TWI701847B - 具有高效率反射結構之發光元件 - Google Patents
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Abstract
一發光元件，其包括：一基板；一發光疊層位於該基板上；一透明層位於該基板及該發光疊層之間；以及複數孔洞位於該基板及該發光疊層之間；其中由該發光元件的剖面觀之，該透明層具有一第一寬度，且該發光疊層具有一第二寬度小於該第一寬度。
Description
本發明關於一種發光元件，特別是關於一種具有高效率反射結構之發光元件。
光電元件，例如發光二極體(Light-emitting Diode；LED)，目前已經廣泛地使用在光學顯示裝置、交通號誌、資料儲存裝置、通訊裝置、照明裝置與醫療器材上。此外，上述之LED可與其他元件組合連接以形成一發光裝置。第1圖為習知之發光裝置結構示意圖，如第1圖所示，一發光裝置1包含一具有一電路14之次載體(submount)12；一焊料16(solder)位於上述次載體12上，藉由此焊料16將LED 11固定於次載體12上並使LED 11與次載體12上之電路14形成電連接；以及一電性連接結構18，以電性連接LED 11之電極15與次載體12上之電路14；其中，上述之次載體12可以是導線架(lead frame)或大尺寸鑲嵌基底(mounting substrate)。
本申請提供一種發光元件，其包括：一基板；一發光疊層位於該基板上；一透明層位於該基板及該發光疊層之間；以及複數孔洞位於該基板及該
發光疊層之間；其中由該發光元件的剖面觀之，該透明層具有一第一寬度，且該發光疊層具有一第二寬度小於該第一寬度。
本申請之發光元件中，該發光疊層將該透明層裸露出來。
1:發光裝置
11:LED
12:次載體
13、20、50:基板
14:電路
15、56:電極
16:焊料
18:電性連接結構
2、3、40、5:發光元件
21:第一電極
22:黏結層
23:第二電極
24、54:反射結構
241、543:凸部
242、544:反射層
243、545:凹部
244、542:第一透光層
245、30、547:孔洞
246:第二透光層
247:第一下表面
248、540:窗戶層
26:發光疊層
261、541:粗化上表面
262、522:第一半導體層
263:粗化下表面
264、524:主動層
265:平坦部
266、526:第二半導體層
32:導電部
41:燈罩
42:透鏡
43:載體
44:照明模組
45:燈座
46:散熱槽
47:連結部
48:電連結器
51:第一接觸層
53:第二接觸層
546:第一絕緣層
548:第三透光層
549:通道
562:第一導電層
564:第二導電層
h:高度
t:厚度
701:成長基板
90E2:第二電極墊
76:發光疊層
762:第一半導體層
764:活性層
766:第二半導體層
744:第一透明層
746:第二透明層
745:孔穴
745b:晶界
745w:第一部分
745n:第二部分
744c:凸出部
744cB1:底基體
744cB2:頂基體
745a:底表面
742:反射層
72a:第一黏結層
70:基板
72b:第二黏結層
72:黏著層
70E1:第一電極墊
70E1’:延伸電極
70E2:第二電極墊
70R:粗化表面
77:保護層
80:基板
86:發光疊層
862:第一半導體層
864:活性層
866:第二半導體層
86E、86E’:裸露區域
D1:第一介電層
844:第一透明層
846:第二透明層
845:孔穴
844c:凸出部
842:反射層
D2:第二介電層
D2E、D2E’:裸露區域
M1:導電層
D3:第三介電層
M2E:區域
80E1:第一電極墊
80E2:第二電極墊
90:基板
96:發光疊層
962:第一半導體層
964:活性層
966:第二半導體層
96E、96E’:裸露區域
90CB:電流阻擋層
944:第一透明層
946:第二透明層
945:孔穴
944c:凸出部
MF1、MF1E:中間導電層
MF1’、MF1’E:中間導電層
96E:裸露區域
942:反射層
942:布拉格反射鏡結構
942E:裸露區域
M2E:區域
90E1:第一電極墊
W1、W2、W3、W4:寬度
第1圖為習知之發光裝置結構示意圖；第2圖繪示本申請案一實施例之發光元件之剖面示意圖；第3圖繪示本申請案另一實施例之發光元件之剖面示意圖；第4圖繪示第3圖之實施例之第二透光層之材料沉積方向示意圖；第5圖繪示本申請案另一實施例之發光元件之剖面示意圖；第6圖為本申請案一實施例之燈泡分解示意圖；第7A至第7G圖為本申請案另一實施例之發光元件之製造方法；第8A至第8E圖為本申請案另一實施例之發光元件之製造方法，第8E圖繪示發光元件沿著如第8F圖中所示的DD剖面線之剖面示意圖；第8F圖繪示發光元件之上視圖；
第9A圖至9E圖繪示本申請案另一實施例之發光元件及其製造方法，第9E圖繪示發光元件沿著如第9F圖中所示的HIJK剖面線之剖面示意圖；以及第9F圖繪示發光元件之上視圖。
