TW201304184A - 發光裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明係提供一發光裝置、一發光裝置封裝件、以及一照明系統。該發光裝置包含一第一導電型第一半導體層、一主動層、一第二導電型第二半導體層、一可靠度增強層、以及一第二導電型第三半導體層。該主動層設置在該第一導電型第一半導體層上。該第二導電型第二半導體層設置在該主動層上。該可靠度增強層設置在該第二導電型第二半導體層上。該第二導電型第三半導體層設置在該可靠度增強層上且包含一取光圖案。該可靠度增強層和該主動層以0.3μm至5μm的距離彼此間隔。
Description
本發明係主張關於2011年07月08日申請之韓國專利案號10-2011-0067691、以及2011年09月22日申請之韓國專利案號10-2011-0095967之優先權。藉以引用的方式併入本文用作參考。
本發明係關於一發光裝置、一發光裝置製造方法、一發光裝置封裝件、以及一照明系統。
發光裝置用來轉換電能成為光能。舉例而言，如果改變LED化合物半導體之合成物的話，發光二極體(LEDs)能發射出各種不同顏色的光。
在習知技藝中，發光裝置係使用氮化物半導體來製造。舉例而言，習知的發光裝置包含一p-GaN層、一主動層、以及一n-GaN層。
在習知的方法中，n-GaN層藉由化學蝕刻而使表面粗糙以改善取光效率。
然而，如此的化學蝕刻法造成在n-GaN epi層不均勻的蝕刻深度。
舉例而言，部份的n-GaN epi層可能被過度地蝕刻掉，其造成電流洩漏和降低電氣和光學的可靠度。特別是，如果n-GaN
epi層的晶體缺陷區域被過度蝕刻，發光裝置的可靠度將嚴重降低。
特別是，相較於小和低功率之系統而言，對於較大和高功率的照明系統的發光裝置，由於大量的電流和較大的發光區域，發光裝置的可靠度將更為重要。
此外，氮化物半導體發光裝置無法避免具有許多的晶體缺陷，例如穿透差排(threading dislocation)。特別是在垂直型的發光裝置，如此的晶體缺陷在正電極和負電極之間形成一電流洩漏路徑，且當n-GaN層被蝕刻時，圍繞晶體缺陷的區域將比其它區域被更加深蝕刻，而嚴重降低發光裝置的電性可靠度。
實施例提供具有改善電氣特性和光學特性的一發光裝置、一發光裝置製造方法、一發光裝置封裝件、以及一照明系統。
在一實施例中，一發光裝置包含：一第一導電型第一半導體層；一主動層在該第一導電型第一半導體層上；一第二導電型第二半導體層在該主動層上；一可靠度增強層在該第二導電型第二半導體層上；以及一第二導電型第三半導體層設置在該可靠度增強層上且包含一取光圖案，其中該可靠度增強層和該主動層以0.3μm至5μm的距離彼此分離。
在另一實施例中，一發光裝置包含：一第一導電型第一半導體層；一主動層在該第一導電型第一半導體層上；一第二導電型第二半導體層在該主動層上；一可靠度增強層包含一突出結構且
設置在該第二導電型第二半導體層上；以及一第二導電型第三半導體層在該可靠度增強層上。
在再一實施例中，一發光裝置封裝件包含：一封裝體；至少一電極層在該封裝體上；該發光裝置電性連接至該電極層；以及一模塑件在該發光裝置上。
在又一實施例中，一照明系統包含一發光模組部，該發光模組部包含一板體(board)且該發光裝置封裝件設置在該板體上。
一或多個實施例的細節將於下方伴隨圖示進行說明。其它特徵將從說明和圖示、以及權利宣告中變得更為明顯。
在後文中，一發光裝置、一發光裝置封裝件、以及一照明系統將根據示範實施例並伴隨圖示進行說明。
在本發明實施例的描述中，應被理解，當說明一層(或膜)是在另一層或基板之上時，其可直接在另一層或基板上，或可出現中介層。再者，應被理解，當說明一層是在另一層之下方時，其可直接在另一層或基板之下方，或可出現一或多個中介層。此外，應被理解，當說明一層是在兩層之間時，其可僅有一層插設在兩層之間，或可出現一或多個中介層。
圖1為根據第一實施例繪示一發光裝置100的剖視圖。
第一實施例的發光裝置100可包含：一第一導電型第一半導體層111；一主動層115在第一導電型第一半導體層111上；一
第二導電型第二半導體層112a在主動層115上；一可靠度增強層135在第二導電型第二半導體層112a上；以及一第二導電型第三半導體層112b在可靠度增強層135上。
在第一實施例中，可靠度增強層135可作用為一蝕刻可靠度增強層和一防止電流洩漏層。然而，可靠度增強層135的作用並非限定於此。
第二導電型第二半導體層112a和第二導電型第三半導體層112b可構成一第二導電型半導體層112，其作用為一電子注入層。
第一導電型第一半導體層111、主動層115、以及第二導電型半導體層112可構成一發光結構110。一焊墊電極140可設置在第二導電型半導體層112上。
在第一實施例中，第二導電型第三半導體層112b可包含一取光圖案(P)以改善取光效率，因此以增加發光裝置100的輸出功率。
在第一實施例中，當進行一化學蝕刻製程以形成取光圖案(P)時，由於可靠度增強層135而可預防過度蝕刻。舉例而言，當進行一蝕刻製程以形成該取光圖案(P)於第二導電型第三半導體層112b時，可靠度增強層135可作用為一蝕刻中止層以防止第二導電型第二半導體層112a被蝕刻掉。以此方式，可靠度增強層135能改善蝕刻製程的可靠度。
詳細而言，在發光二極體(LED)epi薄層從一薄層成長基板例如：藍寶石基板分離之後，可暴露出第二導電型半導體層
112。在此時，第二導電型半導體層112具有一平坦的表面，然後第二導電型半導體層112經濕蝕刻或乾蝕刻，因此第二導電型半導體層112可具有不規則的或規則的粗糙表面以改善取光效率。
由於可靠度增強層135的化學或物理蝕刻率係低於第二導電型半導體層112的蝕刻率，化學蝕刻實質上停止於可靠度增強層135。因此，由於可靠度增強層135，部份的薄膜並沒有不規則或過度蝕刻。也就是說，橫越整個第二導電型半導體層112可具有一均勻的蝕刻深度。
在一實施例中，當進行一乾蝕刻以形成一取光圖案時，可靠度增強層135可減少乾蝕刻所造成的損害。如果可靠度增強層135具有高濃度的鋁(Al)，於進行一乾蝕刻製程時，可靠度增強層135可作用為一蝕刻中止層。
如上所述，在本實施例中，由於可靠度增強層135，整個第二導電型半導體層112的蝕刻深度可以均勻，發光裝置100的光學和電氣特性得以被改善，而且發光裝置100製造程序的良率得以增加。
可靠度增強層135可由與第二導電型半導體層112相同的材料所形成，且可摻雜與第二導電型半導體層112相同的導電型摻雜物。然而，可使用來形成可靠度增強層135的材料並非限定於此。
舉例而言，可靠度增強層135可包含一含氮半導體，例如：InxAlyGa(1-x-y)N(0x1，0y1)和可摻雜有一第二導電型摻雜
物。舉例而言，如果第二導電型半導體層112包含一n-型氮化物半導體，可靠度增強層135可包含n-型InxAlyGa(1-x-y)N(0x1，0y1)。
在第一實施例中，可靠度增強層135和主動層115之間的距離(d)可在約0.3μm至約5μm的範圍。
如果主動層115過度遠離在作為電子注入層之第二導電型半導體層112中的可靠度增強層135，藉由蝕刻所形成之粗糙取光圖案(P)的厚度可能太小，且取光圖案(P)之脊部間的間隔可能太大而無法形成取光圖案(P)的該些脊部之間的平坦部份。其減少了取光效率。
圖2A繪示模態指數和電子注入層厚度(t)之間的關係圖形。
舉例而言，大多數從主動層115射出的光子具有一基本模式(fundamental mode)。然而，具有基本模式的光子係困難的被取出(extract)因為高的基本模式的模態指數。當作為電子注入層的第二導電型半導體層112的厚度是小的(small)，模態指數將減少以增加取光效率，而當第二導電型半導體層112的厚度是大的(great)，模態指數增加以減少取光效率。
如此，在第一實施例中，如果可靠度增強層135和主動層115之間的距離(d)大於5μm，由於第二導電型半導體層112的厚度是大的，模態指數也是大的，而取光圖案(P)係為相對地平坦(flat)。如此，取光效率將降低。也就是說，當可靠度增強層135和主動層115之間的距離(d)小於5μm時，將可獲得另人滿意的蝕刻阻止功能(etch stop function)和取光效率。
