CN108054270A - 发光二极管结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发光二极管结构，包括一永久基板、一第一图案化金属层、一第二图案化金属层以及一半导体磊晶层。永久基板具有一接合面。第一图案化金属层配置在永久基板的接合面上且暴露出部分接合面。第二图案化金属层对应配置在第一图案化金属层上。第二图案化金属层暴露出第一图案化金属层所暴露出的接合面。第二图案化金属层与第一图案化金属层的接触面形成共晶结合。半导体磊晶层配置在第二图案化金属层上。
Description
本发明是2013年4月27日所提出的申请号为201310151756.1、发明名称为《发光二极管结构》的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明是有关于一种半导体结构，且特别是有关于一种发光二极管结构。
背景技术
一般来说，发光二极管结构的制作，首先，在成长基板上已依序形成有第一型半导体层、发光层以及第二型半导体层。接着，再将永久基板接合至第二型半导体层上，其中接合永久基板与第二型半导体层最常用的方法为氧化物接合法(oxide bonding)以及整面性的金属共晶接合法(metal eutectic bonding)。氧化物接合法是通过透光的氧化物粘着层来进行永久基板与第二型半导体层的接合，故其所形成的发光二极管结构可具有较佳的出光效率。然而，相较于通过金属键结的金属共晶接合法的接合强度而言，氧化物接合法的接合强度较弱。若采用接合强度较佳的金属共晶接合法，则因为是通过配置整面性的金属层在永久基板与第二型半导体层之间，而会降低整体发光二极管结构的出光效率。因此，如何能使发光二极管结构具有较佳的界面接合可靠度以及具有较佳的出光效率便成为了目前急需解决的问题之一。
发明内容
本发明提供一种发光二极管结构，其具有较佳的界面接合可靠度及出光效率。
本发明的发光二极管结构，其包括一永久基板、一第一图案化金属层、一第二图案化金属层以及一半导体磊晶层。永久基板具有一接合面。第一图案化金属层配置在永久基板的接合面上，其中第一图案化金属层暴露出部分接合面。第二图案化金属层对应配置在第一图案化金属层上，其中第二图案化金属层暴露出第一图案化金属层所暴露出的接合面，且第二图案化金属层与第一图案化金属层的接触面形成共晶结合。半导体磊晶层配置在第二图案化金属层上。
在本发明的一实施例中，上述的第一图案化金属层与第二图案化金属层的材质是各选自于金、锡、铜、铟与上述材料的合金所构成的族群。
在本发明的一实施例中，上述的第一图案化金属层暴露出部分接合面的面积与接合面的总面积的比值介于0.5至0.9之间。
在本发明的一实施例中，上述的第一图案化金属层包括多个第一金属，而第二图案化金属层包括多个第二金属。第二金属与对应的第一金属具有相同形状。
在本发明的一实施例中，上述的第一金属位于接合面的周围。
在本发明的一实施例中，上述的每一第一金属的形状与每一第二金属的形状为矩形，且每一第一金属的侧边与每一第二金属的侧边皆与永久基板的侧边切齐。
在本发明的一实施例中，上述的第一金属具有相同的形状。
在本发明的一实施例中，上述的发光二极管结构还包括：一透光材料层，填充在第一金属之间的间隙与第二金属之间的间隙，且至少部分覆盖第一图案化金属层所暴露出的接合面。
在本发明的一实施例中，上述的透光材料层的材质是选自于苯并环丁烯(Benzo-Cyclobutene,BCB)、环氧树脂、氧化铝、氧化硅、氮化硅、其他有机黏结材料与上述的组合所构成的族群。
在本发明的一实施例中，上述的半导体磊晶层包括一第一型半导体层、一第二型半导体层以及一发光层。发光层位于第一型半导体层与第二型半导体层之间，而第二型半导体层配置在第二图案化金属层与发光层之间。
在本发明的一实施例中，上述的发光二极管结构还包括一第一电极与一第二电极。第一电极配置在第一型半导体层上。第二电极配置在第二型半导体层上，其中第一图案化金属层的位置与第一电极的位置及第二电极的位置对应设置。
