TWI478358B - A method of integrated AC - type light - emitting diode module - Google Patents

Description

積體化交流式發光二極體模組之方法

本發明為有關一種交流式發光二極體模組，尤指一種積體化蕭基二極體及發光二極體以形成交流式發光二極體模組的方法。

發光二極體具有高耐久性、輕巧以及低耗電的優點，目前已大量應用在各種光電產品上，如指示燈、照明設備與顯示器等。傳統的發光二極體均是以直流電源驅動，而一般生活環境中使用的電源為交流電，發光二極體使用上必須外加交流-直流轉換器以及降壓變壓器才可正常動作，如此不僅增加產品的製造成本，在交流電轉換成直流電的同時，更是伴隨著能量浪費的問題。

在美國專利公告第7531843號中，就提出一種具有交流迴路的發光二極體結構，其利用至少兩發光二極體晶粒反向正負並聯，在施加交流電的情況下各發光二極體依照電路連結的方式而輪流發光，但此種設計雖然使發光二極體晶粒得以於交流電下正常操作，不過每一個晶粒只能在交流電的其中一半週期發光，使得交流電作用的瞬間，僅有一半的發光二極體晶粒作動，造成發光面積的浪費。

於是在中華民國專利公開第201104911號中，提出了一種發光二極體照明裝置，其結合複數發光二極體與複數整流元件(蕭基二極體)，形成如惠斯同電橋形式的整流結構配置，將交流電轉換成直流電，使得每一個發光二極體得以在交流電的完整週期發光，提高照明裝置發光面積的使用率及達到全面性發光的均勻效果，然而，此種將整流元件與發光二極體以打線接合(wire bonding)的方式結合，於製造上不僅需多增加打線接合的成本，還會增加整體元件配置的面積，此外，打線接合製程更可能導致可靠度降低的問題。

另在美國專利公開第20110059559號中，則提出一種交流電發光裝置及其製法，為於一基板上形成複數發光元件，在部分發光元件之表面形成整流元件專用部，並於整流元件專用部上形成整流元件，以至少四個該整流元件依惠斯同電橋電路結構配置成一整流單元，如此，同樣使得每一個發光二極體得以在交流電的完整週期發光，並且整流元件具有更高的逆偏電壓承受能力與較低的開啟電壓值，不過由於此種製法，為形成發光元件後，於其上以磊晶或沈積的方式製作整流元件專用層，再以蝕刻的方式定義出該整流元件及發光元件，如此的製作方式容易破壞該發光元件的表層，影響發光元件的電性，造成發光效率的降低。

本發明的主要目的，在於解決整流元件與發光二極體以打線接合(wire bonding)的方式結合，於製造上不僅多增加成本及元件配置的面積，更有生產上容易產生可靠度不佳的問題。

本發明的另一目的，在於解決整流元件與發光二極體成長於同一基材上，因回蝕製程容易造成發光二極體表面損壞，而產生發光二極體發光效率降低的問題。

為達上述目的，本發明提供一種積體化交流式發光二極體模組之方法，包含有以下步驟：

提供一基板與一承載於該基板上之接面層，該接面層表面定義有至少一第一成長區域、至少一第二成長區域及至少一位於該第一成長區域與該第二成長區域之間的非成長區域；

分別在該第一成長區域與該第二成長區域形成一蕭基二極體以及一發光二極體，該蕭基二極體與該發光二極體表面亦分別定義有一第一電性連接區域與一第二電性連接區域；

移除該接面層之該非成長區域至露出該基板，令該接面層之第一成長區域與該第二成長區域彼此相距一隔離間距；

覆蓋一露出該第一電性連接區域及該第二電性連接區域的鈍化層在該蕭基二極體、該發光二極體及該基板對應該非成長區域之表面；以及

於該鈍化層、該第一電性連接區域與該第二電性連接區域上形成一金屬層，使該蕭基二極體得以透過該金屬層與該發光二極體電性連接。

根據本發明的一實施例，於形成該蕭基二極體及該發光二極體的步驟中，為先在該接面層上形成該蕭基二極體，接著移除位於該第二成長區域及該非成長區域的蕭基二極體，再於該第二成長區域上成長該發光二極體。

根據本發明的另一實施例，於形成該蕭基二極體及該發光二極體的步驟中，為先在該接面層上形成該發光二極體，接著移除位於該第一成長區域及該非成長區域的發光二極體，再於該第一成長區域上成長該蕭基二極體。

如此一來，本發明藉由該第一成長區域與該第二成長區域的分隔設置，分開成長該蕭基二極體及該發光二極體，避免該發光二極體與該蕭基二極體重疊成長後，再利用蝕刻方式各別形成發光元件與蕭基元件對發光二極體之表面造成的破壞，減少發光元件因表面毀損於發光效率上的降低，另外更設置一金屬層，使該蕭基二極體得以透過該金屬層與該發光二極體電性連接，縮小元件配置的使用面積，增加元件之間電性連接的可靠度，更達到產業利用上降低成本的優勢。

