TW201003995A

TW201003995A - LEDs using single crystalline phosphor and methods of fabricating same

Info

Publication number: TW201003995A
Application number: TW098112121A
Authority: TW
Inventors: Arpan Chakraborty
Original assignee: Cree Inc
Priority date: 2008-04-10
Filing date: 2009-04-10
Publication date: 2010-01-16
Also published as: WO2009126272A1; US7859000B2; EP2277206A1; US8101443B2; CN102057511A; US20090256163A1; US20110073881A1

Description

201003995 六、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明係關於固態發射極，且具體而言為利用一或多種單晶磷光體進行光轉換之發光二極體（LED)及其製造方法。【先前技術】發光二極體（LED)係將電能轉換為光之固態裝置，且通常包含夾於對置摻雜層間之一或多個半導體材料主動層。當跨越摻雜層施加偏壓時，電洞及電子被注入主動層中，並於其中重新組合而產生光。光自主動層及LED之所有表面發出。習用LED不能自其主動層產生白光。藉由圍繞藍光發光 LED佈置黃色磷光體、聚合物或染料將來自該LED之光轉換為白光，其中典型磷光體係摻雜有鈽之釔鋁石榴石 (Ce:YAG)。[參見Nichia公司白色LED，部件號為 NSPW300BS 、NSPW312BS 等；Cree® 公司 EZBrightTM LED、XThinTM LED等；亦可參見頒予Lowrey之美國專利第 59593 16號，「Multiple Encapsulation of Phosphor-LED Devices」]。周圍磷光體材料「降頻轉換」LED部分藍光之波長，將其顏色轉變為黃色。部分藍光通過磷光體而未轉變，但該光之大部分被降頻轉換為黃色。LED發射藍光與黃光，此二者組合可提供白光。在另一方法中，藉由圍繞紫光或紫外光發光LED佈置多色磷光體或染料將來自該 LED之光轉換為白光。 139614.doc 201003995 一種在LED上塗佈磷光體層之習用方法係利用注射器或喷嘴將混合有環氧樹脂或聚矽氧聚合物之磷光體注射至 LED上。然而，使用該方法可能難以控制磷光體層之幾何結構及厚度。因此，LED以不同角度所發射之光可通過不同量之轉換材料，從而會使LED具有隨視角變化的不均勻色溫。由於難以控制幾何結構及厚度’故亦難以使^ed — 致地再現相同或類似發射特徵。塗佈LED之另一習用方法係藉由模版印刷，其闡述於頒予L〇wery之歐洲專利申請案1198〇16 A2中。將多個發光半導體裝置佈置於基板上，使相鄰LED具有期望的間距。提供具有與LED對準之開口的模版，其中孔稍大於LED且模版厚於LED。將模版放置於該基板上，且每個LED位於該模版中之各個開口内。隨後使組合物沈積於模版開口中，並覆風LED，一種典型的組合物係填光體存於可藉由熱或光固化之聚秒氧聚合物中所形成者。在填充孔後，自基板移除模版並將模版組合物固化至固態。舁上述主射器方法類似，使用模版法亦可能難以控制含兔光體之承合物的幾何結構及層厚度。模版組合物可能未完全填充模版開口而使所得層不均勻。含磷光體之組合物亦可此黏附至杈版開口上，此會降低保留於led上之組合物的里。杈版開口亦可能未與LED對準。該等問題可使 LED具有不均勻色溫且使led難以一致地再現相同或類似之發射特徵。已考慮到LED之各種塗佈方法，包括旋轉塗佈、喷塗、 1396U.doc 201003995 靜電沈積（ESD)及電泳沈積（EPD)。在磷光體沈積期間如旋轉塗佈或噴塗等方法通常利用黏合劑材料，而i他方法則需要在彻沈積後立即添加黏合劑以穩定碟子/粉末。在該等方法中，通常以粉末（非晶形或多晶形或類晶形）形式提供LED上之磷光體中粒度分佈類似於高斯分佈 (GauSSlan卜儘管單個磷光體粒子—般為晶形，但其往往

