TWI593145B - 發光二極體 - Google Patents

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Description

發光二極體 【相關申請案的交叉參考】
本申請案主張2014年6月13日提交的第10-2014-0072356號韓國專利申請案以及2014年6月30日提交的第10-2014-0081058號韓國專利申請案的優先權和權益，這些申請案出於所有目的以引用的方式如同全文再現一般併入本文中。
本發明的示例性實施例是有關於一種發光二極體以及一種製造發光二極體的方法。更確切地說，本發明的示例性實施例是有關於一種藉由以晶圓級分離成長基底來製造的發光二極體以及一種製造發光二極體的方法。
發光二極體是指發出藉由電子和電洞的重組合產生的光的無機半導體裝置並且用於多個領域，例如，顯示器、車燈、一般照明設備以及其類似者。
根據電極的位置或電極與外部引線之間的連接類型，發光二極體可以分成橫向型發光二極體、垂直型發光二極體以及覆 晶型(flip-chip)發光二極體。
橫向型發光二極體可相對容易地製造且因此最廣泛地用於本領域中。此種橫向型發光二極體包含在其下側處的成長基底，而不是從此處分離。作為發光二極體的成長基底，藍寶石基底最廣泛地用於本領域中，並且由於藍寶石基底的低導熱性，其具有難以從發光二極體中排出熱量的問題。因此，發光二極體具有增加的接面溫度(junction temperature)以及減小的內部量子效率，並且變得不合適用於高電流驅動。
已經發展了垂直型和覆晶型發光二極體，以便解決橫向型發光二極體的問題。通常，與典型的橫向型發光二極體相比，垂直型發光二極體藉由採用其中p-電極位於下側的結構而具有良好的電流擴展性能，並且還藉由採用具有比藍寶石高的導熱性的支撐基底而展現良好的散熱效率。此外，在垂直型發光二極體中，N-平面藉由光輔助化學(photo enhanced chemical，PEC)蝕刻或其類似者經受非等向性蝕刻以形成粗糙表面，由此顯著改進向上的光提取效率。然而，在垂直型發光二極體中，磊晶層的總厚度與發光面積相比較薄，因此提供電流擴展的難度。也就是說，由於使用導電氮化物層製造的垂直型發光二極體經配置以允許在氮化物層的下側處形成的上電極與下電極之間引導電流的流動，因此難以在整個活性區域中實現均一的電流擴展。為了解決此問題，將絕緣材料提供到對應於n-電極片的p-電極的位置，以防止 電流直接從n-電極片流到p-電極。然而，藉由此結構，發光二極體在移除基底的過程期間具有在p-電極與絕緣材料之間裂解的問題。
另一方面，垂直型發光二極體包含由不同導電型半導體構成的下半導體層和上半導體層，並且需要分別連接到上半導體層和下半導體層的電極。因此，在製造垂直型發光二極體時，需要將成長基底與半導體層分離的過程。
通常，為了防止在分離成長基底時對半導體層造成損壞，在將成長基底與半導體層分離之前，在成長基底的相對側處將金屬基底結合到半導體層。隨後，藉由雷射剝離、化學品剝離或應力剝離將成長基底與半導體層分離。金屬基底經由單獨的結合層結合到半導體層，同時從某一結合溫度或更高溫度冷卻到室溫，所述結合層用以將金屬基底結合到半導體層。
另一方面，金屬基底和半導體層(例如，基於氮化鎵的半導體層)具有不同的熱膨脹係數，由此引起彎成弓形現象，其中半導體層被彎曲同時從結合溫度冷卻到室溫。在大面積分離成長基底之後，此種彎成弓形現象變得嚴重。在大面積分離成長基底時，存在由於彎成弓形現象而對半導體層造成損壞的較高可能性，由此難以以晶圓級分離成長基底。為了防止由彎成弓形現象引起的對半導體層造成損壞，在晶圓分成單元二極體之後將成長基底與個別發光二極體分離。因此，製造垂直型發光二極體的常規方法需要複雜的過程和較高的製造成本。
此外，由於典型的垂直型發光二極體具有置於發光平面上的上金屬電極，因此上金屬電極可以遮蔽從活性層發出的光。因此，垂直型發光二極體的光提取效率可能會遭受退化。
近年來，已研究開發一種用於藉由經由焊膏直接將發光二極體的墊片結合到印刷電路板來製造發光二極體模組的技術。例如，發光二極體模組藉由將發光二極體晶片直接安裝在印刷電路板(printed circuit board，PCB)上，而不是封裝發光二極體晶片來製造。由於墊片在發光二極體模組中直接鄰接焊膏，因此焊膏中的金屬元素(例如，錫(Sn))藉由墊片擴散到發光二極體中並且可以在發光二極體中產生短路，由此引起裝置故障。因此，需要開發一種克服現有技術中的此類問題的發光二極體以及一種製造所述發光二極體的方法。
示例性實施例提供一種具有改進的光提取效率並且允許高電流驅動的發光二極體。
示例性實施例提供一種可以藉由防止焊膏的金屬元素擴散經由焊膏直接安裝在印刷電路板或其類似者上的發光二極體。
示例性實施例提供一種具有改進的電流擴展性能並且允許高電流驅動的發光二極體。
示例性實施例提供一種具有改進的結構穩定性且展示極佳散熱效率的發光二極體。
示例性實施例提供一種以晶圓級製造的發光二極體。
示例性實施例提供一種包含支撐部件的發光二極體，所述支撐部件替代晶圓級次級(secondary)基底並且具有形成於其上的墊片。
示例性實施例提供一種可以在將成長基底與半導體層分離之後最小化或防止彎成弓形現象的出現，由此實現大面積分離成長基底的發光二極體。
示例性實施例提供一種如上文所述的製造發光二極體的方法。
根據一個示例性實施例，發光二極體包含：至少一個下電極，電流施加到所述下電極上；置於下電極上的發光結構，其將電性連接到下電極並且包含至少一個通孔；反射電極層，其置於下電極與發光結構之間；以及電極圖案，其藉由通孔將下電極電性連接到發光結構。
所述電極圖案可以包含透明電極層，並且所述透明電極層可以包含氧化銦錫、氧化鋅、二氧化錫、石墨烯或碳奈米管。
發光二極體可以進一步包含圍繞下電極的側表面的模具，並且下電極的下表面可以與模具的下表面齊平。
所述模具可以包含多個緊固元件。所述模具可以藉由多個緊固元件以機械方式緊固到下電極。
緊固元件中的每一者可以包含多個凹陷部分和多個突出部分。此處，多個突出部分可以在突出方向上具有增加的寬度。
多個突出部分可以具有連續地或間歇地增加的寬度。
所述模具可以包含光敏聚醯亞胺、Su-8、用於電鍍的光阻劑、聚對二甲苯、環氧模塑料(epoxy molding compound，EMC)以及陶瓷粉中的至少一者。
下電極可以具有20μm至200μm的高度。
反射電極層可以包含反射金屬層和覆蓋反射金屬層的覆蓋金屬層。
發光二極體可以進一步包含置於下電極與將電性連接到下電極的反射電極層之間的墊片金屬層，並且所述墊片金屬層可以藉由通孔電性連接到電極圖案。
發光二極體可以進一步包含第一絕緣層，所述第一絕緣層置於反射電極層與墊片金屬層之間，並且包含對應於通孔的第一區域和其中反射電極層電性連接到墊片金屬層的第二區域。
第一絕緣層可以包含分散式布拉格反射器。
發光二極體可以包含至少兩個下電極。此處，下電極可以彼此分離並且至少兩個下電極中的一者可以藉由第二區域電性連接到反射電極層且另一下電極可以藉由第一區域電性連接到電極圖案。
其中電極圖案連接到發光結構的區域可以與第二區域重疊。
發光二極體可以進一步包含第二絕緣層，所述第二絕緣層使發光結構的側表面和發光結構的上表面的一部分與電極圖案 絕緣。
發光結構可以包含在其表面上形成的粗糙度(roughness)。
下電極可以包含導電層、阻障層(barrier layer)和抗氧化層。
電極圖案可以包含在一個方向上延伸的多個延伸部分。
所述多個延伸部分中的至少一些可以與隔離區域重疊。
