CN101103457A - 用以由发光二极管移除热量的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管的制造系统及制造方法，包含：于承载基板上形成一多层磊晶结构；于多层磊晶结构上沉积至少一金属层并于其上形成热量移除鳍片；移除承载基板。

Description

用以由发光二极管移除热量的系统及方法
技术领域
本发明一般涉及发光二极管及其制造方法。
背景技术
在日常生活中，发光二极管(LED)的重要性正与日俱增。过去，在各个应用层面上皆可瞥见LED踪影，例如通讯以及如移动式电话、设备以及其他电子装置等其他方面。近年来，对于诸如视频显示器、光学储存器、照明、医疗器材而言，应用在光电领域的氮化物基底二极管材料(例如：氮化镓)的需求已大幅增加。传统蓝光发光二极管通过使用氮化物半导体材料而形成，例如：氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟镓(InGaN)、以及氮化铝铟镓(AlInGaN)。大部分前述类型的发光二极管装置的半导体层以磊晶方式形成于非导电蓝宝石基板上。由于蓝宝石基板为电绝缘体，所以电极无法直接于蓝宝石基板上形成，以驱动电流流贯LED。反而是，该电极分别直接与一p型半导体层以及一n型半导体层作接触，以完成LED装置的制作。
然而这种电极配置以及蓝宝石基板的非导电性质对装置操作造成极大限制。例如：需要在p型层上形成一半透明接面，以使电流由p型电极流展布到n型电极。由于内部的反射与吸收，该半透明接面会减低从装置发射出来的光强度。另一方面，p型以及n型电极不但会阻碍到光同时也会减少来自装置的发光面积。此外，蓝宝石基板为一热量绝缘体(或者是热绝缘体)且于装置操作过程中所产生的热量并无法有效消散，因而限制了装置的可靠性。因此，现有半导体结构的限制包含：(1)在p型层5上的半透明接面并非100％透明并且会阻挡到从层4所发出的光；(2)由于电极的设置位置，从n型电极流贯至p型电极的电流并非呈均匀分布；以及(3)由于蓝宝石为一热以及电绝缘体，因此热量会于装置操作过程中累积。
发明内容
在一实施态样中，一种发光二极管的制造方法包含：于承载基板上形成一多层磊晶结构；于多层磊晶结构上沉积至少一金属层且于其上的金属上形成热量移除结构(例如：利用粗化加工形成表面鳍片或是凸块)；以及移除承载基板。
上述实施态样的实施例可包含如下的一或多项：承载基板可以是蓝宝石；金属层的沉积并未包含将金属层粘合或胶合至基板上的结构；金属层的沉积可通过电化学沉积、无电化学沉积、化学气相沉积(CVD)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)、等离子增强型化学气相沉积(PECVD)、原子层沉积(ALD)、物理气相沉积(PVD)、蒸镀或是等离子喷涂、或是以上技术的结合施行的。该金属层可以是单层或是多层；假若金属层为多层结构，则可以形成具有不同组成的复数个金属层并可能通过不同技术沉积这些金属层。在其中一项实施例中，最厚层通过电化学或无电化学沉积加以沉积。该热量移除结构可以通过蚀刻技术、激光技术、切锯技术、粗化技术而形成至金属层中。针对蚀刻技术而言，可以使用具有或不具有遮罩层的湿式或是干式蚀刻；对激光技术而言，可利用各种不同的图案来刻划进入金属层(在不切穿的情形下)，其中该图案通过增加有效表面积而将有效热量移除加以最佳化。针对切锯技术而言，可利用各种不同的图案来切割进入金属层(在不切穿的情形下)，其中该图案通过增加有效表面积而将有效热量移除加以最佳化。相较于不具形貌的平面而言，有效表面积为具有形貌的面积(有效表面积A＝(形貌表面增加因子(ξ))x(平面表面积))。换言之，有效表面积意指已通过粗化加以处理的表面的总表面积。对粗化技术而言，通过喷砂、研磨、利用遮罩的湿式或干式蚀刻技术使金属粗化，以便将粗糙形貌转移至金属表面。承载基板的移除可通过激光、蚀刻、研磨/抛蚀、化学机械抛光、湿式蚀刻或是其他方法完成。承载基板可以是蓝宝石、砷化镓、碳化硅、硅或其他材料。
在另一实施态样中，一种发光二极管晶圆的制造方法包含：提供一承载基板；沉积一多层磊晶结构；于磊晶结构之上沉积一或多层金属层；利用蚀刻法定义出一或更多台面；形成一或多层非导电层；移除一部份非导电层；沉积至少一或多层金属层；移除承载基板；形成一热量移除结构，其有效表面积为原始平面表面积的约1.1倍以上。
