CN102255034A - 发光二极管封装结构 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管封装结构，包括：一绝缘衬底的两侧开有通孔，并填充有导电金属；一n型层制作在绝缘衬底上，其上开有一孔，并填充有导电金属；一有源层制作在n型层上；一p型层制作在有源层上；一隔离层位于前述n型层、有源层和p型层的一侧并覆盖部分p型层的上表面；一p电极覆盖隔离层，并覆盖部分p型层的上表面；一n电极制作在n型层上面的一侧，与绝缘衬底上的通孔中的导电金属连接；一第一背电极制作在绝缘衬底的背面的一侧，该第一背电极通过绝缘衬底上的通孔中的导电金属与p电极连接；一第二背电极制作在绝缘衬底的背面的另一侧，该第二背电极通过绝缘衬底上的通孔中的导电金属与n电极连接；前述各部分形成器件的基底；一光学元件封装于基底上，完成器件的制作。

Description

发光二极管封装结构
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别是指利用晶圆级原位封装技术制备的发光二极管封装结构。
背景技术
目前发光二极管的制备工艺一般分为材料外延、芯片工艺、芯片封装三个主要的步骤。半导体器件封装的基本功能就是将微小尺寸的芯片电极连接到尺寸相对较大的电极结构上，以方便实际使用。
发光二极管封装工艺一般都要使用某种基板、管壳或者支架，将发光二极管芯片通过某种方式粘结在该基板、管壳或者支架上，然后通过金丝球焊工艺将芯片上部的电极连接到基板、管壳或者支架上的相应电极上以实现电连接，最后通过某种方式在该基板、管壳或者支架上使用透明封装材料加以密封或者覆盖，有时也将该透明材料形成某种宏观形状以提高光提取效率，也有使用相应的具有荧光功能的材料进行密封或者覆盖，以实现专门的用途专利US2010267174A1、US2005151142A1、CN201081157Y、CN201074776Y、US2008089064A1、CN201074776Y、CN101222012A、CN101409266A、CN10137137B、CN101060116B、EP2270889A2中分别描述了各种封装形式及其专门的用途。随着技术的进步，外延与芯片工艺在发光二极管成本中所占的比例相对降低，而封装步骤由于耗费材料和工艺步骤较多且技术含量较低，其成本难以降低。因此发光二极管封装的集成化、小型化是一个发展的趋势，目前已有一些发光二极管的晶圆级封装方法被公布基本上都是利用某种其它类型的晶圆(如硅片、陶瓷片等)作为基板支撑发光二极管芯片，如采钰科技的AlN基板上的发光二极管封装形式。一些芯片尺度的发光二极管封装(日月光半导体制造股份有限公司ZL200610108560.4，中国台湾晶元光电股份有限公司US20100163907A1)也被公开，但是均仍需要多次转移衬底或多个衬底，其材料成本和工艺成本仍然较高。目前绝大多数发光二极管均使用上述各种封装结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种发光二极管封装结构，其可整合发光二极管的芯片制备工艺和芯片封装工艺，利用芯片本身的衬底作为封装基板，简化发光二极管的工艺路径，降低全工艺成本，提供最小的发光二极管封装体积，最少的全工艺步骤，降低器件封装热阻，实现对发光二极管电学和光学性能更好的控制，并具有简单、成本低等优点。
本发明提供一种发光二极管封装结构，包括：
一绝缘衬底，该绝缘衬底上面的两侧开有通孔，该通孔中填充有导电金属；
一n型层，该n型层制作在绝缘衬底上，并覆盖绝缘衬底的大部分面积，使绝缘衬底的一侧形成一台面，该台面的另一侧的n型层上与绝缘衬底的通孔配合开有一孔，该孔中填充有导电金属；
一有源层，该有源层制作在n型层上，该有源层的面积小于n型层的面积，而位于n型层的一侧；
一p型层，该p型层制作在有源层上；
一隔离层，该隔离层位于前述n型层、有源层和p型层的一侧并覆盖部分p型层的上表面；
一p电极，该p电极覆盖隔离层，并覆盖部分p型层的上表面，该p电极与绝缘衬底上的通孔中的导电金属连接；
一n电极，该n电极制作在n型层上面的一侧，与绝缘衬底上的通孔中的导电金属连接；
一第一背电极，该第一背电极制作在绝缘衬底的背面的一侧，该第一背电极通过绝缘衬底上的通孔中的导电金属与p电极连接；
一第二背电极，该第二背电极制作在绝缘衬底的背面的另一侧，该第二背电极通过绝缘衬底上的通孔中的导电金属与n电极连接；前述各部分形成器件的基底；
一光学元件，该光学元件封装于基底上，完成器件的制作。
其中绝缘衬底的材料为蓝宝石或碳化硅或氮化铝。
其中n型层的材料为n型氮化镓。
其中有源层的材料为氮化镓材料制作的量子阱结构。
其中p型层的材料为p型氮化镓。
其中隔离层的材料为氧化硅或氮化硅。
其中p电极、n电极、第一背电极和第二背电极为导电金属。
其中光学元件为树脂、硅胶或玻璃，或及其组合。
附图说明
为了说明本发明的具体内容，以下结合具体实施例及附图详细说明如后，其中：
图1是本发明中发光二极管原位封装结构剖面图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明提供一种发光二极管封装结构，包括：
