TW201342664A - 具有複合導電層的發光二極體 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種具有複合導電層的發光二極體，包含一基材、一可在接受電能後將接受之電能轉換成光能向外發出的半導體發光單元、一形成於該半導體發光單元表面的導電層，及一可提供電能至該半導體發光單元的電極單元，特別是，該導電層具有依序自該半導體發光單元表面向上設置的一第一導電膜、一第二導電膜，及一第三導電膜，且該第一導電膜與該第三導電膜的電阻值小於該第二導電膜的電阻值；利用該第一、二、三導電膜的不同電阻值設計，可將經由該導電層的電流均勻注入該半導體發光單元，而有效提升該發光二極體的發光效率及出光均勻性。

Description

具有複合導電層的發光二極體

本發明是有關於一種發光二極體，特別是指一種具有複合導電層可提高出光均勻性的發光二極體。

參閱圖1，一般發光二極體(Light Emitting Diode；LED)結構包含一基材11、一半導體發光單元12、一電流擴散層13，及一電極單元14。該基材11是由藍寶石構成，該半導體發光單元12具有一與該基材11連接的第一型半導體層121和一連接在該第一型半導體層121部分表面，電性與該第一型半導體層121相反的第二型半導體層122，該電流擴散層13是由透明導電材料構成，形成於該第二型半導體層122與該頂電極142之間，該電極單元14具有一形成在該第一型半導體層121表面的底電極141，及一形成於該電流擴散層13頂面的頂電極142，該底、頂電極141、142可彼此配合提供電能至該半導體發光單元12，該半導體發光單元12可將接受的電能轉換成光能後向外發出。但是，當電流經由該頂電極142注入該半導體發光單元12時，由於大部分的電流都會由靠近該頂電極142周圍的區域注入至該第一、二型半導體層121、122的接面，而有電流分布不均的問題，使得載子複合後發出的光會大部分集中在靠近該頂電極142的鄰近區域，造成發光二極體會有發光亮度不均勻的問題。

雖然前述之發光二極體結構在該第二型半導體層122與該頂電極142之間已有加設一層透明的電流擴散層13，將自該頂電極142注入的電流先均勻擴散後再傳導至該第二型半導體層122中，再令電流均勻通過該第二型半導體層122，而可改善自該頂電極142注入電流的分布均勻性問題，進而提升該發光二極體的出光均勻性，然而，受到電流流動特性的影響，經由該頂電極142下方直接注入該電流擴散層13的電流密度仍會較其它區域高，因此，參閱圖2，目前還有進一步利用在該半導體發光單元12頂面對應該頂電極142的位置先形成一絕緣層15，利用該絕緣層15絕緣的特性迫使自該頂電極142直接向下流動的電荷朝向該絕緣層15的四周分散，而解決該頂電極142正下方電流密度較高的問題。

如前所述，雖然藉由前述該電流擴散層13及該絕緣層15可改善自該頂電極142注入的電流均勻性及該頂電極142下方電流密度較高的問題，但是製作該絕緣層15則需要增加黃光、顯影等額外製程，不僅會增加製程成本，同時也會增加製程的複雜度。

因此，本發明之目的，即在提供一種具有複合導電層的發光二極體，可提升電流均勻性，並具有高出光均勻性及發光效率。

於是，本發明一種具有複合導電層的發光二極體包含一基材、一半導體發光單元、一導電層，及一電極單元。

該半導體發光單元可在接受電能後將接受之電能轉換成光能向外發出，具有一與該基材連接的第一型半導體層，及一自該第一型半導體層表面向上延伸，且電性與該第一型半導體層相反的第二型半導體層。

該導電層形成於該半導體發光單元的頂面，具有依序自該頂面向上設置的一第一導電膜、一第二導電膜，及一第三導電膜，且該第一導電膜與該第三導電膜的電阻值小於該第二導電膜的電阻值。

該電極單元可提供電能至該半導體發光單元，該半導體發光單元在接受電能後會將接受的電能轉換成光能向外發出。

本發明之功效在於：利用該第一、二、三導電膜不同的電阻值設計，讓電流可先於該具有較高電阻值的第二導電膜均勻擴散後再經由該具有較高電荷密度的第一導電膜均勻的注入該半導體發光單元，而可有效提升該發光二極體的發光效率及出光均勻性。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖3，本發明具有複合導電層的發光二極體的一較佳實施例是包含一基材2、一半導體發光單元3、一導電層4，及一電極單元5。

該基材2具有一表面21，可選自矽、氧化鋁、碳化矽，及氮化鋁等絕緣材料構成，由於該基材2的構成材料為本技術領域者所周知，因此，在此不再多加贅述，於本實施例中，該基材2是由藍寶石為材料所構成。

