專利名稱：發(fā)光二極管及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管及其制法，尤指一種通過至少一發(fā)光 二極管元件、 一硅元件組及至少二連接導(dǎo)線的組合設(shè)計，使具便于制 作、適合大量生產(chǎn)、有效降低制作成本及解決散熱問題的效果，而適 用于氮化鎵發(fā)光二極管或其它類似的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
氮化鎵系(Gallium Nitride-base; GaN-based)的發(fā)光二極管，例如 氮化鎵(GaN)藍(lán)光發(fā)光二極管，在近幾年的發(fā)光元件市場中甚為重視， 但是， 一般的氮化鎵系(Gallium Nitride-base; GaN-based)的發(fā)光二極 管，基于其結(jié)晶品質(zhì)考量，大多選用藍(lán)寶石(sapphire)材質(zhì)作為基板， 然而，該藍(lán)寶石為一絕緣材料且具散熱性不佳的特性，會導(dǎo)致發(fā)光二 極管于運作時，易產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，而降低整體運作的效能。
因此，已有前人投入改善氮化鎵(GaN)發(fā)光二極管的散熱性問 題的研究，目前已提出的改善方法其一為當(dāng)?shù)?GaN)發(fā)光二極 管的發(fā)光二極管元件于藍(lán)寶石基板上長成后，再將該導(dǎo)熱性差的藍(lán)寶 石基板利用如激光剝離等方法去除，并于去除藍(lán)寶石基板之后，再 將氮化鎵(GaN)發(fā)光二極管的發(fā)光二極管元件與散熱性佳的基板(如 硅基板等)接合。另一改善發(fā)光二極管的藍(lán)寶石基板散熱性差的方法是 將該發(fā)光二極管倒置，即藍(lán)寶石基板朝上，而使藍(lán)寶石基板上長成的 發(fā)光二極管元件朝下并以倒裝(Flip chip)方法再與散熱性佳的基板 (如硅基板等)相互接合。
然而，上述兩種方法雖可行，但是，第一種方法在去除藍(lán)寶石基 板的制作上，其技術(shù)極為困難且制作不易，至今仍無法實現(xiàn)大量生產(chǎn)，也使其制程成本無法降低；第二種方法以倒置發(fā)光二極管后再倒裝 (Flip Chip)接合散熱性佳的基板，卻需要精確地上下對準(zhǔn)技術(shù)，其制 程的精度需求極高，故容易造成制成品的良率偏低，進(jìn)而有制作成本 過高等問題，綜上可知，上述兩種方法皆具制作不易、制程成本極高 的問題，為其最主要的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提出一種發(fā) 光二極管及其制法，通過至少一發(fā)光二極管元件、 一硅元件組及至少 二連接導(dǎo)線的組合設(shè)計，使具便于實施及同時可解決散熱問題的功效， 以增加本發(fā)明的實用性及便利性。
本發(fā)明的又一目的在于，提出一種發(fā)光二極管及其制法，通過至 少一發(fā)光二極管元件、 一硅元件組及至少二連接導(dǎo)線的組合設(shè)計，依 據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，以提供一種制法而不需費力移除藍(lán)寶石 基板，即可具有便于實施、可實現(xiàn)量產(chǎn)化以及降低制程成本的功效， 以增加本發(fā)明的實用性及便利性。
本發(fā)明的再一目的在于，提出一種發(fā)光二極管及其制法，通過至 少一發(fā)光二極管元件、 一硅元件組及至少二連接導(dǎo)線的組合設(shè)計，其 中該硅元件組的硅元件可采用以硅基板制作形成的雙向二極管(稽納
二極管(Zener Diode))，除了具硅基板的散熱性佳的特性外，使具有抗 靜電保護(hù)，進(jìn)而可延長使用壽命，增進(jìn)本發(fā)明的實用性。
本發(fā)明的更一目的在于，提出一種發(fā)光二極管及其制法，通過至 少一發(fā)光二極管元件、 一硅元件組及至少二連接導(dǎo)線的組合設(shè)計，其 中該硅元件組的硅元件可釆用以硅基板制作形成電阻，除了具硅基板 的散熱性佳的特性外，更進(jìn)一步具防止流經(jīng)發(fā)光二極管的電流過高， 而可避免造成燒毀的效果，以增進(jìn)本發(fā)明的實用性。
7本發(fā)明的進(jìn)一目的在于，提出一種發(fā)光二極管及其制法，通過至 少一發(fā)光二極管元件、 一硅元件組及至少二連接導(dǎo)線的組合設(shè)計，于 該硅元件組的硅元件上可以結(jié)合一個以上的發(fā)光二極管元件，以形成 多顆發(fā)光二極管相互串聯(lián)、并聯(lián)或串聯(lián)及并聯(lián)組合的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)， 達(dá)到發(fā)光二極管混光或借助數(shù)顆發(fā)光二極管的連接以增強(qiáng)發(fā)光源亮度 的效果，另外，通過該多顆發(fā)光二極管的連接可使應(yīng)用端(發(fā)光二極 管的制成產(chǎn)品)直接用于交流電壓源的使用，免除一般發(fā)光二極管 (LED)用于市電需要整流器或變壓器造成成本過高的問題，以增進(jìn)本 發(fā)明的實用性及延伸使用性。
