CN116072788A - 倒装发光二极管和发光装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种倒装发光二极管和发光装置，发光二极管包括半导体堆叠层，由下至上包括第一半导体层、有源层和第二半导体层；透明导电层，形成在半导体叠层的第二半导体层之上；绝缘层，覆盖所述半导体堆叠层和透明导电层，所述绝缘层设置有第一通孔，且所述第一通孔位于所述的透明导电层上；第一焊盘电极，形成在绝缘层上并且填入所述第一通孔以实现与所述透明导电层连接；所述的第一通孔的形状为：具有弧形形状的第一端部、弧形形状的第二端部以及连接第一端部和第二端部的中间部分，从所述第一端部向第二端部所述的第一通孔的宽度是逐渐变大的。通过第一通孔的形状设计，可以有效防止倒装发光二极管的电压升高，并且不影响倒装发光二极管的防静电性能以及亮度。

Description

倒装发光二极管和发光装置

技术领域

本申请涉及半导体相关技术领域，尤其涉及一种倒装发光二极管和发光装置。

背景技术

倒装发光二极管由于发光效率高、节能、环保、寿命长的特点，广泛应用于各个领域，例如照明、背光。其中，小尺寸倒装发光二极管背光技术与目前行业上流行的其它显示技术相比，最大的优势在于其在材料上没有科学性难题，最容易也最快被量产并投入到市场中。

图1为现有倒装发光二极管的结构示意图，在现有倒装发光二极管的制造过程中，在半导体堆叠层20上形成厚度较厚的金属层作为接触电极30，接触电极30不完全覆盖半导体堆叠层20，并会在半导体堆叠层20上形成台阶结构；后续在形成绝缘层40时，由于台阶结构的厚度较厚，绝缘层40在上述台阶结构上方出现拐角，使得绝缘层40的表面高低不平；继续在绝缘层40上形成焊盘电极50时，焊盘电极50的表面也会相应出现高低不平的现象，使得焊盘电极50的覆盖性较差，易有断裂风险。由于焊盘电极50的覆盖性较差，后续在固晶过程中，还可能会引起固晶不良，或者出现焊盘电极50断裂的隐患，影响倒装发光二极管的可靠性。

解决上述问题的传统方法为：去除接触电极30。但是去除接触电极30后，如何能够防止倒装发光二极管的电压升高，不影响倒装发光二极管的防静电性能以及亮度，是需要急需解决的一个问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种倒装发光二极管，其通过改变通孔的形状，从而改善倒装发光二极管易出现电压升高的现象。

另一目的还在于提供一种发光装置，该发光装置采用上述倒装发光二极管。

第一方面，本申请提供一种倒装发光二极管，包括：

半导体堆叠层，由下至上包括第一半导体层、第二半导体层以及位于两者之间的有源层；

透明导电层，形成在半导体叠层的第二半导体层之上；

绝缘层，覆盖所述半导体堆叠层和透明导电层，所述绝缘层设置有第一通孔，且所述第一通孔位于所述的透明导电层上；

第一焊盘电极，形成在绝缘层上并且填充所述第一通孔以实现与所述透明导电层连接；

从倒装发光二极管的正上方观察所述绝缘层的第一通孔，所述的第一通孔的形状为：具有弧形形状的第一端部、弧形形状的第二端部以及连接第一端部和第二端部的中间部分，从所述第一端部向第二端部所述的第一通孔的宽度是逐渐变大的。

第二方面，本申请提供一种发光装置，其包括基板和若干个固定在该基板上的上述实施例中的倒装发光二极管。

与现有技术相比，本申请至少具有如下有益效果：通过第一通孔的形状设计，可以有效防止倒装发光二极管的电压升高，并且不影响倒装发光二极管的防静电性能以及亮度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为现有倒装发光二极管的结构示意图；

图2为根据本申请一实施例示出的一种倒装发光二极管的平面结构示意图；

图3为图2的第一通孔601的放大水平投影的示意图；

图4为根据图2示出的结构示意图上的A-A’线的剖面结构示意图；

图5为根据本申请另一实施例示出的一种倒装发光二极管的平面结构示意图；

图6为根据本申请另一实施例示出的一种倒装发光二极管的平面结构示意图。

图示说明：

10衬底；20半导体堆叠层；21 N型半导体层；22有源层；23 P型半导体层；24台面；30接触电极；31第一接触电极；32第二接触电极；40绝缘层；50焊盘电极；51第一焊盘电极；52第二焊盘电极；60透明导电层；

