專利名稱:發(fā)光二極管裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種電激發(fā)光裝置,特別涉及一種發(fā)光二極管裝置。
技術(shù)背景發(fā)光二極管(Light Emitting Diode, LED )是一種冷光發(fā)光元件,其利用 半導(dǎo)體材料中電子空穴結(jié)合所釋放出的能量,以光的形式釋出。依據(jù)使用材料的不同,其可發(fā)出不同波長的單色光。主要可區(qū)分為可見光發(fā)光二極管與 不可見光(紅外線)發(fā)光二極管兩種,由于發(fā)光二極管相較于傳統(tǒng)燈泡發(fā)光 的形式,具有省電、耐震及閃爍速度快等優(yōu)點,因此成為日常生活中不可或 缺的重要元件。請參照圖1, 一種已知發(fā)光二極管元件10包括外延基板100、第一半導(dǎo) 體層IOI、發(fā)光層102及第二半導(dǎo)體層103。其中,第一半導(dǎo)體層101、發(fā)光 層102及第二半導(dǎo)體層103依序成長于外延基板100上,并形成第一接觸電 極11連結(jié)于第一半導(dǎo)體層101,第二接觸電極12連結(jié)于第二半導(dǎo)體層103。 以第一半導(dǎo)體層101為n型半導(dǎo)體層,第二半導(dǎo)體層103為p型半導(dǎo)體層為 例說明,當(dāng)分別對這些半導(dǎo)體層101、 103施以電壓而產(chǎn)生電流時,通過n 型半導(dǎo)體層及p型半導(dǎo)體層中的電子空穴相結(jié)合而于發(fā)光層102發(fā)光,達(dá)到 了將電能轉(zhuǎn)換為光能的目的。為了達(dá)到良好的散熱效果以及出光效率, 一般將發(fā)光二極管元件10以 倒裝片(flip chip)方式封裝于散熱基板上,并形成反射層于散熱基板與發(fā) 光二極管元件IO之間,通過散熱基板解決已知外延基板散熱性不佳的問題, 并由反射層反射發(fā)光層102所發(fā)出的光線使集中朝同一方向射出,而解決已 知光線為接觸電極11、 12所遮蔽及光線朝外延基板100發(fā)出,所造成光線 損失的現(xiàn)象。另外,如圖2所示,已知的一種倒裝片式發(fā)光二極管裝置2還披露在第 二半導(dǎo)體層203之側(cè)形成有多個相間隔設(shè)置的凸柱204,兩兩凸柱204之間 形成有透光絕緣層205,并將反射層206形成于透光絕緣層205與第二半導(dǎo)體層203上,通過透光絕緣層205之間隔設(shè)置來使電流集中,以提高光電轉(zhuǎn) 換效率。然而,由于反射層206的材料多選自金屬材料,其與第二半導(dǎo)體層 203所形成的接面存在著高肖特基勢壘(Schotty barrier )的現(xiàn)象,造成電阻 值過高而使電流不易均勻擴(kuò)散,即于接面處造成電流栓塞,進(jìn)而使發(fā)光二極 管裝置2的操作電壓上升,且隨的所帶來的熱能累積,亦因無路徑可傳導(dǎo)至 外界而造成更嚴(yán)重的散熱問題。有鑒于此,如何提供一種電流擴(kuò)散均勻、導(dǎo)熱性佳且光電轉(zhuǎn)換效率高的 發(fā)光二極管裝置,實為現(xiàn)今的重要課題之一。發(fā)明內(nèi)容有鑒于上述課題,本發(fā)明的目的為提供一種電流擴(kuò)散均勻、導(dǎo)熱性佳且 光電轉(zhuǎn)換效率高的發(fā)光二極管裝置。緣是,為達(dá)上述目的,依據(jù)本發(fā)明的一種發(fā)光二極管裝置包括散熱基板、 三明治結(jié)構(gòu)、外延疊層、第一接觸電極以及第二接觸電極。其中,三明治結(jié) 構(gòu)包括反射層、圖案化絕緣導(dǎo)熱層與透明導(dǎo)電層,且圖案化絕緣導(dǎo)熱層位于 反射層與透明導(dǎo)電層之間。三明治結(jié)構(gòu)位于散熱基板與外延疊層之間,可使 電流集中往反射層或透明導(dǎo)電層流動,再通過透明導(dǎo)電層均勻擴(kuò)散。外延疊 層包括第一半導(dǎo)體層、發(fā)光層及第二半導(dǎo)體層,第一接觸電極與第一半導(dǎo)體 層電性連接,而第二接觸電極與第二半導(dǎo)體層電性連接。承上所述,因依據(jù)本發(fā)明的一種發(fā)光二極管裝置于外延疊層與散熱基板 之間形成含有透明導(dǎo)電層、圖案化絕緣導(dǎo)熱層及反射層的三明治結(jié)構(gòu),使電 流得以集中穿透,并經(jīng)由透明導(dǎo)電層均勻電流的分布。另外,通過透明導(dǎo)電 層與外延疊層的接面提供良好的歐姆性接觸,而有效避免已知電流栓塞的現(xiàn) 象。且利用圖案化絕緣導(dǎo)熱層的高導(dǎo)熱性質(zhì),提供熱能驅(qū)散的路徑,相較于 已知更有效4是高發(fā)光二極管裝置熱能的驅(qū)散效率。
