TWI610462B - 發光元件 - Google Patents
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Abstract
一種發光元件包含：一半導體接觸層包含一粗糙頂面，其包含兩相鄰的第一頂峰及一第一波谷，各第一頂峰包含一第一最高點，第一波谷包含一第一最低點，兩個第一最高點與第一最低點連接形成兩條第一斜線且之間有一第一角度；及一透明電流擴散層包含一頂面，其包含兩相鄰的第二頂峰以及一第二波谷，各第二頂峰包含一第二最高點，第二波谷包含一第二最低點，頂面的兩個第二最高點與第二最低點連接形成兩條第二斜線且之間有一第二角度；其中半導體接觸層的粗糙頂面大致位於透明電流擴散層的頂面的正下方，第一角度與第二角度的差異不大於10度。
Description
本發明揭示一種發光元件，特別是關於一種光取出效率高的發光二極體元件。
發光二極體之應用頗為廣泛，例如，可應用於光學顯示裝置、交通號誌、資料儲存裝置、通訊裝置、照明裝置、以及醫療裝置。目前技術人員重要課題之一為提高發光二極體之亮度。
現有技術的發光二極體，其具有的半導體層因具有粗化表面，可提高光取出效率。然而，粗化表面會降低橫向電流的傳導以及擴散，因此提高起始電壓。
本發明提供一發光元件，包含：一半導體接觸層，其包含一粗糙頂面，粗糙頂面包含兩相鄰的第一頂峰以及一第一波谷，各第一頂峰包含一第一最高點，第一波谷包含一位於兩相鄰的第一頂峰之間的第一最低點，兩個第一最高點與第一最低點連接形成兩條第一斜線，且一第一角度位於兩條第一斜線之間；以及一透明電流擴散層，其包含一位於半導體接觸層之上的頂面，且透明電流擴散層的頂面包含兩相鄰的第二頂峰以及一第二波谷，各第二頂峰包含一第二最高點，第二波谷包含一位於兩相鄰的第二頂峰之間的第二最低點，頂面的該兩個第二最高點與第二最低點連接形成兩條第二斜線，一第二角度位於兩條第二斜線之間；其中半導體接觸層的粗糙頂面大致位於透明電流擴散層的頂面的正下方，且第一角度與第二角度的差異不大於10度。
底下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
10、300、40‧‧‧導電基板
101、201‧‧‧第一表面
102‧‧‧第二表面
20、1210、50‧‧‧基板
12、22、32、42‧‧‧發光疊層
124、224、324、424、524、1220‧‧‧第一導電型半導體層
122、222、322、422、522、1230‧‧‧主動層
120、220、1240、320、420、520‧‧‧第二導電型半導體層
13‧‧‧第一平坦層
1201、2201、2241‧‧‧上表面
131、231、331、431、534‧‧‧第二平坦層
291‧‧‧第四平坦層
14、24‧‧‧第一透明導電氧化物層
141、241、281、341、441、541‧‧‧第一部分
142、242、282、342、442、542‧‧‧第二部分
1421、2421、2821、3421、4421、5421‧‧‧第一多孔穴群
1422、2422、2822、3422、4422、5422‧‧‧第二多孔穴群
28、48、58‧‧‧第二透明導電氧化物層
15、25、35、45、55‧‧‧第一電極
16、26、36、46、56‧‧‧第二電極
17、27‧‧‧第一金屬反射層
30‧‧‧第二金屬反射層
38‧‧‧布拉格反射層
41、51‧‧‧金屬鍵合層
49、59‧‧‧反射層
151、251‧‧‧第一分支
1411、2411‧‧‧第二分支
1412、2412‧‧‧第三分支
1200‧‧‧發光元件
1250‧‧‧發光結構
1260‧‧‧半導體接觸層
1270‧‧‧透明電流擴散層
1310‧‧‧粗糙頂面
A1、A2‧‧‧第一最高點
B1‧‧‧第一最低點
1320‧‧‧頂面
A3、A4‧‧‧第二最高點
B2‧‧‧第二最低點
L2、L4‧‧‧第一斜線
θ1‧‧‧第一角度
L1、L3‧‧‧第二斜線
θ2‧‧‧第二角度
H1‧‧‧第一高度差
H2‧‧‧第二高度差
H3‧‧‧第三高度差
C1‧‧‧第一平整區域
C2‧‧‧第二平整區域
800‧‧‧光電裝置
900‧‧‧光電元件模組
902‧‧‧次載體
904、906、908、910、1122‧‧‧透鏡
912‧‧‧電源供應端子
903‧‧‧頂部子單元
901‧‧‧底部子單元
915‧‧‧穿孔
921‧‧‧封裝材料
919‧‧‧反射層
917‧‧‧金屬層
1000‧‧‧照明裝置
1040‧‧‧燈罩
1100‧‧‧燈泡
1121‧‧‧燈殼
1124‧‧‧照明模組
1125‧‧‧燈座
1126‧‧‧散熱槽
