CN100399592C

CN100399592C - 发光二极管与改善发光二极管之发光效率的方法

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Publication number: CN100399592C
Application number: CNB2005100805266A
Authority: CN
Inventors: 陈庆仲
Original assignee: Chunghwa Picture Tubes Ltd
Current assignee: Gao Zhi invention fund eighty-second limited liability company
Priority date: 2005-07-04
Filing date: 2005-07-04
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2025-07-04
Also published as: CN1893123A

Abstract

一种发光二极管，其主要由半导体层、第一电极、第二电极及类金刚石层所构成。半导体层包括第一型掺杂半导体层、发光层以及第二型掺杂半导体层。其中，发光层位于第一型掺杂半导体层与第二型掺杂半导体层之间。第一电极电连接于第一型掺杂半导体层。第二电极电连接于第二型掺杂半导体层。类金刚石层覆盖于半导体层上，且暴露至少部分第一电极。此外，类金刚石层暴露于外界的表面例如为粗糙面。或者，类金刚石层可由具有粗糙表面的其它钝化层取代。

Description

发光二极管与改善发光二极管之发光效率的方法

技术领域

本发明涉及一种发光元件与改善发光元件之发光效率的方法，且尤其涉及一种发光二极管(Light Emitting Diode，LED)与改善发光二极管之发光效率(luminous emissivity)的方法。

背景技术

由于发光二极管的发光效率不断提升，使得发光二极管在某些领域已渐渐取代日光灯与白炽灯泡，例如需要高速反应的扫描仪灯源、液晶显示器的背光源或前光源、汽车的仪表板照明、交通号志灯以及一般的照明装置等。发光二极管与传统灯泡相比具有绝对的优势，例如体积小、寿命长、低电压/电流驱动、不易破裂、不含水银(没有污染问题)以及发光效率佳(省电)等特性。

图1为一公知发光二极管的剖面图。请参照图1，公知发光二极管100由基板110、半导体层120、第一导电层130、第一电极140、第二导电层150、第二电极160及钝化层170所构成。第一导电层130设置于基板110上。半导体层120设置于第一导电层130上。半导体层120由下而上依次包括N型掺杂半导体层122、发光层124以及P型掺杂半导体层126。第一电极140贯穿N型掺杂半导体层122未设置于发光层124之区域，并电连接至第一导电层130。第二导电层150设置于P型掺杂半导体层126上。第二电极160设置于第二导电层150上。钝化层170覆盖于半导体层120上，且暴露至少部分第一电极140与部分第二电极160。

请参照图1，当在发光二极管100的第一电极140以及第二电极160之间施加电流时，发光层124即会因电流通过而发光。然而，由于公知钝化层170的表面为光滑表面，因此发光层124所发出的光线极易在钝化层170的表面产生全反射的现象，进而降低发光二极管100的发光效率。同时，公知钝化层170的材质常采用二氧化硅(SiO₂)或氮化硅(SiN_x)，由于这些材质的透光率较差，也使得发光二极管100的发光效率无法提升。

另外，二氧化硅或氮化硅等公知材质的钝化层170的散热效率不佳，且以蓝宝石(sapphire)为材质的基板110的散热效率亦不佳。所以，不仅发光二极管100的发光效率无法提升，且其使用寿命也因散热不佳而缩短。

因此，如何提高发光二极管的发光效率，同时增加发光二极管的使用寿命，已成为亟待解决的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发光二极管，适于提高发光二极管的发光效率与散热性。

本发明的再一目的在于提供一种改善发光二极管之发光效率的方法，适于提高发光二极管的发光效率与散热性。

本发明提出一种发光二极管，其主要由半导体层、第一电极、第二电极及类金刚石(Diamond-Like Carbon，DLC)层所构成。半导体层包括第一型掺杂半导体层、发光层以及第二型掺杂半导体层。其中，发光层位于第一型掺杂半导体层与第二型掺杂半导体层之间。第一电极电连接于第一型掺杂半导体层。第二电极电连接于第二型掺杂半导体层。类金刚石层覆盖于半导体层上，且暴露至少部分第一电极。

本发明再提出一种发光二极管，其主要由半导体层、第一电极、第二电极及钝化层所构成。半导体层包括第一型掺杂半导体层、发光层以及第二型掺杂半导体层。其中，发光层位于第一型掺杂半导体层与第二型掺杂半导体层之间。第一电极电连接于第一型掺杂半导体层。第二电极电连接于第二型掺杂半导体层。钝化层覆盖于半导体层上，且暴露至少部分第一电极。钝化层暴露于外界的表面为粗糙面。

