TW201603321A - 發光元件結構 - Google Patents
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Abstract
一種發光元件結構，包括一半導體發光疊層具有一第一側壁以及相對於第一側壁之一第二側壁，一布拉格反射結構設置於半導體發光疊層上，以及一電極設置於布拉格反射結構上，且至少覆蓋第一側壁。
Description
本揭露係關於一種發光元件結構，特別係關於一種在N型電極具有布拉格反射結構之發光元件結構。
半導體發光元件，(例如發光二極體及半導體雷射)已經被廣泛地應用在各種交通號誌、車用電子、液晶顯示器背光模組以及一般照明等。發光元件基本上係在基板上依序形成N型半導體層、發光元件、P型半導體層，並採用在P型半導體層及N型半導體層上形成電極，藉由自半導體層注入之電洞與電子再結合，在發光元件上產生光束，其經由P型半導體層上之透光性電極或基板射出發光之二極體。
發光二極體依據電極設置之位置分類包含垂直電極結構之發光二極體與橫向電極結構之發光二極體等，不論是垂直電極結構或是橫向電極結構之發光二極體，其焊墊(bond pad)或電極皆會吸收發光層所發出之光線，如此會降低原本發光二極體應該有之發光效能，且光線被焊墊或電極吸收後會轉成熱能而導致焊墊或電極會溫度逐漸升高，甚至發
生過熱之情況。
且如何將發光層所產生的光束取出至發光元件外部，乃目前半導體發光元件之重要的改善問題。在習知技術中，研發人員使用金屬反射層，俾便發光層朝向上發出之光束不致於在傳播至外界的路徑上受到阻礙物阻擋。然而，金屬反射層經熱處理後，除了可能會有金屬擴散問題影響反射率之外，金屬反射層之金屬本身亦有氧化的問題，金屬氧化後反射率會下降。此外金屬反射層的低反射率及無法依波長調整反射率等缺點，將導致該發光元件之光取出效率相當低。
本發明係關於一種發光元件結構，包括一半導體發光疊層具有一第一側壁以及相對於第一側壁之一第二側壁；一布拉格反射結構設置於半導體發光疊層上；以及一電極設置於布拉格反射結構上，且至少覆蓋第一側壁。
本發明係關於一種發光元件結構，包括一半導體發光疊層具有一第一側壁以及相對於第一側壁之一第二側壁；一布拉格反射結構設置於半導體發光疊層上，且至少覆蓋第一側壁；以及一電極設置於布拉格反射結構上。
本發明係關於一種發光元件結構，包括一半導體發光疊層包含一第一區域及一第二區域，其中第二區域具有一第一側壁以及相對於第
一側壁之一第二側壁；一第一反射結構設置於第一區域上；一第二反射結構設置於第二區域上；一第一電極設置於第一反射結構上；以及一第二電極設置於第二反射結構上，且至少覆蓋第一側壁。
上文已相當廣泛地概述本揭露之技術特徵及優點，俾使下文之本揭露詳細描述得以獲得較佳瞭解。構成本揭露之申請專利範圍標的之其它技術特徵及優點將描述於下文。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，可相當容易地利用下文揭示之概念與特定實施例可作為修改或設計其它結構或製程而實現與本揭露相同之目的。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者亦應瞭解，這類等效建構無法脫離後附之申請專利範圍所界定之本揭露的精神和範圍。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下
10A‧‧‧發光元件結構
10B‧‧‧發光元件結構
10C‧‧‧發光元件結構
11‧‧‧基板
13‧‧‧第一型半導體層
131‧‧‧第二區域
133‧‧‧第一區域
151‧‧‧主動層
155‧‧‧第二布拉格反射結構
16‧‧‧第二型半導體層
16A‧‧‧第一上表面
16B‧‧‧第二上表面
165A‧‧‧第一布拉格反射結構
165B‧‧‧第一布拉格反射結構
165C‧‧‧第一布拉格反射結構
