CN101777607A

CN101777607A - 发光半导体装置

Info

Publication number: CN101777607A
Application number: CN200910001655A
Authority: CN
Inventors: 吕志强; 彭韦智; 王健源; 陈威佑; 三晓蕙; 谢明勋
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2029-01-09
Also published as: CN101777607B

Abstract

一种发光半导体装置，包括发光结构、反射结构、以及载体。发光结构具有第一型半导体层、发光层以及第二型半导体层。发光层位于第一型半导体层与第二型半导体层之间。反射结构具有第一透明导电层、第一图案化反射层、第二透明导电层以及第二图案化反射层。第一图案化反射层位于第一透明导电层与第二透明导电层之间。第一图案化反射层具有开口以使第一透明导电层与第二透明导电层实体上连接。第二透明导电层位于第一图案化反射层与第二图案化反射层之间。第二图案化反射层位于相对于开口的区域上。发光结构与载体位于反射结构的两侧。

Description

发光半导体装置

技术领域

本发明是有关于一种发光装置，且特别是有关于一种发光半导体装置。

背景技术

图1为一种习知发光二极管的结构示意图。请参考图1，发光二极管100包括一n型半导体层110、一发光层120、一p型半导体层130、多个反射层140以及多个电极150。发光层120位于n型半导体层110的部分区域上，且p型半导体层130位于发光层120之上。n型半导体层110可以是多层的n型半导体材料结构，而p型半导体层130亦可以是多层的p型半导体材料结构。反射层140位于n型半导体层110内，如图1所示。另外，电极150分别配置于n型半导体层110与p型半导体层130的表面110a及130a上以分别电性连接n型半导体层110与p型半导体层130。

习知发光二极管100属于一种水平式发光二极管的叠层结构，且发光二极管100的n型半导体层110内配置有多个反射层140。因此，当发光二极管100被驱动时而发光时，位于n型半导体层110内的反射层140便适于反射内部所产生的光线，藉以提高发光二极管100的发光效率。

发明内容

本发明提出一种发光半导体装置，其包括一发光结构、一反射结构以及一载体。发光结构至少具有一第一型半导体层、一发光层以及一第二型半导体层。发光层位于第一型半导体层与第二型半导体层之间。反射结构具有一第一透明导电层、一第一图案化反射层、一第二透明导电层以及一第二图案化反射层。第一图案化反射层位于第一透明导电层与第二透明导电层之间。第一图案化反射层具有至少一开口以使第一透明导电层与第二透明导电层实体上连接。第二透明导电层位于第一图案化反射层与第二图案化反射层之间。第二图案化反射层位于大体上相应于开口的区域上。发光结构与载体分别位于反射结构的两侧。

在本发明的一实施例中，第一图案化反射层包括一金属层与至少一绝缘层。绝缘层至少位于金属层与第一透明导电层之间或金属层与第二透明导电层之间。

在本发明的一实施例中，第二图案化反射层包括一金属层与至少一绝缘层。绝缘层位于金属层与第二透明导电层之间或金属层与载体之间。

在本发明的一实施例中，第一图案化反射层与第二图案化反射层中至少其一包括一分布式布拉格反射器(distributed Bragg reflector；DBR)。

在本发明的一实施例中，第一图案化反射层与第二图案化反射层中至少其一的图案包含圆形、椭圆形或多边形、或以上选项的任意组合。

在本发明的一实施例中，第一型半导体层与第二型半导体层中至少其一的材质至少包括氮(N)、镓(Ga)、铟(In)、铝(Al)、磷(P)、砷(As)、及锌(Zn)其中一种元素。

在本发明的一实施例中，发光层包含一多重量子阱发光层(multi-quantumwell；MQW)、一单异质结构(single heterostructure；SH)、一双异质结构(doubleheterostructure；DH)、一双侧双异质结构(double-side double heterostructure；DDH)、或上述结构的组合。

