TW201711228A - 發光裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明之實施形態提供一種可抑制光量之偏聚之發光裝置。 實施形態之發光裝置具備：基板，其可透過光；導電層，其具有設置於基板之上之第1導電部分、及以與第1導電部分相鄰之方式設置於基板之上且較第1導電部分薄的第2導電部分；發光層，其設置於第1導電部分之上；第1電極，其設置於第2導電部分之上；以及第2電極，其設置於發光層之上。

Description

發光裝置
[相關申請案]
本申請案享有以日本專利申請案2015-178373號(申請日：2015年9月10日)為基礎申請案之優先權。本申請案係藉由參照該基礎申請案而包含基礎申請案之全部內容。
本發明之實施形態係關於一種發光裝置。
作為發光裝置之一例，已知有背面光出射型發光二極體。於背面光出射型發光二極體中，陽極電極或陰極電極之一者與發光層設置於可透過光之基板之正面，且陽極電極或陰極電極之另一者設置於該發光層之上。使用發光層之光中自基板之背面出射之光。
於背面光出射型發光二極體中，一般而言基板成為電流路徑。因此，存在基板之載子濃度對電氣特性造成影響之情形。為了抑制該影響，考慮到於基板之正面形成成為電流路徑之導電層之方法。然而，該方法可能會產生以下問題。
自基板之背面出射之光中存在出射區域互不相同之兩種光。其中之一種光係將發光層之下側作為出射區域之直接光。另一種光係將設置於基板上之電極之下側作為出射區域之間接光。該間接光係於基板之背面反射後進而於設置於基板上之電極反射之光。再者，間接光中亦包含向發光層之上側出射並於設置於該發光層之上之電極反射，且透過發光層並再次將發光層之下側作為出射區域之其他間接光。
於形成有上述導電層之情形時，於基板之背面反射之光於設置於基板上之電極反射時，光之一部分會被導電層吸收。因此，該間接光之光量與直接光之光量相比較大地降低。其結果，可能會產生光量較大之光偏聚於發光層之下側，且光量較小之光偏聚於設置於基板上之電極之下側之問題。
本發明之實施形態提供一種可抑制光量之偏聚之發光裝置。
根據實施形態，提供一種發光裝置，其具備：基板，其可透過光；導電層，其具有設置於上述基板之上之第1導電部分、及以與上述第1導電部分相鄰之方式設置於上述基板之上且較上述第1導電部分薄的第2導電部分；發光層，其設置於上述第1導電部分之上；第1電極，其設置於上述第2導電部分之上；以及第2電極，其設置於上述發光層之上。
1~3、1a~3c‧‧‧發光裝置
10‧‧‧基板
10a‧‧‧第1面
10b‧‧‧第2面
10b1‧‧‧區域
10b2‧‧‧區域
11‧‧‧第1導電部分
12‧‧‧第2導電部分
13‧‧‧發光層
13a‧‧‧第1包覆層
13b‧‧‧活性層
13c‧‧‧第2包覆層
14‧‧‧第1電極
15‧‧‧電流擴散層
15a‧‧‧電流擴散層
16‧‧‧第2電極
17‧‧‧樹脂構件
20‧‧‧導電層
30‧‧‧UDO
L1‧‧‧直線
L2‧‧‧虛線
P1‧‧‧第1光
P2‧‧‧第2光
P3‧‧‧第3光
R1‧‧‧區域
R2‧‧‧區域
t1‧‧‧厚度
t2‧‧‧厚度
VF‧‧‧順向電壓
圖1(a)係表示第1實施形態之發光裝置之概略構成之俯視圖，(b)係沿(a)所示之切斷線A-A之剖視圖。
圖2係表示基板之載子濃度與發光裝置之電氣特性之關係之曲線圖。
圖3係表示第1實施形態之變化例之發光裝置之概略構成之剖視圖。
圖4(a)係表示第2實施形態之發光裝置之概略構成之剖視圖，(b)係(a)所示之區域R1之放大圖。
圖5係表示於活性層之外周面形成凹部之前之狀態之剖視圖。
