TWI758402B - 發光元件 - Google Patents

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Abstract

一發光元件包含一半導體結構，其包含一第一半導體層，一第二半導體層，及一活性層位於第一半導體層和第二半導體層之間；一通孔穿過第二半導體層和活性層以露出第一半導體層的一表面;一第一電極形成在通孔中和第二半導體層上；一第二電極形成在第二半導體層上；以及一絕緣結構覆蓋第一電極、第二電極和半導體結構，並且絕緣結構包括一第一開口以露出第一電極和一第二開口以露出第二電極，其中第一電極和第二電極分別包括一金屬層以與絕緣結構相接觸，金屬層包括一材料具有大於1500達因/厘米(dyne/cm)的表面張力值和大於0.3伏(V)的標準還原電位。

Description

發光元件
本申請案係關於一種發光元件之一結構，且特別係關於一種包含一半導體結構及一焊墊位於半導體結構上之發光元件。
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。
一發光元件包含一半導體結構，其包含一第一半導體層，一第二半導體層，及一活性層位於第一半導體層和第二半導體層之間；一通孔穿過第二半導體層和活性層以露出第一半導體層的一表面；一第一電極形成在通孔中和/或第二半導體層上；一第二電極形成在第二半導體層上；以及一絕緣結構覆蓋第一電極、第二電極和半導體結構，並且絕緣結構包括一第一開口以露出第一電極和一第二開口以露出第二電極，其中第一電極和第二電極分別包括一金屬層以與絕緣結構相接觸，金屬層包括一材料具有大於1500達因/厘米(dyne/cm)的表面張力值和大於0.3伏(V)的標準還原電位。
一發光元件包含一半導體結構，其包含一第一半導體層，一第二半導體層，及一活性層位於第一半導體層和第二半導體層之間；一通孔穿過第二半導體層和活性層以露出第一半導體層的一表面；一第一電極形成在通孔中和/或第二半導體層上；一第二電極形成在第二半導體層上；以及一絕緣結構覆蓋第一電極、第二電極和半導體結構，並且絕緣結構包括一第一開口以露出第一電極和一第二開口以露出第二電極，其中第一電極和第二電極分別包括一金屬層以與絕緣結構相接觸，金屬層包括一材料具有一楊氏模量值(Young's modulus)大於100 GPa。
一發光元件包含一半導體結構，其包含一第一半導體層，一第二半導體層，及一活性層位於第一半導體層和第二半導體層之間；一通孔穿過第二半導體層和活性層以露出第一半導體層的一表面；一第一電極形成在通孔中和第二半導體層上；一第二電極形成在第二半導體層上；一絕緣結構覆蓋第一電極、第二電極和半導體結構，並且絕緣結構包括一第一開口以露出第一電極和一第二開口以露出第二電極；一第一薄焊墊形成在第一開口中，第一薄焊墊具有一厚度小於絕緣結構之一厚度；以及一第二薄焊墊形成在第二開口中，第二薄焊墊具有一厚度小於絕緣結構之厚度。
一發光元件包含一半導體結構，其包含一第一半導體層，一第二半導體層，及一活性層位於第一半導體層和第二半導體層之間；一通孔穿過第二半導體層和活性層以露出第一半導體層的一表面；一第一電極形成在通孔中和/或第二半導體層上；一第二電極形成在第二半導體層上；以及一絕緣結構覆蓋第一電極、第二電極和半導體結構，並且絕緣結構包括一第一開口以露出第一電極和一第二開口以露出第二電極，其中第一電極和第二電極相隔一距離小於50微米(μm)。
一發光元件包含一半導體結構，其包含一第一半導體層，一第二半導體層，及一活性層包含一發光面積，位於第一半導體層和第二半導體層之間；一開口形成在半導體結構上，並露出第一半導體層的一表面；一第一電極形成在開口中；一第二電極形成在第二半導體層上；以及一絕緣結構覆蓋第一電極、第二電極和半導體結構，並且絕緣結構包括一第一開口以露出第一電極和一第二開口以露出第二電極，其中第一電極和第二電極佔據發光元件之發光面積約10~20%。
為了使本申請案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申請案之發光元件，並非將本申請案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，本申請案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圖係本申請案之第一、第二實施例中所揭示之發光元件1，1a的上視圖。第2圖係本申請案之第一實施例中沿著第1圖之線A-A '所示之發光元件1的剖面圖。第3圖係本申請案之第二實施例中沿著第1圖之線A-A '所示之發光元件1a的剖面圖。實施例中所揭露之發光元件1，1a係為覆晶結構之發光二極體。發光元件1，1a包含相同或相似的部件，其中相同或相似的部件將在第1圖~第3圖中以相同的標號於下描述。發光元件1，1a包含一基板11a；一或多個半導體結構1000a位於基板11a上；以及一環繞部111a環繞一或多個半導體結構1000a。一或多個半導體結構1000a各包含一半導體疊層10a，其包含一第一半導體層101a，一第二半導體層102a，及一活性層103a位於第一半導體層101a和第二半導體層102a之間。如第1圖、第2圖及第3圖所示，圍繞一或多個半導體結構1000a之一外圍的第二半導體層102a及活性層103a被部分移除，並露出第一半導體層101a之一第一表面1011a。於一實施例中，第一半導體層101a之一部分可進一步被移除以露出裸露面11s。第一表面1011a係沿著一或多個半導體結構1000a之外圍而配置。換言之，環繞部111a包含部份半導體結構1000a的第一半導體層101a之第一表面1011a及/或基板11a之裸露面11s，因此環繞部111a係位於及/或環繞半導體結構1000a之外圍。
