专利名称：发光二极管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管，特别是涉及发光二极管的电极设计。
背景技术：
近年来，发光二极管(Light Emitting Diode；LED)因具有生产成本低、结构简单、低耗电、体积小以及安装容易的优势，已逐渐地取代一般光源，而被大量运用在包括但非限定于交通标志(traffic signaling)、电子信号(electronicsign)、仪表安装(instrumentation)、显示器(displayer)及一般照明(illumination)。
图1为一种现有LED 10的简略结构上视图，p型电极110在外加电压时，电流穿过p-n结(未揭示)至n型电极120，由于p型电极110与n型电极120分别位于LED 10的对角位置，相距最远，因此能产生的发光区域最大(斜线部分)，然而，由于电流从p型电极110可以经由不同的路径，如130、140或150，至n型电极120，因此，造成电流分布不均。再者，此种设计在大型的LED并不适用，因为p型电极至n型电极的距离过长，且仅有单一接触区域(p型电极)供外加电压，如此将造成LED的发光效益降低。
图2A揭示另一种现有LED 20简略结构上视图，斜线部分为发光区域，p型电极210具有多个相互平行的p型内臂(arm)部分，如214及216，n型电极220亦具有多个相互平行的n型内臂部份，如222、224及226，p型臂部分214或216，与相邻的n型臂部份222、224或226的间距相等，因此，相较于图1的LED 10结构，在图2A的LED 20结构中电流从p型电极210至n型电极220的距离较短且等距，提供高且均匀的输出照明，特别适于发光区域面积较大的大型LED。
然而，图1或图2A中现有技术的LED 10、20，皆存在着漏电流(currentleakage)的疑虑。以图2A揭示的LED 20的结构为例，沿图中K-K’的局部剖面图显示于图2B中，若电流(如箭号所示)从p型电极210朝向p型半导体层240的边界230，会造成在斜线部分的漏电流，影响LED 20发光效益。虽然现有技术中强调将电极置于LED的边缘处，以增加发光区域的面积，但是漏电流的问题仍无法避免。对于需要足够的电流以提供输出照明大型的LED而言，漏电流的问题十分关键。
目前需要一种可以提供发光均匀且高的输出照明的LED，尤其是对于大型的LED而言。
发明内容
本发明提供一种发光二极管，解决现有技术的漏电流的问题，并提供高且均匀的输出照明。
本发明提供一种发光二极管，包括一发光结构、一异质结(heterojunction)、一第一电极及一第二电极。发光结构具有一顶表面，而异质结位于发光结构中，异质结包括一第一半导体层及一第二半导体层，第一半导体层与第二半导体层为不同掺杂型，且第一半导体层具有一边界(boundary)。第一电极及第二电极分别位于顶表面，第一电极与第一半导体层电连接且包括至少二个连接部分，其中，第一电极的一中心与边界的一最短水平距离为d，89μm≤d≤203μm。第二电极与第二半导体层电连接且包括一外臂(outer arm)部分，外臂部分周围地环绕(peripherally encompass)顶表面。
图1揭示现有技术的LED的简略上视图；图2A揭示另一现有技术的LED的简略上视图；图2B揭示图2A的LED的局部剖面图；图3A揭示本发明的LED的简略上视图；图3B揭示本发明的局部剖面图；图4A揭示本发明与现有技术的输入电压VS.输入电流图示；图4B揭示本发明与现有技术的输入电流VS.输出功率图示；以及图5-9揭示根据本发明的实施例的LED的简略上视图。
简单符号说明10、20、30、50、60、70、80发光二极管110、210、330、530、630、730、830、930第一电极(p型电极)
120、220、340、540、640、740、840、940第二电极(n型电极)130、140、150路径214、216、334p型内臂部分222、224、226、346n型内臂部份240、322第一半导体层(p型半导体层)324第二半导体层(n型半导体层)250、350、550、650、750、850、950边界305基材310发光结构312顶表面320异质结326发光活性层332、342、532、632、732、832、932连接部分344、544、644、744、844、944外臂部分具体实施方式
