专利名称：发光二极管装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种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)由于具有体积小、响应 快、亮度高、寿命长和发光稳定等优点，已广泛应用在显示装置和 光读写装置中。当发光二极管工作时，其产生的能量大约20%以光 能形式导出，而80°/。以热能形式导出。该热能将导致发光二极管温 度上升，影响发光效率并减少元件寿命。
传统解决方法是采用 一散热器、 一致冷晶片(Thermoelectric cooler, TE cooler)或二者相结合，通过粘合或焊、接的方式与该发光二 极管组装，对该发光二极管致冷散热。致冷晶片由于具有致冷速度 快、体积小、无污染、温度控制准确度高等优点，逐步取代其它散 热组件，更广泛应用在发光二极管致冷散热方面。
该致冷晶片包括一第一基板、 一与该第一基板相对设置的第二 基板。该发光二极管与该致冷晶片的第一基板通过一粘合材料相粘 合固定。该散热器也通过一粘合材料粘合固定在该致冷晶片的第二 基板上。
当施加一预定电流时，该发光二极管发光并产生热量，该热量 通过该致冷晶片吸收并传导到该散热器，再通过该散热器释放，从 而使得该发光二极管的温度降低。
然而，当该发光二极管工作时，该粘合处或焊接处会影响导热 效率，且粘合或焊接的方式导致组装过程复杂和制造成本上升。另 外，该致冷晶片的二基板也影响导热效率，从而导致该发光二极管 散热效果不佳。
发明内容
为了解决现有技术发光二极管散热效果不佳、成本较高的问题，
4有必要提供一种散热效果较佳、成本较低的发光二极管装置。
另外，还有必要提供一种上述发光二极管装置的制造方法。 一种发光二极管装置，其包括一发光二极管磊晶片和一致冷晶 片。该发光二极管磊晶片包括一基板和一设置在该基板表面的半导 体层。该致冷晶片直接形成在该基板远离该半导体层的表面。
一种发光二极管装置，其包括一发光二极管磊晶片和一致冷晶 片，该发光二极管磊晶片包括一基板和一设置在该基板表面的半导 体层。该致冷晶片的冷端直接吸收该发光二极管磊晶片产生的热量， 并传导到热端。
一种发光二极管装置的制造方法，其包括如下步骤提供一基 板，在该基板上形成一半导体层；在该基板远离该半导体层的表面 直接形成致冷晶片；提供一散热器，并与该致冷晶片粘合固定。
相对于现有技术，本发明发光二极管装置的致冷晶片直接形成 在该发光二极管磊晶片的基板表面，省去该致冷晶片的二基板，如 此不仅可大幅提升散热效率，同时也节省制造与组装成本。该发光 二极管装置的制造方法将该致冷晶片直接形成在该发光二极管蟲晶 片的基板表面，不需通过粘合或焊接方式连接到该发光二极管磊晶 片，从而大幅提升该发光二极管装置的散热效率。
图1是本发明发光二极管装置第一实施方式的侧面结构示意图。
图2是图1所示发光二极管装置制造方法的流程图。 图3至图5是图2所示发光二极管装置的制造方法各步骤的示 意图。
图6是本发明发光二极管装置第二实施方式的侧面结构示意图。
图7是本发明发光二极管装置第三实施方式的侧面结构示意图。
图8是本发明发光二极管装置第四实施方式的侧面结构示意图。
图9是本发明发光二极管装置第五实施方式的底面结构示意图。
具体实施例方式
请参阅图1,是本发明发光二极管装置的第一实施方式的側面
结构示意图。该发光二极管装置2包括一发光二极管蟲晶片21、 一 致冷晶片22和一散热器23。该致冷晶片22直接形成在该发光二极 管磊晶片21的表面。该散热器23设置在该致冷晶片22远离该发光 二极管磊晶片21的表面。
该发光二极管蟲晶片21包括一基板211和一半导体层212。该 半导体层212设置在该基板211的表面。该基板211是绝缘基板， 其材料是蓝宝石(Sapphire)或硅(Si)。
该致冷晶片22包括多个第一电极223a、 一绝缘层(图未示)、多 个第二电极223b、多个P型半导体晶粒224和多个N型半导体晶粒 225。该第一电极223a设置在该基板211远离该半导体层212的表 面。该绝缘层设置在该散热器23靠近该致冷晶片22的表面。该第 二电极223b设置在该绝缘层的表面，且与该第一电极223a相对交 错排列设置。每一该P型半导体晶粒224与该N型半导体晶粒225 相互交替间隔设置，且夹在该第 一 电极223a和第二电极223b之间。
每一该P型半导体晶粒224与N型半导体晶粒225靠近该发光 二极管磊晶片21的一端定义为冷端，每一该P型半导体晶粒224 与N型半导体晶粒225靠近该散热器23的一端定义为热端。每一 该P型半导体晶粒224设置在两个该N型半导体晶粒225之间，该 P型半导体晶粒224与一 N型半导体晶粒225的冷端通过一第 一电 极223a电性连接。该P型半导体晶粒224与另一 N型半导体晶粒 225的热端通过一第二电极223b电性连接，从而使得多个P型半导 体晶粒224和多个N型半导体晶粒225相互电性串联连接。当该发 光二极管装置2被施加一预定电流时，该致冷晶片22的冷端吸收该 发光二极管磊晶片21产生的热量，并将热量传导到热端。该热量从 热端通过该散热器23及时释放，从而使得该发光二极管蟲晶片21 的温度降低。
