TWI740246B - 發光元件 - Google Patents
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Abstract
發光元件包括堆疊結構及覆蓋堆疊結構的至少多個側面的第一絕緣層。堆疊結構包括P型及N型半導體層、位於P型及N型半導體層之間的發光層、位於N型半導體層上的N型電極、位於N型半導體層及N型電極之間的N型接觸層、位於P型半導體層上的P型電極、位於N型電極上的N型接觸墊、位於P型電極上的P型接觸墊、以及位於發光層與N型接觸層之間的半導體反射器。半導體反射器包括多個週期,各週期包括至少一第一層及至少一第二層,第一層的折射率不同於第二層的折射率。發光元件可應用於廣色域背光模組或超薄背光模組。
Description
本揭露是關於一種發光元件。
近年來,發光二極體(LED)由於具有高指向性、節能等優點,已被應用在各種照明元件及顯示元件。微型發光二極體(Micro-LED)呈巨集型的排列,其可個別地被處理以例如應用在微型顯示器上,相較於標準的大尺寸發光二極體,其可提升光輸出量。
傳統的發光二極體元件可具有N摻雜層及以多重量子井層(MQW)所隔開之P摻雜層,可憑藉電極施加電壓在N摻雜層及P摻雜層之間,電極與N摻雜層、P摻雜層之間的介面被期望是歐姆接觸,以降低接觸電阻。發光二極體元件通常具有位於它們之間的歐姆接觸層以降低接觸電阻,為了有效的取光,歐姆接觸層的面積會盡可能的縮減,以最小化其吸光量。然而,在微型發光二極體中,製造小面積的歐姆接觸層具有困難度。
本揭露的一些實施例提供一種發光元件。發光元
件包括位於發光層及N型接觸層之間的半導體反射器,以避免N型接觸層吸收發光層所發出的光線,因此,可以提升發光元件的發光效率。發光元件更包括第一絕緣層,第一絕緣層的折射率不同於P型半導體層的折射率,因此,可增進發光元件的發光效率。
其中之一個優點是,由於半導體反射器可避免N型接觸層吸收發光層所發出的光線,因此,可提升發光元件的發光效率。另一個優點是,由於第一絕緣層的折射率小於P型半導體層的折射率,發光元件的發光效率同樣可因此而提升。再另一個優點是,由於空氣和P型半導體層的頂面之間的全反射所造成的損耗可被降低,因此,可提高發光元件的光取出效率。
於一些實施例中,發光元件包括堆疊結構及覆蓋該堆疊結構的至少多個側面的第一絕緣層。堆疊結構包括P型半導體層、位於P型半導體層上的N型半導體層、位於P型半導體層與N型半導體層之間的發光層、位於N型半導體層上的N型電極、位於N型半導體層與N型電極之間的N型接觸層、位於P型半導體層上的P型電極、位於N型電極上的N型接觸墊、位於P型電極上的P型接觸墊、以及位於發光層及N型接觸層之間的半導體反射器。半導體反射器包括多個週期,各週期包括至少一第一層及至少一第二層,第一層的折射率不同於第二層的折射率。
於一些實施例中,上述的P型半導體層具有背對半導體反射器的頂面,且頂面為粗糙面。
於一些實施例中,上述的第一絕緣層的折射率小於P型半導體層的折射率。
於一些實施例中,上述的第一絕緣層延伸至P型半導體層的頂面。
於一些實施例中,上述的第一絕緣層覆蓋堆疊結構的底面,且露出N型接觸墊的底部及P型接觸墊的底部。
於一些實施例中,上述的N型半導體層具有第一部分及第二部分,第二部分藉由半導體反射器與第一部分分開。
於一些實施例中,上述的第一絕緣層延伸至覆蓋粗糙面。
於一些實施例中,上述的第一絕緣層的背對P型半導體層的頂面的形狀相似於粗糙面的形狀。
於一些實施例中,上述的半導體反射器的第一層與第二層包括鋁,且第一層的鋁的原子百分比實質上不同於第二層的鋁的原子百分比。
於一些實施例中,上述的半導體反射器的第一層包括AlxGa1-xAs,其中0<x<1。
於一些實施例中,上述的半導體反射器的第二層包括AlyGa1-yAs,其中0<y<1。
