CN112968103A - 发光单元及电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明关于一种电子装置，其中，该电子装置包含：一发光单元，包含：一第一半导体层；一主动层，设置于该第一半导体层上；一第二半导体层，设置于该主动层上；以及一保护层，设置于该第二半导体层上，其中，该保护层具有一第一测量点与一第二测量点，且该第一测量点较该第二测量点靠近该第二半导体层；其中，该第一测量点的氧原子百分比小于该第二测量点的氧原子百分比。

Description

发光单元及电子装置
本申请是申请日为2018年7月19日，申请号为201810802168.2，发明名称为“发光单元及电子装置”的发明专利的分案申请。
技术领域
本发明关于一种发光单元及使用其的电子装置。
背景技术
随着显示器相关技术的不断进步，所有显示设备均朝着小巧、轻薄的方向发展。薄型显示器的应用很多，大部分日常使用的电子产品，例如手机、笔记本电脑、摄影机、照相机、音乐播放器、行动导航装置、以及电视都采用这种显示面板。
于此，用于显示设备的一种发光源可以是发光二极管。尽管发光二极管的发展日渐成熟，许多厂商仍希望提供一种具有改善芯片可靠性或增强光提取效率的发光二极管。
因此，期望提供一种发光单元及使用其的电子装置，其具有改善发光二极管的芯片可靠性或增强光提取效率。
发明内容
本发明提供一种电子装置，包含：一发光单元，包含一第一半导体层；一主动层，设置于该第一半导体层上；一第二半导体层，设置于该主动层上；以及一保护层，设置于该第二半导体层上，其中，该保护层具有一第一测量点与一第二测量点，且该第一测量点较该第二测量点靠近该第二半导体层；其中，该第一测量点的氧原子百分比小于该第二测量点的氧原子百分比。
本发明另提供一种电子装置，包含：一发光单元，包含一第一半导体层；一主动层，设置于该第一半导体层上；一第二半导体层，设置于该主动层上；以及一保护层，设置于该第二半导体层上，其中，该保护层具有一测量区域，在该测量区域中氧原子百分比朝该第二半导体层的方向减少。
由以下详细描述并结合附图时，本发明的其他新颖特征将变得更加明显。
附图说明
图1为根据本发明的实施例1的发光单元的剖面图。
图2A为根据本发明的实施例1的发光单元的第二半导体层和第一保护层中氮和氧原子的百分比图。
图2B为根据本发明的另一实施例的图1中区域R1所示的放大图。
图2C为根据本发明的另一实施例的图1中区域R2所示的放大图。
图3为根据本发明的实施例2的发光单元的剖面图。
图4为根据本发明的实施例3的发光单元的剖面图。
图5为根据本发明的实施例4的发光单元的剖面图。
图6为根据本发明的实施例5的发光单元的剖面图。
图7为根据本发明的实施例6的电子装置的剖面图。
图8为根据本发明的实施例7的电子装置的剖面图。
图9为根据本发明的实施例8的发光单元的剖面图。
图10为根据本发明的实施例9的发光单元的剖面图。
图11为根据本发明的实施例10的发光单元的剖面图。
图12为根据本发明的实施例11的发光单元的剖面图。
【符号说明】
Figure BDA0002952147320000021
Figure BDA0002952147320000031
具体实施方式
配合附图，以下实施例清楚地表现出本发明的上述和其他技术内容、特征和/或效果。通过具体的实施例说明，将会使本领域技术人员进一步了解本发明所采用的技术手段和效果，以达到上述目的。此外，在此揭露的内容应当易于理解，且可以被本领域的技术人员实施，在不背离本发明的概念下，所有相等的变化或修饰应被权利要求所涵盖。
再者，说明书与权利要求中所叙述的序数例如“第一”、“第二”等用词，仅旨在描述权利要求的组件，并不意味或代表该组件的执行次序，也不代表某一组件与另一组件之间或是制造方法的步骤之间的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一组件得以和另一具有相同命名的组件能区分开。
此外，本说明书和权利要求所述例如“之上”、“上方”或“上”的用语，不仅可表示与另一组件直接接触，而且也可表示与另一组件非直接接触。相似地，本说明书和权利要求所述例如“之下”或“下方”的序数，不仅可表示与另一组件直接接触，而且也可表示与另一组件非直接接触。
另外，本发明不同实施例中的特征可以混合形成另一实施例。
再者，当本发明界定一数值介于一第一数值至一第二数值的范围时，该数值包括该第一数值、该第二数值、或该第一数值及该第二数值间的任一数值。
实施例1
