发光元件及其制作方法

摘要

一种发光元件，包含第一披覆层、发光层、第二披覆层、铟镓氧化物，及电极单元，第一披覆层以半导体材料构成，发光层设置于第一披覆层上并在接受电能时将电能转换为光，第二披覆层设置于发光层上并与第一披覆层呈相反电性，铟镓氧化物的化学式为InyGa1-yOxN1-x，0＜y＜1，0＜x≤1，且铟镓氧化物设置于第二披覆层上，电极单元传送来自外界的电能至该发光层。本发明利用铟镓氧化物降低与电极单元间的接触电阻，并同时降低元件的工作电压，及增加元件整体的导电率，进而增加元件整体的发光效率。本发明还提供该发光元件的制作方法。

权利要求

1.一种发光元件，包含：一层第一披覆层、一层发光层、一层第二披覆层，及一个电极单元，该第一披覆层以半导体材料构成，该发光层设置于该第一披覆层上并在接受电能时将电能转换为光能，该第二披覆层设置于该发光层上并与该第一披覆层呈相反电性，该电极单元传送来自外界的电能至该发光层；其特征在于：该发光元件还包含一个铟镓氧化物，该铟镓氧化物设置于该第二披覆层上，且该铟镓氧化物的化学式为InyGa1-yOxN1-x，0＜y＜1，0＜x≤1；该铟镓氧化物包括多个自该第二披覆层向上凸伸的岛状结构。

2.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于：所述岛状结构的平均径宽为30nm～

300nm，平均高度为10nm～20nm。

3.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于：两相邻的岛状结构的间距大于

100nm。

4.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于：还包含一层遮覆该铟镓氧化物的透明导电层。

5.根据权利要求4所述的发光元件，其特征在于：该透明导电层的材料是异于该铟镓氧化物的金属氧化物或金属薄膜。

6.一种发光元件的制作方法，其特征在于：该发光元件的制作方法包含：一个磊晶步骤，及一个电极设置步骤，该磊晶步骤以有机金属化学气相沉积法的方式依序在一个基材上形成一个第一披覆层、一个在接受电能时将电能转换为光能的发光层、一个与该第一披覆层呈相反电性的第二披覆层，及一个化学式为InyGa1-yOxN1-x的铟镓氧化物，0＜y＜1，0＜x≤1，该电极设置步骤形成一个可传送来自外界的电能至该发光层的电极单元；该磊晶步骤是导入作为镓源的三甲基镓、作为铟源的三甲基铟、作为氧源的含氧化物，及作为载体的氮气成长该铟镓氧化物。

7.根据权利要求6所述的发光元件的制作方法，其特征在于：该磊晶步骤中的含氧化物选自H2O、O2、CO2、CO，及前述物质的一组合。

8.根据权利要求6所述的发光元件的制作方法，其特征在于：还包含一个透明导电层形成步骤，利用物理气相沉积法于该铟镓氧化物表面形成一层以金属氧化物或金属薄膜为主要材料所构成的透明导电层，且该透明导电层的材料异于该铟镓氧化物。

说明书

发光元件及其制作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种发光元件及其制作方法，特别是涉及一种含有铟镓氧化物的发光元件及其制作方法。

背景技术

[0002] 参阅图1，目前的发光元件包含由半导体材料构成的一层第一披覆层11、一层发光层12、一层第二披覆层13，及一个以导体材料构成的电极单元14。

[0003] 该第一披覆层11以n型半导体材料构成，例如n型氮化镓，所以通常称作n型披覆层(以下将第一披覆层11称作n型披覆层)。该第二披覆层13以p型半导体材料构成，例如p型氮化镓，所以通常称作p型披覆层(以下将第二披覆层13称作p型披覆层)。该发光层12夹置于n型披覆层与p型披覆层间，并在接受电能时将电能转换为光能而发光。

[0004] 该电极单元14以金属元素、金属合金等导体材料构成，并包括一个设置于该n型披覆层上的第一电极141，及一个设置于该p型披覆层上的第二电极142，该第一电极141、第二电极142可传送来自外界的电能。

[0005] 当电极单元14的第一电极141、第二电极142接受来自外界的电能时，电能经过该n型披覆层及该p型披覆层到达该发光层12，电能在发光层12中产生光电反应而发光。

[0006] 由于电流需先流经该p型披覆层再到达该发光层12，但该p型披覆层为半导体材料，电流流动的速率及导电率不如以导体材料构成的电极单元14的速度快，造成第二电极142与该p型披覆层间的接触电阻高，使得发光元件整体的工作电压较高，发光效率并不理想。