為達(dá)上述的目的，本發(fā)明的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)包括有至少一發(fā)光二 極管元件、 一硅元件組及至少二連接導(dǎo)線。該發(fā)光二極管元件包括有
一藍(lán)寶石基板、一N型氮化鎵歐姆接觸層、 一氮化銦鎵發(fā)光層、一N
型金屬電極、一p型氮化鎵歐姆接觸層、 一透光導(dǎo)電層、一p型金屬
電極及一第一金屬接著層，而該藍(lán)寶石基板上方設(shè)有該N型氮化鎵歐 姆接觸層，該N型氮化鎵歐姆接觸層上方的一側(cè)設(shè)有該氮化銦鎵發(fā)光 層，該N型氮化鎵歐姆接觸層上方的另一側(cè)電性耦合該N型金屬電極， 而該氮化銦鎵發(fā)光層上方設(shè)有該P型氮化鎵歐姆接觸層，該P型氮化 鎵歐姆接觸層上方設(shè)有該透光導(dǎo)電層，該透光導(dǎo)電層上方電性耦合該 P型金屬電極，而該第一金屬接著層設(shè)于該藍(lán)寶石基板的下方；該硅 元件組結(jié)合于該發(fā)光二極管元件的下方，該硅元件組包括有一硅元件， 該硅元件上方的二側(cè)各設(shè)有一導(dǎo)電金屬層，而該硅元件上方二側(cè)的導(dǎo) 電金屬層之間且對應(yīng)該發(fā)光二極管元件的藍(lán)寶石基板下方的第一金屬 接著層處設(shè)有一第二金屬接著層，以供該硅元件組的硅元件上方的第 二金屬接著層對應(yīng)結(jié)合于該發(fā)光二極管元件的藍(lán)寶石基板下方的第一 金屬接著層的下方；并以該至少二連接導(dǎo)線使發(fā)光二極管元件與硅元 件組相互電性連接，其中一連接導(dǎo)線供電性連接該至少一發(fā)光二極管 元件的P型金屬電極與硅元件組上方一側(cè)的導(dǎo)電金屬層之間，而另一 連接導(dǎo)線供電性連接該至少一發(fā)光二極管元件的N型金屬電極與硅元
件組上方另一側(cè)的導(dǎo)電金屬層之間；由此，形成一具便于實施、適合大量生產(chǎn)、降低制作成本及解決散熱問題的發(fā)光二極管。
本發(fā)明的其它特點及具體實施例可于以下配合附圖的詳細(xì)說明 中，進(jìn)一步了解。


圖1為本發(fā)明實施例的發(fā)光二極管的剖示結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明實施例的發(fā)光二極管元件結(jié)合的剖示結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明另一實施例的采用打線電性連接的多顆發(fā)光二極管
結(jié)合剖示結(jié)構(gòu)的示意圖4為本發(fā)明再一實施例的采用沉積絕緣層后蝕刻披覆金屬層以
電性連接的多顆發(fā)光二極管結(jié)合剖示結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖5為本發(fā)明制法的流程圖6為本發(fā)明實施例的發(fā)光二極管元件與硅元件組結(jié)合形成的電
路圖7為本發(fā)明另一實施例的發(fā)光二極管元件與硅元件組結(jié)合形成 的電路圖8為本發(fā)明再一實施例的發(fā)光二極管元件與硅元件組結(jié)合形成 的電路圖。
圖中符號說明
1發(fā)光二極管元件
10藍(lán)寶石基板
11N型氮化鎵歐姆接觸層
12氮化銦鎵發(fā)光層
13N型金屬電極
14P型氮化鎵歐姆接觸層
15透光導(dǎo)電層
16P型金屬電極
17第一金屬接著層2 硅元件組
20 硅元件
21 導(dǎo)電金屬層
22 第二金屬接著層
30 連接導(dǎo)線
31 絕緣層
32 金屬層
41 制作至少一發(fā)光二極管元件
42 制作硅元件組
43 將至少一發(fā)光二極管元件結(jié)合于硅元件組的上方
44 將至少一發(fā)光二極管元件與硅元件組電性連接
具體實施例方式
請參閱圖1 2，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管及其制法，其中該發(fā) 光二極管結(jié)構(gòu)包括有至少一發(fā)光二極管元件1、 一硅元件組2及至少二 連接導(dǎo)線30的組合設(shè)計，該硅元件組2結(jié)合于該發(fā)光二極管元件1的 下方，而該發(fā)光二極管元件1與硅元件組2以該至少二連接導(dǎo)線30相 互電性連接。
其中，該發(fā)光二極管元件l包括
一藍(lán)寶石基板10(Sapphire Substrate),該藍(lán)寶石基板10供磊晶成 長形成發(fā)光二極管元件1，該藍(lán)寶石基板10的厚度至多150pm (micrometer, p為10—6)(本實施例中采用最佳厚度范圍為30至100|i m之間)。
一N型氮化鎵歐姆接觸層ll(N-typeGaN Layer),該N型氮化鎵歐 姆接觸層11設(shè)于該藍(lán)寶石基板10上方。
一氮化銦鎵發(fā)光層12(Multi Quantum Well Layer),該氮化銦鎵發(fā) 光層12設(shè)于該N型氮化鎵歐姆接觸層11上方的一側(cè)，該氮化銦鎵發(fā)光層12可采用氮化銦鎵(InGaN) /氮化鎵(GaN)多重量子井(MQW: Multiple Quantum Well)結(jié)構(gòu)。
