TWI610416B - 抗靜電放電的ｌｅｄ晶片以及包含該ｌｅｄ晶片的ｌｅｄ封裝 - Google Patents

抗靜電放電的ｌｅｄ晶片以及包含該ｌｅｄ晶片的ｌｅｄ封裝 Download PDF

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Abstract

一種發光二極體晶片及包含此發光二極體晶片的發光二極體封裝。此發光二極體晶片包括：基板；配置在基板上之發光二極體部分；以及配置在基板上且反向並聯連接到發光二極體部分之反向並聯二極體部分。在發光二極體晶片中，發光二極體部分將連同反向並聯二極體部分一起配置。

Description

抗靜電放電的LED晶片以及包含該LED晶片的LED封裝
本發明的典型實施例是有關於一種發光裝置，且特別是有關於一種抗靜電放電(electrostatic discharge)的發光二極體晶片(light emitting diode chip)以及包含此發光二極體晶片的發光二極體封裝(package)。
一般而言，氮化鎵類(GaN-based)化合物半導體藉由在具有與其類似的結晶結構及晶格參數之藍寶石基板(sapphire substrate)上磊晶生長而形成，以便減少晶格缺陷。然而，在藍寶石基板上生長的磊晶層(epitaxial layer)可能有許多類型的結晶缺陷，例如V形凹陷(V-fits)、貫穿式差排(threading dislocation)等。當從外部施加高電壓靜電於發光二極體時，電流將集中於磊晶層中的結晶缺陷，因而導致二極體的崩潰(breakdown)。
最近，高亮度/高輸出發光二極體(LED)的應用數目已經增加，不僅應用於發光二極體電視(LED TV)的背光單元(backlight unit)，並且也應用於燈具、汽車、電子標識牌、設備等。因此，對於發光裝置的抗靜電防護的需求漸增。
對於發光二極體(LED)，最好利用具有優良電性可靠度的靜電放電(ESD)保護裝置來確保半永久性壽命(semi-permanent lifespan)。確保發光二極體(LED)關於靜電放電(ESD)、涉及發生在開關中的火花的電氣快速暫態脈衝(electrical fast transient,EFT)及閃電所導致的電湧(electrical surge)等之可靠度是很重要的。
一般而言，當封裝發光二極體時，單獨的齊納二極體(Zener diode)將連同發光二極體一起安裝以防止靜電放電。然而，齊納二極體價格昂貴且需幾個安裝程序，因而增加製造成本以及發光二極體的封裝程序數目。並且，因為在發光二極體(LED)封裝中齊納二極體的配置接近發光二極體，所以齊納二極體的光吸收將導致封裝的發光效率(luminous efficacy)降低，因而使發光二極體(LED)封裝的產光率(light yield)變差。
另一方面，已有各種嚐試想利用發光二極體晶片中的磊晶層的堆疊結構來提供抗靜電放電(ESD)的發光二極體晶片。例如，可配置超晶格層(super lattice layer)於n型半導體層與主動層(active layer)之間。利用這種結構，超晶格層可減少主動層中的晶格缺陷，因而提供一種抗靜電放電(ESD)的發光二極體晶片。然而，這種技術仍未提供良好的良率。
此發明背景部分所揭露的上述資訊僅用以加強理解本發明的背景，因此，其可能包含不構成先前技藝的資訊。
本發明的典型實施例提供一種在晶片等級上高度抗靜電放電的發光二極體晶片以及包含此發光二極體晶片的發光二極體封裝。
本發明的典型實施例也提供一種可防止光輸出減少或正向電壓(forward voltage)增加之高度抗靜電放電的發光二極體晶片以及包含此發光二極體晶片的發光二極體封裝。
本發明的典型實施例也提供一種在晶片等級及/或封裝等級上表現出改良的發光效率之高度抗靜電放電的發光二極體晶片以及包含此發光二極體晶片的發光二極體封裝。
本發明的其他特徵將在以下的說明中予以陳述，其中部分特徵將由此說明變得顯而易見，或可從實施本發明而得知。
本發明的一典型實施例揭露一種發光二極體晶片，其包括：基板；配置在基板上的發光二極體部分(light emitting diode section)；以及配置在基板上且以反向並聯方式連接到發光二極體部分的反向並聯二極體部分(inverse parallel diode section)。在發光二極體晶片中，發光二極體部分與反向並聯二極體部分配置在一起，因此發光二極體晶片對靜電放電表現出高抵抗力。
基板可以是能夠在其上生長氮化物半導體層的生長基板，例如圖案化藍寶石基板(PSS)。
發光二極體部分和反向並聯二極體部分之每一個可包括：第一導電型氮化物半導體層(conductivity type nitride semiconductor layer)；第二導電型氮化物半導體層；以及配置在第一導電型氮化物半導體層與第二導電型氮化物半導體層之間的主動層。發光二極體部分和反向並聯二極體部分可具有相同的堆疊結構，並且可利用經由相同生長程序一起生長的磊晶層來形成。另一方面，發光二極體部分的第二導電型氮化物半導體層與反向並聯二極體部分的第二導電型氮化物半導體層可具有不同的厚度。例如，反向並聯二極體部分的第二導電型氮化物半導體層的厚度可以比發光二極體部分的厚度小。利用這種結構，反向並聯二極體部分的高度可以比發光二極體部分的高度低。
