TW201119084A - Light-emitting device and the manufacturing method thereof - Google Patents

Description

201119084 五、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： 無0 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明揭露一種發光元件及其製造方法，特別是關於一種包 含一電流擴散層之發光元件及其製造方法。 t 【先前技術】 發光元件例如發光二極體，包含一能夠放射出特定波 長光線的活性層，其可為同質結構（Homostructure)、單 異質結構（Single Heterostructure;SH)、雙異質結構 (Double Heterostructure ; DH)、或是多重量子井（Multiple

Quantum Well; MQW)等半導體化合物所堆疊而成的磊晶 結構。由於發光二極體具有低耗電量、低散熱量、操作 φ 哥命長、耐撞擊、體積小、反應速度快、以及可發出穩 定波長的色光等良好光電特性，因此常應用於家電、儀 表之指示燈、光電產品之應用光源、以及光電通訊領域 等。 【發明内容】 本發明提出一種發光元件，包含一電流擴散層及一半導體疊 層’其中電流擴散層具有一被蝕刻區域及一未被蝕刻區 域，且此一區域間有一水平向度差異值，其值占電流擴 201119084 散層厚度之20%至70%。 本發明提出一種發光元件，包含一電流擴散層及一半導體疊 層，其中電流擴散層厚度至少為4μιη。 本發明提出一種發光元件，包含一電流擴散層及一半導體疊 層，其中電流擴散層的能隙大於半導體疊層中任一層的 能隙。 本發明提出一種發光元件，包含一電流擴散層及一半導體疊 層，其中電流擴散層掺雜雜質且其掺雜濃度至少為 0 5xl017/cm3。 本發明提出一種發光元件，包含一電流擴散層及一半導體疊 層，其中電流擴散層材料可為磷化鎵或氧化鋅。 本發明提出一種發光元件，包含一電流擴散層及一半導體疊 層，其中電流擴散層掺雜之雜質可為鎂或鋅。 本發明提出一種發光元件，包含一中間層位於電流擴 散層與半導體疊層之間，其中中間層掺雜雜質且其掺雜 濃度小於電流擴散層掺雜濃度的三分之一。 本發明提出一種發光元件，包含一中間層位於電流擴 散層與半導體疊層之間，其中中間層材料可為磷化鎵或氧化 鋅。 本發明提出一種發光元件，包含一中間層位於電流擴 散層與半導體疊層之間，其中中間層掺雜之雜質可為鎂 或辞。 【實施方式】 本發明係關於一種發光元件及其製造方法，包含一電流擴 201119084 散層，具有一被蝕刻區域及一未被蝕刻區域，且此二區域 間有一水平南度差異值，其值佔電流擴散層厚度之2〇% 至70%。為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，可配合第】圖至 第8圖之圖式，參照下列描述。 第1至4圖為本發明實施例一之發光元件結構側視 圖。請參照第1圖，發光元件1〇〇例如一發光二極體， 包含一成長基板1(Π ’其材料可為砷化鎵（GaAs)。接著， 於成長基板101上形成一半導體疊層10。半導體疊層1〇 係藉由一磊晶製程所形成，例如有機金屬氣相沉積磊晶 法（MOCVD)、液相磊晶法（LPE)或分子束磊晶法（MBE) 等磊晶製程。此半導體疊層丨0至少包含一第一電性半導 體層103，例如為一 n型磷化紹鎵銦 二活性層104，例如為一磷化鋁鎵銦Α1χ(}〜Ιη(】_χ y)p層所 形成的多重量子井結構；以及一第二電性半導體層1〇5， 例如為一 P型磷化鋁鎵銦AlxGMn(i”)p層，其中 OSyy’ 0^x+ys卜另外，本實施例之活性 層104可由例如同質結構、單異質結構、雙異質結構、 或是單一量子井結構所堆疊而成。 請參照第2圖。接著，於半導體疊層1〇上形成一中 間層106及一電流擴散層1〇7。於本實施例中，中間層 106的材料可為罐化鎵（Gap)或氧化鋅（zn〇)，其中 可掺雜雜質例如為Mg、Zn，且其掺雜濃度為Dr電流 擴散層107的材料可為磷化鎵（GaP)或氧化鋅（Zn〇)， 其中可掺雜雜質例如為Mg、Zn’且其接雜雜質濃度為 〇2。於本實施例中，電流擴散層厚度至少為4μιη， 201119084 且電/瓜擴散層107的能隙（energy band gap)大於半導體 疊層10之任一層材料的能隙，D2g5xl017/Cm3， D2/3。並可選擇性地於電流擴散層1〇7上以蝕刻製程形成 特疋圖案使其表面形成一粗縫面。為了增加後續與 久基板黏接的效果，可於電流擴散層107之上另形二L 第一透明黏接層108A。 板，其材料可為破、^\$板^ j光絕緣基 # μ。楚 ★哨監貝石鐘酸鈮、乳化鎵、氧化链笠 S ΑΪΝ5，'ί^ 參照第4圖’接著’將如第2圖所示具有第—透明黏 層108Α之結構與如第3圖所示具有第二透明黏接層職 結構面對面直接接合，且第一透明黏接層1〇8Α與第二透明 黏接層麵形成為-透明黏接層1〇8。再藉由姓刻製程 化學機械研磨製料方式移除成長基板⑽未㈤。成長 基板移除後’裸露出半導體疊層1〇之第一電性半導體層; 103的表面，並可選擇性地於第一電性半導體層1〇3丄 以蝕刻製程形成特定圖案’使其表面形成一粗糙面(圖未 示）。 如第4圖所示，由上而下姓刻半導體疊層1〇、中間 層106及部分電流擴散層1〇7以露出電流擴散層ι〇7表面 S ’使得電μ擴散層107形成具有一被餘刻區域&及一未被 蝕刻區域S。