TW202343833A

TW202343833A - 發光元件

Info

Publication number: TW202343833A
Application number: TW111116475A
Authority: TW
Inventors: 沈建賦; 郭彥良
Original assignee: 晶元光電股份有限公司
Priority date: 2022-04-29
Filing date: 2022-04-29
Publication date: 2023-11-01
Also published as: TWI864391B

Abstract

提供發光元件。發光元件包含半導體疊層、第一電極結構、第一圖案化絕緣層與第二圖案化絕緣層。半導體疊層包含具有第一表面的第一型半導體層、具有第二表面的第二型半導體層、以及形成於第一型半導體層與第二型半導體層之間的主動區域。第一電極結構形成於第一表面上。第一圖案化絕緣層形成於第二表面上。第二圖案化絕緣層形成於第二表面上。第二圖案化絕緣層圍繞並連接第一圖案化絕緣層。第一圖案化絕緣層與第二圖案化絕緣層包含不同材料。

Description

發光元件

本申請案係有關於發光元件，且特別有關於半導體發光元件。

半導體發光元件，例如發光二極體，已廣泛地應用於各種照明領域中。半導體發光元件通常包含反射結構，半導體發光元件射向反射結構的光會被反射至出光面摘出，以提高出光效率。

因此，如何調整半導體發光元件的反射結構，進而有效提升半導體發光元件之出光效率，實為研發人員研發的重點之一。

根據本申請案之一實施例，發光元件包含半導體疊層、第一電極結構、第一圖案化絕緣層與第二圖案化絕緣層。半導體疊層包含具有第一表面的第一型半導體層、具有第二表面的第二型半導體層、以及形成於第一型半導體層與第二型半導體層之間的主動區域。第一電極結構形成於第一表面上。第一圖案化絕緣層形成於第二表面上。第二圖案化絕緣層形成於第二表面上。第二圖案化絕緣層圍繞並連接第一圖案化絕緣層。第一圖案化絕緣層與第二圖案化絕緣層包含不同材料。

為了對本申請案之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：

本說明書中所使用的序數例如「第一」、「第二」、「第三」等用詞，是用以修飾元件，其本身並不意含及代表該元件有任何之前的序數，也不代表某一元件與另一元件的順序，或是製造方法上的順序，這些序數的使用僅用來使具有相同命名的元件能做出清楚區分。另外，圖式係簡化以利清楚說明實施例之內容，圖式上的尺寸比例並非按照實際產品等比例繪製。相同或相似的元件符號用以代表相同或相似的元件。

請同時參照第1-2圖。第1圖係繪示根據一實施例之發光元件1的上視透視示意圖，第2圖係為沿著第1圖所示之剖面線A-A’繪示的發光元件1的剖面示意圖。為了便於理解半導體疊層11、第一電極結構12、第一圖案化絕緣層13、第二圖案化絕緣層14與圖案化反射層15的相對位置關係，第1圖所示之發光元件1的上視透視示意圖僅繪示半導體疊層11、第一電極結構12、自半導體疊層11透視，被第一電極結構12遮蓋的部分第一圖案化絕緣層13、第二圖案化絕緣層14、以及圖案化反射層15，係將其他元件省略，故並未完全代表實際結構。參考第2圖所示，發光元件1可包含基板19、第二電極結構20與半導體疊層11。第二電極結構20與半導體疊層11分別設置於基板19的相反側。半導體疊層11可包含第一型半導體層110、第二型半導體層111與形成於第一型半導體層110與第二型半導體層111之間的主動區域112。如第2圖所示，主動區域112與第一型半導體層110可沿著正Z方向依序形成於第二型半導體層111上。第一型半導體層110具有第一表面110s。第一型半導體層110之第一表面110s，例如是發光元件1的出光面。第二型半導體層111具有第二表面111s。第二型半導體層111之第二表面111s，例如是位於發光元件1的出光面之相對側的表面。在一實施例中，第一型半導體層110之第一表面110s可包含粗糙表面，以提升光提取效率。

在一實施例中，基板19包含導電材料或半導體材料，基板19可為透光或不透光的。導電透光材料包含但不限於透明導電氧化物(TCO)，例如氧化鋅(ZnO)、；導電不透光材料包含但不限於金屬材料，例如鋁(Al)、銅(Cu)、鉬(Mo) 、鍺(Ge)或鎢(W)等元素或上述材料之合金或疊層；半導體材料包含矽(Si)、碳化矽(SiC)、砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、磷化鎵(GaP)、磷砷化鎵(GaAsP)、硒化鋅(ZnSe)、硒化鋅(ZnSe)或磷化銦(InP)。

