TW578317B - High brightness light emitting device - Google Patents

Description

578317 五、發明說明（1) 發明技術領域 本發明係關於一種發光元件’尤其關於'一高亮度發光元 件。 發光元件之應用頗為廣泛，例如，可應用於光學顯示裝 置、雷射二極體、交通號誌、資料儲存裝置、通訊裝置、 照明裝置、以及醫療裝置。在此技藝中，目前技術人員重 要課題之一為如何移除發光元件因發光時所產生之熱能， 以提高發光元件之發光功率。 先前技術

Stefan Illek 等人於COMPOUND SEMICONDUCTOR 期刊 (January/February 20 0 2，ρρ·3 9-42，揭露一種具有埋藏 式微反射器A 1 Ga I ηΡ發光元件，如圖1所示，其利用蝕刻技 術’將一發光元件之磊晶層蝕刻成一具特定幾何圖案分布 之結構，該特定幾何圖案分布之結構包含半圓球形、金字 塔形或角錐形等，接著沈積一介電層於該具特定幾何圖案 分布之結構上，由於該介電層不導電，因此利用蝕刻將部 分介電層頂端移除，使部分磊晶層露出，接著沈積一金屬 反射層於該介電層及部分磊晶層上，再將埋藏式微反射器 f頂端與一導電載體（矽晶片）鍵結在一起，再移除原先磊 曰曰層之不透明基板，使得射向該不透明基板之光線可以射 出。該埋藏式微反射器可將射向反射器之光線經由反射帶 出’以提南發光元件之亮度。

578317 五、發明說明（2) ——---- 當發光元件通電時，發光元件發光，會因此而產生熱，由 ^發光兀件為半導體材質，因此導熱不佳，前述所揭露之 發光70件僅靠反射器之頂端與該載體局部相接合，接觸面 積k小丨相對的熱傳面積也較小，熱無法適當的被移除， 則發光兀件將會因受熱而降低發光效率，如Η"。？組成 之材料，在相同之電流條件操作下，當外界之溫度由2〇 ^ 升溫至80t時，亮度將下降m〜5〇%。前述之問題在小尺 寸之發光元件上，由於在低電流操作，電流小於 3 0mA〜5 0mA，發光產生之熱還勉強能由疊層導除，因此問 題還不太明顯；但是當發生在大尺寸之發光元件時，在高 電流操作，電流大於100mA〜1A，則該大尺寸發光元件所產 生之熱，將無法及時移除，則發光元件之溫度將上升，亮 度便明顯下降，使得發光元件之發光功率大大降低。 發明内容 本案發明人於思考如何解決前述之問題時，認為若利用電 鍍（Electroplating)方法，將一熱吸收材料通電後解離， 經由電解液將熱吸收材料鍍於前述埋藏式微反射器之金屬 反射層上，形成一平整之熱吸收層連結該發光元件，該熱 吸收層與反射器各面相接觸，因此熱傳面積增加，且能將 發光元件因發光產生之熱導除，可解決前述之發光元件所 產生之熱能無法導除、散逸的問題。 578317 五、發明說明（3) 另外前述所 此需經由蝕 再沉積金屬 端與反射層 相接合，此 然而利用電 收層與該發 與電極可以 提升免度。 將可省略前 揭露之發 刻將部分 反射層於 相接形成 結構之機 鍍法形成 光元件緊 提升其機 再者本發 述之蝕刻 光元件中 介電層蝕 該介電層 歐姆接觸 械強度不 之具有熱 密接合， 械強度， 明以一透 製程，使 ，由於該 刻掉，露 與部分磊 ，並利用 夠強，易 吸收層之 可同時作 並增加信 明氧化導 得製程更 介電層 出部分 晶層， 反射器 造成接 發光元 為發光 賴度， 電層取 加簡化 不導電，因 蟲晶層後， 以蟲晶層頂 頂端與載體 合面剝離。 件，該熱吸 元件的載體 降低成本， 代介電層， 發明概要 本發明 方法， 材料鑛 平整之 案分布 圖案分 半圓球 層於該 射層於 成一熱 姆接觸 之主要 將一熱 於一具 熱吸收 之發光 布之結 形、金 具特定 該透明 吸收層 ，該熱 目的在於提供一 吸收材 有特定 層連結 元件包 構蟲晶 字塔形 幾何圖 氧化導 ，其中 吸收層 料通電後 幾何圖案 該發光元 含一利用 層，該特 或角錐形 案分布之 電層之上 該金屬反 並與金屬 高亮度 解離， 分布之 件；其 蝕刻技 定幾何 ’接著 結構上 ，最後 射層與 反射層 發光元件， 經由電解液 發光元件上 中該具有特 術而成之具 圖案分布之 利用電鍍 將熱吸收 ，形成一 定幾何圖 特定幾何 結構包含 形成一透明氧化導電 ’接著形成一金屬反 於該金屬反射層上形 熱吸收層之間形成歐 各面相接觸，因此熱

