TWI703744B - 發光元件 - Google Patents

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TWI703744B
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謝明勳
余仁傑
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晶元光電股份有限公司
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Abstract

一種發光元件，包含一半導體疊層、一電極、一電極柱、一反射絕緣材料、一延伸電極與一支撐結構。電極位於半導體疊層之下表面上，且電連接至半導體疊層。電極柱位於電極上。反射絕緣材料，圍繞電極柱，並具有一與電極柱齊平之下表面。一延伸電極位於半導體疊層之上表面上。支撐結構位於延伸電極上。

Description

發光元件
本發明係揭露一種發光元件，尤關於一種包含透明支撐結構與電極柱的發光元件。
發光二極體元件(Light-Emitting Diode；LED)具有低耗電量、低發熱量、操作壽命長、耐撞擊、體積小以及反應速度快等良好特光電性，因此廣泛應用於各種需要使用發光元件的領域，例如，車輛、家電、及照明燈具等。
要將LED所發出的純色光，轉換成其他顏色的光有數種方式可採用。舉例來說，可利用螢光粉將LED發出的光線轉換成其他色光。螢光粉是一種光致發光的物質，也可說是波長轉換材料，它可以吸收LED所發出的第一光線後發出不同於第一光之第二光線。若第一光線未被完全消耗，仍殘留有部分第一光線與第二光線互相混合，可形成另一種顏色的混合光。
不過，於不同的角度下，若LED所發出的第一光線與被轉換的第二光線互相混合的比例若是不同，第一光線與第二光線在不同的視角下會產生混合光的色彩分布不均勻的現象。
本發明揭露一種發光元件，其包含一半導體疊層、一電極、一電極柱、一反射絕緣材料、一延伸電極與一支撐結構。電極位於半導體疊層之下表面上，且電連接至半導體疊層。電極柱位於電極上。反射絕緣材料，圍繞電極柱，並具有一與電極柱齊平之下表面。一延伸電極位於半導體疊層之上表面上。支撐結構位於延伸電極上。
1:半導體疊層
2:反射導電層
3:絕緣層
3':第一絕緣層
3":第二絕緣層
4:第一電極
5:第二電極
6:第一電極柱
7:第二電極柱
8:反射絕緣層
9:黏結層
10:主動層
11:第一半導體層
12:第二半導體層
13、13':支撐結構
14:成長基板
16:暫時載具
31、31'、61、71、101、401、501:下表面
41、52:連接部
42:延伸部
43、51:第一延伸部
44、53:第二延伸部
72:外側表面
73:斜邊
100:發光元件
102:出光面
103、104:角落
105:側邊
106、201、301、1001、1101、1201:第一側表面
107、304、1202:第二側表面
131、5201:第一下表面
132:第二下表面
161:空缺
202、302、1011:第一部分
203、303:第二部份
204、403:側表面
402、62:上表面
431、511:第一延伸電極
432、512:第二延伸電極
1203:平台
H1、H2、H3、H4:高度
G1、G2:距離
W1、W2、W3:寬度
S:間隙
P:切割道
T1、T2:厚度
第1圖為依據本發明一實施例之一發光元件之剖面示意圖。
第2A圖為依據本發明一實施例之一發光元件之上視圖。
第2B圖為依據本發明另一實施例之一發光元件之下視圖。
第3A~3I圖為依據本發明一實施例之一發光元件之製作流程示意圖。
第4圖為依據本發明另一實施例之一發光元件之剖面示意圖。
第5A圖為依據本發明另一實施例之一發光元件之上視圖。
第5B圖為依據本發明另一實施例之一發光元件之下視圖。
第6A~6H圖為依據本發明又一實施例之一發光元件之製作流程示意圖。
第7A~7G圖為依據本發明一實施例之一發光元件之另一製作流程示意圖。
以下實施例將伴隨著圖示說明本發明之概念，在圖式或說明中，相似或相同之部分係使用相同之標號，並且在圖式中，元件之形狀或厚度可以擴大或是縮小。
第1圖係為本發明一實施例中一發光元件100之結構示意圖。第2A圖為發光元件100之上視圖，第2B圖為發光元件100之下視圖。第1圖為第2A圖AA'線段的橫截面結構示意圖。如第1圖所示，發光元件100包含一半導體疊層1、一反射導電層2、一絕緣層3、一第一電極4、一第二電極5、一第一電極柱6、一第二電極柱7、一反射絕緣材料8、一黏結層9、以及一支撐結構13。半導體疊層1包含一第一半導體層11、一第二半導體層12、及一主動層10形成在第一半導體層11和第二半導體層12之間。第二半導體層12的一側邊具有一階梯狀結構。詳言之，第二半導體層12的右側具有不共平面的第一側表面1201以及第二側表面1202，且兩者間之間透過一平台1203相互連接。