具有高透光率的发光二极管元件
技术领域
本发明涉及一种发光二极管元件,特别是有关于一种借由改变透明电极的结构而增加光的穿透率,从而具有高透光效率的发光二极管元件。
背景技术
使用化合物半导体来制作发光二极管(light emitting diode;LED)元件时,为了使整个元件能够均匀的发光,必须要使电流能够均匀地由电极流入P型薄膜,因此采用透明电极(transparent contact),这种透明电极同时兼具有电流分散(current spreading)与透光的功用。
以往使用氮化物制作而得的发光二极管,所采用的方式是利用蒸镀机在整个P型薄膜的表面镀满整面的薄金属(例如:一至数层的镍/金)作为透明电极,然后在上面覆盖保护层,但是由于薄金属的存在使光的穿透率无法被提高。
图1示意性显示了传统发光二极管元件的剖面结构,其中,11为氧化铝(sapphire)基板,12为经N型杂质进行掺杂的氮化镓(GaN),13为经P型杂质进行掺杂的氮化镓,14为N型接触电极(contact pad),15为P型接触电极,16为绝缘物质,17a为镍(Ni),17b为金(Au),19为二氧化硅形成的保护膜,20为活性层(或发光层)。需注意的是,在此透明电极17由镍17a和金17b双层结构所构成。
发光二极管元件动作时,电流由P型接触电极15注入,借由透明电极17(镍17a和金17b)而被分散,电流流过P型氮化镓13、活性层20、及N型氮化镓12,最后到达N型接触电极14。而发光二极管元件所发出的光线则穿透上述透明电极层17、及二氧化硅保护膜19而显现出来(如图中箭头符号所示)。
图2为图1所示发光二极管元件的俯视示意图,其中,图2沿A-A′方向的剖面图即为图1。
参照图1、2,由于透明电极17除了设于接触电极15底部部份区域之外,全面覆盖在P型氮化镓13之上。透明电极17主要由镍17a和金17b所构成,虽然为透明层,但是对于光而言,并不具最佳的穿透效率(光线仍会在镍17a和金17b中有损耗的情形),因此会降低发光二极管的发光效率,而使其亮度降低。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种具有高透光率的发光二极管元件,借由在透明电极结构上设计多个大小不同的孔洞,让更多的光能从这些孔洞射出,达到增加发光二极管元件的亮度的目的。
为了达到上述目的,本发明提出的具有高透光率的发光二极管元件,至少包括如下单元:
一第一被覆层,由经第一种类型的杂质进行掺杂的化合物半导体所构成;例如,由N型杂质进行掺杂的III族金属氮化物所形成,例如可选自氮化镓、氮化铟、氮化铝镓、氮化铝铟、氮化铝铟镓等;
一第二被覆层,由经第二种类型的杂质进行掺杂的化合物半导体所构成;例如,由P型杂质进行掺杂的III族金属氮化物所形成,例如可选自氮化镓、氮化铟、氮化铝镓、氮化铝铟、氮化铝铟镓等;
一活性层,其设置于上述第一、第二被覆层之间,由经第二种类型的杂质进行掺杂的化合物半导体所构成,例如,由P型杂质进行掺杂的III族金属氮化物所形成,诸如InGaN/GaN量子阱、InAlN/AlN量子阱、GaAlN/GaN量子阱、InGaAlN/InAlN量子阱等;
以及,一透明电极层,其设置于上述第二被覆层之上,且该透明电极层中形成有多个孔洞,而使上述第二被覆层可露出。
在本发明提供的发光二极管元件中,透明电极层由选自镍(Ni)、铬(Cr)、金(Au)、钛(Ti)、铂(Pt)、钴(Co)、钯(Pd)、银(Ag)、铜(Cu)金属中的至少一种所形成。为更有效提高该透明电极层的光亮度,所述透明电极层亦可以由镍(Ni)、铬(Cr)、金(Au)、钛(Ti)、铂(Pt)、钴(Co)、钯(Pd)、银(Ag)、铜(Cu)、钨(W)、钼(Mo)、铟(In)、镁(Mg)、铝(Al)…等的氧化物中,至少选择其一所形成。
根据本发明提供的发光二极管元件,其还可包括一保护膜,可设置于部分或全部的所述透明电极层上,优选地该保护膜由绝缘介电质所形成,所述绝缘介电质材料材料可选自:SiOx、TiO2、SiNx、Al2O3、ZrO2、Ta2O5、HFO2、polyimide(聚酰亚胺)等透明材料。
本发明与现有技术的主要区别在于,所述发光二极管元件的透明电极层上形成有多个孔洞,其目的在于露出第二被覆层达到增加发光二极管元件的亮度的目的,该孔洞的形状不作限制,可以是圆形、方形、不规则形等,其直径优选为大约0.1-50μm。
