CN101313418A - 发光器件和制造发光器件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种发光器件以及制造这种发光器件的方法。该发光器件包括衬底、发光单元、保护单元和连接线。发光单元形成于所述衬底的一部分上,并包括第一半导体层和第二半导体层。保护单元形成于所述衬底的另一部分上,并包括第四半导体层和第五半导体层。连接线电连接所述发光单元和所述保护单元。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及一种发光器件以及制造这种发光器件的方法。
背景技术
近来,由于诸如氮化镓(GaN)之类的氮化物半导体具有卓越的物理和化学特性,因此其作为电子器件和光电材料的重要材料,引起人们的广泛的注意。具体来说,基色(红、蓝、绿色)和白色的高效发光二极管(LED)扩大了发光二极管的应用范围。例如,LED一直应用于诸如小键盘、液晶显示设备的背光、交通灯、机场跑道的导向灯和照明设备之类的各领域。
图1示出了相关技术的发光器件的截面图。
该相关技术的发光器件包括按顺序形成的n型GaN层12、有源层13以及p型GaN层14。通过蚀刻,去除p型GaN层14、有源层13以及n型GaN层12的某些部分,以暴露n型GaN层12的上表面的一部分。在p型GaN层14的上表面上形成p型电极15,并在n型GaN层12的已暴露的上表面形成n型电极16。
上述发光器件作为高效光源被应用于各种领域。然而,该相关技术的发光器件非常容易受到诸如静电之类的电击的影响。换句话说,发光器件中的在反向偏置下生成的静电放电(ESD)可能损坏发光器件的内部物理结构。
此外,由于相关技术的ESD保护单元占用了较大面积,降低了发光器件的发光效率。
而且,由于添加ESD保护单元增大了发光器件的尺寸,因此,难以将发光器件应用于超小型、超薄型和超轻型装置中。
发明内容
技术问题
本发明的实施例提供了一种发光器件和用于制造这种发光器件的方法,该发光器件充分消除了由于相关技术的局限性和缺点所导致的一个或多个问题。
本发明的另一个实施例提供了一种包括静电放电保护单元的发光器件以及制造这种发光器件的方法,其中静电放电保护单元用于保护该器件免受在反向偏置下施加的静电放电(ESD)的危害。
本发明的再一个实施例通过在ESD保护单元中形成至少一个接合焊盘(bonding pad)而提供高发光效率的发光器件,以及用于制造这种发光器件的方法。
此外,本发明的又一个实施例提供了一种发光器件以及制造这种发光器件的方法,其中该发光器件包括ESD保护单元,并可以应用于超小型、超薄型和超轻型装置。
技术方案
在本发明的一个实施例中提供了一种发光器件,包括:衬底;位于衬底的一部分上的、具有第一半导体层和第二半导体层的发光单元;位于衬底的另一部分的、具有第四半导体层和第五半导体层的保护单元;以及用于电连接发光单元和保护单元的连接线。
在本发明的另一个实施例中提供了一种发光器件,包括:衬底;位于衬底的一部分上的具有第一、第二和第三半导体层的发光单元;位于衬底的另一部分的具有第四、第五和第六半导体层的保护单元;以及用于电连接发光单元和保护单元的连接线。
在本发明的再一个实施例中提供了一种制造发光器件的方法,该方法包括:在衬底的一部分上形成具有第一半导体层和第二半导体层的发光单元;在衬底的另一部分上形成具有第四半导体层和第五半导体层的保护单元;以及形成电连接发光单元和保护单元的连接线。
有益效果
根据本发明的实施例,可以提供具有静电放电(ESD)保护特性因而可以应用于要求高ESD特征的发光二极管装置产品的发光器件。
根据本发明的实施例,还可以通过在保护单元中形成至少一个接合焊盘来提供具有高ESD保护特征而不会导致发光效率降低的发光器件。
根据本发明的实施例,还可以提供一种发光二极管,该发光二极管包括ESD保护单元,并可以应用于超小型、超薄型的和超轻型装置,因而可以应用于各种装置产品。
附图说明
图1是说明相关技术的发光器件的截面图;
图2是说明根据本发明第一实施例的发光器件的平面图;
图3是说明根据本发明第一实施例的发光器件的透视图;
图4是沿着图3中的线B-B截取的截面图;
图5是沿着图3中的线C-C截取的截面图;
图6是说明根据本发明第一实施例的发光器件的电路原理图;
图7是说明根据本发明第二实施例的发光器件的平面图;以及
图8是说明根据本发明第二实施例的发光器件的电路原理图。
具体实施方式
下面将参考附图详细描述本发明的实施例。
可以理解,当提及一个元件在某一层上面/下面时,它可以直接位于该层的上面/下面,也可以有一个或多个元件介于其间。
