CN107516704A - 具有反射电极的发光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有反射电极的发光装置，包含：一半导体发光叠层；以及一电极位于半导体发光叠层之上，电极包含：一粘着层包含铬(Cr)或铑(Rh)；一反射层包含银(Ag)或铝(Al)；一屏障层；以及一打线层包含金(Au)，其中屏障层位于反射层及打线层之间，屏障层包含一第一金属对具有一厚度大于或等于该第一金属对包含一第一金属层与一第二金属层，第一金属层与第二金属层包含不同材料。
Description
本发明是中国发明专利申请(申请号：201310183457.6，申请日：2013年5月17日，发明名称：具有反射电极的发光装置)的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种具有一反射电极的发光装置，及其制造方法。
背景技术
随着发光效率的增加与制造成本的降低，近年来以固态发光装置取代传统发光装置的梦想将实现。目前，发光二极管内部发光效率大约落在50％至80％之间，但部分光线会被电极或发光层吸收，以至于整体发光效率降低。因此，此一问题的解决方式可以在电极底下提供一反射层。当发光层发射出的光线被电极阻挡时，反射层可以反射光线避免被电极吸收。
当施以一电流给发光二极管并流经电极时，反射层的材料可能会迁移至电极。反射层材料的迁移效应将导致电极的电阻增加，以及降低发光二极管的发光效率。因此，如图1所示，屏障层11可以阻止反射层12材料的迁移。然而，近年来为了让单一芯片产生更多的光线，会增加通过发光二极管的电流，但是大电流却会破坏屏障层11。
传统上，反射层12由铝(Al)或银(Ag)形成且屏障层由单一金属形成，例如以如钛(Ti)或钼(Mo)的单一金属用来抵挡反射层12的迁移。但是，在反射层12上形成具有一致厚度的屏障层11并不容易。当电流通过反射层12，例如铝(Al)或银(Ag)的反射层12金属会破坏屏障层11中较薄的部分。因此，屏障层11最好由两种不同的金属形成。第二金属层可以补强第一金属层较薄的部分而加强屏障层11的防御。但是，当高电流通过电极，由两种不同金属形成的屏障层11通常仍会被反射层12的材料破坏。图2A所示，以120mA电流通过97小时后，具有两种不同金属形成的屏障层11的电极4被破坏的形态。图2B所示，屏障层11已被破坏，反射层已迁移且与电极4的其他部分形成合金，如此一来，电极4的导电率大幅地降低。
发明内容
一种发光装置，包含：半导体发光叠层，以及电极位于半导体发光叠层之上，电极包含反射层、粘着层位于反射层及半导体发光叠层之间、打线层以及屏障层位于反射层及打线层之间并覆盖反射层以防止反射层与打线层起反应，其中，屏障层包含第一金属对及第二金属对。
一种制造发光装置的方法，其步骤包含：提供一半导体发光叠层；形成一反射层与一粘着层于半导体发光叠层之上；形成一图案化光致抗蚀剂层于半导体发光叠层之上；形成一屏障层覆盖反射层；以及形成一打线层于屏障层之上，其中屏障层可防止反射层与打线层起反应。
附图说明
图1为具有现有屏障层的电极结构的示意图；
图2A到图2B为具有被破坏的现有屏障层的电极的示意图；
图3A到图3F为依据本发明的第一实施例的具有两对不同金属对的电极的示意图；
图4A到图4D为依据本发明的第二实施例的具有三对不同金属对的电极的示意图。；
图5A为现有发光二极管与依据本发明的第二实施例的发光二极管的Vf与电流的关系图；
图5B为现有发光二极管与依据本发明的第二实施例的发光二极管的功率与电流的关系图；
图6为三种屏障层43、一具有一金属对、另一具有两金属对及另一具有三金属对的可靠度比较的示意图；
图7A到图7D为依据本发明的一实施例的电极4的制造方法的示意图。
