TW201517301A - 發光二極體結構 - Google Patents

Abstract

一發光二極體結構，包括：一第一型半導體層，包括一發光區與一非發光區；一主動層及一第二型半導體層依序堆疊於位在發光區之第一型半導體層上；一透明導電層設於第二型半導體層上；一布拉格反射層設於透明導電層上，並具有一第一貫孔，裸露出透明導電層；一金屬層設於布拉格反射層上，並填滿第一貫孔且連接透明導電層；一保護層覆蓋金屬層，並具有一第二貫孔，裸露出金屬層；一第三貫孔，裸露出第一型半導體層之非發光區；一第一電極，填滿第三貫孔並與第一型半導體層連接；以及一第二電極，填滿第二貫孔並與金屬層連接。

Description

發光二極體結構

本發明係關於一種發光二極體結構；特別係有關於一種覆晶式發光二極體結構。

發光二極體(LEDs)係利用於一基板上形成主動層且於基板上沉積不同導電和半導電層的方式所形成。利用P-N接面中的電流，電子-電洞對的再結合(recombination)可產生電磁輻射(例如光)。

近年來，覆晶式(flip-chip)發光二極體逐漸取代了傳統的發光二極體，其利用覆晶封裝之方式將電極與基板直接連接，可避免其出光受到電極影響，並可有效降低熱傳導阻值，進而提升發光效率。

第1圖表示一習知覆晶式發光二極體結構之示意圖。如第1圖所示，習知覆晶式發光二極體結構10主要包括一基板10a、一第一型半導體層10b、一主動層10c、一第二型半導體層10d、一反射式歐姆導電層(reflecting ohmic contact layer)10e、一緩衝層(buffer layer)10f、一保護層(passivation layer)10g、一第一電極10h以及一第二電極10i。其中，前述反射式歐姆導電層10e(例如具有Ni/Ag/Pt或Ni/Al/Ti等合金結構)由於需兼具「導電」及「反射光線」 的效果，故在製程上相當地困難。有鑑於此，業界亟須一種簡易、製程整合性高、不需增加過多製程步驟或增加過多製程成本即可有效提升其製程良率以及發光效率的發光二極體結構。

本發明提供一種發光二極體結構，包括：一第一型半導體層，包括一發光區與一非發光區；一主動層及一第二型半導體層依序堆疊於位在發光區之第一半導體層上，在發光區形成複數由第一型半導體、主動層和第二型半導體層所構成之發光二極體堆疊單元；一透明導電層，設置於發光二極體堆疊單元的第二型半導體層上；一布拉格反射層(或稱布拉格反射鏡(distributed Bragg Reflector，DBR)層)，設於透明導電層上，且布拉格反射層具有複數第一貫孔，分別裸露出每一發光二極體堆疊單元上之透明導電層；一金屬層，設於布拉格反射層上，並填滿第一貫孔，使得金屬層可經過第一貫孔而分別連接每一發光二極體堆疊單元上之透明導電層；一保護層，覆蓋金屬層，並且具有複數第二貫孔，分別裸露出每一發光二極體堆疊單元之金屬層；複數裸露出第一型半導體層之第三貫孔，設置於非發光區；一第一電極，填滿於第三貫孔內，並與第一型半導體層連接；以及一第二電極，填滿於第二貫孔內，並與金屬層連接。

