TWI657598B - 覆晶發光二極體及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種覆晶發光二極體，包括半導體層、設置於所述半導體層上的第一電極、第二電極以及將所述第一電極、第二電極相互絕緣的絕緣層，所述半導體層包括自上而下依次堆疊而成的氮化鎵外延層、N型半導體層、發光活性層以及P型半導體層，所述第二電極設置於所述P型半導體層上，所述N型半導體層遠離所述氮化鎵外延層的一側表面向外凸伸形成一突出部，所述發光活性層以及所述P型半導體層依次地設置於所述突出部上，還包括位於所述氮化鎵外延層外表面的一支撐部，所述支撐部通過一加固層設置於所述氮化鎵外延層上。本發明進一步還包括一種覆晶發光二極體的製造方法。

Description

覆晶發光二極體及其製造方法
本發明涉及一種發光二極體，特別涉及一種覆晶發光二極體及其製造方法。
發光二極體(Light Emitting Diode，LED)是一種可將電流轉換成特定波長範圍的光電半導體元件。發光二極體以其亮度高、工作電壓低、功耗小、易與積體電路匹配、驅動簡單、壽命長等優點，從而可作為光源而廣泛應用於照明領域。
發光二極體通常包括垂直式結構和覆晶式結構。垂直式發光二極體的P電極和N電極分別位於發光二極體兩側，所述垂直式通常需要通過打線的方式與基板進行連接，如此使得垂直式發光二極體在封裝制程中不但步驟較多，而且通過打線容易產生接觸不良等現象，從而可能導致發光二極體封裝完成後的品質較低。另外，覆晶式發光二極體雖然可以克服在封裝過程中的打線連接問題，然而，覆晶式發光二極體通常在流體組裝過程中，每一覆晶式發光二極體需要與一個相應的連接部或者凹槽連接，當覆晶式發光二極體的位置顛倒或者傾斜時，其往往不能準確的連接到對應的連接部或者凹槽、或者連接錯位，導致組裝良率下降。
有鑑於此，本發明提供一種良率、品質較好的覆晶式發光二極體及其製造方法。
一種覆晶發光二極體，包括半導體層、設置於所述半導體層上的第一電極、第二電極以及將所述第一電極、第二電極相互絕緣的絕緣層，所述半導體層包括自上而下依次堆疊而成的氮化鎵外延層、N型半導體層、發光活性層以及P型半導體層，所述第二電極設置於所述P型半導體層上，其特徵在 於：所述N型半導體層遠離所述氮化鎵外延層的一側表面向外凸伸形成一突出部，所述發光活性層以及所述P型半導體層依次地設置於所述突出部上，所述絕緣層設置於所述第一電極與所述突出部、所述發光活性層、所述P型半導體層以及所述第二電極形成的層疊結構之間；所述覆晶發光二極體還包括位於所述氮化鎵外延層外表面的一支撐部，所述支撐部通過一加固層設置於所述氮化鎵外延層上。
進一步地，所述覆晶發光二極體的寬度Wd為5~200μm，所述覆晶發光二極體的高度Hd為0.1~40μm，所述覆晶發光二極體的寬度與高度的比值Wd/Hd位於5~50之間。
進一步地，所述支撐部的高度Hp為0.2~40μm，所述支撐部寬度Wp為0.5~40μm，所述支撐部的高度Hp寬度Wp的比值Hp/WP位於0.3~1之間。
進一步地，所述支撐部的寬度Wp與所述覆晶發光二極體的寬度Wd比值Wp/Wd位於0.1~0.2之間。
進一步地，所述突出部形成於所述N型半導體層遠離所述氮化鎵外延層的一側表面中部，所述第一電極設置於所述N型半導體層遠離所述氮化鎵外延層一側表面外周緣且與所述突出部間隔設置。
進一步地，所述突出部形成於所述N型半導體層遠離所述氮化鎵外延層一側表面周緣，所述第一電極設置於所述N型半導體層遠離所述氮化鎵外延層一側表面中部且與所述突出部間隔設置。
進一步地，所述氮化鎵外延層的縱截面呈梯形，其具有一頂角，所述頂角位於30°~80°之間。
進一步地，所述氮化鎵外延層的縱截面呈梯形，其具有一頂角，所述頂角位於100°~150°之間。
本發明所述覆晶發光二極體中，所述支撐部與所述氮化鎵外延層之間設置有加固層，從而增加了所述支撐部的機械強度以及提高了覆晶發光二極體流體組裝良率。進一步地，本發明通過設置所述覆晶發光二極體的高度和寬度比例、所述支撐部的寬度、高度比例以及所述支撐部的寬度與所述覆晶發光二極體的寬度比值，從而優化了所述支撐部與所述覆晶發光二極體的比例協調性，增加了所述覆晶發光二極體的品質。
