CN1909238B

CN1909238B - 具有保护元件的发光装置及该发光装置的制造方法

Info

Publication number: CN1909238B
Application number: CN2005101203714A
Authority: CN
Inventors: 赵济熙; 罗虹; 金钟奎; 朴容助; 孙哲守; E·弗雷德·舒伯特
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd; Rensselaer Polytechnic Institute
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd; Rensselaer Polytechnic Institute
Priority date: 2005-08-03
Filing date: 2005-11-11
Publication date: 2010-11-03
Anticipated expiration: 2025-11-11
Also published as: KR20090014327A; KR100905884B1; CN1909238A

Abstract

提供的是一种具有单片保护元件的发光装置和发光装置的制造方法。发光装置包括：发光器，其具有一个阴极和一个阳极；电阻式保护元件，其通过阴极和阳极与发光器连接。这里，电阻式保护元件的电阻Rs的阻值介于发光器电流的正向电阻Rf和反向电阻Rr之间。

Description

具有保护元件的发光装置及该发光装置的制造方法

技术领域

本发明涉及一种具有单片保护元件的发光装置，特别是，具有保护元件的发光装置保护发光装置免受静电。

背景技术

发光装置如激光二极管(LD)、发光二极管(LED)或类似的装置都是高效的光源，应用到各个领域。然而，这样的发光装置遇到如静电等电冲击时容易损坏。静电在反向偏压状态放电损坏发光装置的内部物理结构。

附加保护元件用来保护发光装置不受这样静电放电(ESD，electrostaticdischarge)的损坏。保护元件通常是齐纳二极管与发光装置以反向极性并联连接。这样，通过保护元件旁通反向施与发光装置的静电电流。

起初的保护元件是制作为分离的芯片，然后连同发光装置一起安装在引线框上。制作为分离的芯片的保护元件为了电连接需要引线焊接，这样就增加了生产成本。

在采用倒装芯片焊接方法的通用发光装置的情况下，保护元件形成在发光装置焊接于其上的基板上。这样，发光装置和保护元件都连接到用于焊接的导体突出上。在这种常规方法中，采用半导体薄膜工艺，保护元件必须形成在发光装置焊接于其上的基板上。这样，生产成本必然增加。

美国第5,693,597号专利揭示了一种结构，其中，发光装置和保护元件单片集成在一个透明的基板上。由于发光装置和保护元件单片集成在该基板上，这种结构就比前面所述的发光装置有许多的优点。然而，保护元件必须占用发光装置的一部分有效面积。结果，减小了发光装置在有限区域内所占据的面积。

发明内容

本发明提供一种具有单片保护元件的发光装置，以便制造简单，并使在其上所占用的面积减到最小。

根据本发明的一个方面，提供了一种具有电阻式保护元件的发光装置，包括：发光器，具有一个阴极和一个阳极；电阻式保护元件，通过阴极和阳极并联到发光器上。在这里，电阻式保护元件的电阻Rs的阻值介于发光器电流的正向电阻Rf和反向电阻Rr之间。

根据本发明的另外一个方面，提供了一种具有电阻式保护元件的发光装置，包括：发光器，其包括下半导体层、上半导体层及在下、上半导体层之间形成的活性层(active layer)；第一电极，与上半导体层电接触；第二电极，与下半导体层电接触；和电阻式保护元件，与第一和第二电极连接。这里，电阻式保护元件的电阻Rs的阻值介于发光器的正向电阻Rf和反向电阻Rr之间。

根据本发明的一个方面，第一电极可以形成于上半导体层一侧的上表面上，下半导体层表面的一部分可以暴露，而第二电极可以形成于下半导体层的暴露部分上。电阻式保护元件可以从上半导体层一侧的上表面一直延伸到下半导体层一侧的一个表面。

附图说明

参照所附附图，通过对其中的示范性实施例的详细说明，本发明的上述及其它的特点和优点将更为显见，其中：

图1是根据本发明实施例的发光装置的平面示意图；

图2是沿着图1所示A-A线剖取的截面视图；

图3是图1所示发光装置的等效电路图，图解了在施与正向电压下电流的流向；

图4是图1所示发光装置的等效电路图，图解了在施与反向电压下电流的流向；

图5是图解根据本发明实施例的保护元件的图案的示意图；

图6是详细图解图1所示发光装置的部件的截面视图；

图7是图解常规发光装置和根据本发明的发光装置的电流(I)-电压(V)特性的坐标图；以及

图8是图解用于电阻元件的ZnO薄膜的薄膜电阻坐标图。

具体实施方式

在下文，将参照所附附图详细地描述根据本发明的发光装置的实施例。

图1是根据本发明一个实施例的具有单片保护元件的发光装置的平面示意图，图2是沿着图1所示A-A线剖取的截面视图。参照图1和2，下半导体层111、多量子阱(MQW)112和上半导体层113形成于基板100上，其最好是如蓝宝石或类似的绝缘基板。

