TW201003984A - Light emitting diode having multiply stacked structure - Google Patents

Description

201003984 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種發光二極體結構，特別是有關於一 種具多層堆疊結構之發光二極體。 【先前技術】 目刖，發光二極體係為目前最為大眾所熟知並應用之光 半導體元件，其應用範圍十分廣泛，不論是顯示裝置、醫療 儀器或照明設備等，而發光二極體廣泛應用之主要原因係發 光一極體具有低耗電、高使用壽命及高度信賴性等。 以氮化鎵為材料之發光二極體因其所具備之寬能隙特 f生而備焚重視，例如藍寶石基板(Sapphire)，因其具有熱穩 定及特光度之特性而廣泛應用於第三族氮化物之磊晶基板 上。然而’因藍寶石基板不導電之特性導致藍光二極體之p ，電極及η型電極設置於同—側，導致發光面積縮小，減低 党度。又發光二極體之亮度取決於電流大小，因藍寶石基板 之散熱，差’導致以藍寶石基板絲板之發光二極體無法操 作1過同！電流：下’造成亮度不足之問題 。而為提高發光 ^ 驾知係利用接線接合(Wire Bonding)使複數 個發=二體結構彼此串聯以提高亮度。 _:參閱第1圖’其係為習知技術之發光二極體晶粒之串 耳葬不思圖。圖中’發光二極體陣列基板1(LED Array)上設置 ，數個&光-極艘結構，此些發光二極體結構依序包含一藍 寶石基板14、一 η型半導體15、一 p型半導體16及一透明 接觸層17 n^L半導體層15及卩型半導體層之間藉由電 5 201003984 子電/同之、，，口 σ以形成一發光區域。其中，於透明接觸層17 及η型半導體15上各自形成—Ρ型電極卩及―η裂電極 12。自發光二極體陣列基板丨上之正電極接合一金屬線13 至發光二極體結構之ρ型電極u上，再從ρ型電極u接合 金屬線13至n型電極12上，再由n型電極12接合金屬線 13至另一發光一極體結構之ρ型電極上，依此類推，最後利 用金屬線13接回發光二極體陣列基板〗之負電極上。藉由 上述結構，即可完成發光二極體結構之串聯，達到提高亮度 : 之效果。但，若依上述結構實施以光二極體亮度，在發光二 極體封裝的製程中，將導致發光二極體之體積增加，造成應 用層面上的困難。 有鑑於習知技藝之各項問題，為了能夠兼顧解決之，本 發明人基於多年研究開發與諸多實務經驗，提出一種具多層 堆疊結構之發光二極體，以作為改善上述缺點之實現方式與 依據。 【發明内容】 有鑑於此，本發明之目的就是在提供一種具多層堆疊結 構之發光二極體，以解決發光二極體體積過大之問題。 根據本發明之目的，提出一種具多層堆疊結構之發光二 極體’其包含複數個發光二極體結構’此些發光二極體纟士構 係包含複數個電極，本發明之特徵在於此些電極係彼此對位 接合以形成一垂直堆叠結構。 此外，本發明更提出一種具多層堆疊結構之發光二極 體’其包含至少一第一發光二極體結構及至少—第二發光二 6 201003984 極體結構。第一發光二極體結構，係舍人 極及至少一第—n型電極，第二發光二夕一第一 p型電 少-第二P型電極及至少—第二㈣，結構，係包含至 電極係與第二P型電極接合，且第—η裔其中’第一P型 電極接合以形成-垂直堆4結構。 極係與第二η型 承上所述，因依本發明之具多層 體，具有以下優點： 足、〇構之發先一極 (1) 此發光二極體具有一垂直堆疊結 ^ 光二極體之封裝體積。 ° ，稭此可減>、發 (2) 此發光二極體具有—垂直堆叠 極體之亮度。 精此尤一 兹為使貴審查委員對本發明之技術特徵及所達到之功 效有更進-步讀解與認識，難崎佳之實齡】及配合詳 細之說明如後。 【實施方式】 以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之具多 層堆疊結構之發光二極體，為使便於理解，下述實施例中之 相同元件係以相同之符號標示來說明。 請參閱第2Α至2G圖，其係為本發明之具多層堆疊結 構之發光二極體之實施例流程圖。第2Α圖中，於一藍寶石 基板21上依序生成一 η型半導體22、一 ρ型半導體23及一 透明接觸層24(TCL)以形成一發光二極體結構。於透明接觸 層24及一導電基板26之表面形成一接合層25,並利用一晶 圓接合(Wafer Bonding)之技術將導電基板26與透明接觸層 7 201003984 24接σ最後在移除藍寶石基板21，如此即可得到具導電 基板26之發光二極體(如第2Β圖所示），其中，此導電基板 可為一矽基板。 »月參閱第2C圖，圖中，於11型半導體μ未與ρ型半導 體23接合之面上形成另一透明接觸層，並於上述透明接 觸層24上形成- η型電極27及一 ρ型電極％以形成一第 發光一極體結構20，此η型電極27及ρ型電極28上係包 含一金屬接合層。一第二發光二極體結構2〇1係包含一第二 ： 藍寶石基板2U、一第二η型半導體221、一第二ρ型半導 體231及一第二透明接觸層231，且第二透明接觸層241上 係具有一第二η型電極271及一第二ρ型電極281，上述第 二η型電極271及第二ρ型電極281之表面係具有金屬接合 層。利用金屬接合層將第二發光二極體結構2〇1及第一發光 二極體結構20進行接合(Bonding) ’更進一步說明，本發明 係將第二η型電極271與η型電極27進行對位接合 (Alignment Bonding)，第二ρ型電極281與ρ型電極28進行 對位接合(Alignment Bonding) ’如此，即可將第一發光二極 體結構20及第二發光二極體結構201進行接合。 移除第"一藍寶石基板211以裸露第二η型半導體221， 形成另一第一透明接觸層241於裸露之第二η型半導體221 上(如第2D圖所示）’並於另一第二透明接觸層241之上表 面形成一電極29,如此即可形成一具有垂直堆疊結構之發光 二極體(如第2Ε圖所示），此種結構之發光二極體具有高導 電性及高散熱性之基板，可適用於高電流之操作，且其電極 位於發光二極體之相反兩側，故發光面積得以得高，此種垂 8 201003984 it聯不僅可提高發光二極體整體之功率，更可缩減 發先二極體之_，翻高亮度、高應雜之魏 上再二圖’本發明亦可於另-第二透明接觸細 另型電極271及第二Ρ型電極28卜此 公展技二11 1電極271及第二Ρ型電極281之表面亦包含 ^接σ層’而後將—第三發光二極體結構搬 J第：η㈣極2mp型電極281相連接，二另此 結構202係包含一第三藍寶石基板212、-第-n生半導體222、-第三P半導體232及一第三透明接 此第三透明接觸層_包含一第三_一電極272 及-第三P型電極282,此第三n型電極272及一型 電極282表面係包含金屬結合層。利用金屬接合層將第^ 型電極272及第三ρ型電極與上述另—組第二η型電極π 及第二ρ型電極281進行對位接合(Aiignmem B〇nding)， 後移除藍寶石基板212以裸露第三n型半導體222，再於 露之第三η型半導體222之上表面形成另—第三透明接觸層 242，且於另一第三透明接觸層241上形成一電極29，如此 即可形成-具有垂直堆疊結構之發光二極體(如第2G圖所 不）。具有此種垂直結構之發光二極體具有高導電性及高散 熱性之基板，可適用於兩電流之操作，且其電極位於發光二 極體之相反兩侧，故發光面積得以得高，此種垂直串^的接 合不僅可提高發光二極體整體之功率，更可縮減發光二極體 之體積，達到高亮度、高應用性之功能。上述第一發光二極 體結構20、第二發光二極體結構2〇1及第三發光二極體纟士 202係可為紅、綠及藍光之發光二極體晶片以混合產Z白 9 201003984 光’同理’第-發光二極體結構2G、第二發光二極體結構 201及第三發光二極體結構搬亦可為藍光及黃光之發光二 極體晶片以混合產生白光。 、明注思上述發光二極體結構之堆疊數量僅為舉例，並 不以此為限，縣發明可調整不同色光之發光二極體晶片之 數量可用以調整混合白光之混色程度以做更廣泛之應用。 請續參閱第3圖，錢為本發明之具多層堆疊結構之發 光-極體之電極接合示意圖。圖中，n型電極3ι、ρ型電極 3会2屬it:型電極311 *第二p型電極321之表面均具有— 口曰33及至少一辨識點34’利用辨識點34進行一對

