专利名称：发光二极管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管(Light Emitting Diode；LED)及其制造方法，且特别涉及一种具有可加强散热效果的传导层的发光二极管及其制造方法。
背景技术：
近年来，许多的焦点集中在以氮化物为主的半导体所形成的发光组件，例如氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟镓(InGaN)、以及氮化铝铟镓(AlInGaN)等。此类的发光组件半导体大多生长于不导电的基板上，例如蓝宝石(Sapphire)、氮化镓、或氮化铝等基板，而与其它发光组件采用可导电的基板不同。由于蓝宝石基板为一绝缘体，因此不能直接制作电极于基板上，故电极的制作必须直接与P型的半导体层以及N型的半导体层分别接触，才能完成此类发光组件的制作。
请参考第1图所显示的现有氮化物发光二极管的剖面示意图。第1图中的发光二极管80可由以下工艺形成。首先，在基板10上形成成核层(Nucleation Layer)20，其中基板10的材质例如可为蓝宝石、氮化镓、或氮化铝等。接着，在成核层20上依次外延第一电性半导体层30、多重量子阱(Multi Quantum Well)结构40、以及第二电性半导体层50的堆栈结构。然后，利用蚀刻技术蚀刻上述的外延层，以使部分第一电性半导体层30裸露。接着，利用热蒸镀(Thermal Evaporation)、电子束蒸镀(E-beam)、或离子溅镀(Sputtering)等方法，分别沉积第一电性电极60与第二电性电极70于裸露部分第一电性半导体层30与第二电性半导体层50上。
上述基板10的材质例如可为蓝宝石、氮化镓、或氮化铝等。其中，蓝宝石的导热系数约为35-40W/(m.K)，其对发光二极管80发光的时候所产生的热有不良的传导效果，使得举一晶粒的热阻值会过大，因此对于高电流应用时会有不好的发光效率。
请参考第2图所显示的公知氮化物发光二极管的封装示意图。如第2图中所示，焊线62与焊线72分别连接至发光二极管80的第一电性电极60与第二电性电极70，以使得发光二极管80可电连接至外部电源或其它组件。在发光二极管80封装时，由于以蓝宝石等材质形成的基板10会透光，所以在晶粒固着上，均采用会透光的白胶94将发光二极管80粘着于杯面金属90上(而杯面金属90则连接至底座92)，以利下方的光会通过杯面金属90反射，来达到提高发光效率的效果。然而，一般的白胶94的导热系数仍不理想。此外，若将白胶94换成银胶，则此银胶与焊料的部份又有吸光的可能，因此使得发光二极管80的使用范围有所限制。
再者，蓝宝石材料的硬度相当大，因此其相关工艺，如切割等，都不易执行。况且，蓝宝石本身为非导体，使得电极需作在发光二极管的同一面，导致在发光二极管的设计上，将会面临占用发光面积的问题；同时，此点对后续测试与封装上也有不便之处。
对于上述氮化铝铟镓发光二极管的现有的解决方法之一为覆晶(Flip Chip)方式，然而此方式中反射层与覆晶等的工艺上，均有其一定的难度。
因此，鉴于未来发光二极管将朝向更高亮度的应用市场发展，单一发光二极管的操作电流及功率必会是目前数倍至数百倍的范围。在此同时，如何将发光二极管所发出的光及后续衍生的热有效的运用和解决，将是一个相当重要且不可忽视的问题。
发明内容
因此本发明的目的在于提供一种发光二极管及其制造方法，是借助于基板厚度的减小甚至完全去除，而大幅降低发光二极管的热阻。
本发明的另一目的是提供一种发光二极管及其制造方法，是借助于外延结构下方的传导层将外延结构所产生的热顺利导出，而大幅降低发光二极管的热阻。
本发明的另一目的是提供一种发光二极管及其制造方法，是借助于传导层上方的反射层使外延结构所发出的光可做更有效率的反射。
本发明的另一目的是在提供一种发光二极管及其制造方法，其中若传导层的材料为导体，则发光二极管的两个电极可分别位于外延结构的上表面与传导层的下表面，因此可借以减少电极的遮光面积。
根据本发明的上述目的，提出一种发光二极管结构。在本发明的一较佳实施例中，此发光二极管的结构至少包括一传导层，用以传导发光二极管所产生的热量；一反射层，位于传导层上；一透明导热胶，位于反射层上；以及一外延结构，位于透明导热胶上，其中外延结构中至少包括多个III-V族化合物半导体外延层，而这些III-V族化合物半导体外延层更至少包括依序堆栈之一第一电性半导层、一多重量子阱结构以及一第二电性半导体层，当通入电流后产生光。此外，此发光二极管更可包括一基板，位于外延结构与透明导热胶之间，其中此基板由透明绝缘材质所形成，且此基板的厚度小于50μm。再者，此发光二极管更可包括一第一电性电极与一第二电性电极，分别位于外延结构的一第一表面与一第二表面上。
