专利名称：覆晶式发光二极管及其制法与应用的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种覆晶式发光二极管及其制造方法与使用其的芯片板上封装结构，尤指一种结构中可以达到缓冲热膨胀系数差异(coefficient thermal expansionmismatch)的覆晶式发光二极管及其制造方法与使用其的芯片板上封装结构。
背景技术：
自60年代起，发光二极管(Light Emitting Diode, LED)的耗电量低及长效性的发光等优势，已逐渐取代日常生活中用来照明或各种电器设备的指示灯或光源等用途。更有甚者，发光二极管朝向多色彩及高亮度的发展，已应用在大型户外显示广告牌或交通号志。
近年来，由于电子产业的蓬勃发展，电子产品需求渐增，因此电子产品进入多功能及高效能发展等方向，也开始将发光二极管芯片应用于各种电子产品。其中尤其是可携式电子产品种类日渐众多，电子产品的体积与重量越来越小，所需的电路载板体积亦随之变小，因此，电路载板的散热效果成为值得重视的问题之一。以现今经常使用的发光二极管芯片而言，由于发光亮度够高，因此可广泛应用于显示器背光源、小型投影机以及照明等各种电子装置中。然而，目前LED的输入功率中，将近80%的能量会转换成热能，倘若承载LED元件的载板无法有效地散热时，便会使得发光二极管芯片界面温度升高，除了影响发光强度之外，亦可能因热度在发光二极管芯片中累积而造成各层材料受热膨胀，促使结构中受到损伤而对产品寿命产生不良影响。据此，若能进一步改善发光二极管的散热效率以及缓和或去除发光二极管受热膨胀的不良影响，将更可促使整体电子产业的发展。
发明内容
本发明的主要目的是在提供一种覆晶式发光二极管，其具有缓冲热膨胀系数差异(coefficient thermal expansion mismatch)的结构设计，可在发光二极管运作产生热量的过程中持续使热量散失。即使有部分热量没有自发光二极管中散失而促使整体结构产生热膨胀，其中设置的类金刚石/导电材料多层复合结构亦可缓冲对应的热应力，而保护不受损伤。为达成上方所述目的，本发明的一态样提供一种覆晶式发光二极管，包括:一基板；一半导体外延多层复合结构，其位于该基板上方且包含一第一半导体外延层、以及一第二半导体外延层，其中，该第一半导体外延层与该第二半导体外延层是层迭设置；一第一类金刚石/导电材料多层复合结构，位于该半导体外延多层复合结构的该第一半导体外延层上方，并电性连接该半导体外延多层复合结构的该第一半导体外延层，以做为一第一电极；一第二类金刚石/导电材料多层复合结构，位于该半导体外延多层复合结构的该第二半导体外延层上方，并电性连接该半导体外延多层复合结构的该第二半导体外延层，以做为一第二电极；以及一绝缘保护层，覆盖该半导体外延多层复合结构的该第一半导体外延层的侧壁以及该第二半导体外延层的侧壁。本发明的另一态样提供一种覆晶式发光二极管,包括:一基板；一半导体外延多层复合结构，其位于该基板上方且包含一第一半导体外延层、一第二半导体外延层、以及一盲孔，其中，该第一半导体外延层与该第二半导体外延层是层迭设置，且该盲孔贯穿该第二半导体外延层；一第一类金刚石/导电材料多层复合结构，位于该半导体外延多层复合结构的该第一半导体外延层上方，并电性连接该半导体外延多层复合结构的该第一半导体外延层，以做为一第一电极，其中，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构是填充于该半导体外延多层复合结构的该盲孔中；一第二类金刚石/导电材料多层复合结构，位于该半导体外延多层复合结构的该第二半导体外延层上方，并电性连接该半导体外延多层复合结构的该第二半导体外延层，以做为一第二电极；以及一绝缘保护层，覆盖该半导体外延多层复合结构的该第一半导体外延层的侧壁以及该第二半导体外延层的侧壁，以及该盲孔的内壁表面，以隔绝该第一类金刚石/导电材料多层复合结构与该第二半导体外延层之间的接触。本发明上述覆晶式发光二极管中，将电性连接至半导体外延多层复合结构中N型半导体外延层与P型半导体外延层的对应电极，皆设计成类金刚石/导电材料多层复合结构。换言之，设置于N型半导体外延层表面的对应N型电极,可先行沉积一般作为N型电极的金属，再沉积类金刚石，并且可以选择性重复沉积适用的导电材料层与类金刚石层，据此形成类金刚石/导电材料多层复合结构，以做为对应N型半导体外延层的N型电极。同样，对于P型半导体外延层，亦可先行沉积一般作为P型电极的金属，再沉积类金刚石，并且可以选择性重复沉积适用的导电材料层与类金刚石层，据此形成类金刚石/导电材料多层复合结构，以做为对应P型半导体外延层的P型电极。上述类金刚石/导电材料多层复合结构，可以让本发明的覆晶式发光二极管，对于热膨胀系数差异(coefficient thermal expansion mismatch)所造成应力，具有缓冲能力。换言之，上述类金刚石/导电材料多层复合结构，可在发光二极管运作产生热量的过程中加速热量散失，即使部分热量没有自发光二极管中散失而累积造成整体结构发生热膨胀，类金刚石/导电材料多层复合结构亦可缓冲对应的热应力，而可保护覆晶式发光二极管中其余构件不受损伤。本发明上述覆晶式发光二极管中，该半导体外延多层复合结构可以选择性还包括一活性中间层，该活性中间层是夹置于该第一半导体外延层与该第二半导体外延层之间。除此之外，若结构中设有盲孔，则该盲孔贯穿该活性中间层。于本发明中，该活性中间层可为多量子讲层(multiple quantum well layer),用以提升发光二极管中电能转换成光能的效率。