TWI650881B - 發光裝置 - Google Patents

Abstract

一種發光裝置包含:一發光疊層包含一第一表面；一圖案化介電層形成於發光疊層之第一表面上，包含一第一部分及及一第二部分大致環繞第一部份且與第一部分的厚度相同；一第一反射電極覆蓋圖案化介電層之第一部分；以及一阻障層覆蓋第一反射電極及圖案化介電層之第二部分。

Description

發光裝置

本發明係關於一種發光裝置，特別是一種發光疊層位於一導電基板上之發光裝置。

發光二極體(LED)之發光原理係因電子移動於n型半導體與p型半導體間而釋放出能量。由於發光二極體之發光原理不同於加熱燈絲的白熾燈，所以發光二極體又稱作冷光源。再者，發光二極體具有較佳的環境耐受度、更長的使用壽命、更輕及便攜性、以及較低的耗能讓它被視為照明應用中光源的另一選擇。發光二極體被應用於如交通號誌、背光模組、街燈、以及醫療設備等不同領域，且已逐漸地取代傳統的光源。

發光二極體具有之發光疊層係磊晶成長於一導電基板上或一絕緣基板上。具有導電基板的發光二極體可在發光疊層頂部形成一電極，一般稱為垂直式發光二極體。具有絕緣基板的發光二極體則須藉由蝕刻製程暴露出兩不同極性之半導體層，並分別在兩半導體層上形成電極，一般稱為水平式發光二極體。垂直式發光二極體的優點在於電極遮光面積少、散熱效果好、且無額外的蝕刻磊晶製程，但目前用來成長磊晶的導電基板卻有容易吸收光線的問題，因而影響發光二極體之發光效率。水平式發光二極體的優點在於絕緣基板通常也是透明基板，光可從發光二極體之各方向射出，然而也有散熱不佳、電極遮光面積多、磊晶蝕刻製程損失發光面積等缺點。

上述發光二極體可更進一步地連接於其他元件以形成一發光裝置。發光二極體可藉由具有基板的那一側連接於一次載體上，或以焊料或膠材形成於次載體與發光二極體間，以形成一發光裝置。此外，次載體可更包含一電路其透過例如為一金屬線的導電結構電性連接於發光二極體之電極。

一種發光裝置包含:一發光疊層包含一第一表面；一圖案化介電層形成於發光疊層之第一表面上，包含一第一部分及及一第二部分大致環繞第一部份且與第一部分的厚度相同；一第一反射電極覆蓋圖案化介電層之第一部分；以及一阻障層覆蓋第一反射電極及圖案化介電層之第二部分。

請參閱第1圖，係顯示本發明發光裝置之一第一實施例。發光裝置100係包含：一永久基板126；一發光疊層102形成於永久基板126上且包含一第一表面102a朝向永久基板126及一第二表面102b相對第一表面102a；一圖案化介電層110形成於第一表面102a上，包含一第一部分110a及一第二部分110b大致環繞第一部份110a，其中第一部分110a包含一第一厚度，第二部分110b包含一第二厚度相同於第一厚度；一具反射性之第一反射電極112覆蓋圖案化介電層110之第一部分110a，其中第一反射電極112之材料可包含銀(Ag)、鋁(Al)或其他具有高反射性之金屬，或前述金屬的疊層或合金；以及一阻障層122覆蓋第一反射電極及圖案化介電層110之第二部分110a。發光疊層102之第二表面102b上可包含一第二電極結構116具有對應圖案化介電層110之第一部份110a的圖案。第一反射電極112係歐姆接觸發光疊層102之第一表面102a，第二電極結構116係歐姆接觸發光疊層102之第二表面102b，且於一垂直方向第二電極結構116與第一反射電極112接觸發光疊層102之區域係彼此不重疊。阻障層122之一斷面寬度可略寬於發光疊層102，圖案化介電層110之第二部分110b之外緣可大致對齊於阻障層122之側壁而側向突出於發光疊層102之側壁。一保護層114可順應發光疊層102之形狀覆蓋於發光疊層102之第二表面102b不具有第二電極結構116之區域，並覆蓋發光疊層102之側壁，保護層114之下端係與圖案化介電層110之第二部分110b相接。圖案化介電層110之材料可包含一絶緣氧化物、氮化物、矽氧化合物、氧化鈦、氧化鋁、氟化鎂或氮化矽。保護層114之材料可包含氮化矽或氧化矽。圖案化介電層110之材料可不同於保護層114之材料。在本實施例中，圖案化介電層110之材料可為二氧化鈦(TiO₂ )，保護層114之材料可為二氧化矽(SiO₂ )或氮化矽(SiN_x 或Si₃ N₄ )。若無圖案化介電層110之第二部分110b，阻障層122係直接接著於保護層114之下端及部分之第一表面102a，然而阻障層122之材料通常為金屬，與保護層114間的接著力不佳，因而可能使保護層114之下端與阻障層122間產生空隙，此時濕氣或其他外界干擾可由保護層114與阻障層122之間的空隙進一步地影響阻障層122與第一表面102a的接著，一旦阻障層122脫落於第一表面102a，第一反射電極112便有可能自發光疊層102側壁溢出，增加發光裝置100電性異常或失效的風險。在本實施例中，第一反射電極112亦覆蓋圖案化介電層110之第二部分110b的局部，而使阻障層122不接觸於第一表面102a。

