TWI648876B - 電子裝置、以及發光元件及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明公開一種電子裝置、以及發光元件及其製造方法。發光元件的製造方法是在形成半導體發光結構之前，先在基底上形成緩衝結構於基底上，且緩衝結構至少包括一類鑽碳層。通過形成類鑽碳層，可在由任何材料所構成的基底上形成具有良好磊晶品質的半導體發光結構。

Description

電子裝置、以及發光元件及其製造方法

本發明涉及一種電子裝置、以及發光元件及其製造方法，特別是涉及一種應用發光二極體元件的電子裝置、發光二極體元件及其製造方法。

發光二極體(LED)目前被廣泛應用於照明裝置以及做為液晶顯示器裝置中的背光模組。隨著發光二極體製作技術的發展，目前的發光二極體的晶粒尺寸(邊長)已可縮小至100微米以下，被稱為微發光二極體(Micro LED)，而可被應用於顯示面板中做為自發光的顯示畫素。

微發光二極體包括多層三五族半導體磊晶層，前述的三五族半導體可以是砷化鎵(GaAs)、磷化鋁(AlP)、氮化鎵(GaN)等。為了成長三五族半導體磊晶層，一般會使用和磊晶層的晶格常數相互匹配的基板，以減少磊晶層中的晶格缺陷。一般常用於成長三五族半導體磊晶層的基底例如是砷化鎵晶圓或者是藍寶石基底。

然而，砷化鎵晶圓或藍寶石基底的價格較為昂貴，且尺寸有限，而應用於顯示面板的微發光二極體的數量超過百萬個。若要應用這些基板來製造應用於顯示面板的微發光二極體，須使用大量的基板。如此，將使顯示面板的基板成本過高，而降低市場競爭力。

另一方面，目前通過有機金屬化學氣相沉積(Metal Organic Chemical.Vapor Phase Deposition,MOCVD)來製造三五族半導體 磊晶層時的製程溫度高達1000℃以上。因此，可應用於成長三五族半導體磊晶層的基板的材料選擇性會因為過高的製程溫度、晶格常數的差異以及結晶性質的差異等參數而受到限制。因此，要達到使微發光二極體顯示裝置量產化仍有難度，更不用提要進一步發展可撓式微發光二極體顯示裝置。

本發明所要解決的技術問題在於，降低用來成長磊晶層的基底成本以及製造成本，以使發光元件易於大量生產。如此，應用發光元件的電子裝置的生產成本也可被進一步降低。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是，提供一種發光元件的製造方法，其包括：提供一基底；形成一緩衝結構於基底上，其中，緩衝結構至少包括一類鑽碳層；以及形成一半導體發光結構於緩衝結構上。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是，提供一種發光元件，其包括基底、緩衝結構以及半導體發光結構。緩衝結構設置於基底以及半導體發光結構之間，並且至少包括一類鑽碳層。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是，提供一種電子裝置，其包括多個發光元件。每一所述發光元件包括基底、緩衝結構以及半導體發光結構。緩衝結構設置於基底以及半導體發光結構之間，並且至少包括一類鑽碳層。

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的電子裝置、以及發光元件及其製造方法，其能通過“使基底與半導體發光結構之間的緩衝結構至少包括一類鑽碳層”的技術方案，可以使半導體發光結構形成於以任何材料構成的基底上，因此可選擇較便宜的基底來取代藍寶石基底，從而降低成本。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參 考與說明，並非用來對本發明加以限制。

10‧‧‧基底

10a‧‧‧第一表面

10b‧‧‧第二表面

11‧‧‧緩衝結構

110‧‧‧類鑽碳層

111‧‧‧緩衝磊晶層

12‧‧‧半導體發光結構

120‧‧‧P型半導體層

121‧‧‧N型半導體層

122‧‧‧主動層

M1、M2、20‧‧‧發光元件

2‧‧‧電子裝置

S100、S200、S300‧‧‧流程步驟

21‧‧‧控制電路

圖1顯示本發明一實施例的發光元件的製造方法的流程圖。

圖2A顯示本發明的製造方法的步驟S100於一實施例中的示意圖。

圖2B顯示本發明的製造方法的步驟S200於一實施例的示意圖。

圖2C顯示本發明的製造方法的步驟S300於一實施例的示意圖。

圖3A顯示本發明的製造方法的步驟S200於另一實施例中的示意圖。

圖3B顯示本發明的製造方法的步驟S300於另一實施例的示意圖。

圖4顯示本發明一實施例的電子裝置的功能方塊圖。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“電子裝置、以及發光元件及其製造方法”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

