CN105489722A - 发光二极管封装结构、发光二极管晶粒及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种发光二极管晶粒，包括一衬底、依次设置在该衬底上的N型半导体层、发光层、P型半导体层及分别与该N型半导体层和P型半导体层电连接的N电极和P电极，该P电极设置在P型半导体层的顶面上，还包括一绝缘层及至少一凹槽，该至少一凹槽自所述P型半导体层的顶面延伸至该N型半导体层而外露部分N型半导体层以与该N电极电性连接，该绝缘层的外侧面与该衬底侧面相互错位并配合形成一台阶部，该绝缘层覆盖所述N型半导体层、发光层及P型半导体层的全部侧面及P型半导体层除P电极外的顶面，该绝缘层的外侧面与该衬底侧面相互错位并配合形成一台阶部。本发明还涉及该发光二极管晶粒的制造方法及利用该发光二极管晶粒成型的封装结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体元件，尤其涉及一种发光二极管(LED)晶粒及具有该发光二极管晶粒的封装结构。
背景技术
发光二极管是一种可将电流转换成特定波长范围的光电半导体元件。发光二极管以其亮度高、工作电压低、功耗小、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长等优点，从而可作为光源而广泛应用于照明领域。
现有的发光二极管封装结构一般包括相互间隔的两引脚，及设置在该两引脚上的发光二极管晶粒。该发光二极管晶粒包括一衬底及依次设置在该衬底上的N型半导体层、发光层、P型半导体层及分别设置在N型半导体层和P型半导体层上的两电极。在利用覆晶技术进行固晶的过程中，通常利用导电胶将该两电极对应固定在所述两引脚上。然而，该导电胶在外力作用变形时容易流动覆盖该发光二极管晶粒的侧面而导致所述发光二极管晶粒的内部结构发生短路，进而影响成型的发光二极管封装结构之发光功效。故，需进一步改进。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种防止形成的电路短路的发光二极管晶粒、具有该发光二极管晶粒的发光二极管封装结构，及该发光二极管晶粒的制造方法。
一种发光二极管晶粒，包括一衬底、依次设置在该衬底上的N型半导体层、发光层、P型半导体层及分别与该N型半导体层和P型半导体层电连接的N电极和P电极，该P电极设置在P型半导体层的顶面上，还包括一绝缘层及至少一凹槽，所述至少一凹槽自所述P型半导体层的顶面延伸至该N型半导体层而外露部分N型半导体层以与该N电极电性连接，所述凹槽的尺寸大于所述P电极的尺寸，所述绝缘层覆盖所述N型半导体层、发光层及P型半导体层的全部侧面及P型半导体层除P电极外的顶面，所述绝缘层的外侧面与所述衬底侧面相互错位并配合形成一台阶部。
一种发光二极管封装结构，其包括相互间隔设置的两引脚、夹设于两引脚之间的绝缘体，设置在该两引脚上的发光二极管晶粒及覆盖该发光二极管晶粒的封装层，所述发光二极管晶粒包括一衬底、依次设置在该衬底上的N型半导体层、发光层、P型半导体层及分别与该N型半导体层和P型半导体层电连接的N电极和P电极，该P电极设置在P型半导体层的顶面上，还包括一绝缘层及至少一凹槽，所述至少一凹槽自所述P型半导体层的顶面延伸至该N型半导体层而外露部分N型半导体层以与该N电极电性连接，所述凹槽的尺寸大于所述P电极的尺寸，所述绝缘层覆盖所述N型半导体层、发光层及P型半导体层的全部侧面及P型半导体层除P电极外的顶面，所述发光二极管晶粒利用导电胶覆晶设置在所述两引脚上，所述绝缘层的外侧面与所述衬底侧面相互错位并配合形成一台阶部。
一种发光二极管晶粒的制造方法，其包括步骤：提供一预成型的发光二极管晶粒，其包括衬底、依次生长形成于衬底上的N型半导体层、发光层、P型半导体层；蚀刻所述P型半导体层、发光层及N型半导体层形成若干凹槽和若干沟槽，所述凹槽贯穿所述P型半导体层和发光层而延伸至所述N型半导体层而外露部分N型半导体层，所述沟槽贯穿所述P型半导体层、发光层和N型半导体层而延伸至所述衬底；在所述衬底上设置一绝缘层，所述绝缘层覆盖该所述N型半导体层、发光层及P型半导体层的全部侧面及所述P型半导体层的顶面；蚀刻所述P型半导体层上的部分绝缘层形成一开口；设置相互间隔的N电极和P电极分别与所述N型半导体层及P型半导体层电性连接，所述凹槽的尺寸大于所述P电极的尺寸，所述N电极覆所述该凹槽中的绝缘层并延伸至覆盖P型半导体层顶面的部分绝缘层，所述P电极设置在所述开口处并该绝缘层环绕抵接；及沿所述沟槽切割该预成型的发光二极管晶粒形成单独的发光二极管晶粒，所述绝缘层的外侧面与所述衬底侧面相互错位并配合形成一台阶部。
