CN108630720B

CN108630720B - 发光二极管阵列

Info

Publication number: CN108630720B
Application number: CN201810358864.9A
Authority: CN
Inventors: 杨宗宪; 巫汉敏; 王志贤; 陈怡名; 徐子杰
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2023-01-03
Anticipated expiration: 2032-09-06
Also published as: CN103681724B; CN108630720A; CN103681724A

Abstract

本发明提供一发光二极管阵列，包括一第一发光二极管、一第二发光二极管及一第二隔绝道；该第一发光二极管包括一第一区域、一第二区域、一第一隔绝道及一电极连接层；该第一隔绝道位于该第一区域与该第二区域之间，且包括一电极绝缘层；该电极连接层包覆该第一区域；该第二发光二极管包括一半导体叠层及一第二电性焊接垫；该第二电性焊接垫位于该半导体叠层之上；该第二隔绝道位于该第一发光二极管与该第二发光二极管之间，且包括一电性连接结构电性连接该第一发光二极管与该第二发光二极管。

Description

发光二极管阵列

本发明是中国发明专利申请(申请号：201210328231.6，申请日：2012年9月6日，发明名称：发光二极管阵列)的分案申请。

技术领域

本发明关于一种发光二极管阵列。

背景技术

发光二极管是半导体元件中一种被广泛使用的光源。相较于传统的白炽灯泡或荧光灯管，发光二极管具有省电及使用寿命较长的特性，因此逐渐取代传统光源而应用于各种领域，如交通标志、背光模块、路灯照明、医疗设备等产业。

随着发光二极管光源的应用与发展对于亮度的需求越来越高，如何增加其发光效率以提高其亮度，便成为产业界所共同努力的重要方向。

图14描述了现有技术中用于半导体发光元件的LED封装体300：包括由封装结构1封装的半导体LED芯片2，其中半导体LED芯片2具有一p-n接面3，封装结构1通常是热固性材料，例如环氧树脂(epoxy)或者热塑料材料。半导体LED芯片2透过一焊线(wire)4与两导电支架5、6连接。因为环氧树脂(epoxy)在高温中容易劣化(degrading)，容易造成漏电现象，因此只能在低温环境运作。此外，环氧树脂(epoxy)具很高的热阻(thermal resistance)，使得图14的结构只提供了半导体LED芯片2高阻值的热散逸途径，而限制了LED封装体1的低功耗应用。

发明内容

鉴于以上内容，本发明提供一种可以改善漏电现象的发光二极管阵列。

另外，本发明还提供一种发光二极管阵列，包括一基板、若干个发光二极管、若干个导电配线结构、二电性焊接垫位及一隔绝道；该基板具有一第一表面；该若干个发光二极管位于该第一表面上；该若干个导电配线结构配置在该第一表面上，电性连接该些发光二极管；该二电性焊接垫位于该第一表面上；该隔绝道位于该任一电性焊接垫与任一发光二极管之间，其中该电性焊接垫与该发光二极管的距离不小于25μm。

附图说明

图1-图12是本发明第一实施例的发光二极管阵列结构的剖面示意图。

图13是本发明第二实施例的发光二极管阵列的上视图。

图14是现有的发光元件结构图。

具体实施方式

为了使本发明的叙述更加详尽与完备，请参照下列描述并配合图1至图13。依据本发明第一实施例的发光二极管阵列1000的制造步骤如下：

请参照图1图，提供一成长基板10，例如砷化镓基板；若干个发光二极管直接磊晶成长于此基板上。本实施例中发光二极管单元为100、200二个，但并不以此数量为限。其中，每一个发光二极管包括一第一导电型接触层11、一第一导电型半导体层12、一活性层13、以及一第二导电型半导体层14，如图2所示。其中，第一导电型接触层11可为n型砷化镓(n-GaAs)；第一导电型半导体层12、活性层13、以及第二导电型半导体层14的材料分别包括以下一种或一种以上的元素：镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)以及硅(Si)；例如可为磷化镓(GaP)或磷化铝镓铟(AlGaInP)。

