專利名稱：具散熱貫穿孔的氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種具散熱貫穿孔的氮化鎵 系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light Emitting Diode, LED)具有高效率的發(fā)光特性，且可用一般半 導(dǎo)體制造過程大量生產(chǎn)，因此在強(qiáng)調(diào)節(jié)能的國際風(fēng)潮下，發(fā)光二極管已大量的應(yīng)用于一般 照明光源與液晶顯示器的背光源。發(fā)光二極管主要是利用外部電壓施加到光二極管的正極端與負(fù)極端，使光二極管 的PN接面形成順偏導(dǎo)通，而由于發(fā)光二極管具有直接能隙的特性，因此能將大部分的電能 轉(zhuǎn)換成光能而發(fā)光，其余的電能則轉(zhuǎn)為熱量。一般來說，發(fā)光二極管的發(fā)光效率受溫度影 響，尤其是高功率的發(fā)光二極管，常常因散熱效率不佳而大幅降低發(fā)光效率，或甚至因溫度 過高而發(fā)生永久性的毀損，因此如何提高發(fā)光效率以及加強(qiáng)散熱效率一直以來便是發(fā)光二 極管產(chǎn)業(yè)界的首要課題。在不同的發(fā)光二極管中，氮化鎵系發(fā)光二極管由于具有相當(dāng)高的發(fā)光效率以及操 作穩(wěn)定性，因此逐漸受到重視，而針對氮化鎵系發(fā)光二極管以提高發(fā)光及散熱效率的不同 解決方案已常見于發(fā)光二極管產(chǎn)業(yè)界。參閱圖1，為現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖1所示，發(fā)光二極管結(jié)構(gòu) 包括發(fā)光二極管芯片10、藍(lán)寶石基體20及反射層30，其中發(fā)光二極管芯片10是在藍(lán)寶石 基體20上形成，發(fā)光二極管芯片10可為垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片，主要包括依序堆棧在藍(lán) 寶石基體20上的P型氮化鎵層及N型氮化鎵層，利用順偏時(shí)P型氮化鎵層及N型氮化鎵層 的接面發(fā)生電子電洞復(fù)合而發(fā)光。反射層30在藍(lán)寶石基體20底下，可為分布式布拉格反 射層(Distributed Bragg Reflector，DBR)，用以反射發(fā)光二極管芯片10的光線，如圖1中 的光路徑L所示，藉以提高整體的發(fā)光效率。上述發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是，藍(lán)寶石基體的散熱能力差，無法快速移除發(fā)光二 極管芯片所產(chǎn)生的熱量，因此限制發(fā)光二極管芯片的操作功率，而不適用于高功率發(fā)光二 極管。參閱圖2，為現(xiàn)有技術(shù)中另一發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖2所示，發(fā)光二極管 結(jié)構(gòu)主要包括發(fā)光二極管芯片10及散熱層40，在藍(lán)寶石基體(圖中未顯示)上形成發(fā)光二 極管芯片10后，是經(jīng)鐳射剝離制程(Laser Lift-off Process)剝離去除藍(lán)寶石基體，接著 在發(fā)光二極管芯片10的底下，利用鋁或銅電鍍(Al or Cu Plating)而形成包括鋁、銅合金 或金屬的散熱層40上，因散熱層40可直接移除發(fā)光二極管芯片10所產(chǎn)生的熱量，所以能 大幅提高散熱效率。然而，該現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)為制造成本高，尤其是需要復(fù)雜的制造步驟， 包括鐳射剝離制程，因此與目前的發(fā)光二極管的制程不兼容。因此，需要一種不需鐳射剝離制程且能在目前制程所兼容條件提供額外散熱路徑 的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，藉以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種具散熱貫穿孔的氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，以解 決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題。