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TWI504021B - 半導體發光裝置 - Google Patents

半導體發光裝置 Download PDF

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TWI504021B
TWI504021B TW100128668A TW100128668A TWI504021B TW I504021 B TWI504021 B TW I504021B TW 100128668 A TW100128668 A TW 100128668A TW 100128668 A TW100128668 A TW 100128668A TW I504021 B TWI504021 B TW I504021B
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Description

半導體發光裝置
本發明係有關於一種半導體發光裝置，特別是有關於一種半導體發光裝置，其電極包括延伸部。
發光二極體元件由於耗電量少、體積小及使用壽命長，目前廣泛地使用於家電用品之指示燈、液晶顯示器之背光源、圖文顯示幕及汽車第三煞車燈等應用。近年來由於如磷化鋁鎵銦(AlGaInP)及氮化鋁鎵銦(AlGaInN)等發光二極體材料已被成功開發，因此能夠在許多應用上以發光二極體元件取代傳統的白熾燈泡。
圖1及圖2分別為習知之發光二極體10之平面圖和剖面圖，其中圖2係沿著圖1中2-2’剖面線之剖面圖。在基板17上依序形成N型半導體層11、發光層16及P型半導體層12，然後藉由蝕刻及沈積等步驟產生N型電極14及P型電極15。上述之發光層16可為同質接面(homo junction)，異質接面(hetero-junction)，雙異質結構(double hetero-structure)，單量子井(single quantum well)，或是多重量子井(multiple quantum well)等。
一般電子係由N型電極14下方處往P型電極15移動，同時電洞也會相反地自P型電極15往N型電極14移動。當電子和電洞於發光層16內結合時釋放出能量而發出光線。且電子和電洞以P型電極15和N型電極14間電阻最低路徑為主要移動路徑。因此電子和電洞之結合往往集中於發光層16之局部面積P，不但造成大部分發光層16無法有效發光，也使得產生之熱量集中、降低發光效益及可靠度。此種傳統P型及N型電極配置方式顯然僅適合較小尺寸(例如：14mil×14mil)之發光二極體10，並不適用於較大面積之矩形發光二極體。
為解決上述方法問題，本發明揭露一種半導體發光裝置，包括：一基板；一第一型半導體層，形成於該基板上；一發光層及一第二型半導體層依序形成於部份該第一型半導體層上，並裸露部分該第一型半導體層；一第一型電極，形成於該裸露之第一型半導體層上，其包括有一第一本體部、一第一延伸部及一第二延伸部，該第一延伸部包括有一第一延伸區段自該第一本體部向第一方向延伸以及一第二延伸區段連接該第一延伸區段並向第二方向延伸，而該第二延伸部則包括有一第三延伸區段自該第一本體部向第三方向延伸，以及一第四延伸區段連接該第三延伸區段並向第二方向延伸，其中該第二、第四延伸區段彼此互相平行，該第一方向以及該第三方向與該第二方向彼此互相垂直，且該第一及第三方向是彼此成180度反方向；以及一第二型電極，形成於該第二型半導體層上，其包括有一第二本體部及一第三延伸部，其中該第三延伸部是位在該第二及第四延伸區段之間，且係自該第二本體部向該第四方向延伸，該第四方向與該第二方向彼此成180度反方向， 該第三延伸部在一平面上之第一投影(projection)與該第二延伸區段及該第四延伸區段在該平面上之第二及第三投影(projection)沿該第一及第三方向觀察僅部分重疊。
由於該第一型電極包括有該第一延伸部，該第二型電極包括有該第二延伸部，因此可增加電子和電洞之移動路徑，亦即使電子和電洞之擴散更均勻，以避免產生之熱量集中而降低發光效益及可靠度。再者，由於該第一延伸部之第一投影與該第二延伸部之第二投影僅部分重疊，因此可利用該第一延伸部將該第二延伸部之電流往一側邊擴散，以避免產生電流集中點，進而提高靜電防護能力，降低元件失效。另外，由於該第一延伸部之第一投影與該第二延伸部之第二投影僅部分重疊，因此該第一延伸部與該第二延伸部未覆蓋之面積仍可作為發光面積。
