TWI433357B - 高亮度發光二極體結構 - Google Patents

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TWI433357B TW99128619A TW99128619A TWI433357B TW I433357 B TWI433357 B TW I433357B TW 99128619 A TW99128619 A TW 99128619A TW 99128619 A TW99128619 A TW 99128619A TW I433357 B TWI433357 B TW I433357B
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Description

高亮度發光二極體結構
本發明係有關於發光二極體技術領域，特別是有關於一種具有重疊第一及第二電極的高亮度發光二極體結構。
發光二極體(LED)是一種利用半導體材料製作而成的固態發光元件，其能夠將電能有效率的轉換為光能。由於具備體積小、驅動電壓低、反應速率快等優點，發光二極體已被廣泛地應用在日常生活之各式電子產品，如一般照明、看板、手機及顯示器背光源等各種用途中。
請參閱第1圖及第2圖，其中，第1圖繪示的是習知具有梳狀(comb-shaped)電極的發光二極體的俯視示意圖，第2圖繪示的是沿著第1圖中切線I-I’方向所視的剖面示意圖。如第1圖及第2圖所示，習知發光二極體10包含有一設於第二半導體層20上的第二電極30以及一設於第一半導體層50上的第一電極40。第二電極30與第一電極40彼此不重疊，且第一電極40係形成在蝕穿第二半導體層20以及主動層22的一溝渠60內，而溝渠60曝露出部分的第一半導體層50，其中第一電極40即設於溝渠60的底部。
如第2圖所示，第二電極30包括連接部30a以及複數個由連接部30a正交延伸出來的指狀分支電極30b，第一電極40包括連接部40a以及複數個由連接部40a正交延伸出來的指狀分支電極40b，其中，連接部30a平行於連接部40a，而指狀分支電極30b與指狀分支電極40b則是交錯平行的設置在連接部30a與連接部40a之間的區域。指狀分支電極30b與指狀分支電極40b之間需保持固定相同的距離，以改善發光二極體在操作時的電流分佈(current spreading)特性。
然而，上述習知的發光二極體仍有諸多缺點需要進一步的改善與改進。例如，發光二極體10在操作時，電流容易累積在指狀分支電極30b與指狀分支電極40b的尖端，因而造成尖端放電效應，如此可能導致元件的局部燒毀。此外，特別是位於第二半導體層20上的第二電極30會遮蔽住發光二極體本身產生的光線，影響到發光二極體的發光效能。
於是，本發明的主要目的在提供一種改良的發光二極體結構，以解決上述先前技藝的不足與缺點。
根據本發明之一較佳實施例，本發明提供一種發光二極體結構，包含有一基底；一第一半導體層，設於該基底上；一主動層，設於該第一半導體層上；一第二半導體層，設於該主動層上；一溝渠，穿過該第二半導體層以及該主動層，曝露出部分的該第一半導體層；一第一電極，設於該溝渠的底部，其中該第一電極包含有至少一第一分支電極；一絕緣層，覆蓋該溝渠以及該第一電極；以及一第二電極，設於該絕緣層上，其中該第二電極包含有至少一第二分支電極，且該第二分支電極與該第一分支電極呈電性分離，並與該第一分支電極重疊。
根據本發明之另一較佳實施例，本發明提供一種發光二極體結構，包含有一基底；一第一半導體層，設於該基底上；一主動層，設於該第一半導體層上；一第二半導體層，設於該主動層上；一溝渠，穿過該第二半導體層以及該主動層，曝露出部分的該第一半導體層；一第一電極，設於該溝渠的底部；一絕緣層，覆蓋該溝渠以及該第一電極；以及一第二電極，設於該絕緣層上，其中該第一電極與該第二電極皆設於該溝渠內。
根據本發明之又另一較佳實施例，本發明提供一種發光二極體結構，包含有一基底；一第一半導體層，設於該基底上；一主動層，設於該第一半導體層上；一第二半導體層，設於該主動層上；一第一透明導電層，設於該第二半導體層上；一溝渠，穿過第一透明導電層、該第二半導體層以及該主動層，曝露出部分的該第一半導體層；一第一電極，設於該溝渠的底部，其中該第一電極包含有至少一第一分支電極；一絕緣層，覆蓋該溝渠以及該第一電極；以及一第二電極，設於該絕緣層上，其中該第二電極包含有至少一第二分支電極，且該第一分支電極與該第二分支電極互相平行重疊。上述之發光二極體結構另包含一第二透明導電層，設於該絕緣層以及該第一透明導電層上，其中該第二分支電極係設置在該第二透明導電層上。
為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施方式，並配合所附圖式，作詳細說明如下。然而如下之較佳實施方式與圖式僅供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