在一實施例中，半導體疊層11為發光疊層，第一型半導體層110與第二型半導體層111可用做侷限層、載子供應層、或接觸層。主動區域112可用做發光結構。第一型半導體層110與第二型半導體層111可包含不同摻雜類型的半導體材料以供應載子，例如第一型半導體層110包含n型半導體層，第二型半導體層111包含p型半導體層，以分別提供電子與電洞，或者第一型半導體層110包含p型半導體層，第二型半導體層111包含n型半導體層，以分別提供電洞與電子。第一型半導體層110、主動區域112與第二型半導體層111可包含相同系列之III-V族化合物半導體材料，例如AlInGaAs系列、AlGaInP系列、InGaAsP系列或AlInGaN系列。其中，AlInGaAs系列可表示為(Al _x1In _(1-x1)) _1-x2Ga _x2As，AlInGaP系列可表示為(Al _x1In _(1-x1)) _1-x2Ga _x2P，AlInGaN系列可表示為(Al _x1In _(1-x1)) _1-x2Ga _x2N，InGaAsP系列可表示In _x1Ga _1-x1As _x2P _1-x2，其中，0≦x1≦1，0≦x2≦1。發光元件1例如為一發光二極體，其所發出之光線的波長取決於主動區域112之材料組成。具體來說，主動區域112之材料可包含AlInGaAs、InGaAsP、AlGaInP、InGaN或AlGaN。當主動區域112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。當主動區域112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、波長介於490 nm及530 nm之間的青色光(Cyan)、或波長介於530 nm及570 nm之間的綠光。當主動區域112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。於一實施例中，主動區域112可包含單異質結構(single heterostructure)、雙異質結構(double heterostructure)或多重量子井結構(multiple quantum wells)。在一實施例中，主動區域112包含多重量子井結構，主動區域112包含在Z方向上一次或多次交替堆疊的一或複數個量子井層(quantum well layer)與一或複數個障蔽層(barrier layer)，且障蔽層的能障大於量子井層以限制載子分布，此外，複數個量子井層彼此之間可以具有相同或不同的材料組成及能障，本申請案對此不加以限制。在一實施例中，主動區域112之材料可以是i型、p型或n型半導體。

發光元件1還可包含第一電極結構12、第一圖案化絕緣層13、第二圖案化絕緣層14、圖案化反射層15與反射阻障層16。第一電極結構12可設置於第一型半導體層110之第一表面110s上。第一圖案化絕緣層13、第二圖案化絕緣層14與圖案化反射層15可設置於第二型半導體層111之第二表面111s上。於一實施例中，圖案化反射層15直接接觸第二型半導體層111，以形成一歐姆接觸。於一實施例中，圖案化反射層15與第二型半導體層111之間更包含一透明導電層(圖未示)，例如氧化銦錫(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)、砷化鋁鎵(AlGaAs)、氮化鎵(GaN)、磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)、磷砷化鎵(GaAsP)、氧化銦鋅(IZO)、類鑽碳薄膜(DLC)或石墨烯，透明導電層直接接觸第二型半導體層111，以形成一歐姆接觸。第二圖案化絕緣層14可在XY平面上圍繞第一圖案化絕緣層13與圖案化反射層15。在一些實施例中，第二圖案化絕緣層14可連接第一圖案化絕緣層13。在一些實施例中，第一圖案化絕緣層13可連接圖案化反射層15。在另一些實施例中，第一圖案化絕緣層13可對應第一電極結構12的位置設置。例如，第一電極結構12可在Z方向上重疊於第一圖案化絕緣層13。第一電極結構12在XY平面上的面積可小於第一圖案化絕緣層13在XY平面上的面積，以避免過多的第一電極結構12面積遮蔽主動區域112發出的光。此外當第一型半導體層110為n型半導體層，第二型半導體層111為p型半導體層時，電子在第一型半導體層110橫向擴散速度大於電洞在第二型半導體層111的橫向擴散速度，因此自第二電極結構20注入的電流(電洞)藉由較大的第一圖案化絕緣層13能夠和橫向擴散較快的電子集中在主動區域112避開第一電極結構12遮蔽區域發光，以進一步減少第一電極結構12遮光的影響。反射阻障層16可設置於第一圖案化絕緣層13、第二圖案化絕緣層14與圖案化反射層15上。反射阻障層16與半導體疊層11分別設置於第一圖案化絕緣層13的相反側。

具體而言，第一圖案化絕緣層13可包含外圍部131與內部，外圍部131圍繞內部。外圍部131可為封閉環形，例如方環形或圓環形等。內部的圖案可為幾何圖案，例如矩形、或圓形。於一實施例，第一圖案化絕緣層13的內部可由複數個長條部132構成，可例如沿著Y方向延伸且在X方向上彼此間隔設置。複數個長條部132可連接外圍部131且被外圍部131所圍繞。圖案化反射層15可包含複數個反射區151。複數個反射區151可例如沿著Y方向延伸且在X方向上彼此間隔設置。第一圖案化絕緣層13之外圍部131可接觸第二圖案化絕緣層14。第一圖案化絕緣層13之複數個長條部132和圖案化反射層15之複數個反射區151可沿著X方向交錯設置。