1127‧‧‧連結部
1128‧‧‧電連結器
1123‧‧‧載體
第1A圖至第1F圖係顯示本發明第一實施例之一種發光元件之製造流程圖；第1G圖係顯示本發明第一實施例之第二導電型半導體層之上視示意圖；第1H圖係顯示本發明第一實施例中之發光元件表面之氧化銦錫層之電子顯微鏡圖；第2A-2D圖係顯示本發明中第二實施例中之水平式發光元件實施例之剖面示意圖；第3圖係顯示本發明第三實施例中發光元件之剖面示意圖；第4圖係顯示本發明第四實施例中發光元件之剖面示意圖；第5圖係顯示本發明第五實施例中發光元件之剖面示意圖；第6A-6B圖係顯示本發明第一實施例之第二導電型半導體層之上視示意圖；第7A-7B圖係顯示本發明第二實施例之第二導電型半導體層之上視示意圖；第8A圖係顯示本發明其中一實施例之發光元件之剖面示意圖；第8B圖係顯示本發明其中一實施例之發光元件之部分區域的剖面放大示意圖；第8C圖係顯示本發明其中一實施例之發光元件之部分區域的剖面放大示意圖；第9A圖係顯示本發明之發光元件應用於發光二極體模組之外觀示意圖；第9B圖係顯示本發明之光電元件模組之剖面示意圖；第9C圖係第9B圖中E區之剖面放大示意圖；第10A至10B圖係顯示本發明之其中一實施例之照明裝置之示意圖；以及第11圖係本發明發光元件應用於燈泡之分解圖。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。在圖式或說明中，相似或相同之部份係使用相同之標號，並且在圖式中，元件之形狀或厚度可擴大或縮小。需特別注意的是，圖中未繪示或描述之元件，可以是熟習此技藝之人士所知之形式。
為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，請參照下列描述並配合第1圖至第7圖之圖示。第1A圖至第1F圖係顯示本發明第一實施例之發光元件之製造流程圖：第1A圖顯示一發光元件包含一具有一第一表面101以及一第二表面102的導電基板10、一發光疊層12形成於導電基板10之上，且發光疊層12包含一第一導電型半導體層124、一主動層122及一第二導電型半導體層120，依序形成於導電基板10之第一表面101之上。其中第二導電型半導體層120之上表面1201為一粗化表面且包含一第一多孔穴群1421，形成的方式可包含磊晶、蝕刻或兩者混合之方式為之。在本實施例中，發光疊層12之材料包含鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)、矽(Si)或上述元素之組合。常用之材料例如磷化鋁鎵銦(AlGaInP)系列、氮化鋁鎵銦(AlGaInN)系列等。主動層122之結構可為單異質結構(single heterostructure；SH)、雙異質結構(double heterostructure；DH)、雙側雙異質結構(double-side double heterostructure；DDH)、或多層量子井(multi-quantum well；MQW)。再者，調整量子井之對數亦可以改變發光波長。
如第1B圖所示，一第一平坦層13形成在第二導電型半導體層120之上表面1201上，覆蓋並填滿為粗化表面之上表面1201。此第一平坦層13可以旋轉塗佈(Spin Coating)方式形成。在一實施例中，第一平坦層13採用旋轉塗佈玻璃(SOG，spin on glass coating)之方式形成。在一實施例中，旋轉塗佈玻璃材料可為懸浮在溶液中的氧化矽(SiO2)和摻雜物混合之介電材料，其中摻雜物可為硼或磷。旋轉塗佈玻璃材料亦可為BCB(benzocyclobutene)、HSQ(hydrogen silsesquioxane)和MSQ(methylsequioxane)等聚合物(polymer)。
如第1C圖所示，將上述第一平坦層13圖形化及硬化後，以蝕刻及曝光微影製程形成一第二平坦層131，以暴露出第二導電型半導體
層120之部分的上表面1201，即部分的上表面1201並未被第二平坦層131覆蓋。第二平坦層131之位置並不限定，可形成於第二導電型半導體層120的上表面1201之中間或邊緣。
