专利名称：高发光率的覆晶式发光二极管的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种发光二极管，特别是涉及一种高发光率的覆晶式发光二极管。
背景技术：
照明设备发展以来，由于传统照明设备功率较高的因素，致使其产生电力消耗较多的缺点，为此，各国产、学、研界专家学者纷纷投入照明设备的发光元件的研究，发光二极管(Light Emitting Diode ;LED)即在此需求下因应而生。 如
图1所示，常见的使用蓝宝石基板成长氮化镓系列的发光二极管，是依序将氮化镓缓冲层2' ， N型氮化镓欧姆接触层3'，氮化铟镓的发光层4' ， P型氮化铝镓披覆层5'、P型氮化镓欧姆接触层6'及P型透光金属导电层7'外延层成长于蓝宝石基板1'上，最后，设置阳极电极8'于P型透光金属导电层7'上方以及设置阴极电极9'于N型氮化镓欧姆接触层3'之上，并分别于阳极电极8'与该阴极电极9'接设导线10'，11'以导通导电支架12'的两个电极。 上述发光二极管结构中，当氮化铟镓的发光层4'发出光线时，该阳极电极8'是会遮蔽该发光层4射出的光线，而使发光二极管产生发光面积縮小与明暗不均等问题，为解决前述问题，一种覆晶式发光二极管是被提出，如图2所示，此结构是将发光二极管晶片反转接合于一个基座15'，使发光二极管晶片的阳极电极8'与阴极电极9'直接贴附于该基座15'的第一导电区13'与第二导电区14'，当发光层4'发出光线时，不经由阳极电极8'，而穿透基板1'(如蓝宝石)直接通导至外界，以增加发光面积。 虽然图2所示的覆晶式发光二极管可解决阳极电极8'遮蔽发光层4发出的光线的问题，但是由于此覆晶式发光二极管的部份光线是朝向第一导电区13、该第二导电区14'及该基座15'，而无法通导至外界，因此，此覆晶式发光二极管结构是无法有效发挥发光效果。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种高发光率的覆晶式发光二极管，能够避免光线被遮蔽，提高发光效率，并且能增加元件使用寿命，进一步縮小封装体积。[0007] 为解决上述技术问题，本实用新型高发光率的覆晶式发光二极管的技术方案是，一种高发光率的覆晶式发光二极管，包含[0008] —个透明基板； —个半导体层，设于透明基板上方，且包含一个N型半导体层、一个发光层及一个
P型半导体层，其中，发光层介于N型半导体层与P型半导体层之间； —个透明导电层，设于P型半导体层上方且电性连接至P型半导体层； —个氧化层，设于透明导电层上方； —个金属反射层，设于氧化层上方；[0013] —个导电层，设于该氧化层上，以电性连接透明导电层与金属反射层；[0014] —个扩散保护层，设于金属反射层上方且电性连接该金属反射层； —个第一电极，设于半导体层的N型半导体层上方且电性连接N型半导体层； —个导热基板，导热基板的表面具有第一及第二金属接合层； 其特征是发光二极管的第一电极与扩散保护层朝向导热基板，并分别与第一和第二金属接合层电性连接。 本实用新型的高发光率的覆晶式发光二极管，通过设置一个透明导电层、一个氧化层、一个金属反射层、一个导电层以及一个扩散保护层于P型半导体层上方，以反射发光层发出的光线，提升覆晶式发光二极管的发光效率，此外，本实用新型也可利用覆晶技术将发光二极管晶片反转设置于高导热基板上，以此提升发光二极管的散热能力，进一步延伸此发光二极管的使用周期，并且进一步縮小封装体积。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明 图1为已有使用蓝宝石基板成长氮化镓系列的发光二极管的示意图； 图2为已有的覆晶式发光二极管的示意图； 图3为本实用新型高发光率的覆晶式发光二极管晶片的示意图；[0023] 图4为高发光率的覆晶式发光二极管的示意图。[0024] 图中附图标记说明 1'为蓝宝石基板，2'为氮化镓缓冲层，3'为N型氮化镓欧姆缓冲层，4'为氮化铟镓的发光层，5'为P型氮化铝镓披覆层，6'为P型氮化镓欧姆接触层，7'为P型透光金属导电层，8'为阳极电极，9'为阴极电极，10'、11'为导线，12'为导电支架，13'为第一导电区，14'为第二导电区，15'为基座，10为透明基板，12为N型半导体层，14为发光层，16为P型半导体层，18为透明导电层，20为氧化层，22为金属反射层，24为导电层，26为扩散保护层，28为第一金属接合层，30为第一电极，32为第二金属接合层，34为导热基板。
