CN101859838B - 一种发光二极管结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具焊垫反射层的发光二极管结构，其包含一基板、一N型半导体层、一发光层、一P型半导体层、一透明导电层、一第一焊垫反射层、一第二焊垫反射层、一第一电极与一第二电极。当一偏压电压提供至发光二极管的第一电极与第二电极，且偏压电压为工作电压时，将使发光层发出光线，其中发光层发射至电极的光线将由第一焊垫反射层与第二焊垫反射层反射，以避免第一电极与第二电极吸收到发光层所发出的光线，如此更进一步提升发光二极管的发光效能。

Description

一种发光二极管结构

技术领域

本发明涉及一种发光二极管结构，特别是涉及一种具焊垫反射层的发光二极管结构。

背景技术

现今发光二极管产业为光电产业中最为发展蓬勃的其中之一产业，发光二极管依据电极设置的位置分类包含垂直电极结构的发光二极管与横向电极结构的发光二极管等，不论是垂直电极结构或是横向电极结构的发光二极管，其焊垫(bond pad)或电极皆会吸收发光层所发出的光线，如此会降低原本发光二极管应该有的发光效能，且光线被焊垫或电极吸收后会转成热能而导致焊垫或电极会温度逐渐升高，甚至发生过热的情况。以下为公知发光二极管结构的结构示意图，以用于说明垂直电极结构的发光二极管结构与横向电极结构的发光二极管结构于光线被焊垫或电极吸收的情况。

图1A为公知横向电极结构的发光二极管结构的结构剖面示意图。如图所示，公知发光二极管结构的一发光二极管芯片100包含有一第一反射层102、一基板104、一N型半导体层106、一发光层108、一P型半导体层110、一透明导电层112、一正电极114与一负电极116，其中基板104为基底，N型半导体层106设置于基板104之上，发光层108设置于N型半导体层106之上，P型半导体层110设置于发光层108之上，透明导电层112设置于P型半导体层110之上，正电极114设置于透明导电层112之上，负电极116设置于N型半导体层106之上。N型半导体层106与P型半导体层110皆为氮化镓系半导体，且发光层108亦为氮化镓系半导体。

一偏压电压从正电极进入，通过透明导电层112、P型半导体层110、发光层108与N型半导体层106，以传导至负电极116而导出，如此形成一电压回路于发光二极管芯片100中。偏压电压于工作电压下所产生的电压回路会衍生工作电流，以用于驱使发光层通过由工作电流所带动的电子电洞于PN接合面的发光层108结合而发光。第一反射层102设置于基板104之下，以让发光层108所发出的光线通过基板104后经由第一反射层102反射出去。

如图1B所示，发光二极管封装结构的一发光二极管芯片100设置于一封装体118中。由于发光层108氮化镓系半导体所以发光层108所发出的光线为蓝光，因此发光二极管芯片100通过由封装体118的材料包含荧光粉，以使蓝光转化为黄光，用于蓝光混合黄光而形成白光。但正电极114与负电极116会吸收发光层108所发射的光线，如此将使设置于发光二极管芯片100外部的封装体118因部分蓝光被电极吸收而降低蓝光转化成黄光的效能，且因部分蓝光被电极吸收，所以蓝光的强度也降低了。如此发光二极管芯片100将会因为部分蓝光被电极吸收而降低发白光的效能。如图1C所示，发光二极管芯片100于发光层108发光时将会有部分光线反射或发射至正电极114与负电极116而被正电极114与负电极116所吸收。

图2A为公知垂直电极结构的发光二极管结构的结构剖面示意图。其中图2A与图1A的最大的不同在于图1A设置正电极114与负电极116于发光二极管芯片100的左右两侧，图2A设置N型电极与P型电极于发光二极管芯片200的上下两侧，且图2A的导电基板204由绝缘材料更换为非绝缘材料。公知垂直电极结构的发光二极管结构见于发明人「赖穆人」所发明的中国台湾专利，其专利证书号为「M277111」，专利名称为「白光发光二极管的垂直电极结构」，其中所揭露的内容为一发光二极管芯片200，其包含有一第一电极202、一导电基板204、一金属反射层206、一透明导电层208、一P型接触层210、一发光层212、一N型接触层214、一N型透明导电接合层216、一光波长转换基板218与一第二电极220。其中发光层212为氮化镓系半导体，光波长转换基板218为掺杂N型硒化锌或N型碲化锌。

