CN108288664A - 微型发光二极管晶片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微型发光二极管晶片，包括磊晶结构、第一电极以及第二电极。磊晶结构具有第一型掺杂半导体层、发光层及第二型掺杂半导体层，且磊晶结构还具有上表面以及连接上表面的侧表面。第一电极设置于上表面且与第一型掺杂半导体层电性连接以提供第一型载子由上表面的至少一部分进入磊晶结构。第二电极位于侧表面且与第二型掺杂半导体层电性连接以提供第二型载子由侧表面的至少一部分进入磊晶结构。微型发光二极管晶片的对角线长度大于0且小于等于140微米。本发明提供的微型发光二极管晶片，其较易于制作且具有较大的发光面积比。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管晶片，且特别涉及一种微型发光二极管晶片。
背景技术
随着光电科技的进步，许多光电元件的体积逐渐往小型化发展。近几年来由于发光二极管(Light-Emitting Diode,LED)制作尺寸上的突破，目前将发光二极管以阵列排列制作的微型发光二极管(micro-LED)显示器在市场上逐渐受到重视。微型发光二极管显示器属于主动式发光元件显示器，其除了相较于有机发光二极管(Organic Light-EmittingDiode,OLED)显示器而言更为省电以外，也具备更佳优异的对比度表现，而可以在阳光下具有可视性。此外，由于微型发光二极管显示器采用无机材料，因此其相较于有机发光二极管显示器而言具备更佳优良的可靠性以及更长的使用寿命。
在一般水平式发光二极管晶片的结构中，连接N型掺杂半导体层与N型电极的方式通常是制作贯穿P型掺杂半导体层与发光层的多个孔洞，并且将N型电极通过这些孔洞与N型掺杂半导体层进行连接。然而，上述多个孔洞的制作方式通常适用于较大尺寸的发光二极管晶片，而不适合小尺寸的微型发光二极管晶片。原因在于小尺寸的微型发光二极管晶片其所对应的孔洞较小，因此需要十分精密的对位以及挖孔的相关制作工序，使得微型发光二极管晶片有其制程上的限制，而不易于制作。
发明内容
本发明提供一种微型发光二极管晶片，其较易于制作且具有较大的发光面积比。
本发明的微型发光二极管晶片包括磊晶结构、第一电极以及第二电极。磊晶结构具有第一型掺杂半导体层、发光层及第二型掺杂半导体层，且发光层位于第一型掺杂半导体层与第二型掺杂半导体层之间。磊晶结构具有上表面以及连接上表面的侧表面。第一电极设置于上表面且与第一型掺杂半导体层电性连接以提供第一型载子由上表面的至少一部分进入磊晶结构。第二电极位于侧表面且与第二型掺杂半导体层电性连接以提供第二型载子由侧表面的至少一部分进入磊晶结构。微型发光二极管晶片的对角线长度大于0且小于等于140微米。
在本发明的一实施例中，上述的第二电极的一部分位于该上表面
在本发明的一实施例中，上述的微型发光二极管晶片还包括绝缘层，配置于第一型掺杂半导体层与第二电极之间以及发光层与第二电极之间。绝缘层用以电性隔绝第一型掺杂半导体层与第二电极以及电性隔绝发光层与第二电极。
在本发明的一实施例中，上述的侧表面具有第一部分以及连接侧表面的第一部分的第二部分。侧表面的第一部分与上表面连接并与上表面夹设角度。侧表面的第二部分与上表面分别位于侧表面的第一部分的两侧且侧表面的第二部分由侧表面的第一部分延伸凸出，第二电极与侧表面的第二部分电性连接。
在本发明的一实施例中，上述的磊晶结构包括底面。发光层于底面的投影宽度与底面的宽度比大于0.9且小于等于1。
在本发明的一实施例中，上述的磊晶结构还包括底面。第一型掺杂半导体层在底面的投影面积与底面的面积的比值大于等于0.8且小于等于1。
在本发明的一实施例中，上述的磊晶结构还包括底面，且第一电极在底面的投影面积大于第二电极在底面的投影面积。
在本发明的一实施例中，上述的第一电极在底面的投影面积与第二电极在底面的投影面积的比值大于1.5。
在本发明的一实施例中，上述的第一电极于底面的投影面积与第二电极在底面的投影面积的比值落在2至6的范围内。
