專利名稱：具有豎直堆疊發(fā)光二極管的發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光器件，特別是涉及一種具有豎直堆疊的發(fā)光二極 管的發(fā)光器件。
背景技術(shù)：
GaN基的發(fā)光二極管(light emitting diode， LED)已經(jīng)應(yīng)用且發(fā)展了 近10年。GaN基的LED已經(jīng)顯著地推動(dòng)了 LED技術(shù)，并且已經(jīng)用到各種應(yīng) 用中，包括全色LED顯示、LED交通信號(hào)、白光LED以及類似應(yīng)用。近來(lái)，高效白光LED已有望代替熒光燈。特別地，白光LED的功率逐 漸接近普通熒光燈的功率。已經(jīng)開(kāi)始嘗試兩種提高LED功率的主要方法。第一種方法是增強(qiáng)由晶 體質(zhì)量(crystal quality)以及夕卜延層結(jié)構(gòu)(epitaxial layer structure) 決定的內(nèi)部量子效率(internal quantum efficiency),而第二種方法則是 增加光提取效率。由于內(nèi)部量子效率目前已經(jīng)達(dá)到70-80%,進(jìn)一步改良內(nèi)部量子效率的 空間很小。然而，光提取效率可以進(jìn)一步改良。在光提取效率中，消除由 于內(nèi)部全反射產(chǎn)生的內(nèi)部光線損耗是最重要的。在Applied Physics Letters, Vol. 84, No. 6, pp. 855-857，由Fujii 等人發(fā)表的標(biāo)題為"通過(guò)表面粗糙化增加GaN基的發(fā)光二極管的光提取效 率"中，已經(jīng)公開(kāi)了通過(guò)防止內(nèi)部全反射來(lái)改良光提取效率的發(fā)光二極管。LED通過(guò)以下步驟形成在藍(lán)寶石基板上沉積N型半導(dǎo)體層、主動(dòng)層以 及P型半導(dǎo)體層；將半導(dǎo)體層接合在次鑲嵌件(submount)上；使用激光剝 離(laser lift-off, LL0)技術(shù)從基板分離半導(dǎo)體層；以及隨后粗糙化N型 半導(dǎo)體層的表面。由于N型半導(dǎo)體層的表面被粗糙化，經(jīng)過(guò)N型半導(dǎo)體層 發(fā)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，應(yīng)該增加芯片面積以獲得必 要的每單位芯片的光輸出。芯片面積的增加導(dǎo)致每個(gè)芯片的制造成本的增 加。因此，需要能夠增加從相同單位芯片面積的光輸出的LED。同時(shí)，LED根據(jù)AC電源的電流方向反復(fù)開(kāi)啟/關(guān)閉。因此，在LED直接 連接到AC電源的情況下，存在LED不能連續(xù)發(fā)光并且容易被反向電流損壞 的問(wèn)題。為了解決發(fā)光二極管的這一問(wèn)題，在Sakai等人的標(biāo)題為"具有發(fā)光 元件的發(fā)光器件'，的PCT公開(kāi)第WO2004/023568A1號(hào)中，公開(kāi)了可以直接6連接到高壓AC電源的發(fā)光二極管。根據(jù)PCT公開(kāi)第WOM04/023568A1號(hào)，發(fā)光二極管(發(fā)光單元)在絕緣 基板(例如藍(lán)寶石基板)上以二維方式串聯(lián)連接，以形成LED陣列。兩個(gè) LED陣列在藍(lán)寶石基板上反向并聯(lián)連接。結(jié)果，提供了可由AC電源驅(qū)動(dòng)的 單芯片發(fā)光器件。在這種發(fā)光器件中，由于LED陣列是在AC電源下交替操作，與發(fā)光單 元同時(shí)操作的情況相比，其光輸出受到相當(dāng)大的限制。因此，必須改良這 種發(fā)光器件內(nèi)的每單元面積的光輸出。由此可見(jiàn)，上述現(xiàn)有的發(fā)光器件在結(jié)構(gòu)與使用上，顯然仍存在有不便 與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決上述存在的問(wèn)題，相關(guān)廠商莫 不費(fèi)盡心思來(lái)謀求解決之道，但長(zhǎng)久以來(lái)一直未見(jiàn)適用的設(shè)計(jì)被發(fā)展完成， 而一般產(chǎn)品又沒(méi)有適切的結(jié)構(gòu)能夠解決上述問(wèn)題，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲 解決的問(wèn)題。因此如何能創(chuàng)設(shè)一種新型的具有豎直堆疊發(fā)光二極管的發(fā)光 器件，實(shí)屬當(dāng)前重要研發(fā)課題之一，亦成為當(dāng)前業(yè)界極需改進(jìn)的目標(biāo)。有鑒于上述現(xiàn)有的發(fā)光器件存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品 設(shè)計(jì)制造多年豐富的實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)知識(shí)，并配合學(xué)理的運(yùn)用，積極加以 研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新型的具有豎直堆疊發(fā)光二極管的發(fā)光器件，能夠 改進(jìn)一般現(xiàn)有的發(fā)光器件，使其更具有實(shí)用性。經(jīng)過(guò)不斷的研究、設(shè)計(jì)，并 經(jīng)過(guò)反復(fù)試作樣品及改進(jìn)后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實(shí)用價(jià)值的本發(fā)明。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有的發(fā)光器件存在的缺陷，而提供一種新 型的具有豎直堆疊發(fā)光二極管的發(fā)光器件，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是使其能 夠增加每單元面積的光輸出，從而更加適于實(shí)用。本發(fā)明的另一目的在于，克服現(xiàn)有的發(fā)光器件存在的缺陷，而提供一 種新型的具有豎直堆疊發(fā)光二極管的發(fā)光器件，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是使 其具有改良的光輸出，可在AC電源下驅(qū)動(dòng)，從而更加適于實(shí)用。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題是采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為達(dá) 到上述目的，依據(jù)本發(fā)明的具有豎直堆疊發(fā)光二極管的發(fā)光器件，根據(jù)本發(fā) 明一方面的發(fā)光器件,包括定位在基板上的第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層。第 二導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層定位在第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層上，而第二導(dǎo) 電類型的上半導(dǎo)體層定位在第二導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層上。進(jìn)一步地,第一 導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層定位在第二導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層上。此外，下主動(dòng) 層介于第 一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層與第二導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層之間，并且 上主動(dòng)層介于第二導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層與第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層之 間。此外，分離層介于第二導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層與第二導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層之間。因此，提供了一種發(fā)光器件，其中的下發(fā)光二極管包括第一 導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層、下主動(dòng)層和第二導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層，并且上發(fā) 光二極管包括第二導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層、上主動(dòng)層和第一導(dǎo)電類型的上 半導(dǎo)體層，下發(fā)光二極管和上發(fā)光二極管由分離層分離。在此，分離層是用于電分離下發(fā)光二極管與上發(fā)光二極管的層,并且可 以例如是絕緣層或高阻半絕緣層。