CN101752471B - 光电元件 - Google Patents

Abstract

一种光电元件，包含基板，以及依次在基板上形成的p型披覆层、发光层以及导电光取出单元；其中导电光取出单元具有n型披覆层位于发光层的上方、金属层位于n型披覆层的上方，以及深入金属层与n型披覆层的多个孔洞。上述的孔洞，其大小为不一致或其排列为不规则。导电光取出单元还包含透明导电层，该透明导电层覆盖于该金属层上方并填满所述多个孔洞。该光电元件还包含第一电极，形成在透明导电层上。

Description

光电元件

技术领域

本发明是关于一种光电元件的结构，且特别是关于一种具有导电光取出单元的发光二极管元件结构。 

背景技术

光电半导体元件是一种利用光电效应，以外加电压激发电子后，使电子与空穴结合而放射出光的元件。光电半导体元件主要是一种微小的固态光源，不但体积小、寿命长、驱动电压低、反应速率快、耐震性佳，而且能够配合轻、薄和小型化设备的需求，成为日常生活中常见的产品。 

图1所示为一般以磷化铝铟镓材料制成的光电元件结构，由下而上依次为一p型磷化镓基板10、一p型磷化铝铟镓披覆层11、一发光层12、一n型磷化铝铟镓披覆层13，以及一金属层14；且分别于光电元件的上下两面设置电极15、16。 

上述的金属层14可有效帮助电极15的电流均匀扩散至整体元件，以增加发光效率，但同时金属层14也会吸收发光层12所产生的光，而影响其光取出效率。当增加金属层14的面积时，可以增加电流的扩散程度，但遮光面积也会随的增加，反的虽可降低遮光面积，但电流则会聚集在电极15的下方，此金属层14所产生的矛盾现象，是一个亟待解决的问题。 

此外，上述的光电元件还可以进一步地与其他元件组合连接以形成一发光装置(light-emitting apparatus)。发光装置通常包含具有电路的次载体(sub-mount)；次载体上具有焊料将上述光电元件黏结固定于次载体上，并使光电元件的基板与次载体上的电路形成电连接。上述的次载体可以是导线架(lead frame)或大尺寸镶嵌基底(mounting substrate)，以方便发光装置的电路规划并提高其散热效果。 

发明内容

本发明的目的在提供一种既能使水平方向电流分散均匀，又不影响出光 效能的光电元件。此光电元件的结构，包含一基板，并于基板之上依次形成一第一披覆层、一发光层以及一导电光取出单元；其中导电光取出单元系包含一第二披覆层形成于发光层之上，以及一金属层形成于第二披覆层之上，且金属层具有多个开口深入第二披覆层以形成多个孔洞。上述的孔洞其大小可以为不一致，或者其两两之间的排列可以为不规则，而使出光更加均匀。 

在本发明的另一实施例中，如上述的光电元件，还包含指状导电结构，其包含一连接部以及从连接部向周围延伸的延伸部，且连接部位于第一电极与金属层之间。 

本发明的又一实施例中，如上述的光电元件，还包含一保护层覆盖金属层，同时填满孔洞，使得光电元件内部的结构可免于受到空气中的水、氧及灰尘的污染。 

本发明的再一实施例中，如上述的光电元件，还包含一透明导电层形成于金属层与第一电极之间，并覆盖金属层，同时填满孔洞。透明导电层可以阻隔水氧的作用，更增加了电流扩散的均匀性。 

