具有高效率反射结构的发光元件的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种具有高效率反射结构的发光元件，其包含一反射层；一第一透光层，位于反射层之上；一发光叠层，包含一主动层，位于该第一透光层之上；以及一孔洞，形成于该第一透光层之中。
【专利说明】具有高效率反射结构的发光元件
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种发光元件，特别是涉及一种具有高效率反射结构的发光元件。
【背景技术】
[0002] 光电元件，例如发光二极管（Light-emitting Diode ;LED),目前已经广泛地使用 在光学显示装置、交通号志、数据存储装置、通讯装置、照明装置与医疗器材上。此外，上述 的LED可与其他元件组合连接以形成一发光装置。图1为现有的发光装置结构示意图，如图 1所示，一发光装置1包含一具有一电路14的次载体（submount) 12 ;-焊料16 (solder)位 于上述次载体12上，通过此焊料16将LED11固定于次载体12上并使LED11与次载体12上 的电路14形成电连接；以及一电连接结构18,以电连接LED11的电极15与次载体12上的 电路14 ;其中，上述的次载体12可以是导线架（lead frame)或大尺寸镶嵌基底（mounting substrate)〇
【发明内容】
[0003] 为解决上述问题，本发明提供一种发光兀件，其具有一反射层；一第一透光层，位 于反射层之上；一发光叠层，包含一主动层，位于第一透光层之上；以及一孔洞，形成于该 第一透光层之中。
[0004] 本发明还提供一种发光元件，具有一反射层；一第一透光层，位于反射层之上；一 窗户层，具有一粗化下表面，位于第一透光层之上；一发光叠层，包含一主动层，位于窗户层 之上；以及一孔洞，形成于该第一透光层之中。
【专利附图】
【附图说明】
[0005] 图1为现有的发光装置结构示意图；
[0006] 图2绘示本发明一实施例的发光元件的剖面示意图；
[0007] 图3绘示本发明另一实施例的发光元件的剖面示意图；
[0008] 图4绘示图3的实施例的第二透光层的材料沉积方向示意图；
[0009] 图5绘示本发明另一实施例的发光元件的剖面示意图；
[0010] 图6为本发明一实施例的灯泡分解示意图。
[0011] 符号说明
[0012] 1 发光装置
[0013] 11 LED
[0014] 12 次载体
[0015] 13、20、50 基板
[0016] 14 电路
[0017] 15、56 电极
[0018] 16 焊料
[0019] 18 电连接结构
[0020] 2、3、40、5 发光元件
[0021] 21 第一电极
[0022] 22 粘结层
[0023] 23 第二电极
[0024] 24、54 反射结构
[0025] 241、543 凸部
[0026] 242、544 反射层
[0027] 243、545 凹部
[0028] 244,542 第一透光层
[0029] 245、30、547 孔洞
[0030] 246第二透光层
[0031] 247 第一下表面
[0032] 248,540 窗户层
[0033] 26 发光叠层
[0034] 261、541 粗化上表面
[0035] 262、522第一半导体层
[0036] 263 粗化下表面
[0037] 264、524 主动层
[0038] 265 平坦部
[0039] 266、526第二半导体层
[0040] 32 导电部
[0041] 41 灯罩
[0042] 42 透镜
[0043] 43 载体
[0044] 44 照明模块
[0045] 45 灯座
[0046] 46 散热槽
[0047] 47 连结部
[0048] 48 电连结器
[0049] 51 第一接触层
[0050] 53 第二接触层
[0051] 546 第一绝缘层
[0052] 548第三透光层
[0053] 549 通道
[0054] 562第一导电层
[0055] 564第二导电层
[0056] h 高度
[0057] t 厚度
【具体实施方式】