一種覆晶發光二極體的製造方法，包括如下步驟：提供一半導體層疊結構，所述半導體層疊結構包括從下至上依次堆疊設置的藍寶石基板、氮化鎵外延層、N型半導體層、發光活性層以及P型半導體層；在所述半導體層疊結構的P型半導體層上鍍設一層導電結合層；自上而下蝕刻所述導電結合層、P型半導體層、發光活性層、N型半導體層的周緣區域，從而去除所述導電結合層、P型半導體層、發光活性層以及N型半導體層周緣部分；在所述N型半導體層周緣設置第一電極、以及在所述導電結合層上設置第二電極；在所述第一電極與所述層疊結構、第二電極之間填充絕緣膠體，並進一步固化絕緣膠體而形成絕緣層；在所述第一電極、第二電極上分別鍍設緩衝層；提供一側表面具有膠體的玻璃基板，並將上一步驟中所述半導體層疊結構翻轉度後通過所述膠體粘結於所述玻璃基板上；利用鐳射沖切技術，使得所述藍寶石基板與所述氮化鎵外延層分離；將所述藍寶石基板徹底從所述氮化鎵外延層上去除；對所述氮化鎵外延層外表面中部進行改質並設置一支撐部其上；去除所述玻璃基板以及所述膠體，從而得到本案所述覆晶發光二極體。
進一步地，在設置所述支撐部前需要對所述氮化鎵外延層表面進行改質而形成一加固層，所述支撐部通過所述加固層與所述氮化鎵外延層連接。
在本發明所述覆晶發光二極體的製造方法制程簡單，而且在形成所述支撐部時，通過對所述氮化鎵外延層的外表面進行表面改質，從而使得所述支撐部與所述氮化鎵外延層之間結合強度更高。進一步地，通過量化所述支撐部的尺寸使得所述支撐部的高度與寬度比例相對協調，從而增加了所述覆晶發光二極體在流體組裝中的良率。
100、100a、100b‧‧‧覆晶發光二極體
10‧‧‧半導體層
20‧‧‧第一電極
30‧‧‧第二電極
40‧‧‧絕緣層
11‧‧‧氮化鎵外延層
12‧‧‧N型半導體層
13‧‧‧發光活性層
14‧‧‧P型半導體層
120、120a‧‧‧突出部
50‧‧‧支撐部
51‧‧‧加固層
60‧‧‧導電結合層
70‧‧‧緩衝層
10a‧‧‧未成形半導體層
101‧‧‧未成形覆晶發光二極體
200‧‧‧藍寶石基板
110‧‧‧層疊結構
310‧‧‧膠體
300‧‧‧玻璃基板
圖1為本發明第一實施例所述覆晶發光二極體的剖視圖。
圖2為本發明第一實施例所述覆晶發光二極體的俯視圖。
圖3為本發明第二實施例所述覆晶發光二極體的剖視圖。
圖4為本發明第二實施例所述覆晶發光二極體的俯視圖。
圖5為本發明第三實施例所述覆晶發光二極體的剖視圖。
圖6-16為本發明第一實施例所述覆晶發光二極體的製造方法。
下面將結合本發明實施方式中的附圖，對本發明實施方式中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施方式僅僅是本發明一部分實施方式，而不是全部的實施方式。
基於本發明中的實施方式，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬於本發明保護的範圍。
本文中所使用的方位詞“第一”、“第二”均是以使用時依據具體元件的位置定義，而並不限定。
除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬於本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在于限制本發明。
如圖1所示，本發明第一實施例中所述覆晶發光二極體100可產生紫外光、紫光、藍光、綠光、黃光、或者紅光。所述覆晶發光二極體100包括半導體層10、設置於所述半導體層10上的第一電極20、第二電極30以及設置於所述半導體層10上將所述第一電極20和第二電極30間隔的絕緣層40。
如圖2所示，本發明所述覆晶發光二極體100俯視圖呈圓形。可以理解地，在其它實施例中，所述覆晶發光二極體100俯視圖可為矩形、多邊形、橢圓形、三角形等。
所述半導體層10包括自上而下依次堆疊而成的氮化鎵外延層11、N型半導體層12、發光活性層13以及P型半導體層14。
所述氮化鎵外延層11的橫向寬度大於所述N型半導體層12、發光活性層13以及所述P型半導體層14的橫向寬度。在本實施例中，所述氮化鎵外延層11的縱截面呈梯形，其橫向寬度朝向遠離所述N型半導體層12方向逐漸增加。進一步地，所述氮化鎵外延層11具有一頂角A，所述頂角A位於30°~80°之間，優選地，所述頂角A等於75°。