基于上述，由于本发明的第一图案化金属层与第二图案化金属层的接触面能够通过金属元素的扩散反应产生键结，而提高界面强度及剪切强度，因此本发明的发光二极管结构可具有较佳的界面接合可靠度。此外，由于本发明的第一图案化金属层及第二图案化金属层并不是整面性的结构而是图案化的结构，因此相较于现有具有整面性金属层的发光二极管结构而言，本发明的发光二极管结构可具有较佳的出光效率。
为让本发明的上述特征和优点能还明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1A示出为本发明的一实施例的一种发光二极管结构的剖面示意图；
图1B示出为图1A的第一图案化金属层与永久基板的俯视示意图；
图2示出为本发明的另一实施例的一种发光二极管结构的剖面示意图；
图3示出为本发明的又一实施例的一种发光二极管结构的剖面示意图。
附图标记说明：
100a、100b、100c：发光二极管结构；
110：永久基板；
112：接合面；
113、123、133：侧边；
120a、120b：第一图案化金属层；
122a、122b：第一金属；
130a、130b：第二图案化金属层；
132a、132b：第二金属；
140：半导体磊晶层；
142：第一型半导体层；
144：第二型半导体层；
146：发光层；
150：透光材料层；
162：第一电极；
164：第二电极。
具体实施方式
图1A示出为本发明的一实施例的一种发光二极管结构的剖面示意图。图1B示出为图1A的第一图案化金属层与永久基板的俯视示意图。请同时参考图1A与图1B，在本实例中，发光二极管结构100a包括一永久基板110、一第一图案化金属层120a、一第二图案化金属层130a以及一半导体磊晶层140。永久基板110具有一接合面112。第一图案化金属层120a配置在永久基板110的接合面112上，其中第一图案化金属层120a暴露出部分接合面112。第二图案化金属层130a对应配置在第一图案化金属层120a上，其中第二图案化金属层130a暴露出第一图案化金属层120a所暴露出的接合面112，且第二图案化金属层130a与第一图案化金属层120a的接触面形成共晶结合。半导体磊晶层140配置在第二图案化金属层130a上。
详细来说，本实施例中的第一图案化金属层120a暴露出部分接合面112的面积与接合面112的总面积的比值，较佳地，介于0.5至0.9之间。更具体来说，若面积的比值大于0.9，则会使第一图案化金属层120a所占比例过小，导致共晶接合的接合性不佳；若面积的比值小于0.5，则会使第一图案化金属层120a所占比例过大，进而影响整体发光二极管结构100a的出光效率。另外，永久基板110例如是一晶圆或一蓝宝石基板，但并不以此为限。在本实施例中，第一图案化金属层120a包括多个第一金属122a，而第二图案化金属层130a包括多个第二金属132a。第一金属122a位于永久基板110的接合面112周围，且第二金属132a与对应的第一金属122a具有相同形状。
如图1A与图1B所示，每一第一金属122a具有相同的形状，且第一金属122a的形状为矩形。本实施例的第一金属122a的侧边123与永久基板110的侧边113实质上切齐；另一方面，每一第二金属132a也具有相同的形状，且第二金属132a的形状为矩形。本实施例的第二金属132a的侧边133与永久基板110的侧边113实质上切齐。此种设计会让第一金属122a和第二金属132a的共晶接合处可以推到接合面112的边界，不但可以保留共晶接合良好的粘着效果，也不会遮光进而影响发光二极管结构100a的出光效率。当然，在其他未示出的实施例中，第一金属122a也可具有不同的形状，且第一金属122a的形状也可为圆形、椭圆形、三角形、梯形或其他适合的几何图形。此处，第一图案化金属层120a的材质可选自于金、锡、银、锌、铜、镍、铍、钛、铂、铟、钯、铬、铝、钨、钽及上述材料的合金所构成的族群，而第二图案化金属层130a的材质可选自于金、锡、银、锌、铜、镍、铍、钛、铂、铟、钯、铬、铝、钨、钽及上述材料的合金上述材料的合金所构成的族群。较佳地，第一图案化金属层120a和第二图案化金属层130a是由相同材料所组成，且第一图案化金属层120a和第二图案化金属层130a是选自于金、锡、铜、铟与上述材料的合金所构成的族群，如此一来，制程简单又可获得高强度的接合度。
