CN111446337B - 发光二极管结构 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管结构包含第一型半导体层、发光层、第二型半导体层、反射层以及欧姆接触层。发光层设置于第一型半导体层下。第二型半导体层设置于发光层下，其中第二型半导体层包含多个凹部由第二型半导体层的下表面朝发光层的方向凹陷。反射层设置于凹部中。欧姆接触层设置于第二型半导体层的下表面并且环绕凹部。此发光二极管结构可以大幅提升发光效率。

Description

发光二极管结构
技术领域
本发明是有关一种发光二极管结构，特别是有关于一种紫外光发光二极管结构。
背景技术
紫外光发光二极管(ultraviolet light emitting diode，UV LED)是指发光波长在紫外光区域的发光二极管，其发光波长可区分为315nm至400nm的长波长(UVA)、280nm至315nm的中波长(UVB)，及280nm以下的短波长(UVC)。其中，短波长的紫外光发光二极管由于其波长范围较接近X光而远离紫光，其目前主要是以含铝氮化物半导体作为材料，例如氮化铝镓(AlGaN)。
然而，一般以含铝氮化物半导体作为短波长的紫外光发光二极管的材料，容易因铝含量的提高而产生较高电压的问题，也容易造成电子溢流与电洞注入效率较差等问题，进而影响发光性能。因此，短波长的紫外光发光二极管于发光效率或光取出效率(lightextraction efficiency，LEE)上仍有大幅改进的空间。
发明内容
有鉴于此，本发明的一目的在于提出一种可解决上述问题的发光二极管结构。
为了达到上述目的，本发明的一态样是提供一种发光二极管结构，其包含第一型半导体层、发光层、第二型半导体层、反射层以及欧姆接触层。发光层设置于第一型半导体层下。第二型半导体层设置于发光层下，其中第二型半导体层包含多个凹部由第二型半导体层的下表面朝发光层的方向凹陷。反射层设置于凹部中。欧姆接触层设置于第二型半导体层的下表面并且环绕凹部。
根据本发明一实施方式，发光二极管结构还包含一电性连接层覆盖反射层及欧姆接触层。
根据本发明一实施方式，反射层填满凹部，且反射层的下表面与第二型半导体层的下表面实质上齐平。
根据本发明一实施方式，反射层包含第一部分及第二部分。第一部分填满凹部，而第二部分位于第一部分下且延伸覆盖欧姆接触层的一部分。
根据本发明一实施方式，发光二极管结构还包含一基板位于第二型半导体层下方。
本发明的另一态样是提供一种发光二极管结构，其包含第一型半导体层、发光层、第二型半导体层、欧姆接触层以及反射层。发光层设置于第一型半导体层下。第二型半导体层设置于发光层下，其中第二型半导体层包含多个凸部由第二型半导体层的下表面朝远离发光层方向凸起。欧姆接触层设置于凸部下。反射层设置于第二型半导体层的下表面并且环绕所述多个凸部。
根据本发明一实施方式，发光二极管结构还包含一电性连接层覆盖欧姆接触层及反射层。
根据本发明一实施方式，反射层的下表面与各凸部的下表面实质上齐平。
根据本发明一实施方式，反射层包含第一部分及第二部分。第二部分位于第一部分下且延伸覆盖欧姆接触层的一部分。
根据本发明一实施方式，发光二极管结构还包含一基板位于第二型半导体层下方。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1为本发明一实施方式的发光二极管结构的剖面示意图；
图2A为图1中区域R1的局部放大示意图；
图2B为本发明不同实施方式的图1中区域R1的局部放大示意图；
图3为图1中第二型半导体层的上视示意图；
图4为本发明不同实施方式的发光二极管结构的剖面示意图；
图5为本发明另一实施方式的发光二极管结构的剖面示意图；
图6A为图5中区域R2的局部放大示意图；
图6B为本发明不同实施方式的图5中区域R2的局部放大示意图；
图7为图5中第二型半导体层的上视示意图；
图8为本发明不同实施方式的发光二极管结构的剖面示意图。
具体实施方式
为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对了本发明的实施态样与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。以下所揭露的各实施例，在有益的情形下可相互组合或取代，也可在一实施例中附加其他的实施例，而无须进一步的记载或说明。
在以下描述中，将详细叙述许多特定细节以使读者能够充分理解以下的实施例。然而，可在无此等特定细节的情况下实践本发明的实施例。在其他情况下，为简化附图，熟知的结构与装置仅示意性地绘示于图中。
