TWI462241B - 高熱傳導性光電元件 - Google Patents

高熱傳導性光電元件 Download PDF

Info

Publication number
TWI462241B
TWI462241B TW097122990A TW97122990A TWI462241B TW I462241 B TWI462241 B TW I462241B TW 097122990 A TW097122990 A TW 097122990A TW 97122990 A TW97122990 A TW 97122990A TW I462241 B TWI462241 B TW I462241B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
substrate
metal
forming
epitaxial structure
array substrate
Prior art date
Application number
TW097122990A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201001638A (en
Inventor
Jin Ywan Lin
Chia Liang Hsu
Chien Fu Huang
Yi Ming Chen
Ying Yang Su
Original Assignee
Epistar Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Epistar Corp filed Critical Epistar Corp
Priority to TW097122990A priority Critical patent/TWI462241B/zh
Publication of TW201001638A publication Critical patent/TW201001638A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI462241B publication Critical patent/TWI462241B/zh

Links

Landscapes

  • Led Devices (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Description

高熱傳導性光電元件
本發明揭露一種金屬陣列基板及形成於其上之高熱傳導性光電元件結構及其製造方法，特別是關於一種高熱傳導性發光二極體結構及其製造方法。
習知承載藍光發光二極體的氧化鋁(sapphire)基板屬於低熱傳導性材料(熱傳導係數約為40W/mK)，在較高電流狀況下操作時，無法有效地傳遞熱量，造成熱量累積而影響發光二極體之可靠度。
目前市面出現將整片高熱傳導性金屬銅基板(熱傳導係數約為400W/mK)以電鍍或黏貼方式與發光二極體連接，可有效地傳遞熱量。然而在移除成長基板後，內應力壓縮整片金屬銅基板，造成晶片(wafer)翹曲而影響後續製程良率。
本發明提供一種具有高熱傳導性金屬基板之結構，其由複數個金屬單元基板以及一具有黏著功能且位於金屬單元基板間之膠體物質所組成的金屬陣列基板。
本發明提供一種具有高熱傳導性金屬基板之結構，由銅、鋁、鎳、金及其合金組成。
本發明提供一種具有高熱傳導性金屬基板之結構，其中膠體物質具有絕緣及耐高溫特性，例如為二次硬化型液態樹脂、epoxy、或polyimide，可施以一能量，例如經由UV照射或加熱(<400℃)烘烤而固化。
本發明提供一種具有高熱傳導性光電元件之結構，其中之基板為金屬陣列基板。
本發明提供一種具有高熱傳導性光電元件之結構，其中之基板為金屬陣列基板，由複數個金屬單元基板所組成且每一金屬單元基板側面具有膠體物質。
本發明提供一種具有高熱傳導性光電元件之結構，其中之基板為金屬陣列基板，由複數個金屬單元基板所組成，且利用接合層或電鍍方式與發光二極體結構接合。
本發明提供一種具有高熱傳導性光電元件之結構，其中之基板為金屬陣列基板，由複數個金屬單元基板所組成且每一金屬單元基板面積可相等或不相等。
