TWM573517U - Light-emitting diode - Google Patents

Abstract

一種發光二極體包含第一半導體單元、包括出光面的第二半導體單元、發光單元，及包括至少一個條狀電流擴散件的電極單元。出光面具有至少一個供條狀電流擴散件設置的設置面部。設置面部在一個橫向方向上具有一個側邊。條狀電流擴散件具有一個連接設置面部的安裝面，且安裝面在該橫向方向上具有一個鄰近設置面部的側邊的側邊。設置面部的側邊位於安裝面的下方及露出於安裝面中一者，且當設置面部的側邊位於該安裝面的下方時，設置面部的側邊與安裝面的側邊的距離範圍為0至0.8μm，而當設置面部的側邊露出於安裝面時，設置面部的側邊與安裝面的側邊的距離範圍為0至0.5μm。

Description

發光二極體

本新型是有關於一種能產生光線的電子元件，特別是指一種發光二極體。

參閱圖1，一種現有的發光二極體1，設置在一個基板單元10上。該基板單元10包括一個基板101及一層光反射層102。該發光二極體1包含一個第一半導體單元11、一個第二半導體單元12、一個設置在該第一半導體單元11與該第二半導體單元12間的發光單元13，及複數個設置在該第二半導體單元12上且相反於該發光單元13的條狀電流擴散件14。該第一半導體單元11包含一層設置於該光反射層102上的第一接觸層112，及一層設置於該第一接觸層112上的第一半導體層113。該第二半導體單元12包括一個出光面121。該出光面121具有複數個分別供該等條狀電流擴散件14設置的設置面部122，及一個連接該等設置面部122且圍繞該等設置面部122的平坦面部123。雖該發光二極體1能夠被運作來發出光，但該發光二極體1存在有出光效率不佳的問題。

參閱圖2，為改善上述問題，是利用化學濕式蝕刻法對該出光面121的平坦面部123進行蝕刻處理，以轉變成一個粗糙面部124。此外，為使該出光面121的面積最大化以再提升出光效率，該等條狀電流擴散件14的尺寸設計會朝向微米級或次微米級。

雖該發光二極體1能夠具有較佳的出光效率，然而，該蝕刻處理是利用化學濕式蝕刻法，而該化學濕式蝕刻法具有蝕刻等向性的特性，因此，該出光面121在一個縱向方向V及一個橫向方向L上皆會被蝕刻，且在該縱向方向V的蝕刻深度D1(亦即，表面粗糙度)及在該橫向方向L的蝕刻深度D2會是相同的，基於此，當在該縱向方向V的蝕刻深度D1越大，則在該橫向方向L的蝕刻深度D2也會跟著變大，導致各自的設置面部122與各自的條狀電流擴散件14的接觸面積變小，因而使得該等條狀電流擴散件14容易分別從該等設置面部122上脫離，且使得電流擴散效率變低。

本新型的目的，在於提供一種能夠克服先前技術至少一個缺點的發光二極體。

於是，該發光二極體包含一個第一半導體單元、一個第二半導體單元、一個設置在該第一半導體單元與該第二半導體單元間的發光單元，及一個設置在該第二半導體單元上且相反於該發光單元且包括至少一個條狀電流擴散件的電極單元。該第二半導體單元包括一個出光面，該出光面具有至少一個供該至少一個條狀電流擴散件設置的設置面部，及一個連接該至少一個設置面部且圍繞該至少一個設置面部的粗糙面部。該至少一個設置面部在一個橫向方向上具有一個側邊。該至少一個條狀電流擴散件具有一個連接該設置面部的安裝面，且該安裝面在該橫向方向上具有一個鄰近該至少一個設置面部的側邊的側邊。該至少一個設置面部的側邊位於該安裝面的下方及露出於該安裝面中一者，且當該至少一個設置面部的側邊位於該安裝面的下方時，該至少一個設置面部的側邊與該安裝面的側邊的距離範圍為0至0.8μm，而當該至少一個設置面部的側邊露出於該安裝面時，該至少一個設置面部的側邊與該安裝面的側邊的距離範圍為0至0.5μm。該粗糙面部具有一個表面粗糙度，且該表面粗糙度大於該距離。

