TWI887590B - Light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本申請案係關於一種發光元件,特別是一種具有反射結構的發光元件。 This application relates to a light-emitting element, in particular a light-emitting element having a reflective structure.
固態半導體元件諸如發光二極體(Light-Emitting Diode,LED),因半導體構成材料的特性,使其具有功耗低,產生的熱能低,工作壽命長,防震,體積小,反應速度快和具有良好的光電特性,例如穩定的發光波長等優點。因此發光二極體被廣泛應用於家用電器,設備指示燈,及光電產品等。 Solid-state semiconductor components such as light-emitting diodes (LEDs) have the advantages of low power consumption, low heat generation, long service life, shock resistance, small size, fast response speed, and good photoelectric properties, such as stable luminous wavelength, due to the characteristics of semiconductor constituent materials. Therefore, LEDs are widely used in household appliances, equipment indicator lights, and optoelectronic products.
本申請案揭露一種發光元件其包括基板、第一型半導體層、第二型半導體層、主動區域及堆疊結構。第一型半導體層位於基板上。第二型半導體層位於第一型半導體層上。主動區域位於第一型半導體層與第二型半導體層之間。堆疊結構位於第一型半導體層與主動區域之間。堆疊結構具有導電區域及間隔分布於導電區域中之複數個反射部。 This application discloses a light-emitting element including a substrate, a first-type semiconductor layer, a second-type semiconductor layer, an active region, and a stacking structure. The first-type semiconductor layer is located on the substrate. The second-type semiconductor layer is located on the first-type semiconductor layer. The active region is located between the first-type semiconductor layer and the second-type semiconductor layer. The stacking structure is located between the first-type semiconductor layer and the active region. The stacking structure has a conductive region and a plurality of reflective portions spaced apart in the conductive region.
100、50:發光元件 100, 50: Light-emitting element
101:基板 101:Substrate
102:第一型半導體層 102: Type I semiconductor layer
103:第二型半導體層 103: Type II semiconductor layer
104:主動區域 104: Active area
105:堆疊結構 105: Stacked structure
105’:疊層 105’: Layering
106:導電區域 106: Conductive area
107:反射部 107: Reflection part
108:通道 108: Channel
1A:發光裝置 1A: Light-emitting device
110:第一型摻雜層 110: Type I doping layer
111:非故意摻雜層 111: Unintentional adulteration
111a:頂層 111a: Top floor
111b:底層 111b: bottom layer
112:緩衝層 112: Buffer layer
113:第一電極 113: First electrode
114:第二電極 114: Second electrode
115:透明導電層 115:Transparent conductive layer
116:電流阻擋層 116: Current blocking layer
117:第一電極墊 117: First electrode pad
118:第一延伸電極 118: first extension electrode
119:第二電極墊 119: Second electrode pad
120:第二延伸電極 120: Second extension electrode
121:凹部 121: concave part
L:光線 L:Light
P:多孔結構層 P: porous structure layer
P1:保護層 P1: Protective layer
T:第一通道 T: First channel
2P:發光封裝體 2P: Luminescent package
14:導線 14: Wire
15:腔體 15: Cavity
16:主體 16: Subject
23:封裝材料 23: Packaging materials
50a:第一導線端子 50a: First wire terminal
50b:第二導線端子 50b: Second wire terminal
52:電路板 52: Circuit board
54:端子 54:Terminal
56:透明罩 56: Transparent cover
58:散熱板 58: Heat sink
A-A:剖面線 A-A: Section line
X:側向 X: Lateral
Y:堆疊方向 Y: Stacking direction
〔圖1〕顯示本申請案一實施例之發光元件之俯視示意圖。 [Figure 1] shows a schematic top view of a light-emitting element of an embodiment of the present application.
〔圖2〕顯示沿著圖1之A-A線之剖視示意圖。 [Figure 2] shows a schematic cross-sectional view along line A-A in Figure 1.
〔圖3A〕至〔圖3F〕顯示本申請案一實施例之發光元件之製法流程示意圖。 [Figure 3A] to [Figure 3F] show schematic diagrams of the manufacturing process of the light-emitting element of an embodiment of the present application.
〔圖4〕顯示本申請案一實施例之發光封裝體的剖視示意圖。 [Figure 4] shows a schematic cross-sectional view of a light-emitting package of an embodiment of the present application.
〔圖5〕顯示本申請案一實施例之發光裝置的剖視示意圖。 [Figure 5] shows a cross-sectional schematic diagram of a light-emitting device of an embodiment of the present application.
