专利名称：双回路电极设计的发光二极管芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体元件，且特别涉及一种发光二极管芯片。
背景技术：
发光二极管属于半导体元件，其发光芯片的材料一般可使用III-V族化学元素，如磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)等化合物半导体。利用对此些化合物半导体施加电流，通过电子空穴对的结合，可将电能转为光能，而以光子的形态释出，达成发光的效果。由于发光二极管的发光现象是属于冷性发光，而非通过加热发光，因此发光二极管的寿命可长达十万小时以上，且无须暖灯时间(idling time)。此外，发光二极管具有反应速度快(约为10-9秒)、体积小、用电省、污染低(不含水银)、可靠性高、适合量产等优点，因此其所能应用的领域十分广泛，如扫描仪的灯源、液晶屏幕的背光源、户外显示广告牌或是车用照明设备等等。
图1A为一种公知的发光二极管芯片的俯视图，而图1B为沿图1A中A-A’线的剖面图。请参照图1A及图1B，公知的发光二极管芯片100包括基板110、N型掺杂半导体层120、发光层130、P型掺杂半导体层140、N型电极层150及P型电极层160。N型掺杂半导体层120是设置于基板110上，而发光层130是设置于N型掺杂半导体层120上，且P型掺杂半导体层140是设置于发光层130上。N型电极层150是设置于第一型掺杂半导体层120上，并具有第一条状图案152及多个第一分支154。P型电极层160是设置于第二型掺杂半导体层140上，并具有第二条状图案162及多个第二分支164。
承接上述，第一条状图案122是与第二条状图案142相对，而第一分支154是连接第一条状图案152，并位于第一条状图案122的一侧，且第二分支164是连接第二条状图案162，并位于第二条状图案162的一侧，其中第一分支154与第二分支164是交替排列。
当由N型电极层150及P型电极层160对发光二极管芯片100通以顺向电流时，电子及空穴会分别经由N型掺杂半导体层120及P型掺杂半导体层140传递至发光层130中结合，并以光子的型态释放能量而达成发光的效果。
然而，由于N型电极层150与P型电极层160的图案均为开放循环(open-loop)形状，若N型电极层150或是P型电极层160发生断裂情形(如区域50处所示)，则会造成发光二极管芯片100的部分区域电性断路。如此会使得发光层130的局部区域无法发光，因而影响发光二极管芯片100的发光效率。特别是，当发光二极管芯片100的尺寸愈大，此种N型电极层150或P型电极层160发生断裂的情形对发光效率的影响将愈严重。此外，在公知技术中，随着发光二极管芯片100的尺寸不断增大，发光层130所发出的光线于发光二极管芯片100内产生全反射的情形将更为严重，如此会降低发光二极管芯片100的发光效率。
发明内容
鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种发光二极管芯片的电极设计，其可避免因电极断裂而影响发光效率的问题。
为达上述或是其它目的，本发明提出一种双回路电极设计的发光二极管芯片，包括基板、第一型掺杂半导体层、发光层、第二型掺杂半导体层、第一电极层及第二电极层。第一型掺杂半导体层是设置于基板上，而发光层是设置于第一型掺杂半导体层上，并暴露出部分第一型掺杂半导体层，且第二型掺杂半导体层是设置于发光层上。第一电极层是设置于第一型掺杂半导体层上，且第一电极层呈封闭循环图案。第二电极层是设置于第二型掺杂半导体层上，并位于第一电极层所围成的区域内，且第二电极层呈封闭循环图案。
在本发明的一实施例中，上述第一电极层的轮廓为矩形、圆形、椭圆形或多边形。
在本发明的一实施例中，上述第二电极层的轮廓为矩形、圆形、椭圆形或多边形。
在本发明的一实施例中，上述第一电极层包括封闭图案及多个第一分支。封闭图案是于第一型掺杂半导体层上围出一封闭区域，而第一分支是连接封闭图案，并位于封闭区域内。
在本发明的一实施例中，上述第一分支的轮廓内的区域为镂空区域。
在本发明的一实施例中，上述第二电极层具有多个第二分支，且上述多个第一分支与上述多个第二分支是交替排列。
在本发明的一实施例中，上述第二电极层所围成的区域为镂空区域，且镂空区域贯穿第二型掺杂半导体层与发光层，以暴露出部分第一型掺杂半导体层。
在本发明的一实施例中，上述第一型掺杂半导体层与第二型掺杂半导体层可以具有多个微结构，位于第一型掺杂半导体层与第二型掺杂半导体层暴露于外的表面上。
