專利名稱：側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管的技術(shù)領域，特別涉及一種側(cè)邊散熱型的發(fā)光二極管。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今的發(fā)光二極管(light emitting diode)的使用越來越普遍，原因是發(fā)光二極 管有壽命長、電能消耗低以及可信度高等特性。為了提升發(fā)光二極管的發(fā)光亮度，通常是通 過提高發(fā)光二極管的運行電流密度來增加其輸入功率。而一旦發(fā)光二極管的運行電流增 力口，其結(jié)溫(junction temperature)也會隨之上升。如此一來勢必會導致能帶結(jié)構(gòu)改變 及其封裝結(jié)構(gòu)或封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部的熒光粉變質(zhì)，而使得其發(fā)光二極管的亮度或功能的下降。 所以提升發(fā)光二極管亮度的同時，發(fā)光二極管散熱功能也必須隨之加強。因此，為了解決 高功率發(fā)光二極管所產(chǎn)生的高熱能問題，許多的現(xiàn)有技術(shù)與研究強調(diào)發(fā)光二極管熱能消散 (thermal dissipation)的重要性。在現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中，其散熱效果往往是不理想的。例如美國專利號 US5563422的現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)容，其中發(fā)光二極管裸片結(jié)構(gòu)并沒有其它特殊散熱功能的結(jié)構(gòu)或 裝置來幫助發(fā)光二極管裸片的熱能發(fā)散，因此其發(fā)光效率往往是受到限制的。一項現(xiàn)有技術(shù)為了解決發(fā)光二極管其散熱不佳的問題，利用電極結(jié)構(gòu)來幫助發(fā)光 二極管裸片的散熱。在美國專利號US6614172的現(xiàn)有技術(shù)中，為了提升發(fā)光二極管的發(fā)光 效率，現(xiàn)有技術(shù)使用覆晶(flip chip)與表面粗化的裸片來增加發(fā)光的效率，并且利用金屬 結(jié)構(gòu)的電極來幫助熱能的傳導以增加發(fā)光二極管的散熱功能。但此項技術(shù)會造成電熱傳導 未分離的問題，即熱能和電能傳導的相互影響而生成的問題。此外上述的現(xiàn)有技術(shù)的制造 良率不高也會造成在商業(yè)上成本的增加。一項現(xiàn)有技術(shù)通過解決發(fā)光二極管的散熱不佳問題，以提升發(fā)光二極管的發(fā)光效 率。在美國專利號US6818531的現(xiàn)有技術(shù)中，利用激光剝離(laserlift-off，LL0)的技術(shù) 使得發(fā)光二極管剝離原始的外延基板，并且固著在其它散熱良好的基板上，以增加發(fā)光二 極管的散熱功效。雖然此項現(xiàn)有技術(shù)能提供發(fā)光二極管一散熱基板以提升發(fā)光二極管的發(fā) 光效率，但其具有制造設備昂貴，并且制造良率及單位面積產(chǎn)量低等缺點。一項現(xiàn)有技術(shù)通過垂直式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)來增加散熱的功能。在美國專利號 US5739554的現(xiàn)有技術(shù)中，此項技術(shù)利用垂直式發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)與N-型導電的碳化硅的 基板(N-SiC)來幫助散熱。但N-型導電的碳化硅的基板價格高，機械加工性能比較差且晶 體品質(zhì)難以達到與Al2O3的基板的同樣效果。另外，碳化硅的基板會吸收380nm以下的紫外 光，因此不適合用來配置在具有380nm以下紫外光的發(fā)光二極管上。—項現(xiàn)有技術(shù)利用金屬銅(copper)包覆發(fā)光二 極管側(cè)邊的結(jié)構(gòu)來解決熱能消散 的問題。此現(xiàn)有技術(shù)揭示于中國臺灣國立中興大學的會議論文“通過直接銅電鍍增強GaN/ 藍寶石 LED 的熱能消散和光輸出”“Enhanced thermal dissipation and light output of GaN/Sapphire light-emitting diode by direct Cu electroplating，，， Conference Paper National Chung Hsing University。此項現(xiàn)有技術(shù)利用金屬銅的熱傳導特性，通過金屬銅包覆發(fā)光二極管側(cè)邊的結(jié)構(gòu)，作為發(fā)光二極管的熱能傳導界面。由于此項結(jié)構(gòu)中其發(fā)光二極管側(cè)邊散熱面積小，導致其散熱效果有限，并且倘若此項結(jié)構(gòu)位于具有超大電 流驅(qū)動下的發(fā)光二極管才有其優(yōu)勢存在。一項現(xiàn)有技術(shù)也利用金屬銅包覆發(fā)光二極管的基板與形成于發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)側(cè) 邊，來增加熱能的消散。此項技術(shù)揭示于《應用物理快報》93，11907 (2008)的“改善嵌入反 光熱發(fā)散器的GaN/藍寶石LED的熱能管理”“Improved thermal management of GaN/ sapphire light emitting diodes embedded in reflective heat spreaders，，，Applied Physics Letters 93,11907(2008)。