CN110120450A - 发光元件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种发光元件，其包含一半导体平台；一包含金属材料的第一反射结构位于半导体平台上，并包含一第一开口；以及一包含绝缘材料的第二反射结构位于第一反射结构上，第二反射结构包含一第二开口，其中第一反射结构的第一开口露出第二反射结构的第二开口。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光元件，且特别是涉及一种发光元件，其包含一半导体平台及一反射结构位于半导体平台上。
背景技术
发光二极管(Light-Emitting Diode,LED)为固态半导体发光元件，其优点为功耗低，产生的热能低，工作寿命长，防震，体积小，反应速度快和具有良好的光电特性，例如稳定的发光波长。因此发光二极管被广泛应用于家用电器，设备指示灯，及光电产品等。
发明内容
本发明公开一种发光元件，其包含一半导体平台；一包含金属材料的第一反射结构位于半导体平台上，并包含一第一开口；以及一包含绝缘材料的第二反射结构位于第一反射结构上，第二反射结构包含一第二开口，其中第一反射结构的第一开口露出第二反射结构的第二开口。
本发明公开一种发光元件，其包含一半导体平台；一包含金属材料的第一反射结构位于半导体平台上，并包含一第一开口；以及一包含绝缘材料的第二反射结构位于第一反射结构上，其中第一反射结构与半导体平台电性绝缘。
附图说明
图1为本发明一实施例中所揭示的一发光元件1的上视图；
图2为沿着图1的切线A-A’的剖视图；
图3为沿着图1的切线B-B’的剖视图；
图4为沿着图1的切线C-C’的剖视图；
图5为沿着图1的切线D-D’的剖视图；
图6为本发明一实施例中所揭示的发光元件1的部分上视图；
图7为沿着图6的切线E-E’的剖视图；
图8为本发明一实施例中所揭示的图1的X区域的剖视图；
图9为本发明一实施例的发光装置2的示意图；
图10为本发明一实施例的发光装置3的示意图。
符号说明
1 发光元件
10 基板
10d 切割道
10s 侧面
11 第一半导体层
12 第二半导体层
12S 表面
13 活性层
100 半导体叠层
100d 切割道
100e 环绕部
100t 半导体平台
100v 通孔
S1 外侧壁
S2 内侧壁
14 透明导电层
15 电流阻挡层
151 阻挡垫
152 阻挡延伸部
16a 第一接触电极
16b 第二接触电极
161b 第二接触垫
162b 第二接触延伸部
17 第一绝缘层
171 第一绝缘层第一开口
172 第一绝缘层第二开口
18 第一反射结构
180 第一开口
181 第一反射延伸部
182 第一反射环绕部
19 第二反射结构
191 第二反射结构第一开口
192 第二反射结构第二开口
20a 第一延伸电极
201a 第一接触部分
202a 第一延伸部分
20b 第二延伸电极
201b 第二接触部分
202b 第二延伸部分
200 顶针区
21 第二绝缘层
211 第二绝缘层第一开口
212 第二绝缘层第二开口
22a 第一电极垫
22b 第二电极垫
2 发光装置
51 基板
511 第一垫片
具体实施方式
为了使本发明的叙述更加详尽与完备，请参照下列实施例的描述并配合相关图示。以下所示的实施例用于例示本发明的发光元件，并非将本发明限定于以下的实施例。又，本说明书记载于实施例中的构成零件的尺寸、材质、形状、相对配置等在没有限定的记载下，本发明的范围并非限定于此，而仅是单纯的说明而已。且各图示所示构件的大小或位置关系等，会由于为了明确说明有加以夸大的情形。更且，在以下的描述中，为了适切省略详细说明，对于同一或同性质的构件用同一名称、符号显示。
图1为本发明一实施例中所揭示的一发光元件1的上视图。图2为沿着图1的切线A-A’的剖视图。图3为沿着图1的切线B-B’的剖视图。图4为沿着图1的切线C-C’的剖视图。图5为沿着图1的切线D-D’的剖视图。图6为本发明一实施例中所揭示的发光元件1的部分上视图。图7为沿着图6的切线E-E’的剖视图。图8为本发明一实施例中所揭示的图1的X区域的剖视图。
如图1及图6的上视图，及图2～图5、图7、图8的剖视图所示，发光元件1包含一半导体平台100t具有一半导体叠层100；一包含金属材料的第一反射结构18位于半导体平台100t上；以及一包含绝缘材料的第二反射结构19位于第一反射结构18上。如图5及图7所示，第一反射结构18包含一第一开口180，第二反射结构19包含一第二开口192，其位置相对于第一开口180的位置，第二反射结构19包覆第一开口180处的第一反射结构18，且第一开口180中露出第二开口192。换言之，第一开口180包含一宽度大于第二开口192的一宽度。
如图1的上视图所示，发光元件1可以具有矩形或正方形的外形，并如图2～图5的侧视图所示，发光元件1包含一基板10具有多个侧面10s位于发光元件1的一周围以构成矩形或正方形的外形。由上视图观之，发光元件1的尺寸例如可以是1000μm×1000μm或700μm×700μm的正方形形状或类似大小的矩形形状，但不特别限定于此。