有關本發明的詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：

請搭配參閱「圖1」及「圖2A」至「圖2I」所示，「圖1」為本發明一實施例的步驟方塊示意圖，「圖2A」至「圖2I」為本發明一實施例的製程流程示意圖，本發明主要包含有以下步驟：

步驟S1：提供一基板10與一承載於該基板10上之接面層11，於該接面層11表面定義有至少一第一成長區域111、至少一第二成長區域112及至少一位於該第一成長區域111與該第二成長區域112之間的非成長區域113。

步驟S2：分別在該第一成長區域111與該第二成長區域112形成一蕭基二極體20以及一發光二極體30，該蕭基二極體20與該發光二極體30表面亦分別定義有一第一電性連接區域21與一第二電性連接區域31。

步驟S3：移除該接面層11之該非成長區域113至露出該基板10，令該接面層11之第一成長區域111與該第二成長區域112彼此相距一隔離間距d。

步驟S4：覆蓋一露出該第一電性連接區域21及該第二電性連接區域31的鈍化層40在該蕭基二極體20、該發光二極體30及該基板10對應該非成長區域113之表面。

步驟S5：於該鈍化層40、該第一電性連接區域21與該第二電性連接區域31上形成一金屬層50，使該蕭基二極體20得以透過該金屬層50與該發光二極體30電性連接。

另請參閱「圖2A」至「圖2I」所示，為本發明一實施例的製程流程示意圖。首先，如「圖2A」所示，先在一基板10上成長一接面層11，該接面層11表面定義有一第一成長區域111、一第二成長區域112以及一非成長區域113，該非成長區域113位於該第一成長區域111以及該第二成長區域112之間，該基板10的材料可為藍寶石、矽、碳化矽或氮化鎵，而該接面層11的材料可為氮化鎵、氮化鋁鎵銦之組合或氧化鎂鋅，在此實施例中，為在一藍寶石基板10上成長一n型氮化鎵接面層11。

請參閱「圖2B」，接著，成長一蕭基二極體20於該接面層11上，再以黃光微影蝕刻製程的方式，使該蕭基二極體20對應形成於該第一成長區域111的位置。該蕭基二極體20包含有一緩衝層22以及一主動層23，該緩衝層22與該接面層11相接，並設置於該主動層23與該接面層11之間，該緩衝層22的材料可為氮化鎵、氮化鋁、氮化銦或其組合，而該主動層23的材料可為氮化鎵、氮化鋁鎵銦之組合或氧化鎂鋅，在此實施例中，該蕭基二極體20為成長含有氮化鋁鎵/氮化鋁雙層結構的緩衝層22以及含有氮化鎵/氮化鋁鎵/氮化鎵三層結構的主動層23所構成。

請參閱「圖2C」及「圖2D」，然後在該第一成長區域111上的該蕭基二極體20及該非成長區域113上形成一第一遮罩61。接著利用金屬有機化學氣相沉積的方式，選擇性成長一發光二極體30於該接面層11上，接著移除該第一遮罩61，令該接面層11上僅留下該第二成長區域112上的該發光二極體30與該第一成長區域111上的該蕭基二極體20，於本實施例中，該發光二極體30包含有一P型半導體層32、一N型半導體層34以及一設置於該P型半導體層32與該N型半導體層34之間的活性層33，其中該發光二極體30的材料可為Ⅱ-Ⅵ族或Ⅲ-Ⅴ族半導體，在此實施例中，該P型半導體層32為p型氮化鎵/p型氮化鋁鎵形成的多層周期性堆疊結構，該活性層33為氮化鎵/氮化銦鎵形成的量子井結構，而該N型半導體層34則為n型氮化鎵形成的單層結構。

請繼續參閱「圖2E」，接下來，於該蕭基二極體20及該發光二極體30表面沈積一第二遮罩62，該第二遮罩62係覆蓋於該蕭基二極體20及該發光二極體30上方，而露出該非成長區域113，藉此定義每一個元件(即該蕭基二極體20與該發光二極體30)的各別區域，再以黃光微影製程的方式對成長於該非成長區域113上的接面層11進行蝕刻，露出該基板10，使各個二極體隔離一距離並彼此獨立，之後，將該第二遮罩62移除，令該接面層11之第一成長區域111與該第二成長區域112彼此相距一隔離間距d，如「圖2F」所示；需補充說明的是，相鄰的兩發光二極體(圖未示)之間隔區域亦蝕刻至露出該基板10，使該兩發光二極體之間相距另一隔離間距，且彼此獨立。

