TWI436504B

TWI436504B - 提供一圖案化導電及透光或半透光層於一發光半導體元件上方之方法及裝置

Info

Publication number: TWI436504B
Application number: TW098143584A
Authority: TW
Inventors: Todd Farmer; Steve Lester
Original assignee: Toshiba Techno Ct Inc
Priority date: 2009-01-26
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2014-05-01
Also published as: JP5586630B2; CN102349155A; KR20110110782A; TW201029235A; US8183575B2; US20100187564A1; CN105047782B; CN105047782A; WO2010085299A1; JP2012516052A

Description

提供一圖案化導電及透光或半透光層於一發光半導體元件上方之方法及裝置

本發明之例示態樣係有關於照明元件。本發明之態樣特別是有關於使用一圖案化導電層的固態發光元件。

發光二極體(LED)係一種能將電能轉換成光的發光半導體元件。隨著最近在發光二極體發光輸出的改良，傳統發光裝置如白熾燈泡及/或螢光燈在可見的未來係有可能會被發光二極體所取代。發光二極體已經使用在各種商業上的應用，例如交通號誌燈、車用照明及電子佈告欄。

發光二極體係一種具有偏壓p-n接面能發出窄頻的電激發光光譜的半導體二極體。例如，當電流通過發光二極體，發光二極體發出光。此光基本上是電子與電洞結合所釋出的能量的一種形式。發出之光的波長可隨著材料的組成而改變，而可產生的光量亦根據不同的參數，例如發光二極體中有效電流。

為了增加光輸出，傳統作法是增加流入發光二極體的電流。例如，一種傳統的作法是沉積一重及/或厚的導電層於發光二極體上以增加電流分佈。然而，此傳統作法的缺點是雖然厚的導電層可提供額外的電流，但該導電層的厚度亦阻礙部分的光通過該導電層。

本發明提供一發光二極體(LED)，其使用一圖案化導電及透光或半透光層以增加總光輸出。該發光二極體或元件包括一第一導電層、一主動層、一第二導電層、一導電及透光或半透光層及電極。該導電及透光或半透光層具有一第一表面及一第二表面，其中該第一表面係直接或間接沉積於該第二導電層上。在一態樣中，該導電及透光或半透光層係一銦錫氧化物(Indium Tin Oxide)層沉積於該第二導電層上。該第二表面包含具有複數個厚區域及薄區域的一圖案，以利於電流散佈及光通路。

從以下說明之實施方式、圖式及申請專利範圍將可了解到本發明之例示態樣的其他特徵與優點。

本發明的態樣係在此被描述，描述之內容為使用一導電及透光或半透光層的方法、元件及裝置，該導電及透光或半透光層具有包含厚區域及薄區域的一圖案。

熟悉本技術領域人士將可了解到以下例示態樣的詳細敘述係僅做為說明而非意欲以任何方式限制本發明。習知本技術領域之人士可輕易地由藉由本發明所揭露之內容得出其他態樣。將會在此詳細說明本發明所涉及之內容以實施說明於附圖中的例示態樣。相同的標號將會在圖式及下述詳細說明中被使用以描述相同或類似的部分。

為了清晰地說明，並非所有在此所述之實施的一般性特徵皆被顯示及敘述。將可瞭解到在開發任一此類實際實施時，可選擇數種特定實施之決定以達到開發者特定的目的，如應用上的條件及商業相關的限制，且這些特定的目的會在不同實施方式及不同開發者間改變。此外，可以知悉相關的開發工作會是複雜且費時的，然而對於具有通常知識的本技術領域之人士在本發明所揭露內容的助益下將會是工程上的一般作業。

可以瞭解到，本發明可能包含積體電路，其可輕易地使用傳統半導體技術(如互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術)或是其他半導體製程製造。此外，本發明之態樣可使用其他製程實施以同時製作電子元件與光學元件。

本發明態樣提供的優點參照第一圖及第二圖將可輕易地被了解，第一圖及第二圖說明先前技術的氮化鎵型發光二極體。第一圖係發光二極體20的上視圖，而第二圖為發光二極體20在第一圖沿2-2線的橫截面圖。發光二極體20係藉由在藍寶石基板19上成長三層而被建構。第一層22係一N型材料。第二層23係一主動層，其當電子與電洞在主動層內結合時發光。第三層為P型層24。這些層中的每一層可包含一些子層。因為這些子層的功能已為本領域之習知技術且並非本發明之重點，因此這些子層的細節在附圖及下述討論中將會被省略。

一平台(mesa)28係經由蝕刻層23及24而形成，及一接觸26係沉積於該平台28的底面以提供電氣連接至層22。層24的電氣連接係由一導電及透光或半透光層27提供，該導電及透光或半透光層一般係使用銦錫氧化物(Indium Tin Oxide)製造。層27係連接至一第二接觸25，其提供電氣連接至電源。當電力提供至接觸25及26時，光從主動層23中產生且經由導電及透光或半透光層27被萃取出來，如29所示。

P型氮化鎵的電阻率遠大於N型氮化鎵的電阻率。為了達到發光二極體的最大光產生效率，主動層23的電流密度應該要均勻的。因此，途徑31-33的電阻應該是要相同的。如果層27不存在，途徑31的電阻將會遠大於途徑33的電阻，使得光的產生集中在途徑31周圍的主動區域，並導致發光二極體表面的光強度有一梯度。雖然銦錫氧化物的電阻率係明顯少於P型氮化鎵，銦錫氧化物層的電阻仍不可被忽略。除非增加銦錫氧化物層的厚度，否則當發光二極體的輸出功率增加，在銦錫氧化物的損耗就更加明顯且產生光強度的梯度。不幸的是，當銦錫氧化物的厚度增加，在銦錫氧化物內被吸收的光量將會增加。當銦錫氧化物層增加到能提供高功率發光二極體所需的電流密度時，光在銦錫氧化物內因吸收所造成的光損將會變的顯著。

