CN102315345A

CN102315345A - 发光元件

Info

Publication number: CN102315345A
Application number: CN2010102173219A
Authority: CN
Inventors: 李政宪; 郭修邑
Original assignee: GUANGJIA PHOTOELECTRIC CO Ltd
Current assignee: GUANGJIA PHOTOELECTRIC CO Ltd; Huga Optotech Inc
Priority date: 2010-07-05
Filing date: 2010-07-05
Publication date: 2012-01-11

Abstract

一种发光元件包括导电基板、金属反射层、具有两种或两种以上折射率相异的材质交互堆叠的多层膜结构、透明导电层及半导体叠层。金属反射层配置于导电基板上，交互堆叠的多层膜结构配置于金属反射层上，透明导电层配置于交互堆叠的多层膜结构上，半导体叠层配置于透明导电层上。交互堆叠的多层膜结构中至少包含有一绝缘层，且上述的交互堆叠的多层膜结构更包含贯穿其中的导孔结构，使金属反射层与透明导电层之间产生电连接。上述发光元件具有可提高发光效率的优点。

Description

发光元件

技术领域

本发明是有关于一种发光元件，尤其是一种具有分布式布拉格反射结构的发光元件。

背景技术

目前发光元件(例如发光二极管)的应用领域已十分广泛。例如在显示装置、交通信号装置、照明装置、医疗装置以及通信装置等领域的产品，皆可见到发光元件的应用。

请参阅图1，所示为一种现有的发光元件10，其包括导电基板11、黏结层13、金属反射层15、透明导电层17以及半导体叠层19。其中，黏结层13位于导电基板11上，金属反射层15位于黏结层13上，透明导电层17位于金属反射层15上，而半导体叠层19位于透明导电层17上。半导体叠层19包括与透明导电层17相贴接的p型氮化镓层192、位于p型氮化镓层192上方的n型氮化镓层196以及位于p型氮化镓层192与n型氮化镓层196之间的活性层194。

在发光元件10中，透明导电层17是直接接触p型氮化镓层192而达成欧姆接触功能，透明导电层17的高透射率特性可使金属反射层15发挥高反射功能。

然而，由于在发光元件10的制造过程中，需进行热处理，而热处理时容易造成透明导电层17与金属反射层15之间发生相互扩散(Diffusion)，因此在发光元件10的制造过程中会导致金属反射层15雾化，进而降低金属反射层15的反射率，使得发光元件10的发光效率受到影响。

因此，如何避免发光元件在制造过程中反射结构的反射率被降低，以提高发光元件的发光效率实为相关领域的人员所重视的议题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种发光元件，其可提高发光效率。

本发明提出一种发光元件，其包括导电基板、金属反射层、具有两种或两种以上折射率相异材质交互堆叠的多层膜结构、透明导电层与半导体叠层。金属反射层配置于导电基板上。交互堆叠的多层膜结构配置于金属反射层上，上述交互堆叠的多层膜结构至少具有一绝缘层，且具有至少一导孔结构贯穿该交互堆叠的多层膜结构，而透明导电层配置于交互堆叠的多层膜结构上，且半导体叠层配置于透明导电层上。

其中，该导孔结构使该金属反射层与该透明导电层形成电连接。

本发明还提出一种发光元件，其包括导电基板、金属反射层、具有两种或两种以上折射率相异材质交互堆叠的多层膜结构、透明导电层与半导体叠层。其中，金属反射层配置于导电基板上。交互堆叠的多层膜结构配置于金属反射层上，且上述的交互堆叠的多层膜结构是由导电性材质制成，此导电性材质至少包含有具有掺杂物的TiO₂。透明导电层配置于交互堆叠的多层膜结构上。半导体叠层配置于透明导电层上。

本发明的发光元件采用交互堆叠的多层膜结构，其具有两种或两种以上折射率相异材质交互堆叠的多层膜结构来反射光，交互堆叠的多层膜结构能避免金属反射层与透明导电层之间因热作用而导致的物质相互扩散问题、反射层的反射率降低的问题，从而有利于提高发光元件的发光效率。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1绘示为一种现有的发光元件的示意图。

