一種led結構及其製備方法
2023-10-07 07:11:39 2
一種led結構及其製備方法
【專利摘要】本發明提供一種LED結構及其製備方法，其中結構包括襯底、位於所述襯底之上的第一半導體層、位於所述第一半導體層之上的發光層、位於所述發光層之上的第二半導體層以及位於所述半導體層上的電極。其中，電極由主體和延伸部所組成，所述延伸部與所接觸半導體層表面呈一定夾角，並以半包覆的形狀將電極主體與射向其上表面、側面的光線隔開。
【專利說明】一種LED結構及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種LED結構及其製備方法，特別是涉及一種白光LED結構及其製備方法。
【背景技術】
[0002]固體照明，特別是發光二極體(LED)由於其壽命長、無汙染、光效高正越來越多地取代螢光燈/白熾燈等成為新一代的光源。由於直接生產製備出來的LED都是單色光，要獲得白光，必須有多種顏色混合才能形成，目前製備白光LED的方式主要是利用藍/紫外光LED激發光轉換材料，如螢光粉等形成白光。
[0003]目前LED多使用Au等高導電材料作為電極，而Au等材料具有一定程度吸光。因此，電極吸光對出光效率的降低不容小覷。如圖1所示的現有白光晶片，電極105吸光主要包括三方面:1)吸收發光層103射向電極底部的光!T1 ;2)吸收發光層103射向電極側面的光r2 ;3)吸收光轉換材料107，如螢光粉等的散射/激發射向電極頂部及側面的光r3。
[0004]為了解決電極吸光的問題，現有技術製備的LED反射電極主要有兩種類型:1)僅電極底部是反射面，而側面和上表面仍是吸光的金屬。因此，含這種電極的LED晶片，特別是白光晶片仍會因為電極吸光而降低光效；2)整個電極被反射金屬所包裹。但由於反射金屬一般為Ag/Al, LED晶片在使用過程中很容易由於Ag/Al金屬電遷移而發生電極失效。
【發明內容】
[0005]本發明旨在提供一種LED結構及其製作方法，其實現減少電極吸光的同時，又降低金屬反射電極發生電遷移的風險。
[0006]根據本發明的第一個方面，一種LED結構,包括:襯底；位於所述襯底之上的第一半導體層；位於所述第一半導體層之上的發光層；位於所述發光層之上的第二半導體層；位於所述半導體層上的電極，由主體和延伸部所組成:其中所述電極延伸部與所接觸半導體層表面呈一定夾角，並以半包覆的形狀將電極主體與射向其上表面、側面的光線隔開。
[0007]在本發明的一些實施例中，所述電極的主體為多層結構，其底層由反射金屬組成，用於反射發光層射向電極下表面的光線；其頂層由電遷移惰性的金屬組成，用於保護其下表面的反射金屬，防止其在導電過程中發生電遷移的風險。
[0008]在一些實施例中，所述電極的延伸部，其靠近電極主體的表面由電遷移惰性的金屬組成，其遠離電極主體的外側面由反射金屬組成，用於反射射向電極主體上表面和側面的光線。
[0009]在一些實施例中，所述電極延伸部的高度不低於其電極主體的高度。
[0010]在一些實施例中，所述電極延伸部與所接觸半導體層表面呈直角、鈍角和銳角中的一種或其組合。
[0011]在一些實施例中，所述電極延伸部的表面是規則的平面或不規則的平面的一種或其組合。
[0012]在一些實施例中，所述LED結構還包含電極區域以外的光轉換材料。
[0013]根據本發明的第二個方面，一種LED結構的製備方法，包括:a)提供一 LED晶片，其包括用於支撐保護LED的襯底，位於所述襯底之上的第一半導體層，位於所述第一半導體層之上的發光層，位於所述發光層之上的第二半導體層；b)將所述第二半導體層上表面劃分為電極區域和非電極區域，在所述非電極區域上形屏蔽層；c)在LED晶片上沉積電極層，其沉積的方向與LED晶片表面有一定角度，使得鄰接電極區域的屏蔽層側壁也被鍍上電極層；d)去除屏蔽層和位於其上的電極層，留下電極區域及屏蔽層側壁的電極層，其中電極區域的電極層為電極主體，屏蔽層側壁的電極層為電極延伸部。
[0014]在一些實施例中，所述沉積的方向與LED晶片表面的角度Θ的取值範圍為:0°
<Θ < 90°。
[0015]在一些實施例中，所述沉積的方向與LED晶片表面的角度Θ的取值範圍為:30。彡 Θ 彡 80°。
[0016]在一些實施例中，所述沉積的電極層為多層結構，最先沉積的金屬層由反射金屬組成。