第一半導體層11的第一側表面1101、與主動層10的第一側表面1001、以及第二半導體層12的第二側表面1202大體上共平面。相對於上述各右側表面(第一側表面1001、第一側表面1101、第一側表面1201、第二側表面1202)，第一半導體層11、第二半導體層12、及主動層10的左側表面大體上共平面。第一半導體層11和第二半導體層12具有不同的導電型態、電性、極性、或摻雜物。主動層10形成在第一半導體層11和第二半導體層12之間，並用以將電能轉換成光能。藉由改變半導體疊層1其中一層或多層的物理及化學組成可調整發出的光波長。形成半導體疊層1常用的材料為磷化鋁鎵銦(aluminum gallium indium phosphide，AlGaInP)系列、氮化鋁鎵銦(aluminum gallium indium nitride，AlGaInN)系列、氧化鋅系列(zinc oxide，ZnO)。主動層10可為單異質結構(single heterostructure，SH)，雙異質結構(double heterostructure，DH)，雙側雙異質結(double-side double heterostructure，DDH)，多層量子井(multi-quantum well，MWQ)。具體來說，主動層10可為中性、p型或n型電性的半導體。施以電流通過半導體疊層1時，主動層10會發光。當主動層10的材料為磷化鋁銦鎵(AlGaInP)系列時，可以發出紅、橙、黃光、琥珀色光；當為氮化鋁鎵銦(AlGaInN)系列時，可以發出藍或綠光。於一實施例中，半導體疊層1的材料為AlxInyGa(1-x-y)P，其中0≦x,y≦1；(x+y)≦1，且發出一紅光，峰值波長(peak wavelength)或主波長(dominant wavelength)介於610~650nm。
反射導電層2設置於半導體疊層1的下表面101上，覆蓋至少部分的半導體疊層1的下表面101，並與第一半導體層11形成電性連接。然而，第一半導體層11與反射導電層2形成歐姆接觸或肖特基接觸端視二者的材料搭配及製造方式而定，例如，當第一半導體層11欲與反射導電層2形成歐姆接觸時，反射導電層2的材料可以包含鍺(Ge)、金(Au)、鉻(Cr)、鈦(Ti)。如第1圖所示，半導體疊層1的下表面101具有第一部分1011不被反射導電層2覆蓋，且反射導電層2的第一側表面201不與第一半導體層11的第一側表面1101共平面。反射導電層2的第一側表面201較半導體疊層1的各右側表面(第一側表面1001、第一側表面1101、第一側表面1201、第二側表面1202)內縮，如此可避免反射導電層2爬到半導體疊層1的側表面而與主動層10發生短路。反射導電層2為具有高反射率之金屬所形成，用以反射主動層10所發出的光，以使光從半導體疊層1相對於下表面101之出光面102射出。反射導電層2的材料包含鍺(Ge)、鈹(Be)、銀(Ag)、金(Au)、鋁(Al)、銦(In)、鎳(Ni)、錫(Sn)、銅(Cu)、鈦(Ti)或鉑(Pt)等金屬材料的疊層或合金。 絕緣層3覆蓋第二半導體層12的第一側表面1201、平台1203、以及第二側表面1202、主動層10的第一側表面1001、第一半導體層11的第一側表面1101、半導體疊層1的下表面101之第一部分1011、反射導電層2的第一側表面201、以及反射導電層2的下表面之第一部分202。因此，絕緣層3具有一輪廓，近似於半導體疊層1之不平整的外側表面。然而，反射導電層2下表面之第二部份203不被絕緣層3所覆蓋。絕緣層3的材料包含但不限定為有機材料、無機材料、或其二者。有機材料係例如Su8、苯并環丁烯(BCB)、過氟環丁烷(PFCB)、環氧樹脂(Epoxy)、丙烯酸樹脂(Acrylic Resin)、環烯烴聚合物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚醚醯亞胺(Polyetherimide)、氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer)。無機材料係例如矽膠(Silicone)、玻璃(Glass)、氧化鋁(Al2O3)、氮化矽(SiNx)、氧化矽(SiO2)、氧化鈦(TiO2)、或氟化鎂(MgF2)。
第一電極4覆蓋反射導電層2下表面之第二部份203上，並沿著絕緣層3之第一側表面301往絕緣層3的下表面延伸，且覆蓋絕緣層3之下表面的第一部分302，並與反射導電層2電性連接。詳言之，第一電極4包含一連接部41以及一延伸部42。連接部41覆蓋反射導電層2未被絕緣層3覆蓋之下表面的第二部份203上，以及絕緣層3的第一側表面301。延伸部42自連接部41延伸，並覆蓋絕緣層3下表面之第一部份302。第一電極4的材料包含鈦(Ti)、鎢(W)、鉑(Pt)、鎳(Ni)、錫(Sn)、金(Au)、鋁(Al)、上述材料的合金、或上述材料的疊層。
