TWI377708B - - Google Patents
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1377708 九、發明說明: f發明所屬之技術領域j 本發明係關於,發光二極體,特別是一種具有鑽 光二極體及其製造方法。 【先前技術】 運他!在-時會伴隨產生高熱,效率越高的電子元件於 令央處理單紅鮮財所開發的 熱已非傳統教熟器所能迅速散除。 ’、所產生的兩 此外’近十年來絲半導體元件,例如發光二極體(L 雷射二極體·.等,其技術突 隨產生的熱能也越來 _的功率越來越高,伴 ,、祕越來越问,業已達到半導體光源所能承受之上 制發。敎讀叫熱岐破壞,新紐料或散熱方式急 台灣補122侧號專所揭露之發光 找之間係利用透明導熱膠接合,然而透明導=在長 幅降低。 吟會加速为化情況的發生,導致接合效果大 P=,US 6,335,263號專利案所揭露之薄膜轉移方法,係 丫二屬膜作為中介層,將施、GaN、及其 S〇lutl〇n)或其合金薄 如 體(solid 及不銹鋼等基板材質,^於另基板上,例如Sl、⑽、石夕勝 ,、缺點在於所使用之基板並非高導埶俜t 之材質,ϋ此整體散熱效率並不佳。 我、、、係數 5 1377708 . 美國專利Us 6,614,05δ號專利案所揭露之以覆晶封裝結構 • 之發光二極體,其缺點在於電極係設置於發光二極體的同一側, 如此將產生電流擁擠效應(current crowding),造成發光二極體内 產生局部熱點之情況,且所使用之絕緣層係為氮化矽(SiN)、氧化 • 鋁(Al2〇3)、環氧樹脂(epoxy)、或是矽膠等材料,上述材料均非熱 .· 的良導體,導致發光二極體結構之散熱效果不佳。 【發明内容】 隹 鑑於以上的問題,本發明提供一種鑽石薄膜發光二極體及其 製造方法,藉以降低先前技術之發光二極體於使用時所產生之接 面溫度(junction temperature),避免熱點_ spots)的產生,因而提 高發光二極體之發光效率、亮度及使用壽命。 本發明所揭露之鑽石薄膜發光二極體之製造方法,首先係提 供-第-基材,其中第-基材係為組成鑽石薄膜發光二極體中應 具備之基材,故亦可稱之為需求基板’於第一基材上形成—鑽^ % 膜,接著形成一第三金屬層於鑽石膜上,再形成-第-金屬層於 • 第三金屬層上。接著,另外提供-第二基材,其中第二基材係為 組成鑽石薄膜發光二極體中因結合之需要而暫時存在之基材,故 亦可稱之為暫時基板,形成—發光層於第二基材上,於發光層上 形成-第二金屬層,接著第一基材與第二基材係以第一金屬層與 第一金屬層相互接觸之方式進行金屬_合,最後移除第二基材, 以形成一鑽石薄膜發光二極體。 本發明之频在於,藉域麵謂啸升賴效果及熱均 勻性,以有效地降低發光層的表面溫度,並可達到更佳的熱均勻 1377708 为’改善熱點之問題,達到提高發光二極體之亮度及使用壽命。 • 心之本發邮容之說明独下之實施方狀說明係 =不範與解釋本發明之精神與肩理,並且提供本發明之專利申 請範圍更進一步之解釋。 . 【實施方式】 •,參閱「第1圖」及「第2A圖」至「第迚圖」所示,係分別 • 縣發明之鑽石薄膜發光二極體製程之流程圖及步驟示意圖。如 鲁「第1圖」及「第2A圖」所示,首先形成-鑽石膜210於一第 -基材200(即需求基板)上(步驟_,其中鑽石膜训係以化學 氣相沈積(chemical VaporDeposition ’ CVD)方式形成於第一基材 2々00上,且其材質可選用單晶鑽石、多晶鑽石或是類鑽碳肌c) 等材料,但並不以此為限,而基材材料可選用石夕⑸)、碳化石夕 (SiQ、石申化鎵(GaAs)、氧化銘或藍寶石等材料,但並不以此為限。 