TWI729641B - 發光二極體結構 - Google Patents

Abstract

一種發光二極體結構，包括一基板、一半導體磊晶結構以及一反射導電結構層。半導體磊晶結構配置於基板上且暴露出基板的一部分。反射導電結構層覆蓋部分半導體磊晶結構以及被半導體磊晶結構所暴露出之基板的部分。

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。

一般而言，於製作發光二極體晶圓時，通常是先提供一基板，利用磊晶成長方式，於基板上形成一磊晶結構，接著在磊晶結構上配置電極以提供電能，便可利用光電效應而發光。之後，利用微影蝕刻技術在磊晶結構中形成複數個縱橫交錯之切割道。其中，每相鄰之二縱向的切割道與相鄰之二橫向的切割道共同定義出一發光二極體晶粒。之後，進行後段之研磨與切割製程，將發光二極體晶圓分成許多的發光二極體晶粒，進而完成發光二極體的製作。

為了增加發光二極體的出光效率，習知會於磊晶結構上依序增設歐姆接觸層、反射層以及阻障層，其中歐姆接觸層、反射層以及阻障層皆只覆蓋於部分磊晶結構上。雖然上述之方式可增加發光二極體的出光效率，但其出光效率無法滿足現今追求高出光效率的要求。因此，如何充分提高發光二極體的出光效率仍然是亟待克服的問題。

本發明提供一種發光二極體結構，其具有良好的出光效率（light-emitting efficiency）。

本發明的實施例的發光二極體結構包括基板、半導體磊晶結構、第一絕緣層、反射層、第二絕緣層以及至少一電極。半導體磊晶結構配置於基板上，且暴露出部分基板。第一絕緣層覆蓋部分半導體磊晶結構以及被半導體磊晶結構所暴露出之部分基板。反射層配置於第一絕緣層上，第二絕緣層，配置於反射層上。電極配置於第二絕緣層上並電極電性連接半導體磊晶結構。

本發明的實施例的發光二極體結構包括基板、半導體磊晶結構、透明導電層、反射層、第一絕緣層以及至少一電極。半導體磊晶結構配置於基板上，且暴露出部分基板。透明導電層配置在半導體磊晶結構上。反射層配置在部分透明導電層上且延伸覆蓋被半導體磊晶層所暴露出之部分基板。第一絕緣層配置於反射層上。電極配置於第二絕緣層上，並電極電性連接半導體磊晶結構。

本發明的實施例的發光二極體結構包括基板、半導體磊晶結構、第一絕緣層、反射層、第二絕緣層以及至少一第一電極。半導體磊晶結構配置於基板上。第一絕緣層覆蓋部分半導體磊晶結構以及部分基板。反射層配置於第一絕緣層上，第二絕緣層配置於反射層上。第一電極配置於第二絕緣層上，並電極電性連接半導體磊晶結構。

本發明的實施例的發光二極體結構包括基板、半導體磊晶結構、透明導電層、反射層、第一絕緣層以及至少一電極。半導體磊晶結構配置於基板上。透明導電層配置在半導體磊晶結構上。反射層位在基板上並覆蓋至少部分透明導電層及至少部分半導體磊晶結構。第一絕緣層覆蓋至少部分反射層及至少部分透明導電層及至少部分半導體磊晶結構。電極配置第二絕緣層上，並電極電性連接半導體磊晶結構。

基於上述，由於本發明的發光二極體結構具有反射導電結構層，且此反射導電結構層覆蓋部分半導體磊晶層以及被半導體磊晶層所暴露出之基板的部分。因此，反射導電結構層可有效反射來自半導體磊晶層的光線，且被半導體磊晶層所暴露出之基板的部分亦具有反射的功效。如此一來，反射導電結構層的設置可有效增加反射面積，進而可有效提高整體發光二極體結構的出光效率。

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1繪示為本發明的一實施例的一種發光二極體結構的剖面示意圖。請參考圖1，在本實施例中，發光二極體結構100a包括一基板110a、一半導體磊晶層120a（於以下段落中所指的半導體磊晶層亦可指代為半導體磊晶結構）以及一反射導電結構層130a。半導體磊晶層120a配置於基板110a上，且暴露出基板110a的一部分（圖1中的虛圓A處）。反射導電結構層130a配置於半導體磊晶層120a上，其中反射導電結構層130a覆蓋部分半導體磊晶層120a以及被半導體磊晶層120a所暴露出之基板110a的部分。

