CN101488539B - 发光元件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种发光元件，至少包含：一基板、一绝缘层、一接合层、一外延结构、一第一反射层、一第二反射层、一第一电极及一第二电极。其中，该第一电极及该第二电极位于该外延结构的同一平面上。

Description

发光元件

技术领域

本发明关于一种发光元件，尤其关于一种可缩短p/n电极距离，增加光取出效率的发光二极管结构。

背景技术

发光二极管包含以能够放射出特定波长的光线的p-n接面组成如同质结构(Homostructure)、单异质结构(Single Heterostructure；SH)、双异质结构(Double Heterostructure；DH)、或是多重量子阱(Multiple Quantum Well；MQW)等结构所堆叠而成的外延结构。由于发光二极管具有低耗电量、低散热量、操作寿命长、耐撞击、体积小、反应速度快、以及可发出稳定波长的色光等良好光电特性，因此常应用于家电、仪表的指示灯、光电产品的应用光源、以及光电通讯领域等。

目前发光二极管的p/n电极分别形成于不同平面上，以达到电流扩散的效果。另外，为了提升发光效率，可利用表面粗化技术将发光效率提升30％以上。

发明内容

本发明的一目的在于缩短p/n电极间的距离，减少为增加欧姆接触面积而延伸的金属电极所造成的遮光区域，亦增加电流扩散的效果。

本发明的另一目的在于将管芯尺寸缩小，同时在遮光金属电极下方形成反射层，增加光一次反射而出光的几率，提升光取出效率。此外，因管芯尺寸缩小，可增加每单位外延片管芯产出量，降低生产成本。

根据本发明的实施例，一发光二极管至少包含一永久基板、一绝缘层、一接合层、一外延结构、一第一反射层、一第二反射层、一第一电极及一第二电极。其中，该永久基板可为一导热性基板、导电性基板，或透光性基板。该接合层位于永久基板之上。该绝缘层位于永久基板和接合层之间，可进一步包含一单层或多层材料组合。该外延结构包含一第一电性半导体层、一有源层及一第二电性半导体层。第一电极形成于第一电性半导体层之上，且有一第一反射层位于二者之间；第二电极形成于第二电性半导体层之上，且有一第二反射层位于二者之间。一保护层覆盖于外延结构上未被第一电极及第二电极覆盖的区域。

附图说明

本发明的优选实施例将于具体实施方式的说明文字中辅以下列图形做更详细的说明：

图1至图4示出根据现有的发光二极管的工艺示意图；

图5示出根据本发明的实施例一的发光二极管的结构侧视图；

图6、7示出根据本发明的实施例二的发光二极管的结构侧视图。

附图标记说明

10：外延结构

100、200、300：发光二极管

101：成长基板

102：第一电性接触层

103：第一电性半导体层

104：有源层

105：第二电性半导体层

106：第二电性接触层

107：反射层

108：接合层

109：绝缘层

110：永久基板

112、112a：第一电极    

112b：第一反射层

113、113a：第二电极

113b：第二反射层

114：保护层

116：隔绝道

A：外延结构第一区域

B：外延结构第二区域

a、b：发光二极管侧边平台

具体实施方式

本发明揭露一种p/n金属电极位于同一平面上，缩短p/n电极间的距离，减少为增加欧姆接触面积而导致金属电极所造成的遮光区域，也可帮助电流扩散。为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可配合图1至图7的图示，参照下列描述。

图1至4为现有发光元件的结构侧视图。请参照图1，现有发光元件，例如一发光二极管100，包含一成长基板101，其材料可为砷化镓(GaAs)、硅、碳化硅(SiC)、蓝宝石、磷化铟或磷化镓。接着，于成长基板101上形成外延结构10。外延结构10藉由一外延工艺所形成，例如有机金属气相沉积外延法(MOCVD)、液相外延法(LPE)或分子束外延法(MBE)等外延工艺。此外延结构10至少包含一第一电性半导体层103，例如为一n型磷化铝镓铟(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P层；一有源层104，例如为磷化铝镓铟(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P所形成的多重量子阱结构；以及一第二电性半导体层105，例如为一p型磷化铝镓铟(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P层。另外，本实施例的有源层104可由例如同质结构、单异质结构、双异质结构、或是多重量子阱结构所堆叠而成。

请参照图2。接着，于外延结构10上形成一第二电性接触层106及一反射层107。第二电性接触层106的材料可为氧化铟锡(Indium Tin Oxide)、氧化铟(Indium Oxide)、氧化锡(Tin Oxide)、氧化镉锡(Cadmium Tin Oxide)、氧化锌(Zinc Oxide)、氧化镁(Magnesium Oxide)或氮化钛(Titanium Nitride)。反射层107可为金属材料，例如铝、金、铂、锌、银、镍、锗、铟、锡或其合金；也可由金属和氧化物组合而成，例如氧化铟锡/银(ITO/Ag)、氧化铟锡/氧化铝/银(ITO/AlO_x/Ag)、氧化铟锡/氧化钛/氧化硅(ITO/TiO_x/SiO_x)、氧化钛/氧化硅/铝(TiO_x/SiO_x/Al)、氧化铟锡/氮化硅/铝(ITO/SiN_x/Al)、氧化铟锡/氮化硅/银(ITO/SiN_x/Ag)、氧化铟锡/氮化硅/氧化铝/铝(ITO/SiN_x/Al₂O₃/Al)、或氧化铟锡/氮化硅/氧化铝/艮(ITO/SiN_x/Al₂O₃/Ag)。

