專利名稱：覆晶式發光二極管及其制法與應用的制作方法
覆晶式發光二極管及其制法與應用技術領域
本發明是關于一種覆晶式發光二極管及其制造方法與使用其的芯片板上封裝結構，尤指一種結構中可以達到緩沖熱膨脹系數差異(coefficient thermal expansionmismatch)的覆晶式發光二極管及其制造方法與使用其的芯片板上封裝結構。
背景技術：
自60年代起，發光二極管(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，發光二極管朝向多色彩及高亮度的發展，已應用在大型戶外顯示廣告牌或交通號O
近年來，由于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，也開始將發光二極管芯片應用于各種電子產品。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的變小，因此，電路載板的散熱效果成為值得重視的問題之一。
以現今經常使用的發光二極管芯片而言，由于發光亮度夠高，因此可廣泛應用于顯示器背光源、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元件的載板無法有效地散熱時，便會使得發光二極管芯片界面溫度升高，除了影響發光強度之外，亦可能因熱度在發光二極管芯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管的散熱效率以及緩和或去除發光二極管受熱膨脹的不良影響，將更可促使整體電子產業的發展。發明內容
本發明的主要目的是在提供一種覆晶式發光二極管，其具有緩沖熱膨脹系數差異(coefficient thermal expansion mismatch)的結構設計，可在發光二極管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管中散失而促使整體結構產生熱膨脹，其中設置的類金剛石/導電材料多層復合結構亦可緩沖對應的熱應力，而保護不受損傷。
為達成上方所述目的，本發明的一態樣提供一種覆晶式發光二極管，包括:一基板；一半導體外延多層復 合結構，其位于該基板上方且包含一第一半導體外延層、以及一第二半導體外延層，其中，該第一半導體外延層與該第二半導體外延層是層迭設置；一第一類金剛石/導電材料多層復合結構，位于該半導體外延多層復合結構的該第一半導體外延層上方，并電性連接該半導體外延多層復合結構的該第一半導體外延層，以做為一第一電極；一第二類金剛石/導電材料多層復合結構，位于該半導體外延多層復合結構的該第二半導體外延層上方，并電性連接該半導體外延多層復合結構的該第二半導體外延層，以做為一第二電極；以及一絕緣保護層，覆蓋該半導體外延多層復合結構的該第一半導體外延層的側壁以及該第二半導體外延層的側壁。
本發明的另一態樣提供一種覆晶式發光二極管,包括:一基板；一半導體外延多層復合結構，其位于該基板上方且包含一第一半導體外延層、一第二半導體外延層、以及一盲孔，其中，該第一半導體外延層與該第二半導體外延層是層迭設置，且該盲孔貫穿該第二半導體外延層；一第一類金剛石/導電材料多層復合結構，位于該半導體外延多層復合結構的該第一半導體外延層上方，并電性連接該半導體外延多層復合結構的該第一半導體外延層，以做為一第一電極，其中，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構是填充于該半導體外延多層復合結構的該盲孔中；一第二類金剛石/導電材料多層復合結構，位于該半導體外延多層復合結構的該第二半導體外延層上方，并電性連接該半導體外延多層復合結構的該第二半導體外延層，以做為一第二電極；以及一絕緣保護層，覆蓋該半導體外延多層復合結構的該第一半導體外延層的側壁以及該第二半導體外延層的側壁，以及該盲孔的內壁表面，以隔絕該第一類金剛石/導電材料多層復合結構與該第二半導體外延層之間的接觸。
本發明上述覆晶式發光二極管中，將電性連接至半導體外延多層復合結構中N型半導體外延層與P型半導體外延層的對應電極，皆設計成類金剛石/導電材料多層復合結構。換言之，設置于N型半導體外延層表面的對應N型電極,可先行沉積一般作為N型電極的金屬，再沉積類金剛石，并且可以選擇性重復沉積適用的導電材料層與類金剛石層，據此形成類金剛石/導電材料多層復合結構，以做為對應N型半導體外延層的N型電極。同樣，對于P型半導體外延層，亦可先行沉積一般作為P型電極的金屬，再沉積類金剛石，并且可以選擇性重復沉積適用的導電材料層與類金剛石層，據此形成類金剛石/導電材料多層復合結構，以做為對應P型半導體外延層的P型電極。
上述類金剛石/導電材料多層復合結構，可以讓本發明的覆晶式發光二極管，對于熱膨脹系數差異(coefficient thermal expansion mismatch)所造成應力，具有緩沖能力。換言之，上述類金剛石/導電材料多層復合結構，可在發光二極管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管中散失而累積造成整體結構發生熱膨脹，類金剛石/導電材料多層復合結構亦可緩沖對應的熱應力，而可保護覆晶式發光二極管中其余構件不受損傷。
本發明上述覆晶式發光二極管中，該半導體外延多層復合結構可以選擇性還包括一活性中間層，該活性中間層是夾置于該第一半導體外延層與該第二半導體外延層之間。除此之外，若結構中設有盲孔，則該盲孔貫穿該活性中間層。于本發明中，該活性中間層可為多量子講層(multiple quantum well layer),用以提升發光二極管中電能轉換成光能的效率。
