CN107636846B - 发光元件 - Google Patents

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Abstract

实施例涉及能够降低驱动电压并改善光输出的发光元件，该发光元件包括：支撑衬底；发光结构，布置在支撑衬底上，并且包括第一半导体层、有源层和第二半导体层；多个连接槽，包括通过去除发光结构而露出第二半导体层的底表面以及露出第一半导体层、有源层和第二半导体层的侧表面；第一电极，布置在发光结构上，以接触第一半导体层，第一电极包括第一电极图案和第二电极图案，第一电极图案具有延伸到连接槽外围的端部，第二电极图案布置在第一电极图案上；接触电极，延伸到第一半导体层的上表面，以包围连接槽的底表面和侧表面；第二电极，包括连接到多个接触电极的接合电极；以及绝缘图案，布置在第一电极和第二电极之间。

Description

发光元件
技术领域
本公开的实施例涉及发光元件。
背景技术
发光二极管(LED)是施加电流时可以发光的一种发光元件。发光二极管可以在低电压下工作以进行高效率的发光，使得其节能效果非常出色。近年来，发光二极管的亮度问题被显著改善，因此发光二极管被应用于各种装置，例如液晶显示装置的背光单元、电子标志板、指示器、家用电器等。
发光元件包括包含布置在支撑衬底上的第一半导体层、有源层和第二半导体层的发光结构，并且包括连接到发光结构的第一电极和第二电极。在发光元件中，通过第一电极注入的电子或空穴和通过第二电极注入的空穴或电子由于第一电极和第二电极之间的电压差而被移动，并且在有源层中再结合以进行发光。
同时，垂直型发光元件(在该垂直型发光元件，第二电极形成为电连接到在发光结构中形成的连接凹槽内的第二半导体层，并且第二电极与第一半导体层通过绝缘图案而绝缘)具有的结构是，第一电极的末端与第二电极的末端彼此间隔开。然而，随着第一电极和第二电极之间距离的增加，出现的问题是，发光元件的驱动电压增加并且光输出降低。
发明内容
[技术问题]
本公开实施例提供一种发光元件，能够降低驱动电源并改善光输出。
[技术方案]
根据本公开实施例的发光元件包括支撑衬底；发光结构，设置在所述支撑衬底上，并且包括第一半导体层、有源层和第二半导体层；多个连接槽，每个连接槽均包括通过去除所述发光结构而露出所述第二半导体层的底表面以及露出所述第一半导体层、所述有源层和所述第二半导体层的侧表面；第一电极，设置在所述发光结构上以与所述第一半导体层接触，并且包括第一电极图案和第二电极图案，所述第一电极图案具有延伸到所述多个连接槽中每一个连接槽的边缘的末端，所述第二电极图案设置在所述第一电极图案上；第二电极，包括接触电极和接合电极，所述接触电极延伸到所述第一半导体层的上表面以包围所述多个连接槽中每一个连接槽的底表面和侧表面，所述接合电极连接到多个所述接触电极；以及绝缘图案，设置在所述第一电极和所述第二电极之间。
根据本公开另一实施例的发光元件包括：支撑衬底；发光结构，设置在所述支撑衬底上，并且包括第一半导体层、有源层和第二半导体层；多个连接槽，每个连接槽均包括通过去除所述发光结构而露出所述第二半导体层的底表面以及露出所述第一半导体层、所述有源层和所述第二半导体层的侧表面；第一电极，电连接到所述第一半导体层，并且包括第一电极图案和第二电极图案，所述第一电极图案延伸到所述多个连接槽中每一个连接槽的内部，所述第二电极图案设置在所述第一电极图案上；第二电极，包括接触电极和接合电极，所述接触电极延伸到所述所述多个连接槽中每一个连接槽的边缘以包围所述多个连接槽中每一个连接槽的底表面和侧表面，所述接合电极连接到多个所述接触电极；以及绝缘图案，设置在所述第一电极和所述第二电极之间。
[有益效果]
基于实施例，根据本公开实施例的发光元件具有以下效果。
首先，形成在第一半导体层的上表面上以与第一半导体层直接接触的第一电极的第一电极图案一直形成到连接槽的边缘。也就是说，充当反射层的第一电极图案与有源层之间的重叠区域扩大以提高反射效率，从而可以增加光输出。
其次，通过连接槽与第二半导体层直接接触的第二电极的接触电极完全形成在连接槽的内表面上。因此，接触电极和第二半导体层之间的接触面积扩大，从而可以降低驱动电压。
第三，通过在第一电极图案和接触电极之间插入绝缘图案，与第一半导体层直接接触的第一电极的第一电极图案以及与第二半导体层直接接触的第二电极的接触电极重叠。因此，第一电极的末端和第二电极的末端之间的距离变为零，使得可以减小发光元件的电阻，并且也可以降低发光元件的驱动电压。
附图说明
图1a是根据本公开实施例的发光元件的截面图。
图1b是图1a中的区域A的放大图。
图2是典型发光元件的截面图。
图3a是示出了根据第一电极和第二电极之间的距离的驱动电压的图。
图3b是示出了根据第一电极和第二电极之间的距离的光输出的图。
图4a是根据本公开另一实施例的发光元件的截面图。
图4b是图4a中的区域B的放大图。
图5a至图5i是示出了根据本公开实施例的发光元件的制造方法的过程的截面图。
图6a至图6i是示出了根据本公开另一实施例的发光元件的制造方法的过程的截面图。
图7是包括根据本公开实施例的发光元件的发光元件封装的截面图。
具体实施方式
本公开可以以各种形式进行修改并且可以具有各种实施例，并且因此将在附图中示出具体实施例。然而，实施例不应理解为将本公开限制为这些具体实施例，而是应当解释为包括本公开的精神和技术范围内的修改方案、等同方案或替换方案。