在本发明的一实施例中，上述的侧表面与上表面夹设角度。
在本发明的一实施例中，上述的第一型掺杂半导体层为P型掺杂半导体层，且第二型掺杂半导体层为N型掺杂半导体层。
在本发明的一实施例中，上述的微型发光二极管晶片为共振腔微型发光二极管晶片。
在本发明的一实施例中，上述的发光层还包括多重量子井结构。
基于上述，本发明实施例的微型发光二极管晶片的对角线长度大于0且小于等于140微米。微型发光二极管晶片的第二电极是由磊晶结构的侧表面来与第二型掺杂半导体层连接，而不必通过制作贯穿第一型掺杂半导体层以及发光层的微米级尺寸的孔洞来与第二型掺杂半导体层由磊晶结构的上表面连接接触。也就是说，在微型发光二极管晶片的制作过程中，精密的对位以及挖孔的相关制作工序得以减少，而使得微型发光二极管晶片较易于制作并具有较大的发光面积。另外，由于不需要在同一表面上设置第一电极以及第二电极的接触位置来分别提供第一型掺杂半导体层以及第二型掺杂半导体层的电流载子，而是由磊晶结构的上表面以及侧表面分别配置第一电极第二电极，因此可制作出接合面积较大第一电极以及第二电极以利后续制程良率的提升。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所示附图作详细说明如下。
附图说明
图1A显示本发明一实施例的微型发光二极管晶片的剖面示意图；
图1B显示图1A实施例的微型发光二极管晶片的上视示意图；
图2显示以导电胶修复图1A实施例的微型发光二极管晶片与背板的接合的一实施态样示意图；
图3显示本发明另一实施例的微型发光二极管晶片的上视示意图；
图4显示本发明又一实施例的微型发光二极管晶片的剖面示意图。
附图标记说明：
100、100’、400：微型发光二极管晶片；
110：第一型掺杂半导体层；
120：第二型掺杂半导体层；
130：发光层；
140、140’：第一电极；
150、150’、450：第二电极；
160、160’：绝缘层；
210：背板；
220：导电胶；
a-a’：剖面线；
B1：第一电性接垫；
B2：第二电性接垫；
L：对角线长度；
PA1、PA2：投影面积；
S1：上表面；
S2、S2’、S2”：侧表面；
S21、S21’：第一部分；
S22、S22’：第二部分；
S23、S23’：第三部分；
S3：底面；
SEP：磊晶结构；
W1、W2：宽度。
具体实施方式
图1A显示本发明一实施例的微型发光二极管晶片的剖面示意图，请参考图1A。在本实施例中，微型发光二极管(Micro Light-Emitting Diode,μLED)晶片100包括磊晶结构SEP、绝缘层160、第一电极140以及第二电极150。具体而言，磊晶结构SEP具有第一型掺杂半导体层110、第二型掺杂半导体层120以及发光层130，且发光层130位于第一型掺杂半导体层110与第二型掺杂半导体层120之间。半导体磊晶结构SEP的材料可以例如是氮化镓(GaN)、铟氮化镓(InGaN)或者是其他适于电致发光的半导体材料，本发明也不对半导体磊晶结构SEP的材料加以限制。在本实施例中，第一电极140与第一型掺杂半导体层110电性连接，且第二电极150与第二型掺杂半导体层120电性连接。具体而言，第一电极140以及第二电极150用以使半导体磊晶结构SEP与外部电路连接。举例而言，微型发光二极管晶片100可以通过第一电极140以及第二电极150而与外部背板上的电路结构电性连接。外部背板上的电路结构可以通过第一电极140以及第二电极150提供电流载子至半导体磊晶结构SEP，进而令微型发光二极管晶片100的发光层130发光。在本实施例中，发光层130所发出的光例如是通过第二型掺杂半导体层120后由第二型掺杂半导体层120远离发光层130的一侧出光。