一N型金屬電極13(N-GaN Metal Layer),該N型金屬電極13設(shè)于 該N型氮化鎵歐姆接觸層11上方的另一側(cè)(本實施例中為右側(cè))，且 該N型氮化鎵歐姆接觸層11與N型金屬電極13相互電性耦合；其中， 該N型金屬電極13可采用鉻、金、鋁、鎳、鈦、鉑、銀、錫、銅、鎢 等金屬或其合金所組成的群組的其中任一種。
一 P型氮化鎵歐姆接觸層14 (P-type GaN Layer)，該P型氮化鎵 歐姆接觸層14設(shè)于該氮化銦鎵發(fā)光層12的上方。
一透光導(dǎo)電層15 (Transparent Conductive Layer),該透光導(dǎo)電層 15設(shè)于該P型氮化鎵歐姆接觸層14的上方，該透光導(dǎo)電層15可為氧 化銦、氧化錫、氧化銦鉬、氧化銦鈰、氧化鋅、氧化銦鋅、氧化鎂鋅、 氧化錫鎘、氧化銦錫...等的其中任一種，以供減少與P型氮化鎵歐姆 接觸層14之間的接觸電阻，以及增加透光率。
一 P型金屬電極16(P-GaN Metal Layer),該P型金屬電極16設(shè)于該 透光導(dǎo)電層15的上方，且該透光導(dǎo)電層15與P型金屬電極16相互電性 耦合；其中，該P型金屬電極16可采用鉻、金、鋁、鎳、鈦、鉑、銀、 錫、銅、鎢等金屬或其合金所組成的群組的其中任一種。
一第一金屬接著層17 (Bonding Layer),該第一金屬接著層17鍍 設(shè)于該藍(lán)寶石基板10的下方，而該第一金屬接著層17可選自銀、鋁、 鎳、鈦、金、鉑、金錫、錫、鎢及其合金所組成的群組的其中任一種， 以供使該發(fā)光二極管元件1的藍(lán)寶石基板10與硅元件組2的硅元件20 相互接著結(jié)合之用，且借助其為金屬材質(zhì)而導(dǎo)電及散熱佳，以及具有 反射功能的效果。承上所述結(jié)構(gòu)，以形該發(fā)光二極管元件l。 該硅元件組2包括
一硅元件20，該硅元件20可為硅基板或以硅基板制作形成的電
阻，亦或以硅基板制作形成的雙向二極管(該雙向二極管為稽納二極
管(Zener Diode));若當(dāng)該硅元件20實施為硅基板時(圖未示)，通過 硅基板的導(dǎo)電性佳的材質(zhì)特性而可改善發(fā)光二極管的散熱問題，并具 增加導(dǎo)電率的效果；而當(dāng)該硅元件20實施為以硅基板制作形成的雙向 二極管(即稽納二極管)時，使該硅元件20形成具導(dǎo)電性的基板，再 經(jīng)由該硅元件20所組成的硅元件組2與發(fā)光二極管元件1相互結(jié)合并 電性連結(jié)后，形成如圖6或7所示的等效電路，使具硅基板的導(dǎo)熱性 佳與導(dǎo)電性佳的優(yōu)點之外，可進(jìn)一步具有靜電保護(hù)的效果，防止了具 絕緣性的藍(lán)寶石基板IO于該發(fā)光二極管元件1的制作中容易產(chǎn)生靜電 累積且又無法提供有效導(dǎo)通釋放所易導(dǎo)致靜電放電(ESD; Electro-Static Discharge)問題，進(jìn)而可延長發(fā)光二極管的使用壽命；另，當(dāng)該硅元 件20實施為以硅基板制作形成的電阻時，使該硅元件20形成具導(dǎo)電 性的基板，再經(jīng)由該硅元件20所組成的硅元件組2與發(fā)光二極管元件 l相互結(jié)合并電性連結(jié)后，形成如圖8所示的等效電路，使兼具硅基板 的導(dǎo)熱性佳與導(dǎo)電性佳的優(yōu)點之外，進(jìn)一步可防止流經(jīng)發(fā)光二極管的 電流過大易造成燒毀制的問題，故，可延長發(fā)光二極管的使用壽命。
二導(dǎo)電金屬層21(Bonding Metal Layer),該二導(dǎo)電金屬層21分別形 成于該硅元件20上方的二側(cè)，以供電性連接；其中，該導(dǎo)電金屬層21 可采用鉻、金、鋁、鎳、鈦、鉑、銀、錫、銅、鎢等金屬或其合金所 組成的群組的其中任一，以供電性導(dǎo)通。
至少一第二金屬接著層22(Bonding Layer of silicon substratet)，該
第二金屬接著層22為一導(dǎo)電金屬層，而該第二金屬接著層22設(shè)于該硅 元件20上方二側(cè)的導(dǎo)電金屬層21之間且對應(yīng)該發(fā)光二極管元件1的藍(lán) 寶石基板10下方的第一金屬接著層17處，其中，該第二金屬接著層22
12可選自銀、鋁、鎳、鈦、金、鉑、金錫、錫、鎢及其合金所組成的群 組的其中任一種，以供與發(fā)光二極管元件1的藍(lán)寶石基板10下方的第一 金屬接著層17相互對應(yīng)結(jié)合，并可通過其為金屬材質(zhì)，使具導(dǎo)電及散 熱佳，以及具有反射功能的效果。
承上所述結(jié)構(gòu)，以形成該硅元件組2。
該發(fā)光二極管元件1與硅元件組2的結(jié)合，是通過該至少一發(fā)光 二極管元件1的藍(lán)寶石基板10下方的第一金屬接著層17與硅元件組2 的硅元件20上方的第二金屬接著層22相互對應(yīng)設(shè)置后，利用熱壓、 超音波、共晶...等其中的任一結(jié)合方式，使該發(fā)光二極管元件l (該發(fā) 光二極管元件1雖于本實施例中設(shè)為一個；但實際實施時，該發(fā)光二 極管元件1可為多個)結(jié)合于該硅元件組2的上方后，以該至少二連 接導(dǎo)線30，該連接導(dǎo)線30采用導(dǎo)電性佳的金屬線，使該發(fā)光二極管元 件1與硅元件組2相互電性連接，其中一連接導(dǎo)線30設(shè)于該至少一發(fā) 光二極管元件1的P型金屬電極16與硅元件組2上方一側(cè)(本實施例 中為硅元件20上方的左側(cè))的導(dǎo)電金屬層21之間；而另一連接導(dǎo)線 30設(shè)于該至少一發(fā)光二極管元件1的N型金屬電極13與硅元件組2上 方另一側(cè)(本實施例中為硅元件20上方的右側(cè))的導(dǎo)電金屬層21之 間。
