CN101212010B - 电致发光装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种电致发光装置，包括基板、反射层、图案化透明导电层、至少一个发光二极管元件、第一接触电极以及第二接触电极。其中，反射层设置于基板之上；图案化透明导电层设置于反射层上；发光二极管元件设置于图案化透明导电层上，发光二极管依次包括第一半导体层、发光层及第二半导体层，第二半导体层位于图案化透明导电层及反射层上；第一接触电极与第一半导体层电连接；第二接触电极与第二半导体层电连接。

Description

电致发光装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种电致发光装置及其制造方法，特别是涉及一种具有高效能的电致发光装置及其制造方法。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)是一种冷光发光元件，其利用半导体材料中电子空穴结合所释放出的能量，以光的形式释出。依据使用材料的不同，其可发出不同波长的单色光，而主要可区分为可见光发光二极管与不可见光(红外线)发光二极管两种，由于发光二极管与传统灯泡发光的形式相比，具有省电、耐震及闪烁速度快等优点，因此成为日常生活中不可或缺的重要元件。

请参照图1所示，现有的一种发光二极管装置1包括粘贴于透明基板11上的至少一个发光二极管元件10。其中，发光二极管元件10包括第一半导体层101、发光层102及第二半导体层103，第一半导体层101、发光层102及第二半导体层103依次设置，第一接触电极104连结于第一半导体层101，第二接触电极105连结于第二半导体层103，以第一半导体层101为n型半导体层，而第二半导体层103为p型半导体层为例说明，当分别对这些半导体层101、103施以电压而产生电流时，利用n型半导体层与p型半导体层中的电子空穴相结合，而将电能转换为光能。此外，发光二极管元件10通过透明粘贴层12粘贴于透明基板11上，且为提高电流分散效率，发光二极管元件10与透明粘贴层12的连结面还包括有透明导电层13，通过均匀电流分布而有效地提高发光二极管装置1整体的发光亮度。

现有技术一般使用外延基板作为透明基板11，以有机粘贴材料构成透明粘贴层12，由于外延基板及有机粘贴材料的导热系数低，因此无法提供发光二极管元件10较佳的散热路径，导致操作中的发光二极管装置1存在热能积聚不易驱散等问题，而影响发光二极管装置1的发光效率。

由于现阶段发光二极管的发展仍存在发光效率偏低的问题，因此业者多致力于如何有效将发光二极管元件10内所产生的光子取出，并同时减少光子在发光二极管元件10内持续反射所产生不必要的热能；另一方面，也致力于解决发光二极管元件10内部的热能驱散问题，以降低发光二极管装置1整体的操作温度，而以达到提高发光二极管装置1的发光效率为最终目的。因此，如何提供一种更有效地提高电流分散效率及有效地降低热能积聚的电致发光装置及其制造方法，实为重要课题之一。

发明内容

因此，为解决上述问题，本发明提出一种电致发光装置及其制造方法，其为有效地提高电流分散效率及有效地降低热能积聚的电致发光装置及其制造方法。

根据本发明的目的，提出一种电致发光装置的制造方法，包括下列步骤：提供板体；形成至少一个发光二极管元件于板体上，发光二极管元件依次包括第一半导体层、发光层及第二半导体层，第一半导体层形成于板体上；形成图案化透明导电层于发光二极管元件上；形成反射层于图案化透明导电层上；粘贴基板于反射层之上；以及移除板体。

根据本发明的另一目的，提出一种电致发光装置，包括：基板、反射层、图案化透明导电层、至少一个发光二极管元件、第一接触电极及第二接触电极。其中，反射层设置于基板之上；图案化透明导电层设置于反射层上；发光二极管元件设置于图案化透明导电层上，发光二极管元件依次包括第一半导体层、发光层及第二半导体层，第二半导体层位于图案化透明导电层及反射层上；第一接触电极与第一半导体层电连接；以及第二接触电极与第二半导体层电连接。