在本发明的一实施例中，上述微结构的排列方式为周期性规则排列或随机不规则排列。
在本发明的一实施例中，上述第一型掺杂半导体层包括缓冲层、第一型接触层及第一型被覆层。缓冲层是设置基板上，而第一型接触层是设置于缓冲层上，且第一型被覆层是设置于第一型接触层上，并暴露出部分第一型接触层，以使第一电极层设置于第一型接触层上。
在本发明的一实施例中，上述第二型掺杂半导体层包括第二型被覆层及第二型接触层。第二型被覆层是设置于发光层上，而第二型接触层是设置于第二型被覆层上，且第二电极层是设置于第二型接触层上。
在本发明的一实施例中，上述第一型掺杂半导体层为N型掺杂半导体层，而第二型掺杂半导体层为P型掺杂半导体层。
综上所述，在本发明的双回路电极设计的发光二极管芯片中，由于第一电极层与第二电极层均呈封闭循环图案，因此当第一电极层或第二电极层发生断裂时，在断裂处两端的电极仍可以维持电连接的状态而不至于影响发光二极管芯片的发光效率。此外，由于本发明的第二电极层的轮廓内的镂空区域可贯穿第二型掺杂半导体层及发光层而暴露出第一型掺杂半导体层，因此可以改善出光不易的现象以提高发光效率。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图1A为一种公知的发光二极管芯片的示意图。
图1B为沿图1A中A-A’线的剖面图。
图2A为依照本发明第一实施例的双回路电极设计的发光二极管芯片的俯视图。
图2B为沿图2A中B-B’线的剖面图。
图2C为沿图2A中C-C’线的剖面图。
图3为依照本发明第二实施例的双回路电极设计的发光二极管芯片的俯视图。
图4A为依照本发明第三实施例的双回路电极设计的发光二极管芯片的俯视图。
图4B为沿图4A中D-D’线的剖面图。
主要元件标记说明50区域 100发光二极管芯片110基板120N型掺杂半导体层130发光层 140P型掺杂半导体层150N型电极层 160P型电极层152第一条状图案154第一分支
162第二条状图案164第二分支200、300、400双回路电极设计的发光二极管芯片210基板220第一型掺杂半导体层230发光层 240第二型掺杂半导体层250第一电极层 252封闭图案254第一分支260第二电极层262第二分支270、290镂空区域280微结构 S封闭区域具体实施方式
第一实施例图2A为依照本发明第一实施例的双回路电极设计的发光二极管芯片的示意图，而图2B为沿图2A中B-B’线的剖面图。请参照图2A及图2B，本发明的双回路电极设计的发光二极管芯片200包括基板210、第一型掺杂半导体层220、发光层230、第二型掺杂半导体层240、第一电极层250及第二电极层260。第一型掺杂半导体层220是设置于基板210上，而发光层230是设置于第一型掺杂半导体层220上，并暴露出部分第一型掺杂半导体层220，且第二型掺杂半导体层240是设置于发光层230上。第一电极层250是设置于第一型掺杂半导体层220上，且第一电极层250呈封闭循环图案。第二电极层260是设置于第二型掺杂半导体层240上，并位于第一电极层250所围成的区域内，且第二电极层260呈封闭循环图案。
当由第一电极层250及第二电极层260对双回路电极设计的发光二极管芯片200通以顺向电流时，电子及空穴会分别经由第一型掺杂半导体层220及第二型掺杂半导体层240传递至发光层230中结合，并以光子的型态释放能量而达成发光的效果。其中，由于第一电极层250及第二电极层260均呈封闭循环图案，尽管当部分的第一电极层250及第二电极层260发生断裂时，在断裂处两端的电极仍可以维持电连接的状态而不至于影响双回路电极设计的发光二极管芯片200的发光效率。
在本实施例中，第一电极层250及第二电极层260的轮廓均为矩形，然而，本发明并不限定第一电极层250及第二电极层260的轮廓的形状。举例而言，其形状亦可为圆形、椭圆形、多边形、不规则形或其它合适的形状，所属技术领域的技术人员当可自行推演，此处便不再绘图示之。
值得注意的是，本发明可将第二电极层260所围成的部分区域镂空，以提高双回路电极设计的发光二极管芯片200的发光效率。请参照图2C，其为沿图2A中C-C’线的剖面图。第二电极层260所围成的部分区域可以为镂空区域270，而镂空区域270可贯穿第二型掺杂半导体层240与发光层230，以暴露出部分第一型掺杂半导体层220。如此一来，由发光层230发出的部分光线可直接由镂空区域270出光，以降低光线于双回路电极设计的发光二极管芯片200内产生全内反射(Total Internal Reflection，TIR)的机率，因此本实施例的双回路电极设计的发光二极管芯片200具有较佳的出光效率。
