CN101305475A - 具有改进的透明电极结构的ac发光二极管 - Google Patents

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Abstract

公开一种具有改进的透明电极结构的AC发光二极管。所述发光二极管包括形成在单个基底上的多个发光单元，每个发光单元具有第一导电型半导体层、位于第一导电型半导体层的一个区域上的第二导电型半导体层以及***第一导电型半导体层和第二导电型半导体层之间的有源层。透明电极结构位于每个发光单元上。透明电极结构包括至少两个彼此分开的部分，或者包括中心部分和从所述中心部分的两侧侧向延伸的分支。同时，线电连接相邻的两个发光单元。因此，多个发光单元被电连接，从而可提供可在AC电源下被驱动的发光二极管。此外，采用改进的透明电极结构，从而可防止电流密度局部地增加。

Description

具有改进的透明电极结构的AC发光二极管
技术领域
本发明涉及一种AC发光二极管(LED)，更具体地讲，涉及一种具有改进的透明电极结构的AC LED。
背景技术
GaN基的发光二极管(LED)已被应用和开发了大约10年。GaN基LED使用改变相当大的LED技术，并且当前被用于各种应用，例如，全彩色LED显示器、LED交通信号和白色LED。近来，高效的白色LED有望替代荧光灯。具体地说，白色LED的效率达到近似于普通荧光灯的水平。
通常，LED通过前向电流发射光，并需要DC电源。因此，当通过直接连接到AC电源来使用LED时，LED根据电流的方向反复地导通/截止。结果，存在这样的问题：LED不连续地发光，并且可能由于反向电流而易于损坏。
为了解决LED的这个问题，在SAKAIT等人的题为“LIGHT-EMITTINGDEVICE HAVING LIGHT-EMITTING ELEMENTS”(具有发光元件的发光装置)，的第WO2004/023568(A1)号的PCT公布中已经公开了可以通过直接连接到高压AC电源来进行使用的LED。
图1是示出根据第WO 2004/023568(A1)号PCT公布的AC LED的局部平面图，图2是沿图1中的线IV-IV截取的剖视图。
参照图1和图2，多个发光单元1形成在基底10上。此外，在每个发光单元1上设置p电极22和n电极24。空气桥(air bridge)线28将彼此相邻的发光单元的p电极22和n电极24电连接，从而所述多个发光单元1相串联。
每个发光单元包括n-GaN层14和p-GaN层20。尽管未示出，InGaN有源层(active layer)可***n-GaN层14和p-GaN层20之间。p电极22形成在p-GaN层20上，n电极24形成在n-GaN层14上。同时，空气桥线28将p电极22和n电极24电连接。
根据第WO 2004/023568(A1)号PCT公布，LED(发光单元)在绝缘基底(例如，蓝宝石基底)上二维地串联，以形成LED阵列。这样的两个LED阵列反向并联在蓝宝石基底上。结果，提供可由AC电源驱动的单片发光装置。
然而，当p电极22和n电极24如图1所示通过空气桥线28相连接时，流过空气桥线28的前向电流局部地集中在每个p电极22的某个区域。因此，在每个p电极22的该区域中电流密度增加，而在每个p电极22的其他区域中电流密度相对降低。电流密度的局部增加不仅限制有源层的发光区域而且由于过度的电流密度而导致p电极22的剥落现象(peeling phenomenon)。此外，电流密度的局部增加提高了该区域中的结温度，从而降低了发光效率。在增加电流以获得高输出功率的情况下，这个问题变得更加严重。因此，需要防止电流在p电极22上局部地集中并且使电流均匀地分散在整个p电极中的LED。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于提供一种适于防止电流在发光单元中局部地集中并允许电流均匀地分散的AC发光二极管。
