專利名稱：具有靜電損傷保護功能的發(fā)光二極管器件的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于發(fā)光器件的制造領域，涉及一種具有靜電損傷保護功能的發(fā)光器 件及其制造方法。
背景技術：
隨著LED光效的不斷提高，在某些領域，如液晶背光、汽車照明光源等，已逐漸顯 露出LED代替熒光燈、白熾燈的趨勢。在通用照明領域，大功率LED也同樣具有取代傳統(tǒng)光 源的巨大潛力。但是，隨著LED芯片單位面積功率的增大和芯片集成度的提高，散熱問題和 靜電防護問題逐漸成為影響LED穩(wěn)定性的重要因素。其中，提高靜電防護能力是提高LED穩(wěn)定性的重要要求。目前，一般采用給LED并 聯(lián)一個反向二極管或雙向二極管來提高LED的防靜電能力。對于正裝芯片或垂直結(jié)構(gòu)芯 片，一般采用將一個防靜電二極管和一個LED封裝在一起的方法，但該方法增加了生產(chǎn)成 本，且因連接金線的增加而影響了產(chǎn)品的穩(wěn)定性。倒裝芯片一般采用硅片來作為倒裝基板。硅電路集成工藝成熟，容易通過摻雜等 工藝低成本的在硅內(nèi)部制作防靜電二極管。請參閱圖1A，中國實用新型專利CN100386891C 公開了一種高抗靜電高效發(fā)光二極管，其包含利用一導電型半導體材料制作的基板10及 發(fā)光二極管芯片20，基板10上制作有集成的雙向穩(wěn)壓二極管11，發(fā)光二極管芯片20主要 包含一透明藍寶石襯底21及在此襯底上的GaN結(jié)構(gòu)層22和P電極23、N電極對，將發(fā)光 二極管芯片20倒裝在該基板10上。由于基板10上集成了抗靜電保護雙向穩(wěn)壓二極管11， 有效增強了發(fā)光二極管抗靜電放電能力，可實現(xiàn)大功率輸出，降低成本，提高器件可靠性等 作用。請參閱圖1B，其為圖1所示結(jié)構(gòu)的等效電路圖。該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)雖然具有較好的 ESD保護功能，但仍然存在缺陷。請參閱圖1C，其是圖1所示的結(jié)構(gòu)串聯(lián)模組芯片的等效電 路圖。由于n-Si具有較好的導電性，在同一硅片基板上采用這種方法實現(xiàn)串聯(lián)模組芯片 時，會存在所有ESD保護二極管的η極通過硅基板共地的問題。當串聯(lián)芯片多于一定數(shù)量， 所需驅(qū)動電壓大于單個抗靜電二極管的反向擊穿電壓時，串聯(lián)負端的抗靜電二極管31可 能會反向擊穿，并將電壓鉗制在其擊穿電壓，影響了模組芯片的正常驅(qū)動。因此這種倒裝結(jié) 構(gòu)并不適合用來制造模組芯片。另外，美國實用新型專利US6M7249B2中公開了在同一藍寶石襯底上，制作兩個 反向并聯(lián)LED，兩個二極管之間就可以相互起到靜電保護的作用。采用并聯(lián)單個反向二極管 的方法，增加少量制造成本的前提下，提高了 LED的抗靜電放電能力，但這種結(jié)構(gòu)在樣品測 試上卻存在一定問題。LED反向漏電流是反映LED性能的一個重要方面，如果不對反向漏電 測試來甄別反向漏電較大的不良品，不良品可能在長期使用中可靠性出現(xiàn)問題。反向漏電 流的測試電壓一般比正向開啟電壓要高。如氮化稼基LED，一般在LED兩端施加5V的反向 電壓測試其反向電流。對于與LED反向并聯(lián)的二極管，施加的5V電壓則為正向電壓。一般 氮化鎵基LED的工作電壓小于3. 5V，那么測試時，反向二極管必定處于正向?qū)顟B(tài)，因此 無法對LED的反向漏電流進行測試。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術中的缺點與不足，提供一種具有良好的抗 ESD功能，且能進行反向電壓測試的LED發(fā)光二極管?！N具有靜電損傷保護功能的發(fā)光二極管器件，包括發(fā)光二極管芯片和倒裝基 板。該發(fā)光二極管芯片包括一發(fā)光區(qū)和一靜電防護區(qū)，其中，該發(fā)光區(qū)包括一發(fā)光二極管， 該靜電防護區(qū)包括至少兩個靜電防護二極管，該發(fā)光二極管和靜電防護二極管通過隔離槽 相互隔離。該倒裝基板包括一表面絕緣的基底，及覆蓋在基底表面上的金屬線層。該發(fā)光 二極管芯片倒裝在該倒裝基板上，通過該倒裝基板上的金屬線層，該靜電防護二極管串接 然后與該發(fā)光二極管反向并聯(lián)。相對于現(xiàn)有技術，本實用新型的發(fā)光二極管器件不僅具有良好的抗靜電能力，可 于產(chǎn)品生產(chǎn)流程及終端應用生命周期內(nèi)減少LED受環(huán)境或電路靜電損壞的幾率；可方便的 與現(xiàn)有工藝技術進行集成且不會增加較多制造成本；還可按照常規(guī)監(jiān)控LED反向漏電情 況，篩選掉有潛在問題的產(chǎn)品，提高產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性。為了能更清晰的理解本實用新型，以下將結(jié)合附圖說明闡述本實用新型的具體實 施方式。

