发光元件的制作方法

专利名称：发光元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光元件。
背景技术：
图7为发光元件的实例的发光二极管的大致配置的侧部截面图。该实例示出了基 板侧光提取发光二极管的配置实例。 在图7中所示的发光二极管包括在由透明材料所制成的基板11上的层叠体。层
叠体包括第一导电型(例如n型)的半导体层12和发光功能层13及第二导电型(例如
p型)的半导体层14。该层叠体设置了使用半导体的、被称为p-n结的结构。 然而，应该注意，部分露出第一导电型半导体层12，而不是通过发光功能层13和
第二导电型半导体层14完全覆盖该半导体层。第一导电型电极15与露出部分导通。第一
导电型电极15用作阴极。 另一方面，在第二导电型半导体层14上形成第二导电型电极16，并且与第二导电 型半导体层14导通。第二导电型电极16包括第二导电型第一电极16a和第二导电型第二 电极16b。第二导电型第一电极16a能够用作光学反射膜。第二导电型第二电极16b能够 用作凸块互连的接触部。由一个层叠在另一个顶部的两个电极16a和16b所构成的第二导 电型电极16用作阳极。 在如上所述配置的发光二极管中，当从用作阳极的第二导电型电极16至用作阴 极的第一导电型电极15施加正向电压时，具有p-n结结构的部件发光。S卩，通过电流的注 入来激发发光功能层13的量子阱结构，导致包括发光功能层13的层叠体的整个表面发光。
顺便提及，增加发光功能层13的层叠面积是一种提供从发光二极管所提取的光 的更多亮度(增强亮度)的有效方法。即，增加覆盖第一导电型半导体层12的发光功能层 13的面积并且减小没有由发光功能层13覆盖的露出部分的面积是有效的。
与此同时，至于与第一导电型半导体层12的露出部分导通的第一导电型电极15， 为了凸块互连，必需至少向外露出第一导电型电极15的给定面积。 为了达到这些相互矛盾的要求之间的兼容性，提出了绝缘层17应位于包括发光 功能层13的层叠体和第一导电型电极15之间的方案(例如，参照日本专利第4172515号)。 由于绝缘层17的介入和在绝缘层17上重叠第一导电型电极15，这种配置提供了在第一导 电型电极15中的凸块互连区域，同时由于增大包括发光功能层13的层叠体的面积而确保 了亮度。

发明内容
然而，上述配置存在以下问题。 在具有位于其中的绝缘层17的发光二极管中，通过构成绝缘层17的绝缘材料的 电介质击穿电压来确定ESD(静电放电)耐量。例如，如果将Si02用作构成绝缘层17的绝 缘材料，则绝缘材料的电介质击穿电压约为100MV/cm。因此，厚度约500nm的绝缘层17提 供了约500V的电介质击穿电压。然而，发光二极管所需要的ESD耐量约为3kV。 S卩，大约 500V的电介质击穿电压是不足的。 满足约3kV的ESD耐量的可能解决办法应为加厚绝缘层17。然而，加厚绝缘层17 可能导致发光功能层13的面积减小，而这将导致减小光的亮度。加厚绝缘层17还可以导 致整体上增大发光二极管。因此，这种解决办法是不理想的。 根据前述情况，期望提供用于足够的ESD耐量的改善的电介质击穿电压的发光二 极管，但不会引起包括减小光的亮度和整体上增大元件的问题。 为了达到以上目的，根据本发明的实施例的发光二极管包括第一导电型半导体 层、发光功能层、第二导电型半导体层、第一导电型电极、第二导电型电极、绝缘层以及附加 绝缘层。以露出部分第一导电型半导体层的这种方式在第一导电型半导体层上形成发光功 能层。在发光功能层上形成第二导电型半导体层。第一导电型电极与第一导电型半导体层 的露出部分导通。第二导电型电极与第二导电型半导体层导通。为了绝缘，绝缘层位于在其 一部分上的发光功能层、第二导电型半导体层和第二导电型电极和在其另一部分上的第一 导电型电极之间。将附加绝缘层附加至绝缘层并且形成在由第二导电型半导体层、发光功 能层以及第一导电型半导体层所构成的二极管的相反方向上具有整流作用的虚拟二极管。
在如上配置的发光二极管中，通过层叠第二导电型半导体层、发光功能层以及第 一导电型半导体层来形成具有p-n结结构的二极管。除以上二极管之外，通过将附加绝缘
