專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)光二極管裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light Emitting Diode, LED)由于具有體積小、響應(yīng) 快、亮度高、壽命長(zhǎng)和發(fā)光穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用在顯示裝置和 光讀寫(xiě)裝置中。當(dāng)發(fā)光二極管工作時(shí)，其產(chǎn)生的能量大約20%以光 能形式導(dǎo)出，而80°/。以熱能形式導(dǎo)出。該熱能將導(dǎo)致發(fā)光二極管溫 度上升，影響發(fā)光效率并減少元件壽命。
傳統(tǒng)解決方法是采用 一散熱器、 一致冷晶片(Thermoelectric cooler, TE cooler)或二者相結(jié)合，通過(guò)粘合或焊、接的方式與該發(fā)光二 極管組裝，對(duì)該發(fā)光二極管致冷散熱。致冷晶片由于具有致冷速度 快、體積小、無(wú)污染、溫度控制準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，逐步取代其它散 熱組件，更廣泛應(yīng)用在發(fā)光二極管致冷散熱方面。
該致冷晶片包括一第一基板、 一與該第一基板相對(duì)設(shè)置的第二 基板。該發(fā)光二極管與該致冷晶片的第一基板通過(guò)一粘合材料相粘 合固定。該散熱器也通過(guò)一粘合材料粘合固定在該致冷晶片的第二 基板上。
當(dāng)施加一預(yù)定電流時(shí)，該發(fā)光二極管發(fā)光并產(chǎn)生熱量，該熱量 通過(guò)該致冷晶片吸收并傳導(dǎo)到該散熱器，再通過(guò)該散熱器釋放，從 而使得該發(fā)光二極管的溫度降低。
然而，當(dāng)該發(fā)光二極管工作時(shí)，該粘合處或焊接處會(huì)影響導(dǎo)熱 效率，且粘合或焊接的方式導(dǎo)致組裝過(guò)程復(fù)雜和制造成本上升。另 外，該致冷晶片的二基板也影響導(dǎo)熱效率，從而導(dǎo)致該發(fā)光二極管 散熱效果不佳。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)發(fā)光二極管散熱效果不佳、成本較高的問(wèn)題，
4有必要提供一種散熱效果較佳、成本較低的發(fā)光二極管裝置。
另外，還有必要提供一種上述發(fā)光二極管裝置的制造方法。 一種發(fā)光二極管裝置，其包括一發(fā)光二極管磊晶片和一致冷晶 片。該發(fā)光二極管磊晶片包括一基板和一設(shè)置在該基板表面的半導(dǎo) 體層。該致冷晶片直接形成在該基板遠(yuǎn)離該半導(dǎo)體層的表面。
一種發(fā)光二極管裝置，其包括一發(fā)光二極管磊晶片和一致冷晶 片，該發(fā)光二極管磊晶片包括一基板和一設(shè)置在該基板表面的半導(dǎo) 體層。該致冷晶片的冷端直接吸收該發(fā)光二極管磊晶片產(chǎn)生的熱量， 并傳導(dǎo)到熱端。
一種發(fā)光二極管裝置的制造方法，其包括如下步驟提供一基 板，在該基板上形成一半導(dǎo)體層；在該基板遠(yuǎn)離該半導(dǎo)體層的表面 直接形成致冷晶片；提供一散熱器，并與該致冷晶片粘合固定。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明發(fā)光二極管裝置的致冷晶片直接形成 在該發(fā)光二極管磊晶片的基板表面，省去該致冷晶片的二基板，如 此不僅可大幅提升散熱效率，同時(shí)也節(jié)省制造與組裝成本。該發(fā)光 二極管裝置的制造方法將該致冷晶片直接形成在該發(fā)光二極管蟲(chóng)晶 片的基板表面，不需通過(guò)粘合或焊接方式連接到該發(fā)光二極管磊晶 片，從而大幅提升該發(fā)光二極管裝置的散熱效率。