在本发明的一实施例中，发光半导体装置还包括一光波长转换层。光波长转换层位于发光结构之上。

在本发明的一实施例中，发光半导体装置还包括一结合层。结合层配置于发光结构与载体之间，用以结合反射结构与载体。

在本发明的一实施例中，在发光结构的至少一出光面上具有多个结构化图案。

在本发明的一实施例中，结构化图案包含规则图案、不规则图案、及光子晶体结构中至少其一。

在本发明的一实施例中，载体包含金属材质、非金属材质、硅或电镀铜。

在本发明的一实施例中，第一透明导电层与第二透明导电层至少其一的材质包含铟锡氧化物、铟锌氧化物、铟锡锌氧化物、氧化铪、氧化锌、氧化铝、铝锡氧化物、铝锌氧化物、镉锡氧化物或镉锌氧化物、或其任意可能组合。

在本发明的一实施例中，发光半导体装置还包括一电流分散层。电流分散层位于发光结构的上方。

在本发明的一实施例中，发光半导体装置还包括一电极。电极配置于发光结构的上方。

本发明亦提出一种发光半导体装置，其包括一发光结构、一透明非半导体层、一第一反射层、以及一第二反射层。

发光结构至少包含一第一型半导体层、一发光层以及一第二型半导体层。发光层位于第一型半导体层与第二型半导体层之间。透明非半导体层电连接发光结构及载体，其中透明非半导体层例如是采用上述的第一透明导电层与第二透明导电层的结构。第一反射层包含一靠近发光结构的第一面及一远离发光结构的第二面。第二反射层则包含一靠近发光结构的第三面及一远离发光结构的第四面。第一反射层及第二反射层除了位于发光结构及载体之间，且第一面与第三面不位于同一水平面上。

在本发明的一实施例中，第二面与第四面不位于同一水平面上。

在本发明的一实施例中，透明非半导体层环绕第一反射层及第二反射层中至少其一。

在本发明的一实施例中，第一反射层及第二反射层中至少其一包含一金属层及一绝缘层。

在本发明的一实施例中，第一反射层及第二图案化反射层中至少其一包含一金属层及一分散式布拉格反射器。

在本发明的一实施例中，第一反射层及第二图案化反射层中至少其一具有图案化结构。

综上所述，由于发光半导体装置的反射结构具有第一透明导电层与第二透明导电层，因此，此结构可作为发光结构与载体之间的电传导连接层。另外，反射结构的第一图案化反射层与第二图案化导电层用作发光半导体装置的光学反射镜结构。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举多个实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1为一种习知发光二极管的结构示意图；

图2为依照本发明一实施例的发光半导体装置的结构示意图；

图3A为发光半导体装置的第一图案化反射层的俯视示意图；

图3B为发光半导体装置的第二图案化反射层的俯视示意图；

图4为本发明另一实施形态的发光半导体装置的剖面示意图；

图5A与图5B分别为图4所绘示的第一图案化反射层与第二图案化反射层的俯视示意图；

图6A～图6D绘示为本发明的发光半导体装置的流程示意图。

主要元件符号说明

100：发光二极管

110：n型半导体层

110a、130a：表面

120、214、314：发光层

130：p型半导体层

140：反射层

150、260、360：电极

200、200a、300：发光半导体装置

210、310：发光结构

212、312：第一型半导体层

216、316：第二型半导体层

220、320：反射结构

222、322：第一透明导电层

224、324：第一图案化反射层

224a、228a、324a、328a：金属层

224b、228b、324b、328b：绝缘层

226、326：第二透明导电层

228、328：第二图案化反射层

220a、320a：开口

230、330：载体

240、340：结合层

250、350：电流分散层

具体实施方式

图2为依照本发明一实施例的发光半导体装置的结构示意图。发光半导体装置200包括一发光结构210、一反射结构220以及一载体230。发光结构210至少具有一第一型半导体层212、一发光层214以及一第二型半导体层216，且发光层214位于第一型半导体层212与第二型半导体层216之间。反射结构220具有一第一透明导电层222、一第一图案化反射层224、一第二透明导电层226以及一第二图案化反射层228。第一图案化反射层224位于第一透明导电层222与第二透明导电层226之间，且第一图案化反射层224具有至少一开口220a以使第一透明导电层222与第二透明导电层226实体上连接。第二透明导电层226位于第一透明导电层222与载体230之间。

