CN101593800B

CN101593800B - 高功率发光装置

Info

Publication number: CN101593800B
Application number: CN2008101088052A
Authority: CN
Inventors: 林锦源
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2008-05-26
Filing date: 2008-05-26
Publication date: 2012-01-04
Anticipated expiration: 2028-05-26
Also published as: CN101593800A; CN102354722A; CN102354722B

Abstract

本发明公开了一种高功率发光装置，具有未人为掺杂掺杂物的未掺杂型半导体层，未掺杂型半导体层包含周期结构。

Description

高功率发光装置

技术领域

本发明涉及一种高功率发光装置，尤其涉及一种具有周期结构的高功率发光装置。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode；LED)为一种固态物理半导体元件，其至少包含p-n结(p-n junction)，此p-n结形成于p型与n型半导体层之间。当于p-n结上施加一定程度的偏压时，p型半导体层中的空穴与n型半导体层中的电子将会结合而释放出光。此光产生的区域一般又称为发光区(activeregion)。

LED为了特定的目的会转换基板，例如使用散热佳的铜基板或可增加出光效率的透明基板，如蓝宝石基板，并且在LED的上表面形成规则的图案以提高光摘出效率。一般而言，转换基板后，原本外延生长工艺里的生长基板与未掺杂的缓冲层会被移除而裸露出掺杂的外延层，例如p型半导体或n形半导体，接着于裸露的外延层上形成窗户层或介电层，例如ITO，再形成规则图案于窗户层或介电层上，工艺较为繁复。

发明内容

高功率发光装置包含支持基板；接合层，位于支持基板之上；反射层，位于接合层之上；导电接触层，位于反射层之上；发光叠层，位于导电接触层之上；以及未掺杂半导体层，位于发光叠层之上。发光叠层包含第一掺杂型半导体层，位于导电接触层之上；发光层，位于第一掺杂型半导体层之上；第二掺杂型半导体层，位于发光层与未掺杂半导体层之间。未掺杂型半导体层具有开口以裸露部分第二掺杂型半导体层。于开口之中形成第一电极，并与第二掺杂型半导体层接触；第二电极，位于支持基板之下。

高功率发光装置包含支持基板；接合层，位于支持基板之上；反射层，位于接合层之上；导电接触层，位于反射层之上；发光叠层，位于导电接触层之上；以及未掺杂半导体层，位于发光叠层之上。发光叠层包含第一掺杂型半导体层，位于导电接触层之上；发光层，位于第一掺杂型半导体层之上；第二掺杂型半导体层，位于发光层与未掺杂半导体层之间。未掺杂型半导体层具有开口以裸露部分第二掺杂型半导体层。于开口之中形成第一电极，并与第二掺杂型半导体层接触；第二电极，位于导电接触层裸露的部分。

附图说明

图1至图5为显示依据本发明一实施例的高功率发光装置的制造流程剖面图。

图6为显示依据本发明另一实施例的高功率发光装置的剖面图。

图7为示意图，显示利用本发明实施例的发光元件组成的光源产生装置的示意图。

图8为示意图，显示利用本发明实施例的发光元件组成的背光模块的示意图。

附图标记说明

1发光装置 10，2高功率发光装置

100生长基板 101，201支持基板

110，210未掺杂型半导体层 112，212周期结构

114，214开口 120，220发光叠层

122，222第二掺杂型半导体层 124，224发光层

126，226第一掺杂型半导体层 130导电接触层

140反射层 150接合层

160，260第一电极 170，270第二电极

3光源产生装置 31光源

32电源供应*** 33控制元件

4背光模块 41光学元件

具体实施方式

如图1所示，发光装置1包含生长基板100；未掺杂型半导体层110，位于生长基板100之上；发光叠层120，位于未掺杂型半导体层110之上；导电接触层130，位于发光叠层120之上；以及反射层140，位于导电接触层130之上。发光叠层120包含第二掺杂型半导体层122，位于未掺杂型半导体层110之上；发光层124，位于第二掺杂型半导体层122之上；第一掺杂型半导体层126，位于发光层124与导电接触层130之间。未掺杂型半导体层110可以为缓冲层，或是包含缓冲层，用以减少后续外延工艺所形成的晶格缺陷。未掺杂型半导体层110其材料包含但不限于Al_xGa_yIn_1-x-yN，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1，或Al_aGa_bIn_1-a-bP，0≤a≤1，0≤b≤1，0≤a+b≤1，且未被人为地或刻意地掺杂任何掺杂物。