該半導體發光單元3形成於該表面21，具有一與該表面21連接的第一型半導體層31，及一與該第一型半導體層31的部份表面連接且電性與該第一型半導體層31相反的第二型半導體層32；詳細地說，該第一型半導體層31可選自由n型摻雜的半導體材料所構成，該第二型半導體層32則可選自p型摻雜的半導體材料所構成，且該第一、二型半導體層31、32會形成p-n接面(p-n junction)，於本實施例中，該第一、二型半導體層31、32是分別選自n型摻雜及p型摻雜的氮化鎵系半導體材料所構成。

該導電層4形成在該半導體發光單元3的頂面，具有一與該第二型半導體層32呈歐姆接觸的第一導電膜41、一形成於該第一導電膜41表面的第二導電膜42，及一形成於該第二導電膜42表面的第三導電膜43，且該第一導電膜41與第三導電膜43的電阻值小於該第二導電膜42的電阻值。

該第一、二、三導電膜41、42、43是選自透明導電材料(transparent conductive oxide，TCO)，例如：錫摻雜的氧化銦(ITO)、氟摻雜的氧化錫(FTO)、鋁摻雜的氧化鋅(AZO)或是鎵摻雜的氧化鋅(GZO)，及前述其中一組合的透明導電材料構成，而該第一、二、三導電膜41、42、43的電阻值則可利用製程條件或是雜質的摻雜濃度而加以控制，例如，於製作ITO薄膜時，可利用控制氧氣含量的高、低，而得到具有不同電阻值的ITO薄膜，或是利用調整雜質的摻雜濃度，而得到具有不同電阻值的透明導電膜，由於製備具有不同電阻值之透明導電膜的相關製程參數控制為本技術領域所知悉，因此不再多加贅述。

於本實施例中，該導電層4可以濺鍍方式並利用製程過程的氧氣含量控制，而於同一製程得到三層具有不同電阻值的ITO透明導電薄膜，濺鍍過程中氧氣流量與ITO透明導電薄膜之電阻值的實驗數據如圖4所示；或是，參閱圖5，可利用AZO為該導電層4材料，並利用鋁的摻雜量控制形成該第一、二、三導電膜41、42、43的電阻值，而可以有更大範圍之調整空間。

具體的說，利用氧通量的變化而控制形成該第一、二、三導電膜41、42、43的電阻值時，可以先調整控制氧氣流量為0.2~0.5 sccm，得到電阻值介於6×10^-4~8×10^-4Ω-cm之間的該第一導電膜41，接著，控制氧氣流量為1.5~2.0 sccm，得到電阻值介於3×10^-3~3.2×10^-3Ω-cm的該第二導電膜42，最後，控制氧氣流量為0.2~0.5 sccm，得到電阻率介於6×10^-4~8×10^-4Ω-cm之間的該第三導電膜43，即可得到本較佳實施例的該導電層4。

而當利用AZO為該導電層4的材料時，可藉由調整鋁含量為0.8~1wt%，而得到電阻值介於6×10^-4~8×10^-4Ω-cm之間的該第一導電膜41，接著調整鋁含量為2.5~3%，而得到電阻值介於3×10^-3~3.2×10^-3Ω-cm的該第二導電膜42，最後再調整鋁含量為0.8~1%，而得到電阻值介於6×10^-4~8×10^-4Ω-cm之間的該第三導電膜43，也可得到本較佳實施例的該導電層4。

該電極單元5具有一設置在該第一型半導體層31露出的表面且與該第一型半導體層31呈歐姆接觸(Ohmic contact)的底電極51，及一形成在該導電層4表面且與該導電層4呈歐姆接觸的頂電極52，由於該電極單元5的構成材料為本技術領域者所周知且非為本發明的重點，因此不再多加說明，於本實施例中，該底、頂電極51、52分別選自鉑金為材料所構成。

當外界經由該底、頂電極51、52施加外電壓至該半導體發光單元3時，因為該第三導電膜43具有較低電阻，因此可讓自該頂電極51輸出的電流順利的流入該第三導電膜43，同時，會因為該第二導電膜42的電阻值高於該第三導電膜43而產生障壁效果，因此，自該第三導電膜43輸出的電流會先均勻擴散、累積，等到累積在該第二導電膜42的電荷密度大於該第二、三導電膜42、43之間產生的電位差時，電流就會同時由該第二導電膜42進入該第一導電膜41，而由於該第一導電膜41具有低電阻值且與該第二型半導體層32有良好的歐姆接觸，因此，電流即可經由該第一導電膜41均勻地注入該第二型半導體層32，而達到提升出光均勻性的目的。