為了簡化下述討論，將會假設N型氮化鎵層的片電阻遠小於銦錫氧化物層27的片電阻。銦錫氧化物層的功用係最小化接觸25與銦錫氧化物表面各點間的電壓差。接觸25與在34-36各點間的電壓降將正比於各點與接觸25間的距離。該電壓降亦反比於銦錫氧化物的厚度。一般來說，一可接受的電壓降係由可接受的光不均勻程度及銦錫氧化物層內可接受的損耗所決定。在習知元件中，銦錫氧化物的厚度係設定以提供此電壓降。

一種減少銦錫氧化物層電壓降的習知方法採用一頂部接觸，該頂部接觸具有在銦錫氧化物層上延伸的窄化金屬部分。參照第三圖，其係提供用於減少銦錫氧化物層電壓降的一種發光二極體之另一態樣的上視圖。發光二極體30不同於上述討論的發光二極體20之處為接觸25被接觸35取代，該接觸35包含在銦錫氧化物層27上延伸的金屬指狀部37。指狀部37確保銦錫氧化物層上的每一點與一金屬導體間的距離不大於一預定最大值。因此，有關銦錫氧化物層電壓降的問題大致上係被減緩了。

不幸的是，此種解決方式明顯降低離開發光二極體的光量。指狀部必須具有足以傳導電流的寬度，該電流由銦錫氧化物層散佈時不會沿指狀部有明顯的電壓降。結果是，銦錫氧化物層表面的許多部份被金屬所覆蓋，且因此無法傳輸光。現請參照第四圖至第七圖，其說明應用本發明一種態樣的一發光二極體40。第四圖係發光二極體40之上視圖。第五圖至第七圖係發光二極體40分別沿線5-5、6-6及7-7的橫截面圖。發光二極體40包含如上所述的傳統三層結構45。層45係在一基板46上依傳統方式製造。一銦錫氧化物層43係沉積於P型層48上，以於層48上提供電流散佈。銦錫氧化物層43與如上所述之銦錫氧化物層27的不同之處在於銦錫氧化物層43包含段44，其基本上較銦錫氧化物層43的其他部分厚。這些較厚的段提供如上所述的指狀部的電流散佈功能且阻擋較少的光，該光產生於這些段下方的區域。銦錫氧化物層係連接至一金屬接觸41，且發光二極體係藉由在接觸41及42間施加電力以提供電力。

較厚的區域吸收比較薄的區域更多的光；然而，淨光輸出量仍然是增加的。此外，銦錫氧化物層43較薄部分的厚度可被減少，此係因為這些部分不再需要長距離地傳送電流。結果是，在較薄部分的光吸收係減少的。對於指狀部的任一特定圖案，銦錫氧化物層43厚部分及薄部分的最佳厚度可被得出以達到發光二極體乘載的電流密度。指狀部的最佳高度、寬度及長度以及銦錫氧化物層43薄部分的厚度係由最小化所欲電流密度的銦錫氧化物層的光吸收及最小化最大可允許的發光二極體電流密度變化量以及最小化最大可允許的發光二極體的設計參數如疊層45的總尺寸大小及電阻率所決定。

復參照第七圖，銦錫氧化物層43包含厚區域906及薄區域908，其中薄區域的高度係設計為d1，厚區域的高度係設計為d2。在一種態樣中，d1範圍介於5埃()至4999埃()，及d2的範圍介於5埃()至5000埃()。厚或薄區域的寬度d3的範圍介於1至1000微米(μm)，係取決於元件的尺寸及使用的材料。必須注意到，改變、變更或調整d1、d2及d3的大小可能是電流散佈及光通路間的折衷做法。

為了使電流散佈與光通路間的折衷最佳化，本發明一種態樣利用一圖案化導電層以改善整體光輸出。該圖案化導電層係一導電及透光或半透光層，其具有規則及/或不規則形狀表面圖案。在一種態樣中，該導電及透光或半透光層係具有不同圖案或形狀以形成厚區域及薄區域的一銦錫氧化物層。如先前所述，厚區域有利於電流散佈，而薄區域有利於光通路。該導電及透光或半透光層形成有一圖案，其中該圖案包含一或多個形狀。這些形狀可為規則及/或不規則幾何形狀，其中幾何形狀包含但並不限於多邊形、三角形、平行四邊形、矩形、菱形、正方形、梯形、四邊形、30°-60°-90°三角形(polydrafter)、圓形，及/或不同幾何形狀的組合。下述五個圖式(第八圖至第十二圖)說明不同形狀形成的圖案之例示態樣。

第八圖為一圖式200說明根據本發明一種態樣的一例示性導電及透光或半透光層，其具有含厚區域及薄區域之正方形形狀圖案。圖式200包含一正電極250、一負電極254及一導電及透光或半透光層258。該導電及透光或半透光層258為一銦錫氧化物層，其覆蓋發光二極體表面的至少一部分。該導電及透光或半透光層258包含多個圖案202，其中每一圖案202包含四個正方形204-207。圖案202可在銦錫氧化物層258的一部分重複。在另一替代例示中，數個不同的圖案可在銦錫氧化物層258的一部分被重複。在一種態樣中，正方形207及208係薄區域而正方形204-206係厚區域，其中每一正方形具有四個邊212。

