CN101494261A - 发光二极管元件、背光模块以及照明设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发光二极管元件、背光模块以及照明设备。该发光二极管元件包括：基板、第一电性半导体层、有源层、第二电性半导体层、透明导电氧化物堆叠结构、第一电极以及第二电极。其中，第一电性半导体层位于基板上，且具有第一部分和第二部分。有源层位于第一部分上。第二电性半导体层位于有源层上。透明导电氧化物堆叠结构位于第二电性半导体层上，且透明导电氧化物堆叠结构具有至少二个阻值界面。第一电极位于第二部分上；第二电极位于透明导电氧化物堆叠结构上。

Description

发光二极管元件、背光模块以及照明设备

技术领域

本发明涉及一种发光二极管元件及其制造方法，且特别涉及一种具有透明导电氧化物(Transparent Conducting Oxide；TCO)堆叠结构的发光二极管元件及其制造方法。

背景技术

固态发光元件中的发光二极管元件(Light Emitting diode；LED)具有低耗电量、低发热量、操作寿命长、耐撞击、体积小、反应速度快、以及可发出具有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、光电产品的领域。随着光电科技的进步，发光二极管元件在提升发光效率、使用寿命以及亮度等方面已有长足的进步，俨然成为未来发光元件的主流。

请参照图1，为根据已知方法所示的发光二极管元件100的结构剖面图。已知发光二极管元件，包括基板101、外延生长于基板101上的n型半导体层102、有源层103和p型半导体层104以及正向电极105和背面电极106。

其中，正向电极105位于发光二极管元件100的发光面上，背面电极106则位于基板101未生长外延结构的另一面上。电流经由正向电极105导入p型半导体层104，并通过包含有双异质结构或多量子阱结构的有源层103而发光。一般而言，为了增加发光二极管元件100的发光效率，必须将正面电极105的电流有效分散到二极管元件100的边缘，以促使有源层103能均匀地产生光线。

由于发光二极管元件100的半导体层与金属电极的接触电阻通常太高，无法将电流R1有效分散至有源层103中，电流R1容易就最短路径直接穿过有源层103，流向背面电极106，而产生电流拥塞(Current crowding)的现象；且使有源层103的发光区域仅局限于有源层103对应正向电极105的部分，而大幅影响有源层103的发光效率。

已知技术提出一种利用透明电极热退火所产生的原生导电氧化物(Native Conductive Oxide)，来形成电流阻隔层，或在发光二极管的p型外延结构最外层与透明电极之间，形成p型金属氧化物(例如Li_xNi_1-xO)或p型氮化物(例如ZrAlN)薄膜与透明电极复合，使得自透明电极流出发光二极管的电流可均匀散布，藉以提高有源层103的发光效率。

然而，无论是采用原生导电氧化物或p型金属氧化物(例如Li_xNi_1-xO)或p型氮化物(例如ZrAlN)与所形成的复合透明电极，都存在与发光二极管外延结构接触电阻过高的问题，而为了有效降低接触电阻，必须选择能隙较小的半导体材料来形成外延结构，不仅限制了材料的选择弹性，操作偏压过高也间接影响发光二极管的发光效率。

因此有需要一种工艺简单具较低接触电阻且可有效分散电流以增进发光效率的发光二极管元件。

发明内容

本发明的一实施例提供一种发光二极管元件，包括：基板、第一电性半导体层、有源层、第二电性半导体层、透明导电氧化物(Transparent ConductingOxide；TCO)堆叠结构、第一电极以及第二电极。其中，第一电性半导体层位于基板上，且具有第一部分和第二部分。有源层位于第一部分上。第二电性半导体层位于有源层上。透明导电氧化物堆叠结构位于第二电性半导体层上，且具有至少二个阻值界面。第一电极位于第二部分上；第二电极位于透明导电氧化物堆叠结构上。

本发明的另一实施例提供一种发光二极管元件的制造方法，包括下述步骤：

首先提供外延基板，再于外延基板上形成第一电性半导体层；于第一电性半导体层上形成有源层；于有源层上形成第二电性半导体层。接着，移除一部分的第二电性半导体层以及一部分的有源层，以暴露出一部分的第一电性半导体层。再于剩余的第二电性半导体层上形成透明导电氧化物堆叠结构，并使透明导电氧化物堆叠结构具有至少二个阻值界面。然后，于第一电性半导体层暴露于外的部分上形成第一电极；并于透明导电氧化物堆叠结构上形成第二电极。

