TWM593068U

TWM593068U - 發光元件

Info

Publication number: TWM593068U
Application number: TW108215653U
Authority: TW
Inventors: 許啟祥; 陳昭興; 陳詠揚; 洪孟祥
Original assignee: 晶元光電股份有限公司
Priority date: 2019-11-26
Filing date: 2019-11-26
Publication date: 2020-04-01

Abstract

一發光元件，包含一半導體疊層具有一第一半導體層、一活性層及一第二半導體層；複數個孔洞穿過活性層及第二半導體層，並露出第一半導體層，其中自發光元件之一上視圖觀之，複數個孔洞係以一直線排列；以及一第一金屬層覆蓋複數個孔洞，其中自發光元件之上視圖觀之，第一金屬層包含由複數個直線、複數個弧線、或是一直線和一弧線所構成的一非直線圖案。

Description

發光元件

本創作係關於一種發光元件，且特別係關於一種覆晶式發光元件，其包含一半導體疊層，一第一電極墊及一第二電極墊位於半導體疊層之同一側。

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。

本創作之一目的為提供一發光元件以提高發光元件之光取出效率。

為達成上述至少一目的，根據本創作其中一實施例揭露一發光元件，包含一半導體疊層具有一第一半導體層、一活性層及一第二半導體層；複數個孔洞穿過活性層及第二半導體層，並露出第一半導體層，其中自發光元件之一上視圖觀之，複數個孔洞係以一直線排列；以及一第一金屬層覆蓋複數個孔洞，其中自發光元件之上視圖觀之，第一金屬層包含由複數個直線、複數個弧線、或是一直線和一弧線所構成的一非直線圖案。

為了使本創作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創作之發光元件，並非將本創作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，本創作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圖係本創作一實施例所揭示之一發光元件1的上視圖。第2圖係沿著第1圖之切線X-X’的剖面圖。第3圖係沿著第1圖之切線Y-Y’的剖面圖。第4圖係沿著第1圖之切線Z-Z’的剖面圖。

如第1圖、第2圖、第3圖及第4圖所示，一發光元件1，包含一基板10；一半導體疊層20具有一第一半導體層21、一活性層22及一第二半導體層23；複數個孔洞200穿過活性層22及第二半導體層23，並露出第一半導體層21，其中自發光元件1之一上視圖觀之，複數個孔洞200係以一直線排列；一第一金屬層71覆蓋複數個孔洞200，其中自發光元件1之上視圖觀之，第一金屬層71包含一非直線的圖案；以及一第二金屬層72位於第二半導體層23上，且第一金屬層71為第二金屬層72所環繞。

基板10包含一上表面100，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，或用以成長氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)或氮化鋁鎵(AlGaN)之藍寶石(Al ₂O ₃)晶圓、氮化鎵(GaN)晶圓碳化矽(SiC)晶圓、或氮化鋁(AlN)晶圓。於另一實施例中，基板10可以為一支撐基板，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。

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。並且，雖然圖未顯示，但是基板10與半導體疊層20相接的一面可以具有增加粗糙化的表面，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，例如相對於上表面100，具有多個凸出或凹陷於上表面100之半球形狀的面，具有多個凸出或凹陷於上表面100之圓錐形狀的面，或者具有多個凸出或凹陷於上表面100之多邊錐形狀的面。

於本創作之一實施例中，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半導體疊層20，例如發光(light-emitting)疊層，其中物理氣象沉積法包含濺鍍 (Sputtering)或蒸鍍(Evaporation)法。

於本創作之一實施例中，半導體疊層20還可包含一緩衝層(圖未示)位於第一半導體層21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。於一實施例中，可選用PVD氮化鋁(AlN)做為緩衝層，形成於半導體疊層20及基板10之間，用以改善半導體疊層20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。

藉由改變半導體疊層20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。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0≦x，y≦1；(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21和第二半導體層23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21為n型電性的半導體，第二半導體層23為p型電性的半導體。活性層22形成在第一半導體層21和第二半導體層23之間，電子與電洞於一電流驅動下在活性層22複合，將電能轉換成光能，以發出一光線。活性層22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22之材料可為中性、p型或n型電性的半導體。第一半導體層21、第二半導體層23、或活性層22可為一單層或包含複數層的結構。

如第2圖、第3圖及第4圖所示，於半導體疊層20上進行選擇性蝕刻，形成孔部200及半導體平台201。具體而言，半導體平台201係藉由移除部分的第二半導體層23及活性層22，以形成包含第一半導體層21、第二半導體層23及活性層22的結構。孔部200係藉由移除部分的第二半導體層23及活性層22，以露出第一半導體層21。

如第1圖及第2圖所示，孔部200位於半導體疊層20之內側，並為第二半導體層23及活性層22所圍繞。自發光元件1之上視圖觀之，孔部200的形狀包含橢圓形、圓形、矩形或其他任意形狀。