然而，如果可靠度增強層135和主動層115之間的距離(d)是小(small)的，當進行一蝕刻粗糙取光圖案(P)以形成表面粗糙時，例如：取光圖案(P)於第二導電型第三半導體層112b上，第二導電型第三半導體層112b可能被過度蝕刻。在此狀況下，由於電流集中在第二導電型第三半導體層112b的一過度蝕刻的局部區域上，可靠度增強層135無法抑制發光裝置100的電流洩漏。
圖2B繪示在一發光裝置100中，逆向崩潰電壓Vr與可靠度增強層135和主動層115之間距離的關係圖形圖。
如果可靠度增強層135和主動層115之間的距離(d)小於0.3μm，發光裝置100的逆向崩潰電壓Vr很低(low)，如圖2B所示。
此外，如果可靠度增強層135和主動層115的距離(d)太小，藉由可靠度增強層135注入至第二導電型第二半導體層112a的電子則無法有效地分佈在水平方向。
如果電子注入至主動層115時，電子未能有效水平分佈在第二導電型第二半導體層112a中的狀態下，將降低主動層115的發光效率，且射出之光的分佈將不均勻。注入至一氮化物半導體材料的電子具有約0.2μm之有效的漫射(diffusion)距離。
因此，在第一實施例中，可靠度增強層135和主動層115之間的距離(d)可為約0.3μm或更大，以藉由可靠度增強層135而有效地抑制電流洩漏，以及注入電子至主動層115中於電子均勻分佈在一水平方向的狀態下。
再者，在第一實施例中，可靠度增強層135可具有約5nm至約200nm之範圍的厚度。
如果可靠度增強層135的厚度小於5nm，可靠度增強層135可能無法適當地作為一蝕刻中止層。也就是說，蝕刻可能無法停止於可靠度增強層135。舉例而言，在乾蝕刻製程中，蝕刻中止層表面的物理化學晶性特性(hysicochemical crystalline characteristics)由於蝕刻損害而會下降。因此，在本實施例中，可靠度增強層135的厚度可為約5nm或更大(greater)。
如果可靠度增強層135的厚度大於約200nm，從焊墊電極140注入至主動層115的電流效率將會降低，且發光裝置100的阻抗將會增加。當與作為電子注入層之第二導電型半導體層112比較時，可靠度增強層135具有更有的鋁(Al)和較大的(greater)能帶間隙。因此，可靠度增強層135的電子傳導性較低於第二導電型半導體層112的電子傳導性。因此，可靠度增強層135可具有約5nm至約200nm之範圍的厚度。
在第一實施例中，可靠度增強層135可包含InxAlyGa(1-x-y)N(0x1，0<y1)。特別是鋁合成物(y)可為0.05y0.5。
舉例而言，如果一n-型電子注入層的第二導電型半導體層112具有由氮化鎵(GaN)或具有相似於GaN能帶間隙的氮化物半導體所形成的矩陣(matrix)，由一氮化物半導體所形成且設置在第二導電型半導體層112矩陣中的可靠度增強層135可具有一鋁合成物(y)在約0.05至約0.5(0.05y0.5)的範圍。
當可靠度增強層135的鋁合成物(y)增加時，可靠度增強層135的能帶間隙亦增加，而第二導電型半導體層112的n-型電傳導性特性則減少。在第一實施例中，如果可靠度增強層135的鋁合成物(y)為約5%或更少，可靠度增強層135的能帶間隙和GaN(n-型電子注入層)的能帶間隙之間的差異很小(small)，而在可靠度增強層135上的第二導電型半導體層112之蝕刻選擇性變低(low)。也就是說，可靠度增強層135可不作為一蝕刻中止層。
再者，在第一實施例中，可靠度增強層135可具有一能帶間隙較寬於第二導電型第三半導體層112b的能帶間隙。因此可靠度增強層135的能帶階(energy band level)可高於第二導電型第三半導體層112b的能帶階，如此可靠度增強層135可作用為一蝕刻中止層。
舉例而言，如果一n-型電子注入層的第二導電型半導體層112具有氮化鋁鎵(gallium aluminum nitride)例如InpAlqGa1-p-qN(0p1，0q1，0p+q1)所形成的矩陣(matrix)，由一氮化物半導體所形成且設置在第二導電型半導體層112矩陣中的可靠度增強層135，在當可靠度增強層135的鋁合成物大於該矩陣的鋁合成物時，可有效地作用為一蝕刻中止層。
舉例而言，如果第二導電型第三半導體層112b包含具有InpAlqGa1-p-qN(0p1，0q1，0p+q1)合成物化學式的一半導體材料，且可靠度增強層135包含InxAlyGa(1-x-y)N(0x1，0<y1)，可靠度增強層135的帶間隙可設定(set)為大於第二導
電型第三半導體層112b的能帶間隙，其可藉由調整可靠度增強層135的鋁(Al)合成物大於第二導電型第三半導體層112b的鋁(Al)合成物，或可靠度增強層135的銦(In)合成物小於第二導電型第三半導體層112b的銦(In)合成物。然而，本實施例並非限定於此。
舉例而言，可靠度增強層135的鋁合成物(y)可設定為q+0.05yq+0.5(0q0.5)，因此可靠度增強層135能有效地作用為一蝕刻中止層。
再者，在第一實施例中，可靠度增強層135可包含第一和第二可靠度增強層135a、135b(參閱圖4)其具有不同的能帶間隙。在此狀況下，可靠度增強層135的鋁合成物或能帶間隙可於一成長方向或朝向該主動層115的一方向逐漸降低。此外，可靠度增強層135的銦合成物(x)可於朝向主動層115的方向逐漸降低。
再者，在第一實施例中，可靠度增強層135可具有一超晶格結構，其藉由交替堆疊具有不同的能帶間隙的第一和第二可靠度增強層135a、135b而形成。同時，可靠度增強層135可具有藉由第一和第二可靠度增強層所形成的一多層結構。
在第一實施例中，如果可靠度增強層135具有如上所述的多層結構，發光裝置100的電流注入效率相較於當可靠度增強層135為單層結構時來的增加。
在第一實施例中，一第二電極層120可設置在第二導電型第二半導體層112a之下方以有效供應載子，如此以增加發光裝置100的輸出功率。第二電極層120可包含一歐姆層122、一反射
層124、一接合層126、以及一第二基板128。然而，第二電極層120並非限定於此。
再者，在第一實施例中，一電流擴散層131和一應力控制層(strain control layer)132可設置在第二導電型第二半導體層112a和主動層115之間、以及一電子區塊層133可設置在主動層115和第一導電型第一半導體層111之間。
如上所述，實施例可提供具有改善電氣特性和光學特性的一發光裝置、一發光裝置製造方法、一發光裝置封裝件、以及一照明系統。
此外，實施例可提供在一化學蝕刻製程中，由於一可靠度增強層而不會過度蝕刻薄膜的一發光裝置、一發光裝置製造方法、一發光裝置封裝件、以及一照明系統。舉例而言，當進行一蝕刻製程以形成一取光圖案在一層時，該取光圖案的蝕刻深度由於一可靠度增強層而可均勻地形成在整個區域。如此，具有改善光學和電氣特性的一發光裝置得以高良率的產出。
此外，實施例可提供設置可靠度增強層在一第二導電型半導體層中以防止因晶體斷層缺陷所造成的電流洩漏之一高可靠度和高功率的發光裝置、一發光裝置製造方法、一發光裝置封裝件、以及一照明系統。
此外，實施例可提供藉由一可靠度增強層阻隔電流以藉由電流分佈效應增加發光效率的一發光裝置、一發光裝置製造方法、一發光裝置封裝件、以及一照明系統。
在後文中，一發光裝置製造方法及其技術特性將根據第一實施例參照圖3至圖9進行詳細說明。
首先，準備如圖3所示之一第一基板105。第一基板105可包含一導電基板或一絕緣基板。舉例而言，第一基板105可包含藍寶石(Al2O3)、SiC、Si、GaAs、GaN、ZnO、GaP、InP、Ge、以及Ga2O3中之至少一者。一凹凸形結構可設置在第一基板105的上部。然而，第一基板105並非限定於此。可在第一基板105上進行一濕清洗製程以從第一基板105的表面移除雜質。