如图2～图5所示，半导体叠层100包含一第一半导体层11，一第二半导体层12，以及一活性层13位于第一半导体层11及第二半导体层12之间。通过改变半导体叠层100中一层或多层的物理及化学组成以调整发光元件1发出光线的波长。半导体叠层100的材料包含Ⅲ-Ⅴ族半导体材料，例如AlxInyGa(1-x-y)N或AlxInyGa(1-x-y)P，其中0≤x，y≤1；(x+y)≤1。当半导体叠层100的材料为AlInGaP系列材料时，可发出波长介于610nm及650nm之间的红光，或波长介于530nm及570nm之间的绿光。当半导体叠层100的材料为InGaN系列材料时，可发出波长介于400nm及490nm之间的蓝光。当半导体叠层100的材料为AlGaN系列或AlInGaN系列材料时，可发出波长介于400nm及250nm之间的紫外光。
第一半导体层11和第二半导体层12可为包覆层(cladding layer)，两者具有不同的导电型态、电性、极性，或依掺杂的元素以提供电子或空穴，例如第一半导体层11为n型电性的半导体，第二半导体层12为p型电性的半导体。活性层13形成在第一半导体层11和第二半导体层12之间，电子与空穴于一电流驱动下在活性层13复合，将电能转换成光能，以发出一光线。活性层13可为单异质结构(single heterostructure,SH)，双异质结构(doubleheterostructure,DH)，双侧双异质结构(double-side double heterostructure,DDH)，或是多层量子阱结构(multi-quantum well,MQW)。活性层13的材料可为中性、p型或n型电性的半导体。第一半导体层11、第二半导体层12、或活性层13可为单层或包含多个子层的结构。
如图2～图5、图7、图8的剖视图所示，发光元件1包含一或多个半导体平台100t，其中一或多个半导体平台100t由半导体叠层100所构成。在发明的一实施例中，各个半导体平台100t通过移除部分的第二半导体层12及活性层13，以形成包含第一半导体层11、第二半导体层12及活性层13的结构。多个半导体平台100t可以彼此分离以露出基板10或通过第一半导体层11以彼此相连接。各个半导体平台100t包含一上表面及一下表面，活性层13包含一第一上表面及一第二下表面，其中半导体平台100t的上表面和活性层13的第一上表面之间包含一第一距离，半导体平台100t的下表面和活性层13的第二下表面之间包含一第二距离，且第二距离大于第一距离。
图8为本发明一实施例中所揭示的图1的X区域的剖视图。如图1及图8所示，发光元件1包含一环绕部100e以环绕一或多个半导体平台100t的周围，环绕部100e位于一或多个半导体平台100t的最外侧。环绕部100e通过移除发光元件1周围的第二半导体层12及活性层13而形成。环绕部100e的上视形状包含矩形或多边形环状，其中矩形或多边形的各角落可以圆弧化以避免电流局部集中于半导体平台100t的角落。
在发明的一例中，如图8所示，环绕部100e包含一第一环绕部1001e。第一环绕部1001e通过移除半导体平台100t周围的第二半导体层12及活性层13而形成，且包含第一半导体层11的一部分。换言之，第一环绕部1001e裸露出第一半导体层11的表面，且第一环绕部1001e不包含第二半导体层12及活性层13。于发明的另一例中，如图8所示，环绕部100e还包含一第二环绕部1002e位于第一环绕部1001e的周围。相较于第一环绕部1001e，第二环绕部1002e更靠近基板10的侧面10s。
如图8所示，第二环绕部1002e位于半导体平台100t的周围，第二环绕部1002e包含与半导体平台100t相同的结构。具体而言，第二环绕部1002e包含第一半导体层11、第二半导体层12及活性层13，第一环绕部1001e位于第二环绕部1002e及半导体平台100t之间。半导体平台100t藉第一环绕部1001e以与第二环绕部1002e相隔一距离，其中第一环绕部1001e裸露出第一半导体层11的表面。
在发明的另一例中(图未示)，环绕部100e包含多个第一环绕部1001e及多个第二环绕部1002e彼此交替排列以增加第二反射结构19与半导体叠层100之间的附着力，避免第二反射结构19自半导体叠层100的表面剥离。当环绕部100e包含多个第一环绕部1001e及多个第二环绕部1002e时，第一环绕部1001e可位于发光元件1的最外围或是第二环绕部1002e位于发光元件1的最外围。当第一环绕部1001e位于发光元件1的最外围时，第一环绕部1001e包含具有一第一外侧壁的第一半导体层11，所述第一外侧壁与基板10的侧面10s切齐或齐平，或是第一外侧壁位于基板10的侧面10s的内侧，第一外侧壁与基板10的侧面10s相隔一距离以露出基板10的上表面。当第二环绕部1002e位于发光元件1的最外围时，第二环绕部1002e包含具有一第二外侧壁的半导体叠层100，所述第二外侧壁与基板10的侧面10s切齐或齐平，或是第二外侧壁位于基板10的侧面10s的内侧，第二外侧壁与基板10的侧面10s相隔一距离以露出基板10的上表面。
