CN118173682A - 发光二极管结构 - Google Patents

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CN118173682A CN202310751080.3A CN202310751080A CN118173682A CN 118173682 A CN118173682 A CN 118173682A CN 202310751080 A CN202310751080 A CN 202310751080A CN 118173682 A CN118173682 A CN 118173682A
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Abstract

本发明提供一种发光二极管结构，所述发光二极管结构包括基板、第一半导体层、第二半导体层、第二电极及至少一个电流阻挡沟槽。基板包括第一电极。第一半导体层位于基板上。第二半导体层位于第一半导体层上，并且在第一半导体层与第二半导体层之间形成有发光层。第二电极位于第二半导体层上。各个电流阻挡沟槽从第二半导体层的出光面朝基板延伸。借由至少一个电流阻挡沟槽使从第二电极发出的电流扩散地通过位于第二电极外的发光层以流至第一电极。

Description

发光二极管结构
技术领域
本发明涉及一种发光二极管结构，尤指一种可提升发光亮度的发光二极管结构。
背景技术
近年来，发光二极管广泛地应用在照明、医疗及3C产品上。发光二极管晶片主要由不同的半导体材料制成，借由电流通过两种半导体材料的连接面，产生电致发光效应以将电能转化为光能，使得发光二极管晶片不但能发射出高亮度的光线，而且更具有节能省电功效。
针对发光二极管晶片的结构设计，需要在发光二极管晶片的表面上设置焊接电极以便连接线路进行导电，进而产生电流。然而，由于前述半导体材料的连接面的一部分会受到焊接电极遮蔽，使得被遮蔽的连接面因电流通过所产生的光线无法顺利射出，因此将导致发光二极管晶片的发光效率降低，从而造成亮度衰减。
因此，如何设计出能改善前述问题的发光二极管结构以提升发光亮度，实为一个值得研究的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可提升发光亮度的发光二极管结构。
为达上述目的，本发明的发光二极管结构包括基板、第一半导体层、第二半导体层、第二电极及至少一个电流阻挡沟槽。基板包括第一电极。第一半导体层位于基板上。第二半导体层位于第一半导体层上，并且在第一半导体层与第二半导体层之间形成有发光层。第二电极位于第二半导体层上。各个电流阻挡沟槽从第二半导体层的出光面朝基板延伸。借由至少一个电流阻挡沟槽使从第二电极发出的电流扩散地通过位于第二电极外的发光层以流至第一电极。
在本发明之一的实施例中，于各个电流阻挡沟槽内填充高电阻材料。
在本发明之一的实施例中，高电阻材料与第二电极的材料相同。
在本发明之一的实施例中，各个电流阻挡沟槽不接触发光层。
在本发明之一的实施例中，第一半导体层的厚度、第二半导体层的厚度及各个电流阻挡沟槽的深度的比例为1:3:2。
在本发明之一的实施例中，各个电流阻挡沟槽延伸至第一半导体层，但不接触基板。
在本发明之一的实施例中，至少一个电流阻挡沟槽被第二电极遮蔽，并且各个电流阻挡沟槽与第二电极的边缘保持间距。
在本发明之一的实施例中，至少一个电流阻挡沟槽为单一环状沟槽。
在本发明之一的实施例中，至少一个电流阻挡沟槽为排列成环状且间隔设置的多个沟槽。
在本发明之一的实施例中，各个电流阻挡沟槽位于第二电极的边缘外侧而未被第二电极遮蔽。
在本发明之一的实施例中，第二电极包括焊垫部及多个延伸部，多个延伸部中的每个的一端连接到焊垫部，并且各个电流阻挡沟槽邻近焊垫部且位于多个延伸部的相邻两个延伸部之间。
