CN113363366A - 发光元件 - Google Patents
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Abstract
提供一种发光元件包含半导体结构、反射结构、第一及第二绝缘结构、导电结构、第一及第二焊垫。反射结构设置于半导体结构上。第一绝缘结构包含第一及第二凸出部分别覆盖反射结构的第一、第二部分、及第一凹陷部露出第一与第二部分间的第三部分。导电结构包含第一及第二导电部。第一导电部设置于第一凸出部上以接触半导体结构。第二导电部设置于第二凸出部上，并通过第一凹陷部以接触第三部分。第一、第二焊垫分别设置于第一、第二导电部上。第一与第二焊垫的正下方的各个结构皆呈平坦状堆叠，以提升应力抵抗能力。
Description
技术领域
本揭露是有关于一种发光元件，且特别是关于一种覆晶式的发光元件。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode,LED)是半导体材料制成的发光元件，可将电能转换成光，其具有体积小、能量转换效率高、寿命长、省电等优点，因此广泛应用于各式电子装置的光源。
目前覆晶式发光二极管虽提升了传统发光二极管的发光效率，但却存在着电流扩散不均导致发光亮度偏低，且共晶面不平整导致应力抵抗能力低。有鉴于此，现有技术实有待改善的必要。
发明内容
本揭露的一实施方式的目的在于提供一种发光元件，以达成均匀发光与高应力抵抗能力的效果。
本揭露的一实施方式提供了一种发光元件，包含半导体结构、反射结构、第一绝缘结构、导电结构、第二绝缘结构、第一焊垫、以及第二焊垫。反射结构设置于半导体结构上的一部份。第一绝缘结构包含第一凸出部、第二凸出部、第一凹陷部、以及第二凹陷部。第一凸出部覆盖反射结构的第一部分。第二凸出部覆盖反射结构的第二部分。第一凹陷部露出反射结构的第一部分与第二部分之间的第三部分，且区隔第一凸出部与第二凸出部。第二凹陷部露出半导体结构的第一周缘上表面。导电结构包含第一导电部、第二导电部、以及凹沟部。第一导电部设置于第一凸出部上，并通过第二凹陷部以接触半导体结构的第一周缘上表面。第二导电部设置于第二凸出部上，并通过第一凹陷部以接触反射结构的第三部分。凹沟部区隔第一导电部与第二导电部。第一焊垫设置于第一导电部上，第二焊垫设置于第二导电部上。其中，第一焊垫与第二焊垫的正下方的各个结构皆呈平坦状堆叠，且不存在任何凸出或凹陷的设计。
在一些实施方式中，导电结构还包含多个内凹部，这些内凹部位于导电结构的周缘，且以水平方向朝导电结构的中心内缩。
在一些实施方式中，第一绝缘结构还包含第三凸出部，覆盖半导体结构的第二周缘上表面，其中第二周缘上表面位于第一周缘上表面的外侧。
在一些实施方式中，发光元件还包含第二绝缘结构，第二绝缘结构覆盖于导电结构与第三凸出部，并通过凹沟部以接触第一绝缘结构的这些第一凸出部，其中第二绝缘结构包含一形状以对应露出第一焊垫与第二焊垫。
在一些实施方式中，第二绝缘结构还包含与第一焊垫与第二焊垫不相连接。
在一些实施方式中，半导体结构由下而上依序包含第一半导体层、活性层与第二半导体层。
在一些实施方式中，发光元件还包含至少一通孔，通孔穿过活性层、第二半导体层、反射结构的第一部分、与第一绝缘结构的第一凸出部并露出第一半导体层，第一导电部通过通孔以接触第一半导体层。
在一些实施方式中，发光元件还包含基板，半导体结构设置在基板上。
在一些实施方式中，第一绝缘结构还包含布拉格反射镜，布拉格反射镜形成在反射结构的上表面以及半导体结构的侧壁，其中，布拉格反射镜结构包含多对次层，并且每一次层具有一折射率与相邻次层的折射率不同。
附图说明
当结合附图阅读以下详细描述时，本揭露的各种态样将最易于理解。应注意的是，根据行业标准操作规程，各种特征结构可能并非按比例绘制。事实上，为了论述的清晰性，可以任意地增大或减小各种特征结构的尺寸。为让本揭露的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1绘示本揭露的一实施方式的发光元件的俯视平面图；
图2是沿着图1的线A-A’所揭示的发光元件的剖面图；
图3是沿着图1的线B-B’所揭示的发光元件的剖面图；
图4是图1所揭示的发光元件的半导体结构的俯视图；
图5是图1所揭示的发光元件的反射结构的俯视图；