100衬底；200半导体堆叠层；201 第一半导体层；202有源层；203 第二半导体层；204 台面；300第一电流阻挡层；310第二电流阻挡层；400透明导电层；401第一凹槽；501第二凹槽；600绝缘层；601 第一通孔；602 第二通孔；700 第一焊盘电极；710 第二焊盘电极。

实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本申请的实施方式，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申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或营业，本申请中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上” 和“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”和“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

 “从倒装发光二极管的正上方观察”是指该申请产品使用时惯常摆放时从发光二极管的正上方观察芯片，也就是焊盘电极在衬底的正上方以及衬底在焊盘电极的下方而摆放时从发光二极管的正上方观察芯片，“水平投影面积”是指该申请产品使用时惯常摆放时从发光二极管的正上方某个结构层向衬底的下表面投影获得的面积，也就是焊盘电极在衬底的正上方以及衬底在焊盘电极的下方而摆放时从发光二极管的正上方某个结构层向衬底的下表面投影获得的面积。

根据本申请的一个方面，提供一种倒装发光二极管，该倒装发光二极管具体为小尺寸的倒装发光二极管，例如mini型倒装发光二极管或者micro型倒装发光二极管。mini型倒装发光二极管的尺寸可在90000μm²以内，其长、宽为100μm至300μm，高为40μm至100μm。micro型倒装发光二极管的尺寸小于mini倒装发光二极管的尺寸，其长、宽为1~100μm。

作为一个实施例，如图2~4所示，所述的倒装发光二极管的水平投影形状为长方形，具有长边和相对长边短的短边，所述的长边具有一个长度L1和所述的短边具有一个宽度L2。

该倒装发光二极管包括半导体堆叠层200，半导体堆叠层200自下而上包括第一半导体层201、有源层202和第二半导体层203，半导体堆叠层200具有暴露出第一半导体层201的台面204。

较佳的，所述的半导体叠层200发出的光为蓝光或者绿光，所述的半导体叠层的材料为铝铟镓氮基半导体材料。其中，第一半导体层201为N型半导体层，有源层202为多层量子阱层，第二半导体层203为P型半导体层。

当所述的半导体叠层的材料为铝铟镓氮基半导体材料，由于所述的第二半导体层203的材料的电流扩展能力低于第一半导体层201的电流扩展能力。因此，第二半导体层203上有一层透明导电层400，透明导电层400几乎整面的覆盖在第二半导体层203上并且透明导电层400与第二半导体层203电性连接，以增强电流的横向扩展。

绝缘层600覆盖住半导体堆叠层200和透明导电层400，绝缘层600设置有第一通孔601，且投影第一通孔601的水平投影落入至透明导电层400的水平投影内部。

所述的倒装发光二极管还包括位于绝缘层600上的第二焊盘电极710，第二焊盘电极710填入绝缘层600的第二通孔602与第一半导体层201接触以实现电连接。

第一焊盘电极700位于绝缘层600上，并填入第一通孔601以与透明导电层400接触从而实现连接。

从倒装发光二极管的正上方观察所述绝缘层600的第一通孔601，所述的第一通孔601的形状为：具有弧形形状的第一端部a1以及弧形形状的第二端部a1，以及连接第一端部a1和第二端部的中间段a3，从所述第一端部a1向第二端部a2测量所述的中间段a3的宽度W3是逐渐变大的。

所述的第一端部a1具有相对较小的且固定的曲率半径W1，较佳的，W1的值至少为4微米，至多为20微米。

所述的第二端部a2具有相对较大的且固定的曲率半径W2，W2大于W1。

第一通孔601设计为位于第一焊盘电极700的下方，并且其面积尺寸、长度和宽度尺寸不能超过焊盘的面积、长度和宽度尺寸。优选的，所述的第一焊盘电极700呈矩形，所述的第一通孔601的第二端部a2具有的曲率半径W2小于第一焊盘电极700的短边边长的1/2。

中间段a3连接第一端部a1和第二端部a2，因此中间段a3的宽度W3并非固定值，W3值从第一端部a1开始逐渐变大至第二端部a2的连接处，等于W2的两倍开始逐渐变大至等于W1的两倍。

