CN113193093A - 微型发光元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微型发光元件，包括第一型半导体层、发光层、第二型半导体层、第一型电极与第二型电极以及光反射层。发光层设置于第一型半导体层上。第二型半导体层设置于发光层上。第一型电极与第二型电极皆设置于第二型半导体层上。光反射层设置于发光层与第一型电极之间。光反射层包括氧化区域与非氧化区域，氧化区域的反射率大于非氧化区域的反射率。氧化区域的一部分于第一型半导体层上的正投影与第一型电极于第一型半导体层上的正投影至少部分重叠。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光元件，尤其涉及一种微型发光元件。
背景技术
一般而言，微型发光元件的出光效率会受许多因素影响。举例而言，在微型发光元件中常会存在一些具有较大吸光比例的膜层或元件，因此当光经过这些膜层或元件时便会有较大的比例被吸收造成光损失，如此一来就会大幅降低微型发光元件的出光效率。因此如何有效地减少光损失，提升微型发光元件的出光效率，实为本领域的技术人员的一大挑战。
发明内容
本发明提供一种微型发光元件，可以有效地减少光损失，提升其出光效率。
本发明的一种微型发光元件，包括第一型半导体层、发光层、第二型半导体层、第一型电极与第二型电极以及光反射层。发光层设置于第一型半导体层上。第二型半导体层设置于发光层上。第一型电极与第二型电极皆设置于第二型半导体层上。光反射层设置于发光层与第一型电极之间。光反射层包括氧化区域与非氧化区域，氧化区域的反射率大于非氧化区域的反射率。氧化区域的一部分于第一型半导体层上的正投影与第一型电极于第一型半导体层上的正投影至少部分重叠。
在本发明的一实施例中，上述的光反射层为至少二层光反射层，且至少二层光反射层朝第一型半导体层方向排列于发光层与第一型电极之间。
在本发明的一实施例中，上述的光反射层的厚度小于等于500埃
在本发明的一实施例中，上述的非氧化区域于第一型半导体层上的正投影与第一型电极于第一型半导体层上的正投影至少部分重叠。
在本发明的一实施例中，上述的部分重叠面积小于等于70％。
在本发明的一实施例中，在第一型电极与第二型电极的排列方向上，上述的非氧化区域的边缘与光反射层的边缘具有大于等于1微米的距离。
在本发明的一实施例中，上述的非氧化区域的宽度与所述第一型电极与所述第二型电极之间的间距的比例大于等于30％。
在本发明的一实施例中，上述的光反射层的铝含量大于等于80％。
在本发明的一实施例中，上述的氧化区域环绕非氧化区域。
在本发明的一实施例中，在第一型电极与第二型电极的排列方向上，上述的非氧化区域在第一型电极与第二型电极之间延伸。
在本发明的一实施例中，在第一型电极与第二型电极的排列方向上，上述的非氧化区域内缩于第一型电极与第二型电极之间。
在本发明的一实施例中，上述的微型发光元件还包括导电层，其中导电层位于第一型电极与光反射层之间。
在本发明的一实施例中，上述的微型发光元件还包括介电层。介电层设置于导电层上，其中介电层的反射率大于等于80％。
在本发明的一实施例中，上述的氧化区域的电阻值大于非氧化区域的电阻值。
本发明的一种微型发光元件，包括第一型半导体层、发光层、第二型半导体层、光反射层以及第一型电极与第二型电极。发光层设置于第一型半导体层上。第二型半导体层设置于发光层上。光反射层设置于发光层与第二型半导体层之间，其中光反射层包括高反射区域与低反射区域。第一型电极与第二型电极皆设置于光反射层上。高反射区域的一部分于发光层上的正投影与第一型电极于发光层上的正投影至少部分重叠。
在本发明的一实施例中，上述的光反射层为至少二层光反射层，且至少二层光反射层朝发光层方向排列于第一第二型半导体层与第二第二型半导体层之间。
在本发明的一实施例中，上述的高反射区域的电阻值大于低反射区域的电阻值。
