CN108336190B - 覆晶发光二极管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种覆晶发光二极管，包括半导体层、设置于所述半导体层上的第一电极、第二电极以及将所述第一电极、第二电极相互绝缘的绝缘层，所述半导体层包括自上而下依次堆叠而成的氮化镓外延层、N型半导体层、发光活性层以及P型半导体层，所述第二电极设置于所述P型半导体层上，所述N型半导体层远离所述氮化镓外延层的一侧表面向外凸伸形成一突出部，所述发光活性层以及所述P型半导体层依次地设置于所述突出部上，还包括位于所述氮化镓外延层外表面的一支撑部，所述支撑部通过一加固层设置于所述氮化镓外延层上。本发明进一步还包括一种覆晶发光二极管的制造方法。

Description

覆晶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，特别涉及一种覆晶发光二极管及其制造方法。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)是一种可将电流转换成特定波长范围的光电半导体元件。发光二极管以其亮度高、工作电压低、功耗小、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长等优点，从而可作为光源而广泛应用于照明领域。
发光二极管通常包括垂直式结构和覆晶式结构。垂直式发光二极管的P电极和N电极分别位于发光二极管两侧，所述垂直式通常需要通过打线的方式与基板进行连接，如此使得垂直式发光二极管在封装制程中不但步骤较多，而且通过打线容易产生接触不良等现象，从而可能导致发光二极管封装完成后的品质较低。另外，覆晶式发光二极管虽然可以克服在封装过程中的打线连接问题，然而，覆晶式发光二极管通常在流体组装过程中，每一覆晶式发光二极管需要与一个相应的连接部或者凹槽连接，当覆晶式发光二极管的位置颠倒或者倾斜时，其往往不能准确的连接到对应的连接部或者凹槽、或者连接错位，导致组装良率下降。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种良率、品质较好的覆晶式发光二极管及其制造方法。
一种覆晶发光二极管，包括半导体层、设置于所述半导体层上的第一电极、第二电极以及将所述第一电极、第二电极相互绝缘的绝缘层，所述半导体层包括自上而下依次堆叠而成的氮化镓外延层、N型半导体层、发光活性层以及P型半导体层，所述第二电极设置于所述P型半导体层上，其特征在于：所述N型半导体层远离所述氮化镓外延层的一侧表面向外凸伸形成一突出部，所述发光活性层以及所述P型半导体层依次地设置于所述突出部上，所述绝缘层设置于所述第一电极与所述突出部、所述发光活性层、所述P型半导体层以及所述第二电极形成的层叠结构之间；所述覆晶发光二极管还包括位于所述氮化镓外延层外表面的一支撑部，所述支撑部通过一加固层设置于所述氮化镓外延层上。
进一步地，所述覆晶发光二极管的宽度Wd为5～200μm，所述覆晶发光二极管的高度Hd为0.1～40μm，所述覆晶发光二极管的宽度与高度的比值Wd/Hd位于5～50之间。
进一步地，所述支撑部的高度Hp为0.2～40μm，所述支撑部宽度Wp为0.5～40μm，所述支撑部的高度Hp宽度Wp的比值Hp/WP位于0.3～1之间。
进一步地，所述支撑部的宽度Wp与所述覆晶发光二极管的宽度Wd比值Wp/Wd位于0.1～0.2之间。
进一步地，所述突出部形成于所述N型半导体层远离所述氮化镓外延层的一侧表面中部，所述第一电极设置于所述N型半导体层远离所述氮化镓外延层一侧表面外周缘且与所述突出部间隔设置。
进一步地，所述突出部形成于所述N型半导体层远离所述氮化镓外延层一侧表面周缘，所述第一电极设置于所述N型半导体层远离所述氮化镓外延层一侧表面中部且与所述突出部间隔设置。
进一步地，所述氮化镓外延层的纵截面呈梯形，其具有一顶角，所述顶角位于30°～80°之间。
进一步地，所述氮化镓外延层的纵截面呈梯形，其具有一顶角，所述顶角位于100°～150°之间。
