CN102629653B

CN102629653B - 发光元件及其制法

Info

Publication number: CN102629653B
Application number: CN201110210636.5A
Authority: CN
Inventors: 陈世益; 许嘉良; 姚久琳; 徐子杰; 黄建富
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2011-02-07
Filing date: 2011-07-26
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2031-07-26
Also published as: CN102629653A; TWI589021B; TW201234650A

Abstract

本发明公开一种发光元件及其制法，该发光元件包括：发光叠层，用以产生光线；基板结构形成于发光叠层下，包括：第一基板，形成于发光叠层下方且具有朝向发光叠层的至少一第一表面，且该第一基板的剖面两侧具有斜面；第二基板，为形成于发光叠层下方的透明基板，且具有朝向发光叠层的至少一第二表面，其中，该第二基板沿该第一基板的该斜面环绕该第一基板；至少一反射层，以非垂直于第一表面的角度形成于第一基板与第二基板间的该斜面上，以反射来自于该发光叠层的光线，使该光线由该第二基板的一侧面射出，其中该第二基板的该侧面与该第二表面不平行；以及接合层，形成于该发光叠层底部与该基板结构间。

Description

发光元件及其制法

技术领域

本发明涉及一种发光元件，尤指一种具有反射层的发光元件。

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、无须暖灯时间、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、交通标志、数据存储装置、通信装置、照明装置、以及医疗装置等。

然而，发光二极管由于本身的折射率比空气高，因此所产生的光在半导体与空气的介面下大多会反射回内部，在发光二极管未做任何特殊处理的情况下，光能输出的效率(输出光能/光源光能)依发光二极管材料的不同大约介于2.21～4.18％间。

近年来，有人提出了将发光二极管的半导体表面或基板进行非平整化的加工，以使得原本会全反射的光可通过散射而增加射出发光二极管表面的机率。部分的发光二极管甚至将原本的生长基板移除后，将半导体层粘着于另一大尺寸基板上，而此大尺寸基板底部具有反射层，以使光线多一次反射机会而增加光射出发光二极管的机率。

发明内容

本发明提出一种发光元件，包括：发光叠层，用以产生光线；以及基板结构形成于发光叠层下，包括：至少一第一基板，形成于发光叠层下方且具有朝向发光叠层的至少一第一表面，且该第一基板的剖面两侧具有斜面；第二基板，形成于发光叠层下方且为透明基板，该第二基板并具有朝向发光叠层的至少一第二表面，其中，该第二基板沿该第一基板的该斜面环绕该第一基板；至少一反射层，以非垂直第一表面的角度形成于第一基板与第二基板间的该斜面上，以反射来自于发光叠层的光线，使该光线由该第二基板的一侧面射出，其中该第二基板的该侧面与该第二表面不平行；以及接合层，形成于该发光叠层底部与该基板结构间。

本发明提出一种发光元件的制法，步骤包括：提供第一基板，在第一基板表面形成凹部结构，而凹部结构定义出多个凸部，各凸部的侧壁不垂直于该第一基板的底面；形成顺应第一基板表面的反射层；提供基板结构，该基板结构包括该第一基板与第二基板，其中该第二基板为透明并形成于该第一基板的该凹部结构中；提供发光叠层；以及提供接合层于该发光叠层及该基板结构之间，以将该发光叠层连接于该基板结构上。

本发明提出一种发光元件的制法，步骤包括：提供第一基板，在第一基板表面形成凹部结构，而凹部结构定义出多个凸部，其中各凸部的侧壁不垂直于该第一基板的底面；形成顺应该第一基板表面的反射层；提供发光叠层，并以接合层将发光叠层连接于第一基板上；以及形成基板结构，步骤包括：在以该接合层连接该发光叠层与该第一基板后，于该第一基板的凹部结构中填入透明液态材料；以及将透明液态材料固化以形成第二基板，进而形成该基板结构。

