CN103427003B - 半导体发光装置的形成方法 - Google Patents

Abstract

一种半导体发光装置的形成方法，其利用一剥离胶合基板。首先，在剥离胶合基板上，形成混合有荧光粉及透明胶合层的荧光胶合区块；接着，将荧光胶合区块转移至外延结构上。

Description

半导体发光装置的形成方法

技术领域

本发明涉及一种半导体发光装置的形成方法。

背景技术

由于仍有技术待克服，发光二极管无法直接发出白光。若要发出白光，必须藉由两种生产技术：荧光粉转换技术(Phosphor ConvertedLED Approach)与晶粒转换技术(Multi-Chip LED Approach)。前者运用荧光材料，使蓝光发光二极管或紫外光(UV)发光二极管所激发的光与荧光粉的颜色混合后，得到白光；后者组合两种以上分别发不同颜色光的发光二极管，而产生白光。

在荧光粉转换技术中，荧光粉是转换色光的关键因素。如果荧光粉质量好，则发光二极管发出的光，具有鲜艳与拟真的色彩，其演色性可超过80，可应用于制作电浆电视机或高质量显示器；如果荧光粉质量差，则发光二极管发出的光，色彩偏蓝带绿，颜色失真。

图1A至图1C显示三种传统的荧光粉涂布结构。其中，一具有荧光粉6的覆盖层2覆盖发光二极管芯片4，依照荧光粉的位置，分为：(1)均匀分布(Uniform Distribution)，如图1A，荧光粉6被均匀地分布于覆盖层2中；(2)敷型涂布(Conformal Distribution)，如图1B，荧光粉6的位置靠近发光二极管芯片4；(3)远程涂布(Remote Phosphor)，如图1C，荧光粉6的位置远离发光二极管芯片4。

涂布技术的工艺会影响荧光粉分布的均匀性，进而影响发光二极管发光颜色的均匀性。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种新的荧光粉涂布技术，以减少因荧光粉涂布不均匀，所产生颜色分布不均的问题。

本发明一实施例提供一种半导体发光装置的形成方法，包括：形成至少一个外延结构于一第一基板上；提供一剥离胶合基板，其上形成至少一个荧光胶合区块；将每一个该荧光胶合区块相向地对准接触每一该外延结构；以及移除该剥离胶合基板，藉此，形成至少一个半导体发光装置。

在一实施例，在移除剥离胶合基板之前或之后，提供一能量使得荧光胶合区块耦合至外延结构，其中能量包括热能、光能或超音波。

附图说明

图1A至图1C显示三种传统的荧光粉涂布结构。

图2A至图2F显示根据本发明第一实施例半导体发光装置的形成方法。

图3A至图3G显示根据本发明第二实施例半导体发光装置的形成方法。

图4A与图4B显示根据另一实施例半导体发光装置的形成方法。

图5显示根据本发明实施例所制作的一种半导体发光装置数组。

图6显示根据另一实施例半导体发光装置的形成方法。

图7A与图7B显示根据另些实施例半导体发光装置的形成方法。

图8A与图8B显示根据另些实施例半导体发光装置的形成方法。

主要组件符号说明

10 第一基板

12/12' 外延结构

12a 第一型掺杂层

12b 发光层

12c 第二型掺杂层

12d 第一接触

12e 第二接触

14 剥离胶合基板

14a 第二基板

14b 剥离胶合层

16 透明胶合层

18/18A 荧光胶合区块

18a 透明胶合层

18b 荧光粉

20 部分

22 第三基板

24 连接垫

26 连线

28 黏胶层/磊晶层

具体实施方式

图2A至图2F显示根据本发明第一实施例半导体发光装置的形成方法。

如图2A所示，提供第一基板10，并形成一个或多个外延结构12于第一基板10上。作为例示而非限制，外延结构12的数量为四个。每个外延结构12可包含但不限于，第一型掺杂层12a、发光层12b、第二型掺杂层12c。于本实施例，第一型掺杂层12a为N型掺杂层，例如N型氮化镓层；发光层12b为单一量子井层或多重量子井层；第二型掺杂层12c为P型掺杂层，例如P型氮化镓层。此外，在外延结构12与第一基板10之间，可形成一个或多个功能结构(未图标)，例如，反射层、成核层、缓冲层、未掺杂半导体层等其中之一或其组合。在第一型掺杂层12a与发光层12b之间，也可形成一个或多个功能结构(未图标)，例如，抗静电层、电流分布层、应变层、电子注入层等其中之一或其组合。

