本發(fā)明關(guān)于一種發(fā)光二極管裝置，特別是一種制程容易、改善散熱性的發(fā)光二極管裝置，及其制造方法。

背景技術(shù)：

近年來發(fā)光二極管裝置的應(yīng)用越來越廣泛，近年來搭配透明基板可以兩面發(fā)光的LED燈的LED燈絲燈，因為外型仿古美觀，很受消費者的青睞，是以許多廠商都投入了LED燈絲燈的生產(chǎn)。

但盡管LED燈絲燈的數(shù)量持續(xù)成長，但與傳統(tǒng)的鎢絲燈出貨數(shù)量來相比，仍有一段相當大的差距。LED燈絲燈無法普遍的主要的原因在于LED燈絲燈對于封裝有較高的要求，在制程工藝方面較為復雜、生產(chǎn)良率低，價格也因此較高。現(xiàn)在LED燈絲燈的作法多是先于大基板上長成LED單元，再將LED單元減薄切割成個別獨立的LED晶粒，再將多個個別獨立的LED晶粒黏附或焊接于一載板，最后再將載板上的個別獨立的LED晶粒拉線串接而成。如此的多步驟制程，因為在每一個步驟皆會造成良率降低的損失，所以良率并不高。例如在切割成LED晶粒的步驟，良率降低就非常明顯。再加上其他步驟施作時的良率損失，制作良率的改善變成是LED燈絲燈產(chǎn)品制造的重要課題。

再者，LED燈絲燈也有散熱的技術(shù)問題亟需克服，特別是大瓦數(shù)的LED燈絲燈運作時，會產(chǎn)生大量熱，因此如何有效地散熱，提高電光效率，也成為LED燈絲燈需要改善的重要課題。另外尚有消費者認為LED燈絲燈的照度不足、光效低的問題須要改善，因此導致LED燈絲燈價格與效能，離市場期待仍有一段差距，成為LED燈絲燈擴大應(yīng)用的障礙。

然而，LED燈的耗電量少，燈泡壽命長，是效率很高的光源。為了達到省電節(jié)能的目標，目前已有許多廠商及研究團隊投入，企圖從制程或結(jié) 構(gòu)方面著手改良，期待能夠提高LED燈絲燈照度、加強散熱、降低成本，進而可以開發(fā)出一種能夠解決現(xiàn)有LED燈絲燈發(fā)展困境的新型燈具。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的旨在提供一種散熱性佳、并具有改良電光轉(zhuǎn)換效率的發(fā)光二極管裝置。

本發(fā)明的另一目的旨在提供一種改良良率、步驟簡單的發(fā)光二極管制造方法。

為達成上述目的，本發(fā)明特別在一基板上形成多個磊晶單元，每一個磊晶單元包括有n型半導體單元、發(fā)光層、p型半導體單元、以及透明電極層，并在該些磊晶單元形成多對布拉格反射鏡對，使該些多對布拉格反射鏡對包覆該些磊晶單元，透過反射光線來提升出光強度。換言之，相較于現(xiàn)有技術(shù)中同時使用更多的芯片來取得足夠的出光總量，本發(fā)明的發(fā)光二極管裝置就已具有改善的照度。除此之外，本發(fā)明的發(fā)光二極管裝置，因第一金屬層及第二金屬層的結(jié)構(gòu)設(shè)置，沒有散熱性不佳的缺點，反而具有優(yōu)秀的散熱性。

具體而言，本發(fā)明的發(fā)光二極管裝置包括：一基板；多個磊晶單元，位于該基板的一表面；一第一金屬層，該第一金屬層位于該磊晶單元的部分表面以連結(jié)該磊晶單元與另一相鄰的磊晶單元；n對布拉格反射鏡對，包覆該些磊晶單元以及該第一金屬層的部份表面，其中n為一大于620的整數(shù)；以及一第二金屬層，設(shè)于該布拉格反射鏡對的表面，且該第二金屬層連接未經(jīng)該布拉格反射鏡對所覆蓋的該第一金屬層；其中，每一磊晶單元包括：一n型半導體單元，位于該基板的表面；一個發(fā)光層，位于該n型半導體單元上；一p型半導體單元，位于該n型半導體單元上，且該發(fā)光層夾設(shè)于該p型半導體單元與該n型半導體單元之間，部份的n型半導體單元露出且不被該p型半導體單元覆蓋；以及一透明電極層，位于該p型半導體單元的表面。

于本發(fā)明的發(fā)光二極管裝置中，該p型半導體單元的側(cè)壁及該發(fā)光層的側(cè)壁更可選擇性地包括一絕緣層?？墒褂米鳛榻^緣層的材料并無特別限制，任何一種用在發(fā)光二極管裝置的絕緣層材料都可以被使用。譬如說， 氮化物，如氮化硅；氧化物，如二氧化硅或氧化鋁；或者也可以使用氮氧化物等。本領(lǐng)域具有通常知識者可依情況選用適當?shù)牟牧闲纬山^緣層，并不特別限制在上述的材料中。