圖1為一種已知發(fā)光二極管元件的示意圖。圖2為一種已知的倒裝片式發(fā)光二極管裝置的示意圖。圖3至圖6為依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種發(fā)光二極管裝置的示意圖。圖7至圖10為依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的另一種發(fā)光二極管裝置的示意圖。附圖標(biāo)記說明10:發(fā)光二極管元件100:外延基板101:第一半導(dǎo)體層 102:發(fā)光層103:第二半導(dǎo)體層 11:第一接觸電極12:第二接觸電極2、 3、 4、 5、 6:發(fā)光二極管裝置203:第二半導(dǎo)體層 204:凸柱205:透光絕緣層 206:反射層30:外延疊層 301:第一半導(dǎo)體層302:發(fā)光層303、 303a、 303b:第二半導(dǎo)體層 31:散熱基板32、 32a、 32b、 32c、 32d:反射層33、 33a、 33b、 33c、 33d:圖案化絕緣導(dǎo)熱層34、 34a、 34b、 34c、 34d:透明導(dǎo)電層35、 45、 55:第一接觸電極36、 46、 56:第二接觸電極37:阻隔層 38:粘貼層具體實施方式
以下將參照相關(guān)圖示,說明依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種發(fā)光二極管裝置。請參照圖3所示,依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種發(fā)光二極管裝置3包括 散熱基板31、三明治結(jié)構(gòu)S、外延疊層30、第一接觸電極35以及第二接觸 電極36。散熱基板31為具有高導(dǎo)熱數(shù)的永久基板,而依據(jù)材料的不同,散熱基 板31可為金屬材料散熱基板、復(fù)合材料散熱基板或絕緣材料散熱基板,在 本實施例中,散熱基板31的材料可選自鋁、銅、鋁銅氧化物、硅、砷化鎵、 磷化鎵、碳化硅、氮化硼、氮化鋁、陶瓷及其組合所構(gòu)成的組。三明治結(jié)構(gòu)S包括反射層32、圖案化絕緣導(dǎo)熱層33與透明導(dǎo)電層34, 且圖案化絕緣導(dǎo)熱層33位于反射層32與透明導(dǎo)電層34之間。在本實施例 中,反射層32的材料為金屬例如鉑(Pt)、金(Au)、 4艮(Ag)、釔(Pd)、 鋁(Al )、鈥(Ti )、銥(Ir)或銠(Rh )。
圖案化絕緣導(dǎo)熱層33設(shè)置于反射層32上,其具有多個凸塊的圖案層, 且這些凸塊相間隔設(shè)置,而圖案化絕緣導(dǎo)熱層33的兩兩凸塊之間隔可相等 或不相等。由于氮化鋁(A1N)的能隙約為6.2電子伏特(eV),故當(dāng)在UV光 (其波長約為360nm)的情況下,氮化鋁(A1N)具有可透光性。故在本實施 例中,圖案化絕緣導(dǎo)熱層33為透光且具有高導(dǎo)熱性,其材料除可為碳化硅 (SiC)之外,亦可選用氮化鋁(A1N)。
以圖3所示來做說明,透明導(dǎo)電層34設(shè)置于圖案化絕緣導(dǎo)熱層33與反 射層32上,而第二半導(dǎo)體層303與反射層32的接面形成歐姆性接觸(Ohmic contact),由此降低接觸電阻值。在本實施例中,透明導(dǎo)電層34的材料可為 鎳(Ni)、金(Au)或銦錫氧化物(ITO)等相關(guān)的透明導(dǎo)電材料。
