TWI478371B

TWI478371B - 發光元件

Info

Publication number: TWI478371B
Application number: TW097144620A
Authority: TW
Inventors: Jin Ywan Lin; Ya Lang Yang
Original assignee: Epistar Corp
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2008-11-18
Publication date: 2015-03-21
Also published as: TW201021237A

Description

發光元件

本發明揭示一種發光元件，特別是關於一種具有一絕緣阻絕層(dielectric barrier layer)位於第一透明導電氧化層與第二透明導電氧化層之間之發光元件結構。

發光二極體(light-emitting diode,LED)的發光原理是利用電子在n型半導體與p型半導體間移動的能量差，以光的形式將能量釋放，這樣的發光原理係有別於白熾燈發熱的發光原理，因此發光二極體被稱為冷光源。此外，發光二極體具有耐久性高、壽命長、輕巧、耗電量低等優點，因此現今的照明市場對於發光二極體寄予厚望，將其視為新一代的照明工具。

第1圖係習知之發光二極體晶粒(die)結構示意圖，如第1圖所示，習知之發光元件100，包含有一導電基板10；一設置於導電基板10上之金屬黏結層12；一位金屬黏結層上之全方位反射層14(omni-directional reflector,ODR)；一位於全方位反射層12上之歐姆接觸層15，此歐姆接觸層15可以是透明導電材料，如透明導電氧化層或薄金屬；一位於歐姆接觸層15上之發光疊層16；以及，一設置於發光疊層16上之電極18。

於習知之發光元件100中，發光疊層16由上而下至少包含一第一導電型半導體層160、一發光層162，以及一第二導電型半導體層164。而全方位反射層14更包含一金屬反射層140，其材質可以是金、銀等金屬材料；一低折射率層142，其材質可以是二氧化矽或氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)，此外此全方位反射層14更包含複數金屬歐姆接觸點144(ohmic contact dot)貫穿上述之低折射率層142，並且分別與歐姆接觸層15與金屬反射層140形成電連接，藉以導通電流，使發光元件100具有較良好的電性特徵。

然而，於上述習知之發光元件100之製造過程中，高溫製程容易使歐姆接觸層15與全方位反射層14中的低折射率層142進行反應，導致發光元件100之亮度下降：此外，為了使發光元件100具有良好導電特性而設置之金屬歐姆接觸點144容易吸收發光層162所發出之光線，亦導致發光元件100之發光效率降低。

此外，上述之發光元件100更可以進一步地與其他元件組合連接以形成一發光裝置(light-emitting apparatus)。第4圖為習知之發光裝置結構示意圖，如第4圖所示，一發光裝置600包含一具有至少一電路602之次載體(sub-mount)60；至少一焊料62(solder)位於上述次載體60上，藉由此焊料62將上述發光元件100黏結固定於次載體60上並使發光元件100之基板10與次載體60上之電路602形成電連接；以及，一電性連接結構64，以電性連接發光元件100之電極18與次載體60上之電路602；其中，上述之次載體60可以是導線架(lead frame)或大尺寸鑲嵌基底(mounting substrate)，以方便發光裝置600之電路規劃並提高其散熱效果。

本發明揭示一種發光元件，至少包含一發光疊層、一位於發光疊層下方之第一透明導電氧化層、一位於第一透明導電氧化層下方之透明絕緣阻絕層、一位於透明絕緣阻絕層下方之第二透明導電氧化層，以及一金屬反射層，其中金屬反射層與第二透明導電氧化層形成一全方位反射層(omni-directional reflector,ODR)，利用第一透明導電氧化層與發光疊層形成歐姆接觸，藉此提高發光元件之發光效率。

