TWI805981B

TWI805981B - 半導體發光元件

Info

Publication number: TWI805981B
Application number: TW109147136A
Authority: TW
Inventors: 郭得山; 林哲弘
Original assignee: 晶元光電股份有限公司
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2023-06-21
Also published as: TW202228307A

Abstract

一種半導體發光元件，包含一基板；一半導體疊層，形成於基板上；一凹陷區；一第一保護結構，形成於半導體疊層上，且包含一第一上表面以及一轉折區對應於各凹陷區形成；以及一第二保護結構，覆蓋轉折區，且包含一第二上表面；其中，第一保護結構包含一裂縫自第一上表面延伸進入第一保護結構中，第二保護結構位於裂縫中，且第二上表面對應轉折區的部分相比第一上表面對應凹陷區的部分較為平坦或平順。

Description

半導體發光元件

本案關於一種半導體元件，特別是一種半導體發光元件。

發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)具有耗能低、低發熱、操作壽命長、防震、體積小、以及反應速度快等良好特性，因此適用於各種照明及顯示用途。除了需要好的發光效率外，LED也需要有良好的可靠度。一個LED，往往需要經過許多嚴格的可靠度測試，以證明其可耐用達一定的使用壽命。如何使LED能夠具有更佳的可靠度，為業界所努力的目標。

一種半導體發光元件，包含一基板；一半導體疊層，形成於基板上；一凹陷區；一第一保護結構，形成於半導體疊層上，且包含一第一上表面以及一轉折區對應於凹陷區形成；以及一第二保護結構，覆蓋轉折區，且包含一第二上表面；其中，第一保護結構包含一裂縫自第一上表面延伸進入第一保護結構中，第二保護結構位於裂縫中，其中，第二上表面對應轉折區的部分相比第一上表面對應凹陷區的部分較為平坦或平順。

一種半導體發光元件，包含一基板；一半導體疊層，形成於基板上；複數個凹陷區；一第一保護結構，形成於半導體疊層及基板上方，包含一第一上表面以及一第一下表面相對於第一上表面；一第二保護結構，形成於第一保護結構與半導體疊層及/或基板之間且位於凹陷區中，其中，第二保護結構包含一第二上表面及一第二下表面相對第二上表面；其中，第一保護結構對應凹陷區的第一上表面及/或第二保護結構對應凹陷區的第二上表面為一大致平坦的表面。

為了使本揭露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揭露之半導體發光元件，並非將本揭露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，本揭露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。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圖為本揭露一半導體發光元件1之一實施例的上視圖。第2圖係沿著第1圖之線段A-A’的半導體發光元件1的剖面圖。

請參閱第1圖及第2圖，根據本揭露一實施例，半導體發光元件1包含基板10、半導體疊層20、第一電極30、第二電極40、第一保護結構50、第二保護結構60、第三電極70以及第四電極80。半導體疊層20位於基板10的上表面10a上。半導體疊層20自基板上表面10a往上依序包含第一半導體層201、活性層203和第二半導體層202。第一半導體層201具有一上表面201a不被活性層203和第二半導體層202所覆蓋。基板10的上表面10a有一暴露區100不被第一半導體層201、活性層203和第二半導體層202所覆蓋。於一實施例中，暴露區100圍繞半導體疊層20。第一電極30包含第一接觸部31與第一延伸部32。第二電極40包含第二接觸部41與第二延伸部42。第一保護結構50覆蓋半導體疊層20、基板10、第一電極30及第二電極40。如第1圖所示，第一保護結構50包含二開口501、502對應第一電極30的第一接觸部31及第二電極40的第二接觸部41。第二保護結構60覆蓋第一保護結構50的一部份或全部。第三電極70及第四電極80分別形成於第一電極30及第二電極40上方。第三電極70藉由第一保護結構50的開口501電連接至第一電極30的第一接觸部31，第四電極80藉由第一保護結構50的開口502電連接至第二電極40的第一接觸部41。

基板10為一成長基板，用以磊晶成長半導體疊層20。基板10包括用以磊晶成長磷化鋁鎵銦(AlGaInP)之砷化鎵(GaAs) 晶圓，或用以成長氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)或氮化鋁鎵(AlGaN)之藍寶石(Al2O3)晶圓、氮化鎵(GaN)晶圓碳化矽(SiC)晶圓、或氮化鋁(AlN)晶圓。或者，基板10為一支撐基板，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。原先用以磊晶成長半導體疊層20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20移轉至前述之支撐基板。