薄區域207的邊212與厚區域210的邊具有相似的尺寸。邊212的長度可根據使用的銦錫氧化物材料而調整，以同時最佳化電流及光通路。光通路係指通過銦錫氧化物層之可見光量或波長介於50至2000奈米的電磁輻射量。藉由一圖案化的銦錫氧化物層，薄區域207-208較厚區域204-206允許更多的光通過。

散佈電流的銦錫氧化物層258係發光二極體核中一獨立層，其中該發光二極體核包含但並不限於一N型層、一P型層及主動層。在一態樣中，每一正方形的大小及面積可被調整以最佳化光輸出。例如，邊212的長度可在1至100μm間改變。因為薄區域(或正方形)208允許額外的光通路，較高比例的薄正方形208展現更亮的光元件。因為圖案202包含三個厚區域的正方形204-206及一個薄區域的正方形207，如第八圖所示之銦錫氧化物層258使用大約25%的面積以改善光通路。需注意增加厚區域的大小或減少薄區域的大小係電流與光通路間的折衷。例如，增加銦錫氧化物層厚區域的大小可允許額外的電流卻也減少了光通路。

在一種態樣中，銦錫氧化物層258的厚區域252展現如第三圖所示之指狀部37的功能並與薄區域207-208用以散佈電流。相似地，薄區域207-208允許更多的可見光通過銦錫氧化物層258。銦錫氧化物層258或一部份的銦錫氧化物層258係耦接至正電極250，如P型電極。平台或井區256分隔銦錫氧化物層258與負電極254如N型電極。必須注意到，銦錫氧化物層258可被另一具有多邊形或不同類型形狀組合圖案的導電層取代。

該導電及透光或半透光層如銦錫氧化物層258可傳導或散佈電流及允許光通過層258。該導電及透光或半透光層亦可不需由銦錫氧化物而係由化合物材料(compound materials)形成。如果銦錫氧化物層258被其他導電及透光或半透光層例如奈米碳管取代，亦不會改變本發明態樣的基本概念。

第九圖為一圖式300說明根據本發明一種態樣的一導電及透光或半透光層352，其由包含厚及薄區域之三角形圖案組織而成。圖式300包含一電極350及導電及透光或半透光層352，其中層352包含厚區域358及薄區域356。導電及透光或半透光層352係為一銦錫氧化物層，該銦錫氧化物層包含多個三角形圖案，例如在銦錫氧化物層352全部表面的圖案304。每一圖案302或304包含大約13個三角形，其中三角形12及13只有其他三角形如三角形11大小的一半。在厚區域的三角形亦表示為厚三角形與在薄區域的三角形亦表示為薄三角形具有相似的實體大小。在一種態樣中，圖案304包含六個薄三角形1-6及七個厚三角形7-13。必須注意到本發明例示態樣的基本概念並不因為一或多個區塊(或層)自圖式300的增加或是移除而改變。

一三角形如三角形16具有兩個邊320、一底318及一高310，其中高310與底318具有相似尺寸。三角形12與13係面積只有其他三角形大約一半的半三角形。薄及厚三角形的邊及/或側310-320係有大約相同的實體尺寸。根據銦錫氧化物的材料，邊及/或側310-320的尺寸可被調整以最佳化電流及光通路。在一種態樣中，邊或側310-320可被設定在1-100微米(μm)之間的任一值。例如，側310或318的長度可被設定為5μm。因為薄三角形308更有利於光通路，較高比例的薄三角形如三角形308展現更亮的光元件。因為圖案304包含六個薄三角形1-6及七個厚三角形7-13，其中三角形12-13係半三角形，圖案304的總薄區域係大約50%。必須注意到，如第九圖所示，圖案304可自左向右及自上而下重複。圖案302或304提供一種有利於電流散佈的補償設計。

在一種態樣中，如同第三圖所示的金屬指狀部37，銦錫氧化物層358之厚區域358展現的功能係用於電流散佈。類似地，薄區域207-208允許更多的可見光自銦錫氧化物層的底面通過銦錫氧化物層358至銦錫氧化物層的頂面。銦錫氧化物層358或一部份的銦錫氧化物層358係耦接至電極350如P型電極。必須注意到銦錫氧化物層358可被具有非三角形形狀之多邊形圖案的另一導電及透光或半透光層替換。

該導電及透光或半透光層如銦錫氧化物層352能夠傳導或散佈電流及允許光通過層352。該導電及透光或半透光層亦可由非銦錫氧化物的化合物材料(compound materials)形成。若銦錫氧化物層352被其他導電及透光或半透光層如奈米碳管取代並不會改變本發明態樣的基本概念。

第十圖為一圖式400說明根據本發明一種態樣的一導電及透光或半透光層402，其具有包含厚區域406及薄區域408之一矩形圖案。圖式400包含一電極450及導電及透光或半透光層402。在一種態樣中，層402係一銦錫氧化物層，其在銦錫氧化物層402整個表面上包含多個矩形圖案404。矩形圖案404包含四個厚矩形或正方形區域420及四個薄矩形或正方形區域422。必須注意到，如果一或多個區塊(或層)被加入或自圖式400移除將不會改變本發明例示態樣的基本概念。

矩形圖案404包含多個矩形、正方形或區塊420-422，其中每一區塊420或422包含四個邊。根據應用的層面，區塊的面積可被調整以最佳化電流。舉例而言，區塊的邊長度可調整在1至1000μm範圍間的值。因為薄矩形或正方形422更有利於光通路，較高比例的薄矩形或正方形422展現更亮的光元件。因為矩形圖案404包含四個厚矩形或正方形420及四個薄矩形或正方形422，矩形圖案404使用約50%的本身面積以增強光通路。必須注意到，如第十圖所示，矩形圖案404可自左到右及自上到下重複。矩形圖案404提供一種有利於電流散佈的補償設計。

