CN113659051B - 一种倒装半导体发光元件、半导体发光器件及显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种倒装半导体发光元件、半导体发光器件及显示装置，半导体发光元件包括衬底以及形成在衬底上的发光外延层，在发光外延层上方形成电极结构时，省略发光外延层上方局部覆盖发光外延层的第一电极层，使得发光外延层的表面较高的平整度。后续形成绝缘反射层以及绝缘保护层时，能够保证绝缘反射层和绝缘保护层的平整度。并且在本发明中，绝缘反射层和绝缘保护层的整体厚度不大于3μm，这样在绝缘反射层和绝缘保护层中形成电极通孔时不会出现异常突起，电极通孔具有良好的形貌，后续形成的电极焊盘在电极通孔内的粘附性以及在绝缘保护层上方的粘附性增强，电极焊盘不会出现裂缝或者断裂等缺陷，由此增强器件的稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件领域，具体地，涉及一种倒装半导体发光元件、半导体发光器件及显示装置。
背景技术
半导体发光元件，即发光二极管广泛用于大型背光单元、普通照明及电气组件等各种产品中。微发光二极管（MiniLED）因其尺寸小、光源利用率高、寿命长等优势，在显示面板领域的应用尤其受到青睐。
随着miniLED尺寸的不断缩小芯片图形的设计对于线宽的要求原来越高，也越来越苛刻。目前miniLED制造过程中，会在外延层上方形成第一电极层，该第一电极层不完全覆盖外延层，会在外延层上方形成类似台阶结构。在形成后续的绝缘反射层时，绝缘反射层在该台阶结构上方出现拐角，使得绝缘反射层的表面高低不平。在形成电极焊盘时，电极焊盘也会相应出现高低不平的表面，使其覆盖性较差，有断裂风险。另外，在后续固晶过程中，还会引起固晶不良，也会出现电极焊盘断裂的隐患，影响器件的可靠性。
为了解决上述问题，有必要提供一种能够改善电极焊盘在外延层上方覆盖性的结构。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种倒装半导体发光元件、半导体发光器件及显示装置。在半导体发光元件的设计上，省略外延层上方的金属层，使得外延层表面保持平整，并且控制外延层上方的绝缘层的厚度小于等于3 μm，由此防止绝缘层出现异常凸起，改善厚度电极焊盘的覆盖性，提高器件的可靠性。
为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供了一种倒装半导体发光元件，其包括：
发光外延层，所述发光外延层包括依次叠置的所述衬底上的第一导电类型半导体层、有源层以及第二导电类型半导体层，其中所述发光外延层形成有暴露所述第一导电类型半导体层的台面；
形成在所述发光外延层上方的绝缘层，所述绝缘层覆盖所述台面两侧的所述发光外延层的侧壁，所述绝缘层的厚度小于等于3 μm；
电极焊盘，所述电极焊盘包括与所述第一导电类型半导体层电连接的第一电极焊盘，以及与所述第二导电类型半导体层电连接的第二电极焊盘。
可选地，所述第二类型半导体层与所述绝缘层之间还形成有透明导电层，所述第二电极焊盘直接与所述透明导电层接触。
可选地，所述绝缘层的层数小于等于5层，并且所述绝缘层为单层结构，或者为至少两种不同材料的堆叠层。
可选地，所述绝缘层选择自氧化硅、者氮化硅及氧化铝中的至少之一种。
可选地，所述绝缘层的厚度不超过2500 nm。
可选地，所述的绝缘层厚度至少为300 nm。
可选地，所述绝缘层包括形成在所述第二导电类型半导体层上方的绝缘反射层，所述绝缘反射层包括重复堆叠的两种绝缘材料层。
可选地，所述绝缘反射层的厚度为1 μm ~ 3 μm。
可选地，所述绝缘层还包括第一绝缘保护层，所述第一绝缘层位于所述绝缘反射层与所述第二导电类型半导体层之间，并且所述第一绝缘保护层的致密性高于绝缘反射层的致密性。
可选地，所述第一绝缘保护层为厚度介于50 nm~ 200 nm的氧化铝层。
可选地，第一绝缘保护层为厚度介于80 nm~ 450 nm的氧化硅层。
可选地，所述绝缘层还包括第二绝缘保护层，所述第二绝缘保护层位于所述绝缘反射层上方，并且所述第二绝缘保护层的致密性高于所述绝缘反射层的致密性。
可选地，所述第二绝缘保护层的厚度小于所述绝缘反射层中每一层绝缘材料层的厚度。
可选地，所述第二绝缘保护层为厚度介于8 nm~ 200 nm的氧化铝层。
可选地，所述第二绝缘保护层为厚度介于8 nm~ 50 nm的氧化硅层。
可选地，所述绝缘层还包括第三绝缘保护层，其中所述第三绝缘保护层介于所述第一绝缘保护层与所述绝缘反射层之间，并且所述第三绝缘保护层的致密性高于所述绝缘反射层的致密性。