符号说明
1：发光二极管
10：图案化覆盖层
2：半导体发光叠层
22：第一半导体层
24：主动层
26：第二半导体层
4：电极
41：粘着层
411：粘着区域
12、42：反射层
11、43：屏障层
431：第一金属层
4311：第一孔洞
432：第二金属层
433：第三金属层
434：第四金属层
435：第五金属层
436：第六金属层
437：第二表面
438：第一表面
44：打线层
6：电流阻挡层
8：透明导电层
81：接触表面
82：凹陷部
具体实施方式
本申请案的实施例依据随附的附图做说明。以下所示的各实施例并未依照实际制品的比例绘制。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都不脱离本发明的精神与范围。
图3A所示为具有电极的发光二极管1的剖视图，且图3B所示为根据本发明的第一实施例的发光二极管上的电极详细结构。发光二极管1在半导体发光叠层2上具有电极4。半导体发光叠层2具有一第一半导体层22、一第二半导体层26与一主动层24。如果第一半导体层22为一p型半导体，第二半导体则为一n型半导体或反之亦然。主动层24介于第一半导体层22与第二半导体层26之间。当电流通过半导体发光叠层2时，主动层24可以发出光线。如果主动层24的材料为AlGaInP系列，主动层24可以发出红光；如果主动层24的材料为AlGaInN系列，主动层24可以发出绿光或蓝光。在半导体发光叠层2上具有一透明导电层8与第一半导体层22欧姆接触。透明导电层8可以加强电流的扩散。透明导电层8的材料可为ITO、InO、SnO、CTO、ATO、ZnO、GaP或其组合。透明导电层8可由蒸镀或溅镀形成。位于第一半导体层22上的电极4与透明导电层8欧姆接触。透明导电层8下方具有一电流阻挡层6位于第一半导体层22之中，可进一步扩散电流。电流阻挡层6的材料具有一导电率低于第一半导体层22的半导体材料的导电率的十分之一，或为一绝缘氧化物，如SiO2、TiO2，或SiNx。形成电流阻挡层6的方法包含离子注入、氧等离子体制作工艺、N2O等离子体制作工艺、氩气等离子体制作工艺或湿式氧化制作工艺。
图3B所示为电极4的详细结构。透明导电层8与电极4的接触表面81为一粗糙面。电极4包含一粘着层41、一反射层42、一屏障层43及一打线层44。屏障层43包含与打线层44接触的一第一表面438及与反射层42接触的一第二表面437。打线层44用来打线接合用，且通常由金(Au)形成。因为电极4形成于第一半导体层22之上，由主动层24发射出的光线会被电极4遮挡或吸收，而减少发光二极管1的出光。如此一来，为了增加出光，电极4具有一介于电极4与第一半导体层22之间的反射层42来反射光线，以防止光线被遮挡或被吸收。反射层42由反射率高于70％的金属组成，像是银(Ag)或铝(Al)，且反射层42的高度大于或等于当发光二极管1具有一透明导电层8在第一半导体层22上的时候，由于反射层42与透明导电层8的粘着性不够好，反射层42容易从透明导电层8剥离。如此一来，反射层42需要一粘着层41来增加反射层42与透明导电层8之间的粘着性。粘着层41由具有高导电性与介于反射层42及透明导电层8的高粘着性的材料构成。粘着层41较佳的是由铬(Cr)或铑(Rh)形成，且粘着层41的厚度较佳的是小于或等于使粘着层41为透明以避免遮住光线。因为铬(Cr)与铑(Rh)具有较高的功函数，当第一半导体层22为一p型半导体时，由铬(Cr)或铑(Rh)形成的粘着层41可以减少电极4与第一半导体层22之间的欧姆接触的电阻。在一优选实施例中，粘着层41的厚度小于或等于如图3C所示，当粘着层41小于或等于时，粘着层41变成多个粘着区域411。多个粘着区域411具有相同的粘着性可做为介于反射层42与透明导电层8之间的粘着层41。因为，粘着区域411的面积小于粘着层41，粘着区域411将不会遮挡被反射层42反射的光线，使发光二极管1的出光增加。反射层42、粘着层41与粘着区域411可以由蒸镀或溅镀形成。