在第二导电型半导体层14之上利用蒸镀方式分别于选择性区域形成电极结构，例如：至少一第二电性电极15b及若干个第二电性延伸电极15c。再在这些电极之上接合一暂时基板16后，移除成长基板10，如图3、4所示；其中暂时基板16可为玻璃。利用微影蚀刻制程将第一导电型接触层11部份移除以形成若干个点状结构并露出部分第一导电型半导体层12的下表面12a，再分别于部分下表面12a及若干个第一导电型接触层11点状结构之下形成一电性连接层17，如图5所示。上述第二电性电极15b及若干个第二电性延伸电极15c的材料可选自：铬(Cr)、钛(Ti)、镍(Ni)、铂(Pt)、铜(Cu)、金(Au)、铝(Al)、钨(W)、锡(Sn)、或银(Ag)等金属材料。电性连接层17的材料可为锗/金。

利用湿式蚀刻法将第一导电型半导体层12的下表面12a蚀刻成一粗糙平面，如图6所示。另外提供一永久基板18，例如氧化铝基板；并于此基板之上形成一接合层19，以形成如图7的结构；或于第一导电型半导体层12的下表面12a形成一接合层19(图未示)，再以接合层19将永久基板18接合于第一导电型半导体层12的下表面12a之下，使图6、7结构二者接合为一体，并使若干个第一导电型接触层点状结构11及电性连接层17介于第一导电型半导体层12的下表面12a与接合层19之间，如图8所示。将暂时基板16移除，以裸露出第二电性电极15b、若干个第二电性延伸电极15c及部分第二导电型半导体层14的上表面14a，如图9所示。以感应耦合电浆离子蚀刻系统(Inductively Coupled Plasma Reactive Ion EtchingSystem)由上向下干式蚀刻第二导电型半导体层14、活性层13至裸露出第一导电型半导体层12的部分表面以形成一第一隔绝道20及一第二隔绝道21；其中第一隔绝道20将第一发光二极管100分隔为一第一区域50A及一第二区域50B，且此二区域的距离不小于25μm。第二隔绝道21则位于第一发光二极管100与第二发光二极管200之间。再利用干式蚀刻或湿式蚀刻方法将第二导电型半导体层14的上表面14a蚀刻成一粗糙平面，如图10所示。再次以感应耦合电浆离子蚀刻系统将第二隔绝道21中的部份第一导电型半导体层12蚀刻并移除。因前后二次干式蚀刻速率不同，造成第二隔绝道21中的第二导电型半导体层14、活性层13及第一导电型半导体层12的侧壁形成一阶梯状，如图11所示。

在第一隔绝道20，沿着第二区域50B的侧壁以蒸镀方法形成一电极绝缘层22，且此电极绝缘层22的高度大于第二区域50B的侧壁高度。于第二隔绝道21中，沿着第二区域50B的部份上表面及侧壁以蒸镀方法形成一绝缘结构23及沿着第二发光二极管200的部份上表面及侧壁以蒸镀方法形成另一绝缘结构23，其中电极绝缘层22和绝缘结构23的材料可为氧化硅，氮化硅，氧化铝，氧化锆，或氧化钛等介电材料。再形成一电极连接层26包覆第一区域50A的侧壁及上表面，其中电极连接层26材料可为钛-金。因电极连接层26与第一发光二极管100的第一导电型半导体层12、活性层13及第二导电型半导体层14之间无法形成电性欧姆接触，需通过电性连接层17才能与第一导电型半导体层12形成电性欧姆接触。在第二隔绝道21中，于第二区域50B的绝缘结构23的上方、侧壁及第二隔绝道21底部形成一电性连接结构24；其中第一发光二极管100的第二导电型半导体层14通过此电性连接结构24及电性连接层17与第二发光二极管200的第一导电型半导体层12形成串联的电性连接。再于第二电性电极15b之上形成一第二电性焊接垫25。另外，电极连接层26可作为第一电性焊接垫之用，当电极连接层26和第二电性焊接垫25外接电源形成电性连接(图未示)时，外接电源提供的电流可从电极连接层26经由电性连接层17流经发光二极管100的第一导电型半导体层12、活性层13、第二导电型半导体层14，并通过电性连接结构24流至发光二极管200。其中电极连接层26及电性连接结构24可与此第二电性焊接垫25同时以蒸镀方式形成，且组成材料可以相同。经由上述制程步骤后形成一具有二个发光二极管(100，200)串联而成的发光二极管阵列1000。发光二极管100被第一隔绝道20分隔成一第一区域50A及一第二区域50B；其中第一区域50A被被一电极连接层26所包覆。第二电性焊接垫25位于第二发光二极管200的部份上表面14a上，且电极连接层26的上表面与第二电性焊接垫25的上表面可位于相同的水平高度。