所述N型半導體層12設置於所述氮化鎵外延層11一側表面，所述N型半導體層12遠離所述氮化鎵外延層11的一側表面中部向外凸伸形成一突出部120。所述發光活性層13以及所述P型半導體層14依次地設置於所述突出部120上。
所述第一電極20設置於所述N型半導體層12遠離所述氮化鎵外延層11一側表面外周緣且與所述突出部120相互間隔。所述第二電極30位於所述P型半導體層14一側。在本實施例中，所述第一電極20為N電極，所述第二電極30為P電極。在本實施例中，所述第一電極20、所述第二電極30遠離所述氮化鎵外延層11一側表面平齊。
所述絕緣層40設置於所述突出部120、所述發光活性層13以及所述P型半導體層14所構成的層疊結構外周緣與所述第一電極20的外周緣之間形成的收容區域。在本發明實施例中，所述絕緣層40的材料為膠材、光阻材料、高分子材料、SiO2、或者自身呈黑、白或者透明狀的SiNx。
進一步地，還包括一支撐部50。所述支撐部50設置於所述氮化鎵外延層11的外表面中部。所述支撐部50的材料為膠材、光阻材料、高分子材料、SiO2、SiNx、量子點(QDs)，且顏色可為黑、白、透明色。所述支撐部50與所述氮化鎵外延層11之間進一步設置有一加固層51，用於增加所述支撐部50與所述氮化鎵外延層11結合的穩固性。在本發明實施例中，所述加固層51為SiO2。另外，所述支撐部50的材料可與所述氮化鎵外延層11的材料相同，如此，所述支撐部50可自所述氮化鎵外延層11的外表面一體向外延伸而成，而無需設置所述加固層51。
進一步地，還包括設置於所述第二電極30與所述P型半導體層14之間的導電結合層60。所述導電結合層60使得所述第二電極30與所述半導體層10之間形成良好的歐姆接觸，從而避免電流在所述第二電極30表面擴散而造成VF偏高。
進一步地，還包括鍍設於所述第一電極20、第二電極30上的緩衝層70。所述緩衝層70的材料為Ti、Ni、Sn、In、Au、Cu中的一種或多種。
在本發明實施例中，所述覆晶發光二極體100的寬度Wd為5~200μm，優選為40μm，所述覆晶發光二極體100高度Hd為0.1~40μm，優選為4.35μm。所述支撐部50的高度Hp為0.2~40μm，優選為2μm，所述支撐部50寬度Wp為0.5~40μm，優選為5μm。進一步地，所述覆晶發光二極體100的寬度與高度的比值Wd/Hd位於5~50之間，優選地，Wd/Hd=9.2。所述支撐部50的寬度Wp與所述覆晶發光二極體100的寬度Wd比值Wp/Wd位於0.1~0.2之間，優選地，Wp/Wd=0.13。所述支撐部50的高度Hp寬度Wp的比值Hp/WP位於0.3~1之間，優選地，Hp/WP=0.4。
本發明所述覆晶發光二極體100中，所述支撐部50與所述氮化鎵外延層11之間設置有加固層，從而增加了所述支撐部50的機械強度以及提高了覆晶發光二極體100流體組裝良率。進一步地，本發明通過設置所述覆晶發光二極體100的高度和寬度比例、所述支撐部50的寬度、高度比例以及所述支撐部50的寬度與所述覆晶發光二極體100的寬度比值，從而優化了所述支撐部50與所述覆晶發光二極體100的比例協調性，增加了所述覆晶發光二極體100的品質。
如圖3-4所示為本發明第二實施例中所述覆晶發光二極體100a，其與本發明第一實施例中所述覆晶發光二極體100的結構大體相同，不同點在於：所述N型半導體層12與所述氮化鎵外延層11相對的一側表面的周緣向外凸伸形成突出部120a。所述發光活性層13、P型半導體層14依次設置於所述突出部120a上。所述第一電極20設置於所述N型半導體層12與所述氮化鎵外延層11相對一側表面中部。所述導電結合層60以及所述第二電極30依次設置於所述P型半導體層14上。所述絕緣層40設置於所述突出部120a、所述發光活性層13以及所述P型半導體層14所構成的層疊結構內周緣與所述第一電極20的外周緣之間所形成的收容區域。
本發明所述覆晶發光二極體100a中，所述發光活性層13、P型半導體層14均位於所述第一電極20的周緣，從而使得所述覆晶發光二極體100a具有良好品質的同時，具有較大的出光範圍。
