CN115148875A - 一种发光二极管晶粒结构 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种发光二极管晶粒结构，其包含一基板，该基板上设置一金属接触层，该金属接触层上设置一发光半导体层，并一绝缘保护层覆盖该金属接触层与该发光半导体层，该绝缘保护层具有裸露该发光半导体层的一第一开口与裸露该金属接触层的一第二开口，一金属导电层的一端穿过该第一开口而电性连接该发光半导体层，另一端则延伸至该绝缘保护层上，一第一电极垫与一第二电极垫分别位于该发光半导体层的横向侧边并分别设置于该金属导电层上与穿过该第二开口而设置于该金属接触层上；据此，本发明让该第一、二电极垫不位于该发光半导体层的上方，可避免打线制程的压力破坏该发光半导体层。
Description
技术领域
本发明有关于发光二极管，尤其有关于发光二极管晶粒结构。
背景技术
已知垂直式发光二极管，其晶粒结构包含组成三明治结构的一N型半导体层、一量子井(quantum well)与一P型半导体层，该P型半导体层之下依序设置一结合层、一硅基板与一P型电极，而该N型半导体层的表面供设置一N型电极，据此于该N型电极与该P型电极施予电压后，该N型半导体层提供电子，而该P型半导体层提供空穴，该电子与该空穴于该发光层结合后即可产生光。垂直式发光二极管具有高轴向光与良好散热性，在显示器的显色性会有很大优点，但应用于小间距显示器来说，由于晶片的尺寸小，单一颜色的晶粒(chip)尺寸为最短边长为50μm至200μm，故发光表面存在的电极垫(Pad)遮光严重，并晶片需要同时处理发光表面的打线制程与底部高导电性的固晶制程，整体制程较为复杂。
如上所述的结构，如底部需要绝缘的特殊应用或为了减少制程的复杂度，可让该P型半导体层连接一金属接触层，并将该P型电极移至该发光层的横向位置后，该P型电极再与该金属接触层连接，其仍可保有高轴向光特性，满足高显色性显示器需求。此类型晶片称为横向型LED晶粒(Lateral LED Chip)，如美国公告第US 10,304,998 B2号专利的图1所示。
另，为改善发光表面存在的电极垫(Pad)的遮光现象，会将电极垫的尺寸缩小。但如使用打线方法连接电线路时，对应的小尺寸电极垫会使用较细的打线头，在施力(F)不变的下，因打线受力面积(A)变小，此时电极垫承受的应力(P)会变大(P＝F/A)。故打线制程易造成电极垫底下发光的半导体脆裂，一般来说会造成漏电流增加，而严重时会造成暗点，除了影响元件光电特性(发光效率降低)并会伤害长时间的光电元件信赖度。
发明内容
爰此，本发明的主要目的在于揭露一种于打线制程不会破坏半导体结构的发光二极管晶粒结构。
本发明揭露一种发光二极管晶粒结构，其包含一基板、一金属接触层、一发光半导体层、一绝缘保护层、一金属导电层、一第一电极垫与一第二电极垫。其中该金属接触层设置于该基板上，该发光半导体层设置于该金属接触层上，该绝缘保护层覆盖该金属接触层与该发光半导体层，且该绝缘保护层具有一第一开口与一第二开口，该第一开口裸露该发光半导体层，而该第二开口裸露该金属接触层。该金属导电层设置于该绝缘保护层上，且该金属导电层的一端穿过该第一开口而电性连接该发光半导体层，该金属导电层的另一端延伸至该发光半导体层的横向侧边上。该第一电极垫位于该发光半导体层的横向侧边，且该第一电极垫设置于该金属导电层上。该第二电极垫位于该发光半导体层的横向侧边，且该第二电极垫穿过该第二开口而设置于该金属接触层上。
据此，本发明具有高轴向光特性，可满足高显色性显示器需求。且该第一电极垫与该第二电极垫分别设置于该发光半导体层的横向侧边，因而可改善电极遮光而导致亮度大幅下降的问题，且在进行打线制程时，该发光半导体层没有受到应力破坏而脆裂的问题。又该第一电极垫与该第二电极垫的设置高度相近，有利于打线制程的进行。另该基板可以选用高散热材质，而具有良好的散热性。
附图说明
图1，为本发明第一实施例的结构断面示意图；
图2，为本发明第一实施例的结构俯视示意图；
图3，为本发明第二实施例的结构断面示意图；
