CN112825342B - 发光二极管装置 - Google Patents
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Abstract
一种发光二极管装置包含第一半导体层、主动层、第二半导体层以及第一接触电极层。第一半导体层具有第一部分与第二部分，主动层覆盖第一半导体层的第一部分且不覆盖第二部分，第二半导体层设置于主动层上。第一接触电极层电性连接第一半导体层，并包含多个导电部。导电部位于第一半导体层远离主动层的一侧，并包含至少一外围导电部，外围导电部设置于第一半导体层的第二部分之下。上述结构配置有利于维持发光二极管装置的可靠度，并同时提升其亮度。
Description
技术领域
本揭示是关于一种发光二极管装置。
背景技术
在发光二极管的设计上，一般而言，增加接触电极的面积能减小操作电流密度，进而降低电流热效应，使得发光二极管的可靠度获得提升。然而，增加接触电极的面积可能使发光二极管的亮度下降。
发明内容
有鉴于此，本揭示的一目的在于提出一种能兼顾可靠度以及亮度的发光二极管装置。
为达成上述目的，依据本揭示的一些实施方式，一种发光二极管装置包含第一半导体层、主动层、第二半导体层以及第一接触电极层。第一半导体层具有第一部分与第二部分，主动层覆盖第一半导体层的第一部分且不覆盖第二部分，第二半导体层设置于主动层上。第一接触电极层电性连接第一半导体层，并包含多个导电部。导电部位于第一半导体层远离主动层的一侧，并包含至少一外围导电部，外围导电部设置于第一半导体层的第二部分之下。
于本揭示的一或多个实施方式中，发光二极管装置还包含第二接触电极层，第二接触电极层电性连接该第二半导体层，并包含接垫。导电部包含第一导电部以及第二导电部，第一导电部与接垫于第一接触电极层上的垂直投影之间的距离，是小于第二导电部与所述垂直投影之间的距离，且第一导电部的最大宽度小于或等于第二导电部的最大宽度。
于本揭示的一或多个实施方式中，第二部分为第一部分底部外凸的延伸部，外围导电部接触延伸部。
于本揭示的一或多个实施方式中，延伸部以及外围导电部面对发光二极管装置的切割走道区，切割走道区由发光二极管装置的顶部下凹。
于本揭示的一或多个实施方式中，延伸部以及外围导电部连接发光二极管装置的外缘。
于本揭示的一或多个实施方式中，发光二极管装置还包含第二接触电极层，第二接触电极层设置于第二半导体层上。第一接触电极层还包含绝缘部，绝缘部设置于第二接触电极层之下。
于本揭示的一或多个实施方式中，发光二极管装置具有发光区对应主动层，导电部所占据的第一总和面积为发光区的面积的3％以上。
于本揭示的一或多个实施方式中，外围导电部面对发光二极管装置的切割走道区设置，且外围导电部所占据的第二总和面积与切割走道区的面积的比率为5％至15％。
于本揭示的一或多个实施方式中，外围导电部所占据的第二总和面积与切割走道区的面积的较佳比率为6％至10％。
于本揭示的一或多个实施方式中，外围导电部所占据的第二总和面积与切割走道区的面积的最佳比率为7％。
综上所述，在本揭示的发光二极管装置中，第一接触电极层的部分导电部设置于第一半导体层未受到主动层覆盖的部分之下，故能维持发光二极管装置的可靠度，并同时提升其亮度。
附图说明
为使本揭示的上述及其他目的、特征、优点与实施方式能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1为绘示依据本揭示一实施方式的发光二极管装置的俯视透视图；
图2为绘示图1所示的发光二极管装置沿线段L-L’的剖视图；
图3至图10为绘示图2所示的发光二极管装置在不同制造阶段下的剖视图。
【符号说明】
100：发光二极管装置
101：切割走道区
102：外缘
103：发光区
110：第一半导体层
111：第一部分
112：第二部分
120：第二半导体层
121：粗化结构
130：主动层
140：第一接触电极层
141：导电部
141a：第一导电部
141b：第二导电部
142：绝缘部
143：外围导电部
150：第二接触电极层
151：接垫
152：外延结构
160：绝缘层
210：原生基板
220：反射层
230：第二基板
240：粘合层
250：粘着层
PR：垂直投影
S1、S2：距离
