專利名稱：：發(fā)光組件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種發(fā)光元件，特別是涉及一種具有微凸塊電極的發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
：發(fā)光二極管(LightEmittingDiode;LED)在高功率照明的運(yùn)用上，除了須持續(xù)提升亮度外，散熱問題是另一亟需解決的主要問題。當(dāng)發(fā)光二極管光取出效率不佳時(shí)，無法穿出發(fā)光裝置(發(fā)光二極管及其封裝體)的光線會(huì)轉(zhuǎn)換為熱能。若無法有效將此熱能導(dǎo)出發(fā)光裝置，發(fā)光二極管在操作時(shí)溫度會(huì)上升，因而造成元件可靠性問題。先前技藝為解決元件散熱問題，提出許多方法。例如在以藍(lán)寶石基板成長氮化鎵系列的發(fā)光元件中，利用二次轉(zhuǎn)移方式以激光光照射或以化學(xué)蝕刻方式移除導(dǎo)熱性較差的藍(lán)寶石基板，再結(jié)合一導(dǎo)熱性較佳的硅基板，以改善晶粒本身的散熱效果。另一改善方式為以倒裝芯片接合(flip-chipbonding)取代傳統(tǒng)的導(dǎo)線接合(wirebonding)0圖1揭露一種現(xiàn)有的倒裝芯片接合發(fā)光裝置，包括一發(fā)光二極管10及一基座單元(submoimtimit)20，金球凸塊24形成于第一接合墊22及第二接合墊23上，用以在一接合制程中將發(fā)光二極管10與基座單元20結(jié)合。金球凸塊24以植金球(Goldstudbump)方式，逐一形成在第一接合墊22及第二接合墊23上，再利用熱音波接合(thermosonicbonding)方式，將基座單元20上的金球凸塊24與發(fā)光二極管10的電極15與16的接合面施以超音波(ultrasonicwave)，使接合面快速磨擦產(chǎn)生高熱而熔融接合。一般金球直徑約為50um左右，各金球尺寸必須相近，以避免在接合時(shí)，較低的金球無法接觸到被接合面，而影響產(chǎn)品特性及接合成品率。另外，由于金球由金線以熱音波方式，在金線前端熔融為球體后，黏著在基座上，金球尺寸受限于金線尺寸而無法進(jìn)一步微縮，造成接合后的厚度仍大于20um，因此無法進(jìn)一步降低發(fā)光二極管10與基座21間的熱阻(thermalresistance)，因而限制了發(fā)光二極管10在高功率器件的應(yīng)用。因此，本發(fā)明提出一發(fā)光元件，可用于倒裝芯片直接接合，無須額外植金球于基座上，具有接合面積廣、接合距離短、導(dǎo)熱性高、可靠性佳、及成本低的優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出一發(fā)光元件，適用于以倒裝芯片接合的方式直接接合至一基座上，包括具有多個(gè)微凸塊的電極，且發(fā)光元件通過多個(gè)微凸塊與基座形成一短距離接合，以提高發(fā)光元件的散熱效率。本發(fā)明的另一目的在提供一發(fā)光元件，包括一透明基板、一第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)層形成于該透明基板上、一活性層形成于該第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)層上、一第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)層形成于該活性層上、一接觸層形成于該第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)層上、以及一電極，具有多個(gè)微凸塊，形成于該接觸層上，用以直接接合于一基座上。其中，該多個(gè)微凸塊為一體成形于該電極上。本發(fā)明的另一目的在提供一發(fā)光元件，包括一發(fā)光二極管、一基座及多個(gè)微凸塊。該發(fā)光二極管包括一透明基板及至少一電極，該基座包括至少一接合墊，該等多個(gè)微凸塊則介于電極及接合墊之間，且一體成形于電極或接合墊上。本發(fā)明的另一目的在提供一發(fā)光元件的制造方法，包括提供一發(fā)光二極管包括一透明基板及至少一電極，形成多個(gè)微凸塊于該電極上，其中，該多個(gè)微凸塊為一體成形于該電極上。圖1為一示意圖，顯示依先前技藝所示的一發(fā)光元件；圖2為一示意圖，顯示依本發(fā)明所示的一發(fā)光元件；圖3為一示意圖，顯示依本發(fā)明所示的另一實(shí)施例；圖4為一示意圖，顯示依本發(fā)明所示的又一實(shí)施例；圖5為一示意圖，顯示依本發(fā)明所示的又一實(shí)施例；圖6為一示意圖，顯示依本發(fā)明所示的一電極上視圖；圖7為一示意圖，顯示依本發(fā)明所示的另一電極上視圖；圖8為依本發(fā)明所測(cè)得的電流與發(fā)光量的效能曲線圖。