進(jìn)一步地，第一導(dǎo)電類型和第二導(dǎo)電類型分別表示N型和P型，或者P型和N型。同時(shí)，第一襯層可排列成使得下主動(dòng)層介于第一襯層之間，而第二襯 層可以排列成使得上主動(dòng)層介于第二襯層之間。第二導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層可定位在第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層的一 個(gè)區(qū)域上，第二導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層可定位在第二導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體 層的一個(gè)區(qū)域上，而第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層可定位在第二導(dǎo)電類型的 上半導(dǎo)體層的一個(gè)區(qū)域上。這時(shí)，第一類型的下電極可形成于第一導(dǎo)電類 型的下半導(dǎo)體層的另一區(qū)域上，而第二類型的下電極可以形成于第二導(dǎo)電 類型的下半導(dǎo)體層的另一區(qū)域上。進(jìn)一步地，第二類型的上電極可以形成 于第二導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層的另一區(qū)域上，而第一類型的上電極可以形 成于第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層上。第二類型的下電極和上電極連接到外 部電源的一個(gè)端子上，而第一類型的下電極和上電極連接到外部電源的另 一端子，使得發(fā)光器件可以被驅(qū)動(dòng)。進(jìn)一步地，兩個(gè)外部電源可分別連接 到第一類型和第二類型的下電極以及第二類型和第一類型的上電極上，使得 分別驅(qū)動(dòng)上發(fā)光二極管和下發(fā)光二極管。同時(shí)，共摻雜層可以介于第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層與下主動(dòng)層之間 或第二導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層與上主動(dòng)層之間。根據(jù)本發(fā)明一方面的發(fā)光器件可以包括定位在基板上的多個(gè)發(fā)光單 元。每個(gè)發(fā)光單元包括定位在基板上的第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層。第二 導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層定位在第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層的一個(gè)區(qū)域上，而 第二導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層定位在第二導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層的一個(gè)區(qū)域 上。進(jìn)一步地，第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層定位在第二導(dǎo)電類型的上半導(dǎo) 體層的一個(gè)區(qū)域上。此外，下主動(dòng)層介于第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層與第 二導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層之間，而上主動(dòng)層介于第二導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體 層與第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層之間。此外，分離層介于第二導(dǎo)電類型的 下半導(dǎo)體層與第二導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層之間。因此，提供了多個(gè)發(fā)光單 元，每個(gè)發(fā)光單元分別具有豎直堆疊的下發(fā)光二極管和上發(fā)光二極管，其中 下發(fā)光二極管包括第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層、下主動(dòng)層和第二導(dǎo)電類型 的下半導(dǎo)體層，而上發(fā)光二極管包括第二導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層、上主動(dòng) 層和第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層。每個(gè)發(fā)光單元可以具有第 一襯層和第二襯層，其中下主動(dòng)層介于第一 襯層之間，而上主動(dòng)層介于第二襯層之間。同時(shí)，每個(gè)發(fā)光單元可以進(jìn)一步包括形成在第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體 層的另一區(qū)域上的第一類型的下電極。進(jìn)一步地，第二類型的下電極可以 形成在第二導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層的另一區(qū)域上，第二類型的上電極可以 形成在第二導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層的另一區(qū)域上，而第一類型的上電極可 以形成在第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層上。每個(gè)發(fā)光單元的第一類型的下電 極和上電極可以分別電連接到相鄰發(fā)光單元的第二類型的下電極和上電極 上，以提供串聯(lián)連接的發(fā)光單元陣列。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，可以提供上發(fā)光 二極管相互串聯(lián)連接的上陣列以及下發(fā)光二極管相互串聯(lián)連接的下陣列。同時(shí)，在每個(gè)發(fā)光單元中，共摻雜層可以介于第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo) 體層與下主動(dòng)層之間或第二導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層與上主動(dòng)層之間。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還采用以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。為達(dá) 到上述目的，依據(jù)本發(fā)明的具有豎直堆疊發(fā)光二極管的發(fā)光器件，包括定 位在基板上的第 一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層。第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層定位 在第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層上，而第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層定位在第 二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層上。此外，下主動(dòng)層介于第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體 層與第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層之間，而上主動(dòng)層介于第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層與第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層之間。因此，提供了一種發(fā)光器件，其 中的下發(fā)光二極管包括第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層、下主動(dòng)層和第二導(dǎo)電 類型的半導(dǎo)體層，而上發(fā)光二極管包括第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層、上主動(dòng)層 和第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層,下發(fā)光二極管和上發(fā)光二極管豎直堆疊。因 此，與傳統(tǒng)的發(fā)光器件相比,發(fā)光器件的每單元面積的光輸出得以增加。進(jìn) 一步，當(dāng)下主動(dòng)層和上主動(dòng)層由不同材料形成時(shí)，可以提供一種能夠發(fā)出 不同波長(zhǎng)光的發(fā)光器件。同時(shí)，第一襯層可以排列成使得下主動(dòng)層介于第一襯層之間，而第二襯層可以排列成使得上主動(dòng)層介于第二襯層之間。