TW202410489A - 發光元件 - Google Patents
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Abstract
一發光元件，包含一基板具有一第一表面以及一與第一表面相對之第二表面；以及一第一發光單元位於基板之第一表面上，包含一第一半導體層及一半導體台面位於第一半導體層上，其中自發光元件之一上視圖觀之，第一半導體層包含一第一側邊以及一第一凸部突出於第一側邊，並且半導體台面包含一第二側邊及一第二凹部凹陷於第二側邊且與第一凸部相對。
Description
本發明係關於一種發光元件，且特別係關於一種包含多個發光單元的發光元件。
發光二極體(Light-Emitting Diode, LED)為固態半導體發光元件，其優點為功耗低，產生的熱能低，工作壽命長，防震，體積小，反應速度快和具有良好的光電特性，例如穩定的發光波長。因此發光二極體被廣泛應用於家用電器，設備指示燈，及光電產品等。
根據本發明之一實施例揭露一發光元件，包含一基板具有一第一表面以及一與第一表面相對之第二表面；以及一第一發光單元位於基板之第一表面上並包含一第一半導體層及一半導體台面位於第一半導體層上，其中自發光元件之一上視圖觀之，第一半導體層包含一第一側邊以及一第一凸部突出於第一側邊，半導體台面包含一第二側邊及一第二凹部凹陷於第二側邊並與第一凸部相對。
為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，請參照下列實施例之描述並配合相關圖示。惟，以下所示之實施例係用於例示本發明之發光元件，並非將本發明限定於以下之實施例。又，本說明書記載於實施例中的構成零件之尺寸、材質、形狀、相對配置等在沒有限定之記載下，本發明之範圍並非限定於此，而僅是單純之說明而已。且各圖示所示構件之大小或位置關係等，會由於為了明確說明有加以誇大之情形。更且，於以下之描述中，為了適切省略詳細說明，對於同一或同性質之構件用同一名稱、符號顯示。
第1圖係本發明一實施例所揭示之一發光元件1的上視圖。第2圖係沿著第1圖之切線Y-Y’的發光元件1的剖面圖。第3圖係第1圖之位置Ⅰ的部分放大圖。第4圖係本發明一實施例所揭示之一發光元件2的上視圖。第5圖係沿著第4圖之切線Y-Y’的發光元件2的剖面圖。第6圖係第4圖之位置Ⅱ的部分放大圖。
發光元件1或2可為具有較小的水平面積的小型發光二極體晶片，至少任一邊具有一長度小於或等於200μm，但大於80μm。例如具有230μm×180μm或150μm×90μm的尺寸。然而，實施例的發光元件1或2的橫長及縱長並不限定於上述內容。並且，發光元件1或2可為具有較薄的厚度的小型發光二極體晶片。發光元件1或2可具有約100μm以下的厚度，較佳具有約40μm以上且90μm以下的厚度。發光元件1或2能夠以7mA/mm
2以上且250mA/mm
2以下的電流密度驅動。本實施例的發光元件1或2可應用到小型或薄型的各種發光裝置。
如第1圖~第2圖及第4圖~第5圖所示，發光元件1或2包含一基板10。基板10具有一第一表面100及一與第一表面100相對之第二表面110。複數個發光單元1a，1b藉由一溝渠1000相互隔開的形成在基板10之第一表面100上。本發明之實施例雖以兩個發光單元1a，1b進行例示性的說明，但本發明之發光元件1或2所包含的發光單元的數量並不限定於兩個。
如第1圖及第4圖所示，溝渠1000使發光單元1a，1b彼此分離。據此，基板10的第一表面100暴露於溝渠1000。溝渠1000可通過微影及蝕刻製程而形成。發光單元1a，1b隔著溝渠1000而彼此相向。如第2圖或第5圖所示，第一發光單元1b以及第二發光單元1a分別包含一半導體疊層20b，20a。半導體疊層20b，20a各包含一第一半導體層21b，21a，一第二半導體層22a，22b，及一活性層23a，23b，其中活性層23a，23b係分別位於第一半導體層21a，21b及第二半導體層22a，22b之間。彼此相向的發光單元1a，1b的側面被定義為內側面，除此之外的側面被定義為外側面。第一發光單元1b的第一半導體層21b及第二發光單元1a的第一半導體層21a也分別包括內側面及外側面。例如，第一半導體層21a，21b分別包含一個內側面20a1，20b1及三個外側面20a2，20b2。如第2圖或第5圖所示，第一半導體層21a，21b的外側面20a2，20b2及內側面20a1，20b1可以是傾斜的。但是本發明並不限定於此，也可以是僅有鄰近溝渠1000的內側面20a1，20b1相對地傾斜，外側面20a2，20b2可以與基板10的側面10s對齊。例如，第一半導體層21a，21b的外側面20a2，20b2可以通過與基板10一同劃線而形成。相較內側面20a1，20b1，外側面20a2，20b2較陡峭，例如呈垂直基板10之第一表面100之一垂直面。
