TWI381551B - 一種包含複合電鍍基板之發光元件 - Google Patents

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Description

一種包含複合電鍍基板之發光元件
本發明係有關於一種發光元件，特別是關於一種包含複合電鍍基板之發光元件。
為了使發光二極體封裝設計簡單化且達到高功率高效能與長壽命，直立式(Vertical)發光二極體成為較熱門的選擇。為了讓散熱效果最佳化，發光二極體晶片通常會利用接合技術與金屬基板連接或使用電鍍技術將金屬鍍膜鍍於磊晶層上，但由於材料熱膨脹係數的差異，晶片製作時容易產生裂痕且間接影響晶片壽命。
一般金屬基複合材料係將具低熱膨脹係數之物質添加於高導熱之金屬中，藉由高溫製程以達成二相接合製成高導熱且低熱膨脹係數之複合材料，此高溫製程不適合用於發光二極體晶片的製作。近年來複合電鍍蓬勃發展，已開發出各式各樣的複合材料組合，一般應用於耐磨或疏水治具的表面電鍍。以鎳－碳化矽複合電鍍為例，其原理為藉由含鎳離子電鍍液將懸浮於溶液中的惰性碳化矽粒子共同析鍍於底材上。當複合電鍍層與底材之間的介面有內應力存在時，其介面層的材料種類，層數及厚度是一重要課題。
本發明一實施例揭示一種發光二極體，包括以下單元：一發光二極體磊晶結構，一反射層於發光二極體磊晶結構之上，一電鍍種子層於反射層之上，一複合電鍍基板層於電鍍種子層之上，及一保護層於複合電鍍基板層之上。
本發明一實施例揭示一種發光二極體，其中於電鍍種子層與複合電鍍基板層之間更具有一介面層。
本發明一實施例揭示一種發光二極體，其中於反射層與電鍍種子層之間更具有一中間緩衝層。
本發明一實施例揭示一種發光二極體，其中於反射層與電鍍種子層之間更具有一高強度高韌性多層膜結構。
本發明一實施例揭示一種發光二極體，其中介面層可由銅，金，鎳等材料所組成。
本發明一實施例揭示一種發光二極體，其中反射層可由鈦/鋁，鈦/金，鈦/銀等材料所組成。
本發明一實施例揭示一種發光二極體，其中電鍍種子層可由鈦/金，鈦/銅，鉻/金，鉻/鉑/金等材料所組成。
本發明一實施例揭示一種發光二極體，其中利用複合電鍍方法形成一複合電鍍基板，其材料可由銅－鑚石，銅－碳化矽，鎳－碳化矽，碳奈米管(carbon nanotube，CNT)－鎳，碳奈米管－銅，碳奈米纖維－銅等所組成。
本發明一實施例揭示一種發光二極體，其中保護層可由金、鎳材料所組成。
本發明一實施例揭示一種發光二極體，其中中間緩衝層可由鎳，鈷化鎳，鎢化銅，鉬化銅，鎳－磷合金，鐵－鎳合金所組成。
本發明一實施例揭示一種發光二極體，其中高強度高韌性多層膜結構可由氮化鋁/鋁，氮化鋁/銅，鈦化鎢/鋁等材料交替組成。
以下配合第1A圖~第1F圖描述本發明一實施例發光二極體之製程。首先，請參照第1A圖，提供一成長基板101。於成長基板之上形成一半導體磊晶結構層105，其至少包括第一型半導體層102、活性層103和第二型半導 體層104。在本實施例中，第一型半導體層102是n型氮化鎵(n－GaN)層，活性層103是氮化銦鎵(InGaN)/氮化鎵(GaN)多重量子井結構層，第二型半導體層104是p型氮化鎵(p－GaN)層，且此半導體磊晶結構層係以磊晶技術形成於藍寶石上。再於半導體磊晶結構層之上形成一反射層106，本實施例之反射層為鈦(厚度30nm)/鋁(厚度200nm)之疊層所形成，另外可由鈦/金，鈦/銀等材料所組成。
請參照第1B圖，於反射層106之上形成一電鍍種子層107，本實施例之電鍍種子層為鈦(厚度30nm)/金(厚度200nm)之疊層所形成，另外可由鈦/銅，鉻/金，鉻/鉑/金等材料所組成。如第1C圖所示，再於電鍍種子層107之上形成一介面層108，本實施例之介面層為銅(厚度3－5μm)所形成，另外可由金或鎳所組成。將此結構置於一含有鑽石粉末懸浮於其中的銅離子電鍍液中，進行複合電鍍程序，最後銅及鑽石會共同析鍍於介面層上，形成一複合電鍍基板109，如第1D圖所示。複合基板層材料也可由銅－碳化矽，鎳－碳化矽，碳奈米管(carbon nanotube，CNT)－鎳，碳奈米管一銅、碳奈米纖維(carbon nano－fiber，CNF)－銅所組成。
因為鑽石顆粒會影響鍍層表面粗糙度且銅金屬容易氧化，所以須在複合電鍍基板之上形成一保護層110，其材料可為金或鎳，如第1E圖所示。最後將成長基板101移除，即形成一具有複合電鍍基板之發光二極體結構。(如第lF圖所示)
當半導體磊晶結構層105與複合電鍍基板109二者熱膨脹係數(Coefficient of Thermal Expansion,CTE)差異太大時，須在反射層106之上形成一中間緩衝層結構111或一具有高強度高韌性多層膜結構112，再進行複合電鍍相關程序。如第2A圖所示，中間緩衝層結構111為一層具圖案結構的低熱膨脹係數之材料所組 成，例如：鎳，鎳鈷合金，鎳磷合金，鎳鐵合金，銅鎢合金，銅鉬合金等。後續步驟與第1B－1F圖相同，最後形成如第2B圖結構之發光二極體200。又如第3A圖所示，在反射層106之上形成一高強度高韌性多層膜結構112，其目的為當半導體磊晶結構層105與複合電鍍基板109二者熱膨脹係數(Coefficient of Thermal Expansion，CTE)差異太大時，二者之間介面會有相當大應力產生，而形成此多層膜結構可吸收此應力，進而保護半導體磊晶結構層。高強度高韌性多層膜結構112由多層硬質膜與軟質膜交錯形成，其材料可由氮化鋁/鋁，氮化鋁/銅，鈦化鎢/鋁等材料交替組成，其中疊層層數及各層的厚度可做最佳化設計。後續步驟與第1B－1F圖相同，最後形成如第3B圖結構之發光二極體300。
以上提供之實施例係用以描述本發明不同之技術特徵，但根據本發明之概念，其可包括或運用於更廣泛之技術範圍。須注意的是，實施例僅用以揭示本發明製程、裝置、組成、製造和使用之特定方法，並不用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍，當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
101‧‧‧成長基板
102‧‧‧第一型半導體層
103‧‧‧活性層
104‧‧‧第二型半導體層
105‧‧‧半導體磊晶結構層
106‧‧‧反射層
107‧‧‧電鍍種子層
108‧‧‧介面層
109‧‧‧複合電鍍基板
110‧‧‧保護層
111‧‧‧中間緩衝層
112‧‧‧高強度高韌性多層膜結構
100，200，300‧‧‧發光二極體
第1A圖~第1F圖描述本發明一實施例發光二極體之製程。
第2A圖~第2B圖描述本發明另一實施例發光二極體之製程。
第3A圖~第3B圖顯示本發明再一實施例發光二極體之製程。
101‧‧‧成長基板
102‧‧‧第一型半導體層
103‧‧‧活性層
104‧‧‧第二型半導體層
105‧‧‧半導體磊晶結構層
106‧‧‧反射層
107‧‧‧電鍍種子層
108‧‧‧介面層
109‧‧‧複合電鍍基板
110‧‧‧保護層
100‧‧‧發光二極體

