CN110010735B - 发光元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一发光元件，包含导电反射层；发光二极管外延结构，在导电反射层上且具有一下表面；致密层，位于导电反射层与发光二极管外延结构之间；多层膜层，在致密层与导电反射层之间且直接接触导电反射层，多层膜层具有一上表面面向下表面且未直接接触下表面；及电极，直接接触发光二极管外延结构且具有宽度小于发光二极管外延结构的宽度；其中，致密层与多层膜层包含金属氧化物。

Description

发光元件及其制造方法

本申请是中国发明专利申请(申请号：201310226001.3，申请日：2013年06月07日，发明名称：发光元件及其制造方法)的分案申请。

技术领域

本发明涉及一发光元件的制造方法，特别是涉及一具有一厚膜层的发光元件制造方法。

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1a是现有的发光元件结构示意图。如图1a所示，现有的发光元件100，包含有一透明基板11、一位于透明基板11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由上而下至少包含一第一导电型半导体层120、一活性层122，以及一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他元件组合连接以形成一发光装置(light-emitting apparatus)。图1b为现有的发光装置结构示意图，如图1b所示，一发光装置200包含一具有至少一电路150的次载体(sub-mount)21；至少一焊料(solder)22位于上述次载体21上，通过此焊料22将上述发光元件100粘结固定于次载体21上并使发光元件100的基板11与次载体21上的电路150形成电连接；以及，一电连接结构24，以电连接发光元件100的电极14与次载体21上的电路150；其中，上述的次载体21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。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种发光元件，包含导电反射层、发光二极管外延结构、致密层、多层膜层以及电极；发光二极管外延结构具有一下表面，多层膜层具有一上表面；发光二极管外延结构在导电反射层上，致密层位于导电反射层与发光二极管外延结构之间，多层膜层在致密层与导电反射层之间；多层膜层直接接触导电反射层，上表面面向下表面且未直接接触下表面，电极直接接触发光二极管外延结构且具有宽度小于发光二极管外延结构的宽度；其中，致密层与多层膜层包含金属氧化物。

附图说明

图1a为现有的发光元件结构示意图，图1b为现有的发光装置结构示意图；

图2a至图2g为本发明第一实施例制造流程结构示意图；

图3a至图3j为本发明第二实施例制造流程结构示意图；

图4为本发明第三实施例结构示意图。

符号说明

11：透明基板 12：半导体叠层

14：电极 20：发光元件

21：次载体 22：焊料

24：电连接结构 30：发光元件

40：灯泡 41：灯罩

42：透镜 43：载板

44：发光模块 45：灯座

46：散热鳍片 47：电连接器

100：发光元件 102：膜层

103：厚膜层 120：第一导电型半导体层

122：活性层 124：第二导电型半导体层

150：电路 200：发光装置

201：第一基板 202：第一导电型半导体层

203：活性层 204：第二导电型半导体层

205：发光二极管结构 206：致密层

207：导电反射层 208：电极

209：切割道 210：载体

301：第一基板 302：第一导电型半导体层

303：活性层 304：第二导电型半导体层

305：发光二极管结构 306：致密层

307：导电反射层 308：电极

309：切割道 310：载体

311：第二基板 315：发光二极管外延结构

316：接合层 402：膜层

403：厚膜层

具体实施方式

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2a-图4的附图。

图2a至图2g所示为本发明第一实施例制造流程结构示意图，是包含：提供一第一基板201，如图2a所示；通过有机金属化学气相沉积法(metal-organic chemical vapordeposition；MOCVD)于第一基板201上形成一发光二极管结构205，其中此发光二极管结构205由下而上包含一第一导电型半导体层202，一活性层203及一第二导电型半导体层204，如图2b所示。于本实施例中，一载体210包含第一基板201和发光二极管结构205。

随后，于发光二极管结构205之上形成一致密层206，如图2c所示。其中形成致密层206的方法包含物理气相沉积法或化学气相沉积法。组成致密层206的材料为金属氧化物、金属氮化物、或磷化镓；其中金属氧化物可为氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铟锡、氧化铟锌、氧化氟锡、氧化铝锌、或氧化锌镓；金属氮化物可为氮化镓或氮化铝。接着，于致密层206上形成一膜层102。膜层102包含导电纳米粉体，于此实施例中是利用ITO蒸镀锭或ZnO靶材以物理方法或化学方法制成，例如物理方法可为机械球磨法，气相冷凝法或物理粉碎法；化学方法可为气相沉积法，沉淀法，水热合成法，溶胶凝胶法或微乳液法。膜层102还包含一粘结剂(图未示)用以黏结上述的粉体。膜层102可以涂布方式形成于致密层206之上，其中涂布的方法例如为旋转涂布法或刮刀涂布法。于此实施例中，此膜层102的厚度介于10μm至30μm。其中，致密层206具有增加膜层102与发光二极管结构205之间的接合性的功效。