承上所述，因依据本发明的一种电致发光装置及其制造方法，是在电致发光装置中提供图案化的透明导电层，此图案化透明导电层例如可以蚀刻的方式来形成多个岛状图案，发光二极管元件可通过图案化透明导电层的图案化使产生的电流分布均匀，而有效避免电流栓塞现象。另外，利用反射层的设置以与图案化透明导电层形成良好的欧姆性接触，并提供散射及反射光线的界面，而有效提高外部取光与发光效率。此外，由于基板与反射层具有高导热性，因此与现有技术相比，更有效增进发光二极管元件热能的驱散。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1为一种现有的发光二极管装置的示意图。

图2A至2B、图3A至3B、图4A至4C、图5A至5C、图6A至6C、

图7A至7B为依据本发明优选实施例的一种电致发光装置的一组示意图。

图8为依据本发明优选实施例的一种电致发光装置的制造方法流程图。

图9A与图9B为依据本发明优选实施例的一种电致发光装置的制造方法的示意图。

简单符号说明

1：       发光二极管装置

10、24：  发光二极管元件

101、241：第一半导体层

102、242：发光层

103、243：第二半导体层

104、25： 第一接触电极

105、26 ：第二接触电极

11：      透明基板

12：      透明粘贴层

13、23：  透明导电层

2：       电致发光装置

20：      板体

21：      基板

22：      反射层

244：     出光面

245：     抗反射层

27：      粘贴层

28：      绝缘层

S1～S8、S41、S51、S7’、S71’：流程步骤。

具体实施方式

以下将参照相关附图，说明依据本发明优选实施例的一种电致发光装置及其制造方法，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。

请参照图2A至图5C所示，依据本发明优选实施例的一种电致发光装置2包括基板21、反射层22、图案化透明导电层23、至少一个发光二极管元件24、第一接触电极25及第二接触电极26。

在本实施例中，基板21可为高导热系数基板，其材料选自硅(Si)、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、铝(Al)、铜(Cu)及其组合所构成的组。

反射层22设置于基板21之上，图案化透明导电层23设置于反射层22上，如图2至图5所示，反射层22具有凹凸表面，图案化透明导电层23充满于反射层22的凹入处，而使图案化透明导电层23形成例如包括有多个岛状图案，其中该多个岛状图案为独立或连续的，即该多个岛状图案可分别为分离的独立岛状结构(如图2A与图3A所示)，另外，也可为两两相连结成连续岛状结构(如图4A与图5A所示)，当然，图案化透明导电层23也可由上述两种岛状结构的组合构成。其中，岛状图案的剖面为矩形、圆形、多边形或不规则形状。

在本实施例中，反射层22的材料为具有高反射系数的金属，且通过反射层22的凹凸表面，提供良好的光线反射与散射效果，以增加外部取光效率。其中，反射层22的金属选自铂(Pt)、金(Au)、银(Ag)、钯(Cr)、镍(Ni)、铂(Pd)、钛(Ti)及其组合所构成的组。另外，在本实施例中，也通过反射层22与透明导电层23的连结而形成有良好的欧姆接触，以此降低电阻值以增进电致发光装置2的发光效率。

发光二极管元件24设置于图案化透明导电层23上，其包括第一半导体层241、发光层242及第二半导体层243，并以第二半导体层243、发光层242与第二半导体层241的顺序依次形成于图案化透明导电层23及反射层22上。在本实施例中，发光二极管元件24可设置于具有独立岛状图案的图案化透明导电层23上，在此，第二半导体层243接触图案化透明导电层23及反射层22(如图2A与图3A所示)；另外，发光二极管元件24也可设置于具有连续岛状图案的图案化透明导电层23上，在此，第二半导体层243接触图案化透明导电层23(如图4A与图5A所示)，通过图案化透明导电层23的图案化而达到有效均匀化发光二极管元件24的电流分布，进而避免发生电流拴塞的现象。

承上，在本实施例中，第一半导体层241可为n型半导体层，而第二半导体层243可为p型半导体层，然而此仅为举例性，当然，第一半导体层241与第二半导体层243层为n型半导体层及p型半导体层的应用，可依据实际需求而加以互换。