Claims (15)

  1. 一種發光二極體，包括：一複合電鍍基板，係具有一第一平面及一第二平面；一介面層位於該複合電鍍基板之該第一平面上；一電鍍種子層，位於該介面層上；一反射層，位於該電鍍種子層之上；以及一半導體磊晶結構層，位於該反射層之上，其中該半導體磊晶結構層至少包括一第一型半導體層、一活性層和一第二型半導體層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，更包括一保護層位於該複合電鍍基板之該第二平面上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，更包括一中間緩衝層位於該反射層與該電鍍種子層之間。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之該中間緩衝層可包含一圖案結構。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，更包括一多層膜結構位於該反射層與該電鍍種子層之間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該複合電鍍基板可由銅－鑚石，銅－碳化矽，鎳－碳化矽，碳奈米管(carbon nanotube，CNT)－鎳，碳奈米管－銅，碳奈米纖維(carbon nano－fiber，CNF)－銅等材料所組成。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體，其中該複合電鍍基板可由複合電鍍法所形成。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該介面層可由銅，金，鎳，錫等材料所組成。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該 電鍍種子層可由鈦/金，鈦/銅，鉻/金，鉻/鉑/金等材料所組成。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該反射層可由鈦/鋁，鈦/金，鈦/銀等材料所組成。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該第一型半導體層是n型氮化鎵(n－GaN)系列材料，該第二型半導體層是p型氮化鎵(p－GaN)系列材料。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該第一型半導體層是n型磷化鋁鎵銦(n－AlGaInP)系列材料，該第二型半導體層是p型磷化鋁鎵銦(p－AlGaInP)系列材料。
  13. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體，其中該保護層可由金或鎳所組成。
  14. 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體，其中該中間緩衝層為一層具圖案結構的低熱膨脹係數之材料所組成，可為鎳，鎳鈷合金，鎳磷合金，鎳鐵合金，銅鎢合金，銅鉬合金等或其組合。
  15. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體，其中該多層膜結構由多層硬質膜與軟質膜交錯形成，其材料可由氮化鋁/鋁，氮化鋁/銅，鈦化鎢/鋁等材料或其交替組成。
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