請參閱第2圖，基板10與半導體疊層20相接的一面具有粗糙化的表面，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，基板10包含一或複數個特徵部11凸出或凹陷於基板10的上表面10a，特徵部11為包含半球形狀、圓錐形狀、或多邊錐形狀的部件。在其他實施例中，基板10與半導體疊層20相接的一面為平坦的表面。

在一實施例中，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上形成半導體疊層，例如具有光電特性之半導體疊層20，例如發光(light-emitting)疊層，其中物理氣相沉積法包含濺鍍(Sputtering)或蒸鍍(Evaporation)法。接著，藉由蝕刻製程於半導體疊層20上形成一平台並露出第一半導體層201的上表面201a，以及移除部分半導體疊層20，在基板10上形成暴露區100。

藉由改變半導體疊層20中一層或多層(例如第一半導體層201、第二半導體層202及活性層203)的物理及化學組成以調整半導體發光元件1發出光線的波長。半導體疊層20之材料包含Ⅲ-Ⅴ族半導體材料，例如Al _xIn _yGa _(1-x-y)N或Al _xIn _yGa _(1-x-y)P，其中x≧0，y≦1，且(x+y)≦1。當半導體疊層20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20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20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201和第二半導體層202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201為n型電性的半導體，第二半導體層202為p型電性的半導體。活性層203形成在第一半導體層201和第二半導體層202之間，電子與電洞於一電流驅動下在活性層203複合，將電能轉換成光能，以發出一光線。活性層203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203之材料可為中性、p型或n型電性的半導體。第一半導體層201、第二半導體層202、或活性層203可為一單層或包含複數層的結構。

此外，半導體疊層20還包含一緩衝層(圖未示)位於第一半導體層201和基板10之間，用以釋放基板10和半導體疊層20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複數層的結構。緩衝層的材料包括GaN、AlGaN或AlN。在一實施例中，緩衝結構包括多個子層(圖未示)。子層包括相同材料或不同材料。在一實施例中，緩衝結構包括兩個子層，其中第一子層的生長方式為濺鍍，第二子層的生長方式為MOCVD。在一實施例中，緩衝層另包含第三子層。其中第三子層的生長方式為MOCVD，第二子層的生長溫度高於或低於第三子層的生長溫度。在一實施例中，第一、第二及第三子層包括相同材料，例如AlN，或不同材料，例如AlN、GaN及AlGaN的組合。在其它實施例中，以PVD-氮化鋁(PVD-AlN)做為緩衝層，用以形成PVD-氮化鋁的靶材係由氮化鋁所組成，或者使用由鋁組成的靶材並於氮源的環境下反應性地形成氮化鋁。

第一電極30與第二電極40之材料包含金屬，例如鉻(Cr)、鈦(Ti)、金(Au)、鋁(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、錫(Sn)、鎳(Ni)、銠(Rh)或鉑(Pt)等金屬或上述材料之合金或疊層。在一些實施例中，第一電極30及/或第二電極40為一單層，或包含複數層的結構諸如包含Ti/Au層、Ti/Al 層、Ti/Pt/Au層、Cr/Au層、Cr/Pt/Au層、Ni/Au層、Ni/Pt/Au層、Ti/Al/Ti/Au層、Cr/Ti/Al/Au層、Cr/Al/Ti/Au層、Cr/Al/Ti/Pt層或Cr/Al/Cr/Ni/Au層、或其組合。

請參閱第2圖，第一保護結構50為單層或是多層結構，且包含一第一上表面50a。在一實施例中，第一保護結構50為單層結構，包含非導電性材料例如介電材料例如氧化鋁(Al ₂O ₃)、氮化矽(SiN _x)、氧化矽(SiO _x)、氧化鈦(TiO _x)，或氟化鎂(MgF _x)。在另一實施例中，第一保護結構50為包含複數層的結構，例如包含不同折射率的兩種以上之材料層交替堆疊以形成一分散式布拉格反射鏡(DBR)結構，用以將來自活性層203的光反射至基板10之一側。例如，通過SiO ₂/TiO ₂或SiO ₂/Nb ₂O ₅等疊層來形成高反射率的DBR結構。當半導體發光元件1所發射的光的波長為λ時，分散式布拉格反射鏡(DBR)結構的光學厚度被設定為λ/4的整數倍。分散式布拉格反射鏡(DBR)結構的光學厚度在λ/4的整數倍的基礎上可具有±30%的偏差。於一實施例中，第一保護結構50的形成方式包含物理氣相沉積(PVD)、電子束蒸鍍(E-gun Evaporation)、熱蒸鍍(Thermal Evaporation)、原子層沉積(Atomic Layer Deposition，ALD)或電漿輔助化學氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)。

