CN101517758A - 可安装于表面的晶片 - Google Patents

Abstract

一种可安装于表面的晶片包含一电路装置及一基部。该电路装置包括一顶层及一底层其分别具有一顶部接触及一底部接触。该基部包含具有一基部顶表面及一基部底表面的一基底。该基部顶表面包含一顶电极结合至该底部接触，且该基部底表面包含彼此电性隔离的第一及第二底电极。该顶电极连接至该第一底电极，及该第二底电极通过一垂直导体连接至该顶部接触。一绝缘层结合至该电路装置的一表面及覆盖该底层的一垂直表面的一部分。该垂直导体包含一金属层接合至该绝缘层。

Description

可安装于表面的晶片

技术领域

本发明是有关于一种发光元件，特别是有关于一种可安装于表面的发光元件。

背景技术

发光二极管(LEDs)的进步已经使得某些装置使用其作为光源而取代传统光源如日光灯及白炽灯泡。发光二极管光源具有接近或超越传统光源的能量转换效率。此外，发光二极管光源具有远超过传统光源的寿命(lifetimes)。举例来说，日光灯光源大约有10000小时的寿命，然而发光二极管则大约有100000小时的寿命。再者，日光灯光源失去作用时完全没有任何预兆。相较之下，发光二极管光源在坏掉之前有变暗的倾向，因此可给予使用者适当的警告。

不幸地，发光二极管被用来替换传统光源时有某些缺点。首先，发光二极管发出相对窄频谱的光，提供一光源其仅可被查觉到一特定的颜色，因此一定数目可发出不同窄频谱的光的发光二极管需被封装在一起，或者发光二极管需要覆盖一种或多种荧光粉使发光二极管激发荧光粉，以提供想要的输出光谱。

此外，单一的发光二极管有一受限的光输出。即使高功率的发光二极管最佳也仅有几瓦功率。再来，如上所述，一定数目的发光二极管需要结合在一发光元件中提供一想要的输出光谱。因此，一光源如要提供具有超过数瓦的任何输出光谱，一定数目的发光二极管需要结合在一个独立单元。

为了提供此多重的发光二极管元件，通常一定数目的发光二极管晶粒被连接至某种型式的基板。连接的方式可以分成两种类型。第一种类型依靠打线(wire bond)以连接晶粒上一或多个电极至该基板相对应的电极上。这种连接方式有一些问题。第一，打线需被单独实施。第二，打线易损坏，需要被保护。典型的保护方法包括将该晶粒及打线放入某些透明封装材料中。不幸地，该封装材料会老化造成光吸收。此外，该封装材料施加应力于打线，可能会导致元件提早损坏。再者，封装是一额外的组装步骤造成额外的成本花费。更进一步，该封装材料通常使元件的最大容忍温度受到限制。此外，该封装材料施加应力于发光二极管材料使得需要的操作电压上升。第三，该打线通常会阻挡部分发光二极管发出的光线，而减少光源的效率。最后，须注意的是该打线的损坏会是整个元件损坏的一个重大因素。

第二种连接方法，原理上，避免打线，因此可解决因为打线造成的问题。这些方法通常为覆晶(flip-chip)方法。在这些方法中，通过沉积多层在基板上，该发光二极管可被制造在一透明基板上。因为这些被用来建构发光二极管的多层为本领域技术人员所熟知的，所以这些层的细节在此不做讨论。一发光二极管包含主要的三层，一n型层通常最先沉积在基板上，一主动层用来产生光以及一p型层。从n型层流向主动层区域的电子会与从p型层流向主动层区域的空穴在主动层中结合。

为了点亮发光二极管，该n型层及该p型层之间需要被提供一电位。但是该n型层被埋在前述多层堆迭中。因此有两种基本构造用来处理此一连接问题。在第一种构造中，该n型及p型的连接透过这些层的外表面上的电极达成。这种型式的元件在以下讨论中被归类为垂直型元件(vertical device)。第二种型式的元件被归类为侧向型元件(lateral device)。在侧向型元件中，掩埋层的连接通过刻蚀该掩埋层的上方层以裸露该掩埋层来提供。在上文描述的例子，该元件的部分p型层及部份主动层被移除而裸露下方的n型层。通过沉积一金属层在该裸露层上而提供连接至该n型层。在经由打线连接的元件中，其中一条打线附着在该金属层上。此种元件被称作侧向型元件是因为电流必须从裸露的平台侧向地流动抵达该主动层。覆晶发光二极管是此种侧向型元件的一种例子。

在一覆晶发光二极管中，通过刻蚀该元件的部份p型层及部份主动层以裸露该n型层，可达成该n型层的连接。一导电层沉积在裸露的该n型层平台上及用来达成该层的连接。为了安装该晶片在一载体例如印刷电路板上，该晶片被倒置，以使该发光二极管顶部的接触匹配该印刷电路板上的焊垫(pads)。该晶片因此被接合至该印刷电路板。