上述态样的实施例可包含如下的一或多项：金属层可能具有相同或不同成分以及可利用各种沉积技术加以沉积；承载基板的移除可通过激光、蚀刻、研磨/抛蚀、化学机械研磨或湿式蚀刻、或是其他方法来完成；该承载基板可以是蓝宝石、碳化硅、硅或是砷化镓；该多层磊晶结构可以是一n型氮化镓层、单一或多个具有氮化铟铝镓(InxAlyGaN)/氮化镓层的量子井、或p型氮化镓层；在多层磊晶结构上的一或多层金属层可以是氧化铟锡(ITO)、银(Ag)、铝(Al)、铬(Cr)、镍(Ni)、金(Au)、钛(Ti)、钽(Ta)、氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、钼(Mo)、钨(W)、耐火金属、金属合金、或复合物；在多层磊晶结构以及金属层之间可视需要形成一掺杂半导体层。该台面可通过聚合物(例如：光阻)或是硬遮罩(例如：二氧化硅、氮化硅、铝)加以定义。非导电层可以是二氧化硅、氮化硅、钻石元素、非导电性金属氧化物成分、陶瓷成分或是上述材料的复合成分。非导电层可以是单一层或是复数层(例如：SiO2在Si3N4上)。在一实施例中，非导电层为侧壁层或是钝化层。一部份的非导电层可以通过剥除技术、化学机械抛光(CMP)或干式蚀刻来移除，以便在使用或不使用遮罩层的情形下曝露出导体层。导体层可由一或多层金属层所组成，该一或多层金属层可利用溅镀、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子增强型化学气相沉积(PECVD)、蒸镀、离子束沉积、电化学沉积、无电化学沉积、等离子喷涂、或喷墨化学沉积，该金属层可包含铬(Cr)、镍(Ni)、铜(Cu)、钼(Mo)、钨(W)、银(Ag)、铂(Pt)、锌(Zn)、铝(Al)或是金属合金。可通过电镀或无电电镀来形成一或多层的附加金属层，该附加金属层可以是铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、铝(Al)、银(Ag)、锌(Zn)、铬(Cr)、铂(Pt)或是其合金。可沉积一导电钝化层，该钝化层可以是金属、镍(Ni)、铬(Cr)、或锌(Zn)。可利用蚀刻技术、激光技术、切锯技术、粗化技术，而将热量移除结构形成于该金属层中。针对蚀刻技术而言，可利用具有或不具有遮罩层的湿式或干式蚀刻技术。针对激光技术而言，可利用各种不同的图案来刻划进入金属层(在不切穿的情形下)，该图案通过增加有效表面积而将有效热量移除加以最佳化。相较于不具形貌的平面，有效表面积为具有形貌的面积(有效表面积A＝(形貌表面增加因子)x(平面表面积))。针对粗化技术而言，通过喷砂(sandblasting)、研磨、利用遮罩的湿式或干式蚀刻技术使金属粗化，以将粗糙形貌转移至金属表面。承载基板的移除可通过激光、蚀刻、研磨/抛蚀、化学机械研磨、湿式蚀刻、或是其他方法完成。承载基板可以是蓝宝石、砷化镓、碳化硅、或硅。
在一实施例中，银/铬作为镜面层，镍作为阻挡层，金作为种晶层，以上整个作为铜电镀工艺的主体基板。在实施例如铜(Cu)、镍(Ni)、银(Ag)、铂(Pt)、铬(Cr)等金属的电化学或无电化学沉积前，先予以沉积镜面层(例如：银、铝、钛、铬)，且接着于镜面层上形成例如充填氧的氮化钛、氮化钽、氮化钛钨、钨化钛等阻挡层。对于铜的电化学沉积而言，种晶层通过利用金(Au)、铜(Cu)、铬(Cr)、镍(Ni)、或其他金属的化学气相沉积(CVD)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)、或蒸镀而加以沉积。
在发光二极管的另一制造方法中，该工艺包含：提供承载基板；沉积一多层磊晶结构；于多层磊晶结构之上沉积一或多层金属层；蚀刻出单一或多个台面；形成一或多层非导电层；移除一部份非导电层；沉积一或多层金属层并于其上形成热量移除结构；移除承载基板。
上述方法的实施例可包含如下的一或多项：该金属可能具有相同或是不同组成，并且可通过各种沉积技术加以沉积；沉积金属层可以是电沉积或是无电沉积；金属层的沉积方法可包含：化学气相沉积(CVD)、等离子增强型化学气相沉积(PECVD)、物理气相沉积(PVD)、电子束蒸镀、或等离子喷涂。电极可以设置于多层结构上方；可将一或多层附加金属层形成于原始金属层上方；承载基板的移除可通过激光、蚀刻、研磨/抛蚀、化学机械研磨、湿式蚀刻、或是其他方法完成。承载基板可以是蓝宝石、砷化镓、碳化硅、或硅。
在另一实施态样中，一种发光二极管的制造方法包含：于一基板上形成一多层磊晶结构(例如像是蓝宝石基板)；(利用电或无电电镀)于磊晶层之上沉积一金属层；移除基板(利用例如激光剥除术)以曝露出n型氮化镓表面；于n型氮化镓表面上沉积一金属层(与n型氮化镓接触)；以及形成热量移除结构。
在一实施例中，该多层磊晶结构包含一与金属电镀层耦合的反射金属层；一与反射金属层耦合的钝化层；一与钝化层耦合的p型氮化镓层；一与p型氮化镓层耦合的多重量子井(MQW)层；一与多重量子井层耦合的n型氮化镓层；一与n型氮化镓层耦合的n型电极。
该金属层可以是单层或是多层。在金属层为多层的情况下，可以形成复数个具有不同组成的金属层，且这些金属层可利用不同的技术加以沉积。在一实施例中，最厚层通过电化学或无电化学沉积来加以沉积。
