TW201709561A - 發光裝置 - Google Patents
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Abstract
一種發光裝置，其包含: 一基板，其具有一第一折射率； 一中間層，形成在基板上且具有一第二折射率； 一透明連結層； 一第一半導體窗戶層，其具有一第三折射率以及一側壁，第一半導體窗戶層藉由透明連結層與中間層連結； 一發光疊層，形成於第一半導體窗戶層上的一相對於基板的一表面上；及 一第一電極形成在第一半導體窗戶層的一凹槽部分上，且於發光裝置的一剖面圖中，第一電極包含兩部分，且發光疊層是設置在第一電極的兩部分之間； 其中，中間層具有一折射率介於基板與第一半導體窗戶層之折射率之間。
Description
本發明係關於一種發光裝置，更具體而言，係關於一種具有一中間層其折射率介於一基板與一半導體窗戶層之折射率間的發光裝置。
固態發光元件中之發光二極體元件(Light Emitting Diode； LED)具有低耗電量、低發熱量、操作壽命長、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、儀表之指示燈及光電產品等領域。
近年來，正發展一種具有覆晶晶粒封裝結構之發光裝置，且覆晶晶粒封裝結構係使得光發射朝向基板方向。然而，如何改善發光裝置的發光效率仍是一個重要的議題。
一種發光裝置，其包含: 一基板，其具有一第一折射率； 一中間層，形成在基板上且具有一第二折射率； 一透明連結層； 一第一半導體窗戶層，其具有一第三折射率以及一側壁，第一半導體窗戶層藉由透明連結層與中間層連結； 一發光疊層，形成於第一半導體窗戶層上的一相對於基板的一表面上；及 一第一電極形成在第一半導體窗戶層的一凹槽部分上，且於發光裝置的一剖面圖中，第一電極包含兩部分，且發光疊層是設置在第一電極的兩部分之間； 其中，中間層具有一折射率介於基板與第一半導體窗戶層之折射率之間。
以下實施例將伴隨著圖式說明本發明之概念，在圖式或說明中，相似或相同之部分係使用相同之標號，並且在圖式中，元件之形狀或厚度可擴大或縮小。需特別注意的是，圖中未繪示或描述之元件，可以是熟習此技藝之人士所知之形式。
第1圖揭露本發明第一實施例之一發光裝置100之示意圖。發光裝置100包含一永久基板10、一形成於永久基板10上之中間層11、一透明連結層15、一第一半導體窗戶層13、一形成於第一半導體窗戶層13上之發光疊層12及一第二半導體窗戶層14。第一半導體窗戶層13藉由透明連結層15與中間層11連結。第二半導體窗戶層14相對於第一半導體窗戶層13形成於發光疊層12上。在本實施例中，中間層11具有一折射率介於永久基板10與第一半導體窗戶層13之折射率之間。舉例來說，永久基板10為一藍寶石基板(sapphire)，其折射率為1.7；中間層11包含氮化鎵(GaN)或鑽石，其折射率為2.4；及第一半導體窗戶層13為磷化鎵(GaP)，其折射率為3.37。因為折射率係由第一半導體窗戶層13往永久基板10的方向漸減，因此可減少產生於發光裝置100內的全反射。在一實施例中，永久基板10的折射率介於2.4-3.4，中間層11的折射率介於1.7-3.4，第一半導體窗戶層13的折射率介於1.4-1.7。此外，永久基板10為一圖案化基板，以改善發光疊層12的出光效率。選擇性地，永久基板10可具有一平坦表面。在一實施例中，當永久基板10具有一平坦表面時，中間層11可包含複數個孔洞以形成一多孔性結構(圖未示)並用以散射光。可藉由乾式蝕刻，例如電感偶合式電漿(ICP)；或濕式蝕刻，例如使用氫化鉀、草酸、硫酸、磷酸或及其組合而形成孔洞。