在本实施例中，磊晶结构SEP还包括上表面S1、连接上表面S1的侧表面S2以及底面S3，且侧表面S2的两相对侧分别连接上表面S1与底面S3。具体而言，磊晶结构SEP的膜层是依序层叠的构造的，因此，在本实施例中，上表面S1即为第一型掺杂半导体层110的表面，底面S3即为第二型掺杂半导体层的表面，而侧表面S2则是由该些膜层的侧面共同组成。更详细地说，侧表面S2包括第一部分S21、第二部分S22以及第三部分S23。侧表面S2的第二部分S22与上表面S1分别位于侧表面S2的第一部分S21的两侧，且侧表面S2的第二部分S22由侧表面S2的第一部分S21延伸凸出。侧表面S2的第一部分S21与上表面S1连接并夹设角度。在本实施例中，此角度实质上等于90度。另外，侧表面S2的第二部分S22由侧表面S2的第一部分S21延伸凸出且与侧表面S2的第一部分S21具有夹角，在本实施例中，此夹角实质上等于90度。除此之外，侧表面S2的第三部分S23再由侧表面S2的第二部分S22延伸并与侧表面S2的第二部分S22实质夹设90度夹角，且侧表面S2的第三部分S23连接于底面S3。也就是说，侧表面S2的第二部分S22实质与上表面S1是彼此平行的平面，而侧表面S2的第一部分S21以及侧表面S2的第三部分S23则与上表面S1为彼此垂直的平面。在本实施例中，侧表面S2的第一部分S21包含了第一型掺杂半导体层110、发光层130以及第二型掺杂半导体层120的部分表面，而侧表面S2的第二部分S22、侧表面S2第三部分S23则是第二型掺杂半导体层120的部分表面。
在本实施例中，第二电极150的一部分位于上表面S1。图案化的绝缘层160配置磊晶结构SPE上，且位于第一型掺杂半导体层110与第二电极150之间，以及发光层130与第二电极150之间。绝缘层160用以电性隔绝第一型掺杂半导体层110与第二电极150以及电性隔绝发光层130与第二电极150。具体而言，绝缘层160由磊晶结构SEP的上表面S1延伸覆盖至侧表面S2，但保留部分的上表面S1、部分的侧表面S2露出已令后续形成的第一电极140以及第二电极150可分别与第一型掺杂半导体层110以及第二型掺杂半导体层120接触且电性连接。详细地说，在本实施例中，绝缘层160由上表面S1延伸覆盖至侧表面S2的第一部分S21，而第二电极150再形成于绝缘层160上并在无绝缘层160覆盖的侧表面S2的第二部分S22、侧表面S2的第三部分S23与第二型掺杂半导体层120接触。也就是说，本实施例的第一电极140与第一型掺杂半导体层110接触且电性连接的位置在磊晶结构SEP的上表面S1，且第一电极140提供第一型载子由上表面S1的至少一部分进入磊晶结构SEP。第二电极150与第二型掺杂半导体层120接触且电性连接的位置在磊晶结构SEP的侧表面S2，且第二电极150提供第二型载子由侧表面S2的至少一部分进入磊晶结构SEP。
在本实施例中，第一型掺杂半导体层110与第二型掺杂半导体层120的其中一个为P型掺杂半导体层，且第一型掺杂半导体层110与第二型掺杂半导体层120的其中另一个为N型掺杂半导体层。也就是说，第一型掺杂半导体层110与第二型掺杂半导体层120为具有不同掺杂型态的两个半导体层。举例而言，第一型掺杂半导体层110例如是P型掺杂半导体层，而第二型掺杂半导体层120例如是N型掺杂半导体层。另外，对应于半导体层的掺杂型态，本实施例与第一型掺杂半导体层110电性连接的第一电极140例如是为P型电极，而与第二型掺杂半导体层120电性连接的第二电极150例如是为N型电极。除此之外，在本实施例中，发光层130例如包括多重量子井(multiple quantum well,MQW)结构或是量子井(quantumwell,QW)结构，本发明并不以此为限。另外，在本实施例中，半导体磊晶结构SEP(第一型掺杂半导体层110、第二型掺杂半导体层120以及发光层130)例如是先形成于生长基板上。接着，当完成微型发光二极管晶片100的制作之后，通过激光剥离(laser ablation)或其他物理、化学方法将生长基板自半导体磊晶结构SEP移除。然而在一些实施例中，也可以不移除生长基板，本发明并不以此为限。
