TWI363435B - Light-emitting diode apparatus and its manufacturing method - Google Patents

Description

1363435 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 ， 本發明係關於一種具微奈米結構之發光二極體裝 置及其製造方法。 【先前技術】 發光二極體（light-emitting diode, LED)裝置是一 種由半導體材料製作而成的發光元件。由於發光二極體 裝置係屬冷發光’具有耗電量低、元件壽命長、反應速 度快等優點’再加上體積小容易製成極小或陣列式的元 件’因此近年來，隨著技術不斷地進步，其應用範圍涵 蓋了電細或豕電產品的指示燈、液晶顯示裝置的背光源 乃至交通號誌或是車用指示燈。 然而，目前的發光二極體裝置仍存在有發光效率不 佳以及亮度偏低的問題。其中造成發光效率不佳的原 因，乃是因由發光二極體所發射之光線係為全方向性， 而並非單一對焦於某處之光束。另外，由於發光二極體 所發射之光線僅有部分可以被射出，其餘的光線則會因 為^射而被吸收，如此一來，除了降低發光二極體裝置 的亮度之外，也增加了熱能的產生。 一般而言，發光二極體裝置係可為覆晶式、垂直式 或正面式等不同的態養為了解決因為反射而降低出光 效率的問題，請參照圖卜以垂直式發光二極體裝置為 例’發光：極體裝置丨係在—基板u之—表面上依序 1363435 ^/成 n型半導體摻雜層121、一發光層（active layer ) 122及一 P型半導體掺雜層123，接著，再於p型半導 體摻雜層123上形成一電流擴散層13,並分別於電流 擴散層13上以及基板丨〗之另一表面設置一第一電極14 及一第二電極15。 如圖1所示，電流擴散層13之一出光表面131係 以黃光製程配合蝕刻技術，而對電流擴散層13進行蝕 刻而形成一粗化表面，藉此減少出光表面將光線全反射 的情形發生’並可增加光取出效率。 上述之解決方法雖然能夠解決全反射的問題，然 而，由於黃光製程與蝕刻技術必須使用昂貴的製程設 備，而提尚製造成本。另外，上述之發光二極體裝置結 構亦存在著不易導熱的缺點。 爰因於此，如何提供一種能夠易於導熱，且可有效 降低製造成本的發光二極體裝置及其製造方法，實屬當 前重要課題之一。 【發明内容】 有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種能夠降 低製造成本，且可增加導熱效率的發光二極體裝置及其 製造方法。 、 緣是，為達上述目的，依據本發明之一種發光二極 體裝置係包括一導熱基板、一導熱黏貼層、一磊晶疊 層、-電流擴散層以及一微奈米粗化結構。導熱黏貼； 7 1363435 係δ又置於導熱基板上。磊晶疊層係與導熱黏貼層相對而 設，且磊晶疊層依序具有一第一半導體層、一發光層及 一第一半導體層。電流擴散層係設置於磊晶疊層之第二 半導體層與導熱黏貼層之間。微奈米粗化結構係設置於 遙晶疊層之第一半導體層上。 為達上述目的，依據本發明之一種發光二極體的製 造方法係包括以下步驟：形成一磊晶疊層於一磊晶基板 上，形成一電流擴散層於磊晶疊層上；形成一反射層於 電流擴散層上，形成一導熱絕緣層於反射層上；將一導 熱基板藉由一導熱黏貼層與導熱絕緣層結合；移除磊晶 基板，以及形成一微奈米結構於磊晶疊層上，以構成發 光二極體裝置。 承上所述，因依據本發明之發光二極體襞置及其製 造方法，係於磊晶疊層上直接設置微奈米粗化結構，以 降低由發光層所發射之光線的全反射現象，且藉由導熱 基板、導熱黏貼層、導熱絕緣層及反射層構成一個良好 的導熱途徑’以將磊晶疊層所產生的熱能導出。