簡(jiǎn)單符號(hào)說明10、30、50、60、70發(fā)光單元；20、40基座單元；11、31:透明基板；21、41基座；12、32、62、72發(fā)光疊層；121、321、621、721第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層；122、322、622、722活性層；123、323、623、723第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層；13、33、63、73第一接觸層；14、34、64、74第二接觸層；15、35、65、75、85、95第一電極;16、36、66、76、86、96第二電極；22,42第一接合墊；23、43:第二接合墊；24金球凸塊；37:電極墊層。具體實(shí)施例方式請(qǐng)參考圖2，依本發(fā)明的一發(fā)光元件包括一發(fā)光二極管30及一基座單元40。發(fā)光二極管30包括一透明基板31，包括至少一種材料選自于Al203、GaN、Glass、GaP、SiC、及CVD鉆石所構(gòu)成的材料群組、一發(fā)光疊層32形成于透明基板31上，發(fā)光疊層32受電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)出光線，該光線的顏色取決于發(fā)光疊層32的材料，例如(AlzGah)a5Ina5P系列的材料可視ζ值發(fā)出紅、黃、或綠色的光線；AlxInyGa(1_x_y)N系列的材料則可視x、y的組成發(fā)出藍(lán)或紫色的光線、一第一接觸層33、一第二接觸層34、一第一電極35、及一第二電極36。發(fā)光疊層32包括一第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層321、一活性層(activelayer)322、及一第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層323，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層321可為η型或ρ型半導(dǎo)體層，第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層323的導(dǎo)電類型與第一導(dǎo)電類型相反，其中部份的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層323及活性層322被蝕刻移除以裸露部份的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層321。第一接觸層33形成于裸露的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層321上，第二接觸層34形成于第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層323上，第一接觸層33及第二接觸層34用以分別與第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層321及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層323形成歐姆接觸(ohmiccontact)，第一接觸層33或第二接觸層34包括一種材料選自于BeAu,ZnAu,SiAu、及GeAu所構(gòu)成的材料群組。第一電極35形成于第一接觸層33之上，第二電極36則形成于第二接觸層34之上。在一實(shí)施例中，發(fā)光二極管30還包括一電極墊層37形成于第二接觸層34與第二電極36之間，以使第二電極36與第一電極35的上表面實(shí)質(zhì)上在同一水平面上。第一電極35或第二電極36包括至少一種材料選自于金、銀、鋁、及銅所構(gòu)成的材料群組，電極墊層37的材料可為相同于第二電極或第二接觸層或其它金屬材料。第一電極35及第二電極36表面具有多個(gè)微凸塊，當(dāng)直接接合于一基座單元40，例如為印刷電路板(printedcircuitboard;PCB)時(shí)，用以提供多個(gè)電流通道，使電流通過多個(gè)微凸塊傳導(dǎo)至基座上。直接接合的方式可利用如熱音波接合(thermosonicbonding)的方式，以直接接合于一基座單元40?；鶈卧?0包括一基座41、以及一第一接合墊42與一第二接合墊43形成于基座41上，用以分別與第一電極35及第二電極36接合；基座41包括一導(dǎo)熱良好的材料，包括至少一種材料選自于硅、SiC、A1N、Cuff,Cu、及CVD鉆石所構(gòu)成的材料群組；第一接合墊42或第二接合墊43包括一金屬或合金材料，例如金、銀、鋁、或錫合金。