于本发明一较佳具体实施例中，覆晶式发光二极管更可选择性包括一反射层，其可设置于该半导体外延多层复合结构与该第二类金刚石/导电材料多层复合结构之间，该反射层的材质可为铟锡氧化物(indium tin oxide, ΙΤ0)、氧化招锌(alumihum zincoxide, ΑΖ0)、氧化锌(ZnO)、石墨烯(graphene)、招、银、镍(Ni)、钴(Co)、钮(Pd)、钼(Pt)、金(Au)、锌(Zn)、锡(Sn)、锑(Sb)、铅(Pb)、铜(Cu)、铜银(CuAg)、镍银(NiAg)、其合金、或其金属混合物。上述铜银(CuAg)与镍银(NiAg)等是指共晶金属(eutectic metal)。换言之其亦可为多层金属结构，除了用于达到反射效果之外，也可以达到形成奥姆接触(ohmiccontact)的效用。本发明覆晶式发光二极管由一般直通式发光二极管或侧通式发光二极管制得。具体而言，对于侧通式发光二极管的P型半导体外延层与N型半导体外延层皆使用类金刚石/导电材料多层复合结构做为其对应电极，并使P型半导体外延层的对应电极与N型半导体外延层的对应电极两者表面形成一共平面。除此之外，本发明覆晶式发光二极管不论来自直通式发光二极管抑或是侧通式发光二极管，其半导体外延多层复合结构侧壁及/或暴露表面皆可以使用绝缘保护层覆盖。较佳而言，该第一半导体外延层以及该第一类金刚石/导电材料多层复合结构(做为第一电极)是N型，该第二半导体外延层以及该第二类金刚石/导电材料多层复合结构(做为第二电极)是P型，其中，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构、以及该第二类金刚石/导电材料多层复合结构可以选自由导电材料层与导电类碳钻层叠层结构、导电材料与类金刚石混合物、以及导电材料与导电性类金刚石混合物所组群组的至少一种。上述导电材料层或导电材料的材质可以选自由铟锡氧化物(indium tin oxide,ΙΤ0)、氧化招锌(aluminum zinc oxide, AZO)、氧化锌(ZnO)、石墨烯(graphene)、钛(Ti)、铝(Al)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Pt)、钥(Mo)、钨(W)、银(Ag)、钼(Pt)、以及金(Au)所组群组的至少一种。换言之，该导电材料层或该金属可使用上述材质的合金或金属混合物构成。由于类金刚石具有较佳的热膨胀系数(coefficient of thermal expansion, CTE),因此做为电极的类金刚石/导电材料多层复合结构便可以在整体发光二极管受热膨胀时，缓冲热膨胀所产生的应力，因此发光二极管整体结构则不易受影响，同时亦可以加速发光二极管运作时热量散失，降低发光二极管整体结构因热受损的可能性。举例而言，可以使用铝(Al)、钛(Ti)、镍(Ni)、钼(Pt)、以及金(Au)做为导电材料层，并与导电性类金刚石层相互层迭，即可构成本发明所述的类金刚石/导电材料多层复合结构。本发明覆晶式发光二极管更可选择性包括:一第一金属焊接层，位于该第一类金刚石/导电材料多层复合结构上；以及一第二金属焊接层，位于该第二类金刚石/导电材料多层复合结构上，其中，该第二金属焊接层的表面与该第一金属焊接层的表面是形成一共平面。上述本发明覆晶式发光二极管，顾名思义即以覆晶方式与另一电路载板接合(bonding)，因此最后发光二极管的P型电极与N型电极表面上用于接合金属焊接层通常会相互形成共平面。除此之外，于本发明覆晶式发光二极管中，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构的导电材料层表面与该第二类金刚石/导电材料多层复合结构的导电材料层表面也可形成一共平面。或者，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构的导电类金刚石层表面与该第二类金刚石/导电材料多层复合结构的导电类金刚石层表面形成一共平面。亦或，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构的表面与该第二类金刚石/导电材料多层复合结构的表面是形成一共平面。由上述可知，通过调整类金刚石/导电材料多层复合结构中的类金刚石层与导电材料层的厚度，可以让分别电性连接第一半导体外延层与第二半导体外延层的第一类金刚石/导电材料多层复合结构表面与第二类金刚石/导电材料多层复合结构表面形成一共平面，进而方面后续形成于第一类金刚石/导电材料多层复合结构表面与第二类金刚石/导电材料多层复合结构表面的第一金属焊接层表面与第二金属焊接层表面形成一共平面。
于本发明覆晶式发光二极管中，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构的表面、该第二类金刚石/导电材料多层复合结构的表面、该第二金属焊接层的表面、或/及第一金属焊接层的表面，可以选择性高过、低于或等高于该绝缘保护层的表面，上述等高于即表示形成一共平面。于本发明一具体实施例中，该半导体外延多层复合结构可选择性更设有一盲孔，该盲孔贯穿该活性中间层以及该第二半导体外延层，且该绝缘保护层覆盖该盲孔的内壁表面，其中，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构是填充于内壁表面覆盖有该绝缘保护层的该盲孔中，并连接该半导体外延多层复合结构的该第一半导体外延层。此覆晶式发光二极管同样可以选择性还包含一反射层，其是夹置于该半导体外延多层复合结构与该第二类金刚石/导电材料多层复合结构之间。于本发明上述覆晶式发光二极管中，该绝缘保护层的材质可以选自由氮化硅、二氧化硅、以及绝缘类金刚石所组群组中的至少一种。本发明的另一目的是在提供一种覆晶式发光二极管的制造方法，经由分层沉积导电材料层与类金刚石层，如此可以构成类金刚石/导电材料多层复合结构以做为半导体外延层的对应电极，由此缓冲热膨胀系数差异所造成的热应力，进而改善改善发光二极管的散热效率与寿命。