CN101471334B

CN101471334B - 发光装置及其制造方法

Info

Publication number: CN101471334B
Application number: CN2007103074384A
Authority: CN
Inventors: 许嘉良
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2027-12-28
Also published as: CN101471334A

Abstract

本发明涉及一种发光装置，包括一基板，具有一上表面与一下表面；多个外延单元，包括一红光外延单元、一绿光外延单元、及一蓝光外延单元分别形成于该基板上表面之各预定位置上；以及一接合面形成于基板及多个外延单元之间。本发明还涉及发光装置的制造方法。

Description

发光装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种发光装置及其制造方法，尤其涉及发光二极管装置及其制造方法。

背景技术

发光二极管(LED)的发光原理和结构与传统光源并不相同，且具有体积小、高可靠度等优点，在市场上的应用颇为广泛。例如，光学显示装置、激光二极管、交通标志、数据储存装置、通讯装置、照明装置、医疗装置、以及配合需求制成各种大型组件，以应用于室内或室外大型显示屏幕。

随着白光LED的出现，使得LED应用领域跨足至照明光源市场。白光LED其中之一作法为藉由UV LED激发RGB三颜色的荧光粉，其主要优点在于只要一颗LED芯片即可产生白光，控制电路相对简单，而且演色性也可以藉由RGB荧光粉调配达到90％以上，只是目前UV LED效率不高，离实际使用尚有一段距离。

另一种作法是使用黄光与蓝光二颗LED，控制通过LED的电流再经过混光而产生白光。在上述之做法，若其中一颗LED发生劣化，则无法得到所需的白光，且同时使用多个LED，成本也相对提高。又因其演色性具有先天限制，对于高演色性需求的应用，如LCD背光源，将受到限制。

还有使用红光、蓝光与绿光三颗LED，分别控制通过LED的电流再经过混光后以产生白光。R/G/B LED设计主要在于有效混光且不会因此损失出光效率，图1为目前将R/G/B LED放置在同一碗杯进行混光的封装设计，但其缺点在于封装透镜(Lens)无法同时对焦三个芯片外，同时LED出光将受彼此相邻芯片影响，致使出光效率损失。

另外一种发光二极管可解决前述的问题，以达到有效混光，参考图2，该发光二极管包括一红光发光二极管(R)为基底，于红光发光二极管上分别并列迭置一蓝光发光二极管(B)及一绿光发光二极管(G)，红光、蓝光及绿光发光二极管所发出光线经过混光形成白光。此设计可以有效达成R/G/B混光，但此结构安排将影响散热及R/G/B颜色有效应用，尤其目前红光材料对于温度最为敏感，所以操作电流将受限，而当红色输出受限，则蓝光将形成浪费，这样设计似乎衍生更多问题。

发明内容

本发明提供一种发光装置，包括：一基板，包括一第一凸出部、及一第二凸出部形成于基板之上表面侧，以及在该第一凸出部与第二凸出部之间的凹陷部；以及多个外延单元，包括一发出第一颜色光的外延单元与一发出第二颜色光的外延单元分别形成于该第一凸出部与第二凸出部上，其中于基板各凸出部及多个外延单元之间分别包括一接合面，且其中所述外延单元的宽度大致上接近于该第一凸出部和该第二凸出部中每个的宽度及各该凹陷部的宽度。

本发明提供一种发光装置的制造方法，包括：选择一第一基板，该第一基板之上表面侧包括一第一凸出部及一第二凸出部；选择一第二基板，该第二基板之上表面侧包括一第一凸出部及一第二凸出部；选择一第一半导体外延芯片，包括发出第一颜色光的第一个外延单元及发出第一颜色光的第二个外延单元；选择一第二半导体外延芯片，包括发出第二颜色光的第一个外延单元，及发出第二颜色光的第二个外延单元；将发出第一颜色光的第一个外延单元接合到第一基板之第一凸出部；将发出第一颜色光的第一个外延单元与第一半导体外延芯片分离；将发出第二颜色光的第一个外延单元接合到第二基板之第一凸出部；将发出第二颜色光的第一个外延单元与第二半导体外延芯片分离；将第二个发出第二颜色光的外延单元接合到第一基板之第二凸出部；将第二个发出第二颜色光的外延单元与第二半导体外延芯片分离；将第二个发出第一颜色光的外延单元接合到第二基板之第二凸出部；以及将第二个发出第一颜色光的外延单元与第一半导体外延芯片分离。

