專利名稱：可控制區(qū)域電流密度的發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種發(fā)光二極管，尤指一種具有電流阻隔層而可控制區(qū)域電流密度的發(fā)光二極管，其主要是在正面電極與LED磊晶層之間或背面電極與基板之間另設(shè)有一電流阻隔層，以規(guī)劃電流流動(dòng)分布區(qū)域。
發(fā)光二極管(LED；Light-Emitting Diode)由于具有壽命長(zhǎng)、體積小、發(fā)熱量低、耗電量小、反應(yīng)速度快、及單色光發(fā)光的特性及優(yōu)點(diǎn)，所以自1960年代起發(fā)展至今，不管在電腦外圍設(shè)備、時(shí)鐘顯示器、儀器儀表上、或在通信業(yè)、信息業(yè)及消費(fèi)性電子產(chǎn)品上都被大量使用。但LED若欲應(yīng)用在戶外時(shí)，高亮度特性是必須被要求的，對(duì)此行業(yè)界都在LED材料上努力發(fā)展，欲尋找出一種高亮度發(fā)光二極管的新材料，如臺(tái)灣地區(qū)專利公告第291610號(hào)《高亮度發(fā)光二極管及其制作方法》、第232753號(hào)《高亮度發(fā)光二極管的制作》、或第275970號(hào)《增進(jìn)亮度、方向性的發(fā)光二極管》等。
請(qǐng)參見

圖1，其為傳統(tǒng)發(fā)光二極管LED的構(gòu)造剖視圖；一般LED都包括有一基板12、一具有p-n界面的LED磊晶層14、一正面電極16及一背面電極18，而在正面電極16與背面電極18之間流動(dòng)的電流(如虛線所示)將流經(jīng)LED磊晶層14，且在p-n界面間發(fā)射光源(如箭頭實(shí)線所示)，藉此執(zhí)行發(fā)光二極管的發(fā)光功效。由于電流本身具有以最短線路選擇流動(dòng)的物理特性，故在正面電極16的底下位置將是電流密度較高、發(fā)光亮度效率最高的位置，而其他位于非正面電極16底下的位置雖然也有電流流過，但是相對(duì)電流流動(dòng)密度較低、發(fā)光亮度也較暗的區(qū)域。由于正面電極16一般都會(huì)吸收或阻隔光線的穿透，所以在正面電極16底下位置的p-n界面所發(fā)射出的正面光將無法穿透而過(如箭頭短實(shí)線所示)，因此該發(fā)光二極管只能藉由側(cè)面光及非正面電極區(qū)域的正面光以透射光源，故整個(gè)發(fā)光亮度的損失極為可觀。
對(duì)此，美國(guó)專利第5,153,889號(hào)《Semiconductor light emittingdevice》或臺(tái)灣地區(qū)專利公告第264573號(hào)《具有電流阻隔層的發(fā)光二極管》中都有比較進(jìn)步的改進(jìn)結(jié)構(gòu)技術(shù)披露。請(qǐng)參閱圖2，其為美國(guó)專利第5,153,889號(hào)的構(gòu)造剖視圖，其主要結(jié)構(gòu)是由一n型電極28、一n型砷化鎵基板22、一由下限制層244、活化層242及上限制層246所構(gòu)成的雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)、一頂層25、一p型電極26及一電流阻隔層20所組合而成，雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)可將電流均勻分布，通過整個(gè)活化層242，而電流阻隔層20的設(shè)置則可讓電流避開p型電極26的底下位置，藉此可在其它位置增加其電流密度及發(fā)光效率。但是，這種構(gòu)造的電流阻隔層20是設(shè)于磊晶成長(zhǎng)制作時(shí)，故生產(chǎn)制作上較為繁瑣且不方便，增加制作上的困難。因此，如何設(shè)計(jì)出一種發(fā)光二極管構(gòu)造，不僅具有電流阻隔層以規(guī)劃電流密度分布區(qū)域來增加特定區(qū)域的發(fā)光亮度，且又可簡(jiǎn)化制作上的麻煩，長(zhǎng)久以來一直是使用者的殷切盼望。
