CN104253185B - 发光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种发光装置，其包含:一发光叠层包含一第一半导体层、第二半导体层以及一发光层形成于第一半导体层及第二半导体之间，其中第一半导体层具有一第一表面、一第一部分连接第一表面、及一第二部分连接第一部分；一开口，自上表面穿透第一半导体层的第一部分；一凹部连接开口并穿透第二半导体层及、发光层及第一半导体层的第二部分，其中凹部具有一宽度大于开口的一宽度使凹部的底部露出第一半导体层的一第二表面相对第一表面；以及一电极位于凹部且与开口对应。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光装置，特别是涉及一种将发光叠层自成长基板转移至一导电基板的发光装置。
背景技术
发光二极管(LED)的发光原理是因电子移动于n型半导体与p型半导体间释放出能量。由于发光二极管的发光原理不同于加热灯丝的白炽灯，所以发光二极管又称作冷光源。再者，发光二极管较佳的环境耐受度、更长的使用寿命、更轻及便携性、以及较低的耗能让它被视为照明市场中光源的另一选择。发光二极管被应用于如交通号志、背光模块、街灯、以及医疗设备等不同领域，且已逐渐地取代传统的光源。
发光二极管具有的发光叠层外延成长于一导电基板上或一绝缘基板上。具有导电基板的发光二极管可在发光叠层顶部形成一电极，一般称为垂直式发光二极管。具有绝缘基板的发光二极管则须通过蚀刻制作工艺暴露出两不同极性的半导体层，并分别在两半导体层上形成电极，一般称为水平式发光二极管。垂直式发光二极管的优点在于电极遮光面积少、散热效果好、且无额外的蚀刻外延制作工艺，但目前用来成长外延的导电基板却有容易吸收光线的问题，因而影响发光二极管的发光效率。水平式发光二极管的优点在于绝缘基板通常也是透明基板，光可从发光二极管的各方向射出，然而也有散热不佳、电极遮光面积多、外延蚀刻制作工艺损失发光面积等缺点。
上述发光二极管可更进一步的连接于其他元件以形成一发光装置。发光二极管可通过具有基板的那一侧连接于一次载体上，或以焊料或胶材形成于次载体与发光二极管间，以形成一发光装置。此外，次载体可还包含一电路其通过例如为一金属线的导电结构电连接于发光二极管的电极。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开一种发光装置，包含:一发光叠层包含一第一半导体层、第二半导体层以及一发光层形成于第一半导体层及第二半导体之间，其中第一半导体层具有一第一表面、一第一部分连接第一表面、及一第二部分连接第一部分；一开口，自上表面穿透第一半导体层的第一部分；一凹部连接开口并穿透第二半导体层及、发光层及第一半导体层的第二部分，其中凹部具有一宽度大于开口的一宽度使凹部的底部露出第一半导体层的一第二表面相对第一表面；以及一电极位于凹部且与开口对应。
附图说明
图1A至图1H是显示本发明发光装置根据一第一实施例的制造方法；
图2是显示本发明第二实施例的一发光装置；
图3是显示本发明第三实施例的一发光装置；
图4是显示本发明第一实施例的发光装置的电极配置；
图5是显示本发明第四实施例的发光装置的电极配置；
图6是显示本发明第五实施例的发光装置的电极配置；
图7是显示本发明第六实施例的发光装置的电极配置；
图8是显示本发明第七实施例的发光装置的电极配置；
图9是显示本发明第八实施例的发光装置的电极配置；
图10是显示本发明第九实施例的发光装置的电极配置。
符号说明
100 发光装置
101 成长基板
102 第一半导体层
102a 第一表面
102b 第一部分
102c 第二部分
102d 第二表面
103 缓冲层
104 发光层
105 凹部
106 第二半导体层
108 发光叠层
110 电极
110a 上表面
110b 接触区域
110c 暴露区域
112 导电层
114 绝缘结构
114a 上表面
115 打线电极
116 阻障层
116a 上表面
117 导电结构
118 反射层
120 接合结构
122 导电基板
124 开口
126 粗化结构
200 发光装置
204 开口
210 电极
211 打线电极
300 发光装置
322 导电基板