發光元件1，1a包含一或多個開口，例如通孔100a，以穿過第二半導體層102a和活性層103a以露出第一半導體層101a之一或多個第二表面1012a。發光元件1，1a包含一接觸層60a，其包含一第一接觸部601a及一第二接觸部602a。第一接觸部601a位於第一半導體層101a之第一表面1011a上，環繞活性層103a並位於半導體結構1000a之外圍。第一接觸部601a接觸第一半導體層101a並與其形成電性連接。第一接觸部601a並位於第一半導體層101a之一或多個第二表面1012a上，覆蓋一或多個通孔100a，且接觸第一半導體層101a並與其形成電性連接。於本申請案之一實施例中，自發光元件1，1a之上視觀之，接觸層60a包含一總表面積大於活性層103a之一總表面積，及/或接觸層60a包含一外圍周長大於活性層103a之一外圍周長。於本申請案之一實施例中，接觸層60a更包含一頂針區600a，並將於下描述。於本申請案之一實施例中，開口包含溝渠。於一實施例中，複數個半導體結構1000a為一或多個開口所分離，例如溝渠，或藉由第一半導體層101a以彼此相連接。於一實施例中，複數個半導體結構1000a藉由一或多個開口以相隔一距離，複數個半導體結構1000a之間沒有第一半導體層101a來連接，且所述一或多個開口係露出基板11a。
於本申請案之一實施例中，基板11a為一成長基板，用以磊晶成長半導體疊層10a，包括用以成長磷化鋁鎵銦(AlGaInP)之砷化鎵(GaAs)晶圓，或用以成長氮化鋁鎵銦 (AlGaInN)之藍寶石(Al2 O3 )晶圓、氮化鎵(GaN)晶圓或碳化矽(SiC)晶圓。
於本申請案之一實施例中，基板11a包含一粗化面位於半導體結構1000a和基板11a之間，其可提高發光元件之光取出效率。基板11a之裸露面11s包含一粗化面(圖未示)。粗化面可為各種粗化形貌，例如不規則粗化，微透鏡、微陣列，散射區域或其他種光學區域。 例如，粗化面包括複數個凸部，各凸部包含一高度位於0.5〜2.5μm之間，一寬度位於1〜3.5μm之間，複數個凸部之間包含一間距(pitch)位於1〜3.5μm之間。
於本申請案之一實施例中，基板11a包含一側壁，其包含一平坦表面和/或一粗糙表面，以提高發光元件的光取出效率。於本申請案之一實施例中，基板11a的側壁係傾斜於基板11a與半導體結構1000a鄰接的一表面，以調整發光元件的光場分佈。
於本申請案之一實施例中，半導體疊層10a包括光學特性，例如發光角度或波長分佈，以及電學特性，例如正向電壓或反向電流。半導體疊層10a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，以形成於基板11上，其中物理氣象沉積法包含濺鍍 (Sputtering)或蒸鍍(Evoaporation)法。
於本申請案之一實施例中，第一半導體層101a和第二半導體層102a，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101a為n型電性的半導體層，第二半導體層102a為p型電性的半導體層。活性層103a形成在第一半導體層101a和第二半導體層102a之間，電子與電洞於一電流驅動下在活性層103a內複合，並將電能轉換成光能，而後一光線發射自活性層103a。藉由改變半導體疊層10a之一層或多層的物理及化學組成以調整發光元件1或發光元件1a所發出光線之波長。半導體疊層10a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。依據活性層103a之材料，當半導體疊層10a之材料為AlInGaP系列時，活性層103a可發出波長介於610 nm及650 nm之間的紅光，或是波長介於530 nm及570 nm之間的黃光。當半導體疊層10a之材料為InGaN系列時，活性層103a可發出波長介於400 nm及490 nm之間的藍光、深藍光，或是波長介於490 nm及550 nm之間的綠光。當半導體疊層10a之材料為AlGaN系列時，活性層103a可發出波長介於250 nm及400 nm之間的紫外光。活性層103a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)，或多層量子井結構(multi-quantum well, MQW) 。活性層103a之材料可為中性、p型或n型電性的半導體。
於本申請案之一實施例中，更包含ㄧ緩衝層(圖未示)，形成於半導體疊層10a及基板11a之間，用以改善半導體疊層的磊晶品質。本申請案之一實施例係以氮化鋁(AlN)做為緩衝層。在一實施例中，用以形成氮化鋁(AlN)的方式為PVD，其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，以PVD方式，於氮源的環境下與鋁靶材反應性形成氮化鋁。
於本申請案之一實施例中，半導體疊層10a包含一第一外側壁1003a以及一第二外側壁1001a，其中第一表面1011a的一端連接到第一外側壁1003a，第一表面1011a的另一端連接到第二外側壁1001a。如第2圖~第3圖所示，第一外側壁1003a和第二外側壁1001a係傾斜於第一表面1011a。於另一實施例中，第一外側壁1003a係大致垂直於第一表面1011a，且第二外側壁1001a係傾斜於第一表面1011a。於一實施例中，第一外側壁1003a傾斜於基板11a的裸露面11s。第一外側壁1003a與裸露面11s之間包含一銳角。於一實施例中，第一外側壁1003a與裸露面11s之間包含一鈍角。