反射阻障層16可覆蓋第一圖案化絕緣層13、第二圖案化絕緣層14與圖案化反射層15。反射阻障層16接觸第一圖案化絕緣層13，並與第一圖案化絕緣層13形成全方位反射結構(omni-directional reflector; ODR)，以提升發光元件1之出光效率。第一圖案化絕緣層13可用做電流阻擋層，經由第二電極結構20注入的外部電流被第一圖案化絕緣層13阻擋，再經由圖案化反射層15分佈擴散至第二型半導體層111中。於一實施例中，第一圖案化絕緣層13及/或第二圖案化絕緣層14可增加半導體疊層11和反射阻障層16之間的附著力。反射阻障層16可用以避免圖案化反射層15之材料於製程中擴散而破壞發光元件1之電性。於一實施例中，圖案化反射層15對主動區域112發出的特定波長的光，例如紫外光，具有一第一反射率，反射阻障層16對主動區域112發出的特定波長的光具有一第二反射率，且第一反射率小於第二反射率。圖案化反射層15與半導體疊層11之間有良好的電性接觸。因此藉由圖案化反射層15非整面，例如分散設置於圖案化絕緣層13之間，再藉由具有高反射率的反射阻障層16的大面積，例如整面覆蓋，再搭配第一圖案化絕緣層13構成的全方位反射結構來增加整體的反射率，進而提高發光元件1之光電特性。

在一實施例中，第二圖案化絕緣層14包含背向半導體疊層11之絕緣表面14s，反射阻障層16可完全覆蓋第二圖案化絕緣層14的絕緣表面14s，且反射阻障層16的外側邊緣16sw可與第二圖案化絕緣層14的外側邊緣14sw切齊，例如是在Z方向上切齊。

第一電極結構12與第二電極結構20可包含導電材料。第一電極結構12與第二電極結構20可包含相同或不同的材料。第一電極結構12與第二電極結構20可包含金屬材料或透明導電材料；例如，金屬材料可包含但不限於鋁(Al)、鉻(Cr)、銅(Cu)、錫(Sn)、金(Au)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、銀(Ag)、鉛(Pb)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、銻(Sb)、鈷(Co)或上述材料之合金等；透明導電材料可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)、氧化銦鎢(IWO)、氧化鋅(ZnO)、砷化鋁鎵(AlGaAs)、氮化鎵(GaN)、磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)、磷砷化鎵(GaAsP)、氧化銦鋅(IZO)、類鑽碳薄膜(DLC)或石墨烯。在一實施例，第一電極結構12與第二電極結構20係分別包含單層或多層結構。第一電極結構12與第二電極結構20設置於半導體疊層11的相反側，以形成垂直式的發光元件。在另一實施例中，第一電極結構12與第二電極結構20可設置於半導體疊層11的同一側，以形成水平式的發光元件。第一電極結構12與第二電極結構20均可用以連接外部電源，並將電流均勻擴散至半導體疊層11中。於此實施例中，基板19可包含但並不限於絕緣材料，例如藍寶石(Sapphire)、鑽石(Diamond)、玻璃(Glass)、石英(Quartz)、壓克力(Acryl)、環氧樹脂（Epoxy）、氮化鋁(AlN)。

第一圖案化絕緣層13和第二圖案化絕緣層14可包含相同或不同的材料。在一實施例中，第一圖案化絕緣層13可包含對主動區域112發出的特定波長的光具有第一吸收率，第二圖案化絕緣層14可包含對主動區域112發出的特定波長的光具有第二吸收率，其中第一吸收率小於第二吸收率。在一實施例中，主動區域112發出的光包含紫外光波段，例如峰值波長為380 nm以下的波長的光，第一圖案化絕緣層13對於波長小於約380 nm的光吸收率小於第二圖案化絕緣層14對於波長小於約380 nm的光吸收率。在一實施例中，第一圖案化絕緣層13對於波長小於約380 nm的光吸收率小於40%，第二圖案化絕緣層14對於波長小於約380 nm的光吸收率大於40%。在一實施例中，第一圖案化絕緣層13的折射率小於第二圖案化絕緣層14的折射率。第一圖案化絕緣層13的材料可包含對光低吸收率的材料，例如二氧化矽(SiO ₂)、或五氧化二鈮(Nb ₂O ₅)等。第二圖案化絕緣層14可包含對製程容忍性高的材料，例如耐酸蝕的材料，例如二氧化鈦(TiO ₂)、或五氧化二鈮(Nb ₂O ₅)等。以上內容僅為本申請案之實施例，並不以此為限。第一圖案化絕緣層13的材料選擇可根據主動區域112發出的光的波長進行選擇調整。

