TW201145561A - Light emitting device - Google Patents

Description

201145561 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種發光元件’尤其是一種具有分散式布 拉格反射結構的發光元件。 【先前技術】 目前發光元件（例如發光二極體）的應用領域已十分廣 泛。例如在顯示裝置、交通訊號裝置、照明裝置、醫療裝置以 及通訊裝置等領域之產品，皆可見到發光元件之應用。 請參閱圖1 ’所示為一種習知的發光元件1〇,其包括導電 基板11、黏結層π、金屬反射層15、透明導電層17以及半 導體疊層19。其中，黏結層13位於導電基板11上，金屬反 射層15位於黏結層13上，透明導電層17位於金屬反射層15 上’而半導體疊層19位於透明導電層17上。半導體叠層19 包括與透明導電層17相連的p型氮化鎵層192、位於p型氮 化鎵層192上方的η型氮化鎵層196以及位於p型氮化鎵層 192與η型氮化錄層196之間的活性層194。 在發光元件10中，透明導電層17是直接接觸ρ型氮化鎵 • 層192而達成歐姆接觸功能，透明導電層17的高穿透率特性 可使金屬反射層15發揮高反射功能。 然而’由於在發光元件1〇的製造過程中，需進行熱處理， 而熱處理時容易造成透明導電層17與金屬反射層15之間發生 相互擴散(Diffusi〇n)，因此在發光元件10的製造過程中導致金 屬反射層15霧化，進而會降低金屬反射層15反射率，使得發 光元件10的發光效率受到影響。 因此，如何避免發光元件在製造過程中反射結梅的反射率 被降低’以提高發光元件的發光效率實為相關領域之人員所重 201145561 視的議題之一。 【發明内容】 有鑑於此’本發明提供一種發光元件，其可提高發光效率。 本發明提出-種發光元件，其包括導電基板、金屬反射 層、具有兩種或兩種以上折射率相異材質交互堆疊之多層膜結 構、透明導電層與半導體疊層。金屬反射層配置於導電基板 上。父互堆疊之多層膜結構配置於金屬反射層上，上述之交互 堆f之ί層膜結構係至少具有―絕緣層，且具有至少一導孔結 構貫穿交互堆疊之多層膜結構，崎料電層配置於交互堆疊 之多層膜結構上，且半導體疊層配置於透明導電層上。 本發明還提出-種發光元件，其包括導電基板、金屬反射 層、具有兩種或兩種以上折射率相異材質 構、透料電層與半導體疊層。其中，金屬反射二;;= 基，上。父互堆疊之多層膜結構配置於金屬反射層上，且上述 之交互堆疊之多層麟構係由導t性材f製成，此導電性材質 至_>包含有具有摻雜的Ti〇2。透明導電層配置於交互堆疊之 多層膜結構上。半導體疊層配置於透明導電層上。 本發明之發光元件採用交互堆疊之多層膜結構具有兩種 或兩^以上折射率相異材質交互堆疊之多層膜結構來反射 光父互堆疊之多層膜結構能避免金屬反射層與透明導電層之 間因熱作用而導致的物質相互擴散問題、反射率降低之問題， 從而有利於提高發光元件的發光效率。 ^為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易 懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。 【實施方式】 圖2繪示為本發明實施例之一的發光元件的示意圖。請參 201145561 閱圖2，本發明實施例之一的發光元件3〇包括導電基板3l、 金屬反射層33、具有兩種或兩種以上折射率相異材質交互堆 疊之多層膜結構35、透明導電層37、半導體疊層'39、導孔結 構352以及一電極41。 如圖2所示，發光元件30為一垂直式的發光二極體；其 中，金屬反射層33位於導電基板31上，交互堆疊之多層膜結 構35位於金屬反射層33上，透明導電層37位於交互堆疊之 多層膜結構35上，而半導體疊層39位於透明導電層37上， 此外，上述的電極41位於半導體疊層39上。