TWI578565B - 發光二極體 - Google Patents
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Description
本發明係有關於發光二極體，特別有關於發光二極體的電極設置。
發光二極體(light-emitting diode；LED)是一種能發光的半導體電子元件，其包含P型半導體層和N型半導體層，當電流流過發光二極體時，電子與電洞在P型半導體層和N型半導體層的接面處結合而產生光子，此為發光二極體的發光原理。發光二極體因為具有能量耗損低、壽命長、尺寸小、亮度高等優點，已經逐漸取代傳統的白熱燈泡(incandescent light bulb)，並且廣泛地應用在各種電子產品和照明用途上。
一般而言，在發光二極體的P型半導體層和N型半導體層上還會分別形成P型電極和N型電極，並且為了讓電流分布均勻，發光二極體的P型電極和N型電極還會包含電流擴展條，在傳統的發光二極體中，P型電極的電流擴展條通常設置在P型半導體層上，因此傳統發光二極體的P型電極之電流擴展條會遮住發光二極體的發光區域，使得發光二極體的出光面積減少，導致發光二極體的發光效率降低。
本揭示提供發光二極體的電極設置方式之改良，此發光二極體的P型電極之電流擴展條係設置於N型半導體層與P型半導體層不產生重疊的區域上，因此P型電極的電流擴展條不會遮住發光二極體的發光區域，可降低發光二極體的發光面積被P型電極遮住的比例，進而提高發光二極體的發光效率，同時還可保留P型電極的電流擴展條促進電流分布均勻的好處。
在本揭示的實施例中，提供發光二極體，此發光二極體包含：N型半導體層，發光層設置於部分N型半導體層上，並裸露出部份N型半導體層，P型半導體層則設置於發光層上。此外，發光二極體的P型電極包含主體部和延伸部，其中主體部係設置於P型半導體層上表面的一角落，而延伸部則自主體部沿著P型半導體層與裸露的N型半導體層鄰接之側壁延伸至裸露的N型半導體層上，發光二極體的N型電極則設置於裸露的N型半導體層上。此外，發光二極體還包含電流阻擋層設置於P型電極下方之P型半導體層和N型半導體層上，以及透明導電層設置於P型半導體層之部分上表面，且部分的透明導電層介於電流阻擋層與P型電極之間。
100‧‧‧發光二極體
101‧‧‧基板
103‧‧‧N型半導體層
105‧‧‧發光層
107‧‧‧P型半導體層
107A‧‧‧第一區
107B‧‧‧第二區
107C‧‧‧第三區
107S‧‧‧側壁的傾斜面
109‧‧‧電流阻擋層
111‧‧‧透明導電層
113‧‧‧P型電極
113B‧‧‧第一主體部
113F‧‧‧第一延伸部
115‧‧‧N型電極
115B‧‧‧第二主體部
115F‧‧‧第二延伸部
L‧‧‧第一邊
W‧‧‧第二邊
為了讓本揭示之目的、特徵、及優點能更明顯易懂，以下配合所附圖式作詳細說明如下：第1圖顯示依據本揭示的一實施例，發光二極體的概略
平面示意圖；第2圖顯示依據本揭示的一實施例，沿著第1圖中的剖面線A-A’，發光二極體的概略剖面示意圖；第3圖顯示依據本揭示的一實施例，沿著第1圖中的剖面線B-B’，發光二極體的概略剖面示意圖；以及第4圖顯示依據本揭示的一實施例，沿著第1圖中的剖面線C-C’，發光二極體的概略剖面示意圖。
第1圖顯示依據本揭示的一實施例，發光二極體100的概略平面示意圖，為了簡化圖式，在第1圖中未繪出發光二極體100的某些元件層，例如基板、發光層、電流阻擋層及透明導電層等，這些元件層的設置請參閱後續第2-4圖所示之發光二極體100的概略剖面示意圖。發光二極體100包含N型半導體層103，發光層(未繪出)設置於部分的N型半導體層103上，並且暴露出部分的N型半導體層103，P型半導體層107則設置於發光層上，位於N型半導體層103上方，並且暴露出部分的N型半導體層103。
此外，發光二極體100還包含P型電極113及N型電極115，在一實施例中，P型電極113和N型電極115可由金屬材料製成，其中P型電極113包含第一主體部113B和第一延伸部113F，第一主體部113B為P型電極113的主要電極墊(pad)，第一延伸部113F則為P型電極113的電流擴展條(finger)。如第1圖所示，以上視角度觀
