TWI618268B - 發光裝置 - Google Patents

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Abstract

一種發光裝置，包含：一基板；一發光結構形成於基板上，具有一第一區域及一第二區域；一障壁層形成於第一區域上，障壁層具有一下表面及一側壁；以及一透明導電層覆蓋該障壁層之側壁以及發光結構之第二區域，障壁層之側壁上之透明導電層厚度為t1，發光結構之第二區域上之透明導電層厚度為t2；其中，側壁與下表面之夾角介於10°-70°且t1與t2的差值與t1比值不大於10%。

Description

發光裝置
本發明係關於一種發光裝置以及形成發光裝置之製造方法，更具體而言，係關於一種蝕刻一保護層之方法。
固態發光元件中之發光二極體元件(Light Emitting Diode；LED)具有低耗電量、低發熱量、操作壽命長、耐撞擊、體積小、反應速度快、以及可發出穩定波長的色光等良好光電特性，因此常應用於家電、儀表之指示燈及光電產品等領域。
一般形成發光二極體元件之製造方法包含許多黃光製程，且每一黃光製程都包含複雜的步驟。該如何縮短製程步驟以減少成本目前仍是一個重要的議題。
此外，以上發光二極體可進一步結合一次載體(sub-mount)而形成一發光裝置，例如燈泡。所述發光裝置包含一具有至少一電路之次載體；至少一焊料(solder)位於上述次載體上，藉由此焊料將上述發光二極體固定於次載體上並使發光二極體之基板與次載體上之電路形成電連接；以及，一電性連接結構，以電性連接發光二極體之電極墊與次載體上之電路；其中，上述之次載體可以是導線架(lead frame)或大尺寸鑲嵌基底(mounting substrate)， 以方便發光裝置之電路規劃並提高其散熱效果。
一種形成發光裝置之製造方法，包含：形成一發光結構於一基板上，發光結構具有一活性層；形成一保護層於發光結構上，保護層具有一第一厚度；蝕刻保護層使保護層具有一第二厚度小於第一厚度；以及圖形化保護層。
一種發光裝置，包含：一基板；一發光結構形成於基板上，具有一第一區域及一第二區域；一障壁層形成於第一區域上，障壁層具有一下表面及一側壁；以及一透明導電層覆蓋障壁層之側壁以及發光結構之第二區域，障壁層之側壁上之透明導電層厚度為t1，發光結構之第二區域上之透明導電層厚度為t2；其中，側壁與下表面之夾角介於10°-70°且t1與t2的差值與t1比值不大於10%。
以下實施例將伴隨著圖式說明本發明之概念，在圖式或說明中，相似或相同之部分係使用相同之標號，並且在圖式中，元件之形狀或厚度可擴大或縮小。需特別注意的是，圖中未繪示或描述之元件，可以是熟習此技藝之人士所知之形式。
第1A-1G圖為本發明之形成一發光裝置100之製造方法 示意圖。
如第1A圖所示，提供一基板10a，及形成一發光結構11於基板10a上。在此實施例中，基板10a為一藍寶石晶圓基板。發光結構11依序包含一第一型半導體層111；一活性層112；及一第二型半導體層113形成於基板10a上。第一型半導體層111及第二型半導體層113例如為包覆層(cladding layer)或限制層(confinement layer)，可分別提供電子、電洞，使電子、電洞於活性層112中結合以發光。如第1B圖所示，蝕刻活性層112及第二型半導體層113以形成複數個發光疊層結構1000。複數個發光疊層結構1000彼此相隔一距離排列於基板10a上且曝露出部分第一型半導體層111。此外，本實施例中之發光裝置100為一水平式結構，但也可為一垂直式結構或其他不同形式結構的設計。如第1C圖所示，形成一保護層12以覆蓋第一型半導體層111、活性層112、第二型半導體層113及基板10a。保護層12具有一第一厚度(t1)並具有於接下來的蝕刻步驟保護發光結構11的功用。在本實施例中，第一厚度(t1)為3300Å-10000Å。如第1D圖所示，利用一雷射切割基板10以在基板10內形成一溝渠16，其中，溝渠16具有三角形的剖面。