TWI462329B - 半導體發光元件 - Google Patents

Description

半導體發光元件

本發明涉及一種半導體發光元件，尤其係一種發光二極體元件。

採用半導體材料製作的發光二極體(LED，Light Emitting Diode)以其亮度高、工作電壓低、功耗小、易與積體電路匹配、驅動簡單、壽命長等優點，從而可作為光源而廣泛應用於照明領域。

參見圖1，發光二極體20通常包括絕緣基底21、N型半導體層22、活性層23、P型半導體層24、N電極25和P電極26。所述N型半導體層22形成在絕緣基底21上，所述活性層23形成在N型半導體層22上，所述P型半導體層24形成在活性層23上。所述N型半導體層22具有一未被活性層23和P型半導體層24覆蓋的暴露部分，所述N電極25為一N接觸墊(N-contact Pad)且設置在所述暴露部分上。所述P電極26為一P接觸墊(P-contact Pad)，其設置在P型半導體層24上且在水平方向上相對遠離N電極25。

根據電流優先走最短路徑的特性，當向發光二極體20施加電壓時，N電極25與P電極26之間產生的電流(圖1箭頭所示)容易集中在水平方向上距離N電極25相對較近的N型半導體區域部分，進而向上通過活性層23、P型半導體層24抵達P電極26。從而使得相對靠近N電極25的活性層區域有較大電流經過，而相對遠離N電極25的活性層區域沒有被充分利用，導致整個發光二極體20的電流密度分佈不均、發光效率較低。

有鑒於此，有必要提供一種電流密度分佈均勻、發光效率佳的半導體發光元件。

以下將以實施例說明一種電流密度分佈均勻、發光效率佳的半導體發光元件。

一種半導體發光元件，其包括沿水平方向設置的基底、以及沿豎直方向由下而上依次疊設在基底上的第一型半導體層、發光層及第二型半導體層，該發光層局部覆蓋第一型半導體層，該第一型半導體層未被發光層覆蓋的區域設置有第一電極，該第一型半導體層包括第一摻雜區、第二摻雜區及第三摻雜區，該第一摻雜區位於第一電極下方，該第二摻雜區、第三摻雜區沿遠離第一電極的水平方向依次排列，該第二摻雜區與第一摻雜區相鄰設置，該第三摻雜區與第二摻雜區相鄰設置、且該第二摻雜區將第一摻雜區與第三摻雜區隔離開，該第一摻雜區的摻雜濃度低於第二摻雜區，且第二摻雜區的摻雜濃度低於第三摻雜區。

相較於先前技術，所述半導體發光元件的半導體層具有複數個不同摻雜濃度的摻雜區域，並且，該複數個摻雜區域中距離電極越遠的摻雜區域摻雜濃度越高，以使距離電極越遠的摻雜區域電阻越小，從而平衡從電極經由各摻雜區域到達發光層的各電流路徑的電阻值大小，進而達到平均電流分佈、提高發光效率的效果。

請參見圖2，本發明第一實施例提供的半導體發光元件10包括沿水平方向(圖示y方向)設置的基底11、緩衝層12、第一型半導體層13、發光層14、第二型半導體層15、第一電極16及第二電極17。該緩衝層12、第一型半導體層13、發光層14及第二型半導體層15沿豎直方向(圖示x方向)依次疊設在基底11上。

該基底11為絕緣基底，其材質可為藍寶石(Sapphire)、碳化矽(SiC)等絕緣材料。本實施例中，該基底11為藍寶石基底。

該緩衝層12形成在基底11上，用於降低基底11與後續待生長的第一型半導體層13之間的晶格差異。當然，該緩衝層12也可根據設計需求省略掉。

該第一型半導體層13形成在緩衝層12上、並具有一未被發光層14覆蓋的暴露部分。該第一型半導體層13可為III-V族化合物或II-VI族化合物。具體在本實施例中，該第一型半導體層13可為具有摻雜的氮化鎵半導體層。更進一步地，在本實施例中，該第一型半導體層13為矽摻雜N型氮化鎵半導體層。

