TWI750550B - 發光元件 - Google Patents
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Abstract
一發光元件包含一基板包含一側壁；一發光疊層位於基板上，發光疊層包含一第一半導體層、一活性層及一第二半導體層；一半導體結構位於基板上，藉由第一半導體層與發光疊層相隔一距離並環繞發光疊層；以及一布拉格反射鏡覆蓋發光疊層及半導體結構，其中，半導體結構包含一側表面與基板之側壁直接連接，以及一上表面與側表面直接相接，上表面包含第二半導體層之一上表面，布拉格反射鏡包含一第一側面與半導體結構之側表面直接連接及一第二側面與半導體結構之側表面隔一距離以露出半導體結構之上表面。
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，其包含一發光疊層，一半導體結構環繞發光疊層及一反射結構位於發光疊層及半導體結構上。
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。
一發光元件包含一基板包含一側壁；一發光疊層包含複數個外側壁位於基板上，發光疊層包含一第一半導體層、一活性層及一第二半導體層；一半導體結構位於基板上，藉由第一半導體層與發光疊層相隔一距離並環繞發光疊層之複數個外側壁；以及一布拉格反射鏡覆蓋發光疊層及半導體結構，其中，半導體結構包含一側表面與基板之側壁直接相接，以及一上表面與半導體結構之側表面直接相接，上表面包含第二半導體層之一表面，布拉格反射鏡包含一第一側面與半導體結構之側表面直接相連及一第二側面與半導體結構之側表面相隔一距離以露出半導體結構之上表面。
一發光元件包含一基板包含一側壁；一發光疊層包含複數個外側壁位於基板上，發光疊層包含一第一半導體層、一活性層及一第二半導體層；一半導體結構位於基板上，藉由第一半導體層與發光疊層相隔一距離並環繞發光疊層之複數個外側壁；一第一溝槽位於基板上，露出第一半導體層，且位於發光疊層及半導體結構之間，藉由第一溝槽露出的第一半導體層將半導體結構與發光疊層分相隔一距離，並且半導體結構係環繞發光疊層；一第二溝槽位於第一半導體層上，藉由半導體結構與第一溝槽相隔一距離並環繞半導體結構之複數個側面；以及一布拉格反射鏡覆蓋發光疊層及半導體結構，其中，半導體結構包含一側表面與基板之側壁相隔一距離，以及一與半導體結構之側表面直接相接之上表面，上表面包含第二半導體層之一表面，布拉格反射鏡包含一第一側面與半導體結構之側表面直接連接或相隔一距離。
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圖係第1圖之左下部分放大圖。第3圖係第2圖的掃描電子顯微鏡(SEM)立體圖。第4圖係沿著第1圖之切線A-A’的剖面圖。第5圖係沿著第1圖之切線B-B’的剖面圖。實施例中所揭露之發光元件1係為一覆晶結構之發光二極體。
如第1圖之上視圖及第4圖之剖面圖所示，發光元件1包含一基板10包含一側壁10s；一發光疊層11包含複數個外側壁S1位於基板10上，發光疊層11包含一第一半導體層111，一第二半導體層112，及一活性層113位於第一半導體層111及第二半導體層112之間；一半導體結構12位於基板10上，藉由第一半導體層111與發光疊層11相隔一距離，並環繞發光疊層11之複數個外側壁S1；以及一布拉格反射鏡20覆蓋發光疊層11及半導體結構12，其中，半導體結構12包含一側表面12s與基板10之側壁10s直接相接，一與側表面12s相對之內側表面12ns，以及一與側表面12s及內側表面12ns直接連接的上表面12t，布拉格反射鏡20包含一第一側面201s與半導體結構12之側表面12s直接連接，及一第二側面202s與半導體結構12之側表面12s相隔一距離以露出半導體結構之上表面12t。
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4圖~第5圖之側視圖所示，發光元件1之基板10包含複數個側壁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300μmÍ1000μm的矩形形狀或700μmÍ700μm的正方形形狀，但不特別限定於此。
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發光疊層11，其中物理氣象沉積法包含濺鍍 (Sputtering)或蒸鍍(Evoaporation)法。