於本申請案之一實施例中，如第2圖~第3圖所示，通孔100a係由一內側壁1002a及第二表面1012a所構成，其中內側壁1002a裸露出第二半導體層102a及活性層103a，以及第二表面1012a裸露出第一半導體層101a。內側壁1002a之一端係連接至第一半導體層101a之第二表面1012a，且內側壁1002a之另一端係連接至第二半導體層102a之一表面102s。
於本申請案之一實施例中，發光元件1或1a包含一第一絕緣結構20a，其藉由濺鍍或蒸鍍法形成於半導體結構1000a上。第一絕緣結構20a形成於環繞部111a之第一表面1011a上，沿著第二外側壁1001a延伸並覆蓋於第二半導體層102a之表面102s上。第一絕緣結構20a並形成於通孔100a之第二表面1012a上，沿著內側壁1002a延伸並覆蓋於第二半導體層102a之表面102s上。於一實施例中，第一絕緣結構20a包含一層或複數層。第一絕緣結構20a保護半導體結構1000a的側壁，防止活性層103a為後續製程所破壞。當第一絕緣結構20a包含複數層時，第一絕緣結構20a包含具有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。布拉格反射鏡(DBR)結構可保護半導體結構1000a的側壁，並可同時選擇性地反射活性層103a所發出之特定波長之光至發光元件1或1a之外部以提高亮度。第一絕緣結構20a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 )。
第一絕緣結構20a包含一或複數個第一絕緣第一開口201a以露出第一半導體層101a，以及一或複數個第一絕緣第二開口202a以露出第二半導體層102a。
於本申請案之一實施例中，發光元件1或1a包含一透明導電層30a形成於第二半導體層102a之表面102s上。透明導電層30a之一外側301a與第一絕緣結構20a相隔一距離以露出第二半導體層102a之表面102s。換言之，第一絕緣結構20a之第一絕緣第二開口202a裸露出第二半導體層102a，且透明導電層30a形成於第一絕緣第二開口202a中以接觸第二半導體層102a。由於透明導電層30a大致形成在第二半導體層102a的整個表面上以接觸第二半導體層102a，所以電流可以通藉由透明導電層30a均勻地擴散於第二半導體層102a之整體。 透明導電層30a包括對從活性層103a所發射之光線為透明之材料，例如銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)。
於本申請案之一實施例中，發光元件1或1a包含一反射結構形成於透明導電層30a上。反射結構包含一反射層40a，一阻障層41a或上述層之組合。反射層40a之一外側401a可位於透明導電層30a之外側301a以內或以外，或與透明導電層30a之外側301a重疊或齊平。阻障層41a之一外側(圖未示) 可位於反射層40a之外側401a以內或以外，或與反射層40a之外側401a重疊或齊平。
於本申請案之一實施例中，透明導電層30a之外側301a與第一絕緣結構20a重疊。即，第一絕緣結構20a之第一絕緣第二開口202a露出第二半導體層102a，透明導電層30a形成在第一絕緣第二開口202a中以接觸第二半導體層102a，並且自第一絕緣第二開口202a內的部份向上延伸覆蓋第一絕緣結構20a。反射層40a之外側401a可以設置在透明導電層30a之外側301a的內側或外側。 反射層40a與第一絕緣結構20a重疊。
於本申請案之一實施例中，發光元件1或1a不包含透明導電層30a，且反射結構係直接形成於第二半導體層102a之表面102s上。
於本申請案之一實施例中，反射層40a包含一或複數層，例如布拉格反射鏡(DBR)。
於本申請案之一實施例中，反射層40a包含具有高反射率的金屬材料，例如銀(Ag)，鋁(Al) ，銠(Rh)，或上述材料的合金。 所述高反射率是指對發光元件1或1a所發出之光線的波長具有80％或以上的反射率。
於本申請案之一實施例中，阻障層41a覆蓋反射層40a，防止反射層40a的表面被氧化，從而惡化反射層40a的反射率。阻障層41a包含金屬材料，例如鈦(Ti)，鎢(W)，鋁(Al)，銦(In)，錫(Sn)，鎳(Ni)，鉑(Pt)或者上述材料的合金。阻障層41a包含一或複數個次層，例如鈦(Ti)/鋁(Al)和/或鈦(Ti)/鎢(W)。於本申請案之一實施例中，阻障層41a包括鈦(Ti)/鋁(Al)位在阻障層41a遠離反射層40a之一側上，以及鈦(Ti)/鎢(W)位在阻障層41a與反射層40a相鄰之另一側上。於本申請案之一實施例中，反射層40a和阻障層41a的材料優選地包含金(Au)及/或銅(Cu)之外的金屬材料。
於本申請案之一實施例中，發光元件1包含一第二絕緣結構50a，其藉由濺鍍或蒸鍍法形成於半導體結構1000a上。第二絕緣結構50a包含一或複數個第二絕緣第一開口501a以露出第一半導體層101a，以及一或複數個第二絕緣第二開口502a以露出反射層40a、阻障層41a及/或透明導電層30a。