于一实施例中，第二透明导电层226可以形成于第一图案化反射层224与第二图案化反射层228之间。第二图案化反射层228配置于大体上相应于开口220a的区域上，其尺寸可以大于、等于、或小于开口220a的尺寸。此外，如图所示，部分的第二图案化反射层228是形成于开口220a之中。然而，第二图案化反射层228的全体亦可以形成于开口220a之外。发光结构210与载体230分别位于反射结构220的两侧。另外，发光半导体装置200还包括一电极260。电极260位于发光结构210上方。

在本实施例中，第一型半导体层212与第二型半导体层216的材质至少包括氮(N)、镓(Ga)、铟(In)、铝(Al)、磷(P)、砷(As)、及锌(Zn)其中一种元素，且第一型半导体层212与第二型半导体层216掺杂有Ⅱ族或Ⅳ族元素。举例来说，第一型半导体层212与第二型半导体层216例如是采用GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN至少其中之一的材料，并掺杂以Ⅱ族或Ⅳ族的元素以形成的，然而，上述仅为举例说明，非用以限定本发明。换言之，层212、216亦可以是使用其他适当的材质。另外，发光层214的结构可以为一多重量子阱结构(multi-quantum well；MQW)、单异质结构(single heterostructure；SH)、双异质结构(double heterostructure；DH)、双侧双异质结构(double-sidedouble heterostructure；DDH)、上述结构的组合、或是其他适当的材料结构，然以上仅为举例说明，本发明并非限于此。

在本实施例中，第一图案化反射层224包括一金属层224a与至少一绝缘层224b。绝缘层224b可以形成于金属层224a与第一透明导电层222之间、金属层224a与第二透明导电层226之间、金属层224a与载体230之间、或以上选项的任意组合。换言之，绝缘层224b可以形成于金属层224a的一个或多个表面之上。图2绘示绝缘层224b位于金属层224a与第一透明导电层222之间。

另外，金属层224a的材质例如是使用反射性金属，例如：金、银、铜、铁、锡、铬、铝、镍、或上述材料的合金、叠层、或其组合。此外，绝缘层224b的材质可以是使用无机材质(如：氧化硅(silicon oxide；SiO_x)、氮化硅(nitride oxide；SiN_x)、氮氧化硅(silicon nitride oxide；Si_xNO_y)、碳化硅(SiC_x)、氧化铪(hafnium oxide；HfO2)、氧化铝(alumina；Al₂O₃)、或其它合适材料、或上述的组合)、有机材质(如：光致抗蚀剂(photoresist；PR)、苯并环丁烯(benzocyclobutane，BCB)、环烯类(cycloolefin)、聚酰亚胺类(polyimide)、聚酰胺类(polyamide)、聚酯类(polyester)、聚醇类(polyalcohols)、聚环氧乙烷类(polyethylene)、聚苯类(polyphenylene)、树脂类(resin)、聚醚类(polyether)、聚酮类(polyketone)、或其它合适材料、或上述的组合)、或上述的组合。本实施例的绝缘层224b以氧化铝作为例，但不限于此。

在本实施例中，第二图案化反射层228包括一金属层228a与至少一绝缘层228b。绝缘层228b可以形成于金属层228a与第二透明导电层226之间、金属层228a与载体230之间、或其二者的组合。换言之，绝缘层228b可以形成于金属层228a的一个或多个表面之上。图2绘示绝缘层228b位于金属层228a与第二透明导电层226之间，且绝缘层228b位于靠近第一透明导电层222的方向。然而，在其他实施例中，绝缘层228b也可以是位于金属层228a的其他面向，图2所绘示仅为举例说明，非用以限定本发明。另外，金属层228a与绝缘层228b的材料例如是采用上述的金属层224a、绝缘层224a的材料，相同之处不再赘述。

