TWI599071B - 發光二極體晶粒 - Google Patents

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TWI599071B TW104102199A TW104102199A TWI599071B TW I599071 B TWI599071 B TW I599071B TW 104102199 A TW104102199 A TW 104102199A TW 104102199 A TW104102199 A TW 104102199A TW I599071 B TWI599071 B TW I599071B
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Description

發光二極體晶粒
本發明涉及一種半導體元件，尤其涉及一種發光二極體(LED)晶粒。
發光二極體是一種可將電流轉換成特定波長範圍的光電半導體元件。發光二極體以其亮度高、工作電壓低、功耗小、易與積體電路匹配、驅動簡單、壽命長等優點，從而可作為光源而廣泛應用於照明領域。
在發光二極體晶粒工作的過程中，電流由P電極流向N電極時容易彙集在P電極和N電極之間的最短路徑上，電流的彙集會造成電流擁擠效應，為此業界通常在P電極和N電極之間的路徑上設置阻擋層以使電流均勻分佈，該阻擋層的常見材料為銠(Rh)、鈀(Pt)、釕(Ru)、鋯(Zr)、鎢(W)等金屬，其中銠、鈀、釕、鋯等材料為貴金屬，容易導致發光二極體晶粒的製作成本較高。而採用鎢材料成型阻擋層時則需採用特殊的機台進行製作，導致發光二極體晶粒的製程複雜。故，需進一步改進。
有鑒於此，有必要提供一種製作成本較低、製程簡單的發光二極體晶粒。
一種發光二極體晶粒，包括一襯底、依次設置在該襯底上的N型 半導體層、發光層、P型半導體層及分別與該N型半導體層和P型半導體層電連接的N電極和P電極，該N電極設置在N型半導體層的上，該P電極設置在P型半導體層上，還包括設置在P型半導體層和P電極之間的阻擋層，所述阻擋層中包括鉻、鎳、鈦中的至少兩種材料，所述至少兩種材料堆疊設置。
與現有技術相比，本發明提供的發光二極體晶粒中的阻擋層中包括鉻、鎳、鈦中的至少兩種材料，所述至少兩種材料堆疊設置，該阻擋層採用成本較低的金屬材料堆疊而成，同時成型該阻擋層時無需特殊機台進行製作，從而降低整個發光二極體晶粒的成本。
100‧‧‧發光二極體晶粒
10‧‧‧襯底
20‧‧‧N型半導體層
30‧‧‧發光層
40‧‧‧P型半導體層
50‧‧‧反射層
60‧‧‧阻擋層
70‧‧‧第一絕緣層
80‧‧‧電連接層
90‧‧‧第二絕緣層
A‧‧‧N電極
B‧‧‧P電極
11、32、43、51‧‧‧頂面
31、41、52‧‧‧側面
42‧‧‧底面
61‧‧‧第一阻擋部
62‧‧‧第二阻擋部
621‧‧‧主體
622、922‧‧‧側壁
63‧‧‧第一臺階部
71‧‧‧第一絕緣部
72‧‧‧第二絕緣部
73‧‧‧連接部
721‧‧‧本體
722‧‧‧限位部
711、723‧‧‧通孔
81‧‧‧第一電連接部
82‧‧‧第二電連接部
821‧‧‧電連接板
822‧‧‧電連接柱
823‧‧‧第二臺階部
91‧‧‧第三絕緣部
92‧‧‧第四絕緣部
93‧‧‧中間部
911、923‧‧‧定位孔
921‧‧‧絕緣板
圖1為本發明一實施方式提供的發光二極體晶粒的剖面示意圖。
請參閱圖1，為本發明發光二極體晶粒100的一較佳實施例。該發光二極體晶粒100包括襯底10、依次形成在該襯底10上的N型半導體層20、發光層30、P型半導體層40、反射層50、阻擋層60、第一絕緣層70、電連接層80、第二絕緣層90及N電極A、P電極B。該N電極A、P電極B分別與所述N型半導體層20和P型半導體層40對應電連接。
具體的，所述襯底10呈規則的平板狀，其可由藍寶石(sapphire)、碳化矽(SiC)、矽(Si)或氮化鎵(GaN)等材料製成，本實施例中優選為藍寶石，以控制發光晶片的製造成本。
所述N型半導體層20覆蓋該襯底10的整個頂面11，也即該N型半導體層20的面積與該襯底10的面積相等。本實施例中，該N型半導 體層20優選為一N型氮化鎵層。
所述發光層30設置在該N型半導體層20的一端。該發光層30的最大面積小於該N型半導體層20的面積使得該N型半導體層20的部分表面外露。該發光層30的水平面積沿遠離所述襯底10的方向逐漸減小，也即該發光層30靠近N型半導體層20外露部分的一端的側面31為一斜面。本實施例中，該發光層30優選為多重量子肼(muti-quantum well)層。
