CN107068831B - 发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种发光装置，其包含：一基板；一透明导电层，设置于基板上；一半导体窗户层，形成于透明导电层上且具有一平坦表面及多个凹槽，其中每一凹槽具有一侧壁表面；及一发光叠层，形成于半导体窗户层上且包含一第一半导体层、一第二半导体层、一位于第一和第二半导体之间的活性层。此些凹槽中的至少其中一个的侧壁表面相对于平坦表面倾斜，且平坦表面与透明导电层之间的接触电阻小于侧壁表面与透明导电层之间的接触电阻。

Description

发光装置

本申请文件是2012年1月12日提交的发明名称为“发光装置”的第201210009116.2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装置，更具体而言，是涉及一种具有多个凹槽的发光装置。

背景技术

固态发光元件中的发光二极管元件(Light Emitting Diode；LED)具有低耗电量、低发热量、操作寿命长、耐撞击、体积小、反应速度快、以及可发出稳定波长的色光等良好光电特性，因此常应用于家电、仪表的指示灯及光电产品等领域。然而，如何去改善发光元件的发光效率在此领域中仍是一项很重要的议题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种发光装置，其包含：一基板；一透明导电层，设置于基板上；一半导体窗户层，形成于透明导电层上且具有一平坦表面及多个凹槽，其中每一凹槽具有一侧壁表面；及一发光叠层，形成于半导体窗户层上且包含一第一半导体层、一第二半导体层、一位于第一和第二半导体之间的活性层。此些凹槽中的至少其中一个的侧壁表面相对于平坦表面倾斜，且平坦表面与透明导电层之间的接触电阻小于侧壁表面与透明导电层之间的接触电阻。

本发明另提供一种发光装置，其包含：一基板；一透明导电层，设置于基板上；一半导体窗户层，形成于透明导电层上且具有一平坦表面及多个凹槽，其中每一凹槽具有一侧壁表面；一欧姆接触层，形成于半导体窗户层与透明导电层之间；及一发光叠层，形成于半导体窗户层上且包含一第一半导体层、一第二半导体层、一位于第一和第二半导体之间的活性层。半导体窗户层与欧姆接触层包含相同材料。

附图说明

图1为本发明第一实施例的一发光装置的一剖视图；

图2为本发明第二实施例的一发光装置的一剖视图；

图3为本发明第三实施例的一发光装置的一剖视图；

图4A-图4C显示本发明凹槽的俯视图；

图5A-图5G为本发明第二实施例的发光装置的制造方法剖视图。

主要元件符号说明

100、200、300：发光装置

10：基板

11：反射层

12：透明导电层

13：欧姆接触层

14：半导体窗户层

141：平坦表面

142：凹槽

1421：侧壁表面

1422：凹槽表面

15：发光叠层

151：p型半导体层

152：活性层

153：n型半导体层

16：n侧电极

160、160'、160”：打线垫

161、161'、161”：延伸部

17：p侧电极

18：连接层

具体实施方式

以下实施例将伴随着附图说明本发明的概念，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。

图1为本发明第一实施例的一发光装置100的示意图。发光装置100包含一永久基板10、一连接层18、一反射层11、一透明导电层12、一欧姆接触层13、一半导体窗户层14及一发光叠层15。发光叠层15包含一p型半导体层151、一n型半导体层153及一位于p型半导体层151与n型半导体层153之间的活性层152。半导体窗户层14具有一平坦表面141及多个凹槽142。每一凹槽142具有一侧壁表面1421，相对于平坦表面141倾斜且与之夹一大于90°而小于180°的角度(θ)。较佳地，角度(θ)介于110°到160°之间。在本实施例中，凹槽142的剖面为三角形。欧姆接触层13形成于半导体窗户层14与透明导电层12间，且对应于半导体窗户层14的平坦表面141的位置上。欧姆接触层13的表面积与半导体窗户层14的表面积的面积比介于10％至90％。凹槽142具有一深度(H)且凹槽142的深度与半导体窗户层14的厚度(T)的一深度比介于20％至80％。

