CN101438423A - 发光二极管的低光损失电极结构 - Google Patents

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Abstract

一电极结构被揭露以增加一发光二极管的亮度及/或效率。该电极结构具有一金属电极及一透光性厚介电材料形成在该电极及一发光半导体材料之间。该电极及该厚介电材料相互配合反射来自该半导体材料的光回到该半导体材料中以增加前述光最后穿透该半导体材料的可能性。此发光二极管的利用性被提高并适合用于一般照明。

Description

发光二极管的低光损失电极结构
技术领域
本发明有关于发光二极管(LEDs)。尤其，本发明是有关于一种可以减少光损失而提高发光二极管亮度及/或效率的电极结构。
背景技术
发光二极管(LEDs)被使用当作指示器已为众所周知。基于此目的，LEDs已经被广泛使用在消费性电子产品。举例来说，红光LEDs常被用来指示某些装置的电源，如收音机，电视机，录放影机等等。
虽然目前的LEDs大致来说已被证明符合所预期的目标，但是LEDs固有的一些缺点还是降低了它们的整体效益与可利用性。举例来说，这些目前的LEDs的光输出有时候并不像所预期的一样大。这些固有的缺点限制了LEDs在某些应用中的功能，像是提供一般照明，例如环境照明。即使是目前最高功率的LEDs仍不能提供足够的照度在这些用途上。
至少有一部分有关于亮度不足的问题是因为目前LEDs的效率太差。LEDs的效率是量测发光量与消耗电能的比较值。目前LEDs效率太差的原因是因为产生的光会因为内部的吸收而损失。此内部的吸收限制了可从一个LED取出的发光量而降低其发光效率。
因此，虽然目前的LEDs大致来说已经证明符合预期的目标，但是LEDs固有的一些缺点还是降低了它们的整体效益与可利用性。因此，亟待提供一种增加亮度及/或效率的LEDs。
发明内容
这里所揭露的系统与方法提供更明亮及/或更有效率的发光二极管。举例来说，根据本发明的一个实施例，一种发光二极管是包含一反射电极结构，该反射电极结构包含一金属电极。
尤其，该电极可以被形成在发出中心波长为λ的光线的一半导体材料上。前述光线朝各种方向发射。一相对厚的、透光性介电材料可被形成在该半导体材料上。一部分的该电极可以形在该相对厚的介电材料上。另一部分的该电极电性接触该半导体材料。该电极与该厚介电材料互相配合加强反射，以使得朝向该电极的光线被反射回到该半导体材料，因而有另外的机会可将光从发光二极管中萃取出来。
这里使用的“波长(λ)”一词，是指在该材料内部传播的光波长。因此，如果光线在一半导体材料内传播时，则此光线的波长就是此光线在该半导体材料内的传播波长。
该厚介电材料的厚度可以大于λ/2，该λ为光线在该厚介电材料中的波长。该厚介电材料的折射系数可以小于该半导体材料的折射系数且要大于或等于1。该发光半导体材料可包含例如砷化铝镓(AlGaAs)、磷化镓铟铝(AlInGaP)、氮化镓铟铝(AlInGaN)，及/或磷镓砷(GaAsP)。其他材料同样可适用。
该透光厚介电材料层可以是相对厚的材料例如二氧化硅、一氧化硅，氟化镁(MgF2)及硅氧烷聚合物(siloxane polymers)，及/或空气。其他的材料同样可适用。
该金属电极与该半导体之间可以有一欧姆接触层。该欧姆接触层可以包含例如氧化铟锡(ITO)、氧化镍，及/或二氧化铑(RuO2)。其他的材料同样也可适用。该欧姆接触层可以是具有一重掺杂层(a heavily doped layer)的该半导体元件的一部分。
该金属电极与该半导体之间可具有一电流分布层(current spreading layer)。该电流分布层例如由氧化铟锡(ITO)、氧化镍或二氧化铑(RuO2)组成。其他材料同样也可适用。
一串联的一或多对分布布拉格反射器(DBR)介电层可形成在该厚介电层与该金属电极之间，该对的每一分布布拉格反射器介电层可透光及由不同折射系数的复数材料层组成，其/或厚度接近λ/4的奇数倍。
该等对分布布拉格反射器的每一层可包含例如二氧化钛(TiO2)、五氧化三钛(Ti3O5)、三氧化二钛(Ti2O3)、氧化钛(TiO)、二氧化锆(ZrO2)、TiO2ZrO2Nb2O5、二氧化铈(CeO2)、硫化锌(ZnS)、三氧化二铝(Al2O3)、氮化硅(SiN)、氧化铟锡(ITO)、五氧化二铌(Nb2O5)、五氧化二钽(Ta2O5)、硅氧烷聚合物(siloxanepolymers)、一氧化硅(SiO)、二氧化硅(SiO2)，及/或氟化镁(MgF2)。其他材料同样可适用。
该金属电极可包含一或更多金属层，其中每一金属层选自下列群组：铝(Al)、银(Ag)、铑(Rh)、铅(Pd)、铜(Cu)、金(Au)、铬(Cr)、钛(Ti)、铂(Pt)、镍/金合金、铬/金合金、银/铝混合物及其组合。其他材料同样可适用。
该LED可具有一侧向(lateral)或垂直(vertical)结构。该金属电极的一部分可形成一打线区域。该金属电极的一部分可沿着该厚介电材料的边缘电性接触该半导体材料。该金属电极的一部分经由该厚介电材料中的开口电性接触该半导体材料。
根据本发明一个实施例，一发光二极管的反射电极结构包含一金属电极。一氮化镓(GaN)材料发出一中心波长大约为λ的光。一相对厚的二氧化硅材料可形成在该氮化镓(GaN)材料上。一部分的该电极形成于该厚介电材料上方。另一部分的该电极与一半导体材料欧姆接触。该厚介电材料的厚度大于λ/2。该介电材料及该金属电极经由一氧化铟锡(ITO)层或其他材料而与该半导体呈物理接触。其他材料同样可适用。
根据本发明的一个实施例，一反射电极结构包含一金属电极及发出中心波长大约为λ的光的一氮化镓(GaN)材料。一厚二氧化硅材料可形成在该氮化镓(GaN)材料上。至少一分布布拉格反射器对形成在该厚二氧化硅材料上。
一部分的该电极形成在该厚介电材料与该等分布布拉格反射器对上方。另一部分的该电极与该半导体材料欧姆接触。该厚介电材料的厚度可大于λ/2。
该等分布布拉格反射器对的每一层透光，每一层具有不同的折射系数，及该每一分布布拉格反射器对的厚度是接近λ/4的奇数倍。该介电材料与该金属电极经由一氧化铟锡(ITO)层与该半导体物理接触。
因此，根据本发明一或多个实施例，一较明亮及/或较有效率的LED被提供。增加LED的亮度及/或效率可使LED应用在更多用途，包括一般照明。
通过下面的详细说明与图式，本发明可被更完全了解。
附图说明
图1是一显示临界角(critical angle)概念的示意图；
图2是一现今侧向发光二极管结构的透视半示意图；
图3是一现今垂直式发光二极管结构的透视半示意图；
图4A是一显示现今氮化镓/铬/金(GaN/Cr/Au)界面光反射的半示意图；
图4B是一显示图4A中在氮化镓/铬/金(GaN/Cr/Au)界面不同入射角度下的反射率图表；
图5A是显示一现今具有一欧姆接触层的电极结构的半示意图；
图5B是显示一现今具有一欧姆接触/电流分布层的电极结构半示意图；
图6A是现今发光二极管晶粒的一部分的顶视半示意图，其显示一圆形接触也可供做一接合垫(bond pad)；
图6B是现今发光二极管晶粒的一部分的顶视半示意图，其显示一十字形接触具有一圆形接合垫(bond pad)；
