TWI438895B - 發光二極體陣列 - Google Patents

Description

發光二極體陣列

本發明係關於一種發光裝置，且特別是關於一種發光二極體陣列。

發光二極體(light emitting diodes，LEDs)已應用於多種發光應用中，並可提供橫跨可見光波長、紫外光波長及/或紅外光波長之出射光。上述發光應用包括了顯示器(displays)、印表機(printers)、及通訊(communications)等。發光二極體之一類為如GaN-發光二極體(GaN LED)之III-V族化合物半導體元件。

然而，於上述發光應用中通常需使用較多數量之發光二極體以提供足夠亮度(brightness)。然而，由於此些發光二極體於發光應用中可能同時地進行操作。因此，便需要於相鄰發光二極體之間提供適當之光阻絕特性，以避免出射光線為相鄰之發光二極體所吸收，藉以增加光輸出效率。

依據一實施例，本發明提供了一種發光二極體陣列，包括：一基板，其上設置有由複數發光二極體晶片依序排列所形成之陣列、一介電層、一插栓、與一導電連接層。於一實施例中，每一發光二極體晶片均與位在其相鄰列之其他發光二極體以一溝渠加以區隔，且每一該等發光二極體晶片均包括：一緩衝層；一第一型半導體，形成於緩衝層上，且上述第一型半導體包括有一較高的第二平台區域與一較低的第一平台區域；一主動層形成於上述第二平台區域；一第二型半導體，形成於上述主動層上；一第一型電極，形成於上述第二型半導體上；以及一第二型電極，形成於上述主動層上。而介電層係覆蓋每一溝渠所裸露之基板表面以及溝渠兩側之上述發光二極體晶片之側壁及部分之第一型半導體層和部分之第二型半導體層之表面，並且露出上述第一型電極和上述第二型電極。上述插栓係填充於溝渠中且位於上述介電層之上而受其環繞。而上述導電連接層係位在該插栓和該介電層上，使得每一上述發光二極體之第一型電極分別與一位在其相鄰列之其他上述發光二極體之第二型電極連接。

為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附的圖式，作詳細說明如下：

請參照第1-4圖，顯示了依據本發明之一實施例之一種發光二極體陣列的製作方法，所製作出之發光二極體陣列具有較佳之光輸出效率。

如第1圖所示，首先提供一基板100，其上形成有數個發光二極體晶片。基於簡化圖示之目的，在此僅繪示了形成於基板100上之相鄰兩發光二極體晶片150與160。於一實施例中，基板100例如為一藍寶石基板或一含矽基板，而發光二極體晶片150與160係分隔地形成於基板100之一部分之上，且依序排列形成一陣列形態。如第1圖所示，相鄰之發光二極體晶片150與160之間係為一溝渠110所區隔，而溝渠110則露出了基板100表面之一部分。

繼續參照第1圖，發光二極體晶片150與160可藉由傳統發光二極體晶片製作而同時形成於基板100之表面不同部分之上，分別包括依序設置於基板100之一部分上之一緩衝層102、一第一型半導體層104、一主動層106與一第二型半導體層108。在此，第一型半導體層104係為一非平坦膜層，其包括較低之一第一平台區域105a以及較高之一第二平台區域105b，而主動層106與第二型半導體層108係依序形成於第一型半導體層104之第一平台區域105a之上。於一實施例中，緩衝層102之材料例如為選自氮化鎵、氮化鋁、銦化鋁、氮化鎵鋁(AlGaN)、氮化鎵銦(InGaN)、氮化銦鋁(AlInN)及氮化鎵銦鋁(AlInGaN)所構成材料群組中之至少一種材料，而第一型半導體層104與第二型半導體層108之材料例如為含鎵的氮化物，而主動層106之材料例如為含鎵的氮化物，且主動層106內可包括有複數層之量子井結構層(未顯示)。於一實施例中，第一型半導體層104可為一P型半導體層，而第二型半導體層108可為一N型半導體層。或者，於另一實施例中，第一型半導體層104可為一N型半導體層，而第二型半導體層108可為一P型半導體層。

請參照第2圖，接著順應地沈積一層介電材料(未顯示)於基板100與發光二極體晶片150、160之上，並接著經由一圖案化製程(未顯示)的施行，進而形成了一介電層112於溝渠110之內，而介電層112除了覆蓋了為溝渠110所露出之基板100的表面之外，其亦部份覆蓋了鄰近溝渠110之此些發光二極體晶片150、160之一部分。

