TWI481074B - 發光二極體及其製造方法 - Google Patents

Description

發光二極體及其製造方法

一種發光元件，特別是一種關於基板具有內部散射中心之發光元件及其製造方法。

發光二極體(light-emitting diode,LED)的發光原理是利用電子在n型半導體與p型半導體間移動的能量差，以光的形式將能量釋放，這樣的發光原理係有別於白熾燈發熱的發光原理，因此發光二極體被稱為冷光源。此外，發光二極體具有高耐久性、壽命長、輕巧、耗電量低等優點，因此現今的照明市場對於發光二極體寄予厚望，將其視為新一代的照明工具，已逐漸取代傳統光源，並且應用於各種領域，如交通號誌、背光模組、路燈照明、醫療設備等。

第1圖係習知之發光元件結構示意圖，如第1圖所示，習知之發光元件100，包含有一透明基板10、一位於透明基板10上之半導體疊層12，以及至少一電極14位於上述半導體疊層12上，其中上述之半導體疊層12由上而下至少包含一第一導電型半導體層120、一活性層122，以及一第二導電型半導體層124。

此外，上述之發光元件100更可以進一步地與其他元件組合連接以形成一發光裝置(light-emitting apparatus)。第2圖為習知之發光裝置結構示意圖，如第2圖所示，一發光裝置200包含一具有至少一電路202之次載體(sub-mount)20；至少一焊料(solder)22位於上述次載體20上，藉由此焊料22將上述發光元件100黏結固定於次載體20上並使發光元件100之基板10與次載體20上之電路202形成電連接；以及，一電性連接結構24，以電性連接發光元件100之電極14與次載體20上之電路202；其中，上述之次載體20可以是導線架(lead frame)或大尺寸鑲嵌基底(mounting substrate)，以方便發光裝置200之電路規劃並提高其散熱效果。

然而，如第1圖所示，於習知之發光元件100中，由於透明基板10之表面係一平整表面，且透明基板10之折射率與外部環境之折射率不同，因此活性層122所發出之光線A由基板進入外部環境時，容易形成全反射(Total Internal Reflection,TIR)，降低發光元件100之光摘出效率。

一種發光元件製造方法，其步驟至少包含：提供一基板，形成複數發光疊層於基板之上，以及以雷射於基板內部形成複數個內部散射中心。

本發明揭示一種發光元件及其製造方法，為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，請參照下列描述並配合第3A圖至第3J圖之圖式。

第3A圖至第3J圖為本發明製造流程結構示意圖，如第3A圖所示，提供一基板30，其中基板30包含一第一表面302與一第二表面304，其中第一表面302係與第二表面304相對；接著，如第3B圖所示，形成複數半導體磊晶層31於此基板30之第一表面302上，其中半導體磊晶層31由下而上至少包含一第一導電型半導體層310、一活性層312，以及一第二導電型半導體層314。

隨後，如第3C圖所示，利用微影蝕刻技術蝕刻上述半導體磊晶層31，以裸露部分基板30並且使半導體磊晶層31形成複數台狀結構之發光疊層32，其中每一發光疊層32均裸露部分之第一導電型半導體層310。

隨後，如3D圖所示，可以形成至少一電極40於發光疊層32上。在一實施例中，也可在發光疊層32與電極間選擇性的形成一透明導電氧化層38(Transparent Conductive Oxide,TCO)。

隨後，如3E-3F圖所示，以雷射能量0.05~0.35W，速度100~600mm/sec且焦距為距離基板10-20μm之雷射光束照射基板30之第二表面304，以形成複數個基板內部粗化結構作為內部散射中心36(scattering center)，其長度可約為1~25μm，寬度可約為2~5μm，形狀可為圓點狀、長方體或其他圖形，且其中上述內部散射中心36之任何一端並不接觸基板30之上下表面。當反射光打到上述內部散射中心36時，會產生散射而增加發光角度，減少電極40對光的吸收，以增加光線輸出。在一實施例中，此雷射光束可為一紅外線雷射，例如可為Nd-YAG laser、Nd-YVO₄ laser、Nd-YLF laser或鈦藍寶石雷射(titanium laser)。如圖3F、3G所示，上述內部散射中心36可規則或隨意分佈於基板內，包括電極40下方。在一實施例中，以上述製造方法，如圖3H所示上述內部散射中心36之部分結構也可接觸基板側壁。

最後，再如第3I圖所示，在基板30之第二表面304以雷射361劈裂。再如第3J圖所示，以形成複數發光元件300。

在一實施例中，也可於形成複數台狀結構之發光疊層32後，先以雷射光束照射基板30之第二表面304，以形成複數個基板內部粗化結構作為內部散射中心36(scattering center)，之後再於發光疊層32上形成電極40。