此外，本文所使用的包括诸如“第一”、“第二”之类的序数的术语可以用于描述各种部件，但是这些部件不受这些术语的限制。这些术语的目的仅在于将一个部件与另一个部件区分开来。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一部件可以被称为第二部件，并且类似地，第二部件也可以被称为第一部件。术语“和/或”包括多个相关列举项目的组合或多个相关列举项目中任意一个项目。
当称部件被“连接”或“耦接”到其他部件时，该部件可以直接连接或耦接到其他部件，但是应该理解的是，在该部件和该所述其他部件之间可以存在另一个部件。相反，当称部件“直接连接”或“直接耦接”到其他部件时，应该理解的是，在该部件和该其他部件之间可能不存在另一个部件。
本文使用的术语仅用于描述特定的实施例，并不旨在限制本公开。除非上下文另有明确规定，否则单数形式包括复数形式。应该理解的是，术语“包括”和“具有”表明存在本文所声明的特征、数字、步骤、操作、元件、部件或其组合，但不排除存在或可能添加一个或更多个其他特征、数字、步骤、操作、元件、部件或其组合。
在对实施例的描述中，当元件被描述为形成在另一个元件“上”或“下”时，在上方(上部)或下方(下部)或者在上面或在下面统统指两个部件彼此直接接触或在这两个部件之间间接形成一个或多个其他部件。而且，当描述为“在上方、上部、在下方、下部、在上面或在下面”时，可以不仅包括向上的方向，还可以包括基于一个部件向下的方向。
在下文中，将参考附图详细描述本公开的实施例，相同的附图标号表明相应的部件，而与附图标号无关，并且将省略其重复描述。
在下文中，以下将参照附图详细描述根据实施例的发光元件。
图1a是根据本公开实施例的发光元件的截面图，图1b是图1a中的区域A的放大图。
参照图1a和图1b，根据本公开的施例的发光元件包括：发光结构105，布置在支撑衬底125上并且包括第一半导体层105a、有源层105c和第二半导体层105b；第一电极110，电连接至第一半导体层105a；第二电极120，电连接至第二半导体层105b；以及绝缘图案115，配置为使第一电极110与第二电极120绝缘。此时，与第一半导体层105a直接接触的第一电极110的第一电极图案110a以及与第二半导体层105b直接接触的第二电极120的接触电极120a通过在第一电极图案110a和接触电极120a之间插入绝缘图案115而在第一半导体层105a的下表面重叠。
第一半导体层105a可以用III-V族或II-VI族化合物半导体来实现，并且可以用第一掺杂剂进行掺杂。第一半导体层105a可以由具有InxAlyGa1-x-yN(0＝x＝1，0＝y＝1，和0＝x+y＝1)的化学式的半导体材料形成，或者从AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP和AlGaInP中选出的材料形成。当第一掺杂剂是诸如Mg、Zn、Ca、Sr或Ba之类的p型掺杂剂时，掺杂有第一掺杂剂的第一半导体层105a可以是p型半导体层。
当根据本公开实施例的发光元件是紫外(UV)发光元件、深紫外发光元件或非偏振发光元件时，第一半导体层105a可以包括InAlGaN和AlGaN中的至少一种。当第一半导体层105a是p型半导体层时，第一半导体层105a可以包括具有铝浓度梯度的渐变AlGaN(gradedAlGaN)以减小晶格差异。第一半导体层105a可以具有单层结构或多层结构，并且第一半导体层105a在附图中示出为具有单层结构。
有源层105c布置在第一半导体层105a与第二半导体层105b之间。有源层105c是通过第一半导体层105a注入的电子(或空穴)与通过第二半导体层105b注入的空穴(或电子)进行再结合的层。由于电子和空穴的再结合，有源层105c可以跃迁到低能级以发射具有与该跃迁对应的波长的光。
有源层105c可以具有单阱结构、多阱结构、单量子阱结构、多量子阱(MQW)结构、量子点结构和量子线结构中的任意一种，但是有源层105c的结构不限于此。
当有源层105c由阱结构形成时，有源层105c的阱层/势垒层可以由InGaN/GaN、InGaN/InGaN、GaN/AlGaN、InAlGaN/GaN、GaAs(InGaAs)/AlGaAs和GaP(InGaP)/AlGaP中的一个或多个成对结构(pair structure)形成，但是本公开不限于此。阱层可以由具有比势垒层的带隙小的带隙的材料形成。
第二半导体层105b可以用III-V族或II-VI族化合物半导体来实现，并且可以用第二掺杂剂掺杂。第二半导体层105b可以由具有AlxInyGa(1-x-y)N(0＝x＝1，0＝y＝1，0＝x+y＝1)的化学式的半导体材料形成，或者由InAlGaN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP和AlGaInP中的一种或多种形成，但是第二半导体层105b不限于此。当第二掺杂剂是诸如Si、Ge、Sn、Se或Te之类的n型掺杂剂时，掺杂有第二掺杂剂的第二半导体层105b可以是n型半导体层。
当根据本公开实施例的发光元件是紫外(UV)发光元件、深紫外发光元件或非偏振发光元件时，第二半导体层105b可以包括InAlGaN和AlGaN中的至少一种。当第二半导体层105b由AlGaN制成时，Al的含量可以是50％。而且，当第二半导体层105b是n型半导体层时，第二半导体层105b可以由Al0.5GaN制成。
