TWI729389B - 微型元件 - Google Patents
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Abstract
一種微型元件,包括磊晶結構、絕緣層以及透光層。磊晶結構具有彼此相對的頂表面與底表面以及連接頂表面與底表面的周圍表面。絕緣層覆蓋磊晶結構的周圍表面與底表面,且暴露出周圍表面的一部分。透光層覆蓋磊晶結構的頂表面,並延伸覆蓋至少部分周圍表面的部分。
Description
本發明是有關於一種半導體元件,且特別是有關於一種微型元件。
一般來說,為了增加發光二極體的出光效率,大都會採用黃光微影製程的方式於磊晶結構的頂表面上形成透光層。由於現在的發光二極體已經縮小至微米等級,亦即微型發光二極體(Micro LED),再透過黃光微影製程來形成透光層的製程容許度會過小,因此所形成的透光層的面積會小於磊晶結構的頂表面的面積。意即,透光層會相對於磊晶結構的頂表面的邊緣內縮一距離。如此一來,發光層所發出的光線會有部分無法透過透光層而傳遞至外界,因而影響微型發光二極體的出光效率。
本發明提供一種微型元件,可具有較佳地出光效率。
本發明的微型元件,包括磊晶結構、絕緣層以及透光層。磊晶結構具有彼此相對的頂表面與底表面以及連接頂表面與底表面的周圍表面。絕緣層覆蓋磊晶結構的周圍表面與底表面,且暴露出周圍表面的一部分。透光層覆蓋磊晶結構的頂表面,並延伸覆蓋至少部分周圍表面的部分。
在本發明的一實施例中,上述的絕緣層的材料與透光層的材料相同。
在本發明的一實施例中,上述的絕緣層在周圍表面上的第一厚度等於透光層在周圍表面上的第二厚度。
在本發明的一實施例中,上述的絕緣層在周圍表面上的第一厚度小於透光層在周圍表面上的第二厚度。
在本發明的一實施例中,上述的絕緣層的第一厚度與透光層的第二厚度的比值大於等於0.8。
在本發明的一實施例中,上述的絕緣層在周圍表面上的第一厚度大於透光層在周圍表面上的第二厚度。
在本發明的一實施例中,上述的絕緣層的第一厚度與透光層的第二厚度的比值小於8。
在本發明的一實施例中,上述的透光層完全覆蓋周圍表面的部分且連接至絕緣層。
在本發明的一實施例中,上述的絕緣層與透光層之間具有垂直間距,且垂直間距小於等於0.5微米。
在本發明的一實施例中,上述的透光層從頂表面至周圍表面的第一垂直高度與磊晶結構的第二垂直高度的比值大於等於0.05且小於等於0.25。
在本發明的一實施例中,上述的第一垂直高度大於等於0.5微米且小於等於1微米。
在本發明的一實施例中,上述的透光層與磊晶結構的頂表面的接觸面的均方根粗糙度大於該透光層的一出光面。
在本發明的一實施例中,上述的微型元件更包括導光層。導光層配置於部分透光層上,其中透光層位於導光層與磊晶結構的頂表面之間。
在本發明的一實施例中,上述的導光層於頂表面上的正投影面積與透光層於頂表面上的正投影面積的比值大於等於0.8且小於等於1。
在本發明的一實施例中,上述的導光層於平面上的正投影寬度大於磊晶結構於平面上的正投影寬度。
在本發明的一實施例中,上述的導光層於平面上的正投影覆蓋磊晶結構於平面上的正投影。
基於上述,在本發明的微型元件的設計中,透光層是覆蓋磊晶結構的頂表面並延伸覆蓋至絕緣層所暴露出的周圍表面的至少一部分。也就是說,透光層的面積會大於磊晶結構的頂表面的面積。相較於習知透光層的面積小於磊晶結構的頂表面的面積而言,本發明的微型元件可具有較佳地出光效率。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,並配合所附圖式作詳細說明如下。
本發明的實施例描述微型元件(例如微型發光二極體(Micro LED))的結構。雖然本發明的一些實施例特定於描述包含p-n二極體的微型發光二極體,但應理解本發明的實施例不限於此,某些實施例亦可應用到其他微型發光元件,該等微型發光元件依此一方式設計成控制執行預定電子功能(例如二極體、電晶體、積體電路)或光子功能(LED、雷射)。
