CN113555476A - 发光二极管元件 - Google Patents

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沈建赋
林育瑞
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Abstract

一种发光二极管元件，包含：第一边缘、第二边缘、第三边缘和第四边缘，第一边缘和第三边缘相对，第二边缘和第四边缘相对；基板；半导体叠层，位于基板上，半导体叠层包含第一半导体层、第二半导体层以及活性层形成在其间；第一电极，形成在第一半导体层上并与第一半导体层电连接，包含第一焊盘电极相邻于第一边缘与第二边缘相交的角落；以及第二电极，形成在第二半导体层上并与第二半导体层电连接，包含第二焊盘电极以及第二指状电极从第二焊盘电极朝向第二边缘延伸；第一边缘和第三边缘比第二边缘和第四边缘长；由上视观之，第二指状电极不平行于第一边缘和第三边缘，第二指状电极与第一边缘之间距随着第二指状电极延伸远离第二焊盘电极而增加。

Description

发光二极管元件
本申请是中国发明专利申请(申请号：201810052841.5，申请日：2018年01月19日，发明名称：发光二极管元件)的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种发光元件，更详言之，涉及一种具有改善亮度与电流分散的发光元件。
背景技术
固态发光元件中的发光二极管(LEDs)具有具低耗电量、低产热、寿命长、耐摔、体积小、反应速度快以及良好光电特性，例如具有稳定的发光波长等特性，故已被广泛的应用于家用装置、指示灯及光电产品等。随着光电技术的发展，固态发光元件在发光效率、操作寿命以及亮度方面有相当大的进步，发光二极管被预期成为未来照明装置的主流。
现有的发光二极管包含一基板、n型半导体层、活性层及p型半导体层形成于基板上、以及分别形成于p型/n型半导体层上的p、n-电极。当通过电极对发光二极管输入一特定值的顺向偏压时，来自p型半导体层的空穴及来自n型半导体层的电子在活性层内结合以放出光。然而，这些电极会遮蔽活性层所发出的光，且电流易聚集壅塞在电极附近的半导体层内。因此，对于改善发光二极管的亮度、光场均匀性及降低操作电压，一优化的电极结构乃是必要的。
发明内容
本发明公开一种发光元件，包含：第一边缘、第二边缘、第三边缘和第四边缘，其中第一边缘和第三边缘相对，且第二边缘和第四边缘相对；基板；半导体叠层，位于基板上，半导体叠层包含第一半导体层、第二半导体层以及活性层形成在其间；第一电极，形成在第一半导体层上并与第一半导体层电连接，包含第一焊盘电极相邻于第一边缘与第二边缘相交的角落；以及第二电极，形成在第二半导体层上并与第二半导体层电连接，包含第二焊盘电极以及第二指状电极从第二焊盘电极朝向第二边缘延伸；其中，第一边缘和第三边缘比第二边缘和第四边缘长；其中，由上视观之，第二指状电极不平行于第一边缘和第三边缘，且第二指状电极与第一边缘之间距随着第二指状电极延伸远离第二焊盘电极而增加。
本发明公开还一种发光元件，包含：半导体叠层，包含第一半导体层、第二半导体层以及活性层形成在其间；暴露区，形成于半导体叠层中，包含底部，其中底部包含第一半导体层的上表面；第一电极，包含第一焊盘电极位于暴露区上并电连接第一半导体层；第二电极，位于第二半导体层上并电连接第二半导体层，包含第二焊盘电极；以及第一电流阻挡区位于第一焊盘电极下方，包含第一中心区；其中，第一焊盘电极接触第一中心区之外的第一半导体层的上表面；以及其中，第一焊盘电极包含第一侧表面，第一中心区包含第二侧表面，其中第一侧表面的斜率大于第二侧表面的斜率。
本发明公开还一种发光元件，包含：一半导体叠层，包含第一半导体层、第二半导体层以及活性层形成在其间；暴露区，位于半导体叠层中，包含侧表面和底部，其中底部包含第一半导体层的上表面。第一电极，位于暴露区上并电连接第一半导体层，包含第一焊盘电极以及从第一焊盘电极延伸出的第一指状电极；第二电极，位于第二半导体层上并电连接第二半导体层，包含第二焊盘电极；以及第一电流阻挡区，位于第一电极之下，包含多个岛状部位于第一指状电极下；其中，暴露区的侧表面与多个岛状部其中的最短间距不小于1μm。
附图说明
图1～图2E为本发明第一实施例的发光元件1的示意图；
图3A～图3C分别为本发明发光元件1中沿A-A’线段截面的不同实施例的示意图；
图4A～图4C分别为本发明发光元件1中沿A-A’线段截面的不同实施例的示意图；
图5为本发明发光元件1的局部上视图的不同实施例的示意图；
图6为本发明第二实施例的发光元件2的上视图；
图7为本发明第三实施例的发光元件3的上视图；
图8为本发明不同实施例的发光元件的上视图；
图9为本发明第二实施例和比较例的发光元件的电流密度的示意分布平面图；
图10为本发明实施例和比较例的发光元件的光输出功率和顺向电压的实验数据的示意图；
图11A为本发明第四实施例的发光元件4的上视图；
图11B为沿着第四实施例的发光元件4中沿B-B’线段的截面图；
图12为本发明的一实施例的发光装置6的示意图；
图13为本发明的另一实施例的发光装置7的示意图。
符号说明
1～4 发光元件
6、7 发光装置
10 基板
12 半导体叠层
121 第一半导体层
122 第二半导体层
123 活性层
18 透明导电层
180、530 开口
20 第一电极
201 第一焊盘电极
202 第一指状电极
28 暴露区
30 第二电极
301 第二焊盘电极
302 第二指状电极
302a 第一部分
302b 第二部分
3021 第一连接部
