TWI393268B

TWI393268B - 發光元件

Info

Publication number: TWI393268B
Application number: TW098123443A
Authority: TW
Inventors: Rong Xuan; chao wei Li; Mu Tao Chu
Original assignee: Ind Tech Res Inst
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2013-04-11
Also published as: TW201025677A

Description

發光元件

本發明是有關於一種發光元件，且特別是有關於一種具有磁場的發光元件。

發光元件，例如發光二極體(light emitting diode，LED)是藉由將電子流驅動通過發光二極體的主動層(active layer)而可發光。然而，如果電流密度未均勻地分佈到整個發光區，那麼光均勻性減少。更進一步，在習知設計中，非透明上電極通常位於發光區的中央處。以此方式，上電極下方的電流密度會大於其他區域，而可發出更多光。然而，因為上電極是不透光，因此在上電極下方發出的光會被上電極阻斷。習知LED的上電極阻擋具有發光強度最大的中央區域，從而導致輸出光的減少。

如何改進LED的光輸出效率仍需要所屬技術領域的進一步發展。

有鑑於此，本發明提供一種具有磁場的發光元件，以提升發光效率。

本發明提出一種發光元件，其包括發光結構以及磁性材料。發光結構具有一頂部表面，且發光結構包括第一型半導體層、第二型半導體層、配置於第一型半導體層與第二型半導體層之間的主動層、配置於第一型半導體層上的透明導電層、與第一型半導體層耦合的第一電極結構以及與第二型半導體層耦合的第二電極結構。第一電極結構具有第一連接墊與第一電極。第二電極結構具有第二連接墊。第一電極結構與第二電極結構配置於發光結構之同側。磁性材料與發光結構耦合，以在發光結構中產生磁場。

在本發明之一實施例中，上述之第一電極具有一對稱中心線，第一電極相對應對稱中心線的一結構部分有向兩側延伸的一對稱結構。對稱中心線例如是實質上均分頂部表面之面積。對稱中心線例如是穿過第二電極結構。

在本發明之一實施例中，上述之第一電極不具有對稱中心線。

在本發明之一實施例中，上述之透明導電層的材料包括金屬，其例如是Ni/Au，且其厚度介於50至150的範圍內。

在本發明之一實施例中，上述之透明導電層的材料包括半導體，其例如是氧化銦錫或氧化鋅，且其厚度介於1000至5000的範圍內。

在本發明之一實施例中，上述之磁場大於0.01高斯(G)。

本發明另提出一種發光元件，其包括發光結構以及磁性材料。發光結構具有一頂部表面，且發光結構包括第一型半導體層、第二型半導體層、配置於第一型半導體層與第二型半導體層之間的主動層、配置於第一型半導體層上的透明導電層、與第一型半導體層耦合的第一電極結構以及與第二型半導體層耦合的第二電極結構。第二電極結構具有第二電極。第一電極結構與第二電極結構配置於發光結構之同側。磁性材料與發光結構耦合，以在發光結構中產生磁場。

在本發明之一實施例中，上述之第二電極環繞第一電極結構。第二電極之相距最遠兩點的連線例如是穿過第一電極結構。第二電極於第一電極結構的周圍例如是圈圍出一圈圍區域，圈圍區域的面積至少為頂部表面的面積的75%，較佳是圈圍區域的面積實質上相等於頂部表面的全部面積。

本發明另提出一種發光元件，其包括發光結構以及磁性材料。發光結構具有一頂部表面，且發光結構包括第一型半導體層、第二型半導體層、配置於第一型半導體層與第二型半導體層之間的主動層、配置於第一型半導體層上的透明導電層、與第一型半導體層耦合的第一電極結構以及與第二型半導體層耦合的第二電極結構。第一電極結構具有第一電極。第二電極結構具有第二電極。第一電極與第二電極為交錯配置，且第一電極的外圈投影輪廓平行於第二電極的外圈投影輪廓。磁性材料與發光結構耦合，以在發光結構中產生磁場。

在本發明之一實施例中，上述之第一電極的外圈輪廓與第二電極的外圈輪廓在水平面上的最短投影間距實質上相等或不相等。

在本發明之一實施例中，上述之第一電極的外圈輪廓與該第二電極的外圈輪廓在水平面上的最短投影間距大於150μm。

本發明另提出一種發光元件，其包括發光結構以及磁性材料。發光結構具有一頂部表面，且發光結構包括第一型半導體層、第二型半導體層、配置於第一型半導體層與第二型半導體層之間的主動層、配置於第一型半導體層上的透明導電層、與第一型半導體層耦合的第一電極結構以及與第二型半導體層耦合的第二電極結構。第一電極結構具有第一連接墊。第二電極結構具有第二連接墊。第一電極結構與第二電極結構配置於發光結構之同側。磁性材料與發光結構耦合，以在發光結構中產生磁場。

在本發明之一實施例中，上述之發光元件的尺寸大於40mil。

在本發明之一實施例中，上述之發光結構更包括第一摻雜層、第二摻雜層與主動層。第一摻雜層與第一電極結構耦合。第二摻雜層與第二電極結構耦合。主動層配置在第一摻雜層與第二摻雜層之間。當第一摻雜層為P型摻雜層時，第二摻雜層為N型摻雜層；而當第一摻雜層為N型摻雜層時，第二摻雜層為P型摻雜層。

基於上述，本發明之發光元件配置有透明導電層，而可利用施加磁場容易地調整透明導電層和N型摻雜層的厚度來達到整體等效阻值匹配。因此，可利用磁阻效應更輕易地達到阻抗匹配，而可有效地提高發光元件的電流均勻性和發光效率。

