TWI419364B - Light emitting device - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種發光裝置，尤指一種利用桿體結構以改良光萃取效率之發光裝置。
在本發明之描述中引用及論述了一些參照案，其可包括專利、專利申請案及各種公開案。提供此等參照案之引用及/或論述以僅僅闡明本發明之描述，且其並不承認任何此類參照案為本文中所描述之本發明之「先前技術」。在本說明書中所引用及論述之所有參照案之全文以引用之方式併入本文中，且在如同每一參照案個別地以引用之方式併入本文中之相同程度上併入本文中。
發光二極體(LED)已普遍用於具有極大亮度之照明。通常，LED之結構係包括多層結構及設置在該多層結構表面上之p電極及n電極，且該多層結構並具有p型半導體、n型半導體、以及夾置於該p型半導體與該n型半導體之間之主動層。在操作中，係將電流自該p電極及該n電極注入至LED中，使該電流擴展至各別半導體層中。當電流流經該主動層時，由該主動層處少數載子之重組(Recombination)而產生光。惟，其通常在不同程度上反射自主動層所產生之光，致
使光萃取效率降級。
為了改良光萃取效率，一般常於光出射外界之一表面上形成微結構來減少光反射。然而，通常藉由光微影及/或蝕刻形成微結構，此技術將不可避免地增加製程複雜性及製造成本。另一方面，當自主動層所產生之光透射至金屬p電極及/或n電極時，其大多數傳遞之光即在其中被吸收，故此技術也將減少光發射效率。
因此，在此技術中存在對解決前述缺點及不足且至今仍未解決之需要。故，一般習用者係無法符合使用者於實際使用時之所需。
本發明之主要目的係在於，提供一種利用桿體結構以改良光萃取效率之發光裝置。
在一態樣中，本發明係關於一種發光裝置。在一實施例中，該發光裝置包括一基板；一緩衝層，係形成於該基板上；一第一半導體層，係形成於該緩衝層上且具有一顯露區域；一主動層，係形成於該第一半導體層上並顯露該顯露區域；一第二半導體層，係形成於該主動層上；一接觸層，係形成於該第二半導體層上；一桿體結構，係形成於該接觸層及該第一半導體層之顯露區域中之至少一者上；一第一型電極，係形成於該第
一半導體層之顯露區域上；及一第二電極，係形成於該接觸層上。其中，該主動層包含多重量子井結構(Multiple Quantum Well,MQW)。
在一實施例中，該緩衝層係由未摻雜氮化銦鋁鎵(InAlGaN)形成。該第一半導體層係由n型InAlGaN形成，且該第二半導體層係由p型InAlGaN形成。
在一實施例中，該發光裝置可進一步包括一未摻雜InAlGaN層，其形成於該緩衝層上。該第一半導體層形成於該未摻雜InAlGaN層上。
該接觸層係由一透明導電氧化物形成，該透明導電氧化物包括氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鋅鋁(AZO)、氧化鋅鎵(GZO)、氧化銦(In2O3)、氧化錫(SnO2)或上述任意組合所組成之一族群。
該桿體結構係由一透明材料形成。在一實施例中，該透明材料包含一透明導電氧化物，其包括ITO、ZnO、AZO、GZO、In2O3、SnO2或上述任意組合所組成之一族群。在另一實施例中，該透明材料包含氮化矽(SiN)、氧化矽(SiO2)、氧化鈦(TiO2)、氧化鋁(Al2O3)或上述任意組合所組成之一族群。
該桿體結構係藉由化學氣相沈積(CVD)、蒸鍍、濺鍍沈積、水熱沈積、光微影、蝕刻或熱氧化之一程序形成。在一實施例中，該桿體結構係藉由包含蒸鍍或濺鍍之該程序而在介於25℃至400℃之間之一溫度下且在介於0sccm至10sccm之間之一氧流動速率下形成。
在一實施例中，該桿體結構包含彼此間隔開之複數個桿體。該複數個桿體具有一在介於10奈米(nm)至1000nm之間之平均距離、一在介於10nm至1000nm之間之平均直徑，及一在介於10nm至2000nm之間之平均高度。在一實施例中，該複數個桿體經形成為分別環繞該第二電極及該第一電極。在另一實施例中，該複數個桿體係以一所要圖案化形成於該接觸層中。在又一實施例中，該複數個桿體形成於該第一半導體層之顯露區域中。在一另外實施例中，該複數個桿體形成於該第一半導體層之顯露區域中且經形成為環繞該第一電極。
在另一態樣中，本發明係關於一種發光裝置。在一實施例中，該發光裝置包括一基板，其具有一第一表面及一相對第二表面；一緩衝層，係形成於該基板之第二表面上；一分散式布瑞格反射器(Distributed Bragg Reflector,DBR)層，
係形成於該緩衝層上；一第一半導體層，係形成於該DBR層上；一主動層，係形成於該第一半導體層上；一第二半導體層，係形成於該主動層上；一光萃取層，係形成於該第二半導體層上；一接觸層，係形成於該光萃取層上；一桿體結構，係形成於該接觸層之一部分上；一第一電極，係形成於該基板之第一表面上；及一第二電極，係形成於該接觸層上。
在一實施例中，該第一半導體層係由n型磷化銦鋁鎵(InAlGaP)形成，且該第二半導體層係由p型InAlGaP形成。該主動層包含MQW之多層結構。該接觸層係由ITO之一第二半導體及金鈹合金(AuBe)之一半導體形成。