如图2B所示，提供一剥离胶合基板14，其具有黏性；且其黏性可通过施加例如热能或光能的能量而改变。于本实施例，剥离胶合基板14是一种复合结构。例如，在第二基板14a上，利用涂布(coating)形成或直接贴附具有上述特性的剥离胶合层14b，以形成剥离胶合基板14；在其它实施例，剥离胶合基板14是一单层结构，其整体具有上述物理特性。在本实施例，剥离胶合层14b包含热脱离胶带(thermal releasetape)，加热会使其降低黏性，藉由直接贴附热脱离胶带于第二基板上14a，形成剥离胶合基板14。在另一实施例，剥离胶合层14b包含紫外光脱离胶带(UV release tape)，照紫外光会使其降低黏性，藉由直接贴附紫外光脱离胶带于第二基板上14a，形成剥离胶合基板14。

如图2C所示，在每个外延结构12上方，形成透明胶合层16。例如，可利用涂布方式形成透明胶合层16。此步骤是为了增加之后黏着步骤的黏着性，不是一个必要步骤，也可省略。

如图2D所示，在剥离胶合基板14(或剥离胶合层14b)上方，形成一个或多个荧光胶合区块18，其数量可相等于外延结构12的数量、其位置可对应于外延结构12的位置。例如，可利用涂布(coating)，形成荧光胶合区块18。在另一实施例，可利用电泳或预成型的荧光层贴片，形成一个或多个荧光胶合区块18。荧光胶合区块18是一种掺杂有一种或多种荧光粉的高分子胶。此外，可选择性地以第一能量，例如加热使温度介于大约100℃至120℃，来预烤(pre-cure)荧光胶合区块18，预烤的目的是使荧光胶合区块18稍呈固化、不易变形。此外，可选择性地在荧光胶合区块18的表面，涂布前述透明胶合层(未图示)。

如图2E所示，使每一荧光胶合区块18朝向、对准并接触每一个外延结构12。接着，施加一第二能量，例如热能、光能或超音波，使得荧光胶合区块18耦合至外延结构12。例如，如果荧光胶合区块18为一种掺杂荧光粉的硅胶，则第二能量例如加热至大约为120℃，加热时间大约1hr，使得荧光胶合区块18耦合至外延结构12。

如图2F所示，施加第三能量，使在改变剥离胶合基板14的特性后，移除剥离胶合基板14。例如，以第三能量加热，使降低剥离胶合基板14的黏性后撕除该剥离胶合基板14，但又不会破坏荧光胶合区块18。在另一变化实施例，第三能量可为紫外光，藉由照紫外光使降低剥离胶合基板14的黏性后撕除该剥离胶合基板14。优选地，第一能量小于第二能量，第二能量小于或等于第三能量。藉此，每个外延结构12上方，具有分布均匀的荧光粉的荧光胶合区块18，而形成可发出特定颜色，例如白色的一个或多个半导体发光装置。

图3A至图3G显示根据本发明第二实施例半导体发光装置的形成方法。为求简洁，相同或相似的符号，代表相同或相似的组件，其细节与各种修饰、变化、替换可沿用先前实施例，不再赘述。