另外， 上述之微奈米粗化結構係以奈米球或奈米凹凸結構所 構成，因此也可避免使用黃光製程與蝕刻技術，進而降 低製造成本。 【實施方式】 以下將參照相關圖式，說明依據本發明較佳實施例 之發光二極體裝置及其製造方法。 1363435. 請參照2所示，其係依據本發明較佳實施例之一 種發光二極體裝置的製造方法之—流程圖。依據本發明 較佳實施例之發光二極體㈣2的製造方法係包括步 驟si至步驟S1()e以下請同時參照圖3a至圖3】所示。 如圖3A所示，步驟S1係形成一磊晶疊層22於一 蟲晶基板21 h其中1晶疊層22係依序於蟲晶基板 21上形成一第一半導體層22卜一發光層如以及一第 二半導體層223。於本實施例中，第—半導體層221及 第二半導體層223係分別為一 N型遙晶層及一 p型遙 晶層’當然其亦可互換，於此並不加以限制。 如圖3B所不’步驟S2係形成-電流擴散層23於 蟲晶疊層22上。於本實施财，電流擴散層23係為一 透明導電層’其係形成於磊晶疊層 -上。其中電流擴散層23之材質係可== dndium tin oxide，IT0)、摻紹氧化鋅d〇ped zinc oxide ’ AZ0)、氧化鋅（Zn〇)、鎳/金（Ni/Au)或氧化 銻錫’於此並不加㈣制，以能_自缝電流為優先 考量。 如圖K：所示，步驟S3係形成一反射層24於電流 擴散層23上。於本實施例中，反射層24之材質係可選 “呂、舶、金、銀、鈀、錄、鉻、欽及其組合所構成的 群組。另外反射層24係可為具有不同折射率之多層介 電層所組成之光學反射元件、金屬反射層或金屬介電反 射層’意即反射層24係可由複數種材質組合或堆疊而 1363435 成。 如圖3D所示，步驟S4係形成一導熱絕緣層25於 反射層24上。於本實施例中，導熱絕婊層25之材質係 為一氮化物、氧化物、碳化物或一介電質材料，例如是 氮化鋁或碳化矽或一高導熱係數絕緣材料。另外，為晶 疊層22之折射率> 導熱絕緣層25之折射率> 空氣之折射 率，亦即’導熱絕緣層25之折射率係介於磊晶疊層22 之折射率以及空氣之折射率之間。

如圖3E所示’步驟S5係將一導熱基板27藉由一 導熱黏貼層26而與導熱絕緣層25黏合，以形成—發夫 二極體元件20。於本實施例中，導熱黏貼層26之材賀 係可為金、錫膏、錫銀膏、銀膏及其組合或是各式共羞 接合材料，例如是矽-金（Si_Au)、金_砷（八11_以）等，而 導熱基板27之材質係可選自矽、坤化鎵 '磷化鎵、確 化矽、虱化硼、鋁、氮化鋁、銅及其組合所構成的群組< 如圖3F所示，步驟S6係翻轉於步驟S5所形成之 發光二極體元件20，並移除磊晶基板21。 如圖3G所*，㈣S7係移除部分的遙晶疊詹 以暴露出部分的電流擴散層23。 如圖3H所示，步騾S8係於磊晶疊層22之 =⑵上形成一微奈米粗化結構28。微奈米㈣ :構28之广射率係大於空氣之折射率’且微奈米粗代 了率係㈣ 構28可以例如但不限於複數個奈米球或一奈米 10 1363435. ·- 凹凸結構以堆疊製程或燒結製程所製成。 於本實施例中’奈米球之粒徑可為相同或不同、奈 米球係為具未飽和鍵之有機單體聚合而成之有機高分 子，如選自苯乙烯系列、丙烯酸系列及馬來酸系列之一 及其組合所構成之群組。或者，奈米球係由一無機與一 有機成分所組成，如選自碳-矽、碳-鈦、碳_錯、碳-鋁 系列之一及其組合所構成之群組。又或者，奈米球係由 一無機成份所組成，如選自矽、鈦、锆、金、銀、鐵、 鲁銘、銅、鋅及其組合所構成之群組。 