CN105006504B - 微型发光二极管装置与其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微型发光二极管装置及其制造方法，该微型发光二极管装置包含第一半导体层、主动层以及第二半导体层。第一半导体层具有第一底面。主动层设置于第一半导体层上。第二半导体层具有第二底面，并设置于主动层上。第二半导体层相对主动层的表面为微型发光二极管装置的出光面。第二半导体层具有不同的厚度，其中第二半导体层的厚度中的最小者位于第二半导体层的边缘或第二半导体层的至少一侧边。第一半导体层、主动层以及第二半导体层垂直投影至第一底面的范围实质上相同。本发明通过使第二半导体层厚度中的最小者位于边缘或至少一侧边，可以使光线于微型发光二极管装置内部发生全反射的机率有效被降低。
Description
技术领域
本发明是有关于一种微型发光二极管装置与其制造方法。
背景技术
随着科技进步，发光二极管已经成为常见且广泛应用于商业用途中的元件。作为光源而言，发光二极管具有许多优点，包含能量消耗低、使用寿命长以及开关切换快速。也因此，传统光源已经逐渐被发光二极管光源替代。
除了作为光源以外，发光二极管技术也已经于显示技术中开始发展。例如，通过形成微型发光二极管作为像素的微型发光二极管显示技术已经在这几年被开发出来。
然而，相较于传统发光二极管，微型发光二极管具有较小的出光面面积。而由于微型发光二极管具有较小的出光面面积，其出光效率也连带偏低。也就是说，微型发光二极管存在有亮度不足的问题，而如何能有效解决上述问题，亦成为当前相关领域极需改进的目标。
发明内容
本发明提供一种微型发光二极管装置与其制造方法，以解决上述一项或多项缺失。
本发明的一实施方式提供一种微型发光二极管装置，包含第一半导体层、主动层以及第二半导体层。第一半导体层具有第一底面。主动层设置于第一半导体层上。第二半导体层具有第二底面，并设置于主动层上。第二半导体层相对主动层的表面为微型发光二极管装置的出光面，第二半导体层具有不同的厚度，且第二半导体层的厚度中的最小者位于第二半导体层的边缘或第二半导体层的至少一侧边。第一半导体层、主动层以及第二半导体层垂直投影至第一底面的范围实质上相同。
于部分实施方式中，出光面具有第一顶点与第一端点，第一顶点至第二底面的垂直距离为第二半导体层的厚度中的最大者，第一端点至第二底面的垂直距离为第二半导体层的厚度中的最小者。
于部分实施方式中，出光面至第二底面的垂直距离由第一顶点向第一端点递减。
于部分实施方式中，出光面为球面、凸字形或尖形。
于部分实施方式中，出光面具有至少一微结构，其中微结构包含凹陷部或是隆起部。
于部分实施方式中，第一半导体层的第一底面的形状为圆形或多边形，且第一底面与第二底面的形状与大小实质上相同。
于部分实施方式中，第一顶点至第二底面的垂直距离大于0微米(μm)并小于或等于20微米(μm)。
于部分实施方式中，第一端点至第二底面的垂直距离介于0微米(μm)至10微米(μm)之间。
于部分实施方式中，第一顶点至第二底面的垂直距离与第一端点至第二底面的垂直距离相差值为大于0微米(μm)并小于或等于10微米(μm)。
于部分实施方式中，第二半导体层对应第一区域具有第一厚度，第二半导体层对应第二区域具有第二厚度，且第一厚度大于第二厚度，使得第一区域与第二区域之间具有至少一段差。
于部分实施方式中，第一厚度的面积占出光面的总面积的65％至85％之间。
于部分实施方式中，其中第二区域围绕第一区域设置。
于部分实施方式中，微型发光二极管装置还包含电极层。电极层设置于第二半导体层上。
本发明的一实施方式提出一种微型发光二极管装置的制造方法，包含以下步骤。提供第一基板。沉积掩膜层于第一基板上。图形化掩膜层，用以暴露部分第一基板。蚀刻部分第一基板，并形成凹槽，其中凹槽的中心的深度大于凹槽的边缘的深度。移除掩膜层。沉积第二半导体层于凹槽。依序沉积主动层以及第一半导体层，其中，主动层沉积于第二半导体层上，第一半导体层沉积于主动层上，以完成微型发光二极管装置形成于第一基板上。转移第一基板以及微型发光二极管装置至第二基板，其中，微型发光二极管装置的第一半导体层与第二基板连接。移除第一基板。
于部分实施方式中，第二半导体层沉积于凹槽内，且填平凹槽。
于部分实施方式中，蚀刻部分第一基板以形成第一形状，并沉积第二半导体层于凹槽以形成出光面，出光面具有第二形状，其中，第一形状与第二形状相同。
