CN100364120C

CN100364120C - 具有黏结层的发光元件阵列

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Publication number: CN100364120C
Application number: CNB2004100589900A
Authority: CN
Inventors: 刘文煌
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2004-07-29
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2024-07-29
Also published as: CN1728409A

Abstract

一种具有黏结层的发光元件阵列，其藉由芯片接合技术，将一发光叠层以一黏结层接合于一基板上，再以蚀刻或其它分割方式，将发光叠层分割成多个发光阵列，再经由串联电性接合，使得该串联阵列可在较高的电压下操作，如此将可简化电源供应系统。该发光元件阵列至少包括：基板；形成于基板之上的绝缘层；形成于绝缘层之上的黏结层；以及多个具有P、N电极共平面的外延发光叠层，分布形成于该黏结层之上，其中该多个具有P、N电极共平面的外延发光叠层之间电极电连接。

Description

具有黏结层的发光元件阵列

技术领域

本发明涉及一种发光元件阵列，尤其关于一种具有黏结层的发光元件阵列。

发光元件的应用颇为广泛，例如，可应用于光学显示装置、交通号志、数据储存装置、通讯装置、照明装置、以及医疗装置。如何提高发光二极管的亮度，是发光二极管制造上的重要课题。

背景技术

美国专利第6,547,249号公开一种发光二极管结构，其在一绝缘基板上成长III-V族氮化物发光叠层后，再经由蚀刻部分叠层形成沟渠，分割成发光二极管阵列，由于其基板不导电，因此p、n电极皆形成于发光二极管的同一面，该阵列可依不同的需求串联或并联使用。但是对于四元的AlInGaP发光二极管所用的基板为导电基板来说并不适用，由于四元的发光二极管阵列的p、n电极分别位于不同侧，因此无法运用串联或同时串并联使用。另外由于上述专利的发光二极管基板仅适用于绝缘基板，因此当发光二极管阵列越大，工作电压也更大，发光二极管所产生的热便不易排除，因此散热也是一项严重的问题。

发明内容

本案发明人于思考如何解决前述的缺点时，获得一发明灵感，认为若藉使用一绝缘黏结层黏结前述的基板层与发光叠层，由于该绝缘黏结层具有高电阻，因此基板及发光叠层之间并不导通，如此发光叠层材料便不限于氮化物材料，四元材料亦可适用；另外由于基板及发光叠层之间不导通，因此基板便不仅限于绝缘或高电阻基板，导电基板亦可适用，另外使用具有高热传系数的基板即可解决发光二极管阵列传热不佳的问题。

依本发明一优选实施例一种具有黏结层的发光元件阵列，包含一基板、形成于该基板上的一反射层、形成于该反射层上的一绝缘透明黏结层、形成于该绝缘透明黏结层上的一透明导电层、形成于该透明导电层上的一第一导电型半导体叠层、形成于该第一导电型半导体叠层上的一发光层、形成于该发光层上的一第二导电型半导体叠层；将该透明导电层、第一导电型半导体叠层、发光层、第二导电型半导体叠层、绝缘透明黏结层部分蚀刻而形成一沟渠，形成共享一基板的第一及第二发光二极管；最后再分别将第一及第二发光二极管适当地蚀刻至该透明导电层，形成一透明导电层暴露表面区；分别于该第一及第二发光二极管周围形成一绝缘层，以达到电隔离；形成于该第二导电型半导体叠层上的一第一电极；形成于该透明导电层暴露表面区上的一第二电极；以及将该第一发光二极管的第一电极与第二发光二极管的第二电极电连接的导线。

前述基板，包含选自于GaP、GaAs、Ge、Si、SiC、Al₂O₃、玻璃、石英、GaAsP、AlN、金属及AlGaAs所构成材料组群中的至少一种材料；前述绝缘透明黏结层包含选自于聚酰亚胺(PI)、苯并环丁烷(BCB)、过氟环丁烷(PFCB)及旋涂玻璃所构成材料组群中的至少一种材料；前述反射层包含选自于In、Sn、Al、Au、Pt、Zn、Ge、Ag、Ti、Pb、Pd、Cu、AuBe、AuGe、Ni、PbSn、AuZn及氧化铟锡所构成材料组群中的至少一种材料；前述第一半导体叠层，包含选自AlInP、AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所构成材料组群中的至少一种材料；前述发光层，包含选自AlGaInP、GaN、InGaN及AlInGaN所构成材料组群中的至少一种材料；前述第二半导体叠层，包含选自AlInP、AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所构成材料组群中的至少一种材料；前述透明导电层包含选自于氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锑锡、氧化锌及氧化锌锡所构成材料组群中的至少一种材料；前述绝缘层包含选自于SiO₂及SiN_x所构成材料组群中的至少一种材料。

