專利名稱：高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是有關(guān)于一種發(fā)光二極體，特別是有關(guān)于提供高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
按，照明設(shè)備發(fā)展以來，由于傳統(tǒng)照明設(shè)備功率較高的因素，致使其產(chǎn)生電力消耗較多的缺點(diǎn)，為此，各國(guó)產(chǎn)、學(xué)、研界專家學(xué)者紛紛投入照明設(shè)備的發(fā)光元件的研究，發(fā)光二極體(LightEmitting Diode；LED)即在此需求下因應(yīng)而生。
請(qǐng)參閱圖1，其為習(xí)知的使用藍(lán)寶石基板所成長(zhǎng)氮化鎵系列的發(fā)光二極體的示意圖，如圖所示，其是依序?qū)⒁坏壘彌_層2’，一N型氮化鎵歐姆接觸層3’，一氮化銦鎵的發(fā)光層4’，一P型氮化鋁鎵披覆層5’、一P型氮化鎵歐姆接觸層6′及一P型透光金屬導(dǎo)電層7’磊晶成長(zhǎng)于一藍(lán)寶石基板1’上，最后，設(shè)置一陽(yáng)極電極8’于該P(yáng)型透光金屬導(dǎo)電層7’上方以及設(shè)置一陰極電極9’于該N型氮化鎵歐姆接觸層3’之上，并分別于該陽(yáng)極電極8’與該陰極電極9’接設(shè)導(dǎo)線10’，11’以導(dǎo)通一導(dǎo)電支架12’的兩電極。
上述的習(xí)知發(fā)光二極體結(jié)構(gòu)中，當(dāng)該氮化銦鎵的發(fā)光層4’發(fā)出光線時(shí)，該陽(yáng)極電極8’是會(huì)遮蔽該發(fā)光層4射出的光線，而使發(fā)光二極體產(chǎn)生發(fā)光面積縮小與明暗不均等問題，為解決前述問題，一種覆晶式發(fā)光二極體是被提出，并請(qǐng)參閱圖2，其為習(xí)知的覆晶式發(fā)光二極體的示意圖，如圖所示，此結(jié)構(gòu)是將發(fā)光二極體晶片反轉(zhuǎn)接合于一基座15’，使發(fā)光二極體晶片的陽(yáng)極電極8’與陰極電極9’直接貼附于該基座15’的一第一導(dǎo)電區(qū)13’與一第二導(dǎo)電區(qū)14’，以當(dāng)該發(fā)光層4’發(fā)出光線時(shí)，不經(jīng)由該陽(yáng)極電極8’，而穿透該基板1’(如藍(lán)寶石)直接通導(dǎo)至外界，藉此，以增加發(fā)光面積。
雖然上述圖2所示的覆晶式發(fā)光二極體可解決該陽(yáng)極電極8’遮蔽該發(fā)光層4發(fā)出的光線的問題，然，由于此覆晶式發(fā)光二極體的部份光線是朝向該第一導(dǎo)電區(qū)13、該第二導(dǎo)電區(qū)14’及該基座15’，而無法通導(dǎo)至外界，故，此覆晶式發(fā)光二極體結(jié)構(gòu)是無法有效發(fā)揮發(fā)光效果。
有鑒于此，如何提出一種高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體，以提升覆晶式發(fā)光二極體的發(fā)光效率，長(zhǎng)久以來一直是使用者殷切盼望及本創(chuàng)作人努力之所在，而本創(chuàng)作人基于多年從事于覆晶式發(fā)光二極體的相關(guān)研究，窮其個(gè)人的專業(yè)知識(shí)，終于研究出一種高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體改良，可解決上述的問題。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的主要目的，在于提供一種發(fā)光二極體，其是提供高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體結(jié)構(gòu)，藉此反射發(fā)光層發(fā)出的光線，以避免光線被遮蔽的情形產(chǎn)生。