如第2圖所示，介電層112係覆蓋了溝渠110內之基板100之整個表面以及部份覆蓋了鄰近溝渠110之此些發光二極體晶片150、160之一部分，例如覆蓋了發光二極體晶片150之第一型半導體層104之第一平台區域105a之部份表面、發光二極體晶片150內之第一型半導體層104與緩衝層102之側壁、發光二極體晶片160內之第一型半導體層104、緩衝層102、主動層106與第二型半導體層108之側壁，以及發光二極體晶片160之第一型半導體層104之第二平台區域105b上之第二型半導體層108之部份表面。介電層112可包括選自於二氧化矽、氮化矽、氮氧化矽及氧化鋁所構成材料群組中之至少一種材料。

請參照第3圖，接著於基板100上坦覆地形成一層阻劑材料(未顯示)，例如為一負型阻劑材料，以坦覆地覆蓋了此些發光二極體晶片150、160以及基板100之表面。接著，施行一圖案化程序，以圖案化此阻劑材料並再次露出了溝渠110，並形成了圖案化之一阻劑層114於基板100之上。

如第3圖所示，此圖案化之阻劑層114係覆蓋了此些發光二極體晶片150、160及部份之基板100。接著施行一沈積程序120，以坦覆地沈積反射材料116於基板100之上。在此，沈積程序120例如為一濺鍍程序或一蒸鍍程序，而所形成之反射材料116包括選自於鋁、銀、鈦、鉑、銠、鈀、銥、矽及鋅所構成材料群組中之至少一種材料，反射材料116對於發光二極體晶片150與160所發出之光線(未顯示)具有高於80%之一反射率。

如第3圖所示，於沈積之後，反射材料116係部份地填入於溝渠110之中以及坦覆地形成於圖案化之阻劑層114之上，而形成於溝渠110內之反射材料116可具有圓弧狀之一表面118，此表面118大體不高於覆蓋鄰近之發光二極體晶片150與160之介電層112的表面。

請參照第4圖，接著施行一去除程序(未顯示)，以去除阻劑層114並同時剝除(lift-off)形成於阻劑層114上之反射材料116部份，進而於溝渠110內留下了由反射材料116(見於第3圖)所構成之一插栓116a。接著，沈積一導電材料，例如為金、銀、鎳、鉑或其合金，並藉由一圖案化程序(未顯示)之施行，進而同時於基板100上形成數個相分隔之導電連接層122、導電層124與導電層126。

如第4圖所示，導電層124係形成於位於發光二極體晶片150之第二型半導體層108之一部分之上，以做為一第二型電極之用。導電連接層122連接發光二極體150與發光二極體160。更詳細地說，導電連接層122係部份形成於發光二極體晶片150之第一型半導體層114之第一平台區域105a上之一部分上，以做為發光二極體晶片150之一第一型電極之用，導電連接層122並形成於溝渠110內之插栓116a與介電層112之上表面且延伸至發光二極體晶片160，以部份覆蓋了位於發光二極體晶片160之第二型半導體層108之一部分上，以做為發光二極體晶片160之一第二型電極。再者，導電層126係形成於位於發光二極體晶片160之第一型半導體層104之第一平台區域105a上，以做為一第一型電極之用。

請參照第5圖之示意情形，顯示了依據第4圖所示之本發明之一實施例之發光二極體陣列所具之較佳之光輸出效率之優點。如第5圖所示，於操作時，發光二極體陣列中之發光二極體晶片160內之主動層106所發出之部份光線170可大部分地為介電層112以及插栓116a所反射，且經反射之此些光線170可更於穿透第一型半導體層104與緩衝層102之後並最終經基板100反射後而朝向發光二極體晶片160不鄰近溝渠110之一側處出光，因而不會穿透至其鄰近之發光二極體晶片150並為之吸收，如此不會影響到發光二極體晶片150的出光表現並可提升發光二極體晶片160本身之光輸出效率。另外，由於形成於溝渠110內之插栓116a係採用金屬材料，故其亦具有高熱導特性，如此亦有助於提升發光二極體晶片150與160之散熱效果。

