CN101202319B

CN101202319B - 发光装置及其制作方法

Info

Publication number: CN101202319B
Application number: CN2006101659492A
Authority: CN
Inventors: 郭家泰; 胡鸿烈; 朱慕道
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2026-12-11
Also published as: CN101202319A

Abstract

本发明提供一种发光装置及其制作方法。上述发光装置包括基材；外延层，形成于该基材上；以及多数个荧光粉体，形成于该外延层上方，且各该荧光粉体直接与该外延层接触。使得提高发光装置的发光效率及混光效果。

Description

发光装置及其制作方法

技术领域

本发明涉及发光装置及其制作方法，特别是涉及一种提高发光效率及混光效果的发光装置及其制作方法。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)是一种半导体发光元件，不同于传统使用大电流的白炽灯，发光二极管仅须极小电流即可激发出相当的光亮。发光二极管利用半导体材料中的电子与空穴结合时，以光的形式释放其结合的能量。依据芯片种类及工艺的控制，可得到各种单色光。也可混合单色光使其产生白光。

在图1A中，显示一种现有产生白光的发光装置。通过混合绿光发光二极管10、蓝光发光二极管12及红光发光二极管14的方式，以产生白光。但此种方式需较多的材料及较高的制作成本。

在图1B中，显示一种现有产生白光的发光装置。将红色荧光粉体16、绿色荧光粉体18及蓝色荧光粉体20堆栈设置于发射UV波长的发光单元上方，以产生白光。其中形成荧光粉体堆栈的方式，需要多次烘烤，且荧光粉体分布情形不易控制，使得不但工艺较为繁复且发光较为不均匀。

图1C中，显示一种现有产生白光的发光装置。其中图1C中的发光单元是发射蓝光波长的发光二极管，且在发光单元上方设置蓝光互补色的黄光荧光粉体22，使之产生白光。但由于是蓝光与黄光的混合，故其混合的光很难控制为纯白，也就是具有不均匀的色温(color temperature)。

因此，亟需一种具有较少工艺步骤及可均均分布荧光粉体的制作方法，使得提高发光效率及混光效果。

发明内容

鉴此，本发明的目的是提供一种发光装置，包括基材；外延层，形成于该基材上；以及多个荧光粉体，形成于该外延层上方，且各该荧光粉体直接与该外延层接触。上述发光装置还包括多数发光单元，且各该发光单元可对应至少一个荧光粉体，以个别控制发光单元，进而提高混光效果。

本发明的另一目的是提供一种发光装置的制作方法，包括提供基材；形成外延层于该基材上；以及形成多个荧光粉体于该外延层的上方，且各该荧光粉体与该外延层直接接触。上述发光装置的制作方法，包括以喷墨涂布同时在外延层上方形成多个荧光粉体。因此，可减少工艺的步骤。

附图说明

图1A-1C为显示现有的发光装置；

图2A-2G为显示制作根据本发明实施例的发光装置的剖面图；

图3为显示根据本发明实施例的发光装置的剖面图；

图4A-4C为显示根据本发明另一实施例的发光装置的示意图；

图5为显示根据本发明再一实施例的发光装置的剖面图；

图6为显示根据本发明实施例的发光装置的封装体的示意图。

简单符号说明

10～绿光发光二极管；

12～蓝光发光二极管；

14～红光发光二极管；

16～红色荧光粉体；

18～绿色荧光粉体；

20～蓝色荧光粉体；

22～黄色荧光粉体；

100～基材；

110～缓冲层；

120～n型接触层；

122～n型电极；

130～发光层；

140～p型接触层；

142～p型电极；

151～第一荧光粉体；

152～第二荧光粉体；

153～第三荧光粉体；

154～第四荧光粉体；

160～发光单元；

170～发光装置；

180～树脂。

具体实施方式

以下以实施例结合附图来详细说明本发明，在附图或描述中，相似或相同部分使用相同的符号。在附图中，实施例的形状或厚度可扩大，以简化或是方便标示。附图中元件的部分将以描述来说明。可以理解的是，未绘示或描述的元件，可以是具有各种本领域技术人员所知的形式。此外，当叙述一层位于基材或是另一层上时，此层可直接位于基材或是另一层上，或是其间也可以有中介层。

