CN1433578A - 具有改良电流分散结构的可扩展发光二极管 - Google Patents
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Abstract
一种具有改良电流分散结构的发光二极管提供增强注入发光二极管的活化层(14)的电流，改良其功率和光通量。该电流分散结构可用于比传统发光二极管大的发光二极管，而维持增强电流注入。本发明特别适用于具有绝缘基板(12)的发光二极管，但也可减少具有导电基板的发光二极管的串联电阻。这种改良结构包括形成协同导电路径的导电指形件(20a，20b，22)，该路径可确保电流从接触点(19，21)分散到指形件(20a，20b，22)，并通过反向掺杂层(15，16)均匀分散。电流接着分散到活化层(14)以将电子和电洞均匀注入整层活化层(14)，重新组合发光。
Description
本申请享有Tarsa等人在1999年12月1日提出的，申请号为60/168,338的美国临时专利申请的优先权。
发明背景
技术领域
本发明涉及发光二极管(LED)，具体地说涉及具有改良电流分散结构的发光二极管。
相关技术的描述
发光二极管是将电流转成光的一类重要固态装置。这些发光二极管通常包括一半导体材料活化层，其夹在一层是p型而另一层是n型的两相对掺杂层之间。在掺杂层的电接触点上施加激励电流以使电子及电洞从掺杂层被注入活化层。然后电子及电洞再重新组合以产生光，其从活化层全向发射，并从发光二极管的各个表面逸出。
大多数传统发光二极管都存在一个缺点，就是与灯丝光相比，电流转成光的效率较低。因此，它们的应用大多数限于电子装置指示灯等方面，其中发光二极管的芯片面积小于0.25平方毫米，而光功率小于10毫瓦(mW)。
然而，近年来以氮化物为基的半导体材料的进展已导致高亮度、高效率的发光二极管的发展，其可以在产生包括白光在内的各色光的蓝绿光谱区中发光。(可参考Nichia公司的”白色发光二极管”，分册号为NSPW300BS，NSPW312BS等；也可参考Hayden的美国专利第5959316号，名称为“磷光体发光二极管装置的多层密封”)。这些进展已使固态发光器应用在需要高输出功率及高发光量的照明及信号上。其中一种应用是交通信号。目前的发光二极管交通信号是由单个发光二极管装置的合并数组组成以得到高输出功率。但是，取代发光二极管数组的单个高功率发光二极管装置具有相对简单，成本较低和更可靠的特点。
一种增加发光二极管的功率和光通量的方法是增大其尺寸及发光表面积。但是，传统以氮化物为基的发光二极管的尺寸由于电流不能有效从电接触点分散到活化层而受到限制。p型氮化物基的半导体材料具有较低导电性，施加到p型接触点的电流只会分散到p型层中的有限区域。电流不会流过整层活化层，而且发光二极管会出现局部过热而使接触点周围过早退化。
n型氮化物基的半导体材料是较佳的导体，但是对电流的分散仍存在一些阻力。当装置的尺寸增大时，材料将电流从n型接触点均匀分散出去的能力会降低。由此可见，氮化物基发光二极管尺寸受p型及n型层的电流分散特性的限制。
目前各种具有增加电流分散结构的发光二极管已被研制出来(可参考《半导体和半金属》(1997)，第48卷，第170-178页，“高亮度发光二极管”，作者为G.B.Stringfellow及M.G.Crawford)。这些装置通常包括在导电基板上生长的n型外延层，其有一发光二极管活化区域及生长在n型层上的p型层。一导电接触点沉积在p型层表面的中心，而一导电接触垫沉积在与外延层相对的导电基板上。p型接触点的电流从中心向p型层的边缘分散，然后到达活化层。基板与外延层相比是极厚的，因此，分散入活化区域的总电流被p型接触点提供的分散所限制。这种基本结构对小发光二极管(约0.25平方毫米)是有效的，但不适用于大发光二极管。为了增大发光二极管的尺寸，必须对发光二极管加以改进。
其中一种改进是增加p型层的厚度以减少其分散电阻，使电流能分散到发光二极管的边缘。这种方法可有效增大发光二极管的面积，但是实际上发光二极管的扩展还是受到限制，这是因为p型层厚度不能无限地增加。而且，对于氮化镓基的发光二极管系统而言，p型材料具有极低的导电性，因此这种方法并不实际。
另一种方法是将接触点沉积在p型层表面的中心，其薄径向导电指形件从接触点延伸到表面的边缘。接触点的电流分散到导电指形件及下面的p型表面。虽然有了这种改进，但是发光二极管仍不能自由地扩展成大尺寸。因为当尺寸增大时，径向指形件的末端之间的距离也增大，当增大到某一尺寸时，该距离会阻止电流分散通过整层p型层。而且，这种结构也不能用于在绝缘基板上制造的发光二极管。
