CN105161594B - 发光元件 - Google Patents
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Abstract
本发明披露一种发光元件，包括非半导体载体；接合层，位于该非半导体载体之上；反射层，位于该接合层之上；图案化导电层，位于该反射层之上；及发光叠层，位于该图案化导电层之上，其中该图案化导电层被介电层包围。
Description
本申请是2008年1月11日提交的题为“发光元件”的第200810002939.6号发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种发光元件，尤其涉及一种具有非半导体载体的发光元件。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode；LED)为一种固态半导体元件，其至少包括一p-n结(p-n junction)，此p-n结形成于p型与n型半导体层之间。当在p-n结上施加一定程度的偏压时，p型半导体层中的空穴与n型半导体层中的电子会结合而释放出光。此光产生的区域一般又称为发光区(light-emitting region)。
LED的主要特征在于尺寸小、发光效率高、寿命长、反应快速、可靠度高和色度良好，目前已经广泛使用在电器、汽车、招牌和交通号志上。随着全彩LED的问世，LED已逐渐取代传统的照明设备，如荧光灯和白热灯泡。
液晶显示器(Liquid Crystal Display；LCD)已被广泛地使用在各项电子产品，如桌上型或笔记型电脑、移动式电话、车用导航系统和电视等荧幕。一般的设计里，LCD的光源是由背光模块(Back Light Unit；BLU)提供，LED则为BLU的主要光源之一。
发明内容
本发明提供了一种发光元件，包括非半导体载体；接合层，位于非半导体载体之上；反射层，位于接合层之上；及发光叠层，位于反射层之上。其中，发光叠层包括第一束缚层；发光层，位于第一束缚层之上；及第二束缚层，位于发光层之上，其中，非半导体载体、接合层与反射层不含有半导体材料。
本发明提供了一种发光元件，包括非半导体载体；接合层，位于非半导体载体之上；反射层，位于接合层之上；及发光叠层，位于反射层之上。其中，发光叠层包括第一束缚层；发光层，位于第一束缚层之上；第二束缚层，位于发光层之上；及第一电流扩散层，位于第二束缚层之上。其中，非半导体载体、接合层与反射层不含有半导体材料。
本发明提供了一种发光元件，包括非半导体载体；接合层，位于非半导体载体之上；反射层，位于接合层之上；图案化导电层，位于反射层之上，且被介电层围绕；及发光叠层，位于图案化导电层之上。其中，发光叠层包括第一束缚层；发光层，位于第一束缚层之上；第二束缚层，位于发光层之上；及第一电流扩散层，位于第二束缚层之上。其中，非半导体载体、接合层、反射层、图案化导电层与介电层不含有半导体材料。
本发明提供了一种发光元件，包括非半导体载体；接合层，位于非半导体载体之上；反射层，位于接合层之上；图案化导电层，位于反射层之上，且被介电层包围；及发光叠层，位于图案形导电层之上。其中，发光叠层包括第一束缚层；发光层，位于第一束缚层之上；第二束缚层，位于发光层之上；第一电流扩散层，位于第二束缚层之上；导电接触层，位于第一电流扩散层之上；及第二电流扩散层，位于导电接触层之上。其中，非半导体载体、接合层、反射层、图案化导电层与介电层不含有半导体材料。
附图说明
图1A～1C显示本发明一实施例的发光元件的剖面图。
图2A～2C显示本发明另一实施例的半导体发光装置的剖面图。
图3A～3D显示本发明另一实施例的半导体发光装置的剖面图。
图4A～4D显示本发明另一实施例的半导体发光装置的剖面图。
图5A～5D显示本发明另一实施例的半导体发光装置的剖面图。
附图标记说明
非半导体载体 10,20,30,40,50
接合层 11,21,31,41,51
反射层 12,22,32,42,52
图案化导电层 13,23,33,43,53
介电层 14,24,34,44,54
发光叠层 15,25,35,45,55
第一束缚层 151,251,351,451,551
发光层 152,252,352,452,552
第二束缚层 153,253,353,453,553