40 第一电流阻挡区
401 第一中心区
402、501a 岛状部
50 第二电流阻挡区
501 第二中心区
502 延伸区
504 缝隙
51 载体
511 第一导电垫
512 第二导电垫
53 绝缘部
54 反射结构
602 灯壳
604 反射器
606 承载部
608 发光单元
610 发光模块
612 灯座
614 散热器
616 连接部
618 电连接元件
CS、CT 轮廓
CS1、CS2、CT1 子轮廓
WCB1、WCB2、WP、WT 宽度
D、D1、d1～d6 距离
E1～E4 第一～第四边缘
L1 虚拟延伸线
L2 切线
R 局部区域
具体实施方式
本发明的实施例会被详细地描述，并且绘制于附图中，相同或类似的部分会以相同的号码在各附图以及说明出现。
图1为依据本发明的第一实施例发光元件1的上视图。图2A为图1中发光元件1沿A-A’线段的截面图；图2B为发光元件1沿B-B’线段的截面图；
图2C为发光元件1中沿C-C’线段的截面图；图2D为发光元件1的局部区域R的放大图；以及图2E为发光元件1中沿D-D’线段的截面图。
如图1和图2A～图2C所示，发光元件1包含一基板10、位于基板10上的一半导体叠层12、位于半导体叠层12上的一第一和一第二电流阻挡区40和50、位于半导体叠层12上的一透明导电层18、一第一电极20、一第二电极30以及具有暴露第一电极20和第二电极30的开口的一保护层(未示出)。第一电极20包含一第一焊盘电极201和延伸自第一焊盘电极201的一第一指状电极202。第二电极30包含一第二焊盘电极301和延伸自第二盘电极301的一第二指状电极302。
如图1所示的上视图中，发光元件1包含一第一边缘E1、一第二边缘E2、与第一边缘E1相对的一第三边缘E3以及与第二边缘E1相对的一第四边缘E4。其中第一边缘E1和第三边缘E3比第二边缘E2和第四边缘E4长。
第一焊盘电极201和第二焊盘电极301分别设置在发光元件1两相对边缘的两侧区域。在一实施例中，第一焊盘电极201和第二焊盘电极301分别设置在发光元件1靠近两个相对边缘的区域。在一实施例中，第一焊盘电极201和第二焊盘电极301分别设置在两个相对边缘。在另一实施例中，第一焊盘电极201和第二焊盘电极301中的任何一个或两个分别与两个相对边缘间隔一距离。在一实施例中，第一焊盘电极201和/或第二焊盘电极301分别设置在发光元件1靠近两个相对边缘的区域，且其中每个焊盘电极与靠近焊盘电极的每个边缘的最短间距大于焊盘电极的长度。在一实施例中，每个焊盘电极与靠近焊盘电极的每个边缘的最短间距等于或小于焊盘电极的宽度。第一指状电极202从第一焊盘电极201延伸出，并由四个边缘中的一个边缘朝向对边延伸；第二指状电极302从位于邻近上述相对边缘的第二焊盘电极301朝向第一焊盘电极201所在的边缘延伸。更具体地说，如图1所示，第一焊盘电极201设置在第二边缘E2，第一指状电极202沿着第二边缘E2和第一边缘E1延伸并且指向第四边缘E4。第二焊盘电极301设置在第四边缘E4附近，且位于第四边缘的中线上。第二指状电极302沿着与第三边缘E3平行的方向延伸并指向第二边缘E2。在另一实施例中，第二焊盘电极301设置在第四边缘的中线和第三边缘E3(或第一边缘E1)之间。
基板10可以是一成长基板，包括用于生长磷化镓铟(AlGaInP)的砷化镓(GaAs)基板、蓝宝石(Al2O3)基板，氮化镓(GaN)基板，碳化硅(SiC)基板、或用于生长氮化铟镓(InGaN)或氮化铝镓(AlGaN)的氮化铝(AlN)基板。基板10可以是图案化基板，意即，基板10在其上可用于外延成长半导体叠层12的上表面可具有图案化结构。从半导体叠层12发射的光可以被基板10的图案化结构所折射，从而提高发光元件的亮度。此外，图案化结构减缓或抑制了基板10与半导体叠层12之间因晶格不匹配而导致的错位，从而改善半导体叠层12的外延品质。
在本发明的一实施例中，可以通过有机金属化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延法(MBE)、氢化物气相外延(HVPE)或离子镀，例如溅镀或蒸镀，在基板10上形成半导体叠层12。
半导体叠层12包括依序形成在基板10上的一第一半导体层121、一活性层123和一第二半导体层122。在本发明的一实施例中，第一半导体层121和第二半导体层122，例如为包覆层(cladding layer)或局限层(confinement layer)，具有不同的导电型态、电性、极性或用于提供电子或空穴的掺杂元素。例如，第一半导体层121是n型半导体，以及第二半导体层122是p型半导体。活性层123形成于第一半导体层121与第二半导体层122之间。电子与空穴在电流驱动下在活性层123中结合中，将电能转换成光能以发光。可通过改变半导体叠层12中一个或多个层别的物理特性和化学组成，来调整发光元件1或半导体叠层12所发出的光的波长。
半导体叠层12的材料包括AlxInyGa(1-x-y)N或AlxInyGa(1-x-y)P的III-V族半导体材料，其中0≤x，y≤1；(x+y)≤1。根据活性层的材料，当半导体叠层12的材料是AlInGaP系列时，可以发出波长介于610nm和650nm之间的红光或波长介于550nm和570nm之间的黄光。当半导体叠层12的材料是InGaN系列时，可以发出波长介于400nm和490nm之间的蓝光或深蓝光或波长介于490nm和550nm之间的绿光。当半导体叠层12的材料是AlGaN系列时，可以发出波长介于400nm和250nm之间的UV光。活性层123可以是单异质结构(singleheterostructure；SH)、双异质结构(double heterostructure；DH)、双面双异质结构(double-side double heterostructure；DDH)、多重量子阱(multi-quantum well；MQW)。活性层123的材料可以是i型，p型或n型半导体。