再参照图3，于一永久基板110上形成一绝缘层109及一接合层108。其中永久基板110其材料可为硅(Si)、铜(Cu)、铝(Al)、钼(Mo)、金(Au)、银(Ag)等导电材料。绝缘层109由一单层或多层的绝缘材料所组成，其材料可为氧化铝(AlO_x)、氧化硅(SiO_x)、氮化硅(SiN_x)、类金刚石薄膜、碳化硅(SiC)或氮化铝(AlN)等，其厚度约为1-30μm。接合层108的材料可以是如银、金、铝、铟等金属材料，或为自发性导电高分子，或高分子中掺杂如铝、金、铂、锌、银、镍、锗、铟、锡、钛、铅、铜、钯或其合金所组成的导电材料。

参照图4，接着，将如图2所示具有反射层107的外延结构接合于如图3所示的接合层108之上，再藉由激光剥离技术、蚀刻工艺或化学机械研磨工艺等方式移除成长基板(图未示)。成长基板101移除后，裸露出外延结构10的第一电性半导体层103的表面，再于其上形成第一电性接触层102。第一电性接触层102的材料可为氧化铟锡(Indium Tin Oxide)、氧化铟(IndiumOxide)、氧化锡(Tin Oxide)、氧化镉锡(Cadmium Tin Oxide)、氧化锌(ZincOxide)、氧化镁(Magnesium Oxide)、氮化钛(Titanium Nitride)、锗金(Ge/Au)或锗金镍(Ge/Au/Ni)所形成的薄膜，并可选择性地于该薄膜上以蚀刻工艺形成特定图案。

如图4所示，将外延结构10自第一电性接触层102、第一电性半导体层103、有源层104、第二电性半导体层105由上而下蚀刻至露出第二电性接触层106上表面以形成隔绝道116及发光二极管侧边平台a、b，并将外延结构区域分成第一区域A及第二区域B二部分。再将第一区域A的第一电性接触层102上表面及/或下表面蚀刻成粗糙面。在一优选实施例中，第一区域A的第一电性接触层102上表面及/或下表面亦可不为粗糙面。

接着，利用热蒸镀(Thermal Evaporation)、电子束蒸镀(E-beam)或离子溅镀(Sputtering)等方法，于第一区域A的第一电性接触层102上形成一第一电极112，并于第二区域B的第一电性接触层102上形成一第二电极113。第二电极113也可覆盖第二区域B的外延结构侧边。最后，再以一保护层114覆盖于元件100部分第一电性接触层102上表面及第一区域A的外延结构侧边，即完成现有的发光二极管100。

以下仅就本发明实施例与现有发光二极管的差异处进行说明，相似处在此则不再赘述。如图5所示，将发光二极管周边区域从第一电性接触层102、第一电性半导体层103、有源层104、第二电性半导体层105由上而下蚀刻至露出第二电性接触层106上表面。再将第一电性接触层102上表面及/或下表面蚀刻成粗糙面。第一电性接触层102上表面及/或下表面亦可不为粗糙面。

接着，利用热蒸镀(Thermal Evaporation)、电子束蒸镀(E-beam)或离子溅镀(Sputtering)等方法，于第一电性接触层102上形成一第一反射层112b及一第二反射层113b后，以一保护层114覆盖于元件200部分上表面及外延结构侧边区域。再分别于第一反射层112b及第二反射层113b上形成一第一电极112a及一第二电极113a。第二电极113a沿着外延结构侧边区域和第二电性接触层106电连接，即完成本实施例一的发光二极管200。

图7绘示根据本发明的第二实施例的倒装式发光二极管的结构侧视图。先参照图6，于外延结构10上形成一第二电性接触层106，其材料可为氧化铟锡(Indium Tin Oxide)、氧化铟(Indium Oxide)、氧化锡(Tin Oxide)、氧化镉锡(Cadmium Tin Oxide)、氧化锌(Zinc Oxide)、氧化镁(Magnesium Oxide)或氮化钛(Titanium Nitride)。再于一永久基板上形成一绝缘层及一接合层(图未示)。其中永久基板其材料可为蓝宝石(Sapphire)、碳化硅(SiC)、玻璃、石英、氮化铝(AlN)等透光性材料。绝缘层由一单层或多层的绝缘材料所组成，其材料可为氧化铝(AlO_x)、氧化硅(SiO_x)、氮化硅(SiN_x)、类金刚石薄膜、碳化硅(SiC)或氮化铝(AlN)等，其厚度约为1-30μm。接合层的材料可以是如自发性导电高分子，或高分子中掺杂如铝、金、铂、锌、银、镍、锗、铟、锡、钛、铅、铜、钯或其合金所组成的导电材料。若透光性永久基板为绝缘物质所组成时，绝缘层可省略。

