CN100369277C - 发光二极管 - Google Patents

Abstract

一种发光二极管，其中第一半导体层设置于基板上，而第二半导体层设置于第一半导体层上，且第二半导体层与第一半导体层为不同掺杂型态。此外，第二电极设置于第二半导体层上，而第一电极设置于第一半导体层上，并围绕第二电极设置。另外，介电层设置于基板上，并使第一电极与第二电极电绝缘。重设置线路设置于介电层上，并连接至第一电极与第二电极，以于介电层上提供第一延伸电极与第二延伸电极。此发光二极管可避免电流壅塞的现象，并具有较高的可靠性与较佳的发光效率。

Description

发光二极管

技术领域

本发明是关于一种半导体元件，且特别是关于一种发光二极管(LED)的发明。

背景技术

发光二极管属于一种半导体元件，其发光芯片之材料主要使用III-V族化学元素，如：磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)等化合物半导体，其发光原理是将电能转换为光，也就是对化合物半导体施加电流，通过电子与空穴的结合，将过剩的能量以光的形式释出，而达成发光的效果。由于发光二极管的发光现象不是通过加热发光或放电发光，而是属于冷性发光，因此发光二极管的寿命长达十万小时以上，且无须预热时间(idling time)。此外，发光二极管具有反应速度快(约为10-9秒)、体积小、用电省、污染低(不含水银)、高可靠性、适合批量生产等优点，因此其所能应用的领域十分广泛，例如需要高速反应的扫描仪灯源、液晶显示器的背光源或前光源汽车的仪表板照明、交通信号灯以及一般的照明装置等。

公知的发光二极管以氮化镓(GaN)为主要材质，而通过晶体的取向生长(epitaxy)的方式制造而成。其中，发光二极管主要包括基板(substrate)、半导体层(semi-conductivelayer)、两个外接电极，且半导体层内还包括分别具有N型及P型掺杂的两个束缚层(confinement layer)以及位于两个束缚层间之发光层(active layer)。当对外接电极施加顺向偏压时，电流会流经半导体层，而在发光层内产生电子与空穴的结合，进而使得发光层发光。

近年来，随着发光二极管之发光效率不断地提高，使得发光二极管已有逐渐取代传统之日光灯与白炽灯泡之趋势，而发光二极管的制造也逐渐朝向高功率与大面积的趋势发展。然而，由于公知之大面积发光二极管的电极在设计上并非为理想的配置，例如两电极之间的间距不等，而使得驱动时发光二极管内的电流分布不均，进而导致发光二极管的发光效率不佳。此外，由于驱动时电极附近会有电流壅塞(crowding effect)的现象，因此当局部电流过大时，便可能导致电极或附近之半导体层受到破坏，而使得发光二极管无法正常运作。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种发光二极管，其通过特殊的电极设计使电流能均匀分布，并可避免电流壅塞的现象，因而具有较高的可靠性与较佳的发光效率。

本发明的另一目的是提供一种发光二极管，其通过重设置线路来提供较佳位置之延伸电极，以利于发光二极管与外界之接合。

本发明的又一目的是提供一种发光二极管，其通过重设置线路来串联或并联多个发光单元，进而达到大面积化，并使电流均匀分布的目的。

基于上述或其它目的，本发明提出一种发光二极管，例如包括基板、第一半导体层、第二半导体层、第一电极以及第二电极。第一半导体层设置于基板上，而第二半导体层设置于第一半导体层上，其中第二半导体层暴露出第一半导体层之外围区域，且第二半导体层与第一半导体层为不同掺杂型态。此外，第二电极设置于第二半导体层上，而第一电极设置于第二半导体层所暴露之第一半导体层的外围区域上，并围绕第二电极。

基于上述或其它目的，本发明还提出另一种发光二极管，例如包括基板、第一半导体层、多个第二半导体层、多个第一电极、多个第二电极、介电层以及重布线层。第一半导体层设置于基板上，而第二半导体层设置于第一半导体层上，其中第二半导体层暴露出第一半导体层的部分区域，且第二半导体层与第一半导体层为不同掺杂型态。此外，每一第二电极设置于第二半导体层上，而第一电极设置于第二半导体层所暴露之第一半导体层的部分区域上，其中每一第一电极围绕至少一个第二电极。另外，介电层设置于基板上，其中介电层覆盖第一半导体层与第二半导体层，且介电层暴露出第一电极与第二电极，并使第一电极与第二电极电绝缘。重设置线路设置于介电层上，其中重设置线路连接至第一电极与第二电极，且重设置线路具有第一延伸电极以及第二延伸电极。