圖案化反射層15可包含金屬材料，例如銀(Ag)、金(Au)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、釕(Ru) 、鎢(W) 、銠(Rh)或上述材料之合金或疊層。。在一實施例中，圖案化反射層15可包含多層結構（未繪示），例如，圖案化反射層15可包含堆疊的第一反射金屬層、第二反射金屬層與第三反射金屬層之多層結構，第一反射金屬層、第二反射金屬層與第三反射金屬層可沿著負Z方向依序堆疊，第一反射金屬層可包含銀(Ag)，第二反射金屬層可包含鈦鎢(TiW)，第三反射金屬層可包含鉑(Pt)。圖案化反射層15可和第二型半導體層111形成歐姆接觸。

反射阻障層16可包含金屬材料，例如鋁(Al)、鉻(Cr)、鉑(Pt)、鈦(Ti)、鎢(W)、鋅(Zn)、銠(Rh) 或上述材料之合金或疊層。在一實施例中，反射阻障層16可包含多層結構（未繪示），例如，反射阻障層16可包含堆疊的第一阻障金屬層、第二阻障金屬層與第三阻障金屬層之多層結構，第一阻障金屬層、第二阻障金屬層與第三阻障金屬層可沿著負Z方向依序堆疊，第一阻障金屬層可包含鋁(Al)，第二阻障金屬層可包含鈦鎢(TiW)，第三阻障金屬層可包含鉑(Pt)。在一實施例中，反射阻障層16與第一圖案化絕緣層13接觸的部分包含高反射率的鋁(Al)、鉑(Pt)或銠(Rh)。

發光元件1還可包含設置於反射阻障層16和基板19之間的阻障層17與接合層18。阻障層17與接合層18可沿著負Z方向依序設置於反射阻障層16上。發光元件1還可包含保護層21。保護層21可設置於第一型半導體層110之第一表面110s上且覆蓋部分的第一型半導體層110之第一表面110s，並延伸覆蓋半導體疊層11的側表面。保護層21更可覆蓋第二圖案化絕緣層14。第一電極結構12可穿過保護層21而接觸半導體疊層11之第一型半導體層110。於一實施例，第一電極結構12位於保護層21上且覆蓋保護層21之一部分。於一實施例，第一電極結構12不覆蓋保護層21。於一實施例，保護層21可順應覆蓋第一型半導體層110的粗糙表面，故保護層21之上表面可包含凹凸圖案。阻障層17可用以避免接合層18之材料於製程中擴散而至反射阻障層16及/或圖案化反射層15，反應生成化合物或形成合金而影響圖案化反射層15及/或反射阻障層16之反射率及導電特性。接合層18可用以接合基板19與半導體疊層11及形成於其上的上述層疊。

阻障層17可包含金屬材料，例如鉻(Cr)、鉑(Pt)、鈦(Ti)、鎢(W)、鋅(Zn) 或上述材料之合金或疊層。於一實施例中，當阻障層17為金屬疊層時，阻障層17係包含由兩層或兩層以上的金屬交替堆疊而形成，例如Cr/Pt、Cr/Ti、Cr/TiW、Cr/W、Cr/Zn、Ti/Pt、Ti/W、Ti/TiW、Ti/Zn、TiW/Pt、Pt/W、Pt/Zn、TiW/W、TiW/Zn、或W/Zn等。在發光元件1為垂直式發光元件時，接合層18可包含透明導電材料、金屬材料；透明導電材料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)、磷化鎵(GaP)、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)、氧化鎵鋁鋅(GAZO)、石墨烯或上述材料之組合；金屬材料包含但不限於銅(Cu)、鋁(Al)、錫(Sn)、金(Au)、銀(Ag)、鉛(Pb)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、鎢(W)或上述材料之合金或疊層等；在發光元件1為水平式的發光元件時，接合層18可包含非導電材料，例如氧化矽（SiO ₂）、苯並環丁烯（benzocyclobutene, BCB）、氮化矽（SiN _x）、接合膠（如環氧樹脂、UV固化膠等）等或前述之組合。保護層21可包含絕緣材料；絕緣材料包含但不限於氧化矽(SiO ₂)、氮化矽(SiN _x或Si ₃N ₄)或上述材料之組合。

第一圖案化絕緣層13具有Z方向上的厚度T1，第二圖案化絕緣層14具有Z方向上的厚度T2，圖案化反射層15具有Z方向上的厚度T3。第二圖案化絕緣層14的厚度T2可小於第一圖案化絕緣層13的厚度T1。圖案化反射層15的厚度T3可小於或等於第一圖案化絕緣層13的厚度T1。如第2圖所示，圖案化反射層15的厚度T3可小於或等於第一圖案化絕緣層13的厚度T1，反射阻障層16可同時接觸第一圖案化絕緣層13與圖案化反射層15，藉此可降低單一材料對介面所產生附著不良之問題。在一實施例中，圖案化反射層15未完全覆蓋第一圖案化絕緣層13的側壁與下表面（此處所述之下表面係指面對基板19的表面），第一圖案化絕緣層13可同時接觸圖案化反射層15與反射阻障層16，藉由反射阻障層16分別與圖案化反射層15與第一圖案化絕緣層13之間良好的附著力，藉此可補強圖案化反射層15與第一圖案化絕緣層13的附著力，以解決圖案化反射層15與第一圖案化絕緣層13附著不良之問題。在一實施例中，第一電極結構12的橫向尺寸（例如是X方向的寬度）可小於第一圖案化絕緣層13的橫向尺寸，可避免影響半導體疊層11發出的光。