於一些實施例中,上述的發光元件更包括第二絕緣層,第二絕緣層覆蓋第一絕緣層,第二絕緣層的折射率不同於第一絕緣層的折射率。
於一些實施例中,上述的第二絕緣層的折射率小
於第一絕緣層的折射率。
於一些實施例中,上述的第二絕緣層的背對P型半導體層的頂面的形狀相似於第一絕緣層的頂面的形狀。
100、100a、100b、100c‧‧‧發光元件
102‧‧‧堆疊結構
104‧‧‧第一絕緣層
104a‧‧‧頂面
106‧‧‧P型半導體層
106a‧‧‧頂面
108‧‧‧發光層
110‧‧‧N型半導體層
110A‧‧‧第一部分
110B‧‧‧第二部分
112‧‧‧N型接觸層
114‧‧‧N型電極
116‧‧‧N型接觸墊
118‧‧‧P型電極
120‧‧‧P型接觸墊
122‧‧‧半導體反射器
124‧‧‧第一層
126‧‧‧第二層
128‧‧‧第二絕緣層
128a‧‧‧頂面
閱讀以下詳細敘述並搭配對應之圖式,可了解本揭露之多個樣態。需留意的是,圖式中的多個特徵並未依照該業界領域之標準作法繪製實際比例。事實上,所述之特徵的尺寸可以任意的增加或減少以利於討論的清晰性。
第1圖至第4圖是依照一些實施例的發光元件的剖面示意圖。
以下將以圖式揭露本發明之複數個實施例,為明確說明起見,許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而,應瞭解到,這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說,在本發明部分實施方式中,這些實務上的細節是非必要的。此外,為簡化圖式起見,一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
第1圖是依照一些實施例的發光元件100的剖面示意圖。請參照第1圖,發光元件100具有堆疊結構102及覆蓋堆疊結構102的至少多個側面的第一絕緣層104。堆疊結構102包括P型半導體層106、N型半導體層110及發光層108。N型半導體層110位於P型半導體層106上方。發光層108位於P型半導
體層106及N型半導體層110之間。於一些實施例中,P型半導體層106是P型磷化鎵(GaP)層,N型半導體層110是N型磷化鋁鎵銦(AlGaInP)層。
堆疊結構102更包括N型電極114、N型接觸層112、P型電極118、N型接觸墊116及P型接觸墊120。N型電極114位於N型半導體層110上方,N型接觸層112位於N型半導體層110及N型電極114之間。N型接觸墊116位於N型電極114上方。P型電極118位於P型半導體層106上方,P型接觸墊120位於P型電極118上方。於一些實施例中,N型接觸層112是N型砷化鎵(GaAs)層。
於一些實施例中,發光層108是多重量子井層(multiple quantum well active layer)。於一實施例中,多重量子井層是由井層(vwell layer)及阻障層(barrier layer)的交替層所形成。於一些實施例中,發光層108發紅光,且發光元件100是紅光發光元件。
堆疊結構102更包括位於發光層108及N型接觸層112之間的半導體反射器122。於一些實施例中,N型半導體層110具有第一部分110A及第二部分110B,第二部分110B藉由半導體反射器122與第一部分110A分開。N型半導體層110的第二部分110B比N型半導體層110的第一部分110A更靠近N型接觸層112。發光層108在N型半導體層110的第二部分110B的垂直投影重疊於半導體反射器122在N型半導體層110的第二部分110B的垂直投影。半導體反射器122可反射發光層108所發出的光線。進一步而言,半導體反射器122可避免N
型接觸層112吸收發光層108所發出的光線,因此可提升發光元件100的發光效率。換言之,半導體反射器122可以導引光線從朝向下方(例如朝向N型接觸層112的方向)變成朝向上方(朝向P型半導體層106的方向)。