于一實(shí)施例中，多個(gè)微凸塊可以現(xiàn)有的光刻及蝕刻方式進(jìn)行圖案化并蝕刻一部份深度的電極層以形成多個(gè)微凸塊，多個(gè)微凸塊為一體成形于電極上。微凸塊的厚度為0.320um，形狀則可為多邊形、圓形、或長條形；微凸塊的尺寸例如多邊形的最小邊長、圓形直徑、或長條形的短邊長介于Ium至250um。于本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，極小的微凸塊厚度為0.3um,于接合后，可提供一短接合距離以大幅降低發(fā)光二極管30與基座單元40間的熱阻，并具有可接受的剪變強(qiáng)度(shearstrength)，以維持良好的接合。于另一實(shí)施例中，如圖3所示，電極55及56為多個(gè)彼此分離的微凸塊，可以現(xiàn)有的光刻及蝕刻方式形成，或者可以選擇性地以電鍍或薄膜成長方式形成。請(qǐng)續(xù)參考圖4，依本發(fā)明的又一實(shí)施例，一發(fā)光元件包括一發(fā)光二極管60及一基座單元40。發(fā)光二極管60包括一透明基板31，透明基板31上具有一第一區(qū)域a、一第二區(qū)域b、及一溝槽區(qū)c；一發(fā)光疊層62大致上形成于透明基板31上的第一區(qū)域a及第二區(qū)域b，發(fā)光疊層依序包括一第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層621、一活性層(activelayer)622、及一第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層623，位于第一區(qū)域a及第二區(qū)域b的發(fā)光疊層62以第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層621相連接；一第一接觸層63形成于位于第一區(qū)域a的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層623上、一第二接觸層64形成于位于第二區(qū)域b的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層623上；一第一電極65形成于第一接觸層63之上、及一第二電極66形成于第二接觸層64之上。由于第一電極65下方的發(fā)光疊層62并未移除，故第一電極65與第二電極66可保持在同一水平面上。其中，第一電極65及第二電極66包括多個(gè)微凸塊，當(dāng)直接接合于一基座單元40時(shí)，用以提供多個(gè)電流通道，使電流通過多個(gè)微凸塊傳導(dǎo)至基座上；直接接合的方式可利用如熱音波接合(thermosonicbonding)的方式，以直接接合于一基座單元40；該多個(gè)微凸塊可以現(xiàn)有的光刻及蝕刻方式進(jìn)行圖案化并蝕刻一部份深度的電極層以形成微凸塊，多個(gè)微凸塊為一體成形于電極上。微凸塊的厚度為0.320um，形狀則可為多邊形、圓形、或長條形；微凸塊的尺寸例如多邊形的最小邊長、圓形直徑、或長條形的短邊長介于1250um。于一優(yōu)選實(shí)施例中，極小的微凸塊厚度為0.3um，于接合后，可提供一短接合距離以大幅降低熱阻，并具有可接受的剪變強(qiáng)度(shearstrength)，以維持良好的接合。于另一實(shí)施例中，第一電極65及第二電極66可為多個(gè)彼此分離的微凸塊，可以現(xiàn)有的光刻及蝕刻方式形成，或者可以選擇性地以電鍍或薄膜成長方式形成。請(qǐng)續(xù)參考圖5，依本發(fā)明的又一實(shí)施例，一發(fā)光二極管70包括一透明基板31，透明基板31上具有一第一區(qū)域a、一第二區(qū)域b、及一溝槽區(qū)c；一發(fā)光疊層72大致上形成于透明基板31上的第一區(qū)域a及第二區(qū)域b，發(fā)光疊層72依序包括一第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層721、一活性層(activelayer)722、及一第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層723；其中，第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層723表面具有凹凸形狀，且位于第一區(qū)域a及第二區(qū)域b的發(fā)光疊層72以第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層721相連接；一第一接觸層73及一第二接觸層74順應(yīng)第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層723的表面形狀，分別地形成于第一區(qū)域a及第二區(qū)域b的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層723上；以及一第一電極75及一第二電極76順應(yīng)第一接觸層73及第二接觸層74的表面形狀，分別地形成于第一接觸層73及第二接觸層74上，使第一電極75及第二電極76表面形成多個(gè)微凸塊，當(dāng)直接接合于一基座單元40時(shí)，用以提供多個(gè)電流通道，將電流通過多個(gè)微凸塊傳導(dǎo)至基座上。