本實(shí)用新型的次要目的，在于提供一種發(fā)光二極體，其是利用覆晶技術(shù)將發(fā)光二極體晶片反轉(zhuǎn)設(shè)置于導(dǎo)熱基板上，藉此，以縮短發(fā)光二極體的導(dǎo)熱距離，增加元件使用壽命，且進(jìn)一步縮小封裝體積。
為達(dá)上述的目的及優(yōu)點(diǎn)，本實(shí)用新型的一種高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體，其是藉由設(shè)置一透明導(dǎo)電層、一氧化層、一金屬反射層、一導(dǎo)電層以及一擴(kuò)散保護(hù)層于一P型半導(dǎo)體層上方，藉此以反射一發(fā)光層發(fā)出的光線，提升覆晶式發(fā)光二極體的發(fā)光效率，此外，本實(shí)用新型亦可利用覆晶技術(shù)將發(fā)光二極體晶片反轉(zhuǎn)設(shè)置于高導(dǎo)熱基板上，藉此，提升發(fā)光二極體的散熱能力，進(jìn)一步延伸此發(fā)光二極體的使用周期。
本實(shí)用新型的有益效果是可以避免發(fā)光二極體光線被遮蔽，并有效提升其發(fā)光率，讓使用者利用本實(shí)用新型的發(fā)光二極體產(chǎn)品時(shí)，可獲得較高的發(fā)光率。同時(shí)還可以縮短發(fā)光二極體的導(dǎo)熱距離，增加元件使用壽命，且進(jìn)一步縮小封裝體積。


圖1其為習(xí)知的使用藍(lán)寶石基板所成長(zhǎng)氮化鎵系列的發(fā)光二極體的示意圖；圖2其為習(xí)知的覆晶式發(fā)光二極體的示意圖；圖3其為本實(shí)用新型的高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體晶片的示意圖；圖4其為本實(shí)用新型的高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體的示意圖。
圖號(hào)說明1’藍(lán)寶石基板 2’氮化鎵緩沖層3’N型氮化鎵歐姆緩沖層 4’氮化銦鎵的發(fā)光層5’P型氮化鋁鎵披覆層 6’P型氮化鎵歐姆接觸層7’P型透光金屬導(dǎo)電層 8’陽(yáng)極電極9’陰極電極10’、11’導(dǎo)線12’導(dǎo)電支架 13’第一導(dǎo)電區(qū)14’第二導(dǎo)電區(qū) 15’基座10透明基板 12N型半導(dǎo)體層14發(fā)光層 16P型半導(dǎo)體層18透明導(dǎo)電層 20氧化層22金屬反射層 24導(dǎo)電層26擴(kuò)散保護(hù)層 28第一金屬接合層30第一電極 32第二金屬接合層34導(dǎo)熱基板具體實(shí)施方式
為使審查員對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)特征及所達(dá)成的功效有更進(jìn)一步的了解與認(rèn)識(shí)，謹(jǐn)佐以較佳的實(shí)施例及配合詳細(xì)的說明，說明如后基于習(xí)知的覆晶式發(fā)光二極體的發(fā)光效率不彰的缺失，故，本實(shí)用新型提供一種高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體，以解決上述問題。
請(qǐng)參閱圖3，其為本實(shí)用新型的高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體晶片的示意圖，如圖所示，本實(shí)用新型的發(fā)光二極體晶片結(jié)構(gòu)是包含一透明基板10、一半導(dǎo)體層、一透明導(dǎo)電層18、一氧化層20、一金屬反射層22、一導(dǎo)電層24、一擴(kuò)散保護(hù)層26以及一第一電極30，其中，該透明基板10是可選自藍(lán)寶石(Sapphire)、碳化硅(SiC)、氧化鋅(ZnO)、磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)的其中之一種，或者具有高透光特性的基板材料。
