CN110998878B - 一种半导体发光组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种半导体发光组件，包括：半导体叠层体和位于所述半导体叠层体之上的电极，所述电极含有：第一导电型电极、以及与所述第一导电型电极的导电型不同的第二导电型电极，所述第一导电型电极与第二导电型电极存在一定的间隙，定义该电极间隙的空间体积为V1，其特征在于：于所述第一导电型电极与第二导电型电极之间设置吸嘴吸附层，所述吸嘴吸附层的空间体积V2占所述电极间隙的空间体积V1的比例：V2/V1的比值介于50%~100%。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种半导体发光组件。
背景技术
LED组件作为一种半导体发光组件，具有小型且发光效率良好，具有鲜艳的发光颜色，而且具备长寿命且优良的驱动特性等，所以近年来，广泛地用于彩色显示装置的背光源的光源、照明等各个领域。图1为现有的电极同侧的LED芯片结构示意图，正负电极(焊盘)之间隔离槽需要预留一定宽度，以保证在后续LED芯片在锡焊过程中，正、负电极之间不短路。
当LED芯片尺寸持续缩小到更小尺度，如mini LED或micro LED，由于LED芯片的尺寸度过小(一般小于150μm)，芯片表面的正、负电极(焊盘)的间距更小（一般小于100μm），而常规的吸嘴直径一般在50~100μm，在进行测试、分选或者转移等作业过程中需要吸取LED芯片时，容易导致正、负电极(焊盘)隔离槽漏气，吸力不足，无法顺利完成作业，如图2所示。此外，由于LED芯片与吸嘴正面接触面积小，当芯片电极(焊盘)面朝转移膜时，粘附差，芯粒易偏转、贴合不牢等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种半导体发光组件。本发明通过在正负电极结构之间的间隙设置吸嘴吸附层，可以增加分选吸嘴（或转移等用途之吸嘴）与LED芯片的有效接触面积，有效抑制吸嘴吸取LED芯片时的漏气现象，从而提升分选（或转移）良率。
为了实现上述目的，本发明提供的半导体发光组件，包括：半导体叠层体和位于所述半导体叠层体之上的电极，所述电极含有：第一导电型电极、以及与所述第一导电型电极的导电型不同的第二导电型电极，所述第一导电型电极与第二导电型电极存在一定的间隙，定义该电极间隙的空间体积为V1，其特征在于：于所述第一导电型电极与第二导电型电极之间设置吸嘴吸附层，所述吸嘴吸附层的空间体积V2占所述电极间隙的空间体积V1的比例：V2/V1的比值介于50%~100%。
优选地，所述V2/V1的比值介于80%~95%。
优选地，定义所述电极结构的高度为H，所述吸嘴吸附层的厚度介于0.8H~1.2H。
优选地，所述吸嘴吸附层包括绝缘结构层或者导电结构层或者二者组合。
优选地，所述绝缘结构层选用无机介质层或者有机介质层或者二者组合。
优选地，所述绝缘结构层选用SiO2或者Si3N4或者Al2O3或者TiO2或者前述任意组合。
优选地，所述绝缘结构层选用聚合物派瑞林或者聚酰亚胺或者聚苯并恶唑或者聚苯硫醚或者硅胶或者前述任意组合。
优选地，所述绝缘结构层选用单一材料结构层或者分布布拉格反射层（DBR）。
优选地，所述绝缘结构层形状为柱体或者半椭球体或者半球体或者锥体或者类形体或者前述任意组合。
优选地，所述吸嘴吸附层呈条状或者带状，相邻的吸嘴吸附层之间的间距小于或者等于50μm。
优选地，所述绝缘结构层呈条状或者带状，位于所述LED芯片的边缘或者中心区域。
优选地，所述导电结构层选用金属结构层。
优选地，所述导电结构层呈条状或者带状，位于所述LED芯片的边缘。
优选地，所述导电结构层作为电极的电流扩展条。
优选地，所述电极表面设有一金属层，该金属层与所述吸嘴吸附层表面的粘附性小于该金属层与电极表面的粘附性。
优选地，所述金属层选用Rh或Ru或Ag或Sn或Pt或前述任意组合。
优选地，所述金属层的厚度小于或者等于10nm。
优选地，于所述第一导电型电极与第二导电型电极表面分别设有一凸块层。
优选地，所述凸块层的厚度为所述电极厚度的5倍以上，更优选地10倍以上。