可选地，所述第一绝缘层为氧化铝层，所述第三绝缘保护层为氧化硅层，其中所述第一绝缘保护层的厚度小于所述第三绝缘保护层的厚度，所述第一绝缘保护层的致密性高于所述第三绝缘保护层的致密性。
可选地，所述第一绝缘层为厚度介于50 nm~ 200 nm的氧化铝层，所述第三绝缘保护层为厚度介于80 nm~ 450 nm的氧化硅层。
可选地，所述第一绝缘保护层的厚度不超过200nm，所述的第一绝缘保护层与第三绝缘保护层的厚度比例介于1:3~1:5。
可选地，所述绝缘层还包括第四绝缘保护层，其中所述第四绝缘保护层介于所述第二绝缘保护层与所述绝缘反射层之间，并且所述第四绝缘保护层的致密性高于所述绝缘反射层的致密性但低于所述第二绝缘保护层的致密性。
可选地，所述第二绝缘保护层为厚度介于8 nm~ 200 nm的氧化铝层，所述第四绝缘保护层为厚度介于8 nm~ 50 nm的氧化硅层。
可选地，所述绝缘层中形成有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔贯穿在所述台面对应的所述绝缘层并且暴露所述台面处的第一导电类型半导体层，所述第二通孔贯穿所述第二导电类型半导体层对应的绝缘层并且暴露所述第二导电类型半导体层；所述第一电极焊盘形成在所述第一通孔中，所述第二电极焊盘形成在所述第二通孔中，并且所述第一通孔为圆形通孔。
可选地，所述倒装半导体发光元件还包括形成在所述绝缘层中的所述第一通孔下方的所述台面处的第一导电类型半导体层中的凹槽。
可选地，所述凹槽的上部开口宽度大于其底部开口的宽度。
可选地，所述凹槽的深度为大于等于20 nm小于等于100 nm，所述凹槽的底部开口的宽度介于4 μm~ 12 μm。
可选地，所述第一通孔和所述第二通孔的侧壁底部与所述衬底表面所在方向的夹角介于15°~60°。
可选地，所述倒装半导体发光元件的边长尺寸不超过300 μm。
可选地，所述倒装半导体发光元件还包括衬底，所述发光外延层形成在所述衬底上，并且所述衬底的厚度不超过100微米，所述衬底的侧壁具有至少两条不同深度的切割线。
可选地，所述切割线为两条，其中第一条切割线比第二条切割线更靠近衬底的1/2厚度的位置，第二条切割线比第一条切割线更靠近所述发光外延层。
可选地，切割线为两条，其中第一条切割线比第二条切割线粗糙度更高，或者第一条切割线比第二条切割线的爆点间距更小。
本发明的第二方面提供一种半导体发光器件，其包括基板，以及倒装至所述基板上的半导体发光元件，所述半导体发光元件为本发明提供的倒装半导体发光元件，所述基板包括固晶区，所述半导体发光元件通过第一电极焊盘和第二电极焊盘固定至所述固晶区。
本发明的第三方面提供一种显示装置，其特征在于，所述显示装置包括若干半导体发光元件，所述半导体发光元件为本发明提供的倒装半导体发光元件。
如上所述，本发明提供的本发明提供的半导体发光元件、半导体发光器件及显示装置，至少具备如下有益技术效果：
本发明的半导体发光元件包括衬底以及形成在衬底上的发光外延层，在发光外延层上方形成电极结构时，省略发光外延层上方局部覆盖发光外延层的第一电极层，使得发光外延层的表面较高的平整度。后续形成绝缘反射层以及绝缘保护层时，能够保证绝缘反射层和绝缘保护层的平整度。并且在本发明中，绝缘反射层和绝缘保护层的整体厚度不大于3 μm，这样在绝缘反射层和绝缘保护层中形成电极通孔时不会因为绝缘保护层厚度过高出现异常突起，电极通孔具有良好的形貌，后续形成的电极焊盘在电极通孔内的粘附性以及在绝缘保护层上方的粘附性增强，电极焊盘不会出现裂缝或者断裂等缺陷，由此增强器件的稳定性和可靠性。并且不会因为绝缘层厚度过高，为了保证绝缘反射层的电极通孔底部开口的尺寸，而将电极通孔顶部开口开得过大，出现台面的侧壁附近的绝缘反射层过薄而容易漏电风险或者出现台面面积过大，引起发光面积降低的风险。
另外，由于本申请的绝缘反射层和绝缘保护层的厚度整体控制在不大于3 μm，这样在形成电极通孔时，可以控制电极通孔，尤其是n极电极通孔的尺寸，使n极电极通孔尺寸减小，n极电极通孔距离发光外延层的台面边缘的距离就要可以减小，从而就可以减小n型层的面积而增大p型层的面积；进一步地，可以将台面做在发光外延层边缘位置，n型电极通孔做成圆形通孔，由此可进一步减小n型层面积，增大p型层面积。由此相应增大半导体发光元件发光面积，提高发光元件的出光效率。其次，由于p型层的电流扩展比n型层的电流扩展差，因此当n型层面积减小p型层面积增大时，能够使得N型层和p型层的电流扩展达到平衡，从而提升半导体发光元件的ESD能力。
