专利名称：发光二极管结构与其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管结构与其制作方法，尤指一种利用半导体工 艺所制作出具有硅质栽板的发光二极管结构。
背景技术：
传统照明产业为了将白炽灯泡光源做有效集光，将灯杯制作成抛物面的 形状，将灯泡放置在灯杯的焦点使散射的光线能有效被收集，而成近乎直线射出，而灯杯表面更可制作漫射结构(diffiiser)增加其光线柔和效果。然而， 近年来由于白炽灯泡本身的发光效率不高，并且会产生较高的辐射热，因此 具有寿命长、体积小、发光效率高、耗电量低以及环境污染低等优点的发光 二极管渐渐地取代了白炽灯泡，而成为新照明光源的主流。但当光源由传统的白炽灯泡进化到发光二极管光源时，由于发光二极管 晶粒结构与白炽灯泡结构差异甚大，因此无法沿用白炽灯泡的抛物面集光灯 杯。请参考图1,图1为现有技术发光二极管结构示意图。如图1所示，现 有技术发光二极管结构10包含有发光二极管晶粒12、粘着引脚14以及引脚 16，其中粘着引脚14包含有平底杯型槽，且发光二极管晶粒12设置于粘着 引脚14的平底杯型槽中。此外，发光二极管晶粒12的两电极藉由导线18 分别电连接到粘着引脚14与引脚16上。在现有技术发光二极管结构10中，光线从发光二极管晶粒12发射出后， 除了向上发射的部分外，还有侧向的散光，虽然光线可藉由平底杯型槽将一 部分的光线向上反射，但因为平底杯型槽并非为良好的集光结构，仍会有部 分的光线于此平底杯型槽中被散乱反射而浪费掉，比起传统白炽灯泡的抛物 面灯杯的集光效率逊色许多，因此改善发光二极管结构的集光效率，仍为业 界极力改善的课题。发明内容本发明的目的是提供一种发光二极管结构与其制作方法，其具有指向性发光与良好散热效果的发光二极管结构，并且可利用半导体工艺制作出具有 集光效果的发光二极管结构。为达上述的目的，本发明提供一种具有硅质栽板的发光二极管结构，包 含有硅质栽板，该硅质载板的上表面具有抛物面形状的凹杯结构，并且该凹 杯结构底部具有多个孔洞贯穿该硅质载板、反射层，设置于该凹杯结构的上 表面、导电层，填满该凹杯结构底部的该孔洞，并且突出于该孔洞上，其中 该导电层突出于该孔洞上的部分为支撑底座以及发光二极管设置于该支撑 底座的顶端，并且该发光二极管位于该凹杯结构的焦点。为达上述的目的，本发明提供一种制作具有硅质载板的发光二极管结构 的方法。首先提供硅质载板，并于该硅质载板的下表面制作出多个孔洞。接 着于该硅质载板的下表面形成一导电层，且该导电层填满该孔洞以作为支撑 底座。随后于该硅质栽板的上表面制作出具有抛物面形状的凹杯结构，并使 该支撑底座由该凹杯结构的底部突出而外露。之后再于该凹杯结构的上表面 形成反射层，并将发光二极管与该支撑底座接合，使该发光二极管位于该凹 杯结构的焦点。本发明利用微机电工艺与半导体工艺制作出使发光二极管得以悬空的 置放的支撑底座与抛物面形状的凹杯结构，有效地避免非平坦的凹杯结构无 法置放发光二极管的问题，使得发光二极管的侧向散光与背面散光可以被聚 集，而向上发光，达到指向性的功效，并且本发明利用半导体蚀刻工艺于凹 杯结构表面形成微漫射结构，可有效避免炫光发生。