第二保護結構60的材料包含具可流動性的材料。由於第二保護結構60的材料具有可流動的特性，因而得以非等向性地形成於第一保護結構50的轉折區52及/或裂縫54中，將於後詳述之。在一實施例中，第二保護結構60由旋轉式塗佈介質所構成。具可流動性的材料包含有機材料或無機材料。有機材料包含感光材料、聚合物材料或其組合。感光材料包含Su-8、苯並環丁烯(BCB)。聚合物材料包含過氟環丁烷(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(PI)、或氟碳聚合物(fluorocarbon polymer)。無機材料包含含矽材料例如矽氧烷。第二保護結構60可藉由非等向性地將上述具可流動性的材料形成於半導體發光元件1上。非等向性的形成方式包含旋轉式塗佈方式。

第三電極70及第四電極80之材料包含金屬，例如鉻(Cr)、鈦(Ti)、金(Au)、鋁(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、錫(Sn)、鎳(Ni)、銠(Rh)或鉑(Pt)等金屬或上述材料之合金或疊層。在一些實施例中，第三電極70及/或第四電極80為一單層，或包含複數層結構。在一些實施例中，第三電極70及/或第四電極80的上方分別再形成一電極接合墊(圖未示)。在另一實施例中，電極接合墊可與第三電極70及/或第四電極80於同一道製程中形成，或者第三電極70及/或第四電極80選擇適合的材料，分別即為一電極接合墊。電極接合墊包含金屬材料例如Sn、Au等金屬元素或其合金所構成的單一層或多層堆疊結構例如Sn/Ag、Sn/Au、Sn/AuSn、SnAg/Sn、SnAg/AuSn、SnAg/Sn/AuSn、或其組合，以用於在用以在打線或焊接製程連接載板，使半導體發光元件1和外部電源或外部電子元件電性連接。

在一些實施例中，第一電極30、第二電極40、第三電極70及第四電極80分別包含一厚度介於1μm~100μm之間，較佳為1.2μm~60μm之間，更佳為1.5μm~6μm之間。

在一些實施例中，於第二半導體層202的上表面202a上形成透明導電層28，並與第二半導體層202電性接觸，用以橫向分散電流。第一電極30位於第一半導體層201的上表面201a上，與第一半導體層201電性連接。第二電極40位於第二半導體層202的上表面202a上，透過透明導電層28與第二半導體層202電性連接。透明導電層28之材料包含對於活性層203所發出的光線為透明的材料，例如金屬或透明導電氧化物。金屬透明導電層28選自具有透光性的薄金屬層。透明導電氧化物包含石墨烯、氧化銦錫(ITO) 、氧化鎵鋅(GZO) 、氧化鋁鋅(AZO)或氧化銦鋅(IZO)。

請參閱第2圖，半導體發光元件1更可包含電流阻擋層26位於透明導電層28與第二半導體層202之間，及/或第一電極30與第一半導體層201之間(圖未示)。透明導電層28包含開口(圖未示)位於第二電極40的第二接觸部41下方，暴露第二半導體層202及/或電流阻擋層26，第二接觸部41可經由透明導電層28之開口接觸第二半導體層202。在其它實施例中，位於第一電極30與第一半導體層201的電流阻擋層，及/或透明導電層28與第二半導體層201之間的電流阻擋層26還包含不連續的複數個電流阻擋塊分別對應第一電極30及第二電極40設置。於一實施例中，電流阻擋塊位於第一接觸部31與第一延伸部32下方，及/或第二接觸部41與第二延伸部42下方，且電流阻擋塊的寬度分別大於或小於第一接觸部31與第一延伸部32及/或第二接觸部41與第二延伸部42的寬度。