為讓本發明之上述和其它目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式， 作詳細說明如下。

10、20‧‧‧發光二極體結構

10a、100‧‧‧基板

200‧‧‧發光二極體堆疊單元

10b、202‧‧‧第一型半導體層

10c、204‧‧‧主動層

10d、206‧‧‧第二型半導體層

10e‧‧‧反射式歐姆導電層

10f‧‧‧緩衝層

300‧‧‧透明導電層

400‧‧‧布拉格反射層

500‧‧‧金屬層

10g、600‧‧‧保護層

10h、700a‧‧‧第一電極

10i、700b‧‧‧第二電極

800‧‧‧電流阻擋層

A1‧‧‧發光區

A2‧‧‧非發光區

C‧‧‧溝渠

D1、D2‧‧‧高度

H1‧‧‧第一貫孔

H2‧‧‧第二貫孔

H3‧‧‧第三貫孔

第1圖表示一習知的發光二極體結構示意圖。

第2A圖表示本發明一實施例之發光二極體結構示意圖。

第2B圖表示本發明另一實施例之發光二極體結構示意圖。

第3A圖表示本發明一實施例之發光二極體結構的電性接點配置示意圖。

第3B圖表示本發明另一實施例之發光二極體結構的電性接點配置示意圖。

以下針對本發明之發光二極體結構作詳細說明。應了解的是，以下敘述提供許多不同的實施例或例子，用以實施本發明之不同樣態。以下所述特定的元件及排列方式儘為簡單描述本發明。當然，這些僅用以舉例而非本發明之限定。此外，在不同實施例中可能使用重複的標號或標示。這些重複僅為了簡單清楚地敘述本發明，不代表所討論之不同實施例及/或結構之間具有任何關連性。再者，當述及一第一材料層位於一第二材料層上或之上時，包括第一材料層與第二材料層直接接觸之情形。或者，亦可能間隔有一或更多其它材料層之情形，在此情形中，第一材料層與第二材料層之間可能不直接接觸。

能理解的是，雖然在此可使用用語「第一」、「第二」、「第三」等來敘述各種元件、組成成分、區域、層、及/或部分，這些元件、組成成分、區域、層、及/或部分不應被這些用語限定，且這些用語僅是用來區別不同的元件、組成成分、區域、層、及/或部分。因此，以下討論的一第一元件、組成成分、區域、層、及/或部分可在不偏離本發明之教示的情況下被稱為一第二元件、組成成分、區域、層、及/或部分。

除非另外定義，在此使用的全部用語(包括技術及科學用語)具有與此篇揭露所屬之一般技藝者所通常理解的相同涵義。能理解的是這些用語，例如在通常使用的字典中定義的用語，應被解讀成具有一與相關技術及本揭露的背景或上下文一致的意思，而不應以一理想化或過度正式的方式解讀，除非在此特別定義。

請先參閱第2A圖，本發明一實施例之發光二極體結構20例如為一覆晶式發光二極體結構。前述發光二極體結構20包括一基板100，前述基板100上形成有一第一型半導體層202，且第一型半導體層202定義有一預定發光區A1及一預定非發光區A2，其中第一型半導體層202之預定發光區A1的高度D1高於預定非發光區A2的高度D2。此外，一主動層204及一第二型半導體層206依序堆疊於位在前述發光區A1之第一型半導體層202上，藉此在發光區A1形成複數由第一型半導體層202、主動層204及第二型半導體層206所構成之發光二極體堆疊單元200(如第2A圖中所示之 位於元件700a左、右側的兩個發光二極體堆疊單元200)。

於本實施例中，前述基板100例如為一透明的藍寶石基板(sapphire substrate)，前述第一型半導體層202可為一N型III-V族半導體層，且前述第二型半導體層206可為一P型III-V族半導體層，其中前述III-V族半導體層例如可為一含鎵的氮化物，包括：氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)或氮化鋁銦鎵(AlInGaN)。前述主動層204則可包括同質接面(homojunction)、異質接面(heterojunction)、單一量子井(single-quantum well(SQW))、多重量子井(multiple-quantum well(MQW))或其它類似的結構。

請繼續參閱第2A圖，前述發光二極體結構20更包括一透明導電層300，形成於每一發光二極體堆疊單元200之第二型半導體層206上，其中透明導電層300可具有氧化銦錫(Indium tin oxide，ITO)材料。由於氧化銦錫材料具有良好的導電性及與基材間之黏著性佳等優點，故可減少第二型半導體層206之表面電阻，進而降低發光二極體結構20之驅動電壓，並可降低透明導電層300在製程上之困難度。於部分實施例中，透明導電層300亦可具有氧化銦鋅(IZO)或氧化鋁鋅(AZO)等材質。

前述透明導電層300上亦形成有一布拉格反射(DBR)層400，其中布拉格反射層400可由兩種具有不同折射率之同質或異質材料之薄膜相互堆疊所構成，並可將該些發光二極體堆疊單元200中之主動層204所發出之光線反射並朝向基板100之方向出光，以提高發光二極體結構20之發 光效率。如第2A圖所示，布拉格反射層400較佳地係更覆蓋該些發光二極體堆疊單元200的側壁。

此外，布拉格反射層400具有複數第一貫孔H1，可分別裸露出每一發光二極體堆疊單元200上之透明導電層300。前述發光二極體結構20更包括一金屬層500，設置於布拉格反射層400上，可填滿該些第一貫孔H1並經由第一貫孔H1分別連接每一發光二極體堆疊單元200上之透明導電層300。於部分實施例中，金屬層500之材料包括銀(Ag)、鋁(Al)或銠(Rh)其中之一或其組合。

