TWI830216B - 半導體發光元件 - Google Patents
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Abstract
本揭露內容提供一種半導體發光元件，包括半導體磊晶結構、絕緣層以
及導電結構。半導體磊晶結構包含活性區以及半導體接觸層。活性區位於半導體接觸層上。絕緣層具有第一表面以及相對於第一表面的第二表面，第一表面與半導體接觸層相接。導電結構包含導電層以及導電柱。導電柱直接連接導電層。導電層位於絕緣層之第二表面上。導電柱穿過絕緣層而與第一半導體接觸層連接。絕緣層之第一表面之粗糙度小於第二表面之粗糙度。
Description
本發明係關於一種半導體發光元件，特別是有關於一種具有導電結構之半導體發光元件。
半導體發光元件的用途十分廣泛，相關材料的開發研究也持續進行。舉例來說，包含三族及五族元素的III-V族半導體材料可用於各種光電半導體發光元件如發光二極體、雷射二極體(Laser diode，LD)、光電偵測器或太陽能電池(Solar cell)等，或者可以是功率元件例如開關元件或整流器，而能應用於照明、醫療、顯示、通訊、感測、電源系統等領域。作為半導體發光元件之一的發光二極體具有耗電量低、反應速度快、體積小、工作壽命長等優點，因此大量被應用於各種領域。
本揭露內容提供一種半導體發光元件，包括半導體磊晶結構、絕緣層以及導電結構。半導體磊晶結構包含活性區以及半導體接觸層。活性區位於半導體接觸層上。絕緣層具有第一表面以及相對於第一表面的第二表面，第一表面與半導體接觸層相接。導電結構包含導電層以及導電柱。導電柱直接連接導電
層。導電層位於絕緣層之第二表面上。導電柱穿過絕緣層而與第一半導體接觸層連接。絕緣層之第一表面之粗糙度小於第二表面之粗糙度。
根據本揭露內容之一實施例，第二表面具有粗化區域，且粗化區域形成於第二表面鄰近導電柱之區域。
根據本揭露內容之一實施例，更包含複數個導電柱彼此分離地分布於絕緣層內。
根據本揭露內容之一實施例，第二表面具有粗化區域，且粗化區域包含複數個子粗化區域，複數個子粗化區域對應於複數個導電柱。
根據本揭露內容之一實施例，複數個子粗化區域彼此分離。
根據本揭露內容之一實施例，導電層與導電柱包含不同的材料。
根據本揭露內容之一實施例，絕緣層之折射率小於導電層之折射率。
根據本揭露內容之一實施例，更包含第一電極，位於半導體磊晶結構上，且第一電極與複數個導電柱在垂直方向上不具有重疊之區域。
根據本揭露內容之一實施例，更包含接合層，其中，導電層位於接合層及絕緣層之間。
根據本揭露內容之一實施例，第二表面具有一粗化區域，且粗化區域包含不規則排列之複數個凸起及複數個凹陷。
根據本揭露內容之一實施例，相鄰之凸起及凹陷可具有高低差H，且絕緣層具有厚度Ta，高低差H可介於厚度Ta的1/100至厚度Ta的1/2之範圍。
10:半導體發光元件
100:半導體磊晶結構
101:半導體磊晶疊層
101a:第一半導體結構
101b:活性區
101c:第二半導體結構
102a:第一半導體接觸層
102b:第二半導體接觸層
103:導電結構
103a:導電柱
103b:導電層
103s:表面
104:絕緣層
104a:第一表面
104b:第二表面
104b1:粗化區域
104b1s:子粗化區域
104b2:平坦區域
104c:第三表面
104h:孔洞
106:第一電極
106a:電極墊
106b:延伸電極
110:反射層
112:接合層
114:基底
116:第二電極
20:封裝結構
21:封裝基板
22:通孔
23:第一導電結構
23a:第一接觸墊
23b:第二接觸墊
25:導電線
26:第二導電結構
26a:第三接觸墊
26b:第四接觸墊
28:封裝層
AA’:剖面線
D:距離
H:高低差
Ta、Tb:厚度
R1、R2:區域
W:寬度
第1圖為本揭露內容一實施例之半導體發光元件之上視透視示意圖。
第2圖為第1圖之半導體發光元件沿剖面線AA’之剖面結構示意圖。
第3圖為第2圖之半導體發光元件之區域R2之放大示意圖。
第4圖為第1圖之半導體發光元件之區域R1之放大示意圖。
第5圖為包含本揭露內容之半導體發光元件之封裝結構之剖面結構示意圖。
