CN112151646B - 发光元件 - Google Patents
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Abstract
发光元件包含第一磊晶层、第二磊晶层、主动层以及电流限制层。第二磊晶层配置于第一磊晶层的一侧，第二磊晶层包含邻近第一磊晶层的第一侧及相对于第一侧的第二侧。主动层配置于第一磊晶层与第二磊晶层之间。电流限制层配置于第二磊晶层的第二侧或配置于第二磊晶层中，电流限制层包含开口，开口暴露出第二磊晶层的一部分，电流限制层的开口定义出电流流通区，电流限制层环绕电流流通区。
Description
技术领域
本发明是关于发光元件。
背景技术
近年来，发光二极管(light-emitting diode,LED)已经广泛被使用于一般照明和商业照明的应用之中。当作为光源使用时，发光二极管具有许多优点，例如较低的能量消耗、较长的寿命，更小的尺寸与更快速的开关切换。然而，发光二极管需要在特定的电流密度范围下才会达到最大的发光效率。一般情况下，电流密度小于上述范围，并未达到最大发光效率。因此，需要一种解决方案，可以提升发光二极管的电流密度，以提升发光效率。
发明内容
根据本发明的一态样，发光元件包含第一磊晶层、第二磊晶层、主动层以及电流限制层。第二磊晶层配置于第一磊晶层的一侧，第二磊晶层包含邻近第一磊晶层的第一侧及相对于第一侧的第二侧。主动层配置于第一磊晶层与第二磊晶层之间。电流限制层配置于第二磊晶层的第二侧或配置于第二磊晶层中，电流限制层包含开口，开口暴露出第二磊晶层的一部分，电流限制层的开口定义出电流流通区，电流限制层环绕电流流通区。
根据本发明一或多个实施方式，电流流通区的面积小于发光元件的面积的10％。
根据本发明一或多个实施方式，发光元件还包含电性接触，配置于第二磊晶层的第二侧，并电性连接第二磊晶层，其中电性接触的垂直投影与电流流通区的一部分重叠，电流流通区的该部分的面积小于电流流通区的面积的10％。
根据本发明一或多个实施方式，发光元件还包含导电层，配置于第二磊晶层与电性接触之间，电性接触与第二磊晶层通过导电层电性连接。
根据本发明一或多个实施方式，发光元件还包含电性接触，配置于第一磊晶层相对于侧的另一侧，并电性连接第一磊晶层，其中电性接触的垂直投影与电流流通区的一部分重叠，电流流通区的该部分的面积小于电流流通区的面积的10％。
根据本发明一或多个实施方式，电流限制层自第二磊晶层延伸至第一磊晶层。
根据本发明一或多个实施方式，电流限制层是为一离子掺杂区。
根据本发明一或多个实施方式，电流限制层是为一氧化区。
根据本发明一或多个实施方式，电流限制层包含介电材料。
根据本发明一或多个实施方式，电流限制层为多层结构。
附图说明
当结合随附附图阅读时，自以下详细描述将很好地理解本揭露。应强调，根据工业中的标准实务，各特征并非按比例绘制且仅用于说明的目的。事实上，为了论述清晰的目的，可任意增加或减小特征的尺寸。
图1绘示根据本发明一实施例的发光元件100的剖面示意图；
图2绘示根据本发明一实施例的发光元件200的剖面示意图；
图3绘示根据本发明一实施例的发光元件300的剖面示意图；
图4绘示根据本发明一实施例的发光元件的上视图；
图5绘示根据本发明一实施例的发光元件400的剖面示意图；
图6绘示根据本发明一实施例的发光元件500的剖面示意图；
图7绘示根据本发明一实施例的发光元件600的剖面示意图。
【符号说明】
100、200、300、400、500、600：发光元件
110：第一磊晶层
111、112：侧
120：主动层
130：第二磊晶层
131：第一侧
132：第二侧
140：电流限制层
145：开口
150、160：电性接触
170：保护层
180：导电层
190：基板
Ac：电流流通区
具体实施方式
以下揭示内容提供许多不同实施例或示例，用于实施本发明的不同特征。下文描述组件及排列的特定实例以简化本揭露书的内容。当然，该等实例仅为示例且并不意欲为限制性。举例来说，在以下描述中，第一特征形成于第二特征上或之上包含第一特征与第二特征直接接触的实施例，亦可以包含第一特征与第二特征未直接接触的实施例。
