TW201511329A - 發光二極體結構 - Google Patents

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Abstract

一種發光二極體結構，包括一基板、一第一半導體層、一主動層、一第二半導體層、一電流阻擋層、一電流擴散層、一第一電極與一第二電極。第一半導體層形成於基板之上。主動層覆蓋部分第一半導體層，並且裸露出部分第一半導體層。第二半導體層形成於主動層上。電流阻擋層覆蓋部分第二半導體層，並裸露出部分第二半導體層。電流擴散層覆蓋第二半導體層以及電流阻擋層，且電流擴散層於電流阻擋層的上方利用蝕刻技術形成一倒梯形凹陷部，電極接觸層覆蓋於電流擴散層表面。第一電極設置於第一半導體層上。第二電極設置於倒椎狀凹陷部內。

Description

發光二極體結構
本發明是有關於一種發光二極體結構，且特別是有關於一種增加電流擴散效果之發光二極體結構。
發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)主要是透過電能轉化為光能的方式發光。發光二極體的主要組成材料是半導體，其中含有帶正電的電洞比率較高的稱為P型半導體，含有帶負電的電子比率較高的稱為N型半導體。P型半導體與N型半導體相接處形成PN接面。在發光二極體的正極及負極兩端施加電壓時，電子將與電洞結合。電子與電洞結合後便以光的形式發出。
此外，發光二極體的出光強度與外加電流密度(current density)有關。一般而言，電流密度增加，出光強度則會增大。然而，要同時兼顧出光效率及電流擴散均勻並非容易，傳統的做法是加大電極面積以達到電流擴散均勻，但這卻會導致電極遮光面積增加而使得出光效率降低。反之，若減少電極遮光面積來增加出光效率，卻會造成電流擁擠效應(current crowding)，使得熱集中效應加劇。因此，如何在高電流操作下讓 電流密佈均勻分佈，又不會減少出光效率，實為業界發展的關鍵因素之一。
本發明係有關於一種發光二極體結構，用以增加電流擴散效果。
根據本發明之一方面，提出一種發光二極體結構，包括一基板、一第一半導體層、一主動層、一第二半導體層、一電流阻擋層、一電流擴散層、一第一電極與一第二電極。第一半導體層形成於基板之上。主動層覆蓋部分第一半導體層，並且裸露出部分第一半導體層。第二半導體層形成於主動層上。電流阻擋層覆蓋部分第二半導體層，並裸露出部分第二半導體層。電流擴散層覆蓋第二半導體層以及電流阻擋層，且電流擴散層於電流阻擋層的上方形利用蝕刻技術成一倒梯形凹陷部，電極接觸層覆蓋於電流擴散層表面。第一電極設置於第一半導體層上。第二電極設置於倒梯形凹陷部內。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
100‧‧‧發光二極體結構
110‧‧‧基板
112‧‧‧緩衝層
120‧‧‧第一半導體層
130‧‧‧主動層
140‧‧‧第二半導體層
150‧‧‧電流阻擋層
152‧‧‧表面
160‧‧‧電流擴散層
162‧‧‧倒梯形凹陷部
162’‧‧‧凹口
170‧‧‧第一電極
180‧‧‧第二電極
182‧‧‧電極接觸層
I‧‧‧電流
SW‧‧‧內壁
SW1~SW4‧‧‧側壁
C1、C2、C3、C4‧‧‧側壁面積
VW1~VW4‧‧‧垂直側壁
G‧‧‧間距
第1圖繪示依照本發明一實施例之發光二極體結構的示意圖。
第2圖繪示倒梯形凹陷部的開口面積的示意圖。
第3A圖繪示倒梯形凹陷部的俯視圖。
第3B圖繪示包括四個垂直側壁的凹口的俯視圖。
本發明之發光二極體結構，係在電流阻擋層上方覆蓋電流擴散層。電流阻擋層例如是N型半導體層，而電流擴散層例如是P型半導體層。相對於電洞而言，電流阻擋層的能隙大於電流擴散層的能隙，因此當電流從電極(例如P型電極)注入時，因電流阻擋層的屏蔽，讓電流在電流擴散層中有較均勻的擴散，藉以減緩大電流注入時在電極的下方產生電流擁擠效應。
此外，電流擴散層於電流阻擋層的上方形成一倒梯形凹陷部(參見第1圖)，且電極設置於倒梯形凹陷部內，相較於平面電極，倒梯形電極與電極接觸層的三維接觸面提供了更大面積，讓電流可以更均勻的擴散，提高發光效率。另外本實施例之電極相對於傳統的平面電極而言，電極底部的遮光面積變小，藉此增加斜向出射的光通量，使得發光二極體的出光效率增加。
以下係提出實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並非用以限縮本發明欲保護之範圍。
請參照第1圖，其繪示依照本發明一實施例之發光二極體結構100的示意圖。發光二極體結構100包括一基板110、一第一半導體層120、一主動層130、一第二半導體層140、一電流阻擋層150、一電流擴散層160、一第一電極170與一第二電極180。第一半導體層120例如是N型半導體層，第二半導體層140例如是P型半導體層。第一電極170例如是N型電極，其配置於第一半導體層120上，第二電極180例如是P型電極，其可 直接形成在電流擴散層160上，或例如藉由一電極接觸層182配置於電流擴散層160上。