圖1是本發(fā)明發(fā)光二極管裝置第一實(shí)施方式的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1所示發(fā)光二極管裝置制造方法的流程圖。 圖3至圖5是圖2所示發(fā)光二極管裝置的制造方法各步驟的示 意圖。
圖6是本發(fā)明發(fā)光二極管裝置第二實(shí)施方式的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是本發(fā)明發(fā)光二極管裝置第三實(shí)施方式的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是本發(fā)明發(fā)光二極管裝置第四實(shí)施方式的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9是本發(fā)明發(fā)光二極管裝置第五實(shí)施方式的底面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖1,是本發(fā)明發(fā)光二極管裝置的第一實(shí)施方式的側(cè)面
結(jié)構(gòu)示意圖。該發(fā)光二極管裝置2包括一發(fā)光二極管蟲(chóng)晶片21、 一 致冷晶片22和一散熱器23。該致冷晶片22直接形成在該發(fā)光二極 管磊晶片21的表面。該散熱器23設(shè)置在該致冷晶片22遠(yuǎn)離該發(fā)光 二極管磊晶片21的表面。
該發(fā)光二極管蟲(chóng)晶片21包括一基板211和一半導(dǎo)體層212。該 半導(dǎo)體層212設(shè)置在該基板211的表面。該基板211是絕緣基板， 其材料是藍(lán)寶石(Sapphire)或硅(Si)。
該致冷晶片22包括多個(gè)第一電極223a、 一絕緣層(圖未示)、多 個(gè)第二電極223b、多個(gè)P型半導(dǎo)體晶粒224和多個(gè)N型半導(dǎo)體晶粒 225。該第一電極223a設(shè)置在該基板211遠(yuǎn)離該半導(dǎo)體層212的表 面。該絕緣層設(shè)置在該散熱器23靠近該致冷晶片22的表面。該第 二電極223b設(shè)置在該絕緣層的表面，且與該第一電極223a相對(duì)交 錯(cuò)排列設(shè)置。每一該P(yáng)型半導(dǎo)體晶粒224與該N型半導(dǎo)體晶粒225 相互交替間隔設(shè)置，且?jiàn)A在該第 一 電極223a和第二電極223b之間。
每一該P(yáng)型半導(dǎo)體晶粒224與N型半導(dǎo)體晶粒225靠近該發(fā)光 二極管磊晶片21的一端定義為冷端，每一該P(yáng)型半導(dǎo)體晶粒224 與N型半導(dǎo)體晶粒225靠近該散熱器23的一端定義為熱端。每一 該P(yáng)型半導(dǎo)體晶粒224設(shè)置在兩個(gè)該N型半導(dǎo)體晶粒225之間，該 P型半導(dǎo)體晶粒224與一 N型半導(dǎo)體晶粒225的冷端通過(guò)一第 一電 極223a電性連接。該P(yáng)型半導(dǎo)體晶粒224與另一 N型半導(dǎo)體晶粒 225的熱端通過(guò)一第二電極223b電性連接，從而使得多個(gè)P型半導(dǎo) 體晶粒224和多個(gè)N型半導(dǎo)體晶粒225相互電性串聯(lián)連接。當(dāng)該發(fā) 光二極管裝置2被施加一預(yù)定電流時(shí)，該致冷晶片22的冷端吸收該 發(fā)光二極管磊晶片21產(chǎn)生的熱量，并將熱量傳導(dǎo)到熱端。該熱量從 熱端通過(guò)該散熱器23及時(shí)釋放，從而使得該發(fā)光二極管蟲(chóng)晶片21 的溫度降低。
請(qǐng)參閱圖2,是圖1所示發(fā)光二極管裝置2的制造方法流程圖，其包括如下步驟
步驟S1:提供一基板，在該基板表面形成一半導(dǎo)體層； 請(qǐng)參閱圖3，提供一基板211。該基板211是絕緣基板，其材料
是藍(lán)寶石或硅。在該基板211表面通過(guò)磊晶技術(shù)形成一半導(dǎo)體層
212。
步驟S2:在該基板211遠(yuǎn)離該半導(dǎo)體層212的表面直接形成致 冷晶片；
