CN103579465B - 形成发光装置的制造方法及其所制成的发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种制造发光装置的方法，其包含：形成多个发光芯片，其中每一发光芯片包含一外延结构及一形成于外延结构上的电极；形成一保护层于每一发光芯片的电极上；分类发光芯片以形成多个发光群组，其中每一发光群组具有实质上相同的光电特性；形成一波长转换层于每一发光群组上，以覆盖外延结构及保护层；以及移除保护层上的波长转换层以曝露保护层。

Description

形成发光装置的制造方法及其所制成的发光装置
技术领域
本发明涉及一种发光装置的制造方法，尤其包含在一晶片上形成一保护层于每一发光单元上。
背景技术
用于固态照明装置的发光二极管(light-emitting diode；LED)具有耗能低、低发热、操作寿命长、防震、体积小、反应速度快以及输出的光波长稳定等良好光电特性，因此发光二极管被广泛地应用于家用照明以及仪器指示灯等光电产品。随着光电科技的发展，固态照明在照明效率、操作寿命以及亮度等方面有显著的进步，因此近年来发光二极管已经被应用于一般的照明用途上。
荧光粉广泛地使用在蓝光发光二极管，以产生一白光发光二极管。当制作白光发光二极管时，因为蓝光发光二极管具有不同的发射波长以及光功率，因此在一单一晶片上，就每一蓝光发光二极管获得一预定的CIE坐标并不容易。
此外，白光发光二极管可进一步与其它组件形成一发光装置。白光发光二极管包含一具有至少一电路的次载体；至少一焊料(solder)位于上述次载体上，通过此焊料将上述发光二极管固定于次载体上并使发光二极管的基板与次载体上的电路形成电连接；以及，一电性连接结构，以电性连接发光二极管的电极垫与次载体上的电路；其中，上述的次载体可以是导线架(lead frame)或大尺寸镶嵌基底(mounting substrate)，以方便发光装置的电路规划并提高其散热效果。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种发光装置的制造方法。制造方法包含：形成多个发光芯片，其中每一发光芯片包含一外延结构及一形成于外延结构上的电极；形成一保护层于每一发光芯片的电极上；分类发光芯片以形成多个发光群组，其中每一发光群组具有实质上相同的光电特性；形成一波长转换层于每一发光群组上，以覆盖外延结构及保护层；以及移除改保护层上的波长转换层以曝露保护层。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下
图附说明
图1A～图1K显示本发明的第一实施例中发光装置的剖面图。
图2A显示在一色度坐标上，本发明的一实施例中发光装置的光特性。
图2B为一色度图，显示黑体辐射曲线。
图3A显示由本发明的第一实施例的制造方法所制成的发光装置100的上视图。
图3B显示沿着图3A的剖面线AA’的发光装置剖面图。
图4显示由本发明的第二实施例的制造方法所制成的发光装置的剖面图。
符号说明
100、300 发光装置
10 晶片
10' 薄化晶片
102、302 发光叠层
1021 n型半导体层
1022 活性层
1023 p型半导体层
1024、3024 上面区域
1025 侧区域
1026 缓冲层
103、303 电极
1031 上表面
104、304 波长转换层
1041 第一部分
1042 第二部分
1043 突起部
105、305 金属凸块
1051 上表面
1052 侧壁
106 焊线
17 基板
1071 上表面
1072 下表面
1073 侧区域
11 暂时基板
20 发光单元
201 外延结构
202 电极
21 发光芯片
22 发光群组
30 沟槽
40 保护层
401 改质光致抗蚀剂
50 屏蔽
60 波长转换层
具体实施方式
