TWI495160B - 覆晶式發光二極體及其製法與應用 - Google Patents

覆晶式發光二極體及其製法與應用 Download PDF

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Description

覆晶式發光二極體及其製法與應用
本發明係關於一種覆晶式發光二極體及其製造方法與使用其之晶片板上封裝結構，尤指一種結構中可以達到緩衝熱膨脹係數差異(coefficient thermal expansion mismatch)之覆晶式發光二極體及其製造方法與使用其之晶片板上封裝結構。
自60年代起，發光二極體(Light Emitting Diode，LED)的耗電量低及長效性的發光等優勢，已逐漸取代日常生活中用來照明或各種電器設備的指示燈或光源等用途。更有甚者，發光二極體朝向多色彩及高亮度的發展，已應用在大型戶外顯示看板或交通號誌。
近年來，由於電子產業的蓬勃發展，電子產品需求漸增，因此電子產品進入多功能及高效能發展等方向，也開始將發光二極體晶片應用於各種電子產品。其中尤其是可攜式電子產品種類日漸眾多，電子產品的體積與重量越來越小，所需的電路載板體積亦隨之變小，因此，電路載板的散熱效果成為值得重視的問題之一。
以現今經常使用之發光二極體晶片而言，由於發光亮度夠高，因此可廣泛應用於顯示器背光源、小型投影機以及照明等各種電子裝置中。然而，目前LED的輸入功率中，將近80%的能量會轉換成熱能，倘若承載LED元件之載板無法有效地散熱時，便會使得發光二極體晶片界面溫度升高，除了影響發光強度之外，亦可能因熱度在發光二極體晶片中累積而造成各層材料受熱膨脹，促使結構中受到損傷而對產品壽命產生不良影響。
據此，若能進一步改善發光二極體的散熱效率以及緩和或去除發光二極體受熱膨脹的不良影響，將更可促使整體電子產業的發展。
本發明之主要目的係在提供一種覆晶式發光二極體，其具有緩衝熱膨脹係數差異(coefficient thermal expansion mismatch)的結構設計，可在發光二極體運作產生熱量的過程中持續使熱量散失。即使有部分熱量沒有自發光二極體中散失而促使整體結構產生熱膨脹，其中設置的類鑽碳/導電材料多層複合結構亦可緩衝對應的熱應力，而保護不受損傷。
為達成上方所述目的，本發明之一態樣提供一種覆晶式發光二極體，包括：一基板；一半導體磊晶多層複合結構，其位於該基板上方且包含一第一半導體磊晶層、以及一第二半導體磊晶層，其中，該第一半導體磊晶層與該第二半導體磊晶層係層疊設置；一第一類鑽碳/導電材料多層複合結構，位於該半導體磊晶多層複合結構之該第一半導體磊晶層上方，並電性連接該半導體磊晶多層複合結構之該第一半導體磊晶層，以做為一第一電極；一第二類鑽碳/導電材料多層複合結構，位於該半導體磊晶多層複合結構之該第二半導體磊晶層上方，並電性連接該半導體磊晶多層複合結構之該第二半導體磊晶層，以做為一第二電極；以及一絕緣保護層，覆蓋該半導體磊晶多層複合結構之該第一半導體磊晶層之側壁以及該第二半導體磊晶層之側壁。
本發明之另一態樣提供一種覆晶式發光二極體，包括：一基板；一半導體磊晶多層複合結構，其位於該基板上方且包含一第一半導體磊晶層、一第二半導體磊晶層、以及一盲孔，其中，該第一半導體磊晶層與該第二半導體磊晶層係層疊設置，且該盲孔貫穿該第二半導體磊晶層；一第一類鑽碳/導電材料多層複合結構，位於該半導體磊晶多層複合結構之該第一半導體磊晶層上方，並電性連接該半導體磊晶多層複合結構之該第一半導體磊晶層，以做為一第一電極，其中，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構係填充於該半導體磊晶多層複合結構之該盲孔中；一第二類鑽碳/導電材料多層複合結構，位於該半導體磊晶多層複合結構之該第二半導體磊晶層上方，並電性連接該半導體磊晶多層複合結構之該第二半導體磊晶層，以做為一第二電極；以及一絕緣保護層，覆蓋該半導體磊晶多層複合結構之該第一半導體磊晶層之側壁以及該第二半導體磊晶層之側壁，以及該盲孔之內壁表面，以隔絕該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構與該第二半導體磊晶層之間的接觸。
本發明上述覆晶式發光二極體中，將電性連接至半導體磊晶多層複合結構中N型半導體磊晶層與P型半導體磊晶層之對應電極，皆設計成類鑽碳/導電材料多層複合結構。換言之，設置於N型半導體磊晶層表面之對應N型電極，可先行沉積一般作為N型電極之金屬，再沉積類鑽碳，並且可以選擇性重複沉積適用的導電材料層與類鑽碳層，據此形成類鑽碳/導電材料多層複合結構，以做為對應N型半導體磊晶層的N型電極。同樣，對於P型半導體磊晶層，亦可先行沉積一般作為P型電極之金屬，再沉積類鑽碳，並且可以選擇性重複沉積適用的導電材料層與類鑽碳層，據此形成類鑽碳/導電材料多層複合結構，以做為對應P型半導體磊晶層的P型電極。
上述類鑽碳/導電材料多層複合結構，可以讓本發明之覆晶式發光二極體，對於熱膨脹係數差異(coefficient thermal expansion mismatch)所造成應力，具有緩衝能力。換言之，上述類鑽碳/導電材料多層複合結構，可在發光二極體運作產生熱量的過程中加速熱量散失，即使部分熱量沒有自發光二極體中散失而累積造成整體結構發生熱膨脹，類鑽碳/導電材料多層複合結構亦可緩衝對應的熱應力，而可保護覆晶式發光二極體中其餘構件不受損傷。
本發明上述覆晶式發光二極體中，該半導體磊晶多層複合結構可以選擇性更包括一活性中間層，該活性中間層係夾置於該第一半導體磊晶層與該第二半導體磊晶層之間。除此之外，若結構中設有盲孔，則該盲孔貫穿該活性中間層。於本發明中，該活性中間層可為多量子井層(multiple quantum well layer)，用以提升發光二極體中電能轉換成光能的效率。
於本發明一較佳具體實施例中，覆晶式發光二極體更可選擇性包括一反射層，其可設置於該半導體磊晶多層複合結構與該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構之間，該反射層之材質可為銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)、氧化鋁鋅(aluminum zinc oxide，AZO)、氧化鋅(ZnO)、石墨烯(graphene)、鋁、銀、鎳(Ni)、鈷(Co)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、金(Au)、鋅(Zn)、錫(Sn)、銻(Sb)、鉛(Pb)、銅(Cu)、銅銀(CuAg)、鎳銀(NiAg)、其合金、或其金屬混合物。上述銅銀(CuAg)與鎳銀(NiAg)等係指共晶金屬(eutectic metal)。換言之其亦可為多層金屬結構，除了用於達到反射效果之外，也可以達到形成歐姆接觸(ohmic contact)的效用。
