专利名称：交流发光器件的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种发光器件，并且特别是有关于一种具有并联连接的发光单元的交流(AC)发光器件。
技术背景在传统的发光器件中，緩沖层、N型半导体层、主动层以及P型半导体 层依序地形成于基板上。通过光刻工艺(photolithographic process)对P 型半导体层以及主动层进行干蚀刻，以暴露基板，使得多个特定尺寸的发 光单元在基板上彼此隔离。用来作为欧姆触点(ohmic contact)的金属层形 成于N型半导体层与P型半导体层上。通过光学工艺(photo process)沉积 金属膜，以便电连接暴露的N型金属层与暴露于相邻的发光单元的P型金 属层上的区域，并且导电材质(例如，金(Au))通过空气桥工艺(air bridge process)在空气中连接相邻的发光单元。随后，通过例如电镀等方法将金属凸块形成于P型金属层上的一定区 域内，金属凸块的厚度为大约5至30um，由此完成基板的制造。以隔离的 发光单元为基础来划分以上述方法制造的器件基板，并且进行倒装式接合 (flip bonding),以使发光单元的顶部接合到图案化的子镶嵌基板 (submount substrate)的表面。随后，将子镶嵌^板切割成特定尺寸以形 成倒装芯片(flip chip)。各子镶嵌基板晶粒接合(die-bond)到封装基板上 进行组装，并且封装基板的电极通过金属配线连接到子镶嵌基板的接合垫 (bonding pad)上,由此完成交流(AC)倒装芯片。如下方式操作;'当口Aci光器件连接到:J电:上时，在正向偏压阶段，在正向方向上连接的发光器件阵列被点亮，而在反向偏压阶段，在反向方向 上连接的发光器件阵列被点亮。然而，由于这种集成的AC发光单元阵列在两个不同方向上连接，当电 流在正向方向上流动并因而发光单元阵列被点亮时，漏电流可能会流经一 发光单元阵列的某些发光单元。同时，由于后续发光单元中的过大的压降 所产生的过电流的流动而引起发光单元的发光不均匀，会损坏发光单元并 且缩短其寿命。发明内容本发明用于解决上述问题。因而，本发明的目的是提供一种发光器件， 其中即便在某些发光单元中出现过电流，允许此电流穿越在另一方向上连 接的发光单元。本发明的另一目的是提供一种发光器件，其能够确保均匀的光发射以及延长AC发光器件的寿命。为了实现上述目的，本发明的发光器件包括基板；以及形成于基板上 并且分别具有多个彼此串联电连接的发光单元的第 一和第二发光单元区块 (lighting cell block)。各发光单元具有N电极和P电极。第一发光单元 区块一端的P电极连接到第二发光单元区块一端的N电极，并且第一发光 单元区块另一端的N电极连接到第二发光单元区块另一端的P电极。第一 发光单元区块的各发光单元的P电极和与之对应的第二发光单元区块的各 发光单元的P电极通过金属配线彼此电连接，或者第一发光单元区块的各 发光单元的N电极和与之对应的第二发光单元区块的各发光单元的N电极 彼此电连接。发光器件更可包括倒装接合(f 1 i p-bonded)于第 一与第二发光 单元区块上的子镶嵌基板。子镶嵌基板与相应的发光单元之间形成金属垫。此外，子镶嵌基板上可形成金属配线，并且第一发光单元区块的各发 光单元的P电极和与之对应的第二发光单元区块的各发光单元的P电极通 过金属配线彼此电连接，或者第一发光单元区块的各发光单元的N电极和 与之对应的第二发光单元区块的各发光单元的N电极通过金属配线彼此电 连接。发光单元可包括形成于基板上的N型半导体层；形成于N型半导体 层的区域内的P型半导体层；以及分别形成于N型和P型半导体层上的N 电才及和P电才及。
