TW201705518A - 發光二極體 - Google Patents

Abstract

一種發光二極體，包括第一型摻雜半導體層、應力緩衝疊層、發光層、第二型摻雜半導體層、第一電極以及第二電極。應力緩衝疊層配置於第一型摻雜半導體層上，應力緩衝疊層包括至少三材料層，且各材料層的材料是選自於由氮化鎵、氮化銦鎵、氮化鋁鎵、氮化鋁銦鎵、含氫的氮化鎵、含氫的氮化銦鎵、含氫的氮化鋁鎵以及含氫的氮化鋁銦鎵所組成的群組。發光層配置於應力緩衝疊層上，第二型摻雜半導體層配置於發光層上，而第一電極與第一型摻雜半導體層電性連接，且第二電極與第二型摻雜半導體層電性連接。

Description

發光二極體

本發明是有關於一種發光元件，且特別是有關於一種發光二極體。

由於發光二極體具有壽命長、體積小、高耐震性、低發熱以以及低耗電量等優點，因此發光二極體已被廣泛地應用於電子產品中。近年來，發光二極體已朝向多色彩以及高亮度發展，因此其應用領域已逐漸擴及至顯示器、交通號誌燈以及照明等相關領域。

目前，發光二極體主要朝向高亮度、低耗能、良好的抗靜電能力等趨勢發展，而發光二極體的亮度表現以及發光二極體的電氣特性(即耗能與靜電保護能力)通常與用以製造發光二極體的磊晶製程以及發光二極體中的磊晶結構息息相關。承上述，如何提升發光二極體的亮度表現、降低發光二極體的耗能以及改善發光二極體本身抗靜電的能力，實為研發人員關注的議題。

本發明提供一種發光二極體，其具有高亮度、低耗能及/或良好的抗靜電能力。

本發明的發光二極體包括第一型摻雜半導體層、應力緩衝疊層、發光層、第二型摻雜半導體層、第一電極以及第二電極。應力緩衝疊層配置於第一型摻雜半導體層上，應力緩衝疊層包括至少三材料層，且各材料層的材料是選自於由氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化鋁銦鎵(AlInGaN)、含氫的氮化鎵、含氫的氮化銦鎵、含氫的氮化鋁鎵以及含氫的氮化鋁銦鎵所組成的群組。發光層配置於應力緩衝疊層上，第二型摻雜半導體層配置於發光層上，而第一電極與第一型摻雜半導體層電性連接，且第二電極與第二型摻雜半導體層電性連接。

在本發明的一實施例中，上述的第一型摻雜半導體層包括N型摻雜半導體層，而第二型摻雜半導體層包括P型摻雜半導體層。

在本發明的一實施例中，上述的應力緩衝疊層包括第一材料層、第二材料層與第三材料層，其中第一材料層配置於第一型摻雜半導體層上，第二材料層配置於第一材料層上，且第三材料層配置於第二材料層上。

在本發明的一實施例中，上述的應力緩衝疊層包括第一材料層、第二材料層、第三材料層與第四材料層，其中第一材料層配置於第一型摻雜半導體層上，第二材料層配置於第一材料層上，而第三材料層配置於第二材料層上，且第四材料層配置於第 三材料層上。

在本發明的一實施例中，上述的發光層例如是多重量子井層。

在本發明的一實施例中，上述的應力緩衝疊層局部覆蓋第一型摻雜半導體層，而第一電極配置於未被應力緩衝疊層所覆蓋的第一型摻雜半導體層上，且第二電極配置於第二型摻雜半導體層上。

在本發明的一實施例中，上述的發光二極體可進一步包括基板以及緩衝層，其中緩衝層配置於第一型摻雜半導體層與基板之間。

在本發明的一實施例中，上述的應力緩衝疊層與第一電極分別位於第一型摻雜半導體層的二相對表面上，且第二電極配置於第二型摻雜半導體層上。

基於上述，由於本發明於發光層與第一型摻雜半導體層之間設置應力緩衝疊層，因此本發明的發光二極體可具有較高的亮度、較低的耗能及/或良好的抗靜電能力。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100、200、300、400‧‧‧發光二極體