依本发明一优选实施例一种具有黏结层的发光元件阵列，至少包含：一基板；一绝缘层，形成于该基板之上；一黏结层，形成于该绝缘层之上，其中该黏结层的上表面包含多个黏结区域；一第一个发光叠层，形成于该黏结层上表面的第一黏结区域，其中该第一个发光叠层的上表面包含一第一个第一导电型电极区域，及一第一个第二导电型电极区域；形成于该第一个第一导电型电极区域上的一第一个第一导电型电极；形成于该第一个第二导电型电极区域上的一第一个第二导电型电极；一第二个发光叠层，形成于该黏结层上表面的第二黏结区域，其中该第二个发光叠层的上表面包含一第二个第一导电型电极区域，及一第二个第二导电型电极区域；形成于该第二个第一导电型电极区域上的一第二个第一导电型电极；形成于该第二个第二导电型电极区域上的一第二个第二导电型电极；一第一连接导线将该第一个发光叠层的一电极及该第二个发光叠层的一电极电连接。

在一实施例中，该第一导电型为n型，该第二导电型为p型。

在一实施例中，该第一个发光叠层包括：一第一个第一导电型半导体叠层；形成于该第一个第一导电型半导体叠层上的一第一个发光层；形成于该第一个发光层上的一第一个第二导电型半导体叠层。该第二个发光叠层包括：一第二个第一导电型半导体叠层；形成于该第二个第一导电型半导体叠层上的一第二个发光层；形成于该第二个发光层上的一第二个第二导电型半导体叠层。于该第一个发光叠层与该第二个发光叠层之间还包括一绝缘区域以隔离该第一个发光叠层与该第二个发光叠层。还包括于该基板及该黏结层之间形成一反射层。还包括于该黏结层及该第一个发光叠层之间形成一反射层。还包括于该黏结层及该第二个发光叠层之间形成一反射层。

在一实施例中，该黏结层包含选自于聚酰亚胺、苯并环丁烷及过氟环丁烷所构成材料组群中的至少一种材料。

在一实施例中，该黏结层是一金属黏结层。

还包括在该第一个第一导电型半导体叠层之下、黏结层之上形成一透明导电层。在一实施例中，还包括在该第二个第一导电型半导体叠层之下、黏结层之上形成一透明导电层。

该绝缘区域以一沟渠所构成。在一实施例中，该绝缘区域以一离子注入区域所构成。

发光元件阵列还包括：一第三个发光叠层，形成于该黏结层上表面的第三黏结区域，其中该第三个发光叠层的上表面包含一第三个第一导电型电极区域，及一第三个第二导电型电极区域；形成于该第三个第一导电型电极区域上的一第三个第一导电型电极；形成于该第三个第二导电型电极区域上的一第三个第二导电型电极；一第四个发光叠层，形成于该黏结层上表面的第四黏结区域，其中该第四个发光叠层的上表面包含一第四个第一导电型电极区域，及一第四个第二导电型电极区域；形成于该第四个第一导电型电极区域上的一第四个第一导电型电极；形成于该第四个第二导电型电极区域上的一第四个第二导电型电极；一第二连接导线将该第一个第一导电型电极及该第三个第二导电型电极电连接；一第三连接导线将该第二个第一导电型电极及该第四个第二导电型电极电连接；以及一第四连接导线将该第三个第一导电型电极及该第四个第一导电型电极电连接，其中该第一连接导线将该第一个第二导电型电极及该第二个第二导电型电极电连接。

于该第二个发光叠层与该第三个发光叠层之间还包括一绝缘区域以隔离该第二个发光叠层与该第三个发光叠层。在一实施例中，于该第三个发光叠层与该第四个发光叠层之间还包括一绝缘区域以隔离该第三个发光叠层与该第四个发光叠层。该绝缘区域以一沟渠所构成。在一实施例中，该绝缘区域以一离子注入区域所构成。