本發明之另一目的在於利用透明絕緣阻絕層以避免第一透明導電氧化層、第二金屬透明導電氧化層與金屬反射層於高溫製造過程中交互發生作用進而發生之吸光或遮光間題。

底下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

以下配合圖式說明本發明之實施例。

第2圖為本發明之一實施例結構示意圖，如第2圖所示，發光元件200包含一導電基板20、一設置於導電基板20上之黏結層22、一位於黏結層22上之全方位反射層24(omni-directional reflector,ODR)、一位於上述全方位反射層24上之第一透明導電氧化層26、一設置於第一透明導電氧化物層26之發光疊層28；以及，一位於發光疊層28上之電極30；其中，上述全方位反射層24與第一透明導電氧化層26間更包含一透明絕緣阻絕層32，而全方位反射層24由上而下更包含一第二透明導電氧化層240以及一金屬反射層242。此外，發光疊層28由上而下至少包含第一導電型半導體層280、發光層282，以及第二導電型半導體層284，其中上述發光疊層28之可以選自材質包含鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)、磷(P)、砷(As)或氮(N)等三五族之半導體材料，諸如氮化鎵(GaN)系列材料、磷化鋁鎵銦(AlGaInP)系列材料或砷化鎵(GaAs)材料等；而發光層282之結構可以是選自單異質結構(single heterostructure,SH)、雙異質結構(double heterostructure,DH)、雙側雙異質結構(double-side double heterostructure,DDH)或多重量子井(multi-quantum well,MQW)。

於本實施例中，導電基板20之材質可以是例如矽(silicon)之半導體材料、例如氧化鋅(ZnO)、碳化矽等陶瓷材料或例如銅、鋁、鉬等金屬材料或上述材料之組合；黏結層22之材料係選自銦、錫、金、鋁、銀及上述金屬之合金；第一透明導電氧化層26與第二透明導電氧化層240之材質係選自氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)、氧化鋁鋅(Aluminum Zinc Oxide,AZO)、氧化鎘錫、氧化銻錫、氧化鋅(ZnO)、及氧化鋅錫所構成之材料群組，其中第一透明導電氧化層26之結晶粒度(grain size)、折射率(reflective index)等特性與第二透明導電氧化層240不同；於本實施例中，第一透明導電氧化層26之平均結晶粒度相較於第二透明導電氧化層240較大，而第一透明導電氧化層26之折射率相較於第二透明導電氧化層240則較小；再者，金屬反射層242之材質可以是銦(In)、錫(Sn)、鋁(Al)、金(Au)、鉑(Pt)、鋅(Zn)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鉛(Pb)、鍺(Ge)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鈹化金(AuBe)、鍺化金(AuGe)、鋅化金(AuZn)、錫化鉛(PbSn)等高反射金屬或其合金；而上述之透明絕緣阻絕層32之材質可以是二氧化矽(SiO₂ )、氮化矽(SiN_x )或氧化鋁(Al₂ O₃ )等，其厚度約為5至300nm。

除此之外，為了達到良好之電性導通，於本實施例中之透明絕緣阻絕層32上更包含一個或一個以上之通孔320，其中第一透明導電氧化層26填入上述之通孔320之中，並且與第二透明導電氧化層240相接觸並且形成電性連接，於本實施例中，通孔320之面積小於透明絕緣阻絕層32面積之百分之四十，較佳者為小於透明絕緣阻絕層32面積之百分之五。

於本實施例中，由於利用第一透明導電氧化層26作為歐姆接觸層與發光疊層28形成歐姆接觸，此外，上述之第一透明導電氧化層26亦與位於上述全方位反射層24上之第二透明導電氧化層240形成電連接，因此無須使用吸光材料加強發光元件200電性，亦降低發光層282所發出之光線被吸收之機會；再者，由於第一透明導電氧化層26與全方位反射層24上之第二透明導電氧化層240間具有一透明絕緣阻絕層32，用以防止第一透明導電氧化層26與第二透明導電氧化層240於製造發光元件過程中之高溫環境發生反應，藉此提高發光元件200之亮度。

第3圖為本發明之另一實施例結構示意圖，如第3圖所示，發光元件300包含一基板40、一設置於基板40上之黏結層42、一位於黏結層42上之全方位反射層44(o mni-directional reflector,ODR)、一位於上述全方位反射層44上之第一透明導電氧化層46，以及，一設置於第一透明導電氧化物層46之發光疊層48；其中，上述全方位反射層44與第一透明導電氧化層46間更包含一透明絕緣阻絕層50，而全方位反射層44由上而下更包含一第二透明導電氧化層440以及一金屬反射層442。

