專利名稱：發光裝置結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種發光裝置結構，特別是涉及一種具有三維立體(3-D)分布式布拉格反射層(distributed Bragg reflector, DBR)的發 光二極管裝置。
背景技術：
發光二極管(light-emitting diode, LED)是一種使用半導體材料制作而成的固態發光裝置，而且能夠將電能有效率的轉換為光能。由于具有體積小、驅動電壓低、反應速率快等優點，發光二極管已被廣泛地應用在日常生活的各式電子產品，例如一般照明、廣告牌、手機及顯示屏背光源等各種用途中。結構上，發光二極管通常包括基底、外延結構，設置于基底上、P電極接觸焊盤(P-side electrode pad)電連接于外延結構的P型半導體接觸層(P-typesemiconductorcontact layer)、N電極接觸焊盤(N-side electrode pad)電連接于外延結構的N型半導體接觸層(N-type semiconductor contact layer),而外延結構在P型半導體接觸層以及N型半導體接觸層間另外具有活性發光層(activelayer)。此外，在P電極接觸焊盤和P型半導體接觸層間通常設置有透明導電層(transparent conductive layer,TCL),和P型半導體接觸層構成歐姆接觸。在先前技術中，美國專利公開號2008/0064133A1揭露了一種覆晶式(flip_chip)氮化物發光二極管構造，其特征在于在P電極和P型氮化物半導體層間設置有網狀分布式布拉格反射層(mesh-type DBR)，網狀分布式布拉格反射層在前述P型氮化物半導體層的整個上表面以二維展開，并且具有多個網眼開口，暴露出部分的P型氮化物半導體層表面。在網狀分布式布拉格反射層上則覆蓋一歐姆接觸層(ohmic contact layer),歐姆接觸層填滿網眼開口以接觸P型氮化物半導體層，而P電極即形成在歐姆接觸層的表面上，且歐姆接觸層是由鎳、銀或鋁等金屬材料所構成，而網狀分布式布拉格反射層是由AlGaN/GaN堆疊結構所構成。歐姆接觸層和網狀分布式布拉格反射層均具有高反射率，所以可以反射活性發光層發出的光線，并經由透明襯底的表面射出。臺灣專利公開號200921931則揭露了另一種覆晶式發光二極管結構，主要是將P電極和N電極設置在相同平面上，所以可以縮短P電極和N電極的距離，而且在P電極下方以熱蒸鍍、電子束蒸鍍或離子濺鍍的方法形成反射層，由于P電極需要經過反射層和下方外延結構的電性接觸層電連接，所以反射層需要由導電材料所構成。
發明內容
本發明的主要目的在提供改進的高亮度發光二極管結構，可以提供較高的光提取效率(light extraction efficiency)。根據一優選實施例，本發明發光裝置包括基底；外延結構，設置于基底上，外延結構至少包括第一導電型半導體層、活性發光層以及第二導電型半導體層；第一電極，設置于第一導電型半導體層上；透明導電層，位于第一電極和第一導電型半導體層間；以及三維立體分布式布拉格反射層，位于透明導電層和第一導電型半導體層間。根據另一優選實施例，本發明發光裝置包括基底；外延結構，設置于基底上，外延結構至少包括第一導電型半導體層、活性發光層以及第二導電型半導體層；第一電極，設置于第一導電型半導體層上；透明導電層，位于第一電極和第一導電型半導體層間；以及三維立體分布式布拉格反射層，位于透明導電層和第一導電型半導體層間。第一電極包含P電極接觸焊盤，而且三維立體分布式布拉格反射層只設置于P電極接觸焊盤的正下方。