CN102044615A - 发光装置芯片及其制造方法及发光装置封装体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种发光装置芯片及其制造方法及发光装置封装体，其中发光装置芯片包括一主体，具有一出光表面且包括具有一n型区及一p型区的多个半导体层。多个微透镜与主体的出光表面直接接触。一对接合垫分别电性连接于n型区及p型区。本发明还公开发光装置芯片的制造方法及具有发光装置芯片的发光装置封装体。由于发光装置芯片具有微透镜增加其出光效率，因此可提升发光装置封装体的发光效率。再者，由于透镜的折射率可小于微透镜的折射率，因此可进一步提升发光装置封装体的亮度。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光装置(LED)，特别涉及一种具有微透镜的发光装置芯片及其制造方法。
背景技术
发光装置(LED)芯片(chip)为固态光源且已熟习多年。LED芯片是通过半导体材料的p-n结在顺向偏压时电子-空穴对的结合而发光。相较于传统灯具，LED芯片的优点在于低耗电量及较长的使用寿命。为了使发光装置芯片具有较高的可靠度及较低的能源消耗，必须提升其发光效率。
发光效率受到LED芯片的出光效率(light extraction efficiency)的影响。而出光效率取决于LED芯片的结构、光吸收及折射率。因此，为了进一步提升LED芯片的发光效率，必须增加其出光效率。
在传统的LED芯片中，由于内部全反射(total internal reflection)现象而使光线无法有效自芯片取出，因而出光效率低。有鉴于此，目前已发展出表面粗化的LED芯片，以在其内部降低光反射并增加光散射，进而增加LED芯片出光效率。举例来说，可通过自然光刻(natural lithography)或湿蚀刻而形成具有表面粗化的LED芯片。上述技术称之为表面粗化(surfacetexturing)技术。然而，由于粗化的表面呈现出不规则的排列，因而难以控制LED芯片的发光角度。
因此，有必要寻求一种新的LED芯片，其能够增加出光效率而不存在上述的问题。
发明内容
本发明一实施例提供一种发光装置芯片，包括：一主体，具有一出光表面且包括具有一n型区及一p型区的多个半导体层；多个微透镜，与主体的出光表面直接接触；以及一对接合垫，分别电性连接于n型区及p型区。
本发明另一实施例提供一种发光装置芯片的制造方法。提供一晶片，其包括被至少一切割道所隔开的至少两个发光装置区，其中每一发光装置区具有一出光表面且包括具有一n型区及一p型区的多个半导体层。将每一发光装置区的半导体层的n型区及p型区电性连接于一对接合垫。在每一发光装置区的出光表面形成多个微透镜。沿着切割道切割晶片，以形成个别的发光装置芯片。
本发明又另一实施例提供一种发光装置封装体，包括：一承载基底以及电性连接至承载基底的一发光装置芯片，其中发光装置芯片包括一主体，具有一出光表面且包括具有一n型区及一p型区的多个半导体层。多个微透镜与主体的出光表面直接接触。一对接合垫分别电性连接于n型区及p型区。
由于发光装置芯片具有微透镜增加其出光效率，因此可提升发光装置封装体的发光效率。再者，由于透镜的折射率可小于微透镜的折射率，因此可进一步提升发光装置封装体的亮度。
附图说明
图1-图4绘示出根据本发明不同实施例的发光装置芯片剖面示意图；
图5A、图5B-1、图5B-2、图5C-1、图5C-2、图5D绘示出根据本发明实施例的发光装置芯片的制造方法剖面示意图；
图6绘示出根据本发明实施例的发光装置封装体剖面示意图；以及
图7A-图7C绘示出根据本发明的发光装置封装体的制造方法剖面示意图。
并且，上述附图中的附图标记说明如下：
10～发光装置区；
20～切割道；
100～出光表面；
101～p型区；
103～有源区；
105～n型区；
106～半导体层；
108～缓冲层；
109～导电接合层；
110～蓝宝石基底；
112、112’～主体；
113～导电基底；
114～微透镜；
116～接合垫(对)；
118～电流分流层；
200～晶片；
130、130’～微透镜材料；
140～模具；
