CN100514635C - 倒装式发光二极管封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种倒装式发光二极管封装结构，包含一肖特基二极管群、一发光二极管及多个凸块，其中肖特基二极管群包含多个肖特基二极管，且这些肖特基二极管用串联、并联或串并联等方式电性联接。此些凸块配置于一肖特基二极管与发光二极管之间，使得肖特基二极管群与发光二极管反向并联，而此发光二极管以倒装接合的方式配置于一肖特基二极管的一侧面上。此倒装式发光二极管封装结构可有效防止静电破坏，并可提高光取出效率，而且肖特基二极管的子基座为硅材质，其散热性良好，故可增加倒装式发光二极管封装结构的寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种倒装式发光二极管封装结构，且特别涉及一种具有防止静电放电破坏、可提高光取出效率及散热性良好，并可增加使用寿命的倒装式发光二极管封装结构。
背景技术
近年来，III-V族氮化物半导体材料以其在蓝光、紫外波段及高温电子组件方面的潜力，在光电组件领域中吸引大量的注目，尤其是含III-V族元素氮化物的半导体材料，如GaN、GaAlN、InGaN等的发光二极管组件吸引许多人的目光。
请参考图1A，是公知的一种倒装式发光二极管封装结构的等效电路图，为了防止发光二极管结构30在操作时免于静电放电(Electrostatic Discharge，ESD)的因素，而破坏发光二极管30本身的结构，会在与发光二极管30并联一齐纳二极管(Zener Diode)40，来做为防止静电放电破坏之用。利用齐纳二极管40在崩溃区操作之故，齐纳二极管40会一直保持在导通状态。当正常顺向偏压施加于发光二极管30的两端V+与V-时，通过发光二极管30的P、N接面的载子，会产生顺向电流，以使发光二极管30发光。然而，当有异常电压或静电产生时，此过高的电压便可以经由在崩溃区工作的齐纳二极管40而放电。放电路径会经过齐纳二极管40，而不会经过发光二极管30，因此发光二极管30不会被异常电压或高的静电破坏，使发光二极管30造成不可回复的伤害而无法工作。
图1B是公知的一种倒装式发光二极管封装结构的剖面示意图。请参照图1B所示，透明基板32、N型掺杂GaN层34、P型掺杂GaN层36以及电极38a、38b构成图1A的III-V族GaN发光二极管30；而N型掺杂硅42、P型掺杂硅44与金属层46a、46b构成图1A中的齐纳二极管40。至于图1B中所示的凸块50a、50b通常为焊锡(Solder)材质。通过凸块50a及50b分别将P型掺杂硅44电性耦接到N型掺杂GaN层34，以及N型掺杂硅42电性耦接到P型掺杂GaN层36，以构成图1A所示的等效电路图。
在正常操作之下，施加顺向偏压于V+与V-之间，使得电流从P型掺杂GaN层36流过N型掺杂GaN层34，而其所产生的光将经由透明基板32发出。当有异常电压或静电产生时，放电路径便会沿着N型掺杂硅42与P型掺杂硅44放电，而不会通过发光二极管30的本体。
虽然上述的结构可以达到防止静电放电的破坏而保护发光二极管，但是此种结构在制作程序上必须再多几道步骤，以于N型掺杂硅42中制作出上述的P型掺杂硅44。以目前常见的半导体掺杂技术来说，常见者为离子注入法(Ion Implantation Method)，此离子注入法相对于扩散法(Diffusion Method)可以较准确地制作出所要掺杂的区域及深度，至于要准确地制作出公知倒装式发光二极管封装结构的P型掺杂硅44的区域范围与深度，则必须精确地控制所掺杂离子的浓度与能量，通过离子注入机的离子加速器将离子注入所欲掺杂的区域。因此，对应此种结构的工艺将耗费较多的时间、机器设备(离子注入机及附属的气体供应设备与真空系统等)，所以耗费的制造成本将会较高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种倒装式发光二极管封装结构，其利用一肖特基二极管与发光二极管反向并联，以使得整个封装体具有静电防护的功能。