本发明所述覆晶发光二极管中，所述支撑部与所述氮化镓外延层之间设置有加固层，从而增加了所述支撑部的机械强度以及提高了覆晶发光二极管流体组装良率。进一步地，本发明通过设置所述覆晶发光二极管的高度和宽度比例、所述支撑部的宽度、高度比例以及所述支撑部的宽度与所述覆晶发光二极管的宽度比值，从而优化了所述支撑部与所述覆晶发光二极管的比例协调性，增加了所述覆晶发光二极管的品质。
一种覆晶发光二极管的制造方法，包括如下步骤：
提供一半导体层叠结构，所述半导体层叠结构包括从下至上依次堆叠设置的蓝宝石基板、氮化镓外延层、N型半导体层、发光活性层以及P型半导体层；
在所述半导体层叠结构的P型半导体层上镀设一层导电结合层；
自上而下蚀刻所述导电结合层、P型半导体层、发光活性层、N型半导体层的周缘区域，从而去除所述导电结合层、P型半导体层、发光活性层以及N型半导体层周缘部分；
在所述N型半导体层周缘设置第一电极、以及在所述导电结合层上设置第二电极；
在所述第一电极与所述层叠结构、第二电极之间填充绝缘胶体，并进一步固化绝缘胶体而形成绝缘层；
在所述第一电极、第二电极上分别镀设缓冲层；
提供一侧表面具有胶体的玻璃基板，并将上一步骤中所述半导体层叠结构翻转后通过所述胶体粘结于所述玻璃基板上；
利用激光冲切技术，使得所述蓝宝石基板与所述氮化镓外延层分离；
将所述蓝宝石基板彻底从所述氮化镓外延层上去除；
对所述氮化镓外延层外表面中部进行改质并设置一支撑部于其上；
去除所述玻璃基板以及所述胶体，从而得到本案所述覆晶发光二极管。
进一步地，在设置所述支撑部前需要对所述氮化镓外延层表面进行改质而形成一加固层，所述支撑部通过所述加固层与所述氮化镓外延层连接。
在本发明所述覆晶发光二极管的制造方法制程简单，而且在形成所述支撑部时，通过对所述氮化镓外延层的外表面进行表面改质，从而使得所述支撑部与所述氮化镓外延层之间结合强度更高。进一步地，通过量化所述支撑部的尺寸使得所述支撑部的高度与宽度比例相对协调，从而增加了所述覆晶发光二极管在流体组装中的良率。
附图说明
图1为本发明第一实施例所述覆晶发光二极管的剖视图。
图2为本发明第一实施例所述覆晶发光二极管的俯视图。
图3为本发明第二实施例所述覆晶发光二极管的剖视图。
图4为本发明第二实施例所述覆晶发光二极管的俯视图。
图5为本发明第三实施例所述覆晶发光二极管的剖视图。
图6-16为本发明第一实施例所述覆晶发光二极管的制造方法。
主要元件符号说明
覆晶发光二极管 100、100a、100b
半导体层 10
第一电极 20
第二电极 30
绝缘层 40
氮化镓外延层 11
N型半导体层 12
发光活性层 13
P型半导体层 14
突出部 120、120a
支撑部 50
加固层 51
导电结合层 60
缓冲层 70
未成形半导体层 10a
未成形覆晶发光二极管 101
蓝宝石基板 200
层叠结构 110
胶体 310
玻璃基板 300
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
本文中所使用的方位词“第一”、“第二”均是以使用时依据具体元件的位置定义，而并不限定。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
如图1所示，本发明第一实施例中所述覆晶发光二极管100可产生紫外光、紫光、蓝光、绿光、黄光、或者红光。所述覆晶发光二极管100包括半导体层10、设置于所述半导体层10上的第一电极20、第二电极30以及设置于所述半导体层10上将所述第一电极20和第二电极30间隔的绝缘层40。
如图2所示，本发明所述覆晶发光二极管100俯视图呈圆形。可以理解地，在其它实施例中，所述覆晶发光二极管100俯视图可为矩形、多边形、椭圆形、三角形等。
所述半导体层10包括自上而下依次堆叠而成的氮化镓外延层11、N型半导体层12、发光活性层13以及P型半导体层14。
所述氮化镓外延层11的横向宽度大于所述N型半导体层12、发光活性层13以及所述P型半导体层14的横向宽度。在本实施例中，所述氮化镓外延层11的纵截面呈梯形，其横向宽度朝向远离所述N型半导体层12方向逐渐增加。进一步地，所述氮化镓外延层11具有一顶角A，所述顶角A位于30°～80°之间，优选地，所述顶角A等于75°。
