ing)移轉(zhuǎn)后承載LED外延層108的承載基板(Chip Carrier)作為最終LED封裝基板102使用。而此身兼LED外延結(jié)構(gòu)承載及封裝功能的半導(dǎo)體晶片封裝基板102，亦不必如現(xiàn)有LED承載基板般為了導(dǎo)電在半導(dǎo)體晶片上做離子布值，更不需在LED承載基板的底部磨薄后再制作正電極。本發(fā)明垂直式LED陣列元件100的每一個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)104的正電極在晶片鍵合時(shí)就已自動(dòng)形成。因此，本發(fā)明垂直式LED陣列元件100具有制程簡單及節(jié)省成本的特點(diǎn)。
[0036]再者，本發(fā)明垂直式LED陣列兀件100另包含有一導(dǎo)體材料層126、一第三電極結(jié)構(gòu)128以及一第四電極結(jié)構(gòu)130。導(dǎo)體材料層126形成于LED外延結(jié)構(gòu)104周圍的介電層結(jié)構(gòu)122上，用以電連接該相鄰LED外延結(jié)構(gòu)104間的第一電極結(jié)構(gòu)110及第二電極結(jié)構(gòu)112。第三電極結(jié)構(gòu)128位于基板102的上表面106并位于該多個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)104的區(qū)域外；而第四電極結(jié)構(gòu)130位于基板102的上表面106并位于該多個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)104的區(qū)域外。第三電極結(jié)構(gòu)128與第四電極結(jié)構(gòu)130同為接合金屬層110的一部份并位于該多個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)104之外。第三電極結(jié)構(gòu)128及第四電極結(jié)構(gòu)130與該多個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)104間的第一電極結(jié)構(gòu)110及第二電極結(jié)構(gòu)112之間以相互電連接而形成一電路，其中第三電極結(jié)構(gòu)128及第四電極結(jié)構(gòu)130的極性相異，并分別用以連接一外部電源。此外，第三極結(jié)構(gòu)128及第四電極結(jié)構(gòu)130上可以另形成一利于焊接該外部電源的電極焊料層(SolderLayer)132。
[0037]于實(shí)際應(yīng)用上，該多個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)104之間可以以串聯(lián)的形式將第一電極結(jié)構(gòu)110及第二電極結(jié)構(gòu)112電連接，同時(shí)并與基板102的上表面106的第三電極結(jié)構(gòu)128及第四電極結(jié)構(gòu)130電連接，進(jìn)而形成一串聯(lián)電路。此外，該多個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)104的第一電極結(jié)構(gòu)110電連接至基板102的上表面106的第三電極結(jié)構(gòu)128，該多個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)104的第二電極結(jié)構(gòu)112電連接至基板102的上表面106的第四電極結(jié)構(gòu)130，進(jìn)而形成一并聯(lián)電路。再者，該多個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)104可以區(qū)分為M個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)群，每一 LED外延結(jié)構(gòu)群中的每一 LED外延結(jié)構(gòu)104之間以串聯(lián)的形式將第一電極結(jié)構(gòu)110及第二電極結(jié)構(gòu)112電連接，該M個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)群之間以并聯(lián)的形式電連接于基板102的上表面106的第三電極結(jié)構(gòu)128及第四電極結(jié)構(gòu)130，進(jìn)而形成一串、并聯(lián)混合電路，其中M為大于一的自然數(shù)。
[0038]請參閱圖6,圖6繪示本發(fā)明的一具體實(shí)施例的垂直式LED陣列元件的電路示意圖。于本發(fā)明的一具體實(shí)施例中，該多個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)104可以區(qū)分為3個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)群，每一 LED外延結(jié)構(gòu)群中的每一 LED外延結(jié)構(gòu)104之間以串聯(lián)的形式將第一電極結(jié)構(gòu)110及第二電極結(jié)構(gòu)112電連接，該3個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)群之間以并聯(lián)的形式電連接于基板102的上表面106的第三電極結(jié)構(gòu)128及第四電極結(jié)構(gòu)130，進(jìn)而形成一串、并聯(lián)混合電路，其中該3個(gè)并聯(lián)的LED外延結(jié)構(gòu)群之間相鄰的各別LED外延結(jié)構(gòu)104之間第一電極結(jié)構(gòu)110可相互連接(如圖6所示)，其中若有一個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)104壞損而無法導(dǎo)通，本發(fā)明所采用的電路設(shè)計(jì)并不會(huì)影響其它垂直式LED陣列元件100的運(yùn)作。綜前所述，該多個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)104之間還可以以串聯(lián)、并聯(lián)以及串并聯(lián)的形式進(jìn)行電性連結(jié)。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明垂直式LED陣列元件100確實(shí)提供一種能直接在半導(dǎo)體晶片上制作且LED元件間的電信連結(jié)穩(wěn)定，并且能有效提供單一 LED光源元件同時(shí)具有高功率密度及高光通量的有效解決方案。
