TWI509837B - 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。

一種發光二極體晶粒，包括基板、半導體發光結構、透明導電層及絕緣層，基板包括相互絕緣的第一導電區與第二導電區，半導體發光結構為垂直電導通結構，半導體發光結構包括導電襯底及P型三族氮化物半導體層，導電襯底及P型三族氮化物半導體層分別位於半導體發光結構的兩端，半導體發光結構的導電襯底固定於基板的第二導電區上，透明導電層連接基板的第一導電區與P型三族氮化物半導體層，透明導電層與基板的第二導電區電絕緣，該絕緣層使得透明導電層與半導體發光結構的除P型三族氮化物半導體層以外的其他部分絕緣。

上述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，從而提高發光二極體晶粒的出光效率。

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、20‧‧‧發光二極體封裝結構

11、21‧‧‧基座

111、211‧‧‧第一焊墊

112、212‧‧‧第二焊墊

12、22‧‧‧發光二極體晶粒

13‧‧‧封裝體

14、24‧‧‧基板

141、241‧‧‧第一導電區

142、242‧‧‧第二導電區

143‧‧‧絕緣材料

15、25‧‧‧半導體發光結構

151、251‧‧‧導電襯底

152、252‧‧‧布拉格反射層

153、253‧‧‧N型三族氮化物半導體層

154、254‧‧‧有源層

156‧‧‧P型氮化鎵層

155‧‧‧P型氮化鋁鎵層

157、257‧‧‧P型三族氮化物半導體層

16、26‧‧‧絕緣層

161、261‧‧‧第一窗口

162、262‧‧‧第二窗口

17、27‧‧‧透明導電層

171、271‧‧‧第一覆蓋部

172、272‧‧‧連接部

173、273‧‧‧第二覆蓋部

213‧‧‧第三焊墊

243‧‧‧第三導電區

圖1為本發明實施方式中的發光二極體封裝結構的剖面示意圖。

圖2為本發明的一較佳實施方式中半導體發光結構固定在基板後的剖面示意圖。

圖3為圖2中形成絕緣層後的剖面示意圖。

圖4為圖3中形成第一窗口和第二窗口後的剖面示意圖。

圖5為圖4中形成透明導電層後的剖面示意圖。

圖6為本發明另一實施方式中的發光二極體封裝結構的剖面示意圖。

圖7為本發明的另一較佳實施方式中半導體發光結構固定在基板後的剖面示意圖。

圖8為圖7中形成絕緣層後的剖面示意圖。

圖9為圖8中形成第一窗口和第二窗口後的剖面示意圖。

圖10為圖9中形成透明導電層後的剖面示意圖。

圖11為本發明另一較佳實施方式中的發光二極體封裝結構的剖面示意圖。

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、發光二極體晶粒12及封裝體13。基座11上設置相互絕緣的第一焊墊111與第二焊墊112。

請一併參閱圖5，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，包括依次層疊的導電襯底151、布拉格反射層152、N型三族氮化物半導體層153、有源層154及P型三族氮化物半導體層157，導電襯底151與P型三族氮化物半導體層157分別位於半導體發光結構15的兩端。導電襯底151固定於基板14的第二導電區142上。布拉格反射層152將有源層154向下射嚮導電襯底151的光線向上反射至P型三族氮化物半導體層157一側，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157包括P型氮化鎵層156及P型氮化鋁鎵層155，N型三族氮化物半導體層153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P型三族氮化物半導體層157之間。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P型三族氮化物半導體層157以外的其他部分絕緣。進一步而言，絕緣層16使得透明導電層17與基板14的第二導電區142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P型三族氮化物半導體層157且使得部分P型三族氮化物半導體層157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的基板14的第一導電區141固定在基座11的第一焊墊111上，基板14的第二導電區142固定在基座11的第二焊墊112上，外部電源向第一焊墊111及第二焊墊112施加電壓，發光二極體晶粒12即可發光。

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P型三族氮化物半導體層157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。

請一併參閱圖2至圖5，本發明實施方式提供的一種發光二極體晶 粒12的製造方法包括以下幾個步驟：提供基板14，該基板14包括相互絕緣的第一導電區141與第二導電區142。

提供半導體發光結構15，該半導體發光結構15為垂直電導通結構，該半導體發光結構15包括依次層疊的導電襯底151、布拉格反射層152、N型三族氮化物半導體層153、有源層154及P型三族氮化物半導體層157，將半導體發光結構15的導電襯底151固定於基板14的第二導電區142上。

於基板14及半導體發光結構15上形成絕緣層16，形成絕緣層16的方法可以採用物理蒸鍍或者化學蒸鍍。

絕緣層16上形成第一窗口161及第二窗口162，第一窗口161位於P型三族氮化物半導體層157且使得P型三族氮化物半導體層157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。去除絕緣層16的方法可以採用幹蝕刻或者濕蝕刻。

形成透明導電層17，透明導電層17連接基板14的第一導電區141與P型三族氮化物半導體層157。該透明導電層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。形成透明導電層17的方法可採用電鍍、化鍍、濺鍍、電子束或者蒸鍍等方法。

請參閱圖6及圖10，本發明另一較佳實施方式提供的發光二極體封裝結構20，與上一實施方式不同之處在於，基座21上設置相互 絕緣的第一焊墊211、第二焊墊212及第三焊墊213，基板24包括相互絕緣的第一導電區241、第二導電區242及第三導電區243。