所述N型半导体层12设置于所述氮化镓外延层11一侧表面，所述N型半导体层12远离所述氮化镓外延层11的一侧表面中部向外凸伸形成一突出部120。所述发光活性层13以及所述P型半导体层14依次地设置于所述突出部120上。
所述第一电极20设置于所述N型半导体层12远离所述氮化镓外延层11一侧表面外周缘且与所述突出部120相互间隔。所述第二电极30位于所述P型半导体层14一侧。在本实施例中，所述第一电极20为N电极，所述第二电极30为P电极。在本实施例中，所述第一电极20、所述第二电极30远离所述氮化镓外延层11一侧表面平齐。
所述绝缘层40设置于所述突出部120、所述发光活性层13以及所述P型半导体层14所构成的层叠结构外周缘与所述第一电极20的外周缘之间形成的收容区域。在本发明实施例中，所述绝缘层40的材料为胶材、光阻材料、高分子材料、SiO2、或者自身呈黑、白或者透明状的SiNx。
进一步地，还包括一支撑部50。所述支撑部50设置于所述氮化镓外延层11的外表面中部。所述支撑部50的材料为胶材、光阻材料、高分子材料、SiO2、SiNx、量子点(QDs)，且颜色可为黑、白、透明色。所述支撑部50与所述氮化镓外延层11之间进一步设置有一加固层51，用于增加所述支撑部50与所述氮化镓外延层11结合的稳固性。在本发明实施例中，所述加固层51为SiO2。另外，所述支撑部50的材料可与所述氮化镓外延层11的材料相同，如此，所述支撑部50可自所述氮化镓外延层11的外表面一体向外延伸而成，而无需设置所述加固层51。
进一步地，还包括设置于所述第二电极30与所述P型半导体层14之间的导电结合层60。所述导电结合层60使得所述第二电极30与所述半导体层10之间形成良好的欧姆接触，从而避免电流在所述第二电极30表面扩散而造成VF偏高。
进一步地，还包括镀设于所述第一电极20、第二电极30上的缓冲层70。所述缓冲层70的材料为Ti、Ni、Sn、In、Au、Cu中的一种或多种。
在本发明实施例中，所述覆晶发光二极管100的宽度Wd为5～200μm，优选为40μm，所述覆晶发光二极管100高度Hd为0.1～40μm，优选为4.35μm。所述支撑部50的高度Hp为0.2～40μm，优选为2μm，所述支撑部50宽度Wp为0.5～40μm，优选为5μm。进一步地，所述覆晶发光二极管100的宽度与高度的比值Wd/Hd位于5～50之间，优选地，Wd/Hd＝9.2。所述支撑部50的宽度Wp与所述覆晶发光二极管100的宽度Wd比值Wp/Wd位于0.1～0.2之间，优选地，Wp/Wd＝0.13。所述支撑部50的高度Hp宽度Wp的比值Hp/WP位于0.3～1之间，优选地，Hp/WP＝0.4。
本发明所述覆晶发光二极管100中，所述支撑部50与所述氮化镓外延层11之间设置有加固层，从而增加了所述支撑部50的机械强度以及提高了覆晶发光二极管100流体组装良率。进一步地，本发明通过设置所述覆晶发光二极管100的高度和宽度比例、所述支撑部50的宽度、高度比例以及所述支撑部50的宽度与所述覆晶发光二极管100的宽度比值，从而优化了所述支撑部50与所述覆晶发光二极管100的比例协调性，增加了所述覆晶发光二极管100的品质。
如图3-4所示为本发明第二实施例中所述覆晶发光二极管100a，其与本发明第一实施例中所述覆晶发光二极管100的结构大体相同，不同点在于：所述N型半导体层12与所述氮化镓外延层11相对的一侧表面的周缘向外凸伸形成突出部120a。所述发光活性层13、P型半导体层14依次设置于所述突出部120a上。所述第一电极20设置于所述N型半导体层12与所述氮化镓外延层11相对一侧表面中部。所述导电结合层60以及所述第二电极30依次设置于所述P型半导体层14上。所述绝缘层40设置于所述突出部120a、所述发光活性层13以及所述P型半导体层14所构成的层叠结构内周缘与所述第一电极20的外周缘之间所形成的收容区域。
