TWI352438B - Semiconductor light-emitting device - Google Patents

Description

1352438 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種半導體發光元件(semiconduct〇r light_ emitting device)，特別是關於一種具有高度發光效率及較佳的演 色性(color rendering property)之半導體發光元件。 、 【先前技術】 所謂「白光」通常係指一種多顏色的混合光。以人眼所見之 白=至少包括二種以上波長之色光所形成，例如：藍色光加黃色 可得到二波長之白光；藍色光、綠色光、紅色光混合後可 波長之白光。

~現在家庭用室内照明光源如日光燈、U型省電燈泡及小型手 ，筒？明、汽車/飛機/船内之照明等’使狀光騎發射的光線 ^為三波長之白光。此外，目前薄膜電晶體液晶顯示器(tftlcd 中所使用之背光源亦為三波長之白光。由此可知，·發出白 光模組在照明市場中佔有相當大的比重。 X 夕習知的白光發光二極體主要包含兩種類型。第一種類型包括 =個發光二極體晶片，並藉由調整通過每一個單色發光二極體晶 之電/爪來產生白光。此外，第一種類型又可分為同時使用紅 ^、藍光及綠光之發光二極體晶片之三波長型的白光發光二極 ^及使用黃光及藍紐光二極體晶片之二波長型的白光發光 =玉體。雖然此種類型的白光發光二極體的發光效率較高，但因 ’、、、需同時使用多個單色發光二極體晶>1，所以其製作成本較高。， 員圭為以藍光發光二極體晶片搭配一黃色無機螢光粉 =色有機營光染料)以產生白光的白光發光二極體。其中，藍 光一極體晶片所發出之藍光的波長介於440nm及490nm之 間。黃色無機螢光粉受到藍光照射之後，可發出黃色之 ^黃色螢光與原有之藍絲光後，便可得_需之自光。此義 ，的白光發光二極體在製作上較上述之第-種_的白光 ，，且生產成本也較低，因此目前市面上之白光發光^極體 大夕為此種類型。 ，而’由於第二種類型的白光發光二極體之發光效率較低， 且/、為一波長型(僅由藍光及黃光進行混光)之白光發 =此在演色性及顯示色溫的表現上並不如其他三波4型之白光 極體。故第二種類型的白光發光二極體所存在的缺點仍^ 因此，本發狀主魏私於提供—難有高紐光效 車父佳的演色性之半導體發光元件，以解決上述問題。 【發明内容】 本發明之一範疇在於提供一種半導體發光元件。 根據本發明之一具體實施例，該半導體發光元件包含 (，如te)、一多層結構細·— ㈣、至少一個電極二二 (electrode structure)以及一光反射器(lightreflect〇r)。 、口冓 該基板具有一上表面。該多層結構係形成於該基板之該 層姓構ϊίίΐ構至少—半導體材料層以及—發光區。該多 =構並且具有-頂表面。該至少—個電極結構係形成於 :構之該頂表面上。該統射祕形成於該多層結構之該頂表^ μ相Ξί if ，根縣㈣之半導體發光元件(㈣，白光： 器，致使該半導體發先元件具有較 13*52438 關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖 式得到進一步的瞭解。 【實施方式】 請參閱圖一，圖一繪示根據本發明之另一具體實施例之半導 體發光元件1之戴面視圖。 於此實施例中，該半導體發光年件1係以一發光二極體為 例，但不以此為限。該發光二極體所發出之光線可以搭配一無機 螢光粉或染料以產生白光。 如圖一所示，該半導體發光元件丨包含一基板10、一多層結 構12、至少一個電極結構μ以及一光反射器16。 該基板10可以是玻璃(Si〇2)、矽(Si)、鍺(Ge)、氮化鎵 (GaN)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、氮化鋁(A1N)、藍寶石 (sapphire)、尖晶石(spinnel)、三氧化二鋁(ai2〇3)、碳化矽(si〇、 氧化鋅(ZnO)、氧化鎂(MgO)、二氧化鋰鋁(LiAl〇2)、二氧化鋰鎵 (LiGa02)或四氧化鎂二鋁(MgAl204)。 該基板10具有一上表面100。該多層結構12係形成於該基 板10之該上表面100上。該多層結構12包含至少'-半導體材料 層122以及一發光區120。 於一具體實施例中，該至少一半導體材料層122可以由一 n_ VI族化合物或一 ΠΙ-V族化合物所製成。 該多層結構12並且具有一頂表面124。該至少一個電極结才森 W係，成於該多層結構12之該頂表面124上。該光反射器16係 形成於該多層結構12之該頂表面124上。 ’、 請參閱圖二’圖二係繪示由圖一中之半導體發光元件丨延伸 比2438 之另—具體實施例之半導體發光元件丨之戴面視圖。 如圖二所示，除了形成於該多層結構12 :側=射器16並且可以形成於該多層結構㈣基板10 •於一具體實施例中，該光反射器16可以利 黏貼(adhesion)之方式形成於該多層結構12之丧C=mg ^ 或同時形成於該多層結構12及該基板10之侧^面上。 ’