根據另一優選實施例，本發明發光裝置其特征在于包括一基底；一外延結構，設置于基底上，外延結構至少包括第一導電型半導體層、活性發光層以及第二導電型半導體層；第一電極，設置于第一導電型半導體層上；透明導電層，位于第一電極和第一導電型半導體層間；以及三維立體分布式布拉格反射層，位于透明導電層和第一導電型半導體層間。第一電極另包括至少一分支電極，且透明導電層只和至少一分支電極重疊，且第一電極直接接 觸三維立體分布式布拉格反射層。為了讓本發明的目的、特征和優點能更明顯易懂，下文描述優選實施方式，并配合附圖，詳細說明如下。但優選實施方式和附圖只供參考與說明，并不是用來對本發明加以限制。
圖IA是本發明優選實施例的發光二極管裝置的正面上視圖。圖IB是圖IA中沿著切線1-1’的剖面示意圖。圖2是本發明發光二極管裝置的柱體結構的側視立體圖。圖3是本發明另一優選實施例的發光二極管裝置的剖面示意圖。圖4是本發明另一優選實施例的發光二極管裝置的剖面示意圖。圖5A是本發明另一優選實施例的發光二極管裝置的正面上視圖。圖5B是圖5A中沿著切線11-11’的剖面示意圖。圖6A是本發明另一優選實施例的發光二極管裝置的正面上視圖。圖6B是圖6A中沿著切線III-III’的剖面示意圖。圖7A是本發明另一優選實施例的發光二極管裝置的正面上視圖。圖7B是圖7A中沿著切線IV-IV’的剖面示意圖。圖7C是圖7A中沿著切線V-V’的剖面示意圖。圖8A是本發明另一優選實施例的發光二極管裝置的正面上視圖。圖8B是圖8A中沿著切線VI-VI’的剖面示意圖。圖8C是圖8A中沿著切線VII-VII’的剖面示意圖。圖9是本發明另一優選實施例的發光二極管裝置的剖面示意圖。其中，附圖標記說明如下IaUb 發光二極管組件 10 發光平臺區IcUdIeUfIgIOaUOb延伸部12 N電極接觸區
102P電極接觸焊盤 100P電極區110襯底130柱體結構202N型半導體204活性發光層206P型半導體層206a頂面104分支電極122N電極接觸焊盤130a頂面130b傾斜側壁140凹陷溝槽140a底面200外延結構208分布式布拉格反射層
209反射層210透明導電層304光線306反射光S正面
具體實施例方式參考圖IA至圖1B，圖IA是本發明優選實施例的發光二極管裝置的正面上視圖，圖IB是圖IA中沿著切線1-1’的剖面示意圖。首先，本發明發光二極管裝置Ia包括發光平臺區(mesa area) 10以及N電極接觸區12，發光平臺區10是凸出于N電極接觸區12的島狀塊體結構，且可以具有兩延伸部IOa及IOb環抱著N電極接觸區12。根據本發明優選實施例，在發光平臺區10的正面S上設置有P電極區100，P電極區100包括P電極接觸焊盤102以及至少一分支電極104，且分支電極104連接P電極接觸焊盤102，并朝向N電極接觸區12延伸出去。在N電極接觸區12內則設置有一 N電極接觸焊盤122。當然，熟悉本發明的技術人員應能理解上述的結構描述只是例示，本發明并不限制于上述布局結構，例如在其它優選實施例中，有可能省略掉分支電極104，而只有P電極接觸焊盤102，或者，有兩個P電極接觸焊盤102。根據本發明優選實施例，本發明發光二極管裝置Ia是正面取光型發光二極管裝置，亦即，大部分光線是由發光平臺區10的正面S射出。根據本發明優選實施例，P電極接觸焊盤102以及分支電極104的材料可以選自Cr、Au、Ni、Ti、TiN、Ta、Al、Ag、In、W、InSn、WSi、Nd、Pd、Pt、Zr 或上述金屬的復合層或合金。例如P電極接觸焊盤102以及分支電極104的材料可以是Cr/Au。根據本發明優選實施例，N 電極接觸焊盤 122 的材料可以選自Cr、Au、Ni、Ti、TiN、Ta、Al、Ag、In、W、InSn, WSi, Nd,Pd、Pt、Zr或上述金屬的復合層或合金。