CN102790156B - 半导体发光结构 - Google Patents

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Abstract

一种半导体发光结构，包括第一掺杂态半导体层、发光层、第二掺杂态半导体层、第一电传导层及多个第一导体。发光层配置于第一掺杂态半导体层上，且第二掺杂态半导体层配置于发光层上。第一电传导层配置于第一掺杂态半导体层上，其中第一电传导层与第一掺杂态半导体层之间形成第一接面。这些第一导体彼此互相分离地配置于第一掺杂态半导体层上。第一电传导层连接这些第一导体，每一第一导体与第一掺杂态半导体层之间形成第二接面，且第二接面的电阻值小于第一接面的电阻值。

Description

半导体发光结构
技术领域
本发明涉及一种发光结构，尤其涉及一种半导体发光结构。
背景技术
随着光电技术的进步，发光二极管(light-emittingdiode，LED)的制作与应用已逐渐趋于成熟。由于发光二极管具有低污染、低功率消耗、反应时间(responsetime)短、使用寿命长等优点，因此其已逐渐被应用在各式光源或照明的领域，而取代荧光灯管、白炽灯泡或卤素灯等传统发光元件。由于世界各国的环保意识逐渐高涨，在未来，发光二极管更可望成为主要照明光源，而取代目前荧光灯管的地位。
一般而言，发光二极管的电极的配置方式可分为水平配置式与垂直配置式，其中水平配置式是指正、负两电极配置于发光二极管外延结构的同一侧，而垂直配置式是指正、负两电极配置于发光二极管外延结构的相对两侧。具体而言，在电极呈水平配置的发光二极管结构中，正电极是配置于P型半导体层上，而负电极则是配置于N型半导体层上，且此两电极在垂直于发光层的方向上没有互相重叠。通常此两电极是以不透光的金属所制成，当此两电极的分布范围小时，虽可以减少发光层所发出的光被此两电极遮挡而降低光取出率的情形，然而却会使得从P型半导体流向N型半导体的电流过于集中在此两电极之间的一小部分区域中。电流过于集中的结果除了会导致所发出的光不均匀之外，亦会使得因电流通过所产生的热量过于集中，进而导致发光二极管散热不易而容易损坏，且容易导致发光二极管的发光效率下降。另一方面，若使此两电极的分布范围变大而改善电流过于集中的问题时，却又会使电极遮挡过多的光线，进而导致光取出率大幅下降。
发明内容
本发明提供一种半导体发光结构，其可有效提升出光均匀性。
本发明的一实施例提出一种半导体发光结构，包括基板、第一掺杂态半导体层、发光层、第二掺杂态半导体层、第一电传导层及多个第一导体。第一掺杂态半导体层配置于基板上。发光层配置于第一掺杂态半导体层上，且第二掺杂态半导体层配置于发光层上。第一电传导层配置于第一掺杂态半导体层上，其中第一电传导层与第一掺杂态半导体层之间形成第一接面。这些第一导体配置于第一掺杂态半导体层上。第一导体与第一掺杂态半导体层之间形成第二接面，且第二接面的电阻值小于第一接面的电阻值。
本发明的另一实施例提出一种半导体发光结构，包括基板、N型半导体层、发光层、P型半导体层、第一电传导层及至少一第一导体。N型半导体层配置于基板上。发光层配置于N型半导体层上，且P型半导体层配置于发光层上。第一电传导层配置于N型半导体层上。第一导体配置于N型半导体层上，且贯穿第一电传导层而与N型半导体层连接。
在本发明的实施例的半导体发光结构中，由于采用了连接至第一导体的第一电传导层作为第一导体的延伸，因此本发明的实施例的半导体发光结构可使电流较为分散。如此一来，本发明的实施例的半导体发光结构便可有效解决目前的电流分布不均的问题进而提升出光效率。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1A为本发明的一实施例的半导体发光结构的剖面示意图。
图1B为图1A的半导体发光结构的上视示意图。
图1C为图1B的半导体发光结构沿着I-I线的局部剖面示意图。
图2为本发明的另一实施例的半导体发光结构的上视示意图。
图3为本发明的又一实施例的半导体发光结构的上视示意图。
图4A至图4E为本发明的一实施例的半导体发光结构的制作方法的流程示意图。
附图标记：