本實(shí)用新型的主要目的是提供一種可控制區(qū)域電流密度的發(fā)光二極管，其主要是在磊晶成長(zhǎng)完成后而在歐姆電極制作之前，在LED磊晶層及基板的適當(dāng)位置上形成一電流阻隔層，在極為簡(jiǎn)易的制造過程之間即可完成此電流阻隔層，不僅具有電流阻隔層的優(yōu)點(diǎn)，又不會(huì)增加制造過程的麻煩。
本實(shí)用新型的次要目的是提供一種可控制區(qū)域電流密度的發(fā)光二極管，其電流阻隔層可分別設(shè)于正面電極及背面電極內(nèi)，可確實(shí)容易地規(guī)劃電流集中分布的區(qū)域位置，而在其特定區(qū)域提高其發(fā)光亮度效率。
本實(shí)用新型的又一目的是提供一種可控制區(qū)域電流密度的發(fā)光二極管，其電流阻隔層可適應(yīng)實(shí)際需要而設(shè)置于相對(duì)LED磊晶層與基板的適當(dāng)位置，可輕易規(guī)劃欲發(fā)光的區(qū)域位置來讓電流集中通過。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的其主要構(gòu)造包括有一基板；一成長(zhǎng)于該基板上而具有一P-N界面的發(fā)光二極管(LED)磊晶層，其P-N界面可在電流通過時(shí)產(chǎn)生發(fā)射光源；一形成于LED磊晶層頂層部分表面的正面電流阻隔層；一形成于該正面電流阻隔層上的正面電極，而該正面電極的部分區(qū)域可直接連接該LED磊晶層；一形成于基板底層部分表面的背面電流阻隔層；以及一形成于該背面電流阻隔層底層的背面電極，而該背面電極的部分區(qū)域可直接連接該基板。
其中背面電流阻隔層的作用面積大于該正面電流阻隔層。
其中該正面電極復(fù)蓋整個(gè)正面電流阻隔層，致使正面電極連接該LED磊晶層的部分區(qū)域成環(huán)狀態(tài)樣。
其中該正面電流阻隔層可連接LED磊晶層整個(gè)側(cè)邊，致使正面電極僅有一側(cè)邊連接該LED磊晶層。
其中該背面電極復(fù)蓋整個(gè)背面電流阻隔層，致使背面電極連接該基板的部分區(qū)域成環(huán)狀態(tài)樣。
其中該背面電流阻隔層可連接基板整個(gè)側(cè)邊，致使背面電極僅有一側(cè)邊連接該基板。
其中該LED磊晶層為一雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
其中該發(fā)光二極管也可為一平面型發(fā)光二極管，致使背面電極及背面電流阻隔層也是與正面電極與正面電流阻隔層相似，形成于LED磊晶層的頂層部分表面上，而分別成為一第二電極及第二電流阻隔層。
本實(shí)用新型的目的也可以是這樣實(shí)現(xiàn)的其主要構(gòu)造包括有一基板；一成長(zhǎng)于該基板上而具有一P-N界面的發(fā)光二極管(LED)磊晶層，其P-N界面可在電流通過時(shí)產(chǎn)生發(fā)射光源；一形成于該LED磊晶層上部分區(qū)域的正面電極；一形成于基板底層部分表面的背面電流阻隔層；以及一形成于該背面電流阻隔層底層的背面電極，而該背面電極的部分區(qū)域可直接連接該基板。
其中該背面電極復(fù)蓋整個(gè)背面電流阻隔層，致使背面電極連接該基板的部分區(qū)域成環(huán)狀態(tài)樣。
其中該背面電流阻隔層可連接基板整個(gè)側(cè)邊，致使背面電極僅有一側(cè)邊連接該基板。
其中該LED磊晶層為一雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
其中該發(fā)光二極管也可是一平面型發(fā)光二極管，致使背面電極及背面電流阻隔層也形成于LED磊晶層的頂層部分表面上，而分別成為一第二電極及第二電流阻隔層。