[0039]最后，本發(fā)明垂直式LED陣列兀件100的基板102另具有一下表面134,下表面134可以用來直接接觸或間接接觸一導(dǎo)熱元件或一散熱元件，以有效將本發(fā)明垂直式LED陣列元件100因高功率密度通電發(fā)光時(shí)所產(chǎn)生的熱能夠快速的傳導(dǎo)至外接的導(dǎo)熱元件或散熱元件上。再者，于本發(fā)明垂直式LED陣列元件100的該多個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)104的上另形成一突光層136,用以將該垂直式LED陣列兀件100所產(chǎn)生的藍(lán)光或紫外光激發(fā)成白光而做為照明使用，而熒光層136上另外形成一同時(shí)具有高透光率且具低導(dǎo)熱率的透明物質(zhì)層結(jié)構(gòu)138，用以隔絕本發(fā)明垂直式LED陣列元件100因其高光通量的光子或光波與覆蓋在該垂直式LED陣列元件100上的光學(xué)元件，因交互作用而產(chǎn)生累積的熱能可能回傳至該多個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)104本身，進(jìn)而導(dǎo)致該多個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)104溫度上升而導(dǎo)致最終垂直式LED陣列元件100發(fā)光效率遞減的現(xiàn)象。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明垂直式LED陣列元件100所承載LED外延結(jié)構(gòu)104的承載基板可直接做為LED封裝基板102，進(jìn)而可以直接或間接的被安置在照明燈具的導(dǎo)熱或散熱模組上。由于LED外延結(jié)構(gòu)104與LED封裝已合為一體，少掉了固晶的接點(diǎn)材料熱阻，因此本發(fā)明垂直式LED陣列元件的熱阻值(Rjc)也將比現(xiàn)有技術(shù)的垂直式LED陣列元件更低。本發(fā)明垂直式LED陣列元件在高功率操作的實(shí)際燈具應(yīng)用下將有效的降低LED的結(jié)點(diǎn)溫度及延長光源有效壽命。
[0040]承上所述，本發(fā)明垂直式LED陣列元件的制造上可以在大尺寸的半導(dǎo)體晶片基板上一氣呵成，不需再有現(xiàn)有的固晶、打線的制程，將有效的降低光源元件的整體制作成本。由于本發(fā)明采用了晶片級的半導(dǎo)體制程，在大尺寸的晶片上控制垂直式LED陣列元件的外延結(jié)構(gòu)面積大小就可以制作出任意特定光通量的標(biāo)準(zhǔn)光源元件。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提出一種結(jié)合LED外延結(jié)構(gòu)與LED封裝基板為一體垂直式LED陣列元件，本發(fā)明垂直式LED陣列元件具有散熱佳、制程簡單及節(jié)省成本的特點(diǎn)。
[0041]通過以上較佳具體實(shí)施例的詳述，希望能更加清楚描述本發(fā)明的特征與精神，而并非以上述所公開的較佳具體實(shí)施例來對本發(fā)明的范疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排于本發(fā)明所欲申請的專利范圍的范疇內(nèi)。因此，本發(fā)明所申請的專利范圍的范疇?wèi)?yīng)根據(jù)上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種結(jié)合LED外延結(jié)構(gòu)與LED封裝基板為一體的垂直式LED陣列元件，包含有: 一基板，具有一上表面；以及 多個(gè)垂直式LED外延結(jié)構(gòu)，形成于該基板的該上表面，每一 LED外延結(jié)構(gòu)包含一 LED外延層、一第一電極結(jié)構(gòu)以及一第二電極結(jié)構(gòu)，該LED外延層包含有一 N型半導(dǎo)體層、一多重量子阱結(jié)構(gòu)層以及一 P型半導(dǎo)體層，該第一電極結(jié)構(gòu)形成于該LED外延層的下方并與該基板的該上表面相接合，該第二電極結(jié)構(gòu)形成于該LED外延層的上方； 其中，該多個(gè)垂直式LED外延結(jié)構(gòu)周圍形成一介電層結(jié)構(gòu)，該介電層結(jié)構(gòu)于選擇性的區(qū)域內(nèi)向該基板方向延伸并穿越該第一電極結(jié)構(gòu)而伸入該基板之中，并在該基板的該上表面以下形成一介電層溝槽。2.根據(jù)權(quán)利要求1的垂直式LED陣列元件，其中該第一電極結(jié)構(gòu)為生長該多個(gè)LED外延層的一外延基板晶片與一封裝基板晶片經(jīng)過晶片鍵合(WaferBonding)所形成的一接合金屬層。3.根據(jù)權(quán)利要求1的垂直式LED陣列元件，其中該基板材質(zhì)為硅，厚度為300?600微米之間。4.根據(jù)權(quán)利要求2的垂直式LED陣列元件，其中該封裝基板晶片為6吋或8吋或12吋的石圭晶片。5.根據(jù)權(quán)利要求3的垂直式LED陣列元件，其中該封裝基板晶片為經(jīng)過IC制程后的再生晶片或已廢棄無法再回收使用于IC制程的再生晶片。6.根據(jù)權(quán)利要求1的垂直式LED陣列元件，其中該介電溝槽用以防止該多個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)間可能發(fā)生的漏電現(xiàn)象。