CN103515407A - 发光二极管阵列及发光二极管芯片 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种发光二极管阵列，其包括基板、多个发光二极管单元、至少一导光结构及数条互联机。上述发光二极管单元位于基板且彼此电性隔离。每一发光二极管单元包括n侧氮化物半导体层、p侧氮化物半导体层及主动层。导光结构位于相邻二发光二极管单元之间的一间隔。互联机电性连接上述发光二极管单元。另外，本发明揭露一种发光二极管芯片。采用本发明可将光线引导至正面出光，以提升正面的出光亮度。

Description

发光二极管阵列及发光二极管芯片

技术领域

本发明是有关于一种发光二极管阵列及发光二极管芯片，且特别是有关于一种具有导光结构的发光二极管阵列及发光二极管芯片。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode,LED)是一种半导体二极管基光源。当二极管被施加正向偏压(被开启)时，该装置内的电子可与电洞重新结合并以光子的形式释放能量。这种效应被称为电致发光，而光的颜色(对应于光子的能量)取决于半导体的能隙。当作为光源使用时，LED与白炽光源相比展示出许多优点。这些优点包括较低的能耗、较长的寿命、改良的稳健性(robustness)、较小的尺寸、更快的切换以及更好的耐用性及可靠性。

然而，传统发光二极管除了从其正面出光外，亦从其侧面出光，如此导致从正面出光的光线亮度降低。

发明内容

本发明有关于一种具有导光结构的发光二极管阵列及发光二极管芯片。

可将光线引导至正面出光，以提升正面的出光亮度。

根据本发明的一实施例，提出一种发光二极管阵列。发光二极管阵列包括一基板、数个发光二极管单元、至少一导光结构及多条互联机。上述发光二极管单元位于基板且彼此电性隔离。各发光二极管包括一n侧氮化物半导体层、一p侧氮化物半导体层及一主动层。主动层位于n侧氮化物半导体层与p侧氮化物半导体层之间。导光结构位于相邻二发光二极管单元之间的一间隔。上述互联机电性连接发光二极管单元。

其中，该导光结构与该些发光二极管单元彼此电性隔离。

其中，该导光结构与该发光二极管单元的结构相同。

其中，该导光结构系于相邻二该发光二极管单元之间的该间隔形成时，同时形成于该间隔中。

其中，该发光二极管单元更包括：一未掺杂层，该未掺杂层位于该n侧氮化物半导体层与该基板之间。

其中该导光结构的垂直剖面系为上窄下宽的型态。

其中，该导光结构的形状系选自于由柱状、墙状及其组合所构成的群组。

其中，该导光结构包括：一第一导光墙，邻近该发光二极管的一第一边长；以及一第二导光墙，邻近该发光二极管的一第二边长；其中，该第一边长与该第二边长系为该发光二极管的相邻两边，该第一导光墙与该第二导光墙相互连接或不连接。

其中，该互联机的至少一部分位于该间隔上，且该互联机与该导光结构错开设置。

根据本发明的另一实施例，提出一种发光二极管芯片。发光二极管芯片包括一基板、一发光二极管单元及至少一导光墙。发光二极管单元位于基板上且包括一n侧氮化物半导体层、一p侧氮化物半导体层及一主动层，主动层位于n侧氮化物半导体层与p侧氮化物半导体层之间。导光墙邻近发光二极管单元的一边缘。

其中，该导光墙与该发光二极管单元彼此电性隔离或电性连接。

其中，该导光墙与该发光二极管单元的结构相同。

其中，该导光墙与该发光二极管单元之间具有一间隔。

其中，该间隔、该导光墙与该发光二极管单元同时形成。

其中，该发光二极管单元更包括：一未掺杂层，该未掺杂层位于该n侧氮化物半导体层与该基板之间。

其中，该导光墙的垂直剖面为上窄下宽的型态。

其中，该导光墙为封闭环形结构或非封闭环形结构，且环绕该发光二极管单元。

其中，该至少一个导光墙包括多个导光墙，该些导光墙分离地配置。

本发明有关于一种具有导光结构的发光二极管阵列及发光二极管芯片，可将光线引导至正面出光，以提升正面的出光亮度。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1A绘示依照本发明一实施例的发光二极管阵列的局部俯视图。