電極圖案可以包含多個第一延伸部分和多個第二延伸部分。此處，多個第一延伸部分可以相對於通孔在相對的橫向方向上延伸，並且第二延伸部分中的一者可以在相對於多個第一延伸部分的延伸方向垂直的方向上延伸。
發光二極體可以進一步包含置於電極圖案上的第三絕緣層。
根據另一示例性實施例，製造發光二極體的方法包含：在成長基底上形成發光結構；在發光結構上形成反射電極層；在發光結構上形成用以覆蓋反射電極層並且將電性連接到發光結構的至少一個下電極；將成長基底與發光結構分離；在發光結構中形成通孔；以及形成藉由通孔將下電極電性連接到發光結構的電極圖案。
電極圖案可以包含透明電極層。此處，所述透明電極層可以包含氧化銦錫、氧化鋅或二氧化錫。
形成至少一個下電極可以包含形成用以圍繞下電極的模 具。此處，所述模具可以包含在其中的多個緊固元件並且可以藉由多個緊固元件以機械方式緊固到下電極。
形成用以圍繞下電極的模具可以包含形成圍繞模具的外部區域的支撐體，並且所述支撐體和下電極可以藉由相同過程形成。
形成用以圍繞下電極的模具可以包含藉由曝光和顯影圖案化模具的內部區域以形成多個緊固元件和內部開放區域，接著用下電極填充具有在其上形成的多個緊固元件的內部開放區域。
用下電極填充內部開放區域可以包含藉由沉積或電鍍在內部開放區域內形成下電極。
根據示例性實施例，發光二極體允許高電流驅動，並且具有改進的電流擴展性能且可以藉由採用透明電極層替代電線來實現光提取效率的提高。另外，根據示例性實施例，在分離成長基底之後，發光二極體不採用金屬基底，由此防止由於金屬基底與半導體層之間的熱膨脹係數差引起的彎成弓形現象。此外，根據示例性實施例，發光二極體可以以晶圓級製造並且因此可以經由焊膏直接安裝在印刷電路板上，同時防止在經由焊膏安裝在印刷電路板上之後焊膏的金屬元素發生擴散。
110、410‧‧‧成長基底
120、420‧‧‧磊晶層
121、421‧‧‧第一導電型半導體層
123、423‧‧‧活性層
125、425‧‧‧第二導電型半導體層
427‧‧‧發光結構
130‧‧‧反射圖案層
130a、430‧‧‧反射電極層
130b、300‧‧‧隔離區域
131、431‧‧‧反射金屬層
133、433‧‧‧覆蓋金屬層
140、440‧‧‧第一絕緣層
140a、440a‧‧‧第一區域
140b、440b‧‧‧第二區域
150、450‧‧‧墊片金屬層
150a、450a‧‧‧結合層
150b、450b‧‧‧金屬反射層
150c、450c‧‧‧抗擴散層
150d、450d‧‧‧晶種層
160、460‧‧‧模具
161、465‧‧‧緊固元件
170、470‧‧‧下電極
170a、470a‧‧‧導電層
170b、470b‧‧‧阻障層
170c、470c‧‧‧抗氧化層
171、471、475‧‧‧支撐體
190、510‧‧‧電極圖案
190a‧‧‧第一延伸部分
190b‧‧‧第二延伸部分
200、500‧‧‧第二絕緣層
210、520‧‧‧第三絕緣層
a、b‧‧‧隔離線
h1、h2‧‧‧通孔
包含附圖以提供對本發明的進一步理解，並且附圖併入本說明書且構成本說明書的一部分，所述附圖與用以闡述本發明 的原理的描述一起說明本發明的示例性實施例。
圖1a至圖6d是根據本發明的示例性實施例的說明發光二極體以及製造發光二極體的方法的平面圖和截面圖。
圖7至圖11e是根據本發明的示例性實施例的說明發光二極體以及製造發光二極體的方法的平面圖和截面圖。
圖12說明根據本發明的另一示例性實施例的發光二極體的截面圖。
下文將參考附圖詳細描述本發明的示例性實施例。以下實施例通過實例提供，從而將本發明的精神完全傳達給本發明所涉及的領域的技術人員。因此，本發明不限於本文中所揭示的實施例並且也可以用不同形式實施。在圖式中，元件的寬度、長度、厚度以及其類似者可能出於清楚和描述的目的而被放大。當元件或層被稱為「置於」或「安置在」另一元件或層上時，其可以直接「置於」或「安置在」另一元件或層上，或者可能存在中介元件或層。在本說明書中，相同的參考標號始終指代具有相同或類似功能的相同元件。
圖1a至圖6d是根據本發明的示例性實施例的說明發光二極體以及製造發光二極體的方法的平面圖和截面圖。
在圖1a中，(a)是根據一個示例性實施例的發光二極體 的成長基底的平面圖，其中反射電極層置於磊晶層上，(b)是沿著圖1a的(a)中的線A-A截取的截面圖，並且(c)是沿著圖1a的(b)中的線B-B截取的截面圖。
參考圖1a，首先準備成長基底110並且磊晶層120形成於成長基底110上。成長基底110可以是允許其上的磊晶層120成長的任何基底，並且可以包含(例如)藍寶石基底、矽基底、碳化矽基底、尖晶石基底和氮化物基底。具體來說，在此實施例中，成長基底110可以是藍寶石基底。
另一方面，當成長基底110由與將在成長基底110上成長的磊晶層120不同的材料構成時，例如，當磊晶層120包含氮化物半導體並且成長基底110是藍寶石基底等異質(heterogeneous)基底時，根據此實施例的發光二極體可以進一步包含在成長基底110上的緩衝層(未示出)。
此外，成長基底110可以包含多種成長平面，例如，極性成長平面，例如，c-平面(0001)；或非極性成長平面，例如，m-平面(1-100)或a-平面(11-20)；或半極性成長平面，例如，(20-21)平面。或者，成長基底110可以是經圖案化基底。
第一導電型半導體層121、活性層123和第二導電型半導體層125在成長基底110上成長。
第一導電型半導體層121可以包含(例如)n型基於氮化鎵(gallium nitride，GaN)的半導體層，並且第二導電型半導體層125可以包含P型基於GaN的半導體層。此外，活性層123可 以具有單個量子井(quantum well)結構或多量子井結構，並且可以包含井層和阻障層。此外，井層的組成可以取決於光的所需波長來確定，並且可以包含(例如)氮化銦鎵。
第一導電型半導體層121和第二導電型半導體層125可以是不同的導電型半導體層，並且半導體層121、123、125可以藉由多種沉積和成長方法形成，包含金屬有機化學氣相沉積(metal organic chemical vapor deposition，MOCVD)、分子束磊晶法(molecular beam epitaxy，MBE)、氫化物氣相磊晶法(hydride vapor phase epitaxy，HVPE)，以及其類似者。
本文將省略關於半導體層的熟知技術。
另一方面，反射圖案層130可以安置在第二導電型半導體層125上。反射圖案層130可以包含多個反射電極層130a和隔離區域130b，所述隔離區域各自置於多個反射電極層130a之間以將反射電極層130a彼此隔離。反射圖案層130可以藉由考慮將在隨後過程中形成的電極圖案(未示出)的放置而置於第二導電型半導體層125上。因此，第二導電型半導體層125可以暴露於反射圖案層130的隔離區域130b中的一些區域中。
在此示例性實施例中，隔離區域130b可以包含彼此分離且從一側延伸到另一側的多個延伸部分，並且反射電極層130a可以藉由多個延伸部分彼此分開。
此外，在此示例性實施例中，絕緣層安置在隔離區域130b中並且電極圖案(未示出)可以形成於絕緣層的上部區域中，其 中隔離區域130b中的一些區域可以與電極圖案重疊。
反射電極層130a可以包含反射金屬層131和覆蓋金屬層133。覆蓋金屬層133可以覆蓋反射金屬層131的上表面和側表面。
反射金屬層131可以用以反射光並且還可以用作電性連接到磊晶層120的電極。因此，需要的是反射金屬層131包含具有高反射性且能夠形成歐姆接觸的材料。反射金屬層131可以包含(例如)鎳、鉑、鈀、銠、鎢、鈦、鋁、銀和金中的至少一者，並且可以由多個層組成，例如，鎳/銀/鎳/金層。
