TWI380481B - Light-emitting diode with high light-emitting efficiency - Google Patents

Description

Μ80481

六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關於一種發光二極體，且特別是有關一種具有 高度發光效率之發光二極體。 【先前技藝】

/時至今曰，發光二極體的應用領域已甚為廣泛，例如按 ，系統、手機螢幕背光模組、車輛照明系統、裝飾用燈飾及 領域等產品，皆見到發光二極體被廣泛地應用。為了讓 if二極體儘可能地確保較高的功能可靠性以及較低的能源 消耗，因此對於發光二極體需要求其本身的發光效率。 —，參_—。圖—係緣示-習知的發光二極體卜如圖 11所二光二極體1包含—基板1G、— N__e氮化鎵層 、:毛光層12、一 P-type氮化鎵層13以及電極14、15。 光I極^ 氮，層13及氮化鎵層11以使該發 電極15伽彡成於於卜咖氮化鎵層η 上電極14係形成於N_type氮化鎵層U上。 理論上，發光二鋪的發級率與其本身_部量 光取出效率(llght_extraetiQn — 由材料特性及品質所決定。至於先取出二= 極體被提出，但是如何充份提高發光二極體之光 率及發光效率仍然是亟待克服的問題。 之先取出效 4 1*380481 【發明内容】 度發之—糾切提供-種具有高 根據本發明之—具體實 :第-傳導型態轉體層、一發光;：”-基板、 數個層狀結構、-透明導i層：ίΐ傳 •-傳導型:以::體㈡㉝亡。發光層形成於第 半導體層之上表面上成於第二傳導型態 ，半導-:¾¾ • 2之折射率以：苐二傳導型態半芯 板 根據本發明之另—且I#^ f 双、-第_傳導型離Ί實知例’發光二極體包含—六 半導體層、層、-發光層、-第二傳導型ί 及一第二^層狀結構、—透明導電層、—第 1380481 ?二導=!體|=+上:發先層形成於第一傳 並具有-上表面，且該上表;體層形成於發光層上 一區域之-第二區域。複數個層狀^:區域以及不同於第 致使第-區域中之部份區域外露。^ ^於第-區域上， -電極係形成以覆蓋該J二=:，該部份的外露叫 第二電極軸於第翻導電層’ 其中，該複數個層狀結構t之每

個透明絕緣層構成，且該複數個透明絕緣；Ϊ有：:f數 率。另外’該複數個折射率之大小介S層=個別的折射 層之折射率與透明導電層之折射率之間，I該導體 ίΐ=照該複數個折射率由下往上遞減之」規則依^= 關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明 附圖式得到進一步的瞭解。 "" 【實施方式】

第 而 所 睛參閱圖二Α。圖二Α係繪示根據本發明之一具體實施 例之發光二極體2之截面視圖。 如圖二A所示’發光二極體2包含基板20、第—傳導型 態半導體層21、發光層22、第二傳導型態半導體層23、複 數個層狀結構24、透明導電層25以及電極26。 第一傳導型態半導體層21形成於基板20上。發光層22 形成於第一傳導型態半導體層21上。第二傳導型態半導^層 6 1380481 〃23形成於發光層22上並具有一上表面。

於實際應用中，基板20可以由玻璃(Si02)、矽(Si)、鍺 (Ge)、氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、氮化鋁 (A1N)、藍寶石(sapphire)、尖晶石(叩血的、碳化矽(si〇、氧 化辞(ZnO)、氧化鎂(Mg〇)、二氧化鋰鋁(LiA102)、二氧化鋰 鎵(LiGa〇2)或四氧化鎂二|呂(MgAj2〇4)製成，但不以此為 限。第一傳導型態半導體層21及第二傳導型態半導體層23 可由氮化物材料所製成。於一具體實施例中，第一傳導型態 可為N型態，而第二傳導型態可為p型態。舉例來說，第一 傳導型態半導體層21可以是一 N型氮化鎵層，而第二傳導 型態半導體層23可以是一 p型氮化鎵層。