在一实施例中，就铜电镀工艺而言，银/铬作为镜面层，镍作为阻挡层，金作为种晶层，以上整个作为主体基板。在实施例如铜(Cu)或镍(Ni)金属的电化学或无电化学沉积前，先予以沉积镜面层(例如：银、铝、钛、铬)，且接着于镜面层上形成例如充填氧的氮化钛、氮化钽、氮化钛钨、钨化钛等阻挡层。对于铜的电化学沉积而言，其种晶层通过利用金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)、或其他金属的化学气相沉积(CVD)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)或蒸镀加以沉积。
又在另一实施态样中，一种发光二极管的制造方法包含：于蓝宝石基板上形成一多层磊晶结构，其中多层磊晶结构包含一多重量子井(MQW)层；于多层磊晶结构上覆盖一金属电镀层；移除蓝宝石基板；以及于该多层磊晶结构的表面上设置一n型电极；以及于该金属电镀层上形成热量移除结构。
上述态样的实施例可包含如下的一或多项：金属电镀层可通过电镀来形成；金属镀层亦可通过无电电镀且通过以一有机层或聚合物层对蓝宝石基板加以保护来形成；蓝宝石基板可通过激光剥除术(LLO)移除。多层磊晶结构可以是：一与金属电镀层耦合的反射金属层；一与反射金属层耦合的钝化层；一与钝化层耦合的p型氮化镓层；一与MQW层耦合的n型氮化镓层；一与n型氮化镓耦合的n型电极。
在另一实施态样中，发光二极管的垂直装置结构可通过如下步骤制造：于一蓝宝石基板上形成一多层磊晶结构，其中该多层磊晶结构包含一多重量子井(MQW)活化层；于多层磊晶结构其上覆盖一金属电镀层；移除蓝宝石基板；以及于该多层结构的表面上设置一n型电极。
该金属层可以是单层或是多层。在金属层为多层的情况下，可以形成复数个具有不同组成的金属层，且这些金属层可利用不同的技术加以沉积。在该实施例中，最厚层利用电化学或无电化学沉积来加以沉积。
在一实施例中，就铜电镀工艺而言，银/铬作为镜面层，镍作为阻挡层，金作为种晶层，以上整个作为主体基板。在实施例如铜(Cu)或镍(Ni)金属的电化学或无电化学沉积前，先予以沉积镜面层(例如：银、铝、钛、铬)，且接着于镜面层上
形成例如充填氧的氮化钛、氮化钽、氮化钛钨、钨化钛等阻挡层。对于铜的电化学沉积而言，其种晶层通过利用金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)、或其他金属的化学气相沉积(CVD)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)或蒸镀加以沉积。
又在另一实施态样中，一种垂直型LED包含：一多层磊晶层，形成于临时基板上；一金属电镀层，形成于多层磊晶层上，其中于形成该金属电镀层后，利用激光剥除术移除该临时基板，以暴露n型氮化镓表面；一或多层导电层，形成于该n型氮化镓表面上；通过利用遮罩以蚀刻导电层而形成n型电极；移除该遮罩以暴露该n型电极；于该金属电镀层上形成热量移除结构。
在一实施例中，就铜电镀工艺而言，银/铬作为镜面层，镍作为阻挡层，金作为种晶层，以上整个作为主体基板。在实施例如：铜(Cu)或镍(Ni)金属的电化学或无电化学沉积前，先予以沉积镜面层(例如：银、铝、钛、铬)，且接着于镜面层上形成例如充填氧的氮化钛、氮化钽、氮化钛钨、钨化钛等阻挡层。对于铜的电化学沉积而言，其种晶层通过化学气相沉积(CVD)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)或者是利用金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)、或其他金属的蒸镀加以沉积。铬/金则是作为n型电极(铬接触n型氮化镓)。
在另一实施态样中，一种垂直型发光二极管包含：一金属电镀层；一与该金属镀层耦合的反射金属层；一与该反射金属层耦合的钝化层；一与该钝化层耦合的p型氮化镓层；一与该p型氮化镓层耦合的多重量子井(MQW)层；一与该多重量子井层耦合的n型氮化镓层；一与该n型氮化镓层耦合的n型电极；以及一与该金属镀层耦合的p型电极并且于其上形成热量移除鳍片。
在一实施例中，就铜电镀工艺而言，银/铬作为镜面层，镍作为阻挡层，金作为种晶层，以上整个作为主体基板。在实施例如：铜(Cu)或镍(Ni)金属的电化学或无电化学沉积前，先予以沉积镜面层(例如：银、铝、钛、铬)，且接着于镜面层上形成例如充填氧的氮化钛、氮化钽、氮化钛钨、钨化钛等阻挡层。对于铜的电化学沉积而言，其种晶层通过利用金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)、或其他金属的化学气相沉积(CVD)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)或蒸镀加以沉积。铬/金则是作为n型电极(铬接触n型氮化镓)。
可单独或以各种不同组合的方式实施本发明，以达成下列其中一项以上的优点。该热量移除装置提供了可于操作期间降低装置温度的有效热量槽。由于热量移除结构为LED基板的一部分，因此可以更快速地从接面移除热量，LED效率因而可获得改善，亦可提升LED的使用寿命以及可靠度。