本發(fā)明所述的具散熱貫穿孔的氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括一藍(lán)寶石基體；一散熱層，在該藍(lán)寶石基體的下表面；以及一發(fā)光二極管芯片，為氮化鎵系的發(fā)光二極管芯片，在該藍(lán)寶石基體的上表面上， 且具有一發(fā)光區(qū)；其中，該散熱層用以提供散熱，該氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)具有至少一散熱貫穿 孔，該散熱貫穿孔貫穿該發(fā)光二極管芯片以及藍(lán)寶石基體，且在散熱貫穿孔內(nèi)填滿導(dǎo)熱材 料，以形成接觸到散熱層的散熱連接道，提供額外的散熱路徑，將該發(fā)光二極管芯片所產(chǎn)生 的熱量傳導(dǎo)至外部。本發(fā)明所述的具散熱貫穿孔的氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中，發(fā)光二極管芯片在藍(lán) 寶石基體的上表面上，而散熱層在藍(lán)寶石基體的下表面，且氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)具有 至少一散熱貫穿孔，該至少一散熱貫穿孔貫穿發(fā)光二極管芯片以及藍(lán)寶石基體，且散熱貫 穿孔內(nèi)填滿導(dǎo)熱材料，以形成接觸到散熱層的散熱連接道，提供額外的散熱路徑以大幅提 高散熱效應(yīng)，進(jìn)而避免發(fā)生過熱而影響發(fā)光穩(wěn)定性或甚至發(fā)生永久性毀損。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中另一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3為本發(fā)明所述具散熱貫穿孔的氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施例方式以下配合說明書附圖對本發(fā)明的實(shí)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(shí)施。參閱圖3，為本發(fā)明所述具散熱貫穿孔的氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的示意圖。首 先，如圖3所示，本發(fā)明所述的具散熱貫穿孔的氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)包括藍(lán)寶石基體 20、散熱層40及氮化鎵系的發(fā)光二極管芯片50，其中發(fā)光二極管芯片50是在藍(lán)寶石基體 20的上表面上利用半導(dǎo)體薄膜形成法而形成，比如氣相沉積法，而散熱層40是在藍(lán)寶石基 體20的下表面上利用金屬或合金電鍍法而形成。藍(lán)寶石基體20當(dāng)作發(fā)光二極管芯片50 的承載體，而散熱層40是用以散逸發(fā)光二極管芯片50所產(chǎn)生的熱，以避免發(fā)光二極管芯片 50過熱而影響發(fā)光穩(wěn)定性或甚至發(fā)生永久性毀損。散熱層40可包括鋁、銅、鋁銅合金或其它導(dǎo)熱性金屬或合金。圖3中的發(fā)光二極管芯片50具有一發(fā)光區(qū)，如圖中的突起狀，該突起狀表示示范 性實(shí)例而已，并非用以限定本發(fā)明，因此本發(fā)明可包括具平整表面的一般發(fā)光二極管芯片 50。此外，發(fā)光二極管芯片50具有正極端與負(fù)極端(圖中未顯示)，分別連接二電氣信號(hào)， 使得發(fā)光二極管芯片50在順偏時(shí)，亦即發(fā)光二極管芯片50的正極端的電壓高于負(fù)極端的電壓且二端的壓差大于該發(fā)光二極管芯片50的導(dǎo)通電壓時(shí)，比如一般發(fā)光二極管芯片為 1. 9V而白光發(fā)光二極管芯片為3. 5V，則發(fā)光二極管芯片50的發(fā)光區(qū)，亦即PN接面區(qū)，會(huì)將 部分電能轉(zhuǎn)換成光能而發(fā)光。進(jìn)一步如圖3所示，可利用適當(dāng)?shù)募庸し绞剑热玷D射鉆孔(laser driller)，形 成至少一散熱貫穿孔60，且該散熱貫穿孔60貫穿發(fā)光二極管芯片50的發(fā)光區(qū)之外的部分 以及藍(lán)寶石基體20。散熱貫穿孔60可具有不同的斷面形狀及排列方式，比如每個(gè)散熱貫穿 孔60的斷面可為圓形、矩形或其它不規(guī)則形狀，且排列方式可為以發(fā)光區(qū)為中心的一層或 多層的同心圓環(huán)形，或一層或多層矩形。要注意的是，圖3為顯示二散熱貫穿孔60以當(dāng)作 示范性實(shí)例，并非用以限定本發(fā)明。