CN110088919B - 发光元件、发光元件阵列及其发光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种发光装置，发光装置具有包括控制电路的基板，发光装置包括发光元件，发光元件具有半导体层序列，半导体层序列包括第一类型半导体层、第二类型半导体层及其位于第一类型半导体层和第二类型半导体层之间的有源发光层，发光装置具有分布在发光元件周边的遮蔽层，发光元件与基板的控制电路连接，发光元件已采用或将要采用激光剥离衬底的工艺，遮蔽层防止衬底剥离时，激光损伤控制电路而导致发光装置出现工作异常。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造领域，具体涉及发光元件、发光元件阵列及其发光装置。
背景技术
在目前市场中，发光器件呈现出尺寸及间距微小化的趋势，超小间距的发光装置具有更高的像素和更良好的市场前景，而在超小间距发光装置时，例如制作具有电路基板之氮化镓薄膜LED结构，需使用激光剥离技术移除蓝宝石衬底，但在移除时激光能量会穿透蓝宝石衬底，激光传递至底下的控制电路板而导致线路损坏，造成产品良率不佳。
发明内容
本发明就是针对背景技术的问题提出一种可行的解决方案，通过此方案可以获得高良率的发光元件。
本发明提供了一种发光元件，具有半导体层序列，半导体层序列依次包括第一类型半导体层、第二类型半导体层及其位于第一类型半导体层和第二类型半导体层之间的有源发光层，与第一类型半导体层电连接的第一电接触层，与第二类型半导体层电连接的第二电接触层，具有分布在发光元件周边的遮蔽层。
根据本发明，优选的，遮蔽层相对半导体层序列呈翼状分布。
根据本发明，优选的，遮蔽层具有吸收或者反射激光的作用。
根据本发明，优选的，遮蔽层包括反射材料，反射材料对激光的反射率为大于50%。
根据本发明，优选的，遮蔽层的材料与第一电接触层和/或第二电接触层相同。
根据本发明，优选的，遮蔽层与第一电接触层或第二电接触层连接。
根据本发明，优选的，遮蔽层的材料包括铬、钛、镍、铝、银、金、铂、锡。
在本发明的一些实施例中，优选的，遮蔽层临近发光元件的区域具有应力集中部。
在该些实施例中，优选的，应力集中部设置在发光元件上，或者离发光元件的距离小于1mm。
在该些实施例中，优选的，发光元件采用了衬底剥离工艺，应力集中部功能包括减少或者阻止衬底剥离过程遮蔽层残余在发光元件上。
根据本发明，优选的，发光元件尺寸大于1mm*1mm。
在本发明的一些实施例中，优选的，发光元件边缘区域具有牺牲结构。
在该些实施例的一些变形实施例中，优选的，牺牲结构远离发光元件的侧壁为平整面。
在该些变形实施例中，优选的，发光元件已采用或将要采用衬底剥离工艺，牺牲结构功能包括减少或者阻止剥离过程中剥离产生的裂纹延伸到发光元件内，而导致的发光元件出光性能损失。
在该些变形实施例中，优选的，牺牲结构与发光元件分离且同时连接在衬底上，或牺牲结构仅与发光元件第二类型半导体层接触。
在该些变形实施例中，优选的，牺牲结构的高度为从相比半导体层序列高度小1μm到相比半导体层序列高度大1μm。
在该些变形实施例中，优选的，牺牲结构的宽度大于牺牲结构的高度。
在该些变形实施例中，优选的，牺牲结构的面积为发光元件面积的1%~10%。
在本发明中，优选的，发光元件具有从2μm到5μm、 从5μm到10μm、从10μm到20μm、从20μm到50μm或从50μm到100μm的长度。
在本发明中，优选的，发光元件具有从2μm到5μm、 从5μm到10μm、从10μm到20μm、从20μm到50μm或从50μm到100μm的宽度。
在本发明中，优选的，发光元件具有从2μm到5μm、 从5μm到10μm、从10μm到20μm、从20μm到50μm或从50μm到100μm的高度。
在本发明中，优选的，发光元件上靠近遮蔽层的侧壁为平整面。
本发明还提供了一种发光元件阵列，由若干个上述任意一种发光元件组成。
为提供一种显屏用的发光装置，本发明还提供了一种发光装置，遮蔽层至少设置于控制电路的上方。
根据本发明，优选的，控制电路由CMOS元件组成。
根据本发明，优选的，发光装置包括若干个发光元件。