請(qǐng)參閱圖4,在該基板211遠(yuǎn)離該半導(dǎo)體層212的表面沉積形 成多個(gè)第 一 電極223a。該第 一 電極223a間隔排列。
通過(guò)電鑄技術(shù)在每一該第 一 電極223a上形成間隔設(shè)置的一 P 型半導(dǎo)體晶粒224和一 N型半導(dǎo)體晶粒225 。該P(yáng)型半導(dǎo)體晶粒224 和N型半導(dǎo)體晶粒225靠近該基板211的 一 端通過(guò)該第 一 電極223a 電性連接。
在該基板211、該第一電極223a、該P(yáng)型半導(dǎo)體晶粒224和該 N型半導(dǎo)體晶粒225的表面沉積一光致刻蝕劑層(圖未示)，提供一 掩膜對(duì)該光致刻蝕劑層進(jìn)行曝光顯影形成一預(yù)定的光致刻蝕劑圖 案。在該P(yáng)型半導(dǎo)體晶粒224、 N型半導(dǎo)體晶粒225和剩余光致刻 蝕劑上沉積 一 導(dǎo)電金屬層，刻蝕該剩余光致刻蝕劑和其上的導(dǎo)電金 屬層，形成多個(gè)第二電極223b。該第二電極223b與該第一電極223a 相對(duì)交錯(cuò)排列設(shè)置。該第二電極223b與該第一電極223a分別電性 連接該半導(dǎo)體晶粒224、 225的兩端，乂人而4吏得該半導(dǎo)體晶粒224、 225相互電性串聯(lián)連接。在該第二電極223b表面沉積一絕緣層(圖 未示)。
步驟S3:提供一散熱器，并與該致冷晶片22粘合固定。 請(qǐng)參閱圖5，提供一散熱器23,該散熱器23與該絕緣層相粘合 固定。從而該致冷晶片22的熱端與該散熱器23相連接。該發(fā)光二 極管磊晶片21發(fā)出的熱量從熱端通過(guò)該散熱器23釋放。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明發(fā)光二極管裝置2的致冷晶片22 通過(guò)電鑄技術(shù)直接形成在該發(fā)光二極管磊晶片21的基板211表面， 無(wú)需通過(guò)粘合材料或焊接的組裝方式，同時(shí)也省去該致冷晶片22 的二基板，如此不僅可大幅提升散熱效率，同時(shí)也降低制造與組裝成本。
請(qǐng)參閱圖6,是本發(fā)明發(fā)光二極管裝置第二實(shí)施方式的側(cè)面結(jié) 構(gòu)示意圖。該發(fā)光二極管裝置3與第一實(shí)施方式的發(fā)光二極管裝置 2大致相同，其主要區(qū)別在于該發(fā)光二極管裝置3包括一第一電 極323a和一第二電極323b。該第 一電極323a設(shè)置在該基板311遠(yuǎn) 離該半導(dǎo)體層(未標(biāo)示)的表面。該第二電極323b設(shè)置在該散熱器(未 標(biāo)示)的表面。多個(gè)半導(dǎo)體晶粒324間隔排列并夾在該第一電極323a 和第二電極3 2 3 b之間。該半導(dǎo)體晶粒3 2 4是類(lèi)型相同的半導(dǎo)體晶粒， 如均為P型半導(dǎo)體晶?；騈型半導(dǎo)體晶粒。該半導(dǎo)體晶粒324通過(guò) 該第 一 電極323a和第二電極323b保持電性并聯(lián)連接。該發(fā)光二極 管裝置3的制造方法與第一實(shí)施方式的發(fā)光二極管裝置2的制造方 法大致相同，其主要區(qū)別在于在基板311遠(yuǎn)離該半導(dǎo)體層的表面 沉積一第一電極323a，在該第一電極323a上形成多個(gè)間隔排列且 類(lèi)型相同的半導(dǎo)體晶粒324。再在該半導(dǎo)體晶粒324上沉積一第二 電極323b，使得多個(gè)半導(dǎo)體晶粒324電性并聯(lián)連接。