請同時參閱第3圖及第4圖，其中，第3圖為依據本發明較佳實施例所繪示的發光二極體100a的第一及第二電極的佈局示意圖，第4圖繪示的是沿著第3圖中切線II-II’方向所視的剖面示意圖。本發明發光二極體100a包含有一基底101，根據本發明較佳實施例，本發明基底101為不導電基板，例如，藍寶石(sapphire)基板。另外，在基底101上至少還包含有利用磊晶方式所形成的第一半導體層150、主動層122以及第二半導體層120，其中，第一半導體層150及第二半導體層120可以是氮化鎵(GaN)，但不限於此。當然，在本發明其它實施例中，還可以加入緩衝層(buffer layer)或其它多重量子井(MQW)磊晶結構。另外，第一半導體層150可以是N型半導體層，第二半導體層120可以是P型半導體層。或者，第一半導體層150可以是P型半導體層，第二半導體層120可以是N型半導體層。
如第3圖所示，根據本發明較佳實施例，本發明發光二極體100a包含有一第一電極140，其係形成在蝕穿第二半導體層120以及主動層122的一溝渠160內，而溝渠160曝露出部分的第一半導體層150，其中溝渠160可以是網狀圖案或者迴路分布，而第一電極140即設於該溝渠160的底部，並與第一半導體層150直接接觸。第一電極140可以包括在水平方向或x-軸方向上延伸的分支電極140a及140a’，以及介於兩平行的分支電極140a及140a’之間且沿著垂直方向或y-軸方向上延伸的複數條分支電極140b。根據本發明較佳實施例，第一電極140可以包括，但不限於，Ti/Al、Ti/Au、Ti/Au/Al、Cr/Au等複合金屬或合金。
如第4圖所示，本發明發光二極體100a另包含有一絕緣層210。根據本發明較佳實施例，絕緣層210係順應的形成在溝渠160的側壁及底部，覆蓋住第一電極140，並且向外延伸一部份至第二半導體層120的表面上。由於絕緣層210並未填滿溝渠160，故絕緣層210的表面在溝渠160內另外定義了一個凹陷區域210a，其佈局與溝渠160相同。
根據本發明較佳實施例，絕緣層210可以是由透光的介電材料所構成的，例如，氧化矽、氮氧化矽或氮化矽等等。根據本發明另一較佳實施例，絕緣層210也可以是由具反射效果之介電結構所構成的，例如，分散式布瑞格反射層(distributed Bragg reflector,DBR)。
本發明發光二極體100a另包含有一第二電極130，其並非設於第二半導體層120的表面上，而是設置在溝渠160內的凹陷區域210a。第二電極130可以包括在水平方向或x-軸方向上延伸的分支電極130a及130a’，以及介於兩平行的分支電極130a及130a’之間且沿著垂直方向或y-軸方向上延伸的複數條分支電極130b。從第4圖可看出，第二電極130與第一電極140係形成在同一溝渠160內。第二分支電極130b的寬度小於溝渠160寬度。根據本發明較佳實施例，第二電極130可以包括，但不限於，Ti/Al、Ti/Au、Ti/Au/Al、Cr/Au等複合金屬或合金。根據本發明較佳實施例，第二電極130係設置在第一電極140的正上方，並在垂直基底101表面的方向上互相重疊。第二分支電極130a、130a’及130b的寬度小於該第一分支電極140a、140a’及140b的寬度。
根據本發明較佳實施例，第二電極130可以另包含有一透明導電層(transparent conductive layer,TCL)130c，順應的覆蓋在曝露出來的第二半導體層120的表面以及絕緣層210的表面上。根據本發明較佳實施例，透明導電層130c可以是由導電且透光之材料所構成的，例如，氧化銦錫(indium tin oxide,ITO)或薄金屬層。如第4圖所 示，分支電極130b係設置在透明導電層130c上，分支電極130b直接接觸透明導電層130c。
本發明發光二極體100a的一技術特徵在於，第一電極140可以是一封閉迴路的佈局圖案或網狀之電極佈局圖案，並無凸出的電極端點，因此，可以避免第一電極局部斷裂時所造成的電流擁塞的狀況發生，也不會有尖端放電的情形。此外，本發明發光二極體100a的另一技術特徵在於，除了位於角落的打線接合墊以外，第二電極130的分支電極130a、130a’及分支電極130b均與第一電極140的分支電極140a、140a’及分支電極140b幾乎完全平行重疊，其中，第一及第二電極的重疊率可以達到70%以上，甚至90%以上，故能夠有效的減少遮光面積，又同時具有較佳的電流分佈特性。
在本發明的另一實施例中，如第5圖所示，發光二極體100b包含有基底101、第一半導體層150、主動層122以及第二半導體層120。發光二極體100b另包含有第一電極140，其係形成在蝕穿第二半導體層120以及主動層122的溝渠160內，而溝渠160曝露出部分的第一半導體層150，其中第一電極140即設於溝渠160的底部，並與第一半導體層150直接接觸。第一電極140可以包括在水平方向或x-軸方向(見第3圖)上延伸的分支電極140a及140a’，以及介於兩平行的分支電極140a及140a’之間且沿著垂直方向或y-軸方向上延伸的複數條分支電極140b。