發光二極體晶片可更包括第一電極墊(electrode pad)及第二電極墊，其中第一電極墊可配置在反向並聯二極體部分上，並且第二電極墊可配置在發光二極體部分上。因為第一電極墊配置在反向並聯二極體部分上，所以比第一電極墊形成於發光二極體部分上的情況更能夠確保較大的作用區域。
發光二極體晶片可更包括：從第一電極墊延伸的第一延伸(extension)；以及從第二電極墊延伸的第二延伸。第一延伸可電性連接到發光二極體部分的第一導電型氮化物半導體層，而第二延伸則可電性連接到反向並聯二極體部分的第一導電型氮化物半導體層。
第一電極墊與第二延伸可彼此水平地分開。一部分的第 一電極墊可配置在電性連接到反向並聯二極體部分的第一導電型氮化物半導體層之第二延伸上。此外，發光二極體晶片可更包括使第一電極墊與第二延伸絕緣之絕緣層。
此外，第一延伸可在發光二極體部分上的多個點連接到第一導電型氮化物半導體層。
第一延伸可通過發光二極體部分的第二導電型氮化物半導體層的上部，並且第一延伸可藉由絕緣層(insulation layer)與第二導電型氮化物半導體層電性絕緣。或者，第一延伸可線性連接到發光二極體部分的第一導電型氮化物半導體層。
發光二極體晶片可更包括：配置在第一電極墊與反向並聯二極體部分的第二導電型氮化物半導體層之間的第二透明電極層(transparent electrode layer)。第二透明電極層幫助第一電極墊電性連接到第二導電型氮化物半導體層。當第一電極墊電性連接到第二導電型氮化物半導體層時，可省略第二透明電極層。
發光二極體晶片可更包括連接到發光二極體部分的第二導電型氮化物半導體層的上表面之第一透明電極層。第二電極墊可配置在第一透明電極層上。此外，發光二極體晶片可更包括配置於第二電極墊下方的第一透明電極層的一個區域底下之電流阻擋層(current blocking layer)。
發光二極體晶片可更包括配置於第二延伸下方的第一透明電極層的一個區域底下之電流阻擋層。
發光二極體晶片可更包括覆蓋至少一部分的反向並聯 二極體部分之反射器(reflector)。利用覆蓋反向並聯二極體部分的反射器，發光二極體晶片將具有改良的發光效率。
反射器可以是分佈式布拉格反射器(distributed Bragg reflector,DBR)。
至少一部分的反射器可延伸到發光二極體部分，以使第二延伸與發光二極體部分的側面絕緣。換言之，反射器可配置在第二延伸與發光二極體部分的側面之間。此外，反射器可延伸到發光二極體部分的第二導電型半導體層的上側。
此外，至少一部分的反射器可延伸到發光二極體部分，以使第一延伸與發光二極體部分絕緣。第一延伸可藉由反射器與發光二極體部分的第二導電型半導體層絕緣。
反射器可覆蓋反向並聯二極體部分以便包圍第一電極墊，並且可具有藉以暴露與第二延伸連接的第一導電型氮化物半導體層之孔(opening)。除了第一電極墊區域及孔以外，反射器實質上可覆蓋反向並聯二極體部分的整個區域。
此外，電流阻擋層可以是分佈式布拉格反射器(DBR)。
第一延伸和第二延伸之至少一個可包括形成於其上側之反射金屬層(reflective metal layer)。
本發明的一典型實施例也揭露一種發光二極體晶片，其包括：基板；配置在基板上的發光二極體部分；配置在基板上的反向並聯二極體部分；配置在反向並聯二極體部分上的第一電極墊；配置在發光二極體部分上的第二電極墊；從第一電極墊延伸 且連接到發光二極體部分之第一延伸；以及從第二電極墊延伸且連接到反向並聯二極體部分之第二延伸。反向並聯二極體部分能以反向並聯方式連接到發光二極體部分。當反向並聯二極體部分在第一電極墊所形成的區域上形成時，發光二極體晶片對靜電放電表現出高抵抗力，同時防止發光面積減少。
本發明的一典型實施例也揭露一種發光二極體封裝，其包括：具有晶片安裝面的晶片安裝部分；以及安裝在晶片安裝面上的發光二極體晶片。發光二極體晶片可包括：基板；配置在基板上的發光二極體部分；以及配置在基板上且以反向並聯方式連接到發光二極體部分之反向並聯二極體部分。發光二極體晶片可更包括覆蓋至少一部分的反向並聯二極體部分之反射器。
採用上述發光二極體晶片就不需要在封裝內部安裝單獨的齊納二極體，從而防止因安裝齊納二極體而增加光損耗(optical loss)或加工成本。
需知以上的一般說明及以下的詳細說明兩者都是用以示範及解釋，並且想要為本發明的申請專利範圍提供進一步解釋。
21‧‧‧基板
25a、25b‧‧‧第一導電型氮化物半導體層
27a、27b‧‧‧主動層
29a、29b‧‧‧第二導電型氮化物半導體層
31a‧‧‧第一透明電極層
31b‧‧‧第二透明電極層
33a‧‧‧電流阻擋層
33b、39‧‧‧絕緣層
35‧‧‧第一電極墊
35a‧‧‧第一延伸
37‧‧‧第二電極墊
37a‧‧‧第二延伸
37b‧‧‧端部
100、P1、P2‧‧‧發光二極體晶片
110‧‧‧晶片安裝構件
111、113‧‧‧導線
115‧‧‧銲線
117‧‧‧模製部分
133a、133b、133r‧‧‧反射器
133h‧‧‧孔
137‧‧‧反射金屬層
Ld‧‧‧發光二極體部分
Rd‧‧‧反向並聯二極體部分
Ref‧‧‧典型發光二極體晶片
