TW201724559A - 發光元件 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種發光元件。發光元件包含一發光疊層，其包含一第一半導體層、一第二半導體層以及一位於第一半導體層以及第二半導體層之間的活性層。發光元件更包含一位於發光疊層上的第三半導體層，其包含一第一子層、一第二子層以及一粗化表面，其中第一子層和第二子層具有相同的組成，且第一子層的組成具有與第二子層的組成不同的原子比。本發明更提供一種發光元件的製造方法。

Description

發光元件
本公開內容有關於一種發光元件，尤其關於一種包含一具有粗化表面的半導體層的發光元件。本公開內容亦有關於一種發光元件的製造方法。
發光二極體被廣泛 地用於固態照明光源。相較於傳統的白熾燈泡和螢光燈，發光二極體具有耗電量低以及壽命長等優點，因此發光二極體已逐漸取代傳統光源，並且應用於各種領域，如交通號誌、背光模組、路燈照明、醫療設備等。
本公開內容提供一種包含一粗化表面的發光元件。發光元件包含一發光疊層，其包含一第一半導體層、一第二半導體層以及一位於第一半導體層以及第二半導體層之間的活性層。發光元件更包含一位於發光疊層上的第三半導體層，其包含一第一子層、一第二子層以及一粗化表面，其中第一子層和第二子層具有相同的組成，且第一子層的組成具有與第二子層的組成不同的原子比(atomic ratio)。
本公開內容更提供一種包含一粗化表面的發光元件的製造方法。本方法包括步驟︰提供一基板；形成一半導體層於基板上，半導體層包含一第一子層和一第二子層。本方法更包括步驟︰使用化學溶液粗化第二子層；其中第一子層和第二子層具有相同的組成，且第一子層的組成具有與第二子層的組成不同的原子比。
為讓本公開內容的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。在圖式或說明中，相似或相同之部份係使用相同之標號，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。
在本公開內容中，如果沒有特別的說明，通式AlGaAs 代表Alx Ga(1-x) As，其中0≦x≦1；通式 AlInP代表 Alx In(1-x) P，其中0≦x≦1；通式AlGaInP 代表(Aly Ga(1-y) )1-x Inx P，其中0≦x≦1, 0≦y≦1；通式AlGaN 代表Alx Ga(1-x) N，其中0≦x≦1；通式AlAsSb 代表Alx As(1-x) Sb，其中0≦x≦1；以及通式InGaP 代表Inx Ga1-x P, 其中0≦x≦1。調整各組成中x和/或y值的大小可以達到不同的目的，例如匹配成長基板的晶格常數或是調整主發光波長。
第1圖為本公開內容之第一實施例之發光元件沿著如第2圖之A-A’線的剖面圖。第2圖為第1圖之發光元件的俯視圖。第3圖為第1圖之第三半導體層的剖面圖。發光元件包含一基板10、一位於基板10上的發光疊層20、一如第3圖所示且位於發光疊層20上的第三半導體層30、一位於第三半導體層30上的第一電極40以及一位於基板10之相反於發光疊層20之一側上的第二電極50。發光疊層20包括一位於基板10上的第一半導體層21、一位於第一半導體層21上的第二半導體層22以及一設置於第一半導體層21以及第二半導體層22之間的活性層23。於本實施例中，發光疊層20和第三半導體層30之晶格常數皆匹配於基板10。於本實施例中，第三半導體層30具有與第二半導體層22相同的導電型態，例如為p型。