于本發明一較佳具體實施例中，覆晶式發光二極管更可選擇性包括一反射層，其可設置于該半導體外延多層復合結構與該第二類金剛石/導電材料多層復合結構之間，該反射層的材質可為銦錫氧化物(indium tin oxide, ΙΤ0)、氧化招鋅(aluminum zincoxide, ΑΖ0)、氧化鋅(ZnO)、石墨烯(graphene)、招、銀、鎳(Ni)、鈷(Co)、鈕(Pd)、鉬(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)等是指共晶金屬(eutectic metal),除了用于達到反射效果之外，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管由一般直通式發光二極管或側通式發光二極管制得。具體而言，對于側通式發光二極管的P型半導體外延層與N型半導體外延層皆使用類金剛石/導電材料多層復合結構做為其對應電極，并使P型半導體外延層的對應電極與N型半導體外延層的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管不論來自直通式發光二極管抑或是側通式發光二極管，其半導體外延多層復合結構側壁及/或暴露表面皆可以使用絕緣保護層覆蓋。
較佳而言，該第一半導體外延層以及該第一類金剛石/導電材料多層復合結構(做為第一電極)是N型，該第二半導體外延層以及該第二類金剛石/導電材料多層復合結構(做為第二電極)是P型，其中，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構、以及該第二類金剛石/導電材料多層復合結構可以選自由導電材料層與導電類碳鉆層疊層結構、導電材料與類金剛石混合物、以及導電材料與導電性類金剛石混合物所組群組的至少一種。
上述導電材料層或導電材料的材質可以選自由銦錫氧化物(indium tin oxide,ΙΤ0)、氧化招鋅(aluminum zinc oxide, AZO)、氧化鋅(ZnO)、石墨烯(graphene)、鈦(Ti)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鉬(Pt)、鑰(Mo)、鎢(W)、銀(Ag)、鉬(Pt)、以及金(Au)所組群組的至少一種。換言之，該導電材料層或該金屬可使用上述材質的合金或金屬混合物構成。由于類金剛石具有較佳的熱膨脹系數(coefficient of thermal expansion, CTE),因此做為電極的類金剛石/導電材料多層復合結構便可以在整體發光二極管受熱膨脹時，緩沖熱膨脹所產生的應力，因此發光二極管整體結構則不易受影響，同時亦可以加速發光二極管運作時熱量散失，降低發光二極管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)、鉬(Pt)、以及金(Au)做為導電材料層，并與導電性類金剛石層相互層迭，即可構成本發明所述的類金剛石/導電材料多層復合結構。
本發明覆晶式發光二極管更可選擇性包括:一第一金屬焊接層，位于該第一類金剛石/導電材料多層復合結構上；以及一第二金屬焊接層，位于該第二類金剛石/導電材料多層復合結構上，其中，該第二金屬焊接層的表面與該第一金屬焊接層的表面是形成一共平面。上述本發明覆晶式發光二極管，顧名思義即以覆晶方式與另一電路載板接合(bonding)，因此最后發光二極管的P型電極與N型電極表面上用于接合金屬焊接層通常會相互形成共平面。
除此之外，于本發明覆晶式發光二極管中，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構的導電材料層表面與該第二類金剛石/導電材料多層復合結構的導電材料層表面也可形成一共平面。或者，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構的導電類金剛石層表面與該第二類金剛石/導電材料多層復合結構的導電類金剛石層表面形成一共平面。亦或，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構的表面與該第二類金剛石/導電材料多層復合結構的表面是形成一共平面。由上述可知，通過調整類金剛石/導電材料多層復合結構中的類金剛石層與導電材料層的厚度，可以讓分別電性連接第一半導體外延層與第二半導體外延層的第一類金剛石/導電材料多層復合結構表面與第二類金剛石/導電材料多層復合結構表面形成一共平面，進而方面后續形成于第一類金剛石/導電材料多層復合結構表面與第二類金剛石/導電材料多層復合結構表面的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。
于本發明覆晶式發光二極管中，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構的表面、該第二類金剛石/導電材料多層復合結構的表面、該第二金屬焊接層的表面、或/及第一金屬焊接層的表面，可以選擇性高過、低于或等高于該絕緣保護層的表面，上述等高于即表示形成一共平面。