本发明的另一实施例中，在刻蚀绝缘反射层和绝缘保护层形成n型电极通孔时，可以进一步刻蚀部分n型半导体层，在n型半导体层中形成凹槽结构。该凹槽结构增大了电极焊盘与半导体层的接触面积，有利于降低半导体发光元件的工作电压，提高其发光效率。进一步地，该凹槽结构的顶部宽度大于底部宽度，在凹槽结构的深度方向上形成一个缓坡。该缓坡也有利于增加后续沉积的电极材料与n型半导体层的接触面积，降低电压使电极材料不会出现裂缝或者断裂，进一步提高发光元件的可靠性。
附图说明
图1a显示为现有技术中mini LED芯片的结构示意图。
图1b显示为图1a圆圈A部分的电子扫描图。
图2显示为本发明实施例一提供的半导体发光元件的结构示意图。
图3显示为图2所示的半导体发光元件的俯视示意图。
图4显示为本发明实施例二提供的半导体发光元件的剖面结构示意图，其为图3虚线位置的剖面示意图。
图5显示为本发明实施例五提供的半导体发光器件的结构示意图。
图6显示为本发明实施例六提供的显示装置的结构示意图。
附图标记列表
| 010 | 衬底 | 100 | 衬底 |
| 020 | 发光外延层 | 110 | 发光外延层 |
| 021 | 第一半导体层 | 111 | 第一导电类型半导体层 |
| 022 | 有源层 | 112 | 有源层 |
| 023 | 第二半导体层 | 113 | 第二导电类型半导体层 |
| 030 | 透明导电层 | 120 | 透明导电层 |
| 040 | 第一电极层 | 130 | 绝缘层 |
| 050 | 绝缘反射层 | 141 | 第一电极焊盘 |
| 061 | 第一电极焊盘 | 142 | 第二电极焊盘 |
| 062 | 第二电极焊盘 | 150 | 凹槽 |
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量、位置关系及比例可在实现本方技术方案的前提下随意改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
如图1a所示，现有的mini LED芯片中，衬底010上方形成有发光外延层020，发光外延层形成暴露第一半导体层021的台面。与台面相邻的有源层022为发光区，第二半导体层023上方形成透明导电层030，在透明导电层030上方以及台面结构的第一半导体层021上方形成有第一电极层040。形成第一电极层040之后，形成覆盖第一电极层040、透明导电层以及台面的绝缘层050，在绝缘层中对应第一电极层040的位置处形成开孔，并形成第一电极焊盘061和第二电极焊盘062。如图1b所示，由于第一电极层040仅覆盖部分第一半导体层和透明导电层，其边缘部分与透明导电层的表面之间会具有一个倾斜角，例如图1b所示的38.3°。在后续绝缘层050沉积时，由于绝缘层层数较多厚度较大，该倾斜角的存在会使得绝缘层在此处出现拐角及突起。另外，在绝缘层中形成电极通孔时，绝缘层的侧壁与第一电极层表面之间也会有一个倾斜角，该倾斜角例如为图1b所示的66.7°。在第一电极层上方形成电极焊盘时，上述拐角及突起以及电极通孔的侧壁的倾斜角会使得电极焊盘的材料覆盖性变差，出现断裂或者裂缝等缺陷，降低器件的可靠性。另外，由于绝缘层的拐角及突起，电极焊盘同样会出现突起，导致器件的表面不平整，在后期固晶过程中，器件表面的高低差会引起固晶不良，也会导致电极焊盘出现断裂风险，影响器件的可靠性。
因此有必要提供一种改善电极焊盘的覆盖性的结构。
实施例一
本实施例提供一种倒装半导体发光元件，如图2所示，本实施例的半导体发光元件包括衬底100，形成在衬底上方的发光外延层110，该发光外延层110包括依次形成在衬底100上的第一导电类型半导体层111、有源层112以及第二导电类型半导体层113。
本实施例中，衬底100可以是绝缘性衬底。衬底100可以是用以生长发光外延层110的生长衬底，例如，包括蓝宝石衬底。如图2所示，衬底100还包括形成在其上表面的至少一部分区域的多个凸起部。衬底100的多个突出部可形成为规则和/或不规则的图案。例如，衬底100包括经图案化的蓝宝石基板（Patterned sapphire substrate: PSS）。
在可选实施例中，衬底100的厚度不超过100微米，并且衬底100的侧壁具有至少两条不同深度的切割线（未图示）。以两条切割线为例，其中第一条切割线比第二条切割线更靠近衬底的1/2厚度的位置，第二条切割线比第一条切割线更靠近所述发光外延层。可选地，其中第一条切割线比第二条切割线粗糙度更高，或者第一条切割线比第二条切割线的爆点间距更小。
