專利名稱：具有保護(hù)元件的發(fā)光裝置及該發(fā)光裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有單片保護(hù)元件的發(fā)光裝置，特別是，具有保護(hù)元件的發(fā)光裝置保護(hù)發(fā)光裝置免受靜電。
背景技術(shù)：
發(fā)光裝置如激光二極管(LD)、發(fā)光二極管(LED)或類似的裝置都是高效的光源，應(yīng)用到各個領(lǐng)域。然而，這樣的發(fā)光裝置遇到如靜電等電沖擊時容易損壞。靜電在反向偏壓狀態(tài)放電損壞發(fā)光裝置的內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)。
附加保護(hù)元件用來保護(hù)發(fā)光裝置不受這樣靜電放電(ESD，electrostaticdischarge)的損壞。保護(hù)元件通常是齊納二極管與發(fā)光裝置以反向極性并聯(lián)連接。這樣，通過保護(hù)元件旁通反向施與發(fā)光裝置的靜電電流。
起初的保護(hù)元件是制作為分離的芯片，然后連同發(fā)光裝置一起安裝在引線框上。制作為分離的芯片的保護(hù)元件為了電連接需要引線焊接，這樣就增加了生產(chǎn)成本。
在采用倒裝芯片焊接方法的通用發(fā)光裝置的情況下，保護(hù)元件形成在發(fā)光裝置焊接于其上的基板上。這樣，發(fā)光裝置和保護(hù)元件都連接到用于焊接的導(dǎo)體突出上。在這種常規(guī)方法中，采用半導(dǎo)體薄膜工藝，保護(hù)元件必須形成在發(fā)光裝置焊接于其上的基板上。這樣，生產(chǎn)成本必然增加。
美國第5,693,597號專利揭示了一種結(jié)構(gòu)，其中，發(fā)光裝置和保護(hù)元件單片集成在一個透明的基板上。由于發(fā)光裝置和保護(hù)元件單片集成在該基板上，這種結(jié)構(gòu)就比前面所述的發(fā)光裝置有許多的優(yōu)點(diǎn)。然而，保護(hù)元件必須占用發(fā)光裝置的一部分有效面積。結(jié)果，減小了發(fā)光裝置在有限區(qū)域內(nèi)所占據(jù)的面積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有單片保護(hù)元件的發(fā)光裝置，以便制造簡單，并使在其上所占用的面積減到最小。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種具有電阻式保護(hù)元件的發(fā)光裝置，包括發(fā)光器，具有一個陰極和一個陽極；電阻式保護(hù)元件，通過陰極和陽極并聯(lián)到發(fā)光器上。在這里，電阻式保護(hù)元件的電阻Rs的阻值介于發(fā)光器電流的正向電阻Rf和反向電阻Rr之間。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個方面，提供了一種具有電阻式保護(hù)元件的發(fā)光裝置，包括發(fā)光器，其包括下半導(dǎo)體層、上半導(dǎo)體層及在下、上半導(dǎo)體層之間形成的活性層(active layer)；第一電極，與上半導(dǎo)體層電接觸；第二電極，與下半導(dǎo)體層電接觸；和電阻式保護(hù)元件，與第一和第二電極連接。這里，電阻式保護(hù)元件的電阻Rs的阻值介于發(fā)光器的正向電阻Rf和反向電阻Rr之間。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，第一電極可以形成于上半導(dǎo)體層一側(cè)的上表面上，下半導(dǎo)體層表面的一部分可以暴露，而第二電極可以形成于下半導(dǎo)體層的暴露部分上。電阻式保護(hù)元件可以從上半導(dǎo)體層一側(cè)的上表面一直延伸到下半導(dǎo)體層一側(cè)的一個表面。


參照所附附圖，通過對其中的示范性實(shí)施例的詳細(xì)說明，本發(fā)明的上述及其它的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將更為顯見，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)光裝置的平面示意圖；圖2是沿著圖1所示A-A線剖取的截面視圖；圖3是圖1所示發(fā)光裝置的等效電路圖，圖解了在施與正向電壓下電流的流向；圖4是圖1所示發(fā)光裝置的等效電路圖，圖解了在施與反向電壓下電流的流向；圖5是圖解根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的保護(hù)元件的圖案的示意圖；圖6是詳細(xì)圖解圖1所示發(fā)光裝置的部件的截面視圖；圖7是圖解常規(guī)發(fā)光裝置和根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置的電流(I)-電壓(V)特性的坐標(biāo)圖；以及圖8是圖解用于電阻元件的ZnO薄膜的薄膜電阻坐標(biāo)圖。
