發光器件及其製作方法

2023-10-24 22:36:47 3

專利名稱：發光器件及其製作方法
技術領域：
本發明涉及一種發光器件及其製作方法。
背景技術：
發光二極體(LED)具有由複合半導體材料形成的發光源，這些複合半導體材料 例如基於GaAs的材料、基於AlGaAs的材料、基於GaN的材料、基於InGaN的材料和基於 InGaAlP的材料。封裝並使用LED作為發射各種顏色的光的器件。例如，LED在例如圖像顯示器件、 字符顯示器件和顯示顏色的開/關顯示器件的多種技術領域中用作光源。

發明內容
技術問題實施例提供一種由交流(AC)電源驅動的發光器件及其製作方法。實施例提供一種包括具有LED的橋二極體電路的發光器件及其製作方法。技術方案一個實施例提供一種發光器件，該發光器件包括第一傳導型的襯底，包括P-N結 的第一至第四二極體；第一金屬電極，電連接到第一二極體和第四二極體；第二金屬電極， 電連接到第三二極體和第二二極體；第三金屬電極，電連接到第一二極體和第三二極體； 第四金屬電極，電連接到第二二極體和第四二極體；以及發光二極體，電連接到第三金屬電 極和第四金屬電極中的至少一個。一個實施例提供一種發光器件，該發光器件包括第一傳導型的襯底；第二傳導 型的第一阱，在第一傳導型的襯底的一側；第二傳導型的第四和第五阱，在第一傳導型的襯 底的另一側；第一傳導型的第二和第三阱，在第二傳導型的第一阱中；第一金屬電極，電連 接到第一傳導型的第二阱和第二傳導型的第五阱；第二金屬電極，電連接到第一傳導型的 第三阱和第二傳導型的第四阱；以及發光二極體，電連接到第一傳導型的襯底和第二傳導 型的第一阱。一個實施例提供一種製作發光器件的方法，該方法包括通過在第一傳導型的襯 底的頂部在阱結構中摻雜雜質來形成P-N結的第一至第四二極體；在第一傳導型的襯底上 形成絕緣層並且暴露第一至第四二極體和第一傳導型的襯底的部分；將第一金屬電極電連 接到第一二極體和第四二極體並且將第二金屬電極電連接到第三二極體和第二二極體；並 且在第一二極體、第三二極體和第一傳導型的襯底之間電連接發光二極體。有益效果實施例可以通過AC電源驅動發光器件。實施例可以提供具有AC橋電路的發光器件。實施例可以使用具有LED的橋二極體電路來提供發光器件。實施例可以提供具有LED的橋二極體電路的封裝。
實施例可以通過AC電源而不是DC (直流)電源驅動發光器件而無需使用附加橋 二極體電路。


圖1是根據第一實施例的發光器件的透視圖；圖2是沿著圖1的線A-A取得的截面圖；圖3是圖示了圖1的金屬電極之間的連接的圖；圖4是圖1的電路圖；圖5和圖6是圖示了圖4的電路中的電流路徑的圖；圖7至圖14是圖示了根據第一實施例的製作發光器件的方法的圖；圖15是根據第二實施例的發光器件的透視圖；圖16是沿著圖15的線B-B取得的截面圖；圖17是根據第三實施例的發光器件的側截面圖。
具體實施例方式現在將具體參照本公開內容的實施例，這些實施例的示例在附圖中示出。圖1是根據第一實施例的發光器件的透視圖。圖2是沿著圖1的線A-A取得的側 截面圖。圖3是圖1的電路圖。參照圖1和圖2，發光器件100包括第一傳導型的襯底110、第二傳導型的第一阱 120、第一傳導型的第二阱122、第一傳導型的第三阱124、第二傳導型的第四阱132、第二傳 導型的第五阱134、絕緣層130、金屬電極142、144、152和154以及發光二極體(LED) 150。第一傳導型的襯底110可以包括矽襯底，例如P型矽襯底或者P型子底座。第一阱120、第四阱132和第五阱134在第一傳導型的襯底110上形成。