TWI531088B - 具有分散式布拉格反射器的發光二極體晶片 - Google Patents

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Description

具有分散式布拉格反射器的發光二極體晶片
本發明是關於發光二極體晶片、其製造方法以及發光二極體封裝，且更明確而言，是關於具有分散式布拉格反射器的發光二極體晶片、其製造方法以及具有分散式布拉格反射器的發光二極體封裝。
發射藍光線或紫外線的以氮化鎵為主之發光二極體晶片已用於各種應用。明確而言，市場上有售發射混合色彩光(例如，需要用於背光單元、一般照明或類似者之白光)之各種類型之發光二極體封裝。
由於自發光二極體封裝輸出之光主要取決於發光二極體晶片之光效率，所以已連續進行對改良發光二極體晶片之光效率的研究。明確而言，已連續執行對改良發光二極體晶片之光提取效率之嘗試。在諸如藍寶石的透明基板之底表面上形成金屬反射器或分散式布拉格反射器之技術已以嘗試中之一者所著稱。
圖1展示先前技術中藉由在藍寶石基板之底表面上形成鋁層而量測之反射率。
自圖1可瞭解，在未形成鋁層之藍寶石基板的情況下，展示約20%之反射率，但在形成鋁層之藍寶石基板的情況下，展示了在可見範圍之波長內的約80%之反射率。
圖2展示先前技術中藉由按照週期性地將TiO2/SiO2鋪設至藍寶石基板之底表面而形成之分散式布拉格反射器來量測之反射率。
當分散式布拉格反射器(DBR)經形成以替代使用鋁層反射來自發光二極體晶片之光(例如，具有460 nm之峰值波長的光)時，自圖2可瞭解，反射率在藍色波長範圍(例如，400 nm至500 nm之波長範圍)中達到約100%。
然而，DBR可僅對可見範圍之部分增加反射率。因此，其他範圍之反射率相當低。亦即，如圖2中所示，約520 nm或520 nm以上之波長的反射率突然減小，同時大多數反射率在550 nm或550 nm以上之波長下小於50%。
因此，當在實施白光之發光二極體封裝中安裝使用DBR之發光二極體晶片時，DBR展示對自發光二極體晶片發射的藍色波長範圍之光之高反射率，但DBR不展示對綠色及/或紅色波長範圍之光的有效率之反射特性。因此，改良封裝中之光效率存在限制。
同時，已進行對將DBR鋪設至發光二極體封裝之反射表面的嘗試，歸因於DBR沈積技術之限制(例如，沈積溫度、電漿溫度或類似者之問題)，其並未達成。
本發明提供一種能夠增加實施混合色彩光(例如，白光)之發光二極體封裝之光效率的發光二極體晶片。
本發明亦提供一種能夠改良光效率之發光二極體封裝。
本發明亦提供一種具有在寬波長範圍內之高反射率之分散式布拉格反射器、一種具有所述分散式布拉格反射器之發光二極體以及一種發光二極體封裝。
本發明之額外特徵將闡述於下文描述中，且一部分將自所述描述者顯而易見，或可藉由本發明之實踐而獲知。
根據本發明之態樣，揭露一種具有分散式布拉格反射器之發光二極體晶片。發光二極體晶片包含：基板；發光結構，其定位於基板之上部上且包含插入於第一導電類型半導體層與第二導電類型半導體層之間的活性層；以及分散式布拉格反射器，其反射自發光結構發射之光。分散式布拉格反射器相對於藍色波長範圍中的第一波長之光、綠色波長範圍中的第二波長之光以及紅色波長範圍中的第三波長之光具有90%或90%以上之反射率。
藉由使用分散式布拉格反射器，當將發光二極體晶片鋪設至實施混合色彩光(例如，白光)之發光二極體封裝時，可有效地反射藍光、綠光以及紅光，藉此使得有可能改良發光二極體封裝之光效率。
分散式布拉格反射器可定位於基板之下部上。明確而言，分散式布拉格反射器可定位於基板之下表面上以接觸基板之下表面。在此情況下，基板之下表面可具有3 μm或3 μm以下之表面粗糙度。
此外，基板之上表面可包含預定圖案。舉例而言，基板可為經圖案化之藍寶石基板。
同時，基板之面積可為90,000 μm2或90,000 μm2以上。舉例而言，基板之面積可為300×300 μm2或300×300 μm2以上或1×1 mm2或1×1 mm2以上。因形成於寬面積上之分散式布拉格反射器，本發明在具有相對較大面積之發光二極體晶片中非常有利。
此外，發光二極體晶片可包含形成於基板上之多個發光單元。另外，發光二極體晶片可包含至少一個發光單元陣列，其中多個發光單元串聯連接。
在一些例示性實施例中，分散式布拉格反射器可包含第一分散式布拉格反射器以及第二分散式布拉格反射器。舉例而言，相比於對紅色波長範圍之光的反射率，第一分散式布拉格反射器可對藍色波長範圍之光具有較高反射率，且相比於對藍色波長範圍之光的反射率，第二分散式布拉格反射器可對綠色波長範圍或紅色波長範圍之光具有較高反射率。
另外，分散式布拉格反射器之位置不受特殊限制。舉例而言，分散式布拉格反射器可定位於基板之下部上。在此情況下，第一分散式布拉格反射器可定位成比第二分散式布拉格反射器更靠近基板。或者，分散式布拉格反射器可定位於基板與發光結構之間。在此情況下，第一分散式布拉格反射器可定位成比第二分散式布拉格反射器更靠近發光結構。
