CN108023006A - 发光二极管晶片 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管晶片，包含基板、发光元件、静电防护元件及导电层。发光元件设置于基板上，并包含第一半导体层、第一量子井层及第二半导体层，其中第一量子井层设置于第一半导体层与第二半导体层之间。静电防护元件设置于基板上且至少一间隔位于发光元件与静电防护元件之间，静电防护元件包含第三半导体层、第二量子井层及第四半导体层，其中第二量子井层设置于第三半导体层与第四半导体层之间。第一半导体层与第四半导体层透过导电层电性连接，且第二半导体层与第三半导体层在发光二极管晶片封装前是彼此电性隔离。因此，于发光二极管晶片封装前，可单独对发光元件进行检测，借以降低静电防护元件对检测结果的影响。

Description

发光二极管晶片
技术领域
本发明是有关于一种发光二极管晶片。
背景技术
近年来，发光二极管(light-emitting diode；LED)已经广泛被使用于一般照明和商业照明的应用之中。当作为光源使用时，发光二极管具有许多优点，例如较低的能量消耗、较长的寿命，更小的尺寸与更快速的开关切换。因此，传统的照明，例如白炽光源，已经逐渐被发光二极管光源代替。此外，于实际应用时，发光二极管也会与电性调节元件一起设计于电路配置之中，以防护发光二极管被破坏。例如，电性调节元件可提供发光二极管电压调节的效果。
发明内容
本发明的一实施方式提供一种发光二极管晶片，其特征在于，包含发光元件及静电防护元件，其中发光元件及静电防护元件可同时于制程中形成，借以简化发光二极管晶片的制作程序。于发光二极管晶片封装前，由于发光元件与静电防护元件未共同形成电路，故可单独对发光元件进行检测，借以降低静电防护元件对检测结果的影响。于发光二极管晶片封装后，发光元件与静电防护元件可共同形成反向并联电路，使得静电防护元件可于发光二极管晶片之中提供电性防护的效果。
本发明的一实施方式提供一种发光二极管晶片，包含基板、发光元件、静电防护元件及导电层。发光元件设置于基板上，并包含第一半导体层、第一量子井层及第二半导体层，其中第一半导体层设置于基板与第二半导体层之间，且第一量子井层设置于第一半导体层与第二半导体层之间。静电防护元件设置于基板上且至少一间隔位于发光元件与静电防护元件之间，静电防护元件包含第三半导体层、第二量子井层及第四半导体层，其中第三半导体层设置于基板与第四半导体层之间，且第二量子井层设置于第三半导体层与第四半导体层之间，其中第一半导体层及第三半导体层具有第一型掺杂，而第二半导体层及第四半导体层具有第二型掺杂。第一半导体层与第四半导体层透过导电层电性连接，且第二半导体层与第三半导体层在发光二极管晶片封装前是彼此电性隔离。
于部分实施方式中，发光元件及静电防护元件位于基板与导电层之间。
于部分实施方式中，第一半导体层具有至少一凹槽，第二半导体层具有与凹槽相连通的至少一孔洞，且发光二极管晶片还包含第一隔离层。第一隔离层覆盖部分发光元件及部分静电防护元件，并具有至少一第一开口，其中导电层覆盖第一隔离层，并透过孔洞及第一开口电性连接至第一半导体层，且透过第一隔离层而与第二半导体层隔开。
于部分实施方式中，发光二极管晶片还包含第二隔离层、电性连接层、第一电性连接垫及第二电性连接垫。第二隔离层覆盖导电层及第一隔离层，并具有至少一第二开口、至少一第三开口及至少一第四开口。电性连接层透过第二开口电性连接至导电层。第一电性连接垫透过第三开口电性连接至第二半导体层。第二电性连接垫透过第四开口电性连接至第三半导体层。
于部分实施方式中，发光二极管晶片还包含至少一光反射层，光反射层设置于第二半导体层的背向基板的一侧。
于部分实施方式中，第一半导体层及第三半导体层的材料相同，且第二半导体层及第四半导体层的材料相同。
