TW201822378A - 發光二極體晶片 - Google Patents

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Abstract

一種發光二極體晶片包括P型半導體層、發光層及N型半導體層。發光層配置於P型半導體層與N型半導體層之間。發光二極體晶片的所有半導體層的總厚度除以發光二極體晶片的最大寬度所得到的比值是落在0.2至1.5的範圍內。位於發光層之朝向P型半導體層的一側的所有半導體層的總厚度除以發光二極體晶片的所有半導體層的總厚度所得到的比值是落在0.05至0.2的範圍內。

Description

發光二極體晶片
本發明是有關於一種發光元件，且特別是有關於一種發光二極體晶片。
微型發光二極體顯示器包括主動元件基板以及與主動元件基板電性連接的多個微型發光二極體晶片。微型發光二極體顯示器的每一畫素區設有對應的微型發光二極體晶片，而每一微型發光二極體晶片能獨立發光。承繼了發光二極體的特性，微型發光二極體顯示器具有低功耗、高亮度、色彩飽和度、反應速度快、省電等優點。此外，微型發光二極體顯示器更具有材料穩定性佳與無影像殘留（image sticking）的優勢，因此，微型發光二極體顯示器的顯示技術倍受關注。
為使微型發光二極體顯示器具有高解析度，每一微型發光二極體晶片需具有小面積。然而，當微型發光二極體晶片的面積縮小（例如數個平方微米等級）時，微型發光二極體晶片中的電子與電洞易傳遞至微型發光二極體晶片的側壁且在側壁上的缺陷結合而不發光，不利於微型發光二極體晶片的發光性能。且原本過厚的半導體層在微型發光二極體晶片尺寸微小化亦易造成吸光，而造成微型發光二極體晶片效率不佳 。
本發明提供一種發光二極體晶片，性能佳且具有較小面積與更薄的厚度。
本發明的發光二極體晶片包括P型半導體層、發光層及N型半導體層。發光層配置於P型半導體層與N型半導體層之間。發光二極體晶片的所有半導體層的總厚度除以發光二極體晶片的最大寬度所得到的比值是落在0.2至1.5的範圍內。位於發光層之朝向P型半導體層的一側的所有半導體層的總厚度除以發光二極體晶片的所有半導體層的總厚度所得到的比值是落在0.05至0.2的範圍內。
在本發明的一實施例中，上述的P型半導體層包括P型披覆層以及P型歐姆接觸層。P型披覆層配置於P型歐姆接觸層與發光層之間。
在本發明的一實施例中，上述的位於發光層之朝向P型半導體層的一側的所有半導體層的總厚度為P型披覆層之厚度與P型歐姆接觸層之厚度的和。
在本發明的一實施例中，上述的P型歐姆接觸層的厚度除以發光二極體晶片的所有半導體層的總厚度所得到的比值大於0且小於或等於0.05。
在本發明的一實施例中，上述的P型歐姆接觸層的厚度除以發光層之朝向P型半導體層的一側的所有半導體層的總厚度所得到的比值是落在0.1至 0.25的範圍。
在本發明的一實施例中，上述的P型歐姆接觸層的材質為摻雜碳的磷化鎵。
在本發明的一實施例中，上述的P型披覆層的材質為磷化鋁銦。
在本發明的一實施例中，上述的N型半導體層包括N型披覆層以及蝕刻停止層。N型披覆層配置於發光層與蝕刻停止層之間。
在本發明的一實施例中，上述的蝕刻停止層的材質為砷化鎵，且蝕刻停止層的厚度小於或等於600埃（Å ）。
在本發明的一實施例中，上述的N型半導體層可進一步包括N型半導體子層。N型披覆層配置於發光層與N型半導體子層之間。N型半導體子層配置於N型披覆層與蝕刻停止層之間。
基於上述，本發明一實施例的發光二極體晶片的所有半導體層的總厚度除以發光二極體晶片的最大寬度所得到的比值是落在0.2至1.5的範圍內，而位於發光層之朝向P型半導體層的一側的所有半導體層的總厚度除以發光二極體晶片的所有半導體層的總厚度所得到的比值是落在0.05至0.2的範圍內。換言之，本發明一實施例的發光二極體晶片省略位於發光層之朝向P型半導體層的一側的至少一半導體層（例如電流分散層），而具有薄型化的優點。更重要的是，由於位於發光層之朝向P型半導體層的一側的至少一半導體層（例如電流分散層）的省略，發光二極體晶片中的電子與電洞較不易傳遞至發光二極體晶片的側壁，且不易在側壁上的缺陷結合而不發光，因此可提升發光二極體晶片的發光性能。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1A為本發明一實施例的發光二極體晶片的剖面示意圖，而圖1B為圖1A的發光二極體晶片的上視示意圖。請參照圖1A及圖1B，發光二極體晶片100包括P型半導體層110、發光層120以及N型半導體層130。發光層120配置於P型半導體層110與N型半導體層130之間。於本實施例中，發光層120用以發出紅光。換言之，發光二極體晶片100為紅光發光二極體晶片。