优选地，定义相邻的所述凸块层之间空间体积为V3，则V2/（V1+V3）的比值介于50%~80%。
优选地，定义所述电极与凸块的高度之和为H，所述吸嘴吸附层的厚度介于0.6H~0.9H。
优选地，所述凸块层选用Ni或AgSn或Cu或AuSn或NiAg或Sn或Au或SnAgCu或前述任意组合。
优选地，所述半导体叠层体具有第一导电型半导体层、发光层以及与所述第一导电型半导体层的导电型不同的第二导电型半导体层。
优选地，于所述半导体叠层体上形成有电流扩展层。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
（1）藉由电极结构之间设置吸嘴吸附层，可以增加分选吸嘴（或转移等用途之吸嘴）与LED芯片的有效接触面积，有效抑制吸嘴吸取LED芯片时的漏气现象，从而提升分选（或转移）良率和精度；
（2）藉由电极结构之间设置吸嘴吸附层，在LED芯片的电极(焊盘)面朝转移膜时，与转移膜的有效接触面积也会增加，可有效降低芯片与转移膜的贴合不良比例，从而降低LED芯片在输运过程中的立晶、翻转等几率；
（3）藉由电极结构之间设置吸嘴吸附层，使得LED芯片与转移膜的粘合力提升，可有效降低巨量转移难度，提升转移效率；
（4）藉由电极结构之间设置具有反射特性的吸嘴吸附层，用于反射半导体叠层体发出的光线(出光面远离电极方向)，增加光的萃取效率；
（5）藉由电极结构之间设置具有绝缘特性的吸嘴吸附层，可有效较低电极（焊盘）之间短路的风险。
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。
虽然在下文中将结合一些示例性实施及使用方法来描述本发明，但本领域技术人员应当理解，并不旨在将本发明限制于这些实施例。反之，旨在覆盖包含在所附的权利要求书所定义的本发明的精神与范围内的所有替代品、修正及等效物。
下面各实施例主要以发光二极管为例，但应该注意是，本发明并不限制于发光二极管，本发明所述半导体组件可以包含发光二极管、激光器、探测器、太阳能电池或者集成电路器件等，一般包括半导体叠层体和电极结构。
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是常规的倒装LED芯片结构示意图。
图2是常规的倒装LED芯片分选过程示意图。
图3是实施例1的半导体发光组件的剖面示意图。
图4是实施例1的半导体发光组件的分选过程示意图。
图5是实施例2的半导体发光组件的剖面示意图。
图6是实施例3的半导体发光组件的剖面示意图。
图7是实施例4的半导体发光组件的剖面示意图。
图8是实施例5的半导体发光组件的剖面示意图。
图9是实施例6的半导体发光组件的俯视示意图。
图10是实施例6的半导体发光组件的剖面示意图。
图11是实施例7的半导体发光组件的俯视示意图。
图12是图11沿A-A面的剖面示意图。
图13是实施例8的半导体发光组件的俯视示意图。
图14是实施例9的半导体发光组件的俯视示意图。
图15是实施例10的半导体发光组件的剖面示意图。
图中部件符号说明：
100：基板（Sapphire）；201：半导体叠层体；202：电流扩展层（TCL）；203：绝缘保护层；300N：N电极；300P：P电极；400、400'：吸嘴吸附层之绝缘结构层；401：吸嘴吸附层之金属结构层；500：金属层；600N：N凸块；600P：P凸块。
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。
实施例1
如图3所示，本实施例提供的半导体发光组件，包括：基板（Sapphire）100，N型层（n-GaN层）、发光层以及P型层（p-GaN层）构成的半导体叠层体201，电流扩展层（TCL）202，绝缘保护层203，N电极300N，P电极300P，以及吸嘴吸附层之绝缘结构层400。