此外，發光疊層48由上而下至少包含第一導電型半導體層480、發光層482，以及第二導電型半導體層484，於上述之發光疊層48中，具有一暴露第二導電型半導體層484之表面；而第一電極52與第二電極54分別位於第一導電型半導體層480與暴露第二導電型半導體層484之表面上，其中上述發光疊層28之可以選自材質包含鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)、磷(P)、砷(As)或氮(N)等三五族之半導體材料，諸如氮化鎵(GaN)系列材料、磷化鋁鎵銦(AlGaInP)系列材料或砷化鎵(GaAs)材料等；而發光層282之結構可以選自單異質結構(single heterostructure,SH)、雙異質結構(double heterostructure,DH)、雙側雙異質結構(double-side double heterostructure,DDH)或多重量子井(multi-quantum well,MQW)。

於本實施例中，基板40可以是例如矽(silicon)、砷化鎵(GaAs)等半導體材料、氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al₂ O₃ )等陶瓷材料或銅、鋁、鉬等金屬材料或上述材料組合之材質；黏結層42則可以是銦、錫、金、鋁、銀、上述金屬之合金或聚醯亞胺(PI)、苯并環丁烯(BCB)與過氟環丁烷(PFCB)等物質；第一透明導電氧化層46與第二透明導電氧化層440之材質係選自氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)、氧化鋁鋅(Aluminum Zinc Oxide,AZO)、氧化鎘錫、氧化銻錫、氧化鋅(ZnO)、及氧化鋅錫所構成之材料群組，其中第一透明導電氧化層46之結晶粒度(grain size)、折射率(reflective index)等特性與第二透明導電氧化層440不同，於本實施例中，第一透明導電氧化層46之平均結晶粒度相較於第二透明導電氧化層440較大，而第一透明導電氧化層46之折射率相較於第二透明導電氧化層440則較小；再者，金屬反射層442之材質可以是銦(In)、錫(Sn)、鋁(Al)、金(Au)、鉑(Pt)、鋅(Zn)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鉛(Pb)、鍺(Ge)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鈹化金(AuBe)、鍺化金(AuGe)、鋅化金(AuZn)、錫化鉛(PbSn)等高反射金屬或其合金；而上述之透明絕緣阻絕層50之材質可以是二氧化矽(SiO₂ )、氮化矽(SiN_x )或氧化鋁(Al₂ O₃ )等，其厚度約為5至300nm。

於本實施例中，由於第一透明導電氧化層46與全方位反射層44中之第二透明導電氧化層440間具有一透明絕緣阻絕層50，用以防止第一透明導電氧化層46與第二透明導電氧化層440於製造發光元件過程中之高溫環境發生反應，藉此提高發光元件300之亮度。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

100‧‧‧發光元件

10‧‧‧導電基板

12‧‧‧金屬黏結層

14‧‧‧全方位反射層

15‧‧‧歐姆接觸層

16‧‧‧發光疊層

18‧‧‧電極

160‧‧‧第一導電型半導體層

162‧‧‧發光層

164‧‧‧第二導電型半導體層

140‧‧‧金屬反射層

142‧‧‧低折射率層

144‧‧‧金屬歐姆接觸點

200‧‧‧發光元件

20‧‧‧導電基板

22‧‧‧黏結層

24‧‧‧全方位反射層

26‧‧‧第一透明導電氧化層

28‧‧‧發光疊層

30‧‧‧電極

240‧‧‧第二透明導電氧化層

242‧‧‧金屬反射層

280‧‧‧第一導電型半導體層

282‧‧‧發光層

284‧‧‧第二導電型半導體層

32‧‧‧透明絕緣阻絕層

320‧‧‧通孔

300‧‧‧發光元件

40‧‧‧基板

42‧‧‧黏結層

44‧‧‧全方位反射層

46‧‧‧第一透明導電氧化層

48‧‧‧發光疊層

50‧‧‧透明絕緣阻絕層

440‧‧‧第二透明導電氧化層

442‧‧‧金屬反射層

480‧‧‧第一導電型半導體層

482‧‧‧發光層

484‧‧‧第二導電型半導體層

52‧‧‧第一電極

54‧‧‧第二電極

600‧‧‧發光裝置

60‧‧‧次載體

602‧‧‧電路

62‧‧‧焊料

64‧‧‧電性連接結構

第1圖為習知之發光二極體晶粒結構示意圖。

第2圖為本發明實施例之結構示意圖。

第3圖為本發明另一實施例之結構示意圖。

第4圖為習知之發光裝置結構示意圖。