本實(shí)用新型的目的還可以是這樣實(shí)現(xiàn)的其主要構(gòu)造包括有一基板；一成長(zhǎng)于該基板上而具有一P-N界面的發(fā)光二極管(LED)磊晶層，其P-N界面可在電流通過時(shí)產(chǎn)生發(fā)射光源；一形成于LED磊晶層頂層部分表面的正面電流阻隔層；一形成于該正面電流阻隔層上的正面電極，而正面電極的部分區(qū)域可直接連接該LED磊晶層；以及一形成于基板底層部分表面的背面電極。
其中該正面電極復(fù)蓋整個(gè)正面電流阻隔層，致使正面電極連接該LED磊晶層的部分區(qū)域成環(huán)狀態(tài)樣。
其中該正面電流阻隔層可連接LED磊晶層整個(gè)側(cè)邊，致使正面電極僅有一側(cè)邊連接該LED磊晶層。
其中該LED磊晶層為一雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
其中該發(fā)光二極管也可是一平面型發(fā)光二極管，致使背面電極也形成于LED磊晶層的頂層部分表面上，而分別成為一第二電極。
本實(shí)用新型是一種具有電流阻隔層而可控制區(qū)域電流流動(dòng)密度的發(fā)光二極管構(gòu)造，其主要是在正面電極與LED磊晶層之間及背面電極與基板之間可選擇設(shè)有一電流阻隔層，以規(guī)劃電流流動(dòng)分布區(qū)域。
下面結(jié)合較佳實(shí)施例及附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)、特征及功效。
圖1是傳統(tǒng)發(fā)光二極管的構(gòu)造剖視圖2是另一種傳統(tǒng)具有電流阻隔層的發(fā)光二極管構(gòu)造剖視圖；圖3是本實(shí)用新型一較佳實(shí)施例的構(gòu)造剖視圖；圖4是本實(shí)用新型另一實(shí)施例的構(gòu)造剖視圖；圖5是本實(shí)用新型又一實(shí)施例的構(gòu)造剖視圖；圖6是本實(shí)用新型又一實(shí)施例的構(gòu)造剖視圖；圖7是本實(shí)用新型又一實(shí)施例的構(gòu)造剖視圖；圖8是本實(shí)用新型又一實(shí)施例的構(gòu)造剖視圖。
首先，請(qǐng)參閱圖3，其為本實(shí)用新型一較佳實(shí)施例的構(gòu)造剖視圖。本實(shí)用新型主要構(gòu)造包括有一基板32、一成長(zhǎng)于該基板32上而具有一P-N界面(或N-P界面，如括號(hào)所示)的發(fā)光二極管(LED)磊晶層34，其P-N界面可在電流通過時(shí)產(chǎn)生發(fā)射光源、一形成于LED磊晶層34頂層部分表面的正面電流阻隔層30、一可包復(fù)正面電流阻隔層30的正面電極36、以及一形成于基板32底層部分表面的背面電極38。由于該正面電極36的部分區(qū)域還可直接連接LED磊晶層34，換言之，正面電極36可隔著正面電流阻隔層30連接該LED磊晶層34的部分區(qū)域以成環(huán)狀態(tài)樣，故可在正面電極36未受正面電流阻隔層30阻隔的區(qū)域與背面電極38之間形成電流分布區(qū)域，其電流流動(dòng)密度相對(duì)也集中在此區(qū)域內(nèi)(如虛線所示)，所以可發(fā)光的P-N界面區(qū)域也主要在非正面電極36的底下范圍內(nèi)發(fā)射光源(如箭頭實(shí)線所示)，所以其正面光將可透射出去而不被正面電極36所吸收或阻隔，當(dāng)然也就相對(duì)提高其特定區(qū)域的發(fā)光亮度。另外，由于本實(shí)用新型的正面電流阻隔層30是在基板32、LED磊晶層34磊晶完成后才予以形成，不必在最繁瑣的磊晶制造過程中即急于制作，所以其制造過程相對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)將較為簡(jiǎn)易且方便。