該第一型半導體層13包括第一摻雜區130、第二摻雜區132及第三摻雜區134。該第一摻雜區130、第二摻雜區132及第三摻雜區134沿遠離第一電極16的水平方向(圖示y方向，該y方向垂直於所述x方向)依次排列。本實施例中，該第一摻雜區130用於承載第一電極16。該第一摻雜區130的摻雜濃度低於第二摻雜區132，該第二摻雜區132與第一摻雜區130相鄰並將第一摻雜區130與第三摻雜區134隔離開，且第二摻雜區132的摻雜濃度低於第三摻雜區134。

該發光層14形成在第一型半導體層13上、並局部覆蓋該第一型半導體層13。本實施例中，該發光層14為多量子阱發光層。

該第二型半導體層15形成在發光層14上。該第二型半導體層15可為III-V族化合物或II-VI族化合物。具體在本實施例中，該第二型半導體層15可為氮化鎵半導體層。更進一步地，在本實施例中，該第二型半導體層15為P型氮化鎵半導體層。

該第一電極16形成在第一型半導體層13的、未被發光層14覆蓋的暴露部分。該第一電極16與第一型半導體層13形成電接觸。

該第二電極17形成在第二型半導體層15上，並與該第二型半導體層15形成電接觸。

由於第一摻雜區130、第二摻雜區132及第三摻雜區134的不同摻雜濃度，使得：

1.經由第一摻雜區130到達發光層14的電流所經過的路徑最短，具有最低摻雜濃度的第一摻雜區130內載流子數目最少，從而該第一摻雜區130的阻抗最大；

2.經由第二摻雜區132到達發光層14的電流所經過的路徑較長，具有較高摻雜濃度的第二摻雜區132內載流子數目較多，從而該第二摻雜區132的阻抗比第一摻雜區130小；

3.經由第三摻雜區134到達發光層14的電流所經過的路徑最長，具有最高摻雜濃度的第三摻雜區134內載流子數目最多，從而該第三摻雜區134的阻抗最小。

上述設計使得電流傳輸距離較短的摻雜區搭配較高的阻抗，而電流傳輸距離較長的摻雜區搭配較低的阻抗。如此，便可平衡從第一電極16經由各摻雜區路徑到達發光層14的電阻值，進而達到平均電流分佈、提高發光效率的效果。

此外，該半導體發光元件10還可包括一夾設在發光層14與第二型半導體層15之間的P型氮化鎵鋁層18，以作為電子溢流阻擋層。

圖3所示為該半導體發光元件10的俯視圖。該第一電極16包括兩個接觸墊160以及一個連接臂162。該連接臂162位於兩個接觸墊160之間並連接該兩個接觸墊160。該連接臂162可為條形。該第二電極17包括兩個接觸墊170、一個連接臂172以及三個延伸臂174。該連接臂172位於兩個接觸墊170之間並連接該兩個接觸墊170。該三個延伸臂174分別由所述連接臂172、及兩個接觸墊170延伸出來。該三個延伸臂174延伸向所述第一電極16，從而該兩個接觸墊170、一個連接臂172以及三個延伸臂174形成梳狀結構。該連接臂172及延伸臂174可為條形。

本實施例中，該連接臂162與連接臂172相互平行。進一步的，該連接臂162與連接臂172可與三個延伸臂174的延伸方向相垂直。

由於第一型半導體層13的摻雜濃度設計使得從第一電極16到達發光層14的電流路徑阻抗得以平衡，從而該第一電極16無需額外配備用於均衡電流密度的延伸臂結構，進而減小了現有技術中N型接觸墊的覆蓋面積，從而可以提升發光層14的覆蓋面積，進而提升半導體發光元件10的亮度。

此外：1.該半導體發光元件10不局限於包括三個具有不同摻雜濃度的摻雜區，該具有不同摻雜濃度的摻雜區可為兩個、四個、五個或者更多，該複數個具有不同摻雜濃度的摻雜區沿圖2所示遠離第一電極16的y方向依次排列，且該複數個摻雜區中距離第一電極越近的摻雜區其摻雜濃度越低；2.上述各半導體層的摻雜類型可以互換，例如，該第一型半導體層13可為P型半導體層、而第二型半導體層15相應為N型半導體層。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。

