TWI615997B - 發光二極體結構 - Google Patents

Abstract

一種發光二極體結構，包括一基板、一半導體磊晶層、一電流傳導層、一第一電極與一第二電極。半導體磊晶層配置於基板上且具有至少一凸部及至少一凹部。電流傳導層配置於半導體磊晶層上且延伸至凹部，並與半導體磊晶層電性連接。第一電極配置於電流傳導層上且與半導體磊晶層電性連接。第二電極配置於電流傳導層上且與半導體磊晶層電性連接。第一電極在基板上的正投影面積略等於第二電極在基板上的正投影面積。

Description

發光二極體結構

本發明是有關於一種半導體結構，且特別是有關於一種發光二極體結構。

由於發光二極體（light emitting diode, LED）結構具有低功率消耗、環保、使用壽命長及反應速率快等優勢，因此已被廣泛地應用在照明領域及顯示領域中。

一般來說，發光二極體結構具有一P型電極墊以及一N型電極墊，其中P型電極墊的水平投影面積遠小於N型電極墊的水平投影面積。當發光二極體結構欲組裝至一燈板而構成一光源模組時，由於P型電極墊與N型電極墊的面積不同，因此在組裝的過程中元件之間的對準穩定度及組裝後的平整度不佳。如此一來，對組裝人員而言便是一道需要花費較多時間在組裝上的程序。

本發明提供一種發光二極體結構，其第一電極與第二電極在基板上的正投影面積約略相同，可具有較佳的組裝便利性。

本發明的發光二極體結構，其包括一基板、一半導體磊晶層、一電流傳導層、一第一電極與一第二電極。半導體磊晶層配置於基板上，且具有至少一凸部及至少一凹部。電流傳導層配置於半導體磊晶層上且延伸至凹部中，並與半導體磊晶層電性連接。第一電極配置於電流傳導層上且與半導體磊晶層電性連接。第二電極配置於電流傳導層上且與半導體磊晶層電性連接，其中第一電極在基板上的正投影面積略等於第二電極在基板上的正投影面積。

在本發明的一實施例中，上述的第一電極的一第一頂表面與第二電極的一第二頂表面位於相同的水平高度上。

在本發明的一實施例中，上述的發光二極體結構更包括一歐姆接觸層，配置於半導體磊晶層上且位於電流傳導層與半導體磊晶層之間，其中歐姆接觸層與半導體磊晶層電性連接。

在本發明的一實施例中，上述的半導體磊晶層包括依序配置於基板上的一第一型半導體層、一發光層以及一第二型半導體層。第一型半導體層的一部分定義出凹部，而第一型半導體層的另一部分與配置於其上的發光層及第二型半導體層定義出凸部。第一電極透過電流傳導層與第一型半導體層電性連接，且第二電極透過歐姆接觸層與第二型半導體層電性連接。

在本發明的一實施例中，上述的電流傳導層包括一第一電流傳導層以及一第二電流傳導層，第一電流傳導層的一部分延伸至凹部內，而第二電流傳導層配置於歐姆接觸層上。第一電極透過第一電流傳導層與第一型半導體層電性連接，而第二電極透過第二電流傳導層及歐姆接觸層與第二型半導體層電性連接。

在本發明的一實施例中，上述的第一電流傳導層的一第三頂表面與第二電流傳導層的一第四頂表面位於相同的水平高度上。

在本發明的一實施例中，上述的歐姆接觸層的材質包括透明導電材料、反射導電材料或上述兩者之組合。

在本發明的一實施例中，上述的發光二極體結構更包括一絕緣層，配置於半導體磊晶層與電流傳導層之間，且覆蓋凸部的一側壁並延伸至凹部內，絕緣層暴露出部分凹部以使電流傳導層與第一型半導體層電性連接。

在本發明的一實施例中，上述的發光二極體結構更包括一電性絕緣層，配置於電流傳導層上，且位於第一電極與電流傳導層之間以及第二電極與電流傳導層之間，其中第二電極透過電性絕緣層與第一電極電性絕緣。

