TWI525852B - 發光二極體陣列 - Google Patents

Description

發光二極體陣列

本發明關於一種發光二極體陣列，特別是關於一種由N個(N≧3)發光二極體單元所組成發光二極體陣列。

近年來，由於磊晶與製程技術的進步，使發光二極體（light emitting diode，簡稱LED）成為極具潛力的固態照明光源之一。由於物理機制的限制，LED僅能以直流電驅動，因此，任何以LED作為光源的照明設計中，都需要搭配整流及降壓等電子元件，以將電力公司直接提供之交流電轉換為LED可使用之直流電源。然而增加整流及降壓等電子元件，除造成照明成本的增加外，整流及降壓等電子元件的低交流直流轉換效率、偏大的體積等均會影響LED使用於日常照明應用時的可靠度與使用壽命。

一發光二極體陣列包含：一永久基板；一黏結層位於永久基板之上；一第二導電層位於黏結層之上；一第二分隔層位於第二導電層之上；一跨接金屬層位於第二分隔層之上；一第一分隔層位於跨接金屬層之上；一導電性連接層位於第一分隔層之上；一磊晶結構位於導電性連接層之上；及一第一電極位於磊晶結構之上。

一發光二極體陣列包含：一永久基板；一黏結層位於永久基板之上；一第一導電層位於黏結層之上；一第二分隔層位於第一導電層之上；一跨接金屬層位於第二分隔層之上；一第一分隔層位於跨接金屬層之上；一導電性連接層位於第一分隔層之上；及一磊晶結構位於導電性連接層之上。

一發光二極體陣列，包含N個發光二極體單元(N≧3)，且發光二極體單元間經跨接金屬層彼此電性連接。

本發明揭示一由N(N≧3)個發光二極體單元所組成的發光二極體陣列，其中包含一第一發光二極體單元、一第二發光二極體單元、、、、依序至一第(N-1)發光二極體單元及一第N發光二極體單元。又發光二極體陣列具有一第一區域(Ⅰ)、一第三區域(Ⅲ)，其中第一區域(Ⅰ)包含第一發光二極體單元，第三區域(Ⅲ)包含第N發光二極體單元；及一第二區域(Ⅱ)位於第一區域(Ⅰ)與第三區域(Ⅲ)之間，且包含第二發光二極體單元、、、依序至第(N-1)發光二極體單元。