300～承载基底；
300a～基底导通孔；
301～凸块；
302～透镜；
400～发光装置芯片。
具体实施方式
以下说明本发明实施例的制作与使用。然而，本发明所提供的实施例仅用于说明以特定方法制作及使用本发明，并非用以局限本发明的范围。
图1-图4绘示出根据本发明不同实施例的发光装置芯片剖面示意图。其中图2至图4中相同于图1的部件使用相同的标号并省略其说明。请参照图1，发光装置芯片可为一红色、绿色、蓝色或白色的发光装置芯片，其包括具有一出光表面100的一主体112、多个微透镜114以及一对接合垫116。在本实施例中，主体112可包括多个半导体层106及一蓝宝石基底110，而蓝宝石基底110厚度约在90微米(μm)至150微米的范围。半导体层106可为外延(epitaxial)层，包括：GaAsP、GaAs、GaP、GaN、AlGaAs、AlGaInP或其他三元或四元的三五族化合物半导体材料。再者，半导体层106包括：一p型区101、一n型区105以及位于其间的有源区103。由于半导体层106的晶格常数(lattice constant)与蓝宝石基底110的晶格常数不匹配，因此可在半导体层106与蓝宝石基底110之间夹设一缓冲层108，例如AlN或GaN。需注意的是虽然图1中n型区105位于有源区103上方而p型区101位于有源区103下方，然而可以理解的是n型区105可位于有源区103下方而p型区101可位于有源区103上方。在另一实施例中，半导体层106上方的蓝宝石基底110的厚度可在30微米至50微米的范围，以缩减从有源区103发出的光线到出光表面100的光学路径，如图2所示。
接合垫对116分别连接至p型区101与n型区105。在本实施例中，一电流分流层118电性连接至接合垫对116的其中一个。在一实施例中，电流分流层118的材质相同于与其电性连接的接合垫116。再者，电流分流层118设置于半导体层106的p型区101上，而接合垫116连接至半导体层106的p型区101。
微透镜114周期性的排置于主体112的出光表面100上。再者，微透镜114与蓝宝石基底110直接接触。微透镜114的材质可包括：胶体、硅胶或溶胶-凝胶玻璃。在其他实施例中，微透镜114的材质可包括：具有一荧光材料形成于内的胶体、硅胶或溶胶-凝胶玻璃。在本实施例中，每一微透镜114可具有三面柱体(pyramid)、四面柱体、六面柱体或圆柱体的外型。此处为了简化图式，仅以具有圆柱体的外型的微透镜114作为范例说明。由于周期性排列的微透镜114可有效降低内部全反射现象，来自半导体层106的有源区103的大部分光线可通过微透镜114从出光表面100传送至外面。因此，发光装置芯片的出光效率得以增加。
请参照图3，主体可包括半导体层106及缓冲层108，而缓冲层108上不具有上述实施例的蓝宝石基底110。在本实施例中，微透镜114周期性排置主体的出光表面100上且与其直接接触。由于没有蓝宝石基底设置于半导体层106上方，从半导体层106的有源区103发出的光线到出光表面100的光学路径得以缩减，以进一步改善出光效率。再者，发光装置芯片的整体厚度也可进一步缩减。
请参照图4，主体112’包括：半导体层106、一导电基底113及夹设于其间的导电接合层109。同样地，半导体层106包括：一p型区101、一n型区105以及位于其间的有源区103。在一实施例中，导电接合层109可包括位于其内的一镜面层(未绘示)，以反射半导体层106的有源区103所发出的光。导电基底113可包括金属或硅材料。接合垫对116的其中一个可设置于半导体层106上。举例来说，设置于半导体层106上的接合垫116连接至半导体层106的n型区105。一电流分流层(未绘示)可设置于半导体层106的n型区105上，且其材质可相同于连接至半导体层106的n型区105的接合垫116。另一接合垫116则可设置于导电基底113，以连接至半导体层106的p型区101。微透镜114与主体112’的出光表面直接接触且围绕连接至半导体层106的n型区105的接合垫116。