本发明所述覆晶发光二极管100a中，所述发光活性层13、P型半导体层14均位于所述第一电极20的周缘，从而使得所述覆晶发光二极管100a具有良好品质的同时，具有较大的出光范围。
如图5所示为本发明第三实施例所述覆晶发光二极管100b，其与第一实施例所述覆晶发光二极管100相似，其不同点在于，所述氮化镓外延层11纵截面呈梯形，其横向宽度朝向远离所述N型半导体层12方向逐渐减小。所述氮化镓外延层11具有一顶角B，所述顶角B位于位于100°～150°之间，优选地，所述顶角B等于120°。
如图6-16所示，为本发明第一实施例所述覆晶发光二极管100的制造方法，包括如下步骤：
第一步：如图6所示，提供一未成形半导体层10a。
所述未成形半导体层10a包括从下至上依次堆叠设置的蓝宝石基板200、氮化镓外延层11、N型半导体层12、发光活性层13以及P型半导体层14。
第二步：如图7所示，在所述未成形半导体层10a的P型半导体层14上镀设一层导电结合层60。
第三步：如图8所示，自上而下蚀刻所述导电结合层60、P型半导体层14、发光活性层13、N型半导体层12的周缘区域，从而去除所述导电结合层60、P型半导体层14、发光活性层13以及N型半导体层12周缘部分。
蚀刻后，所述未成形半导体层10a呈倒“T”型。蚀刻所述N型半导体层12形成一突出部120。所述发光活性层13、P型半导体层14以及所述导电结合层60依次地位于所述突出部120之上。所述突出部120以及所述发光活性层13、P型半导体层14以及导电结合层60共同形成一层叠结构110。
第四步：如图9所示，在所述N型半导体层12周缘设置第一电极20、以及在所述层叠结构110的导电结合层60上设置第二电极30。
所述第一电极20位于所述层叠结构110、第二电极30周缘且与所述层叠结构110、第二电极30间隔设置。所述第一电极20的纵向高度等于所述层叠结构110的纵向高度与所述第二电极30的纵向高度之和。
第五步：如图10所示，在所述第一电极20与所述层叠结构110、第二电极30之间填充绝缘胶体，并进一步固化绝缘胶体而形成绝缘层40。
所述绝缘层40的纵向高度等于所述第一电极20的纵向高度。
第六步：如图11所示，在所述第一电极20、第二电极上分别镀设缓冲层70，从而制得未成形覆晶发光二极管101。
所述缓冲层70的材料为Ti、Ni、Sn、In、Au、Cu中的一种或多种。
第七步：如图12所示，提供一侧表面具有胶体310的玻璃基板300，并将步骤六中所述未成形覆晶发光二极管101翻转180度后通过所述胶体310粘结于所述玻璃基板300上。
第八步：如图13所示，利用激光冲切技术，使得所述蓝宝石基板200与所述氮化镓外延层11分离。
第九步：如图14所示，将所述蓝宝石基板200彻底从所述氮化镓外延层11上去除。
第十步：如图15所示，对所述氮化镓外延层11外表面中部进行改质并设置一支撑部50于其上。
通过对所述氮化镓外延层11表面中部进行表面改质后，形成一加固层51，所述支撑部50设置于所述加固层51之上。所述支撑部50的材料为胶材、光阻材料、高分子材料、SiO2、SiNx、量子点材料或者上述材料的混合物。所述支撑部50的高度Hp为0.2～40μm，优选为2μm，所述支撑部50宽度Wp为0.5～40μm，优选为5μm。
第十一步：如图16所示，去除所述玻璃基板300以及所述胶体310，从而得到本案所述覆晶发光二极管100。
在上述覆晶发光二极管100的制造方法中，所述氮化镓外延层11的顶角A可以通过在步骤三以及后续步骤中通过蚀刻形成，本发明所述覆晶发光二极管100的制造方法中忽略了所述顶角A的形成过程。
在本发明所述覆晶发光二极管100的制造方法制程简单，而且在形成所述支撑部50时，通过对所述氮化镓外延层11的外表面进行表面改质，从而使得所述支撑部50与所述氮化镓外延层11之间结合强度更高。进一步地，通过量化所述支撑部50的尺寸使得所述支撑部50的高度与宽度比例相对协调，从而增加了所述覆晶发光二极管100在流体组装中的良率。
