专利名称：发光元件及其制造方法
技术领域：
本发明是关于一种发光元件，特别是关于一种发光元件及其制造方法。
背景技术：
白光发光二极管通常是混合叠加不同颜色的光以形成白光。白光发光二极管一般包含两层萤光层，若将电流施加在第一萤光层上，第一萤光层会发出第一光辐射。至于第二萤光层在接收到第一光辐射后会被激发，并发出第二光辐射。第一光辐射与第二光辐射的混合叠加会成为白光。
图1是习知技术的白光发光元件的示意图。白光发光元件10包含一个植基于硒化锌(ZnSe)基材14的发光二极管12。传统上，发光二极管是在硒化锌基材14上运用磊晶(epitaxy)技术形成复数层(未显示在图上)。发光二极管12及硒化锌基材14被固定于支撑框架16中。发光二极管12的电极经由引线20连接至接触导线(contact leads)22。一层反射层24位于硒化锌基材14的下方，以将发光二极管12所发出的光线反射往观看者的眼中。一旦施加电流，发光二极管12会发出蓝光(B)，而硒化锌基材14会被所述蓝光激发而发出黄光(Y)。蓝光与黄光的混合叠加会使得观看者所见为白光。
然而在实务运作上，上述先前技术的生命周期很短因而不符业界的需求。造成生命周期很短的原因在于发光二极管12与硒化锌基材14的晶格大小未能匹配，导致磊晶成长过程产生许多结晶的瑕疵。因此，设计并制造生命周期够长的白光发光元件，便成为业界一项非常重要且紧迫的课题。
发明内容本发明的主要目的在于提供一种生命周期足够长发光元件及其制造方法。
本发明揭露一种发光元件，其特征在于其包含一个多层结构，其包含一层反应层，用以发出第一光辐射；以及一个顶盖层，其覆盖该多层结构的表面，并裸露出该多层结构上的电极；其中该顶盖层包含萤光材料，在被第一光辐射激发时会发出第二光辐射。
其中多层结构用以发出第一光辐射，顶盖层则覆盖该多层结构的表面，并裸露出该多层结构上的电极。顶盖层在被第一光辐射激发时会发出第二光辐射。顶盖层是由保护材料与萤光材料所构成，利用旋涂工序形成于该多层结构之上。
本发明更揭露一种形成发光元件的方法，其包含形成一个具有反应层的多层结构，其中该反应层是用以发出第一光辐射；在该多层结构上定义电极区域；以及在该多层结构上形成一顶盖层以覆盖该多层结构的表面，并裸露出该多层结构上的电极；其中该顶盖层包含萤光材料，在被第一光辐射激发时会发出第二光辐射。
图式简单说明图1是习知技术的白光发光元件的示意图。
图2显示本发明其中一个较佳实施例所揭露的发光元件的示意图。
图3A显示在一个基底上形成一个多层结构的工序的剖面示意图。
图3B为将多层结构图案化并裸露出部分的第一包覆层的工序的剖面示意图。
图3C为在第一包覆层与第二包覆层上分别形成第一欧姆接触层与第二欧姆接触层的工序的剖面示意图。
图3D为在第一欧姆接触层与第二欧姆接触层上分别形成连接垫的工序的剖面示意图。
图3E显示将SOG与萤光粉的液态混合物旋涂在发光区域与毗连区域上的工序的剖面示意图。
图3F显示利用微影与蚀刻技术在顶盖层上开启接触窗，以裸露出连接垫的工序的剖面示意图。
图3G显示在连接垫上形成保护层，以覆盖连接垫的工序的剖面示意图。
图3H显示将BCB与萤光粉的液态混合物旋涂在发光区域与毗连区域上的工序的剖面示意图。
图3I显示利用微影与蚀刻技术在覆盖层上开启接触窗，以裸露出保护层的工序的剖面示意图。
图3J显示利用湿蚀刻技术将保护层去除的工序的剖面示意图。
具体实施方式图2显示本发明其中一个较佳实施例所揭露的发光元件的示意图。在一个发光区域252中，发光元件200是由一个多层结构所组成，其包含一个基底210、一层第一包覆层(first cladding layer)212、一层反应层(active layer)214、一层第二包覆层216、以及一层第一欧姆接触层(first ohmic contact layer)218，各层依序堆栈而成。在紧邻发光区域252的毗连区域254中，发光元件200亦由一个多层结构所组成，其包含基底210及第一包覆层212，于第一包覆层212上更包含一层第二欧姆接触层220。无论在发光区域252及毗连区域254，发光元件200之上皆覆盖有一层顶盖层224。顶盖层224并在第一欧姆接触层218与第二欧姆接触层220的部分区域开启接触窗，以分别形成连接垫222。