在另一实施例中，第一图案化反射层224与第二图案化反射层228除了采用上述的型态外，亦可以分别包含一分散式布拉格反射器(distributedBragg reflector)。于再一实施例中，第一图案化反射层224中的绝缘层224b与第二图案化反射层228中的绝缘层228b可以分别以绝缘材料形成为分散式布拉格反射器，用来反射发光半导体装置200被驱动时所产生的内部光线，使得光线得以被有效地反射而出射出发光半导体装置200的外表面，进而提升发光半导体装置200的出光效益。

此外，上述的第一图案化反射层224与第二图案化反射层228的图案可以为圆形、椭圆形、多边形或是其他几何图案。在本实施例中，图案包含圆形。图3A与图3B为图2所绘示的发光半导体装置的俯视透视图，其中图3A为发光半导体装置的第一图案化反射层的俯视示意图；图3B为发光半导体装置的第二图案化反射层的仰视示意图。然而，在其他实施形态中，第一图案化反射层224与第二图案化反射层228的图案可以视使用者的需求而设计，非限于图3A与图3B所绘示。

为了提高发光半导体装置的出光效益，发光结构210的至少一出光面210a上具有多个结构化图案(未绘示)。详细来说，结构化图案可以是规则图案、不规则图案或采用光子晶体结构，或是其他适当的图案，如此一来，在发光半导体装置200内的光线便可透过结构化图案，而更容易射出发光结构210，进而更为提升发光半导体装置200的出光效益。于一实施例中，结构化图案可以形成于第一型半导体层212、发光层214、及第二型半导体层216的至少一个表面上。在另一实施例中，结构化图案也可以是形成于其他膜层上(例如以下将提到的电流分散层)。换言之，结构化图案可依据使用者的设计需求而定，上述仅为举例说明，非限于此。

在本实施例中，载体230可以是采用金属材质、非金属材质、或其组合。非金属材质如硅(Si)、碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)、玻璃、陶瓷、复合材料、蓝宝石、及塑胶等。金属材质如金属块材、电镀金属、合金、及叠层等。金属与非金属材料的组合如金属基复合材料。若采用非电良导体作为载体230的材质，更可于载体230的内部、外部、或其二者上形成导电通道，如：通孔及延伸线，以使电流可以通过此非电良导体。本实施例以硅材质为例，但不限于此。在其他实施例中，载体230亦可以为电镀铜，如此一来，将可取代结合层240(以下会提及)的使用。于另一实施例中，载体230中包含有电路或电子元件，例如：封装基座、印刷电路板、软性电路板、及集成电路。再者，载体230可以于发光半导体装置或下游产品工艺中任一适当步骤中与发光结构210相结合。以上仅为举例说明，非限于此。换言之，载体230可根据使用者的需求而定。

在本实施例中，上述的第一透明导电层222与第二透明导电层226的材质可以分别是铟锡氧化物(indium tin oxide；ITO)、铟锌氧化物(indium zincoxide；IZO)、铟锡锌氧化物(indium tin zinc oxide；ITZO)、氧化铪(hafniumoxide；HfO2)、氧化锌(ZnO)、铝锡氧化物(aluminum tin oxide；ATO)、铝锌氧化物(aluminum zinc oxide；AZO)、镉锡氧化物(cadmium tin oxide；CTO)或镉锌氧化物(cadmium zinc oxide；CZO)。本实施例以铟锡氧化物作为实施范例，但不限于此。

另外，发光半导体装置200还可以包括一电流分散层250。电流分散层250配置于发光结构210的上方，如图2所示。一般来说，电流分散层250主要是用以将注入发光结构210的电流分散。而电流分散层250的材质可以采用如第一透明导电层222所描述的材料，在此不再赘述。

在本实施例中，发光半导体装置200还可以包括一光波长转换层(未绘示)。光波长转换层位于发光结构210之上。光波长转换层主要是用来转换发光结构210所发出光线的波长，例如：将短波长大体上转换为长波长、或将长波长大体上转换为短波长。举例来说，光波长转换层是一种可被发光结构210所发出光线激发的荧光物质。换言之，适当地调整或挑选光波长转换层的材料，可使发光半导体装置200所发出的光线具有色彩选择性，例如是红光、蓝光、绿光、白光、或是其他可见或不可见波段的光线。

