半導體發(fā)光器件的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種半導體發(fā)光器件，包括透明基材以及安裝于所述透明基材上的復數(shù)半導體發(fā)光芯片，該復數(shù)半導體發(fā)光芯片之間通過形成于所述透明基材上的導電體串聯(lián)和/或并聯(lián)，并且至少在相鄰半導體發(fā)光芯片之間的透明基材上開設(shè)有至少用以使射入所述透明基材的至少部分光線自透明基材中射出的凹槽。所述凹槽優(yōu)選為V型槽。本實用新型可有效提升半導體發(fā)光器件的有效出光面積，大幅提高出光效率。
【專利說明】半導體發(fā)光器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種半導體發(fā)光器件，特別是涉及一種半導體發(fā)光器件。

【背景技術(shù)】
[0002]上世紀60年代第一只LED產(chǎn)品在美國誕生，它的出現(xiàn)給人們的生活帶來了很多光彩，由于LED具有壽命長、低功耗、綠色環(huán)保等優(yōu)點，與之相關(guān)的技術(shù)發(fā)展得非常迅速。它已經(jīng)成為“無處不在”的、與人類生活息息相關(guān)的光電器件和光源，比如手機的背光，交通信號燈，大屏幕全彩顯示屏和景觀亮化用燈等等。
[0003]隨著以GaN(氮化鎵)材料P型摻雜的突破為起點的第三代半導體材料的興起，伴隨著以III族氮化物為基礎(chǔ)的高亮度發(fā)光二級管(Light Emitting D1de, LED)的技術(shù)突破，用于新一代綠色環(huán)保固體照明光源的氮化物LED正在成為新的研究熱點。目前，LED應用的不斷升級以及市場對于LED的需求，使得LED正朝著大功率和高亮度的方向發(fā)展。其中研究熱點之一是高壓直流LED技術(shù)，它是采用多顆芯片組成一個總發(fā)光二極管形式，即多顆LED串聯(lián)形成一個LED。
[0004]目前高壓LED技術(shù)屬于新興技術(shù)范疇，其技術(shù)存在一些問題:
[0005]LED芯片的出光效率有待提升，理論上用藍光LED激發(fā)黃色熒光粉合成白光的發(fā)光效率高達每瓦300多流明，但是現(xiàn)在的實際效率還不到理論值的一半，大概是理論值的三分之一左右，其中一個重要原因是一部分從激活區(qū)發(fā)出的光無法從LED芯片內(nèi)部逃逸出來。金屬電極，芯片材料本身和基材對光的吸收和遮擋使得LED光效的損失很大。
[0006]另外，LED芯片出光效率低的另外一個原因是外延材料的折射率遠大于空氣折射率，而傳統(tǒng)的LED芯片的圖形往往采用矩形單元的布局，矩形芯片的側(cè)面光取出角度很小，從而使有源區(qū)產(chǎn)生的光由于全內(nèi)反射不能從LED中有效的發(fā)射出去，導致LED的外量子效率較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實用新型的目的在于提供一種半導體發(fā)光器件，以解決現(xiàn)有半導體發(fā)光器件中的前述技術(shù)問題，例如LED器件出光效率低的技術(shù)問題以及制造成本較高的問題。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供如下技術(shù)方案:
[0009]一種半導體發(fā)光器件，包括透明基材以及安裝于所述透明基材上的復數(shù)半導體發(fā)光芯片，該復數(shù)半導體發(fā)光芯片之間通過形成于所述透明基材上的導電體串聯(lián)和/或并聯(lián)，并且至少在相鄰半導體發(fā)光芯片之間的透明基材上開設(shè)有至少用以使射入所述透明基材的至少部分光線自透明基材中射出的凹槽。
[0010]優(yōu)選的，所述凹槽為V型槽。
[0011]尤為優(yōu)選的，所述V型槽相對兩側(cè)槽壁之間的夾角為25°飛5°。
[0012]優(yōu)選的，所述半導體發(fā)光芯片倒裝于所述透明基材上。
[0013]進一步的，所述半導體發(fā)光芯片的外延層的P、N半導體層上的電極區(qū)域分別經(jīng)導電觸點與導電體電性連接。
[0014]其中，所述透明基材或所述半導體發(fā)光芯片的襯底至少可選自玻璃、藍寶石、碳化硅或有機透明體，且不限于此。
[0015]其中，所述導電體至少可選用透明導電層或金屬導電體，所述透明導電層的材質(zhì)至少可選自氧化銦錫、氧化鋅、石墨烯或碳納米管膜，且不限于此。
[0016]其中，所述金屬導電體,例如金屬線的材質(zhì)至少可選自Cr、Al、Ag、N1、Au或它們之間的某種組合，且不限于此。
[0017]但尤其優(yōu)選的，所述導電體采用透明導電層。
[0018]優(yōu)選的，所述半導體發(fā)光芯片具有三角形橫截面和/或梯形縱向截面。