更具體來說，在本實施例中，基板110a例如是一藍寶石基板，但並不以此為限，其中基板110a具有一上表面112a。半導體磊晶層120a包括依序配置於基板110a上的一第一型半導體層122a、一發光層124a以及一第二型半導體層126a。此處，第一型半導體層122a例如為一N型半導體層，而第二型半導體層126a例如為一P型半導體層，但並不以此為限。如圖1所示，半導體磊晶層120a並未完全覆蓋基板110a的上表面112a，而是暴露出基板110a的部分上表面112a。

特別是，本實施例的反射導電結構層130a是由依序配置的一透明導電層132a、一反射層134a（於以下段落中所指的反射層亦可指代為第一反射層、第一金屬反射層或布拉格反射鏡層）以及一阻障層136a（於以下段落中所指的阻障層亦可指代為第二反射層或第二金屬反射層）所組成。透明導電層132a可視為一歐姆接觸層，其目的在於可以增加電流傳導且使電流能均勻散佈，其中透明導電層132a配置於半導體磊晶層120a上且覆蓋基板110a被半導體磊晶層120a所曝露出的上表面112a上。此處，透明導電層132a的材料係選自銦錫氧化物、摻鋁氧化鋅、銦鋅氧化物及上述此等所組成之族群其中之一。於本實例中的透明導電層132a係由銦錫氧化物所構成。反射層134a配置於透明導電層132a上。反射層134a可將來自半導體磊晶層120a的光線反射至基板110a，當本發明之發光二極體結構100a應用於例如是覆晶式發光二極體時，可使出光效率更佳。此處，反射層134a的材料例如是選自銀、鉻、鎳、鋁及上述此等所組成之族群其中之一；或者是，反射層134a例如是一布拉格反射鏡。於本實例中的反射層134a是由銀所構成。阻障層136a配置於反射層134a上且覆蓋基板110a被半導體磊晶層120a所曝露出的上表面112a上，其中阻障層136a除了也具有反射功能外，也可以保護反射層134a的結構，避免反射層134a中的金屬擴散。此處，阻障層136a的邊緣切齊於基板110a的邊緣，且阻障層136a的材料例如係選自是鈦鎢合金、鈦、鎢、氮化鈦、鉭、鉻、鉻銅合金、氮化鉭及上述此等所組成之族群其中之一，於本實施例中，阻障層136a係由鈦、鎢及鈦鎢合金所構成。

再者，本實施例的發光二極體結構100a更包括一絕緣層140a（於以下段落中所指的絕緣層亦可指代為第一絕緣層），其中絕緣層140a配置於基板110a與反射導電結構層130a之間以及半導體磊晶層120a與反射導電結構層130a之間，以有效電性絕緣於半導體磊晶層120a與反射導電結構層130a。如圖1所示，本實施例的絕緣層140a是直接配置於半導體磊晶層120a上，且沿著半導體磊晶層120a的側壁延伸配置於基板110a被半導體磊晶層120a所暴露出的上表面112a上。透明導電層132a與其上的反射層134a並未完全覆蓋絕緣層140a，而阻障層136a沿著透明導電層132a與反射層134a側壁延伸覆蓋至絕緣層140a上。此處，絕緣層140a邊緣亦切齊於阻障層136a的邊緣以及基板110a的邊緣。

此外，本實施例的發光二極體結構100a更包括一第一電極150a、一第二電極160a以及一連接層170a。半導體磊晶層120a具有一凹陷區域C，且凹陷區域C將半導體磊晶層120a區分為一第一半導體區塊S1與一第二半導體區塊S2。第一電極150a配置於第一半導體區塊S1上，而第二電極160a配置於第二半導體區塊S2上，其中第一電極150a與第二電極160a具有電性可提供電能。連接層170a配置於凹陷區域C內且電性連接第一電極150a與半導體磊晶層120a。此處，第一電極150a與連接層170a的材料可相同或不同，較佳是為不同材料。第一電極150a的材料係選自金、錫、金錫合金及上述此等所組成之族群其中之一。連接層170a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150a與連接層170a有更佳的電性連接，但於此並不加以限制。此處，第一電極150a透過連接層170a與半導體磊晶層120a之第一型半導體層122a電性連接，第二電極160a透過反射導電結構層130a與半導體磊晶層120a之第二型半導體層126a電性連接，透過第一電極150a和第二電極160a提供電能，使發光二極體結構100a發光。