在一稍後的製程中，一發光結構110包含一第二導電型半導體層112、一主動層115、以及一第一導電型第一半導體層111可形成在第一基板105上。
一緩衝層(未繪示)可設置在第一基板105上。該緩衝層可減少發光結構110和第一基板105a之材料間的晶格失配。該緩衝層可由一III-V族化合物半導體所形成。舉例而言，該緩衝層可由GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、以及AlInN中之至少一者所形成。
接著，一第二導電型第三半導體層112b可設置在第一基板105上。
第二導電型第三半導體層112b可由摻雜有一第二導電型摻雜物的一III-V族化合物半導體所形成。如果第二導電型第三半導體層112b為n-型半導體層，該第二導電型摻雜物可包含Si、Ge、Sn、Se、或Te作為n-型摻雜物。然而，該第二導電型摻雜物並非限定於此。
第二導電型第三半導體層112b可包含具有InpAlqGa1-p-qN(0p1，0q1，0p+q1)合成物化學方程式的一半導體材料。舉例而言，第二導電型第三半導體層112b可包含GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、InGaAs、AlInGaAs、GaP、AlGaP、InGaP、AlInGaP、以及InP中之至少一者。
第二導電型第三半導體層112b可藉由例如化學汽相沈積法(CVD)、分子束磊晶成長法(MBE)、濺鍍、或氫化物氣相磊晶法(HVPE)之方法形成為一n-型GaN層。第二導電型第三半導體層112b可藉由注入包含n-型不純物例如：三甲基鎵(TMGa)氣體、氨(NH3)氣、氮(N2)氣、以及矽(Si)的矽烷(SiH4)氣體至一腔體而形成。
接著，如圖4中所示，根據第一實施例，一可靠度增強層135可設置在第二導電型第三半導體層112b上。
舉例而言，可靠度增強層135可包含一第二導電型InxAlyGa(1-x-y)N(0x1，0y1)且可具有單層或多層結構。舉例而言，可靠度增強層135可包含具有不同能帶間隙的第一和第二可靠度增強層135a、135b。在此狀況下，可靠度增強層135的鋁合成物或能帶間隙可在一成長方向或朝向一主動層的方向逐漸降低。此外，可靠度增強層135的銦合成物可在朝向該主動層的方向逐漸降低。
再者，在第一實施例中，可靠度增強層135可具有一超晶格
結構，其由具有不同能帶間隙的第一和第二可靠度增強層135a、135b交替堆疊而成。
在第一實施例中，如果可靠度增強層135具有多層結構，電流注入效率相較於當可靠度增強層135為單層結構時來的增加。
在第一實施例中，可靠度增強層135的蝕刻率可低於第二導電型第三半導體層112b的蝕刻率。在第一實施例中，舉例而言，可靠度增強層135的鋁合成物可被調整為大於第二導電型第三半導體層112b的鋁合成物，或可靠度增強層135的銦合成物可被調整為小於第二導電型第三半導體層112b的銦合成物，以使可靠度增強層135的蝕刻率低於第二導電型第三半導體層112b的蝕刻率。
在第一實施例中，當層的鋁合成物增加時，可降低該層的化學蝕刻率，且當該層的銦合成物增加時，可降低該層的化學蝕刻率。其原因為介於Al原子和N原子之間的化學鍵結強於介於Ga原子和N原子之間的化學鍵結，而介於Ga原子和N原子之間的化學鍵結強於In原子和N原子的化學鍵結。
在第一實施例中，由於可靠度增強層135的化學蝕刻率低於第二導電型第三半導體層112b的化學蝕刻率，化學蝕刻可實質上停止於可靠度增強層135。因此，發光結構110之局部不均勻的過度化學蝕刻可藉由可靠度增強層135而有效地停止。
也就是說，第一實施例可提供藉由一可靠度增強層防止一薄膜過度蝕刻的一發光裝置、以及該發光裝置製造方法。
在第一實施例中，可靠度增強層135的電阻可大於第二導電型第三半導體層112b的電阻。舉例而言，可靠度增強層135可包含InxAlyGa(1-x-y)N(0x1，0y1)其具有一能帶間隙大於第二導電型第三半導體層112b的能帶間隙，因此可靠度增強層135能化性(chemically)穩定且具有電阻大於第二導電型第三半導體層112b的電阻。
根據第一實施例，由於可靠度增強層135設置在第二導電型半導體層112中，由晶體斷層缺陷所造成的電流洩漏可被有效地防止，因此對於一大型照明系統可提供一高可靠度高功率的發光裝置。
此外，由於藉由可靠度增強層135可阻隔電流，取光效率得以藉由電流分佈效應而被改善，因此得以提供一高功率的發光裝置。
在第一實施例中，可靠度增強層135可具有從約5nm至約200nm之範圍的厚度。
如果可靠度增強層135的厚度小於約5nm，可靠度增強層135可能無法適當地作為一蝕刻中止層。也就是說，蝕刻可能無法停止於可靠度增強層135。舉例而言，在一乾蝕刻製程中，可靠度增強層135之表面的物理化學結晶特性可能由於蝕刻損害而下降。因此，在本實施例，可靠度增強層135的厚度可設定在約5nm或更大。
如果可靠度增強層135的厚度大於約200nm，從一焊墊電極注入至一主動層之電流的效率可能降低，且一發光裝置的阻抗可
能增加。相較於為電子注入層的第二導電型半導體層112，可靠度增強層135具有更多的鋁(Al)和一更大的能帶間隙。因此，可靠度增強層135的電子傳導性低於第二導電型半導體層112的電子傳導性。因此，可靠度增強層135可具有從約5nm至約200nm之範圍的厚度。
可靠度增強層135可由與第二導電型半導體層112相同的材料所形成，且可摻雜有相同的導電型摻雜物，如同用來摻雜第二導電型半導體層112的摻雜物。然而，可靠度增強層135並非限定於此。
舉例而言，可靠度增強層135可包含一含氮半導體，例如InxAlyGa(1-x-y)N(0x1，0<y1)且可摻雜有一第二導電型摻雜物。舉例而言，如果第二導電型半導體層112包含一n-型氮化物半導體，可靠度增強層135可包含n-型InxAlyGa(1-x-y)N(0x1，0<y1)。
再者，在第一實施例中，可靠度增強層135可包含InxAlyGa(1-x-y)N(0x1，0<y1)，而鋁合成物(y)可為0.05y0.5。
舉例而言，如果一n-型電子注入層的第二導電型半導體層112具有由氮化鎵(GaN)或具有能帶間隙相似於GaN之能帶間隙之氮化物半導體所形成的一矩陣，由一氮化物半導體所形成，且設置在第二導電型半導體層112矩陣中可靠度增強層135由一氮化物半導體所形成，且設置在第二導電型半導體層112矩陣中可具有一鋁合成物(y)在從約0.05至約0.5(0.05y0.5)的範圍。
當鋁合成物(y)增加時，可靠度增強層135的能帶間隙增加，而第二導電型半導體層112的n-型電傳導性特性降低。在第一實施例中，如果可靠度增強層135的鋁合成物(y)為約5%或更少時，可靠度增強層135的能帶間隙和GaN(n-型電子注入層)的能帶間隙之間的差異很小，而在可靠度增強層135上的第二導電型半導體層112的蝕刻選擇性很低。也就是說，可靠度增強層135並不作用為一蝕刻中止層。
再者，在第一實施例中，可靠度增強層135可具有一能帶間隙大於第二導電型第三半導體層112b的能帶間隙。因此，由於可靠度增強層135的能帶階高於第二導電型第三半導體層112b的能帶階，可靠度增強層135可作用為一蝕刻中止層階。
舉例而言，如果一n-型電子注入層的第二導電型半導體層112具有由氮化鋁鎵(gallium aluminum nitride)例如InpAlqGa1-p-qN(0p1，0q1，0p+q1)所形成的矩陣(matrix)，由一氮化物半導體所形成且設置在第二導電型半導體層112矩陣中的可靠度增強層135，在當可靠度增強層135的鋁合成物大於該矩陣的鋁合成物時，可有效地作用為一蝕刻中止層。
舉例而言，如果第二導電型第三半導體層112b包含具有InpAlqGa1-p-qN(0p1，0q1，0p+q1)合成物化學式的一半導體材料且可靠度增強層135包含InxAlyGa(1-x-y)N(0x1，0<y1)，可靠度增強層135的帶間隙可設定(set)為大於第二導電型第三半導體層112b的能帶間隙，其藉由調整可靠度增強層