附图说明

图1为本发明发光元件的第一实施例示意图；

图2A至图2F显示本发明发光元件第一实施例的制法；

图3为本发明发光元件的第二实施例示意图；

图4A至图4D为本发明发光元件第二实施例的制法；以及

图5为本发明发光元件的第三实施例示意图。

附图标记说明

100、200、300：发光元件 101、201、301：第一表面

102、202、302：发光叠层 103、203、303：第二表面

104、204、304：基板结构 106、206、306：第一基板

106a、206a：凹部结构 106b、206b：凸部

106c、206c：底面 108、208、308：第二基板

110、210、310：反射层 112：绝缘接合层

114、214、314：欧姆接触层 116、216：第一半导体层

118、218：发光层 120、220：第二半导体层

122：第一电极 124：第二电极

126：粗化介面 212：透明导电层

222：金属合金层 222a：第一金属结合层

222b：第二金属结合层 224：电极

312：透明导电连接结构 312a：第一透明导电连接层

312b：第二透明导电连接层 L：光线

具体实施方式

如图1所示，本发明第一实施例的发光元件100可包括：发光叠层102，用以产生光线L；基板结构104形成于发光叠层102下，包括：第一基板106，形成于发光叠层102下方且具有朝向发光叠层102的至少一第一表面101，且第一表面101平行于第一基板106的底面106c；及第二基板108，形成于发光叠层102下方且为透明基板，该第二基板108具有朝向发光叠层102的至少一第二表面103，其平行于第一基板106的底面106c；以及至少一反射层110，以非垂直第一表面101的角度形成于第一基板106与第二基板108间，以反射来自于发光叠层102的光线。第一基板106可为导电或不导电基板，第二基板108的透明特性可使来自于发光叠层102的光线L透过第二基板108到达反射层110上。第二基板108为单一基板时可环绕第一基板106，而第一基板106的剖面可呈下表面长度宽于上表面的圆锥或角锥状，以令光线L被反射层110反射后可由第二基板108的侧面射出；或第一基板106可为两侧具有斜面的楔形基板，而第二基板108形成于第一基板106两侧的斜面上。此外，在基板结构104与发光叠层102间可形成有绝缘接合层112，以将发光叠层102连接于基板结构104。发光叠层102底部可另分布形成有多个欧姆接触层114，其材料可例如为锗金(GeAu)合金，而欧姆接触层114被绝缘接合层112所覆盖。前述反射层110还可形成于第一表面101与绝缘接合层112间。此外，绝缘接合层112与发光叠层102间的部分介面可形成为粗化介面126。绝缘接合层112的材料可例如为硅树脂、苯并环丁烯(BCB)、环氧树脂(Epoxy)、聚亚酰胺(Polyimide)或过氟环丁烷(PFCB)。于绝缘接合层112与发光叠层102间，或绝缘接合层112与反射层110间可形成有例如为类钻石(diamond-like)的导热层(图未示)，以将发光叠层102的热往基板结构104方向散逸。

第一基板106可例如为蓝宝石(Sapphire)基板、硅(Si)基板、碳化硅(SiC)基板、氮化镓(GaN)基板、氧化锌(ZnO)基板、磷化镓(GaP)基板或陶瓷基板，反射层110相对第一表面101的倾斜角度因第一基板106的斜面，其夹角可介于25度～75度间。以硅基板作第一基板106为例，可利用湿式蚀刻方式于第一基板106表面上沿着硅晶格形成与第一基板106的第一表面101夹角57.4度的斜面，接着再利用溅镀或蒸镀等方式于斜面上形成反射层110。第二基板108的材料可包括聚酰亚胺(polyimide)、苯并环丁烯(BCB),过氟环丁烷(PFCB)、环氧树脂(Epoxy)、丙烯酸树脂(Acrylic Resin)、环烯烃聚合物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚醚酰亚胺(Polyetherimide)、氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer)、硅胶(Silicone)、玻璃、氧化铝(Al₂O₃)、氧化硅(SiO₂)、氧化钛(TiO₂)、氮化硅(SiN_x)或旋涂玻璃(SOG)。

反射层110的材料可包含一种或一种以上的物质选自铜(Cu)、铝(Al)、铟(In)、锡(Sn)、金(Au)、铂(Pt)、锌(Zn)、银(Ag)、钛(Ti)、铅(Pb)、钯(Pd)、锗(Ge)、镍(Ni)、铬(Cr)、镉(Cd)、钴(Co)、锰(Mn)、锑(Sb)、铋(Bi)、镓(Ga)、铊(Tl)、砷(As)、硒(Se)、碲(Te)、钋(Po)、铱(Ir)、铼(Re)、铑(Rh)、锇(Os)、钨(W)、锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、锆(Zr)、钼(Mo)、镧(La)、铜-锡(Cu-Sn)、铜-锌(Cu-Zn)、铜-镉(Cu-Cd)、锡-铅-锑(Sn-Pb-Sb)、锡-铅-锌(Sn-Pb-Zn)、镍-锡(Ni-Sn)、镍-钴(Ni-Co)与金合金(Aualloy)所构成的群组。

