專利名稱：發(fā)光裝置及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光裝置(light-emitting device，LED)，且特別涉及具有不平整有源層(textured active layers)的發(fā)光裝置的制造方法及其形成結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
如發(fā)光二極管(light-emitting diode)或激光二極管(laser diode)的發(fā)光裝置(light-emitting device,LED)已廣泛地于許多應(yīng)用中使用。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知悉，發(fā)光裝置可包括具有形成于一基板上的多個半導(dǎo)體層的一半導(dǎo)體發(fā)光元件。上述基板可由如砷化鎵(gallium arsenide)、磷化鎵(gallium phosphide)、上述材料的合金、碳化硅(silicon carbide)及/或藍寶石(sapphire)等材料所形成。發(fā)光裝置的持續(xù)發(fā)展中已產(chǎn)生了涵蓋可見光譜及可見光譜以外的高效率且堅固耐用的光源。如此，伴隨著其可能的長效壽命的固態(tài)裝置的使用，將有助于其于多種新穎顯示應(yīng)用中的使用，且可使得發(fā)光裝置處于媲美于傳統(tǒng)白熾燈泡(incandescent lamp)與熒光(fluorescent lamp)燈泡的地位。發(fā)光裝置由有源層發(fā)出光線。如此，光線可由有源層的相對側(cè)而漏出。然而，于某些情況下，如當發(fā)光裝置用于照明用途時，則可優(yōu)選地使光線僅導(dǎo)向至朝向發(fā)光裝置的一側(cè)，以使得光線經(jīng)過散射而達到較均勻的光分布情形。一般來說，圖案化的封裝基板連結(jié)于發(fā)光裝置芯片以重新導(dǎo)引光線朝向所期望的方向。然而上述方法造成了封裝基板及用于連結(jié)發(fā)光裝置芯片至封裝基板的連結(jié)工藝的成本與復(fù)雜性的增加。此外，采用上述封裝基板的解決方案并無法改善其光漏出效率(light-extraction efficiency) 0

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種裝置及其形成方法，以解決上述公知問題。依據(jù)一實施例，本發(fā)明提供了一種發(fā)光裝置，包括一不平整基板，包括自該不平整基板的一頂面延伸進入該不平整基板內(nèi)的一第一溝槽，其中該溝槽包括一第一側(cè)壁與一底部；以及一發(fā)光單元，位于該不平整基板上且包括一有源層及具相反導(dǎo)電特性的一第一覆蓋層與一第二覆蓋層，其中該有源層包括平行于該第一側(cè)壁的一第一部以及平行于該溝槽的該底部的一第二部，而該第一覆蓋層與該第二覆蓋層位于該有源層的相對側(cè)。依據(jù)另一實施例，本發(fā)明提供了一種發(fā)光裝置，包括一不平整基板，包括具有一頂部、平行且低于該頂部的一底部及連結(jié)該頂部與該底部且于該頂部與該底部之間形成一傾斜角的一傾斜部的一不平整頂面；以及一發(fā)光單元。該發(fā)光單元包括一第一覆蓋層，具有一第一導(dǎo)電特性且位于該不平整頂面之上；一有源層，位于該第一覆蓋層之上；以及一第二覆蓋層，具有相反于該第一導(dǎo)電特性的一第二導(dǎo)電特性且位于該有源層之上，其中該第一覆蓋層、該有源層與該第二覆蓋層分別為包括多個第一部、第二部與第三傾斜部的多個順應(yīng)的不平整膜層，且其中該些第二部平行且高于該些第ー部。依據(jù)又ー實施例，本發(fā)明提供了ー種發(fā)光裝置，包括ー不平整基板，包括自該不平整基板的ー頂面延伸進入該不平整基板內(nèi)的ー溝 槽，其中該溝槽包括ー第ー側(cè)壁與ー底部；以及ー發(fā)光單元。該發(fā)光單元包括ー第ー覆蓋 層，具有ー第ー導(dǎo)電特性且位于該不平整基板的該頂面之上；ー有源層，位于該第ー覆蓋層 之上；以及ー第ニ覆蓋層，具有相反于該第ー導(dǎo)電特性的ー第ニ導(dǎo)電特性且位于該有源層 之上，其中該第ー覆蓋層、該有源層與該第ニ覆蓋層具有ー非平坦頂面。