Nakamura等人的美国专利5,652,434揭示了一种结构，其可改良在绝缘基板上生长的以氮化物制造的发光二极管的电流分散。它包括一在绝缘基板上的发光二极管结构，其n型层与基板相邻，p型层在外延层表面上。因为基板是绝缘的，所以不能用接触垫将电流分散到基板及n型层上。而是将发光二极管结构的一角蚀刻到p型层、活化层、及部分n型层。接触点沉积在蚀刻区域以便接触点上的电流能分散通过相对导电的n型材料。为了使电流分散通过p型层，将半透明的电流分散层沉积在p型层上。p型接触点与n型接触点相对，沉积在发光二极管一角的分散层上。p型接触点的电流会分散通过该分散层并到达其下面的p型层。
这种结构可在标准尺寸装置中改良电流的分散，但不能在较大尺寸的发光二极管中有效地分散电流。因为p型层就是发光二极管表面，分散层应该尽可能薄以致不能吸收射出的光。然而，分散层越薄，其板电阻越大。当发光二极管的尺寸增大时，板电阻会阻止电流完全分散通过p型层。采用半透明金属材料，及/或增加其厚度都可使分散层的板电阻减少。但是，这些改变也会降低透明度及增加光的吸收，因而减少发光二极管的光输出。
另外，n型层中增加的分散电阻能引起过热，阻止电流完全分散及光均匀输出。为了减少分散电阻，n型层的厚度可随着装置尺寸的增大而增加。但是，这又会显著增加所需的材料及处理时间，使成本上升而无法负担。
发明内容
本发明提供一种具有新型电流分散结构的改良发光二极管。该改良发光二极管可以是标准尺寸或扩展到大尺寸，使功率输出及发光通量增加。其新型电流分散结构改良了大小两种尺寸的发光二极管的p型及n型层中的电流分散。结果是改良了电洞及电子注入活化层，因而提高其发光效率，减少串联电阻及发热。
新发光二极管一般包括一发光二极管核心，其具有外延生长的p型和n型层，及在p型与n型层之间外延生长的活化层。在发光二极管核心相邻处包括一第一电流分散层。至少形成有一槽通过发光二极管核心到达分散层，在该槽的所述第一分散层上设有第一接触点，其至少有一第一导电指形件。电流从第一接触点流入其导电指形件、第一分散层及发光二极管核心。在发光二极管核心上包括具有至少一第二导电指形件，并与第一导电层相对的第二接触点，以使电流能从第二接触点流入其第二指形件和发光二极管核心。
新发光二极管也包括在发光二极管核心上，与第一分散层相对的第二分散层。它设置在第二接触点和指形件及发光二极管核心之间。分散层比其相邻的发光二极管核心层具有更高导电性，因而可使电流更自由地从接触点和指形件流入第二分散层及整个发光二极管核心。
在新发光二极管的一实施例中，第一分散层是生长在一基板上的n型外延层，这样它被置于基板与发光二极管核心之间。一透明或半透明第二分散层与第一分散层相对，沉积在发光二极管核心的表面上，第二接触点及其指形件就形成在该第二分散层上。
发光二极管的接触点及其各导电指形件设置成可提供改良电流的分散和改良电洞及电子注入发光二极管的活化层。一偏压在接触点上，将电流从各接触点分散通过其各自的导电指形件。相邻第一及第二指形件之间的距离基本保持相等，且要小到足以使电流能有效分散到发光二极管核心。这使注入发光二极管核心的活化层的电流相等。利用这种新型电流分散结构，新发光二极管尺寸可扩展成远比传统发光二极管大，而又使相邻指形件间的电流分散关系维持不变。
发光二极管核心上的接触点及指形件没有将核心的整个表面覆盖，而是留下大部分表面用作发射光。因此，指形件采用厚且低电阻金属可以提供有效的电流分散路径。这些指形件也可减少电流须在第二分散层中分散的距离。所以降低电流分散层的厚度就可减少发射光的吸收。另外，通过在第二分散层上设置一件或多件指形件以将电流分散至发光二极管核心，层厚就不必随发光二极管尺寸的增大而增加。因而避免了与外延层相关的处理时间长及成本高的问题。
导电及绝缘基板上的发光二极管都能实现这种新型发光二极管结构的优点，这是因为不论基板为何种类型，新的结构都可使注入的电流几乎相等。在这种结构中也可以将外延层构造倒置，使p型层设在与第一分散层相邻的一层，n型层设在外延表面上。但电流分散的结构仍维持不变。当装置的尺寸增大时，本发明通过增加指形件的数目来提供可完全扩展的装置。
本发明的这些和其它一些特点和优点，通过结合附图和下面的详细说明中，本领域技术人员将会容易了解。
附图说明
图1是具有新型电流分散结构的新标准尺寸发光二极管的透视图；
图2是图1所示发光二极管的平面图；
图3是沿图2中3-3截面线的剖面图；
图4是具有新型电流分散结构的新标准尺寸发光二极管的平面图，该发光二极管包括第二分散层上的中心指形件及发光二极管四周的第一分散层上的指形件；
图5是图4所示发光二极管的剖面图；
图6是采用图1所示的新型电流分散结构，可扩展长方形新发光二极管的平面图；
图7是采用新型交错多指形发光二极管电流分散结构的新发光二极管的平面图；
图8是具有新型多指状锯齿形电流分散结构的新发光二极管的平面图；
图9是其分支及指形件从第二分散层的中心接触点及第一分散层上的协同指形件形成导电路径的新发光二极管的平面图；