135的鋁(Al)合成物大於第二導電型第三半導體層112b的鋁(Al)合成物，或可靠度增強層135的銦(In)合成物小於第二導電型第三半導體層112b的銦(In)合成物。然而，本實施例並非限定於此。
舉例而言，可靠度增強層135的鋁合成物(y)可設定為q+0.05yq+0.5(0q0.5)因此可靠度增強層135能有效地作用為一蝕刻中止層。
接著，如圖5所示，一第二導電型第二半導體層112a設置在可靠度增強層135上。第二導電型第二半導體層112a可使用與形成第二導電型第三半導體層112b相同的材料所形成。
舉例而言，第二導電型第二半導體層112a可包含具有InpAlqGa1-p-qN(0p1，0q1，0p+q1)的合成物化學式。然而，第二導電型第二半導體層112a並非限定於此。
之後，一電流擴散層131設置在第二導電型第二半導體層112a上。電流擴散層131可為一未摻雜的GaN層。然而，電流擴散層131並非限定於此。
然後，根據第一實施例，一電子注入層(未繪示)可設置在電流擴散層131上。電子注入層可為一第二導電型氮化鎵層。舉例而言，電子注入層可摻雜有一n-型摻雜物，用以有效的注入電子。在電子注入層中的該n-型摻雜物的濃度可為約6.0x1018原子/cm3至約8.0x1018原子/cm3。
然後，根據第一實施例，一應力控制層132可設置在電子注
入層上。舉例而言，應力控制層132可藉由使用例如InyAlxGa(1-x-y)N(0x1，0y1)/GaN之材料而形成在電子注入層。
應力控制層132可減少因介於第二導電型半導體層112和一主動層115之間的晶格失配所造成的應力(stress)。
應力控制層132可藉由堆疊一第一Inx1GaN和一第二Inx2GaN至少六次而形成因此更多的電子得以被集中在具有低能階的主動層115中。在此狀況下，電子和電洞的再結合得以增加，以增加取光效率。
之後，主動層115設置在應力控制層132上。
主動層115可具有單量子井結構、多重量子井(MQW)結構、量子線結構、以及量子點結構中之至少一者。舉例而言，主動層115可藉由注入三甲基鎵(TMGa)氣體、氨(NH3)氣、氮(N2)氣、以及三甲基銦(TMIn)氣體而形成為一多重量子井(MQW)結構。然而，主動層115並非限定於此。
主動層115可具有藉由InGaN/GaN、InGaN/InGaN、GaN/AlGaN、InAlGaN/GaN、GaAs(InGaAs)/AlGaAs、以及GaP(InGaP)/AlGaP中之一者所構成之一井層/障壁層對(pair)結構。然而，主動層115並非限定於此。該井層可由具有低於障壁層的能帶間隙之材料所形成。
在第一實施例中，主動層115可從可靠度增強層135間隔開一約0.3μm至約5μm的距離(d)。
如此，在第一實施例中，如果可靠度增強層135和主動層115之間的距離(d)大於5μm，由於第二導電型半導體層112的
厚度很厚(great)，模態指數會很高(high)，而取光圖案(P)會相對地平坦(flat)。如此，取光效率將會降低。也就是說，當可靠度增強層135和主動層115之間的距離(d)小於5μm時，將可獲得另人滿意的蝕刻停止功能和取光效率。
再者，在第一實施例中，可靠度增強層135和主動層115之間的距離(d)可設定為約0.3μm或更大，以藉由可靠度增強層135有效地抑制電流洩漏以及在當電子均勻分佈在一水平方向的狀況時，射出電子至主動層115。
然後，根據第一實施例，一電子區塊層133設置在主動層上115，用於阻隔電子以及作用為主動層115的一MQW包覆層。也就是說，藉由形成電子區塊層133而可改善取光效率。舉例而言，電子區塊層133可由包含AlxInyGa(1-x-y)N(0x1，0y1)的一半導體所形成。電子區塊層133可具有一能帶間隙寬於主動層115的能帶間隙。電子區塊層133可具有約100Å至約600Å的厚度。
此外，電子區塊層133可具有由AlzGa(1-z)N/GaN(0z1)所形成的一超晶格結構。然而，電子區塊層133並非限定於此。
P-型離子可注入至電子區塊層133，因此電子區塊層133得以有效地阻隔溢流(overflowing)電子和改善電洞注入效率。舉例而言。鎂(Mg)離子可注入至電子區塊層133在約1018至約1020/cm3的濃度，因此電子區塊層133得以有效地阻隔溢流電子以及改善電洞注入效率。
然後，一第一導電型第一半導體層111設置在電子區塊層133上。第一導電型第一半導體層111可包含摻雜有一第一導電型摻雜物的一III-V族化合物半導體。舉例而言，第一導電型第一半導體層111可包含具有InxAlyGa1-x-yN(0x1，0y1，0x+y1)合成物化學式的一半導體材料。如果第一導電型第一半導體層111為一p-型半導體層，該第一導電型摻雜物可包含Mg、Zn、Ca、Sr、以及Ba。
第一導電型第一半導體層111可藉由注入三甲基鎵(TMGa)氣體、氨(NH3)氣、氮(N2)氣、以及雙(bis)-乙基(ethyl)-環戊二烯基(cyclopentadienyl)-鎂(magnesium)(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}包含一p-型摻雜物，例如Mg至一腔體而形成為一p-型GaN層。然而，第一導電型第一半導體層111並非限定於此。
在第一實施例中，第二導電型半導體層112可為一n-型半導體層，而第一導電型第一半導體層111可為一p-型半導體層。然而，第一實施例並非限定於此。一具有與第一導電型相反之導電型半導體可設置在第一導電型第一半導體層上111。舉例而言，一n-型半導體層(未繪示)可設置在第一導電型第一半導體層上111。因此，發光結構110可具有n-p接合結構、p-n接合結構、n-p-n接合結構、以及p-n-p接合結構中的其中一種。
然後，如圖6所示，一第二電極層120設置在第一導電型第一半導體層111上。
第二電極層120可包含一歐姆層122、一反射層124、一接合層126、以及一第二基板128。第二電極層120可由鈦(Ti)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鋁(Al)、鉑(Pt)、金(Au)、鎢(W)、以及摻雜有一摻雜物的一半導體基板中的至少一者所形成。
舉例而言，第二電極層120可包含一歐姆層122且可具有一多層結構由一金屬、一金屬合金、或一金屬氧化物所形成以改善電洞注入效率。舉例而言，歐姆層122可包含氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化銦鋅錫(IZTO)、氧化銦鋁鋅(IAZO)、氧化銦鎵鋅(IGZO)、氧化銦鎵錫(IGTO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鎵鋅(GZO)、IZON(IZO氮化物)、AGZO(Al-Ga ZnO)、IGZO(In-Ga ZnO)、ZnO、IrOx、RuOx、NiO、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au、Ni/IrOx/Au/ITO、Ag、Ni、Cr、Ti、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、以及Hf中的至少一者。然而，歐姆層122並非限定於此。
如果第二電極層120包含反射層124，第二電極層120可由包括Al、Ag、或包含Al或Ag之一合金的材料所形成。鋁(Al)或銀(Ag)有效地反從主動層115反射光，因此一發光裝置的取光效率得以大幅地改善。
如果第二電極層120包含接合層126，反射層124可作用為接合層126，或接合層126可由例如鎳(Ni)或金(Au)的材料所形成。
此外，第二電極層120可包含第二基板128。第二基板128可由一金屬、一金屬合金、或具有用以改善電洞注入效率之高電
傳導性的一導電半導體材料所形成。舉例而言，第二基板128可選擇性地包含銅(Cu)、金(Au)、銅合金、鎳(Ni)、銅-鎢(Cu-W)、以及一載子晶圓(例如GaN、Si、Ge、GaAs、ZnO、SiGe、或SiC晶圓)。