本发明的一实施方式提供一种发光二极管晶片，其特征在于，包含基板、导电层、第一隔离层、发光元件及静电防护元件。导电层设置于基板上。第一隔离层设置于导电层上，并具有第一开口及第二开口。发光元件设置于第一隔离层上，并包含第一半导体层、第一量子井层及第二半导体层，其中第一半导体层设置于第一隔离层与第二半导体层之间，且第一量子井层设置于第一半导体层与第二半导体层之间，其中导电层透过第一隔离层的第一开口穿过第一半导体层及第一量子井层，并延伸至第二半导体层而与第二半导体层电性连接，且第一半导体层透过第一隔离层与导电层电性绝缘。静电防护元件设置于第一隔离层上，且发光元件与静电防护元件彼此分离，其中静电防护元件包含第三半导体层、第二量子井层及第四半导体层，第三半导体层设置于导电层与第四半导体层之间，且第二量子井层设置于第三半导体层与第四半导体层之间，其中导电层透过第一隔离层的第二开口电性连接至第三半导体层，其中第一半导体层及第三半导体层具有第一型掺杂，而第二半导体层及第四半导体层具有第二型掺杂，且第一半导体层与第四半导体层在发光二极管晶片封装前是彼此电性隔离。
于部分实施方式中，发光二极管晶片还包含电性连接层、第一电性连接垫及第二电性连接垫。电性连接层设置于第一隔离层上，并与第一半导体层电性连接。第一电性连接垫位于电性连接层上，并透过电性连接层与第一半导体层电性连接。第二电性连接垫设置于第四半导体层上，并与第四半导体层电性连接。
于部分实施方式中，发光元件至基板的垂直投影为矩形。
附图说明
图1A为依据本发明的第一实施方式绘示发光二极管晶片的上视示意图；
图1B绘示图1A的发光二极管晶片于形成电性连接层、第一电性连接垫及第二电性连接垫前的上视示意图；
图1C绘示沿图1A的线段1C-1C’的剖面示意图；
图2A为依据本发明的第二实施方式绘示发光二极管晶片的上视示意图；
图2B绘示图2A的发光二极管晶片于形成第一电性连接垫及第二电性连接垫前的上视示意图；
图2C绘示沿图2A的线段2C-2C’的剖面示意图。
具体实施方式
以下将以附图揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。
在本文中，使用第一、第二与第三等等的词汇，是用于描述各种元件、组件、区域、层是可以被理解的。但是这些元件、组件、区域、层不应该被这些术语所限制。这些词汇只限于用来辨别单一元件、组件、区域、层。因此，在下文中的一第一元件、组件、区域、层也可被称为第二元件、组件、区域、层，而不脱离本发明的本意。
请先看到图1A、图1B及图1C，其中图1A为依据本发明的第一实施方式绘示发光二极管晶片100的上视示意图，图1B绘示图1A的发光二极管晶片100于形成电性连接层160、第一电性连接垫170及第二电性连接垫172前的上视示意图，而图1C绘示沿图1A的线段1C-1C’的剖面示意图。此外，本实施方式所绘的发光二极管晶片100的状态为进行封装之前。
发光二极管晶片100包含基板102、发光元件110、静电防护元件120、导电层130、导体层131、光反射层132、阻障层134、第一隔离层140、第二隔离层150、电性连接层160、第一电性连接垫170及第二电性连接垫172，其中发光元件110及静电防护元件120设置于基板102上。发光元件110及静电防护元件120于基板102上的设置位置如图1B所示，发光元件110毗邻于静电防护元件120，且发光元件110与静电防护元件120透过位于其之间的间隔104而与彼此分隔。
发光元件110包含第一半导体层112、第一量子井层113及第二半导体层114。第一半导体层112设置于基板102上，第一量子井层113设置于第一半导体层112上，而第二半导体层114设置于第一量子井层113上。进一步而言，至少部分的第一半导体层112会位于基板102与第二半导体层114之间，且第一量子井层113位于第一半导体层112与第二半导体层114之间。
第一半导体层112及第二半导体层114可分别具有第一型掺杂及第二型掺杂。举例而言，第一半导体层112可以是N型的氮化镓(N-GaN)，而第二半导体层114可以是P型的氮化镓(P-GaN)。发光元件110可以是由第一半导体层112、第一量子井层113及第二半导体层114所形成的发光二极管(light-emitting diodes；LED)元件，其中第一量子井层113可作为发光层。