图10是图9所示发光二极管的剖面图；
图11是其指形件从第二分散层上的中心接触点延伸的新发光二极管的平面图；及
图12是具覆晶法新型电流分散结构的新发光二极管的剖面图。
本发明的详细描述
图1-12显示根据本发明制造的新发光二极管的各个实施例，每个发光二极管都具有改良的电流分散结构。新的结构可用在由任何半导体材料系统制造的发光二极管中，但特别适用于在如碳化硅或蓝宝石等基板上以第III族元素氮化物为基的发光二极管。碳化硅的晶格与第III族元素氮化物极为接近，如氮化镓，因而可得到具有高质量的第III族元素氮化膜。碳化硅也具有极高的导热性，使在碳化硅基板上的第III族元素氮化物装置的总输出功率不受基板(如蓝宝石上形成的某些装置)散热限制。碳化硅基板是由北卡罗纳州的公司Cree Research，Inc.，ofDurham制造，其制造方法可参考科学文献和美国专利Nos.Re.34,861,4,946,547及5,200,022。
图1、2及3显示一种新的正方形发光二极管10，其有设于基板12与发光二极管核心13之间，表示第一分散层的导电层11。核心13包括外延生长的活化层14，其设于外延生长的导电层15和16之间。导电层15与第一分散层11具有相同的类型，可为n型或p型，导电层16则具有相反的类型，也可为n型或p型。在优选实施例中，层15是n型，层16是p型，第一分散层是n型。
第一分散层11的厚度及掺杂基准要有利于电流分散到活化层14。优选掺杂基准是le15cm-3至le21cm-3，而优选厚度为0.2μm至100μm。层11、14、15、16可通过传统方法，如在MOCVD反应器中生长，或通过将如VPE及MOCVD的生长技术联合起来在基板12上而制成。
电流分散层18表示第二分散层，沉积在导电层16上以利于电流分散到导电层16并流入活化层14。该层18是在MOCVD生长的半导体，与导电层16具有相同的掺杂类型，其厚度范围及掺杂范围与第一分散层11类似。第二分散层18也是由透明或半透明导电材料制成。优选材料是薄金属或总厚度为1-50毫米的薄金属组合，或较厚的透明导体，如ITO。
第二接触点19具有两件第二导电指形件20a及20b，该接触点沉积在第二分散层18上。第二接触点及指形件延伸至该导电层三面边缘的相邻处，形成一U型路径，其可防止电流走短路而至接触点19的对面边缘。指形件20a及20b的外围能延伸至导电层16的边缘，或是从边缘稍为退缩以便第二分散层18上一小部分区域显示在指形件20a与20b之间。
为了使电流更加均匀地分散到装置，将第一接触点21及第一导电指形件22沉积在第一分散层11的表面上。为了在该表面上提供一区域，将部分发光二极管核心蚀刻至第一分散层11，从而得到通过发光二极管核心的槽/信道23。第一接触点21及指形件22沉积在槽的第一分散层上。
发光二极管核心13利用如化学或离子磨蚀刻等传统方法进行蚀刻。导电层18、接触点19和21及其指形件可以用许多传统方法进行沉积，如蒸发、溅射或电镀。
操作时将偏压施加在接触点19及21。接触点21的电流分散到其指形件22及导电第一分散层11。电流分散到第一分散层11全层，通过层15使注入发光二极管活化区域14的载体几乎相等。电流从接触点19分散入指形件20a及20b，然后到达第二分散层18全层。通过层16使注入发光二极管活化区域14的载体几乎相等。电子及电洞在活化层14重新组合以提供大致均匀且高效的发射光。
新发光二极管10及其电流分散结构可具有许多不同形状及尺寸。图1-3显示一正方形发光二极管，其尺寸可为标准(约0.25平方毫米)，也可比标准尺寸较小或较大。发光二极管10的尺寸增大时，导电指形件之间的距离也增大。其尺寸受指形件分散电流的能力及使注入活化层的电流相等的能力所限制。
优选电流分散指形件呈片状长方形。第二指形件的宽度从0.1微米到30微米，而优选宽度是2到10微米。较宽的指形件能有效地分散电流，但是会阻碍或吸收较多由p型层16射出的光。第一指形件的宽度是0.1到30微米。指形件越宽，要到达外延层需要蚀刻的发光二极管结构也越多，这使发光的活化层总量减少。第一与第二指形件之间的距离从5到500微米。距离越小，电流在电流分散层中的分散越好，但是吸收光的指形件会覆盖的区域也越多。指形件的厚度从0.05到3微米。指形件越厚，其串联电阻越低，但制造时间越长，成本越高。
新的结构比现有技术具有更多优点。接触点19和21，及其各自导电指形件20a、20b和22由具有低串联电阻的导电材料制成。从接触点流到指形件的电流遇到的分散电阻很小，该电流并提供一有效路径以分散电流。另外，电流从电流分散接触点19及其指形件20a和20b到完全分散在第二分散层18的分散距离极小。因此，如果在第二分散层18采用半透明材料，就可降低电流分散层的厚度，从而减少光的吸收及增加光输出。同时又能维持电流完全分散到p型层16及使注入活化层14的电流相等。外延与电流分散指形件之间的距离应该保持基本相等以确保相等的电流在各掺杂层分散以及流入活化层14。