於本申請案之一實施例中，一部分的透明導電層30a，反射層40a，阻障層41a和/或第一絕緣結構20a被第二絕緣結構50a所部分覆蓋。 透明導電層30a，反射層40a，阻障層41a和/或第一絕緣結構20a的另一部分被第二絕緣結構50a完全覆蓋。
於本申請案之一實施例中，第二絕緣結構50a之一部分形成在第一絕緣第二開口202a中，並直接接觸第二半導體層102a的表面102s。
於本申請案之一實施例中，第二絕緣第一開口501a及第二絕緣第二開口502a包含不同的寬度或數目。第二絕緣第一開口501a及第二絕緣第二開口502a的開口形狀包含圓形、橢圓形、矩形、多邊形或任意形狀。一或複數個第二絕緣第一開口501a的位置係對應於通孔100a的位置。
於本申請案之一實施例中，自發光元件1之一上視圖觀之，第二絕緣第二開口502a係為一溝槽以圍繞第二絕緣結構50a之一部分500a。
於本申請案之一實施例中，第二絕緣結構50a包含一層或複數層。第二絕緣結構50a保護半導體結構1000a的側壁，防止活性層103a為後續製程所破壞。當第二絕緣結構50a包含複數層時，第二絕緣結構50a包含具有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。布拉格反射鏡(DBR)結構保護半導體結構1000a的側壁，並選擇性地反射活性層103a所發出之特定波長之光至發光元件1或1a之外部以提高亮度。第二絕緣結構50a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 )。布拉格反射鏡(DBR)結構包括一低折射率層和一高折射率層，高折射率層的材料選自TiO2 ，ZnSe，Si3 N4 ，Nb2 O5 或Ta2 O5 ，低折射率材料 層選自SiO2 ，MgF2 或CaF2 。
於本申請案之一實施例中，第一絕緣結構20a包含與第二絕緣結構50a不同的材料。例如，第一絕緣結構20a包含Si3 N4 ，第二絕緣結構50a包含SiO2 。因為Si3 N4 具有比SiO2 更高的蝕刻選擇性，所以包含Si3 N4 的第一絕緣結構20a可作為用於形成一個或多個半導體結構1000a的罩幕。由於SiO2 具有比Si3 N4 更好的階梯覆蓋率，因此包含SiO2 的第二絕緣結構50a係作為覆蓋第二半導體層102a和活性層103a之側表面的保護層。
於本申請案之一實施例中，接觸層60a藉由濺射或蒸鍍形成在第一半導體層101a和第二半導體層102a上。於一實施例中，接觸層60a之第一接觸部601a可為一第一電極，第二接觸部602a可為一第二電極。第一電極601a和第二電極602a用於打線或焊料接合(solder)以連接至外部電源。第一電極601a形成在通孔100a中，沿著內側壁1002a延伸並覆蓋至第二絕緣結構50a之一表面上。形成在通孔100a和第二絕緣第一開口501a內的第一電極601a接觸第一半導體層101a，並與第一半導體層101a形成電連接。第二電極602a形成在半導體結構1000a上，且第二絕緣結構50a之部分500a形成於其間。第二電極602a自部分500a之上延伸至第二絕緣第二開口502a中以接觸反射層40a、阻障層41a或透明導電層30a。第二電極602a藉由反射層40a、阻障層41a或透明導電層30a以電連接至第二半導體層102a。
於本申請案之一實施例中，發光元件1包含一第三絕緣結構70a，其可藉由濺鍍或蒸鍍法形成以覆蓋第一電極601a，第二電極602a及半導體疊層10a。第三絕緣結構70a包含一第一開口701a以露出第一電極601a及一第二開口702a以露出第二電極602a。第三絕緣結構70a包含一層或複數層。第三絕緣結構70a可保護半導體結構1000a的側壁，防止活性層103a為後續製程所破壞。當第三絕緣結構70a包含複數層時，第三絕緣結構70a包含具有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。布拉格反射鏡(DBR)結構保護半導體結構1000a的側壁，並反射活性層103a所發出之特定波長之光至發光元件1或1a之外部以提高亮度。第三絕緣結構70a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 )。
於本申請案之一實施例中，接觸層60a更包含被第三絕緣結構70a包圍並覆蓋的頂針區600a。於一實施例中，頂針區600a包含與第一電極601a和第二電極602a相同的材料。頂針區600a藉由第二絕緣結構50a和第三絕緣結構70a以與半導體疊層10a電性絕緣。頂針區600a藉由第三絕緣結構70a以與第一電極601a和第二電極602a相隔一距離。自發光元件1的上視圖觀之，發光元件1包含一具有四個角落的矩形形狀。頂針區600a位於矩形形狀的兩個對角線的交點處或其附近。
於本申請案之一實施例中，第一電極601a及/或第二電極602a包含一層或複數層。於一實施例中，為了提高反射結構與接觸層60a之間的附著力，第一電極601a及/或第二電極602a包含一最靠近第一半導體層101a或第二半導體層102a的黏接層。黏接層的材料包括鉻(Cr)，鈦(Ti)或銠(Rh)。於一實施例中，為了提高接觸層60a的反射率，第一電極601a及/或第二電極602a包含一反射層位於黏接層上方。反射層的材料包括鋁(Al)或銀(Ag)。第一電極601a及/或第二電極602a包括一打線層以提高接觸層60a和焊料(圖未示)之間的接合強度，及/或接觸層60a和第三絕緣結構70a之間的接合強度。打線層包含一金屬材料具有大於1500達因/厘米(dyne/cm)的表面張力值和大於0.3伏(V)的標準還原電位。例如，打線層包括鉑(Pt)。標準還原電位的測量係相對於標準氫電極在298.15K（25℃）和101.325kPa（1大氣壓，1 atm）壓力下，所量測到的伏特(V)數值。於一實施例中，打線層包含一金屬材料包含一金屬元素，其在還原反應下，具有一相對於標準氫電極為正值的標準還原電位。表面張力值的測量是在金屬材料的熔點下，量測每單位長度的力值。
