TWI624080B - 發光二極體晶片 - Google Patents
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Abstract
在此揭露發光二極體晶片。發光二極體晶片包括基底以及半導體堆疊，半導體堆疊形成於基底上且包括第一導電型半導體層、主動層以及第二導電型半導體層，半導體堆疊具有第一側面以及設置於第一側面之下方的第二表面，其中第一側面為以平臺蝕刻的半導體堆疊之外側面，第二側面為第一導電型半導體層之外側面，且第一側面及第二側面的至少其中之一具有凸面圖案。因此，本發明之發光二極體晶片能藉凸面圖案改善橫向光提取。
Description
本發明是有關於一種發光二極體晶片，且特別是有關於一種能夠改善發光效能的發光二極體晶片。
一般發光二極體晶片包括形成於基板(例如藍寶石基板)之上方的半導體堆疊，以及形成於半導體堆疊之上方的電極。為了克服一般發光二極體晶片因產生在半導體堆疊中的主動層中的光的全反射所致的光損失，在基板上的凸-凹圖案結構因而被提出。然而，此結構仍具有因全反射所致的光損失的惡化問題。
本發明的一態樣提供一種能夠改善發光效應的發光二極體晶片。
根據本發明的一態樣，發光二極體晶片包括：基底；以及半導體堆疊，形成於基底上，且包括第一導電型半導體層、主
動層以及第二導電型半導體層，半導體堆疊具有第一側面以及設置於第一側面之下方的第二側面，其中第一側面為半導體堆疊之外側面以進行平臺蝕刻(mesa-etching)，第二側面為第一導電型半導體層之外側面，且第一側面及第二側面兩者至少其中之一具有凸面圖案。因此，本發明的發光二極體晶片可以藉由凸面圖案來改善橫向出光(lateral light extraction)。
第一側面及第二側面兩者至少其中之一更包括凹面圖案。凹面圖案包括平板形狀，凹面圖案與凸面圖案交錯排列。
第一側面及第二側面的每一者更包括凹面圖案。凹面圖案包括平板形狀，凹面圖案與凸面圖案交錯排列。
第一側面及第二側面兩者至少其中之一包括微透鏡圖案。微透鏡圖案與凸面圖案交錯排列。
凸面圖案可包括圓突出圖案、三角突出圖案及矩形突出圖案中至少其中二者，其彼此交錯排列。
第一側面及第二側面兩者至少其中之一可更包括凹面圖案。凹面圖案包括圓溝槽形狀，凹面圖案與凸面圖案交錯排列。
第一表面與第二側面的每一者可具有固定傾斜角度。
第一導電型半導體層可更包括在第一導電型半導體層的外側面處形成於第二側面上的第三側面。
凸面圖案可包括位於第一側面上的第一凸面圖案；位於第二側面之上方的第二凸面圖案；以及位於第三側面之上方的第三凸面圖案。
第一側面可包括與第一凸面圖案交錯排列的第一平面圖案，第二側面可包括與第二凸面圖案交錯排列的第二平面圖案，以及第三側面可包括與第三凸面圖案交錯排列的第三平面圖案。
發光二極體晶片可更包括位於第二導電型半導體層之上方的透明電極層。在此，透明電極層之外側面是包括在第一側面之中。
第一側面可對應於藉由平臺蝕刻透明電極層以及半導體堆疊所形成之區域。
第一側面可具有對應於用於平臺蝕刻的罩幕的邊緣的形狀。
第二側面可對應於在單元胞分割製程(unit cell dividing process)中所蝕刻的第一導電型半導體層的區域。
第二側面可具有對應於用於單元胞分割製程的罩幕的邊緣的形狀。
依據本發明之實施例，發光二極體晶片藉由凸面圖案減低光在其一側邊的全反射，從而提供優異的光提取效率，此凸面圖案形成在藉由檯面蝕刻透明電極層以及半導體堆疊所形成的第一側面以及藉由使用單元胞分割製程蝕刻第一導電型半導體層所形成的第二側面中的至少一者上。
除此之外，發光二極體晶片具有位在第一側面及第二側面中至少一者的上方的與凸面圖案交錯排列的平面圖案、與凸面
圖案交錯排列的凹面圖案、與凹面圖案交錯排列的微透鏡圖案或與凸面圖案交錯排列的三角圖案，從而提供優異的光提取效率。
隨著第一側面及第二側面的這些結構，本發明的發光二極體晶片已經改善了光提取效率，從而改善發光效能。
100、200、300、400‧‧‧發光二極體晶片
110‧‧‧基板
111‧‧‧凸-凹圖案
120‧‧‧第一導電型半導體層
130‧‧‧主動層
140‧‧‧第二導電型半導體層
150‧‧‧透明電極層
160、260、460、560、660、760‧‧‧第二側面
170、470、570、670、770‧‧‧第一側面
