TWI552394B - 發光二極體結構與發光二極體模組 - Google Patents

Description

發光二極體結構與發光二極體模組

本發明係有關於一種發光二極體結構。

發光二極體產品應用日漸廣泛，從信號源、指示燈、LCD背光、照明到投影機的應用，已逐漸由發光二極體取代傳統的燈泡。而這些產品的所需要使用電流，也隨著消費者的使用需求而日漸增加。因此，業者會將發光二極體串聯或並聯，以提高發光二極體模組的發光功率。

習知的發光二極體串聯或並聯的方式都是藉由打線製程電性連接複數個發光二極體。然而，打線製程有失敗的風險存在。打線製程可能產生各種產品上的缺陷，例如剝裂或破片...等問題。

因此，如何設計出一種發光二極體結構，能避開打線製程進行串並聯，已成為重要課題。

因此本發明的目的之一是提供一種發光二極體結 構，其包含第一接觸電極、第一絕緣層、第二接觸電極、第二絕緣層、第一阻障層、第二阻障層、第一發光磊晶結構與第二發光磊晶結構。第一接觸電極包含第一突出部。第一絕緣層覆蓋第一接觸電極，且暴露出第一突出部的頂部。第二接觸電極位於第一絕緣層之上，且第二接觸電極包含第二突出部。第二絕緣層覆蓋第二接觸電極，且暴露出第二突出部的頂部。第一阻障層位於第二絕緣層之上，並與第二接觸電極電性連接。第二阻障層位於第二絕緣層之上。第一發光磊晶結構位於第二絕緣層之上，且第一發光磊晶結構包含第一P型半導體層、第一發光層與第一N型半導體層。第一P型半導體層覆蓋第一阻障層。第一發光層與第一N型半導體層依序堆疊於第一P型半導體層之上。部分第一絕緣層穿過第一P型半導體層與第一發光層，使得第一突出部的頂部位於第一N型半導體層中。第二發光磊晶結構位於第二絕緣層之上。第二發光磊晶結構包含第二P型半導體層、第二發光層與第二N型半導體層。第二P型半導體層覆蓋部份第二阻障層。第二發光層與第二N型半導體層依序堆疊於第二P型半導體層之上。部分第二絕緣層穿過第二P型半導體層與第二發光層，使得第二突出部的頂部位於第二N型半導體層中。

依據本發明一實施方式，發光二極體結構還包含基板與金屬結合層。金屬結合層位於基板與第一接觸電極之間。

依據本發明一實施方式，發光二極體結構還包含第 一反射層與第二反射層。第一反射層位於第一阻障層與第一發光磊晶結構之間。第二反射層位於第二阻障層與第二發光磊晶結構之間。

依據本發明一實施方式，發光二極體結構還包含第一透明導電層與第二透明導電層。第一透明導電層位於第一反射層與第一發光磊晶結構之間。第二透明導電層位於第二反射層與第二發光磊晶結構之間。

依據本發明一實施方式，第一N型半導體層具有第一出光面遠離第一發光層。第二N型半導體層具有第二出光面遠離第二發光層。第一出光面與第二出光面為非平整面。

依據本發明一實施方式，發光二極體結構還包含第一隔離層與第二隔離層。第一發光磊晶結構具有第一通道穿過第一P型半導體層與第一發光層。第一隔離層完整覆蓋第一通道之內側壁。第二發光磊晶結構具有第二通道穿過第二P型半導體層與第二發光層。第二隔離層完整覆蓋第二通道之內側壁。

依據本發明一實施方式，發光二極體結構還包含第一焊墊。第二阻障層還包含延伸部。第一焊墊電性連接並位於延伸部之上。

依據本發明一實施方式，發光二極體結構還包含保護層。保護層覆蓋第一發光磊晶結構、第二發光磊晶結構與第二阻障層，且暴露出至少部份第一焊墊。

依據本發明一實施方式，發光二極體結構還包含第 一焊墊以及第二焊墊。第二阻障層還包含延伸部。第一焊墊電性連接並位於延伸部之上。第二焊墊電性連接並位於第一接觸電極之上。