图4，为本发明第二实施例的结构俯视示意图；
图5，为本发明第三实施例的结构断面示意图；
图6，为本发明第四实施例的结构俯视示意图；
图7，为本发明第五实施例的结构俯视示意图。
具体实施方式
为对本发明的特征、目的及功效，有着更加深入的了解与认同，兹列举一较佳实施例并配合附图说明如后：
请参阅“图1”与“图2”所示，为本发明的第一实施例，且为了附图绘制的方便，以下各附图的绘制比例为虚拟的，非为精准的比例尺寸。本发明揭露一种发光二极管晶粒结构，其包含一基板10、一金属接触层20、一发光半导体层30、一绝缘保护层40、一金属导电层50、一第一电极垫60与一第二电极垫70。其中该金属接触层20设置于该基板10上，于本实施例中，该基板10与该金属接触层20可以通过一粘结层15而固定，该基板10的材质可以选用导电材质，如P型Si基板、CuMoCu金属基板与Ni-Fe基板的任一种。或者该基板10的材质可以选用高导热材质，如SiC基板、AlN基板、A12O3基板。又该基板10的下方可以设置一具有磁性的底部接触层80，该底部接触层80的材质为铁磁性薄膜、加入铁磁性材料粉末的聚合物(Polymer)与加入铁磁性材料粉末的陶瓷(Ceramic)的任一种，其中该铁磁性薄膜与铁磁性材料粉末可以由铁、镍或钴等等具有铁磁性的材料所制成。
该发光半导体层30包含依序堆叠的一P型半导体层31、一量子井32(quantumwell)与一N型半导体层33，该发光半导体层30设置于该金属接触层20上，并让该P型半导体层31电性连接该金属接触层20，该绝缘保护层40覆盖该金属接触层20与该发光半导体层30，该绝缘保护层40的材料可以选自SiO2、SiN、SiN/SiO2/SiN、TiO2与TiO2/SiO2/TiO2所组成的群组。且该绝缘保护层40具有一第一开口41与一第二开口42，该第一开口41裸露该发光半导体层30，更进一步的，该第一开口41可以围绕该发光半导体层30的轮廓边缘，而该第二开口42裸露该金属接触层20。
该金属导电层50设置于该绝缘保护层40上，且该金属导电层50的一端穿过该第一开口41而电性连接该发光半导体层30，更详细的说，该金属导电层50可以覆盖该发光半导体层30的横向侧边，该金属导电层50为电性连接该发光半导体层30的轮廓边缘，且该发光半导体层30的该N型半导体层33电性连接该金属导电层50。而该金属导电层50的另一端则延伸至该金属接触层20上方不具有该发光半导体层30的一水平面21的上方。
又该第一电极垫60位于该发光半导体层30的横向侧边，且该第一电极垫60设置于该金属导电层50上。该第二电极垫70位于该发光半导体层30的横向侧边，且该第二电极垫70穿过该第二开口42而设置于该金属接触层20上。于本实施例中，该第一电极垫60与该第二电极垫70可以位于该发光半导体层30不同侧的横向侧边，可具有较大的线距而降低后续打线制程的难度。
请再一并参阅“图3”与“图4”所示，为本发明的第二实施例。与第一实施例相较之下，该第一电极垫60与该第二电极垫70位于该发光半导体层30同侧的横向侧边，据此该第一电极垫60与该第二电极垫70位于相近的区域且具有相近的高度，对于使用高精度且具有双头打线的打线设备来说，可以一次完成该第一电极垫60与该第二电极垫70的打线作业，而节省打线作业时间。
请再一并参阅“图5”所示，为本发明的第三实施例，为了该发光半导体层30的发光均匀性考量，该发光半导体层30的轮廓边缘为矩形，且该发光半导体层的面积为小于50000μm2。即该发光半导体层30的尺寸不能太大，以让流经该N型半导体层33的电流90具有充分的扩散路径。更进一步的定义，该发光半导体层30的轮廓边缘为矩形且长边长度定义为W，该N型半导体层33的高度长度定义为H，其中W/H小于75，流经该N型半导体层33的电流90即可充分扩散，而让该发光半导体层30均匀的发光。