此外，金属基板比蓝宝石基板更能移除热量，所以可获得更多电流来驱动LED。所完成的LED可以更小的尺寸取代现有LED。对于相同的LED尺寸而言，从垂直型LED输出的光量亦远高于现有LED。一实施例包含了上述所有优点。
附图说明
通过研读下列优选实施例的说明及其附图，当可更清楚明了本发明的其他特色、技术思维及其目的，其中：
图1至图9为显示散热能力获得改善的垂直型LED的另一项实施例的示例性工艺操作。
【主要元件符号说明】
40  承载基板(在一项实施例中为蓝宝石基板)
42  n型氮化镓层
44  多重量子井(MQW)活化层
46  p型氮化镓层
48  透明接点(面)
50  钝化层
52  反射与粘附金属层
53  粘附金属层
60  金属基板层
61  表面积
70  焊垫
100 热量移除结构
110 热量移除结构
120 热量移除结构
130 散热鳍片
具体实施方式
在详细研读说明的同时，可同时参照附图且将其视为详细说明的一部分。在说明中，对于发明装置所赋予的参考号码亦将用于发明制造方法的步骤说明。
参照图1至图9，其中显示一种具有散热鳍片的垂直型LED的一实施例的制造方法。以下所述的过程为一于蓝宝石上生长氮铝铟镓二极管的实施例。接着利用电镀来沉积一厚接触层，以用于所完成的LED装置的导电与导热。利用电镀来取代晶圆接合法，尤其是当接合用来将磊晶层贴附至一新的主基板以改善光电装置的光、电、热性质时，所述的加工法即可以施用之。
现在回过头来看图示，图1显示于承载基板40上设有一示例性的氮化铟铝镓LED的多层磊晶结构，在其一项实施例中承载基板可以是蓝宝石基板40。该多层磊晶结构于蓝宝石基板上形成，包含：一n型氮化镓层42、一MQW活化层44以及一p型氮化镓层46。n型氮化镓层42可以是一受过掺杂的n型氮化镓层，例如：一厚度约4微米，掺杂硅的n型氮化镓层可因此获得更良好的导电性。
该MQW活化层44可以是一氮化铟镓/氮化镓(或氮化铟铝镓/氮化镓)MQW活化层。一旦电能于n型氮化镓层42以及p型氮化镓层46之间馈入，MQW活化层便可以激发并产生光。产生的光可具有一介于250nm至600nm的波长。该p型氮化镓层46可以是一p+氮化镓层，例如：p+氮化镓、p+氮化铟镓或p+氮化铝铟镓层，且其厚度介于0.01～0.5微米之间。
接下来，如图2所示，实施台面定义工艺，并且视情形需要，于p型氮化镓层46上增添一透明接点(面)48。该透明接面可以是ITO、镍/金、或其他材料。此外，亦可通过直接予以沉积具反射性的银以作为金属接面。在图2中，台面定义出来后，个别独立的LED装置亦随之形成。离子耦合等离子蚀刻(ICP etching)术或是其他诸如激光、切锯、湿式蚀刻、喷射水刀法等技术皆用来将氮化镓蚀刻成个别的装置。
接下来，如图3所示，沉积一钝化层50且实施反射金属沉积以在蚀刻于钝化层50上方的视窗中形成诸如铝、银、及铬或其他材料等的反射金属52。钝化层50为非导电性，反射金属52则形成一镜面表面。
图4显示有一金属薄层53(铬、铬/金、镍/金、钛/金、或其他材料)覆盖于结构之上，以作为在电镀工艺中的电极或种晶金属。然而若是利用无电电镀工艺、溅镀或是磁溅镀工艺来取代电镀工艺，则覆盖金属薄层的操作是不必要的。一金属基板层60则在随后覆盖于其上。
现回过头来看图5，利用诸如电镀或无电电镀等技术，将该多层磊晶结构上覆盖一层金属基板层60。通过无电电镀技术，该蓝宝石基板40利用一有机或聚合物层、或可轻易地移除又不会伤害到蓝宝石基板的电镀、或诸如铜(Cu)、镍(Ni)、银(Ag)、铂(Pt)或其他相当厚重的金属来加以保护。该金属基板层60可包含一或多层金属，该金属层则可另外通过另一导电材料(诸如镍、金、或铬)加以钝化，以防止氧化作用。
下一步，移除蓝宝石基板40。在如图6所示的一实施例中，将一激光剥除技术(LLO)操作施加至蓝宝石基板40。利用激光剥除术(LLO)移除掉蓝宝石基板为现有技术，请参照Cheung等人标题为“Separation of Thin Films From Transparent Substrates By SelectiveOptical Processing(通过选择性光学工艺而将薄膜由透明基板分离)”的美国专利第6,071,795号，该专利并已于2000年6月6日获颁专利证书；以及参照Kelly等人的“Optical process for liftoff of groupIII-nitride films(III族氮化物膜的剥离光学工艺)”，固态物理(a)第159册，1997，页R3-R4)。此外，在Myung Cheol Yoo于2002年4月9日提申的美国专利申请案第10/118,317号，标题为“A Method ofFabricating Vertical Devices Using a Metal Support 5 Film(利用金属支持五薄膜的垂直型装置的制造方法)”以及Lee等人于2002年4月9日提申的美国专利申请案第10/118,316号，标题为“Method ofFabricating Vertical Structure(垂直型结构的制造方法)”的说明书中，皆曾经教导过一种于蓝宝石基板上形成氮化镓半导体层且极深具优势的制造方法。此外，由Yeom等人于2002年4月9日提申的美国专利申请案第10/118,318号，标题为“A Method to Improve LightOutput of GaN-Based Light Emitting Diodes(改良氮化镓基底发光二极管的光输出方法)”的说明书中亦曾教导一种氮化镓以及蓝宝石(以及其他材料)的蚀刻方法。藉此以参考资料方式并入其全部内容，如同全部披露于此。而在其他实施例中，该蓝宝石基板则是通过湿式或干式蚀刻或化学机械研磨法来将其移除。
