CN101964388B - 发光器件封装及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发光器件封装及其制造方法。根据本发明的发光器件封装包括：在衬底中形成的沟槽；在所述衬底中的所述沟槽的第一区域上直接生长的发光结构；在所述衬底上的电极；连接所述电极和所述发光结构的引线键合；和填充所述沟槽的填料。

Description

发光器件封装及其制造方法
技术领域
本发明涉及发光器件封装及其制造方法。
背景技术
发光器件(LightEmittingDevice：LED)包括将电能转换为光能的p-n结二极管。所述p-n结二极管可以通过将化学元素周期表的III族元素和V族元素结合而形成。LED可以通过调节化合物半导体的组成而产生多种色彩。
在发光器件被施加正向电压时，n层的电子和p层的空穴彼此复合，使得p-n结二极管发射相当于导带和价带之间的能隙的能量。该能量主要以热或光的形式释放。将能量以光的形式发射的是LED。
例如，由于氮化物半导体具有高的热稳定性和宽的带隙能，所以在光器件和高输出电子器件的开发领域中氮化物半导体越来越受到关注。特别是，利用氮化物半导体的发光器件比如蓝色发光器件、绿色发光器件、和紫外线(UV)发光器件等已被商用化并被广泛地使用。
同时，根据常规技术，将以下工艺应用到发光器件封装。在衬底上制造发光器件。通过作为切出(sawing)工艺的一种的芯片分离(dieseparation)，从发光器件芯片分离出发光器件芯片。然后，将发光器件芯片芯片键合(diebonding)到封装体。随后，进行引线键合(wirebonding)工艺和模制(molding)工艺，然后对其进行测试工艺。
然而，由于常规技术分别进行发光器件芯片的制造工艺和封装工艺，所以需要多种复杂的工艺和许多衬底。
发明内容
本发明目的在于，提供一种能够在衬底上进行LED外延生长，且能够进行芯片工艺(Chipprocess)、封装工艺的发光器件封装及其制造方法。
本发明的一个方面是发光器件封装。该发光器件封装包括：在衬底中形成的沟槽；在所述衬底中的所述沟槽的第一区域上直接生长的发光结构；在所述衬底上的电极；连接所述电极和所述发光结构的引线键合；填充所述沟槽的填料。
本发明的另一方面是制造发光器件封装的方法。该方法包括：在衬底中形成沟槽；在所述沟槽的第一区域上形成发光结构；在所述衬底上形成电极；在所述电极和所述发光结构之间进行引线键合工艺；和用填料填充所述沟槽。
根据本发明的发光器件封装及其制造方法，能够在衬底上进行LED外延生长、芯片工艺、封装工艺，因此具有无需如装配制造工艺(Fabprocessing)的另外的芯片工艺的优点。
另外，与常规技术中的使用Ag系列材料或者环氧化物系列材料粘结LED芯片和封装体的芯片键合的产品相比，本发明采用同类的化合物半导体，所以具有高的导热性和高的导电性。
另外，本发明能够使用适用于垂直型芯片(VerticalChip)的电流注入，所以具有好的电流扩散效应和高的封装效率。
附图说明
将参考以下附图详细地描述实施方案。
图1为根据一个实施方案的发光器件封装的横截面图；
图2至图9为显示根据一个实施方案的发光器件封装的制造方法的横截面图。
具体实施方式
在本发明实施方案的说明中，在各层(膜)、区域、图案或者结构形成在衬底、各层(膜)、区域、垫或者图案的“上面/上(on/over)”或者“下(under)”的描述中，“上面/上(on/over)”和“下(under)”包括“直接”或“插入有其他层地(间接)”形成各层(膜)、区域、图案或者结构的情况。对于各层的上面/上或者下的基准将以附图为基准进行描述。
为了说明的便利和明确性，在附图中各层的厚度或者尺寸以放大、省略或者示意性的方式表示。各构成要素的尺寸不必表示其实际尺寸。
实施方案
图1为根据一个实施方案的发光器件封装的横截面图。图2至图9为显示根据一个实施方案的发光器件封装的制造方法的横截面图。
根据一个实施方案的LED封装及其制造方法，由于在衬底上进行LED外延生长工艺、芯片工艺、和封装工艺，因此无需如装配制造工艺(Fabprocessing)的另外芯片工艺。
在常规技术中，使用Ag系列材料或者环氧化物系列材料，使得LED芯片芯片键合到封装体，而本发明的实施方案采用同类的化合物半导体。因此，通过本发明的实施方案，能够获得高的导热性和高的导电性。
另外，实施方案采用适用于垂直型芯片(VerticalChip)的电流注入方法。因此能够获得优良的电流扩散效应，和高的封装效率。
下面，将参考图2至图9描述根据一个实施方案的发光器件封装的制造方法。以下将发光器件成为LED。
