CN100392885C - 发光二极管结构 - Google Patents

Abstract

一种发光二极管结构，其具有寄生反向二极管，此发光二极管结构包括基板、图案化半导体层、第一导线、第二导线与绝缘层。其中，基板具有第一区域以及第二区域，而图案化半导体层包括第一型掺杂半导体层、第二型掺杂半导体层以及位于两者之间的主动层。上述第一区域中的第一型掺杂半导体层、主动层以及第二型掺杂半导体层构成发光二极管元件，而第二区域中的第一型掺杂半导体层、主动层以及第二型掺杂半导体层与绝缘层构成静电放电防护二极管元件。本发明的发光二极管结构具有静电放电防护二极管元件，因此可以避免发光二极管元件遭受静电放电破坏。

Description

发光二极管结构

技术领域

本发明涉及一种发光二极管结构(LED structure)，且特别涉及一种具有静电放电防护功能(ESD protection)的发光二极管结构。

背景技术

近年来，发光二极管元件可以说是非常广泛地被使用，一般常应用于交通信号灯(红绿灯)、大型的显示看板或者作为平面显示器的光源。为了防止发光二极管遭受静电放电破坏，常见的解决方法是利用额外的齐纳(Zener)二极管与发光二极管反相并联，以形成可稳压的电路。当静电放电现象产生时，静电的高压特性会使得齐纳二极管在其击穿电压(breakdownvoltage)区操作，此时，与发光二极管反相并联的齐纳二极管便可以有效避免发光二极管被静电所破坏。

值得留意的是，在上述可稳压的电路中，由于齐纳二极管与发光二极管反相并联；意即，齐纳二极管的阳极与发光二极管的阴极通过导线电连接，而齐纳二极管的阴极与发光二极管的阳极通过导线电连接。齐纳二极管的可靠性(reliability)与其击穿次数有关，如果齐纳二极管的击穿电压较低，那么过于频繁的击穿次数将会导致齐纳二极管的可靠性下降，因此如何兼顾静电放电防护以及发光二极管的可靠性是一个值得思考的课题。

发明内容

本发明的目的就是提供一种发光二极管结构，其具有静电放电防护的功能。

为达上述目的，本发明提供一种发光二极管结构，其具有寄生反向二极管，此发光二极管结构包括基板、图案化半导体层、第一导线、第二导线与绝缘层。其中，基板具有第一区域以及第二区域，而图案化半导体层包括第一型掺杂半导体层、第二型掺杂半导体层以及位于两者之间的主动层。位于第一区域中的第一型掺杂半导体层、主动层以及第二型掺杂半导体层构成发光二极管元件，而位于第二区域中的第一型掺杂半导体层、主动层以及第二型掺杂半导体层构成静电放电防护二极管元件。第一导线由第一区域中的第一型掺杂半导体层延伸至第二区域中的第二型掺杂半导体层，而第二导线由第一区域中的第二型掺杂半导体层延伸至第二区域中的第一型掺杂半导体层。另外，绝缘层设置于静电放电防护二极管元件的第一型掺杂半导体层与第二导线之间。

本发明提供一种发光二极管结构，其具有寄生反向二极管，此发光二极管结构包括基板、图案化半导体层、第一导线、第二导线与绝缘层。其中，基板具有第一区域以及第二区域，而图案化半导体层包括第一型掺杂半导体层、第二型掺杂半导体层以及位于两者之间的主动层。位于第一区域中的第一型掺杂半导体层、主动层以及第二型掺杂半导体层构成发光二极管元件，而位于第二区域中的第一型掺杂半导体层、主动层以及第二型掺杂半导体层构成静电放电防护二极管元件。第一导线由第一区域中的第一型掺杂半导体层延伸至第二区域中的第二型掺杂半导体层，而第二导线由第一区域中的第二型掺杂半导体层延伸至第二区域中的第一型掺杂半导体层。另外，绝缘层设置于静电放电防护二极管元件的第二型掺杂半导体层与第一导线之间。

本发明的一实施例中，基板的材料例如是蓝宝石、碳化硅、氧化锌、硅或玻璃。

本发明的一实施例中，第一型掺杂半导体层例如为N型掺杂半导体层，而第二型掺杂半导体层例如为P型掺杂半导体层。

本发明的一实施例中，主动层为多重量子井层(Multiple Quantum Welllayer，MQW layer)。

本发明的一实施例中，绝缘层的材料例如是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化钛、氮化钛、钛酸钡(BaTiO3)、氧化铝。