電流阻擋層26係為非導電材料所形成，包含介電材料例如氧化鋁(Al2O3)、氮化矽(SiNx)、氧化矽(SiOx)、氧化鈦(TiOx)，或氟化鎂(MgFx)。於一變化例中，電流阻擋層26可以包括分散式布拉格反射鏡(DBR)結構，其中DBR結構係由不同折射率的絕缘材料堆疊而成。為了增加半導體發光元件1之光取出效率，電流阻擋層26對於活性層203所發出的光線具有80%以上的光反射率。

第3圖為本揭露之一半導體發光元件1之一實施例的局部剖面SEM照片，顯示第2圖的部分基板10、第一半導體層201，及位於其上的第一延伸部32、第一保護結構50與第二保護結構60。

參考第2、3圖，半導體發光元件1本身結構存在因高低差造成的一或多個凹陷區12。例如第一半導體層201與第一電極30，例如與第一延伸部32之間的高低差造成凹陷區12；及半導體疊層20與基板10表面的高低差造成凹陷區12；以及基板10本身粗糙化的表面的高低差造成多個凹陷區12。於一實施例中，凹陷區12位在第一半導體層201及第一電極30(如第一延伸部32)的交界處、在半導體疊層20與基板10的交界處、及/或位在基板10的特徵部11之間。在其它實施例中，諸如第一半導體層201與第一電極30的第一接觸部31之間、第二電極40的第二接觸部41及/或第二延伸部42與第二半導體層202及/或透明導電層28之間的高低差也會造成凹陷區(圖未示)。

因第一保護結構50覆蓋於凹陷區12上，特別是會順應凹陷區的形貌覆蓋於其上，導致第一保護結構50的薄膜特性受到影響，例如膜厚不均勻，或者膜質不夠緻密。於一實施例中，位於凹陷區12處的第一保護結構50膜層相對於凹陷區12以外的區域來得薄，或因凹陷區12的高低差造成膜厚較不均勻。於另一實施例中，位於凹陷區12處的第一保護結構50因凹陷區12的高低差造成鍍率不均勻，進而使得凹陷區12處薄膜不夠緻密，產生縫隙或薄膜不連續等缺陷。

第4圖為第3圖中的第一延伸部32與第一半導體層201的局部放大SEM照片。

請一併參考第3圖及第4圖，當第一保護結構50覆蓋凹陷區12時，第一保護結構50在對應凹陷區12的位置產生轉折區52。在本實施例中，若第一電極30的第一延伸部32的側面與其下方之第一半導體層201的上表面201a的夾角θ過大(例如大於30度、或大於40度、或大於60度)，就會造成第一保護結構50的轉折區52的轉折幅度過大，進而使第一保護結構50的薄膜特性不佳，例如階梯覆蓋不良使得膜厚不均勻，進而造成缺陷產生、或緻密度不佳。在其它實施例中，若第二電極40的第二延伸部42與其下方之第二半導體層202的上表面202a之間的夾角θ過大(例如大於30度、或大於40度、或大於60度)，也會導致第一保護結構50的薄膜特性不佳。

由於半導體發光元件1本身的高低差產生鍍膜階梯覆蓋不良的問題，進而造成薄膜，例如第一保護結構50特性不佳，影響半導體發光元件1的壽命。於本實施例中，藉由第二保護結構60覆蓋第一保護結構50的轉折區52的一部分或全部來填補或修復第一保護結構50的轉折區52及/或裂縫54。於一實施例中，第二保護結構60直接接觸並覆蓋第一保護結構50至少位於轉折區52的第一上表面50a。於本實施例中，第二保護結構60非順應地形成於第一保護結構50上。第二保護結構60具有一第二上表面60a，且第二上表面60a在對應轉折區52的位置相較於第一上表面52較為平坦或平順。於一實施例中，構成第二保護結構60的材料可選擇具有可流動性的材料。由於材料的可流動性特性，可藉由例如旋轉塗布方式，非等向性地沉積在轉折區52內。於一實施例中，第二保護結構經由旋轉塗布形成後，還可再進一步經由加熱使其固化。根據第二保護結構60的材料，選用適當的加熱溫度。例如，當第二保護結構60包含有機材料時，加熱溫度不高於300℃，例如約100℃至300℃，或例如約100℃至200℃；當第二保護結構60包含無機材料時，加熱溫度約300℃至400℃。因此，第二保護結構60在對應轉折區52的位置的厚度並不均一，且隨著轉折區52的轉折幅度愈大而膜覆蓋厚度增加，並且朝著遠離轉折區52的方向厚度逐漸減小。例如，當夾角θ增加時，即凹陷區12及轉折區52的轉折幅度增加時，第二保護結構60在對應轉折區52的位置的厚度也會增加，並且朝著遠離轉折區52的方向厚度逐漸減小，最小可減至0。