为达上述另一目的，本发明的发光二极管结构包括基板、第一半导体层、第二半导体层、第二电极及至少一个电流阻挡沟槽。基板包括包含多个金属点的第一电极。第一半导体层位于基板上。第二半导体层位于第一半导体层上，并且在第一半导体层与第二半导体层之间形成有发光层。第二电极位于第二半导体层上。至少一个电流阻挡沟槽用以改变电流从第二电极流至第一电极的流动路径，以使电流扩散地通过位于第二电极外的发光层以流至第一电极。
据此，本发明借由至少一个电流阻挡沟槽的设置，改变电流从第二电极流至第一电极的路径，以驱使大部分电流扩散地通过位于第二电极所遮蔽的范围外的发光层而流至第一电极，进而提升发光亮度及均匀度。
附图说明
图1为本发明的发光二极管结构的第一实施例的俯视图。
图2为本发明的发光二极管结构的第一实施例的剖视图。
图3为本发明的发光二极管结构的第二实施例的俯视图。
图4为本发明的发光二极管结构的第三实施例的俯视图。
图5为本发明的发光二极管结构的第三实施例的剖视图。
图6为本发明的发光二极管结构的第四实施例的俯视图。
具体实施方式
由于各种方面与实施例仅为例示性的且非限制性的，因此在不偏离本发明的范畴下，亦可能有其他方面与实施例。根据下述的详细说明与申请专利的范围，实施例的特征及优点将更加彰显。
于本文中，使用“一”或“一个”来描述本文所述的元件和组件。此举只是为了方便说明，并且对本发明的范畴提供一般性的意义。因此，除非很明显地另指他意，否则此种描述应理解为包括一个或至少一个，并且单数也同时包括复数。
于本文中，用语“第一”或“第二”等的类似序数词主要是用以区分或指代相同或类似的元件或结构，并且不必然隐含这些元件或结构在空间或时间上的顺序。应了解的是，在某些情形或组态下，序数词可以交换使用而不影响本发明的实施。
于本文中，用语“包括”、“具有”或其他任何类似用语意欲涵盖非排他性的包括物。举例而言，含有复数要件的元件或结构不仅限于本文所列出的这些要件而已，而是可以包括未明确列出但却是该元件或结构通常固有的其他要件。
以下请一并参考图1及图2，是本发明的发光二极管结构的第一实施例的相关图示，其中图2为沿图1的线A-A'截取的剖视图。如图1及图2所示，本发明的发光二极管结构1包括基板10、第一半导体层20、第二半导体层30、第二电极40及至少一个电流阻挡沟槽50。基板10为发光二极管结构1的基础结构件，并且基板10主要采用硅基板，但本发明不以此为限。基板10包括第一电极11，并且第一电极11设置于基板10的一侧的表面上。第一电极11以单一或多个金属点、金属线、金属面或前述任二者以上的组合来呈现。为了便于说明本发明的发光二极管结构1的工作原理，在以下实施例中，第一电极11以单一或多个金属点的形式来呈现。
第一半导体层20位于基板10上，并且第一半导体层20完全覆盖第一电极11。在以下实施例中，第一半导体层20采用磷化镓(GaP)为例加以说明，但本发明不以此为限，第一半导体层20也可采用其他半导体材料制成。第一半导体层20可借由掺杂不同金属而形成N型半导体或P型半导体。
第二半导体层30位于第一半导体层20上。在以下实施例中，第二半导体层30采用磷化铟镓铝(AlGaInP)为例加以说明，但本发明不以此为限，第二半导体层30也可采用其他半导体材料制成。第二半导体层30同样可借由掺杂不同金属而形成N型半导体或P型半导体。其中当第一半导体层20为N型半导体时，则第二半导体层30为P型半导体；反之，当第一半导体层20为P型半导体时，则第二半导体层30为N型半导体。发光层M可以形成在第一半导体层20与第二半导体层30之间(即，第一半导体层20和第二半导体层30的界面处)，此处发光层M为多量子阱(Multiple Quantum Well，MQW)层。此外，第二半导体层30具有相对于前述界面的出光面31。
