专利名称：发光二极管封装结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种半导体(semiconductor)元件的结构，且特别涉及一种发光二极管(Light Emitting Diode，LED)的封装结构。
背景技术：
由III-V族化合物半导体材料所构成的发光二极管是一种宽能隙(bandgap)的发光元件，其发出的光线涵盖所有可见光的波段。近年来，还由于发光二极管朝向多色彩及高亮度化发展，发光二极管的应用范围已拓展至大型户外显示广告牌及交通信号灯等，未来甚至可以取代钨丝灯和水银灯以成为兼具省电和环保的照明灯源。
发光二极管的基本结构包含半导体层，其中半导体层是由p型掺杂半导体层(p type doped semiconductor layer)、n型掺杂半导体层(n type dopedsemiconductor layer)与位于p型掺杂半导体层及n型掺杂半导体层间的发光层(light emitting layer)所组成，而发光二极管的发光效率高低是取决于发光层的量子效率以及发光二极管的光取出效率(light extractionefficiency)，其中增加光取出效率的关键在于减少发光层所发出的光在发光二极管中反射。然而，由于III-V族化合物半导体材料有较高的光折射系数(coefficient of refraction)，因此发光层发出的光线容易在半导体层内全反射，导致大部分的光线会出光于发光二极管的侧边。也就是说，发光二极管正面的亮度无法提高。
图1是一种公知的发光二极管的示意图。请参照图1，公知的发光二极管100包括基板(substrate)110、半导体层(semiconductor layer)120、导电层(conductive layer)130、反射层(reflective layer)140以及两电极150。半导体层120是位于基板110上，其中半导体层120由下而上依次包括n型掺杂半导体层122、发光层124、p型掺杂半导体层126。另外，导电层130是位于p型掺杂半导体层126上，反射层140则是位于导电层130上，而两电极150则分别位于n型掺杂半导体层122与反射层140上，其中两电极150是分别电连接至n型掺杂半导体层122与p型掺杂半导体层126。
图2是一种公知的发光二极管封装结构的示意图。请参照图2，公知的发光二极管封装结构20是利用倒装芯片(flip chip)技术将上述发光二极管100电连接于承载器200上，其中发光二极管100的两电极150是通过凸块22与承载器200电连接。当在两电极150间施加电流时，发光层124会因为电流通过而发出光线。发光层124所发出的光线可通过反射层140以朝向电极150的反侧发出，使得发光层124所发出的光线可传递至外界环境，以提高发光二极管100的光取出效率。
承上所述，公知技术是以光反射率较佳的结构来增加发光二极管的光取出效率。然而，发光层所发出的光线经由反射结构反射后，大部分光线仍会反射经过半导体层而增加了光线被半导体层吸收的机会，导致发光二极管的光取出效率仍无法大幅提高。因此，如何有效地让发光层所发出的光线顺利地传递至外界环境中，以有效提高发光二极管的光取出效率是一重要课题。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种发光二极管封装结构，其发光二极管具有较佳的光取出效率。
为达上述或是其它目的，本实用新型提出一种发光二极管封装结构，其包括发光二极管、承载器以及反射层。发光二极管则包括基板、半导体层、第一电极以及第二电极，其中半导体层设置于基板上，且具有粗糙表面。此外，半导体层包括第一型掺杂半导体层、发光层以及第二型掺杂半导体层，其中发光层位于第一型掺杂半导体层与第二型掺杂半导体层之间。另外，第一电极是位于第一型掺杂半导体层上方，且电连接于第一型掺杂半导体层。第二电极则是位于第二型掺杂半导体层上方，且电连接于第二型掺杂半导体层。
承上所述，承载器的表面具有第一接点与第二接点，而发光二极管的第一电极与第二电极是朝向承载器以分别与第一接点与第二接点电连接。反射层则是设置于承载器朝向发光二极管的表面上。