如第1圖以及第2A圖所示，第二電極5包含第一延伸部51、連接部52、以及第二延伸部53。第一延伸部51位於半導體疊層1的出光面102上，並與 第二半導體層12形成電性連接。連接部52形成於半導體疊層1的出光面102上且靠近半導體疊層1的側邊，並與第二延伸部53以及第一延伸部51相連接。參考第2A圖，第一延伸部51具有一寬度W1，寬度W1介於7~9μm。連接部52具有一寬度W2，W2>W1。第二延伸部53自連接部52往半導體疊層1方向沿著絕緣層3遠離半導體疊層1的第二側表面304延伸，覆蓋絕緣層3的第二側表面304以及下表面之第二部分303。詳言之，因為絕緣層3具有階梯狀的外型，所以覆蓋其上的第二延伸部53在適當厚度下亦具有相似的外型。換言之，第二延伸部53自連接部52向下延伸並複製絕緣層3的第二側表面304以及下表面之第二部分303的輪廓。因此，第二電極5藉由絕緣層3與主動層10、第一半導體層11、以及反射導電層2隔開。第一電極4與第二電極5於絕緣層3的下表面上相距一距離G1，亦即，絕緣層3的下表面之第一部份302與第二部分303之間有一距離G1，G1介於70μm~250μm。如圖2A所示，第一延伸部51包含複數個互相平行的第一延伸電極511及第二延伸電極512，第二延伸電極512與設置在半導體疊層1之角落103及角落104附近的連接部52相連接。位於最外側的第一延伸電極511與連接部52直接連接。不與連接部52相連接的第一延伸電極511與第二延伸電極512垂直交叉，形成複數個十字形相連接的外觀。第二延伸電極512靠近且大體上平行於半導體疊層1的一側邊105。第一延伸部51以及連接部52的材料包含金屬、透明氧化物、或其組合。金屬係例如金(Au)、鍺(Ge)、鈹(Be)、鎳(Ni)、鈀(Pd)、鋅(Zn)、上述材料之合金、或上述材料之疊層。透明氧化物係例如氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋅鋁(AZO)、氧化鋅錫(ZTO)或氧化鋅(ZnO)；第二延伸部53的材料包含鈦(Ti)、鎢(W)、鉑(Pt)、鎳(Ni)、錫(Sn)、金(Au)或其合金。 如前所述，第一延伸部51、連接部52、及第二延伸部53可以由相同或不同材料構成。
第一電極柱6形成於第一電極4遠離出光面102的下表面401。第二電極柱7形成於第二電極5遠離出光面102的下表面501，並覆蓋以及填補第二電極5之第二延伸部53的不平整之外側表面。因此，第二電極柱7具有一垂直於出光面的外側表面72。第一電極柱6的下表面61與第二電極柱7的下表面71大體上齊平。如第2B圖所示，第一電極柱6以及第二電極柱7的下表面具有一似四邊形的外型，為了可以區分第一電極柱6以及第二電極柱7的電極極性，可選擇性地使兩個電極柱的下表面具有不同的形狀。在一實施例中，第二電極柱7具有一斜邊73表示其為正極或先電連接至p型半導體層，而第一電極柱6則為負極或先電連接至n型半導體層。第一電極柱6以及第二電極柱7的材料可以包含金(Au)、銅(Cu)、錫(Sn)、銻(Sb)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鉑(Pt)、鎳(Ni)、上述材料的合金、或上述材料的疊層。在一實施例中，第一電極柱6以及第二電極柱7的材料為錫銻合金。在另一實施例中，第一電極柱6以及第二電極柱7為鈦銅疊層。
反射絕緣材料8圍繞半導體疊層1的側表面、反射導電層2的側表面、絕緣層3的側表面與下表面、第一電極4的側表面、第二電極5的側表面、第一電極柱6的側表面、以及第二電極柱7的側表面，並填入第一電極4、第二電極5、第一電極柱6、以及第二電極柱7之間的縫隙。反射絕緣材料8未覆蓋第一電極柱6之下表面61以及第二電極柱7之下表面71，且反射絕緣材料8之下表面與第一電極柱6、第二電極柱7的下表面大體上齊平，使第一電極柱6以及第二電極柱7可與外部的電路裝置形成電性連接。反射絕緣材料8用以保護半 導體疊層1並反射主動層10所發出的光，使光從半導體疊層1的出光面102射出。反射絕緣材料8的材料包含一基質及高反射率物質。基質可為矽膠基質(silicone-based)或環氧基質(epoxy-based)；高反射率物質可包含二氧化鈦、二氧化矽或氧化鋁。
黏結層9形成於半導體疊層1的出光面102上以及反射絕緣材料8之上，並覆蓋第二電極5之第一延伸部51及連接部52。支撐結構13藉由黏結層9貼合在出光面102以及反射絕緣材料8之上，主動層10所發出的光可穿透黏結層9與支撐結構13後朝向遠離第二電極5之第一延伸部51的方向行進。黏結層9的材料包含對於主動層10所發出的光為透明或透光的材料，如有機材料、無機材料。有機材料係例如Su8、苯并環丁烯(BCB)、過氟環丁烷(PFCB)、環氧樹脂(Epoxy)、丙烯酸樹脂(Acrylic Resin)、環烯烴聚合物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚醚醯亞胺(Polyetherimide)、氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer)。