TWI535076B - 發光二極體 - Google Patents

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Description

發光二極體
此發明的示範性實施例是有關於發光二極體，其包含化合物半導體，以及關於適合交流電操作的發光二極體。
發光二極體(LEDs)可由化合物半導體組成，包含例如：三族氮化物半導體，其已被廣泛利用在顯示器和背光源且成為取代白熾燈和螢光燈的普遍照明光源。
一般來說，一個LED依據交流電源(AC)给電流的方向重複開啟和關掉。所以，當LED直接連接到交流電源(AC)時，並不是連續的發光而且可能因反向電流而損壞。為了解決LED這樣的困難，國際專利公開案第WO2004/023568(A1)號，標題為“有發光元素的發光元件”由Sakai等人提出了一個直接連接至高壓交流電源(AC)的LED。
圖1說明了已知的交流電(AC)發光二極體。參照圖1，交流電(AC)發光二極體1包括了數個形成在一個絕緣基板2上的矩形的發光單元(light emitting cell)4。此外，接墊3a、3b形成在基板2上。
已知的發光二極體1包含了在每一個發光單元4上的一個n型電極墊6和一個p型電極墊8。發光單元4被部分的去除到預定的深度以暴露出發光單元4的部分中間層。這個暴露層是典型的一n型半導體層，而且n型電極墊6是形成在一暴露的n型半導體層的一個區域上。p型 電極墊8是形成在發光單元4頂端的一個p-側區域上。接墊3a、3b和接墊3a,3b間的發光單元4透過導線5彼此串聯(connected to one another in series)。兩相鄰發光單元的p型電極墊8和n型電極墊6透過導線5互相連結。
在這樣已知的發光二極體1中，假如在對應的一發光單元4裡n型電極墊6和p型電極墊8之間的距離大的話，電流是大多集中在靠近p型電極墊8以致光在靠近p型電極墊8處強烈射出。此外，當p型電極墊8落在靠近n型電極墊6時，亮度在p型電極墊8和n型電極墊6之間的區域上會增加，但在p型電極墊8和發光單元4邊界之間的區域上顯著的降低，這導致在發光二極體的均勻發光上的惡化而且變成製造大尺寸發光二極體時的障礙。
在其他形式已知的發光二極體中，一個n型電極墊和p型電極墊可能被對角的配置以在發光單元裡相對的角落上彼此面對。然而，在這些類型的發光二極體中，亮度只有在靠近p型電極墊8處高，因此造成不均勻的發光。
此發明的示範性實施例提供了一改善在發光單元中不同極性的電極墊間之電流分布性質而提供均勻發光的發光二極體。
此發明額外的特徵將會在之後的敘述中提出，而且某程度上從敘述中是很明顯的或者是藉由實行本發明而可以被學習的。
本發明的示範性實施例揭露了一個包括一基板、數 個發光單元、一第一電極墊、一第二電極墊和一導線的發光二極體。數個發光單元配置在基板上。每個發光單元包括其邊界上的第一區域和與第一區域相對的第二區域。第一電極墊配置在第一區域上。第二電極墊有線形的形狀並面對第一電極墊而配置。第二電極墊界定了一個周邊區域和第二區域的邊界。導線連接了第一發光單元的第一電極墊和第二發光單元的第二電極墊。
本發明的示範性實施例揭露了一個包括一發光單元，一第一電極墊和一第二電極墊的發光二極體。第一電極墊配置在第一區域上。第二電極墊有線形的形狀並配置成面對第一電極墊。第二電極墊界定了一個周邊區域和第二區域的邊界。
本發明的示範性實施例揭露了一個包括一基板、數個發光單元、一導線層、一絕緣層和微透鏡的發光二極體。數個發光單元在基板上是彼此分開的。每個發光單元包含一下部半導體層，一發光層配置在至少部分下部半導體層上，一上部半導體層和一透明電極層。導線層將第一發光單元的下部半導體層電性連接到其鄰接的第二發光單元的上部半導體層。絕緣層配置在導線層和數個發光單元之間以避免因導線層而出現在數個發光單元間的短路。微透鏡形成在數個發光單元上。
本發明的示範性實施例揭露了一個包括一基板、數個發光單元、一導線層、一絕緣層的發光二極體。數個發光單元在基板上是彼此分開的。每個發光單元包含一下部 半導體層，一發光層配置在至少部分下部半導體層上，一上部的半導體層和一透明電極層。導線層將第一發光單元的下部半導體層電性連接到其鄰接的第二發光單元上部半導體層。絕緣層配置在導線層和數個發光單元之間以避免因導線層而出現在數個發光單元間的短路。每個發光單元包含一個在導電層下的電流屏蔽。
要了解的是上述大體的敘述和接下來詳細的述說都是具體性的和解釋性的，而且是意圖為了此發明申請時提供更進一步的解釋。
參照本發明示範性實施例的隨附圖形，以下此發明更加被徹底的描述。雖然這個發明可以具體化成許多不同的形式，但對於在此提出的示範性實施例，不應視為受限制的。反倒是，這些示範性實施例的提供讓這個揭發更完善且會更徹底的傳達此發明的範圍給那些習知此技藝的人。為了清楚，圖形中尺寸和相關於各層和區域的尺寸可能是過大的。圖片裡類似的參照數字代表類似的元件。此處，為了避免模糊此發明的主要內容，已熟知的功能詳盡敘述和整併的描述可以是被忽略的。
將要了解的是當一些元素，像是層、薄膜、區域或者是基板被指成“在上方”，“連接到”，“耦合到”另一個元件或是層，這可以是直接在某個元素或層的上方，或者是有介於中間的元件或層也可出現，相對的，當一個元素被指成“直接的在上方”，“直接的連接到”，“直接 的結合到”另一個元件或是層，那就沒有介於中間的元件或層可出現。這裡用的詞語“和/或”包含了一個或更多相關列項的任何和全部的組合。
