TWI447962B - 發光二極體晶粒及其製造方法、發光二極體封裝結構 - Google Patents

Description

發光二極體晶粒及其製造方法、發光二極體封裝結構

本發明涉及一種發光二極體及其製造方法。

在習知技術中，發光二極體封裝結構一般需要打金線以將發光二極體晶粒的電極與基板的焊墊電連接，發光二極體晶粒的出光一側需要設置相應的厚金屬電極及焊球以與金線連接。然而，焊球及厚金屬電極會遮擋光線，從而降低發光二極體晶粒及整個發光二極體封裝結構的出光效率。

有鑒於此，有必要提供一種出光效率較高的發光二極體晶粒。

一種發光二極體封裝結構，包括基座及發光二極體晶粒，發光二極體晶粒固定於基座上，該發光二極體晶粒包括基板、半導體發光結構、絕緣層及透明導電層，半導體發光結構為垂直電導通結構，半導體發光結構包括第一電接觸層及第二電接觸層，第一電接觸層及第二電接觸層分別位於半導體發光結構的兩端，基板包括相互絕緣的第一導電區與第二導電區，半導體發光結構的第一電接觸層固定於基板的第二導電區上，透明導電層連接半導體發光結構的第二電接觸層與基板的第一導電區，該透明導電層與基板的第二導電區絕緣，該絕緣層使得透明導電層與半導體發光結 構的除第二電接觸層以外的其他部分絕緣。

上述發光二極體封裝結構的發光二極體晶粒的出光一側不必設置遮光的厚金屬電極及焊球，從而提高整個發光二極體封裝結構的出光效率。

一種發光二極體晶粒，該發光二極體晶粒包括半導體發光結構及透明導電層，半導體發光結構為垂直電導通結構，半導體發光結構包括第一電接觸層及第二電接觸層，第一電接觸層及第二電接觸層分別位於半導體發光結構的兩端，該發光二極體晶粒還包括基板及絕緣層，基板包括相互絕緣的第一導電區與第二導電區，半導體發光結構的第一電接觸層固定於基板的第二導電區上，透明導電層連接半導體發光結構的第二電接觸層與基板的第一導電區，該透明導電層與基板的第二導電區絕緣，該絕緣層使得透明導電層與半導體發光結構的除第二電接觸層以外的其他部分絕緣。

下面參照附圖，結合具體實施例對本發明作進一步的描述。

10、30‧‧‧發光二極體封裝結構

100、110‧‧‧焊接區域

101、111‧‧‧第一焊墊

102、112‧‧‧第二焊墊

11‧‧‧基座

115‧‧‧電路層

116‧‧‧金屬線

12、32‧‧‧發光二極體晶粒

13、33‧‧‧封裝體

14、24、34‧‧‧基板

141、241‧‧‧第一導電區

142、242‧‧‧第二導電區

143‧‧‧絕緣材料

15、25、35‧‧‧半導體發光結構

151‧‧‧金屬層

152‧‧‧金屬鏡面層

153、256‧‧‧P型氮化鎵層

154、255‧‧‧P型氮化鋁鎵層

155、254‧‧‧有源層

156、253‧‧‧N型三族氮化物半導體層

157、257‧‧‧P型三族氮化物半導體層

16、26、36‧‧‧絕緣層

161、261‧‧‧第一窗口

162、262‧‧‧第二窗口

17、27、37‧‧‧透明導電層

171、271‧‧‧第一覆蓋部

172、272‧‧‧連接部

173、273‧‧‧第二覆蓋部

181、281‧‧‧第一電接觸層

182、282‧‧‧第二電接觸層

191‧‧‧第一晶片組

192‧‧‧第二晶片組

193‧‧‧外部電源

251‧‧‧導電襯底

252‧‧‧布拉格反射層

圖1為本發明實施方式中的發光二極體封裝結構的立體示意圖。

圖2為圖1中基座上的焊接區域示意圖。

圖3為圖1中發光二極體晶粒固定於基座上的局部剖面示意圖。

圖4為圖1中的發光二極體封裝結構的電路等效示意圖。

圖5為本發明又一較佳實施方式中的發光二極體晶粒固定於基座上的局部剖面示意圖。

圖6為本發明再一較佳實施方式中的發光二極體封裝結構的局部剖面示意圖。

下面將結合附圖，對本發明作進一步的詳細說明。

請參閱圖1，本發明實施方式提供的發光二極體封裝結構10包括基座11、複數發光二極體晶粒12及封裝體13。

請一併參閱圖2，該基座11上形成有電路層115。該電路層115上具有複數焊接區域100、110，每個焊接區域100、110包括相互絕緣的第一焊墊101、111以及第二焊墊102、112。前一焊接區域100的第二焊墊102與後一焊接區域110的第一焊墊111通過金屬線116連接。

請一併參閱圖3，發光二極體晶粒12包括基板14、半導體發光結構15、絕緣層16及透明導電層17。基板14包括相互絕緣的第一導電區141與第二導電區142，第一導電區141與第二導電區142通過絕緣材料143連接。