提供本發明的進一步理解且併入及構成本說明書的一部分之附圖將繪示本發明的典型實施例，並將連同說明一起用以解釋本發明的原理。
圖1是依照本發明的一典型實施例的一種發光二極體晶片的 示意平面圖。
圖2是沿著圖1的線A-A所截取的示意剖面圖。
圖3是沿著圖1的線B-B所截取的示意剖面圖。
圖4是沿著圖1的線C-C所截取的示意剖面圖。
圖5是依照本發明的一典型實施例的一種發光二極體晶片的示意電路圖。
圖6(a)及圖6(b)是依照本發明的一典型實施例的發光二極體晶片的示意平面圖。
圖7是一種典型發光二極體晶片和依照本發明的一典型實施例的發光二極體晶片的電流-電壓特性曲線圖。
圖8是依照本發明的一典型實施例的一種發光二極體晶片的剖面圖。
圖9是依照本發明的一典型實施例的一種發光二極體晶片的局部平面圖。
圖10是沿著圖9的線D-D所截取的示意剖面圖。
圖11是依照本發明的一典型實施例的一種發光二極體晶片的局部平面圖。
圖12是沿著圖10的線E-E所截取的示意剖面圖。
圖13是沿著圖10的線F-F所截取的示意剖面圖。
圖14是依照本發明的一典型實施例的一種發光二極體封裝的示意剖面圖。
圖15是依照本發明的一典型實施例的一種發光二極體封裝 的示意剖面圖。
以下將參考繪示本發明的典型實施例之附圖更完整地說明本發明。然而，本發明能以許多不同的形式來實施且不應視為侷限於在此所述之典型實施例。更確切地說，提供這些典型實施例使本發明的揭露更齊全，且將完整地傳達本發明的觀念給任何在本發明所屬技術領域中具有通常知識者。並且，需知附圖並未按照精確比例繪製，為了清楚起見可能誇大圖中的某些尺寸，例如寬度、長度、厚度等。在本說明書中，相同的元件皆以相同的參考數字表示。
需知當一元件或分層稱為「位於」或「連接到」另一元件或分層時，其可能直接位於或直接連接到另一元件或分層，或可能存在中介的元件或分層。相對地，當一元件或分層稱為「直接位於」或「直接連接到」另一元件或分層時，不存在中介的元件或分層。需知對於本發明的揭露而言，「X、Y及Z之至少一個」可視為只有X、只有Y、只有Z、或X、Y及Z當中兩個或更多個的任意組合(例如，XYZ、XYY、YZ、ZZ)。
參照圖1至圖4，發光二極體晶片包括基板21、發光二極體部分(Ld)、及反向並聯二極體部分(Rd)。並且，發光二極體晶片可包括第一透明電極層31a、第二透明電極層31b、電流阻擋層33a、絕緣層33b、第一電極墊35、第二電極墊37、第一延伸35a、 第二延伸37a及第一延伸35a的端部(end portion)37b。
基板21容許半導體磊晶層在其上生長，並且可以是例如圖案化藍寶石基板。如圖2至圖4所示，圖案化藍寶石基板的表面上可形成凸出圖案，以便藉由在凸出處散射光來改善取光效率(light extraction efficiency)。
發光二極體部分(Ld)可包括第一導電型氮化物半導體層25a、主動層27a及第二導電型氮化物半導體層29a，而反向並聯二極體部分(Rd)則可包括第一導電型氮化物半導體層25b、主動層27b及第二導電型氮化物半導體層29b。發光二極體部分(Ld)與反向並聯二極體部分(Rd)是彼此電性隔離的氮化物堆疊區域，並且可由氮化物半導體層構成。利用這種結構，發光二極體部分(Ld)可配置成在相同的基板上與反向並聯二極體部分(Rd)共平面。
第一導電型氮化物半導體層25a、25b可包括例如n型氮化鎵(GaN)，而第二導電型氮化物半導體層29a、29b則可包括例如p型氮化鎵(GaN)，反之亦然。主動層27a、27b之每一層可配置於第一導電型氮化物半導體層25a或25b與第二導電型氮化物半導體層29a或29b之間，並且可具有單一量子阱結構(quantum well structure)或多重量子阱結構。
發光二極體部分(Ld)和反向並聯二極體部分(Rd)可藉由圖案化以相同生長程序(例如有機金屬化學氣相沈積(MOCVD)、分子束磊晶(MBE)等)生長的氮化物半導體層來形成，以便彼此分開。因此，形成第一導電型氮化物半導體層25a、主動層27a及第 二導電型氮化物半導體層29a的程序可以與形成第一導電型氮化物半導體層25b、主動層27b及第二導電型氮化物半導體層29b的程序相同。因此，第一導電型氮化物半導體層25a、主動層27a及第二導電型氮化物半導體層29a的成分及雜質密度可以與第一導電型氮化物半導體層25b、主動層27b及第二導電型氮化物半導體層29b的成分及雜質密度相同。
第二導電型氮化物半導體層29b的厚度可比第二導電型氮化物半導體層29a的厚度小。例如，第二導電型氮化物半導體層29b可以是藉由乾式蝕刻(dry etching)所形成的薄層。結果，反向並聯二極體部分(Rd)的高度可比發光二極體部分(Ld)的高度低，因而減少第一電極墊35的光吸收。
如圖1所示，發光二極體部分(Ld)的面積比反向並聯二極體部分(Rd)的面積大。在典型側向型發光二極體(lateral-type light emitting diode)中，反向並聯二極體部分(Rd)形成於一個用以形成n型電極墊的狹窄區域。因此，形成反向並聯二極體部分(Rd)實質上不會減少發光面積，所以可配置反向並聯二極體部分(Rd)於單一晶片中而不會減少光輸出或增加正向電壓。