如图6所示，一n型电极/焊垫70于n型氮化镓层42的顶部形成图案以完成垂直型LED。在其一项实施例中，诸如镍/铬(镍与n型氮化镓接触)，镍/金或铬/金层的接合焊垫可利用CVD、PVD或电子束蒸镀；焊垫70利用具有遮罩的干式或湿式蚀刻或具有负遮罩(负遮罩层显示出不想存留的材料区域)的激光剥除术来加以形成。于该多层磊晶结构上则配置一p型电极以及一n型电极以完成垂直型氮化镓基LED的制作。
该薄膜53用作金属基板层60的种晶材料。只要该金属基板层60可用电化学沉积或无电化学沉积覆盖于薄膜53之上，则该薄膜53可以是与该金属基板层60相同或不同的材料。
如图7所示，将金属基板层60的表面予以粗化，以建立热量移除结构100，使热量移除结构100的表面积要比进行粗化之前的表面积61更大；该粗化加工法可以是喷沙、研磨、刻划、激光或其他可以获致热量移除结构100的更高有效表面积的加工法。在一实施例中，该热量移除结构100的有效表面积为表面积61的约1.1倍以上。
在图8的过程中，将金属基板层60的表面予以修改后建立热量移除结构110，上述方法实施后必须使得热量移除结构110的表面积大于进行修改前的表面积61；该修改加工法可以是施用光罩的蚀刻术、切锯、激光切割、或其他可以获致更高的热量移除结构110的有效表面积的方法。在其一项实施例中，热量移除结构110为鳍片。形成角度的鳍片沿着金属层周围排列。在其他的实施例中，可于金属基板层60之上形成热量槽、热交换器、冷盘、以及类似结构。该热量槽、热交换器、冷盘、以及类似结构具有高导热特性可将热量从LED装置携取出来，并且转移至周遭空气中。
在图9的过程中，该热量移除结构120在贴附至金属基板层60之前，预先制作有散热鳍片130。所述的贴附加工法可以是胶合法、利用例如银浆的粘合法，或其他可提供优良导热性质的方法。在金属基板层60上蚀刻有复数个热量移除结构110，例如：垂直延伸的鳍片。在另一项实施例中，具有角度的鳍片沿着金属层周围排列。在其他实施例中，可于金属基板层60上形成热量槽、热量移除结构110热交换器、冷盘以及类似装置。该热量槽、热交换器、冷盘、以及类似装置具有高导热特性，可将热从LED装置携取出来并且转移至周遭空气中。
散热元件设有一巨大表面积可以使热量作对流以散逸到环境中。散热元件在外观上则具有突显的形状特征，例如：鳍状、叶片状、舵状、片状或是相似构造。对流移除热量的程度凭借着改变散热元件的形状或大小来作调整。例如：在不改变其体积的情况下增加其外凸形貌的表面积，典型上而言，能提升对流移除热量的程度。利用被动对流的方式，热量可从散热元件中移除，例如：在LED外部自然产生的空气流动。另外也可通过强制对流的方式，将热量由散热元件中移除，例如：通过外部的风扇以及/或是抽送冷媒使其流经与散热元件形成热结合的管路(例如：管子)。该设备的配置，可根据封装电子元件的热量移除需求作不同变化。例如：提供传导路径的热连接器可采用更多种传导性材料制作而成、或使其缩短、以及/或在其热量移除需求提升时，增加其截面积。对流则需要通过一种或多种以上的液体，例如：空气、瓦斯、蒸气、水、油、冷煤、水乙二醇(WEG)或类似物质在LED装置周围、或流通其内部、以及/或倚靠着的循环来达到热量移除。另外，该鳍片或是热量槽主体可能是任何形式的装置，诸如：一块状热量传导材料、一热量管、一压电冷却器、或其他本领域技术人员已熟知的热量槽主体或装置。
热量槽特定形状以及尺寸基于其应用型态而决定，而在该复数个鳍片中，每一鳍片及其配置的设计都会进一步地对LED的热量移除以及热控制造成影响。可通过例如：宽度、间距、长度以及挠曲度、或偏斜度的控制来提供各种冷却能力。同样地，宽高比、整体鳍片数量、金属基板层60的尺寸、复数个整体鳍片的配置亦可通过其控制，达到前述的冷却需求。本领域技术人员可了解到有各式各样的鳍片以及金属基板层60的图案，其可用以实际上提供任何能呈现效果的流动。
当本发明通过示例的方式详加描述并且就其优选实施例加以讨论后，应能了解本发明并不限于上述内容。相反地，本发明意在涵盖各种修改以及相似的配置以及程序，且随附的权利要求的范围因而需给予最广泛的阐释，以便包含所有此类的改变以及相似的配置及程序。

Claims (80)

1.一种发光二极管的冷却方法，包含下列步骤：
于承载基板上形成一多层磊晶结构；
于该多层磊晶结构上沉积至少一金属层；
