專利名稱：半導體發光裝置及其封裝結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體發光裝置及其封裝結構，尤其關于一種具有波長轉換結構及一透明膠材的半導體發光裝置及其封裝結構。
背景技術：
發光二極管(Light-emitting Diode ;LED)為一種半導體固態元件，至少包含一p-n結(p-n junction),此p-n結形成于P型與η型半導體層之間。當在ρ_η結上施加一定程度的偏壓時，P型半導體層中的空穴與η型半導體層中的電子將會結合而釋放出光。此光產生的區域一般又稱為有源區(activeregion)。··
LED的主要特征在于尺寸小、發光效率高、壽命長、反應快速、可靠度高和色度良好，目前已經廣泛使用在電器、汽車、招牌和交通號志上。隨著全彩LED的問世，LED已逐漸取代如熒光燈和白熱燈泡等傳統照明設備。—般是以LED裸芯搭配波長轉換材料(如突光粉)來產生白光，波長轉換材料在被LED裸芯所發出的藍光照射后會激發黃光、綠光或紅光，將藍光和黃光、綠光或紅光混合之后即可產生白光。為了確使LED裸芯所發出的光可以通過波長轉換材料并于混合后產生所需的光，波長轉換材料必須完全地覆蓋在LED裸芯可能出光之處。然而光所射出的方向沒有特定方向，若波長轉換材料沒有完全地覆蓋在LED裸芯可能出光之處，使部分光線未能通過波長轉換材料，如邊射的光，會導致光的波長轉換效率降低。另一方面，若波長轉換材料完全地包覆LED裸芯，雖可提高波長轉換的效率，但是卻容易造成散熱不易等問題。將波長轉換材料均勻地覆蓋在LED裸芯上并不容易。當覆蓋在LED裸芯上的波長轉換材料厚度不均勻時，由于較厚的波長轉換材料會比較薄的波長轉換材料吸收較多的光，射向不同方向的光經過厚度相異的波長轉換材料所激發出來的色光會因此有所差異。
發明內容
本發明提供一種半導體發光裝置，其包含一導電基板、一半導體發光疊層、一透明膠材及一波長轉換結構。半導體發光疊層所發的原色光透過透明膠材由波長轉換結構轉換后產生與原色光波長相異的變色光。此外，導電基板與半導體發光疊層之間更至少包含一反射層。本發明提供一種半導體發光裝置，其包含一導電基板、一半導體發光疊層、一透明膠材、與均勻分布于透明膠材中的一波長轉換材料。半導體發光疊層所發的原色光經過波長轉換材料產生與原色光波長相異的變色光。此外，導電基板與半導體發光疊層之間更至少包含一反射層。本發明提供一種半導體發光裝置，其包含一導電基板、一半導體發光疊層、一透明膠材、存在于透明膠材中的一波長轉換結構。半導體發光疊層所發的原色光經過透明膠材后由波長轉換結構轉換產生與原色光波長相異的變色光。此外，導電基板與半導體發光疊層之間更至少包含一反射層。本發明提供一種半導體發光裝置封裝結構，包含一半導體發光裝置、一碗杯、一封裝支架、一透明膠材及一波長轉換結構。其中半導體發光裝置置于碗杯中，將透明膠材充填于碗杯，其高度至少大于半導體發光裝置高度，再將波長轉換結構設置于透明膠材之上。此外，透明膠材與波長轉換結構之間還至少包含一波長選擇薄膜(w avelength selectionfilm, WSF)。最后在半導體發光裝置與封裝支架間形成電性連結。
圖1-5顯示依據本發明一實施例的半導體發光裝置100的剖面圖。圖6系顯示依據本發明另一實施例的半導體發光裝置200的剖面圖。圖7系顯示依據本發明另一實施例的半導體發光裝置300的剖面圖。圖8A至8C顯示依據本發明另一實施例的半導體發光裝置400的剖面圖。圖9顯示依據本發明一實施例的半導體發光裝置封裝結構I的剖面圖。圖10顯示依據本發明另一實施例的半導體發光裝置封裝結構2的剖面圖。圖11顯示依據本發明另一實施例的半導體發光裝置封裝結構3的剖面圖。附圖標記說明1、2、3半導體發光裝置封裝設計11導電基板12接合層13、14電極15透明膠材16波長轉換結構17、33反射壁18波長選擇薄膜21成長基板22外延結構23第一電性半導體層24有源層25第二電性半導體層26第二電性接觸層27反射層31支架32碗杯100、200、300、400、500 半導體發光裝置
