CN101584054A - 发光器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光器件。所述发光器件包括：第一导电半导体层；在第一导电半导体层上的有源层；在有源层上的第二导电半导体层，第二导电半导体层包括第一区域和第二区域；在第二导电半导体层的第二区域上的第三导电半导体层；电连接第一导电半导体层与第二区域的第二导电半导体层的第一电极层；和电连接第二导电半导体层与第三导电半导体层的第二电极层。
Description
技术领域
本发明实施方案涉及发光器件及其制造方法。
背景技术
近来，对使用LED(发光器件)作为发光器件的设备进行了积极研究。
LED利用化合物半导体的特性将电信号转化为光信号。LED包括：在衬底上堆叠的第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层。当LED通电时，有源层发出光。
第一导电半导体层可以是N型半导体层，第二导电半导体层可以是P型半导体层，反之亦然。
由于LED会被反向偏压或ESD(静电放电)电流所破坏，所以在LED的封装工艺中，在LED上安装用于保护LED免受反向偏压或ESD电流影响的器件。
例如，适当地匹配稳压二极管(Zener diode)，以防止LED被反向偏压或ESD电流破坏。
然而，由于LED封装的尺寸变小，在LED封装中安装稳压二极管可能难以进行并且这种封装工艺所需要的成本可能增加。
发明内容
技术问题
本发明实施方案提供一种发光器件及其制造方法。
本发明实施方案提供一种包括保护装置和LED的发光器件及其制造方法。
本发明实施方案提供一种具有高度集成的保护装置和LED的发光器件及其制造方法。
技术方案
根据一个实施方案，一种发光器件包括：第一导电半导体层；在第一导电半导体层上的有源层；在有源层上的第二导电半导体层，其中第二导电半导体层包括第一区域和第二区域；在第二导电半导体层的第二区域上的第三导电半导体层；电连接第一导电半导体层与第二区域的第二导电半导体层的第一电极层；和电连接第二导电半导体层与第三导电半导体层的第二电极层。
根据一个实施方案，一种发光器件包括：衬底；在衬底的第一区域上的包括第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层的LED区域；和在衬底的第二区域上的包括第二导电半导体层和第三导电半导体层的保护装置区域。
根据一个实施方案，一种制造发光器件的方法包括：形成第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层；在第二导电半导体层的至少一部分上形成第三导电半导体层；和通过蚀刻工艺选择性地蚀刻第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层以及在经蚀刻的部分中形成绝缘层，由此分为包括第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层的第一区域以及包括第二和第三导电半导体层的第二区域。
有益效果
本发明实施方案可提供一种发光器件及其制造方法。
本发明实施方案可提供一种包括保护装置和LED的发光器件及其制造方法。
本发明实施方案可提供一种具有高度集成的保护装置和LED的发光器件及其制造方法。
附图说明
图1是显示根据一个实施方案的发光器件的结构的截面图；
图2和3是说明根据一个实施方案的发光器件的操作的截面图；和
图4至13是说明根据一个实施方案制造发光器件的方法的截面图。
具体实施方式
以下，将参照附图描述根据一个实施方案的发光器件及其制造方法。以下实施方案仅仅用于说明性的目的。本发明要求保护的范围不限于此。
在实施方案的描述中，应理解的是，当层(或膜)、区域、图案或结构被称为在另一衬底、另一层(或膜)、另一区域、另一垫或另一图案的“上方”或“下方”时，其可以“直接地”或“间接地”位于其它的衬底、层(或膜)、区域、垫、或图案的上方，或者也可存在一个或多个中间层。