移除该承载基板；以及
于该金属层中形成一或多个热量移除结构以散除热量。
2.如权利要求1所述的发光二极管的冷却方法，其中该承载基板包含蓝宝石。
3.如权利要求1所述的发光二极管的冷却方法，其中该沉积金属层的步骤包含电化学沉积。
4.如权利要求1所述的发光二极管的冷却方法，其中该沉积金属层的步骤包含沉积至少一金属层且随后实施一或多次无电化学沉积。
5.如权利要求1所述的发光二极管的冷却方法，其中该沉积金属层的步骤包含利用下列其中一项方式实施：化学气相沉积(ChemicalVapor Deposition，CVD)、等离子增强型化学气相沉积(Plasma-Enhanced CVD，PECVD)、物理气相沉积(Physical VaporDeposition，PVD)、原子层沉积Atomic Layer Deposition，ALD)、金属有机化学气相沉积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)、蒸镀、以及等离子喷涂(Plasma Spray)。
6.如权利要求1所述的发光二极管的冷却方法，包含下列步骤：
于该金属层之上沉积一或多层附加金属层。
7.如权利要求1所述的发光二极管的冷却方法，其中该形成热量移除结构的步骤包含表面粗化。
8.如权利要求7所述的发光二极管的冷却方法，其中该表面粗化包含利用下列其中一项方式实施：喷砂、研磨、刻划、激光切割。
9.如权利要求1所述的发光二极管的冷却方法，其中该热量移除结构的形貌表面增加因子(ξ)不小于约1.1。
10.一种发光二极管的冷却方法，包含下列步骤：
于承载基板上形成一多层磊晶结构；
于该多层磊晶结构上沉积至少一金属层；
移除该承载基板；以及
将一或多个热量移除结构贴附于该金属层，以散除热量。
11.如权利要求10所述的发光二极管的冷却方法，其中该承载基板包含蓝宝石。
12.如权利要求10所述的发光二极管的冷却方法，其中该沉积金属层的步骤包含电化学沉积。
13.如权利要求10所述的发光二极管的冷却方法，其中该沉积金属层的步骤包含在一或多个无电化学沉积后沉积至少一金属层。
14.如权利要求10所述的发光二极管的冷却方法，其中该沉积金属层的步骤包含利用下列其中一项方式加以实施：CVD、PECVD、PVD、ALD、MOCVD、蒸镀、以及等离子喷涂。
15.如权利要求10所述的发光二极管的冷却方法，包含在该金属层上沉积一或多层附加金属层。
16.如权利要求10所述的发光二极管的冷却方法，其中该热量移除结构包含以胶合(gluing)及利用例如银浆(silver paste)的粘浆的粘合(bonding)其中一项方式来贴附到该金属基板。
17.如权利要求10所述的发光二极管的冷却方法，其中该热量移除结构的形貌表面增加因子(ξ)不小于约1.1。
18.一种发光二极管的制造方法，包含下列步骤：
提供一承载基板；
沉积一多层磊晶结构；
于该多层磊晶结构上沉积一或多层金属层；
利用蚀刻定义出一或多个台面；
形成一或多层非导电层；
移除一部份的该非导电层；
沉积至少一或多层金属层，并于该金属层中形成一或多个散热鳍片；以及
移除该承载基板。
19.如权利要求18所述的发光二极管的制造方法，其中该承载基板包含下列其中之一：蓝宝石、碳化硅、硅、砷化镓。
20.如权利要求18所述的发光二极管的制造方法，其中该多层磊晶结构包含：一n型氮化镓或氮化铝镓层；具有氮化铟铝镓/氮化镓层的一或多个量子井；以及一p型氮化镓或氮化铝镓层。
21.如权利要求18所述的发光二极管的制造方法，其中在该多层磊晶结构上的一或多层金属层包含下列其中之一：氧化铟锡(ITO)、银、铝(Al)、铬(Cr)、镍(Ni)、金(Au)、钼(Mo)、钨(W)、耐火金属、金属合金。
22.如权利要求18所述的发光二极管的制造方法，包含一选用的掺杂半导体层，其介于该多层磊晶结构及该金属层之间。
23.如权利要求18所述的发光二极管的制造方法，其中该台面利用聚合物及/或硬罩加以定义。
24.如权利要求18所述的发光二极管的制造方法，其中该非导电层包含下列其中之一：二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、一类钻石薄膜、一非导电金属氧化物成分、一陶瓷成分。
25.如权利要求18所述的发光二极管的制造方法，包含移除包括下列该非导电层其中之一的一部份：二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、类钻石薄膜、非导电性金属氧化物成分、及陶瓷成分。
26.如权利要求18所述的发光二极管的制造方法，其中该移除部分非导电层的步骤包含利用剥除、湿式蚀刻、干式蚀刻其中一项方式以暴露出导体层。
27.如权利要求26所述的发光二极管的制造方法，其中该导体层包含一或多层金属层。
28.如权利要求26所述的发光二极管的制造方法，该导体层沉积在一钝化层的顶部上，其中该钝化层包含一或多层非导电层。