发光元件1可包含一或多个通孔100v为第二半导体层12及/或活性层13所环绕。通孔100v通过移除第二半导体层12及活性层13，以露出第一半导体层11的表面。通孔100v位于半导体平台100t中，且为第二半导体层12及活性层13所环绕。通孔100v的上视形状包含圆形、椭圆形、矩形、多边形、或是任意形状。多个通孔100v可排列成多列，任相邻两列或每相邻两列上的通孔100v可彼此对齐或是错开。通孔100v的数目并不特别限定。如图1的上视图所示，多个通孔100v可以按照固定间隔呈固定图案的方式配置，使电流可沿水平方向均匀地分散。
在半导体叠层100的一侧可以配置一基板10。基板10可以为一成长基板，包括用以外延成长磷化铝镓铟(AlGaInP)的砷化镓(GaAs)晶片，或用以成长氮化铟镓(InGaN)的蓝宝石(Al2O3)晶片、氮化镓(GaN)晶片或碳化硅(SiC)晶片。在另一实施例中，基板10可以为一支撑基板，原先用以外延成长半导体叠层100的成长基板可以依据应用的需要而选择性地移除，再将半导体叠层100移转至于前述的支撑基板。
在一实施例中，当半导体叠层100自成长基板被移转至支撑基板时，各个半导体平台100t包含一上表面及一下表面，活性层13包含一第一上表面及一第二下表面，其中半导体平台100t的上表面及活性层13的第一上表面分别较半导体平台100t的下表面及活性层13的第二下表面远离于支撑基板，半导体平台100t的上表面和活性层13的第一上表面之间包含一第一距离，半导体平台100t的下表面和活性层13的第二下表面之间包含一第二距离，且第一距离大于第二距离。
支撑基板包括导电材料，例如硅(Si)、铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)、钼(Mo)、金(Au)、银(Ag)，碳化硅(SiC)或上述材料的合金，或导热材料，例如金刚石(diamond)、石墨(graphite)、或氮化铝。并且，虽然图未显示，但是基板10与半导体叠层100相接的一面可以具有增加粗糙化的表面，粗糙化的表面可以为具有不规则形态的表面或具有规则形态的表面，例如具有多个半球形状的面，具有多个圆锥形状的面，或者具有多个多边锥形状的面。
在本发明的一实施例中，通过有机金属化学气相沉积法(MOCVD)、分子束外延(MBE)、氢化物气相沉积法(HVPE)、物理气相沉积法(PVD)或离子电镀方法以于基板10上形成具有光电特性的半导体叠层100，例如发光(light-emitting)叠层，其中物理气象沉积法包含溅镀(Sputtering)或蒸镀(Evoaporation)法。
在本发明的一实施例中，半导体叠层100还可包含一缓冲层(图未示)位于第一半导体层11和基板10之间，用以释放基板10和半导体叠层100之间因材料晶格不匹配而产生的应力，以减少差排及晶格缺陷，进而提升外延品质。缓冲层可为一单层或包含多个子层的结构。在一实施例中，可选用PVD氮化铝(AlN)作为缓冲层，形成于半导体叠层100及基板10之间，用以改善半导体叠层100的外延品质。在一实施例中，用以形成PVD氮化铝(AlN)的靶材是由氮化铝所组成。在另一实施例中，是使用由铝组成的靶材，在氮源的环境下与铝靶材反应性地形成氮化铝。
参考图2～图5所示，在发明的一例中，发光元件1还包含一切割道10d位于半导体平台100t的周围，在发明的一例中(图未示)，环绕部100e位于切割道10d及半导体平台100t之间，切割道10d环绕环绕部100e的周围。相较于环绕部100e，切割道10d位于发光元件1的最外侧。切割道10d通过移除第一半导体层11、第二半导体层12及活性层13，以露出基板10的表面。切割道10d的上视形状包含矩形或多边形环状。在一实施例中，所述切割道10d露出基板10的表面为一粗糙面。粗糙面可以为具有不规则形态的表面或具有规则形态的表面，例如具有多个半球形状的面，具有多个圆锥形状的面，或者具有多个多边锥形状的面。
半导体平台100t包含多个外侧壁S1及多个内侧壁S2，其中外侧壁S1为第一半导体层11、第二半导体层12及活性层13的一侧壁，外侧壁S1的一端与第二半导体层12的一表面12s相连，外侧壁S1的另一端与基板10的上表面相连。内侧壁S2的一端与第二半导体层12的表面12s相连，内侧壁S2的另一端与第一半导体层11的一表面11s相连。多个内侧壁S2构成通孔100v的一侧壁。如图2所示，内侧壁S2与第一半导体层11的表面11s之间具有一锐角、一钝角或一直角，外侧壁S1与基板10的上表面之间具有一锐角、一钝角或一直角。
发光元件1包含一或多个电流阻挡层15位于第二半导体层12上。电流阻挡层15为非导电材料所形成，包含氧化铝(Al2O3)、氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)、氧化钛(TiOx)，或氟化镁(MgFx)。电流阻挡层15可以包括分布式布拉格反射器(DBR)，其中分布式布拉格反射器具有不同折射率的绝缘材料彼此堆叠。电流阻挡层15对于活性层13所发出的光线具有80％以上的透光率或80％以上的光反射率。如图6所示，电流阻挡层15包含一或多个阻挡垫151及一或多个阻挡延伸部152，其中阻挡垫151的上视形状包含多边形、圆形或椭圆形，阻挡延伸部152的上视形状包含矩形或多边形。在相同方向的剖视图中，阻挡垫151包含一宽度大于阻挡延伸部152的一宽度。电流阻挡层15具有一倾斜的侧表面以降低自第二半导体层12剥离的风险，并增加后续叠层的覆盖性。
