CN101271942B

CN101271942B - 发光元件

Info

Publication number: CN101271942B
Application number: CN2007100881979A
Authority: CN
Inventors: 谢明勋; 陈怡名
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2027-03-20
Also published as: CN101271942A

Abstract

本发明公开了一种发光元件，其结构包含：接触电极；反射电极，电性连接该接触电极，且以特定图案向元件周边延伸；欧姆电极，呈点状分布于反射电极下方，以与位于其下方的半导体发光叠层形成欧姆接触，使得电流可由接触电极有效且全面的导入半导体发光叠层，以达成分散电流的目的。并通过反射电极的特定图案化设计，搭配其反射的特性，将原本其下方无法出光的光线经反射后，从反射电极以外的区域出光，以提升发光元件的发光效率。

Description

发光元件

技术领域

本发明涉及一种发光元件，尤其是一种具有反射电极的发光元件。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode)在具有光电转换特性的固态元件里十分重要。一般而言，它具有发光层(Active layer)，其被两种不同电性的半导体层(p-type&n-type semiconductor layer)所包夹而成。当在两半导体层上方的接触电极施加一驱动电流时，两半导体层的电子与空穴会注入发光层，在发光层中结合而放出光线，此时产生的光具全向性，会由发光层射出此发光二极管元件的各个表面。

一般传统的发光二极管元件相较于荧光灯的光转换效率一直不佳，使其应用仅局限在一些电子产品的指示灯应用领域上。此时的发光二极管元件的管芯仅小于0.25mm²，且光功率小于10mW。其中一个有效增加发光二极管元件的功率及光通量的方法为增加管芯的表面积。然而当管芯变大，则会遇到电流无法从接触电极被适当分散至发光层的问题，若此时接触电极也随着变大，则会产生遮光效应而减少出光面积，以上两种情形均造成发光二极管的出光效率无法提升。因此如何在不改变接触电极面积之前提下，而能将电流良好的分散至发光层，进而提高发光二极管的出光效率，是一个尚待克服的问题。

日商Nichia Chemical Industries Ltd.曾揭露利用半透明的电流分散层(semi-transparent current spreading layer)形成于p型半导体层之上，以达成电流分散的功效；但由于电流分散层应该越薄越好，才不会造成吸光，可是电流分散层越薄，却有片电阻(sheet resistance)越大的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发光元件，其包含：基板；半导体发光叠层，形成于上述基板之上；欧姆电极，形成于上述半导体发光叠层之上；反射电极，形成于上述欧姆电极之上，并具有分散电流功能的图案设计；以及接触电极，形成于上述反射电极之上。此时透过上述反射电极的图案设计，使得上述反射电极同时具有电流分散与反射出光的功效，而将电流由上述接触电极向元件周边分散开来，以提高发光效率；并且利用其反射的特性，将原本其下方无法出光的光线，经由反射而出光，以达成增加出光效率的目的。

本发明的另一目的在于提供一种发光元件，其包含：基板；半导体发光叠层，形成于上述基板之上；欧姆电极，形成于上述半导体发光叠层之上，并具有分散电流功能的图案设计；反射电极，形成于上述欧姆电极之上；以及接触电极，形成于上述反射电极之上。上述欧姆电极的图案设计，可以将电流有效的从接触电极向元件周边分散，以提高发光效率；而上述反射电极则可以将原本接触电极下方无法出光的光线经由反射出光，而增加出光效率。

附图说明

图1是本发明的一实施例的发光元件10的上方透视图。

图2是发光元件10沿着图1的A-A’方向的剖面图。

图3是本发明的另一实施例的发光元件20的上方透视图。

图4是发光元件20沿着图3的B-B’方向的剖面图。

图5是本发明的又一实施例的发光元件30的上方透视图。

图6是发光元件30沿着图5的C-C’方向的剖面图。

附图标记说明

10～发光元件；11～接触电极；12～反射电极；13～欧姆电极；13a～锗金(GeAu)层；13b～高浓度掺杂半导体层(n⁺-GaAs)；14～半导体发光叠层；15～反射层；16～基板；14a～n型半导体层；14b～发光层；14c～p型半导体层；20～发光元件；21～接触电极；22～反射电极；23～欧姆电极；24～半导体发光叠层；24a～p型半导体层；24b～发光层；24c～n型半导体层；25～反射层；26～基板；30～发光元件；31～接触电极；32～反射电极；33～欧姆电极；34～半导体发光叠层；34a～p型半导体层；34b～发光层；34c～n型半导体层；36～基板。