又，該硅元件組2的硅元件20上方二側(cè)的各導(dǎo)電金屬層21上另 設(shè)有一連接導(dǎo)線30，該連接導(dǎo)線30采用導(dǎo)電性佳的金屬線，以供與外 部電性端電性接，如此，以形成一具便于實施、適合大量生產(chǎn)、降低 制作成本及解決散熱問題的發(fā)光二極管。
請參閱圖3，該硅元件組2的硅元件20上所結(jié)合的發(fā)光二極管元 件l可設(shè)有一個以上，以供形成多顆發(fā)光二極管相互串聯(lián)，或是并聯(lián)， 另，或形成多顆發(fā)光二極管相互串聯(lián)及并聯(lián)的組合結(jié)構(gòu)。如圖3所示， 將四顆的發(fā)光二極管元件1結(jié)合于同一個該硅元件組2的硅元件20上的剖示結(jié)構(gòu)示意圖并以四顆發(fā)光二極管相互串聯(lián)方式說明，其中，該 四個發(fā)光二極管元件1可于同一層藍(lán)寶石基板IO上磊晶長成，經(jīng)由同 一層的藍(lán)寶石基板10下方鍍設(shè)的同一第一金屬接著層17及該硅元件
組2的硅元件20上方鍍設(shè)的同一第二金屬接著層22相互接合而形成 多顆發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)(本實施例以四顆為例，但于實施時，可于該 硅元件組2的硅元件20上方結(jié)合一顆發(fā)光二極管元件1，以形成單顆 發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)，或于該硅元件組2的硅元件20上方結(jié)合二顆或三 顆，亦或五顆...等發(fā)光二極管元件1，以形成多顆發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu))。 而該發(fā)光二極管元件1的藍(lán)寶石基板10與硅元件組2的硅元件20相 互電性連接的方式采用打線，于第一個發(fā)光二極管元件l (如圖3中， 位于最左邊的發(fā)光二極管元件1)的P型金屬電極16與該硅元件組2 的硅元件20上方一側(cè)(圖中的左側(cè))的導(dǎo)電金屬層21之間設(shè)有一連 接導(dǎo)線30，而最后一個發(fā)光二極管元件1 (如圖3中，位于最右邊的 發(fā)光二極管元件1)的N型金屬電極13與該硅元件組2的硅元件20上 方另一側(cè)(如圖3中，為右側(cè))的導(dǎo)電金屬層21之間設(shè)有一連接導(dǎo)線 30。此外，請再參閱圖3，當(dāng)該硅元件組2上方結(jié)合至少二顆發(fā)光二極 管元件1時，各發(fā)光二極管元件1彼此間的電極區(qū)(P型金屬電極16 及N型金屬電極13)以一連接導(dǎo)線30 (該連接導(dǎo)線30采用導(dǎo)電性佳 的金屬線)電性連接的方式，而將位于中間的發(fā)光二極管元件1 (如 第二及第三個發(fā)光二極管元件1)上的P型金屬電極16及N型金屬電 極13與前后的發(fā)光二極管元件1上的N型金屬電極13及P型金屬電 極16相互電性連接，即該第二個發(fā)光二極管元件1上的P型金屬電極 16以一連接導(dǎo)線30電性連接至前一個(即第一個)發(fā)光二極管元件l 上的N型金屬電極13上，而該第二個發(fā)光二極管元件1上的N型金屬 電極13以另一連接導(dǎo)線30電性連接至后一個(即第三個)發(fā)光二極 管元件1的P型金屬電極16上，而該第三個、第四個發(fā)光二極管元件 1如同前述的方式打線連接，由此，以使該四個發(fā)光二極管元件1彼此 電性導(dǎo)通。
另請參閱圖4，本實施例中以四顆發(fā)光二極管相互串聯(lián)方式說明，當(dāng)該硅元件組2上方結(jié)合至少二顆的發(fā)光二極管元件1時，各發(fā)光二
極管元件1彼此間另可采用半導(dǎo)體制程方式披覆一金屬層32，以電性 連接各發(fā)光二極管元件1彼此間的電極區(qū)(P型金屬電極16及N型金 屬電極13)，該金屬層32可采用鉻、金、鋁、鎳、鈦、鉑、銀、錫、 銅、鎢等金屬或或其合金所組成的群組的其中任一。于各發(fā)光二極管 元件I的藍(lán)寶石基板IO、 N型氮化鎵歐姆接觸層11、氮化銦鎵發(fā)光層 12、 P型氮化鎵歐姆接觸層14、透光導(dǎo)電層15之外進(jìn)一步披覆一絕緣 層31 ，且各發(fā)光二極管元件1彼此間的N型金屬電極13與P型金屬電 極16上方各設(shè)有一金屬層32相互連接，以供形成電性導(dǎo)通。