17‧‧‧第二電極
19A‧‧‧第一電極
19B‧‧‧第一電極
19C‧‧‧第一電極
21‧‧‧間隙
31‧‧‧導電層
41‧‧‧緩衝層
圖1顯示本揭露一實施例之發光元件結構之剖示圖。
圖2顯示本揭露另一實施例之發光元件結構之剖示圖。
圖3顯示本揭露另一實施例之發光元件結構之剖示圖。
在下文中本揭露的實施例係配合所附圖式以闡述細節。圖1顯示本揭露一實施例之發光元件結構10之剖示圖。該發光元件結構10包含一基板11、一第一型半導體層13、一主動層151、一第二型半導體層16、一第
一布拉格反射結構165A、一第二布拉格反射結構155、一第一電極19A及一第二電極17。在本揭露之一實施例中，該第一型半導體層13設置於該基板11上，可為一N型半導體層。在本揭露之一實施例中，該第一型半導體層13之材料可為氮化物，例如氮化鋁、氮化鎵、氮化鋁鎵、氮化銦鎵或氮化鋁銦鎵，而該基板11之材料可為Al2O3、SiC、GaN、AlN、GaP、Si、ZnO或MnO。
在本揭露之一實施例中，該主動層151設置於該第一型半導體層13上，該主動層151可為多重量子井結構，而該主動層151可採用磊晶機台予以製備。在本揭露之一實施例中，該主動層151係相對於該基板11設置於該第一型半導體13上，而該第二型半導體層16則相對於該第一型半導體層13而設置於該主動層151上，其中該第一型半導體層13、該主動層151及該第二型半導體層16經由一間隙21分隔而形成一第一區域133及一第二區域131。該間隙21之底部係位於該第一型半導體層13，亦即局部曝露該第一型半導體層13。
在本揭露之一實施例中，該第一區域133之第二型半導體層16具有一第一上表面16A，該第二區域131之第二型半導體層16具有一第二上表面16B，該第一上表面16A與該第二上表面16B可係大致上位於同一平面。上述設計可使後續之打線(wire bonding)製程之機台的製程參數(打線高度)一致，因而使提升打線製程之良率。在本揭露之一實施例中，該主動層151之材料可為氮化物，例如氮化鋁、氮化鎵、氮化鋁鎵、氮化銦鎵或氮化鋁銦鎵。在本揭露之一實施例中，該第二型半導體層16為一P型半導體層，其材料可為氮化物，例如氮化鋁、氮化鎵、氮化鋁鎵、氮化銦鎵或氮化鋁銦鎵。
在本揭露之一實施例中，該第一布拉格反射結構165A係設置於該第一區域133且覆蓋該第二型半導體層16之上表面16A，該第一布拉格反射結構165A之材料可選自由SiO2、Zn2O3、ZnO、ITO、Si3N4、Al2O3、MgO、MgF2、TiO、TiO2、TiO、Ta2O5及ZrO2所組成之群組，以交互堆疊之方式形成。在本揭露之一實施例中，該第一布拉格反射結構165A是由二氧化鈦層及二氧化矽層以交互堆疊之方式形成。不同於金屬反射層會因為熱處理而導致金屬擴散或因金屬氧化造成反射率下降，該第一布拉格反射結構165A主要成分係氧化物，故該第一布拉格反射結構165A並無金屬擴散或因金屬氧化造成反射率下降之問題，因此第一布拉格反射結構165A之材料穩定性較一般習知的金屬反射層要高。
再者，第一布拉格反射結構165A的反射特性可依光束波長進行調整布拉格反射結構(例如材料、厚度)，因此針對特定波長，該第一布拉格反射結構165A的反射率要比一般金屬反射層要高。此外，該第一布拉格反射結構165A主要的材料皆為介電質材料，因此其可達到絕緣效果。
在本揭露之一實施例中，該第二布拉格反射結構155係相對於該主動層151而設置於該第二區域131之該第二型半導體層16上，其材料可選自由SiO2、Zn2O3、ZnO、ITO、Si3N4、Al2O3、MgO、MgF2、TiO、TiO2、TiO、Ta2O5及ZrO2所組成之群組，以交互堆疊之方式形成。在本揭露之一實施例中，該第二布拉格反射結構155是由二氧化鈦層及二氧化矽層以交互堆疊之方式形成。不同於習知之金屬反射層會因為熱處理而導致金屬擴散或因金屬氧化造成反射率下降，該第二布拉格反射結構155主要成分係氧化物，故該第二布拉格反射結構155並無金屬擴散或因金屬氧化造成反射率下