此項現(xiàn)有技術(shù)利用金屬銅的熱傳導特性，使金屬銅包 覆發(fā)光二極管的基板與形成于結(jié)構(gòu)側(cè)邊，借此增加散熱面積。由于銅包覆的區(qū)域在于發(fā)光 二極管的基板，未能直接消散結(jié)溫所生成的熱能。另外，此項技術(shù)在側(cè)邊結(jié)構(gòu)其散熱面積 小，導致其散熱效果有限。上述的現(xiàn)有技術(shù)，除了激光剝離的技術(shù)可最有效地解決發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的消散熱 能的問題，其余現(xiàn)有技術(shù)的散熱效果不佳或不明顯。但由于激光剝離的技術(shù)其價格及產(chǎn)能 良率均有量產(chǎn)上的困擾，因此尚需要一項新的技術(shù)來解決發(fā)光二極管的熱能消散。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)與制造方法，相對于使用激光剝離的 技術(shù)，其成本更加的便宜且有效地解決PN結(jié)散熱的問題。鑒于上述的發(fā)明背景的存在的上述問題，本發(fā)明的目的為提供一散熱效果佳的發(fā) 光二極管，配合封裝技術(shù)將熱源由側(cè)邊結(jié)構(gòu)導出。本發(fā)明揭示一側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管，其包含一基板、一 N型導通的半導體層、一 發(fā)光層、一 P型導通的半導體層以及一散熱層。N型導通的半導體層，位于該基板上；發(fā)光 層，位于該N型導通的半導體層上；P型導通的半導體層，位于該發(fā)光層上；以及散熱層，連 接該N型導通的半導體層至一封裝載板上。上述的基板與N型導通的半導體層之間包含了一緩沖層，其中緩沖層與N型導通 的半導體層之間具有一未摻雜的半導體層，而發(fā)光層位于N型導通的半導體層與P型導通 的半導體層之間。此外未摻雜的半導體與N型導通的半導體層之間可形成一具有一圖案的 金屬層，其中具有圖案的金屬層其圖案為多個孔洞，并且此具有圖案的金屬層與N型導通 的半導體層歐姆接觸。承上述結(jié)構(gòu)，其中一部分的P型導通的半導體層、發(fā)光層以及N型導 通的半導體層被移除使得部分N型導通的半導體層暴露出來。上述的P型導通的半導體層 上具有一 P電極，而一 N電極位于外露的部分N型導通的半導體層上或位于具有圖案的金 屬層上。另外一保護層覆蓋上述的P型導通的半導體層以及N型導通的半導體層，并且露 出上述的N電極與P電極。而上述的散熱層連接上述的具有圖案的金屬層或N型導通的半 導體層至封裝載板上。本發(fā)明另揭示一種側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管的制造方法，其步驟包含提供一基板、 形成一 N型導通的半導體層于基板上、形成一發(fā)光層于N型導通的半導體層上、形成一 P型 導通的半導體層于發(fā)光層上、以及最后在封裝過程中形成一散熱層于N型導通的半導體層 上。在上述制造的步驟中，包含了形成一緩沖層于上述的基板與N型導通的半導體層之間，并且形成一未摻雜的半導體層于緩沖層與N型導通的半導體層之間。此外上述的未 摻雜的半導體與N型導通的半導體層之間可形成一具有圖案的金屬層，其中上述的具有圖 案的金屬層其圖案為多個孔洞，并且上述的具有圖案的金屬層與N型導通的半導體層歐姆 接觸。承上述步驟，其中一部分的P型導通的半導體層、發(fā)光層、以及N型導通的半導體層 被移除使得部分N型導通的半導體層暴露出來，并且在上述的P型導通的半導體層上形成 一 P電極，同時形成一 N電極于外露的部分N型導通的半導體層上或形成于具有圖案的金 屬層上。另外形成一保護層覆蓋于上述的P型導通的半導體層以及N型導通的半導體層， 并且外露出上述的N電極與P電極。而在封裝過程中，使上述的散熱層形成于上述的具有 圖案的金屬層或N型導通的半導體層上，并且延伸至封裝載板上。
本發(fā)明所揭示的側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管，通過上述的具有圖案的金屬層將發(fā)光層 熱源經(jīng)由側(cè)邊傳導出，并配合封裝結(jié)構(gòu)將熱源導出發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)之外。此結(jié)構(gòu)能改善傳 統(tǒng)同面電極的發(fā)光二極管必須由導熱系數(shù)差的外延基板散熱的缺點。相較于激光剝離的技術(shù)，本發(fā)明所揭示的發(fā)光二極管，不需增加其制造的成本既 能改善發(fā)光二極管排熱不理想的問題，進而提供高效率發(fā)光二極管能有更佳的發(fā)光效率。因此本發(fā)明另一個目的為改善傳統(tǒng)同面電極的發(fā)光二極管的發(fā)光效率。


