TWI809537B - 具有反射電極之發光裝置 - Google Patents
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Abstract
一種發光裝置，包含：半導體發光疊層，以及電極位於半導體發光疊層之上，電極包含反射層、黏著層位於反射層及半導體發光疊層之間、打線層以及屏障層位於反射層及打線層之間並覆蓋反射層以防止反射層與打線層起反應，其中，屏障層包含第一金屬對及第二金屬對。
Description
本發明係關於一種具有一反射電極之發光裝置，及其製造方法。
隨著發光效率的增加與製造成本的降低，近年來以固態發光裝置取代傳統發光裝置的夢想將實現。目前，發光二極體內部發光效率大約落在50%至80%之間，但部分光線會被電極或發光層吸收，以致於整體發光效率降低。因此，此一問題的解決方式可以在電極底下提供一反射層。當發光層發射出的光線被電極阻擋時，反射層可以反射光線避免被電極吸收。
當施以一電流給發光二極體並流經電極時，反射層的材料可能會遷移至電極。反射層材料的遷移效應將導致電極的電阻增加，以及降低發光二極體的發光效率。因此，如第1圖所示，屏障層11可以阻止反射層12材料的遷移。然而，近年來為了讓單一晶片產生更多的光線，會增加通過發光二極體的電流，但是大電流卻會破壞屏障層11。
傳統上，反射層12由鋁(Al)或銀(Ag)形成且屏障層由單一金屬形成，例如以如鈦(Ti)或鉬(Mo)之單一金屬用來抵擋反射層12的遷移。但是，於反射層12上形成具有一致厚度之屏障層11並不容易。當電流通過反射層12，例如鋁(Al)或銀(Ag)之反射層12金屬會破壞屏障層11中較薄的部分。因此，屏障層11最好由兩種不同之金屬形成。第二金屬層可以補強第一金屬層較薄的部分而加強屏障層11的防禦。但是，當高電流通過電極，由兩種不同金屬形成之屏障層11通常仍會被反射層12的材料破壞。第2A圖所示，以120mA電流通過97小時後，具有兩種不同金屬形成之屏障層11的電極4被破壞的形態。第2B圖所示，屏障層11已被破壞，反射層已遷移且與電極4的其他部分形成合金，如此一來，電極4的導電率大幅地降低。
一種發光裝置，包含：半導體發光疊層，以及電極位於半導體發光疊層之上，電極包含反射層、黏著層位於反射層及半導體發光疊層之間、打線層以及屏障層位於反射層及打線層之間並覆蓋反射層以防止反射層與打線層起反應，其中，屏障層包含第一金屬對及第二金屬對。
一種製造發光裝置之方法，其步驟係包含：提供一半導體發光疊層；形成一反射層與一黏著層於半導體發光疊層之上；形成一圖案化光阻層於半導體發光疊層之上；形成一屏障層覆蓋反射層；以及形成一打線層於屏障層之上，其中屏障層可防止反射層與打線層起反應。
一種發光裝置，係包含：一半導體發光疊層；以及一電極位於半導體發光疊層之上，電極包含：一黏著層包含鉻(Cr)或銠(Rh)；一反射層包含銀(Ag)或鋁(Al)；一屏障層；以及一打線層包含金(Au)，其中屏障層位於反射層及打線層之間，屏障層包含一第一金屬對具有一厚度大於或等於400Å，第一金屬對包含一第一金屬層與一第二金屬層，第一金屬層與第二金屬層包含不同材料。
一種發光裝置，係包含：一半導體發光疊層；以及一電極位於半導體發光疊層之上，電極包含： 一黏著層包含鉻(Cr)或銠(Rh)；一反射層；一屏障層，屏障層包含一第一金屬對，第一金屬對包含一第一金屬層與一第二金屬層，第一金屬層與第二金屬層包含不同材料；以及一打線層包含金(Au)，其中由剖面觀之，屏障層覆蓋反射層之全部。
一種發光裝置，係包含：一半導體發光疊層；以及一電極位於半導體發光疊層之上，電極包含：一黏著層；一反射層，位於黏著層之上且具有一上表面及一側表面連接上表面；以及一屏障層，位於反射層之上；其中，屏障層包含一第一金屬對及一第二金屬對，第一金屬對包含一第一金屬層與一第二金屬層，第二金屬對包含一第三金屬層與一第四金屬層；其中，由剖面觀之，第一金屬對覆蓋反射層之上表面及側表面。