根据本发明的目的，提出一种发光二极管结构。在本发明另一较佳实施例中，此发光二极管的结构至少包括一传导层，用以传导发光二极管所产生的热量；一粘着反射层，位于传导层上；以及一外延结构，位于粘着反射层上，其中此外延结构中至少包括多个III-V族化合物半导体外延层，而这些III-V族化合物半导体外延层更至少包括依次堆积的一第一电性半导体、一多重量子阱结构以及一第二电性半导体层，当通入电流后产生光。其中，若传导层的材料为硅、氮化镓、氮化铝、钻石、碳化硅、或其复合材料，则此发光二极管更可包括一第一电性电极与一第二电性电极，分别位于外延结构的一第一表面与一第二表面上。再者，若传导层的材料为铜、银、铝、金、或其复合材料，则此发光二极管更可包括一第一电性电极与一第二电性电极，分别位于传导层的一表面与外延结构的一表面上。
根据本发明的目的，提出一种发光二极管的制造方法。在本发明一较佳实施例中，此发光二极管的制造方法至少包括以下步骤。首先，提供一传导层，此传导层用来传导发光二极管所产生的热量。接着，形成一反射层于传导层上。接着，提供一外延结构，其中此外延结构中至少包括多个III-V族化合物半导体外延层，而这些III-V族化合物半导体体外延层更至少包括依序堆栈之一电性半导体层、一多重量子阱结构以及一第二电性半导体层，当通入电流时产生光。然后，利用一透明导热胶粘合反射层与外延结构。此外，此发光二极管的制造方法还可包括提供一基板，且外延结构形成于基板上，而之后此基板位于外延结构与透明导热胶之间，其中此基板由透明绝缘材质所形成，且此基板的厚度小于50μm。再者，此发光二极管的制造方法更可包括形成一第一电性电极与一第二电性电极，分别位于外延结构的一第一表面与一第二表面上。
根据本发明的目的，提出一种发光二极管的制造方法。在本发明另一较佳实施例中，此发光二极管的制造方法至少包括以下步骤。首先，提供一传导层，此传导层用来传导发光二极管所产生的热量。接着，提供一外延结构，其中此外延结构中至少包括多个III-V族化合物半导体外延层，而这些III-V族化合物半导体外延层更至少包括依序堆栈的一第一电性半导体层、一多重量子阱以及一第二电性半导体层，当通入电流后产生光。然后，利用一粘着反射层粘合传导层与外延结构。此外，若传导层的材质为硅、氮化镓、氮化铝、钻石、碳化硅、或其复合材料，则此发光二极管的制造方法还可包括形成一第一电性电极与一第二电性电极，分别位于外延结构的一第一表面与一第二表面上。再者，若传导层的材料为铜、银、铝、金、或其复合材料，则此发光二极管之制造方法更可包括形成一第一电性电极与一第二电性电极，分别位于传导层的一表面与外延结构的一表面上。
因此，本发明可借助于基板厚度的减小甚至完全去除，而大幅降低发光二极管的热阻。
此外，本发明可借助于外延结构下方的传导层将外延结构所产生的热顺利导出，而大幅降低发光二极管的热阻。
再者，本发明可借助于传导层上方的反射层使外延结构所发出的光可做更有效率的反射。
另外，本发明若传导层的材料为导体，则发光二极管的两个电极可分别位于外延结构的上表面与传导层的下表面，因此可以此减少电极的遮光面积。
第1图为显示公知氮化物发光二极管的剖面示意图。
第2图为显示公知氮化物发光二极管的封装示意图。
第3A图为显示依照本发明一较佳实施例的一种发光二极管的剖面示意图。
第3B图为显示依照本发明另一较佳实施例的一种发光二极管的剖面示意图。
第4图为显示依照本发明另一较佳实施例的一种发光二极管的剖面示意图。
第5图为显示依照本发明又一较佳实施例的一种发光二极管的剖面示意图。
第6图为显示依照本发明又一较佳实施例的一种发光二极管的剖面示意图。
具体实施例方式
本发明涉及一种具有可加强散热效果的传导层的发光二极管及其制造方法，其中此发光二极管中至少包括以氮化铝铟镓等III-V族化合物所形成的数层半导体外延层。请参考第3A图所显示的依照本发明一较佳实施例的一种发光二极管的剖面示意图。第3A图中的发光二极管可通过以下工艺所形成。首先，提供基板110，其材料例如可为蓝宝石、氮化镓、或氮化铝等。接着，依序外延第一电性半导体层130、多重量子阱结构140、以及第二电性半导体层150的堆栈结构于基材110上。然后，利用蚀刻技术蚀刻前述的外延结构，从而使部分第一电性半导体层130裸露。接着，利用热蒸镀、电子束蒸镀、或离子溅镀等方法，分别沉积第一电性电极160与第二电性电极170于裸露的部分第一电性半导体层130与第二电性半导体层150上。值得一提的是，本发明中所提及的所有第一电性与第二电性互为相异电性。例如，若第一电性为P型，则第二电性为N型；若第一电性为N型，则第二电性为P型。