320 接合结构
318 反射层
308 导电层
311 电极
314 绝缘结构
314a 绝缘层
314b 绝缘部
316 导电通道
111a 第二延伸电极
111b 第一延伸电极
500 发光装置
510 打线电极
511 延伸电极
517 导电结构
522 导电基板
600 发光装置
610 打线电极
611 延伸电极
617 导电结构
622 导电基板
700 发光装置
710 打线电极
711 延伸电极
717 导电结构
722 导电基板
800 发光装置
810a 打线电极
810b 打线电极
811 延伸电极
811a 放射枝
811b 放射枝
811c 放射枝
811d 放射枝
822 导电基板
817 导电结构
900 发光装置
922 导电基板
910a 打线电极
910b 打线电极
911 延伸电极
911a 放射枝
911b 放射枝
917 导电结构
1000 发光装置
1022 导电基板
1011 延伸电极
1010a 打线电极
1010b 打线电极
1011a 第一放射枝
1011b 第二放射枝
W1、W2、W3 宽度
具体实施方式
请参阅图1A至图1H，是显示根据本发明一第一实施例的发光装置制造方法。如图1A所示，一发光叠层108是以外延成长方式形成于一成长基板101上，发光叠层108可包含一第一半导体层102、一第二半导体层106及一位于第一半导体层102及第二半导体层106间的发光层104。发光叠层108可为一氮化物发光叠层，材料可选自铝(Al)、铟(In)、镓(Ga)、氮(N)所构成群组的组合，成长基板101可为一透明绝缘基板例如蓝宝石(sapphire)基板，或导电基板例如硅(Si)或碳化硅(SiC)基板，而为了缩小成长基板101与发光叠层108间的晶格差异，可在形成发光叠层108前先在成长基板101上形成一缓冲层103。发光叠层108的材料也可选自铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、磷(P)、砷(As)所构成群组的组合，成长基板则可为GaAs。第一半导体层102、发光层104、第二半导体层106是外延成长在成长基板101上，而第一半导体层102可为n型半导体，第二半导体层106可为p型半导体。发光叠层108的结构可包含单异质结构(single heterostructure；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)。
请参阅图1B，形成一凹部105穿透第二半导体层106、发光层104并暴露出第一半导体层102。凹部105具有一图案，且于凹部105中形成一对应凹部105的图案的电极110，再于第二半导体层106上形成一导电层112。电极110仅电连接于第一半导体层102，由剖视图可见电极110的两侧与凹部105的侧壁具有间隙，因此电极110绝缘于发光层104及第二半导体层106。导电层112欧姆接触于第二半导体层106，可为氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、掺杂铝的氧化锌(AZO)等透明导电层或镍(Ni)、铂(Pt)、钯(Pd)、银(Ag)、铬(Cr)等金属材料。电极110可包含铝(Al)、钛(Ti)、铬(Cr)、铂(Pt)、金(Au)等金属或其组合。
请参阅图1C，形成一覆盖导电层112的阻障层116及形成一覆盖电极110的绝缘结构114。阻障层116覆盖住导电层112除了接触于第二半导体层106的所有表面。绝缘结构114大致对应电极110的图案，且填满电极110两侧与凹部105的侧壁间的空隙。绝缘结构114的上表面114a与阻障层116的上表面116a大致共平面，且绝缘结构114除了填入凹部105的部分被阻障层116水平环绕。绝缘结构114包括透明绝缘材料可通过蒸镀或溅镀，或旋涂玻璃(SOG)方式涂布单层二氧化硅(SiO2)、单层二氧化钛(TiO2)或单层四氮化三硅(Si3N4)再固化而形成。阻障层116可为一层或多层结构，包含例如钛(Ti)、钨(W)、铂(Pt)、钛钨合金(TiW)或其组合。
请参阅图1D，形成一反射层118于绝缘部114的上表面114a与阻障层116的上表面116a所共同形成的平面上。反射层118可包含铝(Al)。
