專利名稱：雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體元件，且特別涉及一種發(fā)光二極管芯片。
背景技術：
發(fā)光二極管屬于半導體元件，其發(fā)光芯片的材料一般可使用III-V族化學元素，如磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)等化合物半導體。利用對此些化合物半導體施加電流，通過電子空穴對的結合，可將電能轉為光能，而以光子的形態(tài)釋出，達成發(fā)光的效果。由于發(fā)光二極管的發(fā)光現(xiàn)象是屬于冷性發(fā)光，而非通過加熱發(fā)光，因此發(fā)光二極管的壽命可長達十萬小時以上，且無須暖燈時間(idling time)。此外，發(fā)光二極管具有反應速度快(約為10-9秒)、體積小、用電省、污染低(不含水銀)、可靠性高、適合量產等優(yōu)點，因此其所能應用的領域十分廣泛，如掃描儀的燈源、液晶屏幕的背光源、戶外顯示廣告牌或是車用照明設備等等。
圖1A為一種公知的發(fā)光二極管芯片的俯視圖，而圖1B為沿圖1A中A-A’線的剖面圖。請參照圖1A及圖1B，公知的發(fā)光二極管芯片100包括基板110、N型摻雜半導體層120、發(fā)光層130、P型摻雜半導體層140、N型電極層150及P型電極層160。N型摻雜半導體層120是設置于基板110上，而發(fā)光層130是設置于N型摻雜半導體層120上，且P型摻雜半導體層140是設置于發(fā)光層130上。N型電極層150是設置于第一型摻雜半導體層120上，并具有第一條狀圖案152及多個第一分支154。P型電極層160是設置于第二型摻雜半導體層140上，并具有第二條狀圖案162及多個第二分支164。
承接上述，第一條狀圖案122是與第二條狀圖案142相對，而第一分支154是連接第一條狀圖案152，并位于第一條狀圖案122的一側，且第二分支164是連接第二條狀圖案162，并位于第二條狀圖案162的一側，其中第一分支154與第二分支164是交替排列。
當由N型電極層150及P型電極層160對發(fā)光二極管芯片100通以順向電流時，電子及空穴會分別經(jīng)由N型摻雜半導體層120及P型摻雜半導體層140傳遞至發(fā)光層130中結合，并以光子的型態(tài)釋放能量而達成發(fā)光的效果。
然而，由于N型電極層150與P型電極層160的圖案均為開放循環(huán)(open-loop)形狀，若N型電極層150或是P型電極層160發(fā)生斷裂情形(如區(qū)域50處所示)，則會造成發(fā)光二極管芯片100的部分區(qū)域電性斷路。如此會使得發(fā)光層130的局部區(qū)域無法發(fā)光，因而影響發(fā)光二極管芯片100的發(fā)光效率。特別是，當發(fā)光二極管芯片100的尺寸愈大，此種N型電極層150或P型電極層160發(fā)生斷裂的情形對發(fā)光效率的影響將愈嚴重。此外，在公知技術中，隨著發(fā)光二極管芯片100的尺寸不斷增大，發(fā)光層130所發(fā)出的光線于發(fā)光二極管芯片100內產生全反射的情形將更為嚴重，如此會降低發(fā)光二極管芯片100的發(fā)光效率。

發(fā)明內容
鑒于上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)光二極管芯片的電極設計，其可避免因電極斷裂而影響發(fā)光效率的問題。
為達上述或是其它目的，本發(fā)明提出一種雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片，包括基板、第一型摻雜半導體層、發(fā)光層、第二型摻雜半導體層、第一電極層及第二電極層。第一型摻雜半導體層是設置于基板上，而發(fā)光層是設置于第一型摻雜半導體層上，并暴露出部分第一型摻雜半導體層，且第二型摻雜半導體層是設置于發(fā)光層上。第一電極層是設置于第一型摻雜半導體層上，且第一電極層呈封閉循環(huán)圖案。第二電極層是設置于第二型摻雜半導體層上，并位于第一電極層所圍成的區(qū)域內，且第二電極層呈封閉循環(huán)圖案。
在本發(fā)明的一實施例中，上述第一電極層的輪廓為矩形、圓形、橢圓形或多邊形。
在本發(fā)明的一實施例中，上述第二電極層的輪廓為矩形、圓形、橢圓形或多邊形。
在本發(fā)明的一實施例中，上述第一電極層包括封閉圖案及多個第一分支。封閉圖案是于第一型摻雜半導體層上圍出一封閉區(qū)域，而第一分支是連接封閉圖案，并位于封閉區(qū)域內。
在本發(fā)明的一實施例中，上述第一分支的輪廓內的區(qū)域為鏤空區(qū)域。
在本發(fā)明的一實施例中，上述第二電極層具有多個第二分支，且上述多個第一分支與上述多個第二分支是交替排列。