通过结合附图给出的优先实施例的后续描述，本发明的上述以及其它 目的、特征以及优点清楚易懂，其中图l是根据本发明一实施例的发光器件的平面图；图2是根据本发明一实施例的发光器件的等效电路图；图3至图6是显示根据本发明一实施例的发光器件的制造工艺的截面图；图7是根据本发明另一实施例的发光器件的透视图； 图8和图9是根据本发明其它实施例的发光器件的子镶嵌基板的平面 图；以及图10至图12是根据本发明其它实施例的发光器件的制造工艺的截面图。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细地描述本发明的优选实施例。然而，本发明并不局限于以下实施例，而是能够以不同形式实施。提 供这些实施例仅是为了说明的目的，并且使本领域技术人员能够全面地理 解本发明的范围。在全部附图中，相似的元件由相似的附图标记所标识。尽管下文要描述的第 一和第二发光单元区块是分开的并且单独进^f亍描 述，但要注意到它们是形成于单个基板上的发光单元。图1至图6是根据本发明一实施例的发光器件的视图。 如图1和图2所示，根据本发明一实施例的发光器件包括位于基板 IOO—侧的第一发光单元区块，其具有由第一配线200串联连接的多个正向 偏置的发光单元250a;位于基板10另 一侧的第二发光单元区块，其具有经 第一配线200串联连接的多个反向偏置的发光单元250b;以及将第一发光 单元区块的发光单元250a电连接到第二发光单元区块的发光单元250b的 第二配线210。基板100是指用于制造发光装置的普通晶圆，并且由蓝宝石 (sapphire) 、 SiC或类似材料制成。本实施例使用由蓝宝石制成的基板进行 晶体生长。也就是，上述多层结构通过外延生长(epitaxial growth)形成 于用于晶体生长的基板上。发光单元250包括形成于基板100上的緩冲层110;形成于緩沖层 110上的N型半导体层120;形成于N型半导体层120上的特定区域内的主 动层140;形成于主动层140上的P型半导体层160;形成于N型半导体层 120上的N电极125;以及形成P型半导体层160上的P电极165。緩冲层110用于降低基板100与晶体生长后形成的后续层之间的晶格 失配(lattice mismatch),并且包含氮化物半导体材料AIN或GaN。N型半导体层120是产生电子的层，并且由N型化合物半导体层以及N 型衬层(cladlayer)形成。此时，N型化合物半导体层由掺杂有N型杂质的 GaN制成。主动层140是电子与空穴重组的区域，其具有预定的能带隙(band gap)，并且形成为具有量子井结构。进一步，主动层140可包含InGaN，并 且由电子与空穴的组合所发射的光的波长依据构成主动层140的材料的种 类而发生变化。因而，优选地依据主动层140的目标波长来控制半导体材 料的组分。P型半导体层160是产生空穴的层，并且由P型衬层和P型化合物半导 体层形成。此时，P型化合物半导体层由掺杂有P型杂质的AIGaN制成。N电极125与P电极165是用于将发光单元250电连接到外部配线的电 极，并且N电极125形成为具有Ti/Au的叠层结构。P电极165由透明地导 电薄膜(氧化铟锡/Indium Tin Oxide, IT0)制成，并经第一配线200均匀 地传输电压输出到P型半导体层160。进一步，第一配线200通过电镀等方法由导电材质(例如金(Au))形成， 以便连接彼此相邻的N型与P型半导体层120与160。第二配线210将第 一发光单元区块的发光单元25 Oa电连接到与之对应 的第二发光区块的发光单元250b上，第二配线210由金属例如金(Au)形成。 也就是，如根据本实施例的图2的等效电路所示的，正向与反向偏置的发 光单元250a与250b经第二配线210并联连接。因而，即使当AC电力施加 到发光单元上并且在某些发光单元中出现过电流时，电流可穿越(cross)在 另一方向上连"t妄的发光单元，由此防止由过电流对发光单元250的损坏。图3至图6是显示根据本发明一实施例的发光器件的制造工艺的截面图。下面参照图3-图6讨论上述发光器件的制造工艺。緩冲层IIO、 N型半 导体层120、主动层140以及P型半导体层160依序地形成于蓝宝石基板 IOO上(图3)。之后，光阻涂附在整个结构上，并且随后使用掩模进行光刻 工艺来形成第一光阻图案，该第一光阻图案用于图案化各发光单元。接下来，使用第 一光阻图案作为蚀刻掩模并通过蚀刻工艺来部分地移 除P型半导体层、主动层、N型半导体层以及緩冲层，并且移除第一光阻图 案以便物理且电隔离发光单元图案(图4)。随后，将光阻涂附到整个结构上，并且通过使用掩模进行光刻工艺来 形成第二光阻图案。