为达成上方所述目的，本发明的另一态样提供一种覆晶式发光二极管的制造方法，包括以下步骤:提供一基板；于该基板上方形成一半导体外延多层复合结构，其中，该半导体外延多层复合结构包含一第一半导体外延层、以及一第二半导体外延层，其中，该第一半导体外延层与该第二半导体外延层是层迭设置；于该第一半导体外延层、以及该第二半导体外延层上方分别形成一第一类金刚石/导电材料多层复合结构、以及一第二类金刚石/导电材料多层复合结构；于该第一类金刚石/导电材料多层复合结构、以及该第二类金刚石/导电材料多层复合结构上分别形成一第一金属焊接层、以及一第二金属焊接层，其中，该第二金属焊接层的表面与该第一金属焊接层的表面是形成一共平面；以及形成一绝缘保护层，覆盖该第二类金刚石/导电材料多层复合结构、该第二半导体外延层、以及该活性中间层的侧壁。本发明的另一态样提供一种覆晶式发光二极管的制造方法，包括以下步骤:提供一基板；于该基板上方形成一半导体外延多层复合结构，其中，该半导体外延多层复合结构包含一第一半导体外延层、以及一第二半导体外延层，其中，该第一半导体外延层与该第二半导体外延层是层迭设置；于该半导体外延多层复合结构开设一盲孔，其中，该盲孔贯穿该第二半导体外延层；形成一绝缘保护层，覆盖该半导体外延多层复合结构的该第一半导体外延层的侧壁以及该第二半导体外延层的侧壁，以及该盲孔的内壁表面，以隔绝该第一类金刚石/导电材料多层复合结构与该第二半导体外延层之间的接触；以及于该第一半导体外延层、以及该第二半导体外延层上方分别形成一第一类金刚石/导电材料多层复合结构、以及一第二类金刚石/导电材料多层复合结构。于本发明上述覆晶式发光二极管的制造方法中，该半导体外延多层复合结构同样可选择性还包括一活性中间层，该活性中间层是夹置于该第一半导体外延层与该第二半导体外延层之间，其可为多量子讲层(multiple quantum well layer),用以提升发光二极管中电能转换成光能的效率。举例而言，该第一半导体外延层以及该第一类金刚石/导电材料多层复合结构是N型，该第二半导体外延层以及该第二类金刚石/导电材料多层复合结构是P型。除此之外，若结构中设有盲孔，则该盲孔贯穿该活性中间层。于本发明上述覆晶式发光二极管的制造方法中，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构、以及该第二类金刚石/导电材料多层复合结构可选自由导电材料层与导电类碳钻层叠层结构、导电材料与类金刚石混合物、以及导电材料与导电性类金刚石混合物所组群组的至少一种。其中，该导电材料层或该导电材料的材质是选自由铟锡氧化物(indium tin oxide, ITO)、氧化招锋(aluminum zinc oxide, AZO)、氧化锋(ZnO)、石墨烯(graphene)、钛(Ti)、铝(Al)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Pt)、.(Mo)、钨(W)、银(Ag)、钼(Pt)、以及金(Au)所组群组的至少一种。于本发明上述覆晶式发光二极管的制造方法中，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构的导电材料层表面与该第二类金刚石/导电材料多层复合结构的导电材料层表面是形成一共平面；或者，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构的导电类金刚石层表面与该第二类金刚石/导电材料多层复合结构的导电类金刚石层表面是形成一共平面；亦或，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构的表面与该第二类金刚石/导电材料多层复合结构的表面是形成一共平面。本发明上述覆晶式发光二极管的制造方法可选择性还包括以下步骤:于该第一类金刚石/导电材料多层复合结构、以及该第二类金刚石/导电材料多层复合结构上，分别形成一第一金属焊接层、以及一第二金属焊接层，其中，该第二金属焊接层的表面与该第一金属焊接层的表面是形成一共平面。除此之外，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构的表面、该第二类金刚石/导电材料多层复合结构的表面、该第二金属焊接层的表面、或/及第一金属焊接层的表面也可高于或低于该绝缘保护层的表面或与其形成一共平面。于本发明上述覆晶式发光二极管的制造方法中，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构以及该第一金属焊接层是于绝缘保护层形成叠层或之前形成。此外，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构以及该第二类金刚石/导电材料多层复合结构是同时形成或分开形成。于本发明一具体实施例中，上述覆晶式发光二极管的制造方法还包含以下步骤:于该第二类金刚石/导电材料多层复合结构形成前，于该半导体外延多层复合结构上形成一反射层。除此之外，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构亦可于该绝缘保护层形成后形成。此覆晶式发光二极管的制造方法可以选择性还包含以下步骤:于该绝缘保护层形成前，于该半导体外延多层复合结构上形成一反射层。于本发明上述覆晶式发光二极管的制造方法中，该绝缘保护层的材质可为氮化硅、二氧化硅、绝缘类金刚石、或其组合，其是用于隔绝两构件之间直接接触并保护其所覆盖的构件。