专利名称：发光二极管晶粒及其制造方法、发光二极管封装结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管及其制造方法。
背景技术：
在现有技术中，发光二极管封装结构一般需要打金线以将发光二极管晶粒的电极与基板的焊垫电连接，发光二极管晶粒的出光一侧需要设置相应的厚金属电极及焊球以与金线连接。然而，焊球及厚金属电极会遮挡光线，从而降低发光二极管晶粒及整个发光二极管封装结构的出光效率。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种出光效率较高的发光二极管晶粒。一种发光二极管晶粒，包括半导体发光结构，该半导体发光结构包括绝缘衬底、N 型三族氮化物半导体层及P型三族氮化物半导体层，绝缘衬底及P型三族氮化物半导体层分别位于半导体发光结构的两端，该绝缘衬底包括相对设置的第一表面及第二表面，N型三族氮化物半导体层形成于绝缘衬底的第一表面，绝缘衬底的第二表面形成导电层，绝缘衬底内形成至少一导电柱，该至少一导电柱贯通半导体发光结构的绝缘衬底，该至少一导电柱连接N型三族氮化物半导体层与导电层。上述发光二极管晶粒的出光一侧不必设置遮光的厚金属电极及焊球，从而提高发光二极管晶粒的出光效率。一种发光二极管封装结构，包括基座、发光二极管晶粒及封装体，发光二极管晶粒固定于基座上，封装体包覆该发光二极管晶粒，发光二极管晶粒包括半导体发光结构，该半导体发光结构包括绝缘衬底、N型三族氮化物半导体层及P型三族氮化物半导体层，绝缘衬底及P型三族氮化物半导体层分别位于半导体发光结构的两端，该绝缘衬底包括相对设置的第一表面及第二表面，N型三族氮化物半导体层形成于绝缘衬底的第一表面，绝缘衬底的第二表面形成导电层，绝缘衬底内形成至少一导电柱，该至少一导电柱贯通半导体发光结构的绝缘衬底，该至少一导电柱连接N型三族氮化物半导体层与导电层。—种发光二极管晶粒制造方法，其包括以下步骤提供半导体发光结构，该半导体发光结构包括绝缘衬底、N型三族氮化物半导体层及P型三族氮化物半导体层，绝缘衬底及 P型三族氮化物半导体层分别位于半导体发光结构的两端，该绝缘衬底包括相对设置的第一表面及第二表面，N型三族氮化物半导体层形成于绝缘衬底的第一表面，于该绝缘衬底的第二表面开设至少一孔，该至少一孔贯通至N型三族氮化物半导体层；于绝缘衬底的第二表面设置金属材料以形成导电层，于该至少一孔内设置金属材料以形成导电柱，该导电柱连接N型三族氮化物半导体层与导电层。下面参照附图，结合具体实施例对本发明作进一步的描述。
图1为本发明一较佳实施方式中的发光二极管封装结构的剖面示意图。图2为本发明的一较佳实施方式中半导体发光结构的绝缘衬底形成孔后的剖面示意图。图3为图2中半导体发光结构形成导电层和导电柱后的剖面示意图。图4为图3中半导体发光结构固定在基板后的剖面示意图。图5为图4中形成绝缘层后的剖面示意图。图6为图5中形成第一窗口和第二窗口后的剖面示意图。图7为图6中形成透明导电层后的剖面示意图。图8为本发明另一较佳实施方式中的发光二极管封装结构的剖面示意图。主要元件符号说明发光二极管封装结构 10、20基座11第一焊垫111第二焊垫112发光二极管晶粒12、22封装体13、23基板14、24第一导电区141第二导电区142绝缘材料143半导体发光结构15、25绝缘衬底151N型三族氮化物半导体层153有源层154P型三族氮化物半导体层157绝缘层16、26第一窗口161第二窗口162透明导电层17、27第一覆盖部171连接部172第二覆盖部173第一表面181第二表面182导电柱183导电层184孔19
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明作进一步的详细说明。请参阅图1，本发明实施方式提供的发光二极管封装结构10包括基座11、发光二极管晶粒12及封装体13。基座11上设置相互绝缘的第一焊垫111与第二焊垫112。请一并参阅图7，发光二极管晶粒12包括基板14、半导体发光结构15、绝缘层16 及透明导电层17。基板14包括相互绝缘的第一导电区141与第二导电区142，第一导电区 141与第二导电区142通过绝缘材料143连接。半导体发光结构15为垂直电导通结构，包括依次层叠的绝缘衬底151、N型三族氮化物半导体层153、有源层巧4及P型三族氮化物半导体层157。绝缘衬底151与P型三族氮化物半导体层157分别位于半导体发光结构15的两端。绝缘衬底151包括相对设置的第一表面181及第二表面182，第一表面181位于绝缘衬底151的顶端，第二表面182位于绝缘衬底151的底端。