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CN101855733B - 发光器件及其制造方法 - Google Patents

发光器件及其制造方法 Download PDF

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CN101855733B CN2008801152818A CN200880115281A CN101855733B CN 101855733 B CN101855733 B CN 101855733B CN 2008801152818 A CN2008801152818 A CN 2008801152818A CN 200880115281 A CN200880115281 A CN 200880115281A CN 101855733 B CN101855733 B CN 101855733B
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Suzhou Liyu Semiconductor Co ltd
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Abstract

本申请公开了一种发光器件。所述发光器件包括含有第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层的发光半导体层；支撑所述发光半导体层同时围绕所述发光半导体层的第二电极层；和在所述发光半导体层的侧面与第二电极层之间的第一钝化层。

Description

发光器件及其制造方法
技术领域
本公开涉及一种发光器件及其制造方法。
背景技术
发光二极管(LED)是用于将电流转化成光的半导体发光器件。
由比如LED发出的光的波长根据用于LED的半导体材料而变化。这是因为所发出光的波长根据半导体材料的带隙而变化，带隙表示价带电子与导带电子之间的能量间隙。
最近，随着LED亮度逐渐增强，LED被用作显示设备的光源、照明装置和车辆的光源。通过使用磷光体材料或者结合具有不同颜色的LED，可以实现具有优异效率的发白光的LED。
发明内容
技术问题
实施方案提供一种发光器件及其制造方法。
实施方案提供一种具有改进的光提取效率的发光器件及其制造方法。
实施方案提供一种具有改进的绝缘特性的发光器件及其制造方法。
实施方案提供一种具有改进的热稳定性和物理特性的发光器件及其制造方法。
技术方案
在一个实施方案中，发光器件包括：含有第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层的发光半导体层；支撑所述发光半导体层同时围绕所述发光半导体层的第二电极层；和在所述发光半导体层的侧面与所述第二电极层之间的第一钝化层。
在一个实施方案中，发光器件包括：含有第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层的发光半导体层；在所述发光半导体层的侧面的第一钝化层；在所述发光半导体层和第一钝化层之下以及在所述第一钝化层侧面的金属层；在所述金属层侧面的第二钝化层，和在第二钝化层之下以及在第二钝化层侧面同时支撑所述发光半导体层的支撑层。
在一个实施方案中，制造发光器件的方法包括如下步骤：在衬底上形成含有第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层的发光半导体层；在所述发光半导体层的侧面和上部边缘形成第一钝化层以暴露所述发光半导体层的上部中心部分；在所述发光半导体层和第一钝化层上以及在第一钝化层的侧面形成金属层；在所述金属层上和在所述金属层侧面形成支撑层，和移除衬底并在发光半导体层上形成电极层。
有益效果
实施方案可提供具有改进的光提取效率的发光器件及其制造方法。
实施方案可提供具有改进的绝缘特性的发光器件及其制造方法。
实施方案可提供具有改进的热稳定性和物理特性的发光器件及其制造方法。
附图说明
图1～6是说明根据第一实施方案的发光器件及其制造方法的剖面图。
图7～10是说明根据第二实施方案的发光器件及其制造方法的剖面图。
具体实施方式
将参考附图详细描述根据本发明的实施方案。
但是，本发明可以以多种不同形式实施，并且不应解释为限于本文中给出的示例性实施方案。相反，提供这些示例性实施方案使得本公开彻底并完整，并使得本领域技术人员充分知道本发明的范围。
在全部附图中用相同的附图标记表示相同的元件。在图中，为清楚起见，可放大层和区域的尺寸和相对尺寸。
应理解当如层、区域或衬底的元件称为在另一元件“上”或“下”时，其可以直接在所述另一元件上或下，或者也可以存在中间元件。当元件的一部分如“表面”称为“内”时，是指该部分与元件的其它部分相比远离器件。
应理解，附图中的这些措辞除了附图中示出的方向之外还包括器件的其他方向。最后，当元件称为“直接”在另一元件“上”时，不存在中间元件。本文中使用的措辞“和/或”包括相关列出项目的一个或更多个的任何和所有组合。
图1～6是说明根据第一实施方案的发光器件及其制造方法的剖面图。