如第4圖~第5圖所示，發光疊層11包含第一半導體層111，第二半導體層112，以及活性層113位於第一半導體層111及第二半導體層112之間。藉由改變發光疊層11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。發光疊層11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。當發光疊層11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。當發光疊層11之材料為AlInGaP系列或InGaN系列材料時，可發出波長介於500 nm及570 nm之間的綠光。當發光疊層11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。當發光疊層11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111和第二半導體層112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111為n型電性的半導體，第二半導體層112為p型電性的半導體。活性層113形成在第一半導體層111和第二半導體層112之間，電子與電洞於一電流驅動下在活性層113複合，將電能轉換成光能，以發出一光線。活性層113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113之材料可為中性、p型或n型電性的半導體。第一半導體層111、第二半導體層112、或活性層113可為單層或包含多個子層的結構。
發光疊層11包含一上表面及一下表面，活性層113包含一第一上表面及一第二下表面，其中發光疊層11之上表面和活性層113之第一上表面之間包含一第一距離，發光疊層11之下表面和活性層113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。
於本發明之一實施例中，發光疊層11還可包含一緩衝層(圖未示)位於第一半導體層111和基板10之間，用以釋放基板10和發光疊層11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，形成於發光疊層11及基板10之間，用以改善發光疊層11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。
如第1圖之上視圖所示，發光元件1包含半導體結構12位於發光元件1之一周圍以環繞發光疊層11之複數個外側壁S1。如第4圖~第5圖之剖面圖所示，半導體結構12位於基板10上，且半導體結構12藉由第一溝槽110以與發光疊層11相隔離。第一溝槽110包含一最小寬度D介於1 μm~30 μm之間，較佳介於2 μm~14 μm之間，更佳介於5 μm~10 μm之間。第一溝槽110係藉由移除部分的第二半導體層112及活性層113而形成，且第一溝槽110露出部分第一半導體層111之表面111t。第一溝槽110的上視形狀包含矩形環狀、多邊形環狀、圓形環狀、橢圓形環狀或不規則環狀，其中矩形或多邊形之各角落可以圓弧化。
於發明之一實施例中，半導體結構12包含與發光疊層11相同的結構。例如，半導體結構12包含第一半導體層111、第二半導體層112及活性層113。半導體結構12的上表面12t包含第二半導體層112之一表面。
發光元件1包含一或複數個凹槽120為第二半導體層112及/或活性層113所環繞。一或複數個凹槽120係藉由移除部份的第二半導體層112及活性層113，以露出第一半導體層111之表面111t。一或複數個凹槽120位於發光疊層11中，且各為第二半導體層112及活性層113所環繞。一或複數個凹槽120的上視形狀各包含圓形、橢圓形、矩形、多邊形、或是任意形狀。複數個凹槽120可包含相同或不相同的上視形狀。複數個凹槽120可排列成複數列，任相鄰兩列或每相鄰兩列上的凹槽120可彼此對齊或是錯開。複數個凹槽120的數目並不特別限定。如第1圖之上視圖所示，複數個凹槽120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。
發光疊層11包含複數個外側壁S1及複數個內側壁S2，其中外側壁S1及內側壁S2分別包含第半導體層111、第二半導體層112及活性層113之一側壁。外側壁S1之一端與第二半導體層12之一表面112t相連接，外側壁S1之另一端與第一半導體層111之一表面111t相連接。內側壁S2之一端與第二半導體層112之表面112t相連接，內側壁S2之另一端與第一半導體層11之表面111t相連接。複數個內側壁S2構成凹槽120之一周圍。複數個外側壁S1構成發光疊層11之一周圍。如第4圖及第5圖所示，外側壁S1與第一半導體層111的表面111t之間具有一第一角度，內側壁S2與第一半導體層111的表面111t之間具有一第二角度，其中第一角度與第二角度之間的角度差異小於20度，較佳小於14度，更佳小於10度。於一實施例中，第一角度包含鈍角、銳角或直角，第二角度包含鈍角、銳角或直角。
