CN105140369B - 发光二极管结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发光二极管结构，包括第一型掺杂半导体层、第二型掺杂半导体层、发光层、第一电极以及第二电极。发光层配置于第一型掺杂半导体层与第二型掺杂半导体层之间。第一电极配置于第一型掺杂半导体层上，且包括多个分支部。第二电极配置于第二型掺杂半导体层上，第二电极圈围出至少一封闭区域，且封闭区域位于相邻的两个分支部之间。本发明的发光二极管结构具有高发光效率。

Description

发光二极管结构
技术领域
本发明涉及一种光电元件结构，尤其涉及一种发光二极管结构。
背景技术
由于发光二极管(light emitting diode,简称LED)结构具有低功率消耗、环保、使用寿命长及反应速率快等优势，因此已被广泛地应用在照明领域及显示领域中。为了提升发光二极管的亮度，大尺寸的芯片逐渐被开发出来。然而，现有的发光二极管结构的电极设计具有造成电流分散性不佳的缺点，而使得此电极设计不适合用于大尺寸的芯片。
为改善上述的电流分散性不佳的问题，另一种现有电极被发展出来。此种现有电极包括配置于N型掺杂半导体层上的第一指叉状电极以及配置于P型掺杂半导体层上的第二指叉状电极。第一指叉状电极与第二指叉状电极分别具有多个第一分支部与多个第二分支部，其中相邻的两个第一分支部中间仅配置有一个第二分支部。虽然此电极设计可改善电流分散性不佳的问题，但在此电极设计下，由于电子与电洞的迁移率(mobility)不同，电子的迁移率较电洞的迁移率快，因此自第一分支部发出的电子传递至第二分支部时(或第二分支部发出的电洞传递至第一分支部时)，第二分支部旁(或第一分支部旁)的电子浓度与电洞浓度差异极大，而使电子与电洞复合(recombination)机率较低，进而使得具有此种现有电极的发光二极管结构的发光效率不佳。
发明内容
本发明提供一种发光二极管结构，其具有高发光效率。
本发明的一实施例提出一种发光二极管结构，包括第一型掺杂半导体层、第二型掺杂半导体层、发光层、第一电极以及第二电极。发光层配置于第一型掺杂半导体层与第二型掺杂半导体层之间。第一电极配置于第一型掺杂半导体层上，且包括多个分支部。第二电极配置于第二型掺杂半导体层上，第二电极圈围出至少一封闭区域，且封闭区域位于相邻的两个分支部之间。
基于上述，本发明的实施例的发光二极管结构通过在第一电极的相邻两个分支部之间配置圈围出封闭区域的第二电极，可使得发光二极管结构中上的电子与电洞浓度较为匹配，此可有效促进电子与电洞的复合，进而提高发光二极管结构的发光效率。
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1为本发明一实施例的发光二极管结构的俯视示意图；
图2为对应图1的A-A’线所示的剖面图；
图3为对应图1的B-B’线所示的剖面图；
图4示出本发明一实施例的发光二极管结构接合在电路板上的情形；
图5为本发明另一实施例的发光二极管结构的俯视示意图。
附图标记说明：
100、100’：发光二极管结构；
102：第一型掺杂半导体层；
102a：平台部；
102b：下陷部；
104：第二型掺杂半导体层；
106：发光层；
108、108’：第一电极；
108a、108e、110d：分支部；
108b：第一接垫；
108c：第一电极的开口；
108d、110c：连接段；
110：第二电极；
110a、110a’：延伸部
110b：第二接垫；
112：透明导电层；
200：导电凸块；
300：电路板；
C：封闭区域；
D1、D2：厚度；
H1：最短距离；
H2：最大宽度；
T1、T2：端点。
具体实施方式
图1为本发明一实施例的发光二极管结构的俯视示意图。图2为对应图1的A-A’线所示的剖面图。图3为对应图1的B-B’线所示的剖面图。