W1、W2：最大宽度
具体实施方式
为使本揭示的叙述更加详尽与完备，可参照所附的附图及以下所述各种实施方式。附图中的各元件未按比例绘制，且仅为说明本揭示而提供。以下描述许多实务上的细节，以提供对本揭示的全面理解，然而，相关领域具普通技术者应当理解可在没有一或多个实务上的细节的情况下实施本揭示，因此，这些细节不应用以限定本揭示。
请参照图1以及图2。图1为绘示依据本揭示一实施方式的发光二极管装置100的俯视透视图，而图2为绘示图1所示的发光二极管装置100沿线段L-L’的剖视图。如图2所示，发光二极管装置100包含堆叠设置的第一半导体层110、第二半导体层120以及主动层130。主动层130覆盖部分的第一半导体层110，第二半导体层120设置于主动层130上。主动层130位于第一半导体层110与第二半导体层120之间，并配置以在来自第一半导体层110与第二半导体层120的电洞与电子结合时发光。
于本实施方式中，发光二极管装置100为红光发光二极管装置或红外光发光二极管装置，第一半导体层110与第二半导体层120分别为P型半导体层以及N型半导体层，且第二半导体层120位于第一半导体层110之上。于一些实施方式中，第一半导体层110包含磷化镓(GaP)，第二半导体层120包含砷化铝镓(AlGaAs)。于一些实施方式中，主动层130包含量子阱(quantum well)。
如图1与图2所示，发光二极管装置100还包含第一接触电极层140。第一接触电极层140位于第一半导体层110远离主动层130的一侧，并电性连接第一半导体层110。第一接触电极层140包含多个导电部141(于图1中以虚线表示)以及绝缘部142，导电部141分布于第一半导体层110的下表面，绝缘部142覆盖第一半导体层110的下表面未设置导电部141的部分，并将各导电部141电性隔离。于一些实施方式中，导电部141包含金锌合金，绝缘部142包含二氧化硅。
如图1与图2所示，发光二极管装置100还包含第二接触电极层150，第二接触电极层150设置于第二半导体层120上(具体而言，第二接触电极层150是位在第二半导体层120远离主动层130的一侧)，并电性连接第二半导体层120。在正向偏压下，电流由第一接触电极层140的导电部141经过第一半导体层110、主动层130以及第二半导体层120流向第二接触电极层150。于一些实施方式中，第二接触电极层150包含锗金镍合金。
如图2所示，第一半导体层110包含第一部分111以及第二部分112，其中主动层130覆盖第一部分111且不覆盖第二部分112。第一接触电极层140的导电部141包含至少一外围导电部143，外围导电部143设置于第一半导体层110的第二部分112之下，在此配置下，主动层130于第一接触电极层140上的垂直投影不与外围导电部143重叠。于一些实施方式中，发光二极管装置100具有切割走道区101，切割走道区101由发光二极管装置100的顶部下凹，外围导电部143是面对切割走道区101设置。
本案是将部分的导电部141(即外围导电部143)设置在第一半导体层110未受到主动层130覆盖的部分(即第一半导体层110的第二部分112)之下，故能维持发光二极管装置100的可靠度，并同时提升其亮度。此外，相较于绝缘部142，导电部141的热阻较低，因此，外围导电部143还具有将热往外导引的功能，使本揭示的发光二极管装置100具有较佳的散热效果。
如图1与图2所示，于一些实施方式中，发光二极管装置100具有发光区103，发光区103对应主动层130，并且为切割走道区101所环绕，导电部141所占据的第一总和面积为发光区103的面积的3％以上。当第一总和面积小于发光区103的面积的3％时，发光二极管装置100容易出现光衰的问题，可靠度欠佳。于一些实施方式中，外围导电部143所占据的第二总和面积与切割走道区101的面积的比率为5％至15％。当第二总和面积与切割走道区101的面积的比率落在上述范围外时，发光二极管装置100容易出现亮度不足的问题。于一些实施方式中，外围导电部143所占据的第二总和面积与切割走道区101的面积的较佳比率为6％至10％。于一些实施方式中，外围导电部143所占据的第二总和面积与切割走道区101的面积的最佳比率为7％。