导电基板204为基底，其它各层依金属反射层206、透明导电层208、P型接触层210、发光层212、N型接触层214与N型透明导电接合层216的顺序，以设置于导电基板204之上。光波长转换基板218经由热接合技术，以与N型透明导电接合层216接合，第一电极202设置于导电基板204之下，第二电极220设置于光波长转换基板218之上。发光层212为一多重量子井(Multiple Quantun Well，MQW)活化层，其通过由第一电极202与第二电极220连接适当的偏压电压，设置于PN接合面的发光层212则因此发出蓝光。光波长转换基板218将会吸收到蓝光，并将蓝光转化为黄光，以混合蓝光为白光。发光二极管芯片200的光行进路线的剖面示意图如图2B所示。

虽然不论垂直电极结构或横向电极结构的发光二极管结构皆设置有一层反射层于发光二极管芯片的下半部，但是设置于发光二极管结构上侧的电极仍然会吸收部份发光层所发出的光线或部份反射层所反射的光线。如此仍然会因为电极吸收部份发光层所发出的光线或部份反射层所反射的光线，进一步导致发光二极管结构降低发光效能。

因此，针对上述问题，需开发一种具焊垫反射层的发光二极管结构，以避免电极吸收发光层所发出的光线，增加发光二极管的发光效能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具焊垫反射层的发光二极管结构，其一发光二极管芯片设置焊垫反射层于电极会吸收光线的部分，通过由焊垫反射层将光线反射，用于避免发光二极管芯片所设置的电极或焊垫吸收光线，并提高发光二极管芯片的发光效能。

为解决上述技术问题，本发明的一种具焊垫反射层的发光二极管结构，其包含有一发光二极管芯片、一第一焊垫反射层与一第二焊垫反射层。发光二极管芯片包含有一基板、一N型半导体层、一发光层、一P型半导体层、一透明导电层、一第一电极与一第二电极，其中基板为基底，N型半导体层设置于基板之上，发光层设置于部分N型半导体层之上，其它依P型半导体层与透明导电极层之顺序设置于发光层之上，且第一电极与第二电极分别设置于透明导电层与N型半导体层之上。第一焊垫反射层设置于第一电极与透明导电层于之间，第二焊垫反射层设置于第二电极与N型半导体层之间，并更设置一第一反射层于基板之下或基板与N型半导体层之间，以让焊垫反射层所反射的光线经第一反射层反射出去，以提升发光二极管结构的发光效能。

本发明另外提供一种具焊垫反射层的发光二极管结构，其包含有一发光二极管芯片与一第三焊垫反射层。发光二极管芯片包含一第三电极、一基板、一P型半导体层、一发光层、一N型半导体层、一透明导电层与一第四电极，其中第三电极为最底层，其它依基板、P型半导体层、发光层、N型半导体层、透明导电层与第四电极所述的顺序，以设置于第三电极之上。第三焊垫反射层设置于第四电极与透明导电层之间，为了反射焊垫反射层所反射的光线，因此由设置一第二反射层于基板与第三电极之间或基板与P型半导体层之间，以让第三焊垫反射层所反射的光线经第二反射层反射出去，用于提升发光二极管结构的发光效能。