本发明的一实施例中，绝缘层的击穿电压例如为5伏特以上。

本发明的一实施例中，发光二极管结构可进一步包括多个电极，而这些电极分别设置于第一型掺杂半导体层以及第二型掺杂半导体层上。

综上所述，本发明的发光二极管结构的设计包括绝缘层并将其设置于静电放电防护二极管元件的第一型掺杂半导体层与第二导线之间，或者将绝缘层设置于静电放电防护二极管元件的第二型掺杂半导体层与第一导线之间。因此，使得发光二极管元件本身的击穿电压提高并兼顾静电防护功能。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为依照本发明第一实施例的发光二极管结构示意图。

图2为本发明第一实施例的发光二极管结构的等效电路示意图。

图3为本发明第二实施例的发光二极管结构示意图。

图4为本发明第二实施例的发光二极管结构的等效电路示意图。

主要元件标记说明

10：第一区域

20：第二区域

100：发光二极管结构

110：基板

120：图案化半导体层

122：第一型掺杂半导体层

124：主动层

126：第二型掺杂半导体层

130：第一导线

140：第二导线

150a、150b、150c：150d电极

160、260：绝缘层

L：发光二极管元件

V1、V2：电压

Z：静电放电防护二极管元件

具体实施方式

第一实施例

图1为依照本发明第一实施例的发光二极管结构示意图，而图2为本发明第一实施例的发光二极管结构的等效电路示意图。请同时参照图1与图2，本发明的发光二极管结构100包括基板110、图案化半导体层120、第一导线130、第二导线140、电极150a、电极150b、电极150c、电极150d与绝缘层160。其中，基板110的材料例如是包括蓝宝石、碳化硅、氧化锌、硅或玻璃，且在基板110上可划分出第一区域10以及第二区域20。第一区域10与第二区域20分别用以同时形成发光二极管元件L以及静电放电防护二极管元件Z，而上述静电放电防护二极管元件Z用以保护发光二极管元件L免于遭受静电放电破坏。

本实施例的图案化半导体层120同时形成于基板110的第一区域10与第二区域20上，且图案化半导体层120包括第一型掺杂半导体层122、主动层(active layer)124以及第二型掺杂半导体层126。更详细地说，第一型掺杂半导体层122例如是设置于基板110上，而第一型掺杂半导体层122例如是N型掺杂半导体层。此外，主动层124设置于第一型掺杂半导体层122与第二型掺杂半导体层126之间，而主动层124例如是多重量子井层(MQW layer)。上述第二型掺杂半导体层126例如是P型掺杂半导体层。

在本实施例中，电极150a、电极150b、电极150c与电极150d分别设置于第一区域10与第二区域20的第一型掺杂半导体层122以及第二型掺杂半导体层126上，而电极150a、电极150b、电极150c与电极150d的材料例如是镍/金(Ni/Au)、氮化钛(TiN)所形成的金属薄膜或者为铟锡氧化物(ITO)所形成的透明导电氧化物层(transparent conductive oxide，TCO)。

值得注意的是，第一导线130可由第一区域10中的第一型掺杂半导体层122延伸至第二区域20中的第二型掺杂半导体层126上，在一较佳实施例中，第一导线130例如同时与电极150a以及电极150b电连接。此外，第二导线140可由第一区域10中的第二型掺杂半导体层126延伸至第二区域20中的绝缘层160。具体而言，第二导线140例如同时与电极150c以及电极150d电连接。

在本实施例中，绝缘层160的材质例如为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化钛、氮化钛、钛酸钡(BaTiO3)、氧化铝或是其它介电材料，且绝缘层160设置于第二区域20的第一型掺杂半导体层122与第二导线140之间。如图1所示，绝缘层160的位置例如是位于电极150d上，其击穿电压例如为5伏特，当绝缘层160所承受的电压达到或超过击穿电压时，绝缘层160便会击穿(breakdown)而失去电绝缘的功效。

在基板110的第一区域10内，第一型掺杂半导体层122、主动层124、第二型掺杂半导体层126初步构成发光二极管元件L。当然，本实施例的发光二极管元件L亦可进一步包括电极150a与电极150c。另一方面，在基板110的第二区域20内，第一型掺杂半导体层122、主动层124、第二型掺杂半导体层126初步构成静电放电防护二极管元件Z。当然，本实施例的静电放电防护二极管元件Z亦可进一步包括电极150b与电极150d。

由图1与图2可清楚得知，当发光二极管元件L的电极150c或第二型掺杂半导体层126耦接至工作电压V1，且发光二极管元件L的电极150a或第一型掺杂半导体层122耦接至工作电压V2时，电流会流经发光二极管元件L以使发光二极管元件L发光，此时，位于电极150d上的绝缘层160能发挥其电绝缘的功效以阻绝流经静电放电防护二极管元件Z的电流。在此情况下，发光二极管元件L的击穿电压提高并兼顾静电防护功能由图1与图2可清楚得知，当静电放电现象产生时，静电所带有的高电压可能会施加于电极150a与电极150b(导线130)上，此时，绝缘层160便会击穿并失去电绝缘的功效，而部分带有高电压的静电会被静电放电防护二极管元件Z所消耗，并通过导线140从发光二极管结构中导出，以避免发光二极管元件L遭受静电放电破坏。

