TWI511332B - 發光二極體結構 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種光電元件結構，且特別是有關於一種發光二極體結構。
由於發光二極體(light emitting diode,LED)結構具有低功率消耗、環保、使用壽命長及反應速率快等優勢，因此已被廣泛地應用在照明領域及顯示領域中。為了提升發光二極體的亮度，大尺寸的晶粒逐漸被開發出來。然而，習知的發光二極體結構的電極設計具有造成電流分散性不佳的缺點，而使得此電極設計不適合用於大尺寸的晶粒。
為改善上述之電流分散性不佳的問題，另一種習知電極被發展出來。此種習知電極包括配置於N型摻雜半導體層上的第一指叉狀電極以及配置於P型摻雜半導體層上的第二指叉狀電極。第一指叉狀電極與第二指叉狀電極分別具有多個第一分支部與多個第二分支部，其中相鄰之二個第一分支部中間僅配置有一個第二分支部。雖然此電極設計可改善電流分散性不佳的問題，但在此電極設計下，由於電子與電洞之遷移率(mobility)不同，電子的遷移率較電洞的遷移率快，因此自第一分支部發出之電子傳遞至第二分支部時(或第二分支部發出之電洞傳遞至第一分支部時)，第二分支部旁(或第一分支部旁)的電子濃度與電洞濃度差異極大，而使電子與電洞復合(recombination)機率較低，進而使得具有此種習知電極之發光二極體結構的發光效率不佳。
本發明提供一種發光二極體結構，其具有高發光效率。
本發明之一實施例提出一種發光二極體結構，包括第一型摻雜半導體層、第二型摻雜半導體層、發光層、第一電極以及第二電極。發光層配置於第一型摻雜半導體層與第二型摻雜半導體層之間。第一電極配置於第一型摻雜半導體層上，且包括多個分支部。第二電極配置於第二型摻雜半導體層上，第二電極圈圍出至少一封閉區域，且封閉區域位於相鄰之二分支部之間。
基於上述，本發明之實施例之發光二極體結構藉由在第一電極的相鄰二分支部之間配置圈圍出封閉區域的第二電極，可使得發光二極體結構中上的電子與電洞濃度較為匹配，此可有效促進電子與電洞的復合，進而提高發光二極體結構的發光效率。
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。
圖1為本發明一實施例之發光二極體結構的上視示意圖。圖2為對應圖1之A-A’線所繪之剖面圖。圖3為對應圖1之B-B’線所繪之剖面圖。
請同時參照圖1、圖2及圖3，本實施例之發光二極體結構100包括第一型摻雜半導體層102、第二型摻雜半導體層104、發光層106、第一電極108以及第二電極110。發光層106配置於第一型摻雜半導體層102與第二型摻雜半導體層104之間。第一電極108配置於第一型摻雜半導體層102上，而第二電極110配置於第二型摻雜半導體層104上。在本實施例中，第一型掺雜半導體層102例如為N型半導體層，而第二型掺雜半導體層104例如為P型半導體層。發光層106例如為氮化鎵(gallium nitride,GaN)層與氮化銦鎵(indium gallium nitride,InGaN)層交替堆疊的多重量子井結構(Multiple Quantum Well，MQW)。然而，在其他實施例中，發光層106亦可以是量子井結構。第一電極108與第二電極110之材質為導電材料，以單一層或是多層導電材料堆疊，其包括金、鈦、鋁、鉻、鉑、其他導電材料或這些材料的組合。但本發明不以上述為限。
更詳細地說，本實施例之第一型摻雜半導體層102具有相連接之平台部102a與下陷部102b，平台部102a的厚度D1大於下陷部102b的厚度D2。發光層106與第二型摻雜半導體層104配置平台部102a上，且第一電極108配置於下陷部102b上。在一實施例中，發光二極體結構100可利用覆晶(flip chip)的方式來封裝。如圖4所示，本實施例可利用導電凸塊200接合(bonding)第一電極108與電路板300及接合第二電極110與電路板300。如此一來，
使用者便可透過電路板300操作本實施例之發光二極體結構100。然而，在另一實施例中，發光二極體結構100亦可採用打線結合的方式來封裝，亦即可利用接合導線來接合第一電極108與電路板300及接合第二電極110與電路板300，而此時第一電極108與第二電極110背對電路板300。
此外，本實施例之發光二極體結構100可進一步包括透明導電層112。透明導電層112可配置於第二電極110與第二型摻雜半導體層104之間。第二型摻雜半導體層104可藉由透明導電層112與第二電極110形成良好之歐姆接觸(ohmic contact)。透明導電層112的材質例如為銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)、銦鋅氧化物(indium zinc oxide,IZO)、氧化鋅(zinc oxide,ZnO)、銦錫鋅氧化物(indium tin zinc oxide,ITZO)、鋁錫氧化物(aluminum tin oxide,ATO)、鋁鋅氧化物(aluminum zinc oxide,AZO)或其他適當的透明導電材質。
