TWI520373B - 發光二極體結構 - Google Patents

Description

發光二極體結構

本發明是有關於一種發光二極體結構。

近年來，發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)技術提高，高功率、高光度的LED陸續上市，再加上LED作為燈具具有壽命長的優點，使得這類燈具漸有取代其他傳統光源之勢。LED可應用於眾多燈具，如日光燈、路燈或手電筒。

關於水平式LED的電流傳導機制，通常為由外部電源傳導電流至金屬電極上，再由金屬電極傳遞電流至透明傳導層，透明傳導層再將電流均勻擴散至半導體層的整個上表面，以準備進行電子電洞結合的發光機制。

由於金屬電極具有遮光效應，通常會製作成指狀結構以避免遮光，然而在此同時金屬電極與透明傳導層的接觸面積將會減少，因而導致金屬電極與透明傳導層的接觸電阻提高，於是透明傳導層無法將電流均勻擴散至半導體層的上表面，使LED的發光效率下降。

本發明提供一種發光二極體結構，增加金屬電極與透明傳導層的接觸面積，使金屬電極的電流易於傳導至透明傳導層，因而使透明傳導層的電流均勻擴散至半導體層的上表面。

根據本發明一實施方式，一種發光二極體結構，包含磊晶結構、透明傳導層、第一金屬電極以及第二金屬電極。磊晶結構包含第一半導體層、發光層與第二半導體層，其中發光層設置於部分第一半導體層上，並且裸露部分第一半導體層，第二半導體層設置於發光層上。透明傳導層設置於第二半導體層上，其中透明傳導層包含依序堆疊的第一透明傳導層與第二透明傳導層，且第一透明傳導層與第二透明傳導層分別具有相對應之開口，以裸露部份第二半導體層。第一金屬電極設置於第一半導體層之裸露部份上。第二金屬電極包含第二主電極部與延伸自第二主電極部的第二指電極部，其中第二主電極部覆蓋第二半導體層之裸露部份，第二指電極部夾設於第一透明傳導層與第二透明傳導層之間。

於本發明之一或多個實施方式中，發光二極體結構更包含第三金屬電極。第三金屬電極包含第三主電極部與延伸自第三主電極部的第三指電極部，其中第三主電極部覆蓋第二主電極部，第三指電極部設置於第二透明傳導層上。

於本發明之一或多個實施方式中，第二透明傳導層 更包含通孔，通孔裸露部份第二指電極部，使部份第三指電極部與第二指電極部之裸露部份直接接觸。

於本發明之一或多個實施方式中，第二金屬電極在磊晶結構上之正投影與第三金屬電極在磊晶結構上之正投影至少部份重疊。

於本發明之一或多個實施方式中，第一金屬電極更包含第一主電極部與延伸自第一主電極部的第一指電極部。

於本發明之一或多個實施方式中，透明傳導層之厚度約為10奈米~180奈米。

於本發明之一或多個實施方式中，透明傳導層之厚度約為30奈米~110奈米。

本發明上述實施方式藉由在第二金屬電極的第二指電極部上方額外設置第二透明傳導層，使得第二指電極部除了電性連接第一透明傳導層外，亦電性連接第二透明傳導層，使第二指電極部與透明傳導層的接觸面積增大，因此第二指電極部的電流易於傳導至透明傳導層，並且透明傳導層的電流容易均勻擴散至第二半導體層的上表面，因而增加發光二極體結構的發光效率。另外，由於第二透明傳導層的製程與傳統透明傳導層的製程無異，因此第二透明傳導層的製程容易導入並整合於原來的製程中。