本发明的另一目的就是在提供一种倒装式发光二极管封装结构，毋须在二极管的子基座上制作出另一型掺杂的区域，故可减少倒装式发光二极管封装结构的工艺步骤，以直接地节省制造成本。
为达本发明的上述目的，本发明提出一种倒装式发光二极管封装结构，其包含一第一导电型子基座、一第一欧姆接触层、一第二欧姆接触层、一肖特基接触层及一发光二极管。第一导电型子基座具有第一表面及第二表面。第一欧姆接触层位于第一导电型子基座的第一表面的部分区域上。第二欧姆接触层位于第一导电型子基座的第二表面上。肖特基接触层位于第一导电型子基座的第一表面的另一部分区域上并且直接连接至第一导电型子基座，其中该肖特基接触层的材质包括Ti、Ni、Au、W、Ag及Pt其中之一。发光二极管以倒装接合的方式配置于第一导电型子基座的第一表面上，且发光二极管与第一导电型子基座反向并联。
依照本发明的较佳实施例所述，上述的倒装式发光二极管封装结构，更包含多个焊接凸块，此些焊接凸块配置于第一导电型子基座的第一表面与发光二极管之间，以使第一导电型子基座与发光二极管反向并联。
依照本发明的较佳实施例所述，上述的倒装式发光二极管封装结构，其中发光二极管包含一基板、一半导体层、一第一电极及一第二电极，其中半导体层配置于基板上，且半导体层至少包含一第一型掺杂半导体层、一第二型掺杂半导体层以及一发光层，其中发光层位于第一型掺杂半导体层上，而第二型掺杂半导体层位于发光层上。此外，第一电极配置于第一型掺杂半导体层上，并且第二电极配置于第二型掺杂半导体层上，其中第二电极的材质包含一N型透明导电氧化层或者是一P型透明导电氧化层。
为达本发明的上述目的，本发明提出另一种倒装式发光二极管封装结构，其包含多数个第一导电型子基座、多数个第一欧姆接触层、多数个第二欧姆接触层、多数个肖特基接触层、以及发光二极管。每一该些第一导电型子基座具有一第一表面及一第二表面，其中该些第一导电型子基座之间采用串联、并联以及串并联其中一种方式电性联接。每一该些第一欧姆接触层分别位于每一该些第一导电型子基座的该第一表面的部分区域上。每一该些第二欧姆接触层分别位于每一该些第一导电型子基座的该第二表面上。每一该些肖特基接触层分别位于每一该些第一导电型子基座的该第一表面的另一部分区域上并且直接连接至该些第一导电型子基座，其中该些肖特基接触层的材质包括Ti、Ni、Au、W、Ag及Pt其中之一。发光二极管以倒装接合的方式配置于该些第一导电型子基座其中之一的该第一表面上，且该发光二极管与该些第一导电型子基座反向并联。
依照本发明的较佳实施例所述，上述的倒装式发光二极管封装结构，更包含多数个焊接凸块，此些焊接凸块配置于该些第一导电型子基座其中之一的该第一表面与发光二极管之间，以使该些第一导电型子基座其中之一与发光二极管反向并联。
依照本发明的较佳实施例所述，上述的倒装式发光二极管封装结构，其中发光二极管包含一基板、一半导体层、一第一电极及一第二电极，其中半导体层配置于基板上，且半导体层至少包含一第一型掺杂半导体层、一第二型掺杂半导体层以及一发光层，其中发光层位于第一型掺杂半导体层上，而第二型掺杂半导体层位于发光层上。此外，第一电极配置于第一型掺杂半导体层上，并且第二电极配置于第二型掺杂半导体层上，其中第二电极的材质包含一N型透明导电氧化层或者是一P型透明导电氧化层。
基于上述，本发明因采用包含至少一肖特基二极管的倒装式发光二极管封装结构，所以毋须再多加几道半导体掺杂的工艺步骤，以制作出在二极管的子基座上的另一型掺杂区域，因此可减少倒装式发光二极管封装结构的工艺步骤，以直接地节省制造成本。
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明。
附图说明
图1A是公知倒装式发光二极管封装结构的等效电路图；
图1B是公知倒装式发光二极管封装结构的剖面示意图；
图2A是本发明第一实施例的倒装式发光二极管封装结构的等效电路图；
图2B是本发明第一实施例的倒装式发光二极管封装结构的剖面示意图；