除此之外，本发明的再另一目的是在提供一种芯片板上封装结构(chip onboard, COB)，其中将本发明上述具有导电性类金刚石层的发光二极管以复晶方式或打线方式电性连接电路载板，因此发光二极管各层结构的热膨胀应力可由其结构内的类金刚石层缓冲，进而使芯片板上封装结构整体具有更佳的散热效率、发光校与寿命。为达上述目的，本发明的再另一态样提供一种芯片板上封装结构(chip onboard, C0B)，包括:一电路载板；以及本发明上述覆晶式发光二极管，其是经由该第一电极以及该第二电极电性连接该电路载板。本发明上述芯片板上封装结构中，该电路载板可以包含一绝缘层、以及一电路基板，其中，该绝缘层的材质可为绝缘性类金刚石、氧化铝、陶瓷、含钻石的环氧树脂、或其组成物，或者为表面覆有上述绝缘层的金属材料，而该电路基板可为一金属板、一陶瓷板或一硅基板。此外，该电路载板表面也可以选择性还包含一类金刚石层，以增加散热效果。
本发明的上述及其它目的与优点，不难从下述所选用实施例的详细说明与附图中，获得深入了解，其中:图1A至图1J显示本发明实施例一中覆晶式发光二极管的制备方法的流程结构示意图。图2A至图2H显示本发明实施例二中覆晶式发光二极管的制备方法的流程结构示意图。图3显示本发明实施例一中芯片板上封装结构的结构示意图。图4显示本发明实施例二中芯片板上封装结构的结构示意图。
具体实施例方式以下是通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟习此技术的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明亦可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。本发明的实施例中该等图式均为简化的示意图。惟该等图标仅显示与本发明有关的元件，其所显示的元件非为实际实施时的态样，其实际实施时的元件数目、形状等比例为一选择性的设计，且其元件布局型态可能更复杂。实施例一参考图1A至图1J，其是显示本实施例覆晶式发光二极管的制备方法的流程结构示意图。首先，如图1A所示，提供一基板20。接着，如图1B所示，于该基板20上形成一半导体外延多层复合结构21。该半导体外延多层复合结构21可包含:一第一半导体外延层211、一活性中间层212、以及一第二半导体外延层213，其中，该第一半导体外延层211、该活性中间层212、与该第二半导体外延层213是层迭设置，且该活性中间层212夹置于该第一半导体外延层211与该第二半导体外延层213之间。于本实施例中，该半导体外延多层复合结构21的材质为氮化镓(GaN)，且该第一半导体外延层211是N型，该第二半导体外延层213是P型。不过，本发明半导体外延多层复合结构适用的材质不限于此，亦可以使用选用其他本领域中常用材质。此外，可以依需求选择是否设置该活性中间层，于本实施例中，该活性中间层212为多量子讲层(multiple quantum well layer),用以提升发光二极管中电能转换成光能的效率。然后，如图1C所示，于该半导体外延多层复合结构21的该第二半导体外延层213表面上，形成一反射层22。于本实施例中，该反射层22可以选用铟锡氧化物(indium tinoxide, ITO)、氧化招锋(aluminum zinc oxide, AZO)、氧化锋(ZnO)、石墨烯(graphene)、招、银、镍(Ni)、钴(Co)、钯(Pd)、钼(Pt)、金(Au)、锌(Zn)、锡(Sn)、锑(Sb)、铅(Pb)、铜(Cu)、铜银(CuAg)、及镍银(NiAg)所组群组的至少一种，除了用于达到反射效果之外，也可以达到形成奥姆接触(ohmic contact)的效用。上述图1C所示的形成反射层的步骤,本发明所属技术领域的通常知识者可以清楚知道，该步骤可依需要选择性执行，换言之若不打算设置反射层，则可跳过图1C的步骤而无需进行。接着，如图1D所示，于该反射层22表面上，形成一第二类金刚石/导电材料多层复合结构23，该第二类金刚石/导电材料多层复合结构23可选自由导电材料层与导电类碳钻层叠层结构、导电材料与类金刚石混合物、以及导电材料与导电性类金刚石混合物所组群组的至少一种，其中，该导电材料层或该导电材料的材质是选自由铟锡氧化物(indium tin oxide, ITO)、氧化招锋(aluminum zinc oxide, AZO)、氧化锋(ZnO)、石墨烯(graphene)、钛(Ti)、铝(Al)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Pt)、.(Mo)、钨(W)、银(Ag)、钼(Pt)、以及金(Au)所组群组的至少一种。于本实施例中，该第二类金刚石/导电材料多层复合结构23是钛导电材料层与类金刚石层重复层迭结构。接着，如图1E所示，于该第二类金刚石/导电材料多层复合结构23上，形成一第二金属焊接层24。于本实施例中，该第二金属焊接层24是由金层与金锡层构成，且该金锡层是一共晶导电材料层。如图1F所不,于该半导体外延多层复合结构21开设一盲孔214,其中，该盲孔214贯穿该反射层22、该活性中间层212以及该第二半导体外延层213。然后，如图1G所示，形成一绝缘保护层25，覆盖该第二金属焊接层24、该第二类金刚石/导电材料多层复合结构