在本實施例中，發光層120可為多重量子井（multiple quantum well）結構。詳言之，發光層120包括交替堆疊的多個能障層122與多個能井層124，其中能障層122的能隙大於能井層124的能隙。在本實施例中，能障層122的材質與能井層124的材質例如皆為磷化鋁鎵銦，但能障層122中所含有的鋁與鎵的莫耳百分比不同於能井層124中所含有的鋁與鎵的莫耳百分比。舉例而言，能障層122的材質可為未摻雜的(Alx Ga1-x )0.5 In0.5 P，能井層124的材質可為未摻雜(Aly Ga1-y )0.5 In0.5 P，其中0＜x＜1，0＜y＜1，但本發明不限於此。在其他實施例中，能障層122與能井層124也可為其他適當材料。在本實施例中，發光層120的厚度t120 例如為約2500埃（Å）至4500埃，但本發明不以此為限。
在本實施例中， P型半導體層110包括P型披覆層112及P型歐姆接觸層114。P型披覆層112配置於P型歐姆接觸層114與發光層120之間。更進一步地說，在本實施例中，P型披覆層112可直接覆蓋且接觸於發光層120，而P型歐姆接觸層114可為P型半導體層110中距離發光層120最遠的膜層。在本實施例中，設置於P型披覆層112上方的半導體層可僅有P型歐姆接觸層114以供與後續的導電層(此處例如是第一電極140)歐姆接觸用，達到薄型化半導體層厚度而避免吸光。
在本實施例中，P型披覆層112為材質一致的單一膜層，P型披覆層112的材質例如為摻雜鎂（Mg）的磷化鋁銦Al0.5 In0.5 P。P型披覆層112的厚度t112 例如為2500埃（Å ）至8000埃，較佳小於3000埃以避免吸光。P型歐姆接觸層114為材質一致的單一膜層，P型歐姆接觸層114的材質可為摻雜碳（C）的磷化鎵（GaP），以供與後續的導電層(此處例如是第一電極140)有較佳的歐姆接觸效率。P型歐姆接觸層114的厚度t114 小於或等於1000埃（Å），可兼具薄型化避免半導體層過厚吸光，以及良好歐姆接觸的作用。值得一提的是，P型歐姆接觸層114除以P型半導體層110的所有半導體層的總厚度所得到的比值是落在0.1至0.25的範圍內。小於0.1則P型歐姆接觸層114可能過薄無法具有較佳的歐姆接觸效率，高於0.25則P型歐姆接觸層114可能過厚而產生吸光。相較於先前技術，P型披覆層112後存在總厚度超過10000埃（Å）以上的多層半導體層，本案的P型披覆層112後只存在P型歐姆接觸層114，P型半導體層110的所有半導體層的數量小於N型半導體層130的所有半導體層的數量，可有效薄型化半導體層的總厚度。無論第一電極140的材質為透光材料（例如氧化銦錫, ITO）或不透光材料（例如金屬），摻雜碳的磷化鎵（即P型歐姆接觸層114）與第一電極140皆可形成良好的歐姆接觸，進而提升發光二極體晶片100的性能，但本發明不以此為限，特別說明的是，第一電極140與P型歐姆接觸層114可以為整面接觸或部分接觸，以增加電流分散。在其他實施例中，P型披覆層112的材質、P型披覆層112的厚度t112 、P型歐姆接觸層114的材質及/或P型歐姆接觸層114的厚度t114 也可做其他適當設計。
在本實施例中，N型半導體層130包括N型披覆層132以及蝕刻停止層134。N型披覆層132配置於發光層120與蝕刻停止層134之間。更進一步地說，在本實施例中，N型披覆層132可直接覆蓋且接觸於發光層120，而蝕刻停止層134可為N型半導體層130中距離發光層120較遠的膜層。在本實施例中，N型半導體層130可進一步包括配置於N型披覆層132與蝕刻停止層134之間的N型半導體子層136。N型披覆層132配置於發光層120與N型半導體子層136之間。N型半導體子層136配置於N型披覆層132與蝕刻停止層134之間。
在本實施例中，發光二極體晶片100可為一個微型發光二極體（Micro Light-Emitting Diode， µLED）。多個微型發光二極體晶片可以成長於生長基板（未繪示）上，然後再藉由蝕刻等的方式將生長基板（未繪示）至蝕刻停止層134前的半導體層(未繪示)從生長基板脫離。每一發光二極體晶片100的蝕刻停止層134能保護對應的N型半導體子層136不易被蝕刻液損傷。