于部分实施方式中，制造方法还包含以下步骤。提供面板，并于面板上形成至少一薄膜晶体管。夹取微型发光二极管装置，使微型发光二极管装置自第二基板脱离，并移动微型发光二极管装置至薄膜晶体管上。形成电极层于微型发光二极管装置的第二半导体层上。
综上所述，本发明的一实施方式提出一种微型发光二极管装置。微型发光二极管装置包含第二半导体层，其中，第二半导体层表面为出光面，且第二半导体层中心位置的厚度大于第二半导体层边缘位置的厚度，使得出光面具有中心较为凸出的剖面形状。因此，光线于微型发光二极管装置内部发生全反射的机率可以有效被降低。
附图说明
图1A与图1B分别绘示依照本发明的微型发光二极管装置的第一实施方式的立体示意图与侧视示意图。
图2绘示依照本发明的微型发光二极管装置的第二实施方式的侧视示意图。
图3A与图3B分别绘示依照本发明的微型发光二极管装置的第三实施方式的立体示意图与侧视示意图。
图4A与图4B分别绘示依照本发明的微型发光二极管装置的第四实施方式的立体示意图与侧视示意图。
图5A与图5B分别绘示依照本发明的微型发光二极管装置的第五实施方式的立体示意图与沿线段I-I的侧剖面示意图。
图6绘示依照本发明的微型发光二极管装置的第六实施方式的立体示意图。
图7A至图7C分别绘示依照本发明的微型发光二极管装置的第七实施方式中的不同实施例的侧视示意图。
图8A与图8B分别绘示依照本发明的微型发光二极管装置的第八实施方式中的不同实施例的侧视示意图。
图9A至图9D分别绘示依照本发明第九实施方式的微型发光二极管装置不同实施例的底视示意图。
图10A至图10L分别绘示依照本发明的微型发光二极管装置的制造方法的第一实施方式于不同阶段的示意图。
图11A与图11B分别绘示图10C中的第一基板不同实施例的侧视示意图。
图12A至图12D分别绘示依照本发明的微型发光二极管装置的制造方法的第二实施方式于不同阶段的侧视示意图。
符号说明：
100 微型发光二极管装置
104 光线
106、108 箭头
110 第一半导体层
112 第一底面
120 主动层
130 第二半导体层
132 第二底面
134 侧面
140 出光面
141 第一顶点
142 第一端点
150 微结构
160 段差
170 电极层
171 第二顶点
172 第二端点
240 第一基板
242 掩膜层
244 凹槽
246 第二基板
248 光阻层
250 面板
252 薄膜晶体管
254 转置装置
A1 第一区域
A2 第二区域
D1 第一深度
D2 第二深度
H1 第一厚度
H2 第二厚度
I-I 线段
S10～S120,S50’～S80’ 步骤
具体实施方式
以下将以图式及详细说明清楚说明本发明的精神，任何所属技术领域的技术人员在了解本发明的较佳实施方式后，当可由本发明所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明的精神与范围。
由于微型发光二极管装置具有小尺寸特性，因此具有更多更广的应用范围，例如适合作为显示器的像素。然而，微型发光二极管装置所具有的小尺寸也使得其出光区域被缩减，而有发光量不足的问题。有鉴于此，本发明的微型发光二极管装置藉由第二半导体层具有不同的厚度，使得中间厚度大于两侧厚度，且其厚度中的最小者位于其边缘或其至少一侧边，使得出光面具有中心较为凸出的剖面形状。因此，微型发光二极管装置内部光线发生全反射的机率将下降，进而提升微型发光二极管装置的出光效率。
图1A与图1B分别绘示依照本发明的微型发光二极管装置100的第一实施方式的立体示意图与侧视示意图。微型发光二极管装置100包含第一半导体层110、主动层120以及第二半导体层130。第一半导体层110具有第一底面112。主动层120设置于第一半导体层110上。第二半导体层130设置于主动层120上且具有第二底面132，其中第二半导体层130相对主动层120的表面为微型发光二极管装置100的出光面140。第二半导体层130具有不同的厚度，此厚度是指从第二底面132至出光面140的垂直距离，例如第一厚度H1为在第二半导体层130中心处的厚度，而第二厚度H2为第二半导体层130边缘处的厚度。第二半导体层130的厚度中的最小者位于第二半导体层130的边缘或第二半导体层130的至少一侧边。第一半导体层110、主动层120以及第二半导体层130垂直投影至第一底面112的范围实质上相同。