本新型的功效在於：相較於以往的發光二極體，透過該至少一個設置面部的側邊與該至少一個條狀電流擴散件的安裝面的側邊的距離的設計，使得該至少一個設置面部與該至少一個條狀電流擴散件的接觸面積較大，故該至少一個條狀電流擴散件不易從該至少一個設置面部上脫離。此外，該發光二極體還具有較佳的出光效率。

參閱圖3、圖4及圖5，本新型發光二極體的一個第一實施例設置在一個基板單元9上，且包含沿一個縱向方向V堆疊地設置的一個第一半導體單元2、一個第二半導體單元3、一個發光單元4，及一個電極單元5。該基板單元9包括一個基板91，及一層設置在該基板9上的光反射層92。該基板91例如但不限於矽基板。在該第一實施例中，該基板91為矽基板。該光反射層92包含複合材料。該複合材料例如但不限於含有金的複合材或含有銀的複合材料等。在該第一實施例中，該光反射層92為金合金層。該第一實施例的一個變化態樣中，該基板單元9還包括一層設置在該光反射層92及該發光二極體間的介電層。該介電層的折射率大於該光反射層92的折射率，且小於該發光二極體的第一半導體單元2的折射率及該發光單元4的折射率。當光線進入到該介電層與該第一半導體單元2間的界面時，光線部分會以較大角度進行反射，因此，該介電層具有提高光反射率的效果。該介電層具有改善電流傳輸的電流導通孔。

該第一半導體單元2包括一層設置在該基板單元9的第一接觸層21，以及一層設置在該第一接觸層21上的半導體層22。

該第一接觸層21例如但不限於磷化鎵(GaP)層、砷化鎵(GaAs)層，或銦錫氧化物(ITO)層等。該第一接觸層21例如歐姆接觸層或電流擴散層等。在該第一實施例中，該第一接觸層21為磷化鎵層，且該第一接觸層21在該縱向方向V上的厚度為0.07μm。

該半導體層22例如但不限於磷化鎵層、鋁鎵銦磷(AlGaInP)層，或鋁銦磷(AlInP)層等。在該第一實施例中，該半導體層22為P型的鋁銦磷層，且該半導體層22在該縱向方向V上的厚度為0.3μm。

該第二半導體單元3與該第一半導體單元2間隔設置。該第二半導體單元3包括一層半導體層31及一層功能層32。

該半導體層31例如但不限於磷化鎵層、鋁鎵銦磷層或鋁銦磷層。在該第一實施例中，該半導體層31為N型的鋁銦磷層，且該半導體層31在該縱向方向V上的厚度為0.3μm。

該功能層32例如但不限於磷化鎵層、砷化鎵層、銦錫氧化物層，或鋁鎵銦磷層等。該功能層32例如歐姆接觸層、電流擴散層，或窗口層(window layer)等。該歐姆接觸層利於電流擴散或出光效率。該歐姆接觸層例如銦錫氧化物層或氧化鋅鎵(gallium-doped zinc oxide，簡稱GZO)層等。在該第一實施例中，該功能層32為鋁鎵銦磷層，且在該縱向方向V上的厚度為3μm。

該功能層32包括一個出光面321。該出光面321具有複數個設置面部322，及一個連接該等設置面部322且圍繞該等設置面部322的粗糙面部323。每一個設置面部322在一個橫向方向L上具有一個側邊3221。該粗糙面部323具有一個表面粗糙度。該粗糙面部323的表面粗糙度小於該第二半導體單元3的功能層32的厚度。在該第一實施例中，該粗糙面部323的表面粗糙度為1μm。