171、261、361、461、471、561、571‧‧‧凹面圖案
173、263、363、463、473、563、573、663、673、773、761、763、771‧‧‧凸面圖案
180‧‧‧第一電極
190‧‧‧第二電極
360‧‧‧第三側面
661、671‧‧‧微透鏡圖案
圖1是依據本發明第一實施例之發光二極體晶片的簡要平面圖。
圖2是圖1中沿線段I-I’之發光二極體晶片的剖面圖。
圖3是依據本發明第二實施例之發光二極體晶片的簡要平面圖。
圖4是圖3中沿線段I-I’之發光二極體晶片的剖面圖。
圖5是依據本發明第三實施例之發光二極體晶片的簡要平面圖。
圖6是圖5中沿線段I-I’之發光二極體晶片的剖面圖。
圖7是依據本發明第四實施例之發光二極體晶片的簡要平面圖。
圖8是圖7中沿線段I-I’之發光二極體晶片的剖面圖。
圖9至圖11是依據本發明其他實施例之發光二極體晶片的示意圖。
以下，本發明的範例實施例將以相關的附加圖式做說明。應被理解的是，其下方關於本發明的實施例僅是提供給熟知此領域的技術人員參考。因此，本發明並不受限於下方之實施例且當可作不同的操作。除此之外，類似的構件將以類似的元件符號標示在說明書中，且某些元件、膜層或特徵的寬度、長度及厚度為了清楚而會被誇大。
圖1是依據本發明第一實施例之發光二極體晶片的簡要平面圖，且圖2是圖1中沿線段I-I’之發光二極體晶片的剖面圖。
請參考圖1及圖2，根據本發明第一實施例中的發光二極體晶片100包括基板110、半導體堆疊、透明電極層150、第一電極180以及第二電極190。
基板110可為用於氮化鎵型化合物半導體層(gallium nitride based compound semiconductor layer)成長的成長基板，例如為藍寶石基板、尖晶石(spinel)基板、氮化鎵(gallium nitride)基板、碳化矽(silicon carbide)基板或矽(silicon)基板，其相關材料不加以限制。
基板110包括形成於其上表面上的凸-凹圖案111。凸-凹圖案111供以改善發光效能。凸-凹圖案111將朝基板110的表面導向的光線折射至基板的外部。凸-凹圖案111形成為突出條狀型半圓柱形。
雖然凸-凹圖案111是畫成具有突出條狀型半圓柱形，惟
應被理解在此並非用以限制本發明。另外，凸-凹圖案111可為孤島型半圓球形或是其他多邊形。
半導體堆疊包括第一導電型半導體層120、主動層130以及第二導電型半導體層140。
主動層130插在第一導電型半導體層120以及第二導電型半導體層140之間，且可具有單一量子井結構(single quantum well structure)或多量子井結構(multi-quantum well structure)。主動層130的構成元素以及比例經決定以發射具有期望波長的光，例如，紫外線(UV)或可見光。
第一導電型半導體層120可包括N型氮化鎵(GaN)，且第二導電型半導體層140可包括P型氮化鎵。另外，第一及第二導電型半導體層可分別由P型及N型GaN所形成。第一導電型半導體層120及第二導電型半導體層140可各別形成為單層或多層。
主動層130、第一導電型半導體層120以及第二導電型半導體層140可由金屬有機化學氣相沈積法(metallorganic chemical vapor deposition,MOCVD)或分子束磊晶法(molecular beam epitaxy,MBE)所形成。
透明電極層150形成於第二導電型半導體層140之上方。透明電極層150可由透明氧化物形成，例如是銦錫氧化物(indiumtin oxide,ITO)、氧化鋅(ZnO)、摻氟氧化錫(Fluorine-doped Tin Oxide,FTO)、摻鎵氧化鋅(gallium doped zinc oxide,GZO)、石墨烯(graphene)、碳奈米管(carbon nanotube,CNT)、鎳/金等類
似的物質，且透明電極層150與第二導電型半導體層140形成歐姆接觸。雖然未繪示於圖式中，電流阻隔層(未繪示)可形成於透明電極層150及第二導電型半導體層140之間。電流阻隔層供以增強透明電極層150及第二導電型半導體層140之間的電流散佈。