发光叠层102可包括第一半导体层116、形成于第一半导体层116上的发光层118及形成于发光层118上的第二半导体层120。第一半导体层116部分外露，且于外露的表面上形成有第一电极122，第二半导体层120上则形成有第二电极124。发光叠层102的材料包括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。其中发光叠层102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)、或多重量子阱(multi-quantum well；MQW)结构。

如图2A至2F所示，显示本发明的发光元件第一实施例的制法，首先，如图2A所示，提供第一基板106，且于第一基板106表面形成凹部结构106a，而凹部结构106a定义多个凸部106b，其侧壁不垂直于第一基板106的底面106c，且反射层110可顺应地形成于第一基板106的表面。如图2B所示，在凹陷结构106a中填入透明液态材料，并将透明液态材料固化以形成第二基板108。如图2C所示，进行研磨程序以将多余的第二基板108的材料去除，形成包括第一基板106及第二基板108的基板结构104。如图2D所示，提供发光叠层102，并于基板结构104与发光叠层102间形成绝缘接合层112以将发光叠层102连接于基板结构104上。发光叠层102可预先承载于临时基板(图未示)上，当发光叠层102连接于基板结构104后可将临时基板移除。之后，如图2E所示，可于发光叠层102上利用蚀刻显影方式定义出多个尚未分离的发光元件100，且于各发光元件100上制作第一电极122及第二电极124。如图2F所示，进行切割程序，以将各发光元件100分离。

如图3所示，本发明第二实施例的发光元件200可包括：发光叠层202，用以产生光线L；基板结构204形成于发光叠层202下，包括：第一基板206，形成于发光叠层202下方且具有朝向发光叠层的至少一第一表面201，且第一表面201平行于第一基板206的底面206c；及至少一第二基板208，形成于发光叠层202下方且为透明基板，且具有朝向发光叠层202的至少一第二表面203，且第二表面203平行于第一基板206的底面206c；以及至少一反射层210，以非垂直于第一表面201的角度形成于第一基板206与第二基板208间，以反射来自于发光叠层202的光线。第一基板206可为导电基板，第二基板208的透明特性可使来自于发光叠层202的光线L透过第二基板208到达反射层210上。第二基板208为单一基板时可环绕第一基板206，而第一基板206的剖面可为下表面长度宽于上表面的圆锥或角锥状，以令光线L被反射层210反射后可由第二基板208的侧面射出；或第一基板206可为两侧具有斜面的楔形基板，而第二基板208可形成于第一基板206两侧的斜面上。

本实施例的第一基板206为导电基板，例如可为硅(Si)基板、氮化镓(GaN)基板、氧化锌(ZnO)基板或磷化镓(GaP)基板。第一基板206的第一表面201上可形成有第一金属结合层222a，近发光叠层202的一侧则形成有第二金属结合层222b，第二金属结合层222b可较第一金属结合层222a具有较高的反射率，以反射来自于发光叠层202的光线。两金属结合层形成金属合金层222，以将发光叠层202连接于基板结构204上。金属合金层222可选自铟(In)、锡(Sn)、铝(Al)、金(Au)、铂(Pt)、锌(Zn)、银(Ag)、钛(Ti)、铅(Pb)、钯(Pd)、锗(Ge)、铜(Cu)、镍(Ni)、锡化金(AuSn)、银化铟(InAg)、金化铟(InAu)、铍化金(AuBe)、锗化金(AuGe)、锌化金(AuZn)、锡化铅(PbSn)或铟化钯(PdIn)的单层或多层金属合金，其中金属合金层222接近发光叠层202处具有高反射率，可通过于第二金属结合层222b中掺入例如为银、铝或铂的高反射率金属而达成。发光叠层202与基板结构204之间还可形成有透明导电层212，而金属合金层222可形成于透明导电层212下方。发光叠层202底部可分布形成有多个欧姆接触层214，其被透明导电层212所覆盖且与金属合金层222横向错位，欧姆接触层214的材料可例如为锗金(GeAu)。透明导电层212的材料可包括氧化铟锡(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)或氧化锌(ZnO)。于透明导电层212与发光叠层202间或透明导电层212与反射层210间可另形成有例如为类钻石(diamond-like)的导热层，以将发光叠层202所产生的热往基板结构204引导。

