半导体发光元件.pdf

本发明揭露一种半导体发光元件，其包含有一基板，一覆盖该基板第一表面的N型电极，一覆盖该基板第二表面的作用层，一覆盖该作用层的P型半导体层，一覆盖该P型半导体层的反射层，以及一覆盖该反射层的P型电极。其中，该反射层为一具有高反射效率的金属层，用以避免该半导体发光元件的光源被该P型电极吸收。

1、  一种半导体发光元件，其特征在于：该半导体发光元件包含有：
一基板(substrate)；
一N型电极(n-type electrode)，设于所述的基板的底表面；
一作用层(active layer)，设于所述的基板的顶表面；
一P型半导体层，覆盖于所述的作用层上；
一反射层，位于所述的P型半导体层上；以及
一P型电极(p-type electrode)，覆盖于所述的反射层上。

2、  根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：所述的基板为导电材料。

3、  根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：所述的反射层为单层结构或多层结构。

4、  根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：所述的反射层包含有银(Ag)、铝(Al)、金(Au)、铬(Cr)、铂(Pt)或铑(Rh)。

5、  根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：所述的反射层为一具有高散射效率的导电层，用来至少部分反射所述的作用层所产生的光，以减少该作用层所产生的光被所述的P型电极吸收的现象。

6、  根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：所述的反射层与所述的P型半导体层相接触的表面为一粗糙面，且该粗糙面包含有至少一特定反射角度的斜面或曲面结构，以加强该反射层的反射效果。

7、  根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：该半导体发光元件另包含一布拉格反射层(Distributed Bragg Reflector，DBR)，设于所述的基板与所述的作用层之间。

8、  一种半导体发光元件，其特征在于：该半导体发光元件包含有：
一基板；
一N型半导体层，覆盖于所述的基板上；
一作用层以及一N型电极，分别覆盖部分所述的N型半导体层；
一P型半导体层，覆盖于所述的作用层上；
一第一反射层，位于所述的P型半导体层上；以及
一P型电极，覆盖于所述的第一反射层上。

9、  根据权利要求8所述的半导体发光元件，其特征在于：该半导体发光元件另包含有一第二反射层，设于所述的N型半导体层与所述的N型电极之间。

10、  根据权利要求9所述的半导体发光元件，其特征在于：所述的第二反射层与所述的N型半导体层相接触的表面为一粗糙面，且该粗糙面包含有至少一特定反射角度的斜面或曲面结构，以加强该第二反射层的反射效果。

11、  根据权利要求9所述的半导体发光元件，其特征在于：所述的第一反射层、第二反射层为单层结构或多层结构。

12、  根据权利要求9所述的半导体发光元件，其特征在于：所述的第一反射层、第二反射层均包含有银(Ag)、铝(Al)、金(Au)、铬(Cr)、铂(Pt)或铑(Rh)。

13、  根据权利要求9所述的半导体发光元件，其特征在于：所述的第一反射层、第二反射层均为一具有高散射效率的导电层，分别用来至少部分反射该所述的作用层所产生的光，以减少该作用层所产生的光被所述的P型电极与所述的N型电极吸收的现象。

14、  根据权利要求8所述的半导体发光元件，其特征在于：所述的第一反射层与所述的P型半导体层相接触的表面为一粗糙面，且该粗糙面包含有至少一特定反射角度的斜面或曲面结构，以加强该第一反射层的反射效果。