连接垫222是做为发光元件200的电极，由导电材料所构成，例如金属、金属合金或其它类似材料。一旦在发光元件200的两个连接垫222的间施加电流，反应层214会发出第一光辐射。顶盖层224是包含保护材料与萤光材料，萤光材料的作用是当接收第一光辐射会被激发，并发出第二光辐射。在本发明的一个实施例中，萤光材料是由含磷的萤光粉所构成。
在实际运作中，发光元件200所发出的第一光辐射与第二光辐射会混合叠加而产生第三光辐射。将本发明的技术落实于白光发光元件，是将反应层214设计成发出蓝光，并将顶盖层224设计成发出黄光，在观看者的眼中，蓝光与黄光的混合叠加即可形成白光。上揭技术是为本发明的一个较佳实施例，熟习此项技术的人士皆可了解许多种不同颜色光线的组合皆可形成白光，因此任何可组合成白光的颜色组合皆为本发明专利保护范围。
接下来请一并参照图3A至图3D，其为本发明的一个实施例中形成发光元件的堆栈结构的工序的剖面示意图。首先图3A是显示在一个基底310上形成一个多层结构302的工序的剖面示意图。多层结构302是在一个基底310上陆续形成一层第一包覆层312、一层反应层314、以及一层第二包覆层316。在本发明的一个较佳实施例中，基底310是由蓝宝石(sapphire)、碳化硅(SiC)或其它类似材料所构成，第一包覆层312是N型掺杂的氮化镓(GaN)。反应层314是多层量子井结构(multi-quantum well structure)，第二包覆层316则是P型掺杂的氮化镓。
接下来请参见图3B，其为将多层结构302图案化并裸露出部分的第一包覆层312的工序的剖面示意图。此工序首先涂布一层光阻，利用微影工序(photolithography process)将多层结构302予以图案化，以区分出发光区域352与毗连区域354。后续以发光区域352之上所残留的光阻做为蚀刻护罩进行蚀刻工序(etching process)，以在毗连区域354裸露出第一包覆层312的表面312a。
接下来请参见图3C，其为在第一包覆层312与第二包覆层316上分别形成第一欧姆接触层318与第二欧姆接触层320的工序的剖面示意图。第一欧姆接触层318的材料是选自下列金属合金Ti/Al、Ti/Al/Ti/Au、Ti/Al/Pt/Au、Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Pd/Au、Ti/Al/Cr/Au、Ti/Al/Co/Au、Cr/Al/Cr/Au、Cr/Al/Pt/Au、Cr/Al/Pd/Au、Cr/Al/Ti/Au、Cr/Al/Co/Au、Cr/Al/Ni/Au、Pd/Al/Ti/Au、Pd/Al/Pt/Au、Pd/Al/Ni/Au、Pd/Al/Pd/Au、Pd/Al/Cr/Au、Pd/Al/Co/Au、Nd/Al/Pt/Au、Nd/Al/Ti/Au、Nd/Al/Ni/Au、Nd/Al/Cr/Au、Nd/Al/Co/A、Hf/Al/Ti/Au、Hf/Al/Pt/Au、Hf/Al/Ni/Au、Hf/Al/Pd/Au、Hf/Al/Cr/Au、Hf/Al/Co/Au、Zr/Al/Ti/Au、Zr/Al/Pt/Au、Zr/Al/Ni/Au、Zr/Al/Cr/Au，Zr/Al/Co/Au、TiNx/Ti/Au、TiNx/Pt/Au、TiNx/Ni/Au、TiNx/Pd/Au、TiNx/Cr/Au、TiNx/Co/Au TiWNx/Ti/Au、TiWNx/Pt/Au、TiWNx/Ni/Au、TiWNx/Pd/Au、TiWNx/Cr/Au、TiWNx/Co/Au、NiAl/Pt/Au、NiAl/Cr/Au、NiAl/Ni/Au、NiAl/Ti/Au、Ti/NiAl/Pt/Au、Ti/NiAl/Ti/Au、Ti/NiAl/Ni/Au、Ti/NiAl/Cr/Au、以及其它类似材料。在本发明的一个实施例中，第二欧姆接触层320是可选自下列金属合金Ni/Au、Ni/Pt、Ni/Pd、Ni/Co、Pd/Au、Pt/Au、Ti/Au、Cr/Au、Sn/Au、Ta/Au、TiN、TiWNx、WSix、以及其它类似材料。在本发明的另一个实施例中，第二欧姆接触层320亦可使用透明的导电氧化物，其可选自下列材料铟锡氧化物(indium tin oxide)、镉锡氧化物(cadmium tin oxide)、ZnO:Al、ZnGa2O4、SnO2:Sb、Ga2O3:Sn、AgInO2:Sn、In2O3:Zn、NiO、MnO、FeO、Fe2O3、CoO、CrO、Cr2O3、CrO2、CuO、SnO、Ag2O、CuAlO2、SrCu2O2、LaMnO3、PdO、以及其它类似材料。