一種發光裝置，係包含：一半導體發光疊層；以及一電極位於半導體發光疊層之上，電極包含：一黏著層；一反射層，位於黏著層之上，且具有一上表面及一側表面連接上表面；以及一屏障層，位於反射層之上，屏障層包含一第一金屬對，第一金屬對包含一第一金屬層與一第二金屬層，第一金屬層與第二金屬層包含不同材料； 一打線層，其中屏障層位於反射層及打線層之間，其中，由剖面觀之，第一金屬層與反射層接觸並覆蓋反射層之上表面及側表面。
本申請案之實施例依據隨附之圖式做說明。以下所示之各實施例並未依照實際製品之比例繪製。本發明所列舉之各實施例僅用以說明本發明，並非用以限制本發明之範圍。任何人對本發明所作之任何顯而易知之修飾或變更皆不脫離本發明之精神與範圍。
第3A圖所示為具有電極之發光二極體1之剖面圖，且第3B圖所示為根據本發明之第一實施例之發光二極體上之電極詳細結構。發光二極體1在半導體發光疊層2上具有電極4。半導體發光疊層2具有一第一半導體層22、一第二半導體層26與一主動層24。如果第一半導體層22為一p型半導體，第二半導體則為一n型半導體或反之亦然。主動層24介於第一半導體層22與第二半導體層26之間。當電流通過半導體發光疊層2時，主動層24可以發出光線。如果主動層24的材料為AlGaInP系列，主動層24可以發出紅光；如果主動層24的材料為AlGaInN系列，主動層24可以發出綠光或藍光。在半導體發光疊層2上具有一透明導電層8與第一半導體層22歐姆接觸。透明導電層8可以加強電流的擴散。透明導電層8的材料可為ITO、InO、SnO、CTO、ATO、ZnO、GaP或其組合。透明導電層8可由蒸鍍或濺鍍形成。位於第一半導體層22上之電極4與透明導電層8歐姆接觸。透明導電層8下方具有一電流阻擋層6位於第一半導體層22之中，可進一步擴散電流。電流阻擋層6的材料具有一導電率低於第一半導體層22之半導體材料之導電率之十分之一，或為一絕緣氧化物，如SiO2
、TiO2
，或SiNx
。形成電流阻擋層6的方法包含離子佈植、氧電漿製程、N2
O電漿製程、氬氣電漿製程或濕式氧化製程。
第3B圖所示為電極4之詳細結構。透明導電層8與電極4之接觸表面81為一粗糙面。電極4包含一黏著層41、一反射層42、一屏障層43及一打線層44。屏障層43包含與打線層44接觸之一第一表面438及與反射層42接觸之一第二表面437。打線層44用來打線接合用，且通常由金(Au)形成。因為電極4形成於第一半導體層22之上，由主動層24發射出之光線會被電極4遮擋或吸收，而減少發光二極體1之出光。如此一來，為了增加出光，電極4具有一介於電極4與第一半導體層22之間之反射層42來反射光線，以防止光線被遮擋或被吸收。反射層42由反射率高於70%之金屬組成，像是銀(Ag)或鋁(Al)，且反射層42之高度大於或等於1000Å。當發光二極體1具有一透明導電層8在第一半導體層22上的時候，由於反射層42與透明導電層8之黏著性不夠好，反射層42容易從透明導電層8剝離。如此一來，反射層42需要一黏著層41來增加反射層42與透明導電層8之間之黏著性。黏著層41由具有高導電性與介於反射層42及透明導電層8之高黏著性之材料構成。黏著層41較佳的是由鉻(Cr)或銠(Rh)形成，且黏著層41的厚度較佳的是小於或等於30Å，使黏著層41為透明以避免遮住光線。因為鉻(Cr)與銠(Rh)具有較高的功函數，當第一半導體層22為一p型半導體時，由鉻(Cr)或銠(Rh)形成之黏著層41可以減少電極4與第一半導體層22之間的歐姆接觸之電阻。在一較佳實施例中，黏著層41之厚度小於或等於5Å。如第3C圖所示，當黏著層41小於或等於5Å時，黏著層41變成複數個黏著區域411。複數個黏著區域411具有相同的黏著性可做為介於反射層42與透明導電層8之間之黏著層41。因為，黏著區域411之面積小於黏著層41，黏著區域411將不會遮擋被反射層42反射之光線，使發光二極體1之出光增加。反射層42、黏著層41與黏著區域411可以由蒸鍍或濺鍍形成。