该第三个发光叠层包括：一第三个第一导电型半导体叠层；形成于该第三个第一导电型半导体叠层上的一第三个发光层；形成于该第三个发光层上的一第三个第二导电型半导体叠层。该第四个发光叠层包括：一第四个第一导电型半导体叠层；形成于该第四个第一导电型半导体叠层上的一第四个发光层；形成于该第四个发光层上的一第四个第二导电型半导体叠层。

还包括于该基板及该黏结层之间形成一反射层。在一实施例中，还包括于该黏结层及该第三个发光叠层之间形成一反射层。在一实施例中，还包括于该黏结层及该第四个发光叠层之间形成一反射层。

还包括在该第三个第二导电型半导体叠层之下、黏结层之上形成一透明导电层。在一实施例中，还包括在该第四个第二导电型半导体叠层之下、黏结层之上形成一透明导电层。

附图说明

图1为一示意图，显示依本发明一优选实施例的一种具有黏结层的发光元件阵列；

图2为一示意图，显示本发明发光元件阵列串联状态的上视图；

图3为一示意图，显示本发明串联状态的等效电路图；

图4为一示意图，显示本发明发光元件阵列串、并联状态的上视图；

图5为一示意图，显示本发明串、并联状态的等效电路图。

附图标记说明

1a第一发光二极管 1b第二发光二极管

10基板 11反射层

12黏结层 13透明导电层

14第一导电型半导体叠层 15发光层

16第二导电型半导体叠层 17绝缘层

18第一电极 19第二电极

20导线

具体实施方式

请参阅图1，依本发明一优选实施例一种具有黏结层的发光元件阵列，包含一基板10、形成于该基板10上的一反射层11、形成于该反射层11上的一绝缘透明黏结层12、形成于该绝缘透明黏结层12上的一透明导电层13、形成于该透明导电层13上的一第一导电型半导体叠层14、形成于该第一导电型半导体叠层14上的一发光层15、形成于该发光层15上的一第二导电型半导体叠层16；将该透明导电层13、第一导电型半导体叠层14、发光层15、第二导电型半导体叠层16、绝缘透明黏结层12部分蚀刻而形成一沟渠，形成共享一基板的第一发光二极管1a及第二发光二极管1b；最后再分别将第一及第二发光二极管适当地蚀刻至该透明导电层13，形成一透明导电层暴露表面区；分别于该第一及第二发光二极管周围形成一绝缘层17，以达到电隔离；形成于该第二导电型半导体叠层上的一第一电极18；形成于该透明导电层暴露表面区上的一第二电极19；以及将该第一发光二极管的第二电极与第二发光二极管的第一电极电连接的导线20。

图2为本发明发光元件阵列串联状态的上视图，图3为图2的等效电路图。图4为本发明发光元件阵列串、并联状态的上视图，图5为图4的等效电路图。

前述的反射层亦可形成于透明导电层与黏结层之间，其目的在于反射射向基板的光线，以提高亮度，亦可移除，并不影响实施。

另外前述的绝缘透明黏结层的目的在于电隔离发光二极管及该基板，为了达到此目的，亦可以如金属或焊料等导电黏结层取代之，仅需于基板与导电黏结层之间或者导电黏结层与透明导电层之间加上一绝缘层来作为电流隔绝的功能，使得该发光二极管及该基板之间达到电隔离。

前述的第一发光二极管及第二发光二极管绝缘层电性绝缘的方法在于两发光二极管之间形成一沟渠，再覆盖上一绝缘层，除上述的绝缘方法之外，亦可于两发光二极管之间利用离子注入的方式，形成一离子注入区域，来达到电性绝缘的目的。

虽然本发明的发光二极管已结合优选实施例披露于上，然而本发明的范围并不限于上述优选实施例，例如以直接键合或金属键合等技术取代上述黏结层的软质黏结技术，因此应以所附权利要求所界定的为准。因此任何本领域内的技术人员，在不脱离本发明的权利要求及精神下，当可做任何改变。

Claims

1.一种具有黏结层的发光元件阵列，至少包括：

一基板；

一绝缘层，形成于该基板之上；

一黏结层，形成于该绝缘层之上；以及

多个具有P、N电极共平面的外延发光叠层，分布形成于该黏结层之上，其中该多个具有P、N电极共平面的外延发光叠层之间电极电连接。

2.如权利要求1所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，该外延发光叠层包括：

一第一导电型半导体叠层；

形成于该第一导电型半导体叠层上的一发光层；

形成于该发光层上的一第二导电型半导体叠层。

3.如权利要求1所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，于该多个具有P、N电极共平面的外延发光叠层之间还分别包含一绝缘区域以隔离该多个具有P、N电极共平面的外延发光叠层。