图13为本发明第二实施例的发光二极管阵列2000的上视图，其为包括第一发光二极管100及第二发光二极管200等共10个发光二极管且彼此电性串联的发光二极管阵列。如图13所示，发光二极管阵列2000包括一基板30，具有一第一表面30a；发光二极管(100，200)位于此第一表面30a上；若干个导电配线结构40配置在第一表面30a上，电性连接这些发光二极管；二电性焊接垫(50，60)位于第一表面30a上，且二电性焊接垫(50，60)与一外接电源电性连接(图未示)；一隔绝道70位于任一电性焊接垫(50，60)与任一发光二极管(100，200)之间；其中此电性焊接垫(50，60)与发光二极管(100，200)的距离不小于25μm。当此电性焊接垫(50，60)与发光二极管(100，200)的距离过小时，在发光二极管(100，200)蚀刻步骤时易有半导体物质残留于发光二极管(100，200)侧壁上，造成漏电现象。此时于隔绝道70中于发光二极管(100，200)的侧壁形成一电极绝缘层80，可改善此现象。其中基板30为一承载基础，可包括导电基板或不导电基板、透光基板或不透光基板。

上述第一导电型半导体层12及第二导电型半导体层14是彼此中至少二个部分的电性、极性或掺杂物相异、或者是分别用以提供电子与电洞的半导体材料单层或多层(「多层」是指二层或二层以上，以下同)，其电性选择可以为p型、n型、及i型中至少任意二者的组合。活性层13是位于第一导电型半导体层12及第二导电型半导体层14之间，为电能与光能可能发生转换或被诱发转换的区域。

依据本发明的实施例中所述的发光二极管其发光频谱可以通过改变半导体单层或多层的物理或化学要素进行调整。常用的材料是如磷化铝镓铟(AlGaInP)系列、氮化铝镓铟(AlGaInN)系列、氧化锌(Zn0)系列等。活性层(未显示)的结构是如：单异质结构(singleheterostructure；SH)、双异质结构(double heterostructure；DH)、双侧双异质结构(double-side double heterostructure；DDH)、或多层量子井(multi-quantum well；MQW)。再者，调整量子井的对数亦可以改变发光波长。

在本发明的一实施例中，第一导电型接触层11与成长基板10间尚包括一缓冲层(图未示)。此缓冲层是介于二种材料系统之间，使基板的材料系统”过渡”至半导体系统的材料系统。对发光二极管的结构而言，一方面，缓冲层是用以降低二种材料间晶格不匹配的材料层。另一方面，缓冲层亦可以是用以结合二种材料或二个分离结构的单层、多层或结构，其可选用的材料如：有机材料、无机材料、金属、及半导体等；其可选用的结构如：反射层、导热层、导电层、、抗形变层、应力释放(stress release)层、应力调整(stressadjustment)层、接合(bonding)层、波长转换层、及机械固定构造等。在一实施例中，此缓冲层的材料可为AlN、GaN、GaInP、InP、GaAs、AlAs，且形成方法可为溅镀(Sputter)或原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)。