請繼續參閱第2A圖，前述發光二極體結構20更包括一保護層600，其中保護層600可覆蓋金屬層500及該些發光二極體堆疊單元200側壁上的布拉格反射層400，藉此可避免第一型半導體層202與第二型半導體層206接面導通而發生漏電之情形。此外，保護層600具有複數第二貫孔H2(第2A圖中僅繪出一第二貫孔H2以示意)，可分別裸露出每一發光二極體堆疊單元200上之金屬層500。

前述發光二極體結構20亦包括複數第三貫孔H3(第2A圖中僅繪出一第三貫孔H3以示意)、一第一電極700a以及一第二電極700b。前述第三貫孔H3形成於位在非出光區A2之第一型半導體層202上，前述第一電極700a可填滿該些第三貫孔H3並經由第三貫孔H3連接第一型半導體層202，且前述第二電極700b可填滿該些第二貫孔H2並經由第二貫孔H2連接金屬層500。藉此，由第一電極700a所輸入之電流可直接傳導至第一型半導體層202，而由第二電極 700b所輸入之電流則可經由金屬層500及透明導電層300傳導至第二型半導體層206。

第2B圖表示本發明另一實施例之發光二極體結構20示意圖。其中，第2B圖中之發光二極體結構20相較於第2A圖中之發光二極體結構20更包括有一電流阻擋層(current blocking layer)800，形成於每一發光二極體堆疊單元200之第二型半導體層206與透明導電層300之間，且位於每一第一貫孔H1之下方，藉此可使傳導至第二型半導體層206之電流分布地更加均勻。

接著請參閱至第3A、3B圖。需要特別說明的是，由於前述透明導電層300具有介面間電流傳導能力優於介質內部電流傳導能力的特性，故前述金屬層500之一主要功用係可協助電流傳導並提升傳導至第二型半導體層206之電流分布均勻性，進而可提升發光二極體結構之整體發光效率。

如第3A圖(俯視圖)所示，在本發明一實施例的發光二極體結構20中，包括有複數前述第一貫孔H1、第二貫孔H2及第三貫孔H3，其中該些第二貫孔H2設置於發光二極體結構20之一側，該些第一貫孔H1及第三貫孔H3係均呈矩陣式排列，其中每一第一貫孔H1可由四個第三貫孔H3所包圍。藉此，前述第二電極700b可經由該些第二貫孔H2連接前述金屬層500，且金屬層500則可經由該些第一貫孔H1連接前述透明導電層300上之多個位置，進而使傳導至第二型半導體層206之電流分布更加均勻。另外，第一貫孔H1 和第三貫孔H3的位置可互為對調，亦即每一第三貫孔H3由四個第一貫孔H1所包圍。

第3B圖(俯視圖)表示本發明另一實施例的發光二極體結構20示意圖，其中第3B圖中之發光二極體結構20與第3A圖中之發光二極體結構20的差異在於，該些相鄰第一貫孔H1之間各藉由一溝渠C相連。應了解的是，前述溝渠C與第一貫孔H1同樣形成於前述布拉格反射層400上，並可裸露出前述透明導電層300，因此前述金屬層500可填滿該些溝渠C並使得相鄰之該些第一貫孔H1連通。此外，前述第3A圖中之該些相鄰第一貫孔H1之間亦可由溝渠C相連。另外，亦可為第三貫孔H3之間由溝渠C相連而包圍住各自獨立的第一貫孔H1。

綜上所述，本發明提供之一種發光二極體結構係利用如氧化銦錫材質之「透明傳導層」以及「布拉格反射層」來取代習知的「反射式歐姆導電層」，據此可達到製程整合性高、提升製程良率以及改善發光效率等功效。此外，本發明之發光二極體結構亦利用「金屬層」使得發光二極體結構中之電流分布均勻，進而可提升發光二極體結構之發光效率。

雖然本發明的實施例及其優點已揭露如上，但應該瞭解的是，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，當可作更動、替代與潤飾。此外，本發明之保護範圍並未侷限於說明書內所述特定實施例中的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步 驟，任何所屬技術領域中具有通常知識者可從本發明揭示內容中理解現行或未來所發展出的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，只要可以在此處所述實施例中實施大抵相同功能或獲得大抵相同結果皆可根據本發明使用。因此，本發明之保護範圍包括上述製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟。另外，每一申請專利範圍構成個別的實施例，且本發明之保護範圍也包括各個申請專利範圍及實施例的組合。

