專利名稱：具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管，尤其是在藍(lán)寶石基板的一 面或兩面形成以金屬非金屬組合物所構(gòu)成的熱輻射散熱層的發(fā)光二極管。
背景技術(shù)：
隨著發(fā)光二極管技術(shù)的進(jìn)步，加上周邊控制電路的成熟，發(fā)光二極管具有高流明 度、耗電量低、壽命長以及演色度高的特點逐漸受到重視，已經(jīng)廣泛的適用在手機的按鍵、 液晶顯示器及液晶電視的背光模塊以及一般照明設(shè)備上。另外，發(fā)光二極管省電的特性，已被認(rèn)定為綠能產(chǎn)業(yè)的一環(huán)，此外，發(fā)光二極管不 含汞，符合歐盟電機電子產(chǎn)品中有害物質(zhì)禁限用指令(RoiB)的規(guī)范，因此，發(fā)光二極管被 認(rèn)為是下一世代的關(guān)鍵產(chǎn)品。參閱圖1，為現(xiàn)有技術(shù)發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的截面圖。如圖1所示，發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)1 包含藍(lán)寶石基板10、磊晶發(fā)光結(jié)構(gòu)20、銦錫氧化物層30、第一金屬接觸層41以及第二金屬 接觸層43。磊晶發(fā)光結(jié)構(gòu)20形成在藍(lán)寶石基板10之上，包含η型半導(dǎo)體化合物層21、發(fā) 光層23以及ρ型半導(dǎo)體化合物層25，其中發(fā)光層23以氮化鎵或氮化銦鎵所構(gòu)成，藉由電子 電洞對的結(jié)合而發(fā)光。銦錫氧化物層30，具有透明及導(dǎo)電的特性，形成在磊晶發(fā)光結(jié)構(gòu)20之上，并與作 為P型的接觸層的第二金屬接觸層43連接，用以將外部供應(yīng)的電流均勻分布，以避免電流 集中產(chǎn)生的能耗。第一金屬接觸層41與η型半導(dǎo)體化合物層21形成奧姆接觸，作為η型 的接觸層以連接至外部電源的負(fù)極，第二金屬接觸層43連接至外部電源的正極。隨著發(fā)光二極管的技術(shù)演變，單顆具有高發(fā)光功率的照明產(chǎn)品成為主流，然而，隨 著發(fā)光二極管亮度的提升，單顆發(fā)光二極管的發(fā)光功率的瓦數(shù)也大幅度的增加，然而在增 加發(fā)光功率時，在接口溫度也會大幅增加。傳統(tǒng)上的發(fā)光二極管封裝的散熱效果較差，容易 使發(fā)光二極管或使用發(fā)光二極管的產(chǎn)品的發(fā)光效率及生命周期因為熱影響而降低，改善發(fā) 光二極管的散熱問題，是目前最需克服的關(guān)鍵技術(shù)。目前現(xiàn)有上已經(jīng)有許多增加散熱的改善，例如在承載發(fā)光二極管的電路板下方連 接金屬板，以傳導(dǎo)的方式增加導(dǎo)熱，然而，單以傳導(dǎo)方式散熱的效率較差，需要進(jìn)一步改善。
實用新型內(nèi)容本實用新型的主要目的是提供一種具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管，該具有熱輻 射散熱層的發(fā)光二極管包含藍(lán)寶石基板、第一熱輻射散熱層、第二熱輻射散熱層、磊晶發(fā)光 結(jié)構(gòu)、第一金屬接觸層以及第二金屬接觸層。藍(lán)寶石基板具有第一熱膨脹系數(shù)，并具有電氣 絕緣性，第一熱輻射散熱層形成在藍(lán)寶石基板之上，具有第一上部表面及第一下部表面，以 第一下部表面與該藍(lán)寶石基板接觸，并具有第二熱膨脹系數(shù)。磊晶發(fā)光結(jié)構(gòu)形成在第一熱 輻射散熱層之上，與第一上部表面接觸，并包含η型半導(dǎo)體化合物層、發(fā)光層以及P型半導(dǎo) 體化合物層，藉由電子電洞對的結(jié)合而發(fā)光。第二熱輻射散熱層形成在磊晶發(fā)光結(jié)構(gòu)之上，具有第二上部表面及第二下部表面，且該第二下部表面與P型半導(dǎo)體化合物層接觸，第二 熱輻射散熱層并具有透光性及導(dǎo)電性。第一金屬接觸層與η型半導(dǎo)體化合物層形成奧姆接 觸，作為η型的接觸層以連接至外部電源的負(fù)極，第二金屬接觸層與第二熱輻射散熱層的 第二上部表面形成奧姆接觸，作為P型的接觸層以連接至外部電源的正極。