TWI680601B - 發光元件、顯示裝置及發光元件與顯示裝置的製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種發光元件、顯示裝置及發光元件與顯示裝置的製造方法。發光元件包括第一半導體層、第二半導體層以及發光層。第一半導體層具有第一導電型，且包括第一部分與第二部分。第二半導體層具有第二導電型。第二半導體層與第一半導體層的第一部分在垂直投影方向重疊。發光層位於第二半導體層與第一半導體層的第一部分之間。第一半導體層的第一部分具有鄰近發光層的第一表面與遠離發光層的第二表面。第二表面具有第一孔洞與第二孔洞。第一孔洞較第二孔洞靠近第一半導體層的邊緣，且第一孔洞的深度大於第二孔洞的深度。
Description
本發明是有關於一種發光元件及其製造方法，且特別是有關於一種發光二極體及其製造方法。
發光二極體為一種電致發光的半導體元件。一般而言，發光二極體具有能量轉換效率高、反應時間短、使用壽命長等優點。因此，發光二極體近年來成為兼具省電與環保特點的主要照明光源。再者，由於發光二極體製作尺寸上的突破，一種直接將三原色發光二極體置於畫素結構中的微發光二極體顯示器（micro LED display）的技術逐漸出現在市場上。
發光二極體包括彼此相連且導電型態彼此互補的一對半導體層，且包括分別電性連接至一對半導體層的一對電極。將電極設置於靠近發光二極體的邊緣時容易產生表面再結合（surface recombination）與漏電的問題。另一方面，將電極設置於遠離發光二極體的邊緣時，會覆蓋較多的發光區而降低發光二極體的光取效率（light extraction efficiency）。換言之，如何在不影響光取效率的情況下降低發光二極體的表面再結合與漏電的問題成為本領域的重要課題之一。
本發明提供一種發光元件及其製造方法，可在不影響光取效率的情況下避免發光元件在邊緣處產生表面再結合與漏電的問題。
本發明實施例的發光元件包括第一半導體層、第二半導體層、發光層、第一電極以及第二電極。第一半導體層具有第一導電型，且包括第一部分與第二部分。第二半導體層具有第二導電型。第二半導體層與第一半導體層的第一部分在垂直投影方向重疊。發光層位於第二半導體層與第一半導體層的第一部分之間。第一半導體層的第一部分具有鄰近發光層的第一表面與遠離發光層的第二表面。第二表面具有至少一第一孔洞與至少一第二孔洞。至少一第一孔洞較至少一第二孔洞靠近第一半導體層的邊緣，且至少一第一孔洞的第一深度大於至少一第二孔洞的第二深度。第一電極電性連接於第一半導體層的第二部分。第二電極電性連接於第二半導體層。
在本發明的一實施例中，至少一第二孔洞為多個第二孔洞，且多個第二孔洞中鄰近第一部分與第二部分之間的介面之一者的深度可小於多個第二孔洞中遠離該介面之一者的深度。
在本發明的一實施例中，至少一第一孔洞可為多個第一孔洞。多個第一孔洞可沿著第一半導體層的邊緣排列。
在本發明的一實施例中，多個第一孔洞可緊鄰且相連接，並可沿著第一半導體層的邊緣延伸。
在本發明的一實施例中，至少一第一孔洞及至少一第二孔洞可為圓柱狀。
在本發明的一實施例中，至少一第一孔洞及至少一第二孔洞的圓柱狀朝發光層之方向可為中央突起的圓弧面。
在本發明的一實施例中，第一孔洞與第二孔洞可緊鄰且相連接。
在本發明的一實施例中，第一孔洞與第二孔洞可緊鄰且相連接而構成一孔洞。此孔洞的深度沿著靠近第一半導體層的邊緣朝向第一半導體層的第二部分的方向遞減。
在本發明的一實施例中，發光元件更可包括至少一填充結構，設置於至少一第一孔洞與至少一第二孔洞中。
在本發明的一實施例中，發光元件更可包括至少一光反射層，設置於至少一第一孔洞與至少一第二孔洞的內表面。
在本發明的一實施例中，第一半導體層之第一部分具有厚度Tn，0.5 um ＜ Tn ≦ 10um。第一深度與第二深度之大小分別為D1及D2。0.5 um ≦ Tn-D1 ＜ 9.5 um，且0.5 um ＜ Tn-D2 ≦ 9.5 um。
本發明實施例的顯示裝置包括陣列基板、如上所述的發光元件、第一連接電極與第二連接電極。陣列基板具有第一接墊與第二接墊。發光元件設置於陣列基板上。第一連接電極電性連接第一電極與地一接墊，且第二連接電極電性連接第二電極與第二接墊。
本發明實施例的發光元件的製造方法包括以下步驟。在第一載板上形成第一半導體材料層、發光材料層與第二半導體材料層。第一半導體材料層具有第一導電型，且第二半導體材料層具有第二導電型。第二半導體材料層位於第一載板與第一半導體材料層之間。在第一半導體材料層中形成至少一第一孔洞與至少一第二孔洞。至少一第一孔洞與至少一第二孔洞由第一半導體材料層的表面往第二半導體材料層的方向延伸且未與發光材料層接觸。至少一第一孔洞具有第一深度。至少一第二孔洞具有第二深度。第一深度大於第二深度。將第二載板配置至第一半導體材料層的表面。移除第一載板。移除一部分的第一半導體材料層、一部分的第二半導體材料層與一部分的發光材料層，以形成第一半導體層、第二半導體層與發光層。第一半導體層具有第一部分與第二部分。第二半導體層與發光層覆蓋第一部分且暴露出第二部分。至少一第一孔洞與至少一第二孔洞位於第一部分中，且至少一第一孔洞較至少一第二孔洞鄰近第一半導體層之邊緣。
