CN2738399Y - 具有高光萃取效率的氮化镓系发光二极管的结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有高光萃取效率的氮化镓系发光二极管的结构，其揭示利用一具有凹及/或凸的基板、该发光二极管具有织状纹路表面以及于该发光二极管之上具有一导电透光窗户层，使该发光二极管具有降低工作电压以及增进其光萃取效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种具有高光萃取效率的氮化镓系发光二极管的结构，尤指一种发光二极管的结构，以降低工作电压并增加光萃取(Light Extracting)效率。
背景技术
氮化镓是发光二极管装置的传统结构，如图1所示，该传统发光二极管结构1’包含一蓝宝石基板10’、一氮化镓缓冲层20’、一n型氮化镓接触层30’、一氮化铟镓发光层40’、一p型氮化镓层50’、一p型氮化镓接触层60’(20’至60’的层膜在此称作磊晶结构)及一Ni/Au形成的导电透光层(transparent conductive layer)70’；另，一p型金属电极80’位于该导电透光层70’之上，而一n型金属电极90’则位于该n型氮化镓接触层30’之上。
根据此传统的发光二极管结构，为了增加光的萃取(light extracting)效率，可增加导电透光层(transparent conductive layer)的透光性，亦可于发光层的下方形成一反射层，但此两种方法只能增加光射向垂直方向的萃取效率。又由于多层氮化镓磊晶结构的折射系数(n＝2.4)，该蓝宝石基板的折射系数(n＝1.77)而封装用的树脂封盖材料的折射系数(n＝1.5)的分布而形成光导效应(waveguide effect)，此效应将导致发光层所发出的光部分被蓝宝石基板及树脂封盖材料的界面所反射而被多层氮化镓磊晶结构再吸收因而光萃取(lightextracting)效率降低，为了中断此光导效应，可于发光二极管表面形成织状纹路(texturing)结构亦言粗化(rough)结构以减少不同折射系数界面的反射机率，而为了形成织状纹路(texturing)结构或粗化(rough)结构，可以于多层氮化镓磊晶成长过程中可加刻意控制而成此表面状态，已描述于与本申请人所申请的中国台湾发明专利，第092132987号所揭示的「高发光效率的氮化镓系列发光二极管及其制造方法」中，而为了进一步增加光的萃取(light extracting)效率及降低工作电压，本案申请人所申请的中国台湾发明专利，第093204255案所揭示的「氮化镓系发光二极管结构」中，已揭示一结构，是将传统的Ni/Au形成的导电透光层置换成一导电透光窗户层，此导电透光窗户层本身具有优于Ni/Au的透光性并且可与织状纹路欧姆接触层形成良好的欧姆接触进而降低工作电压。
然而经由深入研究，若能于多层氮化镓磊晶结构的下方亦加以织状化或粗化，可进一步增加发光二极管的光萃取效率。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种具有高光萃取效率的氮化镓系发光二极管的结构，其利用该基板具有凹及/或凸的表面，且该发光二极管具有织状纹路的表面，以增加发光二极管的光萃取效率。
本实用新型要解决的次要技术问题是提供一种具有高光萃取效率的氮化镓系发光二极管的结构，包含一具有凹及/或凸的基板表面，且该发光二极管具有织状纹路表面与一导电透光窗户层形成良好的欧姆接触，致使降低该发光二极管工作电压。
为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种具有高光萃取效率的氮化镓系发光二极管的结构，其包括：
一具有凹或/及凸部表面的基板；
一半导体堆叠层，位于该基板的上方，由下而上依序包含一第一导电型氮化镓系层、一发光层、一第二导电型氮化镓系层；
一织状纹路层，于磊晶成长过程中形成且位于该第二导电型氮化镓系层的上方；
一导电透光窗户层，位于该织状纹路层上方，并与该织状纹路层形成欧姆接触；
一第一电极，其与该半导体堆叠层中的第一导电型氮化镓系层电性耦合；及
一第二电极，与该导电透光窗户层电性耦合。
如上所述的结构，该基板可为一透光性基板，其凹处约1-5um宽，其凸处约1-5um宽及蚀刻深度约0.1-2um。
如上所述的结构，该基板为一折射系数小于半导体堆叠层的单晶体。
如上所述的结构，该第一导电型半导体层为氮化镓、氮化铝铟镓或氮化铟镓。
如上所述的结构，该第二导电型半导体层为一氮化镓、氮化铝铟镓或氮化铟镓。
如上所述的结构，该发光层为一含铟的氮化物化合物半导体。
如上所述的结构，该导电透光窗户层为一氧化铟、氧化锡、氧化铟钼、氧化锌、氧化铟锌、氧化铟铈或氧化铟锡。
如上所述的结构，该织状纹路层与透光导电窗户层可为相同或不同的传导电性。
因此，本实用新型提出的具有高光萃取效率的氮化镓系发光二极管的结构，其揭示利用一具有凹及/或凸的基板、该发光二极管具有织状纹路表面以及于该发光二极管的上具有一导电透光窗户层，使该发光二极管具有较低工作电压以及较高的光萃取效率。
附图说明
图1是习知技术的氮化镓系发光二极管的结构示意图；以及
图2是本实用新型的一较佳氮化镓系发光二极管结构示意图。
附图标号说明：
1’发光二极管结构 10’蓝宝石基板 20’氮化镓缓冲层
30’n型氮化镓接触层 40’氮化铟镓发光层 50’p型氮化镓层
60’p型氮化镓接触层 70’透明导电层 80’p型金属电极
90’n型金属电极
1发光二极管 10基板 12缓冲层
20n型氮化镓系层 22第一电极 30发光层
40p型氮化镓系层 42第二电极 50织状纹路层
60导电透光窗户层
具体实施方式
本实用新型是为解决习知技术发光二极管的光导效应，此效应将导致发光层所发出的部分光线被蓝宝石基板及树脂封盖材料的界面所反射而被多层氮化镓磊晶结构再吸收因而降低光的萃取(light extracting)效率。本实用新型利用凹及/或凸部的基板，以及于磊晶过程中形成表面织状结构的发光二极管，以中断此光导效应，并提高光的萃取效率。
请参阅图2，其为本实用新型的一较佳氮化镓系发光二极管结构示意图；如图所示，本实用新型的氮化镓系发光二极管1的结构为一具有凹及/或凸表面的基板10、一n型氮化镓系层20、一发光层30、一p型氮化镓系层40、一表面织状层50、一导电透光窗户层60、一第一电极22以及第二电极42，其中基板10上方更可包含一缓冲层12。
