TWI416765B - Light emitting diodes - Google Patents
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Description
本發明係有關一種可有效提高流明/瓦，且可維持高的發光效率之高亮度、高功率之發光二極體。
近年來，已開發出以氮化物、磷化物為材料的高亮度發光二極體，其不僅可發出紅、藍、綠光，且可用以產生各色光與白光。如氮化鎵基半導體(GaN-Based semiconductor)係為一種適用於發出藍光及紫外線光線之化合物半導體材料，近來所使用的發光二極體係分為平面型與垂直型發光二極體，平面型發光二極體之p型與n型電極係位於上部且面對相同方向，因此，此種發光二極體裝置須具有相當大之尺寸，以獲得足夠之發光區域，而且由於p型電極靠近n型電極，故易於受到靜電放電(electrostatic discharge,ESD)之影響，反觀垂直型發光二極體p型與n型電極係彼此相對地形成並將磊晶層夾設於其間，故可解決平面型發光二極體之缺點。
然而，習知垂直型發光二極體，由於因半導體材料層的導電性較差，而使電流無法有效且均勻地從接點分散到整個發光層，發光二極體內部會發生部分區域電流密度過高之情況，因而影響整體亮度，甚至於導致發光層附近過早劣化，大幅地降低使用壽命，進而影響發光二極體之發光效率。
因此，目前已有一種垂直型發光二極體裝置a，如第1、1A圖所示，利用蒸鍍或電鍍方法，在發光二極體之磊晶結構b表面上設置一或
多個互相平行之矩形金屬電極c，之後再加以封裝而成，其雖可達到增進電流分散效能、提升發光均勻性、但對於發光效率有提升仍是有限。
本發明之主要目的在提供一種可有效提高流明/瓦，且可維持高的發光效率之高亮度、高功率之發光二極體。
為達上述之目的，本發明所設之發光二極體，包括一第一電極、一導電基底層、一反射層、一第一電性半導體層、一發光層、一第二電性半導體層及至少一第二電極，其中該導電基底層形成於該第一電極上，該反射層形成於該導電基底層上，該第一電性半導體層形成於該反射層上，該發光層形成於該第一電性半導體層上，該第二電性半導體層形成於該發光層上，該至少一第二電極形成於該第二電性半導體層上，又該第二電性半導體層下另設有至少一第三電極，且該第二電極與第三電極之間係設有至少一連接通道，使該第二電極與第三電極得以電性連接。
實施時，該第二電性半導體層上之第二電極數量係與第二電性半導體層下之第三電極數量相同，每一個第三電極係分別對應設置於每一個第二電極之下方，且該第二電極與第三電極之間皆設有連接通道。
實施時，該第二電性半導體層上之第二電極的總面積係小於第二電性半導體層下之第三電極的總面積。
實施時，該第二電極之總面積係小於第二電性半導體層面積。
實施時，該第二電性半導體層下之第三電極係被一絕緣層所覆蓋，以與該第一電性半導體層及反射層隔離。
實施時，該導電基底層之材料係選自於由Cu、Al、Ni、Mo、W、Ti、Ag、Au、Co、Ta、W、Sn、In及其合金所構成之族群中至少一者。
實施時，該導電基底層之材料係選自於由矽、Ge、GaP、SiC、GaN、AlN、GaAs、InP、AlGaAs、ZnSe所構成之族群中至少一者。
實施時，該發光層之材料係選自於由AlInGaN、InGaN、GaN、AlGaInP、InGaP、GaAs、InGaAs、InP及AlGaAs所構成之族群中至少一者。
實施時，該反射層之材料係選自於由Ag、Al、Au、Rh、Pt、Cu、Ni、W、In、Pd、Zn、AlSi、Ni/Ag/Ni/Au、Ag/Ni/Au、Ag/Ti/Ni/Au、Ti/Al、Ni/Al、Ni/Ag及其合金所構成之族群中至少一者。
實施時，該第二電極與第三電極之材料係選自於由Cr/Au、Cr/Al、Cr/Pt/Au、Cr/Ni/Au、Cr/Al/Pt/Au、Cr/Al/Ni/Au、Al、Ti/Al、Ti/Au、Ti/Al/Pt/Au；Ti/Al/Ni/Au、Al/Pt/Au、Al/Ni/Au、Al/W/Au、Ti/Al/Ti/Au、Ti/Pt/Al/Ti/Au、Ti/Pt/Al/Cr/Au、Ti/Al/Ti/Pt/Au、Ti/Al/Cr/Pt/Au及其合金所構成之族群中至少一者。
實施時，該第二電極與第三電極係為相同之材料。
實施時，該第一電性半導體層為P型，第二電性半導體層為N型。