需要说明的是，W3是以一条贯穿第一端部a1、第二端部a2和中间段a3的假设的中心线为基础，垂直于所述中心线而量取的中间段a3的宽度。所述的绝缘层600的第一通孔601的水平投影可以是以该假设的中心线轴对称的图形形状。

通过第一通孔601的上述形状设计，可以有效的改善第一焊盘电极700的电流注入方式，利于电流向第二通孔602方向扩展出去，而非集中在第一焊盘电极700下方，从而可以改善电流的注入和分布情况，进而改善倒装发光二极管易出现的电压升高问题。第一通孔601具有弧形的两端部可以尽可能避免尖角或尖端，从而减少因电流在尖端处聚集而产生的尖端效应，提升防静电性能，从而降低电极失效风险。

较佳的，所述绝缘层600的第一通孔601的水平投影面积占据所述的第一焊盘电极的700水平投影面积的比例为10~70%。第一通孔601具有相对较大的投影面积，利于电流以更大的面积从第一焊盘电极700注入透明导电层400，从而利于电流的横向扩展。较佳的，所述绝缘层600的第一通孔601的水平投影面积占据所述的第一焊盘电极的700水平投影面积的比例为30~60%、10~30%或者60~70%。

由于第一半导体层201的电流扩展性能比第二半导体层203的电流扩展性能好，因此第二通孔602的水平投影宽度可以较小，例如第二通孔602的水平投影宽度介于4~20微米之间，第二通孔602的水平投影的形状较佳的是圆形。

优选的，所述绝缘层600的第二通孔602位于第一半导体层201的上表面的一个角落上。

为了进一步改善电流的分布情况，从而利于光分布和亮度，降低电压。如图2所示，所述绝缘层600的第二通孔602的中心与所述第一通孔601的第一端部a1之间的距离大于所述绝缘层600的第二通孔602的中心与所述第一通孔601的第二端部a2之间的距离。具体的，所述的第一端部a1具有顶端e1，第二端部a2具有顶端e2，顶端e1与第二通孔602（以第二通孔602的中心位置为基准）的距离为D1，第二端部a2具有顶端e2，第一端部a1的顶端e1与第二通孔602的距离大于第二端部a2的顶端e2与第二通孔602的距离D2。

通过相对较窄的第一端部a1的顶端e1与第二通孔602的中心的距离D1大于相对较宽的第二端部a2的顶端e2与第二通孔602的中心的距离D2的设计，可以实现更大比例的电流以更接近第二通孔602的位置注入，从而实现电流分布的均匀性，亮度的均匀性。

作为一个实施例，如图2所示，所述的第一端部a1具有顶端e1与第二端部a2具有顶端e2的连线垂直于所述的发光二极管的长边L1。

较佳地，透明导电层400的材料包括氧化铟锡、氧化铟、氧化锡、氧化镉锡、氧化锑锡、氧化锌、磷化镓的一种或者两种，且透明导电层400的厚度优选为10~300nm。

本实施例中，透明导电层400与覆盖于透明导电层400上方的绝缘层600之间不包括金属层，也就是说第一焊盘电极700穿过第一通孔601直接与透明导电层400接触。

在一种实施方式中，参见图4，透明导电层400还包括有第一凹槽401，第一凹槽401自透明导电层400的上表面延伸至透明导电层400的内部，且第一凹槽401的深度为透明导电层400厚度的1%~30%，例如1%~10%。

第一凹槽401位于第一通孔601的下方，且在与台面210垂直的投影方向上第一凹槽401的投影落入至第一通孔601的投影内部，也就是说，第一凹槽401的宽度小于等于第一通孔601的宽度。

第一通孔601的孔壁与透明导电层400上表面的夹角为15°~60°，第一通孔601在其与透明导电层400的界面处具有最小宽度，也就是说第一通孔601靠近透明导电层400侧的宽度为第一通孔601的最小宽度。第一凹槽401的宽度小于或者等于第一通孔601的最小宽度。

较佳地，第一凹槽401的顶部开口宽度等于第一通孔601底部开口的宽度。第一凹槽401的顶部开口宽度大于第一凹槽402的底部开口宽度。第一凹槽401的深度大于等于1nm，且小于等于90nm，例如为1~10nm之间。

较佳地， 第一焊盘电极700自绝缘层600的上表面延伸至第一凹槽401内，第一凹槽401的底面与壁面为粗糙面，以增强第一焊盘电极700与透明导电层400的结合能力。