图1为本实施例的发光单元的剖面图。本实施例的发光单元包含：一第一半导体层11；一主动层12，设置于第一半导体层11上；一第二半导体层13，设置于主动层12上；以及一第一保护层14，设置于第二半导体层13上，其中，第一保护层14包含氧、氮以及至少一元素选自由铝、镓、铟、和硅所组成的群组。
本实施例的发光单元可以是发光二极管。发光单元的尺寸可以介于0.1μm(微米)至100μm，其被称为微-发光二极管(micro-LED)；或介于100μm至300μm，其被称为毫-发光二极管(mini-LED)；或大于300μm的一般尺寸发光二极管(LED)。发光单元的主动层12作为量子井(quantum well)层，主动层12的材料可以是有机材料或无机材料，且主动层12可以为具有量子点材料。第一半导体层11的材料可以是P-型半导体或N-型半导体，第二半导体层13的材料可以是N-型半导体或P-型半导体，且第二半导体层13的材料与第一半导体层11的材料相反(P-N配对)。
由于第二半导体层13容易被损坏，第一保护层14设置于第二半导体层13上，以避免第二半导体层13的损坏，因此可以进一步改善发光单元的可靠性。此外，本实施例的发光单元为顶侧发光(向上发光)的发光单元。尽管第一保护层14设置于第二半导体层13和一层(图未示)之间，第一保护层14的折射率介于第二半导体层13的折射率与该层的折射率之间，以降低全反射的发生。
在此，第一半导体层11、主动层12以及第二半导体层13的主要材料可以是氮化镓(GaN)或适合用于发光二极管的其他半导体材料。考虑到第二半导体层13与第一保护层14之间的晶格匹配，用于第一保护层14的材料可以包含氧、氮以及至少一元素选自由铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、和硅(Si)所组成的群组，例如第一保护层14的材料可以包含氧、氮及镓，或是第一保护层14的材料可以包含氧、氮及硅。
在一态样中，第二半导体层13的材料为GaN，且第一保护层14的材料为GaOxNy。GaN的折射率为2.5，且GaOxNy的折射率介于1.8至2.5之间。因此，第二半导体层13与第一保护层14之间的折射率差小于第二半导体层13与设置于第一保护层14和第二半导体层13之上的该层(图未示)之间的折射率差，并且因此可以减少全反射发生。
图2A为显示出发光单元的第二半导体层13和第一保护层14中氮和氧原子的百分比的图。如图1和图2A所示，在本实施例中，第二半导体层13和第一保护层14可以通过以下测量程序来区分。在此，在第二半导体层13和第一保护层14中的原子百分比可以通过能量分散光谱(Energy Dispersive Spectroscopy，EDS)、二次离子质谱(Secondary-ion massspectrometry，SIMS)、X-射线光电子光谱(X-ray photoelectron spectroscopy，XPS)或其他适合的设备来检测。在本发明中，元素含量表示在测量区域或测量点处，目标元素原子与全部测量元素的原子的原子百分比(atomic percentage，at％)或比例。例如，氮含量或氮原子百分比表示在测量区域或测量点处，氮原子与全部测量元素的原子的百分比或比例。
首先，测量该第二半导体层13的中心C处的氮含量，并将在中心C处所获得的氮含量定义为100％。接着，基于在中心C处所获得的氮含量，定义出氮含量为90％的点，然后，测量在此点的氧含量。可以发现氧和氮两者都存在于此点，且此点位于第一保护层14中。
如图2A所示，邻近于第二半导体层13处，第一保护层14具有一第一氧原子百分比以及一第一氮原子百分比，且第一氧原子百分比小于第一氮原子百分比。
此外，如图1所示，第一保护层14具有一第一顶表面141，其为一粗糙表面。在此，在形成第一保护层14后，在第一保护层14上执行压印工艺或其他图案化工艺以形成该粗糙表面。当第一保护层14的第一顶表面141为粗糙表面时，发光单元的光提取率或均匀性可以进一步增加。
另外，第一半导体层11具有一第二顶表面111。第一顶表面141具有一第一粗糙度，第二顶表面111具有一第二粗糙度，且第一粗糙度大于该第二粗糙度。在此，第一顶表面141的第一粗糙度和第二顶表面111的第二粗糙度可以从SEM剖面图量测。
在图1所示的态样中，第一顶表面141为具有多个均匀弧形的粗糙表面，然而，本发明并不局限于此。
例如，图2B为根据本发明的另一实施例的图1中区域R1所示的放大图。在此实施例中，第一顶表面141不是均匀的粗糙表面。此外，图2C为根据本发明的另一实施例的图1中区域R2所示的放大图，且第二顶表面111也不是均匀的粗糙表面。当第一顶表面141和第二顶表面111不为均匀粗糙表面时，第一粗糙度和第二粗糙度可以如以下定义。首先，量测宽度W1介于3μm至30μm的区域R1，以及量测宽度W2介于3μm至30μm的区域R2。在区域R1和区域R2中可分别找出前5个高峰和前5个低峰。将区域R1中的第三高峰与该第三低峰之间的高度差定义为该第一粗糙度，以及将区域R2中的第三高峰与该第三低峰之间的高度差定义为该第二粗糙度。
