发光元件

技术领域

本发明涉及一种发光元件制造技术领域，特别是涉及一种发光元件。

背景技术

发光元件(英文Light Emitting Diode，简称LED)包含有不同的发光材料及发光部件，是一种固态半导体发光元件。它因成本低、功耗低、光效高、体积小、节能环保、 具有良好的光电特性等优点而被广泛应用于照明、可见光通信及发光显示等各种场景。

其中，用于车用、背光、植物照明以及大功率照明等领域的发光元件通常是以反射率最高的金属Ag作为主要反射镜材料形成在P型半导体层上用于提高发光元件的出光效率。为了使该类的发光元件具备较佳的电流扩展能力，通常会选择在发光元件边缘进行蚀刻半导体叠层露出部分N型半导体层，使得电极结构层与N型半导体层做欧姆接触。然而，该设计就会影响反射镜的面积从而影响发光元件的亮度。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种发光元件，包括：

半导体叠层，包括依次层叠的第一半导体层、有源层以及第二半导体层，所述半导体叠层包括半导体平台和环绕所述半导体平台的外周部，所述外周部裸露出所述第一半导体层表面，所述外周部包括第一部分和第二部分，所述第一部分具有第一边缘，所述第二部分具有第二边缘，所述第一边缘与所述外周部靠近所述发光元件边缘之间的最大距离为第一距离，所述第二边缘与所述外周部靠近所述发光元件边缘之间的最大距离为第二距离，所述第二距离大于所述第一距离；

第二绝缘层，形成于半导体叠层上，所述第二绝缘层在所述外周部第二部分具有第一开口部，所述第一开口部包括远离所述发光元件边缘的第一侧壁和靠近所述发光元件边缘的第二侧壁；

第一连接电极，形成于半导体叠层上，所述第一连接电极包括部分延伸至所述外周部上且通过所述第一开口部与所述第一半导体层接触，所述第一连接电极与所述第一侧壁和所述第二侧壁接触。

本申请还提供了另一种发光元件，包括：

半导体叠层，包括依次层叠的第一半导体层、有源层以及第二半导体层，所述半导体叠层包括半导体平台、第一外侧壁、环绕所述半导体平台的外周部和第二外侧壁，所述外周部裸露出所述第一半导体层表面，所述外周部包括第一部分和第二部分，所述第一部分具有第一边缘，所述第二部分具有第二边缘，所述第一边缘与所述外周部靠近所述发光元件边缘之间的最大距离为第一距离，所述第二边缘与所述外周部靠近所述发光元件边缘之间的最大距离为第二距离，所述第二距离大于所述第一距离；

第一连接电极，形成于所述半导体平台上，并延伸至所述外周部上，与所述第一半导体层接触，

所述外周部的第二边缘与所述第一连接电极边缘之间的距离与所述第二距离之间的比值大于或者0.5。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1所揭示的发光元件1的剖视图；

图2为实施例1的发光元件1局部区域俯视图；

图3为图2沿线I-I’截取的剖视图；

图4为本发明实施例2所揭示的发光元件2的剖视图；

图5为实施例2的发光元件2局部区域俯视图；

图6为图5沿线II-II’截取的剖视图；

图7为本发明另一实施例的部分剖视图。

实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本 发明一部分实施例，而不是全部的实施例；下面所描述的本发明不同实施方式中所设计的 技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合；基于本发明中的实施例，本领域普通 技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，本发明所使用的所有术语(包括技术术语和科学 术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义，不能理解为 对本发明的限制；应进一步理解，本发明所使用的术语应被理解为具有与这些术语在本说 明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的意义来理 解，除本发明中明确如此定义之外。

实施例1

图1为本发明实施例1所揭示的发光元件1的剖视图，图2为实施例1的发光元件1局部区域俯视图，图3为图2沿线I-I’截取的剖视图。

如图1所示，发光元件1包含基板10，和形成于基板10上的半导体叠层20，其中半导体叠层20包含依次堆叠的第一半导体层21、有源层22以及第二半导体层23。

在本发明的一实施例中，基板10可以使用适合于半导体材料生长的载体晶片来形成。此外，基板10可以由具有优异的热导率的材料形成或者可以是导电基板或绝缘基板。此外，基板10可由透光材料形成，并且可具有不会引起整个半导体叠层20弯曲并且使得能够通过划线和断裂工艺有效地划分成分开芯片的机械强度。例如，基板10可以使用蓝宝石（Al