除此之外，在一些实施例中，微型发光二极管晶片100可以是共振腔微型发光二极管(Resonant-Cavity Light-Emitting Diode,RCLED)晶片。在这些实施例中，微型发光二极管晶片100还包括二组布拉格反射镜(Distributed Bragg Reflector,DBR)结构，分别配置于磊晶结构SEP的二侧。通过这些布拉格反射镜结构的折射率设计，当微型发光二极管晶片100的出光在这些布拉格反射镜结构上发生反射并出射于微型发光二极管晶片100之后，其光谱的半高宽会得以缩减。因此，在这些实施例中，微型发光二极管晶片100可以发出色纯度较高的光线。具体而言，在其他实施例中，也可以通过其他适当的结构设计而调整微型发光二极管晶片100的出光表现，本发明并不以此为限。
图1B显示图1A实施例的微型发光二极管晶片的上视示意图，请同时参考图1A以及图1B。在本实施例中，微型发光二极管晶片100的尺寸小于一般的发光二极管晶片。具体而言，微型发光二极管晶片100的对角线长度L大于0且小于等于140微米。在本实施例中，微型发光二极管晶片100的对角线是以磊晶结构SEP的底面S3范围为基准，且底面S3为矩形。然而在其他实施态样中，若磊晶结构的底面为非矩形，则以最大宽度小于140微米为限制。另外，在本实施例中，第一型掺杂半导体层110及发光层130位于第二型掺杂半导体层120上且内缩露出部分的第二型掺杂半导体层120，即侧表面S22，而第一型掺杂半导体层110于底面S3的投影面积与底面S3的面积的比值大于等于0.8且小于等于1。另外，发光层130的面积与第一型掺杂半导体层110的面积实质上相等，也就是说，发光层130于底面S3的投影面积与底面S3的面积的比值大于等于0.8且小于等于1，藉此设计，本实施例的微型发光二极管晶片100可维持大面积比例的发光面积。
除此之外，第一电极140在底面S3具有投影面积PA1，第二电极150在底面S3具有投影面积PA2(如图1B所示)，且投影面积PA1大于投影面积PA2。较佳地，在本实施例中，第一电极140的投影面积PA1与第二电极150的投影面积PA2的比值大于1.5。更佳地，第一电极140的投影面积PA1与第二电极150的投影面积PA2的比值落在2至6的范围内。一般而言，当第一电极140面积愈大时，在后续接合制程可具有较大的制程操作空间，且对准误差可以降低，进而提高接合良率。在本实施例中，虽然在底面S3的第二电极150的投影面积PA2远小于第一电极140的投影面积PA1，然而，第二电极150延伸至磊晶结构SEP的侧表面S2，且第二电极150与侧表面S2具有足够的接触面积，因此，第二电极150可以提供足够的电流载子至第二型掺杂半导体层120。同时，第二电极150也具有较大的面积用以后续接合制程时对准接合。较佳地，第一电极140和第一型掺杂半导体层110的接触面积与第二电极150和第二型掺杂半导体层120的接触面积比例如是落在0.5至2的范围内。在本实施例中，发光层130于底面S3的投影的宽度W1与底面S3的宽度比例如是大于0.9且小于等于1。
在本实施例中，由于微型发光二极管晶片100的第二电极150连接第二型掺杂半导体层120的侧表面S2，使得第二电极150可以直接由侧表面S2来与第二型掺杂半导体层120电性连接。因此，在本实施例小尺寸的微型发光二极管晶片100的制作过程中，不必在磊晶结构SEP的同一表面(例如上表面S1)上同时设置第一电极140、第二电极150分别与第一型掺杂半导体层110、第二型掺杂半导体层120接触的电极位置，更不用为了制作贯穿第一型掺杂半导体层110以及发光层130的微米级尺寸的孔洞来提供第二电极150与第二型掺杂半导体层120电性连接的通道而牺牲发光层130的面积。也就是说，本实施例于制作上所需的精密的对位以及挖孔的相关制作工序的公差(tolerance)得以减少，进而使得微型发光二极管晶片100较易于制作。除此之外，在本实施例中，由于未有孔洞占据发光层130的面积，因此微型发光二极管晶片100可以具有较大的发光面积比。
