CN118943266A

CN118943266A - 发光二极管及发光装置

Info

Publication number: CN118943266A
Application number: CN202410976824.6A
Authority: CN
Inventors: 蔡家豪; 黄敏; 柯佳文; 庄曜玮; 邓有财; 陈铭欣
Original assignee: Quanzhou Sanan Semiconductor Technology Co Ltd
Current assignee: Quanzhou Sanan Semiconductor Technology Co Ltd
Priority date: 2024-07-19
Filing date: 2024-07-19
Publication date: 2024-11-12

Abstract

本申请提供了一种发光二极管及发光装置。发光二极管包括：发光外延层包括依次层叠的第一导电类型半导体层、有源层以及第二导电类型半导体层；绝缘层形成于所述发光外延层上，包括第一通孔和第二通孔；焊盘电极形成于所述绝缘层上，所述焊盘电极包括第一焊盘电极和第二焊盘电极，所述第一焊盘电极通过所述第一通孔与所述第一导电类型半导体层电连接，所述第二焊盘电极通过所述第二通孔与所述第二导电类型半导体层电连接；其中，所述绝缘层在第一波段的反射率大于90％，所述绝缘层在第二波段的反射率小于15％，所述第一波段为430nm～500nm，所述第二波段为1000nm～1100nm。本申请通过增大焊盘电极与绝缘层的接触面积，从而增加绝缘层与焊盘电极接触的表面积提高绝缘层与焊盘电极的粘附性。

Description

发光二极管及发光装置

技术领域

本申请涉及半导体制造技术领域，特别地，涉及一种发光二极管及发光装置。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)具有成本低、光效率高、节能环保等优点，而被广泛应用于车载、背光、植物照明以及大功率照明灯领域。LED芯片分为正装结构、倒装结构和垂直结构三种。与传统的正装芯片相比，倒装LED芯片结构是将二极管结构倒置，从蓝宝石一侧射出光线，而电极一侧可固定在散热更好的基板之上。倒装LED芯片结构由于具有功率小、发热少的优点，常应用于电视背光、RGB产品等小功率器件应用场景下。但是，现有倒装LED芯片会出现焊盘电极与绝缘层断裂或分离(Peeling)的问题，进而导致发光二极管在固晶过程中失效。

发明内容

本申请的目的在于提供一种发光二极管及发光装置，以解决上述背景技术中存在的问题。

第一方面，本申请提供了一种发光二极管，包括：

发光外延层，包括依次层叠的第一导电类型半导体层、有源层以及第二导电类型半导体层；

绝缘层，形成于所述发光外延层上，包括第一通孔和第二通孔；

焊盘电极，形成于所述绝缘层上，所述焊盘电极包括第一焊盘电极和第二焊盘电极，所述第一焊盘电极通过所述第一通孔与所述第一导电类型半导体层电连接，所述第二焊盘电极通过所述第二通孔与所述第二导电类型半导体层电连接；

其中，所述绝缘层在第一波段的反射率大于90％，所述绝缘层在第二波段的反射率小于15％，所述第一波段为430nm～500nm，所述第二波段为1000nm～1100nm。

第二方面，本申请提供了一种发光二极管，包括：

其中，所述绝缘层包括第一绝缘层和形成于所述第一绝缘层之上的第二绝缘层；所述焊盘电极与所述第二绝缘层上表面接触，所述焊盘电极与所述第二绝缘层上表面接触区域具有图案化结构。

第三方面，本申请提供了一种发光装置，其包括上述的发光二极管。

与现有技术相比，本申请有益效果至少包括：

本申请通过在绝缘层生长时增加绝缘层的厚度或者增加一层绝缘层，在不破坏绝缘反射层的膜堆组成的前提下，

通过对绝缘层上设置台阶孔和图案化，进一步加绝缘层与焊盘电极接触的表面积，同时又释放绝缘层内部的应力，使焊盘电极与绝缘层粘附牢固，从而提高固晶过程中的稳定性，有效降低发光二极管在固晶过程中所导致的失效风险。

本申请通过在绝缘层生长时增加绝缘层的厚度或者增加一层绝缘层，使得绝缘层能对红外波段(1000nm～1100nm)的隐切激光中进行吸收，对蓝绿波段(430nm～530nm)的光进行反射，避免由发光外延层反射红外波段的激光所导致的隐切的切偏或双晶异常。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为现有LED芯片焊盘电极发生剥离(peeling)现象的显微图；

