TWI670867B - 發光二極體晶片結構 - Google Patents

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Abstract

一種發光二極體晶片結構，包括一外延層以及設置於外延層的表面的第一電極和第二電極，所述外延層被劃分為一基區以及一結構支撐區，所述基區包括一基底部以及一頂部，所述基底部的寬度大於所述頂部的寬度，所述頂部自所述基底部的表面的中心區域向一側延伸，所述結構支撐區自所述基底部除所述頂部之外的表面向同一側延伸，所述結構支撐區和所述頂部表面齊平，所述第一電極設置於所述頂部的表面，所述第二電極至少設置於所述結構支撐區的表面，位於所述結構支撐區表面的所述第二電極形成電極接觸區，其與所述第一電極表面齊平。

Description

發光二極體晶片結構
本發明涉及一種半導體元件，尤其涉及一種發光二極體晶片結構。
傳統的發光二極體晶片包括透光基板、設置在透光基板上的N型半導體層、有源層、P型半導體層、P型電極以及N型電極。所述有源層自所述N型半導體層的中心區域向上延伸，所述P型半導體層設置在所述有源層的表面。所述P型電極設置在所述P型半導體層的表面，所述N型電極設置在所述N型半導體層未設有所述有源層的表面。整個N型電極均與所述N型半導體層接觸。然而，由於所述N型電極和所述P型電極一般藉由蒸鍍或濺鍍的方式分開製作，容易形成高度差，造成後續金屬接合(metal bonding)時接觸不良。
有鑑於此，有必要提供一種發光二極體晶片，能夠解決以上問題。
一種發光二極體晶片結構，包括一外延層以及設置於所述外延層的表面且與所述外延層電性連接的一第一電極和一第二電極，所述外延層被劃分為一基區以及一結構支撐區，所述基區包括一基底部以及一頂部，所述基底部的寬度大於所述頂部的寬度，所述頂部自所述基底部的表面的中心區域向一側延伸，所述結構支撐區自所述基底部除所述頂部之外的表面向同一側延伸，所述結構支撐區和所述頂部表面齊平，所述第一電極設置於所述頂部的表面，所述第二電極至少設置於所述結構支撐區的表面，位於所述結構支撐區表面的所述第二電極形成電極接觸區，其與所述第一電極表面齊平。
與傳統的發光二極體晶片結構相比，本發明的發光二極體晶片結構中，由於所述結構支撐區和所述頂部表面齊平，只需控制所述第一電極和所述電極的濺鍍時間一致，便可使形成於所述頂部上的第一電極和形成於所述結構支撐區上的第二電極(即電極接觸區)相對齊平無高度差，避免後續金屬接合時接觸不良。
10‧‧‧第一電極
20‧‧‧第二電極
30‧‧‧外延層
31‧‧‧基區
32‧‧‧結構支撐區
33‧‧‧環形槽
34‧‧‧絕緣層
40‧‧‧電極膜
50‧‧‧凸塊墊
60‧‧‧支撐部
100，200‧‧‧發光二極體晶片結構
301‧‧‧第一型半導體層
302‧‧‧有源層
303‧‧‧第二型半導體層
310‧‧‧基底部
311‧‧‧頂部
312‧‧‧連接面
320‧‧‧溝槽
321‧‧‧凹陷
圖1為本發明一第一較佳實施方式的發光二極體晶片結構的俯視圖。
圖2為圖1所示的發光二極體晶片結構沿II-II線的剖面示意圖。
圖3為圖1所示的發光二極體晶片結構沿III-III線的剖面示意圖。
圖4為本發明一第二較佳實施方式的發光二極體晶片結構的俯視圖。
圖5為圖4所示的發光二極體晶片結構沿V-V線的剖面示意圖。
圖6為本發明一第三較佳實施方式的發光二極體晶片結構的剖面示意圖。
請參見圖1至圖3，本發明一第一較佳實施方式的發光二極體晶片結構100包括一外延層30以及設置於所述外延層30的表面且與所述外延層30電性連接的一第一電極10和一第二電極20。所述發光二極體晶片結構100的外觀呈圓形，從而滿足出光的均勻性及光場控制的需求。在本實施方式中，所述第一電極10以及所述第二電極20藉由一電極膜40與所述外延層30接觸，從而與所述外延層30電性連接。所述電極膜40的材質可為氧化銦錫(ITO)。在另一實施方式中，所述第一電極10以及所述第二電極20還可與所述外延層30直接接觸。
所述外延層30被劃分為一基區31以及一結構支撐區32。所述基區31沿經過所述發光二極體晶片結構100的中心軸的截面呈“T”型，即，所述基區31包括一基底部310以及一頂部311。所述基底部310的寬度大於所述頂部311的寬度，所述頂部311自所述基底部310的表面的中心區域向一側延伸，從而在所述基底部310除所述頂部311之外的表面形成一圍繞所述頂部311設置的連接面312。所述結構支撐區32呈環形且自所述連接面312向同一側延伸，使所述結構支撐區32環繞所述頂部311設置。所述結構支撐區32和所述頂部311表面齊平。所述結構支撐區32沿平行於所述發光二極體晶片結構100的中心軸方向開設有至少一溝槽320。所述溝槽320的底部被所述基底部310封閉。
所述第一電極10設置於所述頂部311的表面。所述第二電極20設置於所述溝槽320的底部(即，與所述基底部310接觸)以及所述結構支撐區32的表面。位於所述結構支撐區32表面的所述第二電極20形成電極接觸區，其與所述第一電極10表面齊平。位於所述溝槽320的底部的所述第二電極20與所述基底部310接觸(下方無結構支撐區32)並形成電流注入區。所述第二電極20的所述電極接觸區以及所述電流注入區具有高度差。當所述第一電極10和所述第二電極20可藉由金屬接合的方式與外部電極(圖未示)電性連接時，將驅動所述外延層30發出光線。
