TWI394290B

TWI394290B - 電激發光裝置及其製造方法

Info

Publication number: TWI394290B
Application number: TW095147369A
Authority: TW
Inventors: Hsueh Kuo Liao; Shih Peng Chen; Ching Chuan Shiue; Chuan Chia Cheng; Huang Kun Chen
Original assignee: Delta Electronics Inc
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2006-12-18
Publication date: 2013-04-21
Also published as: US20080142825A1; US20090294790A1; US7625769B2; US7897988B2; TW200828611A

Description

電激發光裝置及其製造方法

本發明係關於一種電激發光裝置及其製造方法，特別關於一種具有高效能之電激發光裝置其及製造方法。

發光二極體(Light Emitting Diode,LED)是一種冷光發光元件，其係利用半導體材料中電子電洞結合所釋放出的能量，以光的形式釋出。依據使用材料的不同，其可發出不同波長的單色光，而主要可區分為可見光發光二極體與不可見光(紅外線)發光二極體兩種，由於發光二極體相較於傳統燈泡發光的形式，具有省電、耐震及閃爍速度快等優點，因此成為日常生活中不可或缺的重要元件。

請參照圖1所示，習知之一種發光二極體裝置1係包括至少一發光二極體元件10黏貼於一透明基板11上。其中，發光二極體元件10係包括一第一半導體層101、一發光層102及一第二半導體層103，第一半導體層101、發光層102及第二半導體層103係依序設置，一第一接觸電極104係連結於第一半導體層101，一第二接觸電極105係連結於第二半導體層103，以第一半導體層101為n型半導體層，而第二半導體層103為p型半導體層為例說明，當分別對該等半導體層101、103施以電壓而產生電流時，利用n型半導體層與p型半導體層中的電子電洞相結合，而將電能轉換為光能。如圖1所示，發光二極體元件10係藉由一透明黏貼層12黏貼於透明基板11上，而為提高電流分散效率，發光二極體元件10與透明黏貼層12之連結面更包括一透明導電層13，藉由均勻電流分佈而有效提昇發光二極體裝置1整體之發光亮度。

如圖1所示，第一接觸電極104係形成於第一半導體層101上，而第二接觸電極105係形成於透明導電層13上，即第一接觸電極104及第二接觸電極105相對透明基板11係配置於同一側，是以在製造此結構之發光二極體裝置的過程中，必須利用例如蝕刻技術將部分之發光二極體元件10移除，例如圖1所示之區域A，以提供第二接觸電極105之設置，然而，此步驟除了增加製程上的複雜度外，亦可能因為蝕刻製程的控制不良，而造成發光二極體元件10具有不平整的表面導致產生漏電流的現象，進而降低了發光二極體裝置1的製程良率。

另外，習知一般係使用磊晶基板作為透明基板，以有機黏貼材料構成透明黏貼層，由於磊晶基板及有機黏貼材料之導熱係數低，因此無法提供發光二極體元件10較佳之散熱路徑，而使操作中的發光二極體裝置1存在熱能積聚不易驅散等問題，進而影響發光二極體裝置1之發光效能。

由於現階段發光二極體之發展仍致力於如何有效將發光二極體元件10內所產生之光子取出，以同時減少光子在發光二極體元件10內持續反射所產生不必要的熱能；另外，亦即欲解決發光二極體元件10內部之熱能驅散之問題，以降低發光二極體裝置1整體之操作溫度，進而提昇發光二極體裝置1之發光效率。

有鑑於此，如何解決上述問題，以提供一種製程簡單、具有均勻電流分佈及有效地降低熱能積聚的電激發光裝置及其製造方法，進而提高電激發光裝置之良率及發光效率，實為重要課題之一。

有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種製程簡單、具有均勻電流分佈及有效地降低熱能積聚的電激發光裝置及其製造方法。