首先，参考图5，根据第一实施方案的发光器件包括具有支撑层700的第二电极层、在支撑层700上形成的键合金属层600、和在键合金属层600上形成的欧姆接触层300。
在欧姆接触层300上形成发光半导体层200，所述发光半导体层200包括第二导电半导体层230、有源层220和第一导电半导体层210。在第一导电半导体层210上形成第一电极层800。
另外，在发光半导体层200和键合金属层600之间形成第一和第二钝化层400和500。
支撑层700具有朝向发光半导体层200突出同时围绕发光半导体层200的侧面的中心区域。在支撑层700上形成键合金属层600。
因此，第一和第二钝化层400和500、键合金属层600和支撑层700设置在发光半导体层200的侧面。
第一和第二钝化层400和500使得发光半导体层200的侧面与键合金属层600和支撑层700电隔离。详细地说，有源层220和第一导电半导体层210可以通过第一和第二钝化层400和500与键合金属层600和支撑层700电隔离。
下文中，将参考图1～6详细描述根据本发明第一实施方案的发光器件及其制造方法。
参考图1，在衬底100上形成具有多层的发光半导体层200。发光半导体层200包括第一导电半导体层210、有源层220和第二导电半导体层230。发光半导体层200可包括基于氮化镓的半导体层。
参考图2，为了通过分离在衬底100上的发光半导体层200来制造多个发光器件，蚀刻单元分离区域240并在第二导电半导体层230上形成欧姆接触层300。欧姆接触层300可包括金属电极层或透明电极层。例如，欧姆接触层300可包括ITO、ZnO、RuOx、TiOx或IrOx中的至少一种。
参考图3，在形成有欧姆接触层300的状态下，形成第一钝化层400以覆盖发光半导体层200的侧面。第一钝化层400覆盖发光半导体层200的上表面的一部分(即周边部分)。另外，第一钝化层400可覆盖欧姆接触层300的上表面的一部分。
第一钝化层400包括无机层，并且可包括含有Si、N、Ti或O中至少一种的材料。第一钝化层400可使用SOG(旋涂玻璃)。例如，第一钝化层400可包括SiN、SiO2或TiO2中的一种。
当第一钝化层400使用SiN时，第一钝化层400可具有约
Figure GPA00001135088700041
以上、或约1μm的厚度。
参考图4，第一钝化层400包括至少两个交替设置的第一和第二无机层401和402。例如，第一无机层401可包括SiO2，第二无机层402可包括TiO2。如上所述，第一和第二无机层401和402交替形成，从而可以改善结构稳定性并且可以利用第一和第二无机层401和402之间的折射率差来改善反射特性。
再次参考图3，在第一钝化层400的侧面和上表面上形成第二钝化层500。
第二钝化层500包括有机层并且可由含碳C或氧O的高分子物质形成。例如，第二钝化层500包括丙烯酰基材料、环氧基材料或聚酰亚胺基材料中的至少一种。
第二钝化层500的厚度可大于第一钝化层400的厚度，第二钝化层500的厚度与第一钝化层400的厚度的比率可以为1∶5或1∶100。例如，第二钝化层500的厚度与第一钝化层400的厚度的比率可以为1∶25至1∶50。
如上所述，第一和第二钝化层400和500的双结构可改善钝化层的热稳定性和机械特性。
第一和第二钝化层400和500必须具有预定的弹性系数、断裂强度和拉伸强度以及优异的热稳定性，从而在发光器件从衬底上分离时支撑和保护发光器件。
无机层可具有大的拉伸强度和断裂强度，但是抗应力性可能较弱。无机层可以由于其高粘度而具有强的抗应力性但是可能具有低的热稳定性。例如，由于如果有机层在约150℃的温度下保持72小时则会损害有机层，所以形成无机层以保护有机层不会因热而损害。
因此，根据该实施方案，形成利用无机层的第一钝化层400和利用有机层的第二钝化层500，从而可防止漏电流并且可改善结构稳定性。
同时，在形成第一和第二钝化层400和500之后，形成键合金属层600和支撑层700。
键合金属层600覆盖欧姆接触层300和第二钝化层500的侧面和上表面，而支撑层700覆盖键合金属层600的侧面和上表面。
键合金属层600可包括含有Ag、Cu、Ni或Al中的至少一种的金属，和支撑层700可包括导电材料。
例如，支撑层700可镀有金属，如Ti、Cr、Ni、Al、Pt、Au和W。另外，这种金属可以镀到或连接到键合金属层600或者导电衬底如含杂质的晶片可以连接到键合金属层600，作为支撑层700。
参考图5，在形成支撑层700之后，移除衬底100。图5是其中翻转图3中的发光器件的剖面图。
由于移除衬底100，所以第一导电半导体层210向上暴露出。
然后，在第一导电半导体层210上形成第一电极层800，并且在第一导电半导体层210中形成具有孔形或柱形的光提取结构250，如光子晶体。由有源层220产生的光可以通过光提取结构250有效地发射到外面。
参考图6，由发光半导体层200的有源层220产生的光的一部分通过穿过第一导电半导体层210向上发射，光的剩余部分如箭头A、B和C所示向侧向和向下发射。
然后，向侧向和向下发射的光A、B和C被欧姆接触层300或键合金属层600反射并向上发射。
图7～10是说明根据第二实施方案的发光器件及其制造方法的剖面图。
首先，参考图9，根据第二实施方案的发光器件包括具有支撑层710的第二电极层、在支撑层710上形成的键合金属层610、和在键合金属层610上形成的金属层310。