複數個層狀結構24係獨立地形成於第二傳導型態半導毙 層23之上表面上，致使該上表面中之部份區域外露。請參族 圖二B。圖二B係緣示圖二A中之第二傳導型態半導體層之 之上視圖。如圖二B所示，於-具體實施例中，複數個層相 結構24可以是圓柱型的結構，但不以此為限。由於複數^ 狀結構24彼此之間存在著間隙，故在複數個層狀結構Μ二 成之後，第二傳導型態半導體層23之上表面上會有部⑦ 的區域’如標號230所示。需注意的是，該複數個層狀^ 24中之每一個層狀結構24係由複數個透明絕緣層 成，且該複數個透明絕緣層240具有词別的折射率。θ 一透明導電層25係形成以覆蓋該複數個層狀結構％盘 -傳導型悲半導體層23之上表面中之該部份的外露、 230。電極26形成於部份蝕刻後之第—傳導型態半導體層^ 7 Γ380481 上。於實際應用中，透明導電層 所襄成’但不以此為限。 明是，針對每一個層狀結構24來說，該複數個透 爾敝爾除料型態半 導體層23之折射率與透明導電層25之折射率之間，且咳複

_係錢轉數崎料由下往上遞減之 —一、】向上堆豐而成。此外，該複數個層狀結構24中之 母一個層狀結構24可為從Si〇2材料層、咖材料層、 材If及_材料層等類似的透明絕緣材料詹中挑 ^出至少兩個材料層所構成之一組合。 任構1 參Λ圖^ C。圖二C係緣示於一具體實施例中之層狀 、口冓之、、口構視圖。如圖二c所示，層狀結構24可包含三

25可由一銦錫氧化物(ITO) :透明絕緣層(240a、2働、，分別具㈣射率^、以 n、、’且ηΙ>η2>η3，亦即三層透明絕緣層之折 上遞減。需注意的是’每—個層狀結構Μ具有之透明絕 數目及折辨之遞減規則可視實際需求而設計之。、θ 本發明之發光二極體的主要功效有以下兩點： ⑴由於每-靖狀結構24中之透明絕緣層之折射率由 4上遞減，當由發光二極體之發光層22所產生之射 構24後，基於漸變折射率之機制，可以降低光線被層 狀、、'。構24反射之機率，亦即入射光的穿透率獲得提昇 光二極體之發光層22所產生之光線可大幅度地被導^ 至發光二極體外以提昇光取出效率。 8 声狀^ m 4錢魏緣層構成且複數個 2流在第二傳導型態半導體層23及透明導電層 動^電流會被該等層狀結構24阻擔而僅能 = 度，進而增加發光二極體之發光效率。 ^幵電_ ^，圖—D。圖二D係緣示圖二A中之發光二極體2 SC中含I—個電極27，形成於透明導電層25上。於 成:… 極26、27皆可由一鉻/金(Cr/Au)合金所製 閱圖一 E。圖二E係繪示根據本發明 == 極體2之截面視圖。圖二E之發光二極體= 二獅2 H極體2社要不同之處在於，圖二E之發光 成於从極(26’、Μ分別形成於透明導電層25上及形 2〇係Γ由導電材上另=注意1是，此實施例中之基板 點在於一極體的優 施例根—具體實 3卜一基板3。、-第-傳導型態半導體層 社構34^曰透·:第一傳導型態半導體層33、複數個層狀 3口7構透明導電層35、一第一電極％以及-第二電極 Γ380481 第-傳導型態半導體層31戦於基板3g上 ^成於第-傳導型態半導體層31上。第二料^ 33形成於發光層32上並具有—上表面’且該上2 = =區域330以及不同於第—區域33〇之—第二區3 複數個層狀結構34形成於第—區域上 330中之部份區域外露。透明導電層％ = 個層狀結構靡第—區域33〇中之該部份二=複當 -電極36形成於第-傳導型態半導體層31上，

37係形成以覆蓋該第二區域332及部份的該透明導電層％。 …請參晒三：B。圖三B係繪示圖三A中之第 半導體層33之上視圖。由於複數個層狀結構％彼此之間g 在著間隙’故在觀:個層狀結構34形成後 ，層33之上表面中之第一區域33。中會有 域，如標號33〇〇所示。此外，標號π代表透明導電層％之 ，界。關於層狀結構34之敘述及功能請再參縣前提日及的段 洛，在此便不再贅述。