第一接触电极25与第一半导体层241电连接，第二接触电极26与第二半导体层243电连接，详细来说，且以第一接触电极25与第二接触电极26相对基板21位于同一侧为例说明，如图2与图4所示，第一接触电极25形成于第一半导体层241上，而第二接触电极26形成于第二半导体层243上；另外，依据实际需求，如图3与图5所示，也可通过蚀刻部分的第二半导体层243，而暴露部分的图案化透明导电层23及/或反射层22，在此，第二接触电极26可形成于独立岛状图案的图案化透明导电层23及反射层22上(如图3A所示)，或是形成于连续岛状图案的图案化透明导电层23上(如图5A所示)；再者，如图6所示，除了蚀刻部分的第二半导体层243外，当图案化透明导电层23为连续岛状图案时，也可更进一步蚀刻部分的图案化透明导电层23后，再将第二接触电极26形成于图案化透明导电层23及/或反射层22上。

另外，第一半导体层241除了设置有第一接触电极25外，在发光二极管元件24的出光面244上，即在第一半导体层241之侧且非第一接触电极25设置的位置上，还可形成有粗糙结构或是抗反射层245，用以导出光线，以有效提高出光效率，如图2B、图3B所示。又，除上述图4A、图5A、图6A所示的结构外，导电基板21上除可直接与反射层22接触外，还可于其中增加粘贴层27(如图4B、图5B与图6B所示)，其具有高导热性质。粘贴层27的材料为银膏、锡膏、锡银膏，或其他可导电的粘贴材料，且包括含铅与不含铅的可导电的粘贴材料。由于本实施例粘贴层27的材料的热传导系数比现有一般使用的有机粘贴材料高，因此更有效达到散除热能的目的。

另外，如图4C、图5C与图6C所示，当基板21为导电基板时，为避免发光二极管元件24与基板21直接导通，本实施例的电致发光装置2还可包括绝缘层28设置于粘贴层27与反射层22之间，且为达到较佳的散热效果，本实施例的绝缘层28可选自氮化铝或碳化硅等导热系数高的材料构成。又，如图7A所示，第二接触电极26形成于第二半导体层243上，另外，也可更进一步移除第二半导体层243，再将第二接触电极26形成于图案化透明导电层23及/或反射层22上，如图7B所示。

承上所述，本实施例的电致发光装置2通过这些具有高导热系数的绝缘层28、粘贴层27及基板21，以充分达到降低发光二极管元件24的操作温度的目的，且更具有耐大电流及提供大面积制作的能力，进而大幅提高了电致发光装置2的整体发光效率。

而为使本发明的一种电致发光装置2的内容更加清楚，请参照图8、图9A与图9B所示，说明依据本发明优选实施例的一种电致发光装置的制造方法，其包括步骤S1至S6，步骤S1为提供板体20；步骤S2为形成至少一个发光二极管元件24于板体20上，发光二极管元件24依次包括第一半导体层241、发光层242及第二半导体层243，第一半导体层241形成于板体20上；步骤S3为形成图案化透明导电层23于发光二极管元件24上；步骤S4为形成反射层22于图案化透明导电层23上；步骤S5为粘贴基板21于反射层22之上；以及步骤S6为移除板体20。

在步骤S1中，提供板体20，其作为制作发光二极管元件24的暂时性基板，其材料包括氧化铝例如三氧化二铝(Al₂O₃)，在板体20经过适当的清洗步骤后以进行后续的发光二极管元件24的外延层成长。

在步骤S2中，形成发光二极管元件24于板体20上，即在板体20上依次成长第一半导体层241、发光层242及第二半导体层243，在本实施例中，第一半导体层241可为n型半导体层，而第二半导体层243可为p型半导体层，然而此仅为举例性，并不仅限于此。