於本申請案之一實施例中，當接觸層60a與一封裝載體接合時，為了避免接合時的應力所產生的裂縫自接觸層60a延伸進入半導體結構1000a內，優選地，打線層包含一剛度以足夠承受接合時的應力。於一實施例中，打線層包含一金屬材料具有一楊氏模量值(Young's modulus)大於100 GPa。例如，打線層包含鉑(Pt)。
於本申請案之一實施例中，為了增加接觸層60a的反射率以改善發光元件1的光取出效率，第一電極601a和第二電極602a佔據發光元件1之發光面積的40％或以上。第一電極601a和第二電極602a相隔一距離小於50微米(μm)；於一實施例中，第一電極601a和第二電極602a相隔一距離小於30微米(μm)；於一實施例中，第一電極601a和第二電極602a相隔一距離小於10微米(μm)。自發光元件1的上視圖觀之，第二電極602a包含一表面積小於第一電極601a之一表面積。第二電極602a為第一電極601a所包圍。形成在環繞部111a上的部份第一電極601a包圍半導體結構1000a。
於本申請案之一實施例中，第一電極601a形成在環繞部111a上，自第一半導體層101a的第一表面1011a，沿著第二外側壁1001a延伸並覆蓋至第二半導體層102a的表面102s上。
於本申請案之一實施例中，第一電極601a形成在環繞部111a上，自基板11a的裸露面11s，沿著第一半導體層101a的第一表面1011a和第二外側壁1001a延伸並覆蓋至第二半導體的表面102s上。
於本申請案之一實施例中，為了提高接觸層60a和焊料(圖未示)之間的接合強度，第一電極601a及/或第二電極602a包括一厚度介於1μm和3μm之間。
於本申請案之一實施例中，如第3圖所示，發光元件1a具有與發光元件1相似之結構。發光元件1a更包含一第一薄焊墊80a形成在第三絕緣結構70a的第一開口701a中和第一電極601a上; 以及一第二薄焊墊90a形成在第三絕緣結構70a的第二開口702a中和第二電極602a上。第一薄焊墊80a包含一厚度小於第三絕緣結構70a之一厚度。第二薄焊墊90a包含一厚度小於第三絕緣結構70a之一厚度。 例如，第一薄焊墊80a及/或第二薄焊墊90a包含一厚度介於0.1μm和1μm之間，第三絕緣結構70a包含一厚度介於0.5μm和2.5μm之間。
於本申請案之一實施例中，為了減少第一電極601a和第二電極602a之間的高度差，第二絕緣結構50a更包含部分500a形成在第二電極602a下方。 第二絕緣結構50a之部分500a包含複數個側壁為第二電極602a所覆蓋。
於本申請案之一實施例中，為了防止第一電極601a與第二電極602a之間的電性短路，第三絕緣結構70a的第二開口702a比第二絕緣結構50a的第二絕緣第二開口502a窄，並且第二絕緣結構50a的第二絕緣第二開口502a比第一絕緣結構20a的第一絕緣第二開口202a窄。具體而言，第三絕緣結構70a之一部分形成在第二絕緣結構50a之第二絕緣第二開口502a中。 第三絕緣結構70a延伸至第二電極602a之上。 第三絕緣結構70a的第二開口702a形成在第二電極602a之一上表面上。
於本申請案之一實施例中，為了增加第二電極602a可用以覆晶接合之裸露面，例如共金接合或焊料接合的面積，第三絕緣結構70a之第二開口702a比第二絕緣結構50a之第二絕緣第二開口502a寬，並且第二絕緣結構50a之第二絕緣第二開口502a比第一絕緣結構20a的第一絕緣第二開口202a窄或寬。
於本申請案之一實施例中，如第3圖所示，第一薄焊墊80a或第二薄焊墊90a包含一上表面低於第三絕緣結構70a之一上表面。 第一薄焊墊80a或第二薄焊墊90a之一整體係形成於第一開口701a或第二開口702a之內。
於本申請案之一實施例中，第一薄焊墊80a或第二薄焊墊90a包含一上表面高於第三絕緣結構70a之一上表面。 第一薄焊墊80a或第二薄焊墊90a係形成於第一開口701a或第二開口702a之內，並延伸覆蓋於第三絕緣結構70a之上表面上。。
於本申請案之一實施例中，延伸覆蓋至第三絕緣結構70a之上表面上的第一薄焊墊80a或第二薄焊墊90a包含一厚度小於第三絕緣結構70a之一厚度。
於本申請案之一實施例中，第一薄焊墊80a包含一投影面積於基板11a上，其小於第一接觸部601a於基板11a上之一投影面積。第二薄焊墊90a包含一投影面積於基板11a上，其小於或大於第二接觸部602a於基板11a上之一投影面積。
於本申請案之一實施例中，第一薄焊墊80a和第二薄焊墊90a相隔一距離大於50微米(μm)。頂針區600a位於第一薄焊墊80a和第二薄焊墊90a之間，以及位於第一接觸部601a和第二接觸部602a之間。換言之，頂針區600a未被第一薄焊墊80a和第二薄焊墊90a所覆蓋，並與第一接觸部601a和第二接觸部602a相隔一距離。
第4A圖係本申請案一實施例中所揭示之一發光元件2的上視圖。為清楚表示，每一層皆以實線繪製而不論其材料為非透明、透明或半透明。
