TW201539789A - 發光裝置 - Google Patents

Abstract

一種發光裝置，包含：一發光疊層包含一第一表面及一第二表面相對第一表面，發光疊層發出一光線具有介於365奈米及550奈米之間的波長；以及一第一電極形成於第一表面上且包含一第一金屬層及一第二金屬層反覆交疊，其中第一電極具有一相對光線之反射率大於95%，且第一金屬層之熱穩定性高於第二金屬層，而第二金屬層對於光線之反射率高於第一金屬層。

Description

發光裝置

本發明係關於一種發光裝置，特別是一種具有反射層之發光裝置。

發光二極體(LED)之發光原理係因電子移動於n型半導體與p型半導體間釋放出能量。由於發光二極體之發光原理不同於加熱燈絲的白熾燈，所以發光二極體又稱作冷光源。再者，發光二極體較佳的環境耐受度、更長的使用壽命、更輕及便攜性、以及較低的耗能讓它被視為照明市場中光源的另一選擇。發光二極體被應用於如交通號誌、背光模組、街燈、以及醫療設備等不同領域，且已逐漸地取代傳統光源。

發光二極體具有之發光疊層係磊晶成長於一導電基板上或一絕緣基板上。具有導電基板的發光二極體可在發光疊層頂部形成一電極，一般稱為垂直式發光二極體。具有絕緣基板的發光二極體則須藉由蝕刻製程暴露出兩不同極性之半導體層，並分別在兩半導體層上形成電極，一般稱為水平式發光二極體。垂直式發光二極體的優點在於電極遮光面積少、散熱效果好、且無額外的蝕刻磊晶製程，但目前用來成長磊晶的導電基板卻有容易吸收光線的問題，因而影響發光二極體之發光效率。水平式發光二極體的優點在於絕緣基板通常也是透明基板，光可從發光二極體之各方向射出，然而有散熱不佳、電極遮光面積多、磊晶蝕刻製程損失發光 面積等缺點。

上述發光二極體可更進一步的連接於其他元件以形成一發光裝置。發光二極體可藉由具有基板的那一側連接於一次載體上，或以焊料或膠材形成於次載體與發光二極體間，以形成一發光裝置。此外，次載體可更包含一電路其透過例如為一金屬線的導電結構電性連接於發光二極體之電極。

一種發光裝置，包含：一發光疊層包含一第一表面及一第二表面相對第一表面，發光疊層發出一光線具有介於365奈米及550奈米之間的波長；以及一第一電極形成於第一表面上且包含一第一金屬層及一第二金屬層反覆交疊，其中第一電極具有一相對光線之反射率大於95%且第一金屬層之熱穩定性高於第二金屬層，而第二金屬層對於光線之反射率高於第一金屬層。

一種發光裝置，包含：一發光疊層包含一第一表面及一第二表面相對第一表面，發光疊層發出一光線具有介於365奈米及550奈米之間的波長，且第一表面包含一第一部分具有一第一電性及一第二部分具有一第二電性；一第一電極，包含一第一電極墊以及一反射疊層包含一第一金屬層及一第二金屬層反覆交疊且電性導接第一表面之第一部份，反射疊層具有一相對光線之反射率大於95%，其中第一金屬層之熱穩定性高於第二金屬層，而第二金屬層對於光線之反射率高於第一金屬層；一第二電極，包含一第二電極墊以及一歐姆接觸層形成於第一表面之第二部分上；以及一載體包含一第一導接墊電性連接於第一電極以及一第二導接墊電性連接於第 二電極墊。