依據(jù)另ー實施例，本發(fā)明提供了ー種發(fā)光裝置的形成方法，包括提供ー基板；形成沿著該基板的ー底面延伸進入該基板的ー第ー溝槽，其中該第 ー溝槽包括ー第ー側(cè)壁與ー底部；以及形成包括位于該基板上的具有ー第ー導(dǎo)電特性的 ー第ー覆蓋層、位于該第ー覆蓋層上的ー有源層以及位于該有源層上具有相反于該第ー導(dǎo) 電特性的ー第ニ導(dǎo)電特性的ー第ニ覆蓋層的ー發(fā)光單元，其中該有源層包括平行于該第ー 溝槽的該第ー側(cè)壁的ー第ー部以及平行于該第ー溝槽的該底部的ー第ニ部，且該第ー覆蓋 層、該有源層與該第ニ覆蓋層分別為ー非平坦膜層。本發(fā)明可增加光輸出區(qū)域并可增加單ー芯片的出射光總量。再者，所發(fā)出的光線 經(jīng)過散射更為均勻，因而使得其可適用于照明應(yīng)用，例如做為燈泡的應(yīng)用。光線的散射可通 過于發(fā)光單元形成處的基板內(nèi)而不是于封裝基板內(nèi)直接形成溝槽而達成。如此，本發(fā)明的 實施例提供了關(guān)于較低成本與較不復(fù)雜的ー制造方法。為讓本發(fā)明的上述目的、特征及優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉ー優(yōu)選實施例，并配 合附圖，進行詳細說明。


圖1-圖5為ー系列剖面圖與俯視圖，分別顯示了依據(jù)本發(fā)明的ー實施例的發(fā)光裝 置的制造方法的中間階段，其中發(fā)光單元形成于ー不平整基板(textured substrate)之 上。其中，附圖標記說明如下20 基板；203 基板的頂面；22 光致抗蝕劑；24 開ロ；沈 溝槽；26_1 溝槽的側(cè)壁；26_2 溝槽的底部；28 掩模；30 溝槽；40 發(fā)光單元；44 緩沖層；46 覆蓋層；48 多重量子講；
50 覆蓋層；5254 頂電極；100 芯片；100_1 芯片的中心點；Si、S2 間距；W1、W2、W3 開口的水平尺寸/開口的寬度；α 1、α 2、α 3 側(cè)壁的傾斜角；L1、L2、L3 開口的長度。
具體實施例方式于下文中將描述本發(fā)明的實施例的新穎發(fā)光裝置及其形成方法。并將圖示于實施例中的制造過程中的中間階段。并接著討論本發(fā)明的實施例的變化與操作。于這些不同附圖與解說的實施例中，采用相同標號以代表相同的元件。請參照圖1，首先提供包括基板20的芯片100。芯片100可為包括多個相同芯片的一未經(jīng)分割晶片(im-diced wafer)的一部。于一實施例中，基板20可由藍寶石(sapphire， Al2O3)所形成。于其他實施例中，基板20為一含硅基板(silicon-containing substrate), 例如碳化硅基板(silicon carbide substrate)或硅基板。于其他實施例中，基板20包括 III族及/或V族元素的化合物半導(dǎo)體材料，或包括公知的III-V族化合物半導(dǎo)體材料。請參照圖2，于基板20上形成光致抗蝕劑22并圖案化之以于其內(nèi)形成多個開口對。于一實施例中，這些開口 M內(nèi)不同開口的水平尺寸(即寬度或長度，例如為W1、W2與 W3)可能相異，雖然于芯片100上的這些開口 M的水平尺寸也可能相同。再者，介于相鄰的開口 M之間的間距(例如Sl與S2)可能彼此為相同或為相異。如此，于芯片100的不同區(qū)域內(nèi)的開口 M的圖案密度可具有變化，其中位于一區(qū)域內(nèi)的開口 M的圖案密度等于區(qū)域內(nèi)的開口 M的整個區(qū)域除以上述區(qū)域的整個區(qū)域。于上述實施例中，其中于芯片100上的開口 M的水平尺寸與間距可為相同的，于整個芯片100上的開口 M的圖案密度大體相同。請參照圖3A，穿透開口對蝕刻基板20以形成多個分隔的溝槽沈，其自基板20的頂面20a延伸進入基板20內(nèi)。于下文中，經(jīng)蝕刻后的的基板20優(yōu)選地稱之為不平整基板 (textured substrate)。包括了溝槽沈的經(jīng)蝕刻后的基板20的表面稱之為不平整頂面 (textured top surface)，其包括了部分的原先頂面20a、溝槽沈的側(cè)壁(sidewall) 26_1、 以及溝槽26的底部(bottom)沈_2。于一實施例中，于剖面圖中的側(cè)壁與底部沈_2 大體為直線的，雖然其也可為彎曲。