另外，要補充說明的是，圖三A中之第二電極37同時 接觸第二將㈣半導體層33及透明導電層％，其優點乃 利用第二電極37·第二傳導型態半導體層％之間阻抗大於透 明導電層35·第二傳導型態半導體層％之間阻抗，使得電流 流向透明導電層35的趨勢增加，亦即使流崎明導電層35 之電流密度增加，進一步增加發光效率。 。月參閱圖二C。圖三c係繪示根據本發明之另一具體實 施例之發光二極體3之截面視圖。圖三c之發光二極體3與 10 1,380481 in 駐要獨之處在於，圖三c之發先 -極體3中之電極(36’、37，)分別形成以覆蓋第二區域说$ 部伤的該透明導電層35，及形成於基板30之下表面上;： 注意的是，此實施射之基板3G係由導料所製成^ 外’此實施例之發光二極體的優點在於發光層3 刻，因此發光面積較大。 藉由以上較佳具體實施例之詳述，希望能更加清楚描 本發明之·與精神，而麟以上述所揭露陳佳具體實r =來對本㈣之範#加以關。相反地，其目的是希望能: 蓋士，改變及具縛性的安排於本發贿欲，請之專利範圍 的範脅内。因此’本發明所申請之專利範_料應該根據 上述的說明作最寬廣的轉，以致使其涵蓋所有可能的 以及具相等性的安排。 式簡單說明】 圖一係繪示一習知的發光二極體之截面視圖。 具體實施例之發光二極體 圖二A係繪示根據本發明之一 之哉面視圖。 圖二B係纟會示圖二A中之第二傳導型態半導體層之上視 圖二c係繪示於一具體實施例中之層狀結構之結構視 圖。 圖二D係繪示圖二A中之發先二極體進一步包含一電極 之截面視圖。 圖二E係纟會示根據本發明之另—具體實施例之發光二極 體之截面視圖。 圖三A鱗雜據本發私另—鍾實_之發光二極 體之截面視圖。 A t之第二傳導型態半導體層之上視 —具體實施例之發光二極 圖二C係繪.不根據本發明之另 體之截面視圖。 【主要元件符號說明】 10 .基板 12 :發光層 I :發光二極體 II : N-type氮化鎵層 12 Γ380481 13 : P-type氮化鎵層 14、15 :電極 2、3 :發光二極體 20、30 :基板 21、 31 :第一傳導型態半導體層 22、 32 :發光層 23、 33 :第二傳導型態半導體層 24、 34 :層狀結構 25、35 :透明導電層 • 35’：透明導電層邊界 26、27、36、37、26’、27,、36'、37’ ：電極 230、3300 :外露區域 240、240a、240b、240c、340 :透明絕緣層 330 :第一區域 332 :第二區域 nl、n2、n3 :折射率 13

Claims (1)

1. p ' > (年2月丨)曰修正替換頁 101年8月17曰修正替換頁 七 1、 、申請專利範圍： -種具有®度發光效率之發光二極體人. 一基板； 3 一第一傳導型態半導體層，形成 一發光層，形成於該第-傳導鶴半It上. -=導·'半導體層，形成於=層上並具有— 稷tiff結構’形成於該第二傳導型態半導體層之該 $二上，致使該上表面中之部份區域外露，其中兮 狀結構中之每一個層狀結構係由複數個透； =緣層構成’且該複數個翻絕緣層具有個別的折射 罕， 複數個間隙’形絲該複油層狀結構之間；以及 -透明導電層，形成以覆蓋該複數個層狀結構與該第二 傳‘型H:半導體層之該上表面中之該部份的外露 域； 其中該複數個透明絕緣層之複數個折射率之大小介於該第二 傳導型態半導體層之折射率與該透明導電層之折射率之間， 且該複數個透明絕緣層係依照該複數個折射率由下往上遞減 之一規則依序向上堆疊而成； 其中該透明導電層穿過該複數個間隙並形成於該複數個層狀 結構之間，且直接接觸該第二傳導型態半導體之該上表面中 之該部份的外露區域。 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該複數個層 狀結構中之每一個層狀結構為從一Si〇2材料層、一Ti〇2材料 層、一Ta205材料層及一si3N4材料層中挑選出至少兩個材料 層所構成之一組合。 …月丨]日修.，正替換頁