根据图1，发光装置100还包含一形成于发光叠层15上的n侧电极16、一形成于永久基板10上的p侧电极17。n侧电极16包含一打线垫160及一自打线垫延伸的延伸部161形成于发光叠层15并对应于凹槽142的位置上。本实施例中，欧姆接触层13实质上与半导体窗户层14为同一材料。此外，欧姆接触层13还包含掺杂物，以与透明导电层12形成欧姆接触。因此，平坦表面141与透明导电层12之间的接触电阻(contact resistance)小于侧壁表面1421与透明导电层12之间的接触电阻，由此，当一电源供应器连结至n侧电极16与p侧电极17时，大部分的电流流经过半导体窗户层14的平坦表面141，而在侧壁表面1421与透明导电层12之间形成一电流阻挡(current blocking)的效应。更者，发自发光叠层15的光会于侧壁表面1421反射且直接脱离发光叠层15的一发光表面，以增加光取出效率(light extraxtionefficiency)。半导体窗户层14的材料包含磷化镓(GaP)、磷化镓铟(InGaP)、砷化镓(GaAs)、砷化铝镓(AlGaAs)、及其组合。掺杂物包含镁、铍、锌、碳、及其组合。

图2为本发明第二实施例的一发光装置200的示意图。第二实施例的发光装置200与第一实施例的发光装置100具有相似的结构，除了凹槽142的剖面为梯形且每一凹槽142还具有一凹槽表面1422。每一凹槽142的凹槽表面1422实质上与平坦表面141平行。打线垫160′及延伸部161′形成在对应于凹槽表面1422与侧壁表面1421的位置上。选择性地，n侧电极16可仅形成在对应于凹槽表面1422的位置上(图未示)。凹槽表面1422与透明导电层12之间的接触电阻(contact resistance)实质上等于侧壁表面1421与透明导电层12之间的接触电阻。应注意的是，凹槽142的剖面至少包含一选自下列图形：三角形、梯形、及其组合。

图3为本发明第三实施例的一发光装置300的示意图。第三实施例的发光装置300与第一实施例的发光装置100具有相似的结构，除了部分凹槽142的侧壁表面1421并非相对于平坦表面141倾斜。在本实施例中，形成于打线垫160″下方的凹槽142具有实质上垂直于平坦表面141的侧壁表面1421；形成于延伸部161″下方的凹槽142具有倾斜于平坦表面141的侧壁表面1421。

图4A及图4B为n侧电极16与凹槽142的俯视图。显示于图4B的凹槽142具有一第一图案，其几何图形与显示于图4A的n侧电极16相似且形成于n侧电极16的下方。图4C为另一实施例中的凹槽142的俯视图。在此实施例中，凹槽142还具有一第二图案。第二图案为六角形的镶嵌结构(tesslation of hexagons)。选择性地，于俯视图，第二图案可为圆形；三角形、长方形、或五角形的镶嵌结构(a tessellation of triangle,rectangle,orpentagon)。根据实际需求，n侧电极16的图案可变化，因此凹槽142的第一图案也随着n侧电极16的图案而变化。

根据本发明第二实施例，图5A至图5G揭露发光装置200的制造方法。根据图5A，n型半导体层153、活性层152、p型半导体层151、半导体窗户层14依序成长于一成长基板20上。根据图5B，欧姆接触层13成长于半导体窗户层14上。半导体窗户层14具有一介于1μm至10μm的厚度，欧姆接触层13具有一小于

的厚度。另，半导体窗户层14可施行一掺杂处理以形成欧姆接触层13。根据图5C，实行一蚀刻步骤以移除部分欧姆接触层13，且进一步移除部分半导体窗户层14，由此，形成凹槽142于半导体窗户层14内。根据图5D，通过蒸镀或溅镀方法，透明导电层12形成并顺应(conformal)于欧姆接触层13与半导体窗户层14上。因此，透明导电层12与欧姆接触层13及半导体窗户层14互相接触。需注意的是，当通过旋转涂布法(spin coating)形成透明导电层12时，凹槽142内会填满透明导电层12。根据图5E，反射层11形成于透明导电层12上。根据图5F，永久基板10通过连接层18接合于反射层11上。根据图5G，通过蚀刻将成长基板20与n型半导体层153分离。接着，n侧电极16与p侧电极17分别形成于n型半导体层153与永久基板10上。连接层18包含金属或胶材。金属包含金、铟、锡、及其组合。胶材包含苯环丁烯(BCB)、环氧树脂(Epoxy)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅胶(SiO_x)、氧化铝(Al₂O₃)、二氧化钛(TiO₂)、氮化硅(SiN_x)、及其组合。

