CN101263610B

CN101263610B - 具有竖直堆叠发光二极管的发光器件

Info

Publication number: CN101263610B
Application number: CN2006800330861A
Authority: CN
Inventors: 金成翰; 金敬训
Original assignee: Seoul Optodevice Co Ltd
Current assignee: Seoul Viosys Co Ltd
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2026-09-27
Also published as: EP1935038A4; US20080211400A1; JP5193048B2; JP2009510762A; EP1935038A1; US8089074B2; US8598598B2; US20140008671A1; EP1935038B1; WO2007037617A1; US20100219426A1; CN101263610A

Abstract

本发明公开了一种具有竖直堆叠的发光二极管的发光器件。包括定位在基板上的第一导电类型的下半导体层，位于第一导电类型的下半导体层上的第二导电类型的半导体层，以及位于第二导电类型的半导体层上的第一导电类型的上半导体层。此外，下主动层介于第一导电类型的下半导体层与第二导电类型的半导体层之间，并且上主动层介于第二导电类型的半导体层与第一导电类型的上半导体层之间。因此，提供了一种发光器件，其中包括下主动层的下发光二极管与包括上主动层的上发光二极管竖直堆叠。因此，与传统的发光器件相比，发光器件的单元面积的光输出增强，并且，因而获得与传统发光器件相同光输出所需的发光器件芯片面积降低。

Description

具有竖直堆叠发光二极管的发光器件

技术领域

本发明涉及一种发光器件，特别是涉及一种具有竖直堆叠的发光二极管的发光器件。

背景技术

GaN基的发光二极管(light emitting diode，LED)已经应用且发展了近10年。GaN基的LED已经显著地推动了LED技术，并且已经用到各种应用中，包括全色LED显示、LED交通信号、白光LED以及类似应用。

近来，高效白光LED已有望代替荧光灯。特别地，白光LED的功率逐渐接近普通荧光灯的功率。

已经开始尝试两种提高LED功率的主要方法。第一种方法是增强由晶体质量(crystal quality)以及外延层结构(epitaxial layer structure)决定的内部量子效率(internal quantum efficiency)，而第二种方法则是增加光提取效率。

由于内部量子效率目前已经达到70-80％，进一步改良内部量子效率的空间很小。然而，光提取效率可以进一步改良。在光提取效率中，消除由于内部全反射产生的内部光线损耗是最重要的。

在Applied Physics Letters，Vol.84，No.6，pp.855-857，由Fujii等人发表的标题为“通过表面粗糙化增加GaN基的发光二极管的光提取效率”中，已经公开了通过防止内部全反射来改良光提取效率的发光二极管。

LED通过以下步骤形成：在蓝宝石基板上沉积N型半导体层、主动层以及P型半导体层；将半导体层接合在次镶嵌件(submount)上；使用激光剥离(laser lift-off，LLO)技术从基板分离半导体层；以及随后粗糙化N型半导体层的表面。由于N型半导体层的表面被粗糙化，经过N型半导体层发射到外部的光提取效率得以改良。

然而，由于光提取效率的改良是有限的，应该增加芯片面积以获得必要的每单位芯片的光输出。芯片面积的增加导致每个芯片的制造成本的增加。因此，需要能够增加从相同单位芯片面积的光输出的LED。

同时，LED根据AC电源的电流方向反复开启/关闭。因此，在LED直接连接到AC电源的情况下，存在LED不能连续发光并且容易被反向电流损坏的问题。

为了解决发光二极管的这一问题，在Sakai等人的标题为“具有发光元件的发光器件”的PCT公开第WO2004/023568A1号中，公开了可以直接连接到高压AC电源的发光二极管。

根据PCT公开第WO2004/023568A1号，发光二极管(发光单元)在绝缘基板(例如蓝宝石基板)上以二维方式串联连接，以形成LED阵列。两个LED阵列在蓝宝石基板上反向并联连接。结果，提供了可由AC电源驱动的单芯片发光器件。

在这种发光器件中，由于LED阵列是在AC电源下交替操作，与发光单元同时操作的情况相比，其光输出受到相当大的限制。因此，必须改良这种发光器件内的每单元面积的光输出。

由此可见，上述现有的发光器件在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型的具有竖直堆叠发光二极管的发光器件，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

有鉴于上述现有的发光器件存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型的具有竖直堆叠发光二极管的发光器件，能够改进一般现有的发光器件，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的发光器件存在的缺陷，而提供一种新型的具有竖直堆叠发光二极管的发光器件，所要解决的技术问题是使其能够增加每单元面积的光输出，从而更加适于实用。