[0019]進一步的，所述半導體發(fā)光器件還包括至少用以包裹任一半導體發(fā)光芯片的封裝層，所述封裝層內(nèi)和/或表層分布有突光粉。
[0020]進一步的，所述的半導體發(fā)光器件還包括用以整體封裝所述半導體發(fā)光器件的封裝層，所述封裝層內(nèi)和/或表層分布有熒光粉。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點包括:
[0022](I)本實用新型的半導體發(fā)光器件中，襯底、基材、導電層均可采用透明材質(zhì)，避免了電極、基材和襯底對出光的阻擋，實現(xiàn)了空間全角度的出光，提高了出光效率；
[0023](2)LED芯片采用了更有利于側(cè)壁出光的三角形橫向截面及梯形縱向截面，顯著提升了每個芯片的出光效率；
[0024](3) LED芯片之間的透明基材上開設(shè)有凹槽，特別是V型凹槽，可以大幅增加出光面積，進一步提高半導體發(fā)光器件的出光效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0026]圖1所示為本實用新型具體實施例中一種半導體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2所示為本實用新型具體實施例中另一種半導體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0028]為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行詳細說明。這些優(yōu)選實施方式的示例在附圖中進行了例示。附圖中所示和根據(jù)附圖描述的本實用新型的實施方式僅僅是示例性的，并且本實用新型并不限于這些實施方式。
[0029]在此，還需要說明的是，為了避免因不必要的細節(jié)而模糊了本實用新型，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本實用新型的方案密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本實用新型關(guān)系不大的其他細節(jié)。
[0030]參圖1所示，半導體發(fā)光器件包括透明基材1，透明基材I的材質(zhì)選自透明玻璃、藍寶石、碳化硅或有機透明體，有機透明體包括PC (聚碳酸酯)、PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)等的構(gòu)件。優(yōu)選的，透明基材I的材質(zhì)為價格低廉且容易獲取的玻璃。
[0031]透明基材I上倒裝設(shè)有多個半導體發(fā)光芯片，例如LED芯片3 (圖中示有2個)，LED芯片3包括透明襯底以及形成于透明襯底上的外延層，透明襯底的材質(zhì)選自藍寶石、碳化硅、氧化鋅或玻璃。
[0032]進一步地，每個LED芯片3的橫截面設(shè)置為三角形，更優(yōu)選為等腰三角形或正三角形。進一步地，LED芯片3的側(cè)面均為非垂直面，亦即，LED芯片的側(cè)面與襯底底面所在的水平面的夾角為非90°，該夾角可以為銳角也可以為鈍角。LED芯片采用了更有利于側(cè)壁出光的三角形，顯著提升了每個芯片的出光效率。
[0033]LED芯片直接通過串聯(lián)和/或并聯(lián)方式倒裝在透明基材上，無需另行設(shè)置轉(zhuǎn)移基板，且保障半導體發(fā)光器件具有正常的工作性能，特別是在串并聯(lián)組合的情形下，可降低現(xiàn)有半導體發(fā)光器件由于焊接金屬線(通常稱為打線)連接所產(chǎn)生的故障率。而且，在將一個半導體發(fā)光器件內(nèi)的所有LED芯片均并入一電流回路中之后，僅需在器件中設(shè)置與該電流回路配合的總電源接入端口，并以該總電源接入端口與電源連接，從而使器件工作，如此可簡化半導體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)，進一步降低其生產(chǎn)成本，簡化其生產(chǎn)工藝，使其易大批量標準化制作，前述總電源端口可采用業(yè)界所知的各類形式，例如插接端口。
[0034]相鄰的LED芯片3之間通過透明導電層2串聯(lián)和/或并聯(lián)，以形成一整體的發(fā)光器件。透明導電層2形成于透明基材I的表面，LED芯片3的電極4通過粘合等方式與透明導電層2固定。透明導電層2選自氧化銦錫、氧化鋅碳納米管或石墨烯等形成的薄層或膜。
[0035]相鄰的LED芯片3之間的透明基材上開設(shè)有凹槽5，凹槽5優(yōu)選為V型槽，其底部的夾角優(yōu)選為25°飛5°，更優(yōu)選為45°。通過V型槽的設(shè)置，一方面增加了玻璃基材的出光面積，另一方面，避免了因為全內(nèi)反射而使得部分光無法從玻璃基材中有效的發(fā)射出去，提高了出光效率。
