TWI718358B - 發光元件 - Google Patents
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Abstract
一發光元件包含一半導體平台；一包含金屬材料之第一反射結構位於半導體平台上，並包含一第一開口；以及一包含絕緣材料之第二反射結構位於第一反射結構上，第二反射結構包含一第二開口，其中第一反射結構之第一開口露出第二反射結構之第二開口。
Description
本發明係關於一種發光元件，且特別係關於一種發光元件，其包含一半導體平台及一反射結構位於半導體平台上。
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。
一發光元件包含一半導體平台；一包含金屬材料之第一反射結構位於半導體平台上，並包含一第一開口；以及一包含絕緣材料之第二反射結構位於第一反射結構上，第二反射結構包含一第二開口，其中第一反射結構之第一開口露出第二反射結構之第二開口。
一發光元件包含一半導體平台；一包含金屬材料之第一反射結構位於半導體平台上，並包含一第一開口；以及一包含絕緣材料之第二反射結構位於第一反射結構上，其中第一反射結構係與半導體平台電性絕緣。
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中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A-A’的剖面圖。第3圖係沿著第1圖之切線B-B’的剖面圖。第4圖係沿著第1圖之切線C-C’的剖面圖。第5圖係沿著第1圖之切線D-D’的剖面圖。第6圖係本發明一實施例中所揭示之發光元件1的部分上視圖。第7圖係沿著第6圖之切線E-E’的剖面圖。第8圖係本發明一實施例中所揭示之第1圖的X區域之剖面圖。
如第1圖及第6圖之上視圖，及第2圖~第5圖、第7圖、第8圖之剖面圖所示，發光元件1包含一半導體平台100t具有一半導體疊層100；一包含金屬材料之第一反射結構18位於半導體平台100t上；以及一包含絕緣材料之第二反射結構19位於第一反射結構18上。如第5圖及第7圖所示，第一反射結構18包含一第一開口180，第二反射結構19包含一第二開口192，其位置係相對於第一開口180的位置，第二反射結構19包覆第一開口180處的第一反射結構18，且第一開口180中露出第二開口192。換言之，第一開口180包含一寬度大於第二開口192之一寬度。
如第1圖之上視圖所示，發光元件1可以具有矩形或正方形的外形，並如第2圖~第5圖之側視圖所示，發光元件1包含一基板10具有複數個側面10s位於發光元件1之一周圍以構成矩形或正方形的外形。由上視圖觀之，發光元件1的尺寸例如可以是1000μmÍ1000μm或700μmÍ700μm的正方形形狀或類似大小的矩形形狀，但不特別限定於此。
如第2圖~第5圖所示，半導體疊層100包含一第一半導體層11，一第二半導體層12，以及一活性層13位於第一半導體層11及第二半導體層12之間。藉由改變半導體疊層100中一層或多層的物理及化學組成以調整發光元件1發出光線的波長。半導體疊層100之材料包含Ⅲ-Ⅴ族半導體材料，例如Alx
Iny
Ga(1-x-y)
N或Alx
Iny
Ga(1-x-y)
P，其中0≦x，y≦1；(x+y)≦1。當半導體疊層100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，或波長介於530 nm及570 nm之間的綠光。當半導體疊層100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。當半導體疊層100之材料為AlGaN系列或AlInGaN系列材料時，可發出波長介於400 nm及250 nm之間的紫外光。
第一半導體層11和第二半導體層12可為包覆層(cladding 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11為n型電性的半導體，第二半導體層12為p型電性的半導體。活性層13形成在第一半導體層11和第二半導體層12之間，電子與電洞於一電流驅動下在活性層13複合，將電能轉換成光能，以發出一光線。活性層13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13之材料可為中性、p型或n型電性的半導體。第一半導體層11、第二半導體層12、或活性層13可為單層或包含多個子層的結構。
如第2圖~第5圖、第7圖、第8圖之剖面圖所示，發光元件1包含一或複數個半導體平台100t，其中一或複數個半導體平台100t係由半導體疊層100所構成。於發明之一實施例中，各個半導體平台100t係藉由移除部分的第二半導體層12及活性層13，以形成包含第一半導體層11、第二半導體層12及活性層13的結構。複數個半導體平台100t可以彼此分離以露出基板10或藉由第一半導體層11以彼此相連接。各個半導體平台100t包含一上表面及一下表面，活性層13包含一第一上表面及一第二下表面，其中半導體平台100t之上表面和活性層13之第一上表面之間包含一第一距離，半導體平台100t之下表面和活性層13之第二下表面之間包含一第二距離，且第二距離大於第一距離。