緣是，為達上述目的，依據本發明之一種電激發光裝置的製造方法，包括下列步驟：提供一板體；形成至少一發光二極體元件於板體上，發光二極體元件依序包括一第一半導體層、一發光層及一第二半導體層，第一半導體層形成於板體上；形成一圖案化透明導電層於發光二極體元件上；形成一反射層於圖案化透明導電層上；黏貼一導電基板於反射層之上；移除板體；以及分別形成一第一接觸電極及一第二接觸電極於該第一半導體層及該導電基板之一側。

為達上述目的，依據本發明之一種電激發光裝置係包括一導電基板、一反射層、一圖案化透明導電層、至少一發光二極體元件、一第一接觸電極及一第二接觸電極。其中，反射層係設置於導電基板之上；圖案化透明導電層係設置於反射層上；發光二極體元件係設置於圖案化透明導電層上，發光二極體元件依序包括一第一半導體層、一發光層及一第二半導體層，第二半導體層位於圖案化透明導電層及反射層上；第一接觸電極係設置於第一半導體層之一側；以及第二接觸電極係設置於導電基板之一側。

為達上述目的，依據本發明之一種電極基板係包括一導電基板、一反射層、一圖案化透明導電層以及一接觸電極。其中，反射層係設置於導電基板之上；圖案化透明導電層係設置於反射層上；以及接觸電極係設置於導電基板之一側。

承上所述，因依據本發明之一種電激發光裝置及其製造方法，係利用一導電基板而使連結發光二極體元件之該等接觸電極可分別相對導電基板配置於其之相對兩側，相較於習知技術，由於免除蝕刻步驟而具有製程步驟簡化，進而提高製程良率。另外，藉由以例如蝕刻方式來形成複數個島狀圖案的圖案化透明導電層，可更佳使發光二極體元件所產生之電流分佈均勻，而有效避免電流栓塞現象。又，利用反射層之設置而與圖案化透明導電層形成良好之歐姆性接觸，並提供一散射及反射光線之界面，有效提高外部取光與發光效率。此外，由於導電基板及反射層具有高導熱性，因此相較於習知，更有效增進發光二極體元件熱能之驅散。

以下將參照相關圖式，說明依據本發明較佳實施例之一種電激發光裝置及其製造方法，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

請參照圖2A、圖2B與圖3A、圖3B所示，依據本發明較佳實施例之一種電激發光裝置2包括一導電基板21、一反射層22、一圖案化透明導電層23、至少一發光二極體元件24、一第一接觸電極25及一第二接觸電極26。

在本實施例中，導電基板21之材質係可包括半導體或金屬，且具有高導熱係數。其中，半導體係選自矽(Si)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、碳化矽(SiC)、氮化硼(BN)及其組合所構成的群組；金屬係選自鋁(Al)、銅(Cu)及其組合所構成的群組。

反射層22係設置於導電基板21之上，圖案化透明導電層23係設置於反射層22上，如圖2與圖3所示，反射層22係具有凹凸表面，圖案化透明導電層23係充滿於反射層22之凹入處，而使圖案化透明導電層23形成例如包括有複數個島狀圖案，其中，該等島狀圖案係為獨立或連續，即該等島狀圖案係可分別為兩兩相連結之連續島狀結構(如圖3A所示)；另外，亦可為分離之獨立島狀結構(如圖2A所示)，當然，圖案化透明導電層23亦可由上述兩種島狀結構之組合構成。其中，島狀圖案之剖面係為矩形、圓形、多邊形或不規則形。

在本實施例中，反射層22之材質係為具有高反射係數之金屬，配合反射層22之凹凸表面，而提供良好之光線反射與散射之效果，以增進外部取光效率。其中，反射層22之金屬係選自鉑(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、鈀(Pd)、鎳(Ni)、鈦(Ti)及其組合所構成的群組。另外，在本實施例中，反射層22與圖案化透明導電層23之連結而形成一良好之歐姆接觸，藉此降低電阻值而有效增進電激發光裝置2的發光效率。