[0017]在一些實施例中，所述沉積的電極層為多層結構，最後沉積的金屬層由電遷移惰性的金屬組成。
[0018]在一些實施例中，製備完所述電極後，該製備方法還包含在電極其餘區域沉積光轉換材料。
[0019]根據本發明的第三個方面，一種LED結構的製備方法，包括:a)提供一 LED晶片，其包括用於支撐保護LED的襯底，位於所述襯底之上的第一半導體層，位於所述第一半導體層之上的發光層，位於所述發光層之上的第二半導體層；b)將所述第二半導體層上表面劃分為電極區域和非電極區域，在所述非電極區域形成光轉換層；c)在所述光轉換層上形成屏蔽層，露出電極區域；d)在LED晶片上沉積電極層，沉積的方向與LED晶片表面有一定角度，使得鄰接電極區域的光轉換層側壁也被鍍上電極層；e)去除屏蔽層和位於其上的電極層，留下電極區域及光轉換層側壁的電極層，其中電極區域的電極層為電極主體，光轉換層側壁的電極層為電極延伸部。
[0020]在一些實施例中，所述沉積的方向與LED晶片表面的角度Θ的取值範圍為:0°
<Θ < 90°。
[0021]在一些實施例中，所述沉積的方向與LED晶片表面的角度Θ的取值範圍為:30。彡 Θ 彡 80°。
[0022]在一些實施例中，所述沉積的電極層為多層結構，最先沉積的金屬層由反射金屬組成。
[0023]在一些實施例中，所述沉積的電極層為多層結構，最後沉積的金屬層由電遷移惰性的金屬組成。雖然在下文中將結合一些示例性實施及使用方法來描述本發明，但本領域技術人員應當理解，並不旨在將本發明限制於這些實施例。反之，旨在覆蓋包含在所附的權利要求書所定義的本發明的精神與範圍內的所有替代品、修正及等效物。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]附圖用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與本發明的實施例一起用於解釋本發明，並不構成對本發明的限制。此外，附圖數據是描述概要，不是按比例繪製。
[0025]圖1是現有白光LED技術其電極吸光示意圖。
[0026]圖2是一種LED結構實施例1的剖視圖，其電極延伸部與半導體層表面呈直角。
[0027]圖3是實施例1實施方式流程圖。
[0028]圖4-6是實施例1實施方式流程剖視圖。
[0029]圖7是實施例1未去除屏蔽層前電極的SEM圖片。
[0030]圖8是實施例1去除屏蔽層後俯視電極的SEM圖片。
[0031]圖9是實施例1去除屏蔽層後側視電極的SEM圖片。
[0032]圖10是實施例1的基礎上製作的含光轉換層的實施例2的結構剖視圖。
[0033]圖11是實施例2的一種實施方式的流程圖。
[0034]圖12-13是實施例2的一種實施方式的流程剖視圖。
[0035]圖14是實施例2的另一種實施方式的流程圖。
[0036]圖15-17是實施例2的另一種實施方式的流程剖視圖。
[0037]圖18是一種LED結構實施例3的剖視圖，其電極延伸部與半導體層表面呈鈍角。
[0038]圖19是一種LED結構實施例4的剖視圖，其電極延伸部與半導體層表面呈銳角。
[0039]圖20是一種LED結構實施例5的剖視圖，其電極延伸部是不規則的。
[0040]圖中各標號表不:
101、201、301、401、501、601:襯底；
102、202、302、402、502、602:第一半導體層；
103、203、303、403、503、603:發光層；
104、204、304、404、504、604:第二半導體層；
204a,304a:電極區域；
105、205、305、405、505、605:電極；
106,306:光轉換層；
107、307:光轉換材料；
208、308、408、508、608:電極主體；
209、309、409、509、609:電極延伸部；
210、310、410、510、610:反射金屬層；
211、311、411、511、611:電遷移惰性金屬層；
212,312:屏蔽層；
212a:鄰接電極區域的屏蔽層側壁；
214:金屬蒸鍍源。
[0041]
【具體實施方式】
以下將結合附圖及實施例來詳細說明本發明的實施方式，藉此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題，並達成技術效果的實現過程能充分理解並據以實施。需要說明的是，只要不構成衝突，本發明中的各個實施例以及各實施例中的各個特徵可以相互結合，所形成的技術方案均在本發明的保護範圍之內。