請參閱第1至第3圖，第三半導體層30包含有一介面31以及一粗化表面32。於本實施例中，粗化表面32的水平位置位於發光疊層20的水平位置和介面31的水平位置之間。第三半導體層30包含一元素，其在介面31的兩側有不同原子百分比。具體地，第三半導體層30包含一位於發光疊層20上的第一子層33、一位於第一子層33上的第二子層34以及位於第一子層33上以及第二子層34之間的介面31，其中第一子層33和第二子層34具有相同的組成但不同的原子比(atomic ratio)。具體地，於一掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM)影像中，由於第一子層33和第二子層34具有相同的組成，介面31可能很難辨識。因為元素分析的方式可以呈現元素跨越介面31的轉變，所以介面31可由例如為二次離子質譜儀分析(Secondary Ion Mass Spectrometry，SIMS)或能量散佈光譜儀( energy dispersive spectrometers，EDS)等元素分析的方式辨識。具體地，第一子層33和第二子層34包含有相同的三五族半導體組成，三五族半導體組成包含有一三族元素以及一五族元素，第一子層33中的三族元素(A1 )和五族元素(A2 )的原子比不同，且較佳的，小於第二子層34中的三族元素(B1 )和五族元素(B2 )的原子比，亦即，A1 /A2 小於B1 /B2 ，以便後續的粗化製程中所使用之化學溶液蝕刻第一子層33的速率小於蝕刻第二子層34的速率，使第一子層33不會過度被蝕刻而影響發光疊層20，進而保護發光疊層20於粗化過程中不受破壞。於另一實施例中，第一子層33和第二子層34包含有相同的半導體元素組成，例如包含兩個三族元素，其中第一子層33中的兩個三族元素的原子比不同於第二子層34中的兩個三族元素的原子比，以便後續的粗化製程中使用的化學溶液，其蝕刻第一子層33的速率小於蝕刻第二子層34的速率，而使第一子層33不會過度被蝕刻而影響發光疊層20，進而保護發光疊層20於粗化過程中不受破壞。具體地，第一子層33中的三族元素的原子百分比不同，且較佳的，小於第二子層34中的三族元素的原子百分比。於本實施例中，其中一三族元素為鋁(Al)，另一三族元素為鎵(Ga)以及五族元素為磷(P)。於一實施例中，第一子層33的半導體材料包含(Aly Ga(1-y) )1-x Inx P，第二子層34半導體材料包含(Alz Ga(1-z) )1-x Inx P，其中0≦x＜1、z ＞ y以及0＜(z-y)≦1，且較佳的，0.1≦z-y≦0.5，又更佳的，0.1≦z-y≦0.3。於另一實施例中，第一子層33的半導體材料包含(Aly Ga(1-y) )1-x Inx P，其中0.4≦x≦0.6， 0.3≦y≦0.5，第二子層34的半導體材料包含(Alz Ga(1-z) )1-x Inx P，其中0.4≦x≦0.6，0.5≦z≦0.7，且z和y的差異不小於0.1。於一實施例中，第一子層33包含Alx Ga(1-x) As，其中0.3≦x≦0.7，第二子層34包含Aly Ga(1-y) As，其中0.4≦y≦0.8，且x和y的差異不小於0.1。具體地，藉由能量散佈光譜儀或二次離子質譜儀測定，第一子層33中鋁(Alx )和鎵(Gax )的原子比不同，且較佳的，小於第二子層34中的鋁(Aly )和鎵(Gay )的原子比，即，Alx / Gax 小於Aly / Gay 。或者，第一子層33中鋁(Alx )和磷(Px )的原子比不同，且較佳的，小於第二子層34中的鋁(Aly )和磷(Py )的原子比，即，Alx / Px 小於Aly / Py ，以便後續的粗化製程中使用之化學溶液其蝕刻第一子層33的速率小於蝕刻第二子層34的速率，使第一子層33不會過度被蝕刻而影響發光疊層20，進而保護發光疊層20於粗化過程中不受破壞。
第二子層34包含一相較於粗化表面32遠離發光疊層20的上表面341，且上表面341是一個未粗化的表面，其粗糙度小於粗化表面32的粗糙度。粗化表面32可具有規則的表面結構或是具有不規則或任意的表面結構。參閱第1圖至第3圖，第三半導體層30包含第一部分35以及一第二部分36，第一部分35直接位於第一電極40的下方且包含上表面341，第二部分36實質上環繞第一部分35且包含粗化表面32。上表面341實質上位於粗化表面32的上方。具體地，活性層23發出的光實質上會被粗化表面32分散且自第二部分36逃逸。於本實施例中，第二子層34只位於第一電極40正下方的第一部分35中，第一子層33同時位於第一部分35和第二部分36。