圖3所示來做說明,外延疊層30設(shè)置于透明導(dǎo)電層34上,且外延疊層 30依序包括第一半導(dǎo)體層301、發(fā)光層302及第二半導(dǎo)體層303,并以第二 半導(dǎo)體層303、發(fā)光層302與第一半導(dǎo)體層301的順序依序形成于透明導(dǎo)電 層34上。在本實施例中,第一半導(dǎo)體層301可為n型半導(dǎo)體層,而第二半 導(dǎo)體層303可為p型半導(dǎo)體層。然此僅為舉例性,當(dāng)然,第一半導(dǎo)體層301 與第二半導(dǎo)體層303為n型半導(dǎo)體層及p型半導(dǎo)體層的應(yīng)用,可依據(jù)實際需 求而加以互換。
第一接觸電極35與第一半導(dǎo)體層301電性連接,第二接觸電極36與第 二半導(dǎo)體層303電性連接。詳細(xì)來說,且以第一接觸電極35與第二接觸電 極36相對散熱基板31位于同一側(cè)而為正面式發(fā)光二極管裝置為例說明,如 圖3所示,第一接觸電極35形成于第一半導(dǎo)體層301上,而第二接觸電極 36形成于第二半導(dǎo)體層303上。在此需特別說明的是,以上說明以圖3所示 來說明其每一層的相對位置,然實際上制作時并不一定是由下而上堆疊形 成。再者,本實施例中以使用非導(dǎo)電基板為例子,當(dāng)然亦可采用導(dǎo)電基板, 只要在導(dǎo)電基板上增加絕緣層即可。
另外,依據(jù)實際需求,如圖4所示,亦可通過蝕刻第二半導(dǎo)體層303以 暴露出部分的透明導(dǎo)電層34,使得第二接觸電極36形成于所暴露出的透明導(dǎo)電層34上。然而,依據(jù)第一接觸電極與第二接觸電極設(shè)置的位置的不同,
如圖5所示,第一接觸電極45與第二接觸電極46亦可設(shè)置于散熱基板31 的相對兩側(cè)面而為垂直式發(fā)光二極管裝置4。在此,第一接觸電極45形成于 第一半導(dǎo)體層301上,而第二接觸電極46則形成于散熱基板31的一側(cè)。
又,如圖6所示,其將外延疊層30利用倒裝片方式連結(jié)第一接觸電極 55與第二接觸電極56而為倒裝片式發(fā)光二極管裝置5。在此,第一接觸電 極55與第二接觸電極56位于散熱基板31上,再分別通過焊墊P (pad)與 第一半導(dǎo)體層301與第二半導(dǎo)體層303電性連接。
當(dāng)利用第一接觸電極35、 45、 55及第二接觸電極36、 46、 56分別對第 一半導(dǎo)體層301及第二半導(dǎo)體層303施以電壓而產(chǎn)生電流時,圖案化絕緣導(dǎo) 熱層33將可迫使電流集中往透明導(dǎo)電層34流動,而通過透明導(dǎo)電層34達(dá) 到均勻擴(kuò)散的效果,使第一半導(dǎo)體層301及第二半導(dǎo)體層303的電子及空穴 于發(fā)光層302發(fā)生結(jié)合,通過電子空穴結(jié)合所釋放的能量最終轉(zhuǎn)為產(chǎn)生光。
另外,圖案化絕緣導(dǎo)熱層33通過其所具有的高導(dǎo)熱性特質(zhì),可提供熱 能傳導(dǎo)至散熱基板31的良好路徑,而能夠有效降低發(fā)光二極管裝置3、 4、 5 的操作溫度。
再者,如圖3至圖6所示,本實施例的發(fā)光二極管裝置3、 4、 5優(yōu)選地 還可包括阻隔層37,且阻隔層37設(shè)置于散熱基板31與反射層32之間,用 以阻隔其他金屬離子擴(kuò)散至反射層32中。在本實施例中,阻隔層37的材料 選自鎳、鈦、4白、4巴、銥、銠、鉻及其組合所構(gòu)成的組。
又,本實施例的發(fā)光二極管裝置3、 4、 5還包括粘貼層38,設(shè)置于反射 層32與散熱基板31之間,特別是設(shè)置于阻隔層37與散熱基板31之間,粘 貼層38用以將外延疊層30與散熱基板31連結(jié),其材料例如是銀膏、錫膏 或錫^^膏等。先將粘貼層38形成于阻隔層37的一側(cè),再將粘貼層38與阻 隔層37與散熱基板31相連結(jié)。
請參照圖7,其為另一種發(fā)光二極管裝置6。與前述實施例不同的處在 于,反射層32a具有凹凸表面,圖案化絕緣導(dǎo)熱層33a則充滿于反射層32a 的凹入處或側(cè)壁上,透明導(dǎo)電層34a披覆于圖案化絕緣導(dǎo)熱層33a與反射層 32a上,以同樣達(dá)到電流均勻擴(kuò)散、散熱佳且光電轉(zhuǎn)換高的目的。