图1A与图1B中，微型发光二极管装置100是以第二半导体层130的上表面作为出光面140。第二半导体层130的第二底面132为平面，亦即主动层120的上表面为平面。本实施方式中，第二半导体层130具有球面的出光面，出光面140具有第一顶点141与第一端点142，第一顶点141至第二底面132的垂直距离为第二半导体层130的厚度中的最大者，第一端点142至第二底面132的垂直距离为第二半导体层130的厚度中的最小者。换言之，出光面140的第一顶点141(或实质中心)位置是位于出光面140的最高点，其切线会平行于第二底面132。此外，图1A与图1B所绘的第二半导体层130可以视作以柱体与部分球体组合而成。柱体为如箭头106所标记的部分，部分球体为如箭头108所标记的部分。
由于传统的微型发光二极管装置所具有的出光面为平面，部分由主动层射向出光面的光线会因为较大的入射角而发生全反射。本实施方式中，藉由让出光面140的形状被设计为中心较边缘突出，其例如被设计为球面，自主动层120射向出光面140的光线104将有较小的入射角。因此，自主动层120所发射的光线104于出光面140上发生全反射的机率将降低，进而提升微型发光二极管装置100的出光效率。此外，球面的出光面140也可以增加微型发光二极管装置100的出光表面积，进而提升微型发光二极管装置100的整体亮度。再者，由于出光面140即为第二半导体层130的表面，因此此配置不需要通过额外设置的透镜即可实现。
本实施方式中，球面的出光面140除了有效降低光线104于微型发光二极管装置100内部发生全反射的机率外。球面的出光面140还提供光线104聚焦的效果。也就是说，球面的出光面140提供光线104更佳的指向性，因此也相对提升微型发光二极管装置100的发光亮度。
本实施方式中，微型发光二极管装置100中的PN异质接面包含主动层120与第一半导体层110的接面以及主动层120与第二半导体层130的接面，其中PN异质接面可视作微型发光二极管装置100的发光区域。由于第一半导体层110、主动层120以及第二半导体层130于第一底面112的垂直投影范围实质上相同，因此微型发光二极管装置100中的PN异质接面的长度与宽度与第一底面112的长度与宽度大致相同。也就是说，本实施方式的微型发光二极管装置100不需要改变PN异质接面的尺寸即可降低全反射的发生机率。进一步来说，微型发光二极管装置100的发光区域面积大小不会被缩减，亦即PN异质接面的出光量也不会受影响。
第二半导体层130的厚度由出光面140的第一顶点141(或实质中心)向第一端点142递减。第二半导体层130的第一顶点141至第二底面132的垂直距离为第一厚度H1，第二半导体层130的第一端点142至第二底面132的垂直距离为第二厚度H2。同前所述，第一厚度H1为第二半导体层130厚度中的最大者，第二厚度H2为第二半导体层130厚度中的最小者。于此厚度关系的配置下，第一厚度H1大于0微米(μm)并小于或等于20微米(μm)，而第二厚度H2大于0微米(μm)并小于或等于10微米(μm)。此外，本实施方式的第二半导体层130虽是以柱体与部分球体组合而成为例作说明，然而本发明的微型发光二极管装置100不以此为限。
于本实施方式中，微型发光二极管装置100尺寸介于25平方微米(μm2)至10000μm2之间，微型发光二极管装置100边长限制为100微米(μm)以下。实务上，微型发光二极管装置100是用以作为显示面板的像素。本发明所属技术领域的技术人员，可以依据显示面板的像素尺寸需求调整微型发光二极管装置100的尺寸。
本实施方式中，第一半导体层110为P型半导体，第二半导体层130为N型半导体。P型半导体厚度大于0.1微米(μm)并小于或等于1微米(μm)，N型半导体厚度大于0微米(μm)并小于或等于20微米(μm)，主动层120厚度介于0.5纳米(nm)至50纳米(nm)之间。
此外，P型半导体以及N型半导体的材料将依据微型发光二极管装置100所提供的色光而有所不同。例如，当微型发光二极管装置100被设计成提供红光时，P型半导体以及N型半导体可以是砷化镓(GaAs)。当微型发光二极管装置100被设计成提供蓝光或绿光时，P型半导体以及N型半导体可以是氮化镓(GaN)、硒化锌(ZnS)或氮化铝(AlN)。主动层120材料可以为氮化镓(GaN)或氮化铟镓(InGaN)。
然而，应了解到，以上所举的半导体层类型仅为例示，而非用以限制本发明，本发明所属技术领域的技术人员，可依实际需要，弹性选择第一半导体层110以及第二半导体层130的类型。此外，本发明所属技术领域的技术人员，可以额外设置P+或是N+类型的半导体层，以增加微型发光二极管装置100连接电极的欧姆接触。
