CN102456775B - 发光元件及其制法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种发光元件的制法，其步骤包括：提供一第一基板，其上形成有以沟槽为间隔的多个发光叠层；以一液态的介电材料填入沟槽中及发光叠层的一侧表面上；以及进行一固化程序，以形成填充于沟槽中的一隔离部、及形成于发光叠层上的一介电层。基于上述制法，本发明也揭示一种发光元件。

Description

发光元件及其制法

技术领域

本发明涉及一种发光元件，尤其是涉及一种阵列式的发光元件。

背景技术

发光二极管(LED)的发光原理和结构与传统光源并不相同，具有耗电量低、元件寿命长、无需暖灯时间、反应速度快等优点，再加上其体积小、耐震动、适合量产，容易配合应用需求制成极小或阵列式的元件，在市场上的应用颇为广泛。例如，光学显示装置、激光二极管、交通号志、数据存储装置、通讯装置、照明装置、以及医疗装置等。

传统的阵列式发光二极管，如图1所示，包含一蓝宝石绝缘基板10、多个发光叠层12形成于蓝宝石绝缘基板10上，包含一p型半导体层121、一发光层122、以及一n型半导体层123。由于蓝宝石基板10不导电，因此在多个发光叠层12之间由蚀刻形成沟槽14后可使各发光叠层12彼此绝缘，另外再通过部分蚀刻多个发光叠层12至n型半导体层123，分别在n型半导体层123暴露区域以及p型半导体层121上形成一第一电极18以及一第二电极16。再通过金属导线19选择性连接多个发光叠层12的第一电极18及第二电极16，使得多个发光叠层12之间形成串联或并联的电路，其中金属导线19与p型半导体层121间具有一介电层17。此外，发光叠层12可通过金属气相沉积法(MOCVD)成长于蓝宝石绝缘基板10上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发光元件的制法，以解决上述问题。

为达上述目的，本发明提供一种发光元件的制法，其步骤包括：提供一第一基板，其上形成有以沟槽为间隔的多个发光叠层；以一液态的介电材料填入沟槽中及多个发光叠层上；以及进行一固化程序，以形成一介电结构，介电结构包括填充于沟槽中的一隔离部、及形成于多个发光叠层上的一介电层。

本发明提供一种发光元件，包括：一第二基板；多个发光叠层位于第二基板上；以及一介电结构，包括一介电层位于第二基板与多个发光叠层间，及一隔离部延伸自介电层且位于各发光叠层之间，其中隔离部的深度与宽度的比值大于等于0.8且小于等于3。

附图说明

图1是为现有技术的阵列式发光二极管示意图；

图2A至图2H是显示本发明发光元件第一实施例的制造流程图；

图3是显示本发明发光元件第二实施例的结构图；以及

图4是显示本发明发光元件第三实施例的结构图。

主要元件符号说明

蓝宝石绝缘基板10

发光叠层12

p型半导体层121

发光层122

n型半导体层123

沟槽14

金属导线19

发光元件200，300，400

第一基板202

蚀刻停止层201

第一半导体层204，304，404

发光层206

第二半导体层208

半导体叠层210

沟槽212

发光叠层214，314，414

第一电极205

第二电极207

第二基板218，318，418

金属导线220

介电结构216，316，416

隔离部216a，316a，416a

介电层216b，316b，416b

粘着层422

反射层322

透明导电层324

具体实施方式

请参阅图2A至图2F，其是显示本发明发光元件的制法的第一实施例。

步骤a：如图2A所示，首先提供一第一基板202，并在第一基板202上进行磊晶成长以形成一半导体叠层210，包括：形成一第一半导体层204于第一基板202上；形成一发光层206于第一半导体层204上；以及形成一第二半导体层208于发光层206上。其中第一半导体层204可掺杂为n型，而第二半导体层可掺杂为p型；或第一半导体层204可掺杂为p型，而第二半导体层可掺杂为n型。此外，在形成第一半导体层204前可选择性地先形成一蚀刻停止层201于第一基板202上。例如当后续欲进行湿式蚀刻制作工艺且磊晶种类为磷化铝镓铟(AlGaInP)系列时，蚀刻停止层201的材料可为磷化铟镓(InGaP)，然而当后续是进行干式蚀刻制作工艺时，可不形成蚀刻停止层201。

步骤b：如图2B所示，将第二半导体层208表面进行粗化。

步骤c：如图2C所示，在前述半导体叠层210上进行蚀刻以形成沟槽212。可利用蚀刻液进行湿式蚀刻，令沟槽212的深度穿透第一半导体层204、发光层206、第二半导体层208，但不穿透蚀刻停止层201；沟槽212也可以感应耦合等离子体蚀刻(Inductively Coupled Plasma，ICP)的方式形成。沟槽212可呈棋盘状分布，以形成多个阵列状排列的发光叠层214。