发光外延层110位于衬底100的上表面上，如图2所示，在本实施例中，发光外延层位于衬底100上表面的凸起部上方。其中，第一导电类型半导体层111、有源层1112及第二导电类型半导体层113可包括Ш-V氮化物类半导体，例如可包括如（A1、Ga、In）的氮化物类半导体。第一导电类型半导体层111可包括n型杂质（例如，Si、Ge、Sn），第二导电类型半导体层113可包括p型杂质（例如，Mg、Sr、Ba）。可以理解的是，第一导电类型半导体层和第二导电类型半导体层的掺杂物也可与上述内容相反。有源层112可包括多量子阱结构（MQW），可以通过调节氮化物类半导体的组成比，使有源层112出射期望的波长。
在本实施例中，第二导电类型半导体层113可为p型半导体层。参照图2和图3，发光外延层110形成暴露第一导电类型半导体层111的台面114。该台面通过刻蚀第二导电类型半导体层113及有源层112，直至暴露第一导电类型半导体层111而形成。或者也可以在刻蚀第二导电类型半导体层113及有源层112之后，继续刻蚀部分第一导电类型半导体层111而形成。台面可以位于发光外延层的中间区域，也可以位于发光外延层的边缘区域。如图3所示，本实施例中，台面114形成在发光外延层边缘区域，以利于缩小台面面积，增大发光面积。
同样参照图2，本实施例的半导体发光元件还包括形成在第二导电类型半导体层113以及台面114处的第一导电类型半导体层111上方以及台面114侧壁上的绝缘层130。本实施例中，上述绝缘层（即绝缘反射层和绝缘保护层）整体厚度不大于3 μm。在可选实施例中，该绝缘层的层数小于等于5层，并且该绝缘层为单层或者不同材料层的堆叠层，即，该绝缘层不包括重复的堆叠层。该绝缘层可以是单层结构，例如氧化硅层或者氮化硅层，当应用于显示屏时，单层绝缘层的厚度至少为300 nm。并且较佳的，单层绝缘层的厚度不超过2500nm。或者为了保证ESD性能，较佳的为500~1500nm。
可选实施例中，上述绝缘层130也可以为多层结构，包括形成在第二导电类型半导体层上方的绝缘反射层。其中，绝缘反射层包括分布式布拉格反射器，该分布式布拉格反射器包括两种不同折射率的介质层重复堆叠形成的绝缘反射层。上述介质层例如可以是氧化物层，例如氧化钛、氧化硅、氧化铪、氟化镁等。在一些实施例中，分布式布拉格反射器可以是重复堆叠的两种绝缘材料层，例如交替叠置的氧化硅层/氧化钛层构造，其中第一层为氧化硅层。分布布拉格反射器的各层可具有特定波长的1/4的光学厚度，可形成为3到15对两种不同折射率的介质层的堆叠层。可以采用蒸镀工艺形成上述分布式布拉格反射层，形成的上述绝缘反射层的厚度介于1 μm~ 3 μm。
在本实施例的一可选实施例中，上述绝缘反射层（分布式布拉格反射器）与发光外延层之间还形成有一层第一绝缘保护层，该第一绝缘保护层的致密性高于绝缘反射层的致密性。例如该第一绝缘保护层可以是氧化铝层，可以采用原子层沉积方法形成该氧化铝层，以保证其致密性，从而避免水汽等进入发光外延层的表面，较佳的，该氧化铝层的厚度介于50 nm~ 200 nm。或者第一绝缘保护层为氧化硅层，采用PECVD方法获得该第一绝缘层，该氧化硅层的厚度介于80 nm~ 450 nm。相对于氧化硅层，所述的氧化铝层的致密性更高。
在本实施例的另一可选实施例中，上述绝缘层还包括形成在上述绝缘反射层上方的第二绝缘保护层，第二绝缘保护层的致密性高于绝缘反射层的致密性。第二绝缘保护层可以是氧化硅层或者氮化硅层，可采用PECVD形成，该第二绝缘保护层同样具有良好的防湿性能，保护发光元件免受湿气影响。形成上述第二绝缘保护层的厚度介于8 nm~ 50 nm。更佳的，上述绝缘反射层上方的第二绝缘保护层可以是氧化铝层，采用原子层沉积方法形成该氧化铝层，该原子层沉积方法形成的氧化铝层相较于氧化硅层或者氮化硅层具有更高的致密性。形成上述第二绝缘保护层的氧化铝层的厚度为8 nm~ 200 nm。较佳的，第二绝缘保护层的厚度低于绝缘反射层中的每一层绝缘材料层的厚度，过厚的厚度并不是必要的。