在本發明的一實施例中，上述的發光二極體結構更包括至少一個連接件，分別配置於半導體磊晶層的凹部中，且電性連接第一電極與半導體磊晶層。

在本發明的一實施例中，上述的第一電極的材質不同於連接件的材質。

在本發明的一實施例中，上述的第一電極在基板上的正投影面積小於電流傳導層在基板上的正投影面積。

基於上述，由於本發明的第一電極在基板上的正投影面積略等於第二電極在基板上的正投影面積，因此相較於習知之發光二極體結構的P型電極墊的水平投影面積遠小於N型電極墊的水平投影面積而言，本發明的發光二極體結構可具有較佳的組裝便利性。此外，由於本發明的發光二極體結構具有配置於半導體磊晶層上的電流傳導層，因此外部電流不會從第一電極直接傳導到半導體磊晶層，而是需要透過電流傳導層來傳輸，因此可以藉由內埋的電流傳導層將電流均勻的分散，增加電流傳遞面積與速度，減少發生電流擁塞的機率。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1A繪示為本發明的一實施例的一種發光二極體結構的俯視示意圖，而圖1B繪示為沿圖1A的線I-I的剖面示意圖。請同時參考圖1A與圖1B，在本實施例中，發光二極體結構100a包括一基板110、一半導體磊晶層120、一電流傳導層130、一第一電極140與一第二電極150。半導體磊晶層120配置於基板110上，且具有至少一凸部127（圖1B中示意地繪示兩個凸部127）及至少一凹部121（圖1B中示意地繪示兩個凹部121）。電流傳導層130配置於半導體磊晶層120上且延伸至凹部121中，並與半導體磊晶層120電性連接。第一電極140配置於電流傳導層130上且與半導體磊晶層120電性連接。第二電極150配置於電流傳導層130上且與半導體磊晶層120電性連接。特別是，第一電極140在基板110上的正投影面積略等於第二電極150在基板110上的正投影面積。

更具體來說，本實施例的基板110例如是一藍寶石基板，但並不以此為限。半導體磊晶層120包括依序配置於基板110上的一第一型半導體層122、一發光層124以及一第二型半導體層126，其中第一型半導體層122的一部分定義出凹部121，而第一型半導體層122的另一部分及位於其上的發光層124以及第二型半導體層126定義出凸部127。如圖1B所示，第一電極140透過電流傳導層130直接與半導體磊晶層120的第一型半導體層122電性連接。舉例來說，第一型半導體層122為N型半導體層，而第一電極140則為N型電極。

在本實施例中，發光二極體結構100a更包括一歐姆接觸層160，其中設置歐姆接觸層160的目的在於可以增加電流傳導能力。更進一步來說，歐姆接觸層160是配置於半導體磊晶層120上且位於電流傳導層130與半導體磊晶層120之間。此處，第二電極150直接透過歐姆接觸層160與半導體磊晶層120的第二型半導體層126電性連接。意即，歐姆接觸層160與半導體磊晶層120電性連接，較佳地，第二電極150在基板110上的正投影面積小於歐姆接觸層160在基板110上的正投影面積。如此一來，可藉由歐姆接觸層160良好的電流分散及傳遞速率改善發光二極體結構100a的反應效率。歐姆接觸層160的材質例如是透明導電材料、反射導電材料或兩者之組合，但並不以此為限。

特別是，如圖1B所示，本實施例的第一電極140的一第一頂表面142與第二電極150的一第二頂表面152位於相同的水平高度上。也就是說，本實施例的第一電極140的第一頂表面142與第二電極150的第二頂表面152實質上切齊。由於本實施例的第一電極140在基板110上的正投影面積略等於第二電極150在基板110上的正投影面積，且第一電極140的第一頂表面142與第二電極150的第二頂表面152位於相同的水平高度上。因此，本實施例的發光二極體結構100a在組裝上較為便利，可降低習知因P型電極墊遠小於N型電極墊的面積而造成組裝良率不佳的問題產生。舉例來說，當發光二極體結構100a以迴焊方式固晶（組裝）至另一基板（未繪示）或電路板（未繪示）時，習知不同面積的電極會使迴焊後的元件表面不平，降低元件的可靠度，但本實施例的具有等面積的第一電極140與第二電極150可解決固晶後元件表面不平的問題。另外，本實施例的另一功效是，位於相同水平面（即等高）的第一電極140與第二電極150可簡化固晶製程，使用者毋需因為電極的高度差而特別設計基板或電路板上焊墊的高度。故，本實施例的第一電極140與第二電極150的設計可提高發光二極體結構100a的組裝效率及組裝良率。

此外，本實施例的發光二極體結構100a可更包括一絕緣層170，其中絕緣層170配置於半導體磊晶層120與電流傳導層130之間，且覆蓋凸部127之一側壁128並延伸至凹部121內，而絕緣層170暴露出部分凹部121以使電流傳導層130與第一型半導體層122電性連接。此處，電流傳導層130透過絕緣層170與歐姆接觸層160及半導體磊晶層120的凸部127電性絕緣，因此可避免電流直接經電流傳導層130導通第一型半導體層122及第二型半導體層126，造成電流無法流入發光層124而導致元件失效。再者，本實施例的發光二極體結構100a更可包括一電性絕緣層180，其中電性絕緣層180配置於電流傳導層130上，且位於第一電極140與電流傳導層130之間以及第二電極150與電流傳導層130之間，而第二電極150透過電性絕緣層180與第一電極140電性絕緣。較佳地，電性絕緣層180與絕緣層170連接能更有效地絕緣第一電極140與第二電極150。