半導體發光結構25的導電襯底251固定於基板24的第二導電區242上。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，並且透明導電層27連接基板24的第三導電區243與P型三族氮化物半導體層257。

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，並且絕緣層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及第三導電區243，第二窗口262使得第一導電區241及第三導電區243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。

發光二極體晶粒22的基板24的第一導電區241固定在基座21的第一焊墊211上，基板24的第二導電區242固定在基座21的第二焊墊212上，基板24的第三導電區243固定在基座21的第三焊墊213上。

請一併參閱圖7至圖10，本發明另一較佳實施方式提供的一種發光二極體晶粒22的製造方法包括以下幾個步驟：提供基板24，該基板24包括第一導電區241、第二導電區242與第三導電區243，其中第二導電區242分別與第一導電區241、第三導電區243絕緣，第一導電區241與第三導電區243電導通。

提供半導體發光結構25，該半導體發光結構25為垂直電導通結構，該半導體發光結構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，將半導體發光結構25的導電襯底251固定於基板24的第二導電區242上。

於基板24及半導體發光結構25上形成絕緣層26，形成絕緣層26的方法可以採用物理蒸鍍或者化學蒸鍍。

絕緣層26上形成第一窗口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及第三導電區243，第二窗口262使得第一導電區241及第三導電區243裸露。去除絕緣層26的方法可以採用幹蝕刻或者濕蝕刻。

形成透明導電層27，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，並且透明導電層27連接基板24的第三導電區243與P型三族氮化物半導體層257。該透明導電層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。形成透明導電層27的方法可採用電鍍、化鍍、濺鍍、電子束或者蒸鍍等方法。

圖11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。與上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

111‧‧‧第一焊墊

112‧‧‧第二焊墊

12‧‧‧發光二極體晶粒

13‧‧‧封裝體

14‧‧‧基板

141‧‧‧第一導電區

142‧‧‧第二導電區

143‧‧‧絕緣材料

15‧‧‧半導體發光結構

151‧‧‧導電襯底

152‧‧‧布拉格反射層

153‧‧‧N型三族氮化物半導體層

154‧‧‧有源層

156‧‧‧P型氮化鎵層

155‧‧‧P型氮化鋁鎵層

157‧‧‧P型三族氮化物半導體層

16‧‧‧絕緣層

161‧‧‧第一窗口

162‧‧‧第二窗口

17‧‧‧透明導電層

171‧‧‧第一覆蓋部

172‧‧‧連接部

173‧‧‧第二覆蓋部

Claims (10)

1. 一種發光二極體晶粒，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導電襯底及P型三族氮化物半導體層，導電襯底及P型三族氮化物半導體層分別位於半導體發光結構的兩端，其改良在於：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，半導體發光結構的導電襯底固定於基板的第二導電區上，透明導電層連接基板的第一導電區與P型三族氮化物半導體層，透明導電層與基板的第二導電區電絕緣，該絕緣層使得透明導電層與半導體發光結構的除P型三族氮化物半導體層以外的其他部分絕緣，基板還包括第三導電區，第三導電區與第二導電區電絕緣，透明導電層連接基板的第三導電區與P型三族氮化物半導體層。
2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶粒，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P型三族氮化物半導體層且使得P型三族氮化物半導體層裸露，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。
3. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶粒，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，導電襯底、布拉格反射層、N型三族氮化物半導體層、有源層及P型三族氮化物半導體層依次層疊。
4. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶粒，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。
5. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶粒，其中該導電襯底的材料為碳化矽或者矽。
6. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶粒，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P型三族氮化物半導體層且使得P型三族氮化物半導體層裸露，第二窗口位於基板的第一導電區及第三導電區且使得第一導電區及第三導電區裸露，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。
7. 一種發光二極體封裝結構，包括基座、發光二極體晶粒及封裝體，發光二極體晶粒固定於基座上，封裝體包覆該發光二極體晶粒，其改良在於：該發光二極體晶粒為申請專利範圍第1項至第6項中任意一項所述的發光二極體晶粒。
8. 一種發光二極體晶粒製造方法，其包括以下步驟：提供基板，該基板包括相互絕緣的第一導電區與第二導電區；提供半導體發光結構，該半導體發光結構為垂直電導通結構，半導體發光結構包括導電襯底及P型三族氮化物半導體層，導電襯底及P型三族氮化物半導體層分別位於半導體發光結構的兩端，將半導體發光結構的導電襯底固定於基板的第二導電區上；於基板及半導體發光結構上形成絕緣層；絕緣層上形成第一窗口及第二窗口，第一窗口位於P型三族氮化物半導體層且使得P型三族氮化物半導體層裸露，第二窗口位於基板的第一導電區且使得第一導電區裸露；形成透明導電層，透明導電層連接基板的第一導電區與P型三族氮化物半導體層， 其中，基板還包括第三導電區，第三導電區與第二導電區電絕緣，第二窗口位於基板的第三導電區且使得第三導電區裸露，透明導電層連接基板的第三導電區與P型三族氮化物半導體層，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。
9. 如申請專利範圍第8項所述的發光二極體晶粒製造方法，其中該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。
10. 一種發光二極體封裝結構，包括發光二極體晶粒及封裝體，其改良在於：該發光二極體晶粒為申請專利範圍第1項至第6項中任意一項所述的發光二極體晶粒，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。