在一些例示性實施例中，分散式布拉格反射器可包含多對具有第一光學厚度之第一材料層與具有第二光學厚度之第二材料層以及多對具有第三光學厚度之第三材料層與具有第四光學厚度之第四材料層。本文中，第一材料層之折射率與第二材料層之折射率不同，且第三材料層之折射率與第四材料層之折射率不同。
另外，多對第一材料層與第二材料層可定位成比多對第三材料層與第四材料層更靠近發光結構。此外，第一材料層以及第二材料層各自具有與第三材料層以及第四材料層相同的折射率。另外，第一光學厚度可比第三光學厚度薄，且第二光學厚度可比第四光學厚度薄。
在一些例示性實施例中，多對第一材料層與第二材料層可與多對第三材料層與第四材料層混合。
同時，第一光學厚度與第二光學厚度可滿足整數倍之關係。此外，第三光學厚度與第四光學厚度可滿足整數倍之關係。明確而言，第一光學厚度與第二光學厚度可彼此相同，且第三光學厚度與第四光學厚度可彼此相同。
本發明亦揭露一種具有分散式布拉格反射器之發光二極體封裝。發光二極體封裝包含：安裝表面，其上安裝著發光二極體晶片；發光二極體晶片，其安裝於安裝表面上；以及反射表面，其反射自發光二極體晶片發射的光之至少一部分。對藍色波長範圍中的第一波長之光、綠色波長範圍中的第二波長之光以及紅色波長範圍中的第三波長之光具有90%或90%以上之反射率的分散式布拉格反射器定位於反射表面之至少一部分上。
可使用(例如)離子輔助沈積(ion assisted deposition)技術以形成分散式布拉格反射器。
本發明亦揭露一種具有分散式布拉格反射器之發光二極體晶片。發光二極體晶片包含：基板，其具有前表面以及後表面；發光結構，其定位於基板之前表面上且包含插入於第一導電類型半導體層與第二導電類型半導體層之間的活性層；以及分散式布拉格反射器，其定位於基板之後表面上且反射自發光結構發射之光。另外，基板之後表面之表面粗糙度具有3 nm或3 nm以下之RMS值，且分散式布拉格反射器對藍色波長範圍中的第一波長之光、綠色波長範圍中的第二波長之光以及紅色波長範圍中的第三波長之光具有90%或90%以上之反射率。
基板之後表面之表面粗糙度可具有2 nm或2 nm以下、較佳為1 nm或1 nm以下之RMS值。根據表面粗糙度來改良分散式布拉格反射器之反射率。
另外，藉由使用分散式布拉格反射器，當將發光二極體晶片鋪設至實施混合色彩光(例如，白光)之發光二極體封裝時，可有效地反射藍光、綠光以及紅光，藉此使得有可能改良發光二極體封裝之光效率。
分散式布拉格反射器可定位於基板之後表面上以接觸基板之後表面。此外，基板之前表面可包含圖案。舉例而言，基板可為經圖案化之藍寶石基板。
同時，基板之面積可為90,000 μm2或90,000 μm2以上。舉例而言，基板之面積可為300×300 μm2或300×300 μm2以上或1×1 mm2或1×1 mm2以上。因形成於寬面積上之分散式布拉格反射器，本發明在具有相對較大面積之發光二極體晶片中非常有利。
此外，發光二極體晶片可包含形成於基板之前表面上之多個發光單元。另外，發光二極體晶片可包含至少一個發光單元陣列，其中多個發光單元串聯連接。
在一些例示性實施例中，分散式布拉格反射器可包含第一分散式布拉格反射器以及第二分散式布拉格反射器。舉例而言，相比於對紅色波長範圍之光的反射率，第一分散式布拉格反射器可對藍色波長範圍之光具有較高反射率，且相比於對藍色波長範圍之光的反射率，第二分散式布拉格反射器可對綠色波長範圍或紅色波長範圍之光具有較高反射率。
此外，第一分散式布拉格反射器可定位成比第二分散式布拉格反射器更靠近基板。
在一些例示性實施例中，分散式布拉格反射器可包含多對具有第一光學厚度之第一材料層與具有第二光學厚度之第二材料層以及多對具有第三光學厚度之第三材料層與具有第四光學厚度之第四材料層。本文中，第一材料層之折射率與第二材料層之折射率不同，且第三材料層之折射率與第四材料層之折射率不同。
另外，多對第一材料層與第二材料層可定位成比多對第三材料層與第四材料層更靠近發光結構。此外，第一材料層以及第二材料層各自具有與第三材料層以及第四材料層相同的折射率。另外，第一光學厚度可比第三光學厚度薄，且第二光學厚度可比第四光學厚度薄。
在一些例示性實施例中，多對第一材料層與第二材料層可與多對第三材料層與第四材料層混合。
同時，第一光學厚度與第二光學厚度可滿足整數倍之關係。此外，第三光學厚度與第四光學厚度可滿足整數倍之關係。明確而言，第一光學厚度與第二光學厚度可彼此相同，且第三光學厚度與第四光學厚度可彼此相同。
本發明亦揭露一種製造具有分散式布拉格反射器之發光二極體晶片之方法。所述方法包含在基板之前表面上形成發光結構。在此情況下，發光結構包含第一導電類型半導體層、第二導電類型半導體層以及插入於第一導電類型半導體層與第二導電類型半導體層之間的活性層。此後，藉由研磨基板之後表面以移除基板之一部分，且在研磨後，藉由磨光(lapping)基板以減小基板之後表面之表面粗糙度。接著，在基板之後表面上形成分散式布拉格反射器。同時，在形成分散式布拉格反射器之前，基板之後表面之表面粗糙度具有3 nm或3 nm以下之RMS值。此外，分散式布拉格反射器對藍色波長範圍中的第一波長之光、綠色波長範圍中的第二波長之光以及紅色波長範圍中的第三波長之光具有90%或90%以上之反射率。