29.如权利要求18所述的发光二极管的制造方法，其中该沉积一或多层金属层的步骤包含利用下列其中之一：溅镀、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子增强型化学气相沉积(PECVD)、蒸镀-离子束沉积、电沉积、无电沉积、等离子喷涂、喷墨沉积。
30.如权利要求18所述的发光二极管的制造方法，包含利用下列其中一项方式来沉积一或多层金属层：PVD、蒸镀-离子束沉积、CVD、电子束沉积。
31.如权利要求30所述的发光二极管的制造方法，其中一金属层包含下列其中之一：铬(Cr)、镍(Ni)、氮化钽(TaN)/铜(Cu)、钼(Mo)、钨(W)、金属合金。
32.一种发光二极管的制造方法，包含下列步骤：
于一承载基板上形成一多层磊晶结构；
于该多层磊晶结构上沉积至少一金属层；
移除该承载基板。
33.如权利要求32所述的发光二极管的制造方法，其中该承载基板包含蓝宝石。
34.如权利要求32所述的发光二极管的制造方法，其中该沉积金属层的步骤包含电化学沉积。
35.如权利要求32所述的发光二极管的制造方法，其中该沉积金属层的步骤包含在一或多个无电化学沉积之后沉积至少一金属层。
36.如权利要求32所述的发光二极管的制造方法，其中该沉积金属层的步骤包含利用下列其中一项方式实施：化学气相沉积(CVD)、等离子增强型化学气相沉积(PECVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)、蒸镀、等离子喷涂。
37.如权利要求32所述的发光二极管的制造方法，包含下列步骤：
于该金属层上沉积一或多层附加金属层。
38.一种发光二极管的制造方法，包含下列步骤：
设置一承载基板；
沉积一多层磊晶结构；
于该多层磊晶结构上沉积一层或多层导体层；
定义一或多个台面；
形成一或多层非导电层；
移除一部份的该非导电层；
沉积至少一层或多层金属层；以及
移除该承载基板。
39.如权利要求38所述的发光二极管的制造方法，其中该承载基板包含下列其中之一：蓝宝石、碳化硅、氧化锌(ZnO)、硅以及砷化镓。
40.如权利要求38所述的发光二极管的制造方法，其中该多层磊晶结构包含：
一n型氮化镓或氮化铝镓层；
一或多个具有氮化铟镓/氮化镓层的量子井；以及
一p型氮化镓或氮化铝镓层。
41.如权利要求38所述的发光二极管的制造方法，其中于该多层磊晶结构上方的一或多层金属层包含下列其中之一：氧化铟锡(ITO)、银、铝(Al)、铬(Cr)、铂(Pt)、镍(Ni)、金(Au)、钼(Mo)、钨(W)、一耐火金属、或一金属合金或金属层。
42.如权利要求38所述的发光二极管的制造方法，包含一在该多层磊晶结构及该金属层之间的选用掺杂半导体层。
43.如权利要求38所述的发光二极管的制造方法，其中该台面利用蚀刻用的聚合物及/或硬遮罩加以定义。
44.如权利要求43所述的发光二极管的制造方法，其中该蚀刻通过下列其中一项方式实施：干式蚀刻、湿式蚀刻。
45.如权利要求38所述的发光二极管的制造方法，其中该台面通过下列其中一项方式定义：激光、切锯或喷射水刀法。
46.如权利要求38所述的发光二极管的制造方法，其中非导电层包含下列其中之一：二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、类钻石薄膜、非导电性金属氧化物成分、及陶瓷成分。
47.如权利要求38所述的发光二极管的制造方法，包含移除该非导电层的一部份的步骤。
48.如权利要求47所述的发光二极管的制造方法，其中该移除步骤包含实施剥除、湿式或干式蚀刻，以暴露出导体层。
49.如权利要求38所述的发光二极管的制造方法，其中该导体层包含一或多层金属层。
50.如权利要求38所述的发光二极管的制造方法，该导体层沉积在一钝化层顶部，其中该钝化层包含一或多层非导电层。
51.如权利要求38所述的发光二极管的制造方法，其中该沉积一或多层金属层的步骤包含利用：物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子增强型化学气相沉积(PECVD)、蒸镀、离子束沉积、电化学沉积、无电化学沉积、等离子喷涂、或喷墨沉积而加以实施。
52.如权利要求38所述的发光二极管的制造方法，其中该沉积一或多层导体层的步骤利用下列其中一项方式加以实施：PVD、蒸镀、离子束沉积、CVD、及电子束沉积。
53.如权利要求49所述的发光二极管的制造方法，其中该一或多层金属层包含下列其中之一：铬(Cr)、铂(Pt)、镍(Ni)、铜于氮化钽上、钼(Mo)、钨(W)及金属合金。
54.如权利要求38所述的发光二极管的制造方法，包含通过电化学电镀或无电化学电镀而形成一或多层附加金属层。
55.如权利要求38所述的发光二极管的制造方法，包含下列步骤：
利用电化学电镀或无电化学电镀而将一或多层附加金属层形成于一种晶层的顶部上，该种晶层包含铜、钨、金、镍、铬、钯、铂或其合金。