2、3、4、5、7、8、9、10、11、13、14、15、16、18、19、20、21、22‧‧‧剖面線

100‧‧‧發光二極體結構

110‧‧‧磊晶結構

111‧‧‧第一半導體層

111e‧‧‧裸露部份

112‧‧‧發光層

113‧‧‧第二半導體層

113e‧‧‧裸露部份

113t‧‧‧半導體上表面

120‧‧‧透明傳導層

122‧‧‧第一透明傳導層

123‧‧‧開口

124‧‧‧第二透明傳導層

125‧‧‧開口

130‧‧‧第一金屬電極

131‧‧‧第一主電極部

132‧‧‧第一指電極部

140‧‧‧第二金屬電極

141‧‧‧第二主電極部

142‧‧‧第二指電極部

142e‧‧‧裸露部份

142b‧‧‧電極底面

142t‧‧‧電極頂面

142s‧‧‧電極側面

150‧‧‧第三金屬電極

151‧‧‧第三主電極部

152‧‧‧第三指電極部

152b‧‧‧電極底面

160‧‧‧通孔

第1圖繪示依照本發明一實施方式之發光二極體結構的上視圖。

第2圖繪示沿第1圖之剖面線2的剖面圖。

第3圖繪示沿第1圖之剖面線3的剖面圖。

第4圖繪示沿第1圖之剖面線4的剖面圖。

第5圖繪示沿第1圖之剖面線5的剖面圖。

第6圖繪示依照本發明另一實施方式之發光二極體結構的上視圖。

第7圖繪示沿第6圖之剖面線7的剖面圖。

第8圖繪示沿第6圖之剖面線8的剖面圖。

第9圖繪示沿第6圖之剖面線9的剖面圖。

第10圖繪示沿第6圖之剖面線10的剖面圖。

第11圖繪示沿第6圖之剖面線11的剖面圖。

第12圖繪示依照本發明又一實施方式之發光二極體結構的上視圖。

第13圖繪示沿第12圖之剖面線13的剖面圖。

第14圖繪示沿第12圖之剖面線14的剖面圖。

第15圖繪示沿第12圖之剖面線15的剖面圖。

第16圖繪示沿第12圖之剖面線16的剖面圖。

第17圖繪示依照本發明再一實施方式之發光二極體結構的上視圖。

第18圖繪示沿第17圖之剖面線18的剖面圖。

第19圖繪示沿第17圖之剖面線19的剖面圖。

第20圖繪示沿第17圖之剖面線20的剖面圖。

第21圖繪示沿第17圖之剖面線21的剖面圖。

第22圖繪示沿第17圖之剖面線22的剖面圖。

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圖繪示依照本發明一實施方式之發光二極體結構100的上視圖。本發明之發光二極體結構100主要為用於水平式發光二極體。

第2圖繪示沿第1圖之剖面線2的剖面圖。如第1圖與第2圖所繪示，發光二極體結構100包含磊晶結構110、透明傳導層120、第一金屬電極130以及第二金屬電極140。磊晶結構110包含第一半導體層111、發光層112與第二半導體層113。發光層112設置於部分第一半導體層111上，並且裸露部分第一半導體層111，並定義第一半導體層111之裸露部份111e。第一金屬電極130設置於第一半導體層111之裸露部份111e上。第二半導體層113設置於發光層112上。透明傳導層120設置於第二半導體層113上。透明傳導層120包含依序堆疊的第一透明傳導層122與第二透明傳導層124。

第3圖繪示沿第1圖之剖面線3的剖面圖。如第1圖與第3圖所繪示，第一透明傳導層122與第二透明傳導層124分別具有相對應之開口123、125，以裸露部份第二半導體層113，並定義第二半導體層113之裸露部份113e。第二金屬電極140包含第二主電極部141與延伸自第二主電極部141的第二指電極部142。第二主電極部141完全覆蓋第二半導體層113之裸露部份113e。