在本发明的一实施例中，上述的光反射层的层数小于五层。
在本发明的一实施例中，上述的光反射层的与第一型电极的间距介于40纳米到200纳米之间。
基于上述，本发明的微型发光元件于发光层与具有较大吸光比例的膜层(如半导体层)之间插入包括氧化区域(高反射区域)的光反射层，且氧化区域(高反射区域)的至少一部份设置于元件(如电极)下方，以使发光层所发出的光在到达这些膜层(如半导体层)及元件(如电极)前就有一定的比例被光反射层的氧化区域(高反射区域)所反射，降低光被这些膜层(如半导体层)及元件(如电极)所吸收的机率，因此本发明的微型发光元件可以有效地减少光损失，提升其出光效率。
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。
附图说明
图1A示出本发明一实施例的微型发光元件的部分剖面示意图；
图1B示出图1A的微型发光元件的俯视示意图，其中图1A是沿图1B中的线A-A’的部分剖视图；
图2A示出本发明又一实施例的微型发光元件的部分剖面示意图；
图2B示出图2A的微型发光元件的俯视示意图，其中图2A是沿图2B中的线B-B’的部分剖视图；
图3A示出本发明另一实施例的微型发光元件的部分剖面示意图；
图3B示出图3A的微型发光元件的俯视示意图，其中图3A是沿图3B中的线C-C’的部分剖视图。
特别说明的是，为了清楚示出，图1B、图2B与图3B采透视画法。
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭示的内容、权利要求范围及附图，任何本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。
图1A示出本发明一实施例的微型发光元件的部分剖面示意图。图1B示出图1A的微型发光元件的俯视示意图，其中图1A是沿图1B中的线A-A’的部分剖视图。
请参考图1A与图1B，在本实施例中，微型发光元件100包括第一型半导体层110、发光层120、导电层130、光反射层140以及第一型电极150与第二型电极160、第二型半导体层172以及第二型半导体层174。
发光层120设置于第一型半导体层110上，第二型半导体层174设置于发光层120上，第一型电极150与第二型电极160皆设置于第二型半导体层174上且第一型电极150与第二型电极160电性连接，其中第二型电极160可以具有朝第一型半导体层110方向延伸的穿孔162。
在一些实施例中，第一型电极130可以是P型电极，而第二型电极可以是N型电极，但本发明不限于此。
在本实施例中，光反射层140可以包括反射率不同的区域，以使发光层120所发出的光可以通过光反射层140有效地反射，降低光损失的机率。举例而言，光反射层140可以包括高反射区域与低反射区域，以使发光层120所发出的光可以通过高反射区域有效地反射，降低光损失的机率。
进一步而言，光反射层140可以通过在适宜的半导体材料中进行选择性湿氧化形成包括高反射率的氧化区域142与低反射率的非氧化区域144，换句话说，光反射层140的氧化区域142的反射率可以是大于非氧化区域144的反射率。
在本实施例中，光反射层140可以是设置于发光层120与第一型电极150或第二型半导体层174之间。此外，氧化区域142(高反射区域)的一部分于第一型半导体层110或发光层120上的正投影与第一型电极150于第一型半导体层110或发光层120上的正投影至少部分重叠。因此，微型发光元件100于发光层120与具有较大吸光比例的膜层(如导电层130或第二型半导体层174)之间插入包括氧化区域142(高反射区域)的光反射层140，且氧化区域142(高反射区域)的至少一部份设置于元件(如第一型电极150)下方，以使发光层120所发出的光在到达这些膜层(如导电层130或第二型半导体层174)及元件(如电极150)前就有一定的比例被光反射层140的氧化区域142(高反射区域)所反射朝向发光面120s出光，降低光被这些膜层(如导电层130或第二型半导体层174)及元件(如第一型电极150)所吸收的机率，因此微型发光元件100可以有效地减少光损失，提升其出光效率。