無機材料係例如矽膠(Silicone)、玻璃(Glass)、氧化鋁(Al2O3)、氮化矽(SiNx)、氧化矽(SiO2)、氧化鈦(TiO2)、或氟化鎂(MgF2)。支撐結構13的材料包含對於主動層10所發出的光為透明或透光的材料，例如砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、氮化鎵(GaN)、藍寶石(Sapphire)、鑽石(Diamond)、玻璃(Glass)、石英(Quartz)、壓克力(Acryl)、氧化鋅(ZnO)或氮化鋁(AlN)等。在一實施例中，支撐結構13的材料包含波長轉換材料(例如，無機的螢光粉(phosphor)、有機分子螢光色素(organic fluorescent colorant)、半導體材料(semiconductor)、或上述材料的組合)。在另一實施例中，支撐結構13未包 含波長轉換材料，且一波長轉換層(未顯示)位於支撐結構13與第二電極5之第一延伸部51及連接部52之間。
在另一實施例中，在第一延伸部51以及連接部52與半導體疊層1的出光面102之間設置一透明導電層(未顯示)。透明導電層與第二半導體層12、第一延伸部51以及連接部52電性連接，用以協助橫向傳導電流，可減少第一延伸部51的面積，甚至取代第一延伸部51，進一步降低第一延伸部51的遮光面積，增加出光率。透明導電層的材料包含但不限於材料包含氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋅鋁(AZO)、氧化鋅錫(ZTO)、氧化鋅(ZnO)或磷化鎵(GaP)。
如第1圖所示，發光元件100具有一高度H1，支撐結構13具有一高度H2，第一電極柱6具有一高度H3，半導體疊層1之出光面102至第一電極4的下表面401具有一高度H4。H1介於550~670μm，H2介於500~650μm，H4介於7~15μm，H3介於15~80μm。其中，H1/H2小於1.5。於一實施例H1/H2介於1.34~1.03，例如1.13。H1/H3介於8~45，較佳為8~15，例如10。如第1圖與第2B圖所示，發光元件100具有一寬度W3，第一電極柱6與第二電極柱7間具有一距離G2，G2可選擇性地大於或是等於第一電極4與第二電極5間的距離G1。W3介於850μm~1150μm，例如1000μm。G2介於150μm~250μm，例如200μm。
第3A圖至第3I圖係為本發明一實施例之發光元件的製作流程示意圖。如第3A圖所示，提供一成長基板14，形成一半導體疊層1包含第一半導體層11、主動層10和第二半導體層12在成長基板14上。成長基板14的候選材料包 含藍寶石(Sapphire)、碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、或磷化鎵(GaP)。
如第3B圖所示，在半導體疊層1的出光面102上以蒸鍍的方式形成第二電極5的第一延伸部51以及連接部52。其中，第一延伸部51以及連接部52在出光面102上是互相連通的。
接著，如第3C圖所示，提供一支撐結構13以一黏結層9與半導體疊層1的出光面102相接，例如使用對位黏合(Alignment Bonding)的技術，將黏結層9與半導體疊層1的出光面102對齊後，藉由加溫及加壓的方式，使黏結層9與出光面102以及支撐結構13結合。接著，將成長基板14與半導體疊層1分離並露出半導體疊層1之下表面101。分離成長基板14的方法包括利用雷射剝離技術(Laser-Lift)，使用雷射光穿透成長基板14，照射成長基板14與半導體疊層1之間的界面，來達到分離半導體疊層1與成長基板14的目的。另外，也可以利用濕式蝕刻法直接移除成長基板14，或移除成長基板14與半導體疊層1之間的介面層(未顯示)，進而分離成長基板14與半導體疊層1。除此之外，還可以於高溫下利用蒸氣蝕刻直接移除成長基板14與半導體疊層1之間的介面層(未顯示)，達到成長基板14與半導體疊層1分離之目的。
如第3D圖所示，翻轉第3C圖中的結構，在半導體疊層1的下表面101上覆蓋複數個彼此分離的反射導電層2，相鄰反射導電層2間之區域定義為間隙S。反射導電層2覆蓋在下表面101對應於第二電極5的第一延伸部51以及連接部52的位置，並露出半導體疊層1的下表面101之第一部分1011。
接著，如第3E圖所示，以濕蝕刻或乾蝕刻的方式移除半導體疊層1的一側邊區域，形成一空缺161，以露出部分第二電極5之連結部52的第一下表 面5201、第二半導體層12的第一側表面1201、平台1203與第二側表面1202、主動層10的第一側表面1001、第一半導體層11的第一側表面1101。
隨後，如第3F圖所示，絕緣層3形成在反射導電層2之下表面的第一部分202上，裸露出反射導電層2之下表面的第二部分203，並往半導體疊層1側邊的空缺161方向延伸，形成於反射導電層2之第一側表面201、第一半導體層11的第一側表面1101、主動層10的第一側表面1001、第二半導體層12的第一側表面1201、平台1203與第二側表面1202之上，並與部分的連接部52之第一下表面5201相接觸。