发光元件1包含一透明导电层14位于第二半导体层12及电流阻挡层15上，且透明导电层14覆盖电流阻挡层15的一侧壁。覆盖于电流阻挡层15之上的透明导电层14的表面轮廓为对应电流阻挡层15的轮廓，例如对应阻挡垫151的多边形、圆形或椭圆形，对应阻挡延伸部152的矩形或多边形轮廓；透明导电层14自剖面观之呈阶梯状轮廓，而不是平坦的轮廓。透明导电层14的材料包含对于活性层13所发出的光线为透明的材料，例如氧化铟锡(ITO)、或氧化铟锌(IZO)。由于透明导电层14形成于第二半导体层12的大致整个面，并与第二半导体层12形成低电阻接触，例如欧姆接触，因此电流可以通过透明导电层14以均匀地扩散通过第二半导体层12。在一实施例中，透明导电层14包含一最外侧，其与半导体平台100t的外侧壁S1相隔一距离小于20μm，较佳小于10μm，更佳小于5μm。
透明导电层14的厚度可在0.1nm至100nm的范围内。若透明导电层14的厚度小于0.1nm，则由于厚度太薄而不能有效地与第二半导体层12形成欧姆接触。并且，若透明导电层14的厚度大于100nm，则由于厚度太厚而部分吸收活性层13所发出光线，从而导致发光元件1的亮度减少的问题。
发光元件1包含一或多个第一接触电极16a位于第一半导体层11上以电连接至第一半导体层11，及一或多个第二接触电极16b位于第二半导体层12上以电连接至第二半导体层12。一或多个第一接触电极16a分别位于一或多个通孔100v内与第一半导体层11相接触，且自发光元件1的一上视图观之，多个第一接触电极16a彼此分离。为让电流均匀地扩散通过第二半导体层12，第二接触电极16b的位置重叠于电流阻挡层15的位置，在发明的一例中，第二接触电极16b与电流阻挡层15具有相似的形状；在发明的另一例中，第二接触电极16b与电流阻挡层15具有不相似的形状。电流阻挡层15包含一面积大于第二接触电极16b的一面积。透明导电层14包含一部分位于电流阻挡层15及第二接触电极16b之间；以及另一部分直接接触第二半导体层12。当电流通过第二接触电极16b时，因电流阻挡层15位于第二接触电极16b下方，电流无法透过电流阻挡层15自第二接触电极直接向下传导至第二半导体层12，所以电流会被迫流到透明导电层14后，通过透明导电层14在水平方向上进行电流扩散，并将电流传导至第二半导体层12。第一接触电极16a及第二接触电极16b具有一倾斜的侧表面以降低自透明导电层14或第一半导体层11剥离的风险，并增加后续叠层的覆盖性。在一实施例中，第一接触电极16a的倾斜的侧表面与第一半导体层11的表面之间具有一夹角介于30度及75度之间。第二接触电极16b的倾斜的侧表面与透明导电层14的表面之间具有一夹角介于30度及75度之间。
如图6所示，第二接触电极16b包含一或多个第二接触垫161b及一或多个第二接触延伸部162b，自发光元件1的一上视图观之，第二接触垫161b的上视形状与阻挡垫151的形状实质上相同或不相同，及/或第二接触延伸部162b的上视形状与阻挡延伸部152实质上相同或不相同。在本实施例中，第二接触垫161b与阻挡垫151的上视形状相同，包含圆形或椭圆形，第二接触延伸部162b的上视形状与阻挡延伸部152的上视形状实质上相同，包含矩形或多边形。在一实施例中，第二接触垫161b的上视形状与阻挡垫151的形状实质上不相同，第二接触垫161b与的上视形状包含圆形或椭圆形，阻挡垫151的上视形状包含矩形或多边形。在相同方向的剖视图中，第二接触垫161b包含一宽度大于第二接触延伸部162b的一宽度。在一实施例中，阻挡垫151包含一宽度大于第二接触垫161b的一宽度。在一实施例中阻挡延伸部152包含一宽度大于第二接触延伸部162b一宽度。在一实施例中阻挡延伸部152包含一宽度小于第二接触延伸部162b一宽度。在一实施例中，第二接触延伸部162b的上视形状与阻挡延伸部152的上视形状实质上不相同，第二接触延伸部162b的上视形状包含矩型或多边型，阻挡延伸部152的上视形状为分段式不连续点状。
自发光元件1的一上视图观之，第一接触电极16a与通孔100v具有相同的形状，第二接触垫161b与阻挡垫151具有相同的形状，且第二接触延伸部162b与阻挡延伸部152具有相同的形状。如图1所示，第一接触电极16a的一外边缘与通孔100v的一外边缘形成为同心圆形状。第二接触垫161b的一外边缘与阻挡垫151的一外边缘形成为同心圆形状。在一实施例中，第一接触电极16a可形成为具有半径R1的圆形形状，且通孔100v形成为具有半径R0的圆形形状，其中R0大于R1。第二接触垫161b可形成为具有半径R2的圆形形状，且阻挡垫151形成为具有半径r的圆形形状，其中r大于R2。
第一接触电极16a及第二接触电极16b包含金属材料，例如铬(Cr)、钛(Ti)、钨(W)、金(Au)、铝(Al)、铟(In)、锡(Sn)、镍(Ni)或铂(Pt)等金属或上述材料的合金。第一接触电极16a及第二接触电极16b可由单个层或是多个层所组成。例如，第一接触电极16a或第二接触电极16b可包括Ti/Au层、Ti/Pt/Au层、Cr/Au层、Cr/Pt/Au层、Ni/Au层、Ni/Pt/Au层或Cr/Al/Cr/Ni/Au层。