接下来，通过使用第二光阻图案作为蚀刻掩模并进行蚀刻工艺来部分 地移除P型半导体层和主动层，以暴露N型半导体层UO(图5)。此时，一 同移除一定厚度的N型半导体层120。之后，通过预定的剥离工艺(stripping process)移除第二光阻图案。透明的导电薄膜形成于P型半导体层160上，以便制造P电极165。也 就是，形成第三光阻图案，并经第三光阻图案暴露P型半导体层160， P电 极165随后形成于第三光阻图案上，并且通过剥离工艺移除第三光阻图案， 使得P电极165形成于P型半导体层160上。接下来，N电极125形成于N 型半导体层120上，N电极125不包括金属导电膜，例如Ti、 Au、 Ag、 Pt、 Al或Cu。之后，通过空气桥(air bridge)或阶梯覆盖(step coverage)工 艺用第一配线200连接一发光单元的N电;f及和与之相邻的另 一发光单元的P 电极，由此制造第一与第二发光单元区块(图6)。上述第一发光单元区块两端的N电极与P电极分别连接到第二发光单元区块两端的P电极与N电极，第二发光单元区块的阳极与阴极方向与第 一发光单元区块相反。通过空气桥或阶梯覆盖工艺用第二配线210连接第 一发光单元区块的发光单元250a和与之对应的第二发光单元区块的发光单 元250b，由此完成AC发光器件(参见图1)。此时，发光单元的P电极通过第二配线彼此连接。很显然，N电极也可 以通过第二配线彼此连接。进一步，尽管在上述工艺中，第一与第二配线 通过两种工艺形成，但是它们可以通过一种工艺同时形成。空气桥工艺的步骤如下在要彼此连接的芯片之间涂附感光液体并通 过光学工艺进行显影，以便形成光阻图案；通过例如真空沉积等方法首先 在第一光阻图案上形成薄膜，薄膜由金属或类似材料制成；并且通过例如 电镀或金属沉积等方法再次在薄膜上涂附特定厚度的含金的导电材质。随 后，使用溶解溶液来移除光阻图案，使得导电材质下方的所有部分被移除 并且仅在空气中形成桥形式的导电材质。进一步，在阶梯覆盖工艺中，在要彼此连接的芯片之间涂附感光液体 并通过光学工艺进行显影，使得要彼此连接的部分未被覆盖，同时其它部 分覆盖光阻图案，并且通过例如电镀或金属沉积等方法在光阻图案上涂附 特定厚度的含金的导电材质。随后，使用溶解溶液来移除光阻图案，使得 所有未被导电材料覆盖的部分被移除，并且仅留下覆盖部分以便电连接要 彼此连接的芯片。接下来，将描述根据本发明另一实施例的发光器件，其具有倒装芯片 结构，其中通过子镶嵌基板的金属凸块连接对应的发光单元。在后续实施例中省略了与上述实施例重复的描述。图7至图9是显示本发明另一实施例的视图。图7显示了根据本发明另一实施例的发光器件。此发光器件包括第 一基板，其包含位于基板100 —侧的具有串联连接的多个正向偏置的发光 单元250a的第一发光单元区块和位于基板100另一侧的具有串联连接的多 个反向偏置的发光单元250b的第二发光单元区块；以及倒装接合到第一基 板上的子镶嵌基板300,以侵 波此电连接第一发光单元区块的各发光单元 250a的P电极165与第二发光单元区块的各发光单元"0b的P电极1"。金属凸块用于倒装接合到子镶嵌基板300上，并且形成于P电极165bonding)或回2焊接工艺(ref low soldering)来倒i接合金属凸块。尽管 金(Au)、 Pb/Sn或类似材料可用于作为金属凸块180，但在本实施例中可使 用Pb/Sn。超声波接合工艺是在金属凸块180具有象金(Au)这样的高熔点的情况 下所采用的工艺。施加竖直压力和60Hz的水平超声波振动来在室温下实现接合。由于通过压力和振动打破氧化膜来产生金属触点并且操作在室温下 进行，因而形成冷焊接。回流焊接工艺是在金属凸块180具有低熔点的合金(例如Pb/Sn )情况 下所釆用的工艺。回流焊接工艺用于通过使得印刷电路布配线板(printed circuit wiring board)(其上4是供有焊膏并且安装有电子器件)经过加热 炉来电连接印刷电路布线板与电子器件，熔炉具有设定好焊接温度 (soldering temperature)的高温大气。