接著，如第3G圖所示，形成第一電極4在部分的絕緣層3上，覆蓋反射導電層2下表面之第二部分203、以及絕緣層3之第一側表面301與下表面之第一部份302。形成第二電極5的第二延伸部53在部分的絕緣層3上，覆蓋絕緣層3下表面之第二部份303，並往半導體疊層1側邊空缺161的方向延伸，覆蓋位於空缺161中的絕緣層3之上，並與第二電極5之連接部52相連接。覆蓋於絕緣層3上的第二延伸部53與絕緣層3有著相近的輪廓。
隨後，如第3H圖所示，利用電鍍、化鍍、或是網版印刷(screen printing)的方式形成第一電極柱6於第一電極4之下表面401之上、以及形成第二電極柱7於第二電極5之下表面501之上，並覆蓋第二電極5的第二延伸部53之部分側表面。其中，第一電極柱6的下表面61與第二電極柱7的下表面71大體上齊平。接著利用網板印刷(screen printing)、塗佈(coating)、噴塗(spraying)、點膠(dispensing)、濺鍍(sputtering)、以及鑄模灌膠(molding)等方式形成反射絕緣層8，使反射絕緣層8包覆半導體疊層1、反射導電層2、絕緣層3、第一 電極4、第二電極5、第一電極柱6、以及第二電極柱7，並裸露出第一電極柱6之下表面61以及第二電極柱7之下表面71。
如第3I圖所示，於空缺161處進行切割，以形成數個互相分離的發光元件100。
第4圖係為本發明一實施例中一發光元件200之結構示意圖。第5A圖為發光元件200之上視圖，第5B圖為發光元件200之下視圖。第4圖為第5A圖BB'線段的橫截面結構示意圖。如第4圖所示，發光元件200包含一半導體疊層1、一反射導電層2、一絕緣層3、一第一電極4、一第一電極柱6、一第二電極柱7、一反射絕緣材料8、以及一支撐結構13’。半導體疊層1包含一第一半導體層11、一第二半導體層12、及一主動層10形成在第一半導體層11和第二半導體層12之間。第一半導體層11和第二半導體層12具有不同的導電型態、電性、極性或摻雜的元素以提供電子或電洞；主動層10形成在第一半導體層11和第二半導體層12之間，主動層10係將電能轉換成光能。藉由改變半導體疊層1其中一層或多層的物理及化學組成可調整發出的光波長。形成半導體疊層1常用的材料為磷化鋁鎵銦(aluminum gallium indium phosphide，AlGaInP)系列、氮化鋁鎵銦(aluminum gallium indium nitride，AlGaInN)系列、氧化鋅系列(zinc oxide，ZnO)。主動層10可為單異質結構(single heterostructure，SH)，雙異質結構(double heterostructure，DH)，雙側雙異質結(double-side double heterostructure，DDH)，多層量子井(multi-quantum well，MWQ)。具體來說，主動層10可為中性、p型或n型電性的半導體。施以電流通過半導體疊層1時，主動層10會發光。當主動層10的材料為磷化鋁銦鎵(AlGaInP)系列時，會發出紅、橙、黃光之琥珀色系的光；當為氮化鋁鎵銦(AlGaInN)系列時，會發出藍或綠光。於一實施例中， 半導體疊層1的材料為AlxInyGa(1-x-y)P，其中0≦x,y≦1；(x+y)≦1，且發出一紅光，峰值波長(peak wavelength)或主波長(dominant wavelength)介於610~650nm。
如第4圖所示，反射導電層2設置於半導體疊層1的下表面101上，與第二半導體層12形成電性連接。反射導電層2為具有高反射率金屬所形成，用以反射主動層10所發出的光，使光從半導體疊層1的出光面102射出。反射導電層2材料包含鍺(Ge)、鈹(Be)、銀(Ag)、金(Au)、鋁(Al)、銦(In)、鎳(Ni)、錫(Sn)、銅(Cu)、鈦(Ti)或鉑(Pt)等金屬材料的疊層或合金。絕緣層3覆蓋半導體疊層1的第一側表面106、反射導電層2的第一側表面201、以及反射導電層2的下表面之第一部分202。反射導電層2的下表面之第二部分203不被絕緣層3所覆蓋。絕緣層3的材料包含但不限定有機材料、無機材料。有機材料係例如Su8、苯并環丁烯(BCB)、過氟環丁烷(PFCB)、環氧樹脂(Epoxy)、丙烯酸樹脂(Acrylic Resin)、環烯烴聚合物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚醚醯亞胺(Polyetherimide)、氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer)。無機材料係例如矽膠(Silicone)、玻璃(Glass)、氧化鋁(Al2O3)、氮化矽(SiNx)、氧化矽(SiO2)、氧化鈦(TiO2)，或氟化鎂(MgF2)。