發光元件1包含複數個孔部200，且複數個孔部200的數量及配置位置並不限定，可以按照一定的間隔有規律地排列，使電流可沿水平方向均勻地分散。複數個孔部200可排列成複數列以成一陣列，任相鄰兩列或每相鄰兩列上的孔部200可彼此對齊或是錯開。根據複數個孔部200的配置位置可以決定後續第一接觸電極、第二接觸電極、第一金屬層及第二金屬層的位置。

發光元件1包含一或複數個電流阻擋層30位於第二半導體層23上。電流阻擋層30係為非導電材料所形成，包含氧化鋁(Al ₂O ₃)、氮化矽(SiN _x)、氧化矽(SiO _x)、氧化鈦(TiO _x)，或氟化鎂(MgF _x)。電流阻擋層30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30對於活性層22所發出的光線具有80%以上的透光率或80%以上的光反射率。

發光元件1包含一導電層40位於第二半導體層23及/或電流阻擋層30上，且導電層40覆蓋電流阻擋層30之一側壁。覆蓋於電流阻擋層30之上的導電層40包含一表面輪廓對應於電流阻擋層30之輪廓。導電層40之材料包含對於活性層22所發出的光線為透明的材料，例如金屬材料或透明導電氧化物。透明導電氧化物包含氧化銦錫(ITO)或氧化銦鋅(IZO)。

發光元件1包含複數個第一接觸電極51分別位於複數個孔洞200以接觸第一半導體層21，以及複數個第二接觸電極52位於第二半導體層23上。

於本創作之一實施例中，自發光元件1之上視圖觀之，如第1圖所示，複數個第一接觸電極51排列成一或複數個第一直線，且複數個第二接觸電極52排列成一或複數個第二直線，其中第一直線位於兩相鄰之第二直線之間。

於本創作之一實施例中，自發光元件1之上視圖觀之，如第1圖所示，複數個第一接觸電極51之一位於兩相鄰之複數個第二接觸電極52之間。複數個第一接觸電極51與複數個第二接觸電極52排列成一第三直線。

於本創作之一實施例中，自發光元件1之上視圖觀之，如第1圖所示，兩相鄰之複數個第一接觸電極51之間的第一間距大於兩相鄰之複數個第二接觸電極52之間的第二間距。

於本創作之一實施例中，自發光元件1之上視圖或側視圖觀之，第一接觸電極51與第二接觸電極52之間的第三間距與兩相鄰之複數個第二接觸電極52之間的第四間距相同或不同。例如，第三間距可大於、等於或小於第四間距。

於本創作之一實施例中，自發光元件1之上視圖觀之，如第1圖所示，複數個第二接觸電極52包含相同的形狀及/或尺寸。任兩相鄰之第二接觸電極52以相同的間距來排列。

於本創作之一實施例中，自發光元件1之上視圖觀之，如第1圖所示，複數個第二接觸電極52包含一數量大於複數個第一接觸電極51之一數量。

發光元件1包含一絕緣層60覆蓋半導體疊層20，其中絕緣層60包含複數個第一絕緣層開口601以露出複數個第一接觸電極51，以及複數個第二絕緣層開口602以露出複數個第二接觸電極52。

發光元件1包含一或複數個第一金屬層71覆蓋複數個孔洞200以及複數個第一接觸電極51；以及一第二金屬層72覆蓋複數個第二接觸電極52，其中第二金屬層72環繞第一金屬層71。

於本創作之一實施例中，自發光元件1之上視圖觀之，如第1圖所示，任兩相鄰之第一金屬層71係以等間距來排列。

於本創作之一實施例中，自發光元件1之上視圖觀之，如第1圖、第3圖及第4圖所示，第一金屬層71覆蓋孔部200及半導體平台201。

於本創作之一實施例中，自發光元件1之上視圖觀之，如第1圖所示，第一金屬層71包含一非直線的圖案。所述非直線的圖案可由複數個直線、複數個弧線、或是直線和弧線相連所構成。具體而言，所述複數個弧線所構成的圖案包含曲線、波浪線、彈簧線、螺旋線；所述複數個直線所構成的圖案包含折線或鋸齒線；所述直線和弧線相連所構成的圖案包含由弧線和直線所構成的複合線。

於本創作之一實施例中，自發光元件1之上視圖觀之，如第1圖所示，第一金屬層71及第二金屬層72之間包含一最短距離小於50μm，較佳小於30μm，更佳小於20μm。第一金屬層71及第二金屬層72之間包含一最長距離大於5μm，較佳大於10μm，更佳大於15μm。

第一金屬層71及一第二金屬層72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。第一金屬層71及一第二金屬層72可由單個層或是多個層所組成。例如，第一金屬層71及/或一第二金屬層72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。

發光元件1包含一保護層80覆蓋半導體疊層20，其中保護層80包含一或複數個第一保護層開口801以露出第一金屬層71，以及一或複數個第二保護層開口802以露出第二金屬層72。