如第1D圖所示，一第一透明導電氧化物層14形成並覆蓋整個第二平坦層131及第二導電型半導體層120之部分的上表面1201。第一透明導電氧化物層14包含第一部分141與第二部分142，其中第一部分141大致為平坦且與整個第二平坦層131接觸，第二部分142形成於第二導電型半導體層120的上表面1201之上且包含一第二多孔穴群1422，第二導電型半導體層120之第一多孔穴群1421接觸第一透明導電氧化物層14，第二多孔穴群1422形成在第二部分142之上表面之上且與第一多孔穴群1421相對。第一多孔穴群1421之形狀可為圓錐形或多角錐形(如第1G-1H圖所示之形狀)。第一多孔穴群1421可於第二導電型半導體層120之部分的上表面1201以例如磊晶、蝕刻或兩者混合之方式形成。第二多孔穴群1422中各孔穴之形狀可以蝕刻方式形成為圓錐形或多角錐形並朝向第一多孔穴群1421之方向延伸，較佳的，延伸方向與導電基板10之第一表面101大致垂直。
如第1E圖所示，一第一電極15形成在第一透明導電氧化物層14之第一部分141之上；一第二電極16形成在導電基板10的第二表面102之上。上述第一電極15與第二電極16之材料可包含鉻(Cr)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、鋁(Al)、或銀(Ag)等金屬材料或其等之合金。
如第1F圖所示，於本發明之另一實施例中，一第一金屬反射層17可形成在第一透明導電氧化物層14之第一部分141與第一電極15之間以增進發光效率。
如本發明之第一實施例所示，藉由形成第二平坦層131在第二導電型半導體層120之部分的上表面1201之上，可使第一透明導電氧化物層14、第一電極15及第一金屬反射層17形成在大致平坦的表面上，進而減少發光元件的阻抗及正向電壓且增加電流側向傳導、電流分散能力及出光效率。
此外，由於第一多孔穴群1421自第二導電型半導體層120
之上表面1201向下延伸，使第一透明氧化物層14可依上表面1201之輪廓形成在第二導電型半導體層120之上，使第一透明氧化物層14之第二部分142的上表面形成第二多孔穴群1422。而由於第一多孔穴群1421，可增加第一金屬反射層17及第一透明氧化物層14之間的黏接強度。根據本發明第一實施例之發光元件及第一透明氧化物層表面不具孔穴結構之習知發光元件所進行的剝離測試(peeling test)之結果顯示，所有依本發明第一實施例形成之發光元件可通過測試，但80%之習知發光元件無法通過測試。由上述結果可得知，藉由第一透明氧化物層同時包含大致為平坦的第一部分以及包含多孔穴群的第二部分之設計，可改善出光效率低與剝離問題。
第2A-2D圖係顯示本發明第二實施例中之水平式發光元件之剖面示意圖。第2A圖顯示一發光元件包含一基板20、一發光疊層22包含一第一導電型半導體層224、一主動層222及一第二導電型半導體層220依序形成於基板20之第一表面201之上。其中第二導電型半導體層220之上表面2201為一粗化表面且包含一第一多孔穴群2421，形成的方式可包含磊晶、蝕刻或兩者混合之方式為之。接著，蝕刻發光疊層22，並暴露出部分的第一導電型半導體層224以形成一水平式發光元件。
在本實施例中，發光疊層22之材料包含鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)、矽(Si)或上述元素之組合。常用之材料例如磷化鋁鎵銦(AlGaInP)系列、氮化鋁鎵銦(AlGaInN)系列等。主動層222之結構可為單異質結構(single heterostructure；SH)、雙異質結構(double heterostructure；DH)、雙側雙異質結構(double-side double heterostructure；DDH)、或多層量子井結構(multi-quantum well；MQW)。再者，調整量子井之對數亦可以改變發光波長。
接著，以類似本發明第一實施例的製程，形成一第一平坦層(圖未示)在第二導電型半導體層220之上表面2201上，並覆蓋且填滿粗化表面之上表面2201。此第一平坦層可以旋轉塗佈(Spin Coating)方式形成。在一實施例中，第一平坦層採用旋轉塗佈玻璃(SOG，spin on glass coating)之方式形成。在一實施例中，旋轉塗佈玻璃材料可為懸浮在溶液中的氧化矽(SiO2)和摻雜物混合之介電材料，其中摻雜物可為硼或磷。旋轉塗佈玻璃材料亦可為BCB(benzocyclobutene)、HSQ(hydrogen silsesquioxane)和
MSQ(methylsequioxane)等聚合物(polymer)。
接著，將上述第一平坦層(圖未示)圖形化及硬化後，以蝕刻及曝光微影製程形成一第二平坦層231，以暴露出第二導電型半導體層220之部分的上表面2201，即部分的上表面2201並未被第二平坦層231覆蓋。第二平坦層231之位置並不限定，可形成於第二導電型半導體層220的上表面2201之中間或邊緣。