圖Ia顯示本發(fā)明所揭示的側(cè)面散熱型發(fā)光二極管剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖Ib顯示本發(fā)明所揭示的側(cè)面散熱型發(fā)光二極管俯視示意圖；圖2a至圖2c顯示本發(fā)明所揭示的側(cè)面散熱型發(fā)光二極管制造工藝示意圖；圖3a顯示本發(fā)明所揭示的側(cè)面散熱型發(fā)光二極管剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3b顯示本發(fā)明所揭示的側(cè)面散熱型發(fā)光二極管俯視示意圖；圖4a至圖4c顯示本發(fā)明所揭示的側(cè)面散熱型發(fā)光二極管制造工藝示意圖；圖5a顯示本發(fā)明所揭示的側(cè)面散熱型發(fā)光二極管剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5b顯示本發(fā)明所揭示的側(cè)面散熱型發(fā)光二極管俯視示意圖；圖6a至圖6c顯示本發(fā)明所揭示的側(cè)面散熱型發(fā)光二極管制造工藝示意圖；以及圖7顯示本發(fā)明所揭示的側(cè)面散熱型發(fā)光二極管剖面封裝結(jié)構(gòu)示意圖。上述附圖中的附圖標記說明如下01,02,03側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管4、5、8具圖案的金屬層6、61、62光掩模層7、71、72光致抗蝕劑層9、91、92光源10、20、30基板11、21、31、41N型導通的半導體層12、22、32、42發(fā)光層13、23、33P型導通的半導體層14、24、34、44散熱層15、25、35半導體原件層
16、26、36未摻雜的半導體層17、27、37正電極18、28、38負電極19、29、39保護層21、22、23金屬層40封裝載板51,81孔洞52、82圖案化金屬
具體實施例方式本發(fā)明揭示一側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管，為了能徹底地了解本發(fā)明，將在下列的描 述中提出詳盡的步驟。顯然地，本發(fā)明的實施并未限定于發(fā)光二極管的領域的普通技術(shù)人 員所公知的特殊細節(jié)。另一方面，眾所周知步驟并未描述于細節(jié)中，以避免造成本發(fā)明不必 要的限制。本發(fā)明的優(yōu)選實施例會詳細描述如下，然而除了這些詳細描述之外，本發(fā)明還可 以廣泛地實施在其他的實施例中，且本發(fā)明的范圍不受限定，其以所附的權(quán)利要求為準。本發(fā)明揭示一側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管，其包含一基板、一 N型導通的半導體層、一 發(fā)光層、一P型導通的半導體層以及一散熱層。上述的基板與N型導通的半導體層之間包含了一緩沖層，其中緩沖層與N型導通 的半導體層之間具有一未摻雜的半導體層，而發(fā)光層位于N型導通的半導體層與P型導通 的半導體層之間。此外未摻雜的半導體層與N型導通的半導體層之間可形成一具有一圖案的金屬 層，其中具有圖案的金屬層其圖案為多個孔洞，并且此具有圖案的金屬層與N型導通的半 導體層歐姆接觸。承上述結(jié)構(gòu)，其中一部分的P型導通的半導體層、發(fā)光層以及N型導通的半導體層 被移除使得部分N型導通的半導體層暴露出來。上述的P型導通的半導體層上具有一 P電 極，而一N電極位于外露的部分N型導通的半導體層上或位于具有圖案的金屬層上。另外 一保護層覆蓋上述的P型導通的半導體層以及N型導通的半導體層，并且露出上述的N電 極與P電極。而上述的散熱層連接上述的具有圖案的金屬層或N型導通的半導體層至封裝 載板上。本發(fā)明另揭示一種側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管的制造方法，其步驟包含提供一基板、 形成一 N型導通的半導體層于基板上、形成一發(fā)光層于N型導通的半導體層上、形成一 P型 導通的半導體層于發(fā)光層上以及最后在封裝過程中形成一散熱層于N型導通的半導體層 上。在上述制造的步驟中，包含了形成一緩沖層于上述的基板與N型導通的半導體層 之間，并且形成一未摻雜的半導體層于緩沖層與N型導通的半導體層之間。此外上述的未 摻雜的半導體與N型導通的半導體層之間可形成一具有圖案的金屬層，其中上述的具有圖 案的金屬層其圖案為多個孔洞，并且上述的具有圖案的金屬層與N型導通的半導體層歐姆 接觸。承上述步驟，其中一部分的P型導通的半導體層、發(fā)光層以及N型導通的半導體層被移除使得部分N型導通的半導體層暴露出來，并且在上述的P型導通的半導體層上形成 一 P電極，同時形成一 N電極于外露的部分N型導通的半導體層上或形成于具有圖案的金 屬層上。另外形成一保護層覆蓋于上述的P型導通的半導體層以及N型導通的半導體層， 并且外露出上述的N電極與P電極。而在封裝過程中，使上述的散熱層形成于上述的具有 圖案的金屬層或N型導通的半導體層上，并且延伸至封裝載板上。上述的基板可為藍寶石基板、碳化硅基板、鋁酸鋰基板、鎵酸鋰基板、硅基板、氮化 鎵基板、氧化鋅基板、氧化鋁鋅基板、砷化鎵基板、磷化鎵基板、銻化鎵基板、磷化銦基板、砷 化銦基板、硒化鋅基板或是金屬基板。上述的散熱層通過散熱膠冷卻后凝固而成，其材料為金屬銀(Silver)與環(huán)氧樹 脂(Epoxy)混合而成。上述的側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管可為III-V族氮化物的發(fā)光二極管或II-VI族氮 化物的發(fā)光二極管，其中發(fā)光層可為單量子阱層(single quantum well)或多重量子阱層 (multiple quantum layers)的結(jié)構(gòu)，并且上述的N型導通的半導體層、發(fā)光層與P型導 通的半導體層通過有機金屬化學氣相沉積(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)形成。上述的緩沖層可為氮化鋁(A1N)、氮化鎵鋁(AlGaN)、或氮化鎵砷/氮化鎵砷 (InGaN/InGaN)。而上述的未摻雜的半導體層為氮化鎵(GaN)，其中上述的緩沖層以及未摻 雜的半導體層通過有機金屬化學氣相沉積(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)形成。