本发明还提供了另一种发光装置，具有包括控制电路的基板、与基板的控制电路连接的发光元件，发光元件具有半导体层序列，半导体层序列从下至上依次包括第一类型半导体层、第二类型半导体层及其位于第一类型半导体层和第二类型半导体层之间的有源发光层，与第一类型半导体层电连接的第一电接触层，与第二类型半导体层电连接的第二电接触层，具有分布在发光元件周边的遮蔽层，遮蔽层至少连接到一牺牲结构上，牺牲结构与衬底直接或间接接触。
（1）在发光元件周边设置遮蔽层，在后续制程工艺利用激光剥离衬底时，避免对键合基板的损伤，特别是避免激光对基板上控制电路的损伤。
（2）遮蔽层与第一电接触层和/或第二电接触层材料相同，可一并进行制作，缩短了制程时间，提高了制作效率。
（3）遮蔽层临近发光元件的区域具有应力集中部，保证在后续制程工艺中遮蔽层能尽可能在靠近发光元件的区域断裂，减少遮蔽层的残余。
（4）发光元件尺寸大于1mm*1mm，较大的发光元件尺寸能提高激光剥离时的稳定性，提高剥离的可控性。
（5）衬底剥离时，遮蔽层将剥离冲击力传递到半导体层序列，发光元件边缘区域具有牺牲结构避免冲击力造成半导体层序列损伤或者坍塌。
（6）牺牲结构远离发光元件的侧壁为平整面，例如利用ISO（隔离）直接将MESA（图形化）工艺制作出的平台去除，防止平台没有得到基板支撑而悬空，在剥离时出现坍塌。
（7）牺牲结构与发光元件分离或仅与发光元件第二类型半导体层接触，有效避免剥离时由剥离冲击力产生的破裂延伸到发光元件的半导体层序列中。
牺牲结构与衬底接触，由衬底提供支撑力，降低牺牲结构的坍塌概率，从而获得更优良的芯片外观。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1 为实施例1中的发光元件示意图；
图2 为实施例1的第二类变形实施例的发光元件示意图；
图3 为实施例2的发光元件示意图；
图4 为实施例2的一些变形实施例的发光元件示意图；
图5 为实施例4的发光装置示意图；
图6 为实施例5的发光装置示意图；
图7 为实施例5的一些变形实施例的发光装置示意图；
图8 为实施例6的发光装置示意图；
图9 为实施例6的一些变形实施例的发光装置示意图；
图10 为实施例6的一些变形实施例进行衬底去除后的发光装置示意图。
图中标示：100、半导体层序列，110、第一类型半导体层，120、第二类型半导体层，130、有源发光层，140、侧壁，210、第一电接触层，220、第二电接触层，300、牺牲结构，310、侧壁，320、支撑结构，400、衬底，500、绝缘层，600、遮蔽层，610、应力集中部，700、基板，710、接触区域，720、控制电路，800、像素。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
应当理解，本发明所使用的术语仅出于描述具体实施方式的目的，而不是旨在限制本发明。进一步理解，当在本发明中使用术语“包含”、"包括"时，用于表明陈述的特征、整体、步骤、元件、和/或的存在，而不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、元件、和/或它们的组合的存在或增加。
除另有定义之外，本发明所使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。应进一步理解，本发明所使用的术语应被理解为具有与这些术语在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的意义来理解，除本发明中明确如此定义之外。
参看图1，在本发明的第一个实施例中，提供了一种发光元件，该发光元件例如为发光二极管，具有半导体层序列，半导体层序列从下至上，依次包括第一类型半导体层、第二类型半导体层及其位于第一类型半导体层和第二类型半导体层之间的有源发光层，在本实施例中，第一类型半导体层选择为P型半导体层，第二类型半导体层选择为N型半导体层，与第一类型半导体层电连接的第一电接触层，与第二类型半导体层电连接的第二电接触层，具有分布在发光元件周边的遮蔽层，遮蔽层具有吸收或者反射激光的作用，如图中所示，遮蔽层相对半导体层序列呈横向的翼状分布，图中仅为单翼状分布，也可以在发光元件四周均设置翼状结构。
遮蔽层常选择的材料包括反射材料、吸光材料，如选择为反射材料时，不容易因为吸收激光能量而产生高温，烧伤半导体层序列，因此反射材料对激光的反射率大于50%时，散热效果较佳。
