CN1674306A

CN1674306A - 高发光效率的氮化物发光元件

Info

Publication number: CN1674306A
Application number: CNA200410031232XA
Authority: CN
Inventors: 谢明勋
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-09-28

Abstract

一种高发光效率的氮化物发光元件，其中存在一发光元件，该发光元件包括一暂时基板以及与该暂时基板相连接的一发光叠层，经由移除该暂时基板后，在与该暂时基板相连接的发光叠层面上形成一粗化区域，使得光的摘出效率提高，以提高发光元件的亮度。

Description

高发光效率的氮化物发光元件

技术领域

本发明涉及一种发光元件，特别是涉及一种高发光效率的氮化物发光元件。

背景技术

发光二极管的应用颇为广泛，例如，可应用于光学显示装置、交通号志、数据储存装置、通讯装置、照明装置、以及医疗装置。如何提高发光二极管的亮度，是在发光二极管制造上的重要课题。

发光二极管的应用颇为广泛，例如，可应用于光学显示装置、交通号志、数据储存装置、通讯装置、照明装置、以及医疗装置。

由发光二极管发出的光为射向各个方向，并非单一对焦于某处的光束。实际上，由发光二极管产生的光线并不是那么容易由发光二极管中射出，由Snell定律的关系可知，光只有在临界角锒内可以完全被射出，其它的光则会被反射而可能被吸收。也就是由发光二极管内部射出的光的角度需在2锒的圆锥形内才可以完全射出，超过此角度的光则会被反射。因此当发光二极管所发出的光由高折射率的材料进入折射率低的介质中，此过程会因受到折射率的影响使得出光的角度大受限制。因此，如何提高外部光摘出效率是一重要课题。

于美国专利第5,040,044号中提及一发光二极管，其表面以化学蚀刻进行粗化，以降低全反射并提高光摘出效率；然而此法并不适用于氮化镓系列的材料，主要原因在于此系列的材料过于坚硬，化学蚀刻无法进行粗化；对氮化镓系列材料较常用的蚀刻方法是以等离子体干蚀刻(Inductively CoupledPlasma，ICP)法。

传统的氮化物发光二极管的结构为一蓝宝石基板、形成于蓝宝石基板上的一第一氮化物叠层、形成于第一氮化物叠层上的一氮化物发光层、形成于氮化物发光层上的一第二氮化物叠层；当光线由发光层射出时，由第二氮化物叠层正向出光。然而由于氮化物外延成长的限制，第二氮化物叠层仅能达到一定的厚度，在对第二氮化物叠层表面进行ICP蚀刻粗化时，往往会蚀穿第一氮化物叠层，而破坏发光层，使得发光二极管结构及功能被破坏。

本申请发明人于思考如何克服上述厚度限制的问题，提高发光元件正面出光效率时获得一发明灵感，认为若提供一种高发光效率的氮化物发光元件，其中存在一基板；一氮化物发光元件，其中该氮化物发光元件包括一蓝宝石基板、形成于蓝宝石基板上的一第一氮化物叠层、形成于第一氮化物叠层上的一氮化物发光层、形成于氮化物发光层上的一第二氮化物叠层；以一粘结层将该基板与该氮化物发光元件的第二氮化物叠层表面粘结在一起，接着移除蓝宝石基板；再于该第一氮化物叠层与该蓝宝石基板接触面上进行蚀刻粗化，使得第一氮化物叠层的表面形成一粗化区域，由于第一氮化物叠层外延成长时有达到足够厚度，因此可以克服蚀刻时叠层厚度过薄的问题。而藉由该粗化区域，以进一步提高发光元件的光摘出效率。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高发光效率的氮化物发光元件，其中存在一基板；一氮化物发光元件，其中该氮化物发光元件包括一蓝宝石基板、形成于蓝宝石基板上的一第一氮化物叠层、形成于第一氮化物叠层上的一氮化物发光层、形成于氮化物发光层上的一第二氮化物叠层；以一粘结层将该基板与该氮化物发光元件的第二氮化物叠层表面粘结在一起，接着移除蓝宝石基板；再于该第一氮化物叠层与该蓝宝石基板接触面上进行蚀刻粗化，使得第一氮化物叠层的表面形成一粗化区域，由于第一氮化物叠层外延成长厚度约为2-10骻，能够达到足够厚度供蚀刻处理，因此可以克服蚀刻时叠层厚度过薄的问题。而藉由该粗化区域，以进一步提高发光元件的光摘出效率。