發光元件2包含基板(圖未示)，半導體結構1000a，一第一電極601A和一第二電極602A，以及一第三絕緣結構70a。發光元件2之基板及半導體結構1000a和第三絕緣結構70a與發光元件1，1a之基板11a、半導體結構1000a和第三絕緣結構70a類似。為了改善發光元件2之光取出效率和電流擴散，發光元件2包含第一電極601A和第二電極602A，其中第一電極601A和第二電極602A佔據發光元件2之發光面積約10~20%。第一電極601A包含一第一接合墊6010以及一或複數個第一延伸電極6011延伸自第一接合墊6010。第二電極602A包含一第二接合墊6020以及一或複數個第二延伸電極6021延伸自第二接合墊6020。複數個第一延伸電極6011和複數個第二延伸電極6021係互不重疊。
第三絕緣結構70a覆蓋半導體結構1000a之上表面以及複數個側表面。在本實施例中，第一電極601A具有兩個第一延伸電極6011且第二電極602A具有兩個延伸電極6021。第三絕緣結構70a覆蓋第一延伸電極6011和第二延伸電極6021，並藉由第一開口701a、第二開口702a分別露出第一接合墊6010以及第二接合墊6020之部分表面（斜線區域）。於一實施例中，第一半導體層101a為n型電性的半導體層，第二半導體層102a為p型電性的半導體層，第三絕緣結構70a覆蓋n型電性的半導體層和p型電性的半導體層（參考第3圖）。
在一實施例中，第一接合墊6010及第二接合墊6020為一金屬多層結構，例如：Cr/Al/Cr/Al/Ni/Pt、Cr/Al/Cr/Al/Ni/Au、 Cr/Al/Cr/Al/Ni/Pt/Au或Ti/Al/Ti/Al/Ni/Pt/Au。Pt層或Au層直接接觸第三絕緣結構70a和金屬凸塊902a、902b（顯示於第4C或4D圖）。因為Pt層或Au層會與金屬凸塊（例如：銲錫）反應而形成金屬互化物（intermetallic compounds；IMCs），因此，使用掃描式電子顯微鏡（SEM）分析時，可能無法分析到Pt層或Au層或者分析到金屬互化物層。在一實施例中，當使用SEM分析時，金屬互化物層並不會被分析到且Ni層直接接觸金屬凸塊。在一實施例中，Pt層或Au層不會完全地與金屬凸塊反應且可藉由SEM而被分析到。
第4B圖顯示發光封裝體1P之立體示意圖。第4C圖顯示發光封裝體1P之下視圖。第4D圖顯示第4C圖X-X線段之剖面圖。發光封裝體1P包含發光裝置1A、一透光體900、一反射體901及金屬凸塊902a、902b。為了清楚表示，第4B圖中顯示暴露出的第一接合墊6010、暴露出的第二接合墊6020及基板11a。實際產品中，僅反射體901及金屬凸塊902a、902b可以從下視圖視得。金屬凸塊902a具有一第一面積，金屬凸塊902a具有一第二面積，且發光封裝體1P具有一第三面積。第一面積所佔據第三面積的比例為0.5~3%（例如：1.15%、1.75%、2%或3%）。第二面積所佔據第三面積的比例為0.5~3%（例如：1.15%、1.75%、2%或3%）。因此，金屬凸塊902a、902b的面積總共佔據發光封裝體1P之第三面積的比例為1~6%（例如：2.3%、3.5%、4%或6%）。
舉例來說，發光封裝體1P實質上為一矩形並具有一長度（L）及寬度（W）。第三面積的量測值算法為長（L）*寬（W）。金屬凸塊實質上為一橢圓形並具有一最大長度（L）及最大寬度（W），且係從下視圖中量測。換言之，最大長度及最大寬度，其係從第4D圖之最下表面所量測到。第一面積的量測值算法為長度（l1）*寬度（w1）。第二面積的量測值算法為長度（l2）*寬度（w2）。
為了簡潔，基板11a和半導體疊層10a顯示於第4D圖中，且其他結構（例如絕緣結構20a、50a、70a）未顯示於第4D圖中，相關描述可參考第2或3圖及其相關段落。此外，第一接合墊6010和第二接合墊6020實質上具有相同的厚度或者第二接合墊6020具有一大於第一接合墊6010的厚度。金屬凸塊902b具有一大於金屬凸塊902a的厚度或者等於金屬凸塊902a的厚度。
如第4D圖所示，透光體900覆蓋基板11a的側表面11a1。金屬凸塊902a、902b分別形成於第一接合墊6010及第二接合墊6020。詳言之，金屬凸塊902a直接接觸第一接合墊6010側壁的一部分及第一接合墊6010之底表面。金屬凸塊902b直接接觸第二接合墊6020側壁的一部分及第二接合墊6020之底表面。反射體901覆蓋金屬凸塊902a、902b側壁的一部分。反射體901亦覆蓋第一接合墊6010和第二接合墊6020側壁的一部分，且該些部分未被金屬凸塊902a、902b所覆蓋。
金屬凸塊（902a、902b）為一無鉛焊錫，其包含至少一種選自由錫、銅、銀、鉍、銦、鋅和銻所組成群組中的材料。金屬凸塊的高度（例如：H1）介於20~150μm之間。在一實施例中，金屬凸塊係藉由迴焊製程（reflow soldering）而形成。焊錫膠放置於接合墊上，然後於一迴焊爐中進行加熱以熔化焊錫膠且產生接合（joint）。焊錫膠可包含錫-銀-銅、錫-銻或金-錫且具有一熔點大於215℃、或大於220℃，或介於215~240℃之間（例如217℃、220℃、234℃）。此外，在迴焊製程中之峰值溫度（峰值溫度通常發生於迴焊區（reflow zone）的階段）係大於250℃、或大於260℃，或介於250~270℃之間（例如255℃、265℃）。