具体来说，上述半导体发光组件，可以是发光二极管或者激光二极管结构，基板100为蓝宝石（Sapphire）基板；N型层（图中未示出），形成于基板（Sapphire）100上；发光层（图中未示出），形成于N型层上；P型层（图中未示出），形成于发光层上，前述N型层（n-GaN层）、发光层以及P型层（p-GaN层）构成的半导体叠层体201；电流扩展层（TCL）202形成于部分半导体叠层体201的上表面；半导体叠层体201具有一个局部缺陷区，露出N型层（n-GaN层），N电极300N形成于所述局部缺陷区之上，并延伸至高于半导体叠层体201的上表面，P电极300P形成于所述电流扩展层202上，如果省去电流扩展层202，则P电极300P可以直接形成于所述P型层（p-GaN层）上。电流扩展层202可以选用氧化铟锡（ITO）或氧化锌（ZnO）或氧化镉锡（CTO）或氧化铟（InO）或铟（In）掺杂氧化锌（ZnO）或铝（Al）掺杂氧化锌（ZnO）或镓（Ga）掺杂氧化锌（ZnO）或前述任意组合之一。
可选的，局部缺陷区的侧壁形成有绝缘保护层203，用于隔离N电极300N与半导体叠层体201电接触，绝缘保护层203还可以延伸至电流扩展层202的上表面，且位于N电极300N、P电极300P的下方，可以作为电流阻挡层之用。
需要说明的是，N型层可以作为第一导电型半导体层，则P型层作为第二导电型半导体层，N电极作为第一导电型电极，则P电极作为第二导电型电极；而如果P型层可以作为第一导电型半导体层，则N型层作为第二导电型半导体层，P电极作为第一导电型电极，则N电极作为第二导电型电极。
再参考图3，其中N电极300N与P电极300P存在一定的间隙（gap），定义该电极间隙的空间体积为V1，于N电极300N与P电极300P之间设置吸嘴吸附层。吸嘴吸附层结构可以选择绝缘结构层或者金属结构层或者二者组合，本实施例优选绝缘结构层400。绝缘结构层的材质可以选用无机介质层或者有机介质层或者二者组合。具体地，所述无机介质层可以选用SiO2或者Si3N4或者Al2O3或者TiO2或者前述任意组合，有机介质层可以选用聚合物派瑞林或者聚酰亚胺或者聚苯并恶唑或者聚苯硫醚或者硅胶或者前述任意组合。绝缘结构层400既可以是选用单一材料结构层，也可以选择多种材料形成的复合结构，如分布布拉格反射层（DBR），本实施例优选SiO2单一材料结构层。绝缘结构层400的形状可以为柱体或者半椭球体或者半球体或者锥体或者类形体或者前述任意组合，本实施例优选柱体。
如图3和4所示，本实施例中，藉由于N电极300N与P电极300P之间设置吸嘴吸附层，可以增加分选吸嘴（或转移等用途之吸嘴）与LED芯片的有效接触面积，有效抑制吸嘴吸取LED芯片时的漏气现象，从而提升分选（或转移）良率。此外，LED芯片的电极(焊盘)面朝转移膜（一般为蓝膜或者白膜）时，与转移膜的有效接触面积也会增加，贴合效果也会大幅改善，从而降低LED芯片在输运过程中的立晶、翻转等几率。定义吸嘴吸附层400的空间体积V2，为了兼顾吸嘴的吸附面积及吸力的问题，优选所述吸嘴吸附层的空间体积V2占所述电极间隙的空间体积V1的比例：V2/V1的比值介于50%~100%，更优选的，V2/V1的比值介于80%~95%。
实施例2
如图5所示，与实施例1区别在于，本实施例于电极表面设有一金属层500，优选地，该金属层与吸嘴吸附层（绝缘结构层400）表面的粘附性小于该金属层与电极（N电极300N与P电极300P）表面的粘附性。金属层材质可以选用Rh或Ru或Ag或Sn或Pt或前述任意组合。金属层的厚度小于或者等于10nm，以不影响最终电极（焊盘）的焊锡为主要考虑。利用该金属层与吸嘴吸附层粘附性差的特点，可以在后续去除电极层上的吸嘴吸附层时，直接采用剥离（Lift-Off）的方式，而无需使用到昂贵的离子耦合等离子体（ICP）等设备，从而降低LED芯片的制作成本。
需要补充说明的是，金属层可以是在制作电极之后再镀膜形成，也可以是在制作电极的过程中完成，也就是说金属层可以视为电极的组成部分，作为电极结构表面层。
实施例3
如图6所示，与实施例2区别在于，实施例2的吸嘴吸附层之绝缘结构层400形状为柱体，而本实施的吸嘴吸附层之绝缘结构层400形状为半椭球体，而分选（或转移）吸嘴的横截面形状一般为圆形或者椭圆形，从而吸嘴更易自组装到吸嘴吸附层的半椭球体中心附近，有助于提高抓取与排列精度。
定义电极结构（包括金属层500）的高度为H，则优选吸嘴吸附层之绝缘结构层400的厚度介于0.8H~1.2H。利用半椭球体的曲面特点，分选吸嘴在吸附芯片时，更易吸附到曲面的中心附近，在排列时将芯片摆放在设定位置的偏差也更小，从而提升抓取与排列精度。
