專利名稱：發(fā)光二極管元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管元件及其制造方法，特別涉及一種側(cè)壁有反射層的發(fā)光二極管元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(light-emitting diode, LED)是一種由半導體材料制作而成的發(fā)光元件。由于發(fā)光二極管屬于冷發(fā)光，具有耗電量低、元件壽命長、反應速度快等優(yōu)點，再加上體積小容易制成極小或陣列式元件的特性，因此近年來隨著技術(shù)不斷地進步，其應用范圍涵蓋了電腦或家電產(chǎn)品的指示燈、液晶顯示裝置的背光源乃至交通信號或是車用指示燈。圖1為一種已知發(fā)光二極管元件1的示意圖。如圖1所示，發(fā)光二極管元件1包含基板11、N型半導體層12、多重量子阱結(jié)構(gòu)13、P型半導體層14、透光導電層15、第一電極16及第二電極17。其中，第一電極16及第二電極17分別設(shè)置于N型半導體層12及P 型半導體層14上，與引線連接并接收驅(qū)動信號，以激發(fā)發(fā)光二極管元件1發(fā)出光線。然而，發(fā)光二極管元件1的基板11與外延層的折射率之間存在差異而容易在其界面產(chǎn)生光耗損，因而降低出光效率。另外，發(fā)光二極管元件1若要改變出光角度，需通過額外設(shè)置的反射杯或反射結(jié)構(gòu)，設(shè)置于發(fā)光二極管元件1的周圍來反射光線而改變出光角度，然而，這不僅增加了組裝步驟，且不利產(chǎn)品薄型化。因此，如何提供一種發(fā)光二極管元件，能夠降低界面的光損耗、且元件本身即能調(diào)整出光角度，實為業(yè)界當前重要課題之一。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述課題，本發(fā)明的目的之一為提供一種發(fā)光二極管元件，能夠降低界面的光損耗進而提升出光效率，且元件本身即能調(diào)整出光角度，以有利薄型化并縮短生產(chǎn)時間，進而提升產(chǎn)品競爭力。為達上述目的，依據(jù)本發(fā)明的一種發(fā)光二極管元件包含基板以及外延層，外延層設(shè)置于基板的表面上。其中，發(fā)光二極管元件的側(cè)壁具有內(nèi)凹部，且內(nèi)凹部的至少部分設(shè)置反射層。在實施例中，外延層包含第一半導體層、發(fā)光層及第二半導體層，且第一半導體層位于發(fā)光層與基板之間，內(nèi)凹部位于第一半導體層、或第一半導體層與基板之間、或基板。 內(nèi)凹部的設(shè)置位置可有多種變化示例，可在降低光損耗及出光角度的調(diào)整上達到不同的效^ ο在實施例中，反射層還設(shè)置于基板的表面上、或側(cè)壁上。通過反射層延伸至基板設(shè)置外延層的表面上、或元件的側(cè)壁上，以進一步降低光損耗及調(diào)整出光角度。在實施例中，反射層為絕緣反射層。由于反射層可延伸設(shè)置于第一半導體層及第二半導體層，因此反射層可絕緣以避免電性短路。在實施例中，反射層包含反射材料或反射結(jié)構(gòu)。通過反射材料、反射結(jié)構(gòu)或其組合皆可達到反射的效果，并提供不同的反射效能。在實施例中，發(fā)光二極管元件還包含第一電極以及第二電極，第一電極設(shè)置于第一半導體層，第二電極設(shè)置于第二半導體層，其中，內(nèi)凹部在垂直方向上，不與第一電極或第二電極重疊。通過限制內(nèi)凹部在垂直方向上不與第一電極或第二電極重疊，可讓發(fā)光二極管元件的結(jié)構(gòu)維持一定強度，避免生產(chǎn)良率下降。在實施例中，內(nèi)凹部的高度不大于第一半導體層的一半，由此亦可讓發(fā)光二極管元件的結(jié)構(gòu)維持一定強度，避免生產(chǎn)良率下降。在實施例中，內(nèi)凹部具有平面或弧面，平面、弧面或其組合可讓降低光損耗及調(diào)整出光角度達到不同的效果，進而提升產(chǎn)品應用性。為達上述目的，依據(jù)本發(fā)明的一種發(fā)光二極管元件的制造方法包含于基板的表面上形成外延層；于基板與外延層的側(cè)壁形成內(nèi)凹部；以及于內(nèi)凹部形成反射層。在實施例中，內(nèi)凹部通過濕蝕刻、或通過濕蝕刻及激光照射而形成。激光照射使基板與外延層的界面產(chǎn)生分離，而使蝕刻液更容易側(cè)向蝕刻而提升蝕刻效率。承上所述，本發(fā)明通過在發(fā)光二極管元件的側(cè)壁形成內(nèi)凹部，并在內(nèi)凹部設(shè)置反射層，使得發(fā)光二極管元件所產(chǎn)生的射向基板的光線可經(jīng)由反射層反射，因而能降低基板與外延層的界面的光損耗、減少基板光吸收以及改變出光角度，此外元件本身即能調(diào)整出光角度，有利薄型化并縮短生產(chǎn)時間，進而提升產(chǎn)品競爭力。