在本發明的一實施例中，在形成各至少一第一孔洞與各至少一第二孔洞之後，發光元件的製造方法更可包括：在各至少一第一孔洞與各至少一第二孔洞中形成至少一填充結構。
在本發明的一實施例中，在形成各至少一第一孔洞與各至少一第二孔洞之後，發光元件的製造方法更可包括：在各至少一第一孔洞與各至少一第二孔洞中形成至少一光反射層。至少一光反射層形成於各至少一第一孔洞與各至少一第二孔洞之內表面。
在本發明的一實施例中，在形成第一半導體層與第二半導體層之後，發光元件的製造方法更可包括：分別在第一半導體層的第二部分上以及第二半導體層上形成第一電極與第二電極。
本發明實施例的顯示裝置的製造方法包括如上所述的發光元件的製造方法以及以下步驟。將上述的發光元件轉置至陣列基板上。形成第一連接電極與第二連接電極。第一連接電極電性連接第一電極與陣列基板之第一接墊，且第二連接電極電性連接第二電極與陣列基板之第二接墊。第一半導體層位於第二半導體層與陣列基板之間，或第二半導體層位於第一半導體層與陣列基板之間。
本發明另一些實施例的發光元件包括第一半導體層、第二半導體層以及發光層。第一半導體層具有第一導電型。第一半導體層包括第一部分與第二部分。第二半導體層具有第二導電型。第二半導體層與第一半導體層的第一部分在垂直投影方向重疊。發光層位於第二半導體層與第一半導體層的第一部分之間。第一半導體層的第一部分具有鄰近於發光層的第一表面與遠離發光層的第二表面。第二表面具有第三孔洞。第三孔洞的深度沿著靠近第一半導體層的邊緣朝向第一半導體層的第二部分的方向遞減，且第三孔洞的靠近第一半導體層的邊緣的深度大於第三孔洞的遠離第一半導體層的邊緣的深度。
為讓本發明的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1是依照本發明一些實施例的顯示裝置的製造方法的流程圖。圖2A至圖2I是依照本發明一些實施例的顯示裝置的製造方法中不同階段的結構的剖視示意圖。本發明實施例的顯示裝置10的製造方法包括製造發光元件100，接著以發光元件100製造顯示裝置10。本發明實施例的顯示裝置10的製造方法包括以下步驟。
請參照圖1與圖2A至圖2C，進行步驟S100，在第一載板102上形成第一半導體材料層104、發光材料層106以及第二半導體材料層108。在一些實施例中，步驟S100可包括子步驟S100a、子步驟S100b、子步驟S100c以及子步驟S100d。
請參照圖1與圖2A，進行子步驟S100a，在原始載板OS上形成第一半導體材料層104、發光材料層106以及第二半導體材料層108。在一些實施例中，形成第一半導體材料層104、發光材料層106以及第二半導體材料層108的方法可包括金屬有機化學氣相沈積（metal organic chemical vapor deposition，MOCVD）、液相磊晶（liquid phase epitaxy）、氫化物氣相磊晶（hydride vapor phase epitaxy）、分子束磊晶（molecular beam epitaxy）、金屬有機氣相磊晶（metal organic vapor phase epitaxy）或其組合。第一半導體材料層104、發光材料層106以及第二半導體材料層108依序形成於原始載板OS上，以使第一半導體材料層104位於原始載板OS與第二半導體材料層108之間。在一些實施例中，原始載板OS的材料可包括藍寶石（sapphire）、GaAs、MgAl
2O
4、GaN、AlN、SiC、AlN、GaP、Si、Ge、ZnO、MgO、LaAlO
3、β-LiGaO
2或玻璃。第一半導體材料層104的材料與第二半導體材料層108的材料可分別包括III-V族化合物半導體、II-VI族化合物半導體、IV-IV族化合物半導體、IV-VI族化合物半導體或合金半導體。舉例而言，III-V族化合物半導體可包括GaN、AlP、AlAs、GaAs、GaSb、InP、InAs或其組合。II-VI族化合物半導體可包括ZnO、ZnS、ZnSe、CdTe、HgTe或其組合。IV-IV族化合物半導體可包括SiC。IV-VI族化合物半導體可包括PbS、PbSe、PbTe或其組合。合金半導體可包括SiGe、AlGaAs、AlInAs、AlGaAsSb或其組合。第一半導體材料層104可經摻雜為第一導電型，而第二半導體材料層108可經摻雜為第二導電型。第一導電型可與第二導電型彼此互補（complementary）。舉例而言，第一導電型可為N型，而第二導電型可為P型。在一些實施例中，第一半導體材料層104具有厚度Tn，且0.5 um ＜ Tn ≦ 10 um。在其他實施例中，1 um ≦ Tn ≦ 5 um。第二半導體材料層108的厚度Tp可為0.1 μm至10 μm。在一些實施例中，發光材料層106可為單一量子井結構或多重量子井結構。舉例而言，發光材料層106可包括i層量子井層以及i+1層量子阻障層（省略繪示）。每一量子井層可位於兩層量子阻障層之間，且i為大於或等於1的自然數。量子井層的材料可包括多層InGaN、多層AlGaAs、多層AlInGaP或其類似者。量子阻障層的材料可包括多層GaN、多層GaAs、多層InGaP或其類似者。在一些實施例中，發光材料層106的厚度Te可為0.1 nm 至 100 nm。
