CN105247694A - 具有多个发光元件的发光二极管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种包括多个发光元件的发光二极管及其制造方法。所述发光二极管包括：基底；多个发光元件,设置在基底上；互连线，将发光元件相互连接，其中多个发光元件包括外部发光元件，所述外部发光元件沿着基底的边缘对齐，所述外部发光元件中的每个包括内面和外面，所述内面朝向邻近的发光元件，所述外面设置成邻近基底边缘且朝向基底的外部，并且所述外部发光元件中的至少一个的内面包括与其外面相比更为平缓倾斜的侧表面。

Description

具有多个发光元件的发光二极管及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种发光二极管及其制造方法，更具体而言，涉及一种包括多个发光元件的发光二极管及其制造方法。
背景技术
发光二极管广泛用于显示装置及背光单元。另外，由于与现有的白炽灯或荧光灯相比具有较低能耗及较长寿命，因此发光二极管的应用通过取代现有白炽灯、荧光灯等已经扩展至普通照明。
通常，发光二极管在预定正向电压下操作，因此，不能在高电压下操作。为了解决此问题，通过在单个基底上设置多个发光元件并以串联方式将发光元件相互连接，从而开发出能够在高电压下操作的发光二极管。
图1是包括多个发光元件的典型发光二极管的平面图，图2是沿着图1的线A-A截取的发光二极管的横截面视图。
参照图1和图2，发光二极管包括基底21、包括发光元件S1、S2的多个发光元件、绝缘层31、n-接触件33、P-接触件35、互连线37、n-焊盘39a和p-焊盘39b。另外，各发光元件包括n-型半导体层23、有源层25和p-型半导体层27。
多个发光元件相互隔开，且在n-焊盘39a和p-焊盘39b之间通过互连线37以串联方式相互连接。例如，互连线37中的每一个将n-接触件33与p-接触件35连接，所述n-接触件33电连接到一个发光元件的n-型半导体层23，所述p-接触件35电连接到另一发光元件的p-型半导体层27。n-接触件33连接到通过台面蚀刻暴露的n-型半导体层23a，p-接触件35通过透明电极29电连接到p-型半导体层27。
绝缘层31设置在互连线37的下方，且通过互连线37防止单个发光元件中的n-型半导体层23和p-型半导体层27之间发生短路。此外，绝缘层31可以覆盖发光元件和透明电极29的侧表面，以防止其受潮等。
另一方面，通过诸如电子束蒸发或溅射等沉积技术沉积导电材料，然后对所述导电材料进行图案化，以形成n-接触件33、p-接触件35和互连线37。此时，当发光元件具有垂直的侧表面时，很难在发光元件的侧表面上沉积导电材料，由此导致互连线37在发光元件的侧表面上很容易断开。
为了防止互连线37断开，如图2所示，包括发光元件S1、S2的所有发光元件的侧表面相对于基底21的上表面以小于90度的角倾斜。发光元件S1、S2中的每一个具有面向邻近发光元件的倾斜的侧表面28a和与基底21的边缘邻近的倾斜的侧表面28b。
图3是示出使用激光形成发光二极管的切割过程的示意性剖视图。
参照图3，发光元件被形成为具有倾斜的侧表面28a、28b，并且形成透明电极29、绝缘层31和互连线37(见图1)。然后，沿着划线发射激光束，接着断开基底21，这样将发光二极管分成单个芯片。沿着倾斜的侧表面28b之间的区域形成划线。
由此，完成图1和图2所示的发光二极管，所述发光二极管包括均具有倾斜的侧表面28a、28b的发光元件。具体而言，邻近发光二极管边缘设置的发光元件的侧表面由倾斜的侧表面28b构成。
在相关现有技术中，通过形成发光元件的倾斜侧表面来防止互连线37断开。然而，当发光元件的侧表面倾斜时，发光元件的发光区域，即，有源层25的区域减小。倾斜的侧表面28a、28b的较缓斜度引起发光区域的进一步减小。发光元件的发光区域的减小导致光输出恶化且增大正向电压Vf。
在背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明背景技术的理解，因此，其可以包含未构成现有技术的信息。
发明内容
【技术问题】
本发明的示例性实施例提供一种发光二极管，包括多个发光元件并能够增加发光元件的发光区域而不会断开互连线。
