發光元件的電極結構的製作方法
2023-09-22 01:30:40 3
專利名稱：發光元件的電極結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種發光元件的電極結構，特別是有關於一種以六邊形為架構所形成發光元件的電極結構。
背景技術：
由於氮化鎵(GaN)具有寬的能帶間隙(在室溫下Eg＝3.4eV)且其發光範圍在藍光波長附近，因此氮化鎵非常適合作為短波長發光元件的材料，也因此亦成為近年來開發光電元件中最熱門的材料之一。經過不斷的研究及發展，現在的技術已可將氮化鎵穩定的成長於藍寶石(sapphire)基板之上，並且若再經由適當的磊晶以及電極的安排，即可製造出短波長的發光元件。
如圖1所示，為一現有技術發光元件電極的概略結構俯視圖。第一電極110在外加電壓時，電流會經由與其相連接的接觸墊流入此發光元件內，並通過順向穿越其內部P/N接面時所引發少數載子的重新組合而產生能量發光，之後電流會經由不同的路徑(例如電流路徑112、114以及116等)匯流至第二電極120，並通過與第二電極120相連接的接觸墊流出此發光元件。然而，電流從第一電極110匯流至第二電極120的路徑並非都是等距離的電流路徑，也因此造成非均勻電流分布的現象，並導致此發光元件發光亮度不均勻的情況產生。例如邊緣電流路徑112及116的電流密度因路徑距離較長的關係，所以會比中心電流路徑114的電流密度低，因此發光元件在其邊緣部分的發光亮度就不及在其中心部分的發光亮度。此外，電流密度分布不均，亦是造成發光元件可靠度不佳的主要原因之一。
為了提升發光元件的發光亮度，氮化鎵(GaN)發光元件已逐漸轉向高功率及大面積元件發展，如圖2所示，為另一種在高功率半導體元件常見指插狀電極的概略結構俯視圖。第一電極150垂直連接相互平行的延伸電極150-1與150-2形成一所謂的指狀電極結構。而第二電極160亦垂直連接相互平行的延伸電極160-1、160-2與160-3形成另一指狀電極結構。由於兩指狀電極結構所形成交互穿插且平行的電極結構，其各延伸電極與相鄰延伸電極間的間距均為相等，因此，電流從延伸電極流到相鄰延伸電極的距離均為等距離的電流路徑，藉此平均發光元件內各部分的電流密度及發光強度。然而上述的指插狀結構在延伸電極上的阻抗會隨著與電極的距離增加而變大，例如B點到第一電極150的阻抗大於A點到第一電極150的阻抗。這意味著流到B點的電流強度會比流到A點的電流強度小，因此在延伸電極B點附近的電流密度也會比A點附近的電流密度低，因而造成B點附近的發光強度也就相對的比A點附近的發光強度弱。
鑑於以上所述發光元件電極結構的缺點以及在實際生產時的限制，實有需要持續發展新的改進結構以克服先前技藝中的各項缺陷。所以，如何等距兩電極間的電流路徑、如何平均電極與延伸電極間的距離阻抗以及如何的布局才能使用標準製程以滿足高功率發光元件的不同需求，是此技術領域必然會遭遇的問題，也是本發明所要解決的問題。
發明內容
鑑於上述發明背景中，現有技術中發光元件的電極結構會有電流分布不均以及距離阻抗不同等問題。本發明利用六邊形可布滿整個平面幾何特性，提供一種以六邊形為架構所形成發光元件的電極結構，以此改進現有技術中的諸項缺點。
本發明的目的之一為，通過一種以六邊形為架構所形成的電極結構，以使第一電極至第二電極間的電流路徑等距。
本發明另一目的為，通過一種以六邊形為架構所形成的電極結構，其每一相鄰頂點間距離相同概念，平均電極與延伸電極間的距離阻抗。