在本實施例中，N型披覆層132的材質與N型半導體子層136的材質例如皆為磷化鋁鎵銦，但N型披覆層132中所含有的鋁與鎵的莫耳百分比不同於N型半導體子層136中所含有的鋁與鎵的莫耳百分比。舉例而言，N型半導體子層136的材質及N型披覆層132的材質可分別為組成元素的比例不同的磷化鋁鎵銦(Alm Ga1-m )0.5 In0.5 P及磷化鋁鎵銦(Aln Ga1-n )0.5 In0.5 P，其中0＜m≦1，0＜n≦1，所述磷化鋁鎵銦(Alm Ga1-m )0.5 In0.5 P及所述磷化鋁鎵銦(Aln Ga1-n )0.5 In0.5 P例如是摻雜矽（Si）。蝕刻停止層134的材質可為N型半導體層，例如摻雜矽（Si）的砷化鎵（GaAs）。在本實施例中，N型披覆層132的厚度t132 例如約為3000埃（Å ）至5000埃（Å ），N型半導體子層136的厚度t136 例如約為10000埃（Å ）至12000埃（Å ），而蝕刻停止層134的厚度t134 例如約為小於或等於600埃（Å ），但本發明不以此為限，相較於習知的紅光發光二極體晶片，本發明的半導體厚度皆具薄型化。在其他實施例中，N型披覆層132的材質、N型半導體子層136的材質、蝕刻停止層134的材質、N型披覆層132的厚度t132 、N型半導體子層136的厚度t136 及/或蝕刻停止層134的厚度t134 也可做其他適當設計。
在本實施例中，發光二極體晶片100還包括第一電極140與第二電極150。第一電極140與P型半導體層110電性連接。第二電極150與N型半導體層130電性連接。詳言之，在本實施中，第一電極140配置於P型歐姆接觸層114上且與P型歐姆接觸層114接觸。P型歐姆接觸層114的相對兩側114a、114b分別與第一電極140及P型披覆層112接觸。蝕刻停止層134、N型半導體子層136、N型披覆層132、發光層120、P型披覆層112及P型歐姆接觸層114依序堆疊成半導體結構S。在本實施例中，第一電極140與第二電極150可配置於半導體結構S的同一側。換言之，在本實施例中，發光二極體晶片100可為水平式發光二極體晶片，但本發明不以此為限。
發光二極體晶片100的所有半導體層的總厚度T除以發光二極體晶片100的最大寬度W所得到的比值是落在0.2至1.5的範圍內。換言之，發光二極體晶片100的尺寸可以較小，例如為微型發光二極體（Micro Light-Emitting Diode， µLED）的尺寸。在一實施例中，最大寬度W例如是落在1微米至100微米的範圍內。特別說明的是，本案的發光二極體晶片100適合應用於電流密度為0.001安培/平方公分至4安培/平方公分的低電流密度範圍，可具有較佳的發光效率。值得注意的是，位於發光層120之朝向P型半導體層110的一側S1的所有半導體層的總厚度t除以發光二極體晶片100的所有半導體層的總厚度T所得到的比值是落在0.05至0.2的範圍內，小於0.05將使發光二極體晶片100的效率不佳，超過0.2會吸收發光二極體晶片100的出光。較佳的，是落在0.05至0.1的範圍內，將可使發光二極體晶片100更兼具發光效率與薄型化。換言之，相對於習知發光二極體的發光層之朝向P型半導體層一側的所有半導體層的總厚度除以發光二極體晶片的所有半導體層的總厚度的比值都大於0.5以上，本案的發光二極體晶片100省略位於發光層120之朝向P型半導體層110的一側S1的至少一半導體層（例如電流分散層），而具有薄型化的優點。更重要的是，由於省略位於發光層120之朝向P型半導體層110的一側S1的至少一半導體層（例如電流分散層），發光二極體晶片100中的電子與電洞較不易被分散至半導體結構S的側壁，且不易在半導體結構S側壁上的缺陷（defect）結合而不發光，因此可提升發光二極體晶片100的發光性能。
在本實施例中，發光二極體晶片100的所有半導體層的總厚度T可為蝕刻停止層134的厚度t134 、N型半導體子層136的厚度t136 、N型披覆層132的厚度t132 、發光層120的厚度t120 、P型披覆層112的厚度t112 與P型歐姆接觸層114的厚度t114 的和，但本發明不以此為限。在本實施例中，位於發光層120之朝向P型半導體層110的一側S1的所有半導體層的總厚度t可為P型披覆層112的厚度t112 與P型歐姆接觸層114的厚度t114 的和，亦即所有P型半導體層的總厚度，但本發明不以此為限。在本實施例中，P型歐姆接觸層114的厚度t114 除以發光二極體晶片100的所有半導體層的總厚度T所得到的比值大於0且小於或等於0.05，高於0.05則P型歐姆接觸層114可能過厚而產生吸光。
圖2A為本發明另一實施例的發光二極體晶片的剖面示意圖，而圖2B為圖2A的發光二極體晶片的上視示意圖。請參照圖2A及圖2B，發光二極體晶片100a與圖1A及圖1B的發光二極體晶片100類似，因此相同或相對應的元件以相同或相對應的標號表示。發光二極體晶片100a與發光二極體晶片100的差異在於，發光二極體晶片100a例如為垂直式發光二極體晶片。詳言之，蝕刻停止層134、N型半導體子層136、N型披覆層132、發光層120、P型披覆層112及P型歐姆接觸層114可依序堆疊成半導體結構S，而第一電極140與第二電極150可配置於半導體結構S的相對兩側。在本實施中，蝕刻停止層134為N型歐姆接觸層，第二電極150配置於蝕刻停止層134上且與蝕刻停止層134歐姆接觸。。