本發明提供一種具有高熱傳導性光電元件之結構，其中之基板為金屬陣列基板，由於其熱傳導效率高，故此光電元件可直接進行一封裝步驟而不需另加一載板(submount)。
本發明提供一種具有高熱傳導性光電元件之結構，可為垂直結構或水平結構。
本發明揭示一種具有高熱傳導性金屬基板之發光結構，其金屬基板並非整片黏貼或電鍍於發光結構上，而是以膠體物質黏結金屬單元基板而成為金屬陣列基板。當成長基板移除後，不需再切割金屬基板，且由於膠體物質具有緩衝應力之功能，可降低晶片翹曲發生的機率，提高後續製程良率。
本發明揭露一種金屬陣列基板及形成於其上之高熱傳導性光電元件結構及其製造方法。為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，可參照下列描述並配合第1圖至第19圖之圖式。
實施例一
本發明之光電元件可為發光二極體、雷射二極體、太陽能電池、光偵測器等，以發光二極體為例，其結構與製作方法如第1-8圖所示。第1圖為本發明所使用之金屬陣列基板外觀示意圖。第2A圖至第2H圖為本發明所使用之金屬陣列基板製作方法之流程圖。如第2A圖所示，將一金屬基板1，例如銅基板，於其下方黏著一膠膜34，於其上表面塗佈一層光阻2(如第2B圖)，再利用黃光顯影蝕刻製程，例如曝光、蝕刻等步驟，於金屬基板1蝕刻形成複數道條狀結構3，其中相鄰兩道條狀結構之距離依後續與其黏貼之發光二極體結構設計而定(如第2C、2D圖)。再於條狀結構內充填膠體物質4(如第2E、2F圖)，其中膠體物質具有絕緣及耐高溫特性，例如為二次硬化型液態樹脂、epoxy或polyimide，可施以一能量，例如經由UV照射或加熱(<400℃)烘烤而固化。最後移除光阻，即形成利用膠體物質黏結複數個相鄰且面積相同之金屬單元基板5所組成之高導熱性金屬陣列基板10或複數個相鄰但面積不同之金屬單元基板6a及6b所組成之高導熱性金屬陣列基板20，如第2G、2H圖所示。其中金屬陣列基板10、20可為銅(Cu)、鋁(Al)、鎳(Ni)、金(Au)等金屬 或其合金所組成。
如第3圖所示，於金屬陣列基板10上形成一接合層11，其材料可為銀、金、鋁、銦等金屬材料，或為自發性導電高分子，或高分子中摻雜如鋁、金、鉑、鋅、銀、鎳、鍺、銦、錫、鈦、鉛、銅、鈀或其合金所組成之導電材料。
第4圖所示為一發光結構，例如為一發光二極體，包含一成長基板21，其材料可為砷化鎵、矽、碳化矽、藍寶石、磷化銦、磷化鎵、氮化鋁或氮化鎵等。接著，於成長基板21上形成磊晶結構22。磊晶結構22係藉由一磊晶製程所形成，例如有機金屬氣相沉積磊晶法(MOCVD)、液相磊晶法(LPE)或分子束磊晶法(MBE)等磊晶製程。此磊晶結構22至少包含一第一電性半導體層23，例如為一n型磷化鋁鎵銦(AlxGa1-x)yIn1-yP層或一n型氮化鋁鎵銦(AlxGa1-x)yIn1-yN層；一活性層24，例如為磷化鋁鎵銦(AlxGa1-x)yIn1-yP或氮化鋁鎵銦(AlxGa1-x)yIn1-yN所形成的多重量子井結構；以及一第二電性半導體層25，例如為一p型磷化鋁鎵銦(AlxGa1-x)yIn1-yP層或一p型氮化鋁鎵銦(AlxGa1-x)yIn1-yN層。另外，本實施例之活性層24可由例如同質結構、單異質結構、雙異質結構、或是多重量子井結構所堆疊而成。
接著，於磊晶結構22上形成一第二電性接觸層26 及一反射層27。第二電性接觸層26的材料可為氧化銦錫(Indium Tin Oxide)、氧化銦(Indium Oxide)、氧化錫(Tin Oxide)、氧化鎘錫(Cadmium Tin Oxide)、氧化鋅(Zinc Oxide)、氧化鎂(Magnesium Oxide)或氮化鈦(Titanium Nitride)等。反射層27可為金屬材料，例如鋁、金、鉑、鋅、銀、鎳、鍺、銦、錫等金屬或其合金；也可由金屬和氧化物組合而成，例如氧化銦錫/銀(ITO/Ag)、氧化銦錫/氧化鋁/銀(ITO/AlOx/Ag)、氧化銦錫/氧化鈦/氧化矽(ITO/TiOx/SiOx)、氧化鈦/氧化矽/鋁(TiOx/SiOx/Al)、氧化銦錫/氮化矽/鋁(ITO/SiNx/Al)、氧化銦錫/氮化矽/銀(ITO/SiNx/Ag)、氧化銦錫/氮化矽/氧化鋁/鋁(ITO/SiNx/Al2O3/Al)、或氧化銦錫/氮化矽/氧化鋁/銀(ITO/SiNx/Al2O3/Ag)等。