图1为现有技术发光二极管结构示意图。图2为本发明发光二极管结构的示意图。 图3为凹杯结构的微漫射结构的扫描电子显微镜图。 图4、 5、 6、 7、 8、 9和IO为制作本发明实施例的发光二极管结构的方 法示意图。附图标记说明 10 发光二极管结构 14 粘着引脚 18 导线12 发光二极管晶粒16 引脚50 发光二极管结构52硅质栽板54凹杯结构56导电层58反射层60发光二极管62介电层100珪质栽板102孑L洞104遮罩106蚀刻停止层108导电层110遮罩112凹杯结构114反射层116发光二极管具体实施方式
请参考图2，图2为本发明发光二极管结构的示意图。如图2所示，发 光二极管结构50包含有珪质栽板52，具有抛物面形状的凹杯结构54位于硅 质载板52的上表面，多个孔洞位于凹杯结构54的底部并贯穿硅质载板52、 反射层58设置于珪质载板52的凹杯结构54内的上表面、导电层56填满凹 杯结构54底部的孔洞，并且突出于孔洞之外，以及发光二极管60。导电层 56突出于孔洞上的部分为支撑底座，发光二极管60设置于支撑底座的顶端， 并且发光二极管60位于凹杯结构54的焦点。另外，发光二极管结构50另 包含介电层62，位于硅质栽板52与导电层56之间，此介电层为氧化硅、氮 化硅或氮氧化硅所构成，并可作为工艺上的蚀刻停止层之用。硅质载板52的材料包含有多晶硅、非晶硅或单晶硅，并且可为方形硅 晶片或圓形硅晶片，且其中可包含有已制作完成的集成电路或无源元件(图 未示)。由于硅具有良好的热传导的效果，因此可提升发光二极管结构的散 热效能，另外，硅的热膨胀系数与发光二极管的材料相近，亦可提高发光二 极管结构的可靠性。反射层58为高反射性材质所构成，例如金属或光学薄膜，并且具有 抛物面的形状，用来将发光二极管60的侧向与背面所散射的光线反射向上 (如图2的箭头所示)。此外，反射层58与导电层56并未接触而为互相绝缘。 导电层56为金属所构成，可为面状金属层或金属线路层，用来电学连接发 光二极管60与外部驱动电路(图未示)，让发光二极管60能够被驱动。值得注意的是凹杯结构54的表面另可具有微漫射结构(micro-diffiiser)， 如图3所示，图3为凹杯结构的微漫射结构的扫描电子显微镜图。凹杯结构54表面的微漫射结构使得设置在凹杯结构54上的反射层58也具有微漫射结 构，此微漫射结构让发光二极管60所发出的光线在经由反射层58反射时会 被漫射，以避免因表面光滑所产生的炫光效果。于本实施例中，此微漫射结 构的高低起伏相差约1微米，使反射层58具有明显的漫射效果。另外，凹杯结构54底部的孔洞，因为贯穿硅质载板52，使导电层56 得以藉此孔洞/人石圭质载板52的下表面延伸至石圭质载板52的上表面，因此即 使本发明的凹杯结构54的底部并非平坦面，发光二极管60亦能够直接置放 于凹杯结构54之内而与导电层56电连接，不需另外焊线，因而可节省工艺 上的制造成本。此外，由于导电层56的支撑底座突出于孔洞的上方，可用 来将发光二极管60撑离凹杯结构54的表面，让发光二极管60可悬空设置 于凹杯结构54的焦点。因此从发光二极管60所发出的側向散光与背面散光， 可藉由抛物面形状的反射层58向上集光，如同将光源置于抛物面镜焦点的 聚光功能一样，以达到具有指向性的集光效果。本发明的发光二极管结构藉由抛物面形状的凹杯结构将发光二极管所 发出的光收集并一致朝上发射，并且为了避免炫光，利用凹杯结构的微漫射 结构，将光线作柔和处理。请参考图4至图10，图4至图10为制作本发明实施例的发光二极管结 构的方法示意图。