TWI436499B - 發光元件及其製造方法 - Google Patents

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Description

發光元件及其製造方法
本發明揭露一種發光元件及其製造方法，特別是關於一種包含一電流擴散層之發光元件及其製造方法。
發光元件例如發光二極體，包含一能夠放射出特定波長光線的活性層，其可為同質結構(Homostructure)、單異質結構(Single Heterostructure;SH)、雙異質結構(Double Heterostructure；DH)、或是多重量子井(Multiple Quantum Well；MQW)等半導體化合物所堆疊而成的磊晶結構。由於發光二極體具有低耗電量、低散熱量、操作壽命長、耐撞擊、體積小、反應速度快、以及可發出穩定波長的色光等良好光電特性，因此常應用於家電、儀表之指示燈、光電產品之應用光源、以及光電通訊領域等。
本發明提出一種發光元件，包含一電流擴散層及一半導體疊層，其中電流擴散層具有一被蝕刻區域及一未被蝕刻區域，且此二區域間有一水平高度差異值，其值佔電流擴散層厚度之20%至70%。
本發明提出一種發光元件，包含一電流擴散層及一半導體疊層，其中電流擴散層厚度至少為4μm。
本發明提出一種發光元件，包含一電流擴散層及一半導體疊層，其中電流擴散層的能隙大於半導體疊層中任一層的能隙。
本發明提出一種發光元件，包含一電流擴散層及一半導體疊層，其中電流擴散層掺雜雜質且其掺雜濃度至少為5×1017 /cm3 。
本發明提出一種發光元件，包含一電流擴散層及一半導體疊層，其中電流擴散層材料可為磷化鎵或氧化鋅。
本發明提出一種發光元件，包含一電流擴散層及一半導體疊層，其中電流擴散層掺雜之雜質可為鎂或鋅。
本發明提出一種發光元件，包含一中間層位於電流擴散層與半導體疊層之間，其中中間層掺雜雜質且其掺雜濃度小於電流擴散層掺雜濃度的三分之一。
本發明提出一種發光元件，包含一中間層位於電流擴散層與半導體疊層之間，其中中間層材料可為磷化鎵或氧化鋅。
本發明提出一種發光元件，包含一中間層位於電流擴散層與半導體疊層之間，其中中間層掺雜之雜質可為鎂或鋅。
本發明係關於一種發光元件及其製造方法，包含一電流擴散層，具有一被蝕刻區域及一未被蝕刻區域，且此二區域間有一水平高度差異值，其值佔電流擴散層厚度之20%至70%。為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，可配合第1圖至第8圖之圖式，參照下列描述。
第1至4圖為本發明實施例一之發光元件結構側視圖。請參照第1圖，發光元件100例如一發光二極體，包含一成長基板101，其材料可為砷化鎵(GaAs)。接著，於成長基板101上形成一半導體疊層10。半導體疊層10係藉由一磊晶製程所形成，例如有機金屬氣相沉積磊晶法(MOCVD)、液相磊晶法(LPE)或分子束磊晶法(MBE)等磊晶製程。此半導體疊層10至少包含一第一電性半導體層103，例如為一n型磷化鋁鎵銦Alx Gay In(1-x-y) P層；一活性層104，例如為一磷化鋁鎵銦Alx Gay In(1-x-y) P層所形成的多重量子井結構；以及一第二電性半導體層105，例如為一p型磷化鋁鎵銦Alx Gay In(1-x-y) P層，其中0≦x≦1，0≦y≦1，0≦x+y≦1。另外，本實施例之活性層104可由例如同質結構、單異質結構、雙異質結構、或是單一量子井結構所堆疊而成。
請參照第2圖。接著，於半導體疊層10上形成一中間層106及一電流擴散層107。於本實施例中，中間層106的材料可為磷化鎵(GaP)或氧化鋅(ZnO)，其中可掺雜雜質例如為Mg、Zn，且其掺雜濃度為D1 。電流擴散層107的材料可為磷化鎵(GaP)或氧化鋅(ZnO)，其中可掺雜雜質例如為Mg、Zn，且其掺雜雜質濃度為D2 。於本實施例中，電流擴散層107厚度至少為4μm，且電流擴散層107的能隙(energy band gap)大於半導體疊層10之任一層材料的能隙，D2 ≧5×1017 /cm3 ，D1 ≦D2 /3。並可選擇性地於電流擴散層107上以蝕刻製程形成特定圖案，使其表面形成一粗糙面。為了增加後續與永久基板黏接的效果，可於電流擴散層107之上另形成一第一透明黏接層108A。
再參照第3圖，於一永久基板110上形成一第二透明黏接層108B。其中永久基板110較佳為一透光絕緣基板，其材料可為玻璃、藍寶石、鋰酸鈮、氮化鎵、氧化鋅等材料。第一透明黏接層108A及第二透明黏接層108B的材料可以為BCB、Epoxy等高分子材料，或為氧化物如TiO2 、Ti2 O5 、Ta2 O3 、ZnO及Al2 O3 ，或氮化物如SiONx 、GaN、AlN，或diamond。
參照第4圖，接著，將如第2圖所示具有第一透明黏接層108A之結構與如第3圖所示具有第二透明黏接層108B之結構面對面直接接合，且第一透明黏接層108A與第二透明黏接層108B形成為一透明黏接層108。再藉由蝕刻製程或化學機械研磨製程等方式移除成長基板(圖未示)。成長基板移除後，裸露出半導體疊層10之第一電性半導體層103的表面，並可選擇性地於第一電性半導體層103上以蝕刻製程形成特定圖案，使其表面形成一粗糙面(圖未示)。