由于采用上述结构，本发明不仅可避免电极吸收发光层所发出的光线，又可增加发光二极管的发光效能。

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1A是公知横向电极结构的发光二极管的结构剖面示意图；

图1B是公知横向电极结构的发光二极管封装结构的结构剖面示意图；

图1C是图1A的光行进路线的剖面示意图；

图2A是公知垂直电极结构的发光二极管的结构剖面示意图；

图2B是图2A的光行进路线的剖面示意图；

图3A是本发明的一较佳实施例的结构剖面示意图；

图3B是图3A的光行进路线的剖面示意图；

图4A是本发明的另一较佳实施例的结构剖面示意图；

图4B是图4A的光行进路线的剖面示意图；

图5A是本发明的再一较佳实施例的结构剖面示意图；

图5B是图5A的光行进路线的剖面示意图；

图6A是本发明的又一较佳实施例的结构剖面示意图；

图6B是图6A的光行进路线的剖面示意图；

图7A是本发明的又一较佳实施例的结构剖面示意图；

图7B是图7A的光行进路线的剖面示意图；

图8A是本发明的又一较佳实施例的结构剖面示意图；

图8B是图8A的光行进路线的剖面示意图；

图9A是本发明的又一较佳实施例的结构剖面示意图；

图9B是图9A的光行进路线的剖面示意图；

图10A是本发明的又一较佳实施例的结构剖面示意图；

图10B是图10A的光行进路线的剖面示意图；

图11A是本发明的又一较佳实施例的结构剖面示意图；

图11B是图11A的光行进路线的剖面示意图。

图中附图标记说明：

100为发光二极管芯片，     102为第一反射层，         104为基板，

106为N型半导体层，        108为发光层，             110为P型半导体层，

112为透明导电层，         114为正电极，             116为负电极，

118为封装体，             200为发光二极管芯片，     202为第一电极，

204为导电基板，           206为金属反射层，         208为透明导电层，

210为P型接触层，          212为发光层，             214为N型接触层，

216为N型透明导电接合层，                218为光波长转换基板，

220为第二电极，       300为发光二极管芯片，       302为基板，

304为N型半导体层，    306为发光层，        308为P型半导体层，

310为透明导电层，     312为第一电极，         314为第二电极，

316为第一焊垫反射层， 318为第二焊垫反射层， 320为第一反射层，

400为发光二极管芯片， 402为基板，          404为N型半导体层，

406为发光层，         408为P型半导体层，    410为透明导电层，

412为第一电极，       414为第二电极，   416为第一焊垫反射层，

418为第二焊垫反射层， 420为第一反射层， 500为发光二极管芯片，

502为第三电极，       504为第二反射层，           506为基板，

508为P型半导体层，    510为发光层，        512为N型半导体层，

514为透明导电层，     516为第三焊垫反射层，   518为第四电极，

600为发光二极管芯片， 602为第三电极，             604为基板.

606为金属反射层，     608为透明导电层，      610为P型接触层，

612为发光层，    614为N型接触层，    616为N型透明导电接合层，

618为光波长转换基板，620为第四电极，    622为第三焊垫反射层。

具体实施方式

首先，参阅图3A，它是本发明的一较佳实施例结构剖面示意图。如图所示，本发明的发光二极管芯片300包含一基板302、一N型半导体层30二4、一发光层306、一P型半导体层308、一透明导电层310、一第一电极312、一第二电极314、一第一焊垫反射层316与一第二焊垫反射层318，其中基板302为发光二极管芯片300的基底，N型半导体层304设置于基板302之上，发光层306设置于部分N型半导体层304之上，发光层306之上依P型半导体层308与透明导电层310所述的顺序设置于发光层306之上。第一焊垫反射层316与第二焊垫反射层318分别设置于透明导电层310与N型半导体层304之上，且第一焊垫反射层316自透明导电层310上，延透明导电层310的剖面侧边，延伸至P型半导体层308相同剖面顶边上；第一电极312与第二电极314分别设置于第一焊垫反射层316与第二焊垫反射层318，且第一电极312的剖面一侧边与第一焊垫反射层316的相同剖面一侧边对齐，第二电极314的剖面侧边与第二焊垫反射层318的相同剖面侧边对齐。

其中N型半导体层304为N型氮化镓系半导体，且P型半导体层308为P型氮化镓系半导体，另外发光层306可为多重量子井(MultipleQuantun Well，MQW)结构。发光二极管芯片300通过由第一焊垫反射层316与第二焊垫反射层318，用以反射发光层306所发出的光线，用于避免发光层306所发出的光线被第一电极312与第二电极314所吸收。由于焊垫反射层会将光线反射至基板302，因此发光二极管芯片300还可设置一第一反射层320，其如图4A与图5A所示。第一反射层320用以反射第一焊垫反射层316与第二焊垫反射层318所反射的光线，如图4B与图5B所示，其中第一焊垫反射层316、第二焊垫反射层318与第一反射层320的材料同为选自于铝、锡、银、金、金锡合金、金铍合金、金锗合金、铂、钛、钯、锗、铜、锌、镍及上述任意组合的其中之一。

对于图3A而言，图4A与图5A都还包含一层第一反射层320，其中图4A的第一反射层320设置于基板302之下，以及图5A的第一反射层320设置于基板302与N型半导体层304之间，以让焊垫反射层所反射的光线为往基板302反射时可经由第一反射层320反射。

以上所述，本发明的发光二极管芯片300通过由第一焊垫反射层316与第二焊垫反射层318将发光层306所发出的光线反射，以避免第一电极312与第二电极314吸收发光层306所发出的光线，且更经由第一反射层320进一步将焊垫反射层所反射的光线反射出去，如此更可提升发光二极管芯片300的发光效能。

图6A是本发明的又一较佳实施例的结构剖面示意图。其中图6A与图3A的不同在于图3A的第二焊垫反射层318仅反射第二电极314下方的入射光，图6A的第二焊垫反射层418还反射发光层406发射至第二电极414侧面的光线。本发明的发光二极管芯片400的第二焊垫反射层418自第二电极414的剖面底边延伸至与发光层相对的第二电极414相同剖面侧边设置为L字型，以反射从第二电极414的下方与侧面入射的光线。其中发光二极管芯片400仅用第一焊垫反射层416与第二焊垫反射层418用以反射发光层406所发出的光线，如图6B所示。发光二极管芯片400还可设置一第一反射层420，如图7A与图8A所示，以使第一焊垫反射层416与第二焊垫反射层418所反射的光线经由第一反射层420反射出去。图7A的第一反射层420设置于基板402之下，以用于基板402为光穿透率高的材料时，如图7B所示。图8A的第一反射层420设置于基板402与N型半导体层404之间，以用于基板402为非透光材料或光穿透率低的材料时，如图8B所示。