因此，介面31只位於第一部分35中。第一部分35具有一第一厚度t1 ，第二部分36具有一第二厚度t2 ，第一厚度t1 大於第二厚度t2 。較佳的，第二厚度t2 介於0.3´t1 至0.85´t1 之間，又更佳的，介於0.3´t1 至0.7´t1 之間，藉以在粗化過程中具有足夠的製程容許範圍進而確保發光元件的良好可靠度。具體地，第一厚度t1 定義為第三半導體層30的上表面341與底表面331之間的距離。第二厚度t2 定義為第三半導體層30的粗化表面32與底表面331之間的最小距離。於一實施例中，第一厚度t1 不小於1微米(µm) ，且較佳的，不大於4微米，又更佳的，介於2至3.5微米之間。
第4圖為二次離子質譜儀(Secondary Ion Mass Spectrometry，SIMS) 的分析圖，其呈現跨越第一部分之第一子層33與第二子層34之間的介面的原子百分比。請參閱第4圖，第一子層33以及第二子層34具有相同的組成但不同的原子比。具體地，第一子層33以及第二子層34皆包含一第一三族元素鋁、一第二三族元素鎵以及一第三三族元素銦。第二子層34中第一三族元素鋁與第二三族元素鎵的原子比為1.3：1，第一子層33中第一三族元素鋁與第二三族元素鎵的原子比為1.1：1.2，且第三三族元素銦的原子百分比自第一子層33至第二子層34實質上並無改變。第二子層34中，第一三族元素鋁的原子百分比大於第二三族元素鎵的原子百分比。第一子層33中，第一三族元素鋁的原子百分比小於第二三族元素鎵的原子百分比。此外，第三半導體層30包含的第一三族元素鋁在介面31的兩側有不同的原子百分比，且較佳的，第一子層33中的第一三族元素鋁的原子百分比小於第二子層34中的第一三族元素鋁的原子百分比，以便後續的粗化製程中使用之化學溶液其蝕刻第一子層33的速率小於蝕刻第二子層34的速率，使第一子層33不會過度被蝕刻而影響發光疊層20，進而保護發光疊層20於粗化過程中不受破壞。具體地，如第4圖所示，位於介面31之第一子層33側的第一三族元素鋁的原子百分比為22%，位於介面31之第二子層34側的第一三族元素鋁的原子百分比為26%。
於一實施例中，如第1圖所示，發光元件更包含一位於第一電極40以及第三半導體層30之第二子層34之間的第一接觸層60，藉以使第一電極40與第三半導體層30藉由第一接觸層60形成歐姆接觸。第一接觸層60的導電型態與第三半導體層30的導電型態相同。於一實施例中，第一接觸層60為p型且具有一高的p型雜質濃度，例如為高於1018 /cm3 ，且更佳的，介於5´1018 /cm3 至5´1019 /cm3­­ 之間(兩者皆含)。第一接觸層60的材料包含一三五族半導體材料，例如砷化鎵(GaAs)、鋁砷化鎵(AlGaAs)、磷化銦鎵(InGaP)、磷化鎵(GaP)或磷化鋁銦鎵(AlGaInP) 。
於一實施例中，發光元件更包含一位於基板10以及第一半導體層21之間的反射層70，藉以將活性層23發出的光朝向發光元件的正面反射，其中發光元件的正面為第一電極40的所在面且相反於第二電極50位於的所在面。較佳的，反射層70是一布拉格反射鏡，其具有交疊的第一層和第二層，其中第一層的折射率與第二層的折射率不同。各第一層的厚度大於各第二層的厚度。第一層和第二層的數目是，但不限於，各為20。較佳的，第一層和第二層的數目各不大於80。第一層和第二層的材料包含半導體材料，其包含鋁砷化鎵(AlGaAs)、磷化鋁銦鎵(AlGaInP)、砷銻化鋁(AlAsSb) 或氮化鋁鎵(AlGaN) 。第一層和第二層的材料亦可包含介電氧化物，其包含氧化態(TiOx )、氧化矽(SiOx )或氧化鋁(Alx Oy )。
於本實施例中，基板10提供一個上表面，其用於磊晶成長反射層70、發光疊層20、第三半導體層30以及第一接觸層60。基板10具有一足夠的厚度以支撐之後成長在基板10上的層或是結構。較佳的，基板10之厚度不小於100微米，且較佳的，不超過250微米。基板10是單晶且包含半導體材料，例如，包含一個三五族半導體材料或是四族半導體材料。於一實施例中，基板10包含一具有一導電型態的三五族半導體材料。於本實施例中，三五族半導體材料包含n型的砷化鎵(GaAs) ，n型摻雜物為矽(Si) 。