為讓本申請的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。在圖式或說明中，相似或相同之部份係使用相同之標號，並且在圖式中，元件之形狀或厚度可擴大或縮小。需特別注意的是，圖中未繪示或描述之元件，可以是熟習此技藝之人士所知之形式。
第2圖為本申請案一實施例之發光元件之剖面圖。如第2圖所示，一發光元件2具有一基板20；一黏結層22，位於基板20之上；一反射結構24，位於黏結層22之上；一發光疊層26，位於反射結構24之上；一第一電極21，位於基板20之下；以及一第二電極23，位於發光疊層26之上。發光疊層26具有一第一半導體層262，位於反射結構24之上；一主動層264，位於第一半導體層262之上；以及一第二半導體層266，位於主動層264之上。
第一電極21及/或第二電極23用以接受外部電壓，可由透明導電材料或金屬材料所構成。透明導電材料包含但不限於氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅錫(ZTO)、氧化鎵鋅(GZO)、氧化鋅(ZnO)、磷化鎵(GaP)、氧化銦鋅(IZO)、類鑽碳薄膜(DLC)、氧化銦鎵(IGO)、氧化鎵鋁鋅(GAZO)
或上述材料之化合物。金屬材料包含但不限於鋁(Al)、鉻(Cr)、銅(Cu)、錫(Sn)、金(Au)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、鉑(Pt)、鉛(Pb)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、銻(Sb)、鈷(Co)或上述材料之合金等。
發光疊層26具有一粗化上表面261與一粗化下表面263，可降低全反射的機率，提高出光效率。粗化上表面具有一平坦部265，第二電極23可位於平坦部265之上，提升第二電極23與發光疊層26之間的黏著性，降低第二電極23因後續製程，例如打線，而自發光疊層26上剝離的機率。發光疊層26之材料可為半導體材料，包含一種以上之元素，此元素可選自鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、磷(P)、氮(N)、鋅(Zn)、鎘(Cd)與硒(Se)所構成之群組。第一半導體層262與第二半導體層266的電性相異，用以產生電子或電洞。主動層124可發出一種或多種色光，可為可見光或不可見光，其結構可為單異質結構、雙異質結構、雙側雙異質結構、多層量子井或量子點。
反射結構24自黏結層22往發光疊層26之方向具有一反射層242、一第一透光層244與一窗戶層248。窗戶層248具有一粗化下表面，粗化下表面具有複數個凸部241與凹部243。其中，粗化下表面更具有一平坦部位於第二電極23之正下方，用以與第一透光層244形成歐姆接觸。至少一孔洞245形成於第一透光層244之中，孔洞245可自窗戶層248之粗化下表面向下延伸至反射層242。另一實施例中，孔洞245可自凸部241向下延伸至反射層242。其中，孔洞245之折射率小於窗戶層248與第一透光層244之折射率。由於孔洞245之折射率小於窗戶層248與第一透光
層244之折射率，窗戶層248與孔洞245間之介面其臨界角小於窗戶層248與第一透光層244間之介面的臨界角，所以發光疊層26所發之光射向孔洞245後，在窗戶層248與孔洞245之間的介面形成全反射的機率增加。此外，原本在窗戶層248與第一透光層244介面未形成全反射而進入第一透光層244之光，在第一透光層244與孔洞245之間的介面亦會形成全反射，因而提升發光元件2的出光效率。孔洞245由剖面圖觀之可以為上寬下窄的漏斗狀。反射結構24可更包含一第二透光層246，第二透光層246位於部分第一透光層244與窗戶層248之間，以增加第一透光層244與窗戶層248之間的歐姆接觸。另一實施例中，第二透光層246可具有孔洞245，其中孔洞245之折射率小於窗戶層248與第二透光層246之折射率。由於孔洞245之折射率小於窗戶層248與第二透光層246之折射率，第二透光層246與孔洞245間之介面的臨界角小於窗戶層248與第二透光層246間之介面的臨界角，所以發光疊層26所發之光射向孔洞245後，在第二透光層246與孔洞245之間的介面形成全反射的機率增加。又一實施例中，反射結構24可不具有窗戶層248，第一透光層244形成於發光疊層26之下。此時，發光疊層26之粗化下表面263具有複數個凸部與凹部，利於孔洞245之形成。
窗戶層248對於發光疊層26所發之光為透明，用以提升出光效率，其材料可為導電材料，包含但不限於氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅錫(ZTO)、氧化鎵鋅(GZO)、氧化鋅(ZnO)、磷化鎵(GaP)、氧化銦鈰(ICO)、