第二电极40位于第二半导体层30的出光面31上，并且第二电极40与第二半导体层30之间可保持欧姆接触。第二电极40可连接到电源，该电源借由对第二电极40供电以产生朝向第一电极11流动的电流。在本实施例中，第二电极40至少包括焊垫部41，焊垫部41可焊接到与其他电子元件电连接的线路，但本发明不以此为限。
至少一个电流阻挡沟槽50采用蚀刻方式(例如干蚀刻或湿蚀刻)形成，并且至少一个电流阻挡沟槽50的设置数量、位置、形状及深度可依设计需求不同而改变。各个电流阻挡沟槽50从第二半导体层30的出光面31朝基板10延伸。在本实施例中，各个电流阻挡沟槽50不接触发光层M，也就是说，各个电流阻挡沟槽50的深度仅停留在第二半导体层30。举例来说，各个电流阻挡沟槽50的深度可约为5μm。而在本发明之一的较佳实施例中，第一半导体层20的厚度、第二半导体层30的厚度及各个电流阻挡沟槽50的深度的比例为1:3:2，但本发明不以此为限。
在本实施例中，至少一个电流阻挡沟槽50被第二电极40遮蔽，也就是说，至少一个电流阻挡沟槽50位于第二电极40下方，因此若从俯视视角来看第二半导体层30的出光面31，则无法从外观上看见各个电流阻挡沟槽50。再者，各个电流阻挡沟槽50与第二电极40的边缘保持间距，使得第二电极40于其边缘与各个电流阻挡沟槽50之间存在与第二半导体层30保持欧姆接触的部位。在本实施例中，至少一个电流阻挡沟槽50为单一环状沟槽。
前述各个电流阻挡沟槽50可保持镂空状态，也就是说，各个电流阻挡沟槽50内只存在空气作为电流阻挡介质，但在本发明中，于各个电流阻挡沟槽50内也可以填充高电阻材料，例如氧化硅、氮化硅、氮化铝、氟化镁、氧化铟锡、氧化铟锌或其他类似材料。在本发明之一的实施例中，于各个电流阻挡沟槽50内所填充的高电阻材料可与第二电极40的材料相同。举例来说，在第二电极40的电镀制程中，可一并将制造第二电极40的金属材料形成于各个电流阻挡沟槽50内以作为填充材料，但本发明不以此为限。
以下利用前述本发明的发光二极管结构1的第一实施例来说明其工作原理。如图1及图2所示，本发明的发光二极管结构1的基板10的第一电极11大致设置于第二电极40所遮蔽的范围外。当第一电极11连接到电源的负极且第二电极40连接到电源的正极时，第二电极40会产生朝向第一电极11流动的电流；而在电流流经第一半导体层20与第二半导体层30之间的发光层M时，即会产生电致发光效应从而朝第二半导体层30的出光面31射出光线。由于电流会趋向阻抗较低的路径流动，因此借由前述环状沟槽的设置阻挡正常电流的路径，使得大部分电流会选择从第二电极40在环状沟槽与第二电极40的边缘之间的区域流向第一电极11(如图2中虚线箭头所示)，而仅有极少部分电流会选择从第二电极40被环状沟槽围绕的区域流向第一电极11。据此，本发明的发光二极管结构1可驱使从第二电极40发出的电流扩散地通过位于第二电极40所遮蔽的范围外的发光层M，进而提升发光亮度。
请参考图3，为本发明的发光二极管结构的第二实施例的俯视图。本实施例为前述本发明的发光二极管结构1的第一实施例的变化型式，如图3所示，在本实施例中，本发明的发光二极管结构1a的至少一个电流阻挡沟槽50a为排列成环状且间隔设置的多个沟槽。举例来说，当第二电极40a与填充至各个电流阻挡沟槽50a内的高电阻材料一体成形时，借由间隔设置的多个沟槽的设计，可确保第二电极40a与填充至各个电流阻挡沟槽50a内的高电阻材料之间保持稳固连接，减少结构产生裂缝或断裂的可能性，同时也能兼顾前述提升发光亮度的效果。
以下请一并参考图4及图5，是本发明的发光二极管结构的第三实施例的相关图示，其中图5为沿图4的线B-B'截取的剖视图。如图4及图5所示，在本实施例中，本发明的发光二极管结构1b包括基板10b、第一半导体层20b、第二半导体层30b、第二电极40b及至少一个电流阻挡沟槽50b。相较于前述第一实施例，本实施例针对第二电极40b及至少一个电流阻挡沟槽50b的结构及设置位置加以改变。