該桿體結構係由一透明材料形成。在一實施例中，該透明材料包含一透明導電氧化物，其包括ITO、ZnO、AZO、GZO、In2O3、SnO2或上述任意組合所組成之一族群。在另一實施例中，該透明材料包含SiN、SiO2、TiO2、Al2O3或上述任意組合所組成之一族群。
該桿體結構係藉由CVD、蒸鍍、濺鍍沈積、水熱沈積、光微影、蝕刻或熱氧化之一程序形成。在一實施例中，該桿體結構係藉由包含蒸鍍或濺鍍之該程序而在介於25℃至400℃之間之一溫度
下且在介於0sccm至10sccm之間之一氧流動速率下形成。
在一實施例中，該桿體結構包含彼此間隔開之複數個桿體。該複數個桿體具有一在介於10nm至1000nm之間之平均距離、一在介於10nm至1000nm之間之平均直徑，及一在介於10nm至2000nm之間之平均高度。
在一實施例中，該複數個桿體經形成為環繞該第二電極。在另一實施例中，該複數個桿體係以一所要圖案形成於該接觸層之該部分上。
在又一態樣中，本發明係關於一種發光裝置。在一實施例中，該發光裝置包括一基板；一接合層，係形成於該基板上；一反射器，係形成於該接合層上；一透明導電層，係形成於該反射器上；一第二半導體層，係形成於該透明導電層上；一主動層，係形成於該第二半導體層上；一第一半導體層，係形成於該主動層上；一桿體結構，係形成於該第一半導體層上；一第一電極，係電耦接至該第一半導體層；及一第二電極，係形成於一額外基板上且電耦接至該第二半導體層。
在一實施例中，該發光裝置進一步包括一歐姆接觸層，其係形成於該反射器與該透明導電層
之間。該發光裝置亦可包括透明導電氮氧化物層，係形成於該第一半導體層上，且該第一電極係形成於該透明導電氮氧化物層上。
在一實施例中，該第一半導體層係由n型InAlGaN形成，且其中該第二半導體層係由p型InAlGaN形成。該主動層包含MQW之多層結構。
該桿體結構係由一透明材料形成。在一實施例中，該透明材料包含一透明導電氧化物，其包括ITO、ZnO、AZO、GZO、In2O3、SnO2或上述任意組合所組成之一族群。在另一實施例中，該透明材料包含SiN、SiO2、TiO2、Al2O3或上述任意組合所組成之一族群。
該桿體結構係藉由CVD、蒸鍍、濺鍍沈積、水熱沈積、光微影、蝕刻或熱氧化之一程序形成。在一實施例中，該桿體結構係藉由包含蒸鍍或濺鍍之該程序而在介於25℃至400℃之間之一溫度下且在介於0sccm至10sccm之間之一氧流動速率下形成。
在一實施例中，該桿體結構包含彼此間隔開之複數個桿體。該複數個桿體具有一在介於10nm至1000nm之間之平均距離、一在介於10nm至1000nm之間之平均直徑，及一在介於10nm至2000nm之間之平均高度。
在一實施例中，該複數個桿體經形成為環繞該第一電極。在另一實施例中，該複數個桿體係以一所要圖案形成於該透明導電氮氧化物層中。
在一另外態樣中，本發明係關於一種發光裝置。在一實施例中，該發光裝置包括一基板；一接合層，係形成於該基板上；一歐姆接觸層，係形成於該接合層上；一第一半導體層，係形成於該歐姆接觸層上且具有一顯露區域；一主動層，係形成於該第一半導體層上並顯露該顯露區域；一第二半導體層，係形成於該主動層上；一接觸層，係形成於該第二半導體層上；一桿體結構，係形成於該第一半導體層之顯露區域及該接觸層中之至少一者上；一第一電極，係形成於該接觸層上；及一第二電極，係形成於該第一半導體層之顯露區域上且通過一導通孔(via)而電連接至該歐姆接觸層。該接觸層係由一透明導電氧化物形成。
該桿體結構係由一透明材料形成。在一實施例中，該透明材料包含一透明導電氧化物，其包括ITO、ZnO、AZO、GZO、In2O3、SnO2或上述任意組合所組成之一族群。在另一實施例中，該透明材料包含SiN、SiO2、TiO2、Al2O3或上述任意組合所組成之一族群。
該桿體結構係藉由CVD、蒸鍍、濺鍍沈積、水熱沈積、光微影、蝕刻或熱氧化之一程序形成。在一實施例中，該桿體結構係藉由包含蒸鍍或濺鍍之該程序而在介於25℃至400℃之間之一溫度下且在介於0sccm至10sccm之間之一氧流動速率下形成。
在一實施例中，該桿體結構包含彼此間隔開之複數個桿體。該複數個桿體具有一在介於10nm至1000nm之間之平均距離、一在介於10nm至1000nm之間之平均直徑，及一在介於10nm至2000nm之間之平均高度。
在一實施例中，該複數個桿體經形成為分別環繞該第二電極及該第一電極。在另一實施例中，該複數個桿體形成於該接觸層中。在又一實施例中，該複數個桿體形成於該第一半導體層之顯露區域中。在一替代實施例中，該複數個桿體形成於該第一半導體層之顯露區域中且經形成為環繞該第一電極。
在又一態樣中，本發明係關於一種發光裝置。在一實施例中，該發光裝置包括一磊晶層，係具有形成於一基板上之多個半導體層；一第一電極及一第二電極，係具有彼此相反之極性，且分別電耦接至該磊晶層之對應半導體層；及一桿
體結構，係形成於該磊晶層上。
在一實施例中，該磊晶層包括一緩衝層，其係由InAlGaN形成於該基板上；一第一半導體層，其係由n型InAlGaN形成於該緩衝層上；一主動層，其具有MQW之多層結構，該主動層係形成於該第一半導體層上；及一第二半導體層，其係由p型InAlGaN形成於該主動層上，其中該第一半導體層具有一顯露區域，係未藉由該主動層及該第二半導體層覆蓋而得以顯露者。