可选的，上述第二绝缘保护层与第一绝缘保护层，可选择性设置其中一层在绝缘反射层一侧，更佳的，第一绝缘保护层和第二绝缘保护层分别设置于绝缘反射层的两侧。可选地，如图2所示，在第二导电类型半导体层113及绝缘层130之间还形成有透明导电层120。透明导电层120位于第二导电类型半导体层113上方，与第二导电类型半导体层113欧姆接触。透明导电层120例如可以是包括如氧化铟锡（Indium Tin Oxide，ITO）、氧化锌（ZincOxide，ZnO）、氧化锌铟锡（Zinc Indium Tin Oxide，ZITO）、氧化铟锌（Zinc Indium Oxide，ZIO）、氧化锌锡（Zinc Tin Oxide，ZTO）、氧化镓铟锡（Ga1lium Indium Tin 0xide，GITO）、氧化铟镓（Gallium Indium Oxide，GIO）、氧化锌镓（Gallium Zinc Oxide，GZO）、铝掺杂氧化锌（Aluminum doped Zinc Oxide，AZO）、氟掺杂氧化锡（Fluorine Tin Oxide，FTO）等的透光性导电氧化物、及如Ni/Au等的透光性金属层中的至少一种。所述导电性氧化物还可包括各种掺杂剂。本实施例中，透明导电层120几乎完整地覆盖第二导电类型半导体层113表面，覆盖面积可以达到90%以上。
同样参照图2及图3，半导体发光元件还包括电极焊盘，该电极焊盘包括第一电极焊盘141和第二电极焊盘142，其中第一电极焊盘与第一导电类型半导体层电连接，第二电极焊盘直接与第二导电类型半导体层接触并形成电连接。
形成上述电极焊盘时，首先刻蚀发光外延层上方的绝缘层130，分别在台面114处形成第一通孔（未详细图示），在透明导电层120上方形成第二通孔（未详细图示），例如可以用湿法蚀刻对绝缘保护层进行刻蚀，采用ICP蚀刻对绝缘反射层进行刻蚀。形成的上述第一通孔和第二通孔的侧壁为倾斜侧壁，其侧壁与外延层的水平面（即图2中的X方向）的夹角介于15°~60°；然后在形成的第一通孔和第二通孔中以及第一通孔、第二通孔周围的绝缘层的上表面沉积导电材料形成第一电极焊盘和第二电极焊盘，该导电材料可以是金属材料或合金材料，例如Au、Ag、Al、Cu、Pt、Ti、Cr中的一种或多种的组合。第一电极焊盘和第二电极焊盘分别形成在绝缘层的上表面，并且分别填充第一通孔和第二通孔，以接触第一导电型半导体层的表面和透明导电层。由于绝缘层的厚度较小，有利于导电材料在通孔侧壁和通孔周围绝缘层上表面的均匀沉积，第一电极焊盘和第二电极焊盘具有良好的平整度，有利于增强焊盘的可靠性。
作为示例，第一电极焊盘由下至上，至少包括黏附层、反射层、共晶层。所述的黏附层为Cr或者Ti，用于黏附绝缘层、反射层为Al，共晶层为Ni或者Ni/Pt层或者Ni/Pt/Au层或者Ni/Sn层。所述的共晶层允许半导体发光元件倒装地安装在应用基板时，采用锡膏并经过回流焊工艺形成固晶，实现半导体发光元件稳定的安装在应用基板上，或者在共晶层本身有锡的情况下，可以减少锡膏或者取消锡膏，直接回流焊工艺处理后形成共晶。在本实施例的可选实施例中，如图3所示，上述第一通孔可以是圆形、方形孔或者多边形等，本实施例中，第一通孔优选地形成为开口为圆形的通孔，第二通孔可以形成为开口为圆形或者方形或者多边形周边具有指状结构。由于绝缘层的厚度不大于3 μm，因此在形成第一通孔时，可以控制第一通孔的孔径尽量小，例如可以使得第一通孔的直径小于12 μm。第一通孔的孔径减小，相应地可以减小其占用的台面的面积，减小其距离台面边缘的距离，因此，台面的面积也可以相应地减小，由此就可以增大半导体发光元件中有源层的面积，即增加发光元件的发光面积，有利于提高发光元件的出光效率。另外，由于发光元件中P层的电流扩展对比N层的电流扩展而言要差很多，因此N层的面积越小，在相同尺寸上的p层的面积就可以放大，就可以使得p层和n层的电流扩展达到平衡，从而提升发光元件的ESD能力。
本发明的发光元件的发光层可以提供蓝光、绿光或者红光发光辐射的一种。本发明的半导体发光元件更佳的适用于小电流密度下的发光装置，例如适用于LED显示屏，例如室内显示屏或者室外显示屏，其中显示屏的白光是通过蓝光LED芯片加上红色LED芯片、绿色LED芯片三基色混合而成的。
较佳的，当运用于显示屏的设计时，所述的半导体发光元件的芯片的至少一条边长尺寸为不超过300微米。其中运用于显示屏设计时，所述的半导体发光元件的芯片的所有边长尺寸为不超过300微米。
较佳的，当运用于显示屏的设计时，衬底的厚度为不超过100微米，例如100微米或者80微米或者60微米。衬底的侧壁具有采用激光隐切技术形成的至少两条不同深度的切割线，更薄的衬底厚度，切割道的宽度也更窄，由于裂纹偏离切割道中间位置，将会伤到芯片外延区，导致发生漏电问题。采用多条切割线可以有利于防止衬底斜裂。例如两条，其中第一条切割线比第二条更靠近衬底的1/2厚度位置，例如第一条切割线位于衬底的1/2厚度的±10微米位置，第二条切割线比第一条切割线更靠近发光外延结构。更佳的，两条切割线为多个激光烧蚀形成的爆点组成，第一条切割线的爆点的粗糙度大于第二条切割线的爆点的粗糙度，其中粗糙度根据控制激光强度形成，由于第二条相对于第一条更远离外延，因此第二条切割线的粗糙度较低可以更有利于保护发光外延。或者第二条切割线的爆点的间距大于第一条切割线的爆点，可以更有利于保护发光外延。
