CN103378233B - 发光二极管晶粒及使用该晶粒的发光二极管封装结构 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管晶粒，包括基板和磊晶层，所述磊晶层包括依次设置在基板上的第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述发光二极管晶粒还包括电极及容置部，所述电极包括第一电极、第二电极及共用电极，所述第一电极和第二电极与第二半导体层电连接，所述容置部形成于所述磊晶层出光面的中间位置并贯通所述第二半导体层和有源层，所述共用电极设置在所述容置部内并位于所述第一半导体层上。本发明还涉及一种使用该发光二极管晶粒的发光二极管封装结构。所述发光二极管晶粒及使用该发光二极管晶粒的发光二极管封装结构，增加了晶粒两侧出光范围同时削弱了晶粒中央出光光强，获得均匀的出光。

Description

发光二极管晶粒及使用该晶粒的发光二极管封装结构
技术领域
本发明涉及一种半导体结构，尤其涉及一种发光二极管晶粒及使用该发光二极管晶粒的发光二极管封装结构。
背景技术
发光二极管作为一种高效的发光源，具有环保、省电、寿命长等诸多特点已经被广泛的运用于各种领域。
请参阅图1及图2，现有技术中发光二极管晶粒100的出光角度一般为90度至120度，其出光角中央(出光角约为0度至30度)的光线强度较强，周围的光线强度较弱导致整个发光二极管晶粒100的出光不均匀。为了改善发光二极管晶粒100的出光均匀性，常在发光二极管晶粒100正上方形成一透镜，采用这种方法制成的发光二极管封装结构，由于发光二极管晶粒100自身结构的限制，发光二极管晶粒100出射的光线主要集中在出光角中央，经过透镜折射出的光线两侧出光较弱中央较强的现象仍然存在。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种出光均匀的发光二极管晶粒及使用该发光二极管晶粒的发光二极管封装结构。
一种发光二极管晶粒，包括基板和磊晶层，所述磊晶层包括依次设置在基板上的第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述发光二极管晶粒还包括电极及容置部，所述电极包括第一电极、第二电极及共用电极，所述第一电极和第二电极与第二半导体层电连接，所述容置部形成于所述磊晶层出光面的中间位置并贯通所述第二半导体层和有源层，所述共用电极设置在所述容置部内并位于所述第一半导体层上，所述发光二极管晶粒还包括一通槽，所述通槽将磊晶层分隔成两个独立的发光部分。
一种使用该发光二极管晶粒的发光二极管封装结构，在所述发光二极管晶粒上方形成一透镜，所述透镜环绕覆盖所述发光二极管晶粒。
与现有技术相比，本发明提供的发光二极管晶粒及发光二极管封装结构在不减少有源层发光面积的基础上，通过改变发光二极管晶粒的磊晶层的结构，改变了出光分布，既有效地增加了发光二极管晶粒两侧出光范围，同时还削弱了发光二极管晶粒中央出光光强，从而获得均匀的出光效果。
下面参照附图，结合具体实施例对本发明作进一步的描述。
附图说明
图1是现有技术中发光二极管封装结构的剖面示意图。
图2是图1中发光二极管晶粒剖面示意图。
图3是本发明第一实施例中发光二极管晶粒俯视图。
图4是本发明第一实施例中发光二极管晶粒沿图3中IV-IV方向的剖视图。
图5是本发明第二实施例中发光二极管晶粒俯视图。
图6是本发明第二实施例中发光二极管晶粒沿图5中VI-VI方向的剖视图。
图7是本发明第一实施例中发光二极管晶粒覆盖透镜后的剖面示意图。
图8是本发明第二实施例中发光二极管晶粒覆盖透镜后的剖面示意图。
图9是本发明第三实施例中发光二极管晶粒俯视图。
图10是本发明第三实施例中发光二极管晶粒沿图9中X-X方向的剖视图。
图11是本发明第四实施例中发光二极管晶粒俯视图。
图12是本发明第四实施例中发光二极管晶粒沿图11中XII-XII方向的剖视图。
主要元件符号说明
发光二极管晶粒10、10a、10b、10c、100
基板11
磊晶层12
第一半导体层121
有源层122
第二半导体层123
透明导电层13
第一电极14
第二电极15
共用电极16
容置部17、17a
金属线18
第三电极19
第四电极20
透镜30
通槽40、50
第一通槽401
第二通槽402
第三通槽403