該發光裝置亦包括一接觸層，該接觸層係由一透明導電氧化物形成於該第二半導體層上。該第一電極為一形成於該第一半導體層之顯露區域上之n電極，且該第二電極為一形成於該接觸層上之p電極。該桿體結構形成於該接觸層及該第一半導體層之顯露區域中之至少一者上。
在另一實施例中，該磊晶層包括一緩衝層，係形成於該基板上；一DBR層，係形成於該緩衝層上；一第一半導體層，其係由n型InAlGaP形成於該DBR層上；一主動層，其具有MQW之多層結構，該主動層係形成於該第一半導體層上；一第二半導體層，其係由p型InAlGaP形成於該主動層上；及一光萃取層，其係由InAlGaP形成於該第二半導體層上。
該發光裝置進一步包括一接觸層，該接觸層係由ITO之一第二半導體及AuBe之一半導體形成於該光萃取層上。該第一電極為一形成於該基板上之n電極，且該第二電極為一形成於該接觸層上之p電極。該桿體結構形成於該接觸層之一部分上。
在又一實施例中，該磊晶層包括一第一半導體層，其係由n型氮化鎵(GaN)形成；一第二半導體層，其係由p型GaN形成；及一主動層，其具有MQW之多層結構，該主動層係形成於該第一半導體層與該第二半導體層之間。
該發光裝置亦可具有一接合層，係形成於該基板上；一反射器，係形成於該接合層上；及一透明導電層，係形成於該反射器上，其中由p型GaN形成之第二半導體層係形成於該透明導電層上，而該桿體結構係形成於該第一半導體層上。
在一替代實施例中，該磊晶層包括一第一半導體層，其係由n型InAlGaP形成；一第二半導體層，其係由p型InAlGaP形成；及一主動層，其具有MQW之多層結構，該主動層形成於該第一半導體層與該第二半導體層之間，其中該第二半導體層具有一顯露區域，其係未藉由該主動層及該第一半導體層覆蓋而得以顯露者。
該發光裝置進一步具有一接觸層，該接觸層係由一透明導電氧化物形成於該第一半導體層上。該第一電極為一形成於該接觸層上之n電極，且該第二電極為一形成於該第二半導體層之顯露區域上且通過一導通孔而電連接至該歐姆接觸層之p電極。該桿體結構形成於該第二半導體層之顯露區域及該接觸層中之至少一者上。
該桿體結構係由一透明材料形成。在一實施例中，該透明材料包含一透明導電氧化物，其包括ITO、ZnO、AZO、GZO、In2O3、SnO2或上述任意組合所組成之一族群。在另一實施例中，該透明材料包含SiN、SiO2、TiO2、Al2O3或上述任意組合所組成之一族群。
該桿體結構係藉由CVD、蒸鍍、濺鍍沈積、水熱沈積、光微影、蝕刻或熱氧化之一程序形成。在一實施例中，該桿體結構係藉由包含蒸鍍或濺鍍之該程序而在介於25℃至400℃之間之一溫度下且在介於0sccm至10sccm之間之一氧流動速率下形成。
在一實施例中，該桿體結構包含彼此間隔開之複數個桿體。該複數個桿體具有一在介於10nm至1000nm之間之平均距離、一在介於10nm至1000nm之間之平均直徑，及一在介於10nm至
2000nm之間之平均高度。
本發明之此等及其他態樣將自結合以下圖式所採取之較佳實施例之以下描述變得顯而易見，但可在不脫離本發明之新穎概念之精神及範疇之情況下實現其中之變化及修改。
隨附圖式說明本發明之一或多個實施例，且隨附圖式與書面描述一起用來解釋本發明之原理。在可能時，貫穿該等圖式使用相同參考標號表示一實施例之相同或相似元件。
現將在下文中參閱顯示本發明之實施例之隨附圖式來更充分地描述本發明。然而，本發明可以許多不同形式加以呈現，且不應被解釋為限於本文中所闡述之實施例。相反地，提供此等實施例將使本發明得以徹底且完整地披露，也將向熟習此項技術者充分地傳達本發明之權利範疇。圖文中相似參考標號表示相似元件。
本文中參考橫截面說明以描述實例實施例，橫截面說明為實例實施例之理想化實施例(及中間結構)之示意性說明。因而，應可理解基於(例如)製造技術及/或容許誤差而存在相對於該等說明之形狀之變化。因此，實例實施例不應被解釋為限於本文中所說明之區之形狀，而係將包括由(例如)製造引起之形狀之偏差。舉例而言，被
說明為矩形之植入區將通常在其邊緣處具有圓形或彎曲特徵及/或具有漸變之植入濃度梯度，而非自植入區至非植入區為明顯濃度落差之改變。同樣地，藉由植入形成之內埋區可在該內埋區與進行該植入所通過之表面間之區間中發生部分的植入。因此，諸圖所說明之區本質上為示意性，且其形狀不表示說明裝置之區之實際形狀且不表示限制實例實施例之範疇。
應理解，當一元件或層被描述為「在另一元件或層上」、「連接至另一元件或層」、「耦接至另一元件或層」或「覆蓋另一元件或層」時，其可解讀為直接在另一元件或層上、直接連接至另一元件或層、直接耦接至另一元件或層或直接覆蓋另一元件或層，或可解讀為兩層之間存在其他的元件或層。相反地，當一元件被描述為「直接在另一元件上」時，即為兩層間不存在其他元件。如本文中所使用，術語「及/或」包括關聯列出項目中之一或多者之任何及所有組合。
應理解，儘管本文中可使用術語「第一」、「第二」及「第三」等描述各種元件、組件、區、層及/或區段，但此等元件、組件、區、層及/或區段不應受此等術語限制。此等術語僅用以區分一元件、組件、區、層或區段與另一元件、組件、區、
層或區段。因此，在不脫離本發明之教示之情況下，可將下文所論述之第一元件、組件、區、層或區段稱為第二元件、組件、區、層或區段。
