CN205231098U - 发光二极管装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种发光二极管装置，其包括：透明基板；多个磊晶单元，位于该基板的一表面；一第一金属层，该第一金属层位于该磊晶单元的部分表面以连结该磊晶单元与另一相邻的磊晶单元；n对布拉格反射镜对，包覆该些磊晶单元以及该第一金属层的部份表面，其中n为一大于6的整数；以及一第二金属层，设于该布拉格反射镜对的表面，且该第二金属层连接未经该布拉格反射镜对所覆盖的该第一金属层。
Description
技术领域
本实用新型关于一种发光二极管装置，特别是一种制程容易、改善散热性的发光二极管装置。
背景技术
近年来发光二极管装置的应用越来越广泛，近年来搭配透明基板可以两面发光的LED灯的LED灯丝灯，因为外型仿古美观，很受消费者的青睐，是以许多厂商都投入了LED灯丝灯的生产。
但尽管LED灯丝灯的数量持续成长，但与传统的钨丝灯出货数量来相比，仍有一段相当大的差距。LED灯丝灯无法普遍的主要的原因在于LED灯丝灯对于封装有较高的要求，在制程工艺方面较为复杂、生产良率低，价格也因此较高。现在LED灯丝灯的作法多是先于大基板上长成LED单元，再将LED单元减薄切割成个别独立的LED晶粒，再将多个个别独立的LED晶粒黏附或焊接于一载板，最后再将载板上的个别独立的LED晶粒拉线串接而成。如此的多步骤制程，因为在每一个步骤皆会造成良率降低的损失，所以良率并不高。例如在切割成LED晶粒的步骤，良率降低就非常明显。再加上其他步骤施作时的良率损失，制作良率的改善变成是LED灯丝灯产品制造的重要课题。
再者，LED灯丝灯也有散热的技术问题亟需克服，特别是大瓦数的LED灯丝灯运作时，会产生大量热，因此如何有效地散热，提高电光效率，也成为LED灯丝灯需要改善的重要课题。另外尚有消费者认为LED灯丝灯的照度不足、光效低的问题须要改善，因此导致LED灯丝灯价格与效能，离市场期待仍有一段差距，成为LED灯丝灯扩大应用的障碍。
然而，LED灯的耗电量少，灯泡寿命长，是效率很高的光源。为了达到省电节能的目标，目前已有许多厂商及研究团队投入，企图从制程或结构方面着手改良，期待能够提高LED灯丝灯照度、加强散热、降低成本，进而可以开发出一种能够解决现有LED灯丝灯发展困境的新型灯具。
实用新型内容
本实用新型的主要目的旨在提供一种散热性佳、并具有改良电光转换效率的发光二极管装置。
为达成上述目的，本实用新型特别在一基板上形成多个磊晶单元，每一个磊晶单元包括有n型半导体单元、发光层、p型半导体单元、以及透明电极层，并在该些磊晶单元形成多对布拉格反射镜对，使该些多对布拉格反射镜对包覆该些磊晶单元，透过反射光线来提升出光强度。换言之，相较于习知技术中同时使用更多的芯片来取得足够的出光总量，本实用新型的发光二极管装置就已具有改善的照度。除此之外，本实用新型的发光二极管装置，因第一金属层及第二金属层的结构设置，没有散热性不佳的缺点，反而具有优秀的散热性。
具体而言，本实用新型的发光二极管装置包括：一基板；多个磊晶单元，位于该基板的一表面；一第一金属层，该第一金属层位于该磊晶单元的部分表面以连结该磊晶单元与另一相邻的磊晶单元；n对布拉格反射镜对，包覆该些磊晶单元以及该第一金属层的部份表面，其中n为一大于6的整数；以及一第二金属层，设于该布拉格反射镜对的表面，且该第二金属层连接未经该布拉格反射镜对所覆盖的该第一金属层；其中，每一磊晶单元包括：一n型半导体单元，位于该基板的表面；一个发光层，位于该n型半导体单元上；一p型半导体单元，位于该n型半导体单元上，且该发光层夹设于该p型半导体单元与该n型半导体单元之间，部份的n型半导体单元露出且不被该p型半导体单元覆盖；以及一透明电极层，位于该p型半导体单元的表面。
于本实用新型的发光二极管装置中，该p型半导体单元的侧壁及该发光层的侧壁更可选择性地包括一绝缘层。可使用作为绝缘层的材料并无特别限制，任何一种用在发光二极管装置的绝缘层材料都可以被使用。譬如说，氮化物，如氮化硅；氧化物，如二氧化硅或氧化铝；或者也可以使用氮氧化物等。本领域具有通常知识者可依情况选用适当的材料形成绝缘层，并不特别限制在上述的材料中。
于本实用新型一示例性实施例中，可以使用习知领域中任何用来形成磊晶单元的材料来形成磊晶单元，譬如说，该n型半导体单元可为一n型氮化镓、该p型半导体单元为一p型氮化镓、该发光层为复数层硅掺杂的氮化镓铟磊晶(InxGayN/GaN多重量子井)、且该透明电极层可为ITO(氧化铟锡，IndiumTinOxide)。除此之外，为了提升层和层之间接口黏着力、或者为了使磊晶单元有其他辅助或附加功能，亦可加入其他习知的辅助功能层。举例来说，可在基板与该磊晶单元之间更包括一氮化镓或氮化铝缓冲层，使后续形成的磊晶单元和基板之间有更好的结合，然而，本实用新型对此并无特别限制。
