CN108807633A

CN108807633A - 发光元件

Info

Publication number: CN108807633A
Application number: CN201810895552.1A
Authority: CN
Inventors: 陈宏哲; 沈建赋; 陈昭兴; 杨於铮; 王佳琨; 林植南
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2013-01-22
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2018-11-13
Anticipated expiration: 2033-01-22
Also published as: CN103943748B; CN108807633B; CN103943748A

Abstract

本发明提供一种发光元件结构，包含：一半导体叠层，包含一凹槽及一平台，其中此凹槽具有一底部，此平台具有一上表面；一第一隔绝层位于此凹槽内及此平台上表面的部分区域；第一电极包含一第一层和一第二层，其中：第一层包含一第一导电材料，位于此平台上表面的部分区域上；及第二层包含一第二导电材料，位于第一层之上。

Description

发光元件

本申请是中国发明专利申请(申请号：201310022242.6，申请日：2013年01月22日，发明名称：发光元件)的分案申请。

技术领域

本发明关于一种发光元件，特别是关于一种电极具有第一层与第二层的发光元件。

背景技术

发光二极管是半导体元件中一种被广泛使用的光源。相较于传统的白炽灯泡或荧光灯管，发光二极管具有省电及使用寿命较长的特性，因此逐渐取代传统光源而应用于各种领域，如交通号志、背光模块、路灯照明、医疗设备等产业。

随着发光二极管光源的应用与发展对于亮度的需求越来越高，如何增加其发光效率以提高其亮度，便成为产业界所共同努力的重要方向。

图9描述了现有的LED封装体30：包括封装结构31、由封装结构31封装的半导体LED晶片32，其中半导体LED晶片32具有一p-n接面33，封装结构31通常是热固性材料，例如环氧树脂(epoxy)，或者热塑胶材料。半导体LED晶片32通过一焊线(wire)34与两导电支架35、36连接。因为环氧树脂(epoxy)在高温中会有劣化(degrading)现象，因此只能在低温环境运作。此外，环氧树脂(epoxy)具很高的热阻(thermal resistance)，使得图9的结构只提供了半导体LED晶片32高阻值的热散逸途径，而限制了LED封装体30的低功耗应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种发光元件，可在高温环境运作，且适于低功耗应用。

本发明提供一发光元件，包含：一半导体叠层，包含一凹槽及一平台，其中凹槽具有一底部，平台具有一上表面；一第一隔绝层位于凹槽内及平台上表面的部分区域；第一电极包含一第一层和一第二层，其中：第一层包含一第一导电材料，位于平台上表面的部分区域上；及第二层包含一第二导电材料，位于第一层之上。

本发明提供一发光元件，其中形成第一电极第一层的第一导电材料和形成第一电极第二层的第二导电材料不同；第一电极第一层对此发光元件产生光线的反射率大于第一电极第二层对此光线的反射率，且第二层对此光线的反射率大于60％。

在本发明的发光元件中，发光元件包括半导体叠层、第一隔绝层及第一电极，其中，第一电极包含第一层和第二层，发光元件的性能不受限于现有的LED封装体的封装结构，可在高温环境运作，且适于低功耗应用。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举优选实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1A-图8是本发明第一实施例的发光元件的上视图及剖视图；

图9是现有的发光元件LED封装体结构图；

图10是本发明另一实施例的灯泡分解图。

具体实施方式

为了使本发明的叙述更加详尽与完备，请参照下列描述并配合图1A-图8及图10的图式。依据本发明第一实施例的发光元件的上视图图1A所示：一发光元件包含一基板(图未示)及一半导体叠层；其中半导体叠层包含：一第一导电型半导体层11，及在第一导电型半导体层11之上形成一活性层(图未示)与一第二导电型半导体层12。蚀刻部分第二导电型半导体层12和活性层以裸露出第一导电型半导体层11。图1B为沿AA’横截面线(crosssection line)切割的剖视图，包含一凹槽及一平台，其中凹槽具有一底部；平台具有一上表面。在本实施例中，平台上表面为第二导电型半导体层12的一表面：凹槽底部裸露出第一导电型半导体层11，且凹槽穿过活性层21。且当发光元件形成后，利用一电压驱动此发光元件，使第一导电型半导体层11提供电子，第二导电型半导体层12提供空穴，电子与空穴于活性层21结合后发出一光线。如图2A、图2B所示，在凹槽底部第一导电型半导体层11之上形成一第二电极13，且此第二电极13与第一导电型半导体层11电连接。