同時(shí)，第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層可以定位在第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體 層的一個(gè)區(qū)域上，而第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層可以定位在第二導(dǎo)電類型 的半導(dǎo)體層的一個(gè)區(qū)域上。這時(shí)，第一類型的下電極可以形成于第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層的另一區(qū)域上，第二類型的電極可以形成于第二導(dǎo)電類 型的半導(dǎo)體層的另一區(qū)域上，而第一類型的上電極可以形成于第一導(dǎo)電類 型的上半導(dǎo)體層上。因此，第二類型的電極連接到外部電源的一個(gè)端子,而 第 一 下電極和上電極連接到外部電源的另 一端子，使得可以通過(guò)單個(gè)外部 電源來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)光器件。進(jìn)一步地，可以使用兩個(gè)外部電源來(lái)單獨(dú)地驅(qū)動(dòng)發(fā) 光器件的下發(fā)光二極管和上發(fā)光二極管。此外，共摻雜層可以介于第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層與下主動(dòng)層之間 或第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層與上主動(dòng)層之間。共摻雜層是摻雜有N型與P型離子的半導(dǎo)體層，并且例如可以是摻雜有Mg與Si或者摻雜有Mg與In 的GaN。特別地，共摻雜層形成于P型半導(dǎo)體層上，以增強(qiáng)形成于其上的 主動(dòng)層的晶體質(zhì)量。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題另外還釆用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。為 達(dá)到上述目的，依據(jù)本發(fā)明提出的具有豎直堆疊發(fā)光二極管的發(fā)光器件，可 以包括定位在基板上的多個(gè)發(fā)光單元。每個(gè)發(fā)光單元包括定位在基板上的 第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層。第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層定位在第二導(dǎo)電類 型的半導(dǎo)體層的 一個(gè)區(qū)域上，而第 一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層定位在第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層的一個(gè)區(qū)域上。此外，下主動(dòng)層介于第一導(dǎo)電類型的下 半導(dǎo)體層與第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層之間，而上主動(dòng)層介于第二導(dǎo)電類型 的半導(dǎo)體層與第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層之間。因此，提供了多個(gè)發(fā)光單 元，每個(gè)發(fā)光單元具有豎直堆疊的下發(fā)光二極管和上發(fā)光二極管,其中下發(fā) 光二極管包括第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層、下主動(dòng)層和第二導(dǎo)電類型的半 導(dǎo)體層，而上發(fā)光二極管包括第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層、上主動(dòng)層和第一 導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層。因此，可以提供一種發(fā)光器件，其中發(fā)光單元電 連接成允許在AC電源下驅(qū)動(dòng)此器件，并且與傳統(tǒng)發(fā)光器件相比，發(fā)光器件 的每單元面積的光輸出得以增加。進(jìn)一步，當(dāng)下主動(dòng)層和上主動(dòng)層由不同 材料形成時(shí)，可以提供一種發(fā)光器件，其中的下發(fā)光二極管和上發(fā)光二極 管發(fā)射不同波長(zhǎng)的光。每個(gè)發(fā)光單元可以具有第一襯層和第二襯層，其中下主動(dòng)層介于第一 襯層之間，而上主動(dòng)層介于第二襯層之間。同時(shí)，每個(gè)發(fā)光單元可以進(jìn)一步包括第一類型的下電極，其形成于第 一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層的另一區(qū)域上。進(jìn)一步地，第二類型的電極可以 形成于第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層的另一區(qū)域上，而第一類型的上電極可以 形成于第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層上。每個(gè)發(fā)光單元的第一類型的下電極 和上電極可以電連接到相鄰發(fā)光單元的第二類型的電極上。因而，每個(gè)發(fā) 光單元的第二類型的電極電連接到另一相鄰發(fā)光單元的第一類型的下電極 和上電極上。因此，提供了一種發(fā)光單元彼此串連連接的陣列。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，除第一類型的下電極、第二類型的電極和 第一類型的上電極之外，另一第二類型的電極可以形成于第二導(dǎo)電類型的 半導(dǎo)體層的又一區(qū)域上。每個(gè)發(fā)光單元的第一類型的下電極連接到相鄰發(fā) 光單元的第二類型的電極上，并且每個(gè)發(fā)光單元的另一第二類型的電極連 接到相鄰發(fā)光單元的第一類型的上電極上。進(jìn)一步地，每個(gè)發(fā)光單元的第 二電極連接到另一相鄰發(fā)光單元的第一類型的下電極上，而每個(gè)發(fā)光單元的第 一類型的上電極連接到另一相鄰發(fā)光單元的另 一第二電極上。根據(jù)這 些實(shí)施例，可以提供兩個(gè)陣列， 一個(gè)陣列中的發(fā)光單元的上發(fā)光二極管串 聯(lián)連接，而另一陣列中的發(fā)光單元的下發(fā)光二極管是串聯(lián)連接，并且隨后 將這兩個(gè)陣列彼此反向并聯(lián)連接。進(jìn)一步地， 一個(gè)陣列中的發(fā)光二極管間 的節(jié)點(diǎn)分別連接到另 一 陣列中的發(fā)光二極管間的節(jié)點(diǎn)上，以便可以獲得穩(wěn) 定的電操作。同時(shí)，在每個(gè)發(fā)光單元中，共摻雜層可以介于第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo) 體層與下主動(dòng)層之間或者介于第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層與上主動(dòng)層之間。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。借由上述技術(shù)方 案，本發(fā)明具有豎直堆疊發(fā)光二極管的發(fā)光器件至少具有下列優(yōu)點(diǎn)及有益效果根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種能夠使用豎直堆疊的發(fā)光二極管 來(lái)改良每單元面積的光輸出的發(fā)光二極管。進(jìn)一步地，提供了一種發(fā)光器 件，通過(guò)利用不同材料形成豎直堆疊的發(fā)光二極管的主動(dòng)層來(lái)發(fā)射多個(gè)波 長(zhǎng)的光。此外，提供了一種具有改良光輸出的發(fā)光器件，通過(guò)電連接具有 豎直堆疊的發(fā)光二極管的多個(gè)發(fā)光單元使此發(fā)光器件可以在AC電源下驅(qū) 動(dòng)。綜上所述，本發(fā)明公開(kāi)了一種具有豎直堆疊的發(fā)光二極管的發(fā)光器件。 包括定位在基板上的第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層，位于第一導(dǎo)電類型的下 半導(dǎo)體層上的第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層，以及位于第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體 層上的第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層。此外，下主動(dòng)層介于第一導(dǎo)電類型的 下半導(dǎo)體層與第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層之間，并且上主動(dòng)層介于第二導(dǎo)電 類型的半導(dǎo)體層與第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層之間。因此，提供了一種發(fā) 光器件，其中包括下主動(dòng)層的下發(fā)光二極管與包括上主動(dòng)層的上發(fā)光二極 管豎直堆疊。因此，與傳統(tǒng)的發(fā)光器件相比，發(fā)光器件的單元面積的光輸 出增強(qiáng)，并且，因而獲得與傳統(tǒng)發(fā)光器件相同光輸出所需的發(fā)光器件芯片 面積降^氐。上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的 技術(shù)手段，而可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和 其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附 圖，詳細(xì)"i兌明如下。