半導體發光結構15為垂直電導通結構，包括依次層疊的金屬層151、金屬鏡面層152、P型三族氮化物半導體層、有源層155及N型三族氮化物半導體層156，金屬層151與N型三族氮化物半導體層156分別位於半導體發光結構15的兩端。金屬層151作為半導體發光結構15的第一電接觸層181，N型三族氮化物半導體層156作為半導體發光結構15的第二電接觸層182。金屬層151固定於基板14的第二導電區142上。金屬鏡面層152將有源層155向下射向金屬層151的光線向上反射至N型三族氮化物半導體層156一側，從 而提高出光效率。在本實施方式中，P型三族氮化物半導體層包括P型氮化鎵層153及P型氮化鋁鎵層154，N型三族氮化物半導體層156為N型氮化鎵。

透明導電層17連接基板14的第一導電區141與N型三族氮化物半導體層156之間。透明導電層17與基板14的第二導電區142絕緣，絕緣層16使得透明導電層17與半導體發光結構15的任一側壁絕緣，即絕緣層16使得透明導電層17與半導體發光結構15除N型三族氮化物半導體層156以外的其他部分絕緣。在本實施方式中，透明導電層17採用透明金屬、銦錫金屬氧化物或者碳納米管薄膜其中一種；絕緣層16採用二氧化矽或者氮化矽，絕緣層16優選採用透明電絕緣材料。

絕緣層16覆蓋半導體發光結構15及基板14，絕緣層16具有第一窗口161及第二窗口162，第一窗口161位於N型三族氮化物半導體層156且使得部分N型三族氮化物半導體層156裸露，第二窗口162位於基板14的第一導電區141且使得第一導電區141裸露。透明導電層17包括第一覆蓋部171、連接部172及第二覆蓋部173，第一覆蓋部171覆蓋絕緣層16的第一窗口161，第二覆蓋部173覆蓋絕緣層16的第二窗口162，連接部172連接於第一覆蓋部171與第二覆蓋部173之間。

發光二極體晶粒12固定在基座11上，封裝體13包覆發光二極體晶粒12。在本實施方式中，發光二極體晶粒12與基座11的導電區域100、110一一對應，每一發光二極體晶粒12的第一導電區141固定在相對應的導電區域100、110的第一焊墊101、111上，每一發光二極體晶粒12的第二導電區142固定在相對應的導電區域100、 110的第二焊墊102、112上，第一焊墊101、111及第二焊墊102、112被施加電壓，發光二極體晶粒12即可發光。

請一併參閱圖4，該複數發光二極體晶粒12形成至少一個晶片組，在本實施方式中，該複數發光二極體晶粒12形成第一晶片組191及第二晶片組192，第一晶片組191的發光二極體晶粒12串聯，第二晶片組192的發光二極體晶粒12串聯，第一晶片組191與第二晶片組192反向並聯。外部電源193為交流電源，向第一晶片組191及第二晶片組192施加交流電壓。在其他實施方式中，發光二極體晶粒12僅形成一個第一晶片組191，外部電源193為直流電源。

上述的發光二極體封裝結構10無須打金線，發光二極體晶粒12的N型三族氮化物半導體層156上不必設置遮光的厚金屬電極及焊球，即發光二極體晶粒12的出光一側不必設置遮光的厚金屬電極及焊球，更多的光線可以射出發光二極體晶粒12，從而提高發光二極體晶粒12及整個發光二極體封裝結構10的出光效率。進一步而言，發光二極體封裝結構10沒有金線，從而避免在使用過程中金線崩斷，延長發光二極體封裝結構10的使用壽命並提高其使用可靠度。更進一步而言，發光二極體晶粒12通過導熱性能較佳的金屬材料直接與基座11的焊墊連接，發光二極體晶粒12所產生的熱量可以更快的被散發到外界空氣中。

圖5示出本發明另一較佳實施方式提供的發光二極體封裝結構，與上一實施方式不同之處在於，半導體發光結構25包括依次層疊的導電襯底251、布拉格反射層252、N型三族氮化物半導體層253、有源層254及P型三族氮化物半導體層257，導電襯底251與P型 三族氮化物半導體層257分別位於半導體發光結構25的兩端。半導體發光結構25亦為垂直電導通結構，導電襯底251作為半導體發光結構25的第一電接觸層281，P型三族氮化物半導體層257作為半導體發光結構25的第二電接觸層282。

導電襯底251固定於基板24的第二導電區242上。布拉格反射層252將有源層254向下射嚮導電襯底251的光線向上反射至P型三族氮化物半導體層257一側，從而提高出光效率。在本實施方式中，P型三族氮化物半導體層257包括P型氮化鎵層256及P型氮化鋁鎵層255，N型三族氮化物半導體層253為N型氮化鎵。

透明導電層27連接基板24的第一導電區241與P型三族氮化物半導體層257之間。絕緣層26使得透明導電層27與半導體發光結構25的任一側壁絕緣，即絕緣層26使得透明導電層27與半導體發光結構25除P型三族氮化物半導體層257以外的其他部分絕緣。進一步而言，絕緣層26使得透明導電層27與基板24的第二導電區242絕緣。