本文中所使用之術語僅係出於描述特定實施例之目的，且不表示限制本發明。如本文中所使用，除非上下文另有清晰指示，否則單數形式「一」及「該」表示亦包括複數形式。應進一步理解，術語「包含」或「包括」或「具有」在用於本說明書中時指定所敘述之特徵、區、整數、步驟、操作、元件及/或組件之存在，但不排除一或多個其他特徵、區、整數、步驟、操作、元件、組件及/或其群組之存在或添加。
此外，本文中可使用諸如「下部」或「底部」及「上部」或「頂部」之相對術語以描述如諸圖所說明之一元件與另一元件之關係。應理解，除了諸圖所描繪之定向以外，相對術語表示亦涵蓋裝置之不同定向。舉例而言，若翻轉諸圖中之一者中之裝置，則被描述為在其他元件「下部」側之元件接著將定向於其他元件之「上部」側。因此，視該圖之特定定向而定，例示性術語「下部」可涵蓋「下部」及「上部」兩種定向。類似地，若翻轉諸圖中之一者中之裝置，則被描述為在其他元件「下方」或「之下」之元件接著將定向於
其他元件「上方」。因此，例示性術語「下方」或「之下」可涵蓋上方及下方兩種定向。
除非另外定義，否則本文中所使用之所有術語(包括技術及科學術語)具有與一般熟習本發明所屬技術領域通常知識者通常所理解之含義相同。應進一步理解，術語(諸如常用辭典中所定義之術語)應被解釋為具有與其在相關技術及本發明之內容背景中之含義相一致之含義，且不應在理想化或過度形式化之意義上加以解釋，除非本文中明確地如此定義。
如本文中所使用，術語「層」係指薄片或薄膜。
如本文中所使用，術語「電極」係為由一或多種導電材料形成之導電層或膜。
如本文中所使用，術語「歐姆接觸」係指半導體裝置之一區域，該區域之電流-電壓曲線係線性且對稱分佈。
將結合第1圖至第11圖之隨附圖式來進行關於本發明之實施例之描述。根據本發明之目的(如本文中所呈現及廣泛地所描述)之一，在一態樣中，本發明係關於一種發光裝置。
請參閱『第1A圖~第5圖』所示，係分別
為本發明一實施例之發光裝置之橫截面示意圖、本發明一實施例之發光裝置之俯視示意圖、本發明另一實施例之發光裝置之橫截面示意圖、本發明另一實施例之發光裝置之俯視示意圖、本發明又一實施例之發光裝置之橫截面示意圖、本發明又一實施例之發光裝置之俯視示意圖、本發明一替代實施例之發光裝置之橫截面示意圖、本發明一替代實施例之發光裝置之俯視示意圖、以及第1A、1B圖之發光裝置之製造程序示意圖。如圖所示：本發明係一種發光裝置，其中第1A圖~第4B圖係依據本發明之藍光水平式發光裝置之各種實施例，並以第5圖顯示製造該發光裝置之程序。請參閱1A、1B圖及第5圖，該發光裝置100包括一磊晶層、一接觸層160、一桿體結構170、一第一電極180及一第二電極190。該磊晶層包括一緩衝層120、一第一半導體層130、一主動層140及一第二半導體層150。
在該發光裝置100之製造程序中，係先提供一基板110，如第5圖左側第一步程序所示。該基板110係可藉由任何已知或以後開發之基板材料形成，諸如藍寶石(Al2O3)、碳化矽(SiC)、矽或砷化鎵(GaAs)。接著，將該磊晶層形成於該基板110上，如第5圖左側第二至四
步程序所示。於其中，由於在該基板110與半導體材料之間發生晶格失配，故需要將至少一緩衝層120形成於該基板110上。具體而言，藉由將該緩衝層120形成於該基板110上、將該第一半導體層130形成於該緩衝層120上、將該主動層140形成於該第一半導體層130上、以及將該第二半導體層150形成於該主動層140上以形成該磊晶層，如第5圖左側第二至四步程序所示。
在一實施例中，上述緩衝層120係由未摻雜氮化鋁(AlN)形成。該緩衝層120亦可經形成為包括氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)或AlN。該第一半導體層130係由n型氮化銦鋁鎵(InAlGaN)形成。該第二半導體層150係由p型InAlGaN形成。該主動層140包含具有多重量子井結構(Multiple Quantum Well,MQW)之一或多個層。亦可利用其他半導體來實踐本發明。
接著，將一蝕刻程序或其他切割程序中之一者，應用於該磊晶層以蝕刻掉在周邊區中之磊晶層之第二半導體層150及主動層140，以便顯露其中之第一半導體層130，如第5圖右側第五步程序所示。因此，該第一半導體層130
之顯露區域132係未藉由該主動層140及該第二半導體層150覆蓋而得以顯露者。
繼之，於該第二半導體層150上沈積一透明導電氧化物，諸如氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鋅鋁(AZO)、氧化鋅鎵(GZO)、氧化銦(In2O3)、氧化錫(SnO2)或其類似者，以在其上形成該接觸層160，如第5圖右側第六步程序所示。
隨後將該桿體結構170形成於該透明導電層160及/或該第一半導體層130之顯露區域132上，如第5圖右側第七步程序所示。
另外，該第一電極180為形成於該n型半導體層130之顯露區域132上之n電極，且該第二電極190為形成於該透明導電層160上之p電極，如第5圖右側第八步程序所示。