本发明的再一实施例提供一种发光二极管的制造方法，包括下述步骤：首先提供外延基板。再于外延基板上形成第一电性半导体层；于第一电性半导体层上形成一有源层；于有源层上形成第二电性半导体层。接着，于第二电性半导体层上形成反射层；并将永久基板贴合于反射层上。之后，移除外延基板，并于第一电性半导体层上形成透明导电氧化物堆叠结构，并使透明导电氧化物堆叠结构具有至少二个阻值界面。然后，于透明导电氧化物堆叠结构上形成第一电极；以及于永久基板相对于贴合面的表面上形成第二电极。

本发明的又一实施例提供一种发光二极管的制造方法，包括下述步骤：首先提供外延基板，再于外延基板上形成第一电性半导体层；于第一电性半导体层上形成有源层；于有源层上形成第二电性半导体层。接着，于第二电性半导体层上形成透明导电氧化物堆叠结构，并使透明导电氧化物堆叠结构具有至少二个阻值界面。再于透明导电氧化物堆叠结构上形成反射层，并将永久基板贴合于反射层上。之后移除外延基板；并于第一电性半导体层上形成第一电极；以及于永久基板相对于贴合面的表面上形成第二电极。

根据上述实施例，例如采用蒸镀技术，在发光二极管元件的外延结构与电极之间，提供一个至少具有二个阻值界面的透明导电氧化物堆叠结构，可有效将电极所导入的电流平均地分散至发光二极管元件的有源层之中，以解决已知发光二极管元件，电流壅塞的问题；并且改善已知电流阻隔层操作偏压过高的问题。因此运用本发明技术特征，具有工艺简单，操作偏压低且增进发光二极管元件的发光效率的优点。

附图说明

根据以上所述的优选实施例，并配合附图说明，读者当能对本发明的目的、特征、和优点有更深入的理解。但值得注意的是，为了清楚描述起见，本说明书所附的图式并未按照比例尺加以绘示。

图式简单说明如下：

图1为根据已知方法所示的发光二极管管芯100的结构剖面图。

图2A至图2E为依照本发明第一优选实施例所示的一种发光二极管元件200的工艺结构剖面图。

图3A至图3E为依照本发明第二优选实施例所示的一种发光二极管元件300的工艺结构剖面图。

图4A至图4E为依照本发明第三优选实施例所示的一种发光二极管元件400的工艺结构剖面图。

图5A至图5F为依照本发明第四优选实施例所示的一种发光二极管元件500的工艺结构剖面图。

图6为根据本发明的照明设备。

图7A为根据本发明的背光模块装置。

图7B为根据本发明的另一背光模块装置。

附图标记说明

100：发光二极管元件            101：基板

102：n型半导体层               103：有源层

104：p型半导体层               105：正向电极

106：背面电极                  200：发光二极管元件

201：外延基板                  202：第一电性半导体层

202a：第一电性半导体层的第一部分

202b：第一电性半导体层的第二部分

203：有源层                    204：第二电性半导体层

205：外延结构                  206：透明导电氧化物堆叠结构

207：第一透明导电氧化物层      208：第二透明导电氧化物层

209：第三透明导电氧化物层      210：第一阻值界面

211：第二阻值界面              212：第一电极

213：第二电极                  300：发光二极管元件

301：外延基板                  302：第一电性半导体层

303：有源层                    304：第二电性半导体层

305：外延结构                  306：接合层

307：永久基板                  307a：永久基板上表面

307b：永久基板下表面           308：接触层

309：透明导电氧化物堆叠结构    310：第一透明导电氧化物层

311：第二透明导电氧化物层      312：第三透明导电氧化物层

313：第一阻值界面              314：第二阻值界面

315：第一电极                  316：第二电极

317：反射层                    400：发光二极管元件

401：外延基板                  402：第一电性半导体层

403：有源层                     404：第二电性半导体层

405：外延结构                   406：第一透明导电氧化物层

407：第二透明导电氧化物层       408：第三透明导电氧化物层

409：第一阻值界面               410：第二阻值界面

411：反射层                     412：接合层

413：永久基板                   413a：永久基板的上表面

413b：永久基板的下表面          414：第一电极

415：第二电极                   416：透明导电氧化物堆叠结构

417：接触层                     500：发光二极管元件

501：外延基板                   502：第一电性半导体层

503：有源层                     504：第二电性半导体层

505：外延结构                   506：第四透明导电氧化物层

507：第五透明导电氧化物层       508：第六透明导电氧化物层

509：第三阻值界面               510：第四阻值界面

511：反射层                     512：接合层

513：永久基板                   513a：永久基板的上表面

513b：永久基板的下表面          514：第二透明导电氧化物堆叠结构

515：第一透明导电氧化物层       516：第二透明导电氧化物层

517：第三透明导电氧化物层       518：第一阻值界面

519：第二阻值界面               520：第一电极

521：第二电极                   522：第一透明导电氧化物堆叠结构

600：照明设备                   601：发光装置

602：电源供应系统               603：控制元件

700A：背光模块                  700B：背光模块

701：背板                       702：反光板

703：光源                       704：光学膜片

705：底面                       706：光出射口

R1：电流

具体实施方式

本实施例提供一种工艺简单且发光效率佳的发光二极管元件以及其制作方法，在较低操作偏压之下，可确保由电极导入发光二极管元件的电流能平均分布至发光二极管元件的有源层之中，藉以大幅提升发光二极管元件的发光效率。