此外，在形成半导体叠层12之前，可在基板10的上表面上形成一缓冲层(图未示)。缓冲层也可减小上述的晶格不匹配并抑制错位，从而改善外延品质。缓冲层的材料包括GaN、AlGaN或AlN。在一实施例中，缓冲层包括多个子层(图未示)。子层包括相同材料或不同材料。在一实施例中，缓冲层包括两个子层。子层包括相同的材料AlN。其中第一子层的生长方式为溅镀，第二子层的生长方式为MOCVD。在一实施例中，缓冲层另包含第三子层。其中第三子层的生长方式为MOCVD，第二子层的生长温度高于或低于第三子层的生长温度。
如图1和图2B所示，向下蚀刻并移除部分的第二半导体层122和活性层123，直到第一半导体层121的一上表面露出，以形成一暴露区28。在暴露区28，第二半导体层122和活性层123的侧壁以及第一半导体层121的上表面被暴露出。在一实施例中，暴露区28设置于第一边缘E1与第二边缘E2并沿这两边缘延伸。第一电极20设置在第一半导体层121被暴露出的上表面也就是暴露区28的一部分，并与第一半导体层121形成电连接。第二电极30设置在第二半导体层122上并且与第二半导体层122形成电连接。
第一焊盘电极201、第一指状电极202、第二焊盘电极301和第二指状电极302的材料选自金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铬(Cr)、铝(Al)、铂(Pt)、镍(Ni)、钛(Ti)、锡(Sn)、铑(Rh)、上述材料的合金或叠层。
一第一电流阻挡区40形成在第一电极20和第一半导体层121之间，一第二电流阻挡区50形成在第二电极30和第二半导体层122之间。在一实施例中，第一电流阻挡区40形成在第一焊盘电极201及/或第一指状电极202与第一半导体层121之间。第二电流阻挡区50形成在第二焊盘电极301及/或第二指状电极302与第二半导体层122之间。当电流经由第一焊盘电极201和第二焊盘电极301注入到发光元件1中时，电流经由第一指状电极202和第二指状电极302扩散，然后流进透明导电层18。第一电流阻挡区40和第二电流阻挡区50防止大部分电流直接从电极下方注入活性层123。亦即注入的电流被阻挡往下流入电极下方的区域。
在本实施例中，如图1所示，第一电流阻挡区40包含在第一指状电极202下方多个分离的岛状部402。第二电流阻挡区50包含在第二焊盘电极301下方的一第二中心区501以及从第二中心区501延伸且位于第二指状电极302下方的一延伸区502。在第二焊盘电极301附近，第二中心区501阻挡电流(电子或空穴)向下流动。多个分离岛状部402阻挡了分散在第一指状电极202的电流向下流动，且电流通过相邻两个岛状部402之间的第一指状电极202注入第一半导体层121中。分散在第二指状电极302的电流流入透明导电层18，且被第二指状电极302下方的延伸区502阻挡向下流动，因此电流在透明导电层18中横向扩散，并均匀地流入半导体叠层12。
在另一实施例中，类似于第二电流阻挡区50，第一电流阻挡区40还包括在第一焊盘电极201下方的一第一中心区(图未示)。在一实施例中，第一电流阻挡区40的第一中心区可以大于或小于第一焊盘电极201。在一实施例中，第一中心区与多个岛状部402互相分离。
在另一实施例中，第一焊盘电极201下方的第一电流阻挡区40的第一中心区域(图未示)与最靠近第一焊盘电极201的岛状部402相连接。
在另一实施例中，第一电流阻挡区40包含在第一焊盘电极201下面的第一中心区(图未示)，但不包含在第一指状电极202下面的多个岛状部402。
第一电流阻挡区40和第二电流阻挡区50的材料包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化钛或氧化铝等透明绝缘材料。电流阻挡区的结构可以是单层、多层或是重复交叠的多层结构，例如布拉格反射镜(distributed Bragg reflector,DBR)。第一电流阻挡区40和第二电流阻挡区50的厚度范围为
Figure BDA0003128424360000081
在一实施例中，第一电流阻挡区40和第二电流阻挡区50的厚度范围为
Figure BDA0003128424360000084
Figure BDA0003128424360000083
在另一实施例中，第一电流阻挡区40和第二电流阻挡区50的厚度范围为
Figure BDA0003128424360000082
透明导电层18形成在第二电流阻挡区40和第二半导体层122的上表面上，使得注入到第二电极30中的电流能够被透明导电层18均匀地分散，然后流入第二半导体层122。由于透明导电层18设置在发光元件1的出光面，所以优选地选择具有透明性质的导电材料。更具体地，透明导电层18可以包括薄金属，例如金或镍。透明导电层18可包含选自锌、铟、锡等金属的氧化物，例如ZnO、InO、SnO、ITO、IZO或GZO(gallium-doped zinc oxide)。
如图1所示，第二电流阻挡区50的延伸区502沿着第二指状电极302设置并且具有比第二指状电极302大的宽度。在一实施例中，第二电流阻挡区50的外轮廓超过第二电极30的外轮廓1～10μm。
在另一实施例中，第二电流阻挡区50的延伸区502包含有多个分离的岛状部(图未示)。
