TWI385832B - Light emitting diode structure - Google Patents

Description

發光二極體結構

本發明係關於一種發光二極體，尤指一種發光二極體，可降低缺陷並提高長晶品質，同時可提高光取出。

習知發光二極體的構造請參見圖1所示，一習知發光二極體50包含：一基板52、一第一歐姆電極結構54、一第一導電層56、一發光層60、一第二導電層62、一透明導電層64及一第二歐姆電極結構66。此種習知發光二極體的缺點在於長晶時容易產生缺陷且發光效果較差。為降低發光二極體於長晶時所產生的缺陷及提高發光二極體之發光效果，有必要研發一種新穎的發光二極體。

為改善習知發光二極體之缺點，本發明提供一種新穎的發光二極體，可降低發光二極體的磊晶缺陷並提高長晶品質。此外，本發明之發光二極體具有反射鏡或抗反射鏡之效果可提高光取出。

依據本發明的第一個觀點，提供一種發光二極體結構，包含：一圖案化基板；一第一導電層，置於圖案化基板上，在第一導電層中擺設有複數個陣列排列的多層膜結構，多層膜結構係由複數個高低折射率交替的膜組成；一發光層，置於第一導電層上；一第二導電層，置於發光層上；一透明導電層，置於第二導電層上；一第一歐姆電極結構，置於第一導電層上；及一第二歐姆電極結構，置於透明導電層上，其中當電流通過第二歐姆電極結構、透明導電層、第二導電層、發光層、第一導電層及第一歐姆電極結構時，可使發光層發光。

依據本發明的第二個觀點，提供一種發光二極體結構，包含：一圖案化基板；一第一導電層，置於圖案化基板上，在第一導電層中擺設有複數個陣列排列的多層膜結 構，多層膜結構係由複數個高低折射率交替的膜組成；一發光層，置於第一導電層上；一第二導電層，置於發光層上；一透明導電層，置於第二導電層上；一第一歐姆電極結構，置於第一導電層上；及一第二歐姆電極結構，置於圖案化基板下方，其中當電流通過第二歐姆電極結構、透明導電層、第二導電層、發光層、第一導電層、圖案化基板及第一歐姆電極結構時，可使發光層發光。

本發明之多層膜結構之複數個高低折射率交替的膜之厚度，可決定由圖案化基板方向出光，或全部由發光二極體上表面出光。當多層膜結構之複數個高低折射率交替的膜之厚度設定為發光層所射出之光線波長的四分之一，此時多層膜結構作用為一反射鏡，使得光線全部由發光二極體上表面出光。另一方面，當多層膜結構之複數個高低折射率交替的膜之厚度設定為發光層所射出之光線波長的二分之一，此時多層膜結構作用為一抗反射層，使得光線可由圖案化基板出光。

本發明之優點在於由於增加了多層膜結構，可降低發光二極體的磊晶缺陷並提高長晶品質。另外，由於多層膜結構之設計，可使本發明之發光二極體具有反射鏡或抗反射鏡之效果以提高光取出。

參見圖2，以下敘述本發明的第一實施例之發光二極體的構造。如圖2所示，依據本發明的第一實施例之發光二極體10包含：一圖案化基板12；一第一導電層16，置於圖案化基板12上，在第一導電層16中具有複數個多層膜結構18，多層膜結構18係由複數個高低折射率交替的膜組成；一發光層20，置於第一導電層16上；一第二導電層22，置於發光層20上；一透明導電層24，置於第二導電層22上；一第一歐姆電極結構14，置於第一導電層16上；及一第二歐姆電極結構26，置於透明導電層24上。其中當電流通過第一歐姆電極結構14、第一導電層16、發光層20、第二導電層 22、透明導電層24及第二歐姆電極結構26時，可使發光層20發光。