如圖5所示為本發明第三實施例所述覆晶發光二極體100b，其與第一實施例所述覆晶發光二極體100相似，其不同點在於，所述氮化鎵外延層11縱截面呈梯形，其橫向寬度朝向遠離所述N型半導體層12方向逐漸減小。所述氮化鎵外延層11具有一頂角B，所述頂角B位於位於100°~150°之間，優選地，所述頂角B等於120°。
如圖6-16所示，為本發明第一實施例所述覆晶發光二極體100的製造方法，包括如下步驟：
第一步：如圖6所示，提供一未成形半導體層10a。
所述未成形半導體層10a包括從下至上依次堆疊設置的藍寶石基板200、氮化鎵外延層11、N型半導體層12、發光活性層13以及P型半導體層14。
第二步：如圖7所示，在所述未成形半導體層10a的P型半導體層14上鍍設一層導電結合層60。
第三步：如圖8所示，自上而下蝕刻所述導電結合層60、P型半導體層14、發光活性層13、N型半導體層12的周緣區域，從而去除所述導電結合層60、P型半導體層14、發光活性層13以及N型半導體層12周緣部分。
蝕刻後，所述未成形半導體層10a呈倒“T”型。蝕刻所述N型半導體層12形成一突出部120。所述發光活性層13、P型半導體層14以及所述導電結合層60依次地位於所述突出部120之上。所述突出部120以及所述發光活性層13、P型半導體層14以及導電結合層60共同形成一層疊結構110。
第四步：如圖9所示，在所述N型半導體層12周緣設置第一電極20、以及在所述層疊結構110的導電結合層60上設置第二電極30。
所述第一電極20位於所述層疊結構110、第二電極30周緣且與所述層疊結構110、第二電極30間隔設置。所述第一電極20的縱向高度等於所述層疊結構110的縱向高度與所述第二電極30的縱向高度之和。
第五步：如圖10所示，在所述第一電極20與所述層疊結構110、第二電極30之間填充絕緣膠體，並進一步固化絕緣膠體而形成絕緣層40。
所述絕緣層40的縱向高度等於所述第一電極20的縱向高度。
第六步：如圖11所示，在所述第一電極20、第二電極上分別鍍設緩衝層70，從而制得未成形覆晶發光二極體101。
所述緩衝層70的材料為Ti、Ni、Sn、In、Au、Cu中的一種或多種。
第七步：如圖12所示，提供一側表面具有膠體310的玻璃基板300，並將步驟六中所述未成形覆晶發光二極體101翻轉180度後通過所述膠體310粘結於所述玻璃基板300上。
第八步：如圖13所示，利用鐳射沖切技術，使得所述藍寶石基板200與所述氮化鎵外延層11分離。
第九步：如圖14所示，將所述藍寶石基板200徹底從所述氮化鎵外延層11上去除。
第十步：如圖15所示，對所述氮化鎵外延層11外表面中部進行改質並設置一支撐部50於其上。
通過對所述氮化鎵外延層11表面中部進行表面改質後，形成一加固層51，所述支撐部50設置於所述加固層51之上。所述支撐部50的材料為膠材、光阻材料、高分子材料、SiO2、SiNx、量子點材料或者上述材料的混合物。所述支撐部50的高度Hp為0.2~40μm，優選為2μm，所述支撐部50寬度Wp為0.5~40μm，優選為5μm。
第十一步：如圖16所示，去除所述玻璃基板300以及所述膠體310，從而得到本案所述覆晶發光二極體100。
在上述覆晶發光二極體100的製造方法中，所述氮化鎵外延層11的頂角A可以通過在步驟三以及後續步驟中通過蝕刻形成，本發明所述覆晶發光二極體100的製造方法中忽略了所述頂角A的形成過程。
在本發明所述覆晶發光二極體100的製造方法制程簡單，而且在形成所述支撐部50時，通過對所述氮化鎵外延層11的外表面進行表面改質，從而使得所述支撐部50與所述氮化鎵外延層11之間結合強度更高。進一步地，通過量化所述支撐部50的尺寸使得所述支撐部50的高度與寬度比例相對協調，從而增加了所述覆晶發光二極體100在流體組裝中的良率。
本發明第二實施例所述覆晶發光二極體100a的製造方法與所述覆晶發光二極體100的製造方法相似，不同之處在於：步驟三中，依據所述覆晶發光二極體100a的結構，從上至下依次蝕刻所述導電結合層60、P型半導體層14、發光活性層13、N型半導體層12的中部。第四步中，將所述第一電極20設置於所述氮化鎵外延層11的中部，如此所述第一電極20與所述層疊結構110在所述覆晶發光二極體100a中的位置與所述覆晶發光二極體100的位置正好交換。其餘制程步驟與上述覆晶發光二極體100的製造流程相同，不在贅述。