在本发明的一实施例中，通过有机金属化学气相沉积法(MOCVD)、分子束外延(MBE)、氢化物气相沉积法(HVPE)、物理气相沉积法(PVD)或离子电镀方法以于基板10上形成具有光电特性的半导体叠层20，例如发光(light-emitting)叠层，其中物理气象沉积法包含溅镀(Sputtering)或蒸镀(Evoaporation)法。第一半导体层21、有源层22和第二半导体层23可由Ⅲ族氮化镓系列的化合物半导体，例如，GaN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN及包括这些组中的至少一种形成。第一半导体层21是提供电子的层，可通过注入n型掺杂物（例如，Si、Ge、Se、Te、C等）来形成。第二半导体层23是提供空穴的层，可通过注入p型掺杂物（例如，Mg、Zn、Be、Ca、Sr、Ba等）来形成。有源层22是第一半导体层21提供的电子和第二半导体层23提供的空穴再次结合而输出预定波长的光的层，可由具备交替地层叠势阱层和势垒层的单层或多层量子阱结构的多层的半导体薄膜形成。有源层22会依据输出的光波长不同的而选择不同的材料组成或配比。例如，本发明实施例的发光元件1的发射波长介于420nm至580nm之间。有源层22可以形成为具有包括使用第III族至第V族化合物半导体材料（例如，InGaN/GaN、InGaN/InGaN、GaN/AlGaN、InAlGaN/GaN、GaAs(InGaAs)/AlGaAs或GaP(InGaP)/AlGaP中的至少一种）的阱层和阻挡层60的对结构，但是本公开内容不限于此。阱层可由具有比阻挡层60的能带隙小的能带隙的材料形成。

在本发明的一实施例中，如图1和图2所示，半导体叠层20可以通过光刻、蚀刻等方式图案化，形成半导体平台201、第一外侧壁20a、外周部202、第二外侧壁20b及通孔203，外周部203环绕半导体平台201。半导体平台201通过移除部分的第二半导体层23及有源层22，以形成包含第一半导体层21、第二半导体层23及有源层22的结构。外周部202和通孔203通过移除部分的第二半导体层23及有源层22，以分别露出第一半导体层21的第一表面21a和第二表面21b。通孔203可以规则地设置在半导体叠层20内。然而，应当理解，本发明不限于此，通孔203的配置及数量可以根据各种方式进行改变。第一半导体层21露出区域不限于与通孔203的形状对应的形状。例如，第一半导体层21露出区域可以具有线状或者孔洞和线状相结合的形状。

在本发明的一实施例中，如图2所示，外周部202包括第一部分2021和第二部分2022，第一部分2021具有第一边缘2021a，第二部分2022具有第二边缘2022a，第一边缘2021a与外周部202靠近发光元件1的边缘之间的距离为第一距离D1，第二边缘2022a与外周部202靠近发光元件1的边缘之间的距离为第二距离D2，第二距离D2大于第一距离D1。发光元件1的边长大于35mil以上，外周部202上裸露的第一半导体层21需要与后文描述的第一连接电极81电接触，发光元件1才能够得到较佳的电流扩展能力和较低的电压。但第一连接电极81若是与外周部202上裸露的第一半导体层21全都接触，发光元件1则会损失较多的发光面积，因此外周部202设置第一部分2021和第二部分2022，其中第二距离D2大于第一距离D1，使得第一连接电极81可以与第二部分2022的第一半导体层21电接触，第一连接电极81不与第一部分2021的第一半导体层21电接触。

在本发明的一实施例中，如图1至图3所示，第一外侧壁20a为第二半导体层23、有源层22以及部分第一半导体层21的侧壁，第一外侧壁20a的一端与第二半导体层23的一表面23a（即，半导体平台201表面）相连，第一外侧壁20a包括第一端点20a1和第二端点20a2，第一端点20a1与半导体平台201表面（第二半导体层表面23a）连接，第二端点20a2与外周部202裸露出的第一半导体层21的第一表面21a连接。第二外侧壁20b为部分第一半导体层21的侧壁，第二外侧壁20b的一端与外周部202裸露出的第一半导体层的第一表面21a连接，另一端与衬底10裸露出的表面连接或者与衬底10的侧壁连接。如图1所示，第一外侧壁20a与第一半导体层21的第一表面21a之间具有一钝角或一直角，第二外侧壁20b与基板10的表面之间具有一钝角或一直角。