第二基板128可藉由例如：電化學金屬沉積法和使用共晶金屬的接合法之方法而設置。
之後，如圖7所示，第一基板105被移除以暴露出第一導電型半導體層112。第一基板105可使用高功率雷射或化學蝕刻法來移除。或者是第一基板105可使用物理研磨法而移除。
舉例而言，在一雷射剝離法中，能量係施加至第一基板105和發光結構110。然後，當第一基板105和發光結構110之間的界面(interfacial)區域吸收的該能量，發光結構110的接觸表面被熱分解，因此第一基板105得以從發光結構110分離。
然後，根據第一實施例，一取光圖案(P)可形成在第二導電型第三半導體層112b的暴露表面上，如圖8所示。
當進行一蝕刻製程以形成該取光圖案(P)於第二導電型第三半導體層112b時，可靠度增強層135作用為一蝕刻中止層，以防止第二導電型第二半導體層112a被蝕刻掉。以此方式，可靠度增強層135得以改善蝕刻製程的可靠度。
舉例而言，在第一實施例中，當發光結構110(epi薄層)從第一基板105分離時，第一基板105可為一藍寶石基板用以成長薄膜，該暴露出的第二導電型第三半導體層112b可具有一平坦的表面。然後，第二導電型第三半導體層112b的表面可藉由化
學蝕刻法而粗糙化以改善取光效率。舉例而言，取光圖案(P)可形成在第二導電型第三半導體層112b上以粗糙化第二導電型第三半導體層112b的表面。
在第一實施例中，可靠度增強層135的蝕刻率可低於第二導電型第三半導體層112b的蝕刻率。
在第一實施例中，當層的鋁合成物增加時，可降低該層的化學蝕刻率，而當該層的銦合成物增加時，可降低該層的化學蝕刻率。其原因為Al原子和N原子之間的化學鍵結強於Ga原子和N原子之間的化學鍵結，且Ga原子和N原子之間的化學鍵結強於In原子和N原子的化學鍵結。
在第一實施例中，由於可靠度增強層135的化學蝕刻率係低於第二導電型第三半導體層112b的化學蝕刻率，化學蝕刻可實質上停止於可靠度增強層135。因此，發光結構110之局部不均勻的過度化學蝕刻可藉由可靠度增強層135而有效地停止。
舉例而言，如果可靠度增強層135包含InxAlyGa(1-x-y)N(0x1，0y1)，可靠度增強層135的能帶間隙得以藉由調整可靠度增強層135的鋁合成物(y)大於第二導電型第三半導體層112b的鋁合成物(y)或銦合成物(x)小於第二導電型第三半導體層112b的銦合成物(x)而增加。然而，可靠度增強層135並非限定於此。
在第一實施例中，由於可靠度增強層135的化學或物理蝕刻率低於第二導電型半導體層112的蝕刻率，化學蝕刻係實質地停止於可靠度增強層135。因此，由於可靠度增強層135，部份的
薄膜不會不均勻地或過度地被蝕刻。也就是說，第二導電型半導體層112得以在其所有表面具有一均勻的蝕刻深度。
再者，在第一實施例中，當進行一乾蝕刻以形成取光圖案(P)於第二導電型第三半導體層112b時，可靠度增強層135能減少乾蝕刻損害。如果可靠度增強層135的鋁合成物很高，當進行一乾蝕刻製程時，可靠度增強層135可作用為一蝕刻中止層。
如上所述，在本實施例，由於可靠度增強層135，第二導電型第三半導體層112b的蝕刻深度得以在其整個表面均勻形成。因此，發光裝置的光學和電氣特性得以被改善，且發光裝置的製造良率得以增加。
然後，如圖9所示，一焊墊電極140可設置在形成有取光圖案(P)的第二導電型第三半導體層112b上。以此方式，得以製造出根據第一實施例的一發光裝置100。
如上所述，實施例可提供具有改善電氣和光學特性的一發光裝置、一發光裝置製造方法、一發光裝置封裝件、以及一照明系統。
此外，實施例可提供在一化學蝕刻製程中，由於一可靠度增強層而不會過度蝕刻薄膜的一發光裝置、一發光裝置製造方法、一發光裝置封裝件、以及一照明系統。舉例而言，當進行一蝕刻製程以形成一取光圖案在一層時，該取光圖案的蝕刻深度由於一可靠度增強層而可均勻地形成在整個區域。如此，具有改善光學和電氣特性的一發光裝置得以高良率的產出。
此外，實施例可提供設置一可靠度增強層在一第二導電型半導體層中，以防止因晶體斷層缺陷所造成電流洩漏之高可靠度和高功率的發光裝置、一發光裝置製造方法、一發光裝置封裝件、以及一照明系統。
此外，實施例可提供藉由一可靠度增強層阻隔電流以藉由電流分佈效應增加發光效率之高功率的一發光裝置、一發光裝置製造方法、一發光裝置封裝件、以及一照明系統。
圖10繪示根據一第二實施例之一發光裝置102的剖視圖。
第二實施例的發光裝置102可包含第一實施例之發光裝置100的技術特性。
第二實施例的發光裝置102可包含：一第一導電型第一半導體層111；一主動層115在該第一導電型第一半導體層111上；一第二導電型第二半導體層112a在該主動層115上；一可靠度增強層135包含突起結構且設置在該第二導電型第二半導體層112a上；以及一第二導電型第三半導體層112b在可靠度增強層135上。
在第二實施例中，可靠度增強層135可作用為一蝕刻可靠度增強層和一防止電流洩漏層。然而，可靠度增強層135的功能並非限定於此。
第二導電型第二半導體層112a和第二導電型第三半導體層112b可構成一第二導電型半導體層112其作用為一電子注入層。
第一導電型第一半導體層111、主動層115、和第二導電型半導體層112可構成一發光結構110。一焊墊電極140可設置在第二導電型半導體層112上。
可靠度增強層135可由與第二導電型半導體層112相同的材料所形成，且可摻雜有相同的導電型摻雜物，如同用來摻雜第二導電型半導體層112的摻雜物。
可靠度增強層135可具有一能帶間隙大於第二導電型第三半導體層112b的能帶間隙。因此，由於可靠度增強層135的能帶階高於第二導電型第三半導體層112b的能帶階，可靠度增強層135可作用為一蝕刻中止層。
在本實施例中，第二導電型第三半導體層112b可包含一取光圖案(P)以改善取光效率，因此以增加發光裝置102的輸出功率。
當進行一蝕刻製程以形成該取光圖案(P)於第二導電型第三半導體層112b時，可靠度增強層135作用為一蝕刻中止層，以防止第二導電型第二半導體層112a被蝕刻掉。以此方式，可靠度增強層135得以改善蝕刻製程的可靠度。
在第二實施例的發光裝置102中，可靠度增強層135的能帶間隙大於第二導電型第三半導體層112b的能帶間隙，且可靠度增強層135相對較厚於第二導電型第三半導體層112b在晶體缺陷(D)周圍的區域。因此，得以防止逆向或順向低電流在晶體缺陷(D)，例如晶體斷層(crystal dislocation)，的周圍洩漏，因此發光裝置102的可靠度得以大幅地改善。
圖11為第二實施例之發光裝置102的部份(A)的放大圖。舉例而言，圖11繪示第二實施例發光裝置102之可靠度增強層135的部份放大圖。
一氮化物半導體發光裝置在其膜(film)上，不可避免地具有許多晶體斷層缺陷，且如此的晶體斷層缺陷形成主要的電流洩漏路徑。因此，發光裝置的電氣可靠度大幅地降低。
在第二實施例中，可靠度增強層135可在晶體缺陷(D)的周圍區域較厚於其它區域。舉例而言，可靠度增強層135的一突出結構(a)可位於晶體缺陷(D)的區域。在此狀況下，可靠度增強層135的阻抗在位於晶體缺陷(D)的突出結構(a)高於在平坦區域(b)，因此載子電子沿著平坦區域(b)移動而不是沿著突出結構(a)移動。因此，載子電子不可能會接觸晶體缺陷(D)，因此得以抑制洩露以增加發光裝置102的輸出功率。
在第二實施例中，可靠度增強層135的電阻可大於第二導電型第三半導體層112b的電阻。舉例而言，可靠度增強層135可包含InxAlyGa(1-x-y)N0x1，0y1)其具有一能帶間隙大於第二導電型第三半導體層112b的能帶間隙，因此可靠度增強層135能化性(chemically)穩定，且具有電阻大於第二導電型第三半導體層112b的電阻。
因此，電子在突出結構(a)的周圍流動而不是流經突出結構(a)，因為阻抗在突出結構(a)的周圍區域係相對較低。
在本實施例中，由於可靠度增強層135設置在第二導電型半導體層112中，由晶體斷層缺陷所造成的電流洩漏可被有效地防止，因此對於大型照明系統可提供高可靠度高功率的發光裝置。
