TWI514622B - 發光二極體晶粒及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種發光二極體，特別是關於一種側壁具有凹部微結構的發光二極體。
一般而言，當發光二極體發光時，光線會由發光層進入到透光基板中，再由透光基板的側面出光。因此，透光基板的出光率會直接影響發光二極體的發光效能。目前在傳統發光二極體的製程中，主要係利用側壁蝕刻製程(side-wall etching,SWE)或隱形雷射切割製程(stealth dicing,SD)分離發光二極體晶粒，但上述製程皆會對於發光二極體的出光率造成不良影響。
舉例來說，當利用側壁蝕刻製程(SWE)分離發光二極體晶粒時，會在透光基板部分形成燒結痕，此燒結痕會吸光且降低出光率。另一方面，當利用隱形雷射切割製程(SD)分離發光二極體晶粒時，由於分離後的發光二極體晶粒之側面過於平整，使得進入透光基板的光線產生全反射，而降低出光率。
為此，亟需一種新的發光二極體晶粒及其製造方法，以解決上述傳統製程所造成的缺失。
本發明係提供一種發光二極體晶粒及其製造方法，用以解決傳統製程的缺失以及提升發光二極體晶粒的出光率。
本發明之一態樣是在於提供一種發光二極體晶粒。此發光二極體晶粒包含一透光基板；一N型半導體層，設置於透光基板上；一發光層，設置於N型半導體層上；以及一P型半導體層，設置於發光層上。其中N型半導體層、透光基板或其組合的邊緣之側壁具有複數個凹部微結構。
本發明之另一態樣是在於提供一種發光二極體晶粒之製造方法。此製造方法之步驟包含，提供一透光基板，其具有一上表面；形成一發光二極體堆疊結構層於透光基板上；以及形成複數個凹部微結構於N型半導體層、透光基板或其組合的邊緣之側壁。其中發光二極體堆疊結構包括：一N型半導體層，設置於透光基板上；一發光層，設置於N型半導體層上；以及一P型半導體層，設置於發光層上。
100、200、300‧‧‧發光二極體晶粒
110、210、312‧‧‧凹部微結構
112‧‧‧第一法線
120、220、310‧‧‧透光基板
122‧‧‧第二法線
130、230‧‧‧N型半導體層
140、240‧‧‧發光層
150、250‧‧‧P型半導體層
160、260‧‧‧電極
170‧‧‧光線
312‧‧‧上表面
320‧‧‧發光二極體堆疊結構
330‧‧‧光罩
332‧‧‧通孔
340‧‧‧蝕刻法
A-A’、B-B’、C-C’、D-D’‧‧‧剖面線
、θ
‧‧‧角度
第1A圖係根據本發明之一實施例所繪示的發光二極體晶粒的俯視圖；
第1B圖及第1C圖係根據第1A圖的A-A’剖面線所繪示的發光二極體晶粒的剖面圖；第1D圖至第1F圖係根據第1A圖的B-B’剖面線所繪示的發光二極體晶粒的剖面圖；第2A圖係根據本發明之一實施例所繪示的發光二極體晶粒的俯視圖；第2B圖係根據第2A圖的C-C’剖面線所繪示的發光二極體晶粒的剖面圖；第2C圖及第2D圖係根據第2A圖的D-D’剖面線所繪示的發光二極體晶粒的剖面圖；以及第3A圖至第3F圖係根據本發明之一實施例所繪示的製作發光二極體晶粒之結構側視圖。
在下文中會列舉本發明之較佳實施例以說明本發明之發光二極體晶粒及其製造方法，但非用以限制本發明。在圖式或描述中，相似或相同的部分係使用相同之符號或編號。並且本發明之應用非侷限於下文中的實施例，習知技藝者當可據以應用於相關領域。
本發明係提供一種發光二極體晶粒及其製造方法，其中發光二極體晶粒係包含複數個凹部微結構，以提升側向出光效率。
第1A圖係根據本發明之一實施例所繪示的發光二極體晶粒的俯視圖。在第1A圖中，發光二極體晶粒100具
有複數個凹部微結構110，且其圍繞發光二極體晶粒100的邊緣。
第1B圖及第1C圖係根據第1A圖的A-A’剖面線所繪示的發光二極體晶粒的剖面圖。在第1B圖中，發光二極體晶粒100之結構由下而上依次為透光基板120、N型半導體層130、發光層140、P型半導體層150及電極160。其中凹部微結構110係設置於透光基板120邊緣之側壁。根據本發明之一實施例，凹部微結構110係設置於透光基板120及N型半導體層130邊緣之側壁，如第1C圖所示。根據本發明之另一實施例，凹部微結構110係設置於N型半導體層130邊緣之側壁。根據本發明之一實施例，透光基板120之材料係選自由藍寶石(sapphire)、矽、碳化矽(SiC)、鑽石、石英以及其組合所組成之群組。
