專利名稱：雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元件，特別涉及一種發(fā)光二極管芯片。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管屬于半導(dǎo)體元件，其發(fā)光芯片的材料一般可使用IIIV族化學(xué)元素， 如磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)等化合物半導(dǎo)體。利用對(duì)這些化合物半導(dǎo) 體施加電流，通過電子空穴對(duì)的結(jié)合，可將電能轉(zhuǎn)為光能，以光子的形態(tài)釋出，達(dá)成發(fā)光的 效果。由于發(fā)光二極管的發(fā)光現(xiàn)象是屬于冷性發(fā)光，而非通過加熱發(fā)光，因此發(fā)光二極管的 壽命可長(zhǎng)達(dá)十萬小時(shí)以上，且無須暖燈時(shí)間(idling time)。此外，發(fā)光二極管具有反應(yīng)速 度快(約為10_9秒)、體積小、用電省、污染低(不含水銀)、可靠性高、適合量產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，因 此其所能應(yīng)用的領(lǐng)域十分廣泛，如掃描儀的燈源、液晶屏幕的背光源、戶外顯示廣告牌或是 車用照明設(shè)備等等。圖1A為一種公知的發(fā)光二極管芯片的俯視圖，而圖1B為沿圖1A中A-A’線的剖 面圖。如圖1A及圖1B所示，公知的發(fā)光二極管芯片100包括基板110、N型摻雜半導(dǎo)體層 120、發(fā)光層130、P型摻雜半導(dǎo)體層140、N型電極層150及P型電極層160。N型摻雜半導(dǎo) 體層120是設(shè)置于基板110上，而發(fā)光層130是設(shè)置于N型摻雜半導(dǎo)體層120上，且P型摻 雜半導(dǎo)體層140是設(shè)置于發(fā)光層130上。N型電極層150是設(shè)置于第一型摻雜半導(dǎo)體層120 上，并具有第一條狀圖案152及多個(gè)第一分支154。P型電極層160是設(shè)置于第二型摻雜半 導(dǎo)體層140上，并具有第二條狀圖案162及多個(gè)第二分支164。承接上述，第一條狀圖案122是與第二條狀圖案142相對(duì)，而第一分支154是連接 第一條狀圖案152，并位于第一條狀圖案122的一側(cè)，且第二分支164是連接第二條狀圖案 162，并位于第二條狀圖案162的一側(cè)，其中第一分支154與第二分支164是交替排列。當(dāng)由N型電極層150及P型電極層160對(duì)發(fā)光二極管芯片100通以正向電流時(shí)電 子及空穴會(huì)分別經(jīng)由N型摻雜半導(dǎo)體層120及P型摻雜半導(dǎo)體層140傳遞至發(fā)光層130中 結(jié)合，并以光子的型態(tài)釋放能量而達(dá)成發(fā)光的效果。然而，由于N型電極層150與P型電極層160的圖案均為開放循環(huán)(open-loop) 形狀若N型電極層150或是P型電極層160發(fā)生斷裂情形(如區(qū)域50處所示)，則會(huì)造成 發(fā)光二極管芯片100的部分區(qū)域電性斷路。如此會(huì)使得發(fā)光層130的局部區(qū)域無法發(fā)光， 因而影響發(fā)光二極管芯片100的發(fā)光效率。特別是，當(dāng)發(fā)光二極管芯片100的尺寸越大，此 種N型電極層150或P型電極層160發(fā)生斷裂的情形對(duì)發(fā)光效率的影響將越嚴(yán)重。此外， 在公知技術(shù)中，隨著發(fā)光二極管芯片100的尺寸不斷增大，發(fā)光層130所發(fā)出的光線于發(fā)光 二極管芯片100內(nèi)產(chǎn)生全反射的情形將更為嚴(yán)重，如此會(huì)降低發(fā)光二極管芯片100的發(fā)光 效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片，避免
3因電極斷裂而影響發(fā)光效率的問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片的技術(shù)方案是， 包括，基板，第一型摻雜半導(dǎo)體層，設(shè)置于基板上；發(fā)光層，設(shè)置于第一型摻雜半導(dǎo)體層上，且暴露出部分第一型摻雜半導(dǎo)體層；第二型摻雜半導(dǎo)體層，設(shè)置于發(fā)光層上；第一電極層，設(shè)置于第二型摻雜半導(dǎo)體層上，且第一電極層呈封閉圖案；以及第二電極層，設(shè)置于第二型摻雜半導(dǎo)體層上，并位于第一電極層所圍成的區(qū)域內(nèi)， 且第二電極層呈封閉圖案。在本發(fā)明的雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片中，由于第一電極層與第二電極層 均呈封閉循環(huán)圖案，因此當(dāng)?shù)谝浑姌O層或第二電極層發(fā)生斷裂時(shí)，在斷裂處兩端的電極仍 可以維持電連接的狀態(tài)而不至于影響發(fā)光二極管芯片的發(fā)光效率。