下半导体111，MQW 112和上半导体113的叠堆结构是一个具有阳极和阴极的普通LED的结构。然而，为了方便起见，只有叠堆结构的主要部分在图中示出。根据本发明的发光装置是一个GaN LED，其中下半导体层111是n-GaN层，上半导体层113是p-GaN层。第一电极114是由p-GaN层即上半导体层113的表面上的透明金属形成，包括InGaN-MQW的活性层112在上、下半导体层113和111之间形成。

在叠堆结构中，下半导体层111的一侧(示于图1和2的右侧)暴露出来用于电接触，导体第二电极115布置于该侧上。

根据本发明，第一和第二电极114和115通过电阻式保护元件120彼此连接。电阻式保护元件120可以从活性层112、上半导体层113和第一电极114的叠堆结构一侧的上表面延伸，通过堆叠结构的侧部，到达第二电极115一侧的上表面。电阻式保护元件120可以由ZnO，ITO(铟锡氧化物)，多晶硅(poly-Si)，导体无机材料，或者导体有机材料等材料，采用如电子束蒸镀(e-beam evaporation)或是阴极溅镀等薄膜溅镀方法形成。

具有上述结构的本发明的发光装置被表示成图3所示的等效电路图。

电阻式保护元件120与包括活性层112、上和下半导体层113和111的发光器110并联连接。这样，把预定电压V+和V-施与到发光器110上，电流Im和Is就分别在发光器110和并联到发光器110上的电阻式保护元件120中流动。这里，在电阻式保护元件120中流动的电流Is要比在发光器110中流动的电流Im小很多。电阻式保护元件120的电阻Rs的阻值介于具有P-N结的发光器110正向电流的正向电阻Rn和反向电阻Rr之间(Rr＞＞Rs＞＞Rf)。

因此，如图3所示，把正向电压施与发光器110，在发光器110中流动的电流Im就比在电阻式保护元件120中流动的电流Is大。这里，在发光器110中流动的电流Im的强度就必须调整为与发光器110所期望的光强度相应的数值。在电阻式保护元件120中流动的电流要小于或等于发光器110的正向电流的1％。换句话说，电阻式保护元件120的电阻Rs要设计成大于或等于正向电阻Rf阻值的100倍。

如图4所示，由于外界因素给发光器110施与反向电压，相对较大的电流就会在具有比发光器110的电阻小的电阻式保护元件120中流动。这样，发光器110就从外界电源施与反向电压中得到保护。

电阻式保护元件120可以由ZnO(氧化锌)或图1所示的一个薄膜形成。作为选择，电阻式保护元件120可以由图5所示的各种图案中的一种形成。换句话说，电阻式保护元件120可以分成多个单元元件120a。组成电阻式保护元件120的多个单元元件120a与发光器110并联连接。采用图5所示的各种图案之一的电阻式保护元件120仅是一种实施例，但不局限本发明的范围。

图6是图解发光装置材料构成层的截面视图。参照图6，n-GaN层，即下半导体层111，作为阴极在由绝缘材料即蓝宝石形成的基板100上形成，MQW作为活性层在n-GaN层111上形成。下半导体层111的一部分暴露在MQW112的一侧，由钛、铝、钛和金叠堆成的n-电极作为第二电极在下半导体层111的露出部分上形成。p-GaN层，也就是上半导体层113，作为阳极在MQW 112上形成，具有多层结构的p-电极作为第一电极114在p-GaN层上形成。p-电极114包括：第一层114a，由大约3纳米厚的NiZn(镍锌)形成；第二层114b，由100纳米厚的Ag(银)形成。

图7是图解常规发光装置和本发明的发光装置的I-V特性的坐标图。在此，#1到#5分别表示图5中的不同试样，“现有技术”(“prior art”)表示没有电阻元件的试样。

参照图7，在常规的发光装置中，在正向3伏电压左右电流急剧上升。在正向4伏电压左右，产生了50mA或者更高的电流。然而，在反向施与-5伏左右的电压时，有微小的电流流动，并且在图线上没有数字变化。

和常规发光装置不同，根据本发明具有电阻元件的#1到#5试样，当施与正向电压时，都拥有相同的电流特征。换句话说，当施与正向电压时，常规发光装置和本发明的发光装置的电流没有大的差别。然而，当施与反向电压时，在约-5伏反向电压下，试样#5中流过相对很大的约-0.07mA的电流。在带有最大阻值的电阻元件的试样#4中，则流过大约-0.005mA的电流。在-5伏反向电压下，与几乎没有电流的常规发光装置相比，产生-0.005mA的电流强度是一个非常大的电流-电压的比率。另外，试样#5有一个非常大的电流电压比，这与其它试样是不可比的。