發光二極體100b另包含有絕緣層210，且絕緣層210係順應的形成在溝渠160的側壁及底部，覆蓋住第一電極140，並且向外延伸一部份至第二半導體層120的表面上。絕緣層210並未填滿溝渠160，於是在溝渠160內另外形成一個凹陷區域210a。在凹陷區域210a的側壁上，可以形成一反射層230，例如，金、銀或鋁等金屬間隙壁，但不限於此，藉以增加發光二極體的光取出。在曝露出來的第二半導體層120的表面、反射層230上以及絕緣層210的表面上，則覆蓋有透明導電層130c。第二電極130的分支電極130b設置在溝渠160內的凹陷區域210a，並直接與透明導電層130c接觸。第二分支電極130b的寬度小於溝渠160寬度。
在本發明的另一實施例中，如第6圖所示，發光二極體100c包含有基底101、第一半導體層150、主動層122以及第二半導體層120。發光二極體100c另包含有第一電極140，其係形成在蝕穿第二半導體層120以及主動層122的溝渠160內，而溝渠160曝露出部分的第一半導體層150，其中第一電極140即設於溝渠160的底部，並與第一半導體層150直接接觸。第一電極140可以包括在水平方向或x-軸方向(見第3圖)上延伸的分支電極140a及140a’，以及介於兩平行的分支電極140a及140a’之間且沿著垂直方向或y-軸方向上延伸的複數條分支電極140b。
發光二極體100c另包含有絕緣層210，且絕緣層210填滿溝渠160，覆蓋住第一電極140，並且延伸一部份至第二半導體層120的 表面上。透明導電層130c設置在曝露出來的第二半導體層120的表面以及絕緣層210的表面上。第二電極130的分支電極130b則設置在透明導電層130c上。由於絕緣層210填滿溝渠160，故在此實施例中，第二電極130的分支電極130b並非設置在溝渠160內，但是還是與第一電極140大部分重疊。
在本發明的又另一實施例中，如第7圖所示，發光二極體100d同樣包含有基底101、第一半導體層150、主動層122以及第二半導體層120。發光二極體100d另包含有第一電極140，其係形成在蝕穿第二半導體層120以及主動層122的溝渠160內，而溝渠160曝露出部分的第一半導體層150，其中第一電極140即設於溝渠160的底部，並與第一半導體層150直接接觸。第一電極140可以包括在水平方向或x-軸方向(見第3圖)上延伸的分支電極140a及140a’，以及介於兩平行的分支電極140a及140a’之間且沿著垂直方向或y-軸方向上延伸的複數條分支電極140b。
發光二極體100d另包含有絕緣層210，且絕緣層210填滿溝渠160，覆蓋住第一電極140的分支電極140b，並且延伸一部份至第二半導體層120的表面上。與第6圖的實施例的差異在於，發光二極體100d不具有透明導電層。第二電極130的分支電極130b直接設置在絕緣層210上，與第一電極140的分支電極140b重疊，且分支電極130b橫向延伸至第二半導體層120的表面上，使得第二半導體層120與分支電極130b電連接。
在本發明的又另一實施例中，如第8圖所示，發光二極體100e包含有基底101、第一半導體層150、主動層122、第二半導體層120以及一第一透明導電層320。發光二極體100e另包含有第一電極140，其同樣形成在蝕穿第一透明導電層320、第二半導體層120以及主動層122的溝渠260內，而溝渠260曝露出部分的第一半導體層150，其中第一電極140即設於溝渠260的底部，並與第一半導體層150直接接觸。第一電極140可以包括在水平方向或x-軸方向(見第3圖)上延伸的分支電極140a及140a’，以及介於兩平行的分支電極140a及140a’之間且沿著垂直方向或y-軸方向上延伸的複數條分支電極140b。
發光二極體100e另包含有絕緣層210，且絕緣層210填滿溝渠260，覆蓋住第一電極140，並且延伸一部份至第一透明導電層320的表面上。發光二極體100e另包含有一第二透明導電層322，設置在曝露出來的第一透明導電層320的表面以及絕緣層210的表面上。第二電極130的分支電極130b則設置在第二透明導電層322上。由於絕緣層210填滿溝渠260，故在此實施例中，第二電極130的分支電極130b並非設置在溝渠260內，但是還是與第一電極140大部分重疊。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧發光二極體
20‧‧‧第二半導體層
22‧‧‧主動層
30‧‧‧第二電極
30a‧‧‧連接部
30b‧‧‧指狀分支電極
40‧‧‧第一電極
40a‧‧‧連接部
40b‧‧‧指狀分支電極
50‧‧‧第一半導體層
60‧‧‧溝渠
100a~100e‧‧‧發光二極體
101‧‧‧基底
120‧‧‧第二半導體層
122‧‧‧主動層
130‧‧‧第二電極
130a‧‧‧分支電極
130a’‧‧‧分支電極
130b‧‧‧分支電極
130c‧‧‧透明導電層
140‧‧‧第一電極
140a‧‧‧分支電極
140a’‧‧‧分支電極
140b‧‧‧分支電極