第一電極40以及第二電極50用於傳導一在兩者之間的電流。第一電極40以及第二電極50的材料包含透明導電材料或是金屬材料。透明導電材料包含透明導電氧化物，金屬材料包含金(Au) 、鉑(Pt) 、鍺金鎳(GeAuNi) 、鈦(Ti)、鈹金(BeAu)、鍺金(GeAu)、鋁(Al)或鋅金( ZnAu) 。
第一半導體層21和第二半導體層22具有不同的導電型態。於本實施例中，第一半導體層21為提供電子的n型，第二半導體層22為提供電子洞的p型。第一半導體層21的能隙與第二半導體層22能隙皆大於活性層23的能隙。活性層23發出一具有主波長的光。較佳的，所發出的光為具有主波長介於550奈米(nm)至680奈米之間的可見光，或是為主波長大於680奈米的紅外光。
第5A圖至第5D圖為製造如第1圖所示之發光元件的方法。請參閱第5A至第5B圖，本公開內容的方法包含步驟：提供基板10；依序磊晶成長一反射層70、一發光疊層20、一包含一第一子層33以及一第二子層34之第三半導體層30以及一第一接觸層60，其中第一子層33位於發光疊層20之上，第二子層34位於第一子層33之上。第一子層33具有與第二子層34相同的組成，但兩者的組成具有不同的原子比。較佳的，第二子層34的厚度小於第一子層33的厚度。於一實施例中，第一子層33之厚度不小於300奈米，且較佳的，不超過3500奈米。第二子層34的厚度不小於300奈米，且較佳的，不超過2000奈米。請參閱第5C圖，本公開內容的方法更包含步驟：形成一第一電極40於第一接觸層60之上，圖案化第一電極40以及第一接觸層60藉以裸露部分的第二子層34，因而使第三半導體層30包含一如第1圖和第3圖中所示之被第一電極40覆蓋的第一部分35以及一未被第一電極40覆蓋的裸露部分。請參閱第5D圖，本公開內容的方法更包含步驟：使用化學溶液粗化裸露的第二子層34藉以形成一如第1圖和第3圖所示之包含一粗化表面32的第二部分36；形成一第二電極50於基板10之相反於發光疊層20的一側上；以及分割如第5d圖所示的結構藉以得到複數如第1圖所示之完成的發光元件。如第3圖所示，第二部分36具有一第二厚度t2 ，其小於第一部份35的第一厚度t1 。化學溶液蝕刻第一子層33的速率小於蝕刻第二子層34的速率。於本實施例中，化學溶液包含酸性溶液，其包含鹽酸(HCl)、檸檬酸(citric acid)或氫氟酸 (HF)。具體地，於粗化步驟之後，由於第一部分35中的第二子層34的上表面341被第一電極40保護，上表面341因此未被粗化，故第一部分35中的第二子層34的上表面341的粗糙度實質上並未被影響。故，第二子層34之上表面341的粗糙度小於第二部分36的粗化表面32的粗糙度。於本實施例中，於粗化步驟之後，第二部分36之第二子層34完全被移除，因此第一子層33的上部分被粗化而形成粗化表面32。
第6圖為本公開內容之其中一實施例之第三半導體層的剖面圖。第二部分36的第二子層34並未完全被移除。因此，介面31可同時位於第一部分35以及第二部分36之中。於一實施例中，粗化表面32可能完全位於介面31之上。
磊晶的方法包含，但不限於，金屬有機化學氣相沉積(metal-organic chemical vapor deposition，MOCVD)、氫化物氣相磊晶法(hydride vapor phase epitaxy ，HVPE) 、分子束磊晶(molecular beam epitaxy，MBE)或液相磊晶法(liquid-phase epitaxy，LPE) 。
於本公開內容中，因為第三半導體層30包含具有相同的組成但不同的原子比的第一子層33和第二子層34，使化學溶液蝕刻第一子層33的速率小於蝕刻第二子層34的速率，因此，於粗化步驟之中，可以使第二部分36中的第一子層33不會過度被蝕刻而影響發光疊層20，進而保護發光疊層20於粗化過程中不受破壞。故，本公開內容的方法中粗化步驟的具有較佳的穩定度以及再現性，且由本公開內容的方法製造出來的發光元件具有較佳的可靠度以及較佳的電性表現。