23、该反射层22、该第二半导体外延层213、以及该活性中间层212的侧壁。该绝缘保护层25的材质可以选自由氮化硅、二氧化硅、以及绝缘类金刚石所组群组中的至少一种，其是用于保护其所覆盖的该第二金属焊接层24、该第二类金刚石/导电材料多层复合结构23、该反射层22、该第二半导体外延层213、以及该活性中间层212的侧壁，并隔绝受其覆盖的该第二金属焊接层24、该第二类金刚石/导电材料多层复合结构23、该反射层22、该第二半导体外延层213、以及该活性中间层212直接与另一后续形成的构件接触。于本实施例中，采用氮化硅做为该绝缘保护层25的材质。接着，如图1H所示，于该绝缘保护层25表面上，形成一第一类金刚石/导电材料多层复合结构26,且该第一类金刚石/导电材料多层复合结构26填充于内壁表面覆盖有该绝缘保护层25的该盲孔214中，并接触该半导体外延多层复合结构21的该第一半导体外延层211。该第一类金刚石/导电材料多层复合结构26可选自由导电材料层与导电类碳钻层叠层结构、导电材料与类金刚石混合物、以及导电材料与导电性类金刚石混合物所组群组的至少一种，其中，该导电材料层或该导电材料的材质是选自由铟锡氧化物(indium tinoxide, ITO)、氧化招锋(aluminum zinc oxide, AZO)、氧化锋(ZnO)、石墨烯(graphene)、钦(Ti)、铝(Al)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Pt)、钥(Mo)、钨(W)、银(Ag)、钼(Pt)、以及金(Au)所组群组的至少一种。于本实施例中，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构26是钛导电材料层、铝导电材料层与类金刚石层重复层迭结构。如图1I所不,于该第一类金刚石/导电材料多层复合结构26上,形成一第一金属焊接层27，其中，该第一金属焊接层27的表面与该第二金属焊接层24的表面是形成一共平面。于本实施例中，该第一金属焊接层27是由金层与金锡层构成，且该金锡层是一共晶导电材料层。最后，如图1J所示，再使用氮化硅，使得该绝缘保护层25也覆盖该第一类金刚石/导电材料多层复合结构26与该第一金属焊接层27的侧壁，并使该该绝缘保护层25与该第一金属焊接层27以及该第二金属焊接层24同样形成一共平面。此步骤并非必须，可依需求选择性执行，且该绝缘保护层25也可以仅覆盖该第一类金刚石/导电材料多层复合结构26与该第二类金刚石/导电材料多层复合结构23的侧壁，显露该第一金属焊接层27与该第二金属焊接层24。据此，如图1I所示，上述制得的覆晶式发光二极管，其包括:一基板20 半导体外延多层复合结构21，其位于该基板20上方且包含一第一半导体外延层211、一活性中间层212、以及一第二半导体外延层213，其中，该第一半导体外延层211、该活性中间层212、与该第二半导体外延层213是层迭设置，该活性中间层212夹置于该第一半导体外延层211与该第二半导体外延层213之间，且一盲孔214设于该半导体外延多层复合结构21中；一反射层22，位于该半导体外延多层复合结构21的该第二半导体外延层213表面，其中设置于该半导体外延多层复合结构21中的该盲孔214贯穿该反射层22、该活性中间层212以及该第二半导体外延层213 第一类金刚石/导电材料多层复合结构26,填充于该盲孔214并接触该半导体外延多层复合结构21的该第一半导体外延层211表面，以做为一第一电极；一第一金属焊接层27,位于该第一类金刚石/导电材料多层复合结构26上；一第二类金刚石/导电材料多层复合结构23，位于该反射层22表面并经由该反射层22电性连接该半导体外延多层复合结构21的该第二半导体外延层213,以做为一第二电极；一第二金属焊接层24，位于该第二类金刚石/导电材料多层复合结构23上，其中，该第二金属焊接层24的表面与该第一金属焊接层27的表面是形成一共平面；以及一绝缘保护层25，覆盖该第二金属焊接层24、该第二类金刚石/导电材料多层复合结构23、该反射层22、该第二半导体外延层213、以及该活性中间层212的侧壁以及该盲孔214的内壁，以隔绝该第一类金刚石/导电材料多层复合结构26与该第二类金刚石/导电材料多层复合结构23、该反射层22、该第二半导体外延层213、以及该活性中间层212之间的直接接触。实施例二参考图2A至图2H，其是显示本实施例覆晶式发光二极管的制备方法的流程结构示意图。首先，如图2A所示，提供一基板30。接着，如图2B所示，于该基板30上形成一半导体外延多层复合结构31。该半导体外延多层复合结构31可包含:一第一半导体外延层311、一活性中间层312、以及一第二半导体外延层313，其中，该第一半导体外延层311、该活性中间层312、与该第二半导体外延层313是层迭设置，且该活性中间层312夹置于该第一半导体外延层311与该第二半导体外延层313之间。于本实施例中，该半导体外延多层复合结构31的材质为氮化镓(GaN)，且该第一半导体外延层311是N型，该第二半导体外延层313是P型。不过，本发明半导体外延多层复合结构适用的材质不限于此，亦可以使用选用其他本领域中常用材质。此外，可以依需求选择是否设置该活性中间层，于本实施例中，该活性中间层312为多量子讲层(multiple quantum well layer),用以提升发光二极管中电能转换成光能的效率。然后,如图2C所不,于该半导体外延多层复合结构31开设一盲孔314,其中，该盲孔314贯穿该活性中间层312以及该第二半导体外延层313。接着，如图2D所示，形成一绝缘保护层35，覆盖该盲孔314的内壁、以及该半导体外延多层复合结构31的侧壁，亦即覆盖该第一半导体外延层313的侧壁、该活性中间层312的侧壁以及该第二半导体外延层313的侧壁，并暴露部分该第二半导体外延层313表面，以及显露由该盲孔314暴露的该第一半导体外延层313表面。该绝缘保护层25的材质可以选自由氮化硅、二氧化硅、以及绝缘类金刚石所组群组中的至少一种，其是用于保护其所覆盖的该第一半导体外延层313、该第二半导体外延层213、以及该活性中间层212的侧壁，并隔绝受其覆盖的该第一半导体外延层313、该第二半导体外延层213、以及该活性中间层212直接与另一后续形成的构件接触。