請參照圖1，圖1顯示本發明一實施例的發光元件的製造方法的流程圖。

如圖1所示，在步驟S100中，提供一基底。之後，在步驟S200中，形成一緩衝結構於基底上。在步驟S300中，形成一半 導體發光結構於緩衝結構上。請參照圖2A至2C，其繪示製造本發明其中一實施例的發光元件的詳細步驟。

如圖2A所示，基底10具有兩相對的第一表面10a與第二表面10b。在本實施例中，基底10的材料並不限制，可以是硬式基底或者是可撓式基底。基底10的材料可以是金屬、半導體、陶瓷、玻璃或者塑膠。在一實施例中，當應用於製造可撓式發光元件時，基底10為可撓式基底。另外，本發明也沒有限制基底10的結晶性質。也就是說，基底10的材料可以是單晶材料或者是非晶材料。單晶材料例如是矽、鍺、砷化鎵或是藍寶石，而非晶材料例如是塑膠、玻璃或是金屬。

如圖2B所示，形成緩衝結構11於基底10上。在本發明實施例中，緩衝結構11至少包括類鑽碳層110。在其中一實施例中，類鑽碳層110可通過濺鍍形成於基底10上。須說明的是，通過濺鍍形成類鑽碳層110的製程溫度大約是介於15℃至100℃。在一實施例中，類鑽碳層110實際上也可以在常溫或者是略低於常溫的溫度條件形成。

請參照圖2C，在一實施例中，形成類鑽碳層110之後，半導體發光結構12可以直接形成在類鑽碳層110上，以形成發光元件M1。半導體發光結構12包括多層磊晶層，且多層磊晶層至少包括P型半導體層120、N型半導體層121以及一主動層122。主動層122位於P型半導體層120以及N型半導體層121之間，並可包括單個或者多個量子阱(quantum well)。在一實施例中，半導體發光結構12的材料可以是氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、磷化鋁(AlP)等三五族半導體材料。

另外，在一實施例中，半導體發光結構12是通過物理氣相沉積形成於緩衝結構11上。進一步而言，半導體發光結構12可通過濺鍍形成於緩衝結構11上。須說明的是，在現有的技術中，較少使用濺鍍來製作半導體發光結構12，主要因為目前通過濺鍍形 成品質較高的磊晶層仍有一定的困難度，而磊晶層的品質又影響發光元件M1的發光效率以及亮度。據此，以往在製造半導體發光結構12時，濺鍍通常不會是優先選用的製作方式。

但是，在將發光元件M1應用在顯示裝置中作為顯示畫素時，由於發光元件M1的數量巨大(可能多達數百萬個)，因此對於單個發光元件M1的亮度以及發光效率的要求較為寬鬆。在以能夠大面積地形成半導體發光結構12作為主要考量的前提下，本發明實施例中，是選擇通過濺鍍來製造半導體發光結構12。

須說明的是，類鑽碳層110是一種具有SP²鍵結以及SP³鍵結的碳層。在本發明實施例中，可通過調整濺鍍製程參數，例如：調整製程氣體的比例以及鍍膜時的壓力，使類鑽碳層110中的碳原子以SP³鍵結的數量高於以SP²鍵結的數量。

換句話說，SP³鍵結的數量與SP²鍵結的數量之間的比值會大於1。在一實施例中，SP³鍵結的數量與SP²鍵結的數量之間的比值是大於1.5。前述的SP³鍵結的數量與SP²鍵結的數量之間的比值可以通過量測X射線光電子能譜(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)以及拉曼光譜(Raman Spectroscopy)來獲得。

當類鑽碳層110中的碳原子以SP³鍵結的數量高於以SP²鍵結的數量時，類鑽碳層110在表層的晶格結構會趨近於半導體發光結構12的材料的晶格結構，其中，半導體發光結構12的材料通常為三五族半導體，如：氮化鎵。

也就是說，類鑽碳層110的晶格常數可匹配於半導體發光結構12的晶格常數。所述的晶格常數匹配是指兩種異質材料的晶格常數之間的差異不超過5%。因此，以類鑽碳層110作為緩衝結構11，基底10不一定要是單晶基底。