發光元件1包含一或複數個電流阻擋層14位於第二半導體層112上。電流阻擋層14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14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14對於活性層113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4圖及第5圖所示，電流阻擋層14具有一傾斜的側表面以降低自第二半導體層112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16位於第二半導體層112及電流阻擋層14上，且透明導電層16覆蓋電流阻擋層14之一側壁。覆蓋於電流阻擋層14之上的透明導電層16的表面輪廓對應於電流阻擋層14之輪廓。透明導電層16自剖面觀之呈階梯狀輪廓，而不是平坦的輪廓。透明導電層16之材料包含對於活性層113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16形成於第二半導體層112之大致整個面，並與第二半導體層112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16以均勻地擴散通過第二半導體層112。於一實施例中，透明導電層16包含一最外側，其與發光疊層11之外側壁S1或內側壁S2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16的厚度可在0.1 nm至100 nm的範圍內。若透明導電層16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112形成歐姆接觸。並且，若透明導電層16的厚度大於100 nm，則由於厚度太厚而部分吸收活性層113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18位於第一半導體層111上以電連接至第一半導體層111，及一或複數個第二接觸電極19位於第二半導體層112上以電連接至第二半導體層112。如第1圖所示，自發光元件1之一上視圖觀之，第一接觸電極18包含一第一接觸電極墊18a及/或一第一接觸電極延伸部18b。於本實施例中，第一接觸電極墊18a的上視形狀包含圓形或橢圓形，第一接觸電極延伸部18b的上視形狀包含條型、矩形或多邊形。第一接觸電極墊18a及第一接觸電極延伸部18b包含相同的疊層結構與厚度。
如第1圖所示，自發光元件1之一上視圖觀之，第二接觸電極19包含一第二接觸電極墊19a及/或一第二接觸電極延伸部19b。於本實施例中，第二接觸電極墊19a的上視形狀包含圓形或橢圓形，第二接觸電極延伸部19b 19b的上視的上視形狀包含條型、矩形或多邊形。第二接觸電極墊19a及第二接觸電極延伸部19b包含相同的疊層結構與厚度。
如第1圖所示，自發光元件1之一上視圖觀之，一或複數個第一接觸電極18分別位於一或複數個凹槽120內與第一半導體層111相接觸。複數個第一接觸電極18係彼此分離，且第一接觸電極18與凹槽120具有相同的形狀。為讓電流均勻地擴散通過第二半導體層112，第二接觸電極19的位置係重疊於電流阻擋層14的位置。於發明之一實施例中，第二接觸電極19位於電流阻擋層14及透明導電層16之上，且與透明導電層16接觸。於發明之一實施例中，透明導電層16具有一開口(圖未示)對應於第二接觸電極墊19a，且第二接觸電極墊19a藉由此開口與電流阻擋層14及第二半導體層112接觸。於發明之一實施例中，第二接觸電極19與電流阻擋層14具有相似的形狀；於發明之另一實施例中，第二接觸電極19與電流阻擋層14具有不相似的形狀。於發明之一實施例中，如第1圖所示，自發光元件1之一上視觀之，電流阻擋層14包含一面積大於第二接觸電極19之一面積。於另一實施例中，第二接觸電極墊19a與其下方對應的電流阻擋層14具有不相似的形狀，例如第二接觸電極墊19a為圓形，其下方的電流阻擋層14為矩形。於另一實施例中，第二接觸電極墊19a與其下方對應的電流阻擋層14具有相似的形狀，例如第二接觸電極墊19a及其下方的電流阻擋層14為圓形，但是第二接觸電極墊19a的圓心與其下方的電流阻擋層14的圓心互不重疊。或是，第二接觸電極墊19a為圓形，其下方的電流阻擋層14為矩形，第二接觸電極墊19a周圍與其下方的電流阻擋層14周圍之間的距離為非等距。於另一實施例中，位於第二接觸電極墊19a下方的電流阻擋層14包含複數個彼此分離的電流阻擋區域，且透明導電層16於第二接觸電極墊19a下方的位置有一開口，使得部分第二接觸電極墊19a藉由開口及彼此分離的電流阻擋區域之間的間隙直接接觸第二半導體層112；當然於一實施例中，透明導電層16於第二接觸電極墊19a下方的位置可以不具有開口，第二接觸電極墊19a直接接觸透明導電層16。
於發明之另一實施例中，如第1圖所示，發光元件1包含一或複數個第一電流阻擋層13位於第一半導體層111及第一接觸電極18之間。複數個第一電流阻擋層13以一距離彼此相隔離，其中上述距離可為一固定值。較靠近於第一接觸電極墊18a之兩相鄰的複數個第一電流阻擋層13之間的距離較遠離於第一接觸電極墊18a之兩相鄰的複數個第一電流阻擋層13之間的距離長或短。複數個第一電流阻擋層13的數目可隨著第一接觸電極18的長度增長而增加。當第一電流阻擋層13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