為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，以下將配合圖式詳細說明本發明，應注意的是，以下所示係用於例示本發明之半導體發光元件的實施例，並非將本發明限定於以下實施例。在圖式或說明中，相似或相同之構件將使用相似或相同之標號進行說明，並且若未特別說明，圖式中各元件之形狀或尺寸僅為例示，實際上並不限於此。需特別注意的是，圖中未繪示或描述之元件，可以是熟習此技藝之人士所知之形式。
此外，在未特別說明之情況下，「第一層(或結構)位於第二層(或結構)上」的類似描述可包含第一層(或結構)與第二層(或結構)直接接觸的實施例，也可包含第一層(或結構)與第二層(或結構)之間具有其他結構而彼此未直接接觸的實施例。另外，應理解各層(或結構)的上下位置關係等可能因由不同方位觀察而有所改變。
針對以下之各實施例之說明請同時參考第1圖~第4圖，其中，第1圖為本揭露內容一實施例的半導體發光元件10之上視透視示意圖；第2圖為第1圖之半導體發光元件10沿剖面線AA’之剖面結構示意圖；第3圖為第2圖之半導體發光元件10之區域R2之放大示意圖；第4圖為第1圖之半導體發光元件10之區域R1之放大示意圖。為了清楚說明，以下針對各實施例的說明，請參考第2圖中標示之座標軸，關於各構件的「寬度」係為沿水平方向X量測所得之數值；各構件的「厚度」則為沿垂直方向Y量測所得之數值；「堆疊方向」係指垂直方向Y或垂直方向Y的反方向，垂直方向Y與水平方向X互相垂直。
如第2圖所示，本實施例的半導體發光元件10包括半導體磊晶結構100、導電結構103、絕緣層104、第一電極106以及第二電極116。絕緣層104可位於導電結構103與半導體磊晶結構100之間。半導體發光元件10還可選擇性地包括反射層110、接合層112以及基底114。半導體磊晶結構100位於基底114上。接合層112位於半導體磊晶結構100及基底114之間。反射層110位於接合層112與導電結構103之間。第一電極106及第二電極116可分別位於半導體發光元件10之兩側用以電性連接至外部電源。於此實施例，第一電極106位於半導體磊晶結構100上，第二電極116位於基底114下。於一實施例，半導體磊晶結構100為透過磊晶成長製程先形成於一磊晶成長基板(growth substrate)上，然後透過接合層112將半導體磊晶結構100接合至基底114，並且於完成接合後，移除所述之磊晶成長基板。
如第1圖所示，第一電極106位於半導體磊晶結構100上，第一電極106包含電極墊106a及複數個延伸電極106b。複數個延伸電極106b連接於電極墊
106a。電極墊106a作為連接至外部電源或其他元件之電性接合點。複數個延伸電極106b可彼此分離。於一實施例，電極墊106a之形狀例如為圓形。複數個延伸電極106b例如成條狀，且上視形狀例如各自呈矩形。於此實施例，複數個延伸電極106b自電極墊106a分別地朝向半導體發光元件10之角落延伸，呈放射狀的分佈。
請參考第2圖，半導體磊晶結構100包含沿垂直方向Y堆疊的半導體磊晶疊層101以及第一半導體接觸層102a。於此實施例，在垂直方向Y上，導電結構103位於第一半導體接觸層102a以及反射層110之間。於操作半導體發光元件10時，半導體磊晶疊層101可發出一光線。導電結構103對於半導體磊晶疊層101所發出之光線為透明，例如可具有至少80%之穿透率。如第2圖所示，導電結構103包含複數個導電柱103a以及導電層103b。於此實施例中，導電柱103a直接連接導電層103b。導電結構103可包含導電材料，例如金屬氧化物。於一實施例，導電層103b與導電柱103a可包含相同組成之材料。於一實施例，導電層103b與複數個導電柱103a係為一體成形，例如是以同一道製程同時形成導電層103b與複數個導電柱103a。於一實施例，導電層103b與導電柱103a可包含不同組成之材料。
如第1圖及第2圖所示，第一電極106與複數個導電柱103a在垂直方向Y上可不具有重疊之區域。導電結構103之複數個導電柱103a可大致均勻地分佈於兩個相鄰之延伸電極106b之間。藉由以上之電極設計，可均勻分散電流至半導體磊晶疊層101，進而使半導體發光元件10具有較佳的電流散佈及靜電防護特性。於一實施例，如第1圖所示，導電結構103之複數個導電柱103a排列成二維點狀陣列。如第1圖所示，導電結構103之複數個導電柱103a除了可分佈於兩個相鄰之延伸電極106b之間，亦可分佈於超出延伸電極106b至接近半導體磊晶疊層101的外邊界的區域，以進一步增進電流散佈效果。應注意的是，由於導電結構103是位在半導體發光元件10內部，因此，實際上由半導體發光元件10的外觀並無法