尽管在附图中第二半导体层105b示出为具有单层结构，但是第二半导体层105b也可以具有多层结构。当第二半导体层105b具有多层结构时，第二半导体层105b还可以包括未掺杂的半导体层(未示出)。未掺杂的半导体层是形成为改善第二半导体层105b的可结晶性的层，并且未掺杂的半导体层可以具有比第二半导体层105b低的导电率，因为未掺杂的半导体层没有掺杂第二掺杂剂。
根据本公开实施例的发光结构105可以被配置为包括作为p型半导体层的第一半导体层105a和作为n型半导体层的第二半导体层105b，或者包括作为n型半导体层的第一半导体层105a和作为p型半导体层的第二半导体层105b。此外，发光结构105可以具有在第二半导体层105b和有源层105c之间进一步形成n型或p型半导体层的结构。也就是说，根据本公开实施例的发光结构105可以形成有np结、pn结、npn结和pnp结结构中的至少一个，因此，根据本公开实施例的发光结构105可以具有包括n型半导体层和p型半导体层的各种结构。此外，第一半导体层105a和第二半导体层105b中的每一个中的杂质的掺杂浓度可以是均匀的或不均匀的。也就是说，可以以不同方式形成发光结构105的掺杂分布，并且掺杂分布不限于上述内容。
可以形成保护层135来包围发光结构105。保护层135可以由不导电的氧化物或氮化物制成。例如，保护层135可以由从SiO2、SixOy、Si3N4、SixNy、SiOxNy、Al2O3、TiO2、AlN等中选出的至少一种形成，但不限于此。另外，由于第二半导体层105b的上表面具有粗糙图案，所以保护层135也可以沿着粗糙图案形成。此时，如图所示，粗糙图案可以是不均匀图案或均匀图案。
第一电极110电连接到第一半导体层105a，第二电极120电连接到第二半导体层105b。此时，第二电极120通过用于选择性去除第一半导体层105a、有源层105c和第二半导体层105b以露出第二半导体层105b的多个连接槽105h连接到第二半导体层105b。
具体地，第一电极110可以形成在发光结构105和支撑衬底125之间以与第一半导体层105a重叠。第一电极110包括与第一半导体层105a直接接触的第一电极图案110a和布置在第一电极图案110a下方以包围第一电极图案110a的第二电极图案110b。
第一电极图案110a可以充当反射层，该反射层配置为沿第二半导体层105b的方向反射在有源层105c中产生的光。为此，第一电极图案110a可以由诸如Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf之类的具有高反射率的材料或者具有高反射率的材料的混合物、以及诸如IZO、IZTO、IAZO、IGZO、IGTO、AZO、ATO之类的透明导电材料形成。
第一电极图案110a布置在发光结构105的下方以与第一半导体层105a直接接触，并且第一电极图案110a的末端延伸到连接槽105h的边缘。即，第一电极图案110a的末端与连接槽105h的边缘重合。此时，第一电极图案110a充当反射层。因此，在根据本公开实施例的发光元件中，第一电极图案110a形成在第一半导体层105a除连接槽105h之外的整个表面上，使得第一电极图案110a和有源层105c之间的重叠面积扩大。也就是说，增加了在有源层105c中产生的光的反射效率，以改善发光元件的光输出。
第二电极图案110b可以由具有优良导电性的材料形成，以允许从外部注入的电流水平均匀地流动。第二电极图案110b可以由透明的导电氧化物(TCO)膜形成。TCO膜可以由从铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铝锌氧化物(AZO)、铝镓锌氧化物(AGZO)、铟锌锡氧化物(IZTO)、铟铝锌氧化物(IAZO)、铟镓锌氧化物(IGZO)、IGTO(铟镓锡氧化物)、ATO(锑锡氧化物)、镓锌氧化物(GZO)、IZO氮化物(IZON)、ZnO，IrOx、RuOx、NiO等中选出的材料形成。
而且，第二电极图案110b可以由诸如Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf之类的不透明金属形成。此外，第二电极图案110b可以形成有单层或TCO膜与不透明金属混合的多层，但是不限于此。
电连接到第二半导体层105b的第二电极120布置在发光结构105和支撑衬底125之间。如上所述，第二电极120通过多个连接槽105h连接到第二半导体层105b。此时，多个连接槽105h中的每一个包括露出第二半导体层105b的底表面并露出第一半导体层105a、有源层105c和第二半导体层105b的侧表面。
第二电极120包括与连接槽105h中的第二半导体层105b接触的接触电极120a和配置为连接接触电极120a的接合电极120b。接触电极120a布置到第一半导体层105a的下表面以完全包围连接槽105h的底表面和侧表面。即，由于接触电极120a整体设置在连接槽105h内的侧表面上，所以接触电极120a与第二半导体层105b之间的接触面积扩大。结果，发光元件的驱动电压降低。
尽管在附图中将接合电极120b示出为单层，但是接合电极120b可以形成有单层或TCO膜与不透明金属混合的多层，但是不限于此。
