CN101393953A

CN101393953A - 发光二极管装置及其制造方法

Info

Publication number: CN101393953A
Application number: CNA2007101547701A
Authority: CN
Inventors: 陈世鹏; 詹佳桦; 王宏洲; 林京亮; 陈启昌; 刘正毓; 陈煌坤
Original assignee: National Central University; Delta Optoelectronics Inc
Current assignee: National Central University; Delta Electronics Inc; Delta Optoelectronics Inc
Priority date: 2007-09-19
Filing date: 2007-09-19
Publication date: 2009-03-25

Abstract

本发明公开了一种发光二极管装置，其包括导热基板、导热粘贴层、外延叠层、电流扩散层以及微纳米粗化结构。导热粘贴层设置于导热基板上。外延叠层与导热粘贴层相对而设，且依序具有第一半导体层、发光层及第二半导体层。电流扩散层设置于外延叠层的第二半导体层与导热粘贴层之间。微纳米粗化结构设置于外延叠层的第一半导体层上。另外，本发明亦公开一种发光二极管装置的制造方法。

Description

发光二极管装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种具微纳米结构的发光二极管装置及其制造方法。

背景技术

发光二极管(light-emitting diode，LED)装置是一种由半导体材料制作而成的发光元件。由于发光二极管装置属冷发光，具有耗电量低、元件寿命长、反应速度快等优点，再加上体积小容易制成极小或阵列式的元件，因此近年来，随着技术不断地进步，其应用范围涵盖了电脑或家电产品的指示灯、液晶显示装置的背光源乃至交通号志或是车用指示灯。

然而，目前的发光二极管装置仍存在有发光效率不佳以及亮度偏低的问题。其中造成发光效率不佳的原因，乃是因由发光二极管所发射的光线为全方向性，而并非单一对焦于某处的光束。另外，由于发光二极管所发射的光线仅有部分可以被射出，其余的光线则会因为反射而被吸收，如此一来，除了降低发光二极管装置的亮度之外，也增加了热能的产生。

一般而言，发光二极管装置可为倒装片式、垂直式或正面式等不同的态样。为了解决因为反射而降低出光效率的问题，请参照图1，以垂直式发光二极管装置为例，发光二极管装置1在基板11的一表面上依序形成n型半导体掺杂层121、发光层(active layer)122及p型半导体掺杂层123，接着，再于p型半导体掺杂层123上形成电流扩散层13，并分别于电流扩散层13上以及基板11的另一表面设置第一电极14及第二电极15。

如图1所示，电流扩散层13的出光表面131以黄光工艺配合蚀刻技术，而对电流扩散层13进行蚀刻而形成一粗化表面，由此减少出光表面将光线全反射的情形发生，并可增加光取出效率。

上述的解决方法虽然能够解决全反射的问题，然而，由于黄光工艺与蚀刻技术必须使用昂贵的工艺设备，而提高制造成本。另外，上述的发光二极管装置结构亦存在着不易导热的缺点。

援因于此，如何提供一种能够易于导热，且可有效降低制造成本的发光二极管装置及其制造方法，实属当前重要课题之一。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种能够降低制造成本，且可增加导热效率的发光二极管装置及其制造方法。

因此，为达上述目的，依据本发明的一种发光二极管装置包括导热基板、导热粘贴层、外延叠层、电流扩散层以及微纳米粗化结构。导热粘贴层设置于导热基板上。外延叠层与导热粘贴层相对而设，且外延叠层依序具有第一半导体层、发光层及第二半导体层。电流扩散层设置于外延叠层的第二半导体层与导热粘贴层之间。微纳米粗化结构设置于外延叠层的第一半导体层上。

为达上述目的，依据本发明的一种发光二极管的制造方法包括以下步骤：形成外延叠层于外延基板上；形成电流扩散层于外延叠层上；形成反射层于电流扩散层上；形成导热绝缘层于反射层上；将导热基板通过导热粘贴层与导热绝缘层结合；移除外延基板；以及形成微纳米结构于外延叠层上，以构成发光二极管装置。