第8圖係本發明一實施例中所揭示之第1圖的X區域之剖面圖。如第1圖及第8圖所示，發光元件1包含一環繞部100e以環繞一或複數個半導體平台100t之周圍，環繞部100e係位於一或複數個半導體平台100t之最外側。環繞部100e係藉由移除發光元件1周圍的第二半導體層12及活性層13而形成。環繞部100e的上視形狀包含矩形或多邊形環狀，其中矩形或多邊形之各角落可以圓弧化以避免電流局部集中於半導體平台100t之角落。
於發明之一例中，如第8圖所示，環繞部100e包含一第一環繞部1001e。第一環繞部1001e係藉由移除半導體平台100t周圍的第二半導體層12及活性層13而形成，且包含第一半導體層11之一部分。換言之，第一環繞部1001e裸露出第一半導體層11之表面，且第一環繞部1001e不包含第二半導體層12及活性層13。於發明之另一例中，如第8圖所示，環繞部100e更包含一第二環繞部1002e位於第一環繞部1001e之周圍。相較於第一環繞部1001e，第二環繞部1002e更靠近基板10的側面10s。
如第8圖所示，第二環繞部1002e位於半導體平台100t之周圍，第二環繞部1002e包含與半導體平台100t相同之結構。具體而言，第二環繞部1002e包含第一半導體層11、第二半導體層12及活性層13，第一環繞部1001e位於第二環繞部1002e及半導體平台100t之間。半導體平台100t藉第一環繞部1001e以與第二環繞部1002e相隔一距離，其中第一環繞部1001e裸露出第一半導體層11之表面。
於發明之另一例中(圖未示)，環繞部100e包含複數個第一環繞部1001e及複數個第二環繞部1002e彼此交替排列以增加第二反射結構19與半導體疊層100之間的附著力，避免第二反射結構19自半導體疊層100的表面剝離。當環繞部100e包含複數個第一環繞部1001e及複數個第二環繞部1002e時，第一環繞部1001e可位於發光元件1之最外圍或是第二環繞部1002e位於發光元件1之最外圍。當第一環繞部1001e位於發光元件1之最外圍時，第一環繞部1001e包含具有一第一外側壁之第一半導體層11，所述第一外側壁與基板10之側面10s切齊或齊平，或是第一外側壁位於基板10之側面10s之內側，第一外側壁與基板10之側面10s相隔一距離以露出基板10之上表面。當第二環繞部1002e位於發光元件1之最外圍時，第二環繞部1002e包含具有一第二外側壁之半導體疊層100，所述第二外側壁與基板10之側面10s切齊或齊平，或是第二外側壁位於基板10之側面10s之內側，第二外側壁與基板10之側面10s相隔一距離以露出基板10之上表面。
發光元件1可包含一或複數個通孔100v為第二半導體層12及/或活性層13所環繞。通孔100v係藉由移除第二半導體層12及活性層13，以露出第一半導體層11之表面。通孔100v位於於半導體平台100t中，且為第二半導體層12及活性層13所環繞。通孔100v的上視形狀包含圓形、橢圓形、矩形、多邊形、或是任意形狀。複數個通孔100v可排列成複數列，任相鄰兩列或每相鄰兩列上的通孔100v可彼此對齊或是錯開。通孔100v的數目並不特別限定。如第1圖之上視圖所示，複數個通孔100v可以按照固定間隔呈固定圖案的方式配置，使電流可沿水平方向均勻地分散。
於半導體疊層100的一側可以配置一基板10。基板10可以為一成長基板，包括用以磊晶成長磷化鋁鎵銦(AlGaInP)之砷化鎵(GaAs)晶圓，或用以成長氮化銦鎵(InGaN)之藍寶石(Al2
O3
)晶圓、氮化鎵(GaN)晶圓或碳化矽(SiC)晶圓。於另一實施例中，基板10可以為一支撐基板，原先用以磊晶成長半導體疊層100的成長基板可以依據應用的需要而選擇性地移除，再將半導體疊層100移轉至於前述之支撐基板。
於一實施例中，當半導體疊層100自成長基板被移轉至支撐基板時，各個半導體平台100t包含一上表面及一下表面，活性層13包含一第一上表面及一第二下表面，其中半導體平台100t之上表面及活性層13之第一上表面係分別較半導體平台100t之下表面及活性層13之第二下表面遠離於支撐基板，半導體平台100t之上表面和活性層13之第一上表面之間包含一第一距離，半導體平台100t之下表面和活性層13之第二下表面之間包含一第二距離，且第一距離大於第二距離。
支撐基板包括導電材料，例如矽(Si)、鋁(Al)、銅(Cu)、鎢(W)、鉬(Mo)、金(Au)、銀(Ag)，碳化矽(SiC)或上述材料之合金，或導熱材料，例如金剛石(diamond)、石墨(graphite)、或氮化鋁。並且，雖然圖未顯示，但是基板10與半導體疊層100相接的一面可以具有增加粗糙化的表面，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，例如具有多個半球形狀的面，具有多個圓錐形狀的面，或者具有多個多邊錐形狀的面。
於本發明之一實施例中，藉由有機金屬化學氣相沉積法(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100，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(Evoaporation)法。