请再一并参阅“图6”所示，为本发明的第四实施例，在该发光半导体层30的尺寸太大的情况下，该金属导电层50可以具有一延伸至该发光半导体层30中间区域的辅助线路51，通过该辅助线路51的导引，电流90(如图5所示)可以进一步扩散而让该发光半导体层30均匀的发光。辅助线路51可以横跨该发光半导体层30(图未示)，或交叉伸入该发光半导体层30的上方(如图6所示)。
请再一并参阅“图7”所示，为本发明的第五实施例，与第二实施例相较之下，该第一电极垫60与该第二电极垫70除了位于该发光半导体层30同侧的横向侧边之外，该第一电极垫60与该第二电极垫70还沿一纵向方向(longitudinal direction)并排排列，在此设计之下，该第一电极垫60与该第二电极垫70的尺寸较小，故需要精密打线设备来进行打线。
如上所述，本发明的特点至少包含：
1.采用垂直式发光二极管的结构设计，具有高轴向光特性，满足高显色性显示器需求。
2.该第一电极垫与该第二电极垫分别设置于该发光半导体层的横向侧边，因而可改善电极遮光而导致亮度大幅下降的问题。
3.该第一电极垫与该第二电极垫的下方未设置该发光半导体层，该发光半导体层没有受到应力破坏而脆裂的问题。
4.该第一电极垫与该第二电极垫的设置高度相近，有利于打线制程的进行。
5.该基板可以选用高散热材质，而具有良好的散热性。
6.该基板的底部可以设置具有磁性的该底部接触层，适用于磁性转移制程，有利于小尺寸晶粒的巨量转移。
Claims (12)
1.一种发光二极管晶粒结构，其特征在于，包含：
一基板；
一金属接触层，该金属接触层设置于该基板上；
一发光半导体层，该发光半导体层设置于该金属接触层上；
一绝缘保护层，该绝缘保护层覆盖该金属接触层与该发光半导体层，且该绝缘保护层具有裸露该发光半导体层的一第一开口与裸露该金属接触层的一第二开口；
一金属导电层，该金属导电层设置于该绝缘保护层上，且该金属导电层的一端穿过该第一开口而电性连接该发光半导体层，该金属导电层的另一端则延伸至该金属接触层上方不具有该发光半导体层的一水平面的上方；
一第一电极垫，该第一电极垫位于该发光半导体层的横向侧边，且该第一电极垫设置于该金属导电层上；以及
一第二电极垫，该第二电极垫位于该发光半导体层的横向侧边，且该第二电极垫穿过该第二开口而设置于该金属接触层上。
2.根据权利要求1所述的发光二极管晶粒结构，其特征在于，该第一开口围绕该发光半导体层的轮廓边缘，而该金属导电层电性连接该发光半导体层的轮廓边缘。
3.根据权利要求1所述的发光二极管晶粒结构，其特征在于，该金属导电层覆盖该发光半导体层的横向侧边。
4.根据权利要求3所述的发光二极管晶粒结构，其特征在于，该金属导电层具有一延伸至该发光半导体层中间区域的辅助线路。
5.根据权利要求1所述的发光二极管晶粒结构，其特征在于，该发光半导体层的轮廓边缘为矩形，且该发光半导体层的面积为小于50000平方微米。
6.根据权利要求1所述的发光二极管晶粒结构，其特征在于，该第一电极垫与该第二电极垫位于该发光半导体层同侧的横向侧边。
7.根据权利要求6所述的发光二极管晶粒结构，其特征在于，该第一电极垫与该第二电极垫还沿一纵向方向并排排列。
8.根据权利要求1所述的发光二极管晶粒结构，其特征在于，该第一电极垫与该第二电极垫位于该发光半导体层不同侧的横向侧边。
9.根据权利要求1所述的发光二极管晶粒结构，其特征在于，该基板与该金属接触层通过一粘结层而固定。
10.根据权利要求1所述的发光二极管晶粒结构，其特征在于，该基板的下方设置一具有磁性的底部接触层。
11.根据权利要求10所述的发光二极管晶粒结构，其特征在于，该底部接触层的材质为铁磁性薄膜、加入铁磁性材料粉末的聚合物与加入铁磁性材料粉末的陶瓷的任一种。
12.根据权利要求1所述的发光二极管晶粒结构，其特征在于，该发光半导体层包含依序堆叠的一P型半导体层、一量子井与一N型半导体层，其中该P型半导体层电性连接该金属接触层，该N型半导体层电性连接该金属导电层，该发光半导体层的轮廓边缘为矩形且长边长度定义为W，该N型半导体层的高度长度定义为H，其中W/H小于75。
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