參照第1圖，第一半導體窗戶層13包含一凹槽部分131及一平坦表面132。發光疊層12形成於平坦表面132上。發光裝置100更包含複數個形成於第二半導體窗戶層14上之圖案化接觸點171用以擴散電流。再者，發光裝置100更包含一鏡層18。在本實施例中，鏡層18包含一絕緣層181，及形成於部分絕緣層181上之一反射層182。絕緣層181係用以防止不必要的電流路徑。反射層182係用以反射光使其朝向第一半導體窗戶層13。絕緣層181覆蓋第一半導體窗戶層13的側表面及凹槽部分131，且進一步覆蓋發光疊層12和第二半導體窗戶層14的側壁。再者，絕緣層181也形成於第二半導體窗戶層14上，但未形成在接觸點171上。發光裝置100更包含一第一電極16，係形成於第一半導體窗戶層13之凹槽部分131；以及一第二電極17，係形成於圖案化接觸點171及部分之絕緣層181上以與發光疊層形成電性連接12而使之發光。一間隙19形成於反射層182和第二電極17之間。絕緣層181包含氧化物，例如: SiO2、Ta2O5、TiO2,、Al2O3；氮化物，例如: Si3N4、AlN；或聚合物(polymer)。反射層182包含金屬，例如:鋁、銀、金、或銅。選擇性地，絕緣層181和反射層182皆可包含一多層結構。另，鏡層18可僅包含具有一多層結構之絕緣層181，多層結構例如為分佈式布拉格反射鏡(distributed Bragg reflectors，(DBR))。
在本實施例中，第一半導體窗戶層13的厚度大於第二半導體窗戶層14的厚度。第一半導體窗戶層13的厚度的越厚，光越容易脫離發光裝置100。在一實施例中，第一半導體窗戶層13的厚度介於1.2μm ~10μm之間。第二半導體窗戶層14的厚度介於0.1μm ~5μm之間。
在本實施例中，發光疊層12包含一p型半導體層121、一活性層122、及一n型半導體層123。p型半導體層121、一活性層122、及一n型半導體層123皆包含III-V族半導體化合物，例如:氮化鎵系(GaN-based)的材料或磷化鎵系(GaP-based)的材料。永久基板10為透明，包含玻璃、藍寶石、或石英。透明連結層15包含氧化銦錫(ITO)、苯環丁烯(BCB)、環氧樹脂(Epoxy)、聚二甲基矽氧烷(PDMS)、矽膠(SiOx)、氧化鋁(Al2O3)、二氧化鈦(TiO2)、氮化矽(SiNx)、及其組合。透明連結層15可包含一多層結構且具有一介於10nm ~5μm的厚度。
需注意的是，中間層11可藉由直接接合方式而連結至第一半導體窗戶層13上且不需透明連結層15。直接接合方式係在200-500℃的溫度及壓力小於1 mtorr的條件下操作。在直接接合的過程中，一複合式材料可形成於中間層11及第一半導體窗戶層13的界面間。
第2A至第2D圖揭露本發明第二實施例之一發光裝置200。第二實施例之發光裝置200與第一實施例之發光裝置100具有相似的結構，除了鏡層18更包含一層183形成於第二半導體窗戶層14及接觸點171上。第二電極17形成於層183上。因為接觸點171係與第二半導體窗戶層14歐姆接觸，當一電壓注入第二電極17時，大部分的電流會流經接觸點171至第二半導體窗戶層14以達到電流分散的效果。絕緣層181及反射層182僅形成於發光疊層12及第一和第二半導體窗戶層13、14的側壁上。接觸點171包含金屬，例如: 銅、鋁、銦、錫、金、鉑、鋅、銀、鈦、鎳、鉛、鈀、鍺、鉻、鎘、鈷、錳、銻、鉍、鎵、 铊、釙、銥、錸、鋨、銠、鎢、鋰、鈉、鉀、鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鋯、鉬、鑭、鍺-金、鈹-金、鉻-金、銀-鈦、銅-錫, 銅-鋅銅-鎘、錫-鉛-錫、錫-鉛-鋅、鎳-錫、鎳-鈷或金之合金。
參照第2A圖，層183為金屬，包含金、鎳、銅、銀、或鋁。參照第2B-2D圖，層183可為一全方位反射镜(omni-directional reflector (ODR))結構，且包含一第一層1831和一第二層1832。參照第2B圖，第一層1831形成於第二半導體窗戶層14及接觸點171上，且第一層1831為氧化銦錫(ITO)。第二層1832為銀且形成於第一層1831上。選擇性地，第一層1831可直接形成於第二半導體窗戶層14上而無接觸點171形成於其間，且第一層1831與第二半導體窗戶層14形成歐姆接觸。參照第2C圖，第一層1831形成於第二半導體窗戶層14及部分接觸點171上，其中第一層1831的材料為二氧化矽。第二層1832包含銀、鋁、或銅，且第二層1832形成於第一層1831(二氧化矽)上及形成在未被二氧化矽覆蓋之接觸點171上；第二層1832透過接觸點171以與第二半導體窗戶層14形成電連接。參照第2D圖，二氧化矽之第一層1831形成於第二半導體窗戶層14上且與接觸點171共平面。第二層1832形成於二氧化矽層1831與接觸點171上。