在本发明的一实施例中，如图1所示，在半导体平台201上形成一透明导电层30。通过物理气相沉积法或化学气相沉积法等方式形成一透明导电层30于半导体平台201上，与第二半导体层23接触。透明导电层30的材料可为ITO、InO、SnO、CTO、ATO、ZnO、GaP或其组合。透明导电层30可由蒸镀或溅镀形成。透明导电层30的厚度，在本实施方式中，从5nm～100nm的范围选择。另外，优选从10nm～50nm的范围选择。

在本发明的一实施例中，如图1所示，发光元件1包括形成于半导体叠层20上的第一绝缘层40。第一绝缘层40可以包括一或多个开口部以露出透明导电层30的表面。第一绝缘层40可以覆盖透明导电层30的部分表面和半导体叠层20部分表面。当第一外侧壁20a为倾斜侧壁时，设置在第一外侧壁20a上的第一绝缘层40可以更加稳定地形成。

第一绝缘层40可包括SiO

在本发明的一实施例中，如图1所示，发光元件1包括形成于第一绝缘层40上的反射层50。反射层50可以形成为与透明导电层30具有欧姆特性的导电材料的单层结构或多层结构。反射层50可以由诸如金(Au)、钨(W)、铂(Pt)、铱(Ir)、银(Ag)、铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、钛(Ti)、铬(Cr)等的材料及其合金中的一种或更多种的材料形成。因此，施加到反射层50的电流可以通过透明电极层30扩散。反射层50对发光元件1出射的光的反射率大于70%。

在本发明的一实施例中，如图1所示，发光元件1还包括形成在反射层50上的阻挡层60，阻挡层60的外边缘包覆反射层50的尾端，可以阻挡反射层50的成分(如银或者铝）受热或者通电扩散（如银或者铝）。阻挡层60的材料包含金属材料，例如钛(Ti)、钨(W)、铝(Al)、铟(In)、锡(Sn)、镍(Ni)、铂(Pt)、 铬（Cr）、金（Au）、钛钨（TiW）等金属或上述材料的合金。阻挡层60可为单层或叠层结构，叠层结构例如为钛(Ti)/铝(Al)，及/或钛(Ti)/钨(W)。

在一实施例中，阻挡层60也可以不设置。

在本发明的一实施例中，如图1至图3所示，发光元件1还包括第二绝缘层70，在半导体叠层20上形成第二绝缘层70，第二绝缘层70包括第一开口部OP1、第二开口部OP2和第三开口部OP3，第一开口部OP1形成于外周部第二部分2022上以露出第一半导体层21的第一表面21a，第二开口部OP2露出阻挡层60的部分表面，第三开口部OP3形成于通孔203上以露出第一半导体层21的第二表面21b。在另一实施例这种，阻挡层60不设置时，第二开口部OP2露出反射层50的部分表面。

第二绝缘层70的材料可以由与第一绝缘层40基本相同的材料形成，也可以不相同。第二绝缘层70可为单层或叠层结构。当第二绝缘层70为单层结构时，第二绝缘层70可保护半导体叠层20的侧壁以避免有源层22被后续制作工艺所破坏。当第二绝缘层70为叠层结构时，第二绝缘层70可包含不同折射率的两种以上的材料交替堆叠以形成一布拉格反射镜(DBR)结构，选择性地反射特定波长的光。在一实施例中，发光元件1不设置阻挡层60，第二开口部OP2露出反射层50的部分表面。

