TWI610459B - 微型發光二極體裝置與其製造方法 - Google Patents
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Abstract
微型發光二極體裝置包含第一半導體層、主動層以及第二半導體層。第一半導體層具有第一底面。主動層設置於第一半導體層上。第二半導體層具有第二底面，並設置於主動層上。第二半導體層相對主動層之表面為微型發光二極體裝置之出光面。第二半導體層具有不同的厚度，其中第二半導體層的厚度中之最小者位於第二半導體層的邊緣或第二半導體層的至少一側邊。第一半導體層、主動層以及第二半導體層垂直投影至第一底面的範圍實質上相同。
Description
本發明是有關於一種微型發光二極體裝置與其製造方法。
隨著科技進步，發光二極體已經成為常見且廣泛應用於商業用途中的元件。以作為光源而言，發光二極體具有許多優點，包含能量消耗低、使用壽命長以及開關切換快速。也因此，傳統光源已經逐漸被發光二極體光源替代。
除了作為光源以外，發光二極體技術也已經於顯示技術中開始發展。例如，透過形成微型發光二極體作為像素的微型發光二極體顯示技術已經在這幾年被開發出來。
然而，相較於傳統發光二極體，微型發光二極體具有較小的出光面面積。而由於微型發光二極體具有較小的出光面面積，其出光效率也連帶偏低。也就是說，微型發光二極體存在有亮度不足的問題，而如何能有效解决上述問題，亦成為當前相關領域極需改進的目標。
本發明之一實施方式提供一種微型發光二極體裝置，包含第一半導體層、主動層以及第二半導體層。第一半導體層具有第一底面。主動層設置於第一半導體層上。第二半導體層具有第二底面，並設置於主動層上。第二半導體層相對主動層之表面為微型發光二極體裝置之出光面，第二半導體層具有不同的厚度，且第二半導體層的厚度中之最小者位於第二半導體層的邊緣或第二半導體層的至少一側邊。第一半導體層、主動層以及第二半導體層垂直投影至第一底面的範圍實質上相同。
於部分實施方式中，出光面具有第一頂點與第一端點，第一頂點至第二底面的垂直距離為第二半導體層的厚度中之最大者，第一端點至第二底面的垂直距離為第二半導體層的厚度中之最小者。
於部分實施方式中，出光面至第二底面的垂直距離由第一頂點向第一端點遞減。
於部分實施方式中，出光面為球面、凸字形或尖形。
於部分實施方式中，出光面具有至少一微結構，其中微結構包含凹陷部或是***部。
於部分實施方式中，第一半導體層之第一底面的形狀為圓形或多邊形，且第一底面與第二底面的形狀與大小實質上相同。
於部分實施方式中，第一頂點至第二底面的垂直距
離大於0微米(μm)並小於或等於20微米(μm)。
於部分實施方式中，第一端點至第二底面的垂直距離介於0微米(μm)至10微米(μm)之間。
於部分實施方式中，第一頂點至第二底面的垂直距離與第一端點至第二底面的垂直距離相差值為大於0微米(μm)並小於或等於10微米(μm)。
於部分實施方式中，第二半導體層對應第一區域具有第一厚度，第二半導體層對應第二區域具有第二厚度，且第一厚度大於第二厚度，使得第一區域與第二區域之間具有至少一段差。
於部分實施方式中，第一厚度的面積佔出光面的總面積的65%至85%之間。
於部分實施方式中，其中第二區域圍繞第一區域設置。
於部分實施方式中，微型發光二極體裝置更包含電極層。電極層設置於第二半導體層上。
本發明之一實施方式提出一種微型發光二極體裝置的製造方法，包含以下步驟。提供第一基板。沉積遮罩層於第一基板上。圖形化遮罩層，用以暴露部分第一基板。蝕刻部分第一基板，並形成凹槽，其中凹槽的中心的深度大於凹槽的邊緣的深度。移除遮罩層。沉積第二半導體層於凹槽。依序沉積主動層以及第一半導體層，其中主動層沉積於第二半導體層上，第一半導體層沉積於主動層上，以完成微型發光二極體裝置形成於第一基板上。轉移第一
基板以及微型發光二極體裝置至第二基板，其中微型發光二極體裝置的第一半導體層與第二基板連接。移除第一基板。
於部分實施方式中，第二半導體層沉積於凹槽內，且填平凹槽。
於部分實施方式中，蝕刻部分第一基板以形成第一形狀，並沉積第二半導體層於凹槽以形成出光面，出光面具有第二形狀，其中第一形狀與第二形狀相同。
於部分實施方式中，製造方法更包含以下步驟。提供面板，並於面板上形成至少一薄膜電晶體。夾取微型發光二極體裝置，使微型發光二極體裝置自第二基板脫離，並移動微型發光二極體裝置至薄膜電晶體上。形成電極層於微型發光二極體裝置之第二半導體層上。