發光疊層102係事先磊晶成長自一晶圓級之成長基板(圖未示)，接著於第一表面102a上依序形成圖案化介電層110、第一反射電極112及阻障層122後，圖案化介電層110之第一部份110a與第二部分110b係在相同製程下同時被完成，因而具有相同的厚度及材料。接著可藉由一連接層124將永久基板126接著於發光疊層102，阻障層122可介於連接層124與第一反射電極112之間，而連接層124可介於阻障層122與永久基板126之間。而在永久基板126接著於發光疊層102後，可將成長基板移除而暴露出第二表面102b，並進一步地利用例如乾蝕刻方式使第二表面102b成為一粗化表面。接著可蝕刻發光疊層102形成溝渠以形成複數彼此絕緣的單元，再沿著溝渠切割晶圓即可獲得複數發光裝置100。第二部分110b外側在切割晶圓的過程中也會因一同被切割而變薄，而第二部分110b與第一表面102a接觸之區段可大致保持前述之第二厚度。

發光疊層102可包含一第一半導體層104、一第二半導體層108及形成於第一半導體層104與第二半導體層108間之發光層102，其中第一半導體層104可為p型且具有第一表面102a，第二半導體層108可為n型且具有第二表面102b。阻障層122可包含一第一阻障層118及一第二阻障層120之雙層結構，而阻障層122之材料可包含例如鈦(Ti)、鎢(W)、鉑(Pt)、鈦鎢合金(TiW)或其組合。發光疊層102之結構可包含單異質結構（single heterostructure；SH）、雙異質結構（double heterostructure；DH）、雙側雙異質結構（double-side double heterostructure；DDH）、或多重量子井結構（multi-quantum well；MQW）。發光疊層102可為一氮化物發光疊層，材料可選自鋁(Al)、銦(In)、鎵(Ga)、氮(N)所構成群組之組合，成長基板可為一透明絕緣基板例如藍寶石(sapphire)基板，或導電基板例如矽(Si)或碳化矽(SiC)基板。發光疊層102之材料亦可選自鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)、磷(P)、砷(As)所構成群組之組合，成長基板則可為砷化鎵(GaAs)。