於一些實施例中,半導體反射器122是分佈式布拉格反射器(distributed Bragg reflector;DBR)。半導體反射器122包括多個週期。各週期包括至少第一層124及至少第二層126,第一層124的折射率不同於第二層126的折射率。於一些實施例中,半導體反射器122的第一層124及第二層126包括鋁。第一層124的折射率及第二層126的折射率取決於其中的鋁的原子百分比。舉例而言,半導體反射器122的第一層124包括AlxGa1-xAs,其中0<x<1。半導體反射器122的第二層126包括AlyGa1-yAs,其中0<y<1,且y不同於x。換言之,第一層124的鋁的原子百分比實質上不同於第二層126的鋁的原子百分比。
在一些實施例中,第一絕緣層104覆蓋堆疊結構102的底面,且露出N型接觸墊116的底部及P型接觸墊120的底部。第一絕緣層104的折射率小於P型半導體層106的折射率,使得光取出效率可藉由第一絕緣層104所增強。
P型半導體層106具有背對半導體反射器122的頂面106a,P型半導體層106的頂面106a具有多個不規則。換言之,P型半導體層106的頂面106a是粗糙面,因此,可降低空氣與P型半導體層106的頂面106a之間的全反射(total internal reflection;TIR)所造成的損耗,從而提升發光元件
100的光取出效率。
第2圖是依照另一實施例的發光元件100a的剖面示意圖。如第2圖所示,發光元件100a與發光元件100的主要差異在於發光元件100a的第一絕緣層104延伸至覆蓋P型半導體層106的頂面106a。於一些實施例中,第一絕緣層104的背對P型半導體層106的頂面104a的形狀相似於P型半導體層106的頂面106a的形狀。換言之,P型半導體層106的頂面106a與第一絕緣層104的頂面104a具有不規則。也就是說,P型半導體層106的頂面106a及第一絕緣層104的頂面104a為粗糙面,因此,可降低空氣與第一絕緣層104的頂面104a之間的全反射所造成的損耗,從而提升發光元件100a的光取出效率。
第3圖是依照另一實施例的發光元件100b的剖面示意圖。如第3圖所示,發光元件100b與發光元件100的主要差異在於發光元件100b更包括覆蓋第一絕緣層104的第二絕緣層128。換言之,第一絕緣層104位於堆疊結構102及第二絕緣層128之間。第二絕緣層128的折射率不同於第一絕緣層104的折射率。於一些實施例中,第二絕緣層128的折射率小於第一絕緣層104的折射率。因此,發光元件100b的光取出效率可以被提升。
第4圖是依照另一實施例的發光元件100c的剖面示意圖。如第4圖所示,發光元件100c與發光元件100b的主要差異在於第一絕緣層104及第二絕緣層128延伸至P型半導體層106的頂面106a。第二絕緣層128覆蓋第一絕緣層104。進一步而言,第一絕緣層104部分地位於P型半導體層106的頂面
106a及第二絕緣層128之間。第二絕緣層128的背對P型半導體層106的頂面128a的形狀相似於第一絕緣層104的頂面104a的形狀。於一些實施例中,第二絕緣層128的頂面128a為粗糙面,且第一絕緣層104的頂面104a為粗糙面,如先前對第1圖的描述。第二絕緣層128的頂面128a具有不規則,因此,可降低空氣與第二絕緣層128的頂面128a之間的全反射所造成的損耗,從而提升發光元件100c的光取出效率。
由以上論述,可見本揭露提供多個優點。可理解的是,其他實施例可提供額外的優點,並非所有的優點都在此被必須地揭露,且各實施例毋需特定的優點。其中之一個優點是由於半導體反射器可避免N型接觸層吸收發光層所發出的光線,因此可提升發光元件的發光效率。另一個優點是由於第一絕緣層的折射率小於P型半導體層的折射率,發光元件的發光效率同樣可因此而提升。再另一個優點是,由於空氣和P型半導體層的頂面之間的全反射所造成的損耗可被降低,因此可提高發光元件的光取出效率。