如第1圖或第4圖所示，在第一發光單元1b以及第二發光單元1a的周邊露出基板10的第一表面100。第一發光單元1b以及第二發光單元1a的周邊所露出的區域稱為分離區域ISO。發光元件1或2具有一第一邊11以及一與第一邊11相接之第二邊12。第7圖係第1圖之位置Ⅲ或第4圖之位置Ⅲ的部分上視圖。如第7圖所示，分離區域ISO於第一邊11上具有一第一距離d1，分離區域ISO於第二邊12上具有一第二距離d2，且第一距離d1與第二距離d2具有不同的寬度。第一距離d1、第二距離d2包含一寬度介於1μm~50μm之間，較佳小於30μm，更佳小於15μm。於一實施例中，第一距離d1包含一寬度介於1μm~30μm之間，較佳介於3μm~20μm之間，更佳介於5μm~15μm之間。第二距離d2包含一寬度介於0.5μm~20μm之間，較佳介於2μm~12μm之間，更佳介於3μm~9μm之間。
如第2圖或第5圖所示，藉由乾蝕刻或濕蝕刻以將半導體疊層20a，20b的邊緣部分蝕刻而露出第一半導體層21a，21b。蝕刻後剩餘下來的部分構成半導體台面20ma，20mb設置於第一半導體層21a，21b上。半導體台面20ma，20mb可以限定位於被第一半導體層21a，21b包圍的內側。半導體台面20ma，20mb包含第二半導體層22a，22b，及活性層23a，23b，其中活性層23a，23b係分別位於第一半導體層21a，21b及第二半導體層22a，22b之間。
半導體台面20ma可以包含貫通第二半導體層22a及活性層23a的通孔200。如第1圖所示，在半導體台面20ma可以形成有多個通孔200，然而也可以如第4圖所示地形成有單一的通孔200。於俯視圖下，通孔200可以為長條形狀，橢圓形，或圓形。
如第1圖或第4圖所示，位於第一發光單元1b及第二發光單元1a上的第一半導體層21b，21a於俯視圖下具有互補的形狀。具體而言，第一發光單元1b上的第一半導體層21b可以形成有向第一發光單元1b以外延伸的第一凸部210b，且第二發光單元1a上的第一半導體層21a對應地形成有向第二發光單元1a以內延伸的第一凹部210a。
第一發光單元1b上的半導體台面20mb及第二發光單元1a上的半導體台面20ma可以各自形成有向半導體台面20mb，20ma內部延伸的第二凹部220b及第三凹部220a。第一半導體層21b，21a通過第二凹部220b及第三凹部220a而暴露出來。第二凹部220b及第三凹部220a分別向第一發光單元1b及第二發光單元1a之半導體台面20mb，20ma的內部延伸地形成，具體而言，如第1圖或第4圖所示，第二凹部220b及第三凹部220a可以從半導體台面20mb，20ma的一側邊m1，m1’朝向與其相對的另一側邊m2，m2’延伸。第二凹部220b及第三凹部220a的數量可以是一個，也可以是兩個(含)以上。設置於第一發光單元1b之第一凸部210b的數量與設置於第一發光單元1b之第二凹部220b的數量相同。設置於第一發光單元1b之第二凹部220b的數量與設置於第二發光單元1a之第三凹部220a的數量相同。
於本實施例中，自發光元件1或2之上視圖觀之，如第1圖或第4圖所示，於平行於發光元件1或2之第一邊11之方向上，設置於第二發光單元1a之第一凹部210a，及/或第三凹部220a分別具有一最大寬度大於設置於第一發光單元1b之第二凹部220b的最大寬度。於平行於發光元件1或2之第二邊12之方向上，設置於第一發光單元1b之第二凹部220b或設置於第二發光單元1a之第三凹部220a具有一凹陷深度不大於其各自的最大寬度。於一實施例中，第二凹部220b的凹陷深度大於第三凹部220a的凹陷深度。
第3圖係第1圖之位置Ⅰ的部分放大圖。第6圖係第4圖之位置Ⅱ的部分放大圖。如第3圖或第6圖所示，第一發光單元1b的第一半導體層21b包含一第一側邊211b，以及第一凸部210b於朝向第一發光單元1b之一外部的方向上突出於第一側邊211b。所述第一凸部210b係指第一凸部210b的兩個端點之間的假想線係位於第一半導體層21b的內部。第一發光單元1b上的半導體台面20mb包含一第二側邊222b，以及一第二凹部220b於朝向第一發光單元1b之一內部的方向上凹陷於第二側邊222b。所述第二凹部220b係指第二凹部220b上的兩個端點之間的假想線係位於半導體台面20mb的外部。於俯視圖下，第一凸部210b具有向第一發光單元1b之第一側邊211b以外突出的形狀，且第一半導體層21b之第一凸部210b的位置相應於半導體台面20mb的第二凹部220b。換言之，第一發光單元1b之第一半導體層21b的第一凸部210b與半導體台面20mb的第二凹部220b的延伸方向係相反。為了使後續製程中形成的第一電極51b達到更佳的電流分散效果，第一凸部210b包含一第一曲率半徑大於第二凹部220b之一第二曲率半徑。
如第3圖或第6圖所示，第二發光單元1a的第一半導體層21a具有向內部延伸的第一凹部210a。第二發光單元1a之第一凹部210a的形狀係互補於第一發光單元1b上的第一凸部210b的形狀，且半導體台面20ma之第三凹部220a的位置及形狀對應於第一半導體層21a之第一凹部210a的位置及形狀。
具體而言，第二發光單元1a上的第一半導體層21a包含一第一側邊211a以及一第一凹部210a。於朝向第二發光單元1a之一內部的方向上，第一凹部210a凹陷於第一側邊211a並與第一發光單元1b上的第一凸部210b相對。第二發光單元1a上的半導體台面20ma包含一第二側邊222a，以及一第三凹部220a凹陷於第二側邊222a並與第一發光單元1b上的第一凸部210b相對。