第一阱120在第一傳導型的襯底110的一側形成至預定厚度，而第四阱132和第 五阱134在第一傳導型的襯底110的另一側形成至預定厚度。第四阱132和第五阱134相 互間隔預定距離。這裡，第二阱122和第三阱124在第一阱120中形成並且相互間隔預定距離。第一阱120、第二阱122、第三阱124、第四阱132和第五阱134通過離子注入從第 一傳導型的襯底110的頂表面形成至預定厚度。這裡，可以通過將P型雜質或者N型雜質離子注入到矽襯底中來形成第一傳導型 和第二傳導型。因而，第一傳導型可以由摻雜有N型雜質或者第5族元素的N型半導體形 成，而第二傳導型可以由摻雜有P型雜質或者第3族元素的P型半導體形成。可替代地，如 果第一傳導型由P型半導體形成，則第二傳導型可以由N型半導體形成。下文，將假設第一 傳導型具有P型半導體特性而第二傳導型具有N型半導體特性來描述實施例。第二傳導型的第一阱120與第一傳導型的第二阱122進行P-N接合以形成第一二 極管Dl (見圖3)，而第二傳導型的第一阱120與第一傳導型的第三阱124進行P-N接合以 形成第二二極體D3(見圖3)。第一傳導型的襯底110與第二傳導型的第四阱132進行P-N接合以形成第二二極 管D2(見圖3)，而第一傳導型的襯底110與第二傳導型的第五阱134進行P-N接合以形成第四二極體D4(見圖3)。絕緣層130在第一傳導型的襯底110上形成，而多個通孔123、125、127、128、133 和135在絕緣層130中形成。一個或者多個第一通孔123在第一傳導型的第二阱122上形 成；一個或者多個第二通孔125在第一傳導型的第三阱124上形成；一個或者多個第三通 孔133在第二傳導型的第四阱132上形成；一個或者多個第四通孔135在第二傳導型的第 五阱134上形成；第五通孔127在第二傳導型的第一阱120的一側的中心部分處形成；而第 六通孔128在第一傳導型的襯底110的另一側的中心部分處形成。絕緣層130可以由絕緣材料或者基於氧化物的材料如Si02、Si3N4、Al203和TiO2形 成，但是本發明不限於此。金屬電極142、144、152和154在絕緣層130上形成。金屬電極142、144、152和154可以通過絕緣層130的通孔123、125、127、128、133 和135電連接到第一傳導型的襯底110和第一至第五阱120、122、124、132和134。第一金 屬電極142通過第一通孔123和第四通孔135共同連接到第一傳導型的第二阱122和第二 傳導型的第五阱134。第二金屬電極144通過第二通孔125和第三通孔133共同連接到第一傳導型的第 三阱124和第二傳導型的第四阱132。第三金屬電極152在第一傳導型的襯底110的中心的一側形成，並且它的一端 152A通過第五通孔127連接到第二傳導型的第一阱120和LED150的第一電極。第四金屬電極154在第一傳導型的襯底110的中心的另一側形成，並且它的另一 端154A通過第六通孔128連接到第一傳導型的襯底110和LED150的第二電極。第一電極 可以是正極電極，而第二電極可以是負極電極。LED 150可以通過粘合劑附接到第三金屬電極152和/或第四金屬電極154。在 這種情況下，LED 150的兩個電極可以通過引線鍵合、晶片鍵合和倒裝鍵合中的至少一種電 連接到第三金屬電極152和第四金屬電極154。LED 150可以是白色LED晶片、UV(紫外) LED晶片和彩色LED晶片(諸如紅色LED晶片、綠色LED晶片和藍色LED晶片)中的一個或 者多個。圖3是圖1的電路圖，而圖4是圖3的電路圖。