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TWI520378B - 覆晶式發光二極體及其應用 - Google Patents

覆晶式發光二極體及其應用 Download PDF

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TWI520378B
TWI520378B TW101138866A TW101138866A TWI520378B TW I520378 B TWI520378 B TW I520378B TW 101138866 A TW101138866 A TW 101138866A TW 101138866 A TW101138866 A TW 101138866A TW I520378 B TWI520378 B TW I520378B
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甘明吉
宋健民
蔡百揚
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錸鑽科技股份有限公司
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Description

覆晶式發光二極體及其應用
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和熱膨脹係數差異(coefficient thermal expansion mismatch)及提升輸出光率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。
西元1962年，通用電氣公司的尼克‧何倫亞克(Nick Holonyak Jr.)開發出第一種實際應用的可見光發光二極體(Light Emitting Diode，LED)，而隨著科技日益更新，各種色彩發光二極體開發也應蘊而生。而對於現今人類所追求永續發展為前提的情形下，發光二極體的低耗電量以及長效性的發光等優勢下，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。
21世紀起，電子產業的蓬勃發展，電子產品在生活上已經成為不可或缺的一部分，因此企業對於電子產品開發方向以多功能及高效能發展等為主，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此外，由於發光二極體內所激發的光線係以一放射方式擴散，並非所有光線都會經由發光二極體表面而散射出，故造成出光率不佳，且無法達到最有效之出光率。
據此，申請人於所提出之中華民國專利申請號第100146548、100146551以及101120872號中均已揭露以類鑽碳與導電材料所組成之堆疊結構或多層結構可有效地改善發光二極體之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，惟相關前案並未揭露其最佳化之堆疊結構散熱效率。是以，為最佳化散熱效率，申請人經詳加研究後，更具體提出特定導電材料及類鑽碳經適當堆疊後，即可最佳化發光二極體之散熱效率。
本發明之主要目的係在提供一種覆晶式發光二極體，其具有緩和熱膨脹係數差異及提升輸出光率的結構設計，可在發光二極體運作產生熱量的過程中持續使熱量散失。即使有部分熱量並未自發光二極體中散失而促使整體結構產生熱膨脹或變形，其中設置的類鑽碳/導電材料多層複合結 構亦可緩和對應的熱應力，而保護不受損傷，並且能藉由絕緣保護層匯聚光束而提升輸出光率。
為達成上述目的，本發明之一態樣提供一種覆晶式發光二極體，包括：一基板，具有一第一表面以及一相對於該第一表面之第二表面；一半導體磊晶多層複合結構，其位於該基板之該第二表面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；一第一電極，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；一第一類鑽碳/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，並覆蓋於該第一電極上方，且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；一第二電極，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；以及一第二類鑽碳/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電極上方，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。此外，於本發明之另一態樣中，該覆晶式發光二極體更包括一絕緣保護層，其係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，並且在其對應電極上皆設計成濺鍍成類鑽碳/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型電極的N型之複合結構。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型電極的P型之複合結構。
上述絕緣保護層係為一具有不同折射率材料之堆疊結構，當發光二極體通入電流後，可使電子激發形成光線，並使光線向發光二極體之表面及側面進行擴散，此時，即可藉由絕緣保護層將擴散至側面光線反射至覆晶式發光二極體之出光面，進而提升出光率。