發光二極體元件24係設置於圖案化透明導電層23上，其係包括一第一半導體層241、一發光層242及一第二半導體層243，並以第二半導體層243、發光層242與第二半導體層241之順序依序形成於圖案化透明導電層23及反射層22上。在本實施例中，發光二極體元件24係可設置於具有獨立島狀圖案之圖案化透明導電層23上，於此，第二半導體層243係接觸圖案化透明導電層23及反射層22(如圖2A所示)；另外，發光二極體元件24亦可設置於具有連續島狀圖案之圖案化透明導電層23上，於此，第二半導體層241係接觸圖案化透明導電層23(如圖3A所示)，藉由圖案化透明導電層23之圖案化而達到有效均勻化發光二極體元件24之電流分佈，進而避免發生電流拴塞的現象。

承上，在本實施例中，第一半導體層241係可為一n型半導體層，而第二半導體層243係可為一p型半導體層，然此僅為舉例性，當然，第一半導體層241與第二半導體層243層為n型半導體層及p型半導體層之應用，係可依據實際需求而加以互換。

第一接觸電極25係設置於第一半導體層241之一側，第二接觸電極26係設置於導電基板21之一側，即第一接觸電極25及第二接觸電極26係相對導電基板21配置於相對兩側，而成垂直結構之電激發光裝置，是以免除配置同側接觸電極的蝕刻製程，而簡化製程步驟並提高製作良率。

另外，如圖4A所示，第一半導體層241除了設置有第一接觸電極25外，於發光二極體元件24之一出光面上，即在第一半導體層241之側且非第一接觸電極25設置之位置上，更可形成有一粗糙結構或是一抗反射層245，用以導出光線，以有效提高出光之效率。

又，如圖5A所示，依據本發明較佳實施例之一種電激發光裝置2更可包括一黏貼層27設置於反射層22與導電基板21之間，其係具有高導熱性質。黏貼層27之材質係為一銀膏、錫膏、錫銀膏，或其他可導電之黏貼材料，且包括含鉛與不含鉛之可導電之黏貼材料。由於本實施例黏貼層27之材質的熱傳導係數相較於習知一般使用之有機黏貼材料高，因此更有效達到散除熱能之目的。

承上所述，本實施例之電激發光裝置2藉由該等具有高導熱係數之黏貼層27及導電基板 21，以充分降低發光二極體元件24之操作溫度，而具有耐大電流及適於大面積之製作的優點，進而大幅提昇了電激發光裝置2之整體發光效率。

另外，除上述圖2A、圖3A、圖4A、圖5A所示之結構外，導電基板21上除可直接與反射層22接觸外，更可於其中增加一黏貼層27(如圖2B與圖3B所示)，其係具有高導熱性質。黏貼層27之材質係為一銀膏、錫膏、錫銀膏，或其他可導電之黏貼材料，且包括含鉛與不含鉛之可導電之黏貼材料。由於本實施例黏貼層27之材質的熱傳導係數相較於習知一般使用之有機黏貼材料高，因此更有效達到散除熱能之目的。

為使本發明之一種電激發光裝置2的內容更加清楚，請參照圖6、圖7A與圖7B所示，說明依據本發明較佳實施例之一種電激發光裝置的製造方法，其係包括步驟S1至S7，步驟S1係提供一板體20；步驟S2係形成至少一發光二極體元件24於板體20上，發光二極體元件24依序包括一第一半導體層241、一發光層242及一第二半導體層243，第一半導體層241形成於板體20上；步驟S3係形成一圖案化透明導電層23於發光二極體元件24上；步驟S4係形成一反射層22於圖案化透明導電層23上；步驟S5 係黏貼一導電基板21於反射層22之上；步驟S6係移除板體20；以及步驟S7係分別形成一第一接觸電極25及一第二接觸電極26於第一半導體層241及導電基板21之一側。