第一透明電極層31a配置在發光二極體部分(Ld)上。第一透明電極層31a覆蓋發光二極體部分(Ld)的上表面。第一透明電極層31a電性接觸第二導電型氮化物半導體層29a，並且容許電流散佈在發光二極體部分(Ld)的寬廣區域上。第二透明電極層31b配置在反向並聯二極體部分(Rd)上。第二透明電極層31b電性接 觸第二導電型氮化物半導體層29b。雖然可省略第二透明電極層31b，但是使用第二透明電極層31b相較於省略第二透明電極層31b可提供較佳的靜電放電特性。第一透明電極層31a和第二透明電極層31b可藉由例如使用氧化銦錫(ITO)、摻氟的氧化錫(FTO)、氧化鋅(ZnO)等等透明導電氧化物或鎳金(Ni/Au)之類的透明金屬(但不侷限於此)的相同程序來形成。此外，第二透明電極層31b的構成材料可不同於第一透明電極層31a的構成材料，並可用不透明材料(opaque material)取代透明材料來形成第二透明電極層31b。並且，可形成不透明電極層取代第二透明電極層31b與第二導電型氮化物半導體層29b歐姆接觸。
第一電極墊35配置在反向並聯二極體部分(Rd)上，並且電性連接到第二導電型氮化物半導體層29b。另一方面，第二電極墊37配置在發光二極體部分(Ld)上，且電性連接到第二導電型氮化物半導體層29a。第一電極墊35和第二電極墊37形成為具有較大的面積以容許經由銲線(bonding wire)連接來供應電流給發光二極體晶片。例如，第一電極墊35和第二電極墊37的寬度分別比第一延伸35a或第二延伸37a的寬度大。
第一延伸35a從第一電極墊35延伸且電性連接到發光二極體部分(Ld)的第一導電型氮化物半導體層25a。如圖1所示，第一延伸35a可在多個點(如圖1所示之6個點)連接到第一導電型氮化物半導體層25a。第一延伸35a也可通過發光二極體部分(Ld)的上部(亦即第二導電型氮化物半導體層29a的上部)，並且可藉 由絕緣層33b與第二導電型氮化物半導體層29a絕緣。或者，第一延伸35a可線性連接到第一導電型氮化物半導體層25a的上表面。例如，第一導電型氮化物半導體層25a藉由平台蝕刻(mesa etching)連續暴露在發光二極體部分(Ld)的側面上，而第一延伸35a則可形成於第一導電型氮化物半導體層25a的暴露區域上。第一延伸35a也藉由絕緣層33b與反向並聯二極體部分(Rd)的第一導電型氮化物半導體層25b絕緣。
絕緣層33b配置在第一延伸35a與第二導電型氮化物半導體層29a之間，以使第一延伸35a與第二導電型氮化物半導體層29a電性絕緣。並且，絕緣層33b可配置成接近透明電極層31a、31b，以便覆蓋發光二極體部分(Ld)及反向並聯二極體部分(Rd)的側面。因此，第一延伸35a和第二延伸37a可與發光二極體部分(Ld)的側面和反向並聯二極體部分(Rd)的側面絕緣。
第二延伸37a從第二電極墊37延伸。第二延伸37a容許電流散佈在發光二極體部分(Ld)的寬廣區域上。第二延伸37a可平行於第一延伸35a來延伸以便彼此面對。然而，本發明並未侷限於此，並且第二延伸37a能以各種方式延伸。此外，第二延伸37a也延伸到反向並聯二極體部分(Rd)，使得第二延伸的端部37b電性連接到第一導電型氮化物半導體層25b。
如圖4所示，第二延伸的端部37b電性連接到反向並聯二極體部分(Rd)的第一導電型氮化物半導體層25b。端部37b可配置在一個藉由平台蝕刻來暴露的第一導電型氮化物半導體層25b 的區域上。或者，反向並聯二極體部分(Rd)可形成具有廣泛傾斜的側面，並且端部37b可連接到一個暴露於反向並聯二極體部分(Rd)的傾斜表面之第一導電型氮化物半導體層25b的區域。在這種情況下，可省略平台蝕刻，因而簡化製程。
另一方面，如圖2所示，電流阻擋層33a可配置在第二電極墊37的下方。並且，電流阻擋層33a配置在第一透明電極層31a與第二導電型氮化物半導體層29a之間。電流阻擋層33a可由絕緣材料構成，例如氧化矽、氮化矽等。電流阻擋層33a藉由防止電流直接從第二電極墊37流到第二導電型氮化物半導體層29a來幫助電流散佈。電流阻擋層33a可延伸至第二延伸37a的下方。並且，電流阻擋層33a可延伸至反向並聯二極體部分(Rd)端，以使第二延伸37a與暴露於發光二極體部分(Ld)的側面之第一導電型氮化物半導體層25a絕緣。或者，與電流阻擋層33a分開的絕緣層可使第二延伸37a與暴露於發光二極體部分(Ld)的側面之第一導電型氮化物半導體層25a絕緣。
依照這典型實施例，反向並聯二極體部分(Rd)形成於一個第一電極墊35形成於其中的區域，因而改善發光二極體晶片的靜電放電特性且阻止發光面積減少。並且，如圖5所示，第一延伸35a及第二延伸37a可用以形成單一發光二極體晶片中的反向並聯電路，其中發光二極體部分(Ld)和反向並聯二極體部分(Rd)彼此以反向並聯方式連接。
圖6(a)及圖6(b)是依照本發明的典型實施例的發光二極 體晶片的示意平面圖。為了簡化繪圖，與圖1相同的元件將以相同的參考數字表示。