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。
綜上所述，本發明覆晶式發光二極體可提升其整體輸出光率，並避免元件光電特性變差，進而提高其可靠度與壽命。
本發明上述覆晶式發光二極體中，該絕緣保護層係由兩種或以上之不同折射率材料堆疊設置；其中，上述該不同折射率材料可至少一選自由類鑽碳(DLC)、氧化鈦(TixOy)、二氧化矽(SiO2)、氮化矽(SiN)、砷化鎵(GaAs)、砷化鋁(AlAs)所組成之群組，其中，氧化鈦(TixOy)可使用如氧化鈦(TiO)、二氧化鈦(TiO2)或三氧化二鈦(Ti2O3)等；在本發明中，絕緣保護層內的不同折射率材料可以依序週期性堆疊設置而具有布拉格反射鏡 (Distribute Bragg Reflector,DBR)之特性，且使得發光二極體中發射至側面之光線可藉由絕緣保護層反射至覆晶式發光二極體之出光面，進而提升輸出光率；此外，在本發明中，更可以在絕緣保護層之外側設置一金屬保護層，該金屬保護層可至少一選自由鋁(Al)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、鎳(Ni)、銀(Ag)、金(Au)、鉑(Pt)、或其合金所組成之群組，因此，藉由該金屬保護層，更能增加發光二極體發射至側面之光線反射至覆晶式發光二極體之出光面之反射率，進而更加提升輸出光率。
較佳而言，在第二表面可藉由蝕刻或顯影處理，使第二表面形成一圖形化表面，並可有效提升發光二極體的出光率，且可以控制其偏極以及光場分佈。
此外，在第一表面可藉由蝕刻或顯影處理，使第一表面形成一圖形化表面或一粗糙化表面，並可有效提升發光二極體的出光率。
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更可以包括一無摻雜半導體磊晶層，該無摻雜半導體磊晶層係夾置於該第一半導體磊晶層與該基板之該第二表面之間；因此，該無摻雜半導體磊晶層當作該第一半導體磊晶層與該基板之間的一緩衝層，避免該第一半導體磊晶層與該基板之間晶格不匹配程度過大，並防止成長該第一半導體磊晶層時，其磊晶缺陷密度過高之情形出現，並且可避免上述覆晶式發光二極體有靜電放電及電流漏電之情形。
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，本發明上述覆晶式發光二極體結構中設有該盲孔，而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。較佳而言，該第一半導體磊晶層、該第一電極以及該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構係N型，該第二半導體磊晶層、該第二電極以及該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構係P型。
上述該導電材料層或該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)、鉑(Pt)、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)、鉬(Mo)、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。
於本發明之一具體態樣中，上述第一類鑽碳/導電材料多層複合結構可包括一第一類鑽碳/金屬堆疊層與一第一金屬合金層，且該第一金屬合金層係設置於該第一類鑽碳/金屬堆疊層上；以及上述第二類鑽碳/導電材料多層複合結構可包括一第二類鑽碳/金屬堆疊層與一第二金屬合金層，且該第二金屬合金層係設置於該第二類鑽碳/金屬堆疊層上。舉例而言，該第一 類鑽碳/金屬堆疊層、以及該第二類鑽碳/金屬堆疊層可為1至10層類鑽碳與1至10層鈦交互堆疊設置之多層結構，並且以類鑽碳各自獨立電性連接該第一金屬合金層及該第二金屬合金層；在本發明之另一態樣中，該第一類鑽碳/金屬堆疊層、以及該第二類鑽碳/金屬堆疊層可為2至4層類鑽碳與2至4層鈦交互堆疊設置之多層結構，並且以類鑽碳各自獨立電性連接該第一金屬合金層及該第二金屬合金層；而該第一金屬合金層、以及該第二金屬合金層則可為鈦/鉬/鈦依序堆疊設置之三層結構，並且以鈦各自獨立電性連接該第一類鑽碳/金屬堆疊層，以及該第二類鑽碳/金屬堆疊層。據此，該類鑽碳/導電材料多層複合結構即可形成5至23層由類鑽碳、鈦及鉬所堆疊而成之多層複合結構，從而最佳化本發明覆晶式發光二極體之散熱效率。
在本發明之一較佳態樣中，該第一類鑽碳/金屬堆疊層、以及該第二類鑽碳/金屬堆疊層可為2層類鑽碳與2層鈦交互堆疊設置之多層結構，而該第一金屬合金層、以及該第二金屬合金層則可為鈦/鉬/鈦依序堆疊設置之三層結構，因此，該類鑽碳/導電材料多層複合結構即可形成7層由類鑽碳、鈦及鉬所堆疊而成之多層複合結構；在本發明另一較佳態樣中，該第一類鑽碳/金屬堆疊層、以及該第二類鑽碳/金屬堆疊層可為4層類鑽碳與4層鈦交互堆疊設置之多層結構，而該第一金屬合金層、以及該第二金屬合金層則可為鈦/鉬/鈦依序堆疊設置之三層結構，因此，該類鑽碳/導電材料多層複合結構即可形成11層由類鑽碳、鈦及鉬所堆疊而成之多層複合結構；在本發明中該第一類鑽碳/金屬堆疊層以及該第二類鑽碳/金屬堆疊層，或該第一金屬合金層及該第二金屬合金層，均可視使用的需求而隨時任意調整，且前述結構均可以具有相同或不同之多疊層數或成份，本發明並未侷限於此。