本發明更揭露一種半導體發光裝置包括一基板；一第一型半導體層，形成於該基板上；一發光層及一第二型半導體層依序形成於部份該第一型半導體層上，並裸露部分該第一型半導體層；一第一型電極，形成於該裸露之第一型半導體層上，其包括有一第一本體部及一第一延伸部，其中該第一延伸部是自該第一本體部向第一方向延伸；以及一第二型電極，形成於該第二型半導體層上，其包括有一第二本體部及一第二延伸部，該第二延伸部是自該第二本體部向第二方向延伸，且該第一方向及該第二方向彼此成180度反方向，其中該第一延伸部在一平面上之第一投 影(projection)與該第二延伸部在該平面上之第二投影(projection)沿垂直於該第一方向及第二方向之一第三方向觀察僅部分重疊。
由於該第一型電極包括有該第一延伸部，該第二型電極包括有該第二延伸部，因此可增加電子和電洞之移動路徑，亦即使電子和電洞之擴散更均勻，以避免產生之熱量集中而降低發光效益及可靠度。再者，由於該第一延伸部之第一投影與該第二延伸部之第二投影僅部分重疊，因此可利用該第一延伸部將該第二延伸部之電流往一側邊擴散，以避免產生電流集中點，進而提高靜電防護能力，降低元件失效。另外，由於該第一延伸部之第一投影與該第二延伸部之第二投影僅部分重疊，因此該第一延伸部與該第二延伸部未覆蓋之面積仍可作為發光面積。
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，作詳細說明如下。
[實施例一]
參考圖3a、3b及4，顯示根據本發明之第一實施例之半導體發光裝置100。該半導體發光裝置100可為矩形發光二極體。半導體發光裝置100包括一基板110、一第一型半導體層120、一發光層130、一第二型半導體層140、一第一型電極150及一第二型電極170。該第一型半導體層120形成於該基板110上。該發光層130及一第二型半 導體層140依序形成於部份該第一型半導體層120上，並裸露部分該第一型半導體層120。該發光層130可為同質接面(homo junction)，異質接面(hetero-junction)，雙異質結構(double hetero-structure)，單量子井(single quantum well)，或是多重量子井(multiple quantum well)等。
該第一型電極150形成於該裸露之第一型半導體層120上，其包括有一第一本體部1510、一第一延伸部1511及一第二延伸部1512，該第一延伸部1511包括有一第一延伸區段1511a自該第一本體部1510向第一方向1延伸以及一第二延伸區段1511b連接該第一延伸區段1511a並向第二方向2延伸，而該第二延伸部1512則包括有一第三延伸區段1512a自該第一本體部1510向第三方向3延伸，以及一第四延伸區段1512b連接該第三延伸區段1512a並向第二方向2延伸。該第二及第四延伸區段1511b、1512b彼此互相平行，該第一方向1以及該第三方向3與該第二方向2彼此互相垂直，且該第一及第三方向1、3是彼此成180度反方向。
該第二型電極170形成於該第二型半導體層140上，其包括有一第二本體部1710及一第三延伸部1711。該第三延伸部1711是位在該第二及第四延伸區段1511b、1512b之間，且係自該第二本體部1710向第四方向4延伸，該第四方向4與該第二方向2彼此成180度反方向。
該第三延伸部1711在一平面112上之第一投影 (projection)與該第二延伸區段1511b及該第四延伸區段1512b在該平面112上之第二及第三投影(projection)沿該第一及第三方向1、3觀察僅部分重疊。詳細而言，該基板110具有一平坦表面，其定義該平面112。若沿該第一方向1之視線觀察該第三延伸部1711在該平面112上之第一投影與該第二延伸區段1511b在該平面112上之第二投影時，則僅部分重疊。又，若沿該第三方向3之視線觀察該第三延伸部1711在該平面112上之第一投影與該第四延伸區段1512b在該平面112上之第三投影時，則僅部分重疊。
在本實施例中，該第一型電極可為N型，該第二型電極為P型。在另一實施例中，該第一型電極亦可為P型，該第二型電極亦可為N型。當該第一型電極為N型，該第二型電極為P型時，一般電子係由N型電極下方處往P型電極移動，同時電洞也會相反地自P型電極往N型電極移動。當電子和電洞於發光層內結合時釋放出能量而發出光線。電子和電洞以P型電極和N型電極間電阻最低路徑為主要移動路徑。
由於該第一型電極150包括有該第一延伸部1511及第二延伸部1512，該第二型電極170包括有該第三延伸部1711，因此可增加電子和電洞之移動路徑，亦即使電子和電洞之擴散更均勻，以避免產生之熱量集中而降低發光效益及可靠度。再者，由於該第三延伸部1711之第一投影與該第二延伸區段1511b及該第四延伸區段1512b之第二及 第三投影僅部分重疊，因此可利用該第二延伸區段1511b及該第四延伸區段1512b將該第三延伸部1711之電流往兩側邊擴散，以避免產生電流集中點，進而提高靜電防護能力，降低元件失效。另外，由於該第三延伸部1711之第一投影與該第二延伸區段1511b及該第四延伸區段1512b之第二及第三投影僅部分重疊，因此該第三延伸部1711、該第二延伸區段1511b及該第四延伸區段1512b未覆蓋之面積仍可作為發光面積。