请参照图2A至图2E，为依照本发明第一优选实施例所示的一种发光二极管元件200的工艺结构剖面图。

首先提供外延基板201(如图2A所示)，在本发明的优选实施例中，外延基板201的材料可以是蓝宝石(sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)或上述的任意组合所组成的材料。

接着，再利用例如有机金属化学气相沉积技术，于外延基板201上生长外延结构205(如图2B所示)。在本发明的优选实施例中，形成外延结构205的材料为氮化铝铟镓(AlGaInN)或氮化镓(GaN)。

在本实施例中，外延结构205包括依序堆叠于外延基板201上的第一电性半导体层202、有源层203以及第二电性半导体层204。其中，第一电性半导体层202与第二电性半导体层204具有不同的电性。例如第一电性半导体层202为n型氮化镓(GaN)层，第二电性半导体层为p型氮化镓(GaN)层。有源层203优选可为由氮化镓(GaN)所组成的多量子阱(MQW)结构。

接着，进行一移除工艺，例如蚀刻工艺，移除一部分的第二电性半导体层204以及一部分的有源层203，以曝露出第一电性半导体层202的第一部分202a。而剩余的第二电性半导体层204和有源层203则覆盖于第一电性半导体层202的第二部分202b之上(如图2C所示)。

然后，于蚀刻后所剩下的第二电性半导体层204上形成透明导电氧化物(Transparent Conducting Oxide；TCO)堆叠结构206。在本发明的优选实施例中，组成透明导电氧化物堆叠结构206的各层使用同一种材料(化学元素的组成种类相同，但比例不一定相同)，采用蒸镀工艺，通过调整该蒸镀工艺的气氛参数，例如，调整蒸镀气氛中氧气的含量，形成多个透明导电氧化物层。在本实施例中，透明导电氧化物堆叠结构206形成于第二电性半导体层204之上，具有至少二个阻值界面210及211的多层堆叠结构(如图2D所示)。而构成透明导电氧化物堆叠结构206的材料可以是氧化铟锡、氧化铟锌、氧化镉锡、氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铜铝、氧化铜镓或氧化锶铜。

透明导电氧化物堆叠结构206包括依序堆叠于第二电性半导体204上的第一透明导电氧化物层207、第二透明导电氧化物层208以及第三透明导电氧化物层209。其中，第一透明导电氧化物层207具有第一电阻值；第二透明导电氧化物层208具有第二电阻值；第三透明导电氧化物层209具有第三电阻值，且第二电阻值大于第三电阻值。而第二电阻值则可大于第一电阻值或小于第一电阻值。在本实施例中，第二电阻值同时大于第三电阻值及第一电阻值。在本发明的另一实施例中，第二电阻值也可以小于第三电阻值。而第二电阻值则可大于第一电阻值或者小于第一电阻值。因此在第一透明导电氧化物层207与第二透明导电氧化物层208之间产生了一个第一阻值界面210；在第二透明导电氧化物层208与第三透明导电氧化物层209之间产生一个第二阻值界面211。

然后，于第一电性半导体层202暴露于外的第一部分202a上形成第一电极212；并于透明导电氧化物堆叠结构206上形成第二电极213，以完成发光二极管元件200的制作(请参照图2E)。

其中，第二电极213与第一电极212位于外延基板201的同一侧，且第一电极212可以由铟(In)、铝(Al)、钛(Ti)、金(Au)、钨(W)、铟锡(InSn)、氮化钛(TiN)、硅化钨(WSi)、铂铟(PtIn₂)、钕/铝(Nd/Al)、镍/硅(Ni/Si)、钯/铝(Pd/Al)、钽/铝(Ta/Al)、钛/银(Ti/Ag)、钽/银(Ta/Ag)、钛/铝(Ti/Al)、钛/金(Ti/Au)、钛/氮化钛(Ti/TiN)、锆/氮化锆(Zr/ZrN)、金/锗/镍(Au/Ge/Ni)、铬/镍/金(Cr/Ni/Au)、镍/铬/金(Ni/Cr/Au)、钛/钯/金(Ti/Pd/Au)、钛/铂/金(Ti/Pt/Au)、钛/铝/镍/金(Ti/Al/Ni/Au)、金/硅/钛/金/硅(Au/Si/Ti/Au/Si)或金/镍/钛/硅/钛(Au/Ni/Ti/Si/Ti)所组成。第二电极213可以由镍/金(Ni/Au)、氧化镍/金(NiO/Au)、钯/银/金/钛/金(Pd/Ag/Au/Ti/Au)、铂/钌(Pt/Ru)、钛/铂/金(Ti/Pt/Au)、钯/镍(Pd/Ni)、镍/钯/金(Ni/Pd/Au)、铂/镍/金(Pt/Ni/Au)、钌/金(Ru/Au)、铌/金(Nb/Au)、钴/金(Co/Au)、铂/镍/金(Pt/Ni/Au)、镍/铂(Ni/Pt)、镍铟(NiIn)以及铂铟(Pt₃In₇)所组成。