在本發(fā)明的一實施例中，上述第二電極層所圍成的區(qū)域為鏤空區(qū)域，且鏤空區(qū)域貫穿第二型摻雜半導體層與發(fā)光層，以暴露出部分第一型摻雜半導體層。
在本發(fā)明的一實施例中，上述第一型摻雜半導體層與第二型摻雜半導體層可以具有多個微結構，位于第一型摻雜半導體層與第二型摻雜半導體層暴露于外的表面上。
在本發(fā)明的一實施例中，上述微結構的排列方式為周期性規(guī)則排列或隨機不規(guī)則排列。
在本發(fā)明的一實施例中，上述第一型摻雜半導體層包括緩沖層、第一型接觸層及第一型被覆層。緩沖層是設置基板上，而第一型接觸層是設置于緩沖層上，且第一型被覆層是設置于第一型接觸層上，并暴露出部分第一型接觸層，以使第一電極層設置于第一型接觸層上。
在本發(fā)明的一實施例中，上述第二型摻雜半導體層包括第二型被覆層及第二型接觸層。第二型被覆層是設置于發(fā)光層上，而第二型接觸層是設置于第二型被覆層上，且第二電極層是設置于第二型接觸層上。
在本發(fā)明的一實施例中，上述第一型摻雜半導體層為N型摻雜半導體層，而第二型摻雜半導體層為P型摻雜半導體層。
綜上所述，在本發(fā)明的雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片中，由于第一電極層與第二電極層均呈封閉循環(huán)圖案，因此當?shù)谝浑姌O層或第二電極層發(fā)生斷裂時，在斷裂處兩端的電極仍可以維持電連接的狀態(tài)而不至于影響發(fā)光二極管芯片的發(fā)光效率。此外，由于本發(fā)明的第二電極層的輪廓內的鏤空區(qū)域可貫穿第二型摻雜半導體層及發(fā)光層而暴露出第一型摻雜半導體層，因此可以改善出光不易的現(xiàn)象以提高發(fā)光效率。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。


圖1A為一種公知的發(fā)光二極管芯片的示意圖。
圖1B為沿圖1A中A-A’線的剖面圖。
圖2A為依照本發(fā)明第一實施例的雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片的俯視圖。
圖2B為沿圖2A中B-B’線的剖面圖。
圖2C為沿圖2A中C-C’線的剖面圖。
圖3為依照本發(fā)明第二實施例的雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片的俯視圖。
圖4A為依照本發(fā)明第三實施例的雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片的俯視圖。
圖4B為沿圖4A中D-D’線的剖面圖。
主要元件標記說明50區(qū)域 100發(fā)光二極管芯片110基板120N型摻雜半導體層130發(fā)光層 140P型摻雜半導體層150N型電極層 160P型電極層152第一條狀圖案154第一分支
162第二條狀圖案164第二分支200、300、400雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片210基板220第一型摻雜半導體層230發(fā)光層 240第二型摻雜半導體層250第一電極層 252封閉圖案254第一分支260第二電極層262第二分支270、290鏤空區(qū)域280微結構 S封閉區(qū)域具體實施方式
第一實施例圖2A為依照本發(fā)明第一實施例的雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片的示意圖，而圖2B為沿圖2A中B-B’線的剖面圖。請參照圖2A及圖2B，本發(fā)明的雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片200包括基板210、第一型摻雜半導體層220、發(fā)光層230、第二型摻雜半導體層240、第一電極層250及第二電極層260。第一型摻雜半導體層220是設置于基板210上，而發(fā)光層230是設置于第一型摻雜半導體層220上，并暴露出部分第一型摻雜半導體層220，且第二型摻雜半導體層240是設置于發(fā)光層230上。第一電極層250是設置于第一型摻雜半導體層220上，且第一電極層250呈封閉循環(huán)圖案。第二電極層260是設置于第二型摻雜半導體層240上，并位于第一電極層250所圍成的區(qū)域內，且第二電極層260呈封閉循環(huán)圖案。
當由第一電極層250及第二電極層260對雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片200通以順向電流時，電子及空穴會分別經(jīng)由第一型摻雜半導體層220及第二型摻雜半導體層240傳遞至發(fā)光層230中結合，并以光子的型態(tài)釋放能量而達成發(fā)光的效果。其中，由于第一電極層250及第二電極層260均呈封閉循環(huán)圖案，盡管當部分的第一電極層250及第二電極層260發(fā)生斷裂時，在斷裂處兩端的電極仍可以維持電連接的狀態(tài)而不至于影響雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片200的發(fā)光效率。