因為反射層42較佳的是由銀(Ag)或鋁(Al)形成，當電流通過反射層42時，鋁(Al)或銀(Ag)會因氧化或與打線層44形成合金而離開反射層42。所以，反射層42需要被保護以避免自身材料的遷移。當反射層42之材料遷移時，反射層42之銀(Ag)或鋁(Al)之成分會持續減少。如果反射層42之銀(Ag)或鋁(Al)成分不夠時，反射層42之電阻會增加。參照第3D圖，當打線層44由金(Au)形成時，如果鋁(Al)遷移進入打線層44，鋁(Al)會與打線層44形成合金為AuAlx
，且合金之電阻會高於金(Au)或鋁(Al)之電阻。當反射層42由銀(Ag)組成且不被屏障層43覆蓋，銀(Ag)會因為其高活性而易於氧化形成氧化銀。在銀(Ag)氧化後之產物的電阻將大於銀(Ag)之電阻許多。如果反射層42之電阻增加，電極4將無法傳導電流。因此，反射層42需要被屏障層43覆蓋以避免其材料遷移，或者與打線層44或是環境中的元素，例如硫(S)或氧(O)，起反應。
屏障層43包含一第一金屬對與一第二金屬對覆蓋反射層42。第一金屬對包含一第一金屬層431與一第二金屬層432，其中第一金屬層431與第二金屬層432不同。第一金屬對之厚度大於或等於400Å。第二金屬對包含一第三金屬層433與一第四金屬層434，其中第三金屬層433也與第四金屬層434不同。第二金屬對之厚度也大於或等於400Å。
第一金屬層431與反射層42歐姆接觸，且覆蓋反射層42以避免反射層42與打線層44或空氣起反應。第一金屬層431是由難與反射層42材料起反應之材料組成，且與反射層42有良好的黏著性。第一金屬層431較佳的是由鈦(Ti)、鉻(Cr)或鎢化鈦(TiW)組成。第二金屬層432與第一金屬層431歐姆接觸且覆蓋第一金屬層431。第二金屬層432由鉑(Pt)或鎳(Ni)組成。因第二金屬層432與反射層42之共晶溫度較第一金屬層與反射層42之共晶溫度高，第二金屬層432可提供反射層42較第一金屬層431更好的保護力。但第二金屬層432之材料對鋁(Al)或銀(Ag)之黏著力較第一金屬層431差，所以第一金屬層431須介於反射層42與第二金屬層432之間。根據實驗結果，第一金屬對較一單一金屬層有較好的保護力。第3E圖所示為具有兩對金屬對之電極4之結構圖，第3F圖所示為第3E圖之虛線區域之結構圖。第3F圖所示為透明導電層8之接觸表面81之一凹陷部82，且凹陷部82無法被黏著層41與反射層42填補。第一金屬層431與第二金屬層432由物理氣相沉積法(PVD)或化學氣相沉積法(CVD)形成。如果凹陷部82太陡峭，以物理氣相沉積法(PVD)或化學氣相沉積法(CVD)製程沉積第一金屬層431之材料進入凹陷部82之尖端區域變得十分困難，且第一孔洞4311會形成於凹陷部82之上。因為第一孔洞4311的緣故，第一金屬層431變得不連續，且反射層42之材料鋁(Al)或銀(Ag)會經由凹陷部82上方之第一孔洞4311遷移。在形成第一金屬層431的過程中，由於沉積製程的本質，當第一金屬層431越厚，第一孔洞4311越寬。當第二金屬層432之材料與第一金屬層431之材料相異時，可使第一孔洞4311縮小或填平第一孔洞4311。
然而，即使第一孔洞4311被填滿，第一金屬層431與第二金屬層432依舊無法保護好反射層42，因為位於凹陷部82上方之第二金屬層432之部分區域仍然是薄的。當電流通過反射層42時，第一孔洞4311上方之第二金屬層432之薄區域的部分與反射層42起反應的速度會較第二金屬層432其他部分為快。因此，在凹陷部82上方形成包含第三金屬層433與第四金屬層434之第二金屬對可提供反射層42更有力的保護。在一較佳實施例中，第三金屬層433的材料包含鈦(Ti)、鉻(Cr)、或鎢化鈦(TiW)。第三金屬層433之材料與第二金屬層432之材料不同。第四金屬層434的材料包含鉑(Pt)或鎳(Ni)。第三金屬層433與第四金屬層434可由物理氣相沉積法(PVD)或化學氣相沉積法(CVD)形成。當屏障層43包含第一金屬對431、432，與第二金屬對433、434，屏障層43可填滿凹陷部82且避免第一孔洞4311延伸至打線層44，且對屏障層43而言，第一表面438較第二表面437平坦。