由于构成透明导电氧化物堆叠结构206最外层(远离有源层203)的第三透明导电氧化物层209，具有较低的阻值，第二透明导电氧化物层208具有较高的阻值，会阻止经由第二电极213所导入的电流直接流入外延结构205中，可延长电流在较低阻值的第三透明导电氧化物层209中横向传导的距离，帮助电流分散。至于最内层(靠近有源层203)的第一透明导电氧化物层207，则因具有较低的阻值，与外延结构205形成良好的欧姆接触(Ohmic Contact)，可以降低发光二极管元件200的操作偏压。

请参照图3A至图3E，为依照本发明第二优选实施例所示的一种发光二极管元件300的工艺结构剖面图。

首先提供外延基板301(如图3A所示)，在本发明的优选实施例中，外延基板301的材料可以是蓝宝石(sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)、砷化铝镓(AlGaAs)、磷化镓砷(GaAsP)或上述的任意组合所组成的材料。

接着，再利用例如有机金属化学气相沉积技术，于外延基板301上生长外延结构305(如图3B所示)。在本发明的优选实施例中，形成外延结构305的材料为氮化铝铟镓(AlGaInN)氮化镓(GaN)磷化铝镓铟(AlGaInP)、磷化镓铟(InGaP)、氮化铝镓(AlGaN)或氮化铟镓(InGaN)。

在本实施例中，外延结构305包括外延基板301、堆叠于外延基板301上的第一电性半导体层302、有源层303以及第二电性半导体层304。其中，第一电性半导体层302与第二电性半导体层304具有不同的电性。例如第一电性半导体层302为n型氮化镓(GaN)层，第二电性半导体层304为p型氮化镓(GaN)层。有源层303优选可为由氮化镓(GaN)所组成的多量子阱(MQW)结构。

接着，于第二电性半导体层304上形成反射层317，并通过接合层306将永久基板307的下表面307b贴合于反射层317上(如图3C所示)。其中，形成反射层317的材料可以为铝、金、铂、锌、银、镍、锗、铟、锡或其合金。接合层306的材料可为银胶、包含有自发性导电高分子的导电材料、或包括铝、金、铂、锌、银、镍、锗、铟、锡、钛、铅、铜、钯或上述材料的导电材料。永久基板307可为硅基板或金属基板。

另外，在本发明的其他优选实施例中，在形成反射层317之前，会先于第二电性半导体层304上形成接触层308，其材料为选自由银、铝、金、铂、钛、铬、镍、锗、铍、锌、镁及其合金所组成的族群。

之后，移除外延基板301。并于第一电性半导体层302上形成透明导电氧化物堆叠结构309，并使透明导电氧化物堆叠结构309具有至少二个阻值界面313及314(如图3D所示)。

在本发明的优选实施例中，组成透明导电氧化物堆叠结构309的各层使用同一种材料，采用蒸镀工艺，通过调整蒸镀工艺的气氛参数，例如，调整蒸镀气氛中氧气的含量，于第一电性半导体层302上形成多个透明导电氧化物层。构成透明导电氧化物堆叠结构309的材料可以是氧化铟锡、氧化铟锌、氧化镉锡、氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铜铝、氧化铜镓或氧化锶铜。

透明导电氧化物堆叠结构309包括依序堆叠于第一电性半导体302上的第一透明导电氧化物层310、第二透明导电氧化物层311以及第三透明导电氧化物层312。其中，第一透明导电氧化物层310具有第一电阻值；第二透明导电氧化物层311具有第二电阻值；第三透明导电氧化物层312具有第三电阻值，且第二电阻值大于第三电阻值。而第二电阻值则可以大于第一电阻值，或者小于第一电阻值。在本实施例中，第二电阻值同时大于第三电阻值及第一电阻值。但在本发明的另一实施例中，第二电阻值则小于第三电阻值。而第二电阻值则可大于第一电阻值，或者小于第一电阻值。因此在第一透明导电氧化物层310与第二透明导电氧化物层311之间产生了一个第一阻值界面313；在第二透明导电氧化物层311与第三透明导电氧化物层312之间产生一个第二阻值界面314。