4.如权利要求1所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，还包括于该基板及该黏结层之间形成一反射层。

5.如权利要求2所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，还包括于该黏结层及该多个具有P、N电极共平面的外延发光叠层之间形成一反射层。

6.如权利要求4或5所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，该反射层包含选自Sn、Al、Au、Pt、Zn、Ag、Ti、Pb、Pd、Ge、Cu、AuBe、AuGe、Ni、PbSn、AuZn及氧化铟锡所构成材料组群中的至少一种材料。

7.如权利要求1所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，该基板包含选自Si、GaAs、SiC、Al₂O₃、玻璃、石英、GaP、GaAsP、AlGaAs、AlN及金属所构成材料组群中的至少一种材料。

8.如权利要求1所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，该黏结层包含选自于聚酰亚胺、苯并环丁烷及过氟环丁烷所构成材料组群中的至少一种材料。

9.如权利要求1所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，该黏结层是一金属黏结层。

10.一种具有黏结层的发光元件阵列，至少包含：

一基板；

一绝缘层，形成于该基板之上；

一黏结层，形成于该绝缘层之上，其中该黏结层的上表面包含多个黏结区域；

一第一个发光叠层，形成于该黏结层上表面的第一黏结区域，其中该第一个发光叠层的上表面包含一第一个第一导电型电极区域，及一第一个第二导电型电极区域；

形成于该第一个第一导电型电极区域上的一第一个第一导电型电极；

形成于该第一个第二导电型电极区域上的一第一个第二导电型电极；

一第二个发光叠层，形成于该黏结层上表面的第二黏结区域，其中该第二个发光叠层的上表面包含一第二个第一导电型电极区域，及一第二个第二导电型电极区域；

形成于该第二个第一导电型电极区域上的一第二个第一导电型电极；

形成于该第二个第二导电型电极区域上的一第二个第二导电型电极；

一第一连接导线将该第一个发光叠层的一电极及该第二个发光叠层的一电极电连接。

11.如权利要求10所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，该第一导电型为n型，该第二导电型为p型。

12.如权利要求10所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，该第一个发光叠层包括：

一第一个第一导电型半导体叠层；

形成于该第一个第一导电型半导体叠层上的一第一个发光层；

形成于该第一个发光层上的一第一个第二导电型半导体叠层。

13.如权利要求10所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，该第二个发光叠层包括：

一第二个第一导电型半导体叠层；

形成于该第二个第一导电型半导体叠层上的一第二个发光层；

形成于该第二个发光层上的一第二个第二导电型半导体叠层。

14.如权利要求10所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，于该第一个发光叠层与该第二个发光叠层之间还包括一绝缘区域以隔离该第一个发光叠层与该第二个发光叠层。

15.如权利要求10所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，还包括于该基板及该黏结层之间形成一反射层。

16.如权利要求10所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，还包括于该黏结层及该第一个发光叠层之间形成一反射层。

17.如权利要求10所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，还包括于该黏结层及该第二个发光叠层之间形成一反射层。

18.如权利要求15、16或17所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，该反射层包含选自Sn、Al、Au、Pt、Zn、Ag、Ti、Pb、Pd、Ge、Cu、AuBe、AuGe、Ni、PbSn、AuZn及氧化铟锡所构成材料组群中的至少一种材料。

19.如权利要求10所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，该基板包含选自Si、GaAs、SiC、Al₂O₃、玻璃、石英、GaP、GaAsP、AlGaAs、AlN及金属所构成材料组群中的至少一种材料。

20.如权利要求10所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，该黏结层包含选自于聚酰亚胺、苯并环丁烷及过氟环丁烷所构成材料组群中的至少一种材料。

21.如权利要求10所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，该黏结层是一金属黏结层。

22.如权利要求12所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中该第一个第一导电型半导体叠层包含选自于GaP、GaAs、GaAsP、InGaP、AlGaInP、AlGaAs、GaN、InGaN、AlGaN及ZnSe所构成材料组群中的至少一种材料。

23.如权利要求12所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中该第一个第二导电型半导体叠层包含选自于GaP、GaAs、GaAsP、InGaP、AlGaInP、AlGaAs、GaN、InGaN、AlGaN及ZnSe所构成材料组群中的至少一种材料。