上述蝕刻可為一干蝕刻(dry etching)，雖然其也可采用其他的蝕刻方法。通過調(diào)整蝕刻程序中的工藝條件，可調(diào)整側(cè)壁的傾斜角(slant angles) α (示出為α 、α 2、α 3等)至距水平線為少于45度并大于約1度(或大于10 度或15度)，或調(diào)整至相對于水平線為介于約10度至45度，或調(diào)整至甚至是相對于水平線為介于15-35度。接著移除光致抗蝕劑22。請參照圖:3Β，顯示了圖3Α內(nèi)結(jié)構(gòu)的俯視情形，其中圖3Α內(nèi)所示的剖面結(jié)構(gòu)是由沿圖3Β內(nèi)的剖線3Α-3Α的一平面而得到。于一實施例中，從俯視觀之，這些溝槽沈為具有彼此相近的個別寬度與長度的長方形形狀(而因此溝槽沈具有正方形的形狀)。于其他實施例中，如圖3C所示(為一俯視圖)，這些溝槽沈可為長條狀(long strips) 0于其他實施例中，如圖3D所示(也為一俯視圖)，溝槽沈形成了封閉回圈(closed loop)，其可環(huán)繞芯片100的中心100_1，或環(huán)繞位于芯片100內(nèi)除了中心100_1以外的的其他選擇點。不同溝槽沈的尺寸(例如于圖3B內(nèi)的長度L1-L3以及寬度W1-W3)以及間距S (例如于圖內(nèi)的間距Sl與S2)可為相同或相異。再者，溝槽沈也可依照一周期圖案(periodic pattern) 或一隨機圖案(random pattern)而設(shè)置。于形成溝槽沈的蝕刻步驟中，于芯片100的不同區(qū)域內(nèi)的溝槽輪廓通過不同的公知蝕刻技術(shù)與效應(yīng)而得到調(diào)整。舉例來說，公知的微負載效應(yīng)(micro-loading effect) 可影響具有位于一既定范圍的一寬度的溝槽的輪廓。如使用等離子體轟炸(Plasma bombardment)或保護性添加物(protective additives)的其他公知蝕刻技術(shù)也可影響溝槽的輪廓。請參照先前的圖3A，可以觀察到傾斜角α 1可不同于α 2，而傾斜角α 1可大于 (或小于)傾斜角α 2約2度、5度或甚至10度。此外，傾斜角α 2也可大于(或小于)傾斜角α 3約2度、5度或甚至10度。上述情形可依照所使用的蝕刻技術(shù)而調(diào)整相對的寬度 WU W2與W3。所期望的圖案負載效應(yīng)可通過相對地調(diào)整間距Sl與間距S2與S3而達成。 如此，于芯片100上便可存在有彼此之間并不相同的多個傾斜角α。圖4示出了形成具有優(yōu)選傾斜角的溝槽沈(未顯示于圖4中，請參照圖3Α-圖3D) 的一特定實施例。首先，于基板20之上形成包括一聚合物(polymer)的掩模觀。于掩模觀內(nèi)采用如激光微加工程序(laser micro-machining)的方法以形成多個溝槽30。這些溝槽 30的圖案可相似于溝槽沈的圖案。然而，溝槽30的深寬比可相同或不同于溝槽沈的各別的深寬比。接著使用可同時蝕刻基板20與掩模觀的具有如介于0. 5 2的優(yōu)選蝕刻選擇比的蝕刻化學(xué)品以蝕刻掩模觀與其下方的基板20。于上述蝕刻程序中，基板20與掩模 28的露出部當其暴露于蝕刻化學(xué)品中時皆受到蝕刻。然而，于掩模洲較厚的位置處，于基板20暴露于蝕刻化學(xué)品之前便需要較多時間以蝕刻掩模觀。如此，掩模觀內(nèi)的圖案可轉(zhuǎn)移至基板20內(nèi)。于一實施例中，當基板20與觀具有相同蝕刻率時(即具有接近1的蝕刻選擇比時)，掩模觀內(nèi)的圖案可大體正確地轉(zhuǎn)移至其下方的基板20內(nèi)。于一實施例中，當基板20具有高于掩模觀的蝕刻率時，所形成的溝槽26 (未顯示于圖4內(nèi)，請參照圖3A)可較位于其上的各別溝槽30具有較高的深寬比(aspect ratio) 0相反地，于一實施例中，當基板20具有較掩模觀為低的蝕刻率時，所形成的溝槽沈可較位于其上的各別溝槽30具有較低的深寬比。所得到的不平整基板20則相似于圖3A內(nèi)所示的不平整基板20。于其他實施例中，則可采用激光微加工程序直接于基板20上形成具有優(yōu)選輪廓的溝槽沈，借以取代采用蝕刻以形成不平整基板20。接著，如圖5所示，形成發(fā)光單元40于不平整基板20的不平整頂面上。于一實施例中，于基板20上形成一緩沖層44，且其可接觸基板20的不平整頂面。緩沖層44可包括一未摻雜的氮化鎵(un-doped gallium nitride)。