當(dāng)然，由于本實(shí)用新型是在電極形成之前才形成電流阻隔層，所以，該電流阻隔層40也可設(shè)于背面電極38與基板32之間，只需該背面電極38除了包復(fù)背面電流阻隔層40外，還是需要有部分區(qū)域直接連接該基板32，以提供電流流動(dòng)的一電極。換言之，背面電極38隔著背面電流阻隔層40而連接該基板32的部分區(qū)域也成環(huán)狀態(tài)樣，如圖4所示。
另外，在同樣的技術(shù)設(shè)計(jì)下，也可將正面電流阻隔層30及背面電流阻隔層40同時(shí)被分別包復(fù)于正面電極36與背面電極38之間，如此更可確實(shí)控制電流密度分布的區(qū)域，如圖5所示。且為了控制電流分布區(qū)域更加遠(yuǎn)離正面電極36底下，其背面電流阻隔層40的作用面積大小可大于正面電流阻隔層30。
再者，參閱圖6所示的本實(shí)用新型的又一實(shí)施例示意圖；由于發(fā)光二極管在諸多使用場(chǎng)合中，并不需要均勻分布而四面發(fā)光，只需在其特定區(qū)域上，甚至只需在一介面間透光即可，且在此特定區(qū)域介面上集中發(fā)光亮度。所以本實(shí)用新型的正面電流阻隔層302(或背面電流阻隔層402)可適當(dāng)調(diào)整其位置及大小，如圖所示，其正面電流阻隔層302連接LED磊晶層34整個(gè)側(cè)邊(或背面電流阻隔層402連接基板38整個(gè)側(cè)邊)，如此所有的電流將全部分布在LED磊晶層34及基板32的另一側(cè)面中，所以也就相對(duì)增加此特定區(qū)域的發(fā)光亮度及提高其發(fā)光效率。
另外，本實(shí)用新型的創(chuàng)作理念也可應(yīng)用在諸多LED構(gòu)造中，如應(yīng)用在中國(guó)專利申請(qǐng)第99109772.6號(hào)《可提高發(fā)光亮度的發(fā)光二極管及其制作方法》中，其主要包括有一直接能帶間隙型態(tài)合金三五族化合物的發(fā)光二極管(LED)磊晶層74、一連設(shè)于該LED磊晶層74的底層而可將來自LED磊晶層74的入射光進(jìn)行反射再透射出去的該LED磊晶層74的粘合反射層70、一GaAs薄膜層764、一具有高導(dǎo)電性質(zhì)的導(dǎo)電基板72、一背面電極76及一正面電極76，其主要是利用一適當(dāng)導(dǎo)電基板72來取代先前的砷化鎵基板764，藉此而可降低發(fā)光二極管因砷化鎵基板764將吸收的大量發(fā)射光源的缺憾，并大幅提升發(fā)光二極管所發(fā)射出的光源亮度。而本實(shí)用新型也可在該粘合反射層70制作時(shí)完成其電流阻隔層704，同樣可達(dá)到其電流密度分布至特定區(qū)域及簡(jiǎn)化制造過程的目的。
最后，請(qǐng)參閱圖8所示的本實(shí)用新型另一實(shí)施例的構(gòu)造剖視圖；如圖所示，本實(shí)用新型同樣可應(yīng)用在一般平面式的發(fā)光二極管中，如以藍(lán)寶石為基板82及具有GaN薄膜層80的藍(lán)光發(fā)光二極管，其第一電流阻隔層862(正面電流阻隔層)同樣被包復(fù)于第一電極86(正面電極)與LED磊晶層84之間，而第二電流阻隔層882(背面電流阻隔層)則被包復(fù)于第二電極88(背面電極)與LED磊晶層84之間，隨著第一電流阻隔層862及第二電流阻隔層882的配置位置，其電流密度流動(dòng)區(qū)域(如虛線所示)將可集中分布在未被電流阻隔層862、882含蓋的LED磊晶層84之間，同樣可達(dá)到上述實(shí)施例的目的。當(dāng)然，為了致使電流密度分布區(qū)域確實(shí)為所規(guī)劃的區(qū)域進(jìn)行，所以其第二電極88除了具有未被第二電流阻隔層882所復(fù)蓋的區(qū)域外，還可沿著LED磊晶層84的側(cè)邊而向第一電極86延伸的至少一延伸電極(未顯示)，如此其電流流動(dòng)分布區(qū)域?qū)⒖筛_實(shí)在規(guī)劃的區(qū)域內(nèi)以提高其特定區(qū)域內(nèi)且擴(kuò)大其發(fā)光區(qū)域范圍。