于本發明一具體實施例中，該半導體外延多層復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外延層，且該絕緣保護層覆蓋該盲孔的內壁表面，其中，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構是填充于內壁表面覆蓋有該絕緣保護層的該盲孔中，并連接該半導體外延多層復合結構的該第一半導體外延層。此覆晶式發光二極管同樣可以選擇性還包含一反射層，其是夾置于該半導體外延多層復合結構與該第二類金剛石/導電材料多層復合結構之間。
于本發明上述覆晶式發光二極管中，該絕緣保護層的材質可以選自由氮化硅、二氧化硅、以及絕緣類金剛石所組群組中的至少一種。
本發明的另一目的是在提供一種覆晶式發光二極管的制造方法，經由分層沉積導電材料層與類金剛石層，如此可以構成類金剛石/導電材料多層復合結構以做為半導體外延層的對應電極，藉此緩沖熱膨脹系數差異所造成的熱應力，進而改善改善發光二極管的散熱效率與壽命。
為達成上方所述目的，本發明的另一態樣提供一種覆晶式發光二極管的制造方法，包括以下步驟:提供一基板；于該基板上方形成一半導體外延多層復合結構，其中，該半導體外延多層復合結構包含一第一半導體外延層、以及一第二半導體外延層，其中，該第一半導體外延層與該第二半導體外延層是層迭設置；于該第一半導體外延層、以及該第二半導體外延層上方分別形成一第一類金剛石/導電材料多層復合結構、以及一第二類金剛石/導電材料多層復合結構；于該第一類金剛石/導電材料多層復合結構、以及該第二類金剛石/導電材料多層復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，該第二金屬焊接層的表面與該第一金屬焊接層的表面是形成一共平面；以及形成一絕緣保護層，覆蓋該第二類金剛石/導電材料多層復合結構、該第二半導體外延層、以及該活性中間層的側壁。
本發明的另一態樣提供一種覆晶式發光二極管的制造方法，包括以下步驟:提供一基板；于該基板上方形成一半導體外延多層復合結構，其中，該半導體外延多層復合結構包含一第一半導體外延層、以及一第二半導體外延層，其中，該第一半導體外延層與該第二半導體外延層是層迭設置；于該半導體外延多層復合結構開設一盲孔，其中，該盲孔貫穿該第二半導體外延層；形成一絕緣保護層，覆蓋該半導體外延多層復合結構的該第一半導體外延層的側壁以及該第二半導體外延層的側壁，以及該盲孔的內壁表面，以隔絕該第一類金剛石/導電材料多層復合結構與該第二半導體外延層之間的接觸；以及于該第一半導體外延層、以及該第二半導體外延層上方分別形成一第一類金剛石/導電材料多層復合結構、以及一第二類金剛石/導電材料多層復合結構。
于本發明上述覆晶式發光二極管的制造方法中，該半導體外延多層復合結構同樣可選擇性還包括一活性中間層，該活性中間層是夾置于該第一半導體外延層與該第二半導體外延層之間，其可為多量子講層(multiple quantum well layer),用以提升發光二極管中電能轉換成光能的效率。舉例而言，該第一半導體外延層以及該第一類金剛石/導電材料多層復合結構是N型，該第二半導體外延層以及該第二類金剛石/導電材料多層復合結構是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。
于本發明上述覆晶式發光二極管的制造方法中，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構、以及該第二類金剛石/導電材料多層復合結構可選自由導電材料層與導電類碳鉆層疊層結構、導電材料與類金剛石混合物、以及導電材料與導電性類金剛石混合物所組群組的至少一種。其中，該導電材料層或該導電材料的材質是選自由銦錫氧化物(indium tin oxide, ITO)、氧化招鋒(aluminum zinc oxide, AZO)、氧化鋒(ZnO)、石墨烯(graphene)、鈦(Ti)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鉬(Pt)、.(Mo)、鎢(W)、銀(Ag)、鉬(Pt)、以及金(Au)所組群組的至少一種。
于本發明上述覆晶式發光二極管的制造方法中，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構的導電材料層表面與該第二類金剛石/導電材料多層復合結構的導電材料層表面是形成一共平面；或者，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構的導電類金剛石層表面與該第二類金剛石/導電材料多層復合結構的導電類金剛石層表面是形成一共平面；亦或，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構的表面與該第二類金剛石/導電材料多層復合結構的表面是形成一共平面。
本發明上述覆晶式發光二極管的制造方法可選擇性還包括以下步驟:于該第一類金剛石/導電材料多層復合結構、以及該第二類金剛石/導電材料多層復合結構上，分別形成一第一金屬焊接層、以及一第二金屬焊接層，其中，該第二金屬焊接層的表面與該第一金屬焊接層的表面是形成一共平面。除此之外，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構的表面、該第二類金剛石/導電材料多層復合結構的表面、該第二金屬焊接層的表面、或/及第一金屬焊接層的表面也可高于或低于該絕緣保護層的表面或與其形成一共平面。
