TWM484188U - 發光元件 - Google Patents
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Description
本新型涉及發光元件技術領域,具體涉及一種發光元件。
圖1為現有技術中氮化鎵(GaN)發光二極體(Light Emitting Diode,LED)的結構示意圖。如圖1所示,該發光二極體包括依次形成於基板10上的n型氮化鎵層20、發光層30、p型氮化鎵層40以及氧化銦錫(ITO)層90,其中n型氮化鎵層20和p型氮化鎵層40被蝕刻掉一部分而暴露了部分n型氮化鎵層20,在該暴露的n型氮化鎵層20上形成有負電極82,在p型氮化鎵層40以及ITO層90上形成有正電極81,並在正電極81、ITO層90、n型氮化鎵層20以及負電極82上形成有保護層61。
由於藍寶石(Sapphire)製作的基板10不導電,故電極必須設置在發光二極體的正面,即正電極81形成於p型氮化鎵層40的正面,負電極82形成於n型氮化鎵20的正面。這種結構中,無論發光二極體如何放置,其電流方向都是垂直的。但是在製作負電極82時,必須將發光
二極體由p型氮化鎵層40的表面蝕刻至n型氮化鎵層20,且蝕刻的溝槽必須足夠寬,才能通過打線的方式在n型氮化鎵層20的表面形成負電極82。這樣,原本由發光層30所在的區域構成的發光區域就被蝕刻掉了一部分,從而影響了發光效果;另一方面由於藍寶石製作的基板10的導熱性較差,因此LED發光時所產生的熱量難以及時散出,從而會降低LED的性能。
本新型要解決的技術問題是如何減少發光元件的遮光面積,並提高電流散佈效率,增加發光元件的發光區域。
本新型實施例提供了一種發光元件,包括:基板;第一導電型半導體層,位於所述基板上;發光層,位於所述第一導電型半導體層的正面;第二導電型半導體層,位於所述發光層的正面;正電極,位於所述第二導電型半導體層的正面;以及負電極,至少部分位於所述第一導電型半導體層的側面。
本新型實施例提供的發光元件,通過把負電極形成於發光元件的側面上,有效減少了傳統發光元件的遮光面積,並且提高了電流散佈效率;同時由於形成於側面的負電極所需蝕刻掉的發光層較少,從而增加了發光區域,改善了發光元件的發光品質;另一方面由於發光層散發的熱量由於離印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB)較近,因此可以導熱效果更好;進一步地由於採用本新型
的發光元件可以採用覆晶技術通過粘接或焊接的方式連接到PCB板上,因此降低了導線連接成本。
10‧‧‧基板
200‧‧‧第一導電型半導體層
20‧‧‧n型氮化鎵層
30‧‧‧發光層
400‧‧‧第二導電型半導體層
40‧‧‧p型氮化鎵層
50‧‧‧第一溝槽
60‧‧‧第二溝槽
61‧‧‧保護層
70‧‧‧反射層
80‧‧‧電極層
81‧‧‧正電極
82‧‧‧負電極
90‧‧‧ITO層
91‧‧‧印刷電路板
92‧‧‧導熱絕緣層
93‧‧‧凹槽
本新型之其他的特徵及功效,將於參照圖式的較佳實施例詳細說明中清楚地呈現,其中:圖1是現有技術中氮化鎵發光二極體的結構示意圖;圖2是本新型一個實施例提供的發光元件製作方法的流程圖;圖3(a)-圖3(d)分別是本新型一個實施例提供的發光元件製作方法的各工藝過程中發光元件的剖面圖;圖3(e)是與圖3(d)所對應的立體圖;圖4是本新型另一個實施例提供的發光元件製作方法中發光元件的剖面圖;圖5是圖4所示的發光元件與PCB板連接的示意圖;圖6(a)-圖6(e)分別是本新型又一個實施例提供的發光元件製作方法的各製造過程中發光元件的剖面圖;圖7(a)-圖7(b)分別是與圖6(e)所示的發光元件連接的PCB的結構示意圖以及封裝後的結構示意圖;圖8是本新型一個實施例提供的具有傾斜負電極的發光元件的剖面圖;圖9是本新型另一個實施例提供的具有傾斜負電極的發光元件的剖面圖圖10(a)和圖10(b)分別是本新型一個實施例提供的具有三面負電極的發光元件的立體圖和剖面圖;