第一金属层与第二金属层可由任何适合的金属材料形成，举例来说，可为金、银、铜、钛、铝、铬、镍、铂、铍、镁、钙、锶或上述任意复数种金属材料的组合。本实用新型中第一金属层连接两相邻磊晶单元，透过连接磊晶单元的阳极(或透明电极)及另一磊晶单元的阴极而达成。
于本实用新型一示例性实施例中，该第二金属层可经图案化而具有一间隙，使该第二金属层分隔成至少两独立的电极。本实用新型第二金属层所覆盖的区域无限制，较佳为覆盖大部分基板或的n对布拉格反射镜对区域以改善漏光、增加光回收效率、以及改善散热效率。
于上述的n对布拉格反射镜对，其中该布拉格反射镜对由两种不同折射率的材料重复交错堆叠而形成，且该两种不同折射率的材料的厚度可相同或不同。于本实用新型中，该布拉格反射镜对的光学膜层折射率可介于1.3至2.8之间，较佳为1.45至2.3之间，更佳为1.3至2.8之间。两种不同折射率的材料，可为五氧化二钽/三氧化二铝的组合、五氧化二钽/氮化硅的组合、五氧化二钽/氧化硅的组合、二氧化钛/二氧化硅、二氧化钛/三氧化二铝的组合、氧化钛/二氧化硅的组合、以及二氧化钛/氮化硅的组合，于本实用新型一示例性实施例中使用二氧化钛/二氧化硅组合的布拉格反射镜对。至于布拉格反射镜对中两种不同折射率的材料的厚度分别可在之间、更佳为之间。举例来说，可为由的二氧化钛与的二氧化硅所组成的布拉格反射镜对、的二氧化钛与的二氧化硅所组成的布拉格反射镜对、或是的二氧化钛与的二氧化硅所组成的布拉格反射镜对，然本实用新型并不限于此。
布拉格反射镜对的反射率随材料的层数和材料之间的折射率差而改变，于本实用新型中，布拉格反射镜对的对数(n)较佳为6对以上(n＞6)，更佳为20对以上；至于材料之间的折射率差，较佳可在1.3至2.8的范围之内，然本实用新型并不限于此。
于本实用新型的一示例性实施例中，上述的基板可为任何具有透光性的半导体材料，也可以是蓝宝石基板、氮化镓基板、氮化铝基板，较佳可为蓝宝石基板，然本实用新型不限于此，本领域具有通常知识者可依需求加以选择。本发中使用的基板的形状及大小并无限制，可为任何习用的形状。较佳可为矩形、圆形、多边形、椭圆形、半圆形、或不规则形。
除此之外，本实用新型也提供一种发光二极管装置的制造方法，包括下列步骤：
于一基板上形成多个独立的磊晶单元，且每一磊晶单元包括：一n型半导体单元，位于该基板的表面；至少一发光层，位于该n型半导体单元上；一p型半导体单元，位于该n型半导体单元上，且该发光层夹设于该p型半导体单元与该n型半导体单元之间，部份的n型半导体单元露出且不被该p型半导体单元覆盖；以及一透明电极层，位于该p型半导体单元的表面；
于该些磊晶单元的表面形成第一金属层，使该第一金属层覆盖部分的磊晶单元表面，以连结该磊晶单元与另一相邻的磊晶单元；
形成n对布拉格反射镜对，使该些布拉格反射镜对包覆该些该磊晶单元以及部分的第一金属层，其中n为一大于6的整数；以及
于该布拉格反射镜对的一表面形成一第二金属层，且该第二金属层连接未经该布拉格反射镜对所覆盖的该第一金属层。
于上述的制造方法中，在步骤(a)的前，可选择性地先在基板上先形成一缓冲层，譬如，氮化铝缓冲层，以使后续形成的磊晶单元和基板之间有更好的结合。
为了避免电流经由侧壁连通n型层或金属电极造成短路，在步骤(a)中，更包括在该p型半导体单元的侧壁及该发光层的侧壁上形成一绝缘层；再者，步骤(a)中所述的n型半导体单元可为一n型氮化镓，且该p型半导体单元可为一p型氮化镓。
此外，于本实用新型的制造方法中，在步骤(d)之后更包括一步骤(e)，图案化该第二金属层使该第二金属层具有一间隙而分隔成至少两独立的电极。
附图说明
图1为本实用新型一示例性实施例的发光二极管装置结构示意图。
图2为本实用新型一示例性实施例的发光二极管装置结构的俯视图。
【符号说明】
10发光二极管装置
110第一金属层
120磊晶单元
130基板
140布拉格反射镜对
150第二金属层
具体实施方式
以下利用特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟习此技艺的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的优点与其他功效。本实用新型亦可藉由其他不同的具体实施例加以施行或应用，且本说明书中的各项细节亦可针对不同的观点与应用，在不背离本实用新型精神下进行各种修饰与变更。