于本發(fā)明一示例性實施例中，可以使用習知領(lǐng)域中任何用來形成磊晶單元的材料來形成磊晶單元，譬如說，該n型半導體單元可為一n型氮化鎵、該p型半導體單元為一p型氮化鎵、該發(fā)光層為復數(shù)層硅摻雜的氮化鎵銦磊晶(In_xGa_yN/GaN多重量子井)、且該透明電極層可為ITO(氧化銦錫，Indium Tin Oxide)。除此之外，為了提升層和層之間接口黏著力、或者為了使磊晶單元有其他輔助或附加功能，亦可加入其他習知的輔助功能層。舉例來說，可在基板與該磊晶單元之間更包括一氮化鎵或氮化鋁緩沖層，使后續(xù)形成的磊晶單元和基板之間有更好的結(jié)合，然而，本發(fā)明對此并無特別限制。

第一金屬層與第二金屬層可由任何適合的金屬材料形成，舉例來說，可為金、銀、銅、鈦、鋁、鉻、鎳、鉑、鈹、鎂、鈣、鍶或上述任意復數(shù)種金屬材料的組合。本發(fā)明中第一金屬層連接兩相鄰磊晶單元，透過連接磊晶單元的陽極(或透明電極)及另一磊晶單元的陰極而達成。

于本發(fā)明一示例性實施例中，該第二金屬層可經(jīng)圖案化而具有一間隙，使該第二金屬層分隔成至少兩獨立的電極。本發(fā)明第二金屬層所覆蓋的區(qū)域無限制，較佳為覆蓋大部分基板或的n對布拉格反射鏡對區(qū)域以改善漏光、增加光回收效率、以及改善散熱效率。

于上述的n對布拉格反射鏡對，其中該布拉格反射鏡對由兩種不同折射率的材料重復交錯堆疊而形成，且該兩種不同折射率的材料的厚度可相同或不同。于本發(fā)明中，該布拉格反射鏡對的光學膜層折射率可介于1.3至2.8之間，較佳為1.45至2.3之間，更佳為1.3至2.8之間。兩種不同折射率的材料，可為五氧化二鉭/三氧化二鋁的組合、五氧化二鉭/氮化硅的組合、五氧化二鉭/氧化硅的組合、二氧化鈦/二氧化硅、二氧化鈦/三氧化二鋁的組合、氧化鈦/二氧化硅的組合、以及二氧化鈦/氮化硅的組合，于本發(fā)明一示例性實施例中使用二氧化鈦/二氧化硅組合的布拉格反射鏡對。至于布拉格反射鏡對中兩種不同折射率的材料的厚度分別可在之間、更佳為之間。舉例來說，可為由的二氧化鈦 與的二氧化硅所組成的布拉格反射鏡對、的二氧化鈦與的二氧化硅所組成的布拉格反射鏡對、或是的二氧化鈦與的二氧化硅所組成的布拉格反射鏡對，然本發(fā)明并不限于此。

布拉格反射鏡對的反射率隨材料的層數(shù)和材料之間的折射率差而改變，于本發(fā)明中，布拉格反射鏡對的對數(shù)(n)較佳為6對以上(n＞6)，更佳為20對以上；至于材料之間的折射率差，較佳可在1.3至2.8的范圍之內(nèi)，然本發(fā)明并不限于此。

于本發(fā)明的一示例性實施例中，上述的基板可為任何具有透光性的半導體材料，也可以是藍寶石基板、氮化鎵基板、氮化鋁基板，較佳可為藍寶石基板，然本發(fā)明不限于此，本領(lǐng)域具有通常知識者可依需求加以選擇。本發(fā)明中使用的基板的形狀及大小并無限制，可為任何現(xiàn)有的形狀。較佳可為矩形、圓形、多邊形、橢圓形、半圓形、或不規(guī)則形。

除此之外，本發(fā)明也提供一種發(fā)光二極管裝置的制造方法，包括下列步驟：

于一基板上形成多個獨立的磊晶單元，且每一磊晶單元包括：一n型半導體單元，位于該基板的表面；至少一發(fā)光層，位于該n型半導體單元上；一p型半導體單元，位于該n型半導體單元上，且該發(fā)光層夾設(shè)于該p型半導體單元與該n型半導體單元之間，部份的n型半導體單元露出且不被該p型半導體單元覆蓋；以及一透明電極層，位于該p型半導體單元的表面；