如圖1B，發光平臺區10包括形成在襯底110表面上的外延結構200，外延結構200至少包括N型半導體層202、活性發光層204以及P型半導體層206。根據本發明優選實施例，襯底110可以是藍寶石(sapphire)襯底、砷化鎵(GaAs)襯底、碳化硅(SiC)襯底或硅襯底等，但不限于此。N型半導體層202，例如N型GaN層，但不限于此。P型半導體層206，例如P型GaN層,但不限于此。活性發光層204可以是未摻雜的GaN層或InGaN層,或具有多量子井(MQW)結構，但不限于此。進一步地，本優選實施例可在襯底110相對于外延結構200的另一面設置反射層209，反射層209的材料可是金屬，所以可以增加光反射和正向光的取出。上述的外延結構200可以利用有機金屬氣相沉積(metal organic chemicalvapordeposition, MOCVD)、分子束外延(molecular beam epitaxy, MBE)或氫化物氣相外延(hydride vapor phase epitaxy, HVPE)等方法形成。當然，在N型半導體層202和襯底110間可以另外包括包層(cladding layer)、緩沖層(bufferlayer)或者反射鏡面層(圖沒有畫出)。因為外延結構200不是本發明的重點，所以不再詳細描述。本發明發光二極管裝置Ia的結構特征在于P電極區100的正下方設置有多個柱體結構130，特別是柱體結構130只形成在P電極區100的正下方，而不會形成在P電極區100以外的區域。根據本發明優選實施例，各個柱體結構130是至少由外延結構200的N型半導體層202、活性發光層204以及P型半導體層206構成。在柱體結構130間是凹陷溝槽140，是由發光平臺區10的正面S向下依序蝕刻P型半導體層206、活性發光層204以及N型半導體層202而成。根據本發明優選實施例，凹陷溝槽140的深度要比活性發光層204更深，并深入到N型半導體層202。柱體結構130的側視立體圖，如圖2，其結構如截頭圓椎體，但不限于此。因為柱體結構130是蝕刻P型半導體層206、活性發光層204以及N型半導體層202而成，所以柱體結構130的頂面130a會和P型半導體層206的頂面位在相同水平面，也就是說，柱體結構130應不會凸出于發光平臺區1 0的正面S。圖IB右側的圓圈處是部分柱體結構130及凹陷溝槽140的放大示意圖，可看出柱體結構130具有頂面130a及傾斜側壁130b，而凹陷溝槽140具有底面140a。根據本發明優選實施例，P型半導體層206具有頂面206a，而頂面206a至凹陷溝槽140的底面140a的垂直高度h至少O. 2微米；更具體地說是O. 2-8微米。此外，本發明發光二極管裝置Ia另包含分布式布拉格反射層(DBR) 208,在本發明優選實施例中，分布式布拉格反射層208是三維立體形態，連續且均勻的形成在柱體結構130的頂面130a及傾斜側壁130b上，以及形成在凹陷溝槽140的底面140a ;以及透明導電層(TCL) 210，例如氧化銦錫(ITO)，設置于分布式布拉格反射層208上，并延伸覆蓋發光平臺區10的正面S。根據本發明優選實施例，柱體結構130的傾斜側壁130b和凹陷溝槽140的底面140a間具有銳角夾角Θ，較佳來說，此銳角夾角Θ介于35°至80°間，避免在凹陷溝槽140轉角處上的透明導電層覆蓋率不良而造成發光二極管裝置電壓上升的問題。由活性發光層204直接射出的光線304可以被形成在柱體結構130的傾斜側壁130b上的分布式布拉格反射層208反射，而避免被P電極區100吸收，而反射光306可以被形成在凹陷溝槽140的底面140a上的分布式布拉格反射層208反射，避免被P電極區100吸收。