图3A揭示本发明的一种发光二极管(LED)30的上视图，图3B为延图3A中I-I’，LED 30的局部剖面图。LED 30包括一发光结构310、一异质结320、一第一电极330及一第二电极340。发光结构310具有一顶表面312，异质结320位于发光结构310中，位于异质结320下方为基材305。异质结320具有一第一半体层322、一第二半导体层324及一发光活性层326，其中第一半导体层322与第二半导体层324为不同掺杂型，举例来说，第一半导体层322为p型半导体层322，而第二半导体层324为n型半导体层324。对应于p型半导体层322及n型半导体层324，第一电极330及第二电极340分别为p型电极及n型电极，且分别与p型半导体层322及n型半导体层324电连接。
于一实施例中，本发明的LED 30的顶表面312面积大于450μm2，亦即LED 30为大型的LED，于另一实施例顶表面312的面积大于1000μm2。第一电极330具有至少二个连接部分332(或称线连接垫(wire bonding pad))，以在大面积的顶表面312上提供多处线连接，供施加电压，在图3A中仅揭示二个连接部分322，但是本发明并非意欲将连接部分限定于二个，连接部分应视LED的设计所需，随着连接部分322的增加，对于设计者而言，可以做更多的串联、并联等电路设计，但本发明至少二个以上的连接部分322，优选为四个连接部分322(图9)，以提供足够的线连接处。
第二电极340具有连接部分342及外臂(outer arm)部分344，图3A中揭示二个连接部分342，但是本发明并非意欲将连接部分限定于二个，连接部分342用于将第二电极340的电流导出，而外臂部分344周围地环绕顶表面312。若将本发明图3A的LED 30与现有技术图2B的LED 20相比较，可以了解本发明的LED 30的外臂部份344周围地环绕顶表面312，亦同时将第一电极330完全包围，所以，不会有前述现有技术的漏电流问题。现有技术LED 20与本发明LED 30电性比较揭示于图4A、4B中。图4中揭示输入电流VS.输入电压，其中，可以看出当欲输入较大的输入电流(或称操作电流)时，本发明的LED 30所需的电压较现有的LED 20小，亦即LED 30的电阻较LED 20的电阻小，举例来说，当欲输入电流500mA时，本发明的LED 30仅需输入电压3.3volt，而现有的LED 20则需输入3.4volt。现在参考图4B，为输入电流VS.输出功率，其中，可以看出随着输入电流的增加，本发明的LED 30的输出功率相较于现有技术LED 20明显增加。因此，对于目前亟欲发展的大尺寸LED而言，本发明的设计可以符合大尺寸LED所需的大输入电流，提供高的输出功率。
相较于现有技术中为获得大的发光面积而将第一电极设计位在顶表面的边缘，然而，依照本发明的LED 30(参考图3A、3B)，第一电极330外侧有第二电极340的外臂部分344，因此第一电极330无须靠近顶表面312边缘以获得大的发光区域，此外，由于发光结构310的制作，先形成异质结320于基材305上，再以蚀刻技术(如反应性离子蚀刻，RIE)蚀刻第一半体层322、发光活性层326及第二半导体层324，此时，靠近第一半体层322的边界350的区域容易产生缺陷(defect)，因此，供注入电流的第一电极330的位置不宜靠近边界350。然而，为避免电流拥塞(current crowding)，使得电流扩散效果最佳化，以获得优选的发光效益，第一电极330必须靠近边界350。我们尝试在这两种因素中取得平衡，我们发现当第一电极330的中心与边缘350的距离(即图3A、3B中所显示的d)范围优选为89μm(约3.5mil)≤d≤203μm(约8mil)，尤佳为102μm(约4mil)≤d≤152μm(约6mil)。
在本发明的实施例中，第一电极330具有多个平行的内臂部分，称之第一内臂部分334，第二电极340亦具有多个平行的内臂部分，称之第二内臂部份346，第一内臂部分334与相邻的第二内臂部份346相互平行且等距，因此，在具有大发光面积的大型LED中，电流从第一电极334及336分别至第二电极346及348的距离短且等距，提供高且均匀的输出照明。