基于上述事实，如果一个常规的发光装置在反向-0.004mA电流通过时被击穿，试样#4用电阻元件旁通了反向-0.444mA的电流强度，这样就不被击穿。虽然根据本发明的发光装置具有这些优点，但是根据本发明的和常规的发光装置的驱动电压没有任何改动。虽然在施与3伏或者稍低一些的正向电压时，电流会有些许上升，但是与当前现有的发光二极管(LED)相比，像这样被损耗的电流是可以忽略不计的。仅图解了常规的发光装置和根据本发明的试样#1当施与一个正向电压时的特性。其它试样当施与一个正向电压时的特性和试样#1的特性类似。

图8是图解用于制作电阻元件的材料-氧化锌(ZnO)薄膜制成的薄膜电阻的示意图。由氧化锌(ZnO)薄膜形成的电阻元件显示了电流根据电压线性变化的基本特性。表中的数据表示二个焊盘的间距，电流通过其间流过。当间距变大时，产生较小的电流。根据本实施例的氧化锌(ZnO)电阻元件的特性，电阻率为1.65×10^-2Ω-cm，薄膜电阻为2200Ω/方(76nm)，并且可以通过调整氧化锌(ZnO)电阻元件的厚度来调整电阻率。

在获得上述结果过程中得到了相应的结论性数据，电阻式保护元件的薄膜电阻的阻值介于100Ω/方和20000Ω/方之间。

如上所述，在具有单片保护元件的发光装置和根据本发明制造发光器的方法中，电阻式保护元件可以用作单片保护元件。电阻式保护元件可以并联安装为发光器的内部电流旁路，其相对于发光器流过很小的电流。这样，发光器可以防止受静电放电损坏。电阻式保护元件几乎可以在生产具有电阻式保护元件的发光装置的晶片级加工的最后一步在晶片级上制造。这样保护元件就可以以低成本大量生产。

在发光装置的生产中由附加电阻式保护元件导致的成本上升可减到最小。不占空间的电阻式保护元件单片集成到发光装置中，这样就可以以低成本来生产发光装置。

尽管本发明参照示范性实施例已经进行详细示出和描述，但是，本领域的技术人员会认识到，在其上进行的形式上和细节上的各种变化都不能脱离如所附权利要求的本发明的精神和范围。

Claims

1.一种具有电阻式保护元件的发光装置，包括：

发光器，其具有阴极和阳极；和

该电阻式保护元件，其通过该阴极和该阳极与该发光器并联连接，

其中，该电阻式保护元件的电阻Rs的阻值介于该发光器的电流的正向电阻Rf和反向电阻Rr阻值之间。

2.如权利要求1所述的发光装置，其中，该电阻式保护元件是由ZnO、ITO、多晶硅和导体无机或有机材料形成。

3.如权利要求1所述的发光装置，其中，该电阻式保护元件在该发光器上单片集成为薄膜。

4.如权利要求2所述的发光装置，其中，该电阻式保护元件在该发光器上单片集成为薄膜。

5.如权利要求1所述的发光装置，其中，该电阻式保护元件采用电子束蒸镀和溅镀中的一种工艺形成。

6.如权利要求2所述的发光装置，其中，该电阻式保护元件采用电子束蒸镀和溅镀中的一种工艺形成。

7.一种具有电阻式保护元件的发光装置，包括：

发光器，其包括：上半导体层；下半导体层；活性层，其在下和上半导体层之间形成；

第一电极，其与该上半导体层电接触；

第二电极，其与该下半导体层电接触；和

该电阻式保护元件，其与该第一和第二电极连接，

其中，该电阻式保护元件的电阻Rs的阻值介于该发光器电流的正向电阻Rf和反向电阻Rr之间。

8.如权利要求7所述的发光装置，其中，该电阻式保护元件是由ZnO、ITO、多晶硅及导体无机或有机材料等形成。

9.如权利要求7所述的发光装置，其中，该电阻式保护元件在该发光器上单片集成为薄膜。

10.如权利要求8所述的发光装置，其中，该电阻式保护元件在该发光器上单片集成为薄膜。

11.如权利要求7所述的发光装置，其中，该电阻式保护元件采用电子束蒸镀和溅镀中的一种工艺形成。

12.如权利要求8所述的发光装置，其中，该电阻式保护元件采用电子束蒸镀和溅镀中的一种工艺形成。