第4圖繪示沿第1圖之剖面線4的剖面圖。如第4圖所繪示，第二指電極部142夾設於第一透明傳導層122與第二透明傳導層124之間。

具體而言，第二指電極部142可具有電極底面142b、電極頂面142t以及電極側面142s，第二半導體層113可具有半導體上表面113t。相較於傳統的發光二極體結構，發光二極體結構100在第二金屬電極140的第二指電極部142上方額外設置第二透明傳導層124，使得第二指電極部142除了透過電極底面142b電性連接第一透明傳導層122外，亦可透過電極頂面142t與電極側面142s電性連接第二透明傳導層124。於是，第二指電極部142與透明傳導層120的接觸面積增加，因此第二指電極部142與透明傳導層120之間的接觸電阻將會減少，第二指電極部142的電流將易於傳導至透明傳導層120，透明傳導層120的電流也就容易均勻擴散至第二半導體層113的半導體上表面113t，以準備進行電子電洞結合的發光機制，而不必以升高電壓的方式使透明傳導層120的電流均勻擴散至第二半導 體層113的半導體上表面113t，因而增加發光二極體結構100的發光效率。

由於發光二極體結構100與傳統發光二極體結構的差異在於第二金屬電極140的第二指電極部142上方額外設置第二透明傳導層124，因此第二指電極部142對於磊晶結構110的遮光面積不變，基本上也就對於發光二極體結構100的發光效率沒有不良影響。

第二透明傳導層124的製程與傳統透明傳導層，即第一透明傳導層122，的製程無異，因此在製造發光二極體結構100時，僅需要在形成第一透明傳導層122與第二金屬電極140後，再進行一次形成第一透明傳導層122的製程，便能形成第二透明傳導層124。如此一來，第二透明傳導層124的製程便能導入並整合於原來的製程中，並且不會影響後續的晶片製程。此外，發光二極體結構100的整體外觀與傳統的發光二極體結構無異，因此在量產上亦不會有其他的不良影響。

透明傳導層120的材質可為氧化銦錫(Indium Tin Oxide，ITO)。應了解到，以上所舉之透明傳導層120之材質僅為例示，並非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，應視實際需要，彈性選擇透明傳導層120的材質。

第一半導體層111可為N型半導體層，第二半導體層113可為P型半導體層，發光層112可為多重量子井結構，其中第一半導體層111與第二半導體層113的材質可 為氮化鎵(GaN)。

如第1圖與第2圖所繪示，第一金屬電極130所在之區域為一打線區域，外部線路藉由打線的方式電性連接至第一金屬電極130上，由於打線時會有外力由上方施加於打線區域上，因此第一金屬電極130上沒有設置透明傳導層120，以避免透明傳導層120因承受外力而被破壞(氧化銦錫為易碎材質)。

如第1圖與第3圖所繪示，第二主電極部141所在之區域為另一打線區域，外部線路藉由打線的方式電性連接至第二金屬電極140上，同樣地，由於打線時會有外力由上方施加於打線區域上，因此第二主電極部141上沒有設置透明傳導層120，以避免透明傳導層120因承受外力而被破壞。

除了前述之打線區域，其他區域皆為第一半導體層111、發光層112、第二半導體層113、第一透明傳導層122以及第二透明傳導層124依序堆疊，並且在設置有第二指電極部142的區域(見第4圖)，第二指電極部142夾設於第一透明傳導層122與第二透明傳導層124之間。

如第3圖所繪示，為了確保第二主電極部141可以完全覆蓋第二半導體層113之裸露部份113e，在沉積第二主電極部141時，將會延伸沉積第二主電極部141，並使部份第二主電極部141覆蓋於第一透明傳導層122上。

透明傳導層120之厚度可約為10奈米~180奈米或可約為30奈米~110奈米。透明傳導層120之厚度與傳統發 光二極體結構中的透明傳導層大約相同。由於透明傳導層120仍會遮蔽微量光線，因此透明傳導層120的厚度應維持在一合理範圍。

第5圖繪示沿第1圖之剖面線5的剖面圖。如第5圖所繪示，第二指電極部142由第二主電極部141向兩側延伸，並且第二指電極部142覆蓋第一透明傳導層122而夾設於第一透明傳導層122與第二透明傳導層124之間。