將要了解的是，雖然用語：第一、第二、第三等，在這可能用來描述不同的元件、成份、區域、層和/或區，這些元件、成份、區域、層和/或區不應該被這些用語所限制。這些用語只有用來辨別一元件、成份、區域、層和/或區與另一個區域、層或區。所以，下面討論的第一元件、成份、區域、層和/或區可以被叫作第二元件、成份、區域、層和/或區而不會違反本發明的教示。
特殊相關用語，如“在下面的”，“下方”，“下部的”，“在上方”，“上面的”在這可以是用來簡易描述圖片裡說明一個元件或特徵和另一個元件或特徵的關係。將要了解的是特殊相關用語是想要除了描述在圖形裡的方向之外，可以包含元件在不同的方向上的使用和操作。舉例來說，假如圖裡的元件翻轉了，那元件被描述為在其他元件或特徵的“下面”或者“下方”就指向成在其他元件或特徵的“上面”。所以示範性的“在下面”可以同時包含上面和下面的方向。元件也許有其他的指向(轉九十度或者其他的方向)，在這裡的描述就相應地說明。
這裏使用的專業術語只有用來描述示範性實施例的目的，並沒有意圖要成為此發明的限制。這裏使用的單一形式“一個”，“一”，“此”，也是打算包含複數的形式，除非上下文有明確的指示。要進一步了解的是，用語 “包含”，和/或“包含的”，當用在這說明書時，是明確的指眼前的型態特徵、整體、步驟、操作、元件、和/或成份，不是預先排除目前或增加一個或多個其他型態特徵、整體、步驟、操作、元件、成份和/或其群體。
參照橫切面圖而在此敘述本發明的實施例是概略式的圖像解釋本發明的理想具體實施例(及中間的結構)。因此，由於，例如製造技術或者容忍值而造成圖式的形狀上偏差是被預期的。所以，本發明的實施例不應該被認為要對於特殊說明區域的形狀有限制，而是去包括，例如因製造而形成形狀的偏差。舉例來說，例如圖式為矩形的植入區域，典型的會在邊緣上有圓形或彎曲和/或埋置濃度梯度的特徵而非從植入區到非直植入區的二元性變化。同樣的，藉植入而形成的埋置區可能造成介於埋置區和表面之間的區域有一些植入的情形，在穿過此區域時植入會發生。所以在圖裡說明的區域本質上是概略的而且它們的形狀並不是要解釋成實際元件區域的樣子也不是要限制本發明的範圍。
除非有其他的定義，在此用的本發明之所有用語(包括技術上的和科學的用語)，其意義是相同於習知技藝者一般所了解的。更進一步的理解是那些例如被定義在一般字典裡的用語，應該被解釋成相同於它們在相關技藝文章裡的意義，而且不會解釋成理想化的或者超過正規判斷的，除非明確的在此定義。
以下，參照隨附圖形，本發明的示範性實施例有詳盡 的描述。
圖2是根據本發明的示範性實施例的發光二極體100平面圖。
參照圖2，發光二極體100可以包含一基板20以及數個發光單元40。發光二極體可以包含在每個發光單元40上的一第一電極墊60(此後稱為一“n型電極墊”)和一第二電極墊80(此後稱為一“p型電極墊”)。發光二極體100可以包含形成在基板20上的一第一接墊32和一第二接墊34。
數個發光單元40可以形成在單一基板20上而且透過導線52互相串聯連接形成陣列。每一導線52可以連接一發光單元40裡的n型電極墊60到鄰接於n型電極墊60的另一發光單元的p型電極墊80。第一接墊32是透過一導線54a在陣列的一端串聯連接上發光單元的p型電極墊8，第二接墊34則是透過一導線54b在陣列的另一端串聯連接上發光單元的n型電極墊60。
導線52、n型電極墊60、p型電極墊80可能藉由階梯覆蓋製程成為一導線層的部分。亦即，導線52、n型電極墊60、p型電極墊80可能同時形成並包含於一單一導線層中。根據上述，導線層對應的部份分成導線52、n型電極墊60和p型電極墊80。
發光單元40的陣列可以在接墊32、34之間互相反平行連接(connected in reverse parallel)以用來被交流電源(AC)所驅動。
在某些情況，導線52由階梯製程所形成，其包含形成一絕緣層來保護基板20和發光單元40，在絕緣層形成開口以暴露電極墊60、80，和在絕緣層上形成一線形導電材料層以致導電材料層相互的連接兩相鄰發光單元的電極墊。
導電材料層本質上可以作為連接各發光單元的導線52。導電材料層可以由任何適宜的導電材料組成。
基板20可以是使各發光單元互相電性絕緣的絕緣基板。可使用一藍寶石基板當作成長基板以成長發光單元40的氮化物半導體層。每個發光單元40可以配置成有相同或不同的面積。每個發光單元40可以包含一n型半導體層、一發光層和一p型半導體層，相繼形成在基板20上。每個發光單元40更可以包含在p型半導體層上的一透明電極層，像氧化銦錫(ITO)層。然而，相對於發光層，n半導體層可以形成在發光單元40的上半部，p型半導體層可以形成為下半部。
圖3是圖2中發光二極體裡的發光單元40的放大平面圖。參照圖3，發光單元40可以包含一本質上是方形的邊界且形成有在一角落沿著發光單元40邊界的n型電極墊60。n型電極墊60可能在發光單元40的一個角落包含平行於兩側S1、S2而且相遇在靠近角落的頂點V1的一直角(也就是九十度)的兩線形部分62、64。這個發光單元40的角落可以是對應到發光單元的一個把p型半導體層和發光層移除以暴露n型半導體層的區域上。