在本实施例中，发光半导体装置200还包括一结合层240。结合层240配置于反射结构220与载体230之间，如图2所绘示。详细来说，结合层240主要是用来结合反射结构220与载体230，其中根据结合的方式，结合层240的材质可以为氧化物、氮化物、或金属。此外，反射结构220与载体230亦可不藉由他种材质而于适当的温度与压力的下直接接合。

在一实施例中，根据第一图案化反射层224与第二图案化反射层228的配置变化，亦可以形成如图4所绘示的发光半导体装置200a，其中图4为本发明另一实施形态的发光半导体装置的剖面示意图。比较图2与图4，发光半导体装置200a与发光半导体装置200结构相似，相同构件标示相同符号，惟二者不同处在于，第一图案化反射层224与第二图案化反射层228所形成的图案化不同。举例来说，第一图案化反射层224与第二图案化反射层228配置于发光半导体装置200a内的形式，分别是如图5A与图5B所绘示的剖视图，其中第一图案化反射层224可以是圆形，也可以是采用前述曾提及的形状，而第二图案化反射层228的图案则是大体上相对应于第一图案化反射层224的图形，其中在俯视平面上，第一图案化反射层224与第二图案化反射层228之间具有一间隙(未标示)，但不限于此。另外，图5A与图5B仅是绘示第一图案化反射层224与第二图案化反射层228可能的图案，在其他实施例中，视使用者的需求，二者亦可以是采用其他形状的设计，在此不再赘述。

另外，图6A～图6D绘示为本发明的发光半导体装置的流程示意图。请先参考图6A，首先提供一发光结构310，其中此发光结构310至少具有一第一型半导体层312、一发光层314以及一第二型半导体层316，且发光层314位于第一型半导体层312与第二型半导体层316之间。详细来说，形成发光结构310的方式例如是采用高温外延的技术，依序于成长基板(未显示)上形成第一型半导体层312、发光层314与第二型半导体层316，其中第一型半导体层312、发光层314与第二型半导体层316的材料例如为上述的第一型半导体层212、发光层214与第二型半导体层216所描述的材料，在此不再赘述。全部或部分的成长基板可以在进行后续工艺步骤前或后移除。

接着，请参考图6B，于第一型半导体层312或第二型半导体层316的表面上形成一反射结构320，其中反射结构320具有一第一透明导电层322、一第一图案化反射层324、一第二透明导电层326以及一第二图案化反射层328。详细来说，形成反射结构320的方式例如是先全面性地形成一透明导电材料层于第一型半导体层312或第二型半导体层316的表面上以形成上述的第一透明导电层322的结构。然后，在第一透明导电层322上形成一第一图案化反射层324，其中形成第一图案化反射层324的方式例如是采用微影蚀刻工艺(Photolithography and Etching Process；PEP)来进行图案化工艺。而后，再全面性地形成另一透明导电材料层于第一图案化反射层324以形成上述的第二透明导电层326。接着，于第二透明导电层326上形成一第二图案化反射层328，其中形成第二图案化反射层328的方式同于形成第一图案化反射层324的方式。至此，大致完成反射结构320形成于发光结构310上的制作步骤。

于完成上述步骤后，接着，将一载体330与上述的反射结构320结合，其中载体330与发光结构310分别位于反射结构320的两侧，如图6C所绘示。其中，上述结合的方式，可以是采用涂胶的方式以结合载体330与反射结构320，或是采用金属键结的方式亦可，本实施例以结合层340为金属键结层的方式作为实施范例，但不限于此。

再来，形成一电极360于发光结构310的上方，如图6D所绘示。另外，为了提高发光半导体装置的发光效率，也可以在形成电极360的前，先形成一电流分散层350于发光结构310上，如图6D所绘示。至此大致完成一种发光半导体装置300的制作步骤。

虽然本发明已以多个实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，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