此外，绝缘图案115可以设置在第一电极110和第二电极120之间，以使第一电极110与第二电极120电绝缘。绝缘图案115可以包括第一、第二和第三绝缘图案115a、115b和115c。
第一绝缘图案115a将接触电极120a与第一半导体层105a下方的第一电极图案110a绝缘。因此，通过在接触电极120a和第一电极图案110a之间插入第一绝缘图案115a，接触电极120a和第一电极图案110a在连接槽105h周围的第一半导体层105a的下表面上彼此重叠。此时，第一电极图案110a和第一绝缘图案115a的末端在连接槽105h的边缘处彼此重合。此外，第二绝缘图案115b设置在连接槽105h的侧表面上，具体而言，第二绝缘图案115b设置在接触电极120a与连接槽105h的侧表面之间。第二绝缘图案115b将延伸到连接槽105h的边缘的接触电极120a的末端与接触电极120a绝缘。而且，接触电极120a和有源层105c、以及接触电极120a和第一半导体层105a可以通过连接槽105h的侧表面上的第二绝缘图案115b彼此绝缘。
此外，第三绝缘图案115c设置在发光结构105下方以使接合电极120b与第二电极图案110b绝缘。具体地，第三绝缘图案115c可以设置在第一电极110的整个下表面上，从而露出连接槽105h内的接触电极120a，并且接触电极120a和接合电极120b可以在连接槽105h内电连接。
第一绝缘图案115a、第二绝缘图案115b和第三绝缘图案115c可以分别由从SiO2、SixOy、Si3N4、SixNy、SiOxNy、Al2O3、TiO2、AlN等构成的组中选出的至少一个形成，但是它们不限于此。
尽管附图中未示出，但是第二电极120可以通过接合层(未示出)电连接到支撑衬底125。接合层可以由诸如Au、Sn、In、Ag、Ni、Nb、Cu之类的金属或其合金形成，但不限于此。而且，支撑衬底125和第二电极120可以通过结合层进行接合、焊接或扩散接合。就此而言，接合层可以由具有电导性的固态材料形成，但不限于此。
因此，支撑衬底125可以支撑发光结构105，并且可以同时电连接到第二电极120，进而充当第二电极120的电极焊盘。此外，电极焊盘130可以形成在保护层135所露出的第一电极110的上表面上。电极焊盘130电连接到第一电极110。
根据本公开实施例的发光元件配置为：通过在第一电极图案110a和接触电极120a之间插入绝缘图案115，与第一半导体层105a接触的第一电极110的第一电极图案110a和与第二半导体层105b接触的第二电极120的接触电极120a重叠。因此，第一电极110的末端和第二电极120的末端之间的距离变为零，并且发光元件的电阻减小，使得发光元件的驱动电压降低。
另一方面，在典型的发光元件中，由于第一电极、绝缘图案和第二电极的工艺余量(或裕度，margin)，第一电极的末端和第二电极的末端彼此间隔至少20μm或更多。
图2是典型发光元件的截面图，并且示出了包括连接槽的典型发光元件的一部分。
如图2所示，在典型的发光元件中，第一电极10a电连接到发光结构15上部处的第一半导体层15a，第二电极12a电连接到连接槽内部的第二半导体层15b。此外，绝缘图案11可以设置在连接槽的侧表面上，以使第二电极12a与第一半导体层15a绝缘。
然而，在典型的发光元件中，形成绝缘图案11以露出连接槽15h一部分底表面的工艺、在第二半导体层15b的上表面上形成连接槽15h内的绝缘图案11所露出的第二电极12a的工艺、以及在第一半导体层15a上形成第一电极10a的工艺应该分别具有足够的余量。因此，典型的发光元件被形成为，由于第一电极10a的末端与连接槽15h的边缘之间的距离A以及第二电极12a的末端与连接槽15h底表面的边缘之间的距离B，因而导致第一电极10a的末端与第二电极12a的末端之间的距离至少为20μm或更大。
图3a是示出了根据第一电极和第二电极之间的距离的驱动电压的图，图3b是示出了根据第一电极和第二电极之间的距离的光输出的图。图3a和图3b是示出了使用发射蓝光的发光元件的晶片#1和晶片#2的结果的图。
具体来说，如图3a所示，随着第一电极的末端与第二电极的末端之间的距离的减小，发光元件的驱动电压降低，而随着距离的增加，其驱动电压升高。
另外，如图3b所示，如上所述，随着第一电极的末端和第二电极的末端之间的距离D的增加，发光元件的电阻增加。即，随着距离变宽，电流特性恶化，使得发光元件的光输出降低。此外，当第一和第二半导体层各自由具有高电阻的材料制成时，随着第一和第二电极之间的距离变宽，驱动电压显著增加。
然而，在根据本公开实施例的发光元件中，当第一电极图案110a的末端和接触电极120a的末端彼此重叠时，第一电极图案110a的末端和接触电极120a的末端之间的距离变为零。因此，与典型的发光元件相比，可以降低驱动电压，从而可以改善光输出。
在下文中，将参照附图详细描述根据本公开另一实施例的发光元件。
图4a是根据本公开另一实施例的发光元件的截面图，图4b是图4a中的区域B的放大图。根据本公开另一实施例的发光元件仅在第一电极、第二电极和绝缘图案的结构上不同于图1a和图1b中所示的本公开实施例。
如图4a和图4b所示，根据本公开另一实施例的发光元件配置为仅在连接槽205h内形成接触电极220a，并且第一电极图案210a在连接槽205h内延伸，使得通过在第一电极图案210a和接触电极220a之间插入绝缘图案215而使得第一电极图案210a和接触电极220a在连接槽205h内重叠。
