發光元件的制作方法
【專利摘要】本發明公開一發光元件，其包括：一半導體疊層；一透明基板包含一第一材料；一接合層，接合半導體疊層與透明基板；以及一介質在透明基板中，此介質包含一第二材料相異于第一材料。
【專利說明】發光元件
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種發光元件，尤其是涉及一種可增加側面出光的發光元件。
【背景技術】
[0002]一般發光二極管元件的結構如圖1所示，在基板130上置有一發光疊層110，基板130與發光疊層110間以一接合層120接合。封裝時再將基板130以一芯片固定物質140固定于一封裝載體150上，整體再以一封裝樹脂160予以封裝。發光疊層110是一半導體疊層，由上而下依序包括第一電性半導體層111、活性層112、及第二電性半導體層113。第一電性半導體層111和第二電性半導體層113電性相異，例如第一電性半導體層111是η型半導體層，而第二電性半導體層113是P型半導體層，在施加外部電源時，第一電性半導體層111及第二電性半導體層113分別產生載子(電子/空穴)，載子于活性層112復合并產生光。此外，分別在第一電性半導體層111上設有一第一電極114，及在第二電性半導體層113上設有一第二電極115以傳遞電流。這樣的發光二極管結構，其光取出主要依賴正面出光。如圖所示，當發光疊層110往下方發出光線并行進至基板130側面時，如圖中A點所示，由于基板130的折射率η=1.7 (以藍寶石基板為例)，而封裝樹脂160的折射率η=1.5，因此，根據斯涅爾定律(Snell’s Law)，當光線入射至封裝樹脂160表面的角度大于臨界角時，如圖所示，光線會產生內部全反射(Total InternalReflection)而無法傳出發光二極管元件，如虛線所示，甚至經過多次反射而被發光二極管元件吸收，導致亮度的損耗。因此，這樣的發光二極管結構其側面出光不佳，除了亮度受影響外，其所展現的出光角度也相對較小。
【發明內容】
[0003]為解決上述問題，本發明提供一發光元件，其包括:一半導體疊層；一透明基板包含一第一材料；一接合層，接合半導體疊層與透明基板；以及一介質在透明基板中，此介質包含一第二材料相異于第一材料。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0004]圖1為現有技術的發光二極管元件的結構圖；
[0005]圖2為本發明第一實施例的發光二極管元件的結構圖；
[0006]圖3為本發明第二實施例的發光二極管元件的結構圖。
[0007]主要元件符號說明
[0008]110發光疊層
[0009]111第一電性半導體層
[0010]112活性層
[0011]113第二電性半導體層
[0012]114 第一電極[0013]115 第二電極
[0014]120接合層
[0015]130 基板
[0016]140芯片固定物質
[0017]150封裝載體
[0018]160封裝樹脂
[0019]210發光疊層
[0020]211第一電性半導體層
[0021]212活性層
[0022]213第二電性半導體層
[0023]214 第一電極
[0024]215 第二電極
[0025]220接合層
[0026]221第一接合材料層
[0027]222第二接合材料層2:30基板
[0028]231 介質
[0029]240芯片固定物質
[0030]250封裝載體
[0031]260封裝樹脂
[0032]270反射層
[0033]310發光疊層
[0034]311第一電性半導體層
[0035]311a第一窗戶層
[0036]312活性層
[0037]313第二電性半導體層
[0038]313a第二窗戶層
[0039]313ar粗化結構
[0040]314 第一電極
[0041]314a延伸電極
[0042]315 第二電極
[0043]320接合層
[0044]321第一接合材料層
[0045]322第二接合材料層2:30基板
[0046]331 介質
[0047]340芯片固定物質