實施時，該導電基底層與反射層之間係設有一黏合層，而該黏合層成分係至少包含Au、AuIn、AuSn其中一種。
為便於對本發明能有更深入的瞭解，茲藉一實施例詳述於後：
a‧‧‧垂直型發光二極體
b‧‧‧磊晶結構
c‧‧‧金屬電極
1‧‧‧第一電極
2‧‧‧導電基底層
3‧‧‧反射層
4‧‧‧第一電性半導體層
5‧‧‧發光層
6‧‧‧第二電性半導體層
7‧‧‧第二電極
8‧‧‧第三電極
81‧‧‧絕緣層
9‧‧‧連接通道
10‧‧‧黏合層
第1圖係為習用垂直型發光二極體之上視圖。
第1A圖係為習用垂直型發光二極體之剖面圖。
第2圖係為本發明發光二極體之上視圖。
第2A圖係為本發明發光二極體之剖面圖。
第3圖係為本發明另一實施例之上視圖。
第3A圖係為本發明另一實施例之剖面圖。
請參閱第2、2A圖，圖式內容為本發明發光二極體之一實施例，其係由一第一電極1、一導電基底層2、一反射層3、一第一電性半導體層4、一發光層5、一第二電性半導體層6及至少一第二電極7所組成。
該導電基底層2形成於該第一電極1上，該導電基底層2之材料係選自於由Cu、Al、Ni、Mo、W、Ti、Ag、Au、Co、Ta、W、Sn、In及其合金所構成之族群中至少一者，或是選自於由矽、Ge、GaP、SiC、GaN、AlN、GaAs、InP、AlGaAs、ZnSe所構成之族群中至少一者，該反射層3形成於該導電基底層2上，該反射層3之材料係選自於由Ag、Al、Au、Rh、Pt、Cu、Ni、W、In、Pd、Zn、AlSi、Ni/Ag/Ni/Au、Ag/Ni/Au、Ag/Ti/Ni/Au、Ti/Al、Ni/Al、Ni/Ag及其合金所構成之族群中至少一者，該第一電性半導體層4形成於該反射層3上，該發光層5形成於該第一電性半導體層4上，該發光層5之材料係選自於由AlInGaN、InGaN、GaN、AlGaInP、InGaP、GaAs、InGaAs、InP及AlGaAs所構成之族群中至少一者，該第二電性半導體層6形成於該發光層5上，該至少一第二電極7形成於該第二電性半導體層6上，又該第二電性半導體層6下另設有至少一第三電極8，本實施例以該第二電性半導體層6上之第二電極7數量係與第二電性半導體層6下之第三電極8數量相同為例，其中每一個第三電極8係分別對應設置於每一個第二電極7之下方，且該第二電極7與第三電極8之間皆設有連接通道9，使該每一個第二電極7與第三電極8得以電性連接，且該第三電極8係被一絕緣層81所覆蓋，以
與該第一電性半導體層4及反射層3隔離，已達到降低LED操作電壓，進而提高流明/瓦的目的。該第二電極7與第三電極8之材料係選自於由Cr/Au、Cr/Al、Cr/Pt/Au、Cr/Ni/Au、Cr/Al/Pt/Au、Cr/Al/Ni/Au、Al、Ti/Al、Ti/Au、Ti/Al/Pt/Au；Ti/Al/Ni/Au、Al/Pt/Au、Al/Ni/Au、Al/W/Au、Ti/Al/Ti/Au、Ti/Pt/Al/Ti/Au、Ti/Pt/Al/Cr/Au、Ti/Al/Ti/Pt/Au、Ti/Al/Cr/Pt/Au及其合金所構成之族群中至少一者，該第二電極7與第三電極8亦可為相同之材料。又該導電基底層2與反射層3之間係設有一黏合層10，而該黏合層10成分係至少包含Au、AuIn、AuSn其中一種。
此外，如第3、3A圖所示，該第二電性半導體層6上之第二電極7數量亦可設計為少於第二電性半導體層6下之第三電極數量8，該第二電性半導體層6上之第二電極7的總面積係小於第二電性半導體層6下之第三電極8的總面積，同樣可以達到上述之目的。
因此，透過本發明之設計，由於N型半導體具有較佳之導電率，可使用較少數目之金屬電極，以便減少遮光及增加亮度，因此本發明較佳的設計為第一電性半導體層4為P型，第二電性半導體層6為N型，藉此，當該第二電性半導體層6上之第二電極7藉由連接通道9而與第二電性半導體層6內之第二電極8電性連接後，等於發光面積大幅增加，使得單位面積內的流明增加，發光效率得以有效之大幅提升，進而維持高發光效率與亮度。
以上所述乃是本發明之具體實施例及所運用之技術手段，根據本文的揭露或教導可衍生推導出許多的變更與修正，若依本發明之構想所作之等效改變，其所產生之作用仍未超出說明書及圖式所涵蓋之實質精神時，均應視為在本發明之技術範疇之內，合先陳明。
依上文所揭示之內容，本發明確可達到發明之預期目的，提
供一種可有效提高流明，且可維持高的發光效率之高亮度、高功率之發光二極體，具有產業利用與實用之價值無疑，爰依法提出發明專利申請。