在本实施例中，为了更进一步提高双回路电极设计的发光二极管芯片200的出光效率，可于第一型掺杂半导体层220与第二型掺杂半导体层240暴露于外的表面上形成多个微结构280，而微结构280例如是由粗糙化第一型掺杂半导体层220及第二型掺杂半导体层240的过程中形成。这些微结构280的形状例如是圆球、菱形、角锥形、锯齿状、波浪状等细微的结构，且其排列方式可为周期性规则排列或随机不规则排列。微结构280可以进一步减低光线于双回路电极设计的发光二极管芯片200内发生全内反射的机率，以使双回路电极设计的发光二极管芯片200具有更佳的出光效率。
以下将分段叙述本发明的双回路电极设计的发光二极管芯片200中构件的详细组成及其之间的相对位置。
请再参照图2B，在本实施例中，基板210的材质包括氧化铝单晶(Sapphire)、碳化硅(6H-SiC或4H-SiC)、硅(Si)、氧化锌(ZnO)、砷化镓(GaAs)、尖晶石(MgAl2O4)或其它晶格常数接近于氮化物半导体的单晶氧化物，且基板210的材质组成形态例如为C-Plane、E-Plane或A-Plane。
在本实施例中，第一型掺杂半导体层220包括缓冲层222、第一型接触层224及第一型被覆层226。缓冲层222是设置于基板210上，且其例如是由氮化铝镓铟(AlaGabIn1-a-bN，0≤a，b＜1，a+b≤1)所构成。第一型接触层224是设置于缓冲层222上，而第一型被覆层226是设置于第一型接触层224上，并暴露出部分第一型接触层224，以使第一电极层250设置于第一型接触层上224。
承接上述，第二型掺杂半导体层240包括第二型被覆层242及第二型接触层244。第二型被覆层242是设置于发光层230上，而第二型接触层244是设置于第二型被覆层242上，且第一电极层260是设置于第二型接触层244上。在本实施例中，第一型掺杂半导体层220例如为N型掺杂半导体层，且第二型掺杂半导体层240为P型掺杂半导体层。因此，第一型接触层224及第一型被覆层226即为N型接触层及N型被覆层，而第二型被覆层242及第二型接触层244即为P型被覆层及P型接触层，且前述接触层及被覆层例如由氮化铝镓的材质所构成，并通过掺杂离子杂质种类及浓度不同而调整其特性。此外，发光层230例如是由氮化铟镓(InaGa1-aN，0≤a＜1)所构成的多重量子阱结构，并通过不同比例的铟镓元素，可使其发出不同波长的光线。
值得注意的是，第一型掺杂半导体层220与第二型掺杂半导体层240的掺杂型态也可互换，亦即第一型掺杂半导体层220可为P型掺杂半导体层，而第二型掺杂半导体层240可为N型掺杂半导体层。
为进一步增进双回路电极设计的发光二极管芯片200的电特性，本发明可自第一电极层250或第二电极层260再延伸出分支。以下，将另举实施例并配合
。
第二实施例图3为依照本发明第二实施例的双回路电极设计的发光二极管芯片的俯视图。请参照图3，本实施例的双回路电极设计的发光二极管芯片300与第一实施例的双回路电极设计的发光二极管芯片200(如图2A所示)相似，以下将针对差异处做详细说明。在本实施例中，第一电极层250包括封闭图案252及多个第一分支254。封闭图案252是于第一型掺杂半导体层220上围出一封闭区域S，而第一分支254是连接封闭图案252，并位于封闭区域S内。此外，第二电极层260可以具有多个第二分支262，且这些第一分支264与这些第二分支262例如是交替排列。如此一来，第一电极层250与第二电极层260可通过延伸的第一分支254与第二分支262而缩短彼此间的距离，因而使双回路电极设计的发光二极管芯片300具有较佳的电特性。
在本实施例中，第一分支254与第二分支262例如为条状分支。然而，本发明并不限定其形状。当然，亦不限定其数量与排列方式。举例而言，第一分支254与第二分支262亦可为曲线状分支，并搭配第一电极层250与第二电极层260的轮廓形状而延伸排列。此外，本发明还可从第一分支254与第二分支262再继续延伸出多个分支，以进一步改善双回路电极设计的发光二极管芯片300的电特性。所属技术领域的技术人员当可自行推演上述多个延伸变化，此处便不再绘图示之。
第三实施例图4A为依照本发明第三实施例的双回路电极设计的发光二极管芯片的俯视图，而图4B为沿图4A中D-D’线的剖面图。请参照图4A及图4B，本实施例的双回路电极设计的发光二极管芯片400与第二实施例的双回路电极设计的发光二极管芯片300(如图3所示)相似，其差别在于双回路电极设计的发光二极管芯片400的第一分支254的轮廓内的部分区域为镂空区域290。此外，双回路电极设计的发光二极管芯片400亦可于第一型掺杂半导体层220暴露于外的表面上形成微结构280。