层附加至绝缘层来形成虚拟二极管。虚拟二极管具有在相反方向上的整流作用。当具有 p-n结的二极管为正向偏压时，在绝缘层中的虚拟二极管为反向偏压。即，如果使绝缘层处 于由于附加绝缘层的附加而建立的反向偏压条件下，则在绝缘层中难以出现电流。这使绝 缘层的电介质击穿电压提高，而没有加厚绝缘层。 本发明确保了绝缘层的电介质击穿电压的提高，因此，提供了具有良好ESD耐量 的发光元件。此外，即使在这种情况下，也没有必要增大绝缘层的厚度，因此，避免了诸如将 导致减小光的亮度的发光功能层的面积减小，以及整体上增大元件的问题。本发明允许比 用于相同的电介质击穿电压的现有技术中的结构更容易整体上縮小元件，因此，有望提高 生产率。更进一步地，可以确保用于凸块互连的足够的电极面积，而不用牺牲光的亮度。另 一方面，如果通过将绝缘层的反向p-n结结构连接至发光元件的p-n结结构来形成电路，则 该电路可以用作ESD保护元件。


图1为概略地示出根据本发明的第一实施例的LED的大致配置的侧部截面图；
图2A 图2D为概略地示出根据本发明的第一实施例的LED的制作步骤的侧部截 面图； 图3为概略地示出根据本发明的第二实施例的LED的大致配置的侧部截面 图4A 图4C为概略地示出根据本发明的第二实施例的LED的制作步骤的侧部截 面图； 图5为概略地示出根据本发明的第三实施例的LED的大致配置的侧部截面图；
图6A 图6C为概略地示出根据本发明的第三实施例的LED的制作步骤的侧部截 面图； 图7为概略地示出发光元件的实例发光二极管的大致配置的侧部截面图。
具体实施例方式
下文中，将参照附图给出根据本发明的发光元件的描述。 应该注意，将以发光二极管(下文中，称作LED)作为发光元件的例子进行描述。
第一实施例 首先，将描述应用本发明的LED的第一实施例。
发光元件的大致配置 图1为根据本发明的第一实施例的LED的大致配置的侧部截面图。该实例示出了 基板侧光提取发光二极管的配置实例。在图1中，另一方面，通过相同的参照符号表示与现 有技术的配置(图7)中的相同的组件。 在图1中所示的LED包括基板11、第一导电型半导体层12、发光功能层13、第二 导电型半导体层14、第一导电型电极15、第二导电型电极16、绝缘层17以及第一导电型半 导体绝缘层18。 应该注意，这里，术语"第一导电型"和"第二导电型"指的是彼此不同的导电型。 例如，如果第一导电型为n型，则第二导电型为p型。如果第一导电型为p型，则第二导电 型为n型。 基板11用作LED的基体并且由透明构件制成。例如，可以将蓝宝石基板用作基板11。 然而，还可以使用其他类型的基板。在这些基板中，可以使用的有GaAs基板、GaN基板、SiC基 板、A1203基板、ZnS基板、Zn0基板、A1N基板、LiMgO基板、LiGa02基板、MgA1^基板、InP基板和 Si基板以及在这些基板的表面(主表面)上形成有下层或缓冲层的任何一种基板。
在基板11上依次层叠第一导电型半导体层12、发光功能层13以及第二导电型半 导体层14，因此，使用半导体形成p-n结结构。通过电流注入来激发发光功能层13的量子 阱结构，导致包括发光功能层13的层叠体的整个表面发光。 在用于形成第一导电型半导体层12、发光功能层13以及第二导电型半导体层14 的材料中，有氮化镓基化合物半导体(包括AlGaN或者AlInGaN和InGaN混晶)InN-基、 A1N-基、AlGalnP-基、AlGalnAs-基、GalnAs-基、GalnAsP-基、GaP-基以及InP-基化合物 半导体。 然而，应该注意，第一导电型半导体层12被部分露出，而不是由发光功能层13和 第二导电型半导体层14完全覆盖该半导体层。S卩，以露出部分第一导电型半导体层12的 这种方式在第一导电型半导体层12上形成发光功能层13。形成第二导电型半导体层14以 完全覆盖发光功能层13。 这样形成第一导电型电极15 :使第一导电型电极15具有与第一导电型半导体层 12的露出部分导通并且第一导电型电极15的上端表面用作凸块互连的接触部。