CN102468394A

CN102468394A - 发光二极管元件及其制造方法

Info

Publication number: CN102468394A
Application number: CN2010105485640A
Authority: CN
Inventors: 余国辉; 朱长信
Original assignee: FOSHAN QIMING PHOTOELECTRIC Co Ltd; Chi Mei Lighting Technology Corp
Current assignee: FOSHAN QIMING PHOTOELECTRIC Co Ltd; Chi Mei Lighting Technology Corp
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2010-11-12
Publication date: 2012-05-23

Abstract

本发明公开了一种发光二极管元件及其制造方法。该发光二极管元件包含基板以及外延层，外延层设置于基板的表面上。其中，发光二极管元件的侧壁具有内凹部，且内凹部的至少部分设置反射层。通过在发光二极管元件的侧壁的内凹部的反射层，可降低基板与外延层的界面的光损耗、减少基板光吸收以及改变出光角度。

Description

发光二极管元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种发光二极管元件及其制造方法，特别涉及一种侧壁有反射层的发光二极管元件及其制造方法。

背景技术

发光二极管(light-emitting diode，LED)是一种由半导体材料制作而成的发光元件。由于发光二极管属于冷发光，具有耗电量低、元件寿命长、反应速度快等优点，再加上体积小容易制成极小或阵列式元件的特性，因此近年来随着技术不断地进步，其应用范围涵盖了电脑或家电产品的指示灯、液晶显示装置的背光源乃至交通信号或是车用指示灯。

图1为一种已知发光二极管元件1的示意图。如图1所示，发光二极管元件1包含基板11、N型半导体层12、多重量子阱结构13、P型半导体层14、透光导电层15、第一电极16及第二电极17。其中，第一电极16及第二电极17分别设置于N型半导体层12及P型半导体层14上，与引线连接并接收驱动信号，以激发发光二极管元件1发出光线。

然而，发光二极管元件1的基板11与外延层的折射率之间存在差异而容易在其界面产生光耗损，因而降低出光效率。另外，发光二极管元件1若要改变出光角度，需通过额外设置的反射杯或反射结构，设置于发光二极管元件1的周围来反射光线而改变出光角度，然而，这不仅增加了组装步骤，且不利产品薄型化。

因此，如何提供一种发光二极管元件，能够降低界面的光损耗、且元件本身即能调整出光角度，实为业界当前重要课题之一。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的之一为提供一种发光二极管元件，能够降低界面的光损耗进而提升出光效率，且元件本身即能调整出光角度，以有利薄型化并缩短生产时间，进而提升产品竞争力。

为达上述目的，依据本发明的一种发光二极管元件包含基板以及外延层，外延层设置于基板的表面上。其中，发光二极管元件的侧壁具有内凹部，且内凹部的至少部分设置反射层。

在实施例中，外延层包含第一半导体层、发光层及第二半导体层，且第一半导体层位于发光层与基板之间，内凹部位于第一半导体层、或第一半导体层与基板之间、或基板。内凹部的设置位置可有多种变化示例，可在降低光损耗及出光角度的调整上达到不同的效果。

在实施例中，反射层还设置于基板的表面上、或侧壁上。通过反射层延伸至基板设置外延层的表面上、或元件的侧壁上，以进一步降低光损耗及调整出光角度。

在实施例中，反射层为绝缘反射层。由于反射层可延伸设置于第一半导体层及第二半导体层，因此反射层可绝缘以避免电性短路。

在实施例中，反射层包含反射材料或反射结构。通过反射材料、反射结构或其组合皆可达到反射的效果，并提供不同的反射效能。

在实施例中，发光二极管元件还包含第一电极以及第二电极，第一电极设置于第一半导体层，第二电极设置于第二半导体层，其中，内凹部在垂直方向上，不与第一电极或第二电极重叠。通过限制内凹部在垂直方向上不与第一电极或第二电极重叠，可让发光二极管元件的结构维持一定强度，避免生产良率下降。

在实施例中，内凹部的高度不大于第一半导体层的一半，由此亦可让发光二极管元件的结构维持一定强度，避免生产良率下降。

在实施例中，内凹部具有平面或弧面，平面、弧面或其组合可让降低光损耗及调整出光角度达到不同的效果，进而提升产品应用性。

为达上述目的，依据本发明的一种发光二极管元件的制造方法包含于基板的表面上形成外延层；于基板与外延层的侧壁形成内凹部；以及于内凹部形成反射层。

在实施例中，内凹部通过湿蚀刻、或通过湿蚀刻及激光照射而形成。激光照射使基板与外延层的界面产生分离，而使蚀刻液更容易侧向蚀刻而提升蚀刻效率。

承上所述，本发明通过在发光二极管元件的侧壁形成内凹部，并在内凹部设置反射层，使得发光二极管元件所产生的射向基板的光线可经由反射层反射，因而能降低基板与外延层的界面的光损耗、减少基板光吸收以及改变出光角度，此外元件本身即能调整出光角度，有利薄型化并缩短生产时间，进而提升产品竞争力。