110‧‧‧第一型摻雜半導體層

120、120a~120e、320、420‧‧‧應力緩衝疊層

122‧‧‧第一材料層

124‧‧‧第二材料層

126‧‧‧第三材料層

128‧‧‧第四材料層

130‧‧‧發光層

140‧‧‧第二型摻雜半導體層

150、250‧‧‧第一電極

160‧‧‧第二電極

170‧‧‧基板

180‧‧‧緩衝層

圖1是依照本發明第一實施例的發光二極體的剖面示意圖。

圖2A至圖2E是圖1中不同應力緩衝疊層的剖面示意圖。

圖3是依照本發明第二實施例的發光二極體的剖面示意圖。

圖4是依照本發明第三實施例的發光二極體的剖面示意圖。

圖5是依照本發明第四實施例的發光二極體的剖面示意圖。

【第一實施例】

圖1是依照本發明第一實施例的發光二極體的剖面示意圖。請參照圖1，本實施例的發光二極體100包括第一型摻雜半導體層110、應力緩衝疊層120、發光層130、第二型摻雜半導體層140、第一電極150以及第二電極160。應力緩衝疊層120配置於第一型摻雜半導體層110上，應力緩衝疊層120包括至少三材料層122、124、126，且各材料層122、124、126的材料是選自於由氮化鎵、氮化銦鎵、氮化鋁鎵、氮化鋁銦鎵、含氫的氮化鎵、含氫的氮化銦鎵、含氫的氮化鋁鎵以及含氫的氮化鋁銦鎵所組成的群組。此外，發光層130配置於應力緩衝疊層120上，第二型摻雜半導體層140配置於發光層130上，而第一電極150與第一型摻雜半導體層110電性連接，且第二電極160與第二型摻雜半導體層140電性連接。值得注意的是，第一電極150與第一型摻雜半導體層110之間可形成良好的歐姆接觸，而第二電極160與第二型摻雜半導體層140之間可形成良好的歐姆接觸。

在本實施例中，第一型摻雜半導體層110例如為N型摻 雜半導體層，而第二型摻雜半導體層140例如為P型摻雜半導體層。然而，本實施例不限定第一型摻雜半導體層110與第二型摻雜半導體層140的摻雜型態。換言之，在其他可行的實施例中，第一型摻雜半導體層110例如為P型摻雜半導體層，而第二型摻雜半導體層140例如為N型摻雜半導體層。

應力緩衝疊層120包括第一材料層122、第二材料層124、第三材料層126與第四材料層128，其中第一材料層122配置於第一型摻雜半導體層110上，第二材料層124配置於第一材料層122上，而第三材料層126配置於第二材料層124上，且第四材料層128配置於第三材料層126上。第一材料層122、第二材料層124、第三材料層126與第四材料層128的材料皆是選自於由氮化鎵、氮化銦鎵、氮化鋁鎵、氮化鋁銦鎵、含氫的氮化鎵、含氫的氮化銦鎵、含氫的氮化鋁鎵以及含氫的氮化鋁銦鎵所組成的群組。第一材料層122、第二材料層124、第三材料層126與第四材料層128四者可以採用完全不同的材料。或者，第一材料層122、第二材料層124、第三材料層126與第四材料層128四者中有部份採用相同的材料，而其餘採用不同的材料。換言之，第一材料層122、第二材料層124、第三材料層126與第四材料層128的材料可以不盡相同。關於第一材料層122、第二材料層124、第三材料層126與第四材料層128的材質選用，將搭配圖2A至圖2E進行詳細的描述。

在本實施例中，發光層130例如是多重量子井層。詳言 之，發光層130可由多個阻障層(barrier layers)以及多個井層(well layers)交替堆疊而成，交替排列的阻障層與井層在能階上會構成所謂的多重量子井，以有效地增進發光層130的內部量子效率。

如圖1所示，發光二極體100例如是水平型態的發光二極體(horizontal type LED)。詳言之，應力緩衝疊層120會局部覆蓋第一型摻雜半導體層110，而第一電極150配置於未被應力緩衝疊層120所覆蓋的第一型摻雜半導體層上110，且第二電極160配置於第二型摻雜半導體層140上。在其他可行的實施例中，第二電極160與第二型摻雜半導體層140之間可選擇性地配置一電流分散層(未繪示)，此電流分散層的面積通常需大於第二電極160的面積，且例如是全面性覆蓋於第二型摻雜半導體層140上，以增進發光二極體100的發光效率。值得注意的是，電流分散層的材質可為透明導電層(例如銦錫氧化物、銦鋅氧化物等)。

如圖1所示，水平型態的發光二極體100可進一步包括一基板170以及一緩衝層180，其中緩衝層180配置於基板170上，而第一型摻雜半導體層110則配置於緩衝層180上。換言之，緩衝層180配置於第一型摻雜半導體層110與基板170之間。在本實施例中，緩衝層180可以改善第一型摻雜半導體層110、應力緩衝疊層120、發光層130以及第二型摻雜半導體層140的磊晶品質。

圖2A至圖2E是圖1中不同應力緩衝疊層的剖面示意圖。請參照圖2A，在應力緩衝疊層120a中，第一材料層122為 含氫的氮化銦鎵，第二材料層124為含氫的氮化鋁鎵、第三材料層126為氮化鎵，而第四材料層128為氮化銦鎵。

請參照圖2B，在應力緩衝疊層120b中，第一材料層122為含氫的氮化銦鎵，第二材料層124為含氫的氮化鋁銦鎵、第三材料層126為氮化鎵，而第四材料層128為含氫的氮化銦鎵。

請參照圖2C，在應力緩衝疊層120c中，第一材料層122為含氫的氮化銦鎵，第二材料層124為含氫的氮化鋁銦鎵、第三材料層126為氮化銦鎵，而第四材料層128為氮化鎵。

請參照圖2D，在應力緩衝疊層120d中，第一材料層122為含氫的氮化銦鎵，第二材料層124為含氫的氮化鋁鎵、第三材料層126為含氫的氮化銦鎵，而第四材料層128為含氫的氮化銦鎵。