以下實施例將伴隨著圖式說明,在圖式或說明中,相似或相同之部分係使用相同之標號,並且在圖式中,元件之形狀或厚度可擴大或縮小。需特別注意的是,圖中未繪示或說明書未描述之元件,可以是本技術領域習知技藝者所知之形式。並且,在一些圖式中可能省略部分元件和/或符號。在圖式中,以類似的符號來指示類似的元件。下述內容和所附圖式只是提供用於說明,並不意欲造成限制。可以預期的是,一實施例中的元件和特徵,能夠被有利地納入於另一實施例中,無須進一步的闡述。此外,在以下實施例中可以併入其他層/結構或步驟。例如,「在第一層/結構上形成第二層/結構」的描述可以包含第一層/結構直接接觸第二層/結構的實施例,或者包含第一層/結構間接接觸第二層/結構的實施例,亦即有其他層/結構存在於第一個層/結構和第二個層/結構之間。此外,第一層/結構和第二層/結構間的空間相對關係可以根據裝置的操作或使用而改變,第一層/結構本身不限於單一層或單一結構,第一層中可包含複數子層,第一結構可包含複數子結構。 The following embodiments will be accompanied by drawings and descriptions, in which similar or identical parts are numbered the same, and in the drawings, the shape or thickness of the elements may be enlarged or reduced. It should be noted that the elements not shown in the drawings or described in the specification may be in forms known to those skilled in the art. In addition, some elements and/or symbols may be omitted in some drawings. In the drawings, similar elements are indicated by similar symbols. The following content and the attached drawings are provided for illustration only and are not intended to be limiting. It is expected that the elements and features in one embodiment can be advantageously incorporated into another embodiment without further elaboration. In addition, other layers/structures or steps may be incorporated in the following embodiments. For example, the description of "forming a second layer/structure on a first layer/structure" may include an embodiment in which the first layer/structure directly contacts the second layer/structure, or an embodiment in which the first layer/structure indirectly contacts the second layer/structure, that is, other layers/structures exist between the first layer/structure and the second layer/structure. In addition, the spatial relative relationship between the first layer/structure and the second layer/structure may change according to the operation or use of the device, and the first layer/structure itself is not limited to a single layer or a single structure. The first layer may include multiple sublayers, and the first structure may include multiple substructures.
另外,針對本申請案中所提及的空間相關的敘述詞彙,例如:「在...之下」,「低」,「下」,「上方」,「之上」,「下」,「頂」,「底」和類似詞彙時,為便於敘述,其用法均在於描述圖式中一個元件或特徵與另一個元件或特徵的相對關係。除了圖式中所顯示的擺向外,這些空間相關詞彙也用來描述發光元件在使用中以及操作時的可能擺向。隨著半導體 元件的擺向的不同(旋轉90度或其它方位),用以描述其擺向的空間相關敘述亦應透過類似的方式予以解釋。 In addition, for the spatially related descriptive terms mentioned in this application, such as "under", "low", "down", "above", "above", "down", "top", "bottom" and similar terms, for the convenience of description, their usage is to describe the relative relationship between one element or feature and another element or feature in the drawings. In addition to the orientation shown in the drawings, these spatially related terms are also used to describe the possible orientation of the light-emitting element during use and operation. With the different orientations of the semiconductor element (rotated 90 degrees or other orientations), the spatially related descriptions used to describe its orientation should also be interpreted in a similar manner.
在本申請案中,如果沒有特別的說明,通式AlGaN系列代表AlaGa(1-a)N,其中0a1;通式InGaN系列代表InbGa(1-b)N,其中0b1;通式AlInGaN系列代表AlcIndGa(1-c-d)N,其中0c1,0d1。調整元素的含量可以達到不同的目的,例如但不限於,調整能階或是調整發光元件的主發光波長。 In this application, unless otherwise specified, the general formula AlGaN series represents Al a Ga (1-a) N, where 0 a 1; the general formula InGaN series represents In b Ga (1-b) N, where 0 b 1; the general formula AlInGaN series represents Al c In d Ga (1-cd) N, where 0 c 1,0 d 1. Adjusting the content of elements can achieve different purposes, such as but not limited to, adjusting the energy level or adjusting the main emission wavelength of the light-emitting element.
本申請案所揭露的發光元件所包含的每一層之組成以及摻雜物可用任何適合的方式分析,例如二次離子質譜儀(secondary ion mass spectrometer,SIMS)。 The composition and doping of each layer included in the light-emitting element disclosed in this application can be analyzed by any suitable method, such as secondary ion mass spectrometer (SIMS).