圖11是本新型一個實施例提供的具有雙面負電極的發光元件的立體圖;圖12是本新型另一個實施例提供的具有雙面負電極的發光元件的立體圖;圖13是本新型一個實施例提供的具有單面負電極的發光元件的立體圖;圖14(a)-圖14(c)分別是本新型一個實施例提供的具有若干正電極的發光元件的立體圖、剖面圖和俯視圖;圖15是本新型另一個實施例提供的具有若干個正電極的發光元件的俯視圖;圖16是本新型一個實施例提供的封裝之後的發光元件的結構示意圖;及圖17(a)-圖17(b)分別是本新型一個實施例提供的高壓LED的剖面圖和俯視圖。
有關本新型之前述及其他技術內容、特點與功效,在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中,將可清楚地呈現。
圖3(d)是本新型一個實施例提供的發光元件的結構示意圖,該發光元件包括:基板10,依次形成於基板10上的第一導電型半導體層200、發光層30以及第二導電型半導體層400,還包括正電極81和負電極82,其中正電極81形成於第二導電型半導體層400的正面,負電極82至少部分形成於第一導電型半導體層200的側面。
優選地,本實施例中的第一導電型半導體層200採用n型氮化鎵製作,因此在以下實施態樣以n型氮化鎵層20舉例說明;第二導電型半導體層400採用p型氮化鎵層製作,因此在以下實施態樣中以p型氮化鎵層40舉例說明。
本實施例中,將p型氮化鎵層40遠離發光層30的一面稱之為正面,將接觸發光層30的一面稱之為背面,將剩下的四個面稱之為側面。將n型氮化鎵層20接觸發光層30的一面稱之為正面,將接觸基板10的一面稱之為背面,將剩下的四個面稱之為側面。將發光層30接觸p型氮化鎵層40的一面稱之為正面,接觸n型氮化鎵層20的一面稱之為背面,將發光層30不與n型氮化鎵層20和p型氮化鎵層40接觸的四個面稱之為側面。
本實施例中,優選地,負電極82僅形成於n型氮化鎵層20的側面,方向為垂直於n型氮化鎵層20所在的橫向平面;於其它實施例中,負電極82也可以根據實際需要形成於n型氮化鎵層20的側面和正面(其結構如圖4所示);還可以形成於n型氮化鎵層20的側面、發光層30的側面、p型氮化鎵層40的側面以及p型氮化鎵層40的正面(其結構如圖6(e)所示),只要有一部分位於n型氮化鎵層20的側面即可。而且,負電極82還可以傾斜形成於n型氮化鎵層20的側面(其結構如圖8所示),這種情況下,n型氮化鎵層20形成有負電極82的側面也為相應的傾斜面;還可以傾斜形成於n型氮化鎵層20的側面和正面(其
結構如圖9所示)。當負電極82傾斜形成時,這種結構更有利於後續封裝工藝的進行。
此外,本實施例的負電極82可以形成於n型氮化鎵層20的四個側面上(其結構如圖3(e)所示);也可以根據實際需要形成於n型氮化鎵層20的三個側面上(其結構如圖10(a)和圖10(b)所示);還可以形成於n型氮化鎵層20的兩個側面上,相對的兩個側面(其結構如圖11所示)或者相鄰的兩個側面(其結構如圖12所示)皆可;還可以只形成於n型氮化鎵層20的一個側面上(其結構如圖13所示)。上述方案中,形成於n型氮化鎵層20的四個側面上的負電極82所構成的發光元件的電流散佈效率最好。
進一步地,本實施例提供的發光元件還可以包括保護層61,保護層61形成於正電極81和負電極82之間並從p型氮化鎵層40延伸至n型氮化鎵層20(其結構如圖6(e)所示)。