在上述的步驟中，其中一部分的P型導通的半導體層、發(fā)光層以及N型導通的半導 體層被移除使得部分N型導通的半導體層暴露出來，利用光學光刻(photo lithography) 與蝕刻的方式完成。上述的P電極可為鎳(Ni)/鉻(Cr)/金(Au)、鉬(Pt)/金(Au)、鉬(Pt)/鎳(Ni)金 (Au)或鎳(Ni)/Au-Zn的材料，而N電極可為鎳(Ni)/鉻(Cr)/金(Au)、鉻(Cr)/鎳(Ni)/ 金(Au)、鈦(Ti)/鎳(Ni)/鉻(Cr)/金(Au)或金(Au)/鎳(Ni)/鈦(Ti)/硅(Si)/鈦(Ti) 的材料，其中P電極與N電極利用蒸鍍(Evoaporation)或濺鍍(Sputter)的方式形成，再 利用光學光刻(photo lithography)與蝕刻的方式完成形狀。上述的具有圖案的金屬層的材料可為鉻(Chromium)或鎢(Tungsten)，其中上述 的具有圖案的金屬層利用蒸鍍(Evoaporation)或濺鍍(Sputter)的方式形成于上述的未 摻雜的半導體層上，再利用光學光刻(Photo lithography)與蝕刻的方式完成圖案化。上述的保護層可為二氧化硅(Si02)、氮化硅(Si3N4)或氮氧化硅(SiON)，其中保 護層利用化學氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)或等離子體輔助化學氣相沉積 (plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)的方式形成。下文將搭配附圖與范例，詳細說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容與各項實施例。請參照圖Ia的結(jié)構(gòu)剖面示意圖與圖Ib的結(jié)構(gòu)俯視示意圖所示，本發(fā)明揭示一側(cè) 邊散熱型發(fā)光二極管01，其包含一基板10、一 N型導通的半導體層11、一發(fā)光層12、一 P型 導通的半導體層13以及一散熱層14。上述的基板10與N型導通的半導體層 11之間包含了一緩沖層15，其中緩沖層15 與N型導通的半導體層11之間另具有一未摻雜的半導體層16。
上述的發(fā)光層12位于N型導通的半導體層11與P型導通的半導體層13之間，前述的發(fā)光層12可為單量子阱層(single quantum well)或多重量子阱層(multiple quantum layers)的gf勾。承上述結(jié)構(gòu)，其中一部分的P型導通的半導體層13、發(fā)光層12以及N型導通的半 導體層11凹陷，使得部分N型導通的半導體層11單獨暴露出來。此外上述的P型導通的 半導體層13上具有一 P電極17，另有一 N電極18位于外露的部分N型導通的半導體層11 上。另外一保護層19覆蓋上述的P型導通的半導體層13以及N型導通的半導體層 11，并且露出上述的N電極18與P電極17。上述的散熱層14連接上述的N型導通的半導體層11至封裝載板上。請參照圖2a至圖2c，本發(fā)明揭示的側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管01的制造方法，其制造 方法包含下列步驟。步驟1A，提供一基板10，并依序形成一緩沖層15與一未摻雜的半導體層16于上 述的基板10上，其中上述的緩沖層15與未摻雜的半導體層16通過有機金屬化學氣相沉積 (metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)形成。步驟1B，依序形成一 N型導通的半導體層11、發(fā)光層12及P型導通的半導體層13 于未摻雜的半導體層16上，其中N型導通的半導體層11形成于未摻雜的半導體層16上， 接著形成一發(fā)光層12于N型導通的半導體層11上，最后形成一 P型導通的半導體層13覆 蓋于發(fā)光層12之上。此外上述的側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管01可為III-V族的發(fā)光二極管或 II-VI族的發(fā)光二極管，其中發(fā)光層12可為單量子阱層(single quantum well)或多重量 子阱層(multiple quantum layers)的結(jié)構(gòu)，其中上述的N型導通的半導體層11、發(fā)光層12 及P型導通的半導體層13通過有機金屬化學氣相沉積(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)或分子束外延成長法(molecular beam epitaxy, MBE)形成。接著利用光學光刻(photo lithography)與蝕刻的方式，使得一部分的P型導通 的半導體層13、發(fā)光層12以及N型導通的半導體層11被移除，并且部分N型導通的半導體 層11暴露出來。本發(fā)明提供一優(yōu)選的實施例通過光學光刻(photo lithography)與蝕刻 的方式完成上述步驟，如步驟1C。首先，涂覆一光致抗蝕劑層7于上述的P型導通的半導體 層13上，并且設置一光掩模層6于前述光致抗蝕劑層7的上方，同時在光掩模層6上方提 供一光源9朝光掩模層6發(fā)射光線。步驟1D，當光致抗蝕劑層7在受到光線的照射后，其光致抗蝕劑層7曝光的部分會 溶解，相反的受到光掩模層6遮蔽而未受到光線照射的部分則存在著。上述的光致抗蝕劑層7為正光致抗蝕劑，即感光后光致抗蝕劑變軟或分解。此外 本發(fā)明提供另一實施例，其中光致抗蝕劑層7為負光致抗蝕劑，即感光后光致抗蝕劑不分 解。因此，其光掩模層6的設置會與步驟ID相對，并且未受到光掩模層6遮蔽而受到光線 照射的部分會存在著。步驟1E，移除光掩模層6與光源9后，接著利用蝕刻的方式使得部分的P型導通的 半導體層13、發(fā)光層12以及N型導通的半導體層11移除，其中蝕刻的方式包含濕式蝕刻 (wet etching)與干式蝕刻(dry etching)兩種技術(shù)。