本發明覆晶式發光二極體由一般直通式發光二極體或側通式發光二極體製得。具體而言，對於側通式發光二極體的P型半導體磊晶層與N型半導體磊晶層皆使用類鑽碳/導電材料多層複合結構做為其對應電極，並使P型半導體磊晶層之對應電極與N型半導體磊晶層之對應電極兩者表面形成一共平面。除此之外，本發明覆晶式發光二極體不論來自直通式發光二極體抑或是側通式發光二極體，其半導體磊晶多層複合結構側壁及/或暴露表面皆可以使用絕緣保護層覆蓋。
較佳而言，該第一半導體磊晶層以及該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構(做為第一電極)係N型，該第二半導體磊晶層以及該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構(做為第二電極)係P型，其中，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構、以及該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構可以選自由導電材料層與導電類碳鑽層堆疊結構、導電材料與類鑽碳混合物、以及導電材料與導電性類鑽碳混合物所組群組之至少一者。
上述導電材料層或導電材料之材質可以選自由銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)、氧化鋁鋅(aluminum zinc oxide，AZO)、氧化鋅(ZnO)、石墨烯(graphene)、鈦(Ti)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、鉬(Mo)、鎢(W)、銀(Ag)、以及金(Au)所組群組之至少一者。換言之，該導電材料層或該金屬可使用上述材質之合金或金屬混合物構成。由於類鑽碳具有較佳的熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion，CTE)，因此做為電極之類鑽碳/導電材料多層複合結構便可以在整體發光二極體受熱膨脹時，緩衝熱膨脹所產生的應力，因此發光二極體整體結構則不易受影響，同時亦可以加速發光二極體運作時熱量散失，降低發光二極體整體結構因熱受損的可能性。舉例而言，可以使用鋁(Al)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、以及金(Au)做為導電材料層，並與導電性類鑽碳層相互層疊，即可構成本發明所述之類鑽碳/導電材料多層複合結構。
本發明覆晶式發光二極體更可選擇性包括：一第一金屬焊接層，位於該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構上；以及一第二金屬焊接層，位於該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構上，其中，該第二金屬焊接層之表面與該第一金屬焊接層之表面係形成一共平面。上述本發明覆晶式發光二極體，顧名思義即以覆晶方式與另一電路載板接合(bonding)，因此最後發光二極體之P型電極與N型電極表面上用於接合金屬焊接層通常會相互形成共平面。
除此之外，於本發明覆晶式發光二極體中，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構之導電材料層表面與該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構之導電材料層表面也可形成一共平面。或者，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構之導電類鑽碳層表面與該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構之導電類鑽碳層表面形成一共平面。亦或，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構之表面與該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構之表面係形成一共平面。由上述可知，藉由調整類鑽碳/導電材料多層複合結構中的類鑽碳層與導電材料層的厚度，可以讓分別電性連接第一半導體磊晶層與第二半導體磊晶層的第一類鑽碳/導電材料多層複合結構表面與第二類鑽碳/導電材料多層複合結構表面形成一共平面，進而方面後續形成於第一類鑽碳/導電材料多層複合結構表面與第二類鑽碳/導電材料多層複合結構表面之第一金屬焊接層表面與第二金屬焊接層表面形成一共平面。
於本發明覆晶式發光二極體中，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構之表面、該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構之表面、該第二金屬焊接層之表面、或/及第一金屬焊接層之表面，可以選擇性高過、低於或等高於該絕緣保護層之表面，上述等高於即表示形成一共平面。
於本發明一具體實施例中，該半導體磊晶多層複合結構可選擇性更設有一盲孔，該盲孔貫穿該活性中間層以及該第二半導體磊晶層，且該絕緣保護層覆蓋該盲孔之內壁表面，其中，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構係填充於內壁表面覆蓋有該絕緣保護層之該盲孔中，並連接該半導體磊晶多層複合結構之該第一半導體磊晶層。此覆晶式發光二極體同樣可以選擇性更包含一反射層，其係夾置於該半導體磊晶多層複合結構與該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構之間。
於本發明上述覆晶式發光二極體中，該絕緣保護層之材質可以選自由氮化矽、二氧化矽、以及絕緣類鑽碳所組群組中之至少一者。
本發明之另一目的係在提供一種覆晶式發光二極體之製造方法，經由分層沉積導電材料層與類鑽碳層，如此可以構成類鑽碳/導電材料多層複合結構以做為半導體磊晶層的對應電極，藉此緩衝熱膨脹係數差異所造成之熱應力，進而改善改善發光二極體的散熱效率與壽命。
為達成上方所述目的，本發明之另一態樣提供一種覆晶式發光二極體之製造方法，包括以下步驟：提供一基板；於該基板上方形成一半導體磊晶多層複合結構，其中，該半導體磊晶多層複合結構包含一第一半導體磊晶層、以及一第二半導體磊晶層，其中，該第一半導體磊晶層與該第二半導體磊晶層係層疊設置；於該第一半導體磊晶層、以及該第二半導體磊晶層上方分別形成一第一類鑽碳/導電材料多層複合結構、以及一第二類鑽碳/導電材料多層複合結構；於該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構、以及該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構上分別形成一第一金屬焊接層、以及一第二金屬焊接層，其中，該第二金屬焊接層之表面與該第一金屬焊接層之表面係形成一共平面；以及形成一絕緣保護層，覆蓋該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構、該第二半導體磊晶層、以及該活性中間層之側壁。