在一些实施例中，光反射层140可以为至少二层(图1A中示意地示出三层)，且至少二层光反射层140可以朝第一型半导体层110或发光层120方向D1排列于发光层120与导电层130或第二型半导体层174之间。仅有一层的光反射层140反射率低于至少二层光反射层140的反射率。此时，任二相邻的光反射层140间较佳具有一间距，换句话说任二相邻的光反射层140间可具有部分第二型半导体层172交错其中，因此光反射层140可以具有分散式布拉格反射镜(Distributed Bragg Reflector,DBR)的功能，通过分散式布拉格反射镜的设计，可以大幅提升光反射层140的光反射，任二相邻的光反射层140间具有第二型半导体层172亦可增加电流传递效率，但本发明不限于此。在未示出的实施例中，任二相邻的光反射层140间亦可紧密排列增加光反射。进一步而言，朝第一型半导体层110或发光层120方向D1上可以是以第二型半导体层174、一部分第二型半导体层172、一光反射层140、另一部份第二型半导体层172、又一光反射层140、再一部份第二型半导体层172以及再一光反射层140的方式紧密排列，以增加光反射。
在一些实施例中，当光反射层的层数过多时会产生电压过高的问题，因此光反射层140的层数小于五层，可以是介于三层至四层之间，使光反射层140可以达到较佳的反射率，举例而言，当光反射层140的层数为四层，出光光色在450纳米波段时，反射率可以达到90％以上，但本发明不限于此。
在一些实施例中，多层光反射层140中的每一层的厚度可以实质上相同，但本发明不限于此，多层光反射层140中的每一层的厚度可以视实际设计上的需求进行调整。
在一些实施例中，光反射层120的厚度可以是小于等于500埃
超过500埃
在微型发光元件100小于等于50微米的尺寸下氧化深度较难控制。
在一些实施例中，发光层120例如是多层量子井结构(Multiple Quantum Well,MQW)，多重量子井结构包括交替堆叠的多层氮化铟镓(InGaN)以及多层氮化镓(GaN)，通过设计发光层150中铟或镓的比例，可调整发光层150的发光波长范围，但本发明不限于此。
在一些实施例中，第一型半导体层110例如是P型半导体层，如P-GaN，而第二型半导体层172、174例如是N型半导体层，如N-GaN但本发明不限于此，可以视实际设计上的需求进行调整。
在一些实施例中，导电层130可以是氧化铟锡(ITO)，由于氧化铟锡具有较大的吸光比例，因此将氧化区域142(高反射区域)设置于发光层120与导电层130(氧化铟锡)之间可以使光在被导电层130(氧化铟锡)大幅吸收前被反射，而可以更有效地减少光损失，因此可以进一步有效地提升微型发光元件100的出光效率，但本发明不限于此。
在一些实施例中，第二型半导体层174可以为重掺杂半导体层，如P+-GaN，由于重掺杂半导体层中的掺质具有较大的吸光比例，因此将氧化区域142(高反射区域)设置于发光层120与第二型半导体层174(重掺杂半导体层)之间可以使光在被第二型半导体层174(重掺杂半导体层)大幅吸收前被反射，而更有效地减少光损失，因此可以进一步有效地提升微型发光元件100的出光效率，但本发明不限于此。
在一些实施例中，导电层130可以设置于第二型半导体层174上且覆盖第二型半导体层174。举例而言，导电层130可以覆盖第二型半导体层174并与第二型半导体层174直接接触，但本发明不限于此。
在一些实施例中，光反射层140可以是具有一定程度铝含量的膜层，以有效地对其进行选择性湿氧化，而形成包括氧化铝(AlO2)的氧化区域142与不包括氧化铝(AlO2)的非氧化区域144，但本发明不限于此。