在本實施方式中，所述外延層30的厚度為2μm-6μm。所述第二電極20的所述電極接觸區以及所述電流注入區的高度差(即所述溝槽320的深度)為0.2μm-2μm。其中，所述溝槽320的個數為四個，將所述結構支撐區32劃分為四個面積相等的部分。即，相對設置的兩個所述溝槽320的連線經過所述發光二極體晶片結構100的中心軸。當然，在另一實施方式中，相對設置的兩個所述溝槽320的連線也可不經過所述外延層30的圓心。
所述結構支撐區32與所述頂部311相互間隔，從而在所述結構支撐區32和所述頂部311之間形成一環形槽33。其中，所述溝槽320與所述環形槽33連通，所述溝槽320的深度可大致等於所述環形槽33的深度。所述環形槽33內設有一絕緣層34，所述絕緣層34包覆所述頂部311的周緣，使所述第一電極10和所述第二電極20之間實現電氣絕緣。在本實施方式中，所述絕緣層34可大致與所述電極膜40齊平。所述絕緣層34的材質可為二氧化矽(SiO2)、氮化矽(SiNx)以及環氧樹脂(如SU-8環氧樹脂)中的其中一種。
在本實施方式中，所述第一電極10和所述第二電極20遠離所述外延層30的表面均設有一凸塊墊(solder bump)50。
所述外延層30包括依次疊設的一第一型半導體層301、一有源層302以及一第二型半導體層303。所述第二型半導體層303位於所述基底部310並延伸至所述頂部311以及所述結構支撐區32。所述有源層302以及所述第一型半導體層301均位於所述頂部311以及所述結構支撐區32。位於所述頂部311的所述有源層302與位於所述結構支撐區32的所述有源層302齊平。位於所述頂部311的所述 第一型半導體層301與位於所述結構支撐區32的所述第一型半導體層301齊平。所述第一電極10設置於位於所述頂部311的所述第一型半導體層31的表面。所述第二電極20設置於所述溝槽320的底部(即，與所述第二型半導體303接觸)以及所述結構支撐區32的所述第一型半導體層301的表面。使用時，被所述絕緣層34圍繞的所述有源層302將發射光線，所述光線可自所述第二型半導體層303遠離所述有源層302的表面出射，且朝向所述外延層30的周緣發出的光線可被所述絕緣層34反射後集中自所述第二型半導體層303遠離所述有源層302的表面出射。
在本實施方式中，所述第一電極10和所述第二電極20分別為P型電極和N型電極。所述第一型半導體層301為P-GaN層，所述有源層302為多量子阱層，所述第二型半導體層303為N-GaN層。所述第一電極10和所述第二電極20的材質可選自鍺(Ge)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鈦(Ti)、鎢(W)以及金(Au)等金屬元素中的至少一種。
在本實施方式中，所述發光二極體晶片結構100還包括一支撐部60。所述支撐部60設置於所述第二型半導體303遠離所述有源層302的表面。所述支撐部60的材料為膠材、光阻材料、高分子材料、SiO2、SiNx、量子點(QDs)，顏色可為黑、白、透明色。
進一步地，所述發光二極體晶片結構100還可包括一保護層(圖未示)。所述保護層覆蓋所述外延層30的周緣。所述保護層可由AlN等導熱性佳且透光性好的材料製成，用於保護所述外延層30，從而提高所述發光二極體晶片100的整體的機械強度。
請參照圖4和圖5，本發明一第二較佳實施方式還提供一種發光二極體晶片結構200，與上述發光二極體晶片結構100不同的是，所述發光二極體晶片結構200的外觀呈方形。所述結構支撐區32並非環繞所述頂部311，而是位於所述頂部311的一側並與所述頂部311齊平。所述第二電極20設置於所述結構支撐區32的表面以及所述結構支撐區32的周緣。位於所述結構支撐區32表面的所述第二電極20形成電極接觸區，位於所述結構支撐區32周緣的所述第二電極20與所述基底部310接觸並形成電流注入區。
請參照圖6，本發明一第三較佳實施方式還提供一種發光二極體晶片結構300，與上述發光二極體晶片結構200不同的是，所述結構支撐區32中開設有一凹陷321，所述第二電極20設置於所述結構支撐區32未開設有所述凹陷321的表面以及填充於所述凹陷321中。位於所述凹陷321中的所述第二電極20與所述基底部310接觸並形成電流注入區。
在以上發光二極體晶片結構100，200，300中，由於所述結構支撐區32和所述頂部311表面齊平，只需控制所述第一電極10和所述電極20的濺鍍時間一致，便可使形成於所述頂部311上的第一電極10和形成於所述結構支撐區32上的第二電極20相對齊平無高度差。即，所述發光二極體晶片結構100藉由所述結構支撐區32墊高原第二型半導體層303的周邊區域，從而使所述第一電極10和所述第二電極20無高度差，避免後續金屬接合時接觸不良。再者，部分所述第二電極20形成於所述結構支撐區32上形成電極接觸區，而部分所述第二電極20與所述基底部310接觸形成電流注入區。因此，並非整個所述第二電極20均與所述基底部310接觸，而是所述第二電極20的所述電極接觸區與所述電流注入區具有高度差。最後，由於所述結構支撐區32使得所述外延層30的周邊區域的厚度增加，從而可提高所述發光二極體晶片結構100，200，300的機械強度。
最後需要指出，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照以上較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換都不應脫離本發明技術方案的精神和範圍。

