CN211980634U - 发光元件及含该发光元件的封装结构和光电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种发光元件及含该发光元件的封装结构和光电系统，其中该发光元件包含发光叠层、上电极、电流通道区及接触层。发光叠层具有一出光面且包含多个半导体层。上电极位于出光面上且包含电极部、第一延伸部与第二延伸部彼此电连接。第一延伸部具有第一宽度，第二延伸部具有第二宽度，第一宽度大于第二宽度。电流通道区位于第一延伸部及第二延伸部之间。接触层位于第二延伸部与发光叠层之间，且具有第三宽度小于或等于第二宽度。电流通道区与第一延伸部之间具有第一距离，电流通道区与第二延伸部之间具有第二距离，且第一距离大于第二距离。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种发光元件，特别是涉及一种具有良好电流散布效果的发光元件。
背景技术
光电元件，例如发光二极管(Light-Emitting Diode；LED)，目前已经广泛地使用在光学显示装置、交通号志、数据存储装置、通讯装置、照明装置与医疗器材上。目前，发光二极管仍具有电流散布不均的问题，进而造成发光效率低落。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种发光元件，以解决上述问题。
为达上述目的，本实用新型提供一种发光元件，包含发光叠层、上电极、电流通道区及接触层。发光叠层具有一出光面。发光叠层包含多个半导体层。上电极位于出光面上且包含电极部、第一延伸部与第二延伸部彼此电连接。第一延伸部具有第一宽度，第二延伸部具有第二宽度。第一宽度大于第二宽度。电流通道区位于第一延伸部及第二延伸部之间。接触层位于第二延伸部与发光叠层之间，且具有第三宽度小于或等于第二宽度。电流通道区与第一延伸部之间具有第一距离，电流通道区与第二延伸部之间具有第二距离，且第一距离大于第二距离。
该第一距离与该第一宽度的比值R1，2≤R1≤3.5，该第二距离与该第二宽度的比值R2，2≤R2≤3.5。
该电极部包含第一电极部以及第二电极部，且该第一电极部及该第二电极部在水平方向上不重叠。
在一上视图中，该接触层与该第一延伸部相隔一距离。
本实用新型还提供一种发光元件，其包含：发光叠层，具有一出光面且包含多个半导体层；上电极，位于该出光面上，该上电极包含一电极部、第一延伸部与第二延伸部彼此电连接；电流通道区，位于该第一延伸部及该第二延伸部之间，且包含第一区及第二区；以及多个区域，位于该出光面；其中，该第一区比该第二区靠近该电极部，且该多个区域在该第一区的密度小于在该第二区中的密度。
在该第一区中各该区域的面积小于在该第二区中各该区域的面积。
该第二延伸部具有渐变的宽度。
该第一区与该第二延伸部之间具有第三距离，该第二区与该第二延伸部之间具有第四距离，且该第三距离大于该第四距离。
本实用新型还提供一种封装结构，包含：载体；如上述的发光元件，位于该载体上；以及封装材料层，覆盖于该发光元件上。
本实用新型还提供一种光电系统，包含：底板；如上述的发光元件，位于该底板上；以及控制模块。
本实用新型的优点在于，通过上述发光元件的设计，使其电极部一开始引入的电流密度较大，具有较大的宽度的第一延伸部可有效率地将电流往第三侧及第四侧散开，接着再通过多条第二延伸部将电流往第一侧及第二侧散布，从而使得电流可以均匀地在出光面分散开，有利于元件发光均匀性的改善，且提高发光效率。
附图说明
图1A为一实施例的发光元件的上视图；
图1B为图1A中发光元件的放大图；
图1C～图1H为电流通道的上视图；
图2为图1B中沿着A-A’线的发光元件剖视图；
图3为发光元件的内部电流散布示意图；
图4为一实施例的发光元件的上视图；
图5A为另一实施例的发光元件的上视图；
图5B为图5A中发光元件的放大图；
图6A为一实施例的发光元件的上视图；
图6B为图5A中发光元件的局部放大图；
图7为一实施例的发光元件的上视图；
图8为一实施例的发光元件的上视图；
图9A为一实施例的发光元件的上视图；
图9B为图9A中发光元件的局部放大图；
图9C为图9B中沿B-B’线的发光元件一实施例的剖视图；
图9D为图9B中沿C-C’线的发光元件一实施例的剖视图；
图9E为另一实施例的发光元件的局部放大图；
图9F为另一实施例的发光元件的局部放大图；
图9G为另一实施例的发光元件的上视图；
图10为半导体元件的封装结构示意图；
图11为光电系统示意图。
符号说明
100～800 发光元件 I、II、III、IV 区域
1S 出光面 X、Y 方向
1031 第一侧 b1 第一区域
1032 第二侧 b2 第二区域
1033 第三侧 b3 第三区域
1034 第四侧 b4 第四区域
103 基板 D1～D7 距离
111 第一窗口层 b61 上底
112 第二窗口层 b62 下底
120 发光叠层 b6’、b6” 腰
121 第一半导体层 P11、P12 端点
