專利名稱：發(fā)光元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光元件，特別是涉及一種關(guān)于發(fā)光元件的基板的側(cè)壁，該基板 的側(cè)壁至少包含一第一結(jié)構(gòu)面與一第二結(jié)構(gòu)面，其中第一結(jié)構(gòu)面為實質(zhì)平整表面而第二結(jié) 構(gòu)面為實質(zhì)不平整表面的發(fā)光元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(light-emitting diode, LED)的發(fā)光原理是利用電子在η型半導體 與P型半導體間移動的能量差，以光的形式將能量釋放，這樣的發(fā)光原理有別于白熾燈發(fā) 熱的發(fā)光原理，因此發(fā)光二極管被稱為冷光源。此外，發(fā)光二極管具有高耐久性、壽命長、輕 巧、耗電量低等優(yōu)點。因此現(xiàn)今的照明市場對于發(fā)光二極管寄予厚望，將其視為新一代的照 明工具，已逐漸取代傳統(tǒng)光源，并且應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如交通標志、背光模塊、路燈照明、醫(yī) 療設(shè)備等。圖1為已知的發(fā)光元件結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，已知的發(fā)光元件100，包含有透明 基板10、位于透明基板10上的半導體疊層12，以及位于上述半導體疊層12上的至少一電 極14，其中上述的半導體疊層12由上而下至少包含第一導電型半導體層120、有源層122， 以及第二導電型半導體層124。此外，上述的發(fā)光元件100還可以進一步地與其他元件組合連接以形成發(fā)光裝置 (light-emitting apparatus) 0圖2為已知的發(fā)光裝置結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，發(fā)光裝置 200包含具有至少一電路202的次載體(sub-mount) 20 ；位于上述次載體20上的至少一焊 料(solder) 22，通過此焊料22將上述發(fā)光元件100粘結(jié)固定于次載體20上并使發(fā)光元件 100的基板10與次載體20上的電路202形成電連接；以及，電性連接結(jié)構(gòu)24，以電性連接 發(fā)光元件100的電極14與次載體20上的電路202 ；其中，上述的次載體20可以是導線框 架(lead frame)或大尺寸鑲嵌基底(mounting substrate)，以方便發(fā)光裝置200的電路規(guī) 劃并提高其散熱效果。然而，如圖1所示，在已知的發(fā)光元件100中，由于透明基板10的表面為平整表 面，且透明基板10的折射率與外部環(huán)境的折射率不同，因此有源層122所發(fā)出的光線A由 基板進入外部環(huán)境時，容易形成全反射(TotalInternal Reflection, TIR)，造成發(fā)光元件 100的光摘出效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種發(fā)光元件，至少包含基板，其中基板具有至少一側(cè) 壁，此側(cè)壁至少包含一第一結(jié)構(gòu)面與一第二結(jié)構(gòu)面，第一結(jié)構(gòu)面為實質(zhì)平整表面，而第二結(jié) 構(gòu)面為實質(zhì)不平整表面；以及位于基板上的發(fā)光疊層。本發(fā)明的另一目的在于提供發(fā)光元件，至少包含基板，其中基板具有至少一側(cè)壁， 此側(cè)壁包含至少由一第一結(jié)構(gòu)面與一第二結(jié)構(gòu)面所組成的實質(zhì)不連續(xù)結(jié)構(gòu)，第一結(jié)構(gòu)面為 實質(zhì)平整表面，而第二結(jié)構(gòu)面為實質(zhì)不平整表面；以及發(fā)光疊層，位于基板上。通過基板側(cè)壁的實質(zhì)不連續(xù)結(jié)構(gòu)以提高發(fā)光元件的光摘出效率。本發(fā)明的再一目的在于提供發(fā)光元件的制造方法，步驟包含提供基板，此基板具 有第一主要表面與第二主要表面；形成半導體外延層于基板的第一表面上；形成蝕刻保護 層于半導體外延層上；以不連續(xù)性激光在基板上形成多個不連續(xù)的孔洞；蝕刻多個不連續(xù) 的孔洞；以及沿著多個不連續(xù)的孔洞劈裂，以形成發(fā)光元件。