在一些實施例中，在形成第一半導體材料層104、發光材料層106以及第二半導體材料層108之前更可在原始載板OS上形成緩衝層（未繪示）。緩衝層的材料可包括Al
2O
3、GaN、AlN、AlGaAs、GaAs或其組合。形成緩衝層的方法可包括金屬有機化學氣相沈積、液相磊晶、氫化物氣相磊晶、分子束磊晶、金屬有機氣相磊晶或其組合。
請參照圖1與圖2B，進行子步驟S100b，將第一載板102結合至第二半導體材料層108相對於第一半導體材料層104的一側。在一些實施例中，第一載板102可為玻璃載板。接著，進行子步驟S100c，將原始載板OS自第一半導體材料層104移除。在一些實施例中，移除原始載板OS的方法可包括雷射剝離（laser lift off）法。
請參照圖1與圖2C，隨後進行子步驟S100d，將包括第一半導體材料層104、發光材料層106、第二半導體材料層108以及第一載板102的結構倒置。如此一來，第二半導體材料層108、發光材料層106以及第一半導體材料層104依序堆疊於第一載板102上。第二半導體層108位於第一載板102與第一半導體材料層104之間。
請參照圖1與圖2D，進行步驟S102，在第一半導體材料層104中形成至少一第一孔洞H1與至少一第二孔洞H2。在一些實施例中，第一孔洞H1的數量可為多數（圖2D為剖視圖，僅能夠看到單一第一孔洞H1）。在一些實施例中，第二孔洞H2的數量亦可為多數。舉例而言，多個第二孔洞H2可包括彼此並排的第二孔洞H2a以及第二孔洞H2b。第二孔洞H2a與第二孔洞H2b位於第一孔洞H1的一側，且第二孔洞H2a位於第一孔洞H1與第二孔洞H2b之間。
第一半導體材料層104具有彼此相對的第一表面S1與第二表面S2。第一表面S1鄰近發光材料層106，且第二表面S2遠離發光材料層106。第一孔洞H1與第二孔洞H2由第一半導體材料層104的第二表面S2往發光材料層106的方向延伸，且並未與發光材料層106接觸。換言之，第一孔洞H1與第二孔洞H2由第一半導體材料層104的第二表面S2往第一表面S1延伸，但並未貫穿第一半導體材料層104。在一些實施例中，第一孔洞H1的寬度與第二孔洞H2的寬度可為相同。在其他實施例中，第一孔洞H1的寬度也可相異於第二孔洞H2的寬度。舉例而言，第一孔洞H1與第二孔洞H2的寬度可分別大於或等於0.5 μm，且小於第一半導體材料層104的寬度之一半。在一些實施例中，形成第一孔洞H1與第二孔洞H2的方法可包括雷射鑽孔、非等向性蝕刻或其組合。在一些實施例中，第一孔洞H1與第二孔洞H2的形狀分別為圓柱形。此外，在一些實施例中，第一孔洞H1與第二孔洞H2的底面BS可為圓弧面，且此圓弧面的中央朝向發光材料層106的方向突起。在其他實施例中，第一孔洞H1與第二孔洞H2的底面也可為平面（亦即實質上不具有弧度的平面）。
第一孔洞H1的第一深度D1大於第二孔洞H2的第二深度D2。在一些實施例中，多個第一孔洞H1可分別具有第一深度D1。多個第二孔洞H2可具有彼此不同的深度。舉例而言，第二孔洞H2可以包括第二孔洞H2a以及第二孔洞H2b，其可分別具有第二深度D2a以及第二深度D2b。第一深度D1大於第二深度D2a以及第二深度D2b中的任一者。在一些實施例中，第二深度D2a可大於第二深度D2b。換言之，在此些實施例中，第一孔洞H1、第二孔洞H2a與第二孔洞H2b的深度可依序遞減。舉例而言，第一孔洞H1的第一深度D1可為0.3 μm至9.7 μm。第二孔洞H2a的第二深度D2a可為0.2 μm 至9.6 μm。第二孔洞H2b的第二深度D2b可為0.1 μm 至9.5 μm 。另一方面，第一孔洞H1的底面BS至發光材料層106的間距T1（亦即Tn-D1）小於第二孔洞H2a與第二孔洞H2b的底面分別至發光材料層106的間距T2a（亦即Tn-D2a）與間距T2b（亦即Tn-D2b）。在一些實施例中，間距T2a可小於間距T2b。舉例而言，間距T1可大於或等於0.5 μm，且小於9.5 μm。間距T2a與間距T2b可分別大於0.5 μm，且小於或等於9.5 μm。在一些實施例中，不同孔洞的深度及間距之選擇主要是依據第一半導體材料層104、發光材料層106、第二半導體材料層108的材料和厚度比例等作為考量，選擇不同則效果不同。