然后，于透明导电氧化物堆叠结构309上形成第一电极315；以及于永久基板307相对于其下表面307b的上表面307a上形成第二电极316，以完成发光二极管元件300的制作(如图3E所示)。

由于构成透明导电氧化物堆叠结构309的最外层(远离有源层303)的第三透明导电氧化物层312，具有较低的阻值，第二透明导电氧化物层311具有较高的阻值，会阻止经由第一电极315所导入的电流直接流入外延结构305中，可延长电流在较低阻值的第三透明导电氧化物层312中横向传导的距离，帮助电流分散。至于最内层(靠近有源层303)的第一透明导电氧化物层310，则因具有较低的阻值，会与外延结构305形成良好的欧姆接触，可以降低发光二极管元件300的操作偏压。

请参照图4A至图4E，为依照本发明第三优选实施例所示的一种发光二极管元件400的工艺结构剖面图。

首先提供外延基板401(如图4A所示)，在本发明的优选实施例中，外延基板401的材料可以是蓝宝石(sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)、砷化铝镓(AlGaAs)、磷化镓砷(GaAsP)或上述的任意组合所组成的材料。

接着，再利用例如有机金属化学气相沉积技术，于外延基板401上生长外延结构405(如图4B所示)。在本发明的优选实施例中，形成外延结构405的材料为氮化铝铟镓(AlGaInN)、氮化镓(GaN)、磷化铝镓铟(AlGaInP)、磷化镓铟(InGaP)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟镓(InGaN)或上述的任意组合所组成的材料。

在本实施例中，外延结构405包括依序堆叠于外延基板401上的第一电性半导体层402、有源层403以及第二电性半导体层404。其中，第一电性半导体层402与第二电性半导体层404具有不同的电性。例如第一电性半导体层402为N型氮化镓(GaN)层，第二电性半导体层404为P型氮化镓(GaN)层。有源层403优选为由氮化镓(GaN)所组成的多量子阱(MQW)结构。

接着，于第二电性半导体层404上形成透明导电氧化物堆叠结构416，并使透明导电氧化物堆叠结构416具有至少二个阻值界面409及410(如图4C所示)。

在本发明的优选实施例中，组成透明导电氧化物堆叠结构416的各层使用同一种材料，采用蒸镀工艺，通过调整该蒸镀工艺的气氛参数，例如，调整蒸镀气氛中氧气的含量，于第二电性半导体层404上形成多个透明导电氧化物层。构成透明导电氧化物堆叠结构416的材料可以是氧化铟锡、氧化铟锌、氧化镉锡、氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铜铝、氧化铜镓或氧化锶铜。

透明导电氧化物堆叠结构416包括依序堆叠于第二电性半导体404上的第一透明导电氧化物层406、第二透明导电氧化物层407以及第三透明导电氧化物层408。其中，第一透明导电氧化物层406具有第一电阻值；第二透明导电氧化物层407具有第二电阻值；第三透明导电氧化物层408具有第三电阻值，且第二电阻值大于第三电阻值。第二电阻值则可以大于第一电阻值，也可以小于第一电阻值。但在本发明的另一些实施例中，第二电阻值也可以小于第三电阻值。而第二电阻值则可大于第一电阻值或者小于第一电阻值。在本实施例中，第二电阻值大于第三电阻值及第一电阻值。因此在第一透明导电氧化物层406与第二透明导电氧化物层407之间产生了一个第一阻值界面409；在第二透明导电氧化物层407与第三透明导电氧化物层408之间产生一个第二阻值界面410。

再于透明导电氧化物堆叠结构416上形成反射层411；并通过一接合层412将永久基板413的下表面413b贴合于反射层411上(如图4D所示)。其中，形成反射层411的材料可以为铝、金、铂、锌、银、镍、锗、铟、锡或其合金。接合层412的材料可为银胶、包含有自发性导电高分子的导电材料，或包括铝、金、铂、锌、银、镍、锗、铟、锡、钛、铅、铜、钯或上述材料的导电材料。较佳的永久基板413则为硅基板或金属基板。

之后，移除外延基板401。并于第一电性半导体层402上形成第一电极414；以及于永久基板413相对于其下表面413b的上表面413a上形成第二电极415，以完成发光二极管元件400的制作(如图4E所示)。

在本实施例中，形成第一电极414之前，还包括在第一电性半导体层402上形成接触层417，与第一电性半导体层402电性接触。之后，再于接触层417上形成第一电极414。接触层417的材料为选自由银、铝、金、铂、钛、铬、镍、锗、铍、锌、镁及其合金所组成的族群。