光反射层132及阻障层134可设置于第二半导体层114的背向基板102的一侧，其中光反射层132与第二半导体层114连接，并位于第二半导体层114与阻障层134之间。光反射层132可用以反射发光元件110所发出的光束，以使光束于反射后朝基板102行进。阻障层134可用以防止光反射层的迁移现象，借以增进发光元件110的发光效率。此外，光反射层132与阻障层134可由具导电性的材料形成。另一方面，第一半导体层112可具有凹槽115，而第二半导体层114可具有与凹槽115相连通的孔洞116。
静电防护元件120包含第三半导体层122、第二量子井层123及第四半导体层124。第三半导体层122设置于基板102上，第二量子井层123设置于第三半导体层122上，而第四半导体层124设置于第二量子井层123上。亦即，至少部分的第三半导体层122会位于基板102与第四半导体层124之间，且第二量子井层123位于第三半导体层122与第四半导体层124之间。
第三半导体层122及第四半导体层124也可分别具有第一型掺杂及第二型掺杂。举例而言，第三半导体层122可以是N型的氮化镓(N-GaN)，而第四半导体层124可以是P型的氮化镓(P-GaN)。静电防护元件120可以是由第三半导体层122、第二量子井层123及第四半导体层124所形成的齐纳二极管(zener diode)元件。此外，由于光反射层132及阻障层134的制程为接续于发光元件110及静电防护元件120的制程之后，故光反射层132及阻障层134也可设置于第四半导体层124的背向基板102的一侧，如图1C所示。然而，本揭露内容不以此为限，例如，于其他实施方式中，光反射层132及阻障层134可仅设置于发光元件110上。
第一隔离层140覆盖部分发光元件110及部分静电防护元件120，其中第一隔离层140的一部分位于发光元件110与静电防护元件120之间，以分隔发光元件110与静电防护元件120。第一隔离层140具有第一开口O1及O1’。第一开口O1至基板102的垂直投影落于发光元件110至基板102的垂直投影内，而第一开口O1’至基板102的垂直投影落于静电防护元件120至基板102的垂直投影内。
导电层130覆盖第一隔离层140，且发光元件110及静电防护元件120位于基板102与导电层130之间。导电层130可透过孔洞116及第一隔离层140的第一开口O1电性连接至第一半导体层112，并透过第一隔离层140的第一开口O1’电性连接设置于静电防护元件120上的光反射层132及阻障层134，进而电性连接至第四半导体层124。此外，导电层130可透过第一隔离层140而与第二半导体层114及第三半导体层122隔开。通过此配置，第一半导体层112与第四半导体层124可透过导电层130电性连接。也就是说，当导电层130被施加电位时，第一半导体层112与第四半导体层124可具有实质上相同的电位。另一方面，由于导电层130透过第一隔离层140而与第二半导体层114及第三半导体层122隔开，故第二半导体层114与第三半导体层122彼此电性隔离。此外，导体层131连接于第三半导体层122，其中导电层130与导体层131可由同一膜材形成，并通过与彼此分隔而互为电性隔离。
第二隔离层150覆盖导电层130及第一隔离层140，并具有第二开口O2、第三开口O3及第四开口O4。电性连接层160透过第二开口O2电性连接至导电层130。第一电性连接垫170透过第三开口O3电性连接至第二半导体层114。第二电性连接垫172透过第四开口O4及导体层131电性连接至第三半导体层122。