具體實(shí)施例方式
在下文，將參照所附附圖詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置的實(shí)施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的具有單片保護(hù)元件的發(fā)光裝置的平面示意圖，圖2是沿著圖1所示A-A線剖取的截面視圖。參照圖1和2，下半導(dǎo)體層111、多量子阱(MQW)112和上半導(dǎo)體層113形成于基板100上，其最好是如藍(lán)寶石或類似的絕緣基板。
下半導(dǎo)體111，MQW 112和上半導(dǎo)體113的疊堆結(jié)構(gòu)是一個具有陽極和陰極的普通LED的結(jié)構(gòu)。然而，為了方便起見，只有疊堆結(jié)構(gòu)的主要部分在圖中示出。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置是一個GaN LED，其中下半導(dǎo)體層111是n-GaN層，上半導(dǎo)體層113是p-GaN層。第一電極114是由p-GaN層即上半導(dǎo)體層113的表面上的透明金屬形成，包括InGaN-MQW的活性層112在上、下半導(dǎo)體層113和111之間形成。
在疊堆結(jié)構(gòu)中，下半導(dǎo)體層111的一側(cè)(示于圖1和2的右側(cè))暴露出來用于電接觸，導(dǎo)體第二電極115布置于該側(cè)上。
根據(jù)本發(fā)明，第一和第二電極114和115通過電阻式保護(hù)元件120彼此連接。電阻式保護(hù)元件120可以從活性層112、上半導(dǎo)體層113和第一電極114的疊堆結(jié)構(gòu)一側(cè)的上表面延伸，通過堆疊結(jié)構(gòu)的側(cè)部，到達(dá)第二電極115一側(cè)的上表面。電阻式保護(hù)元件120可以由ZnO，ITO(銦錫氧化物)，多晶硅(poly-Si)，導(dǎo)體無機(jī)材料，或者導(dǎo)體有機(jī)材料等材料，采用如電子束蒸鍍(e-beam evaporation)或是陰極濺鍍等薄膜濺鍍方法形成。
具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的發(fā)光裝置被表示成圖3所示的等效電路圖。
電阻式保護(hù)元件120與包括活性層112、上和下半導(dǎo)體層113和111的發(fā)光器110并聯(lián)連接。這樣，把預(yù)定電壓V+和V-施與到發(fā)光器110上，電流Im和Is就分別在發(fā)光器110和并聯(lián)到發(fā)光器110上的電阻式保護(hù)元件120中流動。這里，在電阻式保護(hù)元件120中流動的電流Is要比在發(fā)光器110中流動的電流Im小很多。電阻式保護(hù)元件120的電阻Rs的阻值介于具有P-N結(jié)的發(fā)光器110正向電流的正向電阻Rn和反向電阻Rr之間(Rr＞＞Rs＞＞Rf)。
因此，如圖3所示，把正向電壓施與發(fā)光器110，在發(fā)光器110中流動的電流Im就比在電阻式保護(hù)元件120中流動的電流Is大。這里，在發(fā)光器110中流動的電流Im的強(qiáng)度就必須調(diào)整為與發(fā)光器110所期望的光強(qiáng)度相應(yīng)的數(shù)值。在電阻式保護(hù)元件120中流動的電流要小于或等于發(fā)光器110的正向電流的1％。換句話說，電阻式保護(hù)元件120的電阻Rs要設(shè)計(jì)成大于或等于正向電阻Rf阻值的100倍。
如圖4所示，由于外界因素給發(fā)光器110施與反向電壓，相對較大的電流就會在具有比發(fā)光器110的電阻小的電阻式保護(hù)元件120中流動。這樣，發(fā)光器110就從外界電源施與反向電壓中得到保護(hù)。
