CN102800800A - 发光二极管器件及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管器件及其制作方法，其通过在至少包括两个发光外延单元的发光外延结构的底面和顶面分别设置第一导电基板和第二透光性导电结构，形成高密度排列的无正负金属电极的增加出光的发光二极管，可以有效地取出发光层发出的光线，减少金属电极的吸光现象，增加出光效率，降低热阻，延长发光二极管的使用寿命，并节省封装材料和简化工艺流程。

Description

发光二极管器件及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种发光二极管器件及其制作方法，尤其是涉及一种无金属电极的发光二极管器件及其制作方法。
背景技术
发光二极管（LED，Light Emitting Diode）由于具有寿命长、耗能低等优点，应用于各种领域，尤其随着其照明性能指标日益大幅提升，LED的应用越来越广泛，例如用于光学显示装置、交通号志、数据储存装置、通信装置及照明装置等。
一般而言，现有发光二极管结构，如图1所示a，主要设有一具凹槽A1的基座A，该凹槽A1内结合有一芯片B，该芯片B再通过一连结线C与另一支架D连结，最后再借助一透光层E的注塑成型，将基座A、芯片B、连结线C及另一支架D结合为一体，完成发光二极管的制作，步骤较为繁杂。
然而，上述传统的发光二极管接通电源时，由于芯片被结合于基座的凹杯中，该芯片周缘及底面所发射的光均被凹杯阻挡、反射，故该芯片仅发出正向光，于该发光二极管的背侧无法看到其所发出的光。目前也有借助表面黏着技术（Surface Mount，SMT）直接将芯片电性连接于印刷电路板上，如日本公开特许公报特开平5-327026、特开2000-223752，如图2 a、3所示，该电路板通电后，该芯片虽可达五面（前、后、左、右、上）发光，但其底面仍无法发光。
此外，现有的高亮度白色LED是由各色光混合而成。如利用红、绿、蓝三色芯片组合后通过光学透镜混合形成白光，或采用紫光或者紫外光激发红绿蓝（RGB）荧光粉获得白光，或采用蓝光激发黄色荧光粉获得白光。其中采用蓝光LED加YAG黄色荧光粉产生白光应用最多，缺点在于如果在封装过程中黄色荧光粉的涂覆剂量控制不准，或者不能根据芯片的形状进行保形涂覆则会出现出射光偏蓝或者偏黄的现象。由于环氧树脂或者硅胶流动性很强，涂覆时混合有荧光粉的封装胶液不能在芯片的表面和四周形成均匀的涂覆层，从而使白光LED品质难以保证。为了克服这个缺陷，人们提出把混合有荧光粉的胶液先固化成胶片，然后粘贴在发光芯片之上。但同样不能保证芯片的侧边均匀地涂覆荧光粉。此外，随着芯片结温的不断升高（理论上蓝光芯片结温可达300℃），但由于胶液难以耐受高温，会与发光芯片接触产生热而发生变质，上述封装方案难以满足要求。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种发光二极管器件及其制作方法，其通过在至少包括两个发光外延单元的发光外延结构的底面和顶面分别设置第一导电基板和第二透光性导电结构，形成高密度排列的无正负金属电极的增加出光的发光二极管，可以有效地取出发光层发出的光线，减少金属电极的吸光现象，增加出光效率，降低热阻，延长发光二极管的使用寿命，并节省封装材料和简化工艺流程。
本发明主要包括以下制作工艺步骤：
1）提供一生长基板，在其上生长一整体发光外延层，发光外延层从下至上依次包含第一半导体层、发光层、第二半导体层；
2）将所述整体发光外延层分隔成若干个间隔排列的发光外延单元；
3）在所述若干个间隔排列的发光外延单元上形成第二导电基板，用于连接电源正极；
4）去除所述生长基板，裸露出间隔排列的发光外延单元的第一半导体层；
5）在所述间隔排列的发光外延单元的第一半导体层上形成第一透光性导电基板结构，用于连接电源负极。
所述的发光二极管器件，包括： 
发光外延结构，其至少包括两个发光外延单元，每个发光外延单元包括第一半导体层、发光层和第二半导体层；
第一导电基板，形成于所述第一半导体层上，用于连接电源负极；
第二透光性导电基板，形成于所述第二半导体层上，用于连接电源正极。