如图2A所示，第二电流阻挡区50的第二中心区501包含在第二焊盘电极301下方的一开口503。透明导电层18包含一开口180，对应于第二焊盘电极301的位置。在一实施例中，开口180暴露第二半导体层122及/或第二中心区502。第二焊盘电极301经由开口180和开口503接触第二半导体层122。在本实施例中，透明导电层18的开口180的宽度WT小于第二中心区502的外侧宽度WCB1且大于或等于第二中心区域501的开口503的宽度WCB2，使得透明导电层18覆盖第二中心区501的外侧表面和上表面。透明导电层18覆盖第二半导体层122的上表面、第二电流阻挡区50的延伸区502以及第二中心区501的上表面。在一实施例中，透明导电层18的开口180的宽度WT小于第二中心区501的开口503的宽度WCB2，使得透明导电层18填充到第二中心区501的开口503。
如图1所示，每个岛状部402的宽度比第一指状电极202的宽度大，且每个岛状部402不接触暴露区28中第二半导体层122和活性层123的侧表面。多个分离的岛状部402分布在第一半导体层121上。第一指状电极202形成在岛状部402上，且仅接触没有被岛状部402覆盖的第一半导体层121。因此，可防止电流在半导体叠层12中邻近于第一电流阻挡区40的特定区域发生拥塞；也就是说，可防止电流在第一指状电极202附近的区域聚集。两个岛状部402的间距及/或岛状部402与暴露区28侧表面的间距可被设计为增进半导体叠层12中的电流扩展。在一实施例中，如图2E所示，岛状部402与暴露区28侧表面的最短间距S不小于1μm。岛状部402是由透明绝缘材料所构成。在一实施例中，岛状部402的侧表面倾斜于暴露区28的第一半导体层121的上表面，如此一来，岛状部142的倾斜侧表面有利于光取出。在一实施例中，两个岛状部402的间距及/或岛状部402与暴露区28侧表面的间距可被设计为增进光取出。在一实施例中，当岛状部402与暴露区28侧表面的间距不小于1μm时，光更容易从半导叠层12中被取出。在一个实施例中，岛状部402具有圆弧角或圆弧边。岛状部402的圆弧角或圆弧边也有助于光取出。
在另一实施例中，由上视观之，第一指状电极202和第二指状电极302具有不同的宽度。在一实施例中，第一指状电极202比第二指状电极302宽。
在另一实施例中，由上视观之，第二电流阻挡区50的延伸区502和第一电流阻挡区40的岛状部402具有不同的宽度。在一实施例中，第二电流阻挡区50的延伸区502比第一电流阻挡区40的岛状部402宽。
参照图1、图2A和图2D，第四边缘E4与第一指状电极202末端之间的第二半导体层122的上表面未被透明导电层18所覆盖。在图1和图2D的上视图中，第二半导体层122具有一轮廓CS，轮廓CS包括与第一指状电极202相邻的一第一子轮廓CS1以及与第一子轮廓CS1连接且和第一边缘E1相邻的一第二子轮廓CS2。在一实施例中，第一子轮廓CS1位于暴露区28，且为暴露区28轮廓的一部分。在一实施例中，第一子轮廓CS1与第一边缘E1平行。第一指状电极202沿着第一子轮廓CS1设置。一部分的第二子轮廓CS2面向第一指状电极202的末端。图2D中的虚线L1表示从第一子轮廓CS1延伸的虚拟延伸线。在上视图中，虚拟延伸线L1和第二子轮廓CS2之间的第二半导体层122的上表面不被透明导电层18所覆盖。
在图1和图2D的上视图中，透明导电层18具有一轮廓CT，轮廓CT包含与第一子轮廓CS1相邻且平行的一子轮廓CT1。在一实施例中，第一子轮廓CS1与子轮廓CT1的间距以及轮廓CS与轮廓CT在第二边缘E2、第三边缘E3及第四边缘E4附近的间距实质上相同。透明导电层18的子轮廓CT1与第二半导体层122的第二子轮廓CS2的间距D1不同于子轮廓CS1与子轮廓CT1的间距，或不同于轮廓CS和轮廓CT在第二边缘E2、第三边缘E3及第四边缘E4附近的间距。。在一实施例中，D1大于子轮廓CT1与第二半导体层122的第一子轮廓CS1的间距。在一实施例中，部分的透明导电层18的子轮廓CT1未沿着第二半导体层122的第二子轮廓线CS2设置。
在一实施例中，如图1所示，第一指状电极202在第一边缘E1上的长度L大于第一边缘E1长度的一半。
在另一实施例中，第一焊盘电极201设置在一短边(即第二边缘E2)附近。在另一实施例中，第一焊盘电极201可位于发光元件1的一角落或一角落附近。在一实施例中，第一焊盘电极201位于靠近第二边缘E2的一个角落或是靠近第二边缘E2的一个角落附近。
在另一实施例中，由上视观之，透明导电层18的面积小于第二半导体层122面积的93％。
在一实施例中，由于第一指状电极202在第一边缘E1并沿着第一边缘E1延伸，但没有延伸至第四边缘E4，所以在第四边缘E4和第一指状电极202的末端之间的半导体叠层12内，电流扩散不佳，而且此区域的电流密度比其他区域要低。在本实施例中，电流扩散不佳区域中的第二半导体层122顶面不被透明导电层18覆盖，因此电流可被局限在被透明导电层18所覆盖的区域内。因此，被透明导电层18覆盖的区域具有较高的电流密度，并且提高了电流使用效率。此外，透明导电层18对应特定波长的光仍具有一定的吸收比例，从活性层123发出的光可以通过未被透明导电层18覆盖的区域而被提取出，且因透明导电层18所造成的光吸收减少，藉此提高了发光元件1的亮度。
图3A至图3C分别显示依据本发明图1的发光元件1沿A-A'线段截面的不同实施例。图3A进一步显示局部区域R的放大图。这些不同实施例与第一实施例的区别在于透明导电层18的开口180的宽度。