在一實施例中，第二保護結構60的第二上表面60a在對應轉折區52的位置中呈現一大致平坦的表面。在一些實施例中，第二保護結構60的第二上表面60a在對應轉折區52的位置中呈現一平順且具有弧度的表面。藉由第二保護結構60覆蓋第一保護結構50的轉折區52時，第二保護結構60的第二上表面60a在對應轉折區52的位置形成比第一保護結構50的第一上表面50a更為平坦或平順的形貌，從而能夠有效減緩因轉折區52導致半導體發光元件1表面的不平整，並且使後續製程例如於第一保護結構50上方形成的其它膜層得以獲得較佳的表面品質。在另一實施例中，藉由第二保護結構60材料的可流動特性，第二保護結構60可填入裂縫54中，進一步防止水氣滲入，或後續製程中形成的例如電極，在元件作動時，使得金屬沿著裂縫54擴散侵入半導體疊層20而降低半導體發光元件1的可靠性，或因裂縫54結構強度較弱，在後續製程產生之應力對其造成影響產生進一步結構性損傷。

第5圖為另一實施例之半導體發光元件1的SEM照片，顯示部分基板10、第一半導體層201、第一保護結構50與第二保護結構60的局部結構。

如第5圖所示，在本實施例中，半導體發光元件1的主要結構及材料與前述實施例類似，差異在於本實施例的半導體發光元件1的第一保護結構50包含一DBR結構56以及一底層58位於DBR結構56與基板10及/或半導體層(例如第一半導體層201)之間。底層58包含單層或多個子層。於一實施例中，底層58包含單層，DBR結構56位於底層58的上方。於另一實施例中，底層58包含多個子層，且DBR結構形成於多個底層58之間。於一具體實施例中，第一保護結構50由底層58/DBR結構56/底層58依序堆疊而成(圖未示)，例如SiO2/DBR/SiO2。於一實施例中，底層58和DBR結構56的形成方式包含物理氣相沉積(PVD)、電子束蒸鍍(E-gun Evaporation)、熱蒸鍍(Thermal Evaporation)、原子層沉積(Atomic Layer Deposition，ALD)或電漿輔助化學氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)。於一實施例中，底層58和DBR結構的形成方式不同，底層58以電漿輔助化學氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)或原子層沉積(Atomic Layer Deposition，ALD)方式形成，DBR結構以物理氣相沉積(PVD)方式形成。

在一實施例中，第一保護結構50包含一轉折區52，以及至少一裂縫54對應轉折區52形成。當第一保護結構50覆蓋凹陷區12時，若凹陷區12轉折的幅度過大、或因高低差太大導致凹陷區12深度增加的時候，則於第一保護結構50的轉折區52內形成裂縫54，並自第一上表面50a延伸進入第一保護結構50中。外部的水氣及製程當中的金屬沿著裂縫54侵入半導體疊層20而降低半導體發光元件1的可靠性。

請繼續參閱第5圖，在一些實施例中，一部分的第二保護結構60位於裂縫54中並填滿之，另一部分第二保護結構60覆蓋在轉折區52以及其裂縫54上方。如前所述，由於位於轉折區52上的第二保護結構60的第二上表面60a具有比位於轉折區52內的第一上表面50a較平坦的形貌，因此後續覆蓋在上方的膜層可以維持一定的平整度，避免造成缺陷。再者，藉著第二保護結構60填補裂縫54，能有效防止金屬及水氣等非故意地經由裂縫54擴散至半導體疊層20中，進而能夠大幅提升元件表面的可靠度。在其它實施例中，第二保護結構60只填滿裂縫54而不覆蓋在轉折區52上，如此一來第二保護結構60的第二上表面60a會位於裂縫54的開口處(圖未示)。