具体实施方式

图1是本发明的一实施例所披露的发光元件10的上方透视图。以发光二极管为例，发光元件10包含：接触电极11，位于该发光元件10的中心位置，作为输入电流之用；反射电极12，具有特定图案并电性连接接触电极11，其特定图案优选地以接触电极为中心向外以放射图案延伸至元件周边，以将输入的电流从接触电极11分散至元件整体；欧姆电极13，位于反射电极12下方，优选地，呈点状分布；以及半导体发光叠层14，形成于欧姆电极13下方，可与欧姆电极13形成欧姆接触。透过该欧姆电极13，可以将反射电极12的电流全面性的导入发光元件10，以达成分散电流的目的，使得发光元件10的发光效率获得明显的提升。其中，如图1所示，为考量最佳出光效率的设计，反射电极12的面积为半导体发光叠层14的面积的40％以下，且优选为15％～30％之间。欧姆电极13的面积小于反射电极12的面积，若与所覆盖的半导体发光叠层14的面积相比，其面积约为半导体发光叠层14面积的30％以下，且优选为5％～15％之间。

图2是发光元件10沿着图1的A-A’方向的剖面图。其结构由上而下依序为：接触电极11、反射电极12、欧姆电极13、半导体发光叠层14、反射层15及基板16。在优选实施例中，接触电极11可以由金(Au)与铬(Cr)两层所组成，例如以金(Au)为上层，铬(Cr)为下层；反射电极12则为具有高反射率的金属层，例如金(Au)、银(Ag)、铝(Al)其中之一或其合金所组成；欧姆电极13为双层结构，包含锗金(GeAu)层13a及高浓度掺杂半导体层(n+-GaAs)13b，其中锗金(GeAu)层13a也可以是由金/锗金/金(Au/GeAu/Au)层、或锗金/金(GeAu/Au)层所取代；半导体发光叠层14则由n型半导体层(n-type semiconductor layer)14a、发光层(Active layer)14b、p型半导体层(p-type semiconductor layer)14c所组成；反射层15可以为具有高反射率的金属层，例如由金(Au)、银(Ag)、铝(Al)其中之一或其合金所构成；基板16则为不透明基板，例如由硅基板(Silicon Substrate)所构成。

本发明的发光元件利用具特定图案的反射电极12覆盖于至少部分半导体发光叠层14的表面，以达成分散电流的目的，并且透过各电极层所使用材料的搭配，例如：Au/Cr/Ag/GeAu/n⁺-GaAs，以获得各电极层间良好的附着力，并可有效降低其电阻。再者，本发明还利用反射电极12与反射层15皆具有高反射率的特性，将反射电极12下方原本被遮蔽的光线，经由两者的反射作用使光由反射电极12以外的区域出光，如图2的光路径100所示，进而达成提高出光效率的目的。其中，反射电极12的反射率在此发光元件的发光波长范围下，优选地为90％以上，其材料可以为银(Ag)、金(Au)、铝(Al)或其它金属及/或合金等具有高反射率的材料。此外，为了改善反射电极12的附着性，以银(Ag)为例，可选择以磁控溅镀系统(Magnetro SputteringSystem)来形成反射电极12。

图3是本发明的另一实施例的发光元件20的上方透视图。其包含：接触电极21，位于该发光元件20的中心位置，作为输入电流之用；反射电极22(未显示)，位于接触电极下方，以增加接触电极21下方的反射率；欧姆电极23，电性连接反射电极22且具有特定图案，其特定图案优选地以接触电极21为中心向外以放射图案延伸至元件周边，用以将输入的电流从接触电极21，透过欧姆电极23的图案分散至元件周边。除了上述的放射图案，欧姆电极23的特定图案亦可为U型分布图案(未显示)。同时，欧姆电极23也可以与其下的半导体发光叠层24形成欧姆接触，将电流导入发光元件20整体，以达成分散电流的目的，并提升发光元件20的发光效率。