直接觀察到導電結構103，故第1圖所繪示的是半導體發光元件10之上視透視圖，且皆以實線繪製。
如第2圖所示，導電層103b位於絕緣層104以及反射層110之間。複數個導電柱103a可穿過絕緣層104而與第一半導體接觸層102a連接。於一實施例，複數個導電柱103a係彼此分離地分布於絕緣層104之中。舉例而言，如第2圖所示，絕緣層104可具有複數個孔洞104h，複數個導電柱103a填充於複數個孔洞104h而與第一半導體接觸層102a連接。為方便敘述，以下是以其中一個導電柱103a為例來說明各構件的相對關係。如第2圖所示，絕緣層104位於第一半導體接觸層102a與導電層103b之間，並與導電柱103a直接接觸。於此實施例，絕緣層104與導電結構103皆與第一半導體接觸層102a之下表面直接接觸，例如，第一半導體接觸層102a之下表面未直接接觸導電結構103的部分係直接接觸絕緣層104。於此實施例，如第1圖所示，自上視觀之，半導體發光元件10之導電結構103與絕緣層104佔有之總面積與第一半導體接觸層102a之面積實質上相同。第一半導體接觸層102a可具有較高之摻質濃度(例如1x1018/cm3或1x1019/cm3以上之濃度)，以與導電結構103形成良好之低阻值界面，例如歐姆接面(ohmic contact)。由於在絕緣層104與第一半導體接觸層102a之間具有相對高的電阻值，電流路徑主要會形成在導電結構103與第一半導體接觸層102a連接的部分(即導電柱103a處)，因此，藉由改變絕緣層104與導電柱103a的相對分佈位置，可改善半導體發光元件10的電流散佈效果，進而提升半導體發光元件10的電性效能。於一實施例，絕緣層104之折射率小於第一半導體接觸層102a之折射率，並形成一全反射界面於絕緣層104及第一半導體接觸層102a之間，以提高光取出效率。
請參考第3圖，顯示第2圖中區域R2之放大示意圖，絕緣層104具有第一表面104a、第二表面104b、以及第三表面104c。其中，第一表面104a與第一半導體接觸層102a相接，第二表面104b相對於第一表面104a，第三表
面104c連接第一表面104a以及第二表面104b。於此實施例，第三表面104c可環繞導電柱103a，且第二表面104b大致平行於第一表面104a。於一實施例，絕緣層104之第二表面104b與導電結構103之導電層103b相連接，並可具有一粗化區域104b1。於一實施例，絕緣層104之第二表面104b更包含平坦(非粗化)區域104b2。平坦區域104b2之粗糙度小於粗化區域104b1之粗糙度。於一實施例中，第二表面104b之粗糙度大於第一表面104a之粗糙度。上述粗糙度例如是算術平均粗糙度(Ra)。於一實施例，粗化區域104b1例如至少形成於第二表面104b鄰近導電柱103a之區域。根據一實施例，粗化區域104b1之粗糙度可大於等於1nm，例如在3nm~20nm之範圍內。如第3圖所示，於一剖面中，絕緣層104可具有厚度Ta，導電結構103可具有厚度Tb。於此實施例，厚度Tb大於厚度Ta。根據一實施例，厚度Tb可在180nm~500nm的範圍內；厚度Ta可在70nm~170nm的範圍內。自半導體發光元件10之剖面觀之，粗化區域104b1包含可規則或不規則排列之複數個凸起及複數個凹陷。根據一實施例，相鄰之一凸起及一凹陷可具有一高低差H，高低差H可介於厚度Ta的1/100至厚度Ta的1/2之範圍內。根據一實施例，相鄰之二個凹陷(或相鄰之二個凸起)之距離D例如介於可介於厚度Ta的1/100至厚度Ta的1/2之範圍內。於一實施例，於粗化區域104b1中具有上述高低差及距離範圍的凸起及凹陷，對半導體發光元件10來說可具有較好的光取出效果。於一實施例，粗化區域104b1可具有寬度W大於1μm，例如介於2μm~4μm的範圍。藉由具有上述寬度範圍的粗化區域104b1，可進一步提高半導體發光元件10之光取出效率。如第3圖所示，於一實施例，導電層103b與反射層110相接的表面103s之粗糙度可小於第二表面104b之粗糙度。例如，表面103s之粗糙度可小於粗化區域104b1之粗糙度及/或小於等於
平坦區域104b2之粗糙度。上述粗糙度例如是算術平均粗糙度(Ra)。根據一實施例，表面103s之粗糙度可在大於0nm且小於1nm之範圍內。藉由使導電層103b與反射層110相接的表面103s較平整，能夠改善反射效率，亦有助於進一步提高光取出效率。