回流焊接工艺才艮据加热源可以分类 成纟工外回;虎(infrared reflow)、热空气回流(hot air reflow)、 红夕卜及 热空气回流(infrared and hot air reflow)、使用惰性溶液或类似:容液 的蒸发潜热的回流。第一发光单元区块具有通过由金属制成的第一配线200串联连接的正 向偏置的发光单元250a。第二发光单元区块的结构与第一发光单元区块相 同，但是具有由第一配线200串联连接的反向偏置的发光单元250b。当施 加AC电力时，第一发光单元区块在正电压的情况下被点亮，而第二发光单 元区块则在负电压的情况下被点亮。子镶嵌基板300用于从发光单元250散热并向发光单元施加外部电力。 第一发光单元区块的各发光单元的电极与第二发光单元区块的各发光单元 的电极在子镶嵌基板300上通过金属配线彼此连接。也就是，金属垫320 形成于子镶嵌基板300上以便电连接正向偏置的发光单元250a的P电极165 和与之对应的反向偏置的发光单元250b的P电极。此时，金属垫320可通 过图8所示的第二配线210a或者图9所示的配线210b连接。图9所示的 配线210b在金属垫形成于子镶嵌基板300上时连接于金属垫320之间。与根据上述实施例的发光单元相比，各发光单元进一步包括形成于P 电极165上的金属凸块180。P电极165是欧姆电极并且起到经第一配线200 将电压输出均勻地传输到P型半导体层160上的作用。图10至图12是根据本发明其它实施例的发光器件的制造工艺的截面图。将参照图10至图12讨论上述发光器件的制造工艺。在根据本发明的 其它实施例的发光器件中，半导体层通过与上述实施例相同的方法形成于 基板100上，通过空气桥或阶梯覆盖工艺用第一配线200连接一发光单元 的N电极125与另一发光单元的P电极165，并且将由合金(例如Pb/Sn)制 成的金属凸块180接合到P电极165的顶部，以便制造第一与第二发光单 元区块(图10)。此时，为了防止金属凸块18在熔化时由于湿度(wetness)而流到其它 位置，可在金属凸块的周围形成钝化层(未图示)。钝化层不仅起到绝缘金 属凸块180的作用，还保护发光单元250不受杂质、湿气或类似物的影响。第一发光单元区块两端的P电极和N电极与第二发光单元区块两端的N 电极以及P电极彼此连接，以便完成第一基板。同时，子镶嵌基板300具有由导电且导热的材料制成的下层，此材料 例如是SiC、 Si、 Ge、 SiGe、 A1N或金属，并且使用单独的模具进行制造。 电介质膜310形成于此下层的整个表面上，电介质膜310由流动电流为1 y A 或更低的电介质材料或完全不流动电流的绝缘材料制成。此时，如果不用 导电材作为子镶嵌基板300的下层，则可以不形成电介质膜310。在本实施 例中，使用金属化材料(也就是，具有优越的导电性的材料)来增强导热性。 因而，形成电介质膜310来提供足够的绝缘。之后，使用预定的掩模图案 通过丝网印刷方法或沉积工艺将例如由Cr、 Au、 Ti或Cu等金属制成的金 属垫320形成于子镶嵌基板300的电介质膜310上，使得第一基板的金属 凸块180由于其湿度而接合到子镶嵌基板300上。在形成金属垫320之后，要连接到外部的接合垫330a与330b形成于 子镶嵌基板300的两端，由此完成子镶嵌基板300 (图11)之后，第一基板与子镶嵌基板300通过倒装芯片工艺彼此接合(图1"。 也就是，通过回流焊接工艺使形成于第一基板的P电极165上的金属凸块 180成球形，并且将正向与反向偏置的发光单元250a和250b的P电极接合 到子镶嵌基板300的金属垫320上。此时，各正向偏置的发光单元250a的P电极165和与之对应的各反向 偏置的发光单元250b的P电极165通过金属垫320彼此电连接。金属垫320 通过第二配线210彼此连接，或者它们可以通过在形成金属垫320时形成 的配线;波此连接。尽管相应发光单元区块的电极通过上文所描述的子镶嵌基^反300上的 金属配线彼此连接，但本发明并不局限于此。相应发光单元区块的电极可 在第一基板上彼此连接。也就是，通过与上述实施例相同的方法利用第二 配线210在第一基板上将第一发光单元区块的各第一发光单元"0a的P电 极165和与之对应的第二发光单元区块的各发光单元的P电极165彼此电 连接。