图5-9揭示本发明的其它实施例的简略上视图，其中，以图5所示的LED50为例，第一电极(p型电极)530具有至少两个连接部分532，第一电极530的中心至第一半导体层的边界550的距离为d，其范围界定如前所述，优选为89μm(约3.5mil)≤d≤203μm(约8mil)，优选为102μm(约4mil)≤d≤152μm(约6mil)。第二电极(n型电极)540的外臂部分544环绕其顶表面512。图6-9类似于图3a、图5所述，揭示于其中的LED 60、70、80、90分别包括第一电极630、730、830、930；第二电极640、740、840、940；边界650、750、850、950；连接部分632、732、832、932；以及外臂部分644、744、844、944，这些元件的描述、功能及其它图3a、图5所出现的元件，已于前详细描述，在此不加赘述。
本发明通过参考不同的实施例描述如上，本领域技术人员应有的认知是图式及详细说明仅作说明而非限定，且非意欲限制本发明于所揭露的特定型式及范例。相反地，不脱离本发明的精神及范畴，在以下的权利要求定义下，本发明还包括本领域技术人员显而易见的修饰、变化、重新排列、取代、替换、设计选择及实施例。因此，可预期的是以下的权利要求包括所有进一布的修饰、变化、重新排列、取代、替换、设计选择及实施例。
权利要求
1.一种发光二极管，包括一发光结构，该发光结构具有一顶表面；一异质结于该发光结构中，该异质结包括一第一半导体层及一第二半导体层，其中该第一半导体层具有一边界，且该第一半导体层与该第二半导体层为不同掺杂型；一第一电极位于该顶表面，该第一电极与该第一半导体层电连接且包括至少二个连接部分，其中，该第一电极的一中心与该边界的一最短水平距离为d，89μm≤d≤203μm；以及一第二电极位于该顶表面，该第二电极与该第二半导体层电连接且包括一外臂部分，该外臂部分周围地环绕该顶表面。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其中102μm≤d≤152μm。
3.如权利要求1所述的发光二极管，其中该第一电极包括多个互相平行的内臂部分。
4.如权利要求1所述的发光二极管，其中该第二电极包括多个互相平行的内臂部分。
5.如权利要求1所述的发光二极管，其中该顶表面的面积不小于450μm2。
6.如权利要求1所述的发光二极管，其中该顶表面的面积不小于1000μm2。
7.一种发光二极管，包括一发光结构，该发光结构具有一顶表面，该顶表面的面积不小于450μm2；一异质结于该发光结构中，该异质结包括一n型半导体层及一p型半导体层，其中该p型半导体层具有一边界；一p型电极位于该顶表面，该p型电极与该p型半导体层电连接且包括至少二个p型线连接垫，其中，该第一电极的一中心与该边界的一最短水平距离为d，89μm≤d≤203μm；以及一n型电极位于该顶表面，该n型电极与该n型半导体层电连接且包括一n型外臂部分，该n型外臂部分周围地环绕该顶表面。
8.如权利要求7所述的发光二极管，其中n型电极包括至少一n型线连接垫及多个互相平行的n型内臂部分。
9.如权利要求7所述的发光二极管，其中该p型电极包括多个互相平行的p型内臂部分。
10.如权利要求7所述的发光二极管，其中102μm≤d≤152μm。
全文摘要
本发明提供一种发光二极管，包括一发光结构、一异质结(heterojunction)、一第一电极及一第二电极。发光结构具有一顶表面，第一电极及第二电极分别位于顶表面，而异质结位于发光结构中，异质结包括一第一半导体层及一第二半导体层，第一半导体层与第二半导体层为不同掺杂型，且第一半导体层具有一边界(boundary)。第一电极与第一半导体层电连接且包括至少二个连接部分。第一电极的一中心与边界的一最短水平距离为d，89μm≤d≤203μm。第二电极与第二半导体层电连接且包括一外臂(outerarm)部分，外臂部分周围地环绕(peripherally encompass)顶表面。
文档编号H01L33/00GK1889279SQ200510082128
公开日2007年1月3日 申请日期2005年6月29日 优先权日2005年6月29日
发明者杨正中, 钟长祥, 杜全成, 詹高峰, 吴仁钊 申请人:晶元光电股份有限公司