578317 五、發明說明（4) 傳面積增加’使得發光元件疊層發光產生的熱能自然地導 通至熱吸收層’提供熱能散逸，可達到發光功率提昇之效 果。 本發明之另一目的在於提供一高亮度發光元件，利用電鍍 法將該熱吸收層與該發光元件緊密接合，可同時作為發光 元件的載體與電極，可以提升其機械強度，避免接合面剝 離，簡化製程，增加信賴度，降低成本，提升亮度。 依本發明一較佳實施例高亮度發光元件，包含一接線電 極、形成於該接線電極上之一第一半導體疊層、形成於該 第一半導體疊層上之一發光層、形成於該發光層上之一具 有特定幾何圖案分布結構之第二半導體疊層、形成於該第 二半導體疊層上之一透明氧化導電層、形成於該透明氧化 導電層上之一金屬反射層、以及形成於該金屬反射層上之 一熱吸收廣。

則述形成熱吸收層的方法係包含選自電鍍，電鑄，無電解 電鍍及電弧蒸鍍之中至少一種方法或其他可替代之方法； 前述之透明氧化導電層係包含選自氧化銦錫、氧化鎘錫: 氧化銻錫、氧化鋅及氧化鋅錫所構成材料組群中之至少一 種材料；前述之金屬反射層係包含選自In、Sn、A1、Au、

Pt Cr 、Zn、Ge、Ag、Tl、Pb、Pd、Cu、Α·、Α·、Ni、 、PbSn或AuZn所構成材料組群中之至少一種材料；前述

2 5吸收層係包含選 構成材料族群中之至少〜絲Μ、Au、Ag、Cuff及其合金所 材料或其他可替代之材料。 實施方式 請參閱圖2，依本發明一 ，包含一接線電極1 8 ; γ 乂佳實施例高亮度發光元件 半導體疊層，其中，該第〉一成於該接線電極18上之一第一 η、形成於該第一接觸層導體疊層包含一第-接觸層 該第-半導體疊層上之：發第—束缚層12 ;形成於 之一具有半圓球狀分布4”13 Τ成於該發光層13上 第二半導體疊層包含一第二束缚層14、形成於該第：束缚 層14上之一第二接觸層15;形成於該第二半導體疊層上之 一透明氧化導電層16 ;形成於該透明氧化導電層丨β上之一 金屬反射層17 ;以及形成於該金屬反射層17上之一熱吸收 層19。前述之透明氧化導電層之目的在於能夠與金屬反射 層及第二半導體疊層之間形成歐姆接觸，並且避免金屬反 射層與第二半導體疊層形成反應而降低其反射率，另外增 加金屬反射層與第二半導體疊層間之結合力。 請參閱圖3，依本發明另一較佳實施例高亮度發光元 件2，包含一接線電極28 ;形成於該接線電極28上之一第 一半導體疊層，其中’該第一半導體疊層包含一第一接觸 層21 ;形成於該第一半導體疊層上之一具有金字塔狀分布 結構之第二半導體疊層，其中’遠弟一半導體疊層包含一

