光电元件制造技术

本发明专利技术涉及一种光电元件，包含：耐热支撑层；半导体外延结构；高热传导性透明层，其热传导系数大于300W/mK，其厚度大于15μm，且该高热传导性透明层介于该耐热支撑层及该半导体外延结构之间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种包含由具渐变式折射率的透明材料所组成的叠层，可作为发光元件的承载基板。此外，本专利技术所述的具渐变式折射率的透明材料所组成的叠层亦可作为发光元件的导热层结构。
技术介绍
发光二极管(Light-Emitting Diode, LED)为一种由半导体材料所制成的发光 元件，此元件具有两个电极，在电极间施加电压并通入极小的电流后，经由电子/空穴的结合，可将剩余能量以光的形式释出，此即发光二极管的基本发光原理。不同于一般白炽灯泡，发光二极管属于冷发光，具有耗电量低、兀件寿命长、无需暖灯时间及反应速度快等优点，再加上其体积小、耐震动、易于量产、容易配合应用的需求制成极小或阵列式的元件的特性，使得发光二极管已被广泛应用于信息、通讯、消费性电子产品及一般生活用品上，而成为日常生活中不可或缺的重要元件，例如，可利用于光学显示装置、交通信号标志、数据储存装置、通讯装置、照明装置以及医疗装置等。发光二极管依发光波长可分为可见光发光二极管(波长450至680纳米)与不可见光发光二极管(波长850至1550纳米)两大类，其中，可见光发光二极管可大略分为GaP/GaAsP系发光二极管、AlGaAs系发光二极管、AlGaInP系发光二极管及GaN系发光二极管。就此类技艺而言，目前最重要的课题之一是如何提高发光二极管的亮度。目前多以提升发光二极管发光效率或提高输入功率为发展方向。要提升发光二极管发光效率，就要提升发光二极管内部量子效率及光取出效率；而提高输入功率，则必须解决散热问题。发光二极管的发光效率必须透过增加内部量子效率(internal quantumefficiency)与光取出效率(light extraction efficiency)两方面来增进，包括p-n结(p-n junction)发光层效率的改善、用不同基板及/或各种长晶技术等各方面技术来推进等。发光二极管的发光亮度及发光效率皆与外延层材料直接相关，其外部量子效率(相当于发光二极管的发光效率)为外部量子效率(发光效率)=内部量子效率X光取出效率由此可知，增加发光效率的方法可以通过增加发光二极管的内部量子效率与发光二极管的光取出效率来提升。内部量子效率代表电子转换成光子的效能，其重点在于调整发光结构层外延的品质，而光取出效率则跟物理现象相关，当光从密介质到疏介质的过程将因全反射效应造成大部分光被局限在发光体中，经过多次发光层吸收致使光取出效率明显下降。因此，如何让已产出的光可以更有效率的取出，已是目前刻不容缓的重点工作。目前常见技术有以氮化镓(GaN)基板或碳化硅(SiC)基板取代蓝宝石(sapphire)基板，以提高内部量子效率；通过不同工艺技术与各式管芯设计，透过封装结构改变，或封装材料更新，以改善光取出效率。目前一种已知技术是提出通过nl=(n0*n2)1/2原理，以形成抗反射层的结构，可以减少光源或光信号在经过多次来回折射反射造成损失。另一已知方法披露黏合高折射率的透明材料层于含有发光层的半导体层的不平坦表面上以提升光取出效率。再一已知作法通过掺杂技术(doping)以局部改变钻石(diamond)材料的折射率，此技术可减少光反射而使光源局限于材料的可能性变小。此外，尚有先前技术提及利用SiC作为InGaN外延基板，且利用提高SiC基板厚度可减少光局限而提升光取出效率。另外在提高输入功率方面，主要是发展高功率发光二极管，通过封装阵列(packaged array)或扩大管芯尺寸以提高发光二极管输入功率。封装阵列是将复数颗LED 排列成矩阵状，并将其封装成单体结构，以获得高光通量。扩大管芯尺寸一般则由O. 2 O. 35晕米方形管芯，扩大为大于O. 8晕米的方形芯片，并以闻电流驱动，以获得闻光通量输出。此外，从目前芯片水准推算发光二极管的发光效率，其内部量子效率与光取出效率随不同材料有所不同。其中，红光因为外延材料折射率约为3. 3，由于折射率差异过大，致使光取出效率不彰，通过透明载体可以有效提升光取出效率，但通常目前透明载体的热传导能力不佳，亦即在高温下会有可靠度不佳的问题。