技术方案
为了实现本发明的目的，根据本发明的一方面的AC发光二极管包括形成在单个基底上的多个发光单元。每个发光单元包括第一导电型半导体层、位于第一导电型半导体层的一个区域的顶部上的第二导电型半导体层以及***第一导电型半导体层和第二导电型半导体层之间的有源层。同时，透明电极结构位于每个发光单元上。透明电极结构包括至少两个彼此分开的部分。此外，线将相邻的两个发光单元电连接。线将位于相邻的两个发光单元中的一个上的透明电极结构的所述至少两个部分的每个电连接到相邻的两个发光单元中的另外一个的第一导电型半导体层。
根据本方面的一方面，透明电极结构的分开的部分连接到与其相邻的第一导电型半导体层，以便可分散流入透明电极结构中的电流，从而防止电流密度的局部增加。
透明电极结构的所述至少两个部分的每个可具有沿电流在发光单元之间流动的方向延伸的形状。因此，在透明电极结构中流动的电流也均匀分布在所述每个部分中。
同时，n型电极可形成在每个发光单元中的第一导电型半导体层的其他区域上，p型电极焊盘可分别形成在每个发光单元上的透明电极结构的所述至少两个部分上。此时，所述线电连接n型电极和p型电极焊盘。
为了实现本发明的目的，根据本发明的另一方面的AC发光二极管具有改变的透明电极结构。即，在本发明的另一方面中，透明电极结构位于每个发光单元上，并且具有中心部分和从所述中心部分的两侧侧向延伸的分支。因此，电流沿中心部分流动并还流到分支的端部，从而电流可被均匀地分散。
同时，所述线的每根电连接相邻的两个发光单元，以便位于相邻的两个发光单元中的一个发光单元上的透明电极结构电连接到相邻的两个发光单元中的另外一个发光单元的第一导电型半导体层。
此外，所述中心部分可具有沿电流在发光单元之间流动的方向延伸的形状。此外，所述分支垂直于电流在发光单元之间流动的方向延伸。因此，甚至可防止电流在中心部分的局部集中。
此外，n型电极可形成在每个发光单元中的第一导电型半导体层的其他区域上；p型电极焊盘可形成在每个发光单元上的透明电极结构的中心部分上。此时，所述线的每根电连接n型电极和p型电极焊盘。
技术效果
根据本发明，可提供能够防止电流在发光单元中局部地集中并允许电流均匀地分散的AC发光二极管。因此，可防止由于过度的电流局部集中导致的p电极的剥落现象。此外，电流在发光单元的整个区域中被均匀地分散，从而可提高发光效率。此外，由于电流被均匀地分散，因此与现有技术相比可增加电流，因此可提供具有高输出功率的AC发光二极管。
附图说明
图1是示出传统的AC发光二极管(LED)的平面图，图2是沿图1中的线IV-IV截取的剖视图。
图3是示出根据本发明的实施例的AC LED的平面图。
图4是用于示出根据本发明的实施例的AC LED的沿图3中的线I-I’截取的剖视图。
图5至图7是示出制造根据本发明的实施例的AC LED的方法的剖视图。
图8和图9是示出根据本发明的其他实施例的AC LED的平面图。
具体实施方式
以下，将参照附图详细地描述本发明的优选实施例。下面的实施例仅以示例性为目的被提供，从而本领域的技术人员能够完全理解本发明的精神。因此，本发明不限于下面的实施例，而是可以以其他的形式实施本发明。在附图中，为了便于示出，夸大了部件的宽度、长度、厚度等。贯穿整个说明书和附图，相同的标号表示同样的部件。
图3是示出根据本发明的实施例的AC发光二极管(LED)的平面图，图4是沿图3中的线I-I’截取的剖视图。
参照图3和图4，多个发光单元57被布置在单个基底50上。基底50可以是绝缘基底或导电基底。
发光单元57的每个包括：第一导电型半导体层54；第二导电型半导体层60，布置在第一导电型半导体层的一个区域上；有源层56，***第一导电型半导体层和第二导电型半导体层之间。这里，第一导电型和第二导电型分别是n型和p型或者p型和n型。