因为反射层42较佳的是由银(Ag)或铝(Al)形成，当电流通过反射层42时，铝(Al)或银(Ag)会因氧化或与打线层44形成合金而离开反射层42。所以，反射层42需要被保护以避免自身材料的迁移。当反射层42的材料迁移时，反射层42的银(Ag)或铝(Al)的成分会持续减少。如果反射层42的银(Ag)或铝(Al)成分不够时，反射层42的电阻会增加。参照图3D，当打线层44由金(Au)形成时，如果铝(Al)迁移进入打线层44，铝(Al)会与打线层44形成合金为AuAlx，且合金的电阻会高于金(Au)或铝(Al)的电阻。当反射层42由银(Ag)组成且不被屏障层43覆盖，银(Ag)会因为其高活性而易于氧化形成氧化银。在银(Ag)氧化后的产物的电阻将大于银(Ag)的电阻许多。如果反射层42的电阻增加，电极4将无法传导电流。因此，反射层42需要被屏障层43覆盖以避免其材料迁移，或者与打线层44或是环境中的元素，例如硫(S)或氧(O)，起反应。
屏障层43包含一第一金属对与一第二金属对覆盖反射层42。第一金属对包含一第一金属层431与一第二金属层432，其中第一金属层431与第二金属层432不同。第一金属对的厚度大于或等于第二金属对包含一第三金属层433与一第四金属层434，其中第三金属层433也与第四金属层434不同。第二金属对的厚度也大于或等于
第一金属层431与反射层42欧姆接触，且覆盖反射层42以避免反射层42与打线层44或空气起反应。第一金属层431是由难与反射层42材料起反应的材料组成，且与反射层42有良好的粘着性。第一金属层431较佳的是由钛(Ti)、铬(Cr)或钨化钛(TiW)组成。第二金属层432与第一金属层431欧姆接触且覆盖第一金属层431。第二金属层432由铂(Pt)或镍(Ni)组成。因第二金属层432与反射层42的共晶温度较第一金属层与反射层42的共晶温度高，第二金属层432可提供反射层42较第一金属层431更好的保护力。但第二金属层432的材料对铝(Al)或银(Ag)的粘着力较第一金属层431差，所以第一金属层431需介于反射层42与第二金属层432之间。根据实验结果，第一金属对较一单一金属层有较好的保护力。图3E所示为具有两对金属对的电极4的结构图，图3F所示为图3E的虚线区域的结构图。图3F所示为透明导电层8的接触表面81的一凹陷部82，且凹陷部82无法被粘着层41与反射层42填补。第一金属层431与第二金属层432由物理气相沉积法(PVD)或化学气相沉积法(CVD)形成。如果凹陷部82太陡峭，以物理气相沉积法(PVD)或化学气相沉积法(CVD)制作工艺沉积第一金属层431的材料进入凹陷部82的尖端区域变得十分困难，且第一孔洞4311会形成于凹陷部82之上。因为第一孔洞4311的缘故，第一金属层431变得不连续，且反射层42的材料铝(Al)或银(Ag)会经由凹陷部82上方的第一孔洞4311迁移。在形成第一金属层431的过程中，由于沉积制作工艺的本质，当第一金属层431越厚，第一孔洞4311越宽。当第二金属层432的材料与第一金属层431的材料相异时，可使第一孔洞4311缩小或填平第一孔洞4311。