[0007] 虽然随着例如铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，简称ITO)等透明、导电度佳的金属氧化物被发现后，该作为透明导电层的金属氧化物随即被导入上述的发光元件的技术中，以降低该p型披覆层与该第二电极间的接触电阻，并同时增加电流横向扩散均匀度。然而，该以铟锡氧化物构成的透明导电层与p型披覆层间存在着材料种类差异太大、附着性不佳导致接触电阻太高的问题。

发明内容

[0008] 本发明的目的在于提供一种具低接触电阻的发光元件。

[0009] 本发明的发光元件包含一层第一披覆层、一层发光层、一层第二披覆层、一层铟镓氧化物，及一个电极单元。

[0010] 该第一披覆层以半导体材料构成，该发光层设置于该第一披覆层上并在接受电能时将电能转换为光能，该第二披覆层设置于该发光层上并与该第一披覆层呈相反电性，该铟镓氧化物设置于该第二披覆层上，且该铟镓氧化物的化学式为InyGa1-yOxN1-x，0＜y＜1，0＜x≤1，该电极单元传送来自外界的电能至该发光层。

[0011] 较佳地，前述发光元件，其中该铟镓氧化物包括多个自该第二披覆层向上凸伸的岛状结构。

[0012] 较佳地，前述发光元件，其中该铟镓氧化物包括一层形成于该第二披覆层上的层体。

[0013] 较佳地，前述发光元件，其中该铟镓氧化物还包括多个自该层体往远离该第二披覆层的方向凸伸的岛状结构。

[0014] 较佳地，前述发光元件，其中所述岛状结构的平均径宽为30nm～300nm，平均高度为10nm～20nm。

[0015] 较佳地，前述发光元件，其中两相邻的岛状结构的间距大于100nm。

[0016] 较佳地，前述发光元件还包含一层遮覆该铟镓氧化物的透明导电层。

[0017] 较佳地，前述发光元件，其中该透明导电层的材料是异于该铟镓氧化物的金属氧化物或金属薄膜。

[0018] 此外，本发明的另一目的在于提供一种具低接触电阻的发光元件的制作方法。

[0019] 本发明的发光元件的制作方法包含一个磊晶步骤及一个电极设置步骤。

[0020] 该磊晶步骤以有机金属化学气相沉积法的方式依序在一个基材上形成一个第一披覆层、一个在接受电能时将电能转换为光能的发光层、一个与该第一披覆层成相反电性的第二披覆层，及一个化学式为InyGa1-yOxN1-x的铟镓氧化物，0＜y＜1，0＜x≤1。

[0021] 该电极设置步骤形成一个可传送来自外界的电能至该发光层的电极单元。

[0022] 较佳地，前述发光元件的制作方法，其中该磊晶步骤导入作为镓源的三甲基镓、作为铟源的三甲基铟、作为氧源的含氧化物，及作为载体的氮气成长该铟镓氧化物。

[0023] 较佳地，前述发光元件的制作方法，其中该磊晶步骤中的含氧化物选自H2O、O2、CO2、CO，及前述物质的一组合。

[0024] 较佳地，前述发光元件的制作方法还包含一个透明导电层形成步骤，利用物理气相沉积法于该铟镓氧化物表面形成一层以金属氧化物或金属薄膜为主要材料所构成的透明导电层，且该透明导电层的材料是异于该铟镓氧化物。

[0025] 本发明的有益效果在于：利用有机金属化学气相沉积法于该第二披覆层上形成低接触电阻且附着性佳的铟镓氧化物，借此降低元件的工作电压，进而提升元件的发光效率。

附图说明

[0026] 图1是一剖视示意图，说明以往的发光元件；

[0027] 图2是一剖视示意图，说明本发明发光元件的一较佳实施例；

[0028] 图3是一剖视示意图，说明本发明的铟镓氧化物包括一层体；

[0029] 图4是一剖视示意图，说明本发明的铟镓氧化物包括层体及岛状结构；

[0030] 图5是一剖视示意图，说明本发明还包含一层透明导电层；

[0031] 图6是一剖视示意图，说明本发明为垂直型发光元件；

[0032] 图7是一流程图，说明本发明发光元件的制作方法；

[0033] 图8是一流程图，说明本发明发光元件的制作方法还包含一个透明导电层形成步骤。

具体实施方式

[0034] 下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

[0035] 参阅图2，本发明发光元件的一较佳实施例包含一个基材20、一层形成于该基材20上的第一披覆层21、一层第二披覆层23、一层夹置于该第一披覆层21与该第二披覆层
23间的发光层22、一个形成于该第二披覆层23上的铟镓氧化物24，及一个传送来自外界电能至该发光层22的电极单元25。

