CN113410357A - 微型发光二极管芯片 - Google Patents

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CN113410357A CN202110786735.1A CN202110786735A CN113410357A CN 113410357 A CN113410357 A CN 113410357A CN 202110786735 A CN202110786735 A CN 202110786735A CN 113410357 A CN113410357 A CN 113410357A
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Abstract

本发明提供一种微型发光二极管芯片，包括第一型半导体层、主动层、第二型半导体层、第一型电极以及第二型电极。第一型半导体层具有第一高浓度掺杂区与第一低浓度掺杂区。主动层设置在第一型半导体层与第二型半导体层之间。第一型电极与第一高浓度掺杂区直接接触电性连结。第二型电极与第二型半导体层电性连结。

Description

微型发光二极管芯片
技术领域
本发明涉及一种芯片，尤其涉及一种微型发光二极管芯片。
背景技术
在现有的微型发光二极管芯片的制造中，最后的过程需将电极与磊晶结构做欧姆接触，例如将铍-金(Be-Au)合金的电极与磊晶结构的P型窗层做欧姆接触。而在制作电极与磊晶结构之间的欧姆接触前，一般会先利用高分子胶将透明基板接合在磊晶结构上，例如将透明基板接合在P型窗层上。然而，电极与磊晶结构做欧姆接触的温度约摄氏500度，且此温度可能会使前述高分子胶破裂进而导致芯片的破裂。
发明内容
本发明提供一种微型发光二极管芯片，其能在较低的温度下使电极与磊晶结构产生欧姆接触。
本发明的一实施例提供一种微型发光二极管芯片，其包括第一型半导体层、主动层、第二型半导体层、第一型电极以及第二型电极。第一型半导体层具有第一高浓度掺杂区与第一低浓度掺杂区。主动层设置在第一型半导体层与第二型半导体层之间。第一型电极与第一高浓度掺杂区直接接触电性连结。第二型电极与第二型半导体层电性连结。
在本发明的一实施例中，上述的第一高浓度掺杂区的掺杂浓度落在5×1017cm-3至1×1019cm-3的范围内。
在本发明的一实施例中，上述的第一高浓度掺杂区在垂直所述微型发光二极管芯片的方向上的正投影的面积与微型发光二极管芯片于所述方向上的正投影的面积的比值落在0.01至0.35的范围内。
在本发明的一实施例中，第一接触区在垂直微型发光二极管芯片的方向上的正投影的面积与第一高浓度掺杂区在所述方向上的正投影面积的比值落在0.5至1的范围内，其中第一接触区为第一型电极与第一高浓度掺杂区的接触范围。
在本发明的一实施例中，上述的第一高浓度掺杂区的厚度落在1纳米至3微米的范围内。
在本发明的一实施例中，上述的第一高浓度掺杂区与主动层之间的距离落在0.5微米至1.5微米的范围内。
在本发明的一实施例中，上述的第一型电极离微型发光二极管芯片的边缘的最短距离大于等于1微米。
在本发明的一实施例中，上述的第一高浓度掺杂区离微型发光二极管芯片的边缘的最短距离大于等于1微米。
在本发明的一实施例中，微型发光二极管芯片还包括窗层，其中第一型半导体层设置在主动层与窗层之间。
在本发明的一实施例中，上述的第一高浓度掺杂区的掺杂浓度与窗层的掺杂浓度之间的比值大于等于3且小于等于1000。
在本发明的一实施例中，上述的第一型电极包括第一型电极表面层。第一型电极表面层设置在窗层远离第一型半导体层的表面上。在第一型半导体层垂直微型发光二极管芯片的方向上，第一型电极表面层在第一高浓度掺杂区的正投影与第一高浓度掺杂区之间具有第一重叠区域。第一重叠区域与第一高浓度掺杂区之间的面积比落在0.5至1.5的范围内。