綜上所述，本發明之一實施方式提出一種微型發光二極體裝置。微型發光二極體裝置包含第二半導體層，其中第二半導體層表面為出光面，且第二半導體層中心位置的厚度大於第二半導體層邊緣位置的厚度，使得出光面具有中心較為凸出的剖面形狀。因此，光線於微型發光二極體裝置內部發生全反射的機率可以有效被降低。
100‧‧‧微型發光二極體裝置
104‧‧‧光線
106、108‧‧‧箭頭
110‧‧‧第一半導體層
112‧‧‧第一底面
120‧‧‧主動層
130‧‧‧第二半導體層
132‧‧‧第二底面
134‧‧‧側面
140‧‧‧出光面
141‧‧‧第一頂點
142‧‧‧第一端點
150‧‧‧微結構
160‧‧‧段差
170‧‧‧電極層
171‧‧‧第二頂點
172‧‧‧第二端點
240‧‧‧第一基板
242‧‧‧遮罩層
244‧‧‧凹槽
246‧‧‧第二基板
248‧‧‧光阻層
250‧‧‧面板
252‧‧‧薄膜電晶體
254‧‧‧轉置裝置
A1‧‧‧第一區域
A2‧‧‧第二區域
D1‧‧‧第一深度
D2‧‧‧第二深度
H1‧‧‧第一厚度
H2‧‧‧第二厚度
I-I‧‧‧線段
S10~S120,S50’~S80’‧‧‧步驟
第1A圖與第1B圖分別繪示依照本發明之微型發光二極體裝置的第一實施方式的立體示意圖與側視示意圖。
第2圖繪示依照本發明之微型發光二極體裝置的第二實施方式的側視示意圖。
第3A圖與第3B圖分別繪示依照本發明之微型發光二極體裝置的第三實施方式的立體示意圖與側視示意圖。
第4A圖與第4B圖分別繪示依照本發明之微型發光二極體裝置的第四實施方式的立體示意圖與側視示意圖。
第5A圖與第5B圖分別繪示依照本發明之微型發光二極體裝置的第五實施方式的立體示意圖與沿線段I-I的側剖面示意圖。
第6圖繪示依照本發明之微型發光二極體裝置的第六實施方式的立體示意圖。
第7A圖至第7C圖分別繪示依照本發明之微型發光二極體裝置的第七實施方式中的不同實施例的側視示意圖。
第8A圖與第8B圖分別繪示依照本發明之微型發光二極體裝置的第八實施方式中的不同實施例的側視示意圖。
第9A圖至第9D圖分別繪示依照本發明第九實施方式之微型發光二極體裝置不同實施例的底視示意圖。
第10A圖至第10L圖分別繪示依照本發明之微型發光二極體裝置的製造方法的第一實施方式於不同階段的示意圖。
第11A圖與第11B圖分別繪示第10C圖中之第一基板不同實施例的側視示意圖。
第12A圖至第12D圖分別繪示依照本發明之微型發光二極體裝置的製造方法的第二實施方式於不同階段的側視
示意圖。
以下將以圖式及詳細說明清楚說明本發明之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在了解本發明之較佳實施方式後，當可由本發明所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本發明之精神與範圍。
由於微型發光二極體裝置具有小尺寸特性，因此具有更多更廣的應用範圍，例如適合作為顯示器的像素。然而，微型發光二極體裝置所具有的小尺寸也使得其出光區域被縮減，而有發光量不足的問題。有鑑於此，本發明之微型發光二極體裝置藉由第二半導體層具有不同的厚度，使得中間厚度大於兩側厚度，且其厚度中之最小者位於其邊緣或其至少一側邊，使得出光面具有中心較為凸出的剖面形狀。因此，微型發光二極體裝置內部光線發生全反射的機率將下降，進而提升微型發光二極體裝置的出光效率。
第1A圖與第1B圖分別繪示依照本發明之微型發光二極體裝置100的第一實施方式的立體示意圖與側視示意圖。微型發光二極體裝置100包含第一半導體層110、主動層120以及第二半導體層130。第一半導體層110具有第一底面112。主動層120設置於第一半導體層110上。第二半導體層130設置於主動層120上且具有第二底面132，其中第二半導體層130相對主動層120之表面為微型發光二極體裝置100之出光面140。第二半導體層130具有不同的
厚度，此厚度是指從第二底面132至出光面140的垂直距離，例如第一厚度H1為在第二半導體層130中心處的厚度，而第二厚度H2為第二半導體層130邊緣處的厚度。第二半導體層130的厚度中之最小者位於第二半導體層130的邊緣或第二半導體層130的至少一側邊。第一半導體層110、主動層120以及第二半導體層130垂直投影至第一底面112的範圍實質上相同。