如图7所示，完成的外延结构与由透光性永久基板110、绝缘层109及接合层108所组成的单元接合，并移除成长基板后，裸露出外延结构的第一电性半导体层103的表面。接着，于第一电性半导体层103上形成一第一电性接触层102。将发光二极管周边区域从第一电性接触层102、第一电性半导体层103、有源层104、第二电性半导体层105由上而下蚀刻至露出第二电性接触层106上表面，在此实施例中，亦可将第一电性接触层102上表面及/或下表面蚀刻成粗糙面。再于第一电性接触层102上形成一第一反射层112b及一第二反射层113b后，以一保护层114覆盖于第一电性接触层102未被第一反射层与第二反射层覆盖的区域。再分别于该第一反射层112b及该第二反射层113b形成一第一电极112a及一第二电极113a。且第二电极113a沿着外延结构侧边和第二电性接触层106电连接，即完成本实施例的倒装式发光二极管300。

其中第一反射层112b及第二反射层113b材料可为金属材料，如铝、金、铂、锌、银、镍、锗、铟、锡、及其合金。或金属和氧化物组合而成，如氧化铟锡/银(ITO/Ag)、氧化铟锡/氧化铝/银(ITO/AlO_x/Ag)、氧化铟锡/氧化钛/氧化硅(ITO/TiO_x/SiO_x)、氧化钛/氧化硅/铝(TiO_x/SiO_x/Al)、氧化铟锡/氮化硅/铝(ITO/SiN_x/Al)、氧化铟锡/氮化硅/银(ITO/SiN_x/Ag)、氧化铟锡/氮化硅/氧化铝/铝(ITO/SiN_x/Al₂O₃/Al)、或氧化铟锡/氮化硅/氧化铝/银(ITO/SiN_x/Al₂O₃/Ag)。

其中第一电极112、112a的材料可为：In、Al、Ti、Au、W、InSn、TiN、WSi、PtIn₂、Nd/Al、Ni/Si、Pd/Al、Ta/Al、Ti/Ag、Ta/A g、Ti/Al、Ti/Au、Ti/TiN、Zr/ZrN、Au/Ge/Ni、Cr/Ni/Au、Cr/Au、Cr/Au/Ti、Ni/Cr/Au、Ti/Pd/Au、Ti/Pt/Au、Ti/Al/Ni/Au、Au/Si/Ti/Au/Si、Au/Ni/Ti/Si/Ti或其合金材料。而第二电极113、113a的材料可为：Ni/Au、NiO/Au、Pd/Ag/Au/Ti/Au、Pt/Ru、Ti/Pt/Au、Cr/Au、Cr/Au/Ti、Pd/Ni、Ni/Pd/Au、Pt/Ni/Au、Ru/Au、Nb/Au、Co/Au、Pt/Ni/Au、Ni/Pt、NiIn、Pt₃In₇或其合金材料。保护层114的材料选自由含硅的氧化物、氮化物及高介电有机材料所组成的组。

虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但是其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以所附的权利要求所限定的为准。

Claims (6)

1.一种发光元件，至少包含：

一永久基板；

一接合层，形成于该永久基板上；

一外延结构，形成于该接合层上；

一第一电极，形成于该外延结构的上表面；

一第一反射层，形成于该外延结构与该第一电极之间；

一第二电极，形成于该外延结构的上表面；

一第二反射层，形成于该外延结构与该第二电极之间；且

一保护层，形成于该外延结构的周围，

该外延结构还至少包含：

一第二电性半导体层，形成于该接合层上，且与该第二电极电连接；

一有源层，形成于该第二电性半导体层上；以及

一第一电性半导体层，形成于该有源层上，且与该第一电极电连接，其中该第二电性半导体层的电性不同于该第一电性半导体层的电性，

一第一电性接触层，位于该第一电极和该第一电性半导体层之间；以及

一第二电性接触层，位于该第二电性半导体层和该接合层之间，该第二电极沿该外延结构的侧边区域和该第二电性接触层电连接。

2.如权利要求1所述的发光元件，其中还包含一绝缘层，形成于该永久基板上。

3.如权利要求2所述的发光元件，其中该永久基板具有导电性。

4.如权利要求1所述的发光元件，其中该永久基板具有透光性。

5.如权利要求1所述的发光元件，其中该第一电性接触层的上表面及/或下表面为粗糙面。

6.如权利要求3所述的发光元件，其中还包含一反射层，位于该外延结构与该接合层之间。

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