[0036] 该第一披覆层21以有机金属化学气相沉积法形成于该基材20表面，并以n型半导体材料所构成，在本较佳实施例中，n型半导体材料是n型氮化镓(GaN)。第一披覆层21在该领域的研究人员通常称作n型披覆层，因此以下以n型披覆层代称第一披覆层21。

[0037] 该发光层22形成于该n型披覆层上，并可在接受电能时将电能转换为光能。特别地，该发光层22也可包含多个阻障层部(图未示)与多个主动层部(图未示)，所述阻障层部与所述主动层部自该n型披覆层表面依序交错地叠置，其中，所述阻障层部为氮化镓(galliumnitride，GaN)，所述主动层部为氮化铟镓(indium gallium nitride，InGaN)。且该发光层22的主动层部与阻障层部间的配置方式已为熟习本领域的技术人员所熟知，在此不再多加赘述。

[0038] 该第二披覆层23形成于该发光层22上，且以有机金属化学气相沉积法形成于该发光层22远离该n型披覆层的表面，并以p型半导体材料所构成，在该第一较佳实施例中，p型半导体材料是p型氮化镓。第二披覆层23在该领域的研究人员通常称作p型披覆层，因此以下以p型披覆层代称第二披覆层23。

[0039] 该铟镓氧化物24透明并可导电，且以有机金属化学气相沉积法形成于该p型披覆层远离该n型披覆层的表面，该铟镓氧化物24包括多个自该p型披覆层的表面凸伸而出的岛状结构241。该铟镓氧化物24的成分为InxGa1-yOxN1-x，0＜y＜1，0＜x≤1。该铟镓氧化物24为一氧化物半导体，并与该p型披覆层间具有低接触电阻；此外，该铟镓氧化物24与该p型披覆层间的材料相容度高。因此，该铟镓氧化物24与该p型披覆层间的附着性佳。

[0040] 该铟镓氧化物24的岛状结构241可增加垂直方向的电流传递的效率，且由于有机金属化学气相沉积法不适合形成尺寸大于300nm或是高密集程度的岛状结构，而尺寸小于30nm的岛状结构无法有效增加垂直方向的电流传递的效率。因此，较佳地，每一岛状结构
241的平均径宽为30nm～300nm，每一岛状结构241的平均高度为10nm～20nm，且两相邻的岛状结构241的间距大于100nm。

[0041] 该电极单元25包括一个与该n型披覆层连结且与该发光层22位于同一表面的第一电极251，及一个与该铟镓氧化物24连结的第二电极252，构成侧向型的发光元件。该第一电极251、第二电极252相配合而将外界的电能经由该铟镓氧化物24、该n型披覆层、p型披覆层传送至该发光层22，此外，本发明发光元件除了可适用于一般的封装方式，也可以覆晶的方式来封装。

[0042] 参阅图3、4，需补充说明的是，上述本发明较佳实施例的铟镓氧化物24还可以是如图3所示，包括一包覆该p型披覆层的层体242，该铟镓氧化物24的层体242除了提供与该p型披覆层间良好的欧姆接触外，也由于与该p型披覆层间的附着性佳，因此可大幅提升电流横向扩散的均匀程度。又或是如图4所示，该铟镓氧化物24还包括多个间隔地自该层体242往远离该p型披覆层方向凸伸的岛状结构241，借此达到横向电流均匀扩散，同时也具有垂直方向的电流传递效率佳的特性。

[0043] 参阅图5，还需说明的是，本发明还可包含一层遮覆该铟镓氧化物24的透明导电层26，在此以上述图4所说明的发光元件再设置透明导电层26为例作说明，该第二电极252与该透明导电层26连结，该铟镓氧化物24透过该透明导电层26而与该电极单元25电连接。借由该透明导电层26与该铟镓氧化物24相配合地供该电极单元25的电流更均匀且低接触电阻地传送至该发光层22。