进一步地，所述生长基板材料可选自蓝宝石（Al2O3）、碳化硅（SiC）、硅（Si）、氮化镓（GaN）、磷化镓（GaP）中的一种或其组合。
进一步地，所述第一导电基板为透光性基板，从而形成全方位出光的发光二极管。
进一步地，所述第一导电基板由透明基板和透明导电层组成。
进一步地，所述第一导电基板为反射性基板。
进一步地，所述第一导电基板由散热基板和反射层构成。
进一步地，所述第二透光性导电基板由透明基板和透明导电层构成。
进一步地，所述透明基板选自透明玻璃、透明柔性塑料或纳米陶瓷。
进一步地，所述透明导电层材料可选用氧化铟锡（ITO）或氧化锌（ZnO）或In掺杂ZnO或Al掺杂ZnO或Ga掺杂ZnO中的一种或其组合。
进一步地，所述第一导电基板含有荧光粉。
进一步地，所述第二透光性导电基板含有荧光粉。
进一步地，所述反射层可选用分布布拉格反射层或金属反射层或全方位反射层。
进一步地，所述散热基板材料可选用硅（Si）基板或铜（Cu）基板或铝（Al）基板中的一种或其组合。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。 
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1是现有发光二极管的剖面示意图。
图2是日本特开平5-327026 号发光二极管的剖面示意图。
图3是日本特开2000-223752号发光二极管的剖面示意图。
图4~10是本发明实施例1制作发光二极管器件的剖面示意图。
图11~17是本发明实施例2制作发光二极管器件的剖面示意图。
图18是本发明实施例3制作发光二极管器件的剖面示意图。
图中部件符号说明：
100：生长基板；101：第一半导体层；102：发光层；103：第二半导体层；104，106：透明导电层；105，107：透明玻璃；108：电源正极；109：电源负极；200：生长基板；201：第一半导体层；202：发光层；203：第二半导体层；204：透明导电层；205：透明玻璃；206：反射层；207：散热基板；208：荧光粉；209：电源正极；210：电源负极；300：生长基板；301：第一半导体层；302：发光层；303：第二半导体层；304，306：透明导电层；305：透明玻璃；307：透明柔性塑料；308，309：荧光粉；310：电源正极；311：电源负极。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
实施例1
如图10所示的一种发光二极管器件，包括：3个间隔排列的LED外延层，其中外延层包含第一半导体层101、发光层102和第二半导体层103；由透明玻璃107和透明导电层106组成的第一透明导电玻璃结构，形成于所述第一半导体层101上，用于连接电源负极109；由透明玻璃105和透明导电层104组成的第二透明导电玻璃结构，形成于所述第二半导体层103上，用于连接电源正极108。
具体来说，上述发光二极管器件，包括；3个间隔排列的LED外延层，其中外延层包含N-GaN层101、发光层102和P-GaN层103；由透明玻璃107和透明ITO导电层106组成的第一透明导电玻璃结构，形成于所述N-GaN层101上，用于连接电源负极109；由透明玻璃105和透明ITO导电层104组成的第二透明导电玻璃结构，形成于所述P-GaN层103上，用于连接电源正极108。
所述发光二极管用于发光时，将第一透明导电玻璃结构与电源负极109相连，将第二透明导电玻璃结构与电源正极108相连，发光二极管中的发光层102在电流作用下发光。自发光层102发出的光线经过所述第一透明导电玻璃结构和第二透明导电玻璃结构表面都可以透射出去，还可以从LED外延层的各侧面出射，进而实现全方位地出光，提高了发光二极管的外量子效率，改善发光二极管的光电性能。
图4~10图公开了上述全方位出光的发光二极管的制作方法，包括以下步骤：
如图4所示，首先，提供一生长基板100，所述基板100是由蓝宝石形成的，在本实施例中，所述衬底100用以形成氮化镓基蓝光二极管。
如图5所示，在蓝宝石基板100上长一LED的整体外延层，外延层从下至上依次为N-GaN层101、发光层102、P-GaN层103。
