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TW201703279A - 高壓發光二極體及其製造方法 - Google Patents

高壓發光二極體及其製造方法 Download PDF

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TW201703279A
TW201703279A TW105104669A TW105104669A TW201703279A TW 201703279 A TW201703279 A TW 201703279A TW 105104669 A TW105104669 A TW 105104669A TW 105104669 A TW105104669 A TW 105104669A TW 201703279 A TW201703279 A TW 201703279A
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黃琮訓
郭志忠
黃逸儒
沈志銘
黃冠傑
黃靖恩
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新世紀光電股份有限公司
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Abstract

本發明係關於一種高壓發光二極體及其製造方法，其於基板上具有複數個相互串聯、並聯或串並聯之發光二極體晶粒，其中部分之發光二極體晶粒之第一半導體層的側面係與基板之的側面切齊，使發光二極體晶粒與基板的邊緣之間不保留暴露基板的空間，從而致使基板被發光二極體晶粒的覆蓋比例增加，意即讓單位面積內的發光面積增大，提升了高壓發光二極體的出光效率。

Description

高壓發光二極體及其製造方法
本發明係關於一種發光二極體及其製造方法，尤指一種透過結構上提升出光面積比例而增加出光效率之高壓發光二極體及其製造方法。
發光二極體(Light Emitting Diode，LED)是一種半導體材料製成的固態發光元件，近年來由於技術的進步及節能風潮的需求，發光二極體的應用範圍越來越廣。而隨著發光二極體應用的升級，其開發方向也朝著更大功率及更高亮度發展。
在不同類型的發光二極體當中，高壓發光二極體的效率係優於一般傳統低壓發光二極體，主要可歸因為小電流、多晶粒的設計能均勻地將電流擴散開來，進而提升光萃取效率。
在現有的高壓發光二極體結構中，係於基板上承載複數個相互串聯之發光二極體晶粒，且任一發光二極體晶粒的周邊都存在電性隔離區域而各自獨立，獨立體之間僅透過金線作電性連接。這些電性隔離區域的面積與高壓發光二極體的出光效率習習相關，因為越多的電性隔離區域的面積就意味著有效發光區域越少，故現有技術乃透過高深寬比的製程技術，縮小製程線寬以增加發光效率。
本發明之主要目的，係提供一種高壓發光二極體，其係於基板上承載有複數個發光二極體晶粒，並且位於周邊的發光二極體晶粒之側面係與基板的側面切齊，僅保留任意兩個相鄰之發光二極體晶粒之間存在電性隔離區域，並且於電性隔離區域使基板的表面暴露；換言之，在高壓發光二極體的單位面積中，基板暴露的比例減少，而基板被發光二極體晶粒的覆蓋比例增加，使單位面積內的發光面積增大，因此提升了高壓發光二極體的出光效率。
本發明之另一目的，係提供一種高壓發光二極體之製造方法，其可沿用現有之發光二極體製程，只要透過微影製程控制發光二極體晶粒的磊晶層圖形，就能使單位面積內基板被暴露的比例減少，達到上述之結構特徵，獲得出光效率提高的效果。此製造方法並不與現有之高壓發光二極體製程產生衝突，具可相容性。
因此，本發明揭示了一種高壓發光二極體，其結構係包含：一基板；以及複數個發光二極體晶粒，位於該基板之一表面上並且串聯、並聯或串並聯連接，該些發光二極體晶粒分別包含依序堆疊之一第一半導體層、一發光層以及一第二半導體層，其中該高壓發光二極體切割面之部分該些第一半導體層之至少一第一側面係與該基板之一基板側面切齊，該發光層以及該第二半導體層之側面則不與該第一側面切齊，與該第一側面相交之至少一第二側面係相對於相鄰之該發光二極體晶粒。