[0058] 本发明的实施例会被详细地描述，并且绘制于附图中，相同或类似的部分会以相 同的号码在各附图以及说明出现。
[0059] 图2为本发明一实施例的发光兀件的剖面图。如图2所不，一发光兀件2具有一 基板20 ; -粘结层22,位于基板20之上；一反射结构24,位于粘结层22之上；一发光叠层 26,位于反射结构24之上；一第一电极21，位于基板20之下；以及一第二电极23,位于发 光叠层26之上。发光叠层26具有一第一半导体层262,位于反射结构24之上；一主动层 264,位于第一半导体层262之上；以及一第二半导体层266,位于主动层264之上。
[0060] 第一电极21及/或第二电极23用以接受外部电压，可由透明导电材料或金属 材料所构成。透明导电材料包含但不限于氧化铟锡（ΙΤ0)、氧化铟（InO)、氧化锡（SnO)、 氧化镉锡（CTO)、氧化锑锡（ΑΤΟ)、氧化铝锌（ΑΖ0)、氧化锌锡（ΖΤ0)、氧化镓锌（GZ0)、氧化 锌（ΖηΟ)、磷化镓（GaP)、氧化铟锌（ΙΖ0)、类钻碳薄膜（DLC)、氧化铟镓（IG0)、氧化镓铝锌 (GAZ0)或上述材料的化合物。金属材料包含但不限于铝（A1)、铬（Cr)、铜（Cu)、锡（Sn)、 金（Au)、镍（Ni)、钛（Ti)、钼（Pt)、铅（Pb)、锌（Zn)、镉（Cd)、锑（Sb)、钴（Co)或上述材料 的合金等。
[0061] 发光叠层26具有一粗化上表面261与一粗化下表面263,可降低全反射的机率，提 高出光效率。粗化上表面具有一平坦部265,第二电极23可位于平坦部265之上，提升第 二电极23与发光叠层26之间的粘着性，降低第二电极23因后续制作工艺，例如打线，而自 发光叠层26上剥离的机率。发光叠层26的材料可为半导体材料，包含一种以上的兀素，此 元素可选自镓（Ga)、铝（A1)、铟（In)、磷（P)、氮（N)、锌（Zn)、镉（Cd)与硒（Se)所构成的 群组。第一半导体层262与第二半导体层266的电性相异，用以产生电子或空穴。主动层 124可发出一种或多种色光，可为可见光或不可见光，其结构可为单异质结构、双异质结构、 双侧双异质结构、多层量子井或量子点。
[0062] 反射结构24自粘结层22往发光叠层26的方向具有一反射层242、一第一透光层 244与一窗户层248。窗户层248具有一粗化下表面，粗化下表面具有多个凸部241与凹部 243。其中，粗化下表面还具有一平坦部位于第二电极23的正下方，用以与第一透光层244 形成欧姆接触。至少一孔洞245形成于第一透光层244之中，孔洞245可自窗户层248的粗 化下表面向下延伸至反射层242。另一实施例中，孔洞245可自凸部241向下延伸至反射层 242。其中，孔洞245的折射率小于窗户层248与第一透光层244的折射率。由于孔洞245 的折射率小于窗户层248与第一透光层244的折射率，窗户层248与孔洞245之间界面的 临界角小于窗户层248与第一透光层244之间界面的临界角，所以发光叠层26所发的光射 向孔洞245后，在窗户层248与孔洞245之间的界面形成全反射的机率增加。此外，原本在 窗户层248与第一透光层244界面未形成全反射而进入第一透光层244之光，在第一透光 层244与孔洞245之间的界面也会形成全反射，因而提升发光元件2的出光效率。孔洞245 由剖面图观之可以为上宽下窄的漏斗状。反射结构24可还包含一第二透光层246,第二透 光层246位于部分第一透光层244与窗户层248之间，以增加第一透光层244与窗户层248 之间的欧姆接触。另一实施例中，第二透光层246可具有孔洞245,其中孔洞245的折射率 小于窗户层248与第二透光层246的折射率。由于孔洞245的折射率小于窗户层248与第 二透光层246的折射率，第二透光层246与孔洞245之间界面的临界角小于窗户层248与 第二透光层246之间界面的临界角，所以发光叠层26所发的光射向孔洞245后，在第二透 光层246与孔洞245之间的界面形成全反射的机率增加。又一实施例中，反射结构24可不 具有窗户层248,第一透光层244形成于发光叠层26之下。此时，发光叠层26的粗化下表 面263具有多个凸部与凹部，利于孔洞245的形成。