覆蓋金屬層133防止在反射金屬層131與其它材料之間的互擴散。因此，可以防止由於對反射金屬層131造成的損壞引起的接觸電阻(contact resistance)的增加和反射性的減小。覆蓋金屬層133可以包含鎳、鉻、鈦、鉑、鈀、銠和鎢中的至少一者，並且可以由多個層組成。
反射圖案層130可以藉由沉積和剝離或藉由電子束蒸發形成。例如，光阻劑可以形成於其中形成反射電極層130a且排除隔離區域130b的區域中，並且藉由典型的熱沉積工藝形成金屬層。隨後，清除光阻劑以完成在第二導電型半導體層125上形成反射圖案層130。
圖1a示出在晶圓劃分之前的晶圓的一部分。晶圓的一部分可以對應於其中將形成根據示例性實施例的發光二極體的單元二極體區。在這種情況下，其中未形成反射圖案層130的在成長基底110和磊晶層120的遠端處的區域可以是隔離區域。應注意， 除非另外規定，否則說明以下示例性實施例的附圖示出單元二極體區域。
圖1b是根據另一示例性實施例的發光二極體的成長基底的平面圖，其中在磊晶層上形成反射電極層。
除反射圖案層130的形狀之外，在圖1b中示出的根據示例性實施例的發光二極體與圖1a的示例性實施例的發光二極體實質上相同。此處，將省略相同組件的重複描述。
參考圖1b，反射圖案層130可以包含反射電極層130a以及替代地佈置在其中的隔離區域130b。也就是說，反射電極層130a和隔離區域130b可以以條帶圖案佈置。在本文中，儘管藉由圖1a的(a)和圖1b中的實例示出反射圖案層130的反射電極層130a和隔離區域130b的佈置圖案，但應理解，本發明並不限於此。
圖2的(a)是根據一個示例性實施例的發光二極體的平面圖，其中第一絕緣層置於反射電極層上，圖2的(b)是沿著圖2的(a)的線A-A截取的截面圖，並且圖2的(c)是沿著圖2的(a)的線B-B截取的截面圖。
參考圖2，反射圖案層130藉由第一絕緣層140覆蓋。也就是說，第一絕緣層140可以安置在反射圖案層130的反射電極層130a的側表面和上表面上以及隔離區域130b的底部表面上。第一絕緣層140可以具有均勻厚度或者可以取決於其區域具有不同厚度。
下部區域可以藉由部分移除第一絕緣層140而暴露。第 一絕緣層140可以包含暴露反射電極層130a的多個第二區域140b。此外，第一絕緣層140可以包含用於通孔(未示出)的第一區域140a，所述通孔將藉由隨後的過程形成。這將在下文中描述。
第一絕緣層140可以包含絕緣材料並且可以由(例如)氧化物(例如，二氧化矽(SiO2))、氮化物(例如，氮化矽(SiNx))或絕緣材料(例如，氟化鎂(MgF2))構成。另外，第一絕緣層140可以由多個層組成並且可以包含分散式布拉格反射器，其中具有不同折射率的材料交替地彼此堆疊。例如，具有高反射性的絕緣反射層可以藉由堆疊二氧化矽/二氧化鈦層或二氧化矽/五氧化二鈮層形成。
第一絕緣層140可以藉由化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)或其類似者形成，並且可以經受圖案化以暴露反射電極層130a。
圖3a的(a)是根據一個示例性實施例的發光二極體的平面圖，其中在第一絕緣層上形成金屬層，圖3a的(b)是沿著圖3a的(a)的線A-A截取的截面圖，並且圖3a的(c)是沿著圖3a的(a)的線B-B截取的截面圖。
參考圖3a，在第一絕緣層140上形成多個墊片金屬層150。另外，墊片金屬層150可以形成於第一區域140a和第二區域140b內。除其間的分離之外，墊片金屬層150可以實質上在成長基底110的整個上表面上形成。藉由此結構，發光二極體允許 電流容易地擴散藉由墊片金屬層150。墊片金屬層150可以藉由第二區域140b與反射電極層130a形成歐姆接觸。
墊片金屬層150可以包含結合層150a、金屬反射層150b、抗擴散層150c以及晶種層150d。結合層150a可以包含鈦、鉻、鎳、鉭，或其組合並且增強墊片金屬層150與第一絕緣層140之間的結合強度。金屬反射層150b可以包含鋁、銀或其組合並且藉由反射進入墊片金屬層150的光增強發光二極體的反射性。抗擴散層150c可以包含鉻、鈦、鎳、鉬、鎢化鈦、鎢，或其組合，並且藉由防止金屬元素的擴散來保護金屬反射層150b。為了下電極(未示出)的沉積和電鍍，形成晶種層150d，下電極將在隨後的過程中形成，並且可以包含金或銅。墊片金屬層150可以藉由沉積或電鍍形成。
圖3b是在根據示例性實施例的發光二極體分成個別二極體之前晶圓的一部分的平面圖。
參考圖3b，墊片金屬層150和第一絕緣層140以條帶圖案形成。也就是說，第一絕緣層150可以暴露於平行於彼此安置的墊片金屬層150之間。此處，虛線「a」指示用於將晶圓隔離成個別二極體的隔離線。隔離線可以在圖1中說明的隔離區域中形成。
儘管墊片金屬層150可以沿著虛線「a」分成第一導電型墊片金屬層和第二導電型墊片金屬層，但是分開的層在晶圓內側電性連接到彼此，使得在電鍍之後電流可以在其間流動。
圖4a是根據示例性實施例的發光二極體的平面圖，其中在墊片金屬層上形成模具，圖4b的(a)是沿著圖4a的線A-A截取的截面圖，並且圖4b的(b)是沿著圖4a的線B-B截取的截面圖。
參考圖4a和圖4b，模具160和下電極170置於墊片金屬層150上。模具160包含在其內部區域中的下電極170。模具160的內部區域藉由緊固區域161耦合到下電極170中的每一者。此外，發光二極體可以進一步包含圍繞模具160的支撐體171。模具160包含圍繞下電極170的緊固元件。下電極170還包含緊固元件，所述緊固元件沿著所述下電極的邊緣形成並且緊固到模具160的緊固元件。模具160的緊固元件緊固到下電極170的緊固元件以形成緊固區域161。也就是說，模具160的緊固圖案和下電極的緊固圖案在緊固區域161中彼此接合。如其中示出，緊固區域161可以形成反向梯形鋸齒圖案。或者，儘管未示出，但是緊固區域161可以形成三角形鋸齒圖案、梯形鋸齒圖案、矩形鋸齒圖案，以及其類似者。
模具160和下電極170的緊固元件中的每一者可以包含在緊固區域161中彼此接合的多個凹陷部分和多個突出部分。藉由此結構，模具160和下電極170可以以機械方式強有力地緊固到彼此。
此外，為了增強模具160與下電極170之間的緊固強度，模具160和下電極170的緊固元件中的突出部分中的每一者在其 突出方向上具有增加的寬度。另外，突出部分中的每一者可以在其突出方向上具有連續地或間歇地增加的寬度。只要模具160和下電極170可以穿過突出部分以機械方式緊固到彼此，模具160和下電極170的緊固元件中的突出部分中的每一者就可以具有任何形狀。
另外，圍繞模具160的支撐體171在所述過程期間增強發光二極體的結構穩定性，同時防止磊晶層120在移除成長基底110之後遭受彎曲或斷裂。
模具160可以包含光敏聚醯亞胺、Su-8、用於電鍍的光阻劑、聚對二甲苯、環氧模塑料(epoxy molding compound，EMC)以及陶瓷粉中的至少一者。模具160及/或下電極170可以具有20μm至200μm的高度。另外，模具160的上表面可以與下電極170的上表面齊平。
在此示例性實施例中，模具160和下電極170的厚度可以視需要來確定。因此，模具160和下電極170可以通常形成為具有與典型金屬板的厚度類似的厚度，由此根據示例性實施例的發光二極體可以用於與現有技術中相同的應用範圍。