15、  根据权利要求8所述的半导体发光元件，其特征在于：该半导体发光元件另包含一布拉格反射层(DBR)，设于所述的基板与所述的N型半导体层之间。

半导体发光元件
技术领域
本发明提供一种半导体发光元件，尤其是一种具有高发光效率的发光二极管。
背景技术
图1为现有的发光二极管的结构示意图。如图1所示，现有的发光二极管10主要包含有一基板(substrate)11、一布拉格反射层(Distributed Bragg Reflector，DBR)12、一作用层(active layer)13、一P型半导体层14、一P型电极15以及一N型电极16设于基板11下方。其中，基板11为一N型砷化镓(GaAs)基板，而布拉格反射层12则是由多层反射结构所组成，藉以反射射向基板11的光。作用层13是由一N型磷化铝镓铟(AlGaInP)下包覆层(lower cladding layer)、一磷化铝镓铟作用层以及一P型磷化铝镓铟上包覆层(upper cladding layer)所组成。此外，P型半导体层14是作为一个欧姆接触层(ohmic contactlayer)，其材料可以是砷化铝镓、磷化铝镓铟或磷砷化镓等利于形成欧姆接点的材料，而P型电极15与N型电极16则是作为打线接合(wire bonding)的金属电极。
图2为另一现有的发光二极管的结构示意图。如图2所示，发光二极管20包含有一基板21、一布拉格反射层22、一N型半导体层27、一作用层23、一P型半导体层24、一P型电极25以及N型电极26。现有的发光二极管20的制作过程是先于基板21上形成布拉格反射层22、N型半导体层27、作用层23与P型半导体层24，接着进行一蚀刻步骤以曝露出部分N型半导体层27，然后在P型半导体层24上形成一P型电极25，最后再于曝露的N型半导体层27上形成一N型电极26。同样地，基板21也为一N型砷化镓基板，而布拉格反射层22则是由多层反射结构所组成，藉以反射射向基板21的光。作用层23是由N型磷化铝镓铟下包覆层、磷化铝镓铟作用层以及P型磷化铝镓铟上包覆层所组成。P型半导体层24与N型半导体层27是作为欧姆接触层，其材料可以是砷化铝镓、磷化铝镓铟或磷砷化镓等利于形成欧姆接点的材料。P型电极25与N型电极26则是作为打线接合的金属电极。
前述的发光二极管在实际运作时，因为P型电极与N型电极会吸收部分由作用层所发出的光，使得作用层所发出的光无法完全发散至外界环境中，进而降低整个发光二极管元件的发光效率。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种具有高发光效率的发光二极管，以解决上述现有发光二极管中金属电极会吸收光源的问题。
本发明的主要技术方案是：该半导体发光元件包含有一基板、一N型电极、一作用层、一P型半导体层、一反射层以及一P型电极。其中N型电极覆盖于基板的第一表面，作用层覆盖于基板的第二表面，P型半导体层覆盖于作用层上，反射层位于P型半导体层上而且P型电极覆盖反射层。反射层为一具有高反射效率的金属层。
本发明的另一技术方案是：该半导体发光元件包含有一基板、一N型半导体层、一作用层、一P型半导体层、一N型电极、一第一反射层以及一P型电极。其中N型半导体层覆盖于该基板上，作用层覆盖部分N型半导体层，P型半导体层覆盖于该作用层上，N型电极位于暴露的N型半导体层上，第一反射层位于P型半导体层上而且P型电极覆盖第一反射层。而该半导体发光元件更可包含一第二反射层，位于N型半导体层与N型电极之间，且第一反射层与第二反射层均为一具有高反射效率的金属层。
相对于现有的发光二极管结构，本发明的发光二极管具有高反射效率的反射层，因此可避免作用层发出的光被金属电极吸收，以使作用层发出的光被充分利用。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为一个现有的发光二极管的结构示意图；
图2为另一现有的发光二极管的结构示意图；
图3为本发明第一实施例的结构示意图；
图4为本发明第二实施例的结构示意图。
实施例一
如图3所示，发光二极管30包含有基板31、布拉格反射层32、作用层33、P型半导体层34、P型电极35、N型电极36以及反射层38。本发明在制作发光二极管30时，是先依序在基板31上形成布拉格反射层32、作用层33以及P型半导体层34，接着在部分的P型半导体层34上形成一个反射层38，然后再于反射层38上形成一个P型电极35，并于基板31的另一表面形成一个N型电极36。
