CN101345275B

CN101345275B - 发光元件

Info

Publication number: CN101345275B
Application number: CN2007101283652A
Authority: CN
Inventors: 吕志强; 林锦源彭; 韦智
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2007-07-10
Filing date: 2007-07-10
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2027-07-10
Also published as: CN101345275A

Abstract

本发明公开了一种发光元件。该发光元件至少包含：绝缘单元、反射层、外延结构、第一电极及第二电极。其中，该第一电极及该第二电极位于该绝缘单元的同一侧。

Description

发光元件

技术领域

本发明涉及一种发光元件，尤其涉及一种可改善因基板具导电性而产生漏电问题的发光二极管结构。

背景技术

发光二极管是以能够放射出特定波长的光线的p-n结，组成包括同质结构(Homostructure)、单异质结构(Single Heterostructure；SH)、双异质结构(Double Heterostructure；DH)、或是多量子阱(Multiple Quantum Well；MQW)等结构所堆叠而成的外延结构。由于发光二极管具有低耗电量、低散热量、操作寿命长、耐撞击、体积小、反应速度快、以及可发出稳定波长的色光等良好光电特性，因此常应用于家电、仪表的指示灯、光电产品的应用光源、以及光电通讯领域等。

为了在封装时，能够热电分离，以达到较佳的散热效果，发光二极管多采水平结构设计，并使用导电性的基板以利散热。但其缺点为从电极到基板之间容易发生漏电问题，因而影响电路的设计。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种发光二极管的结构，以改善导电性基板容易发生漏电的现象。

根据本发明的实施例，发光二极管至少包含绝缘单元、反射层、外延结构、隔绝道、第一电极及第二电极。其中，该绝缘单元可以包含永久基板及接合层，其中该永久基板包含绝缘性材料，该接合层则位于永久基板之上。该绝缘单元可进一步包含单层或多层材料组合的绝缘层，该绝缘层可位于永久基板和接合层之间或设于接合层和反射层之间，此时永久基板则可包含导电性材料。该外延结构包含第一电性半导体层、有源层及第二电性半导体层。反射层是形成于接合层和外延结构之间，且具有一隔绝道将外延结构隔绝成第一区域A与第二区域B二部分。第一电极是形成于外延结构第一区域A的上表面且与第一电性半导体层电学连接。第二电极是形成于外延结构第二区域B的上表面且与第二电性半导体层电学连接。保护层系覆盖外延结构第一区域A的上表面除第一电极之外区域，其侧面及该第二电性半导体层所未覆盖的表面上。

附图说明

本发明的优选实施例将于实施方式的说明文字中辅以下列图形做更详细的说明：

图1A至图1D是绘示根据本发明的第一实施例的发光二极管的工艺示意图。

图2是绘示根据本发明的第二实施例的发光二极管的结构示意图。

图3是绘示根据本发明的第三实施例的发光二极管的结构示意图。

图4是绘示根据本发明的第四实施例的发光二极管的结构示意图。

图5是绘示根据本发明的第五实施例的发光二极管的结构示意图。

图6是绘示根据本发明的第六实施例的发光二极管的结构示意图。

图7是绘示根据本发明的第七实施例的发光二极管的结构示意图。

图8是绘示根据本发明的第八实施例的发光二极管的结构示意图。

附图标记说明

10：外延结构

20、30、40、50、60、70、80、90：绝缘单元

100、200、300、400、500、600、700、800：发光二极管

101：生长基板

102、202、302、402、502、602、702、802：第一电性接触层

103、203、303、403、503、603、703、803：第一电性半导体层

104、204、304、404、504、604、704、804：有源层

105、205、305、405、505、605、705、805：第二电性半导体层

106、206、306、406、506、606：第二电性接触层

107、207、307、407、507、607、707、807：反射层

108、208、308、408、508、608、708、808：接合层

109、209、509、709：绝缘层

110、210、510、710：导电性永久基板

311、411、611、811：绝缘性永久基板

112、212、312、412、512、612、712、812：第一电极

113、213、313、413、513、613、713、813：第二电极

114、214、314、414、714、814：保护层

115、215A、315、415A：隔绝道

215B、415B、515、615：贯沟道

216、416、516、616：欧姆接触层

A：外延结构第一区域

B：外延结构第二区域

a、b：发光二极管侧边平台

具体实施方式

本发明披露一种可改善因基板具导电性而产生漏电问题的发光元件。为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可配合图1至图8的图示，参照下列描述。