本發明另提供一種發光二極體模組，其包含複數個發光二極體結構，其中每一發光二極體結構的第二阻障層彼此連接，使得發光二極體結構形成一並聯結構。

綜上所述，上述實施方式之發光二極體結構避免了打線製程所帶來的風險，進而提高生產良率。發光二極體模組還能達成良好的輸出功率，滿足消費者的需求。

100‧‧‧發光二極體結構

100a‧‧‧發光二極體結構

100b‧‧‧發光二極體結構

100c‧‧‧發光二極體結構

110‧‧‧第一接觸電極

112‧‧‧第一突出部

118‧‧‧第二焊墊

120‧‧‧第一絕緣層

130‧‧‧第二接觸電極

130a‧‧‧第三接觸電極

132‧‧‧第二突出部

140‧‧‧第二絕緣層

150‧‧‧第一阻障層

152‧‧‧第一反射層

154‧‧‧第一透明導電層

160‧‧‧第二阻障層

160a‧‧‧第三阻障層

162‧‧‧第二反射層

164‧‧‧第二透明導電層

166‧‧‧延伸部

168‧‧‧第一焊墊

170‧‧‧第一發光磊晶結構

172‧‧‧第一P型半導體層

174‧‧‧第一發光層

176‧‧‧第一N型半導體層

177‧‧‧第一通道

178‧‧‧第一出光面

179‧‧‧第一隔離層

180‧‧‧第二發光磊晶結構

180a‧‧‧第三發光磊晶結構

182‧‧‧第二P型半導體層

184‧‧‧第二發光層

186‧‧‧第二N型半導體層

187‧‧‧第二通道

188‧‧‧第二出光面

189‧‧‧第二隔離層

190‧‧‧基板

192‧‧‧金屬結合層

194‧‧‧保護層

200‧‧‧發光二極體模組

第1圖繪示依照本發明一實施方式之發光二極體結構的剖面圖。

第2圖繪示依照本發明另一實施方式之發光二極體結構的剖面圖。

第3圖繪示依照本發明又一實施方式之發光二極體結構的剖面圖。

第4圖繪示依照本發明再一實施方式之發光二極體結構的剖面圖。

第5圖繪示依照本發明一實施方式之發光二極體模組的立體圖。

為了使本揭示內容之敘述更加詳盡與完備，可參照所附之圖式及以下所述各種實施方式，圖式中相同之號碼代表相同或相似之元件。但所提供之實施方式並非用以限制本發明所涵蓋的範圍，而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明所涵蓋的範圍。

以下將以圖式及詳細說明清楚說明本發明之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本發明之較佳實施方式後，當可由本發明所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本發明之精神與範圍。

請先參照第1圖。第1圖繪示依照本發明一實施方式之發光二極體結構100的剖面圖。

如第1圖所示，於本實施方式中，發光二極體結構100，其包含第一接觸電極110、第一絕緣層120、第二接觸電極130、第二絕緣層140、第一阻障層150、第二阻障層160、第一發光磊晶結構170與第二發光磊晶結構180。第一接觸電極110包含第一突出部112。第一絕緣層120覆蓋第一接觸電極110，且暴露出第一突出部112的頂部。第二接觸電極130位於第一絕緣層120之上，且第二接觸電極130包含第二突出部132。第二絕緣層140覆蓋第二接觸電極130，且暴露出第二突出部132的頂部。第一阻障層150位於第二絕緣層140之上，並與第二接觸電極130電性連接。第二阻障層160位於第二絕緣層140之上。於本實施方式中，第一阻障層150與第二阻障層160為導體，並 且能有效阻隔製程中金屬(例如銀)的擴散現象。第一阻障層150與第二阻障層160的材質包含鉻、鉑、鉬、鈮、鈀、鈦、鎢或其合金。

應注意的是，以上列舉之第一阻障層150與第二阻障層160的材質選用僅為例示，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應視實際需要，選用適當之材質。

如第1圖所示，於本實施方式中，第一發光磊晶結構170位於第二絕緣層140之上，且第一發光磊晶結構170包含第一P型半導體層172、第一發光層174與第一N型半導體層176。第一P型半導體層172覆蓋第一阻障層150。第一發光層174與第一N型半導體層176依序堆疊於第一P型半導體層172之上。部分第一絕緣層120穿過第一P型半導體層172與第一發光層174，使得第一突出部112的頂部位於第一N型半導體層176中。第二發光磊晶結構180位於第二絕緣層140之上。第二發光磊晶結構180包含第二P型半導體層182、第二發光層184與第二N型半導體層186。第二P型半導體層182覆蓋部份第二阻障層160。第二發光層184與第二N型半導體層186依序堆疊於第二P型半導體層182之上。部分第二絕緣層140穿過第二P型半導體層182與第二發光層184，使得第二突出部132的頂部位於第二N型半導體層186中。