如上所述，第二指形件20a及20b会吸收部分发光二极管的发射光。另外，为了提供槽23而蚀刻发光二极管核心也会降低发光二极管核心发光的尺寸。然而，注入活化层14的电流相等就克服了这些缺点，并使发光二极管的总效率增加。实际上，槽23可增加总光输出。这是因为光是从发光二极管的活化层15全向发射。对具有平面表面的发光二极管，一部分光会从发光二极管表面反射回来而导致内部全反射。最后，光被吸收或从发光二极管的侧面逸出。通过蚀刻发光二极管结构可以得到一条或多条槽，在发光二极管内反射的光能到达槽，增加其逸出的机会。这就提高了发光而不被吸收的概率，有助照明。
图4和5显示新发光二极管40的另一实施例，其与图1到3所示的发光二极管类似。它设有相同的基板12及第一分散层11。它也具有类似的发光二极管核心41及沉积在发光二极管核心的导电层43上的第二分散层42。
然而，在该实施例中，第一接触点及指形件将电流从第一分散层11的边缘分散出去，而第二接触点及指形件将电流从第二分散层42的中心分散出去。将发光二极管核心41蚀刻至第一分散层11，在其三侧围绕发光二极管外围。第一接触点44沉积在中间侧中点的第一分散层11上。第一指形件45a及45b也沉积在第一分散层11上，并从在蚀刻侧周围的第一接触点44以相反方向延伸。电流从第一接触点44通过指形件45a及45b分散到第一分散层四周。第二接触点46与第一接触点44相对，沉积在其边缘的第二分散层42上。它具有一导电指形件47，其也沉积在第二分散层上，并从接触点46向外延层接触点44的方向顺着大多数发光二极管的中心线延伸。
发光二极管40与发光二极管10具有相同的电流分散优点。电流从接触点44和46通过其各自低串联电阻的导电指形件分散出去。第一接触点44及其指形件45a及45b的电流分散到第一分散层11的全层及发光二极管核心41。第二接触点46及其指形件47的电流分散到第二分散层42及发光二极管核心41。与发光二极管10的情况一样，可减少电流须从指形件47通过第二分散层42分散以覆盖整个发光二极管核心41的距离。因此，第二分散层42的厚度降低就可以减少光的吸收。第二指形件47与第一指形件45a及45b重叠，它们之间的距离要基本相等以使注入发光二极管核心的活化层50的电流相等。
新型电流分散结构的一个重要优点是它能用在较大发光二极管，而维持改良的电流分散。图6显示一种具有与图1、2及3所示发光二极管10类似的电流分散结构的新发光二极管60。该发光二极管60设有一基板、一第一分散层、一发光二极管核心(图6未图标)，及一第二分散层61，所有这些都与发光二极管10的结构相类似。将部分发光二极管核心蚀刻至第一分散层以沉积n型接触点62及指形件63。第二接触点64及其导电指形件65a及65b也沉积在第二分散层61上，该指形件向发光二极管四周延伸。
发光二极管60比长方形发光二极管10大，这是因为增加了其两侧边66和67的长度。要维持改良的电流分散就要增加第一指形件63及第二指形件65a及65b的长度，其增加量等同侧边66和67的增加量。第一指形件63与第二指形件65a及65b重叠，它们之间距离应保持相等。电流须从第二指形件65a及65b通过电流分散层61分散以覆盖整个发光二极管核心的距离也保持不变。类似地，电流须从第一指形件63分散到第一分散层的距离保持不变。若侧边66和67的长度再增加，则指形件的长度也必须增加以维持指形件之间的电流关系。
根据图4、5所示的设计可制成类似的长方形发光二极管。在这些装置中，电流分散结构的指形件长度必须以同样的方式增加以使在长方形发光二极管中分散的电流相等。
发光二极管60的另一优点是散热比具有相同表面积的正方形发光二极管更有效。发光二极管60产生的热只需传递较短的距离就可到达散热的一边缘。
本发明与现有技术相比的又一重要优点是第一分散层的厚度。在现有发光二极管中该层一般是n型外延层，其电流从接触点通过第一分散层而分散，发光二极管的尺寸增大时，第一分散层的厚度必须增加以减少其串联电阻。将电流从第一接触点通过一件或多件导电第一指形件而分散出去，可避免串联电阻增大。而第一分散层厚度维持不变，则不会出现处理时间长及成本上升的问题。
另一种扩展发光二极管而又维持导电指形件之间电流分散关系的方法是随着发光二极管面积的增大而增加指形件数目。图7显示一种发光二极管70，其表面积比图1-5所示的发光二极管10和40都大。它设有类似的基板、第一分散层、发光二极管核心(所有在图7均未图标)及第二分散层71。当表面积增大时，第一及第二指形件的数目随之增加，但相邻指形件之间的距离保持相等。