η型半導(dǎo)體化合物層以η型氮化鎵所構(gòu)成，發(fā)光層以氮化鎵或氮化銦鎵所構(gòu)成，且 P型半導(dǎo)體化合物層以P型氮化鎵所構(gòu)成。第一熱膨脹系數(shù)與第二熱膨脹系數(shù)之差小于 ι%。第一熱輻射散熱層以及第二熱輻射散熱層由金屬非金屬組合物所構(gòu)成，該金屬非金屬 組合物包括金屬組合物及非金屬組合物，該金屬組合物可包括銀、銅、錫、鋁、鈦、鐵及銻的 至少其中之一，或可包括銀、銅、錫、鋁、鈦、鐵及銻的至少其中之一的合金，或可包括銀、銅、 錫、鋁、鈦、鐵及銻的至少其中之一的氧化物或鹵化物，且該非金屬組合物可包括至少硼、碳 的其中之一的氧化物或氮化物或無機酸機化合物。第一熱輻射散熱層的第一上部表面具有多個結(jié)晶體的第一表面顯微結(jié)構(gòu)，藉由熱 輻射方式從該第一上部表面朝向該第一下部表面的方向進(jìn)行熱傳播，而該第二上部表面具 有多個結(jié)晶體的一第二表面顯微結(jié)構(gòu)，藉由熱輻射方式從該第二上部表面朝向該第二下部 表面的方向進(jìn)行熱傳播。結(jié)晶體為2納米至1微米之間獨球狀結(jié)晶體或例如三角錐八面體 結(jié)晶體的多面體結(jié)晶體。此外，該第一熱輻射散熱層具有與該η型半導(dǎo)體接觸層匹配的晶 格結(jié)構(gòu)或形成奧姆接觸，且該第二熱輻射散熱層具有與P型半導(dǎo)體接觸層匹配的晶格結(jié)構(gòu) 或形成奧姆接觸。本實用新型的另一目的是提供另一種具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管，進(jìn)一步在 藍(lán)寶石結(jié)構(gòu)的下表面形成了第三熱輻射散熱層，該第三熱輻射散熱層，形成在藍(lán)寶石基板 之下，且具有第三上部表面以及第三下部表面。第三熱輻射散熱層由與第一熱輻射散熱層 及第二熱輻射散熱層相同的金屬非金屬組合物所構(gòu)成，并具有第三熱膨脹系數(shù)。第三熱膨 脹系數(shù)與第一熱膨脹系數(shù)之差小于1%。第三熱輻射散熱層的第三下部表面具有多個結(jié)晶 體的第三表面顯微結(jié)構(gòu)，以加強散熱。本實用新型具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管的特點是在藍(lán)寶石基板之上形成第 一熱輻射散熱層，并以與現(xiàn)有技術(shù)上的光電特性相似的第二熱輻射散熱層取代銦錫氧化物 層。藉由熱輻射散熱層的表面顯微結(jié)構(gòu)，加強熱輻射的特性，而將磊晶發(fā)光結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的熱 以方向性的熱幅射方式迅速傳遞，而改善了散熱效率。本實用新型具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管的另一特點在于，將藍(lán)寶石基板的兩 側(cè)都形成熱輻射散熱層，而改善散熱效率，使得發(fā)光二極管達(dá)到更佳的發(fā)光效率，并延長了 發(fā)光二極管以及任何應(yīng)用發(fā)光二極管的產(chǎn)品的生命周期。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的截面圖。圖2為本實用新型具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管第一實施例的截面圖。圖3為本實用新型具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管第二實施例的截面圖。
具體實施方式
以下配合說明書附圖對本實用新型的實施方式做更詳細(xì)的說明，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員在研讀本說明書后能據(jù)以實施。參閱圖2，為本實用新型具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管第一實施例的截面圖。如 圖2所示，本實用新型第一實施例具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管2包含藍(lán)寶石基板50、第 一熱輻射散熱層61、第二熱輻射散熱層63、磊晶發(fā)光結(jié)構(gòu)70、第一金屬接觸層81以及第二 金屬接觸層83。藍(lán)寶石基板10具有第一熱膨脹系數(shù)，并具有電氣絕緣性，第一熱輻射散熱 層61形成在藍(lán)寶石基板10之上，具有第一上部表面及第一下部表面，且第一熱輻射散熱層 61具有第二熱膨脹系數(shù)。