垂直式发光二极管结构及其制备方法技术

本发明专利技术是有关于一种垂直式发光二极管结构及其制备方法。本发明专利技术的垂直式发光二极管结构包括：多个发光二体极，其中，该每一发光二极管是包括一第一电极、一半导体磊晶层、及一第二电极，且该每一发光二极管的第二电极与相邻的发光二极管的第一电极是以串联或并联方式相互连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种，尤指一种适用于以类金刚石镀膜层作为区隔材料的。
技术介绍
自60年代起，发光二极管的耗电量低及长效性的发光等优势，已逐渐取代日常生活中用来照明或各种电器设备的指示灯或光源等用途。更有甚者，发光二极管朝向多色彩及高亮度的发展，已应用在大型户外显示广告牌或交通号志。发光二极管(Light Emitting Diode, LED)的二电极可位于芯片的同一侧或相对侦牝前者称之为水平式发光二极管，而后者即所谓垂直式发光二极管。水平式发光二极管电 流经过半导体发光层时必须转弯而沿芯片平行方向引出或流入。垂直式发光二极管的电流则可顺流而不必在两极之间转弯。水平式发光二极管中，电流转弯时在内侧会汇流而造成热点使芯片在该处的缺陷加大而造成光度的衰减。除此之外，电流转弯的外侧因电子密度不足则会降低光子产生的数量。由于电流分布不均匀，水平式发光二极管的芯片不宜加大。与此相较，垂直发光二极管的电流密度平均，不会造成局部过热或局部暗光的现象，因此芯片面积可以加大。发光二极管的芯片常以外延生长(Epitaxial Growth)的方式沉积在基材(Substrate)的晶娃片上。制造发光_■极管晶粒时必须切割晶娃片。芯片面积小时切割的损失比率偏高，降低了晶硅片上的总发光面积。更有甚者，水平式发光二极管必须牺牲部份的发光层来披覆第二个电极。因此以单位发光面积的成本而论，垂直式比水平式为低。因此白光发光二极管的先进设计乃从水平式逐渐改成垂直式。然而，发光二极管以直流电发光，其驱动电压不高，相当于电子与电洞的电位差。以氮化镓(GaN)产生的白光发光二极管为例，电压只有约3. 1-3. 3V。发光二极管制成灯具常以更高的电压输入电流，例如以12V的直流电池或IlOV(220V)的交流家用电源。以高电压点亮发光二极管常需降压，不仅增加电流损耗，也提高了组装成本。因此，若能提出一种新颖垂直式发光二极管结构，使可提升电压，可免去降压的成本，并同时维持优秀的散热性、使电流获得提升、单位亮度的发光成本降低、提升信赖性(reliability)，如此则可大幅提升其应用范围(例如，车用、家用等)，创造更大经济价值。
技术实现思路
由此，本专利技术提供了一种垂直式发光二极管(LED)结构，其包括多个发光二极管，其中，该每一发光二极管包括一第一电极、一半导体嘉晶层、及一第二电极，且该每一发光二极管的第二电极与相邻的发光二极管的第一电极是以串联或并联方式相互连接。本专利技术的垂直式发光二极管结构，较佳是以串联方式相互连接，可提高驱动电压，因此可不需使用外加的变压器而可直接连上车用或家用的电源。本专利技术的垂直式发光二极管的串联方式可分为两种，一种是将发光二极管的正负极交互配置，使正极和负极在同一平面串联。这时相邻的发光二极管其射出光的方向相反。在封装这些发光二极管光源时，逆向射出光点可以斜置的镜面射向外围再反射到正面与正向的光线汇合。另一种是将垂直发光二极管同并排列在平面，但另以第一电极(如，金线等金属线)对应连接隔邻的正极及负极。这种设计可使发光二极管的光线都自负极未遮敝的N-GaN面射出。串联的导线必须绝缘，而最好的绝缘材料例如为类金刚石镀膜(DLC)。本专利技术的垂直式发光二极管结构中，该半导体磊晶层较佳可包括一第一半导体磊晶层、一活性层(MQW层或未经掺杂的半导体子层)、以及第二半导体磊晶层。本专利技术的垂直式发光二极管结构中，该发光二极管较佳可还包括一保护层，设置于该半导体磊晶层的一侧壁，保护层204的材质较佳为绝缘性碳化物(例如，类金刚石镀膜(DLC))、或绝缘性氧化物(例如，SiO2)。此外，本专利技术的垂直式发光二极管结构较佳可还包括至少一类金刚石镀膜(DLC)层(作为保护层)，是配置于该些垂直式发光二极管之间，并覆盖(或包覆)该第一电极。