为了简化制作工艺，本实施例将遮蔽层的材料设置与第一电接触层和/或第二电接触层相同，本实施例可选择将遮蔽层与第一电接触层或第二电接触层连接，一起制作出遮蔽层及第一电接触层和/或第二电接触层。第一电接触层和/或第二电接触层在垂直于横向的方向中分别具有一种由复数个重叠之不同金属的个别层构成之多层构造或由其构成，具体来说第一电接触层、第二电接触层和遮蔽层的材料的选择包括铬、钛、镍、铝、银、金、铂、锡，或者以上任意组合。
可以预期的，具有遮蔽层的发光元件不限于采用正装、倒装或者垂直结构，均可防止激光烧伤在后工艺的键合基板。
在第一个实施例的第一类变形实施例中，在遮蔽层临近发光元件的区域设置应力集中部。
为了减少遮蔽层残余，该些变形实施例中将应力集中部设置在发光元件上，或者离发光元件的距离小于1mm。
参看图2，在第一个实施例的第二类变形实施例中，将发光元件尺寸设计大于1mm*1mm，例如具有复数横向和/或纵向配置的各别的且可独立控制的像素，每个像素包括具有突出部的半导体层序列及第一电接触层，借由电绝缘层将第二电接触层和第一类型半导体层相互隔开，半导体层序列沿着该发光元件之整个横向范围相连地延伸着。
参看图3，在第一个实施例的第二类变形实施例的基础上，提供本发明的第二个实施例，为了解决发光元件键合到基板后，剥离衬底时，由遮蔽层传递到半导体层序列冲击力较大而导致半导体层序列破裂或坍塌的问题，本实施例在第一个实施例的基础上在发光元件边缘区域设置有牺牲结构，牺牲结构可与半导体层序列一起制作，因此牺牲结构的高度为从相比半导体层序列高度小1μm到相比半导体层序列高度大1μm，更有利于键合后牺牲结构通过键合基板进行支撑。在牺牲结构上制作支撑结构，支撑结构与第一电接触层和/或第二电接触层可选择同种材料，同步制作而成，如图中所示，本实施例中支撑结构320为第二电接触层的延伸，支撑结构与牺牲结构间通过绝缘层隔离开，牺牲结构本身不构成电流回路，发光元件已采用或将要采用衬底剥离工艺，牺牲结构功能包括削弱或者阻止剥离过程中由裂纹延伸导致的发光元件出光性能损失。
出于优化设计的考虑，在牺牲结构远离发光元件的侧壁设置为平整面，和/或发光元件上靠近遮蔽层的侧壁为平整面，去除由MESA图形化产生的平台，平整面具有更佳的力学稳定性，不易坍塌、损坏，也在后续键合后由键合接触提供支撑力。牺牲结构与发光元件分离。在本实施例中，将牺牲结构的宽度设置大于牺牲结构的高度，让牺牲结构具有更加的稳定性。牺牲结构的面积为发光元件面积的1%~10%，再兼顾保护效果的同时，避免损失过大的发光面积。如图中所示，遮蔽层600延伸覆盖到半导体层序列100的凸起部的绝缘层500之上作为与第一电接触层210和第二电接触层220等高的支撑结构320。
参看图4，在第二个实施例的一些变形实施例中，牺牲结构仅与发光元件的第二类型半导体层接触，类似地，通过减小牺牲结构与发光元件的接触面积，可以有效阻止由剥离冲击力产生的裂痕向半导体层序列延伸。
在本发明的第三个实施例中，发光元件为微发光二极管，具有从2μm到5μm、 从5μm到10μm、从10μm到20μm、从20μm到50μm或从50μm到100μm的长度，具有从2μm到5μm、 从5μm到10μm、从10μm到20μm、从20μm到50μm或从50μm到100μm的宽度，具有从2μm到5μm、 从5μm到10μm、从10μm到20μm、从20μm到50μm或从50μm到100μm的高度。
本发明的第四个实施例中，提供了由若干个上述实施例1到实施例3中任意一种发光元件组成的发光元件阵列，该发光元件阵列可键合于基板上。
参看图5，以第四个实施例为基础，在本发明的第五个实施例中，提供了一种发光装置，具有包括控制电路的基板，基板上具有与第一电接触层、第二电接触层提供电接触的接触区域，包括上述实施例1到实施例3中任意一种发光元件，发光元件与基板的控制电路连接，在操作时，电子经由该接触区域而注入至发光元件中，由控制电路决定发光元件的工作状态，具有高像素的显示功能。为提供良好的保护效果，与控制电路相对应的，遮蔽层应至少设置于控制电路的上方，特别是没有发光元件的区域，阻止激光穿过衬底400直接烧伤控制电路720。在本实施例中，该控制电路可选用具有复数个开关的主动矩阵元件。每一开关于此例如可以是电晶体，例如，薄膜电晶体，特别是场效电晶体。例如，该主动矩阵元件是金属/氧化物/半导体组件，其已为人所知而称为CMOS组件。具体来说，控制电路由CMOS元件组成，CMOS元件具有复数个开关，每一开关配属于一像素且可导电地与该像素相连接，在操作时，可经由该开关各别地且独立地控制该像素。
