CN104282813A - 发光元件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种发光元件，该发光元件包含：一半导体接触层包含一粗糙顶面，其包含两相邻的第一顶峰及一第一波谷，各第一顶峰包含一第一最高点，第一波谷包含一第一最低点，两个第一最高点与第一最低点连接形成两条第一斜线且之间有一第一角度；及一透明电流扩散层包含一顶面，其包含两相邻的第二顶峰以及一第二波谷，各第二顶峰包含一第二最高点，第二波谷包含一第二最低点，顶面的两个第二最高点与第二最低点连接形成两条第二斜线且之间有一第二角度；其中半导体接触层的粗糙顶面大致位于透明电流扩散层的顶面的正下方，第一角度与第二角度的差异不大于10度。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光元件，特别是涉及一种光取出效率高的发光二极管元件。
背景技术
发光二极管的应用颇为广泛，例如，可应用于光学显示装置、交通号志、数据存储装置、通讯装置、照明装置、以及医疗装置。目前技术人员重要课题之一为提高发光二极管的亮度。
现有技术的发光二极管，其具有的半导体层因具有粗化表面，可提高光取出效率。然而，粗化表面会降低横向电流的传导以及扩散，因此提高起始电压。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一发光元件，包含：一半导体接触层，其包含一粗糙顶面，粗糙顶面包含两相邻的第一顶峰以及一第一波谷，各第一顶峰包含一第一最高点，第一波谷包含一位于两相邻的第一顶峰之间的第一最低点，两个第一最高点与第一最低点连接形成两条第一斜线，且一第一角度位于两条第一斜线之间；以及一透明电流扩散层，其包含一位于半导体接触层之上的顶面，且透明电流扩散层的顶面包含两相邻的第二顶峰以及一第二波谷，各第二顶峰包含一第二最高点，第二波谷包含一位于两相邻的第二顶峰之间的第二最低点，顶面的该两个第二最高点与第二最低点连接形成两条第二斜线，一第二角度位于两条第二斜线之间；其中半导体接触层的粗糙顶面大致位于透明电流扩散层的顶面的正下方，且第一角度与第二角度的差异不大于10度。
底下通过具体实施例配合所附的附图详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1A至图1F为本发明第一实施例的一种发光元件的制造流程图；
图1G为本发明第一实施例的第二导电型半导体层的上视示意图；
图1H为本发明第一实施例中的发光元件表面的氧化铟锡层的电子显微镜图；
图2A-图2D为本发明中第二实施例中的水平式发光元件实施例的剖面示意图；
图3为本发明第三实施例中发光元件的剖面示意图；
图4为本发明第四实施例中发光元件的剖面示意图；
图5为本发明第五实施例中发光元件的剖面示意图；
图6A-图6B为本发明第一实施例的第二导电型半导体层的上视示意图；
图7A-图7B为本发明第二实施例的第二导电型半导体层的上视示意图；
图8A为本发明其中一实施例的发光元件的剖面示意图；
图8B为本发明其中一实施例的发光元件的部分区域的剖面放大示意图；
图8C为本发明其中一实施例的发光元件的部分区域的剖面放大示意图；
图9A为本发明的发光元件应用于发光二极管模块的外观示意图；
图9B为本发明的光电元件模块的剖面示意图；
图9C为图9B中E区的剖面放大示意图；
图10A至图10B为本发明的其中一实施例的照明装置的示意图；以及
图11为本发明发光元件应用于灯泡的分解图。
符号说明
导电基板10、300、40
第一表面101、201
第二表面102
基板20、1210、50
发光叠层12、22、32、42
第一导电型半导体层124、224、324、424、524、1220
主动层122、222、322、422、522、1230
第二导电型半导体层120、220、1240、320、420、520
第一平坦层13
上表面1201、2201、2241
第二平坦层131、231、331、431、534
第四平坦层291
第一透明导电氧化物层14、24
第一部分141、241、281、341、441、541
第二部分142、242、282、342、442、542
第一多孔穴群1421、2421、2821、3421、4421、5421
第二多孔穴群1422、2422、2822、3422、4422、5422
第二透明导电氧化物层28、48、58