请参阅图2,是图1所示发光二极管装置2的制造方法流程图，其包括如下步骤
步骤S1:提供一基板，在该基板表面形成一半导体层； 请参阅图3，提供一基板211。该基板211是绝缘基板，其材料
是蓝宝石或硅。在该基板211表面通过磊晶技术形成一半导体层
212。
步骤S2:在该基板211远离该半导体层212的表面直接形成致 冷晶片；
请参阅图4,在该基板211远离该半导体层212的表面沉积形 成多个第 一 电极223a。该第 一 电极223a间隔排列。
通过电铸技术在每一该第 一 电极223a上形成间隔设置的一 P 型半导体晶粒224和一 N型半导体晶粒225 。该P型半导体晶粒224 和N型半导体晶粒225靠近该基板211的 一 端通过该第 一 电极223a 电性连接。
在该基板211、该第一电极223a、该P型半导体晶粒224和该 N型半导体晶粒225的表面沉积一光致刻蚀剂层(图未示)，提供一 掩膜对该光致刻蚀剂层进行曝光显影形成一预定的光致刻蚀剂图 案。在该P型半导体晶粒224、 N型半导体晶粒225和剩余光致刻 蚀剂上沉积 一 导电金属层，刻蚀该剩余光致刻蚀剂和其上的导电金 属层，形成多个第二电极223b。该第二电极223b与该第一电极223a 相对交错排列设置。该第二电极223b与该第一电极223a分别电性 连接该半导体晶粒224、 225的两端，乂人而4吏得该半导体晶粒224、 225相互电性串联连接。在该第二电极223b表面沉积一绝缘层(图 未示)。
步骤S3:提供一散热器，并与该致冷晶片22粘合固定。 请参阅图5，提供一散热器23,该散热器23与该绝缘层相粘合 固定。从而该致冷晶片22的热端与该散热器23相连接。该发光二 极管磊晶片21发出的热量从热端通过该散热器23释放。
与现有技术相比较，本发明发光二极管装置2的致冷晶片22 通过电铸技术直接形成在该发光二极管磊晶片21的基板211表面， 无需通过粘合材料或焊接的组装方式，同时也省去该致冷晶片22 的二基板，如此不仅可大幅提升散热效率，同时也降低制造与组装成本。
请参阅图6,是本发明发光二极管装置第二实施方式的侧面结 构示意图。该发光二极管装置3与第一实施方式的发光二极管装置 2大致相同，其主要区别在于该发光二极管装置3包括一第一电 极323a和一第二电极323b。该第 一电极323a设置在该基板311远 离该半导体层(未标示)的表面。该第二电极323b设置在该散热器(未 标示)的表面。多个半导体晶粒324间隔排列并夹在该第一电极323a 和第二电极3 2 3 b之间。该半导体晶粒3 2 4是类型相同的半导体晶粒， 如均为P型半导体晶粒或N型半导体晶粒。该半导体晶粒324通过 该第 一 电极323a和第二电极323b保持电性并联连接。该发光二极 管装置3的制造方法与第一实施方式的发光二极管装置2的制造方 法大致相同，其主要区别在于在基板311远离该半导体层的表面 沉积一第一电极323a，在该第一电极323a上形成多个间隔排列且 类型相同的半导体晶粒324。再在该半导体晶粒324上沉积一第二 电极323b，使得多个半导体晶粒324电性并联连接。
请参阅图7,是本发明发光二极管装置第三实施方式的侧面结 构示意图。该发光二极管装置4与第一实施方式的发光二极管装置 2大致相同，其主要区别在于该发光二极管装置4的发光二极管 磊晶片41的基板411是导电基板，其材料是碳化硅(SiC)。该发光 二极管装置4进一步包括一设置在该基板411表面的绝缘层416和 多个间隔设置在该绝缘层416表面的第一电极423a。每一该P型半 导体晶粒424与该N型半导体晶粒相互交替设置，且夹在该第一电 才及423a和第二电极423b之间，并保持电性串联连接。该发光二极 管装置4的制造方法与第一实施方式的发光二极管装置2的制造方 法大致相同，其主要区别在于提供一基板411,该基板411是导 电基板。在该基板411表面形成一绝缘层416,并在该绝缘层416 表面形成多个间隔排列的第 一 电极423a。
请参阅图8，是本发明发光二极管装置第四实施方式的侧面结 构示意图。该发光二极管装置5与第二实施方式的发光二极管装置 3大致相同，其主要区别在于该发光二极管装置5的发光二极管 磊晶片(未标示)的基板511是导电基板，其材料是碳化硅。该基板5 11表面设置有多个间隔排列且类型相同的半导体晶粒524 。该发光 二极管装置5的制造方法与第二实施方式的发光二极管装置3的制 造方法大致相同，其主要区别在于该半导体晶粒524是直接形成 在该基板511的表面。