在一種態樣中，如同第三圖所示的金屬指狀部37，銦錫氧化物層402的厚區域406與薄區域408展現的功能係用於電流散佈。類似地，薄區域408允許更多的光通過銦錫氧化物層402。銦錫氧化物層402係耦接至電極450如p型電極以啟動電流。必須注意到銦錫氧化物層402可被具有非矩形之多邊形圖案的另一導電及透光或半透光層替換。

該導電及透光或半透光層如銦錫氧化物層402能夠傳導或散佈電流及允許光通過層402。該導電及透光或半透光層亦可由非銦錫氧化物的化合物材料(compound materials)形成。若銦錫氧化物層402被另一導電及透光或半透光層如奈米碳管取代並不會改變本發明態樣的基本概念。

第十一圖為一圖式800說明根據本發明一種態樣的一導電及透光或半透光層852，其具有含厚區域802及薄區域804之一圓形圖案。圖式800包含一電極850與導電及透光或半透光層852。在一種態樣中，層852係一銦錫氧化物層，其在銦錫氧化物層852整個表面上進一步包含多個圓形圖案806-808。圓形圖案806或808包含至少一厚區域802及一薄區域804。在一例示中，電極850係一能耦接至正電壓以啟動電流的接觸。必須注意到，若一或多個區塊(或圖案)被加入或自圖式800移除將不會改變本發明例示態樣的基本概念。

在一種態樣中，銦錫氧化物層852係沉積於一發光二極體之頂層的至少一部分上方以散佈電流。銦錫氧化物層852可以不同的圓形圖案806或808組織而成，其中每一圓形圖案806或808包含至少一薄區域，如薄區域804，以利於光通路。厚區域802的一種功能係自P型電極朝N型電極散佈或分佈電流。薄區域804改善自主動層至銦錫氧化物層852表面的光通路，未於第十一圖顯示。如之前所述，一導電及透光或半透光層如銦錫氧化物層852能散佈電流及有利於光通路。必須注意到，若銦錫氧化物層852被另一導電及透光或半透光層如奈米碳管取代並不會改變本發明態樣的基本概念。

根據銦錫氧化物層852使用的材料，薄區域804的尺寸可改變以最佳化光輸出。舉例而言，薄區域804的半徑812可被設定為一所欲之值以最大化電流及光通路。根據銦錫氧化物層852使用的材料，半徑812可被設定在1至1000μm範圍間之一值。例如，薄區域804的半徑812可被設定為5μm以配合特定銦錫氧化物材料。因為薄區域或圓形804較有利於額外的光通過，較高比例的薄圓形804展現更亮的光元件。在一種態樣中，圓形圖案的薄區域804的總面積佔有約50%的銦錫氧化物層總面積。

例如，如同第三圖所示的金屬指狀部37，銦錫氧化物層852的厚區域802展現的功能係用於電流散佈。類似地，薄區域804允許更多的光自主動層通過銦錫氧化物層至發光二極體元件表面。銦錫氧化物層852有利於電流自正電極如電極850流至負電極，未於第十一圖顯示。必須注意到銦錫氧化物層852可被具有非圓形之多邊形圖案的另一導電及透光或半透光層替換。

該導電及透光或半透光層如銦錫氧化物層852能傳導或散佈電流及允許光通過層852。該導電及透光或半透光層亦可由非銦錫氧化物的化合物材料(compound materials)形成。若銦錫氧化物層852被另一導電及透光或半透光層如奈米碳管取代並不會改變本發明態樣的基本概念。

第十二A圖為一圖式600說明根據本發明一種態樣的一導電及透光或半透光層602，其具有一網狀圖案(mesh pattern)。圖式600包含一正電極650、一負電極604及一導電及透光或半透光層602。在一種態樣中，層602係一包含多個重複網狀圖案652的銦錫氧化物層，其中每一網狀圖案652包含至少一指狀區域606。每一指狀區域606進一步包含多個髮狀區域(hair regions)608。區域係用於自正電極650通過指狀區域606、髮狀區域608及薄區域610至負電極604散佈電流。必須注意到，如果一或多個區塊(或圖案)被加入或自圖式600移除將不會改變本發明例示態樣的基本概念。

在一種態樣中，每一網狀圖案652包含一指狀區域606及多個髮狀區域608，其中區域係由厚銦錫氧化物材料形成。根據銦錫氧化物材料，指狀區域606及髮狀區域608的長度可被調整以最佳化電流。當區域606-608提供電流通路，這些厚區域與薄區域610間的空間提供光通路。在一種態樣中，每一指狀區域606的髮狀區域608係平均設置。此外，如第十二A圖所示，不同指狀區域606間的髮狀區域608係與相鄰髮狀區域交錯配置。在另一態樣中，多個沿著指狀區域606的髮狀區域608可具有不同的形狀。舉例而言，髮狀區域608可具有的形狀包含直線、曲線、折線等類似者。需注意，根據不同的應用，髮狀區域608的長度可在指狀區域606間調整。必須注意到，區域的位置並未限定於第十二A圖所示之處。

銦錫氧化物層602的指狀區域652係厚區域，其能展現相似第三圖所示之金屬指狀部37的功能以散佈電流。類似地，薄區域610允許更多的光自主動層通過銦錫氧化物層602至發光二極體元件表面。銦錫氧化物層602係耦接至正電極650如P型電極以利於電流流通。平台或井區256係用於分開銦錫氧化物層602及負區域如電極604。必須注意到銦錫氧化物層602可被具有非網狀之圖案的另一導電及透光或半透光層替換。