第一电极15、25、35、45、55
第二电极16、26、36、46、56
第一金属反射层17、27
第二金属反射层30
布拉格反射层38
金属键合层41、51
反射层49、59
第一分支151、251
第二分支1411、2411
第三分支1412、2412
发光元件1200
发光结构1250
半导体接触层1260
透明电流扩散层1270
粗糙顶面1310
第一最高点A1、A2
第一最低点B1
顶面1320
第二最高点A3、A4
第二最低点B2
第一斜线L2、L4
第一角度θ1
第二斜线L1、L3
第二角度θ2
第一高度差H1
第二高度差H2
第三高度差H3
第一平整区域C1
第二平整区域C2
光电装置800
光电元件模块900
次载体902
透镜904、906、908、910、1122
电源供应端子912
顶部子单元903
底部子单元901
穿孔915
封装材料921
反射层919
金属层917
照明装置1000
灯罩1040
灯泡1100
灯壳1121
照明模块1124
灯座1125
散热槽1126
连结部1127
电连结器1128
载体1123
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。在附图或说明中，相似或相同的部分使用相同的标号，并且在附图中，元件的形状或厚度可扩大或缩小。需特别注意的是，图中未绘示或描述的元件，可以是熟悉此技术的人士所知的形式。
为了使本发明的叙述更加详尽与完备，请参照下列描述并配合图1至图7的图示。图1A至图1F显示本发明第一实施例的发光元件的制造流程图：图1A显示一发光元件包含一具有一第一表面101以及一第二表面102的导电基板10、一发光叠层12形成于导电基板10之上，且发光叠层12包含一第一导电型半导体层124、一主动层122及一第二导电型半导体层120，依序形成于导电基板10的第一表面101之上。其中第二导电型半导体层120的上表面1201为一粗化表面且包含一第一多孔穴群1421，形成的方式可包含外延、蚀刻或两者混合的方式为之。在本实施例中，发光叠层12的材料包含镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)、硅(Si)或上述元素的组合。常用的材料例如磷化铝镓铟(AlGaInP)系列、氮化铝镓铟(AlGaInN)系列等。主动层122的结构可为单异质结构(singleheterostructure；SH)、双异质结构(double heterostructure；DH)、双侧双异质结构(double-side double heterostructure；DDH)、或多层量子阱(multi-quantum well；MQW)。再者，调整量子阱的对数也可以改变发光波长。
如图1B所示，一第一平坦层13形成在第二导电型半导体层120的上表面1201上，覆盖并填满为粗化表面的上表面1201。此第一平坦层13可以旋转涂布(Spin Coating)方式形成。在一实施例中，第一平坦层13采用旋转涂布玻璃(SOG，spin on glass coating)的方式形成。在一实施例中，旋转涂布玻璃材料可为悬浮在溶液中的氧化硅(SiO2)和掺杂物混合的介电材料，其中掺杂物可为硼或磷。旋转涂布玻璃材料也可为BCB(benzocyclobutene)、HSQ(hydrogen silsesquioxane)和MSQ(methylsequioxane)等聚合物(polymer)。
如图1C所示，将上述第一平坦层13图形化及硬化后，以蚀刻及曝光光刻制作工艺形成一第二平坦层131，以暴露出第二导电型半导体层120的部分的上表面1201，即部分的上表面1201并未被第二平坦层131覆盖。第二平坦层131的位置并不限定，可形成于第二导电型半导体层120的上表面1201的中间或边缘。
如图1D所示，一第一透明导电氧化物层14形成并覆盖整个第二平坦层131及第二导电型半导体层120的部分的上表面1201。第一透明导电氧化物层14包含第一部分141与第二部分142，其中第一部分141大致为平坦且与整个第二平坦层131接触，第二部分142形成于第二导电型半导体层120的上表面1201之上且包含一第二多孔穴群1422，第二导电型半导体层120的第一多孔穴群1421接触第一透明导电氧化物层14，第二多孔穴群1422形成在第二部分142的上表面之上且与第一多孔穴群1421相对。第一多孔穴群1421的形状可为圆锥形或多角锥形(如图1G-图1H所示的形状)。第一多孔穴群1421可于第二导电型半导体层120的部分的上表面1201以例如外延、蚀刻或两者混合的方式形成。第二多孔穴群1422中各孔穴的形状可以蚀刻方式形成为圆锥形或多角锥形并朝向第一多孔穴群1421的方向延伸，优选的，延伸方向与导电基板10的第一表面101大致垂直。