電阻式保護(hù)元件120可以由ZnO(氧化鋅)或圖1所示的一個薄膜形成。作為選擇，電阻式保護(hù)元件120可以由圖5所示的各種圖案中的一種形成。換句話說，電阻式保護(hù)元件120可以分成多個單元元件120a。組成電阻式保護(hù)元件120的多個單元元件120a與發(fā)光器110并聯(lián)連接。采用圖5所示的各種圖案之一的電阻式保護(hù)元件120僅是一種實(shí)施例，但不局限本發(fā)明的范圍。
圖6是圖解發(fā)光裝置材料構(gòu)成層的截面視圖。參照圖6，n-GaN層，即下半導(dǎo)體層111，作為陰極在由絕緣材料即藍(lán)寶石形成的基板100上形成，MQW作為活性層在n-GaN層111上形成。下半導(dǎo)體層111的一部分暴露在MQW112的一側(cè)，由鈦、鋁、鈦和金疊堆成的n-電極作為第二電極在下半導(dǎo)體層111的露出部分上形成。p-GaN層，也就是上半導(dǎo)體層113，作為陽極在MQW 112上形成，具有多層結(jié)構(gòu)的p-電極作為第一電極114在p-GaN層上形成。p-電極114包括第一層114a，由大約3納米厚的NiZn(鎳鋅)形成；第二層114b，由100納米厚的Ag(銀)形成。
圖7是圖解常規(guī)發(fā)光裝置和本發(fā)明的發(fā)光裝置的I-V特性的坐標(biāo)圖。在此，#1到#5分別表示圖5中的不同試樣，“現(xiàn)有技術(shù)”(“prior art”)表示沒有電阻元件的試樣。
參照圖7，在常規(guī)的發(fā)光裝置中，在正向3伏電壓左右電流急劇上升。在正向4伏電壓左右，產(chǎn)生了50mA或者更高的電流。然而，在反向施與-5伏左右的電壓時，有微小的電流流動，并且在圖線上沒有數(shù)字變化。
和常規(guī)發(fā)光裝置不同，根據(jù)本發(fā)明具有電阻元件的#1到#5試樣，當(dāng)施與正向電壓時，都擁有相同的電流特征。換句話說，當(dāng)施與正向電壓時，常規(guī)發(fā)光裝置和本發(fā)明的發(fā)光裝置的電流沒有大的差別。然而，當(dāng)施與反向電壓時，在約-5伏反向電壓下，試樣#5中流過相對很大的約-0.07mA的電流。在帶有最大阻值的電阻元件的試樣#4中，則流過大約-0.005mA的電流。在-5伏反向電壓下，與幾乎沒有電流的常規(guī)發(fā)光裝置相比，產(chǎn)生-0.005mA的電流強(qiáng)度是一個非常大的電流-電壓的比率。另外，試樣#5有一個非常大的電流電壓比，這與其它試樣是不可比的。
基于上述事實(shí)，如果一個常規(guī)的發(fā)光裝置在反向-0.004mA電流通過時被擊穿，試樣#4用電阻元件旁通了反向-0.444mA的電流強(qiáng)度，這樣就不被擊穿。雖然根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置具有這些優(yōu)點(diǎn)，但是根據(jù)本發(fā)明的和常規(guī)的發(fā)光裝置的驅(qū)動電壓沒有任何改動。雖然在施與3伏或者稍低一些的正向電壓時，電流會有些許上升，但是與當(dāng)前現(xiàn)有的發(fā)光二極管(LED)相比，像這樣被損耗的電流是可以忽略不計(jì)的。僅圖解了常規(guī)的發(fā)光裝置和根據(jù)本發(fā)明的試樣#1當(dāng)施與一個正向電壓時的特性。其它試樣當(dāng)施與一個正向電壓時的特性和試樣#1的特性類似。
圖8是圖解用于制作電阻元件的材料-氧化鋅(ZnO)薄膜制成的薄膜電阻的示意圖。由氧化鋅(ZnO)薄膜形成的電阻元件顯示了電流根據(jù)電壓線性變化的基本特性。表中的數(shù)據(jù)表示二個焊盤的間距，電流通過其間流過。當(dāng)間距變大時，產(chǎn)生較小的電流。根據(jù)本實(shí)施例的氧化鋅(ZnO)電阻元件的特性，電阻率為1.65×10-2Ω-cm，薄膜電阻為2200Ω/方(76nm)，并且可以通過調(diào)整氧化鋅(ZnO)電阻元件的厚度來調(diào)整電阻率。
在獲得上述結(jié)果過程中得到了相應(yīng)的結(jié)論性數(shù)據(jù)，電阻式保護(hù)元件的薄膜電阻的阻值介于100Ω/方和20000Ω/方之間。
如上所述，在具有單片保護(hù)元件的發(fā)光裝置和根據(jù)本發(fā)明制造發(fā)光器的方法中，電阻式保護(hù)元件可以用作單片保護(hù)元件。電阻式保護(hù)元件可以并聯(lián)安裝為發(fā)光器的內(nèi)部電流旁路，其相對于發(fā)光器流過很小的電流。這樣，發(fā)光器可以防止受靜電放電損壞。電阻式保護(hù)元件幾乎可以在生產(chǎn)具有電阻式保護(hù)元件的發(fā)光裝置的晶片級加工的最后一步在晶片級上制造。這樣保護(hù)元件就可以以低成本大量生產(chǎn)。
