TWI491063B

TWI491063B - 高功率發光裝置

Info

Publication number: TWI491063B
Application number: TW097117950A
Authority: TW
Inventors: Jin Ywan Lin
Original assignee: Epistar Corp
Priority date: 2008-05-15
Filing date: 2008-05-15
Publication date: 2015-07-01
Also published as: TW200947752A

Description

高功率發光裝置

本發明係關於一種高功率發光裝置，尤其關於一種具有週期結構之高功率發光裝置。

發光二極體(Light Emitting Diode；LED)係一種固態物理半導體元件，其至少包含一p-n接面(p-n junction)，此p-n接面係形成於p型與n型半導體層之間。當於p-n接面上施加一定程度之偏壓時，p型半導體層中之電洞與n型半導體層中之電子將會結合而釋放出光。此光產生之區域一般又稱為發光區(active region)。

LED為了特定的目的會轉換基板，例如使用散熱佳的銅基板或可增加出光效率的透明基板，如藍寶石基板，並且在LED的上表面形成規則的圖案以提高光摘出效率。一般而言，轉換基板後，原本磊晶成長製程裡的成長基板與未摻雜的緩衝層會被移除而裸露出摻雜的磊晶層，例如p型半導體或n形半導體，接著於裸露的磊晶層上形成窗戶層或介電層，例如ITO，再形成規則圖案於窗戶層或介電層上，製程較為繁複。

一高功率發光裝置包含一支持基板；一接合層，位於支持基板之上；一反射層，位於接合層之上；一導電接觸層，位於反射層之上；一發光疊層，位於導電接觸層之上；以及一未摻雜半導體層，位於發光疊層之上。發光疊層包含一第一摻雜型半導體層，位於導電接觸層之上；一發光層，位於第一摻雜型半導體層之上；一第二摻雜型半導體層，位於發光層與未摻雜半導體層之間。未摻雜型半導體層具有一開口以裸露部分第二摻雜型半導體層。於開口之中形成一第一電極，並與第二摻雜型半導體層接觸；一第二電極，位於支持基板之下。

一高功率發光裝置包含一支持基板；一接合層，位於支持基板之上；一反射層，位於接合層之上；一導電接觸層，位於反射層之上；一發光疊層，位於導電接觸層之上；以及一未摻雜半導體層，位於發光疊層之上。發光疊層包含一第一摻雜型半導體層，位於導電接觸層之上；一發光層，位於第一摻雜型半導體層之上；一第二摻雜型半導體層，位於發光層與未摻雜半導體層之間。未摻雜型半導體層具有一開口以裸露部分第二摻雜型半導體層。於開口之中形成一第一電極，並與第二摻雜型半導體層接觸；一第二電極，位於導電接觸層裸露之部分。

如第1圖所示，一發光裝置1包含一成長基板100；一未摻雜型半導體層110，位於成長基板100之上；一發光疊層120，位於未摻雜型半導體層110之上；一導電接觸層130，位於發光疊層120之上；以及一反射層140，位於導電接觸層130之上。發光疊層120包含一第二摻雜型半導體層122，位於未摻雜型半導體層110之上；一發光層124，位於第二摻雜型半導體層122之上；一第一摻雜型半導體層126，位於發光層124與導電接觸層130之間。未摻雜型半導體層110可以為一緩衝層，或是包含一緩衝層，用以減少後續磊晶製程所形成的晶格缺陷。未摻雜型半導體層110其材料包含但不限於Al_x Ga_y In_1-x-y N，0≦x≦1，0≦y≦1，0≦x+y≦1，或Al_a Ga_b In_1-a-b p，0≦a≦1，0≦b≦1，0≦a+b≦1，且未被人為地或刻意地摻雜任何摻雜物。

第二摻雜型半導體層122的材料包含但不限於Al_x Ga_y In_1-x-y N，0≦x≦1，0≦y≦1，0≦x+y≦1，或Al_a Ga_b In_1-a-b P，0≦a≦1，0≦b≦1，0≦a+b≦1，可以為n型或p型半導體。第一摻雜型半導體層126的材料包含但不限於Al_x Ga_y In_1-x-y N，0≦x≦1，0≦y≦1，0≦x+y≦1，或Al_a Ga_b In_1-a-b P，0≦a≦1，0≦b≦1，0≦a+b≦1，但與第二摻雜型半導體層122的電性相異。發光層124的材料包含但不限於II-VI族半導體、III-V族半導體、AlGaInP、AlN、GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN或CdZnSe。

導電接觸層130與第一摻雜型半導體層126形成歐姆接觸，其材料包含但不限於磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)、磷砷化鎵(GaAsP)、砷鎵化鋁(AlGaAs)、氮化鎵(GaN)、銦(In)、錫(Sn)、鋁(Al)、金(Au)、鉑(Pt)、鋅(Zn)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鉛(Pb)、鍺(Ge)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鈹化金(AuBe)、鍺化金(AuGe)、鋅化金(AuZn)、錫化鉛(PbSn)、氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋅(ZnO)等金屬氧化物或上述材料之組合所構成之群組。反射層140用以反射光線，其材料包含但不限於銦(In)、錫(Sn)、鋁(Al)、金(Au)、鉑(Pt)、鋅(Zn)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鉛(Pb)、鍺(Ge)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鈹化金(AuBe)、鍺化金(AuGe)、鋅化金(AuZn)、錫化鉛(PbSn)、上述材料之組合或布拉格反射層。