[0048]350封裝載體
[0049]360封裝樹脂
[0050]370反射層
[0051]380抗反射層[0052]390粗糙面【具體實施方式】
[0053]圖2為本發明第一實施例的示意圖，在基板230上置有一發光疊層210，基板230與發光疊層210間以一接合層220接合。封裝時再將基板230以一芯片固定物質240固定于一封裝載體250上，整體再以一封裝樹脂260予以封裝。發光疊層210是一半導體疊層，由上而下依序包括第一電性半導體層211、活性層212、及第二電性半導體層213。第一電性半導體層211和第二電性半導體層213電性相異，例如第一電性半導體層211是η型半導體層，而第二電性半導體層213是P型半導體層，在施加外部電源時，第一電性半導體層211及第二電性半導體層213分別產生載子(電子/空穴)，載子于活性層212復合并產生光。第一電性半導體層211、活性層212、及第二電性半導體層213為II1-V族材料所形成，例如為磷化鋁鎵銦(AlGaInP)材料系列或氮化鋁鎵銦(AlGaInN)材料系列。此外，分別在第一電性半導體層211上設有一第一電極214，及在第二電性半導體層213上設有一第二電極215以傳遞電流。在本實施例中，用以接合基板230與發光疊層210的接合層220可由同一材料所構成，或如圖2所繪示由相異材料的多層疊層所構成。同一材料的接合層220包含導電物質或非導電物質。導電物質包含金屬氧化物或厚度小于500埃的金屬或合金，其中金屬例如包含金、銀、或錫，而金屬氧化物例如為一種材料選自氧化銦錫(Indium TinOxide, ITO)、氧化招鋅(Aluminum Zinc Oxide, AZO)、氧化鎘錫、氧化鋪錫、氧化鋅(ZnO)、氧化銦鋅(IZO)、及氧化鋅錫(ZTO)所構成的材料群組。而非導電物質包含聚合物、氧化物、或氟化物，例如聚酰亞胺(PI)、苯并環丁烯(BCB)、過氟環丁烷(PFCB)、環氧樹酯(Epoxy)等。相異材料的多層疊層則如圖2所繪示，例如由第一接合材料層221與第二接合材料層222構成，且第一接合材料層221與第二接合材料層222的材料相異，例如第一接合材料層221為氧化鋁而第二接合材料層222為氧化硅。此第二接合材料層222與基板230相接，而利用第一接合材料層221與半導體材料附著力較好的特性，將其置于半導體材料的第二電性半導體層213與第二接合層222之間。
[0054]另外在本實施例中，基板230為一包含第一材料的透明基板，且在第一材料中包含第二材料的介質231，其中第二材料相異于第一材料。第一材料例如為一種材料選自于藍寶石、氧化鎵、磷化鎵、氮化鎵、碳化硅、氮化鋁、氧化鋅、及玻璃所組成的群組。介質231包含多個粒子或含有空氣的孔隙散布于此透明基板內，且介質231可于此透明基板形成過程中同時摻入而為此透明基板的第一材料所包圍。介質231的第二材料可選自相異于第一材料的物質以造成光的散射或折射。介質231可為導體、非導體、或半導體。導體例如包括石墨及金屬；非導體例如包括空氣、鉆石、類碳鉆及四氯銅雙二乙基銨鹽([(CH3CH2)2NH2] JCuCl4]);半導體例如包括氧化鈦及氧化鋅。以介質231為空氣為例，在透明基板的第一材料為玻璃的情形，可以是玻璃在燒熔狀態下混入空氣所形成，成為散布于玻璃基板內包含空氣的孔隙。以介質231為金屬為例，此金屬可以是金屬離子注入透明基板所形成，例如使用具有40-keV能量的Cu+金屬離子，以1.0*1017(個/cm2)的劑量注入第一材料為藍寶石的透明基板，可形成銅(Cu)粒子散布于此藍寶石透明基板內。又例如以介質231為四氯銅雙二乙基銨鹽([(CH3CH2)2NH2] JCuCl4])為例，此四氯銅雙二乙基銨鹽是一種常用的熱致變色材料(Thermochromic materials),在透明基板的第一材料為玻璃的情形，可以是玻璃在燒熔狀態下混入此四氯銅雙二乙基銨鹽以形成粒子。