1.一种发光半导体装置，包括：

发光结构，至少具有第一型半导体层、发光层以及第二型半导体层，且该发光层位于该第一型半导体层与该第二型半导体层之间；

反射结构，至少具有第一透明导电层、第一图案化反射层、第二透明导电层以及第二图案化反射层，其中该第一图案化反射层位于该第一透明导电层与该第二透明导电层之间，且该第一图案化反射层具有至少一开口以使该第一透明导电层与该第二透明导电层实体上连接，该第二透明导电层位于该第一图案化反射层与该第二图案化反射层之间，且该第二图案化反射层位于大体上相应于该开口的区域上；以及

载体，其中该发光结构与该载体分别位于该反射结构的两侧。

2.如权利要求1所述的发光半导体装置，其中该第一图案化反射层包括金属层与至少一绝缘层，其中该绝缘层至少位于该金属层与该第一透明导电层之间或该金属层与该第二透明导电层之间。

3.如权利要求1所述的发光半导体装置，其中该第二图案化反射层包括金属层与至少一绝缘层，其中该绝缘层至少位于该金属层与该第二透明导电层之间或该金属层与该载体之间。

4.如权利要求1所述的发光半导体装置，其中该第一图案化反射层与该第二图案化反射层中至少其一包含分布式布拉格反射器。

5.如权利要求1所述的发光半导体装置，其中该第一图案化反射层与该第二图案化反射层中至少其一的图案包含圆形、椭圆形、多边形、或以上选项的任意组合。

6.如权利要求1所述的发光半导体装置，其中该第一型半导体层与该第二型半导体层中至少其一的材质至少包括氮、镓、铟、铝、磷、砷、及锌其中一种元素。

7.如权利要求1所述的发光半导体装置，其中该发光层包含多重量子阱结构、单异质结构、双异质结构、双侧双异质结构、或上述结构的组合。

8.如权利要求1所述的发光半导体装置，还包括光波长转换层，位于该发光结构之上。

9.如权利要求1所述的发光半导体装置，还包括结合层，配置于该发光结构与该载体之间，用以结合该反射结构与该载体。

10.如权利要求1所述的发光半导体装置，其中在该发光结构的至少一出光面上具有结构化图案。

11.如权利要求10所述的发光半导体装置，其中该些结构化图案包含规则图案、不规则图案、及光子晶体结构中至少其一。

12.如权利要求1所述的发光半导体装置，其中该载体包含金属材质、非金属材质、硅或电镀铜。

13.如权利要求1所述的发光半导体装置，其中该第一透明导电层与该第二透明导电层至少其一的材质包含铟锡氧化物、铟锌氧化物、铟锡锌氧化物、氧化铪、氧化锌、氧化铝、铝锡氧化物、铝锌氧化物、镉锡氧化物、镉锌氧化物、或其任意可能组合。

14.如权利要求1所述的发光半导体装置，还包括电流分散层，位于该发光结构的上方。

15.如权利要求1所述的发光半导体装置，还包括电极，该电极位于该发光结构的上方。

16.一种发光半导体装置，包括：

发光结构，至少包含第一型半导体层、发光层以及第二型半导体层，且该发光层位于该第一型半导体层与该第二型半导体层之间；

载体；

透明非半导体层，电连接该发光结构及该载体；

第一反射层，包含靠近该发光结构的第一面及远离该发光结构的第二面；及

第二反射层，包含靠近该发光结构的第三面及远离该发光结构的第四面；

其中，该第一图案化反射层及该第二图案化反射层位于该发光结构及该载体之间，且该第一面与该第三面不位于同一水平面上。

17.如权利要求16所述的发光半导体装置，其中，该第二面与该第四面不位于同一水平面上。

18.如权利要求16所述的发光半导体装置，其中，该透明非半导体层环绕该第一图案化反射层及该第二图案化反射层中至少其一。

19.如权利要求16所述的发光半导体装置，其中，该第一图案化反射层及该第二图案化反射层中至少其一包含金属层及绝缘层。

20.如权利要求16所述的发光半导体装置，其中，该第一图案化反射层及该第二图案化反射层中至少其一包含金属层及分散式布拉格反射器。