本发明的示例性实施例提供一种发光二极管，包括多个发光元件并能够降低发光元件的正向电压同时提高光输出。
本发明的其它特征将在下列描述中说明，且将部分地从这种描述中变得明显或可从发明实践中习得。
【技术方案】
本发明的实施例公开了包括设置在基底上的多个发光元件的发光二极管。另外，发光元件中的至少一个包括相对于基底以小于90度的角度倾斜的侧表面和垂直于基底的侧表面。通过这种结构，所述发光二极管向发光元件提供了增加的发光区域，由此降低了发光元件的正向电压，同时提高光输出。
所述发光二极管可包括基底、设置在基底上的多个发光元件以及将发光元件相互连接的互连线。另外，所述多个发光元件包括沿基底边缘对齐的外部发光元件，并且所述外部发光元件中的每个包括内面和外面，内面朝向邻近的发光元件，外面设置成邻近基底边缘并朝向基底的外部。另外，外部发光元件中的至少一个的内面可包括与其外面相比更为平缓倾斜的侧表面。
每条互连线可通过与外面相比更为平缓倾斜的侧表面相互连接邻近的发光元件。
另外，外部发光元件中的至少一个的外面可包括与基底基本垂直的侧表面。进一步，外部发光元件的每个外面可包括与基底垂直的侧表面。另外，垂直的侧表面可与基底的侧表面齐平。
每个外面可由单一平面构成，但不限于此。或者，每个外面可包括阶梯部。
另外，每个发光元件可包括第一导电型半导体层、有源层和第二导电型半导体层。这里，阶梯部可形成在第一导电型半导体层上。进一步，有源层和第二导电型半导体层的侧表面可由绝缘层覆盖。
本发明的实施例提供了制造包括多个发光元件的发光二极管的方法，所述方法包括：在基底上生长包括第一导电型半导体层、有源层和第二导电型半导体层的半导体堆栈；将半导体堆栈进行图案化，以在单位发光二极管芯片区域形成隔离沟槽；以及使用激光分割半导体堆栈和基底。这里，多个发光元件包括沿基底边缘对齐的外部发光元件，并且每个外部发光元件包括内面和外面，内面由隔离沟槽形成，外面通过使用激光分割半导体堆栈而形成，其中，内面包括与外面相比更为平缓倾斜的侧表面。
在隔离沟槽形成期间，内面形成为具有平缓的斜面，而外面通过激光束形成，由此增加了发光元件的发光区域。
所述方法还可包括在形成隔离沟槽之前或之后蚀刻第二导电型半导体层和有源层以暴露第一导电型半导体层。
所述方法还可包括形成互连线，所述互连线跨过隔离沟槽将邻近的第一导电型半导体层和第二导电型半导体层相互连接。通过这种结构，为互连线提供相对平缓倾斜的内面，由此防止了互连线的断开。
第一导电型半导体层可暴露在用于形成欧姆接触的接触区域中。另外，第一导电型半导体层还可暴露在划线区域中。
另外，所述方法还可包括形成覆盖隔离沟槽和划线区域的绝缘层。绝缘层暴露接触区域。
可以理解的是，上面的概述和下面的详述都是示例性和说明性的，并且旨在提供对要求保护的本发明的进一步说明。
【有益效果】
根据本发明的实施例，在包括多个发光元件的发光二极管中，沿基底边缘布置的发光元件的内面和外面形成为具有不同的斜面，由此增加了发光元件的发光区域，同时防止了互连线的断开。因此，所述发光二极管可以降低发光元件的正向电压，同时增强光输出。
附图说明
图1是相关现有技术中的发光二极管的示意性平面图。
图2是沿着图1的线A-A截取的发光二极管的示意性横截面图。
图3是示出了相关现有技术中制造发光二极管的方法的示意性剖视图。
图4是根据本发明的示例性实施例的发光二极管的示意性平面图。
图5是沿着图4的线B-B截取的发光二极管的示意性横截面图。
图6是示出了根据本发明的示例性实施例的制造发光二极管的方法的示意性剖视图。
图7是根据本发明的示例性实施例的发光二极管的示意性平面图。
图8是沿着图7的线B-B截取的发光二极管的示意性横截面图。
图9是示出了根据本发明的示例性实施例的制造发光二极管的方法的示意性剖视图。
具体实施方式
在下文中，将结合示出本发明示例性实施例的附图对本发明进行更加完整的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式实施，而不应解释为限于本文所述的示例性实施例。更确切的说，提供这些实施例以使得本发明全面，并且将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