在金属层310上形成包括第二导电半导体层230、有源层220和第一导电半导体层210的发光半导体层200。在第一导电半导体层210上形成第一电极层810。
第二导电半导体层230的下部中心部分与金属层310接触，并且第一钝化层410形成在发光半导体层200的底部边缘和侧面，使得金属层310与发光半导体层200电隔离。
金属层310的下部中心部分与键合金属层610接触，第二钝化层510形成在金属层310的边缘和侧面。
支撑层710具有朝向发光半导体层200突出同时围绕发光半导体层200的侧面的中心区域。在支撑层710上形成键合金属层610。
因此，第一钝化层410、金属层310、第二钝化层510、键合金属层610和支撑层710设置在发光半导体层200的侧面。
第一钝化层410使得发光半导体层200的侧面与金属层310电隔离。详细地说，有源层220和第一导电半导体层210可以通过第一钝化层410与金属层310电隔离。
下文中，将参考图7～10详细描述根据本发明第二实施方案的发光器件及其制造方法。
参考图7，在衬底100上形成具有多层的发光半导体层200。发光半导体层200包括第一导电半导体层210、有源层220和第二导电半导体层230。发光半导体层200可包括基于氮化镓的半导体层。
为了通过分离在衬底100上的发光半导体层200来制造多个发光器件，蚀刻单元分离区域240并在发光半导体层200的侧面和上部边缘上形成第一钝化层410。
第一钝化层410包括无机层，并且可包括含有Si、N、Ti或O中的至少一种的材料。第一钝化层410可使用SOG。例如，第一钝化层410可包括SiN、SiO2或TiO2中的一种。
当第一钝化层410使用SiN时，第一钝化层410可具有约
Figure GPA00001135088700071
以上、或约1μm的厚度。
如第一实施方案的图4所述，第一钝化层410可包括至少两个交替设置的第一和第二无机层。例如，第一无机层可包括SiO2，第二无机层可包括TiO2。如上所述，第一和第二无机层交替形成，从而可以改善结构稳定性并且可以利用第一和第二无机层之间的折射率差来改善反射特性。
参考图8，形成金属层310以覆盖第一钝化层410和发光半导体层200。金属层310可包括具有高反射率的反射欧姆电极层并且与发光半导体层200的上部中心部分接触。
例如，金属层310可包括含有Ag、W或Al中的至少一种的金属。
在形成金属层310的状态下，形成第二钝化层510以覆盖金属层310的侧面。详细地说，第二钝化层510覆盖金属层310的上表面的一部分(即，周边部分)。
第二钝化层510包括有机层并且可由含碳C或氧O的高分子物质形成。例如，第二钝化层510包括丙烯酰基材料、环氧基材料或聚酰亚胺基材料中的至少一种。
第二钝化层510的厚度可大于第一钝化层410的厚度，第二钝化层510的厚度与第一钝化层410的厚度的比率可为1∶5或1∶100。例如，第二钝化层510的厚度与第一钝化层410的厚度的比率可以为1∶25至1∶50。
利用有机层的第二钝化层510用作具有耐应力性的应力缓冲物，利用无机层的第一钝化层410改善绝缘性、耐热性和光提取特性。
在形成第二钝化层510之后，形成键合金属层610和支撑层710。
键合金属层610覆盖金属层310和第二钝化层510，而支撑层710覆盖键合金属层610的侧面和上表面。
键合金属层610可包括含有Ag、Cu、Ni或Al中的至少一种的金属，支撑层710可包括导电材料。
例如，支撑层710可镀有金属，如Ti、Cr、Ni、Al、Pt、Au和W。另外，这种金属可以镀到或连接到键合金属层610或者导电衬底如含杂质的晶片可以连接到键合金属层610，作为支撑层710。
参考图9，在形成支撑层710之后，移除衬底100。图9是其中翻转图8中的发光器件的剖面图。
由于移除衬底100，所以第一导电半导体层210向上暴露出。
然后，在第一导电半导体层210上形成第一电极层810，并且在第一导电半导体层210中形成具有孔形或柱形的光提取结构260，如光子晶体。由有源层220产生的光可以通过光提取结构260有效地发射到外面。
发光半导体层200可具有7μm～8μm的厚度以耐受应力，并且包括光提取结构260的第一导电半导体层210的厚度与光提取结构260的厚度的比率可为1∶1.5至1∶10。
参考图10，由发光半导体层200的有源层220产生的光的一部分通过穿过第一导电半导体层210向上发射，光的剩余部分如箭头A、B和C所指示向侧向和向下发射。
然后，向侧向和向下发射的光A、B和C被金属层310反射然后向上发射。
同时，当对比图6和图10时，在图6中，由有源层220产生的光B和C通过穿过第一和第二钝化层400和500而被键合金属层600反射。但是，在图10中，由有源层220产生的光B和C通过穿过第一钝化层410而被金属层310反射。
详细地说，根据第二实施方案的发光器件，由有源层220发射的光在仅穿过包括无机层的第一钝化层410之后就被反射。由于有机层与无机层相比具有相对低的透光性和高光吸收，所以可以防止光被有机层吸收，因此根据第二实施方案的发光器件可以防止光损失。
工业应用性
实施方案可应用于用作照明设备和电子器件的光源的发光器件及其制造方法。