虽然覆晶式发光二极管可避免打线造成的问题，但也产生一些新的问题。首先，晶片必须置放在一印刷电路板或其类似物件上。此一操作需要高度精确性，因为这些接触非常小且彼此靠近。终端产品制造者在一般经济考量下可能没有达成此种精确放位的设备。因此，这些元件通常被封装于类似小型印刷电路板的一个独立载体上，该独立载体上的焊垫彼此相隔较远，所以可降低终端产品制造者放置该元件所需要的精确性。不幸地，此种解决办法增加该封装后元件的体积，也因此限制了在终端产品中发光二极管的密度。此外，此解决办法增加最终发光二极管的成本花费，因为这些发光二极管必须个别地连接至该载体。

第二，覆晶接合至该载体，无论是最终的印刷电路板或上述的中间载体，包含的工艺步骤可能会导致发光二极管的层与层之间的短路。这些短路现象发生在接合过程中或元件的生命期经过一段时间之后。这些短路现象造成发光二极管的良率下降而增加成本花费。

第三，用以提供该n型层接触的切割出来的平台占据该晶粒相当部份的表面积。此相当部份的面积不会产生光，因为该被切割出来的平台通过该主动层。因此，离开该元件的每单位面积的总光量大幅地减少。

发明内容

本发明提供一元件包含一电路装置及一基部，该电路装置包含具有一顶层及一底层的多层半导体层，该顶层包含一顶表面具有一顶部接触于该顶表面及该底层具有一底表面及一底部接触于该底表面，操作该电路装置需要一电位差施加在该顶部接触及该底部接触；及该基部包含具有一基部顶表面及一基部底表面的一基底，该基部顶表面接合至该底层及该基部底表面包含互相电性隔离的一第一底电极及一第二底电极，该底部接触通过一第一导体连接至该第一底电极及该第二底电极通过一第二导体连接至该顶部接触；其中该底层包含一绝缘层接合在该底层的一表面上及其中该第二导体包含一金属层接合至该绝缘层，该绝缘层防止该第二导体与该底层的接触。

本发明可被用来建构一可安装于表面的发光元件，该发光元件包含一主动层，及一第一半导体层及一第二半导体层，该主动层位于该第一及第二半导体层之间。该第一半导体层具有包含该顶部接触的一顶表面，及该第二半导体层具有包含该底部接触的一底表面。当一电位施加于该顶部接触及该底部接触之间，空穴及电子在该发光元件中结合产生光。

附图说明

图1是安装在一印刷电路板上的一覆晶发光二极管截面图。

图2是根据本发明的一实施例的发光二极管上视图。

图3是图2中沿线3-3的截面图。

图4是发光二极管40的底视图。

图5是具有多个发光二极管的部分晶圆上视图。

图6是图5沿线6-6的截面图。

图7是具有多个元件的部分基部上视图。

图8是图7沿线8-8的截面图。

图9是部分发光部及部份基部接合前的截面图。

图10是部份发光部及部份基部接合后的截面图。

图11是部份发光部及部份基部接合后且移除基底的截面图。

图12是根据本发明另一实施例的发光二极管上视图。

图13是根据本发明另一实施例的发光二极管上视图。

图14是图13沿线14-14的截面图。

图15是根据本发明的一基部晶圆上视图。

图16是图15沿线16-16的截面图。

图17至图20是例示一具有发光二极管200结构的一发光二极管的制造方法。

图21是切割前的部分已接合晶圆的上视图。

图22是根据本发明另一实施例的发光二极管截面图。

具体实施方式

通过参考一发光二极管，可更容易了解本发明。然而，如同以下的详细讨论，本发明可被用来建构一些具有基部的不同电路装置，所述这些电路装置大致上具有与集成电路晶片相同的大小。所述这些基部提供一项功能类似于上文讨论的次安装基部(the sub-mounts)，但不具有上文讨论的限制。

参考图1，本发明的发光二极管提供的优点可更容易了解。图1安装在一印刷电路板31上的一覆晶发光二极管20的截面图。发光二极管20通过沉积如上文所述的一n型层22、一主动层23及一p型层24而被制造在一透明基底21上。一反射电极29沉积在层24上方，该反射电极29既可作为散布电流于层24的电性接触，也可作为一镜面用来反射于该主动层中产生且朝向该电极29的发光。电极29通过一锡球27连接至印刷电路板31上一对应的电极32。

如上文所述，为了提供电性连接予层22，如图中25所示的一平台(mesa)在堆迭层中被刻蚀出来。一电极26被沉积在该平台上并经由电极28及锡球30连接至印刷电路板31上一对应的电极33。