本申請案所揭露的發光元件所包含的每一層之厚度可用任何適合的方式分析,例如穿透式電子顯微鏡(transmission electron microscopy,TEM)或是掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM),藉以配合例如於SIMS圖譜上的各層深度位置。 The thickness of each layer included in the light-emitting element disclosed in this application can be analyzed by any suitable method, such as transmission electron microscopy (TEM) or scanning electron microscope (SEM), so as to match the depth position of each layer on the SIMS spectrum, for example.
圖1顯示本申請案一實施例之發光元件之俯視示意圖。圖2顯示沿著圖1之A-A線之剖視示意圖。請參照圖1及圖2,本實施例揭露一種發光元件100其包括基板101、第一型半導體層102、第二型半導體層103、主動區域104及堆疊結構105。沿一堆疊方向Y,第一型半導體層102位於基板101上,第二型半導體層103位於第一型半導體層102上,主動區域104位於第一型半導體層102與第二型半導體層103之間,堆疊結構105位於第一型半導體層102與主動區域104之間。堆疊結構105具有導電區域106及複數個反射部107。反射部107在垂直於堆疊方向Y的一側向X上間隔分布於導電區域106中。
FIG1 is a schematic top view of a light-emitting element of an embodiment of the present application. FIG2 is a schematic cross-sectional view along line A-A of FIG1. Referring to FIG1 and FIG2, the present embodiment discloses a light-emitting
如圖2所示,於一實施例中,發光元件100包含發光二極體或雷射發光元件。藉由改變磊晶結構中一層或多層,例如主動區域104的物理及
化學組成以調整其發出光線L的波長。第一型半導體層102、堆疊結構105、主動區域104與第二型半導體層103可包含相同系列包含三五族半導體材料。當主動區域104之材料為氮化鋁鎵(AlGaN)系列或氮化鋁銦鎵(AlInGaN)系列材料時,可發出波長介於400nm及250nm之間的紫外光。具體地,主動區域104、第一型半導體層102及第二型半導體層103之材料為氮化鋁鎵(AlGaN)系列材料,以可發出波長低於365nm之深紫外光。具體地,主動區域104之材料為氮化鋁銦鎵(AlInGaN)系列材料材料,第一型半導體層102及第二型半導體層103之材料為氮化鋁銦鎵(AlInGaN)系列材料,可發出波長高於365nm之紫外光。第一型半導體層102可為n型摻雜(例如摻雜矽)氮化鋁鎵半導體層,第二型半導體層103可為p型摻雜(例如摻雜鎂)氮化鋁鎵半導體層,但並不僅限於此。主動區域104之材料也可為InGaN系列材料,以發出波長介於400nm及490nm之間的藍光、波長介於490nm及530nm之間的青色光(Cyan)、或波長介於530nm及570nm之間的綠光。於一實施例中,主動區域104可包含單異質結構(single heterostructure)、雙異質結構(double heterostructure)或多重量子井結構(multiple quantum wells)。在一實施例中,主動區域104之材料可以是i型、p型或n型半導體。
As shown in FIG. 2 , in one embodiment, the
如圖2所示,於一實施例中,發光元件100可更包括複數條通道108。各通道108對應各反射部107設置。各通道108係穿過第二型半導體層103及主動區域104並延伸進入堆疊結構105內。各反射部107係圍繞對應於通道108。在一實施例中,各通道108未完全穿透堆疊結構105。各通道108的底部為堆疊結構105的局部。通道108可藉由雷射、感應耦合電漿(ICP)等乾式蝕刻及/或使用蝕刻液之濕式蝕刻而形成。
As shown in FIG. 2 , in one embodiment, the light-emitting