122 有源层 P21、P22 端点
123 第二半导体层 W0～W4 宽度
130 接触结构
H1 距离
13 延伸电极 60 半导体元件
131 第一延伸部 61 封装基板
1311～1313 线段 62 通孔
132 第二延伸部 63 载体
132’ 第一端 63a、190a 第一部分
132” 第二端 63b、190b 第二部分
140 第一接触层 65 接合线
140b 电流通道区 66 接触结构
140b1～140b3 电流通道区 66a 第一接触垫
140c 电流通道 66b 第二接触垫
140c’ 区域 68 封装材料层
140c” 区域 4b 光电系统
140e 孔洞 49 底板
145 绝缘层 40’ 像素
150 反射层 49’ 控制模块
160 导电粘着层 40b 发光元件
170 电流散布层 d、d’ 距离
171 电极部 L1～L4 边长
171a 第一电极部 s1～s3 距离
171b 第二电极部 C1、C2 区域
172 背面电极
180 保护层
190 第二接触层
190e 端部
具体实施方式
本实用新型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1A绘示一实施例的发光元件100的上视图，图1B绘示图1A中区域I的放大图，图2绘示图1B中沿着A-A’线的发光元件100剖视图。在图1A中，区域140c’是表示电流通道140c的对应位置，相关描述可参考后面段落。
如图1A所示，发光元件100包含一出光面1S及多个侧壁，多个侧壁包含一第一侧1031、一第二侧1032相对于第一侧1031、一第三侧1033位于第一侧1031及第二侧1032之间以及一第四侧1034相对于第三侧1033且位于第一侧1031及第二侧1032之间。第一侧1031、第二侧1032、第三侧1033及第四侧1034围绕出光面1S，第一侧1031、第二侧1032、第三侧1033及第四侧1034分别具有边长L1、边长L2、边长L3以及边长L4。在本实施例中，发光元件100包含一上电极位于出光面1S上。上电极包含两个电极部171及延伸电极13。电极部171及延伸电极13的材料可包含单层或多层(图未示)的金属或合金。金属例如铝(Al)、铬(Cr)、铜(Cu)、锡(Sn)、金(Au)、镍(Ni)、钛(Ti)、铂(Pt)、铅(Pb)、锌(Zn)、镉(Cd)、锑(Sb)、钴(Co)、锗(Ge)、钯(Pd)。合金为包含上述金属的合金。电极部171用以导入外部电流，多条延伸电极13连接电极部171用以将电流散布到电极部171以外的区域。两个电极部171靠近第一侧1031，延伸电极13包含一第一延伸部131及多条第二延伸部132。相较于第二侧1032，第一延伸部131较靠近第一侧1031且实质上与第一侧1031平行。此外，第一延伸部131具有一第一区连接两个电极部171及两个第二区是分别从两个电极部171向第三侧1033及第四侧1034延伸。多条第二延伸部132与两个电极部171及第一延伸部131连接并向第一侧1031及第二侧1032延伸。
如图1B所示，在本实施例中，第一延伸部131与第二延伸部132实质上是垂直设置，且第一延伸部131具有一宽度W1，第二延伸部具有一宽度W2，宽度W1为宽度W2的1.5～3倍。由于电极部171一开始引入的电流密度较大，具有较大的宽度W1的第一延伸部131可有效率地将电流往第三侧1033及第四侧1034散开，接着再通过多条第二延伸部132将电流往第一侧1031及第二侧1032散布，使得电流可以均匀地在出光面1S分散开。
接着，参考图2绘示的发光元件100剖视图，发光元件100包含一基板103、一背面电极172位于基板103之下、一导电粘着层160位于基板103之上、一反射层150位于导电粘着层160之上、一电流散布层170位于反射层150之上、一绝缘层145位于反射层150之上、一第一接触层140位于绝缘层145及电流散布层170之间、一第一窗口层111位于绝缘层145之上、一发光叠层120位于第一窗口层111之上、一第二窗口层112位于发光叠层120之上、一保护层180位于第二窗口层112之上，一第二接触层190位于第二窗口层112之上以及第二延伸部132位于第二接触层190之上。
在本实施例中，发光叠层120包含一第一半导体层121，一有源层122位于第一半导体层121上，一第二半导体层123位于有源层122上，第一半导体层121与第二半导体层123包含掺杂物以增加导电性且具有相异的导电型态，用以分别提供电子及空穴在有源层122中复合(recombination)以发射光线。当第一半导体层121包含p型III-V族半导体材料时，第二半导体层123包含n型III-V族半导体材料；当第二半导体层123包含p型III-V族半导体材料时，第一半导体层121包含n型III-V族半导体材料。第一半导体层121或第二半导体层123具有掺杂物为锌(Zn)、碳(C)或镁(Mg)，以形成p型III-V族半导体材料。