同時，在形成分散式布拉格反射器之前，基板之後表面之表面粗糙度可具有1 nm或1 nm以下之RMS值。此外，所述方法可更包含在執行磨光後藉由化學機械拋光(chemical mechanical polishing)製程來拋光基板之後表面。可藉由化學機械拋光製程來拋光基板之後表面，以使得基板之後表面之表面粗糙度具有1 nm或1 nm以下之RMS值。
同時，一反射金屬層或保護層可形成於分散式布拉格反射器上。當將發光二極體晶片安裝於發光二極體封裝上時，該反射金屬層或保護層保護分散式布拉格反射器。
在本發明之例示性實施例中，可使用(例如)離子輔助沈積技術以形成分散式布拉格反射器。
根據本發明，提供一種分散式布拉格反射器，其具有在可見光之寬波長範圍內的較高折射率，且因此可改良實施混合色彩光(例如，白光)之發光二極體封裝之光效率。另外，可提供用以在發光二極體封裝上形成分散式布拉格反射器而不損壞封裝、以及形成具有改良之光效率之發光二極體封裝的技術。
包含於本文中以便更理解本發明且併入本說明書中且構成本說明書之一部分的隨附圖式用來說明本發明之實施例，且與描述一起用以解釋本發明之原理。
下文參看展示本發明之例示性實施例的隨附圖式而更充分地描述本發明。然而，本發明可按許多不同形式來體現且不應被解釋為限於本文中闡述之例示性實施例。實情為，此等例示性實施例經提供以使得本發明透徹且將本發明之範疇充分傳達給熟習此項技術者。在各圖中，為了清晰起見，可能誇示層以及區域之大小以及相對大小。圖式中同樣的參考數字表示同樣的元件。
圖3為解釋根據本發明之例示性實施例的具有分散式布拉格反射器45之發光二極體晶片20之橫截面圖，且圖4為圖3之分散式布拉格反射器45之放大橫截面圖。
參看圖3，發光二極體晶片20包含基板21、發光結構30以及分散式布拉格反射器45。此外，發光二極體晶片20可包含緩衝層23、透明電極31、p電極墊33、n電極墊35、反射金屬層51以及保護層53。
基板21為透明基板，例如，藍寶石或SiC基板，但不特別限於此。上表面(亦即，基板21之前表面)可具有預定圖案，諸如，經圖案化之藍寶石基板PSS。同時，基板21之面積確定整個晶片面積。在本發明之例示性實施例中，隨著發光二極體晶片之晶片面積相對增加，反射效應增加。因此，基板21之面積較佳為90,000 μm2或90,000 μm2以上，更佳為1 mm2或1 mm2以上。
發光結構30定位於基板21之上部上。發光結構30包含第一導電類型半導體層25、第二導電類型半導體層29以及插入於第一導電類型半導體層25與第二導電類型半導體層29之間的活性層27。在此組態中，第一導電類型層與第二導電類型層具有彼此相反之導電類型，其中第一導電類型為n型且第二導電類型可為p型，或反之亦然。
第一導電類型半導體層25、活性層27以及第二導電類型半導體層29可由以氮化鎵為主之化合物半導體材料(亦即，(Al,In,Ga)N)製成。確定活性層27之構成元素以及組成以發射所需波長之光，例如，紫外線或藍光。第一導電類型半導體層25及/或第二導電類型半導體層29可按如圖示之單層結構或多層結構而形成。此外，活性層27可形成為單量子井(well)結構或多量子井結構。此外，可將緩衝層23插入於基板21與第一導電類型半導體層25之間。
可使用MOCVD技術或MBE技術來形成半導體層25、27以及29，且可使用光微影以及蝕刻製程來使第一導電類型半導體層25之區域圖案化以將一部分暴露。
同時，透明電極層31可(例如)由ITO或Ni/A而u形成於第二導電類型半導體層29上。歸因於比第二導電類型半導體層29低的比電阻，透明電極層31用以散佈電流。p電極墊33形成於透明電極層31上，且n電極墊35形成於第一導電類型半導體層25上。如圖示，p電極墊33可經由透明電極層31而接觸第二導電類型半導體層29。
同時，分散式布拉格反射器45定位於基板21之下部(亦即，後表面)上。分散式布拉格反射器45可包含第一分散式布拉格反射器40以及第二分散式布拉格反射器50。
參看圖4，藉由重複多對第一材料層40a與第二材料層40b以形成第一分散式布拉格反射器40，且藉由重複多對第三材料層50a與第四材料層50b以形成第二分散式布拉格反射器50。相比於藍色波長範圍之光的反射率，多對第一材料層40a與第二材料層40b對紅色波長範圍(例如，550 nm或630 nm)之光具有相對較高的反射率，且相比於對紅色波長或綠色波長範圍之光的反射率，第二分散式布拉格反射器50可對藍色波長範圍之光(例如，460 nm之光)具有相對較高的反射率。在此情況下，第一分散式布拉格反射器40內之材料層40a以及40b之光學厚度較第二分散式布拉格反射器50內之材料層50a以及50b之光學厚度厚或反之亦然(並不限於此)。
第一材料層40a可為與第三材料層50a相同的材料，亦即，相同的折射率，且第二材料層40b可為與第四材料層50b相同的材料，亦即，相同的折射率。舉例而言，第一材料層40a以及第三材料層50a可由TiO2製成(折射率n：約2.5)，且第二材料層40b以及第四材料層50b可由SiO2製成(折射率n：約1.5)。