接着于第一温度下施行烘烤此膜层102的步骤；并重复一预定次数的上述的涂布步骤和烘烤步骤以形成一厚膜层103，其中此预定次数为至少十次或二十次，如图2d所示。并于一第二温度下施加一压力于此厚膜层103，其中第二温度高于第一温度。最后所形成的厚膜层103的厚度介于100μm至600μm，其穿透率介于60％至90％，电阻率介于10^-2至10^-4Ω-cm。

组成导电纳米粉体的材料可和致密层206组成材料相同或不同，其中导电纳米粉体的材料包含金属氧化物、金属氮化物、或磷化镓；金属氧化物可为氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铟锡、氧化铟锌、氧化氟锡、氧化铝锌、或氧化锌镓；金属氮化物可为氮化镓或氮化铝。其中粘结剂的材料包含低温玻璃或纳米级二氧化硅；在此的低温玻璃是指具有75℃至150℃的玻璃转换温度的玻璃材料，在此的纳米级二氧化硅是指尺寸小于100nm的二氧化硅管芯或颗粒。

接着，移除第一基板201以暴露出发光二极管结构205的第一导电型半导体层202，如图2e所示；其中移除暂时基板201的方法包含湿式蚀刻法或干式蚀刻法。于厚膜层103相对于致密层206的另一面上形成一导电反射层207，如图2f所示；其中此导电反射层207由金属所组成，同时具有反射层及电极的功用。再于第一导电型半导体层202之上形成一电极208，并沿着切割道209切割以形成一发光元件20，如图2g所示。

图3a至图3j所示为本发明第二实施例制造流程结构示意图，是包含提供一第一基板301，如图3a所示；通过有机金属化学气相沉积法(metal-organic chemical vapordeposition；MOCVD)于第一基板301上形成一发光二极管结构305，其中此发光二极管结构305由下而上包含一第一导电型半导体层302，一活性层303及一第二导电型半导体层304，如图3b所示。于本实施例中，一载体310包含第一基板301和发光二极管结构305。

随后，于发光二极管结构305之上形成一致密层306，如图3c所示。其中形成致密层306的方法包含物理气相沉积法或化学气相沉积法。组成致密层306的材料为金属氧化物、金属氮化物、或磷化镓；其中金属氧化物可为氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铟锡、氧化铟锌、氧化氟锡、氧化铝锌、或氧化锌镓；金属氮化物可为氮化镓或氮化铝。

接着，于致密层306上形成一膜层402。膜层402包含导电纳米粉体，于此施实例中是利用ITO蒸镀锭或ZnO靶材以物理方法或化学方法制成，例如物理方法可为机械球磨法，气相冷凝法或物理粉碎法；化学方法可为气相沉积法，沉淀法，水热合成法，溶胶凝胶法或微乳液法。膜层402还包含一粘结剂(图未示)用以黏结上述的粉体。膜层402可以涂布方式形成于致密层306之上，其中涂布的方法例如为旋转涂布法或刮刀涂布法。于此实施例中，此膜层402的厚度介于10μm至30μm。其中，致密层306具有增加膜层402与发光二极管结构305之间的接合性的功效。

接着于第一温度下施行烘烤此膜层402的步骤；并重复一预定次数的涂布步骤和烘烤步骤以形成一厚膜层403，其中此预定次数为至少十次或二十次。并于一第二温度下施加一压力于此厚膜层403，其中第二温度高于第一温度。最后所形成的厚膜层403的厚度介于100μm至600μm，其穿透率介于60％至90％，电阻率介于10^-2至10^-4Ω-cm。组成导电纳米粉体的材料可和致密层306组成材料相同或不同，其中导电纳米粉体的材料包含金属氧化物、金属氮化物、或磷化镓；金属氧化物可为氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铟锡、氧化铟锌、氧化氟锡、氧化铝锌、或氧化锌镓；金属氮化物可为氮化镓或氮化铝。其中粘结剂的材料包含低温玻璃或纳米级二氧化硅；在此的低温玻璃是指具有75℃至150℃的玻璃转换温度的玻璃材料，在此的纳米级二氧化硅是指尺寸小于100nm的二氧化硅管芯或颗粒。再于厚膜层403之上形成一接合层316，如图3d所示。