根據以上所述目的，本發明提供了一種發光元件的電極結構，包括一第一電極，此第一電極包括複數個彼此平行的第一指狀部分、一第一連接部分與至少一第一接觸部分，每一第一指狀部分具有一第一端與一第二端，其中此等第一端連接至第一連接部分，第一接觸部分插入(interpose)於任一第一端與第一連接部分之間；以及一第二電極，此第二電極包括複數個彼此平行的第二指狀部分、一第二連接部分與至少一第二接觸部分，每一第二指狀部分具有一第三端與一第四端，其中任一第二指狀部分位於相鄰任兩第一指狀部分之間，且此等第三端連接至第二連接部分，第二接觸部分插入於任一第三端與第二連接部分之間。其中上述第二電極定義複數個六邊形單元於上述複數個第二端之間，每一六邊形單元以四個共邊與其它六邊形單元緊鄰，每兩第二指狀部分與第二連接部分組成每一六邊形單元四個共邊，且每一第二端由每一六邊形單元其它兩個邊延伸至每一六邊形單元幾何中心。
圖1為一現有技術發光元件電極的概略結構俯視圖；圖2為另一現有技術發光元件指插狀電極的概略結構俯視圖；圖3A為本發明的一較佳發光元件的電極結構俯視圖；以及圖3B為圖3A加上假設六邊形的俯視圖。
圖中符號說明110、150 第一電極112、114、116 電流路徑120、160 第二電極150-1、150-2 第一電極延伸電極
160-1、160-2、160-3 第二電極延伸電極310 第一指狀部分320 第一連接部分330 第一接觸部分340 第二指狀部分350 第二連接部分360 第二接觸部分370、380 六邊形單元A、B A點、B點具體實施方式
本發明的一些實施例會詳細描述如下。然而，除了詳細描述外，本發明還可以廣泛地在其它的實施例施行，且本發明的範圍不受限定，其以之後的專利範圍為準。
並且，為提供更清楚的描述及更容易理解本發明，附圖內各部分並沒有依照其相對尺寸繪圖，某些尺寸與其它相關尺度比例已經被誇張；不相關細節部分也未完全繪出，以求附圖的簡潔。
本發明提供了一種發光元件的電極結構，包括一第一電極，此第一電極包括複數個彼此平行的第一指狀部分、一第一連接部分與至少一第一接觸部分，每一第一指狀部分具有一第一端與一第二端，其中此等第一端連接至第一連接部分，第一接觸部分插入(interpose)於任一第一端與第一連接部分之間；以及一第二電極，此第二電極包括複數個彼此平行的第二指狀部分、一第二連接部分與至少一第二接觸部分，每一第二指狀部分具有一第三端與一第四端，其中任一第二指狀部分位於相鄰任兩第一指狀部分之間，且此等第三端連接至第二連接部分，第二接觸部分插入於任一第三端與第二連接部分之間。其中上述第二電極定義複數個六邊形單元於上述複數個第二端之間，每一六邊形單元以四個共邊與其它六邊形單元緊鄰，每兩第二指狀部分與第二連接部分組成每一六邊形單元四個共邊，且每一第二端由每一六邊形單元其它兩個邊延伸至每一六邊形單元幾何中心。
如圖3A所示，為本發明的一較佳實施例的電極結構示意圖。第一電極包括複數個彼此平行的第一指狀部分310、一個連接此等第一指狀部分310底端的第一連接部分320以及至少一個第一接觸部分330。其中，第一接觸部分330可插入於任一第一指狀部分3 10底端與第一連接部分320之間。在本實施例中，兩個矩形的第一接觸部分330分別間隔地插入第一指狀部分3 10底端，並形成金屬接觸墊(contactpad)的部分，在此須強調的是，本實施例中的第一接觸部分並非僅局限於矩形幾何形狀，其亦可以其它幾何形狀取代。
第二電極包括複數個彼此平行的第二指狀部分340、一個連接此等第二指狀部分340底端的第二連接部分350以及至少一個第二接觸部分360。其中，此等第二指狀部分340的頂端平行穿插於相鄰任兩個第一指狀部分310之間，而第二接觸部分360可插入於任一第二指狀部分340底端與第二連接部分350之間。在本實施例中，兩個圓形的第二接觸部分360分別位於兩側第二指狀部分340的底端並與第二連接部分350連接，以形成金屬接觸墊的部分，同理，第二接觸部分並非僅局限於圓形幾何形狀，其亦可以其它幾何形狀取代。