此外，应注意附图并未按精确的比例绘制，并且附图中的某些尺寸，例如宽度、长度、厚度等，为了清楚起见而被放大。整个说明书中，相同的部件由相同附图标号表示。
图4是根据本发明示例性实施例的发光二极管的示意性平面图，图5是沿着图4的线B-B线截取的发光二极管的示意横截面图。
参照图4和图5，根据本实施例的发光二极管包括基底51、多个发光元件(S1、S2等)和互连线67。此外，发光二极管可以包括第一接触件63、第二接触件65、第一电极焊盘69a和第二电极焊盘69b、透明电极59以及绝缘层61。此处，每个发光元件可以包括第一导电型半导体层53、有源层55和第二导电型半导体层57。
基底51可以为蓝宝石(Al2O3)基底、碳化硅(SiC)基底、氮化镓(GaN)基底、氮化铟镓(InGaN)基底、氮化铝镓(AlGaN)基底、氮化铝(AlN)基底、氧化镓(Ga2O3)基底或硅基底，且不限于此。基底51可以是绝缘基底，例如蓝宝石基底，或者可以是在其上侧包括绝缘层的导电型基底。特别地，基底51为图案化蓝宝石基底。
如图中所示，基底51具有大致四边形的形状并且可以具有矩形形状，但不限于此。基底51具有上表面、下表面以及将上表面和下表面相互连接的侧表面。基底51的上表面由其边缘所包围。
多个发光元件S1、S2等在基底51的上表面上对齐。正如图5所示，各发光元件均为半导体堆栈，半导体堆栈包括第一导电型半导体层53、有源层55和第二导电型半导体层57。
有源层55可以具有单量子阱结构或多量子阱结构，并且有源层的材料和组成根据从发光元件发出的光的期望波长予以确定。例如，有源层55可由AlInGaN基化合物半导体所形成，例如，InGaN。另一方面，第一导电型半导体层53和第二导电型半导体层57由具有比有源层55更大带隙的材料所形成，并且由AlInGaN基化合物半导体所形成，例如，GaN。
正如所示，第二导电型半导体层57设置在第一导电型半导体层53的一些区域上，并且有源层55设置在第一导电型半导体53和第二导电型半导体57之间。第一导电型半导体层53的接触区域53a暴露。第一导电型半导体层53和第二导电型半导体层57可以分别为n型半导体层和p型半导体层，或反之亦然。
如图4所示，发光元件包括沿着基底51的边缘对齐的外部发光元件，。各外部发光元件包括朝向邻近的发光元件的内面58a以及设置成邻近基底51的边缘且朝向基底51的外部的外面58b。虽然未在图4中示出，但发光元件可包括内部发光元件，其在基底51上排列对齐且被外部发光元件包围。内部发光元件具有侧表面，其由朝向邻近发光元件的内面58a所构成，并且不具有外面58b。
正如图5所示，内面58a包括与外面58b相比更为平缓倾斜的侧表面。内面58a平缓地倾斜以防止互连线67断开。外面58b可包括基本垂直于基底51的上表面的侧表面。另外，外面58b可以与基底51的侧表面齐平，且可以通过相同工艺与基底51的侧表面一起形成。
透明电极59可设置在第二导电型半导体层57上。透明电极59可由诸如铟锡氧化物(ITO)的透明氧化物或诸如Ni/Au等的透明金属材料形成。
第一接触件63可以设置在第一导电型半导体层53的接触区域53a上，第二接触件65可以设置在第二导电型半导体层57上。第二接触件65可以通过透明电极59电连接至第二导电型半导体层57。
另一方面，第一电极焊盘69a和第二电极焊盘69b设置在基底51上。第一电极焊盘69a电连接至一个发光元件的第一导电型半导体层53，第二电极焊盘69b电连接至另一发光元件的第二导电型半导体层57。
如图4所示，第一电极焊盘69a和第二电极焊盘69b中的每一个可设置在发光元件上，但不限于此。可选地，第一电极焊盘69a和第二电极焊盘69b可与发光元件分离。例如，在与发光元件分离的同时，第一电极焊盘69a和第二电极焊盘69b可形成在基底51上，形成在第一导电型半导体层53上，形成在第二导电型半导体层57上或者形成在透明电极59上。
第一电极焊盘69a和第二电极焊盘69b从外部电源接收电力，并可与例如接合线接合。发光二极管借助施加到第一电极焊盘69a和第二电极焊盘69b的电力而工作。
互连线67将邻近的发光元件相互电连接。互连线67可将邻近的发光元件相互串联。具体地，互连线67将一个发光元件的第一接触件63连接到与之相邻的另一个发光元件的第二接触件65。互连线67穿过发光元件的内面58a。具体地，互连线67穿过相对平缓倾斜的侧表面，由此能够防止互连线断开。互连线67可由与第一接触件63和第二接触件65相同的材料通过相同的工艺形成。