具體實施例方式圖5為半導體發光裝置結構100的剖面圖，其制作程序如圖I至圖5所示。圖I所示以一發光二極管為例，包含一成長基板21，其材料可為砷化鎵、硅、碳化硅、藍寶石、磷化銦、磷化鎵、氮化鋁或氮化鎵等。接著，在成長基板21上形成外延結構22。外延結構22通過一外延工藝所形成，例如有機金屬氣相沉積外延法(MOCVD)、液相外延法(LPE)或分子束外延法(MBE)等外延工藝。此外延結構22至少包含一第一電性半導體層23，例如為一 η型磷化鋁鎵銦(AlxGa1JyIrvyP層或一 η型氮化鋁鎵銦(AlxGa1J yIrvyN層；一有源層24，例如為磷化鋁鎵銦(AlxGa1JyIrvyP或氮化鋁鎵銦(AlxGa1J yIrvyN所形成的多重量子阱結構；以及一第二電性半導體層25，例如為一 P型磷化鋁鎵銦(AlxGa1JyIrvyP層或一 P型氮化鋁鎵銦(AlxGa1JyIrvyN層。另外，本實施例的有源層24可由例如同質結構、單異質結構、雙異質結構、或是多重量子阱結構所堆疊而成。接著，在外延結構22上形成一第二電性接觸層26及一反射層27。第二電性接觸層26的材料可為氧化銦錫(Indium Tin Oxide)、氧化銦(IndiumOxide)、氧化錫(Tin Oxide)、氧化鎘錫(Cadmium Tin Oxide)、氧化鋒(ZincOxide)、氧化續(Magnesium Oxide)或氮化 鈦(Titanium Nitride)等導電氧化物材料。反射層27可為金屬材料,例如招、金、鉬、鋅、銀、鎳、鍺、銦、錫等金屬或其合金；也可由金屬和氧化物組合而成，例如氧化銦錫/銀(ΙΤ0/Ag)、氧化銦錫/氧化鋁/銀(ITO/AlOx/Ag)、氧化銦錫/氧化鈦/氧化硅(ITO/TiOx/SiOx)、氧化鈦/氧化硅/鋁(TiOx/SiOx/Al)、氧化銦錫/氮化硅/鋁(ITO/SiNx/Al)、氧化銦錫/氮化硅/銀(ITO/SiNx/Ag)、氧化銦錫/氮化硅/氧化鋁/鋁(IT0/SiNX/Al203/Al)、或氧化銦錫/氮化硅/氧化鋁/銀(IT0/SiNX/Al203/Ag)等。如圖2所不,包含一導電基板11，其上具有一接合層12。接著，如圖I所示將具有反射層27的外延結構22接合于如圖2所示的接合層12之上，并移除成長基板21 (圖未示)，如圖3所示。接合層12的材料可為金屬，例如錫化金(AuSn)、銀化銦(InAg)、金化銦(InAu)JB (In)、金(Au)、鋁(Al)與銀(Ag)等或上述金屬的合金。分別在第一電性半導體層23之上及導電基板11背面形成電極13、14 (如圖4所示)。再于第一電性半導體層23的上電極以外的區域涂布一層厚度至少為0. 3mm的透明膠材15，此透明膠材可為環氧樹脂(Epoxy)，且透明膠材涂布面積不大于外延結構面積。再于透明膠材側邊形成一反射壁17。將波長轉換結構16覆蓋整個透明膠材的上表面，其中波長轉換結構16至少由一種波長轉換材料所構成。即形成一半導體發光裝置結構100 (如圖5所示)。當外延結構22被注入電流后，可激發出一原色光，此原色光經過透明膠材15后，因透明膠材穿透率接近99-100%，且側向發光會被側邊的反射壁17把光反射回來，所以光取出效率不會降低。此原色光再進入波長轉換結構16，會被波長轉換結構內的波長轉換材料吸收，產生一波長與原色光波長相異的變色光。因波長轉換材料不限于一種，因此變色光可能含有多種顏色。