其中，基板31为一导电材料，例如N型砷化镓(GaAs)或氮化镓(GaN)，而布拉格反射层32则是由多层反射结构所组成，例如由铝砷(AlAs)和砷化镓(GaAs)交迭而成的反射结构，藉以反射射向基板31的光。作用层33的结构可以是同质结构(homostructure)、单异质结构(single heterostructure)、双异质结构(double heterostructure，DH)或是多重量子井(multiple quantum well，MQW)，若作用层33为双异质结构则其可由N型磷化铝镓铟(AlGaInP)下包覆层(lower cladding layer)、磷化铝镓铟作用层以及P型磷化铝镓铟上包覆层(upper cladding layer)所组成。因为作用层的各类型结构属现有技艺的范围，且非本发明的发明特征所在，于此不再多加赘述。此外，P型半导体层34是用来作为欧姆接触层(ohmic contact layer)，其主要是由多层P型III-V族化合物所组成，例如P型半导体层34可由镁或锌掺杂氮化镓(Mg or Zn doped GaN)组成，其亦可以是砷化铝镓、磷化铝镓铟或磷砷化镓等利于形成欧姆接点的材料。而P型电极35与N型电极36则是在后续的封装制程中，作为打线接合(wire bonding)的金属电极。
值得注意的是，本发明的反射层38为一具有高反射效率的金属、合金或其它导电材料，例如银(Ag)、铝(Al)、金(Au)、铬(Cr)、铂(Pt)或铑(Rh)等，且其可为单层或多层结构。反射层38主要是用来反射作用层33发出的光，以使作用层33发出的光由发光二极管30的其它部位发散到外界环境中，进而有效避免作用层33发出的光被P型电极35吸收。而且，本发明的反射层38与P型半导体层34相接触的表面亦可设计成一粗糙面或具有至少一特定反射角度的斜面或曲面结构，以加强反射层38的反射效果并避免发生光被吸收的现象。此外，本发明的反射层38亦可替换为一散射层，例如一包含有复数个散射介质(diffuser)的透明导电材料，用来部分反射作用层33发出的光，以减少光被P型电极35吸收的现象，进而提高发光二极管30的发光效果。
实施例二
如图4所示，发光二极管40亦包含有基板41、布拉格反射层42、作用层43、P型半导体层44、P型电极45、N型电极46、N型半导体层47、第一反射层48以及第二反射层49。发光二极管40的制作过程是先于基板41上依序形成布拉格反射层42、N型半导体层47、作用层43以及P型半导体层44，接着蚀刻部分的P型半导体层44和作用层43，以曝露出部分地N型半导体层47。随后在未经蚀刻的P型半导体层44及曝露的N型半导体层47上，分别形成第一反射层48与P型电极45以及第二反射层49与N型电极46。其中，该蚀刻制程可以使用湿式蚀刻、干式蚀刻或是二者交替使用。此外，第一反射层48及第二反射层49可依设计的需要，择其一或同时制作于发光二极管40管40中。
在本发明第二实施例中，基板41为一绝缘材料，例如蓝宝石(sapphire)，而布拉格反射层42、作用层43以及P型半导体层44的材料则与第一实施例中所述相同。N型半导体层47是用来作为一个欧姆接触层，由多层N型III-V族化合物所组成，例如是由未掺杂氮化镓(undoped GaN)和硅掺杂氮化镓(Si doped GaN)组成，但其亦可以是砷化铝镓、磷化铝镓铟或磷砷化镓等利于形成欧姆接点的材料。而P型电极45与N型电极46则是在后续的封装制程中，作为打线接合的金属电极。
值得注意的是，第一反射层48以及第二反射层49亦均为一具有高反射效率的金属、合金或其它导电材料的单层或多层结构，例如银(Ag)、铝(Al)、金(Au)、铬(Cr)、铂(Pt)或铑(Rh)等，用来反射作用层43发出的光，以使作用层43发出的光由发光二极管40的其它部位发散到外界环境中，进而有效避免作用层43发出的光被P型电极45与N型电极46吸收。而且，各反射层48、49与各型半导体层44、47相接触的表面亦可设计成一粗糙面或具有至少一特定反射角度的斜面或曲面结构，以加强各反射层48、49的反射效果。此外，反射层48、49亦可替换为一散射导电层，以减少光被P型电极45与N型电极46吸收的现象，进而提高发光二极管40的发光效果。