图6C是现今发光二极管晶粒的一部分的顶视半示意图，其显示例示性的接触几何形状适合用在较大发光二极管及具有一圆形接触也可供做一接合垫(bond pad)；
图7A是一现今低高宽比电极结构的侧视半示意图；
图7B是一高高宽比电极结构的侧视半示意图；
图8A是现今银界面光反射的半示意图；
图8B是显示图8A中在银界面不同入射角度下的反射率图表；
图9A是在现今垂直结构的发光二极管的氮化镓/二氧化硅/银(GaN/SiO2/Ag)界面光反射的半示意图；
图9B是显示图9A中在氮化镓/二氧化硅/银(GaN/SiO2/Ag)界面不同入射角度下的反射率图表；
图10A是显示在现今氮化镓/空气(GaN/Air)界面的光反射的半示意图；
图10B是显示图10A中在氮化镓/空气(GaN/Air)界面不同入射角度下的反射率图表；
图11A是显示在氮化镓/二氧化硅(GaN/SiO2)界面光反射的半示意图，其中根据本发明的一个实施例，该厚介电材料是厚的；
图11B是显示图11A中在氮化镓/二氧化硅(GaN/SiO2)界面不同入射角度下的反射率图表；
图12A是显示根据本发明一个实施例的氮化镓/空气/铝(GaN/Air/Al)界面光反射的半示意图；
图12B是图12A中在氮化镓/二氧化硅/铝(GaN/SiO2/Al)界面不同入射角度下的反射率图表，其中根据本发明的一个实施例该二氧化硅层的厚度小于或等于1.75倍的入射光波长；
图12C是图12A中在氮化镓/二氧化硅/铝(GaN/SiO2/Al)界面不同入射角度下的反射率图表，其中根据本发明的一个实施例该二氧化硅层的厚度大于1.75倍的入射光波长；
图13A是显示根据本发明一个实施例，光线在分布布拉格反射器反射的半示意图，该分布布拉格反射器由交替的二氧化硅(SiO2)层和二氧化钛(TiO2)层组成；
图13B是显示根据本发明一个实施例的图13A中在分布布拉格反射器不同入射角度下的反射率图表；
图14是显示根据本发明一个实施例不同材料及不同入射角度下的反射率图表；
图15A是显示根据本发明的一悬空电极的第一例示性实施例的半示意图；
图15B是显示根据本发明的一悬空电极的第二例示性实施例的半示意图；
图15C是显示根据本发明的一悬空电极的第三例示性实施例的半示意图；
图15D是显示根据本发明的一悬空电极的第四例示性实施例的半示意图；
图15E是显示根据本发明的一悬空电极的第五例示性实施例的半示意图；
图15F是显示根据本发明的一悬空电极的第六例示性实施例的半示意图；
图16A是显示根据本发明的具有一欧姆接触层的一悬空电极的第一例示性实施例的半示意图；
图16B是显示根据本发明的具有一欧姆接触层的一悬空电极的第二例示性实施例的半示意图；
图16C是显示根据本发明的具有一欧姆接触层的一悬空电极的第三例示性实施例的半示意图；
图16D是显示根据本发明的具有一欧姆接触层的一悬空电极的第四例示性实施例的半示意图；
图16E是显示根据本发明的具有一欧姆接触层的一悬空电极的第五例示性实施例的半示意图；
图16F是显示根据本发明的具有一欧姆接触层的一悬空电极的第六例示性实施例的半示意图；
图17A是一现今侧向结构发光二极管的截面示意图；
图17B至图17D是显示图17A中该发光二极管的制造方法的一些步骤的对应结构透视半示意图；
图18A是根据本发明一个实施例的垂直结构发光二极管的截面示意图；
图18B至图18E是显示图18A中该发光二极管的制造方法的一些步骤的对应结构透视半示意图；
图19A是根据本发明一个实施例的侧向结构的发光二极管截面示意图；
图19B至图19E是显示图19A中该发光二极管的制造方法的一些步骤的对应结构透视半示意图；
图20A是根据本发明一个实施例的一悬空结构的另一实施例的透视半示意图；
图20B是根据本发明一个实施例的一悬空结构的另一实施例的透视半示意图；
图21A是本发明在拉长型发光二极管的一例示性实施例的半示意图；
图21B是本发明在拉长型发光二极管的一例示性实施例的半示意图；
图22A是本发明在拉长型发光二极管的一例示性实施例的半示意图；
图22B是本发明在拉长型发光二极管的一例示性实施例的半示意图；
图22C是本发明在拉长型发光二极管的一例示性实施例的半示意图；
图23A是本发明在拉长型发光二极管的一例示性实施例的半示意图；
图23B是本发明在拉长型发光二极管的一例示性实施例的半示意图；
图23C是本发明在拉长型发光二极管的一例示性实施例的半示意图；及
图24是本发明在拉长型发光二极管的一例示性实施例的半示意图。
附图标号：
10----发光二极管
11----高折射系数介质
12----低折射系数介质
20----发光二极管
21----p型层
22----n型层
23----电极
24----电极
26----主动区
27----透光非导电性基板
28----割出空间
30----发光二极管
31----p型层
32----n型层
33----电极
36----主动区
37----导电性基板
41----氮化镓
42----铬电极
43----金电极
44----金/铬金属电极结构
46----反射率曲线
47----反射率曲线
48----反射率曲线
51----半导体材料
52----欧姆接触
53----金属接触
54----接触结构
55----半导体
56----欧姆接触/电流分布层
57----金属电极
61----半导体
62----电极
63----十字形接触
71----氮化镓
72----铬电极
73----金电极
74----金/铬金属电极结构
75----氮化镓
76----铬电极
77----金电极
81----氮化镓
82----银电极
83----反射率曲线
84----反射率曲线
85----反射率曲线
101----导电性支撑衬底
102----银金属层
103----λ/4介电材料
104----氮化镓半导体
121----氮化镓半导体材料
131---氮化镓半导体材料
132----二氧化硅层
141----氮化镓(GaN)基材
142a----电极
142b----电极
142c----电极
142d----电极
142e----电极
142f----电极
143a----空气间隙
143b----空气间隙
143c----厚空气间隙
143d----厚二氧化硅层
143e----厚SiO2区块
143f----厚SiO2区块
144----氧化铟锡(ITO)层
151----反射率曲线
152----反射率曲线
153----反射率曲线
161----半导体
162----金属电极
163----厚介电层
171----氮化镓基板
172----厚介电材料二氧化硅层
173----电极
181----半导体材料
182----二氧化硅层
183----二氧化钛层
184----电极
185----厚介电层
191----反射率曲线
192----反射率曲线
193----反射率曲线
1001----导电延伸电极
1002----厚介电层
1003----厚介电层
1004----割出空间
1005----导电延伸电极
1006---打线焊垫
1007----打线焊垫
1008----半导体材料
1091----打线焊垫
1091a----打线焊垫
1092----打线焊垫
1092a---打线焊垫