如图2所示，于一些实施方式中，第一半导体层110的第二部分112为第一部分111底部侧向外凸的延伸部，外围导电部143接触延伸部。于一些实施方式中，延伸部(即第一半导体层110的第二部分112)延伸至切割走道区101之下，并面对切割走道区101。于一些实施方式中，延伸部(即第一半导体层110的第二部分112)以及外围导电部143连接发光二极管装置100的外缘102，换言之，外围导电部143贴着发光二极管装置100的外缘102排列，延伸部覆盖于外围导电部143上方。
如图1与图2所示，于一些实施方式中，第二接触电极层150包含接垫151以及外延结构152。接垫151作为打线区域，外延结构152连接接垫151，并包含多个相连的指叉结构排列于第二半导体层120上，以利电流均匀地通过二极管结构(第一半导体层110、第二半导体层120以及主动层130)。
如图2所示，于一些实施方式中，第一接触电极层140的绝缘部142位于第二接触电极层150之下，换言之，第二接触电极层150的接垫151/外延结构152于第一接触电极层140上的垂直投影不与导电部141重叠，以利电流的散布。如图1所示，在俯视视角下，两相邻的指叉结构之间或是指叉结构与接垫151之间有单排的导电部141，但本揭示不以此为限。于另一些实施方式中，在俯视视角下，两相邻的指叉结构之间或是指叉结构与接垫151之间有两排以上的导电部141。
如图2所示，于一些实施方式中，导电部141的尺寸随着导电部141与接垫151于第一接触电极层140上的垂直投影PR之间的距离增加而增大。换言之，导电部141包含第一导电部141a以及第二导电部141b，第一导电部141a与垂直投影PR之间的距离S1小于第二导电部141b与垂直投影PR之间的距离S2，且第一导电部141a的最大宽度W1小于或等于第二导电部141b的最大宽度W2(故第一导电部141a的电阻大于或等于第二导电部141b的电阻)。上述配置有利于电流的散布，能提升发光二极管装置100的可靠度。
如图2所示，于一些实施方式中，发光二极管装置100还包含绝缘层160(于图1中省略未绘出)，绝缘层160设置于第二半导体层120以及第二接触电极层150上。绝缘层160覆盖外延结构152且不覆盖接垫151，使接垫151外露连接外部引线(图未示)。于一些实施方式中，绝缘层160部分延伸至切割走道区101，并覆盖第二半导体层120的侧面、主动层130的侧面、第一半导体层110的第一部分111的侧面以及第一半导体层110的第二部分112的顶面。于一些实施方式中，绝缘层160包含二氧化硅。
如图2所示，于一些实施方式中，第二半导体层120在远离主动层130的一侧上具有粗化结构121，粗化结构121分布于第二接触电极层150的接垫151/外延结构152之间。粗化结构121可破坏全反射，提升发光二极管装置100的发光效率。以下参照图2至图10介绍发光二极管装置100的制造方法/流程。
首先，如图3所示，提供原生基板210以及磊晶形成于原生基板210上的第一半导体层110、第二半导体层120以及主动层130。于一些实施方式中，原生基板210包含两砷化镓层(GaAs)以及两砷化镓层之间的磷化铟(InP)。
接着，如图4所示，形成第一接触电极层140于第一半导体层110上。具体而言，本步骤是先在第一半导体层110上镀上绝缘材料(例如：二氧化硅)，再于绝缘材料上开设孔洞，最后于孔洞内填入导电材料(例如：金锌合金)形成第一接触电极层140的导电部141，剩余的绝缘材料形成第一接触电极层140的绝缘部142。于一些实施方式中，绝缘材料的孔洞通过曝光显影的方式形成。于一些实施方式中，导电部141以蒸镀的方式形成。
接着，如图5所示，形成反射层220于第一接触电极层140上。于一些实施方式中，反射层220以蒸镀的方式形成。于一些实施方式中，反射层220与导电部141包含相同的材料。
接着，如图6所示，形成第二基板230以及粘合层240(bonding layer)于反射层220上，其中粘合层240位于第二基板230与反射层220之间。于一些实施方式中，第二基板230为硅基板。
接着，如图7所示，移除部分的原生基板210。于一些实施方式中，此步骤是以湿式蚀刻的方式移除部分的原生基板210。于一些实施方式中，经过此步骤后，部分的砷化镓层残留于第二半导体层120上。
