专利名称：具有过压保护结构的发光二极管芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光二极管的芯片，特别是涉及发光二极管芯片的过压保护。
背景技术：
现有发光二极管芯片按衬底的材料分类主要有蓝宝石衬底、硅衬底和碳化 硅衬底三大类。其中蓝宝石衬底的芯片为单面电极结构，硅衬底和碳化硅衬底
多采用垂直电极结构。发光二极管的芯片主要由N电极、N型掺杂半导体层、发 光区、P型掺杂半导体层、P电极和衬底几个主要部分叠加构成。这些芯片的尺 寸非常小。由于芯片的尺寸微小，其工作电压只有几伏，而静电往往都在几千 伏特，在生产过程中极易被环境中静电击穿损坏。目前的LED生产广泛采用的 防静电的方式是提高封装LED生产车间环境的净化级(一般为l万级)，并控制 净化间的温度和湿度来减小静电对芯片的损害，高的标准会使得生产投入的成 本很高，该方式不是很好的解决方式。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有过压保护结构的发光二极管芯 片，该芯片用来解决在超过芯片额定电压情况下的对芯片的过压保护问题。
为了解决上述技术问题，本发明提出一种具有过压保护结构的发光二极管 芯片，包括第一电极、第一掺杂半导体层、发光层、第二掺杂半导体层、第二 电极和衬底；其中，第一掺杂半导体层、发光层和第二掺杂半导体层由上至下 依次叠加在衬底的上方；所述第一掺杂半导体层与第二掺杂半导体层之间还设 有通过压敏材料实现过压保护的过压保护部。
本发明的优选结构为所述过压保护部包括连接导体、钝化层和压敏层；连 接导体位于芯片侧面上，它与所述第一掺杂半导体层或第二掺杂半导体层中的其中 一个连通，它与另一个之间设有由压敏材料组成的压敏层；在连接导体与所述发光 层之间设有在芯片侧边表面的所述钝化层。
本发明的优选结构为所述过压保护部设在^f述芯片的侧边表面，整个过 压保护部由压敏材料构成。
本发明的优选结构为所述芯片为水平电极结构，所述衬底为蓝宝石衬底。 这种水平电极结构，其芯片电流为横向流动，两个电极均位于芯片的上面；这 种结构适用于诸如蓝宝石这样的绝缘体衬底。
本发明的优选结构为所述芯片为垂直电极结构，其衬底为导电衬底。这 种垂直结构的芯片电流为纵向流动，电极分设于芯片的上、下两个面。它适用 于衬底为导体的芯片，如硅衬底、碳化硅衬底、锗衬底、砷化镓衬底、磷化镓 衬底、铜衬底、铬衬底中的任一种，或者为金属合金衬底以及其它复合衬底。 金属合金可以是铁合金、铜合金、铬合金等。
本发明的优选方式为所述衬底为硅衬底。对于没有经过衬底转移工艺的 芯片，这里所指的衬底是生长衬底。对于经过邦定、除去生长衬底的芯片来说， 这里所指的衬底是转移衬底。
本发明的优选方式为所述的第一电极为N电极，第一掺杂半导体层为N 型掺杂半导体层，第二掺杂半导体层为P型掺杂半导体层，第二电极为P电极层。
本发明的优选结构为所述过压保护部与所述第一掺杂半导体层上形成有 电连接层，电连接层连通所述过压保护部和第一掺杂半导体层。
本发明的优选方式为所述压敏材料为氧化锌压敏材料、碳化硅压敏材料、 钛酸钡压敏材料或锗的压敏材料。压敏材料是以上述各物质为主、含掺杂的压 敏材料。
本发明的有益效果如下
相比现有技术，本发明在芯片上另行开辟了一个过压保护电路区域，即在 第一掺杂半导体层与第二掺杂半导体层之间连接有通过压敏材料实现过压保护 的过压保护部。该部分电路与芯片发光部分电路并联在一起，在外界电压大于 芯片极限电压的情况下自动导通进行放电，进而保护芯片发光部分，避免其被 击穿。目前的压敏材料一般都可以用于防止几千伏特的高压情况，因此本发明 这种结构不但可以防止电路中的过压情况，还可以用于防止在生产芯片过程中 产生的静电对芯片的损坏。