在一些实施例中，第二型半导体层172与第二型半导体层174可以是III-V族半导体层，例如是氮化镓(GaN)层，而光反射层140可以是具有一定程度铝含量的氮化铝铟(AlxIn1-xN)层，其中0.8≤x≤1，当x数值过小时会吸光，但本发明不限于此。但本发明不限于此。特别说明的是此时微型发光元件100例如是蓝绿光微型发光二极管。
在一些实施例中，第二型半导体层172与第二型半导体层174可以是磷化铝镓铟(AlGaInP)层，而电流局限层120可以是具有一定程度铝含量的砷化铝镓(AlyGa1-yAs)层，其中0.9≤y≤1，当y数值过小会吸光，但本发明不限于此。特别说明的是此时微型发光元件100例如是红光微型发光二极管。
在一些实施例中，非氧化区域144与第一型电极150可以具有一覆盖率(coverage)，其中覆盖率可以为非氧化区域144于第一型半导体层110上的正投影与第一型电极150于第一型半导体层110上的正投影部分重叠的面积。举例而言，覆盖率(部分重叠面积)可以小于等于70％，覆盖率过大光反射效果不佳，但本发明不限于此。
在一些实施例中，非氧化区域144于第一型半导体层110上的正投影与第一型电极150于第一型半导体层110上的正投影可以至少部分重叠，但本发明不限于此。
在一些实施例中，非氧化区域144于第一型半导体层110上的正投影面积占微型发光元件100于第一型半导体层110上的正投影面积的比例可以介于20％至80％之间，比例过小光反射效果不佳，过高正向电压会太高。
在一些实施例中，非氧化区域144于第一型半导体层110上的正投影可以不与第二型电极160于第一型半导体层110上的正投影重叠，使电流流经非氧化区域144不会过于靠近造成缺陷复合问题，但本发明不限于此。
在一些实施例中，在第一型电极150与第二型电极160的排列方向D2上，非氧化区域144的边缘144e与光反射层140的边缘140e可以具有大于等于1微米的距离，距离过小光反射效果不佳，但本发明不限于此。
在一些实施例中，非氧化区域144的宽度W1与第一型电极150与第二型电极160之间的间距W2的比例可以大于等于30％，比例过小光反射效果不佳但本发明不限于此。
在一些实施例中，光反射层140与第一型电极150之间的最短距离d可以介于40纳米(nm)至200纳米之间，但本发明不限于此，距离过大将造成第二型半导体层174吸光。
在一些实施例中，微型发光元件100可以是微型发光元件，如微型发光二极管(Micro LED)，其中微型发光元件的尺寸可以是小于等于50微米，但本发明不限于此。
在一些实施例中，当上述微型发光元件的电流范围在10毫安培(mA)以下时，例如是介于0.1毫安培至10毫安培之间，其可以具有更佳的出光效率，但本发明不限于此。
在一些实施例中，前述微型发光二极管可以是水平式微型发光二极管，但本发明不限于此。
应说明的是，本发明不限制微型发光元件100的种类，举例而言，微型发光元件100也可以是微型激光二极管(micro LD)等微型发光元件。
在一些实施例中，氧化区域142可以环绕非氧化区域144，换句话说，可以只有氧化区域142位于微型发光元件100的边缘，能使光集中于微型发光元件100的中心出光，但本发明不限于此。
在一些实施例中，微型发光元件100可以更包括钝化层180。钝化层180可以是设置于导电层130上，且可以延伸至穿孔162内，以提升微型发光元件100的电性表现，但本发明不限于此。
在一些实施例中，氧化区域142(高反射区域)的电阻值可以是大于非氧化区域144(低反射区域)的电阻值，因此光反射层140还可以具有控制电流流向的功能。进一步而言，通过氧化区域142(高反射区域)与非氧化区域144(低反射区域)的电阻值差异，可以有效地控制电流流向，使电流载子不易在电极之间进行横向扩散，进而降低电流载子通过电极之间的表面缺陷部分的机率，因此微型发光元件100可以在降低电流载子与表面缺陷产生表面复合现象的机率的同时减少多余的废热的生成，改善因表面缺陷的存在对其性能表现产生的负面影响，但本发明不限于此。