圖IA是現(xiàn)有技術發(fā)光二極管器件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖IB是圖1所示結(jié)構(gòu)的等效電路圖。圖IC是圖1所示的結(jié)構(gòu)串聯(lián)模組芯片的等效電路圖。圖2是本實用新型具有靜電損傷保護功能的發(fā)光二極管器件的實施例一的剖面 結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2所示發(fā)光二極管芯片100的仰視圖。圖4是圖2所示倒裝基板200的俯視圖。圖5是圖2所示結(jié)構(gòu)的等效電路圖。圖6A-6F是圖2所示的發(fā)光二極管器件的制造方法的各主要步驟的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本實用新型具有靜電損傷保護功能的發(fā)光二極管器件的實施例二的剖面 結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
實施例一請同時參閱圖2，其是本實用新型具有靜電損傷保護功能的發(fā)光二極管器件的實 施例一的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。該發(fā)光二極管器件包括一發(fā)光二極管芯片100和倒裝基板200。 該發(fā)光二極管芯片100倒裝在該倒裝基板200上。請同時參閱圖3，其是圖1所示發(fā)光二極管芯片100的仰視圖。該發(fā)光二極管芯片 100包括一發(fā)光區(qū)A和一靜電防護區(qū)B，其中，該發(fā)光區(qū)A包括一發(fā)光二極管，該靜電防護區(qū) B包括三個靜電防護二極管，該發(fā)光區(qū)A所占面積大于該發(fā)光二極管芯片總面積的50%。進一步，該發(fā)光二極管芯片100包括一襯底101、一 η型半導體層102、一活性層103、一ρ型半導體層104、一鈍化層105、一電極層106，以及隔離槽107，該電極層106包括 η型電極層106a和ρ型電極層106b。其中，該η型半導體層102覆蓋在該襯底101表面， 并通過隔離槽107隔離劃分為相互獨立的四個單元，其中對應包括一發(fā)光二極管單元和三 個靜電防護二極管單元。該活性層103覆蓋在發(fā)光二極管單元和靜電防護二極管單元的η 型半導體層102的部分表面，并使部分η型半導體層102外露。該ρ型半導體層104覆蓋 在該活性層103表面。該鈍化層105覆蓋在部分外露的η型半導體層102和ρ型半導體層 104的表面，使得各η型半導體層102和ρ型半導體層104之間相互絕緣。該η型電極層 106a覆蓋在鈍化層105之間外露的η型半導體層102表面，以及該ρ型電極層106b覆蓋在 鈍化層105之間外露的ρ型半導體層104表面。從而在該襯底101上形成一發(fā)光二極管和 三個靜電防護二極管。請一并參閱圖4，其是倒裝基板200的平面結(jié)構(gòu)示意圖。該倒裝基板200包括一基 底201、一絕緣層202、一金屬線層203和凸點焊球204。該絕緣層202覆蓋在該基底201的 表面，該金屬線層203覆蓋在該絕緣層表面，并形成一導電圖案。該凸點焊球204設置在金 屬線層203的表面，作為與發(fā)光二極管芯片100的電極層106的連接點。請同時參閱圖5， 其是圖1所示結(jié)構(gòu)的等效電路圖。該發(fā)光二極管芯片100倒裝在該倒裝基板200上，該發(fā) 光二極管芯片100的發(fā)光二極管和靜電防護二極管通過該倒裝基板200上的金屬線層203 實現(xiàn)電連接，具體地，該三個靜電防護二極管串接，該發(fā)光二極管的η極與該三個串接的靜 電防護二極管P極連接，該發(fā)光二極管的P極與該三個串接的靜電防護二極管η極連接，從 而使該發(fā)光二極管與該三個串接的靜電防護二極管形成反向并聯(lián)。該襯底101具體為藍寶石(Al2O3)襯底。該基底201具體為具有良好導熱性材料制成的基板，如硅基板、金屬基板等。該凸點焊球204的材料為鉛、錫、金、銀或銅等單一金屬材料或上述材料的多層材 料或合金。請參閱圖6Α至圖6F，其是本實用新型發(fā)光二極管器件的制造方法的各主要步驟 的結(jié)構(gòu)示意圖。該發(fā)光器件的制造方法的步驟具體如下步驟Sl 在襯底101表面依序沉積η型半導體層102、活性層103和ρ型半導體層