由於本實施例的發光二極體結構100a具有配置於半導體磊晶層120上的電流傳導層130，因此外部電流不會從第一電極140直接傳導到半導體磊晶層120的第一型半導體層122，而是需要透過電流傳導層130來傳輸，且第一電極140在基板110上的正投影面積小於電流傳導層130在基板110上的正投影面積，如此一來，可以藉由內埋的電流傳導層130將電流廣泛且分散地傳遞，有效減少發生電流擁塞的機率。

在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。

圖2繪示為本發明的另一實施例的一種發光二極體結構的剖面示意圖。請參考圖2，本實施例的發光二極體結構100b與圖1B的發光二極體結構100a相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的發光二極體結構100b更包括至少一個連接件（圖2中示意地繪示兩個連接件190），其中連接件190分別配置於半導體磊晶層120的凹部121中，且電性連接第一電極140與半導體磊晶層120。更具體來說，第一電極140是透過電流傳導層130及連接件190與半導體磊晶層120的第一型半導體層122電性連接。此處，第一電極140、電流傳導層130及連接件190的材料可相同或不同，較佳是為不同材料。第一電極140的材料係選自金、錫、金錫合金、兩種以上的合金材料及上述此等所組成之族群其中之一。電流傳導層130及連接件190的材料係選自鉻、鉑、金、鋁、上述材料之合金及上述此等所組成之族群其中之一。材料不同使得第一電極140與電流傳導層130，或是電流傳導層130與連接件190有更佳的電性連接，特別是當連接件190的材料為鉻鋁合金時，電流傳導層130與半導體磊晶層120的黏著性更佳，但於此並不加以限制。

圖3繪示為本發明的另一實施例的一種發光二極體結構的剖面示意圖。請參考圖3，本實施例的發光二極體結構100c與圖1B的發光二極體結構100a相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的發光二極體結構100c的電流傳導層130’包括一第一電流傳導層130a以及一第二電流傳導層130b。第一電流傳導層130a的一部分延伸至凹部121內，而第一電流傳導層130a的另一部分位於絕緣層170上，且第二電流傳導層130b配置於歐姆接觸層160上。特別是，第一電極140透過第一電流傳導層130a與第一型半導體層122電性連接，而第二電極150透過第二電流傳導層130b及歐姆接觸層160與第二型半導體層126電性連接。如此一來，外部電流（未繪示）不會從第一電極140及第二電極150直接傳導到半導體磊晶層120，而是需要透過電流傳導層130’來傳輸。較佳地，第一電極140在基板110上的正投影面積小於第一電流傳導層130a在基板110上的正投影面積，且第二電極150在基板110上的正投影面積小於第二電流傳導層130b在基板110上的正投影面積，因此可藉由電流傳導層130’良好的電流分散及傳遞速率改善發光二極體結構100c的反應效率，減少發生電流擁塞的機率。

另外，如圖3所示，本實施例的第一電流傳導層130a的一第三頂表面132a與第二電流傳導層130b的一第四頂表面132b位於相同的水平高度上。也就是說，本實施例的第一電流傳導層130a的第三頂表面132a與第二電流傳導層130b的第四頂表面132b實質上切齊，如此一來，可同時在第一電流傳導層130a與第二電流傳導層130b上製作第一電極140與第二電極150，僅需一道製程就可使第一電極140的第一頂表面142與第二電極150的第二頂表面152等高，毋須分別製作以達成電極等高之功效，因而可簡化製程，另外，在相同的水平高度上成長第一電極140與第二電極150，可使第一電極140與第二電極150平整度佳，使元件固晶時有較佳的可靠度。再者，由於目前大多使用高單價的金或金錫合金來當作第一電極140與第二電極150的材料，本實施例也可減少金的用量，降低製程成本。

圖4繪示為本發明的另一實施例的一種發光二極體結構的剖面示意圖。請參考圖4，本實施例的發光二極體結構100d與圖3的發光二極體結構100c相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的發光二極體結構100d更包括至少一個連接件（圖4中示意地繪示兩個連接件190），其中連接件190分別配置於半導體磊晶層120的凹部121中，且電性連接第一電極140與半導體磊晶層120。更具體來說，第一電極140是透過第一電流傳導層130a及連接件190與半導體磊晶層120的第一型半導體層122電性連接。第二電極150是透過第二電流傳導層130b及歐姆接觸層160與半導體磊晶層120的第二型半導體層126電性連接。此處，第一電極140、第一電流傳導層130a與連接件190的材料可相同或不同，較佳是為不同材料。第一電極140的材料係選自金、錫、金錫合金、兩種以上之合金材料及上述此等所組成之族群其中之一。第一電流傳導層130a與連接件190的材料係選自鉻、鉑、金、鋁、上述材料之合金及上述此等所組成之族群其中之一。材料不同使得第一電極140與第一電流傳導層130a，或第一電流傳導層130a與連接件190有更佳的電性連接，特別是當連接件190的材料為鉻鋁合金時，第一電流傳導層130a與半導體磊晶層120的黏著性更佳，但於此並不加以限制。