該發光單元4設置在該第一半導體單元2與該第二半導體單元3間。該發光單元4被激發後會發射出例如波長範圍為550nm至850nm的光。該發光單元4包括一層發光構件41。該發光構件41例如但不限於鋁銦磷層、鋁鎵銦磷層、磷化鎵層，或鋁鎵砷(AlGaAs)層等。該發光構件41包括量子阱層(quantum well layer)及量子位障層(quantum barrier layer)。在該第一實施例中，該發光構件41為鋁鎵銦磷[(Al _zGa _1-z) _0.5In _0.5P，z為大於0至小於1]層，且在該縱向方向V上的厚度為0.2μm，其中，該發光構件41被激發後發射出波長為620nm至624nm的光，且該量子阱層由(Al _0.1Ga _0.9) _0.5In _0.5P所製成，而該量子位障層由(Al _0.65Ga _0.35) _0.5In _0.5P所製成。

該電極單元5設置在該第二半導體單元3上且相反於該發光單元4。該電極單元5包括一個設置在該第二半導體單元3的中心處的電流注入電極52，及複數個由該電流注入電極52的周圍延伸且設置在該第二半導體單元3上的條狀電流擴散件51。當該電流注入電極52接受到電流後，藉由該等條狀電流擴散件51，將該電流橫向擴散且縱向地傳遞到該第二半導體單元3，以使該電流均勻地擴散至該第二半導體單元3，並進入該發光單元4及該第一半導體單元2，從而實現發光。

每一個條狀電流擴散件51具有一個連接各自的設置面部322的安裝面511，且該安裝面511在該橫向方向L上具有一個側邊5111。該安裝面511的側邊5111鄰近各自的設置面部322的側邊3221，且該安裝面511的側邊5111與各自的設置面部322的側邊3221位在相同側。

每一個設置面部322的側邊3221位於各自的安裝面511的下方或露出於各自的安裝面511。當每一個設置面部322的側邊3221位於各自的安裝面511的下方時，每一個設置面部322的側邊3221與各自的安裝面511的側邊5111的距離D為0至0.8μm，而當每一個設置面部322的側邊3221露出於各自的安裝面511時，每一個設置面部322的側邊3221與各自的安裝面511的側邊5111的距離D為0至0.5μm，且該第二半導體單元3的功能層32的粗糙面部323的表面粗糙度大於該距離D。

較佳地，當每一個設置面部322的側邊3221位於各自的安裝面511的下方時，該粗糙面部323的表面粗糙度範圍為1μm以上。當每一個設置面部322的側邊3221位於各自的安裝面511的下方時，較佳地，每一個設置面部322的側邊3221與各自的安裝面511的側邊5111的距離D為0μm至0.3μm、0.3μm至0.5μm，或0.5μm至0.8μm。

當每一個設置面部322的側邊3221露出於各自的安裝面511時，較佳地，每一個設置面部322的側邊3221與各自的條狀電流擴散件51的安裝面511的側邊5111的距離D範圍為0μm至0.5μm，且該粗糙面部323的表面粗糙度範圍為0.7μm以上。更佳地，每一個設置面部322的側邊3221與各自的條狀電流擴散件51的安裝面511的側邊5111的距離D範圍為0μm至0.4μm。又更佳地，每一個設置面部322的側邊3221與各自的條狀電流擴散件51的安裝面511的側邊5111的距離D範圍為0μm至0.2μm。在該第一實施例中，每一個設置面部322的側邊3221露出於各自的安裝面511，且每一個設置面部322的側邊3221與各自的條狀電流擴散件51的安裝面511的側邊5111的距離D範圍為0.4μm。

為使該發光單元4發出的光產生光繞射來出光或者能夠儘量出光而不會被該等條狀電流擴散件51所阻擋，以提升該發光二極體的出光效率，較佳地，每一個設置面部322的側邊3221與各自的條狀電流擴散件51的安裝面511的側邊5111的距離D為該發光單元4發出的光的波長以下。