上述的濕式蝕刻(wet etching)將芯片浸沒于化學溶劑中，或是將化學溶淬噴灑于芯片上，經(jīng)由溶液與被蝕刻物的化學反應以移除半導體層。另外，干蝕刻包含等離子體蝕刻(plasma etching)的方式，利用等離子體將蝕刻 氣體解離產(chǎn)生帶電離子、分子、電子以及反應性強的電子團，使得被移除物形成揮發(fā)性產(chǎn) 物。另外還包含濺擊蝕刻(sputter etching)的方式，利用電場將惰性氣體加電壓，以衍生 出加速度的正電子濺擊被蝕刻物。再者，還包含反應性離子蝕刻(reactive ion etching, RIE)的方式，結(jié)合物理性離子轟擊與化學反應的蝕刻，其主要利用化學反應的蝕刻，再加入 離子轟擊的作用將蝕刻材料表面的原子鍵結(jié)破壞，以加速反應速率。同時能破壞再沉積于 被蝕刻物表面的聚合物，以利于蝕刻得以持續(xù)進行。步驟1F，移除光致抗蝕劑層7，形成具有外延平臺(mesa)的裸片。 步驟1G，利用蒸鍍(Evoaporation)或濺鍍(Sputter)的方式形成金屬層，接著再 利用光學光刻(Photo lithography)與蝕刻的方式使得P電極17的形狀形成于P型導通 的半導體層13的上，而N電極18的形狀形成于外露的N型導通的半導體層11的上。步驟1H，利用化學氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)或等離子體輔助 化學氣相沉積(plasma enhanced chemical vapor exposition，PECVD)的方式形成保護層 19覆蓋于前述的P型導通的半導體層13、發(fā)光層12以及N型導通的半導體層11上，并且 露出N電極18與P電極17。步驟II，在封裝的步驟時，將散熱膠涂附于封裝載板上，當裸片放置于涂附了散熱 膠的封裝載板上時，其散熱膠會沿著裸片側(cè)邊延伸至外露的N型導通的半導體層11表面。 而在散熱膠冷卻時，便形成一散熱層14于外露的N型導通的半導體層11表面并延伸至封 裝載板上。請參照圖3a的結(jié)構(gòu)剖面示意圖與圖3b的結(jié)構(gòu)俯視示意圖所示，本發(fā)明揭示一種 側(cè)邊散熱型的發(fā)光二極管02，其包含一基板20、一 N型導通的半導體層21、一發(fā)光層22、一 P型導通的半導體層23、一散熱層24以及一具有圖案的金屬層5。上述的基板20與具有圖案的金屬層5之間包含了一緩沖層25，其中緩沖層25與 具有圖案的金屬層5之間另具有一未摻雜的半導體層26。上述的發(fā)光層22位于N型導通的半導體層21與P型導通的半導體層23之間， 前述的發(fā)光層22可為單量子阱層(single quantum well)或多重量子阱層(multiple quantum layers)的gf勾。承上述結(jié)構(gòu)，其中一部分的P型導通的半導體層23、發(fā)光層22以及N型導通的半 導體層21凹陷，使得部分N型導通的半導體層21與具有圖案的金屬層5外露出來。此外 上述的P型導通的半導體層23上具有一 P電極27，而另有一 N電極28位于外露的部分N 型導通的半導體層21上。另外一保護層29覆蓋上述的P型導通的半導體層23以及N型導通的半導體層 21，并且露出上述的N電極28與P電極27。上述的散熱層24連接上述的N型導通的半導體層21并且延伸至封裝載板上。請參照圖4a至圖4c的制造工藝示意圖，本發(fā)明揭示一種側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管 02的制造方法，其制造方法包含下列步驟。步驟2A，提供一基板20，并依序形成一緩沖層25、一未摻雜的半導體層26與一金 屬層5于上述的基板20上，其中上述的緩沖層25與未摻雜的半導體層26通過有機金屬化學氣相沉積(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)形成，而上述的金屬層 5通過蒸鍍(Evoaporation)或濺鍍(Sputter)的方式形成于未摻雜的半導體層26上。接著利用光學光刻(photo lithography)與蝕刻的方式，使得上述的金屬層5產(chǎn) 生圖案化。本發(fā)明提供一優(yōu)選的實施例通過光學光刻(Photo lithography)與蝕刻的方式 完成上述步驟，如步驟2B，涂覆一光致抗蝕劑層71于上述的金屬層5上，并且設置一光掩模 層61于前述光致抗蝕劑層71的上方，同時在光掩模層61上方提供一光源91朝光掩模層 61發(fā)射光線。步驟2C，當光致抗蝕劑層71在受到光線的照射后，其光致抗蝕劑層71曝光的部分 會溶解，相反的受到光掩模層61遮蔽而未受到光線照射的部分則存在著。上述的光致抗蝕劑層71為正光致抗蝕劑，即感光后光致抗蝕劑變軟或分解。此外 本發(fā)明提供另一實施例，其中光致抗蝕劑層71為負光致抗蝕劑，即感光后光致抗蝕劑不分 解。因此，其光掩模層61的設置會與步驟2C相對，并且未受到光掩模層61遮蔽而受到光 線照射的部分會存在著。步驟2D，移除光掩模層61與光源91，接著利用蝕刻的方式使得部分金屬層5被 移除并且產(chǎn)生孔洞51，其中蝕刻的方式包含濕式蝕刻(wet etching)與干式蝕刻(dry etching)兩禾中技術(shù)。步驟2E，移除光致抗蝕劑層71，形成一具有圖案的金屬層5于未摻雜的半導體層 26之上，其中具有圖案的金屬層5包含多個孔洞51與圖案化金屬52。步驟2F，依序形成一 N型導通的半導體層21、發(fā)光層22及P型導通的半導體層23 于具有圖案的金屬層5上，其中上述的具有圖案的金屬層5與N型導通的半導體層21為歐 姆接觸，并且N型導通的半導體層21延伸至具有圖案的金屬層5的多個孔洞51。