[0044] 该透明导电层26以金属氧化物或金属薄膜为主要材料构成，其中，金属氧化物可选自于铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)、铟锌氧化物(indium zinc oxide，IZO)、铟锡锌氧化物(indium tin zincoxide，ITZO)、氧化锌(zinc oxide)、铝锡氧化物(aluminum tin oxide，ATO)、铝锌氧化物(aluminum zinc oxide，AZO)、镉铟氧化物(cadmiumindium oxide，CIO)、镉锌氧化物(cadmium zinc oxide，CZO)、镓锌氧化物(GZO)、锡氟氧化物(FTO)，及前述物质的一组合，且该透明导电层26异于该铟镓氧化物24；而金属薄膜可选自于镍(Ni)、金(Au)，及前述物质的一组合，在本发明的较佳实施例中，该透明导电层26是以铟锡氧化物(ITO)为例，但不以此为限。

[0045] 参阅图6，再需说明的是，上述本发明发光元件的较佳实施例的基材20与电极单元25的第一电极251能简易更动，也就是将基材20以导电材料构成并与该n型披覆层电连接(即欧姆接触)而取代该电极单元25的第一电极时，即构成垂直型的发光元件，在此图标以上述图5所示的发光元件简易更动为垂直型的发光元件为例作说明。

[0046] 上述本发明发光元件的较佳实施例，在透过以下制作方法的说明后，当可更加清楚的明白。

[0047] 参阅图7并配合图2、3，本发明发光元件的较佳实施例的制作方法包含一个磊晶步骤31及一个电极设置步骤32。

[0048] 首先，进行该磊晶步骤31，以有机金属化学气相沉积法依序在该基材20上形成该第一披覆层21、在接受电能时将电能转换为光能的发光层22、及与该第一披覆层21呈相反电性的第二披覆层23，及化学式为InyGa1-yOxN1-x的铟镓氧化物24，0＜y＜1，0＜x≤1；

[0049] 该磊晶步骤31中的铟镓氧化物24的形成方式是在有机金属化学气相沉积反应器的腔体中导入作为镓源的三甲基镓((CH3)3Ga，或Trimmethyl Ga，简称TMGa)、作为铟源的三甲基铟((CH3)3In，或Trimmethyl In，简称TMIn)、作为氧源的含氧化物，及作为载体的氮气(N2)，再以有机金属化学气相沉积法制成。该含氧化物选自于H2O、O2、CO2、CO，及前述物质的一组合。

[0050] 且需说明的是，该铟镓氧化物24可依据所需要的型态，借由控制腔体中的温度、所通入的气流速率，或是沉积的时间形成所述彼此间隔设置的岛状结构241与该层体242，且以该较佳实施例的制作方法所得到较佳的每一岛状结构241的平均径宽为30nm～300nm，每一岛状结构241的平均高度为10nm～20nm，且两相邻的岛状结构241的间距大于
100nm。

[0051] 接着，进行该电极设置步骤32，形成分别与该第一披覆层21、第二披覆层23电连接而可传送来自外界的电能至该发光层22的电极单元25。

[0052] 更详细地说，该电极设置步骤32是分别于该第一披覆层21与该第二披覆层23上形成该第一电极251与该第二电极252，该第一电极251与该第二电极252共同构成该电极单元25。

[0053] 上述的制作方法利用控制有机金属化学气相沉积反应器中的含氧化物的气体的种类与反应时的流速，再配合作为镓源的TMGa、作为铟源的TMIn等的起始物，与腔体内的温度及压力，而在该第二披覆层23顶面构成透明可透光且导电性优良的铟镓氧化物24，借此克服目前以其它异于铟镓氧化物的金属氧化物和第二披覆层23间附着性不佳并导致接触电阻高的问题。

[0054] 参阅图8并配合图5，本发明发光元件的另一较佳实施例的制作方法可进一步包含一个于该电极设置步骤32前进行的透明导电层形成步骤33，利用物理气相沉积的方法在该铟镓氧化物24表面形成该以金属氧化物或金属薄膜为主要材料所构成的透明导电层26，则可制作出如图5所示的发光元件，在该第二披覆层23及该第二电极252间形成具有该铟镓氧化物24与该透明导电层26的发光元件。

[0055] 该较佳实施例的制作方法借着透明的铟镓氧化物24和第二披覆层23的附着性佳，再配合透明导电层26，进而可达到更均匀的电流分布，使得发光元件的整体发光效率提高。

[0056] 由以上说明可知，本发明的铟镓氧化物24设置于该p型披覆层和电极单元25间的接触电阻较目前直接将铟锡氧化物设置于p型披覆层和电极单元25间的接触电阻低，且克服以往金属氧化物和p型披覆层间的附着性问题，进而增加整体发光亮度与发光效率。