於本發明之一實施例中，半導體疊層100還可包含一緩衝層(圖未示)位於第一半導體層11和基板10之間，用以釋放基板10和半導體疊層100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多個子層的結構。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100及基板10之間，用以改善半導體疊層100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，係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。
參考第2圖~第5圖所示，於發明之一例中，發光元件1更包含一切割道10d位於半導體平台100t之周圍，於發明之一例中(圖未示)，環繞部100e位於切割道10d及半導體平台100t之間，切割道10d環繞環繞部100e之周圍。相較於環繞部100e，切割道10d係位於發光元件1之最外側。切割道10d係藉由移除第一半導體層11、第二半導體層12及活性層13，以露出基板10之表面。切割道10d的上視形狀包含矩形或多邊形環狀。於一實施例中，所述切割道10d露出基板10之表面係為一粗糙面。粗糙面可以為具有不規則形態的表面或具有規則形態的表面，例如具有多個半球形狀的面，具有多個圓錐形狀的面，或者具有多個多邊錐形狀的面。
半導體平台100t包含複數個外側壁S1及複數個內側壁S2，其中外側壁S1為第一半導體層11、第二半導體層12及活性層13之一側壁，外側壁S1之一端與第二半導體層12之一表面12s相連，外側壁S1之另一端與基板10之上表面相連。內側壁S2之一端與第二半導體層12之表面12s相連，內側壁S2之另一端與第一半導體層11之一表面11s相連。複數個內側壁S2構成通孔100v之一側壁。如第2圖所示，內側壁S2與第一半導體層11的表面11s之間具有一銳角、一鈍角或一直角，外側壁S1與基板10的上表面之間具有一銳角、一鈍角或一直角。
發光元件1包含一或複數個電流阻擋層15位於第二半導體層12上。電流阻擋層15係為非導電材料所形成，包含氧化鋁(Al2
O3
)、氮化矽(SiNx
)、氧化矽(SiOx
)、氧化鈦(TiOx
)，或氟化鎂(MgFx
)。電流阻擋層15可以包括分布式布拉格反射器(DBR)，其中分布式布拉格反射器具有不同折射率的絕缘材料彼此堆叠。電流阻擋層15對於活性層13所發出的光線具有80%以上的透光率或80%以上的光反射率。如第6圖所示，電流阻擋層15包含一或複數個阻擋墊151及一或複數個阻擋延伸部152，其中阻擋墊151的上視形狀包含多邊形、圓形或橢圓形，阻擋延伸部152的上視形狀包含矩形或多邊形。於相同方向的剖面圖中，阻擋墊151包含一寬度大於阻擋延伸部152之一寬度。電流阻擋層15具有一傾斜的側表面以降低自第二半導體層12剝離的風險，並增加後續疊層的覆蓋性。
發光元件1包含一透明導電層14位於第二半導體層12及電流阻擋層15上，且透明導電層14覆蓋電流阻擋層15之一側壁。覆蓋於電流阻擋層15之上的透明導電層14的表面輪廓為對應電流阻擋層15之輪廓，例如對應阻擋墊151之多邊形、圓形或橢圓形，對應阻擋延伸部152之矩形或多邊形輪廓；透明導電層14自剖面觀之呈階梯狀輪廓，而不是平坦的輪廓。透明導電層14之材料包含對於活性層13所發出的光線為透明的材料，例如氧化銦錫(ITO)、或氧化銦鋅(IZO)。由於透明導電層14形成於第二半導體層12之大致整個面，並與第二半導體層12形成低電阻接觸，例如歐姆接觸，因此電流可以藉由透明導電層14以均勻地擴散通過第二半導體層12。於一實施例中，透明導電層14包含一最外側，其與半導體平台100t之外側壁S1相隔一距離小於20 μm，較佳小於10 μm，更佳小於5 μm。
透明導電層14的厚度可在0.1 nm至100 nm的範圍內。若透明導電層14的厚度小於0.1 nm，則由於厚度太薄而不能有效地與第二半導體層12形成歐姆接觸。並且，若透明導電層14的厚度大於100 nm，則由於厚度太厚而部分吸收活性層13所發出光線，從而導致發光元件1的亮度減少的問題。
發光元件1包含一或複數個第一接觸電極16a位於第一半導體層11上以電連接至第一半導體層11，及一或複數個第二接觸電極16b位於第二半導體層12上以電連接至第二半導體層12。一或複數個第一接觸電極16a分別位於一或複數個通孔100v內與第一半導體層11相接觸，且自發光元件1之一上視圖觀之，複數個第一接觸電極16a係彼此分離。為讓電流均勻地擴散通過第二半導體層12，第二接觸電極16b的位置係重疊於電流阻擋層15的位置，於發明之一例中，第二接觸電極16b與電流阻擋層15具有相似的形狀；於發明之另一例中，第二接觸電極16b與電流阻擋層15具有不相似的形狀。電流阻擋層15包含一面積大於第二接觸電極16b之一面積。透明導電層14包含一部分位於電流阻擋層15及第二接觸電極16b之間；以及另一部分直接接觸第二半導體層12。當電流通過第二接觸電極16b時，因電流阻擋層15位於第二接觸電極16b下方，電流無法透過電流阻擋層15自第二接觸電極直接向下傳導至第二半導體層12，所以電流會被迫流到透明導電層14後，藉由透明導電層14在水平方向上進行電流擴散，並將電流傳導至第二半導體層12。第一接觸電極16a及第二接觸電極16b具有一傾斜的側表面以降低自透明導電層14或第一半導體層11剝離的風險，並增加後續疊層的覆蓋性。於一實施例中，第一接觸電極16a之傾斜的側表面與第一半導體層11之表面之間具有一夾角介於30度及75度之間。第二接觸電極16b之傾斜的側表面與透明導電層14之表面之間具有一夾角介於30度及75度之間。