於另一實施例中，第二子層34的三族元素的原子百分比朝向發光疊層20漸變，但第一子層33的三族元素的原子百分比實質上為一定值。具體地，第一子層33的半導體材料包含(Aly Ga(1-y) )1-x Inx P，其中0≦x＜1，0.3≦y≦0.5，第二子層34的半導體材料包含(Alz Ga(1-z) )1-x Inx P，其中0≦x＜1，0.4≦z≦0.7，且第二子層34中最大的z值和第一子層33中的y值的差異不小於0.1。於本實施例中，z值朝向發光疊層20從0.55漸變至0.45。於本實施例中，第三半導體層30的第一子層33包含的鋁的原子百分比小於第二子層34包含的最大之鋁的原子百分比。位於介面31之第一子層33側的鋁的原子百分比小於位於介面31之第二子層34側的最大之鋁的原子百分比。
於一實施例中，第三半導體層30不限於包含兩層子層。第三半導體層30可能包含兩層以上的子層。舉例說明，第三半導體層30包含第一子層33、第二子層34以及一位於發光疊層20以及第一子層33之間的第三子層(圖未示) 。第一子層33、第二子層34以及第三子層具有相同的組成但是不同的原子組成比例。第三子層之三族元素的原子百分比小於第一子層33之三族元素的原子百分比。於本實施例中，第三半導體層30包含兩個介面，其中一介面位於第三子層以及第一子層33之間，另一介面位於如前所述的第一子層33以及第二子層34之間。具體地，位於其中一介面之第三子層側的鋁的原子百分比小於位於介面之第一子層34側的鋁的原子百分比。
第7圖為本公開內容之第二實施例之發光元件沿著如第8圖之B-B’線的剖面圖。第8圖為第7圖之發光元件的俯視圖。於本說明書中，相同的元件符號於不同的圖式中，具有與本公開內容任何一處說明的相同或是實質上相同的結構、材料、材料組成和/或製造方法。本實施例之第三半導體層30與前述實施例之第三半導體層30不同之處在於，本實施例之第三半導體層30和第一半導體層21為n型。於本實施例中，發光元件包含一永久基板80以及一位於永久基板80以及發光疊層20之間的黏結層90，黏結層90用於機械性地黏結永久基板80與發光疊層20。請參閱第8圖，第一電極40包含一主要部分41、複數第一延伸部42以及複數第二延伸部43。主要部分41作為打線電極以藉由一金屬線或是一金屬焊墊與一外部元件連接。第一延伸部42放射狀地各自自主要部分41朝向發光元件的邊緣延伸。第二延伸部43實質上分別與第一延伸部42垂直且平行於發光元件的邊緣。當驅動發光元件時，第一延伸部42和第二延伸部43均勻地分散電流至整個第三半導體層30。第一接觸層60為圖案化，且除了直接位於主要部分41下方的區域，第一接觸層60的俯視圖案實質上與第一電極40相同。亦即，第一接觸層60僅位於第一延伸部42以及第三半導體層30之間以及僅位於第二延伸部43以及第三半導體層30之間。發光元件更包含一位於黏結層90以及發光疊層20之間的電流散佈層100，藉以增進電流分布於發光疊層20中。電流散佈層100的厚度不小於100奈米，且較佳的，不超過5000奈米。電流散佈層100包含一三五族半導體材料，例如包含AlGaAs或AlGaInP或透明導電氧化物。發光元件更包含一位於黏結層90以及電流散佈層100之間的第二接觸層110，第二電極50藉由第二接觸層110與發光疊層20電性連接，藉以使第二電極50與發光疊層20藉由第二接觸層110形成歐姆接觸。
第9A圖至第9F圖為製造如第7圖所示之發光元件的方法。第10圖為第7圖之第三半導體層的剖面圖。請參閱第9A圖，本公開內容的方法包含步驟：提供一基板10；依序磊晶成長一第一接觸層60、一包含一第二子層34以及一第一子層33之第三半導體層30、一發光疊層20、一電流散佈層100以及第二接觸層110，其中第二子層34位於第一接觸層60之上，第一子層33位於第二子層34之上。第一子層33具有與第二子層34相同的組成，但兩者的組成具有不同的原子比。請參閱第9B圖，本公開內容的方法更包含下述步驟：藉由一黏結層90黏結如第9A圖所示的結構與一永久基板80；請參閱第9C圖，移除基板10藉以裸露第一接觸層60。