圖1和圖2分別是根據(jù)本發(fā)明一方面的發(fā)光器件實(shí)施例的平面圖和截 面圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明一方面的發(fā)光器件的修改實(shí)例的截面圖。 圖4(a)至圖4(c)是顯示圖3的發(fā)光器件的制造方法的截面圖。圖5至圖7是根據(jù)本發(fā)明一方面的發(fā)光器件的另一修改實(shí)例的截面圖。圖8和圖9分別是根據(jù)本發(fā)明一方面的具有多個(gè)發(fā)光單元的發(fā)光器件 實(shí)施例的部分截面圖和電路圖。圖10和圖11分別是根據(jù)本發(fā)明一方面的具有多個(gè)發(fā)光單元的發(fā)光器 件的另 一 實(shí)施例的部分截面圖和電路圖。圖12是圖11的等效電3各圖。圖13和圖14分別是根據(jù)本發(fā)明另一方面的發(fā)光器件實(shí)施例的平面圖 和截面圖。圖15和圖16分別是根據(jù)本發(fā)明另一方面的具有多個(gè)發(fā)光單元的發(fā)光 器件實(shí)施例的部分截面圖和電路圖。
具體實(shí)施方式
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功 效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的具有豎直堆疊發(fā)光二 極管的發(fā)光器件其具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說(shuō)明如后。在下文中將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。提供后續(xù)實(shí)施例 作為說(shuō)明是為了向本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員充分闡述本發(fā)明的精神。因此,本 發(fā)明并不限于下面將描述的實(shí)施例，而是能夠以其他形式實(shí)現(xiàn)。在圖中，為 了便于描述，放大了元件的寬度、長(zhǎng)度、厚度等。在整個(gè)描述中，相似的 標(biāo)號(hào)表示相似的元件。圖1和圖2分別是根據(jù)本發(fā)明一方面的發(fā)光器件實(shí)施例的平面圖和截 面圖。參見(jiàn)圖1和圖2，下N型半導(dǎo)體層25定位在基板21上。例如，基板 21可以是藍(lán)寶石基板、SiC基板或相似基板。緩沖層23可以介于基板21 與下N型半導(dǎo)體層25之間。多種材料，例如GaN、 A1N、 GalnN、 AlGalnN 和SiN,可以用作緩沖層23。緩沖層23用于減輕基板21與下N型半導(dǎo)體 層25之間的應(yīng)力。P型半導(dǎo)體層29定位在下N型半導(dǎo)體層25的一個(gè)區(qū)域上，而下主動(dòng) 層27介于下N型半導(dǎo)體層25與P型半導(dǎo)體層29之間。進(jìn)一步，上N型 半導(dǎo)體層35定位在P型半導(dǎo)體層29的一個(gè)區(qū)域上，而上主動(dòng)層33介于P 型半導(dǎo)體層29與上N型半導(dǎo)體層35之間。結(jié)果，提供了一種發(fā)光器件，其 中的下發(fā)光二極管包括下N型半導(dǎo)體層25、下主動(dòng)層27和P型半導(dǎo)體層 29,而上發(fā)光二極管包括P型半導(dǎo)體層29、上主動(dòng)層33和上N型半導(dǎo)體 層35,下發(fā)光二極管和上發(fā)光二極管相互堆疊。每個(gè)下主動(dòng)層和上主動(dòng)層27和33可以是單個(gè)或多個(gè)量子阱。每個(gè)下N 型半導(dǎo)體層25和P型半導(dǎo)體層29的帶隙寬于下主動(dòng)層27,并且每個(gè)P型半導(dǎo)體層29和上N型半導(dǎo)體層35的帶隙寬于上主動(dòng)層33。每個(gè)下N型半導(dǎo)體層和上N型半導(dǎo)體層25和35、下主動(dòng)層和上主動(dòng) 層27和33以及P型半導(dǎo)體層可以是由(B, Al, Ga， In)N制成的GaN基半 導(dǎo)體層。每個(gè)N型半導(dǎo)體層25和35可以摻雜有Si，而P型半導(dǎo)體層29 可以纟參雜有Mg。同時(shí)，在P型半導(dǎo)體層29是摻雜有Mg的GaN基半導(dǎo)體層的情況下,Mg 可能會(huì)惡化上主動(dòng)層33的晶體質(zhì)量。為了避免Mg的影響，共摻雜層31 可以介于P型半導(dǎo)體層29與上主動(dòng)層33之間。例如，共摻雜層可以是同 時(shí)摻雜有Mg和Si或摻雜有Mg和In的GaN基半導(dǎo)體層。在IEEE Transactions on Electron Devices, Vol.49， No.8, pp.1361-1366， 2002年8 月由Su等人發(fā)表的標(biāo)題為"具有p-下部結(jié)構(gòu)的InGaN/GaN發(fā)光二極管"的 文獻(xiàn)中，已經(jīng)公開(kāi)了使用共摻雜層31改良上主動(dòng)層33的晶體質(zhì)量的細(xì)節(jié)。 根據(jù)Su等人的文獻(xiàn)，摻雜層31插入P型半導(dǎo)體層29與上主動(dòng)層33之間， 以便改良上主動(dòng)層33的晶體質(zhì)量。此外，下N型電極37a形成于下N型半導(dǎo)體層25的另一區(qū)域上，而上 N型電極37b形成于上N型半導(dǎo)體層35上。此外，P型電極39形成于P 型半導(dǎo)體層29的另一區(qū)域。盡管如圖1所示，下N型電極37a和P型電極 39分別定位在上N型半導(dǎo)體層35兩側(cè)的外面，但本發(fā)明并不局限于此,并 且電極能夠以各種方式定位。進(jìn)一步，為了降低與N型半導(dǎo)體層35的接觸 電阻，上N型電極37b可如圖所示地形成在上N型半導(dǎo)體層35的較寬區(qū) 域上。優(yōu)選地，上N型電極37b以透明電極形式形成，下主動(dòng)層和上主動(dòng) 層27和33所發(fā)射的光可以通過(guò)透明電極，并且透明電極可以由氧化銦錫 (Indium Tin Oxide, ITO)制成。N型下電極37a也可以由ITO制成。ITO與N 型半導(dǎo)體層歐姆接觸，以降低與N型半導(dǎo)體層的接觸電阻。同時(shí)，P型電 極39可由Ni/Au制成。電極37a、 37b及39可使用剝離(lift-off)工藝形成。P型電極39連接于外部電源(未圖示)的一個(gè)端子上，而下N型電極和 上N型電極37a和37b連接到外部電源的另 一端子上，使得發(fā)光器件可以 被驅(qū)動(dòng)。這時(shí)，P型電極39連接到外部電源的正端子，而N型電極37a和 37b連接到外部電源的負(fù)端子。電極可通過(guò)接合線(未圖示)而電連接到外部 電源上。因此，電流從P型電極39流到下N型電極和上N型電極37a和 37b。也就是，前向電流流經(jīng)下發(fā)光二極管和上發(fā)光二極管，使得下發(fā)光二 極管和上發(fā)光二極管被驅(qū)動(dòng)。根據(jù)本實(shí)施例，由于提供了一種下發(fā)光二極管和上發(fā)光二極管豎直堆 疊的發(fā)光器件，與單發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)發(fā)光器件相比，基板的每單元 面積的光輸出得以增加。在本發(fā)明的此實(shí)施例中，已經(jīng)描述了 N型電極37a和37b連接到同一外部電源的負(fù)端子上。然而，為了控制上發(fā)光二極管和下發(fā)光二極管的偏壓彼此不同，不同的電阻元件介于N型電極37a和37b與外部電源的負(fù)端 子之間，或者N型電極37a和37b分別連接到不同的外部電源。根據(jù)本發(fā)明一方面的發(fā)光器件能夠以各種方式進(jìn)行修改。在下文中， 將參照?qǐng)D3至圖7描述適用于本發(fā)明的實(shí)施例的多種修改實(shí)例。首先，圖3 是根據(jù)本發(fā)明一方面的發(fā)光器件第 一修改實(shí)例的截面圖。參照?qǐng)D3，發(fā)光器件包括下N型半導(dǎo)體層120、下主動(dòng)層30、 P型半 導(dǎo)體層140、上主動(dòng)層150以及上N型半導(dǎo)體層160，上述元件堆疊于基板 110上。半導(dǎo)體層120、 140以及160作為發(fā)光器件的接觸層，并且下文中 稱為"接觸層"。根據(jù)本修改實(shí)例，下N型電極170以及P型電極180能夠 以各種方式定位。此處，電極定位于發(fā)光器件的同側(cè)。通過(guò)蝕刻工藝來(lái)暴露下N型接觸層120的預(yù)定區(qū)域，并且下N型電極 170形成于暴露的下N型接觸層120上。進(jìn)一步，通過(guò)蝕刻工藝來(lái)暴露P 型接觸層140的預(yù)定區(qū)域，并且P型電極180形成于暴露的P型接觸層140 上。上N型電極190形成于上N型接觸層160上。下主動(dòng)層和上主動(dòng)層130和150可由不同材料層形成，以發(fā)射不同波 長(zhǎng)的光。因此，發(fā)光器件可發(fā)射不同波長(zhǎng)的光。