需注意的是，使用雷射切割時，會產生一些副產物堆積於溝渠16內，需進行一蝕刻步驟以清除副產物。然，於蝕刻副產物之同時，亦會蝕刻保護層12。因此，如第1E圖所示，於蝕刻步驟後，保護層120具有一 小於第一厚度(t1)之第二厚度(t2)，第二厚度介於3000Å-9700Å。第一厚度(t1)與第二厚度(t2)的差(t1-t2)大於300Å。本實施例中，蝕刻副產物(且同時蝕刻保護層12)之方法係包含以一酸性溶液溼蝕刻副產物及保護層12，酸性溶液為包含磷酸(H3PO4)及硫酸(H2SO4)之混合溶液，其中硫酸(H2SiO4)與磷酸(H3PO4)之濃度比約為三比一。於其他實施例中，酸性溶液亦可選用磷酸溶液。如第1F圖所示，將保護層120圖案化以形成一圖案化保護層121。於本實施例中，圖案化保護層121亦可做為一電流障壁層121。如第1G圖所示，形成一透明導電層13於障壁層121與第二型半導體層113上。如第1H圖所示，形成一第一電極14於透明導電層13上並相對應於障壁層121的位置上及形成一第二電極15於第一型半導體層111上。保護層121或障壁層121為一絕緣材料且對於可見光具有一大於90%的穿透率。另，障壁層121具有一電阻率大於1014Ω-cm。障壁層121可包含二氧化矽(SiO2)、氮化矽(SiNx)或二氧化鈦(TiO2)等材料。接著，沿著溝渠16劈裂發光疊層結構1000以形成複數個發光裝置100。
第2A圖為根據本發明第1A-1H圖所製成之發光裝置100。第2B圖為第2A圖之局部放大圖。發光結構11形成於基板10b上。發光結構11依序包含一第一型半導體層111；一活性層112；及一第二型半導體層113。第二型半導體層113具有一第 一區域1131及一第二區域1132。障壁層121形成於第一區域1131上，且具有一下表面1211與一側壁1212。其中，側壁1212係相對於下表面1211傾斜且與下表面1211之夾角(θ)介於10°-70°。透明導電層13形成在障壁層121之側壁1212且具有一第三厚度(t3)；透明導電層13亦形成在第二型半導體層113之第二區域1132且具有一第四厚度(t4)。因側壁1212與下表面1211之角度(θ)小於70°，透明導電層可均勻地覆蓋於障壁層121之側壁1212與第二型半導體層113之第二區域1132上。本實施例中，透明導電層13形成在障壁層121之側壁1212之厚度與形成在第二型半導體層113之第二表面1132之厚度的差(t3-t4)與透明導電層13形成在障壁層121之側壁1212之厚度(t3)之比值((t3-t4)/t3)不大於10%。此外，在雷射步驟中，因於基板10a內形成一三角型的溝渠16(參照第1D圖)，因此當劈裂發光疊層結構1000以形成發光裝置100時，基板10b會具有一傾斜側壁101。傾斜側壁101係相對於基板10b之一上表面102傾斜且傾斜側壁101與基板10b之上表面102的角度大於90°。此外，傾斜側壁101經雷射切割後，可再以酸性溶液蝕刻以移除雷射切割所形成之副產物，因此使傾斜側壁101具有一粗糙表面。
第3A-3C圖為本發明之發光裝置100、100’、100”之上視圖。發光裝置100、100’、100”具有一長方形之形狀且包含一第一邊104、一第二邊105、一第三邊106、及一第四邊 107。如第3A圖所示，發光裝置100包含第一電極14，靠近第一邊104且形成於透明導電層13對應障壁層121的位置上。在本實施例中，第一電極14與障壁層121具有大致相同的形狀。第一電極14包含一第一電極墊141及複數個第一延伸電極142延伸自第一電極墊141。障壁層121之面積大於電極墊141及延伸電極142的面積。發光裝置100更包含一第二電極15，靠近相對於第一邊104之第二邊105。第二電極15包含一第二電極墊151及一第二延伸電極152向第一邊104延伸，第一延伸電極142自第一電極墊141往第二電極墊151之方向延伸(往第二邊105之方向)。此外，第一電極墊141亦可置於近第一邊104與第三邊106所夾之角落，第二電極墊151亦可置於近第二邊105與第四邊107所夾之角落，且第二延伸電極152係向第一電極墊141延伸。