图1为本发明一实施方式的发光二极管结构10a的剖面示意图。图2A为图1中区域R1的局部放大示意图。请同时参照图1及图2A，发光二极管结构10a包含第一型半导体层120、发光层130、第二型半导体层140、反射层150以及欧姆接触层160。
于本实施方式中，第一型半导体层120包含第一部分122及第二部分124，其中第一部分122位于第二部分124上。更具体的说，第一型半导体层120的第一部分122的尺寸大于其第二部分124的尺寸。在此所述的“尺寸”，是指上视图中，元件的长度与宽度构成的尺寸。在多个实施例中，第一型半导体层120可为N型III-V族半导体层。举例来说，III-V族半导体层可包含如氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)等二元磊晶材料，或如氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化镓铝铟(AlInGaN)等三元或四元磊晶材料。因此，N型III-V族半导体层可以为上述III-V族半导体层经IVA族元素(例如，硅等)掺杂后而形成。在某些实施例中，第一型半导体层120可以利用有机金属化学气相沉积(MOCVD)法、液相磊晶(LPE)法或分子束磊晶(MBE)法来形成。
发光层130设置于第一型半导体层120下。在多个实施例中，发光层130的尺寸与第一型半导体层120的第二部分124的尺寸实质上相同。在多个实施例中，发光层130可包含多层量子井(multiple quantum well，MQW)、单一量子井(single-quantum well，SQW)、同质接面(homojunction)、异质接面(heterojunction)或其它类似的结构。
第二型半导体层140设置于发光层130下。更具体的说，第二型半导体层140包含多个凹部144由第二型半导体层140的下表面140b朝发光层130的方向凹陷。应注意，凹部144并未贯穿第二型半导体层140。在多个实施例中，第二型半导体层140的尺寸与发光层130的尺寸实质上相同。在多个实施例中，第二型半导体层140可为P型III-V族半导体层。举例来说，III-V族半导体层可包含如氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)等二元磊晶材料，或如氮化铟镓(InGaN)、氮化镓铝铟(AlInGaN)等三元或四元磊晶材料。因此，P型III-V族半导体层可以为上述III-V族半导体层经IIA族元素(例如，铍、镁、钙或锶等)掺杂后而形成。在某些实施例中，第二型半导体层140同样可以利用有机金属化学气相沉积(MOCVD)法、液相磊晶(LPE)法或分子束磊晶(MBE)法形成在发光层130下。
反射层150设置于凹部144中。在本实施方式中，反射层150包含分散式布拉格反射镜(Distributed Bragg Reflector，DBR)。具体的说，分散式布拉格反射镜可由两种具有不同折射率的同质或异质材料的薄膜相互堆叠所构成，并可将发光层130所发出的光线反射并朝向第一型半导体层120的方向出光，以提高发光二极管结构10a的发光效率。在多个实施例中，反射层150填满凹部144，且反射层150的下表面150b与第二型半导体层140的下表面140b实质上齐平。
欧姆接触层160设置于第二型半导体层140的下表面140b并且环绕凹部144。在多个实施例中，欧姆接触层160可包含透光导电材料或不透光导电材料。举例来说，透光导电材料可包含氧化铟锡(Indium tin oxide，ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铝锌(AZO)或具有透光导电效果的材料；不透光导电材料可包含镍(Ni)、银(Ag)、镍金(Ni/Au)合金或上述的组合。
在某些实施例中，发光二极管结构10a还包含电性连接层170全面覆盖反射层150及欧姆接触层160。在多个实施例中，电性连接层170包含高反射性的金属材料，例如铝(Al)、银(Ag)、钛(Ti)、铬(Cr)、镍(Ni)、铂(Pt)，但不以此为限。电性连接层170的设置可以增加欧姆接触层160的电性接触面积。此外，电性连接层170还可以作为反射层之用，将发光层134所发出的光线再次通过电性连接层170反射并朝向第一型半导体层120的方向出光。