如图1E所示，一第一电极15形成在第一透明导电氧化物层14的第一部分141之上；一第二电极16形成在导电基板10的第二表面102之上。上述第一电极15与第二电极16的材料可包含铬(Cr)、钛(Ti)、镍(Ni)、铂(Pt)、铜(Cu)、金(Au)、铝(Al)、或银(Ag)等金属材料或其等的合金。
如图1F所示，在本发明的另一实施例中，一第一金属反射层17可形成在第一透明导电氧化物层14的第一部分141与第一电极15之间以增进发光效率。
如本发明的第一实施例所示，通过形成第二平坦层131在第二导电型半导体层120的部分的上表面1201之上，可使第一透明导电氧化物层14、第一电极15及第一金属反射层17形成在大致平坦的表面上，进而减少发光元件的阻抗及正向电压且增加电流侧向传导、电流分散能力及出光效率。
此外，由于第一多孔穴群1421自第二导电型半导体层120的上表面1201向下延伸，使第一透明氧化物层14可依上表面1201的轮廓形成在第二导电型半导体层120之上，使第一透明氧化物层14的第二部分142的上表面形成第二多孔穴群1422。而由于第一多孔穴群1421，可增加第一金属反射层17及第一透明氧化物层14之间的黏接强度。根据本发明第一实施例的发光元件及第一透明氧化物层表面不具孔穴结构的现有发光元件所进行的剥离测试(peeling test)的结果显示，所有依本发明第一实施例形成的发光元件可通过测试，但80％的现有发光元件无法通过测试。由上述结果可得知，通过第一透明氧化物层同时包含大致为平坦的第一部分以及包含多孔穴群的第二部分的设计，可改善出光效率低与剥离问题。
图2A-图2D显示本发明第二实施例中的水平式发光元件的剖面示意图。图2A显示一发光元件包含一基板20、一发光叠层22包含一第一导电型半导体层224、一主动层222及一第二导电型半导体层220依序形成于基板20的第一表面201之上。其中第二导电型半导体层220的上表面2201为一粗化表面且包含一第一多孔穴群2421，形成的方式可包含外延、蚀刻或两者混合的方式为之。接着，蚀刻发光叠层22，并暴露出部分的第一导电型半导体层224以形成一水平式发光元件。
在本实施例中，发光叠层22的材料包含镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)、硅(Si)或上述元素的组合。常用的材料例如磷化铝镓铟(AlGaInP)系列、氮化铝镓铟(AlGaInN)系列等。主动层222的结构可为单异质结构(single heterostructure；SH)、双异质结构(doubleheterostructure；DH)、双侧双异质结构(double-side double heterostructure；DDH)、或多层量子阱结构(multi-quantum well；MQW)。再者，调整量子阱的对数也可以改变发光波长。
接着，以类似本发明第一实施例的制作工艺，形成一第一平坦层(图未示)在第二导电型半导体层220的上表面2201上，并覆盖且填满粗化表面的上表面2201。此第一平坦层可以旋转涂布(Spin Coating)方式形成。在一实施例中，第一平坦层采用旋转涂布玻璃(SOG，spin on glass coating)的方式形成。在一实施例中，旋转涂布玻璃材料可为悬浮在溶液中的氧化硅(SiO2)和掺杂物混合的介电材料，其中掺杂物可为硼或磷。旋转涂布玻璃材料也可为BCB(benzocyclobutene)、HSQ(hydrogen silsesquioxane)和MSQ(methylsequioxane)等聚合物(polymer)。
接着，将上述第一平坦层(图未示)图形化及硬化后，以蚀刻及曝光光刻制作工艺形成一第二平坦层231，以暴露出第二导电型半导体层220的部分的上表面2201，即部分的上表面2201并未被第二平坦层231覆盖。第二平坦层231的位置并不限定，可形成于第二导电型半导体层220的上表面2201的中间或边缘。