如第4圖所示，由上而下蝕刻半導體疊層10、中間層106及部分電流擴散層107以露出電流擴散層107表面S，使得電流擴散層107形成具有一被蝕刻區域S2 及一未被蝕刻區域S1 ，且此二區域間有一水平高度差異值d，其值佔電流擴散層厚度之20%至70%。
接著，利用熱蒸鍍(Thermal Evaporation)、電子束蒸鍍(E-beam)或離子濺鍍(Sputtering)等方法，於第一電性半導體層103上形成一第一電極112，並於電流擴散層107表面S上形成一第二電極113，以形成發光元件100。當發光元件100操作時，將第一電極112和第二電極113與一電源供應系統(圖未示)電性連接，於第二電極113注入一電流，此電流藉由被蝕刻區域S2 橫向擴散至整個電流擴散層107，並經由中間層106、第二電性半導體層105傳遞至整個活性層104，因而改善電流侷限的問題，發光元件的發光效率也隨之增加。
以下僅就本發明實施例二與實施例一之差異處進行說明，相似處則不再贅述。如第2圖所示，於電流擴散層107上以蝕刻製程形成特定圖案，使其表面形成一粗糙面後，為了增加後續與永久基板黏接的效果，可於電流擴散層107之上另形成一第一金屬黏接層111A，如第5圖所示。再如第6圖所示，於一永久基板110上形成一反射層109及一第二金屬黏接層111B。其中永久基板110為不透光絕緣基板，例如：陶瓷基板。反射層109可為金屬材料，如鋁、金、鉑、鋅、銀、鎳、鍺、銦、錫、及其合金；或金屬和氧化物組合而成，如氧化銦錫/銀(ITO/Ag)、氧化銦錫/氧化鋁/銀(ITO/AlOx/Ag)、氧化銦錫/氧化鈦/氧化矽(ITO/TiOx/SiOx)、氧化鈦/氧化矽/鋁(TiOx/SiOx/Al)、氧化銦錫/氮化矽/鋁(ITO/SiNx/Al)、氧化銦錫/氮化矽/銀(ITO/SiNx/Ag)、氧化銦錫/氮化矽/氧化鋁/鋁(ITO/SiNx/Al2 O3 /Al)、或氧化銦錫/氮化矽/氧化鋁/銀(ITO/SiNx/Al2 O3 /Ag)。第一金屬黏接層111A及第二金屬黏接層111B的材料可以為Au、Au-Sn、Sn、In、Au-Ag及Pb-Sn。
參照第7圖，接著，將如第5圖所示具有第一金屬黏接層111A之結構與如第6圖所示具有第二金屬黏接層111B之結構面對面直接接合，且第一金屬黏接層111A與第二金屬黏接層111B形成為一金屬黏接層111。再藉由蝕刻製程或化學機械研磨製程等方式移除成長基板(圖未示)。成長基板移除後，裸露出半導體疊層10之第一電性半導體層103的表面，並可選擇性地於該第一電性半導體層上以蝕刻製程形成特定圖案，使其表面形成一粗糙面。
如第7圖所示，由上而下蝕刻半導體疊層10、中間層106及部分電流擴散層107以露出電流擴散層107表面S，使得電流擴散層107形成具有一被蝕刻區域S2 及一未被蝕刻區域S1 ，且此二區域間有一水平高度差異值d，其值佔電流擴散層厚度之20%至70%。
接著，利用熱蒸鍍(Thermal Evaporation)、電子束蒸鍍(E-beam)或離子濺鍍(Sputtering)等方法，於第一電性半導體層103上形成一第一電極112，並於電流擴散層107表面S2 上形成一第二電極113，以形成發光元件200。當發光元件200操作時，將第一電極112和第二電極113與一電源供應系統(圖未示)電性連接，於第二電極113注入一電流，此電流藉由被蝕刻區域S2 橫向擴散至整個電流擴散層107，並經由中間層106、第二電性半導體層105傳遞至整個活性層104，因而改善電流侷限的問題，發光元件的發光效率也隨之增加。
參照第8圖，其顯示本發明實施例之背光模組結構。其中背光模組裝置600包含由上述實施例之發光元件100或200所構成的一光源裝置610；一光學裝置620置於光源裝置610之出光路徑上，將光做適當處理後出光；以及一電源供應系統630，提供上述光源裝置610所需之電源。
參照第9圖，其顯示本發明實施例之照明裝置結構。上述照明裝置700可以是車燈、街燈、手電筒、路燈、指示燈等。其中照明裝置700包含：一光源裝置710，係由本發明上述之實施例的發光元件100或200所構成；一電源供應系統720，提供光源裝置710所需之電源；以及一控制元件730控制電源輸入光源裝置710。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10．．．半導體疊層
100、200．．．發光元件
101．．．成長基板
103．．．第一電性半導體層
104．．．活性層
105．．．第二電性半導體層
106．．．中間層
107．．．電流擴散層
108．．．透明黏接層
108A．．．第一透明黏接層
108B．．．第二透明黏接層
109．．．反射層
110．．．永久基板
111．．．金屬黏接層
111A．．．第一金屬黏接層
111B．．．第二金屬黏接層
112．．．第一電極
113．．．第二電極
600．．．背光模組裝置
610、710．．．光源裝置
620．．．光學裝置
630、720．．．電源供應系統