本發明之另一態樣提供一種覆晶式發光二極體之製造方法，包括以下步驟：提供一基板；於該基板上方形成一半導體磊晶多層複合結構，其中，該半導體磊晶多層複合結構包含一第一半導體磊晶層、以及一第二半導體磊晶層，其中，該第一半導體磊晶層與該第二半導體磊晶層係層疊設置；於該半導體磊晶多層複合結構開設一盲孔，其中，該盲孔貫穿該第二半導體磊晶層；形成一絕緣保護層，覆蓋該半導體磊晶多層複合結構之該第一半導體磊晶層之側壁以及該第二半導體磊晶層之側壁，以及該盲孔之內壁表面，以隔絕該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構與該第二半導體磊晶層之間的接觸；以及於該第一半導體磊晶層、以及該第二半導體磊晶層上方分別形成一第一類鑽碳/導電材料多層複合結構、以及一第二類鑽碳/導電材料多層複合結構。
於本發明上述覆晶式發光二極體之製造方法中，該半導體磊晶多層複合結構同樣可選擇性更包括一活性中間層，該活性中間層係夾置於該第一半導體磊晶層與該第二半導體磊晶層之間，其可為多量子井層(multiple quantum well layer)，用以提升發光二極體中電能轉換成光能的效率。舉例而言，該第一半導體磊晶層以及該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構係N型，該第二半導體磊晶層以及該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構係P型。除此之外，若結構中設有盲孔，則該盲孔貫穿該活性中間層。
於本發明上述覆晶式發光二極體之製造方法中，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構、以及該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構可選自由導電材料層與導電類碳鑽層堆疊結構、導電材料與類鑽碳混合物、以及導電材料與導電性類鑽碳混合物所組群組之至少一者。其中，該導電材料層或該導電材料之材質係選自由銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)、氧化鋁鋅(aluminum zinc oxide，AZO)、氧化鋅(ZnO)、石墨烯(graphene)、鈦(Ti)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、鉬(Mo)、鎢(W)、銀(Ag)、以及金(Au)所組群組之至少一者。
於本發明上述覆晶式發光二極體之製造方法中，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構之導電材料層表面與該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構之導電材料層表面係 形成一共平面；或者，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構之導電類鑽碳層表面與該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構之導電類鑽碳層表面係形成一共平面；亦或，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構之表面與該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構之表面係形成一共平面。
本發明上述覆晶式發光二極體之製造方法可選擇性更包括以下步驟：於該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構、以及該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構上，分別形成一第一金屬焊接層、以及一第二金屬焊接層，其中，該第二金屬焊接層之表面與該第一金屬焊接層之表面係形成一共平面。除此之外，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構之表面、該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構之表面、該第二金屬焊接層之表面、或/及第一金屬焊接層之表面也可高於或低於該絕緣保護層之表面或與其形成一共平面。
於本發明上述覆晶式發光二極體之製造方法中，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構以及該第一金屬焊接層係於絕緣保護層形成之後或之前形成。此外，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構以及該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構係同時形成或分開形成。
於本發明一具體實施例中，上述覆晶式發光二極體之製造方法更包含以下步驟：於該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構形成前，於該半導體磊晶多層複合結構上形成一反射層。除此之外，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構亦可於該絕緣保護層形成後形成。此覆晶式發光二極體之製造方法可以選擇性更包含以下步驟：於該絕緣保護層形成前，於該半導體磊晶多層複合結構上形成一反射層。
於本發明上述覆晶式發光二極體之製造方法中，該絕緣保護層之材質可為氮化矽、二氧化矽、絕緣類鑽碳、或其組合，其係用於隔絕兩構件之間直接接觸並保護其所覆蓋的構件。
除此之外，本發明之再另一目的係在提供一種晶片板上封裝結構(chip on board，COB)，其中將本發明上述具有導電性類鑽碳層之發光二極體以複晶方式或打線方式電性連接電路載板，因此發光二極體各層結構的熱膨脹應力可由其結構內的類鑽碳層緩衝，進而使晶片板上封裝結構整體具有更佳的散熱效率、發光校與壽命。
為達上述目的，本發明之再另一態樣提供一種晶片板上封裝結構(chip on board，COB)，包括：一電路載板；以及本發明上述覆晶式發光二極體，其係經由該第一電極以及該第二電極電性連接該電路載板。
本發明上述晶片板上封裝結構中，該電路載板可以包含一絕緣層、以及一電路基板，其中，該絕緣層之材質可為絕緣性類鑽碳、氧化鋁、陶瓷、含鑽石之環氧樹脂、或其組成物，或者為表面覆有上述絕緣層之金屬材料，而該電路基板可為一金屬板、一陶瓷板或一矽基板。此外，該電路載板表面也可以選擇性更包含一類鑽碳層，以增加散熱效果。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