可以形成p型電極墊80使得p型電極墊80的中間區域在相對於發光單元40一角落的相對角落的一已決定的距離上，並且p型電極墊80的兩端可鄰近於發光單元40的邊界。p型電極墊80可以環繞於一此相對角落的周邊區域A和其邊界上，也就是發光單元40的兩邊S3、S4。p型電極墊80可以包含兩線性部份82和84，從p型電極墊80鄰近兩側S3、S4的兩端延伸到n型電極墊60然後在p型電極墊80的中間彼此相遇。由於這樣的結構，不用顯著的增加p型電極墊80後面的面積，也就是相對角落上周邊區域A的面積，p型電極墊80和n型電極墊60之間的距離就充分的縮減。這樣的結構本質上避免了因為電流擁擠在靠近p型電極墊80而導致不均勻的光發射。
周邊區域A可以由一個想像的連接於發光單元40兩角落頂點V1、V2的對角線(圖3裡的點直虛線)分成兩個區域。因為這兩區域鄰接到p型電極墊80的兩端，所以亮度的衰減可以不嚴重。定義在p型電極墊80兩線性部份82、84之間的角度可以大於90度。
發光單元40和電極墊60、80在平面圖裡的形狀及發光單元上電極墊60、80的排列可以被更改成不同的形式而不會偏離此發明的範圍和精神。例如，發光單元40的形狀不侷限於正方形或矩形或其他形狀，像是圓形、平行四邊形或者是梯形都可以用。此外，還要了解的是n型電極墊60和p型電極墊80可以由一個或更多的合適電極物質所組成。圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10及圖11A 至圖11B根據此發明的實施例表示了發光單元40及電極墊60、80的不同形狀和佈置。
在圖4中，n型電極墊60和p型電極墊80可以配置在大致上是正方形(或是矩形)的發光單元40上，如同圖3的呈現一樣。然而，定義在p型電極墊80兩線性部份82、84之間的角度可以和定義在n型電極墊60兩線性部份62、64之間的角度一樣。例如，在p型電極墊80兩線性部份82、84之間的角度可以是90度。
在圖5中，一p型電極墊80可以由一個單一線性部分所組成。p型電極墊80可能包含兩端鄰近相對n型電極墊60的角落之兩邊S3、S4。雖然p型電極墊80由一個單一線性部分所組成，但p型電極墊80可以界定成環繞一個相對角落的周邊區域A和相對角落的側邊S3、S4。此外，因為p型電極墊80兩端近相對角落的兩側S3、S4且p型電極墊80的中間區域鄰近n型電極墊60，所以圖5的發光元件也改善了發光均勻度。
圖6顯示了圖5中發光元件的更改，圖中p型電極墊80線性的部分的兩端是彎曲的以形成延伸臂85a、85b，對照於圖5的發光元件，更靠近相對角落的兩邊S3、S4。延伸臂85a、85b可以和p型電極墊80中間區域形成鈍角。
圖7表示一個平行四邊形的發光單元40。
圖8表示兩個相鄰的發光單元420、430，其中一個單一的n型電極墊60共同的被包含於這兩相鄰的發光單元420、430。參照到圖8，n型電極墊60的一個線性部分64 共同的被包含於兩相鄰的發光單元420、430，而且其中一個發光單元420的n型電極墊60的另一線性部分62可以連接到鄰近第一發光單元420之另一個發光單元430的n型電極墊60的線性部分66以形成一直線。
圖9表示了一個圓形的發光單元40。在圖9中，一個n型電極墊60可以沿著發光單元40部分的圓周形成弧形，一p型電極墊80可以形成在發光單元40的上半表面平行於n型電極墊60以致發光單元40的一周邊區域A是被p型電極墊80和發光單元40的弧形邊界所環繞的及界定。p型電極墊80的兩端可以座落在靠近發光單元40的邊界或圓周，而p型電極墊80面對著n型電極墊60的中間區域可以比p型電極墊80的兩端坐落在更靠近n型電極墊60處。在某些情形下，發光單元40可以有橢圓的形狀或者其他包含曲線適合的幾何形狀。
圖10顯示一個八角形的發光單元40。這個發光單元40可以藉由移除點虛直線所指示的區域從四邊形變成八角形。因此，n型電極墊60配置在八角形發光單元40的一角落。n型電極墊60可以有對應於發光單元40一角落的形狀。例如，兩個短的線性部分可以連接到n型電極墊60中心瘦長線性部分的兩端，而且p型電極墊80可以和n型電極墊60有同樣的形狀並可以佈置成平行於n型電極墊60。p型電極墊80可以和相對角落的邊界環繞在一個八角形發光單元40相對角落的周邊區域A。p型電極墊80的兩端可以是垂直和/或比其中心更接近於發光單元40的邊 界。
圖11A和圖11B顯示了亮度測試結果的影像。圖11A是根據本發明實施例的發光二極體亮度測試的一個範例，例如圖2中的發光二極體。圖11B是根據已知發光二極體亮度測試的一個範例，例如圖1中的發光二極體。表一表示了圖11A範例和圖11B比較性範例的電性。圖11A和圖11B之發光單元用的半導體層材料和尺寸是一樣的，但圖11A和圖11B電極墊的佈置是不一樣的。每個發光單元可以包含形成在發光單元上面，厚度為1200埃的ITO層。
在圖11A的發光二極體範例中，發光單元具有均勻的發光度。相反的，在圖11B的發光二極體比較性範例中，靠近p型電極墊和遠離p型電極墊區域之間有亮度上的差別。在圖11A和圖11B中相對暗的區域發出比其他區域較亮的光。
下面表一證明了圖11A之發光二極體範例有著比比較性範例更好的功率。此外，發光二極體範例有較比較性範例低的順向電壓、高的電力、高的功率。
圖12是根據示例性實施例，沿著圖2中發光二極體100連線I-I的截面圖。