在一实施例中，如图3A所示，透明导电层18的开口180的宽度WT小于第二中心区501的外部宽度WCB1并且大于开口503的宽度WCB2，使得透明导电层18覆盖第二中心区501的外侧表面和部分上表面。在一实施例中，宽度WT大于第二焊盘电极301的宽度WP，使得透明导电层18不接触第二焊盘电极301。在一实施例中，宽度WT等于第二焊盘电极301的宽度WP，使得透明导电层18接触第二焊盘电极301的侧表面。在一实施例中，第二中心区501的外边缘与开口180之间的距离D介于1至10μm。
在一个实施例中，如图3B所示，透明导电层18的开口180的宽度WT实质上大于或等于第二中心区域501的宽度WCB1。透明导电层18不接触第二中心区501的侧表面和上表面或仅接触第二中心区501的侧表面。在另一实施例中，如图3C所示，第二焊盘电极301的宽度WP小于或实质上等于第二中心区501的开口503的宽度WCB2。第二焊盘电极301不接触透明导电层18以及第二中心区501的上表面。
在一实施例中，第二焊盘电极301的整个底部区域接触第二中心区501和第二半导体层122，第二焊盘电极301与第二电流阻挡区50及/或第二半导体层122之间的附着力大于第二焊盘电极301与透明导电层18之间的附着力，因此防止了第二焊盘电极301自发光元件剥落。发光元件的良率和可靠度得以改善。
图4A至图4C分别显示依据本发明图1的发光元件1沿A-A'线段截面的不同实施例。图4A进一步显示局部区域R的放大图。这些不同实施例与第一实施例的区别在于，第二电流阻挡区50的第二中心区501不具有暴露第二半导体层122的开口。
在一实施例中，如图4A所示，透明导电层18的开口180的宽度小于第二中心区域501的宽度并且大于第二焊盘电极301的宽度。透明导电层18覆盖第二半导体层122的上表面、第二电流阻挡区50的延伸区502以及第二中心区501的局部上表面。因为透明导电层18的开口180的宽度大于第二焊盘电极301的宽度，透明导电层18不接触第二焊盘电极301。在一实施例中，第二中心区501的边缘与开口180的间距D介于1至10μm。由于第二焊盘电极301的整个底部区域与第二电流阻挡区50的第二中心区域501接触，第二焊盘电极301与第二电流阻挡区50之间的附着力大于第二焊盘电极301与透明导电层18之间的附着力，能够防止第二焊盘电极从发光元件1剥离。发光元件1的良率和可靠度得以改善。此外，不与第二焊盘电极301接触的透明导电层18可进一步防止电流通过透明导电层18与第二焊盘电极301之间的接触，直接流入与第二焊盘电极301相邻的第二半导体层122；也就是说，仅有少量的光或者没有光可在第二焊盘电极301附近的半导体叠层12发出以至于被第二焊盘电极301吸收，电流可被更有效地利用。
在一实施例中，如图4B所示，透明导电层18的开口180的宽度实质上等于第二中心区501的宽度。透明导电层18不接触第二电流阻挡区50的第二中心区501的顶表面。在另一实施例中，如图4C所示，透明导电层18的开口180的宽度大于第二中心区501的宽度，透明导电层18既不接触第二中心区501的顶面也不接触其侧面。
图5是依据本发明不同实施例发光元件1的局部上视图，显示第二电极30和第二电流阻挡区50的不同设计。
如图5所示，第二中心区501和第二焊盘电极301由上视观之具有不同的形状。第二电流阻挡区50的第二中心区501包含多个通过缝隙504彼此分开的岛状部501a。透明导电层18覆盖延伸区502和第二电流阻挡区的第二中心区501的一部分，且具有一暴露岛状部501a部分顶表面的开口180。在一实施例中，透明导电层18经由缝隙504接触第二半导体层122。第二焊盘电极301形成在多个岛状部501a上，并经由缝隙504接触第二半导体层122。在一实施例中，第二电流阻挡区50的延伸区502与任一岛状部501a相连接。在另一实施例中，第二电流阻挡区50的延伸区502与第二中心区501互相分离，延伸区不与任一岛状部501a相连接。
在一实施例中，第二指状电极302包括从第二焊盘电极301的周围延伸，并连接第二焊盘电极301和另一部分的第二指状电极302的第一连接部3021。第一连接部3021形成在第二电流阻挡区50和透明导电层18的上方。更具体而言，一部分的第一连接部3021形成在透明导电层18的开口180之外，而另一部分的第一连接部3021形成在透明导电层18的开口180中。第一连接部3021的宽度比第二指状电极302的其他部分宽。第一连接部3021的宽度小于第二焊盘电极301宽度。第二指状电极302的第一连接部3021具有较宽的宽度与较大的面积，可以允许较高的电流通过以避免静电放电(electrostatic discharge,ESD)或过度电性应力(Electrical Over Stress,EOS)对发光元件造成损坏。
图6显示依据本发明第二实施例的发光元件2的上视图。
如图6所示，发光元件2包含基板10、基板10上的半导体叠层12、半导体叠层12上的第一和第二电流阻挡区40和50、半导体叠层12上的透明导电层18、第一电极20、第二电极30以及具有暴露第一电极20和第二电极30的开口的保护层(图未示)。发光元件2的结构与第一实施例中所述的发光元件1类似。在上述实施例中的第一焊盘电极201、包括一第一中心区401以及多个分离岛状部402的第一电流阻挡区40、第二焊盘电极301、透明导电层18以及包括第二中心区501和延伸区502的第二电流阻挡区50都适用于发光元件2。以下对发光元件2与发光元件1的相异处进行说明。