)。第一電流阻擋層13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。第一電流阻擋層13對於活性層113所發出的光線具有80%以上的透光率或80%以上的光反射率。第一電流阻擋層13具有一傾斜的側表面以降低自第一半導體層111剝離的風險，並增加後續疊層的覆蓋性。於發明之一實施例中，複數個第一電流阻擋層13之寬度大於第一接觸電極18之寬度。於發明之一實施例中，位於第一接觸電極墊18a下方的第一電流阻擋層13之面積大於或小於第一接觸電極墊18a的面積。於發明之一實施例中，第一接觸電極18與於第一半導體層111之間沒有第一電流阻擋層13。於發明之一實施例中，第一接觸電極18與第一半導體層111或第一電流阻擋層13之間可包含一透明導電層(圖未示)。
如第4圖及第5圖所示，透明導電層16包含一部分位於電流阻擋層14及第二接觸電極19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19時，因電流阻擋層14位於第二接觸電極19下方，電流無法透過電流阻擋層14，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16後，藉由透明導電層16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112。
第一接觸電極18及第二接觸電極19分別具有一傾斜的側表面以降低自透明導電層16或第一半導體層111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18之傾斜的側表面與第一半導體層111之表面之間具有一內夾角介於30度及75度之間。第二接觸電極19之傾斜的側表面與透明導電層16之表面之間具有一內夾角介於30度及75度之間。
如第1圖所示，自發光元件1之一上視圖觀之，第二接觸電極19位於第一接觸電極18之左右兩側。
如第1圖所示，於一實施例中，自發光元件1之一上視圖觀之，第一接觸電極墊18a及第二接觸電極墊19a包含不相同的直徑以做為不同電性的鑑別。
第一接觸電極18及第二接觸電極19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18及第二接觸電極19可由單個層或是多個層所組成。例如，第一接觸電極18或第二接觸電極19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18或第二接觸電極19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18之一上表面係低於第二半導體層112之表面112t，換言之，第一接觸電極18之厚度係小於凹槽120之深度。於另一實施例中，第一接觸電極18之一上表面係凸出於第二半導體層112之表面112t，換言之，第一接觸電極18之厚度係大於凹槽120之深度。若第一接觸電極18或第二接觸電極19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18或第二接觸電極19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包含一布拉格反射鏡(DBR)20覆蓋於發光疊層11、透明導電層16、第一接觸電極18及第二接觸電極19之上。布拉格反射鏡(DBR)20包含一或複數個第一開口201位於第一接觸電極墊18a上，並露出第一接觸電極墊18a之一表面，其中第一接觸電極延伸部18b為布拉格反射鏡(DBR)20完全覆蓋。布拉格反射鏡(DBR)20更包含一或複數個第二開口202位於第二接觸電極19之第二接觸電極墊19a上，並露出第二接觸電極墊19a之一表面，其中第二接觸電極延伸部19b為布拉格反射鏡(DBR)20完全覆蓋。
於發明之一實施例中，如第1圖之上視圖所示，布拉格反射鏡(DBR)20之第一開口201包含一第一開口直徑小於第一接觸電極墊18a之一直徑。布拉格反射鏡(DBR)20之第二開口202包含一第二開口直徑小於第二接觸電極墊19a之一直徑。
於發明之一實施例中，如第1圖之上視圖所示，布拉格反射鏡(DBR)20之複數個第一開口201之一數目小於布拉格反射鏡(DBR)20之複數個第二開口202之一數目。
如第4圖~第5圖之側視圖所示，布拉格反射鏡(DBR)20覆蓋發光疊層11及半導體結構12，將來自發光疊層11之活性層113的光反射到基板10之一方向上。布拉格反射鏡20包含不同折射率的兩種以上之介電材料交替堆疊。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