本發明之實施例中該等圖式均為簡化之示意圖。惟該等圖示僅顯示與本發明有關之元件，其所顯示之元件非為實際實施時之態樣，其實際實施時之元件數目、形狀等比例為一選擇性之設計，且其元件佈局型態可能更複雜。
實施例一
參考圖1A至圖1J，其係顯示本實施例覆晶式發光二極體之製備方法的流程結構示意圖。
首先，如圖1A所示，提供一基板20。接著，如圖1B所示，於該基板20上形成一半導體磊晶多層複合結構21。該半導體磊晶多層複合結構21可包含：一第一半導體磊晶層211、一活性中間層212、以及一第二半導體磊晶層213，其中，該第一半導體磊晶層211、該活性中間層212、與該第二半導體磊晶層213係層疊設置，且該活性中間層212夾置於該第一半導體磊晶層211與該第二半導體磊晶層213之間。於本實施例中，該半導體磊晶多層複合結構21之材質為氮化鎵(GaN)，且該第一半導體磊晶層211係N型，該第二半導體磊晶層213係P型。不過，本發明半導體磊晶多層複合結構適用的材質不限於此，亦可以使用選用其他本領域中常用材質。此外，可以依需求選擇是否設置該活性中間層，於本實施例中，該活性中間層212為多量子井層(multiple quantum well layer)，用以提升發光二極體中電能轉換成光能的效率。
然後，如圖1C所示，於該半導體磊晶多層複合結構21之該第二半導體磊晶層213表面上，形成一反射層22。於本實施例中，該反射層22可以選用銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)、氧化鋁鋅(aluminum zinc oxide，AZO)、氧化鋅(ZnO)、石墨烯(graphene)、鋁、銀、鎳(Ni)、鈷(Co)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、金(Au)、鋅(Zn)、錫(Sn)、銻(Sb)、鉛(Pb)、銅(Cu)、銅銀(CuAg)、及鎳銀(NiAg)所組群組之至少一者，除了用於達到反射效果之外，也可以達到形成歐姆接觸(ohmic contact)的效用。上述圖1C所示之形成反射層的步驟，本發明所屬技術領域之通常知識者可以清楚知道，該步驟可依需要選擇性執行，換言之若不打算設置反射層，則可跳過圖1C之步驟而無需進行。
接著，如圖1D所示，於該反射層22表面上，形成一第二類鑽碳/導電材料多層複合結構23，該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構23可選自由導電材料層與導電類碳鑽層堆疊結構、導電材料與類鑽碳混合物、以及導電材料與導電性類鑽碳混合物所組群組之至少一者，其中，該導電材料層或該導電材料之材質係選自由銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)、氧化鋁鋅(aluminum zinc oxide，AZO)、氧化鋅(ZnO)、石墨烯(graphene)、鈦(Ti)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、鉬(Mo)、鎢(W)、銀(Ag)、以及金(Au)所組群組之至少一者。於本實施例中，該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構23係鈦導電材料層與類鑽碳層重複層疊結構。接著，如圖1E所示，於該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構23上，形成一第二金屬焊接層24。於本實施例中，該第二金屬焊接層24係由金層與金錫層構成，且該金錫層係一共晶導電材料層。
如圖1F所示，於該半導體磊晶多層複合結構21開設一盲孔214，其中，該盲孔214貫穿該反射層22、該活性中間層212以及該第二半導體磊晶層213。然後，如圖1G所示，形成一絕緣保護層25，覆蓋該第二金屬焊接層24、該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構23、該反射層22、該第二半導體磊晶層213、以及該活性中間層212之側壁。該絕緣保護層25之材質可以選自由氮化矽、二氧化矽、以及絕緣類鑽碳所組群組中之至少一者，其係用於保護其所覆蓋的該第二金屬焊接層24、該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構23、該反射層22、該第二半導體磊晶層213、以及該活性中間層212之側壁，並隔絕受其覆蓋之該第二金屬焊接層24、該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構23、該反射層22、該第二半導體磊晶層213、以及該活性中間層212直接與另一後續形成的構件接觸。於本實施例中，採用氮化矽做為該絕緣保護層25之材質。
接著，如圖1H所示，於該絕緣保護層25表面上，形成一第一類鑽碳/導電材料多層複合結構26，且該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構26填充於內壁表面覆蓋有該絕緣保護層25之該盲孔214中，並接觸該半導體磊晶多層複合結構21之該第一半導體磊晶層211。該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構26可選自由導電材料層與導電類碳鑽層堆疊結構、導電材料與類鑽碳混合物、以及導電材料與導電性類鑽碳混合物所組群組之至少一者，其中，該導電材料層或該導電材料之材質係選自由銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)、氧化鋁鋅(aluminum zinc oxide，AZO)、氧化鋅(ZnO)、石墨烯(graphene)、鈦(Ti)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、鉬(Mo)、鎢(W)、銀(Ag)、以及金(Au)所組群組之至少一者。於本實施例中，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構26係鈦導電材料層、鋁導電材料層與類鑽碳層重複層疊結構。
如圖1I所示，於該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構26上，形成一第一金屬焊接層27，其中，該第一金屬焊接層27之表面與該第二金屬焊接層24之表面係形成一共平面。於本實施例中，該第一金屬焊接層27係由金層與金錫層構成，且該金錫層係一共晶導電材料層。
最後，如圖1J所示，再使用氮化矽，使得該絕緣保護層25也覆蓋該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構26與該第一金屬焊接層27之側壁，並使該該絕緣保護層25與該第一金屬焊接層27以及該第二金屬焊接層24同樣形成一共平 面。此步驟並非必須，可依需求選擇性執行，且該絕緣保護層25也可以僅覆蓋該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構26與該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構23之側壁，顯露該第一金屬焊接層27與該第二金屬焊接層24。