本发明另提出一种改善发光二极管之发光效率的方法，其是先提供发光二极管。发光二极管至少包括半导体层、第一电极与第二电极。接着，形成类金刚石层于发光二极管上。类金刚石层覆盖于半导体层上，且暴露至少部分第一电极。

本发明又提出一种改善发光二极管之发光效率的方法，其是先提供发光二极管。发光二极管至少包括半导体层、第一电极、第二电极与钝化层。其中，钝化层覆盖半导体层，且暴露至少部分第一电极。接着，对钝化层进行表面粗化工艺。

综上所述，在本发明之发光二极管与改善发光二极管之发光效率的方法中，由于采用高散热效率的类金刚石层取代公知二氧化硅工艺的钝化层，因此可增进发光二极管的散热效率，进而延长发光二极管的寿命。此外，在本发明之发光二极管与改善发光二极管之发光效率的方法中，由于对钝化层的表面进行粗化，或采用光穿透率较佳的类金刚石层作为钝化层，因此可增加发光二极管的发光效率。

为让本发明之上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为一公知发光二极管的剖面图。

图2为本发明第一实施例之发光二极管的剖面图。

图3为本发明第二实施例之发光二极管的剖面图。

主要元件标记说明

100：发光二极管

110：基板

120：半导体层

122：N型掺杂半导体层

124：发光层

126：P型掺杂半导体层

130：第一导电层

140：第一电极

150：第二导电层

160：第二电极

170：钝化层

200、300：发光二极管

210、310：基板

220、320：半导体层

222、322：第一型掺杂半导体层

224、324：发光层

226、326：第二型掺杂半导体层

230：第一导电层

240、340：第一电极

250：第二导电层

260、360：第二电极

270、370：类金刚石层

280：第一光反射层

310：半导体基板

370：钝化层

具体实施方式

图2为本发明第一实施例之发光二极管的剖面图。请参照图2，本发明第一实施例之发光二极管200主要由半导体层220、第一电极240、第二电极260及类金刚石层270所构成。半导体层220包括第一型掺杂半导体层222、发光层224以及第二型掺杂半导体层226。其中，发光层224位于第一型掺杂半导体层222与第二型掺杂半导体层226之间。第一电极240电连接于第一型掺杂半导体层222。第二电极260电连接于第二型掺杂半导体层226。类金刚石层270覆盖于半导体层220上，且暴露至少部分的第一电极240。

请参照图2，由于类金刚石层270的光穿透率较佳，因此可提升发光二极管200的发光效率。同时，类金刚石层270暴露于外界的表面例如可经过粗糙化处理而呈粗糙面，如此一来更可降低光线在类金刚石层270表面处产生全反射的机率，进而提升发光二极管200的发光效率。此外，由于类金刚石层270的散热性较佳，因此发光二极管200的使用寿命也可获得增加。当然，类金刚石层270亦可以一般常见材质的钝化层取代，但仍在其表面进行粗糙化处理，这样仍可在发光二极管200的发光效率方面获得改善。

在本实施例中，发光二极管200例如还包括基板210。基板210例如为常见的蓝宝石基板。或者，基板210例如为散热效率较佳的硅基板或金属基板，以提升发光二极管200的散热效率。第一型掺杂半导体层222例如位于基板210上，发光层224例如位于第一型掺杂半导体层222的部分区域上，第二型掺杂半导体层226例如位于发光层224上。第一型掺杂半导体层222与第二型掺杂半导体层226例如为N型或P型掺杂半导体层，且两者的掺杂型态相异。

此时，第一电极240例如位于第一型掺杂半导体层222未设置于发光层224之区域上，而第二电极260例如位于第二型掺杂半导体层226上，且类金刚石层270亦暴露至少部分的第二电极260。第一电极240与第二电极260的材质例如为金、银、铂(Pt)或其它适当的导体材质。

此外，发光二极管200例如还包括第一导电层230与第二导体层250。第一导电层230例如设置于基板210与第一型掺杂半导体层222之间，且第一电极240贯穿第一型掺杂半导体层222而电连接至第一导电层230。第二导电层250例如设置于第二型掺杂半导体层226上，而第二电极260设置于第二导电层250上。其中，第一导电层230与第二导体层250皆可采用非透明或透明导电材质，其选择应视发光二极管200的设计为顶面发光、底面发光或双面发光而定。同时，透明导电材质的第一导电层230与第二导体层250可提高发光二极管200的发光效率。第一导电层230与第二导体层250的透明导电材质例如为铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)、铟锌氧化物(Indium Zinc Oxide，IZO)或其它透明导电材质。