图3A是本发明第二实施例的倒装式发光二极管封装结构，其肖特基二极管群为串联的等效电路图；
图3B是本发明第三实施例的倒装式发光二极管封装结构，其肖特基二极管群为并联的等效电路图；
图3C是本发明第四实施例的倒装式发光二极管封装结构，其肖特基二极管群为串并联的等效电路图。
30、130：发光二极管
32：透明基板
34：N型掺杂GaN层
36：P型掺杂GaN层
38a、38b：发光二极管电极
40：齐纳二极管
42：N型掺杂硅
44：P型掺杂硅
46a、46b：齐纳二极管电极
50a、50b：凸块
132：基板
134：半导体层
134a：第一型掺杂半导体层
134b：发光层
134c：第二型掺杂半导体层
138a：第一电极
138b：第二电极
140：肖特基二极管
142：子基座
142a：第一表面
142b：第二表面
144：欧姆接触层
146：肖特基接触层
150a、150b：焊接凸块
230：发光二极管
240、242、244：肖特基二极管群
240a、240b、242a、242b、244a、244b、244c、244d：肖特基二极管
具体实施方式
第一实施例：
请参照图2A，是本发明第一实施例的一种倒装式发光二极管封装结构的等效电路图，并请参照图2B，为本发明第一实施例的一种倒装式发光二极管封装结构的剖面示意图。本第一实施例的倒装式发光二极管封装结构包含至少一肖特基二极管140、一发光二极管130及多个焊接凸块150a与150b，其中发光二极管130以倒装接合的方式配置于肖特基二极管140上，且此些焊接凸块150a与150b位于肖特基二极管140与发光二极管130之间，以电性联接于肖特基二极管140及发光二极管130，其中通过焊接凸块150a及150b分别将肖特基二极管140及发光二极管130反向并联。
在本实施例中，发光二极管130的结构例如包括一基板132、一半导体层134、一第一电极138a及一第二电极138b。其中，基板132的材质例如为一透明材质。半导体层配置于基板上，且半导体层134例如至少包含一第一型掺杂半导体层134a、一第二型掺杂半导体层134c以及一发光层134b。发光层134b位于第一型掺杂半导体层134a上，而第二型掺杂半导体层134c位于发光层134b上。
同样请参照图2A及图2B，第一电极138a配置于第一型掺杂半导体层134a上，并且第二电极138b配置于第二型掺杂半导体层134c上。其中，第一电极138a的材质例如Ti/Al、Cr/Au、Cr/Pt/Au、Cr/Pd/Au或是Cr/Ti/Au，而第二电极138a的材质包括一N型透明导电氧化层或者是一P型透明导电氧化层，且第二电极138b的材质较佳例如为Ni/Au、Pd/Au、Pt/Au、Ti/Au、Cr/Au、Sn/Au或Ta/Au，此外第二电极138b还包含一N型透明导电氧化层或者是一P型透明导电氧化层。更详细的说，此N型透明导电氧化层的材质例如ITO、CTO，且P型透明导电氧化层的材质例如为CuAlO2、SrCu2O2。
另外，肖特基二极管140的结构包括一子基座142、一欧姆接触层144及一肖特基接触层146，其中子基座142具有一第一表面142a及一第二表面142b，而欧姆接触层144位于子基座142的第一表面142a的部分区域上及第二表面142b上，且肖特基接触层146位于子基座142的第一表面142a的部分区域上。值得注意的是，欧姆接触层144及肖特基接触层146彼此电性绝缘，并且欧姆接触层144的材质例如是A1，而且肖特基接触层146的材质例如为Ti、Ni、Au、W、Ag或Pt等。子基座142为N型掺杂或P型掺杂，且子基座142的材质例如Si、GaAs、GaP、GaN或ZnO等。
再者，发光二极管130与一肖特基二极管(Schottky Diode)140之间反向并联，可有效防止发光二极管结构130在操作时，因为静电放电(Electrostatic Discharge，ESD)的因素，而破坏发光二极管130本身的结构。其作用原理如下，当正常顺向偏压施加于发光二极管130的两端V+与V-时，通过发光二极管130的P、N接面的载子，会产生顺向电流，以使得发光二极管130发光。然而，当有异常电压或静电产生时，此过高的电压便可以经由在崩溃区工作的肖特基二极管140而放电。放电路径会经过肖特基二极管140，而不会经过发光二极管130，因此发光二极管130不会被异常电压或高电压的静电破坏，以避免发光二极管130造成不可回复的伤害而无法工作。
