CN101859820A - 发光二极管结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发光二极管结构，其包括：基板、第一型掺杂半导体层、多个相互独立的发光层、第二型掺杂半导体层、第一接垫以及第二接垫。第一型掺杂半导体层位于基板上，多个相互独立的发光层位于该第一型掺杂半导体层上，第二型掺杂半导体层位于发光层上，第一接垫位于第一型掺杂半导体层上，且与第一型掺杂半导体层电连接，第二接垫位于第二型掺杂半导体层上，且与第二型掺杂半导体层电连接。本发明的发光二极管结构使发光层相互隔离，以增加发光二极管结构的内部量子效率，进而提高发光二极管结构的发光效率，且可避免产生蓝光偏移效应。

Description

发光二极管结构

技术领域

本发明涉及一种发光二极管(LightEmittingDiode，LED)结构，且特别涉及一种具有较佳的发光效率的发光二极管结构。

背景技术

由III-V族元素化合物半导体材料所构成的发光二极管是一种宽能隙(widebandgap)的发光元件，其可发出的光线从红外光一直到紫外光，而几乎涵盖所有可见光的波段。发光二极管元件的发光效率高低主要取决于发光层的内部量子效率(Internal quantum efficiency)以及元件的光取出效率(lightextractionefficiency)，即外部量子效率(Externalquantumefficiency)。其中，增加内部量子效率的方法主要是改善发光层的长晶质量及其结构设计，而增加光取出效率的关键则在于减少发光层所发出的光在LED内部全反射所造成的能量损失。

图1为公知的发光二极管芯片的立体示意图。请参照图1，公知的发光二极管芯片100是由基材110、N型半导体层120、发光层130、P型半导体层140、N型接触垫150以及P型接触垫160所构成。其中，N型半导体层120位于基材110上，而发光层130位于N型半导体层120上，且P型半导体层140位于发光层130上。此外，N型半导体层120的部分区域上未覆盖有发光层130与P型半导体层140。此外，上述N型接触垫150位于未被发光层130与P型半导体层140所覆盖的N型半导体层120上，而P型接触垫160则位于P型半导体层140上。

然而，在上述发光二极管芯片100中，由于发光层130是一个仅具有单一发光区域的膜层，因此，其发光效率仍有改善的空间。此外，上述发光二极管芯片100常会产生蓝光偏移效应(blue sllift effect)。所以，如何通过改变发光层的结构，以提高发光二极管的内部量子效率，并且避免蓝光偏移效应的发生，实为亟待解决的一大难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种发光二极管结构，其具有较佳的发光效率，且可避免产生蓝光偏移效应。

为解决上述技术问题，本发明提出一种发光二极管结构，其包括：基板、第一型掺杂半导体层、多个相互独立的发光层、第二型掺杂半导体层、第一接垫以及第二接垫。其中，第一型掺杂半导体层位于基板上。多个相互独立的发光层位于该第一型掺杂半导体层上。第二型掺杂半导体层位于发光层上。第一接垫位于第一型掺杂半导体层上，且与第一型掺杂半导体层电连接。第二接垫位于第二型掺杂半导体层上，且与第二型掺杂半导体层电连接。所述多个发光层之间设有绝缘层或空气间隙(air gap)使这些发光层相互隔离。

在本发明之一较佳实施例中，基板的材质选自硅、玻璃、砷化镓、氮化镓、砷化铝镓、磷化镓、碳化硅、磷化铟、氮化硼、氧化铝和氮化铝中的一种。

在本发明之一较佳实施例中，第一型掺杂半导体层为n型半导体层，而第二型掺杂半导体层为p型半导体层。

在本发明之一较佳实施例中，第一型掺杂半导体层包括：缓冲层、第一接触层与第一束缚层。其中，缓冲层位于基板上，第一接触层位于缓冲层上，而第一束缚层位于第一接触层上。

在本发明之一较佳实施例中，绝缘层的材料包括二氧化硅。

在本发明之一较佳实施例中，上述发光层的形状为多边形。

在本发明之一较佳实施例中，上述发光层的形状为圆形或椭圆形。

在本发明之一较佳实施例中，此发光层包括多量子阱结构。

在本发明之一较佳实施例中，第二型掺杂半导体层包括：第二束缚层以及第二接触层。其中，第二束缚层位于发光层上，且第二接触层位于第二束缚层上。

综上所述，本发明之发光二极管结构是利用绝缘层将发光层分割为多个不连续的岛状结构(emitting island)，或是通过空气间隙使发光层相互隔离，以增加发光二极管结构的内部量子效率，进而提高发光二极管结构的发光效率。此外，本发明的发光二极管结构也可通过具有不连续结构的发光层，以避免蓝光偏移效应的产生。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是公知的发光二极管芯片的立体示意图。