[0036]又及，為使相鄰LED芯片之間保持良好的電性連接，可采用業(yè)界已知的各種方式使透明導電層在相鄰LED芯片之間連續(xù)分布。例如，可在透明基材上開設(shè)前述凹槽，而后在凹槽內(nèi)填充犧牲材料，例如可用有機溶劑、水或腐蝕性氣體、液體溶解或蝕刻去除的材料，并使犧牲材料的頂端面與透明基材表面基本平齊，再在透明基材表面形成連續(xù)的透明導電層，之后除去所述犧牲材料，即，在所述凹槽槽口部形成懸空狀態(tài)的透明導電層?；蛘撸嗫稍谕该骰纳祥_設(shè)前述凹槽，而后采用共形沉積、涂布印刷等方式在透明基材表面及凹槽槽壁上形成連續(xù)的透明導電層，其操作更為簡便，成本更為低廉。其中圖1-圖2所示即為其中較為典型的實施案例。
[0037]再請參閱圖1-圖2，該半導體發(fā)光器件還可包裹有封裝層，封裝層可由有機硅膠或環(huán)氧樹脂7等組成，其中可均勻摻雜、涂覆有熒光粉6等，以實現(xiàn)LED芯片發(fā)射光的波長轉(zhuǎn)換，且通過此種封裝形式，還可使器件所發(fā)射的光具有更佳均勻性。而所述熒光粉的類型可依據(jù)實際應用之需求而選取，其獲取途徑亦可有多種，例如，可來源于市售途徑。通過有機硅膠或環(huán)氧樹脂一方面可以增加LED芯片的出光量，另一方面還可以避免LED芯片或者熒光粉的衰減，增加LED芯片和熒光粉的使用壽命。
[0038]綜上所述，藉由本實用新型的設(shè)計，可以實現(xiàn)半導體發(fā)光器件的4π立體角通體發(fā)光，光效率高。
[0039]最后還需要說明的是，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。
【權(quán)利要求】
1.一種半導體發(fā)光器件，其特征在于包括透明基材以及安裝于所述透明基材上的復數(shù)半導體發(fā)光芯片，該復數(shù)半導體發(fā)光芯片之間通過形成于所述透明基材上的導電體串聯(lián)和/或并聯(lián)，并且至少在相鄰半導體發(fā)光芯片之間的透明基材上開設(shè)有至少用以使射入所述透明基材的至少部分光線自透明基材中射出的凹槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體發(fā)光器件，其特征在于所述凹槽為V型槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導體發(fā)光器件，其特征在于所述V型槽相對兩側(cè)槽壁之間的夾角為25°?65°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體發(fā)光器件，其特征在于所述半導體發(fā)光芯片倒裝于所述透明基材上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導體發(fā)光器件，其特征在于所述半導體發(fā)光芯片的外延層的P、N半導體層上的電極區(qū)域分別經(jīng)導電觸點與導電體電性連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體發(fā)光器件，其特征在于所述透明基材或所述半導體發(fā)光芯片的襯底至少選自玻璃、藍寶石、碳化硅或有機透明體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體發(fā)光器件，其特征在于所述導電體包括透明導電層或金屬導電體，所述透明導電層至少選自氧化銦錫、氧化鋅、石墨烯或碳納米管膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體發(fā)光器件，其特征在于所述半導體發(fā)光芯片具有三角形橫截面和/或梯形縱向截面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體發(fā)光器件，其特征在于所述半導體發(fā)光器件還包括至少用以包裹任一半導體發(fā)光芯片的封裝層，所述封裝層的內(nèi)層和/或表層分布有熒光粉。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體發(fā)光器件，其特征在于還包括用以整體封裝所述半導體發(fā)光器件的封裝層，所述封裝層內(nèi)和/或表層分布有熒光粉。
【文檔編號】H01L33/20GK204118112SQ201420247273
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】梁秉文 申請人:中國科學院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所