TWI546978B - 半導體發光元件及其製作方法 - Google Patents

Description

半導體發光元件及其製作方法

本發明是有關於一種半導體發光元件及其製作方法，且特別是有關於一種具有較佳出光效率(light-emitting efficiency)之半導體發光元件及其製作方法。

一般而言，發光二極體的製作，大致上可區分為前段磊晶製程以及後段之研磨、切割、點測與分類製程。於製作發光二極體晶圓時，通常先提供一藍寶石基板，接著，利用磊晶成長方式，於藍寶石基板上形成發光磊晶結構，其中發光磊晶結構可利用光電效應而發出光。接著，可利用化學氣相沉積方式，形成透明導電層覆蓋在發光磊晶結構上，以增加電流傳導之均勻性。其中，發光磊晶結構與透明導電層構成發光二極體元件之光電結構。待光電結構形成後，利用微影蝕刻技術在光電結構中形成複數個縱橫交錯之切割道。其中，每相鄰之二縱向的切割道與相鄰之二橫向的切割道共同定義出一發光二極體晶粒。之後，進行後段之研磨與切割製程，以將發光二極體晶圓分割成許多的發光二極體晶粒，而完成發光二極體的製作。

在習知之發光二極體分割技術中所形成的切面均是由每一切割道垂直向下，且切面通常呈現近乎完整之平面。由於利用習知之切割技術所獲得之發光二極體的側壁為垂直平面狀，加上發光二極體之材料與空氣的折射率差異，因此發光磊晶結構所發出之光只有少數可從元件之側面出射，大部分的光會在元件側面處產生全反射而影響元件之側面的出光效率，進而降低發光二極體之發光亮度。因此，如何改善發光二極體分割技術來提升整體的出光效率便成為了目前亟需解決的問題之一。

本發明提供一種半導體發光元件，具有至少一環形非平整結構，可有效提升整體的出光效率。

本發明提供一種半導體發光元件的製作方法，用以製作出上述之半導體發光元件。

本發明提出一種半導體發光元件的製作方法，其包含以下步驟：提供一半導體晶圓；以一雷射內雕法於半導體晶圓的內部形成複數個連續的第一分隔區域以及複數個連續的第二分隔區域，其中第一分隔區域與第二分隔區域相交；沿著第一分隔區域之上下以及第二分隔區域之上下將半導體晶圓分離成複數個半導體發光元件，同時使每一半導體發光元件的環側表面上形成有至少一環形非平整結構。

本發明還提出一種半導體發光元件，其包括一基板單元、一光電結構單元以及至少一環形非平整結構。基板單元具有彼此相對的一上表面與一下表面以及兩端側分別連接上表面及下表面之一環側表面。光電結構單元配置於基板單元之上表面，用以產生光線。環形非平整結構形成於基板單元之環側表面上，以散射來自於光電結構單元之光線。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1A至圖1G為本發明之一實施例之一種半導體發光元件的製作方法示意圖。在此必須說明的是，為了方便說明起見，圖1A所繪示之半導體晶圓為一立體示意圖，而圖1B、圖1D及圖1F繪示多個實施例之基板與第一分隔區域及第二分隔區域的局部俯視示意圖，圖1C、圖1E及圖1G繪示多個實施例之半導體發光元件之一側面示意圖。

請先參考圖1A，依照本實施例的半導體發光元件的製作方法，首先，提供一半導體晶圓110，其中半導體晶圓110包括一基板120以及一形成於基板120上的光電結構130。在本實施例中，基板120的材質例如是導電透明材料或非導電透明材料，其中導電透明材料例如是砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、碳化矽(SiC)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎂(MgO)、氮化鋁(AlN)、二氧化鋰鋁(LiAlO₂)、二氧化鋰鎵(LiGaO₂)或四氧化鎂二鋁(MgAl₂O₄)，而非導電透明材料例如是藍寶石(sapphire)或玻璃(SiO₂)。光電結構130例如是透過磊晶成長的方式形成於基板120上，其中光電結構130的材料包含例如是選自磷化鋁鎵銦(AlGaInP)、氮化鋁(AlN)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化銦鎵(InGaN)及氮化鋁銦鎵(AlInGaN)所構成材料群組中之至少一種材料。