Claims (19)

1.一种发光器件，包括：
含有第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层的发光半导体层；
在所述发光半导体层上的第一电极层；
支撑所述发光半导体层同时围绕所述发光半导体层的第二电极层；
在所述发光半导体层的侧面与所述第二电极层之间的第一钝化层；和
在所述第二电极层和所述第一钝化层之间的第二钝化层；
其中所述第一钝化层包括无机层，和其中所述第二钝化层包括有机层。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述无机层包括SiN、SiO2或TiO2中的一种。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第一钝化层包括至少两个交替设置的第一和第二无机层。
4.根据权利要求3所述的发光器件，其中所述第一无机层包括SiO2，所述第二元机层包括TiO2。
5.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第二钝化层包括含有丙烯酰基材料、环氧基材料或聚酰亚胺基材料中的至少一种的所述有机层。
6.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第二电极层包括在所述发光半导体层下的欧姆接触层、在所述欧姆接触层和所述第一钝化层之下和在所述第一钝化层侧面的键合金属层、以及在所述键合金属层之下和在所述键合金属层侧面的支撑层。
7.根据权利要求6所述的发光器件，其中所述键合金属层和所述支撑层朝向所述发光半导体层突出。
8.根据权利要求1所述的发光器件，还包括：
在所述发光半导体层和所述第一钝化层之下和在所述第一钝化层侧面的金属层。
9.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第一钝化层延伸到所述发光半导体层的底部边缘。
10.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述金属层与所述发光半导体层电连接并且与所述发光半导体层的侧面电隔离。
11.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第二钝化层延伸到所述金属层的底部边缘。
12.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述无机层包括含有SiN、SiO2或TiO2中的一种的第一无机层和含有SiN、SiO2或TiO2中的另一种的第二无机层。
13.根据权利要求8所述的发光器件，其中所述金属层包括含有Ag、W或Al中的至少一种的金属。
14.一种制造发光器件的方法，所述方法包括：
在衬底上形成含有第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层的发光半导体层；
在所述发光半导体层的侧面和上部边缘形成第一钝化层，以暴露所述发光半导体层的上部中心部分；
在所述发光半导体层和所述第一钝化层之下和在所述第一钝化层侧面形成金属层；
在所述金属层上和在所述金属层侧面形成支撑层；
移除衬底并在所述发光半导体层上形成电极层；和
在所述第一钝化层和所述金属层或在所述金属层和所述支撑层之间形成第二钝化层。
15.一种发光器件，包括：
含有第一导电半导体层、第二导电半导体层、以及在所述第一导电半导体层和所述第二导电半导体层之间的有源层的发光半导体层；
在所述发光半导体层上的第一电极层；
支撑所述发光半导体层的第二电极层；
在所述发光半导体层侧面的第一钝化层；和
在所述第一钝化层上的第二钝化层，其中所述第二钝化层的一
部分设置于所述发光半导体层和所述第二电极层之间，
其中所述第一钝化层包括无机层，和其中所述第二钝化层包括有机层。
16.根据权利要求15所述的发光器件，其中所述第一钝化层包括至少两个交替设置的第一和第二无机层，和
其中所述第一无机层的折射率与所述第二无机层的折射率不同。
17.根据权利要求15所述的发光器件，其中所述第二钝化层包括含丙烯酰基材料、环氧基材料或聚酰亚胺基材料中的至少一种的有机层。
18.根据权利要求15所述的发光器件，还包括：与所述第二导电半导体层接触的欧姆电极层。
19.根据权利要求18所述的发光器件，其中所述欧姆电极层设置于所述第一钝化层和所述第二钝化层之间。
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