散熱貫穿孔60內(nèi)以導(dǎo)熱材料填滿，形成散熱連接道70，且散熱連接道70接觸到散 熱層40，并可連接至其它散熱裝置(圖中未顯示)，比如大面積散熱鰭片或金屬片，用以將 發(fā)光二極管芯片50所產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)至發(fā)光二極管芯片50之外。散熱貫穿孔60內(nèi)的導(dǎo)熱 材料可包括鋁、銅、鋁銅合金或其它導(dǎo)熱性金屬或合金。本發(fā)明的特點(diǎn)在于，除了形成散熱貫穿孔所需的鐳射鉆孔外，其它加工制程皆兼 容于一般發(fā)光二極管的加工制造過程，因此不會(huì)增加整體加工制程的復(fù)雜性與加工成本。 本發(fā)明的另一特點(diǎn)在于，藉位于發(fā)光二極管芯片側(cè)邊的散熱貫穿孔，提供除藍(lán)寶石基體底 下的散熱層以外的額外散熱路徑，同時(shí)因散熱貫穿孔接觸到散熱層，可進(jìn)一步分擔(dān)散熱層 的散熱負(fù)載，藉以大幅提高整體的散熱效率以及發(fā)光的穩(wěn)定性。以上所述僅為用以解釋本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非企圖據(jù)以對本發(fā)明做任何形式 上的限制，因此，凡有在相同的創(chuàng)作精神下所作有關(guān)本發(fā)明的任何修飾或變更，皆仍應(yīng)包括 在本發(fā)明意圖保護(hù)的范疇。
權(quán)利要求
1.一種具散熱貫穿孔的氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一藍(lán)寶石基體；一散熱層，在該藍(lán)寶石基體的下表面；以及一發(fā)光二極管芯片，為氮化鎵系的發(fā)光二極管芯片，在該藍(lán)寶石基體的上表面上，且具 有一發(fā)光區(qū)；其中，該散熱層用以提供散熱，該氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)具有至少一散熱貫穿孔，該 散熱貫穿孔貫穿該發(fā)光二極管芯片以及藍(lán)寶石基體，且在散熱貫穿孔內(nèi)填滿導(dǎo)熱材料，以 形成接觸到散熱層的散熱連接道，提供額外的散熱路徑，將該發(fā)光二極管芯片所產(chǎn)生的熱 量傳導(dǎo)至外部。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，該散熱貫穿孔是利用 鐳射鉆孔而形成，且貫穿該發(fā)光二極管芯片的發(fā)光區(qū)以外的部分。
3.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，該散熱層包括鋁、銅、 鋁銅合金。
4.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，該導(dǎo)熱材料包括鋁、 銅、鋁銅合金。
5.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，該散熱貫穿孔具有一 斷面，該斷面為圓形、矩形或不規(guī)則形狀。
6.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，該散熱貫穿孔具有一 排列方式，該排列方式為以發(fā)光區(qū)為中心的一層或多層的同心圓環(huán)形，或一層或多層矩形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具散熱貫穿孔的氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括藍(lán)寶石基體、散熱層及氮化鎵系的發(fā)光二極管芯片，其中發(fā)光二極管芯片在藍(lán)寶石基體的上表面上，而散熱層在藍(lán)寶石基體的下表面，且氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)具有至少一散熱貫穿孔，該至少一散熱貫穿孔貫穿發(fā)光二極管芯片以及藍(lán)寶石基體，且散熱貫穿孔內(nèi)填滿導(dǎo)熱材料，以形成接觸到散熱層的散熱連接道，提供額外的散熱路徑以大幅提高散熱效應(yīng)，進(jìn)而避免發(fā)生過熱而影響發(fā)光穩(wěn)定性或甚至發(fā)生永久性毀損。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102054904SQ200910180388
公開日2011年5月11日 申請日期2009年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月27日
發(fā)明者彭少鵬, 陳隆建 申請人:東莞市福地電子材料有限公司