附图说明

图1为一种已知发光二极管元件的示意图；

图2为本发明优选实施例的一种发光二极管元件的示意图；

图3A至图3D为本发明优选实施例的发光二极管元件不同示例的示意图；

图4为本发明优选实施例的发光二极管元件的制造方法的流程步骤图；

图5A至图5D为本发明优选实施例的发光二极管元件的制造方法的流程示意图；以及

图6A至图6B为本发明优选实施例的另一发光二极管元件的制造方法的流程示意图。

附图标记说明

1、2、2a～2d：发光二极管元件

11、21：基板

12：N型半导体层

13：多重量子阱结构

14：P型半导体层

15、28：透光导电层

16、26：第一电极

17、27：第二电极

211：表面

212：底面

22：外延层

221：第一电性半导体层

222：发光层

223：第二电性半导体层

23：侧壁

24：内凹部

25：反射层

H1、H2：高度

L1、L2：虚线

S01～S03：发光二极管元件的制造方法步骤

具体实施方式

以下将参照相关附图，说明依本发明优选实施例的一种发光二极管元件及其制造方法，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。

图2为本发明优选实施例的一种发光二极管元件2的示意图。如图2所示，发光二极管元件2包含基板21以及外延层22，外延层22设置于基板21的表面211上。其中，发光二极管元件2的侧壁23具有内凹部24，且内凹部24的至少部分设置反射层25。

本实施例不限制基板21的材料，其可例如包含蓝宝石(sapphire)、碳化硅(SiC)、磷化镓(GaP)或硅(Si)，在此以蓝宝石为例。

外延层22设置于基板21上。外延层22为利用外延技术形成的半导体层，例如包含第一电性半导体层221、发光层222及第二电性半导体层223，其中，第一电性半导体层221位于发光层222与基板21之间。第一电性半导体层221例如为N型半导体层，第二电性半导体层223例如为P型半导体层。外延层22可依据发光二极管元件2的功能，例如蓝光发光二极管、绿光发光二极管、红光发光二极管等等，而具有不同示例的材料。外延层22的材料可例如包含氮化镓(GaN)或磷化铝铟镓(AlInGaP)。另外，发光层222例如为多重量子阱结构(multiple quantum well，MQW)用以产生所需的色光。

在本实施例中，内凹部24可位于第一电性半导体层221(如图3A的发光二极管元件2a)、或第一电性半导体层221与基板21之间(图2)、或基板21(如图3B的发光二极管元件2b)。本实施例的内凹部24的设置位置可有多种变化示例，可在降低光损耗及出光角度的调整上达到不同的效果。另外，内凹部24可具有平面、弧面或其组合，其中，平面的示例例如图2所示，弧面的示例例如图3C的发光二极管元件2c所示。内凹部24的平面、弧面或其组合可让降低光损耗及调整出光角度达到不同的效果，进而提升产品应用性。

如图2所示，在本实施例中，内凹部24的高度H1不大于第一电性半导体层221的高度H2的一半，由此可让发光二极管元件2的结构维持一定强度，避免生产良率下降。另外，发光二极管元件2还包含第一电极26以及第二电极27，第一电极26设置于第一电性半导体层221上，第二电极27设置于第二电性半导体层223上，其中，内凹部24在垂直方向上，不与第一电极26及/或第二电极27重叠，例如内凹部24在图2所示的虚线L1、L2之外，而位于发光二极管元件2的周缘或部份的周缘。通过限制内凹部24在垂直方向上不与第一电极26或第二电极27重叠，亦可让发光二极管元件2的结构维持一定强度，避免生产良率下降。举例来说，通过限制内凹部24在发光二极管元件2的周缘，可以避免电极引线工艺造成芯片裂片。

反射层25可包含反射材料或反射结构。通过反射材料、反射结构或其组合皆可达到反射的效果，并提供不同的反射效能。如图2所示，反射层25除了设置于内凹部24之外，还可设置于基板21的表面211上、或侧壁23上。通过反射层25延伸至基板21设置外延层的表面211上、或元件的侧壁23上，可进一步降低光损耗及调整出光角度。此外，由于反射层25可延伸设置于第一电性半导体层221及第二电性半导体层223，因此反射层25可包含绝缘材料以避免电性短路，绝缘材料例如为氧化铝(Al₂O₃)、二氧化钛(TiO₂)或氧化铪(HfO₂)。当然，若反射层25并无延伸至第二电性半导体层223，则可包含金属或合金材料，例如银、铝、铂(Pt)。

图3D为另一示例的发光二极管元件2d，与上述主要不同在于，发光二极管元件2d的反射层25，将基板21裸露的部分覆盖住，例如将基板21的侧壁23及基板21的底面212包覆住，由此进一步改变元件出光角度。值得注意的是，在本实施示例的发光二极管元件2d的反射层，优选使用绝缘材料，以避免第一电性及第二电性短路。

另外，在本实施例中，发光二极管元件2、2a～2d可还包含透光导电层(transparent conductive layer，TCL)28，其设置于外延层22之上，且第二电极27设置于透光导电层28上。

以下以图4及图5A至图5D举例说明发光二极管元件2的制造方法。其中图4为制造方法的流程步骤图，其中包含步骤S01至步骤S03，图5A至图5D为制造方法的流程示意图。