因为与第一导电型半导体层12导通，所以第一导电型电极15用作阴极。 在用于形成第一导电型电极15的材料中，有钛(Ti)、诸如TiW和TiMo(例如TiW 层、Ti层/Ni层/Au层)的钛合金、铝以及铝合金。应该注意，在'7"前的层更接近基体 (即，位置更向下)。 这样形成第二导电型电极16 :使第二导电型电极16具有与第二导电型半导体层 14导通并且第二导电型电极16的上端表面用作凸块互连的接触部。更具体地，第二导电型 电极16包括其中一个层叠在另一个顶部的两个电极16a和16b。第二导电型第一电极16a 能够用作光学反射膜。第二导电型第二电极16b能够用作凸块互连的接触部。由一个层叠 在另一个的上部的两个电极16a和16b所构成的第二导电型电极16用作阳极。
银(Ag)在用于形成第二导电型第一电极16a的材料中。如果第二导电型的第一 电极16a由Ag制成，则第二导电型第一电极16a提供了大于等于96X的光反射率。
另一方面，可以将与用于第一导电型电极15的相同的材料用于第二导电型第二 电极16b。 为了绝缘，将绝缘层17设置为位于包括发光功能层13的层叠体(更具体地，层叠 体由发光功能层13、第二导电型半导体层14和第二导电型第一电极16a构成)和第一导电 型电极15之间。由于绝缘层17的介入，第一导电型电极15与绝缘层17重叠。这种重叠 提供了在第一导电型电极15的上端表面上的足够的凸块互连面积。 Si02、SiN以及其他绝缘材料可用作形成绝缘层17的材料。然而，除以上材料之外， 还可以使用S叫-基、SiNy-基和Si0，y-基材料，也可以使用氧化钽(Ta205)、氧化锆(Zr02)、 氮化铝(A1N)以及氧化铝(A1203)。 将第一导电型半导体绝缘层18附加至绝缘层17面对第二导电型第一电极16a的 侧部。这里，术语"附加的"指的是被设置为位于绝缘层17和第二导电型第一电极16a之 间。 如图1所示，第一导电型半导体绝缘层18至少位于第二导电型第一电极16a的上 表面和第一导电型电极15的与绝缘层17的重叠部分在二维上彼此一致的区域的正上方。 然而，该区域不局限于上述区域。可以使第一导电型半导体绝缘层18延伸以位于第二导电 型第一电极16a的上表面和绝缘层17在二维上彼此一致的区域的正上方。第一导电型半 导体层18还可以在第二导电型第一电极16a的边缘周围弯曲以位于第二导电型第一电极 16a和第二导电型半导体层14的端面和绝缘层17之间。 在用于形成第一导电型半导体绝缘层18的材料中，有Si、 Ge以及C的任何一种， 或者B、Al、Ga、In以及Ti的任何一种和N、P、As、Sb以及Bi的任何一种的组合或者Zn或 者Cd的任何一种和0、 S、 Se以及Te的任何一种的组合，以上材料都具有受控导电型。这 里，术语"受控导电型"指的是选择材料以提供期望的导电型。更具体地，例如，如果使用B、 Al、Ga、 In、 Zn或者Cd，则第一导电型半导体绝缘层18为n型掺杂。另一方面，例如，如果 使用N、 P、 As、 Sb、 0、 S、 Se或者Te，则第一导电型半导体绝缘层18为p型掺杂。
作为第一导电型半导体绝缘层18介入的结果，第一导电型半导体绝缘层18和绝 缘层17形成虚拟二极管。S卩，第一导电型半导体绝缘层18连同绝缘层17—起利用这两层 之间的反向P-n结或者肖特基结形成虚拟二极管。应该注意，该虚拟二极管在与包括由第 一导电型半导体层12、发光功能层13以及第二导电型半导体层14所构成的层叠体的二极