如圖2所示,於一實施例中,堆疊結構105包括一或多層非故意摻雜層111具有第一區及第二區。一或多層第一型摻雜層110分別形成於非故意摻雜層111的第一區上,以構成導電區域106;以及一或多層多孔結構層P分別形成於非故意摻雜層111的第二區上,以構成反射部107。具體而言,導電區域106可包括由第一型摻雜層110及非故意摻雜層111所構成的半導體層對。半導體層對之對數可為一或多對,於一實施例中,例如8至12對由第一型摻雜層110及非故意摻雜層111構成之半導體層對交替堆疊形成導電區域106。在一實施例中,堆疊結構105之各反射部107可由多孔結構層P及非故意摻雜層111構成的反射層對堆疊而成。反射層對之對數可為一或多對。反射層對之對數與第一型摻雜層110及非故意摻雜層111構成之半導體層對之對數相同。在側向X上,各多孔結構層P可分別連接於導電區域106之第一型摻雜層110。非故意摻雜層111可由導電區域106延伸至反射部107。
於一實施例中,第一型摻雜層110及非故意摻雜層111可分別包含三五族半導體材料。當發光元件100發出波長低於365nm之光線L時,導電區域106可包含氮化鋁鎵(AlGaN)系列之材料。第一型摻雜層110可為n型氮化鋁鎵半導體層,係藉由摻雜n型雜質,例如矽(Si)而形成n型半導體層。非故意摻雜層111可以是於形成非故意摻雜層111的過程中不摻雜雜質的非摻雜氮化鋁鎵半導體層,或是具有低雜質濃度。第一型摻雜層110的雜質濃度可大於1×1019/cm3,非故意摻雜層111的雜質濃度可不大於5×1017/cm3。另外,堆疊結構105之導電區域106及反射部107中分別具有一頂層111a及一底層111b。
於一實施例中,以非故意摻雜層111分別做為頂層111a及底層111b。於一實施例中,頂層111a直接連接於主動區域104。底層111b直接連接於第一型半導體層102。於一實施例中,導電區域106中的第一型摻雜層110可具有一適當厚度,反射部107中的多孔結構層P可具有一適當厚度。第一型摻雜層110
的厚度與多孔結構層P的厚度實質相同或不同。非故意摻雜層111可具有適當厚度。於一實施例中,非故意摻雜層111厚度不可太厚,以使導電區域106保持導電,及在反射部107中將多孔結構層P間隔開來。具體地,第一型摻雜層110及非故意摻雜層111可分別具有介於1至100奈米之間的厚度。此外,第一型摻雜層110之厚度可大於非故意摻雜層111之厚度,例如第一型摻雜層110與非故意摻雜層111之厚度比值可藉於3至10之間。於上述適當厚度下,當發光元件100驅動下,其中的載子可經由穿隧方式通過非故意摻雜層111使得電流可以導通。
As shown in FIG2 , in one embodiment, the
多孔結構層P中的孔隙可呈海綿狀,孔隙中可填充有介質,例如空氣,藉由介質與非故意摻雜層111之間的折射率差異,形成相對光線L之全反射介面,例如布拉格反射器(distributed Bragg reflector,DBR)。
The pores in the porous structure layer P may be sponge-shaped, and the pores may be filled with a medium, such as air, to form a total reflection interface relative to the light L through the difference in refractive index between the medium and the unintentionally doped
於一實施例中,第一型半導體層102可藉由磊晶成長的方式形成於基板101上,再接續磊晶成長堆疊結構105、主動區域104及第二型半導體層103等。基板101可包括藍寶石(Al2O3)基板、氮化鎵(GaN)基板、矽(Si)基板、碳化矽(SiC)基板或氮化鋁(AlN)基板。於一實施例中,基板101可以是一圖案化基板,即,基板101在用於磊晶成長之表面上可具有圖案化結構(圖未示)。執行磊晶成長的方式包含但不限於金屬有機化學氣相沉積(metal-organic chemical vapor deposition,MOCVD)、氫化物氣相磊晶生長法(hydride vapor phase epitaxy,HVPE)、分子束磊晶(molecular beam epitaxy,MBE)、物理氣相沉積(physical vapor deposition,PVD)、液相晶體磊晶(liquid-phase epitaxy,LPE)。
In one embodiment, the first
請繼續參閱圖2,於一實施例中,發光元件100更可包含其他層位於堆疊結構105與主動區域104之間。例如,為了縮小堆疊結構105與主動區域104之間的晶格差異以減少磊晶缺陷,還可以在堆疊結構105與主
動區域104之間形成應力釋放結構(圖未示),應力釋放結構例如是超晶格結構,其由不同材料組成的兩種半導體層相互交疊而成,兩種半導體層例如是氮化銦鎵層(InGaN)與氮化鎵(GaN)層,或氮化鋁鎵層(AlGaN)與氮化鎵(GaN)層。應力釋放結構亦可以由具有相同功效的多層不同材料組成的半導體疊層構成,例如III族元素組成漸變的多層結構。於一實施例中,在形成第一型半導體層102之前,可以在基板101上先形成緩衝層112。緩衝層112可以減少基板101與包括第一型半導體層102之半導體疊層之間因晶格不匹配而導致的錯位,從而改善磊晶品質。在圖2之實施例中,緩衝層112可包含非故意摻雜氮化鎵(GaN)半導體層,但並不僅限於此。