图1A～图1K显示本发明的第一实施例中制造多个发光装置100的制造方法。参照图1A，多个发光单元20形成在一单一晶片10上，每一发光单元20包含一外延结构201及形成在外延结构20上的一对电极202。在本实施例中，发光单元为一水平式结构，但垂直式结构或其它形式结构也可包含在本发明的实施例中。参照图1B，一沟槽30形成在晶片10上且位于两邻近发光单元20之间，且磨薄晶片10以形成一薄化晶片10'。接着，量测每一发光单元20的光电特性（例如：发射波长、光功率、顺向偏压（Vf）及/或反向电流（Ir））。参照图1C，一保护层40形成并完全地覆盖发光单元20。在此实施例中，保护层40为一光致抗蚀剂。参照图1D及图1E，使用一屏蔽50对光致抗蚀剂进行曝光，使位于电极202上的光致抗蚀剂因被硬化而改质且在后续的显影步骤中仍形成在电极202上。沿着沟槽30以将发光单元20分离成多个发光芯片21。每一发光芯片21具有改质的光致抗蚀剂401形成于电极202上。参照图1F，根据的前所量测的光电特性，将发光芯片21分类（sorted or collected）成多个发光群组22，因此，每一发光群组22中的发光芯片21具有实质上相同的发射波长、实质上相同的光功率以及实质上相同的顺向偏压。在一实施例中，每一发光群组22中，发光芯片21之间的发射波长的差值小于10纳米（nm）；每一发光群组22中，发光芯片21之间的光功率的差值不大于10%；及每一发光群组22中，发光芯片21之间的顺向偏压的差值小于0.4伏特（V）。图1F仅显示一组发光群组22且发光群组22贴附在一暂时基板11。需注意的是，发光群组22中的发光芯片21从同一晶片所产出。在另一实施例，发光群组22中的发光芯片21也可从不同晶片所产出，然发光芯片21具有相同的光电特性。参照图1G，在光致抗蚀剂显影步骤之后，非改质光致抗蚀剂会被移除且改质光致抗蚀剂401残留在电极202上。参照图1H，一波长转换层60形成并完全地且共形地覆盖发光芯片21，其发光芯片包含改质光致抗蚀剂401及外延结构201。波长转换层60用以将发光芯片所发出的第一光转换成一第二光，第一光的波长不同于第二光的波长。第一光与第二光混和之后可得一白光或其它颜色光。
参照第1I图，移除改质光致抗蚀剂401上的波长转换层60以曝露出改质光致抗蚀剂401。在一实施例中，通过研磨（grinding or polishing）或胶带剥离技术（tape lift-off）移除波长转换层60。参照第1J图，进一步，移除改质光致抗蚀剂401以曝露出电极202。在此实施例中，使用一溶剂移除改质光致抗蚀剂401，溶剂包含丙酮（acetone）或N-甲基吡咯酮(N-methyl-2-pyrrolidinone，NMP)。参照图1K，通过激光或钻石刀分离两邻近发光芯片21间且位于暂时基板11上的波长转换层60。接着，移除暂时基板11以分离发光芯片21与暂时基板11，并且将发光芯片21固定于一载板上（图未示）。选择性地，可于移除改质光致抗蚀剂401之前，即先分离位于暂时基板11上的波长转换层60。一金属凸块（metal bump，图未示）形成在电极202上，由此可利用一焊线将金属凸块与外部电源电连接。在另一实施例中，保护层40可为一电镀金属层（例如：铜或镍），因此不需移除保护层，且焊线可透过保护层而电耦合至电极。保护层的高度为30μm～150μm。
图2A显示一CIE1931色度图。图2B显示黑体辐射曲线701及其具有七个色温区域（7步麦克亚当椭圆（7-step macadam ellipses））（只有三个色温区域显示在图2A及图2B）。七个色温区域各自具有一中心点（例如：5000K、5700K、6500K）接近黑体辐射曲线701。每一色温区域由四个CIE坐标点所定义且形成一个四边形（参考表1）
表1
在本实施例中，发光芯片所发出的第一光与波长转换层所转换的第二光混和之后所产生的白光，其具有一CIE坐标且位于七个色温区域内。需注意的是，因每一发光群组具有不同的发射波长，因此每一发光群组需覆盖不同的波长转换层使产生的白光可落于相同的一色温区域内；其中，不同的波长转换层发出不同的光且每一光可由一CIE坐标所定义。详言之，由不同波长转换层所转换的光虽具有不同的主发射波长但却可具有相同的CIE坐标。例如，当第一发光群组包含具有主发射波长为450nm的发光芯片；第二发光群组包含具有主发射波长为460nm的发光芯片；第一波长转换层发射具有第一CIE坐标（x=0.426，y=0.548）的光且应用于第一发光群组以产生第一白光；第二波长转换层发射具有第二CIE坐标（x=0.444，y=0.536）的光且应用于第二发光群组以产生第二白光。