基于上述说明，本发明之发光二极管的第一电极与第二电极经过特殊设计，以使得电流均匀分布，并可避免电流壅塞的现象。此外，本发明之重设置线路可提供较佳位置之延伸电极，以利于发光二极管与外界之接合，并可同时串联或并联多个发光单元，以达到大面积化的目的。

为让本发明之上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

具体实施方式

[第一实施例]

请分别参考图1A与1B，其中图1A为本发明之第一实施例之一种发光二极管的俯视示意图，而图1B为图1A之A-A’剖面图。发光二极管100例如具有基板102，且基板102上设置有第一半导体层110以及第二半导体层120，其中第二半导体层120设置于第一半导体层110上，并暴露出第一半导体层110之外围区域。此外，第一半导体层110与第二半导体层120为不同型态之掺杂，在一较佳实施例中，第一半导体层110与第二半导体层120例如分别是N型掺杂以及P型掺杂，在另一较佳实施例中，第一半导体层110与第二半导体层120例如分别是P型掺杂以及N型掺杂，以于第一半导体层110与第二半导体层120之间产生P-N接合(P-N junction)面。

请再参考图1A与1B，第二半导体层120上例如设置有第二电极140。而第一半导体层110之外围区域设置有第一电极130，且第一电极130围绕第二电极140。其中，第二电极140的形状例如是矩形，而第一电极130例如是对应于第二电极140的矩形框状电极。当对第一电极130与第二电极140施加顺向偏压时，第一半导体层110与第二半导体层120之P-N接合面上便会产生电子与空穴的结合，并将能量转为光线射出。

承上所述，本发明之第一电极130围绕第二电极140设置，以使得第一电极130与第二电极140之间具有较为均匀之电流分布，并可避免电流壅塞的现象。值得一提的是，在一较佳实施例中，第一电极130还例如可沿第二电极140之外围的轮廓而围绕第二电极140，以使得第一电极130与第二电极140之间距保持相等，进而得到更佳的驱动效果。当然，依照本发明之特征，第二电极140与第一电极130之形状除了可为图1A所示的矩形与矩形框之外，其还例如可以是圆形与圆环、多边形与多边形框或其它相对应之组合。

基于上述说明，本发明之第一电极与第二电极的设置可提供均匀的电流分布，并可避免电极附近电流壅塞的现象，以使得发光二极管具有较佳的发光效率。然而，在后续的工艺中，发光二极管通常会再与其它例如散热片或线路载板等元件接合。因此，为了有助于接合的进行，本发明还可在上述之发光二极管的电极上进行重新布线(redistribution)的动作，其例如包括微影(lithography)、湿式蚀刻(wet etching)或干式蚀刻(dry etching)，以及蒸镀(evaporation)等工艺，而于发光二极管上形成具有较佳之接合位置的延伸电极。

请分别参考图2A与2B，其中图2A为图1A之发光二极管在重新布线后的俯视示意图，而图2B为图2A的A-A’剖面图。如图2A与2B所示，介电层150设置于基板102上，并覆盖第一半导体层110与第二半导体层120，其中介电层150暴露出第一电极130与第二电极140，并使第一电极130与第二电极140电绝缘，且介电层150之材质例如是氧化硅、氮化硅等常用之绝缘材质，其亦可以使用具有高散热系数之类钻碳膜(diamond-like carbon)或钻石作为介电层150之材质。此外，介电层150上设置有一重设置线路(redistributing circuit)160，且此重设置线路160例如具有第一延伸电极162与第二延伸电极164，其中第一延伸电极162与第二延伸电极164分别位于基板102之相对两侧，且第一延伸电极162向下连接至第一电极130，而第二延伸电极164延伸连接至第二电极140。

本发明之发光二极管在重新布线之后，可在其相对两侧分别提供延伸电极，因而有助于后续之接合动作的进行。请参考图3，该图表示本发明之发光二极管与散热装置接合后的示意图。如图3所示，发光二极管100以覆晶方式与金属散热片180接合，并可通过金属散热片180连接至外界。其中，第一延伸电极162与第二延伸电极164例如分别通过焊球170连接至金属散热片180，而金属散热片180之材质例如是铜、银等易于导热之金属。由于第一延伸电极162与第二延伸电极164位于发光二极管100之相对两侧，因此有助于金属散热片180与发光二极管100之接合。此外，在本发明之其它实施例中，发光二极管100还例如可直接与驱动电路板(图中未表示出)或其它线路载板(图中未表示出)接合，其中通过本发明之重设置线路160，可对应电路板(图中未表示出)上之接点来调整第一延伸电极162与第二延伸电极164至所期望的位置，而电路板(图中未表示出)上之线路布局亦可因第一延伸电极162与第二延伸电极164的调整而更具弹性。