承上所述，因依据本发明的发光二极管装置及其制造方法，在外延叠层上直接设置微纳米粗化结构，以降低由发光层所发射的光线的全反射现象，且通过导热基板、导热粘贴层、导热绝缘层及反射层构成一个良好的导热途径，以将外延叠层所产生的热能导出。另外，上述的微纳米粗化结构以纳米球或纳米凹凸结构所构成，因此也可避免使用黄光工艺与蚀刻技术，进而降低制造成本。

附图说明

图1为已知发光二极管装置的一示意图。

图2为依据本发明优选实施例的一种发光二极管装置的制造方法的一流程图。

图3A至图3J为与图2配合的发光二极管装置的示意图。

图4为依据本发明优选实施例的另一种发光二极管装置示意图。

附图标记说明

1、2、3：发光二极管装置 11：基板

121：N型掺杂层 122、222：发光层

123：P型掺杂层 13：透明导电层

131：出光表面 14、291：第一电极

15、292：第二电极 20：发光二极管元件

21：外延基板 22：外延叠层

221：第一半导体层 223：第二半导体层

23：电流扩散层 24：反射层

25：导热绝缘层 26：导热粘贴层

27：导热基板 28、38：微纳米粗化结构

具体实施方式

以下将参照相关图示，说明依据本发明优选实施例的发光二极管装置及其制造方法。

请参照图2所示，其依据本发明优选实施例的一种发光二极管装置的制造方法的一流程图。依据本发明优选实施例的发光二极管装置2的制造方法包括步骤S1至步骤S10。以下请同时参照图3A至图3J所示。

如图3A所示，步骤S1为形成外延叠层22于外延基板21上。其中，外延叠层22依序于外延基板21上形成第一半导体层221、发光层222以及第二半导体层223。在本实施例中，第一半导体层221及第二半导体层223分别为N型外延层及一型外延层，当然其亦可互换，在此并不加以限制。

如图3B所示，步骤S2为形成电流扩散层23于外延叠层22上。在本实施例中，电流扩散层23为一透明导电层，其形成于外延叠层22的第二半导体层223上。其中电流扩散层23的材料可为铟锡氧化物(Indium tin oxide，ITO)、掺铝氧化锌(aluminum doped zinc oxide，AZO)、氧化锌(ZnO)、镍/金(Ni/Au)或氧化锑锡，在此并不加以限制，以能够均匀扩散电流为优先考量。

如图3C所示，步骤S3为形成反射层24于电流扩散层23上。在本实施例中，反射层24的材料可选自铝、铂、金、银、钯、镍、铬、钛及其组合所构成的组。另外反射层24可为具有不同折射率的多层介电层所组成的光学反射元件、金属反射层或金属介电反射层，意即反射层24可由多种材料组合或堆叠而成。

如图3D所示，步骤S4为形成导热绝缘层25于反射层24上。在本实施例中，导热绝缘层25的材料为氮化物、氧化物、碳化物或介电质材料，例如是氮化铝或碳化硅或高导热系数绝缘材料。另外，外延叠层22的折射率>导热绝缘层25的折射率>空气的折射率，亦即，导热绝缘层25的折射率介于外延叠层22的折射率以及空气的折射率之间。

如图3E所示，步骤S5为将导热基板27通过导热粘贴层26而与导热绝缘层25粘合，以形成发光二极管元件20。在本实施例中，导热粘贴层26的材料可为金、锡膏、锡银膏、银膏及其组合或是各式共晶接合材料，例如是硅-金(Si-Au)、金-砷(Au-Sn)等，而导热基板27的材料可选自硅、砷化镓、磷化镓、碳化硅、氮化硼、铝、氮化铝、铜及其组合所构成的组。