本发明的另一目的在于，克服现有的发光器件存在的缺陷，而提供一种新型的具有竖直堆叠发光二极管的发光器件，所要解决的技术问题是使其具有改良的光输出，可在AC电源下驱动，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。为达到上述目的，依据本发明的具有竖直堆叠发光二极管的发光器件，根据本发明一方面的发光器件，包括定位在基板上的第一导电类型的下半导体层。第二导电类型的下半导体层定位在第一导电类型的下半导体层上，而第二导电类型的上半导体层定位在第二导电类型的下半导体层上。进一步地，第一导电类型的上半导体层定位在第二导电类型的上半导体层上。此外，下主动层介于第一导电类型的下半导体层与第二导电类型的下半导体层之间，并且上主动层介于第二导电类型的上半导体层与第一导电类型的上半导体层之间。此外，分离层介于第二导电类型的下半导体层与第二导电类型的上半导体层之间。因此，提供了一种发光器件，其中的下发光二极管包括第一导电类型的下半导体层、下主动层和第二导电类型的下半导体层，并且上发光二极管包括第二导电类型的上半导体层、上主动层和第一导电类型的上半导体层，下发光二极管和上发光二极管由分离层分离。

在此，分离层是用于电分离下发光二极管与上发光二极管的层，并且可以例如是绝缘层或高阻半绝缘层。进一步地，第一导电类型和第二导电类型分别表示N型和P型，或者P型和N型。

同时，第一衬层可排列成使得下主动层介于第一衬层之间，而第二衬层可以排列成使得上主动层介于第二衬层之间。

第二导电类型的下半导体层可定位在第一导电类型的下半导体层的一个区域上，第二导电类型的上半导体层可定位在第二导电类型的下半导体层的一个区域上，而第一导电类型的上半导体层可定位在第二导电类型的上半导体层的一个区域上。这时，第一类型的下电极可形成于第一导电类型的下半导体层的另一区域上，而第二类型的下电极可以形成于第二导电类型的下半导体层的另一区域上。进一步地，第二类型的上电极可以形成于第二导电类型的上半导体层的另一区域上，而第一类型的上电极可以形成于第一导电类型的上半导体层上。第二类型的下电极和上电极连接到外部电源的一个端子上，而第一类型的下电极和上电极连接到外部电源的另一端子，使得发光器件可以被驱动。进一步地，两个外部电源可分别连接到第一类型和第二类型的下电极以及第二类型和第一类型的上电极上，使得分别驱动上发光二极管和下发光二极管。

同时，共掺杂层可以介于第一导电类型的下半导体层与下主动层之间或第二导电类型的上半导体层与上主动层之间。

根据本发明一方面的发光器件可以包括定位在基板上的多个发光单元。每个发光单元包括定位在基板上的第一导电类型的下半导体层。第二导电类型的下半导体层定位在第一导电类型的下半导体层的一个区域上，而第二导电类型的上半导体层定位在第二导电类型的下半导体层的一个区域上。进一步地，第一导电类型的上半导体层定位在第二导电类型的上半导体层的一个区域上。此外，下主动层介于第一导电类型的下半导体层与第二导电类型的下半导体层之间，而上主动层介于第二导电类型的上半导体层与第一导电类型的上半导体层之间。此外，分离层介于第二导电类型的下半导体层与第二导电类型的上半导体层之间。因此，提供了多个发光单元，每个发光单元分别具有竖直堆叠的下发光二极管和上发光二极管，其中下发光二极管包括第一导电类型的下半导体层、下主动层和第二导电类型的下半导体层，而上发光二极管包括第二导电类型的上半导体层、上主动层和第一导电类型的上半导体层。

每个发光单元可以具有第一衬层和第二衬层，其中下主动层介于第一衬层之间，而上主动层介于第二衬层之间。

同时，每个发光单元可以进一步包括形成在第一导电类型的下半导体层的另一区域上的第一类型的下电极。进一步地，第二类型的下电极可以形成在第二导电类型的下半导体层的另一区域上，第二类型的上电极可以形成在第二导电类型的上半导体层的另一区域上，而第一类型的上电极可以形成在第一导电类型的上半导体层上。每个发光单元的第一类型的下电极和上电极可以分别电连接到相邻发光单元的第二类型的下电极和上电极上，以提供串联连接的发光单元阵列。根据这个实施例，可以提供上发光二极管相互串联连接的上阵列以及下发光二极管相互串联连接的下阵列。

同时，在每个发光单元中，共掺杂层可以介于第一导电类型的下半导体层与下主动层之间或第二导电类型的下半导体层与上主动层之间。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。为达到上述目的，依据本发明的具有竖直堆叠发光二极管的发光器件，包括定位在基板上的第一导电类型的下半导体层。第二导电类型的半导体层定位在第一导电类型的下半导体层上，而第一导电类型的上半导体层定位在第二导电类型的半导体层上。此外，下主动层介于第一导电类型的下半导体层与第二导电类型的半导体层之间，而上主动层介于第二导电类型的半导体层与第一导电类型的上半导体层之间。因此，提供了一种发光器件，其中的下发光二极管包括第一导电类型的下半导体层、下主动层和第二导电类型的半导体层，而上发光二极管包括第二导电类型的半导体层、上主动层和第一导电类型的上半导体层，下发光二极管和上发光二极管竖直堆叠。因此，与传统的发光器件相比，发光器件的每单元面积的光输出得以增加。进一步，当下主动层和上主动层由不同材料形成时，可以提供一种能够发出不同波长光的发光器件。