第一白光及第二白光的CIE坐标位于同一色温区域（例如：中心点为6500K的色温区域）。在此实施例中，第一波长转换层所转换出的光线有一主发射波长为551nm并具有第一CIE坐标，及第二波长转换层所转换出的光线有一主发射波长为558nm并具有第二CIE坐标。或者，第一波长转换层所转换出的光线有一主发射波长554nm并也可具有第一CIE坐标（x=0.426，y=0.548），及第二波长转换层所转换出的光线有一主发射波长560nm并也可具有第二CIE坐标（x=0.444，y=0.536）。在此实施例中，位于第一发光群组上的波长转换层的厚度实质上相等于位于第二发光群组上的波长转换层的厚度。
更者，参照图2A，于不同发光群组上的波长转换层的厚度可为不同。在此实施例中，线L表示为发光芯片所发射的光的色温点及波长转换层所发射的光的色温点的联机；发光芯片所发射的光的主发射波长为450nm及波长转换层所发射的光的主发射波长为551nm（黄光）。当发光群组上的波长转换层的厚度变化时，一色温点会沿着线L作移动。发光群组上的波长转换层越薄表示位于线L上的色温点较靠近于发光芯片的色温点。举例来说，一第三发光群组及一第四发光群组都包含具有主发射波长为450nm的发光芯片。具有主发射波长551nm的波长转换层可应用于第三发光群组及第四发光群组。位于第三发光群组的波长转换层具有一第一厚度且发射一具有一第一CIE坐标的混和光（a点）；及位于第四发光群组的波长转换层具有一第二厚度且发射一具有一第二CIE坐标的混和光（b点）。第二厚度大于第一厚度。
图3A显示一发光装置100的上视图，发光装置由本发明的第一实施例的制造方法所制成；图3B显示沿着图3A的剖面线AA’的发光装置剖面图。发光装置100包含基板17；发光叠层102；一对电极103及波长转换层104。基板17具有一上表面1071；一下表面1072；及四个侧区域1073，介于上表面1071与下表面1072之间。发光叠层102形成于上表面1071。发光叠层102包含一缓冲层1026；一n型半导体层1021，位于缓冲层1026上；一活性层1022，位于n型半导体层1021上；及一p型半导体层1023，位于活性层1022上。电极103分别位于n型半导体层1021及p型半导体层1023。波长转换层104具有一第一部分1041覆盖发光叠层102的一上面区域1024；及一第二部分1042，从第一部分1041在第一方向（P）上突起一第一距离（D1）。在此实施例中，第二部分1042未从第一部分1041的整个表面所突起。第二部分1042具有一宽度（沿着第二方向L）小于第一部分1041的宽度。第一距离（D1）为10μm～70μm。更者，发光叠层102具有四个侧区域1025，波长转换层104完全地覆盖基板17及发光叠层102的四个侧区域1073、1025。波长转换层104还具有一突起部1043从基板的侧区域1073在第二方向（L）上突起一第二距离（D2）。第二距离（D2）为30μm～100μm。第一方向（P）实质上垂直第二方向（L）。在一实施例中，位于侧区域1073、1025的波长转换层104的宽度（w）小于位于上面区域1024的波长转换层104的厚度（t）。厚度（t）为20μm～100μm，且宽度（w）为10μm～90μm。在另一实施例中，宽度（w）实质上等于厚度（t）。电极103具有一高度，小于波长转换层104的第一部分1041的高度。金属凸块105形成于电极103上。金属凸块105还具有一上表面1051及一侧壁1052。波长转换层104的第二部分1042围绕金属凸块105的侧壁1052但未覆盖金属凸块105的上表面1051。金属凸块105具有一梯形的剖面。选择性地，金属凸块105可具有圆形或长方形的剖面。在本实施例中，波长转换层104未覆盖电极103的一上表面1031。在另一实施例中，波长转换层104可覆盖电极103的侧壁及部分的上表面1031。因此，金属凸块105的覆盖面积（footprint area）小于电极103的覆盖面积。金属凸块105包含金、铜、银、或铝。一焊线106电连接至金属凸块105且波长转换层104未形成在焊线106上。焊线106包含金、铜、银、或铝。