圖6係表示於活性層之外周面形成凹部之後之狀態之剖視圖。
圖7(a)係表示第2實施形態之變化例之發光裝置之概略構成之剖視圖，(b)係(a)所示之區域R2之放大圖。
圖8係表示第2實施形態之另一變化例之發光裝置之概略構成之剖視圖。
圖9(a)係表示第3實施形態之發光裝置之概略構成之俯視圖，(b)係沿(a)所示之切斷線A-A之剖視圖。
圖10係表示第3實施形態之變化例之發光裝置之概略構成之剖視圖。
圖11係表示第3實施形態之另一變化例之發光裝置之概略構成之剖視圖。
圖12係表示第3實施形態之又一變化例之發光裝置之概略構成之剖視圖。
以下，參照附圖對將本發明應用於背面光出射型發光二極體之實施形態進行說明。本實施形態並非限定本發明。
(第1實施形態)
圖1(a)係表示第1實施形態之發光裝置之概略構成之俯視圖，圖1(b)係沿圖1(a)所示之切斷線A-A之剖視圖。如圖1(a)及圖1(b)所示，本實施形態之發光裝置1具備基板10、導電層20、發光層13、第1電極14、電流擴散層15、及第2電極16。
基板10係由GaP(磷化鎵)基板等可透過光之基板構成。基板10具有第1面10a及與第1面10a對向之第2面10b。於第1面10a設置有導電層20。第2面10b係光之出射面。再者，基板10並不限定於導電性基板，亦可為藍寶石基板等絕緣基板。
導電層20具有第1導電部分11與第2導電部分12。第1導電部分11及第2導電部分12為磊晶生長層，且設置於基板10之上且相互相鄰。 又，如圖1(b)所示，第2導電部分12之厚度t2薄於第1導電部分11之厚度t1。於本實施形態中，第1導電部分11與第2導電部分12為分體，但第1導電部分11與第2導電部分12亦可成為一體而構成導電層20。又，該導電層可為ITO等導電性半導體層或薄膜之金屬膜，進而亦可為其等之組合。
發光層13設置於第1導電部分11之上。於本實施形態中，發光層13具有P型或N型之第1包覆層13a、活性層13b、及N型或P型之第2包覆層13c。第1包覆層13a設置於第1導電部分11之上。活性層13b設置於第1包覆層13a之上。第2包覆層13c設置於活性層13b之上。即，活性層13b隔於第1包覆層13a與第2包覆層13c之間。
第1包覆層13a與第2包覆層13c包含帶隙較活性層13b寬之材料，例如InGaAlP(銦鎵鋁磷)或GaAlAs(砷化鎵鋁)。
活性層13b係InGaAs(砷化銦鎵)、GaAlAs或GaAs(砷化鎵)等半導體層。若自第1包覆層13a將電洞或電子注入至活性層13b，並且自第2包覆層13c將電子或電洞作為載子注入至活性層13b，則活性層13b發出紅外光。但是，發光層13之光並不限定於紅外光，亦可為其他波段之光。
第1電極14設置於第2導電部分12之上。於本實施形態中，第1電極14為陽極電極。
電流擴散層15設置於發光層13之上。電流擴散層15例如包含InAlGaP或AlGaAs等。藉由該電流擴散層15而將電流均勻地供給至整個發光層13。
又，於電流擴散層15與第2電極16之間，為了良好地進行歐姆接合而插入有包含GaAs等之較薄之接觸層(未圖示)、或能取得直接接觸之材料(AlGaAs、GaP等)(未圖示)。
第2電極16設置於電流擴散層15之上。於本實施形態中，第2電 極16為陰極電極。但是，於導電層20之極性(P型與N型)相反之情形時，第1電極14相當於陰極電極，第2電極16相當於陽極電極。
再者，第2電極16亦可不隔著電流擴散層15而設置於發光層13之上表面。即，於本說明書中，所謂「設置於發光層13之上之第2電極16」，包含第2電極16隔著電流擴散層15而間接地設置於發光層13之上之形態，及第2電極15直接設置於發光層13之上之形態。