附带一提的是，由于镂空区域290是在第一分支254的轮廓内的部分区域，因此第一电极层250的封闭图案252及第一分支254仍可形成封闭回路的图案。如此，尽管第一分支254发生断裂，在断裂处两端的电极仍可以维持电连接的状态而不至于影响双回路电极设计的发光二极管芯片400的发光效率。
综上所述，本发明的双回路电极设计的发光二极管芯片至少具有下列优点一、由于第一电极层与第二电极层呈封闭回路图案，因此当第一电极层或第二电极层断裂时，在断裂处两端的电极仍可以维持电连接的状态而不至于影响双回路电极设计的发光二极管芯片的发光效率。
二、由于第二电极层的轮廓内的镂空区域可贯穿第二型掺杂半导体层及发光层而暴露出第一型掺杂半导体层，因此发光层发出的部分光线可直接由镂空区域出光，以使双回路电极设计的发光二极管芯片具有较佳的出光效率。
三、微结构可以减低光线于双回路电极设计的发光二极管芯片内发生全内反射的机率，以提高双回路电极设计的发光二极管芯片的出光效率。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与改进，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种双回路电极设计的发光二极管芯片，其特征是包括基板；第一型掺杂半导体层，设置于该基板上；发光层，设置于该第一型掺杂半导体层上，且暴露出部分该第一型掺杂半导体层；第二型掺杂半导体层，设置于该发光层上；第一电极层，设置于该第一型掺杂半导体层上，且该第一电极层呈封闭循环图案；以及第二电极层，设置于该第二型掺杂半导体层上，并位于该第一电极层所围成的区域内，且该第二电极层呈封闭循环图案。
2.根据权利要求1所述的双回路电极设计的发光二极管芯片，其特征是该第一电极层的轮廓为矩形、圆形、椭圆形或多边形。
3.根据权利要求1所述的双回路电极设计的发光二极管芯片，其特征是该第二电极层的轮廓为矩形、圆形、椭圆形或多边形。
4.根据权利要求1所述的双回路电极设计的发光二极管芯片，其特征是该第一电极层包括封闭图案，于该第一型掺杂半导体层上围出一封闭区域；以及多个第一分支，连接该封闭图案，且位于该封闭区域内。
5.根据权利要求4所述的双回路电极设计的发光二极管芯片，其特征是各该第一分支的轮廓内的区域为镂空区域。
6.根据权利要求4所述的双回路电极设计的发光二极管芯片，其特征是该第二电极层具有多个第二分支，且上述这些第一分支与上述这些第二分支是交替排列。
7.根据权利要求1所述的双回路电极设计的发光二极管芯片，其特征是该第二电极层所围成的区域为镂空区域，且该镂空区域贯穿该第二型掺杂半导体层与该发光层，以暴露出部分该第一型掺杂半导体层。
8.根据权利要求1所述的双回路电极设计的发光二极管芯片，其特征是该第一型掺杂半导体层与该第二型掺杂半导体层具有多个微结构，位于该第一型掺杂半导体层与该第二型掺杂半导体层暴露于外的表面上。
9.根据权利要求8所述的双回路电极设计的发光二极管芯片，其特征是上述这些微结构的排列方式为周期性规则排列或随机不规则排列。
10.根据权利要求1所述的双回路电极设计的发光二极管芯片，其特征是该第一型掺杂半导体层包括缓冲层，设置于该基板上；第一型接触层，设置于该缓冲层上；以及第一型被覆层，设置于该第一型接触层上，且暴露出部分该第一型接触层，以使该第一电极层设置于该第一型接触层上。
11.根据权利要求1所述的双回路电极设计的发光二极管芯片，其特征是该第二型掺杂半导体层包括第二型被覆层，设置于该发光层上；以及第二型接触层，设置于该第二型被覆层上，且该第二电极层是设置于该第二型接触层上。
12.根据权利要求1所述的双回路电极设计的发光二极管芯片，其特征是该第一型掺杂半导体层为N型掺杂半导体层，而该第二型掺杂半导体层为P型掺杂半导体层。
全文摘要
一种双回路电极设计的发光二极管芯片，包括基板、第一型掺杂半导体层、发光层、第二型掺杂半导体层、第一电极层及第二电极层。第一型掺杂半导体层设置于基板上，而发光层设置于第一型掺杂半导体层上，且第二型掺杂半导体层设置于发光层上。第一电极层设置于第一型掺杂半导体层上，且第一电极层呈封闭循环图案。第二电极层设置于第二型掺杂半导体层上，并位于第一电极层所围成的区域内，且第二电极层呈封闭循环图案。如此，双回路电极设计的发光二极管芯片可避免因电极断裂而降低发光效率。
文档编号H01L33/00GK1979905SQ20051012771
公开日2007年6月13日 申请日期2005年12月2日 优先权日2005年12月2日
发明者李允立, 冯辉庆 申请人:璨圆光电股份有限公司