请同时参照图1、图2及图3，本实施例的发光二极管结构100包括第一型掺杂半导体层102、第二型掺杂半导体层104、发光层106、第一电极108以及第二电极110。发光层106配置于第一型掺杂半导体层102与第二型掺杂半导体层104之间。第一电极108配置于第一型掺杂半导体层102上，而第二电极110配置于第二型掺杂半导体层104上。在本实施例中，第一型掺杂半导体层102例如为N型半导体层，而第二型掺杂半导体层104例如为P型半导体层。发光层106例如为氮化镓(gallium nitride,简称GaN)层与氮化铟镓(indium galliumnitride,简称InGaN)层交替堆叠的多重量子阱结构(Multiple Quantum Well，简称MQW)。然而，在其他实施例中，发光层106亦可以是量子阱结构。第一电极108与第二电极110的材质为导电材料，以单一层或是多层导电材料堆叠，其包括金、钛、铝、铬、铂、其他导电材料或这些材料的组合。但本发明不以上述为限。
更详细地说，本实施例的第一型掺杂半导体层102具有相连接的平台部102a与下陷部102b，平台部102a的厚度D1大于下陷部102b的厚度D2。发光层106与第二型掺杂半导体层104配置平台部102a上，且第一电极108配置于下陷部102b上。在一实施例中，发光二极管结构100可利用覆晶(flip chip)的方式来封装。如图4所示，本实施例可利用导电凸块200接合(bonding)第一电极108与电路板300及接合第二电极110与电路板300。如此一来，使用者便可通过电路板300操作本实施例的发光二极管结构100。然而，在另一实施例中，发光二极管结构100亦可采用打线结合的方式来封装，亦即可利用接合导线来接合第一电极108与电路板300及接合第二电极110与电路板300，而此时第一电极108与第二电极110背对电路板300。
此外，本实施例的发光二极管结构100可进一步包括透明导电层112。透明导电层112可配置于第二电极110与第二型掺杂半导体层104之间。第二型掺杂半导体层104可通过透明导电层112与第二电极110形成良好的欧姆接触(ohmic contact)。透明导电层112的材质例如为铟锡氧化物(indium tin oxide，简称ITO)、铟锌氧化物(indium zinc oxide,简称IZO)、氧化锌(zinc oxide,简称ZnO)、铟锡锌氧化物(indium tin zinc oxide,简称ITZO)、铝锡氧化物(aluminum tin oxide,简称ATO)、铝锌氧化物(aluminum zinc oxide,简称AZO)或其他适当的透明导电材质。
本实施例的第一电极108包括多个分支部108a，而本实施例的第二电极110圈围出至少一封闭区域C(图1是以一个封闭区域C为例)。举例而言，如图1所示，本实施例的第一电极108包括两个分支部108a。(图1中是以两个分支部108a为例，但本发明的发光二极管结构并不限于图1中所示，在其他实施例中，亦可以是第一电极108包括三个以上的分支部108a)。
在本实施例中，封闭区域C位于相邻的两个分支部108a之间。在本实施例中，每一分支部108a与相邻的第二电极110之间的最短距离H1小于或等于封闭区域C的最大宽度H2，但本发明不限于此，距离H1与距离H2皆可视实施的设计需求而调整。此处的最大宽度H2是指在各个不同的方向中，取一个封闭区域C的宽度最大的方向，而在此方向上的封闭区域C的宽度即为最大宽度H2。
上述的电极设计(即封闭区域C位于相邻的两个分支部108a之间)可改善现有技术中因电子与电洞迁移率(mobility)不同而造成的发光效率不佳的问题。详细说明如下：由于电子的迁移率较电洞快，因此电子在远离分支部108a处仍可维持较高的浓度。所以，当电子移动至封闭区域C时，电子的浓度与电洞的浓度会较为接近，如此便能够使电子与电洞有较佳的复合率，进而提升发光二极管结构100的发光效率。
在本实施例中，由于每一分支部108a与相邻的第二电极110之间的最短距离H1小于或等于封闭区域C的最大宽度H2，因此封闭区域C中的电子浓度便能够有效提升，而使的电子的浓度与电洞的浓度更为接近，进而通过提升电子与电洞的复合率来提升发光二极管结构100的发光效率。
就本实施例的发光二极管结构100的封闭区域C而言，封闭区域C与分支部108a的距离较远，故由分支部108a发出的电子传递至封闭区域C时，电子浓度已下降。另一方面，虽然封闭区域C与第二电极110的距离较近，但由于电洞的迁移率(mobility)较电子小，故由第二电极110发出的电洞传递至封闭区域C时，电洞浓度已下降至与电子浓度接近的程度。如此一来，封闭区域C中的电洞浓度便可与封闭区域C中的电子浓度匹配，进而使得电子电洞在封闭区域C中及附近发生复合(recombination)的机率大幅提高，而更进一步地提升发光二极管结构100的发光效率，且亦能够提升发光二极管结构100的发光均匀性。