對於半導體磊晶疊層101所發出之光線，第一半導體接觸層102a具有第一折射率n1，絕緣層104具有第二折射率n2，而導電結構103具有第三折射率n3。於一實施例，前述厚度Ta及厚度Tb滿足以下關係：(Tb-Ta)>λ/(4*n3)，其中λ為活性區101b所發出之光線的峰值波長，以達到較佳的光取出效果。於一實施例，第一折射率n1>第三折射率n3>第二折射率n2。根據一實施例，第一折射率n1可為3.2~4.0，第二折射率n2可為1.3~1.5，第三折射率n3可為1.8~2.5。於一實施例，導電結構103可具有多層構造而包含不同材料，且導電結構103中各層之折射率皆符合上述大於第二折射率n2且小於第一折射率n1之關係。舉例而言，各層之折射率可分別在1.8~2.5的範圍內。根據一實施例，因在導電結構103下方具有反射層110，由半導體磊晶疊層101所發出之光線有一部份會通過導電柱103a進入導電結構103中且在導電結構103與反射層110的界面被反射往絕緣層104之方向，但因絕緣層104之第二折射率n2小於導電結構103之第三折射率n3，此些反射光在特定的角度內可能在導電結構103(或導電層103b)與絕緣層104之界面產生全反射(Total Internal Reflection；TIR)，使半導體磊晶疊層101發出之光線有一部分會在絕緣層104與反射層110之間反覆反射而耗損，難以自半導體發光元件10被萃取出。藉由使粗化區域104b1設置於至少鄰近導電柱103a之區域，使得經由導電柱103a進入導電層103b之光線，在經反射層110反射後入射至粗化區域104b1時，因粗化區域104b1表面之凸起及凹陷，可
造成光行進路徑的改變，減少光線在絕緣層104與反射層110之間反覆反射的情況，藉此提高光線自半導體發光元件10向外取出的效率。
於一實施例，絕緣層104之第三表面104c亦可具有一粗化區域，使得第三表面104c之粗糙度大於第一表面104a之粗糙度，以進一步提高半導體發光元件10之光取出效率。於一實施例，第二表面104b之粗糙度與第三表面104c之粗糙度在同一次方等級範圍內。應注意的是，於第3圖的實施例中雖繪示第二表面104b與第三表面104c均具有粗化區域的型態，然而根據其他實施例，亦可為第二表面104b具有粗化區域而第三表面104c不具有粗化區域，或者為第三表面104c具有粗化區域而第二表面104b不具有粗化區域的型態。
詳細而言，形成於絕緣層104具有粗化區域104b1之半導體發光元件10的方法可包含如下步驟：於第一半導體接觸層102a上形成絕緣層104，在絕緣層104上預定形成粗化區域104b1以外的區域(即，欲形成平坦區域104b2的位置)覆蓋一光阻層(未繪示)，對未被光阻層覆蓋的絕緣層104區域進行粗化，並移除上述光阻層(未繪示)。對絕緣層104進行粗化的方式可包含濕式蝕刻(wet etching)或乾式蝕刻(dry etching)，乾式蝕刻例如感應耦合電漿蝕刻法(Inductively Coupled Plasma；ICP)或反應式離子蝕刻法(Reactive Ion Etching；RIE)。
第4圖顯示第1圖之半導體發光元件10之區域R1之放大示意圖。具體來說，第4圖為第1圖之局部透視示意圖。如第4圖所示，由上視觀之，粗化區域104b1可包含複數個子粗化區域104b1s。各子粗化區域104b1s可分別對應且鄰接於複數個導電柱103a中之一者。於一實施例，各子粗化區域104b1s係分別圍繞各導電柱103a。子粗化區域104b1s與導電柱103a之上視形狀例如為多邊形(如矩形、五角形、六角形)、圓形或橢圓形。於此實施例，子粗化區域104b1s
與導電柱103a具有相同之形狀。於另一實施例，子粗化區域104b1s與導電柱103a具有不同之形狀。互相對應的子粗化區域104b1s與導電柱103a之上視形狀可具有相同或不同的幾何中心位置。於此實施例，平坦區域104b2可圍繞複數個子粗化區域104b1s。詳細而言，平坦區域104b2可連續性地分佈於複數個子粗化區域104b1s之間，而複數個子粗化區域104b1s係彼此分離。於另一實施例，複數個子粗化區域104b1s中亦可有兩個以上的子粗化區域104b1s彼此相連的態樣。於一實施例，絕緣層104中粗化區域104b1之面積可小於或等於絕緣層104中平坦區域104b2之面積。根據另一實施例，絕緣層104之第二表面104b亦可全部為粗化區域104b1，而不存在平坦區域104b2。