如第4圖以及第5A圖所示，第一電極4包含第一延伸部43、連接部42、以及第二延伸部44。第一延伸部43位於半導體疊層1的出光面102上，與第一半導體層11形成電性連接。連接部42形成於半導體疊層1的出光面102上且位於半導體疊層1的角落，與第二延伸部44以及第一延伸部43相連接。第二延伸部44自連接部42往半導體疊層1延伸並形成於絕緣層3相對於半導體疊層1的第二 側表面304上。第一電極4之一下表面401大體上與絕緣層3之下表面31共平面。因此，第一電極4藉由絕緣層3與主動層10、第二半導體層12、以及反射導電層2隔開。
如第5A圖所示，第一延伸部43包含複數個互相平行的第一延伸電極431及第二延伸電極432，第一延伸電極431具有一寬度W2，W2介於7~9μm；第二延伸電極432與設置在半導體疊層1之角落的連接部42連接。位於最外側的第一延伸電極431與連接部42相連接。不與連接部42相連接的第一延伸電極431與第二延伸電極432垂直連接，形成複數個T字形相連接的外觀。在另一實施例中，與第2A圖相似，由上視圖觀之，第一延伸電極431與第二延伸電極432彼此交叉，形成複數個十字形連接。第一電極4的第一延伸部43以及連接部42的上視圖外觀形狀不構成本發明的限制，例如，指叉狀、圓弧狀、放射狀。。第一延伸部43以及連接部42的材料包含金屬、透明氧化物。金屬係例如金(Au)、鍺(Ge)、鈹(Be)、鎳(Ni)、鈀(Pd)、鋅(Zn)或其合金。透明氧化物係例如氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋅鋁(AZO)、氧化鋅錫(ZTO)或氧化鋅(ZnO)。第二延伸部44的材料包含鈦(Ti)、鎢(W)、鉑(Pt)、鎳(Ni)、錫(Sn)、金(Au)或其合金。
第一電極柱6形成在第一電極4的下表面401以及絕緣層3之下表面31，並與第一電極4形成電性連接。第二電極柱7形成於反射導電層2的下表面之第二部分203之下，並與反射導電層2形成電性連接。第二電極柱7不完全覆蓋反射導電層2的下表面之第二部分203。詳言之，第一電極柱6與第二電極柱7之間具有一大於0的距離G2，絕緣層3的第一側表面301與第二電極柱7之間亦具有 一大於0的距離G1。在一實施例中，G2大於G1，在另一實施例中，G1大體上與G2相等。第一電極柱6的下表面61與第二電極柱7的下表面71大體上齊平，且第一電極柱6的高度較第二電極柱7小。如第5B圖所示，第一電極柱6以及第二電極柱7的下表面61、71具有一似四邊形的外型，為了可以區分第一電極柱6以及第二電極柱7的電極極性，可選擇性地使兩個電極柱的下表面具有不同的形狀。在一實施例中，第二電極柱7具有一斜邊73表示其為正極或先電連接至p型半導體層，而第一電極柱6則為負極或先電連接至n型半導體層。然而，下表面61、71的形狀並不以圖式中形狀為限，亦可以為橢圓形、圓形、三角形、正方形、多邊形、或以上形狀之組合。第一電極柱6以及第二電極柱7的材料可以選用金(Au)、銅(Cu)、錫(Sn)、銻(Sb)銀(Ag)、鈦(Ti)、鉑(Pt)、鎳(Ni)、上述材料的合金、或上述材料的疊層。在一實施例中，第一電極柱6以及第一電極柱7的材料為錫銻合金。在另一實施例中，第一電極柱6以及第二電極柱7為鈦銅疊層。
支撐結構13’覆蓋第一電極4之上表面402以及側表面403、半導體疊層1的出光面102、半導體疊層1相對於第一側表面106之第二側表面107、以及反射導電層2未被絕緣層3覆蓋之側表面204。需特別注意的是，支撐結構13’除了覆蓋半導體疊層1支出光面102外，也覆蓋半導體疊層1的側表面。支撐結構13’具有不共水平的第一下表面131以及第二下表面132。第一下表面131與反射導電層2的下表面之第二部分203大體上共平面，支撐結構13’的第二下表面132與第一電極4之下表面401大體上共平面。換言之，支撐結構13’具有兩個不同厚度T1、T2。
參考第5A圖以及第4圖，CC'線段上方，支撐結構13’包覆第一電極4之連接部42以及第二延伸部44處，具有一最大厚度為T1。CC'線段以下，支撐結構13’會包覆第一延伸部43以及連接部42，具有一最大厚度為T2，T1大於T2。支撐結構13’的材料包含對於主動層10所發出的光為透明或透光的材料，可選用矽膠(Silicone)、環氧樹脂(Epoxy)、聚亞醯胺(PI)、苯并環丁烯(BCB)、過氟環丁烷(PFCB)、SU8、丙烯酸樹脂(Acrylic Resin)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚醚醯亞胺(Polyetherimide)、氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer)、氧化鋁(Al2O3)、SINR、旋塗玻璃(SOG)、或以上材料之組合。在一實施例中，支撐結構13’中包含波長轉換材料(例如，無機的螢光粉(phosphor)、有機分子螢光色素(organic fluorescent colorant)、半導體材料(semiconductor)、或上述材料的組合)。
