专利名称：发光器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及发光器件，具体涉及具有改善的运行可靠性的发光器件及其制造方法。更具体地，本发明涉及通过一种结构提供改善的运行可靠性的发光器件及其制造方法，在所述结构中，其防止静电并且击穿电压增加。
背景技术：
发光器件是一种利用化合物半导体的特性将电能转换成光的半导体器件。发光器件被广泛地用于家用电器、遥控器、电子显示板、显示装置、各种自动装置等。发光器件的典型实例是发光二极管(LED)。
LED以下面的方式工作当利用施加到特定化学元素的半导体的正向电压移动通过PN-结时，电子和空穴相互重新结合，源于电子-空穴重新结合而产生的能级下降引起光发射的发生。
LED通常制造成尺寸为0.25mm2的很小尺寸并且利用模型固定。LED具有引线框用于对其施加源电压，并且LED安装在印刷电路板(PCB)上。典型的LED封装是5mm的塑料LED封装(T13/4)，在具体的应用领域中正研发各种LED封装。同时，随着信息通讯设备的小型化和纤细化趋势，设备的各种元件例如电阻器、电容器和噪声滤波器正进一步小型化。根据这种趋势，LED也以表面安装器件(SMD)的形式制造，以便直接安装在PCB上。
LED发射的光的颜色取决于其所得到的波长，而所述波长取决于构成半导体芯片的元素的组合。
近来，在红和绿LED之后已经开发出蓝LED，而且LED正被更广泛地应用于各种技术领域。例如，LED被用作白光灯或显示装置的光源。而且，LED的光亮度进一步改善并因此也用于电子显示板和移动电话的照相机。
构造普通的蓝光LED以包括蓝宝石衬底、在蓝宝石衬底上形成的缓冲层、在缓冲层上形成的未掺杂GaN层、在未掺杂GaN层上形成的N-型GaN层、在N-型GaN层上形成的活性层，和在活性层上形成的P-型GaN层。
活性层是由发光材料例如InGaN制成的半导体层，并用作发光区。
P-型GaN层与N-型GaN层相对照。当外部电压施加到LED时，电子从N-型GaN层移动进入活性层和空穴从P-型GaN层移动进入活性层。然后电子和空穴在活性层中相互再结合，从而引起光发射。
上述发光器件具有缺点，即当其光亮度改善时其可靠性下降，反之亦然。发光器件必须具有高可靠性以便用于高亮度电子显示板和移动电话。为了改善发光器件的可靠性，必须改善在器件中形成的每层的结晶度。但是，对于发射所需波长的光，发光器件具有结构局限，因此它在可靠性改善方面有局限性。
而且，当对发光器件施加高电压以改善其光亮度时，其活性层经常被所施加的高电压损坏，导致其可靠性进一步下降。
另外，当产生于发光器件附近的电子元件或人体的静电放电(ESD)施加到发光器件时，所施加的ESD经常损坏发光器件(具体为其活性层)。为了解决由ESD引起的这种问题，可以在发光器件的电输入端提供附加二极管例如稳压二极管。但是，这种附加二极管不理想地导致发光器件的制造成本的增加。
公开内容技术问题因此，本发明涉及发光器件及其制造方法，其基本避免了源于现有技术的局限和缺点的一个或多个问题。
本发明的一个目的是提供一种具有改善的运行可靠性的发光器件及其制造方法。
本发明的另一个目的是提供一种具有改善的光亮度而不降低其可靠性的发光器件及其制造方法。
本发明的另一个目的是提供一种发光器件及其制造方法，由于不需要在发光器件的电输入端提供单独的二极管，因此该发光器件可以简便地安装在所需的设备中。
为了实现这些和其它的优点和根据本发明的目的，如本文中具体实施和一般描述的，发光器件包括衬底；在衬底上提供的氮化镓层；在氮化镓层上提供的N-型氮化镓层；在N-型氮化镓层上提供的至少一个InxGa1-xN/InyGa1-yN多层(0＜x、y＜1)，x不同于y；和InxGa1-xN/InyGa1-yN多层上提供的P-型氮化镓层。
在本发明的另一个方面，发光器件包括第一氮化镓层；第二氮化镓层；在第一氮化镓层和第二氮化镓层之间形成的活性层；和在第二氮化镓层和活性层之间形成的用于截取施加的静电放电的多层。
在本发明的另一个方面，用于制造发光器件的方法包括以下步骤在衬底上形成缓冲层；在缓冲层上形成N-型氮化镓层；在N-型氮化镓层上形成多层，该多层包括不同生长温度的层；在多层上形成活性层；和在活性层上形成P-型氮化镓层。
有益效果本发明使得改善发光器件的击穿电压特性和可靠性成为可能。
而且，本发明可保护发光元件(具体是其活性层)免受静电放电和对其施加高电压的影响。
另外，本发明可改善发光器件的运行可靠性而不降低其光效率。
而且，由于不需要在发光器件的电输入端提供单独的二极管以截取施加的ESD，因此本发明可减少发光器件封装的制造成本和体积。