如图5A所示，首先，在基板21上形成外延层22(步骤S01)，可例如通过有机金属化学气相沉积法(metalorganic chemical vapor deposition，MOCVD)将外延层22形成于基板21上。外延层22可例如包含第一电性半导体层221、发光层222及第二电性半导体层223。

然后，如图5B所示，在基板21与外延层22的侧壁23形成内凹部24(步骤S02)。内凹部24可位于第一电性半导体层221、或第一电性半导体层221与基板21之间、或基板21。且内凹部24的高度优选不大于第一电性半导体层221的一半。内凹部24可通过湿蚀刻、或通过激光照射及湿蚀刻而形成，在此激光照射可由基板21侧照射，并可为局部照射。激光照射优选可在进行湿蚀刻之前照射。激光照射能使基板21与外延层22的界面产生分离，而使蚀刻液更容易侧向蚀刻而提升蚀刻效率。

接着，如图5C所示，蚀刻部分的第二电性半导体层223、发光层222及第一电性半导体层221，使得部分的第一电性半导体层221露出以制作第一电极26在该露出的部分第一电性半导体层221上，此外，还形成透光导电层28及第二电极27，透光导电层28形成于第二电性半导体层223上，第二电极27位于第二电性半导体层223及透光导电层28上。此外，内凹部24在垂直方向上，不与第一电极26及/或第二电极27重叠。

然后，如图5D所示，在内凹部24形成反射层25(步骤S03)。反射层25可例如通过原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)或原子气相沉积(Atomic Vapor Deposition，AVD)而形成。其中，反射层25还可形成于基板21的表面211上、基板21与外延层22的侧壁23上。反射层25可包含反射材料或反射结构，且反射层25可包含绝缘材料。由于反射层25的技术特征已于上述实施例详述，故于此不再赘述。由于图5D以基板21上形成两发光二极管元件为例，故在图5D之后，通过裂片步骤将基板21分离，即可得到如图2所示的发光二极管元件2。

另外，图6A至图6B为制造发光二极管元件2d的流程示意图。需先说明的是，发光二极管元件2d的制造方法可先包含如图5A至图5C所示的流程步骤，这些步骤于此不再赘述。

在图5C之后，如图6A所示，先进行裂开步骤以将基板21分离而得到两个发光二极管元件的半成品，在裂开步骤中，可通过蓝膜片(blue tape)贴在第二电极27侧来进行。接着，如图6B所示，在内凹部24形成反射层25，且在此步骤中，可通过蓝膜片作为掩模，将基板21裸露的部分、内凹部24皆形成反射层25。

综上所述，本发明通过在发光二极管元件的侧壁形成内凹部，并在内凹部设置反射层，使得发光二极管元件所产生的射向基板的光线可经由反射层反射，因而能降低基板与外延层的界面的光损耗、减少基板光吸收以及改变出光角度，此外元件本身即能调整出光角度，有利薄型化并缩短生产时间，进而提升产品竞争力。

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

Claims

1.一种发光二极管元件，包含：

基板；以及

外延层，设置于该基板的表面上，该外延层包含第一电性半导体层、发光层及第二电性半导体层，且该第一电性半导体层位于该发光层与该基板之间；

其中，该发光二极管元件的侧壁具有内凹部位于该第一电性半导体层、或该第一电性半导体层与该基板之间、或该基板，且该内凹部的至少部分设置有反射层。

2.如权利要求1所述的发光二极管元件，其中该反射层设置于该基板的该表面上、或该侧壁上。

3.如权利要求1所述的发光二极管元件，其中该反射层为绝缘反射层。

4.如权利要求1所述的发光二极管元件，还包含：

第一电极，设置于该第一电性半导体层上；以及

第二电极，设置于该第二电性半导体层上，其中该内凹部在垂直方向上，不与该第一电极或该第二电极重叠。

5.如权利要求1所述的发光二极管元件，其中该内凹部的高度不大于该第一电性半导体层的高度的一半。

6.如权利要求1所述的发光二极管元件，其中该内凹部具有平面或弧面。

7.一种发光二极管元件的制造方法，包含：

于基板的表面上形成外延层，该外延层包含第一电性半导体层、发光层及第二电性半导体层，且该第一电性半导体层位于该发光层与该基板之间；

于该基板与该外延层的侧壁形成内凹部，该内凹部位于该第一电性半导体层、或该第一电性半导体层与该基板之间、或该基板；以及

于该内凹部形成反射层。

8.如权利要求7所述的发光二极管元件的制造方法，其中该反射层形成于该基板的该表面上、该基板与该外延层的该侧壁上。

9.如权利要求7所述的发光二极管元件的制造方法，其中该反射层是通过原子层沉积或原子气相沉积而形成。

10.如权利要求7所述的发光二极管元件的制造方法，其中所形成的该内凹部的高度不大于该第一电性半导体层的一半。

11.如权利要求7所述的发光二极管元件的制造方法，还包含：

形成于第一电极位于该第一电性半导体层上；以及

形成于第二电极位于该第二电性半导体层上，并使该内凹部在垂直方向上，不与该第一电极或该第二电极重叠。