图2A～2G为根据本发明具体实施例的制作发光装置流程的剖面图。首先，在图2A中，形成缓冲层110于基材100的上方，以解决基材100晶格不匹配的现象及舒缓后续形成薄膜的应力。在优选实施例中，基材100可以是蓝宝石(sapphire)、硅基材、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)或氮化铝镓(Al_xGa_1-xN)。上述缓冲层110可以是氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)或氮化铝镓(Al_xGa_1-xN)。其中上述形成缓冲层110的方式可以是溅射(sputtering)、有机金属化学气相沉积法(metal organic chemical vapor deposition；MOCVD)、液相外延法(liquid phase epitaxy；LPE)、气相外延法(vapor phaseepitaxy；VPE)或分子束外延法(molecular beam epitaxy；MBE)的方式。其中缓冲层110优选的厚度可以是30纳米至50纳米。

值得注意的是，也可以形成反射层(图中未示)于缓冲层110与基材100之间，以提高发光效率。

如图2B所示，形成n型接触层120于该缓冲层110的上方。在优选实施例中，形成上述n型接触层120的方式，包括先以有机金属化学气相沉积法(metal organic chemical vapor deposition；MOCVD)、液相外延法(liquidphase epitaxy；LPE)、气相外延法(vapor phase epitaxy；VPE)或分子束外延法(molecular beam epitaxy；MBE)的方式形成沉积层。接着，再掺杂例如硅离子于上述沉积层中，以形成n型接触层120。在优选实施例中，n型接触层120可以是掺杂硅离子的n型氮化镓(n-GaNi:Si)、掺杂硅离子的n型氮化铝镓或掺杂硅离子的n型氮化铟镓(n-In_xGa_1-xN:Si)。

接着，形成发光层130于n型接触层120的上方，以提供发光装置的发光部位，如图2C所示。其中上述发光层130可以是氮化镓、氮化铟镓或其组合的堆叠层。形成上述发光层130的方式可以是有机金属化学气相沉积法(metal organic chemical vapor deposition；MOCVD)、液相外延法(liquid phaseepitaxy；LPE)、气相外延法(vapor phase epitaxy；VPE)或分子束外延法(molecular beam epitaxy；MBE)的方式。

如图2D所示，形成p型接触层140于发光层130上方。形成上述p型接触层140的方式，包括先以有机金属化学气相沉积法(metal organicchemical vapor deposition；MOCVD)、液相外延法(liquid phase epitaxy；LPE)、气相外延法(vapor phase epitaxy；VPE)或分子束外延法(molecular beamepitaxy；MBE)的方式形成沉积层。接着，再掺杂例如镁离子于上述沉积层中，以形成p型接触层140。在优选实施例中，p型接触层140可以是掺杂镁离子的p型氮化镓或掺杂镁离子的p型氮化铝镓(p-Al_xGa_1-xN:Mg)。

在完成上述步骤后，形成光致抗蚀剂于p型接触层140上，接着图案该光致抗蚀剂，以形成图案的光致抗蚀剂层(图中未显示)。通过上述图案的光致抗蚀剂层作为蚀刻掩模，接着进行蚀刻步骤，移除部分p型接触层140、部分发光层130及部分n型接触层120，以形成薄化的n型接触层120部位，如图2E所示。

上述蚀刻步骤可以是干式蚀刻或湿式蚀刻的方式，例如高密度等离子蚀刻(high density plasma etching)、反应式离子蚀刻(reaction ion etch)或其它半导体的蚀刻方式。