[0042]實施例1 圖2顯示了本發明第一較佳實施例之LED結構的剖視圖，下面結合其製備方法對本實施例進行詳細說明，其製備流程如圖3所示。
[0043]首先，如圖4所示，提供一 LED晶片，其包括用於支撐保護LED的襯底201，位於襯底之上的第一半導體層202，位於第一半導體層202之上的發光層203，位於發光層203之上的第二半導體層204。在本實施例中，襯底201為高導電材料(如S1、Cu、CuW合金等)，當然，襯底201並不限制為導電材料，也可以為絕緣材料(如藍寶石等)，應根據具體器件結構進行選擇。當第一半導體層202為P型半導體，第二半導體層204可為相異電性的η型半導體，反之，當第一半導體層202為η型半導體，第二半導體層204可為相異電性的P型半導體。發光層203位於第一半導體層202及第二半導體層204之間，可為中性、ρ型或η型電性的半導體。施以電流通過半導體發光疊層時，激發發光層203發光出光線。當發光層203以氮化物為基礎的材料時，會發出藍或綠光；當以磷化鋁銦鎵為基礎的材料時，會發出紅、橙、黃光的琥拍色系的光。
[0044]步驟SOl:將第二半導體層204的上表面劃分為電極區域204a和非電極區域，在非電極區域上屏蔽層212，露出電極區域。其中，鄰接電極區域的屏蔽層側壁212a根據電極結構預先設計好其角度。如圖5所示，設計的角度為直角；優選地，屏蔽層212為感光材料，如光刻膠等。
[0045]步驟S02:如圖5所示，在LED晶片上沉積電極層，其沉積的方向與LED晶片表面有一定角度Θ，使得鄰接電極區域的屏蔽層側壁212a也被鍍上電極層。請參看圖6，在本實施例中電極層為多層結構，最先沉積反射金屬層210 ;最後沉積電遷移惰性金屬層211，沉積的方向與LED晶片表面的角度Θ可在0-90°之間。較佳的，電極層沉積的方向與LED晶片的角度為60°，反射金屬210為Ag、Al等金屬或其合金，電遷移惰性金屬211為Au、Pt等金屬或其合金。請參看附圖7，從SEM圖片可看出，電極層形成在第二半導體層的電極區域204a和鄰近電極區域的屏蔽層側壁212a上。
[0046]步驟S03:去除屏蔽層和位於其上的電極層，留下電極區域及屏蔽層側壁的電極層，其結構如圖8和9所示。其中電極區域的電極層208為電極主體，屏蔽層側壁的電極層209為電極延伸部，兩者共同構成電極205。
[0047]在本實施例中，LED電極的底部和側壁都有金屬反射層210，能反射發光層發射的光，從而減少電極吸收造成的光效下降。電極延伸部的反射層211暴露出來，但由於電極延伸部不負責導電，所以延伸部的金屬不易發生電遷移。雖然電極主體主要負責導電，但金屬反射層上部有電遷移惰性金屬所保護，因此電遷移所造成的風險也降到最低。本實施例實現了既減少電極吸光又降低金屬反射電極發生電遷移的風險的目的。
[0048]實施例2
圖10顯示了本發明第二較佳實施例之LED結構的剖視圖，下面結合其製備方法對本實施例進行詳細說明。
[0049]如圖10所示，本實施例與實施例1的區別在於:在第二半導體層304的非電極區域上覆蓋光轉換層306，在本實施例中，其製備流程如圖11所示。
[0050]首先，通過步驟Slf S13製備獲得具有與實施例1結構基本相同的LED結構，其方法與實施例1的S01-S03製作流程基本相同。在本實施中，由於電極延伸部309需反射光轉換層306射向電極305的光，所以電極延伸部309的高度不應低於光轉換層306的厚度，因此電極延伸部309的厚度以大於1ym為佳，對應地在步驟11中形成的屏蔽層的厚度同樣以大於10 μ m為佳，可以選用Futurrex或者AZ electronic material或者JSRCorporat1n的光刻膠。
[0051]步驟S14:請參看附圖12，在電極305上覆蓋屏蔽層312。
[0052]步驟S15:請參看附圖13，在第二半導體層304除電極305以外的其餘區域上填充光轉換層307。具體地，首先整面塗覆上光轉換層，再研磨掉電極305上方的光轉換層，露出屏蔽層。較佳的，光轉換層為娃膠和突光粉的混合物。
[0053]步驟S16:去除屏蔽層312。
[0054]在本實施例中，LED的電極完全反射光轉換層射向電極的光，極大地降低了電極的吸光，提升了光效，其可直接應用於白光LED結構。
