CN105609619A - 半导体发光装置及其封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明披露一种半导体发光装置及其封装结构。该半导体发光装置具有一半导体发光元件、一透明胶材以及一波长转换结构。半导体发光元件所发的原色光经过波长转换结构激发出与原色光波长相异的变色光。
Description
本申请是申请号为201210401928.1，申请日为2008年9月12日，发明名称为“半导体发光装置及其封装结构”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种半导体发光装置及其封装结构，尤其关于一种具有波长转换结构及一透明胶材的半导体发光装置及其封装结构。
背景技术
发光二极管(Light-emittingDiode；LED)为一种半导体固态元件，至少包含一p-n结(p-njunction)，此p-n结形成于p型与n型半导体层之间。当在p-n结上施加一定程度的偏压时，p型半导体层中的空穴与n型半导体层中的电子将会结合而释放出光。此光产生的区域一般又称为有源区(activeregion)。
LED的主要特征在于尺寸小、发光效率高、寿命长、反应快速、可靠度高和色度良好，目前已经广泛使用在电器、汽车、招牌和交通号志上。随着全彩LED的问世，LED已逐渐取代如荧光灯和白热灯泡等传统照明设备。
一般是以LED裸芯搭配波长转换材料(如荧光粉)来产生白光，波长转换材料在被LED裸芯所发出的蓝光照射后会激发黄光、绿光或红光，将蓝光和黄光、绿光或红光混合之后即可产生白光。为了确使LED裸芯所发出的光可以通过波长转换材料并于混合后产生所需的光，波长转换材料必须完全地覆盖在LED裸芯可能出光之处。然而光所射出的方向没有特定方向，若波长转换材料没有完全地覆盖在LED裸芯可能出光之处，使部分光线未能通过波长转换材料，如边射的光，会导致光的波长转换效率降低。另一方面，若波长转换材料完全地包覆LED裸芯，虽可提高波长转换的效率，但是却容易造成散热不易等问题。
将波长转换材料均匀地覆盖在LED裸芯上并不容易。当覆盖在LED裸芯上的波长转换材料厚度不均匀时，由于较厚的波长转换材料会比较薄的波长转换材料吸收较多的光，射向不同方向的光经过厚度相异的波长转换材料所激发出来的色光会因此有所差异。
发明内容
本发明提供一种半导体发光装置，其包含一导电基板、一半导体发光叠层、一透明胶材及一波长转换结构。半导体发光叠层所发的原色光透过透明胶材由波长转换结构转换后产生与原色光波长相异的变色光。此外，导电基板与半导体发光叠层之间更至少包含一反射层。
本发明提供一种半导体发光装置，其包含一导电基板、一半导体发光叠层、一透明胶材、与均匀分布于透明胶材中的一波长转换材料。半导体发光叠层所发的原色光经过波长转换材料产生与原色光波长相异的变色光。此外，导电基板与半导体发光叠层之间更至少包含一反射层。
本发明提供一种半导体发光装置，其包含一导电基板、一半导体发光叠层、一透明胶材、存在于透明胶材中的一波长转换结构。半导体发光叠层所发的原色光经过透明胶材后由波长转换结构转换产生与原色光波长相异的变色光。此外，导电基板与半导体发光叠层之间更至少包含一反射层。
本发明提供一种半导体发光装置封装结构，包含一半导体发光装置、一碗杯、一封装支架、一透明胶材及一波长转换结构。其中半导体发光装置置于碗杯中，将透明胶材充填于碗杯，其高度至少大于半导体发光装置高度，再将波长转换结构设置于透明胶材之上。此外，透明胶材与波长转换结构之间还至少包含一波长选择薄膜(wavelengthselectionfilm,WSF)。最后在半导体发光装置与封装支架间形成电性连结。
附图说明
图1-5显示依据本发明一实施例的半导体发光装置100的剖面图。