接著，請同時參考圖1B與圖1C，以一雷射內雕法於半導體晶圓110的內部形成複數具週期性圖案的第一分隔區域142a以及複數具週期性圖案的第二分隔區域144a。其中，第一分隔區域142a與第二分隔區域144a相交。特別是，本實施例採用雷射內雕法的步驟是提供至少一雷射光束(未繪示)，以從基板120的背面122(請參考圖1A)定位聚光於基板120的內部，再藉由在水平方向P週期性的沿一鋸齒軌跡二維移動半導體晶圓110而於基板120的內部形成連續的第一分隔區域142a以及連續的第二分隔區域144a，而使每一第一分隔區域142a與第二分隔區域144a於相對半導體晶圓110之水平方向P形成最大寬度W介於5μm~60μm間之一鋸齒圖案。

之後，請參考圖1C，形成複數個半導體發光元件100a(圖1C中僅示意地繪示一個)，使半導體晶圓110(請參考圖1A)沿著第一分隔區域142a之上下以及第二分隔區域144a之上下分離成複數個單體，同時使每一半導體發光元件100a的環側表面127上形成有至少一於水平方向P呈週期性凹凸的環形非平整結構140a(圖1C中僅示意地於一側繪示)。使半導體晶圓110分離成複數個單體的方法例如是劈裂法(Breaking)。特別是，環形非平整結構140a的高度H例如是介於每一半導體發光元件100a的厚度T的1/4至3/4之間，而環形非平整結構140a之一端至半導體發光元件100a的背面(即基板120的背面122)的距離D例如是介於每一半導體發光元件100a的厚度T的1/8至1/2之間。本實施例之圖式為清楚顯示光電結構130，因此未按照實際比例繪製，實際上光電結構130所佔厚度極小。

在結構上，請再參考圖1C，本實施例之半導體發光元件100a包括一基板單元120a、一光電結構單元130a以及至少一環形非平整結構140a。基板單元120a具有彼此相對的一上表面123與一下表面125以及兩端側分別連接上表面123及下表面125之一環側表面127。其中，基板單元120a的材質例如是導電透明材料或非導電透明材料，其中導電透明材料例如是、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、碳化矽(SiC)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎂(MgO)、氮化鋁(AlN)、二氧化鋰鋁(LiAlO₂)、二氧化鋰鎵(LiGaO₂)或四氧化鎂二鋁(MgAl₂O₄)，而非導電透明材料例如是藍寶石(sapphire)或玻璃(SiO₂)。

光電結構單元130a配置於基板單元120a上，用以產生光線，其中光電結構單元130a是由一第一電極131、一第二電極133、一第一半導體層135、一第二半體層137以及一發光層139所組成，且光電結構單元130a的材料包含例如是選自磷化鋁鎵銦(AlGaInP)、氮化鋁(AlN)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化銦鎵(InGaN)及氮化鋁銦鎵(AlInGaN)所構成材料群組中之至少一種材料。環形非平整結構140a，形成於基板單元120a之環側表面127上，用以散射來自於發光層139之光線。

由於本實施例於基板單元120a的環側表面127上設置有環形非平整結構140a，因此當光電結構單元130a之發光層139發出光線時，可藉由此環形非平整結構140a使光散射而增加出光的機率，以增加整體半導體發光元件100a的出光量，有效提升整體半導體發光元件100a的出光效率。此外，本實施例之環形非平整結構140a是形成於基板單元120a的環側表面127上，因此並不會影響到光電結構單元130a的發光面積。

此外，基板單元120a可透過一接合層(未繪示)連接於光電結構單元130a上，此仍屬於本發明可採用的技術方案，不脫離本發明所欲保護的範圍。

值得一提的是，本發明並不限定第一分隔區域142a與第二分隔區域144a的型態，雖然此處所提及的第一分隔區域142a與第二分隔區域144a於相對半導體晶圓110之水平方向P具體化為具有鋸齒圖案，意即環形非平整結構140a於相對基板單元120a之水平方向P具有鋸齒圖案。但於其他實施例中，請參考圖1D與圖1E，第一分隔區域142b與第二分隔區域144b於相對半導體晶圓110之水平方向P具體化為具有弦波圖案，意即半導體發光元件100b的環形非平整結構140b於相對基板單元120a之水平方向P具有弦波圖案；或者是，請參考圖1F與圖1G，第一分隔區域142c與第二分隔區域144c於相對半導體晶圓110之水平方向P具體化為具有方波圖案，意即半導體發光元件100c的環形非平整結構140c於相對基板單元120a之水平方向P具有方波圖案；或者，其他已知能達到增加光的散射效果的結構設計(如其他不規則圖案)，仍屬於本發明可採用的技術方案，不脫離本發明所欲保護的範圍。以上所述之弦波圖案及方波圖案的實施例與鋸齒圖案實施例相同的具有5μm~60μm間的最大寬度。

