CN103069588A - 光提取效率提高的发光二极管 - Google Patents

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Abstract

所公开的是一种光提取效率提高的发光二极管(LED)。该LED包括位于基底上并具有第一半导体层、活性层和第二半导体层上的发光结构。第一电极焊盘电连接到第一半导体层。第二电极焊盘位于基底上。绝缘反射层覆盖发光结构的一部分并位于第二电极焊盘的下面，使得第二电极焊盘与发光结构分开。至少一个上延伸体连接到第二电极焊盘以电连接到第二半导体层。此外，光提取元件的图案位于第二半导体层上。

Description

光提取效率提高的发光二极管
技术领域
本发明涉及一种发光二极管，更具体地讲，涉及一种光提取效率提高的发光二极管。
背景技术
自从氮化镓(GaN)基发光二极管(LED)开发以来，目前在诸如全色LED显示器、LED交通灯和白色LED的各种应用中使用GaN基LED。
通常通过在诸如蓝宝石基底的基底上生长外延层来形成GaN基LED，GaN基LED包括N型半导体层、P型半导体层以及设置在N型半导体层和P型半导体层之间的活性层。同时，N电极焊盘形成在N型半导体层上，P电极焊盘形成在P型半导体层上。LED通过电极焊盘电连接到外部电源而被驱动。在这种情况下，电流从P电极焊盘经由半导体层流到N电极焊盘。
由于P型半导体层通常具有高的电阻率，所以电流在P型半导体层中没有均匀分布，而是集中在形成有P电极焊盘的部分上。此外，电流集中地流过LED的边缘。电流拥挤导致发光区域的减小，这导致更低的发光效率。为了解决这样的问题，使用了通过在P型半导体层上形成电阻率低的透明电极层来扩散电流的技术。由于从P电极焊盘引入的电流在透明电极层中扩散，然后被引入到P型半导体层中，所以LED的发光区域可以扩大。然而，由于透明电极层吸收光，所以其厚度受到限制，因此，在电流扩散方面存在限制。具体地讲，在用于高功率的大约1mm2或更大的大尺寸LED中，在使用透明电极层进行电流分布方面存在限制。
同时，使用从电极焊盘延伸出的延伸体来帮助电流在LED中扩散。例如，第6650018号美国专利公开了多个延伸体从电极接触部分117、127(即，电极焊盘)沿彼此相反的方向延伸出，以增强电流扩散。虽然通过使用多个延伸体可以在LED的整个宽的区域上分布电流，但仍存在电流拥挤，即，电流仍集中在电极焊盘所在的部分上。
此外，随着LED的尺寸增大，很可能发生的是在LED中将出现缺陷。例如，诸如穿透位错(threading dislocation)或针孔(pin hole)的缺陷提供电流迅速流动所沿的通路，因此干扰电流扩散。
同时，通常使用图案化的蓝宝石基底来提高LED的光提取效率。蓝宝石基底上的图案散射或反射活性层中产生的光，使得因LED中的全内反射而损失的光减少，因此，光提取效率提高。
认为使用蓝宝石基底上的图案将使光提取效率提高。然而，由于GaN基化合物半导体层的折射率相对高，所以仍可能的是，光因LED中的全内反射而损失。
此外，由于电极焊盘通常由吸收光的金属材料形成，所以朝向电极焊盘传播的光被电极焊盘吸收并损失。
因此，需要不断地努力提高光提取效率。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于提供一种光提取效率提高的LED。
本发明的另一目的在于提供一种能够防止在电极焊盘的附近发生电流拥挤的LED。
本发明的另一目的在于提供一种能够在LED中均匀地扩散电流的大面积LED。
本发明的又一目的在于提供一种使因电极焊盘导致的光损失减少的LED。
技术方案
根据本发明的方面，提供了一种LED，该LED包括：基底；发光结构，位于基底上，发光结构具有第一导电类型半导体层、活性层和第二导电类型半导体层；第一电极焊盘，电连接到第一导电类型半导体层；第二电极焊盘，位于基底上方；绝缘反射层，覆盖发光结构的一部分并位于第二电极焊盘的下面，使得第二电极焊盘与发光结构分开；至少一个上延伸体，连接到第二电极焊盘以电连接到第二导电类型半导体层；以及光提取元件的图案，位于第二导电类型半导体层上方。