于本發明上述覆晶式發光二極管的制造方法中，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構以及該第一金屬焊接層是于絕緣保護層形成之后或之前形成。此外，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構以及該第二類金剛石/導電材料多層復合結構是同時形成或分開形成。
于本發明一具體實施例中，上述覆晶式發光二極管的制造方法還包含以下步驟:于該第二類金剛石/導電材料多層復合結構形成前，于該半導體外延多層復合結構上形成一反射層。除此之外，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構亦可于該絕緣保護層形成后形成。此覆晶式發光二極管的制造方法可以選擇性還包含以下步驟:于該絕緣保護層形成前，于該半導體外延多層復合結構上形成一反射層。
于本發明上述覆晶式發光二極管的制造方法中，該絕緣保護層的材質可為氮化硅、二氧化硅、絕緣類金剛石、或其組合，其是用于隔絕兩構件之間直接接觸并保護其所覆蓋的構件。
除此之外，本發明的再另一目的是在提供一種芯片板上封裝結構(chip onboard, COB)，其中將本發明上述具有導電性類金剛石層的發光二極管以復晶方式或打線方式電性連接電路載板，因此發光二極管各層結構的熱膨脹應力可由其結構內的類金剛石層緩沖，進而使芯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，本發明的再另一態樣提供一種芯片板上封裝結構(chip onboard, C0B)，包括:一電路載板；以及本發明上述覆晶式發光二極管，其是經由該第一電極以及該第二電極電性連接該電路載板。
本發明上述芯片板上封裝結構中，該電路載板可以包含一絕緣層、以及一電路基板，其中，該絕緣層的材質可為絕緣性類金剛石、氧化鋁、陶瓷、含金剛石的環氧樹脂、或其組成物，或者為表面覆有上述絕緣層的金屬材料，而該電路基板可為一金屬板、一陶瓷板或一娃基板。此外，該電路載板表面也可以選擇性還包含一類金剛石層，以增加散熱效果。


本發明的上述及其它目的與優點，不難從下述所選用實施例的詳細說明與附圖中，獲得深入了解，其中:
圖1A至IF顯示本發明實施例一中覆晶式發光二極管的制備方法的流程結構示意圖。
圖2顯示本發明實施例二的覆晶式發光二極管的結構示意圖。
圖3顯示本發明實施例三的覆晶式發光二極管的結構示意圖。
圖4顯示本發明實施例四的覆晶式發光二極管的結構示意圖。
圖5顯示本發明實施例五中芯片板上封裝結構的結構示意圖。
具體實施方式
以下是通過特定的具體實施例說明本發明的實施方式，熟習此技術的人士可由本說明書所揭示的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明亦可通過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于不同觀點與應用，在不悖離本發明的精神下進行各種修飾與變更。
本發明的實施例中該等附圖均為簡化的示意圖。惟該等圖標僅顯示與本發明有關的元件，其所顯示的元件非為實際實施時的態樣，其實際實施時的元件數目、形狀等比例為一選擇性的設計，且其元件布局型態可能更復雜。
實施例一
參考圖1A至圖1F，其是顯示本實施例覆晶式發光二極管的制備方法的流程結構示意圖。
首先,如圖1A所示,提供一基板40。接著,如圖1B所示,于該基板40上形成一半導體外延多層復合結構41。該半導體外延多層復合結構41可包含:一第一半導體外延層411、一活性中間層412、以及一第二半導體外延層413，其中，該第一半導體外延層411、該活性中間層412、與該第二半導體外延層413是層迭設置，且該活性中間層412夾置于該第一半導體外延層411與該第二半導體外延層413之間，且該活性中間層412與該第二半導體外延層413是顯露該第一半導體外延層411的表面。于本實施例中，該半導體外延多層復合結構41的材質為氮化鎵(GaN)，且該第一半導體外延層411是N型，該第二半導體外延層413是P型。不過，本發明半導體外延多層復合結構適用的材質不限于此，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，于本實施例中，該活性中間層412為多量子講層(multiple quantum well layer),用以提升發光二極管中電能轉換成光能的效率。
如圖1C所示，于該半導體外延多層復合結構41的該第二半導體外延層413表面上，形成一反射層42。于本實施例中，該反射層42可以選用銦錫氧化物(indium tinoxide, ITO)、氧化招鋒(aluminum zinc oxide, AZO)、氧化鋒(ZnO)、石墨烯(graphene)、招、銀、鎳(Ni)、鈷(Co)、鈀(Pd)、鉬(Pt)、金(Au)、鋅(Zn)、錫(Sn)、銻(Sb)、鉛(Pb)、銅(Cu)、銅銀(CuAg)、及鎳銀(NiAg)所組群組的至少一種，換言之其亦可為多層金屬結構，除了用于達到反射效果之外，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的通常知識者可依需要選擇性執行。