而對於上揭發光二極體之製造方法，則包含步驟：成長一磊晶層於一基板上，該磊晶層係具有依序堆疊之一第一半導體層、一發光層以及一第二半導體層；以一微影圖案蝕刻該磊晶層，形成複數個發光單元，該微影圖案包含複數個環狀圖形，該磊晶層於該些環狀圖形之位置被部分移除而使該第一半導體層暴露，該些發光單元係以暴露之該第一半導體層相連接，該磊晶層於該些環狀圖形之間被部分移除而使該基板暴露；以及依據至少一切割線，切割該第一半導體層以及該基板，使該些發光單元分離，形成複數個高壓發光二極體，該切割線係通過該些發光單元間之該第一半導體層，使該第一半導體層之至少一第一側面為一切割面之部分，該切割線係不通過該發光層以及該第二半導體層，其中該高壓發光二極體切割面之部分該些第一半導體層之至少一第一側面係與該基板之一基板側面切齊。
藉由上述高壓發光二極體的結構以及製作方法，具有更佳出光效率之發光二極體即可被有效實現。
為使本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：
首先請參考第1圖，本發明於一較佳實施例中，所揭示發光二極體在結構上係包含了：一基板1以及複數個發光二極體晶粒21。發光二極體晶粒21分別包含依序堆疊之一第一半導體層31、一發光層32、一第二半導體層33以及透明導電層34，而其中的第一半導體層31具有至少一第一側面311以及與第一側面311相交之至少一第二側面312。在這兩種側面當中，第一側面311係與基板1之一基板側面10切齊，第二側面312則是相對於相鄰之發光二極體晶粒21。
進一步而言，發光二極體晶粒21的結構當中僅有第一半導體層31的第一側面311會與基板側面10切齊，發光層32以及第二半導體層33之側面則會因為磊晶結構較為內縮而不會與第一側面311切齊，同時也不會與基板側面10切齊。透過此結構特徵，相鄰的發光二極體晶粒21具有一溝槽(Trench), 基板1的上方表面僅在相鄰的發光二極體晶粒21之間存在表面暴露，藉此作為溝槽(Trench)而將複數個的發光二極體晶粒獨立開，從而使不同的發光二極體晶粒21得以作電性區隔；而在高壓發光二極體鄰近於邊緣的部分則基於沒有作電性區隔的必要性，因此會透過發光二極體晶粒21盡可能地覆蓋此區域表面之方式，以提升高壓發光二極體的發光面積。
另外在發光二極體晶粒21的結構中，還分別具有第一電極35以及第二電極36，兩者分別電性連接於第一半導體層31以及第二半導體層33上之透明導電層34。
請輔以參考第2A~2D圖，本發明所揭示之高壓發光二極體之製造方法係包含步驟： 步驟S1：成長一磊晶層於一基板上，該磊晶層係具有依序堆疊之一第一半導體層、一發光層以及一第二半導體層； 步驟S2：以一蝕刻該磊晶層，形成複數個發光單元，該微影圖案包含複數個環狀圖形，該磊晶層於該些環狀圖形之位置被部分移除而使該第一半導體層暴露，該些發光單元係以暴露之該第一半導體層相連接，該磊晶層於該些環狀圖形之間被部分移除而使該基板暴露；以及 步驟S3：依據至少一切割線，切割該第一半導體層以及該基板，使該些發光單元分離，形成複數個高壓發光二極體，該切割線係通過該些發光單元間之該第一半導體層，使該第一半導體層之至少一第一側面為一切割面之部分，該切割線係不通過該發光層以及該第二半導體層，其中該高壓發光二極體切割面之部分該些第一半導體層之至少一第一側面係與該基板之一基板側面切齊。
在上述的步驟中，如第2A、2B圖所示，以藍寶石基板所構成之基板1上方之第一半導體層31、發光層32以及第二半導體層33係經磊晶形成，並透過蝕刻而使部分第一半導體層31、發光層32以及第二半導體層33被移除；藉此操作，部分第一半導體層31會暴露上方表面而為如第2B圖所示之第一暴露區41，以及部分基板1會暴露上表面而為第二暴露區42。其中，由於第二暴露區42係將第一半導體層21於該區域範圍內完全移除而形成，因此在執行步驟S2時，係搭配使用包含複數個環狀圖形81的微影圖案8，使整體之磊晶層3結構產生不同程度的蝕刻結果。
進一步而言，在此較佳實施例中，任一環狀圖形81的外緣810係定義一發光二極體晶粒的範圍，此外緣810係與任一發光二極體晶粒之第一半導體層31之邊緣切齊。換言之，本發明可透過微影圖案8的應用，使原為完整的磊晶層3形成複數個發光單元，每一發光單元的範圍內包含有複數個發光二極體晶粒；這些發光單元係以暴露之第一半導體層31相連接，意即共用第一暴露區41。
步驟S3係依據至少一切割線5，切割第一半導體層31以及基板1，使發光單元分離；如第2C圖及第2D圖所示，此實施例係將承載有六個發光二極體晶粒21的基板1經於切割線5切割後，形成兩個分別具有三個發光二極體晶粒21的發光單元2，也就是兩個高壓發光二極體。此些高壓發光二極體的結構中，因為基板1所承載之發光二極體晶粒21之第一半導體層31之部分第一側面311係與基板1之切割面51切齊，加上其他的第一側面311係與基板1的基板側面10切齊，因此發光二極體晶粒21係盡可能的覆蓋了基板1的表面，僅保留第二隔離區42作為電性隔離之用。