另外在第1B圖中，透光基板120與N型半導體層130邊緣之側壁更包含一倒角結構()。根據本發明之一實施例，倒角結構()之角度介於30度至90度之間。
凹部微結構110之切面具有第一法線112，且透光基板120之表面具有第二法線122，其中第一法線112與第二法線122間具有一夾角(θ
)。根據本發明之一實施例，第一法線112與第二法線122間之夾角(θ
)係介於30度至60度。根據本發明之另一實施例，第一法線112與第二法線122間之夾角(θ
)係為45度。
光線170會先從發光層140進入到透光基板120中，再由透光基板120的側面出光。由於凹部微結構110可
在透光基板120或N型半導體層130邊緣之側壁形成粗化表面，且增加表面積，藉此提高發光二極體晶粒100的出光率。
上述發光二極體晶粒之凹部微結構係為孔洞狀、槽狀或其組合。其中孔洞狀的凹部微結構之剖面可為倒梯形、砲彈形、鋸齒形、倒角錐形或其組合。
第1D圖至第1F圖係根據第1A圖的B-B’剖面線所繪示的發光二極體晶粒的剖面圖。在第1D圖中，發光二極體晶粒100之凹部微結構110呈倒梯形。根據本發明之一實施例，發光二極體晶粒100之凹部微結構110呈砲彈形，如第1E圖所示。根據本發明之另一實施例，發光二極體晶粒100之凹部微結構110呈倒角錐形，如第1F圖所示。根據本發明之一實施例，凹部微結構110之深度為6微米至12微米。
第2A圖係根據本發明之一實施例所繪示的發光二極體晶粒的俯視圖，其中凹部微結構呈槽狀。在第2A圖中，發光二極體晶粒200具有複數個槽狀的凹部微結構210，且其圍繞發光二極體晶粒200的邊緣。
第2B圖係根據第2A圖的C-C’剖面線所繪示的發光二極體晶粒的剖面圖。在第2B圖中，發光二極體晶粒200之結構由下而上依次為透光基板220、N型半導體層230、發光層240、P型半導體層250及電極260。其中凹部微結構210係設置於透光基板220邊緣之側壁。
第2C圖及第2D圖係根據第2A圖的D-D’剖面線所
繪示的發光二極體晶粒的剖面圖。在第2C圖中，凹部微結構210係設置於透光基板220及N型半導體層230邊緣之側壁。在第2D圖中，凹部微結構210係設置於N型半導體層230邊緣之側壁。
第3A圖至第3F圖係根據本發明之一實施例所繪示的製作發光二極體晶粒之結構側視圖。在第3A圖中，提供透光基板310，其具有上表面312。接著形成發光二極體堆疊結構320於透光基板310之上表面上，如第3B圖所示。發光二極體堆疊結構320之結構由下而上，包括：N型半導體層、發光層以及P型半導體層，其中N型半導體層、發光層以及P型半導體層未分別繪示。
在第3C圖中，光罩330具有複數個通孔332。覆蓋光罩330在發光二極體堆疊結構320之上，再利用蝕刻法340形成複數個凹部微結構312在透光基板310、發光二極體堆疊結構320或其組合之上。其中蝕刻法340可為乾式蝕刻、溼式蝕刻或其組合。
根據本發明之一實施例，乾式蝕刻係利用感應耦合電漿進行蝕刻。相較於濕式蝕刻，乾式蝕刻具有較高的精確度，但可能會殘留燒結物降低出光率。
根據本發明之一實施例，濕式蝕刻係利用熱磷酸進行蝕刻。因為熱磷酸會同時蝕刻N型半導體層，所以可增加出光率。但相較於乾式蝕刻，濕式蝕刻的蝕刻時間較長，可能損害發光二極體堆疊結構。
根據本發明之一實施例，先利用雷射形成凹部微結
構，再利用熱磷酸移除殘留燒結物。由於雷射可精確控制凹部微結構的深度，且可縮短熱磷酸的蝕刻時間，因此以此方法所製成的發光二極體晶粒具有較佳的出光率。
在第3D圖中，沿著凹部微結構312切割發光二極體堆疊結構320及透光基板310，以形成發光二極體晶粒300。其中，凹部微結構312係形成於發光二極體堆疊結構320及透光基板310邊緣之側壁。
根據本發明之一實施例，凹部微結構312僅形成於發光二極體堆疊結構320邊緣之側壁，如第3E圖所示。根據本發明之另一實施例，由於發光二極體堆疊結構320未完全覆蓋於透光基板310之上，因此凹部微結構312可僅形成於透光基板310邊緣之側壁，如第3F圖所示。