又，於發光裝置1與例如受光元件一同用於光電耦合器之情形時，於第1電極14及第2電極16之各者接合有接合線(未圖示)。又，發光裝置1被樹脂構件(未圖示)覆蓋。
於以上述方式構成之發光裝置1中，當電流流過第1電極14與第2電極16之間時，發光層13發光，且第1光P1與第2光P2自基板10之第2面10b出射。第1光P1係朝向發光層13之下側出射之直接光。第2光P2係於第2面10b暫時反射並於第1電極14進而反射後朝向第1電極14之下側出射之間接光。
根據以上說明之本實施形態，於基板10之上設置有第2導電部分12。此處，參照圖2對藉由第2導電部分12所帶來之效果進行說明。
圖2係表示基板之載子濃度與發光裝置之電氣特性之關係之曲線圖。於圖2中，橫軸表示基板10之載子濃度。縱軸表示作為發光裝置1之電氣特性之一之順向電壓VF。又，直線L1表示本實施形態之發光裝置1之特性。虛線L2表示比較例之發光裝置之特性。
於比較例之發光裝置中並未設置第2導電部分12。即，於比較例之發光裝置中，第1電極14與基板10接觸，因此基板10成為電流路徑。因此，如圖2之虛線L2所示，於該發光裝置中，順向電壓VF容易受基板10之載子濃度之影響。
另一方面，根據本實施形態之發光裝置1，於基板10之上設置有第2導電部分12，且於第2導電部分12之上設置有第1電極14。由此， 第2導電部分12與第1導電部分11成為電流路徑。因此，如圖2之虛線L1所示，於本實施形態之發光裝置1中，順向電壓VF不易受基板10之載子濃度之影響。再者，於本實施形態中，理想的是基板10與導電層20之載子濃度具有濃度差，且後者高於前者。又，理想的是該高濃度區域位於導電層20之基板側。進而，該高濃度區域之載子濃度為1E18/cm3以上，更佳為3E18/cm3。
進而，如圖1(b)所示，根據本實施形態之發光裝置1，第2導電部分12之厚度t2薄於第1導電部分11之厚度t1。因此，第2導電部分12之光吸收率亦小於第1導電部分11之光吸收率。由此，當於第2面10b反射之光於第1電極14進而反射時，與第1導電部分11相比，光之吸收量減少。其結果，第1光P之光量與第2光P2之光量之差縮小。即，朝向發光層13之下側出射之光之光量與朝向第1電極14之下側出射之光之光量之差縮小。因此，可抑制光量之偏聚。
再者，於本實施形態之發光裝置1用於例如光電耦合器之情形時，基板元件10之底面藉由安裝材料(未圖示)而接合於受光元件。於此情形時，為了抑制第1光P1與第2光P2之光量之偏聚，理想的是基板10與安裝材料之折射率差較大，換言之，理想的是將基板10與反射率較高(全反射角較大)之安裝材料組合。具體而言，較佳為與折射率3以上之基板(GaP等)或包含ZnO等折射率2以上之材料之基板10之折射率差為0.5以上之安裝材料。作為此種安裝材料，可列舉包含環氧樹脂或矽樹脂等之低折射率之材料。
(變化例1)
以下，參照圖3對第1實施形態之變化例進行說明。圖3係表示第1實施形態之變化例之發光裝置之概略構成之剖視圖。
如圖3所示，於本變化例之發光裝置1a中，基板10之第2面10b成為實施了凹凸加工之質地結構。因此，可使自第2面10b出射之光擴散 至更廣範圍。
再者，於本變化例中，於第2面10b中，區域10b1之表面粗糙度可大於區域10b2之表面粗糙度。此處，區域10b1係與第1導電部分11對應之區域，區域10b2係與第2導電部分12對應之區域。又，各區域之表面粗糙度例如可由每單位面積之凹凸之高低差之平均值規定。
於本變化例之發光裝置1a中，第1光P1與第2光P2亦係自基板10之第2面10b出射。然而，第2光P2於第2面10b與第1電極14反射。因此，第2光P2之光學損失大於第1光P1之光學損失。
