CN102593287B - 发光二极管晶粒及其制造方法、发光二极管封装结构 - Google Patents

发光二极管晶粒及其制造方法、发光二极管封装结构 Download PDF

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Abstract

一种发光二极管晶粒，包括基板、半导体发光结构、绝缘层及透明导电层，基板包括相互绝缘的第一导电区与第二导电区，半导体发光结构为垂直电导通结构，半导体发光结构包括金属层及N型三族氮化物半导体层，金属层及N型三族氮化物半导体层分别位于半导体发光结构的两端，半导体发光结构的金属层固定于基板的第二导电区上，透明导电层连接基板的第一导电区与N型三族氮化物半导体层，绝缘层使得透明导电层与基板的第二导电区及半导体发光结构的除N型三族氮化物半导体层以外的其他部分绝缘。上述发光二极管晶粒的出光一侧不必设置遮光的厚金属电极及焊球，从而提高发光二极管晶粒的出光效率。本发明还公开一种发光二极管晶粒制造方法及发光二极管封装结构。

Description

发光二极管晶粒及其制造方法、发光二极管封装结构
技术领域
本发明涉及一种发光二极管及其制造方法。
背景技术
在现有技术中，发光二极管封装结构一般需要打金线以将发光二极管晶粒的电极与基板的焊垫电连接，发光二极管晶粒需要设置相应的厚金属电极及焊球以与金线连接。然而，焊球及厚金属电极会遮挡光线，从而降低发光二极管晶粒及整个发光二极管封装结构的出光效率。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种出光效率较高的发光二极管晶粒。
一种发光二极管晶粒，包括基板、半导体发光结构、绝缘层及透明导电层，基板包括相互绝缘的第一导电区与第二导电区，半导体发光结构为垂直电导通结构，半导体发光结构包括金属层及N型三族氮化物半导体层，金属层及N型三族氮化物半导体层分别位于半导体发光结构的两端，半导体发光结构的金属层固定于基板的第二导电区上，透明导电层连接基板的第一导电区与N型三族氮化物半导体层，绝缘层使得透明导电层与基板的第二导电区及半导体发光结构的除N型三族氮化物半导体层以外的其他部分绝缘。
上述发光二极管晶粒的出光一侧不必设置遮光的厚金属电极及焊球，从而提高发光二极管晶粒的出光效率。
一种发光二极管封装结构，包括基座、发光二极管晶粒及封装体，发光二极管晶粒固定于基座上，封装体包覆该发光二极管晶粒，发光二极管晶粒包括基板、半导体发光结构、绝缘层及透明导电层，基板包括相互绝缘的第一导电区与第二导电区，半导体发光结构为垂直电导通结构，半导体发光结构包括金属层及N型三族氮化物半导体层，金属层及N型三族氮化物半导体层分别位于半导体发光结构的两端，半导体发光结构的金属层固定于基板的第二导电区上，透明导电层连接基板的第一导电区与N型三族氮化物半导体层，绝缘层使得透明导电层与基板的第二导电区及半导体发光结构的除N型三族氮化物半导体层以外的其他部分绝缘。
一种发光二极管封装结构，包括发光二极管晶粒及封装体，该发光二极管晶粒包括基板、半导体发光结构、绝缘层及透明导电层，基板包括相互绝缘的第一导电区与第二导电区，半导体发光结构为垂直电导通结构，半导体发光结构包括金属层及N型三族氮化物半导体层，金属层及N型三族氮化物半导体层分别位于半导体发光结构的两端，半导体发光结构的金属层固定于基板的第二导电区上，透明导电层连接基板的第一导电区与N型三族氮化物半导体层，绝缘层使得透明导电层与基板的第二导电区及半导体发光结构的除N型三族氮化物半导体层以外的其他部分绝缘，封装体位于发光二极管晶粒的基板上且包覆该发光二极管晶粒的半导体发光结构、绝缘层及透明导电层。
一种发光二极管晶粒制造方法，其包括以下步骤：提供基板，该基板包括相互绝缘的第一导电区与第二导电区；提供半导体发光结构，该半导体发光结构为垂直电导通结构，半导体发光结构包括金属层及N型三族氮化物半导体层，金属层及N型三族氮化物半导体层分别位于半导体发光结构的两端，将半导体发光结构的金属层固定于基板的第二导电区上；于基板及半导体发光结构上形成绝缘层；绝缘层上形成第一窗口及第二窗口，第一窗口位于N型三族氮化物半导体层且使得N型三族氮化物半导体层裸露，第二窗口位于基板的第一导电区且使得第一导电区裸露；形成透明导电层，透明导电层连接基板的第一导电区与N型三族氮化物半导体层。
下面参照附图，结合具体实施例对本发明作进一步的描述。
附图说明
图1为本发明实施方式中的发光二极管封装结构的剖面示意图。
图2为本发明的一较佳实施方式中半导体发光结构固定在基板后的剖面示意图。
图3为图2中形成绝缘层后的剖面示意图。
图4为图3中形成第一窗口和第二窗口后的剖面示意图。
图5为图4中形成透明导电层后的剖面示意图。
图6为本发明另一较佳实施方式中的发光二极管封装结构的剖面示意图。
主要元件符号说明
发光二极管封装结构    10、20
基座                  11
第一焊垫              111
第二焊垫              112
发光二极管晶粒        12、22
封装体                13、23
基板                  14、24
第一导电区            141
第二导电区            142
绝缘材料              143
半导体发光结构        15、25
金属层                151
金属镜面层            152
P型氮化镓层           153
P型氮化铝镓层         154