第一电流扩散层 254,454,554
导电接触层 354,455,555
第二电流扩散层 456,556
保护层 16,26,36,46,56
具体实施方式
如图1A-1C所示，一种发光元件1包括非半导体载体10；接合层11，位于非半导体载体10之上；反射层12，位于接合层11之上；图案化导电层13，位于反射层12之上且被介电层14围绕；以及发光叠层15，位于图案化导电层13之上。其中，非半导体载体10、接合层11、反射层12、图案化导电层13与介电层14皆不含有半导体材料。
非半导体载体10可承载发光叠层15，具有良好的导热或导电的能力。其材料主要为非半导体材料，例如导体或绝缘体，包括但不限于金属、电绝缘材料、复合材料、、金属基复合材料(Metal Matrix Composite；MMC)、陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composite；CMC)或上述材料的组合。
接合层11用以接合非半导体载体10与反射层12，可为金属或非金属材料。其材料包括但不限于聚酰亚胺(PI)、苯并环丁烯(BCB)、过氟环丁烯(PFCB)、环氧树酯(Epoxy)、其他有机粘结材料、铟(In)、锡(Sn)、铝(Al)、金(Au)、铂(Pt)、锌(Zn)、银(Ag)、钛(Ti)、铅(Pb)、钯(Pd)、锗(Ge)、铜(Cu)、镍(Ni)、锡化金(AuSn)、银化铟(InAg)、金化铟(InAu)、铍化金(AuBe)、锗化金(AuGe)、锌化金(AuZn)、锡化铅(PbSn)、铟化钯(PdIn)或上述材料的组合。
反射层12可反射自发光叠层15射出的光，其材料包括但不限于铟(In)、锡(Sn)、铝(Al)、金(Au)、铂(Pt)、锌(Zn)、银(Ag)、钛(Ti)、锡(Pb)、锗(Ge)、铜(Cu)、镍(Ni)、铍化金(AuBe)、锗化金(AuGe)、锌化金(AuZn)、锡化铅(PbSn)、上述材料的组合或布拉格反射层。
图案化导电层13用以形成发光叠层15与反射层12之间的欧姆接触，其材料包括但不限于金(Au)、银(Ag)、铍化金(AuBe)、镍化金(AuNi)、锗化金(AuGe)或上述材料的组合。
在发光叠层15与反射层12之间形成介电层14，可避免发光叠层15与反射层12在工艺中彼此反应而降低反射层12的反射能力。除此之外，因为介电层14的折射率与发光叠层15相异，可使部分来自发光叠层15的光产生全反射，再搭配可反射其余透过介电层14的光的反射层12，可达成全方位反射(ODR,Omni Directional Reflection)的功效，使光线向全方位射出，增加光摘出效率。介电层14的材料包括但不限于介电材料、Su8、苯并环丁烯(BCB)、过氟环丁烯(PFCB)、环氧树脂(Epoxy)、丙烯酸树脂(Acrylic Resin)、环烯烃聚合物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸二乙酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚醚酰亚胺(Polyetherimide)、氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer)、硅胶(Silicone)、玻璃、氧化铝、氧化硅、氧化钛、氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiO2)、氧化钛(TiO2)、上述材料的组合或其他透明绝缘材料。
发光叠层15包括第一束缚层151，位于图案化导电层13之上；发光层152，位于第一束缚层151之上；与第二束缚层153，位于发光层152之上。其中，第一束缚层151可为p型或n型半导体，第二束缚层153的电性则与第一束缚层151相异。如图1B所示，第二束缚层153的表面可做粗化处理，以形成非平整表面，增加光摘出效率。发光层152的结构可分为单异质结构(single heterostructure；SH)、双异质结构(double heterostructure；DH)、双侧双异质结构(double-side double heterostructure；DDH)、以及多层量子阱(multi-quantumwell；MQW)等，其材料包括但不限于II-VI族、III-V族或CdZnSe。