第二导电型半导体层14上更可选择性地形成一第二导电型接触层(未显示)。接触层是设置在第二导电型半导体层远离活性层13的一侧。具体而言，第二导电型接触层可以为光学层、电学层、或其二者的组合。光学层可以改变来自于或进入活性层(未显示)的电磁辐射或光线。在此所称的「改变」是指改变电磁辐射或光的至少一种光学特性，前述特性包括但不限于频率、波长、强度、通量、效率、色温、演色性(rendering index)、光场(lightfield)、及可视角(angle of view)。电学层是可以使第二导电型接触层的任一组相对侧间的电压、电阻、电流、电容中至少其一的数值、密度、分布发生变化或有发生变化的趋势。第二导电型接触层的构成材料是包括氧化物、导电氧化物、透明氧化物、具有50％或以上穿透率的氧化物、金属、相对透光金属、具有50％或以上穿透率的金属、有机质、无机质、荧光物、磷光物、陶瓷、半导体、掺杂的半导体、及无掺杂的半导体中中的至少一种。在某些应用中，第二导电型接触层的材料为氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锑锡、氧化铟锌、氧化锌铝、与氧化锌锡中中的至少一种。若为相对透光金属，其厚度约为0.005μm-0.6μm。

以上各图式与说明虽仅分别对应特定实施例，然而，各个实施例中所说明或揭露的元件、实施方式、设计准则、及技术原理除在彼此显相冲突、矛盾、或难以共同实施之外，吾人当可依其所需任意参照、交换、搭配、协调、或合并。

虽然本发明已说明如上，然其并非用以限制本发明的范围、实施顺序、或使用的材料与制程方法。对于本发明所作的各种修饰与变更，皆不脱本发明的精神与范围。

Claims

1.一种发光二极管阵列，其特征在于，包含：

半导体叠层，包含第一区域和第二区域，该第一区域具有一上表面，该第二区域具有第一侧壁，该第一区域具有第二侧壁；

第一隔绝道，形成于该第一区域和该第二区域之间；

第二隔绝道，形成于该半导体叠层之中；

绝缘层，形成于该第一隔绝道内并覆盖该第一侧壁；

电性连接层，位于该半导体叠层之下；以及

电极连接层，直接接触该电性连接层并覆盖该第一区域的该上表面以及该第二侧壁；

其中，该电性连接层与该绝缘层于一垂直方向上彼此重叠。

2.如权利要求1所述的发光二极管阵列，其中，该电性连接层与该第一区域于该垂直方向上彼此重叠。

3.如权利要求1所述的发光二极管阵列，其中，该第二区域还具有第三侧壁，该绝缘层覆盖该第三侧壁。

4.如权利要求1所述的发光二极管阵列，其中，该半导体叠层依序包含一第一导电型半导体层、一活性层及一第二导电型半导体层。

5.如权利要求4所述的发光二极管阵列，其中，该第一导电型半导体层具有一宽度大于该第二导电型半导体层。

6.如权利要求4所述的发光二极管阵列，其中，该第一导电型半导体层的下表面为一粗糙面。

7.如权利要求1所述的发光二极管阵列，其中，该半导体叠层还包含第三区域，该第二隔绝道形成于该第二区域和该第三区域之间。

8.如权利要求1所述的发光二极管阵列，还包含基板位于该半导体叠层之下。

9.如权利要求8所述的发光二极管阵列，还包含接合层接合该基板与该半导体叠层。

10.如权利要求7所述的发光二极管阵列，还包含电性焊接垫，位于该第三区域上。

11.如权利要求1所述的发光二极管阵列，其中，该电性连接层与该第二隔绝道于该垂直方向上彼此重叠。

12.如权利要求1所述的发光二极管阵列，其中，该第二区域具有一上表面，该绝缘层覆盖该第二区域的该上表面。