CN108258096B - 发光二极体晶片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发光二极体晶片，包括P型半导体层、发光层、N型半导体层及第一金属电极。发光层配置于P型半导体层与N型半导体层之间。N型半导体层包括第一N型半导体子层、第二N型半导体子层及欧姆接触层，其中欧姆接触层配置于第一N型半导体子层与第二N型半导体子层之间。第一金属电极配置于第一N型半导体子层上，第一N型半导体子层的位于第一金属电极与欧姆接触层之间的区域中含有从第一金属电极扩散而来的金属原子，以使第一金属电极与欧姆接触层形成欧姆接触。本发明的发光二极体晶片具有高出光效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光元件，且特别涉及一种发光二极体晶片。
背景技术
随着光电技术的演进，传统的白炽灯泡与萤光灯管已逐渐被新一代的固态光源例如是发光二极体(light-emitting diode,LED)所取代，其具有诸如寿命长、体积小、高抗震性、高光效率及低功率消耗等优点，因此已经广泛在家用照明及各种设备中作为光源使用。除了液晶显示器的背光模组与家用照明灯具已广泛采用发光二极体作为光源之外，近年来，发光二极体的应用领域已扩展至道路照明、大型户外看板、交通号志灯、UV固化及相关领域。发光二极体已经成为发展兼具省电及环保功能的光源的主要项目之一。
而在LED领域中，发展出一种将原本发光二极体晶片的尺寸缩小许多，而被称为微型发光二极体(micro-LED)的新技术。当应用于在显示技术的领域中，以红、蓝、绿的微型发光二极体晶片当作显示子像素，将这些多个可独立发光的微型发光二极体晶片排列成显示画面的显示技术，即为微型发光二极体显示器的技术。
对于大尺寸的红光发光二极体晶片而言，其N型半导体层的一侧的砷化镓层是用以做为欧姆接触层用，以增加电极的导电性。但由于包括砷化镓层在内的N型半导体层厚度一般来说都太厚，因此容易导致吸光且电流传导效率较差。然而，当红光发光二极体晶片缩小至微型发光二极体的尺寸时，这些N型半导体层吸光且电流传导效率差的情况会更明显，进而导致微发光二极体的出光率大幅下降。
发明内容
本发明提供一种发光二极体晶片，其具有高出光效率。
本发明的一实施例提出一种发光二极体晶片，包括P型半导体层、发光层、N型半导体层及第一金属电极。发光层配置于P型半导体层与N型半导体层之间。N型半导体层包括第一N型半导体子层、第二N型半导体子层及欧姆接触层，其中欧姆接触层配置于第一N型半导体子层与第二N型半导体子层之间。第一金属电极配置于第一N型半导体子层上，第一N型半导体子层的位于第一金属电极与欧姆接触层之间的区域中含有从第一金属电极扩散而来的金属原子，以使第一金属电极与欧姆接触层形成欧姆接触。
在本发明的实施例的发光二极体晶片中，第一N型半导体子层的位于第一金属电极与欧姆接触层之间的区域中含有从第一金属电极扩散而来的金属原子，以使第一金属电极与欧姆接触层形成欧姆接触。因此，本发明的实施例可有效减少半导层厚度不致于吸光，且可以有较好的电流传导效率。所以，本发明的实施例的发光二极体晶片具有较高的出光效率。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所示附图作详细说明如下。
附图说明
图1A为本发明的一实施例的发光二极体晶片的剖面示意图；
图1B为图1A的发光二极体晶片的上视图；
图2A为本发明的另一实施例的发光二极体晶片的剖面示意图；
图2B为图2A的发光二极体晶片的上视示意图；
图3为本发明的又一实施例的发光二极体晶片的剖面示意图。
附图标记说明：
100、100a、100b：发光二极体晶片
110、110b：P型半导体层
112：P型披覆层
114：P型接触层
120：发光层
122：能障层
124：能井层
130、130a：N型半导体层
132：第一N型半导体子层
134：欧姆接触层
136：第二N型半导体子层
138：N型披覆层
140：第一金属电极
150：第二金属电极