图2绘示为本发明实施例的一的发光元件的示意图。

图3绘示为本发明另一实施例的发光元件的示意图。

图4绘示为本发明再一实施例的发光元件的示意图。

图5绘示为本发明又一实施例的发光元件的示意图。

具体实施方式

图2绘示为本发明实施例的一的发光元件的示意图。请参阅图2，本发明实施例之一的发光元件30包括导电基板31、金属反射层33、具有两种或两种以上折射率相异材质交互堆叠的多层膜结构35、透明导电层37、半导体叠层39、导孔结构352以及电极41。

如图2所示，发光元件30为垂直式的发光二极管；其中，金属反射层33位于导电基板31上，交互堆叠的多层膜结构35位于金属反射层33上，透明导电层37位于交互堆叠的多层膜结构35上，而半导体叠层39位于透明导电层37上，此外，电极41位于半导体叠层39上。其中，上述相互堆叠的多层膜结构35中至少具有绝缘层，其中相互堆叠的多层膜结构35材质可以是ITO、CTO、ZnO、In2O3、SnO2、CuAlO2、CuGaO2、SrCu2O2等导电材料，而绝缘层材质可以是五氧化二钽(Ta₂O₅)、氮化硅(SiN_x)、二氧化钛(TiO₂)或二氧化硅(SiO₂)，且上述的交互堆叠的多层膜结构35具有至少一导孔结构352贯穿其中，且导孔结构352用于使金属反射层33与透明导电层37之间形成电连接。在图2实施例中，虽然仅绘示一导孔结构352，但本发明并不以导孔结构352的数量为限，在其它实施例中，导孔结构352数量还可为多个。不仅如此，上述导孔结构352可由高光反射性金属或热稳性金属材料填充于其中，利用高光反射性金属，诸如银、铝、金及其合金等材料，来提高发光元件30的光反射率，而热稳性金属材料则可以是钛、铝、铬等金属或上述金属所构成的合金，其可用以提高导孔结构352的致密性。

此外，交互堆叠的多层膜结构35也可以是由不同的绝缘材质交互堆叠而成，上述的绝缘材质可以是Ta₂O₅、SiN_x、TiO₂或SiO₂；在本实施例中，交互堆叠的多层膜结构35是由TiO₂与SiO₂两种绝缘材质的膜层交互堆叠而成的。

承上述，所谓具有两种或两种以上折射率相异材质交互堆叠的多层膜结构35，通常是将折射率相异的两种材质交互堆叠而成，在本实施例中，交互堆叠的多层膜结构35为分布式布拉格反射(Distributed BraggReflector，DBR)结构，其中每层的厚度为λ/4，其中λ为发光元件30的主波长(Dominant Wavelength)。

再者，半导体叠层39的材质可选自氮化铝铟镓系列材料或磷化铝铟镓系列材料，且可包括第一导电型半导体层392、活性层394以及第二导电型半导体层396。其中，第一导电型半导体层392位于透明导电层37上，活性层394位于第一导电型半导体层392上，而第二导电型半导体层396位于活性层394上。

详细来说，活性层394可为多重量子井(Multi-quantum Well，MQW)结构，而第一导电型半导体层392与第二导电型半导体层396可分别为p型半导体层与n型半导体层。更详细地，第一导电型半导体层392与第二导电型半导体层396可分别为p型氮化镓层与n型氮化镓层。

不仅如此，上述半导体叠层39的表面可以是一粗糙结构，以减少光线由活性层394产生后因为半导体叠层39与外界间的折射率差异而形成全反射的情况，进而增加发光元件30的出光效率。

此外，透明导电层37的材质可以是透明金属氧化材料，诸如氧化铟锡(ITO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锌(ZnO)、三氧化二铟In₂O₃、二氧化锡(SnO₂)、氧化铝铜(CuAlO₂)、氧化铜镓(CuGaO₂)、氧化锶铜(SrCu₂O₂)，在本实施例中，透明导电层37的材质为ITO。