第一接触电极16a或第二接触电极16b的厚度优选为0.5μm至2.5μm。在一实施例中，第一接触电极16a的一上表面低于第二半导体层12的表面12S，换言之，第一接触电极16a的厚度小于通孔100v的深度。在另一实施例中，第一接触电极16a的一上表面凸出于第二半导体层12的表面12S，换言之，第一接触电极16a的厚度大于通孔100v的深度。若第一接触电极16a或第二接触电极16b的厚度小于0.5μm，则无法有效地传导电流。并且，若第一接触电极16a或第二接触电极16b的厚度大于2.5μm，则因过多的生产制造时间而导致制造上的损失。
发光元件1包含一第一绝缘层17覆盖于半导体平台100t、透明导电层14、第一接触电极16a及第二接触电极16b之上。第一绝缘层17包含一或多个第一绝缘层第一开口171位于第一接触电极16a上，并露出第一接触电极16a的一表面。第一绝缘层17还包含一或多个第一绝缘层第二开口172位于第二接触垫161b上，并露出第二接触垫161b的一表面，其中第二接触延伸部162b为第一绝缘层17所覆盖。
第一绝缘层17为非导电材料所形成，包含有机材料、无机材料或是介电材料。有机材料包含Su8、苯并环丁烯(BCB)、过氟环丁烷(PFCB)、环氧树脂(Epoxy)、丙烯酸树脂(Acrylic Resin)、环烯烃聚合物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚醚酰亚胺(Polyetherimide)或氟碳聚合物(FluorocarbonPolymer)。无机材料包含硅胶(Silicone)或玻璃(Glass)。介电材料包含氧化铝(Al2O3)、氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)、氧化钛(TiOx)，或氟化镁(MgFx)。
如图1及图5所示，一第一反射结构18包含一或多个第一反射延伸部181位于第二接触电极16b上及一第一反射环绕部182位于半导体平台100t的周围以环绕一或多个第一反射延伸部181，其中多个第一反射延伸部181的位置位于多个第二接触延伸部162b及/或阻挡延伸部152上，多个第一反射延伸部181彼此分离，且多个第一反射延伸部181与多个第二接触延伸部162b及/或阻挡延伸部152具有相同或相似的形状。一或多个第一反射延伸部181之间包含一第一开口180以露出第二接触垫161b的一表面。如图2及图3所示，第一反射延伸部181覆盖第二接触延伸部162b的一或多个表面，且第一绝缘层17介于第一反射延伸部181及第二接触延伸部162b之间，避免第一反射延伸部181直接接触第二接触延伸部162b，使第一反射延伸部181与半导体平台100t电性绝缘。由于位在阻挡垫151及阻挡延伸部152下方的半导体叠层100非电流直接注入的区域，故第一反射延伸部181覆盖阻挡垫151及/或阻挡延伸部152的一表面及/或一侧壁，使此区域的侧向光可以被第一反射延伸部181所反射，增加发光元件1的光摘出效率与均匀性。如图6所示，第一反射延伸部181包含一宽度大于第二接触延伸部162b及/或阻挡延伸部152的一宽度。在一实施例中，第一反射延伸部181包覆第二接触延伸部162b的一侧壁。第一反射结构18的材料包含高反射率的金属材料，例如银(Ag)、铝(Al)、金(Au)、钯(Pd)、或铑(Rh)等金属或上述材料的合金。在此所述具有高反射率是指对于活性层13所发出光线的波长具有80％以上的反射率。
如图2～图5所示，在发明的一例中，第一反射环绕部182环绕并覆盖半导体平台100t外围的上表面及外侧壁S1，且第一反射环绕部182与第一反射延伸部181相隔一距离，第一绝缘层17介于第一反射环绕部182及半导体平台100t之间，使第一反射环绕部182与半导体平台100t电性绝缘。如图8所示，在发明的一例中，发光元件1包含环绕部100e，其包含第一环绕部1001e以裸露出第一半导体层11的表面时，第一反射环绕部182覆盖半导体平台100t的一上表面及一侧壁，并通过第一绝缘层17与第一半导体层11相隔。在一实施例中，位于半导体平台100t的上表面的第一反射环绕部182包含一第一边，所述第一边与半导体平台100t的侧壁之间包含一距离w3小于l0μm；在一实施例中，w3小于5μm；在另一实施例中，w3小于3μm。
在发明的一例中，如图8所示，环绕部100e包含第一环绕部1001e及第二环绕部1002e，其中第二环绕部1002e包含第一半导体层11、第二半导体层12及活性层13，第二环绕部1002e通过第一环绕部1001e与半导体平台100t相隔一距离。第一反射环绕部182包含一第一部分覆盖半导体平台100t的一上表面及一侧壁，及第一环绕部1001e的一上表面；以及一第二部分覆盖第二环绕部1002e的一上表面及一侧壁。如图8所示，位于第一环绕部1001e内的第一反射环绕部182的第一部分及第二部分可彼此相连接，或是通过第二反射结构19以相隔一距离(图未示)。第一部分及/或第二部分可分别通过第一绝缘层17与第一半导体层11相隔离。
在一实施例中，第一反射结构18的厚度优选为100nm至lμm。若第一反射结构18的厚度小于100nm，则无法有效反射活性层13所发出的光线。并且，若第一反射结构18的厚度大于lμm，则因过多的生产制造时间而导致制造上的损失。
