TWI616002B - 發光晶片 - Google Patents
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Abstract
一種發光晶片，包括一發光單元、一共晶層以及一表面保護層。共晶層具有彼此相對的一第一表面以及一第二表面。發光單元連接共晶層的第一表面。表面保護層覆蓋共晶層的第二表面。表面保護層的材質至少包括一氧化電位介於-0.2伏特至-1.8伏特之間的金屬。
Description
本發明是有關於一種發光晶片，且特別是有關於一種發光二極體晶片。
隨著光電技術的進步，由於發光二極體(Light-emitting diode,LED)具有諸如壽命長、體積小、高抗震性、低熱產生及低功率消耗等優點，所以被廣泛地應用於各種設備中作為指示器或光源。習知的發光二極體若欲採用共晶接合法(metal eutectic bonding)與其他元件(如基板)電性連接時，則會在發光二極體的電極上形成一金屬合金的共晶材料層，例如是金錫比例為金80wt%和錫20wt%的金錫合金共晶材料層，且金錫合金可達到約280℃的低熔點共晶溫度。然而，具有低熔點溫度的共晶材料層在接觸到空氣後容易產生氧化現象，因而影響發光二極體的電性與接合強度。
本發明提供一種發光晶片，其具有覆蓋共晶層的表面保
護層，可以避免共晶層產生氧化現象，以提高接合強度。
本發明的發光晶片，包括一發光單元、一共晶層以及一表面保護層。共晶層具有彼此相對的一第一表面以及一第二表面。發光單元連接共晶層的第一表面。表面保護層覆蓋共晶層的第二表面。表面保護層的材質至少包括一氧化電位介於-0.2伏特至-1.8伏特之間的金屬。
在本發明的一實施例中，上述的表面保護層的材質係選自金、鉑、金合金、鉑合金及上述該等所組成之族群其中之一。
在本發明的一實施例中，上述的表面保護層的材質為純度大於99.9wt%以上的金。
在本發明的一實施例中，上述的表面保護層的厚度介於1奈米至1000奈米之間。
在本發明的一實施例中，上述的表面保護層的厚度介於5奈米至100奈米之間。
在本發明的一實施例中，上述的共晶層的厚度與表面保護層的厚度的比值介於10至10000之間。
在本發明的一實施例中，上述的共晶層的材質係選自錫、銦、銀以及鉍中的至少兩種材料之共晶合金。
在本發明的一實施例中，上述的發光單元包括一半導體磊晶層、一第一電極以及一第二電極。半導體磊晶層包括一第一型半導體層、一發光層以及一第二型半導體層。第一電極配置於第一型半導體層上且與第一型半導體層電性連接。第二電極配置
於第二型半導體層上且與第二型半導體層電性連接。
在本發明的一實施例中，上述的共晶層直接且覆蓋第一電極的一第一上表面以及第二電極的一第二上表面。
在本發明的一實施例中，上述的發光單元更包括一基板、一絕緣層以及一導電結構層。半導體磊晶層配置於基板的一上表面上。絕緣層配置於第一電極與半導體磊晶層之間以及第二電極與第二型半導體層之間，其中部分絕緣層暴露於第一電極與第二電極之間。導電結構層配置於第二型半導體層與絕緣層之間，其中第二電極電性連接導電結構層。
在本發明的一實施例中，上述的導電結構層的材質係選自銦錫氧化物、摻鋁氧化鋅、銦鋅氧化物及上述該等所組成之族群其中之一。
在本發明的一實施例中，上述的發光單元更包括一基板，基板具有彼此相對的一上表面與一下表面，其中半導體磊晶層配置於上表面上，而共晶層覆蓋下表面。
在本發明的一實施例中，上述的共晶層覆蓋第一電極相對遠離第一型半導體層的一表面上。
在本發明的一實施例中，上述的共晶層的氧化電位大於表面保護層的氧化電位。
基於上述，本發明的發光晶片具有表面保護層，且表面保護層覆蓋於共晶層。藉此，可使共晶層不易接觸到空氣，可以避免共晶層產生氧化現象，進而得以維持共晶層良好的電性與接
著能力。如此一來，本發明的發光晶片可具有較佳的接合強度。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