反射體901為電絕緣體且包含第一基質及複數個混於基質內的反射粒子（圖未示）。第一基質具有矽基底的基質材料（silicone-based material）或者環氧樹脂基底的基質材料（epoxy -based material），並具有介於1.4~1.6或者1.5~1.6之間的折射率（n）。反射粒子包括二氧化鈦、二氧化矽、氧化鋁、氧化鋅，或二氧化鋯。在一實施例中，當半導體疊層10a發射的光線撞擊到反射體901時，光線會被反射並且此反射被稱為漫反射（diffuse reflection）。除了反射功能，反射體901也可以作為機械承載並承受發光封裝體1P在操作期間所產生的應力。
透光體900包含矽基底的基質材料或者環氧樹脂基底的基質材料。更者，透光體900可包含分散於其中的複數個波長轉換顆粒（圖未示）或/及擴散粉粒子以吸收半導體疊層10a所發出的第一光而轉換成與第一光不同頻譜之第二光。第一光若與第二光混和會產生第三光。在本實施例中，第三光在CIE1931色度圖中具有一色點座標（x、y），其中，0.27≦x≦0.285；0.23≦y≦0.26。在另一實施例中，第一光與第二光混和會產生第三光，例如白光。可根據波長轉換顆粒的重量百分濃度以及種類使發光封裝體於熱穩態下具有一白光，其相對色溫（CCT）為2200K~6500K（例如：2200K、2400K、2700K、3000K、5000k、5700K、6500K），在CIE1931色度圖中具有一色點座標（x、 y）會落於七個麥克亞當橢圓（MacAdam ellipse）之範圍，並具有一大於80或大於90之演色性（CRI）。在另一實施例，第一光與第二光混合可產生紫光、琥珀光、綠光、黃光或其他非白光的色光。
波長轉換顆粒具有10 nm~100 um的顆粒尺寸且可包含一種或兩種以上種類之無機的螢光粉（phosphor）、有機分子螢光色素（organic fluorescent colorant)、半導體材料（semiconductor）、或者上述材料的組合。無機的螢光粉材包含但不限於黃綠色螢光粉或紅色螢光粉。黃綠色螢光粉之成分係例如鋁氧化物（YAG或是TAG）、矽酸鹽、釩酸鹽、鹼土金屬硒化物、或金屬氮化物。紅色螢光粉之成分係例如氟化物（K2 TiF6 :Mn4+ 、K2 SiF6 :Mn4+ ）、矽酸鹽、釩酸鹽、鹼土金屬硫化物（CaS）、金屬氮氧化物、或鎢鉬酸鹽族混合物。波長轉換顆粒於基體中的重量百分濃度（w/w）介於50~70%。半導體材料包含奈米尺寸結晶體（nano crystal）的半導體材料，例如量子點（quantum-dot）發光材料。量子點發光材料可選自於由硫化鋅（ZnS）、硒化鋅（ZnSe）、碲化鋅（ZnTe）、氧化鋅（ZnO）、硫化鎘（CdS）、硒化鎘（CdSe）、碲化鎘（CdTe）、氮化鎵（GaN）、磷化鎵（GaP）、硒化鎵（GaSe）、銻化鎵（GaSb）、砷化鎵（GaAs）、氮化鋁（AlN）、磷化鋁（AlP）、砷化鋁（AlAs）、磷化銦（InP）、砷化銦（InAs）、碲（Te）、硫化鉛（PbS）、銻化銦（InSb）、碲化鉛（PbTe）、硒化鉛（PbSe）、碲化銻（SbTe） 、硫化鋅鎘硒（ZnCdSeS）、硫化銅銦（CuInS）、銫氯化鉛（CsPbCl3 ）、銫溴化鉛（CsPbBr3 ）、及銫碘化鉛（CsPbI3 ）所組成之群組。
擴散粉包含二氧化鈦、氧化鋯、氧化鋅或氧化鋁，用以散射半導體疊層10a所發出的光。
第5圖係為依本申請案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1，1a或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形成面相對之成長基板11a側朝上設置，使成長基板側為主要的光取出面。為了增加發光裝置之光取出效率，可於發光元件1，1a之周圍設置一反射結構54。
第6圖係為依本申請案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1，1a, 2或發光裝置3。
本申請案所列舉之各實施例僅用以說明本申請案，並非用以限制本申請案之範圍。任何人對本申請案所作之任何顯而易知之修飾或變更皆不脫離本申請案之精神與範圍。
1，1a ，2‧‧‧發光元件1P‧‧‧發光封裝體3‧‧‧發光裝置4‧‧‧發光裝置10a‧‧‧半導體疊層11a‧‧‧基板11s‧‧‧裸露面20a‧‧‧第一絕緣結構30a‧‧‧透明導電層40a‧‧‧反射層41a‧‧‧阻障層50a‧‧‧第二絕緣結構51‧‧‧封裝基板53‧‧‧絕緣部54‧‧‧反射結構60a‧‧‧接觸層70a‧‧‧第三絕緣結構80a‧‧‧第一薄焊墊90a‧‧‧第二薄焊墊100a‧‧‧通孔101a‧‧‧第一半導體層102a‧‧‧第二半導體層102s‧‧‧表面103a‧‧‧活性層111a‧‧‧環繞部201a‧‧‧第一絕緣第一開口202a‧‧‧第一絕緣第二開口301a‧‧‧外側401a‧‧‧外側500a‧‧‧第二絕緣結構之部分501a‧‧‧第二絕緣第一開口502a‧‧‧第二絕緣第二開口511‧‧‧第一墊片512‧‧‧第二墊片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600a‧‧‧頂針區601a‧‧‧第一接觸部(第一電極)601A‧‧‧第一電極602a‧‧‧第二接觸部(第二電極)602A‧‧‧第二電極701a‧‧‧第一開口702a‧‧‧第二開口1000a‧‧‧半導體結構1001a‧‧‧第二外側壁1002a‧‧‧內側壁1003a‧‧‧第一外側壁1011a‧‧‧第一表面1012a‧‧‧第二表面6010‧‧‧第一接合墊6011‧‧‧第一延伸電極6020‧‧‧第二接合墊6021‧‧‧第二延伸電極900‧‧‧透光體901‧‧‧反射體902a、902b‧‧‧金屬凸塊