另一方面，下主動(dòng)層和上 主動(dòng)層130和150可由相同的材料層形成，以發(fā)射相同波長(zhǎng)的光。圖4(a)至圖4(c)是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一修改實(shí)例的圖3的發(fā)光器件的 制造方法的截面圖。參照?qǐng)D4(a),首先制備基板IIO。基板可以由多種材料形成，例如Si、 SiC以及藍(lán)寶石。N型下接觸層120、下主動(dòng)層130以及P型接觸層140形 成于基板110上。Si、 Ge、 Sn、 Te、 S或類似材料可用作N型摻質(zhì)，而Zn、 Cd、 Be、 Mg、 Ca、 Sr、 Ba或類似材料可用作P型摻質(zhì)。然而，本發(fā)明并 不局限于此。參照?qǐng)D4(b)，上主動(dòng)層150和上N型接觸層160形成于已經(jīng)形成有下 N型接觸層120、下主動(dòng)層130以及P型接觸層140的基板上。參照?qǐng)D4(c)，通過(guò)蝕刻工藝來(lái)暴露下N型接觸層120的預(yù)定區(qū)域，并 且通過(guò)蝕刻工藝來(lái)暴露P型接觸層140的預(yù)定區(qū)域。隨后，N型電極170形成于暴露的下N型接觸層120上，P型電極180 形成于暴露的P型接觸層140上，而N型電極190形成于上N型接觸層160 上，以完成圖3的發(fā)光器件。下主動(dòng)層和上主動(dòng)層的材料可根據(jù)所需的中心發(fā)光波長(zhǎng)進(jìn)行選擇。由 發(fā)光二極管發(fā)射的光根據(jù)中心發(fā)光波長(zhǎng)可分為紅外光、可見(jiàn)光和紫外光。 這些光由主動(dòng)層所使用的材料的帶隙決定。例如，在紅外光的情況下，主 動(dòng)層可由GaAs形成，在紅光的情況下可由AlGaAs形成，在黃到紅光的情況下可由GaAsP形成，在綠到紅光的情況下可由GaP形成，而在黃綠到紅 光的情況下可由AlInGaP形成，在綠光、藍(lán)光、紫光、白光以及紫外光的 情況下由(A1， In, Ga)N形成。此外，可采用多種復(fù)合半導(dǎo)體。進(jìn)一步，可 依據(jù)下主動(dòng)層和上主動(dòng)層130和150的材料，選擇適用于下N型半導(dǎo)體層、 p型半導(dǎo)體層以及上n型半導(dǎo)體層的材料。同時(shí)，如果下主動(dòng)層和上主動(dòng)層130和150的材料選擇成彼此不同,則 可通過(guò)組合獲得混合光。圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二修改實(shí)例的發(fā)光器件的截面圖。此處，第二 修改實(shí)例與第 一修改實(shí)例相同，除了接觸層以及形成于接觸層上的電極的 配置不同于第一修改實(shí)例。也就是，本修改實(shí)例的發(fā)光器件的配置方式為 下P型接觸層220、下主動(dòng)層230、 N型接觸層240、上主動(dòng)層250以及上 P型接觸層260依次地堆疊在基板210上。通過(guò)蝕刻工藝暴露下P型接觸層220的預(yù)定區(qū)域，并且下P型電極270 形成于暴露的下P型接觸層220上。進(jìn)一步，通過(guò)蝕刻工藝暴露N型接觸 層240的預(yù)定區(qū)域，N型電極2S0則形成于暴露的N型接觸層240上，而上 P型電極290形成于上P型4妻觸層260上。圖6是根據(jù)本發(fā)明的第三修改實(shí)例的發(fā)光器件的截面圖。第三修改實(shí) 例與第一修改實(shí)例相同，除了第一村層進(jìn)一步形成于下主動(dòng)層的頂部和底 部上，并且第二襯層進(jìn)一步形成于下主動(dòng)層的頂部和底部上。在根據(jù)本修改實(shí)例的發(fā)光器件的配置方式為下N型接觸層120、第 一N型襯層125、下主動(dòng)層130、第一P型襯層135、 P型接觸層140、第 二P型襯層145、上主動(dòng)層150、第二N型襯層155以及上N型接觸層160 依次地堆疊在基板110上。通過(guò)蝕刻工藝暴露下n型接觸層120的預(yù)定區(qū)域，并且下n型電極170 形成于暴露的下N型接觸層120上。進(jìn)一步，通過(guò)蝕刻工藝暴露P型接觸 層140的預(yù)定區(qū)域，P型電極180形成于暴露的P型接觸層140上，而上N 型電極1卯形成于上N型接觸層160上。如上文描述的，第一襯層125和135以及第二襯層145和155排列成 使得下主動(dòng)層和上主動(dòng)層130和150分別介于第一襯層之間以及第二襯層 之間。因而，可以將電子和空穴有效地限制在主動(dòng)層內(nèi)，并且因此,還可以 增強(qiáng)電子和空穴的重組效率。圖7是4艮據(jù)本發(fā)明的第四修改實(shí)例的發(fā)光器件的截面圖。第四修改實(shí) 例與第 一修改實(shí)例相同，除了每個(gè)接觸層上形成兩個(gè)電極。也就是，本修改實(shí)例的發(fā)光器件的形成方式為下N型接觸層120、 下主動(dòng)層130、 P型接觸層140、上主動(dòng)層150以及上N型接觸層160堆疊 在基板110上。15通過(guò)蝕刻工藝暴露下N型接觸層120的預(yù)定區(qū)域，并且兩個(gè)下N型電 極口O和175形成于暴露的下N型接觸層120上。進(jìn)一步，通過(guò)蝕刻工藝 暴露P型接觸層140的預(yù)定區(qū)域，兩個(gè)P型電極180和185形成于暴露的P 型接觸層140上，并且上N型電極190還形成于上N型接觸層160上。根 據(jù)這種電極結(jié)構(gòu)，能夠以各種方式調(diào)節(jié)施加于每個(gè)主動(dòng)層上的電壓幅度。盡管在本發(fā)明的實(shí)施例以及多種修改實(shí)例中描述了兩個(gè)發(fā)光二極管豎 直堆疊的發(fā)光器件，但本發(fā)明并不局限于此。也就是說(shuō)，可以相互豎直堆 疊至少三個(gè)或更多個(gè)發(fā)光二極管。圖8和圖9分別是^f艮據(jù)本發(fā)明一方面的具有多個(gè)發(fā)光單元的發(fā)光器件 實(shí)施例的部分截面圖以及電路圖。參照?qǐng)D8，多個(gè)發(fā)光單元定位在單個(gè)基板上。此處，在每個(gè)發(fā)光單元的 結(jié)構(gòu)中，發(fā)光二極管如參照?qǐng)D1和圖2所描述地豎直堆疊。進(jìn)一步，每個(gè) 發(fā)光單元包括參照?qǐng)D1和圖2所描述的下N型電極37a、上N型電極37b 以及P型電極39。每個(gè)發(fā)光單元的結(jié)構(gòu)與圖1和圖2的發(fā)光器件相同,并且 還可以如圖3至圖7所描述地以各種方式進(jìn)行修改。因此，在此省略了對(duì) 發(fā)光單元的結(jié)構(gòu)的詳細(xì)描述，并且僅描述發(fā)光單元之間的電連接。每個(gè)發(fā)光單元的下N型電極和上N型電極37a和37b電連接到相鄰發(fā) 光單元的P型電極39。電極通過(guò)金屬線41相互連接。金屬線41可使用空 氣橋或階梯覆蓋工藝形成。這時(shí)，盡管用于連接下N型電極37a和P型電極39的金屬線41與用 于連接上N型電極37b和P型電極39的金屬線41可彼此連接，但本發(fā)明 并不局限于此。例如，金屬線可彼此分開(kāi)。參照?qǐng)D9，提供了陣列47a和47b，其中分別具有下發(fā)光二極管和上發(fā) 光二極管45a和45b的發(fā)光單元43通過(guò)參照?qǐng)D8描述的金屬線41彼此串 聯(lián)連接。串聯(lián)陣列47a和47b反向并聯(lián)連接到AC電源49。因此，還可獲 得可在AC電源下驅(qū)動(dòng)的發(fā)光器件。根據(jù)本發(fā)明的此實(shí)施例，采用分別具有豎直堆疊的發(fā)光二極管45a和 45b的發(fā)光單元，使得在AC電源操作的發(fā)光器件內(nèi)的單個(gè)芯片的每單位面 積的光輸出得以增加。能夠以各種方式選擇形成于下N型半導(dǎo)體層和上N型半導(dǎo)體層25和 35以及P型半導(dǎo)體層29上的電極的數(shù)量、配置以及連接結(jié)構(gòu)。圖10和圖 12是電極的數(shù)量以及連接結(jié)構(gòu)不同于先前實(shí)施例的其它實(shí)施例的視圖。此 處，圖10和圖11分別是根據(jù)本發(fā)明一方面的具有多個(gè)發(fā)光單元的發(fā)光器 件的實(shí)施例的部分截面圖和電路圖，而圖12是圖11的等效電路圖。參照?qǐng)D10,多個(gè)發(fā)光單元定位于單個(gè)基板上。此時(shí)，在每個(gè)發(fā)光單元 的結(jié)構(gòu)中，發(fā)光二極管如參照?qǐng)D1和圖2所描述地豎直堆疊。進(jìn)一步,每個(gè)發(fā)光單元包括如參照?qǐng)D1和圖2所描述的下N型電極37a、上N型電極37b 以及P型電極39。此處，每個(gè)發(fā)光單元基本上與圖1和圖2的發(fā)光器件相 同，但不同之處在于另一P型電極40進(jìn)一步形成于P型半導(dǎo)體層29的 又一區(qū)域。盡管在如圖所示的主動(dòng)層33介于區(qū)域之間的狀態(tài)下，此又一區(qū) 域可選擇成與另一區(qū)域相對(duì)，但本發(fā)明并不局限于此。同時(shí)，每個(gè)發(fā)光單元的下N型電極37a電連接到相鄰發(fā)光單元的P型 電極39，每個(gè)發(fā)光單元的另一P型電極40電連接到相鄰發(fā)光單元的上N 型電極37b，而每個(gè)發(fā)光單元的P型電極39電連接到另一相鄰發(fā)光單元的 下N型電極37a,并且每個(gè)發(fā)光單元的上N型電極37b電連接于另一相鄰 發(fā)光單元的另一 P型電極40。