接著，一第一透明導電氧化物層24形成並覆蓋整個第二平坦層231及第二導電型半導體層220之部分的上表面2201。第一透明導電氧化物層24包含第一部分241與第二部分242，其中第一部分241大致為平坦且與整個第二平坦層231接觸，第二部分242形成於第二導電型半導體層220上表面2201之上且包含一第二多孔穴群2422，第二導電型半導體層220之第一多孔穴群2421接觸第一透明導電氧化物層24，第二多孔穴群2422形成在第二部分242之上表面之上且與第一多孔穴群2421相對。第一多孔穴群2421中各孔穴之形狀可為圓錐形或多角錐形。第一多孔穴群1421可於第二導電型半導體層220之部分的上表面2201以例如磊晶、蝕刻或兩者混合之方式形成。第二多孔穴群2422中各孔穴之形狀可以蝕刻方式形成為圓錐形或多角錐形並朝向第一多孔穴群2421之方向延伸，較佳的，延伸方向與導電基板20之第一表面201大致垂直。
最後，一第一電極25形成在第一透明導電氧化物層24之第一部分241之上；一第二電極26形成在暴露出的第一導電型半導體層224之上。上述第一電極25與第二電極26之材料可包含鉻(Cr)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、鋁(Al)、或銀(Ag)等金屬材料或其等之合金。藉由第一透明氧化物層同時包含大致為平坦的第一部分以及包含多孔穴群的第二部分之設計，可改善出光效率低的問題。
如第2B圖所示，於本發明之另一實施例中，一第一金屬反射層27可形成在第一透明導電氧化物層24之第一部分與第一電極25之間以增進發光效率。
此外，由於第一多孔穴群2421自第二導電型半導體層220之上表面2201向下延伸使第一透明氧化物層24的第二部分242之上表面可依上表面2201之輪廓形成在第二導電型半導體層220之上，故第二部分242
相對第二導電型半導體層220之上表面2201的上表面包含第二多孔穴群2422。藉由第一多孔穴群2421，可增加第一金屬反射層27及第一透明氧化物層24之間的黏接強度。根據本發明第二實施例之發光元件及第一透明氧化物層表面不具孔穴結構之習知發光元件所進行的剝離測試(peeling test)之結果顯示，所有依本發明第二實施例之發光元件可通過測試，但80%之習知發光元件無法通過測試。由上述結果可得知，藉由第一透明氧化物層同時包含大致為平坦的第一部分以及包含多孔穴群的第二部分之設計，可改善低效率與剝離之問題。
如第2C圖顯示本發明之另一實施例，第2C圖之實施例與第2A圖之差異在於第一導電型半導體層224之表面經蝕刻為一粗化的上表面2241且包含一第一多孔穴群2821。接著，以類似本發明第一實施例的製程，一第三平坦層(圖未示)形成在第一導電型半導體層224之上表面2241上，並覆蓋且填滿上述之為粗化表面的上表面2241。此第三平坦層可以旋轉塗佈(Spin Coating)方式形成。在一實施例中，第三平坦層採用旋轉塗佈玻璃(SOG，spin on glass coating)之方式形成，材料可為BCB(Benzocyclobutene)等。接著，將上述第三平坦層圖形化及硬化後並以蝕刻及曝光微影製程形成一第四平坦層291，以暴露出部分的第一導電型半導體層224之上表面2241。第四平坦層291之位置並不被限定，可形成於第一導電型半導體層224上表面2241之中間或邊緣。
接著，一第二透明導電氧化物層28形成並覆蓋整個第四平坦層291及第一導電型半導體層224之部分的上表面2241。第二透明導電氧化物層28包含第一部分281與第二部分282，其中第一部分281大致為平坦且與整個第四平坦層291接觸，第二部分282形成於第一導電型半導體層224上表面2241之上且包含一第二多孔穴群2822，第一導電型半導體層224之第一多孔穴群2821接觸第二透明導電氧化物層28，第二多孔穴群2822形成在第二部分282之上表面之上且與第一多孔穴群2821相對。第一多孔穴群2821中各孔穴之形狀可為圓錐形或多角錐形。第一多孔穴群2821可於第一導電型半導體層224之部分的上表面2241以例如磊晶、蝕刻或兩者方式混和而形成。第二多孔穴群2822中各孔穴之形狀可以蝕刻方式形成為圓錐形或多角錐形並朝向第一多孔穴群2821之方向延伸，較佳的，延伸方向
與基板20之第一表面201大致垂直。
最後，一第一電極25形成在第一透明導電氧化物層24之第一部分241之上；一第二電極26形成在第二透明導電氧化物層28之第一部分281之上。上述第一電極25與第二電極26之材料可包含鉻(Cr)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、鋁(Al)、或銀(Ag)等金屬材料或其等之合金。藉由第二透明氧化物層同時包含大致為平坦的第一部分以及包含多孔穴群的第二部分之設計，可改善出光效率低的問題。