发光元件1还包括第一垫片a，位于第二束缚层153之上；与第二垫片b，位于非半导体载体10之下；此时，非半导体载体10优选地为一导体。第一垫片a与第二垫片b分别与发光叠层15与非半导体载体10形成电性连接，当第一垫片a与第二垫片b分别位于非半导体载体10的相异侧，发光元件1为一垂直结构。如图1C所示，保护层16形成于发光叠层15之上，环绕第一垫片a侧壁并沿发光叠层15向外延伸，以保护发光叠层15与其下的其他结构免于受潮或震动等伤害，也避免因打线造成的短路。保护层16的材料包括但不限于介电材料、Su8、苯并环丁烯(BCB)、过氟环丁烯(PFCB)、环氧树脂(Epoxy)、丙烯酸树脂(Acrylic Resin)、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)、硅胶(Silicone)、玻璃、氧化铝、氧化硅、氧化钛、SiNX、TiO2、旋涂玻璃(SOG)、上述材料的组合或其他透明材料。
另一实施例如图2A-2C所示，一种发光元件2包括非半导体载体20；接合层21，位于非半导体载体20之上；反射层22，位于接合层21之上；图案化导电层23，位于反射层22之上且被介电层24围绕；发光叠层25，位于图案化导电层23之上。其中，非半导体载体20、接合层21、反射层22、图案化导电层23与介电层24皆不含有半导体材料。
发光叠层25包括第一束缚层251，位于图案化导电层23之上；发光层252，位于第一束缚251之上；与第二束缚层253，位于发光层252之上；还包括第一电流扩散层254，位于第二束缚层253之上。第一电流扩散层254相对于发光层252所发的光为透明，除了有增加光摘出效率的功能，还有助于散布电流。除此的外，如图2B所示，第一电流扩散层254的表面可做粗化处理，以形成非平整表面，增加光摘出效率。其材料包括但不限于砷镓化铝(AlGaAs)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)，氧化铟锡(ITO)等金属氧化物或上述材料的组合所构成的组。
发光元件2还包括第一垫片a，位于第一电流扩散层254之上；与第二垫片b，位于非半导体载体20之下；此时，非半导体载体20优选地为一导体。第一垫片a与第二垫片b分别与发光叠层25与非半导体载体10形成电性连接，当第一垫片a与第二垫片b分别位于非半导体载体20的相异侧，发光元件2为一垂直结构。如图2C所示，保护层26形成于发光叠层25之上，环绕第一垫片a侧壁并沿发光叠层25向外延伸，以保护发光叠层25与其下的其他结构免于受潮或震动等伤害，也避免因打线造成的短路。
另一实施例如图3A-3D所示，发光元件3包括非半导体载体30；接合层31，位于非半导体载体30之上；反射层32，位于接合层31之上；图案化导电层33，位于反射层32之上且被介电层34围绕；发光叠层35，位于图案化导电层33之上。其中，非半导体载体30、接合层31、反射层32、图案化导电层33与介电层34皆不含有半导体材料。
发光叠层35包括第一束缚层351，位于图案化导电层33之上；发光层352，位于第一束缚层351之上；第二束缚层353，位于发光层352之上；导电接触层354，位于第二束缚层353之上；与第一电流扩散层355，位于导电接触层354之上。
第一电流扩散层355用以散布电流，增加发光效率，通过导电接触层354与第二束缚层353形成欧姆接触。第一电流扩散层355的表面可做粗化处理，以形成非平整表面，增加光摘出效率，如图3B所示。导电接触层354的表面亦可同时做粗化处理，以形成非平整表面，如图3C所示。第一电流扩散层355的材料包括但不限于氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化锌(ZnO)等金属氧化物或上述材料的组合所构成的组。导电接触层354的材料包括但不限于磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)、磷砷化镓(GaAsP)、砷镓化铝(AlGaAs)、氮化镓(GaN)、金属或上述材料的组合所构成的组。