图1是本发明的实施例一的结构图。
图2是本发明的实施例二的结构图。 图3是本发明的实施例三的结构图。
具体实施例方式
本发明提供一种具有过压保护结构的发光二极管芯片。
本发明的实施例一，参看图l。该发光二极管芯片采用垂直电极结构，由上 至下依次为N电极l、 N型掺杂半导体层2、发光层3、 P型掺杂半导体层4、 P电极5、硅衬底6和金属层7。其中，衬底以上的多层半导体结构的发光薄膜 材料可以是铟镓铝氮(InxGayAlk-yN， 0《x《l， 0《y《l)材料、铟镓铝磷 (InxGayAh.x.yP， 0《x《l， 0《y《l)材料或者铟镓铝砷(InxGayAl^—yAs, 0《x《l， 0《y《l)材料。本实施例选用铟镓铝氮材料。该结构为经过倒装焊
工艺后的产品结构，其生长衬底己经被除去，硅衬底6为转移衬底。它的特点
是N电极1和N型掺杂半导体层2设置在发光层3的上方，P电极和P型掺杂 半导体层4设置在发光层3的下方。
在N型掺杂半导体层2与P型掺杂半导体层4之间设有通过压敏材料实现 过压保护的过压保护部。过压保护部包括连接导体8、钝化层9和压敏层10。 其中连接导体8位于芯片侧边表面上，连接导体8与N型掺杂半导体层2的侧 边表面连接接触，在连接导体8与发光层3之间间隔有钝化层9，连接导体8与 P型掺杂半导体层4之间间隔有由压敏材料组成的压敏层10。其中，钝化层9 主要是起绝缘作用的。在钝化层9的顶部有N型掺杂半导体层2与连接导体8 相连接的连接部20。压敏层10的材料是氧化锌压敏材料，通过改变氧化锌的掺 杂可以改变压敏材料的性质以适应相应的场合。压敏材料除了氧化锌压敏材料 以外，还可以是其它常用的诸如碳化硅、钛酸钡或锗等压敏材料。 一个电极引 线连接在N电极1上，另一个电极引线连接到金属层7上。连接导体8可以是
金属层。
本实施例的另外一个相似结构是将压敏层10设在N型掺杂半导体层2的 边缘位置。
在正常电压情况下，电流由上至下流过，对芯片供电，LED灯正常发光； 当供电电路发生超过芯片上限电压的时候，压敏层10导通，由此造成N型掺杂 半导体层2与P型掺杂半导体层4短路，电流不再经过发光层9，进而保护了发 光层9，使其不被击穿。钝化层9是用来防止电流由连接导体8流向发光层3。 同理，在生产过程中，如果产生了数千伏的静电，电压会使压敏层10导通，静 电会通过压敏层放电，而不会破坏发光层。
本发明的实施例二，参看图2所示。该发光二极管芯片采用垂直电极结构，
由上至下依次为N电极1、 N型掺杂半导体层2、发光层3、 P型掺杂半导体
层4、 P电极5、硅衬底6和金属层7。本例与实施例一的区别是过压保护部11 设在芯片的侧边表面，整个过压保护部由压敏材料构成。
在正常电压情况下，电流由上至下流过，对芯片供电，LED灯正常发光； 当供电电路发生超过芯片上限电压的时候，过压保—护部11导通，由此造成N型 掺杂半导体层2与P型掺杂半导体层4导通，电流不再经过发光层9，进而使发 光层9不被击穿。同理适用静电情况。