反射絕緣材料8覆蓋反射導電層2未被第二電極柱7以及絕緣層3覆蓋之下表面、支撐結構13’之第一下表面131以及第二下表面132、第一電極柱6的側表面、第二電極柱7的側表面、並填入第一電極柱6以及第二電極柱7之間的縫隙。然而，反射絕緣材料8未覆蓋第一電極柱6之下表面61以及第二電極柱7之下表面71，使第一電極柱6以及第二電極柱7可與外部的電路裝置形成電性連接。反射絕緣材料8用以保護半導體疊層1並反射主動層10所發出的光，使光從半導體疊層1的出光面102射出。反射絕緣材料8的材料包含一基質及高反射率物質之混和物。基質可為矽膠基質(silicone-based)或環氧基質(epoxy-based)；高反射率物質可包含二氧化鈦、二氧化矽或氧化鋁。
第6A至第6H圖係為本發明一實施例之發光元件的一製作流程示意圖。如第6A圖所示，提供一成長基板14，形成一半導體疊層1包含第一半導體層11、主動層10和第二半導體層12在成長基板14上。成長基板14的材料包含藍寶石(Sapphire)、碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、或磷化鎵(GaP)。在半導體疊層1相對於成長基板14之一表面覆蓋複數個彼此分離的反射導電層2，相鄰反射導電層2間之區域定義為間隙S。
如第6B圖所示，第一絕緣層3'填補間隙S、以及反射導電層2之下表面的第一部分202上，裸露出反射導電層2之下表面的第二部分203。
隨後，如第6C圖所示，利用電鍍或是化鍍的方式形成第一電極柱6於第一絕緣層3'之下表面31'以及第二電極柱7於反射導電層2之下表面的第二部分203上。第二電極柱7的寬度較反射導電層2之下表面的第二部分203的寬度要小，亦即，反射導電層2之下表面的第二部分203有部分不被第二電極柱7所覆蓋，且第二電極柱7的側表面不與第一絕緣層3'的側表面接觸。
接著，如第6D圖所示，利用網板印刷(screen printing)、塗佈(coating)、、噴塗(spraying)、點膠(dispensing)、濺鍍(sputtering)、以及鑄模灌膠(molding)等方式形成反射絕緣層8，使反射絕緣層8覆蓋第一絕緣層3'未被第一電極柱6覆蓋的下表面、反射導電層2未被第二電極柱7覆蓋的下表面、以及第一電極柱6和第2電極柱的側表面，並裸露出第一電極柱6之下表面61以及第二電極柱7之下表面71。隨後，將成長基板14與半導體疊層1分離並露出半導體疊層1之出光面102。移除方法可參考前述第3C圖及相關的段落。
如第6E圖所示，翻轉第6D圖中的結構，於相鄰反射導電層2間之間隙S位置處切割半導體疊層1，使第一電極柱6位於間隙S處的部分上表面62暴露出來，以形成切割道P。
接著，如第6F圖所示，於切割道P中，形成第二絕緣層3"覆蓋半導體疊層1的第一側表面106以及反射導電層2的第一側表面201，並與第一絕緣層3'接觸。於此，絕緣層3由第一絕緣層3'與第二絕緣層3"組合而成(第一絕緣層3'與第二絕緣層3"間的邊界線是為了清晰之故而繪製，實際上將視採用的製程條件或材料而出現或消失)。隨後，在半導體疊層1的出光面102上以蒸鍍的方式形成第一電極4的第一延伸部43以及連接部42，並於絕緣層3的第二側表面304覆蓋第二延伸部44。其中，第一延伸部43以及連接部42在出光面102上是物理上彼此相連接，第二延伸部44與連接部42以及第一電極柱6是物理上彼此相連接。
如第6G圖所示，利用網板印刷(screen printing)、塗佈(coating)、噴塗(spraying)、點膠(dispensing)、濺鍍(sputtering)、以及鑄模灌膠(molding)等方式形成支撐結構13’，將支撐結構13’填補於切割道P中以及覆蓋第一電極4。
接著如第6H圖所示，於切割道P進行切割，以形成互相分離的發光元件200。
第7A至第7G圖係為本發明另一實施例之發光元件的製作流程示意圖。與前述製作流程相同的符號、記號表示類似、或是相同的元件或裝置，可參考前開相對應的描述，於此將不再贅述。
如第7A圖所示，於前述第6B圖的步驟之後，提供一具有黏著性的暫時載具16黏著於第一絕緣層3'之下表面31'以及反射導電層2之下表面的第二部分203之上方，隨後將成長基板14與半導體疊層1分離並露出半導體疊層1之出光 面102。移除方法可參考前述第3C圖及相關的段落。暫時載具16之材料可為熱移除膠帶(thermal release tape)、光解膠膜(UV tape)、化學移除膠帶(Chemical release tape)、耐熱膠帶或藍膜。
如第7B圖所示，翻轉第7A圖中的結構，於相鄰反射導電層2間之間隙S位置處切割半導體疊層1，以形成切割道P。需特別注意的是，切割的步驟可能會在暫時載具16上產生割痕，但並不會使暫時載具16實質上分離。換言之，半導體疊層1仍然固定於暫時載具16之上。