本发明透过孔洞结构设计，不仅使电流在水平方向均匀扩散，并且使得由发光层发出的光能透过孔洞效应，增加光取出光率。 

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。 

附图说明

图1是习知光电元件的结构图； 

图2是本发明第一实施例的结构图； 

图3是本发明第一实施例的俯视图； 

图4是本发明第二实施例的俯视图； 

图5是本发明第二实施例的结构图； 

图6是本发明第三实施例的结构图； 

图7是本发明第四实施例的结构图； 

图8是本发明第五实施例的结构图； 

图9是本发明导电光取出层中各层尺寸关系示意图； 

图10是本发明第六实施例的结构图； 

图11是本发明实施例的背光模块结构；

图12是本发明实施例的照明装置结构。 

主要元件符号说明 

10、150：基板             11、140：p型披覆层 

12、130：发光层           13、120：n型披覆层 

14、110：金属层           15、170：第一电极 

16、175：第二电极         100、200：光电元件 

102：导电光取出层         160：孔洞 

280：连接部               285：延伸部 

380：保护层               480：透明导电层 

505：欧姆接触层 

600：背光模块装置         610、710：光源装置 

620：光学装置             630、720：电源供应系统 

700：照明装置             730：控制元件 

具体实施方式

图2为本发明第一实施例的示意图。本实施例的光电元件100具有磷化镓基板150，于基板150的上方形成一p型披覆层140、一发光层130以及一导电光取出单元102(conductive light extraction unit)；更包括位于光电元件100的上下两侧的一第一电极170及一第二电极175。其中导电光取出单元102具有一n型披覆层120形成于发光层130之上；以及一金属层110形成于n型披覆层120之上，且具有许多个开口深入n型披覆层120形成多个孔洞160。图3为本实施例的光电元件100的俯视示意图。第一电极170位于元件的中心，周围的圆点即为孔洞160；如图所示，孔洞160的大小不一致，且为不规则排列。 

当施加一电压于光电元件100时，导电光取出单元102可使电流均匀扩散至整体光电元件的中，使发光层130能均匀发光，降低电流壅塞(currentclouding)的现象，以提高光电元件100的发光效率。同时，透过孔洞160的设计，可提高发光层130的光取出效率；更可藉由孔洞160的不规则排列以调整其出光角度及光型，进而获得一个具有特定光型的高发光效率与高光取出效率的光电元件。

于本实施例中，n型披覆层120是一n型的磷化铝铟镓材料所制成；发光层130可以为双异质结构或多层量子井结构；p型披覆层140是一p型的磷化铝铟镓材料所制成；金属层110藉由使用电子束、溅镀或其他化学沉积技术所形成的金属材质，其至少包括以下一种成分，如钛、金、锌、铟、镍、铍或上述金属的组合，且金属层110的厚度较薄使光线可以穿透。 

图4与图5为本发明第二实施例的示意图，其中图5为图4的A-A’的剖面示意图。本实施例的光电元件200与第一实施例不同的处在于：导电光取出单元102还具有一指状导电结构，位于第一电极170与金属层110之间，其包含一连接部280以及从连接部280向周围延伸的延伸部285。图4为指状导电结构的图案设计的其中一例；同时如图5中所示，延伸部285下方的孔洞160会被填满。其中连接部280及延伸部285的材质为金属，可与第一电极170材料相同或者为其他导电性更佳的材料，在其中的一实施例中，其材质可为如金、银、铜、铝等。因指状导电结构具有较佳的导电率，可以利用延伸部285将电流快速横向传导，避免局部电流密度过大，从而使电流扩散更均匀，进一步提高电流的扩散速度。 

图6为本发明第三实施例的光电元件结构示意图。本实施例与第一实施例不同的处在于：导电光取出层102还包含保护层380，其覆盖于金属层110上方未被第一电极170覆盖的区域，并将孔洞160填满。上述的保护层380，其材质为如环氧树脂或聚酰胺(PI)等透明材料、绝缘材料或荧光粉材料等，以阻隔空气中的水分或者氧气，使元件免于暴露于一般环境中，影响元件的可靠性。 

图7为本发明第四实施例的光电元件结构示意图。本实施例与第一实施例不同之处在于：导电光取出层102还包含透明导电层480，其覆盖于金属层110上方，并将孔洞160填满。透明导电层480是藉由电子束、溅镀或其他化学沉积技术所制成，其厚度介于40-1000nm间，并具有超过90％的透光率，其材质为透明的铟锡氧化物(ITO)或氧化锌(ZnO)。 

