TWI514628B - 電極結構與具有電極結構的發光二極體結構 - Google Patents

Description

電極結構與具有電極結構的發光二極體結構

本發明是有關一種電極結構與一種具有電極結構的發光二極體結構。

習知的發光二極體結構係於藍寶石基板上形成磊晶層(例如N-GaN、發光層與P-GaN)、反射層、阻障層(barrier layer)與焊墊(pad)。反射層的材料大多使用鋁，可用來反射焊墊下方的光線以增加發光二極體結構的發光效率。然而，以鋁作為反射層的材料在使用一段時間後，易於焊墊析出鋁腐蝕(aluminum corrosion)，使發光二極體結構的使用壽命難以提升。

此外，為了使習知的發光二極體結構提升發光效率，雖可提高焊墊與磊晶層的電流密度，但因習知阻障層防止焊墊與反射層化合的效果不佳，因此發光二極體結構在使用一段時間後，焊墊的阻抗容易升高。如此一來，當以較高的操作電壓驅動發光二極體結構時，發光二極體結構的可靠度(Reliability Analysis；RA)便會不足，使得焊墊 與磊晶層之電流密度的最大容許值會有所侷限，例如最大容許電流密度只可高於正常電流密度的兩倍，超過則會造成發光二極體結構損壞。

本發明之一技術態樣為一種電極結構。

根據本發明一實施方式，一種電極結構包括至少一反射層、阻障層與焊墊。其中，阻障層包括第一阻障層及第二阻障層。第一阻障層與第二阻障層依序堆疊於反射層上，且第一、第二阻障層係由不同材料所構成。焊墊位於阻障層上。

在本發明一實施方式中，上述反射層的材質包括金屬或合金。

在本發明一實施方式中，上述反射層的材質包括銠、銀、鋁、鎳、鉻或其合金。

在本發明一實施方式中，上述反射層包括第一反射層及第二反射層，或者反射層由複數第一、第二反射層交錯堆疊而成。其中第一、第二反射層係由材質互異的金屬或合金之材料所構成。

在本發明一實施方式中，上述第一反射層之材料包括鎳、鉻或其合金，第二反射層之材料包括銠、銀、鋁或其合金。

在本發明一實施方式中，上述第一、第二阻障層係由包括鉻、鉑、鉬、鈮、鈀、鈦、鎢或其合金之材質所構 成。

在本發明一實施方式中，上述阻障層係由複數第一阻障層與複數第二阻障層彼此交錯堆疊而成。

本發明之另一技術態樣為一種發光二極體結構。

根據本發明一實施方式，一種發光二極體結構包括基板、N型半導體層、發光層、P型半導體層與上述之電極結構。N型半導體層位於基板上。發光層位於N型半導體層上。P型半導體層位於發光層上。電極結構設置於P型半導體層上。

在本發明一實施方式中，上述發光二極體結構更包括電流擋塊層。電流擋塊層位於P型半導體層與反射層之間。

在本發明一實施方式中，上述發光二極體結構更包括透明導電層。透明導電層位於電流擋塊層與反射層之間。

在本發明上述實施方式中，由於具有第一阻障層與第二阻障層的阻障層可有效避免焊墊與反射層化合，使焊墊的阻抗不易隨使用時間而升高。如此一來，可提升發光二極體結構的可靠度穩定性，使焊墊、N型半導體層、發光層與P型半導體層之電流密度的最大容許值得以提升。也就是說，發光二極體結構可藉由提高焊墊與磊晶層的電流密度來提升發光效率，且不易損壞。

100‧‧‧電極結構

100a‧‧‧電極結構

100b‧‧‧電極結構

100c‧‧‧電極結構

110‧‧‧反射層

112‧‧‧第一反射層

114‧‧‧第二反射層

120‧‧‧阻障層

122‧‧‧第一阻障層

122a‧‧‧第一阻障層

122b‧‧‧第一阻障層

122c‧‧‧第一阻障層

124‧‧‧第二阻障層

124a‧‧‧第二阻障層

124b‧‧‧第二阻障層

124c‧‧‧第二阻障層

126a‧‧‧第三阻障層

126b‧‧‧第三阻障層

130‧‧‧焊墊

200‧‧‧發光二極體結構

210‧‧‧基板

220‧‧‧N型半導體層

230‧‧‧發光層

240‧‧‧P型半導體層

250‧‧‧電流擋塊層

260‧‧‧透明導電層

2-2‧‧‧線段

第1圖繪示根據本發明一實施方式之發光二極體結構的俯視圖。

第2圖繪示第1圖之發光二極體結構沿線段2-2的剖面圖。

第3圖繪示根據本發明另一實施方式之電極結構的剖面圖，其剖面位置與第2圖相同。

第4圖繪示根據本發明又一實施方式之電極結構的剖面圖，其剖面位置與第2圖相同。

第5圖繪示根據本發明再一實施方式之電極結構的剖面圖，其剖面位置與第2圖相同。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