之，N型半導體層103和P型半導體層107的平面形狀大致上為矩形，矩形的N型半導體層103具有第一邊L和第二邊W，其中第一邊L的長度大於第二邊W的長度，而P型電極113的第一延伸部113F則是沿著第一邊L的方向延伸，因此P型電極113的第一延伸部113F可以讓電流沿著第一邊L的方向擴展，並藉由P型電極113下方的透明導電層(未繪出)讓電流均勻分佈在P型半導體層107上。
如第1圖所示，P型電極113的第一主體部113B係設置於P型半導體層107上表面的一角落，而P型電極113的第一延伸部113F則是自第一主體部113B沿著P型半導體層107與裸露的N型半導體層103鄰接之側壁延伸至裸露的N型半導體層103上。另外，N型電極115也包含第二主體部115B和第二延伸部115F，第二主體部115B為N型電極115的主要電極墊，第二延伸部115F則為N型電極115的電流擴展條，N型電極115的第二延伸部115F與P型電極113的第一延伸部113F互相平行。
依據本揭示之實施例，P型電極113的第一延伸部113F、N型電極115的第二主體部115B和第二延伸部115F皆設置於裸露的N型半導體層103上，其中N型電極115的第二主體部115B設置於裸露的N型半導體層103的一角落，而N型電極115的第二延伸部115F則是沿著矩形N型半導體層103的第一邊L的方向延伸，使得電流沿著第一邊L的方向擴展，進而讓電流均勻分佈在N型半導體層103上。
如第1圖所示，可將P型半導體層107的上表面定義為第一區107A、第二區107B和第三區107C，其中第一區107A對應至P型電極113的第一主體部113B，第二區107B對應至P型電極113的第一延伸部113F和N型電極115的第二延伸部115F，而第三區107C則對應至型電極115的第二主體部115B。此外，如第1圖所示，以上視角度觀之，P型半導體層107的一長邊對應至第二區107B的部分相較於對應至第一區107A的部分更往P型半導體層107的中心點內縮，並且此長邊對應至第三區107C的部分相較於對應至第二區107B的部分也更往內縮。
依據本揭示之實施例，在發光二極體100的N型半導體層103與P型半導體層107重疊的區域上方，亦即發光二極體100的發光區域上方不具有P型電極113的第一延伸部113F，因此本揭示之發光二極體100的發光區域不會被P型電極113的第一延伸部113F遮蔽，可降低P型電極113的遮光面積，使得發光二極體100的發光面積不會因為P型電極113的第一延伸部113F之設置而減少，進而可提升發光二極體100的發光效率，同時還可保留P型電極113的第一延伸部113F作為電流擴展條。
在一實施例中，發光二極體100的N型半導體層103與P型半導體層107重疊的區域面積例如為162800μm2，P型電極113的第一主體部113B的面積例如為6100μm2，P型電極113的第一延伸部113F的面積例如為2400μm2，相較於P型電極113完全設置在P型半導體
層107上的例子而言，依據本揭示之實施例，在發光二極體100的發光區域上方不具有P型電極113的第一延伸部113F，因此可將P型電極113的遮光面積佔發光面積的比例由5.2%降低至3.7%，如此可有效地提高發光二極體100的光萃取率(light extraction efficiency)。
參閱第2圖，其係顯示依據本揭示的一實施例，沿著第1圖中的剖面線A-A’，發光二極體100的概略剖面示意圖。如第2圖所示，N型半導體層103係設置於基板101上，發光層105則設置於部分的N型半導體層103上，並裸露出部分的N型半導體層103，而P型半導體層107則設置於發光層105上，可藉由製作發光二極體100的平台(mesa)結構之黃光與蝕刻製程形成發光層105和P型半導體層107。