该平台25的大小较佳尽可能地小，因为该平台25所占的面积34不能产生任何发光，因此，从产生发光的观点来看，其代表浪费的空间。另一方面，平台25须足够大以容纳锡球30。因此，典型的平台25，大约占据晶粒表面积的30％，也因此造成最大光输出的减少。

应注意的是如图1所示的配置，从层22中电流扩散的观点来看，该配置并未达到最佳化。理想上，该n型接触应提供均匀的电流遍及主动层23。然而，如图1中所示的配置产生非均匀的电流，其中最接近平台的面积相较远离平台的面积接收到更多的电流。

另外，从发光二极管20产生的发光需经由该基底21离开。基底21的材料选择受限于作为该层22的材料的晶格常数，而该层22的材料由该发光二极管20所欲产生的光频谱所决定。

现在请参考图2至图4，其是例示本发明的一发光二极管。图2是一发光二极管40的上视图，图3是图2中沿线3-3的发光二极管40的截面图，及图4是发光二极管40的底视图。发光二极管40可被视为包含两个主要部份，一发光部58及一基部59接合在一起。应注意的是该发光二极管40是一垂直型元件，因此，可避免上述侧向型元件的问题。

发光部58包含一n型层41及一p型层42其中夹持一主动层43，当空穴及电子分别从该层42及该层41注入该主动层43并结合时产生发光。如上所述，这些层中的每一层可包含一些子层；然而这些子层并非本发明的焦点，所以它们的功能就不在此详细描述。电能分别透过电极45及44施加在该层41及42之间。为了防止发光部58接触周遭环境，一透明绝缘层49用来包覆该发光部59。

基部59可视为提供一些金属导线在该绝缘基底48上或穿过该绝缘基底48。基部59提供两项功能。第一，基部59提供该电极44及45分别与发光二极管40底部共平面的接触51及52的连接。本发明通过一垂直走向的金属导线46连接金属层53至接触51，以达成电极44及接触51之间的连接。金属层53被接合至电极44。

通过一金属填塞通道47提供电极45及接触52之间的连接。应注意的是电极45也可是一金属填塞通道。该金属填塞通道45延伸通过该发光部58，并且该金属填塞通道45通过图中57所示的一绝缘材料层与该主动层43及p型层42隔离。

基部59也提供发光二极管40的支持结构。典型发光部58的厚度小于5微米(μm)。因此，当需要将发光二极管40贴附到许多产品上而处理及接合该发光二极管40时，该发光部常因太脆弱而不能生存。基部59典型上的厚度大约为100μm。

另外，基部59提供一足够大的接合垫(mounting pads)允许发光二极管40可表面安装至一印刷电路板或其类似物件。承如下文的详细讨论，该电极45的截面积尽可能越小越好。因此，电极45及47的对位(alignment)需要一些精确度。承如下文的详细讨论，通过使用一分离基部可提供所要的精确度，该分离基部可接着以较低的精确度贴附至该印刷电路板。

如上所述，电极45的大小尽可能越小越好。该发光部被电极45消耗的部分不能产生大量的发光从该发光二极管40的顶部表面脱离。因此，最小化电极45的截面积可最大化总光输出。然而，基于多重考量之一，电极45必须大于某最小尺寸。第一，通过层41至43的通道(via)直径具有一最小尺寸，其受制于用来建构该通道的该刻蚀系统。通常，从该通道开口工艺中可获得一最大高宽比(aspect ratio)。该高宽比通常小于10∶1。也就是说，该通道不能具有一深度大于其直径10倍以上。在本发明此一实施例中，该通道的深度是该层41至43的厚度，承如上文提及，大概小于5μm。因此，该通道可小于1μm。

第二项考量是电极45的电阻值。在高功率发光二极管中，在不需要显著电压差的情况下，电极45被要求导通大于350mA的电流。由于该导通路径的电阻值与该通道截面积成反比，前述要求的电流施加另一限制在该电极45的截面积。某种程度上，可通过采用一具有较高导电率的金属如铜或金来克服此限制；然而，该通道的截面积仍具有一较低限制。在高电流的应用中，该通道通常大于50μm。

根据本发明一实施例的发光二极管的制造方法将被被详细讨论如下。如上所述，根据本发明的一发光二极管可被视为接合一发光部及一基部在一起。现在请参考图5及图6，其例示该发光二极管的制造方法。图5是一具有多个发光二极管的部分晶圆60的上视图。例示性的发光二极管如68及69所显示。图6是显示图5中沿线6-6的部分晶圆60截面图。

首先，该n型层73、p型层71及主动层72沉积在一基底75上。之后，一金属层被沉积在该p型层上方及图案化以提供该p型电极64。该金属层可包含多层子层提供不同的功能如焊接性(solderability)及附着性(adhesion)。此外，子层材料的适当选择可使一电极作为一高度反射镜面。因为所述这些结构为熟知的技术且非本发明的核心技术，在此就不做详细讨论。读者可参考美国专利第6,552,359号、第5,585,648号、第6,492,661号及第6,797,987号，以详细了解这些功能。