請參照圖1與圖2E，可選擇性地進行步驟S104，在各個第一孔洞H1與各個第二孔洞H2中形成填充結構110。在一些實施例中，填充結構110可包括保護層112或光反射層114，在部份實施例中，填充結構110亦可同時包括保護層112及光反射層11。保護層112與光反射層114可依序形成於各個第一孔洞H1與各個第二孔洞H2的內表面上。在一些實施例中，保護層112可襯覆於各個第一孔洞H1與各個第二孔洞H2的內表面。光反射層114可覆蓋保護層112，且可填滿各個第一孔洞H1與各個第二孔洞H2。在一些實施例中，光反射層114更可突出於第一半導體材料層104的第二表面S2（未繪示）。在一些實施例中，保護層112的材料可包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或其組合。光反射層114的材料可包括鋁、銀或其他反射材料。在其他實施例中，填充結構110也可包括介電材料。換言之，介電材料可填充於各個第一孔洞H1與各個第二孔洞H2中。舉例而言，介電材料可包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、氧化鋁、二氧化鋯或其組合。在其他實施例中，也可不選擇進行步驟S104，以使得各個第一孔洞H1與各個第二孔洞H2為中空的孔洞。
請參照圖1與圖2F，進行步驟S106，將第二載板116結合至第一半導體材料層104的第二表面S2。在一些實施例中，第二載板116可經由接著層118而結合至第一半導體材料層104的第二表面S2。舉例而言，接著層118可為光熱轉換（light-to-heat conversion，LTHC）層、紫外光膠、離型層或其組合。隨後，進行步驟S108，移除第一載板102。在一些實施例中，移除第一載板102的方法可例如是雷射剝離法。在進行步驟S106與步驟S108之前、步驟S106與步驟S108之間、或步驟S106與步驟S108之後，可將整體結構倒置（如圖2F所示）。
請參照圖1與圖2G，進行步驟S110，移除一部分的第二半導體材料層108、一部分的發光材料層106與一部分的第一半導體材料層104，以形成第二半導體層108a、發光層106a與第一半導體層104a。移除一部分的第二半導體材料層108、一部分的第一半導體材料層104與一部分的發光材料層106的方法可包括對第二半導體材料層108、第一半導體材料層104與發光材料層106進行圖案化。如此一來，可定義第一半導體層104a、發光層106a與第二半導體層108a的尺寸，亦即可定義第一半導體層104a的邊緣E1、發光層106a的邊緣E2與第二半導體層108a的邊緣E3。第一半導體層104a具有第一部分104a1與第二部分104a2。在一些實施例中，第一部分104a1的體積可大於或等於第二部分104a2的體積，但本發明並不以此為限。第二半導體層108a覆蓋第一半導體層104a的第一部分104a1，亦即第二半導體層108與第一半導體層104a的第一部分104a1在垂直投影方向重疊。發光層106a位於第二半導體層108a與第一半導體層104a的第一部分104a1之間。此外，第二半導體層108a與發光層106a並未覆蓋第一半導體層104a的第二部分104a2。換言之，第二半導體層108a與第一半導體層104a的第二部分104a2在垂直投影方向上不重疊。如此一來，位於第一半導體層104a上且部分覆蓋第一半導體層104a的第二半導體層108a與發光層106a可視為一種平台（mesa）結構。
除此之外，第一孔洞H1與第二孔洞H2位於第一半導體層104a的第一部分104a1中。第一孔洞H1較第二孔洞H2鄰近於第一半導體層104a的第一部分104a1的邊緣E1。第二孔洞H2例如是包括第二孔洞H2a與第二孔洞H2b。第一孔洞H1、第二孔洞H2a與第二孔洞H2b可沿著自邊緣E1至第一部分104a1與第二部分104a2之間的介面的第一方向DR1依序排列。第一方向DR1可實質上垂直於第一部分104a1與第二部分104a2之間的介面。第一孔洞H1的深度大於第二孔洞H2的深度。此外，在一些實施例中，第二孔洞H2中鄰近於第一部分104a1與第二部分104a2之間的介面的一或多者（例如是第二孔洞H2b）的深度可小於第二孔洞H2中遠離此介面的一或多者（例如是第二孔洞H2a）的深度。如此一來，多個孔洞（包括第一孔洞H1與第二孔洞H2）的深度可沿著第一方向DR1遞減。
圖3A是依照本發明一些實施例的第一半導體層104a、發光層106a以及第二半導體層108a的上視示意圖。圖3B是沿著圖3A的A-A’線的剖視示意圖。圖3C是沿著圖3A的B-B’線的剖視示意圖。
請參照圖3A至圖3C，由上視圖觀之，第一半導體層104a的邊緣E1環繞第一半導體層104a的多個側邊。在一些實施例中，多個第一孔洞H1沿著第一半導體層104a的第一部分104a1的邊緣E1而排列。在一些實施例中，多個第一孔洞H1可沿著實質上為U形的輪廓而排列。此U形的輪廓具有朝向第一部分104a1與第二部分104a2之間的介面的開口。多個第一孔洞H1位於第一部分104a1的邊緣E1與多個第二孔洞H2之間。換言之，以上視圖觀之，多個第二孔洞H2可排列於多個第一孔洞H1的內側（亦即多個第一孔洞H1的相對於邊緣E1的一側）。在一些實施例中，第二孔洞H2可包括第二孔洞H2a與第二孔洞H2b。第二孔洞H2a與第二孔洞H2b可位於上述多個第一孔洞H1所構成U形輪廓的開口中。