接着，一第一透明导电氧化物层24形成并覆盖整个第二平坦层231及第二导电型半导体层220的部分的上表面2201。第一透明导电氧化物层24包含第一部分241与第二部分242，其中第一部分241大致为平坦且与整个第二平坦层231接触，第二部分242形成于第二导电型半导体层220上表面2201之上且包含一第二多孔穴群2422，第二导电型半导体层220的第一多孔穴群2421接触第一透明导电氧化物层24，第二多孔穴群2422形成在第二部分242的上表面之上且与第一多孔穴群2421相对。第一多孔穴群2421中各孔穴的形状可为圆锥形或多角锥形。第一多孔穴群1421可于第二导电型半导体层220的部分的上表面2201以例如外延、蚀刻或两者混合的方式形成。第二多孔穴群2422中各孔穴的形状可以蚀刻方式形成为圆锥形或多角锥形并朝向第一多孔穴群2421的方向延伸，优选的，延伸方向与导电基板20的第一表面201大致垂直。
最后，一第一电极25形成在第一透明导电氧化物层24的第一部分241之上；一第二电极26形成在暴露出的第一导电型半导体层224之上。上述第一电极25与第二电极26的材料可包含铬(Cr)、钛(Ti)、镍(Ni)、铂(Pt)、铜(Cu)、金(Au)、铝(Al)、或银(Ag)等金属材料或其等的合金。通过第一透明氧化物层同时包含大致为平坦的第一部分以及包含多孔穴群的第二部分的设计，可改善出光效率低的问题。
如图2B所示，在本发明的另一实施例中，一第一金属反射层27可形成在第一透明导电氧化物层24的第一部分与第一电极25之间以增进发光效率。
此外，由于第一多孔穴群2421自第二导电型半导体层220的上表面2201向下延伸使第一透明氧化物层24的第二部分242的上表面可依上表面2201的轮廓形成在第二导电型半导体层220之上，故第二部分242相对第二导电型半导体层220的上表面2201的上表面包含第二多孔穴群2422。通过第一多孔穴群2421，可增加第一金属反射层27及第一透明氧化物层24之间的黏接强度。根据本发明第二实施例的发光元件及第一透明氧化物层表面不具孔穴结构的现有发光元件所进行的剥离测试(peeling test)的结果显示，所有依本发明第二实施例的发光元件可通过测试，但80％的现有发光元件无法通过测试。由上述结果可得知，通过第一透明氧化物层同时包含大致为平坦的第一部分以及包含多孔穴群的第二部分的设计，可改善低效率与剥离的问题。
如图2C显示本发明的另一实施例，图2C的实施例与图2A的差异在于第一导电型半导体层224的表面经蚀刻为一粗化的上表面2241且包含一第一多孔穴群2821。接着，以类似本发明第一实施例的制作工艺，一第三平坦层(图未示)形成在第一导电型半导体层224的上表面2241上，并覆盖且填满上述的为粗化表面的上表面2241。此第三平坦层可以旋转涂布(SpinCoating)方式形成。在一实施例中，第三平坦层采用旋转涂布玻璃(SOG，spin on glass coating)的方式形成，材料可为BCB(Benzocyclobutene)等。接着，将上述第三平坦层图形化及硬化后并以蚀刻及曝光光刻制作工艺形成一第四平坦层291，以暴露出部分的第一导电型半导体层224的上表面2241。第四平坦层291的位置并不被限定，可形成于第一导电型半导体层224上表面2241的中间或边缘。
接着，一第二透明导电氧化物层28形成并覆盖整个第四平坦层291及第一导电型半导体层224的部分的上表面2241。第二透明导电氧化物层28包含第一部分281与第二部分282，其中第一部分281大致为平坦且与整个第四平坦层291接触，第二部分282形成于第一导电型半导体层224上表面2241之上且包含一第二多孔穴群2822，第一导电型半导体层224的第一多孔穴群2821接触第二透明导电氧化物层28，第二多孔穴群2822形成在第二部分282的上表面之上且与第一多孔穴群2821相对。第一多孔穴群2821中各孔穴的形状可为圆锥形或多角锥形。第一多孔穴群2821可于第一导电型半导体层224的部分的上表面2241以例如外延、蚀刻或两者方式混和而形成。第二多孔穴群2822中各孔穴的形状可以蚀刻方式形成为圆锥形或多角锥形并朝向第一多孔穴群2821的方向延伸，优选的，延伸方向与基板20的第一表面201大致垂直。