在本實施例中，第一電極層250及第二電極層260的輪廓均為矩形，然而，本發(fā)明并不限定第一電極層250及第二電極層260的輪廓的形狀。舉例而言，其形狀亦可為圓形、橢圓形、多邊形、不規(guī)則形或其它合適的形狀，所屬技術領域的技術人員當可自行推演，此處便不再繪圖示之。
值得注意的是，本發(fā)明可將第二電極層260所圍成的部分區(qū)域鏤空，以提高雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片200的發(fā)光效率。請參照圖2C，其為沿圖2A中C-C’線的剖面圖。第二電極層260所圍成的部分區(qū)域可以為鏤空區(qū)域270，而鏤空區(qū)域270可貫穿第二型摻雜半導體層240與發(fā)光層230，以暴露出部分第一型摻雜半導體層220。如此一來，由發(fā)光層230發(fā)出的部分光線可直接由鏤空區(qū)域270出光，以降低光線于雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片200內產生全內反射(Total Internal Reflection，TIR)的機率，因此本實施例的雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片200具有較佳的出光效率。
在本實施例中，為了更進一步提高雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片200的出光效率，可于第一型摻雜半導體層220與第二型摻雜半導體層240暴露于外的表面上形成多個微結構280，而微結構280例如是由粗糙化第一型摻雜半導體層220及第二型摻雜半導體層240的過程中形成。這些微結構280的形狀例如是圓球、菱形、角錐形、鋸齒狀、波浪狀等細微的結構，且其排列方式可為周期性規(guī)則排列或隨機不規(guī)則排列。微結構280可以進一步減低光線于雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片200內發(fā)生全內反射的機率，以使雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片200具有更佳的出光效率。
以下將分段敘述本發(fā)明的雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片200中構件的詳細組成及其之間的相對位置。
請再參照圖2B，在本實施例中，基板210的材質包括氧化鋁單晶(Sapphire)、碳化硅(6H-SiC或4H-SiC)、硅(Si)、氧化鋅(ZnO)、砷化鎵(GaAs)、尖晶石(MgAl2O4)或其它晶格常數(shù)接近于氮化物半導體的單晶氧化物，且基板210的材質組成形態(tài)例如為C-Plane、E-Plane或A-Plane。
在本實施例中，第一型摻雜半導體層220包括緩沖層222、第一型接觸層224及第一型被覆層226。緩沖層222是設置于基板210上，且其例如是由氮化鋁鎵銦(AlaGabIn1-a-bN，0≤a，b＜1，a+b≤1)所構成。第一型接觸層224是設置于緩沖層222上，而第一型被覆層226是設置于第一型接觸層224上，并暴露出部分第一型接觸層224，以使第一電極層250設置于第一型接觸層上224。
承接上述，第二型摻雜半導體層240包括第二型被覆層242及第二型接觸層244。第二型被覆層242是設置于發(fā)光層230上，而第二型接觸層244是設置于第二型被覆層242上，且第一電極層260是設置于第二型接觸層244上。在本實施例中，第一型摻雜半導體層220例如為N型摻雜半導體層，且第二型摻雜半導體層240為P型摻雜半導體層。因此，第一型接觸層224及第一型被覆層226即為N型接觸層及N型被覆層，而第二型被覆層242及第二型接觸層244即為P型被覆層及P型接觸層，且前述接觸層及被覆層例如由氮化鋁鎵的材質所構成，并通過摻雜離子雜質種類及濃度不同而調整其特性。此外，發(fā)光層230例如是由氮化銦鎵(InaGa1-aN，0≤a＜1)所構成的多重量子阱結構，并通過不同比例的銦鎵元素，可使其發(fā)出不同波長的光線。
值得注意的是，第一型摻雜半導體層220與第二型摻雜半導體層240的摻雜型態(tài)也可互換，亦即第一型摻雜半導體層220可為P型摻雜半導體層，而第二型摻雜半導體層240可為N型摻雜半導體層。