圖1為已知的發(fā)光元件結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為已知的發(fā)光裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖3A至圖31為本發(fā)明制造流程結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明另一實施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明又一實施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明實施例的掃描式電子顯微鏡微結(jié)構(gòu)圖。附圖標記說明100:發(fā)光元件 10:透明基板12:半導體疊層14:電極120 第一導電型半導體層 122:有源層124 第二導電型半導體層 200:發(fā)光裝置20:次載體202:電路22:焊料24:電性連接結(jié)構(gòu)30 基板302 第一主要表面304 第二主要表面306 側(cè)壁32:半導體疊層320 第一導電型半導體層322:有源層324 第二導電型半導體層326:臺狀結(jié)構(gòu)34:蝕刻保護層36 孔洞300 發(fā)光元件38:透明導電氧化層40:電極3060 第一結(jié)構(gòu)面3062 第二結(jié)構(gòu)面
具體實施例方式本發(fā)明揭示一種發(fā)光元件及其制造方法，為了使本發(fā)明的敘述更加詳盡與完備， 請參照下列描述并配合圖3A至圖6的圖示。圖3A至圖31為本發(fā)明制造流程結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3A所示，提供基板30，其中基板 30包含第一主要表面302與第二主要表面304。接著，如圖3B所示，形成多個半導體外延 層31于此基板30的第一主要表面302上，其中半導體外延層31由下而上至少包含第一導 電型半導體層310、有源層312，以及第二導電型半導體層314。隨后，如圖3C所示，利用光刻蝕刻技術(shù)蝕刻上述半導體外延層31，以裸露部分基 板30并且使半導體外延層31形成多個臺狀結(jié)構(gòu)的發(fā)光疊層32，其中每一發(fā)光疊層32中均裸露部分的第一導電型半導體層310。再如同圖3D所示，在發(fā)光疊層32上形成蝕刻保護層 34。在其他實施例中，此蝕刻保護層34亦可以同時覆蓋于發(fā)光疊層32與基板30上，其中 上述的蝕刻保護層34的材料可以是二氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiNx)等材料。隨后，如圖 3E所示，以不連續(xù)的激光光束在基板30的第一主要表面302形成多個不連續(xù)的孔洞36，其 中，此所謂的“不連續(xù)的激光光束”是指激光光束于基板10上移動過程中以一定或不定的 時間間隔發(fā)射，由此使基板30的第一主要表面302形成多個不連續(xù)的孔洞36。在本實施 例中，所謂的“不連續(xù)的激光光束”可以是點發(fā)式激光，諸如脈沖式激光光束(pulsed laser beam)。圖3F為圖3E俯視結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3E所示，在本發(fā)明實施例中，以不連續(xù)性的激 光光束形成的不連續(xù)的孔洞36圍繞于多個發(fā)光疊層32的周圍。
接著，如圖3G所示，以蝕刻液在攝氏100至300度的溫度條件下蝕刻上述不連續(xù) 的孔洞36約10至50分鐘。在本實施例中，優(yōu)選的操作條件是在攝氏150至250度的溫度 條件下，以硫酸(H2SiO4)與磷酸(H3PO4)的濃度比為三比一的蝕刻液蝕刻約20至40分鐘。 在其他實施例中，蝕刻液亦可選用磷酸溶液。最后再如圖3H所示，移除蝕刻保護層34，并 且研磨基板30的第二主要表面304，以減少基板30的厚度，隨后沿著多個不連續(xù)的孔洞36 劈裂，以形成多個發(fā)光元件300。不僅如此，還可以如圖31所示，在劈裂前，形成至少一透明導電氧化 (Transparent Conductive Oxide,TC0)層38于發(fā)光疊層32上以及至少一電極40于透明 導電氧化層38上。此外，在上述實施例中，以不連續(xù)的激光光束在基板30的第一主要表面302進行 切割以形成多個不連續(xù)的孔洞36。然而上述步驟僅舉例而言，不意味著本發(fā)明的范圍局限 于此。對本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員而言，其在據(jù)以實施本發(fā)明時，亦可在基板其 他位置以不連續(xù)的激光光束進行切割，諸如在基板30的第二主要表面304進行切割，以形 成多個不連續(xù)的孔洞于第二主要表面。