H：总厚度
M：平台区
R：区域
R1、R2：区域R的一侧
T1、T2、T3：厚度
W：最大宽度
具体实施方式
图1A为本发明的一实施例的发光二极体晶片的剖面示意图，而图1B为图1A的发光二极体晶片的上视图。请参照图1A与图1B，本实施例的发光二极体晶片100包括P型半导体层110、发光层120、N型半导体层130及第一金属电极140。此处，发光层120用以发出红光，且发光层120配置于P型半导体层110与N型半导体层130之间。在本实施例中，发光层120例如为多重量子井层(multiple quantum well)，其包括交替堆叠的能障层122与能井层124。在本实施例中，能障层122与能井层124例如皆为磷化铝镓铟层，但能障层122中所含有的铝与镓的摩尔百分比不同于能井层124中所含有的铝与镓的摩尔百分比。在本实施例中，能障层122的材料的化学式例如为(AlxGa1-x)0.5In0.5P，能井层124的材料的化学式例如为(AlyGa1-y)0.5In0.5P，其中0<x,y<1。
N型半导体层130包括第一N型半导体子层132、第二N型半导体子层136及欧姆接触层134，其中欧姆接触层134配置于第一N型半导体子层132与第二N型半导体子层136之间。举例而言，第一N型半导体子层132的材料例如为掺杂硅的(AlzGa1-z)0.5In0.5P，第二N型半导体子层136的材料例如为掺杂硅的(AlaGa1-a)0.5In0.5P，其中0<z≤1，且0<a≤1。在本实施例中，第一N型半导体子层132与第二N型半导体子层136的材质例如为磷化铝镓铟。此外，在本实施例中，欧姆接触层134的材质为N型砷化镓，例如为掺杂硅的N型砷化镓层(GaAs)。较佳地，欧姆接触层134的厚度T1小于等于60纳米，第一N型半导体子层132与第二N型半导体子层136的厚度T2、T3皆小于等于1.3微米，如此可有效减少欧姆接触层134、第一N型半导体子层132与第二N型半导体子层136对发光层120所发出的光的吸光量。
第一金属电极140配置于第一N型半导体子层132上，第一N型半导体子层132的位于第一金属电极140与欧姆接触层134之间的区域R中含有从第一金属电极140扩散而来的金属原子，以使第一金属电极140与欧姆接触层134形成欧姆接触，由于欧姆接触层134为具有较小禁带(Band Gap)的砷化镓层，因此通过金属原子扩散让第一金属电极140与欧姆接触层134形成较佳的欧姆接触，使发光二极体晶片100具有较佳的电流传导效率。特别说明的是，在形成发光二极体晶片100前，会在成长基板(未显示)上形成缓冲层(未显示)、N型半导体层130、发光层120及P型半导体层110，之后会将成长基板(未显示)与缓冲层(未显示)通过例如是蚀刻制程拿掉以形成发光二极体晶片100。由于欧姆接触层134厚度较薄，因此在蚀刻制程时第二N型半导体子层136可做为欧姆接触层134的保护缓冲层，避免做为欧姆接触的欧姆接触层134被破坏，再通过第一金属电极140扩散而来的金属原子，以使第一金属电极140与欧姆接触层134形成欧姆接触。此外，亦可在制程时粗化第二N型半导体子层136的表面，以增加出光。此处，此金属原子在区域R的靠近欧姆接触层134的一侧R1的浓度小于金属原子在区域R的远离欧姆接触层134一侧R1的浓度。在制程中，可先将第一金属电极140形成于第一N型半导体子层132上，然后在例用高温加热(例如使制程温度落在300℃至500℃的范围内)使第一金属电极140中的金属原子扩散至区域R中，以使第一金属电极140与欧姆接触层134形成欧姆接触，如图1B所示。特别说明的是，第一N型半导体子层132、接触层134与第二N型半导体子层136皆含有从该第一金属电极扩散而来的金属原子，如此一来，便可使第一金属电极140与欧姆接触层134形成更佳的电流传导效率。在本实施例中，第一金属电极140的材质例如为金、锗、镍或上述金属任意组合的合金。