此外，本实施例的半导体磊晶层140包括一第一型半导体层142、一第二型半导体层144以及一发光层146。发光层146位于第一型半导体层142与第二型半导体层144之间，而第二型半导体层144配置在第二图案化金属层130a与发光层146之间。在此，第一型半导体层142例如是一N型半导体层，而第二型半导体层144例如是一P型半导体层，反之亦然，在此并不加以限制。
由于本实施例的发光二极管结构100a具有图案化的第一图案化金属层120a与第二图案化金属层130a，其中第一图案化金属层120a与第二图案化金属层130a的接触面通过共晶接合法，例如是热接合、热压接合或热超声波接合，通过金属元素的扩散反应产生键结，而提高界面强度及剪切强度。因此，本实施例的发光二极管结构100a相较于现有通过氧化物接合法所形成的发光二极管结构而言可具有较佳的界面接合可靠度。此外，由于本实施例的第一图案化金属层120a及第二图案化金属层130a并不是整面性的结构且仅配置在永久基板110的周围，因此相较于现有通过整面性金属层来进行共晶接合的发光二极管结构而言，本实施例的发光二极管结构100a可具有较佳的出光效率。
在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
图2示出为本发明的另一实施例的一种发光二极管结构的剖面示意图。请参考图2，本实施例的发光二极管结构100b与图1A的发光二极管结构100a相似，二者主要差异之处在于：本实施例的发光二极管结构100b还包括一透光材料层150，其中透光材料层150填充在第一金属122a之间的间隙与第二金属132a之间的间隙，且至少部分覆盖第一图案化金属层120a所暴露出的接合面112。此处，透光材料层150包括的材质是选自于苯并环丁烯(BCB)、环氧树脂(Epoxy)、氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiNx)、其他有机黏结材料与上述的组合所构成的族群。此外，本实施例的发光二极管结构100b还包括一第一电极162与一第二电极164。第一电极162配置在第一型半导体层142上，而第二电极164配置在第二型半导体层144上。如图2所示，本实施例的发光二极管结构100b例如为一可用于覆晶式的发光二极管结构。
由于本实施例的发光二极管结构100b具有透光材料层150，通过透光材料层150的设置，可以使施压点均匀，降低第一图案化金属层120a和第二图案化金属层130a共晶接合时的压力。再者，利用透光材料层150与半导体磊晶层140的折射率不同，可使得本实施例的发光二极管结构100b的出光效率较佳。此外，其中透光材料层150具有黏性，因此透光材料层150也可辅助增加半导体磊晶层140与永久基板110之间的接合强度。再者，第一金属122a与第二金属132a仅位于永久基板110的周围(即非出光区)，而透光材料层150是填充在第一金属122a之间的间隙与第二金属132a之间的间隙，因此相较于现有通过整面性金属层来进行共晶接合的发光二极管结构而言，本实施例的发光二极管结构100b可具有较佳的出光效率。
值得一提的是，本发明并不限定第一金属122a与第二金属132a的配置位置，虽然此处所提及的第一金属122a与第二金属132a是设置在永久基板110的周围，且不与第一电极162与第二电极164的位置对应设置。但在其他实施例中，请参考图3，第一图案化金属层120b的位置也可与第一电极162的位置及第二电极164的位置对应设置。即，第一金属122b的位置对应第一电极162的位置以及第二电极164的位置，而第二金属132b对应第一金属122b设置且与第一金属122b具有相同的形状。如此一来，第一电极162与第二电极164在永久基板110上的正投影完全覆盖第一图案化金属层120b与第二图案化金属层130b在永久基板110上的正投影，即不会影响发光二极管结构100c的出光效率。上述仍属于本发明可采用的技术方案，不脱离本发明所欲保护的范围。