在本发明的一实施例中，如图1至图3所示，发光元件1还包括第一连接电极81和第二连接电极82，在第二绝缘层80上形成第一连接电极81和第二连接电极82。第一连接电极81填入通孔203中并覆盖第三开口部OP3，以与第一半导体层21的第二表面21b相接触，并延伸覆盖于第二绝缘层70部分表面上，其中第一连接电极81通过第二绝缘层70与第二半导体层23相绝缘。第二连接电极82覆盖第二开口部OP2中以与部分阻挡层60相接触，并延伸覆盖于第二绝缘层70部分表面上，其中第二连接电极82通过阻挡层60与第二半导体层23电连接，第二连接电极82与通孔203在垂直于半导体叠层的投影方向上不重叠。 其中，如图2和3所示，第一开口部OP1还包括远离发光元件1边缘的第一侧壁OP1a和靠近发光元件1边缘的第二侧壁OP1b。第一连接电极81包括部分延伸至外周部202上，且通过第一开口部OP1与第一半导体层21接触，第一连接电极81与第一开口部OP与第一侧壁OP1a和第二侧壁OP1b接触，完全覆盖第一开口部OP1，可以使得第一连接电极81与外周部202的第一半导体层21具有较多的接触面积，能够得到较好的电流扩展性能。如图2和图3所示，第一开口部OP1位于外周部202上，且第二侧壁OP1b与外周部202靠近发光元件1的边缘之间距离介于1~5μm。第一连接电极81通过完全覆盖第一开口部OP1，可以使得第一连接电极81在外周部202第二部分2022上的投影面积大于外周部202第二部分2022面积的50%以上。或者，第一连接电极81具有靠近发光元件1边缘的边缘81a，外周部202的第二边缘2022a与第一连接电极81的边缘81a之间的距离与外周部202的第二距离D2 之间的比值大于或者等于0.5，可尽可能扩大第一连接电极81的面积，能够充分发挥金属结构的优势，例如提高电流扩展能力、提升发光元件1散热性能，从而增强发光元件1的可靠性。第一连接电极81采用反射金属，如Al、Ag等，在外周部202上的投影面积越大，反射层的面积也越大，对发光元件1的亮度提升具有较大的帮助。

在另一实施例中（未图示），第一连接电极81还能进一步向发光元件1的边缘延伸至第一开口部OP1的表面上，进一步增大第一连接电极81的面积。

在一些实施例中，第一连接电极81和第二连接电极82可为单层或叠层结构。第一连接电极81和第二连接电极82的材料包含金属材料，例如铬(Cr)、钛(Ti)、钨(W)、金(Au)、铝(Al)、铟(In)、银（Ag）、锡(Sn)、镍(Ni)、铂(Pt)等金属或上述材料的合金。

在本发明的一实施例中，如图1所示，发光元件1还包括第三绝缘层90，在第一连接电极81和第二连接电极82上形成第三绝缘层90，第三绝缘层90包括第四开口部OP4和第五开口部OP5，第四开口部OP4露出第一连接电极81的部分表面，第五开口部OP5露出第二连接电极82的部分表面。

在一些实施例中，第三绝缘层90的折射率大于1.4。第三绝缘层90可以包括SiO

在本发明的一实施例中，如图1所示，发光元件1还包括第一焊盘电极101和第二焊盘电极102。第一焊盘电极101形成于第四开口部OP4内，与第一连接电极81相接触，与第一连接电极81形成电连接。第二焊盘电极102形成于第五开口部OP5内，与第二连接电极82相接触，与第二连接电极82形成电连接。

在本发明的一实施例中，第一焊盘电极101和第二焊盘电极102中的每一个可包含包括选自由金(Au)、锡(Sn)、镍(Ni)、铅(Pb)、银(Ag)、铟(In)、铬(Cr)、锗(Ge)、硅(Si)、钛(Ti)、钨(W)和铂(Pt)构成的组中的单一材料或者包括其中的至少两种材料的合金的单膜，或者包括它们的组合的多层结构。

第一焊盘电极101和第二焊盘电极层92中的每一个可用作发光元件1的外部端子，但是本发明构思不限于此。

在本发明的另一实施例中，第一焊盘电极101、第二焊盘电极102的材质包括Ti、Al、Ni、Pt、Au，其中最表层是Au。为了方便发光元件1的封装、使用，在一些实施例中， 可在第一焊盘电极101和第二焊盘电极102上增加一层焊料层。该焊料层为包含Sn的材料，例如可以是Sn-Ag-Cu合金或者Sn-Sb合金。该焊料层的液相熔点为200~250℃。该焊料层的厚度可以为60～100μm，保证发光元件1在封装端具有足够的焊料进行焊接。在一些实施例中，该焊料层的厚度可以为80±10μm。焊料层的设置可便利于后续发光元件1的固晶封装，减少漏电的风险。

实施例2

发光元件2与发光元件1具有大致相同的结构，因此对于图4～图6的发光元件2与图1～图3的发光元件1具有相同名称、标号的构造，表示为相同的结构、具有相同的材料、或具有相同的功能，在此会适当省略说明或是不再赘述。