兩相鄰發光單元1a，1b之半導體台面20ma，20mb的第三凹部220a及第二凹部220b的位置係相互對應。隨著第一凸部210b及第二凹部220b的數量增加，於後續製程中形成於第一凸部210b之第一電極51b的數量也增加，從而改善電流分散性能。第1圖例示了第一發光單元1b包含兩個第一凸部210b且第二發光單元1a包含兩個第一凹部210a。第4圖例示了第一發光單元1b包含一個第一凸部210b且第二發光單元1a包含一個第一凹部210a。
第3圖例示的發光元件1之部分與第6圖例示的發光元件2之部分大體相似，主要的差異在於發光元件1之第一發光單元1b的第一半導體層21b的第一側邊211b與第二發光單元1a的第一半導體層21b的第一側邊211a之間的間距大致相同於第一凸部210b與第一凹部210a之間的間距，以至於發光元件1的溝渠1000於俯視圖下具有等間距的寬度S。如第6圖所示，發光元件2之第一發光單元1b的第一半導體層21b的第一側邊211b與第二發光單元1a的第一半導體層21a的第一側邊211a之間的間距不同於第一凸部210b與第一凹部210a之間的間距，以至於發光元件2的溝渠1000於俯視圖下具有不同間距的寬度S1及S2。具體而言，發光元件2之第一發光單元1b的第一凸部210b與第二發光單元1a的第一凹部210a之間具有第一間距S1。發光元件2之第一發光單元1b的第一半導體層21b的第一側邊211b與第二發光單元1a的第一半導體層21a的第一側邊211a之間具有第二間距S2。於本實施例中，第一間距S1可大於或小於第二間距S2。
基板10可以為一成長基板以磊晶成長半導體疊層20a，20b。基板10包括用以磊晶成長磷化鋁鎵銦(AlGaInP)之砷化鎵(GaAs)晶圓，或用以成長氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)、或氮化鋁鎵(AlGaN)之藍寶石(Al
2O
3)晶圓、氮化鎵(GaN)晶圓、碳化矽(SiC)晶圓、或氮化鋁(AlN)晶圓。
基板10與半導體疊層20a，20b相接的第一表面100可以為粗糙化的表面。粗糙化的表面可以為具有不規則形態的表面或具有規則形態的表面。相對於基板10的第一表面100，基板10包含複數個凸部(圖未示)突出於第一表面100或是複數個凹部(圖未示)凹陷於(圖未示)。於一剖面圖下，凸部或凹部可以為半球形狀或者多邊錐形狀。
於本發明之一實施例中，藉由金屬有機化學氣相沉積法(MOCVD)、分子束磊晶(MBE)、氫化物氣相沉積法(HVPE)、物理氣相沉積法(PVD)或離子電鍍方法以於基板10上形成具有光電特性之半導體疊層20a，20b，例如發光(light-emitting)疊層，其中物理氣象沉積法包含濺鍍 (Sputtering)或蒸鍍(Evaporation)法。
藉由改變半導體疊層20a，20b中一層或多層的物理及化學組成以調整發光元件1或2發出光線的波長。半導體疊層20a，20b之材料包含Ⅲ-Ⅴ族半導體材料，例如Al
xIn
yGa
(1-x-y)N或Al
xIn
yGa
(1-x-y)P，其中0≦x，y≦1；(x+y)≦1。當半導體疊層20a，20b之材料為AlInGaP系列材料時，可發出波長介於610 nm及650 nm之間的紅光。當半導體疊層20a，20b之材料為InGaN系列材料時，可發出波長介於400 nm及490 nm之間的藍光，波長介於490 nm及500 nm之間的青色光，或波長介於500 nm及570 nm之間的綠光。當半導體疊層20a，20b之材料為AlGaN系列或AlInGaN系列材料時，可發出波長介於250 nm及400 nm之間的紫外光。
第一半導體層21a，21b和第二半導體層22a，22b可為包覆層(cladding layer)或侷限層(confinement layer)，兩者具有不同的導電型態、電性、極性，或依摻雜的元素以提供電子或電洞，例如第一半導體層21a，21b為n型電性的半導體，第二半導體層22a，22b為p型電性的半導體。活性層23a，23b分別形成在第一半導體層21a，21b和第二半導體層22a，22b之間，電子與電洞於一電流驅動下在活性層23a，23b複合，將電能轉換成光能，以發出一光線。活性層23a，23b可為單異質結構(single heterostructure, SH)，雙異質結構(double heterostructure, DH)，雙側雙異質結構(double-side double heterostructure, DDH)，或是多層量子井結構(multi-quantum well, MQW)。活性層23a，23b之材料可為中性、p型或n型電性的半導體。第一半導體層21a，21b、第二半導體層22a，22b、或活性層23a，23b可為一單層或包含複數子層的結構。