由于第二电极焊盘通过绝缘反射层与发光结构分开，所以能够防止电流集中在第二电极焊盘周围，从而提高电流扩散性能。此外，绝缘反射层反射向第二电极焊盘传播的光，从而能够减小由第二电极焊盘导致的光损失。此外，光提取元件的图案与基底相反地(opposite)设置在第二导电类型半导体层上，使得光能够通过光提取元件的图案容易地发射，从而提高光提取效率。例如，可以通过与形成在蓝宝石基底上的图案结合来使用光提取元件的图案。
虽然不受具体限制，但第一导电类型半导体层可以是n型氮化物半导体层，第二导电类型半导体层可以是p型氮化物半导体层。此外，LED还可以包括位于p型氮化物半导体层上的透明电极层，上延伸体可以连接到透明电极层。
在一些实施例中，光提取元件的图案可以形成在透明电极层上。例如，可以通过图案化透明电极层的上部来形成光提取元件的图案。
同时，LED还可以包括覆盖透明电极层的绝缘层。在这种情况下，绝缘层可以具有暴露透明电极层的开口，上延伸体可以穿过所述开口连接到透明电极层。
此外，开口可以设置为与第二电极焊盘分开。因此，通过开口与透明电极层连接的上延伸体通过位于绝缘层上的连接部分连接到第二电极焊盘。由于连接部分位于绝缘层上，所以上延伸体没有在第二电极焊盘周围直接连接到透明电极，因此，能够进一步防止电流集中在第二电极焊盘周围。
在一些实施例中，光提取元件的图案可以形成在绝缘层上。例如，可以通过图案化绝缘层的上部来形成光提取元件的图案。
第一导电类型半导体层可以具有通过台面蚀刻第二导电类型半导体层和活性层而暴露的区域，第二电极焊盘可以位于第一导电类型半导体层的暴露的区域上。绝缘反射层可以位于第二电极焊盘与第一导电类型半导体层之间。因此，能够防止光在第二电极焊盘下面不必要地产生。
绝缘反射层可以覆盖第二导电类型半导体层和活性层的通过台面蚀刻暴露的侧面的至少一部分。因此。绝缘反射层能够通过台侧面反射在活性层中产生的向第二电极焊盘传播的光，从而防止由第二电极焊盘导致的光损失。
同时，LED还可以包括连接上延伸体和第二电极焊盘的连接部分，连接部分可以通过绝缘层与第二导电类型半导体层分开。例如，连接部分可以通过绝缘反射层与台侧面绝缘。此外，连接部分可以通过另一绝缘层与第二导电类型半导体层(或透明电极层)的上表面绝缘。
在一些实施例中，第二导电类型半导体层和活性层可以被划分成限定至少两个发光区域，连接到第二电极焊盘的上延伸体可以分别位于所述至少两个发光区域上。
发光结构被划分为多个发光区域，因此虽然在特定位置存在诸如针孔或穿透位错的缺陷，但也能够防止电流过度地集中在缺陷上。因此，能够在整个宽的区域上均匀地扩散电流。
所述至少两个发光区域可以关于穿过第一电极焊盘和第二电极焊盘的直线对称。因此，所述至少两个发光区域可以具有相同的发光特性。
此外，LED还可以包括连接到第一电极焊盘的至少一个下延伸体。此外，所述至少一个下延伸体可以位于所述至少两个发光区域之间。
有益效果
在传统LED中，第二电极焊盘位于第二导电类型半导体层上并电连接到第二导电类型半导体层。因此，电流集中在第二电极焊盘周围，从而电流扩散受到干扰。然而，根据本发明的实施例，由于第二电极焊盘通过绝缘反射层与发光结构绝缘，所以能够防止电流集中在该电极焊盘周围。此外，第二电极焊盘形成在发光结构中的第二导电类型半导体层和活性层通过台面蚀刻被除去的部分中，因此能够防止光在第二电极焊盘下面不必要地产生，从而提高发光效率。此外，发光结构被划分为多个发光区域，从而防止电流过度地集中在发光区域中的晶体缺陷上，以均匀地扩散电流。此外，光提取元件的图案布置在发光结构上，从而能够更进一步地提高光提取效率。
附图说明
图1是示出根据本发明实施例的LED的平面图；
图2a至图2c是分别沿图1中的线A-A、B-B和C-C截取的剖视图；
图3是示出根据本发明另一实施例的LED的剖视图，其对应于沿图1中的线C-C截取的图2c的剖视图；
图4是示出根据本发明另一实施例的LED的平面图；以及