依據本發明，該桿體結構170係由透明材料形成。該透明材料包括諸如ITO、ZnO、AZO、GZO、In2O3、SnO2或其類似者之透明導電氧化物。另外，該透明材料亦可為氮化矽(SiN)、氧化矽(SiO2)、氧化鈦(TiO2)、氧化鋁(Al2O3)或其類似者。
上述桿體結構170係可藉由化學氣相沈積
(CVD)、蒸鍍、濺鍍沈積、水熱沈積、光微影、蝕刻、熱氧化或其類似者之程序形成。舉例而言，形成該桿體結構170之透明導電氧化物可藉由包含蒸鍍或濺鍍之程序而在介於25℃至400℃之間之溫度下且在介於0sccm至10sccm之間之氧流動速率下獲得。或者，該桿體結構170亦可以光微影及蝕刻藉由CVD、氣相沈積、濺鍍或熱氧化形成之透明材料獲得。
該桿體結構170包括彼此間隔開之複數個桿體171及172。複數個桿體171及172具有在介於10奈米(nm)至1000nm之間之平均距離、在介於10nm至1000nm之間之平均直徑、以及在介於10nm至2000nm之間之平均高度。如第1A、1B圖所示，該些桿體171形成於該透明導電層160上且環繞該p電極190，而該些桿體172形成於該n型半導體層130之顯露區域132上且環繞該n電極180。
請參閱第2A、2B圖所示，本發明除上述所提結構型態之外，亦可為另一實施例之結構型態，依據本發明之另一實施例之發光裝置100A，係類似於第1A、1B圖所示之發光裝置100，而其所不同之處係在於，該桿體結構170
係包括形成於該n型半導體層130之顯露區域132上之複數個桿體172及173，且該些桿體172僅部分地環繞該n電極180，而該些桿體173係沿著該n型半導體層130之周邊顯露區域132排列。
請參閱第3A、3B圖所示，本發明除上述所提結構型態之外，亦可為另一實施例之結構型態，依據本發明一替代實施例之藍光水平式發光裝置100B，係類似於第1A、1B圖所示之發光裝置100，而其所不同之處係在於，該桿體結構170係包括形成於該透明導電層160上之複數個桿體174，且該些桿體174係以(例如)具有平行列之特定圖案配置。
請參閱第4A、4B圖所示，本發明除上述所提結構型態之外，亦可為另一實施例之結構型態，依據本發明之另一實施例之藍光水平式發光裝置100C，係類似於第3A、3B圖所示之發光裝置100B，而其所不同之處係在於，每四個桿體175係以正方形圖案分組且各正方形在該透明導電層160中係以對稱圖案規則地配置。
請參閱『第6圖及第7圖』所示，係分別為本發明一實施例之發光裝置示意圖、及第6圖之發光裝置之製造程序示意圖。如圖所示：本發明
除上述所提結構型態之外，亦可為另一實施例之結構型態，依據本發明之另一實施例之垂直式發光裝置600，如第6圖所示，該發光裝置600包括形成於一基板610上之磊晶層。該磊晶層係具有依序地堆疊在一起之一緩衝層620、一分散式布瑞格反射器(Distributed Bragg Reflectors,DBR)層625、一第一半導體層630、一主動層640、一第二半導體層650及一光萃取層655。該發光裝置600亦包括一形成於該光萃取層655上之接觸層660、一形成於該光萃取層655上之桿體結構670、一形成於該基板610之第一表面611上之第一電極680、以及一形成於該接觸層660上之第二電極690。
在該發光裝置600之製造程序中，首先，係提供一導電基板610，如第7圖左側第一步程序所示。該導電基板610係可藉由任何已知或以後開發之基板材料形成，諸如SiC或GaAs。接著，將該磊晶層形成於該基板610上，如第7圖左側第二至五步程序所示。更具體而言，該磊晶層之形成，係藉由將該緩衝層620形成於該基板610之第二表面612上；接著，將該DBR層625沈積於該緩衝層620上；隨後，將該第一半導體層630形成於該DBR層625
上；繼之，將該主動層640形成於該第一半導體層630上；之後，將該第二半導體層650形成於該主動層640上；最後，將該光萃取層655形成於該第二半導體層650上。
在一實施例中，上述第一半導體層630係由n型磷化銦鋁鎵(InAlGaP)形成。該主動層640包含具有MQW之多層結構。該緩衝層120係經形成為包括AlGaN、GaN、InGaN、AlGaN或AlN。該光萃取層655係可由InAlGaP形成。
該接觸層660係(例如)由ITO或金鈹合金(AuBe)形成於該光萃取層655上，且該第二電極690(p電極)係形成於該接觸層660上，如第7圖右側第六步程序所示。
接著，將該桿體結構670形成於該光萃取層655上，如第7圖右側第七步程序所示。該桿體結構670包括彼此間隔開之複數個桿體。複數個桿體670具有在介於10nm至1000nm之間之平均距離、在介於10nm至1000nm之間之平均直徑、以及在介於10nm至2000nm之間之平均高度。複數個桿體670經形成為環繞該p電極690，或以所要圖案化形成於該光萃取層655上。
複數個桿體670係由諸如SiN、SiO2、
TiO2、Al2O3之透明材料形成，或由包括ITO、ZnO、AZO、GZO、In2O3、SnO2或其類似者之透明導電氧化物形成。該桿體結構670係藉由CVD、蒸鍍、濺鍍沈積、水熱沈積、光微影、蝕刻、熱氧化或其類似者之程序形成。舉例而言，該桿體結構670係藉由包含蒸鍍或濺鍍之程序而在介於25℃至400℃之間之溫度下且在介於0sccm至10sccm之間之氧流動速率下形成。