提供一第二基板311，并通过有机金属化学气相沉积法(metal-organic chemicalvapor deposition；MOCVD)于第二基板301上形成一发光二极管外延结构315，其中此发光二极管外延结构315由下而上包含一第一导电型半导体层，一活性层及一第二导电型半导体层(图未示)，如图3e所示。再通过接合层316将厚膜层403与发光二极管外延结构315接合，如图3f所示。利用湿式蚀刻法或干式蚀刻法移除第二基板311以暴露出发光二极管外延结构315，如图3g所示。再次利用湿式蚀刻法或干式蚀刻法移除包含第一基板301和发光二极管结构305的载体310，如图3h所示。于致密层306之上形成一导电反射层307；其中此导电反射层307由金属所组成，同时具有反射层及电极的功用。再于发光二极管外延结构315之上形成一电极308，并沿着切割道309切割以形成一发光元件30，如第3i，3j图所示。

图4为本发明第三实施例公开一灯泡结构示意图。灯泡40包含一灯罩41，一透镜42，一发光模块44，一灯座45，一散热鳍片46，一结合部47及一电连接器48。其中发光模块44是包含一载板43，并在载板43上包含至少一个上述实施例中的发光元件20，30。

上述第一导电型半导体层202，302与第二导电型半导体层204，304是电性、极性或掺杂物相异，分别用以提供电子与空穴的半导体材料单层或多层结构(「多层」是指二层或二层以上，以下同)。其电性选择可以为p型、n型、及i型中的任意二者的组合。活性层203，303是位于上述二个部分的电性、极性或掺杂物相异、或者是分别用以提供电子与空穴的半导体材料之间，为电能与光能可能发生转换或被诱发转换的区域。上述发光二极管结构205，305其材料包含一种或一种以上的元素选自镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)以及硅(Si)所构成群组。常用的材料是如磷化铝镓铟(AlGaInP)系列、氮化铝镓铟(AlGaInN)系列等III族氮化物、氧化锌(ZnO)系列等。活性层203的结构是如: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)。再者，调整量子阱的对数也可改变发光波长。

以上各附图与说明虽仅分别对应特定实施例，然而，各个实施例中所说明或公开的元件、实施方式、设计准则、及技术原理除在彼此显相冲突、矛盾、或难以共同实施之外，吾人当可依其所需任意参照、交换、搭配、协调、或合并。

虽然本发明已说明如上，然其并非用以限制本发明的范围、实施顺序、或使用的材料与制作工艺方法。对于本发明所作的各种修饰与变更，皆不脱本发明的精神与范围。

Claims (9)

1.一种发光元件，其特征在于，包含：

导电反射层；

发光二极管外延结构，在该导电反射层上且具有一下表面；

致密层，位于该导电反射层与该发光二极管外延结构之间；

多层膜层，在该致密层与该导电反射层之间且直接接触该导电反射层，该多层膜层具有一上表面面向该下表面且未直接接触该下表面，该多层膜层之间相互黏结以形成一厚膜层，该厚膜层的厚度介于100μm至600μm；及

电极，直接接触该发光二极管外延结构且具有宽度小于该发光二极管外延结构的宽度；

其中，该致密层包含金属氧化物。

2.如权利要求1所述的发光元件，其中该多层膜层与该致密层的材料不同。

3.如权利要求1所述的发光元件，其中该多层膜层及该致密层包含氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铟锡、氧化铟锌、氧化氟锡、氧化铝锌、或氧化锌镓。

4.如权利要求1所述的发光元件，其中该导电反射层由金属所组成。

5.如权利要求1所述的发光元件，其中该电极未与该下表面直接接触。

6.如权利要求1所述的发光元件，其中该导电反射层与该致密层具有相同的宽度。

7.如权利要求1所述的发光元件，其中该发光二极管外延结构包含第一导电型半导体层、活性层及第二导电型半导体层，其中该第二导电型半导体层为n型且比该第一导电型半导体层更接近该下表面。

8.如权利要求1所述的发光元件，其中该上表面与该下表面具有相同的宽度。

9.如权利要求7所述的发光元件，其中该活性层包含双异质结构、双侧双异质结构或多层量子阱。

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