第一及第二接触点72和73可具有许多不同的形状及尺寸。优选第二接触点73是圆形，沉积在第二分散层71上，接近发光二极管其中一边缘。导电分支74的两个部分在第二分散层71上从接触点73以相反方向延伸，并与相邻发光二极管边缘平行。许多导电指形件75在第二分散层71上以直角从分支74延伸。将发光二极管核心进行蚀刻以提供第一接触点72用的第一分散层区域和提供第一指形件76用的槽。优选第一接触点72是正方形，与p型接触点73相对，沉积在的发光二极管边缘中心的第一分散层上。分支72b从第一接触点72沿发光二极管的边缘延伸。其指形件76从分支72b以直角向分支74延伸。第二与第一指形件75和76之间的距离保持基本相等，且要小到足以使注入发光二极管活化层的电流相等。这样，即使发光二极管70的尺寸比标准发光二极管大，其电流分散仍具有与上述实施例相同的优点。
图8显示新发光二极管80的另一实施例，其中第一及第二指形件形成锯齿形导电路径。该发光二极管80具有与上述实施例相同的从基板到第二分散层的层状结构。圆形第二接触点81沉积在第二分散层82的发光二极管一角。导电分支83也沉积在第二分散层上，并从接触点81沿发光二极管表面的二侧延伸。锯齿形导电第二指形件84在第二分散层82上沿对角线从分支83延伸到发光二极管80。指形件84开始时以直角从分支83凸出，当到达发光二极管80时再以直角反复弯曲。指形件越短，直角转动的次数越少。
将发光二极管80也刻蚀到其第一分散层以提供第一接触点85、其分支86及其锯齿指形件87用的槽。第一接触点85与第二接触点81相对，沉积在发光二极管一角的第一分散层上。导电分支86则沉积在第一分散层上，第一分散层从第一接触点85沿二侧在发光二极管80的四周延伸，这二侧并未被电流分散层分支83所覆盖。第一锯齿指形件87具有与电流分散层指形件84相同形状，沉积在指形件84之间的第一分散层上以使重叠的第一与第二指形件之间的距离基本相等。对于这个概念的另一实施例是能用弯曲指形件来产生具有圆角而非直角的锯齿型。
这种结构具有上述实施例中电流分散的所有优点，包括低串联电阻、可扩展性、及可采用薄电流分散层。发光二极管结构中供第一指形件87用而蚀刻的锯齿槽也进一步提高从发光二极管80射出的光量。槽边的变化比上述实施例多，因而增加了内部反射光逸出的概率，有助发光二极管的发射。
图9和10显示新发光二极管90的另一长方形实施例，其具有与上述实施例相同的层状结构。第二接触点91沉积在第二分散层92的中心，而导电分支93的两个部分在第二分散层上从接触点91以相反的方向顺着发光二极管的纵向中心线延伸。许多导电指形件94从分支93的两侧以直角向发光二极管的边缘凸出。为了将电流分散到发光二极管的第一分散层，在发光二极管结构的四周向下蚀刻至第一分散层。第一接触点95沉积在发光二极管边缘的第一分散层上。第一分支96沉积在第一分散层上，围绕发光二极管整个外围以提供从接触点95开始的连续导电回路。槽是由在第二指形件94之间的发光二极管结构蚀刻而成，其从四周以直角朝向分支93。第一指形件97沉积在槽中的第一分散层上，提供从第一分支96起的导电路径。相邻的第一与第二指形件重叠，它们之间的距离保持基本相等，该实施例的电流分散优点与上述实施例相同。
图11显示新发光二极管110的另一实施例，其具有与上述实施例相同的层状结构。第二接触点111沉积在发光二极管第二分散层112的中心。导电指形件儿3从第二分散层112的接触点111伸向发光二极管的边缘，以指形件113为起点保持距离相等。当导电指形件113从接触点111伸出时，相邻指形件之间的距离会增加。若该距离变的过大而不能有效地在第二分散层112中分散电流时，指形件113就会分成两件指形件114。
将发光二极管蚀刻至其四周的第一分散层上以供第一接触点115及其周边分支116用。这样蚀刻也为了供第一指形件117用，其形成第二接触点111方向上及第二指形件113之间的导电路径。如果指形件114的分裂部分足够长，则其间可包含第一指形件。
相邻第一与第二指形件之间的距离变化比上述实施例都多。然而，该距离仍要保持相等以使发光二极管110具有与上述实施例相同的电流分散优点。这个实施例也可扩展成大尺寸。当表面积增大时，第二指形件能继续分裂，分裂部分之间包含另一第一指形件。
上述实施例都能在透明基板上生长并能用覆晶法安装。图12显示在透明基板123上生长的发光二极管120，其具有与图4所示发光二极管40相同的结构。它包括第一分散层126上的发光二极管核心130，及与第一分散层相对的在发光二极管核心上的第二分散层124。用结合介质121将发光二极管装在底座122上，该结合介质将第二分散层124(图12所示)或第二分散层上的接触垫与设于底座和结合介质121之间的导电层127的第一部分连接。一偏压施加在导电层127上，使电流流入第二分散层124及发光二极管的活化区域。导电层(或接触点)128的第二部分也在该底座上，第二结合介质125将第一分散层126上的第一接触点129与导电层128连接。一偏压施加在导电层128上使电流流入第一接触点129，其通过第一指形件131再将电流流入第一分散层126。第一指形件沉积在其四周的第一分散层上。导电层127和128与底座122电绝缘，作为发光二极管包封的连接触点。