第1圖繪示根據本發明一實施方式之發光二極體結構200的俯視圖。第2圖繪示第1圖之發光二極體結構200沿線段2-2的剖面圖。同時參閱第1圖與第2圖，發光二極體結構200包括基板210、N型半導體層220、發光層230、P型半導體層240與電極結構100。其中，N型半導體層220位於基板210上。發光層230位於N型半導體層 220上。P型半導體層240位於發光層230上。N型半導體層220、發光層230與P型半導體層240可稱為磊晶層。電極結構100設置於P型半導體層240上。

在本實施方式中，基板210可以為藍寶石(sapphire)基板，但並不以藍寶石基板為限。N型半導體層220與P型半導體層240的材質可以包含氮化物，例如N型半導體層220為N型氮化鎵(N-GaN)，而P型半導體層240為P型氮化鎵(P-GaN)。

電極結構100包括反射層110、阻障層120與焊墊130。其中，阻障層120包括第一阻障層122及第二阻障層124。第一阻障層122與第二阻障層124依序堆疊於反射層110上，且第一阻障層122與第二阻障層124係由不同材料所構成。焊墊130位於阻障層120上。在本實施方式中，焊墊130的材質可以包括金或銀。第一阻障層122與第二阻障層124可由包括鉻、鉑、鉬、鈮、鈀、鈦、鎢或其合金之材質所構成。舉例來說，第一阻障層122的材質可以包括鉻，而第二阻障層124的材質可以包括鉑。

當發光二極體結構200通電時，具有第一阻障層122與第二阻障層124的阻障層120可有效避免焊墊130與反射層110化合，使焊墊130的阻抗不易隨使用時間而升高。如此一來，可提升發光二極體結構200的可靠度(Reliability Analysis；RA)穩定性，使焊墊130、N型半導體層220、發光層230與P型半導體層240之電流密度的最大容許值得以提升。也就是說，發光二極體結構200可藉 由提高焊墊130與磊晶層的電流密度來提升發光效率，且不易損壞。在本實施方式中，發光二極體結構200的最大容許電流密度可高於正常電流密度的五倍以上。

反射層110的材質可以包括金屬或合金，例如反射層110的材質可以包括銠、銀、鋁、鎳、鉻或其合金。在本實施方式中，反射層110包括第一反射層112及第二反射層114，且第一反射層112與第二反射層114係由材質互異的金屬或合金之材料所構成。第一反射層112之材料包括鎳、鉻或其合金，第二反射層114之材料包括銠、銀、鋁或其合金。舉例來說，第一反射層112的材質可以包括鎳，而第二反射層114的材質可以包括銠。

當發光二極體結構200通電時，反射層110可反射焊墊130下方之發光層230的光線，可增加光萃取(light extraction)的路徑，因此能增加發光二極體結構200的發光效率，提升發光二極體結構200的亮度。此外，阻障層120可藉由反射層110提升其附著力。

當反射層110的材質為銠時，不會於焊墊130析出鋁腐蝕(aluminum corrosion)，使發光二極體結構200的使用壽命得以提升。第一反射層112與第二反射層114的數量並不用以限制本發明，例如反射層110亦可由複數第一反射層112與複數第二反射層114交錯堆疊而成。

在本實施方式中，發光二極體結構200還可包括電流擋塊(Current Block；CB)層250與透明導電層260。其中，電流擋塊層250位於P型半導體層240與反射層110之間。 透明導電層260位於電流擋塊層250與反射層110之間。電流擋塊層250的材質可以包括矽的氧化物、氮的氧化物、鈦的氧化物或鋁的氧化物。透明導電層260的材質可以包括銦錫氧化物、鋅鋁氧化物、鋅鋁鎵氧化物或銦鎵鋅氧化物。

當發光二極體結構200通電時，電流擋塊層250可阻擋電流，使電流經過電流擋塊層250時會橫向傳導，能降低發光層230之光線被電極結構100遮光的機會，提升光輸出。

應瞭解到，已敘述過的元件連接關係與材料將不在重複贅述，合先敘明。在以下敘述中，將說明其他型式的阻障層120。

第3圖繪示根據本發明另一實施方式之電極結構100a的剖面圖，其剖面位置與第2圖相同。電極結構100a包括反射層110、阻障層120與焊墊130。與第2圖實施方式不同的地方在於：阻障層120係由兩第一阻障層122a、122b與兩第二阻障層124a、124b彼此交錯堆疊而成。也就是第一阻障層122a、第二阻障層124a、第一阻障層122b與第二阻障層124b依序堆疊於反射層110上。