請參閱第9D以及第10圖，本公開內容的方法更包含下述步驟：圖案化第一接觸層60藉以裸露部分的第二子層34；以及於圖案化的第一接觸層60上以及於部分裸露的第二子層34上形成一第一電極40，藉以使第三半導體層30包含一如第7圖和10圖中所示之被第一電極40覆蓋的第一部分35以及一未被第一電極40覆蓋的裸露部分。請參閱第9E以及第10圖，本公開內容的方法更包含下述步驟：使用化學溶液粗化裸露的第二子層34藉以形成一如第7圖和第10圖所示之包含一粗化表面32的第二部分36；形成一第二電極50於永久基板80之相反於發光疊層20的一側上；以及分割如第9F圖所示的結構藉以得到複數如第7圖所示之完成的發光元件。粗化步驟後的第三半導體層30如第10圖所示。如第10圖所示，第二部分36具有一第二厚度t2 ，其小於第一部份35的第一厚度t1 。化學溶液蝕刻第一子層33的速率小於蝕刻第二子層34的速率。請參閱第9F圖，於一實施例中，本公開內容的方法更包含步驟：移除第三半導體層30的一周圍部分以及發光疊層20的一周圍部分，藉以於切割步驟之前裸露部分的電流散佈層100的上表面。
永久基板80是導電的，藉以在第一電極40以及第二電極50之間傳導一電流。永久基板80具有一足夠的厚度，藉以支撐在其上的層或是結構。例如，大於100微米。永久基板80包含導電材料，其包含矽(Si)、鍺(Ge)、銅 (Cu)、 鉬(Mo)、鎢鉬(MoW) 、氮化鋁(AlN) 、 氧化鋅(ZnO) 或氧化鋁(Al2 O3 )。較佳的，永久基板80包含矽。
黏結層90包含透明導電氧化物、金屬材料、絕緣氧化物或高分子。透明導電氧化物包含氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅錫(ZTO)、氧化鎵鋅(GZO)、氧化銦鎢(IWO)、氧化鋅(ZnO)或氧化銦鋅(IZO)。金屬材料包含銦、錫、金、鈦、鎳、鉑、鎢或其等之合金。絕緣氧化物包含氧化鋁(AlOx )、氧化矽(SiOx )或氮氧化矽(SiOx Ny ) 。高分子材料包含環氧樹脂(epoxy)、聚醯亞胺(polyimide)、八氟环丁烷(perfluorocyclobutane)、苯並環丁烯(benzocyclobutene，BCB)或矽氧樹脂(silicone) 。黏結層90具有一介於400奈米至5000奈米之間的厚度。
第11圖為本公開內容之另一實施例之發光元件沿著如第8圖之B-B’線的剖面圖。發光元件更包含一位於黏結層90以及發光疊層20之間的反射系統200，藉以將活性層23發出的光朝向發光元件的正面反射，其中發光元件的正面為第一電極40的所在面且相反於第二電極50位於的所在面。反射系統200包含一導電反射鏡120，其具有一對於活性層23發出的光具有大於90%以上的反射率。較佳的，導電反射鏡120包含金屬，例如金(Au)、銀(Ag) 、鋁(Al)或其等之組合。導電反射鏡120之厚度介於2500埃(Å)至7500 Å之間。反射系統200更包含一位於導電反射鏡120以及第二接觸層110之間的電流擴散層130，藉以使電流橫向擴散。電流擴散層130包含透明導電氧化物，其包含氧化銦錫(ITO)、氧化鋁鋅(AZO) 、氧化鎘錫(SnCdO)、氧化鎘鋅(ZnCdO)、 氧化銻錫(ATO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鋅錫(ZTO)、或氧化銦鋅(IZO)。於本實施例中，電流擴散層130包含氧化銦鋅(IZO)且較佳的是由濺鍍形成。反射系統200更包含一位於電流擴散層130以及第二接觸層110之間的透明導電層140，且較佳的，透明導電層140直接接觸第二接觸層110，藉以降低第二電極50以及發光疊層20之間的串聯電阻。透明導電層140較佳的是以電子束蒸鍍的方式形成，且包含透明導電氧化物，例如包含(ITO)、氧化鋁鋅(AZO) 、氧化鎘錫(SnCdO)、氧化鎘鋅(ZnCdO)、 氧化銻錫(ATO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鋅錫(ZTO)、或氧化銦鋅(IZO)。