雖然本發明以前述數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明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，當可做些許之更動與潤飾。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。此外，每個申請專利範圍建構成一獨立的實施例，且各種申請專利範圍及實施例之組合皆介於本發明之範圍內。

20‧‧‧發光二極體結構

100‧‧‧基板

200‧‧‧發光二極體堆疊單元

202‧‧‧第一型半導體層

204‧‧‧主動層

206‧‧‧第二型半導體層

300‧‧‧透明導電層

400‧‧‧布拉格反射層

500‧‧‧金屬層

600‧‧‧保護層

700a‧‧‧第一電極

700b‧‧‧第二電極

A1‧‧‧發光區

A2‧‧‧非發光區

D1、D2‧‧‧高度

H1‧‧‧第一貫孔

H2‧‧‧第二貫孔

H3‧‧‧第三貫孔

Claims (15)

1. 一種發光二極體結構，包括：一第一型半導體層，包括一發光區與一非發光區；一主動層及一第二型半導體層依序堆疊於位在該發光區之該第一型半導體層上，在該發光區形成複數由該第一型半導體、該主動層和該第二型半導體層所構成之發光二極體堆疊單元；一透明導電層，設置於該些發光二極體堆疊單元的該第二型半導體層上；一布拉格反射層，設於該透明導電層上，且該布拉格反射層具有複數第一貫孔，分別裸露出每一該些發光二極體堆疊單元上之該透明導電層；一金屬層，設於該布拉格反射層上，並填滿該些第一貫孔，使得該金屬層可經過該些第一貫孔而分別連接每一該些發光二極體堆疊單元上之該透明導電層；一保護層，覆蓋該金屬層，並且具有複數第二貫孔，分別裸露出每一該些發光二極體堆疊單元之該金屬層；複數裸露出該第一型半導體層之第三貫孔，設置於該非發光區；一第一電極，填滿於該些第三貫孔內，並與該第一型半導體層連接；以及一第二電極，填滿於該些第二貫孔內，並與該金屬層連接。
2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體結構，其中 該預定發光區高於該預定非發光區
3. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體結構，其中該布拉格反射層更覆蓋該些發光二極體堆疊單元的側壁。
4. 如申請專利範圍第3項所述的發光二極體結構，其中該保護層更覆蓋該些發光二極體堆疊單元側壁的該布拉格反射層。
5. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體結構，其中該金屬層之材料包括銀、鋁或銠其中之一或其組合。
6. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體結構，其中該第一型半導體層為一N型III-V族半導體層，且該第二型半導體層為一P型III-V族半導體層。
7. 如申請專利範圍第6項所述的發光二極體結構，其中該III-V族半導體層為一含鎵的氮化物。
8. 如申請專利範圍第7項所述的發光二極體結構，其中該含鎵的氮化物為氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)或氮化鋁銦鎵(AlInGaN)。
9. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體結構，其中該發光二極體結構更包含一基板，且第一半導層形成於該基板上。
10. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體結構，其中該些第一、第三貫孔均呈矩陣式排列。
11. 如申請專利範圍第10項所述的發光二極體結構，其中每一該些第一貫孔均被四個該些第三貫孔所包圍。
12. 如申請專利範圍第11項所述的發光二極體結構，其 中該布拉格反射層上更包括複數裸露出該透明導電層且內部填滿該金屬層之溝渠，其中每一該些溝渠是設置於兩相鄰的該些第一貫孔之間，使得相鄰的該些第一貫孔可藉由該些溝渠彼此相連。
13. 如申請專利範圍第10項所述的發光二極體結構，其中每一該些第三貫孔均被四個該些第一貫孔所包圍。
14. 如申請專利範圍第13項所述的發光二極體結構，其中該布拉格反射層上更包括複數裸露出該透明導電層且內部填滿該金屬層之溝渠，其中每一該些溝渠是設置於兩相鄰的該些第三貫孔之間，使得相鄰的該些第三貫孔可藉由該些溝渠彼此相連。
15. 如申請專利範圍第1至14項中任一項所述的發光二極體結構，更包括一電流阻擋層，設置於每一該些發光二極體堆疊單元之該第二型半導體層與該透明導電層之間，且對應於每一該些第一貫孔下方之位置。