專利名稱：發(fā)光元件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光元件及其制造方法。
背景技術：
發(fā)光二極管(Light Emitting Diode; LED)在高功率照明的運用上，除了須 持續(xù)提升亮度外，散熱問題是另一亟須解決的主要問題。當發(fā)光二極管的光 取出效率不佳時,無法穿出發(fā)光元件(發(fā)光二極管及其封裝體)的光線會轉換 為熱能。若無法有效地將此熱能導出發(fā)光元件，發(fā)光二極管在操作時溫度會 上升，因而造成元件可靠性問題。現有技術為解決元件散熱問題，提出許多 方法。例如在以藍寶石基板成長氮化鎵系列的發(fā)光二極管中，利用二次轉移 方式以激光光照射或以化學蝕刻方式移除導熱性較差的藍寶石基板，再結合 導熱性較佳的硅基板，以改善發(fā)光二極管的散熱效果。另一改善方式為以倒 裝焊接合(flip-chip bonding)取代傳統(tǒng)的導線接合(wire bonding)。圖1披露一 種已知以焊料(solder)為焊接層(soldering layer)的倒裝焊接合發(fā)光元件，包含 發(fā)光二極管10及基座單元(submount unit)20，發(fā)光二極管10包含第一電極 15、第二電極16、以及分別形成于第一電極15及第二電才及16之上的第一焊 接層17及第二焊接層18，用以在接合工藝中將第一焊接層17及第二焊接層 18對應地接合于基座21上的第一接合墊22及第二接合墊23上。焊接層17 及18為具有低熔點的共熔合金(eutectic alloy)。焊接層接合(solder bonding) 具有許多優(yōu)點，例如具有低熔點的共熔合金可適用于低溫接合，例如攝氏 200至400度；再者，在接合時，熔融狀態(tài)可確使焊接層覆蓋整個電極層表 面，有效增加接合面積及接合強度，使焊接層接合具有較純金屬接合如金-金接合(Gold-Gold Interconnection; GGI)更高的接合成品率。另夕卜，使用焊 接層接合無須以添加助熔劑(flux)輔助，可避免助熔劑殘留的污染風險。然而， 焊接層接合卻會因接合壓合時造成熔融的接合層擠出，甚至溢流至發(fā)光二極 管的側壁，造成發(fā)光疊層的p-n半導體層短路而使元件失效。為解決上述的 問題，美國專利號US6888167B2提出一種改善的元件結構如圖2所示，發(fā)
光元件包含發(fā)光二極管及基座，發(fā)光二極管具有p側電極35及n側電極36, 分別位于基板31的相對側，其中n側電極36上形成接合墊38并連接至導 線39; p側電極35則通過導電接合材料37接合至基座，其中該導電接合材 料例如為焊料、導電樹脂、或銀膠。p側電極35上的導電接合材料37形成 預定圖案，以避免于接合壓合時擠出p側電極35的區(qū)域外而與n型半導體 層331及p型半導體層333直接接觸，造成漏電流問題。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在提供發(fā)光元件，除可有效解決上述問題，并可增加接合 面積，提高接合成品率。
本發(fā)明提供一種發(fā)光元件，包含發(fā)光二極管及基座。發(fā)光二極管包含電 極及形成于其上的接合層；基座包含至少一接合墊及形成于接合墊上的多個 凸起及/或凹陷，其中，接合層的熔點較接合墊的熔點低。且該多個凸起深入 接合層至一深度，或接合層填入該多個凹陷。