上述的側(cè) 邊散熱型發(fā)光二極管02可為III-V族的發(fā)光二極管或II-VI族的發(fā)光二極管，其中發(fā)光層 22 可為單量子講層(single quantum well)或多重量子講層(multiple quantum layers) 的結(jié)構(gòu)，其中上述的N型導通的半導體層21、發(fā)光層22及P型導通的半導體層23通過有機 金屬化學氣相沉禾只(metal organic chemical vapor deposition,MOCVD)或分子束夕卜延成 去(molecular beam epitaxy, MBE)形步驟2G，利用光學光刻(photo lithography)與蝕刻的方式，使得一部分的P型導 通的半導體層23、發(fā)光層22以及N型導通的半導體層21被移除，并且部分N型導通的半導 體層21與具有圖案的金屬層5暴露出來。步驟2H，利用蒸鍍(Evoaporation)或濺鍍(Sputter)的方式形成金屬層，同時利 用光學光刻(Photo lithography)與蝕刻的方式使得P電極27的形狀形成于P型導通的 半導體層23之上，而N電極28的形狀形成于外露的N型導通的半導體層21之上。步驟21，利用化學氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)或等離子體輔助 化學氣相沉積(plasma enhanced chemical vapor exposition，PECVD)的方式形成保護層 29覆蓋于前述的P型導通的半導體層23、發(fā)光層22以及N型導通的半導體層21上，并且 露出前述的N電極28與P電極27。步驟2J，在封裝的步驟時，將散熱膠涂附于封裝載板上，當裸片放置于涂附了散熱 膠的封裝載板上時，其散熱膠會沿著裸片側(cè)邊延伸至外露的N型導通的半導體層21表面。 而在散熱膠冷卻時，便形成一散熱層24于外露的N型導通的半導體層21表面并延伸至封裝載板上。請參照圖5a的結(jié)構(gòu)剖面示意圖與圖5b的結(jié)構(gòu)俯視示意圖所示，本發(fā)明揭示一種 側(cè)邊散熱型的發(fā)光二極管03，其包含一基板30、一 N型導通的半導體層31、一發(fā)光層32、一 P型導通的半導體層33、一散熱層34以及一具有圖案的金屬層8。上述的基板30與具有圖案的金屬層8之間包含了一緩沖層35，其中緩沖層35與 具有圖案的金屬層8之間另具有一未摻雜的半導體層36。上述的發(fā)光層32位于N型導通的半導體層31與P型導通的半導體層33之間， 前述的發(fā)光層32可為單量子阱層(single quantum well)或多重量子阱層(multiple quantum layers)的gf勾。承上述結(jié)構(gòu)，其中一部分的P型導通的半導體層33、發(fā)光層32、以及N型導通的半 導體層31凹陷，使得部分具有圖案的金屬層8外露出來。此外上述的P型導通的半導體層 33上具有一 P電極37，而另有一 N電極38位于外露的具有圖案的金屬層8。另外一保護層39覆蓋上述的P型導通的半導體層33以及N型導通的半導體層 31，并且露出上述的N電極38與P電極37。上述的散熱層34連接上述的具有圖案的金屬層8并且延伸至封裝載板上。在本發(fā)明所揭示的側(cè)邊散熱型的發(fā)光二極管03的結(jié)構(gòu)中，N電極38是設置于具 有圖案的金屬層8上，由于具有圖案的金屬層8為金屬導電材料，因此，此種結(jié)構(gòu)能使得半 導體中的發(fā)光層32其電流散布更加均勻，借此能提升側(cè)邊散熱型的發(fā)光二極管03的發(fā)光 效率。請參照圖6a至圖6c的制造工藝示意圖，本發(fā)明揭示一種側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管 03的制造方法，其制造方法包含下列步驟。步驟3A，提供一基板30，并依序形成一緩沖層35、一未摻雜的半導體層36、與一金 屬層8于上述的基板30上，其中上述的緩沖層35與未摻雜的半導體層36通過有機金屬化 學氣相沉積(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)形成，而上述的金屬層 8通過蒸鍍(Evoaporation)或濺鍍(Sputter)的方式形成于未摻雜的半導體層36上。接著利用光學光刻(photo lithography)與蝕刻的方式，使得上述的金屬層8產(chǎn) 生圖案化。本發(fā)明提供一優(yōu)選的實施例通過光學光刻(Photo lithography)與蝕刻的方式 完成上述步驟，如步驟3B，涂覆一光致抗蝕劑層72于上述的金屬層8上，并且設置一光掩模 層62于前述光致抗蝕劑層72的上方，同時在光掩模層62上方提供一光源92朝光掩模層 62發(fā)射光線。步驟3C，當光致抗蝕劑層72在受到光線的照射后，其光致抗蝕劑層72曝光的部分 會溶解，相反的受到光掩模層62遮蔽而未受到光線照射的部分則存在著。上述的光致抗蝕劑層72為正光致抗蝕劑，即感光后光致抗蝕劑變軟或分解。此外 本發(fā)明提供另一實施例，其中光致抗蝕劑層72為負光致抗蝕劑，即感光后光致抗蝕劑不分 解。因此，其光掩模層62的設置會與步驟3C相對，并且未受到光掩模層62遮蔽而受到光 線照射的部分會存在著。步驟3D，移除光掩模層62與光源92，接著利 用蝕刻的方式使得部分金屬層8被 移除并且產(chǎn)生孔洞81，其中蝕刻的方式包含濕式蝕刻(wet etching)與干式蝕刻(dry etching)兩禾中技術(shù)。