另外，奈米球可同時兼具抗反射之功能，且奈米球 係以次沾式塗佈（Dip Coating )、旋轉塗佈（Spin Coating)、喷灑式塗佈（Spray c〇ating)及/或自然風乾 (nature drying )等方式形成於磊晶疊層22之第一半導 體層221上。 如圖31所示，步驟S9係移除部份的微奈米粗化結 φ構28，以暴露出部分之第一半導體層221。 步驟sio係形成一第一電極291於暴露於微奈米粗 化結構28之第-半導體層221上，並形成一第二電極 292於所暴露出之電流擴散層23上，以構成一種正面 式之發光二極體裝置2，如圖3J所示。於本實施例中， 上述步驟並不僅限於此順序，其可依據製程之需要而進 ^步驟之娜。例如，在㈣S7之後，亦可先形成第 一電極291於暴露於第一半導體層221上，並形成第二 電極292於所暴露出之電流擴散層23上之後，再形成 11 1363435 微奈米粗化結構28。. 另外’如圖4所示，其係顯示微奈米粗化結構3 8 係由奈米凹凸結構所組成之發光二極體裝置3，奈米凹 凸結構例如是一網狀奈米凹凸結構，且其材質係選自三 氧化二鋁（Al2〇3)、氮化矽（Si3N4)、二氧化錫（Sn〇2)、二 氧化石夕（Si〇2)、樹腊、聚碳酸醋（polycarbonate)及其組合 所構成之群組。 综上所述’因依據本發明之發光二極體裝置及其製 造方法，係於磊晶疊層上直接設置微奈米粗化結構，以 降低由發光層所發射之光線的全反射現象，且藉由導熱 基板、導熱黏貼層、導熱絕緣層及反射層構成一個良好 的導熱途徑，以將磊晶疊層所產生的熱能導出。另外， 由於微奈米粗化結構係以奈米球及奈米凹凸結構所構 成，因此也可避免使用黃光製程與蝕刻技術，進而降低 製造成本。 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。 【圖式簡單說明】 圖1為習知發光二極體裝置之一示意圖。 圖2為依據本發明較佳實施例之一種發光二極體 裝置的製造方法之一流程圖。 12 1363435 圖3A至圖3J為與圖2配合之發光二極體裝置之示 意圖。 圖4為依據本發明較佳實施例之另一種發光二極 體裝置示意圖。 元件符號說明： 1、2、3:發光二極體裝置11:基板

121 :N型摻雜層 .122、222 :發光層 123 :P型摻雜層 13 :透明導電層 131 :出光表面 14、291 :第一電極 15、 292 :第二電極 20 :發光二極體元件 21 ： 遙晶基板 22 .遙晶疊層 221 :第一半導體層 223 :第二半導體層 23 ： 電流擴散層 24 :反射層 25 ： 導熱絕緣層 26 :導熱黏貼層 27 ： 導熱基板 28、 38 :微奈米粗化結構 13

Claims (1)

1. 十、申請專利範圍： 1、 一種發光二極體裝置，包括： —導熱基板； —導熱黏貼層，設置於該導熱基板上； 一磊晶疊層，係與該導熱黏貼層相對而設，且依序 一有第一半導體層、一發光層及一第二半導體層；以 及 一電流擴散層’設置於該磊晶疊層之該第二半導體 層與該導熱黏貼層之間；以及 一微奈米粗化結構，設置於該磊晶疊層之該第一半 導體層上。 2、 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體裝 置’其中該第一半導體層係為一 p型磊晶層或一 NS 蟲晶層’且該第二半導體層係為一 N型磊晶層或一 P 型磊晶層。 3、 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體裝 置’其中部分之該電流擴散層係暴露於該磊晶疊層。 