也就是 除了各發(fā)光二極管元件1上的P型金屬電極16及N型金屬電極13之 外，其余在該藍(lán)寶石基板IO上方相互結(jié)合的各層的外側(cè)進(jìn)一步設(shè)有一 絕緣層31，該絕緣層31可采用氧化硅或氮化硅，而各發(fā)光二極管元件 1彼此相鄰間的N型金屬電極13與P型金屬電極16上方各設(shè)有一金屬 層32相互形成電性連接，故，使第一顆發(fā)光二極管元件1的N型金屬 電極13與第二顆發(fā)光二極管元件1的P型金屬電極16之間設(shè)有一金 屬層32，而第二顆發(fā)光二極管元件1的N型金屬電極13與第三顆發(fā)光 二極管元件1的P型金屬電極16之間設(shè)有一金屬層32，后續(xù)第三、第 四顆發(fā)光二極管元件1的金屬層32電性連接方式同前不再贅述，由此， 以供各發(fā)光二極管元件1形成電性導(dǎo)通。當(dāng)各發(fā)光二極管元件1彼此 間電性連接之后，并將該四個發(fā)光二極管元件1中的第一及第四個發(fā) 光二極管元件1與該硅元件組2的硅元件20，如前圖3的敘述中提到， 以打線電性連接，再于該硅元件組2的硅元件20二側(cè)的導(dǎo)電金屬層21 上分別設(shè)置一連接導(dǎo)線30,以供電性連接至外部的電性端；依上述方 式即可形成多顆發(fā)光二極管的相互串聯(lián)結(jié)構(gòu)，另外，其它的該多顆發(fā) 光二極管相互并聯(lián)或串并聯(lián)組合的結(jié)構(gòu)，不再贅述。
請參閱圖5，本發(fā)明的制法包括以下步驟
步驟一.制作至少一發(fā)光二極管元件41:于一藍(lán)寶石基板10上進(jìn) 行至少一發(fā)光二極管的磊晶后，將該藍(lán)寶石基板IO的厚度磨薄，使該 藍(lán)寶石基板10的厚度為至多150|im (micrometer, n為10—6)(本實施例中采用最佳厚度范圍30至100pm之間)，以供減低該藍(lán)寶石基板10 的散熱性不佳的影響，之后，于該藍(lán)寶石基板IO的下方鍍上至少一第 一金屬接著層17，以完成該至少一發(fā)光二極管元件1的制作。
步驟二.制作硅元件組42:于該硅元件20上方的二側(cè)分別形成一 導(dǎo)電金屬層21，再于該硅元件20上方對應(yīng)于該發(fā)光二極管元件1的藍(lán) 寶石基板10下方的第一金屬接著層17處鍍上至少一第二金屬接著層 22，以完成該硅元件組2的制作。
步驟三.將至少一發(fā)光二極管元件結(jié)合于硅元件組的上方43:以該 發(fā)光二極管元件1的藍(lán)寶石基板10下方的第一金屬接著層17與硅元 件組2的硅元件20上方的第二金屬接著層22相互對應(yīng)結(jié)合，其結(jié)合 的方式可采用熱壓、超音波、共晶等的其中任一半導(dǎo)體接著方式，以 供接著形成至少一發(fā)光二極管。
步驟四.將至少一發(fā)光二極管元件與硅元件組電性連接44:采用打 線方式，于該發(fā)光二極管元件1的P型金屬電極16與硅元件組2上方 一側(cè)的導(dǎo)電金屬層21之間設(shè)有一連接導(dǎo)線30 (該連接導(dǎo)線30采用導(dǎo) 電性佳的金屬線)，而于該發(fā)光二極管元件1的N型金屬電極13與硅 元件組2上方另一側(cè)的導(dǎo)電金屬層21之間設(shè)有另一連接導(dǎo)線30,以供 使發(fā)光二極管元件1與硅元件組2相互電性連接；再者，該硅元件組2 的硅元件20上方二側(cè)的各導(dǎo)電金屬層21上另設(shè)有一連接導(dǎo)線30，以 供與外部電性端電性接；由此，即完成發(fā)光二極管的制作。
其中，該上述的發(fā)光二極管元件I包括有一藍(lán)寶石基板IO、 一N 型氮化鎵歐姆接觸層ll、 一氮化銦鎵發(fā)光層12、 一N型金屬電極13、 一P型氮化鎵歐姆接觸層14、 一透光導(dǎo)電層15、 一P型金屬電極16 及一第一金屬接著層17;而該藍(lán)寶石基板10上方形成該N型氮化鎵歐 姆接觸層11，該N型氮化鎵歐姆接觸層11上方的一側(cè)形成該氮化銦鎵 發(fā)光層12，而該N型氮化鎵歐姆接觸層11上方的另一側(cè)形成該N型金
16屬電極13，且該N型氮化鎵歐姆接觸層11與N型金屬電極13相互電 性耦合，而該氮化銦鎵發(fā)光層12上方形成該P型氮化鎵歐姆接觸層14， 該P型氮化鎵歐姆接觸層14上方形成該透光導(dǎo)電層15，該透光導(dǎo)電層 15上方形成該P型金屬電極16，且該透光導(dǎo)電層15與P型金屬電極 16相互電性耦合，而該第一金屬接著層17鍍設(shè)于該藍(lán)寶石基板10的 下方。
其中，該硅元件組2的硅元件20可實施為硅基板，或是可為以硅 基板制作形成的雙向二極管(即稽納二極管)，另或是可為以硅基板制 作形成的電阻等結(jié)構(gòu)，進(jìn)而可具改善散熱問題及增加導(dǎo)電率，或兼具 靜電保護(hù)，另或是可防止因流經(jīng)發(fā)光二極管的電流過大而造成燒毀的 效果。
而該第一金屬接著層17及該第二金屬接著層22可選自銀、鋁、 鎳、鈦、金、鉬、金錫、錫、鉤及其合金所組成的群組的其中任一種， 以供該發(fā)光二極管元件1與硅元件組2相互對應(yīng)結(jié)合用，并借助該第 一金屬接著層17及該第二金屬接著層22金屬材質(zhì)，使具導(dǎo)電及散熱 佳，以及具有反射功能的效果。該透光導(dǎo)電層15可為氧化銦、氧化錫、 氧化銦鉬、氧化銦鈰、氧化鋅、氧化銦鋅、氧化鎂鋅、氧化錫鎘、氧 化銦錫...等的其中任一，以供減少接觸電阻及增加透光率。