此外，第二型掺杂半导体层226的表面例如是经过粗化处理，其目的是加强第二型掺杂半导体层226与第二导体层250之间的接合强度。在图2中虽然是以第二电极260直接接触第二型掺杂半导体层226为例，但实际上第二电极260可直接或通过第二导体层250接触第二型掺杂半导体层226。

另外，若第一导电层230与第二导体层250皆为透明导电材质，则可例如在基板210与第一导电层230之间还设置第一光反射层280，或例如在第二导体层250上还设置第二光反射层(图中未标出)，以使发光二极管200成为单面发光之型态。其中，上述光反射层的材质可为铝、银、铂或其它高反射率的金属。

图3为本发明第二实施例之发光二极管的剖面图。请参照图3，本发明第二实施例之发光二极管300主要由半导体层320、第一电极340、第二电极360及类金刚石层370所构成。其中，发光二极管300的各材料层皆与图2之发光二极管200的各材料层相似，在此即不再赘述。另外，第二型掺杂半导体层326的表面例如是经过粗化处理，其目的是加强第二型掺杂半导体层326与类金刚石层370之间的接合强度。

请参照图3，由于类金刚石层370的光穿透率较佳，因此可提升发光二极管300的发光效率。同时，类金刚石层370暴露于外界的表面例如为粗糙面，因此可降低光线在类金刚石层370之表面处产生全反射的机率，进而提升发光二极管300的发光效率。此外，由于类金刚石层370的散热性较佳，因此发光二极管300的使用寿命也可获得增加。当然，类金刚石层370亦可以一般常见材质的钝化层取代，但仍在其表面进行粗糙化处理，这样仍可在发光二极管300的发光效率方面获得改善。

在本实施例中，发光二极管300例如还包括半导体基板310，其例如位于第二电极360与半导体层320之间。当在发光二极管300的第一电极340以及第二电极360之间施加电流时，电流仍能穿越半导体基板310而到达半导体层320。

由上述可知，欲改善发光二极管的发光效率，可采用类金刚石材质的钝化层来取代公知透光性较差的钝化层。或者，可在形成钝化层后，对覆盖于半导体层上且暴露至少部分电极的钝化层进行表面粗化工艺。当然，类金刚石材质的钝化层在搭配表面粗化工艺后，对于提升发光二极管的发光效率会有更显著的效果。其中，表面粗化工艺例如是反应性离子蚀刻(Reactive Ion Etching，RIE)或其它表面粗化方式。当采用反应性离子蚀刻对钝化层进行粗化处理时，若钝化层的材质为类金刚石材料，例如可用氮气及氧气作为反应气体，若钝化层的材质为二氧化硅，则例如可用氯气作为反应气体。

综上所述，在本发明之发光二极管与改善发光二极管之发光效率的方法中，由于采用高散热效率的类金刚石层取代公知二氧化硅工艺的钝化层，因此可将发光二极管所产生的热量有效率地散出，进而延长发光二极管的使用寿命。此外，在本发明之发光二极管与改善发光二极管之发光效率的方法中，由于对钝化层的表面进行粗化，或采用光穿透率较佳的类金刚石层作为钝化层，因此可避免光线在钝化层之表面处产生全反射现象，同时增加发光二极管的发光效率。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与改进，因此本发明之保护范围当视后附之权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种发光二极管，其特征在于包括：

半导体层，包括第一型掺杂半导体层、发光层以及第二型掺杂半导体层，其中该发光层位于该第一型掺杂半导体层与该第二型掺杂半导体层之间；

第一电极，电连接于上述第一型掺杂半导体层；

第二电极，电连接于上述第二型掺杂半导体层；

基板，其中该第一型掺杂半导体层位于该基板上；

第一导电层，设置于该基板与该第一型掺杂半导体层之间；

第一光反射层，设置于该基板与该第一导电层之间；以及

类金刚石层，覆盖于上述半导体层上，且暴露至少部分该第一电极。

2.根据权利要求1所述之发光二极管，其特征在于上述类金刚石层暴露于外界的表面为粗糙面。

3.根据权利要求1所述之发光二极管，其特征在于上述发光层位于上述第一型掺杂半导体层的部分区域上，上述第二型掺杂半导体层位于上述发光层上，上述第一电极位于上述第一型掺杂半导体层未设置于上述发光层之区域上，而上述第二电极位于上述第二型掺杂半导体层上，且上述类金刚石层还暴露至少部分该第二电极。