图4是发光元件20沿着图3的B-B’方向的剖面图。其结构由上而下依序为：接触电极21、反射电极22、欧姆电极23、半导体发光叠层24、反射层25及基板26。在该实施例中，接触电极21是由金(Au)、铂(Pt)与钛(Ti)三层金属所组成，例如以金(Au)为最上层，其次是铂(Pt)，然后钛(Ti)为最下层且与反射电极22接触；反射电极22则为具有高反射率的金属，例如金(Au)、银(Ag)、铝(Al)或其它金属及/或合金等具有高反射率的材料；欧姆电极23则为铍金(BeAu)层，其中上述铍金(BeAu)层也可以由金/铍金/金(Au/BeAu/Au)层或铍金/金(BeAu/Au)层所取代；半导体发光叠层24则由p型半导体层(p-type semiconductor layer)24a、发光层(Active layer)24b、n型半导体层(n-type semiconductor layer)24c所组成；反射层25则为具有高反射率的金属层，例如：金(Au)、银(Ag)、铝(Al)其中之一或其合金所构成；基板26则为不透明基板，例如由硅基板(Silicon Substarate)所构成。经由各材料的搭配组合(Au/Pt/Ti/Ag/BeAu)，以获得各电极层间良好的附着力，并可有效降低其电阻。此外，通过此欧姆电极23的特定图案，可将电流以接触电极21为中心扩散至元件周边，而另一方面接触电极21下方原本无法出光的光线，透过反射电极22的反射后，由反射电极22以外的区域出光，如图4的光路径200所示，进而达成提高发光效率目的。

图5是本发明的又一实施例的发光元件30的上方透视图。其包含：接触电极31与反射电极32(未显示)，两者具有相同的图案，以圆为中心并以U型图案向元件周边延伸；欧姆电极33，位于反射电极32下方并为点状分布；半导体发光叠层34，位于欧姆电极33下方并与欧姆电极33形成欧姆接触，使反射电极32的电流可以导入发光元件30整体，以达成分散电流的目的，并提升发光元件30的发光效率。其中，欧姆电极33的面积，相较于其所覆盖的半导体发光叠层34的面积，大约为半导体发光叠层34面积的30％以下，且优选为5％～15％之间。反射电极32的面积与其所覆盖的半导体发光叠层34的面积相比，则大约为半导体发光叠层34面积的30％以下，且优选为10％～20％之间。

图6是发光二极管元件30沿着图5的C-C’方向的剖面图。其结构由上而下依序为：接触电极31、反射电极32、欧姆电极33、半导体发光叠层34及基板36。在此实施例中，接触电极31是由金(Au)、铂(Pt)与钛(Ti)三层所组成，例如以金(Au)为最上层，其次是铂(Pt)，然后钛(Ti)为最下层并与反射电极32接触。接触电极31与反射电极32的图案具有一致性，利用同一光掩模形成，可以简化工艺步骤并有效降低光掩模的数量与成本。反射电极32则为具有高反射率的金属层，例如金(Au)、银(Ag)、铝(Al)或其它金属及/或合金等具有高反射率的材料；欧姆电极33则为铍金(BeAu)层，其中上述铍金(BeAu)层也可以是由金/铍金/金(Au/BeAu/Au)层或铍金/金(BeAu/Au)层所取代；半导体发光叠层34则由p型半导体层34a、发光层(Active layer)34b、n型半导体层34c所组成，其中半导体发光叠层34可以是四元化合物如AlGaInP或三元化合物如InGaN所组成；基板36则为透明基板如蓝宝石(Sapphire)、磷化镓(GaP)或玻璃(Glass)所构成。经由各材料的搭配组合(Au/Pt/Ti/Ag/BeAu)，可使各电极层间有较佳的附着力，并可有效降低其电阻。此外，通过反射电极32的特定图案与其下方散布点状的欧姆电极33，不仅可将电流以接触电极31为中心扩散至元件周边，还可使接触电极31下方原本无法出光的光线，经由反射电极32的反射作用，使上述的光线由反射电极32以外的区域出光，如图6的光路径300所示，进而达成提高发光效率的目的。