与现有技术相比，本发明提供的发光二极管晶粒形成至少一凹槽，该绝缘层覆盖N性半导体层、发光层及P型半导体层的全部侧面及P型半导体层的除P电极外的顶面，覆晶固定发光二极管晶粒时导电胶除N电极和P电极的其他区域流动时均是在该绝缘层上流动而不会导致该发光二极管晶粒的内部结构短路，从而增强该发光二极管晶粒的稳定性。
附图说明
图1为本发明一实施方式提供的发光二极管封装结构的剖面示意图。
图2为由图1所示发光二极管封装结构中发光二极管晶粒的剖面示意图。
图3至图8为图2中所示发光二极管晶粒的制造步骤示意图。
主要元件符号说明
| 发光二极管封装结构 | 100 |
| 第一引脚 | 11 |
| 第二引脚 | 12 |
| 绝缘体 | 20 |
| 反射杯 | 30 |
| 发光二极管晶粒 | 40，40a |
| 封装层 | 50 |
| 凹陷 | 60 |
| 衬底 | 41，41a |
| N型半导体 | 42，42a |
| 发光层 | 43，43a |
| P型半导体层 | 44，44a |
| 绝缘层 | 45 |
| 开口 | 451 |
| 台阶部 | 452 |
| N电极 | 461 |
| P电极 | 462 |
| 凹槽 | 47 |
| 过渡电极 | 48 |
| 沟槽 | 49 |
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，为本发明发光二极管封装结构100的一较佳实施例。该发光二极管封装结构100包括相互间隔的第一引脚11和第二引脚12、绝缘体20，反射杯30、发光二极管晶粒40及封装层50。
具体的，该第一引脚11和第二引脚12均具有平整的表面。该第一引脚11和第二引脚12均为金属材质。本实施例中，该两第一引脚11和第二引脚12由铜（Cu）制成。
所述绝缘体20夹设于所述第一引脚11和第二引脚12之间以电性隔离该第一引脚11和第二引脚12。该绝缘体20的上下表面与该第一引脚11及第二引脚的上下表面均对应齐平。
所述反射杯30形成于第一引脚11和第二引脚12上。该反射杯20内侧面可形成有高反射材料，该反射杯30与该第一电极11、第二电极12及绝缘体20共同围设形成一凹陷60以收容所述发光二极管晶粒40。所述凹陷60的顶部尺寸大于其底部尺寸。
请参阅图2，该发光二极管晶粒40包括衬底41，依次设置在该衬底41上的N型半导体层42、发光层43、P型半导体层44、绝缘层45及两电极46。
具体的，所述衬底41呈规则的平板状。该衬底41为透明衬底。本实施例中，该衬底41优选为蓝宝石。
所述N型半导体层42、发光层43及P型半导体层44依次生长形成在该衬底41上。该N型半导体层42、发光层43及P型半导体44层共同形成至少一凹槽47。该凹槽47自P型半导体层44的顶面延伸至该N型半导体层42使得该N型半导体层42部分外露。该凹槽47贯穿该P型半导体层44和该发光层43。该N型半导体层42外露的部分形成该凹槽47的底面471。该P型半导体层44的顶面设置有一过渡电极48用以预先设定所述电极46的区域。本实施例中，该凹槽47的数量为两个，从而使得该N型半导体层42、发光层43及P型半导体层44形成三个相互间隔的岛状结构A、B、C，该过渡电极48设置在其中一个岛状结构A上。本实施例中，所述N型半导体层42优选为N型氮化镓层，所述发光层43优选为多重量子肼(muti-quantumwell)层，所述P型半导体层44优选为P型氮化镓层。
所述绝缘层45设置于该衬底41上。具体的，该绝缘层45覆盖该所述N型半导体层42、发光层43及P型半导体层44的全部侧面及该P型半导体层44的顶面。该绝缘层45覆盖该过渡电极48的周缘而外露该过渡电极48的部分顶面，所述绝缘层45的外侧面与所述衬底41的侧面相互错位并配合形成一台阶部452，也即所述绝缘层45的外侧面与衬底41的侧面并非共面设置。