此外，由于本發(fā)明的第 二電極層的輪廓內(nèi)的鏤空區(qū)域可貫穿第二型摻雜半導(dǎo)體層及發(fā)光層而暴露出第一型摻雜 半導(dǎo)體層，因此可以改善出光不易的現(xiàn)象以提高發(fā)光效率。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖1A為一種公知的發(fā)光二極管芯片的示意圖；圖1B為沿圖1A中A-A，線的剖面圖；圖2A為依照本發(fā)明第一實(shí)施例的雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片的俯視圖；圖2B為沿圖2A中B-B，線的剖面圖；圖2C為沿圖2A中C-C’線的剖面圖；圖3為依照本發(fā)明第二實(shí)施例的雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片的俯視圖；圖4A為依照本發(fā)明第三實(shí)施例的雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片的俯視圖；圖4B為沿圖4A中D-D，線的剖面圖。圖中附圖標(biāo)記說明50為區(qū)域，100為發(fā)光二極管芯片，110為基板，120為N型摻雜半導(dǎo)體層，130為 發(fā)光層，140為P型摻雜半導(dǎo)體層，150為N型電極層，160為P型電極層，152為第一條狀圖 案，154為第一分支，162為第二條狀圖案，164為第二分支，200,300,400為雙回路電極設(shè)計(jì) 的發(fā)光二極管芯片，210為基板，220為第一型摻雜半導(dǎo)體層，230為發(fā)光層，240為第二型摻 雜半導(dǎo)體層，250為第一電極層，252為封閉圖案，254為第一分支，260為第二電極層，262為 第二分支，270、290為鏤空區(qū)域，280為微結(jié)構(gòu)，S為封閉區(qū)域。
具體實(shí)施例方式第一實(shí)施例圖2A為依照本發(fā)明第一實(shí)施例的雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片的示意圖， 而圖2B為沿圖2A中B-B’線的剖面圖。請(qǐng)參照?qǐng)D2A及圖2B，本發(fā)明的雙回路電極設(shè)計(jì)的 發(fā)光二極管芯片200包括基板210、第一型摻雜半導(dǎo)體層220、發(fā)光層230、第二型摻雜半導(dǎo)
4體層240、第一電極層250及第二電極層260。第一型摻雜半導(dǎo)體層220是設(shè)置于基板210 上，而發(fā)光層230是設(shè)置于第一型摻雜半導(dǎo)體層220上，并暴露出部分第一型摻雜半導(dǎo)體層 220，且第二型摻雜半導(dǎo)體層240是設(shè)置于發(fā)光層230上。第一電極層250是設(shè)置于第一型 摻雜半導(dǎo)體層220上，且第一電極層250呈封閉循環(huán)圖案。第二電極層260是設(shè)置于第二 型摻雜半導(dǎo)體層240上，并位于第一電極層250所圍成的區(qū)域內(nèi)，且第二電極層260呈封閉 循環(huán)圖案。當(dāng)由第一電極層250及第二電極層260對(duì)雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片200 通以順向電流時(shí)，電子及空穴會(huì)分別經(jīng)由第一型摻雜半導(dǎo)體層220及第二型摻雜半導(dǎo)體層 240傳遞至發(fā)光層230中結(jié)合，并以光子的型態(tài)釋放能量而達(dá)成發(fā)光的效果。其中，由于第 一電極層250及第二電極層260均呈封閉循環(huán)圖案，盡管當(dāng)部分的第一電極層250及第二 電極層260發(fā)生斷裂時(shí)，在斷裂處兩端的電極仍可以維持電連接的狀態(tài)而不至于影響雙回 路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片200的發(fā)光效率。在本實(shí)施例中，第一電極層250及第二電極層260的輪廓均為矩形，然而，本發(fā)明 并不限定第一電極層250及第二電極層260的輪廓的形狀。舉例而言，其形狀也可為圓形、 橢圓形、多邊形、不規(guī)則形或其它合適的形狀，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可自行推演，此 處便不再繪圖示之。值得注意的是，本發(fā)明可將第二電極層260所圍成的部分區(qū)域鏤空，以提高雙回 路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片200的發(fā)光效率。請(qǐng)參照?qǐng)D2C，為沿圖2A中C-C’線的剖面 圖。