附图说明

图1为一示意图，显示依先前技艺所示的一发光二极管装置；

图2为一示意图，显示依先前技艺所示的另一发光二极管装置；

图3为一示意图，显示依本发明的一发光装置；

图4至图29揭示依本发明之发光装置之制造方法；

图30A为一示意图，显示依本发明的一发光装置；

图30B为一示意图，显示依本发明的一发光装置；

图31和图32分别为一剖面图及上视图，显示依本发明的一个发光装置的结构；

图33为一示意图，显示依本发明的一种发光装置，其包括多个发光装置。

主要组件符号说明

10：第一透光基板；20：第二透光基板；30：第三透光基板；101、201、301：第一凸出部；102、202、302：第二凸出部；103、203、303：第三凸出部；111、211、311：第一外延单元；112、212、312：第二外延单元；113、213、311：第三外延单元；12：接合层；13：第一电极；14：第二电极；11：第一半导体外延芯片；21：第二半导体外延芯片；31：第三半导体外延芯片；40：基板；411、412、413：外延单元；421、422、423、424：电极；311、331：封装支架；120：UV胶；100、200、300：蓝宝石芯片；210、310：AlGaInN外延迭层。

具体实施方式

请参考图3，其绘示出根据本发明实施例的半导体发光装置剖面示意图。发光装置1，例如一发光二极管(LED)，包括一第一透光基板10，具有一图案化之上表面，此上表面包括一第一凸出部101，一第二凸出部102，及一第三凸出部103；多个外延单元，包括发出第一颜色光的第一外延单元111、发出第二颜色光的第二外延单元212、及一发出第三颜色光的第三外延单元313分别形成于该第一凸出部101，第二凸出部102，以及第三凸出部103上，其中于各凸出部及多个外延单元之间分别包括一接合层12；一第一电极13以及一第二电极14，形成于各外延单元上。

图4所示为依本发明一实施例发光二极管1的制造方法。首先进行第一次外延单元与透光基板的接合，包括选择一第一透光基板10，该第一透光基板之上表面包括一第一凸出部101、一第二凸出部102、及一第三凸出部103；接着如图5所示，选择一第一半导体外延芯片11，包括一第一外延芯片基板100，可发出第一颜色光的一第一外延单元111、一第二外延单元112、及一第三外延单元113；其中该第一颜色光例如为红光。再依图6所示，将该第一半导体外延芯片11的第一外延单元111对准第一透光基板10的第一凸出部101，并以接合层12接合该第一半导体外延芯片11的第一外延单元111及第一透光基板10的第一凸出部101后，以激光照射该第一外延单元111，使第一外延单元111与第一外延芯片基板100分离。移除基板后的结构如图7所示。

本实施例中第一半导体外延芯片11的制造方法是在一GaAs基板上成长一AlGaInP外延迭层，接着以UV胶120将该AlGaInP外延迭层与一蓝宝石(sapphire)基板100接合，再以蚀刻的方法将原先的GaAs基板移除，最后再自AlGaInP外延迭层表面进行切割至UV胶120，使AlGaInP外延迭层成为多个外延单元111。

接着如图8所示，选择一第二透光基板20，其上表面包括一第一凸出部201，一第二凸出部202，以及一第三凸出部203；接着选择一第二半导体外延芯片21，包括一第二外延芯片基板200，可发出一第二颜色光的一第一外延单元211、一第二外延单元212、及第三外延单元213；其中该第二颜色光例如为蓝光。将第二半导体外延芯片21的第一外延单元211对准第二透光基板20的第一凸出部201，并以接合层12接合该第二半导体外延芯片21的第一外延单元211及第二透光基板20的第一凸出部201，再以激光照射该第二半导体外延芯片21的第一外延单元211，使第一外延单元211与第二外延芯片基板200分离。移除基板后的结构如图9所示。