此外，本发明可在各实例中重复元件符号及/或字母。此重复是为了简化，并不指示所论述的各实施例及/或配置之间的关系。再者，在本发明中，以下的特征形成于、连接至及/或耦合至另一个特征可以包含特征形成直接接触的实施例，亦可以包含另外的特征插入形成的特征的实施例，以使特征并未直接接触。进一步地，为了便于描述，本文可使用空间相对性用语(诸如“之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”及类似者)来描述诸图中所图示一个元件或特征与另一元件(或多个元件)或特征(或多个特征)的关系。空间相对性用语意欲包含元件在使用或操作中的不同定向。
请参考图1，其绘示根据本发明一实施例的发光元件100的剖面示意图。发光元件100包含第一磊晶层110、主动层120、第二磊晶层130以及电流限制层140。第一磊晶层110的两侧分别为侧111及侧112，侧111与侧112是相对的。
第二磊晶层130配置于第一磊晶层110的侧112。第二磊晶层130包含第一侧131及相对于第一侧131的第二侧132。在一些实施例中，第一磊晶层110及第二磊晶层130包含半导体材料。在某些实施例中，第一磊晶层110及第二磊晶层130可以分别为N型半导体层或P型半导体层。N型半导体层可以为包含N型掺杂物的III-V族半导体层，III-V族半导体层可包含氮化物半导体(AlxInyGa1-x-yN,0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)或磷化物半导体(AlxInyGa1-x-yP,0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)。P型半导体层可以为包含P型掺杂物的III-V族半导体层，III-V族半导体层可包含氮化物半导体(AlxInyGa1-x-yN,0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)或磷化物半导体(AlxInyGa1-x-yP,0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)。
主动层120配置于第一磊晶层110与第二磊晶层130之间。在一些实施例中，主动层120与第一磊晶层110的侧112接触。在一些实施例中，主动层120与第二磊晶层130的第一侧131接触。在某些实施例中，主动层120可以为多重量子井结构(multiple quantum well,MQW)。多重量子井结构可以为由III-V族半导体材料组成的多层结构。
在图1所示的实施例中，电流限制层140配置于第二磊晶层130的第二侧132。在一些实施例中，电流限制层140包含介电材料，例如氧化物。在进一步的实施例中，电流限制层140为由介电材料形成的多层结构，其中各层的介电材料可以相同或不同。
电流限制层140包含开口145，开口145暴露出第二磊晶层130的一部分。由于电流限制层140为介电材料，电流不会流经电流限制层140。因此，电流限制层140的开口145定义出电流流通区Ac，电流经由电流流通区Ac流至第二磊晶层130。电流限制层140使得电流流至第二磊晶层130的面积减小，因而提升了电流密度。在一些实施例中，电流流通区Ac的面积小于发光元件100的面积的10％，例如9％、8％、7％、6％或5％。在另一些实施例中，电流流通区Ac的面积小于发光元件100的面积的5％，例如0.5％-4.5％或1.5％-3.5％。在一些实施例中，开口145的面积为0.18μm2-20μm2，例如1μm2、5μm2、10μm2或15μm2。在一些实施例中，开口145基本上可以为圆形或矩形。在开口145为圆形的实施例中，开口145的半径为0.5μm-5μm，例如1μm、2μm、3μm或4μm。在另一些实施例中，电流限制层140配置于第二磊晶层130第二侧132除了电流流通区Ac以外的所有区域。
