CN103247732A

CN103247732A - 具有平整表面的电流扩散层的发光元件

Info

Publication number: CN103247732A
Application number: CN 201210032435
Authority: CN
Inventors: 吴俊毅; 王振奎; 陶青山; 廖文禄; 徐子杰; 彭钰仁; 许嘉良; 吕志强; 谢明勋
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2012-02-14
Filing date: 2012-02-14
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2032-02-14
Also published as: CN108054261A; CN103247732B

Abstract

本发明公开一种具有平整表面的电流扩散层的发光元件，该发光元件具有一粘结层、一反射层、一电流扩散层、一窗户层、一发光叠层与一第一电极形成于一基板之上，以及一第二电极形成于基板之下。其中，电流扩散层具有相对的一第一表面与一第二表面，第一表面为一平整表面。

Description

具有平整表面的电流扩散层的发光元件

技术领域

本发明涉及一种发光元件，特别是涉及一种具有平整表面的电流扩散层的发光元件。

背景技术

发光二极管(Light-emitting Diode；LED)目前已经广泛地使用在光学显示装置、交通号志、数据存储装置、通讯装置、照明装置与医疗器材上。LED具有电流扩散层与反射层位于基板与发光叠层之间，但是电流扩散层与反射层接触的表面不平整，易导致反射层的反射率不佳，使LED的发光效率降低。

此外，上述的LED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)。图9为现有的发光装置结构示意图，如图9所示，一发光装置6包含一具有至少一电路602的次载体(sub-mount)60；至少一焊料62(solder)位于上述次载体60上，通过此焊料62将上述LED 7粘结固定于次载体60上并使LED 7的基板70与次载体60上的电路602形成电连接；以及，一电性连接结构64，以电性连接LED 7的电极72与次载体60上的电路602；其中，上述的次载体60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6的电路规划并提高其散热效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有平整表面的电流扩散层的发光元件，以解决上述问题。

本发明的目的是这样实现的，即提供一种发光元件，其具有一透明导电层，具有相对的一第一表面与一第二表面；一反射层，位于第一表面之下；以及一发光叠层，具有一有源层，位于第二表面之上；其中第一表面的中心线平均粗糙度不大于2纳米。

本发明还提供一种发光元件，其具有一透明导电层，具有相对的一第一表面与一第二表面；一发光叠层，具有一有源层，位于第一表面之上；以及一反射层，位于第二表面之下；其中第一表面的中心线平均粗糙度小于第二表面的中心线平均粗糙度10纳米。

附图说明

图1为本发明一实施例的发光元件的剖视图；

图2为本发明另一实施例的发光元件的剖视图；

图3为本发明的发光元件的中心线平均粗糙度与亮度百分比的关系图；

图4为本发明另一实施例的发光元件的剖视图；

图5为本发明一实施例的光源产生装置的示意图；

图6为本发明一实施例的背光模块的示意图；

图7为中心线平均粗糙度的示意图；

图8为本发明一实施例的透明导电层的上视图；

图9为现有的发光装置结构示意图。

主要元件符号说明

1、2、3：发光元件

10：基板

12：粘结层

14：反射层

16：电流扩散层

162：第一表面

164：第二表面

166：侧面交会处

18：窗户层

20：发光叠层

202：第一半导体层

204：有源层

206：第二半导体层

22、32：第一电极

24、34：第二电极

26、36：多个接触部

38：通孔

4：光源产生装置

41：光源

42：电源供应系统

43：控制元件

5：背光模块

51：光学元件

6：发光装置

60：次载体

602：电路

62：焊料

64：电性连接结构

7：LED

70：基板

72：电极

C：中心线

L：长度

具体实施方式

本发明之实施例会被详细地描述，并且绘制于图式中，相同或类似的部分会以相同的号码在各图式以及说明出现。

如图1所示，一发光元件1包含一LED，具有一粘结层12、一反射层14、一电流扩散层16、一窗户层18、一发光叠层20与一第一电极22形成于一基板10之上，以及一第二电极24形成于基板10之下。发光叠层20具有一第一半导体层202位于窗户层18与第一电极22之间；一有源层204位于第一半导体层202与第一电极22之间；以及一第二半导体层206位于有源层204与第一电极22之间，其中第一半导体层202与第二半导体层206的极性相异。另外，第二半导体层206具有一粗糙上表面，以提升出光效率。