)。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，布拉格反射鏡20的光學厚度可被設定為λ/4的整數倍。布拉格反射鏡20的光學厚度在λ/4的整數倍的基礎上可具有±30%的偏差。於一實施例中，布拉格反射鏡20包含一或複數個模堆，每一模堆中包含複數介電層對，每一介電層對中，包含第一介電層和第二介電層。其中，第一介電層的第一光學厚度及第二介電層的第二光學厚度相對於可見光波段(400nm ~ 700nm)之中心波長λ’
，例如550nm，的比值可大於1/4、小於1/4或一層大於1/4，另一層小於1/4。
布拉格反射鏡20包含非導電材料，可藉由物理蒸鍍法(PVD；Physical Vapor Deposition)、電子束蒸鍍法(E-Beam Evaporation)、濺射法（Sputtering)或熱蒸鍍法（Thermal Evaporation)而形成。在形成布拉格反射鏡20之前，優選地形成具備一定的厚度的介質層(圖未示)，從而能夠穩定地形成布拉格反射鏡20，也有利於光的反射。介質層(圖未示)的材質優選為SiO2
，關於其厚度，例如可以是0.2μm〜l μm。布拉格反射鏡20的整體厚度可以是1〜8μm。於發明之一實施例中，在形成布拉格反射鏡20之後，可形成具備一定的厚度的另一介質層(圖未示)，有利於光的摘出。
於發明之一實施例中，如第3圖之掃描電子顯微鏡(SEM)圖及第5圖之剖面圖所示，布拉格反射鏡20包含一第一厚度T1位於第二半導體層12之表面112t之上及一第二厚度T2位於第二半導體層12之表面112t之下，其中第一厚度T1大於第二厚度T2。例如，第一厚度T1大於2μm，較佳大於3μm，更佳大於4μm，且第二厚度T2小於2μm。
如第1圖之上視圖、第4圖及第5圖之剖面圖所示，因為布拉格反射鏡(DBR)20下方為疊層結構，例如，發光疊層11、電流阻擋層14、透明導電層16、第一接觸電極18或第二接觸電極19等結構，因此當發光元件1經過切割、劈裂製程時，布拉格反射鏡(DBR)20容易因這些具有高度差的結構，而在發光元件1的周圍形成破裂面S。當破裂面S延伸至發光疊層11，露出發光疊層11，布拉格反射鏡(DBR)20即喪失保護發光元件1的效果，水氣容易藉由破裂面S進入至發光疊層11的內部。於本發明之一實施例中，為了避免破裂面S延伸至發光疊層11，發光元件1包含半導體結構12位於基板10上，且半導體結構12與發光疊層11之間具有第一半導體層111，藉由第一半導體層111將半導體結構12與發光疊層11分隔一距離，並且半導體結構12環繞發光疊層11。如第5圖所示，因為布拉格反射鏡(DBR)20的成膜特性，即使發光元件1的周圍有破裂面S，破裂面S會如布拉格反射鏡(DBR)20的第二側面202s所示，停止於半導體結構12或第一溝槽110的轉角處。
於發明之一實施例中，如第3圖之掃描電子顯微鏡(SEM)圖及第5圖之剖面圖所示，布拉格反射鏡(DBR)20的第二側面202s與半導體結構12的內側表面12ns之間包含一鈍角介於95度~140度之間，較佳介於100度~130度之間，更佳介於100度~120度之間。
於發明之一實施例中，如第3圖之掃描電子顯微鏡(SEM)圖、第4圖及第5圖之剖面圖所示，發光疊層11的外側壁S1與第一半導體層111的表面111t之間具有第一角度，半導體結構12的內側表面12ns與第一半導體層111的表面111t之間具有一第三角度，且第一角度大於第三角度以避免布拉格反射鏡(DBR)20膜層的破裂，其中第一角度與第三角度之間的角度差異小於30度，較佳小於20度，更佳小於10度。
發光元件1包含一第一電極墊21以覆蓋布拉格反射鏡(DBR)20之一或複數個第一開口201，並藉由一或複數個第一開口201以接觸第一接觸電極墊18a。發光元件1包含一第二電極墊22以覆蓋一或複數個布拉格反射鏡(DBR)20之一或複數個第二開口202，並藉由一或複數個第二開口202以接觸第二接觸電極墊19a。第一接觸電極墊18a及第二接觸電極墊19a分別藉由第一接觸電極延伸部18b及第二接觸電極延伸部19b分別電連接至第一半導體層111及第二半導體層112。
第一電極墊21或第二電極墊22之上表面可以為非平面。具體而言，第一電極墊21或第二電極墊22的上表面具有與第一接觸電極18的上表面和第二接觸電極19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21或第二電極墊22設置在第一接觸電極18和第二接觸電極19上，其中第一接觸電極18和第二接觸電極19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4圖及第5圖所示，第一電極墊21或第二電極墊22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18和第二接觸電極19所放置的區域中。因此，第一電極墊21或第二電極墊22的上表面可具有階梯形表面。