本實施例之第一電極108包括多個分支部108a，而本實施例之第二電極110圈圍出至少一封閉區域C(圖1是以一個封閉區域C為例)。舉例而言，如圖1所示，本實施例之第一電極108包括二個分支部108a。(圖1中是以二個分支部108a為例，但本發明之發光二極體結構並不限於圖1中所繪，在其他實施例中，亦可以是第一電極108包括三個以上的分支部108a)。
在本實施例中，封閉區域C位於相鄰之二個分支部108a之間。在本實施例中，每一分支部108a與相鄰之第二電極110之間的最短距離H1小於或等於封閉區域C的最大寬度H2，但本發明不限於此，距離H1與距離H2皆可視實施的設計需求而調整。此處的最大寬度H2是指在各個不同的方向中，取一個封閉區域C的寬度最大的方向，而在此方向上之封閉區域C的寬度即為最大寬度H2。
上述之電極設計(即封閉區域C位於相鄰之二個分支部108a之間)可改善習知技術中因電子與電洞遷移率(mobility)不同而造成之發光效率不佳的問題。詳細說明如下：由於電子的遷移率較電洞快，因此電子在遠離分支部108a處仍可維持較高的濃度。所以，當電子移動至封閉區域C時，電子的濃度與電洞的濃度會較為接近，如此便能夠使電子與電洞有較佳的復合率，進而提升發光二極體結構100的發光效率。
在本實施例中，由於每一分支部108a與相鄰之第二電極110之間的最短距離H1小於或等於封閉區域C的最大寬度H2，因此封閉區域C中的電子濃度便能夠有效提升，而使的電子的濃度與電洞的濃度更為接近，進而藉由提升電子與電洞的復合率來提升發光二極體結構100的發光效率。
就本實施例之發光二極體結構100的封閉區域C而言，封閉區域C與分支部108a的距離較遠，故由分支部108a發出的電子傳遞至封閉區域C時，電子濃度已下降。另一方面，雖然封閉區域C與第二電極110的距離較近，但由於電洞之遷移率(mobility)較電子小，故由第二電極110發出之電洞傳遞至封閉區域C時，電洞濃度已下降至與電子濃度接近的程度。如此一來，封閉區域C中的電洞濃度便可與封閉區域C中的電子濃度匹配，進而使得電子電洞在封閉區域C中及附近發生復合(recombination)的機率大幅提高，而更進一步地提升發光二極體結構100的發光效率，且亦能夠提升發光二極體結構100的發光均勻性。
請繼續參照圖1、圖3及圖4，本實施例之第一電極108可進一步包括至少一第一接墊108b，第一接墊108b連接分支部108a。本實施例之第二電極110可進一步包括至少一第二接墊110b及與第二接墊110b連接之一延伸部110a。在本實施例中，第二接墊110b與延伸部110a圈圍出封閉區域C。此外，在本實施例中，第二接墊110b配置於第一電極108之相鄰的二分支部108a之間。如圖4所示，第一接墊108b與第二接墊110b可透過導電凸塊200與電路板300連接，進而讓使用者可透過電路板300操作發光二極體結構100。
詳言之，本實施例之分支部108a具有相對的第一端T1與第二端T2，且第一接墊108b連接相鄰分支部108a的第一端T1。在本實施例中，第一電極108中之二第一分支108a呈U字形，且第二電極110呈環狀。並且，第一電極108之U字形的開口108c朝向第二電極110的第二接墊110b。
圖5為本發明另一實施例之發光二極體結構的上視示意圖。請參照圖5，本實施例之發光二極體結構100’與圖1之發光二極體結構100類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例中，第一電極108’包括多個第一接墊108b，且第一電極108’更包括至少一連接段108d及多個分支部108e，其中連接段108d連接相鄰二第一接墊108b，而這些分支部108e則分別由這些第一接墊108b延伸而出。此外，在本實施例中，第二電極110’包括多個第二接墊110b、延伸部110a’、多個連接段110c及多個分支部110d。延伸部110a’例如呈環狀，連接段110c連接延伸部110a’與第二接墊110b，且這些第二接墊110b分別延伸出分支部110d。在本實施例中，分支部110d配置於分支部108e與分支部108a之間。或者，在另一實施例中，分支部110d與分支部108e可交替配置。在本實施例中，由於延伸部110a’呈環狀而圈圍出封閉區域C，因此亦具有類似於圖1之發光二極體結構100的功效，在此不再重述。
綜上所述，本發明之發光二極體結構藉由在第一電極的相鄰二分支部之間配置圈圍出封閉區域的第二電極，而使得發光二極體結構各區域上的電子電洞濃度匹配，此可有效促進電子與電洞的復合，進而提高電子電洞復合之機率。如此一來，本發明之發光二極體結構的發光效率光提取效率便可有效提高。
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、100’．．．發光二極體結構