如图3A所示，提供第一基板10，并形成一个或多个外延结构12于第一基板10上。外延结构12可包含第一型掺杂层12a、发光层12b、第二型掺杂层12c。此外，在外延结构12与第一基板10之间，可形成一个或多个功能结构(未图标)，例如，反射层、成核层、缓冲层、未掺杂半导体层等其中之一或其组合。在第一型掺杂层12a与发光层12b之间，也可形成一或多个功能结构(未图标)，例如，抗静电层、电流分布层、应变层、电子注入层等其中之一或其组合。

如图3B所示，提供一剥离胶合基板14。在本实施例，剥离胶合基板14是一种复合结构。例如，在第二基板14a上，利用涂布形成或直接贴附剥离胶合层14b，形成剥离胶合基板14。在其它实施例，剥离胶合基板14为一整体结构。

如图3C所示，在每个外延结构12上方，形成透明胶合层16。此步骤也可省略。

如图3D所示，在剥离胶合基板14(或剥离胶合层14b)上方，形成一个或多个荧光胶合区块18。例如，可利用涂布形成荧光胶合区块18。荧光胶合区块18可以是一种掺杂有一种或多种荧光粉的高分子胶。可选择性地以第一能量，例如加热温度至大约100℃至120℃，预烤荧光胶合区块18。

如图3E所示，使每一荧光胶合区块18朝向、对准并接触每一外延结构12。

如图3F所示，施加一第三能量，使得在改变剥离胶合基板14的特性后，移除剥离胶合基板14。例如，以第三能量加热，使降低剥离胶合基板14的黏性后撕除该剥离胶合基板14，但又不会破坏荧光胶合区块18。

如图3G所示，接着，再施加一第二能量，例如热能、光能或超音波，使得荧光胶合区块18耦合至外延结构12。例如，如果荧光胶合区块18为一种掺杂荧光粉的硅胶，则第二能量例如加热至大约为120℃，加热时间大约1hr，使得荧光胶合区块18耦合至外延结构12。

在本实施例，优选地，第一能量小于或等于第三能量，第一能量小于第二能量。

上述第一实施例与第二实施例的差别在于，将荧光胶合区块18耦合至外延结构12的步骤，是发生在移除剥离胶合基板14之前，如第一实施例所示；或发生在移除剥离胶合基板14之后，如第二实施例所示。

在本发明各实施例，第一基板10的材料，可根据外延结构12的材料而决定，例如第一基板10的材料可包含硅/碳化硅(Si/SiC)、铝/三氧化二铝(Al/Al2O3)、氮化镓(GaN)、氮化铟(InN)、氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、蓝宝石(sapphire)、玻璃(glass)、石英(quartz)或前述材料的各种组合。其中，第一基板10包括极化(polar)基板、半极化(semi-polar)基板或非极化(non-polar)基板。外延结构12的材料可以是三族氮化物(Nitride)，例如氮化铟(InN)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铟铝镓(InAlGaN)等。

上述实施例可做各种修饰、变化，或替换。

例如，各步骤的实施顺序，或可替换。

例如，接续图2A或图3A，在形成一个或多个外延结构12于第一基板10后，可将第一基板10抛光磨薄(grind polish)，并将第一基板10及其上的外延结构12，分离为多个部分(singulation)。或者，接续图2E或图3E，在外延结构12耦合荧光胶合区块18后，将第一基板10抛光磨薄，并将第一基板10及其上的外延结构12分离(singulation)为多个部分，在移除剥离胶合基板14后，形成多个半导体发光装置。

接续上述结构，在另一实施例，如图4A所示，将剥离胶合基板14以及分离后的多个部分20转移至第三基板22，其中每个部分20包括第一基板10、外延结构12、透明胶合层16及荧光胶合区块18。第三基板22可包含连接垫24(pad)，用于电性连接多个部分20。接着，如图4B，移除剥离胶合基板14，形成一半导体发光装置数组。

在一实施例，前述第三基板22可包含电路板，其材质例如是金属基印刷电路板(Metal Core PCB；MCPCB)、铜箔印刷式电路板(FR4)、陶瓷基板或是硅基板。此外，在每个部分20与第三基板22之间，可形成一个或多个功能结构(未图标)，例如，反射层、黏胶层、绝缘层等其中之一或其组合。