7.根據(jù)權(quán)利要求1的垂直式LED陣列元件，另包含有一導(dǎo)體材料層，形成于每一LED外延結(jié)構(gòu)周圍的該介電層結(jié)構(gòu)上，用以電連接該相鄰LED外延結(jié)構(gòu)間的該第一電極結(jié)構(gòu)及該第二電極結(jié)構(gòu)。8.根據(jù)權(quán)利要求1的垂直式LED陣列元件，另包含有: 一第三電極結(jié)構(gòu)，形成于該基板的該上表面并位于該多個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)之外；以及 一第四電極結(jié)構(gòu)，形成于該基板的該上表面并位于該多個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)之外,該第三電極結(jié)構(gòu)及該第四電極結(jié)構(gòu)與該多個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)間的該第一電極結(jié)構(gòu)及該第二電極結(jié)構(gòu)之間以相互電連接而形成一電路，其中該第三電極結(jié)構(gòu)及該第四電極結(jié)構(gòu)的極性相異，并分別用以連接一外部電源。9.根據(jù)權(quán)利要求8的垂直式LED陣列元件，其中該第三極結(jié)構(gòu)及該第四電極結(jié)構(gòu)上可以另形成一焊料層，用于利于焊接該外部電源的電極。10.根據(jù)權(quán)利要求8的垂直式LED陣列元件，其中該多個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)之間以串聯(lián)的形式將該第一電極結(jié)構(gòu)及該第二電極結(jié)構(gòu)電連接，同時(shí)并與該基板的該上表面的該第三電極結(jié)構(gòu)及該第四電極結(jié)構(gòu)電連接，進(jìn)而形成一串聯(lián)電路。11.根據(jù)權(quán)利要求8的垂直式LED陣列元件，其中該多個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)的該第一電極結(jié)構(gòu)電連接至該基板的該上表面的該第三電極結(jié)構(gòu)，該多個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)的該第二電極結(jié)構(gòu)電連接至該基板的該上表面的該第四電極結(jié)構(gòu)，進(jìn)而形成一并聯(lián)電路。12.根據(jù)權(quán)利要求8的垂直式LED陣列元件，其中該多個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)可以區(qū)分為M個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)群，每一 LED外延結(jié)構(gòu)群中的每一 LED外延結(jié)構(gòu)之間以串聯(lián)的形式將該第一電極結(jié)構(gòu)及該第二電極結(jié)構(gòu)電連接，該M個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)群之間以并聯(lián)的形式電連接于該基板的該上表面的該第三電極結(jié)構(gòu)及該第四電極結(jié)構(gòu)，進(jìn)而形成一串、并聯(lián)混合電路，其中M為大于一的自然數(shù)。13.根據(jù)權(quán)利要求1的垂直式LED陣列元件，其中于該LED外延結(jié)構(gòu)的上另形成一熒光層，用以激發(fā)白光。14.根據(jù)權(quán)利要求13的垂直式LED陣列元件，其中于該熒光層上形成一高透光率且具低導(dǎo)熱率的透明物質(zhì)層結(jié)構(gòu)。15.根據(jù)權(quán)利要求1的垂直式LED陣列元件，其中該基板另具有一下表面，該下表面可以用來直接接觸或間接接觸一導(dǎo)熱元件或一散熱元件。16.根據(jù)權(quán)利要求1的垂直式LED陣列元件，其中該多個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)的該LED外延層是從另一外延基板上移轉(zhuǎn)于該基板的該上表面。17.根據(jù)權(quán)利要求1的垂直式LED陣列元件，其中每一LED外延結(jié)構(gòu)可以是由多個(gè)具有正、負(fù)電極的微小外延結(jié)構(gòu)所構(gòu)成。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種結(jié)合LED外延結(jié)構(gòu)與LED封裝基板為一體的垂直式LED陣列元件，其包含有一基板以及多個(gè)垂直式LED外延結(jié)構(gòu)?；寰哂幸簧媳砻妗６鄠€(gè)垂直式LED外延結(jié)構(gòu)形成于基板的上表面，每一LED外延結(jié)構(gòu)包含一LED外延層、一第一電極結(jié)構(gòu)以及一第二電極結(jié)構(gòu)。第一電極結(jié)構(gòu)形成于LED外延層的下方并與基板的上表面相接合。第二電極結(jié)構(gòu)形成于該LED外延層的上方。其中，多個(gè)垂直式LED外延結(jié)構(gòu)周圍形成一介電層結(jié)構(gòu)，介電層結(jié)構(gòu)于選擇性的區(qū)域內(nèi)向基板方向延伸并穿越第一電極結(jié)構(gòu)而伸入基板之中，并在基板的上表面以下形成一介電層溝槽。本發(fā)明提供一直接在晶片上制造高功率密度、高光通量的垂直式LED陣列元件的設(shè)計(jì)，可通過介電溝槽以防止該多個(gè)LED外延結(jié)構(gòu)間可能發(fā)生的漏電現(xiàn)象。
【IPC分類】H01L27/15
【公開號】CN105023932
【申請?zhí)枴緾N201410177929
【發(fā)明人】陳振賢
【申請人】新燈源科技有限公司
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2014年4月29日