如图1所示，为形成该发光单元的电极，先通过微影工艺形成一通孔17，然后，在第一半导体层11上和通孔17中形成一钝化层18。用于钝化层18的材料可以是例如氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化铝、树脂、聚合物、光阻材料、或其组合，但本发明并不局限于此。接着，藉由有机金属化学气相沉积法(metalorganic chemical vapor deposition，MOCVD)、物理气相沉积法(physical vapor deposition，PVD)工艺、电镀工艺、或其他薄膜沉积工艺，但本发明并不局限于此，在第一半导体层11的同一侧和通孔17中形成一第一接触电极151和一第二接触电极161。在此，用于形成第一接触电极151和第二接触电极161的材料可以分别为反射电极材料，例如银(Ag)、铝(Al)、镍(Ni)、铬(Cr)、铜(Cu)、金(Au)、钯(Pd)、铂(Pt)、锡(Sn)、钨(W)、铑(Rh)、铱(Ir)、钌(Ru)、镁(Mg)、锌(Zn)或其合金，但本发明并不局限于此。最后，藉由MOCVD、PVD、电镀工艺、或其他沉积工艺，但本发明并不局限于此，将一第一电极15和一第二电极16形成于第一接触电极151和第二接触电极161上。在此，用于形成第一电极15和该第二电极16的材料可以是例如银(Ag)、铝(Al)、镍(Ni)、铬(Cr)、铜(Cu)、金(Au)、钯(Pd)、铂(Pt)或其合金，但本发明并不局限于此。
因此，本实施例的发光单元更包含一第一电极15和一第二电极16，设置于发光单元的同一侧，其中第一电极15与第二半导体层13电性连接，且第二电极16与第一半导体层11电性连接。此外，第二电极设置于第一半导体层11的下方，第一电极15设置于第一半导体层11的下方，且一通孔17贯穿第一半导体层11和主动层12，以及至少一部分的第一电极15设置于通孔17中。通孔17的一部分进一步延伸至第二半导体层13中，且第一电极15的一部分进一步嵌入至第二半导体层13中。
在本实施例中，通孔17先通过需要高精准度的微影工艺形成。然而，当第一电极15形成于通孔17中以与第二半导体层13电性连接时，可以减小用于形成第一电极15的面积，除了通孔17的区域之外的所有区域都可以发光，且因此可以增加能够发光的面积。
此外，发光单元更包含一钝化层18，钝化层18设置在通孔17中的第一电极15与第一半导体层11之间，且钝化层18也可以设置于通孔17的一侧壁171上。
在本实施例中，发光单元更包含一第一接触电极151和一第二接触电极161，其可以帮助第一电极15和第二电极16的形成。然而，在本发明的另一实施例中，发光单元不包含上述第一接触电极151和第二接触电极161。
此外，发光单元更包含一第一封装层19，第一封装层19围绕第一电极15的一部分及第二电极16的一部分，且第一封装层19设置于第一半导体层11的一侧壁112、主动层12的一侧壁121及第二半导体层13的一侧壁131上。在此，用于形成第一封装层19的材料可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、树脂、聚合物、光阻材料、其他无硫的无机或有机封装材料、或其组合。
实施例2
图3为本实施例的发光单元的剖面图。本实施例的发光单元与实施例1相似，差别在于第一电极15没有延伸嵌入至第二半导体层13中。更具体地，第一电极15与第二半导体层13的一底表面132接触。
实施例3
图4为本实施例的发光单元的剖面图。本实施例的发光单元与实施例1相似，除了以下差异。
在本实施例中，执行台面工艺(mesa process)以在第一半导体层11和主动层12附近形成一凹部133。然后，一第一电极15形成在该凹部133中，以及一第二电极16形成于该第一半导体层11上。接着，形成一第一封装层19，其中，第一封装层19围绕第一电极15的一部分及第二电极16的一部分，且第一封装层19设置于第一半导体层11的一侧壁112、主动层12的一侧壁121及第二半导体层13的一侧壁131上。第一封装层19可以设置于凹部13的一部分中。
用于形成实施例1的发光单元的工艺比本实施例的工艺复杂。然而，由于在本实施例中，第二半导体层13上的第一半导体层11和主动层12的面积减少，本实施例的发光单元中能够发光的面积小于实施例1中能够发光的面积。