參照到圖12，如同前述的，發光二級體100可以包含一個單一基板20和數個發光單元40形成在單一基板上。每個發光單元40可以包含一n型下部半導體層42和至少部分形成在n型下部半導體層42上的一p型上部半導體層44以及插入n型下部半導體層42和p型上部半導體層44之間的發光層43。下部半導體層42可以配置在基板20上或者隨意的在某些情況下配置在一形成於基板20上的緩衝層41上。發光二極體100可以包含在每個發光單元40 中的一透明電極層46。發光二極體100可以包含一絕緣層99、一導線層130、微透鏡110、和一保護性的絕緣薄膜120。導線層130可由階梯覆蓋製程所形成且整體的包含n型電極墊60、p型電極墊80及導線52，如圖2所示。
參照到圖12，n型下部半導體層42、發光層43及p型上部半導體層44可以是氮化鎵為基底的半導體材料所形成，像是硼(B)、鋁(Al)、銦或是鎵氮化物。發光層43的材料和組成可依照想要的發光波長所選擇，例如紫外光或者藍光。下部半導體層42和上部半導體層44可以由能帶間隙較發光層43為高的材料形成。下部半導體層42和/或上部半導體層44可以有單一層或者多層的結構。此外，發光層43可以有單一量子井或多重量子井的結構。
在圖12中，下部半導體層42可以有沿著發光二極體100的側壁形成的階梯狀部份。發光單元40位在下部半導體層42的階梯狀部份上面的一個區域可以定義成一個平台。此平台的側壁是斜向的以致其寬度是沿遠離基板20方向上漸漸減少。平台的側壁相對於基板20上半表面的傾角可以是在15度到80度的範圍。位於平台下方下部半導體層42的區域也有側壁，其是斜向的以致其寬度是沿遠離基板20方向上漸漸減少。下部半導體層42的側壁相對於基板20上半表面的傾角可以是在15度到80度的範圍。
這個下部半導體層42傾斜的結構可以幫助其他層形成在發光單元40上的沉積是共形的，例如絕緣層99和導線層130。
平台側壁的傾角可以和平台下方下部半導體層42側壁的傾角是一樣的。然而，本發明的實施例並沒有限制到那裡，這些傾角可以調整到不同或適宜的角度。例如，平台側壁的傾角可以比下部半導體層42側壁的傾角還小。如此，產生於發光層43的光可以容易的穿過平台側壁射出，因此當確定發光單元有一相對寬的區域時，可以改善光萃取效率。
每一個發光單元40可以包含一個電流屏蔽48位在至少部分導線130的下方，特別是p型電極墊80。電流屏蔽48可以被提供給每個發光單元40的下部半導體層42、發光層43和/或上部半導體層44。電流屏蔽48可以屏蔽由形成在上部半導體層44的導線層130來的直接流動電流，以在透明電極層46上允許寬的電流散佈。電流屏蔽48可以由絕緣材料所形成，例如，二氧化矽(SiO 2)、氧化鋁(Al 2 O 3)、氮化矽(Si3 N 4)、二氧化鈦(TiO 2)，且可以有分散式布拉格反射器(DBR)，其可以由不同的折射率的物質交錯堆疊所形成。DBR可以有一結構，其有一相對低的折射率和一相對高折射率的層互相重複堆疊。相對低的折射率的層可由二氧化矽或氧化鋁所形成，相對高折射率的層可由氮化矽或二氧化鈦所組成。
緩衝層41可以被利用來緩和基板20和下部半導體層42之間的晶格不匹配。特別的是，假如基板20是一成長基板，其是藍寶石基板，晶格不匹配就可能發生。
透明電極層46可以座落在上部半導體層44的上表面 上而且可以有比上部半導體層44小的面積。透明電極層46可以從上部半導體層44的邊緣凹進。相對應的，在透明電極層46邊緣穿過發光單元40的側壁的電流擁擠就可以被避免。
絕緣層99覆蓋著發光單元40。絕緣層99可以有形成在下部半導體層42上的開口以及形成在上部半導體層44或透明電極層46上的開口。發光單元40的側壁可以被絕緣層99覆蓋。絕緣層99也可以覆蓋發光單元40之間區域的基板20。絕緣層99可以由任何適宜的物質所形成，例如二氧化矽(SiO 2)或矽氮化物。
導線層130可以形成在絕緣層99上。導線層130可以部分地透過開口形成在下部半導體層42、上部半導體層44、電流屏蔽48和/或透明電極層46上。透過開口形成在下部半導體層42和上部半導體層44上之部分的導線層130可以是n型電極墊60和p型電極墊80，且連接在絕緣層99上相鄰的兩發光單元電極墊之部分的導線層130可以是導線52。
導線層130可以透過透明電極層46電性連接至上部半導體層44。導線層130可以將發光單元40的下部半導體層42電性連接到相鄰發光單元的上部半導體層44並形成發光單元40的連續陣列(series array)。根據本發明的示範性實施例，發光二極體100可以有數個連續陣列，其互相的反平行連接且被交流電源(AC)所驅動。一橋式整流器(未繪示)可以連接至發光單元的連續陣列讓發光單元 被交流電源(AC)所驅動。橋式整流器可以經由一導線層或導線連接數個發光單元而形成，有著和發光單元40一樣的結構。此導線層或導線可以由任何適當的導電物質、摻雜的半導體材料(例如多晶矽)或者是金屬所形成。
微透鏡110可以形成在導線層130和絕緣層99上。微透鏡110可以有半圓凸面的表面來作為凸透鏡。微透鏡110可以有微米尺度的水平直徑，例如9微米(μm)。微透鏡110可以由比透明電極層46的折射率還低的物質所組成。例如，微透鏡110可以由高分子材料所形成。高分子材料的例子包括：聚醯亞胺(PI)、環氧基樹酯(SU-8)、旋塗式玻璃法(SOG)的壓克力(PMMA)、聚二甲基矽氧烷(PDMS)、聚碳酸酯(PC)、矽膠和樹脂。透明電極層46和/或微透鏡的折射率可以依照鄰接近電極層46和/或微透鏡110的一材料折射率而變化。例如，假如一鎵氮化物半導體層用來當作上部半導體層44的折射率是2.45，ITO層可以用來作為透明電極層46，其折射率是2.04。此外，假如一折射率為1.54的二氧化矽層用來作為保護性質的絕緣薄膜120，微透鏡110的折射率可以是在1.67~1.8的範圍，其折射率是介於透明電極層46和保護性絕緣薄膜120的折射率之間。相對應的，微透鏡可以有絕緣的特性。然而在某些情形下微透鏡可能是導電的。