請參照圖1與圖2H，可進行步驟S112，在第一半導體層104a的第二部分104a2上以及第二半導體層108a上分別形成第一電極120與第二電極122。換言之，第二電極122位於第一半導體層104a的第一部分104a1上方的第二半導體層108a上，而第一電極120位於第一半導體層104a的第二部分104a2上。第一電極120電性連接於第一半導體層104a，而第二電極122電性連接於第二半導體層108a。如此一來，可透過第一電極120與第二電極122分別對第一半導體層104a與第二半導體層108a施加偏壓，而可使電子與電洞在發光層106a處結合而發光。在一些實施例中，在形成第一電極120與第二電極122之前，可在第二載板116上形成保護圖案124。保護圖案124覆蓋第二半導體層108a的頂面與側壁、發光層106a的側壁、以及第一半導體層104a的側壁以及第二部分104a2的頂面。第一電極120與第二電極122穿過保護圖案124以分別電性連接至第一半導體層104a的第二部分104a2以及第二半導體層108a。此外，在一些實施例中，第一電極120與第二電極122可分別直接接觸第一半導體層104a的第二部分104a2以及第二半導體層108a。在其他實施例中，第一電極120與第二電極122也可透過其他膜層而連接於第一半導體層104a的第二部分104a2以及第二半導體層108a。舉例而言，保護圖案124的材料可包括氧化矽、氮化矽或其組合。第一電極120與第二電極122的材料可分別包括鋁、銅或其他導體材料。
至此，已完成本發明實施例的發光元件100的製作。電流由第二電極122往四周擴散的電流擴散長度與第二電極122下方的第一半導體層104a的電阻率成負相關的關係，而與第二電極122下方的第一半導體層104a的厚度成正相關的關係。在本發明實施例中，將第一孔洞H1設置於第一半導體層104a的第一部分104a1的靠近邊緣E1處。如此一來，可使第一部分104a1的靠近邊緣E1處具有局部小的厚度（例如是間距T1）以及較大的電阻率。因此，藉由設置多個第一孔洞H1，可縮短電流由第二電極122往第一半導體層104的邊緣E1擴散的電流擴散長度。換言之，可避免發光元件100在邊緣E1發生表面再結合與漏電的問題，而可提高發光元件100的發光效率。再者，由於可藉由設置多個第一孔洞H1來避免發光元件100在邊緣E1發生表面再結合與漏電的問題，故不需將第二電極122設置於遠離邊緣E1處。換言之，可在不影響光取效率的情況下解決發光元件100在邊緣E1處的表面再結合與漏電問題。
除此之外，藉由設置第一孔洞H1與第二孔洞H2，且使第一孔洞H1與第二孔洞H2的深度沿著自第一部分104a1的邊緣E1往內的方向遞減，可使第一部分104a1的電阻率實質上沿著此方向遞減。因此，可引導發光元件100中的電流，以進一步將電流的流動範圍集中在遠離邊緣E1的區域（亦即靠近第一部分104a1與第二部分104a2之間的介面的區域）。如此一來，可進一步地提高發光元件100的發光效率。
在一些實施例中，可在第一孔洞H1與第二孔洞H2內填充光反射層114或其他填充結構，以使發光層106a所發出的光可經填充結構反射後朝特定方向行進。除此之外，所屬領域中具有通常知識者可調整第一孔洞H1與第二孔洞H2的底面BS的弧度或表面形貌而調整發光元件100的發光方向。
請參照圖1與圖2I，本發明實施例的顯示裝置10的製造方法包括藉由上述步驟形成發光元件100。接著，以發光元件100製造顯示裝置10。具體而言，進行步驟S114，將第一半導體層104a、發光層106a以及第二半導體層108a所構成的發光元件100轉置至陣列基板130上。陣列基板130可包括畫素電路以及訊號線。舉例而言，訊號線可包括資料線或掃描線。將發光元件100轉置至陣列基板130上的方法可包括移除第二載板116以及接著層118。在一些實施例中，移除第二載板116與接著層118的方法可包括對接著層118照光或加熱，以使接著層118與第一半導體層104a分離。如此一來，可將接著層118與第二載板116自第一半導體層104a移除。接下來，可將發光元件100放置於陣列基板130上。在一些實施例中，可使發光元件100的第一半導體層104a接著於陣列基板130，而使第一半導體層104a位於第二半導體層108a與陣列基板130之間。在此些實施例中，在將第一半導體層104a接著於陣列基板130之前，可在陣列基板上形成隔離結構132與接著層134。在一些實施例中，隔離結構132可環繞接著層134。第一半導體層104a可經由接著層134而接著於陣列基板130上。在一些實施例中，隔離結構132的材料可包括有色光阻或高反射金屬。接著層134的材料可包括具有黏性的光阻。
進行步驟S116，形成第一連接電極136與第二連接電極138。第一連接電極136可覆蓋第一電極120，且可由第一半導體層104a的相對於陣列基板130的一側經由第一半導體層104a的側壁而延伸至陣列基板130上。此外，第一連接電極136可進一步電性連接於陣列基板130的第一接墊（未繪示）。第二連接電極138可覆蓋第二電極122，且可由第二半導體層108a的相對於陣列基板130的一側經由發光元件100的側壁而延伸至陣列基板130上。此外，第二連接電極138可進一步電性連接於陣列基板130的第二接墊（未繪示）。在一些實施例中，第一連接電極136與第二連接電極138的材料可分別包括鋁、銅或其他導體材料。至此，已完成本發明實施例的顯示裝置10的製造。