在本实施例中，N型半导体层130还包括N型披覆层(n-type cladding layer)138，配置于欧姆接触层134与发光层120之间，N型披覆层130的材质为(AlbGa1-b)0.5In0.5P，其中0<b≤1，此处，N型披覆层138例如为掺杂硅的磷化铝镓铟，但并不以此为限。在本实施例中，N型披覆层138配置于第一N型半导体子层132与发光层120之间，且第一N型半导体子层132配置于N型披覆层138与欧姆接触层134之间。
在本实施例中，P型半导体层110包括P型披覆层112，且P型披覆层112的材质为磷化铝铟，例如为掺杂镁的Al0.5In0.5P。此外，在本实施例中，发光二极体晶片100还包括第二金属电极150，其中P型半导体层110还包括掺杂碳的P型接触层114，配置于P型披覆层112与第二金属电极150之间。在本实施例中，P型披覆层112配置于P型接触层114与发光层120之间。P型接触层114的材质例如为掺杂碳的P型磷化镓层，且P型接触层114小于等于1微米，可兼具薄型化且有较佳的电流传导。特别的是，P型半导层110的厚度除以发光二极体晶片100的所有半导体层的总厚度所得到的比值是落在0.05至0.2的范围内，且由于掺杂碳的P型接触层114具有较佳的电流传播效应，因此可使发光二极体晶片100兼具薄型化与良好出光效率。在本实施例中第二金属电极150的材质例如为金、锗、镍或上述金属任意组合的合金。
在本实施例中，如图1B所示，发光二极体晶片100的所有半导体层的总厚度H除以发光二极体晶片100的最大宽度W所得到的比值是落在0.2至1.5的范围内，亦即发光二极体晶片100的尺寸可以较小，例如为微型发光二极体的尺寸。在一实施例中，最大宽度W例如是落在1微米至100微米的范围内。相较于已知的发光二极体晶片，可有较小的尺寸。
在本实施例的发光二极体晶片100中，第一N型半导体子层132的位于第一金属电极140与欧姆接触层134之间的区域R中含有从第一金属电极扩140散而来的金属原子，以使第一金属电极140与欧姆接触层134形成欧姆接触。所以，本发明的实施例的发光二极体晶片100具有较高的出光效率，此优点在发光二极体晶片100的尺寸较小时(例如为微型发光二极体的尺寸时)更为显着。
此外，在本实施例的发光二极体晶片100中，P型半导体层110是位于晶片上凸出的平台(mesa)区M中，此一设置使得红光发光二极体晶片(即发光二极体晶片100)的设置与蓝光及绿光的发光二极体晶片的设置(其P型半导体层一般皆位于平台区中)一致，如此使得微型发光二极体显示器的制程较为容易，进而有效降低制作成本。
图2A为本发明的另一实施例的发光二极体晶片的剖面示意图，而图2B为图2A的发光二极体晶片的上视示意图。本实施例的发光二极体晶片100a与图1A的发光二极体晶片100类似，而两者的主要差异如下所述。在图1A中，第一金属电极140与第二金属电极150皆配置于发光二极体晶片100的同一侧，而在本实施例中，第一金属电极140与第二金属电极150分别配置于发光二极体晶片100a的相对两侧。换言之，图1A的发光二极体晶片100为水平式发光二极体晶片，而图2A的发光二极体晶片100a为垂直式发光二极体晶片。此外，在本实施例中，N型半导体层130a的N型披覆层138配置于第二N型半导体子层136与发光层120之间，且第二N型半导体子层136配置于N型披覆层138与欧姆接触层134之间。在本实施例中，如图2B所示，发光二极体晶片100的所有半导体层的总厚度H除以发光二极体晶片100的最大宽度W所得到的比值是落在0.2至1.5的范围内，亦即发光二极体晶片100的尺寸可以较小。特别说明的是，此时第一N型半导体子层132可做为欧姆接触层134在蚀刻制程时的保护缓冲层，避免做为欧姆接触的欧姆接触层134被破坏。
图3为本发明的又一实施例的发光二极体晶片的剖面示意图。请参照图3，本实施例的发光二极体晶片100b与图1A的发光二极体晶片100类似，而两者的主要差异如下所述。在图1A的发光二极体晶片100中，P型半导体层110是位于晶片上凸出的平台区M中，而在本实施例的发光二极体晶片100b中，N型半导体层130是位于晶片上凸出的平台区M中。此外，第二金属电极150可配置于P型半导体层110b的P型接触层114上。