在基板上的接触区域可同时用作冷却发光元件，以将该发光元件操作时产生的热有效地例如经由基板排出。该接触区域亦可对该发光元件具有支撑和稳定的作用，这样例如将该半导体晶片中的生长衬底剥离。由于生长衬底剥离而避免了生长衬底对像素明暗的影响，不需该生长衬底亦可在相邻的像素之间达成很好的明暗对比。
参看图6，在第五个实施例中，牺牲结构可兼具上述实施例的技术特征，发光装置中发光元件采用了衬底剥离工艺，牺牲结构功能包括削弱或者阻止衬底剥离过程中由裂纹延伸而导致的发光元件出光性能损失。而本实施例为了增强牺牲结构的稳定性，在本实施例的发光装置中，牺牲结构300与衬底400接触，牺牲结构300由衬底400支撑，衬底400向牺牲结构300提供支撑力。出于简化工艺流程的考虑，牺牲结构300上部分区域覆盖有遮蔽层600。
参看图7，在第五个实施例的一些变形实施例中，由于发光元件采用了衬底剥离工艺，在遮蔽层中设置应力集中部，其主要功能包括削弱或者阻止衬底剥离过程中由裂纹延伸导致的发光元件出光性能损失，应力集中部类似应力中心，应力集中部至少包括厚度变化、形状变化或者制作缺口等技术手段。
参看图8，在第一个实施例的第二类变形实施例的发光元件基础上，提供第六个实施例，将发光元件尺寸设计大于1mm*1mm，例如具有复数横向和/或纵向配置的各别的且可独立控制的像素，每个像素包括具有突出部的半导体层序列及第一电接触层，借由电绝缘层将第二电接触层和第一类型半导体层相互隔开，半导体层序列沿着该发光元件之整个横向范围相连地延伸着。发光元件与基板的控制电路连接，在操作时，电子经由该接触区域而注入至发光元件中，由控制电路决定发光元件的工作状态，具有高像素的显示功能。在该实施例中，牺牲结构与发光元件分离。
在该实施例中，侧壁部分受到剥离冲击力较大，将发光元件上靠近遮蔽层的侧壁为设置平整面，即去除MESA图形化的平台面，以避免悬空无支撑的平台面脱离坍塌，本实施例的发光元件靠近遮蔽层的侧壁由于得到通过第二电接触层与基板直接或间接接触而具有比较强的稳定性。
参看图9，作为第六个实施例的一些变形实施例，牺牲结构与半导体层序列部分连接，牺牲结构仅与发光元件第二类型半导体层接触，类似地，通过减小牺牲结构与发光元件的接触面积，可以有效阻止由剥离冲击力产生的裂痕向半导体层序列延伸。
参看图10，将上述变形实施例的发光元件的衬底剥离，得到了具有良好出光性能的发光装置，消除了衬底对明暗变化的影响，提高了显示器的显示清晰度，从图中可以看出，遮蔽层因为结构变化而在于牺牲结构交接部具有应力集中部，剥离衬底后，遮蔽层在应力集中部断裂，而几乎没有悬空残留。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (28)
1.发光元件，具有衬底和设置在衬底上的半导体层序列，从衬底开始半导体层序列由下至上依次包括第一类型半导体层、第二类型半导体层及其位于第一类型半导体层和第二类型半导体层之间的有源发光层，
与第一类型半导体层电连接的第一电接触层，
与第二类型半导体层电连接的第二电接触层，
其特征在于，具有分布在发光元件周边的遮蔽层，遮蔽层与衬底连接。
2.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，遮蔽层相对半导体层序列呈翼状分布。
3.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，遮蔽层具有吸收或者反射激光的作用。
4.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，遮蔽层包括反射材料，反射材料对激光的反射率为大于50%。
5.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，遮蔽层的材料与第一电接触层和/或第二电接触层相同。