1092b----打线焊垫
1093----半导体层
1094----主动区
1096----衬底
1097----p型层
1098----n型层
1099----割出空间
1099a----割出空间
1101----厚介电层
1102----厚介电层
1102a----厚介电层
1192b----打线焊垫
1201----半导体材料
1202----厚介电层
1203----p型导线延伸导线
1204----厚介电层
1205----延伸导线
1217----打线焊垫
1218----打线焊垫
1219----打线焊垫
1280----半导体材料
1281----割出空间
1283----末端
1220----间隙
1501----厚p型焊垫介电层
1502----延伸导线
1503----厚n型焊垫介电层
1504----割出空间
1505----延伸导线
1507----n型焊垫
1511----打线焊垫
1512-----打线焊垫
1701----厚介电层
1702----延伸导线
1801----反射率曲线
1802----反射率曲线
1803----反射率曲线
1804----反射率曲线
1805----反射率曲线
1806----反射率曲线
1807----反射率曲线
1901----反射率曲线
1902----反射率曲线
1903----反射率曲线
1951----反射率曲线
1952----反射率曲线
1953----反射率曲线
1954----反射率曲线
1955----反射率曲线
2401----半导体材料
2402----割出空间
2403----n型焊垫
2404----p型焊垫
2406----厚介电层
2407----厚介电层
具体实施方式
发光二极管(LEDs)辐射出光线以回应由于电流所造成的激发。一典型的LED是利用有机金属气相外延法或类似技术成长一异质结构(heterostructure)在一基板上。一LED异质结构包含n型及p型半导体层夹持一发光层例如一主动区(active region)。例示性的主动区可以是被阻障层(barrier layer)包围的量子井。典型上，电性接触被附着在该n型及p型半导体层。当一顺向偏压跨越该等电性接触被施予时，电子与电洞会从该n型及p型层流出而在该主动区产生光。
一LED的电转换光效率是由内部量子效率、光取出效率及电阻造成的损耗的乘积来决定。内部量子效率是由半导体层的品质与元件的能带结构所决定。两者都是由半导体层沉积时所决定。
光取出效率是离开LED晶片的光与主动区产生的光的比率。光取出效率是由LED的几何形状、半导体层的光自我吸收、电性接触的光吸收，及与LED接触用来封装一元件的材料的光吸收所决定。
半导体层倾向于有相对高的折射系数。因此，大部分从LED主动区产生的光在离开晶片前会在晶片表面进行多次的内部反射。为了提高光取出效率，减少半导体层的吸收及因为电性连接至晶片造成的吸收是很重要的。当这些层可以被制造成具有非常低的光吸收率，通过具透光性或高反射性，实质上整体的LED光取出效率就可以提升。
请参考图1，光线从一高折射系数介质11内部射向与一低折射系数介质12的界面。该光线可有不同的入射角度。该光线从一高折射系数介质11遇到与一低折射系数介质12的界面时，该光线不是穿透进入该低折射系数介质12中，不然就是反射回到该高折射系数介质11中。
根据斯涅耳定律(Snell’s law)，一部分的光线从一具有折射系数n1的材料传播进入一具有较低折射系数n2的材料，在入射角度小于临界角θc时光才能进入折射系数较低的材料中。左边的箭头指出此种现象，光从具有折射系数n1的材料进入具有较低折射系数n2的材料系连续的。
相反地，根据斯涅耳定律，光线从一具有折射系数n1的材料传播进入一具有较低折射系数n2的材料，在入射角度大于临界角θc时，全部的光会反射回到折射系数较高的材料中。可得知此机制为全内反射(Total InternalReflection，TIR)，右边箭头指出此种现象，光从具有高折射系数n1的材料进入具有较低折射系数n2材料中是不连续的，该箭头反而延伸回到具有高折系数的材料中。
光在具有一高于外部材料(例如光在半导体材料中，而空气或一环氧树脂包胶则为外部材料)的高折射系数材料内，以一大于临界角θc的入射角射向界面时会产生全内反射。典型的半导体材料具有比周围空气(折射系数等于1)或环氧树脂包胶(可具有折射系数接近1.5)还要高的折射系数。
在一LED中，反射回LED晶片的光线会进一步被其他材料吸收。此种不希望发生的吸收会减少LED可提供的光线量而会降低LED的效率。
对于传统的LEDs，在结构内部产生的大部分光在离开一半导体晶片时会遭遇全内反射。以传统做在蓝宝石基板上的氮化镓(GaN)LED而言，将近70％的光会被限制在该蓝宝石基板及氮化镓(GaN)外表面之间。光线会因为全内反射重复地反射，因此被金属电极或其他材料多次吸收。所以很需要创造出一种结构可以将此吸收降至最低。
这里所提到的电极是指一导体(例如一金属导体)提供电流至一LED的半导体材料。因此，该电极可电性接触该半导体材料。然而，并不是该电极的所有部分都有必要电性接触该半导体材料。事实上，根据本发明的一或多个实施例，一部分的电极用来电性接触该半导体材料，及另一部分的电极并未电性接触该半导体材料。
现在参考图2，其显示一当今侧向结构LED。发光二极管20的一p型层21及一n型层22的表面上经由金属化形成电极23及电极24。p-n接面或主动区26在p型层21与n型层22之间。电极23及电极24提供一路径可提供电能至发光二极管20。该元件结构的该半导体可由一透光非导电性基板27所支持，该基板27包含一种材料如蓝宝石，p型层21及n型层22的电性接触必须制作在该元件的顶表面。
图2显示的结构中，p型层21已经裸露在该结构的顶部表面上，电性接触即可容易地制作在其上。然而，n型层22被埋在p型层21及主动区26的下面。为了要使n型层22达到电性接触，移除一部分的p型层21及主动区26(虚线表示出移除的部分)以形成一割出空间28，以裸露下方的n型层。在制作出该割出空间28后，该n型层电性接触或电极24可被形成。
如图2表示的此种元件结构，会导致电流大致上在侧向方向(in the lateraldirection)流动。这就是为什么它们会被称做侧向结构(lateral structure)。此种侧向结构的一个缺点是，一部分的发光区域必须被移除以产生该割出空间28，以使该n型电极24可被形成。当然，这会减少该主动区的面积而因此降低发光二极管20产生光的能力。
现在请参考图3，另一替代的发光二极管30结构其中该半导体(包含一p型层31及一n型层32一起定义出一主动区36)被一导电性基板37支持。基板37可由一透光导电的材料例如碳化硅(silicon carbide)所制成，或由一不透光导电的材料如铜或钼制成。该发光二极管可被制作成该n型层或p型层与该基板接触。
在该发光二极管中，导电基板37可供做一电极，而另一电极33可轻易地形成在该顶部表面上，例如p型层30的该顶部表面上。因为该等接触或电极是在该发光二极管30的相对表面上，电流大致上为垂直方向流动。此种元件结构因此被称为垂直结构。