如第1圖所繪示，第二主電極部141與第二指電極部142呈現一左右相反的”C”字型，並且第二主電極部141設置於”C”字型的正中央，第一金屬電極130設置於”C”字型的開口中央。藉由前述配置方式，第二指電極部142將能較為均勻地分佈於透明傳導層120所在的平面，而如此的分佈方式使第二指電極部142在傳導電流至透明傳導層120後，透明傳導層120的電流容易均勻擴散至整個平面，之後再均勻擴散至第二半導體層113的整個半導體上表面113t。應了解到，第二指電極部142、第二主電極部141以及第一金屬電極130的配置樣式並不以此為限。

如第1圖與第2圖所繪示，由於第一金屬電極130為設置於第一半導體層111的裸露部份111e，因此第一金屬電極130可以在形成第二金屬電極140時同時形成，而不會被發光層112與第二半導體層113所阻擋。

第6圖繪示依照本發明另一實施方式之發光二極體結構100的上視圖。第7圖繪示沿第6圖之剖面線7的剖面圖。第8圖繪示沿第6圖之剖面線8的剖面圖。第9 圖繪示沿第6圖之剖面線9的剖面圖。第10圖繪示沿第6圖之剖面線10的剖面圖。第11圖繪示沿第6圖之剖面線11的剖面圖。如第6~11圖所繪示，第6圖的發光二極體結構100與第1圖的發光二極體結構100大致相同，以下僅就相異處進行描述。發光二極體結構100更可包含第三金屬電極150。第三金屬電極150包含第三主電極部151與延伸自第三主電極部151的第三指電極部152。如第8圖與第9圖所繪示，第三主電極部151覆蓋第二主電極部141，第三指電極部152設置於第二透明傳導層124上。

如第6圖與第10圖所繪示，第二透明傳導層124更包含通孔160，通孔160裸露部份第二指電極部142，並定義第二指電極部142的裸露部份142e，使部份第三指電極部152與第二指電極部142之裸露部份142e直接接觸，於是，第二指電極部142與第三指電極部152中的電流可以直接流通，並且第二指電極部142與第三指電極部152的電位相同。

如第8~11圖所繪示，第二金屬電極140在磊晶結構110上之正投影與第三金屬電極150在磊晶結構110上之正投影至少部份重疊。第二金屬電極140在磊晶結構110上之正投影可與第三金屬電極150在磊晶結構110上之正投影完全重疊，於是第三金屬電極150將不會增加遮光面積，卻因為第三指電極部152的電極底面152b與第二透明傳導層124電性接觸，因而增加第二指電極部142和第三指電極部152與透明傳導層120的接觸面積，使得第二指 電極部142和第三指電極部152與透明傳導層120之間的接觸電阻進一步減少。

第三金屬電極150的製程與傳統金屬電極無異，因此在製造發光二極體結構100時，僅需要在形成第二透明傳導層124後，再進行一次形成金屬電極的製程，便能形成第三金屬電極150。如此一來，第三金屬電極150的製程便能導入並整合於原來的製程中，並且不會影響後續的晶片製程。此外，發光二極體結構100的整體外觀與傳統的發光二極體結構無異，因此在量產上亦不會有其他的不良影響。