Claims (7)

  1. 一種發光二極體晶片結構，包括一外延層以及設置於所述外延層的表面且與所述外延層電性連接的一第一電極和一第二電極，其改良在於：所述外延層被劃分為一基區以及一結構支撐區，所述基區包括一基底部以及一頂部，所述基底部的寬度大於所述頂部的寬度，所述頂部自所述基底部的表面的中心區域向一側延伸，所述結構支撐區自所述基底部除所述頂部之外的表面向同一側延伸，其中，所述發光二極體晶片結構為圓形，所述結構支撐區為環形且環繞所述頂部設置，所述結構支撐區和所述頂部表面齊平，所述第一電極設置於所述頂部的表面，所述第二電極至少設置於所述結構支撐區的表面，位於所述結構支撐區表面的所述第二電極形成電極接觸區，其與所述第一電極表面齊平，所述結構支撐區沿平行於所述發光二極體晶片結構的中心軸方向開設有至少一溝槽，所述溝槽的底部被所述基底部封閉，所述第二電極設置於所述溝槽的底部以及所述結構支撐區的表面，位於所述溝槽的底部的所述第二電極形成電流注入區，所述第二電極的所述電極接觸區以及所述電流注入區具有高度差。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶片結構，其中，所述外延層的厚度為2μm-6μm，所述第二電極的所述電極接觸區以及所述電流注入區的高度差等於所述溝槽的深度，為0.2μm-2μm。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶片結構，其中，所述結構支撐區與所述頂部相互間隔，從而在所述結構支撐區和所述頂部之間形成一環形槽，所述溝槽與所述環形槽連通，所述環形槽內設有一絕緣層，所述絕緣層包覆所述頂部的周緣。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶片結構，其中，所述外延層包括依次疊設的一第一型半導體層、一有源層以及一第二型半導體層，所述第二型半導體層位於所述基底部並延伸至所述頂部以及所述結構支撐區，所述有源層以及所述第一型半導體層均位於所述頂部以及所述結構支撐區，位於所述頂部的所述有源層與位於所述結構支撐區的所述有源層齊平，位於所述頂部的所述第一型半導體層與位於所述結構支撐區的所述第一型半導體層齊平， 所述第一電極設置於位於所述頂部的所述第一型半導體層的表面，所述第二電極設置於所述溝槽的底部以及位於所述結構支撐區的所述第一型半導體層的表面。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的發光二極體晶片結構，其中，所述第一電極和所述第二電極分別為P型電極和N型電極，所述第一型半導體層為P-GaN層，所述有源層為多量子阱層，所述第二型半導體層為N-GaN層。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的發光二極體晶片結構，其中，還包括一支撐部，所述支撐部設置於所述第二型半導體遠離所述有源層的表面。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶片結構，其中，所述第一電極以及所述第二電極均藉由一電極膜與所述外延層接觸。
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