图2是本发明的发光二极管结构的第一实施例的剖面图。

图3A～3C是本发明中具有不同开孔形状的绝缘层的立体示意图。

图4是本发明的发光二极管芯片中的第一型掺杂半导体层、发光层与第二型掺杂半导体层的局部剖面图。

图5是本发明的发光二极管结构的第二实施例的剖面图。

图中附图标记说明：

100为发光二极管芯片          110为基材

120为N型半导体层             130为发光层

140为P型半导体层             150为N型接触垫

160为P型接触垫               200为发光二极管结构

200’为发光二极管结构        210为基板

220为第一型掺杂半导体层      222为缓冲层

224为第一接触层              226为第一束缚层

230为绝缘层                  232为开孔

232a为条状开孔               232b为矩形开孔

232c为椭圆形开孔             240为发光层

250为第二型掺杂半导体层      252为第二束缚层

254为第二接触层              260为第一接垫

270为第二接垫                280为空气间隙

具体实施方式

图2为本发明的发光二极管结构的第一实施例的剖面图。请参照图2，发光二极管结构200主要包括：基板210、第一型掺杂半导体层220、绝缘层230、多个发光层240、第二型掺杂半导体层250、第一接垫260以及第二接垫270。其中，第一型掺杂半导体层220位于基板210上。而绝缘层230位于第一型掺杂半导体层220上，且绝缘层230具有多个开孔232，以暴露出部分的第一型掺杂半导体层220。多个发光层240分别设置于绝缘层230中对应的开孔232内。第二型掺杂半导体层250位于绝缘层230及发光层240上。第一接垫260位于第一型掺杂半导体层220上，且与第一型掺杂半导体层220电连接。第二接垫270位于第二型掺杂半导体层250上，且与第二型掺杂半导体层250电连接。本发明即是通过绝缘层230中的开孔232，将发光层240分割为多个不连续的主动区域(discrete actiVe region)，如此一来，即可改变发光二极管结构200内的电流分布，以增加其内部量子效率，进而提高发光二极管结构200的发光效率。

以下将针对上述构件的详细结构进行描述，但以下的描述仅作为举例说明之用，并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形与改进，这些也应视为本发明的保护范围。

基板210的材质例如是硅、玻璃、砷化镓、氮化镓、砷化铝镓、磷化镓、碳化硅、磷化铟、氮化硼、氧化铝或氮化铝等半导体或非半导体之材质。第一型掺杂半导体层220位于基板210上，在本发明之一实施例中，第一型掺杂半导体层220可以是n型半导体层。

绝缘层230位于第一型掺杂半导体层220上，且其具有多个开孔232，以暴露出部分的第一型掺杂半导体层220。在本发明之一实施例中，绝缘层230可由绝缘材料所组成，例如：二氧化硅。此外，上述开孔232可具有各种不同的形状，如多边形、圆形、椭圆形或其它形状。图3A～3C为具有不同开孔形状的绝缘层的立体示意图。请参照图3A所示，绝缘层230中具有多个彼此相互平行的条状开孔232a：图3B中所示的绝缘层230具有多个呈矩阵形式排列的矩形开孔232b：而图3C中所示的绝缘层230则具有多个呈矩阵形式排列的椭圆形开孔232c。绝缘层230中的开孔232的形状、数目及其排列方式可依据不同的使用需求而进行设计，本发明对于开孔232的形状、数目及其排列方式不作任何限制。

发光层240分别设置于绝缘层230中对应的开孔232内，通过绝缘层230中的开孔232而将其分割为多个彼此分离的小区域，以使得发光层240形成不连续的结构，进而增加发光二极管结构200的内部量子效率。在本发明之一实施例中，发光层240可以是GaN或InGaN的多量子阱结构(Multiple Quantum Well，MQW)。此外，第一型掺杂半导体层220的部分区域上未覆盖有绝缘层230与发光层240。第二型掺杂半导体层250位于绝缘层230及发光层240上，在本发明之一实施例中，第二型掺杂半导体层250可以是p型半导体层。