图1B绘示图1A中沿方向1B-1B’的剖视图。

图2绘示依照本发明另一实施例的发光二极管阵列的俯视图。

图3绘示依照本发明另一实施例的发光二极管阵列的剖视图。

图4绘示依照本发明另一实施例的发光二极管阵列的局部俯视图。

图5A绘示依照本发明一实施例的发光二极管芯片的剖视图。

图5B绘示图5A中沿方向5B-5B’的剖视图。

图6绘示依照本发明另一实施例的发光二极管芯片的俯视图。

图7绘示依照本发明另一实施例的发光二极管芯片的俯视图。

其中，附图标记：

100、200、300、400：发光二极管阵列

110：基板

120、420：导光结构

130：发光二极管单元

130n：n侧氮化物半导体层

130p：p侧氮化物半导体层

130a：主动层

130u：未掺杂层

130s：边缘侧面

131：第一电极

132：第二电极

140：互联机

150：间隔

421：第一导光墙

422：第二导光墙

500、600、700：发光二极管芯片

520：导光墙

520s：外侧面

L：侧向光

具体实施方式

请参照图1A，其绘示依照本发明一实施例的发光二极管阵列的局部俯视图。发光二极管阵列100包括基板110、至少一导光结构120、数个发光二极管单元130及数条互联机140。

基板110例如是硅基板、氮化镓基板、碳化硅基板、蓝宝石基板或以上述基板再进行图形化等加工的基板，但并不以此为限。

导光结构120位于相邻二发光二极管单元130之间的间隔150内，且与发光二极管单元130彼此电性隔离。导光结构120的水平剖面形状系为圆形、椭圆形或多边形，其中多边形例如是三角形、梯形、棱形或矩形。本实施例中，此些导光结构120的水平剖面形状完全相同，然另一实施例中亦可不完全相同。

请参照图1B，其绘示图1A中沿1B-1B’的剖视图。导光结构120的垂直剖面系为上窄下宽的型态。于部分实施例中，导光结构120的形状系为柱状(pillar)。

导光结构120的垂直剖面形状可以由直线及/或曲线所构成的形状，如圆形的至少一部分、椭圆形的至少一部分及/或多边形，其中多边形例如是三角形、梯形、菱形或矩形。本实施例中，导光结构120的垂直剖面形状系以梯形为例说明，梯形斜面与水平面的夹角介于约30至80度之间，较佳但非限定地是介于40至70度之间。

如图1B所示，导光结构120可引导来自于主动层130a的侧向光L（图1B）至正面出光，以提升发光二极管单元的同一面的出光亮度。此外，本实施例充分利用相邻二发光二极管单元130之间的间隔设置导光结构120，因此并不影响发光二极管单元130的出光面积。

此些发光二极管单元130形成于基板110上且彼此电性隔离。各发光二极管单元130包括n侧氮化物半导体层130n、p侧氮化物半导体层130p及主动层130a，其中主动层130a位于n侧氮化物半导体层130n与p侧氮化物半导体层130p之间。p侧氮化物半导体层130p例如是掺杂硼（B）、铟（In）、镓（Ga）或铝（Al）等三价元素的氮基半导体层，而n侧氮化物半导体层130n例如是掺杂磷（P）、锑（Ti）、砷（As）等五价元素的氮基半导体层。

上述导光结构120与发光二极管单元130的结构相同，例如，导光结构120包括n侧氮化物半导体层130n、p侧氮化物半导体层130p及主动层130a。

导光结构120系于相邻二发光二极管单元130之间的间隔150形成时，同时形成于间隔150中。于部分实施例中，间隔150采用蚀刻制程形成，在蚀刻制程中，间隔150从p侧氮化物半导体层130p垂直地贯穿至n侧氮化物半导体层130n。间隔150未经过的部分保留下来而成为发光二极管单元130及导光结构120。上述蚀刻制程例如是干蚀刻或湿蚀刻。

于部分实施例中，发光二极管单元130更包括未掺杂氮化物半导体层130u（以下简称未掺杂层130u），例如：未掺杂氮化镓层（u-GaN），其位于n侧氮化物半导体层130n与基板110之间。于部分实施例中，间隔150并未经过未掺杂层130u。于部分实施例中，间隔150经过未掺杂层130u。