圖1A是本發明一實施例的一種微型元件的剖面示意圖。圖1B是圖1A的微型元件的俯視示意圖。請先參考圖1A,本實施例的微型元件10a包括磊晶結構100、二電極110、絕緣層120以及透光層130a。磊晶結構100具有彼此相對的頂表面102與底表面104以及連接頂表面102與底表面104的周圍表面106。電極110彼此分離地配置於磊晶結構100的底表面104上。此處,從磊晶結構100的頂表面102往底表面104的方向,依序堆疊第一型半導體層(未繪示)、發光層(未繪示)與第二型半導體層(未繪示)而構成磊晶結構100,而電極110包括電性相反的第一型電極(未繪示)和第二型電極(未繪示),分別與第一型半導體層及第二型半導體電性連接。也就是說,本實施例的微型元件10a可例如是覆晶式微型發光元件,但並不以此為限。如圖1A所示,本實施例的磊晶結構100的剖面輪廓例如是倒梯形。但,在其他未繪示的實施例中,磊晶結構的剖面輪廓也可以是矩形或是其他合適的形狀,與此並不加以限制。
請同時參考圖1A與圖1B,本實施例的絕緣層120覆蓋磊晶結構100的周圍表面106與底表面104,且暴露出每一電極110的下表面114與周圍表面106的部分1062。意即,絕緣層120暴露出周圍表面106的部分1061。特別是,本實施例的透光層130a覆蓋磊晶結構100的頂表面102,並延伸覆蓋周圍表面106的部分1062。意即,在周圍表面106上,絕緣層120未覆蓋到的周圍表面106的部分1062是由透光層130所覆蓋,而絕緣層120與透光層130a在周圍表面106上並無重疊,且透光層130a連接絕緣層120。也就是說,本實施例的磊晶結構100的周圍表面106完全地被絕緣層120與透光層130a所包覆。此時,透光層130a共形於磊晶結構100的頂表面102與周圍表面106的部分1062。如圖1A所示,透光層130a的剖面形狀例如蓋子形狀,如ㄇ字型。透光層130a與磊晶結構100的頂表面102的接觸面為具體化為平面,但並不此為限。特別說明的是,如圖1B所示,透光層130a完全覆蓋磊晶結構100的頂表面102,甚至進一步沿伸配置至周圍表面106的部分1062,可使微型元件10a的正向出光可以完全通過透光層130a與部分周圍表面106的部分1062,有更佳的出光效率,但不以此為限。
更進一來說,在本實施例中,絕緣層120的材料與透光層130a的材料可以相同,例如是二氧化矽、氮化矽或其他合適的材料。絕緣層120的折射率例如是大於1且小於磊晶結構100的折射率,更確切的說,絕緣層120的折射率是小於第一型半導體層(未繪示)的折射率,可避免出光在磊晶結構100內部產生全反射,增加微型元件10a的出光效率。
請再參考圖1A,本實施例的絕緣層120在周圍表面106上的一第一厚度T1等於透光層130a在周圍表面106上的一第二厚度T2。也就是說,絕緣層120與透光層130a在周圍表面106上具有相同的厚度,且透光層130a的側面136a與絕緣層120的側面126呈連續斜面且平行於磊晶結構100的周圍表面106。此處,所述第一厚度T1是指絕緣層120在周圍表面106上的最短距離,而所述第二厚度T2是指透光層130a在周圍表面106上的最短距離。
再者,本實施例的透光層130a從頂表面102至周圍表面106具有第一垂直高度H1,而磊晶結構100具有第二垂直高度H2。在一較佳的實施例中,第一垂直高度H1與第二垂直高度H2的比值大於等於0.05且小於等於0.25,可使微型元件10a具有較佳的出光效率且可兼具周圍表面106的保護。若第一垂直高度H1與第二垂直高度H2的比值小於0.05時,意指透光層130a於周圍表面106上的比例較小,會使微型元件10a的出光效率不佳;反之,若第一垂直高度H1與第二垂直高度H2的比值大於0.25,則意指絕緣層120於周圍表面106上的比例較小,會使周圍表面106的保護效果不足。在另一更佳的實施例中,第一垂直高度H1大於等於0.5微米且小於等於1微米,則可使微型元件10a具有更佳地出光效率且可兼具對周圍表面106的保護。