使用本发明的发光二极管,当电流经由P型接触电极流过各被覆层达到N型接触电极,二极管发出的光线就会穿透透明电极层和保护膜(如果有的话)而显现出来,由于透明电极层上形成有很多孔洞,可起到提高光线穿透率的作用,进而可提高发光二极管元件的亮度。
优选地,本发明的发光二极管元件更可包括一透明物层,其设置于部分或全部的上述透明电极层上,该透明物层选择自:具导电性的氧化物、萧特基金属(Shottky metal)、及绝缘介电质其中之一而形成。而所述具导电性的氧化物可选择自:ITO(即含In、Ti的氧化物:indium titanium oxide)、IZO(即含In、Zn的氧化物:indium zinc oxide)、ATO(即含Al、Ti的氧化物:Aluminum titanium oxide)、AZO(即含Al、Zn的氧化物:Aluminumzinc oxide)、SnO2其中之一。
以下结合具体实施例和附图进一步说明本发明目的实现,但仅用于对本发明的举例说明,不能限制本发明的实施范围。
附图说明
图1为传统发光二极管元件的剖面结构示意图;
图2为图1所示发光二极管元件(透明电极结构)的俯视简图;
图3为显示本发明发光二极管元件的第一实施例的剖面结构示意图;
图4为显示本发明发光二极管元件的第二实施例的剖面结构示意图;
图5为上述图3、4中发光二极管元件及其电极结构的俯视简图。
具体实施方案
实施例一
参见图3所示,本发明具有高透光率发光二极管元件,至少包括如下单元:
一第一被覆层32,其形成于一氧化铝基板31之上,由经N型杂质进行掺杂的III族氮化物即N型氮化镓所构成;
一第二被覆层33,由经P型杂质进行掺杂的III族氮化物P型氮化镓构成;
一活性层(或称发光层)40,设置于上述第一被覆层32和第二被覆层33之间,由III族金属氮化物所构成,该活性层为InGaN/GaN量子阱。
一透明电极层37,设置于上述第二被覆层32之上;其中,该透明电极层37中形成有多个孔洞70(参见图5所示),使上述第二被覆层33可被露出。
以及,一保护膜39,形成于部分或全部的上述透明电极层37之上。
在此实施例中,上述透明电极层37是先分别镀上镍37a和金37b,形成具有双层薄金属电极结构后,再形成所需的孔洞,而得到透明电极层37。
此外,上述保护膜39是经以等离子体促进化学气相沉积法(plasmaenhancement chemical deposition;PECVD)成长SiO2或Si3N4而得。
图5为上述图3中发光二极管元件及其电极结构的俯视简图;亦即图3是图5沿B-B′切线的剖面结构图。将图5与图2相比较清楚可知,本发明主要借由在透明电极层37上形成多个孔洞70,来增加发光二极管元件的亮度。在此实施例中,上述孔洞70为圆形,其直径大小为0.1-50μm。
当发光二极管元件动作时,电流由P型接触电极35注入(其中,36表示绝缘体),借由透明电极37而将电流分散,电流流过第二被覆层(P型氮化镓)33、活性层40(InGaN/GaN量子阱)、及第一被覆层(N型氮化镓)32,最后到达N型接触电极34。而发光二极管元件所发出的光线则穿透上述透明电极层37、及保护膜39而显现出来。由于上述透明电极层37上形成有多个孔洞70,故可提高光线的穿透率,进而提高发光二极管元件的亮度。
实施例二
图4是本发明发光二极管元件第二个实施例的剖面结构示意图;其与图3中相同的单元,均以相同符号代表。
图4和图3所示的发光二极管元件的差异在于,图4所示发光二极管元件更包括有一透明物层50,其形成于部分或全部的透明电极层37之上。该透明物层50为ITO层。
最后,保护膜39再形成于部分或全部的上述透明物层37上,成为如图4所示的结构。
图4亦表示图5沿B-B′切线的剖面结构图。同理,将图4与图2相比较清楚可知,本发明主要借由在透明电极层37上形成多个圆形孔洞70,其直径大小为0.1-50μm,以增加发光二极管元件的亮度。
由于上述透明电极层37上形成有孔洞70,故可提高光线的穿透率,进而提高发光二极管元件的亮度。另外,由于孔洞70及透明物层50的存在,使得其电流分散更均匀,并增加更多的光由元件的透明电极层37表面射出。
虽然本发明已以两个较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明,任何熟悉本项技艺者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可做些许的更动和润饰,因此本发明的保护范围当以权利要求书的范围所界定者为准。