发光叠层202可包括第一半导体层216、形成于第一半导体层216上的发光层218及形成于发光层218上的第二半导体层220，其中第二半导体层220上形成有电极224。

如图4A至图4D所示，显示本发明的发光元件第二实施例的制法，首先，提供第一基板206，且于第一基板206表面形成凹部结构206a，而凹部结构206a定义出多个凸部206b，其侧壁不垂直于第一基板206的底面206c，且反射层210可顺应地形成于第一基板206的表面，而在反射层210形成后，可于对应第一基板206的多个凸部206b的反射层210上位置分别形成第一金属结合层222a。如图4B所示，提供发光叠层202，在发光叠层202与第一金属结合层222a间形成多个第二金属结合层222b，接着于第一金属结合层222a与第二金属结合层222b间进行如升温或超音波的合金程序，使第一金属结合层222a与第二金属结合层222b形成为金属合金层222，以将发光叠层202连接于第一基板206上。透明导电层212可预先形成于发光叠层202底部，而第二金属结合层222b可先整层地形成于透明导电层212上，再选择性地移除掉部分区域而形成。接着可于第一基板206的凹部结构206a中填入透明液态材料再经固化后形成透明的第二基板208，以形成包括第一基板206及第二基板208的基板结构204。第一金属结合层222a与第二金属结合层222b可分别为铟(In)、锡(Sn)、铝(Al)、金(Au)、铂(Pt)、锌(Zn)、银(Ag)、钛(Ti)、铅(Pb)、钯(Pd)、锗(Ge)、铜(Cu)、镍(Ni)、锡化金(AuSn)、银化铟(InAg)、金化铟(InAu)、铍化金(AuBe)、锗化金(AuGe)、锌化金(AuZn)、锡化铅(PbSn)或铟化钯(PdIn)。第二基板208的材料与形成方式类似于第一实施例，因发光叠层202已连接于第一基板206上，因此第二基板208可充满于第一基板206与发光叠层202间的空隙。虽然本实施例是先进行第一基板206与发光叠层202间的连接再以填补第二基板208方式完成基板结构204，然而亦可相同于第一实施例的先于第一基板206的凹陷结构206a形成第二基板208后，再进行连接基板结构204与发光叠层202的工艺。若第二基板208的材料为硅树脂、苯并环丁烯(BCB)、环氧树脂(Epoxy)、聚亚酰胺(Polyimide)或过氟环丁烷(PFCB)时，进行第一金属结合层222a与第二金属结合层222b的合金程序可使第二基板208产生粘着性而粘着于发光叠层202的底部。如图4C所示，可于发光叠层202上利用蚀刻显影方式定义出尚未分离的多个发光元件200，且于各单元上制作电极224。如图4D所示，进行切割程序，以将各发光元件200分离。

如图5所示，本发明第三实施例的发光元件300可包括：发光叠层302，用以产生光线L；基板结构304形成于发光叠层下302，包括：第一基板306，形成于发光叠层302下方且具有朝向发光叠层302的至少一第一表面301；及至少一第二基板308，形成于发光叠层302下方且为透明基板，且具有朝向发光叠层302的多个第二表面303；以及至少一反射层310，以非垂直于第一表面301的角度形成于第一基板306与第二基板308间，以反射来自于发光叠层302的光线。本实施例与前述实施例的差异在于发光叠层302与基板结构304间是透过透明导电连接结构312彼此连接，透明导电连接结构312包括：形成于基板结构304上的第一透明导电连接层312a；以及形成于发光叠层302底部的第二透明导电连接层312b。通过使第一透明导电连接层312a连接于第二透明导电连接层312b而使发光叠层302连接于基板结构304。302底部可另形成有多个欧姆接触层314，其材料可例如为锗金(GeAu)合金，而欧姆接触层314被第二透明导电连接层312b所覆盖。本实施例的电极形成位置可相同于第一实施例或第二实施例，当相同于第一实施例时，发光叠层302上可具有位于同侧且极性不同的两电极，此时第一基板306与第二基板308优选地为绝缘基板，或可为与发光叠层302间有绝缘层(图未示)的导电基板；当相同于第二实施例时，发光叠层302上可具有电极，在此情况下至少第一基板306必须为导电基板。第一透明导电连接层310a及第二透明导电连接层310b的材料可包括氧化铟锡(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)或氧化锌(ZnO)。