隨後，如第7C圖所示，於切割道P中，形成第二絕緣層3"覆蓋半導體疊層1的第一側表面106以及反射導電層2的第一側表面201，並與第一絕緣層3'接觸。於此，絕緣層3由第一絕緣層3'與第二絕緣層3"組合而成。隨後，在半導體疊層1的出光面102上以蒸鍍的方式形成第一電極4的第一延伸部43以及連接部42，並於絕緣層3的第二側表面304覆蓋第二延伸部44。其中，第一延伸部43以及連接部42在出光面102上是物理上彼此相連，第二延伸部44與連接部42以及第一電極柱6是物理上彼此相連。
如第7D圖所示，利用網板印刷(screen printing)、塗佈(coating)、刷塗、旋塗、噴塗(spraying)、點膠(dispensing)、濺鍍(sputtering)、以及鑄模灌膠(molding)等方式形成支撐結構13’，使支撐結構13’填補於切割道P以及覆蓋第一電極4。隨後，使用雷射剝離、加熱分離、溶解、照射紫外光等方式移除暫時載具16。
接著，如第7E圖所示，利用電鍍或是化鍍的方式形成第一電極柱6於絕緣層3之下表面31並與第一電極4互相接觸，以及形成第二電極柱7於反射導電層2之下表面的第二部分203上。第二電極柱7的寬度較反射導電層2之下表 面的第二部分203的寬度要小，亦即，反射導電層2之下表面的第二部分203有部分不被第二電極柱7所覆蓋，且第二電極柱7的側表面不與第一絕緣層3'的側表面接觸。
隨後，如第7F圖所示，利用網板印刷(screen printing)、塗佈(coating)、噴塗(spraying)、點膠(dispensing)、濺鍍(sputtering)、以及鑄模灌膠(molding)等方式形成反射絕緣層8，使反射絕緣層8覆蓋第一絕緣層3'未被第一電極柱6的下表面、反射導電層2未被第二電極柱7覆蓋的下表面、以及第一電極柱6和第二電極柱7的側表面，並裸露出第一電極柱6之下表面61以及第二電極柱7之下表面71。
最後，如第7G所示，於切割道P進行切割，以形成互相分離的發光元件200。
需了解的是，本發明中上述之實施例在適當的情況下，是可互相組合或替換，而非僅限於所描述之特定實施例。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見之修飾或變更接不脫離本發明之精神與範圍。
1:半導體疊層
2:反射導電層
3:絕緣層
4:第一電極
5:第二電極
6:第一電極柱
7:第二電極柱
8:反射絕緣層
9:黏結層
10:主動層
11:第一半導體層
12:第二半導體層
13:支撐結構
41、52:連接部
42:延伸部
51:第一延伸部
53:第二延伸部
61、71、101、401、501:下表面
72:外側表面
100:發光元件
102:出光面
201、301、1001、1101、1201:第一側表面
202、302、1011:第一部分
203、303:第二部份
304、1202:第二側表面
1203:平台
H1、H2、H3、H4:高度
G1、G2:距離

Claims (10)

  1. 一發光元件，包含：一半導體疊層，包含一側表面、一第一下表面、及一相對於該第一下表面之第一上表面；一電極，位於該第一下表面上，且包含一第一部份位在該第一上表面上及一第二部份覆蓋該側表面；一電極柱，位於該電極上；一反射絕緣材料，圍繞該電極柱，並具有一第二下表面與該電極柱齊平；以及一支撐結構，形成於該第一部份上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中，該半導體疊層的材料包含AlxInyGa(1-x-y)P，並可發出紅光。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中，該電極柱包含錫銻合金。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中，該支撐結構包含一波長轉換材料。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中，該半導體疊層發出的光線可穿過該支撐結構朝遠離該延伸電極的方向行進。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中，該支撐結構覆蓋該側表面及該第一上表面。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中，該反射絕緣材料圍繞該半導體疊層。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中，該支撐結構的材料包含玻璃。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中，該支撐結構的材料包含矽膠、環氧樹脂。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中，該發光元件的總高度對於該支撐元件的高度之比值小於1.5。
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