藉由以上所述之發光二極體結構100，若施加電流並透過第二阻障層160，電流會依序流經第二發光磊晶結構 180、第二接觸電極130、第一阻障層150、第一發光磊晶結構170、最後由第一接觸電極110流出。換句話說，第一發光磊晶結構170與第二發光磊晶結構180之間不需要打線製程就形成串聯的結構。因此，本實施方式之發光二極體結構100避免了打線製程所帶來的風險，進而提高生產良率。

一般而言，P型半導體內的載子移動速度，相較於N型半導體內的載子移動速度較慢。換句話說，P型半導體的導電能力較N型半導體還差。因此，於本實施方式中，第一阻障層150與第二阻障層160分別大面積地和第一P型半導體層172與第二P型半導體層182電性連接，可使得通過第一P型半導體層172與第二P型半導體層182的電流更均勻。

如第1圖所示，於本實施方式中，發光二極體結構100還包含基板190與金屬結合層192。金屬結合層192位於基板190與第一接觸電極110之間。金屬結合層192用以結合第一接觸電極110與基板190。基板190用以與引線架(leadframe)(圖未繪示)電性連接。由第一接觸電極110流出的電流，經過金屬結合層192、基板190最後由引線架導通至電路板(圖未繪示)。

如第1圖所示，於本實施方式中，發光二極體結構100還包含第一反射層152與第二反射層162。第一反射層152位於第一阻障層150與第一發光磊晶結構170之間。第二反射層162位於第二阻障層160與第二發光磊晶結構180 之間。第一反射層152與第二反射層162係分別用以反射第一發光層174與第二發光層184所發出的光線。

第一反射層152與第二反射層162的材質包含金、鋁、銠、銀、鎳、鉻或其合金。應注意的是，以上列舉之第一反射層152與第二反射層162的材質選用僅為例示，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應視實際需要，選用適當之材質。

值得一提的是，第一反射層152與第二反射層162所使用的材質中有部份容易擴散(例如銀)。因此，於本實施方式中，使用第一阻障層150與第二阻障層160分別圍繞第一反射層152與第二反射層162，以阻隔第一反射層152與第二反射層162進而防止擴散現象產生。

如第1圖所示，於本實施方式中，發光二極體結構100還包含第一透明導電層154與第二透明導電層164。第一透明導電層154位於第一反射層152與第一發光磊晶結構170之間。第二透明導電層164位於第二反射層162與第二發光磊晶結構180之間。第一透明導電層154與第二透明導電層164的作用為阻隔第一反射層152與第二反射層162分別擴散到第一發光磊晶結構170與第二發光磊晶結構180。

第一透明導電層154與第二透明導電層164的材質包含銦錫氧化物、鋅鋁氧化物、鋅鋁鎵氧化物、銦鎵鋅氧化物或薄金屬。應注意的是，以上列舉之第一透明導電層154與第二透明導電層164的材質選用僅為例示，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應視實際需要，選用適當之材質。

如第1圖所示，於本實施方式中，第一N型半導體層176具有第一出光面178遠離第一發光層174。第二N型半導體層186具有第二出光面188遠離第二發光層184。第一出光面178與第二出光面188為非平整面，也就是粗化表面。因此，第一出光面178與第二出光面188能具有良好的光線穿透率。

如第1圖所示，於本實施方式中，發光二極體結構100還包含第一隔離層179與第二隔離層189以防止部分第一反射層152與部分第二反射層162的材質(例如銀)滲透到第一發光磊晶結構170以及第二發光磊晶結構180內部，進而保護發光二極體結構100不受污染。具體地說，第一發光磊晶結構170具有第一通道177穿過第一P型半導體層172與第一發光層174。第一隔離層179完整覆蓋第一通道177之內側壁。第二發光磊晶結構180具有第二通道187穿過第二P型半導體層182與第二發光層184。第二隔離層189完整覆蓋第二通道187之內側壁。

更進一步地說，於發光二極體結構100的製程中，當第一發光磊晶結構170與第二發光磊晶結構180成長完成以後，會蝕刻出第一通道177與第二通道187。若第一通道177與第二通道187沒有受到保護，在成長第一反射層152與第二反射層162時，部分第一反射層152與部分第二反射層162的材質有可能會藉由第一通道177與第二通道 187滲透至第一發光磊晶結構170以及第二發光磊晶結構180內部，進而造成電性上的影響。因此，本實施方式中，蝕刻出第一通道177與第二通道187之後，即沉積出第一隔離層179與第二隔離層189以保護發光二極體結構100。