透过以上配置，当发光元件110及静电防护元件120形成后，即可单独对发光元件110作检测，借以防止发光元件110的检测结果受到静电防护元件120的影响。于检测程序中，可将检测装置(未绘示)电性连接电性连接层160及第一电性连接垫170，以对发光元件110施加正向偏压，并检测发光元件110的电性表现。例如，检测发光元件110的电流。对此，由于第二半导体层114与第三半导体层122彼此电性隔离，故可防止静电防护元件120对检测结果造成的误差值。例如，可防止静电防护元件120的阻抗值对通过发光元件110的电流产生影响。
接着，于检测完毕并确认发光元件110为可运作后，再对发光二极管晶片100进行封装，其中封装步骤包含将第一电性连接垫170与第二电性连接垫172电性连接。例如，可将导电模材(未绘示)贴合至第一电性连接垫170与第二电性连接垫172。于封装后，透过第一半导体层112与第四半导体层124之间的电性连接以及第二半导体层114与第三半导体层122之间的电性连接，发光元件110及静电防护元件120可呈现反向并联状态，以使静电防护元件120可于发光二极管晶片100之中提供电性防护的效果。
除此之外，发光元件110的第一半导体层112、第一量子井层113及第二半导体层114的制程可分别与静电防护元件120的第三半导体层122、第二量子井层123及第四半导体层124的制程同时进行，其中第一半导体层112及第三半导体层122的材料相同，且第二半导体层114及第四半导体层124的材料相同。此外，发光元件110与静电防护元件120的半导体层及量子井会具有相同性质。例如，第一量子井层113的厚度与第二量子井层123的厚度可相同。另一方面，基板102可以是成长基板，例如为蓝宝石基板，使得第一半导体层112与第三半导体层122可在同一成长基板上形成。也就是说，发光二极管晶片100的发光元件110及静电防护元件120可为同时制作，借以简化发光二极管晶片100的制作程序。
请再看到图2A、图2B及图2C，其中图2A为依据本发明的第二实施方式绘示发光二极管晶片200的上视示意图，图2B绘示图2A的发光二极管晶片200于形成第一电性连接垫270及第二电性连接垫272前的上视示意图，而图2C绘示沿图2A的线段2C-2C’的剖面示意图。此外，本实施方式所绘的发光二极管晶片200的状态为进行封装之前。
发光二极管晶片200包含基板202、发光元件210、静电防护元件220、导电层230、导体层231、第一隔离层240、第二隔离层250、电性连接层260、第一电性连接垫270及第二电性连接垫272，其中发光元件210及静电防护元件220设置于基板202上，且发光元件210与静电防护元件220彼此分离。
基板202包含接合层203及承载基板204，其中接合层203设置于承载基板204上且其可以是金属接合层(metal bonding)。导电层230设置于接合层203上，并透过接合层203而连接于基板202上。第一隔离层240设置于导电层230上，并具有第一开口O1及第二开口O2。电性连接层260设置于第一隔离层240上，其中导电层230透过第一隔离层240而与电性连接层260隔开并为电性绝缘。第二隔离层250设置于第一隔离层240及电性连接层260上，其中第二隔离层250可视为平坦层，以利于形成后续的元件。
发光元件210设置于第一隔离层240及第二隔离层250上，且第一开口O1至基板202的垂直投影落于发光元件210至基板202的垂直投影内。发光元件210包含第一半导体层212、第一量子井层213及第二半导体层214。第一半导体层212设置于第一隔离层240及第二隔离层250上，第一量子井层213设置于第一半导体层212上，而第二半导体层214设置于第一量子井层213上。亦即，第一半导体层212位于第一隔离层240与第二半导体层214之间，且第一量子井层213位于第一半导体层212与第二半导体层214之间。导电层230可透过第一隔离层240的第一开口O1穿过第一半导体层212及第一量子井层213，并延伸至第二半导体层214而与第二半导体层214电性连接。此外，第一半导体层212透过第一隔离层240及第二隔离层250而与导电层230电性绝缘。