於本發明之一實施例中，半導體疊層20a，20b還可包含一緩衝層(圖未示)位於第一半導體層21a，21b和基板10之間，用以釋放基板10和半導體疊層20a，20b之間因材料晶格不匹配而產生的應力，以減少差排及晶格缺陷，進而提升磊晶品質。緩衝層可為一單層或包含複數子層的結構。於一實施例中，可選用PVD氮化鋁(AlN)做為緩衝層，形成於半導體疊層20a，20b及基板10之間，用以改善半導體疊層20a，20b的磊晶品質。在一實施例中，用以形成PVD氮化鋁(AlN)的靶材係由氮化鋁所組成。在另一實施例中，可使用由鋁組成的靶材，於氮源的環境下與鋁靶材反應性地形成氮化鋁。
如第1圖~第2圖及第4圖~第5圖所示，接觸電極40b，40a分別設置於第一發光單元1b及第二發光單元1a的第二半導體層22b，22a上，並且電連接於第一發光單元1b及第二發光單元1a的第二半導體層22a，22b。接觸電極40a，40b可以幾乎覆蓋第二半導體層22a，22b的全部區域，也可以與半導體台面20m的邊緣相隔一距離。例如，接觸電極40a，40b可以覆蓋第二半導體層22a，22b的80％以上，更佳可以覆蓋90％以上。為了防止水氣從發光單元1a，1b的側壁或基板10的邊緣流入而造成損傷，相對於半導體台面20m的邊緣，接觸電極40a，40b的邊緣部位可設置於發光單元1a，1b的內側。接觸電極40a，40b可以各包含具有反射性的金屬層，以將在活性層23a，23b生成而向接觸電極40a，40b行進的光向基板10之第二表面110反射。於一實施例中，接觸電極40a，40b可以形成為單一反射金屬層，例如Ag或Al。然而並不局限於此，接觸電極40a，40b也可以包含透明氧化物層以作為歐姆接觸層。為了減少接觸電阻並提高電流擴散的效率，透明氧化物層之材料包含對於活性層23a，23b所發出的光線為透明的材料。接觸電極40a，40b包含氧化銦錫(Indium Tin Oxide，ITO)、氧化鋅(Zinc Oxide，ZnO)、氧化鋅銦錫(Zinc Indium TinOxide，ZITO)、氧化銦鋅(Zinc Indium Oxide，ZIO)、氧化鋅錫(Zinc Tin Oxide，ZTO)、氧化鎵銦錫(Gallium Indium Tin Oxide，GITO)、氧化銦鎵(Gallium Indium Oxide，GIO)、氧化鋅鎵(Gallium Zinc Oxide，GZO)、鋁摻雜氧化鋅(Aluminum doped Zinc Oxide，AZO)、氟摻雜氧化錫(Fluorine Tin Oxide，FTO)等的透光性導電氧化物、及如鋁(Al)、鎳(Ni)、金(Au)等具有厚度小於500埃之的透光性金屬層中的至少一種。所述透光性導電性氧化物還可包括各種摻雜劑。
於本發明之實施例中，發光元件1或2之第一電極51b，51a及第二電極52b，52a形成於基板10之同一側。發光元件1或2可以為倒裝晶片(flip chip)結構或是正裝的水平晶片(lateral chip)結構。
如第1圖~第2圖及第4圖~第5圖所示，第一電極51b，51a分別設置於第一發光單元1b及第二發光單元1a的第一半導體層21b，21a上。第二電極52b，52a分別設置於第一發光單元1b及第二發光單元1a的第二半導體層21b，21a及/或接觸電極40b，40a上。
第一電極51b，51a及第二電極52b，52a可以在同一製程中使用相同材料而一起形成為具有相同的金屬疊層。第一電極51b，51a及第二電極52b，52a包括例如鋁(A1)層等具有高反射率的金屬，且高反射率金屬層可以在包含鈦(Ti)、鉻(Cr)或鎳(Ni)的黏結層上形成。並且，在所述具有高反射率的金屬層上可以形成鎳(Ni)、鉻(Cr)、金(Au)等的單層或複合層結構的阻障層以保護具有高反射率的金屬層並避免其表面氧化。第一電極51b，51a及第二電極52b，52a例如可以包含Cr/Al/Ni/Ti/Ni/Ti/Au/Ti的多層結構。
如第1圖~第2圖及第4圖~第5圖所示，電流阻擋層30b，30a分別設置於第二電極52b，52a及接觸電極40b，40a之間，防止電流集中到第二電極52b，52a附近，從而幫助電流的水平分散。電流阻擋層30b，30a的線寬大於第二電極52b，52a的線寬。電流阻擋層30b，30a由絕緣物質所構成，並且可以形成為單層或者是多層。例如，電流阻擋層30b，30a可以包含SiO
x或SiN
x，並且可以包含折射率互相不同的絕緣性材料層交互堆疊的布拉格反射鏡(DBR)。於俯視圖中，如第1圖所示，電流阻擋層30b，30a的上視圖案與第二電極52b，52a的上視圖案可以相同，或如第4圖所示，電流阻擋層30b，30a的上視圖案與第二電極52b，52a的上視圖案可以不相同。
如第2圖或第5圖所示，絕緣層60自發光單元1b，1a的周圍覆蓋第一半導體層21b，21a及半導體台面20mb，20ma的側面。絕緣層60在第一發光單元1b之第一凸部210b處局部性覆蓋第一半導體層21b並形成第一絕緣層開口601b，在第二發光單元1a之通孔200處局部性覆蓋第一半導體層21a並形成第一絕緣層開口601a。絕緣層60在第一發光單元1b之半導體台面20mb處局部性覆蓋第二半導體層22b並形成第二絕緣層開口602b，在第二發光單元1a之半導體台面20ma處局部性覆蓋第二半導體層22a並形成第二絕緣層開口602a。