第一半导体层121或第二半导体层123具有掺杂物为硅(Si)或碲(Te)，以形成n型III-V族半导体材料。掺杂物的掺杂浓度介于5×1016cm-3到5×1019cm-3之间。有源层122包含多个彼此交错堆叠的阱层(well layers)及阻障层(barrier layers)，阱层与阻障层包含III-V族半导体材料。依据阱层材料组成，有源层122可发出峰值波长(peak wavelength)介于700nm及1700nm的红外光、峰值波长介于610nm及700nm之间的红光、峰值波长介于530nm及570nm之间的黄光、峰值波长介于490nm及550nm之间的绿光、峰值波长介于400nm及490nm之间的蓝光或深蓝光、或是峰值波长介于250nm及400nm之间的紫外光。
第一窗口层111的材料包含至少一元素选自于铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、砷(As)、磷(P)及氮(N)所构成的群组，例如为GaN、AlGaInP、AlInP、AlGaAs、GaP等的半导体化合物。第一窗口层111和第一半导体层121包含掺杂物且具有相同的导电型态，例如，p型导电型态。第一窗口层111的掺杂浓度大于第一半导体层121的掺杂浓度，因此第一窗口层111具有较高的导电率。第一窗口层111的厚度介于0.5μm～10μm以提供电流横向扩散的功能，避免电流局限在发光元件100的局部区域，并且可协助光线从发光元件100的多个侧壁射出。
第二窗口层112的材料包含至少一个元素铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、砷(As)、磷(P)及氮(N)所构成的群组，例如为GaN、AlGaInP、AlInP、AlGaAs、GaP等的半导体化合物。第二窗口层112包括至少一种材料不同于第二半导体层123。较佳地，第二窗口层112包含掺杂物且具有和第二半导体层123相同的导电型态，例如n型导电型态。发光元件100的出光面1S为第二窗口层112的一表面且可为一粗化(roughened)表面以降低全反射，提升发光元件100的发光效率。保护层180共形地覆盖于第二窗口层112的粗化表面上。在一些实施例中，保护层180的材料包含硅(Si)的氮化物或氧化物，例如SiO2、SiNx。在本实施例中，第二窗口层112的厚度大于第一窗口层111的厚度，第二窗口层112的厚度1μm～20μm之间，用以提供电流横向扩散的功能并提高发光元件100出光效率。
参照图1A～图1H及图2，第二接触层190位于第二窗口层112与延伸电极13之间，第二接触层190与延伸电极13之间的接触电阻小于10-2W-cm2，较佳的是小于10-4W-cm2，用以将电流从延伸电极13导入第二窗口层112。在本实施例中，第二接触层190仅位于延伸电极13之下未形成于电极部171之下。从上视观之，第二接触层190与延伸电极13具有相同的图形。第二接触层190的材料包含III-V族半导体材料，例如GaAs、AlGaAs或InGaP。第二接触层190包含掺杂物并与第二窗口层112具有相同的导电型态，例如n型导电型态。第二接触层190具有一掺杂浓度大于1018/cm3，较佳的是介于1019/cm3～5×1020/cm3之间。
基板103包括金属，例如钼，或半导体材料，例如锗及硅。背面电极172与基板103连接且用以将电流导入发光元件100。背面电极172包含单层或多层(图未示)的金属或合金。金属例如铝(Al)、铬(Cr)、铜(Cu)、锡(Sn)、金(Au)、镍(Ni)、钛(Ti)、铂(Pt)、铅(Pb)、锌(Zn)、镉(Cd)、锑(Sb)、钴(Co)、锗(Ge)、钯(Pd)。合金为包含上述金属的合金。导电粘着层160用以将反射层150及基板103粘合并提供良好的导电路径，导电粘着层160的材料包含金、锡、铅、铟或其合金。
反射层150的材料包括一对于峰值波长(Wp,peak wavelength)介于600nm～2000nm的光线的反射率大于90％的金属元素，例如银或金，用以反射发光叠层120发射出的光线。电流散布层170与反射层150电连接。电流散布层170包含金属氧化物，例如氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化镓锌(GZO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟锌(IZO)或氧化铟钨(IWO)。本实施例中，电流散布层170为氧化铟锌(IZO)。绝缘层145的材料包含绝缘材料，例如氮化硅(SiNx)、氧化铝(AlOx)、氧化硅(SiOx)或氟化镁(MgFx)。绝缘层145的折射率小于第一窗口层111至少1以上，由此提高从发光叠层120发射出的光线反射的百分比。