接著，如圖1D所不,于該半導體外延多層復合結構41的該第一半導體外延層411表面以及該反射層42表面上，分別形成一第一類金剛石/導電材料多層復合結構46以及一第二類金剛石/導電材料多層復合結構43。該第一類金剛石/導電材料多層復合結構46與該第二類金剛石/導電材料多層復合結構43可選自由導電材料層與導電類碳鉆層疊層結構、導電材料與類金剛石混合物、以及導電材料與導電性類金剛石混合物所組群組的至少一種，其中，該導電材料層或該導電材料的材質是選自由銦錫氧化物(indium tinoxide, ITO)、氧化招鋒(aluminum zinc oxide, AZO)、氧化鋒(ZnO)、石墨烯(graphene)、欽(Ti)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鉬(Pt)、鑰(Mo)、鎢(W)、銀(Ag)、鉬(Pt)、以及金(Au)所組群組的至少一種。于本實施例中，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構46是鈦導電材料層、鋁導電材料層與類金剛石層重復層迭結構，該第二類金剛石/導電材料多層復合結構43是鈦導電材料層與類金剛石層重復層迭結構。
然后,如圖1E所不,于該第一類金剛石/導電材料多層復合結構46表面與該第二類金剛石/導電材料多層復合結構43表面上,分別形成一第一金屬焊接層47以及第二金屬焊接層44，其中，該第一金屬焊接層37的表面與該第二金屬焊接層34的表面是形成一共平面。于本實施例中，該第一金屬焊接層47與該第二金屬焊接層44是由金層與金錫層構成，且該金錫層是一共晶導電材料層。
最后，如圖1F所示，形成一絕緣保護層45，覆蓋該半導體外延多層復合結構41 (亦即該第一半導體外延層413、該活性中間層412以及該第二半導體外延層413)、該反射層42、該第一類金剛石/導電材料多層復合結構46、第二類金剛石/導電材料多層復合結構43、該第一金屬焊接層47與該第二金屬焊接層44的側壁，并暴露該第一金屬焊接層47與該第二金屬焊接層44的表面。該絕緣保護層25的材質可以選自由氮化硅、二氧化硅、以及絕緣類金剛石所組群組中的至少一種，其是用于保護其所覆蓋的該第一半導體外延層413、該第二半導體外延層413、該活性中間層412、該反射層42、該第一類金剛石/導電材料多層復合結構46、第二類金剛石/導電材料多層復合結構43、該第一金屬焊接層47與該第二金屬焊接層44，并電性隔絕該第一類金剛石/導電材料多層復合結構46與第二類金剛石/導電材料多層復合結構43。于本實施例中，采用二氧化硅做為該絕緣保護層45的材質。該絕緣保護層45也可以不覆蓋并顯露該第一金屬焊接層47與該第二金屬焊接層44。
據此，如圖1F所示，上述制得的覆晶式發光二極管4，其包括:一基板40 ;—半導體外延多層復合結構41，其位于該基板40上方且包含一第一半導體外延層411、一活性中間層412、以及一第二半導體外延層413，其中，該第一半導體外延層411、該活性中間層412、與該第二半導體外延層413是層迭設置，該活性中間層412夾置于該第一半導體外延層411與該第二半導體外延層413之間；一反射層42，位于該半導體外延多層復合結構41的該第二半導體外延層413表面；一第一類金剛石/導電材料多層復合結構46,接觸該半導體外延多層復合結構41的該第一半導體外延層411表面，以做為一第一電極；一第一金屬焊接層47,位于該第一類金剛石/導電材料多層復合結構46上；一第二類金剛石/導電材料多層復合結構43，位于該反射層42表面并經由該反射層42電性連接該半導體外延多層復合結構41的該第二半導體外延層413，以做為一第二電極；一第二金屬焊接層44，位于該第二類金剛石/導電材料多層復合結構43上，其中，該第二金屬焊接層44的表面與該第一金屬焊接層47的表面是形成一共平面；以及一絕緣保護層45，覆蓋該第一金屬焊接層47、第二金屬焊接層44、該第一類金剛石/導電材料多層復合結構46、該第二類金剛石/導電材料多層復合結構43、該反射層42、該第一半導體外延層411、該第二半導體外延層413、以及該活性中間層412的側壁，以電性隔絕該第一類金剛石/導電材料多層復合結構46與該第二類金剛石/導電材料多層復合結構43。
實施例二
參考圖2，其是顯示本實施例覆晶式發光二極管的結構示意圖。
如圖2所示，覆晶式發光二極管，其包括:一基板50、一半導體外延多層復合結構51、一反射層52、一第一類金剛石/導電材料多層復合結構56、一第二類金剛石/導電材料多層復合結構53、一第一金屬焊接層57、一第二金屬焊接層54、以及一絕緣保護層55。
該半導體外延多層復合結構51位于該基板50表面且包含一第一半導體外延層511、一活性中間層512、以及一第二半導體外延層513，其中，該第一半導體外延層511、該活性中間層512、與該第二半導體外延層513是層迭設置，該活性中間層512夾置于該第一半導體外延層511與該第二半導體外延層513之間，而該反射層52位于該半導體外延多層復合結構51的該第二半導體外延層513表面。
該第一類金剛石/導電材料多層復合結構56包含一第一導電材料層561與一第一類金剛石層562,且該第一導電材料層561與該第一類金剛石層562是層迭設置,其中，該第一導電材料層561做為一第一電極并與該第一半導體外延層511接觸。另一方面，該第二類金剛石/導電材料多層復合結構53,包含一第二導電材料層531與一第二類金剛石層532，且該第二導電材料層531與該第二類金剛石層532是層迭設置，其中，該第二導電材料層531設置于該反射層52表面，以做為一第一電極，并通過該反射層52與該第二半導體外延層513電性連接。此外，該第二類金剛石/導電材料多層復合結構53的該第二導電材料層531表面是與該第一類金剛石/導電材料多層復合結構56的該第一導電材料層561表面形成一共平面，且該第二類金剛石/導電材料多層復合結構53的該第二類金剛石層532表面也與該第一類金剛石/導電材料多層復合結構56的該第一類金剛石層562表面形成一共平面。