所述P型半導體層40堆疊設置在該發光層30。該P型半導體層40的底面42面積等於該發光層30的頂面32面積。該P型半導體層40的水平面積沿遠離該N型半導體層20的方向逐漸減小，也即該P型半導體層40靠近N型半導體層20外露部分的一端的側面41為一斜面。該P型半導體層40的側面41與該發光層30的側面31斜率相等。本實施例中，該P型半導體層40優選為P型氮化鎵層。
所述反射層50設置在該P型半導體層40頂面43的中部。該反射層50的面積小於該P型半導體層40頂面43的面積。該反射層50的製作材料可為鋁(Al)、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)、釕(Ru)、銠(Rh)、鉬(Mo)、鋯(Zr)、鈀(Pt)中的任意之一者或其合金。該反射層50可增強所述發光二極體晶粒100的出光效率。
所述阻擋層60包括設置在所述N型半導體層20上的第一阻擋部61和設置在所述P型半導體層40上的第二阻擋部62。該阻擋層60的材料中包括鉻(Cr)、鎳(Ni)、鈦(Ti)中的至少兩種材料。本實施例中，該阻擋層由鉻(Cr)、鎳(Ni)、鈦(Ti)三種材料製成。該三種材料堆疊設置，優選的，該三種材料交錯堆疊設置。該阻擋層60的厚度小於10微米。
具體的，該第一阻擋部61置在該N型半導體層20外露部分的表面上。該第一阻擋部61呈規則的平板狀，其用於承載與該N型半導體層20電連接的N電極A。
該第二阻擋部62設置在所述反射層50的週邊。該第二阻擋部62呈“n”型。該第二阻擋部62包覆該反射層50的頂面51和側面52。具體的，該第二阻擋部62包括主體621及自該主體621外緣垂直向下延伸的側壁622。該主體621抵接該反射層50的頂面51。該主體621的水平面積小於該P型半導體層40頂面43的面積，使得該P型半導體層40頂面43的邊緣外露。該側壁622與該P型半導體層40外露的邊緣配合形成一第一臺階部63。該側壁622呈環狀。該側壁622的底端抵接所述P型半導體層40的頂面43並環繞抵接該反射層50的側面52。
所述第一絕緣層70包覆所述阻擋層60並延伸至覆蓋所述N型半導體層20外露部分的表面。
具體的，該第一絕緣層70包括設置在N型半導體層20露表面的第一絕緣部71、設置在P型半導體層40上的第二絕緣部72、及連接該第一絕緣部71和第二絕緣部72之間的連接部73。
該第一絕緣部71覆蓋所述N型半導體層20外露部分除第一阻擋部61之外的所有表面。該第一絕緣部71具有一通孔711以收容所述第一阻擋部61，也即該第一絕緣部71呈圓環狀並環繞該第一阻擋部61。該第一絕緣部71的頂面和該第一阻擋部61的頂面齊平。
該第二絕緣部72包括設置在第二阻擋部62主體621頂面的本體721及自該本體721的外緣垂直向下延伸的限位部722。該本體721對 應所述第二阻擋部62的主體621開設複數通孔723以外露部分第二阻擋部62。該第二絕緣部72形成的通孔723的數量大於該第一絕緣部71形成的通孔711的數量。本實施例中，該複數通孔723均勻分佈以使電流均勻分佈。所述限位部722填充設置在所述第一臺階部63中並環繞抵接側壁622的外表面。該第二絕緣部72的本體721的頂面與該第一絕緣部71的頂面相互平平行。
該連接部73傾斜設置在該發光層30的側面和P型半導體層40的側面上。該連接部73與該第一絕緣部71形成的夾角為一鈍角。本實施例中，該第一絕緣部71、第二絕緣部72及連接部73一體成型。
所述電連接層80包括設置在N型半導體層20上的第一電連接部81及設置在P型半導體層40上的第二電連接部82。該第一電連接部81和該第二電連接部82相互間隔設置。該電連接層80的製作材料可為鋁(Al)、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)、釕(Ru)、銠(Rh)、鉬(Mo)、鋯(Zr)、鈀(Pt)中的任意之一者或其合金。
具體的，該第一電連接部81設置在該第一阻擋部61的頂面上。該第一電連接部81的尺寸小於該第一阻擋部61的尺寸。本實施例中該第一電連接部81呈規則的矩形塊狀。