52、54：接合线
100、100a、100b：半导体发光结构
110：基板
120：缓冲层
130：第一掺杂态半导体层
132：平台部
134：下陷部
140：发光层
150：第二掺杂态半导体层
160、160a、160b：第一电传导层
170、170b、172、174、174b：第一导体
180：第二电传导层
190、190a：第二导体
192a：接合部
194a：延伸部
C：电洞
C’：电子
E1：第一端
E2：第二端
J1：第一接面
J2：第二接面
J3：第三接面
J4：第四接面
T：电传导层
具体实施方式
图1A为本发明的一实施例的半导体发光结构的剖面示意图，图1B为图1A的半导体发光结构的上视示意图，而图1C为图1B的半导体发光结构沿着I-I线的局部剖面示意图。请参照图1A至图1C，本实施例的半导体发光结构100例如为发光二极管晶片结构，且包括第一掺杂态半导体层130、发光层140、第二掺杂态半导体层150、第一电传导层160及至少一第一导体170(在本实施例中是以多个第一导体170为例)。发光层140配置于第一掺杂态半导体层130上，且第二掺杂态半导体层150配置于发光层140上。在本实施例中，第一掺杂态半导体层130为N型(n-type)半导体层，且第二掺杂态半导体层150为P型(p-type)半导体层。举例而言，第一掺杂态半导体层130例如为N型氮化镓(galliumnitride，GaN)层，而第二掺杂态半导体层150例如为P型氮化镓层。然而，在其他实施例中，第一掺杂态半导体层130与第二掺杂态半导体层150亦可以是其他适于用来制造发光元件的半导体层，如其他的三-五族半导体层或二-六族半导体层。此外，发光层140例如为量子阱(quantumwell)层或多重量子阱层。在本实施例中，半导体发光结构100还包括基板110及缓冲层(bufferlayer)120，其中缓冲层120配置于基板110与第一掺杂态半导体层130之间。在本实施例中，基板110为不导电的基板，例如蓝宝石(sapphire)基板。然而，在其他实施例中，基板110亦可以是其他适当的基板。
在本实施例中，第一电传导层160配置于第一掺杂态半导体层130上，第一导体170配置于第一掺杂态半导体层130上，且贯穿第一电传导层160而与第一掺杂态半导体层130连接。在本实施例中，这些第一导体170彼此互相分离地配置于第一掺杂态半导体层130上，且第一电传导层160连接这些第一导体170。此外，在本实施例中，第一电传导层160与第一掺杂态半导体层130之间形成第一接面J1，第一导体170与第一掺杂态半导体层130之间形成第二接面J2，且第二接面J2的电阻值小于第一接面J1的电阻值。
在本实施例中，每一第一导体170贯穿第一电传导层160，且具有相对的第一端E1与第二端E2，第一端E1与第一掺杂态半导体层130接触而形成第二接面J2，且第二端E2暴露于第一电传导层160外。在本实施例中，这些第一导体170例如各为金属导体。举例而言，此金属导体例如为复合金属层，其例如为由靠近第二接面J2的一端(即第一端E1)往远离第二接面J2的一端(即第二端E2)依序堆叠的铬层与金层，或者例如为由靠近第二接面J2的一端(即第一端E1)往远离第二接面J2的一端(即第二端E2)依序堆叠的铬层、铂层与金层，但本发明不以此为限。此外，在本实施例中，第二接面J2例如为欧姆接触(ohmiccontact)面，而第一接面J1例如为肖特基接触(Schottkycontact)面，但本发明不以此为限。
此外，在本实施例中，这些第一导体170之其一(例如第一导体172)为连接外部电源的电极，以供连接至外部导电路径，其中所述连接外部电源的电极的体积大于其他的第一导体170的体积。举例而言，连接外部电源的电极(即第一导体172)可藉由接合线(bondingwire)52电性连接至外部电源。或者，在其他实施例中，连接外部电源的电极(即第一导体172)亦可以藉由导电凸块(bump)或其他导电结构电性连接至外部电源。在本实施例中，连接外部电源的电极(即第一导体172)的配置图案包括点状型的分布图案。然而，在其他实施例中，连接外部电源的电极(即第一导体172)的配置图案可包括线型的分布图案、网状型的分布图案及点状型的分布图案的至少其一。
