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。