此外，由於藉由可靠度增強層135可阻隔電流，取光效率得以藉由電流分佈效應而被改善，因此得以提供一高功率的發光裝置。
在本實施例中，一第二電極層120可設置在第二導電型第二半導體層112a之下方以有效供應載子，因此以增加發光裝置102的輸出功率。第二電極層120可包含一歐姆層122、一反射層124、一接合層126、以及一第二基板128。然而，第二電極層120並非限定於此。
再者，在本實施例中，一電流擴散層131和一應力控制層132可設置在第二導電型第二半導體層112a和主動層115之間，而一電子區塊層133可設置在主動層115和第一導電型第一半導體層111之間。
如上所述，實施例可提供具有改善電氣和光學特性的一發光裝置、一發光裝置製造方法、一發光裝置封裝件、以及一照明系統。
此外，實施例可提供一可靠度增強層設置在一第二導電型半導體層中以防因晶體缺陷(crystalline dislocation)而造成電流洩漏的一高可靠度和高功率的發光裝置、一發光裝置製造方法、一發光裝置封裝件、以及一照明系統。
此外，實施例可提供藉由一可靠度增強層阻隔電流以藉由電流分佈效應增加發光效率的一高功率發光裝置、一發光裝置製造方法、一發光裝置封裝件、以及一照明系統。
在後文中，根據第二實施例，一發光裝置製造方法及其技術特性將參照圖12至18進行詳細說明。
首先，可準備如圖12所示之一第一基板105。第一基板105可包含一導電基板或一絕緣基板。舉例而言，第一基板105可包含藍寶石(Al2O3)、SiC、Si、GaAs、GaN、ZnO、GaP、InP、Ge、以及Ga2O3中之至少一者。
一緩衝層(未繪示)可設置在第一基板105上。
然後，一第二導電型第三半導體層112b設置在第一基板105上。
第二導電型第三半導體層112b可由摻雜有一第二導電型摻雜物之一III-V族化合物半導體所形成。如果第二導電型第三半導體層112b為一n-型半導體層，該第二導電型摻雜物可包含Si、Ge、Sn、Se、或Te如同為一n-型摻雜物。然而，第二導電型摻雜物並非限定於此。
第二導電型第三半導體層112b可包含具有InpAlqGa1-p-qN0p1，0q1，0p+q1)之合成物化學方程式的一半導體材料。
第二導電型第三半導體層112b可使用例如：化學汽相沈積法(CVD)、分子束磊晶成長法(MBE)、濺鍍、或氫化物氣相磊晶法(HVPE)之方法來形成為一n-型GaN層。第二導電型第三半導體
層112b可藉由注入包含n-型不純物，例如：三甲基鎵(TMGa)氣體、氨(NH3)氣、氮(N2)氣、以及矽(Si)的矽烷(SiH4)氣體至一腔體而形成。
如果第二導電型第三半導體層112b由一含GaN的材料所形成，且設置在一藍寶石或矽基板上，該含GaN材料和該基板可有不同的表面晶格常數(lattice constant)。
因此，複數個GaN結晶顆粒形成在第二導電型第三半導體層112b的早期成長階段，當第二導電型第三半導體層112b成長時，結晶顆粒相互碰撞。如此，凹陷(V)形成在第二導電型第三半導體層112b中之結晶顆粒相互碰撞的地方。
例如：凹陷(V)的尺寸、密度、以及深度的特徵能藉由改變薄膜成長狀態例如：成長溫度、壓力、速率、時間、和氣體注入率來控制。晶體缺陷(D)例如：穿透差排(threading dislocation)位於該些凹陷(V)之下方。
然後，如圖13所示，一可靠度增強層135設置在第二導電型第三半導體層112b上。
舉例而言，可靠度增強層135可包含一第二導電型InxAlyGa(1-x-y)N(0x1，0y1)且可具有單層或多層結構。舉例而言，可靠度增強層135可包含具有不同的能帶間隙的第一和第二可靠度增強層135a、135b。在此狀況下，可靠度增強層135的鋁合成物或能帶間隙可在一成長方向或朝向一主動層的方向逐漸降低。
再者，在本實施例中，可靠度增強層135可具有一超晶格結構由具有不同能帶間隙的第一和第二可靠度增強層135a、135b交替堆疊而成。
在本實施例中，如果可靠度增強層135具有多層結構，電流注入效率相較於當可靠度增強層135為單層結構時來的增加。
根據本實施例，如圖13所示，該些凹陷(V)可藉由調整可靠度增強層135的成長狀況由可靠度增強層135所填充。
可靠度增強層135可由與第二導電型半導體層112相同的材料所形成，且可摻雜有相同的導電型摻雜物，如同用來摻雜第二導電型半導體層112的摻雜物。
舉例而言，可靠度增強層135可包含一含氮半導體，例如：InxAlyGa(1-x-y)N(0x1，0y1)且可摻雜有一第二導電型摻雜物。舉例而言，如果第二導電型半導體層112包含一n-型氮化物半導體，可靠度增強層135可包含n-型InxAlyGa(1-x-y)N(0x1，0y1)。
在第二實施例的發光裝置102中，可靠度增強層135的能帶間隙大於第二導電型第三半導體層112b的能帶間隙，且可靠度增強層135相對較厚於第二導電型第三半導體層112b在晶體缺陷(D)周圍的區域。因此，得以防止逆向或順向低電流在晶體缺陷(D)，例如晶體斷層(crystal dislocation)，的周圍洩漏，因此發光裝置102的可靠度得以大幅地改善。
在本實施例中，可靠度增強層135的蝕刻率可低於第二導電型第三半導體層112b的蝕刻率。在本實施例中，舉例而言，可
靠度增強層135的鋁合成物可被調整為大於第二導電型第三半導體層112b的鋁合成物或可靠度增強層135的銦合成物可被調整為小於第二導電型第三半導體層112b的銦合成物，以使可靠度增強層135的蝕刻率低於第二導電型第三半導體層112b的蝕刻率。
舉例而言，在本實施例中，當層的鋁合成物增加時，可降低該層的化學蝕刻率，而當該層的銦合成物增加時，可降低該層的化學蝕刻率。其原因係為介於Al原子和N原子之間的化學鍵結係強於介於Ga原子和N原子之間的化學鍵結而介於Ga原子和N原子之間的化學鍵結係強於In原子和N原子的化學鍵結。
在本實施例中，由於可靠度增強層135的化學蝕刻率係低於第二導電型第三半導體層112b的化學蝕刻率，化學蝕刻可實質上停止於可靠度增強層135。因此，發光結構110之局部不均勻的過度化學蝕刻可藉由可靠度增強層135而有效地停止。
也就是說，本實施例可提供藉由一可靠度增強層防止一薄膜過度蝕刻的一發光裝置、以及一發光裝置製造方法。
可靠度增強層135可在晶體缺陷(D)的周圍區域較厚於其它區域該。舉例而言，可靠度增強層135的一突出結構(a)可位於晶體缺陷(D)的區域。在此狀況下，可靠度增強層135的阻抗在位於晶體缺陷(D)的突出結構(a)高於在平坦區域(b)，因此載子例如電子沿著平坦區域(b)移動而不是沿著突出結構(a)移動。因此，載子不可能會接觸晶體缺陷(D)，因此得以抑制洩露以增加發光裝置102的輸出功率。
在本實施例中，由於可靠度增強層135在晶體缺陷(D)例如：穿透差排，的周圍相對較厚，得以防止在晶體缺陷(D)的電流洩漏，因此一發光裝置的可靠度得以改善。
在本實施例中，可靠度增強層135的電阻可大於第二導電型第三半導體層112b的電阻。舉例而言，可靠度增強層135可包含InxAlyGa(1-x-y)N(0x1，0y1)其具有一能帶間隙大於第二導電型第三半導體層112b的能帶間隙，因此可靠度增強層135能化性(chemically)穩定，且具有電阻大於第二導電型第三半導體層112b的電阻。
因此，電子在突出結構(a)的周圍流動而不是流經突出結構(a)，因為阻抗在突出結構(a)的周圍區域係相對較低。
在本實施例中，由於可靠度增強層135設置在第二導電型半導體層112中，由晶體斷層缺陷所造成的電流洩漏可被有效地防止，因此對於大型照明系統可提供一高可靠度高功率的發光裝置。
此外，由於藉由可靠度增強層135可阻隔電流，取光效率得以藉由電流分佈效應而被改善，因此得以提供一高功率的發光裝置。
然後，如圖14所示，一第二導電型第二半導體層112a設置在可靠度增強層135上。第二導電型第二半導體層112a可使用與形成第二導電型第三半導體層112b相同的材料所形成。
舉例而言，第二導電型第二半導體層112a可包含具有InpAlqGa1-p-qN(0p1，0q1，0p+q1)的合成物化學式。然