100‧‧‧發光裝置

101‧‧‧成長基板

102‧‧‧第一半導體層

104‧‧‧發光層

106‧‧‧第二半導體層

108‧‧‧發光疊層

108a‧‧‧第一表面

108b‧‧‧第二表面

110‧‧‧電流阻擋層

112‧‧‧第一電極

112a‧‧‧第一金屬層

112b‧‧‧第二金屬層

114‧‧‧阻障層

114a‧‧‧第一阻障層

114b‧‧‧第二阻障層

116‧‧‧導電接合層

118‧‧‧導電基板

L‧‧‧光線

120‧‧‧第二電極

200‧‧‧發光裝置

202‧‧‧透明基板

203‧‧‧絕緣層

204‧‧‧第一半導體層

206‧‧‧發光層

208‧‧‧第二半導體層

210‧‧‧發光疊層

210a‧‧‧第一表面

210b‧‧‧第一部分

210c‧‧‧第二部分

210d‧‧‧第二表面

214a‧‧‧第一金屬層

214b‧‧‧第二金屬層

216‧‧‧阻障層

218‧‧‧載體

220‧‧‧第二導接墊

222‧‧‧第一導接墊

224‧‧‧第二電極墊

226‧‧‧第一電極墊

228‧‧‧第一導電通道

230‧‧‧第二導電通道

231‧‧‧歐姆接觸層

L₁‧‧‧光線

第1A圖至第1E圖係顯示本發明發光裝置根據一第一實施例之製造方法。

第1F圖係顯示本發明第一實施例中之反射疊層。

第2圖係顯示本發明第二實施例之一發光裝置。

請參閱第1A圖至第1E圖，係顯示根據本發明第一實施例之發光裝置製造方法。

如第1A圖所示，於一成長基板101上依序磊晶成長一緩衝層103及一發光疊層108。成長基板101可為透明基板例如為藍寶石，或導電基板例如為碳化矽。緩衝層103可包含一非故意摻雜之氮化鋁、氮化鎵鋁或氮化鎵，發光疊層108可包含氮化鎵，緩衝層103可降低成長基板101與發光疊層108間因晶格不匹配而產生之缺陷。發光疊層108可包含一第一半導體層102、一發光層104及一第二半導體層106。第一半導體層102及第二半導體層106可例如為包覆層(cladding layer)或限制層(confinement layer)，可分別提供電子、電洞，使電子、電洞於發光層104中結合以發光。第一半導體層102、發光層104、第二半導體層106之材料可包含Ⅲ-V族半導體材料，例如Al_xIn_yGa_(1-x-y)N，其中0≦x,y≦1；(x+y)≦1。依據發光層104之材料，發光主體可發出波長介於530奈米及570奈米之間的綠光、波長介於450奈米及490奈米之間的藍光或是波長介於365奈米至405奈米之紫外光。所述第一半導體 層102可為一n型半導體層，第二半導體層106可為一p型半導體層。

如第1B圖所示，於發光疊層108之一第一表面108a，即第二半導體層106上形成一圖案化之電流阻擋層110。電流阻擋層110可為絕緣氧化物例如氧化矽或氧化鈦；也可為氮化矽。

如第1C圖所示，形成一第一電極112於發光疊層108之第一表面108a上並覆蓋電流阻擋層110，接著可於第一表面108a未被覆蓋的表面及第一電極112上覆蓋一阻障層114其可包含一第一阻障層114a及一第二阻障層114b。電流阻擋層110係整體被第一電極112所覆蓋，第一電極112在第一表面108a上係內縮於阻障層114。第一電極112可為一反射疊層其包含反覆交疊之一第一金屬層112a及一第二金屬層112b，其中第一金屬層112a之熱穩定性較第二金屬層112b高，而第二金屬層112b的反射率較第一金屬層112a高，例如第一金屬層112a可為鋁，第二金屬層112b可為銀，同時可配合參閱第1F圖，第一金屬層112a及一第二金屬層112b可反覆交疊2~12次。在本實施例中，第一電極112具有一第一金屬層112a直接接觸於第一表面108a。阻障層114之材料可包含鈦、鎢、鉑、鎳之合金或疊層。第一金屬層112a之厚度可為1~10A之間，第二金屬層112b的厚度可為100~700A之間，特別地，第一金屬層112a的厚度可大約為3A，而第一電極112的總厚度可約為1400A至1500A之間或1500A以上。為使第一電極112歐姆接觸於發光疊層108之第二半導體層106，在第一電極112形成後可在一溫度500度C及持續40分鐘之條件下進行主要為第二金屬層112b與第二半導體層106之一高溫退火，例如第一金屬層112b為銀，第二半導體層106為p型GaN時，進行一銀與p型GaN的高溫退火，而第一金屬層112a可使第二金屬層112b在高溫退火過程中保持穩定。第一金 屬層112a除了可為純鋁以外，亦可包含鋁、鈦、鎢、鉑、鎳之合金或疊層，以增進第一電極112之穩定性。

請參閱第1D圖，將一導電基板118透過一導電接合層116接合於發光疊層108，導電接合層116係介於導電基板118與阻障層114之間，可包含金、銦、鎳等金屬或其合金。此時發光疊層108包含第一半導體層102、發光層104、第二半導體層106係介於成長基板101與導電基板118間。可利用一雷射(圖未示)分解緩衝層103以移除成長基板101，殘餘的緩衝層103則可用乾蝕刻搭配濕蝕刻方式清除。