一绝缘衬底11，该绝缘衬底11上面的两侧开有通孔111，该通孔111中填充有导电金属，所述绝缘衬底11的材料为蓝宝石或碳化硅或氮化铝，其绝缘性能良好；所述绝缘衬底11的厚度可以比常规工艺更薄，小于100um，能够有效降低器件热阻；所述通孔111为圆孔或槽；所述通孔111中填充的导电金属为全部填充或部分填充，所述部分填充是指在通孔111的侧壁上填充一层导电金属；
一n型层12，该n型层12制作在绝缘衬底11上，并覆盖绝缘衬底11的大部分面积，使绝缘衬底11的一侧形成一台面112，该台面112的另一侧的n型层12上与绝缘衬底11的通孔111配合开有一孔121，该孔121中填充有导电金属，所述n型层12的材料为n型氮化镓；
一有源层13，该有源层13制作在n型层12上，该有源层13的面积小于n型层12的面积，而位于n型层12的一侧，所述有源层13的材料为氮化镓材料制作的量子阱结构；
一p型层14，该p型层14制作在有源层13上，所述p型层14的材料为p型氮化镓；
一隔离层15，该隔离层15位于前述n型层12、有源层13和p型层14的一侧并覆盖部分p型层14的上表面，所述隔离层15的材料为氧化硅或氮化硅；
一p电极16，该p电极16覆盖隔离层15，并覆盖部分p型层14的上表面，该p电极16与绝缘衬底11上的通孔111中的导电金属连接；
一n电极17，该n电极17制作在n型层12上面的一侧，与绝缘衬底11上的通孔111中的导电金属连接；
一第一背电极18，该第一背电极18制作在绝缘衬底11的背面的一侧，该第一背电极18通过绝缘衬底11上的通孔111中的导电金属与p电极16连接；
一第二背电极19，该第二背电极19制作在绝缘衬底11的背面的另一侧，该第二背电极19通过绝缘衬底11上的通孔111中的导电金属与n电极17连接；
其中所述p电极16、n电极17、第一背电极18和第二背电极19为非金属导电材料或导电金属；其中所述第一背电极18和第二背电极19为具有易焊接性的金属或合金，便于将本封装结构焊接于其他电路结构中；
前述各部分形成器件的基底；
一光学元件20，该光学元件20封装于基底上，完成器件的制作。所述光学元件20为树脂或硅胶或玻璃或其他透明材料单独或组合而成；所述光学元件20可以调节外部光场分布作用；所述光学元件20可以保护器件的基底不受水汽、灰尘和有害气体的侵入作用；所述光学元件20可以提高器件的发光效率作用；其中光学元件20可以起到荧光转换作用。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种发光二极管封装结构，包括：
一绝缘衬底，该绝缘衬底上面的两侧开有通孔，该通孔中填充有导电金属；
一n型层，该n型层制作在绝缘衬底上，并覆盖绝缘衬底的大部分面积，使绝缘衬底的一侧形成一台面，该台面的另一侧的n型层上与绝缘衬底的通孔配合开有一孔，该孔中填充有导电金属；
一有源层，该有源层制作在n型层上，该有源层的面积小于n型层的面积，而位于n型层的一侧；
一p型层，该p型层制作在有源层上；
一隔离层，该隔离层位于前述n型层、有源层和p型层的一侧并覆盖部分p型层的上表面；
一p电极，该p电极覆盖隔离层，并覆盖部分p型层的上表面，该p电极与绝缘衬底上的通孔中的导电金属连接；
一n电极，该n电极制作在n型层上面的一侧，与绝缘衬底上的通孔中的导电金属连接；
一第一背电极，该第一背电极制作在绝缘衬底的背面的一侧，该第一背电极通过绝缘衬底上的通孔中的导电金属与p电极连接；
一第二背电极，该第二背电极制作在绝缘衬底的背面的另一侧，该第二背电极通过绝缘衬底上的通孔中的导电金属与n电极连接；前述各部分形成器件的基底；
一光学元件，该光学元件封装于基底上，完成器件的制作。
2.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中绝缘衬底的材料为蓝宝石或碳化硅或氮化铝。
3.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中n型层的材料为n型氮化镓。
4.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中有源层的材料为氮化镓材料制作的量子阱结构。
5.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中p型层的材料为p型氮化镓。
6.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中隔离层的材料为氧化硅或氮化硅。
7.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中p电极、n电极、第一背电极和第二背电极为导电金属。
8.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中光学元件为树脂、硅胶或玻璃，或及其组合。
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