在完成蚀刻步骤后，也可以进行劈裂的工艺，以分割成小的芯片。接着，如图2F所示，分别地形成p型电极142(或称p型奥姆接点)与n型电极122(或称n型奥姆接点)于p型接触层140与n型接触层120上方，以完成发光单元160。其中该发光单元160的发射波长可以是介于300～380纳米之间。在优选实例中，p型电极142或n型电极122可以是包括金(Au)、钛(Ti)、铝(Al)、铂(Pt)或其合金的金属材料。在一实施例中，上述形成p型电极142及n型电极122的方式可以是高温的金属蒸镀工艺。

值得注意的是，也可以形成例如镍/金(Ni/Au)的透明电极(图中未显示)于p型接触层140上方，以降低金属电极与半导体的位障，进而提高金属电极与半导体间奥姆接触的效果。

在图2G中，形成第一荧光粉体151、第二荧光粉体152及第三荧光粉体153于p型接触层140的上方，以吸收发光单元160所发射出的波长后，转换成为不同的波长的光。形成上述荧光粉体于p型接触层140的方式可以是喷墨涂布、网版印刷或光刻工艺的方式。值得注意的是，上述第一荧光粉体151、第二荧光粉体152及第三荧光粉体153是分别直接与p型接触层140接触，或是分别直接设置于发光单元160上。与传统多层荧光粉体相比，本发明揭示的荧光体的排列方式可一次形成三个荧光粉体于p型接触层140上，故不需多次烘烤，因此，可减少工艺步骤。而且，与传统多层荧光粉体分布不易控制所导致发光不均匀的现象相比，因本发明所揭示的方式是荧光粉体分别直接形成在p型接触层上方，因此，也可以解决分布不均的问题，进而提高发光效率。

在图3中，显示根据本发明具体实施例的发光装置170。首先，在n型金极122及p型电极外接外部电压后，使电子与空穴(图中未显示)于发光层130结合，且以光的方式释放能量，如图中所示的UV光。接着，第一荧光粉体151、第二荧光粉体152及第三荧光粉体153分别可以将吸收的UV光转换成波长为650纳米的红光、520纳米的绿光及450纳米的蓝光，且通过混合三种光而成为白光。

在另一实施例中，在形成蚀刻步骤后，也可以不进行分割小发光单元的劈裂步骤，如图4A所示。然后，进行上述形成电极及荧光粉体的步骤，以形成具有多个发光单元的发光装置。其中形成电极及荧光粉体的步骤可以是上述的方式，因此，再此不再赘述。

在优选实施例中，如图4A所示，第一荧光粉体151、第二荧光粉体152及第三荧光粉体153可以分别设置于各个发光单元上方，以吸收发光单元所发出的波长，且转换成不同波长的光。例如，发光单元可以是发射如上述的uv光，而第一荧光粉体151、第二荧光粉体152及第三荧光粉体153分别可以是红、绿及蓝色荧光粉体。

值得注意的是，在上述实施例中，荧光粉体的形状可以是圆形或多边形，如图4B、4C所示。且上述荧光粉体的排列顺序可以是任意的排列组合，也就是说，如图4B及图4C中的第一荧光粉体151、第二荧光粉体152及第三荧光粉体153可以是相同或不同的荧光粉体。且排列于多个发光单元160上的荧光粉体可以是规则性的组合，也可以是以随机数方式的组合。

图4A即图4B及图4CA-A’的剖面图。每一发光单元160设置有一对电极，因此，可在每一发光单元160施与不同的电压，以控制发光单元160的开关，进而达到最佳的混光效果。

在图5中，显示本发明的另一实施例。形成第四荧光粉体154于p型接触层140上方，其中第四荧光粉体154可以是相同的荧光粉体。在优选实施例中，发光单元可以是发射波长450纳米的蓝光发光单元，而第四荧光粉体154可以是蓝光互补色的黄色荧光粉体，使得发光装置170发射白光。

如图6所示，其显示根据本发明实施例的发光装置170的封装体。以树脂180包覆发光装置170，以保护发光装置170，避免发光装置170遭受外力的破坏而造成损坏，且也可利用树脂180的设计增加发光效率。