图6系显示依据本发明另一实施例的半导体发光装置200的剖面图。
图7系显示依据本发明另一实施例的半导体发光装置300的剖面图。
图8A至8C显示依据本发明另一实施例的半导体发光装置400的剖面图。
图9显示依据本发明一实施例的半导体发光装置封装结构1的剖面图。
图10显示依据本发明另一实施例的半导体发光装置封装结构2的剖面图。
图11显示依据本发明另一实施例的半导体发光装置封装结构3的剖面图。
附图标记说明
1、2、3半导体发光装置封装设计
11导电基板
12接合层
13、14电极
15透明胶材
16波长转换结构
17、33反射壁
18波长选择薄膜
21成长基板
22外延结构
23第一电性半导体层
24有源层
25第二电性半导体层
26第二电性接触层
27反射层
31支架
32碗杯
100、200、300、400、500半导体发光装置
具体实施方式
图5为半导体发光装置结构100的剖面图，其制作程序如图1至图5所示。图1所示以一发光二极管为例，包含一成长基板21，其材料可为砷化镓、硅、碳化硅、蓝宝石、磷化铟、磷化镓、氮化铝或氮化镓等。接着，在成长基板21上形成外延结构22。外延结构22通过一外延工艺所形成，例如有机金属气相沉积外延法(MOCVD)、液相外延法(LPE)或分子束外延法(MBE)等外延工艺。此外延结构22至少包含一第一电性半导体层23，例如为一n型磷化铝镓铟(AlxGa1-x)yIn1-yP层或一n型氮化铝镓铟(AlxGa1-x)yIn1-yN层；一有源层24，例如为磷化铝镓铟(AlxGa1-x)yIn1-yP或氮化铝镓铟(AlxGa1-x)yIn1-yN所形成的多重量子阱结构；以及一第二电性半导体层25，例如为一p型磷化铝镓铟(AlxGa1-x)yIn1-yP层或一p型氮化铝镓铟(AlxGa1-x)yIn1-yN层。另外，本实施例的有源层24可由例如同质结构、单异质结构、双异质结构、或是多重量子阱结构所堆叠而成。
接着，在外延结构22上形成一第二电性接触层26及一反射层27。第二电性接触层26的材料可为氧化铟锡(IndiumTinOxide)、氧化铟(IndiumOxide)、氧化锡(TinOxide)、氧化镉锡(CadmiumTinOxide)、氧化锌(ZincOxide)、氧化镁(MagnesiumOxide)或氮化钛(TitaniumNitride)等导电氧化物材料。反射层27可为金属材料，例如铝、金、铂、锌、银、镍、锗、铟、锡等金属或其合金；也可由金属和氧化物组合而成，例如氧化铟锡/银(ITO/Ag)、氧化铟锡/氧化铝/银(ITO/AlOx/Ag)、氧化铟锡/氧化钛/氧化硅(ITO/TiOx/SiOx)、氧化钛/氧化硅/铝(TiOx/SiOx/Al)、氧化铟锡/氮化硅/铝(ITO/SiNx/Al)、氧化铟锡/氮化硅/银(ITO/SiNx/Ag)、氧化铟锡/氮化硅/氧化铝/铝(ITO/SiNx/Al2O3/Al)、或氧化铟锡/氮化硅/氧化铝/银(ITO/SiNx/Al2O3/Ag)等。
如图2所示，包含一导电基板11，其上具有一接合层12。
接着，如图1所示将具有反射层27的外延结构22接合于如图2所示的接合层12之上，并移除成长基板21(图未示)，如图3所示。接合层12的材料可为金属，例如锡化金(AuSn)、银化铟(InAg)、金化铟(InAu)、铟(In)、金(Au)、铝(Al)与银(Ag)等或上述金属的合金。
分别在第一电性半导体层23之上及导电基板11背面形成电极13、14(如图4所示)。再于第一电性半导体层23的上电极以外的区域涂布一层厚度至少为0.3mm的透明胶材15，此透明胶材可为环氧树脂(Epoxy)，且透明胶材涂布面积不大于外延结构面积。再于透明胶材侧边形成一反射壁17。将波长转换结构16覆盖整个透明胶材的上表面，其中波长转换结构16至少由一种波长转换材料所构成。即形成一半导体发光装置结构100(如图5所示)。