虽然在下面的实施例中将只描述NPN型发光器件,但是,本发明的实施例不仅限于此,而是可以适用于诸如PN型发光二极管之类的各种类型的发光器件。
第一实施例
图2到6说明了根据本发明第一实施例的发光器件。
图2是说明根据本发明第一实施例的发光器件的平面图,而图3是说明根据本发明第一实施例的发光器件的透视图。
参看图2和3,以相同的堆叠结构在衬底310上形成发光单元300和保护单元。
这里,保护单元400可以在发光单元300的一部分处与发光单元300分离。衬底310可以是诸如蓝宝石衬底之类的绝缘衬底。
钝化层390可以在发光单元300和保护单元400之间的边界区490中形成,以便于使它们电气上隔离开。
发光单元300可以是NPN型发光单元。保护单元400使用反向施加于其上的电压来对发光单元300进行保护。例如保护单元400也可以是NPN型二极管。换句话说,发光单元300和保护单元400可以具有相同的NPN结构。
发光单元300可以通过第一连接线361连接到保护单元的第一半导体层420。保护单元400可以通过第二连接线461连接到第一半导体层320。
第一和第二连接线361和461可以是金属层。第一和第二连接线361和461可以在欧姆形成层350和450、第一半导体层320和420,以及钝化层390上形成。
在第一连接线361的一端,在发光单元的欧姆形成层350上可以形成第一接合焊盘360。在第二连接线461的一端,在保护单元的欧姆形成层450上可以形成第二接合焊盘460。
欧姆形成层350和450可以是透明电极。
根据本发明的第一实施例,由于在保护单元400上形成了第二焊盘460,因此,可以获得与第二接合焊盘460一样大的发光器件的发光区域,并且利用ESD保护,可以防止发光器件的发光效率降低。
下面将参考图3到6比较详细地描述具有保护单元的发光器件的结构。
图3是说明根据本发明第一实施例的发光器件的透视图。图4是沿着图3中的线B-B截取的截面图,而图5是沿着图3中的线C-C截取的截面图。图6是说明根据本发明第一实施例的发光器件的电路原理图。
发光单元300和保护单元400可以包括在衬底310上形成的第一半导体层320和420、有源层330和430、第二半导体层340和440、第三半导体层345和445、以及欧姆形成层350和450。
在衬底310上形成的第一半导体层320和420可以是n-GaN层。在第一半导体层320和420上形成的有源层330和430可以包括InGaN-QW(量子阱)。在有源层上形成的第二半导体层340和440可以是p-GaN层。在第二半导体层340和440上形成的第三半导体层345和445可以是n-GaN层。
欧姆形成层350和450可以在第三半导体层345和445上形成。这里,欧姆形成层可以是透明的氧化物层,并可以是ITO、ZnOx、掺铝ZnOx、RuOx、TiOx、IrOx等中的至少一种。
利用金属有机化学汽相沉积(MOCVD)等工艺可以生长发光单元的第一、第二和第三半导体层320、340和345以及保护单元的第一、第二和第三半导体层420、440和445。在衬底310的上表面上也可以形成诸如AlN/GaN之类的缓冲层(未显示),以便于改善第一半导体层320和420与衬底之间的晶格匹配。这里,第三半导体层345和445是欧姆接触层。
可以蚀刻发光单元300和保护单元400之间的边界区490,以便暴露衬底上表面的一部分,使发光单元和保护单元彼此之间电气上隔离开。此外,在边界区的附近,发光单元的第一导电半导体层320和保护单元的第一导电半导体层420的一部分可以通过蚀刻来暴露。
在边界区490及其外围可以形成钝化层390,以便于器件之间的绝缘以及不同器件上的各层之间的绝缘。钝化层390可以堆叠在边界区490、边界区490附近的衬底310的上表面、保护单元400的第一半导体层420和欧姆形成层450的暴露部分、发光单元300的第一半导体层320和欧姆形成层350的暴露部分。
可以形成第一和第二连接线361和461,以便使发光单元300与保护单元400电连接。第一连接线361可以在钝化层390、发光单元的欧姆形成层350和保护单元的第一半导体层420上形成。在第一连接线361的一端,可以形成预定大小和形状的第一接合焊盘360。
在保护单元的欧姆形成层450、钝化层390以及发光单元的第一半导体层320上可以用金属层形成第二连接线461。在第二连接线461的一端,可以形成预定大小和形状的第二接合焊盘460。