步驟3E，移除光致抗蝕劑層72，形成一具有圖案的金屬層8于未摻雜的半導體層 36之上，其中具有圖案的金屬層8包含多個孔洞81與圖案化金屬82。步驟3F，依序形成一 N型導通的半導體層31、發(fā)光層32及P型導通的半導體層33 于具有圖案的金屬層8上，其中上述的具有圖案的金屬層8與N型導通的半導體層31為歐 姆接觸，并且N型導通的半導體層31延伸至具有圖案的金屬層8的多個孔洞81。上述的側(cè) 邊散熱型發(fā)光二極管03可為III-V族的發(fā)光二極管或II-VI族的發(fā)光二極管，其中發(fā)光層 32 可為單量子講層(single quantum well)或多重量子講層(multiple quantum layers) 的結(jié)構(gòu)，其中上述的N型導通的半導體層31、發(fā)光層32及P型導通的半導體層33通過有機 金屬化學氣相沉禾只(metal organic chemical vapor deposition,MOCVD)或分子束夕卜延成 去(molecular beam epitaxy, MBE)形 步驟3G，利用光學光刻(photo lithography)與蝕刻的方式，使得一部分的P型導 通的半導體層33、發(fā)光層32以及N型導通的半導體層31被移除，并且部分N型導通的半導 體層31與具有圖案的金屬層8暴露出來。步驟3H，利用蒸鍍(Evoaporation)或濺鍍(Sputter)的方式形成金屬層，同時利 用光學光刻(Photo lithography)與蝕刻的方式使得P電極37的形狀形成于P型導通的 半導體層33之上，而N電極38的形狀形成于外露的具有圖案的金屬層8之上。步驟31，利用化學氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)或等離子體輔助 化學氣相沉積(plasma enhanced chemical vapor exposition，PECVD)的方式形成保護層 39覆蓋于前述的P型導通的半導體層33、發(fā)光層32以及N型導通的半導體層31上，并且 露出前述的N電極38與P電極37。步驟3J，在封裝的步驟時，將散熱膠涂附于封裝載板上，當裸片放置于涂附了散熱 膠的封裝載板上時，其散熱膠會沿著裸片側(cè)邊延伸至外露的N型導通的半導體層31表面。 而在散熱膠冷卻時，便形成一散熱層34于外露的具有圖案的金屬層8表面并延伸至封裝載 板上。在材料部分，上述側(cè)面散熱型發(fā)光二極管的基板可為藍寶石基板、碳化硅基板、鋁 酸鋰基板、鎵酸鋰基板、硅基板、氮化鎵基板、氧化鋅基板、氧化鋁鋅基板、砷化鎵基板、磷化 鎵基板、銻化鎵基板、磷化銦基板、砷化銦基板、硒化鋅基板或是金屬基板。上述的側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管可為III-V族氮化物的發(fā)光二極管或II-VI族氮 化物的發(fā)光二極管，其中發(fā)光層可為單量子阱層(single quantum well)或多重量子阱層 (multiple quantum layers)的結(jié)構(gòu)。上述的散熱層通過散熱膠冷卻后凝固而成，其材料為金屬銀(Silver)與環(huán)氧樹 脂(Epoxy)混合而成。上述的緩沖層可為氮化鋁(AlN)、氮化鎵鋁(AlGaN)或氮化鎵砷/氮化鎵砷 (InGaN/InGaN)，而上述的未摻雜的半導體層為氮化鎵(GaN)。上述的P電極與N電極可為導電系數(shù)高的金屬，本發(fā)明所提供的優(yōu)選的材料為金 屬銅(Copper)，此外上述的具有圖案的金屬層的材料為耐高溫且導熱系數(shù)高的金屬，可為 鉻(Chromium)或鶴(Tungsten)。上述的保護層為透明保護層，材料可為二氧化硅(Si02)、氮化硅(Si3N4)或氮氧 化硅(SiON)。
請參照圖7所示，當本發(fā)明所揭示的側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管在發(fā)光時，其發(fā)光層42所產(chǎn)生的熱源會經(jīng)由N型導通的半導體層41與具有圖案的金屬層4傳導將熱源傳導至 散熱層44，此時散熱層44會將熱能帶出發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)并且傳導至封裝載板40上，同時封 裝載板40會配合針腳43將熱源導出發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)之外。本發(fā)明所揭示的側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管，通過上述的具有圖案的金屬層將發(fā)光層 熱源經(jīng)由側(cè)邊傳導，并且配合封裝結(jié)構(gòu)將熱源導出發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)之外。此結(jié)構(gòu)能改 善傳統(tǒng)同面電極的發(fā)光二極管必須由導熱系數(shù)差的外延基板散熱的缺點。本發(fā)明所揭示的發(fā)光二極管，不需增加其制造的成本既能改善發(fā)光二極管排熱不 理想的問題，進而提供高效率發(fā)光二極管能有更佳的發(fā)光效率。顯然地，依照上面實施例中的描述，本發(fā)明可能有許多的修正與差異。因此需要在 其附加的權(quán)利要求項的范圍內(nèi)加以理解，除了上述詳細的描述外，本發(fā)明還可以廣泛地在 其他的實施例中實施。上述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并非用以限定本發(fā)明的權(quán)利要 求；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在所附權(quán)利 要求內(nèi)。
權(quán)利要求