如图2所示，绝缘层145包含多个孔洞140e露出部分的第一窗口层111，第一接触层140共型地覆盖在绝缘层145相对于第一窗口层111的另一侧，并填入多个孔洞140e且与露出于孔洞140e的第一窗口层111部分电连结以形成多个电流通道140c让电流通过。第一接触层140的材料选自金属氧化物材料，例如氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化镓锌(GZO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟锌(IZO)或氧化铟钨(IWO)。在本实施例中，第一接触层140的材料选自能够与第一窗口层111形成低接触电阻的氧化铟锡(ITO)。
在本实施例中，绝缘层145的厚度介于
之间，较佳的是介于
之间；第一接触层140的厚度介于
之间；电流散布层170的厚度介于
之间，较佳的是介于
之间。绝缘层145、第一接触层140、电流散布层170以及反射层150形成一全方位反射镜(omnidirectional reflector,ODR)，可提高射向全方位反射镜的光线的反射率，使其反射率超过95％。
第一接触层140与第一窗口层111直接接触的部分形成电流通道140c。电流通道140c具有一宽度W3介于1μm～100μm之间，较佳的介于5μm～30μm之间。在图2的剖视图中，电流通道140c在一垂直于发光叠层120的方向(X)上，与延伸电极13及电极部171不重叠。此外，电流通道140c对应在出光面1S的相对位置定义为区域140c’，因此，多个区域140c’显示于图1A中且彼此错开(意即于X方向上不重叠)。再者，区域140c’与延伸电极13及电极部171之间也彼此错开，亦即，区域140c’与延伸电极13及电极部171在X方向不重叠(参考图2)。多个区域140c’于上视图中可呈一点状阵列。在本实施例中，各电流通道140c的上视图为一圆形，因此，区域140c’也为圆形。在其他实施例，如图1C～图1F所示，电流通道140c(或区域140c’)的上视图包含但不限于长方形、三角形、菱形或其组合。
如图1A所示，在任两条相邻的第二延伸部132与第一延伸部131之间具有一电流通道区140b，电流通道区140b为多个最靠近延伸电极13的区域140c’的共同切线所界定的范围，且在电流通道区140b与延伸电极13之间不具有区域140c’。换言之，在两条相邻的第二延伸部132与第一延伸部131之间，电流通道区140b为一围绕所有区域140c’的多边形，且电流通道区140b的每一边都至少与二个区域140c’相切。在图1A中，电流通道区140b为一四边形(例如：长方形)且仅画出一个作为例示，发光元件可包含多个电流通道区。
如图1C～图1G所示，当区域140c’为其他形状时，电流通道区140b由多个最靠近延伸电极13的区域140c’的顶点(如图1D或图1F)、边(如图1C或图1E)或以上至少两者共同(如图1G)所界定的范围。在图1C或图1E中，区域140c’为方形，且电流通道区140b为一四边形；在图1D或图1F中，区域140c’分别为三角型及菱形，且电流通道区140b为一四边形；在图1G中，区域140c’包含至少两种不同形状，且电流通道区140b为一四边形。如图1B和图1H所示，电流通道区140b具有相同的形状，都为六边形。图1B中，除了界定电流通道区140b的区域140c’外，仍有其他区域140c’被围绕于其中，意即有些区域140c’未被用来界定电流通道区140b。在图1H中，电流通道区140b由所有的区域140c’所界定。
如图1B所示，电流通道区140b与第一延伸部131之间有一个最短的距离D1，以及与第二延伸部132之间有一个最短的距离D2，距离D1大于距离D2。由于第一延伸部131的宽度W1为第二延伸部132的宽度W2的1.5～3倍，且第一延伸部131与电极部171直接连接，第二延伸部132再与第一延伸部131直接连接，因此当发光元件100于正常操作下，流经第一延伸部131的电流大于流经第二延伸部132的电流，如图3所示。图3为发光元件100之内部电流散布示意图。图中电流9的方向仅为示意，根据发光叠层120的电性设计，电流9的方向也可相反。电流9在电流通道140c与第一延伸部131及第二延伸部132之间，会流经第一窗口层111、发光叠层120及第二窗口层112。由于流经第一延伸部131的电流大于流经第二延伸部132的电流，因此当电流9流经电流通道140c与第一延伸部131及第二延伸部132之间的区域时，电流9中较多的部分会流经电流通道140c与第一延伸部131之间的区域C2，电流9中较少的部分会流经电流通道140c与第二延伸部132之间的区域C1到第二延伸部132。此外，由于把电流通道区140b与第一延伸部131之间的距离设计大于与第二延伸部132之间的距离(D1>D2)，因此在区域C2中的电流较分散，在区域C1中的电流较集中；由于在区域C2中的电流较多但是较分散，在区域C1中的电流较少但是较集中，使得通过区域C1中的有源层122的电流密度接近通过区域C2的有源层122的电流密度，达到均匀分散电流的目的。
