CN1156030C

CN1156030C - 具有高透光率的发光二极管元件

Info

Publication number: CN1156030C
Application number: CNB011090359A
Authority: CN
Inventors: 曾坚信; 蔡文忠; 蔡炯棋
Original assignee: LIANWE LEIJING SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Huashang Photoelectric Co., Ltd.
Priority date: 2001-02-27
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2004-06-30
Anticipated expiration: 2021-02-27
Also published as: CN1372329A

Abstract

一种具有高透光率的发光二极管元件，其利用变化透明电极的结构来增加光的穿透率，进而改善发光二极管元件的透光效率。

Description

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：SiO_x、TiO₂、SiN_x、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。

Claims

1、一种发光二极管元件，包括：

一第一被覆层，由经N型杂质进行掺杂的III族金属氮化物所构成；

一第二被覆层，由经P型杂质进行掺杂的III族金属氮化物所构成；

一活性层，设置于上述第一、第二被覆层之间，由经III族金属氮化物的量子阱所构成；以及

一透明电极层，设置于上述第二被覆层之上；其中，所述透明电极层中形成有多个孔洞，而使上述第二被覆层露出。

2、如权利要求1所述发光二极管元件，其中，上述形成于透明电极层中的孔洞为圆形或不规则形。

3、如权利要求1所述发光二极管元件，其中，上述孔洞的直径为0.1-50μm。

4、如权利要求1所述发光二极管元件，其中，上述透明电极层选自镍、铬、金、钛、铂、钴、钯、银、铜的金属中至少一种所形成。

5、如权利要求1所述发光二极管元件，其中，上述透明电极层选自镍、铬、金、钛、铂、钴、钯、银、铜、钨、钼、铟、镁、铝的氧化物中至少一种所形成。

6、如权利要求1所述发光二极管元件，其更包括设置于部分或全部上述透明电极层上的一透明物层。

7、如权利要求6所述发光二极管元件，其中，上述透明物层选择自：具导电性的氧化物、萧特基金属、绝缘介电质其中之一而形成。

8、如权利要求7所述发光二极管元件，其中，所述具导电性的氧化物选择自：ITO、IZO、ATO、AZO、SnO₂中的一种。

9、如权利要求6所述发光二极管元件，其还包括一保护膜，该保护膜形成于部分或全部的所述透明物层上。

10、如权利要求9所述发光二极管元件，其中，所述保护膜由绝缘介电质所形成。

11、如权利要求10所述发光二极管元件，其中，所述绝缘介电质的材料选自：SiOx、TiO₂、SiNx、Al₂O₃、ZrO₂、Ta₂O₅、HFO₂、聚酰亚胺。

12、如权利要求1所述发光二极管元件，其中，所述的III族金属氮化物可选自氮化镓、氮化铟、氮化铝镓、氮化铝铟其中之一或其组合；而所述III族金属氮化物量子阱结构可选自InGaN/GaN量子阱、InAlN/AlN量子阱、GaAlN/GaN量子阱、InGaAlN/InAlN量子阱其中之一或其组合。

13、如权利要求1所述发光二极管元件，其中，所述透明电极层由一至多层的透光层所构成。

14、如权利要求1所述发光二极管元件，还包括一保护膜，其设置于部分或全部的所述透明电极层上。

15、如权利要求14所述发光二极管元件，其中，保护膜由绝缘介电质所形成。

16、如权利要求15所述发光二极管元件，其中，绝缘介电质的材料选自：SiOx、TiO₂、SiNx、Al₂O₃、ZrO₂、Ta₂O₅、HFO₂、聚酰亚胺。