參照圖6(a)，除了第一電極墊35與第二電極墊37之間的相對位置以及第一延伸35a和第二延伸37a的設計以外，此發光二極體晶片大致上類似於圖1所示之發光二極體晶片。亦即，在圖1的發光二極體晶片中，第一電極墊35及第二電極墊37配置在發光二極體晶片的第一邊緣(在鄰接第二延伸37a的一邊)，而第一延伸35a則從第一電極墊35延伸到與第一邊緣相對的第二邊緣。反之，在本典型實施例中，第一電極墊35和第二電極墊37以對角線方向配置，並且第二延伸37a比第一延伸在發光二極體部分(Ld)內延伸得更深入。在此，第二延伸37a具有T形端部37b。
參照圖6(b)，除了第一延伸35a線性連接到第一導電型氮化物半導體層25a之外，此發光二極體晶片類似於圖6(a)的發光二極體晶片。尤其，在這實施例中，第一延伸35a配置於線性區域中(其中第二導電型氮化物半導體層29a及主動層27a藉由平台蝕刻予以移除)，並且連貫地連接到第一導電型氮化物半導體層25a。
第一電極墊35與第二電極墊37之間的相對位置以及第一延伸35a及第二延伸37a的位置、形狀及結構都能以各種方式配置。
依照圖1及圖6(a)的發光二極體晶片P1、P2將連同典 型發光二極體晶片(Ref)一起製造及評估其電氣及光學特性。圖7繪示這些發光二極體晶片的電流-電壓特性。
參照圖7，當施加反向電流至典型發光二極體晶片(Ref)時，此電流實質上並未流經其中。雖然未繪示於圖中，當反向電壓(inverse voltage)增加10伏特(V)或更多時，發光二極體晶片將發生崩潰。
在圖1及圖6(a)的發光二極體晶片P1、P2中，可看出當反向電壓增加時反向並聯二極體部分(Rd)將導通且電流流經其中。
另一方面，發光二極體晶片Ref、P1、P2之正向電壓(在20毫安(mA))、光輸出(在20毫安(mA))及在3千伏(kV)反向電壓的靜電放電(ESD)良率的結果總結於表1。對於具有典型磊晶層結構的發光二極體晶片以及在主動層與第一導電型氮化物半導體層之間包含超晶格層以便增強抗靜電放電之增強抗靜電放電型發光二極體晶片，典型發光二極體晶片(Ref)、第一典型實施例的發光二極體晶片P1及第二典型實施例的發光二極體晶片(P2)將製造及評估其上述特性。結果繪示於表1。
Figure TWI610416BD00001
Figure TWI610416BD00002
參照表1，相較於典型發光二極體晶片，發光二極體晶片P1、P2在正向電壓中並未表現出實質變化，並且未受到光輸出顯著減少之困擾。反之，依據靜電放電(ESD)良率，發光二極體晶片P1、P2表現出比先前技藝的發光二極體晶片(Ref)更顯著改善的結果。典型磊晶結構(epitaxy structure)和增強抗靜電放電型磊晶結構兩者都提供顯著改善的靜電放電(ESD)良率。尤其，易受靜電放電(ESD)影響的典型磊晶結構表現出99%或更佳的高靜電放電(ESD)良率。
圖8是依照本發明的一典型實施例的一種發光二極體晶片的剖面圖。為了參考的緣故，圖8對應於沿著圖1的線C-C所截取的剖面圖(圖4)。
參照圖8，除了一部分的第一電極墊35配置在第一延伸的端部37b的上方之外，此發光二極體晶片大致上類似於參考圖1至圖4所述之發光二極體晶片。尤其，連接到反向並聯二極體部分(Rd)中的第一導電型氮化物半導體層25b之第一延伸的端部37b的至少一部分配置在第一電極墊35的下方。第一延伸的端部37b藉由絕緣層39與第一電極墊35絕緣。
依照這典型實施例，因為沒有必要在水平方向上分開第一電極墊35與端部37b，所以能夠提供一種其反向並聯二極體部 分(Rd)具有較小的尺寸且其第一電極墊35的面積與依照上述典型實施例的發光二極體晶片的面積相同之發光二極體晶片。此外，能夠從依照圖8所示之典型實施例的發光二極體晶片與依照圖4所示之典型實施例的發光二極體晶片之間的比較看出，可增加發光二極體部分(Ld)的大小且減少反向並聯二極體部分(Rd)的大小。結果，能夠最小化發光二極體部分(Ld)所減少的發光面積，且在單一發光二極體晶片中形成反向並聯二極體部分(Rd)。
圖9是依照本發明的一典型實施例的一種發光二極體晶片的局部平面示意圖，而圖10則是沿著圖9的線D-D所截取的剖面圖。在圖9的平面圖中，將放大圖1的反向並聯二極體部分(Rd)及圍繞反向並聯二極體部分(Rd)的一部分的發光二極體部分(Ld)。
參照圖9及圖10，除了發光二極體晶片包括反射器133a、133b之外，此發光二極體晶片大致上類似於參考圖1至圖4所述之發光二極體晶片。
反射器133a、133b可以是由絕緣層所構成的分佈式布拉格反射器。可藉由交替堆疊具有不同折射率的介電層(dielectric layer)來形成分佈式布拉格反射器(DBR)結構。例如，可藉由重複堆疊二氧化鈦/二氧化矽(TiO2/SiO2)、五氧化二鈮/二氧化矽(Nb2O5/SiO2)或二氧化鉿/二氧化矽(HfO2/SiO2)來形成分佈式布拉格反射器(DBR)結構。此外，分佈式布拉格反射器(DBR)結構可藉由薄膜設計來最大化反射，此種設計適用於考慮到要反射的光的光譜分佈(spectrum distribution)的中心波長(central wavelength)， 從而防止因使用單膜二氧化矽(SiO2)等而吸收光所導致的光損耗。
反射器133a配置在第二延伸37a與發光二極體部分(Ld)之間，並且使第二延伸37a與發光二極體部分(Ld)的側面絕緣。此外，反射器133a可當作參考圖1至圖4所述之電流阻擋層33a。例如，類似於電流阻擋層33a，反射器133a可配置在第一透明電極層31a與位於第二電極墊37及第二延伸37a底下的第二導電型氮化物半導體層29a之間。此外，反射器133a可覆蓋一部分的反向並聯二極體部分(Rd)。例如，如圖9所示，反射器133a可覆蓋反向並聯二極體部分(Rd)的第一導電型氮化物半導體層25b的一部分。