實施例一所揭示為由3個發光二極體單元所組成發光二極體陣列1。其結構剖面示意圖如第1A-1I圖所示，結構上視示意圖如第1A’-1G’圖所示。發光二極體陣列1之製造方法，包含以下步驟： 1.         提供一成長基板11，且形成一磊晶結構於成長基板11之上，其中磊晶結構包含一第一導電型半導體層12，一活性層13，及一第二導電型半導體層14，如第 1A圖及1A’圖所示。 2.         接著蝕刻第一區域(Ⅰ)、第二區域(Ⅱ)之部份磊晶結構以形成複數個溝槽15，其中未被蝕刻之磊晶結構則形成複數個平台16；且第三區域(Ⅲ)之磊晶結構未被蝕刻，如第 1B圖及1B’圖所示。 3.         再於複數個平台16之部份區域之上形成一導電性連接層17，其中未被導電性連接層17覆蓋之平台區域則形成複數個走道18；如第 1C圖及1C’圖所示。 4.         於部份導電性連接層17之上、複數個走道18之上、及複數個溝槽15之側壁形成一第一分隔層19，但於第一區域(Ⅰ)之部份導電性連接層17之上及第三區域(Ⅲ)之全部導電性連接層17之上未被第一分隔層19所覆蓋。一導電區20為第二區域(Ⅱ)之導電性連接層17之上未被第一分隔層19覆蓋之區域。如第 1D圖及1D’圖所示。 5.         於第一分隔層19之上、導電區20、複數個溝槽15之內，及第三區域(Ⅲ)之全部導電性連接層17之上形成一跨接金屬層21，但於第一區域(Ⅰ)之部份導電性連接層17將作為後續第二導電層與第二導電型半導體層之電性連接，所以未於其上方被一跨接金屬層21所覆蓋。而位於第二區域(Ⅱ)鄰近導電區20之a區域亦未為跨接金屬層21所覆蓋，可作為電性隔絕之用；如第 1E圖及1E’圖所示。位於第一區域(Ⅰ)之部份跨接金屬層21延伸至複數個溝槽15之內並與第一導電型半導體層12電性連接；位於複數個平台16及走道18之上之跨接金屬層21藉由第一分隔層19與第二導電型半導體層14電性隔絕。位於第二區域(Ⅱ)中導電區20之上之跨接金屬層21藉由導電性連接層17與第二導電型半導體層14電性連接，部份跨接金屬層21則延伸至複數個溝槽15之內並與第一導電型半導體層12電性連接；位於複數個平台16及走道18之上之跨接金屬層21藉由第一分隔層19與第二導電型半導體層14電性隔絕。位於第三區域(Ⅲ) 之跨接金屬層21藉由導電性連接層17與第二導電型半導體層14電性連接。 6.         於跨接金屬層21之上及第二區域(Ⅱ)之a區域之上形成一第二分隔層22，但第二分隔層22未覆蓋第一區域(Ⅰ)之部份導電性連接層17；如第 1F圖及1F’圖所示。 7.         於第二分隔層22之上及於第一區域(Ⅰ)之部份導電性連接層17之上形成一第二導電層23；如第 1G圖及1G’圖所示。 8.         形成一黏結層24於第二導電層23之上；提供一永久基板25；並藉由黏結層24與永久基板25黏結，如第1H圖所示。 9.         移除成長基板11以暴露出第一導電型半導體層12並粗化其表面。接著，於複數個走道18中自第一導電型半導體層12向下蝕刻至暴露出第一分隔層19，以形成N個發光二極體單元。其中第一發光二極體單元位於第一區域(Ⅰ)、第二發光二極體單元、、、依序至第(N-1) 發光二極體單元位於第二區域(Ⅱ)、及第N發光二極體單元位於第三區域(Ⅲ)。最後，於第N發光二極體單元之第一導電型半導體層12粗化表面之上形成一第一電極27，即形成經跨接金屬層21電性串聯N個發光二極體單元之發光二極體陣列1，如第1I圖所示。