在發(fā)光裝置的生產(chǎn)中由附加電阻式保護(hù)元件導(dǎo)致的成本上升可減到最小。不占空間的電阻式保護(hù)元件單片集成到發(fā)光裝置中，這樣就可以以低成本來生產(chǎn)發(fā)光裝置。
盡管本發(fā)明參照示范性實(shí)施例已經(jīng)進(jìn)行詳細(xì)示出和描述，但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會認(rèn)識到，在其上進(jìn)行的形式上和細(xì)節(jié)上的各種變化都不能脫離如所附權(quán)利要求的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有電阻式保護(hù)元件的發(fā)光裝置，包括發(fā)光器，其具有陰極和陽極；和該電阻式保護(hù)元件，其通過該陰極和該陽極與該發(fā)光器并聯(lián)連接，其中，該電阻式保護(hù)元件的電阻Rs的阻值介于該發(fā)光器的電流的正向電阻Rf和反向電阻Rr阻值之間。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中，該電阻式保護(hù)元件是由ZnO、ITO、多晶硅和導(dǎo)體無機(jī)或有機(jī)材料形成。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中，該電阻式保護(hù)元件在該發(fā)光器上單片集成為薄膜。
4.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光裝置，其中，該電阻式保護(hù)元件在該發(fā)光器上單片集成為薄膜。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中，該電阻式保護(hù)元件采用電子束蒸鍍和濺鍍中的一種工藝形成。
6.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光裝置，其中，該電阻式保護(hù)元件采用電子束蒸鍍和濺鍍中的一種工藝形成。
7.一種具有電阻式保護(hù)元件的發(fā)光裝置，包括發(fā)光器，其包括上半導(dǎo)體層；下半導(dǎo)體層；活性層，其在下和上半導(dǎo)體層之間形成；第一電極，其與該上半導(dǎo)體層電接觸；第二電極，其與該下半導(dǎo)體層電接觸；和該電阻式保護(hù)元件，其與該第一和第二電極連接，其中，該電阻式保護(hù)元件的電阻Rs的阻值介于該發(fā)光器電流的正向電阻Rf和反向電阻Rr之間。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光裝置，其中，該電阻式保護(hù)元件是由ZnO、ITO、多晶硅及導(dǎo)體無機(jī)或有機(jī)材料等形成。
9.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光裝置，其中，該電阻式保護(hù)元件在該發(fā)光器上單片集成為薄膜。
10.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光裝置，其中，該電阻式保護(hù)元件在該發(fā)光器上單片集成為薄膜。
11.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光裝置，其中，該電阻式保護(hù)元件采用電子束蒸鍍和濺鍍中的一種工藝形成。
12.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光裝置，其中，該電阻式保護(hù)元件采用電子束蒸鍍和濺鍍中的一種工藝形成。
全文摘要
提供的是一種具有單片保護(hù)元件的發(fā)光裝置和發(fā)光裝置的制造方法。發(fā)光裝置包括發(fā)光器，其具有一個陰極和一個陽極；電阻式保護(hù)元件，其通過陰極和陽極與發(fā)光器連接。這里，電阻式保護(hù)元件的電阻Rs的阻值介于發(fā)光器電流的正向電阻Rf和反向電阻Rr之間。
文檔編號H01L23/60GK1909238SQ20051012037
公開日2007年2月7日 申請日期2005年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月3日
發(fā)明者趙濟(jì)熙, 羅虹, 金鐘奎, 樸容助, 孫哲守, E·弗雷德·舒伯特 申請人:三星電機(jī)株式會社, 倫塞勒工藝研究院