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下将结合附图3-12对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图4，本发明第一实施例的发光二极管晶粒10包括基板11、磊晶层12、透明导电层13、第一电极14、第二电极15和共用电极16。
该基板11的材料可以为蓝宝石(Al2O3)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、氮化镓(GaN)或氧化锌(ZnO)中的一种。
该磊晶层12包括第一半导体层121、第二半导体层123以及夹设于该第一半导体层121和第二半导体层123之间的有源层122。该第一半导体层121、有源层122和第二半导体层123依次设置于基板11上。在本实施方式中该第一半导体层121与第二半导体层123为不同掺杂型半导体层，具体地，第一半导体层121为N型半导体层，第二半导体层123为P型半导体层。在其他实施方式中，第一半导体层121也可以为P型半导体层，第二半导体层123为N型半导体层。该有源层122可为单量子阱结构或多量子阱结构，量子阱结构可由氮化铟(InN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)、铟镓铝氮(InGaAlN)等材料之一构成。
在该磊晶层12远离基板11的表面上形成透明导电层13，该透明导电层13采用氧化铟锡(ITO)材料构成。
该磊晶层12出光面的中间位置设有一容置部17，该容置部17贯通该发光二极管晶粒10的透明导电层13、第二半导体层123、有源层122和部分第一半导体层121，该容置部17的底部位于第一半导体层121之上。该容置部17为该透明导电层13、第二半导体层123、有源层122和部分第一半导体层121的中间位置部分对应挖空而成。在其他实施例中，该容置部17可以贯通该发光二极管晶粒10的透明导电层13、第二半导体层123和有源层122直至第一半导体层的上表面，该容置部17的底部位于第一半导体层121之上。
该第一电极14和第二电极15分别设于该透明导电层13的两侧，以与该第二半导体层123电连接，该共用电极16设于该容置部17内并位于该第一半导体层121上。在本实施方式中，该第一电极14和该第二电极15为P型电极，该共用电极16为N型电极。当然，在其他实施方式中第一电极14、第二电极15和共用电极16可根据第一半导体层121和第二半导体层123的不同而对应设置，且该第一电极14和第二电极15可直接设于该第二半导体层123上并与该第二半导体层123电连接，而无需透明导电层13。
请参阅图3，自该第一电极14和该第二电极15表面分别延伸出若干金属线18，这些金属线18的设置能够使电流在透明导电层13上扩散得更加均匀。在本实施例中，该容置部17为一顶面开口的圆柱形凹槽。
如图5和图6所示为本发明第二实施例的发光二极管晶粒10a。该实施例与第一实施例不同之处在于在本实施例中的容置部17a为一长条形凹槽，该容置部17a的两端分别向外延伸至发光二极管晶粒10a外表面，该容置部17a将透明导电层13、第二半导体层123及有源层122分别分隔为不相连的两部分。本实施例中，被容置部17a分隔的两部分通过第一半导体层121实现电连接。
请参阅图7和图8，第一实施例和第二实施例中该发光二极管晶粒10和发光二极管晶粒10a上方形成一透镜30，该透镜30环绕覆盖发光二极管晶粒10和发光二极管晶粒10a。该透镜30的厚度从中间到两侧先增加后减少，形成一左右对称的构造。
相比现有技术中提到的发光二极管晶粒结构，第一实施例和第二实施例中该发光二极管晶粒10和发光二极管晶粒10a的结构在不减少有源层122发光面积的基础上，通过改变发光二极管晶粒10和发光二极管晶粒10a的磊晶层12的结构，改变了出光分布，既有效地增加了发光二极管晶粒10和发光二极管晶粒10a两侧出光范围，同时还削弱了发光二极管晶粒10和发光二极管晶粒10a的中央出光光强，从而获得均匀的出光效果，再配合该透镜30的作用，更进一步增加了出光范围，同时获得更加均匀的出光效果。