虽然本发明已通过各实施例说明如上，然其并非用以限制本发明的范围。对于本发明所作的各种修饰与变更，皆不脱本发明的精神与范围。

Claims

1.一种发光元件，包含：

接触电极，用以输入电流；

反射电极，形成于该接触电极的下方，并具有可分散自该接触电极输入的电流的图案；

欧姆电极，形成于该反射电极的下方；

半导体发光叠层，形成于该欧姆电极的下方；

基板，位于该半导体发光叠层之下；以及

反射层，设置于该半导体发光叠层与该基板之间。

2.如权利要求1所述的发光元件，其中该反射电极的图案以该接触电极为中心向该发光元件周边延伸。

3.如权利要求1所述的发光元件，其中该反射电极在该发光元件的发光波长范围下，其反射率大于90％。

4.如权利要求1所述的发光元件，其中该反射电极为金、银、铝其中之一或其合金所构成。

5.如权利要求4所述的发光元件，其中该银是由磁控溅镀方式所形成。

6.如权利要求1所述的发光元件，其中该反射电极的面积为该半导体发光叠层面积的40％以下。

7.如权利要求6所述的发光元件，其中该反射电极的面积介于该半导体发光叠层面积的15％～30％之间。

8.如权利要求1所述的发光元件，其中该欧姆电极的面积为该半导体发光叠层面积的30％以下。

9.如权利要求8所述的发光元件，其中该欧姆电极的面积介于该半导体发光叠层面积的5％～15％之间。

10.如权利要求1所述的发光元件，其中该欧姆电极以点状分布于该反射电极的下方。

11.如权利要求1所述的发光元件，其中该欧姆电极为两层结构，其上层为锗金层、金/锗金/金层或锗金/金层，其下层为高浓度掺杂半导体层。

12.如权利要求11所述的发光元件，其中该高浓度掺杂半导体层为n⁺-GaAs。

13.如权利要求11所述的发光元件，其中该半导体发光叠层由上而下依序包含：n型半导体层、发光层、p型半导体层，且该欧姆电极与该n型半导体层接触。

14.如权利要求1所述的发光元件，其中该欧姆电极为铍金层、金/铍金/金层、或铍金/金层。

15.如权利要求14所述的发光元件，其中该半导体发光叠层由上而下依序包含：p型半导体层、发光层、n型半导体层，且该欧姆电极与该p型半导体层接触。

16.如权利要求1所述的发光元件，其中该接触电极为两层结构包含：金为上层，铬为下层并与该反射电极接触；或三层结构包含：金为最上层，其次是铂，钛为最下层且与该反射电极接触。

17.如权利要求1所述的发光元件，其中该反射电极的图案为线条放射图案或U型分布图案。

18.一种发光元件，包含：

接触电极，用以输入电流；

反射电极，形成于该接触电极的下方；

欧姆电极，形成于该反射电极的下方，并具有可分散自该接触电极输入的电流的第一图案；

半导体发光叠层，形成于该欧姆电极的下方；

基板，位于该半导体发光叠层之下；以及

反射层，设置于该半导体发光叠层与该基板之间。

19.如权利要求18所述的发光元件，其中该第一图案为以该接触电极为中心向该发光元件周边扩散。

20.如权利要求18所述的发光元件，其中该反射电极在该发光元件的发光波长范围下，其反射率大于90％。

21.如权利要求18所述的发光元件，其中该反射电极为金、银、铝其中之一或其合金所构成。

22.如权利要求21所述的发光元件，其中该银是由磁控溅镀方式所形成。

23.如权利要求18所述的发光元件，其中该反射电极的面积为该半导体发光叠层面积的30％以下。

24.如权利要求23所述的发光元件，其中该反射电极的面积介于该半导体发光叠层面积的10％～20％之间。

25.如权利要求18所述的发光元件，其中该欧姆电极的面积为该半导体发光叠层面积的30％以下。

26.如权利要求25所述的发光元件，其中该欧姆电极的面积介于该半导体发光叠层面积的5％～15％之间。

27.如权利要求18所述的发光元件，其中该欧姆电极为一两层结构，其上层为锗金层、金/储金/金层、或锗金/金层，其下层为高浓度掺杂半导体层。

28.如权利要求27所述的发光元件，其中该高浓度掺杂半导体层为n⁺-GaAs。

29.如权利要求27所述的发光元件，其中该半导体发光叠层由上而下依序包含：n型半导体层、发光层、p型半导体层，且该欧姆电极并与该n型半导体层接触。

30.如权利要求18所述的发光元件，其中该欧姆电极为铍金层、金/铍金/金层、或铍金/金层。

31.如权利要求30所述的发光元件，其中该半导体发光叠层由上而下依序包含：p型半导体层、发光层、n型半导体层，且该欧姆电极与该p型半导体层接触。

32.如权利要求18所述的发光元件，其中该接触电极为两层结构包含：金为上层，铬为下层并与该反射电极接触；或三层结构包含：金为最上层，其次是铂，钛为最下层并与该反射电极接触。

33.如权利要求18所述的发光元件，其中该接触电极具有第二图案，该第二图案与该第一图案相同。

34.如权利要求18所述的发光元件，其中该第一图案为线条放射图案或U型分布图案。