圖1為一種已知發(fā)光二極管元件的示意圖；圖2為本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種發(fā)光二極管元件的示意圖；圖3A至圖3D為本發(fā)明優(yōu)選實施例的發(fā)光二極管元件不同示例的示意圖；圖4為本發(fā)明優(yōu)選實施例的發(fā)光二極管元件的制造方法的流程步驟圖；圖5A至圖5D為本發(fā)明優(yōu)選實施例的發(fā)光二極管元件的制造方法的流程示意圖； 以及圖6A至圖6B為本發(fā)明優(yōu)選實施例的另一發(fā)光二極管元件的制造方法的流程示意圖。附圖標記說明1、2、加 2d 發(fā)光二極管元件11,21 基板12 =N型半導體層13 多重量子阱結(jié)構(gòu)14 =P型半導體層15、28:透光導電層16、26:第一電極17、27:第二電極211 表面212 底面22 外延層
221 第一電性半導體層222 發(fā)光層223:第二電性半導體層23 側(cè)壁24:內(nèi)凹部25:反射層H1、H2:高度L1、L2:虛線SOl S03 發(fā)光二極管元件的制造方法步驟
具體實施例方式以下將參照相關(guān)附圖，說明依本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種發(fā)光二極管元件及其制造方法，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。圖2為本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種發(fā)光二極管元件2的示意圖。如圖2所示，發(fā)光二極管元件2包含基板21以及外延層22，外延層22設(shè)置于基板21的表面211上。其中， 發(fā)光二極管元件2的側(cè)壁23具有內(nèi)凹部24，且內(nèi)凹部M的至少部分設(shè)置反射層25。本實施例不限制基板21的材料，其可例如包含藍寶石(sapphire)、碳化硅(SiC)、 磷化鎵(GaP)或硅(Si)，在此以藍寶石為例。外延層22設(shè)置于基板21上。外延層22為利用外延技術(shù)形成的半導體層，例如包含第一電性半導體層221、發(fā)光層222及第二電性半導體層223，其中，第一電性半導體層 221位于發(fā)光層222與基板21之間。第一電性半導體層221例如為N型半導體層，第二電性半導體層223例如為P型半導體層。外延層22可依據(jù)發(fā)光二極管元件2的功能，例如藍光發(fā)光二極管、綠光發(fā)光二極管、紅光發(fā)光二極管等等，而具有不同示例的材料。外延層22 的材料可例如包含氮化鎵(GaN)或磷化鋁銦鎵(AlInGaP)。另外，發(fā)光層222例如為多重量子阱結(jié)構(gòu)(multiple quantum well,MQff)用以產(chǎn)生所需的色光。在本實施例中，內(nèi)凹部M可位于第一電性半導體層221 (如圖3A的發(fā)光二極管元件2a)、或第一電性半導體層221與基板21之間(圖2)、或基板21 (如圖的發(fā)光二極管元件2b)。本實施例的內(nèi)凹部M的設(shè)置位置可有多種變化示例，可在降低光損耗及出光角度的調(diào)整上達到不同的效果。另外，內(nèi)凹部M可具有平面、弧面或其組合，其中，平面的示例例如圖2所示，弧面的示例例如圖3C的發(fā)光二極管元件2c所示。內(nèi)凹部M的平面、弧面或其組合可讓降低光損耗及調(diào)整出光角度達到不同的效果，進而提升產(chǎn)品應用性。如圖2所示，在本實施例中，內(nèi)凹部M的高度Hl不大于第一電性半導體層221的高度H2的一半，由此可讓發(fā)光二極管元件2的結(jié)構(gòu)維持一定強度，避免生產(chǎn)良率下降。另外，發(fā)光二極管元件2還包含第一電極沈以及第二電極27，第一電極沈設(shè)置于第一電性半導體層221上，第二電極27設(shè)置于第二電性半導體層223上，其中，內(nèi)凹部M在垂直方向上，不與第一電極26及/或第二電極27重疊，例如內(nèi)凹部M在圖2所示的虛線Li、L2之夕卜，而位于發(fā)光二極管元件2的周緣或部份的周緣。