在本實施例中，電極接觸層182較佳地形成在電流擴散層160與第二電極180之間，以減少第二電極180與電流擴散層160之間的接觸阻抗。然而，電極接觸層182僅為實施本發明之一範例，本發明對此不加以限制。
第一半導體層120形成於基板110之上。基板110例如是藍寶石基板或矽基板，第一半導體層120可直接形成在基板110上，或例如藉由一緩衝層112配置於基板110上。
主動層130覆蓋部分第一半導體層120，並且裸露出部分第一半導體層120。第二半導體層140形成於主動層130上，而第一電極170設置於裸露的第一半導體層120上。第一半導體層120、主動層130以及第二半導體層140之材質可由週期表ⅢA族元素之氮化物所構成，例如是選自於由氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)或氮化鋁銦鎵(AlInGaN)所組成的群組其中之一或其組合。
電流阻擋層150覆蓋部分第二半導體層140，並裸露出部分第二半導體層140。舉例來說，電流阻擋層150覆蓋位於中央部分之第二半導體層140，並裸露出位於至少一周圍部分(或全部周圍部分)之第二半導體層140。電流阻擋層150可為氮化物、氧化物或碳化物，例如氮化矽、氧化矽或碳化矽等高阻抗材料，可避免電流集中在第二電極180下方而造成電流擁擠效應。
電流擴散層160覆蓋第二半導體層140以及電流阻 擋層150。舉例來說，電流擴散層160覆蓋中央位置的電流阻擋層150以及位於周圍部分的第二半導體層140。電流擴散層160的參雜濃度較低，主要作用為讓電流進入阻值較小的第二半導體140前更均勻擴散。在本實施例中，電流擴散層160的厚度減少，可避免電流擴散層160過厚吸光而造成出光損失。
電流擴散層160於電流阻擋層150的上方形成一倒梯形凹陷部162。如第2圖所示，倒梯形凹陷部162的開口面積由下往上依序增加，以使倒梯形凹陷部162的開口面積由A1增加到A2。
請參照第3A圖，其繪示倒梯形凹陷部162的俯視圖。倒梯形凹陷部162包括四個傾斜的側壁SW1~SW4，其面積依序為C1、C2、C3和C4。當第二電極180設置於倒梯形凹陷部162內時，第二電極180可藉由四個傾斜的側壁SW1~SW4與電流擴散層160接觸，其接觸的總面積為C1+C2+C3+C4。若凹陷部162並非倒梯形，而是如第3B圖所示之包括四個垂直側壁VW1~VW4的凹口162’，當第二電極180形成於凹口162’內時，第二電極180與電流擴散層160的接觸總面積將小於C1+C2+C3+C4。因此，本實施例利用內壁SW為傾斜狀的倒梯形凹陷部162可增加第二電極180與電流擴散層160的接觸面積，進而提供更佳的電流擴散效果。
本實施例之第二電極180相對於傳統的平面電極而言，第二電極180為倒梯形，其底部的遮光面積變小光線不易被遮住，藉此斜向出射的光通量增加，使得發光二極體的出光效率增加。
在本實施例中，當電流I(參見第1圖)由第二電極180注入時，因電流阻擋層150的屏蔽，讓電流I注入電流擴散層160時先往周圍擴散後，再經由周圍部分的電流擴散層160進入第二半導體層140，以使電流I在電流擴散層160中有較均勻的擴散，藉以減緩大電流注入時在電極的下方產生電流擁擠效應。
在第1圖中，電極接觸層182與倒梯形凹陷部162的結構共形(Conformity)，以使電極接觸層182適順性地覆蓋電流擴散層160表面以及倒梯形凹陷部162。同時，可使第二電極180設置於倒梯形凹陷部162內之電極接觸層182上，以減少第二電極180與電流擴散層160之間的接觸阻抗。在一實施例中，電流阻擋層150的表面152與倒梯形凹陷部162的底面平行相對，以使電流阻擋層150與倒梯形凹陷部162之間相隔一最小間距G。
在本實施例中，電流阻擋層150例如為一含有N型摻雜物之半導體層，而電流擴散層160為一含有P型摻雜物之半導體層。電流阻擋層150較佳為高能隙之AlGaN半導體材料，以使電流阻擋層150的能隙大於電流擴散層160的能隙。因此，電流不易經由電流阻擋層150注入到第二半導體層140，進而提高電流擴散的效果。
上述實施例所揭露之發光二極體結構100，可在高電流操作下讓電流均勻分佈，又不會減少出光效率，因此可減少電極遮光面積進而增加出光效率，與降低外加的電流增加而造成電流擁擠效應。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上， 然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧發光二極體結構
110‧‧‧基板
112‧‧‧緩衝層
120‧‧‧第一半導體層
130‧‧‧主動層
140‧‧‧第二半導體層
150‧‧‧電流阻擋層
152‧‧‧表面
160‧‧‧電流擴散層
162‧‧‧倒梯形凹陷部
170‧‧‧第一電極
180‧‧‧第二電極
182‧‧‧電極接觸層
I‧‧‧電流
G‧‧‧間距