圖4是依照本發明一些實施例的顯示裝置20的剖視示意圖。
請參照圖2I與圖4，圖4所示的顯示裝置20相似於圖2I所示的顯示裝置10。兩者之間的差異在於顯示裝置20的發光元件100是藉由覆晶結合（flip chip bonding）的方式轉置到陣列基板130上。具體而言，可將發光元件100的第一半導體層104a的第二部分104a2以及第二半導體層108a接著於陣列基板130，而使第二半導體層108a位於第一半導體層104a與陣列基板130之間。在一些實施例中，在將第一半導體層104a的第二部分104a2以及第二半導體層108a接著於陣列基板130之前，可在發光元件100的第一電極120與第二電極122上分別形成第一連接電極236與第二連接電極238。換言之，可先進行步驟S116，接著再進行步驟S114。在一些實施例中，第一連接電極236與第二連接電極238可分別為導體柱。在一些實施例中，第一連接電極236的厚度可大於第二連接電極238的厚度，以使第一連接電極236的相對於第一半導體層104a的表面可實質上齊平於第二連接電極238的相對於第一半導體層104的表面。此外，可在陣列基板130上預先形成接著層234。在一些實施例中，可形成一對接著層234。在將第一半導體層104a的第二部分104a2以及第二半導體層108a接著於陣列基板130之後，一對接著層234分別電性連接於第一連接電極236與陣列基板130的第一接墊（未繪示）之間以及第二連接電極238與陣列基板130的第二接墊（未繪示）之間。
圖5A是依照本發明一些實施例的第一半導體層、發光層以及第二半導體層的上視示意圖。圖5B是沿著圖5A的C-C’線的剖視示意圖。圖5C是沿著圖5A的D-D’線的剖視示意圖。
請參照圖3A至圖3C以及圖5A至圖5C，圖5A至圖5C所繪示的實施例相似於圖3A至圖3C所繪示的實施例。以下僅描述兩者之間的差異處，相同或相似處則不再贅述。圖5A至圖5C的第一半導體層104a的多個第一孔洞彼此緊鄰且互相連接而形成單一個第一孔洞H1-1。第一孔洞H1-1沿著第一半導體層104a的第一部分104a1的邊緣而延伸。在一些實施例中，第一孔洞H1-1的上視圖案（請參照圖5A）可實質上為U形圖案，且此U形圖案的開口朝向第一部分104a1與第二部分104a2之間的介面。第一孔洞H1-1位於多個第二孔洞H2-1與各邊緣E1之間。舉例而言，多個第二孔洞H2-1可包括第二孔洞H2a-1與第二孔洞H2b-1。第二孔洞H2a-1可位於第一孔洞H1-1與第二孔洞H2b-1之間。第二孔洞H2a-1與第二孔洞H2b-1可位於第一孔洞H1-1的U形輪廓的開口中，且第二孔洞H2a-1與第二孔洞H2b-1沿著第一方向DR1排列。在一些實施例中，第二孔洞H2a-1與第二孔洞H2b-1可分別沿著平行於第一部分104a1與第二部分104a2之間的介面的第二方向DR2而延伸。換言之，第二孔洞H2a-1與第二孔洞H2b-1的長軸可分別平行於第二方向DR2。
除此之外，圖5A至圖5C所示的第一孔洞H1-1、第二孔洞H2a-1與第二孔洞H2b-1的深度的相對大小關係可相似於圖2D至圖2I以及圖3A至圖3C所示的第一孔洞H1、第二孔洞H2a與第二孔洞H2b的深度的相對大小關係。再者，圖5A至圖5C所示的第一孔洞H1-1、第二孔洞H2a-1與第二孔洞H2b-1的底面亦可為實質上不具有弧度的平面。
圖6A是依照本發明一些實施例的第一半導體層、發光層以及第二半導體層的上視示意圖。圖6B是沿著圖6A的E-E’線的剖視示意圖。圖6C是沿著圖6A的F-F’線的剖視示意圖。
請參照圖5A至圖5C以及圖6A至圖6C，圖6A至圖6C所繪示的實施例相似於圖5A至圖5C所繪示的實施例。以下僅描述兩者之間的差異處，相同或相似處則不再贅述。圖6A至圖6C的第一孔洞H1-2以及第二孔洞H2-2（包括第二孔洞H2a-2以及第二孔洞H2b-2）彼此緊鄰且互相連接。以另一種方式描述，第一孔洞H1-2、第二孔洞H2a-2與第二孔洞H2b-2相連而形成單一個孔洞。在圖6A至圖6C所示的單一孔洞的不同區域之間的深度並不連續。
圖7A是依照本發明一些實施例的第一半導體層、發光層以及第二半導體層的上視示意圖。圖7B是沿著圖7A的G-G’線的剖視示意圖。圖7C是沿著圖7A的H-H’線的剖視示意圖。
請參照圖6A至圖6C以及圖7A至圖7C，圖7A至圖7C所繪示的實施例相似於圖6A至圖6C所繪示的實施例。以下僅描述兩者之間的差異處，相同或相似處則不再贅述。在圖7A至圖7C所示的實施例中，至少一第一孔洞與至少一第二孔洞可彼此相連為單一個第三孔洞H3，且第三孔洞H3的相鄰區域具有連續的深度。在一些實施例中，請參照圖7B，第三孔洞H3的第三深度D3沿著靠近第一半導體層104a的第一部分104a1的邊緣E1朝向第二部分104a2的方向遞減，亦即第三孔洞H2的第三深度D2沿著第一方向DR1遞減。另一方面，請參照圖7C，第三孔洞H3的第三深度D3可沿著第二方向DR2先遞減再遞增。在一些實施例中，第三孔洞H3的深度可為0.1 μm 至 9.5 μm。