於本創作之一實施例中，自發光元件1之上視圖觀之，如第1圖所示，複數個第一保護層開口801分別位於複數個第一金屬層71上。

於本創作之一實施例中，自發光元件1之上視圖觀之，如第1圖所示，第一保護層開口801之形成位置係與第一絕緣層開口601錯置，且位於兩相鄰之第一接觸電極51之間。第二保護層開口802之形成位置係與第二絕緣層開口602錯置，且位於兩相鄰之第二接觸電極52之間。

於本創作之一實施例中，自發光元件1之上視圖觀之，如第1圖所示，第一保護層開口801及/或第二保護層開口802包含一非直線的圖案。所述非直線的圖案可由複數個直線、複數個弧線、或是直線和弧線相連所構成。具體而言，所述複數個弧線所構成的圖案包含曲線、波浪線、彈簧線、螺旋線；所述複數個直線所構成的圖案包含折線或鋸齒線；所述直線和弧線相連所構成的圖案包含由弧線和直線所構成的複合線。

於本創作之一實施例中，自發光元件1之上視圖觀之，第一保護層開口801及/或第二保護層開口802包含一圓形、橢圓形、圓弧形或多邊形。

絕緣層60及保護層80係為非導電材料所形成，包含有機材料、無機材料或介電材料。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(Al ₂O ₃)、氮化矽(SiN _x)、氧化矽(SiO _x)、氧化鈦(TiO _x)，或氟化鎂(MgF _x)。

絕緣層60及/或保護層80可包含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，選擇性地反射特定波長之光。例如，可通過層疊SiO ₂/TiO ₂或SiO ₂/Nb ₂O ₅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(DBR)結構的厚度可被設定為λ/4的整數倍。布拉格反射鏡(DBR)結構的厚度在λ/4的整數倍的基礎上可具有±30%的偏差。

發光元件1包含一第一電極墊91覆蓋第一保護層開口801以接觸第一金屬層71，以及一第二電極墊92覆蓋第二保護層開口802以接觸第二金屬層72。

於本創作之一實施例中，自發光元件1之上視圖觀之，如第1圖所示，第一電極墊91及第二電極墊92分別為複數個第二接觸電極52所環繞。

於本創作之一實施例中，自發光元件1之上視圖觀之，如第1圖所示，第一電極墊91及第二電極墊92覆蓋複數個第一接觸電極51，第一電極墊91覆蓋複數個第一接觸電極51之數量可設計為大於、等於或小於第二電極墊92覆蓋複數個第一接觸電極51之數量。

於本創作之一實施例中，自發光元件1之上視圖觀之，如第1圖所示，第一電極墊91及第二電極墊92覆蓋覆蓋複數個第二接觸電極52，第一電極墊91覆蓋複數個第二接觸電極52之數量可設計為大於、等於或小於第二電極墊92覆蓋複數個第二接觸電極52之數量。

第一電極墊91及第二電極墊92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91及第二電極墊92可由單個層或是多個層所組成。例如，第一電極墊91或第二電極墊92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91及第二電極墊92可做為外電源供電至第一半導體層21及第二半導體層23之電流路徑。

第一電極墊91與第二電極墊92包含一厚度介於1~100μm之間，較佳為1.2~60μm之間，更佳為1.5~6μm之間。

第5圖係為依本創作一實施例之發光裝置2之示意圖。將前述實施例中的發光元件1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之周圍設置一反射結構54。

第6圖係為依本創作一實施例之發光裝置3之示意圖。發光裝置3為一球泡燈包括一燈罩603、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，其中複數個發光體608可為前述實施例中的發光元件1或發光裝置2。

本創作所列舉之各實施例僅用以說明本創作，並非用以限制本創作之範圍。任何人對本創作所作之任何顯而易知之修飾或變更皆不脫離本創作之精神與範圍。

1:發光元件

10:基板

100:上表面

20:半導體疊層

200:孔洞

201:半導體平台

21:第一半導體層

22:活性層

23:第二半導體層

30:電流阻擋層

40:導電層

51:第一接觸電極

52:第二接觸電極

511:第一墊片

512:第二墊片

53:絕緣部

54:反射結構

60:絕緣層

601:第一絕緣層開口

602:第二絕緣層開口

603:燈罩

604:反射鏡

606:承載部

608:發光體

610:發光模組

612:燈座

614:散熱片

616:連接部

618:電連接元件

71:第一金屬層

72:第二金屬層

80:保護層

801:第一保護層開口

802:第二保護層開口

91:第一電極墊

92:第二電極墊

第1圖係本創作一實施例所揭示之一發光元件1的上視圖。

第2圖係沿著第1圖之切線X-X’的剖面圖。

第3圖係沿著第1圖之切線Y-Y’的剖面圖。

第4圖沿著第1圖之切線Z-Z’的剖面圖。

第5圖係為依本創作一實施例之發光裝置2之示意圖。

第6圖係為依本創作一實施例之發光裝置3之示意圖。