然后，将基材110磨薄或蚀刻，从而使基材110的厚度减至约10μm至50μm，或是更薄。接着，提供传导层200，其材料主要为高导热材料，例如铜、银、铝、或金等金属(包括其复合材料)，或是其它非金属材料，例如硅、氮化镓、氮化铝、钻石、或碳化硅等(包括其复合材料)。此传导层200上方更以高反射性之材料，例如银、金、或铝等，形成反射层190，从而使其上方的外延结构所发出的光可经由此反射层190做更有效率的反射。然后，利用透明导热胶180将上述外延结构与基板110粘合至具有反射层190的传导层200上，其中透明导热胶180的材质可为硅胶或环氧树脂(Epoxy)等。
运用上述本发明的发光二极管的结构与制造方法，由于基板110的厚度已减小，因此使得热阻可大幅降低。此外，于基板110的下方所粘着的导热良好的传导层200可使热更快速散出，从而迅速降低多重量子阱结构140中所产生的热。再者，后续于传导体200下方进行晶粒封装固着时，将不限于使用白胶，而更可利用银胶、或者铟或钖等焊料做粘着，从而使此种发光二极管可广泛地使用于更广的范围内。
请参考第3B图所显示的依照本发明另一较佳实施例的一种发光二极管的剖面示意图。第3B图中与第3A图中所示发光二极管的差异在于，第3A图中的透明导热胶180与反射层190可以第3B图中同时具有粘着与反射功能的单一层粘着反射层210来取代，以便做更大范围的应用。其中，此粘着反射层210的材料例如可为金属。
请参考第4图所显示的依照本发明另一较佳实施例的一种发光二极管的剖面示意图。第4图中与第3A图中所显示的发光二极管的差异在于，第4图中并没有画出第3A图中的基板110，因在本实施例中己将基板用磨掉、蚀刻、或卸掉等方法完全去除。如此一来，可使本发明中的发光二极管的热阻进一步降低，并提高发光效率。
请参考第5图所显示的依照本发明再一较佳实施例的一种发光二极管的剖面示意图。第5图中与第4图中所显示的发光二极管的差异在于，第4图中的透明导热胶180与反射层190可以第5图中同时具有粘着与反射功能的单一层粘着反射层210来取代，以便做更大范围的应用。其中，此粘着反射层210的材料例如可为金属。
上述第3A图至第5图的各实施例中传导层200的材质可为高导热导体材料，也可为高导热非导体材料。若传导层材料为高导热导体材料，则本发明可如第6图中所绘示的又一较佳实施例做进一步变化。在第6图中，由于传导层上220的材质为导体，因此发光二极管的两个电极可分别位于外延结构的上表面与传导层220的下表面。亦即，第6图中的发光二极管的第一电性电极162系位于传导层220的下表面上，而第二电性电极170则位于外延结构的上表面，因此可藉以减少电极的遮光面积。
由上述本发明较佳实施例可知，应用本发明，可通过基板的厚度之减小甚至完全去除，而大幅降低发光二极管的热阻。
此外，由上述本发明较佳实施例可知，应用本发明，可通过外延结构下方的传导层且将外延结构所产生的热顺利导出，而大幅降低发光二极管的热阻。
再者，由上述本发明较佳实施例可知，应用本发明，可通过传导层上方的反射层，使外延结构所发出的光可做更有效率的反射。
另外，由上述本发明较佳实施例可知，应用本发明，若传导层的材料为导体，则发光二极管的两个电极可分别位于外延结构的上表面与传导层的下表面，因此可以此减少电极的遮光面积。
虽然本发明已以一较佳实施例说明如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的变换与润饰，因此本发明的保护范围当视后面的权利要求范围所界定者为准。
附图标记说明10基板20成核层30第一电性半导体层40多重量子阱结构50第二电性半导体层60第一电性电极62焊线70第二电性电极72焊线80发光二极管90杯面金属92底座94白胶110基板130第一电性半导体层140多重量子阱结构
150第二电性半导体层160第一电性电极162第一电性电极170第二电性电极180透明导热胶190反射层200传导层210粘着反射层220传导层
权利要求
1.一种发光二极管，其特征在于，包含传导层，该传导层用来传导该发光二极管所产生的热；反射层，位于该传导层上；以及外延结构，设于该反射层上，其中该外延结构中至少包括多个III-V族化合物半导体外延层，该些III-V族化合物半导体外延层更至少包括依序堆栈的一第一电性半导体层、一多重量子阱结构以及一第二电性半导体层，当通入电流后产生光。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述传导层的材质选自于由铜、银、铝、金、硅、氮化镓、氮化铝、钻石、以及碳化硅所组成的一族群。
3.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，反射层的材质选自于由银、金、以及铝所组成的一族群。