請(qǐng)參閱圖7,是本發(fā)明發(fā)光二極管裝置第三實(shí)施方式的側(cè)面結(jié) 構(gòu)示意圖。該發(fā)光二極管裝置4與第一實(shí)施方式的發(fā)光二極管裝置 2大致相同，其主要區(qū)別在于該發(fā)光二極管裝置4的發(fā)光二極管 磊晶片41的基板411是導(dǎo)電基板，其材料是碳化硅(SiC)。該發(fā)光 二極管裝置4進(jìn)一步包括一設(shè)置在該基板411表面的絕緣層416和 多個(gè)間隔設(shè)置在該絕緣層416表面的第一電極423a。每一該P(yáng)型半 導(dǎo)體晶粒424與該N型半導(dǎo)體晶粒相互交替設(shè)置，且?jiàn)A在該第一電 才及423a和第二電極423b之間，并保持電性串聯(lián)連接。該發(fā)光二極 管裝置4的制造方法與第一實(shí)施方式的發(fā)光二極管裝置2的制造方 法大致相同，其主要區(qū)別在于提供一基板411,該基板411是導(dǎo) 電基板。在該基板411表面形成一絕緣層416,并在該絕緣層416 表面形成多個(gè)間隔排列的第 一 電極423a。
請(qǐng)參閱圖8，是本發(fā)明發(fā)光二極管裝置第四實(shí)施方式的側(cè)面結(jié) 構(gòu)示意圖。該發(fā)光二極管裝置5與第二實(shí)施方式的發(fā)光二極管裝置 3大致相同，其主要區(qū)別在于該發(fā)光二極管裝置5的發(fā)光二極管 磊晶片(未標(biāo)示)的基板511是導(dǎo)電基板，其材料是碳化硅。該基板5 11表面設(shè)置有多個(gè)間隔排列且類(lèi)型相同的半導(dǎo)體晶粒524 。該發(fā)光 二極管裝置5的制造方法與第二實(shí)施方式的發(fā)光二極管裝置3的制 造方法大致相同，其主要區(qū)別在于該半導(dǎo)體晶粒524是直接形成 在該基板511的表面。
請(qǐng)參閱圖9,是本發(fā)明發(fā)光二極管裝置第五實(shí)施方式的底面結(jié) 構(gòu)示意圖。該發(fā)光二極管裝置6與第四實(shí)施方式的發(fā)光二極管裝置 5大致相同，其主要區(qū)別在于該發(fā)光二極管裝置6包括設(shè)置在基 板(圖未示)表面的一絕緣層616和一矩形導(dǎo)電塊617。該矩形導(dǎo)電塊 617位于該基板中心位置，其包括垂直該基板的四側(cè)面(圖未示)。該 絕緣層616覆蓋該基板的矩形導(dǎo)電塊617的外圍區(qū)域。該絕緣層616 表面設(shè)置有多個(gè)間隔排列且類(lèi)型相同的半導(dǎo)體晶粒624。該半導(dǎo)體 晶粒624的一端連接到該四側(cè)面，通過(guò)該矩形導(dǎo)電塊617電性連接， 定義該端為冷端。另 一端通過(guò)一電極623電性連接，定義該端為熱 端。該散熱器(圖未示)與該熱端相連接。該發(fā)光二極管裝置6的制 造方法與第四實(shí)施方式的發(fā)光二極管裝置5的制造方法大致相同， 其主要區(qū)別在于在該基板表面中心位置形成一矩形導(dǎo)電塊617并 在該基板和矩形導(dǎo)電塊617表面沉積一絕緣層616。在該絕緣層616 表面形成多個(gè)間隔排列的半導(dǎo)體晶粒624,且該半導(dǎo)體晶粒624的 一端連接到該四側(cè)面。在該半導(dǎo)體晶粒624的另 一端沉積一電^L 623, /人而該半導(dǎo)體晶粒624電性并聯(lián)連接。
權(quán)利要求
1. 一種發(fā)光二極管裝置，其包括一發(fā)光二極管磊晶片和一致冷晶片，該發(fā)光二極管磊晶片包括一基板和一設(shè)置在該基板表面的半導(dǎo)體層，其特征在于該致冷晶片直接形成在該基板的遠(yuǎn)離該半導(dǎo)體層的表面。
2. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置，其特征在于該基板 是絕緣基板，該致冷晶片包括多個(gè)第一電極、多個(gè)半導(dǎo)體晶粒和多 個(gè)第二電極，該第一電極間隔設(shè)置在該基板的遠(yuǎn)離該半導(dǎo)體層的表 面，該半導(dǎo)體晶粒間隔設(shè)置在該第 一 電極遠(yuǎn)離該半導(dǎo)體層的表面， 該第二電極設(shè)置在該半導(dǎo)體晶粒遠(yuǎn)離該半導(dǎo)體層的 一 端。
3. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置，其特征在于該基板 是導(dǎo)電基板，該致冷晶片包括一絕緣層、多個(gè)第一電極、多個(gè)第二 電極和多個(gè)半導(dǎo)體晶粒，該絕緣層設(shè)置在該基板遠(yuǎn)離該半導(dǎo)體層的 表面，該第一電極間隔設(shè)置在該絕緣層內(nèi)表面，該半導(dǎo)體晶粒設(shè)置 在該第 一電才及內(nèi)表面，該第二電才及間隔設(shè)置在該半導(dǎo)體晶粒遠(yuǎn)離該 半導(dǎo)體層的一端。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的發(fā)光二極管裝置，其特征在于該 多個(gè)半導(dǎo)體晶粒包括多個(gè)P型半導(dǎo)體晶粒和多個(gè)N型半導(dǎo)體晶粒， 每一該P(yáng)型半導(dǎo)體晶粒和N型半導(dǎo)體晶粒相互交替間隔設(shè)置，且?jiàn)A 在該第 一 電極和第二電極之間。
5. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置，其特征在于該基板 是絕緣基板，該致冷晶片包括一第一電極、多個(gè)類(lèi)型相同的半導(dǎo)體 晶粒和 一 第二電極，該第 一 電極設(shè)置在該基板遠(yuǎn)離該半導(dǎo)體層的表 面，該第一電極和第二電極相對(duì)設(shè)置，使得該半導(dǎo)體晶粒夾在該第 一電極和第二電極之間。
6. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置，其特征在于該基板 是導(dǎo)電基板，該致冷晶片包括多個(gè)類(lèi)型相同的半導(dǎo)體晶粒和一電極， 該半導(dǎo)體晶粒間隔i殳置在該基板遠(yuǎn)離該半導(dǎo)體層的表面，該電極i殳 置在該半導(dǎo)體晶粒遠(yuǎn)離該半導(dǎo)體層的一端。
7. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置，其特征在于該基板 是導(dǎo)電基板，該致冷晶片包括一矩形導(dǎo)電塊、 一絕緣層、多個(gè)電極 和多個(gè)半導(dǎo)體晶粒，該矩形導(dǎo)電塊包括垂直于該基板的多個(gè)側(cè)面，該絕緣層設(shè)置在該基板的該矩形導(dǎo)電塊的外圍區(qū)域，該半導(dǎo)體晶粒i殳置在該絕緣層表面，且一端連接該側(cè)面，該電極設(shè)置在該半導(dǎo)體 晶粒遠(yuǎn)離該矩形導(dǎo)電塊的 一 端。
8. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置，其特征在于該發(fā)光 二極管裝置進(jìn)一步包括一散熱器，且該散熱器與該致冷晶片粘合固 定。
9. 一種發(fā)光二極管裝置，其包括一發(fā)光二極管磊晶片和一致冷 晶片，該發(fā)光二極管磊晶片包括一基板和一設(shè)置在該基板表面的半 導(dǎo)體層，其特征在于該致冷晶片的冷端直接吸收該發(fā)光二極管磊 晶片產(chǎn)生的熱量，并傳導(dǎo)到熱端。
10. —種發(fā)光二極管裝置的制造方法，其包括如下步驟提供一 基板，在該基板表面形成一半導(dǎo)體層；在該基板遠(yuǎn)離該半導(dǎo)體層的 表面直接形成致冷晶片；提供一散熱器，并與該致冷晶片粘合固定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管裝置及其制造方法。該發(fā)光二極管裝置包括一發(fā)光二極管磊晶片和一致冷晶片。該發(fā)光二極管磊晶片包括一基板和一設(shè)置于該基板表面的半導(dǎo)體層。該致冷晶片直接形成于該基板遠(yuǎn)離該半導(dǎo)體層的表面。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101499508SQ20081006603
公開(kāi)日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2008年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月1日
發(fā)明者許育儒 申請(qǐng)人:群康科技(深圳)有限公司;群創(chuàng)光電股份有限公司