第一导电型半导体层54、有源层56和第二导电型半导体层60的每个可由GaN基半导体材料(即，(B，Al，In，Ga)N)形成。确定有源层56的组成成分和组成比例，以便有源层56发射具有期望的波长的光，例如，紫外光或蓝光。第一导电型半导体层54和第二导电型半导体层60的每个由具有比有源层的能带隙(band gap)高的能带隙的材料形成。
如在附图中所示，第一导电型半导体层54和/或第二导电型半导体层60可以形成为单层或多层结构。此外，有源层56可具有单量子阱结构或多量子阱结构。
同时，缓冲层52可***发光单元57和基底50之间。采用缓冲层52以减小基底50和将形成在其上的第一导电型半导体层54之间的晶格失配。
n型电极64可以形成在第一导电型半导体层54的其他区域上，即，第一导电型半导体层54的与形成有第二导电型半导体层60的区域相邻的区域。n型电极64与第一导电型半导体层54欧姆接触。同时，透明电极结构62布置在第二导电型半导体层60上。透明电极结构62与第二导电型半导体层60欧姆接触，并且透明电极结构62透射从有源层56发出的光。
如图3所示，透明电极结构62包括至少两个单独的部分。优选地，所述部分的每个具有沿用于驱动发光单元57的电流流动的方向(即，x方向)延伸的形状。
同时，p型电极焊盘66可以形成在所述部分的每个上。p型电极焊盘66可以通过穿过透明电极结构62与第二导电型半导体层60接触。在这种情况下，优选地，p型电极焊盘66和第二导电型半导体层60之间的接触电阻相对高。
如在附图中所示，线68将彼此相邻的发光单元的第一导电型半导体层54和透明电极结构62电连接。所述线的每根由导电材料(例如，金属)形成。线68将透明电极结构62的两个部分分别电连接到与其相邻的发光单元的第一导电型半导体层54。同时，在形成n型电极64和p型电极焊盘66的情况下，线68可分别将形成在第一导电型半导体层54上的n型电极64与形成在透明电极结构62的各个部分上的p型电极焊盘66电连接。
线68将发光单元57串联，以便形成发光单元的串联阵列。可形成多个这样的阵列，并且所述多个阵列可以彼此反向并联以连接到AC电源。此外，可形成桥式整流器(未示出)，以连接到发光单元的串联阵列，并且发光单元可通过桥式整流器在AC电源下被驱动。
根据该实施例，由于透明电极结构62包括至少两个单独的部分，因此通过线68流入透明电极结构62的电流分散到各个单独的部分中。因此，与传统的单个电极(由图1中的22所指示)相比，可避免电流集中在一个区域上。此外，由于所述部分的每个具有沿电流流动的方向(即，x方向)延伸的形状，因此甚至可避免电流在各个部分的一个区域中集中。
图5至图7是示出制造根据本发明的实施例的AC LED的方法的剖视图。
参照图5，第一导电型半导体层54、有源层56和第二导电型半导体层60形成在基底50上。此外，可在形成第一导电型半导体层54之前形成缓冲层52。
基底50可以是Al2O3、SiC、ZnO、Si、GaAs、GaP、LiAl2O3、BN、AlN或GaN基底。然而，基底50不限于此，并且可根据在基底50上形成的半导体层的材料进行不同的选择。在形成GaN基半导体层的情况下，主要使用蓝宝石或SiC基底作为基底50。
形成缓冲层52以减少基底50和形成在其上的第一半导体层54之间的晶格失配，并且缓冲层52可由例如GaN或AlN形成。当基底50是导电基底时，优选地，缓冲层52由绝缘层或半绝缘层形成。此外，缓冲层52可由AlN或半绝缘的GaN形成。
第一导电型半导体层54、有源层56和第二导电型半导体层60的每个可由GaN基半导体材料(即，(B，Al，In，Ga)N)形成。确定有源层56的组成成分和组成比例，以便有源层56发射具有期望的波长的光。第一导电型半导体层54和第二导电型半导体层60的每个由具有比有源层56的能带隙高的能带隙的材料形成。可使用诸如金属有机化学汽相淀积(MOCVD)、分子束外延或氢化物气相外延(HVPE)的技术使第一导电型半导体层54、有源层56和第二导电型半导体层60间歇地或连续地生长。