104。請參閱圖6Α，具體地，通過外延工藝依次在襯底101表面沉積η型半導體層102、活性 層103、ρ型半導體層104。η型半導體層依序包括低溫氮化稼緩沖層、未摻雜氮化稼層、η 型氮化稼層(圖未示)?；钚詫?03是多層量子阱層(MQW)。P型半導體層204依序包括ρ 型氮化鋁稼層和P型氮化稼層(圖未示)。步驟S2 形成隔離槽107。請參閱圖6Β，具體地，在襯底101上方提供一采用二氧 化硅或金屬薄膜制作的第一掩膜(圖未示)，該掩膜具有隙縫。然后采用干法蝕刻或濕法蝕 刻，在掩膜的隙縫處對襯底101上的P型半導體層102、活性層103和η型半導體層104進 行蝕刻直至襯底101外露，從而形成隔離槽107。并通過隔離槽107將該襯底隔離劃分為相 互獨立的四個單元，其中對應包括一發(fā)光二極管單元和三個靜電防護二極管單元。步驟S3 蝕刻部分ρ型半導體層104和活性層103，使得部分η型半導體層102外 露。請參閱圖6C，具體地，在襯底101上方提供一第二掩膜(圖未示)，該掩膜使發(fā)光二極 管單元和三個靜電防護二極管單元的部分P型半導體層104外露。然后采用干法蝕刻或濕 法蝕刻，在掩膜未覆蓋處對襯底101上的ρ型半導體層104和活性層103進行蝕刻直至η型半導體層102外露。步驟S4 形成鈍化層105。請參閱圖6D，在該ρ型半導體層104和外露的η型半 導體層102表面形成一鈍化層105。該鈍化層105的材料為二氧化硅或三氧化鋁或氮化硅 或聚合物薄膜等。然后再采用干法蝕刻或濕法蝕刻在發(fā)光二極管單元和三個靜電防護二極 管單元的鈍化層105上蝕刻出η極窗口和ρ極窗口，該η型半導體層102和ρ型半導體層 104分別在η極窗口和ρ極窗口部分外露。步驟S5 形成電極層106。請參閱圖6Ε，具體地，分別采用薄膜沉積法依次在η極 窗口和P極窗口上分別形成η型電極層106a和ρ型電極層106b。該電極層106的材料為 鉛、錫、金、銀或銅等單一金屬材料或上述材料的多層材料或合金。步驟S6 在基底201上依序形成一絕緣層202、一金屬線層203和凸點焊球204， 從而形成倒裝基板200。步驟S7 將發(fā)光二極管芯片100倒裝在倒裝基板200上。請參閱圖6F，將發(fā)光二 極管芯片100倒裝在倒裝基板200上，使發(fā)光二極管芯片100的電極層106與倒裝基板200 上的凸點焊球204連接。實施例二請參閱圖7，其是本實用新型具有靜電損傷保護功能的發(fā)光二極管器件的實施例 二的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。該發(fā)光二極管器件包括一發(fā)光二極管芯片100和倒裝基板200。該 發(fā)光二極管芯片100倒裝在該倒裝基板200上。進一步，該發(fā)光二極管芯片100包括一襯底101、一 η型半導體層102、一活性層 103、一 ρ型半導體層104、一電極層106，以及隔離槽107，該電極層106包括η型電極層 106a和ρ型電極層106b。其中，該η型半導體層102覆蓋在該襯底101表面，并通過隔離 槽107隔離劃分為相互獨立的四個單元，其中對應包括一發(fā)光二極管單元和三個靜電防護 二極管單元。該活性層103覆蓋在發(fā)光二極管單元和靜電防護二極管單元的η型半導體層 102的部分表面，并使部分η型半導體層102外露。該ρ型半導體層104覆蓋在該活性層 103表面。該η型電極層106a覆蓋在外露的η型半導體層102的部分表面，以及該ρ型電 極層106b覆蓋ρ型半導體層104的部分表面。從而在該襯底101上形成一發(fā)光二極管和 三個靜電防護二極管。倒裝基板200包括一基底201、一金屬線層203和凸點焊球204。該基底201具體 為具有良好導熱性的絕緣材料制成的基板，如陶瓷基板等，因此基底表面無需覆蓋絕緣層 來實現(xiàn)絕緣。本實施例與實施例一的區(qū)別在于n型半導體層和ρ型半導體層之間沒有形成鈍 化層，η型電極層和ρ型電極層僅通過隔離槽107來實現(xiàn)絕緣隔離。