圖3敘述本發明的第二實施例之發光二極體的構造。如圖3所示，依據本發明的第二實施例之發光二極體10包含：一圖案化基板12；一第一導電層16，置於圖案化基板12上，在第一導電層16中具有複數個多層膜結構18，多層膜結構18係由複數個高低折射率交替的膜組成；一發光層20，置於第一導電層16上；一第二導電層22，置於發光層20上；一透明導電層24，置於第二導電層22上；一第一歐姆電極結構14，置於圖案化基板12下方；及一第二歐姆電極結構26，置於透明導電層24上。其中當電流通過第一歐姆電極結構14、圖案化基板12、第一導電層16、發光層20、第二導電層22、透明導電層24及第二歐姆電極結構26時，可使發光層20發光。

本發明之第二實施例與第一實施例不同之處在於第一歐姆電極結構14係置於圖案化基板12下方而非置於第一導電層16上。在上述實施例中，亦可將透明導電層24挖洞而使第二歐姆電極結構26直接接觸第二導電層22。

本發明之圖案化基板12的設計不同於習知的平坦基板。如圖2至3所示，本發明之圖案化基板12具有若干凹槽，可提高光之散射效果。

另外，本發明之發光二極體10的主要特徵在於多層膜結構18之設計，其中多層膜結構18係由高低折射率交替的膜組成，且多層膜結構18為陣列排列。於一實施例中，多層膜結構18的位置係對應於圖案化基板12之凸部的上方。多層膜結構18之實際構造請參見圖4。如圖4所示，多層膜結構18是由具有折射係數n₁ 的第一材料及具有折射係數n₂ 的第二材料交替疊合而成，其中第一材料與第二材料具有相同的厚度。圖4中，介面a處的反射係數為：r_a =(n₂ -n₁ )/(n₂ +n₁ )；介面b處的反射係數為：r_b =(n₁ -n₂ )/(n₂ +n₁ )=-r_a 。在介面a處及在介面b處所反射的光 波會有180°的相位差。

當第一材料及第二材料的厚度設定為光波長的四分之一時，則相鄰的兩個介面的反射波又會有額外的180°的相位差。將所有的相位差相加，則可發現相鄰的兩個界面的反射波是完全相同的，因而會產生建設性的干涉現象，此時多層膜結構18作用為一反射鏡。

當第一材料及第二材料的厚度設定為光波長的二分之一時，則相鄰的兩個介面的反射波是完全同相的。將所有的相位差相加，總相位差為180°，相鄰兩個介面的反射波會有破壞性的干涉現象，此時多層膜結構18作用為一抗反射層。

本發明之多層膜結構18所使用的材料可以為從一SiO₂ 材料層、一TiO₂ 材料層、一Ta₂ O₅ 材料層及一Si₃ N₄ 材料層中挑選出至少兩個材料層所構成之一組合。本發明之圖案化基板12係由選自由矽(Si)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、藍寶石(Sapphire)、尖晶石(Spinnel)、碳化矽(SiC)、砷化鎵(Ga As)、三氧化二鋁(Al2O3)、二氧化鋰鎵(LiGaO2)、二氧化鋰鋁(LiAlO2)以及四氧化鎂二鋁(MgAl2O4)所組成之群組中的材料所形成。本發明之第一導電層16及第二導電層22係由氮化物材料所形成。

由於基板具有圖案化，且增加了多層膜結構之設計，本發明之發光二極體具有可降低發光二極體的缺陷並提高長晶品質之優點。此外，由於多層膜結構之設計，可使本發明之發光二極體具有反射鏡或抗反射鏡之效果以提高光取出。

雖然在以上之敘述中已說明了本發明之特定實施例，須注意以上敘述只是用於幫助瞭解本發明之實施，並非用於限定本發明之精神。熟悉於此技術領域者可在本案說明書之揭示下，在不脫離本發明之精神範圍內，做成許多不同的修改。因此，本發明之範圍是由以下所附的申請專利範圍來界定。