此外，于實際實施時，該硅元件20上所結(jié)合的發(fā)光二極管元件1 可設(shè)有一個以上(如圖3、 4所示)，以供形成多顆發(fā)光二極管相互串 聯(lián)，或是并聯(lián)，另或形成多顆發(fā)光二極管相互串及并聯(lián)組合的結(jié)構(gòu)， 以供發(fā)光二極管的混光或增強(qiáng)光源亮度...等延伸應(yīng)用，另外，通過該 多顆發(fā)光二極管的連接，可使應(yīng)用端(發(fā)光二極管的制成產(chǎn)品)直接 用于交流電壓源的使用，免除一般發(fā)光二極管(LED)用于市電需要整 流器或變壓器造成成本過高的原因。
其中，當(dāng)該硅元件組2上方結(jié)合至少二顆的發(fā)光二極管元件1時，各發(fā)光二極管元件1彼此之間可采用打線(如圖3)或可采用半導(dǎo)體制
程方式以披覆一金屬層32的電性連接方式(如圖4)，使各發(fā)光二極管 元件1彼此的電極區(qū)(P型金屬電極16及N型金屬電極13)形成電性 導(dǎo)通，而該金屬層32可采用鉻、金、鋁、鎳、鈦、鉑、銀、錫、銅、 鎢等金屬或其合金所組成的群組的其中任一。以圖3及圖4為例，以 四顆發(fā)光二極管元件1相互串聯(lián)的結(jié)構(gòu)說明各發(fā)光二極管元件1彼此 間的電性連接方式，其打線方式(如圖3所示)在各發(fā)光二極管元件l 彼此間的電極區(qū)(P型金屬電極16及N型金屬電極13)設(shè)有一連接導(dǎo) 線30，該連接導(dǎo)線30采用導(dǎo)電性佳的金屬線，以供電性連接，即第一 顆發(fā)光二極管元件1的N型金屬電極13與第二顆發(fā)光二極管元件1的 P型金屬電極16之間設(shè)有一連接導(dǎo)線30，而第二顆發(fā)光二極管元件1 的N型金屬電極13與第三顆發(fā)光二極管元件1的P型金屬電極16之 間設(shè)有一連接導(dǎo)線30，第三、第四顆發(fā)光二極管元件1的打線方式同 前，以形成電性連接。而另一種以半導(dǎo)體制程方式披覆一金屬層32電 性連接的方式(如圖4所示)，當(dāng)該硅元件組2上方結(jié)合至少二顆的發(fā) 光二極管元件1后，該硅元件2上方相互結(jié)合的各層的外側(cè)進(jìn)一步以 半導(dǎo)體制程方式覆蓋一絕緣層31，該絕緣層31可采用氧化硅或氮化硅， 再用干蝕刻法露出各發(fā)光二極管元件1的N型金屬電極13與P型金屬 電極16之后，而于各發(fā)光二極管元件1的N型金屬電極13與P型金 屬電極16之間披覆一金屬層32相互電性連接。
綜上所述，請再參閱圖1 8，本發(fā)明的特點為通過至少一發(fā)光 二極管元件1、 一硅元件組2及至少二連接導(dǎo)線30的組合設(shè)計，該硅 元件組2結(jié)合于該發(fā)光二極管元件1下方，該硅元件組2包括有一硅 元件20，該發(fā)光二極管元件1包括有一藍(lán)寶石基板10，而于該藍(lán)寶石 基板10上成長磊晶后，將該藍(lán)寶石基板10磨薄，使該藍(lán)寶石基板IO 的厚度為至多150pm (micrometer)(本實施例中采用最佳厚度范圍30 至100)am之間)，以供降低該藍(lán)寶石基板IO對于發(fā)光二極管的散熱性 的影響；再借助于該發(fā)光二極管元件1的藍(lán)寶石基板IO下方設(shè)置該第 一金屬接著層17，而于該硅元件組2的硅元件20上方對應(yīng)設(shè)置一第二金屬接著層22，以使該發(fā)光二極管元件1的第一金屬接著層17與硅元 件組2的硅元件20上方的第二金屬接著層22可借助熱壓、超音波、 共晶等方式結(jié)合，使該發(fā)光二極管元件1不需移除該藍(lán)寶石基板10就 可結(jié)合于該導(dǎo)熱性佳的硅元件20上方，以供便于大量生產(chǎn)制作及可同 時改善散熱問題，進(jìn)而可降低制作的成本，另外，該第一金屬接著層 17與第二金屬接著層22采用導(dǎo)電性佳的金屬材質(zhì)，使具導(dǎo)電佳及散熱 佳，以及具有反射功能，進(jìn)而具增進(jìn)發(fā)光二極管的出光率的效果；另 通過該硅元件組2的硅元件20可采用硅基板，使具提高散熱性及導(dǎo)電 率的效果，或該硅元件20可采用以硅基板制作形成的雙向二極管(即 稽納二極管)，而使發(fā)光二極管除了具備硅基板的高散熱性及導(dǎo)電率佳 的優(yōu)點之外，可進(jìn)一步具有抗靜電保護(hù)，以延長使用壽命的效果；另 或該硅元件20亦可實施為以硅基板制作形成的電阻，而兼具硅基板的 絕佳的散熱性及導(dǎo)電率的特性，以及進(jìn)一步防止在定電壓源下流經(jīng)發(fā) 光二極管的電流過高，進(jìn)而具避免負(fù)載過高造成燒毀的功效；更通過 本發(fā)明可于該硅元件組2的硅元件20上結(jié)合一個以上的發(fā)光二極管元 件l，而可形成多顆發(fā)光二極管相互串聯(lián)、并聯(lián)或串聯(lián)及并聯(lián)組合的發(fā) 光二極管結(jié)構(gòu)，以供達(dá)到發(fā)光二極管混光、數(shù)顆發(fā)光二極管相連接以 增強(qiáng)發(fā)光源亮度...等延伸使用性的功效，另外，通過該多顆發(fā)光二極 管的連接，可使其應(yīng)用端(該發(fā)光二極管的制成產(chǎn)品)直接用于交流 電壓源的使用，以免除了一般發(fā)光二極管(LED)用于市電(交流電壓 源)需要整流器或變壓器導(dǎo)致成本過高的缺點；綜上所述可知，本發(fā) 明具有便于制作、適合大量產(chǎn)生、可降低制程的成本，同時可解決散 熱問題及延長使用壽命的效果，以增進(jìn)本發(fā)明的實用性及便利性。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，不應(yīng)用于局限本發(fā)明的可實 施范圍，凡根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容所作的部份修改，而未違背本發(fā)明的精 神時，皆應(yīng)屬本發(fā)明的范圍。