首先，如图2中所示，在衬底110中形成沟槽“C”。例如，在衬底110上形成第一图案310，并且通过使用第一图案310作为掩模蚀刻衬底110，由此形成沟槽“C”。如果衬底110为硅衬底，则沟槽可以形成为相对于硅衬底的晶体取向具有预定的角度。但是，沟槽并不限于此形状。第一图案310不仅可以形成在衬底110之上，而且也可以形成在衬底110之下。
可以使用导电性衬底和结晶衬底等作为衬底110。例如，衬底110包括硅衬底、GaN衬底、GaO衬底、SiC衬底、ZnO衬底、和GaAs衬底等。衬底110不限于这类衬底。
通过蚀刻工艺，可以形成第一芯片区域100和第二芯片区域200。下述，将主要描述第一芯片区域100。此处，在完成芯片工艺和封装工艺二者之前，不从衬底110切出第一芯片区域100和第二芯片区域200。在封装工艺完成之后，可以从衬底110切出第一芯片区域100和第二芯片区域200。
图3为示出第一芯片区域100的放大图。此处，如上所述，根据该实施方案，图3并不表示第一芯片区域100与衬底110分离。图3仅以概念化的方式表示第一芯片区域100。
当然，当形成通孔(未图示)并基于通孔显示横截面时，可以提供如图3中所示的形状。此时，当基于衬底110的晶体取向进行湿法蚀刻时，部分倾斜地形成通孔。但是，通孔的形状不限定于此。通孔在垂直方向可以具有直线形状。
如图4中所示，在所述衬底110的除了沟槽中的第一区域“A”之外的表面上形成绝缘层120。例如，绝缘层120可以通过在第一区域“A”上形成第二图案(未图示)并通过热氧化等利用SiO2膜形成。用于形成绝缘层120的方法并不限于此。
所述绝缘层120起到掩模的作用，用于在所需部分例如衬底110的形成有沟槽的区域处生长LED芯片。
如图5中所示，除去第二图案并在沟槽的第一区域上形成缓冲层130。
缓冲层130由碳化硅(SiC)形成，使得待以后形成的发光结构140的晶格和衬底110的晶格相匹配，以防止由衬底110和发光结构140之间的晶格差异引起的晶格缺陷。但是，缓冲层130的材料不限于此。例如，缓冲层130可以包括氮化铝(AlN)和氮化铝镓(AlGaN)。
例如，缓冲层130可以通过在高温下利用RF-CVD等来形成。用于形成缓冲层130的方法不限于此。在绝缘层120上施加光刻胶之后，可以通过掩蔽工艺和溶剂去除其上待形成缓冲层130的第一区域。然后，在第一区域上生长缓冲层130。
同时，当SiC衬底用作衬底110时，发光结构140的晶格可以和衬底110的晶格匹配。因此，能够不形成缓冲层130而生成发光结构140。在该实施方案中，在形成缓冲层130之前可以形成第一反射金属层(未图示)。例如，在该实施方案中，第一反射金属层可以包括例如Ti、Pa等。在第一反射金属层包括例如Ti、Pa等的材料时，在形成缓冲层130的后续工艺期间第一反射金属层可以不被氧化。
如图6中所示，在第一区域的衬底110上或者在缓冲层130上形成发光结构140。根据该实施方案，因为发光结构140的外延层未生长在绝缘层120上，所以不必需另外的图案以形成发光结构140。
在存在的LED芯片芯片键合到封装体的情况下，本发明的实施方案包括使用同类的化合物半导体，而常规技术包括使用Ag系列材料或者环氧化物系列材料的方法。因此，通过本发明的该实施方案，能够获得高的导热性和高的导电性。
另外，可以解决因芯片粘结剂的耐热性而引起的变色或变形所导致的可靠性问题。
图7为示出放大的发光结构140的图。
在该实施方案中，发光结构由GaN、GaAs、GaAsP、和GaP等形成。例如，绿色LED和蓝色LED由GaN或者InGaN形成。黄色LED和红色LED由InGaAIP或AIGaAs形成。根据材料组成的变化，也可以实现全色(fullcolor)。
发光结构140包括第二导电半导体层142、有源层144、和第一导电半导体层146。形成发光结构140的顺序不限于图7的层叠顺序。
通过将气体例如三甲基镓(TMGa)气体、NH3气体、N2气体和包含诸如Mg的P型杂质的双乙基环戊二烯基镁(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}注入腔室中，形成p型GaN层，作为第二导电半导体层142。第二导电半导体层142不限于此。
当通过第一导电半导体层146注入的电子遇到通过第二导电半导体层142注入的空穴时，有源层144发射出具有由有源层(即，发光层)的固有能带所确定的能量的光。
有源层144可以包括通过堆叠具有不同能带的氮化物半导体薄膜一次或更多次而形成的量子阱结构。例如，有源层144可以包括具有通过注入三甲基镓(TMGa)气体、NH3气体、N2气体和三甲基铟(TMIn)气体而形成的InGaN/GaN结构的多量子阱结构。所述量子阱结构不限于此。