且此二區域間有一水平高度差異值d，其 值佔電流擴散層厚度之20%至70%。 201119084 接著’利用熱蒸鍍（Thermal Evaporation)、電子束蒸 鍍（E_beam)或離子濺鍍（Sputtering)等方法，於第一電^ 半導體層103上形成一第一電極112,並於電流擴散層1〇7 表面s上形成一第二電極113，以形成發光元件1〇〇。當 發光件100操作時，將第一電極112和第二電極^ 3 與一電源供應系統（圖未示）電性連接，於第二電極113 注入一電流，此電流藉由被蝕刻區域S2橫向擴散至整個 電流擴散層107，並經由中間層106、第二電性半導體層 • ι〇5傳遞至整個活性層丨⑽，因而改善電流侷限的問題， 發光元件的發光效率也隨之增加。 以下僅就本發明實施例二與實施例一之差異處進行 說明，相似處則不再贅述。如第2圖所示，於電流擴散 層107上以蝕刻製程形成特定圖案，使其表面形成一粗 糙面後，為了增加後續與永久基板黏接的效果，可於電 流擴散層107之上另形成一第一金屬黏接層111A，如第 5圖所示。再如第6圖所示，於一永久基板11〇上形成 φ 一反射層109及一第二金屬黏接層111B。其中永久基板 11〇為不透光絕緣基板，例如··陶瓷基板。反射層1〇9 可為金屬材料，如紹、金、翻、辞、銀、錄、錯、姻、 錫及其合金，或金屬和氧化物組合而成，如氧化銦錫/ 銀（ITO/Ag)、氧化銦錫/氧化銘/銀（IT〇/A1〇x/Ag)、氧化 銦錫/氧化鈦/氧化;5夕（IT〇/Ti〇x/Si〇x)、氧化鈦/氧化石夕/ 銘（TiOx/SiOx/Al)、氧化銦錫/氮化矽 /鋁（IT〇/SiNx/A1)、 氧化銦錫/氮化矽/銀（IT0/SiNx/Ag)、氧化銦錫/氮化矽/ 氧化鋁/鋁（ITO/SiNx/A12〇3/A1)、或氧化銦錫/氮化矽/氧 201119084 化鋁/銀（IT〇/SiNx/Al2〇3/Ag)。第一金屬黏接層 111A及第二 金屬黏接層111B的材料可以為Au、Au_Sn、Sn、In、Au-Ag及 Pb-Sn 〇 參照第7圖，接著’將如第5圖所示具有第一金屬黏接 層111A之結構與如第6圖所示具有第二金屬黏接層1116之 結構面對面直接接合，且第一金屬黏接層1UA與第二金屬 黏接層111B形成為一金屬黏接層m。再藉由蝕刻製程或 化學機械研磨製程等方式移除成長基板（圖未示）。成長 • 基板移除後，裸露出半導體疊層10之第一電性半導體層 103的表面，並可選擇性地於該第一電性半導體層上以 钱刻製程形成特定圖案，使其表面形成一粗縫面。 如第7圖所示’由上而下蝕刻半導體疊層1〇、中間 層106及部分電流擴散層107以露出電流擴散層107表面 S’使得電流擴散層107形成具有一被蝕刻區域心及一未被 姓刻區域S〗’且此二區域間有一水平高度差異值d,其 值佔電流擴散層厚度之20%至70%。 _ 接著，利用熱蒸鍍(Thermal Evaporation)、電子束蒸鍍(E_beam) 或離子賴(Sputtering)等方法，於第一電性半導體層⑽上形成一 第-電極112，並於電流擴散層1()7表面&上形成 113’以形成發光元件2〇〇。當發光元件2〇〇操作時，將第一 電極m和第二電極113與-電源供應系統（圖未示）電 性連接’於第二電極113注入一電流，此電流藉由被蝕 刻區域S2橫向擴散至整個電流擴散層1〇7，並經由中間 層廳、第二電性半導體層105傳遞至整個活性層104, 因而改善電流侷限的問題’發光元件的發光效率也隨之 201119084 增加。 來昭第8 1¾ ^ 背光模組裝置6GG 示本發明實施例之料模組結構。其中 成的一光源裝㈣元件議或所構 述光源襄置⑽所需之it从—電源供應系統㈣，提供上 听日月iH9圖，其顯示本發明實補之照日繼結構。上述 :裝置雇可以是車燈、街燈、手電筒、路燈、指示燈等。立 中知明裝置700包含：-光源裝置71〇，係由本發明上述之例 的發光元件或所構成；_電源供麵統72()，提供二 =〇所需之電源，·以及-控制元件73〇控制電源輸入光源裝置、 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何本發明所屬技術領域中具有 知識者，在不脫離本發明之精神和範圍内，去 田J作各 之更動與_ ’因此本發明之保魏圍當視後附之 申請專利範圍所界定者為準。 ' 【圖式簡單說明】 ^發明的較佳實施例將於實施方式之說明 以下列圖形做更詳細的說明： 中輔 第1圖至第4圖係描述本發明實施 1〇〇的雀程示意圖。 之發光疋件 第5圖至第7圖係描述本發明實 施例 之發光元件 201119084 200的製程示意圖。 第8圖係描述本發明實施例之背光模組結構。 第9圖係描述本發明實施例之照明裝置結構。 【主要元件符號說明】 10 :半導體疊層 100、200 :發光元件 101 :成長基板 103 :第一電性半導體層 104 :活性層 105 :第二電性半導體層 106 :中間層 107 :電流擴散層 108 :透明黏接層 108A :第一透明黏接層 108B :第二透明黏接層 109 :反射層 110 :永久基板 111 :金屬黏接層 111A :第一金屬黏接層 111B :第二金屬黏接層 112 :第一電極 113 :第二電極 600 :背光模組裝置 610、710 :光源裝置 201119084 620 :光學裝置 630、720 ··電源供應系統 700 :照明裝置 730 :控制元件 S:裸露之電流擴散層表面 S!:電流擴散層未被钱刻區域 s2:電流擴散層被蝕刻區域 d:電流擴散層二區域之水平高度差異值