該導電及透光或半透光層如銦錫氧化物層602能傳導或散佈電流及允許光通過層602。該導電及透光或半透光層亦可由非銦錫氧化物的化合物材料(compound materials)形成。若銦錫氧化物層602被另一導電及透光或半透光層如奈米碳管取代並不會改變本發明態樣的基本概念。

第十二B圖為一圖式1200說明根據本發明一種態樣的一導電及透光或半透光層1202，其具有一呈耶誕樹形狀排列的網狀圖案。圖式1200包含一正電極650、一負電極604與一導電及透光或半透光層1202。層1202係一銦錫氧化物層，其包含一具有耶誕樹形狀1204的網狀圖案，其中每一耶誕樹形狀1204包含至少一指狀區域1206。每一指狀區域1206進一步包含多個髮狀區域1208，其中髮狀區域1208具有不同的長度。髮狀區域1208是以較靠近井區256的髮狀區域1208短於較遠離井256的髮狀區域1208的方式排列。區域係用於自正電極650通過指狀區域1206、髮狀區域1208及薄區域1210至負電極604散佈電流。根據不同的應用，指狀區域1206及髮狀區域1208可具有不同的長度、厚度、形狀及/或設計。

指狀區域1206與髮狀區域1208係厚區域，其能展現相似第三圖所示之金屬指狀部37的功能以散佈電流。類似地，薄區域1210允許更多的光自主動層通過銦錫氧化物層1202至發光二極體元件表面。銦錫氧化物層1202係耦接至正電極650如P型電極以利於電流流通。平台或井區256係用於分開銦錫氧化物層1202及負區域如電極604。必須注意到銦錫氧化物層1202可被具有非耶誕樹形狀之圖案的另一導電及透光或半透光層替換。

該導電及透光或半透光層如銦錫氧化物層1202能傳導或散佈電流及允許光通過層1202。該導電及透光或半透光層亦可由非銦錫氧化物的化合物材料(compound materials)形成。若銦錫氧化物層1202被另一導電及透光或半透光層如奈米碳管取代並不會改變本發明態樣的基本概念。

第十三A圖至第十三B圖說明製造一具有根據本發明一種態樣的一圖案化導電及透光或半透光層的發光二極體元件的製程，發光二極體元件的製程包含一連串接續的步驟，其中該等步驟將一電路設計轉移至一可運作的發光二極體晶片中。在步驟1，一製程係沉積一N型材料層1312於一基板1310上。例如，基板1310可以是一藍寶石基板而層1312可以是一氮化鎵層。基板係一基底材料或其他表面於其上某物被沉積、蝕刻、附著亦或被製備或製造。一基板亦可提供物理性支撐。必須注意到，層1312可以任何組合形成，但並不限於銦、鎵、鋁及氮。

在步驟2，該製程係沉積一主動層1314於層1312之上，其中主動層係一作用區域使注入的電子與電洞可於電流施加時在此結合以在發光二極體內產生光子。必須注意到層可以是由一特定化學元素組合物及特定摻雜濃度形成的薄膜。在製程的磊晶生長的過程中，層的邊界可由材料組合物或是摻雜濃度(或是同時藉由兩者)的變化來界定。層1312-1314可包含多個子層，未於第十三A圖顯示，以實施額外及/或必要的功能。

在步驟3，該製程沉積一P型材料層1316在主動層1314之上。必須注意到層1316係由選自一群組的材料形成，該材料包括但不限於銦、鎵、鋁及氮。例如，層1316可根據下列化學式形成

Al_1-y (Ga_x In_1-x )_y N，其中，

第十三B圖說明製造一具有一導電及透光或半透光層的發光二極體元件接續的製程步驟。在步驟4，該製程沉積一散佈層(spreader)1318，其可為一導電及透光或半透光層以散佈電流。層1318可以為一銦錫氧化物散佈層，其能在平行發光二極體層的方向橫向散佈電流。在一種態樣中，層1318可為一銦錫氧化物層，係包含兩個表面或表面1340-1342，其中一第一表面1340位於層1316上方而第二表面1342包含一圖案。具有厚區域1332及薄區域1330的一圖案係在層1318的第二表面上被蝕刻出來。

在步驟5，該製程將層1314-1318的一部分蝕刻移除以形成一平台或井區。根據層1316-1318的材料，薄區域與厚區域的尺寸可相應地被調整以最佳化電流散佈與光通路。

在步驟6，該製程沉積二個接觸1320-1322，其中接觸1320可以為一P型電極而接觸1322可為一N型電極。在運作時，電流可自接觸1320至接觸1322被建立，其中如第十三B圖所示，厚區域1332同時散佈電流1336至薄區域1330及層1316。必須注意到步驟1-6係用以例示說明並且額外的步驟可在每一步驟間(如步驟1與步驟2間)被加入。另一方面，某些步驟如步驟4-5可被合併。

本發明例示態樣包含不同製程步驟，將會於以下敘述。該態樣的步驟可由機具或是電腦執行的指令實施。該等指令可被使用於使一般目的或是特定目的的系統實施本發明例示態樣的步驟，其中該系統可由指示編寫程式。或者，本發明例示態樣的步驟可被特定硬體元件實施，該元件包含用以實施該等步驟的硬佈線邏輯、或任何可編寫程式的電腦元件及客製化硬體元件的組合。

第十四圖係一流程圖1400說明製造一具有根據本發明一種態樣的一圖案化銦錫氧化物層發光二極體或發光元件的製程。在步驟1402，一製程係沉積一N型半導體層在一基板上。舉例而言，該製程沉積一N型氮化鎵層在一藍寶石基板上。