图2为图1的局部剖视图；

图3为本申请一实施例的发光二极管的剖面结构示意图；

图4为在激光不同波段下绝缘层的反射率示意图，其中深色曲线为本申请一实施例的绝缘层的反射率，浅色曲线为现有技术的绝缘层的反射率；

图5为本申请一实施例发光二极管的剖面结构示意图及第二通孔的局部放大图；

图6为本申请一实施例中第二绝缘层围绕所述第一通孔和/或第二通孔形成的轮廓线为齿轮形状；

图7为本申请一实施例的发光二极管的剖面结构示意图；

图8为本申请一实施例的发光装置的俯视结构示意图；

附图标记：

11、第一接触电极；12、第一焊盘电极；13、透明导电层；14、电流阻挡层；21、第二接触电极；22、第二焊盘电极；101、衬底；102、发光外延层；102a、第一导电类型半导体层；102b、有源层；102c、第二导电类型半导体层；103、第一绝缘层；103a、氧化硅层；103b、绝缘反射层；104、第二绝缘层；104a、图形化结构；105、第一通孔；106、第二通孔。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为解决现有技术中存在的问题，本申请提供一种发光二极管，包括：

可选地，所述绝缘包括第一绝缘层和形成于所述第一绝缘层上的第二绝缘层，所述第一绝缘层为布拉格反射层，所述第二绝缘层的层厚度为500埃米至3000埃米。

可选地，所述第一通孔和第二通孔为台阶孔，即包括上段通孔和下段通孔，上段通孔内表面和下段通孔内表面通过台阶面连接。

可选地，所述上段通孔的深度小于等于1500埃米。

可选地，所述上段通孔处焊盘电极和绝缘层形成相互插入的结构。

可选地，所述上段通孔的横截面图案是齿轮形状。

可选地，所述焊盘电极与所述第二绝缘层具有接触区域；所述第二绝缘层具有图形化结构，所述图形化结构位于所述接触区域。

本申请的实施例中还提供了一种发光二极管，包括：

可选地，所述上段通孔的深度小于等于所述第二绝缘层的厚度。

可选地，所述上段通孔的横截面图案是齿轮形状。

可选地，所述第二绝缘层的厚度为1000埃米～1500埃米或者1000埃米～3000埃米。

可选地，所述图形化结构包括从所述第二绝缘层的上表面向所述第一绝缘层下表面延伸的凹槽。

可选地，所述凹槽的深度小于等于所述第二绝缘层的厚度。

可选地，所述第一绝缘层包括布拉格反射层，所述第二绝缘层为氧化硅层。

可选地，所述绝缘层在第一波段的反射率大于90％，所述绝缘层在第二波段的反射率小于15％，所述第一波段为430nm～500nm，所述第二波段为1000nm～1100nm。

本申请还提供了一种发光装置，包括上述发光二极管。

本申请发光二极管通过在绝缘层生长时增加绝缘层的厚度或者增加一层绝缘层，使得第一通孔和第二通孔的深度增加，增大了焊盘电极与绝缘层的接触面积，从而增加绝缘层与焊盘电极接触的表面积提高绝缘层与焊盘电极的粘附性。

本申请发光二极管通过在第一通孔和第二通孔设置台阶孔，进一步增加绝缘层与焊盘电极的接触面积，同时又释放绝缘层内部的应力；本申请通过在焊盘电极和绝缘层接触区域进行图案化，更进一步地增加绝缘层与焊盘电极的接触面积和释放绝缘层内部的应力，最终使焊盘电极与绝缘层粘附牢固，提高固晶过程中的稳定性，有效降低发光二极管在固晶过程中所导致的失效风险。

本申请发光二极管通过在绝缘层生长时增加绝缘层的厚度或者增加一层绝缘层，使得绝缘层能对红外波段(1000nm～1100nm)的隐切激光中进行吸收，对蓝绿波段(430nm～530nm)的光进行反射，避免由发光外延层反射红外波段的激光所导致的隐切的切偏或双晶异常，提高在生产的成品率，提高了质量，降低了成本。

