CN110970532A - 可提升巨量转移良率的微发光二极管 - Google Patents
可提升巨量转移良率的微发光二极管 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110970532A CN110970532A CN201811142993.0A CN201811142993A CN110970532A CN 110970532 A CN110970532 A CN 110970532A CN 201811142993 A CN201811142993 A CN 201811142993A CN 110970532 A CN110970532 A CN 110970532A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor material
- substrate
- opening
- micro
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 207
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 110
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 93
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 70
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 50
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 40
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 30
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000011029 spinel Substances 0.000 claims description 12
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 8
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 8
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 8
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 8
- PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N (fluoren-9-ylideneamino) n-naphthalen-1-ylcarbamate Chemical compound C12=CC=CC=C2C2=CC=CC=C2C1=NOC(=O)NC1=CC=CC2=CC=CC=C12 PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000005083 Zinc sulfide Substances 0.000 claims description 6
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 6
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 6
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 4
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 4
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N zinc;sulfide Chemical compound [S-2].[Zn+2] DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000006355 external stress Effects 0.000 abstract description 12
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010329 laser etching Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/44—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
- H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/3013—AIIIBV compounds
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明于一微发光二极管的表面覆上一第一保护层与一第二保护层，以完成一种可提升巨量转移良率的微发光二极管。特别地，表面覆有第一保护层与第二保护层的微发光二极管能够表现出较高的外来应力的耐受程度。如此，单一微发光二极管在进行基板转移或多个微发光二极管在进行巨量转移之时，其表层或其它区域便不会因受到外来应力的作用而导致变形、破裂或崩坏。同时，为了避免第一保护层与第二保护层会影响微发光二极管的正常出光，本发明特别令第一保护层的折射率小于第二半导体材料层，并同时令第二保护层的折射率小于第一保护层。
Description
技术领域
本发明关于发光二极管(Light-emitting diode,LED)的技术领域，尤指一种可提升巨量转移良率的微发光二极管。
背景技术
发光二极管(Light-Emitting Diode,LED)为目前广泛应用的发光元件，由于其具有体积小、使用寿命长等优点，因而被广泛地应用于人类的日常生活之中。一般发光二极管的晶粒的对角线长度介于200微米至300微米之间。另一方面，晶粒的对角线长度介于50微米至60微米之间的发光二极管被称为次毫米发光二极管(Mini LED)，而晶粒的对角线长度小于50微米的发光二极管则被称作微发光二极管(Micro LED,μLED)。
图1为显示现有的微发光二极管显示面板。目前的技术已经可以将微发光二极管应用于显示面板(或模块)之中，用以作为一个子画素(Sub-pixel)。例如，于图1之中，一个红光微发光二极管RLED’、一个绿光微发光二极管GLED’与一个蓝光微发光二极管BLED’可构成微发光二极管显示面板1’的一个画素(pixel)。该微发光二极管显示面板1’更包括一基板10’，且该基板10’的表面形成有多个电性连接垫101’，用以电性连接该多个红光微发光二极管RLED’、该多个绿光微发光二极管GLED’与该多个蓝光微发光二极管BLED’。一般而言，基板10’更包括驱动电路，用以控制每个子画素或者每个画素的显示。值得注意的是，分辨率为4K2K的显示面板1’具有4096×2160个画素；也就是说，分辨率为4K2K的显示面板1’会至少包含2,488万颗微发光二极管。由此可知，如何将大量的微发光二极管排列至该基板10’之上，成为微发光二极管显示面板1’最主要的制造方面的问题。
通过高准度的设备将巨量的微米等级的LED晶粒布置在一基板或者一电路板之上，此一程序被称为巨量转移(Mass transfer)。美国专利公开号2018/0053742A1即揭示一种巨量转移电子元件的方法。对应地，图2A、图2B与图2C为显示美国专利公开号2018/0053742A1所揭示的巨量转移电子元件的方法的工艺示意图。根据美国专利公开号2018/0053742A1的揭示内容，所述巨量转移电子元件的方法包括多个工艺步骤。首先，于步骤1之中，于一基板112’的表面上制作出呈数组式排列的多个LED晶粒200’(如图2A所示)。接着，于步骤2之中，将一暂时性固定膜120’贴附至该基板112’的底面(如图2A所示)，例如:蓝膜(Blue tape)。
继续地，于步骤3之中，利用激光蚀刻设备于基板112’的表面上制作出多个刻痕(如图2B所示)；之后，再将基板112’翻转过来，使得基板112’的底面朝上(如图2B所示)。接着，于步骤4之中，使用切割机沿着刻痕切割该基板112’进而获得多个子基板113’(如图2C所示)。值得注意的是，每个子基板113’的表面上皆具有多个LED晶粒200’。继续地，使用真空吸附机将子基板113’移动至一承载基板BS’之上，使得每个LED晶粒200’的两个电极皆与预设于承载基板BS’的表面之上的接合电极BE’达成电性连接。
于制造厂内实际使用过前述巨量转移电子元件的方法的半导体元件工程师应该都知道，在执行基板112’的翻转处理的过程中，有部分的LED晶粒200’因受到外来应力的作用而损坏。并且，使用真空吸附机移动子基板113’的过程中，又会有部分的LED晶粒200’因受到外来应力的作用而损坏。值得特别说明的是，承载基板BS’通常为印刷电路板或软性电路板。因此，当LED晶粒200’被巨量转移至软性电路板之后，软性电路板的弯折或弯曲也会施加应力至设于其上的多个LED晶粒200’，因而造成部分的LED晶粒200’的损坏。