另一方面，绝缘层61设置在互连线67和发光元件之间，并防止在一个发光元件中第一导电型半导体层53和第二导电型半导体层57之间由互连线67造成的短路。此外，绝缘层61可覆盖发光元件的内面58a以保护发光元件。
在本实施例中，所有的内面58a都示出为相对平缓倾斜的侧表面。在可选实施例中，穿过互连线67的某些内面是平缓倾斜的，而其它内面可以是如同外面58b一样陡峭倾斜的侧表面。
根据本实施例，其上形成有互连线67的发光元件的侧表面，即发光元件的内面58a具有相对平缓的斜面，其外面58b具有相对陡峭的斜面。因此，在本实施例中，发光元件的外面58b可比典型的发光元件的外面28b设置得更靠外侧，如图5所示，由此增加发光元件的发光区域。
图6是示出了根据本发明的示例性实施例的发光二极管的制造方法的示意性剖视图。
参照图6，在基底51上生长半导体堆栈，所述半导体堆栈包括第一导电型半导体层53、有源层55和第二导电型半导体层57。这些半导体层可以通过各种方法生长，例如金属有机物化学气相沉淀(MOCVD)、分子束外延(MBE)、氢化物气相外延(HVPE)等等。
然后，使半导体堆栈经过图案化，以在单元发光二极管芯片区域形成隔离沟槽。隔离沟槽对应于图4和图5中将发光元件相互分开的凹槽。
传统上，隔离沟槽形成为不仅将单元发光二极管芯片区域中的单个发光元件分开，而且还将邻近的发光二极管芯片区域的发光元件分开。然而，在本实施例中，隔离沟槽形成为将单元发光二极管芯片区域中的发光元件相互分开，而没有将邻近的芯片区域的发光元件分开。
在将半导体堆栈分开之前或之后进行蚀刻，即台面蚀刻，以部分地暴露第一导电型半导体层53。通过台面蚀刻暴露接触区域53a的第一导电型半导体层53。
另一方面，在每个发光元件上形成有透明电极59。透明电极59可在形成隔离沟槽之前或之后形成。
另外，在每个发光元件上形成第一接触件63和第二接触件65，并且互连线67可将一个发光元件的第一接触件63连接到与之相邻的另一个发光元件的第二接触件65。互连线67形成为穿过隔离沟槽。另外，可形成互连线67以使第一电极焊盘39a和第二电极焊盘39b分别电连接到第一导电型半导体层53和第二导电型半导体层57。第一接触件63、第二接触件65、互连线67、第一电极焊盘39a和第二电极焊盘39b可通过使用光刻和蚀刻的相同工艺形成，或使用剥离工艺形成。
在形成互连线67之前，可形成绝缘层61，以将互连线67与发光元件隔离。绝缘层61可由例如但不限于SiO2形成。
然后，用激光束将半导体堆栈和基底分开。激光束沿划线照射。可使用激光进行划线，然后可以通过断开将基底分成单个发光二极管芯片。
通过使用激光分割基底，将邻近的发光二极管芯片区域之间的基底和发光元件分开。由此，外部发光元件沿着通过基底分割形成的基底的边缘对齐，并且形成外部发光元件的外面58b。
由隔离沟槽形成的内面58a包括比使用激光分割半导体堆栈形成的外面58b更为平缓倾斜的侧表面。因此，有可能防止穿过隔离沟槽的互连线67断开。
另一方面，外面58b通过使用激光而非使用隔离沟槽分开基底而形成，由此发光元件具有增加的发光区域。
图7是根据本发明的示例性实施例的发光二极管的示意性平面图，图8是沿图7的线B-B截取的发光二极管的示意性横截面图。
参照图7和图8，除了外部发光元件在其外面上具有阶梯部以外，根据本实施例的发光二极管大体类似于参照图4和图5所描述的发光二极管。
具体地，各个外部发光元件不仅包括接触区域53a，而且还包括沿基底51的边缘暴露的第一导电型半导体层区域53b。因此，外部发光元件具有形成在其外面58b上的阶梯部。各个阶梯部形成在第一导电型半导体层53上，且有源层55和第二导电型半导体层57的侧表面设置在基底51的内部区域上。
另一方面，如参照图4和图5所示，绝缘层61将互连线67与发光元件隔开。绝缘层61覆盖第一导电型半导体层的暴露区域53b，并且可覆盖有源层55和第二导电型半导体层57的侧表面。
根据本实施例，绝缘层61可覆盖有源层55和第二导电型半导体层57的侧表面，以防止有源层55暴露在外部，由此发光元件可免受湿气等的影响，从而提高了发光二极管的可靠性。