不管是垂直或侧向发光二极管结构的该金属电极，皆须满足同样的需求。这些需求包括良好粘着性、具有欧姆接触该半导体的能力、良好导电性及良好可靠度。通常，通过使用两层或更多层的材料可满足这些需求。举例来说，一第一金属层例如铬或钛可提供良好粘着性及欧姆接触。一第二金属层例如银或金可提供良好导电性。
虽然铬有良好粘着性及金是一良导体，但这两种材料于可见光范围都没有良好的光反射率。该光反射率及其对应的光吸收率可由这些结构的折射系数及其对应的厚度计算出来。
这里没有提供材料的厚度，该厚度可以被假设为足够大，因此光干涉现象可以不用考虑。举例来说，该反射率的计算一般假设该入射与出射介质为半无穷大(semi-infinite)。在厚度没有被指定的金属反射层的情况下，假定它们的厚度足够厚，一般来讲，为数千纳米，因此极少量的光线会抵达该金属的另一面。表格一的折射系数值被用来计算本发明所有的反射率曲线。
表格一
 
介电材料 缩写 波长(纳米) 折射系数(实数部分) 折射系数(虚数部分)
铝 Al 450 0.49 -4.7
二氧化钛 TiO2 450 2.57 -0.0011
二氧化硅 SiO2 450 1.465 0
空气 Air 450 1 0
金 Au 450 1.4 -1.88
铬 Cr 450 2.32 -3.14
氧化铟锡 ITO 450 2.116 -0.0047
钛 Ti 450 2.27 -3.04
银 Ag 450 0.132 -2.72
氮化镓 GaN 450 2.45
纳米多孔性二氧化硅 SiO2_Nano 633 1.1 0
二氧化钛 TiO2 633 2.67 0
磷化镓 GaP 633 3.31 0
二氧化硅 SiO2 633 1.456 0
在此揭露的材料厚度可以表示为绝对单位，TABS，如微米或纳米。替代地，该材料的厚度也可表示为光线在该介质中波长的相对倍数，TlRel。当给定材料厚度为一波长(λ)的倍数后，此参数特定地对应光线在该材料中的波长。通过以下的公式一，该参数除以该材料的折射系数可换算出该绝对厚度。举例来说。一λ/4的二氧化硅在450纳米将会是76.8纳米(0.25·450/1.465)。
TABS＝(TλRel/N)·λ                  (公式一)
光反射率曲线为入射角的函数具有两个成份，即P-极化光及S-极化光。P-极化光感受布鲁斯特角(Brewster’s angle)，所以相较于S-极化光有较低的整体反射率。
现在参考图4A，一当今半导体及电极结构图显示一电极44对于来自该半导体41的光反射。该电极利用一典型的铬42及金43电极组合结构并形成在一氮化镓(GaN)半导体41上。光以45度角度入射产生一反射，平均只有25％的该P-极化光及S-极化光被反射，而有75％的光被吸收。因此，该当今电极组合结构具有所不希望的高吸收度。
虽然图4A显示一金/铬金属电极结构形成在氮化镓(GaN)上，也可替代地利用其他金属或半导体材料。
现在参考图4B，一图表显示图4A的元件在氮化镓/铬/金(GaN/Cr/Au)界面不同入射角度的反射率。
现在参考图5A，显示一更通用的当今接触结构。根据此更通用的接触结构，一欧姆接触及/或电流分布层(current spreading layer)52可介于一金属接触53及一半导体材料51之间。为了粘着性、扩散阻障、锡球、导电性及欧姆接触的目的，该金属接触53可具有多层。该等层可由各种金属或金属组合包括镍、铂、钛、银、铝、金、锡、铅及铬制成。该半导体51可来自材料系统例如砷化铝镓(AlGaAs)、磷化铝镓铟(AlInGaP)、氮化铝镓铟(AlInGaN)及磷化镓砷(GaAsP)。该欧姆接触层可以是部分该等金属电极层如氧化镍。
现在参考图5B，一导电金属氧化物如氧化铟锡(ITO)或氧化镍可沉积在该半导体55的整个表面上，以定义出一欧姆接触/电流分布层56，一金属电极57在其上形成。在此情况下，该欧姆接触/电流分布层56被使用作为欧姆接触及电流分布层。可有一层允许作为欧姆接触在该发光二极管半导体材料顶部表面上，例如一重掺杂区域(heavily doped region)。
尽管有精确的金属电极构形、半导体材料或发光二极管结构，目前的金属电极都会不被期待地吸收一些光。此外，金属接触并不透光，它们会挡住使光脱离的部分表面面积。因此，该当今电极具有双重效果。它们不仅直接吸收部分入射光，并且其余的反射光被反射回到元件中而被其他材料再次吸收。光吸收总量与该电极实际的结构有高度相关性，而且倾向于正比于该电极接触面积大小。
现在请参考图6A至图6C，讨论减缓电流拥挤问题的电流分布原理。该当今发光二极管的p型层及n型层为薄的且具有相对低的导电性。因此，这些层无法均匀分配电流至该p-n接面例如主动区的所有区域。对于较大面积，该主动区的部分区域远离该电极，因此相较于距离电极较近的区域，在较远的区域会有较少的电流。这会导致不均匀的电流分布及不均匀的发射光。为了减少电流拥挤，该等金属电极的几何形状会被延伸至该半导体的整个表面。然而，这些延伸会导致额外不想要的光吸收。
参考图6A，一圆形接触或电极62可形成在一半导体61上并且可以被当作是一打线垫。参考图6B，一十字形接触63可与电极62结合加强电流分布。参考图6C，其他不同几何结构63同样可与电极62结合而促进电流分布，尤其是在较大尺寸发光二极管晶粒上。
一般来讲，打线被使用作为一种手段提供电能至发光二极管。然而，该打线焊垫区域的最小尺寸大约是100微米x100微米。无论元件大小为何，每一个打线焊垫的大小是固定的，此吸收光及不透光的打线焊垫区域会占据发光二极管一大部分的表面积。
一种减少所不希望被电极吸收掉光的方法是使接触面积或电极宽度降至最小。如果电性连接至该发光二极管半导体材料是唯一的考量，则该接触的宽度可以相当小，例如几微米等级。然而，减少截面积会增加不想要的电阻值。在高功率应用中，该电极可能承载1安培或更高安培的电流。这需要截面积大小，宽度(W)x厚度(T)有一定的最小值以使电阻值最小化。因此，不能仅仅缩小该接触面积或该电极的宽度而不去补偿增加的电极电阻率。
现在参考图7A，一金电极的典型尺寸为W＝20微米及T＝2微米并且有一40平方微米的总截面积。理论上，适当比例地增加厚度并同时减少宽度是一个可维持固定截面积及固定电阻的方法，如参照图7B的以下讨论。
现在参考图7B，根据本发明的一个实施例，电极77的高宽比(aspect ratio)可以增加。该电极77的高度相对它的宽度可以增加。举例来说，高度可以增加以提供大于2.5微米的厚度。通过此一方式，该电极74接触半导体75(因此造成光吸收)的面积减少而导致光吸收同样减少。增加该电极77的高度可维持需要的导电性。该接触面积减少而该电极的厚度增加以维持需要的导电性。然而，制造费用及实际的工艺(process)考量一般限制电极的厚度至2.5微米或以下。如果该电极只是被用做该半导体材料的电性接触，该电极接触面积及其伴随的吸收将会变得非常大于实际需要值。
另一减少电极吸收的方法是增加该电极的反射率。一些先前技术的作法已经被使用来制造发光二极管的反射电极。最简单的作法是使用具有高反射率的金属。这些金属包括铝、银、铼及熟悉本技术领域技术人员已知的其他金属。
所选择的金属不仅是要有高反射率，也需要对于半导体材料具有可接受的低电阻欧姆接触。在p型氮化镓铟铝(AllnGaN)的情况下，只有银具有低电阻值及高反射率。