请参照图1A至图1C，其绘示依照本发明第一实施例的发光元件的工艺示意图。请参照图1A，本实施例的发光元件，例如发光二极管100，包含生长基板101，其材料可为砷化镓(GaAs)、硅、碳化硅(SiC)、蓝宝石、磷化铟或磷化镓。接着，在生长基板101上形成外延结构10。外延结构10是通过外延工艺所形成，例如有机金属气相沉积外延法(MOCVD)、液相外延法(LPE)或分子束外延法(MBE)等外延工艺。此外延结构10至少包含第一电性半导体层103，例如为n型磷化铝镓铟(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P层、有源层104，例如为磷化铝镓铟(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P所形成的多量子阱结构、以及第二电性半导体层105，例如为p型磷化铝镓铟(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P层。另外，本实施例的外延结构10可由例如：同质结构、单异质结构、双异质结构、或是多量子阱结构所堆叠而成。

请参照图1B。接着，在外延结构10上形成第二电性接触层106及反射层107。第二电性接触层106的材料可为氧化铟锡(Indium Tin Oxide)、氧化铟(Indium Oxide)、氧化锡(Tin Oxide)、氧化镉锡(Cadmium Tin Oxide)、氧化锌(Zinc Oxide)、氧化镁(Magnesium Oxide)或氮化钛(Titanium Nitride)。反射层107可为金属材料，例如铝、金、铂、锌、银、镍、锗、铟、锡或其合金；也可由金属和氧化物组合而成，例如氧化铟锡/银(ITO/Ag)、氧化铟锡/氧化铝/银(ITO/AlO_x/Ag)、氧化铟锡/氧化钛/氧化硅(ITO/TiO_x/SiO_x)、氧化钛/氧化硅/铝(TiO_x/SiO_x/Al)、氧化铟锡/氮化硅/铝(ITO/SiN_x/Al)、氧化铟锡/氮化硅/银(ITO/SiN_x/Ag)、氧化铟锡/氮化硅/氧化铝/铝(ITO/SiN_x/Al₂O₃/Al)、或氧化铟锡/氮化硅/氧化铝/银(ITO/SiN_x/Al₂O₃/Ag)。

再参照图1C，在导电性永久基板110上形成绝缘层109及接合层108，即形成绝缘单元20。其中导电性永久基板110其材料可为硅(Si)、铜(Cu)、铝(Al)、钼(Mo)、金(Au)、银(Ag)等。绝缘层109由单层或多层的绝缘材料所组成，其材料可为氧化铝(AlO_x)、氧化硅(SiO_x)、氮化硅(SiN_x)、类金刚石薄膜、碳化硅或氮化铝(AlN)等，其厚度约为1-30μm。接合层108的材料可以是如银、金、铝、铟等金属材料，或为自发性导电高分子，或高分子中掺杂如铝、金、铂、锌、银、镍、锗、铟、锡、钛、铅、铜、钯或其合金所组成的导电材料。

参照图1D，接着，将如图1B所示具有反射层107的外延结构接合于如图1C所示的绝缘单元20，再通过激光剥离技术、蚀刻工艺或化学机械抛光工艺等方式移除生长基板101。生长基板101移除后，裸露出外延结构10的第一电性半导体层103的表面，再在其上形成第一电性接触层102。第一电性接触层102的材料可为氧化铟锡、氧化铟、氧化锡、氧化镉锡、氧化锌、氧化镁、氮化钛、锗金(Ge/Au)或锗金镍(Ge/Au/Ni)所形成的薄膜，并可选择性地在该薄膜上以蚀刻工艺形成的特定图案。

如图1D所示，将发光二极管侧边及中央区域从第一电性接触层102、第一电性半导体层103、有源层104、第二电性半导体层105、依序由上而下蚀刻至露出第二电性接触层106上表面，以形成发光二极管侧边平台a、b及隔绝道115将外延结构区域分成第一区域A及第二区域B二部分。在优选实施例中，亦可将第一区域A的第一电性接触层102上表面及/或下表面蚀刻成粗糙面。

接着，利用热蒸镀(Thermal Evaporation)、电子束蒸镀(E-beam)或离子溅射(Sputtering)等方法，在第一区域A的第一电性接触层102上形成第一电极112，并在第二区域B的第一电性接触层102上形成第二电极113。在另一实施例中，第二电极113可覆盖第二区域B的外延结构侧边。最后，再以保护层114覆盖在元件100部分上表面，使第一电极112与第二电极113上表面未被保护层114覆盖的区域周边上任意不同二点所连成的直线至少有一条长度大于80μm，即完成本实施例具绝缘单元的发光二极管100。