要說明的是，為了不影響該導電層4的導電特性，該導電層4的電阻值不大於1×10^-3Ω-cm，較佳地，為了令該第二導電膜42可以有效的擴散並累積電荷，該第二導電膜42與該第三導電膜43的電阻值差為不小於2.0×10^-3Ω-cm；又為了令自該頂電極52流出的電荷可以順利輸入至該第三導電膜43，及自該第二導電膜42流出的電荷可以經由該第一導電膜41快速均勻的注入該第二型半導體層32，因此，該第三導電膜43的電阻值不大於8×10^-4Ω-cm，該第一導電膜41的電阻值不大於8×10^-4Ω-cm，且該第一導電膜41與該第二導電膜42的電阻值差為不小於2.0×10^-3Ω-cm。

本發明利用該第一、三導電膜41、43低電阻值的設計，令該第一、三導電膜41、43與該半導體發光單元3及頂電極52具有較佳的歐姆接觸特性，因此可降低接觸電阻而讓電荷順利的流通，並利用該第二導電膜42的較高電阻值設計，令電荷可在該第二導電膜42累積、分散後再注入該半導體發光單元3，因此，可減少習知利用單層導電層，大部分電流會直接由該頂電極52正下方注入該半導體發光單元3，所造成電流密度不均勻的問題；此外，本發明的導電層4係藉由習知形成透明導電層的製程，利用製程參數控制，形成具有不同電阻值的多層導電膜的結構，製程簡便，不像習知利用該絕緣層15分散電流密度時所造成的製程複雜度提升的缺點，而可有效且簡便地提升發光二極體的出光均勻性及發光效率，故確實可達到本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2．．．基材

21．．．表面

3．．．半導體發光單元

31．．．第一型半導體層

32．．．第二型半導體層

4．．．導電層

41．．．第一導電膜

42．．．第二導電膜

43．．．第三導電膜

5．．．電極單元

51．．．底電極

52．．．頂電極

圖1是一剖視示意圖，說明習知發光二極體結構；

圖2是一剖視示意圖，說明習知發光二極體結構具有絕緣層的態樣；

圖3是一剖視示意圖，說明本發明較佳實施例的發光二極體結構；

圖4是一電阻值曲線圖，說明氧通量與電阻值的曲線關係圖；及

圖5是一電阻值曲線圖，說明鋁含量與電阻值的曲線關係圖。

2．．．基材

21．．．表面

3．．．半導體發光單元

31．．．第一型半導體層

32．．．第二型半導體層

4．．．導電層

41．．．第一導電膜

42．．．第二導電膜

43．．．第三導電膜

5．．．電極單元

51．．．底電極

52．．．頂電極

Claims (9)

1. 一種具有複合導電層的發光二極體，包含：一基材；一半導體發光單元，可在接受電能後將接受的電能轉換成光能向外發出，具有一與該基材連接的第一型半導體層，及一自該第一型半導體層表面向上延伸，且電性與該第一型半導體層相反的第二型半導體層；一導電層，形成於該半導體發光單元的頂面，具有依序自該頂面向上設置的一第一導電膜、一第二導電膜，及一第三導電膜，且該第一導電膜與該第三導電膜的電阻值小於該第二導電膜的電阻值；及一電極單元，可提供電能至該半導體發光單元，該半導體發光單元在接受電能後會將接受的電能轉換成光能向外發出。
2. 依據申請專利範圍第1項所述具有複合導電層的發光二極體，其中，該第二型半導體層為自該第一型半導體層的部份表面向上延伸，且該電極單元具有一形成在該第一型半導體層上的底電極，及一形成在該導電層上的頂電極。
3. 依據申請專利範圍第1項所述具有複合導電層的發光二極體，其中，該電極單元具有一夾設在該基材與該半導體發光單元之間的底電極，及一形成在該導電層上的頂電極。
4. 依據申請專利範圍第1項所述具有複合導電層的發光二極體，其中，該導電層的電阻值不大於1×10^-3Ω-cm。
5. 依據申請專利範圍第1項所述具有複合導電層的發光二極體，其中，該第一導電膜的電阻值小於該第三導電膜的電阻值。
6. 依據申請專利範圍第1項所述具有複合導電層的發光二極體，其中，該第三導電膜與該第二導電膜的電阻值差不小於2.0×10^-3Ω-cm。
7. 依據申請專利範圍第1項所述具有複合導電層的發光二極體，其中，該第三導電膜的電阻值不大於8×10^-4Ω-cm。
8. 依據申請專利範圍第1項所述具有複合導電層的發光二極體，其中，該第一導電膜與該第二導電膜的電阻值差不小於2.0×10^-3Ω-cm。
9. 依據申請專利範圍第1項所述具有複合導電層的發光二極體，其中，該第一、二、三導電膜是選自ITO、FTO、AZO、GZO，及前述其中一組合的透明導電材料構成，且該第一、二、三導電膜的構成材料可為相同或不同。