7管相反的方向上具有整流作用。发光元件的制作步骤 接下来，将给出如上所述配置的LED的制作步骤的描述。 图2A 图2D为概略地示出根据本发明的第一实施例的LED的制作步骤的侧部截 面图。 为了制作LED，如图2A所示，在基板11上依次形成第一导电型半导体层12、发光 功能层13、第二导电型半导体层14以及第二导电型第一电极16a。这时，部分露出第一导 电型半导体层12。 在用于形成第一导电型半导体层12、发光功能层13、第二导电型半导体层14的方 法中，有金属有机物化学气相沉积(M0CVD)、分子束外延(MBE)以及卤素有助于传输或者反 应的氢化物气相沉积。在用于形成第二导电型第一电极16a的方法中，有真空沉积、溅射和 其他PVD (物理气相沉积)方法以及各种CVD (化学气相沉积)方法。 另一方面，在用于部分露出第一导电型半导体层12的方法中，有光刻技术与湿蚀 刻或干蚀刻的组合。 如图2B所示，在第二导电型第一电极16a形成以后，在第二导电型第一电极16a 的上表面的预定的部分区域上形成第一导电型半导体绝缘层18。在用于形成第一导电型半 导体绝缘层18的方法中有等离子体CVD、溅射、MOCVD以及MBE。 如图2C所示，在第一导电型半导体绝缘层18形成以后，形成绝缘层17以覆盖第 一导电型半导体绝缘层18，使得第一导电型半导体绝缘层18位于绝缘层17和第二导电型 第一电极16a之间。在用于形成绝缘层17的方法中，有诸如真空沉积和溅射的PVD方法和 CVD方法。 如图2D所示，在绝缘层17形成以后，在没有形成绝缘层17的部分第二导电型第 一电极16a上形成第二导电型第二电极16b。在用于形成第二导电型第二电极16b的方法 中，有诸如真空沉积和溅射的PVD方法、各种CVD方法和电镀。 此外，以与绝缘层17重叠并且与第一导电型半导体层12的露出部分导通的这种 方式形成第一导电型电极15。在用于形成第一导电型电极15的方法中，有诸如真空沉积和 溅射的PVD方法、各种CVD方法和电镀。 应该注意，部分露出第一导电型半导体层12和形成第二导电型第二电极16b的步 骤的任何一个可以在另一个步骤之前执行。作为选择，可以同时执行这两个步骤。
通过如上所述的步骤来制作如图1所示配置的LED。
发光元件的操作 接下来，将给出适用于使如上所述配置的LED发光的操作的描述。 为了使如上所述配置的LED发光，从第二导电型电极16至第一导电型电极15施
加正向电压。第二导电型电极16与第二导电型半导体层14导通并且用作阳极。第一导电
型电极15与第一导电型半导体层12导通并且用作阴极。这将电流注入通过层叠体所形成
的p-n结结构，该层叠体包括第一导电型半导体层12、发光功能层13以及第二导电型半导
体层14。通过电流注入来激发发光功能层13的量子阱结构，导致包括发光功能层13的层
叠体的整个表面发光。 然而，应该注意，将第一导电型半导体绝缘层18附加至绝缘层17。作为第一导电 型半导体绝缘层18的附加的结果，形成在与具有通过层叠体所形成的p-n结结构的二极管的相反方向上具有整流作用的虚拟二极管。层叠体包括第一导电型半导体层12、发光功能 层13以及第二导电型半导体层14。 因此，当具有p-n结的二极管通过从阳极至阴极施加正向电压为正向偏压时，包 括绝缘层17和第一导电型半导体绝缘层18的虚拟二极管为反向偏压。即，如果作为第一 导电型半导体绝缘层18的附加的结果产生反向偏压条件，则在绝缘层17中难以出现电流。 这使绝缘层17的电介质击穿电压提高而无需加厚绝缘层17。 因此，如在本实施例中所述配置的LED的绝缘层17由于第一导电型半导体绝缘层 18的附加使电介质击穿电压提高。电介质击穿电压的提高使得LED具有良好ESD耐量。
而且，即使在这种情况下，因为使用作为第一导电型半导体绝缘层18的附加结果 建立的反向偏压条件，所以也没有必要加厚绝缘层17。这避免了诸如将导致减小光的亮度 的发光功能层13的面积减小和整体上增大元件的问题。即，对于相同的电介质击穿电压， 本发明与现有技术的结构相比，更容易整体上縮小元件，因此，有望提高生产率。
更进一步地，第一导电型电极15与具有改善的电介质击穿电压的绝缘层17重叠， 因此，提供了用于凸块互连的足够的电极面积而没有牺牲光的亮度。另一方面，如果通过将 由绝缘层17所构成的反向p-n结结构连接至通过包括第一导电型半导体层12、发光功能 层13以及第二导电型半导体层14的层叠体所形成的p-n结结构来形成电路，则该电路可 以用作ESD保护元件。 而且，在本实施例中所述配置的LED中，通过将第一导电型半导体绝缘层18附加 至绝缘层17来形成适用于提供绝缘层17的改善的电介质击穿电压的虚拟二极管。即，通过 使用在绝缘层17和第一导电型半导体绝缘层18之间的连接关系来形成虚拟二极管。这样 可以仅仅将第一导电型半导体绝缘层18添加到现有技术的配置来形成虚拟二极管，由此， 保持LED配置的复杂度最小化。