如第1圖~第2圖及第4圖~第5圖所示，第一延伸電極71及第二延伸電極72分別位於第二發光單元1a的半導體台面20ma及第一發光單元1b的半導體台面20mb上，並且分別電連接於第二發光單元1a的第一半導體層21a及第一發光單元1b的第二半導體層22b。第一延伸電極71可以藉由第一絕緣層開口601a而直接接觸第二發光單元1a的第一電極51a，第二延伸電極72可以藉由第二絕緣層開口602a而直接接觸第一發光單元1b的第二電極52b。
絕緣層60設置於第一電極51b，51a、第二電極52b，52a及第一延伸電極71、第二延伸電極72之間，並且包含第一絕緣層開口601b，601a以分別露出第一電極51b，51a以及第二絕緣層開口602b，602a以分別露出第二電極52b，52a。如第1圖或第4圖所示，絕緣層60的第一絕緣層開口601b使位於第一發光單元1b之第一凸部210b處的第一電極51b暴露出來，絕緣層60的第二絕緣層開口601a使位於第二發光單元1a之通孔200處的第一電極51a暴露出來。如第2圖或第5圖所示，第一延伸電極71藉由第一絕緣層開口601a而接觸第一電極51a並電連接至第二發光單元1a的第一半導體層21a。第二延伸電極72藉由第二絕緣層開口602b而接觸第二電極52b並電連接至第一發光單元1b的第二半導體層22b。
如第1圖~第2圖及第4圖~第5圖所示，連接電極70局部性地覆蓋第一發光單元1b，第二發光單元1a，以及溝渠1000。連接電極70包括位於第一發光單元1b之第一凸部210b上並與第一發光單元1b之第一電極51b接觸的第一連接部702，位於第二發光單元1a之半導體台面20ma上並與第二發光單元1a之第二電極52a接觸的第二連接部701，以及位於溝渠1000上的跨橋部700。
為了連接相鄰的發光單元1a，1b，如第3圖及第6圖所示，連接電極70之跨橋部700跨越溝渠1000並覆蓋相鄰的發光單元1a，1b之第一半導體層21a，21b的第一側邊211a，211b。即，在本實施例中，各個發光單元1a，1b的半導體疊層20b，20a具有四個邊緣部位，但是連接電極70僅覆蓋這些邊緣部位中的一個。
第1圖的連接電極70例示了第一連接部702覆蓋兩個第一電極51b，然而第一連接部702也可以如第4圖所示的覆蓋一個第一電極51b或是三個以上的第一電極51b (圖未示)。根據一實施例，如第1圖或第4圖所示，與第二連接部701相接觸的第二電極52a的數量大於與第一連接部702相接觸的第一電極51b的數量。增加連接電極70與第一電極51b及第二電極52a相接觸的數量可以改善發光元件1或2的電流分散。連接電極70通過第一絕緣層開口601b而與第一發光單元1b上的第一電極51b電連接，並且可以通過第二發光單元1a的第二絕緣層開口602a而與第二發光單元1a的第二電極52a電連接。因此，第一發光單元1b及第二發光單元1a通過連接電極70而彼此電性串聯連接。
根據一實施例，在俯視時，如第3圖及第6圖所示，連接電極70的第一連接部702覆蓋第一發光單元1b之半導體台面20mb及第一凸部210b，並具有相對應於第二凹部220b的形狀。具體而言，第一連接部702包含一第一連接部平邊7021，以及一第一連接凸部7022突出於第一連接部平邊7021。第一連接凸部7022之形成位置及/或形狀係相應於第一發光單元1b之半導體台面20mb的第二凹部220b。第二連接部701包含一第二連接部平邊7011不平行於第二發光單元1a之半導體台面20ma的第三凹部220a。第一連接部702之第一連接部平邊7021可大致平行於第二連接部701之第二連接部平邊7011。
根據一實施例，在俯視時，如第1圖及第4圖所示，複數個第二電極52a，52b係設置於第二凹部220a，220b之兩相對側以分散電流。
第一絕緣層開口601a，601b以及第二絕緣層開口602a，602b的數目可以為一個，然而並不局限於此，也可以為多個。第一絕緣層開口601a，601b以及第二絕緣層開口602a，602b的數目依第一電極51b，51a及第二電極52b，52a的數目而定以電性連接第一電極51a，51b，第二電極52a，52b，連接電極70，第一延伸電極71，以及第二延伸電極72。
如第3圖及第6圖所示，第一電極51b與第一凸部210b之間具有一第一間距D1，第一電極51b與第二凹部220b具有一第二間距D2，且第一間距D1大於第二間距D2。於另一實施例中，第一間距D1小於或大致相同於第二間距D2。第一電極51b包含一直徑或一寬度大於或等於第一間距D1，及/或大於或等於第二間距D2。第一電極51b之一半徑R可以小於或等於第一間距D1。第一側邊211b與第二側邊222b之間具有一第三間距D3，第三間距D3小於或等於第一間距D1，及/或第三間距D3大於或等於第二間距D2。於本實施例中，第三間距D3大於第二間距D2但小於第一間距D1。如第3圖所示，溝渠1000之間距S小於第一間距D1，第二間距D2，及/或第三間距D3。如第6圖所示，溝渠1000之間距S1或S2小於第一間距D1及/或第三間距D3，但大於、小於或等於第二間距D2。