本發明覆晶式發光二極體，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可形成一共平面；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可形成一共平面。
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。
上述第一金屬焊接層或第二金屬焊接層之材質可以選自由矽(Si)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、鋁(Al)、鉑(Pt)、金(Au)、錫(Sn)、銦(In)、鉻(Cr)、或其合金所組群組之至少一者。換言之，第一金屬焊接層或第二金屬焊接層可使用上述材質之合金或金屬混合物構成，其選擇為熱擴散係數高之材質，使得覆晶式發光二極體使用時，散熱效率提高。
本發明上述覆晶式發光二極體可以選擇性更包含一反射層，夾置於該半導體磊晶多層複合結構與該第二電極之間，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。
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，其係經由該第一金屬焊接層以及該第二金屬焊接層封裝於該電路載板。
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。
2、4‧‧‧覆晶式發光二極體
20、40‧‧‧基板
201、401‧‧‧第一表面
202、402‧‧‧第二表面
21、41‧‧‧半導體磊晶多層複合結構
211、411‧‧‧無摻雜半導體磊晶層
212、412‧‧‧第一半導體磊晶層
213、413‧‧‧活性中間層
214、414‧‧‧第二半導體磊晶層
22、42‧‧‧反射層
23、43‧‧‧盲孔
241、441‧‧‧第二電極
242、442‧‧‧第二類鑽碳/導電材料多層複合結構
251、451‧‧‧第一電極
252、452‧‧‧第一類鑽碳/導電材料多層複合結構
2521‧‧‧第一類鑽碳/金屬堆疊層
25211‧‧‧類鑽碳
25213,25223‧‧‧鈦
2522‧‧‧第一金屬合金層
25222‧‧‧鉬
26、46‧‧‧絕緣保護層
261‧‧‧第一絕緣層
262‧‧‧第二絕緣層
27‧‧‧金屬保護層
28、48‧‧‧第二金屬焊接層
29、49‧‧‧第一金屬焊接層
6‧‧‧電路載板
60‧‧‧電路基板
61‧‧‧絕緣層
62‧‧‧焊料
63‧‧‧電性連接墊
圖1A至圖1H係本發明實施例一之覆晶式發光二極體之製備方法的流程結構示意圖。
圖2A及圖2B係本發明實施例一之側面結構示意圖。
圖3A及圖3B係本發明覆晶式發光二極體之類鑽碳/導電材料多層複合結構示意圖。
圖4A及圖4B係本發明覆晶式發光二極體之類鑽碳/導電材料多層複合結構電阻測試圖。
圖5係本發明實施例二之覆晶式發光二極體之結構示意圖。
圖6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7顯示本發明實施例二中晶片板上封裝結構之結構示意圖。
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1H係本發明實施例一之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，具有一第一表面201以及一相對於該第一表面201之第二表面202。接著，如圖1B所示，於該基板20之該第二表面202上方形成一半導體磊晶多層複合結構21，其中，該半導體磊晶多層複合結構21包含一無摻雜半導體磊晶層211、一第一半導體磊晶層212、一活性中間層213、以及一第二半導體磊晶層214，其中，該無摻雜半導體磊晶層211、該第一半導體磊晶層212、該活性中間層213與該 第二半導體磊晶層214係層疊設置，該無摻雜半導體磊晶層211係夾置於該第一半導體磊晶層212與該基板20之間，而該活性中間層213係夾置於該第一半導體磊晶層212與該第二半導體磊晶層214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212係N型，該第二半導體磊晶層214係P型，而該無摻雜半導體磊晶層211則當作該第一半導體磊晶層212與該基板20之間的一緩衝層，避免該第一半導體磊晶層212與該基板20之間晶格不匹配程度過大，並防止成長該第一半導體磊晶層212時，其磊晶缺陷密度過高之情形出現，並且可避免本實施例之覆晶式發光二極體有靜電放電及電流漏電之情形。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，而於本實施例中，該活性中間層213為多量子井層，用以提升發光二極體中電能轉換成光能的效率。
請繼續參閱圖1B，於該半導體磊晶多層複合結構21之該第二半導體磊晶層214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，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，則可跳過形成反射層22之步驟而無需進行。
然後，請參閱圖1C，於該半導體磊晶多層複合結構21開設一盲孔23，其中，該盲孔23貫穿該第二半導體磊晶層214，且該盲孔23抵止於該第一半導體磊晶層212上。接著，請參閱1D，於該第二半導體磊晶層214上方形成一第二電極241。再來，請參閱圖1E，該盲孔23中形成一第一電極251，且該一第一電極251位於該半導體磊晶多層複合結構21之該第一半導體磊晶層212上。於本實施例中，該第二電極241及該第一電極251之材料係為鉻/金/鉑合金，而該第二電極241係為P型，以及該第一電極251係為N型。
