路布局图；图2为外延层结构图。具体实施方式在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。本专利技术提供一种带保护电路的紫光垂直结构LED芯片，利用外延片的垂直结构特点，在不改变外延层结构的基础上牺牲一小部分发光区面积，直接在LED芯片上构造ESD保护电路。请参阅图1，一种带保护电路的紫光垂直结构LED芯片的制备方法，在单个LED芯片上隔离出一部分外延层，使用平面工艺将主发光区的P电极和保护区的N电极连接，将主发光区的N电极和保护区的P电极连接，在不改变外延层结构的基础上牺牲一小部分发光区面积，构造ESD保护电路。以主发光区为标准，正向偏置时主发光区为低阻状态，ESD保护电路的保护区为阻状态，此时起到发光作用。当反向偏置时，ESD保护电路的保护区处于低阻状态，主发光区被保护。请参阅图2，一种带保护电路的紫光垂直结构LED芯片，外延层结构衬底上依次设置有缓冲层、uGaN层、n++GaN层、nGaN层、MQWs层、P型AlGaN层、p+GaN层和p++GaN层，利用LED本身的单向导通性质，在此基础上构造ESD保护电路，重掺n型GaN层设置N电极；掺杂p+型GaN层设置P电极，N电极和P电极与主发光区连接用于ESD保护电路。此外，主发光区有InGaN层，ESD保护电路的保护区无InGaN层，避免内电导效应的影响。蓝宝石衬底生长AlN修复层的厚度为2μm；U本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带保护电路的紫光垂直结构LED芯片，其特征在于，LED芯片的外延层从下至上包括依次生长的蓝宝石衬底生长AlN修复层，U‑GaN基底层，n型GaN轻掺过渡层，n型GaN重掺层，n型AlGaN层，重掺n型GaN层，n型GaN轻掺电流扩展层；MQWS层；掺杂p型AlGaN阻挡层；掺杂p型GaN层；掺杂p+型GaN层和CTL层；重掺n型GaN层设置N电极；掺杂p+型GaN层设置P电极，N电极和P电极与主发光区连接构成ESD保护电路。

【技术特征摘要】
1.一种带保护电路的紫光垂直结构LED芯片，其特征在于，LED芯片的外延层从下至上包括依次生长的蓝宝石衬底生长AlN修复层，U-GaN基底层，n型GaN轻掺过渡层，n型GaN重掺层，n型AlGaN层，重掺n型GaN层，n型GaN轻掺电流扩展层；MQWS层；掺杂p型AlGaN阻挡层；掺杂p型GaN层；掺杂p+型GaN层和CTL层；重掺n型GaN层设置N电极；掺杂p+型GaN层设置P电极，N电极和P电极与主发光区连接构成ESD保护电路。2.根据权利要求1所述的带保护电路的紫光垂直结构LED芯片，其特征在于，N电极和主发光区的P电极连接，P电极和主发光区的N电极连接。3.根据权利要求2所述的带保护电路的紫光垂直结构LED芯片，其特征在于，ESD保护电路正向偏置时，主发光区为低阻状态，保护区为高阻状态，用于发光。4.根据权利要求2所述的带保护电路的紫光垂直结构LED芯片，其特征在于，ESD保护电路反向偏置时，保护区处于低阻状态，主发光区被保护。5.根据权利要求1所述的带保护电路的紫光垂直结构LED芯片，其特征在于，蓝宝石衬底生长AlN修复层的厚度为2μm；U-...

【专利技术属性】
技术研发人员：田进，田伟，刘波波，张迪，柴悦，
申请(专利权)人：中联西北工程设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61