請參照第6-7圖，分別顯示了如第4圖所示之一種發光二極體陣列之可能之一上視情形，其中線段4-4之剖面情形則顯示了如第4圖所示之發光二極體陣列。

請參照第6圖所示，於此實施例中，插栓116a僅形成於溝渠110之一部分中，以分隔此些發光二極體晶片150與160，而溝渠110之其他部份內並未填入有插栓116a所填入，而未填入有插栓116a之溝渠110之部份內之基板100之表面仍為溝渠110所露出的。

或者，如第7圖所示，插栓116a可完全地填入於分隔發光二極體150與160之溝渠110內，因而並不會露出溝渠110下方之基板100之表面。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．基板

102．．．緩衝層

104．．．第一型半導體層

105a．．．第一平台區域

105b．．．第二平台區域

106．．．主動層

108．．．第二型半導體層

110．．．溝渠

112．．．介電層

114．．．阻劑層

116．．．反射材料

116a．．．插栓

118．．．頂面

120．．．沈積製程

122．．．導電連接層

124、126．．．導電層

150、160．．．發光二極體晶片

170．．．光線

第1-4圖顯示了依據本發明之一實施例之一種發光二極體陣列的製作；

第5圖為一示意圖，顯示了依據本發明之一實施例之一種發光二極體陣列之操作；

第6圖為一上視圖，顯示了依據本發明之一實施例之一種發光二極體陣列；以及

第7圖為一上視圖，顯示了依據本發明之另一實施例之一種發光二極體陣列。

100．．．基板

102．．．緩衝層

104．．．第一型半導體層

105a．．．第一平台區域

105b．．．第二平台區域

106．．．主動層

108．．．第二型半導體層

110．．．溝渠

112．．．介電層

116a．．．插栓

122．．．導電連接層

124、126．．．導電層

150、160．．．發光二極體晶片

Claims (12)

1. 一種發光二極體陣列，包括：一基板，其上設置有由複數發光二極體晶片依序排列所形成之陣列，其中該每一發光二極體晶片均與位在其相鄰列之其他發光二極體以一溝渠加以區隔，且每一該等發光二極體晶片均包括：一緩衝層；一第一型半導體，形成於該緩衝層上，且該第一型半導體包括有一較高的第二平台區域與一較低的第一平台區域；一主動層形成於該第二平台區域；一第二型半導體，形成於該主動層上；一第一型電極，形成於該第一平台區域；以及一第二型電極，形成於該第二型半導體上；一介電層，覆蓋每一溝渠所裸露之該基板表面以及溝渠兩側之該發光二極體晶片列之側壁及部分該第一型半導體層和部分該第二型半導體層之表面，並且露出該第一型電極和該第二型電極；一插栓，填充於該溝渠中且位於該介電層上而受其環繞；以及一導電連接層，位在該插栓和該介電層上，使得每一該等發光二極體之該第一型電極分別與一位在其相鄰列之其他該發光二極體之該第二型電極連接。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體陣列，其中該插栓係由反射性物質填充於部分或全部該溝渠內空間所構成。
3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體陣列，其中該插栓對於該主動層所發出之光線具有高於80%之一反射率。
4. 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體陣列，其中該插栓包括選自於鋁、銀、鈦、鉑、銠、鈀、銥、矽及鋅所構成材料群組中之至少一種材料。
5. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體陣列，其中該介電層包括選自於二氧化矽、氮化矽、氮氧化矽及氧化鋁所構成材料群組中之至少一種材料。
6. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體陣列，其中該導電連接層包括金、銀、鎳、鉑或其合金。
7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體陣列，其中該第一型半導體和該第二型半導體均為含鎵的氮化物。
8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體陣列，其中該緩衝層是選自氮化鎵、氮化鋁、銦化鋁、氮化鎵鋁、氮化鎵銦、氮化銦鋁及氮化鎵銦鋁所構成材料群組中之至少一種材料。
9. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體陣列，其中該主動層為含鎵的氮化物。
10. 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體陣列，其中該主動層內更包括複數層量子井結構層。
11. 如申請專利範圍第1-10任一項所述之發光二極體陣列，其中該第一型為P型而該第二型為N型，或該第一型為N型而該第二型為P型。
12. 如申請專利範圍第11項所述之發光二極體陣列，其中該基板為藍寶石基板或含矽基板。