所述电极46包括相互间隔设置的N电极461和P电极462。具体的，该N电极461抵接所述凹槽47中外露的N型半导体层42而与该N型半导体层42电性连接。该N电极46覆盖该凹槽47中的绝缘层45并延伸至覆盖P型半导体层42顶面的部分绝缘层45。所述凹槽47的尺寸至少大于所述P电极462的的尺寸。本实施例中该N电极461覆盖两个岛状结构B、C的绝缘层45的顶面，并延伸至另一岛状结构A上绝缘层45的边缘而与P电极相互间隔。也即所述N电极461覆盖所述凹槽47的全部内壁面。所述P电极462覆盖该过渡电极48的外露部分而与所述P型半导体层44电性连接。本实施例中，所述P电极462的剖面大致呈“凸”状而被所述绝缘层45环绕。
所述发光二极管晶粒40利用导电胶通过覆晶的方式设置在该第一引脚11和第二引脚12上。具体的，该N电极461设置在该第一引脚11上并电性连接。该P电极461设置在该第二引脚12上并电性连接。导电胶在覆晶挤压的过程中会水平流溢进而收容于所述凹槽47及台阶部452中，从而避免导电胶溢出发光二极体晶粒40而影响所述发光二极体晶粒40的整体外观。
该封装层50覆盖该发光二极管晶粒40上并填设于该凹陷60中，且该封装层50顶部的端面与该反射杯30的上表面齐平。该封装层50可为掺杂有荧光粉的透明胶体，该荧光粉可为石榴石基荧光粉、硅酸盐基荧光粉、原硅酸盐基荧光粉、硫化物基荧光粉、硫代镓酸盐基荧光粉、氮氧化物基荧光粉和氮化物基荧光粉中的一种或多种。
工作时，所述N电极461与P电极462分别与所述第一引脚11和第二引脚对应电性连接。当在P电极462和N电极461两端施加正向电压时，P型半导体层44中的空穴和N型半导体层42中的电子将在电场的作用下在发光层43中复合，能量以光线的形式释放，从而使得光线穿设所述透明衬底41而传到至封装层50进而出射。
与先前技术相比，本案中的发光二极管晶粒40形成至少一凹槽47贯穿所述发光层43及P型半导体层44而延伸至N型半导体层42，该绝缘层42覆盖N性半导体层42、发光层43及P型半导体层44的侧面及P型半导体层44的顶面，使得所述发光二极管晶粒40除N电极461和P电极462的区域全部被所述绝缘层45覆盖，当覆晶固定该发光二极管晶粒40时，导电胶除N电极461和P电极462的其他区域流动时均是在该绝缘层45上流动而不会导致该发光二极管晶粒40的内部结构电连接而短路，从而大大增强该发光二极管晶粒40的稳定性，进而提升所述发光二极管封装结构100的稳定性。
下面以本发明实施例的发光二极管100封装结构为例，结合图3至图8说明所述发光二极管晶粒40的制造过程。
请参阅图3，提供一预成型的发光二极管晶粒40a。该发光二极管晶粒40a包括衬底41a，依次生长在该衬底41a上的N型半导体层42a，发光层43a及P型半导体层44a。所述衬底41a为透明衬底。该N型半导体层42a、发光层43a及P型半导体层44a可通过有机金属化学气相沉积法(Metal-OrganicChemicalVaporDeposition;MOCVD)、分子束磊晶法(MolecularBeamEpitaxy;MBE)或氢化物气相磊晶法(HydrideVaporPhaseEpitaxy;HVPE)等方式生长于该衬底41a表面。
请参阅图4，蚀刻所述N型半导体层42a、发光层43a及P型半导体层44a形成若干凹槽47和若干沟槽49。所述凹槽47贯穿P性半导体层44a及发光层43a而延伸至该N型半导体层42a。所述沟槽49贯穿P性半导体层44a、发光层43a及N型半导体层42a而延伸至所述衬底41a。所述预成型的发光二极管晶粒40a被相邻的两沟槽49划分为一独立的发光二极管晶粒40。本实施例中，每一发光二极管晶粒40a包括两凹槽47，从而使得蚀刻后的N型半导体层42a、发光层43a及P型半导体层44a形成三个彼此间隔的岛状结构A、B、C。然后在其中一岛状结构A上形成一过渡电极48。
请参阅图5，在该衬底41a上设置一绝缘层45。具体的，该绝缘层45覆盖该所述N型半导体层42a、发光层43a及P型半导体层44a的全部侧面、该P型半导体层44a的顶面及该过渡电极48。该绝缘层45覆盖该过渡电极48的周缘而外露该过渡电极48的部分顶面。
请参阅图6，蚀刻该绝缘层45对应该过渡电极48的部分形成一开口451以外露该过渡电极48的部分顶面。
请参阅图7，设置相互间隔的两电极46分别与所述N型半导体层42a和P型半导体层44a电性连接。具体的，该N电极461覆盖该凹槽47中的绝缘层45并延伸至覆盖P型半导体层42a顶面的部分绝缘层45。所述P电极462覆盖该过渡电极48的外露部分而与所述P型半导体层44a电性连接。所述凹槽47的尺寸至少大于所述P电极462的的尺寸。