據此，如圖1I所示，上述製得之覆晶式發光二極體，其包括：一基板20；一半導體磊晶多層複合結構21，其位於該基板20上方且包含一第一半導體磊晶層211、一活性中間層212、以及一第二半導體磊晶層213，其中，該第一半導體磊晶層211、該活性中間層212、與該第二半導體磊晶層213係層疊設置，該活性中間層212夾置於該第一半導體磊晶層211與該第二半導體磊晶層213之間，且一盲孔214設於該半導體磊晶多層複合結構21中；一反射層22，位於該半導體磊晶多層複合結構21之該第二半導體磊晶層213表面，其中設置於該半導體磊晶多層複合結構21中之該盲孔214貫穿該反射層22、該活性中間層212以及該第二半導體磊晶層213；一第一類鑽碳/導電材料多層複合結構26，填充於該盲孔214並接觸該半導體磊晶多層複合結構21之該第一半導體磊晶層211表面，以做為一第一電極；一第一金屬焊接層27，位於該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構26上；一第二類鑽碳/導電材料多層複合結構23，位於該反射層22表面並經由該反射層22電性連接該半導體磊晶多層複合結構21之該第二半導體磊晶層213，以做為一第二電極；一第二金屬焊接層24，位於該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構23上，其中，該第二金屬焊接層24之表面與該第一金屬焊接層27之表面係形成一共平面；以及一絕緣保護層25，覆蓋該第二金屬焊接層24、該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構23、該反射層22、該第二半導體磊晶層213、以及該活性中間層212之側壁以及該盲孔214之內壁，以隔絕該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構26與該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構23、該反射層22、該第二半導體磊晶層213、以及該活性中間層212之間的直接接觸。
實施例二
參考圖2A至圖2H，其係顯示本實施例覆晶式發光二極體之製備方法的流程結構示意圖。
首先，如圖2A所示，提供一基板30。接著，如圖2B所示，於該基板30上形成一半導體磊晶多層複合結構31。該半導體磊晶多層複合結構31可包含：一第一半導體磊晶層311、一活性中間層312、以及一第二半導體磊晶層313，其中，該第一半導體磊晶層311、該活性中間層312、與該第二半導體磊晶層313係層疊設置，且該活性中間層312夾置於該第一半導體磊晶層311與該第二半導體磊晶層313之間。於本實施例中，該半導體磊晶多層複合結構31之材質為氮化鎵(GaN)，且該第一半導體磊晶層311係N型，該第二半導體磊晶層313係P型。不過，本發明半導體磊晶多層複合結構適用的材質不限於此，亦可以使用選用其他本領域中常用材質。此外，可以依需求選擇是否設置該活性中間層，於本實施例中，該活性中間層312為多量子井層(multiple quantum well layer)，用以提升發光二極體中電能轉換成光能的效率。
然後，如圖2C所示，於該半導體磊晶多層複合結構31開設一盲孔314，其中，該盲孔314貫穿該活性中間層312以及該第二半導體磊晶層313。接著，如圖2D所示，形成一絕緣保護層35，覆蓋該盲孔314之內壁、以及該半導體磊晶多層複合結構31之側壁，亦即覆蓋該第一半導體磊晶層313之側壁、該活性中間層312之側壁以及該第二半導體磊晶層313之側壁，並暴露部分該第二半導體磊晶層313表面，以及顯露由該盲孔314暴露的該第一半導體磊晶層313表面。該絕緣保護層25之材質可以選自由氮化矽、二氧化矽、以及絕緣類鑽碳所組群組中之至少一者，其係用於保護其所覆蓋的該第一半導體磊晶層313、該第二半導體磊晶層213、以及該活性中間層212之側壁，並隔絕受其覆蓋之該第一半導體磊晶層313、該第二半導體磊晶層213、以及該活性中間層212直接與另一後續形成的構件接觸。於本實施例中，採用二氧化矽做為該絕緣保護層25之材質。
如圖2E所示，於該半導體磊晶多層複合結構31之該第二半導體磊晶層313表面上，形成一反射層32。於本實施例中，該反射層32可以選用銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)、氧化鋁鋅(aluminum zinc oxide，AZO)、氧化鋅(ZnO)、石墨烯(graphene)、鋁、銀、鎳(Ni)、鈷(Co)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、金(Au)、鋅(Zn)、錫(Sn)、銻(Sb)、鉛(Pb)、銅(Cu)、銅銀(CuAg)、及鎳銀(NiAg)所組群組之至少一者，換言之其亦可為多層金屬結構，除了用於達到反射效果之外，也可以達到形成歐姆接觸(ohmic contact)的效用。此形成反射層的步驟，本發明所屬技術領域之通常知識者可依需要選擇性執行，換言之若不打算設置反射層，則可跳過圖2E之步驟而無需進行。
接著，如圖2F所示，於該絕緣保護層35表面以及該反射層32表面上，分別形成一第一類鑽碳/導電材料多層複合結構36以及一第二類鑽碳/導電材料多層複合結構33，且該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構36填充於內壁表面覆蓋有該絕緣保護層35之該盲孔314中，並接觸該半導體磊晶多層複合結構31之該第一半導體磊晶層311。該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構36與該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構33可選自由導電材料層與導電類碳鑽層堆疊結構、導電材料與類鑽碳混合物、以及導電材料與導電性類鑽碳混合物所組群組之至少一者，其中，該導電材料層或該導電材料之材質係選自由銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)、氧化鋁鋅(aluminum zinc oxide，AZO)、氧化鋅(ZnO)、石墨烯(graphene)、鈦(Ti)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、鉬(Mo)、鎢(W)、銀(Ag)、以及金(Au)所組群組之至少一者。於本實施例中，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構36係鈦導電材料層、鋁導電材料層與類鑽碳層重複層疊結構，該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構33係鈦導電材料層與類鑽碳層重複層疊結構。