同时，第一衬层可以排列成使得下主动层介于第一衬层之间，而第二衬层可以排列成使得上主动层介于第二衬层之间。

同时，第二导电类型的半导体层可以定位在第一导电类型的下半导体层的一个区域上，而第一导电类型的上半导体层可以定位在第二导电类型的半导体层的一个区域上。这时，第一类型的下电极可以形成于第一导电类型的下半导体层的另一区域上，第二类型的电极可以形成于第二导电类型的半导体层的另一区域上，而第一类型的上电极可以形成于第一导电类型的上半导体层上。因此，第二类型的电极连接到外部电源的一个端子，而第一下电极和上电极连接到外部电源的另一端子，使得可以通过单个外部电源来驱动发光器件。进一步地，可以使用两个外部电源来单独地驱动发光器件的下发光二极管和上发光二极管。

此外，共掺杂层可以介于第一导电类型的下半导体层与下主动层之间或第二导电类型的半导体层与上主动层之间。共掺杂层是掺杂有N型与P型离子的半导体层，并且例如可以是掺杂有Mg与Si或者掺杂有Mg与In的GaN。特别地，共掺杂层形成于P型半导体层上，以增强形成于其上的主动层的晶体质量。

本发明的目的及解决其技术问题另外还采用以下技术方案来实现。为达到上述目的，依据本发明提出的具有竖直堆叠发光二极管的发光器件，可以包括定位在基板上的多个发光单元。每个发光单元包括定位在基板上的第一导电类型的下半导体层。第二导电类型的半导体层定位在第一导电类型的下半导体层的一个区域上，而第一导电类型的上半导体层定位在第二导电类型的半导体层的一个区域上。此外，下主动层介于第一导电类型的下半导体层与第二导电类型的半导体层之间，而上主动层介于第二导电类型的半导体层与第一导电类型的上半导体层之间。因此，提供了多个发光单元，每个发光单元具有竖直堆叠的下发光二极管和上发光二极管，其中下发光二极管包括第一导电类型的下半导体层、下主动层和第二导电类型的半导体层，而上发光二极管包括第二导电类型的半导体层、上主动层和第一导电类型的上半导体层。因此，可以提供一种发光器件，其中发光单元电连接成允许在AC电源下驱动此器件，并且与传统发光器件相比，发光器件的每单元面积的光输出得以增加。进一步，当下主动层和上主动层由不同材料形成时，可以提供一种发光器件，其中的下发光二极管和上发光二极管发射不同波长的光。

同时，每个发光单元可以进一步包括第一类型的下电极，其形成于第一导电类型的下半导体层的另一区域上。进一步地，第二类型的电极可以形成于第二导电类型的半导体层的另一区域上，而第一类型的上电极可以形成于第一导电类型的上半导体层上。每个发光单元的第一类型的下电极和上电极可以电连接到相邻发光单元的第二类型的电极上。因而，每个发光单元的第二类型的电极电连接到另一相邻发光单元的第一类型的下电极和上电极上。因此，提供了一种发光单元彼此串连连接的阵列。

在本发明的一些实施例中，除第一类型的下电极、第二类型的电极和第一类型的上电极之外，另一第二类型的电极可以形成于第二导电类型的半导体层的又一区域上。每个发光单元的第一类型的下电极连接到相邻发光单元的第二类型的电极上，并且每个发光单元的另一第二类型的电极连接到相邻发光单元的第一类型的上电极上。进一步地，每个发光单元的第二电极连接到另一相邻发光单元的第一类型的下电极上，而每个发光单元的第一类型的上电极连接到另一相邻发光单元的另一第二电极上。根据这些实施例，可以提供两个阵列，一个阵列中的发光单元的上发光二极管串联连接，而另一阵列中的发光单元的下发光二极管是串联连接，并且随后将这两个阵列彼此反向并联连接。进一步地，一个阵列中的发光二极管间的节点分别连接到另一阵列中的发光二极管间的节点上，以便可以获得稳定的电操作。

同时，在每个发光单元中，共掺杂层可以介于第一导电类型的下半导体层与下主动层之间或者介于第二导电类型的半导体层与上主动层之间。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明具有竖直堆叠发光二极管的发光器件至少具有下列优点及有益效果：根据本发明的实施例，提供了一种能够使用竖直堆叠的发光二极管来改良每单元面积的光输出的发光二极管。进一步地，提供了一种发光器件，通过利用不同材料形成竖直堆叠的发光二极管的主动层来发射多个波长的光。此外，提供了一种具有改良光输出的发光器件，通过电连接具有竖直堆叠的发光二极管的多个发光单元使此发光器件可以在AC电源下驱动。