这种结构其中一个优点是发光二极管散热性较好，这是因为发光二极管产生的热与结合界面121接近，而且热可有效地传到底座122。底座具有高导热性，且表面积比发光二极管芯片基板123大。另外，如果第二分散层124采用半透明层，则覆晶法的几何形状会使反光板与半透明层成一整体，从而减少第二分散层124的整体光损失，并将光反射到基板123。
另外，因为反光板被置于第二分散层上，所以第二接触点及指形件不会吸收任何射出的光。增加其厚度可以减少串联电阻，又不会吸收射出的光。如果反射表面是导电的，则结合介质121会附着在整个反光板表面上，使整个结构的导热性增加。
上述实施例取决于使用的材料系统可生长在导电及绝缘基板上。一般而言，对在如碳化硅的导电基板上形成的发光二极管，其接触点是直接沉积在导电基板上，与外延层相对。接触垫上的电流通过基板分散至n型层，使注入活化层的电子几乎相等。或者，可以用类似上述方式蚀刻发光二极管核心，必要时可继续蚀刻至导电基板。若基板是导电的，则可将它视为第一分散层的一部分。
使用接触点指形件数组代替传统基板接触垫，可减少二极管的串联电阻。首先，因为与基板相对的第二分散层使用优选材料，所以接触点电阻可较低。第二，电流到达活化区域之前须流经的距离比接触基板小得多，且具有许多平行路径，因此使串联电阻进一步减少。材料及接触点细节将决定哪一种方法可提供最低电阻。
虽然本发明是参考一些优选构造而加以详细说明的，但其它形状也是有可能的。导电指形件可具有许多不同形状及型式，且能以不同方式沉积在发光二极管各层上。因此，所附权利要求书的精髓和范围不应只限于上述优选实施例。
Claims (31)
1.一种具有增强电流分散结构的可扩展发光二极管(LED)，其特征在于所述发光二极管包括：
一发光二极管核心(13)，其有：
一外延生长的p型层(16)；
一外延生长的n型层(15)；及
一在所述p型和n型层(16，18)之间外延生长的活化层(14)；
一与所述发光二极管核心(13)相邻的第一分散层(11)；
至少一槽(23)，其通过所述发光二极管核心(13)，直至所述第一分散层(11)；
一第一接触点(21)，其在所述至少一槽(23)内的所述第一分散层(11)上具有至少一第一导电指形件(22)，以便电流从所述第一接触点(21)流入所述至少一第一导电指形件(22)、所述第一分散层(11)和所述发光二极管核心(13)；
一第二接触点(19)，其与所述第一分散层(11)相对，设在所述发光二极管核心(13)上，具有至少一第二导电指形件(20a，20b)，以便电流从所述第二接触点(19)流入所述至少一第二指形件(20a，20b)和所述发光二极管核心(13)。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第一分散层(11)是n型外延层。
3.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述n型层(15)与所述第一分散层(11)相邻。
4.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第二接触点(19)和所述至少一第二导电指形件(2a，20b)都在所述p型层上。
5.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述至少一第二导电指形件(2a，20b)和所述至少一第一导电指形件(22)有部分长度通常保持平行。
6.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述至少一第二导电指形件(2a，20b)和所述至少一第一导电指形件(22)有部分长度相互间的距离大约相等，以使注入所述发光二极管核心(13)的电流几乎相等。
7.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述发光二极管进一步包括一基板(12)，其与所述第一分散层(11)相邻，并和所述发光二极管核心(13)相对。
8.如权利要求7所述的发光二极管，其特征在于：所述基板(12)为导电体。
9.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述发光二极管进一步包括一第二分散层(16)，其设在所述发光二极管核心上，与所述第一分散层(11)相对，所述第二接触点(19)和所述至少一导电指形件(20a，20b)被置于所述第二分散层(16)上，以使施加到所述接触点(19)的电流分散到所述至少一导电指形件(20a，20b)和所述第二分散层(16)全层，以及流入所述发光二极管核心(13)。