本發明之較佳實施例中，切割線5的選擇係通過該些發光單元間之第一半導體層31，使第一半導體層31之至少一第一側面311為切割面51之部分；且切割線5係不通過發光層32以及第二半導體層33。換言之，切割線5係沿著微影圖案8當中所定義的發光二極體晶粒範圍之部分邊緣進行切割，以使高壓發光二極體僅保留任意兩個相鄰之發光二極體晶粒21之間存在電性隔離區域，而不會在高壓發光二極體的周邊預留空間讓基板1之表面暴露。
另外，在切割第一半導體層以及基板之步驟前，本發明於此較佳實施例更包含步驟S3-1為：成長複數個第一電極以及複數個第二電極，使該些第一電極以及該些第二電極分別電性連接於該第一半導體層以及該第二半導體層上之一透明導電層。此步驟係使發光二極體晶粒分別具有第一電極35以及第二電極36，如第2C圖所示。
請參考第3A圖，本發明於另一較佳實施例中，可利用微影圖案的設計，使基板1上的發光二極體晶粒有不同的排列方式或組合。如圖所示，此基板1上係承載三十六個發光二極體晶粒，並可區分為九組發光單元，可透過數條切割線5對第一半導體層以及基板作切割，使九個發光單元分離，形成九個高壓發光二極體。第3B圖係為切割後所得之發光單元2之單體，其係包含四個發光二極體晶粒21，且基板1僅有在發光二極體晶粒21之間具有一溝槽(Trench), 且基板之表面暴露，並沒有在發光單元2靠近周圍的部分有環繞式的暴露態樣，係為一種具有高出光面積的形式。本發明並不特別限制任一發光單元(高壓發光二極體)所具有的發光二極體晶粒數量，該數量係受相關產品所需要的電壓值而可自由設計調整。
請參考第4圖之再一較佳實施例，由切割前的側視圖可知，暴露之第一半導體層21係包含至少一電極區域410。此電極區域410係用以設置前述之第一電極35，且電極區域410不與切割線5之位置重疊，不會被切割之步驟所影響。
請參考第5圖之更一較佳實施例，在本發明之高壓發光二極體的結構中，發光二極體晶粒21之間可包含一絕緣層6，其係由絕緣物質所構成而填充於發光二極體晶粒21之間的電性隔離區域(如前述之第二暴露區42)，發光二極體晶粒21之間則是靠金線7達成電性連接，經串聯而達到組成高壓發光二極體的目的。
綜上所述，本發明詳細揭示了一種高壓發光二極體及其製造方法，其減少基板在高壓發光二極體中所暴露面積的比例，也就是讓基板被發光二極體晶粒的覆蓋比例增加，從而使單位面積中的出光面積比例提高，因此提升了高壓發光二極體的出光效率。再者，本發明在提升出光效率之餘，又不需要在製程上造成過度的負擔，只要透過微影製程的調整與控制，就可改變發光二極體晶粒在基板上的分布態樣。故總結而言，本發明確實為一種具有高應用價值之高壓發光二極體及其製造方法。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
1‧‧‧基板
10‧‧‧基板側面
2‧‧‧發光單元
21‧‧‧發光二極體晶粒
3‧‧‧磊晶層
31‧‧‧第一半導體層
311‧‧‧第一側面
312‧‧‧第二側面
32‧‧‧發光層
33‧‧‧第二半導體層
34‧‧‧透明導電層
35‧‧‧第一電極
36‧‧‧第二電極
41‧‧‧第一暴露區
410‧‧‧電極區域
42‧‧‧第二暴露區
5‧‧‧切割線
51‧‧‧切割面
6‧‧‧絕緣層
7‧‧‧金線
8‧‧‧微影圖案
81‧‧‧環狀圖形
810‧‧‧外緣
第1圖：其係為本發明一較佳實施例之結構示意圖； 第2A~2D圖：其係為本發明一較佳實施例之製造方法流程示意圖； 第3A圖：其係為本發明另一較佳實施例之結構俯視示意圖，用以表示切割前，發光單元之結構於基板上之分布，以及表示切割線之位置； 第3B圖：其係為本發明另一較佳實施例之結構俯視示意圖，用以表示切割後，單一發光單元當中所包含的發光二極體晶粒係切齊於基板的邊緣； 第4圖：其係為本發明於再一較佳實施例中之結構側視示意圖，用以表示第一暴露區以及第二暴露區之位置，以及電極區域不與切割線之位置重疊；以及 第5圖：其係為本發明更一較佳實施例中，高壓發光二極體具有絕緣層以及金線而為串聯連接之結構示意圖。
1‧‧‧基板
10‧‧‧基板側面
21‧‧‧發光二極體晶粒
31‧‧‧第一半導體層
311‧‧‧第一側面
312‧‧‧第二側面
32‧‧‧發光層
33‧‧‧第二半導體層
34‧‧‧透明導電層
35‧‧‧第一電極
36‧‧‧第二電極
42‧‧‧第二暴露區