综上所述，本发明公开了一种具有竖直堆叠的发光二极管的发光器件。包括定位在基板上的第一导电类型的下半导体层，位于第一导电类型的下半导体层上的第二导电类型的半导体层，以及位于第二导电类型的半导体层上的第一导电类型的上半导体层。此外，下主动层介于第一导电类型的下半导体层与第二导电类型的半导体层之间，并且上主动层介于第二导电类型的半导体层与第一导电类型的上半导体层之间。因此，提供了一种发光器件，其中包括下主动层的下发光二极管与包括上主动层的上发光二极管竖直堆叠。因此，与传统的发光器件相比，发光器件的单元面积的光输出增强，并且，因而获得与传统发光器件相同光输出所需的发光器件芯片面积降低。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1和图2分别是根据本发明一方面的发光器件实施例的平面图和截面图。

图3是根据本发明一方面的发光器件的修改实例的截面图。

图4(a)至图4(c)是显示图3的发光器件的制造方法的截面图。

图5至图7是根据本发明一方面的发光器件的另一修改实例的截面图。

图8和图9分别是根据本发明一方面的具有多个发光单元的发光器件实施例的部分截面图和电路图。

图10和图11分别是根据本发明一方面的具有多个发光单元的发光器件的另一实施例的部分截面图和电路图。

图12是图11的等效电路图。

图13和图14分别是根据本发明另一方面的发光器件实施例的平面图和截面图。

图15和图16分别是根据本发明另一方面的具有多个发光单元的发光器件实施例的部分截面图和电路图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的具有竖直堆叠发光二极管的发光器件其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

在下文中将参照附图详细描述本发明的优选实施例。提供后续实施例作为说明是为了向本领域的普通技术人员充分阐述本发明的精神。因此，本发明并不限于下面将描述的实施例，而是能够以其他形式实现。在图中，为了便于描述，放大了元件的宽度、长度、厚度等。在整个描述中，相似的标号表示相似的元件。

参见图1和图2，下N型半导体层25定位在基板21上。例如，基板21可以是蓝宝石基板、SiC基板或相似基板。缓冲层23可以介于基板21与下N型半导体层25之间。多种材料，例如GaN、AlN、GaInN、AlGaInN和SiN，可以用作缓冲层23。缓冲层23用于减轻基板21与下N型半导体层25之间的应力。

P型半导体层29定位在下N型半导体层25的一个区域上，而下主动层27介于下N型半导体层25与P型半导体层29之间。进一步，上N型半导体层35定位在P型半导体层29的一个区域上，而上主动层33介于P型半导体层29与上N型半导体层35之间。结果，提供了一种发光器件，其中的下发光二极管包括下N型半导体层25、下主动层27和P型半导体层29，而上发光二极管包括P型半导体层29、上主动层33和上N型半导体层35，下发光二极管和上发光二极管相互堆叠。

每个下主动层和上主动层27和33可以是单个或多个量子阱。每个下N型半导体层25和P型半导体层29的带隙宽于下主动层27，并且每个P型半导体层29和上N型半导体层35的带隙宽于上主动层33。

每个下N型半导体层和上N型半导体层25和35、下主动层和上主动层27和33以及P型半导体层可以是由(B，Al，Ga，In)N制成的GaN基半导体层。每个N型半导体层25和35可以掺杂有Si，而P型半导体层29可以掺杂有Mg。

同时，在P型半导体层29是掺杂有Mg的GaN基半导体层的情况下，Mg可能会恶化上主动层33的晶体质量。为了避免Mg的影响，共掺杂层31可以介于P型半导体层29与上主动层33之间。例如，共掺杂层可以是同时掺杂有Mg和Si或掺杂有Mg和In的GaN基半导体层。在IEEETransactions on Electron Devices，Vol.49，No.8，pp.1361-1366，2002年8月由Su等人发表的标题为“具有p-下部结构的InGaN/GaN发光二极管”的文献中，已经公开了使用共掺杂层31改良上主动层33的晶体质量的细节。根据Su等人的文献，掺杂层31插入P型半导体层29与上主动层33之间，以便改良上主动层33的晶体质量。