本实施例中，第一延伸部131的宽度W1介于3μm～50μm之间，较佳的是介于10μm～20μm之间，第二延伸部132的宽度W2介于2μm～33μm之间，较佳的是介于5μm～10μm；距离D1与宽度W1之间具有一个比值R1(＝D1/W1)，距离D2与宽度W2之间具有一个比值R2(＝D2/W2)，R1与R2的范围分别为2≤R1≤3.5，2≤R2≤3.5，因此距离D1的较佳的范围介于20μm～70μm之间，距离D2的较佳的范围介于10μm～35μm之间。当第一延伸部131的宽度是渐变时，以最大宽度定义为W1且计算上述的比值R1。
图4绘示根据另一实施例揭露的发光元件200的上视图，发光元件200类似发光元件100，且相同或相似的结构可参考前述，于此将不再撰述。发光元件200与发光元件100差异在于电流通道区140b中区域140c’分布不同，亦即发光元件200的电流通道140c与发光元件100的电流通道140c分布不同。在发光元件200中，电流通道区140b的密度从第一侧1031往第二侧1032的方向渐增。详言之，发光元件200的电流通道区140b包含一第一区域b1与第二区域b2，第一区域b1比第二区域b2较靠近电极部171，第一区域b1中的单位面积中的区域140c’数量小于第二区域b2中的单位面积中的区域140c’数量。换句话说，第一区域b1中的区域140c’的密度(数量/面积)小于第二区域b2中的区域140c’的密度，也就是第一区域b1中电流通道140c的密度小于第二区域b2中电流通道140c的密度，因此相同的面积下，第一区域b1中第一接触层140与第一窗口层111接触的总和面积小于第二区域b2中第一接触层140与第一窗口层111接触的总和面积，如此，电流通过第二区域b2中第一接触层140与第一窗口层111介面的总接触电阻小于通过第一区域b1中第一接触层140与第一窗口层111介面的总接触电阻，亦即电流较容易通过第二区域b2中第一接触层140与第一窗口层111介面，由此驱使原本要通过第一区域b1中电流通道140c的电流往第二区域b2中电流通道140c流动，以使发光元件200中的电流散布更均匀。
图5A绘示根据另一实施例的发光元件300的上视图，图5B绘示图5A中区域II的放大图。发光元件300类似发光元件100，且相同或相似的结构可参考前述，于此将不再撰述。发光元件300与发光元件100的差异在于电流通道区140b与第一延伸部131之间最短的距离不同，亦即发光元件300中电流通道140c与第一延伸部131之间最短的距离不同于发光元件100的电流通道140c与第一延伸部131之间的最短距离。详叙如下。如图5B所示，发光元件300的包含多个电流通道区140b1、140b2、140b3。电流通道区140b1、电流通道区140b2以及电流通道区140b3分别与第一延伸部131的线段1311、线段1312及线段1313间最近的距离分别为一距离D3、一距离D4及一距离D5，距离D3大于距离D4，距离D4大于距离D5。在本实施例中，线段1311离电极部171最近，线段1312次之，线段1313离电极部171最远。在第一延伸部131上，离电极部171越近电流密度越高，离电极部171越远电流密度越低，因此线段1311的电流密度最高，线段1312次之，线段1313最低。类似图3，通过距离D3大于距离D4，距离D4大于距离D5的设计，可以使得在线段1311跟电流通道区140b1之间、线段1312跟电流通道区140b2之间以及线段1313跟电流通道140b3之间的电流密度接近，达到均匀分散电流的目的。距离D3较佳的范围介于80μm～130μm之间，距离D4较佳的范围介于50μm～100μm之间，距离D5较佳的范围介于20μm～70μm之间。
图6A绘示根据另一实施例的发光元件400的上视图，图6B绘示图6A中区域III的放大图。发光元件400类似发光元件200，相同或相似的结构可参考前述，于此将不再撰述。发光元件400与发光元件200的差异在于电流通道区140b中区域140c’分布不同，亦即发光元件400的电流通道140c与发光元件200的电流通道140c分布不同。此外，电流通道区140b为非长方形为一六边形。详言之，发光元件400的电流通道区140b包含第二区域b2与第三区域b3，第二区域b2可参考前面段落的描述，且第三区域b3描述如下。
如图6B所示，第三区域b3的形状为一等腰梯型具有上底b61，下底b62，及两个具有相同长度的腰b6’及b6”连接上底b61及下底b62。离第一延伸部131最近的等腰梯型的端点P11、P12与邻近第二延伸部132之间具有一距离D6；离第一延伸部131最远的等腰梯型的端点P21、P22与相邻的第二延伸部132之间具有一距离D7，距离D6大于距离D7。区域140c’与其最靠近的第二延伸部132彼此间的距离是从下底b62至上底b61的方向渐减。详言之，从邻近下底b62处至邻近上底b61处，腰部b6’或腰部b6”与第二延伸部132之间的距离从距离D6渐减至距离D7。距离D7较佳的范围介于10μm～35μm之间，距离D6较佳的范围介于35μm～100μm之间。第二延伸部132上离第一延伸部131越近的部分电流密度越高，亦即第二延伸部132上靠近下底b62处的电流密度高于靠近上底b61处的电流密度。类似图3，通过距离D6渐减至距离D7的设计，可以使得第三区域b3中从端点P11到端点P21跟邻近(最靠近)的第二延伸部132之间的电流密度接近，或者从端点P12到端点P22跟邻近的第二延伸部132之间的电流密度接近，达到均匀分散电流的目的。
