CN101807630A - 发光元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种发光元件及其制造方法。该制造方法的步骤至少包含：提供基板，此基板具有第一主要表面与第二主要表面；形成多个发光叠层于上述基板的第一主要表面上；形成蚀刻保护层于发光叠层上；以不连续性激光在基板上形成多个不连续的孔洞；蚀刻多个不连续的孔洞；以及沿着多个不连续的孔洞劈裂基板以形成发光元件。上述发光元件的基板侧壁至少包含一第一结构面与一第二结构面，其中第一结构面为实质平整表面而第二结构面为实质不平整表面。

Description

发光元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种发光元件，特别是涉及一种关于发光元件的基板的侧壁，该基板的侧壁至少包含一第一结构面与一第二结构面，其中第一结构面为实质平整表面而第二结构面为实质不平整表面的发光元件及其制造方法。

背景技术

发光二极管(light-emitting diode，LED)的发光原理是利用电子在n型半导体与p型半导体间移动的能量差，以光的形式将能量释放，这样的发光原理有别于白炽灯发热的发光原理，因此发光二极管被称为冷光源。此外，发光二极管具有高耐久性、寿命长、轻巧、耗电量低等优点。因此现今的照明市场对于发光二极管寄予厚望，将其视为新一代的照明工具，已逐渐取代传统光源，并且应用于各种领域，如交通标志、背光模块、路灯照明、医疗设备等。

图1为已知的发光元件结构示意图，如图1所示，已知的发光元件100，包含有透明基板10、位于透明基板10上的半导体叠层12，以及位于上述半导体叠层12上的至少一电极14，其中上述的半导体叠层12由上而下至少包含第一导电型半导体层120、有源层122，以及第二导电型半导体层124。

此外，上述的发光元件100还可以进一步地与其他元件组合连接以形成发光装置(light-emitting apparatus)。图2为已知的发光装置结构示意图，如图2所示，发光装置200包含具有至少一电路202的次载体(sub-mount)20；位于上述次载体20上的至少一焊料(solder)22，通过此焊料22将上述发光元件100粘结固定于次载体20上并使发光元件100的基板10与次载体20上的电路202形成电连接；以及，电性连接结构24，以电性连接发光元件100的电极14与次载体20上的电路202；其中，上述的次载体20可以是导线框架(lead frame)或大尺寸镶嵌基底(mounting substrate)，以方便发光装置200的电路规划并提高其散热效果。

然而，如图1所示，在已知的发光元件100中，由于透明基板10的表面为平整表面，且透明基板10的折射率与外部环境的折射率不同，因此有源层122所发出的光线A由基板进入外部环境时，容易形成全反射(TotalInternal Reflection，TIR)，造成发光元件100的光摘出效率降低。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种发光元件，至少包含基板，其中基板具有至少一侧壁，此侧壁至少包含一第一结构面与一第二结构面，第一结构面为实质平整表面，而第二结构面为实质不平整表面；以及位于基板上的发光叠层。

本发明的另一目的在于提供发光元件，至少包含基板，其中基板具有至少一侧壁，此侧壁包含至少由一第一结构面与一第二结构面所组成的实质不连续结构，第一结构面为实质平整表面，而第二结构面为实质不平整表面；以及发光叠层，位于基板上。通过基板侧壁的实质不连续结构以提高发光元件的光摘出效率。

本发明的再一目的在于提供发光元件的制造方法，步骤包含提供基板，此基板具有第一主要表面与第二主要表面；形成半导体外延层于基板的第一表面上；形成蚀刻保护层于半导体外延层上；以不连续性激光在基板上形成多个不连续的孔洞；蚀刻多个不连续的孔洞；以及沿着多个不连续的孔洞劈裂，以形成发光元件。

附图说明

图1为已知的发光元件结构示意图。

图2为已知的发光装置结构示意图。

图3A至图3I为本发明制造流程结构示意图。

图4为本发明实施例的结构示意图。

图5为本发明另一实施例结构示意图。

图6为本发明又一实施例结构示意图。

图7为本发明实施例的扫描式电子显微镜微结构图。

附图标记说明

100：发光元件     10：透明基板

12：半导体叠层              14：电极

120：第一导电型半导体层     122：有源层

124：第二导电型半导体层     200：发光装置

20：次载体                  202：电路

22：焊料                    24：电性连接结构

30：基板                    302：第一主要表面

304：第二主要表面           306：侧壁

32：半导体叠层              320：第一导电型半导体层

322：有源层                 324：第二导电型半导体层

326：台状结构               34：蚀刻保护层

36：孔洞                    300：发光元件

38：透明导电氧化层          40：电极

3060：第一结构面            3062：第二结构面

具体实施方式

本发明揭示一种发光元件及其制造方法，为了使本发明的叙述更加详尽与完备，请参照下列描述并配合图3A至图6的图示。

图3A至图3I为本发明制造流程结构示意图，如图3A所示，提供基板30，其中基板30包含第一主要表面302与第二主要表面304。接着，如图3B所示，形成多个半导体外延层31于此基板30的第一主要表面302上，其中半导体外延层31由下而上至少包含第一导电型半导体层310、有源层312，以及第二导电型半导体层314。