於步驟S1中，提供板體20，其係作為製作發光二極體元件24之一暫時性基板，其之材質係包括氧化鋁例如三氧化二鋁(Al2 O3)，在板體20經過適當之清洗步驟後以進行後續之發光二極體元件24的磊晶層成長。

於步驟S2中，形成發光二極體元件24於板體20上，即於板體20上依序成長一第一半導體層241、一發光層242及一第二半導體層243，在本實施例中，第一半導體層241係可為一n型半導體層，而第二半導體層243係可為一p型半導體層，然此僅為舉例性，並不僅限於此。

於步驟S3中，形成圖案化透明導電層23於發光二極體元件24上，在本實施例中，係選自氧化銦錫、氧化鎘錫、氧化銻錫、Be、Ge、Ni、Au及其組合所構成的群組中至少其中之一材料，藉由沉積方式形成於發光二極體元件24之第二半導體層243上，之後，再利用黃光與蝕刻製程對其進行圖案化，其中，蝕刻製程係可選用乾式蝕刻或濕式蝕刻，並搭配物理性蝕刻及/或化學性蝕刻來完成。在本實施例中，圖案化透明導電層23係可包括複數個島狀圖案，而依據蝕刻深度之不同，例如終止蝕刻步驟於圖案化透明導電層23之任一深度位置，而使圖案化透明導電層23呈連續島狀圖案結構(如圖7A所示)；另外，亦可蝕刻至整個圖案化透明導電層23穿透且終止於發光二極體元件24之第二半導體層243，而使圖案化透明導電層23呈獨立島狀圖案結構(如圖7B所示)。其中，島狀圖案係不限定，其之剖面可為矩形、圓形、多邊形或不規則形。

於步驟S4中，形成反射層22於圖案化透明導電層23上，在本實施例中，係選自Pt、Au、Ag、Cr、Ni、Pd、Ti及其組合所構成的群組中至少其中之一的高反射係數材料，沉積於圖案化透明導電層23上，而依據圖案化透明導電層23之圖案化結構使得形成於其上之反射層22具有一凹凸表面，且與圖案化透明導電層23形成一歐姆接觸，分別藉由增加外部取光效率以及降低電阻值，來達到有效提昇整體之發光效率。

於步驟S5中，黏貼導電基板21於反射層22之上，在本實施例中，導電基板21係藉由一黏貼層27黏貼於反射層22上，於此，黏貼層27係可塗佈於反射層22上或是導電基板21上，再將導電基板21貼合，其中，黏貼層27係可覆蓋部分面積之反射層22，抑或是完整覆蓋反射層22之表面來進行黏貼步驟。其中，導電基板21及黏貼層27係具有高導熱性質，導電基板21之材質係選自Si、GaAs、GaP、SiC、BN、AlN、Al、Cu及其組合所構成的群組中至少其中之一，而黏貼層27之材質係為一銀膏、錫膏、錫銀膏，或其他可導電之黏貼材料，且包括含鉛與不含鉛之可導電之黏貼材料。

於步驟S5之後，更包括一步驟S51，係翻轉電激發光裝置，以進行後續移除暫時性基板之步驟。

於步驟S6中，移除板體20，即移除作為成長發光二極體元件24之暫時性基板。在本實施例中，翻轉電激發光裝置之步驟亦可於步驟S6之後執行。

於步驟S7中，分別形成第一接觸電極25及第二接觸電極26於第一半導體層241及導電基板21之一側，以分別與第一半導體層241及第二半導體層243電性連接，當對第一接觸電極25及第二接觸電極26通以電流後，使第一半導體層241與第二半導體層243內之電子與電洞發生結合，而釋放出光能。此外，在本實施例中，更可在第一半導體層241之側，即於出光之表面並在不具有第一接觸電極25的位置上形成有一粗糙結構或一抗反射層245或是一透明導電層，用以增進導出光線之機會。

