TWI425669B

TWI425669B - 發光二極體

Info

Publication number: TWI425669B
Application number: TW99116423A
Authority: TW
Inventors: Peng Yi Wu; Shih Cheng Huang; Po Min Tu; Shun Kuei Yang; Chia Hung Huang
Original assignee: Advanced Optoelectronic Tech
Priority date: 2010-05-21
Filing date: 2010-05-21
Publication date: 2014-02-01
Also published as: TW201143144A

Description

發光二極體

本發明涉及一種半導體發光元件，特別涉及一種具有高出光效率的發光二極體。

作為一種新興的光源，發光二極體憑藉其發光效率高、體積小、重量輕、環保等優點，已被廣泛地應用到當前的照明等各個領域當中，大有取代傳統光源的趨勢。

作為照明光源，業界對大功率的發光二極體的需求越來越迫切。大功率發光二極體通常係透過加大發光二極體的尺寸以提供較大的發光面積而實現。這種大面積的發光二極體在提供較大的發光面積的同時也會產生問題。例如，發光二極體面積的增大並不一定意味著發光面積的增大，因為通常電流會選擇阻抗最低的路徑，導致發光區域會相對集中於一處而發光不均勻。為降低電流阻抗，實現電極與P型半導體層的良好接觸，通常會擴大P型電極與P型半導體層的接觸面積。然而，由於P型電極為較厚的導電金屬，當其面積越大，擋住發光二極體的出光面積也就越大，因而降低了發光二極體的出光效率。因此，如何提供一種高出光效率的發光二極體仍係業界需要解決的一個課題。

有鑒於此，有必要提供一種具有高出光效率的發光二極體。

一種發光二極體，包括：一襯底，一緩衝層位於所述襯底上，一N型半導體層位於緩衝層上，一發光層位於N型半導體層上，一P型半導體層位於發光層上，一透明導電層位於P型半導體層上，一P型電極位於透明導電層上，以及一N型電極位於N型半導體層上，所述P型電極包括一第一P型電極以及一透明的第二P型電極。

與習知技術相比，本發明發光二極體中的P型電極設置有第二P型電極，其可為透光材料，因而減小了P型電極的非透明區域的面積，即減小了P型電極的遮光面積，可使發光二極體發出的光線經該透明電極層透射出去，因此大大提高發光二極體的發光效率。

10、30‧‧‧發光二極體

11‧‧‧襯底

12‧‧‧緩衝層

13‧‧‧N型半導體層

14‧‧‧發光層

15‧‧‧P型半導體層

16‧‧‧透明導電層

23、33‧‧‧N型電極

25、35‧‧‧P型電極

251、351‧‧‧第一P型電極

252、352‧‧‧第二P型電極

圖1為本發明一實施例的發光二極體的俯視示意圖。

圖2為圖1中的發光二極體的側視示意圖。

圖3為本發明另一實施例的發光二極體的俯視示意圖。

請參閱圖1-2，本發明一實施例中的發光二極體10包括一襯底11，形成於襯底11上的一緩衝層12，形成於緩衝層12上的一N型半導體層13，形成於N型半導體層13上的發光層14，形成於發光層14上的P型半導體層15，形成於P型半導體層15上的透明導電層16。該發光二極體10還包括形成於透明導電層16上的P型電極25及形成於N型半導體層13上的N型電極23。利用P型電極25與N型電極23分別連接至外部電源，使發光二極體10正向導通即可使發光二極體10發光。

襯底11可以使用例如目前公知的藍寶石襯底、碳化矽襯底或氮化鎵襯底等。以相對於後續正常磊晶溫度較低的環境成長緩衝層12於襯底11上。N型半導體層13可以使用氮化物半導體晶體中摻雜N型雜質而形成，例如摻雜四族的原子。發光層14可以摻雜n型或係p型的摻雜子(dopant)，可以係同時摻雜n型與p型的摻雜子，也可以完全不摻雜。並且，可以係量子阱層摻雜而阻障層不摻雜、量子阱層不摻雜而阻障層摻雜、量子阱層與阻障層都摻雜或係量子阱層與阻障層都不摻雜。再者，亦可以在量子阱層的部份區域進行高濃度的摻雜(delta doping)。P型半導體層15可以使用氮化物半導體晶體中摻雜P型雜質而形成，例如摻雜二族的原子。