图2显示以导电胶修复图1A实施例的微型发光二极管晶片与背板的接合的一实施态样，请参考图2。在本实施例中，微型发光二极管晶片100可例如是接合于背板210上，且微型发光二极管晶片100可与背板210上的电路结构电性连接。详细而言，微型发光二极管晶片100的第一电极140以及第二电极150可例如是分别通过第一电性接垫B1以及第二电性接垫B2来与背板210上的电路结构电性连接。第一电性接垫B1例如是对应于第一电极140的P型接垫，且第二电性接垫B2例如是对应于第二电极150的N型接垫。背板210可以是半导体(Semiconductor)基板、次黏着基台(Submount)、互补式金属氧化物半导体(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor,CMOS)电路基板、硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon,LCOS)基板、薄膜晶体管(Thin Film Transistor,TFT)基板或者是其他类型的基板，本发明并不以此为限。具体而言，本实施例的背板210例如是薄膜晶体管基板。
一般而言，由于微型发光二极管晶片尺寸小，当微型发光二极管晶片接合于背板时其电极不易对位于背板上的接垫。相对而言，在本实施例中，当微型发光二极管晶片100接合于背板210上而第二电极150对位于第二电性接垫B2有所偏移时，可以通过例如是点胶的方式提供导电胶220至第二电极150与第二电性接垫B2之间，以使第二电极150与第二电性接垫B2电性连接，藉以修复微型发光二极管晶片100与背板210的接合。具体而言，导电胶220可以是银胶(Silver epoxy)，本发明并不以此为限。
图3显示本发明另一实施例的微型发光二极管晶片100’的上视示意图。微型发光二极管晶片100’沿a-a’剖面线的剖面与图1B的微型发光二极管晶片100相似。微型发光二极管晶片100’与微型发光二极管晶片100类似的构件可以参考图1A以及图1B的相关叙述，在此不再赘述。图3实施例的微型发光二极管晶片100’与图1B实施例的微型发光二极管晶片100的差异在于，微型发光二极管晶片100’的磊晶结构的侧表面S2’的第一部分S21’由图3的上视图观看呈L形。第一电极140’配置于微型发光二极管晶片100’的磊晶结构的上表面。绝缘层160’也呈L形，且绝缘层160’覆盖部分的磊晶结构的上表面与侧表面S2’的第一部分S21’，而第二电极150’也相对应地设置于绝缘层160’上方。在本实施例中，微型发光二极管晶片100’的发光面积可以进一步地扩增，并同样通过侧表面S2’的第二部分S22’、侧表面S2’的第三部分S23’来维持第二电极150’与第二型掺杂半导体层的接触面积。
图4显示本发明又一实施例的微型发光二极管晶片的剖面示意图。本实施例的微型发光二极管晶片400类似于图1A至图1B实施例的微型发光二极管晶片100。微型发光二极管晶片400的构件以及相关叙述可以参考图1A至图1B实施例的微型发光二极管晶片100的构件以及相关叙述，在此不再赘述。微型发光二极管晶片400与微型发光二极管晶片100的差异如下所述。微型发光二极管晶片400的第一型掺杂半导体层110、第二型掺杂半导体层120以及发光层130具有实质上相同的面积，而不需另外进行图案化制程将侧表面S2”的部分内缩。绝缘层160由上表面S1延伸于侧表面S2”并配置于第一型掺杂半导体层110与第二电极450之间，以及配置于发光层130与第二电极450之间。绝缘层160用以电性隔绝第一型掺杂半导体层110与第二电极450，以及电性隔绝发光层130与第二电极450。在本实施例中，绝缘层160未完全覆盖磊晶结构SEP的侧表面S2”，而露出部分的第二型掺杂半导体层120的表面，以利第二电极450电性连接第二型掺杂半导体层120。
在本实施例中，由于微型发光二极管晶片400的第二电极450与第二型掺杂半导体层120接触并电性连接的位置在磊晶结构SEP的侧表面S2”，因此微型发光二极管晶片400可以在最大化发光面积的前提下维持第一电极140以及第二电极450的表面积，以提高后续接合制程的良率并降低生产成本。