本实施例中第二半导体外延芯片21的制造方法是在一蓝宝石基板200上成长一AlGaInN外延迭层，最后再自AlGaInN外延迭层表面进行切割到蓝宝石基板200，使AlGaInN外延迭层成为多个外延单元。

最后如图10所示，选择一第三透光基板30，该第三透光基板之上表面包括一第一凸出部301，一第二凸出部302，以及一第三凸出部303；接着选择一第三半导体外延芯片31，包括一第三外延芯片基板300，可发出第三颜色光的一第一外延单元311，一第二外延单元312，及第三外延单元313；其中该第二颜色光例如为绿光。将第三半导体外延芯片31的第一外延单元311对准第三透光基板30之第一凸出部301，并以接合层12接合该第三半导体外延芯片31的第一外延单元311及第三透光基板30的第一凸出部301，再以激光部分照射该第三半导体外延芯片31的第一外延单元311，使第一外延单元311与第三外延芯片基板300分离。移除基板后的结构如图11所示。

本实施例中第三半导体外延芯片31的制造方法是在一蓝宝石基板300上成长一AlGaInN外延迭层，最后再自AlGaInN外延迭层表面进行切割到蓝宝石基板300，使AlGaInN外延迭层成为多个外延单元。

接着进行第二次外延单元与透光基板的接合。请参考图12和图13，其接合步骤包括将第三半导体外延芯片31的第二外延单元312对准第一透光基板10之第二凸出部102，并以接合层12接合该第三半导体外延芯片31的第二外延单元312及第一透光基板10之第二凸出部102，再以激光照射该第二外延单元312，使得第二外延单元312与第三外延芯片基板300分离；移除基板后的结构如图14所示。

请参考图15和图16，接着将第一半导体外延芯片11的第二外延单元112对准第二透光基板20的第二凸出部202，并以接合层12接合该第一半导体外延芯片11的第二外延单元112及第二透光基板20之第二凸出部202，再以激光照射该第二外延单元112，使第二外延单元112与第一外延芯片基板100分离。移除基板后的结构如图17所示。

请参考图18和图19，接着将第二半导体外延芯片21的第二外延单元212对准第三透光基板30的第二凸出部302，并以接合层12接合该第三半导体外延芯片21的第二外延单元212及第三透光基板30的第二凸出部302，再以激光照射该第二外延单元212，使第二外延单元212与第二外延芯片基板200分离。移除基板后的结构如图20所示。

接下来进行第三次外延单元与透光基板之接合，请参考图21和图22，其接合步骤包括将第二半导体外延芯片21的第三外延单元213对准第一透光基板10之第三凸出部103，并以接合层12接合该第二半导体外延芯片21的第三外延单元213及第一透光基板10的第三凸出部103，再以激光照射该第三外延单元213，使得第三外延单元213与第二外延芯片基板200分离，形成一第一发光组件。移除基板后的结构如图23所示。

请参考图24和图25，接着将第三半导体外延芯片31的第三外延单元313对准第二透光基板20的第三凸出部203，并以接合层12接合该第三外延单元313及第三凸出部203，再以激光照射该第三外延单元313，使第三外延单元313与第三外延芯片基板300分离，形成一第二发光组件。移除基板后的结构如图26所示。

请参考图27和图28，最后将第一半导体外延芯片11的第三外延单元 113对准第三透光基板30之第三凸出部303，并以接合层12接合该第三外延单元113及第三凸出部303，再以激光照射该第三外延单元113，使第三外延单元113与第一外延芯片基板100分离，形成一第三发光组件。移除基板后的结构如图29所示。