如第6圖所示，第二接觸電極16b包含一或複數個第二接觸墊161b及一或複數個第二接觸延伸部162b，自發光元件1之一上視圖觀之，第二接觸墊161b的上視形狀與阻擋墊151的形狀實質上相同或不相同，及/或第二接觸延伸部162b的上視形狀與阻擋延伸部152實質上相同或不相同。於本實施例中，第二接觸墊161b與阻擋墊151的上視形狀相同，包含圓形或橢圓形，第二接觸延伸部162b的上視形狀與阻擋延伸部152的上視形狀實質上相同，包含矩形或多邊形。於一實施例中，第二接觸墊161b的上視形狀與阻擋墊151的形狀實質上不相同，第二接觸墊161b與的上視形狀包含圓形或橢圓形，阻擋墊151的上視形狀包含矩形或多邊形。於相同方向的剖面圖中，第二接觸墊161b包含一寬度大於第二接觸延伸部162b之一寬度。於一實施例中，阻擋墊151包含一寬度大於第二接觸墊161b之一寬度。於一實施例中阻擋延伸部152包含一寬度大於第二接觸延伸部162b一寬度。於一實施例中阻擋延伸部152包含一寬度小於第二接觸延伸部162b一寬度。於一實施例中，第二接觸延伸部162b的上視形狀與阻擋延伸部152的上視形狀實質上不相同，第二接觸延伸部162b的上視形狀包含矩型或多邊型，阻擋延伸部152的上視形狀為分段式不連續點狀。
自發光元件1之一上視圖觀之，第一接觸電極16a與通孔100v具有相同的形狀，第二接觸墊161b與阻擋墊151具有相同的形狀，且第二接觸延伸部162b與阻擋延伸部152具有相同的形狀。如第1圖所示，第一接觸電極16a之一外邊緣與通孔100v之一外邊緣形成為同心圓形狀。第二接觸墊161b之一外邊緣與阻擋墊151之一外邊緣形成為同心圓形狀。於一實施例中，第一接觸電極16a可形成為具有半徑R1的圓形形狀，且通孔100v形成為具有半徑R0的圓形形狀，其中R0大於R1。第二接觸墊161b可形成為具有半徑R2的圓形形狀，且阻擋墊151形成為具有半徑r的圓形形狀，其中r大於R2。
第一接觸電極16a及第二接觸電極16b包含金屬材料，例如鉻(Cr)、鈦(Ti)、鎢(W)、金(Au)、鋁(Al)、銦(In)、錫(Sn)、鎳(Ni) 或鉑(Pt)等金屬或上述材料之合金。第一接觸電極16a及第二接觸電極16b可由單個層或是多個層所組成。例如，第一接觸電極16a或第二接觸電極16b可包括Ti/Au層、Ti/Pt/Au層、Cr/Au層、Cr/Pt/Au層、Ni/Au層、Ni/Pt/Au層或Cr/Al/Cr/Ni/Au層。
第一接觸電極16a或第二接觸電極16b的厚度優選為0.5 μm至2.5 μm。於一實施例中，第一接觸電極16a之一上表面係低於第二半導體層12之表面12S，換言之，第一接觸電極16a之厚度係小於通孔100v之深度。於另一實施例中，第一接觸電極16a之一上表面係凸出於第二半導體層12之表面12S，換言之，第一接觸電極16a之厚度係大於通孔100v之深度。若第一接觸電極16a或第二接觸電極16b的厚度小於0.5 μm，則無法有效地傳導電流。並且，若第一接觸電極16a或第二接觸電極16b的厚度大於2.5 μm，則因過多的生產製造時間而導致製造上的損失。
發光元件1包含一第一絕緣層17覆蓋於半導體平台100t、透明導電層14、第一接觸電極16a及第二接觸電極16b之上。第一絕緣層17包含一或複數個第一絕緣層第一開口171位於第一接觸電極16a上，並露出第一接觸電極16a之一表面。第一絕緣層17更包含一或複數個第一絕緣層第二開口172位於第二接觸墊161b上，並露出第二接觸墊161b之一表面，其中第二接觸延伸部162b為第一絕緣層17所覆蓋。
第一絕緣層17係為非導電材料所形成，包含有機材料、無機材料或是介電材料。有機材料包含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)或氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer)。無機材料包含矽膠(Silicone)或玻璃(Glass)。介電材料包含氧化鋁(Al2
O3
)、氮化矽(SiNx
)、氧化矽(SiOx
)、氧化鈦(TiOx
)，或氟化鎂(MgFx
)。