有源层                155
N型三族氮化物半导体层 156
绝缘层                16、26
第一窗口              161
第二窗口              162
透明导电层            17、27
第一覆盖部            171
连接部                172
第二覆盖部            173
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1，本发明实施方式提供的发光二极管封装结构10包括基座11、发光二极管晶粒12及封装体13。基座11上设置相互绝缘的第一焊垫111与第二焊垫112。
请一并参阅图5，发光二极管晶粒12包括基板14、半导体发光结构15、绝缘层16及透明导电层17。基板14包括相互绝缘的第一导电区141与第二导电区142，第一导电区141与第二导电区142通过绝缘材料143连接。
半导体发光结构15为垂直电导通结构，包括依次层叠的金属层151、金属镜面层152、P型三族氮化物半导体层、有源层155及N型三族氮化物半导体层156，金属层151与N型三族氮化物半导体层156分别位于半导体发光结构15的两端。金属层151固定于基板14的第二导电区142上。金属镜面层152将有源层155向下射向金属层151的光线向上反射至N型三族氮化物半导体层156一侧，从而提高出光效率。在本实施方式中，P型三族氮化物半导体层包括P型氮化镓层153及P型氮化铝镓层154，N型三族氮化物半导体层156为N型氮化镓。
透明导电层17连接基板14的第一导电区141与N型三族氮化物半导体层156之间。绝缘层16使得透明导电层17与基板14的第二导电区142绝缘，并且绝缘层16使得透明导电层17与半导体发光结构15的任一侧壁绝缘，即绝缘层16使得透明导电层17与半导体发光结构15除N型三族氮化物半导体层156以外的其他部分绝缘。在本实施方式中，透明导电层17采用透明金属、铟锡金属氧化物或者碳纳米管薄膜其中一种；绝缘层16采用二氧化硅或者氮化硅，绝缘层16优选采用透明电绝缘材料。
绝缘层16覆盖半导体发光结构15及基板14，绝缘层16具有第一窗口161及第二窗口162，第一窗口161位于N型三族氮化物半导体层156且使得部分N型三族氮化物半导体层156裸露，第二窗口162位于基板14的第一导电区141且使得第一导电区141裸露。透明导电层17包括第一覆盖部171、连接部172及第二覆盖部173，第一覆盖部171直接覆盖绝缘层16的第一窗口161并直接贴附在裸露的部分N型三族氮化物半导体层156上，第二覆盖部173覆盖绝缘层16的第二窗口162，连接部172连接于第一覆盖部171与第二覆盖部173之间。
发光二极管晶粒12固定在基座11上，封装体13包覆发光二极管晶粒12。在本实施方式中，发光二极管晶粒12的基板14的第一导电区141固定在基座11的第一焊垫111上，基板14的第二导电区142固定在基座11的第二焊垫112上，外部电源向第一焊垫111及第二焊垫112施加电压，发光二极管晶粒12即可发光。
上述的发光二极管封装结构10无须打金线，发光二极管晶粒12的N型三族氮化物半导体层156上不必设置遮光的厚金属电极及焊球，即发光二极管晶粒12的出光一侧不必设置遮光的厚金属电极及焊球，更多的光线可以射出发光二极管晶粒12，从而提高发光二极管晶粒12及整个发光二极管封装结构10的出光效率。进一步而言，发光二极管封装结构10没有金线，从而避免在使用过程中金线崩断，延长发光二极管封装结构10的使用寿命并提高其使用可靠度。更进一步而言，发光二极管晶粒12通过导热性能较佳的金属材料直接与基座11的焊垫连接，发光二极管晶粒12所产生的热量可以更快的被散发到外界空气中。
请一并参阅图2至图5，本发明实施方式提供的一种发光二极管晶粒12的制造方法包括以下几个步骤：
提供基板14，该基板14包括相互绝缘的第一导电区141与第二导电区142。
提供半导体发光结构15，该半导体发光结构15为垂直电导通结构，该半导体发光结构15包括依次层叠的金属层151、金属镜面层152、P型三族氮化物半导体层、有源层155及N型三族氮化物半导体层156，将半导体发光结构15的金属层151固定于基板14的第二导电区142上。
于基板14及半导体发光结构15上形成绝缘层16，形成绝缘层16的方法可以采用物理蒸镀或者化学蒸镀。
绝缘层16上形成第一窗口161及第二窗口162，第一窗口161位于N型三族氮化物半导体层156且使得N型三族氮化物半导体层156裸露，第二窗口162位于基板14的第一导电区141且使得第一导电区141裸露。去除绝缘层16的方法可以采用干蚀刻或者湿蚀刻。
形成透明导电层17，透明导电层17连接基板14的第一导电区141与N型三族氮化物半导体层156。该透明导电层17包括第一覆盖部171、连接部172及第二覆盖部173，第一覆盖部171直接覆盖绝缘层16的第一窗口161，且第一覆盖部171直接贴附在裸露的部分N型三族氮化物半导体层156上，第二覆盖部173覆盖绝缘层16的第二窗口162，连接部172连接于第一覆盖部171与第二覆盖部173之间。形成透明导电层17的方法可采用电镀、化镀、溅镀、电子束或者蒸镀等方法。
图6示出本发明另一较佳实施方式提供的发光二极管封装结构20。与上一实施方式不同之处在于：发光二极管封装结构20包括发光二极管晶粒22及封装体23，封装体23位于发光二极管晶粒22的基板24上且直接包覆该发光二极管晶粒22的半导体发光结构25、绝缘层26及透明导电层27。