同時，第一材料層40a之光學厚度(折射率×厚度)可實質上具有與第二材料層40b之光學厚度成整數倍之關係，且其光學厚度可實質上彼此相同。此外，第三材料層50a之光學厚度可實質上具有與第四材料層50b之光學厚度成整數倍之關係，且其光學厚度可實質上彼此相同。
此外，第一材料層40a之光學厚度可比第三材料層50a之光學厚度厚，且第二材料層40b之光學厚度可比第四材料層50b之光學厚度厚。可藉由控制每一材料層之折射率及/或真實厚度來控制第一至第四材料層40a、40b、50a以及50b之光學厚度。
返回參看圖3，Al、Ag或Rh或類似者之反射金屬層51可形成於分散式布拉格反射器45之下部上，且用於保護分散式布拉格反射器45之保護層53可形成於其上。保護層53可由(例如)Ti、Cr、Ni、Pt、Ta以及Au或其合金之任一金屬層製成。保護層53保護分散式布拉格反射器 45免受外部碰撞或污染。舉例而言，當將發光二極體晶片安裝於發光二極體封裝中時，反射金屬層51或保護層53防止分散式布拉格反射器45因諸如黏著劑之材料而變形。
根據例示性實施例，提供包含具有彼此堆疊之結構的對相對長波長之可見光具有高反射率之第一分散式布拉格反射器40以及對相對短波長之可見光具有高反射率之第二分散式布拉格反射器50的分散式布拉格反射器45。分散式布拉格反射器45可藉由第一分散式布拉格反射器40與第二分散式布拉格反射器50之組合以增加在大部分可見範圍內之光的反射率。
根據先前技術之分散式布拉格反射器對特定波長範圍之光具有高反射率，但對不同波長範圍之光具有相對低的反射率，以致於改良發射白光之發光二極體封裝中之光效率存在限制。然而，根據例示性實施例，分散式布拉格反射器45可對藍色波長範圍之光具有高反射率且對綠色波長範圍之光以及紅色波長範圍之光具有高反射率，藉此使得有可能改良發光二極體封裝之光效率。
此外，與第二分散式布拉格反射器50安置成比第一分散式布拉格反射器40更靠近基板21之情況相比，在第一分散式布拉格反射器40安置成比第二分散式布拉格反射器50更靠近基板之情況下，可更減少分散式布拉格反射器45中之光損耗。
雖然例示性實施例描述兩個反射器(亦即，第一分散式布拉格反射器40以及第二分散式布拉格反射器50)，但可使用更多反射器。在此情況下，對長波長具有相對較高的反射率的反射器可定位成相對較靠近發光結構30。然而，例示性實施例不限於此。
此外，在例示性實施例中，第一分散式布拉格反射器40內的第一材料層40a之厚度可彼此不同。另外，第二材料層40b之厚度可彼此不同。此外，第二分散式布拉格反射器50內的第三材料層50a之厚度可彼此不同。另外，第四材料層50b之厚度可彼此不同。
雖然例示性實施例描述將分散式布拉格反射器45安置於基板21之下部上，但分散式布拉格反射器45可安置於基板21與發光結構30之間。在此情況下，第一分散式布拉格反射器40可安置成比第二分散式布拉格反射器50更靠近發光結構30。
例示性實施例描述材料層40a、40b、50a以及50b由SiO2或TiO2製成，但不限於此。因此，其可由(例如)Si3N4、化合物半導體或類似者之其他材料層製成。然而，較佳的是，第一材料層40a與第二材料層40b之間的折射率之差與第三材料層50a與第四材料層50b之間的折射率之差各自大於0.5。
此外，第一分散式布拉格反射器40中之成對的第一材料層與第二材料層之數目以及第二分散式布拉格反射器50中之成對的第三材料層與第四材料層之數目愈大，反射率變得愈大。總對數可為10或10以上，較佳為，20或20以上。
需要在形成分散式布拉格反射器45之前控制基板21之後表面之表面粗糙度。當基板21之後表面之表面粗糙度相對大時，分散式布拉格反射器45難以獲得在寬波長範圍內之高反射率。當分散式布拉格反射器45與基板21之間的界面有缺陷時，分散式布拉格反射器45可易於變形。變形可造成當將發光二極體晶片安裝於(例如)發光二極體封裝中時減小分散式布拉格反射器45之反射率的問題，即使應用一種輕微熱製程亦是如此。基板21之後表面之表面粗糙度可經控制以具有3 nm或3 nm以下之值。較佳地，基板21之後表面之表面粗糙度可具有2 nm或2 nm以下之RMS值，較佳為1 nm或1 nm以下之RMS值。
現將描述製造分散式布拉格反射器45以及發光二極體晶片之方法。
首先，在形成分散式布拉格反射器45前控制基板21之表面粗糙度。舉例而言，基板21之後表面(具有形成於其上之發光結構)主要是經研磨以移除基板21之部分，藉此使基板21變薄。在此情況下，基板21之後表面因研磨而擦傷，以致其相對非常粗糙。此後，使用具有小粒子之漿料(slurry)來磨光基板21之表面。在磨光過程中，在基板21之表面中的諸如擦傷之凹槽之深度減小，藉此減小表面粗糙度。在此情況下，可藉由控制在磨光過程中使用之鑽石漿料之粒徑以及一表面板而將基板21之後表面之表面粗糙度控制為3 μm或3 μm以下。此後，可另外藉由化學品來處理基板21之表面。通常，難以僅使用採用表面板以及漿料粒子之磨光過程來控制表面粗糙度。因此，在藉由磨光過程以減小表面粗糙度後，可藉由化學機械拋光製程來拋光基板21之後表面。可藉由CMP製程將基板21之後表面之粗糙度控制為至多1 nm或1 nm以下。