56.如权利要求55所述的发光二极管的制造方法，其中该一或多层附加金属层包含铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、铝(Al)或其合金。
57.如权利要求38所述的发光二极管的制造方法，包含沉积一非导电性钝化层的步骤。
58.如权利要求57所述的发光二极管的制造方法，其中该钝化层包含下列其中之一：非导电金属氧化物(氧化铪、氧化钛、氧化钽)、二氧化硅、氮化硅及聚合物材料。
59.如权利要求57所述的发光二极管的制造方法，包含利用湿式蚀刻、化学机械研磨或干式蚀刻以移除该钝化层的一部份。
60.如权利要求38所述的发光二极管的制造方法，包含沉积一最终金属，该金属包含下列其中之一：铜(Cu)、镍(Ni)、铬(Cr)、铂(Pt)、锌(Zn)、金(Au)、其合金。
61.如权利要求38所述的发光二极管的制造方法，包含通过下列其中一项方式来移除一蓝宝石基板的步骤：激光、化学机械研磨(CMP)、湿式蚀刻、布植。
62.一种发光二极管的制造方法，包含下列步骤：
设置一承载基板；
沉积一多层磊晶结构；
利用蚀刻法定义出一或多个台面；
形成一或多层非导电层；
移除该非导电层的一部份；
沉积一或多层金属层；
移除该承载基板。
63.如权利要求62所述的发光二极管的制造方法，其中该承载基板包含蓝宝石基板。
64.如权利要求62所述的发光二极管的制造方法，其中该台面利用蚀刻用的聚合物及/或硬遮罩加以定义。
65.如权利要求62所述的发光二极管的制造方法，包含沉积一非导电钝化层的步骤。
66.如权利要求62所述的发光二极管的制造方法，其中该钝化层包含下列其中之一：非导电金属氧化物、二氧化硅、氮化硅、聚合物材料。
67.如权利要求65所述的发光二极管的制造方法，包含利用下列其中一项方式以移除该钝化层的一部份：湿式蚀刻、化学机械研磨、干式蚀刻。
68.如权利要求62所述的发光二极管的制造方法，包含步骤：
利用电化学电镀或无电化学电镀而将一或多层附加金属层形成于一种晶层的顶部上，该种晶层包含铜、钨、金、镍、铬、钯、铂或其合金。
69.如权利要求68所述的发光二极管的制造方法，包含步骤：
于一镜面层的顶部上形成一种晶层，该镜面层包含利用下列其中一项方式加以沉积的银、铝、钛、铬、铂、钯、银/铂、银/钯、银/铬：物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子增强型化学气相沉积(PECVED)、蒸镀、离子束沉积。
70.如权利要求62所述的发光二极管的制造方法，包含步骤：于该金层上沉积一或多层附加金属层。
71.如权利要求62所述的发光二极管的制造方法，其中该移除该承载基板的步骤包含利用激光剥除(LLO)术。
72.如权利要求62所述的发光二极管的制造方法，其中该移除该承载基板的步骤包含利用干式蚀刻、化学移除技术或化学机械移除技术。
73.一种发光二极管的制造方法，包含下列步骤：
设置一承载基板；
沉积一设有一p型接面、一多重量子井(MQW)、以及一n型接点的多层磊晶结构；
于该多层磊晶结构上方沉积一或多层第一金属层，该第一金属层电耦接于该p型接面；
利用蚀刻法定义出一或多个台面；
形成一或多层非导电层；
移除该非导电层的一部份；
沉积一或多层第二金属层，该第二金属层电耦接于该第一金属层其中之一，其中该第二金属层其中之一与该n型接点及MQW电绝缘；
移除该承载基板。
74.一种n型氮化镓在上LED晶圆(n-GaN up LED wafer)形成的制造方法，包含下列步骤：
设置一承载基板；
于该承载基板上沉积一n型氮化镓部分；
于该n型氮化镓部分上沉积活化层；
于这些活化层上沉积一p型氮化镓部分；
沉积一或多层金属层；
施用一遮罩层；
蚀刻该金属、p型氮化镓层、活化层、以及n型氮化镓层；
移除该遮罩层；
沉积一钝化层；
移除在该p型氮化镓层的顶部上的该钝化层的一部份，以曝露出该金属；
沉积一或多层金属层；
沉积一金属基板；
移除该承载基板以曝露出该n型氮化镓表面。
75.如权利要求74所述的n型氮化镓在上LED晶圆的制造方法，其中该n型氮化镓在上LED晶圆实质上是平滑且平坦的。
76.如权利要求74所述的n型氮化镓在上LED晶圆的制造方法，其中该n型氮化镓在上LED晶圆的表面粗糙度低于10000埃。
77.如权利要求74所述的n型氮化镓在上LED晶圆的制造方法，其中该承载基板为蓝宝石。
78.如权利要求74所述的n型氮化镓在上LED晶圆的制造方法，其中该金属基板利用下列其中一项方式加以沉积：电化学电镀、无电化学电镀、溅镀、化学气相沉积、电子束蒸镀、热喷涂。
79.如权利要求74所述的n型氮化镓在上LED晶圆的制造方法，其中该金属基板由包含下列其中之一的金属或其金属合金所组成：铜、镍、铝、钛、钽、钼、钨。
80.如权利要求74所述的n型氮化镓在上LED晶圆的制造方法，其中该金属基板通过下列其中一项方式移除：激光剥除术(LLO)、湿式蚀刻、化学机械研磨。
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