再者，于該透明基板10上方設(shè)置該半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層包含一N型半導(dǎo)體層12、一發(fā)光層14以及一P型半導(dǎo)體層16，其中，該發(fā)光層14是介于該N型半導(dǎo)體層12與該P(yáng)型半導(dǎo)體層16之間，而該N型半導(dǎo)體層12是為一N-GaN層，該P(yáng)型半導(dǎo)體層16是為一P-GaN層。
上述的該發(fā)光層14的材料是可選自InGaN/GaN多重量子井結(jié)構(gòu)、三-五族元素為主的一半導(dǎo)體量子井(quantum well)結(jié)構(gòu)的其中之一種，且該半導(dǎo)體量子井結(jié)構(gòu)是包含AlaInbGa1-a-bN/AlxInyGa1-x-yN，其中，a，b 0；0 a+b＜1；x，y 0；0x+y＜1；x＞c＞a。
于該P(yáng)型半導(dǎo)體層16上方設(shè)置該透明導(dǎo)電層18，其是與該P(yáng)型半導(dǎo)體層16產(chǎn)生歐姆接觸，以減少接觸電阻，其中，該透明導(dǎo)電層18材料是可選自氧化銦、氧化錫、氧化銦鉬、氧化銦鈰、氧化鋅、氧化銦鋅、氧化鎂鋅、氧化錫鎘、氧化銦錫、氧化鎳、鉑(Pt)、Ni/Au、TiN、TaN、CuAlO2、LaCuOS、CuGaO2、SrCu2O2或氧化鎳(NiOx)、氧化銥(IrO)、氧化銠(RhO)、氧化釕(RuO)與金(Au)組合的其中之一種。
又，設(shè)置該氧化層20于該透明導(dǎo)電層18上方，以及設(shè)置該金屬反射層22于該氧化層20上方后，在該氧化層20的一適當(dāng)位置處設(shè)置該導(dǎo)電層24，以使該透明導(dǎo)電層18與該金屬反射層22產(chǎn)生電性連接，其中，該金屬反射層22的材料是可為金(Au)、鋁(Al)、銀(Ag)、銠(Rh)的其中之一種，該氧化層材料是可選自二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、SiON(氮化氧硅)、氧化鋁(Al2O3)、ZnO、AlN與BeN的其中之一種。
在此實(shí)施例中，該金屬反射層22的材料是以銀或鋁為例，因銀或鋁的可見光波段，反射率大于90％，故，使本實(shí)用新型的發(fā)光二極體具有較高反射率的特性，然，由于該金屬反射層22的材料皆具有高擴(kuò)散系數(shù)，易與其他金屬反應(yīng)，因此，本實(shí)用新型是設(shè)置該氧化層20以作為該透明導(dǎo)電層18及該金屬反射層22之間的阻隔層，藉此，使本實(shí)用新型的發(fā)光二極體可承受更高的制程溫度而不影響該金屬反射層22的反射率，此外，亦因該氧化層的阻隔，以改善該金屬反射層22的離子遷移(ionmigration)現(xiàn)象，再者，當(dāng)該發(fā)光層14射出光線時(shí)，亦可經(jīng)由該金屬反射層22的設(shè)置，反射光線以由該透明基板10取出，藉此，改善習(xí)知陽(yáng)性電極遮蔽該發(fā)光層14射出的光線，而造成覆晶式發(fā)光二極體發(fā)光效率不彰的問題。
而后，于該金屬反射層22上方設(shè)置該擴(kuò)散保護(hù)層26，其是與該氧化層20提供相同的作用，以保護(hù)該金屬反射層22不與其他金屬產(chǎn)生反應(yīng)，其中，該擴(kuò)散保護(hù)層26材料是可選自Ti/Ni、Cr/Ni、TiN、TiW、鎢(W)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鈀(Pd)、鉑(Pt)或上述元素組合的其中之一種。