實施例二所揭示為由3個發光二極體單元所組成發光二極體陣列2。其結構剖面示意圖如第2A-2I圖所示，結構上視示意圖如第2A’-2G’圖所示。發光二極體陣列2之製作方法，包含以下步驟： 1.         提供一成長基板11，且形成一磊晶結構於成長基板11之上，其中磊晶結構包含一第一導電型半導體層12，一活性層13，及一第二導電型半導體層14，如第2A圖及2A’圖所示。 2.         接著蝕刻部份磊晶結構以形成複數個溝槽15，其中未被蝕刻之磊晶結構則形成複數個平台16，如第2B圖及2B’圖所示。 3.         再於複數個平台16之部份區域之上形成一導電性連接層17，其中未被導電性連接層17覆蓋之平台區域則形成複數個走道18；如第2C圖及2C’圖所示。 4.         於部份導電性連接層17之上、複數個走道18之上、及複數個溝槽15之側壁形成一第一分隔層19。第二區域(Ⅱ)、第三區域 (Ⅲ)之導電性連接層17未被第一分隔層19覆蓋之區域則定義為一導電區20；如第2D圖及2D’圖所示。 5.         於部份第一分隔層19之上、導電區20、及除第三區域 (Ⅲ)之外之複數個溝槽15之內形成一跨接金屬層21。但於第一區域(Ⅰ)之部份第一分隔層19將作為後續第二導電層和第一導電型半導體層電性隔絕之用，故未於其上方覆蓋一跨接金屬層21。於第三區域(Ⅲ)之複數個溝槽15之內及複數個平台的第一分隔層19將作為後續第一導電層與第二導電型半導體層電性隔絕之用，故未於其上方形成覆蓋一跨接金屬層21，如第2E圖及2E’圖所示。位於第一區域(Ⅰ)之部份跨接金屬層21延伸至複數個溝槽15之內並與第一導電型半導體層12電性連接，位於複數個平台16及走道18之上之跨接金屬層21藉由第一分隔層19與第二導電型半導體層14電性隔絕。於第二區域(Ⅱ)中位於導電區20之上之跨接金屬層21藉由導電性連接層17與第二導電型半導體層14電性連接；部份跨接金屬層21延伸至複數個溝槽15之內並與第一導電型半導體層12電性連接；位於複數個平台16及走道18之上之跨接金屬層21藉由第一分隔層19與第二導電型半導體層14電性隔絕。於第三區域(Ⅲ)中位於導電區20之上之跨接金屬層21藉由導電性連接層17與第二導電型半導體層14電性連接。此外，位於第二區域(Ⅱ)、第三區域(Ⅲ)中鄰近導電區20之b區域未為跨接金屬層21所完全覆蓋，可作為電性隔絕之用。 6.         於跨接金屬層21之上，第一區域(Ⅰ)之部份第一分隔層19之上及第二區域(Ⅱ)中未被跨接金屬層21所完全覆蓋之b區域之上形成一第二分隔層22，但第二分隔層22未覆蓋第三區域 (Ⅲ)之複數個溝槽15之內、複數個平台的第一分隔層19之上、及第三區域(Ⅲ)中未被跨接金屬層21所完全覆蓋之b區域；如第2F圖及2F’圖所示。 7.         於第二分隔層22之上，第三區域 (Ⅲ)之複數個溝槽15之內、複數個平台的第一分隔層19之上、及第三區域(Ⅲ)中未被跨接金屬層21所完全覆蓋之b區域形成一第一導電層26；如第2G圖及2G’圖所示。 8.         形成一黏結層24於第一導電層26之上；提供一永久基板25，並藉由黏結層24與永久基板25黏結，如第2H圖所示。 9.         移除成長基板11以暴露出第一導電型半導體層12並粗化其表面。接著，於複數個走道18之中自第一導電型半導體層12向下蝕刻至暴露出第一分隔層19，以形成N個發光二極體單元。其中第一發光二極體單元位於第一區域(Ⅰ)，第二發光二極體單元至第(N-1) 發光二極體單元位於第二區域(Ⅱ)，及第N發光二極體單元位於第三區域(Ⅲ)。再於第一區域(Ⅰ)未形成跨接金屬層21部份之第一導電型半導體層12向下蝕刻至暴露出導電性連接層17，並於導電性連接層17之上形成一第二電極28，即形成經跨接金屬層21電性串聯N個發光二極體單元之發光二極體陣列2，如第2I圖所示。

上述實施例一及實施例二中，成長基板11之材料包括至少一材料選自於砷化鎵、磷化鎵、藍寶石、碳化矽、氮化鎵、或氮化鋁所組成之材料群組。磊晶結構係由一種III-V族半導體材料所組成，此III-V族半導體材料為磷化鋁鎵銦系列化合物或氮化鋁鎵銦系列化合物。導電性連接層17包含一種或一種以上之材料選自於氧化銦錫、氧化鎘錫、氧化銻錫、氧化銦鋅、氧化鋅鋁以及氧化鋅錫所構成之群組。第一分隔層19，第二分隔層22為絕緣材料，可分別包含一種或一種以上之材料選自於二氧化矽、氧化鈦、二氧化鈦、五氧化三鈦、三氧化二鈦、二氧化鈰、硫化鋅、以及氧化鋁所構成之群組。第一導電層26，第二導電層23可為銀或鋁。黏結層24為一導電材料，組成材料可為金屬或金屬合金，例如AuSn、PbSn、AuGe、AuBe、AuSi、Sn、In、Au、PdIn。永久基板25為一導電材料，例如包含碳化物、金屬、金屬合金、金屬氧化物、金屬複合材料等材料。跨接金屬層21之材料包含金屬、金屬合金、金屬氧化物。