Claims (11)

1.一种发光二极管晶粒，包括基板、半导体发光结构、绝缘层及透明导电层，基板包括相互绝缘的第一导电区与第二导电区，半导体发光结构为垂直电导通结构，半导体发光结构包括金属层及N型三族氮化物半导体层，金属层及N型三族氮化物半导体层分别位于半导体发光结构的两端，半导体发光结构的金属层固定于基板的第二导电区上，其特征在于：第一导电区和第二导电区共同构成板状基板，透明导电层从半导体发光结构的侧面连接基板的第一导电区与N型三族氮化物半导体层，该绝缘层使得透明导电层与基板的第二导电区绝缘，并且该绝缘层使得透明导电层与半导体发光结构的除N型三族氮化物半导体层以外的其他部分绝缘。
2.如权利要求1所述的发光二极管晶粒，其特征在于：绝缘层覆盖半导体发光结构及基板，绝缘层具有第一窗口及第二窗口，第一窗口位于N型三族氮化物半导体层且使得N型三族氮化物半导体层裸露，第二窗口位于基板的第一导电区且使得第一导电区裸露，透明导电层包括第一覆盖部、连接部及第二覆盖部，第一覆盖部覆盖绝缘层的第一窗口，第二覆盖部覆盖绝缘层的第二窗口，连接部连接于第一覆盖部与第二覆盖部之间。
3.如权利要求1所述的发光二极管晶粒，其特征在于：该半导体发光结构还包括金属镜面层、P型三族氮化物半导体层及有源层，金属层、金属镜面层、P型三族氮化物半导体层、有源层及N型三族氮化物半导体层依次层叠。
4.如权利要求1所述的发光二极管晶粒，其特征在于：该基板的第一导电区与第二导电区通过绝缘材料连接。
5.如权利要求1所述的发光二极管晶粒，其特征在于：该绝缘层使得透明导电层与半导体发光结构的侧壁绝缘。
6.一种发光二极管晶粒制造方法，其包括以下步骤：
提供基板，该基板包括相互绝缘的第一导电区与第二导电区，第一导电区和第二导电区共同构成板状基板；
提供半导体发光结构，该半导体发光结构为垂直电导通结构，半导体发光结构包括金属层及N型三族氮化物半导体层，金属层及N型三族氮化物半导体层分别位于半导体发光结构的两端，将半导体发光结构的金属层固定于基板的第二导电区上；
于基板及半导体发光结构上形成绝缘层；
绝缘层上形成第一窗口及第二窗口，第一窗口位于N型三族氮化物半导体层且使得N型三族氮化物半导体层裸露，第二窗口位于基板的第一导电区且使得第一导电区裸露；
形成透明导电层，透明导电层从半导体发光结构的侧面连接基板的第一导电区与N型三族氮化物半导体层。
7.如权利要求6所述的发光二极管晶粒制造方法，其特征在于：该透明导电层包括第一覆盖部、连接部及第二覆盖部，第一覆盖部覆盖绝缘层的第一窗口，第二覆盖部覆盖绝缘层的第二窗口，连接部连接于第一覆盖部与第二覆盖部之间。
8.如权利要求6所述的发光二极管晶粒制造方法，其特征在于：该绝缘层使得透明导电层与基板的第二导电区绝缘，并且该绝缘层使得透明导电层与半导体发光结构的除N型三族氮化物半导体层以外的其他部分绝缘。
9.如权利要求6所述的发光二极管晶粒制造方法，其特征在于：该半导体发光结构还包括金属镜面层、P型三族氮化物半导体层及有源层，金属层、金属镜面层、P型三族氮化物半导体层、有源层及N型三族氮化物半导体层依次层叠。
10.一种发光二极管封装结构，包括基座、发光二极管晶粒及封装体，发光二极管晶粒固定于基座上，封装体包覆该发光二极管晶粒，其特征在于：该发光二极管晶粒为权利要求1至5中任意一项所述的发光二极管晶粒。
11.一种发光二极管封装结构，包括发光二极管晶粒及封装体，其特征在于：该发光二极管晶粒为权利要求1至5中任意一项所述的发光二极管晶粒，封装体位于发光二极管晶粒的基板上且包覆该发光二极管晶粒的半导体发光结构、绝缘层及透明导电层。
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