在本实用新型的一实施例中，基板的表面例如为粗糙表面。
在本实用新型的一实施例中，发光二极管封装结构还包括两凸块，分别设置于第一电极与第二电极上，其中第一电极与第二电极分别通过这些凸块和第一接点与第二接点电连接。
在本实用新型的一实施例中，发光二极管封装结构还包括焊料，设置于第一电极与第二电极上，其中第一电极与第二电极通过焊料分别与第一接点与第二接点电连接。
在本实用新型的一实施例中，发光二极管封装结构的发光二极管还包括透光导电层(transparent conductive layer)。透光导电层是设置于半导体层上，且第一电极与第二电极是位于透光导电层上。
在本实用新型的一实施例中，透光导电层的材质例如是铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)、铟锌氧化物(Indium Zinc Oxide，IZO)、氧化铝锌(AzO)、氧化锌(ZnO)、氧化镍(NiO)或镍金合金(NiAu)。
在本实用新型的一实施例中，第一型掺杂半导体层例如是位于基板上，发光层位于第一型掺杂半导体层上，而第二型掺杂半导体层则位于发光层上。
在本实用新型的一实施例中，上述第一型掺杂半导体层可以为p型掺杂半导体层，而第二型掺杂半导体层可以为n型掺杂半导体层。当然，第一型掺杂半导体层亦可以为n型掺杂半导体层，而第二型掺杂半导体层亦可以为p型掺杂半导体层。
在本实用新型的一实施例中，基板的材质例如是氧化铝单晶(Sapphire)、碳化硅(6H-SiC或4H-SiC)、硅(Si)、氧化锌(ZnO)、砷化镓(GaAs)、尖晶石(MgAl2O4)或晶格常数接近于氮化物半导体的单晶氧化物。
在本实用新型的一实施例中，发光层例如是多重量子井(multiplequantum well)发光层。
在本实用新型的一实施例中，承载器例如是硅基板，氮化铝(AlN)基板、金属基板、或合金基板或陶瓷基板。
在本实用新型的一实施例中，承载器包括导线架(leadframe)、印刷电路板(Print Circuit Board，PCB)或塑料导脚芯片承载器(Plastic Lead ChipCarrier，PLCC)。
本实用新型再提出一种发光二极管封装结构，其与上述发光二极管封装结构类似，惟其主要差异在于此发光二极管封装结构的承载器是以粗糙承载表面来取代上述反射层。
在本实用新型的发光二极管封装结构中，因采用具有粗糙表面结构的半导体层以及同样具有粗糙表面的承载器，使得发光层所发出的光线可顺利地传递至外界环境中，而有效地提高发光二极管的光取出效率。此外，本实用新型亦采用具有粗糙表面结构的半导体层以及设置有反射层的承载器来提高发光二极管的光取出效率。
为让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图1是一种公知的发光二极管的示意图。
图2是一种公知的发光二极管封装结构的示意图。
图3是本实用新型较佳实施例的一种发光二极管封装结构其发光二极管的示意图。
图4是本实用新型较佳实施例的一种发光二极管封装结构的示意图。
图5是本实用新型较佳实施例的另一种发光二极管封装结构的示意图。
主要元件标记说明20发光二极管封装结构
22凸块40、40’发光二极管封装结构42凸块44反射层100发光二极管110基板120半导体层122n型掺杂半导体层124发光层126p型掺杂半导体层130导电层140反射层150电极200承载器300发光二极管310基板312粗糙表面320半导体层322粗糙表面324第一型掺杂半导体层326发光层328第二型掺杂半导体层330第一电极340第二电极
350透光导电层400承载器410承载粗糙表面420第一接点430第二接点具体实施方式
本实用新型的发光二极管封装结构包括发光二极管以及承载器，其中发光二极管是利用倒装芯片技术以电连接于承载器上。在本实施例中，发光二极管可以是白光发光二极管芯片(white light LED chip)、紫外光发光二极管芯片(ultraviolet light LED chip)，或是其它适于发出不同色光的发光二极管，而承载器可以是基板(substrate)或是导线架(lead frame)。下文将先针对本实用新型较佳实施例的一种发光二极管封装结构做详细介绍。