並且，上述第二電極定義複數個六邊形單元370、380於此等第一指狀部分310頂端之間，如圖3B所示。每一個六邊形單元370、380以四個共邊(例如兩相鄰且同方向的第二指狀部分340以及連接此兩第二指狀部分340的第二連接部分350)與其它六邊形單元370、380緊鄰，且每兩個相鄰同方向的第二指狀部分340也可與第二接觸部分360組成每一六邊形單元370、380的四個共邊。在本實施例中，每一六邊形單元370的四個共邊包括0～1個第二接觸部分360；而每一六邊形單元380的四個共邊包括1個第二接觸部分360。此外，每一第一指狀部分310的頂端由每一相對應六邊形單元370、380其它兩個邊延伸至每一相對應六邊形單元370、380幾何中心。
換句話說，上述各指狀部分、連接部分以及接觸部分描述，均系以連續六邊形為架構而排列。請再次參考圖3B，以複數個六邊形單元370與380相連的複數個頂點分別做為複數個第二指狀部分340的底端，並依任兩相鄰六邊形單元370共邊以及任兩相鄰六邊形單元380共邊形成複數個第二指狀部分340，唯形成於六邊形單元370共邊的第二指狀部分340，其方向與形成於六邊形單元380共邊的第二指狀部分340相反。然後由與此第二指狀部分340底端相連接的六邊形單元370與380共邊形成第二連接部分350。第一指狀部分310則位於第二指狀部分340底端所在六邊形單元370的相對頂點處。而第一接觸部分330以及第二接觸部分360則可選擇於六邊形單元370的頂點處形成。此外，第一指狀部分310更可在相鄰六邊形單元370之間所形成大小相同的六邊形單元380對角頂點處形成，唯其方向與六邊形單元370上的第一指狀部分310相反。
最後在複數個六邊形單元370與380所形成的完整平面上，每兩相鄰且同方向的第二指狀部分340之間均有一與其平行的第一指狀部分310；換句話說，每兩相鄰的第一指狀部分310之間也相對的會有一與其平行的第二指狀部分340。由於六邊形單元370、380每個邊的邊長相等且第一指狀部分310與第二指狀部分340間的距離近似相等，因此通過適當的布局(layout)將第一接觸部分330及第二接觸部分360安插於六邊形單元370、380的頂點，可使得兩電極間的電流路徑近似等距，更可平均電極與延伸電極間的距離阻抗。而上述所謂適當的布局系依據電流分散及光線透射等因素的考量，例如一般打線(bonding)的線材在限流的規格上小於高功率發光元件所實際應用的電流，因此通過增加接觸部分與線材的方式將電流分散以避免線材因電流過大而燒斷；然而，過多的接觸部分則會使得發光元件所發射的光線被阻擋而造成發光元件發光效率的降低。因此基於以上兩個因素的考量而適當的取決接觸部分的個數，而其中接觸部分的個數並不限定須相互對稱，也就是說，第一接觸部分的個數可多於第二接觸部分的個數，也可以少於第二接觸部分的個數。
綜合上述較佳實施例，本發明所強調的是發光元件(例如發光二極體(Light Emitting Diode；LED))兩電極間六邊形的幾何布局及結構，利用六邊形任一相鄰頂點間的距離相等概念，改進電極與延伸電極間因距離而產生阻抗不同的問題；利用六邊形中心點至各頂點間的距離相等概念，等距兩電極間的電流路徑。此外，利用六邊形相互對稱的幾何圖案，使整個晶片平面做最有效的面積利用，藉以改進發光元件因非對稱性電極結構所導致的面積利用問題。換句話說，在發光元件小單位內平均電流密度與發光強度以及在大尺寸晶片面積利用的考量下，六邊形的電極結構均能符合上述條件要求並且也是本發明的精神所在。
以上所述僅為本發明較佳實施例而已，並非用以限定本發明權利要求；凡其它為脫離本發明所揭示精神下所完成等效改變或修飾，均應包含在所述權利要求內。
權利要求
