TWI509836B - 發光二極體結構 - Google Patents
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Description
本發明是有關一種發光二極體結構。
習知的發光二極體元件係於藍寶石基板上形成磊晶層(例如N-GaN層、發光層與P-GaN層)、透明導電層與焊墊(pad)。
由於P-GaN層的阻值非常大，因此電流需透過透明導電層水平傳導。當透明導電層穿透率不佳且阻值過高時，則會造成大部分電流直接從透明導電層上的正電極經透明導電層、P-GaN層縱向傳導至N-GaN層。接著電流才會透過N-GaN層水平傳導。如此一來，發光二極體元件會在正電極側產生電流擁擠(current crowding)的問題，使發光二極體元件的發光效率難以提升，且發光二極體元件的操作電壓難以降低。
此外，當大部分電流不易由透明導電層水平傳導時，發光二極體元件產生的熱會集中於透明導電層上的正電極。為了提升發光二極體元件的散熱效率，設計者可設置電性連接正電極的指狀電路(pad finger)，使電流可由指
狀電路水平傳導。然而，不透光的指狀電路會減少發光二極體元件的出光面積，使得發光二極體元件的亮度不易提升。
本發明之一技術態樣為一種發光二極體結構。
根據本發明一實施方式，一種發光二極體結構包含基板、N型半導體層、發光層、P型半導體層、複合導電層、第一電極與第二電極。N型半導體層位於基板上。發光層位於部分N型半導體層上。P型半導體層位於發光層上。複合導電層具有依序堆疊的第一導電層、第二導電層與第三導電層，其中第一導電層接合於P型半導體層上，且第一導電層的阻值大於第三導電層的阻值。第一電極位於第三導電層上。第二電極位於未被發光層覆蓋的N型半導體層上。
在本發明一實施方式中，上述第二導電層具有凹凸面或不連續面。
在本發明一實施方式中，上述第一導電層、第二導電層與第三導電層的材質包括透明導電氧化物。
在本發明一實施方式中，上述透明導電氧化物係選自銦錫氧化物、鋁鋅氧化物或鋅氧化物。
在本發明一實施方式中，上述第二導電層的表面粗糙度分別大於第一導電層的表面粗糙度與第三導電層的表面粗糙度。
在本發明一實施方式中，上述第一導電層係由包括鎳、金或鎳金合金的材質所構成，且第一導電層之厚度小於30Å。
在本發明一實施方式中，上述第二導電層係由包括石墨烯、複數個矽間隔球、複數個鎳間隔球或複數個銀顆粒的材質所構成。
在本發明一實施方式中，上述第三導電層的材質係由包括鋁、鈦、鉻、鎳或其合金的材質所構成，且第三導電層之厚度小於30Å。
在本發明上述實施方式中，由於發光二極體結構的複合導電層具有依序堆疊的第一導電層、第二導電層與第三導電層，且第一導電層的阻值大於第三導電層的阻值，因此當發光二極體結構的第一電極與第二電極通電時，電流可有效經由第三導電層水平傳導。如此一來，可避免發光二極體結構靠近第一電極的一側產生電流擁擠(current crowding)的問題，使發光二極體結構的發光效率得以提升，進而可降低發光二極體結構的操作電壓。
100‧‧‧發光二極體結構
100a‧‧‧發光二極體結構
110‧‧‧基板
112‧‧‧凹凸結構
120‧‧‧N型半導體層
130‧‧‧發光層
140‧‧‧P型半導體層
150‧‧‧複合導電層
152‧‧‧第一導電層
154‧‧‧第二導電層
155a‧‧‧不連續面
155b‧‧‧凹凸面
156‧‧‧第三導電層
160‧‧‧第一電極
170‧‧‧第二電極
180‧‧‧指狀電路
2-2‧‧‧線段
I‧‧‧電流路徑
T1‧‧‧厚度
T2‧‧‧厚度
第1圖繪示根據本發明一實施方式之發光二極體結構的俯視圖。
第2A圖繪示第1圖之發光二極體結構沿線段2-2的剖面圖。
第2B圖繪示第2A圖之複合導電層的局部放大圖。
第3圖繪示第2A圖之第一電極與第二電極之間通電時電流路徑的示意圖。
第4圖繪示根據本發明另一實施方式之發光二極體結構的剖面圖，其剖面位置與第2A圖相同。