此外，下N型电极37a形成于下N型半导体层25的另一区域上，而上N型电极37b形成于上N型半导体层35上。此外，P型电极39形成于P型半导体层29的另一区域。尽管如图1所示，下N型电极37a和P型电极39分别定位在上N型半导体层35两侧的外面，但本发明并不局限于此，并且电极能够以各种方式定位。进一步，为了降低与N型半导体层35的接触电阻，上N型电极37b可如图所示地形成在上N型半导体层35的较宽区域上。优选地，上N型电极37b以透明电极形式形成，下主动层和上主动层27和33所发射的光可以通过透明电极，并且透明电极可以由氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)制成。N型下电极37a也可以由ITO制成。ITO与N型半导体层欧姆接触，以降低与N型半导体层的接触电阻。同时，P型电极39可由Ni/Au制成。电极37a、37b及39可使用剥离(lift-off)工艺形成。

P型电极39连接于外部电源(未图示)的一个端子上，而下N型电极和上N型电极37a和37b连接到外部电源的另一端子上，使得发光器件可以被驱动。这时，P型电极39连接到外部电源的正端子，而N型电极37a和37b连接到外部电源的负端子。电极可通过接合线(未图示)而电连接到外部电源上。因此，电流从P型电极39流到下N型电极和上N型电极37a和37b。也就是，前向电流流经下发光二极管和上发光二极管，使得下发光二极管和上发光二极管被驱动。

根据本实施例，由于提供了一种下发光二极管和上发光二极管竖直堆叠的发光器件，与单发光二极管结构的传统发光器件相比，基板的每单元面积的光输出得以增加。

在本发明的此实施例中，已经描述了N型电极37a和37b连接到同一外部电源的负端子上。然而，为了控制上发光二极管和下发光二极管的偏压彼此不同，不同的电阻元件介于N型电极37a和37b与外部电源的负端子之间，或者N型电极37a和37b分别连接到不同的外部电源。

根据本发明一方面的发光器件能够以各种方式进行修改。在下文中，将参照图3至图7描述适用于本发明的实施例的多种修改实例。首先，图3是根据本发明一方面的发光器件第一修改实例的截面图。

参照图3，发光器件包括下N型半导体层120、下主动层130、P型半导体层140、上主动层150以及上N型半导体层160，上述元件堆叠于基板110上。半导体层120、140以及160作为发光器件的接触层，并且下文中称为“接触层”。根据本修改实例，下N型电极170以及P型电极180能够以各种方式定位。此处，电极定位于发光器件的同侧。

通过蚀刻工艺来暴露下N型接触层120的预定区域，并且下N型电极170形成于暴露的下N型接触层120上。进一步，通过蚀刻工艺来暴露P型接触层140的预定区域，并且P型电极180形成于暴露的P型接触层140上。上N型电极190形成于上N型接触层160上。

下主动层和上主动层130和150可由不同材料层形成，以发射不同波长的光。因此，发光器件可发射不同波长的光。另一方面，下主动层和上主动层130和150可由相同的材料层形成，以发射相同波长的光。

图4(a)至图4(c)是显示根据本发明的第一修改实例的图3的发光器件的制造方法的截面图。

参照图4(a)，首先制备基板110。基板可以由多种材料形成，例如Si、SiC以及蓝宝石。N型下接触层120、下主动层130以及P型接触层140形成于基板110上。Si、Ge、Sn、Te、S或类似材料可用作N型掺质，而Zn、Cd、Be、Mg、Ca、Sr、Ba或类似材料可用作P型掺质。然而，本发明并不局限于此。

参照图4(b)，上主动层150和上N型接触层160形成于已经形成有下N型接触层120、下主动层130以及P型接触层140的基板上。

参照图4(c)，通过蚀刻工艺来暴露下N型接触层120的预定区域，并且通过蚀刻工艺来暴露P型接触层140的预定区域。

随后，N型电极170形成于暴露的下N型接触层120上，P型电极180形成于暴露的P型接触层140上，而N型电极190形成于上N型接触层160上，以完成图3的发光器件。

下主动层和上主动层的材料可根据所需的中心发光波长进行选择。由发光二极管发射的光根据中心发光波长可分为红外光、可见光和紫外光。这些光由主动层所使用的材料的带隙决定。例如，在红外光的情况下，主动层可由GaAs形成，在红光的情况下可由AlGaAs形成，在黄到红光的情况下可由GaAsP形成，在绿到红光的情况下可由GaP形成，而在黄绿到红光的情况下可由AlInGaP形成，在绿光、蓝光、紫光、白光以及紫外光的情况下由(Al，In，Ga)N形成。此外，可采用多种复合半导体。进一步，可依据下主动层和上主动层130和150的材料，选择适用于下N型半导体层、P型半导体层以及上N型半导体层的材料。

同时，如果下主动层和上主动层130和150的材料选择成彼此不同，则可通过组合获得混合光。

图5是根据本发明的第二修改实例的发光器件的截面图。此处，第二修改实例与第一修改实例相同，除了接触层以及形成于接触层上的电极的配置不同于第一修改实例。也就是，本修改实例的发光器件的配置方式为：下P型接触层220、下主动层230、N型接触层240、上主动层250以及上P型接触层260依次地堆叠在基板210上。