Claims (10)

  1. 一種高壓發光二極體，其結構係包含： 一基板；以及 複數個發光二極體晶粒，位於該基板之一表面上並且串聯連接，該些發光二極體晶粒分別包含依序堆疊之一第一半導體層、一發光層以及一第二半導體層，部分該些第一半導體層之至少一第一側面係與該基板之一基板側面切齊，且與該第一側面相交之至少一第二側面係相對於相鄰之該發光二極體晶粒具有一溝槽且暴露該基板之表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的高壓發光二極體，其中該些發光二極體晶粒更包含一第一電極以及一第二電極，分別電性連接於該第一半導體層以及該第二半導體層。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的高壓發光二極體，其中該些發光二極體晶粒更包含一透明導電層，配置於該第二半導體層與該第二電極之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的高壓發光二極體，其中該些發光二極體晶粒之間包含一絕緣層。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的高壓發光二極體，其中該些發光二極體晶粒，位於該基板之一表面上更可為一並聯或串並聯電性連接。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的高壓發光二極體，其中該高壓發光二極體切割面之部分該些第一半導體層之至少一第一側面係與該基板之一基板側面切齊。
  7. 一種高壓發光二極體的製造方法，其係包含步驟： 成長一磊晶層於一基板上，該磊晶層係具有依序堆疊之一第一半導體層、一發光層以及一第二半導體層； 以一微影圖案蝕刻該磊晶層，形成複數個發光單元，該微影圖案包含複數個環狀圖形，該磊晶層於該些環狀圖形之位置被部分移除而使該第一半導體層暴露，該些發光單元係以暴露之該第一半導體層相連接，該磊晶層於該些環狀圖形之間被部分移除而使該基板暴露；以及 依據至少一切割線，切割該第一半導體層以及該基板，使該些發光單元分離，形成複數個高壓發光二極體，該切割線係通過該些發光單元間之該第一半導體層，使該第一半導體層之至少一第一側面為一切割面之部分，該切割線係不通過該發光層以及該第二半導體層。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的高壓發光二極體的製造方法，其中於依據該切割線，切割該第一半導體層以及該基板之步驟前，更包含步驟： 成長複數個第一電極以及複數個第二電極，使該些第一電極以及該些第二電極分別電性連接於該第一半導體層以及該第二半導體層上之一透明導電層。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的高壓發光二極體的製造方法，其中暴露之該第一半導體層係包含至少一電極區域，用以設置該些第一電極，且該些電極區域係不與該切割線之位置重疊。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的高壓發光二極體的製造方法，其中該些環狀圖形之外緣係分別定義一發光二極體晶粒之範圍。
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