实施例4
图5为本实施例的发光单元的剖面图。本实施例的发光单元与实施例1相似，除了以下差异。
在本实施例中，发光单元更包含一第二保护层21，设置于第一保护层14上，其中，第一保护层14具有一第一顶表面141，第二保护层21具有一第三顶表面211，第一顶表面141具有一第一粗糙度，第三顶表面211具有一第三粗糙度，该第一粗糙度大于第三粗糙度。在本发明的另一实施例中，第三顶表面211不为均匀粗糙表面；在此情况下，第三粗糙度可以藉由如图2B和2C所示的相同方法定义。
在此，用于形成第二保护层21的材料可以是例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、树脂、聚合物、光阻材料、或其组合，但本发明并不局限于此。
在本发明的一态样中，当第二保护层21为氧化物膜时，第二保护层21具有一第二氧原子百分比，且第一保护层14的第一氧原子百分比小于第二保护层21的第二氧原子百分比。
在本发明的另一态样中，当第二保护层21为氮化物膜时，第二保护层21具有一第二氮原子百分比，且第一保护层14的第一氮原子百分比小于第二保护层21的第二氮原子百分比。
实施例5
图6为本实施例的发光单元的剖面图。本实施例的发光单元与实施例4相似，除了以下差异。
在本实施例中，发光单元更包含一反射层22，第一半导体层11具有一底表面113，第二电极16设置于底表面113上，且反射层22设置于未形成第二接触电极161于其上的底表面113上。
此外，反射层22更设置于第一半导体层11的一侧壁112、主动层12的一侧壁121及第二半导体层13的一侧壁131上。
再者，反射层22可以当作一分布式布拉格反射器(distributed Braggreflector，DBR)，其可以增强光反射。反射层22具有多层结构，因此可以在反射层22发生全反射。在此，多层结构的每一层可以是绝缘层，例如氧化物膜、氮化物膜、或氮氧化物膜。例如，用于形成多层结构的每一层的材料可以是氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiNx)、氮氧化硅(SiOxNy)、氧化钛(TiO2)、氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)、氧化锌(ZrO2)、氮化钛(TiN)、氮化铝(AlN)、氮化铝钛(TiAIN)、氮化硅钛(TiSiN)、或其组合，然而，本发明并不局限于此。
在上述实施例1至5中，所揭露的发光单元可以应用于电子装置，例如，显示设备上。在下文中，例示了本发明的电子装置的几个实施例。
实施例6
图7为本实施例的电子装置的剖面图。在本实施例中，使用图5所示的结构，所以下面仅说明结构差异。
在本实施例中，发光单元更包含一光转换层23，设置于第一保护层14上。在此，光转换层23也设置于第二保护层21上。光转换层23包含一封装层231(例如，一硫基封装层)以及分散在封装层231中的多个量子点232。该些量子点可作为光色转换单元。
此外，在本实施例中，该电子装置更包含一基板3，其中，一第一连接垫31和一第二连接垫32设置于基板3上。在此，用于形成第一连接垫31和第二连接垫32的材料可以是例如银(Ag)、铝(Al)、镍(Ni)、铬(Cr)、铜(Cu)、金(Au)、钯(Pd)、铂(Pt)或其合金，但本发明并不局限于此。
在本实施例中，发光单元设置于基板3上，第一电极15与第一连接垫31电性连接，第二电极16与第二连接垫32电性连接，且一第二封装层4围绕第一电极15的一部分、第二电极16的一部分、第一连接垫31以及该第二连接垫32。在此，第二封装层4可以是硅基(silicon-based)封装层。用于形成硅基封装层的材料可以是例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其组合，但本发明并不局限于此。
用于封装量子点232的封装材料为硫基材料，其可能导致第一电极15、第二电极16、第一连接垫31以及第二连接垫32发生硫化作用。因此，在本实施例中，当第二封装层4设置于围绕第一电极15、第二电极16、第一连接垫31及第二连接垫32时，可以防止第一电极15、第二电极16、第一连接垫31以及第二连接垫32的硫化作用。
然而，在本发明的其他实施例中，如果光转换层23不包含量子点，但包含磷光体(phosphor)或其他光色转换材料时，则用于封装该磷光体的材料可以是或者不是硫基的封装材料。
实施例7