[0063] 窗户层248对于发光叠层26所发之光为透明，用以提升出光效率，其材料可为 导电材料，包含但不限于氧化铟锡（ΙΤ0)、氧化铟（InO)、氧化锡（SnO)、氧化镉锡（CT0)、 氧化锑锡（ΑΤ0)、氧化铝锌（ΑΖ0)、氧化锌锡（ΖΤ0)、氧化镓锌（GZ0)、氧化锌（ZnO)、磷化 镓（GaP)、氧化铟铈（ICO)、氧化铟钨（IW0)、氧化铟钛（ITiO)、氧化铟锌（ΙΖ0)、氧化铟镓 (IG0)、氧化镓铝锌（GAZ0)或上述材料的组合。粗化下表面的凹部243与凸部241之间的 高度差h约为窗户层厚度t的1/3至2/3,利于孔洞245的形成。
[0064] 第一透光层244及/或第二透光层246的材料对于发光叠层26所发之光为透明， 以增加窗户层248与反射层242之间的欧姆接触以及电流传导与扩散，并与反射层242形 成全方位反射镜（Omni-Directional Reflector, 0DR)。其材料可为透明导电材料，包含 但不限于氧化铟锡（ΙΤ0)、氧化铟（InO)、氧化锡（SnO)、氧化镉锡（CT0)、氧化锑锡（ΑΤ0)、 氧化铝锌（ΑΖ0)、氧化锌锡（ΖΤ0)、氧化镓锌（GZ0)、氧化锌（ΖηΟ)、磷化镓（GaP)、氧化铟铈 (ICO)、氧化铟钨（IW0)、氧化铟钛（ITiO)、氧化铟锌（ΙΖ0)、氧化铟镓（IG0)、氧化镓铝锌 (GAZ0)或上述材料的组合。其中第一透光层244的材料较佳为氧化铝锌（ΑΖ0)、氧化锌锡 (ΖΤ0)、氧化镓锌（GZ0)、氧化锌（ZnO)、氧化铟锌（ΙΖ0)或上述材料的组合。形成第一透光 层244及/或第二透光层246的方法包含物理气相沉积法，例如电子束蒸镀或溅镀。反射 层242可反射来自发光叠层26之光，其材料可为金属材料，包含但不限于铜（Cu)、错（A1)、 锡（Sn)、金（Au)、银（Ag)、铅（Pb)、钛（Ti)、镍（Ni)、钼（Pt)、钨（W)或上述材料的合金等。 [0065] 粘结层22可连接基板20与反射结构24,可具有多个从属层（未显示）。粘结层22 的材料可为透明导电材料或金属材料，透明导电材料包含但不限于氧化铟锡（ΙΤ0)、氧化铟 (InO)、氧化锡（SnO)、氧化镉锡（CT0)、氧化锑锡（ΑΤ0)、氧化铝锌（ΑΖ0)、氧化锌锡（ΖΤ0)、 氧化镓锌（GZ0)、氧化锌（ΖηΟ)、磷化镓（GaP)、氧化铟铈（IC0)、氧化铟钨（IW0)、氧化铟钛 (ITiO)、氧化铟锌（ΙΖ0)、氧化铟镓（IG0)、氧化镓铝锌（GAZ0)或上述材料的组合。金属材 料包含但不限于铜（Cu)、铝（A1)、锡（Sn)、金（Au)、银（Ag)、铅（Pb)、钛（Ti)、镍（Ni)、钼 (Pt)、钨（W)或上述材料的合金等。
[0066] 基板20可用以支持位于其上的发光叠层26与其它层或结构，其材料可为透明材 料或导电材料。透明材料包含但不限于蓝宝石（Sapphire)、钻石（Diamond)、玻璃（Glass)、 环氧树脂（Epoxy)、石英（Quartz)、压克力（Acryl)、氧化错（A1 203)、氧化锌（ZnO)或氮化错 (A1N)等。导电材料包含但不限于铜（Cu)、铝（A1)、钥（Mo)、锡（Sn)、锌（Zn)、镉（Cd)、镍 (Ni)、钴（Co)、类钻碳薄膜（Diamond Like Carbon ;DLC)、石墨（Graphite)、碳纤维（Carbon fiber)、金属基复合材料（Metal Matrix Composite ;MMC)、陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composite ;CMC)、娃（Si)、磷化碘（IP)、硒化锌（ZnSe)、砷化镓（GaAs)、碳化娃 (SiC)、磷化镓（GaP)、磷砷化镓（GaAsP)、硒化锌（ZnSe)、磷化铟（InP)、镓酸锂（LiGa0 2)或 铝酸锂（LiA102)。