此外，发光二极管单元130更包括第一电极131及第二电极132，其中第一电极131与p侧氮化物半导体层130p形成奥姆接触，而第二电极132与n侧氮化物半导体层130n形成奥姆接触。当第一电极131（例如作为正电极）及第二电极132（例如作为负电极）被施加一电压时，电子将由第二电极132发出，并往主动层130a移动，而电洞将由第一电极131发出，并往主动层130a移动。当电子及电洞在主动层130a中结合时，主动层130a的发光材料会受激而发光。

发光二极管单元130的第一电极131与第二电极132的一者通过互联机140电性连接于相邻的发光二极管单元130的第一电极131与第二电极132的另一者。此外，互联机140的至少一部分位于间隔150上，且互联机140与导光结构120系错开设置。

请参照图2，其绘示依照本发明另一实施例的发光二极管阵列的俯视图。发光二极管阵列200包括基板110、至少一导光结构120、数个发光二极管单元130及数条互联机140。本实施例中，形成于各发光二极管单元130上的第一电极131及第二电极132系呈对角配置。

请参照图3，其绘示依照本发明另一实施例的发光二极管阵列的剖视图。发光二极管阵列300包括基板110、至少一导光结构120、发光二极管单元130及数条互联机140。本实施例中，相邻二发光二极管单元130间的间隔150贯穿至整个未掺杂层130u，而露出基板110。于部分实施例中，间隔150亦可仅贯穿未掺杂层130u的一部分，其中未掺杂层130u的未被贯穿的部分仍覆盖基板110。

由发光二极管单元130的垂直剖面观察，导光结构120的顶端位置（如顶面）大致对齐p侧氮化物半导体层130p顶端（如顶面），导光结构120的底端（如底面）大致对齐未掺杂层130u的底端（如底面）。

请参照图4，其绘示依照本发明另一实施例的发光二极管阵列的局部俯视图。发光二极管阵列400包括基板110、至少一导光结构420、发光二极管单元130及数条互联机140。

导光结构420包括第一导光墙（wall）421及第二导光墙422，其中第一导光墙邻近发光二极管的第一边长，第二导光墙邻近发光二极管的第二边长，且第一边长与第二边长系为发光二极管的相邻两边，可以斜交或正交。上述第一导光墙与第二导光墙可以相互连接或不连接。另外，相邻发光二极管的第一导光墙可以相互连接或不连接；相邻发光二极管的第二导光墙可以相互连接或不连接。因此，第一导光墙与第二导光墙的交会形式具有多种实施态样，例如，十字形或X字形、T字形、L字形或V字形。

此外，导光结构420的垂直剖面形状相似于导光结构120，容此不再赘述。

请参照图5A，其绘示依照本发明一实施例的发光二极管芯片的剖视图。发光二极管芯片500包括基板110、至少一个导光墙520及发光二极管单元130，其中发光二极管单元130形成于基板110上。

导光墙520与发光二极管单元130彼此电性隔离或电性连接。导光墙520邻近发光二极管单元130的一边缘，此处的”邻近”指的是靠近但不直接接触。于部分实施例中，导光墙520靠近但不接触发光二极管单元130的边缘侧面130s；于部分实施例中，导光墙520可接触发光二极管单元130的边缘侧面130s，例如，导光墙520的外侧面520s与发光二极管单元130的边缘侧面130s对齐，如共面或共线。

请参照图5B，其绘示图5A中沿方向5B-5B’的剖视图。导光墙520与发光二极管单元130的结构相同，容此不再赘述。

导光墙520与发光二极管单元130之间具有间隔150，其中间隔150、导光墙520与发光二极管单元130系同时形成，其形成方法相似上述间隔150、导光结构120与发光二极管单元130的形成方法，容此不再赘述。本实施例中，间隔150垂直地贯穿至发光层124，而未经过n侧氮化物半导体层。于部分实施例中，间隔150贯穿至少部分的n侧氮化物半导体层。于部分实施例中，间隔150可贯穿至少部分的未掺杂层130u。于一特定实施例中，间隔150贯穿整个未掺杂层130u，导光墙520的顶端位置（如顶面）大致对齐p侧氮化物半导体层130p顶端（如顶面），导光墙520的底端（如底面）大致对齐未掺杂层130u的底端（如底面）。