降之問題，因此第二布拉格反射結構155之材料穩定性較一般習知的金屬反射層要高。
再者，第二布拉格反射結構155的反射特性可依光束波長進行調整布拉格反射結構(例如材料、厚度)，因此針對特定波長，第二布拉格反射結構155的反射率要比一般金屬反射層要高。此外，該第二布拉格反射結構155主要的材料皆為介電質材料，因此其可達到較佳之絕緣效果，作為電流阻障結構。參照圖1所示之實施例中，該第二電極17(例如P型電極)設置於該第二布拉格反射結構155上，該第一電極19A(例如N型電極)設置於該第一區域133之第一布拉格反射結構165A上且電性連接該第一區域133之第一型半導體層13。
在圖1所示之實施例中，該發光元件結構10進一步包含一導電層31，設置於該第二電極17與該第二布拉格反射結構155之間。具體而言，該導電層31係覆蓋於該第二布拉格反射結構155並部分設置於該第二型半導體層16上。該導電層31之材料可為氧化鋅、氧化銦錫、氧化鎘錫或氧化銻錫。由於該第二電極17(例如P型電極)的電流可經由該導電層31、該第二型半導體層16、該主動層151及第一半導體層13至第一電極19A(例如N型電極)。在本揭露之一實施例中，該第二電極及該第一電極之材料相同，可藉由相同製程予以製備。
參照圖1所示，該第二電極17與該第二布拉格反射結構155的分佈範圍相互對應(例如，該第二布拉格反射結構155係設置於該第二電極17之正下方)，因此電流流經該導電層31時，由於該第二布拉格反射結構155的絕緣阻障效果而使得電極電流擴散至該第二布拉格反射結構155外側之
該第二型半導體層16。該第一電極19A(例如N型電極)則覆蓋該第一布拉格反射結構165A；申言之，除了該第一布拉格反射結構165A與該第二型半導體層16接觸的一面外，該第一布拉格反射結構165A之其餘各面皆由該第一電極19A所覆蓋。在本揭露之一實施例中，設置於該第二型半導體16上之該第一布拉格反射結構165A可將光束進行反射。在本揭露之一實施例中，該第一電極19A係電性連接至該第一區域133之該第一型半導體層13。
圖2顯示本揭露另一實施例之發光元件結構10B之剖示圖。本揭露之該發光元件結構10B之該第一布拉格反射結構165B覆蓋該第一區域133之第二型半導體層16、該主動層151及該第一型半導體層13，亦即該第一布拉格反射結構165B覆蓋該第二型半導體層16之側壁及上方，該第一電極19B覆蓋該第一布拉格反射結構165B。藉由上述設計，該第一布拉格反射結構165B所能反射的光束，即可明顯增加。此外，為了調適該基板11與該第一型半導體層13之晶格差異，該發光元件結構10B另包含一緩衝層41，例如非摻雜氮化鎵層、氮化鋁層。
圖3顯示本揭露另一實施例之發光元件結構10C之剖示圖。該發光元件結構10之該第一布拉格反射結構165C局部覆蓋該第一區域133之第二型半導體層16、該主動層151及該第一型半導體層13靠近該間隙21之一側壁，該第一電極19C覆蓋設置於該第一區域133之第二型半導體層16、該主動層151及該第一型半導體層13遠離該間隙21之另一側壁。藉由此一設計，可進一步增加光束於該間隙21區域的光反射效率，進而提升光取出效率。
本揭露之技術內容及技術特點已揭示如上，然而本揭露所屬
技術領域中具有通常知識者應瞭解，在不背離後附申請專利範圍所界定之本揭露精神和範圍內，本揭露之教示及揭示可作種種之替換及修飾。例如，上文揭示之許多製程可以不同之方法實施或以其它製程予以取代，或者採用上述二種方式之組合。