请参阅图9,是本发明发光二极管装置第五实施方式的底面结 构示意图。该发光二极管装置6与第四实施方式的发光二极管装置 5大致相同，其主要区别在于该发光二极管装置6包括设置在基 板(图未示)表面的一绝缘层616和一矩形导电块617。该矩形导电块 617位于该基板中心位置，其包括垂直该基板的四侧面(图未示)。该 绝缘层616覆盖该基板的矩形导电块617的外围区域。该绝缘层616 表面设置有多个间隔排列且类型相同的半导体晶粒624。该半导体 晶粒624的一端连接到该四侧面，通过该矩形导电块617电性连接， 定义该端为冷端。另 一端通过一电极623电性连接，定义该端为热 端。该散热器(图未示)与该热端相连接。该发光二极管装置6的制 造方法与第四实施方式的发光二极管装置5的制造方法大致相同， 其主要区别在于在该基板表面中心位置形成一矩形导电块617并 在该基板和矩形导电块617表面沉积一绝缘层616。在该绝缘层616 表面形成多个间隔排列的半导体晶粒624,且该半导体晶粒624的 一端连接到该四侧面。在该半导体晶粒624的另 一端沉积一电^L 623, /人而该半导体晶粒624电性并联连接。
权利要求
1. 一种发光二极管装置，其包括一发光二极管磊晶片和一致冷晶片，该发光二极管磊晶片包括一基板和一设置在该基板表面的半导体层，其特征在于该致冷晶片直接形成在该基板的远离该半导体层的表面。
2. 如权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于该基板 是绝缘基板，该致冷晶片包括多个第一电极、多个半导体晶粒和多 个第二电极，该第一电极间隔设置在该基板的远离该半导体层的表 面，该半导体晶粒间隔设置在该第 一 电极远离该半导体层的表面， 该第二电极设置在该半导体晶粒远离该半导体层的 一 端。
3. 如权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于该基板 是导电基板，该致冷晶片包括一绝缘层、多个第一电极、多个第二 电极和多个半导体晶粒，该绝缘层设置在该基板远离该半导体层的 表面，该第一电极间隔设置在该绝缘层内表面，该半导体晶粒设置 在该第 一电才及内表面，该第二电才及间隔设置在该半导体晶粒远离该 半导体层的一端。
4. 如权利要求2或3所述的发光二极管装置，其特征在于该 多个半导体晶粒包括多个P型半导体晶粒和多个N型半导体晶粒， 每一该P型半导体晶粒和N型半导体晶粒相互交替间隔设置，且夹 在该第 一 电极和第二电极之间。
5. 如权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于该基板 是绝缘基板，该致冷晶片包括一第一电极、多个类型相同的半导体 晶粒和 一 第二电极，该第 一 电极设置在该基板远离该半导体层的表 面，该第一电极和第二电极相对设置，使得该半导体晶粒夹在该第 一电极和第二电极之间。
6. 如权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于该基板 是导电基板，该致冷晶片包括多个类型相同的半导体晶粒和一电极， 该半导体晶粒间隔i殳置在该基板远离该半导体层的表面，该电极i殳 置在该半导体晶粒远离该半导体层的一端。
7. 如权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于该基板 是导电基板，该致冷晶片包括一矩形导电块、 一绝缘层、多个电极 和多个半导体晶粒，该矩形导电块包括垂直于该基板的多个侧面，该绝缘层设置在该基板的该矩形导电块的外围区域，该半导体晶粒i殳置在该绝缘层表面，且一端连接该側面，该电极设置在该半导体 晶粒远离该矩形导电块的 一 端。
8. 如权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于该发光 二极管装置进一步包括一散热器，且该散热器与该致冷晶片粘合固 定。
9. 一种发光二极管装置，其包括一发光二极管磊晶片和一致冷 晶片，该发光二极管磊晶片包括一基板和一设置在该基板表面的半 导体层，其特征在于该致冷晶片的冷端直接吸收该发光二极管磊 晶片产生的热量，并传导到热端。
10. —种发光二极管装置的制造方法，其包括如下步骤提供一 基板，在该基板表面形成一半导体层；在该基板远离该半导体层的 表面直接形成致冷晶片；提供一散热器，并与该致冷晶片粘合固定。
全文摘要
本发明涉及一种发光二极管装置及其制造方法。该发光二极管装置包括一发光二极管磊晶片和一致冷晶片。该发光二极管磊晶片包括一基板和一设置于该基板表面的半导体层。该致冷晶片直接形成于该基板远离该半导体层的表面。
文档编号H01L33/00GK101499508SQ20081006603
公开日2009年8月5日 申请日期2008年2月1日 优先权日2008年2月1日
发明者许育儒 申请人:群康科技(深圳)有限公司;群创光电股份有限公司