又，在本實(shí)用新型的理念下，本實(shí)用新型也可應(yīng)用于雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管中，只要其電流阻隔層是在磊晶層完成后形成于電極與LED磊晶層或電極與基板之間即可。
綜上所述，本實(shí)用新型是有關(guān)于一種發(fā)光二極管，尤指一種具有電流阻隔層而可控制區(qū)域電流流動(dòng)密度的發(fā)光二極管構(gòu)造，其主要是在正面電極與LED磊晶層之間及背面電極與基板之間可選擇設(shè)有一電流阻隔層，以規(guī)劃電流流動(dòng)分布區(qū)域。
然而，以上所述，僅為本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施例而已，并非用來限定本實(shí)用新型實(shí)施的范圍，例如可增加一些窗戶層或定層，如磷錮鋁鎵層等，或在其它薄膜層上增加其它如SiC、AIN、SiO2、InGaN、SnO2、AIInGaP層等，凡是依照本實(shí)用新型權(quán)利要求范圍所述的形狀、構(gòu)造、特征及精神所作的均等變化與修飾，均應(yīng)包括在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種可控制區(qū)域電流密度的發(fā)光二極管，其特征在于其主要構(gòu)造包括有一基板；一成長(zhǎng)于該基板上面具有一P-N界面的發(fā)光二極管磊晶層，其P-N界面可在電流通過時(shí)產(chǎn)生發(fā)射光源；一形成于LED磊晶層頂層部分表面的正面電流阻隔層；一形成于該正面電流阻隔層上的正面電極，而該正面電極的部分區(qū)域可直接連接該LED磊晶層；一形成于基板底層部分表面的背面電流阻隔層；以及一形成于該背面電流阻隔層底層的背面電極，而該背面電極的部分區(qū)域可直接連接該基板。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于其中背面電流阻隔層的作用面積大于該正面電流阻隔層。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于其中該正面電極復(fù)蓋整個(gè)正面電流阻隔層，致使正面電極連接該LED磊晶層的部分區(qū)域成環(huán)狀態(tài)樣。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于其中該正面電流阻隔層可連接LED磊晶層整個(gè)側(cè)邊，致使正面電極僅有一側(cè)邊連接該LED磊晶層。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于其中該背面電極復(fù)蓋整個(gè)背面電流阻隔層，致使背面電極連接該基板的部分區(qū)域成環(huán)狀態(tài)樣。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于其中該背面電流阻隔層可連接基板整個(gè)側(cè)邊，致使背面電極僅有一側(cè)邊連接該基板。
7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于其中該LED磊晶層為一雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于其中該發(fā)光二極管也可為一平面型發(fā)光二極管，致使背面電極及背面電流阻隔層也是與正面電極與正面電流阻隔層相似，形成于LED磊晶層的頂層部分表面上，而分別成為一第二電極及第二電流阻隔層。