請參照第3圖。第3圖係繪示根據本申請案一實施例之反射結構與一比較例之反射結構的反射率模擬曲線圖，分別以不同波長及兩種入射角度（0度、45度）的入射光進行模擬。實施例之反射結構包含如前列舉之對光低吸收率的材料膜層，例如為二氧化矽搭配高反射的金屬材料膜層，例如為鋁。比較例之反射結構包含銀膜層以及對光高吸收率的二氧化鈦膜層。由第3圖可知，比較例之反射結構對於波長介於約380 nm至約600 nm的光之反射率大於對於波長介於約200 nm至約380 nm的光之反射率，而且在波長介於約200 nm至約380 nm的區段反射率急遽下降（例如，對於波長小於約350 nm的光之反射率均低於60%），也就是說，使用比較例之反射結構的發光元件對於波長小於約380 nm的光，亮度表現較差。相對於此，實施例之反射結構對於波長介於約200 nm至約380 nm的光之反射率、以及波長介於約380 nm至約600 nm的光之反射率均大於80%，表示在波長介於約200 nm至約600 nm的區段均具有良好的反射率，因此使用實施例之反射結構的發光元件對於波長小於約380 nm的光，亮度表現仍佳，具有相較於比較例更廣泛的發光波段應用。例如，根據一實施例，發光元件可發出波長介於約200 nm至約600 nm之間的光。例如，根據一實施例之發光元件可發出波長介於約360 nm至約550 nm之間的光。

以下係示例性描述根據本申請案之發光元件1的製造過程，但不以此為限。

半導體疊層11可成長於成長基板晶圓(圖未示)上，例如是透過有機金屬化學氣相沉積法(metal-organic chemical vapor deposition; MOCVD)、分子束磊晶法(molecular beam epitaxy; MBE)、氫化物氣相磊晶法(hydride vapor phase epitaxy; HVPE) 或離子鍍，例如濺鍍或蒸鍍等方法以在成長基板晶圓上依序成長第一型半導體層110、主動區域112與第二型半導體層111。接著，於第二型半導體層111的第二表面111s上形成第一絕緣材料層13m與第二圖案化絕緣層14（如第4圖所示），在此步驟中，第一絕緣材料層13m與第二圖案化絕緣層14覆蓋第二表面111s，第二圖案化絕緣層14圍繞第一絕緣材料層13m，且第一絕緣材料層13m尚未被圖案化。在此步驟中，第一絕緣材料層13m可用來做為硬遮罩，第二圖案化絕緣層14可透過掀離製程(lift-off)來形成。在一實施例中，第一絕緣材料層13m與第二圖案化絕緣層14在同一黃光製程中形成而不需要重新對位，有助於簡化製程並避免圖案偏移。如此可使第二圖案化絕緣層14與第一絕緣材料層13m相連接，。

接著，如第5圖所示，對第一絕緣材料層13m進行圖案化，例如是透過溼式蝕刻或乾式蝕刻製程來移除部分的第一絕緣材料層13m，以形成第一圖案化絕緣層13，並使部分的第二表面111s暴露。第一圖案化絕緣層13包含封閉環形的外圍部131與被外圍部131圍繞之內部。於一實施例，第一圖案化絕緣層13的內部可由複數個長條部132構成。暴露的第二表面111s介於外圍部131與複數個長條部132之間。接著，如第6圖所示，可透過自對準製程(self-align)使圖案化反射層15形成於暴露的第二表面111s上，而使圖案化反射層15和第二型半導體層111形成電性連接。於一實施例中，圖案化反射層15直接接觸第二型半導體層111，以形成一歐姆接觸。於一實施例中，圖案化反射層15與第二型半導體層111之間更包含一透明導電層(圖未示)，透明導電層直接接觸第二型半導體層111，以形成一歐姆接觸。第二圖案化絕緣層14可包含耐酸蝕，因此可在後續製程中用做蝕刻停止層。接著，在第一圖案化絕緣層13、第二圖案化絕緣層14與圖案化反射層15上依序形成反射阻障層16和阻障層17，例如是透過沉積、濺鍍或蒸鍍等方法來形成。