接著，如第5圖所示將具有反射層27的發光結構接合於如第3圖所示的接合層11之上，並移除膠膜。接著如第6圖所示，藉由雷射剝離技術、蝕刻製程或化學機械研磨製程等方式移除成長基板21後，裸露出磊晶結構22之第一電性半導體層23的表面，再於其上形成一第一電性接觸層28。第一電性接觸層28的材料可為氧化銦錫(Indium Tin Oxide)、氧化銦(Indium Oxide)、氧化錫(Tin Oxide)、氧化鎘錫(Cadmium Tin Oxide)、氧化鋅(Zinc Oxide)、氧化鎂(Magnesium Oxide)、氮化鈦(Titanium Nitride)、鍺金(Ge/Au)或鍺金鎳(Ge/Au/Ni)所形成之薄膜，並可選擇性地於薄膜上以蝕刻製程形成特定圖案。利用熱蒸鍍(Thermal Evaporation)、電子束蒸鍍(E-beam)或離子濺鍍 (Sputtering)等方法，於第一電性接觸層28的特定圖案間形成一第一電極29。若第一電性接觸層28為一未形成特定圖案之連續薄膜層，則第一電極29則可直接形成於第一電性接觸層之上。於此實施例中，金屬陣列基板10可作為第二電極。接著蝕刻複數道切割道30，再沿著切割道將發光二極體切割成複數個具有高導熱金屬單元基板5的發光二極體晶粒100，如第7圖所示，其中金屬單元基板之側面具有膠體物質4，且金屬單元基板5之面積與磊晶結構22面積相近。其中發光二極體晶粒100之基板為金屬單元基板，由於其熱傳導效率高，故此光電元件可直接進行一封裝步驟而不需另加一載板(submount)。
實施例二
本發明之另一實施例中之金屬陣列基板製作方法之流程圖與實施例一相同(第2A圖至第2H圖)。其所形成之發光結構以發光二極體為例，結構與製作方法則如第8-12圖所示，第8圖包含成長基板21，其材料可為砷化鎵、矽、碳化矽、藍寶石、磷化銦、磷化鎵、氮化鋁或氮化鎵等。接著，於成長基板21上形成磊晶結構22。磊晶結構22係藉由一磊晶製程所形成，例如有機金屬氣相沉積磊晶法(MOCVD)、液相磊晶法(LPE)或分子束磊晶法(MBE)等磊晶製程。此磊晶結構22至少包含一第一電性半導體層23，例如為一n型磷化鋁鎵銦(AlxGa1-x)yIn1-yP層或一n型氮化鋁鎵銦 (AlxGa1-x)yIn1-yN層；一活性層24，例如為磷化鋁鎵銦(AlxGa1-x)yIn1-yP或氮化鋁鎵銦(AlxGa1-x)yIn1-yN所形成的多重量子井結構；以及一第二電性半導體層25，例如為一p型磷化鋁鎵銦(AlxGa1-x)yIn1-yP層或一p型氮化鋁鎵銦(AlxGa1-x)yIn1-yN層。另外，本實施例之活性層24可由例如同質結構、單異質結構、雙異質結構、或是多重量子井結構所堆疊而成。接著，於磊晶結構22上形成一第二電性接觸層26，其材料可為氧化銦錫(Indium Tin Oxide)、氧化銦(Indium Oxide)、氧化錫(Tin Oxide)、氧化鎘錫(Cadmium Tin Oxide)、氧化鋅(Zinc Oxide)、氧化鎂(Magnesium Oxide)或氮化鈦(Titanium Nitride)等。
接著，如第9圖所示，將具有第二電性接觸層26的磊晶結構藉由黏著層32與暫時基板31接合，再利用雷射剝離技術、蝕刻製程或化學機械研磨製程等方式移除成長基板(圖未示)。
接著如第10圖所示，成長基板21移除後，裸露出磊晶結構22之第一電性半導體層23的表面，再於其上形成第一電性接觸層28。第一電性接觸層28的材料可為氧化銦錫(Indium Tin Oxide)、氧化銦(Indium Oxide)、氧化錫(Tin Oxide)、氧化鎘錫(Cadmium Tin Oxide)、氧化鋅(Zinc Oxide)、氧化鎂(Magnesium Oxide)、氮化鈦(Titanium Nitride)、鍺金(Ge/Au)或鍺金鎳(Ge/Au/Ni)所形成之薄膜，並可選擇性地於薄膜上以蝕刻製程形成特定圖案。接著將發光二極體從第一電性接觸層28、第一電性半導體層23、活性層24、第二電性半導體層25由上而下蝕刻至露出第二電性接觸層26，再分別於第一電性接觸層28上表面形成一第一電極29，並於第二電性接觸層26暴露之表面形成一第二電極33。其中第一電極與第二電極之材料可為金錫合金或金銦合金。在此實施例中，亦可將第一電性接觸層28上表面及/或下表面與第二電性接觸層26暴露之表面蝕刻成粗糙面。接著，將晶片切割成一個個具有第一電極29及第二電極33之元件結構晶粒，並將其黏著於一膠膜34之上。