具体而言，充当反射层的第一电极210的第一电极图案210a设置在发光结构205下方以与第一半导体层205a接触。此时，第一电极图案210a的末端延伸到连接槽205h的内部，使得第一电极图案210a与有源层205c之间的重叠区域扩大。因此，改善了反射效率，从而改善了光输出。尽管在附图中示出了第一电极图案210a的末端延伸到连接槽205h的底表面，但是第一电极图案210a的末端也可以仅延伸到连接槽205h的侧表面
设置在第一电极图案210a下方以包围第一电极图案210a的第二电极图案210b可以由具有优良导电性的材料形成，以允许从外部注入的电流水平均匀地流动。尽管第二电极图案210b在附图中示出为未形成在连接槽205h的内部，但是与第一电极图案210a一样，第二电极图案210b也可以形成在连接槽205h的内部。
第二电极220包括与连接槽205h内的第二半导体层205b接触的接触电极220a和配置为连接接触电极220a的接合电极220b。接触电极220a延伸到连接槽205h的边缘，并且仅形成在连接槽205h内，以便包围连接槽205h的底表面和侧表面。此外，接合电极220b电连接到接触电极220a并且整体形成在第二电极220的下表面上。
绝缘图案215设置在第一电极210与第二电极220之间，并且将第一电极210与第二电极220电绝缘。绝缘图案215可以包括第一绝缘图案215a、第二绝缘图案215b和第三绝缘图案215c。
第一绝缘图案215a设置在发光结构205与连接槽205h侧表面上的接触电极220a之间。因此，接触电极220a和有源层205c以及接触电极220a和第一半导体层205a可以通过第一绝缘图案215a彼此绝缘。此外，第二绝缘图案215b设置在第一电极图案210a和接触电极220a之间。因此，通过在接触电极220a和第一电极图案210a之间插入第二绝缘图案215b，接触电极220a和第一电极图案210a可以在连接槽205h内重叠。
第三绝缘图案215c设置在发光结构205下方的接合电极220b和第一电极210之间。因此，第二绝缘图案215b和第三绝缘图案215c露出了连接槽205h内的接触电极220a，使得接触电极220a和接合电极220b可以在连接槽205h内彼此电连接。
根据本公开另一实施例的发光元件配置为：通过在第一电极图案210a和接触电极220a之间插入绝缘图案215b，与第一半导体层205a接触的第一电极210的第一电极图案210a和与第二半导体层205b接触的第二电极220的接触电极220a在连接槽205h内彼此重叠。因此，第一电极210的末端和第二电极220的末端之间的距离变为零，并且发光元件的电阻减小，使得发光元件的驱动电压降低。
在下文中，将参考附图详细描述根据本公开实施例的发光元件的制造方法。
图5a至图5i是示出了根据本公开实施例的发光元件的制造方法的过程的截面图。
如图5a所示，发光结构105形成在基座衬底190上。当支撑衬底(将在下文中进行描述)被切割时，发光结构105可以被分成多个结构。基座衬底190可以由从蓝宝石(Al2O3)、SiC、GaAs、GaN、ZnO、Si、GaP、InP，Ge等中选出的材料来形成，但是不限于此。具体而言，当形成支撑衬底125(将在下文中进行描述)时，将基座衬底190与发光结构105分离，并且可以在基座衬底190与发光结构105之间形成分离层195以促进基座衬底190的分离。
具体而言，可以使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、分子束外延(MBE)、氢化物气相外延(HVPE)、溅射等在基座衬底190上形成发光结构105，但是本公开不限于此。发光结构105具有依序堆叠第二半导体层105b、有源层105c和第一半导体层105a的结构。
如图5b所示，在发光结构105上依序形成第一电极图案110a和第一绝缘图案115a，并且将第一电极图案110a、第一绝缘图案115a和发光结构105从将要形成连接槽105h的区域中移除，以便形成连接槽105h，从而露出第二半导体层105b的一部分。因此，第一电极图案110a的末端和第二绝缘图案115b的末端在连接槽105h的边缘处彼此重合。
尽管在附图中示出了两个连接槽105h，但是连接槽105h的数量不限于此。连接槽105h包括露出第二半导体层105b的底表面和露出第一半导体层105a、有源层105c和第二半导体层105b的侧表面。具体而言，连接槽105h的底表面和侧表面之间的倾斜角度θ可以在60°至90°的范围内，以防止从连接槽105h的侧面去除绝缘材料层(将在下文中进行描述)。
第一电极图案110a充当配置为改善从有源层105c发射的光的反射率的反射层。此外，设置第一绝缘图案115a以使第一电极图案110a与接触电极120a(将在下文进行描述)绝缘。
如图5c所示，第二绝缘图案115b仅形成在连接槽105h的侧表面上。可以通过完全在发光结构105的上表面上形成绝缘材料层以覆盖连接槽105h并通过干法蚀刻去除绝缘材料层来形成第二绝缘图案115b。具体而言，当在垂直于发光结构105的上表面的方向上蚀刻绝缘材料层时，从第一绝缘图案115a的上表面和连接槽105h的底表面去除绝缘材料层，因此绝缘材料层仅留在连接槽105h的侧表面上，以便可以形成第二绝缘图案115b。