实验结果

实验一

发光装置具有一显示于图2的结构。AlInP的n型半导体层153、AlGaInP的活性层152及AlInP的p型半导体层154依序地成长于GaAs的成长基板20上。GaP的半导体窗户层14具有一10μm的厚度且成长于p型半导体层154上。碳掺杂(carbon-doping)的GaP的欧姆接触层13通过有机金属化学气相沉积法(MOCVD)成长于半导体窗户层14上。进行湿式蚀刻以移除部分的欧姆接触层13与半导体窗户层14，由此形成凹槽142。凹槽142的深度(H)约为2μm，且凹槽142的深度与半导体窗户层14的厚度(T)的一深度比例约为20％。ITO的透明导电层12通过蒸镀方法形成于半导体窗户层14上。反射层11为Ag/Ti/Pt/Au的多层结构且形成于透明导电层12上。硅(Si)永久基板通过金属接合方法接合至反射层11，之后移除GaAs的成长基板20。接着，n侧电极16形成于n型半导体层153且对应于凹槽142的位置上，并具有一实质上相等于凹槽142的第一图案的图案(参考图4A)。欧姆接触层13的表面积与半导体窗户层14的表面积的比例约为85％，亦即，凹槽的表面积约为半导体窗户层14的总表面积的15％。

实验二

实验二的发光装置与实验一的发光装置具有相似的结构，除了凹槽还具有六角形的第二图案，而n侧电极16并未形成于第二图案的上方(参考图4C)。因此，欧姆接触层13的表面积与半导体窗户层14的表面积的比例约为80％，亦即，凹槽的表面积约为半导体窗户层14的总表面积的20％。

实验三

实验三的发光装置与实验一的发光装置具有相似的结构，除了半导体窗户层14的厚度为1μm。凹槽142的深度(H)约为0.8μm，且凹槽142的深度与半导体窗户层14的厚度的一深度比例约为80％。

实验四

实验四的发光装置与实验二的发光装置具有相似的结构，除了半导体窗户层14的厚度为1μm。

对照组一

对照组一的发光装置与实验一的发光装置具有相似的结构，除了欧姆接触层13与半导体窗户层14并未被蚀刻。因此，并无凹槽142形成于半导体窗户层14内。

对照组二

对照组二的发光装置与实验三的发光装置具有相似的结构，除了欧姆接触层13与半导体窗户层14并未被蚀刻。因此，并无凹槽142形成于半导体窗户层14内。

表一

	发光强度(mcd)	相对比例
			实验一	469.18	118％
实验二	493.68	124.1％
			对照组一	397.77	100％

表二

	发光强度(mcd)	相对比例
			实验三	396.08	112.5％
实验四	459.21	130.4％
			对照组二	352.19	100％

表一与表二显示实验结果。相较于对照组一，实验一的发光装置的发光强度为469.18mcd，增加18％；实验二的发光装置的发光强度为493.68mcd，增加24％。同样地，相较于对照组二，实验三的发光装置的发光强度为369.08mcd，增加12.5％；实验四的发光装置的发光强度为459.21mcd，增加30.4％。通过形成凹槽142且具有倾斜的侧壁表面1421，发自发光叠层15的光有效地于侧壁表面1421处反射且脱离发光叠层15的一发光表面，因此发光强度增加。此外，因凹槽还具有第二图案，意即实验二与实验四的凹槽表面积大于实验一与实验三的凹槽表面积(约增加5％)，又每一凹槽142皆具有侧壁表面1421，因此有更多的侧壁表面1421以反射发自发光叠层15的光。所以，实验二与实验四发光装置的发光强度相对地高。