随后，如图3C所示，利用光刻蚀刻技术蚀刻上述半导体外延层31，以裸露部分基板30并且使半导体外延层31形成多个台状结构的发光叠层32，其中每一发光叠层32中均裸露部分的第一导电型半导体层310。再如同图3D所示，在发光叠层32上形成蚀刻保护层34。在其他实施例中，此蚀刻保护层34亦可以同时覆盖于发光叠层32与基板30上，其中上述的蚀刻保护层34的材料可以是二氧化硅(SiO₂)或氮化硅(SiN_x)等材料。随后，如图3E所示，以不连续的激光光束在基板30的第一主要表面302形成多个不连续的孔洞36，其中，此所谓的“不连续的激光光束”是指激光光束于基板10上移动过程中以一定或不定的时间间隔发射，由此使基板30的第一主要表面302形成多个不连续的孔洞36。在本实施例中，所谓的“不连续的激光光束”可以是点发式激光，诸如脉冲式激光光束(pulsed laser beam)。图3F为图3E俯视结构示意图，如图3E所示，在本发明实施例中，以不连续性的激光光束形成的不连续的孔洞36围绕于多个发光叠层32的周围。

接着，如图3G所示，以蚀刻液在摄氏100至300度的温度条件下蚀刻上述不连续的孔洞36约10至50分钟。在本实施例中，优选的操作条件是在摄氏150至250度的温度条件下，以硫酸(H₂SiO₄)与磷酸(H₃PO₄)的浓度比为三比一的蚀刻液蚀刻约20至40分钟。在其他实施例中，蚀刻液亦可选用磷酸溶液。最后再如图3H所示，移除蚀刻保护层34，并且研磨基板30的第二主要表面304，以减少基板30的厚度，随后沿着多个不连续的孔洞36劈裂，以形成多个发光元件300。

不仅如此，还可以如图3I所示，在劈裂前，形成至少一透明导电氧化(Transparent Conductive Oxide，TCO)层38于发光叠层32上以及至少一电极40于透明导电氧化层38上。

此外，在上述实施例中，以不连续的激光光束在基板30的第一主要表面302进行切割以形成多个不连续的孔洞36。然而上述步骤仅举例而言，不意味着本发明的范围局限于此。对本发明所属技术领域中普通技术人员而言，其在据以实施本发明时，亦可在基板其他位置以不连续的激光光束进行切割，诸如在基板30的第二主要表面304进行切割，以形成多个不连续的孔洞于第二主要表面。

图4至图6为本发明实施例的结构示意图。如图4所示，发光元件300至少包含基板30以及位于基板30上的发光叠层32。基板30至少包含一第一主要表面302、一第二主要表面304，以及至少一侧壁306，其中上述基板30的侧壁306至少包含一具实质平整表面的第一结构面3060以及一具实质不平整表面的第二结构面3062，其中第二结构面3062的厚度约为5μm至20μm。在本实施例中，第二结构面3062位于基板30侧壁306靠近第一主要表面302处，其实质不平整表面是由于不连续性激光切割以及蚀刻工艺所形成的凹凸结构，其中上述凹凸结构具有延伸方向B，此延伸方向B为纵向延伸。所谓的“纵向延伸”可以是由基板30的第一主要表面302朝远离第一主要表面302的方向延伸、由基板30的第二主要表面304朝向远离第二主要表面的方向延伸，或者由基板30的第一主要表面302朝向第二主要表面304的方向延伸等，亦即延伸方向B与第一主要表面302的法线方向C具有夹角θ，其中0°≤θ＜90°。在上述实施例中，凹凸结构的延伸方向B为实质平行于基板30上第一主要表面302的法线方向C，亦即θ大致上为0°。