可以理解的是，對於本領域的普通技術人員來說，可以根據本發明的技術構思做出其它各種相應的改變與變形，而所有這些改變與變形都應屬於本發明的權利要求的保護範圍。

Claims (8)

  1. 一種覆晶發光二極體，包括半導體層、設置於所述半導體層上的第一電極、第二電極以及將所述第一電極、第二電極相互絕緣的絕緣層，所述半導體層包括自上而下依次堆疊而成的氮化鎵外延層、N型半導體層、發光活性層以及P型半導體層，所述第二電極設置於所述P型半導體層上，其改良在於：所述N型半導體層遠離所述氮化鎵外延層的一側表面向外凸伸形成一突出部，所述發光活性層以及所述P型半導體層依次地設置於所述突出部上，所述絕緣層設置於所述第一電極與所述突出部、所述發光活性層、所述P型半導體層以及所述第二電極形成的層疊結構之間；所述覆晶發光二極體還包括位於所述氮化鎵外延層外表面的一支撐部，所述支撐部通過一加固層設置於所述氮化鎵外延層上，所述氮化鎵外延層的縱截面呈梯形，其具有一頂角，所述頂角位於30°~80°或100°~150°之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述覆晶發光二極體，其中：所述覆晶發光二極體的寬度Wd為5~200μm，所述覆晶發光二極體的高度Hd為0.1~40μm，所述覆晶發光二極體的寬度與高度的比值Wd/Hd位於5~50之間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述覆晶發光二極體，其中：所述支撐部的高度Hp為0.2~40μm，所述支撐部寬度Wp為0.5~40μm，所述支撐部的高度Hp寬度Wp的比值Hp/WP位於0.3~1之間。
  4. 如申請專利範圍第3項所述覆晶發光二極體，其中：所述支撐部的寬度Wp與所述覆晶發光二極體的寬度Wd比值Wp/Wd位於0.1~0.2之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述覆晶發光二極體，其中：所述突出部形成於所述N型半導體層遠離所述氮化鎵外延層的一側表面中部，所述第一電極設置於所述N型半導體層遠離所述氮化鎵外延層一側表面外周緣且與所述突出部間隔設置。
  6. 如申請專利範圍第1項所述覆晶發光二極體，其中：所述突出部形成於所述N型半導體層遠離所述氮化鎵外延層一側表面周緣，所述第一電極設置於所述N型半導體層遠離所述氮化鎵外延層一側表面中部且與所述突出部間隔設置。
  7. 一種覆晶發光二極體的製造方法，包括如下步驟：提供一半導體層疊結構，所述半導體層疊結構包括從下至上依次堆疊設置的藍寶石基板、氮化鎵外延層、N型半導體層、發光活性層以及P型半導體層；在所述半導體層疊結構的P型半導體層上鍍設一層導電結合層；自上而下蝕刻所述導電結合層、P型半導體層、發光活性層、N型半導體層的周緣區域，從而去除所述導電結合層、P型半導體層、發光活性層以及N型半導體層周緣部分；在所述N型半導體層周緣設置第一電極、以及在所述導電結合層上設置第二電極；在所述第一電極與所述層疊結構、第二電極之間填充絕緣膠體，並進一步固化絕緣膠體而形成絕緣層；在所述第一電極、第二電極上分別鍍設緩衝層；提供一側表面具有膠體的玻璃基板，並將上一步驟中所述半導體層疊結構翻轉度後通過所述膠體粘結於所述玻璃基板上；利用鐳射沖切技術，使得所述藍寶石基板與所述氮化鎵外延層分離；將所述藍寶石基板徹底從所述氮化鎵外延層上去除；對所述氮化鎵外延層外表面中部進行改質並設置一支撐部其上；去除所述玻璃基板以及所述膠體，從而得到本案所述覆晶發光二極體。
  8. 如申請專利範圍第7項所述覆晶發光二極體製造方法，其中：在設置所述支撐部前需要對所述氮化鎵外延層表面進行改質而形成一加固層，所述支撐部通過所述加固層與所述氮化鎵外延層連接。
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