由于在倒装芯片工艺中使用回流焊接工艺接合金属凸块180，因此可以 获得自对准效果。在已经进行此工艺后，将子镶嵌基板300切割成特定尺寸，以形成倒 装芯片，进行晶粒接合使得各子镶嵌基板300安装于基板(未图示)上以便 进行组装，并且进行组装的基板的电极通过配线连接到子镶嵌基板300的 接合垫330a以及330b上，藉此完成AC倒装芯片。晶粒接合是一种半导体器件的组装技术，并且是一种将半导体芯片安 装到封装体上的技术。晶粒接合用于将半导体芯片固定于封装体上并且实现芯片与封装体之间的电连接。 一般来说，热压接合(thermocompression bonding)或超声波焊接技术可用于晶粒接合。如上文所描述的，根据本发明，形成于AC发光器件内的多个发光单元 彼此并联连接。因而，可以提供一种发光器件，其中即使在某些发光单元 中出现漏电流，此电流可穿越在另一方向上连接的发光单元，由此避免由 于漏电流在某些发光单元上产生的过载且确保均匀的光发射，并且延长AC 发光器件的寿命。本发明的范围不限于上述实施例，而是由所附权利要求定义。本领域 技术人员显然可以进行各种修改和修饰，这些修改和修饰落在权利要求定 义的范围内。
权利要求
1.一种发光器件，其特征在于其包括基板；以及第一和第二发光单元区块，形成于所述基板上，并且分别具有多个彼此串联电连接的发光单元，各所述发光单元具有N电极和P电极，其中所述第一发光单元区块一端的P电极连接到所述第二发光单元区块一端的N电极，并且所述第一发光单元区块另一端的N电极连接到所述第二发光单元区块的另一端的P电极；并且所述第一发光单元区块的各发光单元的P电极和与之对应的所述第二发光单元区块的各发光单元的P电极或者所述第一发光单元区块的各发光单元的N电极和与之对应的所述第二发光单元区块的各发光单元的N电极彼此电连接。
2. 如权利要求1所述的发光器件，其特征在于进一步包括倒装接合 于所述第一和第二发光单元区块上的子镶嵌基板。
3. 如权利要求2所述的发光器件，其特征在于在所述子镶嵌基板与 所述相应发光单元之间形成金属垫。
4. 如权利要求2或3所述的发光器件，其特征在于在所述子镶嵌基 板上形成金属配线，并且所述第一发光单元区块的各发光单元的P电极和 与之对应的所述第二发光单元区块的各发光单元的P电极通过所述金属配 线彼此电连接，或者所述第一发光单元区块的各发光单元的N电极和与之 对应的所述第二发光单元区块的各发光单元的N电极通过所述金属配线彼 此电连接。
5. 如权利要求4所述的发光器件，其特征在于其中所述子镶嵌基板的 金属配线包括金属垫，并且所述金属垫通过第二配线或者通过形成于所述 金属垫之间的配线进行连接。
6. 如权利要求1-3中任意一项所述的发光器件，其特征在于其中所 述发光单元包括形成于所述基板上的N型半导体层；形成于所述N型半导体层上的一定区域内的P型半导体层；以及 分别形成于所述N型和P型半导体层上的N电极和P电极。
全文摘要
本发明是有关于一种发光器件，其中第一发光单元区块的发光单元和与之对应的第二发光单元区块的发光单元并联连接。本发明的发光器件包括基板；以及形成于基板上并且分别具有多个彼此串联电连接的发光单元的第一和第二发光单元区块。各发光单元具有N电极和P电极。第一发光单元区块一端的P电极连接到第二发光单元区块一端的N电极，并且第一发光单元区块另一端的N电极连接到第二发光单元区块另一端的P电极。第一发光单元区块的各发光单元的P电极和与之对应的第二发光单元区块的各发光单元的P电极，或者第一发光单元区块的各发光单元的N电极和与之对应的第二发光单元区块的各发光单元的N电极彼此电连接。在本发明的发光器件中，第一发光单元区块的发光单元和与之对应的第二发光单元区块的发光单元分别并联连接，使得电流可以穿越第一和第二发光单元区块的发光单元。因而，即使在某些发光单元中出现漏电流，此电流可穿越在另一方向上连接的发光单元，由此避免由于漏电流在某些发光单元上产生的过载且确保均匀的光发射，并且延长AC发光器件的寿命。
文档编号H01L33/30GK101233624SQ200680028323
公开日2008年7月30日 申请日期2006年8月8日 优先权日2005年8月8日
发明者拉克鲁瓦·伊夫, 李在皓 申请人:首尔Opto仪器股份有限公司