步骤d：如图2D所示，利用旋涂玻璃(SOG)方式将一介电材料涂布在第二半导体层208上并填充于沟槽212中。旋涂玻璃的介电材料在涂布过程中为液态，因此可避免与第二半导体层208间出现气泡。当涂布介电材料的程序完成后再进行一固化程序使液态的介电材料形成一介电结构216。介电结构216包括填充于沟槽212中的隔离部216a、及第二半导体层208上的一介电层216b。介电材料可例如为二氧化硅(SiO₂)或二氧化钛(TiO₂)，以二氧化硅为例，当完成旋涂玻璃涂布后，将介电材料在温度约为200～500度之间进行固化。此外，介电结构216也可通过涂布硅树脂、苯并环丁烯(BCB)、环氧树脂(Epoxy)、聚亚醯胺(Polyimide)或过氟环丁烷(PFCB)所形成。

步骤e：如图2E所示，在介电层216b表面进行平坦化制作工艺，可例如采用化学机械研磨(Chemical mechanical polishing，CMP)方式使介电层216b表面平坦化。接着可提供一第二基板218以直接接合方式，例如键结，与介电层216b结合。第二基板218可为具有氧分子的一承载基板，例如蓝宝石、玻璃或石英材料的基板，通过加压及加热使其具有的氧分子与介电层216b的氧分子键结。

步骤f：如图2F所示，移除蚀刻停止层201及第一基板202，曝露出隔离部216a与各发光叠层214的顶面214a，此时隔离部216a与发光叠层214的顶面214a呈大致齐平的状态。其中发光叠层214的顶面裸露出第一半导体层204。

步骤g：如图2G所示，在各发光叠层214上进行曝光、显影等制作工艺以移除部分的第一半导体层204及发光层206，进而使第二半导体层208的部分表面裸露，接着可在第一半导体层204及第二半导体层208上分别形成一第一电极205及一第二电极207。

步骤h：如图2H所示，在各发光叠层214间形成金属导线220。金属导线220两端可视电路规划的需要连接分属两不同发光叠层214的电极，例如一第一电极205及一第二电极207、两第一电极205或两第二电极207，使得各发光叠层214通过金属导线220连接成一串联电路、并联电路、反向并联电路、惠斯顿电桥电路或其他具有上述电路的组合电路。以图2H中的金属导线220为例，其是由一发光叠层214的第一电极205沿着第一半导体层204的顶面延伸至隔离部216a上，再连接至相邻发光叠层214上的第二电极207。经由上述的制作工艺，本发明第一实施例的发光元件200包括：第二基板218；多个发光叠层214形成于第二基板218上；一介电结构216包括形成于多个发光叠层214间的一隔离部216a、及形成于发光叠层214与第二基板218间的一介电层216b，其中隔离部216a延伸自介电层216b且大致齐平于发光叠层214的顶面；以及至少一金属导线220，连接于不同发光叠层214间且跨越隔离部216a。由于隔离部216a与发光叠层214的顶面大致齐平，因此可减少金属导线220的弯折次数，以本实施例而言，金属导线220由一发光叠层214的第一电极205沿着第一半导体层204的顶面水平延伸至隔离部216a上，再经一次弯折而连接至相邻发光叠层214上的第二电极207，具体而言，金属导线220的弯折次数可小于4次。此外，由于介电结构216由液态的介电材料固化形成而充分地填充于各发光叠层214间的沟槽212中，因此沟槽212的宽度只要具有可使各发光叠层214间绝缘的最小宽度即可，无需因沉积制作工艺考量而加大沟槽开口宽度，而减少发光面积。因此，沟槽212(隔离部216a)的宽度由上至下大致上可维持同一宽度。具体而言，沟槽212(隔离部216a)的深度h与宽度w的比值h/w可大于等于0.8且小于等于3。

发光叠层214的第一半导体层204上复可形成一增进电流分布的透明导电层(图未示)，所述透明导电层可在步骤a时以磊晶成长的方式形成于蚀刻停止层上，或在步骤g时以蒸镀或溅镀方式形成于第一半导体层204上。

发光叠层214其材料包含至少一种元素选自于由铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、氮(N)、磷(P)及砷(As)所构成的群组，例如为AlGaInP、AlN、GaN、AlGaN、InGaN或AlInGaN等的半导体化合物。而所述发光叠层的结构可为单异质结构(single heterostructure；SH)、双异质结构(double heterostructure；DH)、双侧双异质结构(double-side double heterostructure；DDH)、或多层量子阱(multi-quantum well；MQW)。