在本實施方式中，第一阻障層122a、122b的材質相同，第二阻障層124a、124b的材質相同。舉例來說，第一阻障層122a、122b的材質可以包括鉻，而第二阻障層124a、124b的材質可以包括鉑。與第2圖之電極結構100相較，當電極結構100a通電時，具有第一阻障層122a、122b 與第二阻障層124a、124b的阻障層120更能有效避免焊墊130與反射層110化合，可提升具此電極結構100a之發光二極體結構的可靠度穩定性。

第4圖繪示根據本發明又一實施方式之電極結構100b的剖面圖，其剖面位置與第2圖相同。電極結構100b包括反射層110、阻障層120與焊墊130。與第2圖實施方式不同的地方在於：阻障層120係由三第一阻障層122a、122b、122c與三第二阻障層124a、124b、124c彼此交錯堆疊而成。也就是第一阻障層122a、第二阻障層124a、第一阻障層122b、第二阻障層124b、第一阻障層122c與第二阻障層124c依序堆疊於反射層110上。

在本實施方式中，第一阻障層122a、122b、122c的材質相同，第二阻障層124a、124b、124c的材質相同。舉例來說，第一阻障層122a、122b、122c的材質可以包括鉻，而第二阻障層124a、124b、124c的材質可以包括鉑。與第3圖之電極結構100a相較，當電極結構100b通電時，具有第一阻障層122a、122b、122c與第二阻障層124a、124b、124c的阻障層120更能有效避免焊墊130與反射層110化合，可提升具此電極結構100b之發光二極體結構的可靠度穩定性。

第5圖繪示根據本發明再一實施方式之電極結構100c的剖面圖，其剖面位置與第2圖相同。電極結構100c包括反射層110、阻障層120與焊墊130。與第2圖實施方式不同的地方在於：阻障層120還包括第三阻障層126a、 126b。第一阻障層122a、第二阻障層124a、第三阻障層126a第一阻障層122b、第二阻障層124b與第三阻障層126b依序堆疊於反射層110上。

在本實施方式中，第一阻障層122a、122b的材質相同，第二阻障層124a、124b的材質相同，第三阻障層126a、126b的材質相同。舉例來說，第一阻障層122a、122b的材質可以包括鉻，第二阻障層124a、124b的材質可以包括鉑，第三阻障層126a、126b的材質可以包括鈀。與第2圖之電極結構100相較，當電極結構100c通電時，具有第一阻障層122a、122b、第二阻障層124a、124b與第三阻障層126a、126b的阻障層120更能有效避免焊墊130與反射層110化合，可提升具此電極結構100c之發光二極體結構的可靠度穩定性。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此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‧‧‧電極結構

110‧‧‧反射層

112‧‧‧第一反射層

114‧‧‧第二反射層

120‧‧‧阻障層

122‧‧‧第一阻障層

124‧‧‧第二阻障層

130‧‧‧焊墊

200‧‧‧發光二極體結構

210‧‧‧基板

220‧‧‧N型半導體層

230‧‧‧發光層

240‧‧‧P型半導體層

250‧‧‧電流擋塊層

260‧‧‧透明導電層

Claims (9)

1. 一種電極結構，包括：至少一反射層，包括一第一反射層及一第二反射層，或者由複數該第一、第二反射層交錯堆疊而成，其中該第一、第二反射層係由材質互異的金屬或合金之材料所構成；一阻障層，包括一第一阻障層及一第二阻障層，依序堆疊於該反射層上，且該第一、第二阻障層係由不同材料所構成；以及一焊墊，位於該阻障層上。
2. 如請求項1所述之電極結構，其中該反射層的材質包括金屬或合金。
3. 如請求項2所述之電極結構，其中該反射層的材質包括銠、銀、鋁、鎳、鉻或其合金。
4. 如請求項1所述之電極結構，其中該第一反射層之材料包括鎳、鉻或其合金，該第二反射層之材料包括銠、銀、鋁或其合金。
5. 如請求項1所述之電極結構，其中該第一、第二阻障層係由包括鉻、鉑、鉬、鈮、鈀、鈦、鎢或其合金之材質所構成。
6. 如請求項5所述之電極結構，其中該阻障層係由複數該第一阻障層與複數該第二阻障層彼此交錯堆疊而成。
7. 一種發光二極體結構，包括：一基板；一N型半導體層，位於該基板上；一發光層，位於該N型半導體層上；一P型半導體層，位於該發光層上；以及一如請求項1~6中任一項所述之電極結構，設置於該P型半導體層上。
8. 如請求項7所述之發光二極體結構，更包括：一電流擋塊層，位於該P型半導體層與該反射層之間。
9. 如請求項8所述之發光二極體結構，更包括：一透明導電層，位於該電流擋塊層與該反射層之間。