第二实施例

图3为本发明第二实施例的发光二极管结构示意图，而图4为本发明第二实施例的发光二极管结构的等效电路示意图。请同时参照图3与图4，第二实施例与第一实施例非常的类似，其中主要不同之处在于：本实施例的绝缘层260设置于静电放电防护二极管元件Z的第二型掺杂半导体层126与第一导线130之间。更具体而言，本实施例的绝缘层260例如是形成在电极150b上，当静电放电现象产生时，静电所带有的高电压可能会施加于电极150c与电极150d(导线140)上，此时，绝缘层260便会击穿并失去电绝缘的功效，而部分带有高电压的静电会被静电放电防护二极管元件Z所消耗，并通过导线130从发光二极管结构中导出，以避免发光二极管元件L遭受静电放电破坏。

综上所述，本发明的发光二极管结构至少具有下列优点：

一、因绝缘层具有电绝缘的功效，并将其设置于静电放电防护二极管元件与第一导线之间，或者设置于静电放电防护二极管元件与第二导线之间，使得发光二极管元件在正常工作电压下，发光二极管元件本身的击穿电压提高并兼顾静电防护功能。

二、本发明的发光二极管结构，因具有静电放电防护二极管元件，可以避免发光二极管元件遭受静电放电破坏，以延长发光二极管元件的使用寿命。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与改进，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (14)

1.一种发光二极管结构，其特征是具有寄生反向二极管，该发光二极管结构包括：

基板，具有第一区域以及第二区域；

图案化半导体层，位于该基板的该第一区域以及该第二区域，其中该图案化半导体层包括第一型掺杂半导体层、第二型掺杂半导体层以及位于两者之间的主动层，且位于该第一区域中的该第一型掺杂半导体层、主动层以及第二型掺杂半导体层构成发光二极管元件，而位于该第二区域中的该第一型掺杂半导体层、主动层以及第二型掺杂半导体层构成静电放电防护二极管元件；

第一导线，由该第一区域中的该第一型掺杂半导体层延伸至该第二区域中的该第二型掺杂半导体层；

第二导线，由该第一区域中的该第二型掺杂半导体层延伸至该第二区域中的该第一型掺杂半导体层；以及

绝缘层，设置于该静电放电防护二极管元件的该第一型掺杂半导体层与该第二导线之间。

2.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征是该基板的材料包括蓝宝石、碳化硅、氧化锌、硅或玻璃。

3.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征是该第一型掺杂半导体层为N型掺杂半导体层，而该第二型掺杂半导体层为P型掺杂半导体层。

4.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征是该主动层为多重量子井层。

5.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征是该绝缘层的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化钛、氮化钛、钛酸钡(BaTiO3)或氧化铝。

6.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征是该绝缘层的击穿电压为5伏特以上。

7.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征是还包括多个电极，分别设置于第一型掺杂半导体层以及该第二型掺杂半导体层上。

8.一种发光二极管结构，其特征是具有寄生反向二极管，该发光二极管结构包括：

基板，具有第一区域以及第二区域；

图案化半导体层，包括第一型掺杂半导体层、第二型掺杂半导体层以及位于两者之间的主动层，其中位于该第一区域中的该第一型掺杂半导体层、主动层以及第二型掺杂半导体层构成发光二极管元件，而位于该第二区域中的该第一型掺杂半导体层、主动层以及第二型掺杂半导体层构成静电放电防护二极管元件；

第一导线，由该第一区域中的该第一型掺杂半导体层延伸至该第二区域中的该第二型掺杂半导体层；

第二导线，由该第一区域中的该第二型掺杂半导体层延伸至该第二区域中的该第一型掺杂半导体层；以及

绝缘层，设置于该静电放电防护二极管元件的该第二型掺杂半导体层与该第一导线之间。

9.根据权利要求8所述的发光二极管结构，其特征是该基板的材料包括蓝宝石、碳化硅、氧化锌、硅或玻璃。

10.根据权利要求8所述的发光二极管结构，其特征是该第一型掺杂半导体层为N型掺杂半导体层，而该第二型掺杂半导体层为P型掺杂半导体层。

11.根据权利要求8所述的发光二极管结构，其特征是该主动层为多重量子井层。

12.根据权利要求8所述的发光二极管结构，其特征是该绝缘层的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化钛、氮化钛、钛酸钡(BaTiO3)或氧化铝。

13.根据权利要求8所述的发光二极管结构，其特征是该绝缘层的击穿电压为5伏特以上。

14.根据权利要求8所述的发光二极管结构，其特征是还包括多个电极，分别设置于第一型掺杂半导体层以及该第二型掺杂半导体层上。

Images