当去除绝缘材料层时，在连接槽105h的底表面和侧表面之间的倾斜角θ小于60°的情况下，连接槽105h侧表面上的绝缘材料层也可能被去除。因此，如上所述，连接槽105h的底表面和侧表面之间的倾斜角θ可以在60°到90°的范围内。
如图5d所示，接触电极120a形成为连接到在连接槽105h的底表面处露出的第二半导体层105b。此时，通过在第一电极图案110a与接触电极120a之间插入第一绝缘图案115a，接触电极120a具有延伸到第一绝缘图案115a的上表面以与第一电极图案110a重叠的结构。
接下来，如图5e所示，第二电极图案110b形成在第一电极图案110a上。具体而言，在形成第二电极图案110b之前，去除将要形成第二电极图案110b的区域的第一绝缘图案115a。而且，还可以从将要形成电极焊盘(将在下文进行描述)以露出第一半导体层105a的区域中去除第一电极图案110a，从而允许电极焊盘直接接触第二电极图案110b。此时，可以通过光刻工艺来执行第一绝缘图案115a和第一电极图案110a的去除，但是不限于此。
此外，第二电极图案110b完全形成在第一半导体层105a的表面上以覆盖去除了第一绝缘图案115a和第一电极图案110a的区域。第二电极图案110b可以由具有优良导电性的材料形成，以允许从外部注入的电流水平均匀地流动。具体而言，尽管在附图中第二电极图案110b示出为单层，但是第二电极图案110b可以由单层或TCO膜与不透明金属混合的多层形成，但是第二电极图案110b不限于此。第一电极图案110a和第二电极图案110b分别电连接到第一半导体层105a以充当第一电极110。
如图5f所示，第三绝缘图案115c完全形成在发光结构105的上表面上以覆盖接触电极120a和第二电极图案110b，并且被选择性地去除以露出连接槽105h底表面处的部分接触电极120a。因此，在连接槽105h内部分露出接触电极120a。
接下来，如图5g所示，接合电极120b形成为与露出的接触电极120a电连接。接合电极120b连接多个接触电极120a。尽管在附图中将接合电极120b示出为单层，但是接合电极120b可以形成有单层或TCO膜和不透明金属混合的多层，但是不限于此。接触电极120a和接合电极120b分别与第二半导体层105b电连接以充当第二电极120。此外，第三绝缘图案115c使接合电极120b与第二电极120绝缘。
此外，如图5h所示，支撑衬底125形成为与接合电极120b电连接。支撑衬底125可以通过接合、电镀或沉积来形成。此外，附着到发光结构105的基座衬底190被去除。可以使用激光剥离从发光结构105去除基座衬底190。激光剥离可以通过使用受激准分子激光器照射基座衬底190来执行。通过激光将热能集中在基座衬底190和发光结构105之间的交界处，使得基座衬底190与分离层195分离。在分离基座衬底190之后，剩余的分离层195可以通过额外的蚀刻工艺去除。
此外，还可以在发光结构105上执行隔离蚀刻(isolation etching)。隔离蚀刻可以通过诸如电感耦合等离子体(ICP)之类的干法蚀刻来执行。第二电极图案110b的一部分可以通过隔离蚀刻而向外部开口。此外，电极焊盘130形成在露出的第二电极图案110b上。电极焊盘130电连接到第一电极110。
随后，如图5i所示，粗糙图案可以形成在第二半导体层105b的上表面上，并且还可以形成保护层135来包围发光结构105。
下文中，将描述根据本公开另一实施例的发光元件的制造方法。
图6a至图6i是示出了根据本公开另一实施例的发光元件的制造方法的过程的截面图。
如图6a所示，发光结构205形成于基座衬底290上，并且选择性地移除发光结构205以形成露出部分第二半导体层205b的连接槽205h。用于形成发光结构205的方法与图5a中描述的方法相同。尽管在附图中示出了两个连接槽205h，但是连接槽205h的数量不限于此。具体地，连接槽205h的底表面和侧表面之间的倾斜角θ可以在60°到90°的范围内，以防止从连接槽205h的侧表面去除绝缘材料层(将在下文进行描述)。
随后，如图6b所示，第一绝缘图案215a仅形成在连接槽205h的侧表面上。具体地，绝缘材料层完全形成在发光结构205的上表面上以覆盖连接槽205h，并且通过干法蚀刻在与发光结构205的上表面垂直的方向上蚀刻绝缘材料层，使得仅可以选择性地去除设置在第一半导体层205a的上表面和连接凹槽205h的底表面上的绝缘材料层。因此，仅在连接槽205h的侧表面上保留绝缘材料层，从而形成第一绝缘图案215a。
如图6c所示，接触电极220a形成在连接槽205h的底表面处所露出的第二半导体层105b上。接触电极220a包围连接槽205h的底表面和侧表面，并且仅形成在连接槽205h内。即，接触电极220a与连接槽205h的底表面处露出的第二半导体层205b直接接触，并且在连接槽205h的边缘处露出第一绝缘图案215a的一部分。这是为了防止第二电极(将在下文中进行描述)与连接槽205h边缘处的接触电极220a之间进行连接。
如图6d所示，形成第二绝缘图案215b以覆盖接触电极220a。第二绝缘图案215b与由接触电极220a露出的第一绝缘图案215a接触。即，接触电极220a的末端具有被第一绝缘图案215a和第二绝缘图案215b包围的结构。