在本实施例中，第二电极40b包括焊垫部41b及多个延伸部42b。各个延伸部42b的一端连接到焊垫部41b，并且各个延伸部42b的另一端朝远离焊垫部41b的方向延伸。多个延伸部42b可作为从焊垫部41b延伸的电流流动路径，并且多个延伸部42b的设置数量、位置及形状可依设计需求不同而改变。
在本实施例中，各个电流阻挡沟槽50b位于第二电极40b的边缘外侧，也就是说，各个电流阻挡沟槽50b不会被第二电极40b遮蔽。因此若从俯视视角来看第二半导体层30b的出光面31b，则可从外观上看见各个电流阻挡沟槽50b。在设计上，各个电流阻挡沟槽50b邻近焊垫部41b并与焊垫部41b保持间距，并且各个电流阻挡沟槽50b位于多个延伸部42b的相邻两个延伸部42b之间，但不接触延伸部42b。
在本实施例中，各个电流阻挡沟槽50b延伸至第一半导体层20b，但不接触基板10b，也就是说，各个电流阻挡沟槽50b会穿过第二半导体层30b及发光层M，并且各个电流阻挡沟槽50b的深度停留在第一半导体层20b，但本发明不以此为限。例如在本发明之一的实施例中，各个电流阻挡沟槽50b甚至可穿过第一半导体层20b直到接触基板10b。
如图4及图5所示，在本实施例中，本发明的发光二极管结构1b的基板10b的第一电极11b大致设置于第二电极40b所遮蔽的范围外，并且位于第二电极40b的焊垫部41b及多个延伸部42b之间。当第一电极11b连接到电源的负极且第二电极40b连接到电源的正极时，由于各个电流阻挡沟槽50b会阻挡电流从焊垫部41b直接流至第一电极11b的路径，并且配合电流会趋向阻抗较低的路径流动的特性，因此从焊垫部41b发出的电流会先沿着各个延伸部42b流动以达到电流扩散效果，接着再从各个延伸部42b朝向第一电极11b流动(如图4中虚线箭头所示)；而在电流流经第一半导体层20b与第二半导体层30b之间的发光层M时，即会产生电致发光效应从而朝第二半导体层30b的出光面31b射出光线。据此，本发明的发光二极管结构1b可借由多个延伸部42b扩大电流所流经的范围，再驱使电流扩散地通过位于第二电极40所遮蔽的范围外的发光层M，进而提升发光亮度。
请参考图6，是本发明的发光二极管结构的第四实施例的相关图示。本实施例为前述本发明的发光二极管结构1b的第三实施例的变化型式，如图6所示，在本实施例中，本发明的发光二极管结构1c的第二电极40c可包括多个焊垫部41c、多个延伸部42c及至少一个汇流排43c，相邻两个焊垫部41c之间可利用汇流排43c连接；各个延伸部42c的一端可连接到焊垫部41c或汇流排43c，并且各个延伸部42c的另一端朝远离焊垫部41c或汇流排43c的方向延伸。多个延伸部42c的配置设计可随着晶片尺寸或需求不同而改变。
在本实施例中，各个电流阻挡沟槽50c邻近焊垫部41c或汇流排43c，并与焊垫部41c或汇流排43c保持间距，并且各个电流阻挡沟槽50c位于多个延伸部42c的相邻两个延伸部42c之间，但不接触延伸部42c。举例来说，电流阻挡沟槽50c与延伸部42c之间的间距大于3μm，较佳间距可约为5～8μm。此外，在本实施例中，各个电流阻挡沟槽50c可停留在第二半导体层30c，但不接触发光层，但各个电流阻挡沟槽50c也可延伸至第一半导体层，但本发明不以此为限。
相较于前述第三实施例，本实施例借由多个延伸部42c的密集设置，更能提高电流流动的扩展性及均匀分布，进而提升发光亮度及均匀度。
从另一角度来看，本发明的发光二极管结构包括基板、第一半导体层、第二半导体层、第二电极及至少一个电流阻挡沟槽。基板包括第一电极。第一半导体层位于基板上。第二半导体层位于第一半导体层上，并且在第一半导体层与第二半导体层之间形成有发光层。第二电极位于第二半导体层上。借由至少一个电流阻挡沟槽的设置，可改变电流从第二电极流至第一电极的流动路径，以使电流扩散地通过位于第二电极外的发光层以流至第一电极，而尽可能降低电流通过位于第二电极下方(即被第二电极遮蔽)的发光层以流至第一电极的可能性，从而提升发光亮度。