接著’如「第!圖」及「第2B圖」所示,形成—第三金屬層細 % 於鑽石膜210上之步驟(步驟〗10),以提高鑽石膜210與第-金 -屬層220 (如「第2C圖」)間之貼合性。其中第三金屬層260係 义賤鑛、熱滅、電子束蒸鍍、化學氣相沈積或物理氣相沈積等 方式,形成於鑽石膜210與第一金屬層220之間,而第三金屬層 之材料可選用錄⑽、鈦(Ti)、金(Au)、銀(Ag)、絡⑼、鋁^ 或其合金所製成,其中’組減三金屬層之材料的鍵能強度 具有較不易因熱處理製程後而減弱強度的特質,其中本發明所揭 露之第三金屬層260厚度小於2,000nm’且較佳實施例中所揭露 之厚度介於50 nm至100 nm間,且本發明所揭露之厚度具有較 7 1377708 低之特徵接觸電阻(specific contact resistance)及較強之薄膜貼合 • 強度。 接著,如「第1圖」及「第2C圖」所示,形成一第一金屬 層220於第三金屬層26〇上(步驟12〇),其中第一金屬層22〇可 . 透過濺鍍(suPtter)' 熱蒸鐘(thermal evaporation)' 電子束蒸錢(e_gun _ evaporation)、化學氣相沈積、或物理氣相沈積
Vapor
Deposition,PVD)等方式形成於第三金屬層26〇上,第一金屬層 ^ 220之材料可選用金(Au)、銀(Ag)、絶(Pd)、銦(In)、鈦(Ti)、 鉻(Cr)或錄(Ni),而本發明所揭露之第一金屬層22〇厚度小 於 2μπι。 其中,由金或銀所組成之第一金屬層220於處理程序後,所 形成之連續網狀型態可均勻分散電流,有助於_之導電性,且 本發明所揭露之厚度具有較低之特徵接觸電阻。 接著如第1圖」及「第2D圖」所示,提供一第二基材 % 23G’並且形成—發光層24G於—第二基材23G(即暫時基板)上(步 •驟⑽);接著,如「第i圖」*「第2E圖」所示,形成1第(! 金屬層250於發光層上(步驟M0).,其中第二金屬層25〇係 以_、熱蒸鍍、電子束蒸錄、化學氣相沈積或物理氣相沈積等 方以形成於發光層240上,而第二金屬層25〇之材料係可為 金(Au)、銀(Ag)、!巴⑽、銦(In)、欽㈤、絡(⑺或錄⑽), 且本發明所揭露之第二金屬層25G厚度不大於_。其中,由金 或,所組成之第二金屬層25〇於處理程序後,所形成之連續網狀 型態可均勻分散電流,有助於薄膜之導電性,且本發明所揭露之 1377708 厚度具有較低之特徵接觸電阻。 如第1圖」及「第2F圖」所示,第一金屬層22〇與第二 金屬層250以相互接觸之方式接合第一基材與二 23〇(步驟15〇):其中’依「第2F圖」中所示之箭頭方向;;一 金屬層220與第二金屬層25(^2〇(rc至3〇〇沱之溫度下 用相互熱塵約3〇分鐘,使得第一基材·與第二基^又30相互 其中因第—金屬層22()與第二金屬細之金屬組成材料 相似且能♦哪ga祕,易因鍾侧促使第 第二金屬層別間以金屬鍵結的方式岐密地接紐〇〇 =基材23:;最後如「第1圖」所示,移除第二^ 驟160) ’⑽成-鑽石薄膜發光二極體。 多閱第3圖」及「第4圖」所示,係分別為本發明實施例 之鑽石薄膜發光二極體結構之剖面示意圖。如「第3^^^ 4圖」所示,鑽石膜21〇於第—芙 鑽石膜210上,其中本發明: 一金屬層220於 ㈣、銀·、銦::=22_^ 且太路明祕姐# 鈦(Tl)、鉻(Cr)或鎳(Ni), 攻^第ΓΓίΓ金屬層220厚度不大於2师,第二金屬層 50於第-金屬層22〇上,其中本發明所揭露之第二全屬層, 或鎳(Ν!)’且本發明所揭露 發光層账綱25(^編25G厚輪於2哗, 第4圖」所示,本發明於鑽石膜210與第-金屬 物間增她金屬層,以增強鑽石㈣與第一金屬層 9 1377708 220間的貼合性。 "月參閱「第5圖」及「第6圖」,其分別表示習用發光二極 體與本發明之鑽石賴㈣二極體之表_最大溫度及溫度差 之紅外線熱影像示意圖,其中測試電流為35〇mA。如「第$圖」