[0055]本實施例之LED結構還可以通過下面另一種方法製備獲得，其製備流程如圖14所
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[0056]首先，提供一 LED晶片，其包括用於支撐保護LED的襯底301，位於襯底301之上的第一半導體層302，位於第一半導體層302之上的發光層303，位於發光層303之上的第二半導體層304。
[0057]步驟S21:將第二半導體層304上表面劃分為電極區域304a和非電極區域，在非電極區域上形成圖案化光轉換層306，露出電極區域，如圖15示。優選地，光轉換層為矽膠和突光粉的混合物。
[0058]步驟S22:在光轉換層306上形成屏蔽層312，露出電極區域，如圖16所示。
[0059]步驟S23:在LED晶片上沉積電極層，其沉積的方向與LED晶片表面有一定角度Θ，使得鄰接電極區域的光轉換層306側壁也被鍍上電極層。具體的，在LED晶片上依次沉積金屬層，最先沉積反射金屬層310,最後沉積電遷移惰性金屬層311,如圖17所不。較佳地，金屬沉積的方向與LED晶片表面的夾角為30°?80°。
[0060]步驟S24:去除屏蔽層312和位於其上的電極層，留下電極區域和光轉換層側壁的電極。
[0061]本實施方式利用光轉換層定義的電極區域，實現製備電極；並利用光轉換層保護電極的延伸部目的，適合大批量生產製備，降低量產難度。
[0062]實施例3
圖18顯示了本發明第三較佳實施例之LED結構的剖視圖，其與實施例1的區別在於:電極延伸部409與LED器件的表面的夾角成銳角，與電極主體408構成「W」型，其製備流程類似實施例1。關鍵步驟在於SOl:在半導體層上形成屏蔽層，露出電極區域，鄰接電極區域的屏蔽層側壁設計為鈍角。在實際製作過程中，可以通過控制所用屏蔽層的類型、曝光能量及顯影時間來實現角度的控制。較佳地，本實施例之屏蔽層使用正膠。
[0063]本實施例之LED結構一方面可達成不但減少電極吸光，降低金屬反射電極發生電遷移風險的目的外，另一方面由於電極延伸部角度的控制，使得更多的光反射回背面，較適用於倒裝結構晶片。
[0064]實施例4
圖19顯示了本發明第4較佳實施例之LED結構的剖視圖，其與實施例1的區別在於:電極延伸部509與LED器件的表面的夾角成銳角，其製備流程類似實施例1。關鍵步驟在於SO1:在半導體層上形成屏蔽層，露出電極區域，鄰接電極區域的屏蔽層側壁設計為鈍角。在實際製作過程中，可以通過控制所用屏蔽層的類型、曝光能量及顯影時間來實現角度的控制。較佳地，本實施例之屏蔽層使用負膠。
[0065]本實施例之LED結構一方面成不但減少電極吸光，降低金屬反射電極發生電遷移風險的目的外；另一方面由於電極延伸部角度的控制，使得更多的光射向正面，較適用於需要較大發光角度的應用。
[0066]限於內容有限，實施例1、3、4中，電極延伸部和半導體層表面的角度在每一實施例中都只有一種類型，如鈍角、直角或銳角中的一種。在更精妙的設計中，在同一實施例中可以同時實現不同的角度類型，也就是說，延伸部和半導體層表面的角度可以是鈍角、直角或銳角中的一種或其組合。
[0067]實施例5
在前述各實施例中，電極延伸部的表面都是規則的平面，但實際也可為不規則的表面結構。圖20顯示了本發明第5較佳實施例之LED結構的剖視圖，其與實施例1的區別在於:電極延伸部609的表面為不規則結構，其製備流程類似實施例1。關鍵步驟在於S01:在半導體層上形成圖案化屏蔽層，露出電極區域，鄰接電極區域的屏蔽層側壁設計為鈍角。為了實現不規則的表面結構，可以有如下實施方式:
1)精細設計屏蔽層的厚度，使得曝光源的光線在半導體層表面發生衍射，從而形成波浪形的電極延伸部；
2)如實施例1、3、4中的S01製備好屏蔽層後，對屏蔽層表面進行處理，如化學蝕刻或ICP蝕刻，使得其表面形成特殊形貌，從而獲得不規則的電極延伸部。
[0068]本實施例之LED結構一方面達成不但減少電極吸光，降低金屬反射電極發生電遷移風險的目的外，另一方面由於電極延伸部角度的控制，適用於特殊應用。
【權利要求】
1.一種LED結構,包括: 襯底； 位於所述襯底之上的第一半導體層； 位於所述第一半導體層之上的發光層； 位於所述發光層之上的第二半導體層； 位於所述半導體層上的電極，由主體和延伸部所組成， 其特徵在於:所述電極延伸部與所接觸半導體層表面呈一定夾角，並以半包覆的形狀將電極主體與射向其上表面、側面的光線隔開。