請參閱第1E圖，經第1D圖清除緩衝層103之製程後，發光疊層108可暴露出一第二表面108b。第二表面108b係作為一主出光面且亦為第一半導體層102之一表面，第二表面108b可為一粗化表面以增加出光效率。一第二電極120可形成於第二表面108b且對應電流阻擋層110之位置。當一驅動電流透過第二電極120及導電基板118注入發光疊層108時，發光層104會因電子電洞之結合而發出光線L，而光線L可被第一電極112反射而由第二表面108b射出。本實施例中，當光線L之波長介於365奈米~550奈米時，第一電極112可具有大於95%的反射率，甚至可具有至98%至100%之反射率。本實施例藉由熱穩定性高的第一金屬層112a與高反射率之第二金屬層112b形成的第一電極112可改善習知技術中以高反射率金屬(例如銀)與半導體層高溫退火後反射率明顯降低的現象，而這樣的現象是因為高反射率的金屬例如銀在高溫退火後不穩定，且當習知技術之發光疊層接收大於350mA的高電流時，高反射率金屬會更不穩定而進一步地降低反射率。本實施例中，第一金屬層112a具有接近第二金屬層112b的高反射率且與第二半導體層106間亦 有良好歐姆接觸，且第一金屬層112a相較第二金屬層112b具有較高的熱穩定性，因此在第一金屬層112a可使第二金屬層112b在與第二半導體層106高溫退火中保持穩定而不至於在高溫退火後產生反射率大幅衰減的現象。此外，在實際測試中，即使對發光疊層108輸入略高於350mA之電流，第一電極112之反射率也無明顯下降的現象。

請參閱第2圖，係顯示本發明第二實施例之一發光裝置。發光裝置200包含：一發光疊層210包含一第一表面210a及一第二表面210d相對第一表面210a，發光疊層210發出一光線L₁具有相同於第一實施例中光線L的波長，且第一表面210a包含一第一部分210b具有一第一電性及一第二部分210c具有一第二電性；一第一電極217，包含一第一電極墊226以及由一第一金屬層214a及一第二金屬層214b反覆交替形成之反射疊層電性導接第一表面210a之第一部份210b，且具有一相對光線L₁之反射率大於95%，使光線L₁由第二表面210d射出於發光疊層；一第二電極250，包含一第二電極墊224以及一歐姆接觸層231形成於第一表面210a之第二部分210c上；以及一載體218包含一第一導接墊222電性連接於第一電極217以及一第二導接墊220電性連接於第二電極墊224。發光疊層210可包含一第一半導體層204兩側分別為第一表面210a之第二部分210c及第二表面210d、一發光層206以及一第二半導體層208具有第一表面210a之第一部份210b。第一表面210a之第二部分210c係移除部分之第二半導體層208及發光層206所形成。一絕緣層203形成於發光疊層210之第一表面210a上，並藉由蝕刻製程形成溝渠，於後續製程中可填入金屬形成導電通道。第一電極217可另包含一阻障層216覆蓋第一金屬層214a及第二金屬層214b所形成的反射疊層以及一第一導電通道228穿透 絕緣層203且兩端分別連接於阻障層216與第一電極墊226。第一金屬層214a及第二金屬層214b之材料可與第一實施例相同。第一金屬層214a可直接接觸於第二半導體層208，且於本實施例中，第一金屬層214a及第二金屬層214b可反覆交疊2~12次，可進一步地提升對於光線L₁的反射率至95%以上，甚至98%至100%間。在其他實施例中，一金屬氧化層(圖未示)可形成於第一電極217與第二半導體層208之間以促進電流分布。第二電極250可另具有一第二導電通道230，其兩端分別連接歐姆接觸層231及第二電極墊224。一透明基板202可形成於發光疊層210之第二表面210d上，透明基板202可為磊晶成長發光疊層210之成長基板，例如為藍寶石基板，但在其他實施例中，透明基板202也可被移除，而第二表面210d可如第一實施例一樣經由蝕刻製程形成為粗化表面。第一電極墊226、第二電極墊224、第一導電通道228及第二導電通道230可包含鎳、金及/或鈦等金屬所組成的疊層。第一電極250之歐姆接觸層231可包含鉻、鉑及/或金等金屬所組成的疊層。第一電極墊226及第二電極墊224之面積可分別大於第一導電通道228及第二導電通道230之截面積且在絕緣層203之表面上延伸以利於自載體218接收高電流。