第二实施例 接下来，将给出应用本发明的LED的第二实施例的描述。应该注意，这里，将主要
描述本实施例和稍前所述的第一实施例之间的区别。 发光元件的大致配置 图3为概略地示出根据本发明的第二实施例的LED的大致配置的侧部截面图。
在该实例中所示的LED与根据第一实施例的LED的不同之处在于该实例的LED包 括第二导电型半导体绝缘层19而不是第一导电型半导体绝缘层18。 将第二导电型半导体绝缘层19附加至绝缘层17面对第一导电型电极15的侧部。 即，将第二导电型半导体绝缘层19设置为位于绝缘层17和第一导电型电极15之间。
如图3所示，第二导电型半导体绝缘层19至少位于与第一导电型电极15与绝缘 层17重叠的部分相等的区域的正上方。然而，该区域不局限于以上区域。第二导电型半导 体绝缘层19可以扩展，在绝缘层17的边缘弯曲，从而位于绝缘层17和第一导电型电极15 之间的整个边界。 在用于形成第二导电型半导体绝缘层19的材料中，有Si、 Ge以及C的任何一种， 或者B、Al、Ga、In以及Ti的任何一种和N、P、As、Sb以及Bi的任何一种的组合或者Zn或 者Cd的任何一种和0、 S、 Se以及Te的任何一种的组合，以上材料都具有受控导电型。这 里，术语"受控导电型"指的是选择材料以提供期望的导电型。更具体地，例如，如果使用B、
9Al、Ga、 In、 Zn或者Cd，则第二导电型半导体绝缘层19为n型掺杂。另一方面，例如，如果 使用N、 P、 As、 Sb、 0、 S、 Se或者Te，则第二导电型半导体绝缘层19为p型掺杂。
作为第二导电型半导体绝缘层19介入的结果，第二导电型半导体绝缘层19和绝 缘层17形成虚拟二极管。S卩，第二导电型半导体绝缘层19连同绝缘层17—起利用在两层 之间的反向p-n结或者肖特基结形成虚拟二极管。应该注意，虚拟二极管在包括由第一导 电型半导体层12、发光功能层13以及第二导电型半导体层14所构成的层叠体的二极管的 相反方向上具有整流作用。
发光元件的制作步骤 接下来，将给出如上所述配置的LED的制作步骤的描述。 图4A 图4C为概略地示出根据本发明的第二实施例的LED的制作步骤的侧部截 面图。 为了制作LED，如图4A所示，在基板11上依次形成第一导电型半导体层12、发光 功能层13、第二导电型半导体层14以及第二导电型第一电极16a。至此的制作步骤与在第 一实施例中的制作步骤完全相同。 在第二导电型第一 电极16a形成以后，形成绝缘层17以覆盖第二导电型第一 电极 16a的上表面的预定部分区域和第一导电型半导体层12的露出部分的预定部分区域。仅需 要以与在第一实施例中的相同的方式形成绝缘层17。 如图4B所示，在绝缘层17形成以后，在绝缘层17的上表面的预定部分区域上形 成第二导电型半导体绝缘层19。在用于形成第二导电型半导体绝缘层19的方法中，有等离 子体CVD、溅射、M0CVD以及MBE。 如图4C所示，在第二导电型半导体绝缘层19形成以后，在没有形成绝缘层17的 部分第二导电型第一电极16a的区域上形成第二导电型第二电极16b。仅需要以与在第一 实施例中相同的方式形成第二导电型第二电极16b。 此外，以不仅与形成在绝缘层17的顶部上的第二导电型半导体绝缘层19重叠而 且与第一导电型半导体层12的露出部分导通的这种方式形成第一导电型电极15。仅需要 以与在第一实施例中相同的方式形成第一导电型电极15。 应该注意，部分露出第一导电型半导体层12和形成第二导电型第二电极16b的步 骤的任何一个可以在另一个步骤之前执行。作为选择，可以同时执行这两个步骤。作为选 择，还可以在形成第二导电型半导体绝缘层19以前形成第二导电型第二电极16b。
通过如上所述的步骤来制作如图3所示配置的LED。
发光元件的操作 接下来，将给出适用于使如上所述配置的LED发光的操作的描述。 为了使如上所述配置的LED发光，从第二导电型电极16至第一导电型电极15施
