TWI572057B - A current blocking structure of a light emitting diode - Google Patents

Description

一種發光二極體之電流阻擋層結構

本發明有關發光二極體，特別是指可增加發光效率的發光二極體。

發光二極體(Light Emitting Diode,LED)中主要由發光的半導體材料多重磊晶而成，以藍光發光二極體為例。其主要是由氮化鎵基(GaN-based)磊晶薄膜組成，堆疊形成三明治結構的發光主體，發光二極體依據其結構可以分為水平式、垂直式與覆晶式發光二極體等等。

請參閱「圖1」所示，為一種習知水平式發光二極體1，其包含一反射層2、一N型半導體層3、一N型電極4、一發光層5、一P型半導體層6、一電流阻擋層(Current Block Layer；CBL)7、一透明導電層8與一P型電極9。其中該N型電極4與該P型電極9供輸入一電壓差10，而驅使該N型半導體層3、該發光層5與該P型半導體層6的三明治結構產生激發光11，而該反射層2用於反射該激發光11，讓該激發光11集中由同一側射出。

其中該電流阻擋層7可以阻擋電流通過，而該透明導電層8為透明材質可以允許電流通過，因此該電流阻擋層7與該透明導電層8可以設置於該P型電極9與該P型半導體層6之間，當電流由該P型電極9導入後，該電流阻擋層7可以阻隔電流通過，以強迫電流繞過該電流阻擋層7，而於該透明導電層8處擴散出來，藉以提昇該發光層5的發光均勻度與亮度。

上述的結構雖可提昇該發光層5的發光均勻度與亮度，又當該激發光11射向該N型電極4或該P型電極9時，該激發光11會被反射，其再經由該反射層2的反射，即可由不具有該N型電極4或該P型電極9之區域出光，然 而，由於該N型電極4或該P型電極9為不透光材質，且會吸光，因此射向該N型電極4或該P型電極9的激發光11會被該N型電極4或該P型電極9吸收部分，而會造成相當的光損失。

爰是，本發明之主要目的在於讓該P型電極及該N型電極靠近該發光層的一端具有較高的反射率，以讓射向該P型電極及該N型電極的激發光可以較高的反射率反射，而增加該發光層的激發光之有效出光量，進而提昇發光二極體之發光效率。

本發明為一種發光二極體之電流阻擋層結構，應用於一發光二極體上，該發光二極體包含一N型電極、一N型半導體層、一發光層、一P型半導體層、一透明導電層與一P型電極，其中該N型半導體層上分區分別連接該N型電極與該發光層，該P型半導體層位於該發光層上，該透明導電層位於該P型半導體層上，該P型電極連接該透明導電層，本發明的特徵在於該透明導電層對應該P型電極之區域靠近該發光層的一端，設置一電流阻擋反射層，該電流阻擋反射層具有布拉格(DBR)反射構造，且該N型電極靠近該N型半導體層的一側設置另一電流阻擋反射層。

據此，該電流阻擋反射層會反射該發光層的激發光，讓射向該P型電極及該N型電極的一激發光，具有較高的反射率，其可以減少該N型電極與P型電極的金屬材料之吸光量，進而提昇該發光二極體的出光效率，而滿足提昇亮度之需求。

習知

1‧‧‧發光二極體

2‧‧‧反射層

3‧‧‧N型半導體層

4‧‧‧N型電極

5‧‧‧發光層

6‧‧‧P型半導體層

7‧‧‧電流阻擋層

8‧‧‧透明導電層

9‧‧‧P型電極

10‧‧‧電壓差

11‧‧‧激發光

本發明

L1‧‧‧實線

L2‧‧‧虛線

20‧‧‧基板

21‧‧‧反射層

22‧‧‧N型電極

221‧‧‧N型接點

222‧‧‧N型延伸電極

23‧‧‧N型半導體層

24‧‧‧發光層

25‧‧‧P型半導體層

26、26A‧‧‧電流阻擋反射層

27‧‧‧透明導電層

28‧‧‧P型電極

281‧‧‧P型接點

282‧‧‧P型延伸電極

30‧‧‧激發光

100‧‧‧發光二極體

圖1，為習知發光二極體結構圖。

圖2A，為本發明發光二極體結構俯視圖。

圖2B，為本發明圖2A之2B-2B結構斷面圖。

圖2C，為本發明圖2A之2C-2C結構斷面圖。

圖3，為本發明激發光反射路徑圖一。

圖4，為本發明激發光反射路徑圖二。

圖5A~圖5B，為本發明入射P型電極模擬數據圖。

圖6A~圖6C，為本發明入射N型電極模擬數據圖。

茲有關本發明的詳細內容及技術說明，現以實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該等實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。