请参阅图8，沿所述若干沟槽49切割所述预成型的发光二极管晶粒40a从而形成单独的发光二极管晶粒40，所述绝缘层45的外侧面与所述衬底41的侧面相互错位并配合形成一台阶部452，也即所述绝缘层45的外侧面与衬底41的侧面并非共面设置。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种发光二极管晶粒，包括一衬底、依次设置在该衬底上的N型半导体层、发光层、P型半导体层及分别与该N型半导体层和P型半导体层电连接的N电极和P电极，该P电极设置在P型半导体层的顶面上，其特征在于：还包括一绝缘层及至少一凹槽，所述至少一凹槽自所述P型半导体层的顶面延伸至该N型半导体层而外露部分N型半导体层以与该N电极电性连接，所述凹槽的尺寸大于所述P电极的尺寸，所述绝缘层覆盖所述N型半导体层、发光层及P型半导体层的全部侧面及P型半导体层除P电极外的顶面，所述绝缘层的外侧面与所述衬底侧面相互错位并配合形成一台阶部。
2.如权利要求1所述的发光二极管晶粒，其特征在于：还包括一过渡电极设置在所述P型半导体层的顶面上，所述绝缘层环绕所述过渡电极并覆盖其周缘而外露部分顶面，所述P电极设置在所述过渡电极外露的顶面上。
3.如权利要求1所述的发光二极管晶粒，其特征在于：所述凹槽的数量为两个，所述凹槽将所述N型半导体层、发光层及P型半导体层分割成三个相互间隔的岛状结构，所述P电极设置在其中一个岛状结构上，所述N电极覆盖另外两个岛状结构中绝缘层的顶面，所述衬底为透明衬底。
4.如权利要求3所述的发光二极管晶粒，其特征在于：所述N电极的一端延伸至所述其中一个岛状结构上绝缘层的边缘而与P电极相互间隔，所述N电极覆盖所述凹槽的全部内壁面,所述N电极与凹槽底部外露的N型半导体层电性连接。
5.一种发光二极管封装结构，其包括相互间隔设置的两引脚、夹设于两引脚之间的绝缘体，设置在该两引脚上的发光二极管晶粒及覆盖该发光二极管晶粒的封装层，其特征在于：所述发光二极管晶粒为权利要求1至4项任意一项所述的发光二极管晶粒，所述发光二极管晶粒利用导电胶覆晶设置在所述两引脚上。
6.一种发光二极管晶粒的制造方法，其包括步骤：
提供一预成型的发光二极管晶粒，其包括衬底、依次生长形成于衬底上的N型半导体层、发光层、P型半导体层；
蚀刻所述P型半导体层、发光层及N型半导体层形成若干凹槽和若干沟槽，所述凹槽贯穿所述P型半导体层和发光层而延伸至所述N型半导体层而外露部分N型半导体层，所述沟槽贯穿所述P型半导体层、发光层和N型半导体层而延伸至所述衬底；
在所述衬底上设置一绝缘层，所述绝缘层覆盖该所述N型半导体层、发光层及P型半导体层的全部侧面及所述P型半导体层的顶面；
蚀刻所述P型半导体层上的部分绝缘层形成一开口；
设置相互间隔的N电极和P电极分别与所述N型半导体层及P型半导体层电性连接，所述N电极覆所述该凹槽中的绝缘层并延伸至覆盖P型半导体层顶面的部分绝缘层，所述P电极设置在所述开口处并该绝缘层环绕抵接，所述凹槽的尺寸大于所述P电极的尺寸；
及沿所述沟槽切割该预成型的发光二极管晶粒形成单独的发光二极管晶粒，所述绝缘层的外侧面与所述衬底侧面相互错位并配合形成一台阶部。
7.如权利要求6所述的发光二极管晶粒的制造方法，其特征在于：在蚀刻形成所述凹槽和沟槽的步骤中，还包括在P型半导体层的部分表面设置过渡电极的步骤，所述绝缘层环绕所述过渡电极并覆盖其周缘而外露部分顶面，所述P电极设置在所述过渡电极外露的顶面上。
8.如权利要求6所述的发光二极管晶粒的制造方法，其特征在于：所述凹槽的数量为两个，所述凹槽将所述N型半导体层、发光层及P型半导体层分割成三个相互间隔的岛状结构，所述P电极设置在其中一个岛状结构上，所述N电极覆盖另外两个岛状结构中绝缘层的顶面。
9.如权利要求8所述的发光二极管晶粒的制造方法，其特征在于：所述N电极的一端延伸至所述其中一个岛状结构上绝缘层的边缘而与P电极相互间隔，所述N电极覆盖所述凹槽的全部内壁面。
10.如权利要求6所述的发光二极管晶粒的制造方法，其特征在于：所述衬底为透明衬底，所述N型半导体层为N型氮化镓层，所述发光层为多重量子肼层，所述P型半导体层为P型氮化镓层。
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