在本发明的一实施例中，微型发光二极管芯片还包括缓冲层。缓冲层设置在主动层与第一型半导体层之间。
在本发明的一实施例中，上述的第一型电极包括第一型电极表面层。第一型电极表面层设置在第二型半导体层远离第一型半导体层的表面上。在垂直微型发光二极管芯片的方向上，第一型电极表面层在第一高浓度掺杂区的正投影与第一高浓度掺杂区之间具有第一重叠区域。第一重叠区域与第一高浓度掺杂区之间的面积比落在0.5至1的范围内。
在本发明的一实施例中，上述的第二型半导体层具有第二高浓度掺杂区和第二低浓度掺杂区。第二型电极与第二高浓度掺杂区直接接触电性连结。
在本发明的一实施例中，上述的第二高浓度掺杂区的掺杂浓度落在5×1017cm-3至1×1019cm-3的范围内。
在本发明的一实施例中，上述的第二高浓度掺杂区沿垂直微型发光二极管芯片的方向上的正投影的面积与微型发光二极管芯片于所述方向上的正投影的面积的比值落在0.01至0.35的范围内。
在本发明的一实施例中，第二接触区于垂直微型发光二极管芯片的方向上的正投影的面积与第二高浓度掺杂区的面积之间的比值落在0.5至1的范围内，其中第二接触区为第二型电极与第二高浓度掺杂区的接触范围。
在本发明的一实施例中，上述的第二高浓度掺杂区的厚度落在1纳米至3微米的范围内。
在本发明的一实施例中，上述的第二高浓度掺杂区与主动层之间的距离落在0.5微米至1.5微米的范围内。
在本发明的一实施例中，上述的第二型电极离微型发光二极管芯片的边缘的最短距离大于等于1微米。
在本发明的一实施例中，上述的第二高浓度掺杂区离微型发光二极管芯片的边缘的最短距离大于等于1微米。
在本发明的一实施例中，上述的第二型电极包括第二型电极表面层。第二型电极表面层设置在第二型半导体层远离第一型半导体层的表面上。第二型电极表面层在垂直微型发光二极管芯片的方向上的正投影与第二高浓度掺杂区之间具有第二重叠区域。第二重叠区域与第二高浓度掺杂区之间的面积比落在0.5至1.5的范围内。
基于上述，在本发明的一实施例的微型发光二极管芯片中，第一型半导体层具有第一高浓度掺杂区或第二型半导体层具有第二高浓度掺杂区，因此，第一型电极与第一高浓度掺杂区或第二型电极与第二高浓度掺杂区可用低温退火即可达到欧姆接触温度，进一步避免高分子胶破裂，使良率增加。
附图说明
图1A是根据本发明的第一实施例的微型发光二极管芯片的立体示意图；
图1B是根据本发明的第一实施例的微型发光二极管芯片的剖面示意图；
图2是根据本发明的第二实施例的微型发光二极管芯片的剖面示意图；
图3是根据本发明的第三实施例的微型发光二极管芯片的剖面示意图。
具体实施方式
图1A是根据本发明的第一实施例的微型发光二极管芯片的立体示意图。图1B是根据本发明的第一实施例的微型发光二极管芯片的剖面示意图。请参考图1A与图1B，本发明的一实施例提供一种微型发光二极管芯片10，其包括第一型半导体层100、主动层200、第二型半导体层300、第一型电极400以及第二型电极500。
在本实施例中，第一型半导体层100可为P型(或N型)半导体层，且第二型半导体层300可为N型(或P型)半导体层。当第一型半导体层100或第二型半导体层300为P型半导体层时，其掺杂物例如是碳(C)、镁(Mg)、锌(Zn)、硒(Se)或铍。当第一型半导体层100或第二型半导体层300为N型半导体层时，其掺杂物例如是硅(Si)或碲(Te)。
在本实施例中，主动层200的结构可为多重量子井(Multiple-Quantum Well,MQW)结构、单一量子井结构、双异质结构(Double Heterostructure)、单异质结构或其组合。主动层200的材料可为磷化镓系统的半导体材料。