实施例4
如图7所示，与实施例2区别在于，实施例2的吸嘴吸附层之绝缘结构层400为SiO2单一材料结构层，本实施例的吸嘴吸附层之绝缘结构层为多种材料复合层。具体来说，吸嘴吸附层包括绝缘结构层400和绝缘结构层400'，其中绝缘结构层400呈半椭球体，选用SiO2与TiO2组成的分布布拉格反射层（DBR），而绝缘结构层400'呈U字型，选用SiO2透明材料，用于反射半导体叠层体发出的光线(出光面远离电极方向)，增加光的萃取效率。
实施例5
如图8所示，与实施例2区别在于，实施例2的吸嘴吸附层之绝缘结构层400形状为柱体，而本实施的吸嘴吸附层之绝缘结构层400形状为锥体，其纵截面呈梯形或者三角型，吸嘴更易自组装到吸嘴吸附层的半椭球体中心附近，有助于提高抓取与排列精度。此外，非完全填充的吸嘴吸附层可降低回流（reflow）焊接（如锡焊）时应力引起的绝缘结构层400的破裂，从而提高半导体发光组件的可靠性。
实施例6
如图9和10所示，与实施例2区别在于，本实施的吸嘴吸附层之绝缘结构层400呈条状或者带状，相邻的吸嘴吸附层之间的间距D小于或者等于50μm，位于所述LED芯片的边缘。藉由边缘密封结构，可有效降低分选吸嘴在吸附芯粒时的漏气现象，提升LED芯片的分选良率。
实施例7
如图11和12所示，与实施例6区别在于，本实施的吸嘴吸附层选用金属结构层401，金属结构层可以作为电极的电流扩展条。电流扩展条一般为金属结构层，也可以是ITO导电结构层等。在P、N电极之间的gap两侧增加电流扩展条，可以使P电极和N电极各一根电流扩展条，优选电流扩展条间距D小于或者等于50μm。此时，可以不需要额外形成绝缘结构层用于隔离电流扩展条。需要说明的是，吸嘴吸附层除了选用金属结构层，也可以选用非金属结构层，如透明或半透明导电结构层。
实施例8
如图13所示，与实施例7区别在于，本实施例的两根电流扩展条均与P电极相连接，作为电流扩展层及吸嘴吸附层之用。
实施例9
如图14所示，与实施例7区别在于，实施例7的电流扩展条间距D小于或者等于50μm，而本实施例的电流扩展条间距D小于或者等于30μm，以及在两根电流扩展条之间，即LED芯片的中心区域，再填充绝缘性的吸嘴吸附层400用于电隔离电流扩展条，避免电流扩展条因吸嘴的挤压而相互导通引起短路，从而保证半导体发光组件的可靠性。
实施例10
如图15所示，与实施例1区别在于，本实施例于P电极300P与N电极300N的表面，分别设有一凸块层（Bump），吸嘴吸附层400介于凸块层/电极的间隙（gap）之间，形状优选半椭球形，吸嘴更易自组装到半椭球中心附近，可提高抓取与排列精度；半椭球形可降低回流（reflow）焊接（如锡焊）时应力引起的绝缘结构层的破裂。优选凸块层的厚度为所述电极厚度的5倍以上，更优选地10倍以上。凸块层材质可以选择Ni、AgSn、Cu、AuSn、NiAg、Sn、Au、SnAgCu等材料或前述任意组合，用于直接锡焊reflow形成焊球。
因回流焊接过程中凸块层的体积会发生收缩，为避免中间吸嘴吸附层与承载基板（图中未示出）之间顶到，从而导致凸块层与承载基板的脱离。定义所述相邻的凸块层之间空间体积为V3，为了兼顾吸嘴的吸附面积及吸力的问题，优选 V2/（V1+V3）的比值介于50%~80%。因凸块层厚度一般占到LED芯片厚度的 1/4~1/2，导致芯片在转移翻膜时，中间gap区域难以接触到转移膜的粘附层，导致芯片粘附面积降低，凸块层则不易被翻转到转移膜上。而中间吸嘴吸附层的设计可有效提升芯片的粘附面积，大幅提升芯片的转移翻膜效率。定义电极结构与凸块的高度之和为H，优选吸嘴吸附层之绝缘结构层400的厚度介于0.6H~0.9H。
综上所述，本发明藉由电极结构之间设置吸嘴吸附层，可以增加分选吸嘴（或转移等用途之吸嘴）与LED芯片的有效接触面积，有效抑制吸嘴吸取LED芯片时的漏气现象，从而提升分选（或转移）良率和精度；藉由电极结构之间设置吸嘴吸附层，在LED芯片的电极(焊盘)面朝转移膜时，与转移膜的有效接触面积也会增加，可有效降低芯片与转移膜的贴合不良比例，从而降低LED芯片在输运过程中的立晶、翻转等几率；藉由电极结构之间设置吸嘴吸附层，使得LED芯片与转移膜的粘合力提升，可有效降低巨量转移难度，提升转移效率；藉由电极结构之间设置具有反射特性的吸嘴吸附层，用于反射半导体叠层体发出的光线(出光面远离电极方向)，增加光的萃取效率；藉由电极结构之间设置具有绝缘特性的吸嘴吸附层，可有效较低电极（焊盘）之间短路的风险。