具体实施方式如图3所示，本实用新型的发光二极管晶片结构是包含一个透明基板10、一个半导体层、一个透明导电层18、一个氧化层20、一个金属反射层22、一个导电层24、一个扩散保护层26以及一个第一电极30，其中，该透明基板10是可选自蓝宝石(S即phire)、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)、磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)的其中一种，或者具有高透光特性的基板材料。 在透明基板10上方设置半导体层，该半导体层包含一个N型半导体层12、一个发光层14以及一个P型半导体层16，其中，发光层14是介于N型半导体层12与P型半导体层16之间，而N型半导体层12为一个N-GaN层，P型半导体层16为一个P-GaN层。[0028] 上述的发光层14的材料可选自InGaN/GaN多重量子井结构、三-五族元素为主的半导体量子井(quantum well)结构的其中 一种，且半导体量子井结构是包含AlalnbGal-a-bN/AlxInyGal-x-yN，其中，a，b >0 ;0《a+b < 1 ;x， y >0 ;0《x+y < 1 ;x
> C >[0029] 在P型半导体层16上方设置透明导电层18，它与P型半导体层16产生欧姆接触，以减少接触电阻，其中，透明导电层18材料可选自氧化铟、氧化锡、氧化铟钼、氧化铟铈、氧化锌、氧化铟锌、氧化镁锌、氧化锡镉、氧化铟锡、氧化镍、钼(Pt) 、 Ni/Au、 TiN、 TaN、 CuA102、LaCuOS、CuGa02、SrCu202或氧化镍(NiOx)、氧化铱(IrO)、氧化铑(RhO)、氧化钌(RuO)与金(Au)组合的其中一种。 设置氧化层20于透明导电层18上方，设置金属反射层22于氧化层20上方后，在氧化层20的适当位置处设置导电层24，以使透明导电层18与金属反射层22产生电性连接，其中，金属反射层22的材料可为金(Au)、铝(Al)、银(Ag)、铑(Rh)的其中一种，氧化层材料是可选自二氧化硅(Si02)、氮化硅(Si3N4) 、 SiON(氮化氧硅)、氧化铝(A1203) 、 ZnO、A1N与BeN的其中一种。 在此实施例中，金属反射层22的材料是以银或铝为例，因银或铝的可见光波段，反射率大于90%，因此，使本实用新型的发光二极管具有较高反射率的特性，但是，由于金属反射层22的材料皆具有高扩散系数，易与其他金属反应，因此，本实用新型是设置氧化层20以作为该透明导电层18及金属反射层22之间的阻隔层，因此，使本实用新型的发光二极管可承受更高的制程温度而不影响该金属反射层22的反射率，此外，也因氧化层的阻隔，以改善金属反射层22的离子迁移(ion migration)现象，并且，当发光层14射出光线时，亦可经由金属反射层22的设置，反射光线以由透明基板10取出，从而改善常用阳性电极遮蔽发光层14射出的光线，而造成覆晶式发光二极管发光效率不高的问题。[0032] 而后，在金属反射层22上方设置扩散保护层26，它是与氧化层20提供相同的作用，以保护金属反射层22不与其他金属产生反应，其中，该扩散保护层26材料是可选自Ti/Ni、Cr/Ni、TiN、TiW、鸨(W)、镍(Ni)、铬(Cr)、钼(Mo)、钯(Pd)、钼(Pt)或上述元素组合的^;巾——禾中。 最后，在发光层14与N型半导体层12、 P型半导体层16与发光层14隔离的区域上设置第一电极30，以做为发光二极管的阴极电极，其中，第一电极30是可与N型半导体层12产生良好的欧姆接触，进而有较低的接触电阻，且第一电极30材料是可选自Ti/Al、 Ti/Al/Ti/Au、 Ti/Al/Pt/Au、 Ti/Al/Ni/Au、 Ti/Al/Pd/Au、 Ti/Al/Cr/Au、 Ti/Al/Co/Au、 Cr/A1/Cr/Au、 Cr/Al/Pt/Au、 Cr/Al/Pd/Au、 Cr/Al/Ti/Au、 Cr/Al/Co/Au、 Cr/Al/Ni/Au、 