綜上所述，本發明實施例藉由將第一孔洞設置於第一半導體層的第一部分的靠近邊緣處，以使第一半導體層的第一部分靠近邊緣處具有局部較薄的厚度以及較大的電阻率。電流由設置於第二半導體層上方且與第一半導體層的第一部分於垂直投影方向重疊的電極往四周擴散。電流擴散的長度與第一半導體層的第一部分的厚度呈正相關的關係，而與第一半導體層的第一部分的電阻率呈負相關的關係。因此，本發明實施例藉由設置第一孔洞，可縮短電流由上述電極往第一半導體層的邊緣擴散的電流擴散長度。換言之，可避免發光元件在邊緣發生表面再結合與漏電的問題，而可提高發光元件的發光效率。再者，由於可藉由設置第一孔洞來避免發光元件在邊緣發生表面再結合與漏電的問題，故不需將上述電極設置於遠離邊緣處。換言之，可在不影響光取效率的情況下解決發光元件在邊緣處的表面再結合與漏電問題。
除此之外，藉由在第一半導體層的第一部分中設置第一孔洞與第二孔洞，且使第一孔洞與第二孔洞的深度沿著自第一部分的邊緣往第一部分與第二部分之間的介面方向遞減，可使第一部分的電阻率實質上沿著此方向遞減。因此，可引導發光元件中的電流，以進一步將電流的流動範圍集中在遠離邊緣的區域。如此一來，可進一步地提高發光元件的發光效率。
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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10、20‧‧‧顯示裝置
100‧‧‧發光元件
102‧‧‧第一載板
104‧‧‧第一半導體材料層
104a‧‧‧第一半導體層
104a1‧‧‧第一部分
104a2‧‧‧第二部分
106、106a‧‧‧發光層
108‧‧‧第二半導體材料層
108a‧‧‧第二半導體層
110‧‧‧填充結構
112‧‧‧保護層
114‧‧‧光反射層
116‧‧‧第二載板
118‧‧‧接著層
120‧‧‧第一電極
122‧‧‧第二電極
124‧‧‧保護圖案
130‧‧‧陣列基板
132‧‧‧隔離結構
134、234‧‧‧接著層
136、236‧‧‧第一連接電極
138、238‧‧‧第二連接電極
BS‧‧‧底面
D1‧‧‧第一深度
D2、D2a、D2b‧‧‧第二深度
DR1‧‧‧第一方向
DR2‧‧‧第二方向
E1、E2、E3‧‧‧邊緣
H1、H1-1、H1-2‧‧‧第一孔洞
H2、H2-1、H2-2、H2a、H2a-1、H2a-2、H2b、H2b-1、H2b-2‧‧‧第二孔洞
H3‧‧‧第三孔洞
OS‧‧‧原始載板
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面
S100、S102、S104、S106、S108、S110、S112、S114、S116‧‧‧步驟
S100a、S100b、S100c、S100d‧‧‧子步驟
T1、T2a、T2b‧‧‧間距
Te、Tn、Tp‧‧‧厚度
圖1是依照本發明一些實施例的顯示裝置的製造方法的流程圖。 圖2A至圖2I是依照本發明一些實施例的顯示裝置的製造方法中不同階段的結構的剖視示意圖。 圖3A是依照本發明一些實施例的第一半導體層、發光層以及第二半導體層的上視示意圖。 圖3B是沿著圖3A的A-A’線的剖視示意圖。 圖3C是沿著圖3A的B-B’線的剖視示意圖。 圖4是依照本發明一些實施例的顯示裝置的剖視示意圖。 圖5A是依照本發明一些實施例的第一半導體層、發光層以及第二半導體層的上視示意圖。 圖5B是沿著圖5A的C-C’線的剖視示意圖。 圖5C是沿著圖5A的D-D’線的剖視示意圖。 圖6A是依照本發明一些實施例的第一半導體層、發光層以及第二半導體層的上視示意圖。 圖6B是沿著圖6A的E-E’線的剖視示意圖。 圖6C是沿著圖6A的F-F’線的剖視示意圖。 圖7A是依照本發明一些實施例的第一半導體層、發光層以及第二半導體層的上視示意圖。 圖7B是沿著圖7A的G-G’線的剖視示意圖。 圖7C是沿著圖7A的H-H’線的剖視示意圖。
Claims (18)
- 一種發光元件，包括：一第一半導體層，具有一第一導電型，其中該第一半導體層包括一第一部分與一第二部分；一第二半導體層，具有一第二導電型，其中該第二半導體層與該第一半導體層的該第一部分在垂直投影方向重疊，以及一發光層，位於該第二半導體層與該第一半導體層的該第一部分之間；一第一電極，電性連接於該第一半導體層的該第二部分；以及一第二電極，電性連接於該第二半導體層，其中該第一半導體層的該第一部分具有鄰近該發光層的一第一表面與遠離該發光層的一第二表面，該第二表面具有至少一第一孔洞與至少一第二孔洞，該至少一第一孔洞較該至少一第二孔洞靠近該第一半導體層的一邊緣，且該至少一第一孔洞的一第一深度大於該至少一第二孔洞的一第二深度。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光元件，其中該至少一第二孔洞為多個第二孔洞，且該些第二孔洞中鄰近該第一部分與該第二部分之間的一介面之一者的深度小於該些第二孔洞中遠離該介面之一者的深度。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光元件，其中該至少一第一孔洞為多個第一孔洞，沿著該第一半導體層的該邊緣排列。