此外,為了提高電流散佈效率,以及對於發光元件太大的情況,僅靠側面的負電極82導電可能會導致電流不會流到發光元件的中間部分,從而降低中間部分的發光效率,因此可以將保護層61做成田字格狀或多個條狀,以將正電極81分隔成若干個方形(其結構如圖14(a)-圖14(c)所示)或三角形(其結構如圖15所示)或其它形狀的電極,將若干個正電極81與負電極82連接在一起。或者將負電極82做成螺旋狀等能夠離發光元件中間部分
的正電極81較近的形狀和長度。
圖2是本新型一個實施例提供的發光元件製作方法的流程圖,並結合圖3(a)-圖3(d)所示,該方法包括:
步驟S10、在基板10上依次形成第一導電型半導體層200、發光層30以及第二導電型半導體層400。
本實施例中,基板10具體為藍寶石基板。第一導電型半導體層200的材料可以為n型氮化鎵,也可以為n型磷化鋁銦鎵(AlGaInP),第二導電型半導體層400的材料可以為p型氮化鎵,也可以為p型磷化鋁銦鎵,優選地,本申請各實施例中的第一導電型半導體層200和第二導電型半導體層400分別採用n型氮化鎵和p型氮化鎵製作。
步驟S20、在步驟S10得到的如圖3(a)所示的發光元件上形成至少一個第一溝槽50,該第一溝槽50從p型氮化鎵層40延伸至n型氮化鎵層20。
本步驟中第一溝槽50的數量、寬度與形狀均無特殊限定。第一溝槽50可以形成於發光元件的四個側面上,呈圈狀;第一溝槽50還可以形成於發光元件的兩個側面、三個側面或一個側面上。
步驟S30、在步驟S20得到的如圖3(b)所示的發光元件上依次形成反射層70和電極層80。
具體地,在p型氮化鎵40的正面以及第一溝槽50的底面和周面形成反射層70;該反射層70的材料可以
為導電性能較好的金屬或半導體,在形成反射層70時,為了增加表面的接觸面積可以採用現有技術中的階梯覆蓋(Step Coverage)工藝;電極層80的材料為金或其它導電金屬,電極層80需完全覆蓋反射層70,如圖3(c)所示;本步驟可以採用鍍膜工藝來實現。
步驟S40、去除掉部分反射層70和電極層80,使得電極層80分離成位於p型氮化鎵層40正面的正電極81和位於n型氮化鎵層20側面的負電極82。
本步驟可以採用蝕刻或者剝離的工藝來實現。正電極81的大小根據封裝方式的不同而不同。若採用覆晶技術封裝時正電極81的面積越大越好(如圖10(a)、圖10(b)所示),若採用傳統的打線封裝方式則正電極81的面積需要儘量小(如圖3(e)所示),只要能夠打上連接線即可,以減少遮光面積。此外,負電極82可以全部位於n型氮化鎵層20的側面,也可以部分位於n型氮化鎵層20的側面,例如:負電極位於n型氮化鎵層20的側面、發光層30的側面、p型氮化鎵層40的側面以及p型氮化鎵層40的正面。
此外,為了保護因蝕刻溝槽而暴露的發光層,於步驟S20之前或步驟S40之後,還包括步驟:
步驟S20’,在上一步驟得到的發光元件上形成至少一個第二溝槽60,第二溝槽60從p型氮化鎵層40延伸至n型氮化鎵層20,在第二溝槽60中形成保護層61。
該保護層61的材料必須絕緣且導電性差,結構
穩定且不易與其它材料起化學反應,優選地,本步驟中保護層61的材料為二氧化矽(SiO2)。
優選地,為了節省成本,可以根據實際需要將若干個發光元件封裝到一塊印刷電路板91上,其結構如圖16所示,這種封裝方式比傳統打線方式更為簡單,具有單面負電極的發光元件、具有雙面負電極的發光元件均可以採用這種方式來封裝。
此外還可以串聯幾個發光元件製成高壓LED(HVLED)。這種情況下,第一溝槽50需要蝕刻至基板10,利用基板10的不導電性將各個負電極82隔開。但是電極層82仍鍍至n型氮化鎵層20,即負電極82仍然形成於n型氮化鎵層20的側面。並作第一溝槽50中沒有電極層80的部分鍍上保護層61,然後將各個正電極81以及負電極82分別串聯即可(其結構如圖17(a)-圖17(b)所示)。