Hh:nt)之動作，其中，n型電極31係與第一 n型電極 # &二Ρ/型電極32係與第二ρ型電極321相對應。對 退火製程以分別將η型電極31係與第—η ， 接5 (B〇ndlng)，且將Ρ型電極32斑第二ρ型電 極321接合（Bonding)。 电找w與矛P 土电 發明：= 堇i舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本 ===:進行，修改或變更，均應包 【圖式簡單說明】 =圖料習知技術之發光二極體 意圖； 第2……為本發明之具多層堆疊結構之發光二 第3 ® r故士極體之實施例流程圖；以及 電接八之發光 電極接合示意圖。 201003984 【主要元件符號說明】 1 ： 發光二極體陣列基板； 232 :第三ρ型半導體； 11 p型電極； 24 ： 透明接觸層； 12 η型電極； 241 :第二透明接觸層； 13 金屬線； 242 :第三透明接觸層； 14 藍寶石基板； 25 ： 接合層； 15 η型半導體層； 26 ： 導電基板； 16 Ρ型半導體層； 27 ： η型電極； 17 透明接觸層； 271 :第二η型電極； 20 ： 第一發光二極體結構； 272 :第三η型電極； 201 :第二發光二極體結 28 ： ρ型電極； 構， 281 :第二ρ型電極； 202 :第三發光二極體結 282 :第三ρ型電極； 構； 29 ： 電極； 21 藍寶石基板； 31 ： η型電極； 211 :第二藍寶石基板； 311 :第二η型電極； 212 :第三藍寶石基板； 32 ： ρ型電極； 22 η型半導體； 321 :第二ρ型電極； 221 :第二η型半導體； 33 ： 金屬接合層；以及 222 :第三η型半導體； 34 ： 辨識點。 23 Ρ型半導體； 231 :第二ρ型半導體； 11