如第1圖及第5圖所示，一第一反射結構18包含一或複數個第一反射延伸部181位於第二接觸電極16b上及一第一反射環繞部182位於半導體平台100t之周圍以環繞一或複數個第一反射延伸部181，其中複數個第一反射延伸部181之位置係位於複數個第二接觸延伸部162b及/或阻擋延伸部152上，複數個第一反射延伸部181係彼此分離，且複數個第一反射延伸部181與複數個第二接觸延伸部162b及/或阻擋延伸部152具有相同或相似的形狀。一或複數個第一反射延伸部181之間包含一第一開口180以露出第二接觸墊161b之一表面。如第2圖及第3圖所示，第一反射延伸部181覆蓋第二接觸延伸部162b之一或多個表面，且第一絕緣層17介於第一反射延伸部181及第二接觸延伸部162b之間，避免第一反射延伸部181直接接觸第二接觸延伸部162b，使第一反射延伸部181與半導體平台100t電性絕緣。由於位在阻擋墊151及阻擋延伸部152下方之半導體疊層100非電流直接注入之區域，故第一反射延伸部181覆蓋阻擋墊151及/或阻擋延伸部152之一表面及/或一側壁，使此區域之側向光可以被第一反射延伸部181所反射，增加發光元件1之光摘出效率與均勻性。如第6圖所示，第一反射延伸部181包含一寬度大於第二接觸延伸部162b及/或阻擋延伸部152之一寬度。於一實施例中，第一反射延伸部181包覆第二接觸延伸部162b之一側壁。第一反射結構18之材料包含高反射率的金屬材料，例如銀(Ag)、鋁(Al)、金(Au)、鈀(Pd)、或銠(Rh)等金屬或上述材料之合金。在此所述具有高反射率係指對於活性層13所發出光線的波長具有80%以上的反射率。
如第2圖~第5圖所示，於發明之一例中，第一反射環繞部182環繞並覆蓋半導體平台100t外圍之上表面及外側壁S1，且第一反射環繞部182與第一反射延伸部181相隔一距離，第一絕緣層17介於第一反射環繞部182及半導體平台100t之間，使第一反射環繞部182與半導體平台100t電性絕緣。如第8圖所示，於發明之一例中，發光元件1包含環繞部100e，其包含第一環繞部1001e以裸露出第一半導體層11之表面時，第一反射環繞部182覆蓋半導體平台100t之一上表面及一側壁，並藉由第一絕緣層17與第一半導體層11相隔。於一實施例中，位於半導體平台100t之上表面的第一反射環繞部182包含一第一邊，所述第一邊與半導體平台100t之側壁之間包含一距離w3小於l0 μm；於一實施例中，w3小於5 μm；於另一實施例中，w3小於3μm。
於發明之一例中，如第8圖所示，環繞部100e包含第一環繞部1001e及第二環繞部1002e，其中第二環繞部1002e包含第一半導體層11、第二半導體層12及活性層13，第二環繞部1002e藉由第一環繞部1001e與半導體平台100t相隔一距離。第一反射環繞部182包含一第一部分覆蓋半導體平台100t之一上表面及一側壁，及第一環繞部1001e之一上表面；以及一第二部分覆蓋第二環繞部1002e之一上表面及一側壁。如第8圖所示，位於第一環繞部1001e內的第一反射環繞部182之第一部分及第二部分可彼此相連接，或是藉由第二反射結構19以相隔一距離(圖未示)。第一部分及/或第二部分可分別藉由第一絕緣層17與第一半導體層11相隔離。
於一實施例中，第一反射結構18的厚度優選為100 nm至l μm。若第一反射結構18的厚度小於100 nm，則無法有效反射活性層13所發出的光線。並且，若第一反射結構18的厚度大於l μm，則因過多的生產製造時間而導致製造上的損失。
如第2圖、第3圖及第4圖所示，發光元件1包含一第二反射結構19覆蓋於第一絕緣層17及第一反射結構18之上。第二反射結構19包含一或複數個第二反射結構第一開口191位於第一接觸電極16a上，並露出第一接觸電極16a之表面。如第5圖所示，第二反射結構19更包含一或複數個第二反射結構第二開口192位於第二接觸墊161b上，並露出第二接觸墊161b之表面，其中第一反射結構18為第二反射結構19所完全覆蓋，藉此，第一反射結構18與半導體平台100t係電性絕緣。具體而言，第一反射結構18的第一反射延伸部181及或第一反射環繞部182被第一絕緣層17及第二反射結構19所完全包覆，避免第一反射延伸部181及第一反射環繞部182直接接觸第二接觸電極16b及第二延伸電極20b，因此第一反射結構18與半導體平台100t係電性絕緣。
第二反射結構第一開口191之位置對應於第一絕緣層第一開口171之位置，且彼此形成為同心圓形狀。第二反射結構第二開口192之位置對應於第一絕緣層第二開口172之位置，且彼此形成為同心圓形狀。於一實施例中，第一絕緣層第一開口171可形成為具有半徑R11的圓形形狀，且第二反射結構第一開口191形成為具有半徑R21的圓形形狀，其中R11大於R21。第一絕緣層第二開口172可形成為具有半徑R12的圓形形狀，且第二反射結構第二開口192形成為具有半徑R22的圓形形狀，其中R12大於R22。
第二反射結構19係為非導電材料所形成，包含有機材料、無機材料或介電材料。有機材料包含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)或氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer)。無機材料包含矽膠(Silicone)或玻璃(Glass)。介電材料包含氧化鋁(Al2
O3
)、氮化矽(SiNx
)、氧化矽(SiOx
)、氧化鈦(TiOx
)，或氟化鎂(MgFx
)。
第二反射結構19可包含不同折射率的兩種以上之材料交替堆疊以形成一布拉格反射鏡(DBR)結構，選擇性地反射特定波長之光。例如，可通過層疊SiO2
/TiO2
或SiO2
/Nb2
O5
等層來形成高反射率的絕緣反射層。
當發光元件1所發射的光的波長為λ時，第二反射結構19的厚度可被設定為λ/4的整數倍。第二反射結構19的厚度在λ/4的整數倍的基礎上可具有±30%的偏差。