此外，出于清楚说明的目的，可简化或放大附图中所示的层的厚度或尺寸。此外，每个元件的尺寸可从其实际尺寸进行缩小或者放大。
图1是显示根据实施方案的发光器件的结构的截面图。
参照图1，根据该实施方案的发光器件包括：衬底110、缓冲层112、第一导电半导体层120、有源层130、第二导电半导体层140、势垒层150、欧姆电极层170、第一电极层190、第二电极层180、绝缘层160、和第三导电半导体层152。
根据实施方案的发光器件可通过绝缘层160分为LED区域10和保护装置区域20。在图1中，排列在绝缘层160左侧的层适合执行产生光的LED功能，排列在绝缘层160右侧的层适合执行ESD保护装置的功能。
具体而言，当对第一和第二电极层190和180施加正向偏压时，包括第一导电半导体层120、有源层130和第二导电半导体层140的LED区域10通过结合电子和空穴来执行有源层130发光的LED功能。
此外，当对第一和第二电极层190和180施加反向偏压时，包括第二和第三导电半导体层140和152的保护装置区域20通过提供电流流动通道来执行ESD保护装置的功能。
第一电极层190与LED区域10的第一导电半导体层120和保护装置区域20的第二导电半导体层140电连接。第二电极层180通过欧姆电极层170与LED区域10的第二导电半导体层140和保护装置区域20的第三导电半导体层152电连接。
根据一个实施方案的发光器件包括：在一个衬底110上的执行LED功能的层和执行保护装置功能的层。此外，根据一个实施方案的发光器件包括：在一个缓冲层112上的执行LED功能的层和执行保护装置功能的层。此外，根据一个实施方案的发光器件包括：在第一导电半导体层120上的执行保护装置功能的层。
根据实施方案的发光器件，LED和保护装置可在小区域中形成，通过将LED与保护装置一起进行制造可简化制造工艺。此外，可简单地实现LED和保护装置之间的电连接，并且可容易地实施封装工艺。
根据一个实施方案的发光器件，通过绝缘层160使得执行LED功能的的LED区域10的一些层与执行保护装置功能的保护装置区域20的一些层电隔离。LED区域10和保护装置区域20的一些层具有接触绝缘层160的侧面，并且导电层在绝缘层160上方和下方排列对齐。例如，欧姆电极层170在绝缘层160上方排列对齐，第一导电半导体层120在绝缘层160下方排列对齐。
如上所述，通过绝缘层160将发光器件分为LED区域10和保护装置区域20，使得LED区域10和保护装置区域20的层，即LED和保护装置，可形成在小区域中。此外，在LED制造工艺中增加一个工艺步骤，以使LED可与保护装置一起形成。
在LED区域10的至少一部分中，第一导电半导体层120、有源层130和第二导电半导体层140垂直排列对齐；在保护装置区域20的至少一部分中，第二和第三导电半导体层140和152垂直排列对齐。
同时，例如，衬底110可包括选自Al2O3、Si、SiC、GaAs、ZnO和MgO中的至少一种。
缓冲层112减小衬底110的晶格常数和层叠在衬底110上的氮化物半导体层的晶格常数之间的差异。例如，缓冲层112可具有例如AlInN/GaN、InxGa1-xN/GaN或AlxInyGa1-x-yN/InxGa1-xN/GaN的堆叠结构。此外，在缓冲层112和第一导电半导体层120之间也可形成未掺杂的GaN层。
第一导电半导体层120可包括含第一导电杂质的氮化物半导体层。例如，第一导电杂质可包括N型杂质。
有源层130可具有单量子阱或多量子阱结构。例如，有源层130可具有InGaN阱层和GaN势垒层的堆叠结构。
第二导电半导体层140可包括含第二导电杂质的氮化物半导体层。例如，第二导电杂质可包括P型杂质。
当对发光器件施加超过预定电压的电压时，阻挡层150允许电流通过隧道现象流动。阻挡层150可选择性地形成。根据另一实施方案，第二导电半导体层140可直接与欧姆电极层170接触。例如，阻挡层150可包括InGaN层或第一导电半导体层并具有
至的薄的厚度。
欧姆电极层170可包括透明的电极层。例如，欧姆电极层170可包括ITO、ZnO、RuOx、TiOx或IrOx中的至少一种。