24.如权利要求12所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中该第一个发光层包含选自于AlGaInP、GaN、InGaN、AlInGaN及ZnSe所构成材料组群中的至少一种材料。

25.如权利要求13所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中该第二个发光层包含选自于AlGaInP、GaN、InGaN、AlInGaN及ZnSe所构成材料组群中的至少一种材料。

26.如权利要求13所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中该第二个第一导电型半导体叠层包含选自于AlInP、AlN、GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN及ZnSe所构成材料组群中的至少一种材料。

27.如权利要求12或13所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中该第二个第二导电型半导体叠层包含选自于AlInP、AlN、GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN及ZnSe所构成材料组群中的至少一种材料。

28.如权利要求12所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中还包括在该第一个第一导电型半导体叠层之下、黏结层之上形成一透明导电层。

29.如权利要求13所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中还包括在该第二个第一导电型半导体叠层之下、黏结层之上形成一透明导电层。

30.如权利要求28所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，该透明导电层包含选自于氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锑锡、氧化锌及氧化锌锡所构成材料组群中的至少一种材料。

31.如权利要求29所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，该透明导电层包含选自于氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锑锡、氧化锌及氧化锌锡所构成材料组群中的至少一种材料。

32.如权利要求14所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，该绝缘区域以一沟渠所构成。

33.如权利要求14所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，该绝缘区域以一离子注入区域所构成。

34.如权利要求10所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中还包括：

一第三个发光叠层，形成于该黏结层上表面的第三黏结区域，其中该第三个发光叠层的上表面包含一第三个第一导电型电极区域，及一第三个第二导电型电极区域；

形成于该第三个第一导电型电极区域上的一第三个第一导电型电极；

形成于该第三个第二导电型电极区域上的一第三个第二导电型电极；

一第四个发光叠层，形成于该黏结层上表面的第四黏结区域，其中该第四个发光叠层的上表面包含一第四个第一导电型电极区域，及一第四个第二导电型电极区域；

形成于该第四个第一导电型电极区域上的一第四个第一导电型电极；

形成于该第四个第二导电型电极区域上的一第四个第二导电型电极；

一第二连接导线将该第一个第一导电型电极及该第三个第二导电型电极电连接；

一第三连接导线将该第二个第一导电型电极及该第四个第二导电型电极电连接；以及

一第四连接导线将该第三个第一导电型电极及该第四个第一导电型电极电连接，其中该第一连接导线将该第一个第二导电型电极及该第二个第二导电型电极电连接。

35.如权利要求34所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，于该第二个发光叠层与该第三个发光叠层之间还包括一绝缘区域以隔离该第二个发光叠层与该第三个发光叠层。

36.如权利要求34所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，于该第三个发光叠层与该第四个发光叠层之间还包括一绝缘区域以隔离该第三个发光叠层与该第四个发光叠层。

37.如权利要求35所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，该绝缘区域以一沟渠所构成。

38.如权利要求35所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，该绝缘区域以一离子注入区域所构成。

39.如权利要求36所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，该绝缘区域以一沟渠所构成。

40.如权利要求36所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，该绝缘区域以一离子注入区域所构成。

41.如权利要求34所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，该第一导电型为n型，该第二导电型为p型。

42.如权利要求34所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，该第三个发光叠层包括：

一第三个第一导电型半导体叠层；

形成于该第三个第一导电型半导体叠层上的一第三个发光层；

形成于该第三个发光层上的一第三个第二导电型半导体叠层。

43.如权利要求34所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，该第四个发光叠层包括：

一第四个第一导电型半导体叠层；

形成于该第四个第一导电型半导体叠层上的一第四个发光层；

形成于该第四个发光层上的一第四个第二导电型半导体叠层。

44.如权利要求34所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，还包括于该基板及该黏结层之间形成一反射层。

45.如权利要求34所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，还包括于该黏结层及该第三个发光叠层之间形成一反射层。

46.如权利要求34所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中，还包括于该黏结层及该第四个发光叠层之间形成一反射层。

47.如权利要求42所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中还包括在该第三个第二导电型半导体叠层之下、黏结层之上形成一透明导电层。

48.如权利要求43所述的一种具有黏结层的发光元件阵列，其中还包括在该第四个第二导电型半导体叠层之下、黏结层之上形成一透明导电层。