如图3所示，本发明第二实施例的发光元件300包括：第二基板318，其是一承载基板；多个发光叠层314形成于第二基板318上；一介电结构316，包括形成于多个发光叠层314间的一隔离部316a，及形成于发光叠层314与第二基板318间的一介电层316b，其中隔离部316a延伸自介电层316b且大致齐平于发光叠层314的顶面；以及金属导线320，借着跨越隔离部316a而连接于不同发光叠层314间。本实施例与第一实施例主要不同之处在于第二基板318是一金属基板，第二基板318上可形成有一反射层322，而反射层322上又可形成有一透明导电层324以与介电层316b结合。透明导电层324的材质包含金属氧化物诸如氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化锌铝(AZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化锌(ZnO)。

如图4所示，本发明第三实施例的发光元件400包括：第二基板418，其是一承载基板；多个发光叠层414形成于第二基板418上；一介电结构416包括形成于多个发光叠层414间的一隔离部416a、及形成于发光叠层414与第二基板418间的一介电层416b，其中隔离部416a延伸自介电层416b且大致齐平于发光叠层414的顶面；以及金属导线420，借着跨越隔离部416a而连接于不同发光叠层414间。本实施例与前述实施例的不同之处在于介电层416b与第二基板418间通过一绝缘的粘着层422进行结合，其中绝缘的粘着层422包含聚醯亚胺(PI)、苯并环丁烯(BCB)、或过氟环丁烷(PFCB)。在本实施例中，第二基板418可为一绝缘基板、金属基板或一半导体基板。第二基板418为绝缘基板时可为蓝宝石、玻璃、氮化铝或石英材料的基板。第二基板418为金属基板时可为铜或铝基板。第二基板418为半导体基板时可为硅基板。第二基板418可进一步为一散热基板当其材质为上述的氮化铝、铜、铝、硅或陶瓷。

本发明所列举的各实施例仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。任何人对本发明所作的任何显而易知的修饰或变更皆不脱离本发明的精神与范围。

Claims (12)

1.一种发光元件的制法，其步骤包括：

提供一第一基板；

形成多个发光叠层于该第一基板上，其步骤包括：

形成一半导体叠层于该第一基板上，该半导体叠层包括形成于该第一基板上的一第一半导体层、形成于该第一半导体层上的一发光层、以及形成于该发光层上的一第二半导体层；以及

形成至少一沟槽穿透该第一半导体层、发光层及该第二半导体层，以形成该些发光叠层，且使该些发光叠层间无彼此相连的半导体层；

以一液态介电材料填入该沟槽中及该些发光叠层上；以及

进行一固化程序，以形成一介电结构，该介电结构包括填充于该沟槽中的一隔离部、及形成于该些发光叠层上的一介电层，

提供一第二基板，将该第二基板直接接合于该介电层。

2.如权利要求1的发光元件的制法，还包括于形成该些发光叠层前，在该第一基板上形成一蚀刻停止层，其中该沟槽不穿透该蚀刻停止层。

3.如权利要求1的发光元件的制法，其中该液态介电材料以旋涂玻璃方式进行涂布。

4.如权利要求2的发光元件的制法，还包括将该第二基板直接接合于该介电层之前，在该介电层表面上进行表面处理，该第二基板具有氧分子，以通过氧分子键结的方式直接结合于该介电层。

5.如权利要求4的发光元件的制法，其中该表面处理为化学机械研磨(CMP)，且/或该第二基板与该介电层结合时辅以加热及加压。

6.如权利要求4的发光元件的制法，还包括在该第二基板与该介电层结合后，移除该第一基板，使各该发光叠层分别裸露出该第一半导体层及该第二半导体层。

7.如权利要求6的发光元件的制法，还包括形成至少一金属导线其两端分别连接于不同的该些发光叠层。

8.一种发光元件，包括：

基板；

多个发光叠层位于该基板上，其中各该些发光叠层包括第一半导体层、第二半导体层及位于该第一及第二半导体层间的一发光层；以及

介电结构，包括位于该些发光叠层间的一隔离部及形成于该些发光叠层及该基板间的一介电层，其中该基板直接接合于该介电层。

9.如权利要求8的发光元件，其中该第二半导体层与该介电层间的表面是一粗化表面。

10.如权利要求8的发光元件，其中该隔离部与该发光叠层的顶面齐平。

11.如权利要求8的发光元件，还包括多条金属导线形成于该些多个发光叠层间，各该金属导线的两端分别电连接于两不同的该发光叠层，且该些多个发光叠层通过该些金属导线形成为一串联电路、并联电路、反向并联电路、一惠斯顿电桥电路或具有上述电路的一组合电路。

12.如权利要求11的发光元件，各该些金属导线其弯折次数少于四次。