綜上所述，由於本發明的第一電極在基板上的正投影面積略等於第二電極在基板上的正投影面積，因此相較於習知之發光二極體結構的P型電極墊的水平投影面積遠小於N型電極墊的水平投影面積而言，本發明的發光二極體結構可具有較佳的組裝便利性，改善組裝後平整度不佳的問題。此外，由於本發明的發光二極體結構具有配置於半導體磊晶層上的電流傳導層，因此外部電流不會從第一電極直接傳導到半導體磊晶層，而是需要透過電流傳導層來傳輸，可以增加電流傳輸速率與傳遞面積，減少發生電流擁塞的機率。另外，搭配第一電極與第二電極的頂表面位於相同水平高度的設計，後續將發光二極體結構固晶到其他基板或電路板時，使用者毋須因為電極的高度差而特別設計基板或電路板上焊墊的高度，因此可簡化組裝製程。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100a、100b、100c、100d：發光二極體結構 110：基板 120：半導體磊晶層 121：凹部 122：第一型半導體層 124：發光層 126：第二型半導體層 127：凸部 128：側壁 130、130’：電流傳導層 130a：第一電流傳導層 130b：第二電流傳導層 132a：第三頂表面 132b：第四頂表面 140：第一電極 142：第一頂表面 150：第二電極 152：第二頂表面 160：歐姆接觸層 170：絕緣層 180：電性絕緣層 190：連接件

圖1A繪示為本發明的一實施例的一種發光二極體結構的俯視示意圖。 圖1B繪示為沿圖1A的線I-I的剖面示意圖。 圖2繪示為本發明的另一實施例的一種發光二極體結構的剖面示意圖。 圖3繪示為本發明的另一實施例的一種發光二極體結構的剖面示意圖。 圖4繪示為本發明的另一實施例的一種發光二極體結構的剖面示意圖。

100a：發光二極體結構 110：基板 120：半導體磊晶層 121：凹部 122：第一型半導體層 124：發光層 126：第二型半導體層 127：凸部 128：側壁 130：電流傳導層 140：第一電極 142：第一頂表面 150：第二電極 152：第二頂表面 160：歐姆接觸層 170：絕緣層 180：電性絕緣層

Claims (6)

1. 一種發光二極體結構，包括： 一半導體磊晶層，包括一第一型半導體層、一第二型半導體層以及一發光層，該發光層位於該第一型半導體層與該第二型半導體層之間，其中該半導體磊晶層中形成有至少一凹部，該凹部貫穿該第二型半導體層及該發光層，並暴露部分該第一型半導體層； 一第一電流傳導層，設置在該半導體磊晶層上，並延伸進入該凹部而與該第一型半導體層電性連接； 一第二電流傳導層，設置在該半導體磊晶層上，並與該第二型半導體層電性連接； 一第一絕緣層，覆蓋在該第一電流傳導層及該第二電流傳導層上，該第一絕緣層中形成有一第一開口及一第二開口，該第一開口暴露部分該第一電流傳導層，該第二開口暴露部分該第二電流傳導層，其中該第一開口不對準該凹部； 一第一電極層，覆蓋在該第一絕緣層上，該第一電極層通過該第一開口而與該第一電流傳導層電性連接；以及 一第二電極層，覆蓋在該第一絕緣層上，該第二電極層通過該第二開口而與該第二電流傳導層電性連接。
2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體結構，更包括： 一連接件，設置在該凹部中，並電性連接該第一電流傳導層與該第一型半導體層。
3. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體結構，更包括： 一歐姆接觸層，設置在該半導體磊晶層上，並電性連接該第二電流傳導層與該第二型半導體層。
4. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體結構，更包括： 一第二絕緣層，覆蓋在該半導體磊晶層上並延伸覆蓋該凹部的側壁，其中該第二絕緣層中形成有一第三開口及一第四開口，該第三開口暴露部分該第一型半導體層，該第四開口暴露部分該第二型半導體層，該第一電流傳導層通過該第三開口而與該第一型半導體層電性連接，該第二電流傳導層通過該第四開口而與該第二型半導體層電性連接。
5. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體結構，其中該第一電極層與該第二電極層實質對稱地設置在該半導體磊晶層的一上表面上，並且在該第一電極層與該第二電極層之間暴露出部分該第一絕緣層。
6. 如申請專利範圍第4項所述的發光二極體結構，其中該第二開口至少對準部分該第四開口。