雖然金屬對於可見光具有良好的反射率，但是當金屬存在於電磁場之環境下，例如當外電流所注入發光元件1時，所述金屬傾向於擴散或者電子遷移。此外，這些金屬容易在潮濕的環境中氧化，隨著時間增長，反射率趨於減小，從而降低發光元件1的效率。為了避免上述問題，本發明之第一反射結構18係夾置於第一絕緣層17及包含絕緣材料之第二反射結構19之間，換言之，第一反射結構18之第一反射延伸部181及第一反射環繞部182係與半導體平台100t電絕緣。由於第二接觸墊161b係外部電流的直接注入區，因此第一反射結構18之第一反射延伸部181避免覆蓋於第二接觸墊161b之上表面，第一反射結構18第一反射延伸部181較佳位於第二接觸墊161b之側面，且第一反射延伸部181包含第一開口180以露出第二接觸墊161b之上表面。為了避免第一反射延伸部181之金屬產生電子遷移，第二反射結構19包覆第一反射延伸部181之上表面及側表面，且第二反射結構19包含第二開口192以露出第二接觸墊161b之上表面，其中第一開口180包含一寬度大於第二開口192之寬度。
發光元件1包含一或複數個第一延伸電極20a及一或複數個第二延伸電極20b。複數個第一延伸電極20a及複數個第二延伸電極20b係交替排列。第一延伸電極20a覆蓋於半導體平台100t及一或複數個第一接觸電極16a上，並與一或複數個第一接觸電極16a相接觸。第二延伸電極20b覆蓋於半導體平台100t及一或複數個第二接觸電極16b上，並與第二接觸墊161b相接觸，其中第二延伸電極20b不與第二接觸延伸部162b相接觸，第一絕緣層17及第二反射結構19係位於第二延伸電極20b及第二接觸延伸部162b之間。
第一延伸電極20a及第二延伸電極20b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)等金屬或上述材料之合金。第一延伸電極20a及第二延伸電極20b可由單個層或是多個層所組成。例如，第一延伸電極20a或第二延伸電極20b可包括Ti/Au層、Ti/Pt/Au層、Cr/Au層、Cr/Pt/Au層、Ni/Au層、Ni/Pt/Au層或Cr/Al/Cr/Ni/Au層。
於一實施例中，自發光元件1之上視圖觀之，發光元件1包含一頂針區200位於發光元件1之一幾何中心處。所述幾何中心處係指至少兩條對角線交叉且頂針區200所及之處。於一實施例中，頂針區200與第一延伸電極20a及/或第二延伸電極20b相隔一距離。於一實施例中，頂針區200可與第一延伸電極20a或第二延伸電極20b相連接。頂針區200包含與第一延伸電極20a或第二延伸電極20b相同之金屬材料或金屬疊層。
頂針區200係作為保護磊晶層之結構以避免磊晶層於後段製程，例如晶粒分離、測試晶粒、封裝，為外力所損害，例如探針、或頂針所損害。自發光元件1之上視圖觀之，頂針區200可包含與第一延伸電極20a或第二延伸電極20b不同之形狀。頂針區200之形狀包含矩形、橢圓形或是圓形。
發光元件1包含一第二絕緣層21覆蓋於半導體平台100t、第二反射結構19、第一延伸電極20a及第二延伸電極20b之上。第二絕緣層21包含一或複數個第二絕緣層第一開口211位於第一延伸電極20a上，並露出第一延伸電極20a之一表面。第二絕緣層21更包含一或複數個第二絕緣層第二開口212位於第二延伸電極20b上，並露出第二延伸電極20b之一表面。
自發光元件1之一上視圖觀之，複數個第二絕緣層第一開口211皆位於發光元件1之一第一側，複數個第二絕緣層第二開口212皆位於發光元件1之一第二側，且第一側與第二側係位於發光元件1之相對側。
自發光元件1之一上視圖觀之，一或複數個第二絕緣層第一開口211之形成位置係與第一接觸電極16a之形成位置相錯開，且一或複數個第二絕緣層第二開口212之形成位置係與第二接觸電極16b之形成位置相錯開。具體而言，第二絕緣層第一開口211位於兩相鄰之第一接觸電極16a之間，第二絕緣層第二開口212位於第二接觸電極16b之左右兩側或其中之一側。
於一實施例中，自發光元件1之上視圖或側視圖觀之，第二絕緣層第一開口211包含一最大寬度大於或小於通孔100v、第一絕緣層第一開口171及第二反射結構第一開口191之其中之一的最大寬度。第二絕緣層第二開口212包含一最大寬度大於或小於第一絕緣層第二開口172及第二反射結構第二開口192之其中之一的最大寬度。
於一實施例中，第二絕緣層第一開口211位於兩相鄰之通孔100v之間，及/或位於兩相鄰之第二接觸電極16b之間。
於一實施例中，複數個第二絕緣層第一開口211之數目與複數個第二絕緣層第二開口212之數目不同。於一實施例中，第二絕緣層第二開口212之數目多於第二絕緣層第一開口211之數目。於一實施例中，第二絕緣層第二開口212之數目少於第二絕緣層第一開口211之數目。
第二絕緣層21係為非導電材料所形成，包含有機材料、無機材料或介電材料。有機材料包含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)或氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer)。無機材料，包含矽膠(Silicone)或玻璃(Glass)。介電材料包含氧化鋁(Al2
O3
)、氮化矽(SiNx
)、氧化矽(SiOx
)、氧化鈦(TiOx
)，或氟化鎂(MgFx
)。