直接接合的方式可利用如熱音波接合(thermosonicbonding)的方式，以直接接合于一基座單元40。于一實(shí)施例中，第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層723的凹凸形狀，以現(xiàn)有的光刻蝕刻方式形成；第一電極75及第二電極76的形成，先依序沉積一順應(yīng)于第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層的接觸層的電極層于第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上，再以現(xiàn)有的方式，例如光刻蝕刻方式或剝離(lift-off)法將位于溝槽區(qū)的接觸層及電極層移除。其中，第一電極75及第二電極76的微凸塊厚度介于0.320um，微凸塊的形狀可為多邊形、圓形、或長條形，其尺寸例如多邊形的最小邊長、圓形直徑、或長條形的短邊長為介于lum250um。于一優(yōu)選實(shí)施例中，極小的微凸塊厚度為0.3um，于接合后，可提供一短接合距離以大幅降低熱阻，并具有可接受的剪變強(qiáng)度(shearstrength)以維持良好的接合。于另一實(shí)施例，第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層為平整表面，而接觸層具有凹凸表面，后續(xù)的電極層順應(yīng)接觸層的表面形狀覆蓋于接觸層上，使電極表面具有微凸塊的形狀。本發(fā)明的另一實(shí)施例亦可運(yùn)用前述圖2及圖3所揭露的發(fā)明原理，將多個(gè)微凸塊形成于基座單元40的第一接合墊42及第二接合墊43上，仍可逹到相同的接合效果。圖6及圖7為本案依本發(fā)明所揭露的電極實(shí)施例。如圖6及圖7所示，第一電極(85及95)或第二電極(86及96)上的多個(gè)微凸塊為圓形或長條形，且為一陣列排列。為獲取較佳的接合效果，可調(diào)整微凸塊的尺寸及其排列方式或增加接合面積(即微凸塊表面積總和)，但隨著接合面積增加，電極平整度的要求隨的提高，以避免因微凸塊厚度不均或晶粒應(yīng)力造成彎曲現(xiàn)象等因素，造成部份凹陷區(qū)域接合不良。接合面積占電極圍繞的區(qū)域面積比值為介于5%至50%。圖8為傳統(tǒng)金球接合與本發(fā)明的直接接合的效能曲線比較。于本發(fā)明的實(shí)施例中，電極的微凸塊為直徑10um的圓形，呈一陣列排列，并占總電極面積約為5%(約相同于金球接觸面積)。由圖中曲線可知，發(fā)光量(flux)大致與通過電流呈正比，但隨電流增加，發(fā)光量會(huì)逐漸呈現(xiàn)飽和。應(yīng)用傳統(tǒng)金球接合結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件，其飽和電流約為0.7安培(A)，最大發(fā)光量約為50流明(lm)，而依本發(fā)明直接接合結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件所測(cè)得的飽和電流約為1.2安培(A)，最大發(fā)光量約為75流明(lm)，提高約50%。下表則為所測(cè)得的熱阻值比較，由下表可知，依本發(fā)明發(fā)光元件與基座單元間的熱阻遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)發(fā)光元件基座單元間的熱阻。綜上所述，本發(fā)明具有達(dá)致低熱阻及高亮度的進(jìn)步功效。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>本發(fā)明所列舉的各實(shí)施例僅為用以說明本發(fā)明，并非用以限制本發(fā)明的范圍。任何人對(duì)本發(fā)明所作的任何修飾或變更皆不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求。