高效抗静电氮化镓基发光器件及其制作方法技术

本发明专利技术公开一种高效抗静电氮化镓基发光器件及其制造方法，在蓝宝石衬底依次生长缓冲层、Ｎ型氮化镓层、发光层多量子肼结构ＭＱＷ、Ｐ型氮化镓层；蚀刻发光二极管与保护二极管之间的外延层到衬底，保护二极管是由两个二极管串联而成，这两个保护二极管串联可以是两个Ｎ极相连，也可以是两个Ｐ极相连；两个保护二极管串联后的另两端分别再与发光二极管的Ｐ、Ｎ电极分别连接。这样在不改变现有氮化镓基外延结构的基础上，在一个发光二极管器件中集成了：两个保护二极管和一个发光二极管，两个保护二极管串联后再与发光二极管并联，提高了产品抗静电能力、减少了后续产品封装中并联保护二极管，减少工序，降低产品成本，减少了单个保护二极管的功耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种氮化镓(GaN)基发光二极管器件的结构及其制作流程，尤其是在 不改变现有发光器件外延结构的情况下，通过在发光器件内同时集成发光二极管、两个串 联的保护二极管形成一个发光器件，来提高发光二极管的抗静电性能。
技术介绍
发光二极管(LED)具有高效、节能、绿色环保等优点，在交通指示、户内外全彩色 显示、液晶电视背光源等方面有着广泛的应用，尤其是利用大功率LED可能实现半导体固 态照明，其有望成为新一代光源进入千家万户，引起人类照明史上的革命，其中蓝宝石衬底 氮化镓外延的蓝光LED芯片上涂敷黄光荧光粉，蓝光激发黄光荧光粉发出黄光，蓝光与黄 光混合得到白光，从而用蓝光LED就能得到白光。氮化镓衬底材料目前常见有二种，即蓝宝 石和碳化硅，碳化硅机械加工性能差，价格昂贵以及专利方面的问题使其应用得到限制，因 此当前用于氮化镓外延生长的衬底主要是蓝宝石，氮化镓外延层与蓝宝石的晶格失配度相 当大，所以在蓝宝石上生长氮化镓容易造成大量的缺陷，而这些缺陷大大降低发光器件抗 静电能力；另一方面由于蓝宝石衬底不导电，发光二极管上的静电不能得到有效释放，因此 蓝宝石衬底的氮化镓基发光二极管都存在抗静电问题。目前主要通过在封装或使用电路中并联保护二极管提高抗静电能力，也有通过改 变外延结构来达到提高抗静电能力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高效抗静电氮化镓基发光器件，发光二极管与保护二 极管同时于芯片制造时形成，发光二极管和保护二极管一起构成一个发光器件，这样具有 抗静电效果。本专利技术的另一目的在于提供该抗静电氮化镓基发光器件的制作方法。本专利技术的技术方案为一种高效抗静电氮化镓基发光器件包括衬底，衬底之上依 次是缓冲层、N型氮化镓层、发光层多量子胼结构MQW、P型氮化镓层。透明导电层位于所述 P型氮化镓外延的部分区域上，发光二极管P电极位于透明导电层的部分区域上，并且与所 述P型氮化镓形成欧姆接触；N电极位于所述N型氮化镓外延层的部分区域之上；抗静电保 护二极管位于衬底外延的另一部分区域上，此区域所在外延与发光二极管外延完全隔离， 并在此区域外延的P型氮化镓上生成此保护二极管的P电极，此区域外延的N型氮化镓上 生成保护二极管的N电极。两个保护二极管以N电极相连的，发光器件内的外延层分成两 个隔离的部分一部分是发光二极管的外延层，另一部分是两个保护二极管的外延层；两 个保护二极管以P电极相连的，发光器件内的外延层分为三个隔离的部分一部分是发光 二极管的外延层，另两个部分是两个保护二极管的外延层。两个保护二极管以N电极相连的，两个保护二极管的两个P电极分别通过金属与 发光二极管的P电极、N电极相连；两个保护二极管以P电极相连的，两个保护二极管的两个N电极分别通过金属与发光二极管的P电极、N电极相连；连接金属沉积在绝缘层上；在 除发光二极管P、N电极压焊点区域外生长绝缘层。氮化镓基发光二极管与两个氮化镓基保护二极管集成在同一发光器件中，并且两 个保护二极管串联以P或N电极相连，另两端的两个N电极或P电极再分别与发光二极管 的P、N电极通过金属连接。这样，后续封装使用时本发光器件与常规发光二极管完全相同。本专利技术中，发光二极管和保护二极管欧姆接触电极的材料使用Ti、Al、Ni、Au或 这些材料的组合，绝缘层和填充层的材料选用二氧化硅，氮化硅，旋涂玻璃法(SOG spin on glass)，聚酰亚胺(PI)等。