接著于緩沖層44上形成發(fā)光單元40 的多個膜層。發(fā)光單元可包括位于緩沖層44上的具有第一導(dǎo)電特性的覆蓋層(cladding layer) 46、位于覆蓋層46之上作為發(fā)射光線的有源層之用的至少一多重量子阱(multiple quantum well, MQff)48以及位于多重量子阱48上的具有相反于第一導(dǎo)電特性的第二導(dǎo)電特性的覆蓋層50。于一實施例中，覆蓋層46為一 n-GaN膜層(摻雜有η型摻質(zhì)的GaN膜層)，多重量子阱48由InGaN所形成，而覆蓋層50為一 ρ-GaN膜層(摻雜有ρ型摻質(zhì)的GaN膜層)。形成多個頂電極(也作為由金屬所形成的焊墊)52與M，以分別電性連結(jié)覆蓋層 46與50。如此，通過施加一電壓于電極52與M時，可激發(fā)發(fā)光單元40以發(fā)射光線?？梢岳斫獾氖?，發(fā)光單元40可具有多種設(shè)計，且這些其他設(shè)計也屬本發(fā)明的范疇。當溝槽沈的深度夠深時，這些膜層44、46、48、50、52與M可具有部分延伸至溝槽沈內(nèi)?；蛘?，當溝槽 26相對淺時，僅這些膜層44、46、48、50、52與M其中之一的部分可延伸進入溝槽沈之內(nèi)， 而其他的上方膜層則將位于基板20的頂面20a之上，如此意味著這些膜層44、46、48、50、52 與M分別包括部分平行于側(cè)壁的一部、平行于底部沈_2的一部以及平行于頂面20a 的一部。上述膜層46、48與50的形成方法包括外延生長。而頂電極52與M可采用如濺鍍(sputtering)的物理氣相沉積(PVD)形成，雖然其也可采用其他方法所形成。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可理解上述工藝的細節(jié)，故在此不再細述其制造細節(jié)。這些膜層44、46、48、50、52與討為非平坦膜層(non-flat layers)，且可為順應(yīng)的不平整膜層，其意味著位于溝槽26的側(cè)壁上這些膜層的部分將具有大體相同于其位于溝槽26的底部沈_2的這些膜層的部分的厚度，以及具有大體相同其膜層位于基板20的頂面20a的未經(jīng)蝕刻部上部分的厚度。如此，這些膜層44、46、48、50、52與M可順著基板 20的不平整頂面的輪廓而設(shè)置。于如圖5所示的剖面圖可以觀察到基于側(cè)壁的不同傾斜角α (標示為α 1、 α 2、α幻，有源層48可包括具有不同傾斜角的部分。因此，由具有不同傾斜角α的有源層 48的不同部分所發(fā)出光線導(dǎo)向至不同方向。舉例來說，圖5示意地示出了五個不同的光方向(雖然光也朝向其他方向發(fā)射)，其方向垂直于有源層48的各部分。隨著具有不同傾斜角的更多溝槽26的形成，光方向的數(shù)量可更增加。如此，可更均勻地散射由發(fā)光單元40所發(fā)出的光?？梢杂^察到的是有源層48具有一非平坦輪廓，因此有源層48的區(qū)域可較有源層為平行于基板20的頂面20a的一平坦膜層的實施例中得到增加。如此，可增加光輸出區(qū)域并可增加單一芯片的出射光總量。再者，由本實施例所發(fā)出的光線經(jīng)過散射更為均勻地，因而使得其可適用于照明應(yīng)用，例如做為燈泡的應(yīng)用。光線的散射可通過于發(fā)光單元形成處的基板內(nèi)而不是于封裝基板內(nèi)直接形成溝槽而達成。如此，本發(fā)明的實施例提供了關(guān)于較低成本與較不復(fù)雜的一制造方法。雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視隨附的權(quán)利要求所界定的保護范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括一不平整基板，包括自該不平整基板的一頂面延伸進入該不平整基板內(nèi)的一第一溝槽，其中該溝槽包括一第一側(cè)壁與一底部；以及一發(fā)光單元，位于該不平整基板上且包括一有源層及具相反導(dǎo)電特性的一第一覆蓋層與一第二覆蓋層，其中該有源層包括平行于該第一側(cè)壁的一第一部以及平行于該溝槽的該底部的一第二部，而該第一覆蓋層與該第二覆蓋層位于該有源層的相對側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該有源層的該第一部與該第二部位于第一溝槽之內(nèi)，且其中該有源層還包括位于該不平整基板的該頂面上的一第三部。