由上述说明可知，现有技术虽然已经能够借由蓝膜与真空吸附机的使用将巨量的微米等级的LED晶粒布置在一软性基板或者一印刷电路板之上，然而在巨量转移的过程中却造成可观的LED晶粒的损伤或毁损。显然地，这样的巨量转移方法仍旧于实务应用上显示出缺陷与不足；有鉴于此，本案的发明人极力加以研究发明，而终于研发完成本发明的一种可提升巨量转移良率的微发光二极管。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种可提升巨量转移良率的微发光二极管。特别地，本发明于一微发光二极管的表面覆上一第一保护层与一第二保护层，使得表面覆有第一保护层与第二保护层的微发光二极管能够表现出较高的外来应力的耐受程度。如此，单一微发光二极管在进行基板转移或多个微发光二极管在进行巨量转移之时，其表层或其它区域便不会因受到外来应力的作用而导致变形、破裂或崩坏。同时，为了避免第一保护层与第二保护层会影响微发光二极管的正常出光，本发明特别令第一保护层的折射率小于第二半导体材料层，并同时令第二保护层折射率小于第一保护层。
为了达成上述本发明的主要目的，本案发明人提供所述可提升巨量转移良率的微发光二极管的一实施例，包括：
一基板；
一第一半导体材料层，形成于该基板之上；
一主动层，形成于该第一半导体材料层之上；
一第二半导体材料层，形成于该主动层之上；
一第一保护层，形成于该第二半导体材料层之上，并具有一第一开口与一第二开口；其中，该第一保护层同时覆盖该第二半导体材料层的侧面、该主动层的侧面、以及该第一半导体材料层的侧面与部分表面；
一第二保护层，形成于该第一保护层之上，并具有对应于该第一开口的一第三开口与对应于该第二开口的一第四开口；
一第一电极，通过该第二开口与该第四开口而形成于该第一半导体材料层之上；以及
一第二电极，通过该第一开口与该第三开口而形成于该第二半导体材料层之上；
其中，该第一保护层的折射率小于该第二半导体材料层，且该第二保护层折射率小于该第一保护层。
并且，为了达成上述本发明的主要目的，本案发明人同时提供所述可提升巨量转移良率的微发光二极管的另一实施例，包括：
一基板；
一第一布拉格反射镜，形成于该基板之上；
一第一半导体材料层，形成于该第一布拉格反射镜之上；
一主动层，形成于该第一半导体材料层之上；
一第二半导体材料层，形成于该主动层之上；以及
一第二布拉格反射镜，形成于该第二半导体材料层之上；
一第一保护层，覆盖该第二布拉格反射镜的表面与侧面、该第二半导体材料层的表面与侧面、该主动层的侧面、该第一半导体材料层的侧面、与该第一布拉格反射镜的侧面，并具有一第一开口与一第二开口；
一第二保护层，形成于该第一保护层之上，并具有对应于该第一开口的一第三开口与对应于该第二开口的一第四开口；
一第一电极，通过该第二开口与该第四开口而形成于该第一半导体材料层之上；以及
一第二电极，通过该第一开口与该第三开口而形成于该第二半导体材料层之上；
其中，该第一保护层的折射率小于该第二半导体材料层，且该第二保护层折射率小于该第一保护层。
附图说明
图1为显示现有的微发光二极管显示面板；
图2A、图2B与图2C为显示美国专利公开号2018/0053742A1所揭示的巨量转移电子元件的方法的工艺示意图；
图3为显示本发明的一种可提升巨量转移良率的微发光二极管的第一实施例的示意性立体图；
图4为显示本发明的可提升巨量转移良率的微发光二极管的第一剖视图；
图5为显示本发明的可提升巨量转移良率的微发光二极管的第二剖视图；
图6为显示本发明的一种可提升巨量转移良率的微发光二极管的第二实施例的第一剖视图；
图7为显示本发明的可提升巨量转移良率的微发光二极管的第二实施例的第二剖视图；以及
图8为显示本发明的可提升巨量转移良率的微发光二极管的第二实施例的第三剖视图。
其中附图标记为：
1 可提升巨量转移良率的微发光二极管
10 基板
11 第一半导体材料层
12 主动层
13 第二半导体材料层
14 第一保护层
15 第二保护层
16 第一电极
17 第二电极
BF 缓冲层
20 基板
21 第一布拉格反射镜
22 第一半导体材料层
23 主动层
24 第二半导体材料层
25 第二布拉格反射镜
26 第一保护层
27 第二保护层
28 第一电极
29 第二电极
ACO 氧化层
24a 中间半导体材料层
TJ 穿隧接面
22a 第一接合层
24b 第二接合层
112’ 基板
200’ LED晶粒
120’ 暂时性固定膜
113’ 子基板
BS’ 承载基板
BE’ 接合电极
RLED’ 红光微发光二极管
GLED’ 绿光微发光二极管
BLED’ 蓝光微发光二极管
1’ 显示面板
101’ 电性连接垫
10’ 基板
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明所提出的一种可提升巨量转移良率的微发光二极管，以下将配合图式，详尽说明本发明的较佳实施例。
第一实施例
请参阅图3，为显示本发明的一种可提升巨量转移良率的微发光二极管的第一实施例的示意性立体图，并且，图4为显示本发明的可提升巨量转移良率的微发光二极管的第一剖视图。熟悉发光二极管的基础元件设计与制作的工程师应该可通过图3与图4推知，本发明的可提升巨量转移良率的微发光二极管1(下文简称“微发光二极管”)的第一实施例包括了标准的发光二极管的基础结构。如图3与图4所示，此新式微发光二极管1于结构上包括：一基板10、形成于该基板10之上的一第一半导体材料层11、形成于该第一半导体材料层11之上的一主动层12、形成于该主动层12之上的一第二半导体材料层13、一第一保护层14、一第二保护层15、一第一电极16、以及一第二电极17。