在本实施例中，第一掺杂态半导体层130包括平台部132及下陷部134，且平台部132的厚度大于下陷部134的厚度。发光层140及第二掺杂态半导体层150配置于平台部132上，且这些第一导体170与第一电传导层160配置于下陷部134上。
在本实施例中，半导体发光结构100还包括第二电传导层180及第二导体190。第二电传导层180配置于第二掺杂态半导体层150上，且第二导体190贯穿第二电传导层180而连接至第二掺杂态半导体层150。在本实施例中，第二电传导层180与第二掺杂态半导体层150之间形成第三接面J3，第二导体190与第二掺杂态半导体层150之间形成第四接面J4，且第四接面J4的电阻值大于第三接面J3的电阻值。在本实施例中，第二导体190例如为金属导体。举例而言，此金属导体例如为复合金属层，其例如为由靠近第四接面J4的一端往远离第四接面J4的一端依序堆叠的铬层与金层，或者例如为由靠近第四接面J4的一端往远离第四接面J4的一端依序堆叠的铬层、铂层与金层，但本发明不以此为限。
此外，在本实施例中，第二导体190为电极，以供连接至外部导电路径。举例而言，第二导体190可藉由接合线54电性连接至外部电源。或者，在其他实施例中，第二导体190亦可以藉由导电凸块或其他导电结构电性连接至外部电源。
在本实施例中，第一电传导层160与第二电传导层180的材料包括透明材料或半透明材料。举例而言，第一电传导层160与第二电传导层180各为一透明导电层，例如各为一经过退火(annealing)处理的氧化铟锡(indiumtinoxide，ITO)层，且此退火处理的温度Ta符合：摄氏500度≤Ta≤摄氏600度。
在实施例的半导体发光结构100中，由于采用了连接至第一导体170的第一电传导层160作为第一导体170的延伸来使电流较为分散，且由于第一电传导层160为透明材料或半透明材料所以适于让光通过，因此本实施例的半导体发光结构100在使电流较为分散的同时较不会损失光取出率。如此一来，本实施例的半导体发光结构100便可同时有效提升光效率及有效提升出光均匀性。具体而言，来自第二导体190的电洞C会分散的朝向这些第一导体170及第一电传导层160方向流动，而经由第二掺杂态半导体层150流动至发光层140。另一方面，由于第二接面J2的电阻值小于第一接面J1的电阻值，因此来自第一导体170(包括作为连接外部电源的电极的第一导体172及此连接外部电源的电极以外的第一导体174)的电子C’倾向于经由第二接面J2注入第一掺杂态半导体层130。所以，来自第一导体172的电子C’有一部分经由第二接面J2注入第一掺杂态半导体层130，另一部分则经由第一电传导层160横向流动至这些第一导体174，然后电子C’再经由第二接面J2注入第一掺杂态半导体层130。接着，注入第一掺杂态半导体层130的电子C’会再流动至发光层140而与位于发光层140的电洞C结合，进而发光。因此，本实施例的半导体发光结构100确实可达到让电流较为分散的效果。由于电流较为分散，本实施例的半导体发光结构100在工作时所产生的接面温度(JunctionTemperature)亦较为分散，进而使半导体发光结构100在工作时能保持较高的发光效率，且使半导体发光结构100较不易损坏而具有较长的使用寿命。
在本实施例中，可使第一电传导层160环绕平台部132，且使这些第一导体170环绕平台部132，以进一步提升电流的分散程度。然而，本发明不限制这些第一导体170的分布位置如图1B所示。由于第一导体170的分布位置可决定电子C’注入第一掺杂态半导体层130的位置，且可进一步决定电流的分布状态，因此在其他实施例中，这些第一导体170的分布位置可经过适当的设计而使电流的分布状态符合需求。一般而言，这些第一导体170的分布面积将随着远离所述连接外部电源的电极(即第一导体172)而增加，则可使电流较为均匀分散。
此外，在本实施例中，由于第一电传导层160经由退火处理，因此可使第一电传导层160的电阻值及第一接面J1的电阻值符合预期。