請參閱「圖2A」、「圖2B」與「圖2C」所示，本發明為一種發光二極體之電流阻擋層結構，應用於一發光二極體100上，該發光二極體100包含堆疊於一基板20的一反射層21、一N型電極22、一N型半導體層23、一發光層24、一P型半導體層25、一透明導電層27與一P型電極28，其中該反射層21位於該基板20上，該N型半導體層23位於該反射層21上，該N型半導體層23上分區分別連接該N型電極22與該發光層24，該P型半導體層25位於該發光層24上，該透明導電層27位於該P型半導體層25上，而該P型電極28連接該透明導電層27。

本發明的特徵在於該透明導電層27對應該P型電極28之區域靠近該發光層24的一端，設置一電流阻擋反射層26，又本發明該N型電極22靠近該N型半導體層23的一側亦可設置另一電流阻擋反射層26A，該電流阻擋反射層26具有布拉格(DBR)反射構造，且該電流阻擋反射層26圖案對應該P型 電極28，且涵蓋面積整個超出該P型電極22。而同樣的該電流阻擋反射層26A圖案對應該N型電極22，且為不連續狀，以讓該N型電極22連接該N型半導體層23。

又該P型電極28可以為區分為連結在一起的一P型接點281與一P型延伸電極282，同樣的該N型電極22可以為區分為連結在一起的一N型接點221與一N型延伸電極222，且該透明導電層27對應該P型接點281與該P型延伸電極282之區域靠近該發光層24的一端，皆設置該電流阻擋反射層26。而該N型接點221與該N型延伸電極222靠近該N型半導體層23的一端皆設置該電流阻擋反射層26A，且對應該N型延伸電極222區域之該電流阻擋反射層26A為不連續狀。

且在實施上，該P型接點281一般為圓形，而該P型延伸電極282則多為長條形，圓形的該P型接點281為供連結外部電壓，而長條形的該P型延伸電極282，可以幫助分散電流。又該N型接點221一般為圓形，而該N型延伸電極222則多為長條形，圓形的該N型接點221為供連結外部電壓，而長條形的該N型延伸電極222，可以幫助分散電流。

請再一併參閱「圖3」與「圖4」所示，本發明設置於該N型電極22的該電流阻擋反射層26A與該P型電極28的該電流阻擋反射層26，皆會反射該發光層24的一激發光30，該電流阻擋反射層26、26A為至少兩種以上不同折射率之氧化物交互堆疊而成，例如其材料可以選自二氧化矽(SiO2)、二氧化鈦(TiO2)等等，且該電流阻擋反射層26、26A的材料厚度較佳為1埃米~20000埃米(Å)之間，當該激發光30射向該P型電極28或該N型電極22時，會被該電流阻擋反射層26、26A反射，而具有較高的反射率，且該激發光30被該電流阻擋反射層26、26A反射後會再被該反射層21反射， 其經多次反射之後，即可由不具有該N型電極22與該P型電極28之區域出光。

請再參閱「圖5A」與「圖5B」所示，為本發明的模擬數據圖，其顯示該激發光30於入射角度0度與30度入射P型電極28的反射率數據，其數據分為沒具有該電流阻擋反射層26與具有該電流阻擋反射層26兩種，其中沒具有該電流阻擋反射層26為改設置一般電流阻檔層(CBL)(如二氧化矽(SiO2))，其為實線L1表示；而具有該電流阻擋反射層26其為虛線L2表示。

如圖所示，於0度入射角中，可知在波長400~520奈米(nm)之波段，沒具有該電流阻擋反射層26(實線L1)的反射率只有約45%~80%，而具有該電流阻擋反射層26(虛線L2)的反射率可以上昇至約65%~90%之間。而於30度入射角中，可知在波長440~700奈米(nm)之波段，沒具有該電流阻擋反射層26(實線L1)的反射率只有約60%~80%，而具有該電流阻擋反射層26(虛線L2)的反射率可以上昇至約65%~90%之間。