較佳地，該等條狀電流擴散件51在該橫向方向L上的寬度W範圍為1μm以上。為避免該等條狀電流擴散件51存在有斷裂的問題、避免形成該等條狀電流擴散件51的沉積工藝難以控制的問題，或提升該發光二極體的電流擴散效率，更佳地，該等條狀電流擴散件51在該橫向方向L上的寬度W範圍為3μm至20μm。在該第一實施例中，該等條狀電流擴散件51在該橫向方向L上的寬度W為7μm。

為提升該發光二極體的電流擴散效率，較佳地，該等條狀電流擴散件51的材質包括至少一種由下列群組所組成的材料：金屬元素、金屬合金及金屬氧化物，且該材料中的金屬選自於金、鍺、鉑、銅、鋁、鈦、鎳，或鉻。在該第一實施例中，該等條狀電流擴散件51的材質為金鍺合金。

相較於以往的發光二極體，在相同的表面粗糙度及相同的該等條狀電流擴散件51的寬度的情況下，本新型發光二極體的每一個設置面部322與各自的條狀電流擴散件51的接觸面積較大，故本新型發光二極體的該等條狀電流擴散件51不易從該等設置面部322上脫離。

參閱圖4、圖6及圖7，該第一實施例的發光二極體的製造方法包含以下步驟。提供一個積層體，包含該基板單元9、該第一半導體單元2、包括該出光面321的該第二半導體單元3，及該發光單元4。接著，將第一感光組成物塗佈於該第二半導體單元3的出光面321上並形成第一塗膜7，然後，對該第一塗膜7進行光微影製程，形成一層第一圖案化膜71，其中，該第一圖案化膜71包括複數個間隔設置且使該第二半導體單元3的出光面321部分裸露出的矩形槽70。在該等矩形槽70中設置金屬材料，然後，將該第一圖案化膜71自該第二半導體單元3的出光面321上脫離，而獲得設置在該第二半導體單元3且包複數個條狀電流擴散件51的該電極單元5。值得說明的是，該金屬材料為金屬元素、金屬合金及金屬氧化物中一者，且設置金屬材料的方式例如但不限於蒸鍍方式、濺射方式，或電鍍方式等。該濺射方式例如但不限於離子濺射或電子束濺射等。此外，當該等條狀電流擴散件51的厚度超過預定值時，進一步地利用一台化學研磨機對該等條狀電流擴散件51進行研磨。於該電極單元5的每一個條狀電流擴散件51的相反兩側設置一個斜坡型的保護機構8。每一個保護機構8包括兩個分別位於各自的條狀電流擴散件51的相反兩側的斜坡型保護件81。每兩個相鄰的保護機構8界定出一個槽810。每一個槽810使該第二半導體單元3的出光面321部分裸露出，而界定出用來形成該粗糙面部323的蝕刻區812。接著，浸泡於蝕刻液中，以使該蝕刻區812的出光面321與該蝕刻液接觸，而使得在該等槽810中的出光面321形成粗糙面部323。然後，自該蝕刻液中取出，在25℃的環境溫度下，利用去離子水清洗。接著，將該等保護機構8自該電極單元5上脫離。該保護機構8的形成方式例如但不限於利用感光組成物進行光微影製程來形成，或者，利用氮化矽或氧化矽等材料進行沉積處理來形成等。該感光組成物例如光刻膠、光阻劑，或正型感光膠等。該正型感光膠的黏滯係數為大於0.5pas。該蝕刻液包含醋酸、硝酸、氫氟酸及碘。該蝕刻液的溫度範圍為25℃至60℃。浸泡時間範圍為為20s至120s。該保護機構8自該電極單元5上脫離的方式可採用化學藥劑或物理方法來移除。在該第一實施例中，該感光組成物為正型感光膠，該蝕刻液的溫度為40℃，且浸泡時間為90s。透過保護機構8的該等斜坡型保護件81，當進行蝕刻處理時，能夠先避免該等條狀電流擴散件51下方的出光面321被蝕刻，因而能夠控制該發光二極體的該第二半導體單元3的功能層32的每一個設置面部322的側邊3221與各自的條狀電流擴散件51的安裝面511的側邊5111的距離D。