接著，在基板21之表面上重複沈積具有不同折射率之材料層(諸如，TiO2、SiO2以及Si3N4或類似者)。可藉由諸如濺鍍(sputtering)、電子束沈積(electron beam deposition)、電漿增強化學氣相沈積(plasma enhanced chemical vapor deposition)方法等之各種方法來進行材料層之沈積。明確而言，可使用離子輔助沈積方法。離子輔助沈積方法藉由量測沈積於基板21上的材料層之反射率而形成具有適當厚度之材料層，以使得其適合形成分散式布拉格反射器之材料層。
在形成分散式布拉格反射器後，可在分散式布拉格反射器上形成金屬層。此後，分割基板，藉此完成個別的發光二極體晶片。
圖5為解釋根據本發明之另一例示性實施例的分散式布拉格反射器55之橫截面圖。圖3以及圖4展示且描述當分散式布拉格反射器45具有第一分散式布拉格反射器40與第二分散式布拉格反射器50之堆疊結構時的情況。另一方面，在根據例示性實施例之分散式布拉格反射器55中，多對第一材料層40a與第二材料層40b是與多對第三材料層50a與第四材料層50b相混合。換言之，至少一對第三材料層50a與第四材料層50b定位於多對第一材料層40a與第二材料層40b之間。另外，至少一對第一材料層40a與第二材料層40b定位於多對第三材料層50a與第四材料層50b之間。在此組態中，第一至第四材料層40a、40b、50a以及50b之光學厚度經控制以對寬的可見範圍上的光具有高反射率。
分散式布拉格反射器55可定位於基板21之下部上，但不限於此，且可定位於基板21與發光結構30之間(見圖3)。
圖6為展示根據本發明之例示性實施例的藍寶石基板上之分散式布拉格反射器之反射率的曲線圖。在此情況下，已使用TiO2/SiO2來形成分散式布拉格反射器。如圖6中所示，分散式布拉格反射器經形成以具有第一分散式布拉格反射器40與第二分散式布拉格反射器50之堆疊結構。量測在可見光之整個波長範圍內的反射率，且量測同一樣本七次。第一分散式布拉格反射器40具有約630 nm之中心波長，且第二分散式布拉格反射器50具有約460 nm之中心波長。如圖6中所示，可藉由使用分散式布拉格反射器以獲得對400 nm至500 nm之藍色波長範圍之光、500 nm至600 nm之綠色波長範圍之光以及600 nm至700 nm之紅色波長範圍之光的90%或90%以上、甚至98%或98%以上之反射率。
同時，獲得在400 nm至700 nm之整個範圍內的90%或90%以上之高反射率，如圖6中所示。甚至若本發明具有包括兩個或兩個以上中心波長之分散式布拉格反射器，則在中間範圍之一部分中獲得小於90%之反射率亦屬於本發明。
圖7為解釋根據本發明之另一例示性實施例的具有多個發光單元之發光二極體晶片20a之橫截面圖。
參看圖7，發光二極體晶片20a包含基板21上之多個發光單元，且亦包含分散式布拉格反射器45。
基板21以及分散式布拉格反射器45類似於參看圖3至圖5描述之分散式布拉格反射器，且因此，將省略其詳細描述。然而，基板21可為絕緣體以將多個發光單元在電性上隔離。舉例而言，基板21可為經圖案化之藍寶石基板。
同時，多個發光單元30定位成彼此間隔開。多個發光單元30中之每一者與參看圖3之發光結構30相同，且將省略其詳細描述。此外，緩衝層23可插入於發光單元30與基板21之間，且緩衝層23亦可彼此間隔開。
第一絕緣層37覆蓋發光單元30之前表面。第一絕緣層37具有在第一導電類型半導體層25上之開口，且具有在第二導電類型半導體層29上之開口。發光單元30之側壁由第一絕緣層37覆蓋。第一絕緣層37亦覆蓋發光單元30之間的區域中的基板21。第一絕緣層37可由氧化矽(SiO2)層或氮化矽層形成，且可為使用電漿化學氣相沈積方法而在200℃至300℃之溫度範圍中形成之層。在此情況下，第一絕緣層37可形成為具有4500Å to 1μm之厚度。當第一絕緣層形成為具有小於4500Å之厚度時，歸因於階梯(step)式覆蓋特性，具有相對薄的厚度之第一絕緣層 形成於發光單元之底側處，且在佈線(wiring)與形成於第一絕緣層上之發光單元之間可發生電性短路。同時，隨著第一絕緣層之厚度變厚，可防止電性短路，但透光度惡化而降低發光效率。因此，較佳的是，第一絕緣層形成為不超過1μm之厚度。
同時，佈線39形成於第一絕緣層37上。佈線39經由開口而電性連接至第一導電類型半導體層25以及第二導電類型半導體層29。透明電極層31可安置於第二導電類型半導體層29上，且佈線可連接至透明電極層31。另外，佈線39將第一導電類型半導體層25分別電性連接至鄰近發光單元30之第二導電類型半導體層29，以便可形成發光單元30之串聯陣列。可形成多個陣列，且逆平行地彼此連接多個陣列，以便可將其驅動以連接至AC電源。此外，連接至發光單元之串聯陣列的橋式整流器(未圖示)可加以連接，且發光單元可藉由橋式整流器而在AC電源下驅動。可藉由使用佈線39來連接具有與發光單元30相同的結構之發光單元而形成橋式整流器。