一接合層150可選擇性地形成在反射層140或一支持基板101之上，亦或在兩者之上皆形成接合層150。藉由接合層150黏結發光裝置1與支持基板101，再經翻轉的步驟形成如第2圖所示之發光裝置1。接合層150的材料包含但不限於聚醯亞胺(PI)、苯并環丁烯(BCB)、過氟環丁烯(PFCB)、環氧樹酯(Epoxy)、其他有機黏結材料、銦(In)、錫(Sn)、鋁(Al)、金(Au)、鉑(Pt)、鋅(Zn)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鉛(Pb)、鈀(Pd)、鍺(Ge)、銅(Cu)、鎳(Ni)、錫化金(AuSn)、銀化銦(InAg)、金化銦(InAu)、鈹化金(AuBe)、鍺化金(AuGe)、鋅化金(AuZn)、錫化鉛(PbSn)、銦化鈀(PdIn)或上述材料之組合。支持基板101的材料包含但不限於半導體、金屬、矽(Si)、磷化碘(IP)、硒化鋅(ZnSe)、氮化鋁(AlN)、砷化鎵(GaAs)、砷化鎵鋁(AlGaAs)、氮化鎵(GaN)、氧化鋰鋁(LiAlO₂ )、碳化矽(SiC)、氧化鋅(ZnO)、金屬基複合材料(Metal Matrix Composite；MMC)、磷化鎵(GaP)、鍺(Ge)、磷化銦(InP)、氮化鋁(AlN)、氧化錳(MnO)、氧化鎂(MgO)、氧化鈣(CaO)、藍寶石(sapphire)、鑽石(diamond)、玻璃(glass)或上述材料之組合。

移除成長基板100，但是保留未摻雜型半導體層110，形成如第3圖所示之發光裝置1，移除成長基板100的方法包含雷射移除或蝕刻。如第4圖所示，利用微影或蝕刻等製程，在未摻雜型半導體層110的一上表面形成一週期結構112，包含複數個凹部與凸部，其中每個凸部與凹部的高與寬大約為100奈米到3微米；週期結構112可以為一光子晶體。如第5圖所示，利用微影或蝕刻等製程在未摻雜型半導體層110形成一開口114以裸露部分第二摻雜型半導體層122。接下來於開口114之中形成一第一電極160，並與第二摻雜型半導體層122接觸，並於支持基板101之下形成一第二電極170。此時，支持基板101、接合層150與反射層140較佳為採用導電之材料。經由上述步驟，形成一高功率發光裝置10。

如第6圖所示，一高功率發光裝置2包含一支持基板201；一接合層250，位於支持基板201之上；一反射層240，位於接合層250之上；一導電接觸層230，位於反射層240之上；一發光疊層220，位於導電接觸層230之上；以及一未摻雜型半導體層210，位於發光疊層220之上。發光疊層220包含一第一摻雜型半導體層226，位於導電接觸層230之上；一發光層224，位於第一摻雜型半導體層226之上；一第二摻雜型半導體層222，位於發光層224與未摻雜型半導體層210之間。利用微影或蝕刻等製程，在未摻雜型半導體層210的一上表面形成一週期結構212，包含複數個凹部與凸部，其中每個凸部與凹部的高與寬大約為100奈米到3 微米；週期結構212可以為一光子晶體。利用微影或蝕刻等製程在未摻雜型半導體層210形成一開口214以裸露部分第二摻雜型半導體層222。移除部份未摻雜型半導體210和發光疊層220以裸露部分導電接觸層230，移除的方式包含微影或蝕刻。接下來於開口214之中形成一第一電極260，並與第二摻雜型半導體層222接觸，並於導電接觸層230裸露之部分之上形成一第二電極270；此時，支持基板201、接合層250或反射層240較佳為採用非導電之材料，但不限制於此。除此之外，亦可移除部份未摻雜型半導體210、第二摻雜型半導體層222與發光層224以裸露部分第一摻雜型半導體層226，並形成第二電極270於第一摻雜型半導體226裸露之部份之上。

第7圖係繪示出一光源產生裝置示意圖，該光源產生裝置3包含本發明任一實施例中之一高功率發光裝置。該光源產生裝置3可以是一照明裝置，例如路燈、車燈、或室內照明光源，也可以是交通號誌、或一平面顯示器中背光模組的一背光光源。該光源產生裝置3包含前述高功率發光裝置組成之一光源31、電源供應系統32以供應光源31一電流、以及一控制元件33，用以控制電源供應系統32。