參閱圖8，本新型發光二極體的一個第二實施例與該第一實施例的主要不同在於：在該第二實施例中， 無該第二半導體單元3的功能層32。該第二半導體單元3的半導體層31包括該出光面321。該粗糙面部323的表面粗糙度小於該第二半導體單元3的半導體層31的厚度。在該第二實施例中，每一個設置面部322的側邊3221露出於各自的安裝面511，且每一個設置面部322的側邊3221與各自的條狀電流擴散件51的安裝面511的側邊5111的距離D範圍為0.4μm，且該粗糙面部323的表面粗糙度為1μm。該第二實施例的發光二極體的製造方法可採用於該第一實施例的發光二極體的製造方法，故不再贅述。

參閱圖9，本新型發光二極體的一個第三實施例與該第一實施例的主要不同在於：在該第三實施例中， 該第一半導體單元2的第一接觸層21為P型磷化鎵電流擴散層，且該半導體層22為鋁鎵銦磷層。該第二半導體單元3的半導體層31為鋁鎵銦磷層，且該功能層32為N型砷化鎵歐姆接觸層。該發光單元4的發光構件41被激發後會發射出波長為620nm的光。在該第三實施例中，每一個設置面部322的側邊3221位於各自的安裝面511的下方，且每一個設置面部322的側邊3221與各自的條狀電流擴散件51的安裝面511的側邊5111的距離D為0.8μm，且該粗糙面部323的表面粗糙度為1μm。該第三實施例的發光二極體的製造方法可採用於該第一實施例的發光二極體的製造方法，故不再贅述。

本新型提供一個先前技術所述的發光二極體，並做為比較例。該比較例與本新型第一實施例主要的不同點在於：在該比較例中，每一個設置面部322的側邊3221與各自的條狀電流擴散件51的安裝面511的側邊5111的距離D為1μm，且該粗糙面部323的表面粗糙度為1μm。該比較例的出光效率低於該第一實施例的出光效率，且差異為3%。

綜上所述，相較於以往的發光二極體，透過每一個設置面部322的側邊3221與各自的條狀電流擴散件51的安裝面511的側邊5111的距離D的設計，使得每一個設置面部322與各自的條狀電流擴散件51的接觸面積較大，故該等條狀電流擴散件51不易從該等設置面部322上脫離。此外，該發光二極體還具有較佳的出光效率，故確實能達成本新型的目的。

惟以上所述者，僅為本新型之實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧第一半導體單元

21‧‧‧第一接觸層

22‧‧‧半導體層

3‧‧‧第二半導體單元

31‧‧‧半導體層

32‧‧‧功能層

321‧‧‧出光面

322‧‧‧設置面部

3221‧‧‧側邊

323‧‧‧粗糙面部

4‧‧‧發光單元

41‧‧‧發光構件

5‧‧‧電極單元

51‧‧‧條狀電流擴散件

511‧‧‧安裝面

5111‧‧‧側邊

52‧‧‧電流注入電極

V‧‧‧縱向方向

L‧‧‧橫向方向

D‧‧‧距離

W‧‧‧寬度

7‧‧‧第一塗膜

71‧‧‧第一圖案化膜

70‧‧‧矩形槽

8‧‧‧保護機構

81‧‧‧保護件

812‧‧‧蝕刻區

810‧‧‧槽

9‧‧‧基板單元

91‧‧‧基板

92‧‧‧光反射層

本新型之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一個側視示意圖，說明一個現有的發光二極體； 圖2是一個側視示意圖，說明一個現有的發光二極體； 圖3是一個立體示意圖，說明本新型發光二極體的一個第一實施例； 圖4是該第一實施例的一個側視示意圖； 圖5是該第一實施例的一個局部立體示意圖； 圖6及圖7是流程示意圖，說明該第一實施例的製造方法； 圖8是一個側視示意圖，說明本新型發光二極體的一個第二實施例；及 圖9是一個側視示意圖，說明本新型發光二極體的一個第三實施例。