如第2D圖所示，本發明之另一實施例中，除了第一金屬反射層3027可形成在第一透明導電氧化物層24之第一部分241與第一電極25之間，發光元件更包含一第二金屬反射層30形成在第二透明導電氧化物層28之第一部分281與第二電極26之間，以更增進發光效率。
第3圖係顯示本發明第三實施例之發光元件之剖面示意圖，第三實施例中與第一實施例的差異在於一布拉格反射(Distributed Bragg Reflector，DBR)層38形成於導電基板30與第一導電型半導體層324之間。
第4圖係顯示本發明第四實施例之發光元件之剖面示意圖，第四實施例與第一實施例的差異在於一金屬鍵合層41、一反射層49以及一第二透明導電氧化層48係形成於導電基板40與第一導電型半導體層424之間。
第5圖係顯示本發明第五實施例之發光元件之剖面示意圖，第五實施例與第一實施例的差異在於一金屬鍵合層51、一反射層59以及一第二透明導電氧化層58係形成於基板50與第一導電型半導體層524之間，且第二電極56係形成於第二透明導電氧化層58之上。
第6A-6B圖係顯示本發明第一實施例之第二導電型半導體層之上視示意圖；第6A圖係顯示第二導電型半導體層120之上視圖，如前所述，第二平坦層(未繪示)係形成在第二導電型半導體層之部分的上表面1201之上。形成第二平坦層之後，第一透明導電氧化物層14形成在部分的第二平坦層之上且包含第一部分141以及第二部分142，第一部分141係大致平坦並接觸整個第二平坦層，第二部分142形成在第二導電型半導體層120之上且包含粗化表面。第一電極15係形成在第一透明導電氧化物層14之第一部分141上。於本實施例中，部分的第一透明導電氧化物層14並
未被第一電極15覆蓋，且第一電極15可如指狀向發光元件的邊緣延伸以分散電流。
具體的，如第6B圖所示，於另一實施例中，第一電極15包含一具有手指狀(finger-like)圖案且向發光元件的邊緣延伸的第一分支151，以達到更佳的電流分散效果。第一透明導電氧化物層14可進一步包含一第二分支1411以及一第三分支1412，第二分支1411具有手指狀(finger-like)圖案且向發光元件的邊緣延伸，第三分支1412為透明且如指狀，並自第二分支1411之側邊向發光元件的邊緣延伸，以進一步增進電流分散效率。在本實施例中，第一透明導電氧化物層14之部分的第二分支1411以及第三分支1412並未被第一電極15的第一分支151覆蓋。因為第一透明導電氧化物層14之第二分支1411與第三分支1412係形成於第二平坦層(圖未示)之上，因此第二分支1411與第三分支1412包含一大致平坦之表面，進而具有更好的電流分散效果。
第7A-7B圖係顯示本發明第二實施例之第二導電型半導體層之上視示意圖；第7A圖係顯示第二導電型半導體層之上視圖。如前所述，第二平坦層(圖未示)可形成在第二導電型半導體層之部分的上表面2201之上。形成第二平坦層之後，第一透明導電氧化物層24形成在部分的第二平坦層之上且包含第一部分241以及第二部分242，第一部分241係大致平坦並接觸整個第二平坦層，第二部分242形成在第二導電型半導體層220之上且包含粗化表面。接著，第一電極25係形成在第一透明導電氧化物層24之第一部分241上。於本實施例中，部分的第一透明導電氧化物層24並未被第一電極25覆蓋，且第一電極25可如指狀向發光元件的邊緣延伸以分散電流。
如第7B圖所示，於另一實施例中，第一電極25包含一向發光元件的邊緣延伸的第一分支251，以達到更佳的電流分散效果。第一透明導電氧化物層24可進一步包含一第二分支2411以及一第三分支2412，第二分支2411具有手指狀(finger-like)圖案且向發光元件的邊緣延伸，第三分支2412為透明且如指狀，並自第二分支2411之側邊向發光元件的邊緣延伸，以更增進電流分散效率。在本實施例中，第一透明導電氧化物層24之部分的第二分支2411以及第三分支2412並未被第一電極25的第一分支
251覆蓋。由於第一透明導電氧化物層24之第二分支2411與第三分支2412係形成於第二平坦層(圖未示)之上，因此第二分支2411與第三分支2412包含一大致平坦之表面，進而具有更好的電流分散效果。