接下来请参见图3D，其为在第一欧姆接触层318与第二欧姆接触层320上分别形成连接垫322的工序的剖面示意图。连接垫322是由金属或金属合金等导电材料所构成，做为发光元件的电极，使得外接电流源可经由连接垫322通入电流以驱动发光元件。
接下来请一并参照图3E至图3F，其为本发明的一个实施例中形成顶盖层的工序的剖面示意图。顶盖层是由保护材料与萤光材料所构成，其中萤光材料是当被其它光辐射所激发时会发出光辐射。保护材料是Benzocyclobutene(BCB)、旋涂玻璃(spin-on-glass；SOG)或其它类似材料。萤光材料是以磷光体为主体的萤光粉或其它类似材料。
图3E显示将SOG与萤光粉的液态混合物旋涂在发光区域352与毗连区域354上的工序的剖面示意图。的后将该液态混合物加热使其固化，以形成顶盖层324。接下来利用微影与蚀刻技术在顶盖层324上开启接触窗，以裸露出连接垫322，如图3F所示。
接下来请一并参照图3G至图3J，其为本发明的另一实施例中运用BCB材料形成顶盖层的工序的剖面示意图。如图3G所示，首先在连接垫322上形成保护层326，以覆盖连接垫322。保护层326的材料可以是二氧化硅或其它适当的材料。
图3H显示将BCB与萤光粉的液态混合物旋涂在发光区域352与毗连区域354上的工序的剖面示意图。后续对所述液态混合物进行一道软烤工序(soft-bake)，以形成局部固化的顶盖层324。
接下来请参见图3I，其显示利用微影与蚀刻技术在顶盖层324上开启接触窗，以裸露出保护层326的工序的剖面示意图。后续请参见图3J，其显示利用湿蚀刻技术将保护层326去除的工序的剖面示意图。最后，对顶盖层324进行硬烤工序以完成发光元件。
虽然本发明是已参照较佳实施例来加以描述，但本发明并不受限于其详细描述内容。
权利要求
1.一种发光元件，其特征在于其包含一个多层结构，其包含一层反应层，用以发出第一光辐射；以及一个顶盖层，其覆盖该多层结构的表面，并裸露出该多层结构上的电极；其中该顶盖层包含萤光材料，在被第一光辐射激发时会发出第二光辐射。
2.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于该多层结构的第一区域包含一个基底、一层第一包覆层、以及一层第一欧姆接触层，该多层结构的第二区域包含一个基底、一层第一包覆层、一层反应层以及一层第二欧姆接触层。
3.如权利要求2所述的发光元件，其特征在于该基底是由透明材料所构成。
4.如权利要求2所述的发光元件，其特征在于该第一包覆层是由N型的氮化镓所构成。
5.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于该反应层为多层量子井结构。
6.如权利要求2所述的发光元件，其特征在于该第二包覆层是由P型的氮化镓所构成。
7.如权利要求2所述的发光元件，其特征在于该第一欧姆接触层是选自下列金属合金Ti/Al、Ti/Al/Ti/Au、Ti/Al/Pt/Au、Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Pd/Au、Ti/Al/Cr/Au、Ti/Al/Co/Au、Cr/Al/Cr/Au、Cr/Al/Pt/Au、Cr/Al/Pd/Au、Cr/Al/Ti/Au、Cr/Al/Co/Au、Cr/Al/Ni/Au、Pd/Al/Ti/Au、Pd/Al/Pt/Au、Pd/Al/Ni/Au、Pd/Al/Pd/Au、Pd/Al/Cr/Au、Pd/Al/Co/Au、Nd/Al/Pt/Au、Nd/Al/Ti/Au、Nd/Al/Ni/Au、Nd/Al/Cr/Au、Nd/Al/Co/A、Hf/Al/Ti/Au、Hf/Al/Pt/Au、Hf/Al/Ni/Au、Hf/Al/Pd/Au、Hf/Al/Cr/Au、Hf/Al/Co/Au、Zr/Al/Ti/Au、Zr/Al/Pt/Au、Zr/Al/Ni/Au、Zr/Al/Pd/Au，Zr/Al/Cr/Au，Zr/Al/Co/Au、TiNx/Ti/Au、TiNx/Pt/Au、TiNx/Ni/Au、TiNx/Pd/Au、TiNx/Cr/Au、TiNx/Co/Au TiWNx/Ti/Au、TiWNx/Pt/Au、TiWNx/Ni/Au、TiWNx/Pd/Au、TiWNx/Cr/Au、TiWNx/Co/Au、NiAl/Pt/Au、NiAl/Cr/Au、NiAl/Ni/Au、NiAl/Ti/Au、Ti/NiAl/Pt/Au、Ti/NiAl/Ti/Au、Ti/NiAl/Ni/Au、Ti/NiAl/Cr/Au。