在步驟1404，該製程沉積一主動層於該N型半導體層上，其中該主動層係運作以轉換電能為光。該主動層的一項功能為產生光子。

在步驟1406，該製程沉積一P型半導體層於該主動層上以形成一發光二極體。必須注意到該P型半導體層可為一P型氮化鎵層。

在步驟1408，該製程沉積具有一第一表面及一第二表面的一導電及透光或半透光層於該P型半導體層上，其中該第一表面位於該P型半導體層上方。在一種態樣中，該製程沉積一銦錫氧化物層於一P型氮化鎵層上方。接著移除一部分的該等層而形成一井區。

在步驟1410，該製程在該導電及透光或半透光層的第二表面上蝕刻出具有厚區域及薄區域的一圖案。在沉積一第一電極於該導電及透光或半透光層的第二表面上後，該製程耦接一電源供應器的正電壓至第一電極以提供電流。接著沉積一第二電極於該井區，一電源供應器的負電壓係耦接至第二電極以利於電流流通。該圖案包含以三角形、矩形、正方形、圓形、橢圓形、梯形及/或任何形狀、直線或曲線的組合排列的厚區域及薄區域。

第十五圖係一邏輯步驟圖1500說明製造具有根據本發明一種態樣的一圖案化導電及透光或半透光層的發光二極體或發光元件之工具。在步驟1502，一裝置提供用以沉積一N型半導體層在一基板上之器具。接著在步驟1504，該裝置提供用以沉積一主動層於N型半導體層上之器具。在步驟1506，該裝置持續提供用以沉積P型半導體層於主動層上以形成一發光二極體之器具。在步驟1508，用以沉積一導電及透光或半透光層在一P型半導體層之上的器具被提供。在步驟1510及1512，該裝置提供用以蝕刻具有厚區域及薄區域的圖案之器具及沉積電極接觸以連接電力之器具。

第十六圖顯示例示性元件500，其包含具有根據本發明一種態樣的一圖案化導電層的發光二極體或發光二極體元件。該元件500包含一燈502、一照明元件504及一路燈506。第十六圖所示之每一元件包含至少具有在此所述之一圖案化導電層的一發光二極體。舉例而言，燈502包含一封裝516及一發光二極體508，其中該發光二極體508包含一導電及透光或半透光層。燈502可用於任何種類的一般性照明。例如，燈502可用於一汽車頭燈、路燈、天花板照明，或任何其它一般性照明應用。照明元件504包含一電源510，其電氣耦接至一燈512，燈512可配置為燈502。在一種態樣中，電源510可為電池或任何其它適當種類的電源，例如太陽能電池。路燈506包含連接至一燈514的電源，其可配置為燈502。在一種態樣中，燈514包含一封裝及一發光二極體，其包括一導電及透光或半透光層。必須注意到，在此所述的發光二極體之態樣係適合使用於幾乎任何類型的發光二極體組件，其可轉而使用在任何照明裝置且並不限於第十六圖所示之裝置。

本說明書揭露內容之各種態樣係提供使在本技術領域具有通常知識者可實施本發明。呈現於本說明書揭露內容之各種態樣的變化對於習知本技術領之人士將清楚被了解，且在此揭露之概念可被延伸至其他應用。因此，本發明的申請專利範圍並未意欲被限制於在此所示之該等態樣中，而是依據與該等專利範圍之用語一致的全部範疇。對於熟悉本技術領域之人士而言，與本說明書揭露之各種態樣的元件所有結構上與功能上係習知或將為習知的均等物係在此被清楚地包括在內且被申請專利範圍所包含。

此外，不論是否所揭露之內容係特定列舉於申請專利範圍中，沒有任何在此所述之內容係意欲貢獻於大眾。申請專利範圍請求項並未以美國專利法(35 U.S.C.)第112條第六章條款來解釋，除非是使用該片語「元件用於(means for)」來明確地描述該元件，或是在一申請專利範圍之方法請求項使用該片語「方法用於(step for)」來描述。

本發明特定態樣已被顯示及描述，對於熟知本技術領域之人士而言，在不悖離本發明例示態樣及其較廣的態樣下所進行的改變及修飾將是顯而易知的。因此，申請專利範圍係意欲在申請專利範圍的範疇之內包含此種在本發明例示態樣真正精神與範疇之內的改變及修飾。