于該些磊晶單元的表面形成第一金屬層，使該第一金屬層覆蓋部分的磊晶單元表面，以連結(jié)該磊晶單元與另一相鄰的磊晶單元；

形成n對布拉格反射鏡對，使該些布拉格反射鏡對包覆該些該磊晶單元以及部分的第一金屬層，其中n為一大于6的整數(shù)；以及

于該布拉格反射鏡對的一表面形成一第二金屬層，且該第二金屬層連接未經(jīng)該布拉格反射鏡對所覆蓋的該第一金屬層。

于上述的制造方法中，在步驟(a)的前，可選擇性地先在基板上先形成一緩沖層，譬如，氮化鋁緩沖層，以使后續(xù)形成的磊晶單元和基板之間有更好的結(jié)合。

為了避免電流經(jīng)由側(cè)壁連通n型層或金屬電極造成短路，在步驟(a)中，更包括在該p型半導體單元的側(cè)壁及該發(fā)光層的側(cè)壁上形成一絕緣層；再者，步驟(a)中所述的n型半導體單元可為一n型氮化鎵，且該p型半導體單元可為一p型氮化鎵。

此外，于本發(fā)明的制造方法中，在步驟(d)之后更包括一步驟(e)，圖案化該第二金屬層使該第二金屬層具有一間隙而分隔成至少兩獨立的電極。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一示例性實施例的發(fā)光二極管裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明一示例性實施例的發(fā)光二極管裝置結(jié)構(gòu)的俯視圖。

【符號說明】

10 發(fā)光二極管裝置

110 第一金屬層

120 磊晶單元

130 基板

140 布拉格反射鏡對

150 第二金屬層

具體實施方式

以下利用特定的具體實施例說明本發(fā)明的實施方式，熟習此技藝的人士可由本說明書所公開的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的優(yōu)點與其他功效。本發(fā)明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應(yīng)用，且本說明書中的各項細節(jié)亦可針對不同的觀點與應(yīng)用，在不背離本發(fā)明精神下進行各種修飾與變更。

實施例1

圖1為本發(fā)明一示例性實施例的發(fā)光二極管裝置10結(jié)構(gòu)示意圖。該發(fā)光二極管裝置10包括：第一金屬層110、磊晶單元120、基板130、布拉格反射鏡對140、以及第二金屬層150。

更具體地，于實施例1中，在藍寶石基板130的一表面上，于750～1200℃、1大氣壓的操作條件下利用有機金屬氣相沉積方法依序形成 氮化鎵本質(zhì)磊晶、n型氮化鎵、發(fā)光層、p型氮化鎵；之后以半導體制程如黃光、微影、蝕刻工序?qū)⑶笆隼诰Р牧现谱鞒蓭в蠵N極性的元件。然后在p型氮化鎵的側(cè)壁及發(fā)光層的側(cè)壁上，利用化學氣相沉積法形成氮化硅絕緣層(圖未示)，以避免電流經(jīng)由側(cè)壁連通n型層或金屬電極而短路。

接下來，在真空條件下，利用電子束蒸鍍方式，在該些磊晶單元120的表面以金/鎳形成第一金屬層110，使第一金屬層覆蓋部分的磊晶單元表面，使得該些磊晶單元與相鄰的磊晶單元120能夠彼此串接相連。

形成磊晶單元之后，接下來在真空條件下，以電子束蒸鍍方式，在該些磊晶單元120及第一金屬層110的表面形成布拉格反射鏡對140。該布拉格反射鏡對140以的TiO₂與的SiO₂所組成，總共有20層(對)，并且包覆該些磊晶單元120以及部分的第一金屬層110，且部分的第一金屬層110不被該布拉格反射鏡140包覆(參考圖1)。

圖2本發(fā)明實施例1的發(fā)光二極管裝置結(jié)構(gòu)的俯視圖。由圖2可清楚看見，第一金屬層110以交錯的方式與相鄰的磊晶單元120串聯(lián)連結(jié)，換言之，若由發(fā)光二極管裝置的上方俯視，可見第一金屬層位于磊晶單元的一側(cè)的某一側(cè)使第一個磊晶單元與相鄰的第二個磊晶單元相連，而由與某一側(cè)相對的另一側(cè)使第二個磊晶單元與相鄰的第三個磊晶單元相連，以此類推。

最后，在真空條件下，利用電子束蒸鍍方式，在該布拉格反射鏡對140的一表面形成一第二金屬層150，且該第二金屬層150與未經(jīng)該布拉格反射鏡140對所覆蓋的該第一金屬層110連接。并進一步圖案化該第二金屬層150使該第二金屬150層具有一間隙而分隔成至少兩獨立的電極。

以積分球在80V、15mA的操作條件下，實際測量所獲得的發(fā)光二極管裝置的出光強度為在750至850mW，電光轉(zhuǎn)換效率約在60％，證實本發(fā)明的發(fā)光二極管裝置具有優(yōu)異的效能。