第二实施例
请参照图3A，是本发明第二实施例的倒装式发光二极管封装结构，其肖特基二极管群为串联的等效电路图。相对于第一实施例，本实施例的倒装式发光二极管封装结构包含一发光二极管230与一肖特基二极管群240，其中肖特基二极管群240包含两肖特基二极管240a、240b，且肖特基二极管240a及240b电性串联。
请同样参照图3A，发光二极管230以倒装接合的方式配置于肖特基二极管240a或240b上，而发光二极管230与肖特基二极管群240反向并联，故当有异常电压或静电产生时，此过高的电压便会经过肖特基二极管240a及240b，而不会经过发光二极管230，使得发光二极管230能保持稳定且正常地运作，并延长发光二极管230的寿命。此外，两肖特基二极管240a、240b在电性串联后所能够耐受的静电压较单一肖特基二极管240a或240b为高，因此肖特基二极管240a、240b将能够保持正常运作，进而让发光二极管230免于高电压的破坏。至于发光二极管230的结构则与第一实施例的发光二极管130的结构相同，且肖特基二极管240a、240b则分别与第一实施例的肖特基二极管140的结构相同，故在此便不再赘述。
第三实施例
请参照图3B，是本发明第三实施例的倒装式发光二极管封装结构，其肖特基二极管群为并联的等效电路图。相对于第一实施例，本实施例的倒装式发光二极管封装结构包含一发光二极管230与一肖特基二极管群242，其中肖特基二极管群242包含两肖特基二极管242a、242b，且肖特基二极管242a及242b电性并联。
请同样参照图3B，发光二极管230以倒装接合的方式配置于肖特基二极管242a或242b上，且发光二极管230与肖特基二极管群242反向并联，故当肖特基二极管242a因损坏而无法运作时，其它并联的肖特基二极管242b仍能稳定且正常地运作，当有异常电压或静电产生时，此过高的电压便会经过肖特基二极管242b，而不会经过发光二极管230。至于发光二极管230的结构则与第一实施例的发光二极管130的结构相同，且肖特基二极管242a、242b则分别与第一实施例的肖特基二极管140的结构相同，故在此便不再赘述。
第四实施例
请参照图3C，是本发明第四实施例的倒装式发光二极管封装结构，其肖特基二极管群为串并联的等效电路图。相对于第一实施例，本实施例的倒装式发光二极管封装结构包含一发光二极管230与一肖特基二极管群244，其中肖特基二极管群244包含四个肖特基二极管244a、244b、244c、244d，其中肖特基二极管244a及244b电性串联，而肖特基二极管244c及244d电性串联，且肖特基二极管244a及244b分别与肖特基二极管244c及244d电性并联。
请同样参照图3C，发光二极管230以倒装接合的方式配置于肖特基二极管244a、244b、244c或244d上，而发光二极管230与肖特基二极管群244反向并联。故当肖特基二极管244a及244b因损坏而无法运作时，其它并联的肖特基二极管244c、244d仍能稳定且正常地运作，当有异常电压或静电产生时，此过高的电压便会经过肖特基二极管244c及244d，而不会经过发光二极管230。
请继续参照图3C，此外，两组电性串联的肖特基二极管244a、244b以及244c、244d分别所能够耐受的静电压较单一肖特基二极管244a或244b以及244c或244d为高，因此两组电性串联的肖特基二极管244a、244b以及244c、244d将能够保持正常运作，进而让发光二极管230免于高电压的破坏。至于发光二极管230的结构则与第一实施例的发光二极管130的结构相同，且肖特基二极管244a、244b、244c、244d则分别与第一实施例的肖特基二极管140的结构相同，故在此便不再赘述。
