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，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IIIV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。利用对这些化合物半导 体施加电流，通过电子空穴对的结合，可将电能转为光能，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。如图1A及图1B所示，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通以正向电流时电 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的尺寸越大，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越严重。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
本发明所要解决的技术问题是提供一种双回路电极设计的发光二极管芯片，避免
3因电极断裂而影响发光效率的问题。为解决上述技术问题，本发明双回路电极设计的发光二极管芯片的技术方案是， 包括，基板，第一型掺杂半导体层，设置于基板上；发光层，设置于第一型掺杂半导体层上，且暴露出部分第一型掺杂半导体层；第二型掺杂半导体层，设置于发光层上；第一电极层，设置于第二型掺杂半导体层上，且第一电极层呈封闭图案；以及第二电极层，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图案。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。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明图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。图中附图标记说明50为区域，100为发光二极管芯片，110为基板，120为N型掺杂半导体层，130为 发光层，140为P型掺杂半导体层，150为N型电极层，160为P型电极层，152为第一条状图 案，154为第一分支，162为第二条状图案，164为第二分支，200,300,400为双回路电极设计 的发光二极管芯片，210为基板，220为第一型掺杂半导体层，230为发光层，240为第二型掺 杂半导体层，250为第一电极层，252为封闭图案，254为第一分支，260为第二电极层，262为 第二分支，270、290为镂空区域，280为微结构，S为封闭区域。
具体实施例方式第一实施例图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
4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，其形状也可为圆形、 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，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。这样，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暴露在外的表面上形成多 个微结构280，而微结构280可以是在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的形状可以是圆球、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，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(MgAl204)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的材质组成形态可以为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设置于基板210上，且其例可以由氮化铝镓铟(AlaGabIni_a_bN， O^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
5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224上。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可以为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可以由氮化铝 镓的材质构成，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可以 是由氮化铟镓(InaGai_aN，01)所构成的多层量子阱结构，并通过不同此例的铟镓元 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，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。如 图3所示，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是在第一型 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可以交替排列。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可以为条状分支。然而，本发明并不 限定其形状。当然，也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 也可为曲线状分支，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也可在第一型掺杂 半导体层220暴露在外的表面上形成微结构280。
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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—、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。以上通过实施例，对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。 在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可以做出许多变形和改进，这些也应 视为本发明的保护范围。
权利要求
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，设置于基板上；发光层，设置于第一型掺杂半导体层上，且暴露出部分第一型掺杂半导体层；第二型掺杂半导体层，设置于发光层上；第一电极层，设置于第二型掺杂半导体层上，且第一电极层呈封闭图案；以及第二电极层，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，其特征是第一电极层 的图案为矩形、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，其特征是第二电极层 的图案为矩形、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，其特征是第一电极层 包括，封闭图案，在第一型掺杂半导体层上设有一个封闭区域；以及多个第一分支，连接封闭图案，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，其特征是各个第一分 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，其特征是第二电极层 具有多个第二分支，且所述第一分支与所述第二分支交替排列。
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，其特征是第二电极层所 围成的区域为镂空区域，且该镂空区域贯穿第二型掺杂半导体层与发光层，暴露出部分第 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，其特征是第一型掺杂 半导体层与第二型掺杂半导体层具有多个暴露于其外表面上的微结构。
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，第一型掺杂 半导体层包括，缓冲层，设置于基板上；第一型接触层，设置于缓冲层上以及第一型被覆层，设置于第一型接触层上，且暴露出部分第一型接触层，使第一电极层设 置于第一型接触层上。
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，其特征是第二型掺杂 半导体层包括，第二型被覆层，设置于发光层上；以及第二型接触层，设置于第二型被覆层上，且第二电极层设置于第二型接触层上。
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。
全文摘要
本发明公开了一种双回路电极的发光二极管芯片，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。本发明的双回路电极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H01L33/00GK101859824SQ200910057039
公开日2010年10月13日 申请日期2009年4月7日 优先权日2009年4月7日
发明者冯辉庆, 武良文, 简奉任 申请人:山东璨圆光电科技有限公司