最后分别形成一第一电极13及一第二电极14于各发光组件的外延单元上形成发光装置1。

本发明中各发光装置中所包括的外延单元并不限于三个，可重复前述之步骤以接合三个以上的外延单元。各发光装置之外延单元之排列并不限于成列布置，亦可形成一矩阵之排列。如图30A所示第二实施例的发光装置中，于基板40的凸出部上形成的外延单元可以2×2的矩阵排列布置，其数目可依各外延单元之发光效率不同来增减其数目，例如发绿光的外延单元发光效率不如发红光及蓝光之外延单元，因此可将发绿光的外延单元413增加到2个，与一个发红光411之外延单元及一个发蓝光的外延单元412搭配成发光装置2。于发光装置2中，各外延单元分别包括两个电极，于基板40上进行电路布置，连接至对外电极421、422、423、及424，使各电极之间可以串联或并联形式导通。图30B是一4×4外延单元排列布置的发光装置。

于第三实施例中，如图31和图32所示，发光装置可固定于一封装支架311上，藉由打线将各外延单元分别与对外电极作电连结。

图33为三个发光装置固定于封装支架311上，个别与对外电极电性连结。

固定于支架上之发光装置可再藉由电路控制作为背光模块、照明、车灯、或投影机的应用。

第一透明基板10、第二透明基板20、及第三透明基板30上表面的凸出图案可藉由蚀刻或激光切割的方法，形成一规则成列之凸出及/或凹陷图案；各外延单元可藉由蚀刻或切割等方法，规则成列形成于第一半导体外延芯片11、第二半导体外延芯片21、及第三半导体外延芯片31上，其中各外延单元之宽度大致上接近于各凸出图案及凹陷图案之宽度。

第一透明基板10、第二透明基板20、及第三透明基板30上表面的凸出图案另一种制造方法步骤如下：选择包括具有平坦上表面的透明基板，透明基板上表面具有规则成列之图案化之凸块，该凸块形成一规则成列之凸出及凹陷图案。该凸块可具有透光或散热之功能。当凸块为折射系数介于外延单元及透明基板之间的材料，即具有透光功能，可提高光摘出效率。其材料包括钻石(Diamond)、SiC、或玻璃等。当凸块为热传系数大于外延单元之材料，即具有散热之功能，例如钻石(Diamond)、Si、或金属。

前述透明基板之上表面上可涂布形成一散热层，以达到散热之功能，散热层的材料包括至少一种材料选自于钻石、类钻碳(Diamond Like Carbon；DLC)、纳米碳管(Carbon nano-tube)、及金属所构成之材料群组。

外延单元与透明基板表面凸出图案的接合方式包括直接加压接合、以及间接接合形成一接合面，其中间接接合的方式包括以胶接合或金属接合；胶的材料包括至少一种材料选自于聚酰亚胺(PI)、苯并环丁烷(BCB)、过氟环丁烷(PFCB)、环氧树脂(epoxy resin)、硅树脂(Silicone)、及银胶所构成之材料群组。金属接合的材料包括至少一种材料选自于In、Au、Sn、Pb、Ge、Pd、及前是金属之合金所构成之材料群组。

于激光照射外延单元之步骤中，激光可经由半导体外延芯片的蓝宝石基板端或者是透明基板端照射，使得外延单元及蓝宝石基板之间因吸收激光能量而断裂分离。关于本实施例中发出红光的第一半导体外延芯片中，外延单元经过激光罩射后与蓝宝石基板分离，于外延单元之表面可能会有UV胶残留，因此还需要一道去除残余的UV胶的步骤。

前述的透明基板包括至少一种材料选自于选自于Al₂O₃、玻璃(Glass)、GaP、GaN、钻石(Diamond)及SiC所构成之材料群组。该透明基板亦可以吸光基板取代，吸光基板包括至少一种材料选自于选自于Si、及金属所构成之材料群组。

于本实施例中，于前述之透光基板之下表面还包括一反射层，该反射层包括至少一种材料选自于铝、铜、银、及SiN_x所构成之材料群组。

本发明所列举的各实施例仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。任何人对本发明所作的任何显而易知之修饰或变更皆不脱离本发明的精神与范围。