特别地，该第一保护层14形成于该第二半导体材料层13之上，并具有一第一开口与一第二开口。并且，图4为显示第一保护层14同时覆盖该第二半导体材料层13的侧面、该主动层12的侧面、以及该第一半导体材料层11的侧面与部分表面。于此，必须加以解释的是，图3仅显示第一保护层14仅覆盖该第二半导体材料层13的表面，主要目的在于露出微发光二极管1的每一个材料层。另一方面，第二保护层15形成于该第一保护层14之上，并具有对应于该第一开口的一第三开口与对应于该第二开口的一第四开口。如图3与图4所示，第一电极16通过该第二开口与该第四开口而形成于该第一半导体材料层11之上，且第二电极17通过该第一开口与该第三开口而形成于该第二半导体材料层13之上。当然，随着发光颜色的不同，第一半导体材料层11、主动层12与第二半导体材料层13的工艺材料的选用也会跟着不同。传统上，GaP、GaAsP、及AlGaAs为主动层12的主要材料，使得主动层12能够发出波长范围介于580nm至740nm之间的可见光。然而，随着有机金属化学气相沉积(metal-organic chemical vapor deposition,MOCVD)工艺技术越趋进步，氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlxGa1-xN)、或氮化铟镓(InxGa1-xN)于是成为主动层12的主要材料。
一般而言，包含GaN的主动层12可以发出蓝色光。此外，熟悉LED晶粒(die)的设计与制造的元件工程师应该都知道，通过增加x的值(x<1)可以令包含InxGa1-xN的主动层12发出长波长的光。相对地，借由增加x的值(x<1)可以令包含AlxGa1-xN的主动层12发出短波长的光。于此，必须补充说明的是，以GaN、AlxGa1-xN或InxGa1-xN制成的主动层12会于第一半导体材料层11与第二半导体材料层13之间形成单一量子井结构。因此，第一半导体材料层11与第二半导体材料层13可以视为主动层12的下包覆层(Lower cladding layer)与上包覆层(Upper cladding layer)；其中，所述第一半导体材料层11的制造材料为N型氮化镓(n-type gallium nitride,n-GaN)，例如掺杂硅(Si)的氮化镓。相反地，所述第二半导体材料层13的制造材料为P型氮化镓(p-type gallium nitride,p-GaN)，例如掺杂镁(Mg)的氮化镓。进一步地，也可以将主动层12设计成一个多重量子井结构，借此方式提升电子电洞于主动层12内的复合效率。多重量子井结构可为下列任一者：氮化镓与氮化铟镓(InxGa1-xN)的多重堆叠结构、氮化镓与氮化铝镓(AlxGa1-xN)的多重堆叠结构、或氮化铝镓(AlxGa1-xN)与氮化铟镓(InxGa1-xN)的多重堆叠结构。
再者，该第一电极16与该第二电极17的制造材料可为下列任一者：铝(Al)、银(Ag)、钛(Ti)、镍(Ni)、金(Au)、铜(Cu)、铬(Cr)、铂(Pt)、前述任两者的组合、或前述任两者以上的组合。值得特别强调的是，本发明的技术特征在于，借由第一保护层14与第二保护层15所提供的保护效果，单一微发光二极管1在进行基板转移或多个微发光二极管1在进行巨量转移之时，其表层或其它区域便不会因受到外来应力的作用而导致变形、破裂或崩坏。特别地，为了避免第一保护层14与第二保护层15会影响主动层12所发出的光的正常出光，本发明特别令第一保护层14的折射率小于第二半导体材料层13，并同时令第二保护层15的折射率小于第一保护层14。
由上述说明可知，表面覆有第一保护层14与第二保护层15的微发光二极管1能够表现出较高的外来应力的耐受程度。因此，单一微发光二极管1在进行基板转移或多个微发光二极管1在进行巨量转移之时，其表层或其它区域便不会因受到外来应力的作用而导致变形、破裂或崩坏。当然，完成基板转移之前，微发光二极管1的基板通常是蓝宝石(Sapphire)基板或尖晶石(Spinnel)基板。值得注意的是，完成基板转移之后，微发光二极管1的基板可能会替换成尖晶石(Spinnel)基板、碳化硅(SiC)基板、陶瓷基板、聚酰亚胺(Polyimide)基板、硬质印刷电路板、或软性印刷电路板。必须补充说明的是，第一半导体材料层11与第二半导体材料层13的主要制造材料皆为氮化镓(GaN)，其折射率与晶格常数整理于下表(1)之中。
表(1)
可想而知，选用第一保护层14的工艺材料时，必须同时考虑材料的折射率以及晶格常数。特别是，第一保护层14的工艺材料的折射率必须小于GaN，且其必须由晶格常数匹配于GaN单晶材料所制成，例如：氮化铝(AlN)、未掺杂的氮化镓(undoped GaN)、或氧化锌(ZnO)，这些材料的折射率与晶格常数整理于下表(2)之中。