1‧‧‧第一電極
2‧‧‧導電基底層
3‧‧‧反射層
4‧‧‧第一電性半導體層
5‧‧‧發光層
6‧‧‧第二電性半導體層
7‧‧‧第二電極
8‧‧‧第三電極
81‧‧‧絕緣層
9‧‧‧連接通道
10‧‧‧黏合層
Claims (14)
- 一種發光二極體，包括：一第一電極；一導電基底層，形成於該第一電極上；一反射層，形成於該導電基底層上；一第一電性半導體層，形成於該反射層上；一發光層，形成於該第一電性半導體層上；一第二電性半導體層，形成於該發光層上；至少一第二電極，形成於該第二電性半導體層之上表面上；其改良在於：該第二電性半導體層的底面另設有至少一第三電極，且該第二電極與第三電極之間係設有至少一連接通道，使該第二電極與第三電極得以電性連接。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該第二電性半導體層上之第二電極數量係與第二電性半導體層下之第三電極數量相同，每一個第三電極係分別對應設置於每一個第二電極之下方，且該第二電極與第三電極之間皆設有連接通道。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該第二電性半導體層上之第二電極的總面積係小於第二電性半導體層下之第三電極的總面積。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該第二電極之總面積係小於第二電性半導體層面積。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該第二電性半導體層下之第三電極係被一絕緣層所覆蓋，以與該第一電性半導體層及反射層隔離。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該導電基底層之材料係選 自於由Cu、Al、Ni、Mo、W、Ti、Ag、Au、Co、Ta、W、Sn、In及其合金所構成之族群中至少一者。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該導電基底層之材料係選自於由矽、Ge、GaP、SiC、GaN、AlN、GaAs、InP、AlGaAs及ZnSe所構成之族群中至少一者。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該發光層之材料係選自於由AlInGaN、InGaN、GaN、AlGaInP、InGaP、GaAs、InGaAs、InP及AlGaAs所構成之族群中至少一者。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該反射層之材料係選自於由Ag、Al、Au、Rh、Pt、Cu、Ni、W、In、Pd、Zn、AlSi、Ni/Ag/Ni/Au、Ag/Ni/Au、Ag/Ti/Ni/Au、Ti/Al、Ni/Al、Ni/Ag及其合金所構成之族群中至少一者。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該第二電極與第三電極之材料係選自於由Cr/Au、Cr/Al、Cr/Pt/Au、Cr/Ni/Au、Cr/Al/Pt/Au、Cr/Al/Ni/Au、Al、Ti/Al、Ti/Au、Ti/Al/Pt/Au；Ti/Al/Ni/Au、Al/Pt/Au、Al/Ni/Au、Al/W/Au、Ti/Al/Ti/Au、Ti/Pt/Al/Ti/Au、Ti/Pt/Al/Cr/Au、Ti/Al/Ti/Pt/Au、Ti/Al/Cr/Pt/Au及其合金所構成之族群中至少一者。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該第二電極與第三電極係為相同之材料。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該第一電性半導體層為P型，第二電性半導體層為N型。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該導電基底層與反射層之間係設有一黏合層。
- 如申請專利範圍第13項所述之發光二極體，其中該黏合層成分係至少包 含Au、AuIn、AuSn其中一種。
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