可以通过利用化学气相沉积(CVD)、分子束外延(MBE)、溅射法或氢化物气相外延(HVPE)等形成n型GaN层，作为第一导电半导体层146。另外，第一导电半导体层146可以通过将气体例如三甲基镓(TMGa)气体、NH3气体、N2气体和包含诸如Si的n型杂质的硅烷(SiH4)气体注入腔室而形成。
然后，如图8中所示，可以在衬底110上形成电极150。例如，电极150形成在绝缘层120的一些区域上。由于介于电极150和衬底110之间的绝缘层120，所以电极150可以与衬底110绝缘。
在该实施方案中，由于发光结构140的下部包括由n型或p型电极形成的导电缓冲层或者导电衬底，所以在发光器件的上部可以包括极性与发光器件下部的极性不同的p型或n型电极。
电极150可以由反射性能优异的物质形成，因而还用作反射层。同时，在其上没有形成电极150的沟槽的侧表面上可以形成第二反射层(未图示)。
然后，电极150和发光结构140可以通过引线键合160而连接。
如图9中所示，通过进行用填料170填充沟槽的模制工艺，完成封装工艺。例如，填料170包括环氧树脂和硅树脂等，但并不限于此。
在该实施方案中，可以通过使用荧光物质(未图示)进行模制工艺，以产生白光。例如，黄色荧光物质，比如YAG和TAG等可以添加到蓝色LED。作为另一实例，将红、绿和蓝三种荧光物质应用到UVLED。
基于各芯片区域可以从衬底上切出其中形成有LED的LED封装，并且通过测定和测试可以将其制成产品。
根据一个实施方案的LED封装及其制造方法，由于在衬底上进行LED外延生长工艺、芯片工艺和封装工艺，因此无需装配制造工艺的另外的芯片工艺。
在存在的LED芯片芯片键合到封装体的情况下，本发明的实施方案包括使用同类化合物半导体，而常规技术包括使用Ag系列材料或者环氧化物系列材料的方法。因此，通过本发明的该实施方案，能够获得高的导热性和高的导电性。
另外，本实施方案采用适用于垂直型芯片的电流输入方法。因此能够获得优良的电流扩散效应和高的封装效率。
综上所述，虽然主要对实施方式进行了说明，但这仅仅是一种示例并不限定本发明。本领域的技术人员应当可以理解，在不脱离本发明主题的范围内可以进行各种变形和改变。例如，可以对具体表示在实施方式中的各构成要素进行变形，而涉及到这种变形和改变之间的差异应解释为其皆包括在本发明的权利要求中。

Claims (12)

1.一种发光器件封装，包括：
具有沟槽的导电性的衬底；
在所述沟槽内的衬底表面的一部分上形成的第一反射金属层；
在所述第一反射金属层上形成并且具有导电性的缓冲层；
在所述缓冲层上生长的发光结构；
绝缘层，所述绝缘层仅在除了其上生长所述发光结构的所述沟槽内的衬底表面的所述部分之外的衬底表面上形成；
在所述绝缘层上的电极；和
连接所述电极和所述发光结构的引线键合，
其中所述衬底和所述发光结构使用同类的化合物半导体；
其中所述衬底和所述缓冲层形成位于所述发光结构的下部的电极，
其中所述绝缘层起到掩模的作用，用于在所述衬底的形成有所述沟槽的区域处生长发光结构。
2.如权利要求1所述的发光器件封装，还包括：
在所述沟槽内的树脂填料。
3.如权利要求2所述的发光器件封装，还包括：
在所述沟槽内的荧光物质。
4.如权利要求1所述的发光器件封装，其中所述缓冲层包括碳化硅层。
5.如权利要求1所述的发光器件封装，其中所述电极包括反射层。
6.一种制造发光器件封装的方法，所述方法包括：
在导电性的衬底中形成沟槽；
在所述沟槽内的衬底表面的一部分上形成第一反射金属层；
在所述第一反射金属层上形成具有导电性的缓冲层；
在所述缓冲层上形成发光结构；
仅在除了其上生长所述发光结构的所述沟槽内的衬底表面的所述部分之外的衬底表面上形成绝缘层；
在所述绝缘层上形成电极；和
将所述发光结构引线键合到所述电极，
其中所述衬底和所述发光结构使用同类的化合物半导体；
其中所述衬底和所述缓冲层形成位于所述发光结构的下部的电极，
其中所述绝缘层起到掩模的作用，用于在所述衬底的形成有所述沟槽的区域处生长发光结构。
7.如权利要求6所述的方法，还包括：
在所述沟槽内放置树脂填料。
8.如权利要求7所述的方法，还包括：
在所述沟槽内放置荧光物质。
9.如权利要求6所述的方法，其中所述缓冲层包括碳化硅层。
10.如权利要求6所述的方法，其中在所述衬底上形成所述电极包括：
至少部分地在所述绝缘层上形成电极。
11.如权利要求6所述的方法，其中所述电极包括反射层。
12.如权利要求1所述的发光器件封装，其中所述电极设置在所述绝缘层的一些区域上。
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