在本实施例中，第一型电极400或第二型电极500的材料例如是铍-金合金，但本发明不以此为限。
在本实施例中，第一型半导体层100具有第一高浓度掺杂区102与第一低浓度掺杂区104。当高浓度掺杂区的掺杂浓度太低时，会导致电阻增加；当高浓度掺杂区的掺杂浓度太高时，会使微型发光二极管芯片10的透明度下降。在本实施例中，第一高浓度掺杂区102的掺杂浓度落在5×1017cm-3至1×1019cm-3的范围内。在一较佳的实施例中，第一高浓度掺杂区102的掺杂浓度落在5×1018cm-3至1×1019cm-3的范围内，可有较佳的电阻率和透明度。
在本实施例中，主动层200设置在第一型半导体层100与第二型半导体层300之间。第一型电极400与第一高浓度掺杂区102直接接触且电性连结。第二型电极500与第二型半导体层300电性连结。
在本实施例中，第一高浓度掺杂区102在垂直微型发光二极管芯片10的方向E1上的正投影的面积与微型发光二极管芯片10于所述方向E1上的正投影的面积的比值落在0.01至0.35的范围内。
在本实施例中，第一接触区CR1在垂直微型发光二极管芯片10的方向E1上的正投影的面积与第一高浓度掺杂区102在所述方向E1上的正投影面积的比值落在0.5至1的范围内，其中第一接触区CR1为第一型电极400与第一高浓度掺杂区102的接触范围。根据电阻R与面积A的关系：R＝ρ×l/A，当第一接触区CR1的面积大时，电阻R较小，而且高掺杂有助于电流扩散，其中ρ为材料的电阻率且l为电阻长度。
在本实施例中，第一高浓度掺杂区102的厚度t1落在1纳米(nm)至3微米(μm)的范围内。当第一高浓度掺杂区102的厚度t1太小时，第一高浓度掺杂区102使电流扩散的深度难以控制，且可能会失去电流扩散的效果。反之，考虑第一型半导体层100设计为厚度落在4微米至5微米的范围内，当第一高浓度掺杂区102的厚度t1太大时，则第一高浓度掺杂区102会影响电流路径，且可能会产生吸光效应。
在本实施例中，第一高浓度掺杂区102与主动层200之间的距离d3落在0.5微米至1.5微米的范围内。当第一高浓度掺杂区102与主动层200之间的距离d3太小时，杂质容易扩散至主动层200反而会影响微型发光二极管芯片10的光电效应。反之，第一高浓度掺杂区102与主动层200之间的距离d3太大时，请参考图2或图3，则形成沟槽H1的蚀刻深度太深，使微型发光二极管芯片10的良率不佳，也会使电流在第一高浓度掺杂区102和第一型半导体层100的散布效率不佳减少光电效率。
在本实施例中，第一型电极400离微型发光二极管芯片10的边缘的最短距离d1大于等于1微米。而且，第一高浓度掺杂区102离微型发光二极管芯片10的边缘的最短距离d2大于等于1微米。如此一来，第一型电极400可往微型发光二极管芯片10的中心配置，其可增加接合良率，并避免载流子跑到侧壁的侧壁效应(sidewall effect)。
在本实施例中，微型发光二极管芯片10还包括窗层600。窗层600用以作为光取出(light extraction)层。窗层600的基质可为Ⅲ-Ⅴ族材料，且掺杂可与第一型半导体100相同。此外，第一型半导体层100设置在主动层200与窗层600之间。
在本实施例中，第一高浓度掺杂区102的掺杂浓度与窗层600的掺杂浓度之间的比值大于等于3且小于等于1000。在一较佳的实施例中，第一高浓度掺杂区102的掺杂浓度与窗层600的掺杂浓度之间的比值大于等于10且小于等于50。