如第2圖所示，於此實施例，半導體磊晶疊層101更包括第一半導體結構101a、第二半導體結構101c以及活性區101b。如第2圖所示，第二半導體結構101c位於第一半導體結構101a上，活性區101b位於第一半導體結構101a及第二半導體結構101c之間。於操作半導體發光元件10時，活性區101b可發出具有一峰值波長(peak wavelength)之光線。上述光線可為可見光或不可見光。峰值波長可取決於活性區101b之材料組成。舉例來說，當活性區101b之材料包含InGaN系列時，例如可發出峰值波長為400nm至490nm的藍光、深藍光，或是峰值波長為490nm至550nm的綠光；當活性區101b之材料包含AlGaN系列時，例如可發出峰值波長為250nm至400nm的紫外光；當活性區101b之材料包含InGaAs系列、InGaAsP系列、AlGaAs系列或AlGaInAs系列時，例如可發出峰值波長為700至1700nm的紅外光；當活性區101b之材料包含InGaP系列或AlGaInP系列時，例如可發出峰值波長為610nm至700nm的紅光、或是峰值波長為530nm至600nm的
黃光。於一實施例，複數個導電柱103a之總面積與活性區101b之面積之比值小於25%，例如介於10%至18%，以得到良好的電流分佈效果。
第一半導體結構101a與第二半導體結構101c具有相反的導電型態。例如，第一半導體結構101a為p型半導體且第二半導體結構101c為n型半導體；或者第一半導體結構101a為n型半導體且第二半導體結構101c為p型半導體。上述n型半導體例如為摻雜碲(Te)或矽(Si)之半導體，p型半導體例如為摻雜碳(C)、鋅(Zn)或鎂(Mg)之半導體。於一實施例，第一半導體結構101a與第二半導體結構101c可分別包括單層或多層。活性區101b例如包含多重量子井(MQW)結構。第一半導體接觸層102a與第一半導體結構101a可具有相同的導電型態。於一實施例，半導體磊晶疊層101更包含第二半導體接觸層102b位於第一電極106以及第二半導體結構101c之間。第二半導體接觸層102b可具有較高之摻質濃度(例如1x1018/cm3或1x1019/cm3以上之濃度)，以與第一電極106形成良好之電性接觸，例如歐姆接觸。第二半導體接觸層102b與第二半導體結構101c可具有相同的導電型態。於另一實施例，第二半導體接觸層102b在垂直方向Y上與第一電極106中的電極墊106a不重疊而與多個延伸電極106b重疊，即第二半導體接觸層102b僅位於延伸電極106b與第二半導體結構101c之間。藉此，可避免於半導體元件10操作時電流過度集中於電極墊106a附近，使元件中的電流散佈更為均勻。於一實施例，延伸電極106b可覆蓋並直接接觸第二半導體接觸層102b之側表面與上表面，進一步增加第二半導體接觸層102b與第一電極106之接觸面積，形成良好電性接觸。
第一半導體結構101a、活性區101b、第二半導體結構101c、第一半導體接觸層102a及第二半導體接觸層102b可包含相同系列之二元、三元或四元
III-V族半導體材料。上述之二元、三元或四元III-V族半導體材料例如包含AlInGaAs系列、AlGaInP系列、AlInGaN系列或InGaAsP系列。其中，AlInGaAs系列可表示為(Alx1In(1-x1))1-x2Gax2As；AlInGaP系列可表示為(Aly1In(1-y1))1-y2Gay2P，AlInGaN系列可表示為(Alz1In(1-z1))1-z2Gaz2N；InGaAsP系列可表示為Inz3Ga1-z3Asz4P1-z4；其中，0≦x1,y1,z1,x2,y2,z2,z3,z4≦1。於一實施例，第一半導體接觸層102a包含二元III-V族化合物半導體材料，例如磷化鎵(GaP)。於一實施例，第二半導體接觸層102b包含二元或三元III-V族化合物半導體材料，例如砷化鎵(GaAs)或磷化銦鎵(InGaP)。
基底114可為一導電基板，包含導電材料例如砷化鎵(Gallium Arsenide，GaAs)、磷化銦(Indium Phosphide，InP)、碳化矽(Silicon carbide，SiC)、磷化鎵(GaP)、氧化鋅(ZnO)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、鍺(Ge)或矽(Si)。