自發光元件1之一上視圖觀之，如第1圖所示，一或複數個第一接觸電極墊18a僅為第一電極墊21所覆蓋，且一或複數個第二接觸電極墊19a僅為第二電極墊22所覆蓋。一或複數個第一接觸電極延伸部18b為第二電極墊22所覆蓋，且一或複數個第二接觸電極延伸部19b為第一電極墊21及/或第二電極墊22所覆蓋。於一實施例中，一或複數個第一接觸電極延伸部18b為第一電極墊21及第二電極墊22所覆蓋。於一實施例中，一或複數個第一接觸電極墊18a不被第一電極墊21所覆蓋，亦即第一電極墊21避開第一接觸電極墊18a設置。於一實施例中，一或複數個第一接觸電極延伸部18b不被第一電極墊21及/或第二電極墊22所覆蓋，亦即第一電極墊21及/或第二電極墊22避開第一接觸電極延伸部18b設置。於一實施例中，一或複數個第二接觸電極墊19a不被第二電極墊22所覆蓋，亦即第二電極墊22避開第二接觸電極墊19a設置。於一實施例中，一或複數個第二接觸電極延伸部19b不被第一電極墊21及/或第二電極墊22所覆蓋，亦即第一電極墊21及/或第二電極墊22避開第二接觸電極延伸部19b設置。
第一電極墊21及第二電極墊22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21及第二電極墊22可由單個層或是多個層所組成。例如，第一電極墊21或第二電極墊22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21及第二電極墊22可做為外電源供電至第一半導體層111及第二半導體層112之電流路徑。
於本發明之一實施例中，第一電極墊21包含一尺寸與第二電極墊22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21或第二電極墊22的上視面積可為第一電極墊21及第二電極墊22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21或第二電極墊22分別包含一傾斜側面，因此第一電極墊21或第二電極墊22的側視剖面面積可沿厚度方向發生變化。例如，第一電極墊21或第二電極墊22的側視剖面面積可隨著遠離發光疊層11的上表面的方向逐漸變小。
第一電極墊21與第二電極墊22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21與第二電極墊22之間的間隔可以增大第一電極墊21與第二電極墊22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21與第二電極墊22之間的短路。
第一電極墊21與第二電極墊22包含一厚度介於1~100μm之間，較佳為1.5~6μm之間。
第6圖係本發明另一實施例所揭示之一發光元件2的上視圖。第7圖係沿著第6圖之切線C-C’的剖面圖。實施例中所揭露之發光元件2係為一覆晶結構之發光二極體。發光元件2與發光元件1包含相同或相似的部件，其中相同或相似的部件將在第6圖~第7圖中以相同的標號於下描述。
如第6圖之上視圖及第7圖之剖面圖所示，發光元件2包含一基板10包含一側壁10s；一發光疊層11包含複數個外側壁S1位於基板10上，發光疊層11包含一第一半導體層111，一第二半導體層112，及一活性層113位於第一半導體層111及第二半導體層112之間；一半導體結構12位於基板10上，藉由第一半導體層111與發光疊層11相隔一距離並環繞發光疊層11之複數個側面；一第一溝槽110位於基板10上，露出第一半導體層111，且位於發光疊層11及半導體結構12之間；一第二溝槽1101位於基板10上，露出第一半導體層111，藉由半導體結構12與第一溝槽110相隔一距離並環繞半導體結構12之複數個側面；以及一布拉格反射鏡20覆蓋發光疊層11及半導體結構12，其中，半導體結構12包含一側表面12s與基板10之側壁10s相隔一距離，一與側表面12s相對之內側表面12ns，以及一與側表面12s及內側表面12ns直接相接之上表面12t，布拉格反射鏡20包含一第一側面201s與第一半導體層111之側面111s及一第二側面202s與半導體結構12之側表面12s直接連接。
於發明之一實施例中，布拉格反射鏡20之第二側面202s係與半導體結構12之內側表面12ns直接連接。
如第6圖之上視圖所示，發光元件2包含第一溝槽110及第二溝槽1101位於第一半導體層111上，並環繞發光疊層11之複數個側面，其中半導體結構12位於第一溝槽110及第二溝槽1101之間，並環繞發光疊層11之複數個側面。如第7圖之剖面圖所示，半導體結構12位於基板上，且半導體結構12藉由第一溝槽110以與發光疊層11相隔離。第一溝槽110包含一最小寬度D介於1 μm~30 μm之間，較佳介於2 μm~14 μm之間，更佳介於5 μm~10 μm之間。第一溝槽110係藉由移除部分的第二半導體層112及活性層113而形成，且第一溝槽110露出部分第一半導體層111。第一溝槽110的上視形狀包含矩形環狀或多邊形環狀、圓形環狀、橢圓形環狀或不規則環狀，其中矩形或多邊形之各角落可以圓弧化。
如第7圖之剖面圖所示，第二溝槽1101包含一最小寬度D1介於1 μm~80 μm之間，較佳介於2 μm~50 μm之間，更佳介於5 μm~20 μm之間。第二溝槽1101係藉由移除部分的第二半導體層112及活性層113而形成，且第二溝槽1101露出部分第一半導體層111。第二溝槽1101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。