这些半导体层接着被刻蚀以提供边界区域61及通道62。这些边界区域61隔开不同的发光二极管及包含切割道(scribe lanes)用以分离最终产品。所述这些通道62内衬一绝缘材料66。所述这些边界区域61也可内衬如图中67所示的绝缘体。所述这些边界区域61的衬垫层是可选择的。本发明可通过减少用来防止该绝缘材料进入边界区域的光罩步骤将此一衬垫层涵括进来而简化工艺步骤。该绝缘体沉积之后，该发光部的顶表面可进行平面化处理，以利于接合至该基部，如果该接合工艺需要一较平坦的表面。如有需要，可使用化学机械研磨(CMP)提供一较平坦的表面。

现在请参考图7及图8，例示说明前述基部的制造方法。图7是部分基部80的上视图，及图8是显示图7中沿线8-8的截面图。该基部可被建构在任何合适的基底81上。如上述的例子，该基部不包含任何电子元件除了用来连接至该基部底表面上电极的所述这些导体。因此，任何绝缘基底皆可使用只要其可提供需要的结构强度及提供可让所述这些导体被制造在其上的一表面。然而，该基部包含电路元件的实施例亦可被建构出来。在此情况下，该基底依照被包含的电路元件的性质及所述这些电路元件的制造方法所决定。举例来说，硅基底应用在一硅底材电路元件上是一具有吸引力的候选材料。

基部80包含电极在其顶部表面及底部表面上，通过垂直走向的导体被连接在一起。所述这些垂直导体通常通过刻蚀一通道从基底81的顶部表面延伸至底部表面及填入适当的导电金属而被制造出来。该基部80顶部表面上的所述这些电极提供连接至发光部上相对应的电极。通常，有两种电极对应每一发光二极管。这些电极被显示在图中的82及83。下面将做更详细的说明，电极83提供连接至发光二极管的该n型层，及电极82提供连接至该p型层。该基部的顶部表面上的电极之间的区域可选择性地，填入如图中86及87所示的绝缘材料。如果电极82及83之间的区域被填入绝缘体，则图中87所示的区域也可被填入绝缘体的实施例可容易地被建构出来，因为可以在相同的操做步骤填入绝缘材料于此区域。沉积绝缘体之后，基部80的顶表面可以，选择性地，使用一工艺如化学机械研磨将其平坦化。该表面是否需要被平坦化取决于基部接合至发光部的工艺可容纳不平坦表面的程度。

如上文所述，基部80的顶部表面所述这些电极被连接至该底部表面上相对应的所述这些电极。电极82经由一填塞金属通道88被连接至电极85。电极83较佳是填塞金属通道89的顶部表面，该填塞金属通道89被连接至该底部表面的电极84。为了更清楚该底部表面上所述这些电极的形状，这些电极以虚线显示在图7中。

在一实施例中，该基部从一薄化至所欲的厚度的传统硅晶圆建构出来。在此实施例中，首先使用反应性离子刻蚀(RIE)于该晶圆刻蚀出所述这些通道开口。使用一热氧化工艺以形成一二氧化硅绝缘层覆盖住硅晶圆整个裸露的表面包括所述这些通道开口。一少量的金属沉积在该通道开口表面，在该金属上形成镀层，以增加该垂直通道导体的厚度。虽然所述这些通道开口不需要被金属完全填满，但也可以被金属填满。本发明用来镀膜这些通道开口的典型金属是铜。因为镀层的工艺会在所述这些通道开口周围造成一不平坦表面，晶圆的表面需使用化学机械研磨进行平坦化。该化学机械研磨不会移除该二氧化硅绝缘层。平坦化之后，该顶部及底部图案化金属层沉积在该二氧化层上。

应注意到的是所述这些通道开口不需要完全填满金属。一金属层内衬所述这些通道开口内部且具有一足够的厚度提供该基部顶部表面及底部表面所述这些金属层的垂直连接即可。

所述这些发光部及基部以晶圆等级制备。该发光部及基部接着接合在一起及在该发光部执行进一步工艺以完成与该基部的电性连接。

现在参考图9，如上文所述，其是部分发光部及基部接合前的截面图。该发光部被上下颠倒置放，以使得图中62所示的通道被定位在电极83一端上方。在发光部60上如图中64所示的所述这些电极被定位邻接于该基部上相对应的电极82。