第8A至8C圖為本發明其中一實施例之發光元件1200之剖面示意圖。第8A圖顯示之發光元件1200包含一基板1210；一發光結構1250形成於基板1210上；一位於發光結構1250之上的半導體接觸層1260，其包含一粗糙頂面；以及一透明電流擴散層1270，其包含一位於半導體接觸層1260之上的頂面。發光結構1250包含一第一導電型半導體層1220、一主動層1230及一第二導電型半導體層1240。半導體接觸層1260的粗糙頂面大致位於透明電流擴散層1270的頂面的正下方。基板1210是一成長基底或是承載基底。半導體接觸層1260之材料包含鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)、矽(Si)或上述元素之組合。透明電流擴散層1270之材料包含金屬氧化物或金屬氮化物。
第8B圖係顯示本發明其中一實施例之發光元件中部分區域的半導體接觸層1260以及透明電流擴散層1270之剖面放大示意圖。半導體接觸層1260之粗糙頂面1310包含兩相鄰的第一頂峰以及一第一波谷，各第一頂峰分別包含一第一最高點A1、A2，第一波谷包含一位於兩相鄰的第一頂峰之間的第一最低點B1。透明電流擴散層1270的頂面1320包含兩相鄰的第二頂峰以及一第二波谷，各第二頂峰分別包含一第二最高點A3、A4，第二波谷包含一位於兩相鄰的第二頂峰之間的第二最低點B2。半導體接觸層1260的粗糙頂面1310的兩個第一最高點A1、A2與第一最低點B1連接形成兩條第一斜線L2、L4，一第一角度θ1位於兩條第一斜線L2、L4之間。透明電流擴散層1270的頂面1320的兩個第二最高點A3，A4與第二最低點B2連接形成兩條第二斜線L1、L3，一第二角度θ2位於兩條第二斜線L1、L3之間。第一角度θ1與第二角度θ2的差異不大於10度。於另一實施例中，第一角度θ1大致等於第二角度θ2。透明電流擴散層1270的頂面1320的第二波谷之第二最低點B2與半導體接觸層1260之粗糙頂面1310的第一波谷的第一最低點B1之間的第一高度差H1大於0。透明電流擴散層1270的頂面1320的其中一第二頂峰之第二最高點A3與半導體接觸層1260之粗糙頂面1310的其中一第一頂峰之第一最高點A1之間的第二高度差H2大於0。透明電流
擴散層1270的頂面1320的其中一第二頂峰之第二最高點A4與半導體接觸層1260之粗糙頂面1310的其中一第一頂峰之第一最高點A2之間的第三高度差H3大於0。第二高度差H2相等或相異於第三高度差H3。第一高度差H1與第二高度差H2的比例為0.1至10之間。第一高度差H1與第三高度差H3的比例為0.1至10之間。於另一實施例中，半導體接觸層1260之頂部形成有圓錐形或多角錐形之孔穴，且孔穴自半導體接觸層1260之頂部向下延伸以形成粗糙頂面1310。
第8C圖係顯示本發明其中一實施例之發光元件之發光元件中部分區域的半導體接觸層1260以及透明電流擴散層1270之剖面放大示意圖。位於半導體接觸層1260之粗糙頂面1310的第一波谷包含一第一平整區域C1，且第一最低點(未標示)係位於第一平整區域C1；位於透明電流擴散層1270的頂面1320的第二波谷包含一第二平整區域C2，且第二最低點(未標示)係位於第二平整區域C2。第一平整區域C1與第二平整區域C2之間的第一高度差H1大於0。
第9A至9C圖顯示本發明之發光元件應用於發光二極體模組之示意圖。第9A圖顯示一光電元件模組900包含一次載體902，一光電裝置(圖未示)，複數透鏡904、906、908、910，以及兩個電源供應端子912(另一圖未示)。光電元件模組900可與一燈罩連接以形成一照明裝置連接，後續會詳細說明。
第9B圖係顯示本發明之光電元件模組900之剖面示意圖，第9C圖係第9B圖中E區之剖面放大示意圖。如第9B圖所示，次載體902包含一頂部子單元903以及一底部子單元901，其中底部子單元901至少有一表面係與頂部子單元903接觸。透鏡904、908係形成於頂部子單元903之上。如第9C圖所示，至少一穿孔915係穿透頂部子單元903，且至少一光電裝置800係位於穿孔915內且與底部子單元901接觸。此外，光電裝置800係使用一封裝材料921封裝，且透鏡908係位於封裝材料921之上，封裝材料921包含矽樹脂(silicone resin)或環氧樹脂等(epoxy resin)。於一實施例中，一反射層919係形成於頂部子單元903環繞穿孔915之側壁上，藉以增加發光效率。一金屬層917可行於底部子單元901之下表面上以提高散熱效果。
第10A至10B圖係顯示本發明之其中一實施例之照明裝置之示意圖。照明裝置1000包含一光電元件模組900，一燈罩1040，一提供光電元件模組900電流的電源供應電路(圖未示)，以及一控制電源供應電路的控制單元(圖未示)。照明裝置1000可以是路燈、車頭燈、室內照明光源、交通號誌或是顯示器的背光模組。