最后，于該發(fā)光層14與該N型半導(dǎo)體層12、該P(yáng)型半導(dǎo)體層16與該發(fā)光層14隔離的區(qū)域上設(shè)置該第一電極30，以做為發(fā)光二極體的陰極電極，其中，該第一電極30是可與該N型半導(dǎo)體層12產(chǎn)生良好的歐姆接觸，進(jìn)而有較低的接觸電阻，且該第一電極30材料是可選自Ti/Al、Ti/Al/Ti/Au、Ti/Al/Pt/Au、Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Pd/Au、Ti/Al/Cr/Au、Ti/Al/Co/Au、Cr/Al/Cr/Au、Cr/Al/Pt/Au、Cr/Al/Pd/Au、Cr/Al/Ti/Au、Cr/Al/Co/Au、Cr/Al/Ni/Au、Pd/Al/Ti/Au、Pd/Al/Pt/Au、Pd/Al/Ni/Au、Pd/Al/Pd/Au、Pd/Al/Cr/Au、Pd/Al/Co/Au、Nd/Al/Pt/Au、Nd/Al/Ti/Au、Nd/Al/Ni/Au、Nd/Al/Cr/Au、Nd/Al/Co/Au、Hf/Al/Ti/Au、Hf/Al/Pt/Au、Hf/Al/Ni/Au、Hf/Al/Pd/Au、Hf/Al/Cr/Au、Hf/Al/Co/Au、Zr/Al/Ti/Au、Zr/Al/Pt/Au、Zr/Al/Ni/Au、Zr/Al/Pd/Au、Zr/Al/Cr/Au、Zr/Al/Co/Au、TiNx/Ti/Au、TiNx/Pt/Au、TiNx/Ni/Au、TiNx/Pd/Au、TiNx/Cr/Au、TiNx/Co/Au、TiWNx/Ti/Au、TiWNx/Pt/Au、TiWNx/Ni/Au、TiWNx/Pd/Au、TiWNx/Cr/Au、TiWNx/Co/Au、NiAl/Pt/Au、NiAl/Cr/Au、NiAl/Ni/Au、NiAl/Ti/Au、Ti/NiAl/Pt/Au、Ti/NiAl/Ti/Au、Ti/NiAl/Ni/Au、Ti/NiAl/Cr/Au的其中之一種。
此外，請(qǐng)一并參閱圖4，其為本實(shí)用新型的高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體的示意圖，如圖所示，本實(shí)用新型是于該擴(kuò)散保護(hù)層26上方設(shè)置一第一金屬接合層28以及該第一電極30上方設(shè)置一第二金屬接合層32后，利用覆晶技術(shù)反轉(zhuǎn)本實(shí)用新型的發(fā)光二極體晶片，以使該第一金屬接合層28與該第二金屬接合層32接合一導(dǎo)熱基板32上方，其中，該第一金屬接合層28與該第二金屬接合層32材料是可選自金、銦(In)、錫(Sn)的其中之一種，該導(dǎo)熱基板3是可選用導(dǎo)電材料，如金、銀或鋁等，藉此，以形成本實(shí)用新型的高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體，另由于本實(shí)用新型的發(fā)光二極體晶片是接合于該導(dǎo)熱基板32，因此可有效提升發(fā)光二極體的散熱率與導(dǎo)電率。
再者，本實(shí)用新型是不同于習(xí)知的覆晶式結(jié)構(gòu)需另磊晶一第二電極，本實(shí)用新型的該透明導(dǎo)電層18、該氧化層20、該金屬反射層22與該擴(kuò)散保護(hù)層26是可作為第二電極，即陽(yáng)極電極，藉此，經(jīng)由該導(dǎo)熱基板32通導(dǎo)陰性電極及陽(yáng)性電極，以使發(fā)光二極體發(fā)出光線。
綜上所述，本實(shí)用新型是有關(guān)于一種高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體，其是于該透明導(dǎo)電層、該氧化層、該金屬反射層、該導(dǎo)電層以及該擴(kuò)散保護(hù)層的配合，以反射該發(fā)光層發(fā)出的光線，藉此，避免發(fā)光二極體光線被遮蔽，并有效提升其發(fā)光率。
此外，本實(shí)用新型的覆晶式發(fā)光二極體晶片是可應(yīng)用于燈泡型(Lamp)、印刷電路板型(PCB)、正面發(fā)光型、側(cè)面發(fā)光型或表面粘著型(SMD)等的封裝，藉此，以讓使用者利用本實(shí)用新型的發(fā)光二極體產(chǎn)品時(shí)，可獲得較高的發(fā)光率。