[0067] 图3为本发明另一实施例的发光元件的剖面图。一发光元件3具有上述发光元件 2类似的结构，但反射结构24的第二透光层246具有多个孔洞30,以致第二透光层246的折 射率小于1. 4,较佳为1. 35。如图4所示，孔洞30的形成是将晶片4固定，以特定的方向， 例如与垂直于晶片的法线夹角Θ的方向D，以物理气相法沉积第二透光层246的材料于晶 片上。因为沉积方向D的调整使材料无法沉积到部分区域而形成孔洞30。其中，夹角Θ约 为60度。有孔洞30形成的第二透光层246的折射率较不具有孔洞的透光层的折射率低， 可增加第二透光层246与其他层界面间的产生全反射的机率，提升发光元件3的出光效率。 第一透光层244可用物理气相法或化学气相法形成于第二透光层246之下，其厚度大于第 二透光层246的厚度，可防止反射层242的材料扩散至第二透光层246。第一透光层244不 具有孔洞，可避免反射层242的材料扩散至孔洞之中，破坏反射层242的结构，导致反射层 242的反射率降低。第一透光层244具有一第一下表面247,第一下表面247可用化学机械 研磨法（Chemical Mechanical Polishing，CMP)研磨，使其中心线平均粗糖度（Ra)约为 lnm?40nm。当反射层242形成于第一下表面247之下时，反射层242可形成一中心线平 均粗糙度较低的表面，因而提高反射层242的反射率。
[0068] 发光元件3还具有至少一导电部32位于发光叠层26与反射层242之间。另一实施 例中，导电部32可位于窗户层248与反射层242之间。导电部32用以传导电流，其材料可 为透明导电材料或金属材料，透明导电材料包含但不限于氧化铟锡（ΙΤ0)、氧化铟（InO)、 氧化锡（SnO)、氧化镉锡（CTO)、氧化锑锡（ΑΤΟ)、氧化铝锌（ΑΖ0)、氧化锌锡（ΖΤ0)、氧化镓锌 (GZ0)、氧化锌（ΖηΟ)、磷化镓（GaP)、氧化铟铈（IC0)、氧化铟钨（IW0)、氧化铟钛（ITiO)、氧 化铟锌（ΙΖ0)、氧化铟镓（IG0)、氧化镓铝锌（GAZ0)或上述材料的组合。金属材料包含但不 限于铜（Cu)、铝（A1)、锡（Sn)、金（Au)、银（Ag)、铅（Pb)、钛（Ti)、镍（Ni)、钼（Pt)、钨（W)、 锗（Ge)或上述材料的合金等。
[0069] 此实施例中，第一透光层244及/或第二透光层246的材料可为绝缘材料，例 如为聚亚酰胺（PI)、苯并环丁烯（BCB)、过氟环丁烷（PFCB)、氧化镁（MgO)、Su8、环氧树脂 (Epoxy)、丙烯酸树脂（Acrylic Resin)、环烯经聚合物（C0C)、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)、 聚对苯二甲酸乙二酯（PET)、聚碳酸酯（PC)、聚醚酰亚胺（Polyetherimide)、氟碳聚合物 (Fluorocarbon Polymer)、玻璃（Glass)、氧化错（A1203)、氧化娃（Si0x)、氧化钛（Ti0 2)、氧 化钽（Ta205)、氮化硅（SiNx)、氟化镁（MgF 2)、旋涂玻璃（S0G)或四乙氧基硅烷（TE0S)。
[0070] 图5为本发明另一实施例的发光元件的剖面图。如图5所示，一发光元件5具有 一基板50 ;-发光叠层52,位于基板50之上；一反射结构54,位于发光叠层52之上；以及 一电极56,位于反射结构54之上。发光叠层52具有一第一半导体层522,位于基板50之 上；一主动层524,位于第一半导体层522之上；以及一第二半导体层526,位于主动层524 之上，其中部分第二半导体层526与主动层524被移除以裸露第一半导体层522。
[0071] 反射结构54具有一窗户层540,位于发光叠层52之上；一第一透光层542,位于窗 户层540之上；一反射层544,位于第一透光层542之上；以及一第一绝缘层546,位于反射 层544之上。窗户层540具有一粗化上表面541，粗化上表面具有多个凸部543与凹部545。 至少一孔洞547形成于第一透光层542之中，且位于粗化上表面541之上，孔洞547的折射 率小于窗户层540与第一透光层542的折射率。另一实施例中，孔洞547可自凹部545向 上延伸。由于孔洞547的折射率小于窗户层540与第一透光层542的折射率，在窗户层540 与孔洞547之间界面的临界角小于窗户层540与第一透光层542之间界面的临界角，所以 发光叠层52所发的光射向孔洞547后，在窗户层540与孔洞547之间的界面形成全反射的 机率增加。