為了在模具160的內部區域中形成下電極170，模具160形成為藉由沉積和固化覆蓋安置於墊片金屬層150與墊片金屬層150之間的第一絕緣層140。隨後，模具160的內部區域部分移除以形成內部開放區域，墊片金屬層150藉由所述內部開放區域部分暴露。在形成內部開放區域時，模具160可以藉由曝光和顯影 經受圖案化，使得緊固元件可以藉由圖案化過程形成於模具160的內部區域中。
接下來，形成下電極170以填充內部開放區域。下電極170可以藉由沉積、電鍍或其類似者形成。下電極170形成為接觸金屬墊層150，同時填充內部開放區域，由此下電極170可以電性連接到磊晶層120。
在根據此示例性實施例的發光二極體中，由於在形成下電極170之前模具160包含緊固元件，因此藉由電鍍形成於內部開放區域中的下電極170中的每一者可以形成有緊固元件，所述緊固元件與模具160的緊固元件自然地接合。
下電極170中的每一者可以包含導電層170a、阻障層170b和抗氧化層170c。導電層170a用以促進電流擴展並且可以包含銅或銀。阻障層170b防止下電極170的金屬元素的擴散並且可以包含鎳或鈀。抗氧化層170c防止下電極170的氧化並且可以包含金以及其類似者，並且可以形成包含銀及/或鋁的氧化犧牲層來替代抗氧化層170c。
圖4c是在根據示例性實施例的發光二極體分成個別二極體之前晶圓的一部分的平面圖。
參考圖4c，支撐體171可以安置在與指示隔離線的虛線「a」相對應的區域中。下電極170可以藉由考慮置於下電極170下方的墊片金屬層150的位置和面積而形成。下電極170和支撐體171可以藉由相同的過程形成。也就是說，在墊片金屬層150 上形成不包含開放區域的模具160，並且模具160的一些區域經受圖案化以暴露墊片金屬層150和第一絕緣層140中的一些。模具160的經圖案化區域可以是包含隔離線的隔離區域。藉由此過程，開放區域可以藉由用於下電極170的材料的沉積和固化而填充有下電極170。因此，下電極170和支撐體171可以藉由相同過程由相同材料構成。
圖5a至圖6d是在移除成長基底110之後的第一導電型半導體層121的視圖，其中第一導電型半導體層121安置成面向上。因此，在此示例性實施例中，模具160和下電極170置於磊晶層120下方。
圖5a是根據示例性實施例的發光二極體的磊晶層的平面圖，成長基底與所述磊晶層分離，圖5b的(a)是沿著圖5a的線A-A截取的截面圖，並且圖5b的(b)是沿著圖5a的線B-B截取的截面圖。
圖5c的(a)是在形成發光結構之後沿著圖5a的線A-A截取的截面圖，並且圖5c的(b)是在形成發光結構之後沿著圖5a的線B-B截取的截面圖。
參考圖5a和圖5b，成長基底110與磊晶層120分離。成長基底110可以使用多種方法中的任一者與磊晶層120分離，所述方法包含雷射剝離、化學品剝離、應力剝離、熱剝離，以及其類似者。
下電極170的暴露表面可以藉由化學機械拋光變平。另 外，可以在藉由成長基底110的分離暴露的第一導電型半導體層121的表面上形成粗糙度。另外，在形成粗糙度之前，在第一導電型半導體層121的表面上的剩餘材料可以以化學方式或以機械方式移除，並且可以從其表面將第一導電型半導體層121移除到某一厚度。在成長基底110的分離期間，在第一導電型半導體層121的表面周圍可能出現缺陷或損壞。因此，第一導電型半導體層121的表面可以被移除到某一厚度，由此改進第一導電型半導體層121的總體結晶度。
可以使用氫氧化鉀及/或氫氧化鈉溶液、硫酸/磷酸溶液，以及其類似者藉由濕式蝕刻形成粗糙度。或者，粗糙度可以藉由光輔助化學(photo-enhanced chemical，PEC)蝕刻、其它濕式蝕刻方法、乾式蝕刻以及電解形成。在第一導電型半導體層121的表面上形成的粗糙度可以增強發光二極體的光提取效率。
在根據示例性實施例的發光二極體中，以機械方式緊固到彼此的模具160和下電極170用作支撐基底來替代金屬基底，由此將可能在成長基底110的分離期間出現的磊晶層120的彎成弓形現象最小化。在具有此結構的發光二極體中，施加到磊晶層120上的應力可以最小化，由此防止在分離成長基底110之後對磊晶層120造成損壞。因此，根據示例性實施例的發光二極體包含缺陷最小化的具有良好晶體品質的磊晶層120，由此提供高可靠性和高效率。
接下來，參考圖5c，發光結構可以藉由圖案化磊晶層120 形成。另外，晶圓的隔離區域300可以藉由圖案化磊晶層120形成。
圖案化可以藉由乾式蝕刻以及其類似者執行。磊晶層120可以藉由形成隔離區域300而分成至少一個發光二極體。與圖案化過程一起可以形成通孔h1，使得墊片金屬層150藉由其暴露。可以在圖2的示例性實施例中描述的第一區域140a中形成通孔h1。在此示例性實施例中，通孔h1藉由移除其中將形成通孔h1的第一絕緣層140的區域而形成，由此墊片金屬層150藉由通孔h1暴露。在形成通孔h1期間移除第一區域140a中的第一絕緣層140，由此防止對磊晶層120造成損壞。
通孔h1可以具有多面體形狀，包含反向截短錐形形狀、反向截短圓錐形狀、圓柱體形狀或方柱形。在此示例性實施例中，通孔具有反向截短圓錐形狀，但不限於此。
圖6a是包含根據示例性實施例的發光二極體中的第二絕緣層的發光結構的平面圖，圖6b的(a)是沿著圖6a的線A1-A2截取的平面圖，圖6b的(b)是沿著圖6a的線B-B截取的截面圖，並且圖6b的(c)是沿著圖6a的線C-A1截取的截面圖。
參考圖6a和圖6b，可以在發光結構120的上表面和側表面上形成電極圖案190。電極圖案190可以包含從發光結構120的一側延伸到另一側的多個延伸部分。電極圖案190可以具有包含鋁或銀的反射結構。在電極圖案190中，多個延伸部分可以包含反射層。多個延伸部分的反射層可以包含鋁或銀。藉由此結構， 發光二極體可以具有改進的光提取效率。此外，電極圖案190可以包含鉻/金的多層結構。
為了形成電極圖案190，首先形成第二絕緣層200以覆蓋晶圓的總體上表面。隨後，開放第二絕緣層200的一些區域，使得在通孔h1中的墊片金屬層150的一部分藉由其暴露。另外，開放與將連接到電極圖案190的一部分上的第一導電型半導體層121的上表面的一些區域相對應的第二絕緣層200的一部分。隨後，藉由此過程暴露的在通孔h1中的墊片金屬層150的一部分藉由電極圖案190電性連接到第一導電型半導體層121的上表面的區域。電極圖案190可以與第一導電型半導體層形成歐姆接觸。隨後，電極圖案190的上表面藉由第三絕緣層210覆蓋。第三絕緣層210可以用於保護電極圖案190。可以在包含電極圖案190的上表面的發光結構120的總體上表面上形成第三絕緣層210。第二絕緣層200和第三絕緣層210可以是透明絕緣層。
在此示例性實施例中，電極圖案190具有對應於圖1中示出的隔離區域130b的形狀。也就是說，電極圖案190安置成與形成於隔離區域130b中的第一絕緣層140重疊。
電極圖案190可以包含相對於通孔h1在相對的橫向方向上延伸的第一延伸部分190a和垂直於第一延伸部分190a的第二延伸部分190b。第二延伸部分190b可以包含包含銀或鋁的反射層，並且第一延伸部分190a也可以包含反射層。
第一延伸部分190a和第二延伸部分190b的長度和數目 可以取決於安置在下部區域中的隔離區域130b的延伸部分的數目來確定。因此，在此示例性實施例中，隔離區域130b的至少一些區域可以與安置在上部區域中的電極圖案190重疊。
在此示例性實施例中，由於第一絕緣層140置於電極圖案190與下電極170中的至少一者之間，因此發光二極體可以防止電流在發光結構120中直接從第一導電型半導體層121流動到第二導電型半導體層125，由此改進電流擴展性能。
隨後，將晶圓分成個別二極體的過程藉由考慮經由圖案化形成的隔離區域300來執行。安置在隔離區域300中的支撐體171也可以與此過程一起移除。因此，如圖6c中示出可以形成根據一個示例性實施例的發光二極體。