下N型電極37a通過(guò)金屬線42a連^^妄到相鄰 發(fā)光單元的P型電極39,而上N型電極37b通過(guò)金屬線42b連接到相鄰發(fā) 光單元的另一 P型電極40。金屬線42a和42b使用空氣橋或階梯覆蓋工藝 形成。參照?qǐng)D11,如圖10所述地通過(guò)金屬線42a和42b進(jìn)行連接，提供了陣 列48，其中分別具有下發(fā)光二極管46a和上發(fā)光二極管46b的發(fā)光單元44 相互連接。這時(shí)，下發(fā)光二極管46a彼此串聯(lián)連接，并且上發(fā)光二極管46b 也相互串聯(lián)連接。下發(fā)光二極管46a串聯(lián)連接的陣列和上發(fā)光二極管46b 串聯(lián)連接的陣列彼此反向并聯(lián)排列。同時(shí)，如圖所示，附加二極管可連接到發(fā)光單元44的陣列49的兩側(cè)， 以配置成如圖12所示的等效電路。參照?qǐng)D12，下發(fā)光二極管46a和附加發(fā)光二極管串聯(lián)連接以形成一串 聯(lián)陣列，而上發(fā)光二極管46b和附加發(fā)光二極管串聯(lián)連接以形成另一串聯(lián) 陣列。下發(fā)光二極管和上發(fā)光二極管46a和46b的陣列彼此反向并聯(lián)連接。 因此，AC電源49連接于陣列的兩端，使得發(fā)光單元可以被驅(qū)動(dòng)。隨著AC 電源49的相位發(fā)生偏移，上發(fā)光二極管和下發(fā)光二極管46b和46a的陣列 交替操作。同時(shí)，如圖12所示，下發(fā)光二極管46a之間的節(jié)點(diǎn)分別電連接到上發(fā) 光二極管46b之間的節(jié)點(diǎn)。通過(guò)節(jié)點(diǎn)之間的電連接，可在AC電源下穩(wěn)定地 驅(qū)動(dòng)發(fā)光單元44，因此發(fā)光器件的可靠性得以增強(qiáng)。盡管在本實(shí)施例所示的電路中，附加發(fā)光二極管連接到發(fā)光單元44的 陣列48，但這僅是為了便于顯示。附加發(fā)光二極管可以省略。圖13和圖14分別是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的發(fā)光器件的平面圖和截 面圖。參照?qǐng)D13和圖14，如參照?qǐng)D1和圖2所描述的，下N型半導(dǎo)體層55 定位在基板51上，而緩沖層53介于基板51和下N型半導(dǎo)體層55之間。 P型下半導(dǎo)體層59定位在下N型半導(dǎo)體層55的一個(gè)區(qū)域上，而下主動(dòng)層57介于下N型半導(dǎo)體層55與下P型半導(dǎo)體層59之間。進(jìn)一步，上P 型半導(dǎo)體層63定位于下P型半導(dǎo)體層59的一個(gè)區(qū)域上，而分離層61介于 下P型半導(dǎo)體層59與上P型半導(dǎo)體層63之間。此外，上N型半導(dǎo)體層69 定位于上P型半導(dǎo)體層63的一個(gè)區(qū)域上，而上主動(dòng)層67介于上P型半導(dǎo) 體層63與上N型半導(dǎo)體層69之間。結(jié)果，提供了一種發(fā)光器件，其中的 下發(fā)光二極管包括下N型半導(dǎo)體層55、下主動(dòng)層57以及下P型半導(dǎo)體層 59,而上發(fā)光二極管包括上P型半導(dǎo)體層63、上主動(dòng)層67和上N型半導(dǎo) 體層69,下發(fā)光二極管與上發(fā)光二極管堆疊設(shè)置。每個(gè)下主動(dòng)層和上主動(dòng)層57和67可以是單個(gè)量子阱或多量子阱。每 個(gè)N型下半導(dǎo)體層55和下P型半導(dǎo)體層59的帶隙寬于下主動(dòng)層57,而每 個(gè)上P型半導(dǎo)體層63和上N型半導(dǎo)體層69的帶隙寬于上主動(dòng)層67。每個(gè)下N型半導(dǎo)體層55和上N型半導(dǎo)體層69、下主動(dòng)層57和上主動(dòng) 層67以及下P型半導(dǎo)體層和上P型半導(dǎo)體層可以是由(B, Al， Ga，In)N制 成的GaN基半導(dǎo)體層。每個(gè)N型半導(dǎo)體層55和59可摻雜有Si,而P型半 導(dǎo)體層59和63可摻雜有Mg。同時(shí)，分離層61用于電分離下發(fā)光二極管和上發(fā)光二極管，并且可以 是絕緣或高阻半絕緣層。優(yōu)選的，分離層61由晶體結(jié)構(gòu)與下P型半導(dǎo)體層 和上P型半導(dǎo)體層59和63相同或類似的材料制成。例如，分離層可由半 絕緣GaN形成。進(jìn)一步，如參照?qǐng)D2所描述的，共摻雜層65可介于上P型半導(dǎo)體層63 與上主動(dòng)層67之間。在P型半導(dǎo)體層63由摻雜Mg的GaN制成的情況下， 共摻雜層65用于改良上主動(dòng)層67的晶體質(zhì)量。此外，下N型電極71a形成于下N型半導(dǎo)體層55的另一區(qū)域上，而上 N型電極71b形成于上N型半導(dǎo)體層69上。此外，下P型電極73a形成于 下P型半導(dǎo)體層59的另 一區(qū)域上，而上P型電極73b形成于上P型半導(dǎo)體 層63的另一區(qū)域上。例如，下N型電極和上N型電極71a和71b可由ITO 制成，而下P型電極和上P型電極73a和73b可以由Ni/Au制成。這些電 極71a、 71b、 73a和73b可使用剝離工藝形成。P型電極73a和73b連接到外部電源(未圖示)的一個(gè)端子，而N型電極 71a和71b連接到外部電源的另一端子，使得發(fā)光器件可以被驅(qū)動(dòng)。電極可 通過(guò)接合線(未圖示)電連接到外部電源。因此，電流從下P型電極73a流到 下N型電極71a，并且從上P型電極73b流到上N型電極71b,使得下發(fā) 光二極管和上發(fā)光二極管可以被驅(qū)動(dòng)。進(jìn)一步，下P型電極和下N型電極 73a和71a以及上P型電極和上N型電極73b和71b可分別連接到不同的 外部電源，使得下發(fā)光二極管和上發(fā)光二極管可以被單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。根據(jù)本實(shí)施例，由于在發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)中，下發(fā)光二極管和上發(fā)光二極管豎直堆疊，與配置有單個(gè)發(fā)光二極管的傳統(tǒng)發(fā)光器件相比，基板的每 單元面積的光輸出得以增加。進(jìn)一步，由于通過(guò)采用分離層61使得上發(fā)光 二極管和下發(fā)光二極管彼此電分離，發(fā)光二極管可以被單獨(dú)地驅(qū)動(dòng)。圖15和圖16分別是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的具有多個(gè)發(fā)光單元的 發(fā)光器件的部分截面圖和電路圖。參照?qǐng)D15，多個(gè)發(fā)光單元定位于單個(gè)基板上。此處，每個(gè)發(fā)光單元具 有參照?qǐng)D13和圖14所描述的豎直堆疊的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，每個(gè) 發(fā)光單元具有參照?qǐng)D13和圖14所描述的下N型電極71a、上N型電極71b、 下P型電極73a以及上P型電極73b。此處，由于發(fā)光單元的結(jié)構(gòu)與參照?qǐng)D 13和14所描述的發(fā)光器件相同，因而省略了對(duì)結(jié)構(gòu)的詳細(xì)描述，而僅描述 發(fā)光單元之間的電連接。一個(gè)發(fā)光單元的下N型電極和上N型電極71a和71b分別電連接到相 鄰發(fā)光單元的下P型電極和上P型電極73a和73b。下N型電極和下P型 電極71a和73a可通過(guò)金屬線75a彼此連接，并且上N型電極和上P型電 極71b和73b可通過(guò)金屬線75b彼此連接。金屬線75a和75b可使用空氣 橋或階梯覆蓋工藝 一起形成。盡管如圖所示，金屬線75a和75b可形成為彼此分離，但本發(fā)明并不 局限于此，而是金屬線可以彼此連接到一起。參照?qǐng)D16,通過(guò)利用如參照?qǐng)D15所示的金屬線75a和75b進(jìn)行連接, 提供了陣列87a和87b，其中分別具有下發(fā)光二極管和上發(fā)光二極管85a和 85b的發(fā)光單元83彼此串聯(lián)連接。串聯(lián)陣列87a和87b反向并聯(lián)連接到AC 電源89。因此，提供了一種可由AC電源驅(qū)動(dòng)的發(fā)光器件。同時(shí)，在金屬線75a和75b可彼此分離地形成的情況下，下發(fā)光二極 管85a還串聯(lián)連接以形成陣列，而上發(fā)光二極管85b也形成陣列。因此，上 發(fā)光二極管和下發(fā)光二極管的串聯(lián)陣列反向并聯(lián)連接，以便提供一種發(fā)光 器件，其中每個(gè)發(fā)光單元的下發(fā)光二極管和上發(fā)光二極管在AC電源下交替 地驅(qū)動(dòng)。結(jié)果，提供一種在AC電源下芯片的整個(gè)區(qū)域均發(fā)光的發(fā)光器件。 壯根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例"發(fā)光器件能夠以各S形式安裝，發(fā)光^極管封反，發(fā)光器件可通過(guò)倒裝式接合(flip-chip bonding)工藝安裝到次鑲嵌基板 上。在發(fā)光器件倒裝接合到基板上的情況下，發(fā)光器件的上N型半導(dǎo)體層 35和/或69通過(guò)金屬塊接合到次鑲嵌基板上。