第1A圖與第1B圖中，微型發光二極體裝置100是以第二半導體層130的上表面作為出光面140。第二半導體層130的第二底面132為平面，亦即主動層120的上表面為平面。本實施方式中，第二半導體層130具有球面的出光面，出光面140具有第一頂點141與第一端點142，第一頂點141至第二底面132的垂直距離為第二半導體層130的厚度中之最大者，第一端點142至第二底面132的垂直距離為第二半導體層130的厚度中之最小者。換言之，出光面140的第一頂點141(或實質中心)位置是位於出光面140的最高點，其切線會平行於第二底面132。此外，第1A圖與第1B圖所繪之第二半導體層130可以視作以柱體與部分球體組合而成。柱體為如箭頭106所標記之部分，部分球體為如箭頭108所標記之部分。
由於傳統的微型發光二極體裝置所具有的出光面為平面，部分由主動層射向出光面的光線會因為較大的入射角而發生全反射。本實施方式中，藉由讓出光面140的形狀被設計為中心較邊緣突出，其例如被設計為球面，自
主動層120射向出光面140的光線104將有較小的入射角。因此，自主動層120所發射的光線104於出光面140上發生全反射的機率將降低，進而提升微型發光二極體裝置100的出光效率。此外，球面的出光面140也可以增加微型發光二極體裝置100的出光表面積，進而提升微型發光二極體裝置100的整體亮度。再者，由於出光面140即為第二半導體層130的表面，因此此配置不需要透過額外設置的透鏡即可實現。
本實施方式中，球面的出光面140除了有效降低光線104於微型發光二極體裝置100內部發生全反射的機率外。球面的出光面140更提供光線104聚焦的效果。也就是說，球面的出光面140提供光線104更佳的指向性，因此也相對提升微型發光二極體裝置100的發光亮度。
本實施方式中，微型發光二極體裝置100中的PN異質接面包含主動層120與第一半導體層110之接面以及主動層120與第二半導體層130之接面，其中PN異質接面可視作微型發光二極體裝置100的發光區域。由於第一半導體層110、主動層120以及第二半導體層130於第一底面112的垂直投影範圍實質上相同，因此微型發光二極體裝置100中的PN異質接面的長度與寬度與第一底面112的長度與寬度大致相同。也就是說，本實施方式的微型發光二極體裝置100不需要改變PN異質接面的尺寸即可降低全反射的發生機率。進一步來說，微型發光二極體裝置100的發光區域面積大小不會被縮減，亦即PN異質接面的出光量也
不會受影響。
第二半導體層130之厚度由出光面140的第一頂點141(或實質中心)向第一端點142遞減。第二半導體層130之第一頂點141至第二底面132的垂直距離為第一厚度H1，第二半導體層130之第一端點142至第二底面132的垂直距離為第二厚度H2。同前所述，第一厚度H1為第二半導體層130厚度中的最大者，第二厚度H2為第二半導體層130厚度中的最小者。於此厚度關係的配置下，第一厚度H1大於0微米(μm)並小於或等於20微米(μm)，而第二厚度H2大於0微米(μm)並小於或等於10微米(μm)。此外，本實施方式之第二半導體層130雖是以柱體與部分球體組合而成為例作說明，然而本發明之微型發光二極體裝置100不以此為限。
於本實施方式中，微型發光二極體裝置100尺寸介於25平方微米(μm2)至10000(μm2)之間，微型發光二極體裝置100邊長限制為100微米(μm)以下。實務上，微型發光二極體裝置100是用以作為顯示面板的像素。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，可以依據顯示面板的像素尺寸需求調整微型發光二極體裝置100的尺寸。
本實施方式中，第一半導體層110為P型半導體，第二半導體層130為N型半導體。P型半導體厚度大於0.1微米(μm)並小於或等於1微米(μm)，N型半導體厚度大於0微米(μm)並小於或等於20微米(μm)，主動層120厚度介於0.5奈米(nm)至50奈米(nm)之間。
此外，P型半導體以及N型半導體的材料將依據微型發光二極體裝置100所提供之色光而有所不同。例如，當微型發光二極體裝置100被設計成提供紅光時，P型半導體以及N型半導體可以是砷化鎵(GaAs)。當微型發光二極體裝置100被設計成提供藍光或綠光時，P型半導體以及N型半導體可以是氮化鎵(GaN)、硒化鋅(ZnS)或氮化鋁(AlN)。主動層120材料可以為氮化鎵(GaN)或氮化銦鎵(InGaN)。
然而，應了解到，以上所舉之半導體層類型僅為例示，而非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，可依實際需要，彈性選擇第一半導體層110以及第二半導體層130的類型。此外，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，可以額外設置P+或是N+類型的半導體層，以增加微型發光二極體裝置100連接電極的歐姆接觸。