技术实现思路
本专利技术发现通过渐变式折射率的透明材料所组成的叠层，作为发光元件的承载基板时，可以减少光多次在发光体内折射反射，避免光局限与吸收于发光体内，从而有效提升光取出效率。利用多层折射率匹配的透明材料组合来提升光取出效率，其重点在与发光层接着的第一层的透明材料的相关条件设定，例如厚度必须大于一定范围，此设计可经由工艺调整作相关组合的最佳化实施。此外，渐变式折射率的透明材料可通过选择特定材料等方式而同时具有高导热性质，当与外延层直接接触时，可避免产生热点(hot spot),使芯片在高电流密度操作过程中更具可靠性。因此，本专利技术提供一种由渐变式折射率透明材料所组成的叠层及/或具高导热性质的发光二极管元件及其应用。本专利技术涉及一种具有渐变式折射率的透明材料所组成的叠层，可作为发光元件的承载基板，其包含透明基板；透明材料叠层，形成于透明基板的一面，其中透明材料为渐变式折射率的材料组合，与透明基板接着的第一层透明材料的厚度不小于约3 μ m，且透明材料叠层与透明基板组成承载基板；反射层，形成于透明基板的另一面；以及发光层，形成于渐变式折射率的透明材料所组成的叠层上。于本专利技术的一具体实施例中，透明基板的折射率须小于任一层透明材料。于本专利技术的一具体实施例中，其透明材料组合为由自与透明基板接着的第一层透明材料折射率逐渐变大的透明材料所组合。于本专利技术的另一具体实施例中，透明基板选自蓝宝石(iTl. 7)及其他可替代材料所组成的群组。于本专利技术的另一具体实施例中，透明材料选自钻石0Γ2. 4)及其他可替代材料所组成的群组。于本专利技术的另一具体实施例中，反射层选自金属及其他可替代材料所组成的群组。于本专利技术的另一具体实施例中，透明基板的厚度为约100μπΓ300μπι。于本专利技术的另一具体实施例中，透明材料的厚度大于约3μπι，较佳为约20至30 μ m0 本专利技术还涉及一种具有渐变式折射率的透明材料所组成的叠层，可作为发光元件的承载基板，其包含透明基板；形成于透明基板之上的至少一层透明材料，其中透明材料为渐变式折射率的材料组合，与透明基板接着的第一层厚度不小于约3 μ m,且透明材料与透明基板组成承载基板；形成于承载基板上的反射层；以及形成于透明基板的另一面的发光层。于本专利技术的一具体实施例中，透明基板的折射率须大于任一层透明材料。于本专利技术的一具体实施例中，其透明材料组合为由自与透明基板接着的第一层透明材料折射率逐渐变小的透明材料所组合。于本专利技术的另一具体实施例中，透明基板选自SiC(rT2. 7)及其他可替代材料所组成的群组。于本专利技术的另一具体实施例中，透明材料选自钻石0Γ2.4)、氧化铟锡(ιΓ2)、蓝宝石(iTl.7)、玻璃(iTl.5)及其他可替代材料所组成的群组。于本专利技术的另一具体实施例中，反射层选自金属及其他可替代材料所组成的群组。于本专利技术的另一具体实施例中，透明基板的厚度为约100至300 μ m。于本专利技术的另一具体实施例中，透明材料的厚度大于约3μπι，较佳为约20至30 μ m0本专利技术另亦关于一种具高导热层的光学元件，其包含基板；形成于基板上的反射层；形成于反射层上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电元件，包含：耐热支撑层；半导体外延结构；及高热传导性透明层，其热传导系数大于300W/mK，其厚度大于15μm，且该高热传导性透明层介于该耐热支撑层及该半导体外延结构之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许嘉良，
申请(专利权)人：晶元光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：