在发光单元的欧姆形成层350上形成的第一连接线361或第一接合焊盘360通过发光单元的欧姆形成层350与第三半导体层345电连接。同样,在保护单元的欧姆形成层450上形成的第二连接线461或第二接合焊盘460通过保护单元的欧姆形成层450与第三半导体层445电连接。
因此,第一连接线361与保护单元的第一半导体层420以及发光单元的第三半导体层345电连接,该保护单元的第一半导体层420以及发光单元的第三半导体层345是n-GaN层。同样,第二连接线461与发光单元的第一半导体层320以及保护单元的第三半导体层445电连接,该发光单元的第一半导体层320以及保护单元的第三半导体层445是n-GaN层。
第一接合焊盘360可以在发光单元300上的第一连接线361的一端形成,第二接合焊盘460可以在保护单元上的第二连接线461的一端形成。因此,第一和第二连接线361和461可以通过第一和第二接合焊盘360和460导线接合到包括保护单元的发光器件。第一和第二接合焊盘360和460可以用金属层与第一和第二连接线361和461一起形成。
参看图6,第一连接线361将发光单元的欧姆形成层350与保护单元的第一半导体层420电连接。在第一连接线361的一端形成的第一接合焊盘360充当发光器件的阳极(A)端子。
第二连接线461将保护单元的欧姆形成层450与发光单元的第一半导体层320电连接。在第二连接线461的一端形成的第二接合焊盘460充当发光器件的阴极(K)端子。
下面,将描述第一个实施例的操作。参看图4到6,第一和第二接合焊盘360和460可以分别充当阳极和阴极。在此情况下,当p型载流子从外部流入器件时,发光单元的第三半导体层345在发光单元的第三半导体层345和第二半导体层340之间形成反向递变(reversegrading),以充当电极接触层。
发光单元300正常地工作,并可以以低电压驱动。在此情况下,由于阳极连接到保护单元的第一半导体层420以施加反向电压,该单元不工作。当突然向发光单元300施加反向电压或ESD的反向电压时,发光单元300由于被施加了反向电压而不起作用。换句话说,由于该反向电压,保护单元400起到了安全地保护发光单元300的作用。
根据本发明第一实施例的发光单元300不包括要连接到阴极的接合焊盘。因此,可以将发光单元区域增大形成于保护单元上的接合焊盘460的大小的量。
换句话说,在发光单元区域中只形成一个接合焊盘。这样的具有ESD保护特性的发光单元300可以用于不能安装二极管的超薄型高亮度装置产品中和需要安装保护单元的装置产品中。
根据本发明的另一个实施例,可以用与第一个实施例不同的结构来实现第一和第二接合焊盘。例如,第一接合焊盘可以在发光单元的第一半导体上形成,而第二接合焊盘可以在保护单元的第一半导体层上形成。
第二实施例
图7是说明根据本发明第二实施例的发光器件的平面图。图8是说明根据本发明第二实施例的发光器件的电路原理图。
本发明的第二个实施例说明了在保护单元中形成两个接合焊盘的结构。第一实施例的特征可以应用于此。
例如,根据本发明第二实施例的发光器件可以与第一实施例具有相同的堆叠结构。第二个实施例的唯一的区别是,在保护单元400中形成了两个接合焊盘。
参看图7和8,第一接合焊盘470a可以在包括保护单元400的区域500的一个部分中形成,而第二接合焊盘460a可以在该区域的另一部分形成。例如,第一接合焊盘470a可以在保护单元的欧姆形成层450上形成,而第二接合焊盘460a可以在保护单元的第一导电半导体层420上形成。
第一和第二接合焊盘470a和460a可以形成为具有相同的大小或不同的大小,并可以通过第一连接线361和第二连接线461与发光单元300电连接。
例如,在保护单元400的第一半导体层420和发光单元300的欧姆形成层350上形成第一连接线361,以便将保护单元400的第一半导体层420和发光单元300的第三半导体层345电连接。在保护单元区域的第一连接线361的一端形成的第一接合焊盘470a充当阳极(A)端子。
在保护单元400的欧姆形成层以及发光单元300的第一半导体层320上形成第二连接线461,以将保护单元的第三半导体层445和发光单元的第一半导体层320电连接。在保护单元区域的第二连接线461的一端形成的第二接合焊盘460a充当阴极(K)端子。
如上所述,根据本发明的第二实施例,在ESD保护单元400中形成两个接合焊盘460a和470a,保护单元400和发光单元300的两个电极在电路中被互连。因此,具有保护单元的发光器件被形成为可进行工作。
根据本发明的第二实施例,由于接合焊盘在保护单元上形成而不是在发光单元上形成,因此,可以增大发光区域。
此外,根据本发明的第二实施例,由于接合焊盘在保护单元上形成而不是在发光单元上形成,因此,除保护单元区域外,不需要额外的接合焊盘区域。