然後，如圖2G所示，於該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構36表面與該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構33表面上，分別形成一第一金屬焊接層37以及第二金屬焊接層34，其中，該第一金屬焊接層37之表面與該第二金屬焊接層34之表面係形成一共平面。於本實施例中，該第一金屬焊接層37與該第二金屬焊接層34係由金層與金錫層構成，且該金錫層係一共晶導電材料層。最後，如圖2H所示，再使用氮化矽，使得該絕緣保護層35也覆蓋該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構36、第二類鑽碳/導電材料多層複合結構33、該第一金屬焊接層37與該第二金屬焊接層34之側壁。此步驟並非必須，可依需求選擇性執行，且該絕緣保護層35也可以僅覆蓋該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構36與該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構33之側壁，顯露該第一金屬焊接層37與該第二金屬焊接層34。
據此，如圖2H所示，上述製得之覆晶式發光二極體，其包括：一基板30；一半導體磊晶多層複合結構31，其位於該基板30上方且包含一第一半導體磊晶層311、一活性中間層312、以及一第二半導體磊晶層313，其中，該第一半導體磊晶層311、該活性中間層312、與該第二半導體磊晶層313係層疊設置，該活性中間層312夾置於該第一半導體磊晶層311與該第二半導體磊晶層313之間，且一盲孔314設於該半導體磊晶多層複合結構31中並貫穿該活性中間層312以及該第二半導體磊晶層313；一反射層32，位於該半導體磊晶多層複合結構31之該第二半導體磊晶層313表面；一第一類鑽碳/導電材料多層複合結構36，填充於該盲孔314並接觸該半導體磊晶多層複合結構31之該第一半導體磊晶層311表面，以做為一第一電極；一第一金屬焊接層37，位於該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構36上；一第二類鑽碳/導電材料多層複合結構33，位於該反射層32表面並經由該反射層32電性連接該半導體磊晶多層複合結構31之該第二半導體磊晶層313，以做為一第二電極；一第二金屬焊接層34，位於該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構33上，其中，該第二金屬焊接層34之表面與該第一金屬焊接層37之表面係形成一共平面；以及一絕緣保護層35，覆蓋該第一金屬焊接層37、第二金屬焊接層34、該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構36、該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構33、該反射層32、該第一半導體磊晶層311、該第二半導體磊晶層313、以及該活性中間層312之側壁與該盲孔314之內壁，以隔絕該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構36與該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構33、該反射層32、該第二半導體磊晶層313、以及該活性中間層312之間的直接接觸。
實施例三
參考圖3，其係本實施例之晶片板上封裝結構之結構示意圖。
如圖4所示，晶片板上封裝結構包括：一電路載板7；以及上述實施例一所製得之覆晶式發光二極體2，其係經由該第一金屬焊接層27以及該第二金屬焊接層24電性連接該電路載板7，其中，該電路載板7包含一絕緣層71、一電路基板70、以及電性連接墊73，該絕緣層71之材質可選自由類鑽碳、氧化鋁、陶瓷、含鑽石之環氧樹脂、或者上述材質的混合物，該電路基板70係一金屬板、一陶瓷板或一矽基板。
於該晶片板上封裝結構中，可利用形成於電性連接墊73表面之焊料72，透過覆晶方式，使該第一金屬焊接層27以及該第二金屬焊接層24與該電路載板7之電性連接墊73達到電性連接。
實施例四
參考圖4，其係本實施例之晶片板上封裝結構之結構示意圖。
如圖4所示，晶片板上封裝結構包括：一電路載板7；以及上述實施例二所製得之覆晶式發光二極體3，其係經由該第一金屬焊接層37以及該第二金屬焊接層34電性連接該電路載板7，其中，該電路載板7包含一絕緣層71、一電路基板70、以及電性連接墊73，該絕緣層71之材質可選自由類鑽碳、氧化鋁、陶瓷、含鑽石之環氧樹脂、或者上述材質的混合物，該電路基板70係一金屬板、一陶瓷板或一矽基板。
於該晶片板上封裝結構中，可利用形成於電性連接墊73表面之焊料72，透過覆晶方式，使該第一金屬焊接層37以及該第二金屬焊接層34與該電路載板7之電性連接墊73達到電性連接。
據此，本發明上述晶片板上封裝結構(chip on board，COB)中，發光二極體各層結構的熱膨脹應力可由其結構內的類鑽碳層緩衝，進而使晶片板上封裝結構整體具有更佳的散熱效率、發光校與壽命。而且，本發明上述晶片板上封裝結構中適合使用的發光二極體，並非僅限於上述實施例三所製得之覆晶式發光二極體，亦可使用本發明所述任何一種覆晶式發光二極體。
由上述可知，本發明之覆晶式發光二極體，具有緩衝熱膨脹係數差異(coefficient thermal expansion mismatch)的結構設計，可在發光二極體運作產生熱量的過程中持續使熱量散失；即使有部分熱量沒有自發光二極體中散失而促使整體結構產生熱膨脹，其中設置的類鑽碳/導電材料多層複合結構亦可緩衝對應的熱應力，而保護不受損傷。
上方所述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上方所述實施例。
20、30．．．基板
21、31．．．半導體磊晶多層複合結構
211、311．．．第一半導體磊晶層
212、312．．．活性中間層
213、313．．．第二半導體磊晶層
214、314．．．盲孔
22、32．．．反射層
23、33．．．第二類鑽碳/導電材料多層複合結構
24、34．．．第二金屬焊接層
25、35．．．絕緣保護層
26、36．．．第一類鑽碳/導電材料多層複合結構
27、37．．．第一金屬焊接層
2、3．．．覆晶式發光二極體
圖1A至圖1J顯示本發明實施例一中覆晶式發光二極體之製備方法的流程結構示意圖。
圖2A至圖2H顯示本發明實施例二中覆晶式發光二極體之製備方法的流程結構示意圖。
圖3顯示本發明實施例一中晶片板上封裝結構之結構示意圖。