發光元件1包含一第一電極墊22a以覆蓋一或複數個第二絕緣層第一開口211，且接觸第一延伸電極20a。發光元件1包含一第二電極墊22b以覆蓋一或複數個第二絕緣層第二開口212，且接觸第二延伸電極20b。第一電極墊22a及第二電極墊22b藉由第一延伸電極20a及第二延伸電極20b分別電連接至第一接觸電極16a及第二接觸電極16b。
第一電極墊22a或第二電極墊22b之上表面可以為非平面。具體而言，第一電極墊22a或第二電極墊22b的上表面具有與第一接觸電極16a的上表面和第二接觸電極16b的上表面的表面輪廓相對應的表面輪廓。換言之，第一電極墊22a或第二電極墊22b設置在第一接觸電極16a和第二接觸電極16b上，其中第一接觸電極16a和第二接觸電極16b具有非平坦表面輪廓，因此具有長條形、圓形或階梯形表面。如第1圖所示，第一電極墊22a或第二電極墊22b的上表面可包括至少一個凹陷部及至少一個凸出部，其分別設置於第一接觸電極16a和第二接觸電極16b所放置的區域中。因此，第一電極墊22a或第二電極墊22b的上表面可具有階梯形表面。凹陷部可形成為第1圖所示的圓形形狀，凸出部可形成為第1圖所示的長條形形狀。第一電極墊22a之凹陷部或第二電極墊22b凹陷部的外邊緣和第一接觸電極16a的邊緣可形成為同心圓形狀。
第一電極墊22a及第二電極墊22b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)等金屬或上述材料之合金。第一電極墊22a及第二電極墊22b可由單個層或是多個層所組成。例如，第一電極墊22a或第二電極墊22b可包括Ti/Au層、Ti/Pt/Au層、Cr/Au層、Cr/Pt/Au層、Ni/Au層、Ni/Pt/Au層或Cr/Al/Cr/Ni/Au層。第一電極墊22a及第二電極墊22b可做為外電源供電至第一半導體層11及第二半導體層12之電流路徑。
於本發明之一實施例中，第一電極墊22a包含一尺寸與第二電極墊22b之一尺寸相同或不同，此尺寸可為寬度或面積。例如，第一電極墊22a或第二電極墊22b的上視面積可為第一電極墊22a及第二電極墊22b的上視面積相加所得的值的0.8倍以上且小於1倍的大小。
第一電極墊22a或第二電極墊22b分別包含一傾斜側面，因此第一電極墊22a或第二電極墊22b的側視剖面面積可沿厚度方向發生變化。例如，第一電極墊22a或第二電極墊22b的側視剖面面積可隨著遠離半導體疊層100的上表面的方向逐漸變小。
第一電極墊22a與第二電極墊22b之間包含一間隔，間隔包含一最短距離約為10 μm以上，及一最長距離約為250 μm以下。於上述範圍內，藉由縮小第一電極墊22a與第二電極墊22b之間的間隔可以增大第一電極墊22a與第二電極墊22b的上視面積，從而可提高發光元件l的散熱效率，且避免第一電極墊22a與第二電極墊22b之間的短路。
第一電極墊22a與第二電極墊22b包含一厚度介於1~100μm之間，較佳為1.5~6μm之間。
於本發明之一實施例中，第一延伸電極20a包含一第一接觸部分201a位於第一電極墊22a下方及一第一延伸部分202a位於第二電極墊22b下方，其中第一接觸部分201a包含一寬度大於第一延伸部分202a之一寬度。第二延伸電極20b包含一第二接觸部分201b位於第二電極墊22b下方及一第二延伸部分202b位於第一電極墊22a下方，其中第二接觸部分201b包含一寬度大於第二延伸部分202b之一寬度。
於本發明之一實施例中，第一接觸電極16a包含一寬度至少8μm以上，較佳為15μm以上，更佳為20μm以上。第一延伸電極20a之第一接觸部分201a包含一寬度至少15μm以上，較佳為20μm以上，更佳為25μm以上。第一延伸電極20a之第一延伸部分202a包含一寬度至少1μm以上，較佳為2μm以上，更佳為4μm以上。
於本發明之一實施例中，第二接觸電極16b包含一寬度至少1μm以上，較佳為2μm以上，更佳為4μm以上。第二延伸電極20b之第二接觸部分201b包含一寬度至少15μm以上，較佳為20μm以上，更佳為25μm以上。第二延伸電極20b之第二延伸部分202b包含一寬度至少1μm以上，較佳為2μm以上，更佳為4μm以上。
第9圖係為依本發明一實施例之發光裝置2之示意圖。將前述實施例中的發光元件1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。倒裝晶片安裝係將與電極墊形成面相對之成長基板側向上設為主要的光取出面。為了增加發光裝置2之光取出效率，可於發光元件1之周圍設置一反射結構54。
第10圖係為依本發明一實施例之發光裝置3之示意圖。發光裝置3為一球泡燈包括一燈罩602、一反射鏡604、一發光模組610、一燈座612、一散熱片614、一連接部616以及一電連接元件618。發光模組610包含一承載部606，以及複數個發光單元608位於承載部606上，其中複數個發光單元608可為前述實施例中的發光元件1或發光裝置2。