另外，儘管未在附圖中示出，但是在藉由圖案化形成發光結構120的過程中，執行圖案化使得墊片金屬層150的側端區域未暴露於外部，並且墊片金屬層150可以藉由第二絕緣層200和第三絕緣層210覆蓋。藉由此過程，可以防止墊片金屬層150接觸外部環境。
圖6d是根據另一示例性實施例的電極圖案的平面圖。除了電極圖案的形狀之外，圖6d中示出的實施例的發光二極體與圖6a中示出的實施例的發光二極體相同，並且因此將省略重複描述。
參考圖6d，電極圖案190可以包含在相對的橫向方向上延伸的第一延伸部分190a和垂直於第一延伸部分190a的第二延伸部分190b。
在此示例性實施例中，第一延伸部分190a靠近發光二極體的一側在相對的橫向方向上延伸，而不是相對於通孔h1在相對的橫向方向上延伸。第一延伸部分190a可以安置在發光結構120的外周上，而不是置於發光結構120上。藉由此結構，發光二極體可以防止電極圖案190阻擋在活性層123中產生的光，由此改進光提取效率。儘管在圖6a和圖6d中說明電極圖案190的形狀，但是應理解本發明並不限於此。
在一個示例性實施例中，儘管未在附圖中示出，但是在晶圓分成個別二極體之前或之後，波長轉換層可以沉積或塗覆到其上具有第二絕緣層200和第三絕緣層210的晶圓或個別發光二極體上，並且可以具有均一厚度。波長轉換層可以含有用於轉換在活性層123中產生的光的樹脂和磷光體。磷光體可以與樹脂混合並且隨機地或均勻地安置在波長轉換層中。
樹脂可以包含聚合樹脂(例如，環氧樹脂或丙烯酸樹脂)或矽酮樹脂，並且可以用作其中分散磷光體的基質。磷光體可以包含所屬領域的技術人員所熟知的多個磷光體，並且可以包含在以下項中選出的至少一種類型的磷光體：例如，石榴石磷光體、鋁酸鹽磷光體、硫化物磷光體、氮氧化物磷光體、氮化物磷光體、氟磷光體和矽酸鹽磷光體，但不限於此。
波長轉換層可以藉由多種方法中的任一者沉積或塗覆，所述方法包含噴霧劑噴灑、脈衝雷射沉積(pulsed laser deposition，PLD)、印刷、旋塗玻璃法(spin-on-glass，SOG)塗 覆，以及其類似者。
此外，在一個示例性實施例中，儘管未在附圖中示出，但是在晶圓分成個別二極體之前或之後，光學玻璃透鏡可以沉積或塗覆到其上具有第二絕緣層200和第三絕緣層210的晶圓或個別發光二極體上。光學玻璃透鏡可以調節在活性層123中產生的光的光束角。此外，可以使用呈微透鏡或菲涅耳透鏡形式的光學玻璃透鏡在發光二極體上形成次級光學透鏡。光學玻璃透鏡可以使用SOG或透明有機材料作為結合劑而結合到發光二極體。光學透明SOG或透明有機材料的使用可以減小光損耗。此外，在波長轉換層形成於發光二極體上之後可以形成光學玻璃透鏡。
在示例性實施例中，發光二極體可以藉由由模具160圍繞的下電極170直接安裝在印刷電路板上，並且防止下電極170的側表面暴露於外部，由此防止焊膏中的金屬元素(例如，錫(Sn))擴散到發光二極體中。
儘管已結合附圖說明一些示例性實施例，但是對所屬領域的技術人員而言將顯而易見的是，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下可以作出各種修改、變化和替代。因此，應理解，這些實施例和附圖不應解釋為限制本發明並且給定用於向所屬領域的技術人員提供對本發明的透徹理解。本發明的範圍應根據所附發明申請專利範圍解釋為覆蓋源自所附發明申請專利範圍及其等效物的所有修改或變化。
圖7至圖11e是根據本發明的示例性實施例的說明發光 二極體以及製造發光二極體的方法的平面圖和截面圖。
圖7的(a)是根據一個示例性實施例的發光二極體的成長基底的平面圖，其中在磊晶層上形成反射電極層，並且圖7的(b)是沿著圖7的(a)中的線D-D截取的截面圖。
參考圖7，首先準備成長基底410並且磊晶層420形成於成長基底410上。成長基底410可以是允許其上的磊晶層420不受限制地成長的任何基底，並且可以包含(例如)藍寶石基底、矽基底、碳化矽基底、尖晶石基底和氮化物基底。具體來說，在此示例性實施例中，成長基底410可以是藍寶石基底。
另一方面，當成長基底410由與將在成長基底410上成長的磊晶層420不同的材料構成時，例如，當磊晶層420包含氮化物半導體並且成長基底410是藍寶石基底等異質基底時，根據此實施例的發光二極體可以進一步包含在成長基底410上的緩衝層(未示出)。
此外，成長基底410可以包含多種成長平面，例如，極性成長平面，例如，c-平面(0001)；或非極性成長平面，例如，m-平面(1-100)或a-平面(11-20)；或半極性成長平面，例如，(20-21)平面。或者，成長基底410可以是經圖案化基底。
第一導電型半導體層421、活性層423和第二導電型半導體層425在成長基底110上成長。
第一導電型半導體層421可以包含(例如)n型基於GaN的半導體層，並且第二導電型半導體層425可以包含p型基於GaN 的半導體層。此外，活性層423可以具有單個量子井結構或多量子井結構，並且可以包含井層和阻障層。此外，井層的組成可以取決於光的所需波長來確定，並且可以包含(例如)氮化銦鎵。
第一導電型半導體層421和第二導電型半導體層425可以是不同的導電型半導體層，並且半導體層421、423、425可以藉由多種沉積和成長方法形成，包含金屬有機化學氣相沉積(metal organic chemical vapor deposition，MOCVD)、分子束磊晶法(molecular beam epitaxy，MBE)、氫化物氣相磊晶法(hydride vapor phase epitaxy，HVPE)，以及其類似者。
本文將省略關於半導體層的熟知技術。
隨後，反射電極層430藉由剝離技術形成。形成反射電極層430以允許第二導電型半導體層425藉由其一些區域暴露。藉由反射電極層430的一些區域暴露的第二導電型半導體層425可以藉由隨後的過程電性連接到電極圖案。下文將描述此過程的細節。因此，暴露第二導電型半導體層425的第二導電型半導體層425區域的面積和位置藉由考慮與電極圖案的電性連接來確定。儘管在此示例性實施例中第二導電型半導體層425鄰近於成長基底410的一側以圓形形狀暴露，但是應理解本發明並不限於此。
反射電極層430可以包含反射金屬層431和覆蓋金屬層433。反射金屬層431包含反射層並且應力消除層可以安置於反射金屬層431與覆蓋金屬層433之間。應力消除層緩解由於反射金 屬層431與覆蓋金屬層433之間的熱膨脹係數差引起的應力。
反射金屬層431可以由(例如)鎳/銀/鎳/金構成並且可以具有約1600Å的總厚度。反射金屬層431可以具有傾斜的側表面，即，其中底部表面具有大於上表面的面積的結構。此反射金屬層431可以藉由電子束蒸發形成。
覆蓋金屬層433覆蓋反射金屬層431的上表面和側表面以保護反射金屬層431。覆蓋金屬層433可以藉由濺鍍或藉由電子束蒸發(例如，行星式電子束蒸發(planetary e-beam evaporation))形成，其中成長基底410在真空沉積期間以傾斜狀態旋轉。覆蓋金屬層433可以包含鎳、鉑、鈦或鉻，並且可以藉由沉積(例如)約5對鎳/鉑或約5對鎳/鈦而形成。或者，覆蓋金屬層433可以包含鎢化鈦、鎢或鉬。
取決於反射金屬層431和覆蓋金屬層433的金屬材料，應力消除層可以由藉由各種方式選定的材料構成。例如，當反射金屬層431包含銀、鋁或鋁合金並且覆蓋金屬層433包含鎢、鎢化鈦或鉬時，應力消除層可以是銀、銅、鎳、鉑、鈦、銠、鈀或鉻的單個層，或者銅、鎳、鉑、鈦、銠、鈀或金的複合層。此外，當反射金屬層431包含銀、鋁或鋁並且覆蓋金屬層433包含鉻、鉑、銠、鈀或鎳時，應力消除層可以是銀或銅的單個層，或者鎳、金、銅或銀的複合層。