不仅如此，上述的基板30的材料可以是蓝宝石(Sapphire)、氧化锌(ZnO)等透明基板。在本实施例中则采用蓝宝石基板。而发光叠层32由下而上包含第一导电型半导体层310、有源层312以及第二导电型半导体层314，其材料可以包含铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、砷(As)、磷(P)或氮(N)的半导体材料，诸如氮化镓(GaN)系列材料或磷化铝镓铟(AlGaInP)系列材料等。在本实施例中发光叠层32的材料为氮化镓系列材料。

此外，上述的发光元件300还包含位于发光叠层32上的至少一透明导电氧化层38以及位于上述的透明导电氧化层38上的至少一电极40；其中，透明导电氧化层38的材料选自包含选自氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化锑锌(AZO)与氧化锌(ZnO)所构成的组的一种或一种以上的材料。

图5为本发明另一实施例结构示意图，除了实质不平整表面的第二结构面3062位于靠近第二主要表面304的侧壁306上外，图5所示的发光元件各元件、构成以及连接关系等等，均与图4所示相同。

图6为本发明又一实施例结构示意图，除了实质不平整表面的第二结构面3062位于基板30侧壁306的中间位置外，此第二结构面3062的上下为实质平整的第一结构面3060。图6所示的发光元件各元件、构成以及连接关系等等，亦与图4所示相同。

图7为本发明实施例的扫描式电子显微镜微结构图，如图7所示，基板30的第一结构面3062为凹凸结构的不平整表面。

以上所述的实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在使本领域一般技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，不能以限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的等同变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (17)

1.一种发光元件的制造方法，其步骤至少包含：

提供基板，其中该基板具有第一主要表面与第二主要表面；

形成多个发光叠层于该基板的第一主要表面上；

形成蚀刻保护层于该些发光叠层上；

以不连续性激光在该基板形成多个不连续的孔洞；

蚀刻该多个不连续的孔洞；以及

沿着该多个不连续的孔洞劈裂该基板。

2.如权利要求1所述的发光元件制造方法，还包含移除该蚀刻保护层的步骤。

3.如权利要求1所述的发光元件制造方法，其中形成该发光叠层的步骤，至少包含：

形成第一导电型半导体层于该基板的第一主要表面上；

形成有源层于该第一导电型半导体层上；

形成第二导电型半导体层于该有源层上；

利用光刻蚀刻技术蚀刻该第一导电型半导体层、该有源层以及该第二导电型半导体层，以形成多个为台状结构的发光叠层。

4.如权利要求1所述的发光元件制造方法，其中蚀刻该多个不连续的孔洞的步骤是在摄氏100至300的温度条件以蚀刻液蚀刻10至50分钟。

5.如权利要求4所述的发光元件制造方法，其中该蚀刻液为硫酸与磷酸的成分比为3∶1的溶液或磷酸溶液。

6.如权利要求1所述的发光元件制造方法，其中该蚀刻保护层的材料为SiO₂或SiN_x。

7.如权利要求1所述的发光元件制造方法，其中该以不连续性激光在该基板形成多个不连续的孔洞的步骤中，该不连续性激光为点发式激光。

8.如权利要求1所述的发光元件制造方法，其中该以不连续性激光于该基板形成多个不连续的孔洞的步骤中，该孔洞形成于该第一主要表面或该第二主要表面。

9.如权利要求1所述的发光元件制造方法，还包含形成至少一电极于该发光叠层上的步骤。

10.如权利要求9所述的发光元件制造方法，还包含形成透明导电氧化层于该发光叠层与该电极间的步骤。

11.一种发光元件，至少包含：

基板，其中该基板具有至少一第一主要表面、一第二主要表面以及一侧壁；

发光叠层，位于该基板上，其中该基板的侧壁至少包含至少一第一结构面与至少一第二结构面，该第一结构面为实质不平整表面，而该第二结构面为实质平整表面。

12.如权利要求11所述的发光元件，其中该第一结构面的结构为凹凸结构。

13.如权利要求12所述的发光元件，其中该凹凸结构具有的延伸方向为纵向方向。

14.如权利要求12所述的发光元件，该凹凸结构的延伸方向由该第一主要表面朝向该第二主要表面延伸、由该第一主要表面朝向远离该第一主要表面的方向延伸或由该第二主要表面朝向远离该第二主要表面的方向延伸。

15.如权利要求12所述的发光元件，其中该凹凸结构的延伸方向实质平行于该基板主要表面的法线方向。

16.如权利要求11所述的发光元件，其中该第一结构面形成于该基板侧壁靠近该第一主要表面处或靠近该第二主要表面处。

17.如权利要求11所述的发光元件，该第一结构面形成于该基板侧壁上，其中该第一结构面上下皆是该第二结构面。

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