然而，即使第一孔洞4311被填满，第一金属层431与第二金属层432依旧无法保护好反射层42，因为位于凹陷部82上方的第二金属层432的部分区域仍然是薄的。当电流通过反射层42时，第一孔洞4311上方的第二金属层432的薄区域的部分与反射层42起反应的速度会较第二金属层432其他部分为快。因此，在凹陷部82上方形成包含第三金属层433与第四金属层434的第二金属对可提供反射层42更有力的保护。在一优选实施例中，第三金属层433的材料包含钛(Ti)、铬(Cr)、或钨化钛(TiW)。第三金属层433的材料与第二金属层432的材料不同。第四金属层434的材料包含铂(Pt)或镍(Ni)。第三金属层433与第四金属层434可由物理气相沉积法(PVD)或化学气相沉积法(CVD)形成。当屏障层43包含第一金属对431、432，与第二金属对433、434，屏障层43可填满凹陷部82且避免第一孔洞4311延伸至打线层44，且对屏障层43而言，第一表面438较第二表面437平坦。
图4A所示为根据本发明的第二实施例的位于发光二极管1上方的电极4的详细结构。第二实施例与第一实施例的不同点在于屏障层43更包括一第三金属对435、436。第三金属对包含一第五金属层435与一第六金属层436。第三金属对的厚度同样也大于或等于第五金属层435的材料较佳的是包含钛(Ti)、铬(Cr)或钨化钛(TiW)。第五金属对的材料不同于第四金属对434。第六金属层436的材料较佳的是包含铂(Pt)或镍(Ni)。第五金属层435与第六金属层436由物理气相沉积法(PVD)或化学气相沉积法(CVD)形成。当粘着层41的厚度小于或等于粘着层41将会变成多个粘着区域411，如图4B所示。图4C所示为具有三对金属层的电极4的结构图，且图4D所示为图4C的虚线区域的放大图。第五金属层435与第六金属层436可以填满凹陷部82且加强避免反射层42材料迁移或氧化的能力，故电极4的可靠性增加。
图5A所示为现有具一对金属层的发光二极管E2与具三对金属层的发光二极管E1的Vf与电流的关系图。图5B所示为现有具一对金属层的发光二极管E1与具三对金属层的发光二极管E1的功率与电流的关系图。显示出包含三对金属层的屏障层43并不会影响发光二极管的正向电压Vf与功率表现。
图6所示为三种屏障层43的可靠度比较表；一第一发光二极管E4具有一对金属对的屏障层、一第二发光二极管E5具有二对金属对的屏障层、一第三发光二极管E6具有三对金属对的屏障层。测试环境的温度为80℃且测试电流为120mA。结果显示，第一发光二极管E4在测试309.89小时后失效而第二发光二极管E5与第三发光二极管E6在测试477.57小时后仍正常运作。
图7A到图7D所示为根据本发明的一实施例的电极4制造过程。图7A所示的步骤为提供一半导体发光叠层2具有透明导电层8覆盖第一半导体层22。一电流阻挡层6形成于第一半导体层22中且在透明导电层8下方。半导体发光叠层2具有一第一半导体层22、一第二半导体层26与主动层24。如果第一半导体层22为一p型半导体，则第二半导体层为一n型半导体，反之亦然。主动层24介于第一半导体层22与第二半导体层26之间。当电流通过半导体发光叠层2时，主动层24可以发射出光线。若主动层24为AlGaInP系列材料，光线可为红光；若主动层24为AlGaInN系列材料，光线可为绿光或蓝光。有一透明导电层8在半导体发光叠层2之上且与第一半导体层22欧姆接触。透明导电层8可以加强电流的扩散。透明导电层8的材料可为ITO、InO、SnO、CTO、ATO、ZnO、GaP或其组合。透明导电层8可由蒸镀或溅镀形成。电流阻挡层6的材料具有一导电率低于第一半导体层22的半导体材料的导电率的十分之一，或为绝缘氧化物，例如SiO2、TiO2，或SiNx。电流阻挡层6可以由离子注入、氧等离子体制作工艺、N2O等离子体制作工艺、氩气等离子体制作工艺或湿式氧化制作工艺形成。
图7B所示为位于透明导电层8上的反射层42。反射层42由反射率高于70％的金属形成，例如银(Ag)或铝(Al)，且反射层42的高度大于或等于因反射层42与透明导电层8之间的粘着性不够强，反射层42容易从透明导电层8剥离。因此，形成粘着层41与反射层42及透明导电层8欧姆接触以增加电极4与透明导电层8之间的粘着性。在此实施例中，粘着层41由铬(Cr)形成。