一種側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管，包含一基板；一N型導通的半導體層，位于該基板上；一發(fā)光層，位于該N型導通的半導體層上；一P型導通的半導體層，位于該發(fā)光層上；以及一散熱層，連接該N型導通的半導體層至一封裝載板上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管，其中上述一部分的P型導通的半導體層、 該發(fā)光層、以及該 N型導通的半導體層被移除，使得部分該N型導通的半導體層暴露出來， 并且還包含一緩沖層，位于該基板與該N型導通的半導體層之間； 一未摻雜的半導體層，位于該緩沖層與該N型導通的半導體層之間； 一 P電極，位于該P型導通的半導體層上； 一 N電極，位于該暴露的N型導通的半導體層；以及一保護層，覆蓋該P型導通的半導體層以及該N型導通的半導體層，并且露出該N電極 與該P電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管，還包含一具有一圖案的金屬層，位于該 未摻雜的半導體層上，其中該圖案為多個孔洞。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管，其中上述一部分的P型導通的半導體層、 該發(fā)光層、以及該N型導通的半導體層被移除，使得部分該N型導通的半導體層暴露出來， 并且還包含一緩沖層，位于該基板與該N型導通的半導體層之間； 一未摻雜的半導體層，位于該緩沖層與該N型導通的半導體層之間； 一具有一圖案的金屬層，位于該未摻雜的半導體層上，其中該圖案為多個孔洞； 一 P電極，位于該P型導通的半導體層上；一 N電極，位于該具有該圖案的金屬層上，并且該N型導通的半導體層與該圖案的金屬 層歐姆接觸；以及一保護層，覆蓋該P型導通的半導體層以及該N型導通的半導體層，并且露出該N電極 與該P電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管，其中發(fā)光層可為單量子阱層或多重量子 阱層的結(jié)構(gòu)。
6.一種側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管的制造方法，其步驟包含 提供一基板；形成一 N型導通的半導體層位于該基板上； 形成一發(fā)光層位于該N型導通的半導體層上； 形成一 P型導通的半導體層位于該發(fā)光層上；以及 形成一散熱層，連接該N型導通的半導體層至一封裝載板上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管的制造方法，其中利用光學光刻與蝕刻的 方式，將上述一部分的P型導通的半導體層、該發(fā)光層、以及該N型導通的半導體層移除，使 得部分該N型導通的半導體層暴露出來，并且還包含形成一緩沖層，位于該基板與該N型導通的半導體層之間；形成一未摻雜的半導體層，位于該緩沖層與該N型導通的半導體層之間；形成一 P電極，位于該P型導通的半導體層上；形成一 N電極，位于該暴露的N型導通的半導體層；以及形成一保護層，覆蓋該P型導通的半導體層以及該N型導通的半導體層，并且露出該N 電極與該P電極；其中該P電極與該N電極利用蒸鍍或濺鍍的方式形成，再利用光學光刻與蝕刻的方式 完成形狀，而保護層利用化學氣相沉積或等離子體輔助化學氣相沉積的方式形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管的制造方法，還包含形成一具有一圖案的 金屬層，位于該未摻雜的半導體層上，其中該圖案為多個孔洞，利用蒸鍍或濺鍍的方式形成 于該未摻雜的半導體層上，再利用光學光刻與蝕刻的方式完成圖案化。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管的制造方法，其中利用光學光刻與蝕刻的 方式，將上述一部分的P型導通的半導體層、該發(fā)光層、以及該N型導通的半導體層移除，使 得部分該N型導通的半導體層暴露出來，并且還包含形成一緩沖層，位于該基板與該N型導通的半導體層之間；形成一未摻雜的半導體層，位于該緩沖層與該N型導通的半導體層之間；形成一具有一圖案的金屬層，位于該未摻雜的半導體層上，其中該圖案為多個孔洞；形成一 P電極，位于該P型導通的半導體層上；形成一N電極，位于該具有該圖案的金屬層，并且該N型導通的半導體層與該圖案的金 屬層歐姆接觸；以及形成一保護層，覆蓋該P型導通的半導體層以及該N型導通的半導體層，并且露出該N 電極與該P電極；其中該P電極與該N電極利用蒸鍍或濺鍍的方式形成，再利用光學光刻與蝕刻的方式 完成形狀，而保護層利用化學氣相沉積或等離子體輔助化學氣相沉積的方式形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管的制造方法，其中該N型導通的半導體 層、該發(fā)光層以及該P型導通的半導體層通過有機金屬化學氣相沉積形成。
全文摘要
本發(fā)明揭示一側(cè)邊散熱型發(fā)光二極管及其制造方法，該二極管其包含一基板、一N型導通的半導體層、一發(fā)光層、一P型導通的半導體層以及一散熱層。N型導通的半導體層，位于該基板上；發(fā)光層，位于該N型導通的半導體層上；P型導通的半導體層，位于該發(fā)光層上；以及散熱層，連接該N型導通的半導體層至一封裝載板上。本發(fā)明利用一具有圖案的金屬層與側(cè)邊的一散熱層將熱能傳導出發(fā)光二極管外，借此增加發(fā)光二極管提升熱能消散的速率以及提升發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
文檔編號H01L33/00GK101840970SQ200910119568
公開日2010年9月22日 申請日期2009年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月16日
發(fā)明者葉穎超, 吳芃逸, 林文禹, 涂博閔, 詹世雄, 黃世晟 申請人:先進開發(fā)光電股份有限公司