由于發(fā)光器件倒裝接合到具 有良好散熱特性的次鑲嵌基板上，發(fā)光器件所發(fā)散的熱量可輕易地移除，以 由此進(jìn)一步改良發(fā)光效率。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式19上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā) 明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利 用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但 凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所 作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種具有豎直堆疊的發(fā)光二極管的發(fā)光器件，其特征在于其包括基板；第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層，定位在所述基板上；第二導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層，定位在所述第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層上；第二導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層，定位在所述第二導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層上；第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層，定位在所述第二導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層上；下主動(dòng)層，介于所述第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層與所述第二導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層之間；上主動(dòng)層，介于所述第二導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層與所述第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層之間；以及分離層，介于所述第二導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層與所述第二導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層之間。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于其進(jìn)一步包括 第一襯層，所述下主動(dòng)層介于所述第一襯層之間；以及 第二襯層，所述上主動(dòng)層介于所述第二襯層之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于其中所述第二導(dǎo)電類 型的下半導(dǎo)體層定位在所述第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層的一個(gè)區(qū)域上，所 述第二導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層定位在所述第二導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層的一 個(gè)區(qū)域上，并且所述第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層定位在所述第二導(dǎo)電類型 的上半導(dǎo)體層的一個(gè)區(qū)域上，以及所述發(fā)光器件進(jìn)一步包括第一類型的下電極，形成于所述第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層的另一區(qū) 域上；第二類型的下電極，形成于所述第二導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層的另一區(qū) 域上；第二類型的上電極，形成于所述第二導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層的另一區(qū) 域上；以及第一類型的上電極，形成于所述第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于其進(jìn)一步包括共摻雜 層，介于所述第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層與所述下主動(dòng)層之間或者所述第 二導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層與所述上主動(dòng)層之間。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于其中所述分離層是半 絕緣層。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于其中每個(gè)所述發(fā)光單 元包括第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層，定位在所述基板上； 第二導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層，定位在所述第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層 的一個(gè)區(qū)域上；第二導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層，定位在所述第二導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層 的一個(gè)區(qū)域上；第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層，定位在所述第二導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層 的一個(gè)區(qū)域上；下主動(dòng)層，介于所述第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層與所述第二導(dǎo)電類型 的下半導(dǎo)體層之間；上主動(dòng)層，介于所述第二導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層與所述第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層之間；以及分離層，介于所述第二導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層與所述第二導(dǎo)電類型的 上半導(dǎo)體層之間。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)光器件，其特征在于其中每個(gè)所述發(fā)光單 元進(jìn)一步包括第一襯層，所述下主動(dòng)層介于所述第一襯層之間；以及 第二襯層，所述上主動(dòng)層介于所述第二襯層之間。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)光器件，其特征在于其中每個(gè)所述發(fā)光單 元進(jìn)一步包括第一類型的下電極，形成于所述第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層的另一區(qū) 域上；第二類型的下電極，形成于所述第二導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層的另一區(qū)域上；第二類型的上電極，形成于所述第二導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層的另一區(qū)域上；以及第一類型的上電極，形成于所述第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層上， 每個(gè)所述發(fā)光單元的所述第一類型的下電極和上電極分別電連接到相 鄰發(fā)光單元的所述第二類型的下電極和上電極。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)光器件，其特征在于其中每個(gè)所述發(fā)光單 元進(jìn)一步包括共摻雜層，介于所述第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層與所述下主 動(dòng)層之間或者所述第二導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層與所述上主動(dòng)層之間。
10、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)光器件，其特征在于其中所述分離層是