雖然本發明已說明如上，然其並非用以限制本發明之範圍、實施順序、或使用之材料與製程方法。對於本發明所作之各種修飾與變更，皆不脫本發明之精神與範圍。

100‧‧‧發光裝置

102‧‧‧第一半導體層

104‧‧‧發光疊層

106‧‧‧第二半導體層

108‧‧‧發光疊層

110‧‧‧電流阻擋層

112‧‧‧第一電極

112a‧‧‧第一金屬層

112b‧‧‧第二金屬層

108b‧‧‧第二表面

L‧‧‧光線

118‧‧‧導電基板

120‧‧‧第二電極

Claims (20)

1. 一種發光裝置，包含：一發光疊層包含一第一表面及一第二表面相對該第一表面，該發光疊層發出一光線具有介於365奈米及550奈米之間的波長；以及一第一電極形成於該第一表面上且包含一第一金屬層及一第二金屬層反覆交疊，其中該第一電極具有一相對上述光線之反射率大於95%，且該第一金屬層之熱穩定性高於該第二金屬層，而該第二金屬層對於上述光線之反射率高於該第一金屬層。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該第一金屬層及該第二金屬層係反覆交疊2~12次。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該第一金屬層包含鋁，而該第二金屬層係為銀。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該第一金屬層包含鋁、鈦、鎢、鉑、鎳之合金或疊層。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該第一金屬層具有一厚度介於1~10A之間，而該第二金屬層具有一厚度介於100~700A之間。
6. 如申請專利範圍第5項所述之發光裝置，其中該第一金屬層之該厚度大約為3A。
7. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該第一金屬層直接接觸於該第一表面。
8. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該發光疊層包含一第一半導體層具有該第二表面、一第二半導體層具有該第一表面、一發光層位於該第一半導體層及該第二半導體層之間，且該第一電極係形成於該第一表面之局部，且上述光線由該第二表面射出於該發光疊層。
9. 如申請專利範圍第8項所述之發光裝置，更包括：一阻障層於該第一表面上覆蓋該第一電極；一導電基板；以及一導電接合層形成於該導電基板與該阻障層間。
10. 如申請專利範圍第8項所述之發光裝置，更包含一第二電極具有一圖形形成於該第二表面上，且更包含一電流阻擋層對應該第二電極之位置形成於該第一表面。
11. 如申請專利範圍第10項所述之發光裝置，其中該電流阻擋層 係被該第一電極所覆蓋。
12. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該第一電極相對上述光線之反射率介於98%至100%之間。
13. 一種發光裝置，包含：一發光疊層包含一第一表面及一第二表面相對該第一表面，該發光疊層發出一光線具有介於365奈米及550奈米之間的波長，且該第一表面包含一第一部分具有一第一電性及一第二部分具有一第二電性；一第一電極，包含一第一電極墊以及一反射疊層包含一第一金屬層及一第二金屬層反覆交疊且電性導接該第一表面之該第一部份，該反射疊層具有一相對上述光線之反射率大於95%，其中該第一金屬層之熱穩定性高於該第二金屬層，而該第二金屬層對於上述光線之反射率高於該第一金屬層；一第二電極，包含一第二電極墊以及一歐姆接觸層形成於該第一表面之該第二部分上；以及一載體包含一第一導接墊電性連接於該第一電極以及一第二導接墊電性連接於該第二電極墊。
14. 如申請專利範圍第13項所述之發光裝置，其中該第一金屬層及該第二金屬層係反覆交疊2~12次。
15. 如申請專利範圍第13項所述之發光裝置，其中該第一金屬層包含鋁，該第二金屬層係為銀。
16. 如申請專利範圍第13項所述之發光裝置，其中該第一金屬層具有一厚度介於1~10A之間，該第二金屬層具有一厚度介於100A至700A之間。
17. 如申請專利範圍第13項所述之發光裝置，其中該發光疊層包含：一第一半導體層具有該第一表面之該第二部分及該第二表面；一第二半導體層具有該第一表面之該第一部分；以及一發光層形成於該第一半導體層與該第二半導體層之間，且上述光線由該第二表面射出於該發光疊層。
18. 如申請專利範圍第17項所述之發光裝置，更包含一絕緣層覆蓋該第一表面，該第一電極墊及該第二電極墊係形成於該絕緣層之一表面與該載體之間。
19. 如申請專利範圍第18項所述之發光裝置，其中該第一電極更包含：一阻障層覆蓋該第一表面之該第一部分與該絕緣層間；及一第一導電通道穿透該絕緣層以連接該第一電極墊及該阻障層，該第二電極更包含一第二導電通道穿透該絕緣層以連接該第二電極墊及該歐姆接觸層。
20. 如申請專利範圍第13項所述之發光裝置，其中該反射疊層相對上述光線之反射率介於98%至100%之間。