此外，原本在窗户层540与第一透光层542界面未形成全反射而进入第一透光 层542之光，在第一透光层542与孔洞547之间的界面也会形成全反射，因而提升发光元件 5的出光效率，孔洞547由剖面图观之可以为下宽上窄的倒漏斗状。因为发光叠层52所发 的光在窗户层540与孔洞547之间的界面和第一透光层542与孔洞547之间的界面形成全 反射的机率增加，降低光到达电极56而被电极56吸收的机率，提升发光兀件5的发光效 率。第一绝缘层546可包覆反射层544以使反射层544不与电极56直接接触，避免反射层 544的材料扩散至电极56,降低反射层544的反射率。反射结构54还包含多个通道549形 成于第一透光层542与第一绝缘层546之中，电极56可经由通道549与发光叠层52电连 结。反射结构54可还包含一第二透光层548,第二透光层548位于部分第一透光层542与 反射层544之间，第二透光层548不具有孔洞，可避免反射层544的材料扩散至孔洞之中， 破坏反射层544的结构，导致反射层544的反射率降低。
[0072] 电极56具有一第一导电层562与一第二导电层564,其中第一导电层562与第二 导电层564彼此不直接接触。第一导电层562经由通道549与第一半导体层522连接，第 二导电层564经由通道549与窗户层540连接。另一实施例中，发光元件5还包含一第一 接触层51位于第一导电层562与第一半导体层522之间，增加第一导电层562与第一半导 体层522之间的欧姆接触；一第二接触层53位于第二导电层564与窗户层540之间，增加 第二导电层564与窗户层540之间的欧姆接触，降低发光元件5的操作电压，以提升效率。 其中，第一接触层51与第二接触层53的材料和上述电极的材料相同。
[0073] 图6是绘示出一灯泡分解示意图，一灯泡6具有一灯罩61 ;-透镜62,置于灯罩 61之中；一照明模块64,位于透镜62之下；一灯座65,具有一散热槽66,用以承载照明模块 64 ;-连结部67 ;以及一电连结器68,其中连结部67连结灯座65与电连接器68。照明模 块66具有一载体63 ;以及多个前述任一实施例的发光兀件60,位于载体63之上。
[0074] 上述实施例仅为例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何 本发明所属【技术领域】中具有通常知识者均可在不违背本发明的技术原理及精神的情况下， 对上述实施例进行修改及变化。因此本发明的权利保护范围如上述的权利要求所列。
【权利要求】
1. 一种发光元件，包含： 反射层； 第一透光层，位于该反射层之上； 发光叠层，包含一主动层，位于该第一透光层之上；以及 孔洞，形成于该第一透光层之中。
2. 如权利要求1所述的发光元件，其中该发光叠层包含一粗化下表面，该粗化下表面 包含多个凸部与凹部，该孔洞形成于至少一该凸部之下。
3. 如权利要求1所述的发光元件，还包含一第二透光层，位于该第一透光层与该发光 叠层之间。
4. 如权利要求3所述的发光元件，其中该第二透光层包含该孔洞。
5. 如权利要求1所述的发光元件，其中该孔洞的形状是漏斗状。
6. -种发光元件，包含： 反射层； 第一透光层，位于该反射层之上； 窗户层，具有一粗化下表面，位于该第一透光层之上； 发光叠层，包含一主动层，位于该窗户层之上；以及 孔洞，形成于该第一透光层之中。
7. 如权利要求6所述的发光元件，其中该粗化下表面包含多个凸部与凹部，该孔洞形 成于至少一该凸部之下。
8. 如权利要求7所述的发光元件，其中部分该第一透光层形成于该凸部的顶端。
9. 如权利要求7所述的发光元件，其中该凹部与该凸部之间的高度差是该窗户层厚度 的 1/3 至 2/3。
10. 如权利要求6所述的发光元件，还包含一第二透光层，位于该第一透光层与该窗户 层之间。
【文档编号】H01L33/46GK104218128SQ201310211528
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年5月31日 优先权日:2013年5月31日
【发明者】廖文禄, 吕绍平, 郑鸿达, 陈世益, 许嘉良, 魏守勤, 林敬倍, 彭钰仁, 黄建富, 陈威佑, 张峻贤 申请人:晶元光电股份有限公司