综上所述，在本发明的实施例的发光二极体晶片中，第一N型半导体子层的位于第一金属电极与欧姆接触层之间的区域中含有从第一金属电极扩散而来的金属原子，以使第一金属电极与欧姆接触层形成欧姆接触。因此，本发明的实施例可以有效减少半导层厚度不致于吸光，且可以有较好的电流传导效率。所以，本发明的实施例的发光二极体晶片具有较高的出光效率。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。
Claims (9)
1.一种发光二极体晶片，其特征在于，包括：
P型半导体层；
发光层；
N型半导体层，该发光层配置于该P型半导体层与该N型半导体层之间，该N型半导体层包括：
第一N型半导体子层；
第二N型半导体子层，其中该第一N型半导体子层的化学通式为掺杂硅的(AlzGa1-z)0.5In0.5P，该第二N型半导体子层的化学通式为掺杂硅的(AlaGa1-a)0.5In0.5P，其中0<z≤1，且0<a≤1；以及
欧姆接触层，该欧姆接触层为N型砷化镓层，配置于该第一N型半导体子层与该第二N型半导体子层之间，该欧姆接触层的禁带小于该第一N型半导体子层的禁带与该第二N型半导体子层的禁带；以及
第一金属电极，配置于该第一N型半导体子层上，其中该第一N型半导体子层的位于该第一金属电极与该欧姆接触层之间的区域中含有从该第一金属电极扩散而来的金属原子，以使该第一金属电极与该欧姆接触层形成欧姆接触。
2.根据权利要求1所述的发光二极体晶片，其特征在于，该金属原子在该区域的靠近该欧姆接触层的一侧的浓度小于该区域的远离该欧姆接触层的一侧的浓度。
3.根据权利要求1所述的发光二极体晶片，其特征在于，该欧姆接触层的厚度小于等于60纳米。
4.根据权利要求1所述的发光二极体晶片，其特征在于，该N型半导体层还包括N型披覆层，配置于该第一N型半导体子层与该发光层之间，且该第一N型半导体子层配置于该N型披覆层与该欧姆接触层之间。
5.根据权利要求1所述的发光二极体晶片，其特征在于，该N型半导体层还包括N型披覆层，配置于该第二N型半导体子层与该发光层之间，且该第二N型半导体子层配置于该N型披覆层与该欧姆接触层之间。
6.根据权利要求1所述的发光二极体晶片，其特征在于，该发光二极体晶片的所有半导体层的总厚度除以该发光二极体晶片的最大宽度所得到的比值是落在0.2至1.5的范围内。
7.根据权利要求1所述的发光二极体晶片，其特征在于，该P型半导体层的厚度除以该发光二极体晶片的所有半导体层的总厚度所得到的比值是落在0.05至0.2的范围内。
8.根据权利要求7所述的发光二极体晶片，其特征在于，该P型半导体层包括P型披覆层和掺杂碳的P型接触层，且该P型披覆层配置于该P型接触层与该发光层之间。
9.根据权利要求1所述的发光二极体晶片，其特征在于，该第一N型半导体子层、该欧姆接触层与该第二N型半导体子层皆含有从该第一金属电极扩散而来的金属原子。
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| CN1222769A (zh) * | 1998-01-06 | 1999-07-14 | 中国科学院半导体研究所 | 高效发光二极管及其制造方法 |
| CN101447539A (zh) * | 2008-12-26 | 2009-06-03 | 南昌欣磊光电科技有限公司 | 一种半导体表面金键合电极的制作方法 |
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| CN102117771A (zh) * | 2009-12-31 | 2011-07-06 | 比亚迪股份有限公司 | 一种发光二极管外延片和管芯及其制作方法 |
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2016
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