如图6e所示，第一电极图案210a形成为露出连接槽205h底表面处露出第二绝缘图案215b的一部分，并且第二电极图案210b形成在第一电极图案210a上。第一电极图案210a和第二电极图案210b分别电连接到第一半导体层205a以充当第一电极210。
具体而言，第一电极图案210a的末端具有延伸到连接槽205h的内部的结构。尽管在附图中示出了第一电极图案210a的末端延伸到连接槽205h的底表面，但是第一电极图案210a的末端可以仅延伸到连接槽205h的侧表面。此外，尽管第二电极图案210b示出为没有形成在连接槽205h内，但是与第一电极图案210a一样，第二电极图案210b的末端也可以延伸到连接槽205h内。
另外，如图6f所示，第三绝缘图案215c完全形成在发光结构205的表面上以覆盖第二绝缘图案215b和第一电极210，并且第二绝缘图案215b和第三绝缘图案215c分别被选择性地去除以露出连接槽205h底表面处的接触电极220a的一部分。因此，在连接槽205h内部分露出了接触电极220a。
接下来，如图6g所示，接合电极220b形成为与露出的接触电极220a电连接。接合电极220b连接多个接触电极220a。接合电极220b可以电连接到接触电极220a，并且可以完全形成在第一电极210的上表面上。接触电极220a和接合电极220b分别电连接到第二半导体层205b，以充当第二电极220。
另外，如图6h所示，在接合电极220b上形成支撑衬底225。支撑衬底225可以通过接合、电镀或沉积来形成。此外，附着于发光结构205的基座衬底290被去除。可以使用激光剥离将基座衬底290从发光结构205去除。激光剥离可以通过使用受激准分子激光器照射基座衬底290来执行。通过激光将热能集中在基座衬底290和发光结构205之间的交界处，使得基座衬底290与分离层295分离。在分离基座衬底290之后，剩余的分离层295可以通过额外的蚀刻工艺去除。
此外，还可以在发光结构205上执行隔离蚀刻。隔离蚀刻可以通过诸如电感耦合等离子体(ICP)之类的干法蚀刻来执行。第二电极图案210b的一部分可以通过隔离蚀刻而向外部开口。此外，电极焊盘230形成在露出的第二电极图案210b上。电极焊盘230电连接到第一电极210。
随后，如图6i所示，粗糙图案可以形成在第二半导体层205b的上表面上，并且可以形成保护层235来包围发光结构205。
如上所述，在根据本公开实施例的发光元件中，充当反射层的第一电极图案110a和210a与有源层105c和205c之间的重叠区域扩大，因此改善了反射效率，从而改善了光输出。而且，分别与第二半导体层105b和205b直接接触的接触电极120a和220a与第二半导体层105b和205b之间的接触面积扩大，使得驱动电压降低。
此外，通过在第一电极图案110a和210a与接触电极120a和220a之间插入绝缘图案115和215，第一电极图案110a和210a以及接触电极120a和220a重叠，因此，第一电极110和210的末端与第二电极120和220的末端之间的距离变为零，使得发光元件的电阻减小并且其驱动电压也降低。此外，当将根据本公开实施例的发光元件应用于半导体层具有高电阻的UV-B和UV-C结构时，可以进一步预期降低驱动电压并提高光效率的效果。
图7是包括根据本公开实施例的发光元件的发光元件封装的截面图。
如图7所示，根据本公开实施例的发光元件封装包括：主体15；发光元件100，形成在主体15上；第一引线框20a和第二引线框20b，连接到发光元件100；以及成型部30，包围发光元件100。
主体15可以由有机硅材料、合成树脂材料或金属材料形成，但不限于此。当主体15由诸如金属之类的导电材料制成时，可以在主体15的表面上进一步形成绝缘材料，以防止第一引线框20a和第二引线框20b之间的电连接。
发光元件100可以安装在主体15、第一引线框20a或第二引线框20b上。在附图中，发光元件100示出为直接连接到第一引线框20a，并且示为通过导线25连接到第二引线框20b。在根据本公开实施例的发光元件100中，第一引线框20a和支撑衬底300可以电连接，并且电极焊盘400可以电连接到第二引线框20b。此外，成型部30覆盖发光元件100。尽管未在附图中示出，但是成型部30可以配置为还包括荧光物质。
根据实施例的发光元件封装可以配置为还包括诸如导光板、棱镜片、扩散片之类的光学构件，因此发光元件封装可以用作背光单元。此外，根据实施例的发光元件还可以应用于显示装置、照明装置和指向装置。
就此而言，显示装置可以包括底盖、反射器、发光模块、导光板、光学片、显示面板、图像信号输出电路以及滤色器。底盖、反射器、发光模块、导光板和光学片可以构成背光单元。
反射器设置在底盖上，发光模块发射光。导光板设置在反射器的前方，以将从发光模块射出的光引导到前方，光学片包含棱镜片等，并且设置在导光板的前方。显示面板设置在光学片的前方，图像信号输出电路向显示面板提供图像信号，滤色器设置在显示面板的前方。
此外，照明装置可以包括：光源模块，该光源模块包括衬底和根据实施例的发光元件；散热部，配置为散发光源模块的热量；以及供电器，配置为处理或转换从外部提供的电信号，以便向光源模块提供电信号。此外，照明装置可以包括灯、头灯、路灯等。
应理解的是，本公开实施例不限于上述实施例和附图，在不脱离本文所述实施例的技术精神的情况下，本领域技术人员可以设计出各种改变、替换和变更。