采用本申请的发光二极管，本发明的发光装置由于其焊盘电极和绝缘层粘附牢固，因此，申请的发光装置的发光装置质量可靠、失效风险低，经久耐用。

下面结合附图对本申请的发光二极管的具体实施例进行详细说明。

现有倒装LED芯片生产过程中会出现焊盘电极与绝缘层断裂或分离(Peeling)的问题，进而导致发光二极管在固晶过程中失效。现有LED芯片焊盘电极发生剥离(peeling)现象的显微图如图1和图2所示。究其原因，是由于焊盘电极尺寸减小，随之焊盘电极与绝缘层连接的接触面尺寸也减小，当焊盘电极内部应力大于结合力的情况下，焊盘电极会从绝缘层脱落，发生焊盘电极边缘变形的情况。具体地，如图1所示焊盘电极的两个边角，图2中的第一焊盘电极12。

因此，为解决上述问题，本申请提供了一种发光二极管及发光装置。

实施例一

本实施例用于详细说明本申请的发光二极管。如图3和图4所示，本实施例的发光二极管包括接触电极、发光外延层102、绝缘层和焊盘电极，接触电极包括第一接触电极11和第二接触电极21，焊盘电极包括第一焊盘电极12和第二焊盘电极22；此外，还包括衬底101和透明导电层13。

衬底101可以是绝缘性衬底。衬底101可以是透明材料或者半透明材料或者非透明材料所制成。例如，可以是碳化硅、硅、镁铝氧化物、氧化镁、氮化镓、蓝宝石中的任一种。在本实施例中，衬底101为蓝宝石衬底。

发光外延层102形成于衬底101上，发光外延层102具有光学特性和电学特性，可以在正向电压或电流的驱动下发出预设波长或出射角度的光，具体可以采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)、氢化物气相外延(HVPE)、分子束外延(MBE)等方法形成。该发光外延层102包括形成在衬底101上依次层叠的第一导电类型半导体层102a、有源层102b以及第二导电类型半导体层102c。其中，第一导电类型半导体层102a、有源层102b及第二导电类型半导体层102c可包括Ш-V氮化物类半导体，例如可包括如(A1、Ga、In)的氮化物类半导体。第一导电类型半导体层102a可包括n型杂质(例如，Si、Ge、Sn)，第二导电类型半导体层102c可包括p型杂质(例如，Mg、Sr、Ba)。本申请另一些实施例中，第一导电类型半导体层102a和第二导电类型半导体层102c的掺杂物也可与上述内容相反。有源层102b可包括多量子阱结构(MQW)，可以通过调节氮化物类半导体的组成比，使有源层102b出射期望的波长。

透明导电层13形成在第二导电类型半导体层102c的表面上，具有良好的光透过性，可以通过物理气相沉积或化学气相沉积的方法形成。透明导电层13可包括铟锡氧化物(ITO)、掺锌铟锡氧化物(ZITO)、锌铟氧化物(ZIO)、镓铟氧化物(GIO)、锌锡氧化物(ZTO)、掺氟氧化锡(FTO)、掺铝氧化锌(AZO)、掺镓氧化锌(GZO)中的至少一种，优选为采用蒸镀或溅镀工艺形成的ITO(铟锡氧化物半导体透明导电膜)层，以降低发光外延层102出射的光在穿过透明导电层13时的能量损失。

参照图3，通过蚀刻第二导电类型半导体层102c、有源层102b以及部分的第一导电类型半导体层102a露出第一导电类型半导体层102a的表面而形成台面结构，在台面结构上方形成第一接触电极11。透明导电层13形成在第二导电类型半导体层102c上。第二接触电极21设置在透明导电层13的上方，可以将第二接触电极21发出的电流经由透明导电层13的台面结构尽可能向透明导电层13的周部扩展后流入第二导电类型半导体层102c。

第一接触电极11和第二接触电极21用于将载流子注入到发光外延层102上。在一些实施例中，第一接触电极11和第二接触电极21可以是金属电极，例如，镍、金、铬、钛、铂、钯、铬、依、铝、锡、铟、但、铜、钻、铁、钉、错、钨、钼中的一种或任意种的组合；也可以是透明导电材料，如氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃(AZO)等。在一些实施例中，第一接触电极11和第二接触电极21均包括底层(例如为Cr)、底层上的反射层(例如Al)和反射层上的保护层(如Ti、Pt或者Ni等)。