又,反射層的凹凸表面上亦可由圖案化絕緣導(dǎo)熱層與透明導(dǎo)電層所充 滿,且透明導(dǎo)電層披覆于圖案化絕緣導(dǎo)熱層與反射層上。如圖8-l所示,圖案化絕緣導(dǎo)熱層33b位于反射層32b的凹凸表面的凹處,且透明導(dǎo)電層34b 披覆于圖案化絕緣導(dǎo)熱層33b與反射層32b上?;蛘?,如圖8-2所示,圖案 化絕緣導(dǎo)熱層33b位于反射層32b的凹凸表面的凸處,且透明導(dǎo)電層34b披 覆于圖案化絕緣導(dǎo)熱層33b與反射層32b上。
此外,反射層的凹凸表面上亦可由圖案化絕緣導(dǎo)熱層、透明導(dǎo)電層及第 二半導(dǎo)體層所充滿,如圖9所示,反射層32c的凹凸表面的凸處上,亦可由 圖案化絕緣導(dǎo)熱層33c、透明導(dǎo)電層34c及第二半導(dǎo)體層303a所充滿,其中 透明導(dǎo)電層34c披覆于圖案化絕緣導(dǎo)熱層33c與反射層32c上。在此,可利 用蝕刻第二半導(dǎo)體層303a而達(dá)成。然而,不^f又限于此,亦可進(jìn)一步通過蝕 刻發(fā)光層及第一半導(dǎo)體層,而使反射層充滿于圖案化絕緣導(dǎo)熱層、透明導(dǎo)電 層、第二半導(dǎo)體層、發(fā)光層及第一半導(dǎo)體層的凹凸表面上。
再者,如圖IO所示,圖案化絕緣導(dǎo)熱層33d亦可設(shè)置于反射層32d的 凹凸表面的凹處上,再由透明導(dǎo)電層34d披覆于圖案化絕緣導(dǎo)熱層33d與反 射層32d上,在此,其亦可通過蝕刻部分的第二半導(dǎo)體層303b來達(dá)成。
承上,上述具有反射層、圖案化絕緣導(dǎo)熱層及透明導(dǎo)電層所形成的三明 治結(jié)構(gòu)亦可分別應(yīng)用于正面式發(fā)光二極管裝置、垂直式發(fā)光二極管裝置或倒 裝片式發(fā)光二極管裝置。
綜上所述,因依據(jù)本發(fā)明的一種發(fā)光二極管裝置于外延疊層與散熱基板 之間形成含有透明導(dǎo)電層、圖案化絕緣導(dǎo)熱層及反射層的三明治結(jié)構(gòu),使電 流得以集中穿透,并經(jīng)由透明導(dǎo)電層均勻電流的分布。另外,通過透明導(dǎo)電 層與外延疊層的接面提供良好的歐姆性接觸,而有效避免已知電流栓塞的現(xiàn) 象。且利用圖案化絕緣導(dǎo)熱層的高導(dǎo)熱性質(zhì),提供熱能驅(qū)散的路徑,相較于 已知更有效提高發(fā)光二極管裝置熱能的驅(qū)散效率。
以上所述僅為舉例性,而非為限制性者。任何未脫離本發(fā)明的精神與范 疇,而對其進(jìn)行的等同修改或變更,均應(yīng)包含于權(quán)利要求的范圍中。
權(quán)利要求
1、一種發(fā)光二極管裝置,包括散熱基板;三明治結(jié)構(gòu),包括反射層、圖案化絕緣導(dǎo)熱層與透明導(dǎo)電層,且該圖案化絕緣導(dǎo)熱層位于該反射層與該透明導(dǎo)電層之間;外延疊層,包括第一半導(dǎo)體層、發(fā)光層及第二半導(dǎo)體層;第一接觸電極,與該第一半導(dǎo)體層電性連接;以及第二接觸電極,與該第二半導(dǎo)體層電性連接;其中該三明治結(jié)構(gòu)位于該散熱基板與該外延疊層之間,可使電流集中往該反射層或該透明導(dǎo)電層流動,再通過該透明導(dǎo)電層均勻擴(kuò)散。
2、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置,其中該反射層具有凹凸表面。
3、 如權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管裝置,其中該圖案化絕緣導(dǎo)熱層設(shè) 置于該反射層的該凸出部上。
4、 如權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管裝置,其中該圖案化絕緣導(dǎo)熱層充 滿于該反射層的凹入處或側(cè)壁上。
5、 如權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管裝置,其中該圖案化絕緣導(dǎo)熱層與 該透明導(dǎo)電層充滿于該反射層的凹凸表面上。
6、 如權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管裝置,其中該圖案化絕緣導(dǎo)熱層、 該透明導(dǎo)電層及該第二半導(dǎo)體層充滿于該反射層的凹入處。