700．．．照明裝置
730．．．控制元件
S．．．裸露之電流擴散層表面
S1 ．．．電流擴散層未被蝕刻區域
S2 ．．．電流擴散層被蝕刻區域
d．．．電流擴散層二區域之水平高度差異值
本發明的較佳實施例將於實施方式之說明文字中輔以下列圖形做更詳細的說明：
第1圖至第4圖係描述本發明實施例一之發光元件100的製程示意圖。
第5圖至第7圖係描述本發明實施例二之發光元件200的製程示意圖。
第8圖係描述本發明實施例之背光模組結構。
第9圖係描述本發明實施例之照明裝置結構。
10．．．半導體疊層
100．．．發光元件
103．．．第一電性半導體層
104．．．活性層
105．．．第二電性半導體層
106．．．中間層
107．．．電流擴散層
108．．．透明黏接層
110．．．永久基板
112．．．第一電極
113．．．第二電極
S．．．裸露之電流擴散層表面
S1 ．．．電流擴散層未被蝕刻區域
S2 ．．．電流擴散層被蝕刻區域
d．．．電流擴散層二區域之水平高度差異值

Claims (20)

  1. 一種發光元件，至少包含：一永久基板；一黏接層位於該永久基板上；一電流擴散層位於該黏接層上，其係具有一被蝕刻區域及一未被蝕刻區域，且該二區域間有一水平高度差異值；一半導體疊層位於該電流擴散層上，其中該半導體疊層更至少包含：一第二電性半導體層位於該電流擴散層上；一活性層位於該第二電性半導體層上；以及一第一電性半導體層位於該活性層上，其中該第二電性半導體層的電性係不同於該第一電性半導體層的電性；及一中間層位於該電流擴散層與該半導體疊層之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該電流擴散層之該二區域間水平高度差異值佔該電流擴散層厚度之20%至70%。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該永久基板為透光絕緣基板。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之發光元件，其中該黏接層為透明黏接層。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該永久基板為不透光絕緣基板。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之發光元件，其中該黏接層為金屬黏接層。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之發光元件，其中更包含一反射層位於該永久基板與該黏接層之間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該電流擴散層掺雜雜質，且其掺雜濃度至少為5×1017 /cm3 。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之發光元件，其中該電流擴散層掺雜之雜質可為Mg或Zn。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該中間層掺雜雜質，且其掺雜濃度小於該電流擴散層掺雜濃度的三分之一。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之發光元件，其中該中間層掺雜之雜質可為Mg或Zn。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該電流擴散層能隙大於該半導體疊層各層能隙。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該電流擴散層材料可為磷化鎵或氧化鋅。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該中間層材料可為磷化鎵或氧化鋅。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該電流擴散層其厚度至少為4μm。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該電流擴散層之上表面及/或下表面為粗糙面。
  17. 如申請專利範圍第4項所述之發光元件，其中該透明黏接層的材料係包含高分子材料，氧化物，氮化物或diamond。
  18. 如申請專利範圍第6項所述之發光元件，其中該金屬黏接層包含一材料選自Au、Au-Sn、Sn、In、Au-Ag及Pb-Sn。
  19. 一種背光模組裝置包含：一光源裝置，係由申請專利範圍第1~18項所述之發光元件任選其一所組成；一光學裝置，置於該光源裝置之出光路徑上；以及一電源供應系統，提供該光源裝置所需之電源。
  20. 一種照明裝置包含：一光源裝置，係由申請專利範圍第1~18項所述之發光元件任選其一所組成；一電源供應系統，係提供該光源裝置所需之電源；以及一控制元件，係控制該電源輸入該光源裝置。
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