氧化銦鎢(IWO)、氧化銦鈦(ITiO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化銦鎵(IGO)、氧化鎵鋁鋅(GAZO)或上述材料之組合。粗化下表面之凹部243與凸部241之間的高度差h約為窗戶層厚度t的1/3至2/3，利於孔洞245的形成。
第一透光層244及/或第二透光層246之材料對於發光疊層26所發之光為透明，以增加窗戶層248與反射層242之間的歐姆接觸以及電流傳導與擴散，並與反射層242形成全方位反射鏡(Omni-Directional Reflector，ODR)。其材料可為透明導電材料，包含但不限於氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅錫(ZTO)、氧化鎵鋅(GZO)、氧化鋅(ZnO)、磷化鎵(GaP)、氧化銦鈰(ICO)、氧化銦鎢(IWO)、氧化銦鈦(ITiO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化銦鎵(IGO)、氧化鎵鋁鋅(GAZO)或上述材料之組合。其中第一透光層244之材料較佳為氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅錫(ZTO)、氧化鎵鋅(GZO)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦鋅(IZO)或上述材料之組合。形成第一透光層244及/或第二透光層246之方法包含物理氣相沉積法，例如電子束蒸鍍或濺鍍。反射層242可反射來自發光疊層26之光，其材料可為金屬材料，包含但不限於銅(Cu)、鋁(Al)、錫(Sn)、金(Au)、銀(Ag)、鉛(Pb)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、鎢(W)或上述材料之合金等。
黏結層22可連接基板20與反射結構24，可具有複數個從屬層(未顯示)。黏結層22之材料可為透明導電材料或金屬材料，透明導電材料包含但不限於氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅錫(ZTO)、氧化鎵鋅(GZO)、
氧化鋅(ZnO)、磷化鎵(GaP)、氧化銦鈰(ICO)、氧化銦鎢(IWO)、氧化銦鈦(ITiO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化銦鎵(IGO)、氧化鎵鋁鋅(GAZO)或上述材料之組合。金屬材料包含但不限於銅(Cu)、鋁(Al)、錫(Sn)、金(Au)、銀(Ag)、鉛(Pb)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、鎢(W)或上述材料之合金等。
基板20可用以支持位於其上之發光疊層26與其它層或結構，其材料可為透明材料或導電材料。透明材料包含但不限於藍寶石(Sapphire)、鑽石(Diamond)、玻璃(Glass)、環氧樹脂(Epoxy)、石英(Quartz)、壓克力(Acryl)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋅(ZnO)或氮化鋁(AlN)等。導電材料包含但不限於銅(Cu)、鋁(Al)、鉬(Mo)、錫(Sn)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、鎳(Ni)、鈷(Co)、類鑽碳薄膜(Diamond Like Carbon；DLC)、石墨(Graphite)、碳纖維(Carbon Fiber)、金屬基複合材料(Metal Matrix Composite；MMC)、陶瓷基複合材料(Ceramic Matrix Composite；CMC)、矽(Si)、磷化碘(IP)、硒化鋅(ZnSe)、砷化鎵(GaAs)、碳化矽(SiC)、磷化鎵(GaP)、磷砷化鎵(GaAsP)、硒化鋅(ZnSe)、磷化銦(InP)、鎵酸鋰(LiGaO2)或鋁酸鋰(LiAlO2)。
第3圖為本申請案另一實施例之發光元件之剖面圖。一發光元件3具有上述發光元件2類似之結構，但反射結構24之第二透光層246具有複數個孔洞30，以致第二透光層246之折射率小於1.4，較佳為1.35。如第4圖所示，孔洞30的形成是將晶圓4固定，以特定的方向，例如與垂直於晶圓的法線夾角θ的方向D，以物理氣相法沉積第二透光層246之材料於晶圓上。因為沉積方向D的調整使材料無法沉積到部分區域而形成孔洞30。其中，夾角θ約為60度。有孔洞30形成之第二透光層246之折射
率較不具有孔洞之透光層之折射率低，可增加第二透光層246與其他層介面間的產生全反射的機率，提升發光元件3的出光效率。第一透光層244可用物理氣相法或化學氣相法形成於第二透光層246之下，其厚度大於第二透光層246之厚度，可防止反射層242之材料擴散至第二透光層246。第一透光層244不具有孔洞，可避免反射層242之材料擴散至孔洞之中，破壞反射層242的結構，導致反射層242的反射率降低。第一透光層244具有一第一下表面247，第一下表面247可用化學機械研磨法(Chemical Mechanical Polishing，CMP)研磨，使其中心線平均粗糙度(Ra)約為1nm~40nm。當反射層242形成於第一下表面247之下時，反射層242可形成一中心線平均粗糙度較低的表面，因而提高反射層242的反射率。