10．．．半導體發光元件

11．．．基底

12．．．緩衝層

13．．．第一型半導體層

14．．．發光層

15．．．第二型半導體層

16．．．第一電極

17．．．第二電極

18．．．氮化鎵鋁層

130．．．第一摻雜區

132．．．第二摻雜區

134．．．第三摻雜區

160，170．．．接觸墊

162，172．．．連接臂

174．．．延伸臂

20．．．發光二極體

21．．．絕緣基底

22．．．N型半導體層

23．．．活性層

24．．．P型半導體層

25．．．N電極

26．．．P電極

圖1係先前之半導體發光元件的結構示意圖。

圖2係本發明實施例提供的半導體發光元件結構示意圖。

圖3係圖2所示的半導體發光元件的俯視圖。

10．．．半導體發光元件

11．．．基底

12．．．緩衝層

13．．．第一型半導體層

14．．．發光層

15．．．第二型半導體層

16．．．第一電極

17．．．第二電極

18．．．氮化鎵鋁層

130．．．第一摻雜區

132．．．第二摻雜區

134．．．第三摻雜區

Claims (10)

1. 一種半導體發光元件，其包括沿水平方向設置的基底、以及沿豎直方向由下而上依次疊設在基底上的第一型半導體層、發光層及第二型半導體層，該發光層局部覆蓋第一型半導體層，該第一型半導體層未被發光層覆蓋的區域設置有第一電極，其改進在於：
   該第一型半導體層包括第一摻雜區、第二摻雜區及第三摻雜區，該第一摻雜區位於第一電極下方，該第二摻雜區、第三摻雜區沿遠離第一電極的水平方向依次排列，該第二摻雜區與第一摻雜區相鄰設置，該第三摻雜區與第二摻雜區相鄰設置、且該第二摻雜區將第一摻雜區與第三摻雜區隔離開，該第一摻雜區的摻雜濃度低於第二摻雜區，且第二摻雜區的摻雜濃度低於第三摻雜區。
2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件，其中，該第一型半導體層未被發光層覆蓋的區域為第一摻雜區。
3. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件，其中，該第一型半導體層為N型半導體層，該第二型半導體層為P型半導體層。
4. 如申請專利範圍第3項所述之半導體發光元件，其中，該N型半導體層為N型氮化鎵層，該P型半導體層為P型氮化鎵層。
5. 如申請專利範圍第4項所述之半導體發光元件，其中，該發光層與P型氮化鎵層之間設置有P型氮化鎵鋁層。
6. 如申請專利範圍第3項所述之半導體發光元件，其中，該第一型半導體層各摻雜區的摻雜材料為矽。
7. 一種半導體發光元件，其包括沿水平方向設置的基底、以及沿豎直方向由下而上依次疊設在基底上的第一型半導體層、發光層及第二型半導體層，該發光層局部覆蓋第一型半導體層，該第一型半導體層未被發光層覆蓋的區域設置有第一電極，其改進在於：
   該第一型半導體層包括複數個沿遠離第一電極的水平方向依次排列的摻雜區，且該複數個摻雜區中距離第一電極越近的摻雜區摻雜濃度越低。
8. 如申請專利範圍第1項或第7項所述之半導體發光元件，其中，該第一電極包括兩個接觸墊以及連接該兩個接觸墊的條形連接臂。
9. 如申請專利範圍第8項所述之半導體發光元件，其中，該半導體發光元件還包括設置在第二型半導體層上的第二電極，該第二電極包括兩個接觸墊、一個條形連接臂以及三個條形延伸臂，該第二電極的條形連接臂連接第二電極的兩個接觸墊，該三個條形延伸臂分別由第二電極的兩個接觸墊和一個條形連接臂延伸出來。
10. 如申請專利範圍第9項所述之半導體發光元件，其中，第二電極的條形連接臂平行與第一電極的條形連接臂，第二電極的三個條形延伸臂相互平行並垂直與第一、第二電極的條形連接臂。