第一半导体层212及第二半导体层214可分别具有第一型掺杂及第二型掺杂。举例而言，第一半导体层212可以是P型的氮化镓(P-GaN)，而第二半导体层214可以是N型的氮化镓(N-GaN)。此外，发光元件210至基板202的垂直投影可为矩形，如图2A及图2B所示，借以简化发光元件210的光罩制程。发光元件210可以是由第一半导体层212、第一量子井层213及第二半导体层214所形成的发光二极管元件，其中第一量子井层213可作为发光层。此外，导体层231设置于第一半导体层212与电性连接层260之间，并可作为欧姆接触层，以降低第一半导体层212与电性连接层260之间的阻抗。
静电防护元件220设置于导电层230、第一隔离层240及第二隔离层250上，且第二开口O2至基板202的垂直投影落于静电防护元件220至基板202的垂直投影内。静电防护元件220包含第三半导体层222、第二量子井层223及第四半导体层224。第三半导体层222设置于导电层230、第一隔离层240及第二隔离层250上，第二量子井层223设置于第三半导体层222上，而第四半导体层224设置于第二量子井层223上。亦即，第三半导体层222位于导电层230与第四半导体层224之间，且第二量子井层223位于第三半导体层222与第四半导体层224之间。导电层230可透过第一隔离层240的第二开口O2及电性连接层260而电性连接至第三半导体层222。通过此配置，第二半导体层214与第三半导体层222可透过导电层230电性连接。也就是说，当导电层230被施加电位时，第二半导体层214与第三半导体层222可具有实质上相同的电位。另一方面，第一半导体层212与第四半导体层224彼此电性隔离。
第三半导体层222及第四半导体层224也可分别具有第一型掺杂及第二型掺杂。举例而言，第三半导体层222可以是P型的氮化镓(P-GaN)，而第四半导体层224可以是N型的氮化镓(N-GaN)。静电防护元件220可以是由第三半导体层222、第二量子井层223及第四半导体层224所形成的齐纳二极管(zener diode)元件。此外，导体层231也可设置于第三半导体层222与电性连接层260之间，并可作为欧姆接触层。
第一电性连接垫270位于电性连接层260上，并透过电性连接层260与第一半导体层212电性连接。第二电性连接垫272设置于第四半导体层224上，并与第四半导体层224电性连接。
透过以上配置，雷同于第一实施方式，当发光元件210及静电防护元件220形成后，即可单独对发光元件210作检测，并避免静电防护元件220对检测结果产生影响。此外，本实施方式之中，发光二极管晶片200的封装步骤包含透过打线而将第一电性连接垫270与第二电性连接垫272电性连接。于封装后，透过第一半导体层212与第三半导体层222之间的电性连接以及第二半导体层214与第四半导体层224之间的电性连接，发光元件210及静电防护元件220可呈现反向并联状态，以使静电防护元件220可于发光二极管晶片200之中提供电性防护的效果。
雷同于第一实施方式，发光二极管晶片200的发光元件210及静电防护元件220可为同时制作，在此不再赘述。另一方面，发光元件210及静电防护元件220的半导体层及量子井层可先在成长基板(未绘示)形成。接着，于在发光元件210及静电防护元件220上形成前述层状结构后，再转移至基板202。
综上所述，本揭露内容的发光二极管晶片包含发光元件及静电防护元件，其中发光元件及静电防护元件可同时于制程中形成，借以简化发光二极管晶片的制作程序。于发光二极管晶片封装前，由于发光元件与静电防护元件未共同形成电路，故可单独对发光元件进行检测，借以降低静电防护元件对检测结果的影响。于发光二极管晶片封装后，发光元件与静电防护元件可共同形成反向并联电路，使得静电防护元件可于发光二极管晶片之中提供电性防护的效果。
虽然本发明已以多种实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种发光二极管晶片，其特征在于，包含：