此外，第一半导体层110的第一底面112与第二半导体层130的第二底面132形状与大小实质上相同。同前所述，由于第一半导体层110、主动层120以及第二半导体层130至第一底面112的投影范围实质上相同，因此微型发光二极管装置100的形状以俯视观之与自第一半导体层110的第一底面112观之也相同。
图2绘示依照本发明的微型发光二极管装置100的第二实施方式的侧视示意图。本实施方式与第一实施方式不同的地方在于：第一实施方式中的第二半导体层130形状为由柱体与部分球体叠合而成(请见图1A)，而本实施方式中的第二半导体层130的形状为移除柱体的区块并保留部分球体的区块。
本实施方式中，第二半导体层130具有第一厚度H1以及第二厚度H2。第一厚度H1为出光面140的中心至第二底面132的垂直距离，且第一厚度H1为第二半导体层130厚度中的最大者。第二厚度H2为第二半导体层130对应出光面140的边缘位置的厚度，亦即第二厚度H2为第二半导体层130厚度中的最小者，且第二厚度H2趋近于零。换言之，图2中所标记的第二厚度H2与第一端点142的位置仅为示意，其位置是以对应第二半导体层130厚度中的最小者为准。
除此之外，本实施方式中的第一半导体层110、主动层120以及第二半导体层130的厚度与材料与第一实施方式相同，因此不再重复赘述之。
图3A与图3B分别绘示依照本发明的微型发光二极管装置100的第三实施方式的立体示意图与侧视示意图。本实施方式与第一实施方式不同的地方在于：本实施方式的第二半导体层130的形状为金字塔形，第二半导体层130由侧面观之为五边形。出光面140的中心位于金字塔形第二半导体层130的顶点位置，而出光面140的边缘切齐于微型发光二极管装置100的侧面102。本实施例中，第二半导体层130的顶点即为第一顶点141，而出光面140边缘处的角视为第一端点142。第一顶点141可为光面140的中心点或是偏离中心的顶点，并不以此为限。
第二半导体层130具有第一厚度H1以及第二厚度H2。同样地，第一厚度H1为第一顶点141至第二底面132的垂直距离，且第一厚度H1为第二半导体层130厚度中的最大者。第二厚度H2为第一端点142至第二底面132的垂直距离，且第二厚度H2为第二半导体层130厚度中的最小者，即第二半导体层130的厚度中的最小者位于第二半导体层130的至少一侧边上。此外，第二半导体层130的厚度自第一顶点141的位置至第一端点142的位置线性递减。
同样地，本实施方式中，第一厚度H1大于0微米(μm)并小于或等于20微米(μm)，第二厚度H2大于0微米(μm)并小于或等于10微米(μm)。此外，本实施方式中，第一厚度H1与第二厚度H2的相差值为大于0微米(μm)并小于或等于10微米(μm)。
除此之外，本实施方式的第一半导体层110与主动层120的结构与材料以及第二半导体层130的材料与第一实施方式相同，因此不再重复赘述之。
图4A与图4B分别绘示依照本发明的微型发光二极管装置100的第四实施方式的立体示意图与侧视示意图。本实施方式与第三实施方式不同的地方在于：本实施方式的第二半导体层130由侧面观之为三角形。且第二半导体层130的第二厚度H2趋近于零。除此之外，本实施方式的第一半导体层110与主动层120的结构与材料以及第二半导体层130的材料与第三实施方式相同，因此不再重复赘述之。同样地，图4B中所标记的第二厚度H2与第一端点142的位置仅为示意，其位置是以对应第二半导体层130厚度中的最小者为准。
图5A与图5B分别绘示依照本发明的微型发光二极管装置100的第五实施方式的立体示意图与沿线段I-I的侧剖面示意图。本实施方式与第一实施方式不同的地方在于：本实施方式的第二半导体层130沿线段I-I的剖面形状为凸字形。因此，出光面140沿线段I-I的剖面具有对应的凸字形。同样地，第二半导体层130的厚度中的最小者位于第二半导体层130的至少一侧边。
具体而言，凸字形的第二半导体层130具有凸出的第一区域A1以及围绕第一区域A1的第二区域A2，其中第二半导体层130对应第一区域A1以及第二区域A2分别具有均一的第一厚度H1以及均一的第二厚度H2，且第一厚度H1大于第二厚度H2，因此第二半导体层130于第一区域A1以及第二区域A2之间具有至少一段差160。
同样地，第一厚度H1大于0微米(μm)并小于或等于20微米(μm)，而第二厚度H2大于0微米(μm)并小于或等于10微米(μm)。本实施方式中，出光面140的第一厚度H1与第二厚度H2之间的相差值为大于0微米(μm)并小于或等于10微米(μm)。