此外，第一半導體層110之第一底面112與第二半導體層130的第二底面132形狀與大小實質上相同。同前所述，由於第一半導體層110、主動層120以及第二半導體層130至第一底面112的投影範圍實質上相同，因此微型發光二極體裝置100的形狀以俯視觀之與自第一半導體層110的第一底面112觀之也相同。
第2圖繪示依照本發明之微型發光二極體裝置100的第二實施方式的側視示意圖。本實施方式與第一實施方式不同的地方在於：第一實施方式中的第二半導體層130形狀為由柱體與部分球體疊合而成(請見第1A圖)，而本實
施方式中的第二半導體層130的形狀為移除柱體之區塊並保留部分球體之區塊。
本實施方式中，第二半導體層130具有第一厚度H1以及第二厚度H2。第一厚度H1為出光面140的中心至第二底面132的垂直距離，且第一厚度H1為第二半導體層130厚度中的最大者。第二厚度H2為第二半導體層130對應出光面140的邊緣位置的厚度，亦即第二厚度H2為第二半導體層130厚度中的最小者，且第二厚度H2趨近於零。換言之，第2圖中所標記之第二厚度H2與第一端點142的位置僅為示意，其位置是以對應第二半導體層130厚度中的最小者為準。
除此之外，本實施方式中的第一半導體層110、主動層120以及第二半導體層130的厚度與材料與第一實施方式相同，因此不再重複贅述之。
第3A與第3B圖分別繪示依照本發明之微型發光二極體裝置100的第三實施方式的立體示意圖與側視示意圖。本實施方式與第一實施方式不同的地方在於：本實施方式之第二半導體層130的形狀為金字塔形，第二半導體層130由側面觀之為五邊形。出光面140的中心位於金字塔形第二半導體層130的頂點位置，而出光面140的邊緣切齊於微型發光二極體裝置100的側面102。本實施例中，第二半導體層130的頂點即為第一頂點141，而出光面140邊緣處的角視為第一端點142。第一頂點141可為光面140的中心點或是偏離中心的頂點，並不以此為限。
第二半導體層130具有第一厚度H1以及第二厚度H2。同樣地，第一厚度H1為第一頂點141至第二底面132的垂直距離，且第一厚度H1為第二半導體層130厚度中的最大者。第二厚度H2為第一端點142至第二底面132的垂直距離，且第二厚度H2為第二半導體層130厚度中的最小者，即第二半導體層130的厚度中之最小者位於第二半導體層130的至少一側邊上。此外，第二半導體層130的厚度自第一頂點141的位置至第一端點142的位置線性遞減。
同樣地，本實施方式中，第一厚度H1大於0微米(μm)並小於或等於20微米(μm)，第二厚度H2大於0微米(μm)並小於或等於10微米(μm)。此外，本實施方式中，第一厚度H1與第二厚度H2的相差值為大於0微米(μm)並小於或等於10微米(μm)。
除此之外，本實施方式之第一半導體層110與主動層120的結構與材料以及第二半導體層130的材料與第一實施方式相同，因此不再重複贅述之。
第4A圖與第4B圖分別繪示依照本發明之微型發光二極體裝置100的第四實施方式的立體示意圖與側視示意圖。本實施方式與第三實施方式不同的地方在於：本實施方式之第二半導體層130由側面觀之為三角形。且第二半導體層130的第二厚度H2趨近於零。除此之外，本實施方式之第一半導體層110與主動層120的結構與材料以及第二半導體層130的材料與第三實施方式相同，因此不再重複贅述之。同樣地，第4B圖中所標記之第二厚度H2與
第一端點142的位置僅為示意，其位置是以對應第二半導體層130厚度中的最小者為準。
第5A圖與第5B圖分別繪示依照本發明之微型發光二極體裝置100的第五實施方式的立體示意圖與沿線段I-I的側剖面示意圖。本實施方式與第一實施方式不同的地方在於：本實施方式之第二半導體層130沿線段I-I的剖面形狀為凸字形。因此，出光面140沿線段I-I之剖面具有對應的凸字形。同樣地，第二半導體層130的厚度中之最小者位於第二半導體層130的至少一側邊。
具體而言，凸字形的第二半導體層130具有凸出的第一區域A1以及圍繞第一區域A1的第二區域A2，其中第二半導體層130對應第一區域A1以及第二區域A2分別具有均一的第一厚度H1以及均一的第二厚度H2，且第一厚度H1大於第二厚度H2，因此第二半導體層130於第一區域A1以及第二區域A2之間具有至少一段差160。
同樣地，第一厚度H1大於0微米(μm)並小於或等於20微米(μm)，而第二厚度H2大於0微米(μm)並小於或等於10微米(μm)。本實施方式中，出光面140的第一厚度H1與第二厚度H2之間的相差值為大於0微米(μm)並小於或等於10微米(μm)。