Claims

1.一种发光装置，包括：

基板，包括在基板之上表面上的第一凸出部及第二凸出部，以及在该第一凸出部与第二凸出部之间的凹陷部；

多个外延单元，包括：

发出第一颜色光的外延单元，形成于该第一凸出部上；以及

发出第二颜色光的外延单元，形成于该第二凸出部上；以及

第一接合面，位于各该凸出部及各该多个外延单元之间，

其中所述外延单元的宽度大致上接近于该第一凸出部和该第二凸出部中每个的宽度及各该凹陷部的宽度。

2.如权利要求1所述的发光装置，其中，该基板之上表面还包括第三凸出部，以及形成于该第三凸出部上的发出第三颜色光的外延单元，。

3.如权利要求1所述的发光装置，还包括反射层，形成于该基板之下表面。

4.如权利要求1所述的发光装置，还包括接合层，形成于该基板的该第一凸出部和该第二凸出部与该多个外延单元中至少其一之间，其中该第一接合面位于该接合层靠近该多个外延单元之一侧，以及一第二接合面位于该接合层靠近该基板之一侧。

5.如权利要求4所述的发光装置，其中该接合层包括至少一种材料选自于共熔合金、银胶、聚酰亚胺、苯并环丁烷、过氟环丁烷、环氧树脂、及硅树脂所构成之材料群组。

6.如权利要求1所述的发光装置，其中各该凸出部的组成材料与该基板相同。

7.如权利要求1所述的发光装置，其中各该凸出部的组成材料与该基板不相同。

8.如权利要求1所述的发光装置，其中各该凸出部包括至少一种材料选自于钻石、SiC、玻璃、Si、及金属所构成之材料群组。

9.如权利要求1所述的发光装置，还还包括一散热层形成于该基板上表面或各该凸出部的上表面。

10.如权利要求9所述的发光装置，其中该散热层的材料包括至少一种材料选自于钻石、类钻碳、纳米碳管、及金属所构成之材料群组。

11.如权利要求1所述的发光装置，其中该基板为透光基板。

12.如权利要求11所述的发光装置，其中该透光基板包括至少一种材料选自于Al₂O₃、玻璃、GaP、GaN、钻石及SiC所构成之材料群组。

13.如权利要求3所述的发光装置，其中该反射层包括至少一种材料选自于铝、铜、银、及SiN_x所构成之材料群组。

14.如权利要求1所述的发光装置，其中于该基板上还包括一电路布局，将各外延单元之间电连结。

15.如权利要求1所述的发光装置，其中该基板形成于封装支架上。

16.一种发光装置的制造方法，包括：

选择第一基板，该第一基板之上表面侧包括第一凸出部，以及第二凸出部；

选择第二基板，该第二基板之上表面侧包括第一凸出部，以及第二凸出部；

选择第一半导体外延芯片，包括第一个发出第一颜色光的外延单元，及第二个发出第一颜色光的外延单元；

选择第二半导体外延芯片，包括第一个发出第二颜色光的外延单元，及第二个发出第二颜色光的外延单元；

进行该些外延单元与该第一基板和该第二基板的第一次接合，包括：

将该第一个发出第一颜色光的外延单元接合到该第一基板的该第一凸出部；

将该第一个发出第一颜色光的外延单元与该第一半导体外延芯片分离；

将该第一个发出第二颜色光的外延单元接合到该第二基板的该第一凸出部；

将该第一个发出第二颜色光的外延单元与该第二半导体外延芯片分离；以及

进行该些外延单元与该第一基板和该第二基板的第二次接合，包括：

将该第二个发出第二颜色光的外延单元接合到该第一基板的该第二凸出部；

将该第二个发出第二颜色光的外延单元与该第二半导体外延芯片分离；

将该第二个发出第一颜色光的外延单元接合到该第二基板的该第二凸出部；以及

将该第二个发出第一颜色光的外延单元与该第一半导体外延芯片分离。

17.如权利要求16所述的发光装置的制造方法，其中该第一次接合和该第二次接合中每个都包括直接加压接合、或以一接合层接合。

18.如权利要求16所述的发光装置的制造方法，其中该第一半导体外延芯片的制造方法包括在一成长芯片上成长一外延迭层，再以UV胶将该成长芯片上的该外延迭层与一蓝宝石芯片接合。

19.如权利要求16所述的发光装置的制造方法，其中于该第一基板及该第二基板各该凸出部之间还包括凹陷部，该凸出部及/或该凹陷部规则成列；各该外延单元规则成列形成于该第一半导体外延芯片及该第二半导体外延芯片上，且各该外延单元的宽度大致上接近于各凸出部及凹陷部的宽度。