此外，本發明之發光元件的第一電極結構各部份與第二電極結構各部份之間的間距並不完全相同，利用磁場使第一電極結構與第二電極結構之間的電流受到勞倫茲力的作用而偏轉，可有效使電流達到均勻分布之效果，而能夠有效提高發光效率。此外，利用施加磁場所造成的磁阻效應使發光元件的阻抗匹配，可有助於拉大第一電極結構的電極與相鄰第二電極結構的電極之間的間距，而減少電極數量並增加發光面積。

如此一來，本發明可以利用上述方式來將磁場施加到發光元件，而有效地提高發光元件發光效率和增加發光元件的亮度。

為讓本發明之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。

須注意的是，下列各實施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本發明可用以實施之特定實施例。本發明之實施例中所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「内」、「外」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，下列使用的方向用語僅是用來說明，以使熟習此項技術者能夠據以實施，但並非用以限定本發明之範圍。

圖1是依照本發明之一實施例之具有磁場的發光元件的結構剖面示意圖。在圖1中是採用發光二極體(LED)作為實例，但並不用以限制本發明。發光二極體包括下電極100、發光結構102、上電極104。發光結構例如為發光堆疊層102，其包括第一摻雜層102a、用於使電子與電洞複合而發光的主動層102b、第二摻雜層102c。第一摻雜層102a例如是P型摻雜層，第二摻雜層102c例如是N型摻雜層。上電極104可以不設置在發光區180的中央處。

在操作時，電流會從下電極100流動到上電極104。然而，如圖1所示，如果在方向106(進入紙張的方向)上橫向地施加外部磁場時，那麼產生的勞倫茲力會使電流偏轉且均勻分散。在保持相同概念的情況下，也可以根據實際設計來更改或修改電極的傳導類型和磁場方向。結果，在發光區180的側部區域處，電流會橫向地偏轉且仍可從下電極100流動到上電極104。因此，受磁場驅動的電流可更有效地使主動層102b發光。

在將外部磁場施加到發光元件的情況下，不僅會改變半導體的載子密度均勻性，因而提高發光效率。因此，對於光電轉換而言，儘管所注入電流量保持不變，發光元件會具有較高亮度效率。

在本文中請注意，施加到發光元件的外部磁場的強度可大於0.01高斯(G)。此外，磁場可經由磁體、磁性薄膜、電磁體或任何其他種類的磁性材料提供，且在本文中不限制磁性材料的數目。另外，磁性材料可以磁性膜或磁性塊體(magnetic bulk)的形式而連接至發光元件本身，此取決磁性材料的厚度。還請注意，可適當地配置磁場方向，例如垂直配置、水平配置或相對於發光元件的任何方向。磁性材料可為鐵磁材料，例如，Rb、Ru、Nd、Fe、Pg、Co、Ni、Mn、Cr、Cu、Cr₂ 、Pt、Sm、Sb、Pt或前述材料組合起來的合金。磁性材料還可為陶瓷材料，例如Mn、Fe、Co、Cu和V的氧化物；Cr₂ O₃ ；CrS；MnS；MnSe；MnTe；Mn、Fe、Co和Ni的氟化物；V、Cr、Fe、Co、Ni和Cu的氯化物；Cu的溴化物；CrSb；MnAs；MnBi；α-Mn；MnCl2‧4H₂ O；MnBr2‧4H₂ O；CuCl₂ .2H₂ O；Co(NH₄ )_x (SO₄ )_x Cl₂ ‧6H₂ O；FeCO₃ 和FeCO₃ ‧2MgCO₃ 。

而發光元件還可以是水平型、薄膜型或覆晶型(flip chip)。此外，在實際應用中，可經由各種方式，其例如是環氧樹脂、金屬接合、晶片接合、外延生長嵌入和塗佈等來將發光元件與磁性材料組合，本發明於此不作任何限制。

對於圖1中所說明的垂直型結構，兩個電極100和104是處於發光堆疊層102的相反兩側，且接著施加與發光區180平行的磁場，而驅動電流在發光堆疊層102內部偏轉。然而，當電極配置於發光堆疊層的同一側時，會產生大水平分量電流，因此必須適當地調整磁場方向。

以具有水平型結構的標準LED為例，圖2A是依照本發明之一實施例之發光元件的剖面示意圖。請參照圖2A，發光元件200為水平型LED，其包括與磁性材料耦合的發光結構。在一實施例中，可經由環氧樹脂、金屬接合、晶片接合、外延嵌入或塗佈過程來將發光結構配置在磁性基板(submount)220上。磁性基板220例如是在所需求的方向上具有磁化的鐵磁層。

發光結構包括第一電極結構202、第一摻雜層204、主動層206、第二摻雜層208、第二電極結構210和基底212。第一摻雜層204例如是P型摻雜層，而第二摻雜層208例如是N型摻雜層。基底212配置於磁性基板220上。第一摻雜層204、主動層206和第二摻雜層208配置於基底212上，而共同形成發光堆疊層。第一電極結構202配置在第一摻雜層204上，並與第一摻雜層204電性連接。第二電極結構210與第一電極結構202配置在相同側，且第二電極結構210電性連接到第二摻雜層208，因而形成水平型LED結構。主動層206配置在第一摻雜層204與第二摻雜層208之間，且能夠在電流流經其時產生光，以作為發光層。在一實施例中，發光結構更包括透明導電層(transparent conductive layer，TCL)230，其配置在第一摻雜層204上方，以增加電流散佈。透明導電層230的材料例如是金屬或半導體。