参考图8A，显示一银组成的金属电极结构。一银电极82形成在一半导体基板81上。不幸地，在元件操做期间，银会失去光泽及遭受到电子迁移(electron migration)而引起可信度的问题。同样，银基材接触的接触电阻有时也会在元件操作期间随着时间增加。
现在参考图8B，显示图8A的银电极在不同入射角度下的反射率。即使使用高反射金属电极，银，接近垂直入射的每次反射的吸收率将近10％。因此将很需要进一步降低吸收率至10％以下。
现在参考图9A，已知使用一层λ/4介电材料103例如二氧化硅，以增加一垂直结构发光二极管的反射率。该介电材料103形成在一氮化镓(GaN)半导体104与一银金属层102之间，两者皆形成在一导电性支撑衬底101上。然而，如以下的讨论，使用一λ/4的介电材料实质上并不会增加反射率。
现在请参考图9B，可看到使用该λ/4介电材料层的确对于入射的S极化光提供增加的反射率，如曲线153所示。然而，P极化光以大约47度入射该介电材料层时反射曲线会有一深度下降，如曲线152表示。曲线151指出S极化光及P极化光的平均反射率，此深度下降实质上减少整体的反射率。因此，针对光会被发光二极管电极吸收的问题，使用一λ/4介电材料层不是合适的解决方法。
根据本发明的一个实施例，一反射电极结构使得介于该电极及该发光二极管半导体材料之间的接触面积降至最小。一相当厚的介电材料设置于一导电电极及该半导体材料之间以使部分该电极电性绝缘而允许该电极的其它部分电性接触。该介电材料可具有比该半导体还低的折射系数及具有足够的厚度以致于当入射角度大于临界角Θc可发生全内反射(totalinternal reflection)，讨论如下。
介电材料的全内反射提供所希望的接近100％的反射率。全内反射在大于临界角Θc时发生。在氮化镓与空气界面的情况下，临界角接近24度。在氮化镓与二氧化硅的界面情况下，临界角接近37度。
现在请参考图10A，显示光在氮化镓/空气界面反射的半示意图。由于入射角大于临界角Θc，一光线在该界面会被反射回到氮化镓半导体材料121。
现在参考图10B，显示图10A的氮化镓/空气界面的不同光入射角度下的反射率。
现在参考图11A，显示根据本发明一个实施例光在氮化镓/二氧化硅界面反射的半示意图。由于入射角度大于临界角Θc，光线在该半导体材料131及该二氧化硅界面会被反射回到该氮化镓半导体材料131。
现在参考图11B，显示根据本发明一个实施例图11A中在氮化镓/二氧化硅界面不同入射角度下的反射率。
现在参考图12A，显示根据本发明一个实施例光线在氮化镓/二氧化硅/铝(GaN/SiO2/Al)界面反射的半示意图。一部分的电极173悬空在氮化镓基板171上方及一厚介电材料二氧化硅(SiO2)层172形成于其间。另一部分的电极173直接形成在氮化镓基板171上。
现在参考图12B，显示根据本发明一个实施例该二氧化硅层厚度小于或等于1.75倍的入射光波长，图12A氮化镓/二氧化硅/铝界面的不同入射角度下的反射率。在λ/16的二氧化硅情况下并不会有全内反射现象，并且反射率比没有该二氧化硅层时稍微差。在λ/4的二氧化硅情况下还是不会有全内反射现象并且其反射率相当差。在λ/2的二氧化硅情况下，大角度入射会有全内反射现象，但在接近38度反射率会发生一大幅度下降。在1.75λ时，大角度入射会有全内反射发生且反射率没有明显下降。因为在λ/2二氧化硅时开始发生全内反射，该“厚”介电材料是指厚度大于λ/2或等于λ/2的所有介电材料。
现在请参考图12C，是根据本发明一个实施例其该二氧化硅层的厚度大于1.75倍的入射光波长的图12A中在氮化镓/二氧化硅/铝界面不同入射角度下的反射率。
一旦该介电层大于全内反射的最小厚度时，其精确厚度就不再像基于干涉原理的传统光学镀膜那样的严格，而允许在制造过程中有较大范围。图12C显示一厚介电层在两个不同厚度下的反射率曲线，一个在1.75λ，另一个在1.85λ。全内反射的角度没有改变。
现在参考图13A，根据本发明一个实施例中光线在分布布拉格反射器反射的半示意图，该分布布拉格反射器由交替的二氧化硅(SiO2)层182和二氧化钛(TiO2)层183组成形成在该厚二氧化硅介电基材层185上。一电极184电性接触半导体材料181并且是在该分布布拉格反射器层上方的最后一层。该厚介电层185是在该分布布拉格反射器迭层及半导体材料181之间。
该厚介电层在大角度时成为一有效的反射器。然而，它不会实质上加强入射角在临界角以下的反射率。可以加入一分布布拉格反射器(DBR)以增加在较低入射角度的光反射。分布布拉格反射器(DBRs)通常利用一串联的交替的高/低折射率介电材料制成。如图13A所示，一串联的两对λ/4二氧化硅(SiO2)及λ/4二氧化钛(TiO2)覆盖在一1.75λ的二氧化硅厚层上以增加在低入射角度的反射。DBRs使用光干涉原理以影响反射，以至于它们的厚度的精确度比在其下方的该二氧化硅厚层的厚度还要重要。
以下的表格二提供根据本发明一或多个实施例的电极材料更多信息。该镀膜厚度的参考波长为0.45微米。相位及延迟数值以角度为单位。该镀膜有六层。入射介质为氮化镓(GaN)。使用的光波长为0.45微米。
表格二
 
材料 厚度
Al1 1.000000
SiO2 0.250000
TiO2 0.250000
SiO2 0.250000
TiO2 0.250000
SiO2 0.750000
现在参考图13B，是显示根据本发明一个实施例中相较于一种只有厚介电层的设计及相较于一种没有厚介电层也没有DBR的设计，图13A在分布布拉格反射器不同入射角度下的反射率。
现在参考图14，是显示根据本发明一个实施例相较于先前技术，不同材料及不同入射角度下的反射率。一金金属层具有一铬层在其下方具有最差的反射率如最低的曲线1951所示。铝的反射率实质上较好如曲线1952所示。银的反射率更好如曲线1953所示。一银金属层具有一二氧化硅厚介电层在其下方相较于银大致上有更好的反射率，虽然曲线1954在某些地方下陷低于曲线1953。一银金属层具有两对DBR及伴随一二氧化硅厚层有最佳的反射率，如曲线1955所示。
现在请参考图15A，是根据本发明的一悬空电极(suspended electrode)的第一例示实施例的半示意图。电极142a悬空在一氮化镓(GaN)基材141上而有一厚空气间隙143a形成在其间。电极142a的支撑在其两侧。
现在请参考图15B，是根据本发明的一悬空电极的第二例示实施例的半示意图。电极142b悬空在一氮化镓(GaN)衬底141上方而使得有多个空气间隙143b形成在其间。电极142a的支撑在其两侧及中间。
现在请参考图15C，是根据本发明的一悬空电极的第三例示实施例的半示意图。电极142c悬空在一氮化镓(GaN)衬底141上而使得有一厚空气间隙143c形成在其间。电极142c只支撑在其一侧。
现在请参考图15D，是根据本发明的一悬空电极的第四例示实施例的半示意图。电极142d悬空在一氮化镓衬底141上而有一厚二氧化硅层143d形成在其间。电极142d的支撑在其两侧。
现在请参考图15E，是根据本发明的一悬空电极的第五例示实施例的半示意图。电极142e悬空在一氮化镓衬底141上并且有多个厚SiO2区块143e形成在其间。电极142e的支撑在其两侧及其中间。