如第3圖所示，第一連接凸部7022與第二凹部220b之間具有一第一最小寬度W1，第一連接部平邊7021與第二側邊222b之間具有一第二最小寬度W2，其中第一最小寬度W1小於第二最小寬度W2。如第6圖所示，第一連接凸部7022與第二凹部220b之間具有一第一最小寬度W1，第一連接部平邊7021與第二側邊222b之間具有一第二最小寬度W2，其中第一最小寬度W1大致相同於第二最小寬度W2。於另一實施例中(圖未示)，第一最小寬度W1可以大於第二最小寬度W2。
第一延伸電極71及第二延伸電極72可以包括具有反射性的金屬層，因此，可以將在活性層23b，23a生成而向第一延伸電極71及第二延伸電極72傳播的光向基板10之一側反射。例如，第一延伸電極71及第二延伸電極72可以形成為單一反射金屬層，然而並不局限於此，也可以包括反射層及阻擋層。第一延伸電極71及第二延伸電極72可以使用諸如鎳(Ni)、鈦(Ti)、或鎢(W)等金屬層作為阻擋層，可以使用諸如銀(Ag)或鋁(Al)等反射率高的金屬層作為反射層。
第一電極墊91及第二電極墊92具有不同的導電性，例如第一電極墊91可以是N型電極墊，第二電極墊92可以是P型電極墊。第一電極墊91及第二電極墊92分別位於第二發光單元1a及第一發光單元1b的半導體台面20m上，沿著第一延伸電極71及第二延伸電極72的周圍而設立，且具有大致相同的形狀。第一電極墊91及第二電極墊92分別藉由保護層80的第一保護層開口801及第二保護層開口802以接觸第一延伸電極71及第二延伸電極72，並分別電連接至第二發光單元1a及第一發光單元1b。第一保護層開口801及第二保護層開口802的開口數目依第一電極51a及第二電極52b的數目而定。如第1圖所示，複數個第一保護層開口801各位於兩相鄰的第二電極52a之間，且複數個第一保護層開口801的開口數目與第一電極51a的數目相同。複數個第二保護層開口802各位於兩相鄰的第二電極52b之間。
由於第一電極墊91設置於第二發光單元1a之第一電極51a及第二電極52a上，且第二電極墊92設置於第一發光單元1b之第二電極52b上，使得第一電極墊91及第二電極墊92的上表面是非平坦的。
如第1圖~第2圖及第4圖~第5圖所示，保護層80的第一保護層開口801與絕緣層60的第一絕緣層開口601a不重疊，且保護層80的第二保護層開口802與絕緣層60的第二絕緣層開口602b不重疊。因此，即使焊料通過保護層80的第一絕緣層開口801、第二絕緣層開口802而侵入發光元件1或2，也能夠防止焊料向絕緣層60的第一絕緣層開口601a、第二絕緣層開口602b擴散，從而能夠防止焊料污染接觸電極40a，40b。
位於第一發光單元1a的第二電極52b及第二保護層開口802沿橫向相互交替佈置。位於第二發光單元1a的第二電極52a及第一保護層開口801沿橫向相互交替佈置。保護層開口801，802的數量或其佈置不僅考慮延伸電極71，72被焊料的污染，還可以考慮電流分散的效率性及發光圖案的對稱性等來選擇，因此可以進行多種變更。
於一俯視圖下，如第7圖所示，半導體台面20m包含一圓弧角半徑大於或等於5μm，較佳大於或等於10μm，更佳大於或等於15μm以避免自第二延伸電極72或第二電極墊92注入之電流聚集於半導體台面20m的角落。第二延伸電極72或第二電極墊92相應於半導體台面20m亦具有一圓弧角，並且第二延伸電極72或第二電極墊92之圓弧角與半導體台面20m之圓弧角具有一最大距離R1或R2大於第二延伸電極72或第二電極墊92之一側與半導體台面20m之一側間的一最大距離。
第一電極51a，51b，第二電極52a，52b，第一延伸電極72，連接電極70，第二延伸電極71，第一電極墊91，以及第二電極墊92包含金屬材料，例如鉻(Cr)、鈦(Ti)、鎢(W)、金(Au)、鋁(Al)、銦(In)、錫(Sn)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、銀(Ag)等金屬或上述材料之合金。第一電極51a，51b，第二電極52a，52b，第一延伸電極72，連接電極70，第二延伸電極71，第一電極墊91，以及第二電極墊92可由單層或是多層所組成。例如，第一電極51a，51b，第二電極52a，52b，第一延伸電極72，連接電極70，第二延伸電極71，第一電極墊91，以及第二電極墊92可包括Ti/Au層、Ti/Pt/Au層、Cr/Au層、Cr/Pt/Au層、Ni/Au層、Ni/Pt/Au層、Cr/Al/Ni/Ti/Ni/Ti/Au/Ti、Cr/Al/Cr/Ni/Au層或Ag/NiTi/TiW/Pt層。第一電極墊91及第二電極墊92可做為外部電源供電至第一發光單元1b及第二發光單元1a之電流路徑。第一電極51a，51b，第二電極52a，52b，第一延伸電極72，連接電極70，第二延伸電極71，第一電極墊91，或第二電極墊92包含一厚度介於1μm~100μm之間，較佳為1.2μm~60μm之間，更佳為1.5μm~6μm之間。
第一延伸電極72，連接電極70，及第二延伸電極71可以在同一道製程中一同形成為具有相同的金屬疊層。第一電極墊91及第二電極墊92可以在同一道製程中一同形成為具有相同的金屬疊層。於本實施例中，不同道製程中的金屬疊層具有不同的厚度與疊層結構。