本申请一些实施例中，发光二极管还包括电流阻挡层14，电流阻挡层14位于透明导电层13与发光外延层102之间，电流阻挡层14用作阻挡第二接触电极21发出的电流，避免电流集中在第二接触电极21的正下方，使电流四散开来。具体地，电流阻挡层14可以是SiO₂、Si₃N₄、SiON或者它们的复合结构。

发光二极管还包括第一焊盘电极12和第二焊盘电极22，第一焊盘电极12填入绝缘层的第一通孔105与第一接触电极11电连接，第二焊盘电极22填入绝缘层的第二通孔106与第二接触电极21电连接。第一焊盘电极12和第二焊盘电极22可通过沉积导电材料形成。该导电材料可以是金属材料或合金材料，例如Au、Ag、Al、Cu、Pt、Ti、Cr中的一种或多种的组合。

本实施例中，绝缘层形成于所述发光外延层上102上，对发光外延层102、透明导电层13以及第一接触电极11和第二接触电极21形成包覆结构，绝缘层上设有第一通孔105和第二通孔106，第一通孔105用于露出第一接触电极11的上表面，以便第一接触电极11和第一焊盘电极12欧姆连接，第二通孔106用于露出第二接触电极21的上表面，以便第二接触电极21和第二焊盘电极22欧姆连接。第一通孔105、第二通孔106的截面形状可为规则的形状或不规则的形状。绝缘层用于对发光外延层102发出的光线进行反射，使光线从衬底101表面出射。

绝缘层包括布拉格反射层。布拉格反射层可由折射率不同的介电层层层叠加而形成，所述介电层可包括TiO2、SiO2、HfO2、ZrO2、Nb2O5、MgF2等。例如，绝缘层可呈交替积层的TiO2层/SiO2层构造。

现有芯粒隐切工艺中，采用一定波长的激光器，例如1000nm～1100nm的激光器，若在激光器的工作波段芯粒反射率高会导致激光在芯粒上反射，激光反射导致用于隐切的激光能量发生损耗，以及隐切时自动图像识别的效果不佳，最终导致切偏或双晶异常。

本实施例中，绝缘层包括第一绝缘层103和形成于第一绝缘层103上的第二绝缘层104，其中，绝缘层在第一波段的反射率大于90％，所述绝缘层在第二波段的反射率小于15％，所述第一波段为430nm～530nm(蓝绿波段)，所述第二波段与激光切割用的光源的波段相同，例如所述第二波段为1000nm～1100nm(红外波段)，如图4所示。通过该结构设计，既能够保证在不影响绝缘层在蓝绿光波段反射率的前提下，使得红外波段的反射率显著降低，不会造成能量的损耗以及隐切时图像自动识别异常，从而减少隐切的切偏或双晶异常。

第二绝缘层104的材料可以为氧化硅、氮化硅等。在一较佳实施例中，第二绝缘层104的材料为氧化硅。

在一实施例中，第二绝缘层104的厚度为500埃米至3000埃米。

进一步的，参照图5，本申请一些实施例中，在不破坏绝缘层的DBR膜系结构的原则下，第一通孔105和第二通孔106为台阶孔，进一步增加焊盘电极和绝缘层的接触面积。第一通孔105和第二通孔106包括上下两段通孔，上段通孔内表面和下段通孔内表面通过台阶面连接。上段通孔的深度小于等于所述第二绝缘层104的厚度，例如，上段通孔的深度小于等于1500埃米。上下两段通孔的横截面为圆形，上段通孔的直径大于下段通孔的直径，使得上段通孔和下段通孔之间的台阶面位于第一绝缘层103最上部的氧化硅层103a上表面，如图5所示的第二通孔106所示。因此，第一绝缘层103的位于氧化硅层103a下方的的绝缘反射层103b不会受影响，保证了绝缘层DBR膜系结构不被破坏。可选的，在不破坏绝缘层的DBR膜系结构的原则下，第一通孔105和第二通孔106上段通孔和下段通孔之间的台阶面，甚至位于第一绝缘层的绝缘反射层103b上表面之上。

参照图6，进一步的，本申请另一些实施例中，上段通孔处焊盘电极和绝缘层形成相互插入的结构。具体地，第一通孔105和第二通孔106的上段通孔的横截面图案是齿轮形状，进一步增加焊盘电极和绝缘层相互插入后的接触面积，同时又释放绝缘层内部的应力，特别是与焊盘电极的连接区域的应力，最终使焊盘电极和绝缘层黏附更加牢固，提高固晶过程中的稳定性，有效降低发光二极管在固晶过程中所导致的失效风险。