由于构成透明导电氧化物堆叠结构416的最外层(远离有源层403)的第三透明导电氧化物层408，具有较低的阻值，第二透明导电氧化物层407具有较高的阻值，会阻止经由第二电极415所导入的电流直接流入外延结构405中，可延长电流在较低阻值的第三透明导电氧化物层408中横向传导的距离，帮助电流分散。至于(靠近有源层403的)最内层透明导电氧化物层，例如第一透明导电氧化物层406，则因具有较低的阻值，且与外延结构405形成良好的欧姆接触，可以降低发光二极管元件400的操作偏压。

请参照图5A至图5F，为依照本发明第四优选实施例所示的一种发光二极管元件500的工艺结构剖面图。

首先提供外延基板501(如图5A所示)，在本发明的优选实施例中，外延基板501的材料可以是蓝宝石(sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、(磷化镓)GaP、(砷化镓)GaAs、(砷化铝镓)AlGaAs、(磷化镓砷)GaAsP或上述的任意组合所组成的材料。

接着，再利用例如有机金属化学气相沉积技术，于外延基板501上生长外延结构505(如图5B所示)。在本发明的优选实施例中，形成外延结构505的材料为氮化铝铟镓(AlGaInN)、氮化镓(GaN)、磷化铝镓铟(AlGaInP)、磷化铟镓(InGaP)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟镓(InGaN)或上述的任意组合所组成的材料。

在本实施例中，外延结构505包括依序堆叠于外延基板501上的第一电性半导体层502、有源层503以及第二电性半导体层504。其中，第一电性半导体层502与第二电性半导体层504具有不同的电性。例如第一电性半导体层502为n型氮化镓(GaN)层，第二电性半导体层504为p型氮化镓(GaN)层。有源层503优选可为由氮化镓(GaN)所组成的多量子阱(MQW)结构。

接着，于第二电性半导体层504上形成第一透明导电氧化物堆叠结构522，并使第一透明导电氧化物堆叠结构522具有至少二个阻值界面509及510(如图5C所示)。

在本发明的优选实施例中，组成第一透明导电氧化物堆叠结构522的各层使用同一种材料，采用蒸镀工艺，通过调整该蒸镀工艺的气氛参数，例如，调整蒸镀气氛中氧气的含量，于第二电性半导体层504上形成多个透明导电氧化物层。构成第一透明导电氧化物堆叠结构522的材料可以是氧化铟锡、氧化铟锌、氧化镉锡、氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铜铝、氧化铜镓或氧化锶铜。

第一透明导电氧化物堆叠结构522包括依序堆叠于第二电性半导体504上的第四透明导电氧化物层506、第五透明导电氧化物层507以及第六透明导电氧化物层508。其中，第四透明导电氧化物层506具有第四电阻值；第五透明导电氧化物层507具有第五电阻值；第六透明导电氧化物层508具有第六电阻值，且第五电阻值大于第六电阻值。而第五电阻值可以大于第四电阻值，或者小于第四电阻值。

但在本发明的另一些实施例中，第五电阻值也可以小于第六电阻值。而第五电阻值则可大于第四电阻值，或者小于第四电阻值。

而在本实施例中，第五电阻值大于第四电阻值及第六电阻值。

因此在第四透明导电氧化物层506与第五透明导电氧化物层507之间产生了一个第三阻值界面509；在第五透明导电氧化物层507与第六透明导电氧化物层508之间产生一个第四阻值界面510。

然后于第一透明导电氧化物堆叠结构522上形成反射层511；并通过一接合层512将永久基板513的下表面513b贴合于反射层511上(如图5D所示)。其中，形成反射层511的材料可以为铝、金、铂、锌、银、镍、锗、铟、锡或其合金。接合层512的材料可为银胶、包含有自发性导电高分子的导电材料，或可包括铝、金、铂、锌、银、镍、锗、铟、锡、钛、铅、铜、钯或上述材料的导电材料。永久基板513则可为硅基板或金属基板。

之后，移除外延基板501。并于第一电性半导体层502上形成第一透明导电氧化物堆叠结构514，并使第一透明导电氧化物堆叠结构514具有至少二个阻值界面(如图5E所示)。

另一实施例中，组成第一透明导电氧化物堆叠结构514的各层使用同一种材料，采用蒸镀工艺，通过调整该蒸镀工艺的气氛参数，例如，调整蒸镀气氛中氧气的含量，于第一电性半导体层502上形成多个透明导电氧化物层。构成第一透明导电氧化物堆叠结构514的材料可以是氧化铟锡、氧化铟锌、氧化镉锡、氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铜铝、氧化铜镓或氧化锶铜。