在阻障層17上形成接合層18，以藉由接合層18和基板19接合。在一實施例中，接合層18可形成於基板19上，再使基板19透過接合層18以和阻障層17接合。在另一實施例中，接合層18也可部分形成於阻障層17上、部分形成於基板19上，再使此兩部分的接合層18相互接合以使基板19藉由接合層18和阻障層17接合。在一實施例中，阻障層17、接合層18和基板19之接合例如是透過熱壓製程。接著，可透過沉積、濺鍍或蒸鍍等方法，於基板19上形成第二電極結構20。

可透過雷射移除半導體疊層11上的成長基板晶圓。在一實施例中，半導體疊層11包含一未摻雜的半導體底層(圖未示)，移除成長基板晶圓後暴露出半導體疊層11的半導體底層。在一實施例中，可透過溼式蝕刻或乾式蝕刻製程移除半導體底層，且進一步移除部分第一型半導體層110以形成粗糙表面，例如是第2圖所示之第一表面110s。可透過圖案化半導體疊層11，移除部分半導體疊層110至暴露出第二圖案化絕緣層14，來形成晶片分離區域，其中晶片分離區域定義出發光元件1之周圍。圖案化半導體疊層11的方式可包含乾式蝕刻或濕式蝕刻。接著，可透過沉積、濺鍍或蒸鍍等方法，在第一表面110s及半導體疊層11的側壁上先形成保護材料層(圖未示)，接著透過溼式蝕刻或乾式蝕刻製程來移除部分的保護材料層以暴露出部分的第一表面110s並形成保護層21，然後可透過沉積、濺鍍或蒸鍍等方法，使第一電極結構12形成於第一型半導體層110上。最後，沿著晶片分離區域切割基板19及其上之疊層，分割成多個獨立的發光元件1。在一實施例中，可通過施行上述方法，得到如第1-2圖所述的發光元件1。

第7圖及第8圖分別繪示實施例發光元件2及3的剖面示意圖。發光元件2及3之製程及結構和發光元件1類似，類似的製程及結構請參考發光元件1之說明及圖式，不再贅述，後續將針對差異處說明。請參照第7圖，發光元件2與發光元件1的差異在於，發光元件2更包含黏著層15A，發光元件2之反射層15’不同於發光元件1的圖案化反射層15。黏著層15A可設置於第二型半導體層111之第二表面111s上，且延伸設置於外圍部131之表面131s與長條部132之表面132s上，外圍部131之表面131s與長條部132之表面132s背向半導體疊層11。於一實施例中，黏著層15A可覆蓋外圍部131之表面131s與長條部132之表面132s。於另一實施例中，黏著層15A可覆蓋外圍部131之表面131s與長條部132之表面132s，更延伸覆蓋至外圍部131與長條部132之側壁。反射層15’可設置於黏著層15A與反射阻障層16之間，並覆蓋第一圖案化絕緣層13。黏著層15A可用以提升第一圖案化絕緣層13和反射層15’之間的黏著性。在一實施例中，黏著層15A可包含金屬氧化物、金屬氮化物或金屬。在一實施例中，黏著層15A可包含氧化銦錫，且氧化銦錫在Z方向上的厚度為10到300 。在一實施例中，黏著層15A可包含氮化鈦，且氮化鈦在Z方向上的厚度為10到50 。在一實施例中，黏著層15A可包含鉻，且鉻在Z方向上的厚度為10到50 。

請參照第8圖，發光元件3與發光元件2的差異在於，發光元件3之黏著層15A’可設置於第一圖案化絕緣層13上，且未設置於第二型半導體層111之第二表面111s上，發光元件3之反射層15’可直接接觸第二型半導體層111之第二表面111s。在此實施例中，黏著層15A’為一圖案化黏著層，僅對應設置於第一圖案化絕緣層13上，而未設置於第二型半導體層111之第二表面111s上，因此可降低黏著層15A’對主動區域112發出光的吸收率，並提升光提取效率。

請參照第9圖。第9圖係繪示多個實施例之發光元件與多個比較例之發光元件的功率曲線圖。多個實施例A-E具有如上述第7圖所示之結構，第一圖案化絕緣層13包含如前列舉之對光具有較低吸收率的材料，例如為二氧化矽。多個比較例A-E包含對光具有較高吸收率的二氧化鈦。實施例A、實施例C與實施例E中，第一圖案化絕緣層13在Z方向上的厚度介於700到2500 。實施例B與實施例D中，第一圖案化絕緣層13在Z方向上的厚度介於100到700 。比較例A-E分別對應實施例A-E而具有相同的厚度。由第9圖可知，實施例A-E之發光元件的功率均高於比較例A-E之發光元件的功率，因此採用包含對光具有較低低吸收率的材料之反射結構可有效提升發光元件的亮度，例如可使亮度提升1%至3%。此外，由第9圖可知，相較於實施例B與實施例D，實施例A、實施例C與實施例E的亮度更高，因此在一定範圍內提升第一圖案化絕緣層13在Z方向上的厚度有助於提升發光元件的亮度，例如可使亮度提升0.8%至2%。在一實施例中，第一圖案化絕緣層13在Z方向上的厚度T1可為100 至2500 。在一實施例中，第一圖案化絕緣層13在Z方向上的厚度T1可為700 至2500 。