亦即，此类金刚石镀膜层可作为垂直式发光二极管之间的绝缘材料。此外，类金刚石镀膜层较佳还可用于将该垂直式发光二极管所产生的热量导出。类金刚石镀膜层的蓝光吸收率较佳是小于20%。类金刚石镀膜层的层数可为一层或以上，较佳为二层以上，更佳为二层至十层，并且，该类金刚石镀膜层之间较佳可还包括一中间层。根据本专利技术的垂直式发光二极管结构，其中，中间层的材质是选择使用能与碳产生反应，且能合成碳化物(carbide former)的金属皆可,较佳为可包括至少一选自由钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锆(Zr)、铌(Nb)、钥(Mo)、铪(Hf)、钽(Ta)、鹤(W)、及前述金属的合金所组成等材料，更佳可选自由钛(Ti)、错(Zr)、鹤(W)、钥(Mo)、其合金、及其复合材料所组成。而该中间层的厚度没有特殊限制，较佳为50-500nm，更佳为100_300nm。沉积类金刚石镀膜层的方法可使用现有技术来达成，例如使用化学气相沉积(CVD, Chemical Vapor Deposition)法或物理气相沉积(PVD, Physical VaporDeposition)法。所使用的碳源可为固体(如石墨或金刚石)或气体(如甲烷或乙炔)。也可使用液体(如熔化的Adamantane或Teflon)。导电的类金刚石镀膜层内含石墨键(sp2)或嵌入金属。而绝缘的类金刚石镀膜层则含碳的单键，包括金刚石(C-C键)或烷基(C-H键)。本专利技术的垂直式发光二极管结构中，较佳可还包括一反射层，是设置于该半导体磊晶层的一侧。该反射层可覆盖部分该反射层，且其材质较佳可选自由铝、银、镍(Ni)、钴(Co)、钯(Pd)、钼(Pt)、金(Au)、锌(Zn)、锡(Sn)、锑(Sb)、铅(Pb)、铜(Cu)、铜银(CuAg)、镍银(NiAg)、及其混合物所组成。本专利技术的垂直式发光二极管结构中，该反射层的厚度没有限制，只要可以达成导引光线及增加发光效率即可，较佳为50-500nm，更佳为100_300nm。本专利技术的垂直式发光二极管结构中，该发光二极管还包括一绝缘层与一基板，该基板是配置于该些发光二极管的一侧，绝缘层较佳可覆盖部分该半导体磊晶层或该反射层，但不可完全覆盖。该绝缘层的材质较佳可选自由碳化物(例如，DLC)、氧化物(例如，Al2O3、二氧化硅(SiO2))、氮化物(例如，AlN)、及其混合物所组成。更佳地，绝缘层的材质是类金刚石镀膜(DLC)。基板的材质较佳可选自由金属、陶瓷、或高分子材质。本专利技术的垂直式发光二极管结构中，该第一半导体磊晶层以及该第一电极是P型，该第二半导体磊晶层以及该第二电极是N型；或是，该第一半导体磊晶层以及该第一电极是N型，该第二半导体磊晶层以及该第二电极是P型。本专利技术的垂直式发光二极管结构中，该些发光二极管较佳是垂直式发光二极管。本专利技术的垂直式发光二极管结构中，该半导体层磊晶层较佳是具有以第II至VI族元素所构成的化合物。或是，该发光二极管的半导体磊晶层的组成较佳为氧化铝(Al2O3)(蓝宝石)、硅(Si)、碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、磷化铝(AlP)、氮化镓(GaN)、石墨(C)、六方氮化硼(hexagonal boron nitride, HBN)、或金刚石(C)。本专利技术的垂直式发光二极管结构中，该些发光二极管较佳是于该基板上以同一平面配置。 本专利技术的垂直式发光二极管结构中，该发光二极管较佳为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垂直式发光二极管结构，包括多个发光二极管，其特征在于，该每一发光二极管包括一第一电极、一半导体磊晶层及一第二电极，且该每一发光二极管的第二电极与相邻的发光二极管的第一电极是以串联或并联方式相互连接。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：宋健民，黄侯魁，甘明吉，
申请(专利权)人：铼钻科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：