依本发明一优选实施例一种高发光效率的氮化物发光元件，包括一基板、形成于该基板上的一透明粘贴层、形成于该透明粘结层上的一透明导电层，其中，该透明导电层的上表面包括一第一表面区域与一第二表面区域、形成于该第一表面区域上的一氮化物第一接触层、形成于该氮化物第一接触层上的一氮化物第一束缚层、形成于该氮化物第一束缚层上的一氮化物发光层、形成于该氮化物发光层上的一氮化物第二束缚层、形成于该氮化物第二束缚层上的一氮化物缓冲层，其中该缓冲层包括一粗化区域及一电极接触区域、形成于该第二表面区域上的一第一接线电极、以及形成于该电极接触区域上的一第二接线电极。

前述基板，包括选自于Si、GaAs、Al2O3、SiC、ZnO、GaN、玻璃、石英、GaP、Ge、AlGaAs、Cu、CuW及Al所构成材料组群中的至少一种材料；前述透明粘贴层包括选自于聚酰亚胺(PI)、苯并环丁烷(BCB)及过氟环丁烷(PFCB)所构成材料组群中的至少一种材料；前述第一束缚层包括选自AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所构成材料组群中的至少一种材料；前述发光层包括选自GaN、InGaN及AlInGaN所构成材料组群中的至少一种材料；前述第二束缚层包括选自AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所构成材料组群中的至少一种材料；前述第一接触层包括选自于GaN、InGaN及AlGaN所构成材料组群中的至少一种材料；前述缓冲层包括选自于GaN、InGaN及AlGaN所构成材料组群中的至少一种材料；前述透明导电层包括选自于氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锑锡、氧化锌及氧化锌锡所构成材料组群中的至少一种材料。

附图说明

图1为一示意图，显示依本发明一优选实施例的一种高发光效率的氮化物发光元件；

图2为一示意图，显示依本发明另一优选实施例的一种高发光效率的氮化物发光元件；

图3为一示意图，显示依本发明又一优选实施例的一种高发光效率的氮化物发光元件；

简单符号说明

1 发光元件

10 基板

11 透明粘结层

12 透明导电层

13 氮化物第一接触层

140 氮化物第一束缚层

141 氮化物发光层

142 氮化物第二束缚层

15 氮化物缓冲层

151 粗化区域

152 电极接触区域

16 第一接线电极

17 第二接线电极

2 发光元件

25 氮化物缓冲层

251 粗化面

28 透明导电层

3 发光元件

30 基板

31 导电透明粘结层

32 透明导电层

33 氮化物第一接触层

340 氮化物第一束缚层

341 氮化物发光层

342 氮化物第二束缚层

35 氮化物缓冲层

351 粗化区域

352 电极接触区域

36 第一接线电极

37 第二接线电极

具体实施方式

请参阅图1，依本发明一优选实施例一种高发光效率的氮化物发光元件1，包括一基板10、形成于该基板上的透明粘结层11、形成于该透明粘结层上的一透明导电层12，其中，该透明导电层的上表面包括一第一表面区域与一第二表面区域、形成于该第一表面区域上的一氮化物第一接触层13、形成于该氮化物第一接触层上的一氮化物第一束缚层140、形成于该氮化物第一束缚层上的一氮化物发光层141、形成于该氮化物发光层上的一氮化物第二束缚层142、形成于该氮化物第二束缚层上的一氮化物缓冲层15，其中该缓冲层包括一粗化区域151及一电极接触区域152、形成于该第二表面区域上的一第一接线电极16、以及形成于该电极接触区域上的一第二接线电极17。