通過限制內(nèi)凹部對在垂直方向上不與第一電極26或第二電極27重疊，亦可讓發(fā)光二極管元件2的結(jié)構(gòu)維持一定強度，避免生產(chǎn)良率下降。舉例來說，通過限制內(nèi)凹部M在發(fā)光二極管元件2的周緣，可以避免電極引線工藝造成芯片裂片。反射層25可包含反射材料或反射結(jié)構(gòu)。通過反射材料、反射結(jié)構(gòu)或其組合皆可達到反射的效果，并提供不同的反射效能。如圖2所示，反射層25除了設(shè)置于內(nèi)凹部M之外， 還可設(shè)置于基板21的表面211上、或側(cè)壁23上。通過反射層25延伸至基板21設(shè)置外延層的表面211上、或元件的側(cè)壁23上，可進一步降低光損耗及調(diào)整出光角度。此外，由于反射層25可延伸設(shè)置于第一電性半導體層221及第二電性半導體層223，因此反射層25可包含絕緣材料以避免電性短路，絕緣材料例如為氧化鋁(Al2O3)、二氧化鈦(TiO2)或氧化鉿 (HfO2)。當然，若反射層25并無延伸至第二電性半導體層223，則可包含金屬或合金材料， 例如銀、鋁、鉬(Pt)。圖3D為另一示例的發(fā)光二極管元件2d，與上述主要不同在于，發(fā)光二極管元件2d 的反射層25，將基板21裸露的部分覆蓋住，例如將基板21的側(cè)壁23及基板21的底面212 包覆住，由此進一步改變元件出光角度。值得注意的是，在本實施示例的發(fā)光二極管元件2d 的反射層，優(yōu)選使用絕緣材料，以避免第一電性及第二電性短路。另夕卜，在本實施例中，發(fā)光二極管元件2、加 2d可還包含透光導電層 (transparent conductive layer，TCL) 28，其設(shè)置于外延層22之上，且第二電極27設(shè)置于透光導電層觀上。以下以圖4及圖5A至圖5D舉例說明發(fā)光二極管元件2的制造方法。其中圖4為制造方法的流程步驟圖，其中包含步驟SOl至步驟S03，圖5A至圖5D為制造方法的流程示意圖。如圖5A所示，首先，在基板21上形成外延層22(步驟S01)，可例如通過有機金屬化學氣相沉積法(metalorganic chemical vapor d印osition，M0CVD)將外延層22形成于基板21上。外延層22可例如包含第一電性半導體層221、發(fā)光層222及第二電性半導體層 223。然后，如圖5B所示，在基板21與外延層22的側(cè)壁23形成內(nèi)凹部24(步驟S02)。 內(nèi)凹部M可位于第一電性半導體層221、或第一電性半導體層221與基板21之間、或基板 21。且內(nèi)凹部M的高度優(yōu)選不大于第一電性半導體層221的一半。內(nèi)凹部M可通過濕蝕亥IJ、或通過激光照射及濕蝕刻而形成，在此激光照射可由基板21側(cè)照射，并可為局部照射。 激光照射優(yōu)選可在進行濕蝕刻之前照射。激光照射能使基板21與外延層22的界面產(chǎn)生分離，而使蝕刻液更容易側(cè)向蝕刻而提升蝕刻效率。接著，如圖5C所示，蝕刻部分的第二電性半導體層223、發(fā)光層222及第一電性半導體層221，使得部分的第一電性半導體層221露出以制作第一電極沈在該露出的部分第一電性半導體層221上，此外，還形成透光導電層觀及第二電極27，透光導電層觀形成于第二電性半導體層223上，第二電極27位于第二電性半導體層223及透光導電層觀上。此夕卜，內(nèi)凹部M在垂直方向上，不與第一電極沈及/或第二電極27重疊。然后，如圖5D所示，在內(nèi)凹部M形成反射層25(步驟S03)。反射層25可例如通過原子層沉積(Atomic Layer Deposition, ALD)或原子氣相沉積(Atomic Vapor Deposition, AVD)而形成。其中，反射層25還可形成于基板21的表面211上、基板21與外延層22的側(cè)壁23上。反射層25可包含反射材料或反射結(jié)構(gòu)，且反射層25可包含絕緣材料。由于反射層25的技術(shù)特征已于上述實施例詳述，故于此不再贅述。由于圖5D以基板21上形成兩發(fā)光二極管元件為例，故在圖5D之后，通過裂片步驟將基板21分離，即可得到如圖2所示的發(fā)光二極管元件2。另外，圖6A至圖6B為制造發(fā)光二極管元件2d的流程示意圖。需先說明的是，發(fā)光二極管元件2d的制造方法可先包含如圖5A至圖5C所示的流程步驟，這些步驟于此不再贅述。在圖5C之后，如圖6A所示，先進行裂開步驟以將基板21分離而得到兩個發(fā)光二極管元件的半成品，在裂開步驟中，可通過藍膜片(blue tape)貼在第二電極27側(cè)來進行。 