如第1圖所示，於本實施方式中，發光二極體結構100還包含第一焊墊168。第二阻障層160還包含延伸部166。第一焊墊168電性連接並位於延伸部166之上。第一焊墊168用以於打線製程時，供導線(圖未繪示)電性連接。當然導線也可以與第二阻障層160的延伸部166直接電性連接，但因為第一焊墊168的結構較為堅固，導線電性連接於第一焊墊168上，能提高製程良率。

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，將說明其他型式的發光二極體結構100。

第2圖繪示依照本發明另一實施方式之發光二極體結構100a的剖面圖。

如第2圖所示，本實施方式與第1圖所示之實施方式的差別，在於本實施方式中，發光二極體結構100a還包含保護層194。保護層194覆蓋第一發光磊晶結構170、第二發光磊晶結構180與第二阻障層160，且暴露出至少部份第一焊墊168用以電性連接導線(圖未繪示)。保護層194可以有效防止各種外界污染(例如水氣)滲透進發光二極體結構100a內。

第3圖繪示依照本發明又一實施方式之發光二極 體結構100b的剖面圖。

如第3圖所示，本實施方式與第1圖所示之實施方式的差別，在於本實施方式中，發光二極體結構100b除了第一焊墊168之外還包含第二焊墊118。第二阻障層160還包含延伸部166。第一焊墊168電性連接並位於延伸部166之上。第二焊墊118電性連接並位於第一接觸電極110之上。

一般而言，電流由第一焊墊168流入，依序經過第二發光磊晶結構180與第一發光磊晶結構170，最後由基板190流出。因此，基板190與引線架(leadframe)(圖未繪示)電性連接。然而，於本實施方式中，發光二極體結構100b透過第二焊墊118與引線架電性連接，藉此，避免發光二極體結構100b焊接於引線架時，產生對位不準的問題。

第4圖繪示依照本發明再一實施方式之發光二極體結構100c的剖面圖。

如第4圖所示，本實施方式與第1圖所示之實施方式的差別，在於本實施方式中，發光二極體結構100c還包含第三發光磊晶結構180a、第三阻障層160a與第三接觸電極130a。第三阻障層160a與第三發光磊晶結構180a電性連接。第三發光磊晶結構180a透過第三接觸電極130a與第二阻障層160串聯第二發光磊晶結構180。若施加電流並透過第三阻障層160a，電流會依序流經第三發光磊晶結構180a、第三接觸電極130a、第二阻障層160、第二發光磊晶結構180、第二接觸電極130、第一阻障層150、第一發 光磊晶結構170、最後由第一接觸電極110流出。本方式旨在說明發光二極體結構100c不限於第一發光磊晶結構170與第二發光磊晶結構180，還能依照實際需求，於製程中串聯複數個發光磊晶結構。至於其他相關的結構與操作細節，由於均與第1圖的實施方式相同，因此不再重複贅述之。

第5圖繪示依照本發明一實施方式之發光二極體模組200的立體圖。

如第5圖所示，於本實施方式中，發光二極體模組200包含複數個發光二極體結構100，其中每一發光二極體結構100的第二阻障層160彼此連接，使得發光二極體結構100形成一並聯結構。藉此，發光二極體模組200不需要打線製程就能串聯以及並聯複數個發光磊晶結構，以提供良好的輸出功率。因此，發光二極體模組200避免了打線製程所帶來的風險，進而提高生產良率，同時達成良好的輸出功率，滿足消費者的需求。再者，藉由每一發光二極體結構100內串並聯複數個發光磊晶結構的架構，可在相同瓦數需求的狀況下，將本實施方式的發光二極體模組200由高電流驅動變更為高電壓驅動。此種變更的優點在於當發光二極體模組200在高電流應用下，可避免元件耐受性受限以及應用端高電流源設計上的困難。