第二電極層260所圍成的部分區(qū)域可以為鏤空區(qū)域270，而鏤空區(qū)域270可貫穿第二 型摻雜半導(dǎo)體層240與發(fā)光層230，以暴露出部分第一型摻雜半導(dǎo)體層220。這樣，由發(fā)光 層230發(fā)出的部分光線可直接由鏤空區(qū)域270出光，以降低光線于雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光 二極管芯片200內(nèi)產(chǎn)生全內(nèi)反射(Total Internal Reflection, TIR)的機(jī)率，因此本實(shí)施 例的雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片200具有較佳的出光效率。在本實(shí)施例中，為了更進(jìn)一步提高雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片200的出光 效率，可于第一型摻雜半導(dǎo)體層220與第二型摻雜半導(dǎo)體層240暴露在外的表面上形成多 個(gè)微結(jié)構(gòu)280，而微結(jié)構(gòu)280可以是在粗糙化第一型摻雜半導(dǎo)體層220及第二型摻雜半導(dǎo)體 層240的過程中形成。這些微結(jié)構(gòu)280的形狀可以是圓球、菱形、角錐形、鋸齒狀、波浪狀等 細(xì)微的結(jié)構(gòu)，且其排列方式可為周期性規(guī)則排列或隨機(jī)不規(guī)則排列。微結(jié)構(gòu)280可以進(jìn)一 步減低光線于雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片200內(nèi)發(fā)生全內(nèi)反射的機(jī)率，使雙回路電 極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片200具有更佳的出光效率。以下將分段敘述本發(fā)明的雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片200中構(gòu)件的詳細(xì) 組成及其之間的相對(duì)位置。請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D2B，在本實(shí)施例中，基板210的材質(zhì)包括氧化鋁單晶(Sapphire)、碳 化硅(6H-SiC或4H-SiC)、硅(Si)、氧化鋅(znO)、砷化鎵(GaAs)、尖晶石(MgAl204)或其它 晶格常數(shù)接近于氮化物半導(dǎo)體的單晶氧化物，且基板210的材質(zhì)組成形態(tài)可以為C-Plane、 E-Plane 或 A-Plane。在本實(shí)施例中，第一型摻雜半導(dǎo)體層220包括緩沖層222、第一型接觸層224及第 一型被覆層226。緩沖層222設(shè)置于基板210上，且其例可以由氮化鋁鎵銦(AlaGabIni_a_bN， O^a, b< 1, a+b^ 1)所構(gòu)成。第一型接觸層224是設(shè)置于緩沖層222上，而第一型被
5覆層226是設(shè)置于第一型接觸層224上，并暴露出部分第一型接觸層224，以使第一電極層 250設(shè)置于第一型接觸層224上。承接上述，第二型摻雜半導(dǎo)體層240包括第二型被覆層242及第二型接觸層244。 第二型被覆層242是設(shè)置于發(fā)光層230上，而第二型接觸層244是設(shè)置于第二型被覆層242 上，且第一電極層260是設(shè)置于第二型接觸層244上。在本實(shí)施例中，第一型摻雜半導(dǎo)體層 220可以為N型摻雜半導(dǎo)體層，且第二型摻雜半導(dǎo)體層240為P型摻雜半導(dǎo)體層。因此，第 一型接觸層224及第一型被覆層226即為N型接觸層及N型被覆層，而第二型被覆層242 及第二型接觸層244即為P型被覆層及P型接觸層，且前述接觸層及被覆層可以由氮化鋁 鎵的材質(zhì)構(gòu)成，并通過摻雜離子雜質(zhì)種類及濃度不同而調(diào)整其特性。此外，發(fā)光層230可以 是由氮化銦鎵(InaGai_aN，01)所構(gòu)成的多層量子阱結(jié)構(gòu)，并通過不同此例的銦鎵元 素，可使其發(fā)出不同波長(zhǎng)的光線。值得注意的是，第一型摻雜半導(dǎo)體層220與第二型摻雜半導(dǎo)體層240的摻雜型態(tài) 也可互換，即第一型摻雜半導(dǎo)體層220可為P型摻雜半導(dǎo)體層，而第二型摻雜半導(dǎo)體層240 可為N型摻雜半導(dǎo)體層。為進(jìn)一步增進(jìn)雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片200的電特性，本發(fā)明可自第一 電極層250或第二電極層260再延伸出分支。以下，將另舉實(shí)施例并配合