加正向电压。第二导电型电极16与第二导电型半导体层14导通并且用作阳极。第一导电
型电极15与第一导电型半导体层12导通并且用作阴极。这将电流注入通过层叠体所形成
的p-n结结构，该层叠体包括第一导电型半导体层12、发光功能层13以及第二导电型半导
体层14。通过电流注入来激发发光功能层13的量子阱结构，导致包括发光功能层13的层
叠体的整个表面发光。 然而，应该注意，将第二导电型半导体绝缘层19附加至绝缘层17。作为附加第二导电型半导体绝缘层19的结果，形成在具有通过层叠体所形成的p-n结结构的二极管的相 反方向上具有整流作用的虚拟二极管。层叠体包括第一导电型半导体层12、发光功能层13 以及第二导电型半导体层14。 因此，当具有p-n结的二极管通过从阳极至阴极施加正向电压为正向偏压时，包 括绝缘层17和第二导电型半导体绝缘层19的虚拟二极管为反向偏压。即，如果作为第二 导电型半导体绝缘层19的附加的结果生成反向偏压条件，则在绝缘层17中难以出现电流。 这使绝缘层17的电介质击穿电压提高而无需加厚绝缘层17。 因此，本实施例的上述配置的LED由于绝缘层17的电介质击穿电压还提供了良好 ESD耐量。S卩，与第一实施例一样，可以确保足够的ESD耐量而不会带来包括减小光的亮度 和整体上增大元件的问题。 而且，在本实施例的上述配置的LED中，通过将第二导电型半导体绝缘层19附加 至绝缘层17，形成适于使绝缘层17的电介质击穿电压提高的虚拟二极管。S卩，通过使用在 绝缘层17和第二导电型半导体绝缘层19之间的连接关系来形成虚拟二极管。这可以通过 仅仅将第二导电型半导体绝缘层19添加至现有技术的配置来形成虚拟二极管，由此，保持 LED配置的复杂度最小化。
第三实施例 接下来，将给出应用本发明的LED的第三实施例的描述。应该注意，这里，将主要
描述本实施例和稍前所述的第一实施例或者第二实施例之间的区别。 发光元件的大致配置 图5为概略地示出根据本发明的第三实施例的LED的大致配置的侧部截面图。
在该实例中所示的LED包括一对绝缘层或者第一和第二导电型半导体绝缘层20 和21而不是在第一实施例中所述的第一导电型半导体绝缘层18和在第二实施例中所述的 第二导电型半导体绝缘层19。 将该绝缘层对附加至绝缘层17的面对第一导电型电极15的侧部。将这一对绝缘 层之一，或者第一导电型半导体绝缘层20设置为面对绝缘层17。将这一对绝缘层的另一 个，或者第二导电型半导体绝缘层21设置为面对第一导电型电极15。 S卩，将由一个层叠在 另一个的顶部的第一和第二导电型半导体绝缘层20和21所构成的绝缘层对设置为位于绝 缘层17和第一导电型电极15之间。 如图5所示，绝缘层对至少位于与第一导电型电极15和绝缘层17重叠的部分相 等的区域的正上方。然而，该区域不局限于以上区域。第一和第二导电型半导体绝缘层20 和21可以扩展，在绝缘层17的边缘弯曲，从而位于越过绝缘层17和第一导电型电极15之 间的整个边界。 在用于形成第一和第二导电型半导体绝缘层20和21的材料中，有Si、 Ge以及C 的任何一种，或者B、 Al、 Ga、 In以及Ti的任何一种和N、 P、 As、 Sb以及Bi的任何一种的组 合或者Zn或者Cd的任何一种和0、 S、 Se以及Te的任何一种的组合，以上材料都具有受控 导电型。这里，术语"受控导电型"指的是选择材料以提供期望的导电型。更具体地，例如， 如果使用B、 Al、 Ga、 In、 Zn或者Cd，则第一和第二导电型半导体绝缘层20和21为n型掺 杂。另一方面，例如，如果使用N、 P、 As、 Sb、 0、 S、 Se或者Te，则第一和第二导电型半导体绝 缘层20和21为p型掺杂。