   3' 導體層：⑻形第 合之金趙，其中該第-電極 5、圍電第;項所4之發先二極體，進-步包含-第 上’而該以成基板之-下表面 8、 9、 顏第丨酬述之發光二 層係由-轉氧錄所製成。 τ Μ等电 種具有咼度發光效率之發光二極體，包含： 一基板； 1=傳導型態料體層’形成於該基板上； 一ς光層，形成於該第一傳導型態半導體層上； I傳導型態半導體層，形成於該發光層上並具有一 、面，且該上表面包含—第一區域以及不同於該 —區域之一第二區域； 複=層狀結構’形成於該第_區域上，致使該第一區 ，中之部份區域外露，其中該複數個層狀結構中之每 一個層狀結構係由複數個透明絕緣層構成，且該複 個透明絕緣層具有個別的折射率； 15 丄湖481 ㈣年<f月（)曰修正替換頁 年8月π曰修正替換頁 透明導電層’形成以覆蓋該複數個層$結構與該第J 區域中之該部份的外露區域； 形成於該複數個層狀結構之間；以及 形成以覆蓋該第二區域及部份的該透明導

   複數個間隙， 一第一電極， 電層； 其中該Ϊ數個透明絕緣層之複數個折射率之大小介於該第二 傳導^鮮導體層之折射率錢透明導電層之娜率之間， 且該複數個翻躲層絲顯減崎射率由下往上遞減 之一規則依序向上堆疊而成； 其中該義導電層穿過該複數侧隙並形成於該複數個屬狀 結構之間’且直接接_第二傳導雜半導體之該上表面中 之該部份的外露區域。 10、如申請專利範圍第9項所述之發光二極體，其中該複數個層 狀結構中之每一個層狀結構為從一Si02材料層、一Ti02材料 層、一Ta2〇5材料層及一別3风材料層中挑選出至少兩個材 層所構成之一組合。 11、 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體，進一步包含一第 二電極，形成於該第一傳導型態半導體層上。 12、 如申請專利範圍第u項所述之發光二極體，其中該第一電極 及該第二電極皆由一鉻/金合金所製成。 13、 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體，進一步包含一第 二電極，形成於該基板之一下表面上。 14、 如，專利範圍第9項所述之發光二極體，其中該第—傳導 型態係N型態，並且該第二傳導型態係p型態。 15、 如，請專利範圍第9項所述之發光二極體，其中該第一傳導 型悲半導體層及該第二傳導型態半導體層皆由一氮化物材料 16 1380481 • * u · ______ _____ 101年8月17曰修正替換頁 id年》月巧曰修i正替換頁 所製成。 其中該透明導電 16、如申請專利範圍第9項所述之發光二極體 • · 層係由一銦錫氧化物所製成。 1380481 101年8月17日修正替換頁 月/")曰修兩替換頁 八、圖式：

   圖一（先前技術) 18 1380481 曰修床替換頁

   1:1 年

   圖二A 23 24230 D〇〇〇〇nl 〇〇〇〇〇 D〇〇〇〇a 〇〇〇〇〇D〇〇〇〇a 〇〇〇〇〇D〇〇〇〇a 〇〇〇〇〇D〇〇〇〇a 〇〇〇〇〇 DGoooa 圖 B 19 1380481 « * > . (♦}月日修正替換頁 101年8月17曰修正替換頁

   240c 240b 240a

   20 1380481 -^ ·-> . 240 101年8月17日修正替換頁 26’' 230

   25 24 23 22 21 20

   2 27,

   二 E 21 1380481 35 34 33 32 31 30

   37 35,

   B 22 1380481 * ， 豢· ⑼年f月丨1曰修-克替換頁 36V 101年8月17曰修正替換頁 340 3300

   35. 34 33 32 31 30 330 332 330 37,

   圖三C 23