因此可省略實施例一 中制造方法的步驟S4。以及倒裝基板200的基底201采用絕緣材料制成，省略了在基底表 面形成絕緣層的制造步驟。相對于現(xiàn)有技術，本實用新型的發(fā)光二極管器件不僅具有良好的抗靜電能力，可 于產(chǎn)品生產(chǎn)流程及終端應用生命周期內(nèi)減少LED受環(huán)境或電路靜電損壞的幾率；可方便的 與現(xiàn)有工藝技術進行集成且不會增加較多制造成本；還可按照常規(guī)監(jiān)控LED反向漏電情 況，篩選掉有潛在問題的產(chǎn)品，提高產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性。本實用新型并不局限于上述實施方式，如果對本實用新型的各種改動或變形不脫離本實用新型的精神和范圍，倘若這些改動和變形屬于本實用新型的權(quán)利要求和等同技術 范圍之內(nèi)，則本實用新型也意圖包含這些改動和變形。
權(quán)利要求1.一種具有靜電損傷保護功能的發(fā)光二極管器件，其特征在于包括發(fā)光二極管芯片，其包括一發(fā)光區(qū)和一靜電防護區(qū)，其中，該發(fā)光區(qū)包括一發(fā)光二極 管，該靜電防護區(qū)包括至少兩個靜電防護二極管，該發(fā)光二極管和靜電防護二極管通過隔 離槽相互隔離；倒裝基板，其包括一表面絕緣的基底，及覆蓋在基底表面上的金屬線層；該發(fā)光二極管芯片倒裝在該倒裝基板上，通過該倒裝基板上的金屬線層，該靜電防護 二極管串接然后與該發(fā)光二極管反向并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管器件，其特征在于該發(fā)光區(qū)所占面積大于該發(fā) 光二極管芯片總面積的50%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管器件，其特征在于該發(fā)光二極管芯片上具有三 個靜電防護二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管器件，其特征在于該倒裝基板的基底為陶瓷基 板、表面覆蓋有絕緣層的硅基板或表面覆蓋有絕緣層的金屬基板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管器件，其特征在于該發(fā)光二極管和靜電防護二 極管包括η型半導體層、活性層和ρ型半導體層；其中該η型半導體層覆蓋在該發(fā)光二極管 芯片的襯底表面，該活性層覆蓋在η型半導體層的部分表面，并使部分η型半導體層外露， 該P型半導體層覆蓋在該活性層表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管器件，其特征在于該發(fā)光二極管和靜電防護二 極管進一步包括鈍化層和電極層，該鈍化層覆蓋在部分外露的η型半導體層和ρ型半導體 層的表面，使得η型半導體層和ρ型半導體層之間相互絕緣；該電極層覆蓋在鈍化層之間外 露的η型半導體層和P型半導體層表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管器件，其特征在于該倒裝基板包括設置在金屬 線層上的凸點焊球，該發(fā)光二極管芯片倒裝在該倒裝基板上使電極層與凸點焊球連接。
專利摘要本實用新型涉及一種具有靜電損傷保護功能的發(fā)光二極管器件，包括發(fā)光二極管芯片和倒裝基板。該發(fā)光二極管芯片包括一發(fā)光區(qū)和一靜電防護區(qū)。其中，該發(fā)光區(qū)包括一發(fā)光二極管，該靜電防護區(qū)包括至少兩個靜電防護二極管，該發(fā)光二極管和靜電防護二極管通過隔離槽相互隔離。該倒裝基板包括一表面絕緣的基底，及覆蓋在基底表面上的金屬線層。該發(fā)光二極管芯片倒裝在該倒裝基板上，通過該倒裝基板上的金屬線層，該靜電防護二極管串接然后與該發(fā)光二極管反向并聯(lián)。本實用新型的發(fā)光二極管器件具有良好的抗ESD性能，且能進行反向漏電流測試，以甄別不良品防止長期可靠性出現(xiàn)問題。
文檔編號H01L33/48GK201918389SQ20102067519
公開日2011年8月3日 申請日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者周玉剛, 姜志榮, 李永德, 肖國偉, 許朝軍, 賴燃興 申請人:晶科電子(廣州)有限公司