现在请参考图15F，是根据本发明的一悬空电极的第六例示实施例的半示意图。电极142f悬空在一氮化镓(GaN)衬底141上以使得一厚SiO2层143f形成在其间。电极142d的支撑仅在其一侧。
现在请参考图16A，是根据本发明设有一欧姆接触层的一悬空电极的第一例示实施例的半示意图。除了加入氧化铟锡(ITO)层144，图16A的该电极结构相似于图15A的电极结构。
现在请参考图16B，是根据本发明设有一欧姆接触层的一悬空电极的第二例示实施例的半示意图。除了加入氧化铟锡(ITO)层144，图16B的该电极结构相似于图15B的电极结构。
现在请参考图16C，是根据本发明设有一欧姆接触层的一悬空电极的第三例示实施例的半示意图。除了加入氧化铟锡(ITO)层144，图16C的该电极结构相似于图15C的电极结构。
现在请参考图16D，是根据本发明设有一欧姆接触层的一悬空电极的第四例示实施例的半示意图。除了加入氧化铟锡(ITO)层144，图16D的该电极结构相似于图15D的电极结构。
现在请参考图16E，是根据本发明设有一欧姆接触层的一悬空电极的第五例示实施例的半示意图。除了加入氧化铟锡(ITO)层144，图16E的该电极结构相似于图15E的电极结构。
现在请参考图16F，是根据本发明设有一欧姆接触层的一悬空电极的第六例示实施例的半示意图。除了加入氧化铟锡(ITO)层144，图16F的该电极结构相似于图15F的电极结构。
现在参考图17A至图17D，是显示现今的一侧向发光二极管结构及工艺步骤。
参考图17A，一对打线焊垫1091及1092促进电流作用至一半导体1093。半导体1093形成在一衬底1096上。半导体1093包含一p型层1097及一n型层1098(n型层1098及p型层1097一般可以互相交换)。根据已知原理，该电流引起主动区1094产生光。
参考图17B，图9A的该发光二极管制造包括形成一半导体层1093在一衬底1096上。半导体层1093包含一n型层1098及一p型层1097(如图17A所示)。
参考图17C，一部分的p型层1097被移除，如利用刻蚀技术。一足够大的部分p型层1097被移除以露出下方一部分的n型层1098。移除的部分p型层定义出一割出空间(cutout portion)1099。该割出空间1099的形成使n型层1098裸露出来。
参考图17D，打线焊垫1091形成在p型层1097上及打线焊垫1092形成在n型层1098上。打线焊垫1091及打线焊垫1092覆盖半导体1093相当大部分的表面积。举例来说，一现今发光二极管的该等电极打线焊垫可以是100微米x100微米。因此它们会吸收大量从主动区1094产生的光线。进一步地，该较大的割出空间1099供一打线焊垫1092使用而减少主动区1094的大小并进而降低该现今发光二极管的光产生量。不论元件大小，该电极的尺寸是固定的，前述所不希望的光吸收可能是整体表面积区域的一大部分，特别是对于较小尺寸的发光二极管。
值得注意的是一部分电极在割出空间内及一部分电极在割出空间外的电极结构提供实质的优点，即使该电极是不具有光反射性。举例来说，如以下图18A至图18B描述的该电极结构提供足够的打线区域而最小化该割出空间大小而使得较少的主动区被移除及有更多的光产生。
现在参考图18A至图18E，显示根据本发明一个实施例的一例示性当今侧向发光二极管结构及其工艺。一厚介电层1101及1102分别形成在打线焊垫1091a及1092a下方。厚介电层1101及1102加强打线焊垫1091a及1092a的反射率，所以所不希望的光吸收实质上可以被降低。每一打线焊垫1091a及1092a的一部分保持接触半导体1093以促进电流流过。
在此使用的一厚介电层是指一具有足够厚度的介电层以致于干涉现象不是很重要。再者，在此使用的一厚介电层可有一大于λ/4的厚度。举例来说，一厚介电层可具有一厚度等于或大于λ/2，或接近1.5λ，或接近1.75λ或大于1.75λ。
参考图18B及图18C，半导体1093形成在衬底1096之上及割出空间1099形成在半导体1093中如图187及图17C所示。
参考图18D，厚介电层1101及1102分别形成在p型层1097及n型层1098上。厚介电层1101及1102可根据已知的原理形成。
参考图18E，打线焊垫1091a形成并至少部分覆盖该厚介电层1101，及打线焊垫1092a形成并至少部分覆盖该厚介电层1102。如上面所提到的，一部分的打线焊垫1091a及1092a接触在其下方的半导体1093。
现在请参考图19A至图19E，显示根据本发明一个实施例的例示性侧向发光二极管结构及其工艺。
现在参考图19A，一厚介电层1101及1102a分别形成在打线焊垫1091a及1092b下方。厚介电层1101及1102a增强打线焊垫1091a及1092b的反射率以致于该不希望的光吸收实质上可以被降低。每一打线焊垫1091a及1092b保持接触半导体1093以促进电流流过。
参考图19B及图19C，半导体1093形成在衬底1096上及割出空间1099a形成在半导体1093中如图17B及图17C所示。然而，在此实施例中，割出空间1099a形成一L-形状构形，以减少其表面积。通过此一方式，该割出空间1099a的形成使得较少的主动区被牺牲，该发光二极管的亮度因而增加。
参考图19D，一厚介电层1101形成在该p型层1097上。另一厚介电层1102a部分形成在p型层1097及部分形成在n型层1098上。厚介电层1101及1102a可根据已知原理形成。在此例子中，该厚介电层1102a沿着该p型层1097及主动区1094的边缘向下延伸以电性绝缘该打线焊垫1092b。也就是说，厚介电层1102a形成在p型层1097及n型层1098上及两者间的界面，例如主动区1094。厚介电层1102a从p型层1097阶梯式向下延伸至n型层1098。厚介电层1102a的结构可从图19A的截面结构中清楚看出。
参考图19E，打线焊垫1091a形成至少部分覆盖厚介电层1101及打线焊垫1092b形成至少部分覆盖厚介电层1102a。如上面提及的，一部分的打线焊垫1091a接触p型层1097及一部分的打线焊垫1092b接触n型层1098。在此情况下，打线焊垫1092b向下形成被厚介电层1102a隔开并覆盖该厚介电层1102a及电性接触n型层1098。打线焊垫1092b的构形可从图19A清楚看出。
在此实施例中，厚介电层1101及1102a实质上减少打线焊垫1091a及1092b的光吸收，所以可以增加该发光二极管的亮度。减少割出空间1099a的大小提供一更大的主动区1094，而进一步提高发光二极管的亮度。
根据本发明，一厚介电层可形成在每一打线焊垫的至少一部分及/或电极与该半导体材料之间。该厚介电材料增强反射率以使得打线焊垫及/或电极所不希望的光吸收实质上被减少。
现在参考图20A，是根据本发明一实施例的一悬空电极结构的一实施例的透视半示意图。一金属电极162形成在一半导体161上。一厚介电层163形成在金属电极162及半导体161之间。一部分的电极162形成在厚介电层163上及一部分电极162接触半导体161，以使得电极162电性接触半导体161。