本發(fā)明的另一目的在提供一種發(fā)光元件的制造方法，其步驟包含提供發(fā) 光二極管包含電極及形成于其上的接合層、提供基座包含至少一接合墊、在 接合墊上形成多個凸起及/或凹陷、以及接合該發(fā)光二極管及該基座。
圖l為一示意圖，顯示依現有技術的發(fā)光元件；
圖2為一示意圖，顯示另一現有技術的發(fā)光元件；
圖3A及3B為示意圖，顯示依本發(fā)明第一實施例的發(fā)光元件;
圖4為一示意圖，顯示依本發(fā)明第二實施例的發(fā)光元件；
圖5A及5B為示意圖，顯示依本發(fā)明第三實施例的發(fā)光元件;
圖6A及6B為示意圖，顯示依本發(fā)明第四實施例的發(fā)光元件。
附圖標記說明 10、 40、 80:發(fā)光二才及管； 21、 39、 51、 61、 71:基座; 15、 35、 45:第一電極； 17、 47、 87:第一接合層；
11、 31、 41:透明基板；
13、 33、 43:發(fā)光疊層；
16、 36、 46:第二電極；
18、 48、 88:第二接合層;
20、 50、 60、 70:基座單元； 23、 53、 63、 73:第二接合墊; 323、 433:第二電性半導體層; 42:第一接觸層； 44:第二接觸層；
22、 52、 62、 72:第一接合墊; 321、 431:第一電性半導體層; 37:導電接合材料； 432:有源層； 64:微凸塊。
具體實施例方式
請參考圖3A，依本發(fā)明的發(fā)光元件包含發(fā)光二極管40及基座單元50。 發(fā)光二極管40包含透明基板41,其材料例如為A1203、 GaN、玻璃、GaP、 SiC、或CVD鉆石；第一接觸層42形成于透明基板41上，第一接觸層42 具有第一區(qū)域a及第二區(qū)域b;發(fā)光疊層43大致上形成于第一接觸層42上 的第一區(qū)域a及第二區(qū)域b，發(fā)光疊層依序包含第一電性半導體層431、有 源層(active layer) 432、及第二電性半導體層433，發(fā)光疊層43受電壓驅動時 會發(fā)出光線，其材料可為發(fā)出紅、黃、或綠色光線的(AlzGa^)a5lno.5P四元系 列，或發(fā)出藍或紫色光線的AlJnyGad—x-y)N氮化鎵系列；第二接觸層44對應 于第一區(qū)域a及第二區(qū)域b，形成于發(fā)光疊層43上；第一電極45對應于第 一區(qū)域a,形成于第二接觸層44上且覆蓋發(fā)光疊層43及第二接觸層44的側 壁；第二電極46對應于第二區(qū)域b，形成于第二接觸層44上；第一接合層 47形成于第一電極45之上、及第二接合層48形成于第二電極46之上。第 一電極45與第二電極46實質上在同一水平面上。第一接觸層42與第二接 觸層44的材料例如為氧化銦錫(ITO)透明導電層；第一接合層47與第二接 合層48為焊接層，其材料包含金/鍺、金/錫、鉛/錫、或其他含錫或銦的合 金。
基座單元50包含基座51、第一接合墊52及第二接合墊53形成于基座 51上，用以分別與第一接合層47及第二接合層48接合。其中，第一接合墊 52及第二接合墊53各包含多個凸起及/或凹陷。在接合時，設定接合溫度使 接合層為熔融狀態(tài)，且使該多個凸起深入接合層47及48至一深度，或使部 分的接合層47及48填入該多個凹陷。第一接合層47與第二接合層48具有 厚度H，且第一接合墊52與第二接合墊53的凸起及/或凹陷具有高低差h， 例如接合墊上若僅具有凸起或凹陷，則高低差為任一凸起凸出接合墊表面的 高度或任一凹陷凹陷于接合墊表面的深度；若接合墊上同時具有凸起及凹
陷，則高低差為任一相鄰的凸起的最高點及凹陷的最低點的差值。在一優(yōu)選