现在参考图10，该基部及该发光部接合后的截面图。每一部上的所述这些电极被接合至其他部上相对应的电极。本发明可使用任何适当的接合方式。该接合操作步骤较佳在晶圆级进行。晶圆级接合技术为熟知的技术，因此，在此不做详细讨论。应注意的是热压接合(thermal compression bonding)技术很适合用来接合本发明的这些部。这些技术涉及将两部压在一起并加热，以使每一部上相对应的所述这些金属垫被接合。热压接合技术(thermal compressionbonding)已被描述于铜、金及铝所建构的焊垫。此外，对应该绝缘体的区域具有平坦的表面并列于该绝缘体是由二氧化硅所建构的其他平坦绝缘体表面。最后，接合技术可应用于一适当锡球覆盖所述这些表面其中一者。

现在请参考图11，是一发光部及基部接合后且移除基底75的截面图。基底75移除的方式通常取决于基底75的组成。建构在蓝宝石(sapphire)上的氮化镓发光二极管，通过使用一光源，其可发射某一波长的光，此波长的光无法被蓝宝石吸收但是可被氮化镓强烈吸收，使其经由蓝宝石基底照射在所述这些氮化镓层上，该基底可与所述这些氮化镓层分离。从此光源发出的能量被集中在该氮化镓-蓝宝石接面，造成镓原子沿着蓝宝石接面液化。之后，该蓝宝石基底可与该氮化镓层分离，而该氮化镓层仍然贴附于该基部。此种工艺为众所皆知的激光剥离方法(laser lift off)，已描述在美国专利第6,071,795号，第6,420,242号及第5,335,263号。此工艺适合用在由AlGaAs，AlInGaP，AlInGaN，或GaAsP所建构的发光部。应被注意到该半导体部在此元件中的厚度小于10μm。

参考图11，采用化学机械研磨(CMP)移除该基底时，部分n型层73也会被移除而留下所述这些通道开口端。若该基底使用上述的激光剥离法(laser liftoff)移除时，挡住所述这些通道开口端的该绝缘层必须使用一额外工艺步骤移除。举例来说，必须使用罩幕遮住该层73及施予刻蚀剂以移除该绝缘体的端部部份。另外，本发明也可在该裸露层施予化学机械研磨，以移除该通道开口端的该绝缘体。可保留对应该主动层及该p型层的区域上的该绝缘体的任何适当方法皆可以被采用。

用来连接该n型电极的所述这些通道开口再次打开后，一金属沉积在该氮化镓中这些绝缘通道开口中，以完成如图中95所示层73及电极83之间的连接。所述这些边界区域96的所述这些开口可选择性填入金属或是光阻层以用来达成该金属连接95的沉积。在一实施例中，所述这些边界区域的所述这些开口在最后金属化工艺中保持打开。然后沉积一透明绝缘体层覆盖住层73。然后该层填塞所述这些边界区域96以提供如图3中49所示的该包覆层(encapsulation layer)。为了利于该晶圆切割成独立晶粒，沿着切割道的所述这些边界区域96可以不用被包覆。

复参考图3。发光二极管40操作时电极45提供电子至层41，及电极44提供空穴。理想上的电流为均匀扩散以使电子及空穴均匀的遍及该主动层43的表面。实质上此目标的完成通过电极44注入空穴至层42，因为电极44覆盖层42的大部份表面。相反地，电极45只覆盖住该层41的一小部分表面，因此，层41中的电子分布大体上小于所希望的电子分布。

在本发明的一实施例中，此问题通过一包含多支薄辐条的顶部电极解决，所述这些薄辐条可使电流均匀地散布在该层41的表面。现在参考图12，是根据本发明另一实施例的一发光二极管上视图。发光二极管100具有一顶层101类似于上述的层41。电极102通过层101中心的一金属填塞通道103连接至发光层。多支薄电极102从该金属填塞通道103朝外延伸以提供直接的电流途径至层101的其他部分。由于光线是从层101发出，所述这些辐条的大小及其数目经选择以使由于该辐条金属的光反射或光吸收造成的光损失最小化。虽然该薄电极被配置成辐射状图案(radial pattern)，应注意的是可使该电极不会阻挡太多该表面面积且同时可均匀地散布电流的其它图案也可被采用。在本发明的一实施例中，被该薄电极占据的该发光表面面积少于该发光区域的20％。

本发明的上述实施例采用该n型层位于整个晶片的顶部表面及光线从该表面发射出去的构造。此一构造符合大多数常用来制造发光二极管的方法，其中该n型层先沉积至该基底上以使该p型掺质扩散至其他层的问题最小化。

从许多材料系统中该p型层比该n型层具有较大的电阻值，电流扩散以提供主动层一均匀的电荷密度对于p型层来说是一较大的问题此一观点来看，上述的构造具有优势。如前面提及的，上述实施例中，该p型层接触较大的该顶部电极，因此不会有通过该层的非均匀电流的重大问题。