图3是本实用新型较佳实施例的一种发光二极管封装结构其发光二极管的示意图。请参照图3，发光二极管300主要是由基板310、半导体层320、第一电极330以及第二电极340所构成。在本实施例中，半导体层320是设置于基板310上，且半导体层320具有粗糙表面322。此外，半导体层320包括第一型掺杂半导体层324、发光层326以及第二型掺杂半导体层328，其中发光层326是位于第一型掺杂半导体层324与第二型掺杂半导体层328之间。第一电极330是位于第一型掺杂半导体层324上方，且第一电极330电连接于第一型掺杂半导体层324。相对地，第二电极340是位于第二型掺杂半导体层328上方，且第二电极340电连接于第二型掺杂半导体层328。
此外，基板310例如具有粗糙表面312，其中粗糙表面312例如是对基板310进行表面处理而形成的。举例来说，表面处理的方式可以是采用研磨方式来使基板310上形成不规则性的粗糙表面，或是以反应式离子蚀刻(Reactive Ion Etching，RIE)的方式来使基板310上形成具规则性或周期性变化的粗糙表面。在此，本实用新型并不限定粗糙表面的结构变化。另外，基板310的材质可以是氧化铝单晶、碳化硅、硅、氧化锌、砷化镓、尖晶石或晶格常数接近于氮化物半导体的单晶氧化物。同样地，粗糙表面322的制作方式例如是相同于粗糙表面312的制作方式。
在本实施例中，第一型掺杂半导体层324例如是位于基板310上，发光层326例如是位于第一型掺杂半导体层324上，而第二型掺杂半导体层328例如是位于发光层326上，其中发光层326例如是多重量子井发光层。此外，半导体层320的粗糙表面322例如是在第二型掺杂半导体层328上。
承上所述，第一型掺杂半导体层324例如为p型掺杂半导体层，而第二型掺杂半导体层328例如为n型掺杂半导体层。然而，在本实用新型的其它实施例中，第一型掺杂半导体层324亦可以是n型掺杂半导体层，而第二型掺杂半导体层328可以是p型掺杂半导体层。上述第一型掺杂半导体层324与第二型掺杂半导体层328可以由III-V族化合物半导体材料所构成，而III-V族化合物半导体材料的材质例如是氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)或磷砷化镓(GaAsP)。
在本实用新型的一较佳实施例中，发光二极管300还包括透光导电层350，其中透光导电层350例如是设置于半导体层320上，而第一电极330与第二电极340例如是位于透光导电层350上。上述透光导电层350可将施加于第一电极330和第二电极340的电流平均分散于半导体层320上，使得发光二极管300不仅具有良好的电性质，还具有较佳的发光效率。承上所述，透光导电层350的材质例如是铟锡氧化物、铟锌氧化物、氧化铝锌、氧化锌、氧化镍、镍金合金或其它透光导电材质。
上文是对发光二极管的结构作说明，下文将针对整个发光二极管封装结构作详细说明。
图4是本实用新型较佳实施例的一种发光二极管封装结构的示意图。请参照图4，在本实用新型的发光二极管封装结构40中，发光二极管300是利用倒装芯片技术以电连接于承载器400上。承载器400具有粗糙承载表面410，且承载器400包括位于粗糙承载表面410上的第一接点420与第二接点430，而发光二极管300的第一电极330与第二电极340是朝向承载器400以分别与第一接点420与第二接点430电连接。当然，粗糙承载表面410的制作方式例如是相同于粗糙表面312的制作方式。
在本实用新型一较佳实施例中，发光二极管封装结构40还包括两凸块42，这些凸块42是分别设置于第一电极330与第二电极340上，其中第一电极330与第二电极340则分别通过这些凸块42和第一接点420与第二接点430电连接。上述凸块42的材质例如是锡铅合金等适当材质。当然，亦可以用焊料来取代上述凸块。