图5是示出根据本发明又一实施例的LED的平面图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述本发明的优选实施例。提供以下实施例仅用于举例说明的目的，使得本领域技术人员能够充分地理解本发明的精神。因此，本发明不限于以下实施例，而是可以以其他形式实施。在附图中，为了便于说明，会夸大元件的宽度、长度、厚度等。在整个说明书和附图中，相似的标号表示相似的元件。
图1是示出根据本发明实施例的LED的平面图，图2a至图2c是分别沿图1中的线A-A、B-B和C-C截取的剖视图。
参照图1以及图2a至图2c，LED包括基底21、具有发光区域LE1和LE2的发光结构、绝缘反射层31、第一电极焊盘35、第二电极焊盘33以及上延伸体33a。LED还可以包括透明电极层29、绝缘层32、连接件33b、第一下延伸体35a和第二下延伸体35b。发光结构包括第一导电类型半导体层23、活性层25和第二导电类型半导体层27。
基底21可以是图案化的蓝宝石基底，但是本发明不限于此。第一导电类型半导体层23位于基底21上，第二导电类型半导体层27位于第一导电类型半导体层23上。活性层25设置在第一导电类型半导体层和第二导电类型半导体层之间。第一导电类型半导体层23、活性层25和第二导电类型半导体层27可以由GaN基化合物半导体材料，即，(Al，In，Ga)N形成。确定活性层25的组成元素及其组成比，以发射所需波长的光，例如，紫外光或蓝光。
第一导电类型半导体层23可以是n型氮化物半导体层，第二导电类型半导体层27可以是p型氮化物半导体层，反之亦然。
第一导电类型半导体层23和/或第二导电类型半导体层27可以形成为具有如附图中所示的单层结构或多层结构。活性层25可以具有单量子阱结构或多量子阱结构。缓冲层(未示出)可以设置在基底21和第一导电类型半导体层23之间。可以使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE)技术来形成半导体层23、25和27。
可以划分发光结构中的第二导电类型半导体层27和活性层25，以限定至少两个发光区域LE1和LE2。发光区域LE1和LE2可以形成为具有对称结构，可以通过台面蚀刻(mesa etching)工艺执行这样的划分工艺。通过台面蚀刻工艺暴露在穿过发光结构的中心的区域中的第一导电类型半导体层23，从而可将第二导电类型半导体层27和活性层25划分为两个区域。发光结构的通过台面蚀刻工艺形成的每个侧面可以具有相对于基底21表面的范围在30度至70度的倾斜角。
同时，透明电极层29可以位于第二导电类型半导体层27上。透明电极层29可以由氧化铟锡(ITO)或Ni/Au形成，并与第二导电类型半导体层欧姆接触。光提取元件LEE的图案位于透明电极层29上。例如，光提取元件可以是直径为大约5μm的圆柱形形状，并且以大约30μm的间隔彼此分开。当活性层25中产生的光向透明电极层29传播时，光提取元件通过散射或反射光可以帮助光的发射。虽然光提取元件的图案可以是规则的，但本发明不限于此。即，光提取元件的图案可以是不规则的。
绝缘反射层31位于通过台面蚀刻工艺暴露的第一导电类型半导体层23上。绝缘反射层31位于发光结构的部分区域上，并覆盖通过台面蚀刻暴露的台侧面的一部分。可通过交替地堆叠具有不同折射率的材料层，然后使用光刻工艺将它们图案化，来形成绝缘反射层31，例如可以从SiO2、Si3N4、TiO2和Nb2O5中选择具有不同折射率的层。
可以在发光结构上形成透明电极层29之后形成绝缘反射层31。然而，本发明不限于此。例如，可以首先形成绝缘反射层31，之后，可以形成透明电极层29。
同时，绝缘层32可以覆盖发光结构的第二导电类型半导体层27(或透明电极层29)。绝缘层32还可以覆盖第二导电类型半导体层27和活性层25的通过台面蚀刻工艺暴露的侧面。此外，绝缘层32具有用于暴露各发光区域LE1和LE2上的透明电极层29的开口32a。透明电极层29(或第二导电类型半导体层27)通过开口32a暴露。绝缘层32不受具体限制，只要其由能够透射活性层25中产生的光的透明材料制成即可。例如，绝缘层可以由SiO2形成。