為進一步增進雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片200的電特性，本發(fā)明可自第一電極層250或第二電極層260再延伸出分支。以下，將另舉實施例并配合

。
第二實施例圖3為依照本發(fā)明第二實施例的雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片的俯視圖。請參照圖3，本實施例的雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片300與第一實施例的雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片200(如圖2A所示)相似，以下將針對差異處做詳細說明。在本實施例中，第一電極層250包括封閉圖案252及多個第一分支254。封閉圖案252是于第一型摻雜半導體層220上圍出一封閉區(qū)域S，而第一分支254是連接封閉圖案252，并位于封閉區(qū)域S內。此外，第二電極層260可以具有多個第二分支262，且這些第一分支264與這些第二分支262例如是交替排列。如此一來，第一電極層250與第二電極層260可通過延伸的第一分支254與第二分支262而縮短彼此間的距離，因而使雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片300具有較佳的電特性。
在本實施例中，第一分支254與第二分支262例如為條狀分支。然而，本發(fā)明并不限定其形狀。當然，亦不限定其數(shù)量與排列方式。舉例而言，第一分支254與第二分支262亦可為曲線狀分支，并搭配第一電極層250與第二電極層260的輪廓形狀而延伸排列。此外，本發(fā)明還可從第一分支254與第二分支262再繼續(xù)延伸出多個分支，以進一步改善雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片300的電特性。所屬技術領域的技術人員當可自行推演上述多個延伸變化，此處便不再繪圖示之。
第三實施例圖4A為依照本發(fā)明第三實施例的雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片的俯視圖，而圖4B為沿圖4A中D-D’線的剖面圖。請參照圖4A及圖4B，本實施例的雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片400與第二實施例的雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片300(如圖3所示)相似，其差別在于雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片400的第一分支254的輪廓內的部分區(qū)域為鏤空區(qū)域290。此外，雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片400亦可于第一型摻雜半導體層220暴露于外的表面上形成微結構280。
附帶一提的是，由于鏤空區(qū)域290是在第一分支254的輪廓內的部分區(qū)域，因此第一電極層250的封閉圖案252及第一分支254仍可形成封閉回路的圖案。如此，盡管第一分支254發(fā)生斷裂，在斷裂處兩端的電極仍可以維持電連接的狀態(tài)而不至于影響雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片400的發(fā)光效率。
綜上所述，本發(fā)明的雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片至少具有下列優(yōu)點一、由于第一電極層與第二電極層呈封閉回路圖案，因此當?shù)谝浑姌O層或第二電極層斷裂時，在斷裂處兩端的電極仍可以維持電連接的狀態(tài)而不至于影響雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片的發(fā)光效率。
二、由于第二電極層的輪廓內的鏤空區(qū)域可貫穿第二型摻雜半導體層及發(fā)光層而暴露出第一型摻雜半導體層，因此發(fā)光層發(fā)出的部分光線可直接由鏤空區(qū)域出光，以使雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片具有較佳的出光效率。
三、微結構可以減低光線于雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片內發(fā)生全內反射的機率，以提高雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片的出光效率。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作些許的更動與改進，因此本發(fā)明的保護范圍當視權利要求所界定者為準。