请继续参照图4，本实施例主要是通过半导体层320朝向承载器400的一面(粗糙表面322)以及承载器400朝向发光二极管300的一面(粗糙承载表面410)来使发光层326所发出的光线传递至外界环境中。因此，发光二极管封装结构40的发光效率可有效地提高。当然，具有粗糙表面312(基板310与半导体层320的界面)的发光二极管封装结构40亦能有效地增加发光二极管300的光取出效率。
图5是本实用新型较佳实施例的另一种发光二极管封装结构的示意图。请参照图5，本实用新型的另一种发光二极管封装结构40’与上述发光二极管封装结构40(如图4所示)相似，惟其主要差异在于本实施例的发光二极管封装结构40’是以反射层(reflection layer)44来取代上述发光二极管封装结构40的粗糙承载表面410，其中反射层44是设置于承载器400朝向发光二极管300的表面上。同样地，设置有反射层44的发光二极管封装结构40’亦能有良好的发光效率。
在一较佳实施例中，反射层可以与粗糙承载表面共形(Conformal)，形成扩散形式反射层(Diffusive reflector)，以大幅增加发光二极管产生的光线被反射层反射出发光二极管的机率，进而提高发光二极管封装结构的发光效率。
与公知技术的发光二极管所发出的光线容易反射回发光二极管内部，而导致光线被发光二极管内部材料吸收的现象相比，本实用新型的发光二极管封装结构是通过多个粗糙表面，或是通过反射层与粗糙表面的搭配来避免发光层所发出的光线在发光二极管内部发生全反射的现象，还使得发光二极管发射至外界环境的光线不会再反射回发光二极管。具体来说，发光二极管所发出的光线可以顺利地传递至外界环境中，进而大幅提高发光二极管封装结构的发光效率。
虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的更动与改进，因此本实用新型的保护范围当视权利要求所界定者为准。
权利要求1.一种发光二极管封装结构，其特征是包括发光二极管，包括基板；半导体层，设置于该基板上，且具有粗糙表面，其中该半导体层包括第一型掺杂半导体层、发光层以及第二型掺杂半导体层，其中该发光层位于该第一型掺杂半导体层与该第二型掺杂半导体层之间；第一电极，位于该第一型掺杂半导体层上方，且电连接于该第一型掺杂半导体层；第二电极，位于该第二型掺杂半导体层上方，且电连接于该第二型掺杂半导体层；承载器，该承载器的表面具有第一接点与第二接点，而该发光二极管的该第一电极与该第二电极是朝向该承载器以分别与该第一接点与该第二接点电连接；以及反射层，设置于该承载器朝向该发光二极管的表面上。
2.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征是该基板的表面为粗糙表面。
3.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征是还包括两凸块，分别设置于该第一电极与该第二电极上，其中该第一电极与该第二电极分别通过上述这些凸块和该第一接点与该第二接点电连接。
4.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征是还包括焊料，设置于该第一电极与该第二电极上，其中该第一电极与该第二电极通过该焊料分别与该第一接点与该第二接点电连接。
5.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征是该发光二极管还包括透光导电层，设置于该半导体层上，且该第一电极与该第二电极是位于该透光导电层上。
6.根据权利要求5所述的发光二极管封装结构，其特征是该透光导电层的材质包括铟锡氧化物、铟锌氧化物、氧化铝锌、氧化锌、氧化镍或镍金合金。
7.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征是该第一型掺杂半导体层位于该基板上，该发光层位于该第一型掺杂半导体层上，而该第二型掺杂半导体层位于该发光层上。
8.根据权利要求7所述的发光二极管封装结构，其特征是该第一型掺杂半导体层为p型掺杂半导体层，而该第二型掺杂半导体层为n型掺杂半导体层。
9.根据权利要求7所述的发光二极管封装结构，其特征是该第一型掺杂半导体层为n型掺杂半导体层，而该第二型掺杂半导体层为p型掺杂半导体层。