另外，儘管未在附圖中示出，但是反射電極層430可以進一步包含抗反射金屬層。抗反射金屬層可以覆蓋覆蓋金屬層433 並且可以包含金，以便防止覆蓋金屬層433的氧化。例如，抗氧化層可以由金/鎳或金/鈦構成。鈦展現對二氧化矽等氧化層的良好粘著力，並且因此是較佳的。抗反射金屬層還可以藉由濺鍍或藉由電子束蒸發(例如，行星式電子束蒸發)形成，其中基底410在真空沉積期間以傾斜狀態旋轉。
在沉積反射電極層430之後，移除光阻劑圖案並且因此在第二導電型半導體層425上形成反射電極層430，如圖7中示出。
圖7示出在晶圓劃分之前的晶圓的一部分。晶圓的一部分可以對應於其中將形成根據示例性實施例的發光二極體的單元二極體區。在這種情況下，在成長基底410和磊晶層420的兩個末端之間的其中不形成反射電極層430的區域可以是隔離區域。應注意，除非另外規定，否則說明本發明的以下示例性實施例的附圖示出單元二極體區域。
圖8的(a)是具有在其上形成的第一絕緣層的反射電極層的平面圖並且圖8的(b)是沿著圖8的(a)的線D-D截取的截面圖。
參考圖8，反射電極層430藉由第一絕緣層440覆蓋。隨後，移除第一絕緣層440的一部分以暴露下部區域。第一絕緣層440包含多個第二區域440b，反射電極層430藉由所述第二區域部分暴露。多個第二區域440b可以彼此間隔開恒定距離。多個第二區域440b中的每一者與第一區域440a間隔開恒定距離。可以藉由考慮根據示例性實施例的發光二極體的電流擴展來確定恒定 距離。第一區域440a可以是其中將藉由隨後的過程形成通孔的區域。
第二區域440b具有藉由考慮第二區域下方的反射電極層430而開放的預定面積。第一絕緣層440可以具有均勻厚度或者可以取決於其區域具有不同厚度。
第一絕緣層440可以包含絕緣材料並且可以由(例如)氧化物(例如，二氧化矽)、氮化物(例如，氮化矽)或絕緣材料(例如，氟化鎂)構成。另外，第一絕緣層440可以由多個層組成並且可以包含分散式布拉格反射器，其中具有不同折射率的材料交替地彼此堆疊。例如，具有高反射性的絕緣反射層可以藉由堆疊二氧化矽/二氧化鈦層或二氧化矽/五氧化二鈮層形成。
第一絕緣層440可以藉由化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)、電子束沉積或其類似者形成，並且可以經受圖案化以形成第二區域440b。
圖9a的(a)是其上形成墊片金屬層的第一絕緣層的平面圖，並且圖9a的(b)是沿著圖9a的(a)的線D-D截取的截面圖。
參考圖9a，在第一絕緣層440上形成多個墊片金屬層450。墊片金屬層450可以置於第一區域440a和第二區域440b上。除其間的分離之外，墊片金屬層450可以實質上在成長基底410的整個上表面上形成。藉由此結構，發光二極體允許電流容易地擴散藉由墊片金屬層450。墊片金屬層450可以藉由第二區域140b 與反射電極層430形成歐姆接觸。
墊片金屬層450可以包含結合層450a、金屬反射層450b、抗擴散層450c以及晶種層450d。結合層450a可以包含鈦、鉻、鎳、鉭，或其組合並且增強墊片金屬層450與第一絕緣層440之間的結合強度。金屬反射層450b可以包含鋁、銀或其組合並且藉由反射進入墊片金屬層450的光增強發光二極體的反射性。抗擴散層450c可以包含鉻、鈦、鎳、鉬、鎢化鈦、鎢，或其組合，並且藉由防止金屬元素擴散來保護金屬反射層450b。為了下電極(未示出)的沉積和塗覆，形成晶種層450d，下電極將在隨後的過程中形成。墊片金屬層450可以藉由沉積或電鍍形成。墊片金屬層450可以具有均勻厚度或者可以取決於其區域具有不同厚度。
圖9b是在根據示例性實施例的發光二極體分成個別二極體之前晶圓的一部分的平面圖。
參考圖9b，墊片金屬層450和第一絕緣層440以條帶圖案形成。也就是說，第一絕緣層450可以暴露於平行於彼此安置的墊片金屬層450之間。此處，虛線「a」指示用於將晶圓劃分成個別二極體的隔離線。可以在圖7中說明的隔離區域中形成隔離線。
儘管墊片金屬層450可以沿著虛線「a」分成第一導電型墊片金屬層和第二導電型墊片金屬層，但是分開的層在晶圓內側電性連接到彼此，使得電流在電鍍之後可以在其間流動。
圖10a是根據示例性實施例的發光二極體的平面圖，其 中在墊片金屬層上形成模具，圖10b的(a)是沿著圖10a的線D-D截取的截面圖，並且圖10b的(b)是沿著圖10a的線E-E截取的截面圖。
參考圖10a和圖10b，模具460和多個下電極470置於墊片金屬層450上。模具460包含在其內部區域中的下電極470並且藉由多個緊固元件465耦合到下電極470。此外，發光二極體可以進一步包含圍繞模具460的支撐體475。
緊固元件465可以具有多種形狀中的任一者，並且如附圖中示出，下電極470中的每一者的一部分可以置於緊固元件465之間。也就是說，如在齒輪之間的接合一樣，下電極470的外部區域的一部分與緊固元件465接合。
另外，一個緊固元件465和置於緊固元件465之間的下電極470的一部分可以藉由點對稱方式安置。也就是說，當圍繞某一點旋轉180度時，一個緊固元件465和置於緊固元件465之間的下電極470的一部分可以彼此重疊。藉由這些結構，模具460和下電極470可以以機械方式強有力地緊固到彼此。
此外，為了增強模具460與下電極470之間的緊固強度，緊固元件465中的每一者可以具有朝向下電極470增加的寬度。另外，在緊固元件465的整個區域中或在其一些區域中，緊固元件465可以具有朝向下電極470增加的寬度。此外，緊固元件465可以包含其中緊固元件的寬度連續地或間歇地增加的區域。藉由此結構，模具460和下電極470可以像齒輪一樣彼此接合，由此 提供結實的機械緊固。
只要模具460和下電極470可以藉由緊固元件465以機械方式緊固到彼此，緊固元件465就可以具有任何形狀。
另外，模具460藉由支撐體475圍繞。支撐體475在所述過程期間增強發光二極體的結構穩定性，同時防止磊晶層420在移除成長基底410後遭受彎曲或斷裂。
模具460可以包含光敏聚醯亞胺、Su-8、用於電鍍的光阻劑、聚對二甲苯、環氧模塑料(epoxy molding compound，EMC)以及陶瓷粉中的至少一者。模具460及/或下電極470可以具有20μm至200μm的高度。另外，模具460的上表面可以與下電極470的上表面齊平。
在此示例性實施例中，模具460和下電極470的厚度可以視需要來確定。因此，模具260和下電極470通常可以形成為具有與典型金屬板的厚度類似的厚度，由此根據示例性實施例的發光二極體可以用於與現有技術中相同的應用範圍。
為了形成在其中包含下電極470的模具460，模具460首先形成為藉由沉積和固化覆蓋墊片金屬層450和第一絕緣層450的一部分。隨後，模具460的內部區域部分移除以形成內部開放區域，墊片金屬層450藉由所述內部開放區域部分暴露。在形成內部開放區域時，模具460可以藉由曝光和顯影經受圖案化，使得緊固元件465可以藉由圖案化過程形成於模具460的內部區域中。
接下來，形成下電極470以填充內部開放區域。下電極470可以藉由沉積、電鍍或其類似者形成。下電極470形成為接觸墊片金屬層450，同時填充內部開放區域，由此下電極470可以電性連接到磊晶層420。
在此示例性實施例中，藉由如上文所描述的過程和結構，發光二極體可以防止由於模具460與下電極470之間的熱膨脹係數差引起的其間耦合強度的退化，由此提供發光二極體的改進的可靠性。