絕緣層104包含電絕緣材料，例如氧化物或氟化物。所述之氧化物例如二氧化矽(SiOx)，所述之氟化物例如氟化鎂(MgFx)。於一實施例，絕緣層104包含電絕緣材料，例如折射率低於1.4之低折射率電絕緣材料，如氟化鎂(MgFx)。導電結構103包含透明導電氧化物，包含但不限於氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅錫(ZTO)、氧化鎵鋅(GZO)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦鈰(ICO)、氧化銦鎢(IWO)、氧化銦鈦(ITiO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化銦鎵(IGO)、或氧化鎵鋁鋅(GAZO)。反射層110位於接合層112以及導電結構103之間，且相對於半導體磊晶疊層101所發出的光可具有至少80%的反射率。反射層110包含導電材料，例如金屬或合金。所述之金屬例如包含銀(Ag)、金(Au)或鋁(Al)。接合層112位於反射層110以及基底114之間。接合層112可包含導電材料，例如金屬或合金。根據一實施例，用於形成接
合層112之材料熔點低於400度C，以便於以例如焊接、共熔或熱壓接合方式接合基底114與反射層110。
第一電極106及第二電極116用以電性連接半導體發光元件10至部電源或其他電子元件。第一電極106及第二電極116的材料例如包含金屬氧化物、金屬或合金。所述之金屬氧化物可為導電金屬氧化物，例如包含氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅錫(ZTO)、氧化鎵鋅(GZO)、氧化銦鎢(IWO)、氧化鋅(ZnO)或氧化銦鋅(IZO)。所述之金屬例如鍺(Ge)、鈹(Be)、鋅(Zn)、金(Au)、鉑(Pt)、鈦(Ti)、鋁(Al)、鎳(Ni)、或銅(Cu)。所述之合金例如包含至少兩者選自由上述金屬所組成之群組，例如鍺金鎳(GeAuNi)、鈹金(BeAu)、鍺金(GeAu)、鋅金(ZnAu)。
根據一實施例，半導體元件10還可選擇性地包含一抗反射結構(未繪示)。抗反射結構可位於絕緣層104與導電結構103之間，且和絕緣層104與導電結構103直接接觸。於一實施例，抗反射結構可具有第四折射率n4。第四折射率n4可介於絕緣層104的第二折射率n2與導電結構103的第三折射率n3之間。根據一實施例，第四折射率n4可大致為
，且抗反射結構之厚度可大致為λ*(2a+1)/(4*n4)，其中a為大於等於0之整數(a=0,1,2...)，λ為活性區101b所發出之光線的峰值波長。抗反射結構之材料可包含電絕緣材料或透明導電氧化物，如氧化鋁(Al2O3)、氧化矽(SiOx)、或氮氧化矽(silicone oxynitride)。藉由於絕緣層104與導電結構103之間進一步設置上述抗反射結構，亦有助於減少光線在絕緣層104與反射層110之間反覆反射的情況，藉此提高光線自半導體發光元件10向外取出的效率。
第5圖為本揭露內容一實施例之半導體發光元件的封裝結構20之剖面結構示意圖。請參照第5圖，封裝結構20包含半導體元件10、封裝基板21、第一導電結構23、接合線25、第二導電結構26以及封裝層28。封裝基板21可包含
陶瓷或玻璃材料。封裝基板21中具有多個通孔22。通孔22中可填充有導電性材料例如金屬，以助於導電或/且散熱。第一導電結構23位於封裝基板21一側的表面上，且亦包含導電性材料，如金屬。第二導電結構26位於封裝基板21另一側的表面上。在本實施例中，第二導電結構26包含第三接觸墊26a以及第四接觸墊26b，且第三接觸墊26a以及第四接觸墊26b可藉由通孔22而與第一導電結構23電性連接。在一實施例中，第二導電結構26可進一步包含散熱墊(thermal pad)(未繪示)，例如位於第三接觸墊26a與第四接觸墊26b之間。半導體元件10位於第一導電結構23上，可具有本揭露內容任一實施例所述的結構或其變化例。在本實施例中，第一導電結構23包含第一接觸墊23a及第二接觸墊23b，半導體元件10藉由導電線25而與第一導電結構23的第二接觸墊23b電性連接。導電線25的材質可包含金屬，例如金、銀、銅、鋁或上述元素之合金。封裝層28覆蓋於半導體元件10上，以保護半導體元件10，封裝層28可包含樹脂材料例如環氧樹脂(epoxy)、矽氧烷樹脂(silicone)。於一實施例，封裝層28更可包含複數個波長轉換粒子(未繪示)以轉換半導體磊晶結構100所發出的光線。