然而，本发明可采用其他发光二极管构造。为了简化下面的讨论，若光从该层发出则该层被定义为该发光二极管的顶层，与基部连接的该层则被定义为底层。上述定义与所述这些特定层的掺杂无关。举例来说，在某些用来制造发光二极管的材料系统中，该p型层可先沉积而不会有太大的扩散问题。在此例子中，该顶层将会是该p型层。

在本发明上述实施例中，该发光二极管为简单三层元件，其中该主动层被夹持于一p型层及一n型层之间。实际上该三层的每一层可包含多层是包含有不同的合金组成及不同的掺杂程度，以提高特性，例如光输出、欧姆接触、效率及电流扩散。这些结构为本技术领域技术人员熟知。

在本发明上述实施例中，该发光二极管为简单三层元件，其中该主动层被夹持于一p型层及一n型层之间。此种结构通常被称做一p-i-n二极管。如上述，在许多材料系统中，该p型层会造成电流扩散及电阻值的问题。应注意到该n型层及p型层可视为会损耗功率的电阻，及该损耗功率不会产生任何光。因此，高电阻层导致低效率及高操作温度。许多复杂的发光二极管设计尝试最小化该p型层的厚度以减缓这些问题。在这些元件中，元件的其他层皆为n型层以提供较佳的电流扩散。因为此种发光二极管为本技术领域技术人员知的，所以在此不做详细讨论。应注意的是一穿隧二极管接面(a tunneldiode junction)被引入该发光二极管本体，以提供一p型层的转换(a transition ofa p-type layer)。也就是，该发光二极管具有一n-p-i-n结构，其中该n-p接面是一反向偏压穿隧二极管，及该p型层相当薄。由于该电流扩散功能是由该n型层达成，该p型层可以相对的薄，也因此，伴随p型材料的高电阻值造成的问题可以明显地减缓。正确选择材料及掺质显示出该穿隧接面造成的损失大过提升电流扩散获得的补偿及降低元件电阻值。

在本发明上述实施例中，通过一金属填塞通道从该发光二极管的顶部表面通过该发光二极管延伸至该发光二极管的底部表面，以连接发光部的顶层至该基部顶表面相对应的一电极，接着被连接至该基部底部表面上的一焊垫。然而，其他连接该发光二极管的顶层至该基部底部表面上一电极的其他模式也可被采用。

现在请参考图13及图14，其例示根据本发明另一实施例的发光二极管。图13是一发光二极管200的上视图，及图14s是实施例的发光二极管。图13是一发光二极管200的上视图，及图14三显示在图13中沿线14-14的发光二极管200的截面图。发光二显示在图13中沿线14-14的发光二极管200的截面图。发光二极管200包含一发光部210及一基部其执行类似关于发光二极管40的上述功能。发光部210包含一主动区212夹持于一p型层213及一n型层211之间。电极217提供电性接触予层213，电极217被沉积在层213的表面上。电极215提供电性接触予层211，电极215在该发光部已经被接合至基部220后沉积在层211的表面上。

基部220包含多个电极沉积在一绝缘基底221上。电极223及224提供接触以连接电极217及215至一外部电路。在发光部210接合至基部220之前，电极214先沉积在基底221上。电极214将该两部接合在一起及提供部分电性路径以连接层213至电极223。此一电性路径的其余部分由一垂直导体222提供。同样地，一垂直导体218被用来完成电极215与电极224之间的连接。

一具有发光二极管200构造的发光二极管的制造方法将于下文详细讨论。首先参考图15及图16，其例示一部份的基部晶圆240，准备接合至一发光部晶圆。图15是一晶圆240的上视图，及图16是显示图15中沿线16-16的三个基本元件241至243的部分晶圆240截面图。晶圆240被建构在一绝缘基底250上。显示在图中252的所述这些深沟渠先被刻蚀出来及被镀上金属以提供基底250的该顶部及底部表面的电性连接。选择性地，这些沟渠可完全被金属所填满。显示在这些图中的这些范例，所述这些沟渠的截面为矩形；然而，其他形状也可被采用。所述这些沟渠被刻蚀之后，图案化金属层251及257被沉积在基底250的该顶部及底部表面上，以提供该不同电极予每一元件的该基部。

该发光部的制备方法类似于图5及图6的方法，因此，不再重复讨论。应注意到在本实施例中，显示在图5及图6中62的通道没有被制造出来。

现在请参考图17至图20，其例示具有发光二极管200构造的一发光二极管制造方法。一开始将具有发光部的一晶圆接合至具有基部的一晶圆。图17显示已经对位但是仍然分离还未接合的两个晶圆。发光晶圆270包含一主动层274其夹持于一p型层273及已经沉积至一基底271上的n型层272之间。发光晶圆270也包含一图案化电极层275，其提供一电性连接至层272。沟渠276已经被刻蚀穿过层272至275。