基板10可用以支持位于其上的发光叠层12与其它层或结构，其材料可为导电材料，包含但不限于铜(Cu)、铝(Al)、钼(Mo)、铜-锡(Cu-Sn)、铜-锌(Cu-Zn)、铜-镉(Cu-Cd)、镍-锡(Ni-Sn)、镍-钴(Ni-Co)、金合金(Au alloy)、类钻碳薄膜(Diamond Like Carbon；DLC)、石墨(Graphite)、碳纤维(Carbon fiber)、金属基复合材料(Metal Matrix Composite；MMC)、陶瓷基复合材料(CeramicMatrix Composite；CMC)、硅(Si)、磷化碘(IP)、硒化锌(ZnSe)、砷化镓(GaAs)、碳化硅(SiC)、磷化镓(GaP)、磷砷化镓(GaAsP)、硒化锌(ZnSe)、磷化铟(InP)、镓酸锂(LiGaO₂)或铝酸锂(LiAlO₂)。

粘结层12可连接基板10与反射层14，而且具有多个从属层(未显示)。粘结层12的材料可为导电材料，包含但不限于氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化镓锌(GZO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟钇(YZO)、砷化铝镓(AlGaAs)、氮化镓(GaN)磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)、磷砷化镓(GaAsP)、氧化铟锌(IZO)、类钻碳薄膜(DLC)、铜(Cu)、铝(Al)、铟(In)、锡(Sn)、金(Au)、铂(Pt)、锌(Zn)、银(Ag)、钛(Ti)、镍(Ni)、铅(Pb)、钯(Pd)、锗(Ge)、铬(Cr)、镉(Cd)、钴(Co)、锰(Mn)、锑(Sb)、铋(Bi)、镓(Ga)、钨(W)、银-钛(Ag-Ti)、铜-锡(Cu-Sn)、铜-锌(Cu-Zn)、铜-镉(Cu-Cd)、锡-铅-锑(Sn-Pb-Sb)、锡-铅-锌(Sn-Pb-Zn)、镍-锡(Ni-Sn)、镍-钴(Ni-Co)或金合金(Au alloy)等。反射层14可反射来自发光叠层12的光线，其材料包含但不限于铜(Cu)、铝(Al)、锡(Sn)、金(Au)、铂(Pt)、锌(Zn)、银(Ag)、钛(Ti)、镍(Ni)、铅(Pb)、银-钛(Ag-Ti)、铜-锡(Cu-Sn)、铜-锌(Cu-Zn)、铜-镉(Cu-Cd)、锡-铅-锑(Sn-Pb-Sb)、锡-铅-锌(Sn-Pb-Zn)、镍-锡(Ni-Sn)、镍-钴(Ni-Co)、银-铜(Ag-Cu)或金合金(Au alloy)等。

电流扩散层16可提升电流扩散，并与反射层14直接接触。电流扩散层16配合反射层14可形成全向反射镜以提升对发光叠层20所产生的光的反射率，以及保护发光叠层20免于被自反射层14扩散的元素破坏。电流扩散层16还可具有多个从属层(未显示)，其材料可为导电材料，包含但不限于氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化镓锌(GZO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟钇(YZO)、砷化铝镓(AlGaAs)、氮化镓(GaN)磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)、磷砷化镓(GaAsP)、氧化铟锌(IZO)或类钻碳薄膜(DLC)。电流扩散层16还包含靠近基板10的一第一表面162与一第二表面164位于第一表面162之上，其中第一表面162为一平整表面，其中心线平均粗糙度(Ra)不大于2纳米，更佳为介于0至1纳米。参考图3，以电流扩散层与反射层的接触表面的Ra约为2.744纳米的发光元件为基准，当发光元件1的第一表面162的Ra为2纳米，表示第一表面162较Ra约为2.744纳米的电流扩散层与反射层的接触表面平整，因此反射层14的反射率提高，发光元件1的亮度相比较于前述电流扩散层与反射层的接触表面的Ra约为2.744纳米的发光元件的亮度提升约10％。当Ra介于0至1纳米时，发光元件1的亮度提升至少约20％。调整第一表面162的粗糙度的方法例如有化学机械研磨(Chemicalmechanical Polishing，CMP)或反应式离子蚀刻(RIE)。此外，也可经由调整形成电流扩散层16的制作工艺参数以降低表面粗糙度。形成电流扩散层16的方法包括物理沉积法，例如为电子束蒸镀(E-Gun)、溅镀(sputtering)与分子束外延(MBE)；或是化学沉积法，例如为电浆增强化学气相沉积(PECVD)与有机金属化学气相沉积(MOCVD)。另一方面，当第一表面162的Ra小于第二表面164的Ra约10纳米，也可提升发光元件的效率。前述中心线平均粗糙度Ra例如从加工面的粗糙曲线上，截取一段测量长度L，如图7所示，并以长度内粗糙深的中心线C为基准将下方曲线反折，然后计算中心线上方经反折后的全部曲线所涵盖面积，再以测量长度除之。