請參照第10圖。第10圖係繪示不同實施例之發光元件第一圖案化絕緣層寬度變化對應功率的曲線圖，其中實施例A與實施例B具有如上述第7圖所示之結構，第一圖案化絕緣層13包含如前列舉之對光具有較低吸收率的材料，例如為二氧化矽。實施例A與實施例B的差異在於，實施例A中的第一圖案化絕緣層13在Z方向上的厚度介於700到2500 ；實施例B中的第一圖案化絕緣層13在Z方向上的厚度介於100到700 。由第10圖可知，實施例A及實施例B中，當第一圖案化絕緣層13在X方向上的寬度增加，對應的發光元件的電流分散及反射效率相對提升，因此發光元件的功率與亮度愈高。因此在發光元件電性可接受的一定範圍內提升第一圖案化絕緣層13在X方向上的寬度有助於提升發光元件的亮度。在一實施例中，第一圖案化絕緣層13在X方向上的寬度可為20 至80 。在一實施例中，第一圖案化絕緣層13在X方向上的寬度可為30 至80 。

根據不同的應用，可對發光元件1、2或3進行封裝製程。請參照第11圖，係繪示根據一實施例之發光封裝體200的剖面示意圖。根據實施例的發光器件封裝200可以包含封裝牆205、封裝基板201、安裝在封裝基板201上的外部電極213和214、安裝在封裝牆205中且與外部電極213和214電連接的發光元件1、2或3以及封裝材240(其包括螢光體232以圍繞發光元件1)。外部電極213和214彼此電性絕緣，並且通過導線230將電力提供給發光元件1、2或3。此外，外部電極213和214可以反射從發光元件1、2或3發射的光以提高出光效率，並且將從發光元件1、2或3發出的熱量排放到外部。發光封裝體200可以應用於背光單元、照明單元、顯示裝置、指示器、電燈、路燈、用於車輛的照明裝置、用於車輛的顯示裝置或智慧手錶，但是不限於此。

第12圖係繪示根據一實施例之發光裝置300的示意圖。發光裝置300包括一燈罩301、一反射鏡302、一發光模組305、一燈座306、一散熱片307、一連接部308以及一電連接元件309。發光模組305包含一承載部303，以及複數個發光單元304位於承載部303上，其中複數個發光單元304可為前述實施例中的發光元件1、2或3或發光封裝體200。

在本揭露之多個實施例中，發光元件包含對光具有較低吸收率的第一圖案化絕緣層13，提升發光元件的出光效率、發光波段、亮度與應用範圍。再藉由第一圖案化絕緣層13與高反射率的反射阻障層16形成之全方位反射結構對於波長介於約200 nm至約600 nm的光之反射率大於80%，如此可提升第一圖案化絕緣層13與反射阻障層16形成之全方位反射結構對於各種波長的光之反射率。此外，在本揭露之多個實施例中，第一圖案化絕緣層13可同時接觸包含不同材料之黏著層15A、反射層15’與反射阻障層16，如此可提升第一圖案化絕緣層13和其他層之間的附著力，有效避免附著性不佳而導致的產品良率不佳、減損發光元件之耐用性等問題。

綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，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。

1,2,3:發光元件 11:半導體疊層 12:第一電極結構 13:第一圖案化絕緣層 13m:第一絕緣材料層 14:第二圖案化絕緣層 14s:絕緣表面 14sw,16sw:外側邊緣 15:圖案化反射層 15’:反射層 15A,15A’:黏著層 16:反射阻障層 17:阻障層 18:接合層 19:基板 20:第二電極結構 21:保護層 110:第一型半導體層 110s:第一表面 111:第二型半導體層 111s:第二表面 112:主動區域 131:外圍部 131s,132s:表面 132:長條部 151:反射區 200:發光封裝體 201:封裝基板 205:封裝牆 213,214:外部電極 230:導線 232:螢光體 240:封裝材 300:發光裝置 301:燈罩 302:反射鏡 303:承載部 304:發光單元 305:發光模組 306:燈座 307:散熱片 308:連接部 309:電連接元件 A-A’:剖面線 T1,T2,T3:厚度 X,Y,Z:方向