根據本發明優選實施例，介于透明導電層210和P型半導體層206間的分布式布拉格反射層208是的結構完整且連續的反射材料層，且需要以絕緣材料構成，例如二氧化鈦及二氧化硅重復堆疊結構，可以同時當作是電流擴散阻擋層。由此可知，本發明發光二極管裝置Ia的P電極接觸焊盤102以及分支電極104是經過透明導電層210和P型半導體層206電連接，再借由分布式布拉格反射層208所形成的電流擴散阻礙，使得電流可以均勻橫向分散在發光平臺區10的正面S。圖3是本發明另一優選實施例的發光二極管裝置的剖面示意圖，相同符號被用來表示相同的構件及區域。如圖3，發光二極管裝置Ib同樣包括發光平臺區10以及N電極接觸區12，發光平臺區10是凸出于N電極接觸區12的島狀塊體結構。在發光平臺區10的正面S上同樣設置有P電極區100，其特征在于包括P電極接觸焊盤102以及分支電極104，且分支電極104連接P電極接觸焊盤102，并朝向N電極接觸區12延伸出去。在N電極接觸區12內則設置有N電極接觸焊盤122。形成在襯底110上的外延結構200包括N型半導體層202、活性發光層204以及P型半導體層206。另外，在襯底110相對于外延結構200的另一面可以設置反射層，其材料可是金屬，所以可以增加光反射和正向光的取出。P電極區100的正下方設置有多個柱體結構130’，只形成在P電極區100的正下方，而柱體結構130’不會形成在P電極區100以外的區域。根據此優選實施例，各個柱體結構130’只由P型半導體層206構成，也就是說，柱體結構130’間的凹陷溝槽140b的深度不會超過P型半導體層206的厚度。發光二極管裝置Ib另包含分布式布拉格反射層208，其連續且均勻的形成在柱體結構130’以及凹陷溝槽140b的表面；以及透明導電層210，例如氧化銦錫，設置于分布式布拉格反射層208上，并延伸覆蓋發光平臺區10的正面S。P電極接觸焊盤102以及分支電極104則是設置在透明導電層210上。圖4是依據本發明另一優選實施例的發光二極管裝置的剖面·示意圖，相同符號被用來表示相同的構件及區域。如圖4，發光二極管裝置Ic同樣包括發光平臺區10以及N電極接觸區12，發光平臺區10是凸出于N電極接觸區12的島狀塊體結構。在發光平臺區10的正面S上同樣設置有P電極區100，包括P電極接觸焊盤102以及分支電極104，且分支電極104連接P電極接觸焊盤102，并朝向N電極接觸區12延伸出去。在N電極接觸區12內則設置有N電極接觸焊盤122。形成在襯底110上的外延結構200包括N型半導體層202、活性發光層204以及P型半導體層206。另外，在襯底110相對于外延結構200的另一面可以設置反射層，其材料可是金屬，所以可以增加光反射和正向光的取出。P電極區100的正下方設置有多個柱體結構130”，只形成在P電極區100的正下方，而柱體結構130”不會形成在P電極區100以外的區域。根據此優選實施例，各個柱體結構130”只由P型半導體層206以及活性發光層204構成，也就是說，柱體結構130”間的凹陷溝槽140c的深度不會超過P型半導體層206以及活性發光層204的厚度總和。本發明發光二極管裝置Ic另包含分布式布拉格反射層208，其連續且均勻的形成在柱體結構130”以及凹陷溝槽140c的表面；以及透明導電層210，例如氧化銦錫，設置于分布式布拉格反射層208上，并延伸覆蓋發光平臺區10的正面S。P電極接觸焊盤102以及分支電極104則是設置在透明導電層210上。參考圖5A及圖5B，圖5A是本發明另一優選實施例的發光二極管裝置的正面上視圖，圖5B是圖5A中沿著切線11-11’的剖面示意圖。