在某些实施例中，发光二极管结构10a还包含绝缘层180连续地覆盖反射层150、欧姆接触层160、第二型半导体层140的侧壁140S、发光层130的侧壁130S、第一型半导体层120的第二部分124的侧壁124S以及第一型半导体层120的第一部分122的下表面122b。更详细的说，绝缘层180具有第一开口182以及第二开口184，其中第一开口182暴露出第一型半导体层120的第一部分122下表面122b的一部分，且第二开口184暴露出部分的反射层150以及部分的欧姆接触层160。在发光二极管结构10a包含电性连接层170的实施例中，绝缘层180连续地覆盖电性连接层170、第二型半导体层140的侧壁140S、发光层130的侧壁130S、第一型半导体层120的第二部分124的侧壁124S以及第一型半导体层120的第一部分122的下表面122b。更详细的说，绝缘层180具有第一开口182以及第二开口184，其中第一开口182暴露出第一型半导体层120的第一部分122下表面122b的一部分，且第二开口184暴露出部分的电性连接层170。在多个实施方式中，绝缘层180所使用的材料可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、环氧树脂(epoxy)或其它合适的绝缘材料。在多个实施例中，可以使用化学气相沉积法、印刷、涂布或其他合适的方法来形成绝缘层180，并搭配微影蚀刻制程来形成第一开口182以及第二开口184。
在某些实施例中，发光二极管结构10a可以进一步包含第一电极192及第二电极194，分别位于绝缘层180的第一开口182及第二开口184中。在多个实例中，第一电极192和第二电极194的材料可以各自包含高功函数金属，例如镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、钯(Pd)、铂(Pt)和/或氮化钛(TiN)。可以理解的是，发光二极管结构10a的第一电极192和第二电极194是透过覆晶(flip-chip)的方式进行封装，进而可得到紫外光发光二极管的封装结构。
在某些实施例中，发光二极管结构10a还可以包含基板110位于第一型半导体层120上。更详细的说，基板110为透光基板，举例来说，透光基板包含蓝宝石(sapphire)、玻璃、石英或其他透光材料。应注意，于本实施方式中，基板110为可省略的元件。
图2B为本发明不同实施方式的图1中区域R1的局部放大示意图。为了便于比较与上述各实施方式的相异处并简化说明，在下文的各实施例中使用相同的符号标注相同的元件，且主要针对各实施方式的相异处进行说明，而不再对重复部分进行赘述。
请参照图2B，在某些实施例中，反射层150包含第一部分152及第二部分154。具体的说，第一部分152填满凹部144，而第二部分154位于第一部分152下且延伸覆盖欧姆接触层160的一部分。
图3为图1中第二型半导体层140的上视示意图。可以理解的是，无论为如图2A所示的实施例或如图2B所示的实施例，第二型半导体层140的上视示意图皆如图3所示。亦即，反射层150设置于凹部144中，且欧姆接触层160环绕反射层150。
图4为本发明不同实施方式的发光二极管结构10b的剖面示意图。发光二极管结构10b包含第一型半导体层120、发光层130、第二型半导体层140、反射层150以及欧姆接触层160。有关第一型半导体层120及发光层130的材料及其他特征可与前文关于图1所述的第一型半导体层120及发光层130相同或相似，在此不再赘述。
第二型半导体层140设置于发光层130下。具体的说，第二型半导体层140包含多个凹部144由第二型半导体层140的下表面140b朝发光层130的方向凹陷。在本实施方式中，第一型半导体层120、发光层130及第二型半导体层140具有实质上相同的尺寸。有关第二型半导体层140的材料及其他特征可与前文关于图1所述的第二型半导体层140相同或相似，在此不再赘述。
反射层150设置于凹部144中。有关反射层150的材料及其他特征可与前文关于图1所述的反射层150相同或相似，在此不再赘述。
欧姆接触层160设置于第二型半导体层140的下表面140b并且环绕凹部144。有关欧姆接触层160的材料及其他特征可与前文关于图1所述的欧姆接触层160相同或相似，在此不再赘述。
在某些实施例中，发光二极管结构10b还包含电性连接层170全面覆盖反射层150及欧姆接触层160。有关电性连接层170的材料及其他特征可与前文关于图1所述的电性连接层170相同或相似，在此不再赘述。应注意，于本实施方式中，电性连接层170除了全面覆盖反射层150及欧姆接触层160之外，还向外延伸出一平台172，以利后续电极的设置。