再者，當光線是自第二半導體層130的第一區域A1往第二區域A2行進時，部分光線於出光面140對應第二區域A2的入射角會相對大於光線於出光面140對應第一區域A1的入射角，因此位於第二區域A2之出光面140發生
全反射的機率大於位於第一區域A1之出光面140。於本實施方式的配置中，部分自第一區域A1往第二區域A2行進之光線將會自側面134射出，如第5A圖中光線104之路線。也就是說，凸字形的出光面140可增加表面積，增加光線104的出光機率。再者，又因具有段差160的設計，改變了光線104的入射角，因此可以減少全反射，進而降低光線104於微型發光二極體裝置100內部發生全反射的機率。
綜上所述，本實施方式之微型發光二極體裝置100的第二半導體層130與出光面140為凸字形且第二半導體層130具有段差160，進而降低全反射機率與增加出光效率。
此外，出光面140對應第二半導體層130具有第一厚度H1位置的面積佔出光面140的總面積的65%至85%之間，亦即位於第一區域A1的出光面140佔出光面140的總面積的65%至85%之間。於此配置下，微型發光二極體裝置100內部發生全反射的機率有效被降低，使得微型發光二極體裝置的出光效率可更進一步提升。
然而，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，可依實際需要彈性選擇段差160數量。例如將出光面140設計成階梯狀(多個段差160)的表面。除此之外，本實施方式之第一半導體層110與主動層120的結構與材料以及第二半導體層130的材料與第一實施方式相同，因此不再重複贅述之。
第6圖繪示依照本發明之微型發光二極體裝置的第六實施方式的立體示意圖。本實施方式與第五實施方式不同的地方在於：本實施方式之第二半導體層130的第二區域A2位於第一區域A1的相對兩側。第二半導體層130的剖面為凸字狀並具有凸出的第一區域A1，而位於第一區域A1相對兩側的部分為第二半導體層130的第二區域A2。
同樣地，第二半導體層130的厚度中之最小者位於第二半導體層130的至少一側邊。第二半導體層130的第一區域A1以及第二區域A2分別具有第一厚度H1以及第二厚度H2，且第一厚度H1大於第二厚度H2。因此，第二半導體層130於第一區域A1以及第二區域A2之間具有段差160。第二半導體層130的第一厚度H1與第二厚度H2之配置與第五實施方式相同，因此不再重複贅述之。此外，位於第一區域A1的面積同樣佔出光面140的總面積的65%至85%之間。
除此之外，本實施方式之第一半導體層110與主動層120的結構與第一實施方式相同，而第一半導體層110與主動層120以及第二半導體層130的材料也與第一實施方式相同，因此不再重複贅述之。
第7A圖至第7C圖分別繪示依照本發明之微型發光二極體裝置100的第七實施方式中的不同實施例的側視示意圖。本實施方式之微型發光二極體裝置100的出光面140具有至少一微結構150。第7A圖與第7B圖是以微型發光二極體裝置100的第一實施方式的出光面140具有微結
構150為例。第7C圖是以微型發光二極體裝置100的第五實施方式的出光面140具有微結構150為例。
本實施方式中，微結構150包含凹陷部或是***部。舉例而言，第7A圖與第7C圖之微結構150包含***部，其中***部作為第二半導體層130表面的凸起結構。第7B圖之微結構150包含凹陷部，其中凹陷部作為第二半導體層130表面的凹陷結構(亦即第7B圖所繪之虛線係表示第二半導體層130表面具有此凹陷結構的位置)。透過微結構150，自主動層120射向出光面140的光線於出光面140上的入射角再次被改變，使得光線於微型發光二極體裝置100內部發生全反射的機率再次被降低，進而提升微型發光二極體裝置100的出光效率。
除此之外，本實施方式之第一半導體層110、主動層120以及第二半導體層130的結構與材料與對應的實施方式相同，因此不再重複贅述之。
第8A圖與第8B圖分別繪示依照本發明之微型發光二極體裝置100的第八實施方式中的不同實施例的側視示意圖。本實施方式之微型發光二極體裝置100更包含電極層170。第8A圖是以將電極層170設置於微型發光二極體裝置100的第一實施方式為例。第8B圖是以將電極層170設置於微型發光二極體裝置100的第五實施方式為例。
本實施方式中，電極層170設置於第二半導體層130上。電極層170具有均勻的厚度，且其形狀對應於出光面140的形狀。舉例而言，第8A圖與第8B圖的電極層170