最后，一第一电极25形成在第一透明导电氧化物层24的第一部分241之上；一第二电极26形成在第二透明导电氧化物层28的第一部分281之上。上述第一电极25与第二电极26的材料可包含铬(Cr)、钛(Ti)、镍(Ni)、铂(Pt)、铜(Cu)、金(Au)、铝(Al)、或银(Ag)等金属材料或其等的合金。通过第二透明氧化物层同时包含大致为平坦的第一部分以及包含多孔穴群的第二部分的设计，可改善出光效率低的问题。
如图2D所示，本发明的另一实施例中，除了第一金属反射层3027可形成在第一透明导电氧化物层24的第一部分241与第一电极25之间，发光元件还包含一第二金属反射层30形成在第二透明导电氧化物层28的第一部分281与第二电极26之间，以更增进发光效率。
图3显示本发明第三实施例的发光元件的剖面示意图，第三实施例中与第一实施例的差异在于一布拉格反射(Distributed Bragg Reflector，DBR)层38形成于导电基板30与第一导电型半导体层324之间。
图4显示本发明第四实施例的发光元件的剖面示意图，第四实施例与第一实施例的差异在于一金属键合层41、一反射层49以及一第二透明导电氧化层48形成于导电基板40与第一导电型半导体层424之间。
图5显示本发明第五实施例的发光元件的剖面示意图，第五实施例与第一实施例的差异在于一金属键合层51、一反射层59以及一第二透明导电氧化层58形成于基板50与第一导电型半导体层524之间，且第二电极56形成于第二透明导电氧化层58之上。
图6A-图6B显示本发明第一实施例的第二导电型半导体层的上视示意图；图6A显示第二导电型半导体层120的上视图，如前所述，第二平坦层(未绘示)形成在第二导电型半导体层的部分的上表面1201之上。形成第二平坦层之后，第一透明导电氧化物层14形成在部分的第二平坦层之上且包含第一部分141以及第二部分142，第一部分141大致平坦并接触整个第二平坦层，第二部分142形成在第二导电型半导体层120之上且包含粗化表面。第一电极15形成在第一透明导电氧化物层14的第一部分141上。在本实施例中，部分的第一透明导电氧化物层14并未被第一电极15覆盖，且第一电极15可如指状向发光元件的边缘延伸以分散电流。
具体的，如图6B所示，在另一实施例中，第一电极15包含一具有手指状(finger-like)图案且向发光元件的边缘延伸的第一分支151，以达到更佳的电流分散效果。第一透明导电氧化物层14可进一步包含一第二分支1411以及一第三分支1412，第二分支1411具有手指状(finger-like)图案且向发光元件的边缘延伸，第三分支1412为透明且如指状，并自第二分支1411的侧边向发光元件的边缘延伸，以进一步增进电流分散效率。在本实施例中，第一透明导电氧化物层14的部分的第二分支1411以及第三分支1412并未被第一电极15的第一分支151覆盖。因为第一透明导电氧化物层14的第二分支1411与第三分支1412形成于第二平坦层(图未示)之上，因此第二分支1411与第三分支1412包含一大致平坦的表面，进而具有更好的电流分散效果。
图7A-图7B显示本发明第二实施例的第二导电型半导体层的上视示意图；图7A显示第二导电型半导体层的上视图。如前所述，第二平坦层(图未示)可形成在第二导电型半导体层的部分的上表面2201之上。形成第二平坦层之后，第一透明导电氧化物层24形成在部分的第二平坦层之上且包含第一部分241以及第二部分242，第一部分241大致平坦并接触整个第二平坦层，第二部分242形成在第二导电型半导体层220之上且包含粗化表面。接着，第一电极25形成在第一透明导电氧化物层24的第一部分241上。在本实施例中，部分的第一透明导电氧化物层24并未被第一电极25覆盖，且第一电极25可如指状向发光元件的边缘延伸以分散电流。
如图7B所示，在另一实施例中，第一电极25包含一向发光元件的边缘延伸的第一分支251，以达到更佳的电流分散效果。第一透明导电氧化物层24可进一步包含一第二分支2411以及一第三分支2412，第二分支2411具有手指状(finger-like)图案且向发光元件的边缘延伸，第三分支2412为透明且如指状，并自第二分支2411的侧边向发光元件的边缘延伸，以更增进电流分散效率。在本实施例中，第一透明导电氧化物层24的部分的第二分支2411以及第三分支2412并未被第一电极25的第一分支251覆盖。由于第一透明导电氧化物层24的第二分支2411与第三分支2412形成于第二平坦层(图未示)之上，因此第二分支2411与第三分支2412包含一大致平坦的表面，进而具有更好的电流分散效果。