通过蚀刻工艺暴露下P型接触层220的预定区域，并且下P型电极270形成于暴露的下P型接触层220上。进一步，通过蚀刻工艺暴露N型接触层240的预定区域，N型电极280则形成于暴露的N型接触层240上，而上P型电极290形成于上P型接触层260上。

图6是根据本发明的第三修改实例的发光器件的截面图。第三修改实例与第一修改实例相同，除了第一衬层进一步形成于下主动层的顶部和底部上，并且第二衬层进一步形成于下主动层的顶部和底部上。

在根据本修改实例的发光器件的配置方式为：下N型接触层120、第一N型衬层125、下主动层130、第一P型衬层135、P型接触层140、第二P型衬层145、上主动层150、第二N型衬层155以及上N型接触层160依次地堆叠在基板110上。

通过蚀刻工艺暴露下N型接触层120的预定区域，并且下N型电极170形成于暴露的下N型接触层120上。进一步，通过蚀刻工艺暴露P型接触层140的预定区域，P型电极180形成于暴露的P型接触层140上，而上N型电极190形成于上N型接触层160上。

如上文描述的，第一衬层125和135以及第二衬层145和155排列成使得下主动层和上主动层130和150分别介于第一衬层之间以及第二衬层之间。因而，可以将电子和空穴有效地限制在主动层内，并且因此，还可以增强电子和空穴的重组效率。

图7是根据本发明的第四修改实例的发光器件的截面图。第四修改实例与第一修改实例相同，除了每个接触层上形成两个电极。

也就是，本修改实例的发光器件的形成方式为：下N型接触层120、下主动层130、P型接触层140、上主动层150以及上N型接触层160堆叠在基板110上。

通过蚀刻工艺暴露下N型接触层120的预定区域，并且两个下N型电极170和175形成于暴露的下N型接触层120上。进一步，通过蚀刻工艺暴露P型接触层140的预定区域，两个P型电极180和185形成于暴露的P型接触层140上，并且上N型电极190还形成于上N型接触层160上。根据这种电极结构，能够以各种方式调节施加于每个主动层上的电压幅度。

尽管在本发明的实施例以及多种修改实例中描述了两个发光二极管竖直堆叠的发光器件，但本发明并不局限于此。也就是说，可以相互竖直堆叠至少三个或更多个发光二极管。

图8和图9分别是根据本发明一方面的具有多个发光单元的发光器件实施例的部分截面图以及电路图。

参照图8，多个发光单元定位在单个基板上。此处，在每个发光单元的结构中，发光二极管如参照图1和图2所描述地竖直堆叠。进一步，每个发光单元包括参照图1和图2所描述的下N型电极37a、上N型电极37b以及P型电极39。每个发光单元的结构与图1和图2的发光器件相同，并且还可以如图3至图7所描述地以各种方式进行修改。因此，在此省略了对发光单元的结构的详细描述，并且仅描述发光单元之间的电连接。

每个发光单元的下N型电极和上N型电极37a和37b电连接到相邻发光单元的P型电极39。电极通过金属线41相互连接。金属线41可使用空气桥或阶梯覆盖工艺形成。

这时，尽管用于连接下N型电极37a和P型电极39的金属线41与用于连接上N型电极37b和P型电极39的金属线41可彼此连接，但本发明并不局限于此。例如，金属线可彼此分开。

参照图9，提供了阵列47a和47b，其中分别具有下发光二极管和上发光二极管45a和45b的发光单元43通过参照图8描述的金属线41彼此串联连接。串联阵列47a和47b反向并联连接到AC电源49。因此，还可获得可在AC电源下驱动的发光器件。

根据本发明的此实施例，采用分别具有竖直堆叠的发光二极管45a和45b的发光单元，使得在AC电源操作的发光器件内的单个芯片的每单位面积的光输出得以增加。

能够以各种方式选择形成于下N型半导体层和上N型半导体层25和35以及P型半导体层29上的电极的数量、配置以及连接结构。图10和图12是电极的数量以及连接结构不同于先前实施例的其它实施例的视图。此处，图10和图11分别是根据本发明一方面的具有多个发光单元的发光器件的实施例的部分截面图和电路图，而图12是图11的等效电路图。

参照图10，多个发光单元定位于单个基板上。此时，在每个发光单元的结构中，发光二极管如参照图1和图2所描述地竖直堆叠。进一步，每个发光单元包括如参照图1和图2所描述的下N型电极37a、上N型电极37b以及P型电极39。此处，每个发光单元基本上与图1和图2的发光器件相同，但不同之处在于：另一P型电极40进一步形成于P型半导体层29的又一区域。尽管在如图所示的主动层33介于区域之间的状态下，此又一区域可选择成与另一区域相对，但本发明并不局限于此。