分別為球形與凸字形。由於電極層170的形狀對應於出光面140的形狀，因此微型發光二極體裝置100內部仍可維持相對較低的光線全反射機率。
電極層170之材料為透明電極，例如銦鎵鋅氧化物(Indium-Gallium-Zinc Oxide；IGZO)、銦錫氧化物(Indium-Tin Oxide；ITO)、銦鋅氧化物(Indium-Zinc Oxide；IZO)、鋅錫氧化物(Zinc-Tin Oxide；ZTO)、鎵鋅氧化物(Gallium-Zinc Oxide；GZO)或其組合。
除此之外，本實施方式之第一半導體層110、主動層120以及第二半導體層130的結構與材料與對應的實施方式相同，因此不再重複贅述之。
第9A圖至第9D圖分別繪示依照本發明之微型發光二極體裝置100的第九實施方式中的不同實施例的底視示意圖。如第9A圖所示，微型發光二極體裝置100自第一底面112觀之的形狀可以為矩形。如第9B圖所示，微型發光二極體裝置100自第一底面112觀之的形狀也可以為圓形，不同多邊形的形狀也應當在本揭露實施例的保護範疇內。如第9C圖所示，微型發光二極體裝置100自第一底面112觀之的形狀也可以為長方形。如第9D圖所示，微型發光二極體裝置100自第一底面112觀之的形狀也可以為三角形。
第10A圖至第10L圖分別繪示依照本發明之微型發光二極體裝置的製造方法的第一實施方式於不同階段的示意圖。本實施方式中，微型發光二極體裝置的製造方法
是以形成結構如微型發光二極體裝置的第一實施方式(請見第1A圖)為例作說明。此外，第10A圖至第10H圖為側視示意圖，第10I至第10L圖為立體示意圖。
第10A圖中，步驟S10為提供第一基板240，並形成遮罩層242於第一基板240上，其中遮罩層242經由沉積方式形成於第一基板240上。於本實施方式中，遮罩層242可以視為蝕刻製程時的硬式遮罩(hard mask)，其中遮罩層242可以由氧化矽或氮化矽構成。
此外，第一基板240之材料的選用為依據微型發光二極體裝置所提供的色光而有不同。舉例而言，當形成提供紅光的微型發光二極體裝置時，第一基板240可以由砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、磷化銦(InP)或矽(Si)構成。當形成提供藍光或綠光的微型發光二極體裝置時，第一基板240可以由藍寶石(sapphire)、氮化鎵(GaN)或碳化矽(SiC)構成。此外，藍寶石構成的第一基板240的厚度介於50微米(μm)至1000微米(μm)之間。
第10B圖中，步驟S20為圖形化遮罩層242，用以暴露部分第一基板240。圖形化後之遮罩層242以及暴露的第一基板240可以用來定義微型發光二極體裝置的尺寸以及大小。
第10C圖中，步驟S30為蝕刻部分第一基板240以形成凹槽244，其中第一基板240具有對應凹槽244的第一形狀。蝕刻部分第一基板240之方法例如可以是透過微影蝕刻方法。
請同時看到第1A圖、第1B圖與第10C圖。凹槽244用以沉積微型發光二極體裝置100的第二半導體層130。第二半導體層130具有出光面140，且出光面140具有第二形狀，其中第一基板240的第一形狀與出光面140的第二形狀相同。具體而言，出光面140的形狀與第一基板240的凹槽244形狀相同且皆為球面。
除此之外，凹槽244具有對應出光面140的第一深度D1以及第二深度D2，其中第一深度D1大於第二深度D2。第一深度D1為凹槽244的中心位置之深度，且第一深度D1為凹槽244深度中的最大者。第二深度D2為凹槽244對應邊緣位置的起始深度，亦即第二深度D2為凹槽244深度中的最小者。
第10D圖中，步驟S40為移除遮罩層242(請見第10C圖)，並留下具有凹槽244的第一基板240。於本實施方式中，移除遮罩層242為透過蝕刻方式完成。
第10E圖中，步驟S50為將第二半導體層130先沉積於第一基板240的凹槽244，其中第二半導體層130與凹槽244接觸之面形成第二形狀，且第二形狀與第一基板240的第一形狀相同。
接著，利用有機金屬化學氣相沉積法(metal organic chemical-vapor deposition；MOCVD)依序沉積主動層120以及第一半導體層110，其中主動層120沉積於第二半導體層130上，第一半導體層110沉積於主動層120上，以完成微型發光二極體裝置100形成於第一基板240上。