基於上述，本發明可提供一種半導體發光元件及封裝結構，其結構設計有助於改善如半導體發光元件之光電特性(例如光萃取效率及發光功率)。本發明之半導體發光元件或半導體封裝結構可應用於照明、醫療、顯示、通訊、感測、電源系統等領域的產品，例如燈具、監視器、手機、平板電腦、車用儀表板、電視、電腦、穿戴裝置(如手錶、手環、項鍊等)、交通號誌、戶外顯示器、醫療器材等。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然在不脫離本發明之精神和範圍內可作些許之修飾或變更，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。上述實施例內容在適當的情況下可互相組合或替換，而非僅限於所描述之特定實施例。舉例而言，在一實施例中所揭露特定構件之相關參數或特定
構件與其他構件的連接關係亦可應用於其他實施例中，且均落於本發明之權利保護範圍。
10:半導體發光元件
100:半導體磊晶結構
101:半導體磊晶疊層
101a:第一半導體結構
101b:活性區
101c:第二半導體結構
102a:第一半導體接觸層
102b:第二半導體接觸層
103:導電結構
103a:導電柱
103b:導電層
104:絕緣層
104h:孔洞
106a:電極墊
110:反射層
112:接合層
114:基底
116:第二電極
R2:區域
Claims (10)
- 一種半導體發光元件，包括：一半導體磊晶結構，包含一半導體接觸層以及一活性區，該活性區位於該半導體接觸層上；一絕緣層，具有一第一表面以及相對於該第一表面的一第二表面，該第一表面與該半導體接觸層相接；以及一導電結構，包含一導電層以及一導電柱，該導電柱直接連接該導電層，該導電層位於該絕緣層之該第二表面上，該導電柱穿過該絕緣層而與該半導體接觸層連接；其中，該絕緣層之該第一表面之粗糙度小於該第二表面之粗糙度。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件，其中，該第二表面具有一粗化區域，且該粗化區域形成於該第二表面鄰近該導電柱之區域。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件，更包含複數個導電柱彼此分離地分布於該絕緣層內。
- 如申請專利範圍第3項所述之半導體發光元件，其中，該第二表面具有一粗化區域，且該粗化區域包含複數個子粗化區域，該些子粗化區域對應於該些導電柱。
- 如申請專利範圍第4項所述之半導體發光元件，其中，該些子粗化區域彼此分離。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件，其中，該導電層與該導電柱包含不同的材料。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件，更包含一第一電極，位於該半導體磊晶結構上，且該第一電極與該複數個導電柱在一垂直方向上不具有重疊之區域。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件，更包含一接合層，其中，該導電層位於該接合層及該絕緣層之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件，其中，該第二表面具有一粗化區域，且該粗化區域包含不規則排列之複數個凸起及複數個凹陷。
- 如申請專利範圍第9項所述之半導體發光元件，其中，相鄰之該凸起及該凹陷可具有一高低差H，且該絕緣層具有一厚度Ta，該高低差H可介於該厚度Ta的1/100至該厚度Ta的1/2之範圍。
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-
2022
- 2022-04-29 TW TW111116342A patent/TWI830216B/zh active
Patent Citations (5)
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