在本实施例中，第一焊盘电极201位于第一边缘E1和第二边缘E2相交的角落。第一电流阻挡区40包含在第一焊盘电极201和第一半导体层121之间的第一中心区401。第一中心区401具有比第一焊盘电极201大的面积，使得第一焊盘电极201不实质接触第一半导体层121。
第二指状电极302不平行于第一指状电极202、第一边缘E1及/或第三边缘E3。更具体而言，第一指状电极202和第二指状电极302分别包含一重叠部位，第一指状电极202和第二指状电极302的重叠部位不平行。第一指状电极202和第二指状电极302的间距随着第二指状电极302朝向第一焊盘电极201延伸的方向而变化。在一实施例中，重叠部位的间距随着第二指状电极302延伸远离第二焊盘电极301的距离而增加。在一实施例中，如图6所示，距离d1是重叠部位之间的最短距离。在一实施例中，最短距离d1位于第二指状电极302和第一指状电极202的末端之间。在一实施例中，距离d2是重叠部位的最大间距。在一个实施例中，距离d3是第二指状电极302的末端与第二半导体层122的轮廓CS的最短间距或是第二指状电极302与第二半导体层122的轮廓CS的最短间距。在一实施例中，距离d2大于距离d1，距离d2大于距离d3。在一实施例中，距离d3小于90μm。在另一实施例中，距离d2大于第二边缘E2的一半长度。第二指状电极302与靠近第一边缘E1的透明导电层18的子轮廓线CT1的间距随着第二指状电极302远离第二焊盘电极301的方向逐渐增大。
图6中的虚线L2表示与第三边E3平行且相邻的第二焊盘电极301的切线。在一实施例中，第二指状电极302的末端不延伸至虚线L2以外。如此一来，第二指状电极302的末端不会过于靠近第三边缘E3附近的第二半导体层122的轮廓CS，使得第二指状电极302末端和第二边缘E2、第三边缘E3之间的电流扩散，与发光元件2中其他区域的电流扩散一样均匀。
图7显示本发明第三实施例的发光元件3的上视图。
如图7所示，发光元件3包含基板10、基板10上的半导体叠层12、半导体叠层12上的第一和第二电流阻挡区40和50、半导体叠层12上的透明导电层18、第一电极20、第二电极30以及具有暴露第一电极20和第二电极30的开口的保护层(图未示)。发光元件3的结构与前述实施例中的发光元件类似。以下对发光元件3与发光元件2的相异处进行说明。
在本实施例中，第二指状电极302包括曲线。第二指状电极302不平行于第一指状电极202、第一边缘E1及/或第三边缘E3。更具体地说，第一指状电极202和第二指状电极302的重叠部分是不平行的。第二指状电极302从第二焊盘电极301延伸并朝第三边缘E3弯曲。
如图7所示，距离d1是重叠部位的最短间距。在一实施例中，最短间距d1位于第二指状电极302和第一指状电极202的末端之间。距离d2是重叠部位的最大间距。距离d3是第二指状电极302与第二半导体层122的轮廓CS的最短间距。距离d4是第二指状电极302末端与平行于第三边缘E3的第二半导体层122的轮廓CS的最短间距。距离d5是第二指状电极302末端与第一焊盘电极201之间的最短间距。虚线L2表示与第三边缘E3相邻且平行的第二焊盘电极301的切线。
在一实施例中，距离d2大于距离d1，距离d2大于距离d3，距离d2大于第二边缘E2长度的一半。在一实施例中，距离d3小于90μm。在另一实施例中，距离d4与距离d5实质上相同，使得第一焊盘电极201和第三边缘E3之间的区域中的电流扩散与其他区域，例如第一指状电极202和第二指状电极302之间的区域，一样地均匀。在另一实施例中，第二指状电极302不延伸至虚线L2之外。在一实施例中，第二指状电极302的弯曲部位不延伸至虚线L2之外。
图8显示依据本发明变化例的发光元件A-D。图8中发光元件的结构与上述实施例中类似。为了清楚地显示电极布局，在图8中未示出第一和第二电流阻挡区。
如图8所示的变化例的发光元件A-D，第二指状电极302包含不与第一指状电极202重叠的一第一部分302a和重叠于第一指状电极202的一第二部分302b。在一个实施例中，第二指状电极302的第一部分302a平行于第一指状电极202、第一边缘E1及/或第三边缘E3。在一实施例中，第二指状电极302的第一部分302a不平行于第一指状电极202、第一边缘E1或第三边缘E3。在一个实施例中，第二指状电极302的第二部分302b不平行于第一指状电极202、第一边缘E1及/或第三边缘E3。
在发光元件A中，第二指状电极302的第二部分302b是线性的，且第一部分302a平行于第一边缘E1。在变化例发光元件B和C中，第二指状电极302的第二部分302b是曲线。在发光元件D中，整个第二指状电极302是曲线。第二指状电极302的末端与第一指状电极202的最短间距大于第一指状电极202的末端与第二指状电极302的最短间距。
图9是依据本发明第二实施例的发光器件和比较例的发光器件的上视结构示意图和近场光发射强度图(near filed emission intensity image)。第二实施例和比较例的发光元件具有相同的尺寸。对每个发光元件分别以20mA电流注入，以获得近场光发射强度图。近场光发射强度图显示了发光元件中电流分布和电流密度。为了清楚地显示两个发光元件在电极布局的差异，电流阻挡区和透明导电层在图9中并未示出。在图9中，阴影表示电流和亮度的分布，较深的阴影表示该区域的电流密度较高且亮度较高。具有均匀阴影的区域表示发光元件中该区域的电流是均匀的。