透明導電層16可含有氧化銦錫(ITO)，由此可以增加電流在P型半導體層15的分佈面積，提高發光層14產生的光。

P型電極25包括一第一P型電極251及與第一P型電極251電連接的一第二P型電極252，該第二P型電極252覆蓋於透明導電層16上，該第二P型電極252之分佈圖形不限。本實施例中的第二P型電極252為梳狀結構，覆蓋在透明導電層16上的面積較小。進一步的，將第二P型電極252的厚度設置成比透明導電層16的厚度小。較佳的，第二P型電極252的厚度在10nm以下。換句話說，第二P型電極252的厚度可在2-10nm之間。本實施例中，該第二P型電極252含有鎳金合金(Ni/Au)，該種材料不但可做成透明性質，且導電性佳。用該第二P型電極252代替傳統的厚金屬做成電極，不但可以減小使用厚金屬的量，以降低成本，更加重要的係，發光二極體10的光可透過該第二P型電極252，因而提高發光二極體10的出光效率。第二P型電極252的材料並不限於上述一種，還可以使用例如AZO，GZO，FTO，IZO，ZnO，CdO中的一種或多種。該第一P型電極251可包含鉑金合金(Pt/Au)、鎢(W)、鉻金合金(Cr/Au)或鈀(Pd)等金屬或金屬合金，所述第一P型電極251為一接觸電極。另外，透明導電層16與第二P型電極252彼此之間的電阻越低越好以利於電流之流動。若前述兩層材料彼此之間的電阻太大，則電流將會選擇電阻較小的一層流動，恐將失去本發明之用意。再者，該第二P型電極252與第一P型電極251可位於同一水平面上並均與透明導電層16直接接觸。亦可將第一P型電極251設置於該第二P型電極252上。由於第一P型電極251與第二P型電極252的接觸面積較大，形成的電阻較小，電流可較均勻的流動及分佈。N型電極23可包含鈦/鋁/鈦/金(Ti/Al/Ti/Au)、鉻金合金(Cr/Au)或係鉛金合金(Pd/Au)。

圖3為本發明另一實施例的發光二極體30的俯視示意圖。該發光二極體30的結構與上一實施例中的發光二極體10的結構相似，其P型電極35與N型電極33分別連接至外部電源，使發光二極體30正向導通即可使發光二極體30發光。P型電極35同樣包括第一P型電極351及與第一P型電極351電連接的第二P型電極352。第二P型電極352與第一P型電極351可位於同一水平面上並均與透明導電層(圖3中未示出)直接接觸。較佳的方式將第一P型電極351設置於該第二P型電極352上。由於第一P型電極351與第二P型電極352的接觸面積較大，形成的電阻較小，電流可較均勻的流動及分佈。不同之處在於，該第二P型電極352的面積較大，完全覆蓋住透明導電層，也即第二P型電極352的面積與透明導電層的面積相同。

下面，以發光二極體10的結構為例對本發明的發光二極體的製造方法進行說明。

首先，形成一磊晶結構。在襯底11的表面上，利用例如目前公知的有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)或係分子束磊晶(MBE；Molecular Beam Epitaxy)，使緩衝層12、N型半導體層13、發光層14、P型半導體層15按照該順序結晶生長。

由於晶格結構與晶格常數係另一項選擇磊晶基板的重要依據。若襯底與磊晶層之間晶格常數差異過大，往往需要先形成一緩衝層12才可以得到較佳的磊晶品質。一般以相對於後續正常磊晶溫度較低的環境成長緩衝層12於襯底11上。

N型半導體層13則可以使用矽原子(Si)，而矽的先驅物在有機金屬化學氣相沉積機台中可以係矽甲烷(SiH4)或係矽乙烷(Si2H6)。N型半導體層13的形成方式依序由高濃度摻雜矽原子(Si)的氮化鎵層(GaN)或係氮化鋁鎵層(AlGaN)至低濃度摻雜矽原子(Si)的氮化鎵層或係氮化鋁鎵層(AlGaN)。高濃度摻雜矽原子(Si)的氮化鎵層(GaN)或係氮化鋁鎵層(AlGaN)可以提供N型半導體的歐姆接觸(Ohmic Contact)。