图9是示出了根据本发明的示例性实施例的发光二极管的制造方法的示意性剖视图。
参照图9，除了第一导电型半导体层区域53b在激光束照射之前沿划线暴露以外，根据本实施例的方法大体类似于参照图6所描述的方法。可对第一导电型半导体层区域53b进行台面蚀刻以暴露接触区域53a。
在本实施例中，绝缘层61可形成为覆盖第一导电型半导体层的暴露区域53b，同时覆盖有源层55和第二导电型半导体层57的侧表面。
根据本实施例，由于第一导电型半导体层区域53b通过台面蚀刻沿划线暴露，所以绝缘层61可覆盖有源层55和第二导电型半导体层57的侧表面。
尽管上面已经描述了一些实施例，但是本发明不限于这些实施例和特征，而且在不背离本发明的精神和范围的情况下，可做各种修改、改变和更改。因此，应当理解，这些实施例不应该解释为限制本发明，而是供本领域技术人员透彻理解本发明。本发明的范围应当根据下面所附的权利要求被解释成涵盖从所附权利要求及其等同物中获得的所有修改或改变。

Claims (14)

1.一种发光二极管，所述发光二极管包括：
基底；
多个发光元件，设置在所述基底上；以及
互连线，将所述多个发光元件相互连接，
其中，所述多个发光元件包括沿所述基底的边缘对齐的外部发光元件，
所述外部发光元件中的每个外部发光元件包括内面和外面，所述内面朝向邻近的发光元件，所述外面设置成邻近所述基底的所述边缘且朝向所述基底的外部，
所述外部发光元件中的至少一个外部发光元件的内面包括与其外面相比更为平缓倾斜的侧表面。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其中，所述互连线中的每个互连线通过所述与外面相比更为平缓倾斜的侧表面将邻近的发光元件相互连接。
3.如权利要求1所述的发光二极管，其中，所述外部发光元件中的至少一个外部发光元件的所述外面包括与所述基底垂直的侧表面。
4.如权利要求1所述的发光二极管，其中，所述外部发光元件的所述外面中的每个包括与所述基底垂直的侧表面。
5.如权利要求4所述的发光二极管，其中，所述垂直的侧表面与所述基底的所述侧表面齐平。
6.如权利要求4所述的发光二极管，其中，所述外面中的每个具有阶梯部。
7.如权利要求6所述的发光二极管，其中，所述多个发光元件中的每个发光元件包括第一导电型半导体层、有源层和第二导电型半导体层，
所述阶梯部形成在所述第一导电型半导体层上，
所述有源层和所述第二导电型半导体层的侧表面覆盖有绝缘层。
8.一种制造包括多个发光元件的发光二极管的方法，所述方法包括：
在基底上生长半导体堆栈，所述半导体堆栈包括第一导电型半导体层、有源层和第二导电型半导体层；
将所述半导体堆栈进行图案化，以在单位发光二极管芯片区域中形成隔离沟槽；以及
利用激光将所述半导体堆栈和所述基底分开
其中，所述多个发光元件包括沿着所述基底的边缘对齐的外部发光元件，
所述外部发光元件中的每个外部发光元件包括由所述隔离沟槽形成的内面和通过利用所述激光分开所述半导体堆栈而形成的外面，以及
所述内面包括与所述外面相比更为平缓倾斜的侧表面。
9.如权利要求8所述的方法，所述方法还包括：
蚀刻所述第二导电型半导体层和所述有源层以在形成所述隔离沟槽之前或之后暴露所述第一导电型半导体层。
10.如权利要求9所述的方法，所述方法还包括：
形成互连线，所述互连线跨过所述隔离沟槽使邻近的第一导电型半导体层和第二导电型半导体层相互连接。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述第一导电型半导体层暴露在用于形成欧姆接触的接触区域中以及暴露在划线区域内。
12.如权利要求11所述的方法，所述方法还包括：
形成绝缘层，所述绝缘层覆盖所述隔离沟槽和所述划线区域，所述绝缘层暴露所述接触区域。
13.一种发光二极管，所述发光二极管包括：
基底；和
多个发光元件，设置在所述基底上，
所述多个发光元件中的至少一个发光元件包括相对于所述基底的上表面以小于90度的角倾斜的侧表面以及与所述基底的所述上表面垂直的侧表面。
14.如权利要求13所述的发光二极管，其中所述垂直的侧表面与所述基底的侧表面齐平。
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