在另一實施例中，如第3B圖所示，發光裝置100’包含一第一電極14’及一第二電極15’。第一電極14’包含一第一電極墊141’及一第一延伸電極142’。第二電極15’包含一第二電極墊151’。第一延伸電極142’自第一電極墊141’往第二電極墊151’之方向延伸(往第二邊105之方向)。此外，障壁層121包含一電極區域1215、複數個第一延伸區域1213、及複數個第二延伸區域1214。障壁層121之電極區域1215形成於對應於第一電極14’之區域且具有與第一電極14’大致相同的形狀、但面積大於第一電極14’。第一延伸區域1213係從電極區域1215(第一電極墊 141’及第一延伸電極142’)向側邊(第三邊106與第四邊107)延伸。本實施例中，四個第二延伸區域1214係從電極區域1215(第一電極墊141’及第一延伸電極142’)向前(第一邊104)及向後(第二邊)105延伸。第一延伸區域1213及第二延伸區域1214上方未形成第一電極14’。
在另一實施例中，如第3C圖所示，發光裝置100”包含第一電極14”及一第二電極15”。第一電極14”包含一第一電極墊141”及一第一延伸電極142”。第二電極15”包含一第二電極墊151”。第一延伸電極142”自第一電極墊141”往第二電極墊151”之方向延伸(往第二邊105之方向)。此外，障壁層121包含一電極區域1215’及複數個延伸區域1213’。障壁層121之電極區域1215’形成於對應於第一電極14”之區域且具有與第一電極14”大致相同的形狀、但面積大於第一電極14”。複數個延伸區域1213’係從電極區域1215’(第一電極墊141’及第一延伸電極142’)呈約45度角向四側邊(104、105、106、107)延伸。延伸區域1213’上方未形成第一電極14”。
第一型半導體層可為n型半導體層且第二型半導體層可為p型半導體，第一型半導體層及第二型半導體層且包含選自於AlGaAs、AlGaInP、AlInP及InGaP所構成材料群組中的一種材料或AlInGaN、InGaN、AlGaN及GaN所構成材料群組中的一種材料；選擇性地，第一型半導體層可為p型半導體層且第二型 半導體層可為n型半導體；活性層可包含選自於AlGaAs、AlInGaP、InGaP及AlInP所構成材料群組中的一種材料或AlInGaN、InGaN、AlGaN及GaN所構成材料群組中的一種材料。活性層結構可為單異質結構(single heterostructure；SH)、雙異質結構(double heterostructure；DH)、雙側雙異質結構(double-side double heterostructure；DDH)、或多層量子井(multi-quantum well；MQW)。基板則包含選自砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、鍺(Ge)、藍寶石、玻璃、鑽石、碳化矽(SiC)、矽、氮化鎵(GaN)、及氧化鋅(ZnO)所構成材料組群中之至少一種材料或其它替代性材料取代之。
第4圖為本發明之一燈泡30之爆炸圖。燈泡30包含一燈罩21、一透鏡22、一發光模組24、一載板25、一散熱元件26、一連接件27、及一電路單元28。發光模組24包含一載體23及複數個發光裝置。發光裝置可為任何上述所提及之發光裝置100(100’、100”)。如第4圖所示，例如，12個發光裝置位於載體23上，其中包含六個紅光發光裝置及六個藍光發光裝置彼此交錯排列且彼此電性連接(可為串聯或並聯)。藍光發光裝置包含一螢光粉置於其上以轉換藍光發光裝置所發出的光。藍光發光裝置所發出的光與轉換的光混和以形成一白光，並搭配紅光發光裝置後使燈泡30發出一色溫為2400-3000K之暖白光。
本發明所列舉之各實施例僅用以說明本發明，並非用以限制本發明之範圍。任何人對本發明所作之任何顯而易知之修飾或變更皆不脫離本發明之精神與範圍。