再一实施例中，第一透明导电氧化物堆叠结构514，为一种具有至少二个阻值界面的多层堆叠结构。

在本实施例中，第二透明导电氧化物堆叠结构514包括依序堆叠于第一电性半导体502上的第一透明导电氧化物层515、第二透明导电氧化物层516以及第三透明导电氧化物层517。其中，第一透明导电氧化物层515具有第一电阻值；第二透明导电氧化物层516具有第二电阻值；第三透明导电氧化物层517具有第三电阻值，且第二电阻值大于第三电阻值。第二电阻值则可以大于第一电阻值，也可以小于第一电阻值。

另一实施例中，第二电阻值也可以小于第三电阻值。而第二电阻值则可大于第一电阻值或者小于第一电阻值。

在本实施例中，第二电阻值大于第三电阻值及第一电阻值。在本发明的一些实施例中，第二电阻值大于第一电阻值，但在另一些实施例中，第二电阻值小于第一电阻值。因此在第一透明导电氧化物层515与第二透明导电氧化物层516之间产生了一个第一阻值界面518；在第二透明导电氧化物层516与第三透明导电氧化物层517之间产生一个第二阻值界面519。

然后，于第二透明导电氧化物堆叠结构514上形成第一电极520；以及于永久基板513相对于其下表面513b的上表面513a上形成第二电极521，以完成发光二极管元件500的制作(如图5F所示)。

由于构成透明导电氧化物堆叠结构的最外层(远离有源层)的透明导电氧化物层，具有较低的阻值，第二透明导电氧化物层516及第五透明导电氧化物层507具有较高的阻值，可阻止经由正向电极所导入的电流直接流入外延结构中，并延长电流在较低阻值的透明导电氧化物层中横向传导的距离，以帮助电流分散。至于(靠近有源层的)内层透明导电氧化物层，则因具有较低的阻值，且与外延结构505形成良好的欧姆接触，可以降低发光二极管元件的操作偏压。

根据上述实施例，本发明的特征采用蒸镀技术，在发光二极管元件的外延结构与正向电极之间，提供一个至少具有二个阻值界面的透明导电氧化物堆叠结构，可有效地将电极所导入的电流平均地分散发光二极管元件的有源层之中，以解决已知发光二极管元件，电流壅塞的问题；并且改善已知电流阻隔层操作偏压过高的问题。

又由于透明导电氧化物堆叠结构可通过一次蒸镀工艺来形成，因此运用本发明技术特征，具有工艺简单，操作偏压低且增进发光二极管元件的发光效率的优点。

另外，以上所述的发光二极管元件还可运用于液晶显示器的背光模块或照明设备之中。请参照图6，图6为绘示使用图2E、图3E、图4E和第5F的发光二极管元件作为光源的一种照明设备600的结构示意图。

照明设备600包括发光装置601、电源供应系统602以及控制元件603。其中光源包括至少一个如图2E、图3E、图4E、图5F或上述任意组合所提供的发光二极管元件200、300、400或500。在本实施例中，光源由发光二极管元件200和发光二极管元件300所组成。

电源供应系统602则电性连结发光装置601。控制元件603，例如开关(Switch)，则电性连结于电源供应系统602或发光装置601，以控制输入发光装置601的电流。

图7A和图7B分别绘示两种使用图2E、图3E、图4E和图5F的发光二极管元件作为光源的背光模块的结构示意图。

在本实施例中背光模块，包括：背板701、反光板702、光源703以及光学膜片704。其中背板701为壳体结构，具有底面705和光出射口706。反光板702位于底面705与光出射口706之间，优选为一种涂布于底面705的光反射涂层。光源703则位于反光板702与光出射口706之间，包括至少一个如图2E、图3E、图4E、图5F或上述任意组合所提供的发光二极管元件200、300、400或500。光学膜片704位于光源703与光出射口706之间。在本发明的一些实施例中，光源703位于光出射口706和光学膜片的正下方(如图7A所示的背光模块700A)，一部分由光源703所提供的光线，可直接通过光学膜片704进行光学处理后，由光出射口706向外出射。在本发明的另外一些实施例中，光源703位于背板701内部之一侧(如图7B所示的背光模块700B)的发光二极管元件200。其中光源703所提供的光线，则必须通过光学膜片704进行光学处理后，方能由光出射口706向外出射。

虽然本发明已以上述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。例如再本发明的实施例中，透明导电氧化物堆叠结构为多层堆叠结构，而上述实施例中仅以三层透明导电氧化物层所形成的堆叠结构来加以说明，然而在其他实施例中，透明导电氧化物堆叠结构可以包括三层以上的透明导电氧化物层，且各层透明导电氧化物层之间的电阻值配置方式，亦可随着不同光学需求或设计来加以变化。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 (14)