窗户层18可提升电流扩散以及配合电流扩散层16与反射层14以提升发光元件的出光效率。窗户层18还可具有多个从属层(未显示)，其材料可为导电材料，包含但不限于氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化镓锌(GZO)、氧化锌(ZnO)、砷化铝镓(AlGaAs)、氮化镓(GaN)磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)、磷砷化镓(GaAsP)、氧化铟钇(YZO)、氧化铟锌(IZO)或类钻碳薄膜(DLC)。

发光叠层20可产生光线，具有半导体材料。其中，半导体材料具有一种以上的元素选自镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、磷(P)、氮(N)、锌(Zn)、镉(Cd)与硒(Se)所构成的群组。有源层204的结构可包含为单异质结构(singleheterostructure；SH)、双异质结构(double heterostructure；DH)、双侧双异质结构(double-side double heterostructure；DDH)或多层量子井(multi-quantum well；MQW)。第二半导体层206的粗糙上表面的Ra约为 200纳米至2000纳米。第一电极22与第二电极24用以接受外部电压，其材料可为透明导电材料或金属材料。透明导电材料包含但不限于氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化镓锌(GZO)、氧化锌(ZnO)、砷化铝镓(AlGaAs)、氮化镓(GaN)磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)、磷砷化镓(GaAsP)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟钇(YZO)或类钻碳薄膜(DLC)。金属材料包含但不限于铜(Cu)、铝(Al)、铟(In)、锡(Sn)、金(Au)、铂(Pt)、锌(Zn)、银(Ag)、钛(Ti)、镍(Ni)、铅(Pb)、钯(Pd)、锗(Ge)、铬(Cr)、镉(Cd)、钴(Co)、锰(Mn)、锑(Sb)、铋(Bi)、镓(Ga)、钨(W)、铍(Be)、银-钛(Ag-Ti)、铜-锡(Cu-Sn)、铜-锌(Cu-Zn)、铜-镉(Cu-Cd)、锡-铅-锑(Sn-Pb-Sb)、锡-铅-锌(Sn-Pb-Zn)、镍-锡(Ni-Sn)、镍-钴(Ni-Co)、银-铜(Ag-Cu)、锗-金(Ge-Au)或金合金(Au alloy)等。

图2所示的一发光元件2与发光元件1相似，但其还具有多个接触部26位于发光叠层20与透明导电层16之间，以及一窗户层28位于第一电极22与发光叠层20之间，可传导与扩散电流。每一个接触部26皆与其他接触部26分离，且可包含多个从属层(未显示)。多个接触部26的材料包含但不限于铜(Cu)、铝(Al)、铟(In)、锡(Sn)、金(Au)、铂(Pt)、锌(Zn)、银(Ag)、钛(Ti)、镍(Ni)、铅(Pb)、钯(Pd)、锗(Ge)、铬(Cr)、镉(Cd)、钴(Co)、锰(Mn)、锑(Sb)、铋(Bi)、镓(Ga)、钨(W)、铍(Be)、银-钛(Ag-Ti)、铜-锡(Cu-Sn)、铜-锌(Cu-Zn)、铜-镉(Cu-Cd)、锡-铅-锑(Sn-Pb-Sb)、锡-铅-锌(Sn-Pb-Zn)、镍-锡(Ni-Sn)、镍-钴(Ni-Co)、银-铜(Ag-Cu)、锗-金(Ge-Au)、金合金(Au alloy)、锗-金-镍(Ge-Au-Ni)、砷化铝镓(AlGaAs)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)或磷砷化镓(GaAsP)等。每一接触部26从上视的形状可为三角形、矩形、梯形或圆形等。如图8所示，以圆形的接触部为例，其直径可为3～15微米，较佳为6～10微米。多个接触部26的面积相对于有源层204上表面的面积的比例约为0.5～6％，更佳为1～3％。为了提升电流扩散的能力，一些靠近透明导电层16的侧面交会处166的接触部的面积大于其他接触部的面积。多个接触部26彼此之间的距离取决于第一半导体层202的厚度。例如当第一半导体层202的厚度约为3微米时，多个接触部26彼此之间的距离约为20～40微米。第一半导体层202的厚度越薄，多个接触部26彼此之间的距离越短。另外，窗户层28还具有一粗糙上表面，其Ra约为200纳米至2000纳米，以提升出光效率。