第6圖為本揭露之另一半導體發光元件1’之一實施例的剖面圖，顯示基板10、第一半導體層201、第一保護結構50及第二保護結構60的局部結構。

請參閱第6圖，半導體發光元件1’的主要結構和半導體發光元件1類似，差異在於半導體發光元件1’的第二保護結構60位於基板10及第一保護結構50之間。在本實施例中，半導體發光元件1’包含基板10，半導體疊層20形成於基板10上，基板10具有一暴露區100未被半導體疊層20覆蓋。基板10包含多個特徵部11位於基板10的上表面10a並向上凸出，基板10的特徵部11之間的高低差造成多個凹陷區12。於另一實施例中，如前述各實施例所述之發光元件，凹陷區12可形成於電極(圖未示)與半導體疊層20交界處。第一保護結構50形成於基板10及/或半導體疊層20上，包含第一上表面50a以及一第一下表面50b相對第一上表面50a，且第一上表面50a為一大致平坦的表面。第二保護結構60形成於第一保護結構50與基板10及/或半導體疊層20之間，包含第二上表面60a與第一保護結構50的第一下表面50b彼此重疊，以及一第二下表面60b相對第二上表面60a。

第二保護結構60覆蓋基板10的上表面10a的暴露區100。由於第二保護結構60的材料的可流動性特性，可藉由例如旋轉塗布方式，非等向性地沉積在凹陷區12內，例如特徵部11之間的凹陷區12或半導體疊層20上的凹陷區(圖未示)。於一實施例中，第二保護結構經由旋轉塗布形成後，還可再進一步經由加熱使其固化。根據第二保護結構60的材料，選用適當的加熱溫度。例如，當第二保護結構60包含有機材料時，加熱溫度不高於300℃，例如約100℃至300℃，或例如100℃至200℃；當第二保護結構60包含無機材料時，加熱溫度約300℃至400℃。藉由第二保護結構60的特性，可以減緩或填平因凹陷區12造成的高低差。在一實施例中，第二保護結構60完全包覆基板10的特徵部11，使特徵部11的頂部11a位於第二保護結構60的第二上表面60a之下。以特徵部11的頂部11a至基板10的上表面10a的距離為D1，以第二保護結構60的第二上表面60a與基板10的上表面10a的距離為D2，則第二保護結構60的第二上表面60a與基板10的上表面10a的距離D2大於特徵部11的頂部11a至基板10的上表面10a的距離D1(即特徵部11的高度)。

在另一實施例中，特徵部11的頂部11a與第二保護結構60的第二上表面60a同平面(圖未示)，亦即第二保護結構60的第二上表面60a與暴露區100中基板10的上表面10a的距離D2等於特徵部11的頂部11a至基板10的暴露區100的上表面10a的距離D1(圖未示)。

藉由將第二保護結構60形成於第一保護結構50及基板10之間，並以第二保護結構60的第二上表面60a接觸第一保護結構50的第一下表面50b，也就是第一保護結構50直接形成於第二保護結構60的第二上表面60a上，從而大幅提升第一保護結構50的平坦度，並減少或避免轉折區及/或缺陷例如裂縫的形成，提升第一保護結構50的薄膜特性，以及提升元件可靠度。

第7圖為本揭露一實施例之發光裝置L1之示意圖。將前述實施例中的半導體發光元件1、1’以倒裝晶片之形式安裝於封裝基板51之第一墊片511及第二墊片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513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L1之光取出效率，可於半導體發光元件1、1’之周圍設置一反射結構RF。

第8圖為本揭露一實施例之發光裝置L2之示意圖。發光裝置L2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半導體發光元件1、1’或發光裝置L1。