。第二實(shí)施例圖3為依照本發(fā)明第二實(shí)施例的雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片的俯視圖。如 圖3所示，本實(shí)施例的雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片300與第一實(shí)施例的雙回路電極 設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片200(如圖2A所示)相似，以下將針對(duì)差異處做詳細(xì)說明。在本實(shí) 施例中，第一電極層250包括封閉圖案252及多個(gè)第一分支254。封閉圖案252是在第一型 摻雜半導(dǎo)體層220上圍出一封閉區(qū)域S，而第一分支254是連接封閉圖案252，并位于封閉 區(qū)域S內(nèi)。此外，第二電極層260可以具有多個(gè)第二分支262，且這些第一分支264與這些 第二分支262可以交替排列。如此一來，第一電極層250與第二電極層260可通過延伸的 第一分支254與第二分支262而縮短彼此間的距離，因而使雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管 芯片300具有較佳的電特性。在本實(shí)施例中，第一分支254與第二分支262可以為條狀分支。然而，本發(fā)明并不 限定其形狀。當(dāng)然，也不限定其數(shù)量與排列方式。舉例而言，第一分支254與第二分支262 也可為曲線狀分支，并搭配第一電極層250與第二電極層260的輪廓形狀而延伸排列。此 外，本發(fā)明還可從第一分支254與第二分支262再繼續(xù)延伸出多個(gè)分支，以進(jìn)一步改善雙回 路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片300的電特性。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可自行推演上述多 個(gè)延伸變化，此處便不再繪圖示之。第三實(shí)施例圖4A為依照本發(fā)明第三實(shí)施例的雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片的俯視圖， 而圖4B為沿圖4A中D-D’線的剖面圖。請(qǐng)參照?qǐng)D4A及圖4B，本實(shí)施例的雙回路電極設(shè)計(jì) 的發(fā)光二極管芯片400與第二實(shí)施例的雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片300(如圖3所 示)相似，其差別在于雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片400的第一分支254的輪廓內(nèi)的 部分區(qū)域?yàn)殓U空區(qū)域290。此外，雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片400也可在第一型摻雜 半導(dǎo)體層220暴露在外的表面上形成微結(jié)構(gòu)280。
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附帶一提的是，由于鏤空區(qū)域290是在第一分支254的輪廓內(nèi)的部分區(qū)域，因此第 一電極層250的封閉圖案252及第一分支254仍可形成封閉回路的圖案。如此，盡管第一 分支254發(fā)生斷裂，在斷裂處兩端的電極仍可以維持電連接的狀態(tài)而不至于影響雙回路電 極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片400的發(fā)光效率。綜上所述，本發(fā)明的雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片至少具有下列優(yōu)點(diǎn)—、由于第一電極層與第二電極層呈封閉回路圖案，因此當(dāng)?shù)谝浑姌O層或第二電 極層斷裂時(shí)，在斷裂處兩端的電極仍可以維持電連接的狀態(tài)而不至于影響雙回路電極設(shè)計(jì) 的發(fā)光二極管芯片的發(fā)光效率。二、由于第二電極層的輪廓內(nèi)的鏤空區(qū)域可貫穿第二型摻雜半導(dǎo)體層及發(fā)光層而 暴露出第一型摻雜半導(dǎo)體層，因此發(fā)光層發(fā)出的部分光線可直接由鏤空區(qū)域出光，以使雙 回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片具有較佳的出光效率。三、微結(jié)構(gòu)可以減低光線于雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片內(nèi)發(fā)生全內(nèi)反射的 機(jī)率，以提高雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片的出光效率。以上通過實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但這些并非構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。 