參照圖3和圖4，第一二極體Dl由第一傳導型的第二阱122與第二傳導型的第一 阱120之間的P-N結形成，而第三二極體D3由第一傳導型的第三阱124與第二傳導型的第 一阱120之間的P-N結形成。第二二極體D2由第二傳導型的第四阱132與第一傳導型的 襯底110之間的P-N結形成，而第四二極體D4由第二傳導型的第五阱134與第一傳導型的 襯底110之間的P-N結形成。第一金屬電極142共同連接到第一二極體Dl的正極和第四二極體D4的負極；而 第二金屬電極144共同連接到第三二極體D3的正極和第二二極體D2的負極。第三金屬電 極152通過第一阱120共同連接到第一二極體D1的負極、第三二極體D3的負極和LED 150 的正極；而第四金屬電極154共同連接到第二二極體D2的正極、第四二極體D4的正極和 LED 150的負極。第一和第二金屬電極142和144連接到AC電源的兩個端子；而第一至第四二極體 Dl至D4和LED 150構成橋二極體電路。也就是說，LED150被包括在橋二極體電路中並且在向其輸入AC電源時總是接通。在發光器件中，阱結構在第一傳導型的襯底的表面上以形成橋二極體Dl、D2、D3 和D4，而LED 150裝配在橋二極體電路上，由此使得有可能提供可以由AC電源驅動的發光 二極體(LED)。圖5和圖6是圖示了圖4的電路中的電流路徑的圖。參照圖5，AC電源的正電流I1流過第一二極體D1、發光二極體(LED)和第二二極 管D2，使得LED接通。參照圖6，AC電源的負電流I2流過第三二極體D3、發光二極體(LED)和第四二極 管D4，使得LED接通。因此，LED總是由AC電源接通。圖7至圖14是圖示了根據第一實施例的製作發光器件的方法的圖。參照圖7和圖8，第一傳導型的襯底110為基於矽的P型襯底並且可以由單層襯底 或者多層襯底形成。經過第一傳導型的襯底110的一側的表面來離子注入第二傳導型的摻雜物以形 成第二傳導型的第一阱120。參照圖9和圖10，經過第一傳導型的襯底110的第二傳導型的第一阱120的表面 來離子注入第一傳導型的摻雜物以形成第一傳導型的第二阱122和第一傳導型的第三阱 124。第二阱122和第三阱124以它們相互間隔預定距離這樣的方式形成至預定深度。將第二傳導型的摻雜物離子注入到第一傳導型的襯底110的另一側的表面中以 形成第二傳導型的第四阱132和第二傳導型的第五阱134。第四阱132和第五阱134以它 們相互間隔預定距離這樣的方式形成至預定深度。第一阱120、第四阱132和第五阱134在 尺寸和深度方面可以彼此相同或者不同。經過第一傳導型的襯底110的頂表面來離子注入傳導摻雜物以形成第一至第五 阱120、122、124、132和134，由此形成具有預定深度的傳導阱結構。例如，第二傳導型的阱 120、132和134可以通過在第一傳導型的襯底110上選擇性地注入或者擴散螢光物N型摻 雜物如(P)離子和氟離子來形成為N型阱。第一傳導型的第二和第三阱122和124可以通 過在第一傳導型的襯底110上選擇性地注入或者擴散螢光物P型摻雜物如硼離子和鋁離子 來形成為P型阱。離子注入工藝電離N型或者P型摻雜物元素、通過電壓加速摻雜物離子 並且將加速的摻雜物離子注入或者擴散到第一傳導型的襯底110的表面中，由此使得有可 能電控制傳導摻雜物的數量或者分布。同樣地，用於第一傳導型的襯底110的離子注入工藝也可以是離子束注入工藝或 者等離子體離子注入工藝，但是本發明不限於此。形成第一傳導型的阱結構和第二傳導型 的阱結構的順序可以根據實施例而變化，但是本發明不限於此。參照圖11，絕緣層130在第一傳導型的襯底110上形成。絕緣層130可以由絕緣 材料或者基於氧化物的材料如SiO2、Si3N4, Al2O3和TiO2形成。