圖4顯示本發明實施例二中晶片板上封裝結構之結構示意圖。
20．．．基板
21．．．半導體磊晶多層複合結構
211．．．第一半導體磊晶層
212．．．活性中間層
213．．．第二半導體磊晶層
214．．．盲孔
22．．．反射層
23．．．第二類鑽碳/導電材料多層複合結構
24．．．第二金屬焊接層
25．．．絕緣保護層
26．．．第一類鑽碳/導電材料多層複合結構
27．．．第一金屬焊接層

Claims (29)

  1. 一種覆晶式發光二極體，包括：一基板；一半導體磊晶多層複合結構，其位於該基板上方且包含一第一半導體磊晶層、一第二半導體磊晶層、以及一盲孔，其中，該第一半導體磊晶層與該第二半導體磊晶層係層疊設置，且該盲孔貫穿該第二半導體磊晶層；一第一類鑽碳/導電材料多層複合結構，位於該半導體磊晶多層複合結構之該第一半導體磊晶層上方，並電性連接該半導體磊晶多層複合結構之該第一半導體磊晶層，以做為一第一電極，其中，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構係填充於該半導體磊晶多層複合結構之該盲孔中；一第二類鑽碳/導電材料多層複合結構，位於該半導體磊晶多層複合結構之該第二半導體磊晶層上方，並電性連接該半導體磊晶多層複合結構之該第二半導體磊晶層，以做為一第二電極；以及一絕緣保護層，覆蓋該半導體磊晶多層複合結構之該第一半導體磊晶層之側壁以及該第二半導體磊晶層之側壁，以及該盲孔之內壁表面，以隔絕該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構與該第二半導體磊晶層之間的接觸；其中，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構、以及該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構係選自由導電材料層與導電類碳鑽層堆疊結構、導電材料與類鑽碳混合物多層 結構、以及導電材料與導電性類鑽碳混合物多層結構所組群組之至少一者。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之覆晶式發光二極體，其中，該半導體磊晶多層複合結構更包括一活性中間層，該活性中間層係夾置於該第一半導體磊晶層與該第二半導體磊晶層之間，且該盲孔貫穿該活性中間層。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之覆晶式發光二極體，其中，該導電材料層或該導電材料之材質係選自由銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)、氧化鋁鋅(aluminum zinc oxide，AZO)、氧化鋅(ZnO)、石墨烯(graphene)、鈦(Ti)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、鉬(Mo)、鎢(W)、銀(Ag)、以及金(Au)所組群組之至少一者。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之覆晶式發光二極體，其中，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構之導電材料層表面與該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構之導電材料層表面係形成一共平面。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之覆晶式發光二極體，其中，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構之導電類鑽碳層表面與該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構之導電類鑽碳層表面係形成一共平面。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之覆晶式發光二極體，其中，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構之表面與該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構之表面係形成一共平面。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之覆晶式發光二極體，更包括：一第一金屬焊接層，位於該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構上；以及一第二金屬焊接層，位於該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構上，其中，該第二金屬焊接層之表面與該第一金屬焊接層之表面係形成一共平面。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之覆晶式發光二極體，其中，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構之表面、該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構之表面、該第二金屬焊接層之表面、或/及第一金屬焊接層之表面係高於或低於該絕緣保護層之表面或與其形成一共平面。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之覆晶式發光二極體，更包含一反射層，夾置於該半導體磊晶多層複合結構與該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構之間。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之覆晶式發光二極體，其中，該絕緣保護層之材質係選自由氮化矽、二氧化矽、以及絕緣類鑽碳所組群組中之至少一者。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之覆晶式發光二極體，其中，該第一半導體磊晶層以及該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構係N型，該第二半導體磊晶層以及該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構係P型。