絕緣層60或保護層80可以為一單層結構，由氧化矽、氮化矽或是氮氧化矽所構成。絕緣層60或保護層80也可以藉由高折射率層和低折射率層交替堆疊以形成一分布式布拉格反射鏡(DBR)結構，選擇性地反射特定波長之光。例如，可通過層疊SiO
2/TiO
2或SiO
2/Nb
2O
5等層來形成高反射率的絕緣反射結構。當SiO
2/TiO
2或SiO
2/Nb
2O
5形成分布式布拉格反射鏡(DBR)結構時，分布式布拉格反射鏡(DBR)結構的每一個層被設計成活性層23a，23b發出的光的波長的四分之一的光學厚度的一或整數倍。分布式布拉格反射鏡(DBR)結構的每一個層的光學厚度在λ/4的一或整數倍的基礎上可具有±30%的偏差。由於分布式布拉格反射鏡(DBR)結構的的每一個層的光學厚度會影響到反射率，因此優選地利用電子束蒸鍍(E-beam evaporation)來形成以穩定的控制分布式布拉格反射鏡(DBR)結構的每一個層的厚度。絕緣層60或保護層80優選的具有0.5μm~4μm的厚度，較佳具有2.5μm~3.5μm的厚度，更佳具有2.7μm~3.3μm的厚度。兩相鄰的高折射率層及低折射率層的光學厚度差小於0.05λ，更佳小於0.025λ。光學厚度(optical thickness)為物理厚度(physical thickness)與材料層折射率(n)的乘積。
於本發明之一實施例中，發光元件1或2更包含一調變層90設於基板10之第二表面110上。調變層90包含一光場調變層，可以藉由高折射率層和低折射率層交替堆疊以形成一分布式布拉格反射鏡(DBR)結構。光場調變層90對半導體疊層20a，20b所發出之一具有一峰值波長λ之光線具有選擇性反射及穿透的作用，使得光線的穿透率因入射角而變化，藉以調整發光元件1或2的光場分布。光場調變層90優選的具有0.5μm~5μm，較佳為1μm~3μm，更佳為1.5μm~2μm。兩相鄰的高折射率層及低折射率層的光學厚度差大於0.025λ，較佳大於0.05λ，更佳大於0.1λ。光學厚度(optical thickness)為物理厚度(physical thickness)與材料層折射率(n)的乘積。於一實施例中，調變層90包含一濾光層，可以藉由高折射率層和低折射率層交替堆疊以將波長大於，及/或小於特定波長的光反射或吸收，僅穿透特定波長的光，藉此純化發光元件1或2發出的光。於一實施例中，調變層90包含一濾光層，可以藉由高折射率層和低折射率層交替堆疊以將大於特定角度範圍的光反射或吸收，僅穿透特定角度範圍的光，藉此縮小發光元件1或2的出光角度。
第8圖係為依本發明一實施例之發光裝置3之示意圖。將前述實施例中的發光元件1，2以倒裝晶片之形式安裝於封裝基板51之第一墊片511、第二墊片512上。第一墊片511、第二墊片512之間藉由一包含絕緣材料之絕緣部53做電性絕緣。倒裝晶片之安裝係將發光元件1，2之基板10的第二表面110設為主要的光取出面。為了增加發光裝置3之光取出效率，可於發光元件1或2之周圍設置一反射結構54。發光元件1或2藉於第一電極墊91及第二電極墊92分別電連接至封裝基板51之第一墊片511及第二墊片512。
第9圖係為依本發明一實施例之發光裝置4之示意圖。發光裝置4為一球泡燈包括一燈罩603、一反射鏡604、一發光模組611、一燈座610、一散熱片614、一連接部616、以及一電連接元件618。發光模組611包含一承載部606，以及複數個發光體608位於承載部606上，其中複數個發光體608可為前述實施例中的發光元件1，2或發光裝置3。
本發明所列舉之各實施例僅用以說明本發明，並非用以限制本發明之範圍。任何人對本發明所作之任何顯而易知之修飾或變更皆不脫離本發明之精神與範圍。
1，2:發光元件
1a:第二發光單元
1b:第一發光單元
10:基板
10s:側面
100:第一表面
110:第二表面
1000:溝渠
11:第一邊
12:第二邊
20a，20b:半導體疊層
20a1，20b1:內側面
20a2，20b2:外側面
20ma，20mb:半導體台面
200:通孔
21a，21b:第一半導體層
210a:第一凹部
210b:第一凸部
211a，211b:第一側邊
22a，22b:第二半導體層
220a:第三凹部
220b:第二凹部
222a，222b:第二側邊
23a，23b:活性層
3:發光裝置
30a，30b:電流阻擋層
4:發光裝置
40a，40b:接觸電極
51:封裝基板
51a，51b:第一電極
511:第一墊片
512:第二墊片
52a，52b:第二電極
53:絕緣部
54:反射結構
60:絕緣層
601a，601b:第一絕緣層開口
602a，602b:第二絕緣層開口
603:燈罩
604:反射鏡
606:承載部
608:發光體
610:燈座
611:發光模組
614:散熱片
616:連接部
618:電連接元件
70:連接電極
700:跨橋部
701:第二連接部
7011:第二連接部平邊
702:第一連接部
7021:第一連接部平邊
7022:第一連接凸部
71:第一延伸電極
72:第二延伸電極
80:保護層
801:第一保護層開口