接著，請參閱圖1F，形成一絕緣保護層26，其覆蓋該反射層22之側壁，該第二電極241之側壁並暴露部分該第二電極241表面，以及覆蓋該半導體磊晶多層複合結構21之該第一半導體磊晶層212之側壁、該活性中間層213之側壁、該第二半導體磊晶層214之側壁，以及該盲孔23之內壁表面並顯露由該盲孔23暴露的該第一電極251表面。該絕緣保護層26係為具有不同反射性材料之堆疊結構(於圖2A說明)，係用於保護其所覆蓋的該第一半導體磊晶層212、該第二半導體磊晶層214、以及該活性中間層213之側壁，並隔絕該第一電極251、該第二半導體磊晶層214、以及該活性中間層213直接與另一後續形成的構件接觸。
再者，如圖1G所示，於該第一電極251以及該第二電極241上，分別形成一第一類鑽碳/導電材料多層複合結構252以及一第二類鑽碳/導電材料多層複合結構242，且該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構252填充於內壁表面覆蓋有該絕緣保護層26之該盲孔23中，並接觸該第一電極251，使得該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構252與該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構242形成一共平面。
最後，如圖1H所示，於該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構252表面與該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構242表面上，分別形成一第一金屬焊接層29以及第二金屬焊接層28，其中，該第一金屬焊接層29之表面與該第二金屬焊接層28之表面係形成一共平面。於本實施例中，該第一金屬焊接層29與該第二金屬焊接層28係由金層與金錫層構成，且該金錫層係一共晶導電材料層。
據此，如圖1A至圖1H所示，上述製得覆晶式發光二極體，其包括：一基板20，具有一第一表面201以及一相對於該第一表面201之第二表面202；一半導體磊晶多層複合結構21，其位於該基板20之第二表面202上且該半導體磊晶多層複合結構21包含一無摻雜半導體磊晶層211、一第一半導體磊晶層212、一活性中間層213、以及一第二半導體磊晶層214，其中，該無摻雜半導體磊晶層211、該第一半導體磊晶層212、該活性中間層213、以及該第二半導體磊晶層214係為層疊設置，而該無摻雜半導體磊晶層211係夾置於該第一半導體磊晶層212與該基板20之間，且該活性中間層213係夾置於該第一半導體磊晶層212與該第二半導體磊晶層214之間；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214表面；一盲孔23，設於該半導體磊晶多層複合結構21中，並貫穿該反射層22、該第二半導體磊晶層214以及該活性中間層213，而該盲孔23抵止於該第一半導體磊晶層212上；一第一電極251，該第一電極251係設置於該半導體磊晶多層複合結構21之該盲孔23上，且其位於該半導體磊晶多層複合結構21之該第一半導體磊晶層212上方；一第一類鑽碳/導電材料多層複合結構252，係填充於該半導體磊晶多層複合結構21之該盲孔23中，並覆蓋於該第一電極251上方，且電性連接該半導體磊晶多層複合結構21之該第一半導體磊晶層 212；一第一金屬焊接層29，位於該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構252上；一第二電極241，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214上方，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214；一第二類鑽碳/導電材料多層複合結構242，係位於該半導體磊晶多層複合結構21之該第二電極241上方，並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214；一第二金屬焊接層28，位於該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構242上；其中，該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構242之表面與第一類鑽碳/導電材料多層複合結構252之表面係形成一共平面，且該第二金屬焊接層28之表面與該第一金屬焊接層29之表面亦形成一共平面；以及一絕緣保護層26，其隔絕所覆蓋之該第一電極251、該第二電極241、該反射層22、該第一半導體磊晶層212以及該第二半導體磊晶層214之側壁，以及該盲孔23之內壁表面，並隔絕該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構252與該第二半導體磊晶層214之間的直接接觸。