在一些实施例中，发光元件100还包含电性接触150，配置于第一磊晶层110的侧111。电性接触150电性连接第一磊晶层110。在一些实施例中，发光元件还包含电性接触160，电性接触160电性连接第二磊晶层130。电性接触150及电性接触160用以连接外部电路。在图1绘示的实施例中，发光元件100包含导电层180，电性接触160通过导电层180而与第二磊晶层130电性连接。在一些实施例中，导电层180可以使用导电材料制成。值得注意的是，虽然导电层180覆盖电流限制层140及第二磊晶层130，但电流不会流过电流限制层140，而是流经电流限制层140的开口145暴露出的第二磊晶层130。在另一些实施例中，导电层180与电流限制层140垂直投影重叠的部份涵盖主动层120未与电流流通区Ac垂直投影重叠的所有区域。
在一些实施例中，发光元件100还包含基板190，上述的第一磊晶层110、主动层120、第二磊晶层130、电流限制层140、电性接触150、电性接触160及导电层180皆配置于基板190上。
在某些实施例中，发光元件100还包含保护层170。保护层170覆盖第一磊晶层110、主动层120、第二磊晶层130、电流限制层140以及部分的基板190。在一些实施例中，保护层170可以使用介电材料制成。保护层170可避免发光元件100的各层受到损伤或是发生电性短路问题。
图1的实施例的电流限制层140使得流经发光元件100的面积减小，因而使电流密度大幅增加。
请参考图2，其绘示根据本发明一实施例的发光元件200的剖面示意图。在本发明的附图中，相似的元件或者特征可以具有相同的元件符号。在图2所示的实施例中，电流限制层140配置于第二磊晶层130中并具有外露于第二磊晶层130的顶面。详细而言，电流限制层140的外露顶面与第二磊晶层130的第二侧132的表面共平面。
在一些实施例中，电流限制层140包含介电材料。在电流限制层140包含介电材料的实施例中，是先形成凹部于第二磊晶层130中，再将介电材料填充至此凹部而形成。在另一些实施例中，电流限制层140是为离子改质区。也就是说，电流限制层140可以为利用离子布植制程对部份的第二磊晶层130进行改质而形成。此外，在某些实施例中，亦可以对部分的第二磊晶层130执行氧化制程，而形成氧化区，亦即电流限制层140。同样地，电流不会流经电流限制层140，而是流经电流限制层140的开口145至第二磊晶层130。
此外，请参考图3，其绘示根据本发明一实施例的发光元件300的剖面示意图。与图2不同，电流限制层140自第二磊晶层130延伸至第一磊晶层110。类似于图2所示的实施例，图3的电流限制层140可以为离子改质区或氧化区。换句话说，可以根据需求控制离子注入的深度或氧化的深度，例如仅注入或氧化部分的第二磊晶层130(如图2)，或者是注入或氧化部分的第二磊晶层130、部分的主动层120及部分的第一磊晶层110(如图3)。在一些实施例中，电流限制层140环绕主动层120，也就是说，主动层120位于开口145内。
在另一些实施例中，电流限制层140包含介电材料。因此，可以先移除部分的第二磊晶层130、部分的第一磊晶层110及部分的主动层120，而形成凹部，再将介电材料填充至此凹部而形成。
请参考图4，其绘示根据本发明一实施例的发光元件的上视图。需了解的是，为了说明清楚起见，图4仅绘示电性接触150、电性接触160以及电流流通区Ac。如图所示，电性接触150的垂直投影可以与电流流通区Ac部分重叠。在一些实施例中，电性接触150的垂直投影与电流流通区Ac重叠部分的面积小于电流流通区Ac的面积的10％，例如9％、8％、7％、6％或5％。可以根据需求，调整电性接触150的垂直投影与电流流通区Ac的重叠面积。在某些实施例中，电性接触150的垂直投影与电流流通区Ac不重叠。换句话说，在第1-3图中绘示的发光元件，电性接触150的垂直投影与电流流通区Ac可以重叠或不重叠。