本发明所列举的各实施例仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。任何人对本发明所作的任何显而易知的修饰或变更皆不脱离本发明的精神与范围。

Claims (19)

1.一种发光装置，包含:

基板；

透明导电层，设置于该基板上；

半导体窗户层，形成于该透明导电层上且具有平坦表面及多个凹槽在该半导体窗户层的同一侧，其中该些凹槽均具有侧壁表面；

欧姆接触层，设置于该半导体窗户层下且与该半导体窗户层相接，且对应于半导体窗户层的该平坦表面的位置；

发光叠层，形成于该半导体窗户层上且包含活性层；及

电极，形成于该发光叠层上，且并未对应于该欧姆接触层与该半导体窗户层相接的位置；

其中，该些凹槽中的至少其中一个的侧壁表面与该平坦表面夹一大于90°而小于180°的角度。

2.如权利要求1所述的发光装置，其中该半导体窗户层与该欧姆接触层包含相同材料。

3.如权利要求1所述的发光装置，其中该半导体窗户层包含磷化镓(GaP)、磷化镓铟(InGaP)、砷化镓(GaAs)、砷化铝镓(AlGaAs)。

4.如权利要求2所述的发光装置，其中该欧姆接触层包含磷化镓(GaP)、磷化镓铟(InGaP)、砷化镓(GaAs)、砷化铝镓(AlGaAs)。

5.如权利要求1所述的发光装置，其中该半导体窗户层的该平坦表面与该透明导电层之间的接触电阻小于该些凹槽的任一侧壁表面与该透明导电层之间的接触电阻。

6.如权利要求1所述的发光装置，其中该些凹槽的剖面包含三角形或梯形。

7.如权利要求1所述的发光装置，还包含反射层形成于该透明导电层上，其中该反射层包含Ag、Ti、Pt、Au或其组合。

8.如权利要求7所述的发光装置，还包含连接层接合该反射层与该基板，其中该连接层包含金、铟、锡、及其组合。

9.如权利要求1所述的发光装置，其中该欧姆接触层具有一小于

的厚度，且该半导体窗户层具有一介于1μm至10μm的厚度。

10.如权利要求1所述的发光装置，其中该些凹槽均具有一深度，且该些凹槽的深度与该半导体窗户层的厚度比介于20％至80％。

11.如权利要求1所述的发光装置，其中每一该些凹槽具有一凹槽表面与该平坦表面平行。

12.如权利要求1所述的发光装置，其中，该电极对应形成于该些凹槽的位置上。

13.如权利要求1所述的发光装置，其中该基板为硅永久基板。

14.如权利要求13所述的发光装置，其中，从俯视图观之，该些凹槽的形状包含圆形、三角形、长方形、或五角形的镶嵌结构。

15.如权利要求1所述的发光装置，还包含一金属结构位于该半导体窗户层与该基板之间，该金属结构覆盖该平坦表面及该些凹槽。

16.如权利要求4所述的发光装置，其中，该欧姆接触层包含掺杂物，且该掺杂物包含镁、铍、锌、碳、及其组合。

17.一种发光装置的制造方法，包含:

提供一发光叠层；

形成一半导体窗户层于该发光叠层的一侧上；

形成一欧姆接触层于该半导体窗户层上且与该半导体窗户层相接；

形成多个凹槽于该半导体窗户层上，且该些凹槽之间具有平坦表面；

形成一反射层于该欧姆接触层和该半导体窗户层上；

形成一透明导电层于该反射层和该半导体窗户层之间；

形成一连接层于该反射层上；以及

形成电极于该发光叠层远离该半导体窗户层的另一侧上，且该电极并未对应于该欧姆接触层与该半导体窗户层相接的位置；

其中，该些凹槽中的至少其中一个的侧壁表面与该平坦表面夹一大于90°而小于180°的角度，且该欧姆接触层对应于该平坦表面的位置。

18.如权利要求17所述的方法，其中，该电极对应形成于该些凹槽的位置上。

19.如权利要求17所述的方法，还包含蚀刻移除部分的该欧姆接触层与该半导体窗户层以形成该些凹槽。

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