另外，發光二極體結構100a可更包括一電性絕緣層145a（於以下段落中所指的電性絕緣層亦可指代為第二絕緣層），其中電性絕緣層145a至少配置於第一電極150a與反射導電結構層130a之間以及連接層170a與反射導電結構層130a之間，用以電性絕緣反射導電結構層130a、連接層170a與第一電極150a。此處，電性絕緣層145a的邊緣亦與阻障層136a的邊緣、絕緣層140的邊緣以及基板110a的邊緣切齊。

由於本實施例的發光二極體結構100a具有反射導電結構層130a，且此反射導電結構層130a覆蓋部分半導體磊晶層120a以及被半導體磊晶層120a所暴露出之基板110a的部分。因此，反射導電結構層130a可有效反射來自半導體磊晶層120a的光線，且使被半導體磊晶層120a所暴露出之基板110a的部分亦具有反射的功效。如此一來，當發光二極體結構100a應用於例如覆晶式的設計上時，反射導電結構層130a的設置可有效增加反射面積，進而可有效提高整體發光二極體結構100a的出光效率。

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，本實施例之發光二極體結構100b與圖1之發光二極體結構100a相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的基板110b具有一上表面112b以及一連接上表面112b的環狀傾斜面114b，其中絕緣層140b與阻障層136b從上表面112b延伸覆蓋於環狀傾斜面114b上。如圖2所示，反射導電結構層130b的透明導電層132b與反射層134b並未延伸覆蓋於環狀傾斜面114b上。

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，本實施例之發光二極體結構100c與圖2之發光二極體結構100b相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的反射導電結構層130c的透明導電層132c、反射層134c以及阻障層136c從上表面112b延伸覆蓋於環狀傾斜面114b上，且透明導電層132c的邊緣、反射層134c的邊緣以及阻障層136c的邊緣皆切齊於基板110b的邊緣。此種設計使得反射導電層130c不只配置於基板110b的上表面，更可延伸覆蓋於環狀傾斜面114b上，增加反射面積。

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，本實施例之發光二極體結構100d與圖2之發光二極體結構100b相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的反射導電結構層130d的透明導電層132d、反射層134d與阻障層136d以及絕緣層140d和電性絕緣層145d皆從上表面112b延伸配置覆蓋於環狀傾斜面114b上且收斂至同一位置。

綜上所述，由於本發明的發光二極體結構具有反射導電結構層，且此反射導電結構層覆蓋部分半導體磊晶層以及被半導體磊晶層所暴露出之基板的部分。因此，反射導電結構層可有效反射來自半導體磊晶層的光線，且被半導體磊晶層所暴露出之基板的部分亦具有反射的功效。如此一來，反射導電結構層的設置可有效增加反射面積，進而可有效提高整體發光二極體結構的出光效率。

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 110a、110b:基板 112a、112b:上表面 114b:環狀傾斜面 120a:半導體磊晶層、半導體磊晶結構 122a:第一型半導體層 124a:發光層 126a:第二型半導體層 130a、130b、130c、130d:反射導電結構層 132a、132b、132c、132d:透明導電層 134a、134b、134c、134d:反射層、第一反射層、第一金屬反射層、布拉格反射鏡層 136a、136b、136c、136d:阻障層、第二反射層、第二金屬反射層 140a、140d:絕緣層 145a、145d:電性絕緣層、第二絕緣層 150a:第一電極 160a:第二電極 170a:連接層 A:虛圓 C:凹陷區域 S1:第一半導體區塊 S2:第二半導體區塊

圖1繪示為本發明的一實施例的一種發光二極體結構的剖面示意圖。 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

110a:基板

112a:上表面

120a:半導體磊晶層、半導體磊晶結構

122a:第一型半導體層

124a:發光層

126a:第二型半導體層

130a:反射導電結構層

132a:透明導電層

134a:反射層、第一反射層、第一金屬反射層、布拉格反射鏡層

136a:阻障層、第二反射層、第二金屬反射層

140a:絕緣層、第一絕緣層

145a:電性絕緣層、第二絕緣層

150a:第一電極

160a:第二電極

170a:連接層

A:虛圓

C:凹陷區域

S1:第一半導體區塊

S2:第二半導體區塊

Claims (8)