再者，当光线是自第二半导体层130的第一区域A1往第二区域A2行进时，部分光线于出光面140对应第二区域A2的入射角会相对大于光线于出光面140对应第一区域A1的入射角，因此位于第二区域A2的出光面140发生全反射的机率大于位于第一区域A1的出光面140。于本实施方式的配置中，部分自第一区域A1往第二区域A2行进的光线将会自侧面134射出，如图5A中光线104的路线。也就是说，凸字形的出光面140可增加表面积，增加光线104的出光机率。再者，又因具有段差160的设计，改变了光线104的入射角，因此可以减少全反射，进而降低光线104于微型发光二极管装置100内部发生全反射的机率。
综上所述，本实施方式的微型发光二极管装置100的第二半导体层130与出光面140为凸字形且第二半导体层130具有段差160，进而降低全反射机率与增加出光效率。
此外，出光面140对应第二半导体层130具有第一厚度H1位置的面积占出光面140的总面积的65％至85％之间，亦即位于第一区域A1的出光面140占出光面140的总面积的65％至85％之间。于此配置下，微型发光二极管装置100内部发生全反射的机率有效被降低，使得微型发光二极管装置的出光效率可更进一步提升。
然而，本发明所属技术领域中的技术人员，可依实际需要弹性选择段差160数量。例如将出光面140设计成阶梯状(多个段差160)的表面。除此之外，本实施方式的第一半导体层110与主动层120的结构与材料以及第二半导体层130的材料与第一实施方式相同，因此不再重复赘述之。
图6绘示依照本发明的微型发光二极管装置的第六实施方式的立体示意图。本实施方式与第五实施方式不同的地方在于：本实施方式的第二半导体层130的第二区域A2位于第一区域A1的相对两侧。第二半导体层130的剖面为凸字状并具有凸出的第一区域A1，而位于第一区域A1相对两侧的部分为第二半导体层130的第二区域A2。
同样地，第二半导体层130的厚度中的最小者位于第二半导体层130的至少一侧边。第二半导体层130的第一区域A1以及第二区域A2分别具有第一厚度H1以及第二厚度H2，且第一厚度H1大于第二厚度H2。因此，第二半导体层130于第一区域A1以及第二区域A2之间具有段差160。第二半导体层130的第一厚度H1与第二厚度H2的配置与第五实施方式相同，因此不再重复赘述之。此外，位于第一区域A1的面积同样占出光面140的总面积的65％至85％之间。
除此之外，本实施方式的第一半导体层110与主动层120的结构与第一实施方式相同，而第一半导体层110与主动层120以及第二半导体层130的材料也与第一实施方式相同，因此不再重复赘述之。
图7A至图7C分别绘示依照本发明的微型发光二极管装置100的第七实施方式中的不同实施例的侧视示意图。本实施方式的微型发光二极管装置100的出光面140具有至少一微结构150。图7A与图7B是以微型发光二极管装置100的第一实施方式的出光面140具有微结构150为例。图7C是以微型发光二极管装置100的第五实施方式的出光面140具有微结构150为例。
本实施方式中，微结构150包含凹陷部或是隆起部。举例而言，图7A与图7C的微结构150包含隆起部，其中隆起部作为第二半导体层130表面的凸起结构。图7B的微结构150包含凹陷部，其中凹陷部作为第二半导体层130表面的凹陷结构(亦即图7B所绘的虚线表示第二半导体层130表面具有此凹陷结构的位置)。通过微结构150，自主动层120射向出光面140的光线于出光面140上的入射角再次被改变，使得光线于微型发光二极管装置100内部发生全反射的机率再次被降低，进而提升微型发光二极管装置100的出光效率。
除此之外，本实施方式的第一半导体层110、主动层120以及第二半导体层130的结构与材料与对应的实施方式相同，因此不再重复赘述之。
图8A与图8B分别绘示依照本发明的微型发光二极管装置100的第八实施方式中的不同实施例的侧视示意图。本实施方式的微型发光二极管装置100还包含电极层170。图8A是以将电极层170设置于微型发光二极管装置100的第一实施方式为例。图8B是以将电极层170设置于微型发光二极管装置100的第五实施方式为例。
本实施方式中，电极层170设置于第二半导体层130上。电极层170具有均匀的厚度，且其形状对应于出光面140的形状。举例而言，图8A与图8B的电极层170分别为球形与凸字形。由于电极层170的形状对应于出光面140的形状，因此微型发光二极管装置100内部仍可维持相对较低的光线全反射机率。