图6是图1所揭示的发光元件的第一绝缘结构的俯视图；
图7是图1所揭示的发光元件的导电结构的俯视图；
图8是图1所揭示的发光元件的第二绝缘结构的俯视图；
图9是图1所揭示的发光元件的第一焊垫与第二焊垫的俯视图；
图10至图14绘示本揭露的多个实施方式的发光元件的导电结构的俯视图；
图15至图17绘示本揭露的多个实施方式的发光元件的俯视图。
【符号说明】
10:基板
20:半导体结构
201:第一周缘上表面
202:第二周缘上表面
203:第三周缘上表面
21:第一半导体层
22:活性层
23:第二半导体层
30:反射结构
31:第一部分
32:第二部分
33:第三部分
40:第一绝缘结构
41:第一凸出部
42:第二凸出部
43:第三凸出部
44:第一凹陷部
45:第二凹陷部
50:导电结构
51:第一导电部
52:第二导电部
53:凹沟部
54:内凹部
60:第二绝缘结构
70:第一焊垫
80:第二焊垫
90:通孔
具体实施方式
为使本揭露的叙述更加详尽与完备，下文针对本揭露的实施态样与具体实施例提出说明性的描述，但这并非实施或运用本揭露具体实施例的唯一形式。以下所揭露的各实施例，在有益的情形下可相互组合或取代，也可在一实施例中附加其他的实施例，而无须进一步的记载或说明。在以下描述中，将详细叙述许多特定细节，以使读者能够充分理解以下的实施例。然而，亦可在无此等特定细节的情况下实践本揭露的实施例。
另外，空间相对用语，如“下”、“上”等，是用以方便描述一元件或特征与其他元件或特征在附图中的相对关系。这些空间相对用语旨在包含除了附图中所示的方位以外，装置在使用或操作时的不同方位。装置可被另外定位(例如旋转90度或其他方位)，而本文所使用的空间相对叙述亦可相对应地进行解释。
于本文中，除非内文中对于冠词有所特别限定，否则“一”与“该”可泛指单一个或多个。将进一步理解的是，本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”及相似词汇，指明其所记载的特征、区域、整数、步骤、操作、元件与/或组件，但不排除其所述或额外的其一个或多个其它特征、区域、整数、步骤、操作、元件、组件，与/或其中的群组。
以下列举数个实施例及实验例以更详尽阐述本揭露的发光元件，然其仅为例示说明之用，并非用以限定本揭露，本揭露的保护范围当以后附的申请专利范围所界定者为准。
本揭露的一些实施方式中，请参阅图1绘示本揭露的一实施方式的发光元件的俯视平面图，图2是沿着图1的线A-A’所揭示的发光元件的剖面图，图3是沿着图1的线B-B’所揭示的发光元件的剖面图。图4至图9是图1所揭露的发光元件的流程图。本揭露的发光元件，包含基板10、半导体结构20、反射结构30、第一绝缘结构40、导电结构50、第二绝缘结构60、第一焊垫70、第二焊垫80以及通孔90。
基板10可为蓝宝石(sapphire)基板，但不以此为限。在一实施方式中，基板10为一成长基板，用以磊晶成长半导体结构20，包括用以成长磷化铝镓铟(AlGaInP)的砷化镓(GaAs)晶圆，或用以成长氮化铟镓(InGaN)的蓝宝石(Al2O3)晶圆、氮化镓(GaN)晶圆或碳化硅(SiC)晶圆。
半导体结构20设置在该基板10上。半导体结构20由下而上依序包含第一半导体层21、活性层22与第二半导体层23。在一实施方式中，第一半导体层21是呈中央凸起的凸字型，第一半导体层21的周缘上表面由外而内依序为第二周缘上表面202、第一周缘上表面201、与第三周缘上表面203，其中第三周缘上表面203与中央凸起处相邻。在一实施方式中，活性层22设于第一半导体层21的中央凸起处。在一实施方式中，第一半导体层21和第二半导体层23，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21为n型电性的半导体层，第二半导体层23为p型电性的半导体层。活性层22形成在第一半导体层21和第二半导体层23之间，电子与空穴于一电流驱动下在活性层22内复合，并将电能转换成光能以发出一光线。