在發光二極體晶片100中，第一導電型半導體層120與透明電極層150、第二導電型半導體層140以及主動層130藉平臺蝕刻而一起被部份蝕刻，以暴露第一導電型半導體層120。透明電極層150以及半導體堆疊的受到平臺蝕刻的外側面定義為第一側面170。第一側面170形成有凸面圖案173及凹面圖案171，其增強橫向光提取效率。
凸面圖案173及凹面圖案171沿第一側面170交錯形成，且凸面圖案173具有圓突出形狀。凸面圖案173及凹面圖案171可在使用光阻的罩幕製程中形成。換句話說，罩幕(未繪示)的外側面具有與凸面圖案173及凹面圖案171相同的形狀。
發光二極體晶片100被分割成在基板110上的單元胞，且單元胞藉由切割而彼此分割開，從而提供單一發光二極體晶片100，如圖1及圖2所示。
在此，分割發光二極體晶片100為單元胞的步驟中，第一導電型半導體層120也是藉由蝕刻以分割成單元胞，因此基板110的上表面可以在第一導電型半導體層120的邊緣處暴露出。
分割成單元胞的第一導電型半導體層120的外側面定義為第二側面160。第二側面160具有平坦結構。
在上述依據本發明的第一實施例的發光二極體晶片100中，凸面圖案173及凹面圖案171是交錯形成在透明電極層150及半導體堆疊的第一側面170之上，藉以減低在發光二極體晶片100的側面的全反射，從而使發光二極體晶片有優異的光提取。
圖3是依據本發明第二實施例之發光二極體晶片的簡要平面圖，圖4是圖3中沿線段I-I’所切割出之發光二極體晶片的剖面圖。
如圖3及圖4所示，依據本發明第二實施例的發光二極體晶片200與依據本發明第一實施例的發光二極體晶片100(參照圖1)除了第二側面260之外具有相同的結構。因此，相同的構件將以相同的元件符號標示，且細部的說明在此將會被省略。
第一側面170包括第一凸面圖案173及第一凹面圖案171。凸面圖案173及凹面圖案171沿第一側面170交錯形成。
第二側面260是由第一導電型半導體層120的外側面所定義出，並且包括第二凸面圖案263及第二凹面圖案261。第二凸面圖案263及第二凹面圖案261沿第二側面260交錯形成。第二凸面圖案263及第二凹面圖案261供以改善發光二極體晶片300的橫向光提取。第二凸面圖案263具有圓突出形狀。第二凸面圖案263及第二凹面圖案261可在使用光阻的罩幕製程之中形成。換句話說，罩幕(未繪示)的外側面具有與第二凸面圖案263及第二凹面圖案261相同的形狀。第二凸面圖案263以及第二凹面圖案261由單元胞分割製程所形成。
在根據上述本發明的第二實施例的發光二極體晶片200中，第一凸面圖案173及第一凹面圖案171交錯形成於第一側面170上，其藉平臺蝕刻透明電極層150以及半導體堆疊所形成，且第二凸面圖案263以及第二凹面圖案261交錯形成於由單元胞分割製程蝕刻的第一導電型半導體層120的第二側面260上，藉以減低發光二極體晶片200的側面處的全反射，從而使發光二極體晶片有優異的光提取。
圖5是依據本發明第三實施例之發光二極體晶片的簡要平面圖，圖6是圖5中沿線段I-I’所切割出之發光二極體晶片的剖面圖。
如圖5及圖6所示，依據本發明第三實施例的發光二極體晶片300與依據本發明第一實施例的發光二極體晶片100(參照圖1)除了第二側面260及第三側面360之外具有相同的結構。因此，相同的構件將以相同的元件符號標示，且細部的說明在此將會被省略。
第一側面170包括第一凸面圖案173及第一凹面圖案171。第一凸面圖案173及第一凹面圖案171沿第一側面170交錯形成。
第二側面260被定義為第一導電型半導體層120的外側面，並且包括第二凸面圖案263及第二凹面圖案261。第二凸面圖案263及第二凹面圖案261沿第二側面260交錯形成。第二凸面圖案263及第二凹面圖案261供以改善發光二極體晶片300的橫
向光提取。第二凸面圖案263具有圓突出形狀。
第三側表面360定義為第一導電型半導體層120的外側面，且是置於第二側面260之上。第三側面360包括第三凸面圖案363及第三凹面圖案361。第三凸面圖案363及第三凹面圖案361沿第三側面360交錯形成。第三凸面圖案363及第三凹面圖案361供以改善發光二極體晶片300的橫向光提取。第三凸面圖案363具有圓突出形狀。