电极层170的材料为透明电极，例如铟镓锌氧化物(Indium-Gallium-Zinc Oxide；IGZO)、铟锡氧化物(Indium-Tin Oxide；ITO)、铟锌氧化物(Indium-Zinc Oxide；IZO)、锌锡氧化物(Zinc-Tin Oxide；ZTO)、镓锌氧化物(Gallium-Zinc Oxide；GZO)或其组合。
除此之外，本实施方式的第一半导体层110、主动层120以及第二半导体层130的结构与材料与对应的实施方式相同，因此不再重复赘述之。
图9A至图9D分别绘示依照本发明的微型发光二极管装置100的第九实施方式中的不同实施例的底视示意图。如图9A所示，微型发光二极管装置100自第一底面112观之的形状可以为矩形。如图9B所示，微型发光二极管装置100自第一底面112观之的形状也可以为圆形，不同多边形的形状也应当在本发明实施例的保护范畴内。如图9C所示，微型发光二极管装置100自第一底面112观之的形状也可以为长方形。如图9D所示，微型发光二极管装置100自第一底面112观之的形状也可以为三角形。
图10A至图10L分别绘示依照本发明的微型发光二极管装置的制造方法的第一实施方式于不同阶段的示意图。本实施方式中，微型发光二极管装置的制造方法是以形成结构如微型发光二极管装置的第一实施方式(请见图1A)为例作说明。此外，图10A至图10H为侧视示意图，图10I至图10L为立体示意图。
图10A中，步骤S10为提供第一基板240，并形成掩膜层242于第一基板240上，其中掩膜层242经由沉积方式形成于第一基板240上。于本实施方式中，掩膜层242可以视为蚀刻制造工艺时的硬式掩膜(hard mask)，其中掩膜层242可以由氧化硅或氮化硅构成。
此外，第一基板240的材料的选用为依据微型发光二极管装置所提供的色光而有不同。举例而言，当形成提供红光的微型发光二极管装置时，第一基板240可以由砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、磷化铟(InP)或硅(Si)构成。当形成提供蓝光或绿光的微型发光二极管装置时，第一基板240可以由蓝宝石(sapphire)、氮化镓(GaN)或碳化硅(SiC)构成。此外，蓝宝石构成的第一基板240的厚度介于50微米(μm)至1000微米(μm)之间。
图10B中，步骤S20为图形化掩膜层242，用以暴露部分第一基板240。图形化后的掩膜层242以及暴露的第一基板240可以用来定义微型发光二极管装置的尺寸以及大小。
图10C中，步骤S30为蚀刻部分第一基板240以形成凹槽244，其中第一基板240具有对应凹槽244的第一形状。蚀刻部分第一基板240的方法例如可以是通过光刻方法。
请同时看到图1A、图1B与图10C。凹槽244用以沉积微型发光二极管装置100的第二半导体层130。第二半导体层130具有出光面140，且出光面140具有第二形状，其中第一基板240的第一形状与出光面140的第二形状相同。具体而言，出光面140的形状与第一基板240的凹槽244形状相同且皆为球面。
除此之外，凹槽244具有对应出光面140的第一深度D1以及第二深度D2，其中第一深度D1大于第二深度D2。第一深度D1为凹槽244的中心位置的深度，且第一深度D1为凹槽244深度中的最大者。第二深度D2为凹槽244对应边缘位置的起始深度，亦即第二深度D2为凹槽244深度中的最小者。
图10D中，步骤S40为移除掩膜层242(请见图10C)，并留下具有凹槽244的第一基板240。于本实施方式中，移除掩膜层242为通过蚀刻方式完成。
图10E中，步骤S50为将第二半导体层130先沉积于第一基板240的凹槽244，其中第二半导体层130与凹槽244接触的面形成第二形状，且第二形状与第一基板240的第一形状相同。
接着，利用有机金属化学气相沉积法(metal organic chemical-vapordeposition；MOCVD)依序沉积主动层120以及第一半导体层110，其中主动层120沉积于第二半导体层130上，第一半导体层110沉积于主动层120上，以完成微型发光二极管装置100形成于第一基板240上。
本实施方式中，微型发光二极管装置100包含第一半导体层110、主动层120以及第二半导体层130。第一半导体层110、主动层120以及第二半导体层130的厚度以及材料与第一实施方式中的微型发光二极管装置100相同，在此不再赘述。