此外，导光墙520的垂直剖面系为上窄下宽的型态，其垂直剖面形状相似于上述导光结构120，容此不再赘述。

请参照图6，其绘示依照本发明另一实施例的发光二极管芯片的俯视图。发光二极管芯片600中，导光墙520系为封闭环形结构且环绕发光二极管单元130。于部分实施例中，导光墙520可呈开放环形，其同样环绕发光二极管单元130。

请参照图7，其绘示依照本发明另一实施例的发光二极管芯片的俯视图。发光二极管芯片700中，导光墙包括数个导光墙520，系分离地配置，且邻近发光二极管单元130的数个边缘。于部分实施例中，多个导光墙520可环绕发光二极管单元130的所有边缘。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (18)

1.一种发光二极管阵列，其特征在于，包括：

一基板；

多个发光二极管单元，位于该基板上且彼此电性隔离，每一发光二极管单元包括：

一n侧氮化物半导体层；

一p侧氮化物半导体层；与

一主动层，位于该n侧氮化物半导体层与该p侧氮化物半导体层之间；

至少一导光结构，位于相邻二该发光二极管单元之间的一间隔；及

多条互联机，电性连接该些发光二极管单元。

2.根据权利要求1所述的发光二极管阵列，其特征在于，该导光结构与该些发光二极管单元彼此电性隔离。

3.根据权利要求1所述的发光二极管阵列，其特征在于，该导光结构与该发光二极管单元的结构相同。

4.根据权利要求1所述的发光二极管阵列，其特征在于，该导光结构系于相邻二该发光二极管单元之间的该间隔形成时，同时形成于该间隔中。

5.根据权利要求1所述的发光二极管阵列，其特征在于，该发光二极管单元更包括：

一未掺杂层，该未掺杂层位于该n侧氮化物半导体层与该基板之间。

6.根据权利要求1所述的发光二极管阵列，其特征在于，该导光结构的垂直剖面系为上窄下宽的型态。

7.根据权利要求1所述的发光二极管阵列，其特征在于，该导光结构的形状系选自于由柱状、墙状及其组合所构成的群组。

8.根据权利要求1所述的发光二极管阵列，其特征在于，该导光结构包括：

一第一导光墙，邻近该发光二极管的一第一边长；以及

一第二导光墙，邻近该发光二极管的一第二边长；

其中，该第一边长与该第二边长系为该发光二极管的相邻两边，该第一导光墙与该第二导光墙相互连接或不连接。

9.根据权利要求1所述的发光二极管阵列，其特征在于，该互联机的至少一部分位于该间隔上，且该互联机与该导光结构错开设置。

10.一种发光二极管芯片，其特征在于，包括：

一基板；

一发光二极管单元，位于该基板上且包括：

一n侧氮化物半导体层；

一p侧氮化物半导体层；

一主动层，位于该n侧氮化物半导体层与该p侧氮化物半导体层之间；及

至少一导光墙，邻近该发光二极管单元的一边缘。

11.根据权利要求10所述的发光二极管芯片，其特征在于，该导光墙与该发光二极管单元彼此电性隔离或电性连接。

12.根据权利要求10所述的发光二极管芯片，其特征在于，该导光墙与该发光二极管单元的结构相同。

13.根据权利要求10所述的发光二极管芯片，其特征在于，该导光墙与该发光二极管单元之间具有一间隔。

14.根据权利要求13所述的发光二极管芯片，其特征在于，该间隔、该导光墙与该发光二极管单元同时形成。

15.根据权利要求10所述的发光二极管芯片，其特征在于，该发光二极管单元更包括：

一未掺杂层，该未掺杂层位于该n侧氮化物半导体层与该基板之间。

16.根据权利要求10所述的发光二极管芯片，其特征在于，该导光墙的垂直剖面为上窄下宽的型态。

17.根据权利要求10所述的发光二极管芯片，其特征在于，该导光墙为封闭环形结构或非封闭环形结构，且环绕该发光二极管单元。

18.根据权利要求10所述的发光二极管芯片，其特征在于，该至少一个导光墙包括多个导光墙，该些导光墙分离地配置。

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