表(2)
必须补充说明的是，第一保护层14的制造材料也可以选用晶格常数接近整数倍于GaN的单晶材料，例如：II-VI族半导体化合物的硫化锌(ZnS)与II-VI族半导体化合物的硒化锌(ZnSe)。前述材料的折射率与晶格常数整理于下表(3)之中。
表(3)
另一方面，该第二保护层15的制造材料可为下列任一者：氧化铝(Al2O3)、氧化铪(HfO2)、氧化镁(MgO)、氧化锌(ZnO)、或氧化钇(Y2O3)。前述材料的折射率整理于下表(4)之中。
表(4)
继续地参阅图5，为显示本发明的可提升巨量转移良率的微发光二极管的第二剖视图，比较图4可以发现，图5所示的微发光二极管1更包括了：形成于该第二保护层15与该第一保护层14的一缓冲层BF。为了进一步地提升微发光二极管1对于外来应力的耐受力，本发明于该第二保护层15与该第一保护层14之间***一缓冲层BF。值得注意的是，若第二保护层15为一第一金属氧化物层，则可定义该缓冲层BF为一第二金属氧化物层；并且，组成该缓冲层BF的一第二金属元素的原子的大小小于组成该第二保护层15的一第一金属元素的原子的大小。其中，第一金属氧化物层与第二金属氧化物层的示范性材料整理于下表(5)之中。
表(5)
第二实施例
请参阅图6，为显示本发明的一种可提升巨量转移良率的微发光二极管的第二实施例的第一剖视图。熟悉发光二极管的基础元件设计与制作的工程师应该可通过图6推知，本发明的可提升巨量转移良率的微发光二极管1(下文简称“微发光二极管”)的第二实施例包括了垂直共振腔面射激光(Vertical cavity surface emitting laser,VCSEL)的基础结构。如图6，此新式微发光二极管1于结构上包括：一基板20、形成于该基板20之上的一第一布拉格反射镜21、形成于该第一布拉格反射镜21之上的一第一半导体材料层22、形成于该第一半导体材料层22之上的一主动层23、形成于该主动层23之上的一第二半导体材料层24、形成于该第二半导体材料层24之上的一第二布拉格反射镜25、一第一保护层26、一第二保护层27、一第一电极28、以及一第二电极29。
一般而言，第一布拉格反射镜(Bragg reflection mirror,DBR)21通常为n型DBR由AlXGa1-XAs/Al1-YGaYAs重复堆叠而成，其中，n型DBR可通过对未掺杂DBR进行硅(Si)掺杂之后获得。相反地，第二布拉格反射镜25则为p型DBR，也是由AlXGa1-XAs/Al1-YGaYAs重复堆叠而成，其中，p型DBR可通过对未掺杂DBR进行碳(C)掺杂之后获得。另一方面，第一半导体材料层22与第二半导体材料层24分别做为主动层23(亦即，多重量子井)的下包覆层(Lowercladding layer)与上包覆层(Upper cladding layer)，其制造材料分别为n型的III-V族半导体复合物与p型的III-V族半导体复合物。
继续地参阅图7与图8，为分别显示本发明的可提升巨量转移良率的微发光二极管的第二实施例的第二剖视图与第三剖视图。本发明的技术特征在于，于垂直共振腔面射激光元件(VCSEL)的表面上依序形成一第一保护层26与一第二保护层27，并特别令该第一保护层26的折射率小于该第二半导体材料层24，且同时令该第二保护层27的折射率小于该第一保护层26。显然，本发明并不限定微发光二极管1的第二实施例(即，VCSEL)必须完全相同于图6所示结构。举例而言，图7显示第二半导体材料层24与主动层23之间为形成有一(环状)氧化层ACO，该氧化层ACO为用以界定出一出光口(light outcoupling aperture)。
另一方面，比较图6与图8可以发现，图8显示第二半导体材料层24与主动层23之间为形成有材质与第一半导体材料层22相同的一中间半导体材料层24a。如此设计，为使得一穿隧接面(tunnel junction)TJ形成于该中间半导体材料层24a与该第二半导体材料层24的接面处，并自该接面处往第二半导体材料层24内部延伸。值得注意的是，于图8之中，第一布拉格反射镜21与第一半导体材料层22之间更***有一第一接合层(bonding layer)22a，且第二布拉格反射镜25与第二半导体材料层24之间亦***有一第二接合层24b。
同样地，表面覆有第一保护层26与第二保护层27的垂直共振腔面射激光(亦极，微发光二极管1)能够表现出较高的外来应力的耐受程度。因此，单一微发光二极管1在进行基板转移或多个微发光二极管1在进行巨量转移之时，其表层或其它区域便不会因受到外来应力的作用而导致变形、破裂或崩坏。当然，完成基板转移之前，微发光二极管1的基板通常是蓝宝石(Sapphire)基板或尖晶石(Spinnel)基板。值得注意的是，完成基板转移之后，微发光二极管1的基板可能会替换成尖晶石(Spinnel)基板、碳化硅(SiC)基板、陶瓷基板、聚酰亚胺(Polyimide)基板、硬质印刷电路板、或软性印刷电路板。