10、20、30、40、50、60‧‧‧發光晶片
100‧‧‧發光單元
102‧‧‧半導體磊晶層
102a‧‧‧第一型半導體層
102b‧‧‧發光層
102c‧‧‧第二型半導體層
104‧‧‧第一電極
104U‧‧‧第一上表面
106‧‧‧第二電極
106U‧‧‧第二上表面
110‧‧‧共晶層
110D‧‧‧第一表面
110U‧‧‧第二表面
120‧‧‧表面保護層
130‧‧‧基板
130U‧‧‧上表面
130D‧‧‧下表面
140‧‧‧絕緣層
150‧‧‧導電結構層
160‧‧‧反射結構層
圖1繪示為本發明的一實施例的一種發光晶片的剖面示意圖。
圖2繪示為本發明另一實施例的一種發光晶片的剖面示意圖。
圖3繪示為本發明另一實施例的一種發光晶片的剖面示意圖。
圖4繪示為本發明的另一實施例的一種發光晶片的剖面示意圖。
圖5繪示為本發明的另一實施例的一種發光晶片的剖面示意圖。
圖6繪示為本發明的另一實施例的一種發光晶片的剖面示意圖。
圖1繪示為本發明的一實施例的一種發光晶片的剖面示意圖。請參考圖1，在本實施例中，發光晶片10包括一發光單元
100、一共晶層110以及一表面保護層120(氧化保護層)。共晶層110具有彼此相對的一第一表面110D以及一第二表面110U。發光單元100連接共晶層110的第一表面110D。表面保護層120覆蓋共晶層110的第二表面110U。表面保護層120的材質至少包括一氧化電位介於-0.2伏特至-1.8伏特之間的金屬。
具體而言，在本實施例中，表面保護層120的厚度介於1奈米至1000奈米之間。需說明的是，若厚度小於1奈米會使表面保護層120避免共晶層110產生氧化現象的能力較低；若厚度大於1000奈米則會使表面保護層120的厚度過厚不易產生熔融態與共晶層110接合，進而影響後續共晶接合的接著能力。較佳地，表面保護層120的厚度介於5奈米至100奈米之間。此處，表面保護層120的材質可以是合金，例如為金合金或鉑合金；或者是，單一金屬，例如為金、鉑。於本實施例中，表面保護層120的材質較佳為純度大於99.9wt%以上的金。換言之，本實施例的表面保護層120所採用的材質皆屬於惰性金屬，可具有較低的活性而避免共晶層110產生氧化現象。如圖1所示，表面保護層120與共晶層110具體化為共形配置，且表面保護層120的周圍與共晶層110的周圍實質上切齊。
再者，共晶層110的材質至少包括錫、銦、銀以及鉍中的至少兩種材料之共晶合金。舉例來說，共晶層110可為錫鉍合金、銦錫合金或錫銦銀合金。此處，共晶層110的熔點，較佳地，介於攝氏90度至350度之間。此處，共晶層110的氧化電位大於
表面保護層120的氧化電位。
特別是，本實施例的共晶層110的厚度與表面保護層120的厚度的比值介於10至10000之間。需說明的是，若共晶層110的厚度與表面保護層120的厚度的比值小於10，則表示表面保護層120的厚度過厚，不易產生熔融態與共晶層110接合，進而影響後續共晶接合的效果；若共晶層110的厚度與表面保護層120的厚度的比值大於10000，則表示表面保護層120的厚度過薄，避免共晶層110產生氧化現象的能力將會較低。進一步來說，本實施例的共晶層110的厚度與表面保護層120的厚度的最佳比值介於100至1000之間。
請再參考圖1，在本實施例中，發光單元100具體化包括一半導體磊晶層102、一第一電極104以及一第二電極106。半導體磊晶層102包括依序堆疊的一第一型半導體層102a、一發光層102b以及一第二型半導體層102c。第一電極104配置於第一型半導體層102a上且與第一型半導體層102a相接觸，其中第一電極104與第一型半導體層102a電性連接，且材質較佳係選自鉻、鉑、金、鋁、錫、上述材料之合金及上述此等所組成之族群其中之一。第二電極106配置於第二型半導體層102c上且與第二型半導體層102c相接觸，其中第二電極106與第二型半導體層102c電性連接。發光層102b覆蓋部份的第一型半導體層102a，且配置於第一型半導體層102a與第二型半導體層102c之間。