1.一種發光元件的電極結構，包含一第一電極，該第一電極包含複數個彼此平行的第一指狀部分、一第一連接部分與至少一第一接觸部分，每一該第一指狀部分具有一第一端與一第二端，其中該複數個第一端連接至該第一連接部分，該第一接觸部分插入於任一該第一端與該第一連接部分之間；以及一第二電極，該第二電極包含複數個彼此平行的第二指狀部分、一第二連接部分與至少一第二接觸部分，每一該第二指狀部分具有一第三端與一第四端，其中任一該第二指狀部分位於相鄰任兩該第一指狀部分之間，且該複數個第三端連接至該第二連接部分，該第二接觸部分插入於任一該第三端與該第二連接部分之間，且其中該第二電極定義複數個六邊形單元於該複數個第二端之間，每一該六邊形單元以四個共邊與該其它六邊形單元緊鄰，每一該四個共邊包含每兩該第二指狀部分與該第二連接部分，且每一該第二端由每一該六邊形單元其它兩個邊延伸至每一該六邊形單元幾何中心。
2.如權利要求第1所述的發光元件的電極結構，其中上述該等彼此平行的第一指狀部分與該等彼此平行的第二指狀部分相互平行穿插。
3.如權利要求第1所述的發光元件的電極結構，其中當上述第一接觸部分為複數個時，包含分別間隔地插入於任一該第一端與該第一連接部分之間的電極結構。
4.如權利要求第1所述的發光元件的電極結構，其中當上述第二接觸部分為複數個時，包含分別間隔地插入於任一該第三端與該第二連接部分之間的電極結構。
5.如權利要求第1所述的發光元件的電極結構，其中上述四個共邊更包含奇數個第二接觸部分。
6.如權利要求第1所述的發光元件的電極結構，其中上述四個共邊更包含偶數個第二接觸部分。
7.一種發光二極體的電極結構，包含一第一電極，該第一電極包含複數個彼此平行的第一指狀部分、一第一連接部分與至少一第一接觸部分，每一該第一指狀部分具有一第一端與一第二端，其中該複數個第一端連接至該第一連接部分，該第一接觸部分插入於任一該第一端與該第一連接部分之間；以及一第二電極，該第二電極包含複數個彼此平行的第二指狀部分、一第二連接部分與至少一第二接觸部分，每一該第二指狀部分具有一第三端與一第四端，其中任一該第二指狀部分位於相鄰任兩該第一指狀部分之間，且該複數個第三端連接至該第二連接部分，該第二接觸部分插入於任一該第三端與該第二連接部分之間，且其中該第二電極定義複數個六邊形單元於該複數個第二端之間，每一該六邊形單元以四個共邊與該其它六邊形單元緊鄰，每一該四個共邊包含每兩該第二指狀部分與該第二連接部分，且每一該第二端由每一該六邊形單元其它兩個邊延伸至每一該六邊形單元幾何中心。
8.如權利要求第7所述的發光二極體的電極結構，其中上述該等彼此平行的第一指狀部分與該等彼此平行的第二指狀部分相互平行穿插。
9.如權利要求第7所述的發光二極體的電極結構，其中當上述第一接觸部分為複數個時，包含分別間隔地插入於任一該第一端與該第一連接部分之間的電極結構。
10.如權利要求第7所述的發光二極體的電極結構，其中當上述第二接觸部分為複數個時，包含分別間隔地插入於任一該第三端與該第二連接部分之間的電極結構。
11.如權利要求第7所述的發光二極體的電極結構，其中上述四個共邊更包含奇數個第二接觸部分。
12.如權利要求第7所述的發光二極體的電極結構，其中上述四個共邊更包含偶數個第二接觸部分。
全文摘要
本發明利用六邊形可布滿整個平面幾何特性，提供一種以六邊形為架構所形成發光元件的電極結構。該結構包括一第一電極，該電極包括複數個彼此平行的第一指狀部分、連接部分與接觸部分；以及一第二電極，此第二電極包括複數個彼此平行的第二指狀部分、連接部分與接觸部分。第二指狀部分與第二連接部分組成每一六邊形單元四個共邊，且每一六邊形單元與其它兩個邊延伸至每一六邊形單元幾何中心。本發明利用六邊形相互對稱的幾何圖案，使整個晶片平面做最有效的面積利用，以改進發光元件因非對稱性電極結構所導致的面積利用問題。
文檔編號H01L33/00GK1630106SQ20031012061
公開日2005年6月22日 申請日期2003年12月15日 優先權日2003年12月15日
發明者吳伯仁, 吳美慧, 張源孝, 陳建安 申請人:洲磊科技股份有限公司