如图3F所示，步骤S6为翻转在步骤S5所形成的发光二极管元件20，并移除外延基板21。

如图3G所示，步骤S7为移除部分的外延叠层22以暴露出部分的电流扩散层23。

如图3H所示，步骤S8为于外延叠层22的第一半导体层221上形成微纳米粗化结构28。微纳米粗化结构28的折射率大于空气的折射率，且微纳米粗化结构28的折射率小于外延叠层22的折射率。微纳米粗化结构28可以例如但不限于多个纳米球或纳米凹凸结构以堆叠工艺或烧结工艺所制成。

在本实施例中，纳米球的粒径可为相同或不同、纳米球为具未饱和键的有机单体聚合而成的有机高分子，如选自苯乙烯系列、丙烯酸系列及马来酸系列之一及其组合所构成的组。或者，纳米球由无机与有机成分所组成，如选自碳-硅、碳-钛、碳-锆、碳-铝系列之一及其组合所构成的组。又或者，纳米球由无机成份所组成，如选自硅、钛、锆、金、银、铁、铝、铜、锌及其组合所构成的组。

另外，纳米球可同时兼具抗反射的功能，且纳米球以浸沾式涂布(DipCoating)、旋转涂布(Spin Coating)、喷洒式涂布(Spray Coating)及/或自然风干(nature drying)等方式形成于外延叠层22的第一半导体层221上。

如图3I所示，步骤S9为移除部分的微纳米粗化结构28，以暴露出部分的第一半导体层221。

步骤S10为形成第一电极291于暴露于微纳米粗化结构28的第一半导体层221上，并形成第二电极292于所暴露出的电流扩散层23上，以构成一种正面式的发光二极管装置2，如图3J所示。在本实施例中，上述步骤并不仅限于此顺序，其可依据工艺的需要而进行步骤的调换。例如，在步骤S7之后，亦可先形成第一电极291于暴露于第一半导体层221上，并形成第二电极292于所暴露出的电流扩散层23上之后，再形成微纳米粗化结构28。

另外，如图4所示，其显示微纳米粗化结构38由纳米凹凸结构所组成的发光二极管装置3，纳米凹凸结构例如是网状纳米凹凸结构，且其材料选自三氧化二铝(Al₂O₃)、氮化硅(Si₃N₄)、二氧化锡(SnO₂)、二氧化硅(SiO₂)、树脂、聚碳酸酯(polycarbonate)及其组合所构成的组。

综上所述，因依据本发明的发光二极管装置及其制造方法，在外延叠层上直接设置微纳米粗化结构，以降低由发光层所发射的光线的全反射现象，且通过导热基板、导热粘贴层、导热绝缘层及反射层构成一个良好的导热途径，以将外延叠层所产生的热能导出。另外，由于微纳米粗化结构以纳米球及纳米凹凸结构所构成，因此也可避免使用黄光工艺与蚀刻技术，进而降低制造成本。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等同修改或变更，均应包含于所附的权利要求中。

Claims

1、一种发光二极管装置，包括：

导热基板；

导热粘贴层，设置于该导热基板上；

外延叠层，系与该导热粘贴层相对而设，且依序具有第一半导体层、发光层及第二半导体层；以及

电流扩散层，设置于该外延叠层的该第二半导体层与该导热粘贴层之间；以及

微纳米粗化结构，设置于该外延叠层的该第一半导体层上；

其中，该第一半导体层为P型外延层或N型外延层，且该第二半导体层为N型外延层或P型外延层。

2、如权利要求1所述的发光二极管装置，其中部分的该电流扩散层暴露于该外延叠层，且该发光二极管装置，还包括：

第一电极，设置于该外延叠层的该第一半导体层上；以及

第二电极，设置于所暴露出的该电流扩散层或该第二半导体层上。

3、如权利要求1所述的发光二极管装置，其中该导热基板的材料选自硅、砷化镓、磷化镓、碳化硅、氮化硼、铝、氮化铝、铜及其组合所构成的组、该导热粘贴层的材料为金、锡膏、锡银膏、银膏及其组合或是共晶接合材料，如硅-金或金-砷。