请继续参照图1、图3及图4，本实施例的第一电极108可进一步包括至少一第一接垫108b，第一接垫108b连接分支部108a。本实施例的第二电极110可进一步包括至少一第二接垫110b及与第二接垫110b连接的延伸部110a。在本实施例中，第二接垫110b与延伸部110a圈围出封闭区域C。此外，在本实施例中，第二接垫110b配置于第一电极108的相邻的两个分支部108a之间。如图4所示，第一接垫108b与第二接垫110b可通过导电凸块200与电路板300连接，进而让使用者可通过电路板300操作发光二极管结构100。
详言之，本实施例的分支部108a具有相对的第一端T1与第二端T2，且第一接垫108b连接相邻分支部108a的第一端T1。在本实施例中，第一电极108中的两个分支部108a呈U字形，且第二电极110呈环状。并且，第一电极108的U字形的开口108c朝向第二电极110的第二接垫110b。
图5为本发明另一实施例的发光二极管结构的俯视示意图。请参照图5，本实施例的发光二极管结构100’与图1的发光二极管结构100类似，而两者的差异如下所述。在本实施例中，第一电极108’包括多个第一接垫108b，且第一电极108’还包括至少一连接段108d及多个分支部108e，其中连接段108d连接相邻两个第一接垫108b，而这些分支部108e则分别由这些第一接垫108b延伸而出。此外，在本实施例中，第二电极110’包括多个第二接垫110b、延伸部110a’、多个连接段110c及多个分支部110d。延伸部110a’例如呈环状，连接段110c连接延伸部110a’与第二接垫110b，且这些第二接垫110b分别延伸出分支部110d。在本实施例中，分支部110d配置于分支部108e与分支部108a之间。或者，在另一实施例中，分支部110d与分支部108e可交替配置。在本实施例中，由于延伸部110a’呈环状而圈围出封闭区域C，因此亦具有类似于图1的发光二极管结构100的功效，在此不再重述。
综上所述，本发明的发光二极管结构通过在第一电极的相邻两个分支部之间配置圈围出封闭区域的第二电极，而使得发光二极管结构各区域上的电子电洞浓度匹配，此可有效促进电子与电洞的复合，进而提高电子电洞复合的机率。如此一来，本发明的发光二极管结构的发光效率光提取效率便可有效提高。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (26)

1.一种发光二极管结构，其特征在于，包括：
第一型掺杂半导体层；
第一电极，配置于部分所述第一型掺杂半导体层上，包括多个第一分支部；
第二型掺杂半导体层，配置于部分所述第一型掺杂半导体层上；
第二电极，配置于部分所述第二型掺杂半导体层上，包括多个第二分支部以及至少一延伸部，所述延伸部包括向所述第一电极延伸的二延伸臂，所述二延伸臂夹住所述第二型掺杂半导体层上的一封闭区域C，且封闭区域C位于相邻的两个第二分支部之间；
发光层，配置于所述第一型掺杂半导体层与所述第二型掺杂半导体层之间，其中所述多个第一分支部中的相邻两第一分支部之间分别形成一个开口，所述多个第二分支部与延伸部各往所述各个开口中延伸。
2.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述第一型掺杂半导体层具有相连接的平台部与下陷部，所述平台部的厚度大于所述下陷部的厚度，所述发光层与所述第二型掺杂半导体层配置于所述平台部上，且所述第一电极配置于所述下陷部上。
3.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述第一电极还包括至少一第一接垫，所述第一接垫连接所述第一分支部，且所述第二电极还包括至少一第二接垫，所述第二接垫连接所述第二分支部及所述延伸部。
4.根据权利要求3所述的发光二极管结构，其特征在于，所述第二接垫配置于两个所述第一分支部之间。
5.根据权利要求3所述的发光二极管结构，其特征在于，两个相邻所述第一分支部形成的所述开口朝向所述第二接垫。
6.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述发光二极管结构用于覆晶方式的封装。