图1-4是说明用于制造根据本发明实施方案的发光器件的方法的截面图。
图5是根据本发明实施方案的发光器件的截面图。
图6是现有技术N-型GaN层的AFM图像。
图7是根据本发明的多层的AFM图像。
本发明最佳实施方式现在将详细参考本发明优选实施方案，其实施例在附图中进行阐述。
图1-4是说明用于制造根据本发明实施方案的发光器件的方法的截面图，图5是根据本发明实施方案的发光器件的截面图。
现在将参考图1-5描述本发明的发光器件的制造方法。
首先参考图1和2，在预定的温度下在蓝宝石衬底200上形成GaN缓冲层201，然后在缓冲层上形成慢生长的GaN层203。在此，缓冲层201可以在500～600℃生长。
形成GaN层203以防止缓冲层201的缺陷传输到将在GaN层203上形成的未掺杂GaN层(参见图3的205)和未掺杂GaN层205附近的氮化物层。
参考图3，在预定的温度下在GaN层203上生长未掺杂GaN层205，然后在未掺杂GaN层205上形成掺杂N-型GaN层207。在此，未掺杂GaN层205可以在1000～1100℃生长。
参考图4，在形成活性层(参见图5的211)之前，在掺杂N-型GaN层207上形成InGaN/InGaN多层209，用于保护发光器件免受ESD影响，因而改善器件的运行可靠性。
构造InGaN/InGaN多层209以包括在高温下在掺杂N-型GaN层207上形成的第一InGaN层209a和在低温下在第一InGaN层209a上形成的第二InGaN层209b。第一InGaN层209a可以在约900℃生长至1～3000的厚度，第二InGaN层209b可以在约800℃生长至1～3000的厚度。在此，对本领域技术人员而言显而易见的是，第一和第二InGaN层209a和209b均可以生长多层。而且，可以在掺杂N-型GaN层207上首先形成第二InGaN层209b，然后在第二InGaN层209b上形成第一InGaN层209a。
另外，可以形成具有超晶格结构的InGaN/InGaN多层209。
现在将详细描述形成InGaN/InGaN多层209的方法。
利用包括TMGa和TMIn的烷基源以及包括NH3和N2的氢化物气体生长InGaN/InGaN多层209。在此，TMGa是50～500μmol，TMIn是25～500μmol，NH3和N2是1～100升。
而且，去除H2生长InGaN/InGaN多层209，因此H2不包括在InGaN/InGaN多层209中。
由于第一和第二InGaN层209a和209b在不同的温度下生长，因此它们具有不同的In-Ga比率。当在较高的温度下生长时，层含有较少的In。因此，第一InGaN层209a比第二InGaN层209b含有少的In。
层209a和209b的In含量可以表示为下列方程式(1)。
从方程式(1)可知，在低温下生长的第二InGaN层209b具有较多的In而在高温下生长的第一InGaN层209a含有较少的In。
由于掺杂N-型GaN层207产生的位错和缺陷以及超晶格结构产生的缺陷，在InGaN/InGaN多层209上形成有众多六角小坑(hexagonal pits)(参见图7的10)。
六角小坑10的数量优选为50/5μm×5μm面积或者更少。
当反向电压施加到发光器件时，六角小坑10主要减少电流，因此保护活性层211防止对其施加高电压。同时，六角小坑10可以提供电流流经的旁路，因此防止电流流经活性层211。
六角小坑10用作一种电容器。也就是，当对发光器件施加正向电压时，电容器(六角小坑10)用正向电压充电，当而对发光器件瞬时施加由于ESD产生的反向电压时，电容器用反向电压充电。因而，可以防止高ESD施加到活性层211。因此，可以保护发光器件免受外部施加的高电压。
参考图5，在InGaN/InGaN多层209上生长具有多量子阱结构的InGaN/InGaN结构的活性层211，该活性层可以在约600～800℃生长。最后，在活性层211上生长Mg杂质掺杂的P-型GaN层220。
图6是现有技术N-型GaN层的AFM图像。图7是根据本发明的多层的AFM图像。
参考图6和7，在现有技术N-型GaN层上没有形成小坑，而在InGaN/InGaN多层209上形成了众多六角小坑10。
六角小坑10用于去除施加到发光器件的反向电流或提供电流流经的旁路，因而防止活性层211被外部施加的ESD损坏。因此，可以保护发光器件免受外部施加的高电压。
下表1比较了本发明的发光器件和现有技术的发光器件的抗ESD耐久性。
表1
从表1可以看出，即使当大约20倍的更高反向电压施加到配置了InGaN/InGaN多层209的本发明的发光器件上时，它还可以正常运行。
