專利名稱：發光二極管裝置及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種發光二極管裝置及其制造方法。
背景技術：
發光二極管(Light Emitting Diode, LED)由于具有體積小、響應 快、亮度高、壽命長和發光穩定等優點，已廣泛應用在顯示裝置和 光讀寫裝置中。當發光二極管工作時，其產生的能量大約20%以光 能形式導出，而80°/。以熱能形式導出。該熱能將導致發光二極管溫 度上升，影響發光效率并減少元件壽命。
傳統解決方法是采用 一散熱器、 一致冷晶片(Thermoelectric cooler, TE cooler)或二者相結合，通過粘合或焊、接的方式與該發光二 極管組裝，對該發光二極管致冷散熱。致冷晶片由于具有致冷速度 快、體積小、無污染、溫度控制準確度高等優點，逐步取代其它散 熱組件，更廣泛應用在發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設置的第二 基板。該發光二極管與該致冷晶片的第一基板通過一粘合材料相粘 合固定。該散熱器也通過一粘合材料粘合固定在該致冷晶片的第二 基板上。
當施加一預定電流時，該發光二極管發光并產生熱量，該熱量 通過該致冷晶片吸收并傳導到該散熱器，再通過該散熱器釋放，從 而使得該發光二極管的溫度降低。
然而，當該發光二極管工作時，該粘合處或焊接處會影響導熱 效率，且粘合或焊接的方式導致組裝過程復雜和制造成本上升。另 外，該致冷晶片的二基板也影響導熱效率，從而導致該發光二極管 散熱效果不佳。
發明內容
為了解決現有技術發光二極管散熱效果不佳、成本較高的問題，
4有必要提供一種散熱效果較佳、成本較低的發光二極管裝置。
另外，還有必要提供一種上述發光二極管裝置的制造方法。 一種發光二極管裝置，其包括一發光二極管磊晶片和一致冷晶 片。該發光二極管磊晶片包括一基板和一設置在該基板表面的半導 體層。該致冷晶片直接形成在該基板遠離該半導體層的表面。
一種發光二極管裝置，其包括一發光二極管磊晶片和一致冷晶 片，該發光二極管磊晶片包括一基板和一設置在該基板表面的半導 體層。該致冷晶片的冷端直接吸收該發光二極管磊晶片產生的熱量， 并傳導到熱端。
一種發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體層；在該基板遠離該半導體層的表面 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。
相對于現有技術，本發明發光二極管裝置的致冷晶片直接形成 在該發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，同時也節省制造與組裝成本。該發光 二極管裝置的制造方法將該致冷晶片直接形成在該發光二極管蟲晶 片的基板表面，不需通過粘合或焊接方式連接到該發光二極管磊晶 片，從而大幅提升該發光二極管裝置的散熱效率。
圖1是本發明發光二極管裝置第一實施方式的側面結構示意圖。
圖2是圖1所示發光二極管裝置制造方法的流程圖。 圖3至圖5是圖2所示發光二極管裝置的制造方法各步驟的示 意圖。
圖6是本發明發光二極管裝置第二實施方式的側面結構示意圖。
圖7是本發明發光二極管裝置第三實施方式的側面結構示意圖。
圖8是本發明發光二極管裝置第四實施方式的側面結構示意圖。
圖9是本發明發光二極管裝置第五實施方式的底面結構示意圖。
具體實施例方式
請參閱圖1,是本發明發光二極管裝置的第一實施方式的側面
結構示意圖。該發光二極管裝置2包括一發光二極管蟲晶片21、 一 致冷晶片22和一散熱器23。該致冷晶片22直接形成在該發光二極 管磊晶片21的表面。該散熱器23設置在該致冷晶片22遠離該發光 二極管磊晶片21的表面。
該發光二極管蟲晶片21包括一基板211和一半導體層212。該 半導體層212設置在該基板211的表面。該基板211是絕緣基板， 其材料是藍寶石(Sapphire)或硅(Si)。
該致冷晶片22包括多個第一電極223a、 一絕緣層(圖未示)、多 個第二電極223b、多個P型半導體晶粒224和多個N型半導體晶粒 225。該第一電極223a設置在該基板211遠離該半導體層212的表 面。該絕緣層設置在該散熱器23靠近該致冷晶片22的表面。該第 二電極223b設置在該絕緣層的表面，且與該第一電極223a相對交 錯排列設置。每一該P型半導體晶粒224與該N型半導體晶粒225 相互交替間隔設置，且夾在該第 一 電極223a和第二電極223b之間。