由於本實施例的共晶層110直接且完全覆蓋第一電極104
的一第一上表面104U以及第二電極106的一第二上表面106U，且表面保護層120與共晶層110呈共形配置。因此，表面保護層120可有效的使共晶層110的第二表面110U不易接觸到空氣，可以避免共晶層110產生氧化的現象，進而得以維持共晶層110良好的電性與接著能力。如此一來，本實施例的發光晶片10可具有較佳的接合強度。此處，如圖1中所示，本實施例的發光晶片10是以一覆晶式發光二極體作為舉例說明，故其第一電極104的第一上表面104U與第二電極106的第二上表面106U實值上切齊，但並不以此為限。
在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。
圖2繪示為本發明的另一實施例的一種發光晶片的剖面示意圖。請參考圖2，本實施例的發光晶片20與圖1的發光晶片10相似，惟二者主要差異之處在於：發光單元100更包括一基板130、一絕緣層140以及一導電結構層150。
詳細來說，本實施例的半導體磊晶層102配置於基板130的一上表面130U上。絕緣層140配置於第一電極104與半導體磊晶層102之間以及第二電極106與第二型半導體層102之間，其中部分絕緣層140暴露於第一電極104與第二電極106之間。導電結構層150配置於第二型半導體層102c與絕緣層140之間，其
中第二電極106直接接觸導電結構層150。此處，基板130的材質例如是藍寶石、氮化鋁或是碳化矽，但並不以此為限，且導電結構層150的材質例如是銦錫氧化物、摻鋁氧化鋅、銦鋅氧化物及上述該等所組成之族群其中之一，可讓電流均勻流佈。如圖2中所示，本實施例的發光晶片20具體化為一覆晶式發光二極體，但並不以此為限。
圖3繪示為本發明的另一實施例的一種發光晶片的剖面示意圖。請參考圖3，本實施例的發光晶片30與圖1的發光晶片10相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的發光單元100更包括一基板130，且半導體磊晶層102與共晶層110分別配置於基板130的相對兩側。詳細來說，基板130具有彼此相對的一上表面130U與一下表面130D，其中半導體磊晶層102配置於基板130的上表面上130U，而共晶層110覆蓋基板130的下表面130D，較佳地，共晶層110完全覆蓋基板130的下表面130D，可具有更好的接合能力。此處，基板130的材質例如是藍寶石、氮化鋁或是碳化矽，但並不以此為限。如圖3中所示，本實施例的發光晶片30具體化為一水平式發光二極體，但並不以此為限。
圖4繪示為本發明的另一實施例的一種發光晶片的剖面示意圖。請參考圖4，本實施例的發光晶片40與圖3的發光晶片30相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的發光晶片40更包括一反射結構層160。詳細來說，反射結構層160配置於基板130與共晶層110之間，其中反射結構層160的反射率大於90%。此
處，反射結構層160可為一布拉格反射鏡或一金屬材料層，其材質例如為銀、鋁、金、銅、鉻、鎳和鉑等反射特性較佳的金屬，藉由反射結構層160的設計，可得到較佳的反射出光效益。如圖4中所示，本實施例的發光晶片40具體化為一水平式發光二極體，但並不以此為限。
圖5繪示為本發明的另一實施例的一種發光晶片的剖面示意圖。請參考圖5，本實施例的發光晶片50與圖3的發光晶片30相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的發光晶片50的共晶層110覆蓋第一電極104相對遠離該第一型半導體層的一表面。詳細來說，在本實施例中，第一電極104與第二電極106分別位於半導體磊晶層102的相對兩側，且分別電性連接第一型半導體層102a與第二型半導體層102c。共晶層110與表面保護層120皆依序堆疊於第一電極104上。此處，第一電極104、共晶層110與表面保護層120實質上呈共形配置。如圖5中所示，本實施例的發光晶片50具體化為一垂直式發光二極體。