在此必须说明的是，以下实施例沿用上述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明，关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
图2A示出本发明又一实施例的微型发光元件的部分剖面示意图。图2B示出图2A的微型发光元件的俯视示意图，其中图2A是沿图2B中的线B-B’的部分剖视图。请参照图2A与图2B，相较于微型发光元件100而言，本实施例的微型发光元件200的光反射层240的氧化区域242与非氧化区域244可以具有其他实施例的配置方式。进一步而言，本实施例的微型发光元件200在第一型电极150与第二型电极160的排列方向D2上，非氧化区域244可以在第一型电极150与第二型电极160之间延伸。
在一些实施例中，非氧化区域244可以与第一型电极150及第二型电极160部分重叠，亦即非氧化区域244的至少一部份可以位于第一型电极150及第二型电极160下方，但本发明不限于此。
图3A示出本发明另一实施例的微型发光元件的部分剖面示意图。图3B示出图3A的微型发光元件的俯视示意图，其中图3A是沿图3B中的线C-C’的部分剖视图。请参照图3A与图3B，相较于微型发光元件100而言，本实施例的微型发光元件300的光反射层340的氧化区域342与非氧化区域344与导电层330可以具有其他实施例的配置方式。此外，微型发光元件300可以还包括介电层390。
进一步而言，本实施例的微型发光元件300在第一型电极150与第二型电极160的排列方向D2上，非氧化区域344可以内缩于第一型电极150与第二型电极160之间。此外，导电层330可以是仅位于第一型电极150与光反射层340之间，以降低导电层330的吸光比例，增加微型发光元件300的出光效率，但本发明不限于此。
另一方面，介电层390可以是设置于导电层330上，其中介电层390可以反射率大于等于80％，以进一步提升反射率，增加微型发光元件300的出光效率，但本发明不限于此。
在一些实施例中，非氧化区域344可以不与第一型电极150及第二型电极160重叠，亦即非氧化区域344不位于第一型电极150及第二型电极160下方，换句话说，仅有氧化区域242位于第一型电极150及第二型电极160下方，通过非氧化区域344和氧化区域242的配置使光可以反射集中于非氧化区域344的位置出光并可增加电流集中密度。较佳的，非氧化区域344于发光层120上的正投影可以位于发光层的几何中心上，但本发明不限于此。
应说明的是，本发明的氧化区域与非氧化区域不限定于上述实施例中的配置方式与对应比例，只要发光层与具有较大吸光比例的膜层(如导电层或半导体层)之间插入包括氧化区域(高反射区域)的光反射层，且氧化区域(高反射区域)的至少一部份设置于元件(如电极)下方皆属于本发明的保护范围。
综上所述，本发明的微型发光元件于发光层与具有较大吸光比例的膜层(如半导体层)之间插入包括氧化区域(高反射区域)的光反射层，且氧化区域(高反射区域)的至少一部份设置于元件(如电极)下方，以使发光层所发出的光在到达这些膜层(如半导体层)及元件(如电极)前就有一定的比例被光反射层的氧化区域(高反射区域)所反射，降低光被这些膜层(如半导体层)及元件(如电极)所吸收的机率，因此本发明的微型发光元件可以有效地减少光损失，提升其出光效率。此外，通过氧化区域与非氧化区域的电阻值差异，可以在降低电流载子与表面缺陷产生表面复合现象的机率的同时减少多余的废热的生成，改善因表面缺陷的存在对其性能表现产生的负面影响。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (20)