於一具體實施例中，該光反射器ι16可以由至且 射率之材料層及至少-具有低折射率之材料層相互堆疊而形成' 舉例而言，該至少一具有高折射率之材料層可以由 (S^N4)、二氧化鈦(τ%〇5)、氧化鈕(及2〇5)、五氧化二鈮&^^)、 氧化鈽(Ce〇2)或硫化鋅(zns)所形成或以上所述化合物中之任意兩 種化合物搭配而形成。此外，該至少一具肴低折射率之材料層可 以由二氧化石夕(SiOJ及/或氟化鎂(MgF2)所形成，。 曰

" 舉例而言，該光反射器16可以由氮化矽(折射率為υ9)及二 氧化石夕(折射率為1.45)搭配而形成。請參閱圖三。圖三係根據本 發明之半導體發光元件對不同顏色之光線的反射頻譜。 如圖三所示，在該光反射器16由氮化矽及二氧化石夕組成的 情況下，藉由改變該光反射器16之對數即可得到對不同顏色之 光線所要的反射率。於一具體實施例中，如圖三所示，該光反射 器16對於紅光之反射率幾乎可以達到〇 9。 於另一具體實施例中’該光反射器16可以是一反射器組 合。 該反射器組合可以由一藍光反射器、一綠光反射器或一紅光 反射器所組成，或由兩種以上上述之反射器所組成。 13^52438 …巧藍光、綠光或紅光反射器之選擇可視實際情況所需而決 定。藉由控制該光反射器16之厚度或對數可以控制入射至該光 反射器16之光線的最佳波長及反射率。理論上，該光反射器16 之厚度值為Νλ/4ηπι(Ν=：1、3、5...，N為奇數）。 .請參閱圖四，圖四係繪示根據本發明之另一具體實施例之半 導體發光元件1之截面視圖。 如圖四所示，該半導體發光元件丨進一步可以包含形成於該 光反射器16上之一螢光層(fluorescent layer)l8。 根據Stoke Theory，螢光粉的激發效率與被激發光與光源之 ，長差有關。以紫外光(UV)激發光為例，藍光激發效率最好，綠 光次之，紅色最差。如果以藍光激發，則綠光效率又遠比紅光 好，因而在设計光反射器組時可根據發光效率自由調整反射率。 例如，可將紅光反射率調成1〇〇%，綠光調成7〇%，藍光調成 50%，罔此在螢光粉封裝後得到高效率及高演多性的白光L]ED。 根據未發明之半導體發光元件丨(例如，白光番光二極體)在經 ϋ螢光粉封裝及該反射器組合的幫助下，的確可增加該半導體發 光7G件1之發光效率及光源的演色性。特別地，為補償紅光之出 光強度，根據本發明之半導體發光元件丨能在不增加螢光粉量的 十月況下’藉由改變該光反射器16之對數便能提升該半導體發光 元件1之發光效率及光源的演色性。 請參閱圖五，圖五係繪示根據本發明之另一具體實施例之半 導體發光元件2之截面視拜。 如圖五所示’該半導體發光元件2包含一基板2〇、一多層結 構=2、一光反射器24、一反射層28、至少一個電極結構26以及 一導熱基板30。一絕緣層&係形成於該導熱基板3〇上並且一電 路層34係形成於該絕緣層32上。 I3,52438 -搞=五咖，該半導體發光元件2細—覆晶式結構之發光 20 2^° tit ί — ΐί體材料層222以及—發光區220。該多層結構22並且罝 二T表面224。該光反射器24係形成於該基板20之該^ 上t該反射層28係形成於該多層結構22之該頂表It 、έ:=^=26係形成於該多卿2之該頂表面 Μΐίί、個電極結構26係藉由至少—個接合_~)層36 ίΪίί f 3G及該電路層34電性連接。該接合層36可以由 金屬製成，但不以此為限。 田 於一具體實施例中，該光反射器24可以由至少—且 =„層及至少-具有低折射率之材料層相互堆叠。斤 3二具折射率之材料層及該至少—具有低折射率之材料 層之成伤如先前所述，在此不予贅述。 於另-具體實施例中，該光反射器24可以是—反 i贅Ξ樣地，該反射器組合之元件(eiemem)如先前所述，ΐ此不 相較於先前技術，根據本發明之轉體發光元件(例如 两之發光效^及較佳‘演色性。° ’ ' Τ . 發明具體例之詳述，係希望能更加清楚描述本 並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對 本U之祀命加以限制。相反地’其目的是希望能涵蓋各種改變 IJ52438 盖所有可_改變以 二最; 及具相等性的安排 1352438 【圖式簡單說明】 圖一緣示根據本發明之一 面視圖。 具體實施例之半導體發光元件之截 ，二係繪示由中之半導體發光 例之半導體發光元叙_細。 具體實施 Ξί係根縣㈣之半導體發光元件__色之光線的反 射頻譜 Ξ= 身報縣制之另—具體實_之半賴發光元件 之截面視圖 之截繪示根據本發明之另-具體實施例之半導體發光元件 【主要元件符號說明】 1、2 :半導體發光元件 12、22 :多層結構 16、24:光反射器 100、200 ·上表面 120、220 :發光區 124、224 .頂表面 3〇 :導熱基板 34 :電路層 10、20 ·基板 14、26 :電極結構 18、28 .螢光層 202 :下表面 122、222 ·半導體材料層 28 :反射層 32 :絕緣層 36 :接合層 12