基于上述之第一实施例的发光二极管，本发明还可于同一基板上制造多个发光单元，以得到大面积(发光面积)之发光二极管，其中此处所指的发光单元包括基板上之第一半导体层、第二半导体层、第一电极以及第二电极等元件。此外，通过不同发光单元间之第一电极与第二电极的设置方式，以及重设置线路的布线设计，还可使发光单元之间具有并联、串联等不同的连接关系，以提供多种驱动效果。下文之第二实施例至第四实施例将分别举出本发明之几种不同类型的大面积发光二极管加以说明。

[第二实施例]

请分别参考图4A与4B，其中图4A为本发明之第二实施例之一种大面积发光二极管的俯视示意图，而图4B为图4A之B-B’剖面图。发光二极管200之基板202上例如形成有多个第一半导体层210，且每一第一半导体层210上设置有第二半导体层220。此外，第一半导体层210与第二半导体层220上分别设置有第一电极230与第二电极240，且每一第一电极230围绕第二电极240设置，以构成阵列排列的多个发光单元200a。

接着，请分别参考图5A、5B与6，其中图5A为图4A之发光二极管在形成重设置线路后的俯视示意图，而图5B为图5A之B-B’剖面图，且图6为发光单元200a的连接电路示意图。通过重设置线路260可串联同一行之发光单元200a，并将每一行之发光单元200a并联，且重设置线路260还延伸第一延伸电极262与第二延伸电极264至基板202的两侧。

[第三实施例]

请分别参考图7A与7B，其中图7A为本发明之第三实施例之一种大面积发光二极管的俯视示意图，而图7B为图7A之C-C’剖面图。发光二极管300之基板302上例如形成有多个发光单元300a，其中每一发光单元300a之第一电极330相互邻接，且每一第一电极330围绕第二电极340。

此外，请分别参考图8A、8B与9，其中图8A为图7A之发光二极管在形成重设置线路后的俯视示意图，而图8B为图8A之C-C’剖面图，且图9为发光单元300a的连接电路示意图。其中，每一发光单元300a之第一电极330相互连接，并通过重设置线路360连接至第一延伸电极362。此外，每一发光单元300a之第二电极340通过重设置线路360连接至第二延伸电极364，以使得每一发光单元300a相互并联。

[第四实施例]

请分别参考图10A与10B，其中图10A为本发明之第四实施例之一种大面积发光二极管的俯视示意图，而图10B为图10A之D-D’剖面图。发光二极管400之基板402上例如形成有第一半导体层410，且第一半导体层410上设置有多个第二半导体层420。此外，每一第二半导体层420上设置有多个第二电极440，而第一半导体层410上之第一电极430围绕每一第二半导体层上的第二电极440设置，以构成多个发光单元400a。

请分别参考图11A、11B与12，其中图11A为图10A之发光二极管在形成重设置线路后的俯视示意图，而图11B为图11A之D-D’剖面图，且图12为发光单元400a的连接电路示意图。其中，每一发光单元400a之第一电极430相互邻接，并通过重设置线路460连接至第一延伸电极462，而第二电极440通过重设置线路460连接至第二延伸电极464，以使得发光单元400a相互并联。

综上所述，本发明之发光二极管至少具有下列特征与优点：

(一)第一电极与第二二电极经过特殊设计，以使得电流能均匀分布，因此可避免电流壅塞的现象，并可具有较高的可靠性与较佳的发光效率。

(二)可通过重设置线路来提供较佳位置之延伸电极，以利于发光二极管与外界之接合。

(三)可通过重设置线路串联或并联多个发光单元，以提供不同之驱动方式，进而达到大面积化，并使电流均匀分布的目的。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何发明所属技术领域的普通专业人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与润饰，因此本发明之保护范围当视后附之权利要求书所界定者为准。