第二凸面圖案263、第二凹面圖案261以及第三凸面圖案363和第三凹面圖案361可在使用光阻的罩幕製程中形成。換句話說，罩幕(未繪示)的外側面具有與第二凸面圖案263、第二凹面圖案261、第三凸面圖案363以及第三凹面圖案361相同的形狀。第二凸面圖案263、第二凹面圖案261、第三凸面圖案363以及第三凹面圖案361由單元胞分割製程所形成。在此，第二凸面圖案263、第二凹面圖案261、第三凸面圖案363以及第三凹面圖案361可由單一罩幕製程所形成。換句話說，第二凸面圖案263、第二凹面圖案261、第三凸面圖案363以及第三凹面圖案361可以用繞射式罩幕(diffraction mask)或半調式罩幕(halftone mask)形成。
在上述根據本發明的第三實施例的發光二極體晶片300中，第一凸面圖案173及第一凹面圖案171交錯形成於第一側面170上，其藉由平臺蝕刻透明電極層150以及半導體堆疊所形成，第二凸面圖案263以及第二凹面圖案261交錯形成於由單元胞分割製程蝕刻的第一導電型半導體層120的第二側面260上，且第
三凸面圖案363以及第三凹面圖案361交錯形成於第三側面360上，藉以減低發光二極體晶片300的側面處的全反射，從而使發光二極體晶片有優異的光提取。
圖7是依據本發明第四實施例之發光二極體晶片的簡要平面圖，圖8是圖7中沿線段I-I’所切割出之發光二極體晶片的剖面圖。
如圖7及圖8所示，依據本發明第四實施例的發光二極體晶片400與依據本發明第二實施例的發光二極體晶片200(參照圖3)除了第一側面470及第二側面460之外具有相同的結構。因此，相同的構件將以相同的元件符號標示，且細部的說明在此將會被省略。
第一側面470包括第一凸面圖案473以及第一凹面圖案471。第一凸面圖案473及第一凹面圖案471沿第一側面470交錯形成。第一側面470具有固定傾斜角度。
第二側面460包括第二凸面圖案463以及第二凹面圖案461。第二凸面圖案463以及第二凹面圖案461沿第二側面460交錯形成。第二側面460具有固定傾斜角度。
在根據本發明上方的第四實施例的發光二極體晶片400中，第一凸面圖案473及第一凹面圖案471交錯形成於第一側面470上，其藉平臺蝕刻透明電極層150以及半導體堆疊所形成，第二凸面圖案463以及第二凹面圖案461交錯形成於由單元胞分割製程蝕刻的第一導電型半導體層120的第二側面460上，且第一
側面470以及第二側面460具有固定傾斜角度，從而加以改善發光二極體晶片100的橫向光提取。
圖9至圖11是依據本發明其他實施例之發光二極體晶片的示意圖。
請參考圖9，透明電極層以及半導體堆疊的第一側面570包括第一凸面圖案573以及第一凹面圖案571，且第一導電型半導體層以單元胞分割製程蝕刻的第二側面560包括第二凸面圖案563以及第二凹面圖案561。
第一凸面圖案573及第二凸面圖案563具有圓突出形狀，且第一凹面圖案571及第二凹面圖案561具有圓溝槽形狀。也就是說，第一側面570及第二側面560具有波浪狀圖案。
第一側面570及第二側面560藉由波浪狀圖案可改善發光二極體晶片的橫向光提取。
在本實施例中，波浪狀圖案如敘述形成在第一側邊570及第二側邊560上。然而，其並非用以限定本發明，且波浪狀圖案可形成在第一側邊570及第二側邊560至少其中一個上。
請參考圖10，透明電極層的第一側面670以及半導體堆疊包括第一凸面圖案673以及第一微透鏡圖案671，且以單元胞分割製程蝕刻的第一導電型半導體層的第二側面660包括第二凸面圖案663以及第二微透鏡圖案661。
藉由形成於第一側面670上的第一凸面圖案673以及第一微透鏡圖案671以及形成於第二側面660上的第二凸面圖案663
以及第二微透鏡圖案661，發光二極體晶片改善了橫向光提取。
在本實施例中，雖然第一凸面圖案673以及第一微透鏡圖案671如敘述形成於第一側面670上且第二凸面圖案663以及第二微透鏡圖案661如敘述形成於第二側面660上，但本發明並不限於此，而這些圖案也可只形成於第一側面670以及第二側面660其中之一上。
請參考圖11，透明電極層以及半導體堆疊的第一側面770包括第一凸面圖案773以及第二凸面圖案771，且第一導電型半導體層由單元胞分割製程蝕刻的第二側面760包括第三凸面圖案763以及第四凸面圖案761。
第一凸面圖案773以及第三凸面圖案763具有圓突出圖案，且第二凸面圖案771以及第四凸面圖案761具有三角突出圖案。
藉由形成於第一側面770以及第二側面760上的第一凸面圖案773以及第二凸面圖案771與第三凸面圖案763以及第四凸面圖案761，發光二極體晶片改善了橫向光提取。