於發明之一實施例中，半導體結構12包含與發光疊層11相同的結構。例如，半導體結構12包含第一半導體層111、第二半導體層112及活性層113。半導體結構12的上表面12t包含第二半導體層112之一表面。
如第6圖之上視圖及第7圖之剖面圖所示，因為布拉格反射鏡(DBR)20為疊層結構，例如，發光疊層11、電流阻擋層14、透明導電層16、第一接觸電極18或第二接觸電極19等結構，因此當發光元件2經過切割、劈裂製程時，布拉格反射鏡(DBR)20容易因這些具有高度差的結構而在發光元件2的周圍形成破裂面S。當破裂面S延伸至發光疊層11，露出發光疊層11，布拉格反射鏡(DBR)20即喪失保護發光元件2的效果，水氣容易藉由破裂面S進入至發光疊層11的內部。於本發明之一實施例中，為了避免破裂面S延伸至發光疊層11，發光元件2包含半導體結構12位於基板10上，且半導體結構12與發光疊層11之間具有第一溝槽110暴露出的第一半導體層111，藉由第一溝槽110暴露出的第一半導體層111將半導體結構12與發光疊層11分相隔一距離，並且半導體結構12環繞發光疊層11。如第6圖所示，因為布拉格反射鏡(DBR)20的成膜特性，即使發光元件2的周圍有破裂面S，破裂面S會如布拉格反射鏡(DBR)20的第二側面202s所示，停止於半導體結構12、第一溝槽110或第二溝槽1101的轉角處。
於發明之一實施例中，如第7圖之剖面圖所示，布拉格反射鏡(DBR)20的第二側面202s係與半導體結構12的側表面12s直接連接。換言之，第二側面202s與半導體結構12之上表面12t之間包含一第一銳角，側表面12s與半導體結構12之上表面12t之間包含一第一鈍角，其中第一銳角與第一鈍角為互補。例如，第一銳角介於20度~85度之間，第一鈍角介於95度~160度之間。
於發明之一實施例中，當布拉格反射鏡20之第二側面202s係與半導體結構12之內側表面12ns直接連接時，布拉格反射鏡(DBR)20的第二側面202s與半導體結構12的內側表面12ns之間包含一鈍角介於95度~140度之間，較佳介於100度~130度之間，更佳介於100度~120度之間。
於本發明之一實施例中，發光元件2包含複數個半導體結構12位於發光元件1之一周圍以環繞發光疊層11(圖未示)。複數個半導體結構12藉由第一溝槽110以與發光疊層11相隔離，且兩相鄰之複數個半導體結構12藉由第三溝槽(圖未示)以彼此間隔。複數個半導體結構12與複數個第三溝槽(圖未示)彼此交替排列以增加布拉格反射鏡(DBR)20與發光疊層11及/或半導體結構12之間的附著力，避免布拉格反射鏡(DBR)20自發光疊層11及/或半導體結構12的表面剝離。
第一溝槽110及第三溝槽各包含最小寬度D介於1 μm~30 μm之間，較佳介於2 μm~14 μm之間，更佳介於5 μm~10 μm之間。第一溝槽110及第三溝槽係藉由移除部分的第二半導體層112及活性層113而形成，且第一溝槽110及第三溝槽露出部分第一半導體層111。第一溝槽110及第三溝槽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。
於本發明之一實施例中，發光元件2更包含第二溝槽1101位於發光元件2之一最外圍以環繞發光疊層11、複數個半導體結構12及位於複數個半導體結構12之間的第三溝槽(圖未示)。
用以分隔複數個半導體結構12之複數個第三溝槽(圖未示)包含相同或不同的最小寬度D。於發明之一實施例中，第三溝槽的最小寬度D係自發光疊層11往半導體結構12之方向上逐漸變大。於發明之另一實施例中，第三溝槽的最小寬度D係自發光疊層11往半導體結構12之方向上逐漸變小。
於發明之一實施例中，發光元件1或發光元件2更包含一切割道 (圖未示)位於發光元件1或發光元件2之最外側。自發光元件1或發光元件2之一上視觀之，切割道圍繞發光疊層11、半導體結構12及第一溝槽110。切割道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之一上表面。切割道的上視形狀包含矩形或多邊形環狀。於一實施例中，所述切割道露出基板10之上表面係為一粗糙面。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。
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或發光元件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3之光取出效率，可於發光元件1或發光元件2之周圍設置一反射結構54。
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、發光元件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