图4为本发明的发光二极管芯片中的第一型掺杂半导体层、发光层与第二型掺杂半导体层的局部剖面图。请参照图4所示，在本发明之一实施例中，第一型掺杂半导体层220例如是包括缓冲层222、第一接触层(contact layer)224与第一束缚层226。缓冲层222位于基板210上：第一接触层224位于缓冲层222上：而第一束缚层226位于第一接触层224上，且其可由N型掺杂的氮化镓(GaN)所组成。绝缘层230及发光层240位于第一束缚层226之上。而第二型掺杂半导体层250包括第二束缚层252与第二接触层254。第二束缚层252位于绝缘层230及发光层240之上，且其可由P型掺杂的氮化镓(GaN)所组成。第二接触层254位于第二束缚层252之上，且其可由P型掺杂的氮化镓(GaN)所组成。

请再继续参照图2，第一接垫260位于未被绝缘层230与发光层240所覆盖的第一型掺杂半导体层220上，且与第一型掺杂半导体层220电连接。在本发明之一实施例中，第一接垫260的材质可为钛或铝合金等。而第二接垫270位于第二型掺杂半导体层250上，且与第二型掺杂半导体层250电连接。此外，第二接垫270的材料包括N型透明导电氧化层以及P型透明导电氧化层，其中，N型透明导电氧化层的材质为铟锡氧化物(ITO)以及P型透明导电氧化层的材质为CuAlO₂等。

图5为本发明的发光二极管结构其第二实施例的剖面图。请参照图5所示，发光二极管结构200’大致上与图2中所示的发光二极管结构200雷同，不过，在第二实施例中，各发光层240之间存在有空气间隙280，此即表示：在第二实施例中是利用空气来隔绝各发光层240，而此结构同样可用以提高发光二极管的发光效率。

发光二极管结构200’的制造方式，可先于第一型掺杂半导体层220上形成多个相互独立的间隔物(spacer)。接下来，将发光层240填入于各间隔物之间。最后，再将间隔物移除，即可形成多个相互独立的发光层240。此外，也可利用其它方式形成图5中所示的发光层240，例如：选择性外延。本发明对于图5中所示的发光层240的形成方式不作任何限制。

综上所述，本发明之发光二极管结构是利用具有多个开孔的绝缘层而将发光层分割为多个岛状结构，或是通过空气间隙使发光层相互隔离，以增加发光二极管结构的内部量子效率，进而提高发光二极管结构的发光效率。此外，本发明的发光二极管结构也可通过具有不连续结构的发光层，以避免蓝光偏移效应的产生。

以上通过实施例，对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形与改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种发光二极管结构，其特征是，包括：

基板；

第一型掺杂半导体层，位于该基板上；

多个相互独立的发光层，位于该第一型掺杂半导体层上；

第二型掺杂半导体层，位于上述这些发光层上；

第一接垫，位于该第一型掺杂半导体层上，且与该第一型掺杂半导体层电连接；以及

第二接垫，位于该第二型掺杂半导体层上，且与该第二型掺杂半导体层电连接。

2.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征是，所述多个发光层之间设有绝缘层或空气间隙使这些发光层相互隔离。

3.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征是，该基板的材质选自硅、玻璃、砷化镓、氮化镓、砷化铝镓、磷化镓、碳化硅、磷化铟、氮化硼、氧化铝和氮化铝中的一种。

4.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征是，该第一型掺杂半导体层为n型半导体层，而该第二型掺杂半导体层为P型半导体层。

5.根据权利要求1或4所述的发光二极管结构，其特征是，该第一型掺杂半导体层包括：

缓冲层，位于该基板上；

第一接触层，位于该缓冲层上；以及

第一束缚层，位于该第一接触层上。

6.根据权利要求2所述的发光二极管结构，其特征是，该绝缘层的材料包括二氧化硅。

7.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征是，所述发光层的形状为多边形。

8.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征是，所述发光层的形状为圆形或椭圆形。

9.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征是，所述这些发光层包括多量子阱结构。

10.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征是，所述第二型掺杂半导体层包括：

第二束缚层，位于上述这些发光层上；以及

第二接触层，位于该第二束缚层上。

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