不仅如此，上述导电基板31的材质可以是氧化锌、硅或金属。此外，更可以在导电基板31的下表面形成一背电极(Back Electrode)312。

此外，上述的金属反射层33可以同时具有黏结层的功能，用以接合导电基板31与交互堆叠的多层膜结构35。在本实施例中，金属反射层33可以选用具有高光反射性的金属，诸如银、铝、金及其合金等材料，并且利用金属共晶键合(Eutectic bonding)技术形成，使得金属反射层33同时具有黏结层的功能。但需要指出的是，本发明并不以金属反射层33同时具有黏结作用为限。

图3为本发明另一实施例，如图3所示，金属反射层33与导电基板31还具有黏结层34，而黏结层34的作用主要是提高金属反射层33与导电基板31间的黏结力，上述黏结层34的材质可以是金属材料或具有导电粒子的有机材料。

综上所述，本发明的发光元件采用两种或两种以上折射率相异材质交互堆叠的多层膜结构来分隔金属反射层与透明导电层，用以减少金属反射层与透明导电层之间因热作用产生扩散问题而导致金属反射层雾化的问题，借此提高发光元件30的发光效率。

由于交互堆叠的多层膜结构35是介于金属反射层33与透明导电层37之间，使得金属反射层33与透明导电层37的交界面不存在因为热作用而导致的相互扩散而导致金属反射层33雾化的问题，因此可避免金属反射层33的反射率受到影响，从而有利于提高发光元件30的发光效率。再者，利用交互堆叠的多层膜结构35搭配金属反射层33形成一个全方向性的反射镜，因此还有利于发光元件30的结构设计。

图4为本发明另一实施例的发光元件50。发光元件50与发光元件30相似，其不同点在于：交互堆叠的多层膜结构55是由导电性材质制成，其材质可以选自ITO、CTO、ZnO、In₂O₃、SnO₂、CuAlO₂、CuGaO₂或SrCu₂O₂。由于交互堆叠的多层膜结构55是由导电材质所制成，因此金属反射层33与透明导电层37间可直接借助交互堆叠的多层膜结构55产生电连接。

在本实施例中，交互堆叠的多层膜结构55至少包含有具有掺杂物的二氧化钛(TiO₂)的材料，其中上述TiO₂的掺杂物可以是元素周期表中VB族元素；在本实施例中，具有掺杂物的TiO₂材料可以是Ti_xTa_1-xO₂或Ti_xNb_1-xO₂；更进一步来说，本实施例中交互堆叠的多层膜结构55是由Ti_xTa_1-xO₂与ITO交互堆叠而成的。

除此之外，发光元件50亦可以包含至少一贯穿交互堆叠的多层膜结构55的导孔结构(图未示)，用以改善金属反射层33与透明导电层37的电连接，且上述导孔结构的材质是由高光反射性金属或热稳性金属材料填充于其中，利用高光反射性金属，诸如银、铝、金及其合金等材料，来提高发光元件50的光反射率，而热稳性金属材料则可以是钛、铝、铬等金属或上述金属所构成的合金，其可用以提高导孔结构的致密性。

图5为本发明又一实施例，如图5所示，金属反射层33与导电基板31还具有一黏结层54，而黏结层54的作用主要是提高金属反射层33与导电基板31间的黏结力，上述黏结层54的材质可以是金属材料或具有导电粒子的有机材料。

综上所述，本发明的发光元件采用两种或两种以上折射率相异材质交互堆叠的多层膜结构来分隔金属反射层与透明导电层，用以减少金属反射层与透明导电层之间因热作用扩散问题而导致金属反射层产生雾化的问题，因此可避免金属反射层的反射率受到影响，借此提高发光元件的发光效率。再者，利用交互堆叠的多层膜结构搭配金属反射层形成全方向性的反射镜，还有利于发光元件的结构设计。