每一該P型半導體晶粒224與N型半導體晶粒225靠近該發光 二極管磊晶片21的一端定義為冷端，每一該P型半導體晶粒224 與N型半導體晶粒225靠近該散熱器23的一端定義為熱端。每一 該P型半導體晶粒224設置在兩個該N型半導體晶粒225之間，該 P型半導體晶粒224與一 N型半導體晶粒225的冷端通過一第 一電 極223a電性連接。該P型半導體晶粒224與另一 N型半導體晶粒 225的熱端通過一第二電極223b電性連接，從而使得多個P型半導 體晶粒224和多個N型半導體晶粒225相互電性串聯連接。當該發 光二極管裝置2被施加一預定電流時，該致冷晶片22的冷端吸收該 發光二極管磊晶片21產生的熱量，并將熱量傳導到熱端。該熱量從 熱端通過該散熱器23及時釋放，從而使得該發光二極管蟲晶片21 的溫度降低。
請參閱圖2,是圖1所示發光二極管裝置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體層； 請參閱圖3，提供一基板211。該基板211是絕緣基板，其材料
是藍寶石或硅。在該基板211表面通過磊晶技術形成一半導體層
212。
步驟S2:在該基板211遠離該半導體層212的表面直接形成致 冷晶片；
請參閱圖4,在該基板211遠離該半導體層212的表面沉積形 成多個第 一 電極223a。該第 一 電極223a間隔排列。
通過電鑄技術在每一該第 一 電極223a上形成間隔設置的一 P 型半導體晶粒224和一 N型半導體晶粒225 。該P型半導體晶粒224 和N型半導體晶粒225靠近該基板211的 一 端通過該第 一 電極223a 電性連接。
在該基板211、該第一電極223a、該P型半導體晶粒224和該 N型半導體晶粒225的表面沉積一光致刻蝕劑層(圖未示)，提供一 掩膜對該光致刻蝕劑層進行曝光顯影形成一預定的光致刻蝕劑圖 案。在該P型半導體晶粒224、 N型半導體晶粒225和剩余光致刻 蝕劑上沉積 一 導電金屬層，刻蝕該剩余光致刻蝕劑和其上的導電金 屬層，形成多個第二電極223b。該第二電極223b與該第一電極223a 相對交錯排列設置。該第二電極223b與該第一電極223a分別電性 連接該半導體晶粒224、 225的兩端，乂人而4吏得該半導體晶粒224、 225相互電性串聯連接。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。該發光二 極管磊晶片21發出的熱量從熱端通過該散熱器23釋放。
與現有技術相比較，本發明發光二極管裝置2的致冷晶片22 通過電鑄技術直接形成在該發光二極管磊晶片21的基板211表面， 無需通過粘合材料或焊接的組裝方式，同時也省去該致冷晶片22 的二基板，如此不僅可大幅提升散熱效率，同時也降低制造與組裝成本。
請參閱圖6,是本發明發光二極管裝置第二實施方式的側面結 構示意圖。該發光二極管裝置3與第一實施方式的發光二極管裝置 2大致相同，其主要區別在于該發光二極管裝置3包括一第一電 極323a和一第二電極323b。該第 一電極323a設置在該基板311遠 離該半導體層(未標示)的表面。該第二電極323b設置在該散熱器(未 標示)的表面。多個半導體晶粒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。該半導體晶粒3 2 4是類型相同的半導體晶粒， 如均為P型半導體晶粒或N型半導體晶粒。該半導體晶粒324通過 該第 一 電極323a和第二電極323b保持電性并聯連接。該發光二極 管裝置3的制造方法與第一實施方式的發光二極管裝置2的制造方 法大致相同，其主要區別在于在基板311遠離該半導體層的表面 沉積一第一電極323a，在該第一電極323a上形成多個間隔排列且 類型相同的半導體晶粒324。再在該半導體晶粒324上沉積一第二 電極323b，使得多個半導體晶粒324電性并聯連接。
請參閱圖7,是本發明發光二極管裝置第三實施方式的側面結 構示意圖。該發光二極管裝置4與第一實施方式的發光二極管裝置 2大致相同，其主要區別在于該發光二極管裝置4的發光二極管 磊晶片41的基板411是導電基板，其材料是碳化硅(SiC)。該發光 二極管裝置4進一步包括一設置在該基板411表面的絕緣層416和 多個間隔設置在該絕緣層416表面的第一電極423a。每一該P型半 導體晶粒424與該N型半導體晶粒相互交替設置，且夾在該第一電 才及423a和第二電極423b之間，并保持電性串聯連接。該發光二極 管裝置4的制造方法與第一實施方式的發光二極管裝置2的制造方 法大致相同，其主要區別在于提供一基板411,該基板411是導 電基板。在該基板411表面形成一絕緣層416,并在該絕緣層416 表面形成多個間隔排列的第 一 電極423a。
請參閱圖8，是本發明發光二極管裝置第四實施方式的側面結 構示意圖。該發光二極管裝置5與第二實施方式的發光二極管裝置 3大致相同，其主要區別在于該發光二極管裝置5的發光二極管 磊晶片(未標示)的基板511是導電基板，其材料是碳化硅。該基板5 11表面設置有多個間隔排列且類型相同的半導體晶粒524 。該發光 二極管裝置5的制造方法與第二實施方式的發光二極管裝置3的制 造方法大致相同，其主要區別在于該半導體晶粒524是直接形成 在該基板511的表面。