图10F中，步骤S60为将第一基板240以及微型发光二极管装置100转移至第二基板246，其中微型发光二极管装置100的第一半导体层110与第二基板246连接。亦即，微型发光二极管装置100是位于第一基板240以及第二基板246之间。此外，第二基板246可以是由玻璃基板、塑胶基板或柔性基板。
图10G中，步骤S70为移除第一基板240，使得第一基板240(请见图10F)与微型发光二极管装置100分离。此外，移除第一基板240的步骤可以通过激光剥离(laser lift-off)技术完成。当第一基板240移除后，第二半导体层130的出光面140将被暴露出来，同时也完成微型发光二极管装置100的结构。
图10H中，步骤S80为更进一步定义微型发光二极管装置100的尺寸大小。本实施方式中，微型发光二极管装置100的尺寸大小可以由蚀刻方法定义。例如，涂布光阻层248并利用黄光制造工艺定义微型发光二极管装置100的尺寸大小。蚀刻后的第一半导体层110、主动层120以及第二半导体层130至第一半导体层110的第一底面112的投影范围实质上相同。
图10I中，步骤S90为提供面板250，并于面板250上形成薄膜晶体管252，其中面板250可以是显示面板。薄膜晶体管252用以与制作完成的微型发光二极管装置100(请见图10H)连接，其中微型发光二极管装置100作为面板250上的像素。然而，本发明所属技术领域中的技术人员，可弹性选择薄膜晶体管252的排列方式。
图10J中，步骤S100为夹取制作完成的微型发光二极管装置100，使微型发光二极管装置100自第二基板246沿箭头方向脱离。本实施方式中，将微型发光二极管装置100自第二基板246脱离的步骤是通过转置装置254完成。
图10K中，步骤S110为通过转置装置254将微型发光二极管装置100移动至面板250上的薄膜晶体管252，使得微型发光二极管装置100与面板250上的薄膜晶体管252结合。本实施方式中，面板250中的像素配置可以通过重复进行步骤S110完成。
接着请参照图10L。图10L中，步骤S120为于微型发光二极管装置100的第二半导体层130上设置电极层170，以完成应用微型发光二极管装置100的显示器面板。
此外，图10A至图10L虽是以制造微型发光二极管装置100的第一实施方式的结构为例，然而本发明所属技术领域的技术人员可利用光刻方式将第一基板240蚀刻成不同的第一形状，以使得第一基板240的第一形状对应不同形状的出光面140。
举例而言，请看到图11A以及图11B。图11A与图11B分别绘示图10C中的第一基板240不同实施例的侧视示意图。图11A中，第一基板240的第一形状可以被蚀刻成倒三角形，以对应微型发光二极管装置100的第三与第四实施方式中的出光面140形状。图11B中，第一基板240的第一形状可以被蚀刻成具有段差，以对应微型发光二极管装置100的第五与第六实施方式中的出光面140形状。
图12A至图12D分别绘示依照本发明的微型发光二极管装置的制造方法的第二实施方式于不同阶段的侧视示意图。本实施方式与前一实施方式的差异在于：本实施方式的第二半导体层130利用沉积方式，填平凹槽244，即第二半导体层130填满凹槽244内，但不超出凹槽244外。此外，本实施方式所形成的微型发光二极管装置100的结构与微型发光二极管装置的第二实施方式(请见图2)的结构相同。
请先参照图12A，其中图12A是接续在图10D之后所绘示的制造工艺。图12A中，步骤S50’为将第二半导体层130只沉积于凹槽244内。也就是说，第二半导体层130的第二底面132与第一基板240的上表面为共平面。同样地，主动层120沉积于第二半导体层130上，第一半导体层110沉积于主动层120上，以完成微型发光二极管装置100形成于第一基板240上。
图12B中，步骤S60’为将第一基板240以及微型发光二极管装置100转移至第二基板246，其中微型发光二极管装置100位于第一基板240以及第二基板246之间。
图12C中，步骤S70’为如图所示，制造者此时可以移除第一基板240，以暴露出微型发光二极管装置100的出光面140与部分主动层120。
图12D中，步骤S80’为通过蚀刻方法进一步定义微型发光二极管装置100的尺寸大小。本实施方式中，暴露出来的部分主动层120与其下方的部分第一半导体层110经蚀刻后被移除。因此，蚀刻后的第一半导体层110、主动层120以及第二半导体层130至第一半导体层110的第一底面112的投影范围实质上仍相同。