一基板；
一发光元件，设置于该基板上，并包含一第一半导体层、一第一量子井层及一第二半导体层，其中该第一半导体层设置于该基板与该第二半导体层之间，且该第一量子井层设置于该第一半导体层与该第二半导体层之间；
一静电防护元件，设置于该基板上且至少一间隔位于该发光元件与该静电防护元件之间，该静电防护元件包含一第三半导体层、一第二量子井层及一第四半导体层，其中该第三半导体层设置于该基板与该第四半导体层之间，且该第二量子井层设置于该第三半导体层与该第四半导体层之间，其中该第一半导体层及该第三半导体层具有第一型掺杂，而该第二半导体层及该第四半导体层具有第二型掺杂；以及
一导电层，其中该第一半导体层与该第四半导体层透过该导电层电性连接，且该第二半导体层与该第三半导体层在该发光二极管晶片封装前是彼此电性隔离。
2.根据权利要求1的发光二极管晶片，其特征在于，该发光元件及该静电防护元件位于该基板与该导电层之间。
3.根据权利要求2的发光二极管晶片，其特征在于，该第一半导体层具有至少一凹槽，该第二半导体层具有与该凹槽相连通的至少一孔洞，且该发光二极管晶片还包含：
一第一隔离层，覆盖部分该发光元件及部分该静电防护元件，并具有至少一第一开口，其中该导电层覆盖该第一隔离层，并透过该孔洞及该第一开口电性连接至该第一半导体层，且透过该第一隔离层而与该第二半导体层隔开。
4.根据权利要求3的发光二极管晶片，其特征在于，还包含：
一第二隔离层，覆盖该导电层及该第一隔离层，并具有至少一第二开口、至少一第三开口及至少一第四开口；
一电性连接层，透过该第二开口电性连接至该导电层；
一第一电性连接垫，透过该第三开口电性连接至该第二半导体层；以及
一第二电性连接垫，透过该第四开口电性连接至该第三半导体层。
5.根据权利要求1的发光二极管晶片，其特征在于，还包含：
至少一光反射层，设置于该第二半导体层的背向该基板的一侧。
6.根据权利要求1的发光二极管晶片，其特征在于，该第一半导体层及该第三半导体层的材料相同，且该第二半导体层及该第四半导体层的材料相同。
7.一种发光二极管晶片，其特征在于，包含：
一基板；
一导电层，设置于该基板上；
一第一隔离层，设置于该导电层上，并具有一第一开口及一第二开口；
一发光元件，设置于该第一隔离层上，并包含一第一半导体层、一第一量子井层及一第二半导体层，其中该第一半导体层设置于该第一隔离层与该第二半导体层之间，且该第一量子井层设置于该第一半导体层与该第二半导体层之间，其中该导电层透过该第一隔离层的该第一开口穿过该第一半导体层及该第一量子井层，并延伸至该第二半导体层而与该第二半导体层电性连接，且该第一半导体层透过该第一隔离层与该导电层电性绝缘；以及
一静电防护元件，设置于该第一隔离层上，且该发光元件与该静电防护元件彼此分离，其中该静电防护元件包含一第三半导体层、一第二量子井层及一第四半导体层，该第三半导体层设置于该导电层与该第四半导体层之间，且该第二量子井层设置于该第三半导体层与该第四半导体层之间，其中该导电层透过该第一隔离层的该第二开口电性连接至该第三半导体层，其中该第一半导体层及该第三半导体层具有第一型掺杂，而该第二半导体层及该第四半导体层具有第二型掺杂，且该第一半导体层与该第四半导体层在该发光二极管晶片封装前是彼此电性隔离。
8.根据权利要求7的发光二极管晶片，其特征在于，还包含：
一电性连接层，设置于该第一隔离层上，并与该第一半导体层电性连接：
一第一电性连接垫，位于该电性连接层上，并透过该电性连接层与该第一半导体层电性连接；以及
一第二电性连接垫，设置于该第四半导体层上，并与该第四半导体层电性连接。
9.根据权利要求7的发光二极管晶片，其特征在于，该第一半导体层及该第三半导体层的材料相同，且该第二半导体层及该第四半导体层的材料相同。
10.根据权利要求7的发光二极管晶片，其特征在于，该发光元件至该基板的垂直投影为矩形。
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