發光元件3更具有至少一導電部32位於發光疊層26與反射層242之間。另一實施例中，導電部32可位於窗戶層248與反射層242之間。導電部32用以傳導電流，其材料可為透明導電材料或金屬材料，透明導電材料包含但不限於氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅錫(ZTO)、氧化鎵鋅(GZO)、氧化鋅(ZnO)、磷化鎵(GaP)、氧化銦鈰(ICO)、氧化銦鎢(IWO)、氧化銦鈦(ITiO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化銦鎵(IGO)、氧化鎵鋁鋅(GAZO)或上述材料之組合。金屬材料包含但不限於銅(Cu)、鋁(Al)、錫(Sn)、金(Au)、銀(Ag)、鉛(Pb)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、鎢(W)、鍺(Ge)或上述材料之合金等。
此實施例中，第一透光層244及/或第二透光層246之材料
可為絕緣材料，例如為聚亞醯胺(PI)、苯并環丁烯(BCB)、過氟環丁烷(PFCB)、氧化鎂(MgO)、Su8、環氧樹脂(Epoxy)、丙烯酸樹脂(Acrylic Resin)、環烯烴聚合物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚醚醯亞胺(Polyetherimide)、氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer)、玻璃(Glass)、氧化鋁(Al2O3)、氧化矽(SiOx)、氧化鈦(TiO2)、氧化鉭(Ta2O5)、氮化矽(SiNx)、氟化鎂(MgF2)、旋塗玻璃(SOG)或四乙氧基矽烷(TEOS)。
第5圖為本申請案另一實施例之發光元件之剖面圖。如第5圖所示，一發光元件5具有一基板50；一發光疊層52，位於基板50之上；一反射結構54，位於發光疊層52之上；以及一電極56，位於反射結構54之上。發光疊層52具有一第一半導體層522，位於基板50之上；一主動層524，位於第一半導體層522之上；以及一第二半導體層526，位於主動層524之上，其中部分第二半導體層526與主動層524被移除以裸露第一半導體層522。
反射結構54具有一窗戶層540，位於發光疊層52之上；一第一透光層542，位於窗戶層540之上；一反射層544，位於第一透光層542之上；以及一第一絕緣層546，位於反射層544之上。窗戶層540具有一粗化上表面541，粗化上表面具有複數個凸部543與凹部545。至少一孔洞547形成於第一透光層542之中，且位於粗化上表面541之上，孔洞547之折射率小於窗戶層540與第一透光層542之折射率。另一實施例中，孔洞547可自凹部545向上延伸。由於孔洞547之折射率小於窗戶層540與
第一透光層542之折射率，在窗戶層540與孔洞547間之介面的臨界角小於窗戶層540與第一透光層542間之介面的臨界角，所以發光疊層52所發之光射向孔洞547後，在窗戶層540與孔洞547之間的介面形成全反射的機率增加。此外，原本在窗戶層540與第一透光層542介面未形成全反射而進入第一透光層542之光，在第一透光層542與孔洞547之間的介面亦會形成全反射，因而提升發光元件5的出光效率，孔洞547由剖面圖觀之可以為下寬上窄的倒漏斗狀。因為發光疊層52所發之光在窗戶層540與孔洞547之間的介面和第一透光層542與孔洞547之間的介面形成全反射的機率增加，降低光到達電極56而被電極56吸收的機率，提升發光元件5之發光效率。第一絕緣層546可包覆反射層544以使反射層544不與電極56直接接觸，避免反射層544之材料擴散至電極56，降低反射層544之反射率。反射結構54更包含複數個通道549形成於第一透光層542與第一絕緣層546之中，電極56可經由通道549與發光疊層52電連結。反射結構54可更包含一第二透光層548，第二透光層548位於部分第一透光層542與反射層544之間，第二透光層548不具有孔洞，可避免反射層544之材料擴散至孔洞之中，破壞反射層544的結構，導致反射層544的反射率降低。
電極56具有一第一導電層562與一第二導電層564，其中第一導電層562與第二導電層564彼此不直接接觸。第一導電層562經由通道549與第一半導體層522連接，第二導電層564經由通道549與窗戶層540連接。另一實施例中，發光元件5更包含一第一接觸層51位於第一
導電層562與第一半導體層522之間，增加第一導電層562與第一半導體層522之間的歐姆接觸；一第二接觸層53位於第二導電層564與窗戶層540之間，增加第二導電層564與窗戶層540之間的歐姆接觸，降低發光元件5的操作電壓，以提升效率。其中，第一接觸層51與第二接觸層53之材料和上述電極之材料相同。