[實施例二]
參考圖5a及5b，在第二實施例中，該第二型電極170更包括複數個第四延伸部1712，該些第四延伸部1712亦位在該第二及第四延伸區段1511b、1512b之間。該些第四延伸部1712各自獨立由該第二本體部分1710分別朝向位在該第四方向4和該第一方向1之間的第五直線方向5延伸，以及朝向位在該第四方向4和該第三方向3之間的第六直線方向6延伸。
由於該第二型電極170更包括該第四延伸部1712，因此可更增加電子和電洞之移動路徑，亦即使電子和電洞之擴散更均勻，以避免產生之熱量集中而降低發光效益及可靠度。
[實施例三]
參考圖6a、6b及7，顯示根據本發明之第三實施例之半導體發光裝置200。該半導體發光裝置200可為發光二 極體。半導體發光裝置200包括一基板210、一第一型半導體層220、一發光層230、一第二型半導體層240、一第一型電極250及一第二型電極270。該第一型半導體層220形成於該基板210上。該發光層230及一第二型半導體層240依序形成於部份該第一型半導體層220上，並裸露部分該第一型半導體層220。
該第一型電極250形成於該裸露之第一型半導體層220上，其包括有一第一本體部2510及一第一延伸部2511，其中該第一延伸部2511是自該第一本體部2510向第一方向1’延伸。
該第二型電極270形成於該第二型半導體層240上，其包括有一第二本體部2710及一第二延伸部2711，該第二延伸部2711是自該第二本體部2710向第二方向2’延伸，且該第一方向1’及該第二方向2’彼此成180度反方向。
該第一延伸部2511在一平面212上之第一投影(projection)與該第二延伸部2711在該平面212上之第二投影(projection)沿垂直於該第一方向1’及該第二方向2’之一第三方向3’觀察僅部分重疊。詳細而言，該基板210具有一平坦表面，其定義該平面212。若沿該第三方向3’之視線觀察該第二延伸部2711在該平面212上之第一投影與該第一延伸部2511在該平面212上之第二投影時，則僅部分重疊。
該第一型電極250之該第一本體部2510以及該第二型電極270之該第二本體部2710可以對角線方式配置。在本實施例中，該第一型電極可為N型，該第二型電極為P型。在另一實施例中，該第一型電極亦可為P型，該第二型電極亦可為N型。當該第一型電極為N型，該第二型電極為P型時，一般電子係由N型電極下方處往P型電極移動，同時電洞也會相反地自P型電極往N型電極移動。當電子和電洞於發光層內結合時釋放出能量而發出光線。電子和電洞以P型電極和N型電極間電阻最低路徑為主要移動路徑。
由於該第一型電極250包括有該第一延伸部2511，該第二型電極270包括有該第二延伸部2711，因此可增加電子和電洞之移動路徑，亦即使電子和電洞之擴散更均勻，以避免產生之熱量集中而降低發光效益及可靠度。再者，由於該第一延伸部2511之第一投影與該第二延伸部2711之第二投影僅部分重疊，因此可利用該第一延伸部2511將該第二延伸部2711之電流往一側邊擴散，以避免產生電流集中點，進而提高靜電防護能力，降低元件失效。另外，由於該第一延伸部2511之第一投影與該第二延伸部2711之第二投影僅部分重疊，因此該第一延伸部2511與該第二延伸部2711未覆蓋之面積仍可作為發光面積。
[實施例四]
參考圖8a及8b，在第四實施例中，該第二型電極270 更包括一第三延伸部2721，由該第二本體部2710向該第三方向3’延伸，其中該第三方向3’分別與該第一方向1’和該第二方向2’互相垂直。該第二型電極270更可包括一或一個以上之第四延伸部2713，由該第二本體部2710向位在該第二方向2’和該第三方向3’之間的第四方向4’延伸。
由於該第二型電極270更包括該第三延伸部2712，或該第二型電極270更包括該第四延伸部2713，因此可更增加電子和電洞之移動路徑，亦即使電子和電洞之擴散更均勻，以避免產生之熱量集中而降低發光效益及可靠度。
綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。
1‧‧‧第一方向
2‧‧‧第二方向
3‧‧‧第三方向
4‧‧‧第四方向
5‧‧‧第五方向
6‧‧‧第六方向
1’‧‧‧第一方向
2’‧‧‧第二方向
3’‧‧‧第三方向
4’‧‧‧第四方向
10‧‧‧發光二極體
11‧‧‧N型半導體層