实施例1
图1为本实用新型一示例性实施例的发光二极管装置10结构示意图。该发光二极管装置10包括：第一金属层110、磊晶单元120、基板130、布拉格反射镜对140、以及第二金属层150。
更具体地，于实施例1中，在蓝宝石基板130的一表面上，于750～1200℃、1大气压的操作条件下利用有机金属气相沉积方法依序形成氮化镓本质磊晶、n型氮化镓、发光层、p型氮化镓；之后以半导体制程如黄光、微影、蚀刻工序将前述磊晶材料制作成带有PN极性的元件。然后在p型氮化镓的侧壁及发光层的侧壁上，利用化学气相沉积法形成氮化硅绝缘层(图未示)，以避免电流经由侧壁连通n型层或金属电极而短路。
接下来，在真空条件下，利用电子束蒸镀方式，在该些磊晶单元120的表面以金/镍形成第一金属层110，使第一金属层覆盖部分的磊晶单元表面，使得该些磊晶单元与相邻的磊晶单元120能够彼此串接相连。
形成磊晶单元之后，接下来在真空条件下，以电子束蒸镀方式，在该些磊晶单元120及第一金属层110的表面形成布拉格反射镜对140。该布拉格反射镜对140以的TiO2与的SiO2所组成，总共有20层(对)，并且包覆该些磊晶单元120以及部分的第一金属层110，且部分的第一金属层110不被该布拉格反射镜140包覆(参考图1)。
图2为本实用新型实施例1的发光二极管装置结构的俯视图。由图2可清楚看见，第一金属层110以交错的方式与相邻的磊晶单元120串联连结，换言之，若由发光二极管装置的上方俯视，可见第一金属层位于磊晶单元的一侧的某一侧使第一个磊晶单元与相邻的第二个磊晶单元相连，而由与某一侧相对的另一侧使第二个磊晶单元与相邻的第三个磊晶单元相连，以此类推。
最后，在真空条件下，利用电子束蒸镀方式，在该布拉格反射镜对140的一表面形成一第二金属层150，且该第二金属层150与未经该布拉格反射镜140对所覆盖的该第一金属层110连接。并进一步图案化该第二金属层150使该第二金属150层具有一间隙而分隔成至少两独立的电极。
以积分球在80V、15mA的操作条件下，实际测量所获得的发光二极管装置的出光强度为在750至850mW，电光转换效率约在60％，证实本实用新型的发光二极管装置具有优异的效能。
Claims (8)
1.一种发光二极管装置，其特征在于，包括：
一基板；
多个磊晶单元，位于该基板的一表面，每一磊晶单元包括：
一n型半导体单元，位于该基板的表面；
至少一发光层，位于该n型半导体单元上；
一p型半导体单元，位于该n型半导体单元上，且该发光层夹设于该p型半导体单元与该n型半导体单元之间，部份的n型半导体单元露出且不被该p型半导体单元覆盖；以及
一透明电极层，位于该p型半导体单元的表面；
一第一金属层，该第一金属层位于该磊晶单元的部分表面；
n对布拉格反射镜对，包覆该些磊晶单元以及该第一金属层的部份表面，其中n为一大于6的整数；以及
一第二金属层，设于该布拉格反射镜对的表面，且该第二金属层连接未经该布拉格反射镜对所覆盖的该第一金属层。
2.如权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，更包括一绝缘层，位于该p型半导体单元的侧壁及该发光层的侧壁。
3.如权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，更包括一缓冲层，位于该基板与该磊晶单元。
4.如权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，该n型半导体单元为一n型氮化镓，且该p型半导体单元为一p型氮化镓。
5.如权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，该第二金属层经图案化而具有一间隙，使该第二金属层分隔成至少两独立的电极。
6.如权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，n为一大于6的整数。
7.如权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，该布拉格反射镜对的光学膜层折射率介于1.3至2.8之间。
8.如权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，该基板为蓝宝石基板。
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2015
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