綜上所述，因依據本發明之一種電激發光裝置及其製造方法，係利用一導電基板而使連結發光二極體元件之該等接觸電極可分別相對導電基板配置於其之相對兩側，相較於習知技術，由於免除蝕刻步驟而具有製程步驟簡化，進而提高製程良率。另外，藉由以例如蝕刻方式來形成複數個島狀圖案的圖案化透明導電層，可更佳使發光二極體元件所產生之電流分佈均勻，而有效避免電流栓塞現象。又，利用反射層之設置而與圖案化透明導電層形成良好之歐姆性接觸，並提供一散射及反射光線之界面，有效提高外部取光與發光效率。此外，由於導電基板及反射層具有高導熱性，因此相較於習知，更有效增進發光二極體元件熱能之驅散。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧發光二極體裝置

10、24‧‧‧發光二極體元件

101、241‧‧‧第一半導體層

102、242‧‧‧發光層

103、243‧‧‧第二半導體層

104、25‧‧‧第一接觸電極

105、26‧‧‧第二接觸電極

11‧‧‧透明基板

12‧‧‧透明黏貼層

13‧‧‧透明導電層

2‧‧‧電激發光裝置

20‧‧‧板體

21‧‧‧導電基板

22、32‧‧‧反射層

23、33‧‧‧圖案化透明導電層

245‧‧‧抗反射層

27、35‧‧‧黏貼層

3‧‧‧電極基板

31‧‧‧導電基板

34‧‧‧接觸電極

S1~S7、S51‧‧‧流程步驟

A‧‧‧區域

圖1為一種習知之發光二極體裝置的示意圖。

圖2A至圖5B為依據本發明較佳實施例之一種電激發光裝置的一組示意圖。

圖6為依據本發明較佳實施例之一種電激發光裝置的製造方法流程圖。

圖7A與圖7B為依據本發明較佳實施例之一種電激發光裝置的製造方法的示意圖。

2‧‧‧電激發光裝置

21‧‧‧導電基板

22‧‧‧反射層

23‧‧‧圖案化透明導電層

24‧‧‧發光二極體元件

241‧‧‧第一半導體層

242‧‧‧發光層

243‧‧‧第二半導體層

25‧‧‧第一接觸電極

26‧‧‧第一接觸電極

Claims

一種電激發光裝置的製造方法，包括下列步驟：提供一板體；形成至少一發光二極體元件於該板體上，該發光二極體元件依序包括一第一半導體層、一發光層及一第二半導體層，該第一半導體層形成於該板體上；形成一圖案化透明導電層於該發光二極體元件上；形成一反射層於該圖案化透明導電層上；黏貼一導電基板於該反射層之上；移除該板體；以及分別形成一第一接觸電極及一第二接觸電極於該第一半導體層及該導電基板之一側。
如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中於移除該板體步驟之前，更包括一步驟：翻轉該電激發光裝置。
如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該第一半導體層之側於不具有該第一接觸電極的位置係形成一粗糙結構。
如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該第一半導體層之側於不具有該第一接觸電極的位置係形成一抗反射層。
如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該導電基板係藉由一黏貼層黏貼於該反射層之上。
如申請專利範圍第5項所述之製造方法，其中該導電基板及該黏貼層係具有高導熱性質。
如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中該導電基板之材質係包括半導體或金屬。
如申請專利範圍第7項所述之製造方法，其中該半導體係選自矽、砷化鎵、磷化鎵、碳化矽、氮化硼及其組合所構成的群組。
如申請專利範圍第7項所述之製造方法，其中該金屬係選自鋁、銅及其組合所構成的群組。
如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中該黏貼層之材質係為一銀膏、錫膏、錫銀膏，或其他可導電之黏貼材料。
如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中該其他可導電之黏貼材料係包括含鉛與不含鉛之可導電之黏貼材料。