如图6所示，采用ICP蚀刻工艺，将LED的整体外延层分隔成3个独立间隔排列的外延层。
如图7所示，采用键合工艺，在上述3个独立间隔排列的外延层上形成第二透明导电玻璃结构，即第二透明导电玻璃结构形成于P-GaN层103之上，这样就把原本在蓝宝石基板100之上的外延层转移到第二透明导电玻璃结构上，第二透明导电玻璃结构起到支撑和固定独立间隔排列的外延层的作用，其中第二透明导电玻璃结构由透明玻璃107和透明ITO导电层106组成。
如图8所示，通过激光剥离工艺，去除上述蓝宝石基板100，裸露出间隔排列的外延层的N-GaN层101。
如图9所示，采用键合工艺，在所述间隔排列的外延层的N-GaN层101上形成第一透明导电玻璃结构，构成发光二极管结构，其中第一透明导电玻璃结构由透明玻璃107和透明ITO导电层106组成。
如图10所示，电源正极108连接所述第二透明导电玻璃结构，电源负极109连接所述第一透明导电玻璃结构，即可形成导通结构，使所述发光二极管结构正常工作。
综上所述，本实施例公开了一种发光二极管器件及其制作方法，其通过在至少包括两个发光外延单元的发光外延结构的底面和顶面分别设置第一透明导电玻璃结构和第二透明导电玻璃结构，光从发光层发出时可以从底面的第一半导体层和顶面的第二半导体层以及LED外延层的各个侧面出射，进而提升出光效率，而传统的方式的发光二极管其发光层的光线穿过第一半导体层到底部的银胶时会被反射，然后再经过第一半导体层，会造成光损耗，大部分光线易在管芯内部经多次反射而被吸收，易发生全反射导致过多光损失。此外，本实施例形成无正负金属电极的发光二极管器件，可以减少金属电极的吸光现象，有效增加出光效率；不需制作金属电极、打线、灌胶等工艺过程，因而可以简化工艺流程，节省成本，提高生产效率。
实施例2
如图17所示的一种发光二极管器件，包括：3个间隔排列的LED外延层，其中外延层包含第一半导体层201、发光层202和第二半导体层203；由反射层206和散热基板207组成的第一基板结构，形成于所述第一半导体层201上，用于连接电源负极210；由透明玻璃205和透明导电层204组成的含荧光粉的第二基板结构，形成于所述第二半导体层203上，用于连接电源正极209。
具体来说，上述发光二极管器件，包括；3个间隔排列的LED外延层，其中外延层包含N-GaN层201、发光层202和P-GaN层203；由全方位反射层206和Si散热基板207组成的不含荧光粉的第一反射散热基板结构，形成于所述N-GaN层201上，用于连接电源负极210；第二基板结构为含荧光粉208的透明导电基板结构，形成于所述P-GaN层203上，用于连接电源正极209，其中透明导电基板结构由透明玻璃205和透明ITO导电层204组成。
所述发光二极管用于发光时，将不含荧光粉的第一基板结构与电源负极210相连，将含荧光粉的第二基板结构与电源正极209相连，发光二极管中的发光层202在电流作用下发光。自发光层202发出的光线直接透过顶面的含荧光粉的第二基板结构，经过荧光粉的激发获得白光，从而避免金属电极的吸光现象，有效提升出光效率，改善发光二极管的光电性能。其次，LED外延层与荧光粉不直接接触，避免由于散热可能产生失效现象，降低热阻，延长发光二极管的使用寿命；再者，本发明制作的发光二极管器件，不需制作金属电极、打线等工艺过程，因而可以简化工艺流程，节省成本，提高生产效率。
图11~17公开了前述发光二极管的制作方法，包括以下步骤：
如图11所示，首先，提供一生长基板200，所述基板200是由碳化硅形成的，在本实施例中，所述衬底200用以形成氮化镓基蓝光二极管。
如图12所示，在碳化硅基板200上磊晶一LED的整体外延层，外延层从下至上依次为N-GaN层201、发光层202、P-GaN层203。
如图13所示，采用ICP蚀刻工艺，将LED的整体外延层分隔成3个独立间隔排列的外延层。
如图14所示，采用键合工艺，在上述3个独立间隔排列的外延层上形成含荧光粉的第二透明导电基板结构，即含荧光粉的第二透明导电基板结构形成于P-GaN层203之上，这样就把原本在碳化硅基板200之上的外延层转移到含荧光粉的第二透明导电基板结构上，所述含荧光粉的第二透明导电基板结构起到支撑和固定独立间隔排列的外延层的作用，其中第二透明导电基板结构由透明玻璃205和透明ITO导电层204组成。