1.一种发光二极管元件，包括：

基板；

第一电性半导体层位于该基板上，具有第一部分和第二部分；

有源层，位于该第一部分上；

第二电性半导体层，位于该有源层上；

透明导电氧化物堆叠结构，位于该第二电性半导体层上，且该透明导电氧化物堆叠结构具有至少二个阻值界面，其中至少一阻值界面两侧的两透明导电氧化物层，属于同一材料；以及

电极，位于该透明导电氧化物堆叠结构上。

2.如权利要求1所述的发光二极管元件，其中该透明导电氧化物堆叠结构为多层堆叠结构，至少包括：

第一透明导电氧化物层，位于该第二电性半导体上；

第二透明导电氧化物层，位于该第一透明导电氧化物层上，该第一透明导电氧化物层与该第二透明导电氧化物层之间具有第一阻值界面；以及

第三透明导电氧化物层，位于该第二透明导电氧化物层上，该第二透明导电氧化物层与该第三透明导电氧化物层之间具有第二阻值界面。

3.如权利要求1所述的发光二极管元件，其中该透明导电氧化物堆叠结构的材料为选自由氧化铟锡、氧化铟锌、氧化镉锡、氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铜铝、氧化铜镓以及氧化锶铜所组成的族群。

4.如权利要求1所述的发光二极管元件，其中组成该透明导电氧化物堆叠结构的各层属于同一材料。

5.一种发光二极管元件，至少包括：

基板，具有彼此相对的上表面及下表面；

第二电性半导体层，位于该下表面上；

有源层，位于该第二电性半导体层上；

第一电性半导体层，位于该有源层上；

第一透明导电氧化物堆叠结构，位于该第一电性半导体层上，且该第一透明导电氧化物堆叠结构具有至少二个阻值界面；其中至少一阻值界面两侧的两透明导电氧化物层，属于相同材料；以及

第一电极，位于该第一透明导电氧化物堆叠结构上。

6.如权利要求5所述的发光二极管元件，其中该第一透明导电氧化物堆叠结构为多层堆叠结构，至少包括：

第一透明导电氧化物层，位于该第一电性半导体上；

第二透明导电氧化物层，位于该第一透明导电氧化物层上，该第一透明导电氧化物层与该第二透明导电氧化物层之间具有第一阻值界面；以及

第三透明导电氧化物层，位于该第二透明导电氧化物层上，该第二透明导电氧化物层与该第三透明导电氧化物层之间具有第二阻值界面。

7.如权利要求5所述的发光二极管元件，还包括第二透明导电氧化物堆叠结构，位于该第二电性半导体层与该基板之间，且该第二透明导电氧化物堆叠结构具有至少二个阻值界面。

8.如权利要求7所述的发光二极管元件，其中该第二透明导电氧化物堆叠结构为多层堆叠结构，至少包括：

第四透明导电氧化物层，位于该第二电性半导体层上；

第五透明导电氧化物层，位于该第四透明导电氧化物层上，该第四透明导电氧化物层与该第五透明导电氧化物层之间具有第三阻值界面；以及

第六透明导电氧化物层，位于该第五透明导电氧化物层上，该第五透明导电氧化物层与该第六透明导电氧化物层之间具有第四阻值界面。

9.如权利要求7所述的发光二极管元件，其中该第一透明导电氧化物堆叠结构与该第二透明导电氧化物堆叠结构的材料为选自由氧化铟锡、氧化铟锌、氧化镉锡、氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铜铝、氧化铜镓以及氧化锶铜所组成的族群。

10.如权利要求5所述的发光二极管元件，还包括：

接合层，位于该基板的该下表面；

反射层，位于该接合层之上；以及

接触层，位于该反射层上，并与第二电性半导体层接触。

11.如权利要求7所述的发光二极管元件，其中组成该第一透明导电氧化物堆叠结构与该第二透明导电氧化物堆叠结构的各层为同一材料。

12.一种发光二极管元件，具有透明导电氧化物堆叠结构，形成于该发光二极管的半导体层之上，其中该透明导电氧化物堆叠结构至少包含：

第一透明导电氧化物层、第二透明导电氧化物层以及第三透明导电氧化物层，其中至少有两层为同一材料，并且任意相邻的两层的电阻值不同。

13.一种背光模块，包括：

背板，具有底面和光出射口；

反光板，位于该底面与该光出射口之间；

光源，位于该反光板与该光出射口之间，包括如权利要求1至12任意一项所述的至少一发光二极管元件；以及

光学膜片，位于该光源与该光出射口之间。

14.一种照明设备，包括：

光源，包括如权利要求1至12任意一项所述的至少一发光二极管元件；

电源供应系统，电性连结该光源；以及

控制元件，电性连结该电源供应系统，以控制输入该光源的电流。

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