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，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims

1.一种发光元件，其包括导电基板与金属反射层，该金属反射层配置于该导电基板上，其特征是：该发光元件还包括具有两种或两种以上折射率相异的材质交互堆叠的多层膜结构、透明导电层及半导体叠层，该多层膜结构配置于该金属反射层上，该透明导电层配置于该交互堆叠的多层膜结构上，该半导体叠层配置于该透明导电层上，其中该交互堆叠的多层膜结构中至少具有绝缘层，以及贯穿该多层膜结构的导孔结构。

2.根据权利要求1所述的发光元件，其特征是：该交互堆叠的多层膜结构的材质更包含ITO、CTO、ZnO、In₂O₃、SnO₂、CuAlO₂、CuGaO₂、SrCu₂O₂、TiO₂、Ta₂O₅、SiN_x或SiO₂中的一种或一种以上的物质。

3.根据权利要求1所述的发光元件，其特征是：该交互堆叠的多层膜结构为分布式布拉格反射结构。

4.根据权利要求1所述的发光元件，其特征是：该金属反射层为具有黏结力作用的金属反射层。

5.根据权利要求1所述的发光元件，其特征是：该发光元件更包含一个位于该导电基板与该金属反射层之间的黏结层。

6.根据权利要求5所述的发光元件，其特征是：该黏结层的材质是金属或具导电粒子的有机黏着物。

7.根据权利要求1所述的发光元件，其特征是：该导孔结构使该金属反射层电连接于该透明导电层。

8.根据权利要求1所述的发光元件，其特征是：该半导体叠层包括第一导电型半导体层、活性层与第二导电型半导体层，该第一导电型半导体层与该透明导电层相贴接，该活性层位于该第一导电型半导体层上，该第二导电型半导体层位于该活性层上。

9.根据权利要求1所述的发光元件，其特征是：该导孔结构的材质为银、金、钛、铝、铬或该些金属的合金。

10.一种发光元件，其包括导电基板与金属反射层，该金属反射层配置于该导电基板上，其特征是：该发光元件还包括具有两种或两种以上折射率相异材质交互堆叠的多层膜结构、透明导电层及半导体叠层，该多层膜结构配置于该金属反射层上，该透明导电层配置于该交互堆叠的多层膜结构上，该半导体叠层配置于该透明导电层上，其中该交互堆叠的多层膜结构由导电性材质制成，且该材质至少包含具有掺杂物的TiO₂。

11.根据权利要求10所述的发光元件，其特征是：该交互堆叠的多层膜结构的材质更包含ITO、CTO、ZnO、In₂O₃、SnO₂、CuAlO₂、CuGaO₂或SrCu₂O₂中的一种或一种以上的物质。

12.根据权利要求10所述的发光元件，其特征是：该交互堆叠的多层膜结构为分布式布拉格反射结构。

13.根据权利要求10所述的发光元件，其特征是：该金属反射层为具有黏结作用的金属反射层。

14.根据权利要求10所述的发光元件，其特征是：该发光元件更包含一个黏结层位于该导电基板与该金属反射层之间。

15.根据权利要求14所述的发光元件，其特征是：该黏结层的材质是金属或具有导电粒子的有机黏着物。

16.根据权利要求10所述的发光元件，其特征是：该半导体叠层包括第一导电型半导体层、活性层与第二导电型半导体层，该第一导电型半导体层与该透明导电层相贴接，该活性层位于该第一导电型半导体层上，该第二导电型半导体层位于该活性层上。

17.根据权利要求10所述的发光元件，其特征是：该发光元件更包含至少一个导孔结构贯穿该交互堆叠的多层膜结构，该导孔结构使该金属反射层与该透明导电层形成电连接。

18.根据权利要求17所述的发光元件，其特征是：该导孔结构的材质为金、银、钛、铝、铬或该些金属的合金。

19.根据权利要求10所述的发光元件，其特征是：该具有掺杂物的TiO₂中的掺杂物为元素周期表中VB族元素。