請參閱第2圖，係顯示本發明發光裝置之一第二實施例。發光裝置200係包含：一永久基板226；一發光疊層202形成於永久基板226上且包含一第一表面202a朝向永久基板226及一第二表面202b相對第一表面202a；一圖案化介電層210形成於第一表面202a上，包含一第一部分210a及一第二部分210b大致環繞第一部份210a，其中第一部分210a包含一第一厚度，第二部分210b包含一第二厚度相同於第一厚度，且第一部分210a與第二部分210b之材料相同；一具反射性之第一反射電極212覆蓋圖案化介電層210之第一部分210a，其中第一反射電極212之材料可包含銀(Ag)、鋁(Al)、其他具有高反射性之金屬或前述金屬之疊層或合金；以及一阻障層222覆蓋第一反射電極及圖案化介電層210之第二部分210b。發光疊層202之第二表面202b上可包含一第二電極結構216具有對應圖案化介電層210之第一部份210a的圖案，於一垂直方向第二電極結構216與第一反射電極212接觸發光疊層202之區域係彼此不重疊。阻障層222之一斷面寬度可略寬於發光疊層202，圖案化介電層210之第二部分210b之外緣可大致對齊於阻障層222之側壁而側向突出於發光疊層202之側壁。一保護層214可順應發光疊層202之形狀覆蓋於發光疊層202之第二表面202b不具有第二電極結構216之區域，並覆蓋發光疊層202之側壁，保護層214之下端係與圖案化介電層210之第二部分210b相接。圖案化介電層210之材料可包含一絶緣氧化物、氮化物、氧化矽、氧化鈦、氧化鋁、氟化鎂或氮化矽。保護層214可具有一第一保護層214a接著於圖案化介電層210之第二部分210b並至少覆蓋發光疊層202之側壁，及一第二保護層214b覆蓋第一保護層214a且覆蓋第二表面202b。第一保護層214a包含一氮化矽(Si₃ N₄ 或SiN_x )，且第二保護層214b包含氧化矽(SiO₂ )。在本實施例中，第一反射電極212與圖案化介電層210之第二部分210b以一間隔隔開。阻障層222可包含一第一阻障層218及一第二阻障層220。一連接層224可形成於阻障層222與永久基板226之間。

請參閱第3A圖及第3B圖，係顯示本發明發光裝置之一第三實施例。發光裝置300係包含：一永久基板326；一發光疊層302形成於永久基板326上且包含一第一表面302a朝向永久基板326及一第二表面302b相對第一表面302a；一圖案化介電層310形成於第一表面302a上，包含一第一部分310a及一第二部分310b大致環繞第一部份310a，其中第一部分310a具有一第一厚度，第二部分310b具有一第二厚度相同於第一厚度，且第一部份310a與第二部分310b之材料相同；一具反射性之第一反射電極312覆蓋圖案化介電層310之第一部分310a，其中第一反射電極312之材料可包含銀(Ag)、鋁(Al)或其他具有高反射性之金屬；以及一阻障層322覆蓋第一反射電極及圖案化介電層310之第二部分310a。發光疊層302之第二表面302b上可包含一第二電極結構316具有對應圖案化介電層310之第一部份310a及第二部分310b的圖案。阻障層322之一斷面寬度可略寬於發光疊層302，圖案化介電層310之第二部分310b之外緣可大致對齊於阻障層322之側壁而側向突出於發光疊層302之側壁。一保護層314可順應發光疊層302之形狀覆蓋於發光疊層302之第二表面302b不具有第二電極結構316之區域，並覆蓋發光疊層302之側壁，保護層314之下端係與圖案化介電層310之第二部分310b相接。圖案化介電層310之材料可包含一絶緣氧化物、氮化物、矽氧化合物、鈦氧化合物或氮化矽。保護層314可具有一第一保護層314a接著於圖案化介電層310之第二部分310b且至少覆蓋發光疊層302之側壁，及一第二保護層314b覆蓋第一保護層310a以及第二表面302b。第一保護層314a包含一氮化矽(Si₃ N₄ 或SiN_x )，第二保護層314b包含一矽氧化合物例如為二氧化矽(SiO₂ )。在本實施例中，第一反射電極312與圖案化介電層310之第二部分310b間具以一間隔隔開。阻障層322可包含一第一阻障層318及一第二阻障層320。一連接層324可形成於阻障層322與永久基板326之間。