第9頁 578317 五、發明說明（6) 第一束缚層22、形成於該第一束缚層22上之一發光層23、 形成於該發光層23上之一第二束缚層24、形成於該第二束 缚層24上之一第二接觸層25 ;形成於該第二半導體疊層上 之一透明氧化導電層26 ;形成於該透明.氧化導電層26上之 一金屬反射層27 ;以及形成於該金屬反射層27上之一熱吸 收層29 ;為了避免電流由第一束縛層直接貫穿至該熱吸收 層’因此必須於該金字塔狀分布結構側面與該透明氧化導 電層2 6接觸部分形成一絕緣層2 〇。前述之透明氧化導電層 之目的在於能夠與金屬反射層及第二半導體疊層之間形成 歐姆接觸，並且避免金屬反射層與第二半導體疊層形成反 應而降低其反射率，另外增加金屬反射層與第二半導體疊 層間之結合力。 請參閱圖4，依本發明又一較佳實施例高亮度發光元 件3 ’包含一接線電極3 7 ;形成於該接線電極3 7上之一第 一接觸層31 ;形成於該第一接觸層3丨上之一第一束縛層 32 ;形成於該第一束缚層32上之一發光層33 ;形成於該發 光層33上之一第二束缚層34、形成於該第二束缚層34上之 一具有半圓球狀分布結構之透明導電基板3 〇 ;形成於該透 明導電基板30上之一透明氧化導電層35 ;形成於該透明氧 化導電層35上之一金屬反射層36 ;以及形成於該金屬反射 層36上之一熱吸收層38。前述之具有半圓球狀分布結構之 透明導電基板亦可以具有金字塔狀分布結構之透明導電基 板取代之。前述之透明氧化導電層之目的在於能夠與金屬

第10頁 578317 五、發明說明（7) 反射層及基板之間形成歐姆接觸，並且避免金屬反射層與 基板形成反應而降低其反射率，另外增加金屬反射層與基 板間之結合力。 請參閱圖5，依本發明再一較佳實施例高亮度發光元件4， 包含一具有半圓球狀分布結構之透明基板4 〇 ;形成於該具 有半圓球狀分布結構之透明基板4〇上之一第二接觸層45， ^中該第二接觸層分別包含一第一表面區及一第二表面 區；形成於該第一表面區上之一第二束缚層44 ;形成於該 第二束缚層44上之一發光層43 ;形成於該發光層43上之一 第一束缚層4 2 ;形成於該第一束缚層4 2上之一第一接觸層 4 1 ’升> 成於該具有半圓球狀分布結構之透明基板4 〇下之一 透明氧化層47 ;形成於該透明氧化層47上之一金屬反射層 48，形成於該金屬反射層下之一熱吸收層“；以及分別 ，成於該第一接觸層41上之一第一接線電極4 6及第二表面 區上之一第二接線電極40 0。前述之具有半圓球狀分布結 構之透j基板亦可以具有金字塔狀分布結構之透明基板取 代之如述之透明氧化層之目的在於增加金屬反射層與透 明基板間之結合力。 刖述之四個實施例中，亦可於第一接線電極與第一接觸層 ^間形成一透明氧化導電層；前述透明導電基板，係包含 選自於GaP、AlGaAs或GaAsP所構成材料組群中之至少一種 材料’月，j述透明基板，係包含選自GaP、A1GaAs、GaAsP、 578317 五、發明說明（8) A 1 203或玻璃所構成材料組群中之至少一種 Ξ替述熱吸收層的方法係包含選自電5鍍、广電可 =之狐㈣之中至少一種方法或其他； ^之方法，刚述之透明氧化導電層係包含選自氧化# m錫二氧化銻錫、氧化鋅及氧化鋅錫所構成材料組群

Si02 重材料；前述之透明氧化層係包含選自8心、 2、乳化銦錫、氧化鎘錫、氧化銻錫、氧化 錫所構成材料組群中之至少一種材料；前述之1 = 係包含選自In、Sn、A1、Au、Pt、Zn、Ge、Ag、Typ^

Pd :Cu、AuBe、AuGe、Ni、Cr、pbSn 或AuZn 所構成材料組 群中之至少一種材料；前述熱吸收層，係包含選自Cu、 、Au:Ag、CuW及其合金所構成材料族群中之至少一種 材料；前述第一束缚層，係包含選自A1GaInP、a1n、

GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所構成材料組群中之至少一 種材料；前述發光層，係包含選自AlGaInP、GaN、InGaN 及A 1 I nGaN所構成材料組群中之至少一種材料；前述第二

束缚層，係包含選自 AlGalnP、AIN、GaN、AlGaN、InGaN 及A 11 nGaN所構成材料組群中之至少一種材料；前述第二 接觸層，係包含選自於GaP、GaAs、GaAsP、InGaP、 AlGalnP、AlGaAs、GaN、InGaN 及AlGaN 所構成材料組群中 之至少一種材料；前述第一接觸層，係包含選自MGaP、

GaAs 、 GaAsP 、 InGaP 、AlGaInP 、AlGaAs 、GaN 、 InGaN 及 A 1 G a N所構成材料組群中之至少一種材料。

第12頁 578317 五、發明說明（9) 雖然本發明之發光元件已以較佳實施例揭露於上，然本發 明之範圍並不限於上述較佳實施例，應以下述申請專利範 圍所界定為準。因此任何熟知此項技藝者，在不脫離本發 明之申請專利範圍及精神下，當可做任何改變。

第13頁 578317 圖式簡單說明 圖式之簡單說明： 圖1為一示意圖，顯示一習知技藝之埋藏式微反射器 AlGalnP發光元件； 圖2為一示意圖，顯示依本發明一較佳實施例之一種高 亮度發光元件； 圖3為一示意圖，顯示依本發明另一較佳實施例之一種 高亮度發光元件； 圖4為一示意圖，顯示依本發明又一較佳實施例之一種 高亮度發光元件； 圖5為一示意圖，顯示依本發明再一較佳實施例之一種 高亮度發光元件； 符號說明 1 發 光 元 件 11 第 接 觸 層 12 第 束 缚 層 13 發 光 層 14 第 二 束 缚 層 15 第 二 接 觸 層 16 透 明 氧 化 導電層 17 金 屬 反 射 層 18 接 線 電 極 19 熱 吸 收 層 2 發 光 元 件

第14頁 578317 圖式簡單說明 20 絕緣層 21 第 一 接 觸 層 22 第 束 缚 層 23 發 光 層 24 第 二 束 缚 層 25 第 二 接 觸 層 26 透 明 氧 化 導 電 層 27 金 屬 反 射 層 28 接 線 電 極 29 熱 吸 收 層 3 發 光 元 件 30 透 明 導 電 基 板 31 第 _ — 接 觸 層 32 第 束 缚 層 33 發 光 層 34 第 二 束 缚 層 35 透 明 氧 化 導 電 層 36 金 屬 反 射 層 37 接 線 電 極 38 熱 吸 收 層 4 發 光 元 件 40 透 明 基 板 41 第 一 接 觸 層 42 第 束 缚 層

第15頁

578317 圖式簡單說明 43 發光層 44 第二束縛層 45 第二接觸層 46 第一接線電極 47 透明氧化層 48 金屬反射層 49 熱吸收層 400 第二接線電極

第16頁

Claims (1)

1. 578317 六、申請專利範圍 1, 一種高亮度發光元件，至少包含： 一具有特定幾何圖案分布結構之發光疊層； 一透明氧化導電層，形成於該具有特定幾何圖案分布結構 之發光疊層之上； 一金屬反射層，形成於該透明氧化導電層之上；以及 一熱吸收層，形成於該金屬反射層之上。 2. —種高亮度發光元件，至少包含： 一接線電極； 形成於該接線電極上之一第一半導體疊層； 形成於該第一半導體疊層上之一發光層； 形成於該發光層上之一具有特定幾何圖案分布結構之第二 半導體疊層； 形成於該具有特定幾何圖案分布結構之第二半導體疊層上 之一透明氧化導電層； 形成於該透明氧化導電層上之一金屬反射層；以及 形成於該金屬反射層上之一熱吸收層。 3. —種高亮度發光元件，至少包含： 一接線電極； 形成於該接線電極上之一第一半導體疊層； 形成於該第一半導體疊層上之一具有特定幾何圖案分布結 構之第二半導體疊層；