图7绘示根据另一实施例的发光元件500的上视图。发光元件500类似发光元件200，相同或相似的结构可参考前述，于此将不再撰述。发光元件500与发光元件200差异在于第二延伸部132的宽度渐变。详言之，第二延伸部132具有一第一端132’靠近第一侧1031及一第二端132”靠近第二侧1032。第一端132’较第二端132”靠近第一延伸部131，且第二延伸部132的宽度是从第一端132’往第二端132”的方向渐减。第二端132”是第二延伸部132的末端，电流从第一端132’散布到第二端132”时，电流会逐渐降低，因此靠近第二端132”的电流不需要与靠近第一端132’的电流流过相同宽度的电极，即可维持相同的电流密度而不会产生电流聚集的现象，此外，如前所述，由于第二区域b2的密度大于第一区域b1，电流被驱使往第二区域b2流动，进而更使电流均匀分散。
在另一实施例中，发光元件500的第二延伸部132的宽度是从第一端132’往第二端132”的方向渐增(图未示)，使第二延伸部132上电流更容易从第一端132’往第二端132”扩散，达到均匀分散电流的目的。
图8绘示根据另一实施例的发光元件600的上视图。发光元件600类似发光元件200，相同或相似的结构可参考前述，于此将不再撰述。发光元件600包含一第一区域b1和第四区域b4。第一区域b1可参考前面段落的描述。第一区域b1与第四区域b4的差异在于区域140c’(140c”)的面积，且第四区域b4中的每一个区域140c”的面积大于第一区域b1中的每一个区域140c’的面积以增加电流散布的均匀性。详言之，在相同的面积以及第一区域b1与第四区域b4中的区域(140c’、140c”)数目于此相同面积下的是相同的条件下，当区域140c”的面积大于区域140c’(意即区域140c’彼此间的距离大于区域140c”彼此间的距离)时，第四区域b4中第一接触层140与第一窗口层111接触的总和面积会大于第一区域b1下方中第一接触层140与第一窗口层111接触的总和面积，使得第四区域b4与第一区域b1中，对应下方的电流通过第四区域b4中第一接触层140与第一窗口层111介面的总接触电阻小于通过第一区域b1中第一接触层140与第一窗口层111介面的总接触电阻，由此驱使原本要通过第一区域b1中电流通道140c的电流往第四区域b4中电流通道140c流动，以使发光元件600中的电流散布更均匀。
在另一实施例中，发光元件(图未示)与前述发光元件100、200、300、400、500、600差异处在于连接两个电极部171的第一延伸部131的宽度W1(参考图1B)是渐变的。详言之，第一延伸部131的宽度W1自电极部171往第三侧1033或第四侧1034方向渐减。在另一实施例，第一延伸部131的宽度W1自电极部171往第三侧1033或第四侧1034方向渐增。
图9A绘示根据另一实施例的发光元件700的上视图，图9B绘示图9A中发光元件700的区域IV的局部放大图。发光元件700类似发光元件100其相同或相似的结构可参考前述，于此将不再撰述。
在本实施例中，上电极包含电极部171及延伸电极13。电极部171包含第一电极部171a以及第二电极部171b。在发光元件700的多个侧壁中，第一电极部171a最靠近第一侧1031，且第二电极部171b最靠近第二侧1032。延伸电极13可包含二条第一延伸部131a、131b及多条第二延伸部132。在本实施例中，第一延伸部131a沿第一侧1031延伸且与电极部171a相连接，第一延伸部131b沿第二侧1032延伸且与电极部171b相连接。各第二延伸部132可与第一延伸部131a及第一延伸部131b相连接，或者与第一电极部171a及第二电极部171b相连接。各第二延伸部132实质上可与第三侧1033或第四侧1034平行。
如图9A、图9B所示，第一电极部171a以及第二电极部171b具有一宽度W0，第一延伸部131a及第一延伸部131b具有一宽度W1，第二延伸部132具有一宽度W2。在本实施例中，宽度W1介于宽度W0与宽度W2之间，且宽度W1大于宽度W2。
如图9A～图9C所示，第二接触层190较佳为在垂直于发光叠层120的方向(X)上不与电流通道区140b重叠。如图9B的上视图所示，第二接触层190可具有一端部190e。在本实施例中，端部190e为第二接触层190与第一延伸部131交接处。端部190e与电流通道区140b之间具有一个最短的距离s1，电流通道区140b与第二接触层190之间具有一个最短的距离s2。在一实施例中，s1/s2的范围可大于0且小于5，较佳为大于1且小于3。第一延伸部131与电流通道区140b之间具有一个最短的距离D1，较佳为距离D1大于距离s2。在本实施例中，第二接触层190可具有一宽度W4，且较佳为宽度W4小于第二延伸部132的宽度W2。
