專利名稱：具散熱貫穿孔的氮化鎵系發光二極管結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種氮化鎵系發光二極管結構，尤其涉及一種具散熱貫穿孔的氮化鎵 系發光二極管結構。
背景技術：
發光二極管(Light Emitting Diode, LED)具有高效率的發光特性，且可用一般半 導體制造過程大量生產，因此在強調節能的國際風潮下，發光二極管已大量的應用于一般 照明光源與液晶顯示器的背光源。發光二極管主要是利用外部電壓施加到光二極管的正極端與負極端，使光二極管 的PN接面形成順偏導通，而由于發光二極管具有直接能隙的特性，因此能將大部分的電能 轉換成光能而發光，其余的電能則轉為熱量。一般來說，發光二極管的發光效率受溫度影 響，尤其是高功率的發光二極管，常常因散熱效率不佳而大幅降低發光效率，或甚至因溫度 過高而發生永久性的毀損，因此如何提高發光效率以及加強散熱效率一直以來便是發光二 極管產業界的首要課題。在不同的發光二極管中，氮化鎵系發光二極管由于具有相當高的發光效率以及操 作穩定性，因此逐漸受到重視，而針對氮化鎵系發光二極管以提高發光及散熱效率的不同 解決方案已常見于發光二極管產業界。參閱圖1，為現有技術中發光二極管結構的示意圖。如圖1所示，發光二極管結構 包括發光二極管芯片10、藍寶石基體20及反射層30，其中發光二極管芯片10是在藍寶石 基體20上形成，發光二極管芯片10可為垂直結構發光二極管芯片，主要包括依序堆棧在藍 寶石基體20上的P型氮化鎵層及N型氮化鎵層，利用順偏時P型氮化鎵層及N型氮化鎵層 的接面發生電子電洞復合而發光。反射層30在藍寶石基體20底下，可為分布式布拉格反 射層(Distributed Bragg Reflector，DBR)，用以反射發光二極管芯片10的光線，如圖1中 的光路徑L所示，藉以提高整體的發光效率。上述發光二極管結構的缺點是，藍寶石基體的散熱能力差，無法快速移除發光二 極管芯片所產生的熱量，因此限制發光二極管芯片的操作功率，而不適用于高功率發光二 極管。參閱圖2，為現有技術中另一發光二極管結構的示意圖。如圖2所示，發光二極管 結構主要包括發光二極管芯片10及散熱層40，在藍寶石基體(圖中未顯示)上形成發光二 極管芯片10后，是經鐳射剝離制程(Laser Lift-off Process)剝離去除藍寶石基體，接著 在發光二極管芯片10的底下，利用鋁或銅電鍍(Al or Cu Plating)而形成包括鋁、銅合金 或金屬的散熱層40上，因散熱層40可直接移除發光二極管芯片10所產生的熱量，所以能 大幅提高散熱效率。然而，該現有技術的缺點為制造成本高，尤其是需要復雜的制造步驟， 包括鐳射剝離制程，因此與目前的發光二極管的制程不兼容。因此，需要一種不需鐳射剝離制程且能在目前制程所兼容條件提供額外散熱路徑 的發光二極管結構，藉以解決上述問題。

發明內容
本發明的主要目的在于提供一種具散熱貫穿孔的氮化鎵系發光二極管結構，以解 決上述現有技術中的問題。本發明所述的具散熱貫穿孔的氮化鎵系發光二極管結構，包括一藍寶石基體；一散熱層，在該藍寶石基體的下表面；以及一發光二極管芯片，為氮化鎵系的發光二極管芯片，在該藍寶石基體的上表面上， 且具有一發光區；其中，該散熱層用以提供散熱，該氮化鎵系發光二極管結構具有至少一散熱貫穿 孔，該散熱貫穿孔貫穿該發光二極管芯片以及藍寶石基體，且在散熱貫穿孔內填滿導熱材 料，以形成接觸到散熱層的散熱連接道，提供額外的散熱路徑，將該發光二極管芯片所產生 的熱量傳導至外部。本發明所述的具散熱貫穿孔的氮化鎵系發光二極管結構中，發光二極管芯片在藍 寶石基體的上表面上，而散熱層在藍寶石基體的下表面，且氮化鎵系發光二極管結構具有 至少一散熱貫穿孔，該至少一散熱貫穿孔貫穿發光二極管芯片以及藍寶石基體，且散熱貫 穿孔內填滿導熱材料，以形成接觸到散熱層的散熱連接道，提供額外的散熱路徑以大幅提 高散熱效應，進而避免發生過熱而影響發光穩定性或甚至發生永久性毀損。


圖1為現有技術中發光二極管結構的示意圖。圖2為現有技術中另一種發光二極管結構的示意圖。圖3為本發明所述具散熱貫穿孔的氮化鎵系發光二極管結構的示意圖。