在本实施例中，第一型电极400包括第一型电极表面层402。第一型电极表面层402设置在窗层600远离第一型半导体层100的表面上。在第一型半导体层100垂直微型发光二极管芯片10的方向E1上，第一型电极表面层402在第一高浓度掺杂区102的正投影与第一高浓度掺杂区102之间具有第一重叠区域OR1。再者，当第一重叠区域OR1与第一高浓度掺杂区102之间的面积比落在0.5至1.5的范围内时，第一型电极400可往微型发光二极管芯片10的中心配置增加接合面积，其可增加接合良率，并避免载子跑到侧壁的侧壁效应。
在本实施例中，微型发光二极管芯片10更具有第一沟槽H1以及第二沟槽H2。第一沟槽H1穿过窗层600以及部分的第一高浓度掺杂区102，且第一沟槽H1使第一高浓度掺杂区102在相反于方向E1的一侧的表面暴露。而且，第一型电极400设置于第一沟槽H1中，并电性接触至前述的第一高浓度掺杂区102暴露的表面。再者，第二沟槽H2穿过窗层600、第一型半导体层100、主动层200以及部分的第二型半导体层300，且第二沟槽H2使第二型半导体层300在相反于方向E1的一侧的表面暴露。而且，第二型电极500设置于第二沟槽H2中，并电性接触至前述的第二型半导体层300暴露的表面。
在本实施例中，微型发光二极管芯片10还包括绝缘层700。绝缘层700覆盖第一沟槽H1与第二沟槽H2的内壁，使第一型电极400电性绝缘窗层600，并使第二型电极500电性绝缘窗层600、第一型半导体层100及主动层200。再者，绝缘层700并延伸配置于窗层600在相反于方向E1的一侧的表面。
此外，在本实施例中，绝缘层700在第一沟槽H1与第二沟槽H2分别具有第一开口O1与第二开口O2，且第一型电极400与第二型电极500分别通过第一开口O1与第二开口O2电性接触至第一高浓度掺杂区102与第二型半导体层300。
基于上述，在本发明的一实施例的微型发光二极管芯片10中，第一型半导体层100具有第一高浓度掺杂区102，且第一型电极400与第一高浓度掺杂区102电性接触。因此，第一型电极400与第一高浓度掺杂区102可用低温退火即可达到欧姆接触温度(落在摄氏400至500度的范围内)，进一步避免高分子胶破裂，使良率增加。
图2是根据本发明的第二实施例的微型发光二极管芯片的剖面示意图。请参考图2，本实施例的微型发光二极管芯片10A与图1B的微型发光二极管芯片10相似，其主要差异如下。在本实施例中，微型发光二极管芯片10A还包括缓冲层800。缓冲层800的基质可为Ⅲ-Ⅴ族材料，且掺杂可与第一型半导体100相同。缓冲层800设置在主动层200与第一型半导体层100之间。
在本实施例中，第一型电极400包括第一型电极表面层402。第一型电极表面层402设置在第二型半导体层300远离第一型半导体层100的表面上。在垂直微型发光二极管芯片10A的方向E2上，第一型电极表面层402在第一高浓度掺杂区102的正投影与第一高浓度掺杂区102之间具有第一重叠区域OR1。第一重叠区域OR1与第一高浓度掺杂区102之间的面积比落在0.5至1.5的范围内。
除此之外，在本实施例中，微型发光二极管芯片10A不具有图1B微型发光二极管芯片10的第二沟槽H2。再者，第一沟槽H1穿过第二型半导体层300、主动层200、缓冲层800以及部分的第一高浓度掺杂区102，且第一沟槽H1使第一高浓度掺杂区102在相反于方向E2的一侧的表面暴露。而且，第一型电极400设置于第一沟槽H1中，并电性接触至前述的第一高浓度掺杂区102暴露的表面。而微型发光二极管芯片10A的优点相似于微型发光二极管芯片10，在此不再赘述。
图3是根据本发明的第三实施例的微型发光二极管芯片的剖面示意图。请参考图3，本实施例的微型发光二极管芯片10B与图2的微型发光二极管芯片10A相似，其主要差异如下。在本实施例中，第二型半导体层300具有第二高浓度掺杂区302和第二低浓度掺杂区304。第二型电极500与第二高浓度掺杂区302直接接触电性连结。第二高浓度掺杂区302的掺杂浓度落在5×1017cm-3至1×1019cm-3的范围内。在一较佳的实施例中，第二高浓度掺杂区302的掺杂浓度落在5×1018cm-3至1×1019cm-3的范围内。