2.根據權利要求1所述的一種LED結構，其特徵在於:所述電極的主體為多層結構，其底層由反射金屬組成，用於反射發光層射向電極下表面的光線；其頂層由電遷移惰性的金屬組成，用於保護其下表面的反射金屬，防止其在導電過程中發生電遷移的風險。
3.根據權利要求1所述的一種LED結構，其特徵在於:所述電極的延伸部，其靠近電極主體的表面由電遷移惰性的金屬組成，其遠離電極主體的外側面由反射金屬組成，用於反射射向電極主體上表面和側面的光線。
4.根據權利要求1所述的一種LED結構，其特徵在於:所述電極延伸部的高度不低於其電極主體的高度。
5.根據權利要求1所述的一種LED結構，其特徵在於:所述電極延伸部與所接觸半導體層表面呈直角、鈍角和銳角中的一種或其組合。
6.根據權利要求1所述的一種LED結構，其特徵在於:所述電極延伸部的表面是規則的平面或不規則的平面的一種或其組合。
7.根據權利要求1所述的一種LED結構，其特徵在於:所述LED結構還包含電極區域以外的光轉換材料。
8.—種LED結構的製備方法，包括: a)提供一LED晶片，其包括用於支撐保護LED的襯底，位於所述襯底之上的第一半導體層，位於所述第一半導體層之上的發光層，位於所述發光層之上的第二半導體層； b)將所述第二半導體層上表面劃分為電極區域和非電極區域，在所述非電極區域上形成屏蔽層； c)在LED晶片上沉積電極層，其沉積的方向與LED晶片表面有一定角度，使得鄰接電極區域的屏蔽層側壁也被鍍上電極層； d)去除屏蔽層和位於其上的電極層，留下電極區域及屏蔽層側壁的電極層，其中電極區域的電極層為電極主體，屏蔽層側壁的電極層為電極延伸部。
9.根據權利要求8所述的一種LED結構的製備方法，其特徵在於:所述沉積的方向與LED晶片表面的角度Θ的取值範圍為:0° < Θ <90°。
10.根據權利要求8所述的一種LED結構的製備方法，其特徵在於:所述沉積的方向與LED晶片表面的角度Θ的取值範圍為:30°彡Θ彡80°。
11.根據權利要求8所述的一種LED結構的製備方法，其特徵在於:所述沉積的電極層為多層結構，最先沉積的金屬層由反射金屬組成。
12.根據權利要求8所述的一種LED結構的製備方法，其特徵在於:所述沉積的電極層為多層結構，最後沉積的金屬層由電遷移惰性的金屬組成。
13.根據權利要求8所述的一種LED結構的製備方法，其特徵在於:製備完所述電極後，該製備方法還包含在電極其餘區域沉積光轉換材料。
14.一種LED結構的製備方法，包括: a)提供一LED晶片，其包括用於支撐保護LED的襯底，位於所述襯底之上的第一半導體層，位於所述第一半導體層之上的發光層，位於所述發光層之上的第二半導體層； b)將所述第二半導體層上表面劃分為電極區域和非電極區域，在所述非電極區域形成光轉換層； c)在所述光轉換層上形成屏蔽層，露出電極區域； d)在LED晶片上沉積電極層，沉積的方向與LED晶片表面有一定角度，使得鄰接電極區域的光轉換層側壁也被鍍上電極層； e)去除屏蔽層和位於其上的電極層，留下電極區域及光轉換層側壁的電極層，其中電極區域的電極層為電極主體，光轉換層側壁的電極層為電極延伸部。
15.根據權利要求14所述的一種LED結構的製備方法，其特徵在於:所述沉積的方向與LED晶片表面的角度Θ的取值範圍為:0° < Θ <90°。
16.根據權利要求14所述的一種LED結構的製備方法，其特徵在於:所述沉積的方向與LED晶片表面的角度Θ的取值範圍為:30°彡Θ彡80°。
17.根據權利要求14所述的一種LED結構的製備方法，其特徵在於:所述沉積的電極層為多層結構，最先沉積的金屬層由反射金屬組成。
18.根據權利要求14所述的一種LED結構的製備方法，其特徵在於:所述沉積的電極層為多層結構，最後沉積的金屬層由電遷移惰性的金屬組成。
【文檔編號】H01L33/44GK104347776SQ201410600560
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年10月31日 優先權日:2014年10月31日
【發明者】梁興華, 何洪泉, 李佳恩, 夏德玲, 林素慧, 徐宸科 申請人:廈門市三安光電科技有限公司