請參照圖2E，在應力緩衝疊層120e中，第一材料層122為含氫的氮化鋁鎵，第二材料層124為含氫的氮化鋁鎵、第三材料層126為氮化銦鎵，而第四材料層128為氮化銦鎵。

【第二實施例】

圖3是依照本發明第二實施例的發光二極體的剖面示意圖。請參照圖3，本實施例之發光二極體200例如是水平型態的發光二極體(horizontal type LED)。本實施例的發光二極體200與第一實施例的發光二極體100類似，二者主要差異之處在於：應力緩衝疊層120與第一電極250分別位於第一型摻雜半導體層110 的二相對表面上，且第二電極160配置於第二型摻雜半導體層140上。此外，本實施例的水平型態的發光二極體200可不包括第一實施例中所揭露的基板170以及緩衝層180，而第一電極250是直接形成於第一型摻雜半導體層110的下表面上，且第一電極250與第一型摻雜半導體層110形成良好的歐姆接觸。關於本實施例之第一型摻雜半導體層110、應力緩衝疊層120、發光層130、第二型摻雜半導體層140以及第二電極160之詳細描述皆與第一實施例雷同，故於此不再重述。

【第三實施例】

圖4是依照本發明第三實施例的發光二極體的剖面示意圖。請參照圖4，本實施例的發光二極體300與第一實施例的發光二極體100類似，二者主要差異之處在於：本實施例的應力緩衝疊層320僅包括第一材料層122、第二材料層124與第三材料層126，其中第一材料層122配置於第一型摻雜半導體層110上，第二材料層124配置於第一材料層122上，且第三材料層126配置於第二材料層124上。

關於本實施例之第一型摻雜半導體層110、第一材料層122、第二材料層124、第三材料層126、發光層130、第二型摻雜半導體層140、第一電極250以及第二電極160之詳細描述皆與第一實施例雷同，故於此不再重述。

【第四實施例】

圖5是依照本發明第四實施例的發光二極體的剖面示意圖。請參照圖5，本實施例的發光二極體400與第二實施例的發光二極體200類似，二者主要差異之處在於：本實施例的應力緩衝疊層420僅包括第一材料層122、第二材料層124與第三材料層126，其中第一材料層122配置於第一型摻雜半導體層110上，第二材料層124配置於第一材料層122上，且第三材料層126配置於第二材料層124上。

關於本實施例之第一型摻雜半導體層110、第一材料層122、第二材料層124、第三材料層126、發光層130、第二型摻雜半導體層140、第一電極250以及第二電極160之詳細描述皆與第一實施例雷同，故於此不再重述。

基於上述，由於本發明於發光層與第一型摻雜半導體層之間設置應力緩衝疊層，因此本發明的發光二極體可具有較高的亮度、較低的耗能及/或良好的抗靜電能力。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧發光二極體

110‧‧‧第一型摻雜半導體層

120‧‧‧應力緩衝疊層

122‧‧‧第一材料層

124‧‧‧第二材料層

126‧‧‧第三材料層

128‧‧‧第四材料層

130‧‧‧發光層

140‧‧‧第二型摻雜半導體層

150‧‧‧第一電極

160‧‧‧第二電極

170‧‧‧基板

180‧‧‧緩衝層

Claims (8)

1. 一種發光二極體，包括：一第一型摻雜半導體層；一應力緩衝疊層，配置於該第一型摻雜半導體層上，該應力緩衝疊層包括至少三材料層，且各該材料層的材料是選自於由氮化鎵、氮化銦鎵、氮化鋁鎵、氮化鋁銦鎵、含氫的氮化鎵、含氫的氮化銦鎵、含氫的氮化鋁鎵以及含氫的氮化鋁銦鎵所組成的群組；一發光層，配置於該應力緩衝疊層上；一第二型摻雜半導體層，配置於該發光層上；一第一電極，與該第一型摻雜半導體層電性連接；以及一第二電極，與該第二型摻雜半導體層電性連接。
2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中該第一型摻雜半導體層包括N型摻雜半導體層，而該第二型摻雜半導體層包括P型摻雜半導體層。
3. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中該應力緩衝疊層包括：一第一材料層，配置於該第一型摻雜半導體層上；一第二材料層，配置於該第一材料層上；以及一第三材料層，配置於該第二材料層上。
4. 如申請專利範圍第3項所述的發光二極體，更包括：一第四材料層，配置於該第三材料層上。
5. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中該發光層包括一多重量子井層。
6. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中該應力緩衝疊層局部覆蓋該第一型摻雜半導體層，而該第一電極配置於未被該應力緩衝疊層所覆蓋的該第一型摻雜半導體層上，且該第二電極配置於該第二型摻雜半導體層上。
7. 如申請專利範圍第6項所述的發光二極體，更包括：一基板；以及一緩衝層，配置於該第一型摻雜半導體層與該基板之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中該應力緩衝疊層與該第一電極分別位於該第一型摻雜半導體層的二相對表面上，且該第二電極配置於該第二型摻雜半導體層上。