圖6繪示為本發明的另一實施例的一種發光晶片的剖面示意圖。請參考圖6，本實施例的發光晶片60與圖5的發光晶片50相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例發光晶片60更包括一反射結構層160。詳細來說，反射結構層160配置於第一電極104與共晶層110之間，其中反射結構層160的反射率大於90%。此處，反射結構層160可為一布拉格反射鏡或一金屬材料層，其材質例如為銀、鋁、金、銅、鉻、鎳和鉑等反射特性較佳的金屬。
藉由反射結構層160的設計，可得到較佳的反射出光效益。如圖6中所示，本實施例的發光晶片60具體化為一水平式發光二極體。
綜上所述，由於本發明的發光晶片具有與共晶層的外形輪廓略同表面保護層，且表面保護層覆蓋於共晶層。藉此，可使共晶層不易接觸到空氣，可以避免共晶層產生氧化現象，進而得以維持共晶層良好的電性與接著能力。如此一來，本發明的發光晶片可具有較佳的電性與接合強度。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧發光晶片
100‧‧‧發光單元
102‧‧‧半導體磊晶層
102a‧‧‧第一型半導體層
102b‧‧‧發光層
102c‧‧‧第二型半導體層
104‧‧‧第一電極
104U‧‧‧第一上表面
106‧‧‧第二電極
106U‧‧‧第二上表面
110‧‧‧共晶層
110D‧‧‧第一表面
110U‧‧‧第二表面
120‧‧‧表面保護層
Claims (10)
- 一種發光晶片，適於與一外部基板電性連接，包括：一發光單元，包括一第一電極與一第二電極；至少一共晶層，至少電性連接該第一電極與該第二電極二者之一；以及一保護層，覆蓋該共晶層，其中該保護層接觸且位於該共晶層與該外部基板之間。
- 一種發光晶片，適於與一外部基板電性連接，包括：一發光單元，包括一第一電極與一第二電極；至少一共晶層，至少電性連接該第一電極與該第二電極二者之一；以及一保護層，覆蓋該共晶層，其中該保護層接觸且位於該共晶層與該外部基板之間，且該保護層的厚度介於1奈米至1000奈米。
- 一種發光晶片，適於與一外部基板電性連接，包括：一發光單元，包括一第一電極與一第二電極；至少一共晶層，至少電性連接該第一電極與該第二電極二者之一；以及一保護層，覆蓋該共晶層，其中該保護層接觸且位於該共晶層與該外部基板之間，且該共晶層的熔點介於攝氏90度至350度之間。
- 一種發光晶片，適於與一外部基板電性連接，包括： 一發光單元，包括一第一電極與一第二電極；至少一共晶層，至少電性連接該第一電極與該第二電極二者之一；以及一保護層，覆蓋該共晶層，其中該保護層接觸且位於該共晶層與該外部基板之間，且該共晶層的氧化電位大於保護層的氧化電位。
- 一種發光晶片，適於與一外部基板電性連接，包括：一發光單元，包括一第一電極與一第二電極；至少一共晶層，至少電性連接該第一電極與該第二電極二者之一；以及一保護層，覆蓋該共晶層，其中該保護層接觸且位於該共晶層與該外部基板之間，且該共晶層的厚度與氧化保護層的厚度比值介於10至10000之間。
- 如申請專利範圍第2、4或5項所述的發光晶片，其中該共晶層的熔點介於攝氏90度至350度之間。
- 如申請專利範圍第4或5項所述的發光晶片，其中該保護層的厚度介於1奈米至1000奈米之間。
- 如申請專利範圍第1、2、3、4或5項所述的發光晶片，其中該保護層的厚度介於5奈米至100奈米之間。
- 如申請專利範圍第4項所述的發光晶片，其中該共晶層的厚度與該保護層的厚度的比值介於10至10000之間。
- 如申請專利範圍第1、2、3、4或5項所述的發光晶片， 更包含一反射結構層配置於該第一電極與該共晶層之間。
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