综上所述，本发明的微型发光二极管装置藉由第二半导体层的中心处厚度大于第二半导体层的边缘处厚度，使得出光面具有中心较为凸出的剖面形状。因此，微型发光二极管装置内部光线发生全反射的机率将下降，进而提升微型发光二极管装置的出光效率。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。
Claims (17)
1.一种微型发光二极管装置，其特征在于，包含：
一第一半导体层，具有一第一底面；
一主动层，设置于该第一半导体层上；以及
一第二半导体层，具有一第二底面，设置于该主动层上，其中，该第二半导体层相对该主动层的表面为该微型发光二极管装置的一出光面，该第二半导体层具有不同的厚度，且该第二半导体层最小的厚度位于该第二半导体层的边缘或该第二半导体层的至少一侧边，其中，该第一半导体层、该主动层以及该第二半导体层垂直投影至该第一底面的范围实质上相同。
2.如权利要求1所述的微型发光二极管装置，其特征在于，该出光面具有一第一顶点与一第一端点，该第一顶点至该第二底面的垂直距离为该第二半导体层的所述厚度中的最大者，该第一端点至该第二底面的垂直距离为该第二半导体层的所述厚度中的最小者。
3.如权利要求2所述的微型发光二极管装置，其特征在于，该出光面至该第二底面的垂直距离由该第一顶点向该第一端点递减。
4.如权利要求3所述的微型发光二极管装置，其特征在于，该出光面为一球面、一凸字形或一尖形。
5.如权利要求4所述的微型发光二极管装置，其特征在于，该出光面具有至少一微结构，其中，该微结构包含多个凹陷部或是多个隆起部。
6.如权利要求4所述的微型发光二极管装置，其特征在于，该第一半导体层的该第一底面的形状为圆形或多边形，且该第一底面与该第二底面的形状与大小实质上相同。
7.如权利要求2所述的微型发光二极管装置，其特征在于，该第一顶点至该第二底面的垂直距离大于0微米并小于或等于20微米。
8.如权利要求2所述的微型发光二极管装置，其特征在于，该第一端点至该第二底面的垂直距离介于0微米至10微米之间。
9.如权利要求2所述的微型发光二极管装置，其特征在于，该第一顶点至该第二底面的垂直距离与该第一端点至该第二底面的垂直距离相差值为大于0微米并小于或等于10微米。
10.如权利要求1所述的微型发光二极管装置，其特征在于，该第二半导体层对应一第一区域具有一第一厚度，该第二半导体层对应一第二区域具有一第二厚度，且该第一厚度大于该第二厚度，使得该第一区域与该第二区域之间具有至少一段差。
11.如权利要求10所述的微型发光二极管装置，其特征在于，具有该第一厚度的该第一区域的面积占该出光面的总面积的65％至85％之间。
12.如权利要求10所述的微型发光二极管装置，其特征在于，该第二区域围绕该第一区域设置。
13.如权利要求1所述的微型发光二极管装置，其特征在于，还包含一电极层，设置于该第二半导体层上。
14.一种微型发光二极管装置的制造方法，其特征在于，包含：
提供一第一基板；
沉积一掩膜层于该第一基板上；
图形化该掩膜层，用以暴露部分该第一基板；
蚀刻部分该第一基板，并形成一凹槽，其中该凹槽的中心的深度大于该凹槽的边缘的深度；
移除该掩膜层；
沉积一第二半导体层于该凹槽；
依序沉积一主动层以及一第一半导体层，其中，该主动层沉积于该第二半导体层上，该第一半导体层沉积于该主动层上，以完成一微型发光二极管装置形成于该第一基板上；
转移该第一基板以及该微型发光二极管装置至一第二基板，其中该微型发光二极管装置的该第一半导体层与该第二基板连接；以及
移除该第一基板。
15.如权利要求14所述的制造方法，其特征在于，沉积该第二半导体层于该凹槽，且填平该凹槽。
16.如权利要求14所述的制造方法，其特征在于，蚀刻部分该第一基板以形成一第一形状，并沉积该第二半导体层于该凹槽以形成一出光面，该出光面具有一第二形状，其中，该第一形状与该第二形状相同。
17.如权利要求14所述的制造方法，其特征在于，还包含：
提供一面板，并于该面板上形成至少一薄膜晶体管；
夹取该微型发光二极管装置，使该微型发光二极管装置自该第二基板脱离，并移动该微型发光二极管装置至该薄膜晶体管上；以及
形成一电极层于该微型发光二极管装置的该第二半导体层上。
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