換言之，反射器133a覆蓋一部分的反向並聯二極體部分(Rd)，並且可延伸至發光二極體部分(Ld)，以使第二延伸37a與發光二極體部分(Ld)的側面絕緣。
另一方面，反射器133b覆蓋一部分的反向並聯二極體部分(Rd)且延伸至發光二極體部分(Ld)，以使第一延伸35a與發光二極體部分(Ld)的第二導電型氮化物半導體層29a絕緣。亦即，在第一延伸35a通過發光二極體部分(Ld)的上部的結構中，反射器133b配置在第一延伸35a與第二導電型氮化物半導體層29a之間，以防止第一延伸35a與第二導電型氮化物半導體層29a之間發生短路(short circuit)。此外，第一延伸35a與第一透明電極層31a電性絕緣。
並且，如圖9所示，反射器133b藉由覆蓋反向並聯二極體部分(Rd)及發光二極體部分(Ld)的側面使第一延伸35a與反向並聯二極體部分(Rd)的側面及發光二極體部分(Ld)的側面絕緣。反射器133a可當作參考圖1至圖4所述之絕緣層33b。
當光從發光二極體部分(Ld)射出時，反射器133a、133b可防止因第一延伸35a及第二延伸37a吸收光而導致的光損耗。尤其，一些從發光二極體部分(Ld)射出的光被導向第一延伸35a及第二延伸37a，並且被反射器133a、133b反射而返回進入發光二極體部分(Ld)。此後，反射的光可經由發光二極體部分(Ld)的其他部分射向外部。
在這典型實施例中，第一延伸35a和第二延伸37a當中至少一個可更包括形成於其上側的反射金屬層137，如圖10所示。反射金屬層137藉由反射進入第一延伸35a及/或第二延伸37a的上側的光來減少光損耗。例如，當從發光二極體部分(Ld)射出的光入射在配置於反向並聯二極體部分(Rd)上的第一延伸35a及/或第二延伸37a時，反射金屬層137將反射此光。反射金屬層137可由例如鎳(Ni)、鋁(Al)、銀(Ag)、銠(Rh)、鉑(Pt)或其組合構成。
圖11是依照本發明的一典型實施例的一種發光二極體晶片的局部平面圖，而圖12和圖13則分別是沿著圖11的線E-E和線F-F所截取的剖面圖。
參照圖11至圖13，除了發光二極體晶片更包括反射器133r之外，發光二極體晶片大致上類似於參考圖9及圖10所述之 發光二極體晶片。反射器133r的構成材料及製程可與反射器133a、133b的構成材料及製程相同。
反射器133r覆蓋反向並聯二極體部分(Rd)，以便包圍第一電極墊35。反射器133r具有藉以暴露與第二延伸37a的端部37b連接的第一導電型氮化物半導體層25b之孔133h。
如圖13所示，反射器133r實質上可覆蓋圍繞第一電極墊35的第二導電型氮化物半導體層29b的整個區域。此外，反射器133r可覆蓋反向並聯二極體部分(Rd)的側面。
反射器133r可反射從發光二極體部分(Ld)射出且朝反向並聯二極體部分(Rd)行進之光，從而防止此光再度進入反向並聯二極體部分(Rd)。此外，如以下所述，反射器133r可反射從發光二極體封裝的模製部分(molding section)或磷光體(phosphor)進入反向並聯二極體部分(Rd)之光，因而改善發光效率。
圖14是依照本發明的又另一實施例的一種發光二極體封裝的剖面圖。
參照圖14，發光二極體封裝包括具有晶片安裝面、發光二極體晶片100、至少兩條導線(lead)111、113及銲線115的晶片安裝構件(chip mounting member)110。
對於晶片安裝構件110，可使用能夠安裝發光二極體晶片100於其上的任何構件。例如，晶片安裝構件110可以是導線架(lead frame)型封裝體、印刷電路板(printed circuit board)等。發光二極體晶片100可以是參考圖1至圖4所述之發光二極體晶片、 參考圖6所述之發光二極體晶片、參考圖9及圖10所述之發光二極體晶片或參考圖11至圖13所述之發光二極體晶片，因而將省略其詳細說明。
發光二極體晶片的第一電極墊35及第二電極墊37經由銲線115電性連接到導線111、113。
圖15是依照本發明的一典型實施例的一種發光二極體封裝的剖面圖。
參照圖15，發光二極體封裝包括具有晶片安裝面的晶片安裝構件110及發光二極體晶片100。此外，發光二極體封裝可包括至少兩條導線111、113、銲線115及模製部分117。發光二極體封裝可更包括波長轉換器(wavelength converter)(未繪示)。
除了依照本實施例的發光二極體封裝包括模製部分117及波長轉換器之外，依照圖15的發光二極體封裝大致上類似於依照圖14所示之典型實施例的發光二極體封裝。以下，將針對不同的元件更詳細地說明依照本實施例的發光二極體封裝，並且將省略元件的重複說明部分。
模製部分117覆蓋發光二極體晶片100。模製部分117可包含磷光體，因此可當作波長轉換器。或者，可在模製部分117上或在發光二極體晶片100上配置獨立於模製部分117的單獨波長轉換器。波長轉換器轉換從發光二極體晶片100射出的光的波長。