如图4所示，提供硅质栽板IOO，先利用半导体光刻工艺 于硅质载板100的下表面制作出具有图案的遮罩104，并利用蚀刻工艺于硅 质载板100的下表面制作出多个具有倾斜角度的高深宽比孔洞102，其中用 于制作高深宽比孔洞102的蚀刻工艺可使用反应离子蚀刻(RIE)技术、交替蚀 刻法(BOSCH)的等离子体离子蚀刻技术的干式蚀刻工艺或使用氢氧化钾 (KOH)溶液、氢氧化四曱基铵(TMAH)或乙二胺邻笨二酚(EDP)为蚀刻液的湿 式蚀刻工艺。如图5所示，去除遮罩104，接着于孔洞102内形成蚀刻停止层106。 此蚀刻停止层106为介电材料所构成，例如氧化层(SiCg、氮化层(SixNy) 或氮氧化硅层(SiOxNy)，并且此蚀刻停止层106的制作方式包含有常压化学 气相沉积(APCVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、等离子体化学气相沉积 (PEC VD)或高密度等离子体化学气相沉积(HDP CVD)等方式。如图6所示，再于蚀刻停止层106上形成导电层108，并且使导电层108 填满孔洞102作为支撑底座。此导电层108系由金属所构成，其制作方式可利用溅镀(Sputtering)、化学气相沉积(CVD)或蒸镀(Evaporation)等方式来形成。如图7所示，然后利用半导体光刻工艺于硅质栽板100的上表面制作出 具有图案的遮罩110，再用湿式蚀刻工艺于硅质载板100的上表面制作具有 倾斜侧壁的凹杯结构112。湿式工艺包含有使用氬氧化钾溶液、氬氧化四曱 基铵或乙二胺邻苯二酚为蚀刻液。如图8所示，接着利用干式蚀刻工艺将凹杯结构112的表面进一步蚀刻 成抛物面形状，并且曝露出支撑底座上的蚀刻停止层106,之后再于凹杯结 构112的表面制作出微漫射结构(微漫射结构如图3所示)，其中干式蚀刻工 艺包含有反应离子蚀刻工艺或交替蚀刻法的等离子体离子蚀刻工艺。值得注 意的是此蚀刻停止层106是用来保护导电层108不被干式蚀刻所侵蚀，并且 让支撑底座的深度可以精确的控制，使得发光二极管设置在支撑底座上时可 以准确的位于凹杯结构112的焦点上。如图9所示，利用干式或湿式蚀刻工艺蚀刻该蚀刻停止层106至支撑底 座露出，然后再于凹杯结构112的上表面形成反射层114。此反射层114为 高反射率的薄膜，例如金属或光学薄膜，可藉由溅镀、化学沉积方式或蒸 镀等方式形成于凹杯结构112上。如图IO所示，去除遮罩IIO，并利用固晶工艺，例如覆晶方式或玻璃 胶粘接法，将发光二极管116与支撑底座接合，使发光二极管116位于凹杯 结构的焦点，即完成本发明的发光二极管结构。综上所述，本发明利用半导体光刻与蚀刻工艺于硅质载板上制作抛物面 形状的凹杯结构，并且于凹杯结构中制作支撑底座用以承载发光二极管，使 发光二极管得以悬空的置放于凹杯结构的焦点，可有效避免非平坦的凹杯结 构无法置放发光二极管的问题，再配合固晶工艺将发光二极管封装于支撑底 座上，完成具有硅质载板的指向性发光二极管结构。本发明的发光二极管结 构藉由抛物面的凹杯结构将发光二极管侧向散光与背面散光加以收集与反 射，使其向上发光，达到指向性的功效，另外，本发明利用半导体蚀刻工艺 于凹杯结构表面形成微漫射结构，以防止炫光。以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变 化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1. 一种具有硅质载板的发光二极管结构，包含有硅质载板，该硅质载板的上表面具有抛物面形状的凹杯结构，并且该凹杯结构底部具有多个孔洞贯穿该硅质载板；反射层设置于该凹杯结构的上表面；导电层，填满该凹杯结构底部的该孔洞，并且突出于该孔洞上，其中该导电层突出于该孔洞上的部分为支撑底座；以及发光二极管设置于该支撑底座的顶端，并且该发光二极管位于该凹杯结构的焦点。