接着，如图8所示，于残留的砷化镓层上形成第二接触电极层150(包含接垫151以及外延结构152)。
接着，如图9所示，于第二半导体层120远离主动层130的一侧上形成粗化结构121。
接着，如图10所示，于发光二极管装置100的外围形成切割走道区101。具体而言，本步骤是移除部分的第二半导体层120、主动层130以及第一半导体层110，以形成由发光二极管装置100顶部下凹的切割走道区101。
最后，回到图2，于第二半导体层120以及第二接触电极层150上形成绝缘层160，绝缘层160覆盖外延结构152且不覆盖接垫151，并于第二基板230下方形成粘着层250。粘着层250与第二基板230形成欧姆接触，并且可做为发光二极管装置100的外部连接介面。在发光二极管装置100由切割走道区101被切割分离后，可将粘着层250加热粘合于凹杯结构(图未示)内，形成一发光二极管封装。于一些实施方式中，粘着层250包含钛、金。
综上所述，在本揭示的发光二极管装置中，第一接触电极层的部分导电部设置于第一半导体层未受到主动层覆盖的部分之下，故能维持发光二极管装置的可靠度，并同时提升其亮度。
尽管本揭示已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本揭示，任何熟悉此技艺者，于不脱离本揭示的精神及范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本揭示的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (9)
1.一种发光二极管装置，其特征在于，包含：
一第一半导体层，具有一第一部分与一第二部分；
一主动层，覆盖该第一半导体层的该第一部分且不覆盖该第二部分；
一第二半导体层，设置于该主动层上；
一第一接触电极层，电性连接该第一半导体层，并包含多个导电部，所述多个导电部位于该第一半导体层远离该主动层的一侧，并包含至少一外围导电部，其中该至少一外围导电部设置于该第一半导体层的该第二部分之下；以及
一第二接触电极层，电性连接该第二半导体层，并包含一接垫，其中所述多个导电部包含一第一导电部以及一第二导电部，该第一导电部与该接垫于该第一接触电极层上的一垂直投影之间的一距离，是小于该第二导电部与该垂直投影之间的一距离，且该第一导电部的一最大宽度小于或等于该第二导电部的一最大宽度。
2.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，该第二部分为该第一部分底部外凸的一延伸部，该至少一外围导电部接触该延伸部。
3.根据权利要求2所述的发光二极管装置，其特征在于，该延伸部以及该至少一外围导电部面对该发光二极管装置的一切割走道区，该切割走道区由该发光二极管装置的顶部下凹。
4.根据权利要求2所述的发光二极管装置，其特征在于，该延伸部以及该至少一外围导电部连接该发光二极管装置的一外缘。
5.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于：
该第二接触电极层设置于该第二半导体层上，其中该第一接触电极层还包含一绝缘部，该绝缘部设置于该第二接触电极层之下。
6.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，该发光二极管装置具有一发光区对应该主动层，所述多个导电部所占据的一第一总和面积为该发光区的面积的3％以上。
7.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，该至少一外围导电部面对该发光二极管装置的一切割走道区设置，且该至少一外围导电部所占据的一第二总和面积与该切割走道区的面积的比率为5％至15％。
8.根据权利要求7所述的发光二极管装置，其特征在于，该至少一外围导电部所占据的该第二总和面积与该切割走道区的面积的比率为6％至10％。
9.根据权利要求8所述的发光二极管装置，其特征在于，该至少一外围导电部所占据的该第二总和面积与该切割走道区的面积的比率为7％。
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