本實施方式中，微型發光二極體裝置100包含第一半導體層110、主動層120以及第二半導體層130。第一半導體層110、主動層120以及第二半導體層130的厚度以及材料與第一實施方式中的微型發光二極體裝置100相同，在此不再贅述。
第10F圖中，步驟S60為將第一基板240以及微型發光二極體裝置100轉移至第二基板246，其中微型發光二極體裝置100的第一半導體層110與第二基板246連接。亦即，微型發光二極體裝置100是位於第一基板240以及第二基板246之間。此外，第二基板246可以是由玻璃基板、塑膠基板或可撓式基板。
第10G圖中，步驟S70為移除第一基板240，使得第一基板240(請見第10F圖)與微型發光二極體裝置100分離。此外，移除第一基板240之步驟可以透過雷射剝離(laser lift-off)技術完成。當第一基板240移除後，第二半導體層130的出光面140將被暴露出來，同時也完成微型發光二極體裝置100的結構。
第10H圖中，步驟S80為更進一步定義微型發光二極體裝置100的尺寸大小。本實施方式中，微型發光二極體裝置100的尺寸大小可以由蝕刻方法定義。例如，塗佈光阻層248並利用黃光製程定義微型發光二極體裝置100的尺寸大小。蝕刻後的第一半導體層110、主動層120以及第二半導體層130至第一半導體層110的第一底面112的投影範圍實質上相同。
第10I圖中，步驟S90為提供面板250，並於面板250上形成薄膜電晶體252，其中面板250可以是顯示面板。薄膜電晶體252用以與製作完成的微型發光二極體裝置100(請見第10H圖)連接，其中微型發光二極體裝置100作為面板250上的像素。然而，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，可彈性選擇薄膜電晶體252的排列方式。
第10J圖中，步驟S100為夾取製作完成的微型發光二極體裝置100，使微型發光二極體裝置100自第二基板246沿箭頭方向脫離。本實施方式中，將微型發光二極體裝置100自第二基板246脫離之步驟是透過轉置裝置254完成。
第10K圖中，步驟S110為透過轉置裝置254將微型發光二極體裝置100移動至面板250上的薄膜電晶體252，使得微型發光二極體裝置100與面板250上的薄膜電晶體252結合。本實施方式中，面板250中的像素配置可以透過重複進行步驟S110完成。
接著請參照第10L圖。第10L圖中，步驟S120為於微型發光二極體裝置100之第二半導體層130上設置電極層170，以完成應用微型發光二極體裝置100的顯示器面板。
此外，第10A圖至第10L圖雖是以製造微型發光二極體裝置100的第一實施方式之結構為例，然而本發明所屬技術領域中具有通常知識者可利用微影方式將第一基板240蝕刻成不同的第一形狀，以使得第一基板240的第
一形狀對應不同形狀的出光面140。
舉例而言，請看到第11A圖以及第11B圖。第11A圖與第11B圖分別繪示第10C圖中之第一基板240不同實施例的側視示意圖。第11A圖中，第一基板240的第一形狀可以被蝕刻成倒三角形，以對應微型發光二極體裝置100的第三與第四實施方式中的出光面140形狀。第11B圖中，第一基板240的第一形狀可以被蝕刻成具有段差，以對應微型發光二極體裝置100的第五與第六實施方式中的出光面140形狀。
第12A圖至第12D圖分別繪示依照本發明之微型發光二極體裝置的製造方法的第二實施方式於不同階段的側視示意圖。本實施方式與前一實施方式的差異在於：本實施方式的第二半導體層130利用沉積方式，填平凹槽244，即第二半導體層130係填滿凹槽244內，但不超出凹槽244外。此外，本實施方式所形成之微型發光二極體裝置100之結構與微型發光二極體裝置的第二實施方式(請見第2圖)之結構相同。
請先參照第12A圖，其中第12A圖是接續在第10D圖之後所繪示的製程。第12A圖中，步驟S50’為將第二半導體層130只沉積於凹槽244內。也就是說，第二半導體層130的第二底面132與第一基板240的上表面為共平面。同樣地，主動層120沉積於第二半導體層130上，第一半導體層110沉積於主動層120上，以完成微型發光二極體裝置100形成於第一基板240上。
第12B圖中，步驟S60’為將第一基板240以及微型發光二極體裝置100轉移至第二基板246，其中微型發光二極體裝置100位於第一基板240以及第二基板246之間。
第12C圖中，步驟S70’為如圖所示，製造者此時可以移除第一基板240，以暴露出微型發光二極體裝置100的出光面140與部分主動層120。