其中，上述之相 互堆疊之多層膜結構35中至少具有一絕緣層Γ其中絕緣層材 質可以是Ta2〇5、SiNx、Ti〇2或Si〇2，且上述之交互堆疊之多 層膜結構35具有至少-導孔結構说貫穿其中，且導孔結構 352用於使金屬反射層33與透明導電層37之間形成電性連 接。在圖2實施例中，雖然僅繪示一導孔結構352，但本發明 並不以導孔結構352的數量為限，在其他實施例中，導孔結構 352一數量還可為多個。不僅如此，上述導孔結構352之材質是 由高光反射性金屬或熱穩性金屬材料填充於其中，利用高光反 射性金屬，諸如銀、铭、金及其合金等材料，#此提高發光元 件3〇之光反射率，而熱穩性金屬材料則可以是欽、在呂、絡等 金屬或上述金屬所構成之合金，用以提高導孔結構说之緻密 性0 此外，父互堆疊之多層膜結構35亦可以是由不同的絕緣 材質交互堆疊而成，上述的絕緣材質可以STa2(vsiNx、Ti〇2 或s1〇2;於本實施例中，交互堆疊之多層膜結構35係Ti〇2 與Si〇2兩種絕緣材質交互堆疊而成的。 承上述，所謂的具有兩種或兩種以上折射率相異材質交互 201145561 堆疊之多層膜結構35，通常是將折射率相異的兩種材質交互 堆疊而成，在本實施例中，交互堆疊之多層膜結構35係為— 分散式布拉格反射(Distributed Bragg Reflector，DBR)結構，其 中每層的厚度係為λ/4，其中λ為發光元件3〇之主波^ (dominant wavelength)。 再者，半導體疊層39之材質可選自氮化鋁銦鎵系列材料 或磷化鋁銦鎵系列材料，且可包括第一導電型半導體層392、 活性層394以及第二導電型半導體層396。其中，第一導電型 半導體層392位於透明導電層37上，活性層394位於第一導 電型半導體層392上’而第二導電型半導體層3%位於活性層 394 上。 詳細來說，活性層394可為多重量子井(multi_quantum wdl， MQW)結構，而第一導電型半導體層392與第二導電型半導體 層396可分別為p型半導體層與n型半導體層。更詳細地，第 -導電型半導體層392與第二導電型半導體層3%可分別為？ 型氮化鎵層與η型氮化鎵層。 不僅如此，上述半導體疊層39之表面可以是一粗化結 構，以減少光線由活性層產生後因為半導體疊層39與外界間 之折射率差異而形成全反射的情況，進而增加發光元件3〇之 出光摘出效率。 此外，透明導電層37之材質可以是透明金屬氧化材料， 諸如 ΙΤΟ、CTO、ZnO、in2〇3、Sn〇2' CuA1〇2、CuGa02、SrCu202， 在本實施例中，透明導電層37之材質系為IT〇。 不僅如此，上述導電基板31之材質可以是氧化鋅、矽或 金屬。此外’更可以在導電基板31之下表面形成一背電極(Back Electrode)312。 201145561 此外，上述的金屬反射層33可以同時具有黏結層之功 能，用以接合導電基板31與交互堆疊之多層膜結構％。在本 實施例中’金屬反射層33可以選用具有高光反射性之金屬， 諸如銀、銘、金及其合金等材料，並且利用金屬共晶梦八 (Eutectic bonding)技術形成，使得金屬反射層33同時具有$ = 層之功能。但需要指出的是’本發明並不以金屬反射層^同 時具有黏結作用為限。 圖3為本發明另—實施例，如圖3所示，金屬反射層33 與導，基板31還具有-黏結層34，而黏結層％的作用主要 是提高金屬反射層33與導電基板W間的黏結力，上述黏結層 34之材質可以是金屬材料或具有導電粒子的有機材料。 細上所述，本發明之發光元件採用兩種或兩種以上折射率 相異材質交互堆疊之多層膜結構來分隔金屬反射層與透明導 電層，用以減少金屬反射層與透明導電層之間因熱作用擴散問 題而導致金屬反射層霧化之問題，藉此提高發光元件的發光效 率。 由於交互堆疊之多層膜結構35與介於金屬反射層33與透 • 明導電層37之間，使得金屬反射層33與透明導電層37之交 界面不存在因為熱作用而導致的相互擴散而導致金屬反射層 33霧化之問題’因此可避免金屬反射層33的反射率受到影 響’從而有利於提高發光元件30的發光效率。再者，利用交 互堆疊之多層膜結構35搭配金屬反射層33形成一全方向性之 反射鏡’因此還有利於發光元件30之結構設計。 