现在参考图20B，是根据本发明一个实施例的另一种悬空电极结构的透视半示意图。除了该厚介电层163被分割以使得相较于图20A部分电极162在不同地方接触半导体，此结构大致相似于图20A。如图20B所示，电极162多重接触半导体161。诚如熟悉此技者所了解，不同构形的电极162及厚介电层163使电极162在各种不同位置接触半导体161是为可行。
图21A至图24显示根据本发明一或多个实施例的一例示性电极结构其是利用厚介电层。举例来说，一或多层绝缘介电层可形成在打线焊垫下方。此种结构的优点包括：减少电流拥挤，而利于一简单设计；由于电极下方的该(等)介电层可形成一镜面，使光吸收最小化；通过减少割出空间而能更有效率地利用发光区域；对于大范围的晶粒大小，一更容易改变大小的设计；较低的顺向偏压；较均匀的电流分布。
图21A至图24的例示性实施例是一拉长型晶片(elongated chip)的实施例。此拉长型晶片提供增强的亮度及更好的效率。
现在参考图21A，显示一拉长型晶片的一种电极设计。厚介电层1002及1003可形成于打线焊垫1006(举例来说，该p型焊垫)的下方及打线焊垫1007(举例来说，该n型焊垫)的下方。n型焊垫1007及n型电极延伸电极1001形成在半导体材料1008的刻蚀移除部分或割出空间1004上。
该厚介电层1002及1003使该打线焊垫1006及1007与该半导体材料1008绝缘，以减缓电流拥挤。此一改良的几何形状可导致更均匀的电流。实质上可减少造成不均匀亮度及可能损害该发光二极管的热点。
该等厚介电层并不形成在分别定义n型导线及p型导线的导电延伸电极1001及1005下方。导电延伸电极1001及1005因此可更均匀分散电流至全部的半导体1008。根据本发明的一种观点，提供电流至该发光二极管的该等电极之间的距离可以更均等。
值得注意的是全内反射提供一项实质上的优点于增加本发明一或多个实施例的光取出率。根据本发明至少一个实施例，可选择性使用一DBR结构以进一步增加光取出率。
如上所述利用全反射及/或DBR结构实质上可减少打线焊垫1006及1007所不希望的光吸收。此等绝缘体(如绝缘层1002及1003)可形成在打线焊垫1006及1007下方而不是形成在延伸电极1001及1005的下方，以使流过整个该半导体(及其主动区)的电流被更均匀的分布。
如图21A及图21B所示，打线焊垫1006及1007并不是精准地位于该等导线或延伸电极1001及1005的一端点。该等打线焊垫1006及1007可设置在沿着该等导线的任意位置上。因此，打线焊垫1006及1007可设置在端点、靠近端点，及/或在延伸电极1001及1005的中间位置。本发明可以使用打线焊垫1006及1007所在的任何位置。
参考图21B，显示图21A结构的一个可能改良结构。通过放置该n型焊垫于该p型表面及利用该厚介电层与该p型表面分隔减少了割出空间1104的面积。也就是说，至少一部分的该n型焊垫不是位于割出空间1104中，割出空间1104因此可以比图21A的割出空间还要小。此厚介电层必须也要覆盖该割出空间的边缘以保持该n型焊垫与该p型层绝缘。也就是说，该割出空间的面积减少以增加该主动区面积。利用一较小割出空间1004以产生较大的发光面积可允许更大的功率输出。
在某些应用中，n型及p型电极之间的距离可能太大，而导致一不想要的高顺向偏压。在这些情况下，使用多个电极是有利的。图22A至图23C显示可减少不想要的高顺向偏压的三种电极设计的各种例示性实施作法。
现在参考图22A至图22C，显示该n型打线焊垫分开成两个电性独立的打线焊垫1217及1218。原理上，它们可以互相接触(并因此互相电性接触)并因此形成一单一打线焊垫。本发明可以有两条分开的打线，分别对应打线焊垫1217及1218之一。然而，如果在打线焊垫1217及1218之间的间隙1220足够小的话，可使用单一打线焊垫将打线焊垫1217及1218电性连接在一起。在此规则下，任何所要的电极数量皆可使用。
参考图22A，显示两个n型打线焊垫1217及1218及单一p型打线焊垫1219可被使用。二厚介电层1204及1283可形成在一打线焊垫1219及位于其下方的该半导体材料1280之间。同样地，一厚介电层1202可以形成在打线焊垫1217及1218与该割出空间1281的该半导体材料1201之间。如上述提及的，此结构导致更均匀的电流分布。这在较大及/或较大电流发光二极管更为真实可见。
参考图22B，显示以类似于图21B的方式，该割出空间1201的面积相对于图22A的割出空间被减少。再者，二厚介电层1204及1283可形成在打线焊垫1219及位于其下方的该半导体材料1280之间。同样地，一厚介电层1202可形成在打线焊垫1217及1218与该割出空间1281的该半导体材料1201之间。
参考图22C，p型导线延伸导线1203在n型焊垫厚介电层1202的下方延伸，以致于p型导线延伸导线的一末端1230延伸至该厚介电层1202的右侧。再者，二厚介电层1204及1283可形成在打线焊垫1219及位于其下方的该半导体材料1280之间。同样地，一厚介电层1202可形成在打线焊垫1217及1218与该割出空间1281的该半导体材料1201之间。
参考图23A至图23C，该p型层及该n型层的位置可以互相交换(结果是个自的打线焊垫、绝缘体等位置也互相交换过来)，显示图22A至图22C的结构适合用于任一种元件。因此，n型焊垫1507及厚n型焊垫介电层1503形成在割出空间1504上，而p型打线焊垫1511及1512及厚p型打线焊垫介电层1501没有形成在割出空间1504上(图22A至图22C所示结构的相反结构)。因此，该等电极相对于图22A至图22C所示的是相反过来。
参考图24，显示一二电极发光二极管，其可促进更均匀的电流分布。一n型焊垫2403及一p型焊垫2404形成在一半导体材料2401上。n型焊垫2403具有一厚介电层2406形成在其本身与半导体材料2401之间。同样地，p型焊垫2404具有一厚介电层2407形成在其本身与半导体材料2401之间。
一割出空间2402是利于n型焊垫2403接触该半导体2401的该n型层。一部分的n型打线焊垫2403可形成在割出空间2402的外面(及因此在该半导体材料2401的该p型层上方)及一部分的n型打线焊垫2403可形成在割出空间2402的里面(提供该n-型层电性接触)。同样地，一部分的该厚介电层2406可形成在割出空间2402的外面(及因此在该半导体材料2401的该p型层上方)及一部分的该厚介电层2406可形成在割出空间2402的里面。
n型打线焊垫2403及厚介电层2406因此延着该割出空间2402的一边从半导体材料2401的该n型层向下延伸至其p型层，其方式相似于图21B所示者。此结构使割出空间2402大小最小化，如上面所讨论的，可增加发光二极管的亮度及效率。
p型导线或p型延伸导线2407从p型焊垫2404延伸以致于使流过半导体2401的主动区的电流更均匀的分布。一部分的p型焊垫2404及延伸导线2407的所有部分可直接形成在半导体材料2401上面(没有一厚介电层在两者之间)。
虽然图15至图24只显示单一厚介电层，一串联的一或更多分布布拉格反射器(DBR)对可设置在厚介电层及该电极之间。同样地，虽然图15至图24显示该电极直接接触该半导体材料，该接触可以经由一欧姆接触层或一电流分布层。