第3圖揭露本發明第三實施例之一發光裝置300。第三實施例之發光裝置300與第一實施例之發光裝置100具有相似的結構，除了第一半導體窗戶層13具有一面朝向永久基板10之散射表面134，用以散射來自於發光疊層12的光。永久基板10具有一平坦表面。藉由表面結構化(surface texturing)或摻雜(doping)來形成散射表面；而表面結構化可藉由蝕刻來進行。
第4圖揭露本發明第四實施例之一發光裝置400。第四實施例之發光裝置400與第一實施例之發光裝置100具有相似的結構，除了發光裝置400更包含複數個形成於透明連結層15與第一半導體窗戶層13之間的歐姆接觸部161，其用來均勻地分散電流。再者，第一電極16具有一延伸穿過第一半導體窗戶層13的延伸電極162(finger electrode)，以與歐姆接觸部161其中之一形成電連接。在本實施例中，歐姆接觸部161彼此之間是分開的，及透明連結層15包含一透明導電層151，例如:氧化銦錫(ITO)，覆蓋歐姆接觸部161以在其間形成電連接。透明連結層15更包含一透明層152。透明層152包含氧化銦錫(ITO)、二氧化矽(SiO2)、或氧化鋁(Al2O3)。歐姆接觸部161包含金屬，例如:鍺、金、鎳、銅、或及其組合。
第5圖揭露本發明第五實施例之一發光裝置500。第五實施例之發光裝置500與第一實施例之發光裝置100具有相似的結構，除了絕緣層181包含複數個分散於其中的粒子1811，用以提供一弧度表面，藉此可在弧度表面處造成光折射以改變光角度。每一粒子1811具有一介於0.3μm~5μm的直徑。粒子1811包含玻璃、聚合物、或陶瓷材料。透明連結層15也可包含粒子1811以散射光。藉由一塗佈方法(spin-on)、一壓印方法(printing)或一浸透方法(dipping)使粒子1811形成於絕緣層181內。
第6圖揭露本發明第六實施例之一發光裝置600。第六實施例之發光裝置600與第一實施例之發光裝置100具有相似的結構，除了第一半導體窗戶層13具有一比透明連結層15較小的面積。因此，當藉由雷射來分離複數個發光二極體成為單一晶片時，不會在第一半導體窗戶層13上形成副產物，進而提升發光效率。
第7A-7G圖揭露本發明第一實施例之發光裝置100的製造方法。參照第7A圖，磷化鋁鎵銦(AlGaInP)之第二半導體窗戶層14及發光疊層12依序地成長在一成長基板90上。發光疊層12依序包含n型半導體層123、活性層122、及p型半導體層121。接著，磷化鎵(GaP)之第一半導體窗戶層13形成於p型半導體層121上，且透明連結層15形成於第一半導體窗戶層13上。透明連結層15為一二氧化矽(SiO2)/氧化鋁(Al2O3)之雙層結構。成長基板90包含藍寶石、碳化矽、氮化鎵、砷化鎵、及其組合。
參照第7B圖，提供一永久基板10且於其上成長氮化鎵(GaN)之中間層。在成長中間層11之前，蝕刻永久基板10以成為一圖案化基板。
參照第7C圖，透過透明連結層15連結中間層11至第一半導體窗戶層13上。
參照第7D圖，在移除成長基板90後，移除部分的n型半導體層123、活性層122、p型半導體層121、及第二半導體窗戶層14以曝露第一半導體窗戶層13。進一步，移除部分的第一半導體窗戶層13以形成一凹槽部分131及一平坦表面132。發光疊層12及第二半導體窗戶層14形成在平坦表面132上。
參照第7E圖，複數個圖案化接觸點171形成在第二半導體窗戶層14上。接著，形成絕緣層181以覆蓋發光疊層12及第一半導體窗戶層13的側表面，且進一步覆蓋第一半導體窗戶層13之凹槽部分131以及第二半導體窗戶層14，但未覆蓋接觸點171。反射層182形成在部分的絕緣層181上。
參照第7F圖，移除形成在第一半導體窗戶層13之凹槽部分131的部分之絕緣層181及反射層182以曝露部分之第一半導體窗戶層13。第一電極16形成在曝露的第一半導體窗戶層13上，且第二電極17形成在接觸點171以及部分之絕緣層181上。
本發明所列舉之各實施例僅用以說明本發明，並非用以限制本發明之範圍。任何人對本發明所作之任何顯而易知之修飾或變更皆不脫離本發明之精神與範圍。
100、200、300、400、500、600‧‧‧發光裝置
10‧‧‧永久基板
11‧‧‧中間層
12‧‧‧發光疊層
121‧‧‧p型半導體層