实施例二
本实施例同样提供一种倒装半导体发光元件，与实施例一所提供的半导体发光元件的相同之处不再赘述，不同之处在于：
本实施例中，上述绝缘层130还包括第三绝缘保护层，其中，该第三绝缘保护层介于第一绝缘保护层与绝缘反射层之间，并且该第三绝缘保护层的致密性高于绝缘反射层的致密性，但低于第一绝缘保护层的致密性。其中第一绝缘层为ALD沉积方式获得，例如可以是氧化铝层，第三绝缘保护层为PECVD沉积工艺获得，例如氧化硅层，第三绝缘保护层的厚度介于80 nm~ 450 nm。更佳的，第一绝缘保护层的厚度低于第三绝缘保护层的厚度，从而形成梯度式的致密性膜层，可以有效保护水汽的侵袭，并且采用ALD工艺和PECVD工艺结合获得第一绝缘保护层和第三绝缘保护层，从工艺上看比采用单一的工艺获得第一绝缘保护层可以节省工艺时间，从致密性保护效果来看，比采用单一的第三绝缘保护层的效果更高。较佳的，第一绝缘保护层的厚度不超过200nm，所述的第一绝缘保护层与第三绝缘保护层的厚度比例为1:3~1:5。
实施例三
本实施例同样提供一种倒装半导体发光元件，与实施例一所提供的半导体发光元件的相同之处不再赘述，不同之处在于：
本实施例中的绝缘层130包括还包括第四绝缘保护层，其中第四绝缘保护层介于第二绝缘保护层与绝缘反射层之间，并且第四绝缘保护层的致密性高于绝缘反射层的致密性但低于第二绝缘保护层的致密性。第二绝缘层为ALD沉积方式获得，例如氧化铝层，第四绝缘保护层为PECVD沉积工艺获得，例如氧化硅层或者氮化硅层，其中较佳的是，第二绝缘保护层的厚度介于8 nm~ 200 nm，第四绝缘保护层的厚度介于8 nm~ 50 nm。
实施例四
本实施例同样提供一种倒装半导体发光元件，与实施例一所提供的半导体发光元件的相同之处不再赘述，不同之处在于：
如图4所示，本实施例的半导体发光元件在形成第一电极焊盘141时，刻蚀绝缘层130同时继续刻蚀部分第一导电类型半导体层111，在第一导电类型半导体层111中，更具体地，在台面114中形成一凹槽150，然后沉积导电材料形成第一电极焊盘。该凹槽150增大了第一电极焊盘与第一导电类型半导体层的接触面积，有利于降低发光元件的电压，提高发光效率。以有源层相对的上下表面的任意一个表面所在的方向为水平面方向，该凹槽在水平面方向上的面积小于台面114在水平面方向上的面积，或者如图4所示，凹槽在水平面方向上的宽度小于台面114在水平面方向上的宽度。
在可选实施例中，在图4所示的X方向上，所述凹槽的上部开口宽度大于其底部开口的宽度，凹槽的底部开口的宽度介于4 μm~ 12 μm，凹槽在Y方向的深度介于大于等于20nm小于等于100 nm。凹槽的侧壁剖面相对于第一导电类型半导体层的上表面不成垂直线性，例如为相对倾斜的直线型或者弧形或者曲线型。在图4所示的Y方向上，凹槽在X方向上的宽度尺寸由下至上逐渐增加，凹槽形成为纵向截面形状为倒梯形的结构。具有上述特点的凹槽在深度方向上形成一个缓坡，该缓坡有利于后续沉积的电极材料的覆盖，使电极材料不会出现裂缝或者断裂，进一步提高发光元件的可靠性。
实施例五
本实施例提供一种半导体发光器件，如图5所示，该发光器件包括封装支架300以及固定至封装支架300的半导体发光元件302。该封装支架300可以是绝缘支架。如图5所示，封装支架300中设置有焊盘结构301，该焊盘结构与半导体发光元件的电极焊盘3021和3022连接。
本实施例中的半导体发光元件302可以是实施例一或实施例二提供的半导体发光元件，具体结构可参照实施例一及实施例二的描述，在此不再赘述。
本实施例的发光器件具有实施例一或实施例二提供的半导体发光元件，因此具有良好的可靠性及出光效率。
实施例六
本实施例提供一种显示装置，如图6所示，该显示装置包括电路基板401以及电性连接至电路基板的多个半导体发光元件，在本实施例中，该半导体发光元件402为实施例一或实施例二提供的半导体发光元件。同样如图6所示，电路基板401具有多组焊盘，每一组焊盘包括第一焊盘4011和第二焊盘4012，半导体发光元件402的第一电极焊盘和第二电极焊盘分别电性连接至第一焊盘4011和第二焊盘4012。例如可以通过导电胶将半导体发光元件的第一电极焊盘和第二电极焊盘粘结至第一焊盘4011和第二焊盘4012。图6中，多个半导体发光元件在电路基板上呈矩阵排列，可以理解的是，可以根据实际的显示需要将半导体发光元件以任意适合的方式布置在电路基板上。该显示装置可以是RGB显示面板，其中多个半导体发光元件为蓝光、红光、绿光三色半导体发光元件的组合。本发明的半导体发光元件可以是蓝光或者绿光或者红光中的至少一种。