当外延结构22被注入电流后，可激发出一原色光，此原色光经过透明胶材15后，因透明胶材穿透率接近99-100％，且侧向发光会被侧边的反射壁17把光反射回来，所以光取出效率不会降低。此原色光再进入波长转换结构16，会被波长转换结构内的波长转换材料吸收，产生一波长与原色光波长相异的变色光。因波长转换材料不限于一种，因此变色光可能含有多种颜色。
在本实施例中，波长转换材料为荧光粉，例如Y3Al5O12。除此之外，波长转换材料亦包含但不限于Gd3Ga5O12:Ce、(Lu,Y)3Al5O12:Ce、SrS:Eu、SrGa2S4:Eu、(Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)2S4:Eu、(Ca,Sr)S:Eu,Mn、(Ca,Sr)S:Ce、(Sr,Ba,Ca)2Si5N8:Eu、(Ba,Sr,Ca)2SiO4:Eu、(Ca,Sr,Ba)Si2O2N2:Eu；优选地为非电绝缘性材料，如CdZnSe。
图6为另一实施例半导体发光装置结构200的剖面图。其前段制作程序与前一实施例相同，如图1至图4所示。接着在第一电性半导体层23的上电极以外的区域涂布一层厚度至少为0.3mm的透明胶材15，此透明胶材可为环氧树脂(Epoxy)，且透明胶材涂布面积不大于外延结构面积。再于透明胶材侧边形成一反射壁17，将至少一种波长转换材料均匀分布于透明胶材内，即形成一半导体发光装置结构200，如图6所示。当外延结构22被注入电流后，可激发出一原色光，此原色光经过具有波长转换材料均匀分布的透明胶材后，该原色光被波长转换材料吸收，产生一波长与原色光波长相异的变色光。因波长转换材料不限于一种，因此变色光可能含有多种颜色。
图7为再一实施例半导体发光装置结构300的剖面图。其前段制作程序与前一实施例相同，如图1至图4所示。接着在第一电性半导体层23的上电极以外的区域涂布一层厚度至少为0.3mm的透明胶材15，此透明胶材15可为环氧树脂(Epoxy)，且透明胶材15涂布面积不大于外延结构面积。再于透明胶材15侧边形成一反射壁17，另形成一层波长转换结构16于透明胶材15中，其中波长转换结构16至少包含一种波长转换材料，即形成一半导体发光装置结构300，如图7所示。当外延结构22被注入电流后，可激发出一原色光，此原色光经过透明胶材15后，因透明胶材15穿透率接近99-100％，且侧向发光会被侧边的反射壁17把光反射回来，所以光取出效率不会降低。此原色光再进入波长转换结构16，会被波长转换材料吸收，产生一波长与原色光波长相异的变色光。因波长转换材料不限于一种，因此变色光可能含有多种颜色。最后经过上方的透明胶材而出光。
图8A为半导体发光装置结构400的俯视图，图8B为依沿a’a’虚线切开，由箭号a方向看去所得的结构剖面图，图8C为沿b’b’虚线切开，由依箭号b方向看去所得的结构剖面图。其前段制作程序与前一实施例相同，如图1至图3所示。当移除成长基板21后(图未示)，在外延结构22侧面自第一电性半导体层23、有源层24、第二电性半导体层25、第二电性接触层26、反射层27、至接合层12依序由上至下蚀刻至导电基板11上表面后，再分别于第一电性半导体层23之上及导电基板11背面形成电极13、14。接下来，在第一电性半导体层23的上电极以外的区域涂布一层厚度至少为0.3mm的透明胶材15，此透明胶材可为环氧树脂(Epoxy)，且透明胶材涂布面积不大于外延结构面积。将波长转换结构16覆盖整个透明胶材的上表面，其中波长转换结构16至少由一种波长转换材料所构成。