接著將該第一電極680(n電極)形成於該基板610之第一表面611上，如第7圖右側第八步程序所示。
請參閱『第8圖及第9圖』所示，係分別為本發明另一實施例之發光裝置示意圖、及第8圖之發光裝置之製造程序示意圖。如圖所示：本發明除上述所提結構型態之外，亦可為另一實施例之結構型態，依據本發明之又一實施例之藍光垂直式發光裝置800，如第8圖所示，該發光裝置800包括一基板810、一形成於該基板810上之接合層820、一形成於該接合層820上之反射器825、一形成於該反射器825上之透明導電層860、以及一磊晶層。該磊晶層係具有一形成於該透明導電層860上之第二半導體層850、一提供於該第二半導體層85
0上之主動層840、及一提供於該主動層840上之第一半導體層830。
上述第一半導體層830、第二半導體層850及主動層840構成該磊晶層，且該第一半導體層830係由n型InAlGaN形成，該第二半導體層850係由p型InAlGaN形成，而該主動層840係包含具有MQW之多層結構。
在該發光裝置800之製造程序中，如第9圖左側所示之一實施例中，係將多層磊晶結構形成於一第一基板815上，且將未摻雜GaN或未摻雜AlN之一緩衝層865沈積於該第一基板815上，並在上述磊晶層中具有沈積於該緩衝層355上之n型InAlGaN之第一半導體層830、沈積於該第一半導體層830上之主動層840、以及沈積於該主動層840上之p型InAlGaN之第二半導體層850，將該透明導電層860形成於該第二半導體層850上，接著，再將該反射器825形成於該透明導電層860上，並在該反射器825之頂部上，形成一第一接合層820a。
另外，提供一第二基板810，其係由導電材料形成，並在表面塗佈有一第二接合層820b。
下一程序係將該第二基板810與前述多層磊晶結構接合，使得該第一接合層820a與該第二接合層820b接合以形成該接合層820。
接著，藉由(例如)雷射浮離(Laser Lift-off,LLO)方式而自接合結構移除該第一基板815以溶解該緩衝層865，使得該多層磊晶結構自該第一基板815完全轉移至該第二基板810。另外，將藉由蝕刻程序，諸如感應耦合電漿(Inductive Coupling Plasma,ICP)蝕刻，以移除在雷射浮離程序之後剩餘之緩衝層865。
另外，將一桿體結構870形成於該第一半導體層830上，並將一第一電極880電耦接至該第一半導體層830，且將一第二電極890形成於該基板810之另一表面上並電耦接至該第二半導體層850，如第9圖右側所示。
類似地，上述桿體結構870包括彼此間隔開之複數個桿體，且該桿體結構870係藉由CVD、蒸鍍、濺鍍沈積、水熱沈積、光微影、蝕刻或熱氧化之程序形成。複數個桿體870具有在介於10nm至1000nm之間之平均距離、在介於10nm至1000nm之間之平均直徑、以及在介於10nm至2000nm之間之平均高度。或者，複數個桿體870係經形成為環繞該n電極880。
請參閱『第10圖及第11圖』所示，係分別為本發明再一實施例之發光裝置示意圖、及第10圖之發光裝置之製造程序示意圖。如圖所示：本發明除上述所提結構型態之外，亦可為另一實施例之結構型態，如第10圖所示，依據本發明之再一實施例之水平式發光裝置1000，其製造程序如第11圖所示，係類似於第9圖所示之發光裝置800之製造程序，而其所不同之處係在於，係將多層磊晶結構形成於一第一基板1011上，該第一基板1011接合至一第二基板1010，且該第二基板1010具有使用一接合層1020塗佈之表面。接著，藉由移除該第一基板1010上之緩衝層1015而自接合結構移除該第一基板1011，且將此多層磊晶結構自該第一基板1011完全轉移至該第二基板1010。
更具體而言，上述發光裝置1000包括基板1010、形成於該基板1010上之接合層1020、形成於該接合層1020上之第二歐姆接觸層1025、形成於該第二歐姆接觸層1025上之磊晶層、以及在該磊晶層上之第一歐姆接觸層1045。其中，該第一歐姆接觸層1045係可由(例如)AuBe製成。
上述磊晶層包括一光萃取層(即窗口層)1027、一形成於該第二歐姆接觸層1025上之第二半導體層1050、一形成於該第二半導體層1050上之主動層1040、以及一形成於該主動層1040上之第一半導體層1030。該磊晶層可藉由磊晶且依序地在該第二歐姆接觸層1025上成長p型半導體(例如，由InAlGaP形成之光萃取層1027)、在該光萃取層1027上成長p型InAlGaP之第二半導體層1050、在該p型半導體1050上成長具有MQW結構之主動層1040、以及在此具有MQW結構之主動層1040上成長n型InAlGaP之第一半導體層1030形成。其中，該磊晶層亦可藉由其他程序形成。
隨後，將一蝕刻程序或其他切割程序中之一者，應用於該磊晶層以蝕刻掉在周邊區中之磊晶層之第一歐姆接觸層1045、第一半導體層1030及主動層1040，以便顯露其中之第二半導體層1050。因此，該第二半導體層1050之顯露區域1052係未藉由該主動層1040及該第一半導體層1030覆蓋而得以顯露者。另外，亦藉由蝕刻程序形成一導通孔(via)1055於該顯露區域1052上，該導通孔1055係穿過該第二半導體層1050、該光萃
