CN101958374B

CN101958374B - 发光元件及其制造方法

Info

Publication number: CN101958374B
Application number: CN200910160709.7A
Authority: CN
Inventors: 徐子杰
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2029-07-17
Also published as: CN101958374A

Abstract

本发明公开了一种发光元件及其制造方法，其步骤至少包含：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；以激光于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。

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，特别是一种关于发光元件的基板侧壁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，如交通号志、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，以及至少一电极14位于上述半导体叠层12上，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它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包含具有至少电路202的次载体(sub-mount)20；至少一焊料(solder)22位于上述次载体20上，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可以是导线架(leadframe)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)，降低发光元件100的光摘出效率。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种发光元件，至少包含一基板，其中基板具有至少一侧壁，此侧壁为实质不平整表面；以及位于基板上的发光叠层。通过基板侧壁的实质不平整表面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，此基板具有第一表面与第二表面；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；以激光于基板上形成多个不连续的孔洞或连续线段；蚀刻多个不连续的孔洞或连续线段；以及沿着多个不连续的孔洞或连续线段劈裂，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、3B、3C、3D、3E、3F-1、3F-2、3G、3H、3I、3J、3K、3L和3M为本发明制造流程结构示意图。

图4A与图4B为本发明实施例的结构示意图。

图5为本发明实施例的扫描式电子显微镜微结构图。

附图标记

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：第一表面

304：第二表面 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

50：连接层 60：暂时基板

70：粘性胶材

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5的图示。

图3A至图3M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包含第一表面302与第二表面304，其中第一表面302与第二表面304相对；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，在其它实施例中，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，以激光能量0.3～0.6W，速度2～8mm/sec的激光光束于基板30的第一表面302形成深度约为10～150μm的多个不连续孔洞或连续线段36，在优选实施例中，可形成深度约为50～150μm的多个不连续孔洞或连续线段36。

图3F-1为图3E的俯视结构示意图，如图3E所示，在本发明实施例中，以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。在另一实施例中，如图3F-2所示，以激光光束形成的连续线段36围绕于多个发光叠层32的周围。

接着，如图3G所示，以蚀刻液于摄氏100至300度的温度条件下蚀刻上述不连续的孔洞或连续线段36约10至50分钟以清除激光造成的副产物，在本实施例中，优选的操作条件是于摄氏150至250度的温度条件下，以硫酸(H₂SO₄)与磷酸(H₃PO₄)的浓度比为三比一的蚀刻液蚀刻约20至40分钟；于其它实施例中，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的第二表面304，以减少基板30的厚度，随后沿着多个不连续的孔洞或连续线段36以激光361劈裂，以形成多个发光元件300。

不仅如此，更可以如图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，以激光光束于基板30的第一表面302进行切割以形成多个不连续的孔洞或连续线段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，亦可于基板其它位置以激光光束进行切割，诸如于基板30的第二表面304进行切割，以形成多个不连续的孔洞或连续线段36于的第二表面304。

在本发明的另一实施例中，还可以如图3J所示，接续在上述图3G之后，移除蚀刻保护层34，并先形成至少一电极40于发光叠层32上。于本实施例中，发光叠层32位于基板30上，基板部分侧壁306具有实质不平整表面，此具有实质不平整表面的部分侧壁306其厚度优选为与不连续孔洞或连续线段36的深度相当。之后，如图3K所示，以连接层50将此多个的发光叠层32接合至暂时基板60。在此实施例中，连接层50的材料可为聚酰亚胺(PI)、苯并环丁烯(BCB)与过氟环丁烷(PFCB)所构成材料族群中的至少一种材料或金属材料；暂时基板60的材料可为蓝宝石(Sapphire)、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)或氮化镓(GaN)。

接着，如图3L所示，研磨基板30的第二表面304，以减少基板30的厚度至将露出激光切割的深度后，粘接可拉伸的粘性胶材70于具有实质不平整表面部分侧壁306的基板30的底部，其中粘性胶材70的材料可为一般具伸张性的胶带。

随后，如图3M所示，可以使用激光剥离技术(laser lift off，LLO)或蚀刻移除暂时基板60与连接层50。之后，可拉伸上述粘性胶材70，使粘接在上的多个光电元件300各自分离。通过此粘性胶材70，可使分离的多个发光元件300不致成为一颗颗散落的管芯，以利进行后续工艺。

图4A与图4B为本发明实施例的结构示意图；如图4A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至少包含第一表面302、第二表面304、及位于第一表面及第二表面间的侧壁，且部分侧壁306具有实质不平整表面，此具有实质不平整表面的部分侧壁306其厚度优选为与不连续孔洞或连续线段36的深度相当。其中侧壁306的厚度约为10μm至150μm，在优选实施例中，侧壁306的厚度约为50μm至150μm；此实质不平整表面由于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的第一表面302朝远离第一表面302的方向延伸、由基板30的第二表面304朝向远离第二表面的方向延伸，或者由基板30的第一表面302朝向第二表面304的方向延伸等，亦即延伸方向B与第一表面302的法线方向C具有夹角θ，其中0°≤θ＜90°。于上述实施例中，凹凸结构的延伸方向B实质平行于基板30上第一表面302的法线方向C，亦即θ大致上为0°。

如图4B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至少包含第一表面302、第二表面304、及位于第一表面及第二表面间的侧壁，且部分侧壁306具有实质不平整表面，此具有实质不平整表面的部分侧壁306其厚度优选为与不连续孔洞或连续线段36的深度相当，例如约为10μm至150μm，在优选实施例中，部分侧壁306的厚度约为50μm至150μm；此实质不平整表面是由于激光切割以及蚀刻工艺所形成的连续粗糙结构。