图9C绘示图9B中沿着B-B’线的剖视图，图9D绘示图9B中沿着C-C’线的剖视图。如图9C所示，第二延伸部132可覆盖于第二接触层190的侧表面190a以及上表面190s，使第二接触层190被第二延伸部132包覆而不露出。
如图9C及图9D所示，发光元件700不具有第一窗户层111。在本实施例中，绝缘层145邻接于第一半导体层121，且在第一半导体层121下方进一步包含接触结构130。如图9C所示，接触结构130可邻接于第一半导体层121，且位于绝缘层145的多个孔洞140e中。接触结构130的材料包含III-V族半导体材料。在一实施例中，III-V族半导体材料可为二元III-V族半导体材料，例如GaAs或GaP。接触结构130包含掺杂物如锌(Zn)、碳(C)或镁(Mg)等，且可与第一半导体层121具有相同的导电型态，例如为p型。在一实施例中，接触结构130的厚度大于绝缘层145的厚度。如图9C所示，第一接触层140覆盖于绝缘层145的侧壁及露出于孔洞140e的接触结构130上。在本实施例中，通过设置接触结构130而形成多个电流通道140c让电流通过。如图9C中所示，在垂直方向(X方向)上第二接触层190与接触结构130之间具有一距离H1。在一实施例中，距离s2大于距离H1，且较佳为距离s2大于距离H1的2倍(s2>2H1)。
在本实施例中，第二接触层190仅位于第二延伸部132下方。如图9B及图9D所示，在垂直方向(X方向)上第二接触层190不与电极部171及第一延伸部131重叠。由于第二接触层190仅位于第二延伸部132下方，可减少有源层122所产生的光被第一延伸部131吸收的机会，提升发光效率。
图9E及图9F分别绘示了其他实施例的发光元件的局部放大图。在一实施例中，第二接触层190可仅位于一部分的第二延伸部132下方而不与第一延伸部131相连接。如图9E所示，第二接触层190的端部190e与第一延伸部131之间还具有一距离s3。距离s3可在10μm至50μm的范围内，例如约20μm、25μm、30μm、35μm或40μm。在一些实施例中，通过使第二接触层190与第一延伸部131之间隔开一距离，可进一步减少有源层122所产生的光被第一延伸部131吸收的机会，以提升发光元件的发光效率。
在另一实施例中，第二接触层190可延伸设置于一部分的第一延伸部131下方。如图9F所示，第二接触层190可具有第一部分190a及第二部分190b，第一部分190a设置于第二延伸部132下方，第二部分190b设置于第一延伸部131靠近电流通道区140b一侧的边缘下方。第二部分190b可与第一部分190a相连接。在垂直方向(X方向)上，第二部分190b与第一延伸部131实质上有重叠。详言之，在垂直方向(X方向)上第二部分190b的一侧边与第一延伸部131靠近电流通道区140b的侧边可实质上重叠。在上视图中，第二部分190b面积较佳为占第一延伸部131面积的1/2以下，更佳为1/3以下。第二部分190b较佳为在垂直方向(X方向)上与电极部171不重叠。通过将第二接触层190延伸设置于一部分的第一延伸部131下方，有利于改善第一延伸部131与下方第二窗口层112(参考图9D)之间的接触电阻，可进一步降低发光元件的顺向电压值。
图9G绘示根据另一实施例的发光元件800的上视图。发光元件800与发光元件700之间主要差异在于电极部171的配置方式，其他相同或相似的结构可参考前述，于此将不再撰述。如图9G所示，在本实施例中，电极部171的第一电极部171a以及第二电极部171b在水平方向(Y方向)上不重叠。此外，在本实施例中，第一电极部171a及第二电极部171b分别与不同条第二延伸部132相连接，但不限于此。在另一实施例中，第一电极部171a及第二电极部171b也可与同一条第二延伸部132相连接，同时在水平方向(Y方向)上不重叠。在一些实施例中，通过使第一电极部171a及第二电极部171b在水平方向(Y方向)上不重叠，可使电流分布更均匀，有利于元件发光均匀性的改善。
图10为本实用新型一实施例的半导体元件的封装结构示意图。封装结构包含半导体元件60、封装基板61、载体63、接合线65、接触结构66以及封装材料层68。封装基板61可包含陶瓷或玻璃材料。封装基板61中具有多个通孔62。通孔62中可填充有导电性材料如金属等而有助于导电或/且散热。载体63位于封装基板61一侧的表面上，且亦包含导电性材料，如金属。接触结构66位于封装基板61另一侧的表面上。在本实施例中，接触结构66包含第一接触垫66a以及第二接触垫66b，且第一接触垫66a以及第二接触垫66b可通过通孔62而与载体63电连接。在一实施例中，接触结构66可进一步包含散热垫(thermal pad)(未绘示)，例如位于第一接触垫66a与第二接触垫66b之间。半导体元件60位于载体63上，且可为本实用新型任一实施例所述的发光元件。在本实施例中，载体63包含第一部分63a及第二部分63b，半导体元件60通过接合线65而与载体63的第二部分63b电连接。接合线65的材质可包含金属，例如金、银、铜、铝或至少包含上述任一元素的合金。封装材料层68覆盖于半导体元件60上，具有保护半导体元件60的效果。具体来说，封装材料层68可包含树脂材料如环氧树脂(epoxy)、硅氧烷树脂(silicone)等。封装材料层68还可包含多个波长转换粒子(图未示)以转换半导体元件60所发出的第一光为一第二光。第二光的波长大于第一光的波长。