在一實施例中，發光二極體100例如為發藍光的發光二極體，其中基板101可以是藍寶石(sapphire)基板，N型半導體層103的材料可以是N型含鎵的氮化物，例如N型氮化鎵(N-GaN)，而P型半導體層107的材料則可以是P型含鎵的氮化物，例如P型氮化鎵(P-GaN)，發光層105則可以是具有多重量子井(multiple quantum well；MQW)結構的半導體層，其材料例如為氮化銦鎵(InGaN)和氮化鎵(GaN)。在其他實施例中，發光二極體100的基板101、N型半導體層103、P型半導體層107和發光層105也可以由其他合適的材料形成，藉此可得到發出各種光色的發光二極體。此外，發光二極體100還可包含其他元件
層，例如介於基板101與N型半導體層103之間的緩衝層等，第2-4圖所示之結構是為了簡化說明，發光二極體100的結構並不限定於第2-4圖所示之結構。
參閱第3圖，其係顯示依據本揭示的一實施例，沿著第1圖中的剖面線B-B’，發光二極體100的概略剖面示意圖。如第2圖和第3圖所示，發光二極體100還包含電流阻擋層(current blocking layer)109對應於P型電極113的下方設置，電流阻擋層109係設置於P型電極113的第一主體部113B下方的P型半導體層107上，以及P型電極113的第一延伸部113F下方的N型半導體層103上。
此外，如第3圖所示，電流阻擋層109還設置於P型半導體層107與裸露的N型半導體層103鄰接之側壁上，並且電流阻擋層109係自P型半導體層107的上表面沿著此側壁延伸至裸露的N型半導體層103上，電流阻擋層109可藉由黃光與蝕刻製程形成。此外，由於電流阻擋層109係覆蓋在P型半導體層107與裸露的N型半導體層103鄰接之側壁上，因此電流阻擋層109還可以同時作為P型半導體層與N型半導體層之接合面的保護層(P/N-junction passivation layer)。在一實施例中，電流阻擋層109的材料可以是有機或無機的絕緣材料，例如為二氧化矽。
如第2圖和第3圖所示，發光二極體100還包含透明導電層111設置於P型半導體層107的部分上表
面，並且部分的透明導電層111介於電流阻擋層109與P型電極113之間。如第2圖所示，部分的透明導電層111介於電流阻擋層109與P型電極113的第一主體部113B之間；如第3圖所示，部分的透明導電層111介於電流阻擋層109與P型電極113的第一延伸部113F之間。此外，部分的透明導電層111還順應地形成於電流阻擋層109上，覆蓋於P型半導體層107與裸露的N型半導體層103鄰接之側壁上方，可藉由黃光與蝕刻製程形成透明導電層111。
透明導電層111可作為電流散佈層(current spreading layer)，讓施加在P型電極113上的電流均勻地散佈(spreading)至P型半導體層107，避免電流擁塞(crowding)而造成電壓偏高。在一實施例中，透明導電層111的材料可以是氧化銦錫(indium tin oxide)或其他合適的透明導電材料。於透明導電層111形成之後，在透明導電層111和裸露的N型半導體層103上製作P型電極113和N型電極115，即可完成發光二極體100的製作。
參閱第4圖，其係顯示依據本揭示的一實施例，沿著第1圖中的剖面線C-C’，發光二極體100的概略剖面示意圖。如第4圖所示，P型電極113的第一延伸部113F係自第一主體部113B沿著P型半導體層107與裸露的N型半導體層103鄰接之側壁107S延伸至裸露的N型半導體層103上方，在一實施例中，此側壁107S為傾斜面，傾斜的側壁107S可使得P型電極113的第一延伸部113F更容易地從第一主體部113B沿著側壁107S延伸至裸露的
N型半導體層103上方。
另外，如第4圖所示，在P型電極113與P型半導體層107和裸露的N型半導體層103之間還具有電流阻擋層109及透明導電層111，同樣地，此傾斜的側壁107S也有助於讓電流阻擋層109和透明導電層111從P型半導體層107的上表面沿著側壁107S延伸至裸露的N型半導體層103上方。