N型三族氮化物半导体层153形成于绝缘衬底151的第一表面181。绝缘衬底151的第二表面182形成导电层184，导电层184固定于基板14的第二导电区142上。绝缘衬底151内形成至少一导电柱183，该至少一导电柱183贯通半导体发光结构15的绝缘衬底151，该至少一导电柱183连接N型三族氮化物半导体层153与导电层 184。透明导电层17连接基板14的第一导电区141与P型三族氮化物半导体层157之间。绝缘层16使得透明导电层17与半导体发光结构15的任一侧壁绝缘，即绝缘层16使得透明导电层17与半导体发光结构15除P型三族氮化物半导体层157以外的其他部分绝缘。进一步而言，绝缘层16使得透明导电层17与基板14的第二导电区142绝缘。在本实施方式中，透明导电层17采用透明金属、铟锡金属氧化物或者碳纳米管薄膜其中一种；绝缘层16采用二氧化硅或者氮化硅，绝缘层16优选采用透明电绝缘材料。 绝缘层16覆盖半导体发光结构15及基板14，绝缘层16具有第一窗口 161及第二窗口 162，第一窗口 161位于P型三族氮化物半导体层157且使得部分P型三族氮化物半导体层157裸露，第二窗口 162位于基板14的第一导电区141且使得第一导电区141裸露。 透明导电层17包括第一覆盖部171、连接部172及第二覆盖部173，第一覆盖部171覆盖绝缘层16的第一窗口 161，第二覆盖部173覆盖绝缘层16的第二窗口 162，连接部172连接于第一覆盖部171与第二覆盖部173之间。发光二极管晶粒12固定在基座11上，封装体13包覆发光二极管晶粒12。在本实施方式中，发光二极管晶粒12的基板14的第一导电区141固定在基座11的第一焊垫111 上，基板14的第二导电区142固定在基座11的第二焊垫112上，外部电源向第一焊垫111 及第二焊垫112施加电压，发光二极管晶粒12即可发光。上述的半导体发光结构15的绝缘衬底151内形成导电柱183，无须采用蚀刻工艺露出N型三族氮化物半导体层153以制作N型电极。并且，半导体发光结构15为垂直电导通，相对于横向电导通而言，半导体发光结构15的电流分布更均勻，出光效率更高，导热性能更佳。进一步而言，上述的发光二极管封装结构10无须打金线，发光二极管晶粒12的P 型三族氮化物半导体层157上不必设置遮光的厚金属电极及焊球，即发光二极管晶粒12的出光一侧不必设置遮光的厚金属电极及焊球，更多的光线可以射出发光二极管晶粒12，从而提高发光二极管晶粒12及整个发光二极管封装结构10的出光效率。并且，发光二极管封装结构10没有金线，从而避免在使用过程中金线崩断，延长发光二极管封装结构10的使用寿命并提高其使用可靠度。更进一步而言，发光二极管晶粒12通过导热性能较佳的金属材料直接与基座11的焊垫连接，发光二极管晶粒12所产生的热量可以更快的被散发到外界空气中。请一并参阅图2至图7，本发明实施方式提供的一种发光二极管晶粒12的制造方法包括以下几个步骤提供半导体发光结构15，于该绝缘衬底151的第二表面182开设至少一孔19，该至少一孔19贯通至N型三族氮化物半导体层153。于绝缘衬底151的第二表面182设置金属材料以形成导电层184，于该至少一孔 19内设置金属材料以形成导电柱183，该导电柱183连接N型三族氮化物半导体层153与导电层184。提供基板14，该基板14包括相互绝缘的第一导电区141与第二导电区142，将半导体发光结构15的导电层184固定于基板的第二导电区上。于基板14及半导体发光结构15上形成绝缘层16，形成绝缘层16的方法可以采用物理蒸镀或者化学蒸镀。绝缘层16上形成第一窗口 161及第二窗口 162，第一窗口 161位于P型三族氮化物半导体层157且使得P型三族氮化物半导体层157裸露，第二窗口 162位于基板14的第一导电区141且使得第一导电区141裸露。去除绝缘层16的方法可以采用干蚀刻或者湿蚀刻。形成透明导电层17，透明导电层17连接基板14的第一导电区141与P型三族氮化物半导体层157。该透明导电层17包括第一覆盖部171、连接部172及第二覆盖部173， 第一覆盖部171覆盖绝缘层16的第一窗口 161，第二覆盖部173覆盖绝缘层16的第二窗口 162，连接部172连接于第一覆盖部171与第二覆盖部173之间。形成透明导电层17的方法可采用电镀、化镀、溅镀、电子束或者蒸镀等方法。图8示出本发明另一较佳实施方式提供的发光二极管封装结构20。与上一实施方式不同之处在于发光二极管封装结构20包括发光二极管晶粒22及封装体23，封装体23 位于发光二极管晶粒22的基板M上且直接包覆该发光二极管晶粒22的半导体发光结构 25、绝缘层沈及透明导电层27。