4、 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體裝 置，更包括： 一第一電極，係設置於該磊晶疊層之該第一半導體 層上；以及 一第二電極，係設置於所暴露出之該電流擴散層或 該第二半導體層上。 5、 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體裝 12、如中請專利範圍第7項所述之發光二極 置’其中該反射層係為具有不同折射率之多層介電層^ 組成之—光學反射元件、—金屬反#層或-金屬介i反 射層。 13、 如申請專利範圍第i項所述之發光二極體裝 置，其中該微奈米粗化結構之折射率係大於空氣之折^ 率’且該微奈米粗化結構之折射率係小於該磊晶疊層之 折射率。 14、 如申請專利範圍第丨項所述之發光二極體裝 置，其中該微奈米粗化結構係包括複數個奈米球或一太 米凹凸結構。 τ' 15、 如申請專利範圍第14項所述之發光二極體骏 置，其中該些奈米球之粒徑可為相同或不同。 16、 如申請專利範圍第14項所述之發光二極體裴 置，其中该些奈米球係為具未飽和鍵之有機單體聚合而 成之有機高分子。 π、如申請專利範圍第16項所述之發光二極體裝 置，其中該有機高分子係選自苯乙烯系列、丙烯酸系列 及馬來酸系列之一及其組合所構成之群組。 18、 如申請專利範圍第14項所述之發光二極體裝 置其中該些奈米球係由一無機與一有機成分所組成。 19、 如申請專利範圍第a項所述之發光二極體震 置，其中該些奈米球係選自碳-矽 '碳-鈦、碳-鍅、碳· 鋁系列之一及其組合所構成之群組。 1363435 20、 如申請專利範圍第14項所述之發光二極體裝 置’其中該些奈米球係由—無_成份所組成。 21、 如申請專利範圍第2〇項所述之發光二極體裝 置，其中該些奈米球係選自矽、鈦、锆、金、銀、鐵、 鋁、銅、鋅及其組合所構成之群組。 22、 如申請專利範圍第μ項所述之發光二極體裝 置，其中該些奈米球具抗反射之功能。 23、 如申請專利範圍第μ項所述之發光二極體裝 •置’其中該些奈米球係以浸沾式塗佈（Dip Coating )、 旋轉塗佈（Spin Coating )、喷灑式塗佈（Spray Coating ) 及/或自然風乾（nature drying)等方式形成。 24、 如申請專利範圍第14項所述之發光二極體裝 置，其中該奈米凹凸結構係一網狀奈米凹凸結構。 25、 如申請專利範圍第μ項所述之發光二極體裝 置’其中該奈米凹凸結構之材質係選自三氧化二鋁 φ (Al2〇3)、氮化石夕（Si3N4)、二氧化錫（Sn〇2)、二氧化石夕 (Si〇2)、樹脂、聚碳酸酯（p〇lycarb〇nate)及其組合所構成 之群組。 26、 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體裝 置，其中該微奈米粗化結構係以一堆疊製程或燒結製程 所形成。 27、 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體裝 置’其中該電流擴散層之材質係為銦錫氧化物（Indium tin oxide ’ ITO)、摻紹氧化鋅（aiuminuin doped zinc 17 1363435 oxide，AZO)、氧化鋅（Zn〇)、鎳/金（Ni/Au)或氧化銻錫。 