同时，每个发光单元的下N型电极37a电连接到相邻发光单元的P型电极39，每个发光单元的另一P型电极40电连接到相邻发光单元的上N型电极37b，而每个发光单元的P型电极39电连接到另一相邻发光单元的下N型电极37a，并且每个发光单元的上N型电极37b电连接于另一相邻发光单元的另一P型电极40。下N型电极37a通过金属线42a连接到相邻发光单元的P型电极39，而上N型电极37b通过金属线42b连接到相邻发光单元的另一P型电极40。金属线42a和42b使用空气桥或阶梯覆盖工艺形成。

参照图11，如图10所述地通过金属线42a和42b进行连接，提供了阵列48，其中分别具有下发光二极管46a和上发光二极管46b的发光单元44相互连接。这时，下发光二极管46a彼此串联连接，并且上发光二极管46b也相互串联连接。下发光二极管46a串联连接的阵列和上发光二极管46b串联连接的阵列彼此反向并联排列。

同时，如图所示，附加二极管可连接到发光单元44的阵列49的两侧，以配置成如图12所示的等效电路。

参照图12，下发光二极管46a和附加发光二极管串联连接以形成一串联阵列，而上发光二极管46b和附加发光二极管串联连接以形成另一串联阵列。下发光二极管和上发光二极管46a和46b的阵列彼此反向并联连接。因此，AC电源49连接于阵列的两端，使得发光单元可以被驱动。随着AC电源49的相位发生偏移，上发光二极管和下发光二极管46b和46a的阵列交替操作。

同时，如图12所示，下发光二极管46a之间的节点分别电连接到上发光二极管46b之间的节点。通过节点之间的电连接，可在AC电源下稳定地驱动发光单元44，因此发光器件的可靠性得以增强。

尽管在本实施例所示的电路中，附加发光二极管连接到发光单元44的阵列48，但这仅是为了便于显示。附加发光二极管可以省略。

图13和图14分别是根据本发明另一实施例的发光器件的平面图和截面图。

参照图13和图14，如参照图1和图2所描述的，下N型半导体层55定位在基板51上，而缓冲层53介于基板51和下N型半导体层55之间。

P型下半导体层59定位在下N型半导体层55的一个区域上，而下主动层57介于下N型半导体层55与下P型半导体层59之间。进一步，上P型半导体层63定位于下P型半导体层59的一个区域上，而分离层61介于下P型半导体层59与上P型半导体层63之间。此外，上N型半导体层69定位于上P型半导体层63的一个区域上，而上主动层67介于上P型半导体层63与上N型半导体层69之间。结果，提供了一种发光器件，其中的下发光二极管包括下N型半导体层55、下主动层57以及下P型半导体层59，而上发光二极管包括上P型半导体层63、上主动层67和上N型半导体层69，下发光二极管与上发光二极管堆叠设置。

每个下主动层和上主动层57和67可以是单个量子阱或多量子阱。每个N型下半导体层55和下P型半导体层59的带隙宽于下主动层57，而每个上P型半导体层63和上N型半导体层69的带隙宽于上主动层67。

每个下N型半导体层55和上N型半导体层69、下主动层57和上主动层67以及下P型半导体层59和上P型半导体层63可以是由(B，Al，Ga，In)N制成的GaN基半导体层。每个N型半导体层55和59可掺杂有Si，而P型半导体层59和63可掺杂有Mg。

同时，分离层61用于电分离下发光二极管和上发光二极管，并且可以是绝缘或高阻半绝缘层。优选的，分离层61由晶体结构与下P型半导体层和上P型半导体层59和63相同或类似的材料制成。例如，分离层可由半绝缘GaN形成。

进一步，如参照图2所描述的，共掺杂层65可介于上P型半导体层63与上主动层67之间。在P型半导体层63由掺杂Mg的GaN制成的情况下，共掺杂层65用于改良上主动层67的晶体质量。

此外，下N型电极71a形成于下N型半导体层55的另一区域上，而上N型电极71b形成于上N型半导体层69上。此外，下P型电极73a形成于下P型半导体层59的另一区域上，而上P型电极73b形成于上P型半导体层63的另一区域上。例如，下N型电极和上N型电极71a和71b可由ITO制成，而下P型电极和上P型电极73a和73b可以由Ni/Au制成。这些电极71a、71b、73a和73b可使用剥离工艺形成。

P型电极73a和73b连接到外部电源(未图示)的一个端子，而N型电极71a和71b连接到外部电源的另一端子，使得发光器件可以被驱动。电极可通过接合线(未图示)电连接到外部电源。因此，电流从下P型电极73a流到下N型电极71a，并且从上P型电极73b流到上N型电极71b，使得下发光二极管和上发光二极管可以被驱动。进一步，下P型电极和下N型电极73a和71a以及上P型电极和上N型电极73b和71b可分别连接到不同的外部电源，使得下发光二极管和上发光二极管可以被单独驱动。