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Claims (1)

1. 201119084 七、申請專利範圍·· 1. 一種發光元件，至少包含： 一永久基板； 一黏接層位於該永久基板上； 一電流擴散層位於該黏接層上，其係具有一被蝕刻區域 及一未被蝕刻區域，且該二區域間有一水平高度差異值；及 一半導體疊層位於該電流擴散層上； 其中該電流擴散層之該二區域間水平高度差異值佔該電 φ 流擴散層厚度之20%至70%。 2. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中更包含 一中間層位於該電流擴散層與該半導體疊層之間。 3. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該永久 基板為透光絕緣基板。 ^ 4.如申請專利範圍第3項所述之發光元件，其中該黏接 層為透明黏接層。 5. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該永久 基板為不透光絕緣基板。 6. 如申請專利範圍第5項所述之發光元件，其中該黏接 層為金屬黏接層。 12 201119084 7. 如申請專利範圍第5項所述之發光元件，其中更包八 一反射層位於該永久基板與該黏接層之間。^ S 8. 如申請專利範圍第i項所述之發光元件， 擴散層掺雜雜質，且其掺雜濃度至少為肌

   10·如申請專利範圍第2項所述之發光元件，1中 且其掺雜濃度小於該電流擴散層掺雜濃度 申請專利範圍第2項所述之發光元件， 層糝雜之雜質可為Mg或Ζη。 ，、中"中η ^^:第1項所述之發光元件，其中㈣ :第二電性半導體層位於該電流擴散層上； 一，性層位於該第二電性半導體層上.以及 電性層位於該活性層上:其中該第二 性。+導體相電性料同於該第—電性半導體層的電 其中該f流 13·如申請專利範圍第1項所述之發光元件 13 201119084 擴散層能隙大於該半導體疊層各層能隙。 14. 如申請專利範圍第〗項所述之發光元件，其中該電流 擴散層材料可為磷化鎵或氧化鋅。 15. 如申請專利範圍第2項所述之發光元件，其中該中間 層材料可為磷化鎵或氧化鋅。 φ I6.如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該電流 擴散層其厚度至少為4μιη。 17. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該電流 擴散層之上表面及/或下表面為粗糖面。 18. 如申請專利範圍第4項所述之發光元件，其中該透明 黏接層的材料係選自BCB、Epoxy等高分子材料，或為 Φ 氧化物如 Tl02、Ti2〇5、Ta2〇3、Al2〇3,或氮化物如 si〇Nx、 GaN、A1N ’ 或 diamond。 19. 如申請專利範圍第6項所述之發光元件，其中該金屬 黏接層的材料係選自Au、Au_Sn、Sn、In、Au-Ag及 Pb-Sn。 2〇. —種背光模組裝置包含： 一光源裝置，係由申請專利範圍第1〜19項所述之發光元件 201119084 任選其一所組成； 一光學裝置，置於該光源裝置之出光路徑上；以及 一電源供應系統，提供該光源裝置所需之電源。 21.—種照明裝置包含： 一光源裝置，係由申請專利範圍第1〜19項所述之發光元件 任選其一所組成； 一電源供應系統，係提供該光源裝置所需之電源；以及 ^ 一控制元件’係控制該電源輸入該光源裝置。

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