本发明的实施例三，参看图3。该发光二极管芯片采用水平电极结构，所选 用的衬底为蓝宝石衬底。其结构由上至下依次为P电极5、 P型掺杂半导体层 4、发光层3、 N型掺杂半导体层2和衬底6， N电极1设在N型掺杂半导体2 的上面，它与P电极5位于芯片的同一侧。其中，衬底以上的多层半导体结构 的发光薄膜材料选用铟镓铝氮材料。这种结构的芯片是没有经过倒装焊的结 构，该结构P电极5和P型掺杂半导体层4在发光层3的上面，N电极1和N 型掺杂半导体层2在发光层3的下面。
在P型掺杂半导体层4与N型掺杂半导体层2之间设有通过压敏材料实现 过压保护的过压保护部。过压保护部包括连接导体8、钝化层9和压敏层10。 其中连接导体8位于芯片侧边表面上，连接导体8与P型掺杂半导体层4的侧 边通过电连接层12连接，电连接层12使过压保护部与P型掺杂半导体层4保 持电导通关系，电连接层12可以是和P电极5—样的材料。在连接导体8与发 光层3之间间隔有钝化层9，连接导体8与N型掺杂半导体层2之间间隔有由 压敏材料组成的压敏层10。
权利要求
1.一种具有过压保护结构的发光二极管芯片，包括第一电极、第一掺杂半导体层、发光层、第二掺杂半导体层、第二电极和衬底；其中，第一掺杂半导体层、发光层和第二掺杂半导体层由上至下依次叠加在衬底的上方；其特征在于所述第一掺杂半导体层与第二掺杂半导体层之间还设有通过压敏材料实现过压保护的过压保护部。
2、 根据权利要求1所述的具有过压保护结构的发光二极管芯片，其特征在于: 所述过压保护部包括连接导体、钝化层和压敏层；连接导体位于芯片侧面上，它与 所述第一掺杂半导体层或第二掺杂半导体层中的其中一个连通，它与另一个之间设 有由压敏材料组成的压敏层；在连接导体与所述发光层之间设有在芯片侧边表面的 所述钝化层。
3、 根据权利要求l所述的具有过压保护结构的发光二极管芯片，其特征在 于所述过压保护部设在所述芯片的侧边表面，整个过压保护部由压敏材料构成。
4、 根据权利要求l所述的具有过压保护结构的发光二极管芯片，其特征在 于所述芯片为水平电极结构，所述衬底为蓝宝石衬底。
5、 根据权利要求l所述的具有过压保护结构的发光二极管芯片，其特征在 于所述芯片为垂直电极结构，其衬底为导电衬底。
6、 根据权利要求5所述的具有过压保护结构的发光二极管芯片，其特征在于所述衬底为硅衬底、碳化硅衬底、锗衬底、砷化镓衬底、磷化镓衬底、铜 衬底、铬衬底中的任一种，或者为金属合金衬底。
7、 根据权利要求l所述的具有过压保护结构的发光二极管芯片，其特征在 于所述的第一电极为N电极，第一掺杂半导体层为N型掺杂半导体层，第二 掺杂半导体层为P型掺杂半导体层，第二电极为P电极。
8、 根据权利要求l所述的具有过压保护结构的发光二极管芯片，其特征在 于所述过压保护部与所述第一掺杂半导体层上形成有电连接层，电连接层连 通所述过压保护部和第一掺杂半导体层。
9、 根据权利要求1至8任一项所述的具有过压保护结构的发光二极管芯片， 其特征在于所述压敏材料为氧化锌、碳化硅、钛酸钡或锗的压敏材料。
全文摘要
本发明公开了一种具有过压保护结构的发光二极管芯片，该芯片用来解决在超过芯片额定电压情况下的对芯片的过压保护问题。其采用的技术方案为包括衬底上的多层半导体结构；其中，多层半导体结构中的第一掺杂半导体层与第二掺杂半导体层之间还设有通过压敏材料实现过压保护的过压保护部，使过压保护部具有对多层半导体结构中的发光层形成过压保护功能。本发明可以用于芯片的电路过压保护和防静电保护。
文档编号H01L33/00GK101373805SQ200810107279
公开日2009年2月25日 申请日期2008年10月17日 优先权日2008年10月17日
发明者江风益, 汤英文, 立 王, 章少华 申请人:晶能光电(江西)有限公司