請參閱「圖2G」及「圖2H」，將部分該發光二極體30蝕刻露出至該N型半導體層34，並以黃光微影蝕刻製程的方式，於該發光二極體30定義一第二電性連接區域31，該第二電性連接區域31包含一位於該P型半導體層32表面的A連接區域31a及一位於該N型半導體層34表面的B連接區域31b，此外，該蕭基二極體20表面預設有一第一電性連接區域21，該第一電性連接區域21包含有一C連接區域21a以及一與該C連接區域21a相隔一間距的D連接區域21b。如「圖2H」所示，此步驟先於該C連接區域21a上依序蒸鍍鈦、鋁、鈦及金的金屬後，以快速熱退火的方式使該些金屬形成合金，以達低歐姆接觸阻值，藉此形成一歐姆電極211，接著，再覆蓋一鈍化層40在該蕭基二極體20、該發光二極體30及該基板10對應該非成長區域113之表面，之後，以黃光微影蝕刻的方式去除部分的該鈍化層40以露出該A連接區域31a、該B連接區域31b、該歐姆電極211以及該D連接區域21b，其中，該鈍化層40對應該B連接區域31b的位置形成一窗口312，於本實施例中，該鈍化層40的材料為使用二氧化矽。

請參閱「圖2I」，於該A連接區域31a上蒸鍍氧化銦錫導電薄膜，以形成一P型電極311，除氧化銦錫外，該P型電極311的材料還可為鎳金合金、氧化氟錫、氧化鋅鋁或氧化鋅鎵，接著，再於該D連接區域21b上蒸鍍包含鎳、金的金屬，以形成一蕭基電極212。除上述本實施例列舉的順序外，在成長該鈍化層40、該歐姆電極211、該蕭基電極212以及該P型電極311時，也可以先於該C連接區域21a及該A連接區域31a分別成長該歐姆電極211及該P型電極311後，再成長該鈍化層40，並使該鈍化層40露出該歐姆電極211、該P型電極311、該D連接區域21b及該B連接區域31b，再於該D連接區域21b上成長該蕭基電極212，接著利用黃光微影製程的方式定義出串接各二極體的金屬連接區域。最後，如「圖2J」所示，蒸鍍包含鉻/金的金屬，以形成一金屬層50，使該歐姆電極211透過該金屬層50與該P型電極311電性連接，該蕭基電極212透過該金屬層50進入該窗口312與該B連接區域31b電性連接，達到積體化蕭基二極體20及發光二極體30，以形成交流式發光二極體模組。

本發明在步驟S2中，除了如上述「圖2B」至「圖2F」先形成該蕭基二極體20後再形成該發光二極體30的方式外，在此提供另一種先形成該發光二極體30再形成該蕭基二極體20的方式，請參閱「圖3A」至「圖3E」所示，為本發明另一實施例的製程流程示意圖，先於該接面層11上成長該發光二極體30，再以黃光微影製程的方式將該第一成長區域111及該非成長區域113上的該發光二極體30蝕刻至露出該接面層11，再以一遮罩63遮覆於該非長成區域113及該第二成長區域112上之發光二極體30的表面，進行成長該蕭基二極體20，然後將該遮罩63移除，即於該第一成長區域111及該第二成長區域112分別形成該蕭基二極體20及該發光二極體30。

根據上述實施例，本發明為將該蕭基二極體20以及該發光二極體30成長於該基板10上，而該蕭基二極體20與該發光二極體30之間以該金屬層50形成電性連接，以構成一惠斯同電橋電路模組，如「圖4」所示，為本發明一實施例的等效電路模型示意圖，該等效電路包括複數個發光二極體元件1與複數個蕭基二極體元件2，其中，該發光二極體元件1及蕭基二極體元件2分別等同於形成於該基板10上的該發光二極體30及該蕭基二極體20。

綜上所述，由於本發明藉由在彼此相隔的該第一成長區域與該第二成長區域，分別成長該蕭基二極體及該發光二極體，避免習知技術中，因該發光二極體與該蕭基二極體重疊成長後，須利用蝕刻方式形成發光元件與蕭基元件，對發光二極體之表面造成的破壞，以及發光元件因表面毀損於發光效率上的降低。另外，本發明利用設置該金屬層，使該蕭基二極體得以透過該金屬層與該發光二極體於同一基板上電性連接，藉此縮小元件配置的使用面積，並可增加元件之間電性連接的可靠度，更達到產業利用上降低成本的優勢，因此本發明極具進步性及符合申請發明專利的要件，爰依法提出申請，祈 鈞局早日賜准專利，實感德便。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅爲本發明的一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施的範圍。即凡依本發明申請範圍所作的均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明的專利涵蓋範圍內。