802:第二保護層開口
90:光場調變層
91:第一電極墊
92:第二電極墊
D1:第一間距
D2:第二間距
D3:第三間距
d1:第一距離
d2:第二距離
ISO:分離區域
m1，m1’，m2，m2’:側邊
R:半徑
R1，R2:最大距離
S:間距
S1:第一間距
S2:第二間距
W1:第一最小寬度
W2:第二最小寬度
第1圖係本發明一實施例所揭示之一發光元件1的上視圖。
第2圖係沿著第1圖之切線Y-Y’的發光元件1的剖面圖。
第3圖係第1圖之位置Ⅰ的部分放大圖。
第4圖係本發明一實施例所揭示之一發光元件2的上視圖。
第5圖係沿著第4圖之切線Y-Y’的發光元件2的剖面圖。
第6圖係第4圖之位置Ⅱ的部分放大圖。
第7圖係第1圖之位置Ⅲ或第4圖之位置Ⅲ的部分上視圖。
第8圖係為依本發明一實施例之發光裝置3之示意圖。
第9圖係為依本發明一實施例之發光裝置4之示意圖。
無
1:發光元件
1a:第一發光單元
1b:第二發光單元
10:基板
100:第一表面
1000:溝渠
11:第一邊
12:第二邊
20a，20b:半導體疊層
20ma，20mb:半導體台面
200:通孔
21a，21b:第一半導體層
210a:第一凹部
210b:第一凸部
220a:第三凹部
220b:第二凹部
30a，30b:電流阻擋層
40a，40b:接觸電極
51a，51b:第一電極
52a，52b:第二電極
601a，601b:第一絕緣層開口
602a，602b:第二絕緣層開口
70:連接電極
700:跨橋部
701:第二連接部
702:第一連接部
71:第一延伸電極
72:第二延伸電極
801:第一保護層開口
802:第二保護層開口
91:第一電極墊
92:第二電極墊
ISO:分離區域
m1，m1’，m2，m2’:側邊
Claims (10)
- 一發光元件，包含： 一基板包含一第一表面；以及 一第一發光單元以及一第二發光單元位於該基板之該第一表面上，且該第一發光單元以及該第二發光單元各包含一第一半導體層及一半導體台面位於該第一半導體層上， 其中自該發光元件之一上視圖觀之，位於該第一發光單元上的該第一半導體層具有向該第一發光單元以外延伸的一第一凸部，且位於該第二發光單元上的該第一半導體層具有向該第二發光單元以內延伸的一第一凹部。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光元件，其中位於該第一發光單元及該第二發光單元上的各該第一半導體層於該發光元件之該上視圖中具有互補的形狀。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光元件，其中位於該第一發光單元上的該半導體台面具有向該第一發光單元內部延伸的一第二凹部。
- 如申請專利範圍第1項或第3項所述的發光元件，其中位於該第二發光單元上的該半導體台面具有向該第二發光單元內部延伸的一第三凹部。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光元件，包含一溝渠位於該第一發光單元以及該第二發光單元之間並露出該基板之該第一表面。
- 如申請專利範圍第5項所述的發光元件，其中該溝渠於該上視圖下具有不同的寬度。
- 如申請專利範圍第6項所述的發光元件，包含一第一延伸電極位於該第二發光單元的該半導體台面上以電連接位於該第二發光單元的該第一半導體層，以及一第二延伸電極位於該第一發光單元的該半導體台面上以電連接位於該第一發光單元的該第二半導體層。
- 如申請專利範圍第1項或第7項所述的發光元件，包含一第一電極墊位於該第二發光單元的該半導體台面上並接觸該第一延伸電極，以及一第二電極墊位於該第一發光單元的該半導體台面上並接觸該第二延伸電極。
- 如申請專利範圍第8項所述的發光元件，其中自該發光元件之該上視圖觀之，該半導體台面包含一圓弧角半徑大於或等於5μm。
- 如申請專利範圍第9項所述的發光元件，其中該第二延伸電極或該第二電極墊具有一圓弧角相應於該半導體台面之該圓弧角，且該第二延伸電極或該第二電極墊之該圓弧角與該半導體台面之該圓弧角之間具有一最大距離大於該第二延伸電極或該第二電極墊92之一側與該半導體台面之一側間的一最大距離。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW112143684A TWI846638B (zh) | 2021-08-17 | 發光元件 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW112143684A TWI846638B (zh) | 2021-08-17 | 發光元件 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202410489A true TW202410489A (zh) | 2024-03-01 |
| TWI846638B TWI846638B (zh) | 2024-06-21 |
Family
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