如上所述，本发明提供的半导体发光元件、半导体发光器件及显示装置，至少具备如下有益技术效果：
本发明的半导体发光元件包括衬底以及形成在衬底上的发光外延层，在发光外延层上方形成电极结构时，省略发光外延层上方局部覆盖发光外延层的第一电极层，使得发光外延层的表面较高的平整度。后续形成绝缘反射层以及绝缘保护层时，能够保证绝缘反射层和绝缘保护层的平整度。并且在本发明中，绝缘反射层和绝缘保护层的整体厚度不大于3 μm，这样在绝缘反射层和绝缘保护层中形成电极通孔时不会因为绝缘保护层厚度过高出现异常突起，电极通孔具有良好的形貌，后续形成的电极焊盘在电极通孔内的粘附性以及在绝缘保护层上方的粘附性增强，电极焊盘不会出现裂缝或者断裂等缺陷，由此增强器件的稳定性和可靠性。并且不会因为绝缘层厚度过高，为了保证绝缘反射层的电极通孔底部开口的尺寸，而将电极通孔顶部开口开得过大，出现台面的侧壁附近的绝缘反射层过薄而容易漏电风险或者出现台面面积过大，引起发光面积降低的风险。
另外，由于本申请的绝缘反射层和绝缘保护层的厚度整体控制在不大于3 μm，这样在形成电极通孔时，可以控制电极通孔，尤其是n极电极通孔的尺寸，使n极电极通孔尺寸减小，n极电极通孔距离发光外延层的台面边缘的距离就要可以减小，从而就可以减小n型层的面积而增大p型层的面积；进一步地，可以将台面做在发光外延层边缘位置，n型电极通孔做成圆形通孔，由此进一步减小n型层面积，增大p型层面积。由此相应增大半导体发光元件发光面积，提高发光元件的出光效率。其次，由于p型层的电流扩展比n型层的电流扩展差，因此当n型层面积减小p型层面积增大时，能够使得N型层和p型层的电流扩展达到平衡，从而提升半导体发光元件的ESD能力。
本发明的另一实施例中，在刻蚀绝缘反射层和绝缘保护层形成n型电极通孔时，可以进一步刻蚀部分n型半导体层，在n型半导体层中形成凹槽结构。该凹槽结构增大了电极焊盘与半导体层的接触面积，有利于降低半导体发光元件的工作电压，提高其发光效率。进一步地，该凹槽结构的顶部宽度大于底部宽度，在凹槽结构的深度方向上形成一个缓坡。该缓坡有利于增加后续沉积的电极材料与n型半导体层的接触面积，降低电压，使电极材料不会出现裂缝或者断裂，进一步提高发光元件的可靠性。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (30)
1.一种倒装半导体发光元件，其特征在于，包括：
发光外延层，所述发光外延层包括由下至上依次叠置的第一导电类型半导体层、有源层以及第二导电类型半导体层；
台面，形成在所述第一导电类型半导体层的表面上，并且未被所述有源层和所述第二导电类型半导体层覆盖，所述台面形成在所述发光外延层的边缘区域；
绝缘层，形成在所述发光外延层上方，并且所述绝缘层覆盖所述台面两侧的所述发光外延层的侧壁，所述绝缘层的厚度小于等于3 μm；
电极焊盘，所述电极焊盘包括与所述第一导电类型半导体层电连接的第一电极焊盘，以及与所述第二导电类型半导体层电连接的第二电极焊盘；
所述绝缘层中形成有第一通孔，所述第一通孔贯穿所述绝缘层；
凹槽，从所述第一导电类型半导体层的所述台面向下延伸至所述第一导电类型半导体层的内部，并且位于所述第一通孔的下方，所述凹槽的上部开口宽度大于其底部开口的宽度，自所述台面处的所述第一导电类型半导体层进一步向下刻蚀部分所述第一导电类型半导体层形成所述凹槽；
所述第一电极焊盘穿过所述第一通孔至所述凹槽底部与所述第一导电类型半导体层接触，并且所述第一电极焊盘不与所述凹槽外侧的所述台面接触。
2.根据权利要求1所述的倒装半导体发光元件，其特征在于，所述第二导电类型半导体层与所述绝缘层之间还形成有透明导电层，所述第二电极焊盘直接与所述透明导电层接触。
3.根据权利要求1所述的倒装半导体发光元件，其特征在于，所述绝缘层的层数小于等于5层，并且所述绝缘层为单层结构，或者为至少两种不同材料的堆叠层。
4.根据权利要求3所述的倒装半导体发光元件，其特征在于，所述绝缘层选自氧化硅、氮化硅及氧化铝中的至少一种。
5. 根据权利要求4所述的倒装半导体发光元件，其特征在于，所述绝缘层的厚度不超过2500 nm。
6. 根据权利要求5所述的倒装半导体发光元件，其特征在于，所述绝缘层的厚度至少为300 nm。
7.根据权利要求1所述的倒装半导体发光元件，其特征在于，所述绝缘层包括形成在所述第二导电类型半导体层上方的绝缘反射层，所述绝缘反射层包括重复堆叠的两种绝缘材料层。
8. 根据权利要求7所述的倒装半导体发光元件，其特征在于，所述绝缘反射层的厚度介于1 μm~ 3 μm。