于本实施例中，采用二氧化硅做为该绝缘保护层25的材质。如图2E所示，于该半导体外延多层复合结构31的该第二半导体外延层313表面上，形成一反射层32。于本实施例中，该反射层32可以选用铟锡氧化物(indium tinoxide, ITO)、氧化招锋(aluminum zinc oxide, AZO)、氧化锋(ZnO)、石墨烯(graphene)、招、银、镍(Ni)、钴(Co)、钯(Pd)、钼(Pt)、金(Au)、锌(Zn)、锡(Sn)、锑(Sb)、铅(Pb)、铜(Cu)、铜银(CuAg)、及镍银(NiAg)所组群组的至少一种，换言之其亦可为多层金属结构，除了用于达到反射效果之外，也可以达到形成奥姆接触(ohmic contact)的效用。此形成反射层的步骤，本发明所属技术领域的通常知识者可依需要选择性执行，换言之若不打算设置反射层，则可跳过图2E的步骤而无需进行。接着，如图2F所示，于该绝缘保护层35表面以及该反射层32表面上，分别形成一第一类金刚石/导电材料多层复合结构36以及一第二类金刚石/导电材料多层复合结构33，且该第一类金刚石/导电材料多层复合结构36填充于内壁表面覆盖有该绝缘保护层35的该盲孔314中，并接触该半导体外延多层复合结构31的该第一半导体外延层311。该第一类金刚石/导电材料多层复合结构36与该第二类金刚石/导电材料多层复合结构33可选自由导电材料层与导电类碳钻层叠层结构、导电材料与类金刚石混合物、以及导电材料与导电性类金刚石混合物所组群组的至少一种，其中，该导电材料层或该导电材料的材质是选自由铟锡氧化物(indium tin oxide, ITO)、氧化招锋(aluminum zinc oxide, AZO)、氧化锌(ZnO)、石墨烯(graphene)、钛(Ti)、招(Al)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Pt)、钥(Mo)、鹤(W)、银(Ag)、钼(Pt)、以及金(Au)所组群组的至少一种。于本实施例中，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构36是钛导电材料层、铝导电材料层与类金刚石层重复层迭结构，该第二类金刚石/导电材料多层复合结构33是钛导电材料层与类金刚石层重复层迭结构。然后，如图2G所不,于该第一类金刚石/导电材料多层复合结构36表面与该第二类金刚石/导电材料多层复合结构33表面上,分别形成一第一金属焊接层37以及第二金属焊接层34，其中，该第一金属焊接层37的表面与该第二金属焊接层34的表面是形成一共平面。于本实施例中，该第一金属焊接层37与该第二金属焊接层34是由金层与金锡层构成，且该金锡层是一共晶导电材料层。最后，如图2H所示，再使用氮化硅，使得该绝缘保护层35也覆盖该第一类金刚石/导电材料多层复合结构36、第二类金刚石/导电材料多层复合结构33、该第一金属焊接层37与该第二金属焊接层34的侧壁。此步骤并非必须，可依需求选择性执行，且该绝缘保护层35也可以仅覆盖该第一类金刚石/导电材料多层复合结构36与该第二类金刚石/导电材料多层复合结构33的侧壁，显露该第一金属焊接层37与该第二金属焊接层34。
据此，如图2H所示，上述制得的覆晶式发光二极管，其包括:一基板30 半导体外延多层复合结构31，其位于该基板30上方且包含一第一半导体外延层311、一活性中间层312、以及一第二半导体外延层313，其中，该第一半导体外延层311、该活性中间层312、与该第二半导体外延层313是层迭设置，该活性中间层312夹置于该第一半导体外延层311与该第二半导体外延层313之间,且一盲孔314设于该半导体外延多层复合结构31中并贯穿该活性中间层312以及该第二半导体外延层313 反射层32，位于该半导体外延多层复合结构31的该第二半导体外延层313表面；一第一类金刚石/导电材料多层复合结构36,填充于该盲孔314并接触该半导体外延多层复合结构31的该第一半导体外延层311表面，以做为一第一电极；一第一金属焊接层37,位于该第一类金刚石/导电材料多层复合结构36上；一第二类金刚石/导电材料多层复合结构33,位于该反射层32表面并经由该反射层32电性连接该半导体外延多层复合结构31的该第二半导体外延层313，以做为一第二电极；一第二金属焊接层34，位于该第二类金刚石/导电材料多层复合结构33上，其中，该第二金属焊接层34的表面与该第一金属焊接层37的表面是形成一共平面；以及一绝缘保护层35，覆盖该第一金属焊接层37、第二金属焊接层34、该第一类金刚石/导电材料多层复合结构36、该第二类金刚石/导电材料多层复合结构33、该反射层32、该第一半导体外延层311、该第二半导体外延层313、以及该活性中间层312的侧壁与该盲孔314的内壁，以隔绝该第一类金刚石/导电材料多层复合结构36与该第二类金刚石/导电材料多层复合结构33、该反射层32、该第二半导体外延层313、以及该活性中间层312之间的直接接触。实施例三参考图3，其是本实施例的芯片板上封装结构的结构示意图。如图4所示，芯片板上封装结构包括:一电路载板7 ;以及上述实施例一所制得的覆晶式发光二极管2，其是经由该第一金属焊接层27以及该第二金属焊接层24电性连接该电路载板7，其中，该电路载板7包含一绝缘层71、一电路基板70、以及电性连接垫73，该绝缘层71的材质可选自由类金刚石、氧化铝、陶瓷、含钻石的环氧树脂、或者上述材质的混合物，该电路基板70是一金属板、一陶瓷板或一娃基板。于该芯片板上封装结构中，可利用形成于电性连接垫73表面的焊料72，通过覆晶方式，使该第一金属焊接层27以及该第二金属焊接层24与该电路载板7的电性连接垫73达到电性连接。