如图2、图3及图4所示，发光元件1包含一第二反射结构19覆盖于第一绝缘层17及第一反射结构18之上。第二反射结构19包含一或多个第二反射结构第一开口191位于第一接触电极16a上，并露出第一接触电极16a的表面。如图5所示，第二反射结构19还包含一或多个第二反射结构第二开口192位于第二接触垫161b上，并露出第二接触垫161b的表面，其中第一反射结构18为第二反射结构19所完全覆盖，由此，第一反射结构18与半导体平台100t电性绝缘。具体而言，第一反射结构18的第一反射延伸部181及或第一反射环绕部182被第一绝缘层17及第二反射结构19所完全包覆，避免第一反射延伸部181及第一反射环绕部182直接接触第二接触电极16b及第二延伸电极20b，因此第一反射结构18与半导体平台100t电性绝缘。
第二反射结构第一开口191的位置对应于第一绝缘层第一开口171的位置，且彼此形成为同心圆形状。第二反射结构第二开口192的位置对应于第一绝缘层第二开口172的位置，且彼此形成为同心圆形状。在一实施例中，第一绝缘层第一开口171可形成为具有半径R11的圆形形状，且第二反射结构第一开口191形成为具有半径R21的圆形形状，其中R11大于R21。第一绝缘层第二开口172可形成为具有半径R12的圆形形状，且第二反射结构第二开口192形成为具有半径R22的圆形形状，其中R12大于R22。
第二反射结构19为非导电材料所形成，包含有机材料、无机材料或介电材料。有机材料包含Su8、苯并环丁烯(BCB)、过氟环丁烷(PFCB)、环氧树脂(Epoxy)、丙烯酸树脂(Acrylic Resin)、环烯烃聚合物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚醚酰亚胺(Polyetherimide)或氟碳聚合物(FluorocarbonPolymer)。无机材料包含硅胶(Silicone)或玻璃(Glass)。介电材料包含氧化铝(Al2O3)、氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)、氧化钛(TiOx)，或氟化镁(MgFx)。
第二反射结构19可包含不同折射率的两种以上的材料交替堆叠以形成一布拉格反射镜(DBR)结构，选择性地反射特定波长的光。例如，可通过层叠SiO2/TiO2或SiO2/Nb2O5等层来形成高反射率的绝缘反射层。
当发光元件1所发射的光的波长为λ时，第二反射结构19的厚度可被设定为λ/4的整数倍。第二反射结构19的厚度在λ/4的整数倍的基础上可具有±30％的偏差。
虽然金属对于可见光具有良好的反射率，但是当金属存在于电磁场的环境下，例如当外电流所注入发光元件1时，所述金属倾向于扩散或者电子迁移。此外，这些金属容易在潮湿的环境中氧化，随着时间增长，反射率趋于减小，从而降低发光元件1的效率。为了避免上述问题，本发明的第一反射结构18夹置于第一绝缘层17及包含绝缘材料的第二反射结构19之间，换言之，第一反射结构18的第一反射延伸部181及第一反射环绕部182与半导体平台100t电绝缘。由于第二接触垫161b是外部电流的直接注入区，因此第一反射结构18的第一反射延伸部181避免覆盖于第二接触垫161b的上表面，第一反射结构18第一反射延伸部181较佳位于第二接触垫161b的侧面，且第一反射延伸部181包含第一开口180以露出第二接触垫161b的上表面。为了避免第一反射延伸部181的金属产生电子迁移，第二反射结构19包覆第一反射延伸部181的上表面及侧表面，且第二反射结构19包含第二开口192以露出第二接触垫161b的上表面，其中第一开口180包含一宽度大于第二开口192的宽度。
发光元件1包含一或多个第一延伸电极20a及一或多个第二延伸电极20b。多个第一延伸电极20a及多个第二延伸电极20b交替排列。第一延伸电极20a覆盖于半导体平台100t及一或多个第一接触电极16a上，并与一或多个第一接触电极16a相接触。第二延伸电极20b覆盖于半导体平台100t及一或多个第二接触电极16b上，并与第二接触垫161b相接触，其中第二延伸电极20b不与第二接触延伸部162b相接触，第一绝缘层17及第二反射结构19位于第二延伸电极20b及第二接触延伸部162b之间。
第一延伸电极20a及第二延伸电极20b包含金属材料，例如铬(Cr)、钛(Ti)、钨(W)、金(Au)、铝(Al)、铟(In)、锡(Sn)、镍(Ni)、铂(Pt)等金属或上述材料的合金。第一延伸电极20a及第二延伸电极20b可由单个层或是多个层所组成。例如，第一延伸电极20a或第二延伸电极20b可包括Ti/Au层、Ti/Pt/Au层、Cr/Au层、Cr/Pt/Au层、Ni/Au层、Ni/Pt/Au层或Cr/Al/Cr/Ni/Au层。
在一实施例中，自发光元件1的上视图观之，发光元件1包含一顶针区200位于发光元件1的一几何中心处。所述几何中心处是指至少两条对角线交叉且顶针区200所及之处。在一实施例中，顶针区200与第一延伸电极20a及/或第二延伸电极20b相隔一距离。在一实施例中，顶针区200可与第一延伸电极20a或第二延伸电极20b相连接。顶针区200包含与第一延伸电极20a或第二延伸电极20b相同的金属材料或金属叠层。