102．．．第一型摻雜半導體層
102a．．．平台部
102b．．．下陷部
104．．．第二型摻雜半導體層
106．．．發光層
108、108’．．．第一電極
108a、108e、110d．．．分支部
108b．．．第一接墊
108c．．．第一電極之的開口
108d、110c‧‧‧連接段
110‧‧‧第二電極
110a、110a’‧‧‧延伸部
110b‧‧‧第二接墊
112‧‧‧透明導電層
200‧‧‧導電凸塊
300‧‧‧電路板
C‧‧‧封閉區域
D1、D2‧‧‧厚度
H1‧‧‧最短距離
H2‧‧‧最大寬度
T1、T2‧‧‧端點
圖1為本發明一實施例之發光二極體結構的上視示意圖。
圖2為對應圖1之A-A’線所繪之剖面圖。
圖3為對應圖1之B-B’線所繪之剖面圖。
圖4示出本發明一實施例之發光二極體結構接合在電路板上的情形。
圖5為本發明另一實施例之發光二極體結構的上視示意圖。
100‧‧‧發光二極體結構
102b‧‧‧下陷部
108‧‧‧第一電極
108a‧‧‧分支部
108b‧‧‧第一接墊
108c‧‧‧第一電極之的開口
110‧‧‧第二電極
110a‧‧‧延伸部
110b‧‧‧第二接墊
112‧‧‧透明導電層
C‧‧‧封閉區域
H1‧‧‧最短距離
H2‧‧‧最大寬度
T1、T2‧‧‧端點
Claims (13)
- 一種發光二極體結構，包括：一第一型摻雜半導體層；一第二型摻雜半導體層；一發光層，配置於該第一型摻雜半導體層與該第二型摻雜半導體層之間；一第一電極，配置於該第一型摻雜半導體層上，且包括至少一第一接墊及與該第一接墊連接的多個分支部；以及一第二電極，配置於該第二型摻雜半導體層上，且包括至少一第二接墊及與該第二接墊連接之一延伸部，其中該第二電極圈圍出至少一封閉區域，且該封閉區域位於相鄰之二該分支部之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該第一型掺雜半導體層為一N型半導體層，而該第二型掺雜半導體層為一P型半導體層。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該第一型摻雜半導體層具有相連接之一平台部與一下陷部，該平台部的厚度大於該下陷部的厚度，該發光層與該第二型摻雜半導體層配置於該平台部上，且該第一電極配置於該下陷部上。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該第二接墊配置於該第一電極之相鄰的二該分支部之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該第一電極中之二該第一分支呈U字形，且該第二電極呈環狀，該第一電極之該U字形的開口朝向該第二電極的該第二接墊。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該發光二極體結構用於覆晶方式的封裝。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，更包括一透明導電層，配置於該第二電極與該第二型摻雜半導體層之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中每一該分支部與相鄰之該第二電極之間的最短距離小於或等於該封閉區域的最大寬度。
- 一種發光二極體結構，包括：一N型摻雜半導體層；一P型摻雜半導體層；一發光層，配置於該N型摻雜半導體層與該P型摻雜半導體層之間；一第一電極，配置於該N型摻雜半導體層上，且包括多個第一分支部；以及一第二電極，配置於該P型摻雜半導體層上，其中該第二電極圈圍出至少一封閉區域，該第一電極的二相鄰第一分支部向該第二電極延伸並位於該封閉區域的外側，且該封閉區域位於該二相鄰第一分支部之間。
- 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體結構，其 中該發光二極體結構用於覆晶方式的封裝。
- 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體結構，其中每一該第一分支部與相鄰之該第二電極之間的最短距離小於或等於該封閉區域的最大寬度。
- 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體結構，更包括一透明導電層，配置於該第二電極與該P型摻雜半導體層之間。
- 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體結構，其中該第二電極更包括多個向該第一電極延伸的第二分支部，該第一電極的該些第一分支部與該第二電極的該封閉區域及該些第二分支部呈交替配置。
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