在本实施例中，第二高浓度掺杂区302沿方向E2上的正投影的面积与微型发光二极管芯片10B于方向E2上的正投影的面积的比值落在0.01至0.35的范围内。
在本实施例中，第二接触区CR2于方向E2上的正投影的面积与第二高浓度掺杂区302的面积之间的比值落在0.5至1的范围内，其中第二接触区CR2为第二型电极500与第二高浓度掺杂区302的接触范围。当第二接触区CR2的面积大时，电阻R较小，而且高掺杂有助于电流扩散。
在本实施例中，第二高浓度掺杂区302的厚度t2落在1纳米至3微米的范围内。当第二高浓度掺杂区302的厚度t2太小时，第二高浓度掺杂区302使电流扩散的深度难以控制，且可能会失去电流扩散的效果。反之，考虑第二型半导体层300设计为厚度落在4微米至5微米的范围内，当第二高浓度掺杂区302的厚度t2太大时，则第二高浓度掺杂区302会影响电流路径，且可能会产生吸光效应。
在本实施例中，第二高浓度掺杂区302与主动层200之间的距离d6落在0.5微米至1.5微米的范围内。当第二高浓度掺杂区302与主动层200之间的距离d6太小时，杂质容易扩散至主动层200反而会影响微型发光二极管芯片10B的光电效应。反之，第二高浓度掺杂区302与主动层200之间的距离d6太大时，则电流扩散效果不佳。
在本实施例中，第二型电极500离微型发光二极管芯片10B的边缘的最短距离d4大于等于1微米。而且，第二高浓度掺杂区302离微型发光二极管芯片10B的边缘的最短距离d5大于等于1微米。如此一来，第二型电极500可往微型发光二极管芯片10B的中心配置，其可增加接合良率，并避免载子跑到侧壁的侧壁效应。
在本实施例中，第二型电极500包括第二型电极表面层502。第二型电极表面层502设置在第二型半导体层300远离第一型半导体层100的表面上。第二型电极表面层502在方向E2上的正投影与第二高浓度掺杂区302之间具有第二重叠区域OR2。再者，当第二重叠区域OR2与第二高浓度掺杂区302之间的面积比落在0.5至1.5的范围内时，第二型电极500可往微型发光二极管芯片10B的中心配置，其可增加接合良率，并避免载子跑到侧壁的侧壁效应。
除此之外，微型发光二极管芯片10B更具有第二沟槽H2。第二沟槽H2穿过部分的第二高浓度掺杂区302，且第二沟槽H2使第二高浓度掺杂区302在相反于方向E2的一侧的表面暴露。而且，第二型电极500设置于第二沟槽H2中，并电性接触至前述的第二高浓度掺杂区302暴露的表面。而微型发光二极管芯片10B的优点相似于微型发光二极管芯片10A或10，在此不再赘述。
综上所述，在本发明的一实施例的微型发光二极管芯片中，第一型半导体层具有第一高浓度掺杂区或第二型半导体层具有第二高浓度掺杂区，且第一型电极与第一高浓度掺杂区电性接触或第二型电极与第二高浓度掺杂区电性接触。因此，第一型电极与第一高浓度掺杂区或第二型电极与第二高浓度掺杂区可用低温退火即可达到欧姆接触温度，进一步避免高分子胶破裂，使良率增加。

Claims (17)

1.一种微型发光二极管芯片，其特征在于，包括：
第一型半导体层，具有第一高浓度掺杂区与第一低浓度掺杂区；
主动层；
第二型半导体层，其中所述主动层设置在所述第一型半导体层与所述第二型半导体层之间；
第一型电极，与所述第一高浓度掺杂区直接接触电性连结；以及
第二型电极，与所述第二型半导体层电性连结。
2.根据权利要求1所述的微型发光二极管芯片，其特征在于，所述第一高浓度掺杂区的掺杂浓度落在5×1017cm-3至1×1019cm-3的范围内。