如第3B圖所示，第二電極結構316可包含至少一電極墊316a及連接於電極墊316a之一延伸枝狀電極316b，圖案化介電層310之第二部分310b自上視觀之係重疊於電極墊316a及延伸枝狀電極316b。圖案化介電層310之第二部份310b可包含環繞發光疊層之一外邊界，且第二部分310b重疊於延伸枝狀電極316b之區段之寬度係大於延伸枝狀電極316b，且第二部分310b重疊於電極墊316a之區段係對應電極墊316a之圖形。

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。

100、200、300‧‧‧發光裝置

102、202、302‧‧‧發光疊層

202a、202a、302a‧‧‧第一表面

102b、202b、302b‧‧‧第二表面

104、204、304‧‧‧第一半導體層

106、206、306‧‧‧發光層

108、208、308‧‧‧第二半導體層

110、210、310‧‧‧圖案化介電層

110a、210a、310a‧‧‧第一部份

110b、210b、310b‧‧‧第二部分

112、212、312‧‧‧第一反射電極

114、214、314‧‧‧保護層

214a、314a‧‧‧第一保護層

214b、314b‧‧‧第二保護層

116、216、316‧‧‧第二電極結構

316a‧‧‧電極墊

316b‧‧‧延伸枝狀電極

118、218、318‧‧‧第一阻障層

120、220、320‧‧‧第二阻障層

122、222、322‧‧‧阻障層

124、224、324‧‧‧連接層

126、226、326‧‧‧永久基板

第1圖係顯示本發明發光裝置之一第一實施例。

第2圖係顯示本發明發光裝置之一第二實施例。

第3A圖及第3B圖係顯示本發明發光裝置之一第三實施例。

Claims (10)

1. 一種發光裝置，包含：一發光疊層包含一第一表面，一第二表面，及一側面連接該第一表面及該第二表面；一電極結構位於該發光疊層之該第二表面上，該電極結構包含一電極墊及複數個延伸枝狀電極，其中，自該發光裝置之一上視圖觀之，該發光疊層包含一部分位於該電極結構之一外側並圍繞該電極結構；一圖案化介電層形成於該發光疊層之該第一表面上，並包含一圖案以對應該電極結構之一圖案；一第一反射電極包含銀(Ag)或鋁(Al)，位於該發光疊層之該第一表面上；一阻障層覆蓋該第一反射電極及該圖案化介電層，且自該發光裝置之一剖視圖觀之，該阻障層包含一斷面寬度寬於該發光疊層，其中該阻障層不接觸發光疊層之該第一表面；以及一保護層接觸該發光疊層之該側面及形成該電極結構之一區域以外之所有該第二表面上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該阻障層包含鈦(Ti)、鎢(W)、鉑(Pt)、鈦鎢合金(TiW)或其組合。
3. 如申請專利範圍第2項所述之發光裝置，其中該發光疊層 包含一第一半導體層、一第二半導體層及一形成於該第一半導體層與該第二半導體層間之發光層，其中該第一半導體層為p型半導體層，且該第二半導體層為n型半導體層。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該第二表面為一粗化表面，且該保護層順應的覆蓋於該粗化表面上。
5. 如申請專利範圍第4項所述之發光裝置，其中該保護層包含一第一保護層直接覆蓋該側面與一第二保護層覆蓋該第一保護層，其中該第一保護層為氮化矽及該第二保護層為氧化矽。
6. 如申請專利範圍第5項所述之發光裝置，其中該第二保護層直接覆蓋該第二表面。
7. 如申請專利範圍第6項所述之發光裝置，其中該第一反射電極及該電極結構係分別歐姆接觸該發光疊層之該第一表面及該第二表面。
8. 如申請專利範圍第4項所述之發光裝置，其中該圖案化介電層之材料與該保護層之材料不同。
9. 如申請專利範圍第8項所述之發光裝置，其中該圖案化介 電層為二氧化鈦。
10. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該圖案化介電層包含一第一部分及一第二部分環繞該第一部份，且該第一反射電極覆蓋該第一部分及該第二部分。