在本實施例中，雖然第一凸面圖案773以及第二凸面圖案771與第三凸面圖案763以及第四凸面圖案761如敘述各自形成於第一側面770以及第二側面760上，但本發明並不限於此，而這些圖案也可只形成於第一側面770以及第二側面760其中之一上。此外，雖然凸面圖案如描述具有圓形狀或三角形狀，但凸面圖案的形狀只要能夠提供光提取的功能即可作許多的調整。
雖然本發明的一些實施例與特徵揭露如上，然其並非用以限定本發明，且可在不脫離本發明的範疇內可做各種變更。
Claims (14)
- 一種發光二極體晶片，包括：基底；半導體堆疊，形成於所述基底上，包括第一導電型半導體層、主動層以及第二導電型半導體層，所述半導體堆疊具有第一側面以及設置於所述第一側面之下方的第二表面，其中所述第一側面為以平臺蝕刻所述半導體堆疊之外側面，所述第二側面為所述第一導電型半導體層之外側面，且所述第一側面及所述第二側面的至少其中之一具有凸面圖案；以及透明電極層，形成於所述第二導電型半導體層之上方，所述透明電極層之外側面包括在所述第一側面之中，其中所述凸面圖案的一部分形成於所述透明電極層之所述外側面，且所述凸面圖案的所述部分環繞於所述透明電極層。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶片，其中所述第一側面及各所述二側面的至少其中之一更包括凹面圖案，所述凹面圖案包括平板形，所述凹面圖案與所述凸面圖案交錯排列。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶片，其中所述第一側面及所述二側面的每一者更包括凹面圖案，所述凹面圖案包括平板形，所述凹面圖案與所述凸面圖案交錯排列。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶片，其中所述第一側面及所述第二側面的至少其中之一包括微透鏡圖案，所述微透鏡圖案與所述凸面圖案交錯排列。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶片，其中所述凸面圖案包括圓突出圖案、三角突出圖案及矩形突出圖案中至少其中二者，其彼此交錯排列。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶片，其中所述第一側面及所述第二側面的至少其中之一更包括凹面圖案，所述凹面圖案包括圓溝槽形狀，所述凹面圖案與所述凸面圖案交錯排列。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶片，其中所述第一表面與所述第二側面兩者具有固定傾斜角度。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶片，其中所述第一導電型半導體層更包括在所述第一導電型半導體層的外側面處形成於所述第二側面上的第三側面。
- 如申請專利範圍第7項所述的發光二極體晶片，其中所述凸面圖案包括：第一凸面圖案，位於所述第一側面上；第二凸面圖案，位於所述第二側面上；以及第三凸面圖案，位於所述第三側面上。
- 如申請專利範圍第9項所述的發光二極體晶片，其中所述第一側面包括與所述第一凸面圖案交錯排列的第一凹面圖案，所述第二側面包括與所述第二凸面圖案交錯排列的第二凹面圖案，以及所述第三側面包括與所述第三凸面圖案交錯排列的第三凹面圖案。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶片，其中所述第一側面對應於藉由平臺蝕刻所述透明電極層及所述半導體堆疊所形成之區域。
- 如申請專利範圍第11項所述的發光二極體晶片，其中所述第一側面具有對應於用於所述平臺蝕刻的罩幕的邊緣的形狀。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶片，其中所述第二側面對應於藉由單元胞分割製程所蝕刻之所述第一導電型半導體層之區域。
- 如申請專利範圍第12項所述的發光二極體晶片，其中所述第二側面具有對應於用於所述單元胞分割製程的罩幕的邊緣之形狀。
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