本发明第二实施例所述覆晶发光二极管100a的制造方法与所述覆晶发光二极管100的制造方法相似，不同之处在于：步骤三中，依据所述覆晶发光二极管100a的结构，从上至下依次蚀刻所述导电结合层60、P型半导体层14、发光活性层13、N型半导体层12的中部。第四步中，将所述第一电极20设置于所述氮化镓外延层11的中部，如此所述第一电极20与所述层叠结构110在所述覆晶发光二极管100a中的位置与所述覆晶发光二极管100的位置正好交换。其余制程步骤与上述覆晶发光二极管100的制造流程相同，不在赘述。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种覆晶发光二极管，包括半导体层、设置于所述半导体层上的第一电极、第二电极以及将所述第一电极、第二电极相互绝缘的绝缘层，所述半导体层包括自上而下依次堆叠而成的氮化镓外延层、N型半导体层、发光活性层以及P型半导体层，所述第二电极设置于所述P型半导体层上，其特征在于：所述N型半导体层远离所述氮化镓外延层的一侧表面向外凸伸形成一突出部，所述发光活性层以及所述P型半导体层依次地设置于所述突出部上，所述绝缘层设置于所述第一电极与所述突出部、所述发光活性层、所述P型半导体层以及所述第二电极形成的层叠结构之间；所述覆晶发光二极管还包括位于所述氮化镓外延层外表面的一支撑部，所述支撑部通过一加固层设置于所述氮化镓外延层上。
2.如权利要求1所述覆晶发光二极管，其特征在于：所述覆晶发光二极管的宽度Wd为5～200μm，所述覆晶发光二极管的高度Hd为0.1～40μm，所述覆晶发光二极管的宽度与高度的比值Wd/Hd位于5～50之间。
3.如权利要求2所述覆晶发光二极管，其特征在于：所述支撑部的高度Hp为0.2～40μm，所述支撑部宽度Wp为0.5～40μm，所述支撑部的高度Hp宽度Wp的比值Hp/WP位于0.3～1之间。
4.如权利要求3所述覆晶发光二极管，其特征在于：所述支撑部的宽度Wp与所述覆晶发光二极管的宽度Wd比值Wp/Wd位于0.1～0.2之间。
5.如权利要求1所述覆晶发光二极管，其特征在于：所述突出部形成于所述N型半导体层远离所述氮化镓外延层的一侧表面中部，所述第一电极设置于所述N型半导体层远离所述氮化镓外延层一侧表面外周缘且与所述突出部间隔设置。
6.如权利要求1所述覆晶发光二极管，其特征在于：所述突出部形成于所述N型半导体层远离所述氮化镓外延层一侧表面周缘，所述第一电极设置于所述N型半导体层远离所述氮化镓外延层一侧表面中部且与所述突出部间隔设置。
7.如权利要求1所述覆晶发光二极管，其特征在于：所述氮化镓外延层的纵截面呈梯形，其具有一顶角，所述顶角位于30°～80°之间。
8.如权利要求1所述覆晶发光二极管，其特征在于：所述氮化镓外延层的纵截面呈梯形，其具有一顶角，所述顶角位于100°～150°之间。
9.一种覆晶发光二极管的制造方法，包括如下步骤：
提供一半导体层叠结构，所述半导体层叠结构包括从下至上依次堆叠设置的蓝宝石基板、氮化镓外延层、N型半导体层、发光活性层以及P型半导体层；
在所述半导体层叠结构的P型半导体层上镀设一层导电结合层；
自上而下蚀刻所述导电结合层、P型半导体层、发光活性层、N型半导体层的周缘区域，从而去除所述导电结合层、P型半导体层、发光活性层以及N型半导体层周缘部分；
在所述N型半导体层周缘设置第一电极、以及在所述导电结合层上设置第二电极；
在所述第一电极与所述层叠结构、第二电极之间填充绝缘胶体，并进一步固化绝缘胶体而形成绝缘层；
在所述第一电极、第二电极上分别镀设缓冲层；
提供一侧表面具有胶体的玻璃基板，并将上一步骤中所述半导体层叠结构翻转后通过所述胶体粘结于所述玻璃基板上；
利用激光冲切技术，使得所述蓝宝石基板与所述氮化镓外延层分离；
将所述蓝宝石基板彻底从所述氮化镓外延层上去除；
对所述氮化镓外延层外表面中部进行改质并设置一支撑部于其上；
去除所述玻璃基板以及所述胶体，从而得到本案所述覆晶发光二极管。
10.如权利要求9所述覆晶发光二极管制造方法，其特征在于：在设置所述支撑部前需要对所述氮化镓外延层表面进行改质而形成一加固层，所述支撑部通过所述加固层与所述氮化镓外延层连接。
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