请参阅图1E，提供一导电基板122，且通过一接合结构120将导电基板122接合至金属层118上。接合结构120可包含金(Au)、铟(In)、镍(Ni)、钛(Ti)等金属或其组合。接着进行移除成长基板101的制作工艺。导电基板122可包含半导体材料例如硅(Si)，或金属材料例如铜(Cu)、钨(W)、铝(Al)，或导电基板122的表面可具有石墨烯(Graphene)。
请参阅图1F，可自成长基板101的背面提供一激光(图未示)，其能量可分解缓冲层103，例如缓冲层103为未掺杂或非故意掺杂的氮化镓(GaN)时，氮化镓中的氮(N)可被激光的能量气化进而分解缓冲层103，此时成长基板101可轻易的被移除，以裸露出第一半导体层102。
请参阅图1G，可进一步地清理残留于第一半导体层102上的缓冲层103。当缓冲层103为未掺杂或非故意掺杂的氮化镓时，由于前述激光移除成长基板101的制作工艺中氮化镓的氮已被气化，因此本步骤的清理以清除残留的镓为主，可先以感应耦合等离子体活性离子(ICP)蚀刻方式进行，之后可搭配氯化氢(HCl)或过氧化氢(H2O2)对第一半导体层102表面加强清洁。
请参阅图1H，可通过一蚀刻制作工艺于第一半导体层102的第一表面102a上形成一粗化结构126，粗化结构126可为规则或不规则的粗糙面，具有约0.5～1μm的粗糙度，并通过移除电极110上方局部的第一半导体层102以形成一开口124。前述凹部105具有一宽度W1大于开口124的一宽度W2，因此凹部105及开口124先后形成后，第一半导体层102在连接于凹部105的底部形成一相对第一表面102a的第二表面102d，电极110连接于第二表面102d且形成于凹部105中而与开口124对应，电极110并具有一宽度W3大于W2。电极110的上表面110a具有一接触区域110b连接于第一半导体层102的第二表面102d，电极110的上表面110a另具有一被开口124所暴露的暴露区域110c。第一半导体层102的厚度可为3～4μm之间，可区分为第一部分102b与第二部分102c。第一部分102b的厚度与开口124深度相当，约为1.5～3μm，第二部分102c的厚度对应凹部105，约为1～1.5μm。电极110可电连接于第一半导体层102但并非形成于第一表面102a上，因此不会对发光装置100的光线产生遮光效应。
经上述的制造流程，本实施例的发光装置100可包含：一导电基板122；一接合结构120形成于导电基板122上；一反射层118形成于接合结构上；一导电结构117包含一形成于反射层118上部分区域的阻障层116及被阻障层116所覆盖的一导电层112；一发光叠层108包含一第一半导体层102、一发光层104及一电连接于导电层112的第二半导体层106；一绝缘结构114形成于反射层118上的部分区域并穿透第二半导体层106、发光层104及第一半导体层102的第二部分102c；一电极110被覆盖于绝缘结构124中且以一上表面110a连接于第一半导体层102；以及一开口124穿透第一半导体层102的第一部分102b。绝缘结构114可将电极110绝缘于第二半导体层106及发光层104，且电极110与发光层104位于发光装置100水平方向的不同区域，而发光层104又整体位于导电结构117的上方，因此发光层104所发出的光线不会被发光装置100的电极110及导电结构117所遮蔽。电极110的上表面110a可通过打线连接于外部电源。
请参阅图2，是本发明发光装置根据一第二实施例的示意图。本实施例与第一实施例大致相同，不同之处仅在于本实施例的电极210上可再形成一打线电极211位于开口204内以供设置打线作业的焊球(图未示)。