在本實施例中，波長轉換材料為熒光粉，例如Y3Al5O1215除此之外，波長轉換材料亦包含但不限于 Gd3Ga5012:Ce、(Lu, Y)3Al5012: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) 2Si04:Eu、(Ca, Sr, Ba) Si2O2N2 = Eu ;優選地為非電絕緣性材料，如CdZnSe。圖6為另一實施例半導體發光裝置結構200的剖面圖。其前段制作程序與前一實施例相同，如圖I至圖4所示。接著在第一電性半導體層23的上電極以外的區域涂布一層厚度至少為O. 3mm的透明膠材15，此透明膠材可為環氧樹脂(Epoxy)，且透明膠材涂布面積不大于外延結構面積。再于透明膠材側邊形成一反射壁17，將至少一種波長轉換材料均勻分布于透明膠材內，即形成一半導體發光裝置結構200，如圖6所示。當外延結構22被注入電流后，可激發出一原色光，此原色光經過具有波長轉換材料均勻分布的透明膠材后，該原色光被波長轉換材料吸收，產生一波長與原色光波長相異的變色光。因波長轉換材料不限于一種，因此變色光可能含有多種顏色。圖7為再一實施例半導體發光裝置結構300的剖面圖。其前段制作程序與前一實施例相同，如圖I至圖4所示。接著在第一電性半導體層23的上電極以外的區域涂布一層厚度至少為O. 3mm的透明膠材15，此透明膠材15可為環氧樹脂(Epoxy)，且透明膠材15涂布面積不大于外延結構面積。再于透明膠材15側邊形成一反射壁17，另形成一層波長轉換結構16于透明膠材15中，其中波長轉換結構16至少包含一種波長轉換材料，即形成一半導體發光裝置結構300，如圖7所示。當外延結構22被注入電流后，可激發出一原色光，此原色光經過透明膠材15后，因透明膠材15穿透率接近99-100%，且側向發光會被側邊的反·射壁17把光反射回來，所以光取出效率不會降低。此原色光再進入波長轉換結構16，會被波長轉換材料吸收，產生一波長與原色光波長相異的變色光。因波長轉換材料不限于一種，因此變色光可能含有多種顏色。最后經過上方的透明膠材而出光。圖8A為半導體發光裝置結構400的俯視圖，圖8B為依沿a’ a’虛線切開，由箭號a方向看去所得的結構剖面圖，圖SC為沿b’ b’虛線切開，由依箭號b方向看去所得的結構剖面圖。其前段制作程序與前一實施例相同，如圖I至圖3所示。當移除成長基板21后(圖未不)，在外延結構22側面自第一電性半導體層23、有源層24、第二電性半導體層25、第二電性接觸層26、反射層27、至接合層12依序由上至下蝕刻至導電基板11上表面后，再分別于第一電性半導體層23之上及導電基板11背面形成電極13、14。接下來，在第一電性半導體層23的上電極以外的區域涂布一層厚度至少為O. 3mm的透明膠材15，此透明膠材可為環氧樹脂(Epoxy)，且透明膠材涂布面積不大于外延結構面積。將波長轉換結構16覆蓋整個透明膠材的上表面，其中波長轉換結構16至少由一種波長轉換材料所構成。為避免發光二極管側向發光逸失，還在透明膠材15側邊及自第一電性半導體層23、有源層24、第二電性半導體層25、第二電性接觸層26、反射層27、至接合層12等以上各層側邊形成一反射壁17，即形成一半導體發光裝置結構400，如圖SC所示。當外延結構22被注入電流后，可激發出一原色光，此原色光經過透明膠材15后，因透明膠材穿透率接近99-100%，且側向發光會被側邊反射壁17把光反射回來，所以光取出效率不會降低。此原色光再進入波長轉換結構16，會被波長轉換材料吸收，產生一波長與原色光波長相異的變色光。因波長轉換材料不限于一種，因此變色光可能含有多種顏色。相同設計概念也可以應用于半導體發光裝置封裝結構1，如圖9所示。