Claims (18)

1.一种发光元件，包括：
支撑衬底；
发光结构，设置在所述支撑衬底上，并且包括第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层；
多个连接槽，穿透所述第一导电半导体层、所述有源层和所述第二导电半导体层的一部分，并且包括露出所述第二导电半导体层的顶表面以及露出所述第一导电半导体层、所述有源层和所述第二导电半导体层的一部分的侧表面；
第一电极，设置在所述发光结构的底表面处以与所述第一导电半导体层接触，并且包括第一电极图案和第二电极图案，所述第一电极图案具有延伸到所述多个连接槽中每一个连接槽的边缘的末端，所述第二电极图案设置在所述第一电极图案的下部分处；
第二电极，包括接触电极和接合电极，所述接触电极布置在所述多个连接槽中以接触所述第二导电半导体层，所述接合电极连接到所述接触电极；以及
绝缘图案，设置在所述第一电极和所述第二电极之间，
其中所述支撑衬底电连接到所述第二电极，以及
其中所述接触电极从所述多个连接槽延伸至所述发光结构的所述底表面。
2.根据权利要求1所述的发光元件，其中，所述绝缘图案包括：
第一绝缘图案，设置在所述接触电极和所述第一电极图案之间；
第二绝缘图案，设置在所述接触电极和所述多个连接槽中每一个连接槽侧表面处的第一电极图案之间；以及
第三绝缘图案，设置在所述接合电极和所述发光结构上的第二电极图案之间。
3.根据权利要求2所述的发光元件，其中所述接触电极和所述第一电极图案在所述发光结构的垂直方向上重叠。
4.根据权利要求2所述的发光元件，其中，所述第一电极图案和所述第一绝缘图案中的每一个均与所述多个连接槽中每一个连接槽边缘处的第二绝缘图案接触。
5.根据权利要求2所述的发光元件，其中，所述第二绝缘图案使所述接触电极与所述第一电极图案绝缘，使所述接触电极与所述有源层绝缘，使所述接触电极与所述第一导电半导体层绝缘。
6.根据权利要求2所述的发光元件，其中，所述第三绝缘图案露出了所述多个连接槽中每一个连接槽内的接触电极，使得所述接触电极和所述接合电极在所述连接槽内电连接。
7.根据权利要求2所述的发光元件，其中，所述第三绝缘图案露出了所述多个连接槽中每一个连接槽内的接触电极，并且完全设置在所述第一电极的下表面上。
8.根据权利要求1所述的发光元件，其中，所述多个连接槽中每一个连接槽的侧表面和底表面之间的倾斜角在60°至90°的范围内。
9.根据权利要求1所述的发光元件，其中所述第一电极图案是反射层，所述反射层配置为将在所述有源层中生成的光反射到所述第二导电半导体层。
10.一种发光元件，包括：
支撑衬底；
发光结构，设置在所述支撑衬底上，并且包括第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层；
多个连接槽，穿透所述第一导电半导体层、所述有源层和所述第二导电半导体层的一部分，并且包括露出所述第二导电半导体层的顶表面以及露出所述第一导电半导体层、所述有源层和所述第二导电半导体层的一部分的侧表面；
第一电极，设置在所述发光结构的底表面处以与所述第一导电半导体层接触，并且包括第一电极图案和第二电极图案，所述第一电极图案具有延伸到所述多个连接槽中每一个连接槽的边缘的末端，所述第二电极图案设置在所述第一电极图案的下部分处；
第二电极，包括接触电极和接合电极，所述接触电极布置在所述多个连接槽中以接触所述第二导电半导体层，所述接合电极连接到所述接触电极；以及
绝缘图案，设置在所述第一电极和所述第二电极之间，
其中所述支撑衬底电连接到所述第二电极，以及
其中所述第一电极图案从所述发光结构的所述底表面延伸至所述多个连接槽。
11.根据权利要求10所述的发光元件，其中，通过在所述第一电极图案和所述接触电极之间插入所述绝缘图案，所述第一电极图案和所述接触电极在所述多个连接槽中每一个连接槽内重叠。
12.根据权利要求10所述的发光元件，其中，所述绝缘图案包括：
第一绝缘图案，设置在所述发光结构和所述多个连接槽中每一个连接槽侧表面上的接触电极之间；
第二绝缘图案，设置在所述第一电极图案和所述接触电极之间；以及
第三绝缘图案，设置在所述接合电极和所述发光结构上的第一电极之间。
13.根据权利要求12所述的发光元件，其中，所述第一绝缘图案使所述接触电极与所述有源层绝缘，并且使所述接触电极与所述第一导电半导体层绝缘。
14.根据权利要求12所述的发光元件，其中，所述接触电极的末端在所述多个连接槽中每一个连接槽的边缘处被所述第一绝缘图案和所述第二绝缘图案包围。
15.根据权利要求12所述的发光元件，其中，所述第二绝缘图案和所述第三绝缘图案露出所述多个连接槽中每一个连接槽顶表面上的接触电极，使得所述接触电极和所述接合电极在所述连接槽内电连接。
16.根据权利要求12所述的发光元件，其中，所述第三绝缘图案露出所述多个连接槽中每一个连接槽内的接触电极，并且完全设置在所述第一电极的下表面上。
17.根据权利要求10所述的发光元件，其中，所述多个连接槽中每一个连接槽的侧表面和底表面之间的倾斜角在60°至90°的范围内。
18.根据权利要求10所述的发光元件，其中，所述第一电极图案是反射层，所述反射层配置为将在有源层中生成的光反射到所述第二导电半导体层。
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