10‧‧‧發光二極體

12‧‧‧圖案化基板

14‧‧‧第一歐姆電極結構

16‧‧‧第一導電層

18‧‧‧多層膜結構

20‧‧‧發光層

22‧‧‧第二導電層

24‧‧‧透明導電層

26‧‧‧第二歐姆電極結構

50‧‧‧發光二極體

52‧‧‧基板

54‧‧‧第一歐姆電極結構

56‧‧‧第一導電層

60‧‧‧發光層

62‧‧‧第二導電層

64‧‧‧透明導電層

66‧‧‧第二歐姆電極結構

圖1是一圖形，指出一習知發光二極體的剖面圖。

圖2是一圖形，指出依據本發明的第一實施例之發光二極體的剖面圖。

圖3是一圖形，指出依據本發明的第二實施例之發光二極體的剖面圖。

圖4是一圖形，指出圖2至3中之發光二極體的多層膜結構之剖面圖。

10‧‧‧發光二極體

12‧‧‧圖案化基板

14‧‧‧第一歐姆電極結構

16‧‧‧第一導電層

18‧‧‧多層膜結構

20‧‧‧發光層

22‧‧‧第二導電層

24‧‧‧透明導電層

26‧‧‧第二歐姆電極結構

Claims (11)

1. 一種發光二極體結構，包含：一圖案化基板；一第一導電層，置於該圖案化基板上，在該第一導電層中具有複數個多層膜結構，該多層膜結構係由複數個高低折射率交替的膜組成；一發光層，置於該第一導電層上；及一第二導電層，置於該發光層上，其中各該複數個多層膜結構中的每一層膜結構為一連續膜結構，且該複數個多層膜結構係陣列排列。
2. 如申請專利範圍第1項之發光二極體結構，進一步包含一透明導電層、一第一歐姆電極結構及一第二歐姆電極結構，其中該透明導電層置於該第二導電層上，該第一歐姆電極結構置於該第一導電層上，且該第二歐姆電極結構置於該透明導電層上。
3. 如申請專利範圍第1項之發光二極體結構，進一步包含一透明導電層、一第一歐姆電極結構及一第二歐姆電極結構，其中該透明導電層置於該第二導電層上，該第一歐姆電極結構置於該圖案化基板下方，且該第二歐姆電極結構置於該透明導電層上。
4. 如申請專利範圍第2或3項之發光二極體結構，其中將該透明導電層挖洞而使該第二歐姆電極結構直接接觸該第二導電層。
5. 如申請專利範圍第1項之發光二極體結構，其中該多層膜結構的位置係對應於該圖案化基板之凸部的上方。
6. 如申請專利範圍第1項之發光二極體結構，其中該多層膜結構之複數個高低折射率交替的膜之厚度設定為該發光層所射出之光線波長的四分之一。
7. 如申請專利範圍第1項之發光二極體結構，其中該多層膜結構之複數個高低折射率交替的膜之厚度設定為該發光層所射出之光線波長的二分之一。
8. 如申請專利範圍第1項之發光二極體結構，其中該複數個高低折射率交替的膜為透明絕緣材料。
9. 如申請專利範圍第1項之發光二極體結構，其中該複數個高低折射率交替的膜是由一SiO₂ 材料層、一TiO₂ 材料層、一Ta₂ O₅ 材料層及一Si₃ N₄ 材料層中挑選出至少兩個材料層所構成之一組合。
10. 如申請專利範圍第1項之發光二極體結構，其中該圖案化基板係由選自由矽(Si)、氮化鎵(G aN)、氮化鋁(AlN)、藍寶石(Sapphire)、尖晶石(Spinnel)、碳化矽(SiC)、砷化鎵(GaAs)、三氧化二鋁(Al2O3)、二氧化鋰鎵(LiGaO2)、二氧化鋰鋁(LiAlO2)以及四氧化鎂二鋁(MgAl2O4)所組成之群組中的材料所形成。
11. 如申請專利範圍第1項之發光二極體結構，其中該第一導電層及該第二導電層皆由氮化物材料所形成。