磊晶發(fā)光結(jié)構(gòu)70形成在第一熱輻射散熱層61之上，與第一上部 表面接觸，并包含η型半導(dǎo)體化合物層71、發(fā)光層73以及ρ型半導(dǎo)體化合物層75，藉由電 子電洞對的結(jié)合而發(fā)光。第二熱輻射散熱層63形成在磊晶發(fā)光結(jié)構(gòu)70之上，具有第二上 部表面及第二下部表面，其中第二下部表面與P型半導(dǎo)體化合物層75接觸，且第二熱輻射 散熱層63具有透光性及導(dǎo)電性。第一金屬接觸層81與η型半導(dǎo)體化合物層71形成奧姆 接觸，作為η型的接觸層以連接至外部電源的負(fù)極，第二金屬接觸層83與第二熱輻射散熱 層63的第二上部表面形成奧姆接觸，作為ρ型的接觸層以連接至外部電源的正極。η型半導(dǎo)體化合物層71以η型氮化鎵所構(gòu)成，發(fā)光層73以氮化鎵或氮化銦鎵所構(gòu) 成，且P型半導(dǎo)體化合物層71以ρ型氮化鎵所構(gòu)成。第一熱膨脹系數(shù)與第二熱膨脹系數(shù)之 差小于0. 1%。第一熱輻射散熱層61以及第二熱輻射散熱層63由金屬非金屬組合物所構(gòu) 成，該金屬非金屬組合物包括金屬組合物及非金屬組合物，該金屬組合物可包括銀、銅、錫、 鋁、鈦、鐵及銻的至少其中之一，或可包括銀、銅、錫、鋁、鈦、鐵及銻的至少其中之一的合金， 或可包括銀、銅、錫、鋁、鈦、鐵及銻的至少其中之一的氧化物或鹵化物，且該非金屬組合物 可包括至少硼、碳的其中之一的氧化物或氮化物或無機酸機化合物。第一熱輻射散熱層61的第一上部表面具有多個結(jié)晶體的一第一表面顯微結(jié)構(gòu)， 藉由熱輻射方式從該第一上部表面朝向該第一下部表面的方向進(jìn)行熱傳播，而第二熱輻射 散熱層63的該第二上部表面具有多個結(jié)晶體的一第二表面顯微結(jié)構(gòu)，藉由熱輻射方式從 該第二上部表面朝向該第二下部表面的方向以加強熱傳播。結(jié)晶體為2納米至1微米之間 獨球狀結(jié)晶體或例如三角錐八面體結(jié)晶體的多面體結(jié)晶體。此外，該第一熱輻射散熱層61 具有與該η型半導(dǎo)體接觸層71匹配的晶格結(jié)構(gòu)或形成奧姆接觸，且該第二熱輻射散熱層63 具有與該P型半導(dǎo)體接觸層75匹配的晶格結(jié)構(gòu)或形成奧姆接觸。參閱圖3，為本實用新型具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管第二實施例的截面圖。如 圖3所示，本實用新型第二實施例具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管3，唯在藍(lán)寶石基板10的 下表面形成第三熱輻射散熱層65，大部分的結(jié)構(gòu)與功能與第一實施例具有熱輻射散熱層的 發(fā)光二極管2相同，在此不再贅述。第三熱輻射散熱層65形成于藍(lán)寶石基板10之下，具有第三上部表面以及第三下 部表面，第三熱輻射散熱層65由與第一熱輻射散熱層61及第二熱輻射散熱層63相同的金 屬非金屬組合物所構(gòu)成，并具有第三熱膨脹系數(shù)。第三熱膨脹系數(shù)與第一熱膨脹系數(shù)之差 小于0. 1%。第三熱輻射散熱層65的第三下部表面具有多個結(jié)晶體的第三表面顯微結(jié)構(gòu)， 以加強散熱。本實用新型具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管2進(jìn)一步包含一封裝層，以封裝第二 熱輻射散熱層63、磊晶發(fā)光結(jié)構(gòu)70、第一金屬接觸層81以及第二金屬接觸層83，更進(jìn)一步 提供調(diào)整色溫的功能。[0024]本實用新型具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管的特點是在藍(lán)寶石基板10之上形成 第一熱輻射散熱層61，并以與現(xiàn)有技術(shù)上的光電特性相似的第二熱輻射散熱層63取代銦 錫氧化物層。藉由熱輻射散熱層63的表面顯微結(jié)構(gòu)，加強熱輻射的特性，而將磊晶發(fā)光結(jié) 構(gòu)20所產(chǎn)生的熱以方向性的熱幅射方式迅速傳遞，而改善了散熱效率。本實用新型具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管的另一特點在于，將藍(lán)寶石基板10 的兩側(cè)都形成熱輻射散熱層，而改善散熱效率，使得發(fā)光二極管達(dá)到更佳的發(fā)光效率，并延 長了發(fā)光二極管以及任何應(yīng)用發(fā)光二極管的產(chǎn)品的生命周期。以上所述僅為用以解釋本實用新型的較佳實施例，并非企圖據(jù)以對本實用新型做 任何形式上的限制，因此，凡有在相同的實用新型精神下所作有關(guān)本實用新型的任何修飾 或變更，皆仍應(yīng)包括在本實用新型意圖保護(hù)的范疇。