图5显示如图4A、4B方法所制作的一种半导体发光装置数组。藉由蚀刻每个部分20，将部分第一型掺杂层12a暴露，并在部分暴露的第一型掺杂层12a上形成第一接触12d(contact)，在第二型掺杂层12b形成第二接触12e，使与外部装置或其它半导体发光装置做电性连接。例如，在本实施例，第一接触12d与第二接触12e是暴露的，不被荧光胶合区块18覆盖，且分别具有一连线26，连接相邻的半导体发光装置。此外，数组中半导体发光装置的行数或/及列数可为奇数。

前述第一接触12d是N型接触(n-type contact)，其材料可以是金(Au)、镍(Ni)、钯(Pd)的各种材料组合，例如，镍/金(Ni/Au)、钯/金(Pd/Au)等。第二接触12e是P型接触(p-type contact)，其材料可以是铝(Al)、金(Au)、钛(Ti)、镍(Ni)、铂(Pt)，或上述材料的各种组合，例如铝/金(Al/Au)、钛/铝/镍/金(Ti/Al/Ni/Au)、铝/铂/金(Al/Pt/Au)、钛/铝/铂/金(Ti/Al/Pt/Au)。

如图6所示，在一实施例，接续图2A或图3A，在形成一个或多个外延结构12于第一基板10后，在每个外延结构12堆栈形成一个或多个外延结构12’，而外延结构12及12’之间藉由黏胶层28或磊晶层28作堆栈，其中磊晶层28可为穿隧接面层。外延结构12可发出第一色光，外延结构12’可发出第二色光，而第一色光与第二色光可为不同颜色，且具有同一发光波长或不同波长。例如：(1)堆栈两个不同颜色的外延结构，其发光波长分别为470nm(蓝光)与550nm(绿光)；(2)堆栈五个同颜色的外延结构，其发光波长皆为470nm(蓝光)；(3)堆栈五个同颜色的外延结构，其发光颜色均为蓝光，其发光波长分别为460nm、470nm、480nm、490nm、500nm；(4)上述(1)(2)(3)的各种组合，例如，堆栈十个不同颜色的外延结构，其发光波长分别为460nm、470nm、480nm、490nm、500nm、510nm、520nm、530nm、540nm、550nm。

如前所述，荧光胶合区块18可以是一种透明高分子胶，掺有一种或多种荧光粉。如图7A所示，在一实施例，荧光胶合区块18包含透明胶合层18a与多个荧光粉18b，其中荧光粉18b的分布位置，靠近剥离胶合基板14，形成一种远程涂布(remote phosphor)结构。如图7B所示，在另一实施例，荧光胶合区块18包含透明胶合层18a与多个荧光粉18b，其中荧光粉18b的分布位置，远离剥离胶合基板14，形成一种敷型涂布(conformal phosphor)结构。在一实施例，该些荧光粉18b可具有不同颜色，包括黄色、红色及/或绿色荧光粉。

此外，每个外延结构12上方，可不限于形成一个荧光胶合区块18。如图8A所示，接续图2D或图3D的步骤中的结构，在形成荧光胶合区块18于剥离胶合基板14上后，堆栈第二荧光胶合层18A于荧光胶合区块18上，其中两荧光胶合区块18及18A中的荧光粉的颜色不同。或者，如图8B所示，两荧光胶合区块18及18A为水平设置。注意荧光胶合区块的数量不限于图中所示。

根据上述实施例，发光二极管的外延结构可发出各种色光，再利用各种颜色荧光粉，本技术可产生各种所需色光，例如，白光。例如，外延结构发出蓝光，加上黄色荧光粉，或是加上红色荧光粉及绿色荧光粉，可产生白光。例如，前述堆栈十个外延结构，可发出涵盖整个蓝光波带与绿光波带的色光，加上适量红色或黄色荧光粉，可产生超高演色性的白光。