特別說明的是，在發光元件中配置透明導電層230以增強電流均勻性的領域中，應將透明導電層230的若干方面考慮進去。透明導電層230可配置在P型摻雜層(第一摻雜層204)的表面上。除了要考慮透明導電層230的高透射率外，更必須考慮透明導電層230與N型摻雜層(第二摻雜層208)之間的阻抗匹配，以實現更佳的電流均勻散佈。

在發光元件包括透明導電層的情況下，透明導電層與N型摻雜層之間的阻抗匹配的實現可取決於各種參數，例如透明導電層的電阻率ρ_t 、厚度t_t 和載子移動率μ_t ，以及N型摻雜層的電阻率ρ_n 和載子移動率μ_n 。須注意的是，在發光元件操作期間，電流僅流經N型摻雜層中接近N型摻雜層與主動層(亦即發光層)之間介面的部分區域內。因此，由t_nI 表示的在N型摻雜層剖面中的電流路徑的深度也會影響阻抗匹配的實現，其中電流路徑的深度t_nI 小於或等於N型摻雜層的總體厚度t_n 。

當發光元件在不具有磁場的情況下操作時，透明導電層的原始電阻正比於由表示的電阻參數，且N型摻雜層的原始電阻正比於由表示的電阻參數。一般而言，透明導電層的原始電阻參數不等於N型摻雜層的原始電阻參數。為了實現在發光元件中獲得電流的最大均勻分佈面積，需要使透明導電層與N型摻雜層之間達到阻抗匹配，亦即例如要求符合的條件。

圖2B示意性地說明在不施加磁場的情況下根據習知發光元件的透明導電層厚度對電流分佈均勻度的分佈曲線。如圖2B所示，以鎳和金的合金(即Ni/Au)作為發光元件中的透明導電材料。當Ni/Au層的厚度t_t 為約80時，電流分佈均勻度等於1，其表示電流具有最大均勻分佈面積。然而，電流分佈均勻度會因Ni/Au的厚度t_t 的微小變化而急劇下降。也就是說，在製程中厚度的容許誤差(tolerance)過小，以致不能在實際應用中加以實行。因此，僅利用調整習知發光元件的透明導電層的厚度t_t 或N型摻雜層的厚度t_n 不可能實現上述所需的阻抗匹配。

然而，在本發明之實施例中可應用磁致電阻效應，促進發光元件中的總體等效電阻匹配。在施加磁場B的情況下，磁致電阻R_b 會增加且符合由R _b (B )=R ₀ (1+μ² B ² )所表示的方程式，其中R₀ 表示在不施加磁場的情況下材料的原始電阻，且μ表示材料的載子移動率。在將由磁性材料所提供的磁場B施加到本發明之實施例的發光元件時，透明導電層根據本發明所定義的磁致電阻參數可由來表示，且N型摻雜層的磁致電阻參數可由來表示。當透明導電層的磁致電阻參數實質上相等於N型摻雜層的磁致電阻參數時，可在施加磁場的情況下實現阻抗匹配，即。在一實施例中，透明導電層的磁致電阻參數和N型摻雜層的磁致電阻參數的約等範圍(approximate equality range)可利用方程式界定。

更詳細地，N型摻雜層的載子移動率μ_n 歸因於固有的材料性質，因而N型摻雜層的載子移動率μ_n 通常會大於透明導電層的載子移動率μ_t 。當原始電阻參數在阻抗匹配方程式的等號兩側為常數時，在將恆定磁場B施加到發光元件後，N型摻雜層的磁致電阻參數的增加會高於透明導電層的磁致電阻參數的增加。因此，在一實施例中，當不將磁場施加到發光元件時，一般透明導電層的原始電阻值高於N型摻雜層的原始電阻值，其電阻參數的關係如。在一實施例中，透明導電層與N型摻雜層的原始電阻參數的約等關係可利用方程式來表示。在前述方面中，在將磁場B施加到本發明之實施例中的發光元件的情況下，可利用細微地調整透明導電層和N型摻雜層的各自厚度t_t 、t_n 來實現透明導電層與N型摻雜層之間阻抗匹配的最好條件。與習知發光元件具有極低厚度的容許誤差(tolerance)相比，由於磁場B的施加可更容易地控制透明導電層的磁致電阻參數以使之實質上相等於N型摻雜層的磁致電阻參數，使得可利用阻抗匹配的實現來顯著提升發光效率。

請繼續參照圖2A，在一實施例中，透明導電層230的材料可為金屬或半導體，其中金屬例如是Ni/Au合金，而半導體例如是氧化銦錫(ITO)或氧化鋅(ZnO)。當透明導電層230的材料為金屬時，厚度t_t 可在50到150的範圍內。當透明導電層230的材料為半導體時，厚度t_t 可在1000到5000的範圍內。在一實施例中，作為N型摻雜層的第二摻雜層208的材料可為半導體，其例如是GaAs、氮化物基(nitride-based)材料、銦(In-based)基材料、鋁基(Al-based)材料、鎵基(Ga-based)材料、矽基(Si-based)材料或鉛基(Pb-based)材料。上述所施加的磁場B例如大於0.01高斯(G)。

值得說明的是，在發光元件中，除了利用磁場並調整透明導電層和N型摻雜層的各自厚度t_t 、t_n ，以藉由磁阻效應而更容易實現阻抗匹配來提高發光元件的發光效率外；提供具有適當方向的磁場還可使流動的電子受勞倫茲力的影響而改變電流路徑，進而提高電流擴散分量。詳言之，在施加具有適當方向的磁場所產生的勞倫茲力之後，可以使電子電動覆合的發生從原先密度最高的區域(靠近電極結構處)偏移至遠離電極結構處，因此可以使電流在大區域的範圍內均勻的分布，而可有效提升發光元件的出光效率。