12‧‧‧P型半導體層
14‧‧‧N型電極
15‧‧‧P型電極
16‧‧‧發光層
17‧‧‧基板
圖1為習知之發光二極體之平面示意圖；圖2為沿著圖1中2-2’剖線之剖面示意圖；圖3a及3b為本發明之第一實施例之半導體發光裝置之平面示意圖；圖4為沿著圖3a中4-4’剖線之剖面示意圖；圖5a及5b為本發明之第二實施例之半導體發光裝置之平面示意圖；圖6a及6b為本發明之第三實施例之半導體發光裝置之平面示意圖；圖7為沿著圖6a中7-7’剖線之剖面示意圖；以及圖8a及8b為本發明之第四實施例之半導體發光裝置之平面示意圖。
100．．．半導體發光裝置
120．．．第一型半導體層
140．．．第二型半導體層
150．．．第一型電極
1510．．．第一本體部
1511．．．第一延伸部
1511a．．．第一延伸區段
1511b．．．第二延伸區段
1512．．．第二延伸部
1512a．．．第三延伸區段
1512b．．．第四延伸區段
170．．．第二型電極
1710．．．第二本體部
1711．．．第三延伸部

Claims (8)

  1. 一種半導體發光裝置，包括：一基板；一第一型半導體層，形成於該基板上；一發光層及一第二型半導體層依序形成於部份該第一型半導體層上，並裸露部分該第一型半導體層；一第一型電極，形成於該裸露之第一型半導體層上，其包括有一第一本體部、一第一延伸部及一第二延伸部，該第一延伸部包括有一第一延伸區段自該第一本體部向第一方向延伸以及一第二延伸區段連接該第一延伸區段並向第二方向延伸，而該第二延伸部則包括有一第三延伸區段自該第一本體部向第三方向延伸，以及一第四延伸區段連接該第三延伸區段並向第二方向延伸，其中該第二、第四延伸區段彼此互相平行，該第一方向以及該第三方向與該第二方向彼此互相垂直，且該第一及第三方向是彼此成180度反方向；以及一第二型電極，形成於該第二型半導體層上，其包括有一第二本體部及一第三延伸部，其中該第三延伸部是位在該第二及第四延伸區段之間，且係自該第二本體部向該第四方向延伸，該第四方向與該第二方向彼此成180度反方向，該第三延伸部在一平面上之第一投影(projection)與該第二延伸區段及該第四延伸區段在該平面上之第二及第三投影(projection)沿該第一及第三方向觀察僅部分重疊； 其中該第二型電極更包括複數個第四延伸部，該些第四延伸部亦位在該第二及第四延伸區段之間，該些第四延伸部各自獨立由該第二本體部分別朝向位在該第四方向和該第一方向之間的第五直線方向延伸，以及朝向位在該第四方向和該第三方向之間的第六直線方向延伸。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光裝置，其中該第一型電極為P型，該第二型電極為N型。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光裝置，其中該第一型電極為N型，該第二型電極為P型。
  4. 一種半導體發光裝置，包括：一基板；一第一型半導體層，形成於該基板上；一發光層及一第二型半導體層依序形成於部份該第一型半導體層上，並裸露部分該第一型半導體層；一第一型電極，形成於該裸露之第一型半導體層上，其包括有一第一本體部及一第一延伸部，其中該第一延伸部是自該第一本體部向第一方向延伸；以及一第二型電極，形成於該第二型半導體層上，其包括有一第二本體部及一第二延伸部，該第二延伸部是自該第二本體部向第二方向延伸，且該第一方向及該第二方向彼此成180度反方向，其中該第一延伸部在一平面上之第一投影(projection)與該第二延伸部在該平面上之第二投影(projection)沿垂直於該第一方向及該第二 方向之一第三方向觀察僅部分重疊；其中該第一電極之該第一本體部以及該第二電極之該第二本體部是以對角線方式配置。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之半導體發光裝置，其中該第二型電極更包括一第三延伸部，由該第二本體部向該第三方向延伸，其中該第三方向分別與該第一方向和該第二方向互相垂直。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之半導體發光裝置，其中該第二型電極更包括一或一個以上之第四延伸部，由該第二本體部向位在該第二方向和該第三方向之間的第四方向延伸。
  7. 如申請專利範圍第4~6項其中之任一項所述之半導體發光裝置，其中該第一型電極為P型，該第二型電極為N型。
  8. 如申請專利範圍第4~6項其中之任一項所述之半導體發光裝置，其中該第一型電極為N型，該第二型電極為P型。
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