该两晶圆使得每一发光二极管中的电极275及电极251接合在一起，及介于电极251之间的间隙对位于图中276所示的沟渠内。注意到在每一元件中部份沟渠252位于部分电极251下方，如图中281所示的位置，使该沟渠252与电极251在281所示的位置电性连接。沟渠252的其余部分并未接触电极251，因此，有一非导电间隙282介于沟渠252及晶圆中邻近元件对应的部份电极251之间。现在参考图18。所述这些晶圆被接合之后，基底271被移除及沟渠276如图中277被填入一绝缘体例如SiO2-。绝缘体277中一沟渠278被刻蚀出来如图19所示。该沟渠位于部分沟渠252上方。沟渠278可延伸至沟渠252的长度或只是该长度的一部份。之后，一图案化电极279被沉积在部份层272上方，如图19所示。电极279也延伸进入沟渠278。视需要，一或更多额外的透明材料层可施予在晶圆上，以保护该顶部表面。为了简化图式，这些层被省略。

在工艺的最后步骤中，通过切割接合后的晶圆而分离这些元件。在一实施例中，所述这些元件沿着图20所示的切割线285被切割。此一切割使沟渠252分离成为两垂直走向的电极287及288。电极287成为如图14中的电极222，及电极288成为如图14中的电极218。

现在请参考图21，一切割前之部分已接合晶圆的上视图。如上述，该顶部电极279可包含多个线状导体291其扩散电流至该发光元件的该顶部表面。

如上述的实施例中，一绝缘层防止底层与该垂直导体发生短路，该垂直导体用来连接基部至该元件的顶层。在上文讨论的一个实施例中，该绝缘层延伸至该顶层的该顶部表面。然而，应注意到该绝缘层并不需要延伸至该顶部表面。只要该绝缘层覆盖部分该底层及主动层，使该垂直导体不会与其他层中任一层发生短路，本发明即可运作。

虽然本发明以发光二极管作为发光元件进行讨论，然本发明的实施例中用来接合至该基部的该元件也可以是由不同集成电路或电路元件所建构出来。为了简化下面的讨论，该集成电路被定义包含由一独立电路元件组成的装置。本发明特别有用于该装置需要被接合至该基部，其需要一第一接触位于该装置的该顶部表面及一第二接触位于该装置的该底部表面，及该装置具有一或更多层需要被保护以防止与该导体发生短路，当该导体连接至该装置的上表面时。举例来说，一垂直面射型激光(VCSELs)具有类似结构，也因此，可根据本发明提供一可安装于表面的VCSELs其接合一基部。

应注意到根据本发明一元件的该基部面积大小接近最终产品的面积，也因此，相较于传统集成电路封装中由晶粒或晶片组成的集成电路元件，所述这些最终产品可被更紧密地放置。本发明特别有用于提供一可安装于表面的晶片，其中该基部的面积两倍小于该集成电路晶片或晶粒的顶部表面面积。

本发明特别有用于建构的元件是其中该电路装置是由可置放在一硅或陶瓷基板上的AlGaAs，AlInGaP，AlInGaN，或GaAaP家族材料所建构出来。如上述，可采用激光照射方法使氮化镓元件层与其下方蓝宝石基底分离。此外，硅基底提供足够的热传递，因此适合用于高功率元件。

如上述本发明的实施例可直接视为一具有两个电极的电路装置，一电极位于底部表面及一电极位于顶部表面。在此例子中，该基部也包含两个相对应的电极其连接至该电路装置的电极，并且终止在该最终晶片的底部表面上的焊垫。然而，具有多于两个装置电极及多于两个焊垫在该基部底部表面的元件也可被建构。

如上述本发明的实施例采用单一层电极位于该发光二极管上方及该基层的顶表面上。然而，具有一或多个该电极包含多层的实施例也可被建构。再者，该多层也可包含具有不同的空间图案的绝缘子层其在这些层中通过垂直连接做连接。举例来说，这些层有用于该发光二极管具有多个接触点位于表面被接线到基层的其他位置而不是直接在这些接触下方。

此外，这些层有用于所述这些垂直连线具有非常大直径的例子。如果采用一厚基部，所述这些垂直通道的最小化尺寸可通过形成所述这些通道的刻蚀工艺来设定。由于这些工艺限制所述这些刻蚀孔洞的高宽比(aspect ratio)，也典型地限制所述这些通道直径大于该通道孔洞的深度的1/4，该通道顶表面的大小可相对地大，以限制该发光二极管的该底部电极的大小及位置。此问题可通过覆盖一薄绝缘层于该基部的顶表面而减轻，而该绝缘层具有一较小通道位在较大金属填塞通道一端上方。然后一具有希望的大小及位置的电极可被沉积在该绝缘层上。