該第一金屬焊接層57位于該第一類金剛石/導電材料多層復合結構56上,該第二金屬焊接層54位于該第二類金剛石/導電材料多層復合結構53上，且該第二金屬焊接層54的表面與該第一金屬焊接層57的表面是形成一共平面。
該絕緣保護層55覆蓋該第一金屬焊接層57、第二金屬焊接層54、該第一類金剛石/導電材料多層復合結構56、該第二類金剛石/導電材料多層復合結構53、該反射層52、該第二半導體外延層513、以及該活性中間層512的側壁，以電性隔絕該第一類金剛石/導電材料多層復合結構56與該第二類金剛石/導電材料多層復合結構53,換言之即避免第一電極與第二電極兩者直接接觸而發生短路。
實施例三
參考圖3，其是顯示本實施例覆晶式發光二極管的結構示意圖。
如圖3所示，覆晶式發光二極管，其包括:一基板60、一半導體外延多層復合結構61、一反射層62、一第一類金剛石/導電材料多層復合結構66、一第二類金剛石/導電材料多層復合結構63、一第一金屬焊接層67、一第二金屬焊接層64、以及一絕緣保護層65。
該半導體外延多層復合結構61位于該基板60表面且包含一第一半導體外延層611、一活性中間層612、以及一第二半導體外延層613，其中，該第一半導體外延層611、該活性中間層612、與該第二半導體外延層613是層迭設置，該活性中間層612夾置于該第一半導體外延層611與該第二半導體外延層613之間，而該反射層62位于該半導體外延多層復合結構61的該第二半導體外延層613表面。
該第一類金剛石/導電材料多層復合結構66包含一第一導電材料層661與一第一類金剛石層662,且該第一導電材料層661與該第一類金剛石層662是層迭設置,其中，該第一導電材料層661做為一第一電極并與該第一半導體外延層611接觸。另一方面，該第二類金剛石/導電材料多層復合結構63,包含一第二導電材料層631與一第二類金剛石層632，且該第二導電材料層631與該第二類金剛石層632是層迭設置，其中，該第二導電材料層631設置于該反射層62表面，以做為一第一電極，并通過該反射層62與該第二半導體外延層613電性連接。此外，該第二類金剛石/導電材料多層復合結構63的該第二類金剛石層632表面也與該第一類金剛石/導電材料多層復合結構66的該第一類金剛石層662表面形成一共平面。
該第一金屬焊接層67位于該第一類金剛石/導電材料多層復合結構66上,該第二金屬焊接層64位于該第二類金剛石/導電材料多層復合結構63上，且該第二金屬焊接層64的表面與該第一金屬焊接層67的表面是形成一共平面。
該絕緣保護層65覆蓋該第一金屬焊接層67、第二金屬焊接層64、該第一類金剛石/導電材料多層復合結構66、該第二類金剛石/導電材料多層復合結構63、該反射層62、該第二半導體外延層613、以及該活性中間層612的側壁，以電性隔絕該第一類金剛石/導電材料多層復合結構66與該第二類金剛石/導電材料多層復合結構63,換言之即避免第一電極與第二電極兩者直接接觸而發生短路。
實施例四
參考圖4，其是顯示本實施例覆晶式發光二極管的結構示意圖。
如圖4所示，覆晶式發光二極管，其包括:一基板30、一半導體外延多層復合結構31、一反射層32、一第一類金剛石/導電材料多層復合結構36、一第二類金剛石/導電材料多層復合結構33、一第一金屬焊接層37、一第二金屬焊接層34、以及一絕緣保護層35。
該半導體外延多層復合結構31位于該基板30表面且包含一第一半導體外延層311、一活性中間層312、以及一第二半導體外延層313，其中，該第一半導體外延層311、該活性中間層312、與該第二半導體外延層313是層迭設置，該活性中間層312夾置于該第一半導體外延層311與該第二半導體外延層313之間，而該反射層32位于該半導體外延多層復合結構31的該第二半導體外延層313表面。
該第一類金剛石/導電材料多層復合結構36包含一第一導電材料層361與一第一類金剛石層362,且該第一導電材料層361與該第一類金剛石層362是層迭設置,其中，該第一導電材料層361做為一第一電極并與該第一半導體外延層311接觸。另一方面，該第二類金剛石/導電材料多層復合結構33,包含一第二導電材料層331與一第二類金剛石層332，且該第二導電材料層331與該第二類金剛石層332是層迭設置，其中，該第二導電材料層331設置于該反射層32表面，以做為一第一電極，并通過該反射層32與該第二半導體外延層313電性連接，且該第二類金剛石層332接觸兩相鄰的第二導電材料層331，使兩相鄰的發光二極管串聯。
該第一金屬焊接層37位于該第一類金剛石/導電材料多層復合結構36上,該第二金屬焊接層34位于該第二類金剛石/導電材料多層復合結構33上，且該第一金屬焊接層37的部份表面與該第二金屬焊接層34的部份表面形成一共平面。
該絕緣保護層35覆蓋該第一金屬焊接層37、第二金屬焊接層34、該第一類金剛石/導電材料多層復合結構36、該第二類金剛石/導電材料多層復合結構33、該反射層32、該第二半導體外延層313、以及該活性中間層312的側壁，以電性隔絕該第一類金剛石/導電材料多層復合結構36與該第二類金剛石/導電材料多層復合結構33，以及電性隔絕連接兩相鄰第二導電材料層331的該第二類金剛石層332與其間的第一導電材料層361,換言之即避免第一電極與第二電極兩者直接接觸而發生短路。