综上所述，本发明实施例的微型发光二极管晶片的对角线长度大于0且小于等于140微米。微型发光二极管晶片的第二电极是由磊晶结构的侧表面来与第二型掺杂半导体层连接，而不必通过制作贯穿第一型掺杂半导体层以及发光层的微米级尺寸的孔洞来与第二型掺杂半导体层由磊晶结构的上表面连接接触。也就是说，在微型发光二极管晶片的制作过程中，精密的对位以及挖孔的相关制作工序得以减少，而使得微型发光二极管晶片较易于制作并具有较大的发光面积。另外，由于不需要在同一表面上设置第一电极以及第二电极的接触位置来分别提供第一型掺杂半导体层以及第二型掺杂半导体层的电流载子，而是由磊晶结构的上表面以及侧表面分别配置第一电极第二电极，因此可制作出接合面积较大第一电极以及第二电极以利后续制程良率的提升。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，但这些更改与润饰均应落入本发明的保护范围内。
Claims (13)
1.一种微型发光二极管晶片，其特征在于，包括：
磊晶结构，具有第一型掺杂半导体层、发光层及第二型掺杂半导体层，所述发光层位于所述第一型掺杂半导体层与所述第二型掺杂半导体层之间，其中所述磊晶结构还具有上表面以及连接所述上表面的侧表面；
第一电极，设置于所述上表面且与所述第一型掺杂半导体层电性连接以提供第一型载子由所述上表面的至少一部分进入所述磊晶结构；以及
第二电极，位于所述侧表面且与所述第二型掺杂半导体层电性连接以提供第二型载子由所述侧表面的至少一部分进入所述磊晶结构，其中所述微型发光二极管晶片的对角线长度大于0且小于等于140微米。
2.根据权利要求1所述的微型发光二极管晶片，其特征在于，所述第二电极的一部分位于所述上表面。
3.根据权利要求1所述的微型发光二极管晶片，其特征在于，还包括绝缘层，配置于所述第一型掺杂半导体层与所述第二电极之间以及所述发光层与所述第二电极之间，所述绝缘层用以电性隔绝所述第一型掺杂半导体层与所述第二电极以及电性隔绝所述发光层与所述第二电极。
4.根据权利要求3所述的微型发光二极管晶片，其特征在于，所述侧表面具有第一部分以及连接所述侧表面的所述第一部分的第二部分，所述侧表面的所述第一部分与所述上表面连接并与所述上表面夹设角度，所述侧表面的所述第二部分与所述上表面分别位于所述侧表面的所述第一部分的两侧且所述侧表面的所述第二部分由所述侧表面的所述第一部分延伸凸出，所述第二电极与所述侧表面的所述第二部分电性连接。
5.根据权利要求4所述的微型发光二极管晶片，其特征在于，所述磊晶结构包括底面，所述发光层于所述底面的投影宽度与所述底面的宽度比大于0.9且小于等于1。
6.根据权利要求4所述的微型发光二极管晶片，其特征在于，所述磊晶结构还包括底面，所述第一型掺杂半导体层于所述底面的投影面积与所述底面的面积的比值大于等于0.8且小于等于1。
7.根据权利要求1所述的微型发光二极管晶片，其特征在于，所述磊晶结构还包括底面，且所述第一电极在所述底面的投影面积大于所述第二电极在所述底面的投影面积。
8.根据权利要求7所述的微型发光二极管晶片，其特征在于，所述第一电极在所述底面的投影面积与所述第二电极在所述底面的投影面积的比值大于1.5。
9.根据权利要求8所述的微型发光二极管晶片，其特征在于，所述第一电极在所述底面的投影面积与所述第二电极在所述底面的投影面积的比值落在2至6的范围内。
10.根据权利要求1所述的微型发光二极管晶片，其特征在于，所述侧表面与所述上表面夹设角度。
11.根据权利要求1所述的微型发光二极管晶片，其特征在于，所述第一型掺杂半导体层为P型掺杂半导体层，且所述第二型掺杂半导体层为N型掺杂半导体层。
12.根据权利要求1所述的微型发光二极管晶片，其特征在于，所述微型发光二极管晶片为共振腔微型发光二极管晶片。
13.根据权利要求1所述的微型发光二极管晶片，其特征在于，所述发光层还包括多重量子井结构。
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