20.如权利要求16所述的发光装置的制造方法，其中各该外延单元与各该半导体外延芯片之分离包括以激光照射各该半导体外延芯片后，将各该外延单元与各该半导体外延芯片分离。

21.一种发光装置的制造方法，包括：

选择第一基板，该第一基板之上表面侧包括第一凸出部，第二凸出部，及第三凸出部；

选择第二基板，该第二基板的上表面侧包括第一凸出部，第二凸出部，及第三凸出部；

选择第三基板，该第三基板的上表面侧包括第一凸出部，第二凸出部，及第三凸出部；

选择第一半导体外延芯片，包括第一发出第一颜色光的外延单元，第二发出第一颜色光的外延单元，以及第三发出第一颜色光的外延单元；

选择第二半导体外延芯片，包括第一发出第二颜色光的外延单元，第二发出第二颜色光的外延单元，以及第三发出第二颜色光的外延单元；

选择一第三半导体外延芯片，包括第一发出第三颜色光的外延单元，第二发出第三颜色光的外延单元，以及第三发出第三颜色光的外延单元；

进行该些外延单元与该第一基板、该第二基板及该第三基板的第一次接合，包括：

将该第一发出第一颜色光的外延单元接合到该第一基板的该第一凸出部；

将该第一发出第一颜色光的外延单元与该第一半导体外延芯片分离；

将该第一发出第二颜色光的外延单元接合到该第二基板的该第一凸出部；

将该第一发出第二颜色光的外延单元与该第二半导体外延芯片分离；

将该第一发出第三颜色光的外延单元接合到该第三基板的该第一凸出部；

将该第一发出第三颜色光的外延单元与该第三半导体外延芯片分离；

进行该些外延单元与该第一基板、该第二基板及该第三基板的第二次接合，包括：

将该第二发出第三颜色光的外延单元接合到该第一基板的该第二凸出部；

将该第二发出第三颜色光的外延单元与该第三半导体外延芯片分离；

将该第二发出第一颜色光的外延单元接合到该第二基板的该第二凸出部；

将该第二发出第一颜色光的外延单元与该第一半导体外延芯片分离；

将该第二发出第二颜色光的外延单元接合到该第三基板的该第二凸出部；

将该第二发出第二颜色光的外延单元与该第二半导体外延芯片分离；以及

进行该些外延单元与该第一基板、该第二基板和该第三基板的第三次接合，包括：

将该第三发出第二颜色光的外延单元接合到该第一基板的该第三凸出部；

将该第三发出第二颜色光的外延单元与该第二半导体外延芯片分离；

将该第三发出第三颜色光的外延单元接合到该第二基板的该第三凸出部；

将该第三发出第三颜色光的外延单元与该第三半导体外延芯片分离；

将该第三发出第一颜色光的外延单元接合到该第三基板的该第三凸出部；以及

将该第三发出第一颜色光的外延单元与该第一半导体外延芯片分离。

22.如权利要求21所述的发光装置的制造方法，其中该第一次接合、该第二次接合和该第三次接合中的每个都包括直接加压接合、或以一接合层接合。

23.如权利要求21所述的发光装置的制造方法，其中该第一半导体外延芯片的制造方法包括在一成长芯片上成长外延迭层，再以UV胶将该成长芯片上的外延迭层与一蓝宝石芯片接合。

24.如权利要求21所述的发光装置的制造方法，其中于该第一基板、该第二基板、及该第三基板各该凸出部之间还包括一凹陷部，该凸出部及/或该凹陷部规则成列；各该外延单元规则成列形成于该第一半导体外延芯片、该第二半导体外延芯片及该第三半导体外延芯片上；各该外延单元之宽度大致上接近于各该凸出部及该凹陷部之宽度。

25.如权利要求21所述的发光装置的制造方法，其中各该外延单元与各该半导体外延芯片之分离包括以激光照射各该半导体外延芯片后，将各该外延单元与各该半导体外延芯片分离。