附图说明

图1A为本发明之第一实施例之一种发光二极管的俯视示意图。

图1B为图1A之A-A’剖面图。

图2A为图1A之发光二极管在重新布线后的俯视示意图。

图2B为图2A的A-A’剖面图。

图3为本发明之发光二极管与散热装置接合后的示意图。

图4A为本发明之第二实施例之一种大面积发光二极管的俯视示意图。

图4B为图4A之B-B’剖面图。

图5A为图4A之发光二极管在形成重设置线路后的俯视示意图。

图5B为图5A之B-B’剖面图。

图6为图5A之发光单元的连接电路示意图。

图7A为本发明之第三实施例之一种大面积发光二极管的俯视示意图。

图7B为图7A之C-C’剖面图。

图8A为图7A之发光二极管在形成重设置线路后的俯视示意图。

图8B为图8A之C-C’剖面图。

图9为图8A之发光单元的连接电路示意图。

图10A为本发明之第四实施例之一种大面积发光二极管的俯视示意图。

图10B为图10A之D-D’剖面图。

图11A为图10A之发光二极管在形成重设置线路后的俯视示意图。

图11B为图11A之D-D’剖面图。

图12为图11A之发光单元的连接电路示意图。

主要元件标记说明

100：发光二极管

102：基板

110：第一半导体层

120：第二半导体层

130：第一电极

140：第二电极

150：介电层

160：重设置线路

162：第一延伸电极

164：第二延伸电极

170：焊球

180：金属散热片

200：发光二极管

200a：发光单元

202：基板

210：第一半导体层

220：第二半导体层

230：第一电极

240：第二电极

260：重设置线路

262：第一延伸电极

264：第二延伸电极

300：发光二极管

300a：发光单元

302：基板

330：第一电极

340：第二电极

360：重设置线路

362：第一延伸电极

364：第二延伸电极

400：发光二极管

400a：发光单元

402：基板

410：第一半导体层

420：第二半导体层

430：第一电极

440：第二电极

460：重设置线路

462：第一延伸电极

464：第二延伸电极

Claims (15)

1.一种发光二极管，其特征是包括：

基板；

第一半导体层，设置于该基板上；

第二半导体层，设置于该第一半导体层上，其中该第二半导体层暴露出该第一半导体层的外围区域，且该第二半导体层与该第一半导体层为不同掺杂型态；

第二电极，设置于该第二半导体层上；以及

第一电极，设置于该第二半导体层所暴露的该第一半导体层的外围区域上，并围绕该第二电极；

介电层，设置于该基板上，并覆盖该第一半导体层与该第二半导体层，且该介电层暴露出该第一电极与该第二电极，并使该第一电极与该第二电极电绝缘；

重设置线路，设置于该介电层上，且该重设置线路具有第一延伸电极以及第二延伸电极，其中该第一延伸电极连接至该第一电极，而该第二延伸电极连接至该第二电极。

2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征是该第一延伸电极与该第二延伸电极分别位于该基板水平方向的相对两侧。

3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征是该第一电极沿该第二电极的外围轮廓而围绕该第二电极。

4.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征是该第二电极的形状包括矩形与圆形中的一种。

5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征是该第一半导体层为P型掺杂，而该第二半导体层为N型掺杂。

6.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征是该第一半导体层为N型掺杂，而该第二半导体层为P型掺杂。

7.一种发光二极管，其特征是包括：

基板；

第一半导体层，设置于该基板上；

多个第二半导体层，设置于该第一半导体层上，其中上述这些第二半导体层暴露出该第一半导体层的部分区域，且上述这些第二半导体层与该第一半导体层为不同掺杂型态；

多个第二电极，其中每一上述这些第二电极设置于上述这些第二半导体层中的一层之上；

多个第一电极，设置于上述这些第二半导体层所暴露的该第一半导体层的部分区域上，其中每一上述这些第一电极围绕上述这些第二电极中的至少一个；

介电层，设置于该基板上，其中该介电层覆盖该第一半导体层与上述这些第二半导体层，且该介电层暴露出上述这些第一电极与上述这些第二电极，并使上述这些第一电极与上述这些第二电极电绝缘；以及

重设置线路，设置于该介电层上，其中该重设置线路连接至上述这些第一电极与上述这些第二电极，且该重设置线路具有第一延伸电极以及一第二延伸电极。

8.根据权利要求7所述的发光二极管，其特征是该第一延伸电极与该第二延伸电极分别位于该基板水平方向的相对两侧。

9.根据权利要求7所述的发光二极管，其特征是上述这些第一电极分别沿所对应的上述这些第二电极的外围轮廓而围绕上述这些第二电极。

10.根据权利要求9所述的发光二极管，其特征是上述这些第二电极的形状包括矩形与圆形中的一种。

11.根据权利要求7所述的发光二极管，其特征是上述这些第一电极相互邻接。

12.根据权利要求7所述的发光二极管，其特征是该第一半导体层为P型掺杂，而上述这些第二半导体层为N型掺杂。

13.根据权利要求7所述的发光二极管，其特征是该第一半导体层为N型掺杂，而上述这些第二半导体层为P型掺杂。

14.根据权利要求7所述的发光二极管，其特征是每一上述这些第二半导体层上设置有第二电极。

15.根据权利要求7所述的发光二极管，其特征是每一上述这些第二半导体层上设置有多个第二电极。

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