28、 一種發光二極體裝置的製造方法，其包括以下 步驟： 形成一蠢晶疊層於二磊晶基板上； 形成一電流擴散層於該磊晶疊層上； 形成一反射層於該電流擴散層上； 形成一導熱絕緣層於該反射層上； 將一導熱基板藉由一導熱黏貼層與該導熱絕緣層 結合； 移除該蟲晶基板；以及 形成一微奈米結構於該磊晶疊層上。 29、 如申請專利範圍第28項所述之製造方法’其 中形成該磊晶疊層之步驟係包括： 形成一第一半導體層於該磊晶基板上； 形成一發光層於該第一半導體層上；以及 形成一第二半導體層於該發光層上。 30、 如申請專利範圍第29項所述之製造方法，其 中該第一半導體層係為一 ρ型磊晶層或一 Ν型磊晶 層，且該第二半導體層係為一 Ν型磊晶層或一 ρ型磊 晶層。 31、 如申請專利範圍第29項所述之製造方法，其 中於移除該蟲晶基板之前.，更包括一步驟·· 翻轉該發光二極體裝置。 32、 如申請專利範圍第29項所述之製造方法，其 1363435 中於移除該磊晶基板之後，更包括一步驟： 移除部分之該磊晶疊層，以暴露出部分之該電流擴 散層或該第二半導體層。 33、 如申請專利範圍第32項所述之製造方法，其 中於移除部分之該磊晶疊層之後，更包括一步驟： 形成一第一電極於該第一半導體層上；以及 形成一第二電極於所暴露於該電流擴散層或該第 一半導體層上。 34、 如申請專利範圍第32項所述之製造方法，其 中於形成該微奈米粗化結構於該磊晶疊層上之後，更包 括一步驟： 移除部分之該微奈米粗化結構，以暴露出部分之該 第一半導體層。 35、 如申請專利範圍第34項所述之製造方法，其 中於移除部分之該微奈米粗化結構之後，更包括： 形成一第一電極於該第一半導體層上；以及 形成一第二電極於所暴露之該電流擴散層上。 36、 如申請專利範圍第28項所述之製造方法，其 中該微奈米粗化結構係以一堆疊製程或一燒結製程所 形成。 37、 如中請專利範圍第28項所述之製造方法，其 中該微奈米粗化結構之折射率係大於空氣之折射率，且 該微奈米粗化結構之折射率係小於該磊晶疊層之折射 1363435 38、 如申請專利範圍第28項所述之製造方法， 中該微奈米粗化結構係包括複數個奈米球或—奈其 凸結構。 〆’下〜、凹 39、 如申請專利範圍第38項所述之製造方法，其 中該些奈米球之粒徑可為相同或不同。 、 4〇、如申請專利範圍第38項所述之製造方法，其 中該二不米球係為具未飽和鍵之有機單體聚合而成之 有機尚分子。 41如申凊專利範圍第40項所述之製造方法，其 中該有機高分子係選自苯乙稀系列、丙稀酸系列及馬來 酸系列之一及其組合所樽成之群組。 42、 如申請專利範圍第38項所述之製造方法，其 中該些奈米球係由一無機與一有機成分所組成。 43、 如申請專利範圍第42項所述之製造方法，其 中該些奈来球係選自碳，石夕、碳-欽、碳·錯、碳紹系列 之一及其組合所構成之群組。 ^ 44、如申請專利範圍第38項所述:之製造方法，其 _该些奈米球係由—無機成份所組成。 45如申凊專利範圍第44項所述之製造方法，其 二不米球係選自石夕、鈦、錯、金、銀、鐵、紹、銅、 鋅及其組合所構成之群組。 46、如申請專利範圍第38項所述之製造方法，其 中該些奈料具抗反射之功能。 47如申請專利範圍第38項所述之製造方法，其 20 南導熱 =:f —或 二::=:::8:所，製造方法，其 之材買係選自石夕、钟化鎵、磷化鎵、碳化 石夕、氮化H氮化紹、銅及其把合所構成的群組。 56、 如中請專利範圍第28項所述之製造方法，其 中該導熱f貼層之材質係為金、錫膏、錫銀膏、銀膏及 其組合或疋一共晶接合材料。 57、 如申請專利範園第％項所述之製造方法，其 中該共晶接合材料係為♦ _金(si_Au)或金-神（Au_sn)。 22