第一电极焊盘35和第二电极焊盘33位于通过台面蚀刻工艺暴露的第一导电类型半导体层上。第一电极焊盘35电连接到第一导电类型半导体层23。同时，第二电极焊盘33通过绝缘层31与第一导电类型半导体层23绝缘。第一电极焊盘35和第二电极焊盘33是引线所键合到的键合焊盘，并具有相对宽的区域，从而引线可以键合到第一电极焊盘35和第二电极焊盘33。虽然第一电极焊盘35和第二电极焊盘33可以限制性地位于第一导电类型半导体层23的暴露区域上，但本发明不限于此。即，第一电极焊盘和第二电极焊盘可以局部地位于第二导电类型半导体层27上。
绝缘反射层31位于第二电极焊盘33与第一导电类型半导体层23之间，以将第二电极焊盘33与第一导电类型半导体层23绝缘。此外，绝缘反射层31覆盖台侧面的一部分，以防止第二电极焊盘33接触第二导电类型半导体层27或活性层25。
同时，上延伸体33a位于第二导电类型半导体层27(或透明电极层29)上。上延伸体33a可以分别通过连接部分33b连接到第二电极焊盘33。上延伸体33a电连接到第二导电类型半导体层27(或透明电极层29)。上延伸体33a可以穿过绝缘层32的各开口32a连接到透明电极层29。设置上延伸体33a以允许电流在第一导电类型半导体层23中均匀地分布。同时，连接部分33b通过绝缘反射层31和/或绝缘层32与第二导电类型半导体层27和活性层25分开。
同时，至少一个下延伸体35a可以从第一电极焊盘35延伸出。下延伸体35a位于第一导电类型半导体层23上并电连接到第一导电类型半导体层23。虽然下延伸体35a可以位于划分开的发光区域之间，但本发明不限于此。即，下延伸体可以位于发光区域的外侧，例如，下延伸体35b。
电极焊盘33和35、上延伸体33a、连接部分33b以及下延伸体35a和35b可以通过相同的工艺由例如Cr/Au的相同的金属材料一起形成，但是本发明不限于此。例如，上延伸体33a和第二电极焊盘33可以通过单独的工艺形成，并可以由彼此不同的材料形成。
在本实施例中，划分开的发光区域关于将第一电极焊盘35和第二电极焊盘33连接的线(例如，线B-B)对称。上延伸体33a也被设置为对称，从而发光区域可以具有相同的发光特性。因此，与用于彼此并联连接的两个传统LED相比，本发明的具有两个划分开的发光区域的LED可以用来简化LED的封装工艺。此外，划分开的发光区域使得能够防止由缺陷导致的电流集中。此外，倾斜的侧部通过台面蚀刻工艺形成，从而能够提高光提取效率。
在本实施例中，第二电极焊盘33位于通过台面蚀刻暴露的第一导电类型半导体层23上，并且绝缘反射层31设置在它们之间。这样的结构防止在第二电极焊盘33下面产生光，并使得光在除形成有第二电极焊盘33的区域之外的区域中产生，从而有效地使用电流。然而，本发明不限于此。例如，可以通过进一步除去通过台面蚀刻工艺暴露的第一导电类型半导体层23来暴露基底。绝缘反射层31可以形成在基底21上，第二电极焊盘33可以设置在绝缘反射层上。可选择地，第二电极焊盘33可以设置在绝缘反射层31上，使得绝缘反射层31设置在第二电极焊盘33与第二导电类型半导体层27或透明电极层29之间。
图3是示出根据本发明另一实施例的LED的剖视图，其对应于沿图1中的线C-C截取的图2c的剖视图。
参照图3，根据本实施例的LED与前面描述的LED几乎相似，因此，为了避免冗余，将仅描述不同点。
在前面参照图1以及图2a至图2c描述的LED的情况下，光提取元件LEE的图案位于透明电极层29上。另一方面，在根据本实施例的LED中，光提取元件LEE的图案位于绝缘层32上。可以通过部分地图案化绝缘层32的上部来形成光提取元件LEE，或者可以通过在绝缘层32上形成另一材料层，然后图案化该材料层来形成光提取元件LEE。例如，光提取元件LEE可以是直径为5μm的圆柱形形状，并以大约30μm的间隔彼此分开。
图4是示出根据本发明另一实施例的LED的平面图。
在图1的实施例中，第一电极焊盘35和第二电极焊盘33沿LED的长轴设置，发光区域沿LED的长轴划分开。然而，在本实施例中，电极焊盘53和55沿LED的短轴设置，发光区域沿LED的短轴划分开。划分开的发光区域具有对称结构，上延伸体53a和下延伸体55a也对称地设置。
绝缘反射层51位于第二电极焊盘53下面，如参照图1所描述的，光提取元件LEE的图案位于透明电极层或绝缘层52上。