发光元件3还包括第一垫片a，位于第一电流扩散层355之上；与第二垫片b，位于非半导体载体30之下；此时，非半导体载体30优选地为一导体。第一垫片a与第二垫片b分别与发光叠层35与非半导体载体30形成电性连接，当第一垫片a与第二垫片b分别位于非半导体载体30的相异侧，发光元件3为一垂直结构。如图3D所示，保护层36形成于发光叠层35之上，环绕第一垫片a侧壁并沿发光叠层35向外延伸，以保护发光叠层35与其下的其他结构免于受潮或震动等伤害，也避免因打线造成的短路。
另一实施例如图4A-4D所示，发光元件4包括非半导体载体40；接合层41，位于非半导体载体40之上；反射层42，位于接合层41之上；图案化导电层43，位于反射层42之上且被介电层44围绕；发光叠层45，位于图案化导电层43之上。其中，发光叠层45包括第一束缚层451，位于图案化导电层43之上；发光层452，位于第一束缚层451之上；第二束缚层453，位于发光层452之上；第一电流扩散454，位于第二束缚层453之上；导电接触层层455，位于第一电流扩散层454之上；与第二电流扩散层456，位于导电接触层455之上。其中，接合层41、反射层42、图案化导电层43与介电层44皆不含有半导体材料。
如图4B所示，第一电流扩散层454与第二束缚层453形成欧姆接触，用以散布电流，增加发光效率。第一电流扩散层454的表面可做粗化处理，以形成非平整表面，增加光摘出效率。其材料包括但不限于砷镓化铝(AlGaAs)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)或上述材料的合成所构成的组。第二电流扩散层456用以散布电流，增加发光效率，通过导电接触层455与第一电流扩散层454形成欧姆接触。如图4C所示，第二电流扩散层456的表面可做粗化处理，以形成非平整表面，增加光摘出效率，导电接触层455的表面亦可同时做粗化处理，以形成非平整表面。第二电流扩散层456的材料包括但不限于氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化锌(ZnO)或上述材料的组合所构成的组。导电接触层455的材料包括但不限于磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)、磷砷化镓(GaAsP)、砷镓化铝(AlGaAs)、氮化镓(GaN)、金属或上述材料的组合所构成的组。
发光元件4还包括第一垫片a，位于第二电流扩散层456之上；与第二垫片b，位于非半导体载体40之下；此时，非半导体载体40优选地为一导体。第一垫片a与第二垫片b分别与发光叠层45与非半导体载体40形成电性连接，当第一垫片a与第二垫片b分别位于非半导体载体40的相异侧，发光元件4为一垂直结构。如图4D所示，保护层46形成于发光叠层45之上，环绕第一垫片a侧壁并沿发光叠层45向外延伸，以保护发光叠层45与其下的其他结构免于受潮或震动等伤害，也避免因打线造成的短路。
另一实施例如图5A-5D所示，发光元件5包括非半导体载体50；接合层51，位于非半导体载体50之上；反射层52，位于接合层51之上；图案化导电层53，位于反射层52之上且被介电层54围绕；发光叠层55，位于图案化导电层53之上；以及第一垫片a与第二电片b，位于发光叠层55之上。其中，非半导体载体50、接合层51、反射层52、图案化导电层53与介电层54皆不含有半导体材料。
发光叠层55包括第一束缚层551、发光层552与第二束缚层553。发光叠层55被蚀刻裸露出部分第一束缚层551，此时，第一垫片a位于第二束缚层553之上，而且第二垫片b位于第一束缚层551裸露的部分之上，非半导体载体50优选地为一绝缘体。如图5B所示，第二束缚层553的表面可做粗化处理，以形成非平整表面，增加光摘出效率。当第一垫片a与第二垫片b分别位于非半导体载体40的相同侧，发光元件5为一水平结构。
如图5C所示，发光叠层55还包括第一电流扩散层554，位于第二束缚层553之上，并与第二束缚层553形成欧姆接触，用以散布电流，增加发光效率。第一电流扩散层554的表面可做粗化处理，以形成非平整表面，增加光摘出效率。其材料包括但不限于砷镓化铝(AlGaAs)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)或上述材料的组合所构成的组。此时，第一垫片a则位于第一电流扩散层554之上，第二垫片位于第一束缚层551裸露的部分之上。保护层56形成于发光叠层55之上，分别环绕第一垫片a的侧壁与第二垫片b的侧壁并沿发光叠层55向外延伸，以保护发光叠层55与其下的其他结构免于受潮或震动等伤害，也避免因打线造成的短路。