接下來，進一步以上視圖的方式來說明圖2A所示之發光元件。須注意的是，以下所述之實施例是針對水平型LED的電極配置進行詳細說明，其主要是為了例示勞倫茲力使電流偏移以增進電流散佈並使熟習此項技術者能夠據以實施，但並非用以限定本發明之範圍。當然，本發明並不對電極結構的形狀及數量做特別的限制。此外，下述實施例是以P型來表示第一摻雜區的導電型，而以N型來表示第二摻雜區的導電型，但本發明並不以此為限。熟習此技藝者應了解，本發明亦可以將第一摻雜區置換成N型，將第二摻雜區置換成P型。

圖3A至圖3C分別是依照本發明之一實施例之發光元件的上視示意圖。在圖3A至圖3C中相同的構件則使用相同的標號並省略其說明。

請參照圖3A，在此實施例中發光元件為水平型LED，其包括發光結構和磁性基板330。發光結構具有一頂部表面340。磁性基板330例如是經由環氧樹脂、金屬接合、晶片接合、外延嵌入或塗佈過程等方式與發光結構耦合。在另一實施例中，也可使用如覆晶封裝的封裝結構使磁性材料與發光結構耦合。

具有磁場的發光元件包括配置於相同側的第一電極結構302與第二電極結構304。第一電極結構302配置在透明導電層306上，且第一電極結構302會與第一摻雜層308電性連接。第一摻雜層308例如是P型摻雜層。在一實施例中，第一電極結構302包括連接墊(pad)302a與兩個電極302b，電極302b會與連接墊302a連接。電極302b的形狀可以是任何幾何形狀，例如是圓形、弧形、鋸齒、正多邊形、不規則的多邊形、螺旋狀(helix)或其組合。如圖3A所示，電極302b例如是直條狀，且電極302b會以連接墊302a為中心分別自連接墊302a的相對兩側向外延伸。第二電極結構304配置在第二摻雜層310上，且第二電極結構304會與第二摻雜層310電性連接。第二摻雜層310例如是N型摻雜層。在一實施例中，第二電極結構304例如是單一連接墊(pad)。

在發光元件中，第一電極結構302與第二電極結構304例如是以非對稱的方式而配置。詳言之，第一電極結構302的連接墊302a與第二電極結構304的配置位置並不會對稱於發光元件的中心點，因此第一電極結構302各部份與第二電極結構304各部份之間的間距並不完全相同。在一實施例中，第二電極結構304配置在靠左下側的角落上。

此外，第一電極結構302的電極302b會具有一對稱中心線342。電極302b相對應對稱中心線342的結構部分會具有向兩側延伸的對稱結構。在一實施例中，對稱中心線342實質上均分頂部表面340之面積。

承上述，發光元件包括可提供磁場的磁性基板330，且所提供的磁場方向312為進入紙張的方向(如圖3A所示)。如此一來，施加電壓於第一電極結構302與第二電極結構304進行操作時，由第一電極結構302流至第二電極結構304的電流320會受到勞倫茲力的作用而向右偏移。

詳細說明的是，在不施加外部磁場的情況下，由於第一電極結構302與第二電極結構304是以非對稱的方式配置，因此電流主要會分布聚集在第一電極結構302與第二電極結構304之間靠近左側的較短路徑上，造成電流分布不均而影響發光效率。然而，在施加具有磁場方向312的外部磁場之後，即使第一電極結構302與第二電極結構304的配置位置不對稱，電流320會受到磁場的影響而向右偏移，使得原本大量聚集在左側的電流320會向發光元件的右側散布。因此，將外部磁場施加到發光元件可有助於使電流320轉向，達到均勻分布之效果，而能夠有效提高發光效率。

請參照圖3B，在一實施例中，當第二電極結構304’配置在靠右下側的角落時，外部磁場所提供的磁場方向314也必須跟著調整，以使電流320’能夠均勻分布。所施加的磁場方向314例如是射出紙張的方向(如圖3B所示)。在不施加外部磁場的情況下，電流主要會分布聚集在較靠近右側的位置。在施加具有磁場方向314的外部磁場之後，從第一電極結構302流至第二電極結構304’的電流320’會受到勞倫茲力的作用而向左偏移，使電流320’能夠在大區域的範圍內均勻分布，而有效提升發光效率。

請參照圖3C，在一實施例中，當第二電極結構304’’配置在靠中間偏下方時，也可以藉由外部磁場的施加而獲得發光效率的提升。詳言之，第一電極結構302的幾何中心與第二電極結構304’’的幾何中心連線實質上將此發光結構的頂部表面340對分。也就是說，雖然第一電極結構302各部份與第二電極結構304’’各部份之間的間距並不完全相同，但圖3C所示之發光元件例如是在第一電極結構302與第二電極結構304’’的連線上呈對稱配置。此外，對稱中心線342實質上均分頂部表面340之面積，且對稱中心線342穿過第二電極結構304’’的連接墊。在此實施例中，即使第一電極結構302的幾何中心與第二電極結構304’’的幾何中心以對稱的方式而配置，藉由磁場造成的磁阻效應來調整透明導電層306的厚度能夠更容易實現阻抗匹配，因而提高發光元件的發光效率。