如上所述，本发明增大了发光器件的击穿电压和因此防止外部施加的ESD影响发光器件。而且，仅通过在器件中形成InGaN/InGaN多层209，本发明可提供发光器件的高击穿电压。
而且，InGaN/InGaN多层209的光致发光的特性维持在0.4的黄色谱带强度/N-掺杂GaN强度比率或更低，因此可以进一步改善发光器件的运行可靠性。
发明的方式本文中参考本发明优选实施方案已经描述和图示了本发明，但是对本领域技术人员而言显而易见的是，可在不偏离本发明的精神和范围下在其中做出各种修改和变化。例如，本发明InGaN/InGaN多层209可用于激光二极管以及发光二极管。因此，本发明覆盖了那些在所附权利要求范围内的本发明的修改和变化以及它们的等同物。
工业应用本发明可以改善发光器件的抗ESD耐久性，同时维持器件的光效率。
另外，本发明可以改善发光器件的运行可靠性，同时维持器件的光效率。而且，即使当对本发明的发光器件施加高电压时，它还可以稳定运行，从而提高其光亮度。而且，由于不需要在发光器件的电输入端提供单独的二极管用于截取施加的ESD，因此本发明可以减少发光器件封装的制造成本。
权利要求
1.一种发光器件，包含衬底；在衬底上提供的氮化镓层；在氮化镓层上提供的N-型氮化镓层；在N-型氮化镓层上提供的至少一个InxGa1-xN/InyGa1-yN多层(0＜x、y＜1)，x不同于y；和在InxGa1-xN/InyGa1-yN多层上提供的P-型氮化镓层。
2.根据权利要求1的器件，其中InxGa1-xN/InyGa1-yN多层具有在其上形成的许多小坑。
3.根据权利要求2的器件，其中小坑的数量为50/5μm×5μm面积或者更少。
4.根据权利要求1的器件，其中InxGa1-xN/InyGa1-yN多层的每一层具有1～3000的厚度。
5.根据权利要求1的器件，其中InxGa1-xN/InyGa1-yN多层具有0.4或更低的黄色谱带强度/N-掺杂GaN强度比的光致发光特性。
6.一种发光器件，包含第一氮化镓层；第二氮化镓层；在第一氮化镓层和第二氮化镓层之间形成的活性层；和在第二氮化镓层和活性层之间形成的多层，以截取施加的静电放电。
7.根据权利要求6的器件，其中所述多层是InxGa1-xN/InyGa1-yN多层(0＜x、y＜1)。
8.根据权利要求6的器件，其中所述多层具有在其上形成的许多小坑。
9.根据权利要求6的器件，其中所述多层具有不同In含量的多个层，所述多个层交替堆叠在所述多层中。
10.根据权利要求6的器件，其中所述多层具有多个不同生长温度的层，所述多个层交替堆叠在所述多层中。
11.根据权利要求6的器件，其中所述多层具有不同生长温度的两层，该两层分别在800℃和900℃形成。
12.根据权利要求6的器件，其中所述多层具有许多在其上形成的小坑，小坑的数量为50/5μm×5μm面积或者更少。
13.根据权利要求6的器件，其中所述多层具有许多在其上形成的六角小坑。
14.根据权利要求6的器件，其中所述多层的每一层具有相对于In和Ga含量为3％或更少的In含量。
15.根据权利要求6的器件，其中所述多层的每一层具有相对于In和Ga含量为2％或更少的In含量。
16.根据权利要求6的器件，其中第二氮化镓层是N-型氮化镓层。
17.用于制造发光器件的方法，该方法包括以下步骤在衬底上形成缓冲层；在缓冲层上形成N-型氮化镓层；在N-型氮化镓层上形成多层，该多层包括不同生长温度的层；在多层上形成活性层；和在活性层上形成P-型氮化镓层。
18.根据权利要求17的方法，其中所述多层具有不同In含量的InGaN层，该InGaN层交替堆叠在多层中。
19.根据权利要求17的方法，其所述中多层具有在其上形成的不同生长温度的众多层，该不同生长温度分别是高温和低温。
20.根据权利要求19的方法，其中高温是900℃。
21.根据权利要求19的方法，其中低温是800℃。
22.根据权利要求17的方法，其中利用TMGa、TMIn、铵和氮形成多层。
23.根据权利要求17的方法，其中多层的每一层具有1～3000的厚度。
24.根据权利要求17的方法，进一步包含在缓冲层上形成慢生长氮化镓层的步骤。
25.根据权利要求24的方法，进一步包含在慢生长氮化镓层上形成未掺杂氮化镓层的步骤。
全文摘要
提供一种发光器件。在该发光器件中，在活性层和GaN层之间形成用于截取施加到活性层的反向电压的多层。因此，可以改善该发光器件的可靠性和运行特性。
文档编号H01L33/00GK1788360SQ200580000368
公开日2006年6月14日 申请日期2005年4月12日 优先权日2004年4月13日
发明者孙孝根 申请人:Lg伊诺特有限公司