根据本实施例，由于在发光器件的结构中，下发光二极管和上发光二极管竖直堆叠，与配置有单个发光二极管的传统发光器件相比，基板的每单元面积的光输出得以增加。进一步，由于通过采用分离层61使得上发光二极管和下发光二极管彼此电分离，发光二极管可以被单独地驱动。

图15和图16分别是根据本发明的另一实施例的具有多个发光单元的发光器件的部分截面图和电路图。

参照图15，多个发光单元定位于单个基板上。此处，每个发光单元具有参照图13和图14所描述的竖直堆叠的发光二极管结构。进一步，每个发光单元具有参照图13和图14所描述的下N型电极71a、上N型电极71b、下P型电极73a以及上P型电极73b。此处，由于发光单元的结构与参照图13和14所描述的发光器件相同，因而省略了对结构的详细描述，而仅描述发光单元之间的电连接。

一个发光单元的下N型电极和上N型电极71a和71b分别电连接到相邻发光单元的下P型电极和上P型电极73a和73b。下N型电极和下P型电极71a和73a可通过金属线75a彼此连接，并且上N型电极和上P型电极71b和73b可通过金属线75b彼此连接。金属线75a和75b可使用空气桥或阶梯覆盖工艺一起形成。

尽管如图所示，金属线75a和75b可形成为彼此分离，但本发明并不局限于此，而是金属线可以彼此连接到一起。

参照图16，通过利用如参照图15所示的金属线75a和75b进行连接，提供了阵列87a和87b，其中分别具有下发光二极管和上发光二极管85a和85b的发光单元83彼此串联连接。串联阵列87a和87b反向并联连接到AC电源89。因此，提供了一种可由AC电源驱动的发光器件。

同时，在金属线75a和75b可彼此分离地形成的情况下，下发光二极管85a还串联连接以形成阵列，而上发光二极管85b也形成阵列。因此，上发光二极管和下发光二极管的串联阵列反向并联连接，以便提供一种发光器件，其中每个发光单元的下发光二极管和上发光二极管在AC电源下交替地驱动。结果，提供一种在AC电源下芯片的整个区域均发光的发光器件。

根据本发明的实施例的发光器件能够以各种形式安装到发光二极管封装体上。例如，使用发光器件的基板21作为安装表面来安装发光器件。相反，发光器件可通过倒装式接合(flip-chip bonding)工艺安装到次镶嵌基板上。在发光器件倒装接合到基板上的情况下，发光器件的上N型半导体层35和/或69通过金属块接合到次镶嵌基板上。由于发光器件倒装接合到具有良好散热特性的次镶嵌基板上，发光器件所发散的热量可轻易地移除，以由此进一步改良发光效率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种发光器件，其特征在于其具有形成于基板上的多个发光单元，其中每个发光单元包括：

第一导电类型的下半导体层，定位在所述基板上；

第二导电类型的下半导体层，定位在所述第一导电类型的下半导体层的一个区域上；

第二导电类型的上半导体层，定位在所述第二导电类型的下半导体层的一个区域上；

第一导电类型的上半导体层，定位在所述第二导电类型的上半导体层的一个区域上；

下主动层，介于所述第一导电类型的下半导体层与所述第二导电类型的下半导体层之间；

上主动层，介于所述第二导电类型的上半导体层与所述第一导电类型的上半导体层之间；

分离层，介于所述第二导电类型的下半导体层与所述第二导电类型的上半导体层之间；

第一类型的下电极，形成于所述第一导电类型的下半导体层的另一区域上；

第二类型的下电极，形成于所述第二导电类型的下半导体层的另一区域上；

第二类型的上电极，形成于所述第二导电类型的上半导体层的另一区域上；以及

第一类型的上电极，形成于所述第一导电类型的上半导体层上，

其中，第一导电类型的下半导体层、第二导电类型的下半导体层和下主动层被包括在一个发光二极管中，第二导电类型的上半导体层、第一导电类型的上半导体层和上主动层被包括在另一发光二极管中，

其中，每个发光单元的第一类型的下电极和上电极分别电连接到相邻发光单元的第二类型的下电极和上电极。

2.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于其中每个发光单元进一步包括：

第一衬层，置于第一导电类型的下半导体层和第二导电类型的下半导体层之间，所述下主动层介于所述第一衬层之间；以及

第二衬层，置于第二导电类型的上半导体层和第一导电类型的上半导体层之间，所述上主动层介于所述第二衬层之间。

3.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于其中每个发光单元进一步包括共掺杂层，介于所述第一导电类型的下半导体层与所述下主动层之间或者所述第二导电类型的上半导体层与所述上主动层之间。

4.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于其中所述分离层是半绝缘层。