请参阅图2，依本发明另一优选实施例一种高发光效率的氮化物发光元件2，其结构与前一优选实施例的氮化物发光元件1相似，其不同处在于氮化物发光元件2的氮化物缓冲层25仅包括一粗化面251、形成于该粗化面上的一透明导电层28、形成于该第二表面区域上的一第一接线电极16、以及形成于该透明导电层上的一第二接线电极17。

上述的实施例高发光效率的氮化物发光元件1、2中，于该基板及该透明粘结层之间可形成一第一反应层；于该透明粘结层及该氮化物第一接触层之间可形成一第二反应层，以提高之间的附着力。另外基板与该第一反应层之间、氮化物第一接触层与第二反应层之间或基板相对于透明粘结层的一面也可形成一金属反射层，使光线反射射出增加亮度。

请参阅图3，依本发明又一优选实施例具有粘贴反射层的氮化物发光元件3，包括一基板30、形成于该基板上的导电透明粘结层31、形成于该导电透明粘结层上的一透明导电层32、形成于该透明导电层上的一氮化物第一接触层33、形成于该氮化物第一接触层上的一氮化物第一束缚层340、形成于该氮化物第一束缚层上的一氮化物发光层341、形成于该氮化物发光层上的一氮化物第二束缚层342、形成于该氮化物第二束缚层上的一氮化物缓冲层35，其中该缓冲层包括一粗化区域351及一电极接触区域352、形成于该基板相对于该导电透明粘结层的面上的一第一接线电极36、以及形成于该电极接触区域上的一第二接线电极37。

上述的实施例高发光效率的氮化物发光元件3中，于该基板及该导电透明粘结层之间可形成一第一反应层；于该导电透明粘结层及该氮化物第一接触层之间可形成一第二反应层，以提高之间的附着力。另外基板与该第一反应层之间或氮化物第一接触层与第二反应层之间也可形成一金属反射层，使光线反射射出增加亮度。该导电透明粘结层也可以金属粘结层或金属反射粘结层取代。

前述的各实施例中，可在该氮化物缓冲层之上，第二接线电极之下各形成一透明导电层，作为欧姆接触层以及电流分布层的功能。

前述各实施例中，其粗化面的制法可以蚀刻方式形成，尤以干蚀刻为优选蚀刻方式。

前述基板，包括选自于Si、GaAs、玻璃、石英、GaP、Ge、AlGaAs、Al2O3、SiC、ZnO、GaN、Cu、CuW及Al所构成材料组群中的至少一种材料；前述透明粘结层包括选自于聚酰亚胺(PI)、苯并环丁烷(BCB)及过氟环丁烷(PFCB)所构成材料组群中的至少一种材料；前述导电粘结层包括选自于自发性导电高分子(Intrinsically conducting polymer)、高分子中掺杂导电材料及金属所构成材料族群中的至少一种材料；前述导电材料包括选自于氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锑锡、氧化锌、氧化锌锡、Au及Ni/Au所构成材料族群中的至少一种材料；前述第一反应层包括选自于SiNx、Ti及Cr所构成材料组群中的至少一种材料；前述第二反应层包括选自于SiNx、Ti及Cr所构成材料组群中的至少一种材料；前述金属反射层、金属粘结层或金属反射粘结层，包括选自于In、Sn、Al、Au、Pt、Zn、Ag、Ti、Pb、Pd、Ge、Cu、AuBe、AuGe、Ni、PbSn及AuZn所构成材料组群中的至少一种材料；前述第一束缚层包括选自AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所构成材料组群中的至少一种材料；前述发光层包括选自GaN、InGaN及AlInGaN所构成材料组群中的至少一种材料；前述第二束缚层包括选自AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所构成材料组群中的至少一种材料；前述第一接触层，包括选自于GaN、InGaN及AlGaN所构成材料组群中的至少一种材料；前述缓冲层，包括选自于GaN、InGaN及AlGaN所构成材料组群中的至少一种材料；前述透明导电层包括选自于氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锑锡、氧化锌及氧化锌锡所构成材料组群中的至少一种材料。