Claims (20)

1. 一種發光二極體，包含： 一個第一半導體單元； 一個第二半導體單元，與該第一半導體單元間隔設置，且包括一個出光面，該出光面具有至少一個設置面部，及一個連接該至少一個設置面部且圍繞該至少一個設置面部的粗糙面部，該至少一個設置面部在一個橫向方向上具有一個側邊； 一個發光單元，設置在該第一半導體單元與該第二半導體單元間；及 一個電極單元，設置在該第二半導體單元上且相反於該發光單元，且包括至少一個條狀電流擴散件，該至少一個條狀電流擴散件具有一個連接該至少一個設置面部的安裝面，且該安裝面在該橫向方向上具有一個鄰近該至少一個設置面部的側邊的側邊； 其中，該至少一個設置面部的側邊位於該安裝面的下方及露出於該安裝面中一者，且當該至少一個設置面部的側邊位於該安裝面的下方時，該至少一個設置面部的側邊與該安裝面的側邊的距離範圍為0至0.8μm，而當該至少一個設置面部的側邊露出於該安裝面時，該至少一個設置面部的側邊與該安裝面的側邊的距離範圍為0至0.5μm。
2. 如請求項1所述的發光二極體，其中，該粗糙面部具有一個大於該距離的表面粗糙度。
3. 如請求項2所述的發光二極體，其中，該至少一個設置面部的側邊位於該安裝面的下方，且該粗糙面部的表面粗糙度範圍為1μm以上。
4. 如請求項2所述的發光二極體，其中，該至少一個設置面部的側邊露出於該安裝面。
5. 如請求項4所述的發光二極體，其中，該粗糙面部的表面粗糙度範圍為0.7μm以上。
6. 如請求項5所述的發光二極體，其中，該至少一個設置面部的側邊與該安裝面的側邊的距離範圍為0μm至0.4μm。
7. 如請求項1所述的發光二極體，其中，該第二半導體單元包括一層具有該出光面的半導體層。
8. 如請求項1所述的發光二極體，其中，該第二半導體單元包括一層半導體層，及一層設置在該半導體層並具有該出光面的功能層。
9. 如請求項8所述的發光二極體，其中，該功能層為歐姆接觸層。
10. 如請求項8所述的發光二極體，其中，該功能層為電流擴散層。
11. 如請求項8所述的發光二極體，其中，該功能層為窗口層。
12. 如請求項3所述的發光二極體，其中，該至少一個設置面部的側邊與該至少一個條狀電流擴散件的安裝面的側邊的距離範圍為0μm至0.3μm。
13. 如請求項3所述的發光二極體，其中，該至少一個設置面部的側邊與該至少一個條狀電流擴散件的安裝面的側邊的距離範圍為0.3μm至0.5μm。
14. 如請求項3所述的發光二極體，其中，該至少一個設置面部的側邊與該至少一個條狀電流擴散件的安裝面的側邊的距離範圍為0.5μm至0.8μm。
15. 如請求項1所述的發光二極體，其中，該至少一個條狀電流擴散件的材質包括至少一種由下列群組所組成的材料：金屬元素、金屬合金及金屬氧化物，且該材料中的金屬選自於金、鍺、鉑、銅、鋁、鈦、鎳，或鉻。
16. 如請求項4所述的發光二極體，其中，該至少一個條狀電流擴散件在該橫向方向上的寬度範圍為1μm以上。
17. 如請求項4所述的發光二極體，其中，該至少一個條狀電流擴散件在該橫向方向上的寬度範圍為3μm至20μm。
18. 如請求項4所述的發光二極體，其中，該至少一個設置面部的側邊與該安裝面的側邊的距離範圍為該發光單元發出的光的波長以下。
19. 如請求項7所述的發光二極體，其中，該粗糙面部的表面粗糙度小於該第二半導體單元的半導體層的厚度。
20. 如請求項8所述的發光二極體，其中，該粗糙面部的表面粗糙度小於該第二半導體單元的功能層的厚度。