在步骤S3中，形成图案化透明导电层23于发光二极管元件24上，在本实施例中，选自氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锑锡、Be、Ge、Ni、Au及其组合所构成的组中的至少一种材料，通过沉积方式形成于发光二极管元件24的第二半导体层243上，之后，再利用黄光与蚀刻工艺对其进行图案化，其中，蚀刻工艺可选用干式蚀刻或湿式蚀刻，并搭配物理性蚀刻及/或化学性蚀刻来完成。在本实施例中，图案化透明导电层23可包括多个岛状图案，而依据蚀刻深度的不同，例如终止蚀刻步骤于图案化透明导电层23的任一深度位置，而使图案化透明导电层23呈连续岛状图案结构(如图9A所示)；另外，也可蚀刻至整个图案化透明导电层23穿透且终止于发光二极管元件24的第二半导体层243，而使图案化透明导电层23呈独立岛状图案结构(如图9B所示)。其中，岛状图案不限定，其剖面可为矩形、圆形、多边形或不规则形状。

在步骤S4中，形成反射层22于图案化透明导电层23上，在本实施例中，选自Pt、Au、A g、Cr、Ni、Pd、Ti及其组合所构成的组中的至少一种高反射系数材料，沉积于图案化透明导电层23上，而依据图案化透明导电层23的图案化结构使得形成于其上的反射层22具有凹凸表面，且与图案化透明导电层23形成欧姆接触，分别通过增加外部取光效率以及降低电阻值，来达到有效提高整体的发光效率。

在步骤S4之后，还可包括步骤S41，其形成绝缘层28于反射层22之上，在本实施例中，绝缘层28选用高导热系数的材料例如氮化铝或碳化硅以反应性溅射法、非反应性溅射法、高温氮化法及高温粉体烧结法形成于反射层22之上。

在步骤S5中，粘贴基板21于反射层22之上，在本实施例中，基板21通过粘贴层27粘贴于绝缘层28上，在此，粘贴层27可涂布于反射层22/绝缘层28上或是基板21上，再将基板21贴合，且粘贴层27可覆盖部分面积的反射层22/绝缘层28，抑或是完整覆盖反射层22/绝缘层28的表面。其中，基板21及粘贴层27具有高导热性质，基板21的材料选自Si、GaAs、GaP、SiC、BN、AlN、Al、Cu及其组合所构成的组中至少其中之一，而粘贴层27的材料为银膏、锡膏、锡银膏，或其他可导电的粘贴材料，且包括含铅与不含铅的可导电的粘贴材料。

在步骤S5之后，还包括步骤S51，即翻转电致发光装置，以进行后续移除暂时性基板的步骤。

在步骤S6中，移除板体20，即移除作为成长发光二极管元件24的暂时性基板。在本实施例中，翻转电致发光装置的步骤也可在步骤S6之后执行。

在步骤S6之后，还包括步骤S7，形成第一接触电极25以电连接于第一半导体层241，在本实施例中，第一接触电极25形成于第一半导体层241的一侧，且于步骤S7中，在第一半导体层241之侧且于不具有第一接触电极25的位置形成有粗糙结构或抗反射层245，以增进导出光线的机会。

此外，在步骤S6之后，也可还包括步骤S7’，移除部分的发光二极管元件24，如图9A与图9B所示，可移除部分的第一半导体层241及发光层242，之后，将第二接触电极26形成于第二半导体层243上，另外，也可更进一步移除第二半导体层243，再将第二接触电极26形成于图案化透明导电层23及/或反射层22上，换言之，即依据不同深度的部分发光二极管元件24移除后，再将第二接触电极26形成于该移除部分上(步骤S8)，并使第二接触电极26与第二半导体层243电连接而完成。

另外，依据不同岛状图案的图案化透明导电层23，因此在步骤S7’之后，还可包括步骤S71’，移除部分的图案化透明导电层23，之后，再将第二接触电极26形成于该移除部分上(步骤S8)，并与第二半导体层243相连结以电连接而完成。

综上所述，因依据本发明的一种电致发光装置及其制造方法，在电致发光装置中提供图案化的透明导电层，此图案化透明导电层例如可以蚀刻的方式来形成多个岛状图案，发光二极管元件可通过图案化透明导电层的图案化使产生的电流分布均匀，而有效避免电流栓塞现象。另外，利用反射层的设置以与图案化透明导电层形成良好的欧姆性接触，并提供散射及反射光线的界面，而有效提高外部取光与发光效率。此外，由于基板与反射层具有高导热性，因此与现有技术相比，更有效增进发光二极管元件热能的驱散。