1-6．．．薄三角形

7-13．．．厚三角形

16．．．三角形

19．．．藍寶石基板

20．．．發光二極體

21．．．疊層

22．．．第一層

23．．．第二層

24．．．第三層

25．．．第二接觸

26．．．接觸

27．．．導電及透光或半透光層

28．．．平台

29．．．光

30．．．發光二極體

31-33．．．途徑

34．．．點

35．．．接觸

36．．．點

37．．．指狀部

40．．．發光二極體

41．．．金屬接觸

42．．．電力

43．．．銦錫氧化物層

44．．．段

45．．．層

46．．．基板

48．．．層

200．．．圖示

202．．．圖案

204-208．．．正方形

210．．．厚區域

212．．．邊

250．．．正電極

256．．．井區

252．．．厚區域

254．．．負電極

258．．．導電及透光或半透光層

300．．．圖式

302．．．圖案

304．．．圖案

308．．．三角形

310．．．高

318．．．底邊

320．．．邊

350．．．電極

352．．．導電及透光或半透光層

356．．．薄區域

358．．．厚區域

400．．．圖式

402．．．導電及透光或半透光層

404．．．圖案

406．．．厚區域

408．．．薄區域

420．．．區塊

422．．．區塊

450．．．電極

500．．．元件

502．．．燈

504．．．照明元件

506．．．路燈

510．．．電源

512．．．燈

514．．．燈

516．．．封裝

600．．．圖式

602．．．導電及透光或半透光層

604．．．負電極

606．．．指狀區域

608．．．髮狀區域

610．．．薄區域

650．．．正電極

652．．．網狀圖案

800．．．圖式

802．．．厚區域

804．．．薄區域

806．．．圓形圖案

808．．．圓形圖案

812．．．半徑

850．．．電極

852．．．導電及透光或半透光層

906．．．厚區域

908．．．薄區域

1200．．．圖式

1202．．．導電及透光或半透光層

1204．．．耶誕樹形狀

1206．．．指狀區域

1208．．．髮狀區域

1210．．．薄區域

1310．．．基板

1312．．．層

1314．．．主動層

1316．．．層

1318．．．層

1320．．．接觸

1322．．．接觸

1330．．．薄區域

1332．．．厚區域

1336．．．電流

1340．．．表面

1342．．．表面

1400．．．流程圖

1500．．．邏輯步驟圖

本發明例示態樣將會藉由本說明書詳細的敘述及本發明各種態樣所附圖式更清楚被了解。然而本說明書詳細的敘述及本發明各種態樣所附圖式不應被用以限制本發明為特定的態樣，而僅係用於說明及瞭解。