也就是說，即便基底10是非晶基底或者可撓式基底，通過形成本發明實施例的緩衝結構11，可以在非晶基底或者可撓式基底上，形成半導體發光結構12，且半導體發光結構12的磊晶品質可 符合應用於顯示裝置的需求。另一方面，通過濺鍍來形成類鑽碳層110以及半導體發光結構12，製程溫度以及製程成本偏低，且基底10的材料選擇限制較少。

更進一步而言，當基底10為可撓式基底時，本發明所提供的發光元件的製造方法可形成可撓式的發光元件，並可應用於製作可撓式電子裝置，如：可撓式顯示裝置或者可撓式顯示裝置。

但是，在其他實施例中，當基底10的材料為可耐高溫的材料，如：藍寶石、矽、鍺等半導體材料時，類鑽碳層110也可以通過化學氣相沉積法來形成於基底10上。

須說明的是，若類鑽碳層110的厚度過薄，類鑽碳層110的結晶度較低。若類鑽碳層110的厚度過厚，則有可能使薄膜應力過大。據此，在一實施例中，類鑽碳層110的厚度是介於50奈米至250奈米之間。

請繼續參照圖3A以及圖3B。圖3A顯示本發明的製造方法的步驟S200於另一實施例中的示意圖。圖3B顯示本發明的製造方法的步驟S300於另一實施例的示意圖。另外，圖3A與圖3B可接續圖2A的步驟。

如圖3A所示，在另一實施例中，緩衝結構11也可以進一步包括一緩衝磊晶層111。也就是說，在形成類鑽碳層110的步驟之後，先形成緩衝磊晶層111於類鑽碳層110上。之後，形成半導體發光結構12於緩衝磊晶層111上，以形成另一實施例的發光元件M2，如圖3B所示。

緩衝磊晶層111的材料可以選擇晶格常數和類鑽碳層110的晶格常數與半導體發光結構12的晶格常數匹配的材料，例如：氮化鎵、氮化鋁、氧化鋅、砷化鎵、矽或者鍺。另外，緩衝磊晶層111也可以通過濺鍍，以形成於類鑽碳層110上。

當形成緩衝磊晶層111於類鑽碳層110時，類鑽碳層110的晶格可誘使緩衝磊晶層111的原子有序排列，從而使緩衝磊晶層 111具有良好的磊晶品質。如此，在將半導體發光結構12形成於緩衝磊晶層111上時，也可減少半導體發光結構12中的晶格排列缺陷，從而進一步提升半導體發光結構12的磊晶品質。

承上所述，通過本發明實施例的發光元件的製造方法所形成的發光元件M1、M2包括基底10、緩衝結構11以及半導體發光結構12，其中，緩衝結構11位於基底10與半導體發光結構12之間，並至少具有一類鑽碳層110。

另外，請參照圖4，本發明實施例的發光元件20可應用於電子裝置2中。電子裝置2例如是顯示裝置或者照明裝置。如圖4所示，電子裝置2可以包括多個發光元件20，以及電性連接於這些發光元件20的控制電路21。發光元件20可以選擇由本發明實施例的製造方法所形成的發光元件M1、M2的任意一種或多種。另外，控制電路21可控制發光元件20根據設定的程式開啟以及關閉。

當電子裝置2為顯示裝置時，多個發光元件20可以成陣列排列，以作為顯示畫素，或者是作為顯示裝置的背光源。在另一實施例中，當電子裝置為照明裝置時，多個成陣列排列的發光元件20可以形成一面光源。

須說明的是，當發光元件20的基底10為可撓式基底時，可應用於可撓式電子裝置中。換句話說，通過應用本發明實施例的發光元件20，電子裝置2可以是可撓式顯示裝置或者可撓式照明裝置。

綜上所述，本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的電子裝置、以及發光元件及其製造方法，其能通過其能通過“使基底10與半導體發光結構12之間的緩衝結構11至少包括一類鑽碳層110”的技術方案，可以使半導體發光結構12形成於任何基底10上。