簡言之,在本實施例的微型元件10a的設計中,透光層130a是覆蓋磊晶結構100的頂表面102並延伸覆蓋至絕緣層120所暴露出的周圍表面106的部分1062。也就是說,透光層130a的面積會大於磊晶結構100的頂表面102的面積。相較於習知透光層的面積小於磊晶結構的頂表面的面積而言,本實施例的微型元件10a可具有較佳地出光效率。
在此必須說明的是,下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容,其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件,並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參照前述實施例,下述實施例不再重複贅述。
圖2是本發明另一實施例的微型元件的剖面示意圖。請同時參照圖1A與圖2,本實施例的微型元件10b與前述的微型元件10a相似,兩者差異在於:本實施例的微型元件10b的透光層130b與磊晶結構100b的頂表面102b的接觸面具體化為粗化表面。亦即,透光層130b與磊晶結構100b的接觸面大於透光層130b的頂面132b的均方根粗糙度。此處,透光層130b的頂面132b可略為一平面且接觸面為粗化的設計,可有效增加微型元件10b的出光效率。當然,於其他未繪示的實施例中,透光層與磊晶結構的頂表面的接觸面亦可為具有周期性或是不規則的圖案化表面,而透光層的頂面亦可為粗糙面的設計更增加出光,此仍屬於發明所欲保護的範圍。
圖3是本發明又一實施例的微型元件的剖面示意圖。請同時參照圖2與圖3,本實施例的微型元件10c與前述的微型元件10b相似,兩者差異在於:本實施例的微型元件10c的透光層130c共形於磊晶結構100c的頂表面102c,且磊晶結構100c與透光層130c的頂表面102c的接觸面為一圖案化表面。意即,透光層130c相對遠離磊晶結構100c的頂面132c也同樣是圖案化表面。藉由透光層130c的頂面132c及磊晶結構100c與透光層130c的接觸面皆為圖案化表面,可有效提升微型元件10c的出光效率。更進一步來說,圖案化表面具有凹槽C,其中凹槽C的寬度可以大於等於10奈米且小於等於2000奈米,且凹槽C的深度可以大於等於10奈米且小於等於2000奈米。透過奈米級的凹槽C,可具有較佳的出光效率。當然,於其他未繪示的實施例中,透光層的頂面及透光層與磊晶結構的頂表面的接觸面亦可為不規則的圖案化表面或是粗化表面,此仍屬於發明所欲保護的範圍。
圖4A是本發明又一實施例的微型元件的剖面示意圖。請同時參照圖1A與圖4A,本實施例的微型元件10d與前述的微型元件10a相似,兩者差異在於:本實施例的微型元件10d的絕緣層120在周圍表面106上的第一厚度T1小於透光層130d在周圍表面106上的第二厚度T2’。也就是說,透光層130d的側面136d突出絕緣層120的側面126,此設計可有效地提高微型元件10d側向的出光光型。此處,絕緣層120的第一厚度T1與透光層130d的第二厚度T2’的比值大於等於0.8且小於1。當第一厚度T1與第二厚度T2’的比值小於0.8時,則會使絕緣層120與透光層130d相接之處差異過大而影響出光光型。
