TWI513038B - 發光裝置 - Google Patents

Description

發光裝置

本發明係關於一種發光裝置，更具體而言，係關於一種具有複數個凹槽的發光裝置。

固態發光元件中之發光二極體元件(Light Emitting Diode；LED)具有低耗電量、低發熱量、操作壽命長、耐撞擊、體積小、反應速度快、以及可發出穩定波長的色光等良好光電特性，因此常應用於家電、儀表之指示燈及光電產品等領域。然而，如何去改善發光元件的發光效率在此領域中仍是一項很重要的議題。

一發光裝置，包含：一基板；一透明導電層，設置於基板上；一半導體窗戶層，形成於透明導電層上且具有一平坦表面及複數個凹槽，其中每一凹槽具有一側壁表面；及一發光疊層，形成於半導體窗戶層上且包含一第一半導體層、一第二半導體層、一位於第一和第二半導體之間的活性層。此些凹槽中之至少其中一個之側壁表面相對於平坦表面傾斜，且平坦表面與透明導電層之間的接觸電阻係小於側壁表面與透明導電層之間的接觸電阻。

本發明另提供一種發光裝置，包含：一基板；一透明導電層，設置於基板上；一半導體窗戶層，形成於透明導電層上且具有一平坦表面及複數個凹槽，其中每一凹槽具有一側壁表面；一歐姆接觸層，形成於半導體窗戶層與透明導電層之間；及一發光疊層，形成於半導體窗戶層上且包含一第一半導體層、一第二半導體層、一位於第一和第二半導體之間的活性層。半導體窗戶層與歐姆接觸層包含相同材料。

100、200、300‧‧‧發光裝置

10‧‧‧基板

11‧‧‧反射層

12‧‧‧透明導電層

13‧‧‧歐姆接觸層

14‧‧‧半導體窗戶層

141‧‧‧平坦表面

142‧‧‧凹槽

1421‧‧‧側壁表面

1422‧‧‧凹槽表面

15‧‧‧發光疊層

151‧‧‧p型半導體層

152‧‧‧活性層

153‧‧‧n型半導體層

16‧‧‧n側電極

160、160'、160"‧‧‧打線墊

161、161'、161"‧‧‧延伸部

17‧‧‧p側電極

18‧‧‧連結層

第1圖為本發明第一實施例之一發光裝置之一剖面圖。

第2圖為本發明第二實施例之一發光裝置之一剖面圖。

第3圖為本發明第三實施例之一發光裝置之一剖面圖。

第4A-4C圖顯示本發明凹槽之俯視圖。

第5A-5G圖為本發明第二實施例之發光裝置的製造方法剖面圖。

以下實施例將伴隨著圖式說明本發明之概念，在圖式或說明中，相似或相同之部分係使用相同之標號，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1圖為本發明第一實施例之一發光裝置100之示意圖。發光裝置100包含一永久基板10、一連結層18、一反射層11、一透明導電層12、一歐姆接觸層13、一半導體窗戶層14及一發光疊層15。發光疊層15包含一p型半導體層151、一n型半導體層153及一位於p型半導體層151與n型半導體層153之間的活性 層152。半導體窗戶層14具有一平坦表面141及複數個凹槽142。每一凹槽142具有一側壁表面1421，係相對於平坦表面141傾斜且與之夾一大於90°而小於180°的角度(Θ)。較佳地，角度(Θ)介於110°到160°之間。在本實施例中，凹槽142之剖面為三角形。歐姆接觸層13形成於半導體窗戶層14與透明導電層12間，且對應於半導體窗戶層14之平坦表面141的位置上。歐姆接觸層13之表面積與半導體窗戶層14之表面積的面積比介於10%至90%。凹槽142具有一深度(H)且凹槽142之深度與半導體窗戶層14之厚度(T)的一深度比介於20%至80%。

根據第1圖，發光裝置100更包含一形成於發光疊層15上之n側電極16、一形成於永久基板10上之p側電極17。n側電極16包含一打線墊160及一自打線墊延伸之延伸部161形成於發光疊層15並對應於凹槽142的位置上。本實施例中，歐姆接觸層13實質上與半導體窗戶層14為同一材料。此外，歐姆接觸層13更包含摻雜物，以與透明導電層12形成歐姆接觸。因此，平坦表面141與透明導電層12之間的接觸電阻(contact resistance)係小於側壁表面1421與透明導電層12之間的接觸電阻，藉此，當一電源供應器連結至n側電極16與p側電極17時，大部分的電流係流經過半導體窗戶層14之平坦表面141，而在側壁表面1421與透明導電層12之間形成一電流阻擋(current blocking)的效應。更者，發自發光疊層15的光會於側壁表面1421反射且直接脫離發光疊層15之一發光表面，以增加光取出效率(light extraxtion efficiency)。半導體窗戶層14之材料包含磷化鎵(GaP)、磷化鎵銦(InGaP)、砷化鎵(GaAs)、砷化鋁鎵(AlGaAs)、及其組合。摻雜物包含鎂、鈹、鋅、碳、及其組合。