150‧‧‧第一半導體層
160、260‧‧‧溝渠
210‧‧‧絕緣層
210a‧‧‧凹陷區域
230‧‧‧反射層
320‧‧‧第一透明導電層
322‧‧‧第二透明導電層
第1圖繪示的是習知具有梳狀電極的發光二極體的俯視示意圖。
第2圖繪示的是沿著第1圖中切線I-I’方向所視的剖面示意圖。
第3圖為依據本發明較佳實施例所繪示的發光二極體的第一及第二電極的佈局示意圖。
第4圖繪示的是沿著第3圖中切線II-II’方向所視的剖面示意圖。
第5圖為依據本發明另一較佳實施例所繪示的發光二極體的剖面示意圖。
第6圖為依據本發明又另一較佳實施例所繪示的發光二極體的剖面示意圖。
第7圖為依據本發明又另一較佳實施例所繪示的發光二極體的剖面示意圖。
第8圖為依據本發明又另一較佳實施例所繪示的發光二極體的剖面示意圖。
100a‧‧‧發光二極體
130‧‧‧第二電極
130a‧‧‧分支電極
130a’‧‧‧分支電極
130b‧‧‧分支電極
140‧‧‧第一電極
140a‧‧‧分支電極
140a’‧‧‧分支電極
140b‧‧‧分支電極
150‧‧‧第一半導體層
160‧‧‧溝渠

Claims (19)

  1. 一種發光二極體結構，包含有：一基底；一第一半導體層，設於該基底上；一主動層，設於該第一半導體層上；一第二半導體層，設於該主動層上；一溝渠，穿過該第二半導體層以及該主動層，曝露出部分的該第一半導體層；一第一電極，設於該溝渠的底部，其中該第一電極包含有至少一第一分支電極；一絕緣層，設於該第一電極上；以及一第二電極，其中該第二電極包含有至少一第二分支電極，該第二分支電極與該第一分支電極呈電性分離，並與該第一分支電極重疊，且該第二分支電極的寬度小於該溝渠寬度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該基底材料為不導電基板。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該第一電極與第二電極皆形成於基底之同一側。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該第一電極 以及該第二電極包含複數個分支電極。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該溝渠是為迴路分布。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該第二分支電極與該第一分支電極大致平行重疊。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體結構，其中該第一分支電極與該第二分支電極的重疊率超過70%。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該絕緣層延伸至該第二半導體層的上表面。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體結構，其中該絕緣層係順應的形成在該溝渠的側壁及底部，並且在該溝渠內定義出一凹陷區域。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體結構，其中該凹陷區域內進一步包含有一金屬反射層。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體結構，其中該第二分支電極設於該凹陷區域內。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中另包含一透明導電層，設於該絕緣層以及該第二半導體層上。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之發光二極體結構，其中該第二分支電極係設置在該透明導電層上。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該絕緣層填滿該溝渠。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該第二分支電極覆蓋於該絕緣層上與該第二半導體層直接接觸。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該第二電極另包含有一透明導電層。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之發光二極體結構，其中該第二分支電極設於該透明導電層上。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該第二分支電極設置於該溝渠內。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該第二分之電極的寬度小於該第一分支電極的寬度。
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