綜上所述，由於本發明之半導體發光元件具有環形非平整結構，因此當光電結構單元發出光線時，可藉由此環形非平整結構來增加光的散射，進而可提升整體半導體發光元件的出光效率。此外，本發明之環形非平整結構是形成於基板單元的環側表面上，因此並不會影響到整體半導體發光元件的外觀判定。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100a、100b、100c．．．半導體發光元件

110．．．半導體晶圓

120．．．基板

120a．．．基板單元

122．．．背面

123．．．上表面

125．．．下表面

127．．．環側表面

130．．．光電結構

130a．．．光電結構單元

131．．．第一電極

133．．．第二電極

135．．．第一半導體層

137．．．第二半導體層

139．．．發光層

140a、140b、140c．．．環形非平整結構

142a、142b、142c．．．第一分隔區域

144a、144b、144c．．．第二分隔區域

D．．．距離

H．．．高度

T．．．厚度

P．．．水平方向

W．．．最大寬度

圖1A至圖1G為本發明之一實施例之一種半導體發光元件的製作方法的示意圖。

100a．．．半導體發光元件

120．．．基板

120a．．．基板單元

122．．．背面

123．．．上表面

125．．．下表面

127．．．環側表面

130．．．光電結構

130a．．．光電結構單元

131．．．第一電極

133．．．第二電極

135．．．第一半導體層

137．．．第二半導體層

139．．．發光層

140a．．．環形結構

D．．．距離

H．．．高度

T．．．厚度

P．．．水平方向

Claims (10)

1. 一種半導體發光元件的製作方法，包括：提供一半導體晶圓，包括一基板具有一上表面及相對該上表面之下表面及一光電結構形成於該上表面上；以一雷射內雕法於該基板的內部形成具有週期性圖案的複數第一分隔區域以及具有週期性圖案的複數第二分隔區域，其中該些第一分隔區域與該些第二分隔區域相交；以及沿著該些第一分隔區域之上下以及該些第二分隔區域之上下將該半導體晶圓分離成複數個半導體發光元件，該複數個半導體發光元件分別包含一基板單元及形成於該基板單元上之一光電結構單元，且使各該半導體發光元件的基板單元之環側表面上形成有至少一環形非平整結構；其中該環形非平整結構與該上表面及該下表面間分別具有一間隔。
2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件的製作方法，其中以該雷射內雕法形成該些第一分隔區域以及該些第二分隔區域的步驟，包括：提供至少一雷射光束，以從該基板的背面定位聚光於該基板的內部。
3. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件的製作方法，其中各該第一分隔區域與各該第二分隔區域於 相對該半導體晶圓之水平方向分別具有方波圖案、弦波圖案或鋸齒圖案。
4. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件的製作方法，其中形成複數個半導體發光元件的方法包括劈裂法(Breaking)。
5. 一種半導體發光元件，包括：一基板單元，具有彼此相對的一上表面與一下表面以及兩端側分別連接該上表面及該下表面之一環側表面；一光電結構單元，配置於該基板單元之該上表面，用以產生光線；以及至少一環形非平整結構，形成於該基板單元之該環側表面上，且於相對該基板單元的水平方向具有最大寬度介於5μm~60μm間之週期性凹凸，以散射來自於該光電結構單元之光線；其中該環形非平整結構與該上表面及該下表面間分別具有一間隔。
6. 如申請專利範圍第5項所述之半導體發光元件，其中該基板單元的材質包括一導電透明材料或一非導電透明材料。
7. 如申請專利範圍第6項所述之半導體發光元件，其 中該導電透明材料包括砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、碳化矽(SiC)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎂(MgO)、氮化鋁(AlN)、二氧化鋰鋁(LiAlO₂)、二氧化鋰鎵(LiGaO₂)或四氧化鎂二鋁(MgAl₂O₄)。
8. 如申請專利範圍第6項所述之半導體發光元件，其中該非導電透明材料包括藍寶石(sapphire)或玻璃(SiO₂)。
9. 如申請專利範圍第5項所述之半導體發光元件，其中該環形非平整結構於相對該基板單元之水平方向之週期性凹凸包括方波圖案、弦波圖案或鋸齒圖案。
10. 如申請專利範圍第5項所述之半導體發光元件，其中該環形非平整結構的高度介於該半導體發光元件的厚度的1/4至3/4之間，及/或該環形非平整結構之一端至該基板單元的背面的距離介於該半導體發光元件的厚度的1/8至1/2之間。