發光二極管裝置Id結構和圖1A-1B中的發光二極管裝置Ia相似，差別在于P電極接觸焊盤102的正下方不會有透明導電層210，而只有分支電極104和透明導電層210重疊。因為P電極接觸焊盤102直接接觸到絕緣的分布式布拉格反射層208，如此使得電流必須集中由分支電極104導出，達到擴散電流的功效。另外，在襯底110相對于外延結構200的另一面可以設置反射層，其材料可是金屬，所以可以增加光反射和正向光的取出。參考圖6A及圖6B，圖6A是本發明另一優選實施例的發光二極管裝置的正面上視圖，圖6B是圖6A中沿著切線III-III’的剖面示意圖。發光二極管裝置Ie的結構和圖1A-1B中的發光二極管裝置Ia相似，差別在于(I) P電極接觸焊盤102的正下方不會有透明導電層210，而只有分支電極104和透明導電層210重疊；(2)只有分支電極104的邊緣和透明導電層210重疊；(3)柱體結構130及分布式布拉格反射層208只形成在P電極接觸焊盤102的正下方。因為P電極接觸焊盤102直接接觸到絕緣的分布式布拉格反射層208，如此使得電流必須集中由分支電極104和透明導電層210重疊處導出，達到擴散電流的功效。另外，在襯底110相對于外延結構200的另一面可以設置反射層，其材料可是金屬，所以可以增加光反射和正向光的取出。參考圖7A至圖7C，圖7A是本發明另一優選實施例的發光二極管裝置的正面上視圖，圖7B是圖7A中沿著切線IV-IV’的剖面示意圖，圖7C是圖7A中沿著切線V-V’的剖面示意圖。發光二極管裝置If的結構和圖6A-6B的發光二極管裝置Ie相似，差別在于(I)除了分支電極104的邊緣和透明導電層210重疊外，P電極接觸焊盤102的邊緣也會和透明導電層210重疊；(2)柱體結構130只形成在P電極接觸焊盤102的正下方，但是分布式布拉格反射層208除了形成在P電極接觸焊盤102的正下方構成三維立體反射圖案，也會形成在分支電極104的正下方構成二維平面反射圖案。如此，電流由分支電極104和透明導電層210重疊處以及P電極接觸焊盤102和透明導電層210重疊處導出，達到擴散電流的功效。另外，如圖7C，在襯底110相對于外延結構200的另一面可以設置反射層209，其材料可是金屬，所以可以增加光反射和正向光的取出。參考圖8A至圖SC，圖8A是本發明另一優選實施例的發光二極管裝置的正面上視
圖，圖8B是圖8A中沿著切線VI-VI’的剖面示意圖，圖8C是圖8A中沿著切線VII-VII’的剖面示意圖。發光二極管裝置Ig的結構和第7A-7B圖的發光二極管裝置If相似，差別在于分布式布拉格反射層208只在P電極接觸焊盤102的正下方構成三維立體反射圖案，而不會延伸到分支電極104的正下方。電流由分支電極104和透明導電層210重疊處以及P電極接觸焊盤102和透明導電層210重疊處傳導出，達到擴散電流的功效。另外，在襯底110相對于外延結構200的另一面可以設置反射層，其材料可是金屬，所以可以增加光反射和正向光的取出。圖9是本發明另一優選實施例的發光二極管裝置的剖面示意圖。發光二極管裝置Ih是在襯底210上依序形成外延結構200、透明導電層210及分布式布拉格反射層208后，再向下蝕刻分布式布拉格反射層208、透明導電層210以及外延結構200的部分P型半導體層，形成凹陷溝槽140以及立體圖案化結構340。然后，在凹陷溝槽140以及立體圖案化結構340上形成P電極接觸焊盤102，以及在發光平臺的外的N電極接觸區12內，形成N電極接觸焊盤122。另外，在襯底110相對于外延結構200的另一面可以設置反射層209，其材料可是金屬，所以可以增加光反射和正向光的取出。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種發光裝置，其特征在于包括 一基底; 一外延結構，設置于所述的基底上，所述外延結構至少包括第一導電型半導體層、活性發光層和第二導電型半導體層； 一第一電極，設置于所述第一導電型半導體層上； 一透明導電層，位于所述第一電極和所述第一導電型半導體層間；以及 一三維立體分布式布拉格反射層,位于所述透明導電層和所述第一導電型半導體層間。