这里，第一导电型和第二导电型可分别是n型和p型或者p型和n型。在GaN基化合物半导体层中，可通过使用Si作为杂质进行掺杂来形成n型半导体层，可通过使用Mg作为杂质进行掺杂来形成p型半导体层。
参照图6，第二导电型半导体层60、有源层56和第一导电型半导体层54被图案化以形成彼此间隔的发光单元57。此时，可一起图案化缓冲层52。可通过光刻和蚀刻工艺图案化第一导电型半导体层54、第二导电型半导体层60和有源层56。
同时，第二导电型半导体层60和有源层56被图案化以被布置在图案化的第一导电型半导体层54的一个区域上，如附图所示。因此，图案化的第一导电型半导体层54的一部分被暴露。
参照图7，在图案化的第二导电型半导体层60上形成透明电极结构62。可使用剥离(lift-off)技术使透明电极结构62形成为具有至少两个彼此分开的部分，如图3所示。可选择地，在使用诸如电子束蒸发的沉积技术形成透明电极层之后，可通过光刻和蚀刻工艺图案化透明电极层，以形成具有至少两个部分的透明电极结构62。透明电极结构62可由任何能够透射从有源层56发出的光的电极材料形成，并且不受特别限制。例如，透明电极结构62可由Ni/Au或氧化铟锡(ITO)形成。
尽管在本实施例中描述了在形成发光单元57之后形成透明电极结构62，但是本发明不限于此，也可以在发光单元彼此分离之前形成透明电极结构62。具体地说，当通过电子束蒸发技术沉积透明电极层时，优选地，在第二导电型半导体层60生长之后并且在发光单元57彼此分离之前形成透明电极层。其后，在形成线68之前，以预定步骤图案化透明电极层以形成透明电极结构62。
p型电极焊盘66可局部地形成在透明电极结构62的区域上。可通过剥离技术形成p型电极焊盘66。同时，在形成p型电极焊盘66之前，可图案化透明电极结构62以形成开口(未示出)，通过所述开口暴露第二导电型半导体层60。其后，在所述开口及其周缘部分上形成p型电极焊盘66。结果，p型电极焊盘66可通过所述开口与第二导电型半导体层60相接触。
同时，可在第一导电型半导体层54的其他区域上形成n型电极64。也可通过剥离技术形成n型电极64，并且可与p型电极焊盘66一起同时形成n型电极64。p型电极焊盘66和/或n型电极64可由Ti/Au形成。
随后，形成将彼此相邻的发光单元57电连接的线68。所述线可连接n型电极64和p型电极焊盘66，从而形成参照图3和图4描述的LED。
可通过空气桥工艺形成线68，图4示出通过空气桥工艺形成的线。还可通过阶梯覆盖(step cover)工艺来形成线68。
首先，将简要描述空气桥工艺的示例。在如图7所示的其上形成有n型电极64和p型电极焊盘66的基底50上形成光致抗蚀剂(photoresist)之后，通过曝光工艺形成具有暴露n型电极64和p型电极焊盘66的开口的第一光致抗蚀剂图案。其后，通过电子束蒸发技术形成薄金属层。在所述开口和光致抗蚀剂图案的整个表面上形成所述金属层。随后，在第一光致抗蚀剂图案上形成暴露所述开口和相邻发光单元之间的区域中的金属层的第二光致抗蚀剂图案。其后，通过电镀技术形成金等，然后去除第一光致抗蚀剂图案和第二光致抗蚀剂图案。结果，剩下分别连接彼此相邻的发光单元的n型电极64和p型电极焊盘66的线，并且所有其他的金属层和光致抗蚀剂图案被去除。如在附图中所示，所述线以桥的形式电连接发光单元57。
同时，阶梯覆盖工艺包括在具有如图7所示的n型电极64和p型电极焊盘66的基底上形成绝缘层的步骤。其后，通过光刻和蚀刻工艺图案化所述绝缘层，以形成暴露n型电极64和p型电极焊盘66的开口。随后，通过电子束蒸发技术，填充所述开口，并形成覆盖绝缘层的顶表面的金属层。其后，通过光刻和蚀刻技术图案化金属层，以形成连接彼此相邻的发光单元57的线68。可应用该阶梯覆盖工艺的不同变形。如果使用阶梯覆盖工艺，则线68由绝缘层支撑，从而增加了可靠性。