以上所述，僅為本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施例而已，并非用來限定本專利實(shí)施的范圍，舉凡依本實(shí)用新型權(quán)利要求范圍所述的形狀、構(gòu)造、特征及精神所為的均等變化與修飾，均應(yīng)包括于本實(shí)用新型的權(quán)利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體，其特征是其主要結(jié)構(gòu)包含一透明基板；一半導(dǎo)體層，其是設(shè)于該透明基板上方，且包含一N型半導(dǎo)體層、一發(fā)光層及一P型半導(dǎo)體層，其中，該發(fā)光層介于該N型半導(dǎo)體層與該P(yáng)型半導(dǎo)體層之間；一透明導(dǎo)電層，其是設(shè)于該P(yáng)型半導(dǎo)體層上方且電性連接該P(yáng)型半導(dǎo)體層；一氧化層，其是設(shè)于該透明導(dǎo)電層上方；一金屬反射層，其是設(shè)于該氧化層上方；一導(dǎo)電層，其是設(shè)于該氧化層的一適當(dāng)位置處，以電性連接該透明導(dǎo)電層與該金屬反射層；一擴(kuò)散保護(hù)層，其是設(shè)于該金屬反射層上方且電性連接該金屬反射層；一第一電極，其是設(shè)于該半導(dǎo)體層的該N型半導(dǎo)體層上方且電性連接該N型半導(dǎo)體層；一導(dǎo)熱基板，該導(dǎo)熱基板的表面具有第一及第二金屬接和層；其中該發(fā)光二極體的第一電極與該擴(kuò)散保護(hù)層是朝向該導(dǎo)熱基板，分別與第一與第二金屬接和層電性連接。
2.如權(quán)利要求1所述的高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體，其特征是該導(dǎo)熱基板是可選自金(Au)、銀(Ag)、鋁(Al)、銅(Cu)、石墨或其合金或復(fù)合物。
3.如權(quán)利要求1所述的高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體，其特征是該透明導(dǎo)電層、該氧化層、該金屬反射層與該擴(kuò)散保護(hù)層是可作為一第二電極。
4.如權(quán)利要求1所述的高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體，其特征是該透明基板是可選自藍(lán)寶石(Sapphire)、碳化硅(SiC)、氧化鋅(ZnO)、磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)的其中之一種。
5.如權(quán)利要求1所述的高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體，其特征是該N型半導(dǎo)體層可為N-GaN層。
6.如權(quán)利要求1所述的高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體，其特征是該發(fā)光層可選自InGaN/GaN多重量子井結(jié)構(gòu)、三-五族元素為主的一半導(dǎo)體量子井(quantum well)結(jié)構(gòu)的其中之一種。
7.如權(quán)利要求1所述的高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體，其特征是該P(yáng)型半導(dǎo)體層是可為P-GaN層。
8.如權(quán)利要求1所述的高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體，其特征是該第一電極是可選自Ti/Al、Ti/Al/Ti/Au、Ti/Al/Pt/Au、Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Pd/Au、Ti/Al/Cr/Au、Ti/Al/Co/Au、Cr/Al/Cr/Au、Cr/Al/Pt/Au、Cr/Al/Pd/Au、Cr/Al/Ti/Au、Cr/Al/Co/Au、Cr/Al/Ni/Au、Pd/Al/Ti/Au、Pd/Al/Pt/Au、Pd/Al/Ni/Au、Pd/Al/Pd/Au、Pd/Al/Cr/Au、Pd/Al/Co/Au、Nd/Al/Pt/Au、Nd/Al/Ti/Au、Nd/Al/Ni/Au、Nd/Al/Cr/Au、Nd/Al/Co/Au、Hf/Al/Ti/Au、Hf/Al/Pt/Au、Hf/Al/Ni