圖4A至圖4C分別是依照本發明之另一實施例之發光元件的上視示意圖。在圖4A至圖4C中，與圖3A相同的構件則使用相同的標號並省略其說明。

請參照圖4A，此實施例中發光元件為水平型LED，其包括發光結構和磁性基板330。第一電極結構402配置在透明導電層306上，且第一電極結構402會與第一摻雜層308電性連接。在一實施例中，第一電極結構402包括連接墊402a與電極402b，電極402b會與連接墊402a連接。電極402b的形狀可以是任何幾何形狀，例如是圓形、弧形、鋸齒、正多邊形、不規則的多邊形、螺旋狀或其組合。電極402b例如是弧狀，且電極402b會從其與連接墊402a相接處的兩端向外延伸。第二電極結構404配置在第二摻雜層310上，且第二電極結構404會與第二摻雜層310電性連接。在一實施例中，第二電極結構404例如是單一連接墊。

第一電極結構402與第二電極結構404例如是以非對稱的方式而配置，因此第一電極結構402各部份與第二電極結構404各部份之間的間距並不完全相同。在一實施例中，第一電極結構402的連接墊402a與第二電極結構404是分別配置在發光元件的對角線上，且第一電極結構402的電極402b會在左上方較接近第二電極結構404。

承上述，在不施加外部磁場的情況下，電流主要會分布聚集在第一電極結構402與第二電極結構404之間靠近左上方的較短路徑上，造成電流分布不均而影響發光效率。因此，在提供具有磁場方向412為進入紙張方向(如圖4A所示)的磁場之後，由第一電極結構402流至第二電極結構404的電流420會受到勞倫茲力的作用而向右下方偏移，而使電流420可以均勻分布在發光元件的各區域。

請參照圖4B，在一實施例中，當第一電極結構402’的電極402b’在右下方較接近第二電極結構404時，外部磁場所提供的磁場方向414也必須跟著調整，以使電流420’能夠均勻分布。所施加的磁場方向414例如是射出紙張的方向(如圖4B所示)。由於在不施加外部磁場的情況下，電流主要會分布聚集在較靠近右下方的位置。在施加具有磁場方向412的外部磁場之後，從第一電極結構402’流至第二電極結構404的電流420’會受到勞倫茲力的作用而向左上方偏移，使電流420’能夠在大區域的範圍內均勻分布，而有效提升發光效率。

在圖4A與圖4B所示之實施例中，第一電極結構402的電極402b與第一電極結構402’的電極402b’不具有對稱中心線，但本發明並不限於此。

請參照圖4C，第一電極結構402’’的電極402b’’會具有一對稱中心線442。電極402b’’相對應對稱中心線442的結構部分會具有向兩側延伸的對稱結構。在一實施例中，對稱中心線442實質上均分頂部表面440之面積，且對稱中心線442穿過第二電極結構404的連接墊。在一實施例中，當第一電極結構402’’的電極402b’’以對稱的方式與連接墊402a連接時，也可以藉由外部磁場的施加而獲得發光效率的提升。詳言之，電極402b’’會在其與連接墊402a相接處的兩側對稱配置，且第一電極結構402’’的幾何中心與第二電極結構404的幾何中心連線實質上將此發光結構對分。也就是說，雖然第一電極結構402’’各部份與第二電極結構404各部份之間的間距並不完全相同，但圖4C所示之發光元件例如是在第一電極結構402’’與第二電極結構404的連線上呈對稱配置。在此實施例中，即使第一電極結構402’’的幾何中心與第二電極結構404的幾何中心以對稱的方式而配置，藉由磁場造成的磁阻效應來調整透明導電層306的厚度能夠更容易實現阻抗匹配，因而提高發光元件的發光效率。

圖5A至圖5C分別是依照本發明之另一實施例之發光元件的上視示意圖。在此說明的是，為簡化圖示，圖5A至圖5C中主要是繪示發光元件的電極佈局配置，至於其他構件的配置位置，均可依所屬技術領域中具有通常知識者所知的技術加以應用及變化。

請參照圖5A，此實施例中發光元件為水平型LED，其包括發光結構和磁性基板530。具有磁場的發光元件至少包括配置於相同側的第一電極結構502與第二電極結構504以及透明導電層506，其中第一電極結構502配置於透明導電層506上。第一電極結構502例如是配置在發光元件的中央區域，而第二電極結構504例如是配置在發光元件的外圈邊緣區域。也就是說，第二電極結構504例如是環狀結構，且其配置位置是環繞在第一電極結構502的周圍。在一實施例中，第二電極結構504包括第二電極。如圖5A所示，第二電極的形狀為不對稱的不規則多邊形，其例如是由多個矩形組合而成的圖案。當然，在其他實施力中，第二電極的形狀也可以是任何幾何形狀，例如是圓形、弧形、鋸齒、正多邊形、不規則的多邊形、螺旋狀或其組合。由於第二電極結構504例如是不規則的多邊形，因此圍繞在發光元件邊緣區域的第二電極結構504與第一電極結構502之間的間距並不會完全相同。此外，第二電極結構504任兩點之間具有最遠距離的連線會通過第一電極結構502。

在不施加外部磁場的情況下，電流主要會分布聚集在第一電極結構502與第二電極結構504之間較小間距的區域，造成電流分布不均而影響發光效率。然而，在施加具有磁場方向512為射出紙張的方向(如圖5A所示)的外部磁場之後，即使第一電極結構502與第二電極結構504之間的間距不固定，電流520會受到磁場的影響而向順時針方向偏移，使得電流520會從較小間距的區域向較大間距的區域均勻散布。因此，將外部磁場施加到發光元件可有助於使電流520轉向，使電流520能夠在大面積的區域分布更均勻，而能夠有效提高發光效率。