10.如权利要求9所述的发光二极管，其特征在于：所述第二分散层(16)是透明导体。
11.如权利要求9所述的发光二极管，其特征在于：所述发光二极管包括一所述第一导电指形件(22)，其中所述第二接触点(19)和至少一导电指形件(20a，20b)形成一通常为U型的导电路径，所述第一接触点(21)和所述第一指形件(22)在所述U型路径内形成一长形导电路径。
12.如权利要求9所述的发光二极管，其特征在于：所述发光二极管包括一所述第二导电指形件(27)，其中所述第一接触点(44)和至少一导电指形件(45a，45b)形成一通常为U型的导电路径，所述第二接触点(46)和所述第二导电指形件(47)在所述U型路径内形成一长形导电路径。
13.如权利要求9所述的发光二极管，其特征在于：所述发光二极管包括多件所述第一和第二导电指形件(76，75)，所述第二接触点(73)靠近所述发光二极管的一边缘，而所述第一接触点(72)靠近对面的边缘，所述第二导电指形件(75)从所述第二接触点(73)起向所述对面边缘形成多条导电路径，所述第一指形件(76)从所述第一接触点(72)起向在所述第二指形件(75)之间交错的所述第二接触点(73)形成多条导电路径。
14.如权利要求9所述的发光二极管，其特征在于：所述第二接触点(111)位于所述电流分散层(112)的中心附近，所述第二导电指形件(113，114)从所述第二接触点(111)起向所述发光二极管的边缘形成导电路径，而所述第一导电指形件(117)从所述第一接触点(115)起向在所述第二导电指形件(113，114)之间交错的所述第二接触点(111)形成导电路径。
15.如权利要求9所述的发光二极管，其特征在于：所述第二接触点(91)位于所述电流分散层(92)的中心，并进一步包括二导电分支(93)，其从所述接触点(91)顺着所述发光二极管中心线各自以相反方向形成导电路径，所述第二指形件(94)形成通常垂直于所述分支(93)的导电路径，所述第一指形件(97)从所述第一接触点(95)和从所述发光二极管的边缘向在所述第二指形件(97)之间交错的所述分支(93)形成导电路径。
16.如权利要求9所述的发光二极管，其特征在于：所述发光二极管包括多件所述第一和第二导电指形件(84，87)，其中所述第二指形件(84)从所述第二接触点(81)起形成通常为平行的锯齿形导电路径，而所述第一指形件(87)从在所述第二锯齿指形件(84)之间交错的所述第一接触点(85)形成通常为平行的锯齿形导电路径。
17.一种具有增强电流分散结构，采用覆晶法的可扩展发光二极管(LED)，其特征在于所述发光二极管包括：
一发光二极管核心(130)，其有：
一外延生长的p型层；
一外延生长的n型层；及
一在所述p型和n型层之间外延生长的活化层；
一与所述发光二极管核心(130)相邻的第一分散层(126)；
至少一槽，其通过所述发光二极管核心，直至所述第一分散层(126)；
一第一接触点(129)，其在所述至少一槽内的所述第一分散层(126)上具有至少一第一导电指形件(131)，以便电流从所述第一接触点(129)流入所述至少一第一导电指形件(131)、所述第一分散层(126)和所述发光二极管核心(130)；
一第二分散层(124)，其与所述发光二极管核心(130)相邻，并和所述第一分散层(126)相对；
一具有两个分隔部分(127，128)的导电层，所述导电层的第一分隔部分(127)与所述第二分散层结合；
一底座(122)，其与所述导电层的所述第一分隔部分(127)相邻，并和所述第二分散层(124)相对，所述导电层的第二分隔部分(128)也与所述底座(122)相邻，所述发光二极管进一步包括一在所述第二分隔部分(128)和所述接触点(129)之间的导电材料(125)，一偏压施加到导电层的所述第一和第二分隔部分(127，128)使发光二极管核心(130)发光。
18.如权利要求17所述的发光二极管，其特征在于：所述发光二极管进一步包括一与所述第一分散层(126)相邻的基板(123)，其与所述发光二极管核心(130)相对。
19.如权利要求18所述的发光二极管，其特征在于：所述基板(123)由透明或半透明材料制成，是所述发光二极管核心(130)产生光的主发射表面。
20.如权利要求17所述的发光二极管，其特征在于：所述第二分散层(124)由半透明材料制成，并进一步包括一将发光二极管核心(130)的光反射到所述基板(123)的反光板。
21.如权利要求17所述的发光二极管，其特征在于：所述发光二极管进一步包括一在所述导电层的第一分隔部分和所述第二分散层之间的结合介质(121)，其中所述导电材料(125)包括一结合介质。