實施例，該厚度H大于或等于該高低差h?；?1包含導熱良好的材料， 例如為Si、 SiC、 A1N、 CuW、 Cu、或CVD鉆石；第一接合墊52或第二接 合墊53包含金、銀、銅、鋁、或具有熔點較接合層高的合金。
請參考圖3B，發(fā)光二極管40與基座單元50相接合，接合方式例如為 熱壓合(thermal-compression bonding)。接合層例如為20/80重量百分比的錫/ 金，其共熔點(eutecticpoint)約為攝氏280度、接合墊為金，適當的接合溫度 約為攝氏300至400度，接合溫度的設定為使接合層處于熔融狀態(tài)，但接合 墊仍保持固態(tài)，亦即接合溫度為大于接合層的熔點，但小于接合墊的熔點。 在加壓時，接合墊上的凸起深入接合層至一深度或部分的接合層填入接合墊 上的凹陷，以形成良好的接合。
形成接合墊上的凸起及/或凹陷的方法，可以先在基座51上形成接合墊 層，再以已知的光刻蝕刻方式，蝕刻部分深度的接合墊層，使凸起及/或凹陷 一體成形于接合墊52及接合墊53;在另一實施例，凸起及/或凹陷可僅形成 于接合墊52或接合墊53其中之一，凸起及/或凹陷的表面圖案可為圓形、格 子形、長條形、多邊形、或其組合。
請參考圖4，其中顯示依本發(fā)明另一實施例的發(fā)光元件，基座單元60 包含基座61、第一接合墊62及第二接合墊63形成于基座51上、以及多個 微凸塊64形成于第一接合墊62及第二接合墊63上。形成接合墊上微凸塊 的方法，可以先在基座61上分別形成第一接合墊62及第二接合墊63，再沉 積金屬層于接合墊及基座上，接著以已知的光刻蝕刻方式，圖案化并蝕刻該 金屬層，使形成多個微凸塊64于接合墊上；或者以剝除(lift-off)方式先將圖 案化的光刻膠層形成于金屬層下方，再剝除光刻膠及光刻膠上方的金屬層以 形成多個微凸塊64于接合墊上。微凸塊的表面圖案可為圓形、格子形、長 條形、多邊形、或其組合。其中該金屬層的材料包含金、銀、銅、鋁、或具 有熔點較接合層高的合金。
請參考圖5A及5B揭示本發(fā)明關于在基座上形成凸起及/或凹陷的另一 實施例?；鶈卧?0包含基座71 、以及第一接合墊72及第二接合墊73形 成于基座71上。其中，基座71表面包含多個凸起及/或凹陷，且第一接合墊 72及第二接合墊73系順應基座71上的凸起及/或凹陷形狀形成于其上，使 第一接合墊及第二接合墊表面亦形成多個凸起A/或凹陷。基座71上的凸起
及/或凹陷的形成，可在具有平坦表面的基座上直接以已知的光刻蝕刻方式或 選擇性電鍍方式，圖案化該具有平坦表面的基座，使形成多個凸起及/或凹陷 于該基座上。該多個凸起及/或凹陷的表面圖案可為圓形、格子形、長條形、
多邊形、或其組合?；?1包含導熱良好的材料，例如為Si、 SiC、 A1N、 CuW、 Cu、或CVD鉆石。
本發(fā)明的另一實施例亦可運用前述圖3至圖5所披露的發(fā)明原理，同時 在接合墊及接合層上形成多個凸起及/或凹陷，如圖6A及6B所示，仍可達 到類似的接合效果。
本發(fā)明所列舉的各實施例僅為用以說明本發(fā)明，并非用以限制本發(fā)明的 范圍。對本發(fā)明所作的任何修飾或變更皆不脫離本發(fā)明的權利要求。
權利要求
1.一種發(fā)光元件，包含發(fā)光二極管，包含電極及形成于該電極上的接合層；以及基座單元，包含基座、形成于該基座上的接合墊、及形成于該接合墊上的多個凸起及/或凹陷。
2. 如權利要求1所述的發(fā)光元件，其中該接合墊的熔點較該接合層的熔點高。
3. 如權利要求1所述的發(fā)光元件，其中該多個凸起埋入該接合層至一深 度，或部分的該接合層填入該多個凹陷。