顶针区200作为保护外延层的结构以避免外延层于后段制作工艺，例如管芯分离、测试管芯、封装，为外力所损害，例如探针、或顶针所损害。自发光元件1的上视图观之，顶针区200可包含与第一延伸电极20a或第二延伸电极20b不同的形状。顶针区200的形状包含矩形、椭圆形或是圆形。
发光元件1包含一第二绝缘层21覆盖于半导体平台100t、第二反射结构19、第一延伸电极20a及第二延伸电极20b之上。第二绝缘层21包含一或多个第二绝缘层第一开口211位于第一延伸电极20a上，并露出第一延伸电极20a的一表面。第二绝缘层21还包含一或多个第二绝缘层第二开口212位于第二延伸电极20b上，并露出第二延伸电极20b的一表面。
自发光元件1的一上视图观之，多个第二绝缘层第一开口211都位于发光元件1的一第一侧，多个第二绝缘层第二开口212都位于发光元件1的一第二侧，且第一侧与第二侧位于发光元件1的相对侧。
自发光元件1的一上视图观之，一或多个第二绝缘层第一开口211的形成位置与第一接触电极16a的形成位置相错开，且一或多个第二绝缘层第二开口212的形成位置与第二接触电极16b的形成位置相错开。具体而言，第二绝缘层第一开口211位于两相邻的第一接触电极16a之间，第二绝缘层第二开口212位于第二接触电极16b的左右两侧或其中的一侧。
在一实施例中，自发光元件1的上视图或侧视图观之，第二绝缘层第一开口211包含一最大宽度大于或小于通孔100v、第一绝缘层第一开口171及第二反射结构第一开口191的其中之一的最大宽度。第二绝缘层第二开口212包含一最大宽度大于或小于第一绝缘层第二开口172及第二反射结构第二开口192的其中之一的最大宽度。
在一实施例中，第二绝缘层第一开口211位于两相邻的通孔100v之间，及/或位于两相邻的第二接触电极16b之间。
在一实施例中，多个第二绝缘层第一开口211的数目与多个第二绝缘层第二开口212的数目不同。在一实施例中，第二绝缘层第二开口212的数目多于第二绝缘层第一开口211的数目。在一实施例中，第二绝缘层第二开口212的数目少于第二绝缘层第一开口211的数目。
第二绝缘层21为非导电材料所形成，包含有机材料、无机材料或介电材料。有机材料包含Su8、苯并环丁烯(BCB)、过氟环丁烷(PFCB)、环氧树脂(Epoxy)、丙烯酸树脂(AcrylicResin)、环烯烃聚合物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚醚酰亚胺(Polyetherimide)或氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer)。无机材料，包含硅胶(Silicone)或玻璃(Glass)。介电材料包含氧化铝(Al2O3)、氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)、氧化钛(TiOx)，或氟化镁(MgFx)。
发光元件1包含一第一电极垫22a以覆盖一或多个第二绝缘层第一开口211，且接触第一延伸电极20a。发光元件1包含一第二电极垫22b以覆盖一或多个第二绝缘层第二开口212，且接触第二延伸电极20b。第一电极垫22a及第二电极垫22b通过第一延伸电极20a及第二延伸电极20b分别电连接至第一接触电极16a及第二接触电极16b。
第一电极垫22a或第二电极垫22b的上表面可以为非平面。具体而言，第一电极垫22a或第二电极垫22b的上表面具有与第一接触电极16a的上表面和第二接触电极16b的上表面的表面轮廓相对应的表面轮廓。换言之，第一电极垫22a或第二电极垫22b设置在第一接触电极16a和第二接触电极16b上，其中第一接触电极16a和第二接触电极16b具有非平坦表面轮廓，因此具有长条形、圆形或阶梯形表面。如图1所示，第一电极垫22a或第二电极垫22b的上表面可包括至少一个凹陷部及至少一个凸出部，其分别设置于第一接触电极16a和第二接触电极16b所放置的区域中。因此，第一电极垫22a或第二电极垫22b的上表面可具有阶梯形表面。凹陷部可形成为图1所示的圆形形状，凸出部可形成为图1所示的长条形形状。第一电极垫22a的凹陷部或第二电极垫22b凹陷部的外边缘和第一接触电极16a的边缘可形成为同心圆形状。
第一电极垫22a及第二电极垫22b包含金属材料，例如铬(Cr)、钛(Ti)、钨(W)、金(Au)、铝(Al)、铟(In)、锡(Sn)、镍(Ni)、铂(Pt)等金属或上述材料的合金。第一电极垫22a及第二电极垫22b可由单个层或是多个层所组成。例如，第一电极垫22a或第二电极垫22b可包括Ti/Au层、Ti/Pt/Au层、Cr/Au层、Cr/Pt/Au层、Ni/Au层、Ni/Pt/Au层或Cr/Al/Cr/Ni/Au层。第一电极垫22a及第二电极垫22b可作为外电源供电至第一半导体层11及第二半导体层12的电流路径。
在本发明的一实施例中，第一电极垫22a包含一尺寸与第二电极垫22b的一尺寸相同或不同，此尺寸可为宽度或面积。例如，第一电极垫22a或第二电极垫22b的上视面积可为第一电极垫22a及第二电极垫22b的上视面积相加所得的值的0.8倍以上且小于1倍的大小。