图9和图10所示为本发明第三实施例的发光二极管晶粒10b。该发光二极管晶粒10b在第一实施例中该发光二极管晶粒10结构的基础上进一步形成一通槽40，该通槽40将该透明导电层13及磊晶层12分隔成电性不相连的两部分。在本实施例中，该通槽40由第一通槽401、第二通槽402和第三通槽403构成。该第一通槽401自该容置部17的底部向第一半导体层121延伸并贯通第一半导体层121直至基板11的上表面，该第一通槽401为一长条形凹槽，该凹槽的长度与圆柱形容置部17的直径相同。分别自该第一通槽401的两端沿着容置部17的径向向外并向发光二极管晶粒10b的出光面延伸形成一第二通槽402及一第三通槽403，该第二通槽402和该第三通槽403均贯通透明导电层13和磊晶层12直至基板11的上表面并沿该容置部17的径向向外延伸至发光二极管晶粒10b外表面。该第一通槽401、第二通槽402和第三通槽403均为长条形。与第一实施例中相比，本实施例中的共用电极16包括一第三电极19和第四电极20，该第三电极19和该第四电极20分别设置在容置部17内，并位于第一通槽401两侧的第一半导体层121上。
图11和图12所示为本发明第四实施例的发光二极管晶粒10c。该发光二极管晶粒10c在第二实施例中发光二极管晶粒10a结构的基础上进一步在容置部17a的底部形成一通槽50，该通槽50自容置部17a的底部向第一半导体层121延伸并贯通第一半导体层121直至基板11的上表面。在本实施例中，该通槽50为一长条形凹槽，该通槽50的两端分别延伸至发光二极管晶粒10c的外表面。该通槽50将磊晶层12分隔成两个电性互不连通的发光部分。与第二实施例中相比，本实施例中的共用电极16包括一第三电极19和第四电极20，该第三电极19和该第四电极20分别设置在容置部17a内，并位于通槽50两侧的第一半导体层121上。
在第三实施例和第四实施例中，该磊晶层12分别被通槽40和通槽50分隔成两个电性互不连通的发光部分，由此通过电路可分别控制该发光二极管晶粒10b和发光二极管晶粒10c单边发光或全体发光。可以理解的，为进一步增加出光均匀性，还可在第三和第四实施例中发光二极管晶粒10b和发光二极管晶粒10c的上方形成一环绕覆盖发光二极管晶粒10b和发光二极管晶粒10c的透镜30，该透镜30的厚度从中间到两侧先增加后减少，形成一左右对称的构造。
在本发明第一实施例、第二实施例、第三实施例和第四实施例中，为提高成长在该基板11上的第一半导体层121、有源层122、第二半导体层123品质，在成长该第一半导体层121之前，还可先在该基板11上成长一个采用氮化镓(GaN)或氮化铝(AlN)等形成的缓冲层(图未示)。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种发光二极管晶粒，包括基板和磊晶层，所述磊晶层包括依次设置在基板上的第一半导体层、有源层和第二半导体层，其特征在于：所述发光二极管晶粒还包括电极及容置部，所述电极包括第一电极、第二电极及共用电极，所述第一电极和第二电极与第二半导体层电连接，所述容置部形成于所述磊晶层出光面的中间位置并贯通所述第二半导体层和有源层，所述共用电极设置在所述容置部内并位于所述第一半导体层上，所述发光二极管晶粒还包括一通槽，所述通槽将磊晶层分隔成两个独立的发光部分。
2.如权利要求1所述的发光二极管晶粒，其特征在于：所述第一半导体层为N型半导体层，所述第二半导体层为P型半导体层，所述第一电极和第二电极为P型电极，所述共用电极为N型电极。
3.如权利要求1所述的发光二极管晶粒，其特征在于：还包括设于第二半导体层上的透明导电层，所述第一电极和第二电极分别设置在所述透明导电层的两侧。
4.如权利要求1所述的发光二极管晶粒，其特征在于：所述容置部为顶面设有开口的圆柱形凹槽。
5.如权利要求4所述的发光二极管晶粒，其特征在于：所述通槽包括自所述容置部向所述第一半导体层延伸并贯通所述第一半导体层的第一通槽及由所述第一通槽两端分别向外延伸形成的第二通槽和第三通槽，所述第二通槽和第三通槽均贯通磊晶层直至基板的上表面并沿所述容置部的径向向外延伸至发光二极管晶粒外表面。
6.如权利要求1所述的发光二极管晶粒，其特征在于：所述容置部为长条形的凹槽，所述容置部将有源层和第二半导体层分隔成不相连的两部分。
7.如权利要求6所述的发光二极管晶粒，其特征在于：所述通槽为长条形凹槽，所述通槽自所述容置部底部向所述第一半导体层延伸并贯通所述第一半导体层，所述通槽的两端分别向外延伸至发光二极管晶粒的外表面。
8.如权利要求5或7所述的发光二极管晶粒，其特征在于：所述共用电极包括一第三电极和一第四电极，所述第三电极和第四电极分别设置在所述容置部内并位于所述通槽两侧的第一半导体层上。
9.一种发光二极管封装结构，包括如权利要求1至8任意一项所述的发光二极管晶粒及环绕覆盖所述发光二极管晶粒上的透镜。
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