请参照图2，其绘示根据本发明的第二实施例的发光二极管的结构示意图。以下仅就本实施例与第一实施例的差异处进行说明，相似处在此则不再赘述。相较于第一实施例的图1D，第二实施例中在外延结构的第二电性半导体层205与第二电性接触层206之间形成欧姆接触层216。完成的外延结构与由导电性永久基板210、绝缘层209及接合层208所组成的绝缘单元30接合，并移除生长基板后，裸露出外延结构的第一电性半导体层203的表面。接着，在第一电性半导体层203上形成第一电性接触层202。将发光二极管侧边从第一电性接触层202、第一电性半导体层203、有源层204、第二电性半导体层205由上而下蚀刻至露出第二电性接触层206上表面，再将发光二极管中央区域从第一电性接触层202、第一电性半导体层203、有源层204依序由上而下蚀刻至露出第二电性半导体层205的上表面，以形成隔绝道215A，并将外延结构分成第一区域A及第二区域B二部分，再在第一电性接触层202上形成第一电极212。在一实施例中，亦可将第一区域A的第一电性接触层202上表面及/或下表面蚀刻成粗糙面。接着，蚀刻两个贯沟道215B以贯通第二区域B的第二电性半导体层205。当第二电极213形成于第二区域B的第一电性接触层202上及第二区域B的外延结构侧边时，亦同时以第二电极213的材料充填于此两个贯沟道215B，以利其与欧姆接触层216形成电性连接。最后，再以一保护层214覆盖在元件200部分上表面，使第一电极与第二电极上表面未被绝缘层覆盖的区域周边上任意不同二点所连成的直线至少有一条长度大于80μm，即完成本实施例具绝缘单元的发光二极管200。

请参照图3，其绘示根据本发明的第三实施例的发光二极管的结构示意图。发光二极管300的结构除绝缘单元外，其余反射层、外延结构与第一实施例发光二极管100结构相同。其中该绝缘单元40由绝缘性永久基板311及接合层308所组成。该绝缘性永久基板311包含绝缘材料，其电阻率优选地大于10⁸Ω-cm。此外，该绝缘材料可进一步具有穿透率为可让有源层所产生的光中不超过80％的部分穿透，或具有大于50W/mK的热传导率(k)，例如为氮化铝(AlN)、多晶质碳化硅(poly-SiC)或化学气相沉积法(CVD)生长的类金刚石(Diamond like)基板。因永久基板具绝缘性之故，该永久基板与反射层307之间的单层或多层材料组合的绝缘层可存在或省略。

请参照图4，其绘示根据本发明的第四实施例的发光二极管的结构示意图。发光二极管400的结构除绝缘单元外，其余反射层、外延结构与第二实施例发光二极管200结构相同。其中该绝缘单元50和实施例三的绝缘单元40相同，皆由绝缘性永久基板411及接合层408所组成。绝缘性永久基板411包含绝缘材料，其电阻率优选地大于10⁸Ω-cm。此外，该绝缘材料可进一步具有穿透率为可让有源层所产生的光中不超过80％的部分穿透，或具有大于50W/mK的热传导率(k)，例如可为氮化铝、多晶质碳化硅或化学气相沉积法生长的类金刚石基板。因永久基板具绝缘性之故，所以该基板与反射层407之间的单层或多层材料组合的绝缘层可存在或省略。

请参照图5，其绘示根据本发明的第五实施例的发光二极管的结构示意图。发光二极管500的外延结构和实施例图1A相同，再在外延结构上形成第二电性接触层506及反射层507，且在以上二层间形成多个欧姆接触层516。在与由导电性永久基板510、绝缘层509及接合层508所组成的绝缘单元60接合，并移除生长基板后，裸露出外延结构的第一电性半导体层503的表面。接着，在第一电性半导体层503上形成第一电性接触层502，再从第一电性接触层502、第一电性半导体层503、有源层504、第二电性半导体层505、第二电性接触层506由上而下蚀刻，以露出第二电性接触层506部分区域，并形成贯沟道515。在第一电性接触层502上形成第一电极512，在露出的第二电性接触层506部分区域上形成第二电极513，并在贯沟道515充填与第二电极513相同材料，以利其与欧姆接触层516电学连接。