圖4至圖6為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，發(fā)光元件300至少包含 基板30以及位于基板30上的發(fā)光疊層32?；?0至少包含一第一主要表面302、一第二 主要表面304，以及至少一側(cè)壁306，其中上述基板30的側(cè)壁306至少包含一具實質(zhì)平整表 面的第一結(jié)構(gòu)面3060以及一具實質(zhì)不平整表面的第二結(jié)構(gòu)面3062，其中第二結(jié)構(gòu)面3062 的厚度約為5 μ m至20 μ m。在本實施例中，第二結(jié)構(gòu)面3062位于基板30側(cè)壁306靠近第 一主要表面302處，其實質(zhì)不平整表面是由于不連續(xù)性激光切割以及蝕刻工藝所形成的凹 凸結(jié)構(gòu)，其中上述凹凸結(jié)構(gòu)具有延伸方向B，此延伸方向B為縱向延伸。所謂的“縱向延伸” 可以是由基板30的第一主要表面302朝遠離第一主要表面302的方向延伸、由基板30的 第二主要表面304朝向遠離第二主要表面的方向延伸，或者由基板30的第一主要表面302 朝向第二主要表面304的方向延伸等，亦即延伸方向B與第一主要表面302的法線方向C 具有夾角Θ，其中0°彡θ <90°。在上述實施例中，凹凸結(jié)構(gòu)的延伸方向B為實質(zhì)平行 于基板30上第一主要表面302的法線方向C，亦即θ大致上為0°。不僅如此，上述的基板30的材料可以是藍寶石(Sapphire)、氧化鋅(ZnO)等透 明基板。在本實施例中則采用藍寶石基板。而發(fā)光疊層32由下而上包含第一導電型半導 體層310、有源層312以及第二導電型半導體層314，其材料可以包含鋁(Al)、鎵(Ga)、銦 (In)、砷(As)、磷(P)或氮(N)的半導體材料，諸如氮化鎵(GaN)系列材料或磷化鋁鎵銦(AlGaInP)系列材料等。在本實施例中發(fā)光疊層32的材料為氮化鎵系列材料。此外，上述的發(fā)光元件300還包含位于發(fā)光疊層32上的至少一透明導電氧化層38以及位于上述的透明導電氧化層38上的至少一電極40 ；其中，透明導電氧化層38的材 料選自包含選自氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫 (ΑΤΟ)、氧化銻鋅(AZO)與氧化鋅(ZnO)所構(gòu)成的組的一種或一種以上的材料。圖5為本發(fā)明另一實施例結(jié)構(gòu)示意圖，除了實質(zhì)不平整表面的第二結(jié)構(gòu)面3062位 于靠近第二主要表面304的側(cè)壁306上外，圖5所示的發(fā)光元件各元件、構(gòu)成以及連接關(guān)系 等等，均與圖4所示相同。圖6為本發(fā)明又一實施例結(jié)構(gòu)示意圖，除了實質(zhì)不平整表面的第二結(jié)構(gòu)面3062 位于基板30側(cè)壁306的中間位置外，此第二結(jié)構(gòu)面3062的上下為實質(zhì)平整的第一結(jié)構(gòu)面 3060。圖6所示的發(fā)光元件各元件、構(gòu)成以及連接關(guān)系等等，亦與圖4所示相同。圖7為本發(fā)明實施例的掃描式電子顯微鏡微結(jié)構(gòu)圖，如圖7所示，基板30的第一 結(jié)構(gòu)面3062為凹凸結(jié)構(gòu)的不平整表面。以上所述的實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在使本領(lǐng)域一般技 術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，不能以限定本發(fā)明的專利范圍，即大凡依本發(fā) 明所揭示的精神所作的等同變化或修飾，仍應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種發(fā)光元件的制造方法，其步驟至少包含提供基板，其中該基板具有第一主要表面與第二主要表面；形成多個發(fā)光疊層于該基板的第一主要表面上；形成蝕刻保護層于該些發(fā)光疊層上；以不連續(xù)性激光在該基板形成多個不連續(xù)的孔洞；蝕刻該多個不連續(xù)的孔洞；以及沿著該多個不連續(xù)的孔洞劈裂該基板。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件制造方法，還包含移除該蝕刻保護層的步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件制造方法，其中形成該發(fā)光疊層的步驟，至少包含 形成第一導電型半導體層于該基板的第一主要表面上；形成有源層于該第一導電型半導體層上； 形成第二導電型半導體層于該有源層上；利用光刻蝕刻技術(shù)蝕刻該第一導電型半導體層、該有源層以及該第二導電型半導體 層，以形成多個為臺狀結(jié)構(gòu)的發(fā)光疊層。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件制造方法，其中蝕刻該多個不連續(xù)的孔洞的步驟是在 攝氏100至300的溫度條件以蝕刻液蝕刻10至50分鐘。