權利要求
1.一種雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片，其特征是包括基板；第一型摻雜半導體層，設置于該基板上；發(fā)光層，設置于該第一型摻雜半導體層上，且暴露出部分該第一型摻雜半導體層；第二型摻雜半導體層，設置于該發(fā)光層上；第一電極層，設置于該第一型摻雜半導體層上，且該第一電極層呈封閉循環(huán)圖案；以及第二電極層，設置于該第二型摻雜半導體層上，并位于該第一電極層所圍成的區(qū)域內，且該第二電極層呈封閉循環(huán)圖案。
2.根據(jù)權利要求1所述的雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片，其特征是該第一電極層的輪廓為矩形、圓形、橢圓形或多邊形。
3.根據(jù)權利要求1所述的雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片，其特征是該第二電極層的輪廓為矩形、圓形、橢圓形或多邊形。
4.根據(jù)權利要求1所述的雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片，其特征是該第一電極層包括封閉圖案，于該第一型摻雜半導體層上圍出一封閉區(qū)域；以及多個第一分支，連接該封閉圖案，且位于該封閉區(qū)域內。
5.根據(jù)權利要求4所述的雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片，其特征是各該第一分支的輪廓內的區(qū)域為鏤空區(qū)域。
6.根據(jù)權利要求4所述的雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片，其特征是該第二電極層具有多個第二分支，且上述這些第一分支與上述這些第二分支是交替排列。
7.根據(jù)權利要求1所述的雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片，其特征是該第二電極層所圍成的區(qū)域為鏤空區(qū)域，且該鏤空區(qū)域貫穿該第二型摻雜半導體層與該發(fā)光層，以暴露出部分該第一型摻雜半導體層。
8.根據(jù)權利要求1所述的雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片，其特征是該第一型摻雜半導體層與該第二型摻雜半導體層具有多個微結構，位于該第一型摻雜半導體層與該第二型摻雜半導體層暴露于外的表面上。
9.根據(jù)權利要求8所述的雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片，其特征是上述這些微結構的排列方式為周期性規(guī)則排列或隨機不規(guī)則排列。
10.根據(jù)權利要求1所述的雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片，其特征是該第一型摻雜半導體層包括緩沖層，設置于該基板上；第一型接觸層，設置于該緩沖層上；以及第一型被覆層，設置于該第一型接觸層上，且暴露出部分該第一型接觸層，以使該第一電極層設置于該第一型接觸層上。
11.根據(jù)權利要求1所述的雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片，其特征是該第二型摻雜半導體層包括第二型被覆層，設置于該發(fā)光層上；以及第二型接觸層，設置于該第二型被覆層上，且該第二電極層是設置于該第二型接觸層上。
12.根據(jù)權利要求1所述的雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片，其特征是該第一型摻雜半導體層為N型摻雜半導體層，而該第二型摻雜半導體層為P型摻雜半導體層。
全文摘要
一種雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片，包括基板、第一型摻雜半導體層、發(fā)光層、第二型摻雜半導體層、第一電極層及第二電極層。第一型摻雜半導體層設置于基板上，而發(fā)光層設置于第一型摻雜半導體層上，且第二型摻雜半導體層設置于發(fā)光層上。第一電極層設置于第一型摻雜半導體層上，且第一電極層呈封閉循環(huán)圖案。第二電極層設置于第二型摻雜半導體層上，并位于第一電極層所圍成的區(qū)域內，且第二電極層呈封閉循環(huán)圖案。如此，雙回路電極設計的發(fā)光二極管芯片可避免因電極斷裂而降低發(fā)光效率。
文檔編號H01L33/00GK1979905SQ20051012771
公開日2007年6月13日 申請日期2005年12月2日 優(yōu)先權日2005年12月2日
發(fā)明者李允立, 馮輝慶 申請人:璨圓光電股份有限公司