如图3A所示，因沿AA’横截面线及BB’横截面线切割的剖面区域其后续结构及制程不同，故分别叙述如下。首先，沿AA’横截面线切割的剖面区域，如图3B所示，形成一第一隔绝层14位于凹槽内及平台上表面的部分区域，且包覆第二电极13。

再形成一第一电极第一层15于平台上表面的部分区域上，且和第一隔绝层14彼此分离没有重叠，如图4A、图4B所示。在本实施例中，第一电极第一层15包含一第一导电材料，可例如为金属；其中第一导电材料包含至少一材料选自于银、铂及金所组成的群组，第一电极第一层15厚度为500至5000埃。再形成一第一电极第二层16于第一层15之上，其中第一电极第二层16覆盖第一层15与至少部分第一隔绝层14；如图5A、图5B所示。在本实施例中，第一电极第二层16包含一第二导电材料，可例如为金属；其中第二导电材料包含至少一材料选自于镍、铝、铜、铬及钛所组成的群组。第一电极第二层16厚度为2000埃至1.5μm。在另一实施例中，形成第一层15的第一导电材料和形成第二层16的第二导电材料不同；第一层15对此发光元件所产生光线的反射率大于第二层16对此光线的反射率。第二层16对此光线的反射率较佳大于60％。

如图6A、图6B所示，在第一电极第二层16之上形成一第二隔绝层17；第二隔绝层17的间隔区域露出第一电极第二层16的上表面。其中第二隔绝层17区域与第一隔绝层14区域大致上对应。在本实施例中，在发光元件边缘的第二隔绝层17可与第一隔绝层14直接接触。组成第一隔绝层14的材料与组成第二隔绝层17的材料可相同或不同，二者的组成材料可为氧化硅，氮化硅，氧化铝，氧化锆或氧化钛。如图7A、图7B所示，再于第二隔绝层17之上及第二隔绝层17的间隔区域形成一第一电极垫18；此第一电极垫18与第一电极第一层15和第二层16电连接。

其次，图3C所示为沿图3A的BB’横截面线切割的剖面区域，形成一第一隔绝层14位于凹槽内及平台上表面的部分区域。在本实施例中第二电极13部分上表面没有被第一隔绝层14覆盖的区域形成一通道20。再形成一第一电极第一层15于平台上表面的部分区域上，且和第一隔绝层14彼此分离没有重叠，如图4A、图4C所示。在本实施例中，第一电极第一层15包含一第一导电材料，可例如为金属；其中第一导电材料包含至少一材料选自于银、铂及金所组成的群组。第一电极第一层15厚度为500至5000埃。再形成一第一电极第二层16于第一层15之上，其中第一电极第二层16覆盖第一层15与至少部分第一隔绝层14，如图5A、图5C所示。在本实施例中，第一电极第一层15及第一电极第二层16包覆凹槽。第一电极第二层16包含一第二导电材料，可例如为金属；其中第二导电材料包含至少一材料选自于镍、铝、铜、铬及钛所组成的群组。第一电极第二层16厚度为2000埃至1.5μm。在另一实施例中，形成第一层15的第一导电材料和形成第二层16的第二导电材料不同；第一层15对此发光元件所产生光线的反射率大于第二层16对此光线的反射率。第二层16对此光线的反射率较佳地大于60％。

如图6A、图6C所示，在第一电极第二层16之上及多个第一隔绝层14之上形成一第二隔绝层17。其中第二隔绝层17部份区域与第一隔绝层14直接接触。组成第一隔绝层14的材料与组成第二隔绝层17的材料可相同或不同，二者的组成材料可为氧化硅，氮化硅，氧化铝，氧化锆或氧化钛。如图7A、图7C所示，再于第二隔绝层17之上及通道20的区域形成一第二电极垫19；且此第二电极垫19与第二电极13电连接。图8为形成的发光元件10上视图。