Pd/Al/Ti/Au、 Pd/Al/Pt/Au、 Pd/Al/Ni/Au、 Pd/Al/Pd/Au、 Pd/Al/Cr/Au、 Pd/Al/Co/Au、 Nd/Al/Pt/Au、Nd/Al/Ti/Au、 Nd/Al/Ni/Au、 Nd/Al/Cr/Au、 Nd/Al/Co/Au、 Hf/Al/Ti/Au、 Hf/Al/Pt/Au、 Hf/Al/Ni/Au、 Hf/Al/Pd/Au、 Hf/Al/Cr/Au、 Hf/Al/Co/Au、 Zr/Al/Ti/Au、 Zr/Al/Pt/Au、 Zr/A1/Ni/Au、 Zr/Al/Pd/Au、 Zr/Al/Cr/Au、 Zr/Al/Co/Au、 TiNx/Ti/Au、 TiNx/Pt/Au、 TiNx/Ni/Au、TiNx/Pd/Au、 TiNx/Cr/Au、 TiNx/Co/Au、 TiWNx/Ti/Au、 TiWNx/Pt/Au、 TiWNx/Ni/Au、 TiWNx/Pd/Au、 TiWNx/Cr/Au、 TiWNx/Co/Au、 NiAl/Pt/Au、 NiAl /Cr/Au、 NiAl/Ni/Au、 NiAl/Ti/Au、Ti/NiAl/Pt/Au、 Ti/NiAl/Ti/Au、 Ti/NiAl/Ni/Au、 Ti/NiAl/Cr/Au的其中一种。[0034] 此外，如图4所示，其为本创作的高发光率的覆晶式发光二极管的示意图，如图所示，本创作是于该扩散保护层26上方设置一第一金属接合层28以及该第一电极30上方设置一个第二金属接合层32后，利用覆晶技术反转本实用新型的发光二极管晶片，以使第一金属接合层28与第二金属接合层32接合一个导热基板32上方，其中，第一金属接合层28与第二金属接合层32材料可选自金、铟(In)、锡(Sn)的其中一种，导热基板3是可选用导电材料，如金、银或铝等，由此，形成本创作的高发光率的覆晶式发光二极管，另由于本实用新型的发光二极管晶片是接合于导热基板32，因此可有效提升发光二极管的散热率与导电率。 另外，本实用新型不同于常规的覆晶式结构需另外延层一个第二电极，本实用新型的透明导电层18、氧化层20、金属反射层22与扩散保护层26是可作为第二电极，即阳极电极，由此，经由导热基板32通导阴性电极及阳性电极，以使发光二极管发出光线。[0036] 综上所述，本实用新型是有关于一种高发光率的覆晶式发光二极管，它是在透明导电层、氧化层、金属反射层、该导电层以及扩散保护层的配合，以反射发光层发出的光线，本实用新型能避免发光二极管光线被遮蔽，并有效提升其发光率。 此外，本实用新型的覆晶式发光二极管晶片是可应用于灯泡型(Lamp)、印刷电路板型(PCB)、正面发光型、侧面发光型或表面粘着型(SMD)等的封装，使用者利用本创作的发光二极管产品时，可获得较高的发光率。 以上通过实施例，对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可以做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
权利要求一种高发光率的覆晶式发光二极管，包含一个透明基板；一个半导体层，设于透明基板上方，且包含一个N型半导体层、一个发光层及一个P型半导体层，其中，发光层介于N型半导体层与P型半导体层之间；一个透明导电层，设于P型半导体层上方且电性连接至P型半导体层；一个氧化层，设于透明导电层上方；一个金属反射层，设于氧化层上方；一个导电层，设于氧化层上，以电性连接透明导电层与金属反射层；一个扩散保护层，设于金属反射层上方且电性连接该金属反射层；一个第一电极，设于半导体层的N型半导体层上方且电性连接N型半导体层；一个导热基板，导热基板的表面具有第一及第二金属接合层；其特征是发光二极管的第一电极与扩散保护层朝向导热基板，并分别与第一和第二金属接合层电性连接。
2. 根据权利要求1所述的高发光率的覆晶式发光二极管，其特征是导热基板是选自金、银或铝。
3. 根据权利要求1所述的高发光率的覆晶式发光二极管，其特征是透明导电层、氧化层、金属反射层与扩散保护层是作为一个第二电极。
4. 根据权利要求1所述的高发光率的覆晶式发光二极管，其特征是透明基板是选自蓝宝石、碳化硅、氧化锌、磷化镓、砷化镓的其中 一种。