绝缘层600包括但不限于是分布式布拉格反射镜，该绝缘层600的材料为SiO₂、TiO₂、ZnO₂、ZrO₂、Cu₂O₃、Al₂O₃等不同材料中的至少两种，该绝缘层600具体包括采用诸如电子束蒸镀或者离子束溅射等技术使两种材料以交替层叠成多层的方式所制成的分布式布拉格反射镜。或者，绝缘层600为单层结构，包括但不限于是氧化铝层、氧化钛层、氧化硅层或者氮化硅层。绝缘层600的厚度介于1~6微米之间。

第一焊盘电极700和第二焊盘电极710的材料可为如铝、铬、镍、钛、 铂、锡、金等材料或者这些材料中的至少两种组成的合金。透明导电层400的材料包括氧化铟锡、氧化铟、氧化锡、氧化镉锡、氧化锑锡、氧化锌、磷化镓的一种或者两种，且透明导电层500的厚度优选为30~300nm。

在一种实施方式中，参见图4，还包括有第二凹槽501，第二凹槽501自第一半导体层201的上表面延伸至第一半导体层201的内部，第二凹槽501的深度为第一半导体层201厚度的1%~30%。

第二凹槽501位于第二通孔602的下方，且在与台面210垂直的投影方向上第二凹槽501的投影落入至第二通孔602的投影内部，也就是说，第二凹槽501的宽度小于等于第二通孔602的宽度。

第二通孔602的孔壁与透明导电层500上表面的夹角为15°~60°，第二通孔602在其与透明导电层500的界面处具有最小宽度，也就是说第二通孔602靠近透明导电层500侧的宽度为第二通孔602的最小宽度。第二凹槽501的宽度小于或者等于第二通孔602的最小宽度。

较佳地，第二凹槽501的顶部开口宽度大于第二凹槽501的底部开口宽度。

较佳地，第二凹槽501的深度大于等于1nm，且小于等于90nm。第二凹槽501的底部开口宽度为4~12μm。

较佳地， 第二焊盘电极710自绝缘层600的上表面延伸至第二凹槽501内，第二凹槽501的壁面为粗糙面，以增强第二焊盘电极710与透明导电层500的结合能力。

在一种实施方式中，如图5所示，从倒装发光二极管的正上方观察，所述的第一端部a1与第二通孔602的距离大于第二端部a2与第二通孔602的距离。具体的，所述的第一端部a1具有顶端e1，第二端部a2具有顶端e2，第一端部a1具有顶端e1，顶端e1与第二通孔602的中心位置的距离为W1，第二端部a2具有顶端e2，第一端部a1的顶端e1与第二通孔602的中心位置的距离大于第二端部a2的顶端e2与第二通孔602的距离W2。

通过绝缘层600的第一通孔601具有相对较窄的第一端部a1与第二通孔602的距离大于相对较宽的第二端部a2与第二通孔602的距离的设计，可以实现更大比例的电流以更接近第二通孔602的位置注入，从而实现电流分布的均匀性，亮度的均匀性。

如图5所示，所述的第一端部a1具有顶端e1与第二端部a2具有顶端e2的连线不垂直于所述的发光二极管的长边。

在另外一种实施方式中，如图6所示，从倒装发光二极管的正上方观察，所述绝缘层的第二通孔位于第一半导体层的上表面的一个角落上，所述的第一端部a1与第二通孔602的距离大于第二端部a2与第二通孔602的距离。具体的，所述的第一端部a1具有顶端e1，第二端部a2具有顶端e2，第一端部a1具有顶端e1，顶端e1与第二通孔602（以第二通孔602的中心位置为基准）的距离为W1，第二端部a2具有顶端e2，第一端部a1的顶端e1与第二通孔602的距离大于第二端部a2的顶端e2与第二通孔602的距离W2。

通过相对较窄的第一端部a1与第二通孔602的距离大于相对较宽的第二端部a2与第二通孔602的距离的设计，可以实现更大比例的电流以更接近第二通孔602的位置注入，从而实现电流分布的均匀性，亮度的均匀性。

如图6所示，所述的第一端部a1具有顶端e1与第二端部a2具有顶端e2的连线平行于所述的发光二极管的长边。

在一种实施方式中，参见图2~图4，该倒装发光二极管还包括衬底100，该衬底100为蓝宝石平底衬底、蓝宝石图形化衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、砷化镓衬底或者硅衬底中的一种。在本实施例中，衬底100选用为蓝宝石图形化衬底，半导体堆叠层200形成在蓝宝石图形化衬底的上表面。