如图9所示，第二实施例和比较例中的发光元件分别具有一对指状电极和一对焊盘电极。第一和第二指状电极与焊盘电极分别形成在第一半导体层121和第二半导体层122上。第一半导体层121是n型半导体，第二半导体层122是p型半导体。所以第一和第二指状电极分别是形成在n型半导体上的n侧指状电极和形成在p型半导体上的p侧指状电极，第一和第二焊盘电极分别是n侧焊盘电极和p侧焊盘电极。比较例中的发光元件的p侧指状电极和n侧指状电极彼此平行。此外，透明导电层(图未示)的轮廓与第二半导体层的轮廓的间距实质上是固定的。参照图9所示的比较例，在p侧指状电极末端附近的局部区域中，亮度和电流密度相对较高。相反地，在p侧焊盘电极和n侧指状电极末端之间的区域，亮度和电流密度相对较低。该现象显示，电流易聚集在p侧指状电极的末端附近，且电流分布不均。
参照图9所示的第二实施例的发光元件，两指状电极是不平行的。如前述实施例，第一指状电极的末端与第一焊盘电极对面的第四边缘E4之间的区域未被透明导电层覆盖。在本发明的第二实施例中，电流聚集的现象可被抑制，且电流散布的均匀性较比较例更佳。由于改善了电流分布的均匀性，本发明的发光元件的功率得以提升。此外，均匀的电流分布可以减少因电流聚集而导致的局部发热，从而可以延长发光元件的寿命。
图10显示依据本发明第二实施例的发光元件、依据图8所示的发光元件A和比较例的发光元件的光输出功率(Po)和正向电压(Vf)。在图10中，第一与第二电流阻挡区都未示出。
参照图10，第二实施例的发光元件与比较例相比，输出功率增加了1.125％。图8所示的变化例A的发光元件与比较例相比，输出功率增加了0.726％，正向电压(VF)减少了0.025V。
图11A显示依据本发明第四实施例的发光元件4的上视图。图11B显示沿着图11中发光器件4的B-B’线段的截面图。发光元件4包含基板10、在基板10上的半导体叠层12、在半导体叠层12上的第一电流阻挡区的第一中心区401和第二电流阻挡区50、在半导体叠层12上的透明导电层18、第一电极包含有第一焊盘电极201、第二电极30包含有第二焊盘电极301和第二指状电极302、以及具有暴露第一焊盘电极201和第二焊盘电极301的开口的保护层(图未示)。发光元件4的结构与第二实施例中所述的类似。以下说明发光元件4与发光元件2的相异处。
与第一半导体层121电连接的第一电极包括不具有从其延伸的指状电极的第一焊盘电极201。第一焊盘电极201位于第二边缘E2的一侧。第二边缘E2的一侧包括多个实施例。在一实施例中，第一焊盘电极201位于第二边缘E2。在一实施例中，第一焊盘电极201位于第一边缘E1与第二边缘E2相交的角落。在一实施例中，第一焊盘电极201位于第二边缘E2并且与第一边缘E1和第二边缘E2所相交的角落相邻。第一电流阻挡区的第一中心区401形成在第一半导体层121与第一焊盘电极201之间。第一电流阻挡区的第一中心区401的宽度小于第一焊盘电极201的宽度，因此，如图11B所示，第一焊盘电极201实质上接触第一中心区401外侧的第一半导体层121。在一个实施例中，第一焊盘电极201的轮廓超过第一中心区401的轮廓2μm以上。也就是说，第一焊盘电极201的边缘与第一中心区401的间距D大于2μm，以确保第一焊盘电极201与第一半导体层121之间有足够接触面积。在一实施例中，距离D介于2～15μm。
第一焊盘电极201下方的第一电流阻挡区的第一中心区401可防止电流直接注入到焊盘电极下面的半导体层中，使得电流被迫横向扩散。具有电流阻挡区的发光元件具有另一个优点是，可以通过电流阻挡区提取从活性层123发出的光，并可以提升发光元件的亮度。然而，越大的阻挡区意味着电极与半导体叠层之间的接触面积越小，可能会影响发光元件的正向电压(Vf)等电性。电流阻挡区的面积、位置或布局等设计需依据发光元件的亮度和电性来做权衡。如第一实施例所示，发光元件1具有比第一焊盘电极201的面积更大的第一中心区401有利于亮度提升。如第四实施例所示，发光元件4的半导体叠层12面积小于发光元件1，且不具有第一指状电极。将发光元件4的第一中心区401设置为具有小于第一焊盘电极201的面积，以增加第一半导体层121与第一电极20之间的接触面积，使得正向电压(Vf)可以减小。
在一实施例中，第二焊盘电极301位于第四边缘E4的一侧。第四边缘E4的一侧包括几个实施例。在一实施例中，第一焊盘电极201位于第四边缘E4。在一实施例中，第一焊盘电极201位于第四边缘E4附近。第二指状电极302沿着不平行于第一边缘E1和第三边缘E3的方向从第二焊盘电极301朝向第二边缘E2延伸。第二指状电极302与第一边缘E1的间距随着第二指状电极302延伸远离第二焊盘电极301的间距而增加。第二指状电极302指向与第二边缘E2和第三边缘E3相交的区域。如此一来，电流在第一焊盘电极201与第三边缘E3之间的区域的分布，可如同发光元件4的其他区域一样均匀。
图12显示依据本发明一实施例的发光装置6。将上述实施例中任一的发光元件安装在载体51的第一导电垫511和第二导电垫512上。第一导电垫511和第二导电垫512之间利用由绝缘材料所组成绝缘部53达到电性绝缘。将发光元件以倒装方式固定在载体51上，并将与第一电极和第二电极相对的成长基板的表面朝上，以作为出光面。为了增加发光元件的光提取效率，在发光元件周围可设置反射结构54。
图13显示依据本发明另一实施例的发光装置7。发光装置7为一灯泡，包括灯壳602、反射器604、发光模块610、灯座612、散热器614、连接部616和电连接元件618。发光模块610包括承载部606和设置在承载部606上的多个发光单元608。多个发光单元608可以是前述实施例中任意一个发光元件或发光装置6。
但是上述实施例仅为例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本发明所属技术领域中具有通常知识者均可在不违背本发明的技术原理及精神的情况下，对上述实施例进行修改及变化。因此本发明的权利保护范围应如附上的权利要求所列。