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明的精神和範圍內,當可作些許的更動與潤飾,故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧發光元件
102‧‧‧堆疊結構
104‧‧‧第一絕緣層
106‧‧‧P型半導體層
106a‧‧‧頂面
108‧‧‧發光層
110‧‧‧N型半導體層
110A‧‧‧第一部分
110B‧‧‧第二部分
112‧‧‧N型接觸層
114‧‧‧N型電極
116‧‧‧N型接觸墊
118‧‧‧P型電極
120‧‧‧P型接觸墊
122‧‧‧半導體反射器
124‧‧‧第一層
126‧‧‧第二層
Claims (18)
- 一種發光元件,包含:一堆疊結構,包含:一P型半導體層;一N型半導體層,位於該P型半導體層上;一發光層,位於該P型半導體層與該N型半導體層之間;一N型電極,位於該N型半導體層上;一N型接觸層,位於該N型半導體層與該N型電極之間;一P型電極,位於該P型半導體層上;一N型接觸墊,位於該N型電極上;一P型接觸墊,位於該P型電極上;以及一半導體反射器,位於該發光層及該N型接觸層之間,該半導體反射器包括多個週期,各該週期包含至少一第一層及至少一第二層,該第一層的折射率不同於該第二層的折射率;以及一第一絕緣層,覆蓋該堆疊結構的至少多個側壁及一底面,且露出該N型接觸墊的一底部及該P型接觸墊的一底部,該第一絕緣層的折射率小於該P型半導體層的折射率。
- 如請求項1所述之發光元件,其中該P型半導體層具有背對該半導體反射器的一頂面,且該頂面為一粗糙面。
- 如請求項1所述之發光元件,其中該第一絕緣層延伸至該P型半導體層的一頂面。
- 如請求項1所述之發光元件,其中該N型半導體層具有一第一部分及一第二部分,該第二部分藉由該半導體反射器與該第一部分分開。
- 如請求項2所述之發光元件,其中該第一絕緣層延伸至覆蓋該粗糙面。
- 如請求項5所述之發光元件,其中該第一絕緣層的背對該P型半導體層的一頂面的形狀相似於該粗糙面的形狀。
- 如請求項1所述之發光元件,其中該半導體反射器的該第一層與該第二層包含鋁,且該第一層的鋁的原子百分比實質上不同於該第二層的鋁的原子百分比。
- 如請求項1所述之發光元件,其中該半導體反射器的該第一層包括AlxGa1-xAs,其中0<x<1。
- 如請求項1所述之發光元件,其中該半導體反射器的該第二層包括AlyGa1-yAs,其中0<y<1。
- 如請求項1所述之發光元件,更包含一第二絕緣層,該第二絕緣層覆蓋該第一絕緣層,其中該第二絕緣層的折射率不同於該第一絕緣層的折射率。
- 如請求項10所述之發光元件,其中該第二絕緣層的折射率小於該第一絕緣層的折射率。
- 如請求項3所述之發光元件,更包含一第二絕緣層,該第二絕緣層覆蓋該第一絕緣層,其中該第二絕緣層的折射率不同於該第一絕緣層的折射率。
- 如請求項12所述之發光元件,其中該第二絕緣層的折射率小於該第一絕緣層的折射率。
- 如請求項5所述之發光元件,更包含一第二絕緣層,該第二絕緣層覆蓋該第一絕緣層,其中該第二絕緣層的折射率不同於該第一絕緣層的折射率。
- 如請求項14所述之發光元件,其中該第二絕緣層的折射率小於該第一絕緣層的折射率。
- 如請求項6所述之發光元件,更包含一第二絕緣層,該第二絕緣層覆蓋該第一絕緣層,其中該第二絕緣層的折射率不同於該第一絕緣層的折射率。
- 如請求項16所述之發光元件,其中該第二絕緣層的折射率小於該第一絕緣層的折射率。
- 如請求項16所述之發光元件,其中該第二絕緣層的背對該P型半導體層的一頂面的形狀相似於該第一絕緣層的該頂面的形狀。
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