作为由一个层叠在另一个顶部的第一和第二导电型半导体绝缘层20和21所构成 的绝缘层对介入的结果，在绝缘层17和第一导电型电极15之间形成虚拟二极管。S卩，由于 通过这些层的层叠所形成的反向p-n结，第一和第二导电型半导体绝缘层20和21形成虚 拟二极管。应该注意，虚拟二极管在包括由第一导电型半导体层12、发光功能层13以及第 二导电型半导体层14所构成的层叠体的二极管的相反方向上具有整流作用。发光元件的 制作步骤 接下来，将给出如上所述配置的LED的制作步骤的描述。 图6A 图6C为概略地示出根据本发明的第三实施例的LED的制作步骤的侧部截 面图。 为了制作LED，如图6A所示，在基板11上依次形成第一导电型半导体层12、发光 功能层13、第二导电型半导体层14以及第二导电型第一电极16a。至此的制作步骤与在第 一实施例中的制作步骤完全相同。 在第二导电型第一电极16a形成以后，形成绝缘层17以覆盖第二导电型第一电极 16a的上表面的预定部分区域和第一导电型半导体层12的露出部分的预定部分区域。仅需 要以与在第一实施例中的相同的方式形成绝缘层17。 如图6B所示，在绝缘层17形成以后，在绝缘层17的上表面的预定部分区域上形 成第一导电型半导体绝缘层20。此外，在第一导电型半导体绝缘层20的顶部上形成第二导 电型半导体绝缘层21。在用于形成第一和第二导电型半导体绝缘层20和21的方法中，有 等离子体CVD、溅射、MOCVD以及MBE。 如图6C所示，在绝缘层对或者第一和第二导电型半导体绝缘层20和21形成以 后，在没有形成绝缘层17的第二导电型第一电极16a的区域上形成第二导电型第二电极 16b。仅需要以与在第一实施例中相同的方式形成第二导电型第二电极16b。
此外，以不仅与形成在绝缘层17的顶部上的绝缘层对或者第一和第二导电型半 导体绝缘层20和21重叠而且与第一导电型半导体层12的露出部分导通的这种方式形成 第一导电型电极15。仅需要以与在第一实施例中相同的方式形成第一导电型电极15。
应该注意，部分露出第一导电型半导体层12和形成第二导电型第二电极16b的步 骤的任何一个可以在另一个步骤以前执行。作为选择，可以同时执行这两个步骤。作为选 择，还可以在形成绝缘层对或者第一和第二导电型半导体绝缘层20和21以前形成第二导 电型第二电极16b。 通过如上所述的步骤来制作如图5所示配置的LED。
发光元件的操作 接下来，将给出适用于使如上所述配置的LED发光的操作的描述。 为了使如上所述配置的LED发光，从第二导电型电极16至第一导电型电极15施
加正向电压。第二导电型电极16与第二导电型半导体层14导通并且用作阳极。第一导电
型电极15与第一导电型半导体层12导通并且用作阴极。这将电流注入通过层叠体所形成
的p-n结结构，该层叠体包括第一导电型半导体层12、发光功能层13以及第二导电型半导
体层14。通过电流注入来激发发光功能层13的量子阱结构，导致包括发光功能层13的层
叠体的整个表面发光。 然而，应该注意，将由第一和第二导电型半导体绝缘层20和21所构成的绝缘层对附加至绝缘层17。作为该绝缘层对的附加的结果，形成在具有通过层叠体所形成的p-n结 结构的二极管的相反方向上具有整流作用的虚拟二极管。层叠体包括第一导电型半导体层 12、发光功能层13以及第二导电型半导体层14。 因此，当具有p-n结的二极管通过从阳极至阴极施加正向电压为正向偏压时，形 成在绝缘层17和第一导电型电极15之间的虚拟二极管为反向偏压。S卩，如果作为由第一 和第二导电型半导体绝缘层20和21所构成的绝缘层对的附加的结果生成反向偏压条件， 则在绝缘层17中难以出现电流。这使绝缘层17的电介质击穿电压提高而无需加厚绝缘层 17。 因此，本实施例的上述配置的LED由于绝缘层17的电介质击穿电压还提供了良好 的ESD耐量。S卩，与第一实施例或者第二实施例一样，可以确保足够的ESD耐量而不会带来 包括减小光的亮度和整体上增大元件的问题。 而且，在本实施例中所述配置的LED中，通过一个层叠在另一个的顶部的第一和 第二导电型半导体绝缘层20和21的反向p-n结，形成适于使绝缘层17的电介质击穿电压 提高的虚拟二极管。例如，这可以不用考虑与用于形成绝缘层17的材料的关系而形成虚拟 二极管，因此，提供了材料选择的充分的自由度。 应该注意，尽管在第一实施例至第三实施例中描述了本发明的优选的具体实例， 但是本发明不局限于这些实例。 例如，尽管在第一实施例至第三实施例中以基板侧光提取LED为例，但是即使对