图5A至图5D绘示出根据本发明实施例的发光装置芯片的制造方法剖面示意图。其中图5A至图5D中相同于图1的部件使用相同的标号并省略其说明。请参照图5A，提供一晶片200，其包括被至少一切割道20所隔开的至少两个发光装置区10。在本实施例中，每一发光装置区10具有一出光表面100且包括多个半导体层106及位于其上的蓝宝石基底110，其中一缓冲层108夹设于半导体层106与蓝宝石基底110之间。再者，一对接合垫116形成于半导体层106上，以分别电性连接至被一有源区103所隔开的n型区105及p型区101。同样地，每一发光装置区10可包括一电流分流层118，其设置于半导体层106的p型区101上且其材质相同于连接至半导体层106的p型区101的接合垫116。
接下来，在每一发光装置区10的出光表面100上形成多个微透镜114。在一实施例中，可在形成微透镜114之前先薄化蓝宝石基底110。举例来说，可薄化蓝宝石基底110至30微米至50微米的厚度。
图5B-1及图5C-1绘示出根据本发明一实施例的形成微透镜的剖面示意图。请参照图5B-1，在发光装置区10的出光表面100上覆盖一微透镜材料130。在本实施例中，微透镜材料130包括可包括：胶体、硅胶或溶胶-凝胶玻璃。在其他实施例中，微透镜材料130可包括：具有一荧光材料形成于内的胶体、硅胶或溶胶-凝胶玻璃。接下来，请参照图5C-1，通过一模具140来成型微透镜材料130，以在其内形成微透镜。在移除模具140之后，可在每一发光装置区10的出光表面100上形成多个微镜114，如图5D所示。
图5B-2及图5C-2绘示出根据本发明另一实施例的形成微透镜的剖面示意图。其中图5B-2及图5C-2中相同于图5B-1及图5C-1的部件使用相同标号并省略其说明。请参照图5B-2，通过一模具140来成型一微透镜材料130’，以在其内形成对应至每一发光装置区10的多个微透镜。接着，请参照图5C-2，在移除模具140之后，通过一粘着层(未绘示)将形成的多个微透镜114粘贴至每一发光装置区10的出光表面100。之后，每一发光装置区10的出光表面100具有微透镜114，如图5D所示。
请参照图5D，在形成微透镜114之后，沿着切割道20切割晶片200(如切割道20内的箭号所示)，以形成个别的发光装置芯片(如图1所示)。需注意的是图2至图4所示的发光装置芯片还可使用相同或类似于形成图1所示的发光装置芯片的方法来制作。
根据上述实施例，微透镜114与发光装置芯片的出光表面100直接接触。相较于传统的发光装置芯片，具有微透镜的发光装置芯片的出光效率得以改善，进而增加其发光效率。再者，由于可通过模具成型来制作周期性排列的微透镜，因此相较于通过自然光刻或湿蚀刻而形成具有粗化表面的传统发光装置芯片而言，可更轻易地控制发光装置芯片的发光角度。
请参照图6，其绘示出根据本发明实施例的发光装置封装体剖面示意图。其中图6中相同于图3的部件使用相同的标号并省略其说明。发光装置封装体包括一承载基底300及电性连接至承载基底300的一发光装置芯片400。承载基底300可为一导线架(lead frame)或一陶瓷基板或硅基板。在本实施例中，发光装置芯片400的结构相同于图3所示的结构。在其他实施例中，发光装置芯片400的结构可相同于图1、图2或图4所示的结构。由金、锡或合金或其他习用凸块材料所构成的凸块(bump)301可夹设于接合垫对116及承载基底300之间，用以做为承载基底300与发光装置芯片400之间的电性连接。再者，承载基底300具有至少一基底导通孔(through substrate via，TSV)300a形成于内，以将发光装置芯片400电性连接至一外部电路(未绘示)。在本实施例中，一透镜302可设置于承载基底300上，使透镜302覆盖发光装置芯片400。在某些情形之下，透镜302的折射率可小于发光装置芯片400的微透镜114的折射率。举例来说，透镜302可包括硅胶，其折射率约为1.5，而微透镜114可包括溶胶-凝胶玻璃，其折射率约为2。如此一来，可进一步提升发光装置封装体的亮度。
图7A-图7C绘示出根据本发明的发光装置封装体的制造方法剖面示意图。其中图7A-图7C中相同于图1、图3及图6的部件标示相同的标号并省略其说明。请参照图7A，提供一承载基底300，其具有至少一基底导通孔300a形成于内。通过凸块301将一发光装置结构接合至承载基底300上。在本实施例中，除了微透镜之外，发光装置结构相同于图1所示的结构。