反射结构30设置于半导体结构20上的一部份。在一实施方式中，反射结构30是呈中央凸起的凸字型。详细而言，反射结构30位于第二半导体层23的上表面外周缘内，第一绝缘层结构40覆盖于半导体结构20的上表面外周缘、第二半导体层23的侧壁、活性层22的侧壁及第三周缘上表面203。反射结构30的材料包含对于活性层22所发射的光线具有高反射率的金属材料，例如银(Ag)、金(Au)、铝(Al)、钛(Ti)、铬(Cr)、铜(Cu)、镍(Ni)、铂(Pt)或上述材料的合金。在一实施方式中，反射结构30可还包含布拉格反射镜(DBR)形成在反射结构30之下。布拉格反射镜结构包含多对次层，并且每一次层具有一折射率与相邻次层的折射率不同。
第一绝缘结构40，包含第一凸出部41、第二凸出部42、第三凸出部43、第一凹陷部44及第二凹陷部45。第一凸出部41覆盖反射结构30的第一部分31。第二凸出部42覆盖反射结构30的第二部分32。第三凸出部43覆盖半导体结构20的第二周缘上表面202，其中第二周缘上表面202位于第一周缘上表面201的外侧。第一凹陷部44露出反射结构30的第一部分31与第二部分32之间的第三部分33，且区隔第一凸出部41与第二凸出部42。第二凹陷部45露出半导体结构20的第一周缘上表面201。在一实施方式中，第一绝缘结构40的材料包含非导电材料。非导电材料包含有机材料，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)、聚酰亚胺(PI)、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(Al2 O3)、氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)、氧化钛(TiOx)、或氟化镁(MgFx)。在一实施方式中，第一绝缘结构40可还包含布拉格反射镜(DBR)形成在反射结构30的上表面以及半导体结构20的侧壁，因此可以弥补反射结构无法包覆的区域，以增强整体反射能力，提升发光元件的亮度。布拉格反射镜结构包含多对次层，并且每一次层具有一折射率与相邻次层的折射率不同。
导电结构50包含第一导电部51、第二导电部52、凹沟部53。第一导电部51设置于第一凸出部41上，并通过第二凹陷部45以接触半导体结构20的第一周缘上表面201。第二导电部52设置于第二凸出部42上，并通过这些第一凹陷部44以接触反射结构30的第三部分33。凹沟部53以区隔第一导电部51与第二导电部52。在一实施方式中，导电结构50的材料为氧化铟锡(ITO)、镍、银、钛、锌、铜、金、铂、钨、铝、铬或上述金属合金。导电结构50在通过第二凹陷部45以接触半导体结构20的第一周缘上表面201，使N电极的电流能均匀扩散，并使发光均匀。
在一实施方式中，如图10至图14所示，导电结构50还包含多个内凹部54。这些内凹部54位于导电结构50的周缘，且以水平方向朝导电结构50的中心内缩。具体而言，图10及图11属于对称形排列，第12、13及14属于非对称形排列。导电结构50的外围具有这些内凹部54，使导电结构50外围并非呈现环状围绕，N电极的电流仍能均匀扩散，并使发光均匀。
第二绝缘结构60覆盖于导电结构50与第三凸出部43，并通过凹沟部53以接触第一绝缘结构40的这些第一凸出部41，其中第二绝缘结构60包含一形状以对应露出第一焊垫70与第二焊垫80。在一实施方式中，第二绝缘结构60与第一焊垫70与第二焊垫80不相连接。在一实施方式中，第二绝缘结构60的材料包含非导电材料。非导电材料包含有机材料，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)、聚酰亚胺(PI)、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(Al2 O3)、氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)、氧化钛(TiOx)、或氟化镁(MgFx)。
第一焊垫70设置于第一导电部51上，第二焊垫80设置于第二导电部52上。第一焊垫70与第二焊垫80的正下方的各个结构皆呈平坦状堆叠，且不存在任何凸出或凹陷的设计。在一实施方式中，第一焊垫70以及第二焊垫80包含金属材料，例如铬(Cr)，钛(Ti)，钨(W)，铝(Al)，铟(In)，锡(Sn)，镍(Ni)，铂(Pt)，金(Au)，银(Ag)，铜(Cu)或上述材料的合金。在一实施方式中，第一焊垫70为N-PAD，第二焊垫80为P-PAD。