從發光二極體晶片100射出的光進入模製部分117，並 且一些進入模製部分117的光再度被導向發光二極體晶片100。尤其，當使用包含磷光體的波長轉換器時，一些經由波長轉換器轉換波長的光可能被導向發光二極體晶片100。在此情況下，在參考圖11至圖13所述之發光二極體晶片中，將藉由實質上覆蓋反向並聯二極體部分(Rd)的全部區域之反射器133r來反射光，因而改善封裝的發光效率。
為了評估依照本發明的範例的發光二極體晶片在封裝等級的靜電放電(ESD)特性，將評估已經通過晶片等級的3千伏(kV)靜電放電(ESD)測試的發光二極體晶片之封裝等級的靜電放電(ESD)特性。用於這種評估的每一個發光二極體晶片都具有增強抗靜電放電型磊晶結構，此結構在主動層與第一導電型氮化物半導體層之間包括用以強化靜電放電(ESD)特性的超晶格層，並且其結構與依照圖1所示之典型實施例(P1)的發光二極體晶片的結構相同。在此，例1的發光二極體晶片不包括第二透明電極層31b，並且例2的發光二極體晶片採用氧化銦錫(ITO)作為第二透明電極層31b。對於例1及例2之每一例的二十個測試封裝，在靜電放電(ESD)測試電壓從1千伏(kV)增加到4千伏(kV)時測量其靜電放電(ESD)良率。結果繪示於表2。
Figure TWI610416BD00003
Figure TWI610416BD00004
參照表2，可看出若不包含第二透明電極層31b，則在3千伏(kV)或更高的電壓由於靜電放電而發生設備故障。反之，若使用第二透明電極層31b，則即使在4千伏(kV)也沒有設備故障。結果，可看出第二透明電極層31b增強靜電放電(ESD)特性。
依照本發明，因為發光二極體晶片100包括反向並聯二極體部分(Rd)，所以在發光二極體封裝中不需要用以防止靜電放電的單獨保護裝置，例如齊納二極體。因此，本發明可藉由排除用以安裝齊納二極體的程序來簡化製程，並可藉由避免齊納二極體吸收光來改善封裝的發光效率。此外，依照本發明的發光二極體晶片包括反射器133r以減少再將光吸入發光二極體晶片100，因而改善發光效率。
在依照本發明的發光二極體晶片中，發光二極體部分和反向並聯二極體部分形成於相同的基板上，因此發光二極體晶片對靜電放電表現出高抵抗力，且不需要單獨的靜電放電(ESD)保護裝置，例如齊納二極體。
此外，反向並聯二極體部分形成於第一電極墊的區域上，從而防止發光面積減少。結果，發光二極體晶片可採用不會受困於光輸出減少或正向電壓增加之反向並聯二極體配置。
此外，在依照本發明的發光二極體晶片中，一部分的第一電極墊配置於第二延伸上，從而能夠減少反向並聯二極體部分的大小且不會減少電極墊的大小。結果，甚至在形成反向並聯二 極體部分時也能夠防止發光二極體部分的發光面積減少。
任何在本發明所屬技術領域具有通常知識者將明瞭，在不脫離本發明的精神和範圍內當可對本發明作各種修改及變化。因此，本發明涵蓋此種修改及變化，並且它們隸屬於後附之申請專利範圍及其等效所界定的範圍。
21‧‧‧基板
25b‧‧‧第一導電型氮化物半導體層
31a‧‧‧第一透明電極層
31b‧‧‧第二透明電極層
33b‧‧‧絕緣層
35‧‧‧第一電極墊
35a‧‧‧第一延伸
37‧‧‧第二電極墊
37a‧‧‧第二延伸
37b‧‧‧端部
Ld‧‧‧發光二極體部分
Rd‧‧‧反向並聯二極體部分

Claims (21)

  1. 一種發光二極體晶片，包括：基板；發光二極體部分，配置在所述基板上；反向並聯二極體部分，配置在所述基板上且以反向並聯方式連接到所述發光二極體部分，其中所述發光二極體部分和所述反向並聯二極體部分之每一個包括：第一導電型氮化物半導體層；第二導電型氮化物半導體層；以及主動層，配置在所述第一導電型氮化物半導體層與所述第二導電型氮化物半導體層之間；第一電極墊，配置於所述反向並聯二極體部分上；第二電極墊，配置於所述發光二極體部分上；第一延伸，從所述第一電極墊延伸，其中所述第一延伸直接位於所述發光二極體部分的所述第一導電型氮化物半導體層上，且所述第一延伸電性連接到所述發光二極體部分的所述第一導電型氮化物半導體層；以及第二延伸，從所述第二電極墊延伸，其中所述第二延伸直接位於所述反向並聯二極體部分的所述第一導電型氮化物半導體層上，且所述第二延伸電性連接到所述反向並聯二極體部分的所述第一導電型氮化物半導體層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片，更包括 覆蓋所述反向並聯二極體部分的至少一部分之反射器。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體晶片，其中所述反射器包括分佈式布拉格反射器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片，其中一部分的所述第一電極墊配置於所述第二延伸上。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體晶片，更包括使所述第一電極墊與所述第二延伸絕緣之絕緣層。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片，其中所述第一延伸在所述發光二極體部分上的多個點連接到所述第一導電型氮化物半導體層。