该基板10可为一透光性基板，例如：蓝宝石、氧化锌、氧化锂镓、氧化锂铝、尖晶石基材。该n型氮化镓系层20为一n型掺杂的氮化镓、氮化铝铟镓或氮化铟镓层。该p型氮化镓系层40为一p型掺杂的氮化镓、氮化铝铟镓或氮化铟镓层。该表面织状系层50为一p型掺杂、n型掺杂或双掺杂型的氮化镓系层，其可表示式为AlInGaNPAs。该发光层30为一含铟的氮化物化合物半导体。该导电透光窗户层60为一导电透光氧化层，可单独为一氧化铟、氧化锡、氧化铟钼、氧化锌、氧化铟锌、氧化铟铈或氧化铟锡。
该表面织状层50，该p型氮化镓系层40的表面状态(surface state)的所以具有该表面织状层50是于磊晶成长过程中加以控制，以直接于该p型氮化镓系层40的表面形成一织状型态，藉此降低该导电透光窗户层60与该表面织状层50的接触电阻而降低该二极管的工作电压。
该凹或/及凸部的基板，其表面状态是利用光罩蚀刻的方法制作而成，例如以C平面(0001)蓝宝石基板为例，可平行或垂直于A轴方向以镍金属、光阻、氧化硅或者氮化硅为光罩，其中以镍为光罩较优，接着以干蚀刻的方法(例如：RIE或ICP)将蓝宝石基板表面蚀刻成凹部及凸部的长条状，其反应气体可为BCl3、Cl2及Ar的相当比例混合，其凹处约1-5um宽，其凸处约1-5um宽及蚀刻深度约0.1-2um。
以氧化铟锡为导电透光窗户层的结果比较如下：
| 发光二极管的结构 | 输出功率(mw) | Vf at 20mA |
| 表面平坦 | 8.8 | 4.0 |
| 表面具有织状纹路 | 12 | 3.2 |
| 具有凹及/或凸的基板以及表面具有织状纹路 | 13.7 | 3.2 |
惟以上所述者，仅为本实用新型的一较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围，举凡依本实用新型中请专利范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本实用新型的申请专利范围内。
Claims (8)
1.一种具有高光萃取效率的氮化镓系发光二极管的结构，其特征是，其包括：
一具有凹或/及凸部表面的基板；
一半导体堆叠层，位于该基板的上方，由下而上依序包含一第一导电型氮化镓系层、一发光层、一第二导电型氮化镓系层；
一织状纹路层，于磊晶成长过程中形成且位于该第二导电型氮化镓系层的上方；
一导电透光窗户层，位于该织状纹路层上方，并与该织状纹路层形成欧姆接触；
一第一电极，其与该半导体堆叠层中的第一导电型氮化镓系层电性耦合；及
一第二电极，与该导电透光窗户层电性耦合。
2.如权利要求1所述的结构，其特征是，该基板可为一透光性基板，其凹处约1-5um宽，其凸处约1-5um宽及蚀刻深度约0.1-2um。
3.如权利要求1所述的结构，其特征是，该基板为一折射系数小于半导体堆叠层的单晶体。
4.如权利要求1所述的结构，其特征是，该第一导电型半导体层为氮化镓、氮化铝铟镓或氮化铟镓。
5.如权利要求1所述的结构，其特征是，该第二导电型半导体层为一氮化镓、氮化铝铟镓或氮化铟镓。
6.如权利要求1所述的结构，其特征是，该发光层为一含铟的氮化物化合物半导体。
7.如权利要求1所述的结构，其特征是，该导电透光窗户层为一氧化铟、氧化锡、氧化铟钼、氧化锌、氧化铟锌、氧化铟铈或氧化铟锡。
8.如权利要求1所述的结构，其特征是，该织状纹路层与透光导电窗户层可为相同或不同的传导电性。
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|---|---|---|---|---|
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| CN103035799A (zh) * | 2011-10-07 | 2013-04-10 | 清华大学 | 发光二极管 |
| CN114649453A (zh) * | 2022-05-20 | 2022-06-21 | 南昌凯迅光电股份有限公司 | 一种高亮度正极性黄绿光led外延片及其制备方法 |
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2004
- 2004-09-27 CN CNU2004200892674U patent/CN2738399Y/zh not_active Expired - Lifetime
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| CN103035799B (zh) * | 2011-10-07 | 2015-08-26 | 清华大学 | 发光二极管 |
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| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: XUMING PHOTOELECTRICITY INC. Free format text: FORMER OWNER: JUXIN SCI-TECH CO., LTD. Effective date: 20121205 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20121205 Address after: Miaoli County, Taiwan, China Patentee after: Xuming Photoelectricity Inc. Address before: China Taiwan Taoyuan County Patentee before: Juxin Sci-Tech Co., Ltd. |
|
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Expiration termination date: 20140927 Granted publication date: 20051102 |