必须加以强调的是，上述的详细说明为针对本发明可行实施例的具体说明，惟该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
Claims (20)
1.一种微发光二极管，其特征在于，包括：
一基板；
一第一半导体材料层，系形成于该基板之上；
一主动层，系形成于该第一半导体材料层之上；
一第二半导体材料层，形成于该主动层之上；
一第一保护层，形成于该第二半导体材料层之上，并具有一第一开口与一第二开口；其中，该第一保护层同时覆盖该第二半导体材料层的侧面、该主动层的侧面、以及该第一半导体材料层的侧面与部分表面；
一第二保护层，形成于该第一保护层之上，并具有对应于该第一开口的一第三开口与对应于该第二开口的一第四开口；
一第一电极，通过该第二开口与该第四开口而形成于该第一半导体材料层之上；以及
一第二电极，通过该第一开口与该第三开口而形成于该第二半导体材料层之上；
其中，该第一保护层的折射率小于该第二半导体材料层，且该第二保护层的折射率小于该第一保护层。
2.如权利要求1所述的微发光二极管，其特征在于，该基板可为下列任一种：尖晶石(Spinnel)基板、碳化硅(SiC)基板、蓝宝石(Sapphire)基板、陶瓷基板、聚酰亚胺(Polyimide)基板、或印刷电路板。
3.如权利要求1所述的微发光二极管，其特征在于，该第一半导体材料层的制造材料为N型氮化镓(n-type gallium nitride,n-GaN)，且该第二半导体材料层的制造材料为P型氮化镓(p-type gallium nitride,p-GaN)。
4.如权利要求1所述的微发光二极管，其特征在于，所述主动层为形成于该第一半导体材料层与该第二半导体材料层之间的单一量子井结构，且该主动层的制造材料可为下列任一者：氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlxGa1-xN)、或氮化铟镓(InxGa1-xN)。
5.如权利要求1所述的微发光二极管，其特征在于，所述主动层为形成于该第一半导体材料层与该第二半导体材料层之间的多重量子井结构，且该多重量子井结构可为下列任一者：氮化镓与氮化铟镓(InxGa1-xN)的多重堆叠结构、氮化镓与氮化铝镓(AlxGa1-xN)的多重堆叠结构、或氮化铝镓(AlxGa1-xN)与氮化铟镓(InxGa1-xN)的多重堆叠结构。
6.如权利要求1所述的微发光二极管，其特征在于，该第一电极与该第二电极的制造材料可为下列任一者：铝(Al)、银(Ag)、钛(Ti)、镍(Ni)、金(Au)、铜(Cu)、铬(Cr)、铂(Pt)、前述任两者的组合、或前述任两者以上的组合。
7.如权利要求1所述的微发光二极管，其特征在于，该第一保护层与该第二保护层的厚度介于1纳米至50纳米之间。
8.如权利要求1所述的微发光二极管，其特征在于，该第一保护层的制造材料可为下列任一者：氮化铝(AlN)、未掺杂的氮化镓(undoped GaN)、氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、或硒化锌(ZnSe)，且该第二保护层的制造材料可为下列任一者：氧化铝(Al2O3)、氧化铪(HfO2)、氧化镁(MgO)、氧化锌(ZnO)、或氧化钇(Y2O3)。
9.如权利要求1所述的微发光二极管，其特征在于，该第二保护层与该第一保护层之间更包括一缓冲层。
10.如权利要求9所述的微发光二极管，其特征在于，该第二保护层为一第一金属氧化物层，且该缓冲层为一第二金属氧化物层；并且，组成该缓冲层的一第二金属元素的原子的大小小于组成该第二保护层的一第一金属元素的原子的大小。
11.一种微发光二极管，其特征在于，包括：
一基板；
一第一布拉格反射镜，形成于该基板之上；
一第一半导体材料层，形成于该第一布拉格反射镜之上；
一主动层，形成于该第一半导体材料层之上；
一第二半导体材料层，形成于该主动层之上；以及
一第二布拉格反射镜，形成于该第二半导体材料层之上；
一第一保护层，覆盖该第二布拉格反射镜的表面与侧面、该第二半导体材料层的表面与侧面、该主动层的侧面、该第一半导体材料层的侧面、与该第一布拉格反射镜的侧面，并具有一第一开口与一第二开口；
一第二保护层，形成于该第一保护层之上，并具有对应于该第一开口的一第三开口与对应于该第二开口的一第四开口；
一第一电极，通过该第二开口与该第四开口而形成于该第一半导体材料层之上；以及
一第二电极，通过该第一开口与该第三开口而形成于该第二半导体材料层之上；
其中，该第一保护层的折射率小于该第二半导体材料层，且该第二保护层折射率小于该第一保护层。
12.如权利要求11所述的微发光二极管，其特征在于，该基板可为下列任一种：尖晶石(Spinnel)基板、碳化硅(SiC)基板、蓝宝石(Sapphire)基板、陶瓷基板、聚酰亚胺(Polyimide)基板、或印刷电路板。