第9圖為本揭露一實施例之顯示器M的俯視示意圖。如第9圖所示，顯示器M包含顯示基板90，其中顯示基板90包含顯示區901與非顯示區902，以及複數個畫素單元PX排列設置於顯示基板90中的顯示區901，各畫素單元PX分別包含第一子畫素PX_A、第二子畫素PX_B與第三子畫素PX_C。非顯示區902中設置有資料線驅動電路DL以及掃描線驅動電路SL。資料線驅動電路DL連接各畫素單元PX的資料線(data line)(圖未示)，以傳輸資料訊號至各畫素單元PX。掃描線驅動電路SL連接各畫素單元PX之掃描線(scan line)(圖未示)，以傳輸掃描訊號至各畫素單元PX。畫素單元PX包含前述任一實施例之半導體發光元件1、1’。各子畫素發出不同顏色的光，在一些實施例中，第一子畫素PX_A、第二子畫素PX_B與第三子畫素PX_C例如分別為紅色子畫素、綠色子畫素以及藍色子畫素。可選用發出不同波長光線的發光元件分別作為子畫素，使各子畫素呈現不同顏色。在一些實施例中，任一子畫素包含前述任一實施例之半導體發光元件1、1’，半導體發光元件1、1’所發出的光經過波長轉換元件(圖未示)，使各子畫素呈現不同顏色。藉由各子畫素所發出紅色、綠色以及藍色之光線的組合，可使顯示器M發出全彩的影像。然而，本實施例中畫素單元PX之子畫素個數及排列並不限於此，可依據使用者需求，例如色彩飽和度、解析度、對比度等，進而有不同的實施方式。

第10圖為第9圖中一個畫素單元PX的截面圖。如前述，畫素單元PX中包含前述任一實施例之半導體發光元件1、1’。在一些實施例中，任一子畫素包含發光元件封裝體PKG，發光元件封裝體PKG 內封有前述任一實施例之半導體發光元件1、1’。發光元件封裝體PKG 以覆晶的方式接合於顯示基板90上。顯示基板90上設置有電路層91以及電路接合墊6a與6b。電路層91與電路接合墊6a、6b之間為電性連接，電路層91可包含主動式電子元件，例如電晶體。發光元件封裝體PKG之電極6c及6d例如透過焊接的方式分別與電路接合墊6a及6b接合，並經由電路層91與顯示器驅動電路(即，資料線驅動電路DL以及掃描線驅動電路SL)電性連接。如此一來，藉由資料線驅動電路DL、掃描線驅動電路SL及電路層91可控制畫素單元PX中的半導體發光元件1、1’。在一些實施例中(圖未示)，畫素單元PX包含發光元件封裝體PKG，單一發光元件封裝體PKG內同時封有複數個半導體發光元件1、1’，各半導體發光元件1、1’構成一子畫素。在一些實施例中(圖未示)，任一子畫素包含依據本揭露任一實施例之半導體發光元件1、1’，以覆晶方式將半導體發光元件1、1’之第一電極30及第二電極40、或第三電極70及第四電極80，分別接合於顯示基板90上的電路接合墊6a與6b。

第11圖為根據本揭露之一實施例之顯示器背光單元BL的截面圖。顯示器背光單元BL包含底殼700，其中容納了光源模組71，光學膜72設置於光源模組71上方。光學膜72例如為光擴散片(light diffuser)。在一些實施例中，背光單元BL為直下式背光單元。光源模組71包含電路載板710和安裝排列在其上表面上的複數個光源711。在一些實施例中，光源711包含前述任一實施例之半導體發光元件1、1’，以覆晶的方式安裝在電路載板710的上表面上。在一些實施例中，光源711包含發光元件封裝體PKG，其中封有前述任一實施例之半導體發光元件1、1’，以覆晶的方式安裝在電路載板710的上表面上。在一些實施例中，單一發光元件封裝體PKG內封有複數半導體發光元件1、1’。

惟上述實施例僅為例示性說明本申請案之原理及其功效，而非用於限制本申請案。任何本申請案所屬技術領域中具有通常知識者均可在不違背本申請案之技術原理及精神的情況下，對上述實施例進行修改及變化。舉凡依本申請案申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本申請案之申請專利範圍內。

1、1’:半導體發光元件 10:基板 100:暴露區 10a:上表面 11:特徵部 11a:頂部 12:凹陷區 20:半導體疊層 20b:側表面 201:第一半導體層 201a:上表面 202:第二半導體層 202a:上表面 203:活性層 30:第一電極 31:第一接觸部 32:第二延伸部 40:第二電極 41:第二接觸部 42:第二延伸部 50:第一保護結構 50a:第一上表面 50b:第一下表面 52:轉折區 54:裂縫 60:第二保護結構 60a:第二上表面 60b:第二下表面 70:第三電極 80:第四電極 D1、D2:距離 θ:夾角 L1:發光裝置 51:封裝基板 511:第一墊片 512:第二墊片 53:絕緣部 RF:反射結構 L2: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 M:顯示器 90:顯示基板 901:顯示區 902:非顯示區 PX:畫素單元 PX_A:第一子畫素 PX_B:第二子畫素 PX_C:第三子畫素 PKG: 發光元件封裝體 6a、6b:電路接合墊 6c、6d:電極 BL:背光單元 700:底殼 71:光源模組 710:電路載板 711:光源 72:光學膜