在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片，其特征是包括，基板，第一型摻雜半導(dǎo)體層，設(shè)置于基板上；發(fā)光層，設(shè)置于第一型摻雜半導(dǎo)體層上，且暴露出部分第一型摻雜半導(dǎo)體層；第二型摻雜半導(dǎo)體層，設(shè)置于發(fā)光層上；第一電極層，設(shè)置于第二型摻雜半導(dǎo)體層上，且第一電極層呈封閉圖案；以及第二電極層，設(shè)置于第二型摻雜半導(dǎo)體層上，并位于第一電極層所圍成的區(qū)域內(nèi)，且第二電極層呈封閉圖案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片，其特征是第一電極層 的圖案為矩形、圓形、橢圓形或多邊形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片，其特征是第二電極層 的圖案為矩形、圓形、橢圓形或多邊形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片，其特征是第一電極層 包括，封閉圖案，在第一型摻雜半導(dǎo)體層上設(shè)有一個(gè)封閉區(qū)域；以及多個(gè)第一分支，連接封閉圖案，且位于該封閉區(qū)域內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片，其特征是各個(gè)第一分 支的輪廓內(nèi)的區(qū)域?yàn)殓U空區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片，其特征是第二電極層 具有多個(gè)第二分支，且所述第一分支與所述第二分支交替排列。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片，其特征是第二電極層所 圍成的區(qū)域?yàn)殓U空區(qū)域，且該鏤空區(qū)域貫穿第二型摻雜半導(dǎo)體層與發(fā)光層，暴露出部分第 一型摻雜半導(dǎo)體層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片，其特征是第一型摻雜 半導(dǎo)體層與第二型摻雜半導(dǎo)體層具有多個(gè)暴露于其外表面上的微結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片，其特征是上述微結(jié)構(gòu) 的排列方式為周期性規(guī)則排列或隨機(jī)不規(guī)則排列。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片，其特征是，第一型摻雜 半導(dǎo)體層包括，緩沖層，設(shè)置于基板上；第一型接觸層，設(shè)置于緩沖層上以及第一型被覆層，設(shè)置于第一型接觸層上，且暴露出部分第一型接觸層，使第一電極層設(shè) 置于第一型接觸層上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片，其特征是第二型摻雜 半導(dǎo)體層包括，第二型被覆層，設(shè)置于發(fā)光層上；以及第二型接觸層，設(shè)置于第二型被覆層上，且第二電極層設(shè)置于第二型接觸層上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙回路電極設(shè)計(jì)的發(fā)光二極管芯片，其特征是第一型摻雜 半導(dǎo)體層為N型摻雜半導(dǎo)體層，而第二型摻雜半導(dǎo)體層為P型摻雜半導(dǎo)體層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙回路電極的發(fā)光二極管芯片，包括基板、第一型摻雜半導(dǎo)體層、發(fā)光層、第二型摻雜半導(dǎo)體層、第一電極層及第二電極層。第一型摻雜半導(dǎo)體層設(shè)置于基板上，而發(fā)光層設(shè)置于第一型摻雜半導(dǎo)體層上，且第二型摻雜半導(dǎo)體層設(shè)置于發(fā)光層上。第一電極層設(shè)置于第一型摻雜半導(dǎo)體層上，且第一電極層呈封閉循環(huán)圖案。第二電極層設(shè)置于第二型摻雜半導(dǎo)體層上，并位于第一電極層所圍成的區(qū)域內(nèi)，且第二電極層呈封閉循環(huán)圖案。本發(fā)明的雙回路電極的發(fā)光二極管芯片可避免因電極斷裂而降低發(fā)光效率。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101859824SQ200910057039
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2009年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月7日
發(fā)明者馮輝慶, 武良文, 簡(jiǎn)奉任 申請(qǐng)人:山東璨圓光電科技有限公司