以上所述仅为举例性，而非限制性的。任何未脱离本发明的精神与范围，而对其进行的等同修改或变更，均应包含于权利要求之中。

Claims (20)

1.一种电致发光装置的制造方法，包括下列步骤：

提供板体；

形成至少一个发光二极管元件于该板体上，该发光二极管元件依次包括第一半导体层、发光层及第二半导体层，该第一半导体层形成于该板体上；

形成图案化透明导电层于该发光二极管元件上；

形成反射层于该图案化透明导电层上；

粘贴基板于该反射层之上；以及

移除该板体。

2.如权利要求1所述的制造方法，其中在移除该板体步骤之后，还包括步骤：

形成第一接触电极于该第一半导体层的一侧，且该第一接触电极电连接于该第一半导体层、该第一半导体层之侧于不具有该第一接触电极的位置形成粗糙结构或抗反射层。

3.如权利要求1所述的制造方法，其中在移除该板体步骤之后，还包括步骤：

移除部分的该发光二极管元件；

移除部分的该图案化透明导电层；以及

形成第二接触电极于该移除部分上，且该第二接触电极电连接于该第二半导体层。

4.如权利要求3所述的制造方法，其中移除部分的该第一半导体层及该发光层，或是移除部分的该第二半导体层。

5.如权利要求1所述的制造方法，其中在形成该反射层于该图案化透明导电层之上步骤之后，还包括步骤：

形成绝缘层于该反射层之上；

其中，该绝缘层以反应性溅射法、非反应性溅射法、高温氮化法及高温粉体烧结法形成于该反射层之上。

6.如权利要求1所述的制造方法，其中该图案化透明导电层包括多个岛状图案，该岛状图案为独立或连续的，且该岛状图案的剖面为矩形、圆形、多边形或不规则形状。

7.一种电致发光装置，包括：

基板；

反射层，设置于该基板之上；

图案化透明导电层，设置于该反射层上；

至少一个发光二极管元件，设置于该图案化透明导电层上，该发光二极管元件依次包括第一半导体层、发光层及第二半导体层，该第二半导体层位于该图案化透明导电层及该反射层上；

第一接触电极，与该第一半导体层电连接；以及

第二接触电极，与该第二半导体层电连接。

8.如权利要求7所述的电致发光装置，其中该反射层为欧姆接触金属层，且该反射层的材料选自铂、金、银、钯、镍、铂、钛及其组合所构成的组。

9.如权利要求7所述的电致发光装置，其中该反射层具有凹凸表面。

10.如权利要求9所述的电致发光装置，其中该图案化透明导电层充满该反射层的凹入处。

11.如权利要求7所述的电致发光装置，其中该图案化透明导电层包括多个岛状图案。

12.如权利要求11所述的电致发光装置，其中该岛状图案为独立或连续的，且该岛状图案的剖面为矩形、圆形、多边形或不规则形状。

13.如权利要求7所述的电致发光装置，还包括：

粘贴层，设置于该反射层与该基板之间。

14.如权利要求13所述的电致发光装置，其中该基板及该粘贴层具有高导热性质。

15.如权利要求14所述的电致发光装置，其中该基板的材料选自硅、砷化镓、磷化镓、碳化硅、氮化硼、氮化铝、铝、铜及其组合所构成的组，且该粘贴层的材料为银膏、锡膏、锡银膏，或其他可导电的粘贴材料。

16.如权利要求13项所述的电致发光装置，还包括：

绝缘层，设置于该粘贴层与该反射层之间。

17.如权利要求16所述的电致发光装置，其中该绝缘层的材料为氮化铝或碳化硅。

18.如权利要求7所述的电致发光装置，其中该第一接触电极形成于该第一半导体层上。

19.如权利要求18所述的电致发光装置，其中该第一半导体层之侧于不具有该第一接触电极的位置形成粗糙结构或抗反射层。

20.如权利要求7所述的电致发光装置，其中该第二接触电极形成于该第二半导体层上或该图案化透明导电层上，或是该第二接触电极形成于该图案化透明导电层及反射层上。

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