絕緣層26覆蓋半導體發光結構25及基板24，絕緣層26具有第一窗口261及第二窗口262，第一窗口261位於P型三族氮化物半導體層257且使得部分P型三族氮化物半導體層257裸露，第二窗口262位於基板24的第一導電區241且使得第一導電區241裸露。透明導電層27包括第一覆蓋部271、連接部272及第二覆蓋部273，第一覆蓋部271覆蓋絕緣層26的第一窗口261，第二覆蓋部273覆蓋絕緣層26的第二窗口262，連接部272連接於第一覆蓋部271與第二覆蓋部273之間。

圖6示出本發明另一較佳實施方式提供的發光二極體封裝結構30 。與第一實施方式不同之處在於：發光二極體封裝結構30包括發光二極體晶粒32及封裝體33，封裝體33位於發光二極體晶粒32的基板34上且直接包覆該發光二極體晶粒32的半導體發光結構35、絕緣層36及透明導電層37。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。

10‧‧‧發光二極體封裝結構

11‧‧‧基座

12‧‧‧發光二極體晶粒

13‧‧‧封裝體

Claims (10)

1. 一種發光二極體封裝結構，包括基座及發光二極體晶粒，發光二極體晶粒固定於基座上，該發光二極體晶粒包括半導體發光結構及透明導電層，半導體發光結構為垂直電導通結構，半導體發光結構包括第一電接觸層及第二電接觸層，第一電接觸層及第二電接觸層分別位於半導體發光結構的兩端，該發光二極體晶粒還包括基板及絕緣層，基板包括相互絕緣的第一導電區與第二導電區，半導體發光結構的第一電接觸層固定於基板的第二導電區上，透明導電層連接半導體發光結構的第二電接觸層與基板的第一導電區，該透明導電層與基板的第二導電區絕緣，該絕緣層使得透明導電層與半導體發光結構的除第二電接觸層以外的其他部分絕緣，其改良在於該發光二極體晶粒的數量為複數，其中該複數發光二極體晶粒形成第一晶片組及第二晶片組，第一晶片組的發光二極體晶粒串聯，第二晶片組的發光二極體晶粒串聯，第一晶片組與第二晶片組反向並聯。
2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體封裝結構，其中還包括封裝體，封裝體包覆該發光二極體晶粒，發光二極體晶粒的基板固定於基座上。
3. 一種發光二極體封裝結構，包括發光二極體晶粒及封裝體，該發光二極體晶粒包括半導體發光結構及透明導電層，半導體發光結構為垂直電導通結構，半導體發光結構包括第一電接觸層及第二電接觸層，第一電接觸層及第二電接觸層分別 位於半導體發光結構的兩端，該發光二極體晶粒還包括基板及絕緣層，基板包括相互絕緣的第一導電區與第二導電區，半導體發光結構的第一電接觸層固定於基板的第二導電區上，透明導電層連接半導體發光結構的第二電接觸層與基板的第一導電區，該透明導電層與基板的第二導電區絕緣，該絕緣層使得透明導電層與半導體發光結構的除第二電接觸層以外的其他部分絕緣，其改良在於：封裝體位於發光二極體晶粒的基板上且包覆該發光二極體晶粒的半導體發光結構、絕緣層及透明導電層，其中該發光二極體晶粒的數量為複數，其中該複數發光二極體晶粒形成第一晶片組及第二晶片組，第一晶片組的發光二極體晶粒串聯，第二晶片組的發光二極體晶粒串聯，第一晶片組與第二晶片組反向並聯。
4. 如申請專利範圍第3項所述的發光二極體封裝結構，其中絕緣層覆蓋半導體發光結構及基板，絕緣層具有第一窗口及第二窗口，第一窗口位於第二電接觸層且使得第二電接觸層裸露，第二窗口位於基板的第一導電區且使得第一導電區裸露，透明導電層包括第一覆蓋部、連接部及第二覆蓋部，第一覆蓋部覆蓋絕緣層的第一窗口，第二覆蓋部覆蓋絕緣層的第二窗口，連接部連接於第一覆蓋部與第二覆蓋部之間。
5. 如申請專利範圍第3項所述的發光二極體封裝結構，其中第一電接觸層為金屬層，第二電接觸層為N型三族氮化物半導體層。
6. 如申請專利範圍第5項所述的發光二極體封裝結構，其中該半導體發光結構還包括金屬鏡面層、P型三族氮化物半導體層及有源層，第一電接觸層、金屬鏡面層、P型三族氮化物 半導體層、有源層及第二電接觸層依次層疊。
7. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體封裝結構，其中第一電接觸層為導電襯底，第二電接觸層為P型三族氮化物半導體層。
8. 如申請專利範圍第7項所述的發光二極體封裝結構，其中該半導體發光結構還包括布拉格反射層、N型三族氮化物半導體層及有源層，第一電接觸層、布拉格反射層、N型三族氮化物半導體層、有源層及第二電接觸層依次層疊。
9. 如申請專利範圍第3項所述的發光二極體封裝結構，其中該絕緣層的材料為透明電絕緣材料。
10. 如申請專利範圍第3項所述的發光二極體封裝結構，其中該絕緣層使得透明導電層與半導體發光結構的側壁絕緣。