根据本发明一或多个实施例，该厚介电层可以是非穿孔性的(non-perforated)。也就是说，该介电层的截面结构是连续的，其可以被制造成不具有造成该厚介电层的截面结构不连续的任何孔洞或穿孔。
该介电材料可以是多孔性的。因此，该厚介电材料可能太紧密(具有较高的反射系数)而可通过使该介电材料呈多孔性或不连续而有效的减少其密度(及该反射系数)。
综观前述，本发明的一或多个实施例提供一较明亮及/或更有效率的发光二极管。增加一发光二极管的亮度可增加它的利用性，而使其更适合使用在广泛的应用上。举例来说，较明亮的发光二极管很适合用在一般照明应用中。进一步来说，更有效率的发光二极管是需要的因为可减少在应用上的花费(例如降低提供一足够照明的电量)。
以上所描述的实施例，不会限制本发明。应了解的是，可根据本发明的原理做许多的修饰或变化。本发明涵盖的范围以权利要求为准。

Claims (31)

1.一种半导体发光二极管的电极结构，该电极结构包括：
一金属电极；及
一透光介电材料形成在一半导体上，该介电材料的折射系数大于或等于1且小于该半导体的折射系数及该介电材料的厚度大于λ/2，该介电材料对应该电极而形成以增加光反射度。
2.如权利要求1所述的半导体发光二极管的电极结构，其中：
一部分的该电极电性导通于一半导体材料；及
另一部分的该电极设置于该介电材料顶面。
3.如权利要求1所述的半导体发光二极管的电极结构，其中该介电材料的厚度接近1.75λ。
4.如权利要求1所述的半导体发光二极管的电极结构，其中：
该电极形成在一半导体材料上；及
该介电材料形成在一部分的该电极与该半导体材料的中间。
5.如权利要求1所述的半导体发光二极管的电极结构，其中：
该电极形成在一半导体材料上；
该介电材料形成在至少一部分的该电极与该半导体材料的中间；及
该半导体材料包含至少一种选自下列群组的材料：
砷化铝镓；
磷化铝镓铟；
氮化铝镓铟；及
磷化镓砷。
6.如权利要求1所述的半导体发光二极管的电极结构，其中该介电材料包含至少一种选自下列群组的材料：
二氧化硅；
一氧化硅；
氟化镁；
硅氧烷聚合物；及
空气。
7.如权利要求1所述的半导体发光二极管的电极结构，进一步包含一欧姆接触层形成在该电极与一半导体之间。
8.如权利要求1所述的半导体发光二极管的电极结构，进一步包含：
一欧姆接触层形成在该电极与一半导体之间；及其中该欧姆接触层包含至少一种选自下列群组的材料：
氧化铟锡；
氧化镍；及
二氧化铑。
9.如权利要求1所述的半导体发光二极管的电极结构，进一步包含：
一欧姆接触层形成在该电极与一半导体之间；其中该欧姆接触层是该半导体元件的一部分；及其中该欧姆接触层包含一重掺杂层。
10.如权利要求1所述的半导体发光二极管的电极结构，进一步包含一电流分布层形成在该金属与一半导体之间。
11.如权利要求1所述的半导体发光二极管的电极结构，进一步包含：
一电流分布层形成在该金属电极与一半导体之间；及其中该电流分布层包含至少一种选自下列群组的材料：
氧化铟锡；
镍；及
二氧化铑。
12.如权利要求1所述的半导体发光二极管的电极结构，进一步包含：
至少一对介电层构成一分布布拉格反射器(DBR)结构并设置在该电极与该介电材料之间，其中每一对介电层是大致上透光及由不同折射系数的多个材料层组成，其厚度接近λ/4的数倍。
13.如权利要求1所述的半导体发光二极管的电极结构，进一步包含：
一介电基层；
至少一对分布布拉格反射器介电层形成在该电极与该介电基层之间，该介电基层的厚度大于λ/2；及其中该每一对分布布拉格反射器介电层包含至少一种选自下列群组的材料：
二氧化钛；
五氧化三钛；
三氧化二钛；
氧化钛；
二氧化锆；
TiO2ZrO2Nb2O5；
二氧化铈；
硫化锌；
三氧化二铝；
氮化硅；
氧化铟锡；
五氧化二铌；
五氧化二钽；
硅氧烷聚合物；氧化硅；二氧化硅，或氟化镁。
14.如权利要求1所述的半导体发光二极管的电极结构，其中该电极包含至少一金属层。
15.如权利要求1所述的半导体发光二极管的电极结构，其中；
该电极包含至少一金属层；及
其中该等金属层选自下列群组：
铝；
银；
铑；
铅；
铜；
金；
铬；
铂；
钛；
镍/金合金；
铬/金合金；
银/铝混合物；及其组合。
16.如权利要求1所述的半导体发光二极管的电极结构，其中该电极形成在一半导体材料上，以定义出一侧向结构。
17.如权利要求1所述的半导体发光二极管的电极结构，其中该电极形成在一半导体材料上，以定义出一垂直结构。
18.如权利要求1所述的半导体发光二极管的电极结构，其中一部分的该金属形成一打线区域。
19.如权利要求1所述的半导体发光二极管的电极结构，其中一部分的该金属沿着一介电材料的边缘电性接触一半导体材料。
20.如权利要求1所述的半导体发光二极管的电极结构，其中一部分的该金属经由该介电材料中的开口电性接触该半导体材料。
21.如权利要求1所述的半导体发光二极管的电极结构，其中该介电材料是多孔性的。
22.如权利要求1所述的半导体发光二极管的电极结构，其中该介电材料包含多孔性氧化铟锡。
23.如权利要求1所述的半导体发光二极管的电极结构，其中该介电材料是多孔性二氧化硅。
24.如权利要求1所述的半导体发光二极管的电极结构，其中该介电材料的多孔性足以减少该介电材料的有效折射系数，以使得全反射发生在该半导体材料内。
25.一种反射式电极结构包括：
一金属电极；
一氮化铝镓铟材料被构成以发出一中心波长为λ的光；
二氧化硅介电材料形成在该氮化铝镓铟(AlInGaN)材料上，该介电材料的厚度大于接近λ/2；及
其中一部分的该电极形成于该介电材料上方，及另一部分的该电极与一半导体材料欧姆接触。
26.如权利要求25所述的反射式电极结构，其中该介电材料及该电极经由一氧化铟锡层与该半导体呈物理接触。
27.一种反射式电极结构包括：
一金属电极；
一氮化镓材料被构成以发出一中心波长为λ的光；
二氧化硅介电材料形成在该氮化镓材料上，该介电材料的厚度接近1.75λ；
至少一对分布布拉格反射器形成在该二氧化硅材料上；及其中一部分的该电极形成在该介电材料与该对分布布拉格反射器上方，另一部分的该电极与该半导体材料欧姆接触。
28.如权利要求27所述的反射式电极结构，其中该等分布布拉格反射器对的每一层透光，每一层具有不同的折射系数，及该每一分布布拉格反射器对的厚度是接近λ/4的数倍。
29.如权利要求27所述的反射式电极结构，其中该介电材料与该电极经由一氧化铟锡层与该半导体物理接触。
30.一种形成一发光二极管电极结构的方法，该方法包括形成一介电材料于一半导体材料上，及形成一导电电极，以使得该介电材料将至少一部分的该电极隔离于该半导体材料，而使得另一部分的该电极电性接触该半导体材料。
31.一种发光二极管电极结构，该电极结构包括：
一半导体材料，具有一n型部分及一p型部分；一金属n型电极，电性导通于该n型部分；
一金属p型电极，电性导通于该p型部分；
一透光的介电材料相对于该n型电极及该p型电极的至少之一而形成，以加强光的反射，该电极的厚度接近1.75λ；及其中该半导体材料、该n型电极及该p型电极配合以定义出一侧向发光二极管结构。
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