请参阅图3，是本发明发光装置根据一第三实施例的示意图。本实施例与前述实施例大致相同，不同之处在于电连接于第二半导体层306的导电层308是一不具反射性的透明导电层包含氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、掺杂铝的氧化锌(AZO)，且无第一实施例的阻障层，绝缘结构314可包含一绝缘层314a形成于发光叠层310与反射层318间及一绝缘部314b覆盖于电极311，而多个导电通道316贯穿绝缘层314a且两端分别连接于导电层308及反射层318，反射层318下方则可有与第一实施例相同的接合结构320及导电基板322。导电通道316可为填孔能力良好的金属如钛(Ti)、铝(Al)、镍(Ni)、铬(Cr)、铜(Cu)。绝缘结构314可为透明绝缘材料，可通过蒸镀或溅镀或旋涂玻璃(SOG)方式涂布单层二氧化硅(SiO2)或单层二氧化钛(TiO2)或单层四氮化三硅(Si3N4)再固化而形成，也可通过两种或两种以上不同折射率的膜层反复交叠而形成一布拉格反射层(DBR)。
请参阅图4，是显示本发明第一实施例的发光装置的电极配置，本实施例的电极设计也可应用于第二及第三实施例，且为了清楚的表示电极的图案，本实施例仅显示电极110及导电结构117的图案。发光装置100由上视图观的其导电基板122的轮廓可呈一矩形，尺寸可介于1mil至70mil之间。本实施例电极110包含一打线电极115及一延伸电极111延伸自打线电极115，打线电极115位于发光装置100靠近矩形的一角，且延伸电极111包含一沿发光装置100的周边形成的一第一延伸电极111b、以及一第二延伸电极111a其被第一延伸电极111b所环绕且连接于第一延伸电极111b，第一延伸电极111b与第二延伸电极111a并构成一另一矩形。打线电极115及/或延伸电极111与导电结构117形成于导电基板122上的不同区域且彼此不重叠，因此导电结构117可如图中斜线区域所示，大致与打线电极115及延伸电极111所构成的图案互补。
请参阅图5，是显示本发明第四实施例的发光装置的电极配置，本实施例的电极设计可应用于第一至第三实施例，且为了清楚的表示电极的图案，本实施例仅显示有关前述实施例中的电极及导电结构的图形。发光装置500由上视图观的其导电基板522的轮廓可呈一矩形，本实施例的电极包含一打线电极510及延伸电极511延伸自打线电极510，打线电极510大致位于发光装置500的矩形的几何中心，延伸电极511具有多个放射枝延伸自打线电极510。打线电极510及/或延伸电极511与导电结构517形成于导电基板522上的不同区域且彼此不重叠，因此导电结构517可如图中斜线区域所示，大致与打线电极510及延伸电极511所构成的图案互补。
请参阅图6，是显示本发明第五实施例的发光装置的电极配置，本实施例的电极设计可应用于第一至第三实施例。发光装置600由上视图观的其导电基板622的轮廓可呈一矩形，本实施例的电极包含一打线电极610及延伸电极611延伸自打线电极610，打线电极610大致位于发光装置600的矩形的几何中心，延伸电极611具有多个放射枝延伸自打线电极610。本实施例相较于第五实施例增加了更多数量的放射枝，而放射枝的长度可依延伸方向而有不同，例如本实施例中延伸电极611往发光装置600的矩形对角方向延伸的放射枝可较往侧边延伸的放射枝具有较长的长度。打线电极610及/或延伸电极611与导电结构617形成于导电基板622上的不同区域且彼此不重叠，因此导电结构617可如图中斜线区域所示，大致与打线电极610及延伸电极611所构成的图案互补。
请参阅图7，是显示本发明第六实施例的发光装置的电极配置，本实施例的电极设计可应用于第一至第三实施例。发光装置700其导电基板722的轮廓由上视图观察可呈一矩形，本实施例的电极包含一打线电极710及延伸电极711延伸自打线电极710，打线电极710位于发光装置700的矩形一角，延伸电极711则有多个延伸自打线电极710的放射枝其延伸长度可依延伸角度而有所不同。打线电极710及/或延伸电极711与导电结构717形成于导电基板722的不同区域上且彼此不重叠，因此导电结构717可如图中斜线区域所示，大致与打线电极710及延伸电极711所构成的图案互补。
请参阅图8，是显示本发明第七实施例的发光装置的电极配置，本实施例的电极设计可应用于第一至第三实施例。发光装置800其导电基板822的轮廓由上视图观察可呈一矩形，本实施例电极的结构包含位于接近发光装置800的矩形一侧的打线电极810a、810b；以及延伸电极811包含分别由打线电极810a、810b往矩形另一侧延伸的放射枝811a、811b、两端分别连接于打线电极810a、810且平行于矩形侧边的一放射枝811c、以及延伸自连接电极811c且平行于放射枝811a、811b的放射枝811d。打线电极810及/或延伸电极811与导电结构817形成于导电基板822的不同区域上且彼此不重叠，因此导电结构817可如图中斜线区域所示，大致与打线电极810及延伸电极811所构成的图案互补。