22.一种具有电流分散结构的半导体发光二极管，其特征在于：所述半导体发光二极管包括：
二层或多层掺有杂质的邻接层(11，14，15，16)；
至少一槽(23)，其由一层或多层所述层(11，14，15，16)蚀刻而成，并把一表面暴露在所述层(11，14，15，16)的其中一层上或层内；
一第一接触点(21)，其在所述至少一槽(23)的所述暴露表面上具有至少一第一导电指形件(22)，以便电流从所述接触点(21)流入所述至少一第一指形件(22)，和具有所述暴露表面的所述层(11，14，15，16)；及
一第二接触点(19)，其在所述邻接层(11，14，15，16)的表面上具有至少一第二导电指形件(20a，20b)，以便电流从所述第二接触点(19)流入所述至少一导电第二指形件(20a，20b)和所述邻接层(11，14，15，16)。
23.如权利要求22所述的半导体发光二极管，其特征在于：所述至少一第二指形件(20a，20b)和相邻的所述至少一第一导电指形件(22)有部分长度通常保持平行。
24.如权利要求22所述的半导体发光二极管，其特征在于：其中所述至少一第二导电指形件(20a，20b)和相邻的所述至少一第一导电指形件(22)相互间的距离大约相等，以使注入所述二层或多层掺有杂质的邻接层的电流几乎相等。
25.如权利要求22所述的半导体发光二极管，其特征在于：所述半导体发光二极管包括一所述第一导电指形件(22)，其中所述第二接触点和至少一导电指形件(20a，20b)形成一通常为U型的导电路径，所述第一接触点(21)和所述第一导电指形件(22)在所述U型路径内形成一长形导电路径。
26.如权利要求22所述的半导体发光二极管，其特征在于：所述半导体发光二极管包括一所述第一导电指形件(47)，其中所述第一接触点(44)和至少一导电指形件(45a，45b)形成一通常为U型的导电路径，所述第二接触点(44)和所述第二导电指形件(47)在所述U型路径内形成一长形导电路径。
27.如权利要求22所述的半导体发光二极管，其特征在于：所述半导体发光二极管包括多件所述第一和第二导电指形件(76，75)，所述第二接触点(73)靠近所述邻接层(11，14，15，16)的一边缘，而所述第一接触点(72)靠近对面边缘，所述第二导电指形件(75)从所述第二接触点(73)向所述对面边缘形成多条导电路径，所述第一指形件(76)从所述第一接触点(72)向在所述第二指形件(75)之间交错的所述第二接触点(73)形成多条导电路径。
28.如权利要求22所述的半导体发光二极管，其特征在于：所述第二接触点(111)位于所述邻接层(11，14，15，16)表面的中心附近，所述第二导电指形件(113，114)从所述第二接触点(111)向所述邻接层(11，14，15，16)的所述表面的边缘形成导电路径，而所述第一指形件(117)从所述第一接触点(115)向在所述第二导电指形件(113，114)之间交错的所述第二接触点(111)形成导电路径。
29.如权利要求22所述的半导体发光二极管，其特征在于：所述第二接触点(91)位于所述邻接层(11，14，15，16)表面的中心，并进一步包括二导电分支(94)，其从所述接触点(91)顺着所述表面的中心线各自以相反方向形成导电路径，所述第二导电指形件(94)形成通常与所述分支(93)垂直的导电路径，所述第一指形件(97)从所述第一接触点(95)和所述表面的边缘向在所述第二指形件(97)之间交错的所述分支(93)形成导电路径。
30.如权利要求22所述的半导体发光二极管，其特征在于：所述半导体发光二极管包括多件所述第一和第二导电指形件(84，87)，其中所述第二指形件(84)从所述第二接触点(81)形成通常为平行的锯齿形导电路径，而所述第一指形件(87)从在所述第二锯齿指形件(84)之间交错的所述第一接触点(85)形成通常为平行的锯齿形导电路径。
31.一种具有增强电流分散结构的可扩展发光二极管(LED)，其特征在于所述发光二极管包括：
一外延生长的p型层(16)；
一外延生长的n型层(15)；
一在所述p型和n型层(16，18)之间外延生长的活化层(14)；
一具有至少一第一导电指形件(22)的第一接触点(21)；
至少一槽(23)，其由所述p型和活化层(16，14)蚀刻而成，直至所述n型层(15)，以便所述第一接触点(21)和至少一第一指形件(22)都在蚀刻区的n型层(15)上；
一在所述p型层(16)上的第二接触点(19)和至少一第二导电指形件(20a，20b)，其中所述至少一第一和第二导电指形件(22，20a，20b)有部分长度通常保持平行。
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