取層1027以到達該第二歐姆接觸層1025之頂部表面。
接著，於該第一半導體層1030上沈積透明導電氧化物(諸如ITO、ZnO、AZO、GZO、In2O3、SnO2或其類似者)以在其上形成一透明導電層1060。
繼之，將一桿體結構1070形成於該第二半導體層1050之顯露區域1052及該透明導電層1060中之至少一者上。
另外，再將一第一電極1080形成於該透明導電層1060上，以及將一第二電極1090形成於該第二半導體層1050之顯露區域1052上且通過該導通孔1055而電連接至該第二歐姆接觸層1025。
上述桿體結構1070係由包括SiN、SiO2、TiO2、Al2O3之透明材料形成，或由諸如ITO、ZnO、AZO、GZO、In2O3、SnO2或其類似者之透明導電氧化物形成。該桿體結構1070係藉由CVD、蒸鍍、濺鍍沈積、水熱沈積、光微影、蝕刻或熱氧化之程序形成。舉例而言，該桿體結構1070可藉由蒸鍍程序而在介於25℃至400℃之間之溫度下且在介於0sccm至10sccm之間之氧流動速率下形成。
桿體結構1070包括彼此間隔開之複數個桿體1071及1072。複數個桿體1071及1072具有在介於10nm至1000nm之間之平均距離、在介於10nm至1000nm之間之平均直徑、以及在介於10nm至2000nm之間之平均高度。如第10圖所示，該些桿體1071形成於該透明導電層1060上且環繞該n電極1080，而該些桿體1072形成於該p型半導體層1050之顯露區域1052上且環繞該p電極1090。
綜上所述，本發明係一種發光裝置，可有效改善習用之種種缺點，該發光裝置包括一具有多個半導體層之磊晶層及一形成於該磊晶層上之桿體結構以改良光萃取效率，進而使本發明之產生能更進步、更實用、更符合使用者之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
100、100A‧‧‧發光裝置
100B、100C‧‧‧藍光水平式發光裝置
110‧‧‧基板
120‧‧‧緩衝層
130‧‧‧第一半導體層/n型半導體層
132‧‧‧顯露區域
140‧‧‧主動層
150‧‧‧第二半導體層
160‧‧‧接觸層/透明導電層
170‧‧‧桿體結構
171、172、173、174、175‧‧‧桿體
180‧‧‧第一電極/n電極
190‧‧‧第二電極/p電極
600‧‧‧垂直式發光裝置
610‧‧‧基板
611‧‧‧第一表面
612‧‧‧第二表面
620‧‧‧緩衝層
625‧‧‧分散式布瑞格反射器層
630‧‧‧第一半導體層
640‧‧‧主動層
650‧‧‧第二半導體層
655‧‧‧光萃取層
660‧‧‧接觸層
670‧‧‧桿體結構/桿體
680‧‧‧第一電極/n電極
690‧‧‧第二電極/p電極
800‧‧‧藍光垂直式發光裝置
810‧‧‧基板
815‧‧‧基板
820‧‧‧接合層
820a‧‧‧第一接合層
820b‧‧‧第二接合層
825‧‧‧反射器
830‧‧‧第一半導體層
840‧‧‧主動層
850‧‧‧第二半導體層
860‧‧‧透明導電層
865‧‧‧緩衝層
870‧‧‧桿體結構/桿體
880‧‧‧第一電極/n電極
890‧‧‧第二電極
1000‧‧‧水平式發光裝置
1010‧‧‧第二基板
1011‧‧‧第一基板
1015‧‧‧緩衝層
1020‧‧‧接合層
1025‧‧‧第二歐姆接觸層
1027‧‧‧光萃取層/窗口層
1030‧‧‧第一半導體層
1040‧‧‧主動層
1045‧‧‧第一歐姆接觸層
1050‧‧‧第二半導體層/p型半導體層
1052‧‧‧顯露區域
1055‧‧‧導通孔
1060‧‧‧透明導電層
1070‧‧‧桿體結構
1071、1072‧‧‧桿體
1080‧‧‧第一電極/n電極
1090‧‧‧第二電極/p電極
第1a圖，係本發明一實施例之發光裝置之橫截面示意圖。
第1b圖，係本發明一實施例之發光裝置之俯視示意圖。
第2a圖，係本發明另一實施例之發光裝置之橫截面示意圖。
第2b圖，係本發明另一實施例之發光裝置之俯視示意圖。
第3a圖，係本發明又一實施例之發光裝置之橫截面示意圖。
第3b圖，係本發明又一實施例之發光裝置之俯視示意圖。
第4a圖，係本發明一替代實施例之發光裝置之橫截面示意圖。
第4b圖，係本發明一替代實施例之發光裝置之俯視示意圖。
第5a圖至第5h圖，係第1a、1b圖之發光裝置之製造程序示意圖。
第6圖，係本發明一實施例之發光裝置示意圖。
第7a圖至第7h圖，係第6圖之發光裝置之製造程序示意圖。
第8圖，係本發明另一實施例之發光裝置示意圖。
第9a圖及第9b圖，係第8圖之發光裝置之製
造程序示意圖。
第10圖，係本發明再一實施例之發光裝置示意圖。
第11a圖及第11b圖，係第10圖之發光裝置之製造程序示意圖。
100‧‧‧發光裝置
110‧‧‧基板
120‧‧‧緩衝層
130‧‧‧第一半導體層/n型半導體層
132‧‧‧顯露區域
140‧‧‧主動層
150‧‧‧第二半導體層
160‧‧‧接觸層/透明導電層
170‧‧‧桿體結構
171、172‧‧‧桿體
180‧‧‧第一電極/n電極
190‧‧‧第二電極/p電極
Claims (20)