实施例四参考图4，其是本实施例的芯片板上封装结构的结构示意图。如图4所示，芯片板上封装结构包括:一电路载板7 ；以及上述实施例二所制得的覆晶式发光二极管3，其是经由该第一金属焊接层37以及该第二金属焊接层34电性连接该电路载板7，其中，该电路载板7包含一绝缘层71、一电路基板70、以及电性连接垫73，该绝缘层71的材质可选自由类金刚石、氧化铝、陶瓷、含钻石的环氧树脂、或者上述材质的混合物，该电路基板70是一金属板、一陶瓷板或一娃基板。于该芯片板上封装结构中，可利用形成于电性连接垫73表面的焊料72，通过覆晶方式，使该第一金属焊接层37以及该第二金属焊接层34与该电路载板7的电性连接垫73达到电性连接。据此,本发明上述芯片板上封装结构(chip on board, COB)中，发光二极管各层结构的热膨胀应力可由其结构内的类金刚石层缓冲，进而使芯片板上封装结构整体具有更佳的散热效率、发光校与寿命。而且，本发明上述芯片板上封装结构中适合使用的发光二极管，并非仅限于上述实施例三所制得的覆晶式发光二极管，亦可使用本发明所述任何一种覆晶式发光二极管。由上述可知，本发明的覆晶式发光二极管，具有缓冲热膨胀系数差异(coefficient thermal expansion mismatch)的结构设计，可在发光二极管运作产生热量的过程中持续使热量散失；即使有部分热量没有自发光二极管中散失而促使整体结构产生热膨胀，其中设置的类金刚石/导电材料多层复合结构亦可缓冲对应的热应力，而保护不受损伤。上方所述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以权利要求范围所述为准，而非仅限于上方所述实施例。
权利要求
1.一种覆晶式发光二极管，包括: 一基板； 一半导体外延多层复合结构，其位于该基板上方且包含一第一半导体外延层、一第二半导体外延层、以及一盲孔，其中，该第一半导体外延层与该第二半导体外延层是层迭设置，且该盲孔贯穿该第二半导体外延层； 一第一类金刚石/导电材料多层复合结构，位于该半导体外延多层复合结构的该第一半导体外延层上方，并电性连接该半导体外延多层复合结构的该第一半导体外延层，以做为一第一电极，其中，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构填充于该半导体外延多层复合结构的该盲孔中； 一第二类金刚石/导电材料多层复合结构，位于该半导体外延多层复合结构的该第二半导体外延层上方，并电性连接该半导体外延多层复合结构的该第二半导体外延层，以做为一第二电极；以及 一绝缘保护层，覆盖该半导体外延多层复合结构的该第一半导体外延层的侧壁以及该第二半导体外延层的侧壁，以及该盲孔的内壁表面，以隔绝该第一类金刚石/导电材料多层复合结构与该第二半导体外延层之间的接触。
2.如权利要求1所述的覆晶式发光二极管，其中，该半导体外延多层复合结构还包括一活性中间层，该活性中间层是夹置于该第一半导体外延层与该第二半导体外延层之间，且该盲孔贯穿该活性中间层。
3.如权利要求1所述的覆晶式发光二极管，其中，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构、以及该第二类金刚石/导电材料多层复合结构选自由导电材料层与导电类碳钻层叠层结构、导电材料与类金刚石混合物多层结构、以及导电材料与导电性类金刚石混合物多层结构所组群组的至少一种。
4.如权利要求3所述的覆晶式发光二极管，其中，该导电材料层或该导电材料的材质选自由铟锡氧化物、氧化铝锌、氧化`锌、石墨烯、钛、铝、铬、镍、钼、钥、钨、银、钼、以及金所组群组的至少一种。
5.如权利要求3所述的覆晶式发光二极管，其中，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构的导电材料层表面与该第二类金刚石/导电材料多层复合结构的导电材料层表面形成一共平面。
6.如权利要求3所述的覆晶式发光二极管，其中，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构的导电类金刚石层表面与该第二类金刚石/导电材料多层复合结构的导电类金刚石层表面形成一共平面。
7.如权利要求1所述的覆晶式发光二极管，其中，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构的表面与该第二类金刚石/导电材料多层复合结构的表面形成一共平面。
8.如权利要求1所述的覆晶式发光二极管，还包括:一第一金属焊接层，位于该第一类金刚石/导电材料多层复合结构上；以及一第二金属焊接层，位于该第二类金刚石/导电材料多层复合结构上，其中，该第二金属焊接层的表面与该第一金属焊接层的表面形成一共平面。
9.如权利要求8所述的覆晶式发光二极管，其中，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构的表面、该第二类金刚石/导电材料多层复合结构的表面、该第二金属焊接层的表面、或/及第一金属焊接层的表面是高于或低于该绝缘保护层的表面或与其形成一共平面。
10.如权利要求1所述的覆晶式发光二极管，还包含一反射层，夹置于该半导体外延多层复合结构与该第二类金刚石/导电材料多层复合结构之间。
11.如权利要求1所述的覆晶式发光二极管，其中，该绝缘保护层的材质选自由氮化硅、二氧化硅、以及绝缘类金刚石所组群组中的至少一种。
12.如权利要求1所述的覆晶式发光二极管，其中，该第一半导体外延层以及该第一类金刚石/导电材料多层复合结构是N型，该第二半导体外延层以及该第二类金刚石/导电材料多层复合结构是P型。