以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
第1圖繪示根據本發明一實施方式之發光二極體結構100的俯視圖。第2A圖繪示第1圖之發光二極體結構100沿線段2-2的剖面圖。同時參閱第1圖與第2A圖，發光二極體結構100包含基板110、N型半導體層120、發光層130、P型半導體層140、複合導電層150、第一電極160與第二電極170。N型半導體層120位於基板110上。發光層130位於部分N型半導體層120上。P型半導體層140位於發光層130上。複合導電層150具有依序堆疊的第一導電層152、第二導電層154與第三導電層156。第一導電層152接合於P型半導體層140上，且第一導電層152的阻值大於第三導電層156的阻值。第一電極160位於第三
導電層156上。第二電極170位於未被發光層130覆蓋的N型半導體層120上。
基板110可以為具有凹凸結構112的藍寶石(sapphire)基板，但並不以藍寶石基板為限。當發光層130發光時，光線可利用凹凸結構112折射或反射，因此能提升發光二極體結構100整體的光萃取率。此外，N型半導體層120與P型半導體層140的材質可以包含氮化物。舉例來說，N型半導體層120可以為N型氮化鎵(N-GaN)，而P型半導體層140可以為P型氮化鎵(P-GaN)，但不以上述材料為限。
第2B圖繪示第2A圖之複合導電層150的局部放大圖。同時參閱第2A圖與第2B圖，在本實施方式中，第二導電層154的表面粗糙度均大於第一導電層152的表面粗糙度與第三導電層156的表面粗糙度。第一導電層152可由包括鎳、金或鎳金合金的材質所構成，且第一導電層152之厚度T1小於30Å。第二導電層154可由包括石墨烯、複數個矽間隔球、複數個鎳間隔球或複數個銀顆粒的材質所構成，使第二導電層154具有不連續面155a。第三導電層156的材質可由包括鋁、鈦、鉻、鎳或其合金的材質所構成，且第三導電層156之厚度T2小於30Å。
在以下敘述中，將說明電流於發光二極體結構100中的流動狀態。
第3圖繪示第2A圖之第一電極160與第二電極170之間通電時電流路徑I的示意圖。如圖所示，由於發光二
極體結構100的複合導電層150具有依序堆疊的第一導電層152、第二導電層154與第三導電層156，且第一導電層152的阻值大於第三導電層156的阻值，因此接合於P型半導體層140上的第一導電層152可避免電流直接由第一電極160縱向傳導，而第三導電層156能有效水平傳導電流。如此一來，可避免發光二極體結構100靠近第一電極160的一側產生電流擁擠(current crowding)的問題，使發光二極體結構100的發光效率得以提升，進而可降低發光二極體結構100的操作電壓。
此外，當大部分電流可由複合導電層150水平傳導時，發光二極體結構100產生的熱會均勻散佈，因此能提升散熱效率。也就是說，發光二極體結構100不需為了散熱，而設置大面積或大量電性連接第一電極160的指狀電路180(見第1圖)讓電流水平傳導。如此一來，發光二極體結構100之指狀電路180的面積可以減少，不僅可增加發光二極體結構100的出光面積，使發光二極體結構100的亮度提升，對於指狀電路180的設計(layout)安排也較具彈性。
同時參閱第2B圖與第3圖，由於具有不連續面155a的第二導電層154其表面粗糙度均大於第一導電層152的表面粗糙度與第三導電層156的表面粗糙度，因此當發光層130發光時，第二導電層154可將光線折射或反射，而減少光吸收，使發光二極體結構100的取光機率增加，提升亮度。
應瞭解到，已敘述過的元件連接關係與材料將不在重複贅述，合先敘明。在以下敘述中，將說明其他型式的複合導電層150。