綜上所述，本發明一實施例的發光二極體晶片的所有半導體層的總厚度除以發光二極體晶片的最大寬度所得到的比值是落在0.2至1.5的範圍內，而位於發光層之朝向P型半導體層的一側的所有半導體層的總厚度除以發光二極體晶片的所有半導體層的總厚度所得到的比值是落在0.05至0.2的範圍內。換言之，本發明一實施例的發光二極體晶片省略位於發光層之朝向P型半導體層的一側的至少一半導體層（例如電流分散層），而具有薄型化的優點。特別是，由於位於發光層之朝向P型半導體層的一側的至少一半導體膜層（例如電流分散層）的省略，發光二極體晶片中的電子與電洞較不易被分散至發光二極體晶片的側壁，且不易在側壁上的缺陷結合而不發光，因此可提升發光二極體晶片的發光性能。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100、100a‧‧‧發光二極體晶片
110‧‧‧P型半導體層
112‧‧‧P型披覆層
114‧‧‧P型歐姆接觸層
114a、114b、S1‧‧‧側
120‧‧‧發光層
122‧‧‧能障層
124‧‧‧能井層
130‧‧‧N型半導體層
132‧‧‧N型披覆層
134‧‧‧蝕刻停止層
136‧‧‧N型半導體子層
140‧‧‧第一電極
150‧‧‧第二電極
W‧‧‧寬度
S‧‧‧半導體結構
t112、t114、t120、t132、t134、t136、T、t‧‧‧厚度
圖1A為本發明一實施例的發光二極體晶片的剖面示意圖。 圖1B為圖1A的發光二極體晶片的上視示意圖。 圖2A為本發明另一實施例的發光二極體晶片的剖面示意圖。 圖2B為圖2A的發光二極體晶片的上視示意圖。

Claims (10)

  1. 一種發光二極體晶片，包括： 一P型半導體層； 一發光層；以及 一N型半導體層，其中該發光層配置於該P型半導體層與該N型半導體層之間，該發光二極體晶片的所有半導體層的總厚度除以該發光二極體晶片的最大寬度所得到的比值是落在0.2至1.5的範圍內，而位於該發光層之朝向該P型半導體層的一側的所有半導體層的總厚度除以該發光二極體晶片的所有半導體層的總厚度所得到的比值是落在0.05至0.2的範圍內。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶片，其中該 P型半導體層包括： 一P型披覆層；以及 一P型歐姆接觸層，其中該P型披覆層配置於該P型歐姆接觸層與該發光層之間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的發光二極體晶片，其中位於該發光層之朝向該P型半導體層的該側的所有半導體層的總厚度為該P型披覆層之厚度與該P型歐姆接觸層之厚度的和。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的發光二極體晶片，其中該P型歐姆接觸層的厚度除以該發光二極體晶片的所有半導體層的總厚度所得到的比值大於0且小於或等於0.05。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的發光二極體晶片，其中該P型歐姆接觸層的厚度除以該發光層之朝向該P型半導體層的該側的所有半導體層的總厚度所得到的比值是落在0.1至0.25的範圍內。
  6. 如申請專利範圍第2項所述的發光二極體晶片，其中該P型歐姆接觸層的材質為摻雜碳的磷化鎵。
  7. 如申請專利範圍第2項所述的發光二極體晶片，其中該該P型披覆層的材質為磷化鋁銦。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶片，其中該N型半導體層包括： 一N型披覆層；以及 一蝕刻停止層，其中該N型披覆層配置於該發光層與該蝕刻停止層之間。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的發光二極體晶片，其中該蝕刻停止層的材質為砷化鎵，且該蝕刻停止層的厚度小於或等於600埃。
  10. 如申請專利範圍8項所述的發光二極體晶片，其中該N型半導體層更包括： 一N型半導體子層，其中該N型披覆層配置於該發光層與該N型半導體子層之間，而該N型半導體子層配置於該N型披覆層與該蝕刻停止層之間。
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