绝缘层160包括绝缘材料。例如，绝缘层160可包括氧化物层。绝缘层160的至少一部分被第一导电半导体层120所包围。绝缘层160与有源层130和第二导电半导体层140接触。
第三导电半导体层152可包括含第三导电杂质的氮化物半导体层。第三导电半导体层152可包含与第一导电半导体层120中相同的杂质。例如，第三导电杂质可包括N型杂质，第三导电半导体层152可包括InGaN层。第三导电半导体层152可具有
至
的厚度。第三导电半导体层152可与绝缘层160接触。
第一和第二电极层190和180例如可包括Ti、Cr、Ni、Al、Pt或Au中的至少一种。
图2和3是说明根据实施方案的发光器件的操作的截面图。
参照图2，如果对根据实施方案的发光器件施加正向偏压，则电流以第一方向I1流过LED区域10。此时，电流不流过保护装置区域20。因此，光从LED区域10的有源层130发出，使得LED正常运行。
参照图3，如果由于ESD等而对根据实施方案的发光器件施加反向偏压，则电流以第二方向I2流过保护装置区域20。此时，电流不流过LED区域10。因此，可防止LED被施加到LED区域10的反向偏压所破坏。
图4至13是说明根据实施方案制造发光器件的方法的截面图。
参照图4，在衬底110上顺序形成缓冲层112、第一导电半导体层120、有源层130、第二导电半导体层140和阻挡层150。
衬底110可包括选自Al2O3、Si、SiC、GaAs、ZnO和MgO中的至少一种。
在，可通过向其中设置有衬底110的腔室中提供3×105摩尔每分钟的TMGa和TMIn以及3×106摩尔每分钟的TMAl以及与氢气和氨气而在该腔室中生长缓冲层112。
在缓冲层112和第一导电半导体层120之间可形成未掺杂的GaN层。
可通过提供含N型杂质例如Si的SiH4、NH3(3.7×10-2摩尔/分钟)和TMGa(1.2×10-4摩尔/分钟)，在缓冲层112上形成第一导电半导体层120。
可通过MOCVD(金属有机化学气相沉积)方法，在提供TMGa和TMIn时，于氮气氛中在第一导电半导体层120上生长有源层130。
可通过使用氢作为载气，提供TMGa(7×10-6摩尔/分钟)、TMAl(2.6×10-5摩尔/分钟)/(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)s}(5.2×10-7摩尔/分钟)和NH3(2.2×10-1摩尔/分钟)而在有源层130上生长第二导电半导体层140。
可通过提供含N型杂质例如Si的SiH4、NH3和TMGa，在第二导电半导体层140上形成阻挡层150。
参照图5，在阻挡层150上形成第一掩模层A。可使用SiH4和O2以SiO2薄膜的形式形成第一掩模层A。然后，通过光刻工艺选择性地移除第一掩模层A的一部分以暴露出阻挡层150的一部分。
参照图6，在暴露的阻挡层150上形成第三导电半导体层152。第三导电半导体层152例如包括InGaN层作为含N型杂质的半导体层。
参照图7，在形成第三导电半导体层152之后，移除第一掩模层A。
参照图8至10，在阻挡层150和第三导电半导体层152上选择性地形成第二掩模层B。然后，利用第二掩模层B作为掩模，通过蚀刻工艺选择性地移除第一导电半导体层120、有源层130、第二导电半导体层140、阻挡层150和第三导电半导体层152。然后，移除第二掩模层B。
参照图11，在通过蚀刻工艺形成的区域的一部分中选择性地形成绝缘层160。通过绝缘层160使有源层130、第二导电半导体层140、阻挡层150和第三导电半导体层152电隔离。
参照图12，在阻挡层150、绝缘层160和第三导电半导体层152上形成欧姆电极层170。
参照图13，形成与第一导电半导体层120、有源层130和第二导电半导体层140电连接的第一电极层190。然后，在欧姆电极层170上形成第二电极层180。
这样，可制造根据实施方案的发光器件。根据上述实施方案的发光器件的制造方法仅仅是说明性的，本发明的范围不限于此。