第12D圖中，步驟S80’為透過蝕刻方法進一步定義微型發光二極體裝置100的尺寸大小。本實施方式中，暴露出來的部分主動層120與其下方的部分第一半導體層110經蝕刻後被移除。因此，蝕刻後的第一半導體層110、主動層120以及第二半導體層130至第一半導體層110的第一底面112的投影範圍實質上仍相同。
綜上所述，本發明之微型發光二極體裝置藉由第二半導體層的中心處厚度大於第二半導體層的邊緣處厚度，使得出光面具有中心較為凸出的剖面形狀。因此，微型發光二極體裝置內部光線發生全反射的機率將下降，進而提升微型發光二極體裝置的出光效率。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧微型發光二極體裝置
106、108‧‧‧箭頭
110‧‧‧第一半導體層
112‧‧‧第一底面
120‧‧‧主動層
130‧‧‧第二半導體層
132‧‧‧第二底面
140‧‧‧出光面
141‧‧‧第一頂點
142‧‧‧第一端點
Claims (16)
- 一種微型發光二極體裝置，包含：一第一半導體層，具有一第一底面；一主動層，設置於該第一半導體層上；以及一第二半導體層，具有一第二底面，設置於該主動層上，其中該第二半導體層相對該主動層之表面為該微型發光二極體裝置之一出光面，該第二半導體層具有不同的厚度，且該第二半導體層最小的厚度位於該第二半導體層的邊緣或該第二半導體層的至少一側邊，其中該出光面具有一第一頂點與一第一端點，該第一頂點至該第二底面的垂直距離為該第二半導體層的該些厚度中之最大者，該第一端點至該第二底面的垂直距離為該第二半導體層的該些厚度中之最小者，且該第一半導體層、該主動層以及該第二半導體層垂直投影至該第一底面的範圍實質上相同。
- 如請求項1所述之微型發光二極體裝置，其中該出光面至該第二底面的垂直距離由該第一頂點向該第一端點遞減。
- 如請求項2所述之微型發光二極體裝置，其中該出光面為一球面、一凸字形或一尖形。
- 如請求項3所述之微型發光二極體裝置，其中該出光面具有至少一微結構，其中該微結構包含複數個凹陷部 或是複數個***部。
- 如請求項3所述之微型發光二極體裝置，其中該第一半導體層之該第一底面的形狀為圓形或多邊形，且該第一底面與該第二底面的形狀與大小實質上相同。
- 如請求項1所述之微型發光二極體裝置，其中該第一頂點至該第二底面的垂直距離大於0微米(μm)並小於或等於20微米(μm)。
- 如請求項1所述之微型發光二極體裝置，其中該第一端點至該第二底面的垂直距離介於0微米(μm)至10微米(μm)之間。
- 如請求項1所述之微型發光二極體裝置，其中該第一頂點至該第二底面的垂直距離與該第一端點至該第二底面的垂直距離相差值為大於0微米(μm)並小於或等於10微米(μm)。
- 如請求項1所述之微型發光二極體裝置，其中該第二半導體層對應一第一區域具有一第一厚度，該第二半導體層對應一第二區域具有一第二厚度，且該第一厚度大於該第二厚度，使得該第一區域與該第二區域之間具有至少一段差。
- 如請求項9所述之微型發光二極體裝置，其中該第一厚度的面積佔該出光面的總面積的65%至85%之間。
- 如請求項9所述之微型發光二極體裝置，其中該第二區域圍繞該第一區域設置。
- 如請求項1所述之微型發光二極體裝置，更包含一電極層，設置於該第二半導體層上。
- 一種微型發光二極體裝置的製造方法，包含：提供一第一基板；沉積一遮罩層於該第一基板上；圖形化該遮罩層，用以暴露部分該第一基板；蝕刻部分該第一基板，並形成一凹槽，其中該凹槽的中心的深度大於該凹槽的邊緣的深度；移除該遮罩層；沉積一第二半導體層於該凹槽；依序沉積一主動層以及一第一半導體層，其中該主動層沉積於該第二半導體層上，該第一半導體層沉積於該主動層上，以完成一微型發光二極體裝置形成於該第一基板上；轉移該第一基板以及該微型發光二極體裝置至一第二基板，其中該微型發光二極體裝置的該第一半導體層與該 第二基板連接；以及移除該第一基板。
- 如請求項13所述之製造方法，其中沉積該第二半導體層於該凹槽，且填平該凹槽。
- 如請求項13所述之製造方法，其中蝕刻部分該第一基板以形成一第一形狀，並沉積該第二半導體層於該凹槽以形成一出光面，該出光面具有一第二形狀，其中該第一形狀與該第二形狀相同。
- 如請求項13所述之製造方法，更包含：提供一面板，並於該面板上形成至少一薄膜電晶體；夾取該微型發光二極體裝置，使該微型發光二極體裝置自該第二基板脫離，並移動該微型發光二極體裝置至該薄膜電晶體上；以及形成一電極層於該微型發光二極體裝置之該第二半導體層上。
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