图8A至图8C为本发明其中一实施例的发光元件1200的剖面示意图。图8A显示的发光元件1200包含一基板1210；一发光结构1250形成于基板1210上；一位于发光结构1250之上的半导体接触层1260，其包含一粗糙顶面；以及一透明电流扩散层1270，其包含一位于半导体接触层1260之上的顶面。发光结构1250包含一第一导电型半导体层1220、一主动层1230及一第二导电型半导体层1240。半导体接触层1260的粗糙顶面大致位于透明电流扩散层1270的顶面的正下方。基板1210是一成长基底或是承载基底。半导体接触层1260的材料包含镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)、硅(Si)或上述元素的组合。透明电流扩散层1270的材料包含金属氧化物或金属氮化物。
图8B显示本发明其中一实施例的发光元件中部分区域的半导体接触层1260以及透明电流扩散层1270的剖面放大示意图。半导体接触层1260的粗糙顶面1310包含两相邻的第一顶峰以及一第一波谷，各第一顶峰分别包含一第一最高点A1、A2，第一波谷包含一位于两相邻的第一顶峰之间的第一最低点B1。透明电流扩散层1270的顶面1320包含两相邻的第二顶峰以及一第二波谷，各第二顶峰分别包含一第二最高点A3、A4，第二波谷包含一位于两相邻的第二顶峰之间的第二最低点B2。半导体接触层1260的粗糙顶面1310的两个第一最高点A1、A2与第一最低点B1连接形成两条第一斜线L2、L4，一第一角度θ1位于两条第一斜线L2、L4之间。透明电流扩散层1270的顶面1320的两个第二最高点A3，A4与第二最低点B2连接形成两条第二斜线L1、L3，一第二角度θ2位于两条第二斜线L1、L3之间。第一角度θ1与第二角度θ2的差异不大于10度。于另一实施例中，第一角度θ1大致等于第二角度θ2。透明电流扩散层1270的顶面1320的第二波谷的第二最低点B2与半导体接触层1260的粗糙顶面1310的第一波谷的第一最低点B1之间的第一高度差H1大于0。透明电流扩散层1270的顶面1320的其中一第二顶峰的第二最高点A3与半导体接触层1260的粗糙顶面1310的其中一第一顶峰的第一最高点A1之间的第二高度差H2大于0。透明电流扩散层1270的顶面1320的其中一第二顶峰的第二最高点A4与半导体接触层1260的粗糙顶面1310的其中一第一顶峰的第一最高点A2之间的第三高度差H3大于0。第二高度差H2相等或相异于第三高度差H3。第一高度差H1与第二高度差H2的比例为0.1至10之间。第一高度差H1与第三高度差H3的比例为0.1至10之间。于另一实施例中，半导体接触层1260的顶部形成有圆锥形或多角锥形的孔穴，且孔穴自半导体接触层1260的顶部向下延伸以形成粗糙顶面1310。
图8C显示本发明其中一实施例的发光元件的发光元件中部分区域的半导体接触层1260以及透明电流扩散层1270的剖面放大示意图。位于半导体接触层1260的粗糙顶面1310的第一波谷包含一第一平整区域C1，且第一最低点(未标示)位于第一平整区域C1；位于透明电流扩散层1270的顶面1320的第二波谷包含一第二平整区域C2，且第二最低点(未标示)位于第二平整区域C2。第一平整区域C1与第二平整区域C2之间的第一高度差H1大于0。
图9A至图9C显示本发明的发光元件应用于发光二极管模块的示意图。图9A显示一光电元件模块900包含一次载体902，一光电装置(图未示)，多透镜904、906、908、910，以及两个电源供应端子912(另一图未示)。光电元件模块900可与一灯罩连接以形成一照明装置连接，后续会详细说明。
图9B显示本发明的光电元件模块900的剖面示意图，图9C是图9B中E区的剖面放大示意图。如图9B所示，次载体902包含一顶部子单元903以及一底部子单元901，其中底部子单元901至少有一表面与顶部子单元903接触。透镜904、908形成于顶部子单元903之上。如图9C所示，至少一穿孔915穿透顶部子单元903，且至少一光电装置800位于穿孔915内且与底部子单元901接触。此外，光电装置800使用一封装材料921封装，且透镜908位于封装材料921之上，封装材料921包含硅树脂(silicone resin)或环氧树脂等(epoxy resin)。在一实施例中，一反射层919形成于顶部子单元903环绕穿孔915的侧壁上，用于增加发光效率。一金属层917可行于底部子单元901的下表面上以提高散热效果。