戶^ ’習用發光二極體,其石夕薄膜上的氮化鎵(⑽)薄膜表面之」 最高溫度為mt,且表面最高溫與最低溫之_溫度差為78 °c。如「第6圖」所示’本發明之鑽石薄膜發光二極體,其中, 此實施例之組賴構係包括第三金屬層材料之厚度為%奈米至 100奈米的鎳鉻合金(Ni-Cr alloy),第一金屬層血第 料則各別為厚度¥的金㈣或銀⑽,而鑽石膜之料為 ,結果齡__上的統鎵((}&聊職面之最高溫度 為86.6°C ’且表面最高溫與最低溫之間的溫度差為4此,皆2 :第5圖」所示之f用發光二極體之溫度,其顯示鑽石薄膜可有 效降低表面溫度及達到更均勻熱分佈功效。 「第7圖」所示為習用發光二極體與本發明之鑽石薄膜發光 二極體之發光層接面溫度料圖,圖示中之χ触γ抽分料 電流及接面溫度,在相職流的情況下,本發明㈣鑽石薄膜之 發光二極體之接面溫度(虛線),係低於習用梦基板之 、 之接面溫度(實線)。㈣示可知,本發明之_發光二極體錢覆 鑽石薄膜後,可有效降低發光層之接面溫度。 -又 雖然本發明以前述之實施例揭露如上,然其並非用以 發明。在不脫縣㈣之精神和朗内,所為之更動與 屬本發明之專利保護範圍。陳本發明所界定之保護範圍請參考 1377708 所附之申請專利範圍。 【圖式簡單說明】 第1圖為本發明之鑽石薄膜發光二極體製程之步驟流程圖; 第2A圖至第2F圖為本發明一實施例之鑽石薄膜發光二極體中基 材鍵結之運作示意圖; 第3圖為本發明一實施例之鑽石薄膜發光二極體結構之剖面示意 圖,
第4圖為本發明另一實施例之鑽石薄膜發光二極體結構之剖面示 意圖, 第5圖為習用技術之發光二極體表面之最大溫度及溫度差之紅外 線熱影像示意圖; 第6圖為本發明之鑽石薄膜發光二極體表面之最大溫度及溫度差 之紅外線熱影像不意圖,以及 第7圖為習用技術之發光二極體與本發明之鑽石薄膜發光二極體 之接面溫度示意圖。 【主要元件符號說明】 200 第一基材 210 鑽石膜 220 第一金屬層 230 第二基材 240 發光層 250 第二金屬層 260 第三金屬層
Claims (1)
1377708 100年9月30日替換頁 十、申請專利範圍: -種鑽石_發光二極體之製造方法,包含以下步驟: 形成一鑽石膜於一第一基材上; 形成一具有連續網狀型態之第三金屬層於該鑽石膜上; 幵y成具有連續網狀型態之第一金屬層於該第三金屬層 上;- B 形成一發光層於一第二基材上; 形成一具有連續網狀型態之第二金屬層於該發光層上; 以該第一金屬層與該第二金屬層相互接觸之方式接合該 第一基材與該第二基材;以及 移除該第二基材。 2. 如申晴專纖圍第1項所述之製造方法,其中該第三金屬層係 以藏鍍(suptter)、熱蒸鍍(thermai evaporati〇n)、電子束蒸鍍(e gun evaporation)、化學氣相沈積(Chemical Vapor Deposition)或物理 氣相沈積(Physical Vapor Deposition)其中之一方式,以形成於該 第一基材上之鑽石膜與該第一金屬層間。 3. 如申請專利範圍第!項所述之製造方法,其中該第三金屬層材 料係選自鎳(Ni)、鈦(Ti)、金(Au)、銀(Ag)、鉻(Cr)、鋁(A1)或其 合金之其中之一。 如申晴專利範圍第i項所述之製造方法,其中該第三金屬層厚 度係為2000奈米(nm)以下。 