19
權(quán)利要求
1. 一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)包括至少一發(fā)光二極管元件，該發(fā)光二極管元件包括有一藍(lán)寶石基板、一N型氮化鎵歐姆接觸層、一氮化銦鎵發(fā)光層、一N型金屬電極、一P型氮化鎵歐姆接觸層、一透光導(dǎo)電層、一P型金屬電極及一第一金屬接著層，而該藍(lán)寶石基板上方設(shè)有該N型氮化鎵歐姆接觸層，該N型氮化鎵歐姆接觸層上方的一側(cè)設(shè)有該氮化銦鎵發(fā)光層，該N型氮化鎵歐姆接觸層上方的另一側(cè)電性耦合該N型金屬電極，而該氮化銦鎵發(fā)光層上方設(shè)有該P型氮化鎵歐姆接觸層，該P型氮化鎵歐姆接觸層上方設(shè)有該透光導(dǎo)電層，該透光導(dǎo)電層上方電性耦合該P型金屬電極，而該第一金屬接著層設(shè)于該藍(lán)寶石基板的下方；一硅元件組，該硅元件組結(jié)合于該發(fā)光二極管元件的下方，該硅元件組包括有一硅元件，該硅元件上方的二側(cè)各設(shè)有一導(dǎo)電金屬層，而該硅元件上方二側(cè)的導(dǎo)電金屬層之間且對應(yīng)該發(fā)光二極管元件的藍(lán)寶石基板下方的第一金屬接著層處設(shè)有至少一第二金屬接著層，以供該硅元件組的硅元件上方的第二金屬接著層對應(yīng)結(jié)合于該發(fā)光二極管元件的藍(lán)寶石基板下方的第一金屬接著層的下方；以及至少二連接導(dǎo)線，該至少二連接導(dǎo)線供該發(fā)光二極管元件與硅元件組相互電性連接，其中一連接導(dǎo)線設(shè)于該至少一發(fā)光二極管元件的P型金屬電極與硅元件組上方一側(cè)的導(dǎo)電金屬層之間，而另一連接導(dǎo)線設(shè)于該至少一發(fā)光二極管元件的N型金屬電極與硅元件組上方另一側(cè)的導(dǎo)電金屬層之間；由此，形成一具便于實施、適合大量生產(chǎn)、降低制作成本及解決散熱問題的發(fā)光二極管。
2. 如權(quán)利要求l所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中，該藍(lán)寶石基板的 厚度至多為150(im。
3. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中，該硅元件組的硅元件采用硅基板、以硅基板制成的電阻、以硅基板制成的雙向二極管 其中任一。
4. 如權(quán)利要求l所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中，該第一金屬接著 層及該第二金屬接著層選自銀、鋁、鎳、鈦、金、鉑、金錫、錫、鎢 及其合金所組成的群組的其中任一種。
5. 如權(quán)利要求l所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中，該發(fā)光二極管元 件的藍(lán)寶石基板下方的第一金屬接著層與硅元件組的硅元件上方的第 二金屬接著層相互結(jié)合的方式采用熱壓、超音波、共晶的其中任一。
6. 如權(quán)利要求l所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中，該硅元件組上方結(jié)合至少二顆發(fā)光二極管元件，而各發(fā)光二極管元件彼此間設(shè)有一連 接導(dǎo)線，以供電性連接。
7. 如權(quán)利要求l所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中，該硅元件組上方 結(jié)合至少二顆的發(fā)光二極管元件，而各發(fā)光二極管元件的藍(lán)寶石基板、 N型氮化鎵歐姆接觸層、氮化銦鎵發(fā)光層、P型氮化鎵歐姆接觸層、 透光導(dǎo)電層外進(jìn)一步披覆一絕緣層，且各發(fā)光二極管元件彼此間的N 型金屬電極與P型金屬電極上方各設(shè)有一金屬層相互連接，以供形成 電性導(dǎo)通。
8. 如權(quán)利要求1、 6或7所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中，該硅元 件組上所結(jié)合的發(fā)光二極管元件至少為二顆，而各發(fā)光二極管元件之 間結(jié)合方式采用為串聯(lián)、并聯(lián)、串聯(lián)及并聯(lián)組合的其中任一。