具體實施例方式以下配合說明書附圖對本發明的實施方式做更詳細的說明，以使本領域技術人員 在研讀本說明書后能據以實施。參閱圖3，為本發明所述具散熱貫穿孔的氮化鎵系發光二極管結構的示意圖。首 先，如圖3所示，本發明所述的具散熱貫穿孔的氮化鎵系發光二極管結構包括藍寶石基體 20、散熱層40及氮化鎵系的發光二極管芯片50，其中發光二極管芯片50是在藍寶石基體 20的上表面上利用半導體薄膜形成法而形成，比如氣相沉積法，而散熱層40是在藍寶石基 體20的下表面上利用金屬或合金電鍍法而形成。藍寶石基體20當作發光二極管芯片50 的承載體，而散熱層40是用以散逸發光二極管芯片50所產生的熱，以避免發光二極管芯片 50過熱而影響發光穩定性或甚至發生永久性毀損。散熱層40可包括鋁、銅、鋁銅合金或其它導熱性金屬或合金。圖3中的發光二極管芯片50具有一發光區，如圖中的突起狀，該突起狀表示示范 性實例而已，并非用以限定本發明，因此本發明可包括具平整表面的一般發光二極管芯片 50。此外，發光二極管芯片50具有正極端與負極端(圖中未顯示)，分別連接二電氣信號， 使得發光二極管芯片50在順偏時，亦即發光二極管芯片50的正極端的電壓高于負極端的電壓且二端的壓差大于該發光二極管芯片50的導通電壓時，比如一般發光二極管芯片為 1. 9V而白光發光二極管芯片為3. 5V，則發光二極管芯片50的發光區，亦即PN接面區，會將 部分電能轉換成光能而發光。進一步如圖3所示，可利用適當的加工方式，比如鐳射鉆孔(laser driller)，形 成至少一散熱貫穿孔60，且該散熱貫穿孔60貫穿發光二極管芯片50的發光區之外的部分 以及藍寶石基體20。散熱貫穿孔60可具有不同的斷面形狀及排列方式，比如每個散熱貫穿 孔60的斷面可為圓形、矩形或其它不規則形狀，且排列方式可為以發光區為中心的一層或 多層的同心圓環形，或一層或多層矩形。要注意的是，圖3為顯示二散熱貫穿孔60以當作 示范性實例，并非用以限定本發明。散熱貫穿孔60內以導熱材料填滿，形成散熱連接道70，且散熱連接道70接觸到散 熱層40，并可連接至其它散熱裝置(圖中未顯示)，比如大面積散熱鰭片或金屬片，用以將 發光二極管芯片50所產生的熱傳導至發光二極管芯片50之外。散熱貫穿孔60內的導熱 材料可包括鋁、銅、鋁銅合金或其它導熱性金屬或合金。本發明的特點在于，除了形成散熱貫穿孔所需的鐳射鉆孔外，其它加工制程皆兼 容于一般發光二極管的加工制造過程，因此不會增加整體加工制程的復雜性與加工成本。 本發明的另一特點在于，藉位于發光二極管芯片側邊的散熱貫穿孔，提供除藍寶石基體底 下的散熱層以外的額外散熱路徑，同時因散熱貫穿孔接觸到散熱層，可進一步分擔散熱層 的散熱負載，藉以大幅提高整體的散熱效率以及發光的穩定性。以上所述僅為用以解釋本發明的較佳實施例，并非企圖據以對本發明做任何形式 上的限制，因此，凡有在相同的創作精神下所作有關本發明的任何修飾或變更，皆仍應包括 在本發明意圖保護的范疇。
權利要求
1.一種具散熱貫穿孔的氮化鎵系發光二極管結構，其特征在于，包括一藍寶石基體；一散熱層，在該藍寶石基體的下表面；以及一發光二極管芯片，為氮化鎵系的發光二極管芯片，在該藍寶石基體的上表面上，且具 有一發光區；其中，該散熱層用以提供散熱，該氮化鎵系發光二極管結構具有至少一散熱貫穿孔，該 散熱貫穿孔貫穿該發光二極管芯片以及藍寶石基體，且在散熱貫穿孔內填滿導熱材料，以 形成接觸到散熱層的散熱連接道，提供額外的散熱路徑，將該發光二極管芯片所產生的熱 量傳導至外部。
2.如權利要求1所述的氮化鎵系發光二極管結構，其特征在于，該散熱貫穿孔是利用 鐳射鉆孔而形成，且貫穿該發光二極管芯片的發光區以外的部分。
3.如權利要求1所述的氮化鎵系發光二極管結構，其特征在于，該散熱層包括鋁、銅、 鋁銅合金。
4.如權利要求1所述的氮化鎵系發光二極管結構，其特征在于，該導熱材料包括鋁、 銅、鋁銅合金。
5.如權利要求1所述的氮化鎵系發光二極管結構，其特征在于，該散熱貫穿孔具有一 斷面，該斷面為圓形、矩形或不規則形狀。
6.如權利要求1所述的氮化鎵系發光二極管結構，其特征在于，該散熱貫穿孔具有一 排列方式，該排列方式為以發光區為中心的一層或多層的同心圓環形，或一層或多層矩形。
全文摘要
本發明公開了一種具散熱貫穿孔的氮化鎵系發光二極管結構，包括藍寶石基體、散熱層及氮化鎵系的發光二極管芯片，其中發光二極管芯片在藍寶石基體的上表面上，而散熱層在藍寶石基體的下表面，且氮化鎵系發光二極管結構具有至少一散熱貫穿孔，該至少一散熱貫穿孔貫穿發光二極管芯片以及藍寶石基體，且散熱貫穿孔內填滿導熱材料，以形成接觸到散熱層的散熱連接道，提供額外的散熱路徑以大幅提高散熱效應，進而避免發生過熱而影響發光穩定性或甚至發生永久性毀損。
文檔編號H01L33/00GK102054904SQ200910180388
公開日2011年5月11日 申請日期2009年10月27日 優先權日2009年10月27日
發明者彭少鵬, 陳隆建 申請人:東莞市福地電子材料有限公司