此外還可以於本實施例的發光元件上覆蓋上螢光粉以製成白光LED。
下面以具體的實施例來對發光元件製作方法進行說明。
圖3(a)-圖3(d)為本新型另一個實施例提供的發光元件製作方法的各工藝過程中發光元件的剖面圖,本方法形成的發光元件,正電極81位於p型氮化鎵層40的正面,負電極82位於n型氮化鎵層20的側面;該方法包括以下步驟:
第101步驟、在基板10上依次形成n型氮化鎵
層20、發光層30和p型氮化鎵層40。
本步驟中的基板10具體為藍寶石基板;該步驟得到的發光元件結構如圖3(a)所示。
第102步驟、在第101步驟得到的發光元件上沿著該發光元件的外側形成第一溝槽50。
結合圖3(b)所示,第一溝槽50也從p型氮化鎵層40向下延伸至n型氮化鎵層20;第一溝槽50位於發光元件的四個側面上,呈圈狀。
第103步驟、在第102步驟得到的發光元件上依次形成反射層70和電極層80。
結合圖3(c)所示,本步驟中的反射層70和電極層80位於p型氮化鎵層40的正面以及第一溝槽50的底面和周面上,且電極層80完全覆蓋反射層70。
第104步驟、去除掉部分反射層70和電極層80,以將電極層80分離為正電極81和負電極82。
結合圖3(d)以及圖3(e)所示,具體地,將第一溝槽50中的反射層70和電極層80蝕刻或剝離掉。進一步地,由於本實施例採用打線封裝工藝,因此將p型氮化鎵層40正面的大部分反射層70和電極層80都去除掉,僅留下位於p型氮化鎵層40正面中央較小面積的一部分電極層80作為正電極81即可。
圖4為本新型另一個實施例提供的發光元件製作方法中的發光元件的剖面圖,本方法形成的發光元件,正電極81位於p型氮化鎵40的正面,負電極82位於n型
氮化鎵層20的側面;該方法包括以下步驟:
第201-203步驟、與第101-103步驟相同;可參考圖3(a)-圖3(c)所示。
第204步驟、去除掉部分反射層70和電極層80,以將電極層80分離為正電極81和負電極82。
結合圖4所示,本步驟與第104步驟的區別在於:保留第一溝槽50底部的部分電極層,使得位於n型氮化鎵層20正面和側面的電極層80構成負電極82;此外,本實施例的發光元件採用覆晶技術來封裝,因此形成於p型氮化鎵層40的正面的正電極81的面積可以儘量大。
在後續採用覆晶技術的封裝工藝中,如圖5所示,將第204步驟得到的發光元件倒置,按照圖5所示箭頭方向將正電極81焊接或粘接或燒結在印刷電路板(PCB)91上的凹槽93內,將負電極82焊接或粘接在印刷電路板91的上表面上即可。本實施例中的印刷電路板91具體為雙層金屬印刷電路板(MCPCB),兩層金屬之間具有導熱絕緣層92。這種情況下,可以將印刷電路板91的兩層金屬分別作為正極和負極。
圖6(a)-圖6(e)分別是本新型又一個實施例提供的發光元件製作方法的各工藝過程中發光元件的剖面圖;採用該方法製作的發光元件,負電極82形成於p型氮化鎵層40的正面和側面、發光層30的側面以及n型氮化鎵層20的側面。該方法包括:
第301步驟、與第101步驟相同;可參考圖3
(a)所示。
第302步驟、在上一步驟得到的發光元件上形成第二溝槽60,並在第二溝槽60中形成保護層61。
結合圖6(a)所示,本實施例中,第二溝槽60從p型氮化鎵層40向下延伸至n型氮化鎵層20,第二溝槽60位於發光元件的四個側面上並呈圈狀;保護層61的材料優選為SiO2,用於對發光層30進行隔離,避免發光層30在後續製作工藝中受到污染。
第303步驟、在第202步驟得到的發光元件上形成第一溝槽50。