- 如申請專利範圍第3項所述的發光元件，其中該些第一孔洞緊鄰且相連接，並沿著該第一半導體層的該邊緣延伸。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光元件，其中該至少一第一孔洞及該至少一第二孔洞為圓柱狀。
- 如申請專利範圍第5項所述的發光元件，其中該至少一第一孔洞及該至少一第二孔洞的圓柱狀朝該發光層之方向為中央突起的圓弧面。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光元件，其中該第一孔洞與該第二孔洞緊鄰且相連接。
- 如申請專利範圍第7項所述的發光元件，其中該第一孔洞與該第二孔洞緊鄰且相連接而構成一孔洞，該孔洞的一深度沿著靠近該第一半導體層的該邊緣朝向該第一半導體層的該第二部分的方向遞減。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光元件，更包括至少一填充結構，設置於該至少一第一孔洞與該至少一第二孔洞中。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光元件，更包括至少一光反射層，設置於該至少一第一孔洞與該至少一第二孔洞的內表面。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光元件，其中該第一半導體層之該第一部分具有一厚度Tn，其中0.5um<Tn≦10um，且該第一深度與該第二深度之大小分別為D1及D2，0.5um≦Tn-D1<9.5um，且0.5um<Tn-D2≦9.5um。
- 一種顯示裝置，包括：一陣列基板，具有一第一接墊與一第二接墊；如申請專利範圍第1項至第11項中任一項所述的發光元件，設置於該陣列基板上；以及一第一連接電極與一第二連接電極，該第一連接電極電性連接該第一電極與該第一接墊，且該第二連接電極電性連接該第二電極與該第二接墊。
- 一種發光元件的製造方法，包括：在一第一載板上形成一第一半導體材料層、一發光材料層與一第二半導體材料層，其中該第一半導體材料層具有一第一導電型，該第二半導體材料層具有一第二導電型，且該第二半導體材料層位於該第一載板與該第一半導體材料層之間；在該第一半導體材料層中形成至少一第一孔洞與至少一第二孔洞，其中該至少一第一孔洞與該至少一第二孔洞由該第一半導體材料層的一表面往該第二半導體材料層的方向延伸且未與該發光材料層接觸，該至少一第一孔洞具有一第一深度；該至少一第二孔洞具有一第二深度，該第一深度大於該第二深度；將一第二載板結合至該第一半導體材料層的該表面；移除該第一載板；以及移除一部分的該第一半導體材料層、一部分的該第二半導體材料層與一部分的該發光材料層，以形成一第一半導體層、一第二半導體層與一發光層，其中該第一半導體層具有一第一部分與一第二部分，該第二半導體層與該發光層覆蓋該第一部分且暴露出該第二部分，該至少一第一孔洞與該至少一第二孔洞位於該第一部分中，且該至少一第一孔洞較該至少一第二孔洞鄰近該第一半導體層之一邊緣。
- 如申請專利範圍第13項所述的發光元件的製造方法，在形成各該至少一第一孔洞與各該至少一第二孔洞之後更包括：在各該至少一第一孔洞與各該至少一第二孔洞中形成至少一填充結構。
- 如申請專利範圍第13項所述的發光元件的製造方法，在形成各該至少一第一孔洞與各該至少一第二孔洞之後更包括：在各該至少一第一孔洞與各該至少一第二孔洞中形成至少一光反射層，其中該至少一光反射層形成於各該至少一第一孔洞與各該至少一第二孔洞之一內表面。
- 如申請專利範圍第13項所述的發光元件的製造方法，在形成該第一半導體層與該第二半導體層之後更包括：分別在該第一半導體層的該第二部分上以及該第二半導體層上形成一第一電極與一第二電極。
- 一種顯示裝置的製造方法，包括：將如申請專利範圍第1項至第11項中任一項所述的發光元件轉置至一陣列基板上；以及形成一第一連接電極與一第二連接電極，該第一連接電極電性連接該第一電極與該陣列基板之一第一接墊，該第二連接電極電性連接該第二電極與該陣列基板之一第二接墊，其中該第一半導體層位於該第二半導體層與該陣列基板之間，或該第二半導體層位於該第一半導體層與該陣列基板之間。
- 一種發光元件，包括：一第一半導體層，具有一第一導電型，其中該第一半導體層包括一第一部分與一第二部分；一第二半導體層，具有一第二導電型，其中該第二半導體層與該第一半導體層的該第一部分在垂直投影方向重疊，以及一發光層，位於該第二半導體層與該第一半導體層的該第一部分間，其中該第一半導體層的該第一部分具有鄰近該發光層的一第一表面與遠離該發光層的一第二表面，該第二表面具有一第三孔洞，該第三孔洞的深度沿著靠近該第一半導體層的邊緣朝向該第一半導體層的該第二部分的方向遞減，且該第三孔洞的靠近該第一半導體層的該邊緣的深度大於該第三孔洞的遠離該第一半導體層的該邊緣的深度。
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