第2圖為本發明第二實施例之一發光裝置200之示意圖。第二實施例之發光裝置200與第一實施例之發光裝置100具有相似的結構，除了凹槽142之 剖面為梯形且每一凹槽142更具有一凹槽表面1422。每一凹槽142之凹槽表面1422實質上係與平坦表面141平行。打線墊160'及延伸部161'係形成在對應於凹槽表面1422與側壁表面1421的位置上。選擇性地，n側電極16可僅形成在對應於凹槽表面1422的位置上(圖未示)。凹槽表面1422與透明導電層12之間的接觸電阻(contact resistance)實質上係等於側壁表面1421與透明導電層12之間的接觸電阻。應注意的是，凹槽142的剖面至少包含一選自下列圖形：三角形、梯形、及其組合。

第3圖為本發明第三實施例之一發光裝置300之示意圖。第三實施例之發光裝置300與第一實施例之發光裝置100具有相似的結構，除了部分凹槽142之側壁表面1421並非相對於平坦表面141傾斜。在本實施例中，形成於打線墊160"下方之凹槽142具有實質上垂直於平坦表面141之側壁表面1421；形成於延伸部161"下方之凹槽142具有傾斜於平坦表面141之側壁表面1421。

第4A圖及第4B圖為n側電極16與凹槽142之俯視圖。顯示於第4B圖之凹槽142具有一第一圖案，其幾何圖形與顯示於第4A圖之n側電極16相似且形成於n側電極16之下方。第4C圖為另一實施例中之凹槽142之俯視圖。在此實施例中，凹槽142更具有一第二圖案。第二圖案為六角形的鑲嵌結構(tesslation of hexagons)。選擇性地，於俯視圖，第二圖案可為圓形；三角形、長方形、或五角形的鑲嵌結構(a tessellation of triangle,rectangle,or pentagon)。根據實際需求，n側電極16的圖案可變化，因此凹槽142之第一圖案也隨著n側電極16的圖案而變化。

根據本發明第二實施例，第5A圖至第5G圖揭露發光裝置200之製造方法。根據第5A圖，n型半導體層153、活性層152、p型半導體層151、半導體 窗戶層14依序成長於一成長基板20上。根據第5B圖，歐姆接觸層13成長於半導體窗戶層14上。半導體窗戶層14具有一介於1μm至10μm之厚度，歐姆接觸層13具有一小於2000Å之厚度。另，半導體窗戶層14可施行一摻雜處理以形成歐姆接觸層13。根據第5C圖，實行一蝕刻步驟以移除部分歐姆接觸層13，且進一步移除部分半導體窗戶層14，藉此，形成凹槽142於半導體窗戶層14內。根據第5D圖，藉由蒸鍍或濺鍍方法，透明導電層12形成並順應(conformal)於歐姆接觸層13與半導體窗戶層14上。因此，透明導電層12與歐姆接觸層13及半導體窗戶層14互相接觸。需注意的是，當藉由旋轉塗佈法(spin coating)形成透明導電層12時，凹槽142內會填滿透明導電層12。根據第5E圖，反射層11形成於透明導電層12上。根據第5F圖，永久基板10藉由連接層18接合於反射層11上。根據第5G圖，藉由蝕刻將成長基板20與n型半導體層153分離。接著，n側電極16與p側電極17分別形成於n型半導體層153與永久基板10上。連接層18包含金屬或膠材。金屬包含金、銦、錫、及其組合。膠材包含苯環丁烯(BCB)、環氧樹脂(Epoxy)、聚二甲基矽氧烷(PDMS)、矽膠(SiOx)、氧化鋁(Al2O3)、二氧化鈦(TiO2)、氮化矽(SiNx)、及其組合。

實驗結果

實驗一

發光裝置具有一顯示於第2圖之結構。AlInP之n型半導體層153、AlGaInP之活性層152及AlInP之p型半導體層151依序地成長於GaAs之成長基板20上。GaP之半導體窗戶層14具有一10μm的厚度且成長於p型半導體層151上。碳摻雜(carbon-doping)之GaP之歐姆接觸層13係藉由有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)成長於半導體窗戶層14上。進行濕式蝕刻以移除部分之歐姆接 觸層13與半導體窗戶層14，藉此形成凹槽142。凹槽142之深度(H)約為2μm，且凹槽142之深度與半導體窗戶層14之厚度(T)的一深度比例約為20%。ITO之透明導電層12藉由蒸鍍方法形成於半導體窗戶層14上。反射層11為Ag/Ti/Pt/Au之多層結構且形成於透明導電層12上。矽(Si)永久基板藉由金屬接合方法接合至反射層11，之後移除GaAs之成長基板20。接著，n側電極16形成於n型半導體層153且對應於凹槽142的位置上，並具有一實質上相等於凹槽142之第一圖案之圖案(參考第4A圖)。歐姆接觸層13之表面積與半導體窗戶層14之表面積的比例約為85%，亦即，凹槽之表面積約為半導體窗戶層14之總表面積的15%。