图10是本发明另一实施例的灯泡分解图。灯泡40包含一灯罩41，一透镜42，一发光模块44，一灯座45，一散热鳍片46，一结合部47及一电性接头48。其中发光模块44更包含一载板43及多个上述实施例的发光元件10位于此载板43之上。

上述第二电极13、第一电极垫18、及第二电极垫19的材料可选自：铬(Cr)、钛(Ti)、镍(Ni)、铂(Pt)、铜(Cu)、金(Au)、铝(Al)、钨(W)、锡(Sn)、或银(Ag)等金属材金。基板(图未示)为一成长及/或承载基础。候选材料包含透光基板；其中透光基板材料可为蓝宝石(Sapphire)、铝酸锂(LiAlO₂)、氧化锌(ZnO)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、玻璃、钻石、CVD钻石、类钻碳(Diamond-Like Carbon；DLC)、尖晶石(spinel,MgAl₂O₄)、氧化硅(SiO_X)及镓酸锂(LiGaO₂)。

上述第一导电型半导体层11及第二导电型半导体层12是彼此中至少二个部分的电性、极性或掺杂物相异、或者是分别用以提供电子与空穴的半导体材料单层或多层(「多层」是指二层或二层以上，以下同。)，其电性选择可以为p型、n型、及i型中至少任意二者的组合。活性层21是位于第一导电型半导体层11及第二导电型半导体层12之间，为电能与光能可能发生转换或被诱发转换的区域。电能转变或诱发光能者如发光二极管、液晶显示器、有机发光二极管；光能转变或诱发电能者例如为太阳能电池、光电二极管。上述第一导电型半导体层11、活性层21及第二导电型半导体层12其材料包含一种或一种以上的元素选自镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)以及硅(Si)所构成群组。

依据本发明的另一实施例的发光元件是一发光二极管，其发光频谱可以通过改变半导体单层或多层的物理或化学要素进行调整。常用的材料例如为磷化铝镓铟(AlGaInP)系列、氮化铝镓铟(AlGaInN)系列、氧化锌(ZnO)系列等。活性层(未显示)的结构例如为：单异质结构(single heterostructure；SH)、双异质结构(double heterostructure；DH)、双侧双异质结构(double-side double heterostructure；DDH)、或多层量子阱(multi-quantum well；MQW)。再者，调整量子阱的对数也可以改变发光波长。

在本发明的一实施例中，第一导电型半导体层11与基板(图未示)间尚可选择性地包含一缓冲层(buffer layer，图未示)。此缓冲层是介于二种材料系统之间，使基板的材料系统“过渡”至半导体系统的材料系统。对发光二极管的结构而言，一方面，缓冲层是用以降低二种材料间晶格不匹配的材料层。另一方面，缓冲层也可以是用以结合二种材料或二个分离结构的单层、多层或结构，其可选用的材料例如为：有机材料、无机材料、金属、及半导体等；其可选用的结构例如为：反射层、导热层、导电层、欧姆接触(ohmic contact)层、抗形变层、应力释放(stress release)层、应力调整(stress adjustment)层、接合(bonding)层、波长转换层、及机械固定构造等。在一实施例中，此缓冲层的材料可为AlN、GaN，且形成方法可为溅镀(Sputter)或原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)。

第二导电型半导体层12上更可选择性地形成一第二导电型接触层(图未示)。接触层是设置于第二导电型半导体层远离活性层21的一侧。具体而言，第二导电型接触层可以为光学层、电学层、或其二者的组合。光学层是可以改变来自于或进入活性层21的电磁辐射或光线。在此所称的「改变」是指改变电磁辐射或光的至少一种光学特性，前述特性是包含但不限于频率、波长、强度、通量、效率、色温、演色性(rendering index)、光场(lightfield)、及可视角(angle of view)。电学层是可以使得第二导电型接触层的任一组相对侧间的电压、电阻、电流、电容中至少其一的数值、密度、分布发生变化或有发生变化的趋势。第二导电型接触层的构成材料是包含氧化物、导电氧化物、透明氧化物、具有50％或以上穿透率的氧化物、金属、相对透光金属、具有50％或以上穿透率的金属、有机质、无机质、荧光物、磷光物、陶瓷、半导体、掺杂的半导体、及无掺杂的半导体中至少其一。在某些应用中，第二导电型接触层的材料为氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锑锡、氧化铟锌、氧化锌铝、与氧化锌锡中至少其一。若为相对透光金属，其厚度约为0.005μm～0.6μm。