保護性絕緣薄膜120可以形成來覆蓋微透鏡110。保護性絕緣薄膜120可以避免微透鏡110和導線層130被污染，例如濕氣，也可以避免導線層130被外力造成傷害。 保護性絕緣薄膜120可以由透射的材料所形成，像例如二氧化矽(SiO 2)薄膜或矽氮化物薄膜。
圖13、圖14、圖15和圖16是解釋如圖2所示的發光二極體製造方法的截面圖。
參照至圖13，下部半導體層42、發光層43和上部半導體層44可以形成於基板20上。一緩衝層41可以在形成下部半導體層42之前形成在基板20上。
基板20可以是一個藍寶石(Al 2 O 3)、矽碳化物(SiC)、氧化鋅(ZnO)、矽(Si)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、鋰-氧化鋁(LiAl 2 O 3)、氮化硼(BN)、氮化鋁(AlN)、氮化鎵(GaN)基板或者任何適當的材料。基板20可以依照形成半導體層42、43和44的材料做不同的選擇。
緩衝層41可以形成用來緩和基板20和下部半導體層42之間的晶格不匹配。例如，緩衝層41可以由氮化鎵或氮化鋁所形成。假如基板20是一個導電基板，緩衝層41可以是一絕緣層或半絕緣層。例如緩衝層41可以由氮化鋁或半絕緣的氮化鎵所形成。
下部半導體層42、發光層43和上部半導體層44可以由鎵氮化物半導體材料所形成，像例如硼、鋁、銦或者是氮化鎵。下部和上部半導體層42、44和發光層43可以是間歇或連續的由有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)、分子束磊晶或者氫化物氣相磊晶技術(HVPE)所形成。
上部和下部半導體層42、44可以分別是n型和p型半導體層，反之亦然。n型半導體層可以由摻雜一n型摻 質形成，例如矽植入氮化鎵基底的半導體層，而p型半導體層可以由摻雜一p型摻質所形成，例如鎂植入氮化鎵基底的半導體層。
一電流屏蔽48可以形成在導體130下面及部份上部半導體層44的上面，例如位在p型電極墊80的下面(見圖2)。在某些情況下，電流屏蔽48可以形成在下部半導體層42、發光層43和/或上部半導體層44的一個區域上。電流屏蔽48可以由一絕緣材料所形成，例如二氧化矽、氧化鋁、氮化矽或二氧化鈦，而且可以是一個分散式布拉格反射器，其可以由不同的折射率交錯堆疊的物質所形成。
一透明電極層46可以形成在電流屏蔽48和上部半導體層44上。透明電極層46可以由任何適當的導電氧化物所形成，像例如氧化銦錫(ITO)。一些透明電極層46、上部半導體層44、發光層43、下部半導體層42可以用當做蝕刻遮罩的光阻圖案來蝕刻。因此，光阻圖案的形狀可以轉換到半導體層42、43、44以形成有斜向側壁的平台。
當光阻圖案留在平台上，透明電極層46可以藉濕蝕刻而凹進。藉著調整蝕刻時間透明電極層46可以使用蝕刻劑從平台上的上部半導體層44的一個邊緣凹進，接著是光阻圖案的移除。
下部半導體層42可以使用光阻圖案(未繪示)來蝕刻以形成分割的發光單元40，其可能覆蓋數個平台同時界定發光單元的區域，就像是一個蝕刻遮罩。緩衝層41也可以被蝕刻以暴露一基板20的上表面。
當藉由光阻圖案來蝕刻下部半導體層42時，平台可以被光阻圖案所遮蓋。因此，平台可以在一隔離過程中避免被傷害。此外，一個階梯狀的部分可以藉由一隔離過程在下部半導體層42上形成，如同圖裡所示。然後光阻圖案可以被移除。
參照至圖14，一個連續的絕緣層99可以形成在發光單元40上。絕緣層99可以覆蓋發光單元40的側壁和上半表面以及發光單元40間之區域的基板20的上半表面。絕緣層99可以藉化學氣相沉積由氧化矽或氮化矽所形成。
因為發光單元40的側壁是傾斜的而且下部半導體層42是隨著梯型部分所形成，絕緣層99可以容易的覆蓋發光單元40的側壁。
絕緣層99可以由微影而圖形化且蝕刻出可以暴露出下部半導體層42的開口以及蝕刻出暴露透明電極層46的開口。這些開口可能進一步暴露上部半導體層44。
參照至圖15，一導線層130可以形成在有開口的絕緣層99上。部分的導線層130可以透過開口電性連接下部半導體層42和上部半導體層44，這樣透過導線層130，相鄰發光單元40的下部半導體層42可以電性連接發光單元40的上部半導體層44。
導線層130可以由電鍍或氣相沉積所形成，像是電子束沉積。因為階梯狀部分可以形成在每個發光單元40的側壁上(例如下部半導體層42的側壁上)，導線層130可以穩定的形成在發光單元的側壁上，所以防止導線間的斷開 和/或短路。
參照至圖16，微透鏡110可以形成在發光單元40上。在高分子層形成在基板20上的導線層130上面後，微透鏡110可以藉由濕蝕刻形成。微透鏡110可以覆蓋平台側壁和因側壁蝕刻而暴露的下部半導體層42之某些區域上。某些情況下，在高分子層形成後，藉回流技術，光阻圖案(未繪示)可形成為透鏡的形狀，然後高分子可以受乾性蝕刻，其使用光阻圖案當蝕刻遮罩以形成微透鏡110。
根據本發明的示範性實施例，圖17(a)至圖17(c)表示不同微透鏡的平面圖。