可以预见的是，本申请其他一些实施例中，为实现焊盘电极和绝缘层形成相互插入的结构，上段通孔的横截面图案还可以不规则的图形，例如圆周上部分弧段有齿牙，部分没有齿牙，或者齿牙是其他形状的图形，例如，齿牙是三角形、弧形等形状的图形。

参照图5和图7，进一步的，本申请其他一些实施例中，第一焊盘电极12、第二焊盘电极22与第二绝缘层104的上表面接触，第一焊盘电极12、第二焊盘电极22与第二绝缘层104具有接触区域；参照图7所示，在所述第二绝缘层104具有图形化结构104a。

本申请的实施例中，图形化结构104a位于上述接触区域，进一步增加了焊盘电极12、22与第二绝缘层104的接触面积，又释放绝缘层内部的应力，提高了焊盘电极与绝缘层之间的黏附性能。

在本申请一些实施例中，在第二绝缘层104的厚度为1000埃米～1500埃米或者1000埃米～3000埃米。图形化结构104a包括从第二绝缘层104的上表面向第一绝缘层103下表面延伸的凹槽。凹槽的形状包括圆锥、三角锥或者六角锥等。凹槽的深度小于等于第二绝缘层104的厚度。由于第二绝缘层104的厚度为1000埃米～1500埃米或者1000埃米～3000埃米，因此凹槽的深度可以选择在1000埃米以内。图形化结构104a采用图形压印、干法蚀刻或者湿法蚀刻制作。

在本申请一些实施例中，第一绝缘层103包括布拉格反射层，所述第二绝缘层104为氧化硅层。

实施例二

本实施例用于说明本申请的发光装置。如图8所示，本申请的发光装置300包括多个本申请的发光二极管301，还包括电路基板302和焊料。

电路基板302包括多个焊盘电极，多个发光二极管301排列在电路基板302上。焊料将发光二极管301粘贴在电路基板302上的焊盘电极上。

本申请的发光二极管，由于其焊盘电极和绝缘层粘附牢固，因此，本申请的发光装置的发光装置质量可靠、失效风险低。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种发光二极管，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述绝缘层包括第一绝缘层和形成于所述第一绝缘层上的第二绝缘层，所述第一绝缘层包括布拉格反射层，所述第二绝缘层的厚度为500埃米至3000埃米。

3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一通孔和第二通孔为台阶孔，即包括上段通孔和下段通孔，上段通孔内表面和下段通孔内表面通过台阶面连接。

4.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于，所述上段通孔的深度小于等于1500埃米。

5.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于，所述上段通孔处焊盘电极和绝缘层形成相互插入的结构。

6.根据权利要求5所述的发光二极管，其特征在于，所述上段通孔的横截面图案是齿轮形状。

7.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，所述焊盘电极与所述第二绝缘层具有接触区域；所述第二绝缘层具有图形化结构，所述图形化结构位于所述接触区域。

8.一种发光二极管，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，所述第一通孔和第二通孔为台阶孔，即包括上段通孔和下段通孔，上段通孔内表面和下段通孔内表面通过台阶面连接。

10.根据权利要求9所述的发光二极管，其特征在于，所述上段通孔的深度小于等于所述第二绝缘层的厚度。

11.根据权利要求9所述的发光二极管，其特征在于，所述上段通孔处焊盘电极和绝缘层形成相互插入的结构。

12.根据权利要求10所述的发光二极管，其特征在于，所述上段通孔的横截面图案是齿轮形状。

13.根据权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，所述第二绝缘层的厚度为1000埃米～1500埃米或者1000埃米～3000埃米。

14.根据权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，所述图形化结构包括从所述第二绝缘层的上表面向所述第一绝缘层下表面延伸的凹槽。

15.根据权利要求14所述的发光二极管，其特征在于，所述凹槽的深度小于等于所述第二绝缘层的厚度。

16.根据权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，所述第一绝缘层包括布拉格反射层，所述第二绝缘层为氧化硅层。

17.根据权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，所述绝缘层在第一波段的反射率大于90％，所述绝缘层在第二波段的反射率小于15％，所述第一波段为430nm～500nm，所述第二波段为1000nm～1100nm。

18.一种发光装置，其特征在于，包括如权利要求1-17中任一项所述的发光二极管。