请参照图7B，通过激光剥离(laser lift-off，LLO)技术自下方的缓冲层108及半导层106移除发光装置芯片400的蓝宝石基底110。在移除蓝宝石基底110之后，可通过相同或相似于图5B-1至图5C-1或图5B-2至图5C-2所示的方法，在缓冲层108及半导层106的上方形成多个微透镜114，以在承载基底300上形成具有微透镜114的发光装置芯片400，如图7C所示。之后，在承载基底300上形成一透镜302，使透镜302覆盖发光装置芯片400。如此一来，便完成如图6所示的发光装置封装体。
根据上述实施例，由于发光装置芯片400具有微透镜114增加其出光效率，因此可提升发光装置封装体的发光效率。再者，由于透镜302的折射率可小于微透镜114的折射率，因此可进一步提升发光装置封装体的亮度。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然而其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动与润饰，因此本发明的保护范围当视随附的权利要求所界定的范围为准。
Claims (14)
1.一种发光装置芯片，包括：
一主体，具有一出光表面且包括具有一n型区及一p型区的多个半导体层；
多个微透镜，与该主体的出光表面直接接触；以及
一对接合垫，分别电性连接于该n型区及该p型区。
2.如权利要求1所述的发光装置芯片，其中该主体还包括一蓝宝石基底，其夹设于所述多个半导体层与所述多个微透镜之间。
3.如权利要求1所述的发光装置芯片，其中该主体还包括一导电基底，其中所述多个半导体层夹设于该导电基底与所述多个微透镜之间。
4.如权利要求1所述的发光装置芯片，还包括一电流分流层，电性连接至该对接合垫的其中一个。
5.如权利要求1所述的发光装置芯片，其中所述多个微透镜包括具有一荧光材料形成于内的胶体、硅胶或溶胶-凝胶玻璃。
6.如权利要求1所述的发光装置芯片，其中每一微透镜具有三面柱体、四面柱体、六面柱体或圆柱体的外型。
7.一种发光装置芯片的制造方法，包括：
提供一晶片，其包括被至少一切割道所隔开的至少两个发光装置区，其中每一发光装置区具有一出光表面且包括具有一n型区及一p型区的多个半导体层；
将每一发光装置区的所述多个半导体层的该n型区及该p型区电性连接于一对接合垫；
在每一发光装置区的该出光表面形成多个微透镜；以及
沿着该切割道切割该晶片，以形成个别的发光装置芯片。
8.如权利要求7所述的发光装置芯片的制造方法，其中形成所述多个微透镜的步骤包括：
在每一发光装置区的该出光表面形成一微透镜材料；
通过一模具来成型该微透镜材料，以形成所述多个微透镜；以及
移除所述多个微透镜上的该模具。
9.如权利要求7所述的发光装置芯片的制造方法，其中在每一发光装置区的该出光表面形成所述多个微透镜的步骤包括：
通过一模具来成型一微透镜材料，以形成对应于每一发光装置区的所述多个微透镜；
移除所述多个微透镜上的该模具；以及
通过一粘着层将所述多个微透镜粘贴至每一发光装置区的该出光表面。
10.如权利要求7所述的发光装置芯片的制造方法，其中该晶片的每一发光装置区还包括一蓝宝石基底，位于所述多个半导体层上。
11.如权利要求7所述的发光装置芯片的制造方法，还包括在每一发光装置区形成与该对接合垫的其中一个电性连接至的一电流分流层。
12.一种发光装置封装体，包括：
一承载基底；以及
一发光装置芯片，电性连接至该承载基底，其中该发光装置芯片包括：
一主体，具有一出光表面且包括具有一n型区及一p型区的多个半导体层；
多个微透镜，与该主体的出光表面直接接触；以及
一对接合垫，分别电性连接于该n型区及该p型区。
13.如权利要求12所述的发光装置封装体，还包括一透镜，设置于该承载基底上，以覆盖该发光装置芯片。
14.如权利要求12所述的发光装置封装体，其中所述多个微透镜的折射率大于该透镜的折射率。
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