综上所述，本发明的倒装式发光二极管封装结构，其肖特基二极管的子基座材质例如为Si等，此材料为散热性较佳的材料，可避免肖特基二极管在通过电流之后，因过热而致使肖特基二极管无作用，使得发光二极管能够免于偶发性的高电压静电的破坏，故可以增加整个倒装式发光二极管封装结构的使用寿命。
另外，本发明因采用倒装式封装结构，将发光二极管倒置并与肖特基二极管联接，因此可以有效避免自发光二极管的发光层所发出的光线，被发光二极管的电极遮蔽的情形产生，使得自发光二极管的发光层所发出的光线，能够完全地通过发光二极管的透明基板，进而将光散射至外界，让整体发光二极管的光取出效率能够提升。
再者，本发明的倒装式发光二极管封装结构，其肖特基二极管群内的多个肖特基二极管以串联、并联或串并联等方式电性联接方式，且肖特基二极管群与发光二极管反向并联，故当多个肖特基二极管以并联方式电性联接时，其中若有一个肖特基二极管无法运作时，其它并联的肖特基二极管仍能维持正常运作。另外，当多个肖特基二极管以串联方式电性联接时，整体串联后的多个肖特基二极管所能够耐受的电压较单一肖特基二极管为高，因此整组串联的肖特基二极管将较能够保持正常运作，故可以避免发光二极管受到偶发性的高电压静电的破坏，而让发光二极管能维持稳定且正常地运作，进而增加发光二极管的使用寿命。同样地，当多个肖特基二极管以串并联等方式电性联接方式时，亦同时具有上述的并联及串联的优点。
值得注意的是，本发明因采用包含肖特基二极管的倒装式发光二极管封装结构，所以毋须再多加几道半导体掺杂的工艺步骤，让原先在二极管的一型(N型或P型)的子基座上，再制作出对应的另一型的掺杂区域，因此可以减少倒装式发光二极管封装结构的工艺步骤，故可节省较多的工艺时间、机器设备(离子注入机及附属的气体供应设备与真空系统等)，以直接地节省制造成本。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，所作些许的更动与润饰，均属于本发明的保护范围。
Claims (23)
1.一种倒装式发光二极管封装结构，其特征在于：包括：
一第一导电型子基座，具有一第一表面及一第二表面；
一第一欧姆接触层，位于该第一导电型子基座的该第一表面的部分区域上；
一第二欧姆接触层，位于该第一导电型子基座的该第二表面上；
一肖特基接触层，位于该第一导电型子基座的该第一表面的另一部分区域上并且直接连接至该第一导电型子基座，其中该肖特基接触层的材质包括Ti、Ni、Au、W、Ag及Pt其中之一；以及
一发光二极管，该发光二极管以倒装接合的方式配置于该第一导电型子基座的该第一表面上，且该发光二极管与该第一导电型子基座反向并联。
2.根据权利要求1所述的倒装式发光二极管封装结构，其特征在于：更包括多数个焊接凸块，该些焊接凸块配置于该第一导电型子基座的该第一表面与该发光二极管之间，以使该第一导电型子基座与该发光二极管反向并联。
3.根据权利要求1所述的倒装式发光二极管封装结构，其特征在于：该发光二极管包括：
一基板；
一半导体层，配置于该基板上，该半导体层至少包括一第一型掺杂半导体层、一第二型掺杂半导体层及一发光层，其中该发光层位于该第一型掺杂半导体层上，而该第二型掺杂半导体层位于该发光层上；
一第一电极，配置于该第一型掺杂半导体层上；
一第二电极，配置于该第二型掺杂半导体层上。
4.根据权利要求3所述的倒装式发光二极管封装结构，其特征在于：该第一电极的材质包括Ti/Al、Cr/Au、Cr/Pt/Au、Cr/Pd/Au及Cr/Ti/Au其中之一。
5.根据权利要求3所述的倒装式发光二极管封装结构，其特征在于：该第二电极的材质包括Ni/Au、Pd/Au、Pt/Au、Ti/Au、Cr/Au、Sn/Au及Ta/Au其中之一。
6.根据权利要求3所述的倒装式发光二极管封装结构，其特征在于：该第二电极更包括一N型透明导电氧化层与一P型透明导电氧化层其中之一。
7.根据权利要求3所述的倒装式发光二极管封装结构，其特征在于：该第二电极还包括一N型透明导电氧化层，该N型透明导电氧化层的材质包括ITO及CTO其中之一。