請參照圖5B，在一實施例中，當第二電極結構504’是以對稱的方式環繞在第一電極結構502的周圍時，也可以藉由外部磁場的施加而獲得發光效率的提升。詳言之，第二電極結構504’任兩點之間具有最遠距離的連線會通過第一電極結構502，且環狀的第二電極結構504’例如是與第一電極結構502共心配置。雖然在此實施例中第一電極結構502各部份與第二電極結構504’各部份之間的間距並不完全相同，但藉由磁場造成的磁阻效應來調整透明導電層506的厚度能夠更容易實現阻抗匹配，因而提高發光元件的發光效率。

在圖5A與5B所示之實施例是以第二電極整圈環繞在設置在中央區域的第一電極結構周圍為例來說明，但本發明並不限於此。在其他實施例中，第一電極結構的位置可以設置在偏離中央區域處，且第二電極結構的第二電極也可以不用以整圈的形式環繞在第一電極結構的周圍。也就是說，第二電例如是斷續地環繞第一電極結構。

請參照圖5C，第一電極結構502”例如是設置在中央偏下方處。第一電極結構502”包括連接墊502a與多個電極502b，電極502b會與連接墊502a連接。電極502b的形狀可以是任何幾何形狀，例如是圓形、弧形、鋸齒、正多邊形、不規則的多邊形、螺旋狀或其組合。第二電極結構504”的第二電極例如是具有開口朝下的弧形，而環繞在第一電極結構502”的部分周圍。

在此說明的是，環繞在第一電極結構周圍的第二電極會圈圍出一個圈圍區域，此圈圍區域的面積至少為頂部表面的面積的75%，較佳為100%。

此外，下述實施例將繼續說明在發光元件中配置透明導電層並利用磁阻效應來微調透明導電層和N型摻雜層的各自厚度t_t 、t_n ，進而容易達到透明導電層與N型摻雜層之間的阻抗匹配，以實現更好的電流散佈及提高發光效率。

圖6A至圖6C分別是依照本發明之又一實施例之發光元件的上視示意圖。在此說明的是，為簡化圖示，圖6A至圖6C中主要是繪示發光元件的電極佈局配置，至於其他構件的配置位置，均可依所屬技術領域中具有通常知識者所知的技術加以應用及變化。

請參照圖6A，在此實施例中發光元件為水平型LED，其包括發光結構和磁性基板620。磁性基板620例如是經由環氧樹脂、金屬接合、晶片接合、外延嵌入或塗佈過程等方式與發光結構耦合。在另一實施例中，也可使用如覆晶封裝的封裝結構使磁性材料與發光結構耦合。

具有磁場的發光元件包括配置於相同側的多個第一電極結構602與多個第二電極結構604。第一電極結構602配置在透明導電層606上，且第一電極結構602會與第一摻雜層(未繪示)電性連接。第一摻雜層例如是P型摻雜層。在一實施例中，第一電極結構602包括連接墊602a與電極602b，電極602b會與連接墊602a連接。電極602b的形狀可以是任何幾何形狀，例如是圓形、弧形、鋸齒、正多邊形、不規則的多邊形、螺旋狀或其組合。如圖6A所示，電極602b例如是直條狀，且電極602b會分別自連接墊602a的一側向外延伸。第二電極結構604配置在第二摻雜層610上，且第二電極結構604會與第二摻雜層610電性連接。第二摻雜層610例如是N型摻雜層。在一實施例中，第二電極結構604包括連接墊604a與電極604b，電極604b會與連接墊604a連接。電極604b的形狀可以是任何幾何形狀，例如是圓形、弧形、鋸齒、正多邊形、不規則的多邊形、螺旋狀或其組合。電極604b例如是直條狀，且電極604b會分別自連接墊604a的一側向外延伸。

第一電極結構602與第二電極結構604例如是交錯配置，且第一電極結構602與第二電極結構604可以具有多重電極間距。詳言之，第一電極結構602的電極602b會與第二電極結構604的電極604b交錯，且至少部分電極602b的相對兩側會設置有電極604b，至少部分電極604b的相對兩側會設置有電極602b。電極602b在水平面上所投影的外圈輪廓與電極604b在水平面上所投影的外圈輪廓例如是相互平行而不會相交。第一電極結構602的電極602b輪廓與第二電極結構604的電極604b輪廓在水平面上的最短投影間距可以是相同或不同。在一實施例中，將一個第一電極結構602與其相鄰的兩個第二電極結構604視為一組電極組時，在每一組電極組中，第一電極結構602的電極602b輪廓與相鄰兩第二電極結構604的電極604b輪廓在水平面上的最短投影間距為相等。在不同的電極組中，第一電極結構602的電極602b輪廓與相鄰第二電極結構604的電極604b輪廓在水平面上的最短投影間距t1可以不等於另一電極組中第一電極結構602的電極602b輪廓與相鄰兩第二電極結構604的電極604b輪廓在水平面上的最短投影間距t2，亦即所謂的多重電極間距。

值得一提的是，在發光元件中施加磁場以達到整體等效阻值匹配，可以使第一電極結構602的電極602b輪廓與相鄰第二電極結構604的電極604b輪廓在水平面上的最短投影間距t1或最短投影間距t2大於100μm。由於電極材料通常都是不透光，因此實施例之發光元件可以藉由加大電極間距而減少電極設置的數量，以增加發光面積。

再者，由於發光元件可以藉由磁場的磁阻效應達到阻抗匹配，因此發光元件的尺寸可以大於40mil(1mm×1mm)。更甚而，在大尺寸的發光元件中可以僅利用連接墊作為電極結構而不需要配置電極就可具有良好的發光效率，可有助於減少電極的配置面積，進而提升發光面積，而有利於高功率發光元件的發展。