[0055]在本實施例中，由于基板230具有介質231內含于透明基板中，如圖2中所繪示，當發光疊層210往下發出的光線行進至基板230時，相較于第I圖，同一光線因為介質231的存在，可被此介質231散射或穿透此介質231并折射而分散(如圖所繪示的情形)，因而形成多道不同角度的光線，相對于基板230的側面具有不同的入射角，而增加出光的機會。且對于第一次在基板230的側面發生全反射情形的光線，其反射回基板230內部時，也有機會再次碰到此介質231而發生上述散射或折射的情形，故而增加出光的機會。
[0056]視基板230的第一材料、介質231的第二材料，及發光疊層210的材料選擇不同，介質231的第二材料的折射率可介于發光疊層210的折射率及基板230的第一材料的折射率之間。例如當基板230的第一材料選擇藍寶石，而介質231的第二材料為鉆石時，其折射率(n=2.4)介于磷化鋁鎵銦(AlGaInP)材料系列的發光疊層210的折射率(n=3?3.5)及基板230的藍寶石的折射率(n=l.7)之間，光抵達介質231時，可能發生上述穿透此介質231并折射而改變入射光的角度造成分散的情形。同樣地，視基板230的第一材料、介質231的第二材料的材料選擇不同，介質231的第二材料的折射率可小于基板230的第一材料的折射率。例如當基板230的第一材料選擇玻璃，而介質231的第二材料為空氣時，其折射率(n=l)小于基板230的玻璃的折射率(n=1.5?1.7)，光抵達介質231時，可能因全反射而發生上述散射而分散的情形。
[0057]另外，圖2中介質231雖以圓形示意，然隨介質231的選擇，其外形可能為不規則形狀，其外形中最大的兩點距離，依材料不同而異，例如空氣約IOnm至20 μ m,金屬約Inm至10 μ m,而鉆石、類碳鉆、石墨、氧化鈦、氧化鋅、及四氯銅雙二乙基銨鹽等約IOnm至30 μ m。總體而言，介質231外形中最大的兩點距離分布的范圍約為Inm至30 μ m。
[0058]在本實施例中，在基板230之上形成有一反射層270，位于基板230與芯片固定物質240間。此反射層270可為金屬材料，例如鋁、金、鉬、鋅、銀、鎳、鍺、銦、錫等金屬或其合金；也可由金屬和氧化物組合而成，例如氧化銦錫/銀(ΙΤΟ/Ag)、氧化銦錫/氧化鋁/銀(IT0/A10x/Ag)、氧化鈦/氧化硅/鋁(Ti0x/Si0x/Al)、氧化銦錫/氮化硅/鋁(IT0/SiNx/Al)、氧化銦錫/氮化硅/銀(IT0/SiNx/Ag)、氧化銦錫/氮化硅/氧化鋁/鋁(IT0/SiNx/Al2O3AD、或氧化銦錫/氮化硅/氧化鋁/銀(IT0/SiNx/Al203/Ag)等。此反射層270可使未于基板230的側面出光而往下行進的光線，再次反射回基板230而能側面出光，或再次抵達介質231時，可能發生上述散射或穿透介質231并折射而改變入射光的角度造成分散的情形。故而本發明的此些設計，大大提高發光二極管元件的側面出光。
[0059]圖3為本發明的第二實施例，在本實施例中，部分元件與圖2的元件相同，其代碼為圖2元件代碼的第I碼由“2”改為“3”，例如圖2的元件211為第一電性半導體層211，而圖3的元件311與其相對應，也為第一電性半導體層311。
[0060]在本實施例中，發光疊層310是一磷化鋁鎵銦(AlGaInP)材料系列的半導體疊層，第一電性半導體層311是η型半導體層，而第二電性半導體層313是P型半導體層。在第一電性半導體層311上置有一第一窗戶層(windowlayer) 311a,其材料同樣可以為磷化招鎵銦(AlGaInP)的材料系列，在第二電性半導體層313上設置有一第二窗戶層313a，置于第二電性半導體層313與接合層320之間，其材料同樣可以為磷化鋁鎵銦(AlGaInP)的材料系列，例如為磷化鎵(GaP)。此兩個窗戶層均有助于光取出，特別是因為厚度增加而使側面出光增加。此外，第二窗戶層313a與接合層320相接的表面是一粗化表面，有粗化結構313ar，形成一漫射面，使得光取出效率提升。