第6圖係繪示出一燈泡分解示意圖，一燈泡6具有一燈罩61；一透鏡62，置於燈罩61之中；一照明模組64，位於透鏡62之下；一燈座65，具有一散熱槽66，用以承載照明模組64；一連結部67；以及一電連結器68，其中連結部67連結燈座65與電連接器68。照明模組66具有一載體63；以及複數個前述任一實施例之發光元件60，位於載體63之上。
第7A至第7G圖為本申請案另一實施例之發光元件之製造方法。請參閱第7A圖，本實施例之發光元件之製造方法包括提供一個成長基板701以及於成長基板701上形成一發光疊層76。發光疊層76依序包含一第一半導體層762、一活性層764以及一第二半導體層766於成長基板701上。第一半導體層762以及第二半導體層766具有不同的導電型態。例如，第一半導體層762為p型半導體層，第二半導體層766為n型半導體層。第一半導體層762、活性層764以及第二半導體層766包含三五族化合物材料，例如AlgInhGa(1-g-h)P(0≦g≦1，0≦h≦1，0≦g+h≦1)。接著，於發光疊層76上形成一第一透明層744。於第一透明層744形成之前，可以選擇性地形成一第二透明層746。於一實施例中，第二透明層746
與發光疊層76形成一歐姆接觸。於另一實施例中，第二透明層746增加第一透明層744以及發光疊層76之間的黏著力或是電流擴散的能力。第一透明層744以及第二透明層746的材料可讓發光疊層76發出的光穿透。第一透明層744以及第二透明層746的材料包含一透明導電材料，透明導電材料包含，但不限於，氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅錫(ZTO)、氧化鎵鋅(GZO)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化銦鎵(IGO)、氧化鋅共摻雜鎵鋁(GAZO)或其等之組合。第一透明層744以及第二透明層746的材料還可包含磷化鎵或類鑽碳(DLC)。於本實施例中，第一透明層744包含氧化銦錫(ITO)，第二透明層746包含磷化鎵(GaP)。於另一實施例中，第一透明層744包含一第一透明導電氧化物，第二透明層746包含一不同於第一透明導電氧化物的第二透明導電氧化物。
接著，請參閱第7B圖，本方法更包括於第一透明層744中形成複數孔穴745。於本實施例中，複數孔穴745是藉由一蝕刻方式形成。蝕刻方式包含例如使用化學溶液沿著第一透明層744的晶粒界面745b蝕刻。化學溶液包含一酸的溶液，例如包含草酸((COOH)2．2H2O)、鹽酸(HCl)、或是硫酸(H2SO)以及氫氟酸(HF)的混和。根據蝕刻步驟的控制，例如蝕刻時間或是蝕刻溶液的組成，孔穴745的剖面形狀實質上為三角形或是梯形。一小開孔形成於孔穴745的上方的周圍。於其中一情況，孔穴745較靠近發光疊層76的第一部分745w之寬度W3大於孔穴745較遠離發光疊層76的第二部分745n之寬度W4。為了清楚表示，請參閱第7B圖的左下圖，複
數孔穴745彼此之間是相通的。第一透明層744包含複數實質上彼此分離但緊密排列的凸出部744c，且如第7B圖所示，各凸出部744c被複數孔穴745圍繞。複數孔穴745以及複數凸出部744c形成一多孔結構。凸出部744c的形狀為一倒置的截頂圓錐或倒置的角錐。各凸出部744c的剖面形狀實質上為一倒置的梯形。同樣地，凸出部744c的剖面形狀可以藉由控制蝕刻步驟，例如蝕刻時間或是蝕刻溶液的組成而調整。第7B圖的右下的放大圖是為了清楚說明凸出部744c，如圖所示，從剖面圖可得知，其中一凸出部744c的底基體744cB1的寬度W1大於凸出部744c的頂基體744cB2的寬度W2的1/3倍，藉以維持機械強度。於一實施例中，當凸出部744c為截頂的圓錐，且凸出部744c的剖面形狀包含具有底基體744cB1的寬度W1大於1/3倍的頂基體744cB2的寬度W2之梯形時，複數孔穴745的總底面積，亦即，全部的複數孔穴745的底表面745a的總面積是介於發光疊層76之面積的50%以及90%之間。也就是說，所有的複數孔穴745在發光疊層76上的投影面積是介於發光疊層76之一表面的面積的50%以及90%之間。於蝕刻步驟之後，可以使用去離子水將化學溶液自第一透明層744沖洗掉。在蝕刻第一透明層744以形成複數孔穴745之後，本方法可選擇性地包含對第一透明層744進行熱處理以降低第一透明層744的片電阻。
接著，請參閱第7C圖，本方法更包含在第一透明層744上形成一反射層742。因為孔穴745的開孔夠小，反射層742不會填入孔穴745中，因此孔穴745中會留有空隙。反射層742包含金屬材料，例如金、銀或鋁。於一實施例中，反射層742包含布拉格反射鏡(Distributed Bragg
Reflector)結構。布拉格反射鏡結構包含複數布拉格反射鏡組，其中每一布拉格反射鏡組由一高折射率層以及一低折射率層組成。反射層742、第一透明層744和/或第二透明層746共同形成一全方位反射鏡(Omni-Directional Reflector(ODR)。