本發明所列舉之實施例僅用以說明本發明，並非用以限制本發明之範圍。任何人對本發明所作之任何顯而易知之修飾或變更皆不脫離本發明之精神與範圍。

1，2‧‧‧發光二極體陣列
11‧‧‧成長基板
12‧‧‧第一導電型半導體層
13‧‧‧活性層
14‧‧‧第二導電型半導體層
15‧‧‧溝槽
16‧‧‧平台
17‧‧‧導電性連接層
18‧‧‧走道
19‧‧‧第一分隔層
20‧‧‧導電區
21‧‧‧跨接金屬層
22‧‧‧第二分隔層
23‧‧‧第二導電層
24‧‧‧黏結層
25‧‧‧永久基板
26‧‧‧第一導電層
27‧‧‧第一電極
28‧‧‧第二電極
Ⅰ‧‧‧第一區域
Ⅱ‧‧‧第二區域
Ⅲ‧‧‧第三區域
a，b‧‧‧電性隔絕區域

第1A-1I圖為本發明所揭示之發光二極體陣列1之結構剖面示意圖。

第1A’-1G’圖為本發明所揭示之發光二極體陣列1之結構上視示意圖。

第2A-2I圖為本發明所揭示之發光二極體陣列2之結構剖面示意圖。

第2A’-2G’圖為本發明所揭示之發光二極體陣列2之結構上視示意圖。

無

1‧‧‧發光二極體陣列

12‧‧‧第一導電型半導體層

13‧‧‧活性層

14‧‧‧第二導電型半導體層

17‧‧‧導電性連接層

18‧‧‧走道

19‧‧‧第一分隔層

20‧‧‧導電區

21‧‧‧跨接金屬層

22‧‧‧第二分隔層

23‧‧‧第二導電層

24‧‧‧黏結層

25‧‧‧永久基板

27‧‧‧第一電極

I‧‧‧第一區域

Ⅱ‧‧‧第二區域

Ⅲ‧‧‧第三區域

a‧‧‧電性隔絕區域

Claims (10)

1. 一種發光二極體結構，包含：一第一磊晶單元；一第二磊晶單元與該第一磊晶單元相分離；以及一跨接金屬層，包含一第一突出部延伸進該第一磊晶單元，以及一平台部直接電性連接至該第二磊晶單元，其中，該平台部的一最外側邊不超過該第二磊晶單元之最外側邊。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，更包含一導電性連接層圍繞該第一突出部。
3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體結構，更包含一第一分隔層位於該導電性連接層與該第一突出部之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，更包含一第二分隔層，具有一實質上與該發光二極體結構相同的一寬度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，更包含一電極連接至該第二磊晶單元相對於該平台部的一面上。
6. 一種發光二極體結構，包含：一第一磊晶單元；一第二磊晶單元與該第一磊晶單元相分離；一跨接金屬層，包含一第一突出部延伸進該第一磊晶單元；以及一導電層與該跨接金屬層相分離，並包含一第二突出部延伸進該第二磊晶單元；以及 一電極位於該第一磊晶單元、該第二磊晶單元、以及該導電層之下方，並與該導電層電性連接。
7. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體結構，更包含一導電性連接層圍繞該第一突出部，以及一電極位於該導電性連接層之上。
8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體結構，其中，該導電性連接層具有一部分未被該第一磊晶結構覆蓋。
9. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體結構，更包含一分隔層位於該跨接金屬層與該導電層之間。
10. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體結構，其中，該導電層之寬度比該跨接金屬層之寬度大。