- 一種發光裝置，係包括：一基板；一緩衝層，係形成於該基板上；一第一半導體層，係形成於該緩衝層上且具有一顯露區域；一主動層，係形成於該第一半導體層上並顯露該顯露區域；一第二半導體層，係形成於該主動層上；一接觸層，係形成於該第二半導體層上；一第一電極，係形成於該第一半導體層之顯露區域上；一第二電極，係形成於該接觸層上；以及一桿體結構，係形成於該接觸層及該第一半導體層之顯露區域中之上，並且分別環繞該第二電極及該第一電極。
- 一種發光裝置，係包括：一基板；一緩衝層，係形成於該基板上；一第一半導體層，係形成於該緩衝層上且具有一顯露區域； 一主動層，係形成於該第一半導體層上並顯露該顯露區域；一第二半導體層，係形成於該主動層上；一接觸層，係形成於該第二半導體層上；一第一電極，係形成於該第一半導體層之顯露區域上；一第二電極，係形成於該接觸層上；以及一桿體結構，係形成於該第一半導體層之顯露區域中之上，該桿體結構部分環繞該第一電極，且沿著該第一半導體層之周邊顯露區域排列。
- 一種發光裝置，係包括：一基板，係具有一第一表面及一相對第二表面；一緩衝層，係形成於該基板之第二表面上；一分散式布瑞格反射器(Distributed Bragg Reflectors,DBR)層，係形成於該緩衝層上；一第一半導體層，係形成於該DBR層上；一主動層，係形成於該第一半導體層上；一第二半導體層，係形成於該主動層上；一光萃取層，係形成於該第二半導體層上； 一接觸層，係形成於該光萃取層上；一第一電極，係形成於該基板之第一表面上；一第二電極，係形成於該接觸層上；以及一桿體結構，係形成於該接觸層及該基板之第一表面之上，並且分別環繞該第二電極及該第一電極。
- 一種發光裝置，係包括：一磊晶層，係具有多個形成於一基板上之半導體層；一第一電極及一第二電極，係具有彼此相反之極性，且分別電耦接至該磊晶層之對應半導體層；以及一桿體結構，係形成於該磊晶層上，並且分別環繞該第二電極及該第一電極。
- 依申請專利範圍第4項所述之發光裝置，其中，該磊晶層包含：一緩衝層，係形成於該基板上；一第一半導體層，係以n型氮化鎵(GaN)為基礎之材料形成於該緩衝層上且具有一顯露區域；一主動層，係形成於該第一半導體層上並顯 露該顯露區域；以及一第二半導體層，係以p型GaN為基礎之材料形成於該主動層上並顯露該顯露區域。
- 依申請專利範圍第5項所述之發光裝置，其進一步包含一接觸層，該接觸層係由一透明導電氧化物形成於該第二半導體層上。
- 依申請專利範圍第6項所述之發光裝置，其中，該第一電極為一形成於該第一半導體層之顯露區域上之n電極，且該第二電極為一形成於該接觸層上之p電極。
- 依申請專利範圍第6項所述之發光裝置，其中，該桿體結構係形成於該接觸層及該第一半導體層之顯露區域中之至少一者上。
- 依申請專利範圍第8項所述之發光裝置，其中，該桿體結構係以一圖案化形成於該接觸層中。
- 依申請專利範圍第5項所述之製作發光裝置之方法，其中，該桿體結構形成於該第一半導體層之顯露區域中且經形成為環繞該第一電極。
- 依申請專利範圍第4項所述之發光裝置，其中，該磊晶層包含：一緩衝層，係形成於該基板上； 一DBR層，係形成於該緩衝層上；一第一半導體層，係由n型磷化銦鋁鎵(InAlGaP)形成於該DBR層上；一主動層，係具有多重量子井結構(Multiple Quantum Well,MQW)，該主動層形成於該第一半導體層上；一第二半導體層，係由p型InAlGaP形成於該主動層上；以及一光萃取層，係由InAlGaP形成於該第二半導體層上。
- 依申請專利範圍第11項所述之發光裝置，其進一步包含一接觸層，該接觸層係形成於該光萃取層上。
- 依申請專利範圍第12項所述之發光裝置，其中，該第一電極為一形成於該基板上之n電極，且該第二電極為一形成於該接觸層上之p電極。
- 依申請專利範圍第4項所述之發光裝置，其中，該桿體結構係由一透明材料形成。
- 依申請專利範圍第14項所述之發光裝置，其中，該透明材料包含一透明導電氧化物，該透明導電氧化物包括氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鋅鋁(AZO)、氧化鋅鎵(GZO)、氧化銦 (In2O3)、氧化錫(SnO2)或上述任意組合所組成之一族群。
- 依申請專利範圍第14項所述之發光裝置，其中，該透明材料包含氮化矽(SiN)、氮化矽(SiO2)、氧化鈦(TiO2)、氧化鋁(Al2O3)或上述任意組合所組成之一族群。
- 依申請專利範圍第4項所述之發光裝置，其中，該桿體結構係藉由一包含蒸鍍、濺鍍沈積、水熱沈積、光微影、蝕刻或熱氧化之程序形成。
- 依申請專利範圍第17項所述之發光裝置，其中，該桿體結構係藉由包含蒸鍍或濺鍍之程序而在介於25℃至400℃之間之一溫度下且在介於0sccm至10sccm之間之一氧流動速率下形成。
- 依申請專利範圍第4項所述之發光裝置，其中，該桿體結構包含彼此間隔之複數個桿體。
- 依申請專利範圍第19項所述之發光裝置，其中，該些桿體具有一介於10奈米(nm)至1000nm之間之平均距離、一介於10nm至1000nm之間之平均直徑、以及一介於10nm至2000nm之間之平均高度。
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