10.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征是该基板的材质包括氧化铝单晶、碳化硅、硅、氧化锌、砷化镓、尖晶石或晶格常数接近于氮化物半导体的单晶氧化物。
11.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征是该发光层包括多重量子井发光层。
12.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征是该承载器包括硅基板、氮化铝基板、金属基板、或合金基板或陶瓷基板。
13.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征是该承载器包括导线架、印刷电路板或塑料导脚芯片承载器。
14.一种发光二极管封装结构，其特征是包括发光二极管，包括基板；半导体层，设置于该基板上，且具有粗糙表面，其中该半导体层包括第一型掺杂半导体层、发光层以及第二型掺杂半导体层，其中该发光层位于该第一型掺杂半导体层与该第二型掺杂半导体层之间；第一电极，位于该第一型掺杂半导体层上方，且电连接于该第一型掺杂半导体层；第二电极，位于该第二型掺杂半导体层上方，且电连接于该第二型掺杂半导体层；以及承载器，具有粗糙承载表面，其中该承载器包括位于该承载粗糙表面上的第一接点与第二接点，而该发光二极管的该第一电极与该第二电极是朝向该承载器以分别与该第一接点与该第二接点电连接。
15.根据权利要求14所述的发光二极管封装结构，其特征是该基板的表面为粗糙表面。
16.根据权利要求14所述的发光二极管封装结构，其特征是还包括两凸块，分别设置于该第一电极与该第二电极上，其中该第一电极与该第二电极分别通过上述这些凸块和该第一接点与该第二接点电连接。
17.根据权利要求14所述的发光二极管封装结构，其特征是还包括焊料，设置于该第一电极与该第二电极上，其中该第一电极与该第二电极通过该焊料分别与该第一接点与该第二接点电连接。
18.根据权利要求14所述的发光二极管封装结构，其特征是该发光二极管还包括透光导电层，设置于该半导体层上，且该第一电极与该第二电极是位于该透光导电层上。
19.根据权利要求14所述的发光二极管封装结构，其特征是该透光导电层的材质包括铟锡氧化物、铟锌氧化物、氧化铝锌、氧化锌、氧化镍或镍金合金。
20.根据权利要求14所述的发光二极管封装结构，其特征是该第一型掺杂半导体层位于该基板上，该发光层位于该第一型掺杂半导体层上，而该第二型掺杂半导体层位于该发光层上。
21.根据权利要求20所述的发光二极管封装结构，其特征是该第一型掺杂半导体层为p型掺杂半导体层，而该第二型掺杂半导体层为n型掺杂半导体层。
22.根据权利要求20所述的发光二极管封装结构，其特征是该第一型掺杂半导体层为n型掺杂半导体层，而该第二型掺杂半导体层为p型掺杂半导体层。
23.根据权利要求14所述的发光二极管封装结构，其特征是该基板的材质包括氧化铝单晶、碳化硅、硅、氧化锌、砷化镓、尖晶石或晶格常数接近于氮化物半导体的单晶氧化物。
24.根据权利要求14所述的发光二极管封装结构，其特征是该发光层包括多重量子井发光层。
25.根据权利要求14所述的发光二极管封装结构，其特征是该承载器包括硅基板、氮化铝基板、金属基板、合金基板或陶瓷基板。
26.根据权利要求14所述的发光二极管封装结构，其特征是该承载器包括导线架、印刷电路板或塑料导脚芯片承载器。
专利摘要一种发光二极管封装结构，包括发光二极管与承载器。发光二极管包括基板、半导体层、第一电极与第二电极，其中半导体层则位于基板的表面上，且具有粗糙表面。此外，半导体层包括第一型掺杂半导体层、第二型掺杂半导体层与位于两者间的发光层。第一/第二电极位于第一/第二型掺杂半导体层上方，且电连接第一/第二型掺杂半导体层。承载器具有粗糙承载表面，且包括位于粗糙承载表面上的第一接点与第二接点，发光二极管的第一/第二电极是朝向承载器以与第一/第二接点电连接。
文档编号H01L33/00GK2867600SQ20052014286
公开日2007年2月7日 申请日期2005年12月9日 优先权日2005年12月9日
发明者曾焕哲, 温伟值, 潘锡明 申请人:璨圆光电股份有限公司