虽然本发明以优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种高发光效率的氮化物发光元件，包括：

一基板；

形成于该基板上的一粘结层；以及

形成于该粘结层上的一氮化物发光叠层，其中该氮化物发光叠层远离基板的表面包括一粗化区域。

2.如权利要求1所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，该粘结层为一透明粘结层。

3.如权利要求2所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，该透明粘结层为一透明导电粘结层。

4.如权利要求2所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，该透明粘结层为一透明不导电粘结层。

5.如权利要求1所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，该粘结层为一不透明粘结层。

6.如权利要求5所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，该不透明粘结层为一不透明导电粘结层。

7.如权利要求5所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，该不透明粘结层为一不透明不导电粘结层。

8.如权利要求1所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，于该基板及该粘结层之间还包括一第一反应层。

9.如权利要求1所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，于该粘结层及该发光叠层之间还包括一第二反应层。

10.如权利要求8所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，于该复合基板及该第一反应层之间还包括一金属反射层。

11.如权利要求9所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，于该第二反应层及该发光叠层之间还包括一金属反射层。

12.如权利要求11所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，于该金属反射层及该发光叠层之间还包括一透明导电层。

13.如权利要求11所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，于该粘结层及该发光叠层之间还包括一透明导电层。

14.如权利要求1所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，该粘结层一金属粘结层。

15.如权利要求1所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，该粘结层一金属反射粘结层。

16.如权利要求1所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，于该发光叠层的粗化区域之上还包括一透明导电层。

17.如权利要求16所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，于该透明导电层之上还包括一接线电极。

18.如权利要求1所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，于该发光叠层之上还包括一电极接触区域。

19.如权利要求18所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，于该电极接触区域之上还包括一接线电极。

20.如权利要求1所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，该发光叠层包括：

一第一氮化物叠层；

一氮化物多重量子阱发光层；

一第二氮化物叠层。

21.一种高发光效率的氮化物发光元件，包括：

一基板；

形成于该基板上的透明粘结层；

形成于该透明粘结层上的一透明导电层，其中，该透明导电层的上表面包括一外延区域与一电极接触区域；

形成于该外延区域上的一氮化物第一接触层；

形成于该氮化物第一接触层上的一氮化物第一束缚层；

形成于该氮化物第一束缚层上的一氮化物发光层；

形成于该氮化物发光层上的一氮化物第二束缚层；

形成于该氮化物第二束缚层上的一氮化物缓冲层，其中该缓冲层包括一粗化区域及一第二电极接触区域；

形成于该第一电极接触区域上的一第一接线电极；以及

形成于该第二电极接触区域上的一第二接线电极。

22.如权利要求21所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，于该基板及该透明粘结层之间还包括一第一反应层。

23.如权利要求21所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，于该透明粘结层及该透明导电层之间还包括一第二反应层。

24.如权利要求22所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，于该基板及该第一反应层之间还包括一金属反射层。

25.如权利要求23所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，于该第二反应层及该透明导电层之间还包括一金属反射层。

26.如权利要求21所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，于该氮化物缓冲层的粗化区域之上、第二电极接触区域及该第二接线电极之间还包括一透明导电层。

27.如权利要求21所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，于该第一电极接触区域及该第一接线电极之间还包括一透明导电层。