多個通孔123、125、127、128、133和135在絕緣層130中形成。至少一個第一通孔 123在第二阱122的表面處形成；至少一個第二通孔125在第三阱124的表面處形成；至少 一個第三通孔133在第四阱132的表面處形成；並且至少一個第四通孔135在第五阱134 的表面處形成。同樣地，至少一個第五通孔127也在第一阱120的表面處形成，並且第五通孔127設置於第二阱122與第三阱124之間。至少一個第六通孔128在第一傳導型的襯底110的另一側的表面IlOB處形成，並 且第六通孔128設置於第四阱132與第五阱134之間。同時，第一傳導型的襯底110上的中心區是LED裝配區110A，該LED裝配區IlOA 可以不在通孔結構中形成也可以在通孔結構中形成。參照圖11至圖13，第一至第四金屬電極142、144、152和154在絕緣層130上形 成，而第一至第四金屬電極142、144、152和154中的一些金屬電極通過通孔123、125、127、 133和135電連接到相應的阱120、122、124、132和134以及第一傳導型的襯底110。第一金屬電極142連接第一傳導型的第二阱122和第二傳導型的第五阱134。第 二金屬電極144連接第一傳導型的第三阱124和第二傳導型的第四阱132。第三金屬電極 152的一端152A連接到第一傳導型的襯底110、第二傳導型的第一阱120和LED 150的正 極；而第四金屬電極154的另一端154A連接到第一傳導型的襯底110和LED 150的負極。參照圖14，LED 150可以通過粘合劑附接到第三金屬電極152和/或第四金屬電 極154。在這種情況下，LED 150的兩個電極可以通過引線鍵合、晶片鍵合和倒裝鍵合中的 至少一種電連接到第三金屬電極152和第四金屬電極154，但是本發明不限於此。發光器件可以實施於如圖4中所示的電路配置中，使得橋二極體電路可以總是通 過AC電源接通LED 150。這裡，LED 150設置於第三金屬電極152和/或第四金屬電極154 上，由此使得有可能有效地執行電特性和散熱操作。為了保護LED 150或者提高光學效率，可以在第一傳導型的襯底110上裝配單獨 的凸透鏡(未圖示)。圖15是根據第二實施例的發光器件的透視圖，而圖16是沿著圖15的線B-B取得 的截面圖。參照圖15和圖16，發光器件200包括具有腔212的第一傳導型的襯底210 ；形 成於第一傳導型的襯底210的表面上的多個阱220、222、224、232和234 ；以及裝配於腔212 上的發光二極體(LED) 250。第一傳導型的襯底210為晶片級封裝(WLP)並且可以由具有第一傳導型的基於矽 的晶片形成。具有預定深度的腔212在第一傳導型的襯底210的頂部中形成，而腔212的側面 214可以在腔212的底表面以外傾斜或者相對於該底表面垂直。第二傳導型的第一阱220在第一傳導型的襯底210的一側(即腔212的一側)的 表面處形成，而第一傳導型的第二阱222和第一傳導型的第三阱224在第一阱220中形成。 第一傳導型的第二阱222、第一傳導型的第三阱224和第二傳導型的第一阱220構成P-N結
二極體。第二傳導型的第四阱232和第二傳導型的第五阱234在第一傳導型的襯底210的 另一側(即腔212的另一側)的表面處形成。第二傳導型的第四阱232和第二傳導型的第 五阱234與第一傳導型的襯底210接觸以構成P-N結二極體。參照圖16，絕緣層230在第一傳導型的襯底210上形成，而多個通孔(未圖示)在 其中形成。可以如圖11中所示形成通孔，因此為了簡潔將省略其具體描述。通孔暴露第一 傳導型的襯底210的部分以及阱222、224、232和234。