如图3所示，线68可被形成为在n型电极64上彼此分开，但是也可在n型电极64上彼此相连。
图8是示出根据本发明的另一实施例的AC LED的平面图。
根据本实施例的AC LED具有与参照图3描述的AC LED大体上相同的构造。然而，在根据本实施例的AC LED中，透明电极结构72被划分为三个部分，并且线78在n型电极64上彼此相连。
透明电极结构72被划分为具有沿x方向延伸的形状的多个部分。可将透明电极结构72划分为不同数量的部分，以防止电流局部地集中。
同时，在线78在n型电极64上彼此相连的情况下，可增强所述线和n型电极之间的粘附。然而，线78可以在n型电极上彼此分开。
图9是示出根据本发明的另一实施例的AC LED的平面图。
参照图9，根据本实施例的AC LED具有与参照图3描述的AC LED大体上相同的构造。然而，透明电极结构82与图3的透明电极结构62不同。相应地，线88与图3的线68不同。以下，将描述所述不同。
透明电极结构82包括中心部分82a和从主心部分82a的两侧侧向延伸的分支82b。中心部分82a可具有沿电流在发光单元之间流动的方向(即，x方向)延伸的形状。此外，分支82b沿与所述电流流动的方向垂直的方向(即，y方向)延伸。
同时，线88电连接彼此相邻的发光单元。线88电连接n型电极64和透明电极结构82，具体地说，线88可电连接透明电极结构82的中心部分82a和n型电极64。
因此，可防止电流集中在中心部分82a的一个区域上，并且可通过分支82b将电流分散在发光单元区域中。

Claims (6)

1、一种AC发光二极管(LED)，包括：
多个发光单元，形成在单个基底上，每个发光单元具有第一导电型半导体层、位于第一导电型半导体层的一个区域上的第二导电型半导体层以及***第一导电型半导体层和第二导电型半导体层之间的有源层；
透明电极结构，位于每个发光单元上，并且具有至少两个彼此分开的部分；
线，电连接相邻的两个发光单元，以便位于相邻的两个发光单元中的一个发光单元上的透明电极结构的所述至少两个部分中的每个电连接到相邻的两个发光单元中的另外一个发光单元的第一导电型半导体层。
2、如权利要求1所述的AC LED，其中，透明电极结构的所述至少两个部分中的每个具有沿电流在发光单元之间流动的方向延伸的形状。
3、如权利要求1所述的AC LED，还包括：
n型电极，形成在每个发光单元中的第一导电型半导体层的其他区域上；
p型电极焊盘，分别形成在每个发光单元上的透明电极结构的所述至少两个部分上，
其中，所述线电连接n型电极和p型电极焊盘。
4、一种AC LED，包括：
多个发光单元，形成在单个基底上，每个发光单元具有第一导电型半导体层、位于第一导电型半导体层的一个区域上的第二导电型半导体层以及***第一导电型半导体层和第二导电型半导体层之间的有源层；
透明电极结构，位于每个发光单元上，并且具有中心部分和从所述中心部分的两侧侧向延伸的分支；
线，所述线的每根电连接相邻的两个发光单元，以便位于相邻的两个发光单元中的一个发光单元上的透明电极结构电连接到相邻的两个发光单元中的另外一个发光单元的第一导电型半导体层。
5、如权利要求4所述的AC LED，其中，所述中心部分具有沿电流在发光单元之间流动的方向延伸的形状，所述分支垂直于所述电流流动的方向延伸。
6、如权利要求4所述的AC LED，还包括：
n型电极，形成在每个发光单元中的第一导电型半导体层的其他区域上；
p型电极焊盘，形成在每个发光单元上的透明电极结构的中心部分上，
其中，所述线的每根电连接n型电极和p型电极焊盘。
CNB2006800415821A 2005-12-16 2006-11-28 具有改进的透明电极结构的ac发光二极管 Active CN100552995C (zh)

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