權(quán)利要求一種發(fā)光元件，包括透明基板；第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)層，形成于該透明基板上；活性層，形成于該第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)層上；第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)層，形成于該活性層上；接觸層，形成于該第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)層上，并與該第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)層形成歐姆接觸；以及單層電極，具有多個(gè)微凸塊，形成于該接觸層上，用以于該發(fā)光元件經(jīng)由該多個(gè)微凸塊接合于基座上時(shí)，該多個(gè)微凸塊提供多個(gè)電流通道，其中該多個(gè)微凸塊與該單層電極為一體成形于該接觸層上。2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中該多個(gè)微凸塊的厚度介于0.320微米。3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中該多個(gè)微凸塊的形狀包括圓形、長條形、多邊形、或其組合。4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件還包括基座，且該單層電極的該多個(gè)微凸塊以熱音波接合方式接合于該基座上。5.一種發(fā)光元件，包括發(fā)光二極管，包括至少一單層電極；基座，包括至少一接合墊；以及多個(gè)微凸塊，介于該單層電極及該接合墊之間，用以于該發(fā)光二極管經(jīng)由該多個(gè)微凸塊接合于該基座上時(shí)，該多個(gè)微凸塊提供多個(gè)電流通道，其中該多個(gè)微凸塊與該單層電極為一體成形于該發(fā)光二極管上。6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光元件，其中該多個(gè)微凸塊的厚度介于0.320微米。7.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光元件，其中該多個(gè)微凸塊的形狀包括圓形、長條形、多邊形、或其組合。8.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光元件，其中該多個(gè)微凸塊的材料包括至少一種材料選自于金、銀、鋁、及銅所構(gòu)成的材料群組。9.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光元件，其中該發(fā)光二極管還包括透明基板；第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)層，形成于該透明基板上；活性層，形成于該第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)層上，用以在偏壓下發(fā)出光線；第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)層，形成于該活性層上；以及接觸層，形成于該第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)層上，并與該第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)層形成歐姆接觸，其中，該單層電極形成于該接觸層上。10.一種發(fā)光元件的制造方法，包括以下步驟提供發(fā)光二極管包括透明基板及至少一單層電極；提供基座包括至少一接合墊；以及形成多個(gè)微凸塊于該發(fā)光二極管或該基座上，其中該多個(gè)微凸塊與該單層電極或該接合墊為一體成形于該發(fā)光二極管或該基座上。11.如權(quán)利要求10所述的制造方法，還包括倒裝芯片接合該發(fā)光二極管至該基座。12.如權(quán)利要求11所述的制造方法，其中該倒裝芯片接合方式包括熱音波接合。13.如權(quán)利要求10所述的制造方法，其中該多個(gè)微凸塊的厚度介于0.320微米。14.如權(quán)利要求10所述的制造方法，其中該多個(gè)微凸塊包括圓形、長條形、多邊形、或其組合。15.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光元件，其中該多個(gè)微凸塊的材料包括至少一種材料選自于金、銀、鋁、及銅所構(gòu)成的材料群組。全文摘要本發(fā)明揭露一種適用于倒裝芯片接合的發(fā)光元件及其制造方法，該發(fā)光元件包括具有多個(gè)微凸塊的電極，用以直接接合于一基座上。該發(fā)光元件可與該基座形成一短距離接合，以提高發(fā)光元件的散熱效率。文檔編號(hào)H01L33/38GK101834254SQ20101016393公開日2010年9月15日申請(qǐng)日期2006年9月22日優(yōu)先權(quán)日2006年9月22日發(fā)明者林錦源,范軒誠,許政義,謝育仁,黃崇桂申請(qǐng)人:晶元光電股份有限公司