11、 一種具有豎直堆疊的發(fā)光二極管的發(fā)光器件，其特征在于其包括: 基板；第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層，定位在所述基板上； 第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層，定位在所述第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層上; 第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層，定位在所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層上; 下主動(dòng)層，介于所述第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層與所迷第二導(dǎo)電類型 的半導(dǎo)體層之間；以及上主動(dòng)層，介于所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層與所述第一導(dǎo)電類型的 上半導(dǎo)體層之間。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光器件，其特征在于其進(jìn)一步包括 第一襯層，所述下主動(dòng)層介于所述第一襯層之間；以及 第二襯層，所述上主動(dòng)層介于所述第二襯層之間。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光器件，其特征在于其中所述第二導(dǎo)電 類型的半導(dǎo)體層定位在所述第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層的一個(gè)區(qū)域上，并 且所述第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層定位在所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層的 一個(gè)區(qū)域上，而所述發(fā)光器件進(jìn)一步包括第一類型的下電極，形成于所述第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層的另一區(qū) 域上；第二類型的電極，形成于所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層的另一區(qū)域上；以及第一類型的上電極，形成于所述第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層上。
14、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光器件，其特征在于其進(jìn)一步包括共 摻雜層，介于所述第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層與所述下主動(dòng)層之間或者所 述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層與所述上主動(dòng)層之間。
15、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光器件，其特征在于其中所述下主動(dòng)層 和所述上主動(dòng)層發(fā)射不同波長(zhǎng)的光。
16、 一種發(fā)光器件，其特征在于其具有形成于基板上的多個(gè)發(fā)光單元， 其中每個(gè)所述發(fā)光單元包括第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層，定位在所述基板上； 第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層，定位在所述第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層的 一個(gè)區(qū)域上；第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層，定位在所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層的 一個(gè)區(qū)域上；下主動(dòng)層，介于所述第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層與所述第二導(dǎo)電類型 的半導(dǎo)體層之間；以及上主動(dòng)層，介于所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層與所述第一導(dǎo)電類型的 上半導(dǎo)體層之間。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)光器件，其特征在于其中每個(gè)所述發(fā)光 單元進(jìn)一步包括第一襯層，所述下主動(dòng)層介于所述第一襯層之間；以及 第二襯層，所述上主動(dòng)層介于所述第二襯層之間。
18、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)光器件，其特征在于其中每個(gè)所述發(fā)光 單元進(jìn)一步包括第一類型的下電極，形成于所述第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層的另一區(qū) 域上的；第二類型的電極，形成于所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層的另一區(qū)域上；以及第一類型的上電極，形成于所述第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層上， 每個(gè)所述發(fā)光單元的所述第一類型的下電極和上電極電連接到相鄰發(fā) 光單元的所述第二電極。
19、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)光器件，其特征在于其中每個(gè)所述發(fā)光 單元進(jìn)一步包括共摻雜層，介于所述第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層與所述下 主動(dòng)層之間或者所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層與所述上主動(dòng)層之間。
20、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)光器件，其特征在于其中每個(gè)所述發(fā)光 單元進(jìn)一步包括第一類型的下電極，形成于所述第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層的另一區(qū) 域上；第二類型的電極，形成于所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層的另一區(qū)域上； 另一第二類型的電極，形成于所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層的又一區(qū) 域上；以及第一類型的上電極，形成于所述第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層上， 每個(gè)所述發(fā)光單元的所述第一類型的下電極電連接到相鄰發(fā)光單元的 所述第二類型的電極上，每個(gè)所述發(fā)光單元的所述另 一第二類型的電極電 連接到所述相鄰發(fā)光單元的所述第一類型的上電極上，每個(gè)所述發(fā)光單元 的所述第二類型的電極電連接到另 一相鄰發(fā)光單元的所述第一類型的下電 極上，并且每個(gè)所述發(fā)光單元的所述第一類型的上電極電連接到所述另一 相鄰發(fā)光單元的所述另一第二類型的電極上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有豎直堆疊的發(fā)光二極管的發(fā)光器件。包括定位在基板上的第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層，位于第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層上的第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層，以及位于第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層上的第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層。此外，下主動(dòng)層介于第一導(dǎo)電類型的下半導(dǎo)體層與第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層之間，并且上主動(dòng)層介于第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層與第一導(dǎo)電類型的上半導(dǎo)體層之間。因此，提供了一種發(fā)光器件，其中包括下主動(dòng)層的下發(fā)光二極管與包括上主動(dòng)層的上發(fā)光二極管豎直堆疊。因此，與傳統(tǒng)的發(fā)光器件相比，發(fā)光器件的單元面積的光輸出增強(qiáng)，并且，因而獲得與傳統(tǒng)發(fā)光器件相同光輸出所需的發(fā)光器件芯片面積降低。
文檔編號(hào)H01L33/26GK101263610SQ200680033086
公開(kāi)日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2006年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者金成翰, 金敬訓(xùn) 申請(qǐng)人:首爾Opto儀器股份有限公司