權(quán)利要求1.一種具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管，其特征在于，包含一藍(lán)寶石基板，具有一第一熱膨脹系數(shù)，并具有電氣絕緣性；一第一熱輻射散熱層，形成在該藍(lán)寶石基板上，具有一第一上部表面及一第一下部表 面，該第一上部表面具有多個結(jié)晶體的一第一表面顯微結(jié)構(gòu)，且該第一熱輻射散熱層具有 一第二熱膨脹系數(shù)；一磊晶發(fā)光結(jié)構(gòu)，形成在該第一熱輻射散熱層之上，并與該第一上部表面接觸，包含一 η型半導(dǎo)體化合物層、一發(fā)光層以及一 ρ型半導(dǎo)體化合物層，用以發(fā)光；一第二熱輻射散熱層，形成在該磊晶發(fā)光結(jié)構(gòu)上，具有一第二上部表面及一第二下部 表面，該第二下部表面與該P型半導(dǎo)體化合物層接觸，而該第二熱輻射散熱層的該第二上 部表面具有多個結(jié)晶體的一第二表面顯微結(jié)構(gòu)，且該第二熱輻射散熱層具有透光性及導(dǎo)電 性；一第一金屬接觸層，與該η型半導(dǎo)體化合物層形成奧姆接觸，以連接至一外部電源的 一負(fù)極；以及一第二金屬接觸層，與該第二熱輻射散熱層的該第二上部表面形成奧姆接觸，以連接 至該外部電源的一正極。
2.如權(quán)利要求1所述具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管，其特征在于，該第一熱膨脹系 數(shù)與該第二熱膨脹系數(shù)之差小于0. 1 %，該第一表面顯微結(jié)構(gòu)使該磊晶發(fā)光結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的 熱以熱輻射方式從該第一上部表面朝向該第一下部表面的方向進(jìn)行熱傳播，而該第二表面 顯微結(jié)構(gòu)使該磊晶發(fā)光結(jié)構(gòu)以熱輻射方式從該第二上部表面朝向該第二下部表面的方向 進(jìn)行熱傳播。
3.如權(quán)利要求1所述具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管，其特征在于，該η型半導(dǎo)體氧化 物層由η型氮化鎵所構(gòu)成，該發(fā)光層以氮化鎵或氮化銦鎵所構(gòu)成，該P型半導(dǎo)體氧化物層由 P型氮化鎵所構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1所述具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管，其特征在于，該第一熱輻射散 熱層具有與該η型半導(dǎo)體接觸層匹配的晶格結(jié)構(gòu)或形成奧姆接觸，且該第二熱輻射散熱層 具有與該P型半導(dǎo)體接觸層匹配的晶格結(jié)構(gòu)或形成奧姆接觸。
5.如權(quán)利要求1所述具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管，其特征在于，所述結(jié)晶體為球 狀結(jié)晶體或多面體結(jié)晶體，且所述結(jié)晶體的尺寸在2納米至1微米之間的范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求5所述具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管，其特征在于，該多面體結(jié)晶體 包含三角錐八面體結(jié)晶體。