Claims (1)

1. 201003984 十、申請專利範園： 1、r種具多層堆疊結構之發光二極體，其包含複數個 ^光一極體結構，該些發光二極體結構係包含複數 固電極’其特徵在於該些電極係彼此接合以形 垂直堆疊結構。 2、 如申請專·圍第〗項所述之具多層堆疊結構之 發光二極體，其中該些電極係利用對位接合 (Alignment Bonding)以彼此連接。 口 3、 如申請專利範圍第丨項所述之具多層堆疊結構之 發光二極體，其中該些電極係同性相接。 4、 如申請專利範圍第丨項所述之具多層堆疊結構之 發光二極體，其中該些電極之表面係具有一接合 屬層。 5、 如申請專利範圍第1項所述之具多層堆疊結構之 發光二極體，其中該些電極係包含至少一 p型電極 及至少一 η型電極。 6、 如申請專利範圍第丨項所述之具多層堆疊結構之 發光二極體，其中該些發光二極體結構係為紅、綠 及藍光之發光二極體晶片以混合產生白光。 7、 如申請專利範圍第丨項所述之具多層堆疊結構之 發光二極體，其中該些發光二極體結構可為藍光及 黃光之發光二極體晶片以混合產生白光。 8、 一種具多層堆疊結構之發光二極體，其包含： 至少一第一發光二極體結構，係包含至少一第一 P型電極及至少一第一η型電極；以及 12 201003984 至少一第二發光二極體結構，係包含至 P型電極及至少—第二η型電極； 第 9 10 且；：二Ρ型電極係與該第二Ρ型電極接合， 且该第-η型電極係與該第二η型電極接合 一垂直堆疊結構。 $成 .如申請專㈣圍第8項所叙具多層堆疊 發光一極體’其中該第—Ρ型電極係利用對位接合 (Alignment Bonding)與該第二ρ型電極接合。 11 12 13 請專鄕㈣8項料之具乡層堆疊結構 _光一極體，其中該第一 η型電極係利用對位接 合（Alignment B〇nding)與該第二η型電極接合。 、如申請專利範圍第8項所述之具多層堆疊結構 之發光二極體，其中該第一 ρ型電極、該第一 η型 電極、該第二Ρ型電極及該第二η型電極之表面均 具有一接合金屬層。 、如申請專利範圍第8項所述之具多層堆疊結構 之發光二極體，其中該第一 ρ型電極、該第一 η型 電極、該弟一 ρ型電極及該第二η型電極之表面係 具有至少一辨識點。 、如申請專利範圍第8項所述之具多層堆疊結構 之發光二極體，其中該第一發光二極體結構及第二 發光二極體結構可為紅、綠及藍光之發光二極體晶 片以混合產生白光。 、如申請專利範圍第8項所述之具多層堆疊結構 之發光二極體’其中該第一發光二極體結構及第二 13 14 201003984 發光二極體結構可為藍光及黃光之發光二極體晶 片以混合產生白光。