Claims (1)

1352438 十、申請專利範圍：

100-3-14 1、 2、 3、 4、 一種半導體發光元件，包含： 一基板’該基板具有一上表面； 一多層結構，該多層結構係形成於該基板之該上表面上該 多層結構包含至少一半導體材料層以及一發光區，該^ 結構並且具有一頂表面； S 至少一個電極結構，該至少一個電極結構係形成於該多層钟 構之該頂表面上； ° 一光反射器，該光反射器係形成於該多層結構之該頂表面 上’其中該光反射器係-反射器組合，且該反射器組 由選自由-藍光反射器、一綠光反射器及一紅光反射 組成之一群組中之其一或其二以上所組成；以及 ™ 一螢光層，形成於該光反射器上。 如申請專利細第1項所述之半導體發光元件，其巾 並且係形成於該多層結構及/或該基板之側表面上。 ，》 如申請專利範圍第丨項所述之半導體發光元件其中該光反射器 係由至少-具有高折射率之材料層及至少—具有低折射率之： 料層相互堆疊而形成。 如申請專利範圍第3項所述之半導體發光元件，其中該至少一具 有南折射率之材料層係由選自由氮化⑪、二氧化鈦、氧化姐、 五氧化二鈮、氧化鈽及硫化鋅所組成之一群組中之其一戋其_ 所形成，並且該至少-具有低折射率之材料層係由二氧化石夕: 或氟化鎂所形成。 13 S B52438 • » • · 100-3-14 5、如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件’其中該至少一半 . 導體材料層係由一 n-VI族化合物或一 ιπ-ν族化合物所形成。 '6、如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件，其中該基板係由 選自由玻璃、碎、鍺、氮化鎵、神化鎵、磷^化鎵、氮化紹、藍 寶石、尖晶石、三氧化二鋁、碳化矽、氧化鋅、氧化鎂、二氧 化鋰鋁、二氧化鋰鎵以及四氧化鎂二鋁所組成之一群組中之其 一所形成。 八

一種半導體發光元件，包含： —基板’該基板具有一上表面及一下表面； —多層結構，該多層結構係形成於該基板之該上表面上，該 多層結構包含至少一半導體材料層以及一發光區，該多層 結構並且具有一頂表面； —光反射器，該光反射器係形成於該基板之該下表面上，其 中該光反射器係一反射器組合，且該反射器組合係由選自 由一藍光反射器、一綠光反射器及一紅光反射器所組成之 一群組中之其一或其二以上所組成； —螢光層’形成於該光反射器上； —反射層，該反射層係形成於該多層結構之該頂表面上； 至少一，電極結構，該至少一個電極結構係形成於該多層結 構之該頂表面上及該反射層上；以及 —導熱基板’一絕緣層係形成於該導熱基板上並且一電路層 係形成於該絕緣層上，該至少一個電極結構係藉由至少二 個接合層與該導熱基板及該電路層電性連接。 如申請專利範圍第7項所述之半導體發技件，其中該光反射器 系由至少-具有高折射率之材料層及至少—具有低折射率之材 14 100-3-14 料層相互堆疊而形成。 9、如中請專利細第8項所述之半導體發光元件，其中該至少一且 有高折射率之材料層係由選自由氮化石夕、二氧化鈦、氧化組、、 五乳化二銳、氧化飾及硫化鋅所組成之一群組中之並一或其二 所形成，並1該至少-具有低折㈣之材料層係由二氧化石夕: 或氟化鎂所形成。 10. 11 如申請專概圍第7項所述之料體發光元件，其中該至少 導體材料層㈣—n观化合物或—财触合物所形成。 巧之半導體發光元件，其中該基板係由 寶石、尖晶;δ。t f鎵、神化鎵^化鎵、氮化銘、藍 幽呂、二氧化::炭化矽、氧化辞、氧化鎂、二氧 -所形成。w 及魏鎂二|3顺狀—群組中之其