4.根据权利要求3所述之发光二极管，其特征在于上述第一电极贯穿上述第一型掺杂半导体层而电连接至上述第一导电层。

5.根据权利要求1所述之发光二极管，其特征在于上述第一导电层的材质包括透明导电材质。

6.根据权利要求3所述之发光二极管，其特征在于还包括第二导电层，设置于上述第二型掺杂半导体层上，而上述第二电极设置于该第二导电层上。

7.根据权利要求6所述之发光二极管，其特征在于上述第二导电层的材质包括透明导电材质。

8.根据权利要求6所述之发光二极管，其特征在于还包括第二光反射层，设置于上述第二导电层上，而上述第二电极设置于该第二光反射层上。

9.根据权利要求1所述之发光二极管，其特征在于上述基板包括硅基板或金属基板。

10.根据权利要求1所述之发光二极管，其特征在于还包括半导体基板，位于上述第二电极与上述半导体层之间。

11.一种发光二极管，其特征在于包括：

第一电极，电连接于上述第一型掺杂半导体层；

第二电极，电连接于上述第二型掺杂半导体层；

钝化层，覆盖于上述半导体层上，且暴露至少部分上述第一电极，而该钝化层暴露于外界的表面为粗糙面；

基板，其中该第一型掺杂半导体层位于该基板上；

第一导电层，设置于该基板与该第一型掺杂半导体层之间；以及

第一光反射层，设置于该基板与该第一导电层之间。

12.根据权利要求11所述之发光二极管，其特征在于上述发光层位于上述第一型掺杂半导体层的部分区域上，上述第二型掺杂半导体层位于上述发光层上，上述第一电极位于上述第一型掺杂半导体层未并设置于上述发光层之区域上，而上述第二电极位于上述第二型掺杂半导体层上，且上述钝化层还暴露至少部分该第二电极。

13.根据权利要求12所述之发光二极管，其特征在于上述第一电极贯穿上述第一型掺杂半导体层而电连接至该第一导电层。

14.根据权利要求11所述之发光二极管，其特征在于上述第一导电层的材质包括透明导电材质。

15.根据权利要求12所述之发光二极管，其特征在于还包括第二导电层，设置于上述第二型掺杂半导体层上，而上述第二电极设置于该第二导电层上。

16.根据权利要求15所述之发光二极管，其特征在于上述第二导电层的材质包括透明导电材质。

17.根据权利要求15的所述之发光二极管，其特征在于还包括第二光反射层，设置于上述第二导电层上，而上述第二电极设置于该第二光反射层上。

18.根据权利要求11所述之发光二极管，其特征在于上述基板包括硅基板或金属基板。

19.根据权利要求11所述之发光二极管，其特征在于还包括半导体基板，位于上述第二电极与上述半导体层之间。

20.一种改善发光二极管之发光效率的方法，其特征在于包括：

提供发光二极管，该发光二极管至少包括半导体层、第一电极与第二电极、基板、第一导电层以及第一光反射层；其中该半导体层位于该基板上，该第一导电层设置于该基板与该半导体层之间，该第一光反射层设置于该基板与该第一导电层之间；以及

形成类金刚石层于上述发光二极管上，该类金刚石层覆盖于上述半导体层上，且暴露至少部分该第一电极。

21.根据权利要求20所述之改善发光二极管之发光效率的方法，其特征在于在形成上述类金刚石层后，还包括对上述类金刚石层进行表面粗化工艺。

22.根据权利要求21所述之改善发光二极管之发光效率的方法，其特征在于上述表面粗化工艺包括反应性离子蚀刻。

23.一种改善发光二极管之发光效率的方法，其特征在于包括：

提供发光二极管，该发光二极管至少包括半导体层、第一电极、第二电极与钝化层、基板、第一导电层以及第一光反射层，其中该钝化层覆盖于该半导体层上，且暴露至少部分该第一电极，该半导体层位于该基板上，该第一导电层设置于该基板与该半导体层之间，该第一光反射层设置于该基板与该第一导电层之间；以及

对上述钝化层进行表面粗化工艺。

24.根据权利要求23所述之改善发光二极管之发光效率的方法，其特征在于上述表面粗化工艺包括反应性离子蚀刻。