本发明亦提供另一种发光元件400。请参考图5，其绘示根据本发明一实施例的发光元件400的剖面示意图。在一些实施例中，发光元件400可以为覆晶(flip chip)封装。覆晶封装的方式有助于体积缩小、高效率、高功率发光元件的发展。覆晶技术将发光元件倒置，发光元件上的电极将直接与基板接触，使得发光元件具有发光面积较大、散热佳以及不须打线等优势。
发光元件400包含第一磊晶层110、主动层120、第二磊晶层130以及电流限制层140。第一磊晶层110的两侧分别为侧111及侧112，侧111与侧112是相对的。
第二磊晶层130配置于第一磊晶层110的侧112。第二磊晶层130包含第一侧131及相对于第一侧131的第二侧132。
主动层120配置于第一磊晶层110与第二磊晶层130之间。在一些实施例中，主动层120与第一磊晶层110的侧112接触。在一些实施例中，主动层120与第二磊晶层130的第一侧131接触。
在图5所示的实施例中，电流限制层140配置于第二磊晶层130的第二侧132。在一些实施例中，电流限制层140包含介电材料，例如氧化物。在进一步的实施例中，电流限制层140为由介电材料形成的多层结构，其中各层的介电材料可以相同或不同。
与前面所述的实施例类似，图5的电流限制层140包含开口145，开口145暴露出第二磊晶层130的一部分。由于电流不会流经电流限制层140，因此电流限制层140的开口145定义出电流流通区Ac。电流经由电流流通区Ac流至第二磊晶层130。电流限制层140使得电流流至第二磊晶层130的面积减小，因而提升了电流密度。详细而言，在同电流的情况下，电流流经的面积越小，电流密度越大。在一些实施例中，电流流通区Ac的面积小于发光元件100的面积的10％，例如9％、8％、7％、6％或5％。在另一些实施例中，电流流通区Ac的面积小于发光元件100的面积的5％，例如0.5％-4.5％或1.5％-3.5％。在另一些实施例中，电流限制层140配置于第二磊晶层130第二侧132除了电流流通区Ac以外的所有区域。
在一些实施例中，发光元件400还包含电性接触150，配置于第二磊晶层130的第二侧132。电性接触150电性连接第二磊晶层130。在一些实施例中，发光元件还包含电性接触160，电性接触160电性连接第一磊晶层110。电性接触150及电性接触160用以连接外部电路。
在图5绘示的实施例中，发光元件400包含导电层180，电性接触150通过导电层180而与第二磊晶层130电性连接，而电性接触160直接接触第一磊晶层110。在一些实施例中，导电层180可以使用导电材料制成。值得注意的是，虽然导电层180覆盖电流限制层140及第二磊晶层130，但电流不会流过电流限制层140，而是流经电流限制层140的开口145暴露出的第二磊晶层130。在另一些实施例中，导电层180与电流限制层140垂直投影重叠的部份涵盖主动层120未与电流流通区Ac垂直投影重叠的所有区域。
在某些实施例中，发光元件400还包含保护层170。保护层170覆盖第一磊晶层110、主动层120、第二磊晶层130、电流限制层140以及导电层180。在一些实施例中，保护层170可以使用介电材料制成。保护层170可以避免发光元件400的各层受到损伤或是发生电性短路问题。
发光元件400的电流限制层140使得流经发光元件400的面积减小，因而能够在同样电流下，使电流密度大幅增加。
请参考图6，其绘示根据本发明一实施例的发光元件500的剖面示意图。如同前述，在本发明的附图中，相似的元件或者特征可以具有相同的元件符号。类似于发光元件400，发光元件500亦可以为覆晶(flip chip)封装。在图6所示的实施例中，电流限制层140配置于第二磊晶层130中并具有外露于第二磊晶层130的顶面。详细而言，电流限制层140的外露顶面与第二磊晶层130第二侧132的表面共平面。在一些实施例中，电流限制层140包含介电材料。在一些实施例中，是先形成凹部于第二磊晶层130中，再将介电材料填充至此凹部而形成。在另一些实施例中，电流限制层140是为离子改质区。也就是说，电流限制层140可以为利用离子布植制程对部份的第二磊晶层130进行改质而形成。此外，在某些实施例中，亦可以对部分的第二磊晶层130执行氧化制程，而形成氧化区，亦即电流限制层140。