如申s青專利範圍第1項所述之製造方法,其中該第三金屬層厚 度係介於50奈米至1〇〇奈米之間。 12 1377708 \ 100年9月30日替換頁 6.如申請專利範圍第1項所述之製造方法,其中該鑽石膜係以化 學氣相沈積(Chemical Vapor Deposition)方式形成於該第一基材 上。 ,7·如申请專利範圍苐1項所述之製造方法,其中該第一金屬層係 - 以藏鐘(supper)、熱蒸鍍(thermal evaporation)、電子束蒸鍍(e-gun evaPorati〇n)、化學氣相沈積(Chemical Vapor Deposition)或物理 氣相沈積(Physical Vapor Deposition)其中之一方式,以形成於該 鲁 第三金屬層上。 8. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法,其中該第二金屬層係 以藏鏡(suptter)、熱蒸錢(thermai evap0rati〇n)、電子束蒸鐘(^皿 evaporation)、化學氟相沈積(chemicai Vapor Deposition)或物理 亂相沈積(Physical Vapor Deposition)其中之一方式,以形成於該 發光層上。 9. 如申請專利賴第丨項所述之製造方法,其中該第―金屬層材 • 料係選自金(Au)、銀(Ag)、纪㈣、銦⑽、鈦㈤、鉻(Cr)或鎳 (Ni)之其中之一。 m如中請專利範圍第1項所述之製造方法,其中該第二金屬層材 料係選自金㈣、銀(Ag)、雀巴㈣、銦⑽.、鈦(Ti)、絡(Cr)或錄 (Ni)之其中之一。 11. 一種鑽石薄膜發光二極體,包含: 一基材; . 一鑽石膜,該鑽石膜設置於該基材上; /、有連、網狀型⑮之第三金屬層,該第三金屬層設置於 13 100年9月30日替換頁 該鑽石膜上; —具有連續戦型態之第—金屬層,該第-金弱設置於 該第三金屬層上; 八有連續網狀型g之第二金屬層,該第二金屬層設置於 該第一金屬層上; 以及 一發光層,該發光層設置於該第二金屬層上。 _ 12·如申請專利範圍第11項所述之鑽;5薄膜發光二極體,其中該 鑽石膜材料鱗自單㈣石、多晶鑽石、或_碳(〗狀谢料 之其中之一。 13. 如巾π專利範圍第n項所述之鑽石薄膜發光二極體,其中該 第金屬層材料係選自金(Au)、銀(Ag)、纪㈣)、姻⑽、欽㈤、 鉻(Cr)或鎳(Ni)之其中之一。 14. ^申請專概圍第u項所述之鑽石薄膜魏二極體,其中該 鲁第金屬層材料係選自金(Au)、銀(八幻、纪㈣)、铜⑽、欽㈤、 . 鉻(Cr)或鎳(Ni)之其中之一。 15. 如申請專利範圍第11項所述之鑽石_發光二極體,其中該 第三金屬層材料係選自鎳(Ni)、鈦(Ti)、金(Au)、銀(Ag)、鉻(Cr)、 紹(A1)或其合金之其中之一。 16. 如申請專·圍第11項所述之鑽石_發光二極體,其中該 第二金屬層厚度係為2000奈米以下。 17. 如申4專利範圍第11項所述之鑽石薄膜發光二極體,其中該 第二金屬層厚度係介於5〇奈米至1〇〇奈米之間。 14
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TW96141093A TW200919781A (en) | 2007-10-31 | 2007-10-31 | Diamond thin-film LED and its manufacturing method |
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