第4A圖所示為根據本發明之第二實施例之位於發光二極體1上方之電極4之詳細結構。第二實施例與第一實施例之不同點在於屏障層43更包括一第三金屬對435、436。第三金屬對包含一第五金屬層435與一第六金屬層436。第三金屬對之厚度同樣也大於或等於400Å。第五金屬層435的材料較佳的是包含鈦(Ti)、鉻(Cr)或鎢化鈦(TiW)。第五金屬對之材料不同於第四金屬對434。第六金屬層436的材料較佳的是包含鉑(Pt)或鎳(Ni)。第五金屬層435與第六金屬層436由物理氣相沉積法(PVD)或化學氣相沉積法(CVD)形成。當黏著層41之厚度小於或等於5Å，黏著層41將會變成複數個黏著區域411，如第4B圖所示。第4C圖所示為具有三對金屬層之電極4之結構圖，且第4D圖所示為第4C圖之虛線區域之放大圖。第五金屬層435與第六金屬層436可以填滿凹陷部82且加強避免反射層42材料遷移或氧化的能力，故電極4的可靠性增加。
第5A圖所示為習知具一對金屬層之發光二極體E2與具三對金屬層之發光二極體E1之Vf 與電流之關係圖。第5B圖所示為習知具一對金屬層之發光二極體E1與具三對金屬層之發光二極體E1之功率與電流之關係圖。顯示出包含三對金屬層之屏障層43並不會影響發光二極體之正向電壓Vf與功率表現。
第6圖所示為三種屏障層43之可靠度比較表；一第一發光二極體E4具有一對金屬對的屏障層、一第二發光二極體E5具有二對金屬對的屏障層、一第三發光二極體E6具有三對金屬對的屏障層。測試環境之溫度為80℃且測試電流為120mA。結果顯示，第一發光二極體E4在測試309.89小時後失效而第二發光二極體E5與第三發光二極體E6在測試477.57小時後仍正常運作。
第7A到7D圖所示為根據本發明之一實施例之電極4製造過程。第7A圖所示的步驟為提供一半導體發光疊層2具有透明導電層8覆蓋第一半導體層22。一電流阻擋層6形成於第一半導體層22中且在透明導電層8下方。半導體發光疊層2具有一第一半導體層22、一第二半導體層26與主動層24。如果第一半導體層22為一p型半導體，則第二半導體層為一n型半導體，反之亦然。主動層24介於第一半導體層22與第二半導體層26之間。當電流通過半導體發光疊層2時，主動層24可以發射出光線。若主動層24為AlGaInP系列材料，光線可為紅光；若主動層24為AlGaInN系列材料，光線可為綠光或藍光。有一透明導電層8在半導體發光疊層2之上且與第一半導體層22歐姆接觸。透明導電層8可以加強電流的擴散。透明導電層8的材料可為ITO、InO、SnO、CTO、ATO、ZnO、GaP或其組合。透明導電層8可由蒸鍍或濺鍍形成。電流阻擋層6之材料具有一導電率低於第一半導體層22之半導體材料之導電率的十分之一，或為絕緣氧化物，例如SiO2
、TiO2
，或SiNx
。電流阻擋層6可以由離子佈植、氧電漿製程、N2O電漿製程、氬氣電漿製程或濕式氧化製程形成。
第7B圖所示為位於透明導電層8上之反射層42。反射層42由反射率高於70%之金屬形成，例如銀(Ag)或鋁(Al)，且反射層42之高度大於或等於1000Å。因反射層42與透明導電層8之間的黏著性不夠強，反射層42容易從透明導電層8剝離。因此，形成黏著層41與反射層42及透明導電層8歐姆接觸以增加電極4與透明導電層8之間的黏著性。在此實施例中，黏著層41由鉻(Cr)形成。
第7C圖所示為位於透明導電層8上之一圖案化覆蓋層10，且圖案化覆蓋層10並未覆蓋反射層42。圖案化覆蓋層10之材料可為正光阻或負光阻。正光阻或負光阻覆蓋透明導電層8與反射層42，接著，將正光阻或負光阻暴露於具特定波長之光線、電子束、X光或離子束後，就可移去反射層上之部分正光阻或負光阻。經過上述過程後，圖案化覆蓋層10即可形成。
第7D圖所示為屏障層43與打線層44。第一金屬層431、第二金屬層432、第三金屬層433、第四金屬層434依序形成。特別地，反射層42全部被第一金屬層431覆蓋，第一金屬層431全部被第二金屬層432覆蓋，第二金屬層432全部被第三金屬層433覆蓋，第三金屬層433全部被第四金屬層434覆蓋，第四金屬層全部被打線層44覆蓋。