表1係比較雷射搭配濕蝕刻法與側壁蝕刻法對於發
光二極體晶粒的亮度、電性與良率的影響。實驗方式係在同一片矽晶圓(wafer)上，其一半矽晶圓以側壁蝕刻法製作發光二極體晶粒，另一半矽晶圓則以雷射搭配濕蝕刻法製作發光二極體晶粒。
在表1中，實驗例1至4均是先利用雷射形成凹部微結構，再利用熱磷酸移除殘留燒結物。而比較例1至4則是利用僅雷射進行側壁蝕刻。相較於比較例，實驗例的發光二極體亮度提升了1.2%~3.6%。但就發光二極體的電性與良率而言，實驗例與比較例無明顯差異。由表1的結果可知，根據本發明之實施例所提供的方法可有效提升發光二極體的亮度，卻不影響其電性與良率。
在本發明之實施例中，藉由在透光基板、N型半導體層或其組合上形成複數個凹部微結構，不但可以增加發光二極體的側壁表面積，亦可以提升出光率。故此，本發明所提供之發光二極體的製造方法可解決傳統製程的缺失。
雖然本發明之實施例已揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當以後附之申請專利範圍所界定為準。
300‧‧‧發光二極體晶粒
310‧‧‧透光基板
312‧‧‧凹部微結構
320‧‧‧發光二極體堆疊結構
Claims (19)
- 一種發光二極體晶粒，包含：一透光基板；一N型半導體層，設置於該透光基板上；一發光層，設置於該N型半導體層上；以及一P型半導體層，設置於該發光層上，其中該N型半導體層及/或該透光基板邊緣之側壁具有複數個凹部微結構，其中該些凹部微結構之切面具有一第一法線，而該N型半導體層及/或該透光基板表面具有一第二法線，其中該第一法線及該第二法線間之夾角介於30度至60度之間。
- 如請求項1所述之發光二極體晶粒，其中該些凹部微結構為孔洞狀、槽狀或其組合。
- 如請求項2所述之發光二極體晶粒，其中該孔洞狀之凹部微結構之剖面係為倒梯形、砲彈形、鋸齒形、倒角錐形或其組合。
- 如請求項1所述之發光二極體晶粒，其中該第一法線及該第二法線間之夾角為45度。
- 如請求項1所述之發光二極體晶粒，其中該些凹部微結構之深度為6微米至12微米。
- 如請求項1所述之發光二極體晶粒，其中該透光基板之材料係選自由藍寶石(sapphire)、矽、碳化矽(SiC)、鑽石、石英以及其組合所組成之群組。
- 如請求項1所述之發光二極體晶粒，其中該N型半導體層邊緣側壁與該透光基板邊緣側壁形成一倒角結構。
- 如請求項7所述之發光二極體晶粒，其中該倒角結構之角度介於30度至90度之間。
- 一種發光二極體晶粒之製造方法，其步驟包含：提供一透光基板，該透光基板具有一上表面；形成一發光二極體堆疊結構層於該透光基板之該上表面上，其包括：一N型半導體層，設置於該透光基板上；一發光層，設置於該N型半導體層上；以及一P型半導體層，設置於該發光層上；以及形成複數個凹部微結構於該N型半導體層及/或該透光基板邊緣之側壁。
- 如請求項9所述之製造方法，其中更包括一步驟，沿著該些凹部微結構切割該發光二極體堆疊結構及該透光基板。
- 如請求項9所述之製造方法，其中該些凹部微結構為孔洞狀、槽狀或其組合。
- 如請求項11所述之製造方法，其中該孔洞狀之凹部微結構之剖面係為倒梯形、砲彈形、鋸齒形、倒角錐形或及其組合。
- 如請求項9所述之製造方法，其中該些凹部微結構之切面具有一第一法線，而該N型半導體層及/或該透光基板表面具有一第二法線，其中該第一法線及第二法線間之夾角介於30度至60度之間。
- 如請求項13所述之製造方法，其中該第一法線及第二法線間之夾角為45度。
- 如請求項9所述之製造方法，其中該些凹部微結構之深度為6微米至12微米。
- 如請求項9所述之製造方法，其中該透光基板之材料係選自由藍寶石(sapphire)、矽、碳化矽(SiC)、鑽石、石英以及其組合所組成之群組。
- 如請求項9所述之製造方法，其中該些凹部微結構係以乾蝕刻法或濕蝕刻法或雷射蝕刻法形成。
- 如請求項9所述之製造方法，其中該N型半導體層邊緣側壁與該透光基板邊緣側壁形成一倒角結構。
- 如請求項18所述之製造方法，其中該倒角結構之角度介於30度至90度之間。
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