接著，請參閱第7D圖，本方法更包含在反射層742上形成一第一黏結層72a。如第7E圖所示，本方法更包含提供一基板70，以及在基板上形成一第二黏結層72b。基板70包含一導電基板，例如矽基板。第一黏結層72a以及第二黏結層72b包含金(Au)、銦(In)、錫(Sn)、銀(Ag)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鉍(Bi)或其等之合金。然後，如第7F圖所示，第一黏結層72a與第二黏結層72b結合共同形成一黏著層72。於結合之後，如第7G圖所示，移除成長基板701。接著，在第二半導體層766上形成一第一電極墊70E1以及一延伸電極70E1’。在基板70上形成一第二電極墊70E2。可選擇性地對第二半導體層766進行粗化製程以形成一粗化表面70R，藉以增加光取出效率。接著，進行微影製程以及蝕刻製程以移除發光疊層76的周圍以及裸露第二透明層746。可能會些許的過蝕刻第二透明層746。最後，一保護層77覆蓋粗化表面70R以及發光疊層76的側壁以保護發光元件免於大氣中造成的損害。於本實施例中，為了更佳的保護，保護層77亦覆蓋發光疊層76的複數側壁。
第7G圖繪示本申請案之發光元件之剖面示意圖。發光元件7依序包含基板70、黏著層72、反射層742、第一透明層744、第二透明層746以及發光疊層76。發光疊層76依序包含第一半導體層762、活性層
764以及具有粗化表面70R的第二半導體層766。第一電極墊70E1以及延伸電極70E1’在第二半導體層766上。第二電極墊70E2在基板70上。保護層77覆蓋粗化表面70R以及發光疊層76的側壁。第一透明層744包含被複數孔穴745圍繞的凸出部744c。複數孔穴745以及複數凸出部744c形成一多孔結構。當發光疊層76發出的光到達第一透明層744時，藉由具有空隙在其中的孔穴745以及第一透明層744之間的介面的全反射，光會被孔穴745反射或是散射，因而增加發光元件7的光取出效率。發光元件7的各結構的詳細敘述已在前述第7A圖至第7F圖中詳述。
第8A至第8E圖為本申請案另一實施例之發光元件之製造方法。第8F圖繪示發光元件之上視圖。第8E圖繪示發光元件沿著如第8F圖中所示的DD剖面線之剖面示意圖。如第8A圖所示，本實施例之發光元件之製造方法包括提供一個基板80，例如藍寶石基板。發光元件之製造方法更包括於基板80上形成一發光疊層86。發光疊層86包含半導體疊層，其依序包含一第一半導體層862、一活性層864以及一第二半導體層866。第一半導體層862以及第二半導體層866具有不同的導電型態。例如，第一半導體層862為p型半導體層，第二半導體層866為n型半導體層。第一半導體層862、活性層864以及第二半導體層866包含三五族化合物材料，例如AlxInyGa(1-x-y)N(0≦x≦1，0≦y≦1，0≦x+y≦1)。接著，進行微影製程以及蝕刻製程以移除位於裸露區域86E、86E’的第一半導體層862以及活性層864，藉以裸露部份的第二半導體層866。經過蝕刻，可能蝕刻掉部分深度的第二半導體層866。接著，如第8B圖所示，一第一介電層
D1實質上形成在發光疊層86的複數側壁。接著，一第一透明層844實質上形成於第一半導體層862上。於第一透明層844形成之前，可以選擇性地形成一第二透明層846。於一實施例中，第二透明層846與第一半導體層862形成歐姆接觸。於另一實施例中，第二透明層846增加第一透明層844以及發光疊層86之間的黏著力或是電流擴散的能力。第一透明層844以及第二透明層846的材料可讓發光疊層86發出的光穿透。第一透明層844以及第二透明層846的材料包含一透明導電材料，透明導電材料包含，但不限於，氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅錫(ZTO)、氧化鎵鋅(GZO)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化銦鎵(IGO)、氧化鋅共摻雜鎵鋁(GAZO)或其等之組合。第一透明層844以及第二透明層846的材料還可包含磷化鎵或類鑽碳(DLC)。於本實施例中，第一透明層844包含氧化銦錫(ITO)，第二透明層846包含氧化銦鋅(IZO)。於另一實施例中，第一透明層844包含一第一透明導電氧化物，第二透明層846包含一不同於第一透明導電氧化物的第二透明導電氧化物。
接著，請參閱第8C圖，本方法更包括於第一透明層844中形成複數孔穴845。同樣地，第一透明層844包含複數凸出部844c，為了清楚說明，其中一凸出部844c表示在右下圓圈內的放大圖中。凸出部844c被複數孔穴845圍繞。形成孔穴845和凸出部844c的詳細方法以及孔穴845和凸出部844c的結構實質上與前述的實施例的內容相同，在此不再贅述。形成孔穴845之後，可以使用去離子水潤洗第一透明層844。本方法