13.如权利要求11所述的微发光二极管，其特征在于，为一垂直共振腔面射激光元件(Vertical cavity surface emitting laser device,VCSEL device)。
14.如权利要求11所述的微发光二极管，其特征在于，该第一半导体材料层的制造材料为N型的III-V族半导体复合物，且该第二半导体材料层的制造材料为P型的III-V族半导体复合物。
15.如权利要求11所述的微发光二极管，其中，所述主动层为形成于该第一半导体材料层与该第二半导体材料层之间的单一量子井结构或一多重量子井结构。
16.如权利要求11所述的微发光二极管，其特征在于，该第一电极与该第二电极的制造材料可为下列任一者：铝(Al)、银(Ag)、钛(Ti)、镍(Ni)、金(Au)、铜(Cu)、铬(Cr)、铂(Pt)、前述任两者的组合、或前述任两者以上的组合。
17.如权利要求11所述的微发光二极管，其特征在于，该第一保护层与该第二保护层的厚度介于1纳米至50纳米之间。
18.如权利要求11所述的微发光二极管，其特征在于，该第一保护层的制造材料可为下列任一者：氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、硫化锌(ZnS)、或硒化锌(ZnSe)，且该第二保护层的制造材料可为下列任一者：氧化铝(Al2O3)、氧化铪(HfO2)、氧化钛(TiO2)、氧化钇(Y2O3)。
19.如权利要求11所述的微发光二极管，其特征在于，该第二保护层与该第一保护层之间更包括一缓冲层。
20.如权利要求19所述的微发光二极管，其特征在于，该第二保护层为一第一金属氧化物层，且该缓冲层为一第二金属氧化物层；并且，组成该缓冲层的一第二金属元素的原子的大小小于组成该第二保护层的一第一金属元素的原子的大小。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811142993.0A CN110970532B (zh) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | 可提升巨量转移良率的微发光二极管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811142993.0A CN110970532B (zh) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | 可提升巨量转移良率的微发光二极管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110970532A true CN110970532A (zh) | 2020-04-07 |
| CN110970532B CN110970532B (zh) | 2021-10-22 |
Family
ID=70027915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811142993.0A Active CN110970532B (zh) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | 可提升巨量转移良率的微发光二极管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110970532B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002344015A (ja) * | 2001-05-17 | 2002-11-29 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体発光素子 |
| CN102047445A (zh) * | 2008-04-05 | 2011-05-04 | 宋俊午 | 发光元件 |
| CN103066181A (zh) * | 2012-12-28 | 2013-04-24 | 北京半导体照明科技促进中心 | Led芯片及制造方法 |
| CN104518064A (zh) * | 2013-10-02 | 2015-04-15 | Lg伊诺特有限公司 | 发光器件和具有该发光器件的发光器件封装 |
| CN107645123A (zh) * | 2017-09-27 | 2018-01-30 | 华东师范大学 | 一种多波长GaN基垂直腔面发射激光器的有源区结构设计 |
-
2018
- 2018-09-28 CN CN201811142993.0A patent/CN110970532B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002344015A (ja) * | 2001-05-17 | 2002-11-29 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体発光素子 |