接著如第11圖所示，將膠膜上的晶粒直接接合於如第2H圖所示之高導熱性金屬陣列基板20之上，使第一電極29及第二電極33分別對應於相鄰之金屬單元基板6b、6a之上，且金屬單元基板6b、6a之間膠體物質具有隔絕兩電極之功用。再移除上下之膠膜34(圖未示)，暫時基板31與黏著層32。若暫時基板31為可透光性基板時，則不需移除。接下來，沿著切割道將發光二極體切割成複數個具有高導熱金屬單元基板的覆晶式發光二極體晶粒200，如第12圖所示。其中金屬單元基板由6a、6b二個相鄰面積不同的單元基板所組成， 其面積由相對應的第二電極33與第一電極29間之距離而定，例如：金屬單元基板面積總和(6a+6b)與磊晶結構22面積大約相等，且其側面具有膠體物質4。其中發光二極體晶粒200之基板為金屬單元基板，由於其熱傳導效率高，故此光電元件可直接進行一封裝步驟而不需另加一載板(submount)。
實施例三
本發明之再一實施例，其結構與製作方法如第13-19圖所示。
第13圖所示為以第4圖所形成之結構為例，於反射層27之上以阻障層2，例如為乾膜光阻，定義出切割道之位置。接著如第14圖所示形成一電鍍層，例如為銅，其厚度介於50至100μm、銅合金，其厚度介於50至100μm、或電鍍鎳(7a)/銅(8)/鎳(7b)，其厚度分別為10-50μm/50-100μm/5-20μm，其中電鍍鎳的作用為緩和電鍍銅之內應力，且可以以鎳合金替代；電鍍銅可以以銅合金替代。然後將阻障層去除，即形成複數道切割道30(如第15圖所示)。再將膠體物質4填滿整個切割道，即形成利用膠體物質黏結複數個金屬單元基板所組成之高導熱性金屬陣列基板(如第16圖)。接著進行移除成長基板21(圖未示)，再於第一電性半導體層23之上形成第一電性接觸層28，如第17圖所示。於第一電性接觸層之上形成一第一電極29，於電鍍鎳7b表面形成一第二電極33，並以黃光蝕刻製程，例如曝光、蝕刻等步驟，形成複數道切割道30，如第18圖所示。再以雷射或鑽石刀進行晶粒切割，將發光二極體切割成複數個 具有高導熱金屬單元基板的發光二極體晶粒300，如第19圖所示。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，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。
1‧‧‧銅基板
2‧‧‧阻障層
3‧‧‧條狀結構
4‧‧‧膠體物質
5、6a、6b‧‧‧金屬單元基板
7a、7b‧‧‧電鍍鎳層
8‧‧‧電鍍銅層
10、20‧‧‧金屬陣列基板
11‧‧‧接合層
21‧‧‧成長基板
22‧‧‧磊晶結構
23‧‧‧第一電性半導體層
24‧‧‧活性層
25‧‧‧第二電性半導體層
26‧‧‧第二電性接觸層
27‧‧‧反射層
28‧‧‧第一電性接觸層
29‧‧‧第一電極
30‧‧‧切割道
31‧‧‧暫時基板
32‧‧‧黏著層
33‧‧‧第二電極
34‧‧‧膠膜
100、200、300‧‧‧發光二極體晶粒
第1圖係顯示本發明之金屬陣列基板外觀示意圖；第2A-2H圖係顯示本發明之金屬陣列基板之製作流程圖；第3-7圖係顯示本發明實施例之光電元件製作流程圖；第8-12圖係顯示本發明另一實施例之光電元件製作流程圖；第13-19圖係顯示本發明再一實施例之光電元件製作流程圖。
4‧‧‧膠體物質
5‧‧‧金屬單元基板
11‧‧‧接合層
22‧‧‧磊晶結構
23‧‧‧第一電性半導體層
24‧‧‧活性層
25‧‧‧第二電性半導體層
26‧‧‧第二電性接觸層
27‧‧‧反射層
28‧‧‧第一電性接觸層
29‧‧‧第一電極