图8为本发明第五实施的光电元件结构示意图。本实施例与第一实施例不同之处在于：导电光取出层102还包含欧姆接触层505，位于金属层110与n型披覆层120之间，其材质为Ni/Au，可以使金属层110与n型披覆层120形成良好的欧姆接触层。而孔洞160是从金属层110穿过欧姆接触层505而深入n型披覆层120。同样地，本发明也可于第一至第四实施例中设置一欧姆接触层于金属层110与n型披覆层120之间。 

透过上述所有实施例的导电光取出单元102的孔洞160的设计，不仅使电流可以往水平方向扩散，且垂直方向上传递也更为迅速，可以有效提升元件的出光效率。 

上述各实施例中，孔洞160是采用离子蚀刻、干蚀刻、化学蚀刻或纳米压印等技术所形成。孔洞160的大小并不一致，且直径介于0.1μm-5μm；同时，孔洞160为周期性或非周期性排列，或其他人工设计的图案。 

进一步地，以第五实施例为例，本发明的导电光取出单元102中，经由孔洞形成步骤后，使得导电光取出单元102各层形成许多图案区161，每一图案区161的各层的底部宽度与相邻层的底部宽度间的比值介于0.7～1.3之间。如图9所示，其中一图案区161的金属层110的底部宽度为W1、欧姆接触层505的底部宽度为W2、n型披覆层120的底部宽度为W3，由图看出，W1＜W2＜W3，且W1/W2或者W2/W3的值介于0.7～1.3之间。 

图10为本发明第六实施例的光电元件结构示意图。本实施例与第一实施例不同的处在于：第一实施例的基板150是被一黏结层190与一功能性基板180所取代，此结构是利用一基板转移工艺所形成。此功能性基板180可以是具有散热、导电或透光等功能的基板，例如陶瓷基板、铜基板或蓝宝石基板。 

图11显示本发明的背光模块结构。其中背光模块装置600包含：由本发明上述任意实施例的光电元件611所构成的一光源装置610；一光学装置620置于光源装置610的出光路径上，将光做适当处理后出光；以及一电源供应系统630，提供上述光源装置610所需的电源。 

图12显示本发明的照明装置结构。上述照明装置700可以是车灯、街灯、手电筒、路灯、指示灯等等。其中照明装置700包含：一光源装置710，系由本发明上述的任意实施例的光电元件711所构成；一电源供应系统720，提供光源装置710所需的电源；以及一控制元件730控制电源输入光源装置710。 

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。 

Claims (8)

1.一种光电元件，包含基板，并于该基板之上依序形成第一披覆层、发光层以及导电光取出单元；其中该导电光取出单元包含第二披覆层形成于该发光层之上、金属层形成于该第二披覆层之上，以及多个孔洞深入该金属层与该第二披覆层，其中该多个孔洞的排列为不规则，导电光取出单元还包含透明导电层，该透明导电层覆盖于该金属层上方并填满所述多个孔洞，

其中该光电元件还包含第一电极，形成在透明导电层上。

2.如权利要求1所述的光电元件，其中该多个孔洞的大小并不一致。

3.如权利要求1所述的光电元件，且该导电光取出层还包含指状导电结构，其中该指状导电结构位于该金属层与该第一电极之间，且包含连接部以及从该连接部向周围延伸的延伸部。

4.如权利要求3所述的光电元件，其中该连接部及该延伸部的材质为金属。

5.如权利要求1所述的光电元件，其中该透明导电层可以为氧化铟锡(ITO)或氧化锌(ZnO)。

6.如权利要求1所述的光电元件，还包含欧姆接触层位于该金属层与该第二披覆层之间。

7.如权利要求1所述的光电元件，其中该导电光取出层藉由该孔洞形成多个图案区，其中该任一图案区中的各层的底部宽度与相邻层的底部宽度的比值介于0.7至1.3之间。

8.如权利要求1所述的光电元件，其中该些孔洞的直径介于0.1μm-5μm之间。

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