實施例五
參考圖5，其是本實施例的芯片板上封裝結構的結構示意圖。
如圖5所示，芯片板上封裝結構包括:一電路載板7 ;以及上述實施例一所制得的覆晶式發光二極管4，其是經由該第一金屬焊接層47以及該第二金屬焊接層44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的材質可選自由類金剛石、氧化鋁、陶瓷、含金剛石的環氧樹脂、或者上述材質的混合物，該電路基板70是一金屬板、一陶瓷板或一娃基板。
于該芯片板上封裝結構中，可利用形成于電性連接墊73表面的焊料72，通過覆晶方式，使該第一金屬焊接層47以及該第二金屬焊接層44與該電路載板7的電性連接墊73達到電性連接。
據此,本發明上述芯片板上封裝結構(chip on board, COB)中，發光二極管各層結構的熱膨脹應力可由其結構內的類金剛石層緩沖，進而使芯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，本發明上述芯片板上封裝結構中適合使用的發光二極管，并非僅限于上述實施例一所制得的覆晶式發光二極管，亦可使用本發明所述任何一種覆晶式發光二極管。
據此，本發明的覆晶式發光二極管，具有緩沖熱膨脹系數差異(coefficientthermal expansion mismatch)的結構設計,可在發光二極管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管中散失而促使整體結構產生熱膨脹，其中設置的類金剛石/導電材料多層復合結構亦可緩沖對應的熱應力，而保護不受損傷。
上方所述實施例僅是為了方便說明而舉例而已，本發明所主張的權利范圍自應以權利要求范圍所述為準，而非僅限于上方所述實施例。
權利要求
1.一種覆晶式發光二極管，包括: 一基板； 一半導體外延多層復合結構，其位于該基板上方且包含一第一半導體外延層、以及一第二半導體外延層，其中，該第一半導體外延層與該第二半導體外延層是層迭設置； 一第一類金剛石/導電材料多層復合結構，位于該半導體外延多層復合結構的該第一半導體外延層上方，并電性連接該半導體外延多層復合結構的該第一半導體外延層，以做為一第一電極； 一第二類金剛石/導電材料多層復合結構，位于該半導體外延多層復合結構的該第二半導體外延層上方，并電性連接該半導體外延多層復合結構的該第二半導體外延層，以做為一第二電極；以及 一絕緣保護層，覆蓋該半導體外延多層復合結構的該第一半導體外延層的側壁以及該第二半導體外延層的側壁。
2.如權利要求1所述的覆晶式發光二極管，其中，該半導體外延多層復合結構還包括一活性中間層，該活性中間層夾置于該第一半導體外延層與該第二半導體外延層之間。
3.如權利要求1所述的覆晶式發光二極管，其中，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構、以及該第二類金剛石/導電材料多層復合結構選自由導電材料層與導電類碳鉆層疊層結構、導電材料與類金剛石混合物多層結構、以及導電材料與導電性類金剛石混合物多層結構所組群組的至少一種。
4.如權利要求3所述的覆晶式發光二極管，其中，該導電材料層或該導電材料的材質選自由銦錫氧化物、氧化鋁鋅、氧化鋅、石墨烯、鈦、鋁、鉻、鎳、鉬、鑰、鎢、銀、鉬、以及金所組群組的至少一種。
5.如權利要求3所述的覆晶式發光二極管，其中，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構的導電材料層表面與該第二類金剛石/導電材料多層復合結構的導電材料層表面形成一共平面。
6.如權利要求3所述的覆晶式發光二極管，其中，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構的導電類金剛石層表面與該第二類金剛石/導電材料多層復合結構的導電類金剛石層表面形成一共平面。
7.如權利要求1所述的覆晶式發光二極管，其中，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構的表面與該第二類金剛石/導電材料多層復合結構的表面形成一共平面。
8.如權利要求1所述的覆 晶式發光二極管，還包括:一第一金屬焊接層，位于該第一類金剛石/導電材料多層復合結構上；以及一第二金屬焊接層，位于該第二類金剛石/導電材料多層復合結構上，其中，該第二金屬焊接層的表面與該第一金屬焊接層的表面形成一共平面。
9.如權利要求8所述的覆晶式發光二極管，其中，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構的表面、該第二類金剛石/導電材料多層復合結構的表面、該第二金屬焊接層的表面、或/及第一金屬焊接層的表面高于或低于該絕緣保護層的表面或與其形成一共平面。
10.如權利要求1所述的覆晶式發光二極管，還包含一反射層，夾置于該半導體外延多層復合結構與該第二類金剛石/導電材料多層復合結構之間。
11.如權利要求1所述的覆晶式發光二極管，其中，該絕緣保護層的材質選自由氮化硅、二氧化硅、以及絕緣類金剛石所組群組中的至少一種。
12.如權利要求1所述的覆晶式發光二極管，其中，該第一半導體外延層以及該第一類金剛石/導電材料多層復合結構是N型，該第二半導體外延層以及該第二類金剛石/導電材料多層復合結構是P型。