请参阅图9，是显示本发明第八实施例的发光装置的电极配置，本实施例的电极设计可应用于第一至第三实施例。发光装置900其导电基板922的轮廓由上视图观察可呈一矩形，本实施例的电极包含位于接近发光装置900的矩形一边的打线电极910a、910b；以及延伸电极911包含分别由打线电极910a、910b往矩形另一边延伸的放射枝911a、911b。本实施例与第八实施例大致相同，不同之处仅在于放射枝911a、911b呈折曲状且分别延伸自打线电极910a、910b，且打线电极910a、910b分别延伸出多个的放射枝911a及放射枝911b。打线电极910及/或延伸电极911与导电结构917形成于导电基板922的不同区域上且彼此不重叠，因此导电结构917可如图中斜线区域所示，大致与打线电极910及延伸电极911所构成的图案互补。
请参阅图10，是显示本发明第九实施例的发光装置的电极配置，本实施例的电极设计可应用于第一至第三实施例。发光装置1000其导电基板1022的轮廓由上视图观察可呈一矩形，本实施例的电极包含位于接近导电基板1022的矩形一侧两角落的打线电极1010a、1010b；以及延伸电极1011包含一第一放射枝1011a沿着导电基板1022的矩形设置并连接打线电极1010a、1010b、及一第二放射枝1011b连接于第一放射枝1011a的矩形两相对侧之间，且第一放射枝1011a与第二放射枝1011b形成一网格状图案。打线电极1010及/或延伸电极1011与导电结构1017形成于导电基板1022的不同区域上且彼此不重叠，因此导电结构1017可如图中斜线区域所示，大致与打线电极1010及延伸电极1011所构成的图案互补。
虽然本发明已说明如上，然其并非用以限制本发明的范围、实施顺序、或使用的材料与制作工艺方法。对于本发明所作的各种修饰与变更，皆不脱本发明的精神与范围。
Claims (10)
1.一种发光装置，包含:
发光叠层，包含第一半导体层、第二半导体层以及发光层形成于该第一半导体层及该第二半导体之间，其中该第一半导体层具有第一表面、第一部分连接该第一表面、及第二部分连接该第一部分；
导电结构，连接该第二半导体层，其中该导电结构包含导电层，电连接于该第二半导体层，以及阻障层，包覆并电连接于该第二半导体层；
开口，自该第一表面穿透该第一半导体层的该第一部分；
凹部，连接该开口并穿透该第二半导体层、该发光层及该第一半导体层的该第二部分，其中该凹部具有一宽度大于该开口的一宽度，使该凹部的底部露出该第一半导体层的第二表面，该第二表面与该第一表面相对；
绝缘结构，填充于该凹部；以及
电极，位于该凹部并与该开口对应；
其中该绝缘结构被该阻障层水平环绕。
2.如权利要求1所述的发光装置，其中该绝缘结构覆盖该电极。
3.如权利要求1所述的发光装置，其中该电极具有一宽度大于该开口的该宽度并连接于该第二表面。
4.如权利要求1所述的发光装置，还包含打线电极，形成于该开口内，并与该电极相接。
5.如权利要求3所述的发光装置，其中该绝缘结构，分隔该电极、该发光层及该第二半导体层。
6.如权利要求1所述的发光装置，还包含接合结构及导电基板，其中该绝缘结构具有第三表面，该阻障层具有第四表面，且该绝缘结构的该第三表面与该阻障层的该第四表面大致共平面，其中该接合结构位于该第三表面、该第四表面及该导电基板之间。
7.如权利要求1所述的发光装置，其中该发光叠层的该第一表面为一粗化结构。
8.如权利要求1所述的发光装置，还包含金属反射层，形成于该导电结构及该绝缘结构之下、导电连接层，形成于该金属反射层下方、以及导电基板，形成于该导电连接层下方。
9.如权利要求1所述的发光装置，其中该电极包含打线电极以及延伸自该打线电极的延伸电极。
10.如权利要求1所述的发光装置，其中该第一半导体层的该第一表面上不包含遮蔽该发光层发出的光线的结构。
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