圖4為本發明另一實施例的發光元件50。發光元件50與 發光元件30相似，其不同點在於：交互堆疊之多層膜結構55 係由導電性材質製成，其材質可以選自ITO、CTO、ZnO、 201145561 1〜〇3、Sn〇2、CuAl〇2、CuGa〇2 或 SrC , 多層膜結構55係由導電材質所製成，因此;:隹:: 3電層37間可直接藉由交互堆疊之多層膜結“產生電: 於本實施例中，交互堆疊之多㈣結構5 有摻雜的Ti02之材料，其中上述Tio认仏 ^ 湘志由主' 2的摻雜物可以是元素週 期表中VB族70素；在本實施例中，且古 以β τ 財捧雜的™2材料可 上疋X a』2或Τ1χΝ1^·χ〇2，更進一步地來說，本實施例中 =堆疊之多層膜結構55係由TixTai為與Ιτ〇交互堆疊而 成的。 除此之外，發光元件50亦可以包含至少一貫穿交互堆聶 之多層膜結構55之導孔結構(圖未示），用以改善金屬反射^ 33與透明導電層37之電性連接，且上述導孔結構之材質是由 鬲光反射性金屬或熱穩性金屬材料填充於其中，利用高光反射 性金屬，諸如銀、！S、金及其合金等材料，藉此提高發光元件 5〇之光反射率，而熱穩性金屬材料則可以是鈦、鋁、鉻等金 屬或上述金屬所構成之合金，用以提高導孔結構之緻密性。 圖5為本發明又一實施例，如圖5所示，金屬反射層33 與導電基板31還具有一黏結層54，而黏結層54的作用主要 是提高金屬反射層33與導電基板31間的黏結力，上述黏結層 54之材質可以是金屬材料或具有導電粒子的有機材料。 综上所述，本發明之發光元件採用兩種或兩種以上折射率 相異材質交互堆疊之多層膜結構來分隔金屬反射層與透明導 電層，用以減少金屬反射層與透明導電層之間因熱作用擴散問 題而導致金屬反射層霧化之問題，因此可避免金屬反射層33 的反射率受到影響，藉此提高發光元件的發光效率。再者，利 201145561 用父互隹且之夕層膜結構搭配金屬反射層形成一全方向性之 反射鏡’因此還有利於發光元件之結構設計。 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^，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍 内’當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之賴範圍當視後 附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1繪示為一種習知的發光元件的示意圖。 圖2繪示為本發明實施例之一的發光元件的示意圖。 圖3繪示為本發明另一實施例的發光元件的示意圖。 圖4繪示為本發明再一實施例的發光元件的示意圖。 圖5繪示為本發明又一實施例的發光元件的示意圖。 【主要元件符號說明】 〜 30、50 :發光元件 31 :導電基板 312 ·背電極 33 :金屬反射層 34、 54 :黏結層 35、 55 :交互堆疊之多層膜結構 352 .導孔結構 37 :透明導電層 39 =半導體疊層 392 :第一導電型半導體層 394 :活性層 396 :第二導電型半導體層 41 :電極

Claims (1)

1. 201145561 七、申請專利範圍： L —種發光元件，其包括： 一導電基板； 一金屬反射層，配置於該導電基板上； 一具有兩種或兩種以上折射率相異材質交互堆疊之多 層膜結構，配置於該金屬反射層上； 一透明導電層，配置於該交互堆疊之多層膜結構上； 以及 一半導體疊層，配置於該透明導電層上， •其中該交互堆疊之多層膜結構中至少具有一絕緣層，以及 一導孔結構貫穿該多層膜結構。 2. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該交互 堆疊之多層膜結構之材質更包含IT〇、CTO、ΖηΟ、Ιη203、 Sn02、CuA1〇2、CuGa〇2、SrCu202、Ti02、Ta205、SiNx 或 Si02 之一種或一種以上之物質。 3. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該交互 堆疊之多層膜結構為分散式布拉格反射結構。 # 4.如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該金屬 反射層可以是一黏結層。 5‘如申請專利範圍第1項所述之發光元件，更包含一黏 結層位於該基板與該反射層之間。 6. 如申請專利範圍第5項所述之發光元件，其中該黏結 層可以是金屬或具導電粒子的有機黏著物質。 7. 如申請專利範圍第1項所述之光電元件，其中該導孔 結構使該金屬反射層電性連接於該透明導電層。 8’如申請專利範圍第丨項所述之航元件，其中該半導 201145561 體疊層包括： 一第一導電型半導體層，與該透明導電層相連； 一活性層，位於該第一導電型半導體層上，以及 一第一導電型半導體層，位於該活性層上。 9. 如申請翻範圍第8項所述之發光元件，其中該 層為多重量子井結構。 & 10. 如申請專利制第i項所叙發光料，其中該半導 ^疊層之材質選自氮化銦鎵彳、列材料或攝化㉟銦鎵系列材 ^ U·如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該導電 基板之材質可以是氧化鋅、矽或金屬。 12. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，更包含-第 電極位於„亥半導體疊層上以及一第二電極位於該導電基板 之下表面。 13. 如申請專利範圍第丨項所述之發光元件其中該導孔 結構之材質可以是銀、金、鈦、、鉻等金屬及其合金。 14. 一種發光元件，其包括： • 一導電基板； 一金屬反射層，配置於該導電基板上； 具有兩種或兩種以上折射率相異材質交互堆疊之多 層膜結構，配置於該金屬反射層上； 一透明導電層，配置於該交互堆疊之多層膜結構上； 以及 一半導體疊層，配置於該透明導電層上， 其中孩交互堆疊之多層膜結構由導電性材質製成，且該材 質至少包含具有摻雜的丁丨〇2。 201145561 15. 如申請專利範圍第14項所述之發光元件，其中該交 互堆疊之多層膜結構之材質更包含IT〇、CT〇、Zn〇、In2〇3、 Sn〇2、CuAl〇2、CuGa〇2或SrCu2〇2之一種或一種以上之物質。 16. 如申請專利範圍第14項所述之發光元件，其中該交 互堆疊之多層膜結構為分散式布拉格反射結構。 17. 如申請專利範圍第14項所述之發光元件，其中該金 屬反射層可以是一黏結層。 18. 如申請專利範圍第14項所述之發光元件，更包含一 黏結層位於該基板與該反射層之間。 19. 如申請專利範圍第18項所述之發光元件其中該黏 結層的材質可以是金屬或具有導電粒子的有機黏著物質。 20. 如申請專利範圍第14項所述之發光元件，其中該半 導體疊層包括： 一第一導電型半導體層，與該透明導電層相連； 一活性層’位於該第一導電型半導體層上，以及 一第一導電型半導體層，位於該活性層上。 21. 如申請專利範圍第2〇項所述之發光元件，其中該活 # 性層為多重量子井結構。 22. 如申請專利範圍第14項所述之發光元件，其中該半 導體疊層之材質選自氮化鋁銦鎵系列材料或磷化鋁銦鎵系列 材料。 23. 如申請專利範圍第14項所述之發光元件，其中該導 電基板之材質可以是氧化鋅、矽或金屬。 24. 如申請專利範圍第14項所述之發光元件更包含一 第一電極位於該半導體疊層上以及一第二電極位於該導電基 板之下表面。 12 201145561 25. 如申請專利範圍第14項所述之發光元件，更包含至 少一導孔結構貫穿該交互堆疊之多層膜結構，使該金屬反射層 與該透明導電層形成電性連接。 26. 如申請專利範圍第25項所述之發光元件，其中該導 孔結構之材質可以是金、銀、鈦、銘、鉻等金屬及其合金。 27. 如申請專利範圍第14項所述之發光元件，該具有摻 雜的Ti02之摻雜物係元素週期表中VB族元素。 八、圖式·

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