請參閱圖9,是本發明發光二極管裝置第五實施方式的底面結 構示意圖。該發光二極管裝置6與第四實施方式的發光二極管裝置 5大致相同，其主要區別在于該發光二極管裝置6包括設置在基 板(圖未示)表面的一絕緣層616和一矩形導電塊617。該矩形導電塊 617位于該基板中心位置，其包括垂直該基板的四側面(圖未示)。該 絕緣層616覆蓋該基板的矩形導電塊617的外圍區域。該絕緣層616 表面設置有多個間隔排列且類型相同的半導體晶粒624。該半導體 晶粒624的一端連接到該四側面，通過該矩形導電塊617電性連接， 定義該端為冷端。另 一端通過一電極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。該發光二極管裝置6的制 造方法與第四實施方式的發光二極管裝置5的制造方法大致相同， 其主要區別在于在該基板表面中心位置形成一矩形導電塊617并 在該基板和矩形導電塊617表面沉積一絕緣層616。在該絕緣層616 表面形成多個間隔排列的半導體晶粒624,且該半導體晶粒624的 一端連接到該四側面。在該半導體晶粒624的另 一端沉積一電^L 623, /人而該半導體晶粒624電性并聯連接。
權利要求
1. 一種發光二極管裝置，其包括一發光二極管磊晶片和一致冷晶片，該發光二極管磊晶片包括一基板和一設置在該基板表面的半導體層，其特征在于該致冷晶片直接形成在該基板的遠離該半導體層的表面。
2. 如權利要求1所述的發光二極管裝置，其特征在于該基板 是絕緣基板，該致冷晶片包括多個第一電極、多個半導體晶粒和多 個第二電極，該第一電極間隔設置在該基板的遠離該半導體層的表 面，該半導體晶粒間隔設置在該第 一 電極遠離該半導體層的表面， 該第二電極設置在該半導體晶粒遠離該半導體層的 一 端。
3. 如權利要求1所述的發光二極管裝置，其特征在于該基板 是導電基板，該致冷晶片包括一絕緣層、多個第一電極、多個第二 電極和多個半導體晶粒，該絕緣層設置在該基板遠離該半導體層的 表面，該第一電極間隔設置在該絕緣層內表面，該半導體晶粒設置 在該第 一電才及內表面，該第二電才及間隔設置在該半導體晶粒遠離該 半導體層的一端。
4. 如權利要求2或3所述的發光二極管裝置，其特征在于該 多個半導體晶粒包括多個P型半導體晶粒和多個N型半導體晶粒， 每一該P型半導體晶粒和N型半導體晶粒相互交替間隔設置，且夾 在該第 一 電極和第二電極之間。
5. 如權利要求1所述的發光二極管裝置，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、多個類型相同的半導體 晶粒和 一 第二電極，該第 一 電極設置在該基板遠離該半導體層的表 面，該第一電極和第二電極相對設置，使得該半導體晶粒夾在該第 一電極和第二電極之間。
6. 如權利要求1所述的發光二極管裝置，其特征在于該基板 是導電基板，該致冷晶片包括多個類型相同的半導體晶粒和一電極， 該半導體晶粒間隔i殳置在該基板遠離該半導體層的表面，該電極i殳 置在該半導體晶粒遠離該半導體層的一端。
7. 如權利要求1所述的發光二極管裝置，其特征在于該基板 是導電基板，該致冷晶片包括一矩形導電塊、 一絕緣層、多個電極 和多個半導體晶粒，該矩形導電塊包括垂直于該基板的多個側面，該絕緣層設置在該基板的該矩形導電塊的外圍區域，該半導體晶粒i殳置在該絕緣層表面，且一端連接該側面，該電極設置在該半導體 晶粒遠離該矩形導電塊的 一 端。
8. 如權利要求1所述的發光二極管裝置，其特征在于該發光 二極管裝置進一步包括一散熱器，且該散熱器與該致冷晶片粘合固 定。
9. 一種發光二極管裝置，其包括一發光二極管磊晶片和一致冷 晶片，該發光二極管磊晶片包括一基板和一設置在該基板表面的半 導體層，其特征在于該致冷晶片的冷端直接吸收該發光二極管磊 晶片產生的熱量，并傳導到熱端。
10. —種發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體層；在該基板遠離該半導體層的 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
本發明涉及一種發光二極管裝置及其制造方法。該發光二極管裝置包括一發光二極管磊晶片和一致冷晶片。該發光二極管磊晶片包括一基板和一設置于該基板表面的半導體層。該致冷晶片直接形成于該基板遠離該半導體層的表面。
文檔編號H01L33/00GK101499508SQ20081006603
公開日2009年8月5日 申請日期2008年2月1日 優先權日2008年2月1日
發明者許育儒 申請人:群康科技(深圳)有限公司;群創光電股份有限公司