现在参考图22，是根据本发明另一实施例的一发光二极管截面图。发光二极管300包含一发光部310类似上述的发光部。层313的连接由电极311提供，而电极311连接至垂直导体312。为了简化图式，具有垂直导体312通过的该通道内的绝缘层已经被省略。垂直导体312的截面积较佳具有一小的截面积，但仍需保有提供至层313电性连接的能力。

电极311通过金属填塞通道322被连接至底部电极323。如上述，该通道的最小直径由刻蚀穿过该层形成该通道的该层厚度所决定。发光部310通常比基部320薄很多。举例来说，发光部310可以为10微米(μm)。相较下，基部320必须足够厚，以防止最后部件的断裂，也因此通常具有大于100微米的厚度。因此，通道322的宽度典型地大于通道312很多。在某些情况下，通道322很宽以致于电极314的大小需要被限制以防止与通道322中的金属发生短路。然而发光部底部表面上的电极尽可能愈大愈好以最佳化发光部内的电流扩散。图22的实施例采用一三层顶部电极325来克服此一问题，其中该三层顶部电极325具有两层图案化金属层由一绝缘层326隔开。该上方金属层被图案化以提供电极328及329。电极328透过在层329中的一小通道提供连接至通道322，也因此提供从通道312至通道322的转接而不用对电极314的大小做太多限制。电极329经由电极331提供电极314及电极332之间的连接，该电极331是电极325的下方图案化层。

本发明上述的实施例利用金属填塞通道以实施该垂直导体。然而，其他型式的垂直导体也可被采用。举例来说，垂直导体具有适当的硅掺杂也可被采用。所述这些结构为习知，因此，不在此做详细讨论。

本技术领域技术人员根据本发明的前述说明及附随的图式可做不同的修饰。因此，本发明主要限定于权利要求的范畴。

Claims (18)

1.一元件包含一电路装置及一基部，

该电路装置包含具有一顶层及一底层的多层半导体层，该顶层包含一顶表面具有一顶部接触于该顶表面及该底层具有一底表面及一底部接触于该底表面，操作该电路装置需要一电位差施加在该顶部接触及该底部接触；及

该基部包含具有一基部顶表面及一基部底表面的一基底，该基部顶表面是接合至该底层及该基部底表面包含互相电性隔离的一第一底电极及一第二底电极，该底部接触通过一第一导体连接至该第一底电极及该第二底电极通过一第二导体连接至该顶部接触；

其中该底层包含一绝缘层是接合在该底层的一表面上及其中该第二导体包含一金属层接合至该绝缘层，该绝缘层防止该第二导体与该底层的接触。

2.如权利要求1所述的元件，其中该基部包含一顶电极接合至该基部顶表面，该第一导体包含一导体是连接该顶电极至该第一底电极。

3.如权利要求2所述的元件，其中该电路装置包含一发光装置是包含一主动层，及一第一半导体层及一第二半导体层，该主动层位于该第一及第二半导体层之间，该第一半导体层具有包含该顶部接触的一顶表面及该第二半导体层具有包含该底部接触的一底表面，当一电位施加于该顶部接触及该底部接触之间，空穴及电子在该发光装置中结合产生光。

4.如权利要求3所述的元件，其中该电路装置包含AlGaAs，AlInGaP，AlInGaN，或GaAsP。

5.如权利要求1所述的元件，其中该基底包含一硅晶片或一陶磁材料。

6.如权利要求3所述的元件，其中该发光装置包含一发光二极管。

7.如权利要求3所述的元件，其中该发光装置包含一激光二极管。

8.如权利要求3所述的元件，其中该发光装置包含一导电路径从该第一半导体层的该顶表面延伸至该第二半导体层的该底表面，该导电路径包含一金属层通过该绝缘层及该主动层而电性绝缘于该第二半导体层及该主动层。

9.如权利要求3所述的元件，其中该第一半导体层、该主动层，及该第二半导体层包含外表面及其中该绝缘层包含一绝缘层接合至该外表面。

10.如权利要求3所述的元件，其中该顶部接触覆盖少于20％的该第一半导体层。

11.如权利要求1所述的元件，其中该电路装置厚度小于10微米。

12.如权利要求1所述的元件，其中该底部接触包含一镜面具有大于50％的反射率。

13.如权利要求3所述的元件，其中该基部的厚度是该电路装置厚度的五倍。

14.如权利要求1所述的元件，其中该第二导体包含一金属导电路径以连接该基部顶表面至该第二底电极。

15.如权利要求1所述的元件，其中该第二导体包含一金属层接合至该基底的一外表面。

16.如权利要求1所述的元件，其中该第一导体包含一金属层以接合至该基底的另一表面。

17.如权利要求2所述的元件，其中该第一导体包含一金属导电路径以连接该顶电极至该第一底电极。

18.如权利要求1所述的元件，其中该基部的该底表面具有一面积是该第二半导体层的该顶表面面积的两倍以下。

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