如第8圖所繪示，由於第二金屬電極140與第三金屬電極150可以使用同一光罩製作，所以第三主電極部151亦會部份延伸而覆蓋於第二透明傳導層124上。

第12圖繪示依照本發明又一實施方式之發光二極體結構100的上視圖。第13圖繪示沿第12圖之剖面線13的剖面圖。第14圖繪示沿第12圖之剖面線14的剖面圖。第15圖繪示沿第12圖之剖面線15的剖面圖。第16圖繪示沿第12圖之剖面線16的剖面圖。第17圖繪示依照本發明再一實施方式之發光二極體結構100的上視圖。第18圖繪示沿第17圖之剖面線18的剖面圖。第19圖繪示沿第17圖之剖面線19的剖面圖。第20圖繪示沿第17圖之剖面線20的剖面圖。第21圖繪示沿第17圖之剖面線21的剖面圖。第22圖繪示沿第17圖之剖面線22的剖面圖。如第12~22圖所繪示，第12圖與第17圖的發光二極體結構100 與第1圖與第6圖的發光二極體結構100大致相同，以下僅就相異處進行描述。第一金屬電極130更包含第一主電極部131與延伸自第一主電極部131的第一指電極部132。如此一來，第一金屬電極130可以藉由第一指電極部132將電流平均擴散至整片第一半導體層111。

具體而言，發光層112除了在設置第一主電極部131的位置裸露第一半導體層111外，亦在設置第一指電極部132的位置裸露第一半導體層111，因此相較於第1圖與第6圖的發光二極體結構100，第一半導體層111的裸露部份111e更多了一塊長條形狀的區域。

本發明上述實施方式藉由在第二金屬電極140的第二指電極部142上方額外設置第二透明傳導層124，使得第二指電極部142除了電性連接第一透明傳導層122外，亦電性連接第二透明傳導層124，使第二指電極部142與透明傳導層120的接觸面積面增大，因此第二指電極部142的電流易於傳導至透明傳導層120，並且透明傳導層120的電流容易均勻擴散至第二半導體層113的半導體上表面113t，因而增加發光二極體結構100的發光效率。另外，由於第二透明傳導層124的製程與傳統透明傳導層的製程無異，因此第二透明傳導層124的製程容易導入並整合於原來的製程中。

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。

110‧‧‧磊晶結構

111‧‧‧第一半導體層

112‧‧‧發光層

113‧‧‧第二半導體層

113t‧‧‧半導體上表面

120‧‧‧透明傳導層

122‧‧‧第一透明傳導層

124‧‧‧第二透明傳導層

142‧‧‧第二指電極部

142b‧‧‧電極底面

142t‧‧‧電極頂面

142s‧‧‧電極側面

Claims (7)

1. 一種發光二極體結構，包含：一磊晶結構，包含一第一半導體層、一發光層與一第二半導體層，其中該發光層設置於部分該第一半導體層上，並且裸露部分該第一半導體層，該第二半導體層設置於該發光層上；一透明傳導層，設置於該第二半導體層上，其中該透明傳導層包含依序堆疊的一第一透明傳導層與一第二透明傳導層，且該第一透明傳導層與該第二透明傳導層分別具有相對應之一開口，以裸露部份該第二半導體層；一第一金屬電極，設置於該第一半導體層之該裸露部份上；以及一第二金屬電極，包含一第二主電極部與延伸自該第二主電極部的一第二指電極部，其中該第二主電極部覆蓋該第二半導體層之該裸露部份，該第二指電極部夾設於該第一透明傳導層與該第二透明傳導層之間。
2. 如請求項1所述之發光二極體結構，更包含：一第三金屬電極，包含一第三主電極部與延伸自該第三主電極部的一第三指電極部，其中該第三主電極部覆蓋該第二主電極部，該第三指電極部設置於該第二透明傳導層上。
3. 如請求項2所述之發光二極體結構，其中該第二透 明傳導層更包含一通孔，該通孔裸露部份該第二指電極部，使部份該第三指電極部與該第二指電極部之該裸露部份直接接觸。
4. 如請求項3所述之發光二極體結構，其中該第二金屬電極在該磊晶結構上之正投影與該第三金屬電極在該磊晶結構上之正投影至少部份重疊。
5. 如請求項1或2所述之發光二極體結構，其中該第一金屬電極更包含一第一主電極部與延伸自該第一主電極部的一第一指電極部。
6. 如請求項1或2所述之發光二極體結構，其中該透明傳導層之厚度約為10奈米~180奈米。
7. 如請求項6所述之發光二極體結構，其中該透明傳導層之厚度約為30奈米~110奈米。