13.一種覆晶式發光二極管的制造方法，包括以下步驟: 提供一基板； 于該基板上方形成一半導體外延多層復合結構，其中，該半導體外延多層復合結構包含一第一半導體外延層、以及一第二半導體外延層，其中，該第一半導體外延層與該第二半導體外延層是層迭設置； 于該第一半導體外延層、以及該第二半導體外延層上方分別形成一第一類金剛石/導電材料多層復合結構、以及一第二類金剛石/導電材料多層復合結構；以及 形成一絕緣保護層，該絕緣保護層覆蓋該半導體外延多層復合結構的該第一半導體外延層的側壁以及該第二半導體外延層的側壁。
14.如權利要求13所述的覆晶式發光二極管的制造方法，其中，該半導體外延多層復合結構還包括一活性中間層，該活性中間層夾置于該第一半導體外延層與該第二半導體外延層之間。
15.如權利要求14所述的覆晶式發光二極管的制造方法，其中，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構、以及該第二類金剛石/導電材料多層復合結構選自由導電材料層與導電類碳鉆層疊層結構、導電材料與類金剛石混合物多層結構、以及導電材料與導電性類金剛石混合物多層結構所組群組的至少一種。
16.如權利要求15所述的覆晶式發光二極管的制造方法，其中，該導電材料層或該導電材料的材質選自由銦錫氧化物、氧化鋁鋅、氧化鋅、石墨烯、鈦、鋁、鉻、鎳、鉬、鑰、鎢、銀、鉬、以及金所組群組的至少一種。
17.如權利要求15所述的覆晶式發光二極管的制造方法，其中，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構的導電材料層表面與該第二類金剛石/導電材料多層復合結構的導電材料層表面形成一共平面。
18.如權利要求15所述的覆晶式發光二極管的制造方法，其中，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構的導電類金剛石層表面與該第二類金剛石/導電材料多層復合結構的導電類金剛石層表面形成 一共平面。
19.如權利要求13所述的覆晶式發光二極管的制造方法，其中，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構的表面與該第二類金剛石/導電材料多層復合結構的表面形成一共平面。
20.如權利要求13所述的覆晶式發光二極管的制造方法，還包括以下步驟:于該第一類金剛石/導電材料多層復合結構、以及該第二類金剛石/導電材料多層復合結構上，分別形成一第一金屬焊接層、以及一第二金屬焊接層，其中，該第二金屬焊接層的表面與該第一金屬焊接層的表面形成一共平面。
21.如權利要求20所述的覆晶式發光二極管的制造方法，其中，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構的表面、該第二類金剛石/導電材料多層復合結構的表面、該第二金屬焊接層的表面、或/及第一金屬焊接層的表面高于或低于該絕緣保護層的表面或與其形成一共平面。
22.如權利要求20所述的覆晶式發光二極管的制造方法，其中，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構以及該第一金屬焊接層是于絕緣保護層形成之后或之前形成。
23.如權利要求13所述的覆晶式發光二極管的制造方法，其中，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構以及該第二類金剛石/導電材料多層復合結構同時形成或分開形成。
24.如權利要求13所述的覆晶式發光二極管的制造方法，還包含以下步驟:于該第二類金剛石/導電材料多層復合結構形成前，于該半導體外延多層復合結構上形成一反射層。
25.如權利要求22所述的覆晶式發光二極管的制造方法，其中，該第一類金剛石/導電材料多層復合結構于該絕緣保護層形成后形成。
26.如權利要求25所述的覆晶式發光二極管的制造方法，還包含以下步驟:于該絕緣保護層形成前，于該半導體外延多層復合結構上形成一反射層。
27.如權利要求13所述的覆晶式發光二極管的制造方法，其中，該絕緣保護層的材質是氮化硅、二氧化硅、絕緣類金剛石、或其組合。
28.如權利要求13所述的覆晶式發光二極管的制造方法，其中，該第一半導體外延層以及該第一類金剛石/導電材料多層復合結構是N型，該第二半導體外延層以及該第二類金剛石/導電材料多層復合結構是P型。
29.—種芯片板上封裝結構,包括: 一電路載板；以及 一如權利要求1至第12中任一項所述的覆晶式發光二極管，其是經由該第一金屬焊接層以及該第二金屬焊接層封裝于該電路載板。
30.如權利要求29所述的覆芯片板上封裝結構，其中，該電路載板包含一絕緣層、以及一電路基板，該絕緣層的材質是選自由類金剛石、氧化鋁、陶瓷、以及含金剛石的環氧樹脂所組群組的至少一種。
31.如權利要求30所述的覆芯片板上封裝結構，其中，該電路基板是一金屬板、一陶瓷板或一娃基板。`
全文摘要
本發明是有關于一種覆晶式發光二極管，包括基板、半導體外延多層復合結構、第一與第二類金剛石/導電材料多層復合結構與絕緣保護層，其中，第一與第二類金剛石/導電材料多層復合結構是做為半導體外延多層復合結構的P型電極與N型電極，以緩沖熱膨脹系數差異(coefficient thermal expansion mismatch)所造成的熱應力。本發明亦關于上述覆晶式發光二極管的制法與應用。
文檔編號H01L33/44GK103165783SQ20121000897
公開日2013年6月19日 申請日期2012年1月12日 優先權日2011年12月15日
發明者宋健民, 甘明吉, 蔡百掦 申請人:錸鉆科技股份有限公司