   第17頁 578317 六、申請專利範圍 形成於該具有特定幾何圖案分布結構之第二半導體疊層上 之一透明氧化導電層； 形成於該透明氧化導電層上之一金屬反射層；以及 形成於該金屬反射層上之一熱吸收層。 含 包 少 至 件 元 光 發·， 度極 亮電 高線 種接 1 1 4 \之 Λ 極 j疊 線f 接彳 才亥 亥言 於 成 形 形A 疊 光 發 之 構 結 布 分 案 圖 何 幾 定 特 有 具 之 上 板 基 v^go 導 明 透 之 構 結 布 分 案 圖 何 幾 定 特 •，有 板具 基該 電於 導成 明形 透 及 以 層 射 反。 屬層 金收 一吸 之熱 上一 層之 電上 導層 •，化射 層氧反 電明屬 導透金 匕亥亥 /Ί >0 氧於於 明成成 透形形 含 包 少 至 件 元 光 發； 度層 亮疊 高光 種發 一 一 5 透 透 之 一 構 之 結 上 布 板 分 基 案 明 圖 透 何 之 幾 構 定 結 特 布 有 分 具 案 一 圖 之 何 上 幾 層 定 疊 特 光 有 發 具 亥 亥 号口 々口 於；於 成板成 形基形 明 及 以 層 〇 射層 反收 屬吸 金熱 -一 之之 上上 化射 〃反 明屬 透金 ; 亥亥 ^一口 士δ 層於於 化成成 氧形形 明 第18頁 578317 六、申請專利範圍 6.如申請專利範圍第1項所述之一種高亮度發光元件，其中 於該具有特定幾何圖案分布結構之發光疊層與該透明氧化導 電層之間更包含一基板。 中 其 件 元 光 發 度 亮 高 彳一^一一 種 1 之 述 所 項J 2含 第包 。 圍層層 範疊缚 利體束 專導一 請半第申一 一 如第之 7.該上 觸 接 - 第 層 觸 接 一 第 該 於 成 形 8. 如申請專利範圍第2項所述之一種高亮度發光元件，其中 該具有特定幾何圖案分布結構之第二半導體疊層包含一第二 束缚層、形成於該第二束缚層上之一第二接觸層。 9. 如申請專利範圍第3項所述之一種高亮度發光元件，其中 該第一半導體疊層包含一第一接觸層。 1 0.如申請專利範圍第3項所述之一種高亮度發光元件，其中 該第二半導體疊層包含一第一束缚層、形成於該第一束缚層 上之一發光層、形成於該發光層上之一第二束缚層、形成於 該第二束缚層上之一第二接觸層。 11.如申請專利範圍第3項所述之一種高亮度發光元件，其中 於該具有特定幾何圖案分布結構之第二半導體疊層側面與該 熱吸收層接觸部分具有一絕緣層。