图10A至他10B显示本发明的其中一实施例的照明装置的示意图。照明装置1000包含一光电元件模块900，一灯罩1040，一提供光电元件模块900电流的电源供应电路(图未示)，以及一控制电源供应电路的控制单元(图未示)。照明装置1000可以是路灯、车头灯、室内照明光源、交通号志或是显示器的背光模块。
图11是本发明发光元件应用于灯泡的分解图，一灯泡1100具有一灯壳1121；一透镜1122，置于灯罩1121之中；一照明模块1124，位于透镜62之下；一灯座1125，具有一散热槽1126，用以承载照明模块1124；一连结部1127；以及一电连结器1128，其中连结部1127连结灯座1125与电连接器1128。照明模块1124具有一载体1123；以及多个前述任一实施例的位于载体1123上的光电装置800。
具体的，光电装置包含前述任一实施例的发光元件、光电二极管、光敏电阻(photo resister)、激光二极管、红外线发射器、有机发光二极管以及太阳能电池。导电基板10、300、40和/或基板20、1210、50、80可为成长或承载基底，基板20、1210、50、80包含导电基板、绝缘基板、透明基板或透光基板。导电基板的材料可包含金属、氧化物、氮化物、磷化物或硅化物，其中金属例如可包含锗(Ge)或砷化镓(GaAs)，氧化物例如可包含铝酸锂(LiAlO2)或氧化锌(ZnO)，氮化物例如可包含氮化镓(GaN)或氮化铝(AlN)，磷化物例如可包含磷化铟(InP)，硅化物例如可包含硅或碳化硅(SiC)。透明基板的材料可包含氧化铝(Al2O3)、铝酸锂(LiAlO2)、氧化锌(ZnO)氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、玻璃、钻石、合成钻石(CVDdiamond)、类钻碳(diamond-like carbon，DLC)、尖晶石(MgAl2O3)、氧化硅(SiOx)或镓酸锂(LiGaO2)。
第一导电型半导体层124、224、324、424、524、1220和第二导电型半导体层120、220、1240、320、420、520的电性、极性或掺杂物相异，或者包含用以提供电子或空穴的半导体材料，半导体材料可为单层或多层。电性选择可以为p型、n型、及i型中至少任意二者的组合。主动层122、222、322、422、522、1230分别位于第一导电型半导体层124、224、324、424、524、1220和第二导电型半导体层120、220、1240、320、420、520之间，主动层为电能与光能可能发生转换或被诱发转换的区域。电能可能发生转换或被诱发转换为光能的装置可以是发光二极管、液晶显示器或是有机发光二极管。光能可能发生转换或被诱发转换为电能的装置可以是太阳能电池或光电二极管。第一导电型半导体层124、224、324、424、524、1220、主动层122、222、322、422、522、1230、第二导电型半导体层120、220、1240、320、420、520的材料包含镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)、硅(Si)或上述元素的组合。
在一实施例中，光电装置包含的发光元件，其发光频谱可以通过改变单层半导体材料层或多层半导体材料层的物理或化学要素进行调整。常用的单层半导体材料层的材料或多层半导体材料层包含铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、磷(P)、氮(N)、锌(Zn)、氧(O)或上述元素的组合。主动层(未显示)的结构例如：单异质结构(single heterostructure；SH)、双异质结构(doubleheterostructure；DH)、双侧双异质结构(double-side double heterostructure；DDH)、或多层量子阱结构(multi-quantum well；MQW)。再者，调整量子阱的对数也可以改变发光波长。