图7C所示为位于透明导电层8上的一图案化覆盖层10，且图案化覆盖层10并未覆盖反射层42。图案化覆盖层10的材料可为正光致抗蚀剂或负光致抗蚀剂。正光致抗蚀剂或负光致抗蚀剂覆盖透明导电层8与反射层42，接着，将正光致抗蚀剂或负光致抗蚀剂暴露于具特定波长的光线、电子束、X光或离子束后，就可移去反射层上的部分正光致抗蚀剂或负光致抗蚀剂。经过上述过程后，图案化覆盖层10即可形成。
图7D所示为屏障层43与打线层44。第一金属层431、第二金属层432、第三金属层433、第四金属层434依序形成。特别地，反射层42全部被第一金属层431覆盖，第一金属层431全部被第二金属层432覆盖，第二金属层432全部被第三金属层433覆盖，第三金属层433全部被第四金属层434覆盖，第四金属层全部被打线层44覆盖。
上述提及的发光装置或发光二极管可与基板一起经由焊接或胶材安装至基座上，进而形成发光装置。除此之外，基座还包含一电路布局通过金属导线的导电性结构与发光装置电性连接。
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都不脱离本发明的精神与范围。
Claims (13)
1.一种发光装置，包含：
半导体发光叠层；以及
电极，位于该半导体发光叠层之上，该电极包含：
粘着层，包含铬(Cr)或铑(Rh)；
反射层，包含银(Ag)或铝(Al)；
屏障层；以及
打线层，包含金(Au)，其中该屏障层位于该反射层及该打线层之间，该屏障层包含第一金属对，具有一厚度大于或等于该第一金属对包含第一金属层与第二金属层，该第一金属层与该第二金属层包含不同材料。
2.如权利要求1所述的发光装置，其中该粘着层包含一厚度小于或等于
3.如权利要求1所述的发光装置，还包含透明导电层，位于该半导体发光叠层与该粘着层之间。
4.如权利要求1所述的发光装置，其中由剖面观之，该屏障层全部覆盖该反射层。
5.如权利要求1所述的发光装置，其中该反射层包含一厚度大于或等于
6.一种发光装置，包含：
半导体发光叠层；以及
电极，位于该半导体发光叠层之上，该电极包含：
粘着层，包含铬(Cr)或铑(Rh)；
反射层；
屏障层，该屏障层包含第一金属对，该第一金属对包含第一金属层与第二金属层，该第一金属层与该第二金属层包含不同材料；以及
打线层，包含金(Au)，其中由剖面观之，该屏障层完全覆盖该反射层。
7.如权利要求6所述的发光装置，其中该粘着层的厚度小于或等于
8.一种发光装置，包含：
半导体发光叠层；以及
电极，位于该半导体发光叠层之上，该电极包含：
反射层；
粘着层，位于该反射层与该半导体发光叠层之间；
打线层，位于该反射层之上；以及
多个凹陷部，位于该半导体发光叠层与该打线层之间，该些凹陷部的其中之一未被该粘着层填满。
9.如权利要求8所述的发光装置，其中未被该粘着层填满的该凹陷部未被该反射层填满，或者该些凹陷部的其中的另一未被该反射层填满。
10.如权利要求8所述的发光装置，其中未被该粘着层填满的该凹陷部被该打线层填满，或者该些凹陷部的其中的另一未被该打线层填满。
11.如权利要求8所述的发光装置，还包含一屏障层位于该反射层与该打线层之间，其中该屏障层包含第一金属对以及第二金属对。
12.如权利要求1或6或11任一所述的发光装置，其中该第一金属层包含钛(Ti)、铬(Cr)或钨化钛(TiW)，该第二金属层包含铂(Pt)或镍(Ni)。
13.如权利要求1或6或11任一所述的发光装置，其中由剖面观之，该打线层完全覆盖该屏障层，及/或该屏障层覆盖该粘着层。
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