以上实施方式本质上仅为辅助说明，并且并不欲用以限制申请的实施例或该等实施例的应用或用途。此外，尽管已于前述实施方式中提出至少一个例示性实施例，但应了解本发明仍可存在大量的变化。同样应了解的是，本文所述的实施例并不欲用以通过任何方式限制所请求的申请的范围、用途或组态。相反的，前述实施方式将向本领域技术人员提供一种简便的指引以实施所述之一或多种实施例。再者，可对元件的功能与排列进行各种变化而不脱离申请专利范围所界定的范畴，并且申请专利范围包含已知的均等物及在本专利申请案提出申请时的所有可预见的均等物。
【符号说明】
1、1a、1b、1c...发光二极管结构
10、10b...基板
11、11b...第一电极
20、20b...第一半导体层
30、30b、30c...第二半导体层
31、31b...出光面
40、40a、40b、40c...第二电极
41、41b、41c...焊垫部
42b、42c...延伸部
43c...汇流排
50、50a、50b、50c...电流阻挡沟槽
M...发光层

Claims (12)

1.一种发光二极管结构，所述发光二极管结构包括：
基板，包括第一电极；
第一半导体层，位于所述基板上；
第二半导体层，位于所述第一半导体层上，在所述第一半导体层与所述第二半导体层之间形成有发光层；
第二电极，位于所述第二半导体层上；以及
至少一个电流阻挡沟槽，所述至少一个电流阻挡沟槽从所述第二半导体层的出光面朝所述基板延伸；
其中，借由所述至少一个电流阻挡沟槽使从所述第二电极发出的电流扩散地通过位于所述第二电极外的所述发光层以流至所述第一电极。
2.如权利要求1所述的发光二极管结构，其中，于所述至少一个电流阻挡沟槽内填充高电阻材料。
3.如权利要求2所述的发光二极管结构，其中，所述高电阻材料与所述第二电极的材料相同。
4.如权利要求1所述的发光二极管结构，其中，所述至少一个电流阻挡沟槽不接触所述发光层。
5.如权利要求4所述的发光二极管结构，其中，所述第一半导体层的厚度、所述第二半导体层的厚度及所述至少一个电流阻挡沟槽的深度的比例为1:3:2。
6.如权利要求1所述的发光二极管结构，其中，所述至少一个电流阻挡沟槽延伸至所述第一半导体层，但不接触所述基板。
7.如权利要求1所述的发光二极管结构，其中，所述至少一个电流阻挡沟槽被所述第二电极遮蔽，并且所述至少一个电流阻挡沟槽与所述第二电极的边缘保持间距。
8.如权利要求7所述的发光二极管结构，其中，所述至少一个电流阻挡沟槽为单一环状沟槽。
9.如权利要求7所述的发光二极管结构，其中，所述至少一个电流阻挡沟槽为排列成环状且间隔设置的多个沟槽。
10.如权利要求1所述的发光二极管结构，其中，所述至少一个电流阻挡沟槽位于所述第二电极的边缘外侧而未被所述第二电极遮蔽。
11.如权利要求10所述的发光二极管结构，其中，所述第二电极包括焊垫部及多个延伸部，所述多个延伸部中的每个的一端连接到所述焊垫部，并且所述至少一个电流阻挡沟槽邻近所述焊垫部且位于所述多个延伸部的相邻两个延伸部之间。
12.一种发光二极管结构，所述发光二极管结构包括：
基板，包括包含多个金属点的第一电极；
第一半导体层，位于所述基板上；
第二半导体层，位于所述第一半导体层上，在所述第一半导体层与所述第二半导体层之间形成有发光层；
第二电极，位于所述第二半导体层上；以及
至少一个电流阻挡沟槽，用以改变电流从所述第二电极流至所述第一电极的流动路径，以使所述电流扩散地通过位于所述第二电极外的所述发光层以流至所述第一电极。
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