第11圖係本發明發光元件應用於燈泡之分解圖，一燈泡1100具有一燈殼1121；一透鏡1122，置於燈罩1121之中；一照明模組1124，位於透鏡62之下；一燈座1125，具有一散熱槽1126，用以承載照明模組1124；一連結部1127；以及一電連結器1128，其中連結部1127連結燈座1125與電連接器1128。照明模組1124具有一載體1123；以及複數個前述任一實施例之位於載體1123上的光電裝置800。
具體的，光電裝置包含前述任一實施例之發光元件、光電二極管、光敏電阻(photo resister)、雷射二極體、紅外線發射器、有機發光二極體以及太陽能電池。導電基板10、300、40和/或基板20、1210、50、80可為成長或承載基底，基板20、1210、50、80包含導電基板、絕緣基板、透明基板或透光基板。導電基板之材料可包含金屬、氧化物、氮化物、磷化物或矽化物，其中金屬例如可包含鍺(Ge)或砷化鎵(GaAs)，氧化物例如可包含鋁酸鋰(LiAlO2)或氧化鋅(ZnO)，氮化物例如可包含氮化鎵(GaN)或氮化鋁(AlN)，磷化物例如可包含磷化銦(InP)，矽化物例如可包含矽或碳化矽(SiC)。透明基板之材料可包含氧化鋁(Al2O3)、鋁酸鋰(LiAlO2)、氧化鋅(ZnO)氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、玻璃、鑽石、合成鑽石(CVD diamond)、類鑽碳(diamond-like carbon，DLC)、尖晶石(MgAl2O3)、氧化矽(SiOx)或鎵酸鋰(LiGaO2)。
第一導電型半導體層124、224、324、424、524、1220和第二導電型半導體層120、220、1240、320、420、520之電性、極性或摻雜物相異，或者包含用以提供電子或電洞的半導體材料，半導體材料可為單層或多層。電性選擇可以為p型、n型、及i型中至少任意二者之組合。主動層122、222、322、422、522、1230係分別位於第一導電型半導體層124、224、324、424、524、1220和第二導電型半導體層120、220、1240、320、420、520之間，主動層為電能與光能可能發生轉換或被誘發轉換之區域。
電能可能發生轉換或被誘發轉換為光能之裝置可以是發光二極體、液晶顯示器或是有機發光二極體。光能可能發生轉換或被誘發轉換為電能之裝置可以是太陽能電池或光電二極體。第一導電型半導體層124、224、324、424、524、1220、主動層122、222、322、422、522、1230、第二導電型半導體層120、220、1240、320、420、520之材料包含鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)、矽(Si)或上述元素之組合。
於一實施例中，光電裝置包含之發光元件，其發光頻譜可以藉由改變單層半導體材料層或多層半導體材料層之物理或化學要素進行調整。常用之單層半導體材料層之材料或多層半導體材料層包含鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)、磷(P)、氮(N)、鋅(Zn)、氧(O)或上述元素之組合。主動層(未顯示)之結構例如：單異質結構(single heterostructure；SH)、雙異質結構(double heterostructure；DH)、雙側雙異質結構(double-side double heterostructure；DDH)、或多層量子井結構(multi-quantum well；MQW)。再者，調整量子井之對數亦可以改變發光波長。
於一實施例中，第一導電型半導體層124、224、324、424、524、1220和基板20、1210、50、導電基板10、300、40之間可選擇性的設置一緩衝層(圖未示)。此緩衝層係介於二種材料系統之間，使基板20、1210、50、導電基板10、300、40之材料系統”過渡”至第一導電型半導體層124、224、324、424、524、1220之材料系統。對發光二極體之結構而言，緩衝層係用以降低二種材料間晶格不匹配之材料層。另一方面，緩衝層亦可以是包含二種材料或二個分離結構之單層、多層或一結構，其可選用之材料係包含有機材料、無機材料、金屬、或半導體等；其可選用之結構係包含：反射層、導熱層、導電層、歐姆接觸層、抗形變層、應力釋放(stress release)層、接合(bonding)層、波長轉換層、及機械固定構造等。在一實施例中，此緩衝層之材料可包含氮化鋁(AlN)或氮化鎵(GaN)，且形成方法可包含濺鍍(sputter)或原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)。