为避免发光二极管侧向发光逸失，还在透明胶材15侧边及自第一电性半导体层23、有源层24、第二电性半导体层25、第二电性接触层26、反射层27、至接合层12等以上各层侧边形成一反射壁17，即形成一半导体发光装置结构400，如图8C所示。当外延结构22被注入电流后，可激发出一原色光，此原色光经过透明胶材15后，因透明胶材穿透率接近99-100％，且侧向发光会被侧边反射壁17把光反射回来，所以光取出效率不会降低。此原色光再进入波长转换结构16，会被波长转换材料吸收，产生一波长与原色光波长相异的变色光。因波长转换材料不限于一种，因此变色光可能含有多种颜色。
相同设计概念也可以应用于半导体发光装置封装结构1，如图9所示。一半导体发光装置500固定于一支架31上，通过电性连结将此发光装置电性连结于支架上的电路。支架之上有一碗杯32，碗杯内侧有一反射壁33，且反射壁部分区域与支架间夹角约45度。充填一透明胶材15于碗杯内，且透明胶材高度至少大于半导体发光装置500的高度，此透明胶材可为环氧树脂(Epoxy)；且透明胶材涂布面积不大于外延结构面积。再形成一波长转换结构16于透明胶材之上，即形成半导体发光装置封装结构1。半导体发光装置500所产生的原色光经过透明胶材15后，因透明胶材穿透率接近99-100％，且侧向发光会被反射壁33把光反射回来，所以光取出效率不会降低。此原色光再进入波长转换结构16，会被波长转换结构内的波长转换材料吸收，产生一波长与原色光波长相异的变色光。因波长转换材料不限于一种，因此变色光可能含有多种颜色。
图10为半导体发光装置封装结构2的剖面图。其大部分制作程序与半导体发光装置封装结构1相似，但还包含一波长选择薄膜(wavelengthselectionfilm，WSF)18形成于透明胶材15与波长转换结构16之间，其功能为使可见光通过往波长转换结构方向前进，但被波长转换结构反射回的可见光则无法通过此薄膜。
碗杯内侧的反射壁33设计可以如图11所示，其反射效果比图10更佳。
惟上述实施例仅为例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域的技术人员均可在不违背本发明的技术原理及精神的情况下，对上述实施例进行修改及变化。因此本发明的权利保护范围如后述的权利要求所列。
Claims (10)
1.一种半导体发光装置，包含：
一半导体发光叠层；
一透明胶材，仅位于该半导体发光叠层的一侧；
至少一种波长转换材料，分散于该透明胶材之中；及
一反射壁，位于该透明胶材的侧边。
2.一种半导体发光装置，包含：
一半导体发光叠层；
一透明胶材，仅位于该半导体发光叠层的一侧；
一波长选择薄膜位于该透明胶材之中或其上；及
一反射壁，位于该透明胶材的侧边。
3.如权利要求1或2所述的半导体发光装置，其中该透明胶材的厚度至少为0.3mm。
4.如权利要求1或2所述的半导体发光装置，其中该反射壁位于该半导体发光叠层的侧边。
5.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中该反射壁并与该透明胶材相接触。
6.如权利要求1所述的半导体发光装置，还包含一电极，位于该半导体发光叠层之上，且未被该透明胶材所覆盖。
7.如权利要求1所述的半导体发光装置，还包含一接合层位于该半导体发光叠层之下。
8.如权利要求6所述的半导体发光装置，还包含一基板，位于该接合层之下。
9.如权利要求7所述的半导体发光装置，还包含一反射层，位于该基板及该半导体发光叠层之间。
10.如权利要求2所述的半导体发光装置，还包含一波长转换结构，其中该波长选择薄膜位于该半导体发光叠层与该波长转换结构之间。
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