結合圖6(b)所示,第一溝槽50位於第二溝槽60的外側,第一溝槽50可以與第二溝槽60深度相同也可以比第二溝槽60深(圖6(b)中示出了第一溝槽50比第二溝槽60深的情況);第一溝槽50也從p型氮化鎵層40向下延伸至n型氮化鎵層20;第一溝槽50可以與第二溝槽60相鄰形成,也可以與第二溝槽50相隔一定的距離形成,無論第一溝槽50與第二溝槽60是否相鄰,對所形成的負電極82的功能都沒有影響;本實施例中,第一溝槽50也呈圈狀。
第304步驟、在上一步驟得到的發光元件上依次形成反射層70和電極層80。
具體地,結合圖6(c)所示,該反射層70和電極層80形成於p型氮化鎵層40的正面、保護層61的正面以及第一溝槽50的底面和周面。
第305步驟、去除部分反射層70和電極層80,以將電極層80分離成正電極81和負電極82。
具體地,結合圖6(d)所示,將保護層61正面對應的反射層70和電極層80蝕刻或剝離掉。
第306步驟、沿第一溝槽50所在的圈將上一步驟得到的發光元件切開,以形成位於p型氮化鎵層40的正面的正電極81和位於p型氮化鎵層40的正面和側面、發光層30的側面和n型氮化鎵層20的側面的負電極82,其結構如圖6(e)所示。
圖7(a)示出了另一印刷電路板91的結構示意圖,圖7(b)示出了圖6(e)的發光元件與印刷電路板91封裝後的結構示意圖。
本新型實施例提供的發光元件及其製作方法,通過把負電極形成於發光元件的側面上,有效減少了傳統發光元件的遮光面積,並且提高了電流散佈效率;同時由於形成於側面的負電極所需蝕刻掉的發光層較少,從而增加了發光區域,改善了發光元件的發光品質;另一方面由於發光層散發的熱量離PCB板較近,因此導熱效果可以更好;進一步地由於採用本新型提供的方法製作的發光元件可以採用覆晶技術通過粘接或焊接的方式連接到PCB板上,因此降低了導線連接成本。
惟以上所述者,僅為本新型之較佳實施例而已,當不能以此限定本新型實施之範圍,即大凡依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修
飾,皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。
10‧‧‧基板
20‧‧‧n型氮化鎵層
30‧‧‧發光層
40‧‧‧p型氮化鎵層
70‧‧‧反射層
81‧‧‧正電極
82‧‧‧負電極
Claims (7)
- 一種發光元件,其特徵在於,包括:基板;第一導電型半導體層,位於所述基板上;發光層,位於所述第一導電型半導體層的正面;第二導電型半導體層,位於所述發光層的正面;正電極,位於所述第二導電型半導體層的正面;以及負電極,至少部分位於所述第一導電型半導體層的側面。
- 如請求項1所述之發光元件,其中,所述負電極至少還部分位於所述第一導電型半導體層的正面。
- 如請求項1所述之發光元件,其中,所述負電極至少還部分位於所述發光層的側面、所述第二導電型半導體層的側面以及所述第二導電型半導體層的正面。
- 如請求項1或2所述之發光元件,其中,所述第一導電型半導體層的形成有所述負電極的側面為傾斜面。
- 如請求項1至3中任一項所述之發光元件,其中,所述負電極至少部分位於所述第一導電型半導體層的一個側面、兩個側面、三個側面或者四個側面上。
- 如請求項4所述之發光元件,其中,所述負電極至少部分位於所述第一導電型半導體層的一個側面、兩個側面、三個側面或者四個側面上。
- 如請求項1所述之發光元件,還包括保護層,所述保護 層位於所述正電極與所述負電極之間,並從所述第二導電型半導體層延伸至所述第一導電型半導體層。
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