在某些实施例中，发光二极管结构10b还包含第一电极192及第二电极194。具体的说，第一电极192设置于电性连接层170的下方，且部分的第一电极192向上延伸贯穿反射层150、欧姆接触层160、第二型半导体层140、发光层130以及部分的第一型半导体层120。如图4所示，第一电极192的剖面具有“凸”型轮廓。应注意，向上延伸的部分第一电极192并未贯穿第一型半导体层120。第二电极194设置于电性连接层170的平台172上。在多个实施例中，第二电极194大致对准第一电极192。在此所述的“大致对准”，是指第二电极194的垂直投影与第一电极192的垂直投影重叠。较佳可为第二电极194的投影落于第一电极192的垂直投影内。有关第一电极192和第二电极194的材料可与前文关于图1所述的第一电极192和第二电极194相同或相似。可以理解的是，本实施方式是通过打线接合(wire bonding)的方式进行封装，进而可得到紫外光发光二极管的封装结构。
在某些实施例中，发光二极管结构10b还包含绝缘层180夹置于电性连接层170与第一电极192之间。更详细的说，绝缘层180全面地覆盖第一电极192的第二表面192a”并延伸覆盖向上延伸的部分第一电极192的侧壁192S。应注意，向上延伸的部分第一电极192的第一表面192a并没有被绝缘层180覆盖，而得以与第一型半导体层120电性连接。
在某些实施例中，发光二极管结构10b还包含基板110位于第二半导体层140下方。更详细的说，基板110是位于第一电极192下。在多个实施例中，基板110可以为透光基板或不透光基板，举例来说，透光基板包含蓝宝石(sapphire)、玻璃、石英或其他透光材料；不透光基板包含陶瓷、硅基板、金属基板或其它不透光材料。应注意，于本实施方式中，基板110为必要元件，用以提供制程中所需要的承载力。
图5为本发明另一实施方式的发光二极管结构10c的剖面示意图。图6A为图5中区域R2的局部放大示意图。请同时参照图5及图6A，发光二极管结构10c包含第一型半导体层120、发光层130、第二型半导体层140、欧姆接触层160以及反射层150。有关第一型半导体层120的材料及其他特征可与前文关于图1所述的第一型半导体层120相同或相似，在此不再赘述。
发光层130设置于第一型半导体层120下。有关发光层130的材料及其他特征可与前文关于图1所述的发光层130相同或相似，在此不再赘述。
第二型半导体层140设置于发光层130下。更具体的说，第二型半导体层140包含多个凸部142由第二型半导体层140的下表面140b朝远离发光层130的方向凸起。有关第二型半导体层140的材料可与前文关于图1所述的第二型半导体层140相同或相似，在此不再赘述。
欧姆接触层160设置于凸部142下。有关欧姆接触层160的材料可与前文关于图1所述的欧姆接触层160相同或相似，在此不再赘述。
反射层150设置于第二型半导体层140的下表面140b并且环绕凸部142。在多个实施例中，反射层150的下表面150b与凸部142的下表面142b实质上齐平。也就是说，欧姆接触层160高于反射层150的下表面150b。有关反射层150的材料可与前文关于图1所述的反射层150相同或相似，在此不再赘述。
在某些实施例中，发光二极管结构10c还包含电性连接层170全面覆盖反射层150及欧姆接触层160。有关电性连接层170的材料及其他特征可与前文关于图1所述的电性连接层170相同或相似，在此不再赘述。
在某些实施例中，发光二极管结构10c还包含第一电极192、第二电极194、绝缘层180和/或基板110。有关第一电极192、第二电极194、绝缘层180和基板110的材料及其他特征可与前文关于图1所述的第一电极192、第二电极194、绝缘层180和基板110相同或相似，在此不再赘述。应注意，于本实施方式中，基板110为可省略的元件。
图6B为本发明不同实施方式的图5中区域R2的局部放大示意图。为了便于比较与上述各实施方式的相异处并简化说明，在下文的各实施例中使用相同的符号标注相同的元件，且主要针对各实施方式的相异处进行说明，而不再对重复部分进行赘述。
请参照图6B，在某些实施例中，反射层150包含第一部分152及第二部分154。具体的说，第一部分152填满相邻凸部142之间的空间，而第二部分154位于第一部分152下且延伸覆盖欧姆接触层160的一部分。
图7为图5中第二型半导体层140的上视示意图。可以理解的是，无论为如图6A所示的实施例或如图6B所示的实施例，第二型半导体层140的上视示意图皆如图7所示。亦即，欧姆接触层160设置于凸部142，且反射层150环绕欧姆接触层160。