而，第二導電型第二半導體層112a並非限定於此。
之後，一電流擴散層131設置在第二導電型第二半導體層112a上。電流擴散層131可為一未摻雜的GaN層。然而，電流擴散層131並非限定於此。
然後，根據本實施例，一電子注入層(未繪示)可設置在電流擴散層131上。電子注入層可為一第二導電型氮化鎵層。然後，根據本實施例，一應力控制層132可設置在該電子注入層上。
之後，主動層115設置在應力控制層132上。
主動層115可具有單量子井結構、多重量子井(MQW)結構、量子線結構、以及量子點結構中之至少一者。
根據本實施例，一電子區塊層133設置在主動層115上，用於阻隔電子以及作用為主動層115的一MQW包覆層。也就是說，藉由形成電子區塊層133而可改善取光效率。
然後，一第一導電型第一半導體層111設置在電子區塊層133上。第一導電型第一半導體層111可包含摻雜有一第一導電型摻雜物的一III-V族化合物半導體。舉例而言，第一導電型第一半導體層111可包含具有InxAlyGa1-x-yN(0x1，0y1，0x+y1)合成物化學式的一半導體材料。
然後，如圖15所示，一第二電極層120設置在第一導電型第一半導體層111上。
第二電極層120可包含一歐姆層122、一反射層124、一接合層126、以及一第二基板128。
之後，如圖16所示，移除第一基板105以暴露出第一導電型半導體層112。
然後，根據本實施例，一取光圖案(P)可形成在第二導電型第三半導體層112b的暴露表面上，如圖17所示。
當進行一蝕刻製程以形成取光圖案(P)於第二導電型第三半導體層112b時，可靠度增強層135作用為一蝕刻中止層以防止第二導電型第二半導體層112a被蝕刻掉。以此方式，可靠度增強層135可改善蝕刻製程的可靠度。
舉例而言，在第一實施例中，當發光結構110(epi薄層)從第一基板105分離時，第一基板105可為一藍寶石基板用以成長薄膜，該暴露出的第二導電型第三半導體層112b可具有一平坦的表面。然後，第二導電型第三半導體層112b的表面可藉由化學蝕刻法而粗糙化以改善取光效率。舉例而言，取光圖案(P)可形成在第二導電型第三半導體層112b上以粗糙化第二導電型第三半導體層112b的表面。
在本實施例中，可靠度增強層135的蝕刻率可低於第二導電型第三半導體層112b的蝕刻率。
在本實施例，由於可靠度增強層135的化學蝕刻率係低於第二導電型第三半導體層112b的化學蝕刻率，化學蝕刻可實質上停止於可靠度增強層135。因此，發光結構110之局部不均勻的過度化學蝕刻可藉由可靠度增強層135而有效地停止。
在第二實施例的發光裝置102中，可靠度增強層135的能帶間隙大於第二導電型第三半導體層112b的能帶間隙，且可靠度
增強層135相對較厚於第二導電型第三半導體層112b在晶體缺陷(D)周圍的區域。因此，得以防止逆向或順向低電流在晶體缺陷(D)，例如晶體斷層(crystal dislocation)，的周圍洩漏，因此發光裝置102的可靠度得以大幅地改善。
然後，如圖18所示，一焊墊電極140設置在形成有取光圖案(P)的第二導電型第三半導體層112b上。
如上所述，實施例可提供具有改善的電氣和光學特性的一發光裝置、一發光裝置製造方法、一發光裝置封裝件、以及一照明系統。
此外，實施例可提供設置一可靠度增強層在一第二導電型半導體層中的高靠度和高功率的發光裝置以防止因晶體線缺陷(crystalline dislocation)造成的電流洩漏、一發光裝置製造方法、一發光裝置封裝件、以及一照明系統。
此外，實施例可提供藉由一可靠度增強層而阻隔電流的一高功率發光裝置，以藉由電流分佈效應增加發光效率、一發光裝置製造方法、一發光裝置封裝件、以及一照明系統。
圖19為根據一實施例繪示具有一發光裝置的一發光裝置封裝件200的剖視圖。
在本實施例，發光裝置封裝件200包含：一封裝體205、一第三電極層213和一第四電極層214設置在封裝體205中、一發光裝置100設置在封裝體205中且電性連接至第三電極層213和第四電極層214、以及一模塑件240圍繞發光裝置100。
封裝體205可由一矽材料、一合成樹脂材料、或一金屬材料所形成。一傾斜面可環繞著發光裝置100形成。
第三電極層213和第四電極層214彼此電性分離以供應電力至發光裝置100。同時，第三電極層213和第四電極層214可反射從發光裝置100發出的光以改善發光效率，且可散逸從發光裝置100產生的熱。
發光裝置100可為一垂直型發光裝置，例如：圖1所示之第一實施例的發光裝置100或第二實施例的發光裝置100。或者，發光裝置100可為一水平型發光裝置。
發光裝置100可設置在封裝體205、第三電極層213、或第四電極層214上。
發光裝置100可藉由一引線接合法、一覆晶接合法、以及一晶片接合法中之一者連接至第三電極層213及/或第四電極層214。在本實施例中，發光裝置100透過一導線230電性連接至第三電極層213以及藉由直接接觸電性連接至第四電極層214。
模塑件240可圍繞發光裝置100以保護發光裝置100。模塑件240可包含一螢光材料以改變從發光裝置100發出之光的波長。
在本實施例中，複數個發光裝置封裝件200可排列在一板體(board)上，而光學元件例如：一導光板、一稜鏡片、一擴散片、以及一螢光板(fluorescent sheet)可設置在沿著從發光裝置封裝件200所發出之光的路徑上。該些發光裝置封裝件200、板體、以及光學元件可作用為一背光單元或一發光單元。舉例而
言，一照明系統可包含一背光單元、一發光單元、一指示燈單元、一發光體、一街燈、等等。
圖20為根據一實施例繪示一發光單元1100的示意圖。圖20所示之發光單元1100為照明系統的一範例。然而，本發明的精神與範圍並非限定於此。
在本實施例，發光單元1100可包含一殼體1110、一發光模組部1130設置在殼體1110中、以及一連接端子1120設置在殼體1110上以接收來自外部電源的電力。
殼體1110可由具有良好散熱特性的材料所形成，例如金屬材料或樹脂材料。
發光模組部1130可包含一板體(board)1132以及至少一發光裝置封裝件200設置在板體1132上。
板體1132可為印刷有電路圖案在一絕緣體的板體。舉例而言，板體1132可包含有印刷電路板(PCB)、金屬核心電路板、軟性電路板(FPCB)、以及陶瓷電路板。
此外，板體1132可由能有效反射光之材料所形成。或者，板體1132表面具有可有效反射光之顏色，例如白色、或銀色。
該至少一發光裝置封裝件200可設置在板體1132上。發光裝置封裝件200可包含有至少一發光二極體(LED)100。舉例而言，發光二極體(LED)100包含：能發出色彩光的彩色二極體，例如紅光、綠光、藍光、或白光；以及一紫外光(UV)發光二極體，其係可發出紫外光(UV)。
發光模組部1130可具有不同發光裝置封裝件200的組合，以取得所欲之色調及亮度。舉例而言，為確保高顯色性指數(CRI)，發光模組部1130可包含一白光發光二極體、一紅光發光二極體、以及一綠光發光二極體的組合。
連接端子1120可電性連接至發光模組部1130以提供電力。在本實施例中，連接端子1120可為一螺旋端子(screw terminal)其與一外部電源插座耦接。然而，連接端子1120並非限定於此。舉例而言，連接端子1120可形成為插銷狀(pin shape)。在此狀況下，連接端子1120可插入一外部電源或藉由使用一線纜(cable)連接至該外部電源)。
圖21為根據一實施例繪示一背光單元1200的示意圖。圖21的背光單元1200為照明系統中的一範例，並非限定於此。
本實施例的背光單元1200可包含一導光板1210、一發光模組部1240供應光至導光板1210、一反射元件1220在導光板1210之下方、以及一底蓋1230納置導光板1210、發光模組部1240、以及反射元件1220。然而，背光單元1200並非限於此種配置。