权利要求
1.一种发光二极管晶粒，包括半导体发光结构，该半导体发光结构包括绝缘衬底、N型三族氮化物半导体层及P型三族氮化物半导体层，绝缘衬底及P型三族氮化物半导体层分别位于半导体发光结构的两端，该绝缘衬底包括相对设置的第一表面及第二表面，N型三族氮化物半导体层形成于绝缘衬底的第一表面，其特征在于绝缘衬底的第二表面形成导电层，绝缘衬底内形成至少一导电柱，该至少一导电柱贯通半导体发光结构的绝缘衬底，该至少一导电柱连接N型三族氮化物半导体层与导电层。
2.如权利要求1所述的发光二极管晶粒，其特征在于还包括基板、绝缘层及透明导电层，该基板包括相互绝缘的第一导电区与第二导电区，半导体发光结构为垂直电导通结构， 该导电层固定于基板的第二导电区上，透明导电层连接基板的第一导电区与P型三族氮化物半导体层，透明导电层与基板的第二导电区电绝缘，该绝缘层使得透明导电层与半导体发光结构的除P型三族氮化物半导体层以外的其他部分绝缘。
3.如权利要求2所述的发光二极管晶粒，其特征在于绝缘层覆盖半导体发光结构及基板，绝缘层具有第一窗口及第二窗口，第一窗口位于P型三族氮化物半导体层且使得P型三族氮化物半导体层裸露，第二窗口位于基板的第一导电区且使得第一导电区裸露，透明导电层包括第一覆盖部、连接部及第二覆盖部，第一覆盖部覆盖绝缘层的第一窗口，第二覆盖部覆盖绝缘层的第二窗口，连接部连接于第一覆盖部与第二覆盖部之间。
4.如权利要求2所述的发光二极管晶粒，其特征在于该绝缘层使得透明导电层与半导体发光结构的侧壁绝缘。
5.如权利要求1所述的发光二极管晶粒，其特征在于该半导体发光结构还包括有源层，绝缘衬底、N型三族氮化物半导体层、有源层及P型三族氮化物半导体层依次层叠。
6.如权利要求1所述的发光二极管晶粒，其特征在于该绝缘衬底的材料为蓝宝石。
7.一种发光二极管封装结构，包括基座、发光二极管晶粒及封装体，发光二极管晶粒固定于基座上，封装体包覆该发光二极管晶粒，其特征在于该发光二极管晶粒为权利要求1 至6中任意一项所述的发光二极管晶粒。
8.一种发光二极管晶粒制造方法，其包括以下步骤提供半导体发光结构，该半导体发光结构包括绝缘衬底、N型三族氮化物半导体层及P 型三族氮化物半导体层，绝缘衬底及P型三族氮化物半导体层分别位于半导体发光结构的两端，该绝缘衬底包括相对设置的第一表面及第二表面，N型三族氮化物半导体层形成于绝缘衬底的第一表面，于该绝缘衬底的第二表面开设至少一孔，该至少一孔贯通至N型三族氮化物半导体层；于绝缘衬底的第二表面设置金属材料以形成导电层，于该至少一孔内设置金属材料以形成导电柱，该导电柱连接N型三族氮化物半导体层与导电层。
9.如权利要求8所述的发光二极管晶粒制造方法，其特征在于还包括以下步骤提供基板，该基板包括相互绝缘的第一导电区与第二导电区，将半导体发光结构的导电层固定于基板的第二导电区上；于基板及半导体发光结构上形成绝缘层；绝缘层上形成第一窗口及第二窗口，第一窗口位于P型三族氮化物半导体层且使得P 型三族氮化物半导体层裸露，第二窗口位于基板的第一导电区且使得第一导电区裸露；形成透明导电层，透明导电层连接基板的第一导电区与P型三族氮化物半导体层。
10.如权利要求9所述的发光二极管晶粒制造方法，其特征在于该透明导电层包括第一覆盖部、连接部及第二覆盖部，第一覆盖部覆盖绝缘层的第一窗口，第二覆盖部覆盖绝缘层的第二窗口，连接部连接于第一覆盖部与第二覆盖部之间。
11.一种发光二极管封装结构，包括发光二极管晶粒及封装体，其特征在于该发光二极管晶粒为权利要求2至6中任意一项所述的发光二极管晶粒，封装体位于发光二极管晶粒的基板上且包覆该发光二极管晶粒的半导体发光结构、绝缘层及透明导电层。
全文摘要
一种发光二极管晶粒，包括半导体发光结构，该半导体发光结构包括绝缘衬底、N型三族氮化物半导体层及P型三族氮化物半导体层，绝缘衬底及P型三族氮化物半导体层分别位于半导体发光结构的两端，该绝缘衬底包括相对设置的第一表面及第二表面，N型三族氮化物半导体层形成于绝缘衬底的第一表面，绝缘衬底的第二表面形成导电层，绝缘衬底内形成至少一导电柱，该至少一导电柱贯通半导体发光结构的绝缘衬底，该至少一导电柱连接N型三族氮化物半导体层与导电层。上述发光二极管晶粒的出光一侧不必设置遮光的厚金属电极及焊球，从而提高发光二极管晶粒的出光效率。本发明还公开一种发光二极管晶粒制造方法及发光二极管封装结构。
文档编号H01L33/42GK102593302SQ20111000542
公开日2012年7月18日 申请日期2011年1月10日 优先权日2011年1月10日
发明者凃博闵, 林雅雯, 黄世晟 申请人:展晶科技(深圳)有限公司, 荣创能源科技股份有限公司