在优选实施例中，发光元件300的四个侧壁可皆为实质不平整表面。在另一优选实施例中，发光元件300除了四个侧壁可皆为实质不平整表面，第一表面302也可为实质不平整表面。

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。

此外，上述的发光元件300还包含至少一透明导电氧化层38位于发光叠层32上以及至少一电极40位于上述的透明导电氧化层38上；其中，透明导电氧化层38的材料选自包含一种或一种以上的材料选自氧化铟锡(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)所构成的群组。

图5为本发明实施例的扫描式电子显微镜微结构图，如图5所示，基板30的侧壁306为不平整表面。

以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以的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

1.一种发光元件制造方法，其步骤至少包含：

提供基板，其中该基板具有第一表面与第二表面，其中该第一表面与该第二表面相对；

形成多个发光叠层于该基板的第一表面上；

形成蚀刻保护层于多个发光叠层上；

以激光于该基板的该第一表面形成多个不连续的孔洞或连续线段，其深度为10～150μm；

研磨该基板的第二表面的步骤，以减少该基板的厚度至将露出激光切割的深度；

提供粘性胶材于该基板的第二表面；以及

拉伸该粘性胶材，以形成分离的多个发光元件。

2.如权利要求1所述的发光元件制造方法，其中，在研磨该基板的第二表面的步骤，以减少该基板的厚度至将露出激光切割的深度之前，还包含沿着多个不连续的孔洞或连续线段以激光劈裂该基板的步骤。

3.如权利要求1所述的发光元件制造方法，还包含移除该粘性胶材的步骤。

4.如权利要求1所述的发光元件制造方法，其中该激光能量为0.3～0.6W，速度为2～8mm／sec。

5.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；以及

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。

6.如权利要求1所述的发光元件制造方法，还包含在以激光于该基板形成多个不连续的孔洞或连续线段后蚀刻多个不连续的孔洞或连续线段。

7.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。

8.如权利要求7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。

9.如权利要求2所述的发光元件制造方法，其中，在沿着多个不连续的孔洞或连续线段切割该基板的步骤之后且在研磨该基板的第二表面的步骤之前，还包含提供连接层与暂时基板，以该连接层接合该暂时基板于该多个发光叠层之上的步骤。

10.一种发光元件制造方法，其步骤至少包含：

形成多个发光叠层于该基板的第一表面上；

形成蚀刻保护层于多个发光叠层上；

以激光于该基板的该第一表面形成多个不连续的孔洞或多个连续线段，多个不连续的孔洞或多个连续线段的深度为10～150μm；以及

沿着多个不连续的孔洞或多个连续线段劈裂该基板。

11.如权利要求10所述的发光元件制造方法，其中该激光能量为0.3～0.6W，速度为2～8mm／sec。

12.如权利要求10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；

13.一种发光元件，至少包含：

基板，包含第一表面、第二表面以及至少一侧表面，且该第一表面与该第二表面相对，其中该基板侧表面至少部分为实质不平整表面，其厚度约为10～150μm；以及

发光叠层，位于该基板的第一表面上，

其中该实质不平整表面为凹凸结构，且该凹凸结构具有一延伸方向，该延伸方向与该第一表面的法线方向具有夹角θ，其中0°≤θ＜90°。

14.如权利要求13所述的发光元件，其中该发光叠层至少包含：

第一导电型半导体层，位于该基板的第一表面上；

有源层，位于部分该第一导电型半导体层上；以及

第二导电型半导体层，位于该有源层上。

15.如权利要求13所述的发光元件，还包含至少一电极位于该发光叠层上或透明导电氧化层位于该发光叠层与该电极之间。

16.如权利要求13所述的发光元件，其中该第一表面也为实质不平整表面。

17.一种发光元件制造方法，其步骤至少包含：

形成多个发光叠层于该基板的第一表面上；

形成蚀刻保护层于多个发光叠层上；

以激光于该基板形成多个不连续的孔洞或连续线段，其深度为10～150μm；

沿着多个不连续的孔洞或连续线段以激光劈裂该基板；

提供粘性胶材于该基板的第二表面；以及

拉伸该粘性胶材，以形成分离的多个发光元件，

其中，在沿着多个不连续的孔洞或连续线段以激光劈裂该基板的步骤之后且在提供粘性胶材于该基板的第二表面的步骤之前，还包含研磨该基板的第二表面的步骤，以减少该基板的厚度至将露出激光切割的深度。

18.一种发光元件制造方法，其步骤至少包含：

形成多个发光叠层于该基板的第一表面上；

形成蚀刻保护层于多个发光叠层上；

以激光于该基板形成多个不连续的孔洞或多个连续线段，多个不连续的孔洞或多个连续线段的深度为10～150μm；以及

沿着多个不连续的孔洞或多个连续线段以激光劈裂该基板，

其中，在以激光于该基板形成多个不连续的孔洞或多个连续线段的步骤之后且在沿着多个不连续的孔洞或多个连续线段劈裂该基板的步骤之前，还包含提供连接层与暂时基板，以该连接层接合该暂时基板于该多个发光叠层之上的步骤，

在所述提供连接层与暂时基板的步骤之后且在沿着多个不连续的孔洞或多个连续线段劈裂该基板的步骤之前，还包括研磨该基板的第二表面的步骤，以减少该基板的厚度至将露出激光切割的深度。