一半導體發光裝置500固定于一支架31上，通過電性連結將此發光裝置電性連結于支架上的電路。支架之上有一碗杯32，碗杯內側有一反射壁33，且反射壁部分區域與支架間夾角約45度。充填一透明膠材15于碗杯內，且透明膠材高度至少大于半導體發光裝置500的高度，此透明膠材可為環氧樹脂(Epoxy);且透明膠材涂布面積不大于外延結構面積。再形成一波長轉換結構16于透明膠材之上，即形成半導體發光裝置封裝結構I。半導體發光裝置500所產生的原色光經過透明膠材15后，因透明膠材穿透率接近99-100%，且側向發光會被反射壁33把光反射回來，所以光取出效率不會降低。此原色光再進入波長轉換結構16，會被波長轉換結構內的波長轉換材料吸收，產生一波長與原色光波長相異的變色光。因波長轉換材料不限于一種，因此變色光可能含有多種顏色。圖10為半導體發光裝置封裝結構2的剖面圖。其大部分制作程序與半導體發光裝置封裝結構I相似，但還包含一波長選擇薄膜(wavelengthselection film,WSF) 18形成于透明膠材15與波長轉換結構16之間，其功能為使可見光通過往波長轉換結構方向前進，但被波長轉換結構反射回的可見光則無法通過此薄膜。碗杯內側的反射壁33設計可以如圖11所示，其反射效果比圖10更佳。
惟上述實施例僅為例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何本領域的技術人員均可在不違背本發明的技術原理及精神的情況下，對上述實施例進行修改及變化。因此本發明的權利保護范圍如后述的權利要求所列。
權利要求
1.一種半導體發光裝置，包含 一半導體發光疊層； 一透明膠材，僅位于該半導體發光疊層的一側； 一波長轉換結構，位于該透明膠材之中或其上 '及 一反射壁，位于該透明膠材的側邊。
2.—種半導體發光裝置，包含 一半導體發光疊層； 一透明膠材，僅位于該半導體發光疊層的一側； 至少一種波長轉換材料，分散于該透明膠材之中 '及 一反射壁，位于該透明膠材的側邊。
3.一種半導體發光裝置，包含 一半導體發光疊層； 一波長轉換結構，位于該半導體發光疊層之上 '及 一反射壁，位于該波長轉換結構的側邊。
4.如權利要求I或2所述的半導體發光裝置，其中該透明膠材的面積不大于該半導體發光疊層的面積。
5.如權利要求I或2所述的半導體發光裝置，其中該透明膠材的厚度至少為O.3mm。
6.如權利要求I或3所述的半導體發光裝置，其中該波長轉換結構包含一非電絕緣性材料。
7.如權利要求1、2或3所述的半導體發光裝置，其中該反射壁位于該半導體發光疊層的側邊。
8.如權利要求I、2或3所述的半導體發光裝置，還包含一電極，位于該半導體發光疊層之上，且未被該透明膠材所覆蓋。
9.如權利要求1、2或3所述的半導體發光裝置，還包含一接合層位于該半導體發光疊層之下。
10.如權利要求9所述的半導體發光裝置，還包含一基板，位于該接合層之下。
11.如權利要求10所述的半導體發光裝置，還包含一反射層，位于該基板及該半導體發光疊層之間。
12.如權利要求11所述的半導體發光裝置，還包含一導電氧化物材料，位于該基板及該半導體發光疊層之間。
13.如權利要求2所述的半導體發光裝置，其中該至少一種波長轉換材料包含一種非電絕緣性材料。
全文摘要
本發明披露一種半導體發光裝置及其封裝結構。該半導體發光裝置具有一半導體發光元件、一透明膠材以及一波長轉換結構。半導體發光元件所發的原色光經過波長轉換結構激發出與原色光波長相異的變色光。
文檔編號H01L33/54GK102903832SQ201210401928
公開日2013年1月30日 申請日期2008年9月12日 優先權日2008年9月12日
發明者許嘉良 申請人:晶元光電股份有限公司