第1圖係本申請案之一實施例中所揭示之發光元件1，1a的上視圖。
第2圖係本申請案之一實施例中所揭示之發光元件1的剖面圖。
第3圖係本申請案之一實施例中所揭示之發光元件1a的剖面圖。
第4A圖係本申請案之一實施例中所揭示之一發光元件2的上視圖。
第4B圖係本申請案之一實施例中之一發光封裝體1P的立體示意圖。
第4C圖係本申請案之一實施例中之一發光封裝體1P之下視圖。
第4D圖顯示第4C圖X-X線段之剖面圖。
第5圖係為依本申請案之一實施例之一發光裝置3之示意 圖。
第6圖係為依本申請案之一實施例之一發光裝置4之示意圖。
1‧‧‧發光元件
10a‧‧‧半導體疊層
11a‧‧‧基板
11s‧‧‧裸露面
20a‧‧‧第一絕緣結構
30a‧‧‧透明導電層
40a‧‧‧反射層
41a‧‧‧阻障層
50a‧‧‧第二絕緣結構
60a‧‧‧接觸層
70a‧‧‧第三絕緣結構
80a‧‧‧第一薄焊墊
90a‧‧‧第二薄焊墊
100a‧‧‧通孔
101a‧‧‧第一半導體層
102a‧‧‧第二半導體層
102s‧‧‧表面
103a‧‧‧活性層
111a‧‧‧環繞部
201a‧‧‧第一絕緣第一開口
202a‧‧‧第一絕緣第二開口
301a‧‧‧外側
401a‧‧‧外側
500a‧‧‧第二絕緣結構之部分
501a‧‧‧第二絕緣第一開口
502a‧‧‧第二絕緣第二開口
600a‧‧‧頂針區
601a‧‧‧第一接觸部(第一電極)
602a‧‧‧第二接觸部(第二電極)
701a‧‧‧第一開口
702a‧‧‧第二開口
1000a‧‧‧半導體結構
1001a‧‧‧第二外側壁
1002a‧‧‧內側壁
1003a‧‧‧第一外側壁
1011a‧‧‧第一表面
1012a‧‧‧第二表面

Claims (10)

  1. 一發光元件，包含：一半導體結構，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和該第二半導體層之間；一通孔穿過該第二半導體層和該活性層以露出該第一半導體層的一表面；一第一電極形成在該通孔中，並經由該通孔接觸該第一半導體層的該表面；一絕緣結構形成在該第二半導體層上，並且該絕緣結構包括一絕緣結構開口於該第二半導體層上；一第二電極形成在該絕緣結構上，並且藉由該絕緣結構開口電性連接該第二半導體層；一第二絕緣結構覆蓋該第一電極、該第二電極和該半導體結構，並且該第二絕緣結構包括一第一開口以露出該第一電極和一第二開口以露出該第二電極；以及一第一薄焊墊形成於該第一開口中及/或一第二薄焊墊形成於該第二開口中，該第一薄焊墊及/或該第二薄焊墊分別具有一厚度小於該第二絕緣結構之一厚度。
  2. 一發光元件，包含：一半導體結構，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和該第二半導體層之間；一環繞部露出一部分的該第一半導體層，且該環繞部位於該半導體結構之一外圍，並環繞該半導體結構之該外圍； 一第一電極形成在該環繞部上，並接觸露出的該部分的該第一半導體層；一第二電極形成在該第二半導體層上；以及一第二絕緣結構覆蓋該第一電極、該第二電極和該半導體結構，其中該第二絕緣結構包括一第一開口以露出該第一電極和一第二開口以露出該第二電極，該第一電極和該第二電極相隔一距離小於50微米(μm)。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的發光元件，其中自該發光元件之一上視圖觀之，該第二電極為該第一電極所環繞。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的發光元件，其中該半導體結構更包含一環繞部露出一部分的該第一半導體層，且該環繞部位於該半導體結構之一外圍，並環繞該半導體結構之該外圍，該第一電極形成在該環繞部上，並接觸露出的該部分的該第一半導體層。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的發光元件，其中該第一電極和該第二電極佔據該發光元件之一發光面積約10~20%或40%以上。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的發光元件，其中該第二絕緣結構包含一布拉格反射鏡(DBR)結構包覆該半導體結構的側壁。
  7. 如申請專利範圍第2項所述的發光元件，更包含一通孔穿過該第二半導體層和該活性層以露出該第一半導體層的一表面，該第一電極經由該通孔接觸該第一半導體層的該表面。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的發光元件，其中該第一電極和該第二電極相隔一距離小於50微米(μm)。
  9. 如申請專利範圍第2項所述的發光元件，更包含一第一薄焊墊形成於該第一開口中及/或一第二薄焊墊形成於該第二開口中，該第一薄焊墊及/或該第二薄焊墊分別具有一厚度小於該第二絕緣結構之一厚度。
  10. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的發光元件，其中該第一電極和該第二電極分別包括一金屬層以與該第二絕緣結構相接觸，該金屬層包括一材料具有大於1500達因/厘米(dyne/cm)的表面張力值和大於0.3伏(V)的標準還原電位。
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