综上所述，由于本发明的第一图案化金属层与第二图案化金属层的接触面能够通过金属元素的扩散反应产生键结，而提高界面强度及剪切强度，因此本发明的发光二极管结构可具有较的界面接合可靠度。此外，由于本发明的第一图案化金属层及第二图案化金属层并不是整面性的结构而是图案化的结构，因此相较于现有具有整面性金属层的发光二极管结构而言，本发明的发光二极管结构可具有较佳的出光效率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种发光二极管结构，其特征在于，包括：
一基板，具有一接合面；
一第一图案化金属层，包括一第一金属块阵列，配置在该基板的该接合面上，其中该第一图案化金属层暴露出部分该接合面；
一半导体磊晶层，包括一第一型半导体层、一第二型半导体层及一发光层，该发光层位于该第一型半导体层与该第二型半导体层之间；以及
一第二图案化金属层，包括一第二金属块阵列，配置在该第二型半导体层上，并暴露出部分该第二型半导体层，
其中该第二金属块阵列对应设置在该第一金属块阵列上，且该第二金属块阵列与该第一金属块阵列的接触面形成共晶结合。
2.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，还包括：
一透光材料层，填充在该第一金属块阵列之间的间隙与该第二金属块阵列之间的间隙，且至少覆盖部分该第一金属块阵列所暴露出的该接合面及部分该第二金属块阵列所暴露出的该第二型半导体层。
3.根据权利要求2所述的发光二极管结构，其特征在于，该透光材料层的材质是选自于苯并环丁烯、环氧树脂、氧化铝、氧化硅、氮化硅、其他有机黏结材料与上述的组合所构成的族群。
4.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，该第一图案化金属层与该第二图案化金属层的材质是各选自于金、锡、铜、铟与上述材料的合金所构成的族群。
5.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，该第一金属块阵列与该第二金属块阵列实质上重合。
6.一种发光二极管结构，其特征在于，包括：
一基板，具有一接合面；
一第一图案化金属层，包括一第一金属块阵列，配置在该基板的该接合面上，其中该第一图案化金属层暴露出部分该接合面；
一发光二极管，包括一第一型半导体层、一第二型半导体层、一发光层、一第一电极及第二电极，该发光层位于该第一型半导体层与该第二型半导体层之间，该第一电极与该第一型半导体层电性连接，该第二电极与该第二型半导体层电性连接；以及
一第二图案化金属层，包括一第二金属块阵列，配置在该第二型半导体层上，并暴露出部分该第二型半导体层，其中该第二金属块阵列包括一第一部分及一第二部分，该第二金属块阵列的该第一部分及该第二部分分别与该第一电极及该第二电极对应设置，
其中该第二金属块阵列对应设置在该第一金属块阵列上，且该第二金属块阵列与该第一金属块阵列的接触面形成共晶结合。
7.根据权利要求6所述的发光二极管结构，其特征在于，还包括：
一透光材料层，填充在该第一金属块阵列之间的间隙与该第二金属块阵列之间的间隙，且至少覆盖部分该第一金属块阵列所暴露出的该接合面及部分该第二金属块阵列所暴露出的该第二型半导体层。
8.根据权利要求7所述的发光二极管结构，其特征在于，该透光材料层的材质是选自于苯并环丁烯、环氧树脂、氧化铝、氧化硅、氮化硅、其他有机黏结材料与上述的组合所构成的族群。
9.根据权利要求6所述的发光二极管结构，其特征在于，该第一图案化金属层与该第二图案化金属层的材质是各选自于金、锡、铜、铟与上述材料的合金所构成的族群。
10.根据权利要求6所述的发光二极管结构，其特征在于，该第一金属块阵列与该第二金属块阵列实质上重合。
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