Claims (15)

1.一种发光元件，包含：
第一边缘、第二边缘、第三边缘和第四边缘，其中该第一边缘和该第三边缘相对，且该第二边缘和该第四边缘相对；
基板；
半导体叠层，位于该基板上，该半导体叠层包含第一半导体层、第二半导体层以及活性层形成在其间；
第一电极，形成在该第一半导体层上并与该第一半导体层电连接，包含第一焊盘电极相邻于该第一边缘与该第二边缘相交的角落；以及
第二电极，形成在该第二半导体层上并与该第二半导体层电连接，包含第二焊盘电极以及第二指状电极从该第二焊盘电极朝向该第二边缘延伸；
其中，该第一边缘和该第三边缘比该第二边缘和该第四边缘长；
其中，由上视观之，该第二指状电极不平行于该第一边缘和该第三边缘，且该第二指状电极与该第一边缘的间距随着该第二指状电极延伸远离该第二焊盘电极而增加。
2.如权利要求1所述的发光元件，其中该第一电极还包含第一指状电极，沿着该第一边缘延伸。
3.如权利要求2所述的发光元件，还包含透明导电层，位于该第二半导体层的上表面，其中位于该第四边缘与该第一指状电极末端之间的该第二半导体层的该上表面不被该透明导电层覆盖。
4.如权利要求2所述的发光元件，还包含透明导电层，位于该第二半导体层的上表面；
其中由上视观之，该第二半导体层包含轮廓，该轮廓包含与该第一指状电极相邻且平行的第一子轮廓；以及与该第一子轮廓连接且与该第一边缘相邻的第二子轮廓；
其中该透明导电层与该第一子轮廓的间距小于该透明导电层与该第二子轮廓的间距。
5.一种发光元件，包含：
半导体叠层，包含第一半导体层、第二半导体层以及活性层形成在其间；
暴露区，形成于该半导体叠层中，包含底部，其中该底部包含该第一半导体层的上表面；
第一电极，包含第一焊盘电极，位于该暴露区上并电连接该第一半导体层；
第二电极，位于该第二半导体层上并电连接该第二半导体层，包含第二焊盘电极；以及
第一电流阻挡区，位于该第一焊盘电极下方，包含第一中心区；
其中，该第一焊盘电极接触该第一中心区之外的该第一半导体层的该上表面；以及
其中，该第一焊盘电极包含第一侧表面，该第一中心区包含第二侧表面，其中该第一侧表面的斜率大于该第二侧表面的斜率。
6.如权利要求5所述的发光元件，其中该第一焊盘电极的边缘与该第一中心区的间距D大于2μm。
7.如权利要求5所述的发光元件，还包含：
第一边缘、第二边缘、第三边缘以及第四边缘，其中该第一边缘和该第三边缘相对，且该第二边缘和该第四边缘相对；以及
透明导电层，位于该第二半导体层的上表面；
其中该第一电极还包含第一指状电极沿着该第一边缘延伸；
其中该第一焊盘电极邻近于该第二边缘，以及该第二焊盘电极邻近于该第四边缘；
其中位于该第四边缘与该第一指状电极末端之间的该第二半导体层的该上表面不被该透明导电层覆盖。
8.一种发光元件，包含：
半导体叠层，包含第一半导体层、第二半导体层以及活性层形成在其间；
暴露区，位于该半导体叠层中，包含侧表面和底部，其中该底部包含该第一半导体层的上表面。
第一电极，位于该暴露区上并电连接该第一半导体层，包含第一焊盘电极以及从该第一焊盘电极延伸出的第一指状电极；
第二电极，位于该第二半导体层上并电连接该第二半导体层，包含第二焊盘电极；以及
第一电流阻挡区，位于该第一电极之下，包含多个岛状部位于该第一指状电极下；
其中，该暴露区的该侧表面与该多个岛状部其中的最短间距不小于1μm。
9.如权利要求8所述的发光元件，其中该多个岛状部之一具有圆弧角或圆弧边。
10.如权利要求8所述的发光元件，其中该多个岛状部包含最靠近该第一指状电极末端的第一岛状物，且该第一岛状物与该第一指状电极末端的间距大于该多个岛状物中任两个相邻岛状部的最短间距。
11.如权利要求1、5或8所述的发光元件，还包含：
第二电流阻挡区，位于该第二电极和该第二半导体层之间，且该第二电流阻挡区包含第二中心区位于该第二焊盘电极下；以及
透明导电层，位于该第二半导体层上，包含开口；
其中该开口的宽度大于该第二焊盘电极的宽度。
12.如权利要求1、5或8所述的发光元件，还包含：
第二电流阻挡区，位于该第二电极和该第二半导体层之间，且该第二电流阻挡区包含第二中心区位于该第二焊盘电极下；
其中该第二中心区包含多个岛状部及/或该第二中心区和该第二焊盘电极由上视观之具有不同的形状。
13.如权利要求11所述的发光元件，其中该第二中心区的边缘与该开口的间距介于1至10μm。
14.如权利要求8所述的发光元件，还包含：
第一边缘、第二边缘、第三边缘以及第四边缘，其中该第一边缘和该第三边缘相对，且该第二边缘和该第四边缘相对；以及
透明导电层，位于该第二半导体层的上表面；
该第一指状电极设置在该第一边缘处并沿该第一边缘延伸；
其中该第一焊盘电极邻近于该第二边缘，以及该第二焊盘电极邻近于该第四边缘；
其中位于该第四边缘与该第一指状电极末端之间的该第二半导体层的该上表面不被该透明导电层覆盖。
15.如权利要求8所述的发光元件，其中：
该发光元件包含第一边缘、第二边缘、第三边缘以及第四边缘，其中该第一边缘和该第三边缘相对，且该第二边缘和该第四边缘相对；以及
透明导电层，位于该第二半导体层的上表面；
该第一指状电极设置在该第一边缘处并沿该第一边缘延伸；
其中由上视观之，该第二半导体层包含轮廓，该轮廓包含与该第一指状电极相邻且平行的第一子轮廓；以及与该第一子轮廓连接且与该第一边缘相邻的第二子轮廓；
其中该透明导电层与该第一子轮廓的间距小于该透明导电层与该第二子轮廓的间距。
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