8.根据权利要求3所述的倒装式发光二极管封装结构，其特征在于：该第二电极还包括一P型透明导电氧化层，该P型透明导电氧化层的材质包括CuAlO2及SrCu2O2其中之一。
9.根据权利要求1所述的倒装式发光二极管封装结构，其特征在于：该第一导电型子基座为N型掺杂。
10.根据权利要求1所述的倒装式发光二极管封装结构，其特征在于：该第一导电型子基座为P型掺杂。
11.根据权利要求1所述的倒装式发光二极管封装结构，其特征在于：该第一导电型子基座的材质包括Si、GaAs、GaP、GaN及ZnO其中之一。
12.根据权利要求1所述的倒装式发光二极管封装结构，其特征在于：该第一欧姆接触层或该第二欧姆接触层的材质包括Al。
13.一种倒装式发光二极管封装结构，其特征在于：包括：
多数个第一导电型子基座，每一该些第一导电型子基座具有一第一表面及一第二表面，其中该些第一导电型子基座之间采用串联、并联以及串并联其中一种方式电性联接；
多数个第一欧姆接触层，每一该些第一欧姆接触层分别位于每一该些第一导电型子基座的该第一表面的部分区域上；
多数个第二欧姆接触层，每一该些第二欧姆接触层分别位于每一该些第一导电型子基座的该第二表面上；
多数个肖特基接触层，每一该些肖特基接触层分别位于每一该些第一导电型子基座的该第一表面的另一部分区域上并且直接连接至该些第一导电型子基座，其中该些肖特基接触层的材质包括Ti、Ni、Au、W、Ag及Pt其中之一；以及
一发光二极管，该发光二极管以倒装接合的方式配置于该些第一导电型子基座其中之一的该第一表面上，且该发光二极管与该些第一导电型子基座反向并联。
14.根据权利要求13所述的倒装式发光二极管封装结构，其特征在于：更包括多数个焊接凸块，该些焊接凸块配置于该些第一导电型子基座其中之一的该第一表面与该发光二极管之间，以使该些第一导电型子基座其中之一与该发光二极管反向并联。
15.根据权利要求13所述的倒装式发光二极管封装结构，其特征在于：该发光二极管包括：
一基板；
一半导体层，配置于该基板上，该半导体层至少包括一第一型掺杂半导体层、一第二型掺杂半导体层，以及一发光层，其中该发光层位于该第一型掺杂半导体层上，而该第二型掺杂半导体层位于该发光层上；
一第一电极，配置于该第一型掺杂半导体层上；
一第二电极，配置于该第二型掺杂半导体层上。
16根据权利要求15所述的倒装式发光二极管封装结构，其特征在于：该第一电极的材质包括Ti/Al、Cr/Au、Cr/Pt/Au、Cr/Pd/Au及Cr/Ti/Au其中之一。
17.根据权利要求15所述的倒装式发光二极管封装结构，其特征在于：该第二电极的材质包括Ni/Au、Pd/Au、Pt/Au、Ti/Au、Cr/Au、Sn/Au及Ta/Au其中之一。
18.根据权利要求15所述的倒装式发光二极管封装结构，其特征在于：该第二电极更包括一N型透明导电氧化层与一P型透明导电氧化层其中之一。
19.根据权利要求15所述的倒装式发光二极管封装结构，其特征在于：该第二电极还包括一N型透明导电氧化层，该N型透明导电氧化层的材质包括ITO及CTO其中之一。
20.根据权利要求15所述的倒装式发光二极管封装结构，其特征在于：该第二电极还包括一P型透明导电氧化层，该P型透明导电氧化层的材质包括CuAlO2及SrCu2O2其中之一。
21.根据权利要求13所述的倒装式发光二极管封装结构，其特征在于：该些第一导电型子基座为N型掺杂。
22.根据权利要求13所述的倒装式发光二极管封装结构，其特征在于：该些第一导电型子基座为P型掺杂。
23.根据权利要求13所述的倒装式发光二极管封装结构，其特征在于：该些第一导电型子基座的材质包括Si、GaAs、GaP、GaN及ZnO其中之一。
24.根据权利要求13所述的倒装式发光二极管封装结构，其特征在于：该些第一欧姆接触层或该些第二欧姆接触层的材质包括Al。
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