第二掺杂型半导体层122的材料包含但不限于Al_xGa_yIn_1-x-yN，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1，或Al_aGa_bIn_1-a-bP，0≤a≤1，0≤b≤1，0≤a+b≤1，可以为n型或p型半导体。第一掺杂型半导体层126的材料包含但不限于Al_xGa_yIn_1-x-yN，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1，或Al_aGa_bIn_1-a-bP，0≤a≤1，0≤b≤1，0≤a+b≤1，但与第二掺杂型半导体层122的电性相异。发光层124的材料包含但不限于II-VI族半导体、III-V族半导体、AlGaInP、AlN、GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN或CdZnSe。

导电接触层130与第一掺杂型半导体层126形成欧姆接触，其材料包含但不限于磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)、磷砷化镓(GaAsP)、砷镓化铝(AlGaAs)、氮化镓(GaN)、铟(In)、锡(Sn)、铝(Al)、金(Au)、铂(Pt)、锌(Zn)、银(Ag)、钛(Ti)、锡(Pb)、锗(Ge)、铜(Cu)、镍(Ni)、铍化金(AuBe)、锗化金(AuGe)、锌化金(AuZn)、锡化铅(PbSn)、氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化锌(ZnO)等金属氧化物或上述材料的组合所构成的群组。反射层140用以反射光线，其材料包含但不限于铟(In)、锡(Sn)、铝(Al)、金(Au)、铂(Pt)、锌(Zn)、银(Ag)、钛(Ti)、锡(Pb)、锗(Ge)、铜(Cu)、镍(Ni)、铍化金(AuBe)、锗化金(AuGe)、锌化金(AuZn)、锡化铅(PbSn)、上述材料的组合或布拉格反射层。

接合层150可选择性地形成在反射层140或支持基板101之上，亦或在两者之上皆形成接合层150。通过接合层150黏结发光装置1与支持基板101，再经翻转的步骤形成如图2所示的发光装置1。接合层150的材料包含但不限于聚酰亚胺(PI)、苯并环丁烯(BCB)、过氟环丁烯(PFCB)、环氧树酯(Epoxy)、其他有机黏结材料、铟(In)、锡(Sn)、铝(Al)、金(Au)、铂(Pt)、锌(Zn)、银(Ag)、钛(Ti)、铅(Pb)、钯(Pd)、锗(Ge)、铜(Cu)、镍(Ni)、锡化金(AuSn)、银化铟(InAg)、金化铟(InAu)、铍化金(AuBe)、锗化金(AuGe)、锌化金(AuZn)、锡化铅(PbSn)、铟化钯(PdIn)或上述材料的组合。支持基板101的材料包含但不限于半导体、金属、硅(Si)、磷化碘(IP)、硒化锌(ZnSe)、氮化铝(AlN)、砷化镓(GaAs)、砷化镓铝(AlGaAs)、氮化镓(GaN)、氧化锂铝(LiAlO₂)、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)、金属基复合材料(Metal Matrix Composite；MMC)、磷化镓(GaP)、锗(Ge)、磷化铟(InP)、氮化铝(AlN)、氧化锰(MnO)、氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、蓝宝石(sapphire)、钻石(diamond)、玻璃(glass)或上述材料的组合。

移除生长基板100，但是保留未掺杂型半导体层110，形成如图3所示的发光装置1，移除生长基板100的方法包含激光移除或蚀刻。如图4所示，利用光刻或蚀刻等工艺，在未掺杂型半导体层110的上表面形成周期性结构112，包含多个凹部与凸部，其中每个凸部与凹部的高与宽大约为100纳米到3微米；周期性结构112可以为光子晶体。如图5所示，利用光刻或蚀刻等工艺在未掺杂型半导体层110形成开口114以裸露部分第二掺杂型半导体层122。接下来于开口114之中形成第一电极160，并与第二掺杂型半导体层122接触，并于支持基板101之下形成第二电极170。此时，支持基板101、连接层150与反射层140较佳为采用导电的材料。经由上述步骤，形成高功率发光装置10。

如图6所示，高功率发光装置2包含支持基板201；接合层250，位于支持基板201之上；反射层240，位于接合层250之上；导电接触层230，位于反射层240之上；发光叠层220，位于导电接触层230之上；以及未掺杂型半导体层210，位于发光叠层220之上。发光叠层220包含第一掺杂型半导体层226，位于导电接触层230之上；发光层224，位于第一掺杂型半导体层226之上；第二掺杂型半导体层222，位于发光层224与未掺杂型半导体层210之间。利用光刻或蚀刻等工艺，在未掺杂型半导体层210的上表面形成周期性结构212，包含多个凹部与凸部，其中每个凸部与凹部的高与宽大约为100纳米到3微米；周期性结构212可以为光子晶体。利用光刻或蚀刻等工艺在未掺杂型半导体层210形成开口214以裸露部分第二掺杂型半导体层222。移除部分未掺杂型半导体210和发光叠层220以裸露部分导电接触层230，移除的方式包含光刻或蚀刻。接下来于开口214之中形成第一电极260，并与第二掺杂型半导体层222接触，并于导电接触层230裸露的部分之上形成第二电极270；此时，支持基板201、连接层250或反射层240较佳为采用非导电的材料，但不限制于此。除此之外，亦可移除部分未掺杂型半导体210、第二掺杂型半导体层222与发光层224以裸露部分第一掺杂型半导体层226，并形成第二电极270于第一掺杂型半导体226裸露的部分之上。