實驗二

實驗二之發光裝置與實驗一之發光裝置具有相似的結構，除了凹槽更具有六角形之第二圖案，而n側電極16並未形成於第二圖案之上方(參考第4C圖)。因此，歐姆接觸層13之表面積與半導體窗戶層14之表面積的比例約為80%，亦即，凹槽之表面積約為半導體窗戶層14之總表面積的20%。

實驗三

實驗三之發光裝置與實驗一之發光裝置具有相似的結構，除了半導體窗戶層14之厚度為1μm。凹槽142之深度(H)約為0.8μm，且凹槽142之深度與半導體窗戶層14之厚度的一深度比例約為80%。

實驗四

實驗四之發光裝置與實驗二之發光裝置具有相似的結構，除了半導體窗戶層14之厚度為1μm。

對照組一

對照組一之發光裝置與實驗一之發光裝置具有相似的結構，除了歐姆接觸層13與半導體窗戶層14並未被蝕刻。因此，並無凹槽142形成於半導體窗戶層14內。

對照組二

對照組二之發光裝置與實驗三之發光裝置具有相似的結構，除了歐姆接觸層13與半導體窗戶層14並未被蝕刻。因此，並無凹槽142形成於半導體窗戶層14內。

表一與表二顯示實驗結果。相較於對照組一，實驗一之發光裝置的發光強度為469.18mcd，增加18%；實驗二之發光裝置的發光強度為493.68mcd，增加24%。同樣地，相較於對照組二，實驗三之發光裝置的發光強度為369.08mcd，增加12.5%；實驗四之發光裝置的發光強度為459.21mcd，增加30.4%。藉由形成凹槽142且具有傾斜之側壁表面1421，發自發光疊層15的光有效地於側壁表面1421處反射且脫離發光疊層15之一發光表面，因此發光強度增 加。此外，因凹槽更具有第二圖案，意即實驗二與實驗四的凹槽表面積大於實驗一與實驗三的凹槽表面積(約增加5%)，又每一凹槽142皆具有側壁表面1421，因此有更多的側壁表面1421以反射發自發光疊層15的光。所以，實驗二與實驗四發光裝置之發光強度相對地高。

本發明所列舉之各實施例僅用以說明本發明，並非用以限制本發明之範圍。任何人對本發明所作之任何顯而易知之修飾或變更皆不脫離本發明之精神與範圍。

100‧‧‧發光裝置

10‧‧‧基板

11‧‧‧反射層

12‧‧‧透明導電層

13‧‧‧歐姆接觸層

14‧‧‧半導體窗戶層

141‧‧‧平坦表面

142‧‧‧凹槽

1421‧‧‧側壁表面

15‧‧‧發光疊層

151‧‧‧p型半導體層

152‧‧‧活性層

153‧‧‧n型半導體層

16‧‧‧n側電極

160‧‧‧打線墊

161‧‧‧延伸部

17‧‧‧p側電極

18‧‧‧連結層

Claims (10)

1. 一種發光裝置，包含：一基板；一透明導電層，設置於該基板上；一半導體窗戶層，形成於該透明導電層上且具有一平坦表面及複數個凹槽，其中每一凹槽具有一側壁表面；一發光疊層，形成於該半導體窗戶層上且包含一第一半導體層、一第二半導體層、及一位於該第一和該第二半導體層之間的活性層；及一歐姆接觸層，形成於該平坦表面上並與該透明導電層形成歐姆接觸；其中，該複數個凹槽中至少其一之該側壁表面相對於該平坦表面傾斜，該平坦表面與該透明導電層之間的接觸電阻係小於該側壁表面與該透明導電層之間的接觸電阻，其中，該歐姆接觸層之表面積與該半導體窗戶層之表面積的比例介於10%至90%。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該半導體窗戶層與該歐姆接觸層包含相同材料。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該歐姆接觸層包含一摻雜物半導體層。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，更包含一電極，形成於該發光疊層上並對應於該凹槽的位置上。
5. 如申請專利範圍第4項所述之發光裝置，其中該電極具有一圖案，該凹槽具有一第一圖案，該第一圖案與該圖案係幾何上相似。
6. 如申請專利範圍第5項所述之發光裝置，其中該凹槽具有一第二圖案之鑲嵌結構。
7. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該歐姆接觸層具有一小於2000Å的厚度。
8. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該半導體窗戶層具有一介於1μm至10μm之厚度。
9. 如申請專利範圍第8項所述之發光裝置，其中該凹槽具有一深度，該凹槽之深度與該半導體窗戶層之厚度的一深度比介於20%至80%。
10. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，更包含一反射層形成於該透明導電層與該基板之間。