綜上所述，上述實施方式之發光二極體結構避免了打線製程所帶來的風險，進而提高生產良率。發光二極體模組還能達成良好的輸出功率，滿足消費者的需求。

100‧‧‧發光二極體結構

110‧‧‧第一接觸電極

112‧‧‧第一突出部

120‧‧‧第一絕緣層

130‧‧‧第二接觸電極

132‧‧‧第二突出部

140‧‧‧第二絕緣層

150‧‧‧第一阻障層

152‧‧‧第一反射層

154‧‧‧第一透明導電層

160‧‧‧第二阻障層

162‧‧‧第二反射層

164‧‧‧第二透明導電層

166‧‧‧延伸部

168‧‧‧第一焊墊

170‧‧‧第一發光磊晶結構

172‧‧‧第一P型半導體層

174‧‧‧第一發光層

176‧‧‧第一N型半導體層

177‧‧‧第一通道

178‧‧‧第一出光面

179‧‧‧第一隔離層

180‧‧‧第二發光磊晶結構

182‧‧‧第二P型半導體層

184‧‧‧第二發光層

186‧‧‧第二N型半導體層

187‧‧‧第二通道

188‧‧‧第二出光面

189‧‧‧第二隔離層

190‧‧‧基板

192‧‧‧金屬結合層

Claims (10)

1. 一種發光二極體結構，包含：一第一接觸電極，包含一第一突出部；一第一絕緣層，覆蓋該第一接觸電極，且暴露出該第一突出部的頂部；以及一第二接觸電極，位於該第一絕緣層之上，該第二接觸電極包含一第二突出部；一第二絕緣層，覆蓋該第二接觸電極，且暴露出該第二突出部的頂部；一第一阻障層，位於該第二絕緣層之上，並與該第二接觸電極電性連接；一第二阻障層，位於該第二絕緣層之上；一第一發光磊晶結構，位於該第二絕緣層之上，該第一發光磊晶結構包含：一第一P型半導體層，覆蓋該第一阻障層；一第一發光層；以及一第一N型半導體層，其中該第一發光層與該第一N型半導體層依序堆疊於該第一P型半導體層之上，其中部分該第一絕緣層穿過該第一P型半導體層與該第一發光層，使得該第一突出部的頂部位於該第一N型半導體層中；以及一第二發光磊晶結構，位於該第二絕緣層之上，該第二發光磊晶結構包含：一第二P型半導體層，覆蓋部份該第二阻障層； 一第二發光層；以及一第二N型半導體層，其中該第二發光層與該第二N型半導體層依序堆疊於該第二P型半導體層之上，其中部分該第二絕緣層穿過該第二P型半導體層與該第二發光層，使得該第二突出部的頂部位於該第二N型半導體層中。
2. 如請求項1所述之發光二極體結構，還包含一基板與一金屬結合層，該金屬結合層位於該基板與該第一接觸電極之間。
3. 如請求項1所述之發光二極體結構，還包含一第一反射層位於該第一阻障層與該第一發光磊晶結構之間，與一第二反射層位於該第二阻障層與該第二發光磊晶結構之間。
4. 如請求項3所述之發光二極體結構，還包含一第一透明導電層位於該第一反射層與該第一發光磊晶結構之間，與一第二透明導電層位於該第二反射層與該第二發光磊晶結構之間。
5. 如請求項1所述之發光二極體結構，其中該第一N型半導體層具有一第一出光面遠離該第一發光層，該第二N型半導體層具有一第二出光面遠離該第二發光層，該第一 出光面與該第二出光面為非平整面。
6. 如請求項1所述之發光二極體結構，還包含一第一隔離層與一第二隔離層，其中該第一發光磊晶結構具有一第一通道穿過該第一P型半導體層與該第一發光層，該第一隔離層完整覆蓋該第一通道之內側壁，該第二發光磊晶結構具有一第二通道穿過該第二P型半導體層與該第二發光層，該第二隔離層完整覆蓋該第二通道之內側壁。
7. 如請求項1所述之發光二極體結構，還包含一第一焊墊，該第二阻障層還包含一延伸部，該第一焊墊電性連接並位於該延伸部之上。
8. 如請求項7所述之發光二極體結構，還包含一保護層，該保護層覆蓋該第一發光磊晶結構、第二發光磊晶結構與第二阻障層，且暴露出至少部份該第一焊墊。
9. 如請求項1所述之發光二極體結構，還包含一第一焊墊以及一第二焊墊，該第二阻障層還包含一延伸部，該第一焊墊電性連接並位於該延伸部之上，該第二焊墊電性連接並位於該第一接觸電極之上。
10. 一種發光二極體模組，包含：複數個如請求項1至10任一項所述之發光二極體結 構，其中每一該些發光二極體結構的該第二阻障層彼此連接，使得該些發光二極體結構形成一並聯結構。