9. 一種發(fā)光二極管的制法，其特征在于，該發(fā)光二極管的制法包 括下列步驟步驟一.制作至少一發(fā)光二極管元件于一藍(lán)寶石基板上進(jìn)行至少一發(fā)光二極管的磊晶后，再于該藍(lán)寶石基板的下方鍍上至少一第一金屬接著層，以完成至少一發(fā)光二極管元件的制作；步驟二.制作硅元件組于該硅元件上方的二側(cè)分別形成一導(dǎo)電金 屬層，再于該硅元件上方對應(yīng)于該發(fā)光二極管元件的藍(lán)寶石基板下方 的第一金屬接著層處鍍上至少一第二金屬接著層，以完成該硅元件組 的制作；步驟三.將至少一發(fā)光二極管元件結(jié)合于硅元件組的上方以該發(fā) 光二極管元件的藍(lán)寶石基板下方的第一金屬接著層與硅元件組的硅元 件上方的第二金屬接著層相互對應(yīng)結(jié)合，而接著形成一發(fā)光二極管； 以及步驟四.將至少一發(fā)光二極管元件與硅元件組電性連接釆用打線 方式，于該發(fā)光二極管元件的P型金屬電極與硅元件組上方一側(cè)的導(dǎo) 電金屬層之間設(shè)有一連接導(dǎo)線，而于該發(fā)光二極管元件的N型金屬電 極與硅元件組上方另一側(cè)的導(dǎo)電金屬層之間設(shè)有另一連接導(dǎo)線，以供 使發(fā)光二極管元件與硅元件組相互電性連接；由此，即完成發(fā)光二極管的制作。
10. 如權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管的制法，其中，該發(fā)光二極 管元件包括有一藍(lán)寶石基板、一N型氮化鎵歐姆接觸層、 一氮化銦鎵 發(fā)光層、一N型金屬電極、一P型氮化鎵歐姆接觸層、 一透光導(dǎo)電層、 一P型金屬電極及一第一金屬接著層，而該藍(lán)寶石基板上方形成該N 型氮化鎵歐姆接觸層，該N型氮化鎵歐姆接觸層上方的一側(cè)形成該氮 化銦鎵發(fā)光層，而該N型氮化鎵歐姆接觸層上方的另一側(cè)形成該N型 金屬電極，且該N型氮化鎵歐姆接觸層與N型金屬電極相互電性耦合， 而該氮化銦鎵發(fā)光層上方形成該P型氮化鎵歐姆接觸層，該P型氮化 鎵歐姆接觸層上方形成該透光導(dǎo)電層，該透光導(dǎo)電層上方形成該P型 金屬電極，且該透光導(dǎo)電層與P型金屬電極相互電性耦合，而該第一 金屬接著層鍍設(shè)于該藍(lán)寶石基板的下方。
11. 如權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管的制法，其中，該硅元件組 的硅元件采用硅基板、以硅基板制成的電阻、以硅基板制成的雙向二極管其中任一。
12. 如權(quán)利要求9或IO所述的發(fā)光二極管的制法，其中，該第一金屬接著層及第二金屬接著層選自銀、鋁、鎳、鈦、金、鉑、金錫、 錫、鎢及其合金所組成的群組的其中任一種。
13. 如權(quán)利要求9或IO所述的發(fā)光二極管的制法，其中，該藍(lán)寶 石基板的厚度磨薄為至多150pm。
14. 如權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管的制法，其中，該發(fā)光二極 管元件的藍(lán)寶石基板下方的第一金屬接著層與硅元件組的硅元件上方 的第二金屬接著層相互對應(yīng)結(jié)合的方式采用熱壓、超音波、共晶的其 中任一種半導(dǎo)體接著方式。
15. 如權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管的制法，其中，該硅元件組 上方結(jié)合至少二顆發(fā)光二極管元件，而各發(fā)光二極管元件彼此間設(shè)有 一連接導(dǎo)線，以供電性連接。
16. 如權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管的制法，其中，該硅元件組 上方結(jié)合至少二顆發(fā)光二極管元件后，該硅元件上方相互結(jié)合的各層 的外側(cè)進(jìn)一步以半導(dǎo)體制程方式覆蓋一絕緣層，再用干蝕刻法露出各 發(fā)光二極管元件的N型金屬電極與P型金屬電極后，于各發(fā)光二極管 元件的N型金屬電極與P型金屬電極之間披覆一金屬層相互電性連 接。
17. 如權(quán)利要求9、 15或16所述的發(fā)光二極管的制法，其中，該 硅元件上結(jié)合至少二顆發(fā)光二極管元件，而各發(fā)光二極管元件彼此間 的結(jié)合方式采用為串聯(lián)、并聯(lián)、串聯(lián)及并聯(lián)組合的其中任一。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)及其制法，該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)包括有至少一發(fā)光二極管元件、一硅元件組及至少二連接導(dǎo)線。該硅元件組結(jié)合于該發(fā)光二極管元件的下方，而該發(fā)光二極管元件包括有一藍(lán)寶石基板，且于藍(lán)寶石基板上成長磊晶后再將藍(lán)寶石基板磨薄，且于其下方鍍上一第一金屬接著層，而該硅元件組包括有一硅元件，并于硅元件的上方對應(yīng)該第一金屬接著層處鍍上有一第二金屬接著層，以供該發(fā)光二極管元件與硅元件組相互對應(yīng)結(jié)合，且彼此間設(shè)有至少二連接導(dǎo)線電性連接，以形成一便于實施、適合大量生產(chǎn)、降低制作成本及解決散熱問題的發(fā)光二極管。
文檔編號H01L23/36GK101546762SQ20081008726
公開日2009年9月30日 申請日期2008年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月24日
發(fā)明者宋嘉斌, 陳柏洲, 黃國瑞 申請人:鼎元光電科技股份有限公司