值得一提的是，本发明的荧光粉体可以是彼此接触(图中未显示)或间隔适当距离。在一实施例中，荧光粉体彼此以适当距离设置在发光单元上，可改善荧光粉体与封装胶材间所造成发光角度不均匀，以及取光效率的问题，以提高发光效率。

虽然本发明已以优选实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与修改，因此本发明的保护范围以权利要求所界定的为准。

Claims

1.一种发光装置的制作方法，包括：

提供基材；

形成外延层于该基材上，其包括：

形成缓冲层于该基材上；

形成第一接触层于该缓冲层上；

形成发光层于该第一接触层上；以及

形成第二接触层于该发光层上；以及

形成多数个独立的单色荧光粉体于该外延层的上方，且各该荧光粉体与该外延层直接接触。

2.如权利要求1所述的发光装置的制作方法，还包括：

选择性地移除该第二接触层、该发光层及该第一接触层，以形成薄化的该第一接触层的区域；以及

分别地形成第一电极及第二电极于该薄化的该第一接触层的区域及该第二接触层上方。

3.如权利要求1所述的发光装置的制作方法，其中形成该些荧光粉体的步骤，包括以喷墨涂布、网版印刷或光刻工艺。

4.如权利要求3所述的发光装置的制作方法，还包括形成该些荧光粉体之后，进行烘烤步骤。

5.如权利要求1所述的发光装置的制作方法，还包括：

移除部分该第二接触层、部分该发光层及部分该第一接触层，以形成暴露该第一接触层的部位；以及

分别地形成第一电极及第二电极于该暴露第一接触层的部位及该第二接触层上方，以形成发光单元的矩阵。

6.如权利要求5所述的发光装置的制作方法，其中形成该些荧光粉体的步骤，还包括形成各该荧光粉体于各该发光单元上。

7.如权利要求1所述的发光装置的制作方法，其中形成该外延层的步骤包括液相外延法、气相外延法、有机金属气相沉积法或分子外延法。

8.如权利要求2所述的发光装置的制作方法，其中形成该第一电极及该第二电极的步骤，还包括：

形成金属层于该基材上方；以及

图案该金属层，以定义该第一电极及该第二电极。

9.如权利要求1所述的发光装置的制作方法，还包括以树脂包覆该发光装置。

10.一种发光装置，包括：

基材；

外延层，形成于该基材上，该外延层还包括：

缓冲层，形成于该基材上；

第一接触层，形成于该缓冲层上；

发光层，形成于该第一接触层上；以及

第二接触层，形成于该发光层上；以及

多数个独立的单色荧光粉体，形成于该外延层上方，且各该荧光粉体直接与该外延层接触。

11.如权利要求10所述的发光装置，还包括：

第一电极，形成于该第一接触层上；以及

第二电极，形成于该第二接触层上，以构成发光单元。

12.如权利要求11所述的发光装置，其中该发光单元发射波长范围介于300～380纳米之间。

13.如权利要求12所述的发光装置，其中该些荧光粉体，包括红色荧光粉体、绿色荧光粉体及蓝色荧光粉体。

14.如权利要求11所述的发光装置，该发光单元构成发光单元的矩阵。

15.如权利要求14所述的发光装置，其中各该荧光粉体，对应地设置各该发光单元上。

16.如权利要求15所述的发光装置，其中该些荧光粉体包括周期性或非周期性地排列于该发光单元的矩阵上方。

17.如权利要求15所述的发光装置，其中该些荧光粉体包括圆型或多边型。

18.如权利要求10所述的发光装置，其中该基材包括蓝宝石、碳化硅、硅、氮化镓或氮化铝镓。

19.如权利要求10所述的发光装置，其中该发光层包括氮化铟镓或氮化铝镓。

20.如权利要求10所述的发光装置，其中该些荧光粉体包括彼此相隔适当距离。

21.如权利要求10所述的发光装置，还包括树脂包覆该发光装置。