图9A是本发明的又一较佳实施例的结构剖面示意图。其中图9A与图3A的不同在于图3A属于横向电极结构的发光二极管芯片300，图9A属于垂直电极结构的发光二极管芯片500。本发明的发光二极管芯片500包含有一第三电极502、一第二反射层504、一基板506、一P型半导体层508、一发光层510、一N型半导体层512、一透明导电层514、一第三焊垫反射层516与一第四电极518，其中第三电极502为最底层，其它各层依第二反射层504、基板506、P型半导体层508、发光层510、N型半导体层512与透明导电层514所述的顺序设置于第三电极502之上，第四电极518设置于透明导电层514之上，第三焊垫反射层516设置于第四电极518与透明导电层514之间，且第三焊垫反射层516的剖面侧边与第四电极518的相同剖面侧边对齐。

基板506的材料为非绝缘材料，且更可为透光性材料，以让发光层510所发出的光线与第三焊垫反射层516所反射的光线，其皆经由通过基板506并由第二反射层504反射出去，如图9B所示。第二反射层504亦为非绝缘材料，如此即可让第三电极502透过第二反射层504与基板506形成电性相接的状态。另外第三焊垫反射层516亦为非绝缘材料，以让透明导电层514透过第三焊垫反射层516与第四电极518形成电性相接的状态。为了因基板506的材料具不同光穿透率，因此当基板506的材料为非透光材料或光穿透率低的材料时，将使第二反射层504所设置的位置与基板506所设置的位置调换，如图10A所示。其中图10A的光行进路线的剖面示意图如图10B所示。

图11A是本发明的又一较佳实施例的结构剖面示意图。其中图11A与图2A的不同在于图11A的发光二极管芯片600还包含一第三焊垫反射层622。本发明的发光二极管芯片600还设置一第三焊垫反射层622于光波长转换基板618与第四电极620之间，如此发光层612所发出的光线通过光波长转换基板618后，将由第三焊垫反射层622将光线反射至一金属反射层606，以让光线在经金属反射层606反射出去，如图11B所示。如此第三焊垫反射层622用以避免第四电极620吸收通过光波长转换基板618的光线，所以更提升发光二极管芯片600的发光效能。

综上所述，本发明为一种发光二极管结构，其可为横向电极结构的发光二极管结构，或为垂直电极结构的发光二极管结构。发光二极管结构包含有一发光二极管芯片与至少一焊垫反射层；发光二极管芯片包含一基板、一N型半导体层、一发光层、一P型半导体层、一透明导电层与复数电极；若发光二极管结构为垂直电极结构，则焊垫反射层设置于第三电极与P型半导体层之间，以及第四电极与透明导电层之间。如此用以避免各电极吸收发光层所发出的光线或其它反射层所反射的光线，并由焊垫反射层透过其它反射层将光线反射出去，以提高发光二极管的发光效能。

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和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种发光二极管结构，具有横向电极结构，其特征在于：包含有： 

基板； 

N型半导体层，设置于该基板之上； 

发光层，设置于部分该N型半导体层之上； 

P型半导体层，设置于该发光层之上； 

透明导电层，设置于部分该P型半导体层之上； 

第一电极，设置于该透明导电层之上； 

第二电极，设置于该N型半导体层之上； 

第一焊垫反射层，设置于该透明导电层与该第一电极之间；及 

第二焊垫反射层，设置于该N型半导体层与该第二电极之间； 

其中，该第二焊垫反射层自第二电极的剖面底边延伸至与发光层相对的第二电极相同剖面侧边设置为L字型。 

2.如权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于：该第一电极的剖面一侧边与该第一焊垫反射层的相同剖面一侧边对齐。 

3.如权利要求2所述的发光二极管结构，其特征在于：该第一焊垫反射层自透明导电层上，沿透明导电层的剖面侧边，延伸至P型半导体层相同剖面顶边上。 

4.如权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于：所述基板为绝缘材料。 

5.如权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于：所述N型半导体层为N型氮化镓系半导体。 

6.如权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于：所述P型半导体层为P型氮化镓系半导体。 

7.如权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于：所述第一焊垫反射层与该第二焊垫反射层的材料为选自于铝、锡、银、金、金锡合金、金铍合金、金锗合金、铂、钛、钯、锗、铜、锌、镍及上述任意组合的其中之一。 

8.如权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于：所述发光层为多重量子井结构。