可選擇性地包含對第一透明層844進行熱處理以降低第一透明層844的片電阻。接著，在第一透明層844上形成一反射層842。因為孔穴845的開孔夠小，反射層842不會填入孔穴845中，因此孔穴845中會留有空隙。於本實施例中，反射層84亦包覆第一透明層844以及第二透明層846的側壁。反射層842包含金屬材料，例如金(Au)、銀(Ag)或鋁(Al)。反射層842、第一透明層844和/或第二透明層846共同形成一全方位反射鏡(Omni-Directional Reflector(ODR)。
如第8D圖所示，本方法更包含於反射層842、第一介電層D1以及發光疊層86上形成一第二介電層D2。移除位於裸露區域D2E、D2E’的第二介電層D2以裸露第二半導體層866以及部分的反射層842，其中裸露區域D2E實質上對應裸露區域86E。本方法更包含於第二介電層D2以及第二半導體層866上形成一導電層M1。導電層M1與第二半導體層866接觸。
接著，如第8E圖所示，本方法更包含於第二介電層D2上、導電層M1、反射層842以及第二半導體層866上形成一第三介電層D3。移除實質上位於裸露區域D2E’的第三介電層D3以裸露反射層842。本方法更包含於第三介電層D3、反射層842以及導電層M1上形成一第二導電層，接著再移除實質上位於區域M2E的第二導電層以形成一第一電極墊80E1以及一第二電極墊80E2。第一電極墊80E1接觸導電層M1，導電層M1接觸第二半導體層866。換言之，導電層M1作為一個中間導電材料且電連接至第一電極墊80E1以及第二半導體層866。一電源供應器藉由第一
電極墊80E1以及導電層M1提供一電流至第二半導體層866。第二電極墊80E2接觸反射層842。一電源供應器藉由第二電極墊80E2、反射層842以及第一透明層844提供一電流至第一半導體層862。
第9A圖至9E圖繪示本申請案另一實施例之發光元件及其製造方法。第9F圖繪示發光元件之上視圖。第9E圖繪示發光元件沿著如第9F圖中所示的HIJK剖面線之剖面示意圖。如第9A圖所示，製造發光元件之方法包含提供一基板90，例如藍寶石基板。製造發光元件之方法更包含於基板90上形成一發光疊層96。發光疊層96包含半導體疊層，其依序包含一第一半導體層962、一活性層964以及一第二半導體層966。第一半導體層962以及第二半導體層966具有不同的導電型態。例如，第一半導體層962為p型半導體層，第二半導體層966為n型半導體層。第一半導體層962、活性層964以及第二半導體層966包含三五族化合物材料，例如AlxInyGa(1-x-y)N(0≦x≦1，0≦y≦1，0≦x+y≦1)。接著，進行微影製程以及蝕刻製程以移除位於裸露區域96E、96E’的第一半導體層962以及活性層964，藉以裸露部份的第二半導體層966。因為裸露區域96E，96E’經過蝕刻，可能蝕刻掉部分深度的第二半導體層966。接著，如第9B圖所示，可以選擇性地形成一電流阻擋層90CB。電流阻擋層90CB包含一介電材料以阻擋電流流過。接著，形成一第一透明層944於第一半導體層962以及電流阻擋層90CB上。於第一透明層944形成之前，可以選擇性形成一第二透明層946。於一實施例中，第二透明層946與第一半導體層962形成歐姆接觸。於另一實施例中，第二透明層946增加第一透明層944以
及發光疊層96之間的黏著力或是電流擴散的能力。第一透明層944以及第二透明層946的材料可讓發光疊層96發出的光穿透。第一透明層944以及第二透明層946的材料包含一透明導電材料，透明導電材料包含，但不限於，氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅錫(ZTO)、氧化鎵鋅(GZO)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化銦鎵(IGO)、氧化鋅共摻雜鎵鋁(GAZO)或其等之組合。第一透明層944以及第二透明層946的材料還可包含磷化鎵或類鑽碳(DLC)。於本實施例中，第一透明層944包含氧化銦錫(ITO)，第二透明層946包含氧化銦鋅(IZO)。於另一實施例中，第一透明層944包含一第一透明導電氧化物，第二透明層846包含一不同於第一透明導電氧化物的第二透明導電氧化物。
接著，如第9C圖所示，本方法更包含於第一透明層944中形成複數孔穴945。同樣地，第一透明層944包含複數凸出部944c，為了清楚說明，其中一凸出部944c表示在右下圓圈內的放大圖中。凸出部944c被複數孔穴945圍繞。形成孔穴945和凸出部944c的詳細方法以及孔穴945和凸出部944c的結構實質上與前述的實施例的內容相同，在此不再贅述。值得注意的是，於本實施例中，孔穴945並未形成在第一透明層944之位於電流阻擋層90CB上的區域中。形成孔穴945之後，可以使用去離子水潤洗第一透明層944。本方法可選擇性地包含對第一透明層944進行熱處理以降低第一透明層944的片電阻。接著，藉由使用微影製程以及蝕刻製程形成以圖案化導電層，藉以形成中間導電層MF1、MF1E。如第9F