/Au、Hf/Al/Pd/Au、Hf/Al/Cr/Au、Hf/Al/Co/Au、Zr/Al/Ti/Au、Zr/Al/Pt/Au、Zr/Al/Ni/Au、Zr/Al/Pd/Au、Zr/Al/Cr/Au、Zr/Al/Co/Au、TiNx/Ti/Au、TiNx/Pt/Au、TiNx/Ni/Au、TiNx/Pd/Au、TiNx/Cr/Au、TiNx/Co/Au、TiWNx/Ti/Au、TiWNx/Pt/Au、TiWNx/Ni/Au、TiWNx/Pd/Au、TiWNx/Cr/Au、TiWNx/Co/Au、NiAl/Pt/Au、NiAl/Cr/Au、NiAl/Ni/Au、NiAl/Ti/Au、Ti/NiAl/Pt/Au、Ti/NiAl/Ti/Au、Ti/NiAl/Ni/Au、Ti/NiAl/Cr/Au的其中之一種。
9.如權(quán)利要求1所述的高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體，其特征是該透明導(dǎo)電層是可選自氧化銦、氧化錫、氧化銦鉬、氧化銦鈰、氧化鋅、氧化銦鋅、氧化鎂鋅、氧化錫鎘、氧化銦錫、氧化鎳、Ni/Au、TiN、TaN、CuAlO2、LaCuOS、CuGaO2、SrCu2O2、鉑(Pt)或氧化鎳(NiOx)、氧化銥(IrO)、氧化銠(RhO)、氧化釕(RuO)與金(Au)組合的其中之一種。
10.如權(quán)利要求1所述的高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體，其特征是該氧化層是可選自二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiNx)、氮化氧硅(SiON)、氧化鋁(Al2O3)、ZnO、AlN與BeN的其中之一種。
11.如權(quán)利要求1所述的高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體，其特征是該金屬反射層是可選自金(Au)、鋁(Al)、銀(Ag)、銠(Rh)的其中之一種。
12.如權(quán)利要求1所述的高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體，其特征是該擴(kuò)散保護(hù)層是可選自Ti/Ni、Cr/Ni、TiN、TiW、鎢(W)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鈀(Pd)、鉑(Pt)或上述元素組合的其中之一種。
13.如權(quán)利要求1所述的高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體，其特征是該第一金屬接合層是可選自金、銦(In)、錫(Sn)的其中之一種。
14.如權(quán)利要求1所述的高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體，其特征是該第二金屬接合層是可選自金、銦、錫的其中之一種。
專利摘要本創(chuàng)作是有關(guān)于一種高發(fā)光率的覆晶式發(fā)光二極體，本創(chuàng)作主要是于P型半導(dǎo)體層上方設(shè)置一透明導(dǎo)電層、一氧化層、一金屬反射層、一導(dǎo)電層以及一擴(kuò)散保護(hù)層，藉此，反射一發(fā)光層向該P(yáng)型半導(dǎo)體層發(fā)出的光射，使反射的光線可穿透透明基板而向外發(fā)出，以解決覆晶式發(fā)光二極體光線被遮蔽的問題，并可有效提升其發(fā)光效率，此外，本創(chuàng)作是利用覆晶技術(shù)將發(fā)光二極體晶片反轉(zhuǎn)設(shè)置于一導(dǎo)熱基板上，因此，可提升發(fā)光二極體的散熱率。
文檔編號(hào)H01L23/34GK2896529SQ200520144440
公開日2007年5月2日 申請(qǐng)日期2005年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月16日
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