于缺少用作光提取表面的基板的LED，也可以完全相同的方式应用本发明。 例如，尽管在第一实施例至第三实施例中以基板侧光提取LED为例，但是即使对
于电极传输光提取LED，也可以完全相同的方式应用本发明。 更进一步地，尽管在第一实施例至第三实施例中将本发明应用于LED(为发光元 件的实例)作为例子，但是即使对于半导体激光器或者其他发光元件，也可以完全相同的 方式应用本发明。 如上所述，本发明不局限于实施例的描述，而是可以在不脱离本发明的范围内适 当修改。 本领域的技术人员应该理解，根据设计要求和其它因素，可以有多种修改、组合、 再组合和改进，均应包含在本发明的权利要求或等同物的范围之内。
权利要求
一种发光元件，包括第一导电型半导体层；发光功能层，以露出部分所述第一导电型半导体层的方式形成在所述第一导电型半导体层上；第二导电型半导体层，形成在所述发光功能层上；第一导电型电极，其与所述第一导电型半导体层的露出部分导通；第二导电型电极，其与所述第二导电型半导体层导通；绝缘层，位于在其一部分上的所述发光功能层、所述第二导电型半导体层和所述第二导电型电极与在其另一部分上的所述第一导电型电极之间，以保持它们之间的绝缘；以及附加绝缘层，被附加至所述绝缘层，以形成在由所述第二导电型半导体层、所述发光功能层以及所述第一导电型半导体层所构成的二极管的相反方向上具有整流作用的虚拟二极管。
2. 根据权利要求l所述的发光元件，其中，所述附加绝缘层被附加至所述绝缘层面对所述第二导电型电极的一侧，并且包括利用 在所述绝缘层和所述附加绝缘层之间的反向P-n结来形成所述虚拟二极管的第一导电型 半导体绝缘层。
3. 根据权利要求l所述的发光元件，其中，所述附加绝缘层被附加至所述绝缘层面对所述第二导电型电极的一侧，并且包括利用 在所述绝缘层和所述附加绝缘层之间的肖特基结来形成所述虚拟二极管的第一导电型半 导体绝缘层。
4. 根据权利要求l所述的发光元件，其中，所述附加绝缘层被附加至所述绝缘层面对所述第一导电型电极的一侧部，并且包括利 用在所述绝缘层和所述附加绝缘层之间的反向P-n结来形成所述虚拟二极管的第二导电 型半导体绝缘层。
5. 根据权利要求l所述的发光元件，其中，所述附加绝缘层被附加至所述绝缘层面对所述第一导电型电极的一侧，并且包括利用 在所述绝缘层和所述附加绝缘层之间的肖特基结来形成所述虚拟二极管的第二导电型半 导体绝缘层。
6. 根据权利要求l所述的发光元件，其中，所述附加绝缘层包括利用反向P-n结来形成所述虚拟二极管的一对第一和第二导电 型半导体绝缘层。
7. 根据权利要求l所述的发光元件，其中，所述附加绝缘层由都具有受控导电型的Si、Ge以及C中的任何一种构成。
8. 根据权利要求l所述的发光元件，其中所述附加绝缘层由都具有受控导电型的B、 Al、 Ga、 In以及Ti中的任何一种和都具有 受控导电型的N、P、As、Sb以及Bi中的任何一种的组合构成。
9. 根据权利要求l所述的发光元件，其中所述附加绝缘层由都具有受控导电型的Zn或Cd的任何一种和都具有受控导电型的0、 S、 Se以及Te中的任何一种的组合构成。
10.根据权利要求l所述的发光元件，其中 所述第一导电型半导体层在基板上形成。
全文摘要
本发明公开了发光元件，包括第一导电型半导体层；发光功能层，在第一导电型半导体层上形成；第二导电型半导体层，在发光功能层上形成；第一导电型电极，其与第一导电型半导体层的露出部导通；第二导电型电极，其与第二导电型半导体层导通；绝缘层，其位于在其一部分上的发光功能层、第二导电型半导体层和第二导电型电极及在其另一部分上的第一导电型电极之间；以及附加绝缘层，被附加至绝缘层以形成在与由第二导电型半导体层、发光功能层以及第一导电型半导体层所构成的二极管相反的方向上具有整流作用的虚拟二极管。
文档编号H01L27/15GK101794804SQ20101000107
公开日2010年8月4日 申请日期2010年1月21日 优先权日2009年1月22日
发明者青柳秀和 申请人:索尼公司