图7为绘示出光源产生装置示意图，该光源产生装置3包含本发明任一实施例中的高功率发光装置。该光源产生装置3可以是照明装置，例如路灯、车灯、或室内照明光源，也可以是交通信号标志、或平面显示器中背光模块的背光光源。该光源产生装置3包含前述高功率发光装置组成的光源31、电源供应***32以供应光源31一电流、以及控制元件33，用以控制电源供应***32。

图8为绘示出背光模块剖面示意图，该背光模块4包含前述实施例中的光源产生装置3，以及光学元件41。光学元件41可将由光源产生装置3发出的光加以处理，以应用于平面显示器。惟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。任何熟于此项技艺的人士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后述的权利要求所列。

Claims

1.一种发光装置，包含：

支持基板；

接合层，位于该支持基板之上；

第一掺杂型半导体层，位于该接合层之上；

发光层，位于该第一掺杂型半导体层之上；

第二掺杂型半导体层，位于该发光层之上；以及

未掺杂型半导体层，位于该第二掺杂型半导体层之上，

其中该未掺杂型半导体层未被人为地掺杂掺杂物，而且该未掺杂型半导体层的上表面具有周期结构，以及至少一开口向下延伸以裸露部分该第二掺杂型半导体层。

2.如权利要求1所述的发光装置，其中该未掺杂型半导体层的材料包含Al_xGa_yIn_1-x-yN，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1，或Al_aGa_bIn_1-a-bP，0≤a≤1，0≤b≤1，0≤a+b≤1。

3.如权利要求1所述的发光装置，其中该未掺杂型半导体层包含缓冲层。

4.如权利要求1所述的发光装置，还包含：

第一电极，位于该开口之中与该第二掺杂型半导体层之上；以及

第二电极，位于该支持基板之下。

5.如权利要求1所述的发光装置，还包含：

第二电极，位于该第一掺杂型半导体层之上，并与该第一掺杂型半导体层连接，其中该第一电极与该第二电极位于该支持基板的相同侧。

6.如权利要求1所述的发光装置，其中还包含：

反射层，位于该接合层与该第一掺杂型半导体层之间。

7.如权利要求1所述的发光装置，其中还包含：

导电接触层，位于该接合层与该第一掺杂型半导体层之间。

8.如权利要求7所述的发光装置，还包含：

第二电极，位于该导电接触层之上，并与该导电接触层连接，其中该第一电极与该第二电极位于该支持基板的相同侧。

9.如权利要求1所述的发光装置，其中该周期结构为光子晶体。

10.一种用于制造发光装置的方法，包含：

形成发光装置，包含：

提供生长基板；

形成未掺杂型半导体层于该生长基板之上，其中该未掺杂型半导体层未被人为地掺杂掺杂物；

形成第二掺杂型半导体层于该未掺杂型半导体层之上；

形成发光层于该第二掺杂型半导体层之上；以及

形成第一掺杂型半导体层于该发光层之上；

形成接合层于该支持基板与该第一掺杂型半导体层之间以接合该发光装置与支持基板；

移除该生长基板；

将该未掺杂型半导体层的上表面形成为具有周期结构；以及

形成向下延伸的开口以裸露部分该第二掺杂型半导体层。

11.如权利要求10所述的制造发光装置的方法，还包含：

形成反射层于该第一掺杂型半导体层之上；以及

形成导电接触层于该反射层与该第一掺杂型半导体层之间。

12.如权利要求10所述的制造发光装置的方法，还包含：

形成导电接触层，位于该接合层与该第一掺杂型半导体层之间。

13.如权利要求10所述的制造发光装置的方法，还包含：

形成第一电极于该开口之中且于该第二掺杂型半导体层之上；以及

形成第二电极于该支持基板之下。

14.如权利要求10所述的制造发光装置的方法，还包含：

形成第二电极位于该第一掺杂型半导体层之上，并与该第一掺杂型半导体层连接，其中该第一电极与该第二电极位于该支持基板的相同侧。