如同圖17(a)所示，平面圖中微透鏡110可以是圓形或橢圓形。例如微透鏡110水平切面可以是圓形或橢圓形。然而微透鏡110水平切面可以不必限制為圓形或橢圓形，且可以是任何適宜的形狀，包括例如六角形、三角形或四邊形，如同圖17(b)和圖17(c)所示。當微透鏡水平切面是六角形或三角形時，微透鏡110可以配置成更密集的排列。
微透鏡110的形狀可以是水平切面上形狀和垂直切面上形狀的任何適當的組合，而且可以基於不同的因素像是製作過程和光萃取效率而有所選擇。例如，當微透鏡110有一三角形的垂直切面，如圖17(c)所示，以及一三角形的水平切面，如圖17(c)所示，微透鏡110可以是一四面體。因此，進入微透鏡110的光線很容易被射出。
另外，微透鏡110可以有如圖18所示的平滑表面或 如圖19所示的不均勻表面。
在圖12中，當有不同的形狀的微透鏡110被配置在透明電極層46和平台側壁上時，在發光層43產生的光可以穿過微透鏡110發射出來，所以改善了光萃取效率。
一保護性絕緣薄膜120可以形成在微透鏡110上。保護性絕緣薄膜120可以藉化學氣相沉積由透光的物質所形成，例如氧化矽或者氮化矽。
根據本發明實施例的發光二極體100透過改善發光單元裡的第一電極墊和第二電極墊間電流散佈性質具有很顯著的改善發光均勻度以及功率。尤其，在單一基板上包含數個發光單元的發光二極體，例如交流電(AC)發光二極體，讓發光單元發出均勻的光並具有已顯著改善的功率。
雖然此發明已結合一些實施例和圖來解釋，但明顯的對那些習知技藝者來說，不同的修改和變化可以在此發明中達到而不會偏離此發明的精神和範圍。所以，應該要了解的是實施例只是舉例說明而且給予此發明完整的揭露以及提供此發明完整的理解給那些習知技藝者。所以，預期的是此發明適用於此發明的修改和變化，只要它們有進入此後附的申請範圍及其等價者。
1‧‧‧交流電發光二極體(AC light emitting diode)
2‧‧‧絕緣基板(insulation substrate)
3a、3b‧‧‧接墊(bonding pad)
4、40、420、430‧‧‧發光單元(light emitting cell)
5‧‧‧導線(wire)
6‧‧‧n型電極墊(n-type electrode pad)
8‧‧‧p型電極墊(p-type electrode pad)
20‧‧‧基板(substrate)
32‧‧‧第一接墊(first bonding pad)
34‧‧‧第二接墊(second bonding pad)
41‧‧‧緩衝層(buffer layer)
42‧‧‧n型下部半導體層(n-type lower semiconductor layer)
43‧‧‧發光層(active layer)
44‧‧‧p型上部半導體層(p-type upper semiconductor layer)
46‧‧‧透明電極層(transparent electrode layer)
48‧‧‧電流屏蔽(current shield)
52、54a、54b‧‧‧導線(wires)
60‧‧‧n型電極墊(n-type electrode pad)
62、64、66‧‧‧n型電極墊的線形部分
80‧‧‧p型電極墊(p-type electrode pad)
82、84‧‧‧p型電極墊的線形部分
85a、85b‧‧‧p型電極墊的延伸臂
99‧‧‧絕緣層(insulation layer)
100‧‧‧發光二極體(light emitting diode)
110‧‧‧微透鏡(micro-lenses)
120‧‧‧保護性絕緣薄膜(protective insulation film)
130‧‧‧導線層(wire layer)
V1、V2‧‧‧發光單元角落的頂點
A‧‧‧周邊區域
S1、S2、S3、S4‧‧‧發光單元的四邊
隨附的圖形包括提供此發明的更進一步的理解且被吸收於且建構部分的詳加敘述、此發明實施例的闡述和可以解釋此發明原則的描述。
圖1是一個已知的發光二極體的平面圖，包括數個發光單元。
圖2是根據此發明示範性實施例的發光二極體平面圖。
圖3是顯示於圖2中根據此發明示範性實施例的發光二極體的發光單元放大平面圖。
圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9和圖10是根據此發明示範性實施例的發光單元平面圖
圖11A和圖11B根據此發明的示範性實施例表示了範例和比較性範例中發光二極體的發光均勻度測試結果。
圖12是根據此發明的示範性實施例沿著圖2中發光二極體的I-I連線的截面圖。
圖13、圖14、圖15和圖16是說明根據此發明示範性實施例的發光二極體製造方法的截面圖。
圖17(a)至圖17(c)表示了根據本發明示範性實施例的不同微透鏡的平面圖。
圖18和圖19是根據此發明示範性實施例的不同微透鏡的照片。
20‧‧‧基板(substrate)
32‧‧‧第一接墊(first bonding pad)
34‧‧‧第二接墊(second bonding pad)
40‧‧‧發光單元(light emitting cells)
52、54a、54b‧‧‧導線(wires)
60‧‧‧n型電極墊(n-type electrode pad)
80‧‧‧p型電極墊(p-type electrode pad)
100‧‧‧發光二極體(light emitting diode)

Claims (39)