Please continue to refer to FIG. 2 . In one embodiment, the
當主動區域104發出的光線L為主波長小於365奈米的紫外光時,由於第一型半導體層102、及/或緩衝層112的磊晶材料相對於主動區域104的材料具有較低的能隙,因此對主動區域104產生的光線L,例如波長365奈米以下的光線具有較高的吸收率,例如吸收率大致介於0.42至0.55之間。然而,當第一型半導體102與主動區域104之間設有堆疊結構105時,主動區域104發出的光線L大部分都被堆疊結構105中的反射部107反射回去,進而避免光線L被第一型半導體層102或緩衝層112吸收,以提升發光元件100之外部量子效率。
When the light L emitted by the
於一實施例中,緩衝層112可包含單一層,或包含多層。在另一實施例中,緩衝層112包含AliGa(1-i)N,其中0i1。在又另一實施例中,緩衝層112的材料包含AlN。緩衝層112形成的方式可以為MOCVD、MBE、HVPE或PVD。PVD包含濺鍍或是電子束蒸鍍。當緩衝層112包含多個子層(圖未示)時,子層包括相同材料或不同材料。在一實施例中,緩衝層112包括兩個子層,其中第一子層的生長方式為濺鍍,第二子層的生長方式為MOCVD。在一實施例中,緩衝層112另包含第三子層。其中第三子層的生長方式為
MOCVD,第二子層的生長溫度高於或低於第三子層的生長溫度。在一實施例中,第一、第二及第三子層包括相同材料,例如AlN,或不同材料,例如AlN、GaN及AlGaN的組合。在其它實施例中,以PVD-氮化鋁(PVD-AlN)做為緩衝層,用以形成PVD-氮化鋁的靶材係由氮化鋁所組成,或者使用由鋁組成的靶材並於氮源的環境下反應性地形成氮化鋁。在另一實施例中,緩衝層112可以包含摻雜物例如矽、碳、氫、氧或其組合,且此摻雜物在緩衝結構中的濃度不小於1×1017/cm3。
In one embodiment, the
如圖1及圖2所示,在一實施例中,發光元件100可更具有凹部121。凹部121穿過第二型半導體層103、主動區域104及堆疊結構105而外露出第一型半導體層102。凹部121可具有圖案。第一電極113可設於經由凹部121露出的第一型半導體層102上,第二電極114可設於第二型半導體層103上。於一實施例中,第一電極113可包含第一電極墊117及延伸於第一電極墊117之第一延伸電極118,且第一電極113之形狀可大致對應凹部121之圖案。第二電極114可包含第二電極墊119及延伸自第二電極墊119的第二延伸電極120。為避免短路或其他電性問題,通道108的形成位置可與第二電極114之配置區域錯置,以使第二電極114朝向基板101之正投影與反射部107位於不同區域。圖1所示之第一電極113與第二電極114在俯視下形成彼此包覆之圖案,但並不僅限於此。視發光元件100之尺寸、所應用之裝置或其他考量,第一電極113與第二電極114也可具有不同的形狀及分布。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2 , in one embodiment, the light-emitting
第一電極113以及第二電極114用於與一外接電源或其他電子元件連接且傳導在兩者之間的電流。第一電極113以及第二電極114的材料包含金屬材料。金屬材料包含鉻(Cr)、金(Au)、鋁(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、錫(Sn)、鎳(Ni)、銠(Rh)、鉑(Pt)、鍺金鎳(GeAuNi)、鈦(Ti)、鈹金(BeAu)、鍺金(GeAu)或鋅金(ZnAu)。在一些實施例中,第一電極113以及第二電極114為一單層,
或包含複數層的結構諸如包含Ti/Au層、Ti/Al層、Ti/Pt/Au層、Cr/Au層、Cr/Pt/Au層、Ni/Au層、Ni/Pt/Au層、Ti/Al/Ti/Au層、Cr/Ti/Al/Au層、Cr/Al/Ti/Au層、Cr/Al/Ti/Pt層或Cr/Al/Cr/Ni/Au層、或其組合。
The
在一實施例中,發光元件100可更包括透明導電層115及電流阻擋層116。透明導電層115位於第二型半導體層103與第二電極114之間。電流阻擋層116設於第二型半導體層103上、位於第二電極114下方且被透明導電層115所覆蓋。透明導電層115之材料可包含透明導電氧化物或可透光的薄金屬。其中透明導電氧化物例如為氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅錫(Zn2SnO4,ZTO)、鎵摻雜氧化鋅(gallium doped zinc oxide,GZO),鎢摻雜氧化銦(tungsten doped indium oxide,IWO)、氧化鋅(ZnO)或氧化銦鋅(IZO)。
其中可透光的薄金屬例如為鉻(Cr)、金(Au)、鋁(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、錫(Sn)、鎳(Ni)、銠(Rh)、鉑(Pt)或鈦(Ti)。電流阻擋層116之材料可包含絶緣氧化物、氮化物、矽氧化合物、氧化鈦、氧化鋁、氟化鎂或氮化矽。