9.一種可控制區(qū)域電流密度的發(fā)光二極管，其特征在于其主要構(gòu)造包括有一基板；一成長(zhǎng)于該基板上而具有一P-N界面的發(fā)光二極管磊晶層，其P-N界面可在電流通過時(shí)產(chǎn)生發(fā)射光源；一形成于該LED磊晶層上部分區(qū)域的正面電極；一形成于基板底層部分表面的背面電流阻隔層；以及一形成于該背面電流阻隔層底層的背面電極，而該背面電極的部分區(qū)域可直接連接該基板。
10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管，其特征在于其中該背面電極復(fù)蓋整個(gè)背面電流阻隔層，致使背面電極連接該基板的部分區(qū)域成環(huán)狀態(tài)樣。
11.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管，其特征在于其中該背面電流阻隔層可連接基板整個(gè)側(cè)邊，致使背面電極僅有一側(cè)邊連接該基板。
12.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管，其特征在于其中該LED磊晶層為一雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
13.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管，其特征在于其中該發(fā)光二極管也可是一平面型發(fā)光二極管，致使背面電極及背面電流阻隔層也形成于LED磊晶層的頂層部分表面上，而分別成為一第二電極及第二電流阻隔層。
14.一種可控制區(qū)域電流密度的發(fā)光二極管，其特征在于其主要構(gòu)造包括有一基板；一成長(zhǎng)于該基板上而具有一P-N界面的發(fā)光二極管磊晶層，其P-N界面可在電流通過時(shí)產(chǎn)生發(fā)射光源；一形成于LED磊晶層頂層部分表面的正面電流阻隔層；一形成于該正面電流阻隔層上的正面電極，而正面電極的部分區(qū)域可直接連接該LED磊晶層；以及一形成于基板底層部分表面的背面電極。
15.如權(quán)利要求14所述的發(fā)光二極管，其特征在于其中該正面電極復(fù)蓋整個(gè)正面電流阻隔層，致使正面電極連接該LED磊晶層的部分區(qū)域成環(huán)狀態(tài)樣。
16.如權(quán)利要求14所述的發(fā)光二極管，其特征在于其中該正面電流阻隔層可連接LED磊晶層整個(gè)側(cè)邊，致使正面電極僅有一側(cè)邊連接該LED磊晶層。
17.如權(quán)利要求14所述的發(fā)光二極管，其特征在于其中該LED磊晶層為一雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
18.如權(quán)利要求14所述的發(fā)光二極管，其特征在于其中該發(fā)光二極管也可是一平面型發(fā)光二極管，致使背面電極也形成于LED磊晶層的頂層部分表面上，而分別成為一第二電極。
專利摘要一種可控制區(qū)域電流密度的發(fā)光二極管,主要在正面電極與LED磊晶層之間或背面電極與基板之間另設(shè)有一電流阻隔層,如此可將流經(jīng)LED磊晶層的電流排除在正面電極底下,而可預(yù)防發(fā)射光源被正面電極吸收或阻隔而降低透光亮度;且因電流阻隔層的位置可置放于適當(dāng)特定位置,相對(duì)也就規(guī)劃了電流分布線路及欲發(fā)亮發(fā)光的區(qū)域位置,而相對(duì)可在特定區(qū)域間得到發(fā)光亮度效率最高功能。另外,由于電流阻隔層及電極在基板及LED磊晶層制作完成后才一起形成,制作也較簡(jiǎn)易方便。
文檔編號(hào)H01L33/00GK2397607SQ9924490
公開日2000年9月20日 申請(qǐng)日期1999年9月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月21日
發(fā)明者莊豐如 申請(qǐng)人:光磊科技股份有限公司