  1. 一種發光二極體，包含：一基板數個發光單元，配置於該基板上，各該發光單元包含在該發光單元的一邊緣上的一第一區域和相對於該第一區域的一第二區域；一第一電極墊，配置在該第一區域；一第二電極墊，具有一線形的形狀且配置成面對該第一電極墊，該第二電極墊界定了一周邊區域和該第二區域的一邊界，其中該線形形狀的中心部分與該發光單元在該周邊區域的邊界之間的最小距離大於該線形形狀的端部分與該發光單元在該周邊區域的該邊界之間的最小距離；以及一導線，將一第一發光單元的第一電極墊連接到一第二發光單元的第二電極墊。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該第二電極墊的端點鄰近該第二區域的邊界。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體，其中該導線是和該第一電極墊與該第二電極墊一體成形。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該第一電極墊包含至少一彎曲部分或至少兩個沿著該第一區域的輪廓互相連接線形部分。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中各該發光單元包含一四邊形的形狀，且該第一電極墊包含兩 線形部分，該兩線形部分分別平行於該第一區域的兩側而且在接近於該第一區域的頂點處彼此相遇。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體，其中該第二電極墊包含兩線形部分，該兩線形部分從鄰近該第二區域的兩側之該第二電極墊的端部朝向該第一區域延伸而且在該第二電極墊的該中間部分彼此相遇。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體，其中定義於該第二電極墊的該些線形部分之間的角度是大於或等於定義於該第一電極墊的該些線形部分之間的角度。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體，其中該第二電極墊包含一單一線形部分，其包含鄰近該第二區域兩側的兩端。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體，其中其中一個發光單元的該第一電極墊的該兩線形部分的其中一線性部分是被包含於鄰近該其中一個發光單元的另一發光單元中，且該其中一個發光單元的該第一電極墊的另一線形部分是連接到該另一發光單元的一線形部分以形成一直線。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中各該發光單元包括一圓形或一橢圓形狀，而且該第一電極墊是沿著該第一區域形成一弧形。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體，其中該第二電極墊包括平行於該第一電極墊的一弧形形狀。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中 各該發光單元包括多角形形狀且該第一電極墊平行於該第二電極墊。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，進一步包含：一第一接墊和一第二接墊，配置於基板上，且該些發光單元包含一第一發光單元以及一第二發光單元，該第一發光單元包含透過該導線連接至該第一接墊的該第一電極墊且該第二發光單元包含透過該導線連接至該第二接墊的該第二電極墊。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，進一步包含：多個微透鏡，配置於該些發光單元上。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之發光二極體，進一步包含：一保護性的絕緣薄膜，配置在該些微透鏡上。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，各該發光單元包含在該第二電極墊下的一電流屏蔽以避免電流散佈。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之發光二極體，其中該電流屏蔽由至少從二氧化矽(SiO 2)、藍寶石(Al 2 O 3)、氮化矽(Si 3 N 4)、二氧化鈦(TiO 2)擇一物質所組成。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之發光二極體，其中該電流屏蔽由一低折射率層和一高折射率層互相交錯堆疊而組成，該低折射率層包括二氧化矽(SiO 2)或氧化鋁(Al 2 O 3)，而該高折射率層包括氮化矽(Si 3 N 4)或二氧化鈦(TiO 2)。