In one embodiment, the
圖3A至圖3F係顯示本申請案一實施例之發光元件之製法流程示意圖。如圖3A及圖3B所示,首先,在基板101上依序磊晶成長包含緩衝層112、第一型半導體層102、包含第一型摻雜層110及非故意摻雜層111的疊層105’、主動區域104及第二型半導體層103之半導體疊層。基板101可為一晶圓基板(圖未示)的一部分。藉由交替成長複數個第一型摻雜層110及複數個非故意摻雜層111以形成疊層105’。在磊晶成長第一型摻雜層110時可摻雜n型雜質,例如矽(Si),以使第一型摻雜層110具有n型之導電性。疊層105’之非故意摻雜層111包括底層111b及頂層111a。底層111b接續在第一型半導體層102後磊晶成長,主動區域104則接續頂層111a後
磊晶成長。疊層105’之第一型摻雜層110及非故意摻雜層111可包含氮化鋁鎵(AlGaN)系列之材料,具體地,可為氮化鋁鎵。
FIG. 3A to FIG. 3F are schematic diagrams showing the manufacturing process of the light-emitting element of an embodiment of the present application. As shown in FIG. 3A and FIG. 3B, first, a semiconductor stack including a
在成長疊層105’時可使第一型摻雜層110及非故意摻雜層111分別具有適當厚度。具體地,可使第一型摻雜層110及非故意摻雜層111具有介於1至100奈米之間的厚度。具體地,可使第一型摻雜層110之厚度大於非故意摻雜層111之厚度,例如第一型摻雜層110與非故意摻雜層111之厚度比值可藉於3至10之間。非故意摻雜層111之厚度可供載子穿隧以導通電流。
When growing the stack 105', the first type doped
接著,形成通道108。通道108可為複數個,例如形成如圖2所示的複數個通道108。於一實施例中,形成通道108的方式包含一段式直接一次移除部分半導體疊層以形成通道108。於另一實施例中,形成通道108的方式包含兩段式移除,第一段移除包含形成第一通道T。移除方式包含藉由雷射、感應耦合電漿(ICP)等乾式蝕刻及/或使用蝕刻液之濕式蝕刻穿透主動區域104及第二型半導體層103以形成第一通道T,並露出疊層105’的部分上表面。於本實施例中,第一通道T係以非濕蝕刻方式形成,例如藉由雷射或感應耦合電漿等乾式蝕刻方式形成。
Next, a
如圖3B至圖3D所示,第二段移除包含藉由乾式或濕式蝕刻移除部分的疊層105’,以形成通道108。於本實施例中,第二段的移除部分疊層105’的方式與形成第一通道T的方式不同,例如選擇濕式蝕刻移除部分疊層105’。由於第一型摻雜層110及非故意摻雜層111形成的材料不同,藉由選擇適合的蝕刻液,控制濕式蝕刻的條件,例如時間,使得通道108不穿透疊層105’,停留在至少保留底層111b的深度。然而,在其他未繪示之實施例中,也可藉由雷射或感應耦合電漿等乾式蝕刻或不同蝕刻方式的搭配形成通道108。在執行第二階段移除前,可在第一通道T中,第二型半導
體層103及主動區域104側表面及第二型半導體層103上表面形成保護層P1,疊層105’的部分上表面不被保護層P1覆蓋。在實施濕式蝕刻時,保護層P1可保護第二型半導體層103及主動區域104避免被蝕刻液侵蝕。保護層P1例如為絕緣氧化物。
As shown in FIG. 3B to FIG. 3D , the second stage of removal includes removing part of the
接著,請參考圖3D,形成堆疊結構105,其包含導電區域106以及間隔分布於導電區域106中的複數個反射部107。在本實施例中,可由通道108導入蝕刻液,例如氮化物酸性蝕刻液,並藉由控制蝕刻條件,例如反應時間,以使疊層105’在通道108之周圍區域形成反射部107。由於第一型摻雜層110與非故意摻雜層111具有不同摻雜條件,在電化學蝕刻過程中,氮化物酸性蝕刻液傾向針對特定摻雜層進行蝕刻,例如針對第一型摻雜層110進行蝕刻,而對非故意摻雜層111實質上不進行蝕刻。在預定的反應時間內,電化學蝕刻所採用之氮化物酸性蝕刻液選擇性地蝕刻第一型摻雜層110,藉此在第一型摻雜層110中形成多孔結構層P,非故意摻雜層111不會被蝕刻或僅產生可忽略之輕微蝕刻,以堆疊出一或多對折射率不同的反射層對,從而形成反射部107。在形成反射部107的電化學蝕刻過程中,未摻雜為n型之底層111b及頂層111a不易被蝕刻,因此可作為防止主動區域104及第一型半導體層102被氮化物酸性蝕刻液滲入的保護層,以避免主動區域104及第一型半導體層102受到損傷。多孔結構層P的孔洞大小可由疊層105’之材料來決定。例如疊層105’之第一型摻雜層110及非故意摻雜層111為氮化鋁鎵時,可在磊晶成長過程中調整含鋁比例。於一實施例中,當第一型摻雜層110中之含鋁比例越高時,電化學蝕刻所形成的多孔結構層P的孔徑越小,蝕刻速度也越慢。反之多孔結構層P的孔徑越大,蝕刻速度也越快。具體地,第一型摻雜層110中之氮化鋁鎵之含鋁比例可介於5%至15%之間。於一實施例中,疊層105’中各層第一型摻