根据本说明书，本领域技术人员可据以做各种修饰、改变或替换。因此，本说明书仅是用于教示本领域技术人员，例示如何实践本发明，所述的实施例仅为优选实施例。本领域技术人员阅读本发明说明书后，知悉本案实施例中的哪些组件与材料可做替换，哪些组件或工艺步骤顺序可变更，哪些特征可被单独应用。凡其它未脱离发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包括在权利要求所限定的范围内。

Claims (13)

1.一种半导体发光装置的形成方法，包括：

在一第一基板上形成至少一个外延结构；

提供一剥离胶合基板，该剥离胶合基板上形成至少一个荧光胶合区块；

以一第一能量预烤所述荧光胶合区块；

使每一个所述荧光胶合区块面向、对准并接触每一个所述外延结构；

以一第二能量将已对准的所述外延结构与所述荧光胶合区块耦合；以及

以一第三能量移除所述剥离胶合基板，藉此，形成至少一个半导体发光装置，其中所述第一能量小于所述第二能量，所述第二能量小于或等于所述第三能量。

2.一种半导体发光装置的形成方法，包括：

在一第一基板上形成至少一个外延结构；

提供一剥离胶合基板，该剥离胶合基板上形成至少一个荧光胶合区块；

以一第一能量预烤所述荧光胶合区块；

使每一个所述荧光胶合区块面向、对准并接触每一个所述外延结构；以及

以一第三能量移除所述剥离胶合基板；以及

以一第二能量将已对准的所述外延结构与所述荧光胶合区块耦合，藉此，形成至少一个半导体发光装置，其中所述第一能量小于或等于所述第三能量，所述第一能量小于所述第二能量。

3.如权利要求1或2的方法，其中在所述第三能量下，所述剥离胶合基板可完全移除而不破坏所述荧光胶合区块，且所述第三能量包括热能或紫外光。

4.如权利要求1或2的方法，还包括：在所述外延结构及/或所述荧光胶合区块上涂布一透明胶合层。

5.如权利要求1或2项的方法，还包括：在所述第一基板上形成所述外延结构之后，将所述第一基板抛光磨薄，以及根据所述外延结构，将所述第一基板分离为多个部分。

6.如权利要求1或2的方法，还包括：在所述外延结构耦合所述荧光胶合区块之后，将所述第一基板抛光磨薄，并根据所述外延结构，将所述第一基板分离为多个部分。

7.如权利要求1或2的方法，还包括：在所述外延结构耦合所述荧光胶合区块之后，且在移除所述剥离胶合基板之前，移除所述第一基板，并将所述剥离胶合基板及其上的所述至少一个半导体发光装置转移至一电路板。

8.如权利要求1或2的方法，其中，每一个所述外延结构上具有一第一接触及一第二接触，所述荧光胶合区块的区域不会覆盖所述第一接触及该第二接触。

9.如权利要求1或2的方法，其中，所述荧光胶合区块的形成方式包含下列步骤之其一：涂布、电泳或采用预成型的荧光层贴片。

10.如权利要求1或2的方法，其中，所述荧光胶合区块包括一透明胶合层及多个荧光粉，该多个荧光粉混合在靠近或远离所述剥离胶合基板处的该透明胶合层中。

11.如权利要求10的方法，其中，所述多个荧光粉包括黄色荧光粉、红色荧光粉、绿色荧光粉或上述荧光粉的组合。

12.如权利要求1或2的方法，当在所述第一基板上形成所述外延结构之后，还包括将一第二外延结构堆栈于所述外延结构上，其中所述外延结构发出一第一色光，所述第二外延结构发出一第二色光，该第一色光与该第二色光为不同颜色或相同颜色，该第一色光与该第二色光具有相同波长或不同波长。

13.如权利要求1或2方法，其中，在形成所述荧光胶合区块后，还包括形成一第二荧光胶合区块，该第二荧光胶合区块形成于所述荧光胶合区块上，或形成于所述剥离胶合基板上而与所述荧光胶合区块水平设置。