圖2A及圖2B係本發明實施例一之側面結構示意圖。請參閱圖2A係本實施例之側面結構示意圖，其擷取於圖1H虛線所圈取之A部分，該絕緣保護層26係設置於該半導體磊晶多層複合結構21之外側，其包含一第一絕緣層261及一第二絕緣層262，該第一絕緣層261與該第二絕緣層262係堆疊設置；其中，上述該第一絕緣層261及該第二絕緣層262之材質分別為具有不同之折射率之材料所製成，而不同折射率材料可至少一選自由類鑽碳(DLC)、氧化鈦(TixOy)、二氧化矽(SiO2)、氮化矽(SiN)、砷化鎵(GaAs)、砷化鋁(AlAs)所組成之群組；該第一絕緣層261與該第二絕緣層262依序週期性堆疊設置而具有布拉格反射鏡(Distribute Bragg reflector)之特性，且 使得本實施例之覆晶發光二極體中發射至側面之光線可藉由絕緣保護層26反射至覆晶式發光二極體之出光面，進而提升輸出光率。在本實施例中，該第一絕緣層261之材料為二氧化矽(SiO2，折射率：1.55)、該第二絕緣層262之材料為二氧化鈦(TiO2，折射率：2.51)，且該第一絕緣層261及該第二絕緣層262為交替形成14層堆疊結構。
再來，請參閱圖2B係本實施例另一側面結構示意圖，除了該絕緣保護層26係設置於該半導體磊晶多層複合結構21之外側，且包含一第一絕緣層261及一第二絕緣層262之外，於該絕緣保護層26之最外側設置一金屬保護層27，該金屬保護層27可至少一選自由鋁(Al)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、鎳(Ni)、銀(Ag)、金(Au)、鉑(Pt)、或其合金所組成之群組，因此，藉由該金屬保護層27，更能增加本實施例之覆晶式發光二極體發射至側面之光線反射至覆晶式發光二極體之出光面之反射率，進而更加提升輸出光率。在本實施例中，該金屬保護層27由銀(Ag，折射率：0.329)所構成。
圖3A係為本發明實施例一之第一類鑽碳/導電材料多層複合結構252之堆疊結構示意圖。請參閱圖3A，其擷取於圖1G虛線所圈取之B部分，其中，該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構252係包括一由2層類鑽碳25211與2層鈦25213交互堆疊設置而成之第一類鑽碳/金屬堆疊層2521，與一由鈦25223/鉬25222/鈦25223依序堆疊設置而成之第一金屬合金層2522，且該第一金屬合金層2522係設置於該第一類鑽碳/金屬堆疊層2521上；上述實施例一之第二類鑽碳/導電材料多層複合結構242與其第一類鑽碳/導電材料多層複合結構252具有大致相同之堆疊結構，係包括一第二類鑽碳/金屬堆疊層與一第二金屬合金層(圖未顯示)，且該第二金屬合金層係設置於該第二類鑽碳/金屬堆疊層上，其中，該第二類鑽碳/金屬堆疊層係為2層類鑽碳 與2鈦交互堆疊設置之多層結構，而該第二金屬合金層亦為鈦/鉬/鈦依序堆疊設置之三層結構。然而，第一類鑽碳/導電材料多層複合結構252中之各堆疊層厚度係大於第二類鑽碳/金屬堆疊層中之各堆疊層厚度，據此，上述實施例一之第一類鑽碳/導電材料多層複合結構252與第二類鑽碳/導電材料多層複合結構242係可形成一共平面。然而，應了解的是，上述本實施例一雖採用調整堆疊層厚度之方式，使第一類鑽碳/導電材料多層複合結構252及第二類鑽碳/導電材料多層複合結構242形成共平面，但本領域熟悉該項技術者亦可以根據其所需，調整類鑽碳或導電材料(鈦、鉬)之堆疊層數，以使該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構252與該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構242形成一共平面，本發明並不以此為限。
實施例二
請參考圖1A至1H，並一併參考圖3B，本實施例所製得之覆晶式發光二極體係與實施例一之結構大致相同，所不同處在於第一類鑽碳/金屬堆疊層2521係為4層類鑽碳25211與4層鈦25213交互堆疊設置而成，且第二類鑽碳/金屬堆疊層亦為4層類鑽碳與4層鈦交互堆疊設置而成(圖未顯示)。同樣地，第一類鑽碳/導電材料多層複合結構252中之堆疊層厚度係大於第二類鑽碳/金屬堆疊層，以使該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構252與該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構242係可形成一共平面。是以，於本實施例二中，所形成之第一類鑽碳/導電材料多層複合結構252係包括由4層類鑽碳25211與4層鈦25213交互堆疊設置而成之第一類鑽碳/金屬堆疊層2521，以及由鈦25223/鉬25222/鈦25223依序堆疊設置而成之第一金屬合金層2522；第二類鑽碳/導電材料多層複合結構係包括由4層類鑽碳與4層鈦交互 堆疊設置而成之第一類鑽碳/金屬堆疊層，以及由鈦/鉬/鈦依序堆疊設置而成之第二金屬合金層(圖未顯示)。
據此，實施例二所製得覆晶式發光二極體，包括：一基板20，具有一第一表面201以及一相對於該第一表面201之第二表面202；一半導體磊晶多層複合結構21，其位於該基板20之第二表面202上且該半導體磊晶多層複合結構21包含一無摻雜半導體磊晶層211、一第一半導體磊晶層212、一活性中間層213、以及一第二半導體磊晶層214，其中，該無摻雜半導體磊晶層211、該第一半導體磊晶層212、該活性中間層213、以及該第二半導體磊晶層214係為層疊設置，而該無摻雜半導體磊晶層211係夾置於該第一半導體磊晶層212與該基板20之間，且該活性中間層213係夾置於該第一半導體磊晶層212與該第二半導體磊晶層214之間；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214表面；一盲孔23，設於該半導體磊晶多層複