第一电极垫22a或第二电极垫22b分别包含一倾斜侧面，因此第一电极垫22a或第二电极垫22b的侧视剖面面积可沿厚度方向发生变化。例如，第一电极垫22a或第二电极垫22b的侧视剖面面积可随着远离半导体叠层100的上表面的方向逐渐变小。
第一电极垫22a与第二电极垫22b之间包含一间隔，间隔包含一最短距离约为10μm以上，及一最长距离约为250μm以下。在上述范围内，通过缩小第一电极垫22a与第二电极垫22b之间的间隔可以增大第一电极垫22a与第二电极垫22b的上视面积，从而可提高发光元件l的散热效率，且避免第一电极垫22a与第二电极垫22b之间的短路。
第一电极垫22a与第二电极垫22b包含一厚度介于1～100μm之间，较佳为1.5～6μm之间。
在本发明的一实施例中，第一延伸电极20a包含一第一接触部分201a位于第一电极垫22a下方及一第一延伸部分202a位于第二电极垫22b下方，其中第一接触部分201a包含一宽度大于第一延伸部分202a的一宽度。第二延伸电极20b包含一第二接触部分201b位于第二电极垫22b下方及一第二延伸部分202b位于第一电极垫22a下方，其中第二接触部分201b包含一宽度大于第二延伸部分202b的一宽度。
在本发明的一实施例中，第一接触电极16a包含一宽度至少8μm以上，较佳为15μm以上，更佳为20μm以上。第一延伸电极20a的第一接触部分201a包含一宽度至少15μm以上，较佳为20μm以上，更佳为25μm以上。第一延伸电极20a的第一延伸部分202a包含一宽度至少1μm以上，较佳为2μm以上，更佳为4μm以上。
在本发明的一实施例中，第二接触电极16b包含一宽度至少1μm以上，较佳为2μm以上，更佳为4μm以上。第二延伸电极20b的第二接触部分201b包含一宽度至少15μm以上，较佳为20μm以上，更佳为25μm以上。第二延伸电极20b的第二延伸部分202b包含一宽度至少1μm以上，较佳为2μm以上，更佳为4μm以上。
图9为依本发明一实施例的发光装置2的示意图。将前述实施例中的发光元件1以倒装芯片的形式安装于封装基板51的第一垫片511、第二垫片512上。第一垫片511、第二垫片512之间通过一包含绝缘材料的绝缘部53做电性绝缘。倒装芯片安装是将与电极垫形成面相对的成长基板侧向上设为主要的光取出面。为了增加发光装置2的光取出效率，可于发光元件1的周围设置一反射结构54。
图10为依本发明一实施例的发光装置3的示意图。发光装置3为一球泡灯包括一灯罩602、一反射镜604、一发光模块610、一灯座612、一散热片614、一连接部616以及一电连接元件618。发光模块610包含一承载部606，以及多个发光单元608位于承载部606上，其中多个发光单元608可为前述实施例中的发光元件1或发光装置2。
本发明所列举的各实施例仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。任何人对本发明所作的任何显而易知的修饰或变更都不脱离本发明的精神与范围。
Claims (10)
1.一种发光元件，其特征在于，包含：
半导体平台，具有第一半导体层、第二半导体层以及活性层，位于该第一半导体层及该第二半导体层之间；
第一反射结构，包含金属材料，位于该半导体平台上，并包含第一开口；以及
第二反射结构，包含一绝缘材料，位于该第一反射结构上，并包含一第二开口，其中该第一反射结构的该第一开口露出该第二反射结构的该第二开口。
2.一种发光元件，其特征在于，包含：
半导体平台，具有第一半导体层、第二半导体层以及活性层，位于该第一半导体层及该第二半导体层之间；
第一反射结构，包含金属材料，位于该半导体平台上；以及
第二反射结构，包含绝缘材料，位于该第一反射结构上，其中该第一反射结构与该半导体平台电性绝缘。
3.如权利要求1或2所述的发光元件，包含第一接触电极，位于该第一半导体层上；及第二接触电极，位于该第二半导体层上，其中该第二接触电极包含第二接触垫及第二接触延伸部，该第二接触垫包含一宽度，大于该第二接触延伸部的一宽度。
4.如权利要求3所述的发光元件，其中该第一反射结构包含第一反射延伸部，该第一反射延伸部位于该第二接触延伸部上，且该第一反射延伸部包含一宽度，大于该第二接触延伸部的一宽度。
5.如权利要求4所述的发光元件，其中在该发光元件的一上视图下，该第一反射延伸部包含形状与第二接触延伸部的形状相同。
6.如权利要求1或2所述的发光元件，其中该第一反射结构包含多个第一反射延伸部，该多个第一反射延伸部彼此分离。
7.如权利要求1或2所述的发光元件，包含环绕部，位于该半导体平台的周围；以及沟槽，位于该环绕部及该半导体平台之间，其中该第一反射结构包含第一反射环绕部，覆盖该环绕部的上表面及侧壁。
8.如权利要求1或2所述的发光元件，包含环绕部，以裸露出该第一半导体层，其中该第一反射结构包含第一反射环绕部，覆盖该半导体平台的上表面及侧壁。
9.如权利要求1或2所述的发光元件，其中该第一反射结构包含银(Ag)、铝(Al)、金(Au)、钯(Pd)、或铑(Rh)等金属或上述材料的合金。
10.如权利要求1或2所述的发光元件，包含第一绝缘层，位于该半导体平台及该第一反射结构之间，其中该第二反射结构包覆该第一反射结构的上表面及侧壁。
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