  19. 一種發光二極體，包含：一發光單元，包含在該發光單元的一邊緣的一第一區域和相對於該第一區域的一第二區域；一第一電極墊，配置在該第一區域中；以及一第二電極墊，包含一線形部分並配置成面對該第一電極墊，該第二電極墊界定了一周邊區域和該第二區域的一邊界，其中該線形形狀的中心部分與該發光單元在該周邊區域的邊界之間的最小距離大於該線形形狀的端部分與該發光單元在該周邊區域的該邊界之間的最小距離。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之發光二極體，其中該第一電極墊包含至少一彎曲部分或沿著第一區域輪廓相互連接的至少兩線形部分。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之發光二極體，其中該發光單元包含一四邊形形狀，該第一電極墊包含兩線形部分，該線形部分分別平行於該第一區域的兩側而且在接近於該第一區域的頂點處彼此相遇。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之發光二極體，其中該第二電極墊包含兩線形部分，該兩線形部分從鄰近該第二區域的兩側的該第二電極墊的端部朝向該第一區域延伸而且在該第二電極墊的該中間部分彼此相遇。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之發光二極體，其中定義於該第二電極墊的該些線形部分之間的角度是大於或等於定義於該第一電極墊的該些線形部分之間的角度。
  24. 如申請專利範圍第21項所述之發光二極體，其中 該第二電極墊包含一單一線形部分，其包含鄰近該第二區域兩側的兩端。
  25. 如申請專利範圍第19項所述之發光二極體，其中該發光單元包括一圓形或一橢圓形狀，而且該第一電極墊包括沿著該第一區域的一弧形形狀。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之發光二極體，其中該第二電極墊包括平行於該第一電極墊的一弧形形狀。
  27. 一種發光二極體，包含：一基板；數個發光單元，在該基板上彼此分開，該些發光單元包含一下部半導體層、至少配置在部分該下部半導體層上的一發光層、一上部半導體層和一透明電極層；一導線層，將一第一發光單元的下部半導體層電性連接到鄰近該第一發光單元的一第二發光單元的上部半導體層，其中各該發光單元包含在該發光單元的一邊界上的一第一區域和相對於該第一區域的一第二區域，一第一電極墊配置為在該第一區域中的該導線層的一部分，而一第二電極墊配置為線形形狀作為該導線層面對於該第一電極墊的一部分，而區域的界定一周邊區域和該第二區域的一邊界，且其中該線形形狀的中心部分與該發光單元在該周邊區域的邊界之間的最小距離大於該線形形狀的端部分與該發光單元在該周邊區域的該邊界之間的最小距離；一絕緣層，配置在該導線層和該些發光單元之間以避免因該導線層而引起該些發光單元之間的短路；以及 多個微透鏡，形成在該些發光單元上。
  28. 如申請專利範圍第27項所述之發光二極體，進一步包含一保護性絕緣層，配置在該些微透鏡上。
  29. 如申請專利範圍第28項所述之發光二極體，其中該些微透鏡由一具有界於該透明電極層折射率和該保護性絕緣層折射率的中間折射率的材料所組成。
  30. 如申請專利範圍第28項所述之發光二極體，其中，且該保護性絕緣薄膜包括二氧化矽(SiO 2)。
  31. 如申請專利範圍第27項所述之發光二極體，其中該些微透鏡包括高分子材料。
  32. 如申請專利範圍第27項所述之發光二極體，其中該上部半導體層包括鎵氮化物為基底的半導體層，該透明電極層包括氧化銦錫(ITO)層，該些微透鏡包括高分子材料。
  33. 如申請專利範圍第27項所述之發光二極體，其中該些微透鏡包含一垂直切面且該垂直切面的寬度遠窄於該基板。
  34. 如申請專利範圍第27項所述之發光二極體，其中各該發光單元包含一在該導線層下的電流屏蔽。
  35. 一種發光二極體，包含：一基板；數個發光單元，在該基板上彼此分開，各該發光單元包含一下部半導體層、至少配置在部分該下部半導體層上的一發光層、一上部半導體層和一透明電極層； 一導線層，將一第一發光單元的下部半導體層電性連接到鄰近該第一發光單元的一第二發光單元的上部半導體層；一絕緣層，配置該導線層和該些發光單元之間以避免因該導線層而引起該些發光單元間的短路，其中各該發光單元包含一在該導線層下的電流屏蔽，其中該導線層整合的包含配置於該下部半導體上的一第一電極墊和配置在該透電明極層或者該上部半導體層上的一第二電極墊，該第二電極墊界定一周邊區域而該電流屏蔽配置在該第二電極墊之下，且其中該第二電極墊配置成線形形狀，該線形形狀的中心部分與該發光單元在該周邊區域的邊界之間的最小距離大於該線形形狀的端部分與該發光單元在該周邊區域的該邊界之間的最小距離。
  36. 如申請專利範圍第35項所述之發光二極體，其中各該發光單元包含該發光單元之一邊界上的一第一區域和相對於該第一區域的一第二區域，該第一電極墊配置在該發光單元的該第一區域為該導線層的一部分，而該第二電極墊配置成的該線形形狀為該導線層面對於該第一電極墊的一部分，同時區域的界定該周邊區域和該第二區域的一邊界。
  37. 如申請專利範圍第35項所述之發光二極體，其中該電流屏蔽由至少從二氧化矽(SiO 2)、藍寶石(Al 2 O 3)、氮化矽(Si 3 N 4)、二氧化鈦(TiO 2)擇一物質所組成。
  38. 如申請專利範圍第37項所述之發光二極體，其中 該電流屏蔽包括一分散式布拉格反射器(DBR)。
  39. 如申請專利範圍第35項所述之發光二極體，其中該電流屏蔽包含一分散式布拉格反射器(DBR)，其由一低折射率層和一高折射率層互相交錯堆疊而組成，該低折射率層包括二氧化矽(SiO 2)或氧化鋁(Al 2 O 3)，該高折射率層包括氮化矽(Si 3 N 4)或二氧化鈦(TiO 2)。
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