TWI404230B - Light emitting diodes with multi-layer stacking structure - Google Patents

Description

具多層堆疊結構之發光二極體

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。

目前，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二極體具有低耗電、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性而備受重視，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型電極及n型電極設置於同一側，導致發光面積縮小，減低亮度。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性差，導致以藍寶石基板為基板之發光二極體無法操作於過高之電流之下，造成亮度不足之問題。而為提高發光二極體之亮度，習知係利用接線接合(Wire Bonding)使複數個發光二體結構彼此串聯以提高亮度。

請參閱第1圖，其係為習知技術之發光二極體晶粒之串聯示意圖。圖中，發光二極體陣列基板1(LED Array)上設置複數個發光二極體結構，此些發光二極體結構依序包含一藍寶石基板14、一n型半導體15、一p型半導體16及一透明接觸層17，n型半導體層15及p型半導體層16之間藉由電 子電洞之結合以形成一發光區域。其中，於透明接觸層17及n型半導體15上各自形成一p型電極11及一n型電極12。自發光二極體陣列基板1上之正電極接合一金屬線13至發光二極體結構之p型電極11上，再從p型電極11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至另一發光二極體結構之p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1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。

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，此些發光二極體結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疊結構。

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一第二發光二 極體結構。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n型電極，第二發光二極體結構，係包含至少一第二p型電極及至少一第二n型電極，其中，第一p型電極係與第二p型電極接合，且第一n型電極係與第二n型電極接合以形成一垂直堆疊結構。

承上所述，因依本發明之具多層堆疊結構之發光二極體，具有以下優點：

(1)此發光二極體具有一垂直堆疊結構，藉此可減少發光二極體之封裝體積。

(2)此發光二極體具有一垂直堆疊結構，藉此可發光二極體之亮度。

茲為使 貴審查委員對本發明之技術特徵及所達到之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明如後。

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2A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2A圖中，於一藍寶石基板21上依序生成一n型半導體22、一p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 24接合，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2B圖所示)，其中，此導電基板可為一矽基板。

請參閱第2C圖，圖中，於n型半導體22未與p型半導體23接合之面上形成另一透明接觸層24，並於上述透明接觸層24上形成一n型電極27及一p型電極28以形成一第一發光二極體結構20，此n型電極27及p型電極28上係包含一金屬接合層。一第二發光二極體結構201係包含一第二藍寶石基板211、一第二n型半導體221、一第二p型半導體231及一第二透明接觸層241，且第二透明接觸層241上係具有一第二n型電極271及一第二p型電極281，上述第二n型電極271及第二p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201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n型電極271與n型電極27進行對位接合(Alignment Bonding)，第二p型電極281與p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。

移除第二藍寶石基板211以裸露第二n型半導體221，形成另一第二透明接觸層241於裸露之第二n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2E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 直串聯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。

請參閱第2F圖，本發明亦可於另一第二透明接觸層241上再形成另一組第二n型電極271及第二p型電極281，此另一組第二n型電極271及第二p型電極281之表面亦包含金屬接合層，而後將一第三發光二極體結構202與上述另一組第二n型電極271及第二p型電極281相連接，其中，此第三發光二極體結構202係包含一第三藍寶石基板212、一第三n型半導體222、一第三p半導體232及一第三透明接觸層242，此第三透明接觸層242係包含一第三n型電極272及一第三p型電極282，此第三n型電極272及一第三p型電極282表面係包含金屬結合層。利用金屬接合層將第三n型電極272及第三p型電極與上述另一組第二n型電極271及第二p型電極281進行對位接合(Alignment Bonding)，最後移除藍寶石基板212以裸露第三n型半導體222，再於裸露之第三n型半導體222之上表面形成另一第三透明接觸層242，且於另一第三透明接觸層242上形成一電極29，如此即可形成一具有垂直堆疊結構之發光二極體(如第2G圖所示)。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，此種垂直串聯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201及第三發光二極體結構202係可為紅、綠及藍光之發光二極體晶片以混合產生白 光，同理，第一發光二極體結構20、第二發光二極體結構201及第三發光二極體結構202亦可為藍光及黃光之發光二極體晶片以混合產生白光。