接著，如圖6B所示，在內(nèi)凹部M形成反射層25，且在此步驟中，可通過藍膜片作為掩模，將基板21裸露的部分、內(nèi)凹部M皆形成反射層25。綜上所述，本發(fā)明通過在發(fā)光二極管元件的側(cè)壁形成內(nèi)凹部，并在內(nèi)凹部設(shè)置反射層，使得發(fā)光二極管元件所產(chǎn)生的射向基板的光線可經(jīng)由反射層反射，因而能降低基板與外延層的界面的光損耗、減少基板光吸收以及改變出光角度，此外元件本身即能調(diào)整出光角度，有利薄型化并縮短生產(chǎn)時間，進而提升產(chǎn)品競爭力。以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發(fā)明的精神與范疇，而對其進行的等同修改或變更，均應包含于權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管元件，包含基板；以及外延層，設(shè)置于該基板的表面上，該外延層包含第一電性半導體層、發(fā)光層及第二電性半導體層，且該第一電性半導體層位于該發(fā)光層與該基板之間；其中，該發(fā)光二極管元件的側(cè)壁具有內(nèi)凹部位于該第一電性半導體層、或該第一電性半導體層與該基板之間、或該基板，且該內(nèi)凹部的至少部分設(shè)置有反射層。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管元件，其中該反射層設(shè)置于該基板的該表面上、或該側(cè)壁上。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管元件，其中該反射層為絕緣反射層。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管元件，還包含第一電極，設(shè)置于該第一電性半導體層上；以及第二電極，設(shè)置于該第二電性半導體層上，其中該內(nèi)凹部在垂直方向上，不與該第一電極或該第二電極重疊。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管元件，其中該內(nèi)凹部的高度不大于該第一電性半導體層的高度的一半。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管元件，其中該內(nèi)凹部具有平面或弧面。
7.一種發(fā)光二極管元件的制造方法，包含于基板的表面上形成外延層，該外延層包含第一電性半導體層、發(fā)光層及第二電性半導體層，且該第一電性半導體層位于該發(fā)光層與該基板之間；于該基板與該外延層的側(cè)壁形成內(nèi)凹部，該內(nèi)凹部位于該第一電性半導體層、或該第一電性半導體層與該基板之間、或該基板；以及于該內(nèi)凹部形成反射層。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管元件的制造方法，其中該反射層形成于該基板的該表面上、該基板與該外延層的該側(cè)壁上。
9.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管元件的制造方法，其中該反射層是通過原子層沉積或原子氣相沉積而形成。
10.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管元件的制造方法，其中所形成的該內(nèi)凹部的高度不大于該第一電性半導體層的一半。
11.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管元件的制造方法，還包含形成于第一電極位于該第一電性半導體層上；以及形成于第二電極位于該第二電性半導體層上，并使該內(nèi)凹部在垂直方向上，不與該第一電極或該第二電極重疊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管元件及其制造方法。該發(fā)光二極管元件包含基板以及外延層，外延層設(shè)置于基板的表面上。其中，發(fā)光二極管元件的側(cè)壁具有內(nèi)凹部，且內(nèi)凹部的至少部分設(shè)置反射層。通過在發(fā)光二極管元件的側(cè)壁的內(nèi)凹部的反射層，可降低基板與外延層的界面的光損耗、減少基板光吸收以及改變出光角度。
文檔編號H01L33/46GK102468394SQ20101054856
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者余國輝, 朱長信 申請人:佛山市奇明光電有限公司, 奇力光電科技股份有限公司