2.根據權利要求I所述的發光裝置，其特征在于所述第一導電型為P型，所述第二導電型為N型。
3.根據權利要求I所述的發光裝置，其特征在于在所述基底相對于所述第一電極的另一側設置有反射層。
4.根據權利要求I所述的發光裝置，其特征在于所述的三維立體分布式布拉格反射層只設置于所述第一電極的下方。
5.根據權利要求I所述的發光裝置，其特征在于所述的外延結構包括多個柱體結構。
6.根據權利要求5所述的發光裝置，其特征在于所述的多個柱體結構只形成于所述第一電極下方。
7.根據權利要求5所述的發光裝置，其特征在于所述的三維立體分布式布拉格反射層形成在所述多個柱體結構的表面上。
8.根據權利要求5所述的發光裝置，其特征在于所述的多個柱體結構只設置于所述的第一電極的下方。
9.根據權利要求5所述的發光裝置，其特征在于所述的多個柱體結構間是凹陷溝槽。
10.根據權利要求9所述的發光裝置，其特征在于所述的凹陷溝槽的深度選自于下列組成或之一 所述凹陷溝槽的深度比所述活性發光層更深，并深入到所述第二導電型半導體層； 所述凹陷溝槽的深度不會超過所述的第一導電型半導體層的厚度；以及所述凹陷溝槽的深度不會超過所述第一導電型半導體層厚度和所述活性發光層厚度的總和。
11.根據權利要求5所述的發光裝置，其特征在于各所述柱體結構的傾斜側壁和凹陷溝槽的底面間具有銳角夾角，且所述的銳角夾角介于35°至80°間。
12.根據權利要求I所述的發光裝置，其特征在于所述的第一電極另包括分支電極。
13.根據權利要求12所述的發光裝置，其特征在于所述的透明導電層只和所述分支電極重疊，且所述第一電極直接接觸所述三維立體分布式布拉格反射層。
14.根據權利要求12所述的發光裝置，其特征在于所述的透明導電層只和所述分支電極的邊緣重疊。
15.—種發光裝置,其特征在于包括 一基底; 一外延結構，設置于所述的基底上，所述外延結構至少包括第一導電型半導體層、活性發光層和第二導電型半導體層；一第一電極，設置于所述的第一導電型半導體層上； 一透明導電層，位于所述第一電極和所述第一導電型半導體層間；以及 一分布式布拉格反射層，位于所述第一電極和所述透明導電層間。
16.根據權利要求15所述的發光裝置，其特征在于所述的外延結構包括多個柱體結構。
17.根據權利要求16所述的發光裝置，其特征在于所述的多個柱體結構只形成于所述第一電極下方。
18.根據權利要求16所述的發光裝置，其特征在于所述的透明導電層形成在所述多個柱體結構的表面上。
19.根據權利要求16所述的發光裝置，其特征在于所述的多個柱體結構間是凹陷溝槽。
20.根據權利要求19所述的發光裝置，其特征在于所述的凹陷溝槽的深度不會超過所述第一導電型半導體層的厚度。
全文摘要
本發明公開了一種發光裝置，其特征在于包括一基底；一外延結構，設置于基底上，外延結構至少包括第一導電型半導體層、活性發光層和第二導電型半導體層；一第一電極，設置于第一導電型半導體層上；一透明導電層，位于第一電極和第一導電型半導體層間；以及一三維立體分布式布拉格反射層，位于所述透明導電層和所述第一導電型半導體層間。
文檔編號H01L33/10GK102903811SQ20121003708
公開日2013年1月30日 申請日期2012年2月17日 優先權日2011年7月25日
發明者黃羽民, 吳國禎, 李君圣 申請人:廣鎵光電股份有限公司