13.一种覆晶式发光二极管的制造方法，包括以下步骤: 提供一基板； 于该基板上方形成一半导体外延多层复合结构，其中，该半导体外延多层复合结构包含一第一半导体外延层、以及一第二半导体外延层，其中，该第一半导体外延层与该第二半导体外延层是层迭设置；于该半导体外延多层复合结构开设一盲孔，其中，该盲孔贯穿该第二半导体外延层； 形成一绝缘保护层，覆盖该 半导体外延多层复合结构的该第一半导体外延层的侧壁以及该第二半导体外延层的侧壁，以及该盲孔的内壁表面，以隔绝该第一类金刚石/导电材料多层复合结构与该第二半导体外延层之间的接触；以及 于该第一半导体外延层、以及该第二半导体外延层上方分别形成一第一类金刚石/导电材料多层复合结构、以及一第二类金刚石/导电材料多层复合结构。
14.如权利要求13所述的覆晶式发光二极管的制造方法，其中，该半导体外延多层复合结构还包括一活性中间层，该活性中间层夹置于该第一半导体外延层与该第二半导体外延层之间，且该盲孔贯穿该活性中间层。
15.如权利要求14所述的覆晶式发光二极管的制造方法，其中，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构、以及该第二类金刚石/导电材料多层复合结构选自由导电材料层与导电类碳钻层叠层结构、导电材料与类金刚石混合物多层结构、以及导电材料与导电性类金刚石混合物多层结构所组群组的至少一种。
16.如权利要求15所述的覆晶式发光二极管的制造方法，其中，该导电材料层或该导电材料的材质是选自由铟锡氧化物、氧化铝锌、氧化锌、石墨烯、钛、铝、铬、镍、钼、钥、钨、银、钼、以及金所组群组的至少一种。
17.如权利要求15所述的覆晶式发光二极管的制造方法，其中，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构的导电材料层表面与该第二类金刚石/导电材料多层复合结构的导电材料层表面形成一共平面。
18.如权利要求15所述的覆晶式发光二极管的制造方法，其中，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构的导电类金刚石层表面与该第二类金刚石/导电材料多层复合结构的导电类金刚石层表面形成一共平面。
19.如权利要求13所述的覆晶式发光二极管的制造方法，其中，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构的表面与该第二类金刚石/导电材料多层复合结构的表面形成一共平面。
20.如权利要求13所述的覆晶式发光二极管的制造方法，还包括以下步骤:于该第一类金刚石/导电材料多层复合结构、以及该第二类金刚石/导电材料多层复合结构上，分别形成一第一金属焊接层、以及一第二金属焊接层，其中，该第二金属焊接层的表面与该第一金属焊接层的表面形成一共平面。
21.如权利要求20所述的覆晶式发光二极管的制造方法，其中，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构的表面、该第二类金刚石/导电材料多层复合结构的表面、该第二金属焊接层的表面、或/及第一金属焊接层的表面高于或低于该绝缘保护层的表面或与其形成一共平面。
22.如权利要求20所述的覆晶式发光二极管的制造方法，其中，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构以及该第一金属焊接层于绝缘保护层形成之后或之前形成。
23.如权利要求13所述的覆晶式发光二极管的制造方法，其中，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构以及该第二类金刚石/导电材料多层复合结构同时形成或分开形成。
24.如权利要求13所述的覆晶式发光二极管的制造方法，还包含以下步骤:于该第二类金刚石/导电材料多层复合结构形成前，于该半导体外延多层复合结构上形成一反射层。
25.如权利要求22所述的覆晶式发光二极管的制造方法，其中，该第一类金刚石/导电材料多层复合结构于该绝缘保护层形成后形成。
26.如权利要求25所述的覆晶式发光二极管的制造方法，还包含以下步骤:于该绝缘保护层形成前，于该半导体外延多层复合结构上形成一反射层。
27.如权利要求13所述的覆晶式发光二极管的制造方法，其中，该绝缘保护层的材质是氮化硅、二氧化硅、绝缘类金刚石、或其组合。
28.如权利要求13所述的覆晶式发光二极管的制造方法，其中，该第一半导体外延层以及该第一类金刚石/导电材料多层复合结构是N型，该第二半导体外延层以及该第二类金刚石/导电材料多层复合结构是P型。
29.—种芯片板上封装结构,包括: 一电路载板；以及 一如权利要求1至12中任一项所述的覆晶式发光二极管，其经由该第一金属焊接层以及该第二金属焊接层封装于该电路载板。
30.如权利要求29所述的覆芯片板上封装结构，其中，该电路载板包含一绝缘层、以及一电路基板，该绝缘层的材质选自由类金刚石、氧化铝、陶瓷、以及含钻石的环氧树脂所组群组的至少一种。
31.如权利要求30所述的覆芯片板上封装结构，其中，该电路基板是一金属板、一陶瓷板或一娃基板。
全文摘要
本发明是有关于一种覆晶式发光二极管，包括基板、半导体外延多层复合结构、第一与第二类金刚石/导电材料多层复合结构与绝缘保护层，其中，第一与第二类金刚石/导电材料多层复合结构是做为半导体外延多层复合结构的P型电极与N型电极，以缓冲热膨胀系数差异(coefficient thermal expansion mismatch)所造成的热应力。本发明亦关于上述覆晶式发光二极管的制法与应用。
文档编号H01L33/40GK103165782SQ20121000154
公开日2013年6月19日 申请日期2012年1月5日 优先权日2011年12月15日
发明者宋健民, 甘明吉 申请人:铼钻科技股份有限公司