於前述之實施例中，第一透明導電氧化物層14、24以及第二透明導電氧化物層28、48、58之材料包含銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)、鎘錫氧化物(cadmium tin oxide，CTO)、銻氧化錫(antimony tin oxide)、氧化銦鋅(zinc indium oxide)、氧化鋅鋁(aluminum zinc oxide)、鋅
錫氧化物(zinc antimony oxide)、或其等之組合，且形成方法可包含電子束蒸鍍、離子濺鍍、熱蒸鍍或其等之組合。以第一透明導電氧化物層14、24以及第二透明導電氧化物層28、48、58包含銦錫氧化物為例，第一透明導電氧化物層14、24之厚度以及第二透明導電氧化物層28、48、58之厚度係為1微米至150之間，且在波長為300微米至700微米之間的範圍內，透光率係大於50%。
於前述之實施例中，金屬鍵合層41、51之材料包含銦、錫、金-錫(AuSn)或是其等之合金。
布拉格反射層38係包含半導體疊層。反射層49、59係包含銦、錫、鋁、金、鉑、鋅、銀、鈦、鉛、鈀、鍺、銅、鈹金、鍺金、鎳、鉛錫合金、金鋅合金或其等之合金。第一和第二金屬反射層17、27、30之材料包含鋁或銀。
以上各圖式與說明雖僅分別對應特定實施例，然而，各個實施例中所說明或揭露之元件、實施方式、設計準則、及技術原理除在彼此顯相衝突、矛盾、或難以共同實施之外，吾人當可依其所需任意參照、交換、搭配、協調、或合併。
雖然本發明已說明如上，然其並非用以限制本發明之範圍、實施順序、或使用之材料與製程方法。對於本發明所作之各種修飾與變更，皆不脫本發明之精神與範圍。
1200‧‧‧發光元件
1250‧‧‧發光結構
1260‧‧‧半導體接觸層
1270‧‧‧透明電流擴散層
1210‧‧‧基板
1220‧‧‧第一導電型半導體層
1230‧‧‧主動層
1240‧‧‧第二導電型半導體層
Claims (10)
- 一種發光元件，其包含：一半導體接觸層，其包含一粗糙頂面，該粗糙頂面包含兩相鄰的第一頂峰以及一第一波谷，各第一頂峰包含一第一最高點，該第一波谷包含一位於該兩相鄰的第一頂峰之間的第一最低點，該兩個第一最高點與該第一最低點連接形成兩條第一斜線，且一第一角度位於該兩條第一斜線之間；以及一透明電流擴散層，其包含一位於該半導體接觸層之上的頂面，且該透明電流擴散層的該頂面包含兩相鄰的第二頂峰以及一第二波谷，各第二頂峰包含一第二最高點，該第二波谷包含一位於該兩相鄰的第二頂峰之間的第二最低點，該頂面的該兩個第二最高點與該第二最低點連接形成兩條第二斜線，一第二角度位於該兩條第二斜線之間；其中該半導體接觸層的該粗糙頂面大致位於該透明電流擴散層的該頂面的正下方，該第一角度與該第二角度的差異不大於10度。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其更包括一位於該第一最低點與該第二最低點之間的第一高度差，該第一高度差大於0。
- 如申請專利範圍第2項所述之發光元件，其更包括一第二高度差以及一第三高度差，該第二高度差位於兩相鄰的第一頂峰與第二頂峰之間且大於0，該第三高度差位於另兩相鄰的第一頂峰與第二頂峰之間且大於0。
- 如申請專利範圍第3項所述之發光元件，該第一高度差與該第二高度差的比例為0.1至10之間。
- 如申請專利範圍第3項所述之發光元件，該第一高度差與該第三高度差的比例為0.1至10之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該第一波谷包含一第一平整區域。
- 如申請專利範圍第6項所述之發光元件，其中該第二波谷包含 一第二平整區域。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該半導體接觸層之頂部形成有複數孔穴，且該等孔穴自半導體接觸層之頂部向下延伸以形成該粗糙頂面。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，該第一角度大致等於該第二角度。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中透明電流擴散層之材料包含金屬氧化物或金屬氮化物。
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