7、 如權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管裝置,其中該圖案化絕緣導(dǎo)熱層、 該透明導(dǎo)電層、該第二半導(dǎo)體層、該發(fā)光層及該第一半導(dǎo)體層充滿于該反射 層的凹凸表面上。
8、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置,其中該圖案化絕緣導(dǎo)熱層具 有多個凸塊,這些凸塊相間隔設(shè)置。
9、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置,其中該圖案化絕緣導(dǎo)熱層的 材料為氮化鋁或碳化硅。
10、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置,其中該反射層的材料選自鈾、 金、銀、4£、鋁、鈦、銥、銠及其組合所構(gòu)成的組。
11、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置,其中該透明導(dǎo)電層的材料選 自鎳、金、銦錫氧化物及其組合所構(gòu)成的組。2
12、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置,其中該散熱基板為金屬材料 散熱基板、復(fù)合材料散熱基板或絕緣材料散熱基板,或者,該散熱基板的材 料選自鋁、銅、鋁銅氧化物、硅、砷化鎵、磷化鎵、碳化硅、氮化硼、氮化 鋁、陶資及其組合所構(gòu)成的組。
13、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置,還包括阻隔層,設(shè)置于該散熱基板與該三明治結(jié)構(gòu)之間,且該阻隔層的材料選自鎳、鈦、鉑、釔、銥、 銠、鉻及其組合所構(gòu)成的組。
14、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置,還包括粘貼層,設(shè)置于該散 熱基板與該三明治結(jié)構(gòu)之間。
15、 如權(quán)利要求14所述的發(fā)光二極管裝置,其中該粘貼層的材料為銀 膏、錫膏或錫銀膏。
16、 如權(quán)利要求14所述的發(fā)光二極管裝置,其中該粘貼層的材料包括 含鉛與不含鉛的粘貼材料。
17、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置,應(yīng)用于垂直式發(fā)光二極管裝 置,其中該第 一接觸電極與該第二接觸電極設(shè)置于該散熱基板的相對兩側(cè) 面。
18、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置,應(yīng)用于正面式發(fā)光二極管裝 置或倒裝片式發(fā)光二極管裝置,其中該第 一接觸電極與該第二接觸電極設(shè)置 于該散熱基板的側(cè)面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管裝置,其包括散熱基板、三明治結(jié)構(gòu)、外延疊層、第一接觸電極以及第二接觸電極。其中,三明治結(jié)構(gòu)包括反射層、圖案化絕緣導(dǎo)熱層與透明導(dǎo)電層,且圖案化絕緣導(dǎo)熱層位于反射層與透明導(dǎo)電層之間。三明治結(jié)構(gòu)位于散熱基板與外延疊層之間,可使電流集中往反射層或透明導(dǎo)電層流動,再通過透明導(dǎo)電層均勻擴(kuò)散。外延疊層包括第一半導(dǎo)體層、發(fā)光層及第二半導(dǎo)體層,第一接觸電極與第一半導(dǎo)體層電性連接,而第二接觸電極與第二半導(dǎo)體層電性連接。
文檔編號H01L33/00GK101286542SQ20071009174
公開日2008年10月15日 申請日期2007年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月9日
發(fā)明者薛清全, 陳世鵬, 陳朝旻, 陳煌坤 申請人:臺達(dá)電子工業(yè)股份有限公司