因此，若如本變化例般區域10b1之表面粗糙度大於區域10b2之表面粗糙度，則於第2面10b反射之光增加，結果第2光P2之光量增加。由此，第1光P1之光量與第2光P2之光量之差進一步縮小，因此可自基板10之第2面10b出射更均勻之光。
(第2實施形態)
關於第2實施形態，以與第1實施形態不同之點為中心進行說明。圖4(a)係表示第2實施形態之發光裝置之概略構成之剖視圖，圖4(b)係圖4(a)所示之區域R1之放大圖。以下，對與上述第1實施形態相同之構成要素標註相同之符號，並省略詳細之說明。
如圖4(a)及圖4(b)所示，本實施形態之發光裝置2與第1實施形態之發光裝置1不同之點係，活性層13b之外周面相對於第1包覆層13a之外周面及第2包覆層13c之外周面而向內側凹陷。以下，參照圖5及圖6對於活性層13b之外周面形成凹部之步驟簡單地進行說明。
圖5係表示於活性層13b之外周面形成凹部之前之狀態之剖視圖。又，圖6係表示於活性層13b之外周面形成凹部之後之狀態之剖視圖。如圖5所示，第2包覆層13c之上表面被包含未添加雜質之氧化物之UDO(Un Doped Oxide，非摻雜氧化物)30覆蓋。於該狀態下實施RIE(Reactive Ion Etching，反應性離子蝕刻)，其後將UDO30去除。此 時，活性層13b之蝕刻速率與第1包覆層13a及第2包覆層13c之蝕刻速率不同。其結果，如圖6所示，於活性層13b之外周面形成有凹部。又，其後，於將UDO30去除且為了取得接觸而將導電層20之一部分及發光層13之一部分去除時，亦能以不僅於活性層13b之外周面，亦於第1包覆層13a之外周面及第2包覆層13c之外周面形成凹部之方式，對蝕刻量、時間及各自之材料(選擇Al之組成較接觸層多之包覆層或活性層)進行調整。
再者，於活性層13b之外周面形成凹部之後，於第2導電部分12之上形成第1電極14。其後，於已將UDO30去除之第2包覆層13c之上表面形成第2電極16。
根據以上說明之本實施形態，與第1實施形態同樣地，第2導電部分12之厚度t2薄於第1導電部分11之厚度t1。因此，於第2面10b反射之反射光於第1電極14進而反射時，光之吸收量減少。其結果，第1光P之光量與第2光P2之光量之差縮小，因此可抑制自基板10出射之光之光量之偏聚。
進而，於本實施形態中，被樹脂構件17覆蓋之活性層13b之外周面相對於第1包覆層13a之外周面及第2包覆層13c之外周面而向內側凹陷。因此，藉由樹脂構件17進入至該凹部中之錨固效應而使樹脂構件17與發光層13之接著力提高。因此，可提高發光裝置2之可靠性。
(變化例2)
以下，參照圖7對第2實施形態之變化例進行說明。圖7(a)係表示第2實施形態之變化例之發光裝置之概略構成之剖視圖，圖7(b)係圖7(a)所示之區域R2之放大圖。
如圖7(a)及圖7(b)所示，於本變化例之發光裝置2a中，第1包覆層13a之外周面相對於第1導電部分11之外周面而向內側凹陷，且第2包覆層13c之外周面相對於電流擴散層15之外周面而向內側凹陷。以 下，對使第1包覆層13a之外周面與第2包覆層13c之外周面凹陷之步驟簡單地進行說明。
於本變化例中，與上述第2實施形態同樣地，亦係於第2包覆層13c之上表面由UDO30覆蓋之狀態下實施RIE。其後，於去除UDO30並且為了取得接觸而將導電層20之一部分及發光層13之一部分去除時，以不僅係活性層13b之外周面，亦可於第1包覆層13a之外周面及第2包覆層13c之外周面形成凹部之方式對蝕刻量、時間及各自之材料進行調整。
根據本變化例，於發光層13之外周面凹凸之數量增加，因此樹脂構件17與發光層13之接著力得到強化。因此，可進一步提高發光裝置2之可靠性。