此外，本案之權利範圍並不侷限於上文揭示之特定實施例的製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步驟。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，基於本揭露教示及揭示製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步驟，無論現在已存在或日後開發者，其與本案實施例揭示者係以實質相同的方式執行實質相同的功能，而達到實質相同的結果，亦可使用於本揭露。因此，以下之申請專利範圍係用以涵蓋用以此類製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步驟。
10C‧‧‧發光元件結構
11‧‧‧基板
13‧‧‧第一型半導體層
131‧‧‧第二區域
133‧‧‧第一區域
151‧‧‧主動層
155‧‧‧第二布拉格反射結構
16‧‧‧第二型半導體層
165C‧‧‧第一布拉格反射結構
17‧‧‧第二電極
19C‧‧‧第一電極
21‧‧‧間隙
31‧‧‧導電層
41‧‧‧非摻雜層
Claims (10)
- 一種發光元件結構，包括：一半導體發光疊層具有一第一側壁以及相對於該第一側壁之一第二側壁；一布拉格反射結構，設置於該半導體發光疊層上；以及一電極，設置於該布拉格反射結構上，且至少覆蓋該第一側壁。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件結構，其中該布拉格反射結構包括一絕緣材料或一導電材料或其二者之堆疊層，該絕緣材料或導電材料係選自由SiO2、Zn2O3、ZnO、ITO、Si3N4、Al2O3、MgO、MgF2、TiO、TiO2、Ta2O5或ZrO2所組成之群組。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件結構，其中該布拉格反射結構至少覆蓋該第一側壁或該第二側壁或同時覆蓋該第一側壁以及該第二側壁。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件結構，該電極同時覆蓋該第一側壁以及該第二側壁。
- 一種發光元件結構，包括：一半導體發光疊層具有一第一側壁以及相對於該第一側壁之一第二側壁；一布拉格反射結構，設置於該半導體發光疊層上，且至少覆蓋該第一側壁；以及一電極，設置於該布拉格反射結構上。
- 如申請專利範圍第4項所述之發光元件結構，其中該布拉格反射結構包括一絕緣材料或一導電材料或其二者之堆疊層，該絕緣材料或導電材料係 選自由SiO2、Zn2O3、ZnO、ITO、Si3N4、Al2O3、MgO、MgF2、TiO、TiO2、Ta2O5或ZrO2所組成之群組。
- 如申請專利範圍第4項所述之發光元件結構，其中該布拉格反射結構具有一第三側壁，且該電極覆蓋該第三側壁。
- 一種發光元件結構，包括：一半導體發光疊層，包含一第一區域及一第二區域，其中該第二區域具有一第一側壁以及相對於該第一側壁之一第二側壁；一第一反射結構，設置於該第一區域上；一第二反射結構，設置於該第二區域上；一第一電極，設置於該第一反射結構上；以及一第二電極，設置於該第二反射結構上，且至少覆蓋該第一側壁。
- 如申請專利範圍第8項所述之發光元件結構，其中該第一反射結構或/及該第二反射結構為布拉格反射結構。
- 如申請專利範圍第8項所述之發光元件結構，其中該反射結構更覆蓋該第二側壁。
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|---|---|---|---|---|
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2010
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Also Published As
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