1．．．發光二極體元件

2．．．蕭基二極體元件

10．．．基板

11．．．接面層

111．．．第一成長區域

112．．．第二成長區域

113．．．非成長區域

20．．．蕭基二極體

21．．．第一電性連接區域

21a．．．C連接區域

21b．．．D連接區域

211．．．歐姆電極

212．．．蕭基電極

22．．．緩衝層

23．．．主動層

30．．．發光二極體

31．．．第二電性連接區域

31a．．．A連接區域

31b．．．B連接區域

311．．．P型電極

312．．．窗口

32．．．P型半導體層

33．．．活性層

34．．．N型半導體層

40．．．鈍化層

50．．．金屬層

61．．．第一遮罩

62．．．第二遮罩

63．．．遮罩

d．．．隔離間距

S1-S5．．．步驟

「圖1」，為本發明一實施例的步驟方塊示意圖。

「圖2A」-「圖2J」，為本發明一實施例的製程流程示意圖。

「圖3A」-「圖3E」，為本發明另一實施例的製程流程示意圖。

「圖4」，為本發明一實施例的等效電路模型示意圖。

S1-S5．．．步驟

Claims (13)

1. 一種積體化交流式發光二極體模組之方法，包含有以下步驟：
   　　提供一基板與一承載於該基板之接面層，該接面層表面定義有至少一第一成長區域、至少一第二成長區域及至少一位於該第一成長區域與該第二成長區域之間的非成長區域；
   　　分別在該第一成長區域與該第二成長區域形成一蕭基二極體以及一發光二極體，該蕭基二極體與該發光二極體表面分別定義有一第一電性連接區域與一第二電性連接區域；
   　　移除該接面層之該非成長區域至露出該基板，令該接面層之第一成長區域與該第二成長區域彼此相距一隔離間距；
   　　覆蓋一露出該第一電性連接區域及該第二電性連接區域的鈍化層在該蕭基二極體、該發光二極體及該基板對應該非成長區域之表面；以及
   　　於該鈍化層、該第一電性連接區域與該第二電性連接區域上形成一金屬層，使該蕭基二極體得以透過該金屬層與該發光二極體電性連接。
2. 如申請專利範圍第1項所述的積體化交流式發光二極體模組之方法，其中先於該第一成長區域成長該蕭基二極體再於該第二成長區域成長該發光二極體。
3. 如申請專利範圍第1項所述的積體化交流式發光二極體模組之方法，其中形成該發光二極體為依序於該第二成長區域成長一N型半導體層、一形成於該N型半導體上之活性層以及一形成於該活性層上之P型半導體層。
4. 如申請專利範圍第3項所述的積體化交流式發光二極體模組之方法，其中該第二電性連接區域位於該P型半導體層的表面，且在形成該金屬層前，先於該第一電性連接區域及該第二電性連接區域分別設置一歐姆電極與一P型電極。
5. 如申請專利範圍第3項所述的積體化交流式發光二極體模組之方法，其中該第二電性連接區域位於該N型半導體層的表面，且在形成該金屬層前，先於該第一電性連接區域設置一蕭基電極。
6. 如申請專利範圍第1項所述的積體化交流式發光二極體模組之方法，其中該發光二極體的材料為Ⅱ-Ⅵ族或Ⅲ-Ⅴ族半導體。
7. 如申請專利範圍第1項所述的積體化交流式發光二極體模組之方法，其中複數個該蕭基二極體及複數個該發光二極體係透過該金屬層電性連接形成一交流式發光二極體模組，該交流式發光二極體模組為一惠斯同電橋電路陣列或一平行反向串接式電路陣列。
8. 如申請專利範圍第1項所述的積體化交流式發光二極體模組之方法，其中該P型電極的材料為選自鎳金合金、氧化銦錫、氧化氟錫、氧化鋅鋁以及氧化鋅鎵所組成之群組。
9. 如申請專利範圍第1項所述的積體化交流式發光二極體模組之方法，其中該蕭基二極體包含有一與該接面層相接的緩衝層。
10. 如申請專利範圍第9項所述的積體化交流式發光二極體模組之方法，其中該緩衝層的材料為選自由氮化鎵、氮化鋁、氮化銦及其組合所組成的群組。
11. 如申請專利範圍第1項所述的積體化交流式發光二極體模組之方法，其中該蕭基二極體包含有一與該緩衝層相接的主動層。
12. 如申請專利範圍第11項所述的積體化交流式發光二極體模組之方法，其中該主動層的材料為選自由氮化鎵、氮化鋁鎵銦及氧化鎂鋅所組成的群組。
13. 如申請專利範圍第1項所述的積體化交流式發光二極體模組之方法，其中該基板的材料為選自藍寶石、矽、碳化矽以及氮化鎵所組成的群組。