尽管已经参照许多说明性的实施方案描述了本发明，但是应该理解本领域技术人员可以设计出许多其它的变化方案和实施方案，这些也在本公开内容的原理的精神和范围内。
工业实用性
本发明实施方案可用于发光器件。
Claims (20)
1.一种发光器件，包括：
第一导电半导体层；
在所述第一导电半导体层上的有源层；
在所述有源层上的第二导电半导体层，所述第二导电半导体层包括第一区域和第二区域；
在所述第二导电半导体层的第二区域上的第三导电半导体层；
电连接所述第一导电半导体层与所述第二区域的第二导电半导体层的第一电极层；和
电连接所述第二导电半导体层与所述第三导电半导体层的第二电极层。
2.根据权利要求1所述的发光器件，包括使所述第二区域的第二导电半导体层与所述第一区域的第二导电半导体层电隔离的绝缘层。
3.根据权利要求1所述的发光器件，包括在所述第二导电半导体层和所述第三导电半导体层上的欧姆电极层，其中所述欧姆电极层与所述第二电极层电连接。
4.根据权利要求3所述的发光器件，包括在所述第二导电半导体层和所述欧姆电极层之间形成的阻挡层。
5.根据权利要求4所述的发光器件，其中所述阻挡层包含第一导电杂质。
6.根据权利要求1所述的发光器件，包括保护装置，所述保护装置包括所述第二区域的第二导电半导体层和所述第三导电半导体层。
7.根据权利要求2所述的发光器件，其中所述绝缘层的一部分被所述第一导电半导体层所包围。
8.一种发光器件，包括：
衬底；
在所述衬底的第一区域上的包括第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层的LED区域；和
在所述衬底的第二区域上的包括所述第二导电半导体层和第三导电半导体层的保护装置区域。
9.根据权利要求8所述的发光器件，包括使所述LED区域与所述保护装置区域隔离的绝缘层。
10.根据权利要求8所述的发光器件，其中所述LED区域和所述保护装置区域形成在一个衬底上。
11.根据权利要求8所述的发光器件，包括：在所述衬底和所述LED区域之间以及在所述衬底和所述保护装置区域之间形成的缓冲层，其中所述LED区域和所述保护装置区域形成在一个缓冲层上。
12.根据权利要求8所述的发光器件，其中在所述LED区域的所述第一导电半导体层上形成所述保护装置区域。
13.根据权利要求8所述的发光器件，包括：
与所述LED区域的第一导电半导体层和所述保护装置区域的第二导电半导体层电连接的第一电极层；和
与所述LED区域的第二导电半导体层和所述保护装置区域的第三导电半导体层电连接的第二电极层。
14.根据权利要求8所述的发光器件，包括在所述LED区域的第二导电半导体层上的阻挡层。
15.根据权利要求8所述的发光器件，其中所述第一和第三导电半导体层包含N型杂质，所述第二导电半导体层包含P型杂质。
16.一种制造发光器件的方法，所述方法包括：
形成第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层；
在所述第二导电半导体层的至少一部分上形成第三导电半导体层；和
通过蚀刻工艺选择性地蚀刻所述第一导电半导体层、所述有源层和所述第二导电半导体层以及在经蚀刻的部分中形成绝缘层，由此分为：包括所述第一导电半导体层、所述有源层和所述第二导电半导体层的第一区域以及包括所述第二和第三导电半导体层的第二区域。
17.根据权利要求16所述的方法，包括：
使所述第二区域的第二导电半导体层与所述第一导电半导体层电连接；和
使所述第一区域的第二导电半导体层与所述第三导电半导体层电连接。
18.根据权利要求16所述的方法，其中通过蚀刻工艺，蚀刻所述第二导电半导体层上的所述第三导电半导体层的一部分。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述绝缘层与所述第一导电半导体层、所述有源层和所述第二导电半导体层接触。
20.根据权利要求16所述的方法，其中在一个衬底上实施形成所述第一导电半导体层、所述有源层和所述第二导电半导体层的步骤。
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