以上所述，仅是本发明的优选实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种发光元件，其特征在于，包含：

半导体叠层，包含一第一导电型半导体层，一活性层，一第二导电型半导体层，一凹槽及一平台，其中该凹槽穿过该活性层，该凹槽具有一底部露出该第一导电型半导体层，该平台具有一上表面，该上表面为该第二导电型半导体层的一表面；

第一电极，包含一第一层和一第二层，其中该第一层包含一第一导电材料，位于该平台的该上表面上，且该第二层包含一第二导电材料，其中该第一电极的该第二层覆盖该第一电极的该第一层与该凹槽；

第二电极，位于该凹槽的该底部；

第一隔绝层，位于该凹槽，且位于该平台的该上表面的一部分上；

第一电极垫，位于该第一隔绝层上，并与该第一电极电连接；以及

第二电极垫，位于该第二电极上，并与该第二电极电连接。

2.一种发光元件，其特征在于，包含：

半导体叠层，包含一第一导电型半导体层，一活性层，一第二导电型半导体层，一凹槽及一平台，其中该凹槽穿过该活性层，该凹槽具有一底部露出该第一导电型半导体层，该凹槽环绕该第二导电型半导体层且位于该发光元件之一边缘，该平台具有一上表面，该上表面为该第二导电型半导体层的一表面；

第一电极，包含一第一层和一第二层，其中该第一层包含一第一导电材料，位于该平台的该上表面上，且该第二层包含一第二导电材料，其中该第一电极的该第二层覆盖该第一电极的该第一层；

第二电极，位于该凹槽的该底部，其中该第二电极包含多个彼此分离的条形电极；

第一隔绝层，位于该凹槽，且位于该平台的该上表面的一部分上，其中该第一隔绝层包含多个通道以分别裸露该第二电极之该多个条形电极；

第一电极垫，位于该第一隔绝层上，并接触该第一电极；以及

第二电极垫，位于该第一电极与该第二电极的该多个条形电极上，并通过该多个通道以分别接触该第二电极的该多个条形电极。

3.如权利要求1所述的发光元件，其中该第一隔绝层包含一通道以露出该第二电极，且该第一电极的该第二层覆盖该第一隔绝层。

4.如权利要求1或2所述的发光元件，还包含一第二导电型接触层位于该第二导电型半导体层上，其中该第二导电型接触层的材料为氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锑锡、氧化铟锌、氧化锌铝、与氧化锌锡中至少其一。

5.如权利要求1所述的发光元件，还包含一第二隔绝层位于该第一电极与该第一电极垫之间，其中该第二隔绝层包含多个间隔区域，该多个间隔区域之一露出该第一电极的该第二层，该多个间隔区域的该另一个位于该第一隔绝层的该通道上，该第二电极垫覆盖该第二隔绝层的该多个间隔区域的该另一个与该第一隔绝层的该通道，该第二隔绝层与该第一隔绝层于该发光元件的一边缘直接接触。

6.如权利要求1或2所述的发光元件，还包含一第二隔绝层位于该第一电极与该第一电极垫之间，其中该第二隔绝层包含一或多个间隔区域，其中该第一电极垫覆盖该多个间隔区域。

7.如权利要求6所述的发光元件，其特征在于，该第二隔绝层与该第一隔绝层于该发光元件的一边缘直接接触。

8.如权利要求1或2所述的发光元件，其特征在于，该第一导电材料包含至少一材料选自于银、铂及金所组成的群组，该第二导电材料包含至少一材料选自于镍、铝、铜、铬及钛所组成的群组。

9.如权利要求7所述的发光元件，还包含另一个凹槽位于该发光元件的该边缘，且该另一个凹槽露出该第一导电型半导体层。

10.如权利要求1或2所述的发光元件，其中位于该凹槽及第一电极垫下方的该第一隔绝层包覆该第二电极。