如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該反射層係為一歐姆接觸金屬層。
如申請專利範圍第12項所述之製造方法，其中該反射層之材質係選自鉑、金、銀、鈀、鎳、鈦及其組合所構成的群組。
如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該反射層具有凹凸表面。
如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該圖案化透明導電層包括複數個島狀圖案。
如申請專利範圍第15項所述之製造方法，其中該島狀圖案係為獨立或連續。
如申請專利範圍第15項所述之製造方法，其中該島狀圖案之剖面係為矩形、圓形、多邊形或不規則形。
如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中圖案化的方式係為乾式蝕刻或濕式蝕刻。
如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中圖案化的方式係為物理性蝕刻及/或化學性蝕刻。
一種電激發光裝置，包括：一導電基板；一反射層，係設置於該導電基板之上，其中該反射層具有凹凸表面；一圖案化透明導電層，係設置於該反射層上，其中該圖案化透明導電層係充滿該反射層的凹入處；至少一發光二極體元件，係設置於該圖案化透明導電層上，該發光二極體元件依序包括一第一半導體層、一發光層及一第二半導體層，該第二半導體層位於該圖案化透明導電層及該反射層上，其中該反射層的凸出部與該第二半導體層直接接觸；一第一接觸電極，係設置於該第一半導體層之一側；以及一第二接觸電極，係設置於該導電基板之一側。
一種電激發光裝置，包括：一導電基板；一反射層，係設置於該導電基板之上，其中該反射層具有凹凸表面；一圖案化透明導電層，係設置於該反射層上，其中該圖案化透明導電層係充滿該反射層的凹入處；至少一發光二極體元件，係設置於該圖案化透明導電層上，該發光二極體元件依序包括一第一半導體層、一發光層及一第二半導體層，該第二半導體層位於該圖案化透明導電層及該反射層上，其中該第二半導體層與該圖案化透明導電層之該平坦表面直接接觸；一第一接觸電極，係設置於該第一半導體層之一側；以及一第二接觸電極，係設置於該導電基板之一側。
如申請專利範圍第20或21項所述之電激發光裝置，其中該反射層係為一歐姆接觸金屬層。
如申請專利範圍第22項所述之電激發光裝置，其中該反射層之材質係選自鉑、金、銀、鈀、鎳、鈦及其組合所構成的群組。
如申請專利範圍第20或21項所述之電激發光裝置，其中該圖案化透明導電層包括複數個島狀圖案。
如申請專利範圍第24項所述之電激發光裝置，其中該島狀圖案係為獨立或連續。
如申請專利範圍第24項所述之電激發光裝置，其中該島狀圖案之剖面係為矩形、圓形、多邊形或不規則形。
如申請專利範圍第20或21項所述之電激發光裝置，更包括：一黏貼層，係設置於該反射層與該導電基板之間。
如申請專利範圍第27項所述之電激發光裝置，其中該導電基板及該黏貼層係具有高導熱性質。
如申請專利範圍第28項所述之電激發光裝置，其中該導電基板之材質係包括半導體或金屬。
如申請專利範圍第29項所述之電激發光裝置，其中該半導體係選自矽、砷化鎵、磷化鎵、碳化矽、氮化硼及其組合所構成的群組。
如申請專利範圍第29項所述之電激發光裝置，其中該金屬係選自鋁、銅及其組合所構成的群組。
如申請專利範圍第27項所述之電激發光裝置，其中該黏貼層之材質係為一銀膏、錫膏、錫銀膏、或導電之黏貼材料。
如申請專利範圍第32項所述之電激發光裝置，其中該其他可導電之黏貼材料係包括含鉛與不含鉛之可導電之黏貼材料。
如申請專利範圍第20或21項所述之電激發光裝置，其中該第一半導體層之側於不具有該第一接觸電極的位置係形成一粗糙結構。
如申請專利範圍第20或21項所述之電激發光裝置，其中該第一半導體層之側於不具有該第一接觸電極的位置係形成一抗反射層。
如申請專利範圍第20或21項所述之電激發光裝置，其中該第一半導體層之側於不具有該第一接觸電極的位置係形成一透明導電層。