  12. 一種覆晶式發光二極體之製造方法，包括以下步驟：提供一基板； 於該基板上方形成一半導體磊晶多層複合結構，其中，該半導體磊晶多層複合結構包含一第一半導體磊晶層、以及一第二半導體磊晶層，其中，該第一半導體磊晶層與該第二半導體磊晶層係層疊設置；於該半導體磊晶多層複合結構開設一盲孔，其中，該盲孔貫穿該第二半導體磊晶層；形成一絕緣保護層，覆蓋該半導體磊晶多層複合結構之該第一半導體磊晶層之側壁以及該第二半導體磊晶層之側壁，以及該盲孔之內壁表面，以隔絕一第一類鑽碳/導電材料多層複合結構與該第二半導體磊晶層之間的接觸；以及於該第一半導體磊晶層、以及該第二半導體磊晶層上方分別形成一第一類鑽碳/導電材料多層複合結構、以及一第二類鑽碳/導電材料多層複合結構；其中，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構、以及該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構係選自由導電材料層與導電類碳鑽層堆疊結構、導電材料與類鑽碳混合物多層結構、以及導電材料與導電性類鑽碳混合物多層結構所組群組之至少一者。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之覆晶式發光二極體之製造方法，其中，該半導體磊晶多層複合結構更包括一活性中間層，該活性中間層係夾置於該第一半導體磊晶層與該第二半導體磊晶層之間，且該盲孔貫穿該活性中間層。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之覆晶式發光二極體之製造方法，其中，該導電材料層或該導電材料之材質係選自由銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)、氧化鋁鋅(aluminum zinc oxide，AZO)、氧化鋅(ZnO)、石墨烯(graphene)、鈦(Ti)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、鉬(Mo)、鎢(W)、銀(Ag)、以及金(Au)所組群組之至少一者。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之覆晶式發光二極體之製造方法，其中，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構之導電材料層表面與該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構之導電材料層表面係形成一共平面。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之覆晶式發光二極體之製造方法，其中，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構之導電類鑽碳層表面與該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構之導電類鑽碳層表面係形成一共平面。
  17. 如申請專利範圍第12項所述之覆晶式發光二極體之製造方法，其中，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構之表面與該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構之表面係形成一共平面。
  18. 如申請專利範圍第12項所述之覆晶式發光二極體之製造方法，更包括以下步驟：於該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構、以及該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構上，分別形成一第一金屬焊接層、以及一第二金屬焊接層， 其中，該第二金屬焊接層之表面與該第一金屬焊接層之表面係形成一共平面。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之覆晶式發光二極體之製造方法，其中，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構之表面、該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構之表面、該第二金屬焊接層之表面、或/及第一金屬焊接層之表面係高於或低於該絕緣保護層之表面或與其形成一共平面。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之覆晶式發光二極體之製造方法，其中，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構以及該第一金屬焊接層係於絕緣保護層形成之後或之前形成。
  21. 如申請專利範圍第12項所述之覆晶式發光二極體之製造方法，其中，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構以及該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構係同時形成或分開形成。
  22. 如申請專利範圍第12項所述之覆晶式發光二極體之製造方法，更包含以下步驟：於該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構形成前，於該半導體磊晶多層複合結構上形成一反射層。
  23. 如申請專利範圍第20項所述之覆晶式發光二極體之製造方法，其中，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構於該絕緣保護層形成後形成。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之覆晶式發光二極體之製造方法，更包含以下步驟：於該絕緣保護層形成前，於該半導體磊晶多層複合結構上形成一反射層。
  25. 如申請專利範圍第12項所述之覆晶式發光二極體之製造方法，其中，該絕緣保護層之材質係氮化矽、二氧化矽、絕緣類鑽碳、或其組合。
  26. 如申請專利範圍第12項所述之覆晶式發光二極體之製造方法，其中，該第一半導體磊晶層以及該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構係N型，該第二半導體磊晶層以及該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構係P型。
  27. 一種覆晶片板上封裝結構(chip on board，COB)，包括：一電路載板；以及一如申請專利範圍第7項中所述之覆晶式發光二極體，其係經由該第一金屬焊接層以及該第二金屬焊接層封裝於該電路載板。
  28. 如申請專利範圍第27項所述之覆晶片板上封裝結構，其中，該電路載板包含一絕緣層、以及一電路基板，該絕緣層之材質係選自由類鑽碳、氧化鋁、陶瓷、以及含鑽石之環氧樹脂所組群組之至少一者。
  29. 如申請專利範圍第28項所述之覆晶片板上封裝結構，其中，該電路基板係一金屬板、一陶瓷板或一矽基板。
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