依據本揭示之實施例，藉由將P型電極113的第一延伸部113F設置於裸露的N型半導體層103上方，可以讓P型電極113的第一延伸部113F不會遮住發光二極體100的發光區域，如此可減少發光二極體100的發光面積被P型電極113遮住的比例，進而有效地提高發光二極體的發光效率，並且還可以同時保留P型電極113的第一延伸部113F作為電流擴展條，因此本揭示之實施例更適用於具有一邊較長例如第一邊L，而另一邊較短例如第二邊W的矩形發光二極體100。
雖然本發明已揭露較佳實施例如上，然其並非用以限定本發明，在此技術領域中具有通常知識者當可瞭解，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定為準。
100‧‧‧發光二極體
103‧‧‧N型半導體層
107‧‧‧P型半導體層
107A‧‧‧第一區
107B‧‧‧第二區
107C‧‧‧第三區
113‧‧‧P型電極
113B‧‧‧第一主體部
113F‧‧‧第一延伸部
115‧‧‧N型電極
115B‧‧‧第二主體部
115F‧‧‧第二延伸部
L‧‧‧第一邊
W‧‧‧第二邊
Claims (11)
- 一種發光二極體，包括：一N型半導體層；一發光層，設置於部分該N型半導體層上，並裸露出部份該N型半導體層；一P型半導體層，設置於該發光層上；一P型電極，包含一第一主體部和一第一延伸部，其中該第一主體部係設置於該P型半導體層上表面之一角落，而該第一延伸部則係自該第一主體部沿該P型半導體層與該裸露的該N型半導體層鄰接之一側壁延伸至裸露的該N型半導體層上，且該發光層未被該第一延伸部遮蔽；一N型電極，設置於裸露的該N型半導體層上；一電流阻擋層，設置於該P型電極下方之該P型半導體層和該N型半導體層上；以及一透明導電層，設置於該P型半導體層之部分上表面，且部分該透明導電層係介於該電流阻擋層與該P型電極之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該側壁係一傾斜面。
- 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體，其中該N型半導體層的形狀為矩形，該矩形的一第一邊的長度大於一第二邊的長度，且該P型電極的該延伸部係沿著該第一邊的方向延伸。
- 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體，其中該N 型電極包含一第二主體部和一第二延伸部，且該N型電極的該第二延伸部與該P型電極的該第一延伸部互相平行。
- 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體，其中該P型半導體層的該上表面可定義為一第一區、一第二區和一第三區，其中該第一區係對應至該P型電極的該第一主體部，該第二區係對應至該P型電極的該第一延伸部和該N型電極的該第二延伸部，而該第三區則係對應至該N型電極的該第二主體部。
- 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之發光二極體，其中該N型半導體層與該P型半導體層重疊的區域上方不具有該P型電極的該第一延伸部。
- 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體，更包括一基板，其中該N型半導體層設置於該基板上。
- 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體，其中該N型半導體係含鎵的氮化物。
- 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體，其中該P型半導體係含鎵的氮化物。
- 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體，其中該發光層係具有多重量子井結構的半導體層。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該第一主體部具有一第一寬度，該第一延伸部具有一第二寬度，該第一寬度大於該第二寬度。
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