又，如圖4(b)或圖7(b)所示，於活性層13b、第1包覆層13a及第2包覆層13c上，以各自之外周部比第2電極16之外周部更靠外側之方式形成凹部。即，於以圖4(b)或圖7所示之截面觀察之情形時，發光層13之寬度寬於第2電極16之寬度。由此，利用剝離形成電極時之製程穩定，從而良率穩定。
(變化例3)
以下，參照圖8對第2實施形態之另一變化例進行說明。圖7(a)係表示第2實施形態之另一變化例之發光裝置之概略構成之剖視圖。
如圖8所示，於本變化例之發光裝置2b中，與圖3所示之發光裝置1a同樣地，基板10之第2面10b成為實施了凹凸加工之質地結構。因此，根據本變化例，除可提高發光裝置2之可靠性以外，亦可使自第2面10b出射之光擴散至更寬之範圍。
(第3實施形態)
關於第3實施形態，以與第1實施形態不同之點為中心進行說明。圖9(a)係表示第3實施形態之發光裝置之概略構成之俯視圖，圖 9(b)係沿圖9(a)所示之切斷線A-A之剖視圖。以下，對與上述第1實施形態相同之構成要素標註相同之符號，並省略詳細之說明。
如圖9(a)所示，本實施形態之發光裝置3與第1實施形態之發光裝置1不同的是第2電極16之平面面積與發光層13之平面面積同等。
如圖9(b)所示，發光層13之光不僅包含如第1光P1與第2光P2般朝向發光層13之下側出射之光，亦包含如第3光P3般朝向發光層13之上側出射之光。例如，於發光裝置3與受光元件一併使用於光電耦合器之情形時，該受光元件係以接收第1光P1及第2光P2之方式與第2面10b對向配置。因此，第3光P3於此狀態下會成為無法利用之光，因此必須使其成為可利用之最佳形態。因此，於本實施形態中，藉由使第2電極16之平面面積與發光層13之平面面積同等，第3光P3之大部分作為於第2電極16反射之第4光P4而自第2面10b出射。
根據以上說明之本實施形態，與第1實施形態同樣地，第2導電部分12之厚度t2薄於第1導電部分11之厚度t1。因此，於第2面10b反射之反射光於第1電極14進一步反射時，光之吸收量減少。結果，第1光P之光量與第2光P2之光量之差縮小，因此可抑制自基板10出射之光之光量之偏聚。
尤其係於本實施形態中，第2電極16之平面面積與發光層13之平面面積同等。因此，可遮蔽朝向發光層13之上側出射之第3光P3。又，第3光P3之大部分作為於第2電極16反射之第4光P4自第2面10b出射，因此自第2面10b出射之光增加。因此光之利用效率提高。進而，於第2電極16係由金等熱導率高之金屬構件構成之情形時，發光層13之熱容易散熱。
於本實施形態中，就遮蔽朝向發光層13之上側出射之第3光P3之觀點而言，理想的是第2電極16之平面面積與發光層13之平面面積相同，換言之為發光層13之平面面積之100%。然而，推測隨著第2電極 16之平面面積接近發光層13之平面面積之100%，第2電極16之製造良率降低。又，推測隨著第2電極16之平面面積遠離發光層13之平面面積之100%，第3光P3之遮光效果降低。因此，理想的是第2電極16之平面面積為發光層13之平面面積之80%~90%之範圍內。更佳第2電極16之平面面積為發光層13之平面面積之85%左右。
(變化例4)
以下，參照圖10對第3實施形態之變化例進行說明。圖10係表示第3實施形態之變化例之發光裝置之概略構成之剖視圖。
如圖10所示，本變化例之發光裝置3a具備電流擴散層15a代替電流擴散層15。電流擴散層15a與電流擴散層15同樣地包含InAlGaP等，且其厚度薄於導電層11之厚度。於本實施形態中，電流擴散層15a之厚度為導電層11之厚度之大致1/4。