7.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，还包括透明导电层，配置于所述第二电极与所述第二型掺杂半导体层之间。
8.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述延伸部的两延伸臂的端点相互连接而在所述第二型掺杂半导体层上圈围封闭区域。
9.根据权利要求8所述的发光二极管结构，其特征在于，每一所述第一分支部与相邻的所述第二电极之间的最短距离小于或等于所述封闭区域的最大宽度。
10.一种发光二极管结构，其特征在于，包括：
第一型掺杂半导体层；
第一电极，配置于部分所述第一型掺杂半导体层上，包括多个第一分支部；
第二型掺杂半导体层，配置于部分所述第一型掺杂半导体层上；
第二电极，配置于部分所述第二型掺杂半导体层上，包括多个第二分支部以及至少一延伸部，所述延伸部包括向所述第一电极延伸的二延伸臂，所述二延伸臂夹住所述第二型掺杂半导体层上的一封闭区域C，且封闭区域C位于相邻的两个第二分支部之间；
发光层，配置于所述第一型掺杂半导体层与所述第二型掺杂半导体层之间，所述多个第一分支部与所述多个第二分支部及延伸部的延伸方向相反并彼此交错。
11.根据权利要求10所述的发光二极管结构，其特征在于，所述第一型掺杂半导体层具有相连接的平台部与下陷部，所述平台部的厚度大于所述下陷部的厚度，所述发光层与所述第二型掺杂半导体层配置于所述平台部上，且所述第一电极配置于所述下陷部上。
12.根据权利要求10所述的发光二极管结构，其特征在于，所述第一电极还包括至少一第一接垫，所述第一接垫连接所述第一分支部，且所述第二电极还包括至少一第二接垫，所述第二接垫连接所述第二分支部。
13.根据权利要求12所述的发光二极管结构，其特征在于，所述第二接垫配置于相邻的两个所述第一分支部之间。
14.根据权利要求12所述的发光二极管结构，其特征在于，两个相邻所述第一分支部形成的开口朝向所述第二接垫。
15.根据权利要求10所述的发光二极管结构，其特征在于，所述发光二极管结构用于覆晶方式的封装。
16.根据权利要求10所述的发光二极管结构，其特征在于，还包括透明导电层，配置于所述第二电极与所述第二型掺杂半导体层之间。
17.根据权利要求10所述的发光二极管结构，其特征在于，所述延伸部的两延伸臂的端点相互连接而形成一封闭区域。
18.根据权利要求17所述的发光二极管结构，其特征在于，每一所述第一分支部与相邻的所述第二电极之间的最短距离小于或等于所述封闭区域的最大宽度。
19.一种发光二极管结构，其特征在于，包括：
第一型掺杂半导体层；
第一电极，配置于部分所述第一型掺杂半导体层上，包括多个第一分支部；
第二型掺杂半导体层，配置于部分所述第一型掺杂半导体层上；
第二电极，配置于部分所述第二型掺杂半导体层上，包括多个第二分支部以及延伸部，所述延伸部具有两延伸臂并在所述第二型掺杂半导体层上夹住一封闭区域C，封闭区域C位于两个相邻的第二分支部之间；
发光层，配置于所述第一型掺杂半导体层与所述第二型掺杂半导体层之间。
20.根据权利要求19所述的发光二极管结构，其特征在于，所述第一型掺杂半导体层具有相连接的平台部与下陷部，所述平台部的厚度大于所述下陷部的厚度，所述发光层与所述第二型掺杂半导体层配置于所述平台部上，且所述第一电极配置于所述下陷部上。
21.根据权利要求19所述的发光二极管结构，其特征在于，所述第一电极还包括至少一第一接垫，所述第一接垫连接所述第一分支部，且所述第二电极还包括至少一第二接垫，所述第二接垫连接所述第二分支部。
22.根据权利要求21所述的发光二极管结构，其特征在于，所述第二接垫配置于相邻的两个所述第一分支部之间。
23.根据权利要求21所述的发光二极管结构，其特征在于，两个相邻所述第一分支部形成的开口朝向所述第二接垫。
24.根据权利要求19所述的发光二极管结构，其特征在于，所述发光二极管结构用于覆晶方式的封装。
25.根据权利要求19所述的发光二极管结构，其特征在于，还包括透明导电层，配置于所述第二电极与所述第二型掺杂半导体层之间。
26.根据权利要求19所述的发光二极管结构，其特征在于，每一所述第一分支部与相邻的所述第二电极之间的最短距离小于或等于所述封闭区域C的最大宽度。
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