28.一种高发光效率的氮化物发光元件，包括：

一基板；

形成于该基板上的导电粘结层；

形成于该导电粘结层上的一氮化物第一接触层；

形成于该氮化物第一接触层上的一氮化物第一束缚层；

形成于该氮化物第一束缚层上的一氮化物发光层；

形成于该氮化物发光层上的一氮化物第二束缚层；

形成于该氮化物第二束缚层上的一氮化物缓冲层，其中该缓冲层包括一粗化区域及一电极接触区域；

形成于该基板相对于该导电透明粘结层之面上的一第一接线电极；以及

形成于该电极接触区域上的一第二接线电极。

29.如权利要求28所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，于该基板及该导电粘结层之间还包括一第一反应层。

30.如权利要求28所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，于该导电粘结层及该氮化物第一接触层之间还包括一第二反应层。

31.如权利要求29所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，于该基板及该第一反应层之间还包括一金属反射层。

32.如权利要求30所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，于该第二反应层及该氮化物第一接触层之间还包括一金属反射层。

33.如权利要求28所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，于该氮化物缓冲层的粗化区域之上、第二电极接触区域及该第二接线电极之间还包括一透明导电层。

34.如权利要求28所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，于该导电粘结层及该氮化物第一接触层之间还包括一透明导电层。

35.如权利要求1、21或28所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，该基板包括选自Si、GaAs、玻璃、石英、GaP、Ge、AlGaAs、Al2O3、SiC、ZnO、GaN、Cu、CuW及Al所构成材料族群中的至少一种材料或其它可替代的材料。

36.如权利要求1所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，该粘结层包括选自于聚酰亚胺(PI)、苯并环丁烷(BCB)、过氟环丁烷(PFCB)、自发性导电高分子(Intrinsically conducting polymer)、高分子中掺杂导电材料及金属所构成材料族群中的至少一种材料或其它可替代的材料。

37.如权利要求21所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，该透明粘结层包括选自于聚酰亚胺(PI)、苯并环丁烷(BCB)及过氟环丁烷(PFCB)所构成材料族群中的至少一种材料或其它可替代的材料。

38.如权利要求28所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，该导电粘结层包括选自于自发性导电高分子(Intrinsically conducting polymer)、高分子中掺杂导电材料及金属所构成材料族群中的至少一种材料或其它可替代的材料。

39.如权利要求38所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，该导电材料包括选自于氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锑锡、氧化锌、氧化锌锡、Au及Ni/Au所构成材料族群中的至少一种材料或其它可替代的材料。

40.如权利要求38所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，该金属包括选自In、Sn、Al、Au、Pt、Zn、Ge、Ag、Ti、Pb、Pd、Cu及其合金所构成材料族群中的至少一种材料或其它可替代的材料。

41.如权利要求1所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，该发光叠层包括GaN、InGaN及AlInGaN系列所构成材料组群中的至少一种材料或其它可替代的材料。

42.如权利要求21或28所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，该氮化物第一束缚层包括选自AlN、GaN、AlGaN、InGaN或AlInGaN所构成材料组群中的至少一种材料或其它可替代的材料。

43.如权利要求21或28所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，该氮化物发光层包括选自GaN、InGaN或AlInGaN所构成材料组群中的至少一种材料或其它可替代的材料。

44.如权利要求21或28所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，该氮化物第二束缚层包括选自AlN、GaN、AlGaN、InGaN或AlInGaN所构成材料组群中的至少一种材料或其它可替代的材料。

45.如权利要求21或28所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，该氮化物第一接触层包括选自于GaN、InGaN或AlGaN所构成材料组群中的至少一种材料或其它可替代的材料。

46.如权利要求21或28所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，该氮化物缓冲层包括选自于GaN、InGaN或AlGaN所构成材料组群中的至少一种材料或其它可替代的材料。

47.如权利要求8、22或29所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，该第一反应层包括选自SiNx、Ti及Cr所构成材料族群中的至少一种材料或其它可替代的材料。

48.如权利要求9、23或30所述的高发光效率的氮化物发光元件，其中，该第二反应层包括选自SiNx、Ti及Cr所构成材料族群中的至少一种材料或其它可替代的材料。