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體晶片，其中：所述第一延伸通過所述發光二極體部分的所述第二導電型氮化物半導體層的上部；以及所述第一延伸藉由絕緣層與所述第二導電型氮化物半導體層電性絕緣。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片，更包括配置於所述第一電極墊與所述反向並聯二極體部分的所述第二導電型氮化物半導體層之間的第二透明電極層。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體晶片，更包括連接到所述發光二極體部分的所述第二導電型氮化物半導體層的上表面之第一透明電極層，其中所述第二電極墊配置於所述第一透明電極層上。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體晶片，更包括配置於所述第二電極墊下方的所述第一透明電極層底下之電流阻擋層。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體晶片，更包括配置於所述第二延伸下方的所述第一透明電極層底下之電流阻擋層。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之發光二極體晶片，其中所述電流阻擋層包括分佈式布拉格反射器。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片，更包括反射器，其中所述反射器覆蓋至少一部分的所述反向並聯二極體部分。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之發光二極體晶片，其中至少一部分的所述反射器延伸至所述發光二極體部分，且經設置以使所述第二延伸與所述發光二極體部分的側面絕緣。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之發光二極體晶片，其中至少一部分的所述反射器延伸至所述發光二極體部分，且經設置以使所述第一延伸與所述發光二極體部分絕緣。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之發光二極體晶片，其中：所述反射器覆蓋所述反向並聯二極體部分，以便包圍所述第一電極墊；以及所述反射器包括藉以暴露與所述第二延伸連接的所述第一導電型氮化物半導體層之孔。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片，其中所述第一延伸和所述第二延伸之至少一個包括反射金屬層。
  18. 一種發光二極體晶片，包括：基板；發光二極體部分，配置在所述基板上；反向並聯二極體部分，配置在所述基板上，其中所述發光二極體部分和所述反向並聯二極體部分之每一個包括：第一導電型氮化物半導體層；第二導電型氮化物半導體層；以及主動層，配置在所述第一導電型氮化物半導體層與所述第二導電型氮化物半導體層之間；第一電極墊，配置在所述反向並聯二極體部分上；第二電極墊，配置在所述發光二極體部分上；第一延伸，從所述第一電極墊延伸且連接到所述發光二極體部分，其中所述第一延伸直接位於所述發光二極體部分的所述第一導電型氮化物半導體層上；以及第二延伸，從所述第二電極墊延伸且連接到所述反向並聯二極體部分，其中所述第二延伸直接位於所述反向並聯二極體部分的所述第一導電型氮化物半導體層上，其中所述反向並聯二極體部分以反向並聯方式連接到所述發光二極體部分。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之發光二極體晶片，更包 括配置於至少一部分的所述第二延伸底下之反射器。
  20. 一種發光二極體封裝，包括：晶片安裝部分，具有晶片安裝面；以及發光二極體晶片，安裝在所述晶片安裝面上，其中所述發光二極體晶片包括：基板；發光二極體部分，配置在所述基板上；以及反向並聯二極體部分，配置在所述基板上且反向並聯連接到所述發光二極體部分，其中所述發光二極體部分和所述反向並聯二極體部分之每一個包括：第一導電型氮化物半導體層；第二導電型氮化物半導體層；以及主動層，配置在所述第一導電型氮化物半導體層與所述第二導電型氮化物半導體層之間；第一電極墊，配置於所述反向並聯二極體部分上；第二電極墊，配置於所述發光二極體部分上；第一延伸，從所述第一電極墊延伸，其中所述第一延伸直接位於所述發光二極體部分的所述第一導電型氮化物半導體層上，且所述第一延伸電性連接到所述發光二極體部分的所述第一導電型氮化物半導體層；以及第二延伸，從所述第二電極墊延伸，其中所述第二延伸直接位於所述反向並聯二極體部分的所述第一導電型氮化物半導體層 上，且所述第二延伸電性連接到所述反向並聯二極體部分的所述第一導電型氮化物半導體層。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之發光二極體封裝，其中所述發光二極體晶片更包括覆蓋至少一部分的所述反向並聯二極體部分之反射器。
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