另一方面，佈線可將相鄰的發光單元之第一導電類型半導體層25彼此連接或將第二導電類型半導體層29彼此連接。因此，可提供串聯以及並聯連接之多個發光單元30。
佈線39可由(例如)諸如多晶矽之摻雜半導體材料或金屬的導電材料製成。明確而言，佈線39可按多結構形成，且可包含(例如)Cr或Ti之下層以及Cr或Ti之上層。另外，Au、Au/Ni或Au/Al之金屬層可插入於下層與上層之間。
第二絕緣層41可覆蓋佈線39以及第一絕緣層37。第二絕緣層41防止佈線39受到水分或類似者之污染，且防止佈線39以及發光單元30受到來自外部碰撞之損壞。
第二絕緣層41可由與第一絕緣層37以及氧化矽層SiO2或氮化矽層相同的材料形成。類似於第一絕緣層，第二絕緣層41可為藉由使用電漿化學氣相沈積方法而在200℃至300℃之溫度範圍中形成之層。此外，當第一絕緣層37為藉由使用電漿化學氣相沈積方法而形成之層時，第二絕緣層41可為在第一絕緣層37之沈積溫度的-20%至+20%之溫度範圍中沈積之層，更佳為在相同沈積溫度下沈積之層。
同時，較佳的是，與第一絕緣層37相比，第二絕緣層41具有相對薄的厚度，較佳為500 或500 以上之厚度。第二絕緣層41比第一絕緣層37相對較薄，此情形可防止第二絕緣層自第一絕緣層剝落。此外，當第二絕緣層較2500 薄時，難以保護佈線以及發光單元免受外部碰撞或水分滲透。
同時，磷光體層43可定位於發光二極體晶片20a上。磷光體層43可為將樹脂分散於磷光體中之層或藉由電泳方法沈積之層。磷光體層43覆蓋第二絕緣層41，藉此而轉換自發光單元30發射的光之波長。
圖8為展示根據本發明之例示性實施例的安裝有具有分散式布拉格反射器之發光二極體晶片的發光二極體封裝之橫截面圖。
參看圖8，發光二極體封裝包含封裝體60、導線61a以及61b、發光二極體晶片20或20a以及模製部分63。封裝體60可由塑性樹脂製成。
封裝體60具有用於安裝發光二極體晶片20之安裝表面M，且亦具有反射自發光二極體晶片20發射的光之反射表面R。同時，發光二極體晶片20安裝於安裝表面M上且經由接線而電性連接至導線61a以及61b。
發光二極體晶片20可具有參看圖3以及圖4描述之分散式布拉格反射器45或可具有參看圖5描述之分散式布拉格反射器55。
同時，發光二極體封裝發射混合色彩光，例如，白光。為此，發光二極體封裝可包含用於轉換自發光二極體晶片20發射的光之波長之磷光體。磷光體可包含於模製部分63中，但不限於此。
由於發光二極體晶片20包含分散式布拉格反射器45或55，因此，當在磷光體中被波長轉換後之光經由發光二極體晶片20而面向安裝表面M時，光被反射以具有高反射率，同時藉由經波長轉換後之光或分散式布拉格反射器45或55而發射至外部。因此，與根據先前技術之發光二極體封裝相比，可提供具有較高光效率之發光二極體封裝。
雖然例示性實施例描述包含磷光體連同發光二極體晶片20以便實施白光之封裝，但本發明不限於此。能夠發射白光之各種封裝是已知的，且可將發光二極體晶片鋪設至任一封裝。
此外，雖然例示性實施例描述了當安裝發光二極體晶片20時之情況，但發光二極體晶片20a可處於安裝表面M上(參看圖7)。當發光二極體晶片20a包含磷光體層43時，可省略模製部分63中之磷光體。
圖9為解釋根據本發明之另一例示性實施例的具有分散式布拉格反射器之發光二極體封裝之橫截面圖。
參看圖9，發光二極體封裝類似於參看圖8而描述之大多數發光二極體封裝。然而，差異在於：分散式布拉格反射器75形成於反射表面R上。此外，在例示性實施例中，發光二極體晶片90可不具有參看圖4或圖5而描述之分散式布拉格反射器45或55。
分散式布拉格反射器75可包含第一分散式布拉格反射器70以及第二分散式布拉格反射器80。第一分散式布拉格反射器70以及第二分散式布拉格反射器80可各自具有與參看圖4之第一分散式布拉格反射器40以及第二分散式布拉格反射器50相同的材料層的堆疊結構。亦即，第一分散式布拉格反射器70可形成於多對第一材料層70a與第二材料層70b中，且第二分散式布拉格反射器80可形成於多對第三材料層80a與第四材料層80b中。此等第一至第四材料層70a、70b、80a以及80b是與參看圖4描述之第一至第四材料層40a、40b、50a以及50b相同，且因此，將省略其詳細描述。
可由分散式布拉格反射器75提供可見範圍之寬波長範圍內的高反射率，且因此，改良發光二極體封裝之光效 率。
同時，類似於參看圖5描述之分散式布拉格反射器，可藉由將多對第一材料層70a與第二材料層70b與多對第三材料層80a與第四材料層80b混合而形成分散式布拉格反射器。
可使用相對低的溫度下執行之離子輔助沈積方法以形成分散式布拉格反射器75。因此，可在不損壞塑性樹脂之封裝體60或導線61a以及61b之情況下形成分散式布拉格反射器75。分散式布拉格反射器75可形成於整個區域而非用於結合電線之導線區域上。
同時，如同圖7之發光二極體晶片20或20a，發光二極體晶片90可包含分散式布拉格反射器，但不限於此。發光二極體晶片90可為根據先前技術之一般發光二極體晶片。
根據例示性實施例，裝設對藍色波長範圍之光、綠色波長範圍之光以及紅色波長範圍之光具有90%或90%以上之反射率之分散式布拉格反射器，藉此使具有改良之光效率的發光二極體封裝成為可能。