第4圖繪示根據本發明另一實施方式之發光二極體結構100a的剖面圖，其剖面位置與第2A圖相同。如圖所示，發光二極體結構100a包含基板110、N型半導體層120、發光層130、P型半導體層140、複合導電層150、第一電極160與第二電極170。與第2A圖實施方式不同的地方在於：複合導電層150之第一導電層152、第二導電層154與第三導電層156的材質包括透明導電氧化物，且第二導電層154具有連續的凹凸面155b。由於複合導電層150可由相同材料製作，因此在製程上較為方便，且能節省設備的成本。透明導電氧化物可選自銦錫氧化物(ITO)、鋁鋅氧化物(AZO)或鋅氧化物(ZnO)，但不用以限制本發明。
複合導電層150在製作時，接合於P型半導體層140的第一導電層152可藉由參數調變，形成高阻值的導電層。由於鍍膜機台的射頻(RF)易損壞P型半導體層140，因此在參數調整方面，除了調變氧流量外，還需調變鍍膜機台之腔體內的流場，以降低載子轟擊P型半導體層140表面的機率。
第二導電層154亦可藉由參數調變形成粗糙的表面。連續的凹凸面155b可破壞全反射，以提高發光二極體結構100a的取光機率，提升亮度。當形成粗糙的第二導電層154時，除了需調變氧流量外，還需調變射頻功率以使
第二導電層154轉變成粗糙面(即凹凸面155b)時能增加更多的覆蓋面，避免在轉變成粗糙面時造成表面不連續。
與第一電極160接觸的第三導電層156為了達到低阻值的要求，可在製作第三導電層156時需增加射頻功率，以增加第三導電層156的緻密性，使第三導電層156的阻值得以降低。
如此一來，發光二極體結構100a仍可避免靠近第一電極160的一側產生電流擁擠的問題，使發光二極體結構100a的發光效率得以提升，進而可降低發光二極體結構100a的操作電壓。此外，當大部分電流可由複合導電層150水平傳導時，發光二極體結構100a產生的熱會可均勻散佈，因此能提升散熱效率。
在本實施方式中，由於具有凹凸面155b的第二導電層154其表面粗糙度均大於第一導電層152的表面粗糙度與第三導電層156的表面粗糙度，因此當發光層130發光時，第二導電層154可將光線折射或反射，使發光二極體結構100a的取光機率增加，提升亮度。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧發光二極體結構
110‧‧‧基板
112‧‧‧凹凸結構
120‧‧‧N型半導體層
130‧‧‧發光層
140‧‧‧P型半導體層
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T1‧‧‧厚度
T2‧‧‧厚度
Claims (7)
- 一種發光二極體結構，包含：一基板；一N型半導體層，位於該基板上；一發光層，位於部分該N型半導體層上；一P型半導體層，位於該發光層上；一複合導電層，具有依序堆疊的一第一導電層、一第二導電層與一第三導電層，其中該第一導電層接合於該P型半導體層上，且該第一導電層的阻值大於該第三導電層的阻值，該第二導電層的表面粗糙度分別大於該第一導電層的表面粗糙度與該第三導電層的表面粗糙度；一第一電極，位於該第三導電層上；以及一第二電極，位於未被該發光層覆蓋的該N型半導體層上。
- 如請求項1所述之發光二極體結構，其中該第二導電層具有一凹凸面或一不連續面。
- 如請求項1所述之發光二極體結構，其中該第一導電層、該第二導電層與該第三導電層的材質包括透明導電氧化物。
- 如請求項3所述之發光二極體結構，其中該透明導 電氧化物係選自銦錫氧化物、鋁鋅氧化物或鋅氧化物。
- 如請求項1所述之發光二極體結構，其中該第一導電層係由包括鎳、金或鎳金合金的材質所構成，且該第一導電層之厚度小於30Å。
- 如請求項5所述之發光二極體結構，其中該第二導電層係由包括石墨烯、複數個矽間隔球、複數個鎳間隔球或複數個銀顆粒的材質所構成。
- 如請求項6所述之發光二極體結構，其中該第三導電層的材質係由包括鋁、鈦、鉻、鎳或其合金的材質所構成，且該第三導電層之厚度小於30Å。
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