Claims (22)
1.一种半导体发光组件，包括：半导体叠层体、位于所述半导体叠层体之上的绝缘保护层和位于绝缘保护层上的电极，所述电极含有：第一导电型电极、以及与所述第一导电型电极的导电型不同的第二导电型电极，所述第一导电型电极与第二导电型电极存在一定的间隙，定义该电极间隙的空间体积为V1，其特征在于：于所述第一导电型电极与第二导电型电极之间设置吸嘴吸附层，所述吸嘴吸附层位于绝缘层上，并且所述的吸嘴吸附层的空间体积V2占所述电极间隙的空间体积V1的比例：V2/V1的比值介于50%~100%，第一导电型电极和第二导电型电极之间的间距小于100μm。
2.根据权利要求1所述的一种半导体发光组件，其特征在于：所述V2/V1的比值介于80%~95%。
3.根据权利要求1所述的一种半导体发光组件，其特征在于：定义所述电极结构的高度为H，所述吸嘴吸附层的厚度介于0.8H~1.2H。
4.根据权利要求1所述的一种半导体发光组件，其特征在于：所述吸嘴吸附层包括绝缘结构层或者导电结构层或者二者组合。
5.根据权利要求1所述的一种半导体发光组件，其特征在于：所述吸嘴吸附层呈条状，相邻的吸嘴吸附层之间的间距小于或者等于50μm。
6.根据权利要求4所述的一种半导体发光组件，其特征在于：所述绝缘结构层选用无机介质层或者有机介质层或者二者组合。
7.根据权利要求4所述的一种半导体发光组件，其特征在于：所述绝缘结构层选用SiO2或者Si3N4或者Al2O3或者TiO2或者前述任意组合。
8.根据权利要求4所述的一种半导体发光组件，其特征在于：所述绝缘结构层选用聚合物派瑞林或者聚酰亚胺或者聚苯并恶唑或者聚苯硫醚或者硅胶或者前述任意组合。
9.根据权利要求4所述的一种半导体发光组件，其特征在于：绝缘结构层选用单一材料结构层或者分布布拉格反射层。
10.根据权利要求4所述的一种半导体发光组件，其特征在于：绝缘结构层形状为柱体或者半椭球体或者半球体或者锥体或者前述任意组合。
11.根据权利要求4所述的一种半导体发光组件，其特征在于：所述绝缘结构层呈条状，位于所述半导体发光组件的边缘或者中心区域。
12.根据权利要求4所述的一种半导体发光组件，其特征在于：所述导电结构层选用金属结构层。
13.根据权利要求4所述的一种半导体发光组件，其特征在于：所述导电结构层呈条状，位于所述半导体发光组件的边缘。
14.根据权利要求4所述的一种半导体发光组件，其特征在于：所述导电结构层作为电极的电流扩展条。
15.根据权利要求1所述的一种半导体发光组件，其特征在于：所述电极表面设有一金属层，该金属层与所述吸嘴吸附层表面的粘附性小于该金属层与电极表面的粘附性。
16.根据权利要求15所述的一种半导体发光组件，其特征在于：所述金属层选用Rh或Ru或Ag或Sn或Pt或前述任意组合。
17.根据权利要求15所述的一种半导体发光组件，其特征在于：所述金属层的厚度小于或者等于10nm。
18.根据权利要求1所述的一种半导体发光组件，其特征在于：于所述第一导电型电极与第二导电型电极表面分别设有一凸块层。
19.根据权利要求18所述的一种半导体发光组件，其特征在于：所述凸块层的厚度为所述电极厚度的5倍以上。
20.根据权利要求18所述的一种半导体发光组件，其特征在于：定义相邻的所述凸块层之间空间体积为V3，V2/（V1+V3）的比值介于50%~80%。
21.根据权利要求18所述的一种半导体发光组件，其特征在于：定义所述电极与凸块的高度之和为H，所述吸嘴吸附层的厚度介于0.6H~0.9H。
22.根据权利要求18所述的一种半导体发光组件，其特征在于：所述凸块层选用Ni或AgSn或Cu或AuSn或NiAg或Sn或Au或SnAgCu或前述任意组合。
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