合結構21中，並貫穿該反射層22、該第二半導體磊晶層214以及該活性中間層213，而該盲孔23抵止於該第一半導體磊晶層212上；一第一電極251，該第一電極251係設置於該半導體磊晶多層複合結構21之該盲孔23上，且其位於該半導體磊晶多層複合結構21之該第一半導體磊晶層212上方；一第一類鑽碳/導電材料多層複合結構252，係填充於該半導體磊晶多層複合結構21之該盲孔23中，並覆蓋於該第一電極251上方，且電性連接該半導體磊晶多層複合結構21之該第一半導體磊晶層212；一第一金屬焊接層29，位於該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構252上；一第二電極241，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214上方，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214；一第二類鑽碳/導電材料多層複合結構242，係位於該半導體磊 晶多層複合結構21之該第二電極241上方，並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214；一第二金屬焊接層28，位於該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構242上；其中，該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構242之表面與第一類鑽碳/導電材料多層複合結構252之表面係形成一共平面，且該第二金屬焊接層28之表面與該第一金屬焊接層29之表面亦形成一共平面；以及一絕緣保護層26，其隔絕所覆蓋之該第一電極251、該第二電極241、該反射層22、該第一半導體磊晶層212以及該第二半導體磊晶層214之側壁，以及該盲孔23之內壁表面，並隔絕該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構252與該第二半導體磊晶層214之間的直接接觸。
比較例
為了比較本發明之類鑽碳/導電材料多層複合結構之散熱效果，比較例一所製得之覆晶式發光二極體，與實施例一之結構大致相同，所不同處在於第一金屬合金層與第二金屬合金層係為鈦/類鑽碳/鈦之堆疊結構；同樣地，比較例二所製得之覆晶式發光二極體，與實施例二之結構大致相同，所不同處在於第一金屬合金層與第二金屬合金層亦為鈦/類鑽碳/鈦之堆疊結構。應了解的是，一般而言，在通電的情況下，一物體之電阻越大時，流經該物體之電能越可能轉換為熱能散失。據此，實施例一、二及比較例一、二即可經由一電阻測試結果而比較其散熱效果之差異。
請參考圖4A，係為本發明實施例一、二及比較例一、二之類鑽碳/導電材料多層複合結構水平電阻測試圖，其中，橫軸為電壓(V)，縱軸為電流(A)。如圖4A中所示，當第一金屬合金層與第二金屬合金層為鈦/鉬/鈦之堆疊結構時，相較於第一金屬合金層與第二金屬合金層為鈦/類鑽碳/鈦之堆 疊結構，實施例一、二之類鑽碳/導電材料多層複合結構在相同電壓(V)條件下，其具有較大之電流(A)，即水平電阻較小。此外，比較實施例一、二之類鑽碳/導電材料多層複合結構之水平電組測試結果，更可發現，當類鑽碳/金屬堆疊層之堆疊層數增加時，亦有助於降低其水平電阻。請參考圖4B，係為本發明實施例一、二及比較例一、二之類鑽碳/導電材料多層複合結構垂直電阻測試圖，其中，橫軸為電壓(V)，縱軸為電流(A)。如圖4B所示，當第一金屬合金層與第二金屬合金層為鈦/鉬/鈦之堆疊結構時，相較於第一金屬合金層與第二金屬合金層為鈦/類鑽碳/鈦之堆疊結構，實施例一、二之類鑽碳/導電材料多層複合結構在相同電壓(V)條件下，其具有較小之電流(A)，即垂直電阻較大。同樣地，比較實施例一、二之類鑽碳/導電材料多層複合結構之垂直電組測試結果，亦可發現，當類鑽碳/金屬堆疊層之堆疊層數增加時，亦有助於提高其垂直電阻。據此，由上述兩種電阻測試結果可知，當第一金屬合金層與第二金屬合金層為鈦/鉬/鈦之堆疊結構時，類鑽碳/導電材料多層複合結構之散熱效果較佳；且當類鑽碳/金屬堆疊層之堆疊層數增加時，亦有助於改善其散熱效果。
實施例三
請參考圖5，係本發明實施例三之覆晶式發光二極體之結構示意圖。如圖5所示，本實施例與前述實施例一之覆晶式發光二極體之結構大致相同，其包括：一基板40，具有一第一表面401以及一相對於該第一表面401之第二表面402；一半導體磊晶多層複合結構41，其位於該基板40之第二表面402上且該半導體磊晶多層複合結構41包含一無摻雜半導體磊晶層411、一第一半導體磊晶層412、一活性中間層413、以及一第二半導體磊晶層 414，其中，該無摻雜半導體磊晶層411、該第一半導體磊晶層412、該活性中間層413、以及該第二半導體磊晶層414係為層疊設置，而該無摻雜半導體磊晶層411係夾置於該第一半導體磊晶層412與該基板40之間，且該活性中間層413係夾置於該第一半導體磊晶層412與該第二半導體磊晶層414之間；一反射層42，位於該半導體磊晶多層複合結構41之該第二半導體磊晶層414表面；一盲孔43，設於該半導體磊晶多層複合結構41中，並貫穿該反射層42、該第二半導體磊晶層414以及該活性中間層413，而該盲孔43抵止於該第一半導體磊晶層412上；一第一電極451，該第一電極451係設置於該半導體磊晶多層複合結構41之該盲孔43上，且其位於該半導體磊晶多層複合結構41之該第一半導體磊晶層412上方；一第一類鑽碳/導電材料多層複合結構452，係填充於該半導體磊晶多層複