1.一种微型发光元件，其特征在于，包括：
第一型半导体层；
发光层，设置于所述第一型半导体层上；
第二型半导体层，设置于所述发光层上；
第一型电极与第二型电极，皆设置于所述第二型半导体层上；以及
光反射层，设置于所述发光层与所述第一型电极之间，其中所述光反射层包括氧化区域与非氧化区域，所述氧化区域的反射率大于所述非氧化区域的反射率，
其中所述氧化区域的一部分于所述第一型半导体层上的正投影与所述第一型电极于所述第一型半导体层上的正投影至少部分重叠。
2.根据权利要求1所述的微型发光元件，其特征在于，所述光反射层为至少二层所述光反射层，且所述至少二层光反射层朝所述第一型半导体层方向排列于所述发光层与所述第一型电极之间。
3.根据权利要求1所述的微型发光元件，其特征在于，所述光反射层的厚度小于等于500埃。
4.根据权利要求1所述的微型发光元件，其特征在于，所述非氧化区域于所述第一型半导体层上的正投影与所述第一型电极于所述第一型半导体层上的正投影至少部分重叠。
5.根据权利要求4所述的微型发光元件，其特征在于，所述部分重叠面积小于等于70％。
6.根据权利要求1所述的微型发光元件，其特征在于，在所述第一型电极与所述第二型电极的排列方向上，所述非氧化区域的边缘与所述光反射层的边缘具有大于等于1微米的距离。
7.根据权利要求1所述的微型发光元件，其特征在于，所述非氧化区域的宽度与所述第一型电极与所述第二型电极之间的间距的比例大于等于30％。
8.根据权利要求1所述的微型发光元件，其特征在于，所述光反射层的铝含量大于等于80％。
9.根据权利要求1所述的微型发光元件，其特征在于，所述氧化区域环绕所述非氧化区域。
10.根据权利要求1所述的微型发光元件，其特征在于，在所述第一型电极与所述第二型电极的排列方向上，所述非氧化区域在所述第一型电极与所述第二型电极之间延伸。
11.根据权利要求1所述的微型发光元件，其特征在于，在所述第一型电极与所述第二型电极的排列方向上，所述非氧化区域内缩于所述第一型电极与所述第二型电极之间。
12.根据权利要求1所述的微型发光元件，其特征在于，还包括导电层，其中所述导电层位于所述第一型电极与所述光反射层之间。
13.根据权利要求12所述的微型发光元件，其特征在于，还包括介电层，设置于所述导电层上，其中所述介电层的反射率大于等于80％。
14.根据权利要求1所述的微型发光元件，其特征在于，所述氧化区域的电阻值大于所述非氧化区域的电阻值。
15.根据权利要求1所述的微型发光元件，其特征在于，所述非氧化区域于所述第一型半导体层上的正投影面积占所述微型发光元件于所述第一型半导体层上的正投影面积的比例介于20％至80％之间。
16.一种微型发光元件，其特征在于，包括：
第一型半导体层；
发光层，设置于所述第一型半导体层上；
第二型半导体层，设置于所述发光层上；
光反射层，设置于所述发光层与所述第二型半导体层之间，其中所述光反射层包括高反射区域与低反射区域；以及
第一型电极与第二型电极，皆设置于所述光反射层上，其中所述高反射区域的一部分于所述发光层上的正投影与所述第一型电极于所述发光层上的正投影至少部分重叠。
17.根据权利要求16所述的微型发光元件，其特征在于，所述光反射层为至少二层所述光反射层，且所述至少二层光反射层朝所述发光层排列于所述第一型半导体层与所述第二型半导体层之间。
18.根据权利要求16所述的微型发光元件，其特征在于，所述高反射区域的电阻值大于所述低反射区域的电阻值。
19.根据权利要求1或权利要求16所述的微型发光元件，其特征在于，所述光反射层为至少二层所述光反射层，所述至少二层光反射层的层数小于五层。
20.根据权利要求1或权利要求16所述的微型发光元件，其特征在于，所述光反射层的与所述第一型电极的间距介于40纳米到200纳米之间。
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