另外，由于第四接面J4的电阻值将大于第三接面J3的电阻值，因此第四接面J4可作为电流的阻挡结构，以减少电流从第二导体190下方通过。在第二导体190上方所形成的电流若经过第二导体190下方的发光层140而使发光层140发光，则第二导体190下方的发光层140所发出的光容易被第二导体190阻挡而造成光效率降低。因此，本实施例的第四接面J4藉由阻挡第二导体190下方所形成的电流，即能够增加通过第三接面J3的电流，进而减少发光层140所发出的光被第二导体190阻挡的比例，以提升半导体发光结构100的光效率。
图2为本发明的另一实施例的半导体发光结构的上视示意图。本实施例的半导体发光结构100a与图1A至图1C的半导体发光结构100类似，而两者的差异在于在本实施例的半导体发光结构100a中，第一电传导层160a与这些第一导体170配置于平台部132的一侧。此外，在本实施例中，第二导体190a包括相连接的接合部192a及延伸部194a，其中接合部192a是用以连接外部电源，而延伸部194a则为第二导体190a接合部192a的延伸。如此一来，便可使电流分散地在第二导体190a与第一电传导层160a之间流动。本实施例的半导体发光结构100a亦具有上述半导体发光结构100的优点与功效，在此不再重述。
图3为本发明的又一实施例的半导体发光结构的上视示意图。本实施例的半导体发光结构100b与图2的半导体发光结构100a类似，而两者的差异如下所述。在本实施例的半导体发光结构100b的这些第一导体170b中，作为与接合线52接合的连接外部电源的电极的第一导体172以外的这些第一导体174b的分布面积随着远离第一导体172而增加。当第一导体174b的第二接面J2的面积越大时，电流流经第二接面J2的电阻值越低，则电流越容易通过。如此一来，有助于进一步提升从第二导体190a往第一电传导层160b流动的电流的均匀性。
图4A至图4E为本发明的一实施例的半导体发光结构的制作方法的流程示意图。请参照图4A至图4E，本实施例的半导体发光结构的制作方法适于用以制作上述的半导体发光结构100、100a及100b，而以下的说明以制作半导体发光结构100为例。本实施例的半导体发光结构100的制作方法包括下列步骤。首先，如图4A所示，提供基板110。接着，在基板110上依序形成缓冲层120、第一掺杂态半导体层130、发光层140及第二掺杂态半导体层150。然后，如图4B所示，蚀刻部分第二掺杂态半导体层150、部分发光层140及部分第一掺杂态半导体层130，以形成平台部132与下陷部134，并使剩余未蚀刻的发光层140与第二掺杂态半导体层150位于平台部132上。
之后，如图4C所示，在第二掺杂态半导体层150及下陷部134上形成全面覆盖的电传导层T。在本实施例中，电传导层T的材料包括透明材料或半透明材料。举例而言，电传导层T为透明导电层，例如为氧化铟锡层。在此之后，如图4D所示，对电传导层T进行图案化制程，以形成第一电传导层160及第二电传导层180。图案化制程可包括形成光阻层、利用光罩对部分光阻层进行曝光、对光阻层进行显影及利用剩余的光阻成作为蚀刻阻挡层以对部分电传导层T进行蚀刻，进而达到对电传导层T图案化的效果。接着，对第一电传导层160及第二电传导层180进行上述退火处理，且此退火处理的温度Ta符合：摄氏500度≤Ta≤摄氏600度。然后，如图4E所示，在第一掺杂态半导体层130上形成第一导体170，且在第二掺杂态半导体层150上形成第二导体190，即完成本实施例的半导体发光结构100的制作。
在本实施例的半导体发光结构100的制作方法中，由于第一电传导层160经由退火处理，因此可使第二接面J2的电阻值小于第一接面J1的电阻值。
综上所述，在本发明的实施例的半导体发光结构中，由于采用了连接至第一导体的第一电传导层作为第一导体的延伸，且由于第一电传导层适于让光通过，因此本发明的实施例的半导体发光结构在使电流较为分散的同时较不会损失光取出率。如此一来，本发明的实施例的半导体发光结构便可同时有效提升光效率及有效提升出光均匀性。此外，由于电流较为分散，本发明的实施例的半导体发光结构在工作时所产生的热量亦较为分散，因此本发明的实施例的半导体发光结构亦具有较佳的散热效果，进而使半导体发光结构在工作时能保持较高的发光效率，且使半导体发光结构较不易损坏而具有较长的使用寿命。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的普通技术人员，当可作些许更动与润饰，而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (17)