發光層14可以係單異質結構、雙異質結構、單量子阱層或係多重量子阱層結構。目前多採用多重量子阱層結構，也就係多重量子阱層/阻障層的結構。量子阱層可以使用氮化銦鎵(InGaN)，而阻障層可以使用氮化鋁鎵(AlGaN)等的三元結構。另外，也可以採用四元結構，也就係使用氮化鋁鎵銦(AlxInyGal-x-yN)同時作為量子阱層以及阻障層。其中調整鋁與銦的比例使得氮化鋁鎵銦晶格的能階可以分別成為高能階的阻障層與低能階的量子阱層。發光層14可以摻雜n型或係p型的摻雜子(dopant)，可以係同時摻雜n型與p型的摻雜子，也可以完全不摻雜。並且，可以係量子阱層摻雜而阻障層不摻雜、量子阱層不摻雜而阻障層摻雜、量子阱層與阻障層都摻雜或係量子阱層與阻障層都不摻雜。再者，亦可以在量子阱層的部份區域進行高濃度的摻雜(delta doping)。

摻雜鎂原子以形成P型半導體層15於發光層14上。而鎂的先驅物在有機金屬化學氣相沉積機台中可以係CP2Mg。P型半導體層15的形成方式依序由低濃度摻雜鎂原子(Mg)的氮化鎵層(GaN)或係氮化鋁鎵層(AlGaN)至高濃度摻雜鎂原子(Mg)的氮化鎵層或係氮化鋁鎵層(AlGaN)。高濃度摻雜鎂原子(Mg)的氮化鎵層(GaN)或係氮化鋁鎵層可以提供P型半導體之歐姆接觸(Ohmic Contact)。

借由光阻自旋塗布機以離心力將光阻劑全面塗布於P型半導體層15之表面上方以形成光阻膜。再以光微影法(Photolithography)將光阻膜圖案化而形成遮罩，使得預計蝕刻部份顯露。再以電感式電漿蝕刻系統(Inductively coupled plasma etcher；ICP)蝕刻出N型半導體層13，再去除光阻。

接著，在P型半導體層15的表面上利用電子束蒸鍍等方法形成含有氧化銦錫的透明導電層16。

之後，在透明導電層16的表面上利用電子束蒸鍍等方法以預定圖形形成含有Ni/Au或本發明實施例部分中提到的其他材料的第二P型電極252。也可以將第二P型電極252完全覆蓋於透明導電層16上。

最後以濺鍍或係蒸鍍的方式在第二P型電極252上形成第一P型電極251以及在N型半導體層13上形成N型電極23。值得注意的係，該第一P型電極251為金屬，因此其形成之面積不能太大，否則會影響到發光二極體之出光率。

另外，第一P型電極251與第二P型電極252可位於同一水平面上並均與透明導電層16直接接觸。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10‧‧‧發光二極體

16‧‧‧透明導電層

23‧‧‧N型電極

25‧‧‧P型電極

251‧‧‧第一P型電極

252‧‧‧第二P型電極

Claims

一種發光二極體，包括：一襯底；一緩衝層位於所述襯底上；一N型半導體層位於緩衝層上；一發光層位於N型半導體層上；一P型半導體層位於發光層上；一透明導電層位於P型半導體層上；一P型電極位於透明導電層上；以及一N型電極位於N型半導體層上，其改良在於：所述P型電極包括一第一P型電極以及一透明的第二P型電極，所述第一P型電極的面積小於所述第二P型電極的面積，所述透明的第二P型電極完全覆蓋至所述透明導電層的表面上，且所述第一P型電極位於所述透明的第二P型電極上。
如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中所述透明導電層含有氧化銦錫。
如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中所述第一P型電極為鉑金合金(Pt/Au)、鎢(W)、鉻金合金(Cr/Au)或鈀(Pd)。
如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中所述N型電極為鈦/鋁/鈦/金(Ti/Al/Ti/Au)、鉻金合金(Cr/Au)或係鉛金合金(Pd/Au)。
如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中所述第二P型電極包含Ni/Au，AZO，GZO，FTO，IZO，ZnO，CdO中的至少一種。
如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中所述第二P型電極的厚度小於透明導電層的厚度。
如申請專利範圍第6項所述之發光二極體，其中所述第二P型電極的厚度在2-10nm之間。
如申請專利範圍第1-7項中任意一項所述之發光二極體，其中所述第二P型電極以圖形覆蓋在透明導電層上。
如申請專利範圍第1-7項中任意一項所述之發光二極體，其中所述第一P型電極位於所述第二P型電極上方，由該第二P型電極與該透明導電層直接接觸。
如申請專利範圍第1-7項中任意一項所述之發光二極體，其中所述第一P型電極與所述第二P型電極位於同一水平面上並均與透明導電層直接接觸。