此外，交錯配置的電極佈局也可以是如圖6B與圖6C所示，其中第一電極結構的第一電極在水平面上所投影的外圈輪廓與第二電極結構的第二電極在水平面上所投影的外圈輪廓例如是平行。在此說明的是，第一電極的外圈輪廓與第二電極的外圈輪廓平行是指兩者永遠不會相交，但不限定其為直線或曲線。

請參照圖6B，第一電極結構602’包括連接墊602a’與電極602b’，電極602b’會與連接墊602a’連接。第二電極結構604’包括連接墊604a’與電極604b’，電極604b’會與連接墊604a’連接。在一實施例中，第一電極結構602’的電極602a’與第二電極結構604’的電極604a’皆為圓形螺旋狀而交錯配置。電極602b’在水平面上所投影的外圈輪廓與電極604b’在水平面上所投影的外圈輪廓例如是相互平行。

請參照圖6C，第一電極結構602’’包括連接墊602a’’與電極602b’’，電極602b’’會與連接墊602a’’連接。第二電極結構604’’包括連接墊604a’’與電極604b’’，電極604b’’會與連接墊604a’’連接。在一實施例中，第一電極結構602’’的電極602a’’與第二電極結構604’’的電極604a’’皆為方形螺旋狀而交錯配置。電極602b’’在水平面上所投影的外圈輪廓與電極604b’’在水平面上所投影的外圈輪廓例如是相互平行。

特別說明的是，本發明除了上述實施例之外，尚具有其他的實施型態。在上述實施例所示之電極佈局配置更可以在同一晶片中同時混用多種佈局，於此技術領域具有通常知識者可視其需求逕行調整，本發明於此不作特別之限定。

綜上所述，本發明之一實施例之發光元件包括透明導電層，利用施加磁場的情況下能夠容易地調整透明導電層和N型摻雜層的各自厚度來使透明導電層和N型摻雜層的磁致電阻彼此實質上相等。由於可利用磁場來獲得透明導電層與N型摻雜層的阻抗匹配，所以能夠在發光元件中獲得電流的最大均勻分佈面積，因而可有效地提高發光元件的電流均勻性和發光效率。

此外，由於發光元件可藉由施加磁場而達到阻抗匹配，因此在大尺寸的發光元件中甚至可以不需設置電極結構的電極就可以有效解決電流分布不均的問題。

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，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．下電極