第一圖為習知發光二極體20之上視圖；

第二圖為習知發光二極體20在第一圖所示沿2-2線之橫截面圖；

第三圖係提供用於減少導電及透光或半透光層電壓降的一種發光二極體之另一實施態樣的上視圖；

第四圖係根據本發明一種態樣的發光二極體40之上視圖；

第五圖至第七圖係根據本發明一種態樣的發光二極體40沿線5-5、線6-6及線7-7的橫截面圖；

第八圖為一圖式說明根據本發明一態樣的一導電及透光或半透光層，其具有含厚區域及薄區域之正方形形狀圖案；

第九圖為一圖式說明根據本發明一種態樣的一導電及透光或半透光層，其由含厚及薄區域之一三角形圖案組織而成；

第十圖為一圖式說明根據本發明一種態樣的一導電及透光或半透光層，其具有含多個厚區域及薄區域之一矩形圖案；

第十一圖為一圖式說明根據本發明一種態樣的一導電及透光或半透光層，其具有含厚區域及薄區域之一圓形圖案；

第十二A圖及十二B圖為一圖式說明根據本發明一種態樣的一導電及透光或半透光層，其具有網狀圖案；

第十三A圖至第十三B圖說明製造具有根據本發明一種態樣的一圖案化導電及透光或半透光層的一發光二極體元件的製程；

第十四圖係一流程圖說明製造具有根據本發明一種態樣的一圖案化導電及透光或半透光層的一發光元件的製程；

第十五圖係一邏輯步驟圖說明製造具有根據本發明一種態樣的一圖案化導電及透光或半透光層的發光二極體或發光二極體元件之工具；及

第十六圖顯示例示性元件，包含具有根據本發明態樣的圖案化導電及透光或半透光層的發光二極體或發光二極體元件。

40．．．發光二極體

41．．．接觸

42．．．接觸

43．．．銦錫氧化物層

44．．．段

Claims

一種發光半導體元件，其包括：一第一導電層，係沉積於一基板上；一主動層，係沉積於該第一導電層上並被配置以轉換電能為光；一第二導電層，係具有一第一表面位於該主動層上方及相對於該第一表面的一第二表面；一導電及透光或半透光層，係具有一第一表面及一第二表面，其中該導電及透光或半透光層的該第一表面係直接或間接位於該第二導電層的該第二表面上，其中該導電及透光或半透光層的該第二表面包含包括複數個預先定義之幾何形狀的厚區域及複數個薄區域的一圖案，其中上述複數個薄區域佔該圖案的大致50%，上述複數個預先定義了幾何形狀的厚區域係配置為分佈電流之至少一部分至上述複數個薄區域；一第一電極，係耦接至該導電及透光或半透光層的該第二表面；及一第二電極，係耦接至該第一導電層。
如申請專利範圍第1項所述之發光半導體元件，其中該導電及透光或半透光層係一銦錫氧化物(Indium Tin Oxide)層，該銦錫氧化物層能散佈電流於該第二導電層的該第二表面上。
如申請專利範圍第2項所述之發光半導體元件，其中該圖案的上述複數個預先定義之幾何形狀的厚區域係相鄰於該圖案的上述複數個薄區域。
如申請專利範圍第1項所述之元件，其中該第一導電層係一N型氮化鎵(GaN)層。
如申請專利範圍第1項所述之發光半導體元件，其中該第二導電層係一P型氮化鎵(GaN)層。
如申請專利範圍第1項所述之發光半導體元件，其中該圖案包含以三角形布置的複數個預先定義之幾何形狀的厚區域。
如申請專利範圍第1項所述之發光半導體元件，其中該圖案包含複數個導電及透光或半透光指狀部。
如申請專利範圍第1項所述之發光半導體元件，其中每一厚區域的厚度範圍係5埃(Å)至5000埃(Å)。
如申請專利範圍第1項所述之發光半導體元件，其中每一薄區域的厚度範圍係5Å至5000Å。
一種製造一發光半導體元件的方法，其包括：沉積一N型半導體層於一基板上；沉積一主動層於該N型半導體層上以轉換電能為光；沉積一P型半導體層於該主動層上以形成一發光二極體；沉積一導電及透光或半透光層直接或間接於該P型半導體層上，該導電及透光或半透光層具有一第一表面及一第二表面，其中該導電及透光或半透光層的第一表面係位於該P型半導體層上；及蝕刻一圖案於該導電及透光或半透光層的第二表面上，該圖案包括複數個預先定義之幾何形狀的厚區域及複數個薄區域，其中上述複數個薄區域佔該圖案的大致50%，上述複數個預先定義之幾何形狀的厚區域係配置為分佈電流之至少一部份至上述複數個薄區域。
如申請專利範圍第10項所述之製造一發光半導體元件的方法，其包括：沉積一第一電極於該導電及透光或半透光層之第二表面的該圖案上；及耦接一電源供應器的一正電壓於該第一電極以提供電流。
如申請專利範圍第11項所述之製造一發光半導體元件的方法，其包括：移除該導電及透光或半透光層的一部份、該P型半導體層的一部份及該主動層的一部份，以形成一井區；沉積一第二電極在該井區中並位於該N型半導體上方；及耦接該電源供應器的一負電壓於該第二電極，以利於該電流的流動。
如申請專利範圍第12項所述之製造一發光半導體元件的方法，其中前述沉積一N型半導體層於一基板上的步驟包含沉積一N型氮化鎵(GaN)層於一藍寶石基板上；且其中前述沉積一P型半導體層的步驟包含沉積一P型氮化鎵層。
如申請專利範圍第13項所述之製造一發光半導體元件的方法，其中前述沉積一導電及透光或半透光層的步驟包含沉積一銦錫氧化物(Indium Tin Oxide)層，該銦錫氧化物層能散佈該電流在該P型氮化鎵層上。
如申請專利範圍第10項所述之製造一發光半導體元件的方法，其中前述蝕刻一圖案的步驟包含形成一圖案，該圖案具有以任何單一形狀或組合形狀布置的複數個厚區域及薄區域。
如申請專利範圍第15項所述之製造一發光半導體元件的方法，其中前述形成具有複數個厚區域及薄區域的一圖案的步驟更包含以三角形布置該圖案。
如申請專利範圍第15項所述之製造一發光半導體元件的方法，其中前述形成具有複數個厚區域及薄區域的一圖案的步驟更包含以矩形布置該圖案。
如申請專利範圍第15項所述之製造一發光半導體元件的方法，其中前述形成具有複數個薄區域的一圖案的步驟更包含以橢圓形布置該圖案。
如申請專利範圍第15項所述之製造一發光半導體元件的方法，其中前述蝕刻一圖案的步驟包含形成一三角形、一圓形、一正方形、一橢圓形、一梯形或一矩形。
一種用於製造一發光半導體元件的裝置，其包括：用於沉積一N型半導體層於一基板上的器具；用於沉積一主動層於該N型半導體層上以轉換電能為光的器具；用於沉積一P型半導體層於該主動層上以形成一發光二極體的器具；用於沉積一導電及透光或半透光層的器具，該導電及透光或半透光層具有一第一表面及一第二表面位於該P型半導體層上，其中該導電及透光或半透光層的該第一表面係連接至該P型半導體層；及用於蝕刻一圖案於該導電及透光或半透光層之該第二表面上的器具，該圖案具有複數個預先定義之幾何形狀的厚區域及複數個薄區域，其中上述複數個薄區域佔該導電及透光或半透光層的大致50%，上述複數個預先定義之幾何形狀的厚區域配置為分佈電流之至少一部份至上述複數個薄區域。
如申請專利範圍第20項所述之用於製造一發光半導體元件的裝置，其包括：用於沉積一第一電極於該導電及透光或半透光層之該第二表面的該圖案上的器具；及用於耦接一電源供應器的一正電壓於該第一電極以提供電流的器具。
如申請專利範圍第21項所述之用於製造一發光半導體元件的裝置，其中用於蝕刻一圖案的器具包含用於形成包括任何單一形狀或組合形狀之圖案的器具。
一種發光二極體(LED)燈，其包括：一封裝；及一發光二極體裝置，係耦接於該封裝及包括：一第一導電層，係沉積於一基板上；一主動層，係沉積於該第一導電層上並被設計以轉換電能為光；一第二導電層，係具有一第一表面位於該主動層上及一第二表面相對於該第一表面；一導電及透光或半透光層，係具有一第一表面及一第二表面，其中該導電及透光或半透光層的該第一表面係位於該第二導電層的該第二表面上，其中該導電及透光或半透光層的第二表面包含包括複數個預先定義之幾何形狀的厚區域及複數個薄區域的一圖案，其中上述複數個薄區域佔該圖案的大致50%，上述複數個預先定義之幾何形狀的厚區域係配置為分佈電流之至少一部分至上述複數個薄區域；一第一電極，係耦接至該導電及透光或半透光層的該第二表面；及一第二電極，係耦接至該第一導電層。
如申請專利範圍第23項所述之發光二極體(LED)燈，其中該導電及透光或半透光層係一銦錫氧化物 (Indium Tin Oxide)層，該銦錫氧化物層能散佈電流在該第二導電層的第二表面上。
如申請專利範圍第24項所述之發光二極體(LED)燈，其中該圖案的上述複數個預先定義之幾何形狀的厚區域係相鄰於該圖案的上述複數個薄區域。
如申請專利範圍第23項所述之發光二極體(LED)燈，其中該圖案包含以三角形布置的複數個預先定義之幾何形狀的厚區域。
一種具發光能力的照明裝置，係包含如申請專利範圍第23項所述之發光二極體燈。
一種能照明一段街道的路燈，係包含如申請專利範圍第23項所述之發光二極體燈。