尽管这里是结合优选实施例描述和说明本发明,但是,对于本领域技术人员明显的是,在不偏离本发明的精神和范围的情况下,可以进行各种修改。这样,本发明意欲涵盖归入所附的权利要求以及它们的等同内容范围之内的本发明的各种修改和变化。
Claims (20)
1.一种发光器件,包括:
衬底;
位于所述衬底的一部分上、并包括第一半导体层和第二半导体层的发光单元;
位于所述衬底的另一部分上、并包括第四半导体层和第五半导体层的保护单元;以及
用于电连接所述发光单元与所述保护单元的连接线。
2.如权利要求1所述的发光器件,包括:
所述发光单元上的第一接合焊盘;以及
所述保护单元上的第二接合焊盘。
3.如权利要求1所述的发光器件,包括:
所述保护单元的一部分上的第一接合焊盘;以及
所述保护单元的另一部分上的第二接合焊盘。
4.如权利要求1所述的发光器件,包括:
所述第二半导体层上的第一欧姆形成层;
所述第五半导体层上的第二欧姆形成层;
所述第一欧姆形成层上的第一接合焊盘;以及
所述第二欧姆形成层上的第二接合焊盘。
5.如权利要求1所述的发光器件,包括:
所述第二半导体层上的第一欧姆形成层;
所述第五半导体层上的第二欧姆形成层;
所述第二欧姆形成层上的第二接合焊盘;以及
所述第四半导体层上的第一接合焊盘。
6.一种发光器件,包括:
衬底;
位于衬底的一部分上、并包括第一、第二和第三半导体层的发光单元;
位于所述衬底的另一部分上、并包括第四、第五和第六半导体层的保护单元;以及
用于电连接所述发光单元与所述保护单元的连接线。
7.如权利要求6所述的发光器件,包括:
所述发光单元上的第一接合焊盘;以及
所述保护单元上的第二接合焊盘。
8.如权利要求6所述的发光器件,包括:
所述保护单元的一部分上的第一接合焊盘;以及
所述保护单元的另一部分上的第二接合焊盘。
9.如权利要求6所述的发光器件,包括:
所述第三半导体层上的第一欧姆形成层;
所述第六半导体层上的第二欧姆形成层;
所述第一欧姆形成层上的第一接合焊盘;以及
所述第二欧姆形成层上的第二接合焊盘。
10.如权利要求6所述的发光器件,包括:
所述第三半导体层上的第一欧姆形成层;
所述第六半导体层上的第二欧姆形成层;
所述第二欧姆形成层上的第二接合焊盘;以及
所述第四半导体层上的第一接合焊盘。
11.一种制造发光器件的方法,该方法包括:
在衬底的一部分上形成包括第一半导体层和第二半导体层的发光单元;
在所述衬底的另一部分上形成包括第四半导体层和第五半导体层的保护单元;以及
形成用于电连接所述发光单元与所述保护单元的连接线。
12.如权利要求11所述的制造发光器件的方法,包括:
在所述发光单元上形成第一接合焊盘;以及
在所述保护单元上形成第二接合焊盘。
13.如权利要求11所述的制造发光器件的方法,包括:
在所述保护单元的一部分上形成第一接合焊盘;以及
在所述保护单元的另一部分上形成第二接合焊盘。
14.如权利要求11所述的制造发光器件的方法,包括:
在所述发光单元上形成第一欧姆形成层;
在所述保护单元上形成第二欧姆形成层;
在所述第一欧姆形成层上形成第一接合焊盘;以及
在所述第二欧姆形成层上形成第二接合焊盘。
15.如权利要求11所述的制造发光器件的方法,包括:
在所述发光单元上形成第一欧姆形成层;
在所述保护单元上形成第二欧姆形成层;
在所述第二欧姆形成层上形成第二接合焊盘;以及
在所述保护单元的第四半导体层上形成第一接合焊盘。
16.如权利要求11所述的制造发光器件的方法,包括:
在所述第二半导体层上形成第三半导体层;以及
在所述第五半导体层上形成第六半导体层。
17.如权利要求16所述的制造发光器件的方法,包括:
在所述第三半导体层上形成第一欧姆形成层;
在所述第六半导体层上形成第二欧姆形成层;
在所述第一欧姆形成层上形成第一接合焊盘;以及
在所述第二欧姆形成层上形成第二接合焊盘。
18.如权利要求16所述的制造发光器件的方法,包括:
在所述第三半导体层上形成第一欧姆形成层;
在所述第六半导体层上形成第二欧姆形成层;
在所述第二欧姆形成层上形成第二接合焊盘;以及
在所述第四半导体层上形成第一接合焊盘。
19.如权利要求11所述的制造发光器件的方法,包括形成用于将所述发光单元与所述保护单元电隔离的钝化层。
20.如权利要求11所述的制造发光器件的方法,其中第一半导体层和第四半导体层具有相同的导电类型,并被同时形成;以及,第二半导体层和第五半导体层具有相同的导电类型,并被同时形成。
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