5. 根据权利要求1所述的高发光率的覆晶式发光二极管，其特征是N型半导体层为N-GaN层。
6. 根据权利要求1所述的高发光率的覆晶式发光二极管，其特征是发光层选自InGaN/GaN多重量子井结构、三_五族元素为主的一个半导体量子井结构的其中一种。
7. 根据权利要求l所述的高发光率的覆晶式发光二极管，其特征是P型半导体层是为P-GaN层。
8. 根据权利要求1所述的高发光率的覆晶式发光二极管，其特征是第一电极是选自Ti/Al、 Ti/Al/Ti/Au、 Ti/Al/Pt/Au、 Ti/Al/Ni/Au、 Ti/Al/Pd/Au、 Ti/Al/Cr/Au、 Ti/A1/Co/Au、 Cr/Al/Cr/Au、 Cr/Al/Pt/Au、 Cr/Al/Pd/Au、 Cr/Al/Ti/Au、 Cr/Al/Co/Au、 Cr/Al/Ni/Au、 Pd/Al/Ti/Au、 Pd/Al/Pt/Au、 Pd/Al/Ni/Au、 Pd/Al/Pd/Au、 Pd/Al/Cr/Au、 Pd/Al/Co/Au、Nd/Al/Pt/Au、 Nd/Al/Ti/Au、 Nd/Al/Ni/Au、 Nd/Al/Cr/Au、 Nd/Al/Co/Au、 Hf/Al/Ti/Au、 Hf/Al/Pt/Au、 Hf/Al/Ni/Au、 Hf/Al/Pd/Au、 Hf/Al/Cr/Au、 Hf/Al/Co/Au、 Zr/Al/Ti/Au、 Zr/A1/Pt/Au、 Zr/Al/Ni/Au、 Zr/Al/Pd/Au、 Zr/Al/Cr/Au、 Zr/Al/Co/Au、 TiNx/Ti/Au、 TiNx/Pt/Au、TiNx/Ni/Au、TiNx/Pd/Au、TiNx/Cr/Au、TiNx/Co/Au、TiWNx/Ti/Au、TiWNx/Pt/Au、TiWNx/Ni/Au、TiWNx/Pd/Au、TiWNx/Cr/Au、TiWNx/Co/Au、NiAl/Pt/Au、NiAl/Cr/Au、NiAl/Ni/Au、NiA1/Ti/Au、 Ti/NiAl/Pt/Au、 Ti/NiAl/Ti/Au、 Ti/NiAl/Ni/Au、 Ti/NiAl/Cr/Au的其中一种。
9. 根据权利要求1所述的高发光率的覆晶式发光二极管，其特征是透明导电层是选自氧化铟、氧化锡、氧化铟钼、氧化铟铈、氧化锌、氧化铟锌、氧化镁锌、氧化锡镉、氧化铟锡、氧化镍、Ni/Au、TiN、TaN、CuA102、LaCu0S、CuGa02、SrCu202、钼(Pt)或氧化镍(Ni0x)、氧化铱(Ir0)、氧化铑(Rh0)、氧化钌(Ru0)与金(Au)组合的其中一种。
10. 根据权利要求1所述的高发光率的覆晶式发光二极管，其特征是氧化层是选自二氧化硅(Si02)、氮化硅(SiNx)、氮化氧硅(SiON)、氧化铝(A1203) 、 Zn0、 A1N与BeN的其中一种。
11. 根据权利要求1所述的高发光率的覆晶式发光二极管，其特征是金属反射层是选自金(Au)、铝(Al)、银(Ag)、铑(Rh)的其中一种。
12. 根据权利要求1所述的高发光率的覆晶式发光二极管，其特征是扩散保护层是选自Ti/Ni、 Cr/Ni、 TiN、 TiW、鸨(W)、镍(Ni)、铬(Cr)、钼(Mo)、钯(Pd)、钼(Pt)或上述元素组合的其中一种。
13. 根据权利要求1所述的高发光率的覆晶式发光二极管，其特征是第一金属接合层是选自金、铟(In)、锡(Sn)的其中一种。
14. 根据权利要求1所述的高发光率的覆晶式发光二极管，其特征是第二金属接合层是选自金、铟、锡的其中一种。
专利摘要本实用新型公开了一种高发光率的覆晶式发光二极管，在P型半导体层上方设置一个透明导电层、一个氧化层、一个金属反射层、一个导电层以及一个扩散保护层，反射一个发光层向P型半导体层发出的光射，使反射的光线可穿透透明基板而向外发出，以解决覆晶式发光二极管光线被遮蔽的问题，并可有效提升其发光效率，此外，本实用新型利用覆晶技术将发光二极管晶片反转设置于一个导热基板上。本实用新型高发光率的覆晶式发光二极管能提升发光二极管的散热率。
文档编号H01L33/00GK201466056SQ20092007374
公开日2010年5月12日 申请日期2009年4月7日 优先权日2009年4月7日
发明者林艺峰, 温伟值, 潘锡明, 简奉任 申请人:山东璨圆光电科技有限公司