如图15所示，通过激光剥离工艺，去除上述碳化硅基板200，裸露出间隔排列的外延层的N-GaN层201。
如图16所示，采用键合工艺，在所述间隔排列的外延层的N-GaN层201上形成不含荧光粉的第一反射散热基板结构，构成发光二极管结构，其中不含荧光粉的第一反射散热基板结构由全方位反射层206和Si散热基板207组成。
如图17所示，电源正极209连接所述含荧光粉的第二基板结构，电源负极210连接所述不含荧光粉的第一基板结构，即可形成导通结构，使所述发光二极管结构正常工作。
实施例3
    如图18所示，发光二极管器件与实施例1不同的是，LED外延层的个数为5个，可以形成高密度排列；第一基板结构由含荧光粉的透明导电基板结构组成，其中透明导电基板结构由透明柔性塑料307和透明ITO导电层306构成。
上述发光二极管器件的制作方法与实施例2不同之处在于：
为了更有效地提升光转换效率，第一基板为含荧光粉的透明导电基板结构，这样可以与LED外延层、含荧光粉的第二基板结构形成夹层结构，构成全方位无正负金属电极遮挡的白色发光二极管，更有效地取出发光层发出的光线，减少金属电极的吸光现象，增加出光效率，而且不需制作金属电极、打线等工艺过程，可以节省封装材料，简化工艺流程，提高生产效率，此外，LED外延层与荧光粉不直接接触，避免由于散热可能产生失效现象，降低热阻，延长发光二极管的使用寿命。

Claims (12)

1.发光二极管器件，包括：
发光外延结构，其至少包括两个发光外延单元，每个发光外延单元包括第一半导体层、发光层和第二半导体层；
第一导电基板，形成于所述第一半导体层上，用于连接电源负极；
第二透光性导电基板，形成于所述第二半导体层上，用于连接电源正极。
2. 根据权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于：所述第一导电基板为透光性基板，从而形成全方位出光的发光二极管。
3.根据权利要求2所述的发光二极管器件，其特征在于：所述第一导电基板由透明基板和透明导电层组成。
4.根据权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于：所述第一导电基板为反射性基板。
5.根据权利要求4所述的发光二极管器件，其特征在于：所述第一导电基板由散热基板和反射层构成。
6.根据权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于：所述第二透光性导电基板由透明基板和透明导电层构成。
7.根据权利要求3或6所述的发光二极管器件，其特征在于：所述透明基板选自透明玻璃、透明柔性塑料或纳米陶瓷。
8.根据权利要求3或6所述的发光二极管器件，其特征在于：所述透明导电层的材料选自氧化铟锡、氧化锌、铟掺杂氧化锌、铝掺杂氧化锌、镓掺杂氧化锌中的一种或其组合。
9.根据权利要求2或3所述的发光二极管器件，其特征在于：所述第一导电基板含有荧光粉。
10.根据权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于：所述第二透光性导电基板含有荧光粉。
11.发光二极管器件的制作方法，其包括步骤：
1）提供一生长基板，在其上生长一整体发光外延层，发光外延层从下至上依次包含第一半导体层、发光层、第二半导体层；
2）将所述整体发光外延层分隔成若干个间隔排列的发光外延单元；
3）在所述若干个间隔排列的发光外延单元上形成第二导电基板，用于连接电源正极；
4）去除所述生长基板，裸露出间隔排列的发光外延单元的第一半导体层；
5）在所述间隔排列的发光外延单元的第一半导体层上形成第一透光性导电基板结构，用于连接电源负极。
12.根据权利要求11所述的发光二极管器件的制作方法，其特征在于：所述生长基板材料选自蓝宝石、碳化硅、硅、氮化镓、磷化镓中的一种或其组合。
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