根据本申请的一个方面，提供一种发光装置，该发光装置可以是背光显示装置，例如电视、手机、面板，或者可以是RGB显示屏。不管是背光显示装置或者RGB显示屏，该发光装置均包括一个基板，以及若干个固定在基板上的上述实施例中的倒装发光二极管。上述倒装发光二极管以数百颗或者数千颗或者数万颗的数量集成式的安装在应用基板或者封装基板上，形成背光显示或者RGB显示的发光光源部分。

由以上的技术方案可知，本申请在半导体堆叠层上形成透明导电层，第一焊盘电极接触透明导电层，能够避免覆盖在透明导电层上的绝缘层出现拐角，从而减小第一焊盘电极出现断裂的风险，使得第一焊盘电极具有良好的覆盖性。通过绝缘层的第一通孔具有相对较窄的第一端部与第二通孔的距离大于相对较宽的第二端部与第二通孔的距离的设计，可以实现更大比例的电流以更接近第二通孔的位置注入，从而实现电流分布的均匀性，亮度的均匀性，并且防止端部的电流聚集，提升防静电能力。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本申请的保护范围。

Claims (13)

1.一种倒装发光二极管，包括：

半导体堆叠层，由下至上包括第一半导体层、第二半导体层以及位于两者之间的有源层；

透明导电层，形成在半导体叠层的第二半导体层之上；

绝缘层，覆盖所述半导体堆叠层和透明导电层，所述绝缘层设置有第一通孔，且所述第一通孔位于所述的透明导电层上；

第一焊盘电极，形成在绝缘层上并且填入所述第一通孔以实现与所述透明导电层连接；

其特征在于：从倒装发光二极管的正上方观察所述绝缘层的第一通孔，所述的第一通孔的形状为：具有弧形形状的第一端部、弧形形状的第二端部以及连接第一端部和第二端部的中间部分，从所述第一端部向第二端部所述的第一通孔的宽度是逐渐变大的。

2.根据权利要求1所述的倒装发光二极管，其特征在于：所述条形的第一端部和第二端部均曲率半径固定，第一端部的弧形形状的曲率半径大于第二端部的弧形形状的曲率半径。

3.根据权利要求1所述的倒装发光二极管，其特征在于：还包括位于绝缘层之上的第二焊盘电极，所述的绝缘层具有第二通孔，第二焊盘电极通过第二通孔与第一半导体层电连接。

4.根据权利要求3所述的倒装发光二极管，其特征在于：从倒装发光二极管的正上方观察，所述的第二通孔呈圆形，所述绝缘层的第二通孔的中心与所述第一通孔的第一端部之间的距离大于所述绝缘层的第二通孔的中心与所述第一通孔的第二端部之间的距离。

5.根据权利要求1所述的倒装发光二极管，其特征在于：从倒装发光二极管的正上方观察，所述的半导体堆叠层呈长方形，具有长边和相对长边短的短边。

6.根据权利要求1所述的倒装发光二极管，其特征在于：所述的第一焊盘电极在第一通孔内接触透明导电层。

7.根据权利要求1所述的倒装发光二极管，其特征在于：所述绝缘层的第一通孔的水平投影面积占据所述的第一焊盘电极的水平投影面积的比例为10~70%。

8.根据权利要求1所述的倒装发光二极管，其特征在于，所述透明导电层还包括有自所述透明导电层上表面向下延伸至其内部的第一凹槽，所述第一凹槽的深度为所述透明导电层的厚度的1%~30%。

9.根据权利要求1所述的倒装发光二极管，其特征在于，所述第一凹槽位于所述第一通孔的下方，且所述第一凹槽的宽度小于等于所述第一通孔的宽度。

10.根据权利要求8所述的倒装发光二极管，其特征在于，所述第一凹槽的顶部开口宽度大于所述第一凹槽的底部开口宽度。

11.根据权利要求1所述的倒装发光二极管，其特征在于，所述第一通孔的孔壁与透明导电层上表面的夹角为15°~60°。

12.根据权利要求3所述的倒装发光二极管，其特征在于，所述绝缘层的第二通孔位于第一半导体层的上表面的一个角落上。

13.一种发光装置，其特征在于，包括基板和若干个固定在所述基板上的如权利要求1~12中任一项所述的倒装发光二极管。

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