(實驗實例)
形成有分散式布拉格反射器的基板表面之狀態可對分散式布拉格反射器之反射率具有影響。下文，執行實驗實例以便確認基板表面之狀態對分散式布拉格反射器之反射率具有影響。
圖10為展示使用銅表面板而在藍寶石基板磨光過程 後依據是否執行CMP的分散式布拉格反射器之反射率之曲線圖。
首先，在研磨藍寶石基板之後表面之後，藉由使用具有3μm之粒子的鑽石漿料來執行使用銅表面板之磨光過程。在使用銅表面板來執行磨光過程後，藍寶石基板之後表面之表面粗糙度展示了在5μm×5μm之面積下約5.12nm之RMS值。
此後，在藍寶石基板之後表面經受化學機械拋光製程後，藉由控制TiO2以及SiO2之厚度而形成上述第一分散式布拉格反射器以及第二分散式布拉格反射器以製造樣本(實例1)。另一方面，一比較實例在不執行化學機械拋光製程之情況下直接形成類似於實例1之分散式布拉格反射器以製造樣本。使用SiO2之漿料而在20Kg之負載下執行化學機械拋光製程，且在化學機械拋光製程後，藍寶石基板之表面粗糙度展示了在5μm×5μm之面積下約0.25nm之RMS值。
在比較實例之情況下，分散式布拉格反射器之反射率在可見範圍中展示為約90%或90%以上，但反射率根據波長而不規則，且在550nm附近展示90%或90%以下之值。另一方面，在實例1之情況下，分散式布拉格反射器之大多數反射率在可見光線之寬波長範圍內展示近100%之值。
圖11為展示在約500nm之鋁層沈積於按與圖10之實例以及該比較實例相同的方式而製造之樣本上後的反射率之曲線圖。
在該比較實例之情況下，確認在沈積Al後相當大地減小反射率。另一方面，在實例之情況下，維持高反射率而不減小反射率，即使在沈積Al後亦是如此。
在該比較實例中，所考慮的現象是：在沈積Al後展示出反射率之減小，這是因為當使用電子束沈積技術沈積Al時，形成於具有粗糙表面之藍寶石基板上的根據該比較實例之分散式布拉格反射器因界面缺陷而變形。在實例1之情況下，由於藍寶石基板之表面粗糙度良好，因此確定當沈積Al時，維持反射率而不使分散式布拉格反射器變形。
圖12至圖14展示了使用錫表面板之磨光過程期間依據漿料粒子之粒徑的分散式布拉格反射器之反射率之曲線圖。
在此組態中，漿料包含鑽石粒子，且鑽石粒子之粒徑分別為3μm、4μm以及6μm。藍寶石基板之表面粗糙度展示了使用錫表面板執行磨光過程後根據鑽石粒子之粒徑的約2.40nm、3.35nm以及4.18nm之RMS值。
在藉由錫表面板執行磨光過程後形成與實例1相同的分散式布拉格反射器，且如圖11之實例中所示沈積500nm之Al。
就像可自圖瞭解一樣，在使用3μm之漿料以及錫表面板執行磨光過程後，分散式布拉格反射器之反射率在可見範圍之寬波長範圍內為90%或90%以上。然而，當沈積Al時，反射率在550nm附近輕微地減小。
相比之下，在使用4 μm之漿料以及錫表面板來執行磨光製程後，分散式布拉格反射器之反射率在550 nm附近達不到90%，且在沈積Al後，反射率減小至80%或80%以下。
自以上實驗實例可瞭解，在形成分散式布拉格反射器前，藍寶石基板之表面粗糙度對分散式布拉格反射器之反射率具有影響。此外，當藍寶石基板之表面粗糙度經控制以具有3 nm或3 nm以下之RMS值時，反射率特性相當好。另外，當藍寶石基板之表面粗糙度為1 nm或1 nm以下時，期望反射率將不減小，甚至在沈積Al後亦是如此。
熟習此項技術者將顯而易見，在不脫離本發明之精神或範疇的情況下可進行本發明之各種修改以及變化。因此，希望本發明涵蓋本發明之修改以及變化，只要所述修改以及變化是在隨附的申請專利範圍以及其等效物之範疇內。
20．．．發光二極體晶片
20a．．．發光二極體晶片
21．．．基板
23．．．緩衝層
25．．．第一導電類型半導體層
27．．．活性層
29．．．第二導電類型半導體層
30．．．發光結構/發光單元
31．．．透明電極
33．．．p電極墊
35．．．n電極墊
37．．．第一絕緣層
39．．．佈線
40．．．第一分散式布拉格反射器
40a．．．第一材料層
40b．．．第二材料層
41．．．第二絕緣層
43．．．磷光體層
45．．．分散式布拉格反射器
50．．．第二分散式布拉格反射器
50a．．．第三材料層
50b．．．第四材料層
51．．．反射金屬層
53．．．保護層
55．．．分散式布拉格反射器
60．．．封裝體
61a．．．導線
61b．．．導線
63．．．模製部分
70．．．第一分散式布拉格反射器
70a．．．第一材料層
70b．．．第二材料層
75．．．分散式布拉格反射器
80．．．第二分散式布拉格反射器
80a．．．第三材料層
80b．．．第四材料層
90．．．發光二極體晶片
M．．．安裝表面
R．．．反射表面
圖1為展示根據先前技術的藍寶石基板上之鋁之反射率的曲線圖。
圖2為展示根據先前技術的藍寶石基板上之分散式布拉格反射器之反射率的曲線圖。
圖3為展示根據本發明之例示性實施例的具有分散式布拉格反射器之發光二極體晶片之橫截面圖。
圖4為圖3之分散式布拉格反射器之放大橫截面圖。
圖5為解釋根據本發明之另一例示性實施例的分散式布拉格反射器之橫截面圖。