3.根据权利要求1所述的微型发光二极管芯片，其特征在于，所述第一高浓度掺杂区在垂直所述微型发光二极管芯片的方向上的正投影的面积与所述微型发光二极管芯片于所述方向上的正投影的面积的比值落在0.01至0.35的范围内。
4.根据权利要求1所述的微型发光二极管芯片，其特征在于，第一接触区在垂直所述微型发光二极管芯片的方向上的正投影的面积与所述第一高浓度掺杂区在所述方向上的正投影面积的比值落在0.5至1的范围内，所述第一接触区为所述第一型电极与所述第一高浓度掺杂区的接触范围。
5.根据权利要求1所述的微型发光二极管芯片，其特征在于，所述第一高浓度掺杂区的厚度落在1纳米至3微米的范围内。
6.根据权利要求1所述的微型发光二极管芯片，其特征在于，所述第一高浓度掺杂区与所述主动层之间的距离落在0.5微米至1.5微米的范围内。
7.根据权利要求1所述的微型发光二极管芯片，其特征在于，所述第一高浓度掺杂区离所述微型发光二极管芯片的边缘的最短距离大于等于1微米。
8.根据权利要求1所述的微型发光二极管芯片，其特征在于，还包括窗层，其中所述第一型半导体层设置在所述主动层与所述窗层之间。
9.根据权利要求8所述的微型发光二极管芯片，其特征在于，所述第一高浓度掺杂区的掺杂浓度与所述窗层的掺杂浓度之间的比值大于等于3且小于等于1000。
10.根据权利要求8所述的微型发光二极管芯片，其特征在于，所述第一型电极包括第一型电极表面层，设置在所述窗层远离所述第一型半导体层的表面上，
在所述第一型半导体层垂直所述微型发光二极管芯片的方向上，所述第一型电极表面层在所述第一高浓度掺杂区的正投影与所述第一高浓度掺杂区之间具有第一重叠区域，
所述第一重叠区域与所述第一高浓度掺杂区之间的面积比落在0.5至1.5的范围内。
11.根据权利要求1所述的微型发光二极管芯片，其特征在于，还包括缓冲层，设置在所述主动层与所述第一型半导体层之间。
12.根据权利要求11所述的微型发光二极管芯片，其特征在于，所述第一型电极包括第一型电极表面层，设置在所述第二型半导体层远离所述第一型半导体层的表面上，
在垂直所述微型发光二极管芯片的方向上，所述第一型电极表面层在所述第一高浓度掺杂区的正投影与所述第一高浓度掺杂区之间具有第一重叠区域，
所述第一重叠区域与所述第一高浓度掺杂区之间的面积比落在0.5至1的范围内。
13.根据权利要求1或11所述的微型发光二极管芯片，其特征在于，所述第二型半导体层具有第二高浓度掺杂区和第二低浓度掺杂区，所述第二型电极与所述第二高浓度掺杂区直接接触电性连结。
14.根据权利要求13所述的微型发光二极管芯片，其特征在于，所述第二高浓度掺杂区的掺杂浓度落在5×1017cm-3至1×1019cm-3的范围内。
15.根据权利要求13所述的微型发光二极管芯片，其特征在于，所述第二高浓度掺杂区沿垂直所述微型发光二极管芯片的方向上的正投影的面积与所述微型发光二极管芯片于所述方向上的正投影的面积的比值落在0.01至0.35的范围内。
16.根据权利要求13所述的微型发光二极管芯片，其特征在于，第二接触区于垂直所述微型发光二极管芯片的方向上的正投影的面积与所述第二高浓度掺杂区的面积之间的比值落在0.5至1的范围内，所述第二接触区为所述第二型电极与所述第二高浓度掺杂区的接触范围。
17.根据权利要求13所述的微型发光二极管芯片，其特征在于，所述第二型电极包括第二型电极表面层，设置在所述第二型半导体层远离所述第一型半导体层的表面上，
所述第二型电极表面层在垂直所述微型发光二极管芯片的方向上的正投影与所述第二高浓度掺杂区之间具有第二重叠区域，
所述第二重叠区域与所述第二高浓度掺杂区之间的面积比落在0.5至1.5的范围内。
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