这里，上延伸体53a按照沿LED的外边缘延伸并围绕LED的外边缘的形状设置。此外，每个上延伸体具有从LED的外边缘延伸到其内部的延伸体53c。同时，下延伸体55a从LED的内部向外延伸。每个下延伸体55a可以划分为两个分支以围绕每个发光区域中的延伸体53c。
上延伸体55a通过连接部分53b连接到第二电极焊盘53。
图5是示出根据本发明又一实施例的LED的平面图。
参照图5，根据本实施例的LED与参照图4描述的LED几乎相似，但下延伸体65a和上延伸体63a的布置不同。
即，下延伸体65a沿LED的外边缘延伸，然后朝向发光区域的内部延伸。每个上延伸体63a在每个发光区域上具有两个延伸体，其中，两个延伸体设置为围绕向发光区域的内部延伸的下延伸体65a。
上面已描述了本发明的一些实施例，但是可以对电焊焊盘和延伸体的布置进行各种修改和改变。虽然已描述了被划分为两个发光区域的LED作为示例，但可以将LED划分为更多数目的发光区域。

Claims (17)

1.一种发光二极管，所述发光二极管包括：
基底；
发光结构，位于基底上，发光结构具有第一导电类型半导体层、活性层和第二导电类型半导体层；
第一电极焊盘，电连接到第一导电类型半导体层；
第二电极焊盘，位于基底上方；
绝缘反射层，覆盖发光结构的一部分并位于第二电极焊盘的下面，使得第二电极焊盘与发光结构分开；
至少一个上延伸体，连接到第二电极焊盘以电连接到第二导电类型半导体层；以及
光提取元件的图案，位于第二导电类型半导体层上。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其中，第一导电类型半导体层是n型氮化物半导体层，第二导电类型半导体层是p型氮化物半导体层。
3.根据权利要求2所述的发光二极管，所述发光二极管还包括位于p型氮化物半导体层上的透明电极层，其中，上延伸体连接到透明电极层。
4.根据权利要求3所述的发光二极管，其中，光提取元件的图案形成在透明电极层上。
5.根据权利要求3所述的发光二极管，所述发光二极管还包括覆盖透明电极层的绝缘层，其中，绝缘层具有暴露透明电极层的开口，上延伸体穿过所述开口连接到透明电极层。
6.根据权利要求5所述的发光二极管，其中，开口设置为与第二电极焊盘分开。
7.根据权利要求5所述的发光二极管，其中，光提取元件的图案形成在绝缘层上。
8.根据权利要求1所述的发光二极管，其中，第一导电类型半导体层具有通过台面蚀刻第二导电类型半导体层和活性层而暴露的区域，第二电极焊盘位于第一导电类型半导体层的暴露的区域上，绝缘反射层位于第二电极焊盘与第一导电类型半导体层之间。
9.根据权利要求8所述的发光二极管，其中，绝缘反射层覆盖第二导电类型半导体层和活性层的通过台面蚀刻暴露的侧面的至少一部分。
10.根据权利要求8所述的发光二极管，所述发光二极管还包括连接上延伸体和第二电极焊盘的连接部分，
其中，连接部分通过绝缘层与第二导电类型半导体层分开。
11.根据权利要求1所述的发光二极管，其中，第二导电类型半导体层和活性层被划分成限定至少两个发光区域，连接到第二电极焊盘的上延伸体分别位于所述至少两个发光区域上。
12.根据权利要求11所述的发光二极管，其中，所述至少两个发光区域关于穿过第一电极焊盘和第二电极焊盘的直线对称。
13.根据权利要求11所述的发光二极管，所述发光二极管还包括连接到第一电极焊盘的至少一个下延伸体，其中，所述至少一个下延伸体位于所述至少两个发光区域之间。
14.根据权利要求11所述的发光二极管，所述发光二极管还包括在发光区域中分别位于第二导电类型半导体层上的透明电极层，其中，与第二电极焊盘连接的上延伸体分别连接到透明电极层。
15.根据权利要求14所述的发光二极管，其中，光提取元件的图案形成在透明电极层上。
16.根据权利要求14所述的发光二极管，所述发光二极管还包括覆盖透明电极层的绝缘层，其中，绝缘层具有暴露透明电极层的开口，上延伸体分别穿过所述开口连接到透明电极层。
17.根据权利要求16所述的发光二极管，其中，光提取元件的图案形成在绝缘层上。
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