Claims (11)

  1. 一種發光二極體結構，包括：一基板；一第一半導體層形成於該基板之上；一主動層，覆蓋部分該第一半導體層，並且裸露出部分該第一半導體層；一第二半導體層，形成於該主動層上；一電流阻擋層，覆蓋部分該第二半導體層，並裸露出部分該第二半導體層；一電流擴散層，覆蓋該第二半導體層以及該電流阻擋層，且該電流擴散層於該電流阻擋層的上方形成一倒梯形凹陷部；一第一電極，設置於該第一半導體層上；以及一第二電極，設置於該倒梯形凹陷部內。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光結構，更包括一電極接觸層，適順性地覆蓋該電流擴散層表面以及該倒梯形凹陷部，使該第二電極設置於該倒梯形凹陷部內之該電極接觸層上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光結構，其中該第一半導體層為N型半導體層，該第二半導體層為P型半導體層。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光結構，更包括：一緩衝層，設置於該基板與該第一半導體層之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光結構，其中該電流阻擋層為氮化物、氧化物或碳化物。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光結構，其中該電極接觸層為銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光結構，其中該電流阻擋層為一含有N型摻雜物之半導體層。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光結構，其中該電流擴散層為一含有P型摻雜物之半導體層。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光結構，其中該電流阻擋層的能隙大於該電流擴散層的能隙。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光結構，其中該第一半導體層、該第二半導體層、該主動層之材質係選自於由氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)或氮化鋁銦鎵(AlInGaN)所組成的群組其中之一或其組合。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光結構，其中該電流阻擋層相對於該倒梯形凹陷部相隔一間距。
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