請再參閱「圖6A」、「圖6B」與「圖6C」所示，為本發明的模擬數據圖，其顯示該激發光30於入射角度0度、30度與60度入射N型電極22的反射率數據，其數據分為沒具有該電流阻擋反射層26A與具有該電流阻擋反射層26A兩種，其中沒具有該電流阻擋反射層26A為實線L1表示；而具有該電流阻擋反射層26A其為虛線L2表示。

如圖所示，於0度入射角中，可知在波長400~700奈米(nm)之波段，沒具有該電流阻擋反射層26A(實線L1)的反射率只有約70%~80%，而具有該電流阻擋反射層26A(虛線L2)的反射率可以上昇至約85%~100%之間。而於30度入射角中，可知在波長400~580奈米(nm)之波段，沒具有該電流阻擋反射層26A(實線L1)的反射率只有約68%~76%，而具有該電流阻擋反射層 26A(虛線L2)的反射率可以上昇至約75%~85%之間。而於60度入射角中，可知在波長400~700奈米(nm)之波段，沒具有該電流阻擋反射層26A(實線L1)的反射率只有約68%~76%，而具有該電流阻擋反射層26A(虛線L2)的反射率可以上昇至約100%(全反射)。

如上述之數據，可以清楚的發現，透過該電流阻擋反射層26、26A的設置確實可以增加該激發光30的反射率，亦即入射該P型電極28與該N型電極22的該激發光30可以有效反射，而讓其可以透過多次反射而出光，其在提升其反射率之後，即可以增加出光效率，而滿足提昇亮度之需求。

縱上所述，本發明透過電流阻擋反射層的設置，讓射向該N型電極與該P型電極，可以增加反射率；且透過該反射層的設置，可再經過多次反射之後，即可由不具有該N型電極與該P型電極之區域出光，其可以減少該N型電極與該P型電極的金屬材料之吸光量，進而提昇該發光二極體的出光效率，而滿足提昇亮度之需求。

惟上述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。即凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

22‧‧‧N型電極

221‧‧‧N型接點

222‧‧‧N型延伸電極

23‧‧‧N型半導體層

26、26A‧‧‧電流阻擋反射層

27‧‧‧透明導電層

28‧‧‧P型電極

281‧‧‧P型接點

282‧‧‧P型延伸電極

Claims (8)

1. 一種發光二極體之電流阻擋層結構，應用於一發光二極體上，該發光二極體包含一N型電極、一N型半導體層、一發光層、一P型半導體層、一透明導電層與一P型電極，其中該N型半導體層上分區分別連接該N型電極與該發光層，該P型半導體層位於該發光層上，該透明導電層位於該P型半導體層上，該P型電極連接該透明導電層，其特徵在於：該透明導電層對應該P型電極之區域靠近該發光層的一端，設置一電流阻擋反射層，該電流阻擋反射層具有布拉格反射構造，且該N型電極靠近該N型半導體層的一側設置另一電流阻擋反射層。
2. 如申請專利範圍第1項之一種發光二極體之電流阻擋層結構，其中該電流阻擋反射層圖案對應該P型電極，且涵蓋面積整個超出該P型電極。
3. 如申請專利範圍第1項之一種發光二極體之電流阻擋層結構，其中該P型電極區分為連結在一起的一P型接點與一P型延伸電極，該透明導電層對應該P型接點與該P型延伸電極之區域靠近該發光層的一端，皆設置該電流阻擋反射層。
4. 如申請專利範圍第3項之一種發光二極體之電流阻擋層結構，其中該P型接點為圓形，而該P型延伸電極則為長條形。
5. 如申請專利範圍第1項之一種發光二極體之電流阻擋層結構，其中更包含一反射層，且該N型半導體層位於該反射層上。
6. 如申請專利範圍第1項之一種發光二極體之電流阻擋層結構，其中該另一電流阻擋反射層圖案對應該N型電極，且為不連續狀。
7. 如申請專利範圍第6項之一種發光二極體之電流阻擋層結構，其中該N型電極區分為連結在一起的一N型接點與一N型延伸電極，該N型接點與該N型延伸電極靠近該N型半導體層的一端皆設置該另一電流阻擋反射層，且對應該N型延伸電極區域之該另一電流阻擋反射層為不連續狀。
8. 如申請專利範圍第7項之一種發光二極體之電流阻擋層結構，其中該N型接點為圓形，而該N型延伸電極則為長條形。