4、如权利要求1所述的发光二极管装置，其还包括：

导热绝缘层，设置于该导热粘贴层与该电流扩散层之间；以及

反射层，设置于该导热绝缘层与该电流扩散层之间；

其中该外延叠层的折射率>该导热绝缘层的折射率系>空气的折射率。

5、如权利要求4所述的发光二极管装置，其中该导热绝缘层的材料选自氮化物、氧化物、碳化物或介电质材料，或者该导热绝缘层的材料为氮化铝或碳化硅或一高导热系数绝缘材料、该反射层的材料选自铝、铂、金、银、钯、镍、铬、钛及其组合所构成的组，且该反射层为具有不同折射率的多层介电层所组成的光学反射元件、金属反射层或金属介电反射层。

6、如权利要求1所述的发光二极管装置，其中该微纳米粗化结构的折射率大于空气的折射率，且该微纳米粗化结构的折射率小于该外延叠层的折射率，且该微纳米粗化结构包括多个纳米球或纳米凹凸结构。

7、如权利要求6所述的发光二极管装置，其中这些纳米球的粒径可为相同或不同，且这些纳米球为具未饱和键的有机单体聚合而成的有机高分子，如该有机高分子选自苯乙烯系列、丙烯酸系列及马来酸系列之一及其组合所构成的组。

8、如权利要求6所述的发光二极管装置，其中这些纳米球的粒径可为相同或不同、这些纳米球由无机与有机成分所组成，且这些纳米球选自碳-硅、碳-钛、碳-锆、碳-铝系列之一及其组合所构成的组。

9、如权利要求6所述的发光二极管装置，其中这些纳米球的粒径可为相同或不同、这些纳米球由无机成份所组成，该无机成份选自硅、钛、锆、金、银、铁、铝、铜、锌及其组合所构成的组。

10、如权利要求6所述的发光二极管装置，其中该纳米凹凸结构为网状纳米凹凸结构，且该纳米凹凸结构的材料选自三氧化二铝、氮化硅、二氧化锡、二氧化硅、树脂、聚碳酸酯及其组合所构成的组。

11、一种发光二极管装置的制造方法，其包括以下步骤：

形成外延叠层于外延基板上；

形成电流扩散层于该外延叠层上；

形成反射层于该电流扩散层上；

形成导热绝缘层于该反射层上；

将导热基板通过导热粘贴层与该导热绝缘层结合；

移除该外延基板；以及

形成微纳米结构于该外延叠层上。

12、如权利要求11所述的制造方法，其中形成该外延叠层的步骤包括：

形成第一半导体层于该外延基板上；

形成发光层于该第一半导体层上；以及

形成第二半导体层于该发光层上，且该第一半导体层为P型外延层或N型外延层，且该第二半导体层为N型外延层或P型外延层。

13、如权利要求12所述的制造方法，其中在移除该外延基板之前还包括一步骤：翻转该发光二极管装置，且在移除该外延基板之后还包括以下步骤：

移除部分的该外延叠层，以暴露出部分的该电流扩散层或该第二半导体层；

形成第一电极于该第一半导体层上；以及

形成第二电极于所暴露于该电流扩散层或该第二半导体层上。

14、如权利要求12所述的制造方法，其中在形成该微纳米粗化结构于该外延叠层上之后，还包括以下步骤：

移除部分的该微纳米粗化结构，以暴露出部分的该第一半导体层；

形成第一电极于该第一半导体层上；以及

形成第二电极于所暴露的该电流扩散层上。

15、如权利要求11所述的制造方法，其中该微纳米粗化结构以堆叠工艺或烧结工艺所形成，且该微纳米粗化结构的折射率大于空气的折射率，且该微纳米粗化结构的折射率小于该外延叠层的折射率。

16、如权利要求11所述的制造方法，其中该微纳米粗化结构包括多个纳米球或网状纳米凹凸结构，且这些纳米球以浸沾式涂布、旋转涂布、喷洒式涂布及/或自然风干等方式形成。