請注意，上述發光二極體結構之堆疊數量僅為舉例，並不以此為限，且本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，其係為本發明之具多層堆疊結構之發光二極體之電極接合示意圖。圖中，n型電極31、p型電極32、第二n型電極311及第二p型電極321之表面均具有一金屬接合層33及至少一辨識點34，利用辨識點34進行一對位(Alignment)之動作，其中，n型電極31係與第二n型電極311相對應，p型電極32係與第二p型電極321相對應。對位完畢後即進行一退火製程以分別將n型電極31係與第二n型電極311接合(Bonding)，且將p型電極32與第二p型電極321接合(Bonding)。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧發光二極體陣列基板

11‧‧‧p型電極；

12‧‧‧n型電極

13‧‧‧金屬線

14‧‧‧藍寶石基板

15‧‧‧n型半導體層

16‧‧‧p型半導體層

17‧‧‧透明接觸層

20‧‧‧第一發光二極體結構

201‧‧‧第二發光二極體結構

202‧‧‧第三發光二極體結構

21‧‧‧藍寶石基板

211‧‧‧第二藍寶石基板

212‧‧‧第三藍寶石基板

22‧‧‧n型半導體

221‧‧‧第二n型半導體

222‧‧‧第三n型半導體

23‧‧‧p型半導體

231‧‧‧第二p型半導體

232‧‧‧第三p型半導體

24‧‧‧透明接觸層

241‧‧‧第二透明接觸層

242‧‧‧第三透明接觸層

25‧‧‧接合層

26‧‧‧導電基板

27‧‧‧n型電極

271‧‧‧第二n型電極

272‧‧‧第三n型電極

28‧‧‧p型電極

281‧‧‧第二p型電極

282‧‧‧第三p型電極

29‧‧‧電極

31‧‧‧n型電極

311‧‧‧第二n型電極

32‧‧‧p型電極

321‧‧‧第二p型電極

33‧‧‧金屬接合層

34‧‧‧辨識點

第1圖 係為習知技術之發光二極體晶粒之串聯示意圖；第2A至2G圖 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；以及第3圖 係為本發明之具多層堆疊結構之發光二極體之電極接合示意圖。

22‧‧‧n型半導體

221‧‧‧第二n型半導體

23‧‧‧p型半導體

231‧‧‧第二p型半導體

24‧‧‧透明接觸層

241‧‧‧第二透明接觸層

25‧‧‧接合層

26‧‧‧導電基板

27‧‧‧n型電極

271‧‧‧第二n型電極

28‧‧‧p型電極

281‧‧‧第二p型電極

29‧‧‧電極

Claims (13)

1. 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，該些發光二極體結構係包含複數個電極，其特徵在於該些電極係彼此接合以形成一垂直堆疊結構，其中該些電極係同性相接。
2. 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，其中該些電極係利用對位接合(Alignment Bonding)以彼此連接。
3. 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，其中該些電極之表面係具有一接合金屬層。
4. 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n型電極。
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。
6. 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。
7. 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n型電極；以及至少一第二發光二極體結構，係包含至少一第二p型電極及至少一第二n型電極； 其中，該第一p型電極係與該第二p型電極接合，且該第一n型電極係與該第二n型電極接合以形成一垂直堆疊結構。
8. 如申請專利範圍第7項所述之具多層堆疊結構之發光二極體，其中該第一p型電極係利用對位接合(Alignment Bonding)與該第二p型電極接合。
9. 如申請專利範圍第7項所述之具多層堆疊結構之發光二極體，其中該第一n型電極係利用對位接合(Alignment Bonding)與該第二n型電極接合。
10. 如申請專利範圍第7項所述之具多層堆疊結構之發光二極體，其中該第一p型電極、該第一n型電極、該第二p型電極及該第二n型電極之表面均具有一接合金屬層。
11. 如申請專利範圍第7項所述之具多層堆疊結構之發光二極體，其中該第一p型電極、該第一n型電極、該第二p型電極及該第二n型電極之表面係具有至少一辨識點。
12. 如申請專利範圍第7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。
13. 如申請專利範圍第7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藍光及黃光之發光二極體晶片以混合產生白光。