圖4B是本發明又一實施例的微型元件的剖面示意圖。請同時參照圖4A與圖4B,本實施例的微型元件10d’與前述的微型發光元件10d相似,兩者差異在於:本實施例的微型元件10d’的絕緣層120在周圍表面106上的第一厚度T1大於透光層130d’在周圍表面106上的第二厚度T2”。也就是說,透光層130d’的側面136d’不突出絕緣層120的側面126,此設計可有效地提高微型元件10d’側向的出光效率。此處,絕緣層120的第一厚度T1與透光層130d的第二厚度T2”的比值大於1且小於等於8。當第一厚度T1與第二厚度T2”的比值大於8時,則會使絕緣層120與透光層130d’相接之處差異過大而影響出光效率。
圖5是本發明又一實施例的微型元件的剖面示意圖。請同時參照圖1A與圖5,本實施例的微型元件10e與前述的微型元件10a相似,兩者差異在於:在本實施例的微型元件10e中,絕緣層120e與透光層130e之間具有垂直間距G,且垂直間距G小於等於0.5微米。換言之,在本實施例中,透光層130e並未與絕緣層120連接,此設計可避免透光層130e在後續轉移時若有受損,不會連帶損傷到絕緣層120。
圖6A是本發明又一實施例的微型元件的剖面示意圖。圖6B是圖6A的微型元件的俯視示意圖。請同時參照圖1A與圖6A,本實施例的微型元件10f與前述的微型元件10a相似,兩者差異在於:在本實施例的微型元件10f中更包括導光層140,配置於部分透光層130a上,其中透光層130a位於導光層140與磊晶結構100的頂表面102之間。此處,導光層140的材質例如是二氧化矽、氮化矽或其他折射率小於磊晶結構100的材料。此處,導光層140與透光層130a可以為不同材料。更佳的,導光層140 的材料折射率可以小於透光層130a 的折射率,可避免發光層的出光全反射,增加出光效率。
請同時參照圖6A與圖6B,詳細來說,本實施例的導光層140沒有完全覆蓋透光層130a的頂面132a。在一較佳實施例中,導光層140於頂表面102上的正投影面積與透光層130a於頂表面102上的正投影面積的比值大於等於0.8且小於等於1,可增加微型元件10f的出光效率。在另一較佳實施例中,導光層140於平面P上的正投影寬度大於磊晶結構100於平面P上的正投影寬度,可有效提升微型元件10f的出光效率。在另一較佳實施例中,導光層140於平面P上的正投影完全覆蓋磊晶結構100於平面P上的正投影,透過導光層140的面積和透光層130a面積皆大於頂表面102的面積,可有效提升微型元件10f的出光效率。
綜上所述,在本發明的微型元件的設計中,透光層是覆蓋磊晶結構的頂表面並延伸覆蓋至絕緣層所暴露出的周圍表面的一部分。也就是說,透光層的面積會大於磊晶結構的頂表面的面積。相較於習知透光層的面積小於磊晶結構的頂表面的面積而言,本發明的微型元件可具有較佳地出光效率。
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明的精神和範圍內,當可作些許的更動與潤飾,故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10a、10b、10c、10d、10d’、10e、10f:微型元件
100、100b、100c:磊晶結構
102、102b、102c:頂表面
104:底表面
106:周圍表面
1061、1062:部分
110:電極
114:下表面
120、120e:絕緣層
126:側面
130a、130b、130c、130d、130d’、130e:透光層
132a、132b、132c:頂面
136a、136d、136d’:側面
140:導光層
C:凹槽
G:間隙
H1:第一垂直高度
H2:第二垂直高度
T1:第一厚度
T2、T2’、T2”:第二厚度
P:平面
圖1A是本發明一實施例的一種微型元件的剖面示意圖。
圖1B是圖1A的微型元件的俯視示意圖。
圖2是本發明另一實施例的一種微型元件的剖面示意圖。
圖3是本發明又一實施例的一種微型元件的剖面示意圖。
圖4A是本發明又一實施例的一種微型元件的剖面示意圖。
圖4B是本發明又一實施例的一種微型元件的剖面示意圖。
圖5是本發明又一實施例的一種微型元件的剖面示意圖。