於上述第3實施形態之發光裝置3中，第2電極16之平面面積與發光層13之平面面積同等。因此，發光層13內之電流之擴散得到改善，因此厚電流擴散層15之必要性減弱。
因此，於本變化例中，使用薄於電流擴散層15之電流擴散層15a。由此，除可提高光學特性與散熱特性以外，亦可使裝置薄型化。
(變化例5)
以下，參照圖11對第3實施形態之另一變化例進行說明。圖11係表示第3實施形態之另一變化例之發光裝置之概略構成之剖視圖。
如圖11所示，於本變化例之發光裝置3b中，與圖3所示之發光裝置1a同樣地，基板10之第2面10b成為實施了凹凸加工之質地結構。因此，根據本變化例，除可提高光學特性與散熱特性以外，亦可使自第2面10b出射之光擴散至更寬之範圍。
(變化例6)
以下，參照圖12對第3實施形態之又一變化例進行說明。圖12係表示第3實施形態之又一變化例之發光裝置之概略構成之剖視圖。
如圖12所示，於本變化例之發光裝置3c中，與圖4所示之發光裝置2同樣地，活性層13b之外周面相對於第1包覆層13a之外周面及第2包覆層13c之外周面向內側凹陷。由此，樹脂構件17與發光層13之接著力提高。如上上述，該凹部係藉由對蝕刻量、時間及各自之材料(選擇Al之組成多於接觸層之活性層)進行調整而形成。
因此，根據本變化例，除可提高光學特性與散熱特性以外，亦可提高發光裝置2之可靠性。
已對本發明之若干實施形態進行了說明，但這些實施形態係作為示例而提出者，並未意圖限定發明之範圍。這些實施形態能以其他各種方式加以實施，且可於不脫離發明主旨之範圍內進行各種省略、替換、變更。這些實施形態或其變化包含於發明之範圍或主旨中，同樣地包含於權利要求所記載之發明與其均等之範圍內。
1‧‧‧發光裝置
10‧‧‧基板
10a‧‧‧第1面
10b‧‧‧第2面
11‧‧‧第1導電部分
12‧‧‧第2導電部分
13a‧‧‧第1包覆層
13b‧‧‧活性層
13c‧‧‧第2包覆層
14‧‧‧第1電極
15‧‧‧電流擴散層
16‧‧‧第2電極
20‧‧‧導電層
P1‧‧‧第1光
P2‧‧‧第2光
t1‧‧‧厚度
t2‧‧‧厚度

Claims (6)

  1. 一種發光裝置，其具備：基板，其可透過光；導電層，其具有設置於上述基板之上之第1導電部分、及以與上述第1導電部分相鄰之方式設置於上述基板之上且較上述第1導電部分薄的第2導電部分；發光層，其設置於上述第1導電部分之上；第1電極，其設置於上述第2導電部分之上；以及第2電極，其設置於上述發光層之上。
  2. 如請求項1之發光裝置，其中上述發光層具有：第1包覆層，其設置於上述第1導電部分之上；活性層，其設置於上述第1包覆層之上；以及第2包覆層，其設置於上述活性層之上；且上述活性層之外周面相對於上述第1包覆層之外周面及上述第2包覆層之外周面向內側凹陷。
  3. 如請求項2之發光裝置，其進而具備設置於上述第2包覆層與上述第2電極之間之電流擴散層，上述第1包覆層之外周面相對於上述第1導電部分之外周面向內側凹陷，且上述第2包覆層之外周面相對於上述電流擴散層之外周面向內側凹陷。
  4. 如請求項1至3中任一項之發光裝置，其中上述基板具有與上述第1導電部分及上述第2導電部分接觸之第1面、及與上述第1面對向之第2面，且於上述第2面設置有凹凸。
  5. 如請求項4之發光裝置，其中於上述第2面，與上述第1導電部分對應之區域之表面粗糙度大於與上述第2導電部分對應之區域之表面粗糙度。
  6. 如請求項1至3中任一項之發光裝置，其中上述第2電極之平面面積與上述發光層之平面面積同等。
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