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括一第二溝槽，自該表面延伸進入該不平整基板內(nèi)， 其中該第二溝槽包括不同于該第一側(cè)壁的一第一傾斜角的一第二傾斜角的一第二側(cè)壁，且其中該有源層包括平行于該第二側(cè)壁的一第三部。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中該第一傾斜角與該第二傾斜角之間具有大于2度的差異。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該第一側(cè)壁具有相較于水平面為少于45度的一傾斜
6.一種裝置，包括一不平整基板，包括自該不平整基板的一頂面延伸進入該不平整基板內(nèi)的一溝槽，其中該溝槽包括一第一側(cè)壁與一底部；以及一發(fā)光單元，包括一第一覆蓋層，具有一第一導(dǎo)電特性且位于該不平整基板的該頂面之上；一有源層，位于該第一覆蓋層之上；以及一第二覆蓋層，具有相反于該第一導(dǎo)電特性的一第二導(dǎo)電特性且位于該有源層之上，其中該第一覆蓋層、該有源層與該第二覆蓋層具有一非平坦頂面。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中該有源層包括位于該不平整基板的該頂面上的一第一部，以及延伸進入該溝槽內(nèi)的一第二部。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，還包括一金屬電極位于該第二覆蓋層之上并電性連結(jié)之，其中該金屬電極包括平行于該有源層的該非平坦表面的該第二部的一傾斜部。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中該有源層的該非平坦表面的該第二部包括平行于該溝槽的該側(cè)壁的一側(cè)壁部，以及平行于該溝槽的該底部的一底部。
10.如權(quán)利要求6所述的裝置，還包括多個分隔的溝槽，自該不平整基板的該頂面延伸進入該不平整基板內(nèi)，而所述多個分隔的溝槽具有不同的傾斜角，且所述多個不同的傾斜角之間具有大于約5度的差異。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述多個分隔的溝槽相互分開，且從該不平整基板的俯視觀之為一長方形。
12.一種裝置的形成方法，包括提供一基板；形成沿著該基板的一底面延伸進入該基板的一第一溝槽，其中該第一溝槽包括一第一側(cè)壁與一底部；以及形成包括位于該基板上的具有一第一導(dǎo)電特性的一第一覆蓋層、位于該第一覆蓋層上的一有源層以及位于該有源層上具有相反于該第一導(dǎo)電特性的一第二導(dǎo)電特性的一第二覆蓋層的一發(fā)光單元，其中該有源層包括平行于該第一溝槽的該第一側(cè)壁的一第一部以及平行于該第一溝槽的該底部的一第二部，且該第一覆蓋層、該有源層與該第二覆蓋層分別為一非平坦膜層。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置的形成方法，其中形成該第一溝槽的步驟包括蝕刻該基板或施行一激光微加工程序。
全文摘要
一種發(fā)光裝置及其形成方法，所述發(fā)光裝置包括一不平整基板，包括自該不平整基板的一頂面延伸進入該不平整基板內(nèi)的一第一溝槽，其中該溝槽包括一第一側(cè)壁與一底部。一發(fā)光單元，位于該不平整基板上且包括一有源層及具相反導(dǎo)電特性的一第一覆蓋層與一第二覆蓋層，其中該有源層包括平行于該第一側(cè)壁的一第一部以及平行于該溝槽的該底部的一第二部，而該第一覆蓋層與該第二覆蓋層位于該有源層的相對側(cè)。本發(fā)明可增加光輸出區(qū)域并可增加單一芯片的出射光總量。
文檔編號H01S5/24GK102194945SQ201010249198
公開日2011年9月21日 申請日期2010年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月9日
發(fā)明者黃信杰 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司