此粗化表面可于發光二極管外延制作工藝中成長而成，或者是管芯制作工藝中經過化學蝕刻或利用感應稱合等離子體(Inductive CouplingPlasma, ICP)干蝕刻技術以蝕刻部分的第二窗戶層313a而成；也可以預先圖案的光掩模蝕刻技術，于第二窗戶層313a表面先形成一預定圖案，預定圖案可以是半圓球形、金字塔形或角錐形，再接著在預定圖案的第二窗戶層313a表面形成此粗化表面。此外，在本實施例中，第一電極314設置于第一窗戶層311a上,而第二電極315設置于第二窗戶層3131a上。且第一電極314更設置有延伸電極314a，以助于電流擴散，同樣地，第二電極315基于電流擴散的目的而設計成雙叉狀(由上視方向觀察)，故如圖所示，于此剖視圖可見左右兩邊均有第二電極315。此外于發光二極管的最外層設置有抗反射層380，此抗反射層380選擇折射率介于第一窗戶層311a及封裝樹脂360的材料，如此可降低由第一窗戶層311a行進至外圍封裝樹脂360的光線發生全反射的機率。例如在本實施例中，可選擇氮化硅為抗反射層 380。
[0061]此外，在發光二極管由晶片(wafer)經激光切割成管芯時，隨著使用的激光種類、切割條件(如能量)，及發光二極管各被切割層的材料不同，激光切割的生成物(byproduct)的情形也不同。通過測量側面出光量，可判斷是否需要進行生成物移除(LBR)制作工藝。在生成物不多且生成物透光率也良好的情形下，生成物構成增加側面出光的粗糙結構，可不進行生成物移除(LBR)的制作工藝。本實施例顯示進行生成物移除(LBR)制作工藝的情形。于進行生成物移除(LBR)的制作工藝后，在側面受激光切割的區域留下一粗糙面390，也增加側面出光的效果。
[0062]上述實施例僅為例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何本發明所屬【技術領域】中具有通常知識者均可在不違背本發明的技術原理及精神的情況下，對上述實施例進行修改及變化。因此本發明的權利保護范圍如上述的權利要求所列。
【權利要求】
1.一發光兀件，包括: 半導體疊層； 透明基板，包含一第一材料； 接合層，接合該半導體疊層與該透明基板；以及 介質在該透明基板中，該介質包含一第二材料相異于該第一材料。
2.如權利要求1所述的發光元件，還包括一反射層于該透明基板上。
3.如權利要求1所述的發光元件，其中該第一材料選自于藍寶石、氧化鎵、磷化鎵、氮化鎵、碳化硅、氮化鋁、氧化鋅、及玻璃所組成的群組。
4.如權利要求1所述的發光元件，其中該介質包含多個粒子或包含空氣的孔隙散布于該透明基板內。
5.如權利要求1所述的發光元件，其中該第二材料包括導體、非導體、及半導體。
6.如權利要求1所述的發光元件，其中該第二材料包括石墨及金屬。
7.如權利要求1所述的發光元件，其中該第二材料包括空氣、鉆石、類碳鉆及四氯銅雙二 乙基銨鹽([(CH3CH2) 2NH2] 2 [CuCl4])。
8.如權利要求1所述的發光元件，其中該第二材料包括氧化鈦及氧化鋅。
9.如權利要求6所述的發光元件，其中該金屬以金屬離子注入該透明基板所形成。
10.如權利要求1所述的發光元件，其中該介質于該透明基板形成過程中同時摻入形成。
11.如權利要求1所述的發光元件，其中該接合層包含導電物質或非導電物質。
12.如權利要求11所述的發光元件，其中該非導電物質包含聚合物、氧化物、或氟化物。
13.如權利要求1所述的發光元件，其中該接合層包含具有相異材料的多層疊層。
14.如權利要求1所述的發光元件，其中該接合層包含金屬氧化物或厚度小于500埃的金屬或合金。
15.如權利要求1所述的發光元件，其中該第二材料的折射率介于該半導體疊層的折射率及該第一材料的折射率之間。
16.如權利要求1所述的發光元件，其中該第二材料的折射率小于該第一材料的折射率。
17.如權利要求1所述的發光元件，其中該介質外形中最大的兩點距離約Inm至30μ m0
【文檔編號】H01L33/46GK103887395SQ201210555074
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月19日 優先權日:2012年12月19日
【發明者】黃建富, 姚久琳 申請人:晶元光電股份有限公司