如图4所示，一发光元件3包含一LED，具有粘结层12、反射层14、电流扩散层16、发光叠层20、窗户层28与一第一电极32形成于基板10之上。发光叠层20具有一第一半导体层202位于窗户层28与电流扩散层16之间；一有源层204位于第一半导体层202与窗户层28之间；以及一第二半导体层206位于有源层204与窗户层28之间。未有第一电极32位于其上的部分窗户层28与部分发光叠层20被移除以裸露部分第一半导体层202，部分裸露的第一半导体层202被移除形成一通孔38位于第一半导体层202之中。一第二电极34形成于未有第一电极32位于其上的窗户层28之上，且第二电极34沿着发光叠层20的侧壁向下延伸至通孔38之中。发光元件3还具有多个接触部36位于发光叠层20与反射层14之间，可与发光叠层20及反射层14直接接触，并被透明导电层16围绕，其中第二电极34通过通孔38与多个接触部36电连结。

此实施例中，基板10可为透明绝缘材料，包含但不限于蓝宝石(Sapphire)、钻石(Diamond)、玻璃(Glass)、环氧树脂(Epoxy)、石英(Quartz)、压克力(Acryl)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化锌(ZnO)或氮化铝(AlN)等。粘结层12可为绝缘材料，包含但不限于聚亚酰胺(PI)、苯并环丁烯(BCB)、过氟环丁烷(PFCB)、氧化镁(MgO)、Su8、环氧树脂(Epoxy)、丙烯酸树脂(AcrylicResin)、环烯烃聚合物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚醚酰亚胺(Polyetherimide)、氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer)、玻璃(Glass)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化硅(SiO_x)、氧化钛(TiO₂)、氧化钽(Ta₂O₅)、氮化硅(SiN_x)或旋涂玻璃(SOG)。

图5绘示出一光源产生装置示意图，一光源产生装置4包含一晶粒产生自具有前述任一实施例中的发光元件晶片。光源产生装置4可以是一照明装置，例如路灯、车灯或室内照明光源，也可以是交通号志或一平面显示器中背光模块的一背光光源。光源产生装置4具有前述发光元件组成的一光源41、一电源供应系统42以供应光源41一电流、以及一控制元件43，用以控制电源供应系统42。

图6绘示出一背光模块剖视示意图，一背光模块5包含前述实施例中的光源产生装置4，以及一光学元件51。光学元件51可将由光源产生装置4发出的光加以处理，以应用于平面显示器，例如散射光源产生装置4发出的光。

上述实施例仅为例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本发明所属技术领域中具有通常知识者均可在不违背本发明的技术原理及精神的情况下，对上述实施例进行修改及变化。因此本发明的权利保护范围如所述的权利要求所列。

Claims

1.一种发光元件，其包含：

透明导电层，具有相对的第一表面与第二表面；

反射层，位于该第一表面之下；以及

发光叠层，具有有源层，位于该第二表面之上；

其中该第一表面的中心线平均粗糙度不大于2纳米。

2.如权利要求1所述的发光元件，还包含：

基板，位于该反射层之下；以及

粘结层，位于该基板与该反射层之间。

3.如权利要求1所述的发光元件，还包含多个接触部，介于该发光叠层与该透明导电层之间。

4.如权利要求1所述的发光元件，其中该第一表面的中心线平均粗糙度介于0至1纳米。

5.如权利要求1所述的发光元件，其中该发光叠层具有一粗糙上表面。

6.一种发光元件，其包含：

透明导电层，具有相对的第一表面与第二表面；

发光叠层，具有有源层，位于该第一表面之上；以及

反射层，位于该第二表面之下；

其中该第一表面的中心线平均粗糙度小于该第二表面的中心线平均粗糙度10纳米。

7.如权利要求6所述的发光元件，还包含：

基板，位于该反射层之下；以及

粘结层，位于该基板与该反射层之间。

8.如权利要求6所述的发光元件，还包含多个接触部介于该发光叠层与该透明导电层之间。

9.如权利要求6所述的发光元件，其中该发光叠层包含：

第一半导体层，介于该透明导电层与该有源层之间；以及

第二半导体层，位于该有源层之上。

10.如权利要求6所述的发光元件，还包含窗户层，位于该发光叠层之上，该窗户层具有一粗糙上表面。