图8为本实施例的电子装置的剖面图。本实施例的电子装置与实施例6相似，除了发光单元更包含一第三保护层24，设置于光转换层23上。第三保护层24的设置可以防止量子点232的劣化。用于形成第三保护层24的材料可以是例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、树脂、聚合物、光阻材料或其组合，但本发明并不局限于此。
实施例8
图9为本实施例的发光单元的剖面图。在本实施例中，使用图6所示的结构，所以下面仅说明结构差异。
在本实施例中，发光单元更包含一光转换层23，设置于第一保护层14上。在此，光转换层23也设置于第二保护层21上。光转换层23包含一封装层231(例如一硫基封装层)以及分散在封装层231中的多个量子点232。
此外，发光单元更包含一第三保护层24，且第三保护层24设置于光转换层23及第一封装层19的一侧壁191上。
实施例9
图10为本实施例的发光单元的剖面图。本实施例的电子装置与实施例8相似，除了光转换层23进一步设置于第三保护层24与第一封装层19的侧壁191之间。
实施例10
图11为本实施例的发光单元的剖面图。本实施例的发光单元包含：一第一半导体层11；一主动层12，设置于第一半导体层11上；一第二半导体层13，设置于主动层12上；以及一第一保护层14，设置于第二半导体层13上。在此，第一保护层14进一步设置于第二半导体层13的一侧壁131、主动层12的一侧壁121、及第一半导体层11的一侧壁112上。
此外，发光单元更包含：一第一电极15和一第二电极16，第一电极15与第二半导体层13电性连接，且第二电极16与第一半导体层11电性连接。在此，第一电极15设置于第二半导体层13上，且第二电极16设置于第一半导体层11下方。第一保护层14设置于第二半导体层13的未形成第一电极15于其上的区域上。
本实施例的发光单元的其他特征与前述实施例中所示的那些相似，不再重复。
实施例11
图12为本实施例的发光单元的剖面图。本实施例的发光单元与实施例10相似，除了本实施例的发光单元更包含：一第二保护层21，设置于第一保护层14上。更具体地，第一保护层14的所有表面皆被第二保护层21覆盖。
本实施例的发光单元的其他特征与前述实施例中所示的那些相似，不再重复。
如前述的本发明的任何实施例中所述制造的发光单元可以应用于各种领域，例如灯、显示设备或包含在电子设备中的其他光源。
此外，如前述的本发明的任何实施例中所述制造的电子装置做为显示设备时，可以与触控面板共同使用，以形成一触控显示设备。同时，显示设备或触控显示设备可以应用于本领域已知的需要显示屏幕的任何电子装置中，例如显示器、移动电话、笔记本电脑、摄影机、照相机、音乐播放器、行动导航、电视机和其他显示图像的电子装置。
尽管本发明已经对其实施例进行说明，但应当理解的是，可以在不背离权利要求所揭露的精神和范围下，做出许多其他可能的修饰和变化。

Claims (10)

1.一种电子装置，其特征在于，包含：
一发光单元，包含：
一第一半导体层；
一主动层，设置于该第一半导体层上；
一第二半导体层，设置于该主动层上；以及
一保护层，设置于该第二半导体层上，该保护层具有一第一测量点与一第二测量点，且该第一测量点较该第二测量点靠近该第二半导体层；
其中，该第一测量点的氧原子百分比小于该第二测量点的氧原子百分比。
2.如权利要求1所述的电子装置，其中，该第一测量点位于该保护层与该第二半导体层之间的界面，该第二测量点位于该保护层的一中心点。
3.如权利要求1所述的电子装置，其中，该第一测量点的氮原子百分比大于该第二测量点的氮原子百分比。
4.如权利要求1所述的电子装置，其中，该第一测量点的氧原子百分比小于该第一测量点的氮原子百分比。
5.如权利要求1所述的电子装置，其中，该第二测量点的氧原子百分比大于该第二测量点的氮原子百分比。
6.一种电子装置，其特征在于，包含：
一发光单元，包含：
一第一半导体层；
一主动层，设置于该第一半导体层上；
一第二半导体层，设置于该主动层上；以及
一保护层，设置于该第二半导体层上，其中，该保护层具有一测量区域，在该测量区域中氧原子百分比朝该第二半导体层的方向减少。
7.如权利要求6所述的电子装置，其中，在该测量区域中氮原子百分比朝该第二半导体层的方向增加。
8.如权利要求6所述的电子装置，其中，该保护层在该测量区域中具有一第一测量点与一第二测量点，且该第一测量点较该第二测量点靠近该第二半导体层。
9.如权利要求8所述的电子装置，其中，该第一测量点位于该保护层与该第二半导体层之间的界面，该第二测量点位于该保护层的一中心点。
10.如权利要求8所述的电子装置，其中，该第一测量点的氧原子百分比小于该第一测量点的氮原子百分比。
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