如图1及图3所示，通孔90穿过活性层22、第二半导体层23、反射结构30的第一部分31、与第一绝缘结构40的第一凸出部41并露出第一半导体层21，第一导电部51通过通孔90以接触第一半导体层21。第一垫片70与第二垫片80各具有三从中间朝外凹陷的形状，且凹底处具有通孔90。
本揭露另提供多种不同型态的发光元件的实施方式，其中，图15至图17绘示本揭露的多个实施方式的发光元件的俯视图。详细而言，图15中第一垫片70与第二垫片80各具有四从中间朝外凹陷的形状，且凹底处具有通孔90。图16中第一垫片70与第二垫片80各具有一从中间朝外凹陷的形状，且凹底处具有通孔90。图17中第二垫片80具有一从中间朝外略为凹陷的形状。
于本揭露的多个实施方式中，从图2至图3剖面图中可以了解，本揭露通过共晶面平坦化设计，以提升应力抵抗能力。例如第一焊垫70与第二焊垫80的正下方的各个结构皆呈平坦状堆叠(如反射结构30、第一绝缘结构40、导电结构50皆为连续平面)，且不存在任何凸出或凹陷的设计。同时，第一焊垫70与第二焊垫80绕开通孔90，该处仍保有电流分布。
此外，本揭露亦通过电极环型设计，增加N极接触的区域，使覆晶式发光二极管的电流扩散分布均匀。例如，导电结构50在通过第二凹陷部45以接触半导体结构20的第一周缘上表面201。
虽然本揭露已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本揭露，任何熟悉此技艺者，在不脱离本揭露的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本揭露的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (9)
1.一种发光元件，其特征在于，包含：
一半导体结构；
一反射结构，设置于该半导体结构上的一部份；
一第一绝缘结构，包含：
一第一凸出部，覆盖该反射结构的一第一部分；
一第二凸出部，覆盖该反射结构的一第二部分；
一第一凹陷部，露出该反射结构的该第一部分与该第二部分之间的一第三部分，且区隔该第一凸出部与该第二凸出部；以及
一第二凹陷部，露出该半导体结构的一第一周缘上表面；
一导电结构，包含：
一第一导电部，设置于该第一凸出部上，并通过该第二凹陷部以接触该半导体结构的该第一周缘上表面；
一第二导电部，设置于该第二凸出部上，并通过该第一凹陷部以接触该反射结构的该第三部分；以及
一凹沟部，区隔该第一导电部与该第二导电部；
一第一焊垫，设置于该第一导电部上；以及
一第二焊垫，设置于该第二导电部上；
其中，该第一焊垫与该第二焊垫的正下方的各个结构皆呈平坦状堆叠，且不存在任何凸出或凹陷的设计。
2.根据权利要求1所述的发光元件，其中该导电结构还包含多个内凹部，该些内凹部位于该导电结构的周缘，且以水平方向朝该导电结构的中心内缩。
3.根据权利要求1所述的发光元件，其中该第一绝缘结构还包含一第三凸出部，覆盖该半导体结构的一第二周缘上表面，其中该第二周缘上表面位于该第一周缘上表面的外侧。
4.根据权利要求3所述的发光元件，还包含一第二绝缘结构，该第二绝缘结构覆盖于该导电结构与该第三凸出部，并通过该凹沟部以接触该第一绝缘结构的该些第一凸出部，其中该第二绝缘结构包含一形状以对应露出该第一焊垫与该第二焊垫。
5.根据权利要求4所述的发光元件，其中该第二绝缘结构还包含与该第一焊垫与该第二焊垫不相连接。
6.根据权利要求1所述的发光元件，其中该半导体结构由下而上依序包含一第一半导体层、一活性层与一第二半导体层。
7.根据权利要求6所述的发光元件，还包含至少一通孔，该通孔穿过该活性层、该第二半导体层、反射结构的第一部分、与该第一绝缘结构的该第一凸出部并露出该第一半导体层，该第一导电部通过该通孔以接触该第一半导体层。
8.根据权利要求1所述的发光元件，还包含一基板，该半导体结构设置在该基板上。
9.根据权利要求1所述的发光元件，其中该第一绝缘结构还包含一布拉格反射镜，该布拉格反射镜形成在该反射结构的上表面以及该半导体结构的侧壁，其中，该布拉格反射镜结构包含多对次层，并且每一次层具有一折射率与相邻次层的折射率不同。
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