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

1.一种发光元件，包括：

发光叠层，用以产生光线；以及

基板结构，形成于该发光叠层下，包括：

至少一第一基板，形成于该发光叠层下方且具有朝向该发光叠层的至少一第一表面，且该第一基板的剖面两侧具有斜面；

第二基板，形成于该发光叠层下方且为透明基板，该第二基板并具有朝向该发光叠层的至少一第二表面，其中，该第二基板沿该第一基板的该斜面环绕该第一基板；

至少一反射层，以非垂直该第一表面的角度形成于该第一基板与该第二基板间的该斜面上，以反射来自于该发光叠层的光线，使该光线由该第二基板的一侧面射出，其中该第二基板的该侧面与该第二表面不平行；以及

接合层，形成于该发光叠层底部与该基板结构间。

2.如权利要求1的发光元件，其中该第一基板的该剖面呈下表面长度宽于上表面的圆锥状、角锥状或楔形，而该第二基板形成于该第一基板两侧的斜面上。

3.如权利要求1的发光元件，其中该接合层是绝缘接合层，其形成于该基板结构与该发光叠层间，该绝缘接合层包括硅树脂、苯并环丁烯、环氧树脂、聚亚酰胺或过氟环丁烷。

4.如权利要求1的发光元件，其中该接合层为金属合金层，其包括：形成于该第一基板的该第一表面的第一金属接合层；以及形成于该发光叠层底部的第二金属接合层。

5.如权利要求4的发光元件，其中该发光叠层底部与该金属合金层间还形成有透明导电层。

6.如权利要求5的发光元件，还包含欧姆接触层，其形成于该发光叠层底部且被该透明导电层覆盖。

7.一种发光元件的制法，步骤包括：

提供第一基板，在该第一基板表面形成凹部结构，而该凹部结构定义出多个凸部，各凸部的侧壁不垂直于该第一基板的底面；

形成顺应该第一基板表面的反射层；

提供基板结构，该基板结构包括该第一基板与第二基板，其中该第二基板为透明并形成于该第一基板的该凹部结构中；

提供发光叠层；以及

提供接合层于该发光叠层及该基板结构之间，以将该发光叠层连接于该基板结构上。

8.如权利要求7的发光元件的制法，其中该第一基板包括硅基板，该凹部结构是由蚀刻所形成，且各凸部的侧壁与该第一基板的底面间的夹角顺应硅晶格所形成。

9.如权利要求7的发光元件的制法，其中该第二基板的形成包括：于该凹部结构中填入透明液态材料；将该透明液态材料固化；以及进行研磨程序以将多余的该第二基板的材料去除。

10.如权利要求7的发光元件的制法，其中该接合层是绝缘接合层。

11.如权利要求7的发光元件的制法，其中该接合层包括：第一金属接合层，形成于该第一基板的该多个凸部的顶面上；以及多个第二金属接合层，形成于该发光叠层的一侧，该第一金属接合层与该第二金属接合层间进行合金程序，同时使该第二基板粘着于该发光叠层底部，或该接合层包括：第一透明导电接合层，形成于该基板结构上；以及第二透明导电接合层，形成于该发光叠层底部且连接于该第一透明导电接合层。

12.一种发光元件的制法，步骤包括：

提供第一基板，在该第一基板表面形成凹部结构，而该凹部结构定义出多个凸部，其中各凸部的侧壁不垂直于该第一基板的底面；

形成顺应该第一基板表面的反射层；

提供发光叠层，并以接合层将该发光叠层连接于该第一基板上；以及

形成基板结构，步骤包括：在以该接合层连接该发光叠层与该第一基板后，于该第一基板的该凹部结构中填入透明液态材料；以及将该透明液态材料固化以形成第二基板，进而形成该基板结构。

13.如权利要求12的发光元件的制法，其中该接合层包括：第一金属接合层，形成于该第一基板的该多个凸部的反射层上；以及多个第二金属接合层，形成于该发光叠层的一侧，该第一金属接合层与该第二金属接合层间进行合金程序。

14.如权利要求13的发光元件的制法，其中该第二金属接合层与该发光叠层间还形成有透明导电层。