4. 如權利要求l所述的發(fā)光元件，其中該接合層具有一厚度，該凸起及 /或凹陷具有一高低差，該厚度大于或等于該高低差。
5. 如權利要求1所述的發(fā)光元件，其中該接合層的材料包括金/鍺、金/ 錫、鉛/錫、或其他含錫或銦的合金。
6. 如權利要求1所述的發(fā)光元件，其中該接合墊的材料包括金、銀、銅、
7. 如權利要求1所述的發(fā)光元件，其中該多個凸起及/或凹陷是一體成 形于該接合墊上。
8. 如權利要求1所述的發(fā)光元件，其中該多個凸起及/或凹陷的材料為 與接合墊相異的材料。
9. 如權利要求1所述的發(fā)光元件，其中該基座具有多個凸起及/或凹陷， 且該接合墊為順應該多個凸起A/或凹陷的表面形成于該基座上。
10. 如權利要求1所述的發(fā)光元件，其中該接合層具有多個凸起及/或 凹陷。
11. 如權利要求1所述的發(fā)光元件，其中該多個凸起及/或凹陷的表面 形狀包含圓形、格子形、長條形、多邊形、或其組合。
12. —種發(fā)光元件的制造方法，包含以下步驟 提供發(fā)光二極管，包含電極及形成于該電極上的接合層； 提供基座單元，包含基座及形成于該基座上的接合墊；以及 在該接合墊上形成多個凸起及/或凹陷。
13. 如權利要求12所述的制造方法，還包含 倒裝焊接合該發(fā)光二極管至該基座單元。
14. 如權利要求13所述的制造方法，其中該倒裝焊接合包含熱壓合。
15. 如權利要求12所述的制造方法，其中該接合墊的熔點較該接合層 的熔點高。
16. 如權利要求12所述的制造方法，其中該多個凸起埋入該接合層至 一深度，或部分的該接合層填入該多凹陷。
17. 如權利要求12所述的制造方法，其中該接合層具有一厚度，該凸 起及/或凹陷具有一高低差，該厚度大于或等于該高低差。
18. 如權利要求12所述的制造方法，其中該接合層的材料包括金/鍺、 金/錫、鉛/錫、或其他含錫或銦的合金。
19. 如權利要求12所述的制造方法，其中該接合墊的材料包括金、銀、 銅、或鋁。
20. 如權利要求12所述的制造方法，其中該多個凸起;^或凹陷是一體成形于該接合墊上。
21. 如權利要求12所述的制造方法，其中該多個凸起及/或凹陷的材 料為與接合墊相異的材料。
22. 如權利要求12所述的制造方法，其中該接合層具有多個凸起及/ 或凹陷。
23. 如權利要求12所述的制造方法，其中該接合墊的表面形狀包含圓 形、格子形、長條形、多邊形、或其組合。
24. —種發(fā)光元件的制造方法，包含以下步驟 提供包含電極的發(fā)光二極管； 在該電極上形成接合層；提供包含基座的基座單元；在該基座表面形成多個凸起及/或凹陷；以及在該基座上形成接合墊；其中，該接合墊順應該基座表面形成于該基座上，使該接合墊表面亦具 有多個凸起及/或凹陷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)光元件及其制造方法。該發(fā)光元件包含發(fā)光二極管及基座，其中該發(fā)光二極管包含電極及形成于其上的接合層；基座包含接合墊及形成于接合墊上的多個凸起及/或凹陷。該發(fā)光元件的制造方法，包含提供發(fā)光二極管，包含電極及形成于其上的接合層、提供基座，包含至少一接合墊、在該接合墊上形成多個凸起及/或凹陷、以及接合該發(fā)光二極管及該基座。
文檔編號H01L33/00GK101359704SQ20071013719
公開日2009年2月4日 申請日期2007年7月30日 優(yōu)先權日2007年7月30日
發(fā)明者林錦源 申請人:晶元光電股份有限公司