8.如权利要求2所述的发光元件，其特征在于该第二欧姆接触层是选自下列金属合金Ni/Au、Ni/Pt、Ni/Pd、Ni/Co、Pd/Au、Pt/Au、Ti/Au、Cr/Au、Sn/Au、Ta/Au、TiN、TiWNx、WSix。
9.如权利要求2所述的发光元件，其特征在于该第二欧姆接触层是选自下列金属合金铟锡氧化物、镉锡氧化物、ZnO:Al、ZnGa2O4、SnO2:Sb、Ga2O3:Sn、AgInO2:Sn、In2O3:Zn、NiO、MnO、FeO、Fe2O3、CoO、CrO、Cr2O3、CrO2、CuO、SnO、Ag2O、CuAlO2、SrCu2O2、LaMnO3、PdO。
10.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于该顶盖层是由保护材料与萤光材料所构成。
11.如权利要求10所述的发光元件，其特征在于该保护材料包含Benzocyclobutene、旋涂玻璃或其它类似材料。
12.如权利要求10所述的发光元件，其特征在于该萤光材料是以磷光体为主体的萤光粉。
13.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于该多层结构上的电极上更包含连接垫。
14.如权利要求13所述的发光元件，其特征在于该连接垫是由导电材料所构成。
15.一种形成发光元件的方法，其包含形成一个具有反应层的多层结构，其中该反应层是用以发出第一光辐射；在该多层结构上定义电极区域；以及在该多层结构上形成一顶盖层以覆盖该多层结构的表面，并裸露出该多层结构上的电极；其中该顶盖层包含萤光材料，在被第一光辐射激发时会发出第二光辐射。
16.如权利要求15所述的形成发光元件的方法，其特征在于申请专利范围第15项所述的形成发光元件的方法，其中所述形成顶盖层的工序包含准备包含保护材料与萤光材料的液体混合物；将该液体混合物置于该多层结构的表面上；将该液体混合物固化以形成该顶盖层；以及将该顶盖层图案化以裸露出该多层结构上的电极。
17.如权利要求16所述的形成发光元件的方法，其特征在于将该液体混合物置于该多层结构的表面上的步骤是以旋涂工序进行。
18.如权利要求16所述的形成发光元件的方法，其特征在于该保护材料包含Benzocyclobutene、旋涂玻璃或其它类似材料。
19.如权利要求16所述的形成发光元件的方法，其特征在于该萤光材料是以磷光体为主体的萤光粉。
20.如权利要求16所述的形成发光元件的方法，其特征在于将该液体混合物固化的步骤，是包含至少一道硬烤工序。
21.如权利要求15所述的形成发光元件的方法，其特征在于更包含在该多层结构上的电极形成连接垫的步骤。
22.如权利要求21所述的形成发光元件的方法，其特征在于该连接垫是由导电材料所构成。
23.如权利要求15所述的形成发光元件的方法，其特征在于所述形成一个具有反应层的多层结构的步骤是包含在一个基底上陆续形成一层第一包覆层、一层反应层、以及一层第二包覆层；利用微影与蚀刻技术裸露出第一包覆层的一个区域；以及在第一包覆层与第二包覆层上分别形成第一欧姆接触层与第二欧姆接触层。
全文摘要
本发明揭露一种发光元件及其制造方法，该发光元件包含一个多层结构，其包含一层反应层，用以发出第一光辐射；以及一个顶盖层，其覆盖该多层结构的表面，并裸露出该多层结构上的电极；其中该顶盖层包含萤光材料，在被第一光辐射激发时会发出第二光辐射。本发明的发光元件具有足够长的生命周期。
文档编号H01L27/15GK1677701SQ20051005435
公开日2005年10月5日 申请日期2005年3月10日 优先权日2004年3月31日
发明者刘育全, 李家铭, 陈怡伶, 綦振瀛 申请人:泰谷光电科技股份有限公司