合結構41之該盲孔43中，並覆蓋於該第一電極451上方，且電性連接該半導體磊晶多層複合結構41之該第一半導體磊晶層412；一第一金屬焊接層49，位於該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構452上；一第二電極441，位於該半導體磊晶多層複合結構41之該第二半導體磊晶層414上方，並經由該反射層42電性連接該半導體磊晶多層複合結構41之該第二半導體磊晶層414；一第二類鑽碳/導電材料多層複合結構442，係位於該半導體磊晶多層複合結構41之該第二電極441上方，並電性連接該半導體磊晶多層複合結構41之該第二半導體磊晶層414；一第二金屬焊接層48，位於該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構442上；其中，該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構442之表面與第一類鑽碳/導電材料多層複合結構452之表面係形成一共平面，且該第二金屬焊接層48之表面與該第一金屬焊接層49之表面亦形成一共平面；以及一絕緣保護層46，其隔絕所覆蓋之該第一電極451、該第二電極441、該反射層42、該第一半導體磊 晶層412以及該第二半導體磊晶層414之側壁，以及該盲孔43之內壁表面，並隔絕該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構452與該第二半導體磊晶層414之間的直接接觸；然而，不同於前述實施例一之結構，在本實施例中，該基板40之第一表面401可藉由一蝕刻處理而形成一粗糙化表面，另一方面，該基板40之第二表面402可藉由一微影處裡而形成一圖形化表面，進而有效提升本發明覆晶式發光二極體之出光率，並且可以控制本實施例之覆晶式發光二極體偏極以及光場分佈。
實施例四
參考圖6，其係本實施例之晶片板上封裝結構之結構示意圖。如圖6所示，晶片板上封裝結構包括：一電路載板6；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29以及該第二金屬焊接層28電性連接該電路載板6，其中，電路載板6包含一絕緣層61、一電路基板60、以及電性連接墊63，該絕緣層61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60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63表面之焊料62，透過覆晶方式，使該第一金屬焊接層29以及該第二金屬焊接層28與該電路載板6之電性連接墊63達到電性連接。
實施例五
參考圖7，其係本實施例之晶片板上封裝結構之結構示意圖。如圖7所示，晶片板上封裝結構包括：一電路載板6；以及上述實施例二所製得 之覆晶式發光二極體4，其係經由該第一金屬焊接層49以及該第二金屬焊接層48電性連接該電路載板6，其中，電路載板6包含一絕緣層61、一電路基板60、以及電性連接墊63，該絕緣層61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60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63表面之焊料62，透過覆晶方式，使該第一金屬焊接層49以及該第二金屬焊接層48與該電路載板6之電性連接墊63達到電性連接。
綜上所述，本發明之覆晶式發光二極體，其具有緩衝熱膨脹係數差異(coefficient thermal expansion mismatch)及集中出光的結構設計，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，並且能匯聚光束於出光面而提升出光率。
上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，而非僅限於上述實施例。
2‧‧‧覆晶式發光二極體
20‧‧‧基板
201‧‧‧第一表面
202‧‧‧第二表面
21‧‧‧半導體磊晶多層複合結構
211‧‧‧無摻雜半導體磊晶層
212‧‧‧第一半導體磊晶層
213‧‧‧活性中間層
214‧‧‧第二半導體磊晶層
22‧‧‧反射層
23‧‧‧盲孔
241‧‧‧第二電極
242‧‧‧第二類鑽碳/導電材料多層複合結構
251‧‧‧第一電極
252‧‧‧第一類鑽碳/導電材料多層複合結構
26‧‧‧絕緣保護層
28‧‧‧第二金屬焊接層
29‧‧‧第一金屬焊接層

Claims (21)

  1. 一種覆晶式發光二極體，包括：一基板，具有一第一表面以及一相對於該第一表面之第二表面；一半導體磊晶多層複合結構，其位於該基板之該第二表面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；一第一電極，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；一第一類鑽碳/導電材料多層複合結構，包括一第一類鑽碳/金屬堆疊層與一設置於該第一類鑽碳/金屬堆疊層上的第一金屬合金層，係填充於該半導體磊晶多層複合結構之該盲孔中，並覆蓋於該第一電極上方，且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；一第二電極，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；以及一第二類鑽碳/導電材料多層複合結構，包括一第二類鑽碳/金屬堆疊層與一設置於該第二類鑽碳/金屬堆疊層上的第二金屬合金層，位於該半導體磊晶多層複合結構之該第二電極上方，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。