下電極470中的每一者可以包含導電層470a、阻障層470b和抗氧化層470c。導電層470a用以促進電流擴展並且可以包含銅或銀。阻障層470b防止下電極470的金屬元素的擴散並且可以包含鎳或鈀。抗氧化層470c防止下電極470的氧化並且可以包含金以及其類似者，並且可以形成包含銀及/或鋁的氧化犧牲層來替代抗氧化層470c。抗氧化層470c或氧化犧牲層可以置於下電極470的暴露的上表面上。
圖10c是在根據示例性實施例的發光二極體分成個別二極體之前晶圓的一部分的平面圖。
參考圖10c，支撐體475可以對應於圖9b中示出的隔離線「b」安置。下電極470可以藉由考慮在下電極470下方的墊片金屬層450的位置和面積而形成。下電極470和支撐體471可以藉由相同的過程形成。具體來說，在墊片金屬層450上形成模具460，並且模具460的一些區域經受圖案化以暴露一些墊片金屬層 450和第一絕緣層440。模具460的經圖案化區域可以是包含隔離線的隔離區域。藉由此過程，開放區域可以藉由用於下電極470的材料的沉積或塗覆和固化而填充有下電極470，由此形成下電極470和支撐體475。因此，下電極470和支撐體471可以藉由相同過程由相同材料構成。
在根據示例性實施例的發光二極體中，藉由多個緊固元件465緊固到彼此的模具460和下電極470用作支撐基底，由此最小化可能在成長基底410的分離期間出現的磊晶層420的彎成弓形現象。在具有此結構的發光二極體中，施加到磊晶層420上的應力最小化，由此防止在分離成長基底410之後對磊晶層420造成損壞。因此，根據示例性實施例的發光二極體包含缺陷最小化的具有良好晶體品質的磊晶層420，由此提供高可靠性和高效率。
圖11a至圖11e是在移除成長基底410之後的第一導電型半導體層421的視圖，其中第一導電型半導體層421安置成面向上。因此，在此示例性實施例中，模具460和下電極470置於發光結構427下方。
圖11a是根據示例性實施例的發光二極體的第一導電型半導體層的平面圖，成長基底與所述第一導電型半導體層分離，圖11b的(a)是沿著圖11a的線D-D截取的截面圖，並且圖11b的(b)是沿著圖11a的線E-E截取的截面圖。
參考圖11a和圖11b，成長基底410與磊晶層420分離。 成長基底410可以藉由多種方法中的任一者與磊晶層420分離，所述方法包含雷射剝離、化學品剝離、應力剝離、熱剝離，以及其類似者。
下電極470的暴露表面可以藉由化學機械拋光變平。另外，可以在藉由成長基底410的分離形成的第一導電型半導體層421的暴露表面上形成粗糙度。另外，在形成粗糙度之前，在第一導電型半導體層421的表面上的剩餘材料可以以化學方式或以機械方式移除，並且可以從其表面將第一導電型半導體層421移除到某一厚度。在成長基底410的分離期間，在第一導電型半導體層421的表面周圍可能出現缺陷或損壞。因此，第一導電型半導體層421的表面可以被移除到某一厚度，由此第一導電型半導體層421的總體結晶度可以得到改進。
可以使用氫氧化鉀及/或氫氧化鈉溶液、硫酸/磷酸溶液，以及其類似者藉由濕式蝕刻形成粗糙度。或者，粗糙度可以藉由光輔助化學(photo-enhanced chemical，PEC)蝕刻、其它濕式蝕刻方法、乾式蝕刻以及電解形成。在第一導電型半導體層421的表面上形成的粗糙度可以增強發光二極體的光提取效率。
其後，發光結構427可以藉由圖案化磊晶層420形成。另外，晶圓的隔離區域300可以藉由圖案化磊晶層420形成。隔離區域是指其中將執行切塊過程以便將晶圓分成單元發光二極體的區域，並且可以在其兩端處具有支撐體475，如圖11b中示出。
圖案化可以藉由乾式蝕刻以及其類似者執行。通孔h2可 以與圖案化過程一起形成，使得墊片金屬層450藉由其部分暴露。通孔h2可以置於對應於第一區域440a的區域中。在此示例性實施例中，移除其中將形成通孔h1的第一絕緣層440的區域，由此可以形成暴露墊片金屬層450的一部分的通孔h1。在此示例性實施例中，藉由移除其中將形成通孔h2的第一絕緣層440的區域而形成通孔h2。或者，通孔h2可以藉由僅移除磊晶層420，隨後移除第一絕緣層440形成。
通孔h2可以具有多面體形狀，包含反向截短錐形形狀、反向截短圓錐形狀、圓柱體形狀或方柱形。在此示例性實施例中，通孔h2具有反向截短圓錐形狀，但不限於此。
接下來，參考圖11c，第二絕緣層500可以形成於在發光二極體的兩端處暴露的發光結構427和支撐體475上。圖11c的(a)是其中在圖11b的(a)的實施例中形成第二絕緣層500的發光二極體的截面圖，並且圖11c的(b)是其中在圖11b的(b)的實施例中形成第二絕緣層500的發光二極體的截面圖。
第二絕緣層500可以藉由沉積以及其類似者由任何透明絕緣材料構成。第二絕緣層500防止發光結構420接觸空氣。
隨後，參考圖11d，電極圖案510可以形成於發光結構420的側表面和上表面上，同時電性連接到第一導電型半導體層421。
圖11d的(a)是其中在圖11b的(a)的實施例中形成電極圖案510的發光二極體的截面圖，並且圖11d的(b)是其中在 圖11b的(b)的實施例中形成電極圖案510的發光二極體的截面圖。
為了形成電極圖案510，首先部分移除第二絕緣層500以暴露第一氮化物半導體層421。其中移除第二絕緣層500的一部分的區域可以對應於第二絕緣層500下方的第一區域440a(參看圖8)。其中移除第二絕緣層500的一部分的區域可以是其中形成通孔h2的區域。電極圖案510可以與暴露的第一氮化物半導體層421形成歐姆接觸。電極圖案510可以包含透明電極層。透明電極層可以由透明導電氧化物(transparent conductive oxide，TCO)構成並且可以包含氧化銦錫、氧化鋅、二氧化錫、石墨烯或碳奈米管。電極圖案510可以藉由包含濺鍍的沉積工藝形成。第二絕緣層500的一部分置於電極圖案510與發光結構427的側表面之間以防止發光結構427發生短路。
在示例性實施例中，當透明電極層用作電極時，可以防止由於上電極引起的光阻擋。因此，發光二極體具有改進的光提取效率。
隨後，形成第三絕緣層520以覆蓋包含電極圖案510的發光結構20的整個上表面。第三絕緣層520可以藉由沉積以及其類似者由任何透明絕緣材料構成。
其後，將晶圓分成個別二極體的過程藉由考慮經由圖案化形成的隔離區域來執行。此過程可以包含使用切塊刀片(例如，金剛石刀片)的切塊過程。藉由所述切塊過程，可以移除安置在 隔離區域中的支撐體475。
藉由此過程，如圖11d的(a)和(b)中示出的在晶圓上的單元二極體區域可以分成如圖11e的(a)和(b)中示出的個別發光二極體。
圖12示出根據另一示例性實施例的發光二極體的截面圖。
圖12中示出的發光二極體具有與圖11e中示出的發光二極體相同的結構，不同之處在於，墊片金屬層450的相對端藉由第二絕緣層500暴露，並且因此將省略相同組件的重複描述。
參考圖12，發光二極體可以包含第二絕緣層500，所述第二絕緣層覆蓋墊片金屬層450，使得墊片金屬層450的相對端不暴露於外部。
此結構可以藉由以下方式獲得：圖案化磊晶層420以形成發光結構427或晶圓的隔離區域，使得墊片金屬層450的相對端置於模具460上而不接觸支撐體475。
藉由此結構，發光二極體可以防止墊片金屬層450接觸空氣，由此改進發光二極體的可靠性。
在一個示例性實施例中，儘管未在附圖中示出，但是在晶圓分成個別二極體之前或之後，波長轉換層可以沉積或塗覆到其上具有第三絕緣層520的晶圓或個別發光二極體上，並且可以具有均一厚度。波長轉換層可以含有用於轉換在活性層423中產生的光的樹脂和磷光體。磷光體可以與樹脂混合並且隨機地或均 勻地安置在波長轉換層中。