参照图4，由本发明的第二实施例的制造方法所制成的发光装置300。根据第一实施例的方法，多个发光单元20形成在一单一晶片10上（参照图1）。每一发光单元20包含一外延结构201，及形成在外延结构20的一对电极202。一沟槽30形成在晶片10上且位于两邻近发光单元之间。更者，磨薄晶片10以形成一薄化晶片10'（参照图1B）。接着，量测每一发光单元20的光电特性（例如：发射波长、光功率、顺向偏压（Vf）及/或反向电流（Ir））。一保护层40形成并完全地覆盖发光单元20（参照第1C图）。在此实施例中，保护层40为一光致抗蚀剂。然，当使用一屏蔽50对光致抗蚀剂进行曝光时，因屏蔽50的尺寸大于电极303（202），改质光致抗蚀剂401会覆盖电极303的侧壁。因此，波长转换层304不会覆盖电极303的侧壁，且移除改质光致抗蚀剂401之后，波长转换层304会与电极303相隔开。在此实施例中，覆盖于发光叠层302的上面区域3024的波长转换层304与电极303相间隔一第三距离（D3）以方便后续形成金属凸块305于电极303上；第三距离为1μm～20μm。在一实施例中，金属凸块305具有一面积，小于或等于电极303的面积。
发光装置可包含多种材料，例如：磷化铝镓铟系列、氮化铝镓铟系列、或/及氧化锌系列。活性层可为单异质结构、双异质结构、双侧双异结构或多重量子阱结构。此外，活性层发出的光波长可通过改变量子阱的数目而改变。
用于成长或支持发光结构（单元）的基板材料可包括但不限于锗（Ge）、砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）、碳化硅（SiC）、硅（Si）、铝酸锂（LiAlO2）、氧化锌（ZnO）、碳化镓（GaN）、碳化铝（AlN）、玻璃、复合材料、钻石、CVD钻石、类钻碳（diamond-like carbon），或上述材料的组合。波长转换层可为一荧光粉，例如：Y3Al5O12。此外，波长转换层亦可为Gd3Ga5O12:Ce、（Lu,Y）3Al5O12: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）2SiO4:Eu、（Ca,Sr,Ba）Si2O2N2:Eu、及/或CdZnSe。
需了解的是，本发明中上述的实施例在适当的情况下，是可互相组合或替换，而非仅限于所描述的特定实施例。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见的修饰或变更接不脱离本发明的精神与范围。

Claims (7)

1.一种发光装置，包含：
基板；
发光叠层，形成于该基板上且具有上面区域，其中，该基板与该发光叠层均具有侧区域；及
波长转换层，包含上层及侧壁，其中，该上层包含第一部分及第二部分，该第一部分形成于该发光叠层上，且具有厚度，覆盖该发光叠层的该上面区域，该第二部分从该第一部分突起第一距离，及该侧壁覆盖该基板与该发光叠层的该侧区域，其中，位于该侧区域的该波长转换层具有宽度，小于该第一部分的该厚度。
2.如权利要求1所述的发光装置，其中，该第一距离为10μm～70μm。
3.如权利要求1所述的发光装置，其中，该第二部分具有一宽度，小于该第一部分的宽度。
4.如权利要求1所述的发光装置，还包含电极，形成在该发光叠层上；其中，覆盖于该发光叠层的该上面区域的该波长转换层与该电极相间隔为1μm～10μm的一第二距离。
5.如权利要求1所述的发光装置，还包含电极及金属凸块；其中，该电极包含一上表面，该金属凸块形成在该上表面且具有一侧壁及一上表面，且该波长转换层围绕该侧壁但未覆盖该金属凸块的该上表面。
6.如权利要求5所述的发光装置，还包含一焊线，电连接该金属凸块，其中，该波长转换层未覆盖该焊线。
7.如权利要求1所述的发光装置，还具有一突起部，该突起部从该基板的该侧区域上突起。
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