反射系統200更包含一位於電流擴散層130以及第二接觸層110之間的絕緣層150。絕緣層150的圖案與透明導電層140互補。絕緣層150具有一小於1.5的折射率，且較佳的，介於1.3至1.45之間。第二接觸層110和絕緣層150之間的折射率差異大於1.5。反射系統200形成一全方位反射鏡(omni-directional reflector，ODR) ，藉以反射活性層23發出的光。對於活性層23發出的光，反射系統200的反射率大於95%，且較佳的大於97%。絕緣層150包含氟化镁(MgFx)或多孔氧化矽(porous SiOx)。
於一實施例中，發光元件更包含一覆蓋第三半導體層30的裸露表面的鈍化層160，具體地，鈍化層160覆蓋第二部分36的粗化表面32、發光疊層20的周圍側壁以及電流散佈層100裸露的上表面。鈍化層160作為一保護層，藉以保護第三半導體層30、發光疊層20以及電流散佈層100免於例如為濕氣或機械破壞的環境損害。
於一實施例中，活性層23的結構可以為單異質結構(single heterostructure，SH) 、雙異質結構(double heterostructure，DH)、雙側雙 異質結構(double-side double heterostructure，DDH) 或多重量子井(MQW)。於本實施例中，活性層23的結構包含多重量子井。具體地，活性層23包含交疊的井層和阻障層。阻障層的能階大於井層的能階。阻障層的能階小於第一半導體層21和第二半導體層22的能階。活性層23發出的光的主發光波長可以藉由改變井層的厚度或是材料而改變。較佳的，井層的材料包含一三五族半導體材料，例如砷化鎵銦(InGaAs)或磷化鋁鎵銦(AlGaInP)。阻障層的材料包含一三五族半導體材料，例如鋁砷化鎵(AlGaAs)、磷化鋁鎵銦(AlGaInP) 或磷砷化鎵(GaAsP)。
根據本公開內容的又一實施例，可以結合或是改變前述實施例中的結構。例如，第2圖所示的發光元件包含鈍化層。又如，如第1圖中的第一電極可以如第7圖的第一電極40一樣包含主要部分41、第一延伸部42以及第二延伸部43，反之亦然。
以上各圖式與說明雖僅分別對應特定實施例，然而，各個實施例中所說明或揭露之元件、實施方式、設計準則、及技術原理除在彼此顯相衝突、矛盾、或難以共同實施之外，吾人當可依其所需任意參照、交換、搭配、協調、或合併。
雖然本公開內容已說明如上，然其並非用以限制本公開內容之範圍、實施順序、或使用之材料與製程方法。對於本公開內容所作之各種修飾與變更，皆不脫本公開內容之精神與範圍。
10‧‧‧基板
20‧‧‧發光疊層
30‧‧‧第三半導體層
40‧‧‧第一電極
50‧‧‧第二電極
21‧‧‧第一半導體層
22‧‧‧第二半導體層
23‧‧‧活性層
31‧‧‧介面
32‧‧‧粗化表面
33‧‧‧第一子層
34‧‧‧第二子層
341‧‧‧上表面
35‧‧‧第一部分
36‧‧‧第二部分
t1‧‧‧第一厚度
t2‧‧‧第二厚度
60‧‧‧第一接觸層
70‧‧‧反射層
80‧‧‧永久基板
90‧‧‧黏結層
41‧‧‧主要部分
42‧‧‧第一延伸部
43‧‧‧第二延伸部
100‧‧‧電流散佈層
110‧‧‧第二接觸層
200‧‧‧反射系統
120‧‧‧導電反射鏡
130‧‧‧電流擴散層
140‧‧‧透明導電層
150‧‧‧絕緣層
160‧‧‧鈍化層
第1圖為本公開內容之第一實施例之發光元件沿著如第2圖之A-A’線的剖面圖；
第2圖為第1圖之發光元件的俯視圖；
第3圖為第1圖之第三半導體層的剖面圖；
第4圖為二次離子質譜儀(Secondary Ion Mass Spectrometry，SIMS) 的分析圖 ，其呈現跨越第一部分之第一子層與第二子層之間的介面的原子百分比(atomic percent)；
第5A圖至第5D圖為製造如第1圖所示之發光元件的方法；
第6圖為本公開內容之其中一實施例之第三半導體層的剖面圖；