102．．．發光結構

102a、204、308．．．第一摻雜層

102b、206．．．主動層

102c、208、310、610．．．第二摻雜層

104．．．上電極

106‧‧‧方向

180‧‧‧發光區

200‧‧‧發光元件

202、302、402、402’、402”、502、502”、602、602’、602”‧‧‧第一電極結構

210、304、304’、304”、404、504、504’、504”、604、604a’、604a”‧‧‧第二電極結構

212‧‧‧基底

220、330、530、620‧‧‧磁性基板

230、306、506、606‧‧‧透明導電層

302a、402a、502a、602a、602a’、602a”、604a、604a’、604a”‧‧‧連接墊

312、314、412、414、512‧‧‧磁場方向

320、320’、420、420’、520‧‧‧電流

302b、402b、402b’、402b”、502b、602b、602b’、602b”、604b、604b’、604b”‧‧‧電極

340、440‧‧‧頂部表面

342、442‧‧‧對稱中心線

t1、t2‧‧‧投影間距

t_n 、t_t ‧‧‧厚度

圖1是依照本發明之一實施例之具有磁場的發光元件的結構剖面示意圖。

圖2A是依照本發明之一實施例之發光元件的剖面示意圖。

圖2B示意性地說明在不施加磁場的情況下根據習知發光元件的透明導電層厚度對電流分佈均勻度的分佈曲線。

圖3A至圖3C分別是依照本發明之一實施例之發光元件的上視示意圖。

圖4A至圖4C分別是依照本發明之另一實施例之發光元件的上視示意圖。

圖5A與圖5C分別是依照本發明之另一實施例之發光元件的上視示意圖。

圖6A至圖6C分別是依照本發明之又一實施例之發光元件的上視示意圖。

100．．．下電極

102．．．發光結構

102a．．．第一摻雜層

102b．．．主動層

102c．．．第二摻雜層

104．．．上電極

106．．．方向

180．．．發光區

Claims

一種發光元件，包括：一發光結構，具有一頂部表面，該發光結構包括：一第一型半導體層；一第二型半導體層；一主動層，配置於該第一型半導體層與該第二型半導體層之間；一透明導電層，配置於該第一型半導體層上；一第一電極結構，與該第一型半導體層電性連接，該第一電極結構具有一第一連接墊與一第一電極；以及一第二電極結構，與該第二型半導體層電性連接，該第二電極結構具有一第二連接墊；以及一磁性材料，與該發光結構連接，以在該發光結構中產生一磁場，其中，該第一電極結構與該第二電極結構位於該發光結構之同側，其中該第一電極具有一對稱中心線，該第一電極相對應該對稱中心線的一結構部分有向兩側延伸的一對稱結構。
如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該對稱中心線實質上均分該頂部表面之面積。
如申請專利範圍第2項所述之發光元件，其中該對稱中心線穿過該第二電極結構。
一種發光元件，包括：一發光結構，具有一頂部表面，該發光結構包括：一第一型半導體層；一第二型半導體層；一主動層，配置於該第一型半導體層與該第二型半導體層之間；一透明導電層，配置於該第一型半導體層上；一第一電極結構，與該第一型半導體層電性連接，該第一電極結構具有一第一連接墊與一第一電極；以及一第二電極結構，與該第二型半導體層電性連接，該第二電極結構具有一第二連接墊；以及一磁性材料，與該發光結構連接，以在該發光結構中產生一磁場，其中，該第一電極結構與該第二電極結構位於該發光結構之同側，其中該第一電極不具有對稱中心線。
如申請專利範圍第1或4項所述之發光元件，其中該透明導電層的材料包括金屬或半導體。
如申請專利範圍第4項所述之發光元件，其中該透明導電層的材料包括Ni/Au。
如申請專利範圍第6項所述之發光元件，其中該透明導電層的厚度介於50 Å至150 Å的範圍內。
如申請專利範圍第5項所述之發光元件，其中該透明導電層的材料包括氧化銦錫或氧化鋅。
如申請專利範圍第8項所述之發光元件，其中該透明導電層的厚度介於1000 Å至5000 Å的範圍內。
如申請專利範圍第1或4項所述之發光元件，其中該磁場大於0.01高斯(G)。
一種發光元件，包括：一發光結構，具有一頂部表面，該發光結構包括：一第一型半導體層；一第二型半導體層；一主動層，配置於該第一型半導體層與該第二型半導體層之間；一透明導電層，配置於該第一型半導體層上；一第一電極結構，與該第一型半導體層電性連接；以及一第二電極結構，與該第二型半導體層電性連接，該第二電極結構具有一第二電極；以及一磁性材料，與該發光結構連接，以在該發光結構中產生一磁場，其中，該第一電極結構與該第二電極結構位於該發光結構之同側，其中該第二電極環繞該第一電極結構。
如申請專利範圍第11項所述之發光元件，其中該第二電極之相距最遠兩點的連線是穿過該第一電極結構。
如申請專利範圍第11項所述之發光元件，其中該第二電極於該第一電極結構的周圍圈圍出一圈圍區域，該圈圍區域的面積至少為該頂部表面的面積的75%。
如申請專利範圍第13項所述之發光元件，其中該圈圍區域的面積實質上相等於該頂部表面的全部面積。
如申請專利範圍第11項所述之發光元件，其中該透明導電層的材料包括金屬或半導體。
如申請專利範圍第15項所述之發光元件，其中該透明導電層的材料包括Ni/Au。
如申請專利範圍第16項所述之發光元件，其中該透明導電層的厚度介於50 Å至150 Å的範圍內。
如申請專利範圍第15項所述之發光元件，其中該透明導電層的材料包括氧化銦錫或氧化鋅。
如申請專利範圍第18項所述之發光元件，其中該透明導電層的厚度介於1000 Å至5000 Å的範圍內。
如申請專利範圍第11項所述之發光元件，其中該磁場大於0.01高斯(G)。
一種發光元件，包括：一發光結構，該發光結構包括：一第一型半導體層；一第二型半導體層；一主動層，配置於該第一型半導體層與該第二型半導體層之間；一透明導電層，配置於該第一型半導體層上；一第一電極結構，與該第一型半導體層電性連接，該第一電極結構具有一第一電極；以及一第二電極結構，與該第二型半導體層電性連接，該第二電極結構具有一第二電極；以及一磁性材料，與該發光結構連接，以在該發光結構中產生一磁場，其中，該第一電極與該第二電極為交錯配置，且該第一電極的外圈投影輪廓平行於該第二電極的外圈投影輪廓。
如申請專利範圍第21項所述之發光元件，其中該第一電極的外圈輪廓與該第二電極的外圈輪廓在水平面上的最短投影間距實質上相等。
如申請專利範圍第21項所述之發光元件，其中該第一電極的外圈輪廓與該第二電極的外圈輪廓在水平面上的最短投影間距實質上不相等。
如申請專利範圍第21項所述之發光元件，其中該第一電極的外圈輪廓與該第二電極的外圈輪廓在水平面上的最短投影間距大於100 μm。
如申請專利範圍第21項所述之發光元件，其中該透明導電層的材料包括金屬或半導體。
如申請專利範圍第25項所述之發光元件，其中該透明導電層的材料包括Ni/Au。
如申請專利範圍第26項所述之發光元件，其中該透明導電層的厚度介於50 Å至150 Å的範圍內。
如申請專利範圍第25項所述之發光元件，其中該透明導電層的材料包括氧化銦錫或氧化鋅。
如申請專利範圍第28項所述之發光元件，其中該透明導電層的厚度介於1000 Å至5000 Å的範圍內。
如申請專利範圍第21項所述之發光元件，其中該磁場大於0.01高斯(G)。
一種發光元件，包括：一發光結構，包括：一第一型半導體層；一第二型半導體層；一主動層，配置於該第一型半導體層與該第二型半導體層之間；一透明導電層，配置於該第一型半導體層上；一第一電極結構，與該第一型半導體層電性連接，該第一電極結構具有一第一連接墊；以及一第二電極結構，與該第二型半導體層電性連接，該第二電極結構具有一第二連接墊；以及一磁性材料，與該發光結構連接，以在該發光結構中產生一磁場，其中，該第一電極結構與該第二電極結構位於該發光結構之同側，其中該磁場大於0.01高斯(G)。
如申請專利範圍第31項所述之發光元件，其中該發光元件的尺寸大於40 mil。
如申請專利範圍第31項所述之發光元件，其中該透明導電層的材料包括金屬或半導體。
如申請專利範圍第33項所述之發光元件，其中該透明導電層的材料包括Ni/Au。
如申請專利範圍第34項所述之發光元件，其中該透明導電層的厚度介於50 Å至150 Å的範圍內。
如申請專利範圍第33項所述之發光元件，其中該透明導電層的材料包括氧化銦錫或氧化鋅。
如申請專利範圍第36項所述之發光元件，其中該透明導電層的厚度介於1000 Å至5000 Å的範圍內。