本实用新型的发光元件或封装结构可应用于照明、医疗、显示、通讯、感测、电源系统等领域的产品，例如灯具、监视器、手机、平板计算机、车用仪表板、电视、计算机、穿戴设备(如手表、手环、项链等)、交通号志、户外显示器、医疗器材等。
图11绘示一光电系统4b示意图。光电系统4b包含一底板49、多个像素40’、以及控制模块49’。多个像素40’位于底板49上且与底板49电连接。一控制模块49’电连接底板49以控制多个像素40’。多个像素40’的一包含一个或多个发光元件40b，发光元件40b包含前述任一实施例所揭露的发光元件100、200、300、400、500、600、700、800，且每一个发光元件40b可被控制模块49’单独控制。在一实施例中，每一个像素40’之中包含一用以发出红光的发光单元、一用以发出蓝光的发光单元以及一用以发出绿光的发光单元，且至少上述的一发光单元包含发光元件40b。在一实施例中，底板49上的多个发光元件40b可被放置成一具有行/列的矩阵，或具有非对称的多边形的外围轮廓。在一实施例中，较佳地，两邻近的像素40’之间的距离d在100μm～5mm之间，或两邻近的发光元件40b之间的距离d’在100μm～500μm之间。
应当注意，上述提出的各种实施例是用于说明本实用新型，但并不限制本实用新型的范围。各实施例中类似或相同的元件或在不同实施例中具有相同附图符号的元件可具有相同的化学或物理特性。此外，不同实施例所示的元件可以在适当的情况下彼此组合或替换，在一个实施例的元件连接关系也可应用于另一个实施例中。上述各实施例可进行任何可能的修改而不脱离本实用新型的技术原理与精神，且均为本实用新型所涵盖，并为附上的权利要求所保护。
Claims (10)
1.一种发光元件，其特征在于，该发光元件包含：
发光叠层，具有出光面且包含多个半导体层；
上电极，位于该出光面上，该上电极包含电极部、彼此电连接的第一延伸部与第二延伸部，其中该第一延伸部具有第一宽度，该第二延伸部具有第二宽度，该第一宽度大于该第二宽度；
电流通道区，位于该第一延伸部及该第二延伸部之间；以及
接触层，位于该第二延伸部与该发光叠层之间且具有小于或等于该第二宽度的第三宽度；
其中，该电流通道区与该第一延伸部之间具有第一距离，该电流通道区与该第二延伸部之间具有第二距离，该第一距离大于该第二距离。
2.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，该第一距离与该第一宽度的比值R1，2≤R1≤3.5，该第二距离与该第二宽度的比值R2，2≤R2≤3.5。
3.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，该电极部包含第一电极部以及第二电极部，且该第一电极部及该第二电极部在水平方向上不重叠。
4.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，在一上视图中，该接触层与该第一延伸部相隔一距离。
5.一种发光元件，其特征在于，该发光元件包含：
发光叠层，具有出光面且包含多个半导体层；
上电极，位于该出光面上，该上电极包含电极部、第一延伸部与第二延伸部彼此电连接；
电流通道区，位于该第一延伸部及该第二延伸部之间，且包含第一区及第二区；以及
多个区域，位于该出光面；
其中，该第一区比该第二区靠近该电极部，且该多个区域在该第一区的密度小于在该第二区中的密度。
6.如权利要求5所述的发光元件，其特征在于，在该第一区中各该区域的面积小于在该第二区中各该区域的面积。
7.如权利要求5所述的发光元件，其特征在于，该第二延伸部具有渐变的宽度。
8.如权利要求5所述的发光元件，其特征在于，该第一区与该第二延伸部之间具有第三距离，该第二区与该第二延伸部之间具有第四距离，且该第三距离大于该第四距离。
9.一种封装结构，其特征在于，该封装结构包含：
载体；
如权利要求1至权利要求8中任一所述的发光元件，位于该载体上；以及
封装材料层，覆盖于该发光元件上。
10.一种光电系统，其特征在于，该光电系统包含：
底板；
如权利要求1至权利要求8中任一所述的发光元件，位于该底板上；以及
控制模块。
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