7.一種具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管，其特征在于，包含一藍(lán)寶石基板，具有一第一熱膨脹系數(shù)，并具有電氣絕緣性；一第一熱輻射散熱層，形成在該藍(lán)寶石基板上，具有一第一上部表面及一第一下部表 面，該第一熱輻射散熱層的該第一上部表面具有多個結(jié)晶體的一第一表面顯微結(jié)構(gòu)，且該 第一熱輻射散熱層具有一第二熱膨脹系數(shù)；一磊晶發(fā)光結(jié)構(gòu)，形成在該第一熱輻射散熱層之上，并與該第一上部表面接觸，包含一 η型半導(dǎo)體化合物層、一發(fā)光層以及一 ρ型半導(dǎo)體化合物層，用以發(fā)光；一第二熱輻射散熱層，形成在該磊晶發(fā)光結(jié)構(gòu)上，具有一第二上部表面及一第二下部 表面，該第二下部表面與該ρ型半導(dǎo)體化合物層接觸，該第二熱輻射散熱層的該第二上部表面具有多個結(jié)晶體的一第二表面顯微結(jié)構(gòu)，且該第二熱輻射散熱層具有透光性及導(dǎo)電 性；一第三熱輻射散熱層，形成于該藍(lán)寶石基板之下，具有一第三上部表面及一第三下部 表面，該第三熱輻射散熱層的第三上部表面具有多個結(jié)晶體的一第三表面顯微結(jié)構(gòu)，且該 第三熱輻射散熱層具有一第三熱膨脹系數(shù)；一第一金屬接觸層，與該η型半導(dǎo)體化合物層形成奧姆接觸，以連接至一外部電源的 一負(fù)極；以及一第二金屬接觸層，與該第二熱輻射散熱層形成奧姆接觸，以連接至該外部電源的一 正極。
8.如權(quán)利要求7所述具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管，其特征在于，該第一熱膨脹系 數(shù)與該第二熱膨脹系數(shù)之差小于0. 1%，且該第一熱膨脹系數(shù)與該第三熱膨脹系數(shù)之差小 于0. 1%，該第一表面顯微結(jié)構(gòu)使該磊晶發(fā)光結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的熱以熱輻射方式從該第一上部 表面朝向該第一下部表面的方向進(jìn)行熱傳播，而該第二表面顯微結(jié)構(gòu)使該磊晶發(fā)光結(jié)構(gòu)以 熱輻射方式從該第二上部表面朝向該第二下部表面的方向進(jìn)行熱傳播。
9.如權(quán)利要求7所述具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管，其特征在于，該η型半導(dǎo)體氧化 物層由η型氮化鎵所構(gòu)成，該發(fā)光層以氮化鎵或氮化銦鎵所構(gòu)成，該P型半導(dǎo)體氧化物層由 P型氮化鎵所構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求7所述具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管，其特征在于，該第一熱輻射散 熱層具有與該η型半導(dǎo)體接觸層匹配的晶格結(jié)構(gòu)或形成奧姆接觸，且該第二熱輻射散熱層 具有與該P型半導(dǎo)體接觸層匹配的晶格結(jié)構(gòu)或形成奧姆接觸。
11.如權(quán)利要求7所述具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管，其特征在于，所述結(jié)晶體為球 狀結(jié)晶體或多面體結(jié)晶體，且所述結(jié)晶體的尺寸在2納米至1微米之間的范圍內(nèi)。
12.如權(quán)利要求11所述具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管，其特征在于，該多面體結(jié)晶 體包含三角錐八面體結(jié)晶體。
專利摘要本實用新型公開了一種具有熱輻射散熱層的發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管包含藍(lán)寶石基板、第一熱輻射散熱層、第二熱輻射散熱層、磊晶發(fā)光結(jié)構(gòu)、第一金屬接觸層以及第二金屬接觸層，本實用新型的特點主要是在藍(lán)寶石基板的一面或雙面形成以金屬非金屬組合物所構(gòu)成的熱輻射散熱層，而將磊晶發(fā)光結(jié)構(gòu)及藍(lán)寶石基板中所累積的熱透過方向性之熱幅射方式迅速傳遞，而改善了散熱效率，而使發(fā)光二極管達(dá)到更高的發(fā)光效率，并延長了發(fā)光二極管以及應(yīng)用發(fā)光二極管的產(chǎn)品的生命周期。
文檔編號H01L33/36GK201829524SQ20102020692
公開日2011年5月11日 申請日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者陳烱勛 申請人:景德鎮(zhèn)正宇奈米科技有限公司