另外，相較於現有技術，本發明實施例中通過濺鍍，以形成 緩衝結構11與半導體發光結構12，可具有較低的製程溫度。另一方面，在通過濺鍍形成的半導體發光結構12時，類鑽碳層110可促使半導體發光結構12的磊晶層具有較佳的磊晶品質。因此，基底10的材料選擇較多。因此，可根據需求選擇可撓式的材料做為基底10，以形成可撓式發光元件。可撓式發光元件又可進一步應用於可撓式電子裝置2(如：可撓式顯示裝置或可撓式照明裝置)中，從而增加發光元件的應用範圍。

另一方面，相較於現有的藍寶石基板以及砷化鎵基板，本發明實施例所提供的基底10的成本較低，且可用以大面積製造半導體發光結構12，而有利於發光元件M1、M2的量產。如此，當本發明實施例的發光元件M1、M2應用於電子裝置時，可使電子裝置具有較低的製造成本。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

Claims (17)

1. 一種發光元件的製造方法，其包括：提供一基底；形成一緩衝結構於所述基底上，其中，所述緩衝結構至少包括一類鑽碳層，其中，所述類鑽碳層中的碳原子以SP³鍵結的數量高於以SP²鍵結的數量；以及通過濺鍍形成一半導體發光結構於所述緩衝結構上。
2. 如請求項1所述的製造方法，其中，所述半導體發光結構是直接形成於所述類鑽碳層上，且所述半導體發光結構的晶格常數匹配於所述類鑽碳層的晶格常數。
3. 如請求項1所述的製造方法，其中，所述半導體發光結構的材料為三五族半導體。
4. 如請求項1所述的製造方法，其中，形成所述緩衝結構的步驟至少包括：通過濺鍍以形成所述類鑽碳層於所述基底上。
5. 如請求項1所述的製造方法，其中，所述緩衝結構還包括一所緩衝磊晶層，所述緩衝磊晶層的晶格常數匹配於所述半導體發光結構的晶格常數以及所述類鑽碳層的晶格常數。
6. 如請求項5所述的製造方法，其中，所述緩衝磊晶層的材料為氮化鎵、氮化鋁、氧化鋅、砷化鎵、矽或者鍺。
7. 如請求項5所述的製造方法，其中，所述緩衝磊晶層是通過濺鍍，以形成於所述類鑽碳層上。
8. 如請求項1所述的製造方法，其中，所述類鑽碳層的厚度介於50奈米至250奈米之間。
9. 如請求項1所述的製造方法，其中，所述基底為硬式基底或者可撓式基底，且所述基底的材料為金屬、半導體、陶瓷或者塑膠。
10. 一種發光元件，其包括：一基底；一緩衝結構，其設置於所述基底上，其中，所述緩衝結構至少包括一類鑽碳層，其中，所述類鑽碳層中的碳原子以SP³鍵結的數量高於以SP²鍵結的數量；以及一半導體發光結構，其設置於所述緩衝結構上，其中，所述半導體發光結構包括多層濺鍍磊晶層。
11. 如請求項10所述的發光元件，其中，所述基底為硬式基底或可撓式基底，且所述基底的材料為金屬、半導體、陶瓷或者塑膠。
12. 如請求項10所述的發光元件，其中，所述類鑽碳層的厚度是介於50奈米至250奈米之間。
13. 如請求項10所述的發光元件，其中，所述緩衝結構還進一步包括一緩衝磊晶層，所述緩衝磊晶層設置於所述類鑽碳層與所述半導體發光結構之間，且所述緩衝磊晶層的晶格常數匹配於所述半導體發光結構的晶格常數以及所述類鑽碳層的晶格常數。
14. 如請求項13所述的發光元件，其中，所述緩衝磊晶層的材料為氮化鎵、氮化鋁、氧化鋅、砷化鎵、矽或者鍺。
15. 一種電子裝置，所述電子裝置包括多個發光元件，每一所述發光元件包括：一基底；一半導體發光結構，其設置於所述基底上，並包括多層濺鍍磊晶層；以及一緩衝結構，其設置於所述基底以及所述半導體發光結構之間，其中，所述緩衝結構至少包括一類鑽碳層，所述類鑽碳層中的碳原子以SP³鍵結的數量高於以SP²鍵結的數量。
16. 如請求項15所述的電子裝置，其中，所述電子裝置為顯示裝置或者照明裝置。
17. 如請求項15所述的電子裝置，其中，所述基底為可撓式基底，且所述電子裝置為可撓式電子裝置或者可撓式照明裝置。