接着，请参考图7，其绘示根据本发明一实施例的发光元件600的剖面示意图。发光元件600亦可以为覆晶(flip chip)封装。与图6不同，电流限制层140自第二磊晶层130延伸至第一磊晶层110。如上述，电流限制层140可以为离子改质区或氧化区。换句话说，可以根据需求控制离子注入的深度或氧化的深度，例如仅注入或氧化部分的第二磊晶层130(如图6)，或者是注入或氧化部分的第二磊晶层130、部分的主动层120及部分的第一磊晶层110，使得电流限制层140自第二磊晶层130延伸至第一磊晶层110(如图7)。在一些实施例中，电流限制层140环绕主动层120，也就是说，主动层120位于开口145内。
在另一些实施例中，电流限制层140包含介电材料。因此，可以先移除部分的第二磊晶层130、部分的第一磊晶层110及部分的主动层120，而形成凹部，再将介电材料填充至此凹部而形成。
本发明的电流限制层使得发光元件的电流流通的面积减小，因此在同样的电流下，可以增加电流密度，使得发光元件的发光效率得以提升。
上文概述若干实施例或示例的特征，使得熟悉此项技术者可更好地理解本发明的态样。熟悉此项技术者应了解，可轻易使用本发明作为基础来设计或修改其他制程及结构，以便实施本文所介绍的实施例的相同目的及/或实现相同优点。熟悉此项技术者亦应认识到，此类等效结构并未脱离本发明的精神及范畴，且可在不脱离本发明的精神及范畴的情况下产生本文的各种变化、替代及更改。
Claims (9)
1.一种发光元件，其特征在于，包含：
一第一磊晶层；
一第二磊晶层，配置于该第一磊晶层的一侧，该第二磊晶层包含邻近该第一磊晶层的一第一侧及相对于该第一侧的一第二侧；
一主动层，配置于该第一磊晶层与该第二磊晶层之间；以及
一电流限制层，配置于该第二磊晶层的该第二侧或配置于该第二磊晶层中，该电流限制层包含一开口，该开口暴露出该第二磊晶层的一部分，该电流限制层的该开口定义出一电流流通区，该电流限制层环绕该电流流通区，且该电流流通区的面积小于该发光元件的面积的10％。
2.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，还包含一电性接触，配置于该第二磊晶层的该第二侧，并电性连接该第二磊晶层，其中该电性接触的垂直投影与该电流流通区的一部分重叠，该电流流通区的该部分的面积小于该电流流通区的面积的10％。
3.根据权利要求2所述的发光元件，其特征在于，还包含一导电层，配置于该第二磊晶层与该电性接触之间，该电性接触与该第二磊晶层通过该导电层电性连接。
4.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，还包含一电性接触，配置于该第一磊晶层相对于该侧的另一侧，并电性连接该第一磊晶层，其中该电性接触的垂直投影与该电流流通区的一部分重叠，该电流流通区的该部分的面积小于该电流流通区的面积的10％。
5.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，该电流限制层自该第二磊晶层延伸至该第一磊晶层。
6.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，该电流限制层是为一离子掺杂区。
7.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，该电流限制层是为一氧化区。
8.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，该电流限制层包含介电材料。
9.根据权利要求8所述的发光元件，其特征在于，该电流限制层为多层结构。
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