多個金屬電極242、244、252和254在絕緣層230上形成。第一金屬電極242共同 連接到第一傳導型的第二阱222和第二傳導型的第五阱234。第二金屬電極244共同連接 到第一傳導型的第三阱224和第二傳導型的第四阱232。第三金屬電極252共同連接到第 二傳導型的第一阱220和LED250的正極。第四金屬電極254共同連接到第一傳導型的襯 底210禾口 LED250的負極。第三金屬電極252的一端252A通過通孔結構電連接到第二傳導型的第一阱220。第一和第二金屬電極242和244沿著第一傳導型的襯底210這一側延伸到後側並 且連接到AC電源端子。LED 250以倒裝鍵合方式裝配於第三金屬電極252和第四金屬電極 254上。因而，有可能提供如圖4中所示具有LED 250的橋二極體電路。這裡，LED 250可以裝配成藍色LED晶片、紅色LED晶片、綠色LED晶片或者UV LED 晶片的封裝的形狀。同時，腔212可以由樹脂材料240如環氧或者矽填充，而凸透鏡可以裝 配於樹脂材料240上。同時，可以向樹脂材料240添加將從LED 250發射的光激發到另一 光譜中的至少一類螢光材料。圖17是根據第三實施例的發光器件的側截面圖。在描述第三實施例時，與第二實 施例中相同的標號表示相同的單元，因此將省略其描述。參照圖17，發光器件200A包括裝配於第一傳導型的襯底210的腔212上的至少一 個發光二極體(LED)250A。LED 250A附接於第三金屬電極252和/或第四金屬電極254上 並且通過多個接線255連接到第三金屬電極252和第四金屬電極254。在第一傳導型的襯 底210的頂部周圍提供橋二極體電路，而LED 250A由AC電源驅動。雖然已經參照實施例的多個示例性實施例描述了實施例，但是應當理解本領域技 術人員可以設計將落入本公開內容的原理的精神和範圍內的許多其它修改和實施例。更具 體地，在本公開內容的範圍內在主題組合布置的組成部分和/或布置中各種變化和修改是 可能的。除了組成部分和/或布置中的變化和修改之外，本領域技術人員也將清楚替代的 使用。工業適用性實施例可以提供由AC電源驅動的發光器件。實施例可以提供發射各種顏色的光的發光器件。可以在各種技術領域如AC電源光源、圖像顯示器件、字符顯示器件和顯示顏色的 通/斷顯示器件中運用實施例。
權利要求
一種發光器件，包括第一傳導型的襯底，包括P-N結的第一至第四二極體；第一金屬電極，電連接到所述第一二極體和所述第四二極體；第二金屬電極，電連接到所述第三二極體和所述第二二極體；第三金屬電極，電連接到所述第一二極體和所述第三二極體；第四金屬電極，電連接到所述第二二極體和所述第四二極體；以及發光二極體(LED)，電連接到所述第三金屬電極和所述第四金屬電極中的至少一個。
2.根據權利要求1所述的發光器件，其中所述第一金屬電極和所述第二金屬電極被供 應交流電源，而所述第一至第四二極體構成橋二極體電路。
3.根據權利要求1所述的發光器件，其中所述第一傳導型的襯底包括P型或者N型半 導體特性，而所述第一至第四二極體由在所述第一傳導型的襯底的頂表面形成至預定深度 的N型阱或者P型阱形成。
4.根據權利要求1所述的發光器件，其中所述第一傳導型的襯底包括N型或者P型基 於矽的半導體襯底。
5.根據權利要求1所述的發光器件，包括絕緣層，設置於所述第一傳導型的襯底與所述第一至第四金屬電極之間；以及 所述絕緣層中的通孔，用於暴露所述第一至第四二極體中的每個的N型或者P型側以 及所述第一傳導型的襯底的部分。