在一实施例中，第一导电型半导体层124、224、324、424、524、1220和基板20、1210、50、导电基板10、300、40之间可选择性的设置一缓冲层(图未示)。此缓冲层介于二种材料系统之间，使基板20、1210、50、导电基板10、300、40的材料系统“过渡”至第一导电型半导体层124、224、324、424、524、1220的材料系统。对发光二极管的结构而言，缓冲层用以降低二种材料间晶格不匹配的材料层。另一方面，缓冲层也可以是包含二种材料或二个分离结构的单层、多层或一结构，其可选用的材料包含有机材料、无机材料、金属、或半导体等；其可选用的结构包含：反射层、导热层、导电层、欧姆接触层、抗形变层、应力释放(stress release)层、接合(bonding)层、波长转换层、及机械固定构造等。在一实施例中，此缓冲层的材料可包含氮化铝(AlN)或氮化镓(GaN)，且形成方法可包含溅镀(sputter)或原子层沉积(atomic layer deposition，ALD)。
在前述的实施例中，第一透明导电氧化物层14、24以及第二透明导电氧化物层28、48、58的材料包含铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)、镉锡氧化物(cadmium tin oxide，CTO)、锑氧化锡(antimony tin oxide)、氧化铟锌(zinc indium oxide)、氧化锌铝(aluminum zinc oxide)、锌锡氧化物(zinc antimony oxide)、或其等的组合，且形成方法可包含电子束蒸镀、离子溅镀、热蒸镀或其等的组合。以第一透明导电氧化物层14、24以及第二透明导电氧化物层28、48、58包含铟锡氧化物为例，第一透明导电氧化物层14、24的厚度以及第二透明导电氧化物层28、48、58的厚度为1微米至150之间，且在波长为300微米至700微米之间的范围内，透光率大于50％。
在前述的实施例中，金属键合层41、51的材料包含铟、锡、金-锡(AuSn)或是其等的合金。
布拉格反射层38包含半导体叠层。反射层49、59包含铟、锡、铝、金、铂、锌、银、钛、铅、钯、锗、铜、铍金、锗金、镍、铅锡合金、金锌合金或其等的合金。第一和第二金属反射层17、27、30的材料包含铝或银。
以上各附图与说明虽仅分别对应特定实施例，然而，各个实施例中所说明或揭露的元件、实施方式、设计准则、及技术原理除在彼此显相冲突、矛盾、或难以共同实施之外，吾人当可依其所需任意参照、交换、搭配、协调、或合并。
虽然本发明已说明如上，然而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，都不脱本发明的精神与范围。
Claims (10)
1.一种发光元件，其包含：
半导体接触层，其包含一粗糙顶面，该粗糙顶面包含两相邻的第一顶峰以及一第一波谷，各第一顶峰包含一第一最高点，该第一波谷包含一位于该两相邻的第一顶峰之间的第一最低点，该两个第一最高点与该第一最低点连接形成两条第一斜线，且一第一角度位于该两条第一斜线之间；以及
透明电流扩散层，其包含一位于该半导体接触层之上的顶面，且该透明电流扩散层的该顶面包含两相邻的第二顶峰以及一第二波谷，各第二顶峰包含一第二最高点，该第二波谷包含一位于该两相邻的第二顶峰之间的第二最低点，该顶面的该两个第二最高点与该第二最低点连接形成两条第二斜线，一第二角度位于该两条第二斜线之间；
其中该半导体接触层的该粗糙顶面大致位于该透明电流扩散层的该顶面的正下方，该第一角度与该第二角度的差异不大于10度。
2.如权利要求1所述的发光元件，其还包括一位于该第一最低点与该第二最低点之间的第一高度差，该第一高度差大于0。
3.如权利要求2所述的发光元件，其还包括一第二高度差以及一第三高度差，该第二高度差位于两相邻的第一顶峰与第二顶峰之间且大于0，该第三高度差位于另两相邻的第一顶峰与第二顶峰之间且大于0。
4.如权利要求3所述的发光元件，该第一高度差与该第二高度差的比例为0.1至10之间。
5.如权利要求3所述的发光元件，该第一高度差与该第三高度差的比例为0.1至10之间。
6.如权利要求1所述的发光元件，其中该第一波谷包含第一平整区域。
7.如权利要求6所述的发光元件，其中该第二波谷包含第二平整区域。
8.如权利要求1所述的发光元件，其中该半导体接触层的顶部形成有多个孔穴，且该等孔穴自半导体接触层的顶部向下延伸以形成该粗糙顶面。
9.如权利要求1所述的发光元件，该第一角度大致等于该第二角度。
10.如权利要求1所述的发光元件，其中透明电流扩散层的材料包含金属氧化物或金属氮化物。
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