圖6為展示根據本發明之例示性實施例的藍寶石基板上之分散式布拉格反射器之反射率的曲線圖。
圖7為解釋根據本發明之另一例示性實施例的具有多個發光單元之發光二極體晶片之橫截面圖。
圖8為展示根據本發明之例示性實施例的安裝有具有分散式布拉格反射器之發光二極體晶片的發光二極體封裝之橫截面圖。
圖9為解釋根據本發明之另一例示性實施例的具有分散式布拉格反射器之發光二極體封裝之橫截面圖。
圖10為展示了在使用銅表面板而執行藍寶石基板磨光過程後依據是否執行CMP的分散式布拉格反射器之反射率之曲線圖。
圖11為展示了在將鋁反射金屬層沈積於以與圖10相同的方式製造之分散式布拉格反射器上後的反射率之曲線圖。
圖12至圖14為展示了在使用錫表面板之磨光過程期間依據漿料粒子之粒徑的分散式布拉格反射器之反射率之曲線圖。
20．．．發光二極體晶片
21．．．基板
23．．．緩衝層
25．．．第一導電類型半導體層
27．．．活性層
29．．．第二導電類型半導體層
30．．．發光結構/發光單元
31．．．透明電極
33．．．p電極墊
40．．．第一分散式布拉格反射器
45．．．分散式布拉格反射器
50．．．第二分散式布拉格反射器
51．．．反射金屬層
53．．．保護層

Claims (13)

  1. 一種發光二極體晶片，包括：基板，其具有前表面以及後表面；發光結構，其定位於所述基板之所述前表面上且包含插入於第一導電類型半導體層與第二導電類型半導體層之間的活性層；分散式布拉格反射器，其定位於所述基板之所述後表面上且反射自所述發光結構發射之光；以及反射金屬層，其定位於所述分散式布拉格反射器上；其中所述基板之所述後表面之表面粗糙度具有1nm或1nm以下之RMS值，且所述分散式布拉格反射器對藍色波長範圍中的第一波長之光、綠色波長範圍中的第二波長之光以及紅色波長範圍中的第三波長之光具有90%或90%以上之反射率；其中所述分散式布拉格反射器包含：多對具有第一光學厚度之第一材料層與具有第二光學厚度之第二材料層；以及多對具有第三光學厚度之第三材料層與具有第四光學厚度之第四材料層，所述第一材料層之折射率與所述第二材料層之折射率不同，且所述第三材料層之折射率與所述第四材料層之折射率不同。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片，其中所述基板之所述前表面包含圖案。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片，其中所述基板之面積為90,000μm2或90,000μm2以上。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體晶片，其更包括形成於所述基板上之多個發光單元。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體晶片，其更包括至少一個發光單元陣列，其中所述多個發光單元串聯連接。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片，其中所述分散式布拉格反射器包含第一分散式布拉格反射器以及第二分散式布拉格反射器。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體晶片，其中相比於對所述藍色波長範圍之光的反射率，所述第一分散式布拉格反射器相對於所述綠色波長範圍或所述紅色波長範圍之光具有較高反射率，且相比於對所述紅色波長範圍之光的反射率，所述第二分散式布拉格反射器相對於所述藍色波長範圍之光具有較高反射率。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體晶片，其中所述第一分散式布拉格反射器定位成比所述第二分散式布拉格反射器更靠近所述基板。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片，其中所述多對第一材料層與第二材料層定位成比所述多對第三材料層與第四材料層更靠近所述發光結構。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片， 其中所述第一材料層具有與所述第三材料層相同的折射率，且所述第二材料層具有與所述第四材料層相同的折射率。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片，其中所述第一光學厚度較所述第三光學厚度厚，且所述第二光學厚度較所述第四光學厚度厚。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片，其中所述第一光學厚度與所述第二光學厚度彼此相同，且所述第三光學厚度與所述第四光學厚度彼此相同。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片，其更包括定位於所述反射金屬層上之保護層。
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