圖6A是本發明又一實施例的一種微型元件的剖面示意圖。
圖6B是圖6A的微型元件的俯視示意圖。
10a:微型元件
100:磊晶結構
102:頂表面
104:底表面
106:周圍表面
1061、1062:部分
110:電極
114:下表面
120:絕緣層
126、136a:側面
130a:透光層
H1:第一垂直高度
H2:第二垂直高度
T1:第一厚度
T2:第二厚度
Claims (16)
- 一種微型元件,包括:一磊晶結構,具有彼此相對的一頂表面與一底表面以及連接該頂表面與該底表面的一周圍表面;一絕緣層,覆蓋該磊晶結構的該周圍表面與該底表面,且暴露出該周圍表面的一部分,其中該絕緣層的折射率大於1且小於該磊晶結構的折射率;一透光層,覆蓋該磊晶結構的該頂表面,並延伸覆蓋至少部分該周圍表面的該部分,其中該透光層和該絕緣層非一體成型且該絕緣層的材料與該透光層的材料是相同的透光材料;以及一導光層,配置於部分該透光層上,其中該透光層位於該導光層與該磊晶結構的該頂表面之間,該導光層於一平面上的正投影寬度大於該磊晶結構於該平面上的正投影寬度,而該導光層於該平面上的正投影完全覆蓋該磊晶結構於該平面上的正投影,且該導光層的折射率小於該透光層的折射率,該透光層的折射率小於該磊晶結構的折射率。
- 如申請專利範圍第1項所述的微型元件,其中該絕緣層在該周圍表面上的一第一厚度等於該透光層在該周圍表面上的一第二厚度。
- 如申請專利範圍第1項所述的微型元件,其中該絕緣層在該周圍表面上的一第一厚度小於該透光層在該周圍表面上的一第二厚度。
- 如申請專利範圍第3項所述的微型元件,其中該絕緣層的該第一厚度與該透光層的該第二厚度的比值大於等於0.8。
- 如申請專利範圍第1項所述的微型元件,其中該絕緣層在該周圍表面上的一第一厚度大於該透光層在該周圍表面上的一第二厚度。
- 如申請專利範圍第5項所述的微型元件,其中該絕緣層的該第一厚度與該透光層的該第二厚度的比值小於等於8。
- 如申請專利範圍第1項所述的微型元件,其中該透光層完全覆蓋該周圍表面的該部分且連接至該絕緣層。
- 如申請專利範圍第1項所述的微型元件,其中該絕緣層與該透光層之間具有一垂直間距,且該垂直間距小於等於0.5微米。
- 如申請專利範圍第1項所述的微型元件,其中該透光層從該頂表面至該周圍表面的一第一垂直高度與該磊晶結構的一第二垂直高度的比值大於等於0.05且小於等於0.25。
- 如申請專利範圍第9項所述的微型元件,其中該第一垂直高度大於等於0.5微米且小於等於1微米。
- 如申請專利範圍第1項所述的微型元件,其中該透光層與該磊晶結構的該頂表面的一接觸面的均方根粗糙度大於該透光層的一出光面。
- 如申請專利範圍第1項所述的微型元件,其中該導光層於該頂表面上的正投影面積與該透光層於該頂表面上的正投影面積的比值大於等於0.8且小於等於1。
- 如申請專利範圍第1項所述的微型元件,其中該透光層具有相對遠離該磊晶結構的一圖案化表面,而該圖案化表面具有一凹槽,且該凹槽的寬度大於等於10奈米且小於等於2000奈米,而該凹槽的深度大於等於10奈米且小於等於2000奈米。
- 一種微型元件,包括:一磊晶結構,具有彼此相對的一頂表面與一底表面以及連接該頂表面與該底表面的一周圍表面;一絕緣層,覆蓋該磊晶結構的該周圍表面與該底表面,且暴露出該周圍表面的一部分;以及一透光層,覆蓋該磊晶結構的該頂表面,並延伸覆蓋至少部分該周圍表面的該部分,其中該絕緣層與該透光層於該磊晶結構的該周圍表面之間具有一垂直間距,且該垂直間距小於等於0.5微米。
- 如申請專利範圍第14項所述的微型元件,其中該絕緣層與該透光層配置在該周圍表面的同一連續平面上。
- 如申請專利範圍第1項所述的微型元件,其中該絕緣層與該透光層之間具有一接觸面,且該接觸面是位於該周圍表面上。
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