1.一种半导体发光结构，其特征在于其包括：
基板；
第一掺杂态半导体层，配置于所述基板上；
发光层，配置于所述第一掺杂态半导体层上；
第二掺杂态半导体层，配置于所述发光层上；
第一电传导层，配置于所述第一掺杂态半导体层上，其中所述第一电传导层与所述第一掺杂态半导体层之间形成第一接面；以及
多个第一导体，连接该第一电传导层并配置于所述第一掺杂态半导体层上，并包含一电极用以连接外部电源，其中所述多个第一导体与所述第一掺杂态半导体层之间形成第二接面，且所述第二接面的电阻值小于所述第一接面的电阻值，
其中，所述多个第一导体其分布面积随着远离所述电极而增加。
2.根据权利要求1所述的半导体发光结构，其特征在于，所述基板为不导电基板。
3.根据权利要求1所述的半导体发光结构，其特征在于，所述多个第一导体的配置图案包括线型、网状型或点状型的分布图案，且贯穿所述第一电传导层。
4.根据权利要求1所述的半导体发光结构，其特征在于，所述连接外部电源的电极体积大于其他所述第一导体。
5.根据权利要求1所述的半导体发光结构，其特征在于，所述第一掺杂态半导体层包括平台部及下陷部，所述发光层及所述第二掺杂态半导体层配置于所述平台部上，且所述多个第一导体与所述第一电传导层配置于所述下陷部上。
6.根据权利要求5所述的半导体发光结构，其特征在于，所述第一电传导层环绕所述平台部。
7.根据权利要求1所述的半导体发光结构，其特征在于其还包括：
第二电传导层，配置于所述第二掺杂态半导体层上，其中所述第二电传导层与所述第二掺杂态半导体层之间形成第三接面；以及
第二导体，贯穿所述第二电传导层而连接至所述第二掺杂态半导体层，其中所述第二导体与所述第二掺杂态半导体层之间形成第四接面，且所述第四接面的电阻值大于所述第三接面的电阻值。
8.根据权利要求1所述的半导体发光结构，其特征在于，所述第一电传导层的材料包括透明材料或半透明材料。
9.一种半导体发光结构，其特征在于其包括：
基板；
N型半导体层，配置于所述基板上；
发光层，配置于所述N型半导体层上；
P型半导体层，配置于所述发光层上；
第一电传导层，配置于所述N型半导体层上；
一电极，用以连接外部电源；以及
至少一第一导体，连接该第一电传导层并配置于所述N型半导体层上，且贯穿所述第一电传导层而与所述N型半导体层连接，
其中，所述第一导体其分布面积随着远离所述电极而增加。
10.根据权利要求9所述的半导体发光结构，其特征在于，所述基板为不导电基板。
11.根据权利要求9所述的半导体发光结构，其特征在于，所述第一电传导层与所述N型半导体层之间形成第一接面，所述第一导体与所述N型半导体层之间形成第二接面，且所述第二接面的电阻值小于所述第一接面的电阻值。
12.根据权利要求9所述的半导体发光结构，其特征在于，所述第一导体的配置图案包括线型、网状型或点状型的分布图案，且贯穿所述第一电传导层。
13.根据权利要求9所述的半导体发光结构，其特征在于，所述连接外部电源的电极体积大于其他所述第一导体。
14.根据权利要求9所述的半导体发光结构，其特征在于，所述N型半导体层包括平台部及下陷部，所述发光层及所述P型半导体层配置于所述平台部上，且所述第一导体与所述第一电传导层配置于所述下陷部上。
15.根据权利要求14所述的半导体发光结构，其特征在于，所述第一电传导层环绕所述平台部。
16.根据权利要求9所述的半导体发光结构，其特征在于其还包括：
第二电传导层，配置于所述P型半导体层上；以及
第二导体，贯穿所述第二电传导层而连接至所述P型半导体层。
17.根据权利要求9所述的半导体发光结构，其特征在于，所述第一电传导层的材料包括透明材料或半透明材料。
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