图4为本发明实施例2所揭示的发光元件2的剖视图，图5为实施例2的发光元件2局部区域俯视图，图6为图5沿线II-II’截取的剖视图。

如图4所示，发光元件2包含基板10，和形成于基板10上的半导体叠层20，其中半导体叠层20包含依次堆叠的第一半导体层21、有源层22以及第二半导体层23。

在本发明的一实施例中，如图4和图5所示，半导体叠层20可以通过光刻、蚀刻等方式图案化，形成半导体平台201、第一外侧壁20a、外周部202、第二外侧壁20b及通孔203，外周部203环绕半导体平台201。半导体平台201通过移除部分的第二半导体层23及有源层22，以形成包含第一半导体层21、第二半导体层23及有源层22的结构。外周部202和通孔203通过移除部分的第二半导体层23及有源层22，以分别露出第一半导体层21的第一表面21a和第二表面21b。通孔203可以规则地设置在半导体叠层20内。然而，应当理解，本发明不限于此，通孔203的配置及数量可以根据各种方式进行改变。第一半导体层21露出区域不限于与通孔203的形状对应的形状。例如，第一半导体层21露出区域可以具有线状或者孔洞和线状相结合的形状。

如图4至图6所示，发光元件2还包括第二绝缘层70，在半导体叠层20上形成第二绝缘层70，第二绝缘层70包括第二开口部OP2和第三开口部OP3，第二开口部OP2露出阻挡层60的部分表面，第三开口部OP3形成于通孔203上以露出第一半导体层21的第二表面21b。在另一实施例这种，阻挡层60不设置时，第二开口部OP2露出反射层50的部分表面。

在一实施例中，第二绝缘层70还覆盖半导体叠层20的第一外侧壁20a和部分外周部202表面，第二绝缘层70包括与外周部202的第一半导体层21的第一表面21a接触的部分，且第二绝缘层70的部分包括外边缘70a位于外周部202上，外周部202的第一半导体层21的第一表面21a包括被第二绝缘层70覆盖的部分和未被第二绝缘层70覆盖的部分。

如图4至图6所示，发光元件2还包括第一连接电极81和第二连接电极82，在第二绝缘层80上形成第一连接电极81和第二连接电极82。第一连接电极81填入通孔203中并覆盖第三开口部OP3，以与第一半导体层21的第二表面21b相接触，并延伸覆盖于第二绝缘层70部分表面上，其中第一连接电极81通过第二绝缘层70与第二半导体层23相绝缘。第二连接电极82覆盖第二开口部OP2中以与部分阻挡层60相接触，并延伸覆盖于第二绝缘层70部分表面上，其中第二连接电极82通过阻挡层60与第二半导体层23电连接，第二连接电极82与通孔203在垂直于半导体叠层的投影方向上不重叠。

发光元件2的边长大于35mil以上，并且在通大电流的情况下，外周部202上裸露的第一半导体层21需要与第一连接电极81连续接触，发光元件2才能够得到较佳的电流扩展能力和较低的电压。

如图5和图6所示，第一连接电极81包括部分覆盖第一绝缘层70的外边缘70a，并延伸未被第二绝缘层70覆盖的部分外周部202的第一半导体层21的第一表面21a,第一连接电极81在外周部202第二部分2022上的投影面积大于外周部202第二部分2022面积的50%以上，或者，外周部202的第二边缘2022a与第一连接电极81靠近发光元件1边缘之间的距离与外周部202的第二距离D2 之间的比值大于0.5，可尽可能扩大第一连接电极81的面积，能够充分发挥金属结构的优势，例如提高电流扩展能力、提升发光元件1散热性能，从而增强发光元件1的可靠性。第一连接电极81采用反射金属，如Al、Ag等，在外周部202上的投影面积越大，反射层的面积也越大，对发光元件1的亮度提升具有较大的帮助。

在另一实施例中，如图7所示，第一连接电极81可以进一步向半导体叠层20的第二外侧壁20b延伸，且第一连接电极81的边缘81a位于半导体叠层20的第二外侧壁20b上，可以使第一连接电极81的面积在可靠性的范围内达到最大，提升发光元件2的出光效率。即，外周部202的第二边缘2022a与第一连接电极81靠近发光元件1边缘之间的距离与外周部202的第二距离D2 之间的比值介于1~1.2，若比值大于1.2，则第一连接电极81可能会继续延伸至第二外侧壁20b的底部，甚至与基板10表面接触，晶圆在裂片形成单个发光元件时，可能会导致崩边的问题，降低发光元件2可靠性。