| CN102047445A (zh) * | 2008-04-05 | 2011-05-04 | 宋俊午 | 发光元件 |
| CN103066181A (zh) * | 2012-12-28 | 2013-04-24 | 北京半导体照明科技促进中心 | Led芯片及制造方法 |
| CN104518064A (zh) * | 2013-10-02 | 2015-04-15 | Lg伊诺特有限公司 | 发光器件和具有该发光器件的发光器件封装 |
| CN107645123A (zh) * | 2017-09-27 | 2018-01-30 | 华东师范大学 | 一种多波长GaN基垂直腔面发射激光器的有源区结构设计 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 叶志镇等: "《半导体薄膜技术与物理》", 31 December 2008 * |
| 顾培夫: "《薄膜技术》", 31 December 1990 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110970532B (zh) | 2021-10-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10734559B2 (en) | Light-emitting diode (LED), LED package and apparatus including the same | |
| US7420217B2 (en) | Thin film LED | |
| JP4699258B2 (ja) | フリップチップ発光ダイオード及びその製造方法 | |
| KR100708936B1 (ko) | 플립칩용 질화물계 반도체 발광소자 | |
| JP2005183911A (ja) | 窒化物半導体発光素子及び製造方法 | |
| US11901487B2 (en) | Ultrathin solid state dies and methods of manufacturing the same | |
| US20160035939A1 (en) | Semiconductor light emitting element, light emitting device, and method for manufacturing semiconductor light emitting element | |
| JP4474892B2 (ja) | フリップチップ型ｌｅｄ | |
| JP2008098486A (ja) | 発光素子 | |
| KR102413447B1 (ko) | 발광소자 | |
| KR101439153B1 (ko) | 곡선 기판을 갖는 ｌｅｄ 칩과 이를 이용한 ｌｅｄ 패키지 | |
| US10147858B1 (en) | Flexible LED device and flexible LED panel | |
| CN110970532B (zh) | 可提升巨量转移良率的微发光二极管 | |
| TWI680602B (zh) | 可提升巨量轉移良率的微發光二極體 | |
| KR101686750B1 (ko) | 어레이 구조를 갖는 발광 소자 및 이의 제조 방법 | |
| US20230238485A1 (en) | Light emitting device and method of manufacturing the same | |
| KR102363038B1 (ko) | 발광 소자 및 이의 제조 방법 | |
| JP2017050328A (ja) | 半導体発光装置 | |
| CN118202192A (zh) | 光电转换元件、光电半导体构件和用于制造光电构件的方法 | |
| KR20200013295A (ko) | 발광 소자 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220307 Address after: Nei Hu Road, Taipei, Taiwan, China, 1, 66, 10, building Patentee after: Baopu Technology Co.,Ltd. Address before: 10 / F, No. 31-1, Tianmei Third Street, East District, Hsinchu City Patentee before: Ding Zhaocheng |