第1圖係繪示根據一實施例之發光元件1的上視透視示意圖；第2圖係為沿著第1圖所示之剖面線A-A’繪示的發光元件1的剖面示意圖；第3圖係繪示根據一實施例之反射結構的反射率模擬曲線圖；第4-6圖係繪示根據一實施例之發光元件1的部分製造步驟的下視示意圖；第7圖係繪示根據一實施例之發光元件2的剖面示意圖；第8圖係繪示根據一實施例之發光元件3的剖面示意圖；第9圖係繪示一實施例之發光元件與比較例之發光元件的功率曲線圖；第10圖係繪示不同實施例之發光元件的功率曲線圖；第11圖係繪示根據一實施例之發光封裝體200的剖面示意圖；及第12圖係繪示根據一實施例之發光裝置300的示意圖。

1:發光元件

11:半導體疊層

12:第一電極結構

13:第一圖案化絕緣層

14:第二圖案化絕緣層

14s:絕緣表面

14sw,16sw:外側邊緣

15:圖案化反射層

16:反射阻障層

17:阻障層

18:接合層

19:基板

20:第二電極結構

21:保護層

110:第一型半導體層

110s:第一表面

111:第二型半導體層

111s:第二表面

112:主動區域

131:外圍部

132:長條部

151:反射區

T1,T2,T3:厚度

X,Y,Z:方向

Claims

一種發光元件，包含：一半導體疊層，包含一第一型半導體層、一第二型半導體層及一主動區域形成於該第一型半導體層與該第二型半導體層之間，其中該第一型半導體層具有一第一表面，該第二型半導體層具有一第二表面；一第一電極結構，形成於該第一表面上；一第一圖案化絕緣層，形成於該第二表面上；以及一第二圖案化絕緣層，形成於該第二表面上，該第二圖案化絕緣層圍繞並連接該第一圖案化絕緣層；其中該第一圖案化絕緣層與該第二圖案化絕緣層包含不同材料。
如請求項1所述之發光元件，其中該第一圖案化絕緣層對應該第一電極結構。
如請求項1所述之發光元件，其中該第二圖案化絕緣層具有一厚度小於該第一圖案化絕緣層的一厚度。
如請求項1所述之發光元件，其中該第一圖案化絕緣層對於該主動區域發出的特定波長的光具有一第一吸收率，該第二圖案化絕緣層對於該主動區域發出的特定波長的光具有一第二吸收率，該第一吸收率小於該第二吸收率。
如請求項4所述之發光元件，其中該第一圖案化絕緣層對於波長小於約380nm的光吸收率小於40%，該第二圖案化絕緣層對於波長小於約380nm的光吸收率大於40%。
如請求項4所述之發光元件，其中該第一圖案化絕緣層包含二氧化矽(SiO ₂)或五氧化二鈮(Nb ₂O ₅)，該第二圖案化絕緣層包含二氧化鈦(TiO ₂)。
如請求項1所述之發光元件，更包含一反射層，形成於該第二表面上，其中該反射層具有一厚度等於或小於該第一圖案化絕緣層的一厚度。
如請求項7所述之發光元件，其中該反射層包含銀或鋁。
如請求項7所述之發光元件，更包含一反射阻障層，形成於該第一圖案化絕緣層、該第二圖案化絕緣層及該反射層上，其中該反射阻障層和該半導體疊層分別位於該第一圖案化絕緣層的相反側，該反射阻障層接觸該第一圖案化絕緣層並形成一全方向反射結構(omni-directional reflector; ODR)。
如請求項9所述之發光元件，其中該全方向反射結構對於波長介於約200奈米至約380奈米的光之反射率大於80%。
如請求項9所述之發光元件，其中該反射阻障層與該第一圖案化絕緣層接觸的部分包含鋁、鉑或銠。
如請求項9所述之發光元件，其中該反射阻障層覆蓋該第二圖案化絕緣層的一絕緣表面，該絕緣表面背向該半導體疊層，且該反射阻障層的一外側邊緣與該第二圖案化絕緣層的一外側邊緣切齊。
如請求項9所述之發光元件，其中該第一圖案化絕緣層接觸該反射層及該反射阻障層。
如請求項7所述之發光元件，其中該反射層為一圖案化反射層，與該第一圖案化絕緣層交錯設置。
如請求項7所述之發光元件，更包含一黏著層，形成於該第一圖案化絕緣層及該反射層之間。
如請求項15所述之發光元件，其中該黏著層為一圖案化黏著層，僅對應設置於該第一圖案化絕緣層上。
如請求項15所述之發光元件，其中該黏著層包含金屬氧化物、金屬氮化物或金屬。
如請求項15所述之發光元件，其中該黏著層的厚度為10到300 。
如請求項1所述之發光元件，其中該第一圖案化絕緣層包含一外圍部與複數個內部，該外圍部與該第二圖案化絕緣層接觸，該些內部被該外圍部所圍繞。
如請求項1所述之發光元件，其中該發光元件具有一發光波長，該發光波長係介於約200nm至約600nm之間。
如請求項1所述之發光元件，其中該第一圖案化絕緣層的厚度為100 至2500 。
如請求項1所述之發光元件，其中該第一圖案化絕緣層的寬度為20 至80 。