请参照图6，其绘示根据本发明第六实施例的发光二极管的结构示意图。发光二极管600的结构除绝缘单元外，其余反射层、外延结构与第五实施例发光二极管500结构相同。其中该绝缘单元70和实施例三的绝缘单元40相同，皆由绝缘性永久基板611及接合层608所组成。该绝缘性永久基板611包含绝缘材料，其电阻率优选地大于10⁸Ω-cm。此外，该绝缘材料可进一步具有穿透率为可让有源层所产生的光中不超过80％的部分穿透，或具有大于50W/mK的热传导率(k)；例如为氮化铝、多晶质碳化硅或化学气相沉积法生长的类金刚石基板。因永久基板具绝缘性之故，所以该基板与反射层607之间的单层或多层材料组合的绝缘层可存在或省略。

请参照图7，其绘示根据本发明的第七实施例的发光二极管的结构示意图。发光二极管700的外延结构和实施例图1A相同，接着，在外延结构上形成反射层707后，再与由导电性永久基板710、绝缘层709及接合层708所形成绝缘单元80接合并移除生长基板，裸露出外延结构的第一电性半导体层703的表面；接着，在第一电性半导体层703上形成第一电性接触层702。将发光二极管侧边从第一电性接触层702、第一电性半导体层703、有源层704、第二电性半导体层705由上而下蚀刻至露出反射层707上表面，以形成a、b两个平台。在第一电性接触层702上形成第一电极712，并在b平台上形成第二电极713。在一优选实施例中，亦可将第一电性接触层702的上表面及/或下表面蚀刻成粗糙面。接下来，二极管表面未被第一电极和第二电极覆盖的部分形成保护层714，即完成本实施例的发光二极管700。

请参照图8，其绘示根据本发明的第八实施例的发光二极管的结构示意图。发光二极管800的结构除绝缘单元外，其余反射层、外延结构与第七实施例发光二极管700结构相同。其中该绝缘单元90和实施例三的绝缘单元40相同，皆由绝缘性永久基板811及接合层808所组成。该绝缘性永久基板811包含绝缘材料，其电阻率优选地大于10⁸Ω-cm。此外，该绝缘材料可进一步具有穿透率为可让有源层所产生的光中不超过80％的部分穿透，或具有大于50W/mK的热传导率(k)；例如为氮化铝、多晶质碳化硅或化学气相沉积法生长的类金刚石基板。因永久基板具绝缘性之故，所以该基板与反射层807之间的单层或多层材料组合的绝缘层可存在或省略。

其中第一电极112、212、312、412、512、612、712、812的材料可为：In、Al、Ti、Au、W、InSn、TiN、WSi、PtIn2、Nd/Al、Ni/Si、Pd/Al、Ta/Al、Ti/Ag、Ta/Ag、Ti/Al、Ti/Au、Ti/TiN、Zr/ZrN、Au/Ge/Ni、Cr/Ni/Au、Cr/Au、Cr/Au/Ti、Ni/Cr/Au、Ti/Pd/Au、Ti/Pt/Au、Ti/Al/Ni/Au、Au/Si/Ti/Au/Si、Au/Ni/Ti/Si/Ti或其合金材料。而第二电极113、213、313、413、513、613、713、813的材料可为：Ni/Au、NiO/Au、Pd/Ag/Au/Ti/Au、Pt/Ru、Ti/Pt/Au、Cr/Au、Cr/Au/Ti、Pd/Ni、Ni/Pd/Au、Pt/Ni/Au、Ru/Au、Nb/Au、Co/Au、Pt/Ni/Au、Ni/Pt、NiIn、Pt₃In₇或其合金材料。保护层114、214、314、414、714、814的材料是选自由含硅的氧化物、氮化物及高介电有机材料所组成的群组。

虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的为准。

Claims

1.一种发光元件，至少包含：

绝缘单元，包含永久基板及接合层，其中该接合层位于该永久基板上；

反射层，形成于该绝缘单元上；

外延结构，形成于该反射层上，并以该接合层与该绝缘单元接合，其中该外延结构至少包含：

第一电性半导体层，形成于该反射层上；

有源层，形成于该第一电性半导体层上；以及

第二电性半导体层，形成于该有源层上，其中该第二电性半导体层的电性不同于该第一电性半导体层的电性；

第一电极，形成于该外延结构的上表面，且与该第一电性半导体层电性连接；以及

第二电极，形成于该外延结构的上表面，且与该第二电性半导体层电性连接；

其中，该永久基板为绝缘性永久基板，或者该永久基板为导电性永久基板并且在该导电性永久基板和该反射层之间还具有绝缘层。

2.如权利要求1所述的发光元件，其中该绝缘性永久基板的材料具有大于10⁸Ω-cm的电阻率。

3.如权利要求2所述的发光元件，其中该绝缘性永久基板的材料还具有可让有源层所产生的光中不超过80％的部分穿透的穿透率或具有大于50W/mK的热传导率。

4.如权利要求1所述的发光元件，其中该绝缘层的厚度为1-30μm。

5.如权利要求4所述的发光元件，其中该绝缘层包含单层或多层材料；是选自氧化铝、氧化硅、氮化硅、由化学气相沉积法生长的类金刚石薄膜、碳化硅或氮化铝。

6.一种发光元件，至少包含：

反射层，位于该绝缘单元上；

外延结构，位于该反射层上，并以该接合层与该绝缘单元接合，其中该外延结构至少包含：

第一电性接触层，位于该反射层上；

第一电性半导体层，位于该第一电性接触层上；

有源层，位于该第一电性半导体层上；

第二电性半导体层，位于该有源层上；以及

第二电性接触层，位于该第二电性半导体层上，且其表面为粗糙面，其中该第二电性半导体层的电性不同于该第一电性半导体层的电性；

隔绝道，将该外延结构隔绝成第一区域及第二区域；

贯沟道，贯穿该第二电性半导体层；

第二电极，位于该外延结构第二区域的上表面，且经由该贯沟道与该第二电性接触层电学连接；以及

第一电极，位于该外延结构第一区域的上表面，且与该第一电性半导体层电学连接；

7.如权利要求6所述的发光元件，其中该绝缘性永久基板的材料具有大于10⁸Ω-cm的电阻率。

8.如权利要求7所述的发光元件，其中该绝缘性永久基板的材料还具有可让有源层所产生的光中不超过80％的部分穿透的穿透率或者具有大于50W/mK的热传导率。

9.如权利要求6所述的发光元件，其中该绝缘层的厚度为1-30μm。

10.如权利要求9所述的发光元件，其中该绝缘层少包含一单层或多层材料；是选自氧化铝、氧化硅、氮化硅、由化学气相沉积法生长的类金刚石薄膜、碳化硅、及氮化铝。

11.一种发光元件，至少包含：

反射层，位于该绝缘单元上；

第一电性接触层，位于该反射层上，并暴露出部分该第一电性接触层的表面；

第一电性半导体层，位于该第一电性接触层上；

有源层，位于该第一电性半导体层上；

第二电性半导体层，位于该有源层上；以及

第二电性接触层，位于该第二电性半导体层上，其中该第二电性半导体层的电性不同于该第一电性半导体层的电性；

第一电极，位于该第一电性接触层的该部分表面上；以及

第二电极，位于该第一电性接触层上；

12.如权利要求11所述的发光元件，其中该绝缘性永久基板的材料具有大于10⁸Ω-cm的电阻率。

13.如权利要求12所述的发光元件，其中该绝缘性永久基板的材料还具有可让有源层所产生的光中不超过80％的部分穿透的穿透率或者具有大于50W/mK的热传导率。

14.如权利要求11所述的发光元件，其中该绝缘层的厚度为1-30μm。

15.如权利要求14所述的发光元件，其中该绝缘层至少包含单层或多层材料；是选自氧化铝、氧化硅、氮化硅、由化学气相沉积法生长的类金刚石薄膜、碳化硅、及氮化铝。

16.一种发光元件，至少包含：

反射层，位于该绝缘单元上；

第一电性半导体层，位于该反射层上；

有源层，设于该第一电性半导体层上；

第二电性半导体层，位于该有源层上，以及

第一电性接触层，位于该第二电性半导体层上，且其表面具有粗糙面，其中该第二电性半导体层的电性不同于该第一电性半导体层的电性；

第一电极，位于该反射层之上；以及

第二电极，设于该第一电性接触层上；

17.如权利要求16所述的发光元件，其中该绝缘性永久基板的材料具有大于10⁸Ω-cm的电阻率。

18.如权利要求17所述的发光元件，其中该绝缘性永久基板的材料还具有可让有源层所产生的光中不超过80％的部分穿透的穿透率或者具有大于50W/mK的热传导率。

19.如权利要求16所述的发光元件，其中该绝缘层的厚度为1-30μm。

20.如权利要求19所述的发光元件，其中该绝缘层至少包含单层或多层材料；是选自氧化铝、氧化硅、氮化硅、由化学气相沉积法生长的类金刚石薄膜、碳化硅、及氮化铝。