4.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，还包含透明导热胶，其中外延结构为通过所述透明导热胶设于该传导层上方。
5.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，反射层系为粘着反射层，其中外延结构通过该反射层设于该传导层上方。
6.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述III-V族化合物半导体外延层的材料包括氮化铝铟镓(AlInGaN)。
7.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一电性半导体层与该第二电性半导体层互为相异电性。
8.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，还包含基板，位于所述外延结构与该反射层之间。
9.如权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，所述基板由透明绝缘材质所形成。
10.如权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，所述基板的厚度小于50μm。
11.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，还包含第一电性电极与第二电性电极分别位于所述外延结构的同侧或不同侧的第一表面与第二表面上。
12.一种制造发光二极管的方法，其特征在于，包含提供传导层，该传导层用来传导该发光二极管所产生的热；提供外延结构，其中该外延结构中至少包括多个III-V族化合物半导体外延层，所述III-V族化合物半导体外延层还至少包括依序堆栈的第一电性半导体层、多重量子阱结构以及第二电性半导体层，当通入电流后产生光；形成反射层于该传导层上；以及粘合该传导层与该外延结构。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述传导层的材质选自于由铜、银、铝、金、硅、氮化镓、氮化铝、钻石、以及碳化硅所组成的一族群。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述反射层的材质选自于由银、金、以及铝所组成的一族群。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述粘合所述传导层与外延结构的步骤包含利用透明导热胶粘合该反射层及该外延结构。
16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，形成所述反射层的步骤包含形成一粘着反射层，以粘合该传导层与外延结构。
17.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述III-V族化合物半导体外延层的材料包括氮化铝铟镓。
18.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一电性半导体层与第二电性半导体层互为相异电性。
19.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述提供该外延结构的步骤中包含提供一基板；形成该外延结构于该基板上；以及去除所述基板的一部份厚度，在该粘合步骤后，使得所述基板位于该外延结构与该反射层之间。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述基板由透明绝缘材质所形成。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，经所述去除步骤后，基板的厚度小于50μm。
22.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括形成第一电性电极与第二电性电极，分别位于该外延结构的同侧或不同侧的第一表面与第二表面上。
全文摘要
一种发光二极管及其制造方法。本发明的发光二极管及其制造方法特征在于，发光二极管的结构中具有外延结构、反射层、以及传导层等组件，其中外延结构与传导层可利用反射层本身，或额外的透明导热胶粘合；反射层用来使外延结构所发出的光可更有效率地反射；且传导层用来增强发光二极管的散热效果。
文档编号H01L33/00GK1767221SQ20041008985
公开日2006年5月3日 申请日期2004年10月27日 优先权日2004年10月27日
发明者张智松, 陈泽澎 申请人:国联光电科技股份有限公司