5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)光元件制造方法，其中該蝕刻液為硫酸與磷酸的成分比為 3 1的溶液或磷酸溶液。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件制造方法，其中該蝕刻保護層的材料為SiO2或SiNx。
7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件制造方法，其中該以不連續(xù)性激光在該基板形成多個 不連續(xù)的孔洞的步驟中，該不連續(xù)性激光為點發(fā)式激光。
8.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件制造方法，其中該以不連續(xù)性激光于該基板形成多個 不連續(xù)的孔洞的步驟中，該孔洞形成于該第一主要表面或該第二主要表面。
9.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件制造方法，還包含形成至少一電極于該發(fā)光疊層上的 步驟。
10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光元件制造方法，還包含形成透明導電氧化層于該發(fā)光疊 層與該電極間的步驟。
11.一種發(fā)光元件，至少包含基板，其中該基板具有至少一第一主要表面、一第二主要表面以及一側(cè)壁； 發(fā)光疊層，位于該基板上，其中該基板的側(cè)壁至少包含至少一第一結(jié)構(gòu)面與至少一第 二結(jié)構(gòu)面，該第一結(jié)構(gòu)面為實質(zhì)不平整表面，而該第二結(jié)構(gòu)面為實質(zhì)平整表面。
12.如權(quán)利要求11所述的發(fā)光元件，其中該第一結(jié)構(gòu)面的結(jié)構(gòu)為凹凸結(jié)構(gòu)。
13.如權(quán)利要求12所述的發(fā)光元件，其中該凹凸結(jié)構(gòu)具有的延伸方向為縱向方向。
14.如權(quán)利要求12所述的發(fā)光元件，該凹凸結(jié)構(gòu)的延伸方向由該第一主要表面朝向該 第二主要表面延伸、由該第一主要表面朝向遠離該第一主要表面的方向延伸或由該第二主 要表面朝向遠離該第二主要表面的方向延伸。
15.如權(quán)利要求12所述的發(fā)光元件，其中該凹凸結(jié)構(gòu)的延伸方向?qū)嵸|(zhì)平行于該基板主 要表面的法線方向。
16.如權(quán)利要求11所述的發(fā)光元件，其中該第一結(jié)構(gòu)面形成于該基板側(cè)壁靠近該第一主要表面處或靠近該第二主要表面處。
17.如權(quán)利要求11所述的發(fā)光元件，該第一結(jié)構(gòu)面形成于該基板側(cè)壁上，其中該第一 結(jié)構(gòu)面上下皆是該第二結(jié)構(gòu)面。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種發(fā)光元件及其制造方法。該制造方法的步驟至少包含提供基板，此基板具有第一主要表面與第二主要表面；形成多個發(fā)光疊層于上述基板的第一主要表面上；形成蝕刻保護層于發(fā)光疊層上；以不連續(xù)性激光在基板上形成多個不連續(xù)的孔洞；蝕刻多個不連續(xù)的孔洞；以及沿著多個不連續(xù)的孔洞劈裂基板以形成發(fā)光元件。上述發(fā)光元件的基板側(cè)壁至少包含一第一結(jié)構(gòu)面與一第二結(jié)構(gòu)面，其中第一結(jié)構(gòu)面為實質(zhì)平整表面而第二結(jié)構(gòu)面為實質(zhì)不平整表面。
文檔編號H01L33/00GK101807630SQ200910006368
公開日2010年8月18日 申請日期2009年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月16日
發(fā)明者莊家銘, 徐宸科, 歐震, 蘇文正 申請人:晶元光電股份有限公司