第7圖為本公開內容之第二實施例之發光元件沿著如第8圖之B-B’線的剖面圖；
第8圖為第7圖之發光元件的俯視圖；
第9A圖至第9F圖為製造如第7圖所示之發光元件的方法；
第10圖為第7圖之第三半導體層的剖面圖；以及
第11圖為本公開內容之另一實施例之發光元件沿著如第8圖之B-B’線的剖面圖。
無。
10‧‧‧基板
20‧‧‧發光疊層
30‧‧‧第三半導體層
40‧‧‧第一電極
50‧‧‧第二電極
21‧‧‧第一半導體層
22‧‧‧第二半導體層
23‧‧‧活性層
31‧‧‧介面
32‧‧‧粗化表面
33‧‧‧第一子層
34‧‧‧第二子層
341‧‧‧上表面
35‧‧‧第一部分
36‧‧‧第二部分
t1‧‧‧第一厚度
t2‧‧‧第二厚度
60‧‧‧第一接觸層
70‧‧‧反射層

Claims (10)

  1. 一發光元件，包含︰ 一發光疊層，其包含一第一半導體層、一第二半導體層以及一位於該第一半導體層以及該第二半導體層之間的活性層；以及 一位於該發光疊層上的第三半導體層，其包含一第一子層、一第二子層以及一粗化表面，其中該第一子層和該第二子層具有相同的組成，且該第一子層的該組成具有與該第二子層的該組成不同的原子比。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的發光元件，其中該第三半導體層更包含一第一部份和一第二部分，且該第二部分包含該粗化表面。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的發光元件，其中該第一部份具有一第一厚度t1 ，該第二部分具有一第二厚度，且該第二厚度介於0.3´t1 至0.85´t1 之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的發光元件，其中該第一子層和該第二子層包含一相同的三五族半導體材料，該三五族半導體材料包含一三族元素，且該第一子層中的該三族元素的原子百分比不同於該第二子層中的該三族元素的原子百分比。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的發光元件，其中該第二子層中的該三族元素的原子百分比朝向該發光疊層漸變。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的發光元件，其中該第一子層之半導體材料包含(Aly Ga(1-y) )1-x Inx P，該第二子層之半導體材料包含 (Alz Ga(1-z) )1-x Inx P， z大於y ，且z和y的差異介於0.1至0.5之間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的發光元件，其中該第一子層之半導體材料包含(Aly Ga(1-y) )1-x Inx P， 0≦x＜1，0.3≦y≦0.5，該第二子層之半導體材料包含 (Alz Ga(1-z) )1-x Inx P，0≦x＜1，0.5≦z≦0.7，且z和y的差異不小於0.1。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的發光元件，其中該第二子層位於該第一子層之上且包含一上表面，該粗化表面位於該發光疊層以及該上表面之間。
  9. 一發光元件的製造方法，包含步驟︰ 提供一基板； 形成一半導體層於該基板上，該半導體層包含一第一子層和一第二子層；以及 粗化該第二子層； 其中該第一子層和該第二子層具有相同的組成，且該第一子層的該組成具有與該第二子層的該組成不同的原子比。
  10. 一發光元件，包含︰ 一發光疊層，其包含一第一半導體層、一第二半導體層以及一位於該第一半導體層以及該第二半導體層之間的活性層；以及 一位於該發光疊層上的第三半導體層，其包含一介面以及一粗化表面，該粗化表面介於該發光疊層以及該介面之間，該第三半導體層包含一元素，該元素在介面的兩側有不同原子百分比。
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