上述一种高效抗静电氮化镓基发光器件的制作方法，其步骤包括在衬底蓝宝石 上依次生长形成缓冲层，N型氮化镓层，发光层多量子胼结构MQW，P型氮化镓层；蚀刻部分 外延层，深度直到蓝宝石衬底，将保护二极管和发光二极管的外延层完全隔离，如果两个保 护二极管是以N电极相连的，外延层分为隔离的两部分，发光二极管占其中一个独立部分， 两个保护二极管占另外一个独立部分；如果两个保护二极管是以P电极相连的，外延层分 为三个隔离部分，发光二极管占其中一个独立部分、两个保护二极管各占一个独立部分；同 时在发光二极管和保护二极管区域蚀刻部分外延层，包括P型氮化镓层、发光层多量子胼 结构MQW，蚀刻到N型氮化镓层；在发光二极管区域P型氮化镓层上沉积透明导电层；在第 2步蚀刻形成的凹槽中沉积绝缘填充层；在下步的发光二极管P、N电极与两个保护二极管 N或P电极将要生长连接金属的部位沉积绝缘层；分别沉积发光二极管P、N电极及与两个 保护二极管的P或N电极间的连接金属；在除发光二极管P、N压焊点的区域生长绝缘保护 层；通过减薄、划裂、测试、分选，分别形成各个独立的发光器件。本专利技术的优点在于高效抗静电氮化镓基发光器件的发光二极管与保护二极管同 时于芯片制造时形成，发光二极管和保护二极管一起构成一个发光器件，这样不但具有抗 静电效果，而且可以简化封装时制作流程、封装时也没有必要另外并联保护二极管，提高产 品良率，同时也不改变现有外延层结构。在并联保护二极管时，可以将单个保护二极管与发光二极管直接并联，但由于单 个保护二极管有一定的功耗，会影响发光二极管的使用。本专利技术是将两个串联的保护二极 管与发光二极管并联在电路中，这两个保护二极管可以是两个N电极相连的，也可以是两 个P电极相连的。本专利技术的工作原理描述如图IA和图2A，当发光管两端101有正向工作电压时， 也就是图IA或图2A中A端电位高于B端时，发光二极管101处于导通状态，保护二极管 103、105截止，保护二极管102、106导通，整个防静电保护电路处于截止状态，发光二极管 101正常工作，不会产生静电积累；当发光二极管101两端有大于保护二极管103、105反 向击穿电压的静电积累脉冲时，发光二极管101处于反向，不导通，此时并联的保护二极管 103、105导通，保护二极管102，106反向导通，静电积累电荷经保护二极管102、103通路、 105、106通路释放，发光二极管101得到保护，处于截止状态，发光二极管101正常工作，不 会由于静电积累而破坏。当发光二极管101两端有小于保护二极管102、106的反向击穿电 压的静电脉冲时，保护二极管103，105可能导通但同电路中的102、105是截止的，因此整个 抗静电保护电路是截止的，减少了功耗。附图说明图IA抗静电氮化镓基发光器件的保护二极管N相连等效电路图；图2A抗静电氮化镓基发光器件的保护二极管P相连等效电路图；图IB抗静电氮化镓基发光器件的保护二极管N相连截面结构图；图2B抗静电氮化镓基发光器件的保护二极管P相连截面结构图；图IC抗静电氮化镓基发光器件的保护二极管N相连平面结构2C抗静电氮化镓基发光器件的保护二极管P相连平面结构图。图中各标记如下图IA图2A 101发光二极管 102、103、105、106保护二极管图 IB 图 2B201衬底(蓝宝石) 202缓冲层 203发光二极管N型氮化镓层204发光二极管N电极205发光二极管N电极与保护二极管P电极连接金属206保护二极管与发光二极管外延间绝缘填充层207保护二极管N型氮化镓层 208保护二极管P型氮化镓层209发光二极管P极与保护二极管P电极连接金属210发光二极管P型氮化镓层 211发光二极管多量子胼层212发光二极管P电极压焊点 213透明导电层214发光二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效抗静电氮化镓基发光器件，其特征在于：在蓝宝石衬底上依次生长缓冲层、Ｎ型氮化镓层、发光层多量子肼结构ＭＱＷ、Ｐ型氮化镓层，将发光器件外延层蚀刻成两或三个外延隔离区域，一部分外延层隔离区域上制作发光二极管，另一到两个外延层隔离区域上制作两个保护二极管。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑如定，周武，刘榕，张建宝，
申请(专利权)人：武汉华灿光电有限公司，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]