如图5D所示，发光叠层55还包括导电接触层555，位于第一电流扩散层554之上，与第二电流扩散层556，位于导电接触层555之上。此时，第一垫片a则位于第二电流扩散层556之上，第二垫片位于第一束缚层551裸露的部分之上。第二电流扩散层556用以散布电流，增加发光效率，通过导电接触层555与第一电流扩散层554形成欧姆接触。第二电流扩散层556的表面可做粗化处理，以形成非平整表面，增加光摘出效率，导电接触层555的表面亦可同时做粗化处理，以形成非平整表面。第二电流扩散层556的材料包括但不限于氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化锌(ZnO)或上述材料的组合所构成的组。导电接触层555的材料包括但不限于磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)、磷砷化镓(GaAsP)、砷镓化铝(AlGaAs)、氮化镓(GaN)、金属或上述材料的组合所构成的组。
惟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。任何本领域的技术人员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附的权利要求所列。
Claims (11)
1.一种发光元件，包括：
非半导体载体；
接合层，位于该非半导体载体之上；
图案化导电层，位于该接合层之上，且被介电层围绕；
发光叠层，位于该图案化导电层之上，包括第一半导体层、第二半导体层和发光层位于该第一半导体层及该第二半导体层之间；
第一垫片，位于该第二半导体层之上；及
保护层形成于该发光叠层之上，环绕该第一垫片的侧壁，并沿该发光叠层向外延伸至其侧壁，其中该发光叠层靠近该非半导体载体的面为平整表面，该发光叠层远离该非半导体载体的面为非平整表面。
2.如权利要求1所述的发光元件，其中该非半导体载体与该接合层不含有半导体材料，该非半导体载体的材料选自由金属、电绝缘材料、金属基复合材料与上述材料的组合所构成的组。
3.如权利要求1所述的发光元件，包括反射层位于该接合层与该图案化导电层之间，其中该图案化导电层用以形成该发光叠层与该反射层之间的欧姆接触。
4.如权利要求1所述的发光元件，其中该发光叠层包括第一电流扩散层，位于该第二半导体层之上，该第一电流扩散层的材料选自由氧化铟锡、氧化铟、氧化锡、氧化镉锡、氧化锑锡、氧化锌、砷镓化铝、氮化镓、磷化镓或上述材料的组合所构成的组，该非平整表面为该第一电流扩散层的表面。
5.如权利要求4所述的发光元件，其中该发光叠层包括导电接触层，位于该第二半导体层之上，该导电接触层的材料选自由磷化镓、砷化镓、磷砷化镓、砷镓化铝、氮化镓、金属或上述材料的组合所构成的组，该非平整表面为该导电接触层的表面。
6.如权利要求5所述的发光元件，其中该发光叠层包括第二电流扩散层，位于该第二半导体层之上，该第二电流扩散层的材料选自由氧化铟锡、氧化铟、氧化锡、氧化镉锡、氧化锑锡、氧化锌或上述材料的组合所构成的组，该非平整表面为该第二电流扩散层的表面。
7.如权利要求1所述的发光元件，其中该介电层的材料包括氧化铝、氧化硅、氧化钛、氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiO2)、氧化钛(TiO2)。
8.如权利要求1所述的发光元件，其中该保护层的材料包括氧化铝、氧化硅(SiO2)、氧化钛(TiO2)、氮化硅(SiNx)、氧化钛(TiO2)。
9.如权利要求1所述的发光元件，其中该发光叠层被蚀刻裸露出该第一半导体层的部分表面。
10.如权利要求1所述的发光元件，其中该图案化导电层的材料包括金(Au)、银(Ag)、铍化金(AuBe)、镍化金(AuNi)、锗化金(AuGe)或上述材料的组合。
11.如权利要求2所述的发光元件，其中该电绝缘材料包括陶瓷基复合材料。
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