該第二電連接部82包括一電連接板821及自該電連接板821的底面朝向襯底10方向延伸的複數電連接柱822。該電連接板821呈規則的平板狀。該電連接板821設置在第二絕緣部72的本體721上。該電連接板821的水平面積小於該本體721的水平面積，使得該本體721頂面的邊緣外露。該電連接板821的側面與該本體721外露的頂面配合形成第二臺階部823。所述複數電連接柱822相互間隔設置並對應嵌設收容在所述複數通孔723中。該電連接柱822的高度 與該通孔723的深度相等，使得該每一電連接柱822的底面均抵接所述第二阻擋部62的頂面以實現電性連接。本實施例中，所述電連接板821和該複數電連接柱822一體成型。
所以第二絕緣層90設置在該第一絕緣層70上。該第二絕緣層90與所述N型半導體層20、發光層30及P型半導體層40均間隔設置。具體的，該第二絕緣層90包括位於第一絕緣部71上的第三絕緣部91、位於第二絕緣部72上的第四絕緣部92、及連接該第三絕緣部91和第四絕緣部92的中間部93。該第二絕緣層90可由二氧化矽(SiO2)、二氧化鈦(TiO2)、氮化矽(Si3N4)、氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)、碳(C)氧(O)化合物等具有良好熱傳導性能的材料製作而成。該第二絕緣層90的厚度小於20微米。
該第三絕緣部91呈規則的平板狀，其對應所述第一電連接部81開設一定位孔911。該第三絕緣部91的厚度大於該第一電連接部81的厚度，也即該第三絕緣部91的上表面高於該第一電連接部81的上表面。
該第四絕緣部92包括設置在該第二電連接部82上的絕緣板921及自該絕緣板921外緣垂直向下延伸的側壁922。該絕緣板921對應該電連接板821的中部開設另一定位孔923。該側壁922填充設置在該第二臺階部823中。該絕緣板921上的定位孔923的寬度大於該第三絕緣部91上定位孔911的寬度。
該中間部93設置在連接部73上方並貼設該連接部73，也即該中間部93與該連接部73的形狀相同。該中間部93與該第三絕緣部91形成的夾角為一鈍角。本實施例中，該第三絕緣部91、第四絕緣部92及中間部93一體成型。
所述N電極A、P電極B分別對應嵌設在所述兩定位孔911和923中。具體的，該N電極A嵌設在該第三絕緣部91的定位孔911中，該P電極B嵌設在該第四絕緣部92的定位孔923中。也即該N電極與該N型半導體層20間隔設置而藉由第一電連接部81及第一阻擋部61與該N型半導體層20形成電性連接。
工作時，在P電極B和N電極A兩端施加正向電壓時，P型半導體層40中的空穴和N型半導體層20中的電子將在電場的作用下在發光層中複合，能量以光纖的形式釋放。
與現有技術相比，由於第一絕緣層70設置在P電極B和P型半導體層40之間並覆蓋N型半導體層外露部分除第一阻擋部61的其他表面，電流藉由所述複數電連接柱822均勻分佈並傳導，從而保證發光二極體晶粒100整體發光的均勻性。而由於阻擋層60中包括鉻、鎳、鈦中的至少兩種材料，所述至少兩種材料堆疊設置，該阻擋層60採用成本較低的金屬材料堆疊而成，從而降低整個發光二極體晶粒的成本。此外，P型半導體層40上表面邊緣和第一絕緣層70上表面邊緣均形成第一臺階部63、第二臺階部823並對應形成側壁622、922進行填充，延長並曲線化相鄰材料層之間的接合路徑，從而增強所述發光二極體晶粒100整體的氣密性。
可以理解的，該發光二極體晶粒100也可不具有所述反射層50。此時所述N型半導體層20上的N電極A直接與所述第一阻擋部61接觸。
可以理解的，該第一絕緣層70也可不包括連接部73，此時該第一絕緣部71和該第二絕緣部72相互間隔，而第二絕緣層90的中間部93位於該第一絕緣部71和該第二絕緣部72之間，也即該中間部93 與P型半導體層40的側面41和發光層的側面31直接接觸。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限製本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100‧‧‧發光二極體晶粒
10‧‧‧襯底
20‧‧‧N型半導體層
30‧‧‧發光層
40‧‧‧P型半導體層
50‧‧‧反射層
60‧‧‧阻擋層
70‧‧‧第一絕緣層
80‧‧‧電連接層
90‧‧‧第二絕緣層
A‧‧‧N電極
B‧‧‧P電極
11、32、43、51‧‧‧頂面
31、41、52‧‧‧側面
42‧‧‧底面
61‧‧‧第一阻擋部
62‧‧‧第二阻擋部
621‧‧‧主體
622、922‧‧‧側壁
63‧‧‧第一臺階部
71‧‧‧第一絕緣部
72‧‧‧第二絕緣部
73‧‧‧連接部