第1圖為本揭露之一半導體發光元件之一實施例的上視圖。

第2圖為沿著第1圖之線段A-A’的半導體發光元件的剖面圖。

第3圖為本揭露之一半導體發光元件之一實施例的局部剖面掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy, SEM)照片。

第4圖為第3圖中的電極與第一半導體層、及其二者之間形成的凹陷區的局部放大SEM照片。

第5圖為本揭露之一半導體發光元件之另一實施例的剖面圖。

第6圖為本揭露之另一半導體發光元件之一實施例的剖面圖。

第7圖為本揭露之一發光裝置L1之一實施例之示意圖。

第8圖為本揭露之一發光裝置L2之一實施例的俯視示意圖。

第9圖為本揭露之一顯示器M之一實施例的俯視示意圖。

第10圖為第9圖中一個畫素單元PX的截面圖。

第11圖為本揭露之一顯示器背光單元BL之一實施例的截面圖。

無

10:基板

11:特徵部

12:凹陷區

201:第一半導體層

201a:上表面

32:第一延伸部

50:第一保護結構

50a:第一上表面

52:轉折區

60:第二保護結構

60a:第二上表面

Claims

一種半導體發光元件，包含：一基板；一半導體疊層，形成於該基板上；一凹陷區；一第一保護結構，形成於該半導體疊層上，且包含一第一上表面以及一轉折區對應於該凹陷區形成；以及一第二保護結構，覆蓋該轉折區，且包含一第二上表面；其中，該第一保護結構包含一裂縫自該第一上表面延伸進入該第一保護結構中，該第二保護結構位於該裂縫中，其中，該第二上表面對應該轉折區的部分相比該第一上表面對應該凹陷區的部分較為平坦或平順。
一種半導體發光元件，包含：一基板，包含一上表面、及複數個特徵部位於該上表面上，其中該些特徵部分別具有一高度；一半導體疊層，形成於該基板上；一凹陷區，位於該些特徵部之間；一第一保護結構，形成於該半導體疊層及該基板上，包含一第一上表面對應該凹陷區；以及一第二保護結構，形成於該第一保護結構與該基板之間，且覆蓋該凹陷區與該些特徵部，其中，該第二保護結構包含一第二上表面對應該凹陷區；其中，該第二保護結構的該第二上表面與該基板的該上表面之間具有一距離大於或等於該些特徵部之一的該高度，且該第一保護結構的該第一上表面及/或該第二保護結構的該第二上表面為一大致平坦的表面。
如請求項1或2所述之半導體發光元件，其中該半導體疊層包含一第一半導體層、一第二半導體層以及一主動層位於該第一半導體層及該第二半導體層之間。
如請求項1所述之半導體發光元件，其中該基板包含一上表面，及複數個特徵部位於該上表面上，其中該半導體發光元件更包含一電極位於該半導體疊層上。
如請求項4所述之半導體發光元件，其中該凹陷區位於該半導體疊層及該電極之間，及/或該些特徵部之間。
如請求項2所述之半導體發光元件，更包含：一電極，位於該半導體疊層上；以及另一凹陷區，位於該半導體疊層及該電極之間，其中該第二保護結構覆蓋該另一凹陷區，該第二保護結構對應該另一凹陷區處包含另一第二上表面，該另一第二上表面為一大致平坦的表面。
如請求項1所述之半導體發光元件，其中該裂縫對應該凹陷區形成。
如請求項1或2所述之半導體發光元件，其中該第一保護結構包含一DBR結構。
如請求項8所述之半導體發光元件，其中該第一保護結構更包一底層，該DBR結構位於該底層上方。
如請求項1或2所述之半導體發光元件，其中該第二保護結構包含一具有可流動性的材料。