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之覆晶式發光二極體，更包括一絕緣保護層，係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 絕及該第一類鑽碳/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。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之覆晶式發光二極體，其中，該絕緣保護層係由兩種或以上之不同折射率材料堆疊設置。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之覆晶式發光二極體，其中，該不同折射率材料係至少一選自由絕緣類鑽碳(Isolated DLC)、氧化鈦(TixOy)、二氧化矽(SiO2)、砷化鎵(GaAs)、以及砷化鋁(AlAs)所組成之群組。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之覆晶式發光二極體，更包括在該絕緣保護層之外側設置一金屬保護層。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之覆晶式發光二極體，其中，該金屬保護層係至少一選自由鋁(Al)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、鎳(Ni)、銀(Ag)、金(Au)、鉑(Pt)、或其合金所組成之群組。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之覆晶式發光二極體，其中，該第二表面係為一圖形化表面。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之覆晶式發光二極體，其中，該第一表面係為一圖形化表面或一粗糙化表面。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之覆晶式發光二極體，該半導體磊晶多層複合結構更包括一無摻雜半導體磊晶層，該無摻雜半導體磊晶層係夾置於該第一半導體磊晶層與該基板之該第二表面之間。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之覆晶式發光二極體，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。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之覆晶式發光二極體，其中，該第一類鑽碳/金屬堆疊層、以及該第二類鑽碳/金屬堆疊層係為1至10層類鑽碳與1至10層鈦交互堆疊設置之多層結構，並且以類鑽碳各自獨立電性連接該第一金屬合金層及該第二金屬合金層。
  12. 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/金屬堆疊層、以及該第二類鑽碳/金屬堆疊層係為2至4層類鑽碳與2至4層鈦交互堆疊設置之多層結構。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之覆晶式發光二極體，其中，該第一金屬合金層、以及該第二金屬合金層係為鈦/鉬/鈦依序堆疊設置之三層結構，並且以鈦各自獨立電性連接該第一類鑽碳/金屬堆疊層、以及該第二類鑽碳/金屬堆疊層。
  14. 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。
  15. 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。
  16. 如申請專利範圍第16項所述之覆晶式發光二極體，該第一金屬焊接層或該第二金屬焊接層之材質係選自由鎳(Ni)、鈦(Ti)、鋁(Al)、鉑(Pt)、金(Au)、錫(Sn)、銦(In)、鉻(Cr)、或其合金所組群組之至少一者。
  17. 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電極之間。
  18. 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、該第一電極以及該第一類鑽碳/導電材料多層複合結構係N型，該第二半導體磊晶層、該第二電極以及該第二類鑽碳/導電材料多層複合結構係P型。
  19. 一種晶片板上封裝結構(chip on board，COB)，包括：一電路載板；以及一如申請專利範圍第16項至第17項中任一項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。
  20. 如申請專利範圍第20項所述之晶片板上封裝結構，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。
  21. 如申請專利範圍第21項所述之晶片板上封裝結構，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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