   第19頁 578317 六、申請專利範圍 > —☆ ^ 19 J* xh ^ ^ ^種高免度發光元件，其中 ''ΛV?a 11 ^ ^ ^ ^ j, ^ - 该發先豐層包含一第一接觸層❿ .^ a 第一束缚層、形成於該第 該發光層上之一第二束缚層 束缚層上之一發先層、形成於 13.如申請專利範圍第5項所述之一種高亮度發光元件，其中 該發光疊層包含一第二接觸層，該第二接觸層分別包含一第 一表面區及一第二表面區； 形成於該第一表面區上之/第二束缚層； 形成於該第二束缚層上之/發光層； 形成於該發光層上之一第/束縛層；以及 形成於該第一束缚層上之/第一接觸層。 1 4 ·如申請專利範圍第丨3項所述之一種高亮度發光元件，其 中更包含於該第一接觸層之上形成一第一接線電極，以及於 該第二接觸層之第二表面區之上形成一第二接線電極。 1 5 ·如申請專利範圍第6項所述之一種高亮度發光元件，其中 $亥基板疋'^具有特定幾何圖案分布結構之基板。 1 6 ·如申請專利範圍第1項、第2項、第3項、第4項或第5項所 述之一種高亮度發光元件，其中該特定幾何圖案分布結構， 係包含半圓球形、金字塔形或角錐形。 578317 六、申請專利範圍 17·如申請專利範圍第1項、第2項、第3項、第4項或第5項所 述之一種高亮度發光元件，其中該熱吸收層，係包含選自 Cu、Al、AU、Ag、CuW及其合金所構成材料族群中之至少一 種材料或其他可替代之材料。 如/請專利範圍第7項、第丨〇項、第丨2項或第丨3項所述之 一種高亮度發光元件，其中該第一束缚層，係包含選自於 AlGaInP、A1N、GaN、A1GaN、InGaN&A1InGaN所構成材料組 群中之至少一種材料或其他可替代之材料。 1 9·如申請專利範圍第2項、第丨〇項、第丨2項或第丨3項所述之 一種高亮度發光元件，其中該發光層，係包含選自於 AlGalnP、GaN、InGaN及A1 InGaN所構成材料組群中之至少一 種材料或其他可替代之材料。 2 〇 ·如申請專利範圍第8項、第1 〇項、第丨2項或第1 3項所述之 一種高亮度發光元件，其中該第二束缚層，係包含選自於 AlGalnP、AIN、GaN、AlGaN、InGaN 及A1 InGaN 所構成材料組 群中之至少一種材料或其他可替代之材料。 2 1 ·如申請專利範圍第7項、第9項、第1 2項或第1 3項所述之 一種南免度發光元件，其中該第一接觸層係包含選自於 GaP、GaAs、GaAsP、lnGap、AlGalnP、AlGaAs、GaN、InGaN 及A 1 GaN所構成材料組群中之至少一種材料或其他可替代之

   第21頁 578317

   材料。 22.如申請專利範圍第8項、 声菸# ;此*丄 貝第1 0項或第1 3項所述之一種高亮 度兔九兀件，其中該篦—拉 n儿 Γ.Ας r A D 弟一接觸層，係包含選自於GaP、 b a A s、G a A s P、I n Q a p、a 1 ν τ η AlhM 私 m AlGalnP、AlGaAs、GaN、InGaN 及 A 1G a N所構成材料组群中 料。 、、 至v 一種材料或其他可替代之材 2 3 ·如申請專利範圍第1 述之一接…J 項 項、弟3項、第4項或第5項所 選自於带:冗度發光元件，其中形成熱吸收層的方法係包含 替代Ϊ 電鑄，無電解電鍵及電弧蒸鐘中至少―種方法 且°利乾圍第4項所述之一種高亮度發光元件，其中 特定成何圖案分布結構之透明導電基板，係包含選自 甘a 、AlGaAs或GaAsP所構成材料組群中之至少一種材料或 〃他可替代之材料。 2:如申請專利範圍第6項所述之一種高亮度發光元件，其中 ^ ^板，係包含選自於GaP、AlGaAs、GaAsP、A12〇3或玻璃 β構成材料組群十之至少一種材料或其他可替代之材料。 2二6 ·、如申請專利範圍第5項所述之一種高亮度發光元件，其中 透月基板，係包含選自GaP、AlGaAs、GaAsP、Α1203或玻

   第22頁 578317

   璃所構成材料组群令之至少一種材料或其它可代替之材料 2 8 ·如申請專利範圍第1 所述之-種高亮度發# _、放弟A弟3項、弟4項或第26項 含選自氧化銦錫、氧化錦錫、氧化銻錫、包 所構成材料組群中之至w、 , 、辛或乳化鋅錫 之1少一種㈣或其它可代替之材料。 以如、請專利範圍第5項所述之一種高亮度發 遠透明氧化層’係包含選自siNx、si02、氧化姻、中 錫、氧化銻錫、氧化鋅或氧化辞錫 电：中：：鎘 -種材料或其它可代替之材料。 m 且群中之至少 30·如申請專利範圍第i項、第2項、第3項、第4項 述之一種高亮度發光元件’其中該金屬反射層係、包含^ In、Sn、Al、Au、Pt、Zn、Ge、Ag、Ti、Pb、pd、Cu、、

   AuBe、AuGe、Ni、Cr、PbSn 或AuZn 所構成材料组= 一種材料。 、、甲之S