2. 如权利要求1所述的发光二极管结构，另包含有一介电层，位于该 导电层与该石圭质栽板之间。
3. 如权利要求1所述的发光二极管结构，其中该反射层为金属或光学 薄膜，并且与该导电层电学绝缘。
4. 如权利要求1所述的发光二极管结构，其中该反射层的表面具有微 漫射结构。
5. 如权利要求4所述的发光二极管结构，其中该微漫射结构的高低起 伏相差约1微米。
6. —种制作具有硅质载板的发光二极管结构的方法，包含有 提供硅质栽板；于该硅质载板的下表面制作出多个孔洞；于该硅质载板的下表面形成导电层，且该导电层填满该孔洞以作为支撑 底座；于该硅质载板的上表面制作出具有抛物面形状的凹杯结构，并使该支撑 底座由该凹杯结构的底部突出而外露；于该凹杯结构的上表面形成反射层；以及将发光二极管与该支撑底座接合，使该发光二极管位于该凹杯结构的焦点。
7. 如权利要求6所述的方法，另包含有形成该导电层之前，先于该孔 洞内形成蚀刻4f止层。
8. 如权利要求7所述的方法，其中该蚀刻停止层为氧化层、氮化层或氮氧化硅层。
9. 如权利要求7所述的方法，其中该蚀刻停止层是利用常压化学气相 沉积、低压化学气相沉积、等离子体化学气相沉积或高密度等离子体化学气 相; 冗积方式形成。
10. 如权利要求6所述的方法，其中形成该具有该抛物面形状的该凹杯 结构的步骤包含有利用湿式蚀刻工艺于该硅质栽板的上表面制作具有倾斜侧壁的凹杯结构；利用干式蚀刻工艺将该凹杯结构蚀刻成该抛物面形状，并且曝露出该支 撑底座上的该蚀刻停止层；以及蚀刻该蚀刻停止层至该支撑底座露出。
11. 如权利要求10所述的方法，其中该湿式蚀刻工艺使用氢氧化钾溶 液、氢氧化四曱基铵或乙二胺邻苯二酚为蚀刻液。
12. 如权利要求10所述的方法，其中该干式蚀刻工艺包含有反应离子 蚀刻工艺或交替蚀刻法的等离子体离子蚀刻工艺。
13. 如权利要求6所述的方法，另包含有在该凹杯结构形成之后，于该 凹杯结构的表面制作出微漫射结构。
14. 如权利要求13所述的方法，其中该微漫射结构是利用千式蚀刻工 艺所形成。
15. 如权利要求14所述的方法，其中该干式蚀刻工艺包含有反应离子 蚀刻工艺或交替蚀刻法的等离子体离子蚀刻工艺。
16. 如权利要求6所述的方法，其中该导电层为金属。
17. 如权利要求6所述的方法，其中该孔洞是利用蚀刻工艺加以形成， 且该蚀刻工艺包含有反应离子蚀刻工艺、交替蚀刻法的等离子体离子蚀刻工 艺，或使用氢氧化钾溶液、氢氧化四曱基铵或乙二胺邻笨二酚为蚀刻液的湿 式蚀刻工艺。
全文摘要
一种具有硅质载板的发光二极管结构，包含有硅质载板、导电层与发光二极管。该硅质载板的上表面具有抛物面形状的凹杯结构，并且该凹杯结构底部具有多个孔洞贯穿该硅质载板。该导电层填满该凹杯结构底部的该孔洞，且突出于该孔洞上。该发光二极管设置于突出部分的顶端，并且位于该凹杯结构的焦点。
文档编号H01L33/00GK101257067SQ200710005879
公开日2008年9月3日 申请日期2007年2月28日 优先权日2007年2月28日
发明者张宏达, 林弘毅 申请人:探微科技股份有限公司