3，4:發光裝置
10:基板
10s:側壁
11:發光疊層
110:第一溝槽
1101:第二溝槽
111:第一半導體層
111s:第一半導體層之側面
111t:第一半導體層之表面
112:第二半導體層
112t:第二半導體層之表面
113:活性層
12:半導體結構
12t:上表面
12s:側表面
12ns:內側表面
120:凹槽
13:第一電流阻擋層
14:電流阻擋層
16:透明導電層
18:第一接觸電極
18a:第一接觸電極墊
18b:第一接觸電極延伸部
19:第二接觸電極
19a:第二接觸電極墊
19b:第二接觸電極延伸部
20:布拉格反射鏡(DBR)
201:第一開口
201s:第一側面
202:第二開口
202s:第二側面
21:第一電極墊
22:第二電極墊
D:最小寬度
D1:最小寬度
S:破裂面
S1:外側壁
S2:內側壁
T1:第一厚度
T2:第二厚度
51:封裝基板
511:第一墊片
512:第二墊片
53:絕緣部
54:反射結構
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圖係第1圖之左下部分放大圖。
第3圖係第2圖的掃描電子顯微鏡(SEM)立體圖。
第4圖係沿著第1圖之切線A-A’的剖面圖。
第5圖係沿著第1圖之切線B-B’的剖面圖。
第6圖係本發明一實施例中所揭示之一發光元件2的上視圖。。
第7圖係沿著第6圖之切線C-C’的剖面圖。
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。
1:發光元件
10:基板
10s:側壁
11:發光疊層
110:第一溝槽
111:第一半導體層
111t:第一半導體層之表面
112:第二半導體層
112t:第二半導體層之表面
113:活性層
12:半導體結構
12t:上表面
12s:側表面
12ns:內側表面
120:凹槽
13:第一電流阻擋層
14:電流阻擋層
16:透明導電層
18:第一接觸電極
19:第二接觸電極
20:布拉格反射鏡(DBR)
201:第一開口
201s:第一側面
202:第二開口
202s:第二側面
21:第一電極墊
22:第二電極墊
S1:外側壁
S2:內側壁
Claims (10)
- 一發光元件，包含： 一基板包含一側壁； 一發光疊層包含複數個外側壁位於該基板上，該發光疊層包含一第一半導體層，一第二半導體層，及一活性層位於該第一半導體層及該第二半導體層之間； 一半導體結構位於該基板上，藉由該第一半導體層與該發光疊層相隔一距離並環繞該發光疊層之該複數個外側壁；以及 一布拉格反射鏡覆蓋該發光疊層及該半導體結構，其中，該半導體結構包含一側表面與該基板之該側壁直接相接，與該側表面相對之一內側表面，以及與該側表面及該內側表面直接連接的一上表面，該布拉格反射鏡包含一第一側面與該半導體結構之該側表面直接連接及一第二側面與該半導體結構之該側表面隔一距離以露出該半導體結構之該上表面。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光元件，其中該半導體結構包含該第一半導體層，該第二半導體層，及該活性層位於該第一半導體層及該第二半導體層之間，該上表面包含該第二半導體層之一表面。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光元件，包含一第一溝槽位於該半導體結構及該發光疊層之間，其中該第一溝槽包含一最小寬度D介於1 μm~30 μm之間。
- 如申請專利範圍第3項所述的發光元件，包含一第二溝槽位於該基板上，藉由該半導體結構與該第一溝槽相隔一距離。
- 如申請專利範圍第4項所述的發光元件，包含一切割道露出該基板之一上表面，其中該上表面係為一粗糙面。
- 如申請專利範圍第2項所述的發光元件，其中該布拉格反射鏡包含一第一厚度位於該第二半導體層之該表面之上及一第二厚度位於該第二半導體層之該表面之下。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光元件，其中該布拉格反射鏡之該第二側面與該半導體結構之該內側表面之間包含一鈍角。
- 如申請專利範圍第7項所述的發光元件，其中該鈍角係介於95度~140度之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光元件，包含一第一接觸電極及一第二接觸電極位於該發光疊層之該第一半導體層及該第二半導體層上，其中該第一接觸電極包含一第一接觸電極墊及一第一接觸電極延伸部，且該第二接觸電極包含一第二接觸電極墊及一第二接觸電極延伸部。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光元件，其中該布拉格反射鏡包含一第一開口露出該第一接觸電極墊及一第二開口露出該第二接觸電極墊，且該第一接觸電極延伸部及該第二接觸電極延伸部為該布拉格反射鏡所覆蓋。
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