第8圖係繪示出一背光模組剖面示意圖，該背光模組4包含前述實施例中的光源產生裝置3，以及一光學元件41。光學元件41可將由光源產生裝置3發出的光加以處理，以應用於平面顯示器。惟上述實施例僅為例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟於此項技藝之人士均可在不違背本發明之技術原理及精神的情況下，對上述實施例進行修改及變化。因此本發明之權利保護範圍如後述之申請專利範圍所列。

1‧‧‧發光裝置

10，2‧‧‧高功率發光裝置

100‧‧‧成長基板

101，201‧‧‧支持基板

110，210‧‧‧未摻雜型半導體層

112，212‧‧‧週期結構

114，214‧‧‧開口

120，220‧‧‧發光疊層

122，222‧‧‧第二摻雜型半導體層

124，224‧‧‧發光層

126，226‧‧‧第一摻雜型半導體層

130，230‧‧‧導電接觸層

140，240‧‧‧反射層

150，250‧‧‧接合層

160，260‧‧‧第一電極

170，270‧‧‧第二電極

3‧‧‧光源產生裝置

31‧‧‧光源

32‧‧‧電源供應系統

33‧‧‧控制元件

4‧‧‧背光模組

41‧‧‧光學元件

第1~5圖係顯示依據本發明一實施例之高功率發光裝置之製造流程剖面圖。

第6圖係顯示依據本發明另一實施例之高功率發光裝置之剖面圖。

第7圖係為示意圖，顯示利用本發明實施例之發光元件組成之一光源產生裝置之示意圖。

第8圖係為示意圖，顯示利用本發明實施例之發光元件組成之一背光模組之示意圖。

10‧‧‧高功率發光裝置

101‧‧‧支持基板

150‧‧‧接合層

140‧‧‧反射層

130‧‧‧導電接觸層

120‧‧‧發光疊層

122‧‧‧第二摻雜型半導體層

124‧‧‧發光層

126‧‧‧第一摻雜型半導體層

110‧‧‧未摻雜型半導體層

112‧‧‧週期結構

114‧‧‧開口

160‧‧‧第一電極

170‧‧‧第二電極

Claims

一種用於製造一發光裝置之方法，包含：形成一發光裝置，包含：提供一成長基板；形成一未摻雜型半導體層於該成長基板之上，其中該未摻雜型半導體層未被人為地摻雜摻雜物；形成一第二摻雜型半導體層於該未摻雜型半導體層之上；形成一發光層於該第二摻雜型半導體層之上；以及形成一第一摻雜型半導體層於該發光層之上；形成一接合層於一支持基板與該第一摻雜型半導體層之間以接合該發光裝置與該支持基板；移除該成長基板；以一後製程於該未摻雜型半導體層之一上表面形成一週期結構，其中該後製程包含微影；以及形成一向下延伸之開口以裸露部分該第二摻雜型半導體層。
如請求項1所述之製造一發光裝置之方法，其中該未摻雜型半導體層之材料包含Al_x Ga_y In_1-x-y N，0≦x≦1，0≦y≦1，0≦x+y≦1，或Al_a Ga_b In_1-a-b P，0≦a≦1，0≦b≦1，0≦a+b≦1。
如請求項1所述之製造一發光裝置之方法，其中該未摻雜型半導體層包含一緩衝層。
如請求項1所述之製造一發光裝置之方法，其中該週期結構係一光子晶體。
如請求項1所述之製造一發光裝置之方法，在藉由該接合層接合該發光裝置於該支持基板之上之前，更包含：形成一反射層於該第一摻雜型半導體層之上；以及形成一導電接觸層於該反射層與該第一摻雜型半導體層之間。
如請求項1所述之製造一發光裝置之方法，在藉由該接合層接合該發光裝置於該支持基板之上之前，更包含：形成一導電接觸層，係位於該接合層與該第一摻雜型半導體層之間。
如請求項6或請求項7所述之製造一發光裝置之方法，其中該導電接觸層之材料係擇自由磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)、磷砷化鎵(GaAsP)、砷鎵化鋁(AlGaAs)、氮化鎵(GaN)、銦(In)、錫(Sn)、鋁(Al)、金(Au)、鉑(Pt)、鋅(Zn)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鉛(Pb)、鍺(Ge)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鈹化金(AuBe)、鍺化金(AuGe)、鋅化金(AuZn)、錫化鉛(PbSn)與上述材料之組合所構成之群組。
如請求項1所述之製造一發光裝置之方法，在形成該週期結構於該未摻雜型半導體層之該上表面之後，更包含：形成一第一電極於該開口之中且於該第二摻雜型半導體層之上；以及形成一第二電極於該支持基板之下。
如請求項1所述之製造一發光裝置之方法，在形成該週期結構於該未摻雜型半導體層之該上表面之後，更包含：形成一第一電極於該開口之中且於該第二摻雜型半導體層之上；以及形成一第二電極位於該第一摻雜型半導體層之上，並與該第一摻雜型半導體層連接，其中該第一電極與該第二電極係位於該支持基板之相同側。