雜層110的含鋁比例可以相同或不同,當各層第一型摻雜層110的含鋁比例不同時,可藉由改變各層第一型摻雜層110含鋁比例,來調整多孔結構層P的孔徑大小,進而調整多孔結構層P的折射率,來改變反射部107的反射率。例如複數層第一型摻雜層110含鋁比例沿堆疊方向漸變,蝕刻後的複數層多孔結構層P的折射率也對應漸變。
Next, referring to FIG. 3D , a
由於在成長疊層105’時已使第一型摻雜層110及非故意摻雜層111分別具有適當厚度,在電化學蝕刻過程中,第一型摻雜層110具有足夠的厚度來形成多孔結構層P,空氣在蝕刻完成後可填充於多孔結構層P中。
導電區域106之非故意摻雜層111具有可供載子穿隧之適當厚度,以導通電流。
Since the first type doped
如圖3D至圖3F所示,在形成反射部107後,將保護層P1移除,接著藉由乾式蝕刻或濕式蝕刻形成凹部121以外露出部分之第一型半導體層102。接著在圖3E中,依序在第二型半導體層103上形成電流阻擋層116及透明導電層115。在圖3F中,在透明導電層115上形成第二電極114及在被凹部121所外露的第一型半導體層102上形成第一電極113。當基板101為晶圓基板,接著可對磊晶結構進行電性區隔及對晶圓基板進行切割,以完成複數個發光元件100,即發光晶粒(dies)。
As shown in FIG. 3D to FIG. 3F, after forming the
圖3A至圖3F係提出一種可實現本申請案之發光元件100之製法,但並不僅限於此。例如在形成圖3B之第一通道T前,或形成凹部121之前可先形成電流阻擋層116及透明導電層115。另外,也可將疊層105’磊晶成長於第二型半導體層103與主動區域104之間,形成通道108及電化學蝕刻疊層105’形成反射部107,選擇性形成透明導電層115後再將半導體疊層轉移到一片導電基板(圖未示)並移除基板101及緩衝層112。並在第一型半導體層102上形成電極(圖未示),以成為垂直式的元件。或同樣地將疊層105’設於第二型
半導體層103與主動區域104之間,並完成類似圖3B至圖3E之製程後,於半導體疊層上覆蓋絕緣結構(圖未示),再於絕緣結構上形成分別導通於第一型半導體層102與第二型半導體層103之電極墊(圖未示),以形成通電後可從基板101出光之覆晶式元件。
FIG. 3A to FIG. 3F are a method for manufacturing the light-emitting
圖4顯示本申請案一實施例之發光封裝體2P的剖視示意圖。如圖4所示,發光封裝體2P包含具有腔體15的主體16、設置在主體16下的第一導線端子50a和第二導線端子50b、發光元件100、導線14和封裝材料23。腔體15可以包含從主體16的頂面呈凹陷的開口結構。發光元件100可包含上述任一實施例之發光元件。於一實施例中,主體16的側壁可包含反射結構(圖未示)。第一導線端子50a設置在腔體15的底部區域的第一區域中,第二導線端子50b設置在腔體15的底部區域的第二區域中,第一導線端子50a和第二導線端子50b在腔體15內為彼此間隔開。發光元件100設置在第一導線端子50a和第二導線端子50b中的至少一個上。例如,發光元件100可以設置在第一導線端子50a上,並且利用導線14將發光元件100電性連接至第一導線端子50a和第二導線端子50b。封裝材料23設置在腔體15中,並覆蓋發光元件100。
封裝材料23包含例如矽或環氧樹脂,其結構可為單層或多層。於一實施例中,封裝材料23更可以包含用於改變發光元件100所產生的光的波長的波長轉換材料,例如為螢光粉,及/或散射材料等。發光封裝體2P可以應用於背光單元、照明單元、顯示裝置、指示器、電燈、路燈、用於車輛的照明裝置、用於車輛的顯示裝置或智慧手錶,但是不限於此。
FIG4 shows a schematic cross-sectional view of a light-emitting
圖5顯示本申請案一實施例之發光裝置1A的剖視示意圖。發光裝置1A包括安裝在電路板52上的發光元件50,電路板為長平板形狀。發光元件50可為上述實施例之任一個發光元件。另外,發光元件50也可以是圖4實施例中所示之發光封裝體2P。多個發光元件50被設置在電路板52的一側上,
沿著電路板52的縱向彼此間隔的排列。在電路板52的另一側上設置了散熱板58,用於將發光元件50產生的熱量散去,並且在設置發光元件50的一側,設置了透明罩56,其由可以使得發光元件50所發出的光線容易穿透的材料製成。另外,在發光裝置1A的兩端,設置了端子54連接電源,以向電路板52提供電能。
FIG5 shows a schematic cross-sectional view of a light-emitting