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‧‧‧發光元件10‧‧‧基板10d‧‧‧切割道10s‧‧‧側面11‧‧‧第一半導體層12‧‧‧第二半導體層12S‧‧‧表面13‧‧‧活性層100‧‧‧半導體疊層100d‧‧‧切割道100e‧‧‧環繞部100t‧‧‧半導體平台100v‧‧‧通孔S1‧‧‧外側壁S2‧‧‧內側壁14‧‧‧透明導電層15‧‧‧電流阻擋層151‧‧‧阻擋墊152‧‧‧阻擋延伸部16a‧‧‧第一接觸電極16b‧‧‧第二接觸電極161b‧‧‧第二接觸墊162b‧‧‧第二接觸延伸部17‧‧‧第一絕緣層171‧‧‧第一絕緣層第一開口172‧‧‧第一絕緣層第二開口18‧‧‧第一反射結構180‧‧‧第一開口181‧‧‧第一反射延伸部182‧‧‧第一反射環繞部19‧‧‧第二反射結構191‧‧‧第二反射結構第一開口192‧‧‧第二反射結構第二開口20a‧‧‧第一延伸電極201a‧‧‧第一接觸部分202a‧‧‧第一延伸部分20b‧‧‧第二延伸電極201b‧‧‧第二接觸部分202b‧‧‧第二延伸部分200‧‧‧頂針區21‧‧‧第二絕緣層211‧‧‧第二絕緣層第一開口212‧‧‧第二絕緣層第二開口22a‧‧‧第一電極墊22b‧‧‧第二電極墊2‧‧‧發光裝置51‧‧‧基板511‧‧‧第一墊片512‧‧‧第二墊片53‧‧‧絕緣部54‧‧‧反射結構3‧‧‧發光裝置602‧‧‧燈罩604‧‧‧反射鏡606‧‧‧承載部608‧‧‧發光單元610‧‧‧發光模組612‧‧‧燈座614‧‧‧散熱片616‧‧‧連接部618‧‧‧電連接元件
第1圖係本發明一實施例中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A-A’的剖面圖。
第3圖係沿著第1圖之切線B-B’的剖面圖。
第4圖係沿著第1圖之切線C-C’的剖面圖。
第5圖係沿著第1圖之切線D-D’的剖面圖。
第6圖係本發明一實施例中所揭示之發光元件1的部分上視圖。
第7圖係沿著第6圖之切線E-E’的剖面圖。
第8圖係本發明一實施例中所揭示之第1圖的X區域之剖面圖。
第9圖係為依本發明一實施例之發光裝置2之示意圖。
第10圖係為依本發明一實施例之發光裝置3之示意圖。
1‧‧‧發光元件
10‧‧‧基板
11‧‧‧第一半導體層
12‧‧‧第二半導體層
13‧‧‧活性層
14‧‧‧透明導電層
15‧‧‧電流阻擋層
16b‧‧‧第二接觸電極
17‧‧‧第一絕緣層
18‧‧‧第一反射結構
19‧‧‧第二反射結構
20b‧‧‧第二延伸電極
21‧‧‧第二絕緣層
22a‧‧‧第一電極墊
22b‧‧‧第二電極墊
100‧‧‧半導體疊層
100t‧‧‧半導體平台
172‧‧‧第一絕緣層第二開口
180‧‧‧第一開口
181‧‧‧第一反射延伸部
192‧‧‧第二開口
Claims (10)
- 一發光元件，包含：一半導體平台具有一第一半導體層，一第二半導體層，以及一活性層位於該第一半導體層及該第二半導體層之間；一第一反射結構，包含一金屬材料，位於該半導體平台上，並包含一第一開口；以及一第二反射結構，包含一絕緣材料，位於該第一反射結構上，並包含一第二開口，其中該第一反射結構之該第一開口露出該第二反射結構之該第二開口。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光元件，其中該第一反射結構係與該半導體平台電性絕緣。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的發光元件，包含一第一接觸電極位於該第一半導體層上及一第二接觸電極位於該第二半導體層上，其中該第二接觸電極包含一第二接觸墊及一第二接觸延伸部，該第二接觸墊包含一寬度大於該第二接觸延伸部之一寬度。
- 如申請專利範圍第3項所述的發光元件，其中該第一反射結構包含一第一反射延伸部，該第一反射延伸部位於該第二接觸延伸部上，且該第一反射延伸部包含一寬度大於該第二接觸延伸部之一寬度。
- 如申請專利範圍第4項所述的發光元件，其中於該發光元件之一上視圖下，該第一反射延伸部包含一形狀與第二接觸延伸部之一形狀相同。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的發光元件，其中該第一反射結構包含複數個第一反射延伸部，該複數個第一反射延伸部係彼此分離。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的發光元件，包含一環繞部位於該半導體平台之一周圍以及一溝渠位於該環繞部及該半導體平台之間，其中該第一反射結構包含一第一反射環繞部覆蓋該環繞部之一上表面及一側壁。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的發光元件，包含一環繞部以裸露出該第一半導體層，其中該第一反射結構包含一第一反射環繞部覆蓋該半導體平台之一上表面及一側壁。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的發光元件，其中該第一反射結構包含銀(Ag)、鋁(Al)、金(Au)、鈀(Pd)、或銠(Rh)等金屬或上述材料之合金。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的發光元件，包含一第一絕緣層位於該半導體平台及該第一反射結構之間，其中該第二反射結構包覆該第一反射結構之一上表面及一側壁。
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