1. 一種發光二極體結構，包括：一基板，具有一頂表面；一半導體磊晶結構，設置在該基板的頂表面上，且至少暴露出該基板的部分該頂表面；一第一絕緣層，覆蓋該半導體磊晶結構及該基板被暴露出的部分該頂表面，並暴露出部分該半導體磊晶結構；一透明導電層，設置在半導體磊晶結構上；一第一反射層，至少部分設置在該第一絕緣層所暴露出的部分該半導體磊晶結構上，且藉由該透明導電層與該半導體磊晶結構電性連接；一第二反射層，設置在該第一反射層及該第一絕緣層上，並覆蓋該基板的至少部分該頂表面；一第二絕緣層，設置在該第二反射層上；以及至少一電極，設置在該第二反射層上，且電性連接該第一反射層及該半導體磊晶結構。
2. 一種發光二極體結構，包括：一基板，具有一頂表面；一半導體磊晶結構，設置在該基板的頂表面上，且至少暴露出該基板的部分該頂表面；一第一絕緣層，覆蓋該半導體磊晶結構及該基板被暴露出的部分該頂表面，並暴露出部分該半導體磊晶結構； 一透明導電層，設置在半導體磊晶結構上；一第一反射層，至少部分設置在該半導體磊晶結構上，且藉由該透明導電層與該半導體磊晶結構電性連接；一第二反射層，設置在該第一反射層及該第一絕緣層上；一第二絕緣層，設置在該第二反射層上；以及至少一電極，設置在該第二絕緣層上，且電性連接該半導體磊晶結構。
3. 一種發光二極體結構，包括：一基板，具有一頂表面；一半導體磊晶結構，設置在該基板的頂表面上，且至少暴露出該基板的部分該頂表面；一第一絕緣層，覆蓋該半導體磊晶結構及該基板的至少部分該頂表面，並暴露出部分該半導體磊晶結構；一導電層，至少部分設置在該第一絕緣層所暴露出的部分該半導體磊晶結構上，且與該半導體磊晶結構電性連接；一第一反射層，設置在該導電層與該第一絕緣層所暴露出的部分該半導體磊晶結構上，且電性連接該半導體磊晶結構；一第二反射層，設置在該第一反射層上且延伸覆蓋該基板被暴露出的部分該頂表面；以及至少一電極，設置在該第二反射層上，且電性連接該導電層及該半導體磊晶結構。
4. 一種發光二極體結構，包括： 一基板，具有一頂表面；一半導體磊晶結構，設置在該基板的頂表面上，且至少暴露出該基板的部分該頂表面；一第一絕緣層，覆蓋該半導體磊晶結構而暴露出部分該半導體磊晶結構；一第一金屬反射層，至少部分設置在該第一絕緣層所暴露出的部分該半導體磊晶結構上，且與該半導體磊晶結構電性連接；一第二金屬反射層，至少部分設置在該第一金屬反射層上；一第二絕緣層，設置在該第二金屬反射層上；以及至少一電極設置在該第二金屬反射層上，且電性連接該第一金屬反射層及該半導體磊晶結構。
5. 一種發光二極體結構，包括：一基板，具有一頂表面；一半導體磊晶結構，設置在該基板的該頂表面上，且暴露出部分該頂表面；一第一絕緣層，覆蓋該半導體磊晶結構及該基板被暴露出的部分該頂表面，並暴露出部分該半導體磊晶結構；一透明導電層，至少部分設置在該第一絕緣層所暴露出的部分該半導體磊晶結構上，且與該半導體磊晶結構電性連接；一布拉格反射鏡層，設置在該透明導電層與該第一絕緣層上，其中該基板被暴露出的部分該頂表面的至少局部為部分該布拉格反射鏡層所覆蓋； 一阻障反射層，設置布拉格反射鏡層上；一第二絕緣層，設置在該阻障反射層上；以及至少一電極，設置在該阻障反射層上，且電性連接該透明導電層及該半導體磊晶結構，其中該發光二極體結構具有一平的側表面，該平的側表面包括該基板、該第一絕緣層及該第二絕緣層。
6. 如申請專利範圍第1、2、3、4或5項所述的發光二極體結構，其中該半導體磊晶結構包括一第一型半導體層、一發光層以及一第二型半導體層，依序設置在該基板上，該半導體磊晶結構的一側表面包括該第一型半導體層、該發光層以及該第二型半導體層。
7. 如申請專利範圍第1、2或5所述的發光二極體結構，其中該透明導電層可為一歐姆接觸層且其材料可選自銦錫氧化物、摻鋁氧化鋅、銦鋅氧化物及上述此等所組成之族群其中之一。
8. 如申請專利範圍第1、2、3、4或5項所述的發光二極體結構，其中該電極的材料可選自金、錫、金錫合金及上述此等所組成之族群其中之一。

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