9.根据权利要求7所述的倒装半导体发光元件，其特征在于，所述绝缘层还包括第一绝缘保护层，所述第一绝缘保护层位于所述绝缘反射层与所述第二导电类型半导体层之间，并且所述第一绝缘保护层的致密性高于绝缘反射层的致密性。
10. 根据权利要求9所述的倒装半导体发光元件，其特征在于，所述第一绝缘保护层为厚度介于50 nm~ 200 nm的氧化铝层。
11. 根据权利要求9所述的倒装半导体发光元件，其特征在于，第一绝缘保护层为厚度介于80 nm~ 450 nm的氧化硅层。
12.根据权利要求9所述的倒装半导体发光元件，其特征在于，所述绝缘层还包括第二绝缘保护层，所述第二绝缘保护层位于所述绝缘反射层上方，并且所述第二绝缘保护层的致密性高于所述绝缘反射层的致密性。
13.根据权利要求12所述的倒装半导体发光元件，其特征在于，所述第二绝缘保护层的厚度小于所述绝缘反射层中每一层绝缘材料层的厚度。
14. 根据权利要求12所述的倒装半导体发光元件，其特征在于，所述第二绝缘保护层为厚度介于8 nm~ 200 nm的氧化铝层。
15. 根据权利要求12所述的倒装半导体发光元件，其特征在于，所述第二绝缘保护层为厚度介于8 nm~ 50 nm的氧化硅层。
16.根据权利要求9所述的倒装半导体发光元件，其特征在于，所述绝缘层还包括第三绝缘保护层，其中所述第三绝缘保护层介于所述第一绝缘保护层与所述绝缘反射层之间，并且所述第三绝缘保护层的致密性高于所述绝缘反射层的致密性。
17.根据权利要求16所述的倒装半导体发光元件，其特征在于，所述第一绝缘保护层为氧化铝层，所述第三绝缘保护层为氧化硅层，其中所述第一绝缘保护层的厚度小于所述第三绝缘保护层的厚度，所述第一绝缘保护层的致密性高于所述第三绝缘保护层的致密性。
18. 根据权利要求16所述的倒装半导体发光元件，其特征在于，所述第一绝缘保护层为厚度介于50 nm~ 200 nm的氧化铝层，所述第三绝缘保护层为厚度介于80 nm~ 450 nm的氧化硅层。
19.根据权利要求16所述的倒装半导体发光元件，其特征在于，所述第一绝缘保护层的厚度不超过200nm，所述的第一绝缘保护层与第三绝缘保护层的厚度比例介于1:3~1:5。
20.根据权利要求13所述的倒装半导体发光元件，其特征在于，所述绝缘层还包括第四绝缘保护层，其中所述第四绝缘保护层介于所述第二绝缘保护层与所述绝缘反射层之间，并且所述第四绝缘保护层的致密性高于所述绝缘反射层的致密性，但低于所述第二绝缘保护层的致密性。
21. 根据权利要求20所述的倒装半导体发光元件，其特征在于，所述第二绝缘保护层为厚度介于8 nm~ 200 nm的氧化铝层，所述第四绝缘保护层为厚度介于8 nm~ 50 nm的氧化硅层。
22.根据权利要求1所述的倒装半导体发光元件，其特征在于，所述第一通孔为圆形通孔。
23. 根据权利要求1所述的倒装半导体发光元件，其特征在于，所述凹槽的深度大于等于20 nm小于等于100 nm，所述凹槽的底部开口的宽度介于4 μm~ 12 μm。
24.根据权利要求22所述的倒装半导体发光元件，其特征在于，还包括衬底，所述第一通孔的侧壁底部与所述衬底表面所在方向的夹角介于15°~60°。
25. 根据权利要求1所述的倒装半导体发光元件，其特征在于，所述倒装半导体发光元件的边长尺寸不超过300 μm。
26.根据权利要求1所述的倒装半导体发光元件，其特征在于，还包括衬底，所述发光外延层形成在所述衬底上，并且所述衬底的厚度不超过100微米，所述衬底的侧壁具有至少两条不同深度的切割线。
27.根据权利要求26所述的倒装半导体发光元件，其特征在于，所述切割线为两条，其中第一条切割线比第二条切割线更靠近衬底的1/2厚度的位置，第二条切割线比第一条切割线更靠近所述发光外延层。
28.根据权利要求26所述的倒装半导体发光元件，其特征在于，切割线为两条，其中第一条切割线比第二条切割线粗糙度更高，或者第一条切割线比第二条切割线的爆点间距更小。
29.一种半导体发光器件，其特征在于，包括基板，以及倒装至所述基板上的半导体发光元件，所述半导体发光元件为权利要求1~28中任一项所述的倒装半导体发光元件，所述基板包括固晶区，所述倒装半导体发光元件通过第一电极焊盘和第二电极焊盘固定至所述固晶区。
30.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置包括若干半导体发光元件，所述半导体发光元件为权利要求1~28中任一项所述的倒装半导体发光元件。
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