721‧‧‧本體
722‧‧‧限位部
711、723‧‧‧通孔
81‧‧‧第一電連接部
82‧‧‧第二電連接部
821‧‧‧電連接板
822‧‧‧電連接柱
823‧‧‧第二臺階部
91‧‧‧第三絕緣部
92‧‧‧第四絕緣部
93‧‧‧中間部
911、923‧‧‧定位孔
921‧‧‧絕緣板

Claims (9)

  1. 一種發光二極體晶粒，包括一襯底、依次設置在該襯底上的N型半導體層、發光層、P型半導體層及分別與該N型半導體層和P型半導體層電連接的N電極和P電極，該N電極設置在N型半導體層的上，該P電極設置在P型半導體層上，其改良在於：還包括設置在P型半導體層和P電極之間的阻擋層，所述阻擋層中包括鉻、鎳、鈦中的至少兩種材料，所述至少兩種材料堆疊設置，該阻擋層包括設置在P型半導體層上的第二阻擋部，該第二阻擋部包括一主體，該主體的水平面積小於該P型半導體層頂面的面積，該第二阻擋部還包括自該主體邊緣向下延伸的側壁，該側壁與該P型半導體層的頂面邊緣配合形成一第一臺階部，該第二絕緣部對應該第一臺階部形成限位部填充設置在該第一臺階部中。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶粒，其中，所述阻擋層的厚度小於10微米，該阻擋層由鉻(Cr)、鎳(Ni)、鈦(Ti)三種材料製成，該三種材料交錯堆疊設置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶粒，其中，該發光層及P型半導體層的水平面積沿遠離該N型半導體層的方向逐漸減小，該發光層及P型半導體層靠近該N電極一側的側面均為斜面，該P型半導體層的所述側面與該發光層的所述側面斜率相等。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶粒，其中，還包括一第一絕緣層，該第一絕緣層包括位於該N型半導體層上的第一絕緣部及位於該P型半導體層上的第二絕緣部，該第一絕緣部和該第二絕緣部均形成通孔，該第二絕緣部上形成的通孔的數量大於該第一絕緣部上形成的通孔的數量，該N電極與該N型半導體層間隔設置。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的發光二極體晶粒，其中，該阻擋層還包括設置在N型半導體層上的第一阻擋部，該第一阻擋部和第二阻擋部相互間隔，該第一阻擋部嵌設收容在該第一絕緣部的通孔中，該第二絕緣部形成的複數通孔位於該第二阻擋部的主體上。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的發光二極體晶粒，其中，還包括一電連接層，該電連接層與該N型半導體層和該P型半導體層間隔設置，該電連接層包括設置在第一阻擋部上的第一電連接部和設置在第二阻擋部上的第二電連接部，該N電極設置在該第一電連接部上，該P電極設置在該第二電連接部上。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的發光二極體晶粒，其中，該第二電連接層包括一電連接板及自該本體下表面向下延伸的複數電連接柱，該電連接板貼設在該第二絕緣部的頂面上，該複數電連接柱嵌設收容於該第二絕緣部的複數通孔中，該複數電連接柱的底端抵接該第二阻擋部的本體，該電連接柱的數量與該第二絕緣部形成的通孔的數量相等。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的發光二極體晶粒，其中，還包括設置在該第一絕緣層上的一第二絕緣層，該第二絕緣層與該N型半導體層、發光層及P型半導體層間隔設置，該第二絕緣層包括設置在第一絕緣部上的第三絕緣部及設置在第二絕緣部上的第四絕緣部，該第三絕緣部形成一定位孔收容所述第一電連接部，該第三絕緣部的頂面高於該第一電連接部的頂面，該第四絕緣部形成另一定位孔而外露該第二電連接部的部分頂面，該N電極嵌設在該第三絕緣部的定位孔中，該P電極嵌設在該第四絕緣部的定位孔中。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的發光二極體晶粒，其中，該電連接板的水平面積小於該第二絕緣部的水平面積，該電連接板與該第二絕緣部頂面的邊緣形成一第二臺階部，該第四絕緣部對應該第二臺階部形成一側壁填 充設置在該第二臺階部中。
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