圖的上視圖所示，中間導電層MF1E是自形狀為圓形的中間導電層MF1延伸的延伸電極。同時形成一中間導電層MF1’、MF1’E(MF1’E並未繪示於第9C圖中但繪示於第9F圖中)，如第9F圖所示，中間導電層MF1’E是自形狀為圓形的中間導電層MF1’延伸的延伸電極。中間導電層MF1，MF1E形成在裸露區域96E以及於第二半導體層966上。中間導電層MF1，MF1E接觸第二半導體層966。中間導電層MF1’，MF1’E形成在第一透明層944上且接觸第一透明層944，其中中間導電層MF1是位於如前所述的電流阻擋層90CB上，而中間導電層MF1’E下並未有電流阻擋層90CB。
接著，如第9D圖所示，本方法更包含形成一反射層942。因為孔穴945的開孔夠小，反射層942不會填入孔穴945中，因此孔穴945中會留有空隙。於本實施例中，形成一布拉格反射鏡(Distributed Bragg Reflector)結構942以包覆前述結構裸露的部分，且藉由微影製程以及蝕刻製程移除位於裸露區域942E的布拉格反射鏡結構942。裸露區域942E實質上對應於中間導電層MF1，MF1’的位置。布拉格反射鏡結構942包含複數布拉格反射鏡組，其中每一布拉格反射鏡組由一具有高折射率的層以及一具有低折射率的層組成。本實施例中，各布拉格反射鏡組由一氧化鈦層(Titanium Oxide，TiOx)以及一氧化矽層(Silicon Oxide，SiOx)所組成。
接著，如第9E圖所示，本方法更包含於布拉格反射鏡結構942上形成一導電層，以及移除實質上位於區域M2E的導電層以形成一第一電極墊90E1以及一第二電極墊90E2。第一電極墊90E1接觸中間導電層
MF1，中間導電層MF1接觸第二半導體層966。換言之，中間導電層MF1作為一個中間導電媒介且電連接第一電極墊90E1以及第二半導體層966。除此之外，中間導電層MF1E作為一增加電流擴散的延伸電極。一電源供應器藉由第一電極墊90E1以及中間導電層MF1、MF1E提供電流至第二半導體層966。第二電極墊90E2接觸中間導電層MF1’，且中間導電層MF1’接觸第一透明層944。第一透明層944電連接至第一半導體層962。除此之外，如第9F圖所示，中間導電層MF1’E作為增加電流擴散的延伸電極。一電源供應器藉由第二電極墊90E2、中間導電層MF1’、MF1’E以及第一透明層944(以及第二透明層946，如果有形成第二透明層946)提供電流至第一半導體層962。
以上各圖式與說明雖僅分別對應特定實施例，然而，各個實施例中所說明或揭露之元件、實施方式、設計準則、及技術原理除在彼此顯相衝突、矛盾、或難以共同實施之外，吾人當可依其所需任意參照、交換、搭配、協調、或合併。
雖然本申請揭示之內容已說明如上，然其並非用以限制本申請之範圍、實施順序、或使用之材料與製程方法。對於本申請內容所作之各種修飾與變更，皆不脫本申請內容之精神與範圍。
70:基板
70E2:第二電極墊
72:黏著層
742:反射層
745:孔穴
745a:底表面
744:第一透明層
744c:凸出部
746:第二透明層
762:第一半導體層
764:活性層
766:第二半導體層
76:發光疊層
77:保護層
70E1’:延伸電極
70E1:第一電極墊
Claims (10)
- 一發光元件，其包括：一基板；一發光疊層，位於該基板上且包含一活性層；一第一電極墊及一第二電極墊位於該發光疊層上且位於該基板的同一側；一第一透明層，位於該基板及該第一電極墊之間；一第二透明層，位於該第一透明層及該發光疊層之間；以及一孔洞，位於該第一透明層中且未形成於該第二透明層中。
- 如請求項1所述的發光元件，更包含一介電層，位於該第一電極墊及該第一透明層之間。
- 如請求項2所述的發光元件，其中，該發光疊層具有一側壁，且該介電層位於該側壁上。
- 如請求項1所述的發光元件，其中，該第一透明層具有一第一表面和一第二表面，該複數孔洞係從該第一表面延伸但未延伸至該第二表面。
- 如請求項1所述的發光元件，更包含一導電層，其中，該發光疊層包含一裸露區域，且該導電層位於該裸露區域上。
- 如請求項5所述的發光元件，還包含一反射結構，其中，該導電層具有一上表面被該反射結構所覆蓋。
- 如請求項1所述的發光元件，其中，該第二電極墊位於該反射結構上且於一垂直方向上與該導電層重疊。
- 如請求項1所述的發光元件，更包含一反射層覆蓋該發光疊層的一側壁。
- 一種發光元件，包含一發光疊層，包含一第一半導體層、一活性層及一第二半導體層，其中，該第一半導體層具有一部分係從該活性層與該第二半導體層中裸露出來；一反射層，位於該發光疊層上；一第一導電層，位於該反射層上；一絕緣層，位於該反射層和該第一導電層之間以電隔離該反射層和該第一導電層；以及一導電透明層，位於該發光疊層和該反射層之間且具有複數個凸出部。
- 如請求項9所述的發光元件，更包含一第二導電層，位於該反射層上。
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