100、100’、100”‧‧‧發光裝置
10a、10b‧‧‧基板
1000‧‧‧發光疊層結構
101‧‧‧傾斜側壁
102‧‧‧上表面
104‧‧‧第一邊
105‧‧‧第二邊
106‧‧‧第三邊
107‧‧‧第四邊
11‧‧‧發光結構
111‧‧‧第一型半導體層
112‧‧‧活性層
113‧‧‧第二型半導體層
1131‧‧‧第一區域
1132‧‧‧第二區域
12‧‧‧保護層
120‧‧‧保護層
121‧‧‧障壁層
1211‧‧‧下表面
1212‧‧‧側壁
1213‧‧‧第一延伸區域
1213’‧‧‧延伸區域
1214‧‧‧第二延伸區域
1215、1215’‧‧‧電極區域
13‧‧‧透明導電層
14、14’、14”‧‧‧第一電極
141、141’、141”‧‧‧第一電極墊
142、142’、142”‧‧‧第一延伸電極
15、15’、15”‧‧‧第二電極
151、151’、151”‧‧‧第二電極墊
152‧‧‧第二延伸電極
16‧‧‧溝渠
21‧‧‧燈罩
22‧‧‧透鏡
23‧‧‧載體
24‧‧‧發光模組
25‧‧‧載板
26‧‧‧散熱單元
27‧‧‧連接件
28‧‧‧電路單元
30‧‧‧燈泡
第1A-1H圖為本發明之形成一發光裝置之製造方法剖面圖。
第2A圖為根據本發明之製造方法所形成之一發光裝置。
第2B圖之第2A圖為局部放大圖。
第3A-3C顯示本發明之發光裝置之上視圖。
第4圖顯示本發明之一燈泡之爆炸圖。
10b‧‧‧基板
1131‧‧‧第一區域
101‧‧‧傾斜側壁
1132‧‧‧第二區域
102‧‧‧上表面
13‧‧‧透明導電層
11‧‧‧發光結構
121‧‧‧障壁層
111‧‧‧第一型半導體層
14‧‧‧第一電極
112‧‧‧活性層
15‧‧‧第二電極
113‧‧‧第二型半導體層

Claims (8)

  1. 一種發光裝置，包含：一基板；一發光結構形成於該基板上，具有一第一區域及一第二區域；一障壁層形成於該第一區域上，該障壁層具有一下表面及一側壁；以及一透明導電層覆蓋該障壁層之該側壁以及該發光結構之該第二區域，該障壁層之該側壁上之該透明導電層厚度為t1，該發光結構之該第二區域上之該透明導電層厚度為t2；其中，該側壁與該下表面之夾角介於10°-70°且t1與t2的差值與t1比值不大於10%。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中，該障壁層之厚度大於3000Å且小於9700Å。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，更包含一第一電極形成於該透明導電層對應該障壁層的位置上，其中，該第一電極與該障壁層具有大致相同的形狀。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之發光裝置，其中，該第一電極 包含一第一電極墊及一延伸電極；該發光裝置更包含一第二電極，其中該第二電極包含一第二電極墊；該延伸電極自該第一電極墊往第二電極墊之方向延伸。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，更包含一電極形成該透明導電層上；其中該電極包含一電極墊及一延伸電極；其中，該發光裝置包含四側邊；以及其中，該障壁層包含一電極區域對應於該電極的位置、及一延伸區域自該電極區域向該四側邊延伸。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，該障壁層包含一絕緣材料且具有一電阻率大於1014Ω-cm。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，該基板具有一傾斜側壁。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之發光裝置，其中，該傾斜側壁具有一粗糙表面。
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