樹脂可以包含聚合樹脂(例如，環氧樹脂或丙烯酸樹脂)或矽酮樹脂，並且可以用作其中分散磷光體的基質。磷光體可以包含所屬領域的技術人員所熟知的多個磷光體，並且可以包含在以下項中選出的至少一種類型的磷光體：例如，石榴石磷光體、鋁酸鹽磷光體、硫化物磷光體、氮氧化物磷光體、氮化物磷光體、氟磷光體和矽酸鹽磷光體，但不限於此。
波長轉換層可以藉由多種方法中的任一者沉積或塗覆，所述方法包含噴霧劑噴灑、脈衝雷射沉積(pulsed laser deposition，PLD)、印刷、旋塗玻璃法(spin-on-glass，SOG)塗覆，以及其類似者。
此外，在一個示例性實施例中，儘管未在附圖中示出，但是在晶圓分成個別二極體之前或之後，光學玻璃透鏡可以沉積或塗覆到其上具有第三絕緣層520的晶圓或個別發光二極體上。光學玻璃透鏡可以調節在活性層423中產生的光的光束角。此外，可以使用呈微透鏡或菲涅耳透鏡形式的光學玻璃透鏡在發光二極體上形成次級光學透鏡。光學玻璃透鏡可以使用SOG或透明有機材料作為結合劑而結合到發光二極體。光學透明SOG或透明有機材料的使用可以減小光損耗。此外，在波長轉換層形成於發光二極體上之後可以形成光學玻璃透鏡。
在示例性實施例中，發光二極體可以藉由由模具460圍繞的下電極470直接安裝在印刷電路板上，並且防止下電極470 的側表面暴露於外部，由此防止焊膏中的金屬元素(例如，錫(Sn))擴散到發光二極體中。此外，在根據示例性實施例的發光二極體中，模具460和下電極470藉由緊固元件465以機械方式緊固到彼此，由此改進發光二極體的可靠性。
另外，作為電極圖案510，透明電極層置於發光結構的上表面上，由此藉由抑制光阻擋來改進發光二極體的光提取效率。
儘管已結合附圖說明一些示例性實施例，但是對所屬領域的技術人員而言將顯而易見的是，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下可以作出各種修改、變化和替代。因此，應理解，這些實施例和附圖不應解釋為限制本發明並且給定用於向所屬領域的技術人員提供對本發明的透徹理解。本發明的範圍應根據所附發明申請專利範圍解釋為覆蓋源自所附發明申請專利範圍及其等效物的所有修改或變化。
120‧‧‧磊晶層
121‧‧‧第一導電型半導體層
123‧‧‧活性層
125‧‧‧第二導電型半導體層
130‧‧‧反射圖案層
140‧‧‧第一絕緣層
150‧‧‧墊片金屬層
160‧‧‧模具
170‧‧‧下電極
171‧‧‧支撐體
190‧‧‧電極圖案
200‧‧‧第二絕緣層
210‧‧‧第三絕緣層
300‧‧‧隔離區域
h1‧‧‧通孔

Claims (20)

  1. 一種發光二極體，其包括：至少一個下電極，電流施加到所述下電極上；置於所述下電極上的發光結構，其將電性連接到所述下電極並且包括至少一個通孔；反射電極層，其置於所述下電極與所述發光結構之間；以及電極圖案，其藉由所述通孔將所述下電極電性連接到所述發光結構。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中所述電極圖案包括透明電極層，所述透明電極層包括氧化銦錫、氧化鋅、二氧化錫、石墨烯或碳奈米管。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其進一步包括：圍繞所述下電極的側表面的模具，其中所述下電極的下表面與所述模具的下表面齊平。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的發光二極體，其中所述模具包括多個緊固元件，所述模具藉由所述多個緊固元件以機械方式緊固到所述下電極。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的發光二極體，其中所述緊固元件中的每一者包括多個凹陷部分和多個突出部分，所述多個突出部分在突出方向上具有增加的寬度。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的發光二極體，其中所述多個突出部分具有連續地或間歇地增加的寬度。
  7. 如申請專利範圍第3項所述的發光二極體，其中所述模具包括光敏聚醯亞胺、Su-8、用於電鍍的光阻劑、聚對二甲苯、環氧模塑料以及陶瓷粉中的至少一者。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中所述下電極具有20μm至200μm的高度。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中所述反射電極層包括反射金屬層和覆蓋所述反射金屬層的覆蓋金屬層。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其進一步包括：墊片金屬層，其置於所述下電極與將電性連接到所述下電極的所述反射電極層之間，所述墊片金屬層藉由所述通孔電性連接到所述電極圖案。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的發光二極體，其進一步包括：第一絕緣層，其置於所述反射電極層與所述墊片金屬層之間，所述第一絕緣層包括對應於所述通孔的第一區域以及其中所述反射電極層電性連接到所述墊片金屬層的第二區域。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的發光二極體，其中所述第一絕緣層包括分散式布拉格反射器。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的發光二極體，其中所述發光二極體包括彼此分離的至少兩個下電極，並且所述至少兩個下電極中的一者藉由所述第二區域電性連接到所述反射電極層且另一下電極藉由所述第一區域電性連接到所述電極圖案。
  14. 如申請專利範圍第11項所述的發光二極體，其中其中所述電極圖案連接到所述發光結構的區域與所述第二區域重疊。
  15. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其進一步包括：第二絕緣層，所述第二絕緣層使所述發光結構的側表面和所述發光結構的上表面的一部分與所述電極圖案絕緣。
  16. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中所述發光結構包含在其表面上形成的粗糙度。
  17. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中所述下電極包括導電層、阻障層和抗氧化層。
  18. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中所述電極圖案包括在所述發光二極體的一個方向上延伸的多個延伸部分。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的發光二極體，其中所述多個延伸部分中的至少一些與隔離區域重疊。
  20. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中所述電極圖案包括多個第一延伸部分和多個第二延伸部分，所述多個第一延伸部分相對於所述通孔在相對的橫向方向上 延伸，所述第二延伸部分中的一者在相對於所述多個第一延伸部分的所述延伸方向垂直的方向上延伸。
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