需注意的是,本申請案所列舉之各實施例僅用以說明本申請案,並非用以限制本申請案之範圍。任何人對本申請案所作顯而易見的修飾或變更皆不脫離本申請案之精神與範圍。不同實施例中相同或相似的構件,或者不同實施例中具相同標號的構件皆具有相同的物理或化學特性。此外,本申請案中上述之實施例在適當的情況下,是可互相組合或替換,而非僅限於所描述之特定實施例。在一實施例中詳細描述之特定構件與其他構件的連接關係亦可以應用於其他實施例中,且均落於如後所述之本申請案之權利保護範圍的範疇中。 It should be noted that the embodiments listed in this application are only used to illustrate this application and are not used to limit the scope of this application. Any obvious modifications or changes made to this application by anyone do not deviate from the spirit and scope of this application. The same or similar components in different embodiments, or components with the same number in different embodiments, all have the same physical or chemical properties. In addition, the above embodiments in this application can be combined or replaced with each other under appropriate circumstances, rather than being limited to the specific embodiments described. The connection relationship between a specific component and other components described in detail in one embodiment can also be applied to other embodiments, and all fall within the scope of the scope of protection of the rights of this application as described below.
100:發光元件 100: Light-emitting element
101:基板 101:Substrate
102:第一型半導體層 102: Type I semiconductor layer
103:第二型半導體層 103: Type II semiconductor layer
104:主動區域 104: Active area
105:堆疊結構 105: Stacked structure
106:導電區域 106: Conductive area
107:反射部 107: Reflection part
108:通道 108: Channel
110:第一型摻雜層 110: Type I doping layer
111:非故意摻雜層 111: Unintentional adulteration
111a:頂層 111a: Top floor
111b:底層 111b: bottom layer
112:緩衝層 112: Buffer layer
113:第一電極 113: First electrode
114:第二電極 114: Second electrode
115:透明導電層 115:Transparent conductive layer
116:電流阻擋層 116: Current blocking layer
121:凹部 121: concave part
L:光線 L:Light
P:多孔結構層 P: porous structure layer
X:側向 X: Lateral
Y:堆疊方向 Y: Stacking direction
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Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| TW111149428A TWI887590B (en) | 2022-12-22 | 2022-12-22 | Light-emitting device |
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Family Applications (1)
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-
2022
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