图8为本发明不同实施方式的发光二极管结构10d的剖面示意图。发光二极管结构10d包含第一型半导体层120、发光层130、第二型半导体层140、欧姆接触层160以及反射层150。有关第一型半导体层120及发光层130的材料及其他特征可与前文关于图4所述的第一型半导体层120及发光层130相同或相似，在此不再赘述。
第二型半导体层140设置于发光层130下。具体的说，第二型半导体层140包含多个凸部142由第二型半导体层140的下表面140b朝远离发光层130方向凸起。在本实施方式中，第一型半导体层120、发光层130及第二型半导体层140具有实质上相同的尺寸。有关第二型半导体层140的材料及其他特征可与前文关于图4所述的第二型半导体层140相同或相似，在此不再赘述。
欧姆接触层160设置于凸部142下。有关欧姆接触层160的材料及其他特征可与前文关于图4所述的欧姆接触层160相同或相似，在此不再赘述。
反射层150设置于第二型半导体层140的下表面140b并且环绕凸部142。有关反射层150的材料及其他特征可与前文关于图4所述的反射层150相同或相似，在此不再赘述。
在某些实施例中，发光二极管结构10d还包含电性连接层170全面覆盖反射层150及欧姆接触层160。有关电性连接层170的材料及其他特征可与前文关于图4所述的电性连接层170相同或相似，在此不再赘述。应注意，于本实施方式中，电性连接层170除了全面覆盖反射层150及欧姆接触层160之外，还向外延伸出一平台172，以利后续电极的设置。
在某些实施例中，发光二极管结构10d还包含第一电极192、第二电极194、绝缘层180和/或基板110。有关第一电极192、第二电极194、绝缘层180和基板110的材料及其他特征可与前文关于图4所述的第一电极192、第二电极194、绝缘层180和基板110相同或相似，在此不再赘述。应注意，于本实施方式中，基板110为必要元件，用以提供制程中所需要的承载力。
综上所述，本发明提供的发光二极管结构，可以大幅提升短波长的紫外光发光二极管于发光效率或光取出效率。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种发光二极管结构，其特征在于，包含：
一第一型半导体层；
一发光层，设置于该第一型半导体层下；
一第二型半导体层，设置于该发光层下，其中，该第二型半导体层包含多个凹部，所述多个凹部由该第二型半导体层的一下表面朝该发光层方向凹陷；
一反射层，设置于所述多个凹部中；以及
一欧姆接触层，设置于该第二型半导体层的该下表面并且环绕所述多个凹部。
2.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，还包含一电性连接层覆盖该反射层及该欧姆接触层。
3.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，其中该反射层填满所述多个凹部，且该反射层的一下表面与该第二型半导体层的该下表面齐平。
4.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，其中该反射层包含一第一部分及一第二部分，该第一部分填满所述多个凹部，该第二部分位于该第一部分下且延伸覆盖该欧姆接触层的一部分。
5.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，还包含一基板位于该第二型半导体层下方。
6.一种发光二极管结构，其特征在于，包含：
一第一型半导体层；
一发光层，设置于该第一型半导体层下；
一第二型半导体层，设置于该发光层下，其中，该第二型半导体层包含多个凸部，所述多个凸部由该第二型半导体层的一下表面朝远离该发光层方向凸起；
一欧姆接触层，设置于所述多个凸部下；以及
一反射层，设置于该第二型半导体层的该下表面并且环绕所述多个凸部。
7.根据权利要求6所述的发光二极管结构，其特征在于，还包含一电性连接层覆盖该欧姆接触层及该反射层。
8.根据权利要求6所述的发光二极管结构，其特征在于，其中该反射层的一下表面与各该凸部的一下表面齐平。
9.根据权利要求6所述的发光二极管结构，其特征在于，其中该反射层包含一第一部分及一第二部分，该第二部分位于该第一部分下且延伸覆盖该欧姆接触层的一部分。
10.根据权利要求6所述的发光二极管结构，其特征在于，还包含一基板位于该第二型半导体层下方。
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