6.一種發光器件，包括 第一傳導型的襯底；第二傳導型的第一阱，在所述第一傳導型的襯底的一側；所述第二傳導型的第四和第五阱，在所述第一傳導型的襯底的另一側；所述第一傳導型的第二和第三阱，在所述第二傳導型的所述第一阱中；第一金屬電極，電連接到所述第一傳導型的所述第二阱和所述第二傳導型的所述第五阱；第二金屬電極，電連接到所述第一傳導型的所述第三阱和所述第二傳導型的所述第四 阱；以及發光二極體(LED)，電連接到所述第一傳導型的襯底和所述第二傳導型的所述第一阱。
7.根據權利要求6所述的發光器件，其中所述發光二極體包括彩色發光二極體晶片、 紫外發光二極體晶片和白色發光二極體晶片中的至少一個晶片。
8.根據權利要求6所述的發光器件，包括第三金屬電極，電連接到所述第二傳導型的所述第一阱；以及 第四金屬電極，電連接到所述第一傳導型的襯底，其中所述發光二極體的兩個電極電連接到所述第三金屬電極和所述第四金屬電極。
9.根據權利要求6所述的發光器件，其中所述第一傳導型的襯底包括N型或者P型基 於矽的半導體襯底。
10.根據權利要求6所述的發光器件，其中所述第一傳導型的襯底在裝配有所述發光 二極體的區域中包括具有預定深度的腔，而所述第一至第五阱在所述第一傳導型的襯底的 所述腔的兩側形成。
11.根據權利要求6所述的發光器件，包括絕緣層，設置於所述第一傳導型的襯底上並且具有多個通孔，所述通孔被形成為選擇 性地連接相應的阱、所述第一傳導型的襯底和所述相應的金屬電極。
12.根據權利要求6所述的發光器件，其中所述第二傳導型的所述第一阱以及所述第 一傳導類型的所述第二和第三阱作為P-N結的第一和第三二極體來操作；所述第一傳導型 的襯底和所述第二傳導型的所述第四和第五阱作為P-N結的第二和第四二極體來操作；並 且所述第一至第四二極體和所述發光二極體通過交流電源作為橋二極體電路來操作。
13.一種製作發光器件的方法，包括通過在第一傳導型的襯底的頂部在阱結構中摻雜雜質來形成P-N結的第一至第四二 極管；在所述第一傳導型的襯底上形成絕緣層並且暴露所述第一至第四二極體和所述第一 傳導型的襯底的部分；將第一金屬電極電連接到所述第一二極體和所述第四二極體並且將第二金屬電極電 連接到所述第三二極體和所述第二二極體；並且在所述第一二極體、所述第三二極體和所述第一傳導型的襯底之間電連接發光二極體 (LED)。
14.根據權利要求13所述的方法，其中連接所述發光二極體包括形成電連接到所述第一二極體和所述第三二極體的第三金屬電極；形成電連接到所述第一傳導型的襯底的第四金屬電極；並且通過倒裝鍵合、引線鍵合和晶片鍵合中的至少一種將所述發光二極體電連接到所述第 三金屬電極和所述第四金屬電極。
15.根據權利要求13所述的方法，其中形成所述第一至第四二極體包括通過用N型雜質摻雜所述第一傳導型的襯底的一側來形成第一阱；通過用P型雜質摻雜所述第一阱來形成第二和第三阱；並且通過用N型雜質摻雜所述第一傳導型的襯底的另一側來形成第四和第五阱。
全文摘要
提供一種發光器件及其製作方法。該發光器件包括第一傳導型的襯底、第一至第四金屬電極和發光二極體。第一傳導型的襯底包括P-N結的第一至第四二極體。第一金屬二極體連接到第一二極體和第四二極體。第二金屬電極連接到第三二極體和第二二極體。第三金屬電極連接到第一二極體和第三二極體。第四金屬電極連接到第二二極體和第四二極體。發光二極體電連接到第三金屬電極和第四金屬電極。
文檔編號H01L33/48GK101889355SQ200880119465
公開日2010年11月17日 申請日期2008年10月29日 優先權日2007年11月5日
發明者韓載天 申請人:Lg伊諾特有限公司