122‧‧‧活性層
123‧‧‧n型半導體層
13‧‧‧第一半導體窗戶層
131‧‧‧凹槽部分
132‧‧‧平坦表面
134‧‧‧散射表面
14‧‧‧第二半導體窗戶層
15‧‧‧透明連結層
151‧‧‧透明導電層
152‧‧‧透明層
16‧‧‧第一電極
161‧‧‧歐姆接觸部
162‧‧‧延伸電極
17‧‧‧第二電極
171‧‧‧接觸點
18‧‧‧鏡層
181‧‧‧絕緣層
1811‧‧‧粒子
182‧‧‧反射層
183‧‧‧層
1831‧‧‧第一層
1832‧‧‧第二層
19‧‧‧間隙
10‧‧‧永久基板
11‧‧‧中間層
12‧‧‧發光疊層
121‧‧‧p型半導體層
122‧‧‧活性層
123‧‧‧n型半導體層
13‧‧‧第一半導體窗戶層
131‧‧‧凹槽部分
132‧‧‧平坦表面
134‧‧‧散射表面
14‧‧‧第二半導體窗戶層
15‧‧‧透明連結層
151‧‧‧透明導電層
152‧‧‧透明層
16‧‧‧第一電極
161‧‧‧歐姆接觸部
162‧‧‧延伸電極
17‧‧‧第二電極
171‧‧‧接觸點
18‧‧‧鏡層
181‧‧‧絕緣層
1811‧‧‧粒子
182‧‧‧反射層
183‧‧‧層
1831‧‧‧第一層
1832‧‧‧第二層
19‧‧‧間隙
第1圖為本發明第一實施例之一發光裝置之一剖面圖。
第2A-2D圖為本發明第二實施例之一發光裝置之一剖面圖。
第3圖為本發明第三實施例之一發光裝置之一剖面圖。
第4圖為本發明第四實施例之一發光裝置之一剖面圖。
第5圖為本發明第五實施例之一發光裝置之一剖面圖。
第6圖為本發明第六實施例之一發光裝置之一剖面圖。
第7A-7F圖為本發明第一實施例之發光裝置的製造方法之剖面圖。
無。
100‧‧‧發光裝置
10‧‧‧永久基板
11‧‧‧中間層
12‧‧‧發光疊層
121‧‧‧p型半導體層
122‧‧‧活性層
123‧‧‧n型半導體層
13‧‧‧第一半導體窗戶層
131‧‧‧凹槽部分
132‧‧‧平坦表面
14‧‧‧第二半導體窗戶層
15‧‧‧透明連結層
16‧‧‧第一電極
17‧‧‧第二電極
171‧‧‧接觸點
18‧‧‧鏡層
181‧‧‧絕緣層
182‧‧‧反射層
19‧‧‧間隙
Claims (10)
- 一種發光裝置，包含: 一基板，其具有一第一折射率； 一中間層，形成在該基板上且具有一第二折射率； 一透明連結層； 一第一半導體窗戶層，其具有一第三折射率以及一側壁，該第一半導體窗戶層藉由該透明連結層與該中間層連結； 一發光疊層，形成於該第一半導體窗戶層上的一相對於該基板的一表面上；及 一第一電極形成在第一半導體窗戶層的一凹槽部分上，且於該發光裝置的一剖面圖中，該第一電極包含兩部分，且該發光疊層是設置在該第一電極的該兩部分之間； 其中，該中間層具有一折射率介於該基板與該第一半導體窗戶層之折射率之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，該中間層包含氮化鎵。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，更包含一第二半導體窗戶層，相對於該第一半導體窗戶層形成於該發光疊層上，其中，該第一半導體窗戶層的厚度大於該第二半導體窗戶層的厚度。
- 如申請專利範圍第3項所述之發光裝置，更包含一第二電極以及複數個接觸點，該第二電極形成於該第二半導體窗戶層上，該等接觸點形成於該第二電極與該第二半導體窗戶層之間。
- 如申請專利範圍第4項所述之發光裝置，更包含一絕緣層覆蓋該發光疊層及該第一半導體窗戶層。
- 如申請專利範圍第5項所述之發光裝置，其中該絕緣層包含複數個分散於其中的粒子。
- 如申請專利範圍第5項所述之發光裝置，其中該絕緣層的一上表面以及其中一該等複數個接觸點的一上表面實質上是共平面的。
- 如申請專利範圍第5項所述之發光裝置，更包含一反射層，該反射層形成在該絕緣層上。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該基板為一圖案化基板。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該第一半導體窗戶層包含磷化鎵。
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