上述提及之發光裝置或發光二極體可與基板一起經由銲接或膠材安裝至基座上，進而形成發光裝置。除此之外，基座更包含一電路佈局透過金屬導線之導電性結構與發光裝置電性連接。
本發明所列舉之各實施例僅用以說明本發明，並非用以限制本發明之範圍。任何人對本發明所作之任何顯而易知之修飾或變更皆不脫離本發明之精神與範圍。
1:發光二極體
10:圖案化覆蓋層
2:半導體發光疊層
22:第一半導體層
24:主動層
26:第二半導體層
4:電極
41:黏著層
411:黏著區域
12、42:反射層
11、43:屏障層
431:第一金屬層
4311 第一孔洞
432:第二金屬層
433:第三金屬層
434:第四金屬層
435:第五金屬層
436:第六金屬層
437:第二表面
438:第一表面
44:打線層
6:電流阻擋層
8:透明導電層
81:接觸表面
82:凹陷部
第1圖所示為具有習知屏障層之電極結構。
第2A到2B圖所示為具有被破壞之習知屏障層之電極。
第3A到3F圖所示為依據本發明之第一實施例之具有兩對不同金屬對之電極。
第4A到4D圖所示為依據本發明之第二實施例之具有三對不同金屬對之電極。
第5A圖所示為習知發光二極體與依據本發明之第二實施例之發光二極體之Vf與電流之關係圖。
第5B圖所示為習知發光二極體與依據本發明之第二實施例之發光二極體之功率與電流之關係圖。
第6圖所示為三種屏障層43、一具有一金屬對、另一具有兩金屬對及另一具有三金屬對之可靠度比較。
第7A到7D圖所示為依據本發明之一實施例之電極4之製造方法。
22:第一半導體層
4:電極
41:黏著層
42:反射層
43:屏障層
44:打線層
431:第一金屬層
432:第二金屬層
433:第三金屬層
434:第四金屬層
437:第二表面
438:第一表面
6:電流阻擋層
8:透明導電層
81:接觸表面
Claims (10)
- 一種發光裝置，係包含：一第一半導體層；以及一電極位於該第一半導體層之上，該電極包含：一黏著層位於該第一半導體層之上且該黏著層包含複數個黏著區域；一反射層位於該黏著層之上且包含一厚度大於或等於1000Å；一屏障層包含一第一金屬層位於該反射層之上；以及一打線層位於該屏障層之上且包含金(Au)，其中該電極包含一第一孔洞使得該第一金屬層不連續的形成。
- 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中，該屏障層更包含一第二金屬層以與該第一金屬層構成一第一金屬對，該第一金屬層包含鈦(Ti)、鉻(Cr)或鎢化鈦(TiW)與該反射層接觸，且該第二金屬層包含鉑(Pt)或鎳(Ni)。
- 如申請專利範圍第2項之發光裝置，其中由剖面觀之，該屏障層之一上表面及一側表面被該打線層所覆蓋，且該反射層之一上表面及一側表面被該屏障層所覆蓋。
- 如申請專利範圍第1項之發光裝置，更包含複數個凹陷部位於該第一半導體層與該電極之間。
- 如申請專利範圍第2項之發光裝置，更包含一第二金屬對形成於該第一金屬對上，其中該第二金屬對包含一第三金屬層與一第四金屬層。
- 如申請專利範圍第5項之發光裝置，更包含一第三金屬對形成於該第二金屬對上，其中該反射層之全部被該第一金屬對覆蓋，該第一金屬對之全部被該第二金屬對覆蓋，且該第二金屬對之全部被該第三金屬對覆蓋。
- 如申請專利範圍第5項之發光裝置，其中該第三金屬層包含鈦、鉻或鎢化鈦，且該第四金屬層包含鉑或鎳。
- 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中該電極包含一粗糙面位於該反射層與該第一半導體層之間。
- 如申請專利範圍第2項之發光裝置，其中該屏障層包含一第一表面與該打線層相接觸，且該第一表面為非平坦。
- 如申請專利範圍第9項之發光裝置，其中該屏障層包含一第二表面與該反射層接觸，且該第一表面較該第二表面平坦。
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