6.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，遮蔽层与第一电接触层或第二电接触层连接。
7.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，遮蔽层的材料包括铬、钛、镍、铝、银、金、铂、锡。
8.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，遮蔽层临近发光元件的区域具有应力集中部。
9.根据权利要求8所述的发光元件，其特征在于，应力集中部设置在发光元件上，或者离发光元件的距离小于1mm。
10.根据权利要求8所述的发光元件，其特征在于，发光元件将采用了衬底剥离工艺，应力集中部功能包括减少或者阻止衬底剥离过程遮蔽层残余在发光元件上。
11.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，发光元件尺寸大于1mm*1mm。
12.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，发光元件边缘区域具有牺牲结构。
13.根据权利要求12所述的发光元件，其特征在于，牺牲结构远离发光元件的侧壁为平整面。
14.根据权利要求12所述的发光元件，其特征在于，发光元件已采用或将要采用衬底剥离工艺，牺牲结构功能包括减少或者阻止剥离过程中剥离产生的裂纹延伸到发光元件内，而导致的发光元件出光性能损失。
15.根据权利要求12所述的发光元件，其特征在于，牺牲结构与发光元件分离且同时连接在衬底上，或牺牲结构仅与发光元件第二类型半导体层接触。
16.根据权利要求12所述的发光元件，其特征在于，牺牲结构的高度为从相比半导体层序列高度小1μm到相比半导体层序列高度大1μm。
17.根据权利要求12所述的发光元件，其特征在于，牺牲结构的宽度大于牺牲结构的高度。
18.根据权利要求12所述的发光元件，其特征在于，牺牲结构的面积为发光元件面积的1%~10%。
19.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，发光元件具有从2μm到5μm、 从5μm到10μm、从10μm到20μm、从20μm到50μm或从50μm到100μm的长度。
20.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，发光元件具有从2μm到5μm、 从5μm到10μm、从10μm到20μm、从20μm到50μm或从50μm到100μm的宽度。
21.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，发光元件具有从2μm到5μm、 从5μm到10μm、从10μm到20μm、从20μm到50μm或从50μm到100μm的高度。
22.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，发光元件上靠近遮蔽层的侧壁为平整面。
23.发光元件阵列，其特征在于，由若干个权利要求1~22中任意一项所述的发光元件组成。
24.发光装置，具有包括控制电路的基板，其特征在于，包括权利要求1~22中任意一项所述的发光元件，发光元件与基板的控制电路连接，由控制电路决定发光元件的工作状态。
25.根据权利要求24所述的发光装置，其特征在于，遮蔽层至少设置于控制电路的上方。
26.根据权利要求24所述的发光装置，其特征在于，控制电路由CMOS元件组成。
27.根据权利要求24所述的发光装置，其特征在于，发光装置包括若干个发光元件。
28.发光装置，具有包括控制电路的基板、与基板的控制电路连接的发光元件，发光元件具有衬底和设置在衬底上的半导体层序列，从衬底开始半导体层序列由下至上依次包括第一类型半导体层、第二类型半导体层及其位于第一类型半导体层和第二类型半导体层之间的有源发光层，
与第一类型半导体层电连接的第一电接触层，
与第二类型半导体层电连接的第二电接触层，
其特征在于，具有分布在发光元件周边的遮蔽层，遮蔽层至少连接到一牺牲结构上，牺牲结构与衬底直接或间接接触。
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