導光板1210擴散光以產生平面光(planar light)。導光板1210可由一透明材料所形成。舉例而言，導光板1210可包括包含樹脂的丙烯基(acrylic resin-containing)材料，例如：聚甲基丙烯酸酯(PMMA)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)樹脂、聚碳酸酯(PC)樹脂、環烯烴共聚物(COC)樹脂、以及聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate，(PEN))樹脂中之一者。
發光模組部1240提供光至導光板1210的至少一側表面。發光模組部1240可用來作為設置有背光單元1200之一顯示裝置的光源。
發光模組部1240可與導光板1210接觸。然而，發光模組部1240並不限定於此結構。詳細而言，發光模組部1240包含一板體1242和複數個發光裝置封裝件200設置在板體1242上。板體1242可與導光板1210接觸。然而，板體1242並不限定於此結構。
板體1242可為一PCB包含電路圖案(未繪示)。板體1242可包含一金屬核心PCB(MCPCB)、一軟性PCB(FPCB)與一般PCB。然而，板體1242並非限定於此。
複數個發光裝置封裝件200可以該些發光裝置封裝件200的發光表面與導光板1210間隔一預定距離的方式設置在板體1242上。
反射元件1220可設置在導光板1210之下方。從導光板1210底面入射至反射元件1220的光被朝上反射，因此背光單元1200的亮度得以增加。反射元件1220可由例如一PET樹脂、一PC樹脂、比及一聚乙烯基氯(PVC)樹脂之一材料所形成。然而，反射元件1220並非限定於此。
底蓋1230可容置導光板1210、發光模組部1240、以及反射元件1220。為此目的，底蓋1230可形成為上表面呈開放的盒狀。然而，底蓋1230的形狀並非限定於此。
底蓋1230可由一金屬材料或一樹脂材料所形成。底蓋1230可透過例如：一壓製成形製程或一擠製成形製程來製造。
如上所述，實施例可提供改善電氣和光學特性的一發光裝置、一發光裝置製造方法、一發光裝置封裝件、以及一照明系統。
在本說明書中指稱任何「一實施例」、「一個實施例」、「示範實施例」意指與實施例結合而描述的一特定特徵、結構、或特色包含在本發明之至少一實施例中。在本說書各處出現的此類名稱不一定都指稱同一實施例。再者，當與任何實施例結合而描述特定特徵、結構、或特色時，則結合該等實施例中之其它者來實現此特徵、結構或特性是在熟習此項技術者之能力範圍內。
實施例雖然參考實施例之許多說明性實施例來描述實施例，但應理解，熟習此項技藝者可想出將落入本發明之原理的精神及範疇內的眾多其他修改及實施例。更特定言之，在本發明、圖式及所附申請專利範圍之範疇內，所主張組合配置之零部件及/或配置的各種變化及修改為可能的。對於熟悉此項技術者而言，除了零部件及/或配置之變化及修改外，替代用途亦將顯而易見。
100、102‧‧‧發光裝置
105‧‧‧第一基板
110‧‧‧發光結構
111‧‧‧第一導電型第一半導體層
112‧‧‧第二導電型半導體層
112a‧‧‧第二導電型第二半導體層
112b‧‧‧第二導電型第三半導體層
115‧‧‧主動層
120‧‧‧第二電極層
122‧‧‧歐姆層
124‧‧‧反射層
126‧‧‧接合層
128‧‧‧第二基板
131‧‧‧電流擴散層
132‧‧‧應力控制層
133‧‧‧電子區塊層
135‧‧‧可靠度增強層
135a‧‧‧第一可靠度增強層
135b‧‧‧第二可靠度增強層
140‧‧‧焊墊電極
200‧‧‧發光裝置封裝件
205‧‧‧封裝體
213‧‧‧第三電極層
214‧‧‧第四電極層
230‧‧‧導線
240‧‧‧模塑件
1100‧‧‧發光單元
1110‧‧‧殼體
1120‧‧‧連接端子
1130‧‧‧發光模組部
1132、1240‧‧‧板體
1200‧‧‧背光單元
1210‧‧‧導光板
1240‧‧‧發光模組部
1220‧‧‧反射元件
1230‧‧‧底蓋
1240‧‧‧發光模組部
A‧‧‧部份
D‧‧‧晶體缺陷
P‧‧‧取光圖案
V‧‧‧凹陷
a‧‧‧突出結構
b‧‧‧平坦區域
d‧‧‧距離
t‧‧‧厚度
‧‧‧電子
圖1為根據第一實施例繪示一發光裝置的剖視圖。
圖2A繪示模態指數和電子注入層厚度(t)之間的關係圖形。
圖2B繪示在一發光裝置中，逆向崩潰電壓Vr和可靠度增強層和主動層之間距離的關係圖形。
圖3至圖9為根據第一實施例用來解釋一發光裝置之製造方法的剖視圖。
圖10繪示根據一第二實施例之一發光裝置的剖視圖。
圖11為第二實施例之發光裝置的部份放大圖。
圖12至圖18為根據一實施例用來解釋一發光裝置之製造方法的剖視圖。
圖19為根據一實施例繪示一發光裝置封裝件的剖視圖。
圖20為根據一實施例繪示一發光單元的示意圖。
圖21為根據一實施例繪示一背光單元的示意圖。
100‧‧‧發光裝置
110‧‧‧發光結構
111‧‧‧第一導電型第一半導體層
112a‧‧‧第二導電型第二半導體層
112b‧‧‧第二導電型第三半導體層
115‧‧‧主動層
120‧‧‧第二電極層
122‧‧‧歐姆層
124‧‧‧反射層
126‧‧‧接合層
128‧‧‧第二基板
131‧‧‧電流擴散層
132‧‧‧應力控制層
133‧‧‧電子區塊層
135‧‧‧可靠度增強層
140‧‧‧焊墊電極
P‧‧‧取光圖案
d‧‧‧距離
t‧‧‧厚度
Claims (15)
- 一種發光裝置包含：一第一導電型第一半導體層；一主動層在該第一導電型第一半導體層上；一第二導電型第二半導體層在該主動層上；一可靠度增強層在該第二導電型第二半導體層上；以及一第二導電型第三半導體層在該可靠度增強層上且包含一取光圖案，其中該可靠度增強層和該主動層以0.3μm至5μm的距離彼此間隔。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該可靠度增強層具有5nm至200nm的厚度。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該可靠度增強層包含InxAlyGa(1-x-y)N其中0x1且0<y1。
- 如申請專利範圍第3項所述之發光裝置，其中該第二導電型第三半導體層包含具有InpAlqGa1-p-qN其中0p1，0q1，且0p+q1之合成物化學式的一半導體材料，其中該可靠度增強層的一鋁合成物(y)係大於第二導電型第三半導體層的一鋁合成物(q)。
- 如申請專利範圍第4項所述之發光裝置，其中該可靠度增強層的該鋁合成物(y)滿足下列化學式：q+0.05yq+0.5其中0q0.5。
- 如申請專利範圍第3項所述之發光裝置，其中如果該第二導電型第三半導體層包含具有InpAlqGa1-p-qN其中0p1，0q1，且0p+q1之合成物化學式的一半導體材料，該可靠度增強層的一銦合成物係小於該第二導電型第三半導體層的銦合成物。
- 如申請專利範圍第1項至第6項所述之發光裝置，其中該可靠度增強層具有一能帶間隙大於該第二導電型第三半導體層的能帶間隙。
- 如申請專利範圍第1項至第6項所述之發光裝置，其中該可靠度增強層包含具有不同的能帶間隙的第一和第二可靠度增強層。
- 如申請專利範圍第8項所述之發光裝置，其中該可靠度增強層具有朝向該主動層逐漸減少的一鋁合成物或能帶間隙。
- 如申請專利範圍第8項所述之發光裝置，其中該可靠度增強層具有朝向該主動層逐漸增加的一銦合成物。
- 如申請專利範圍第8項所述之發光裝置，其中該可靠度增強層具有一超晶格結構藉由交替堆疊具有不同能帶間隙的第一和第二可靠度增強層而形成。
- 如申請專利範圍第1項至第6項所述之發光裝置，其中該可靠度增強層包含一突出結構在該第二導電型第二半導體層上。
- 如申請專利範圍第12項所述之發光裝置，其中該可靠度增強層在一晶體缺陷周圍之區域較其它區域厚。
- 如申請專利範圍第13項所述之發光裝置，其中該可靠度增強層的該突出結構位在該晶體缺陷周圍之該區域。
- 如申請專利範圍第1項至第6項所述之發光裝置，其中該可靠度增強層的電阻大於該第二導電型第三半導體層的電阻。
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