Claims (10)

  1. 一發光元件之製作方法，其步驟包含：提供一成長基板；成長一磊晶結構於該成長基板之上；形成一反射層於該磊晶結構之上；形成一阻障層於該反射層之上以定義一複數個圖案結構；電鍍至少一層金屬層於該反射層未被該阻障層覆蓋之一區域；去除該阻障層；充填一膠體物質於該複數個圖案結構，以形成一金屬陣列基板；移除該成長基板；形成一電性連結結構於該磊晶結構之上；依複數個圖案結構於該磊晶結構之間形成複數個切割道；以及切割該金屬陣列基板。
  2. 一發光元件結構，包含：一金屬單元基板；一膠體物質位於該金屬單元基板之側邊；一接合層位於該金屬單元基板之上；以及一磊晶結構位於該接合層之上，其中該金屬單元基板之面積與該磊晶結構面積相近。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之發光元件結構，其中該金屬單元基板係由鋁、銅、鎳、金或其合金所組成。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之發光元件結構，其中該膠體物質具有絕緣及耐高溫特性。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之發光元件結構，其中該膠體物質為二次硬化型液態樹脂。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之發光元件結構，其中該膠體物質可施以能量加以固化。
  7. 一發光元件之製作方法，其步驟包含：提供一成長基板；形成一磊晶結構於該成長基板之上；形成一金屬陣列基板；提供一接合層接合該磊晶結構與該金屬陣列基板；移除該成長基板；形成複數個切割道於該磊晶結構與該金屬陣列基板之上；以及切割該金屬陣列基板。
  8. 一發光元件之製作方法，其步驟包含：提供一成長基板；形成一磊晶結構於該成長基板之上；提供一暫時基板；提供一黏著層黏著該磊晶結構與該暫時基板；移除該成長基板；形成一電性連結結構於該磊晶結構之上；形成一金屬陣列基板；接合具有該電性連結結構之該磊晶結構與該金屬陣列基板；移除該暫時基板；形成複數個切割道於該磊晶結構與該金屬陣列基板之上；以及切割該金屬陣列基板。
  9. 如申請專利範圍第7或8項所述之製作方法，其中該形成一金屬陣列基板之步驟更包含：提供一金屬基板，其係具有高導熱性；形成一圖案結構於該金屬基板；以及充填一膠體物質於該圖案結構中。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之製作方法，包含施以能量以固化該膠體物質。
TW097122990A 2008-06-19 2008-06-19 高熱傳導性光電元件 TWI462241B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW097122990A TWI462241B (zh) 2008-06-19 2008-06-19 高熱傳導性光電元件

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW097122990A TWI462241B (zh) 2008-06-19 2008-06-19 高熱傳導性光電元件

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201001638A TW201001638A (en) 2010-01-01
TWI462241B true TWI462241B (zh) 2014-11-21

Family

ID=44824920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW097122990A TWI462241B (zh) 2008-06-19 2008-06-19 高熱傳導性光電元件

Country Status (1)

Country Link
TW (1) TWI462241B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI478384B (zh) * 2011-12-28 2015-03-21 Toshiba Kk Semiconductor light emitting element and manufacturing method thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6884646B1 (en) * 2004-03-10 2005-04-26 Uni Light Technology Inc. Method for forming an LED device with a metallic substrate

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6884646B1 (en) * 2004-03-10 2005-04-26 Uni Light Technology Inc. Method for forming an LED device with a metallic substrate

Also Published As

Publication number Publication date
TW201001638A (en) 2010-01-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101438818B1 (ko) 발광다이오드 소자
JP6294402B2 (ja) 半導体構造の処理方法
US9142742B2 (en) Thin-film LED with P and N contacts electrically isolated from the substrate
US7829911B2 (en) Light emitting diode
US7129527B2 (en) Light emitting diode and method of making the same
US8334153B2 (en) Semiconductor light emitting device and method of fabricating semiconductor light emitting device
US20160079505A1 (en) Method of manufacturing nitride semiconductor light emitting element having thick metal bump
KR100613272B1 (ko) 수직형 전극 구조를 가지는 발광 다이오드 및 그 제조 방법
KR20050089120A (ko) 발광 다이오드 및 그 제조 방법
WO2018076901A1 (zh) 一种薄膜发光二极管芯片及其制作方法
US20080293172A1 (en) Method for manufacturing light emitting diode devices
TW201547053A (zh) 形成發光裝置的方法
KR100613273B1 (ko) 발광 다이오드 및 그 제조 방법
TWI389347B (zh) 光電元件及其製作方法
KR100953661B1 (ko) 수직 전극 구조 발광 소자 및 그 제조 방법
KR20080053181A (ko) 반도체 발광소자용 지지기판 및 상기 지지기판을 이용한고성능 수직구조의 반도체 발광소자
CN101626000B (zh) 金属阵列基板、光电元件和发光元件及其制造方法
KR101499954B1 (ko) 수직구조 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 및제조방법
TWI462241B (zh) 高熱傳導性光電元件
KR20090103343A (ko) 수직구조 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 및제조방법
KR101499953B1 (ko) 수직구조 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 및제조방법
KR101171855B1 (ko) 반도체 발광소자용 지지기판 및 상기 지지기판을 이용한고성능 수직구조의 반도체 발광소자
KR20090115903A (ko) 수직구조 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 및제조방법
KR101158077B1 (ko) 고효율 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법
KR20120033294A (ko) 고효율 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법