在一實施例中，發光元件300之除了基板內具有內部散射中心36外，基板之四個側壁可皆為實質不平整表面。在另一較佳實施例中，發光元件300除了基板之四個側壁可皆為實質不平整表面，第一表面302也可為一實質不平整表面。

上述之基板30之材質可以是藍寶石(Sapphire)、氧化鋅(ZnO)等透明基板，於本實施例中則係採用藍寶石基板；而發光疊層32由下而上包含第一導電型半導體層310、活性層312以及第二導電型半導體層314，其材料包含一種或一種以上之物質選自鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)以及矽(Si)所構成之群組，諸如氮化鎵(GaN)系列材料或磷化鋁鎵銦(AlGaInP)系列材料等。

此外，透明導電氧化層38之材質選自包含一種或一種以上之材料選自氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化銻鋅(AZO)與氧化鋅(ZnO)所構成之群組。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使發明技術所屬領域中具有通常知識者能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

100．．．發光元件

10．．．透明基板

12．．．半導體疊層

14．．．電極

120．．．第一導電型半導體層

122．．．活性層

124．．．第二導電型半導體層

200．．．發光裝置

20．．．次載體

202．．．電路

22．．．焊料

24．．．電性連接結構

30．．．基板

302．．．第一表面

304．．．第二表面

32．．．發光疊層

310．．．第一導電型半導體層

312．．．活性層

314．．．第二導電型半導體層

36．．．內部散射中心

300．．．發光元件

361．．．雷射

38．．．透明導電氧化層

40．．．電極

第1圖為習知之發光元件結構示意圖。

第2圖為習知之發光裝置結構示意圖。

第3A圖至第3J圖為本發明製造流程結構示意圖。

302．．．第一表面

304．．．第二表面

32．．．發光疊層

310．．．第一導電型半導體層

312．．．活性層

314．．．第二導電型半導體層

36．．．內部散射中心

38．．．透明導電氧化層

40．．．電極

Claims (10)

1. 一種發光元件製造方法，其步驟至少包含：提供一基板；形成至少一發光疊層於該基板之上；以雷射於該基板內部形成複數個內部散射中心，其中該內部散射中心之部分結構係接觸基板側壁；以及形成至少一電極於該發光疊層之上，其中該電極下方具有至少部分該些內部散射中心。
2. 一種發光元件製造方法，其步驟至少包含：提供一基板；形成至少一發光疊層於該基板之上；以及以雷射於該基板內部形成複數個內部散射中心，其中該內部散射中心之部分結構係接觸基板側壁，其中該發光疊層之材料包含一種或一種以上之物質選自鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)以及矽(Si)所構成之群組。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之發光元件製造方法，其中該雷射可為一紅外線雷射，及/或該紅外線雷射可為一Nd-YAG laser、Nd-YVO₄ laser、Nd-YLF laser或鈦藍寶石雷射(titanium laser)，及/或該雷射能量可 為0.05~0.35W，速度可為100~600mm/sec。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之發光元件製造方法，其中該些內部散射中心之長度可約為1~25μm，及/或該些內部散射中心之寬度可約為2~5μm。
5. 如申請專利範圍第1或2項所述之發光元件製造方法，其中該些內部散射中心之形狀可為圓點狀、長方體或其他圖形，及/或該些內部散射中心可隨意或規則分佈於基板內部。
6. 一種發光元件，至少包含：一基板，其中該基板內部包含複數個內部散射中心，且該些內部散射中心之部分結構係接觸基板側壁；至少一發光疊層形成於該基板之上；以及至少一電極形成於該發光疊層之上，其中該複數個內部散射中心至少部分係位於該電極之下。
7. 一種發光元件，至少包含：一基板，其中該基板內部包含複數個內部散射中心，且該些內部散射中心之部分結構係接觸基板側壁；以及至少一發光疊層形成於該基板之上，其中該發光疊層 之材料包含一種或一種以上之物質選自鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)以及矽(Si)所構成群組。
8. 如申請專利範圍第6或7項所述之發光元件，其中該些內部散射中心之長度可約為1~25μm，及/或該些內部散射中心之寬度可約為2~5μm。
9. 如申請專利範圍第6或7項所述之發光元件，其中該些內部散射中心之形狀可為圓點狀、長方體或其他圖形，及/或該些內部散射中心可隨意或規則分佈於基板內部。
10. 如申請專利範圍第6或7項所述之發光元件，其中該基板表面及/或側壁為一實質不平整表面。