具有諸如晶界等物理缺陷。此外，由於磨損、研磨等原因’碗光體合成過程往往會產生缺陷。一級粒子受破壞會降低效率’此乃因在鱗光體晶體中所產生的晶格缺陷用作非輕射重新組合中心、或者在該等粒子表面上形成不發光非晶形層之故。另外，較小磷光體粒子可導致與散射有關之損失增加。 ,^外’可使料如聚錢、環氧樹脂及鱗光體黏合劑材料等黏合材料將磷光體粒子固持定位於LED上，且磷光體黏合劑材料可具有不同於LED磊晶材料的折射率。該差異可減】透過碟光體黏合劑之發射錐，且部分LED光因全内反射（TIR)而損失。【發明内容】本毛明揭不製造半導體裝置（例如，處於晶圓級之LED 曰曰片）之新頟方法，且揭示使用該等方法所製造之led晶片[ED晶片晶圓及LED封裝。自晶圓製造[Ερ晶片之一種本發明方法包含將led磊晶層沈積於LED生長晶圓上以在生長B曰圓上形成複數個LED。使單晶磷光體接合於複數 139614.doc 201003995 個LED中的至少一部分上以使至少部分來自經覆蓋LED之光通過單晶磷光體及受到轉換。自晶圓製造LED晶片之另一本發明方法包含將LED磊晶層沈積於LED生長基板上以形成具有複數個LED之LED晶圓並使LED晶圓接合至載體晶圓上。可移除生長基板並使單晶磷光體接合至複數個LED中的至少一部分上以使部分來自至少部分LED之光通過單晶磷光體及受到轉換。隨後可移除載體晶圓。本發明LED晶片晶圓之一個實施例在一個晶圓上包含複數個LED。其中包括單晶磷光體，其至少部分地覆蓋至少部分LED以使得在LED之經覆蓋部分的作業期間，至少部分來自LED之光通過單晶磷光體及受到轉換。本發明LED晶片之一個實施例包含LED及接合於該LED 上且至少部分覆蓋其之單晶磷光體。至少部分由LED發射之光受到單晶磷光體轉換。本發明LED封裝之一個實施例包含具有LED及單晶磷光體之LED晶片，該單晶磷光體至少部分地覆蓋LED且轉換至少部分來自LED之光。其中包括第一及第二接觸層以將電信號施於LED上。其中亦包括封裝引線，其與第一及第二接觸層電連接。囊封圍繞著LED晶片及電連接。由下述詳細說明及藉由舉例方式闡釋本發明特點之附圖將顯而易見本發明之該等及其他態樣及優點。【實施方式】本發明係關於利用單晶磷光體作為轉換材料之LED及製 139614.doc 201003995 造該等LED之方法。本發明尤其適於製造利用晶圓接合方法之無導線連結、無基板之LED。使用單晶磷光體能使晶圓級磷光體整合且可使與散射有關之發射損失降至最低，由此提高封裝效率。單晶磷亦可與利用諸如晶圓接合等技術等晶圓級製造相容，且夠堅固從而可為LED磊晶層提供機械支撐。此允許使用單晶磷光體作為載體基板，以晶圓級製造LED。可形成實質上無缺陷之單晶板，且可使其接合至屋晶材料或基板上。單晶磷光體基板可包含諸多不同的磷光體材料，該等磷光體材料可製備為吸收不同波長之LED光，並重新發射不同波長之光。在較佳實施例中，單晶磷光體基板可吸收波長在450至480 nm範圍内之藍光，並重新發射黃光，以使得總體發光係藍色LED光與黃色轉換材料光之白光組合。一個此類實施例可利用如下所述之單晶YAG基，其摻雜有諸如鈽之不同材料。在一實施例中，可使用一個以上單晶磷光體基板，或單晶磷光體可具有摻雜有不同材料之不同區域。有序之晶形材料結構可使單晶磷光體之光散射降低。在先前的磷光體施加方法中，磷光體粒子係為具有一定粒度分佈（典型上為卜20 μηι範圍）的粉末形式，從而使得遇到該等粒子之LED光可隨機散射，或沿諸多不同方向散射。對於單晶磷光體而言，由於LED光遇到完美而有序的單晶材料，故LED光幾乎不會發生散射。沒有散射或更重要的是沒有反向散射可使單晶磷光體達成更高效率。 139614.doc 201003995 單晶磷光體亦可降低因半導體_磷光料介面處之全内反射(TIR)所致的光損失。在先前磷光體之應用方法中，填光體粒子係存於通常具有約1>5之折射率⑽的黏合劑中。LED半導體材料具有約2.rr卜相比之下，單晶填光體具有1.7或更高之均—RI，其大於黏合劑材料之ri，且接近於半導體材料之RI。因此，與利用黏合劑中的填光體作為轉換材料之LED相比，使用單晶碟光體之實施例可降低TIR及散射。使用單Μ光體可提供其他優點，例如，允許沿晶體之天然解理面自晶圓分割或切割單個咖。然而，應瞭解，在其他實施例中，若不在天'然解理面上實施切割，則可使用已知的劃線及斷裂方法。在接觸層位於一側之實施例中無需導線連結’且由於單晶碌光體很堅固，故無需載體基板作為LED之機械支撐。本發明之咖與可移除生長基板之任何基板（SiC，GaN，藍寶石）皆可相容。應瞭解，單晶鱗光體亦可用於單個LED或成組LED之製造，而並非僅僅用於晶圓製造。 —亦應瞭解’當諸如層、區域或基板等元件係指位於另一 7L件上」知，其可直接位於另一元件之上或者亦可存在介入元件。此外，在本文中可使用諸如「在…内部」、「「在…外部」、「在…上部」、「在…上方」、「在...下部」、在…下方」、及「在…下面」等有關措詞及類似措詞來闡述-層或另一區域之關係。應瞭解，該等措詞意欲涵蓋除圖中所繪示定向外之不同裝置定向。 139614.doc 201003995 應瞭解，儘管本文中使用第一、第二等措詞來闊述各元件、組件、域、層及/或區段，但該等元件、組件、區域、層及/或區段不應受限於該等措詞。該等措詞僅用於將-個元件、組件、區域、層或區段與另一區域、層或區段區分開。因此，可將下文中所討論之第一元件、組件、區域、層或區段稱作第二元件、組件、區域、層或區段，此並不背離本發明之教示。 /本文係參照剖視圖㈣述本發明之實施例，該等剖視圖係本發明實施例之示意圖。因此，層之實際厚度可能不同’且預計會因（例如）製造技術及/或公差等原因而與所繪示形狀有所不同。因此，本發明之實施例不應視為僅限於本文所示區域之具體形狀，而應包括因（例如）製造而引起之形狀偏差。由於正常製造公差之故，繪示或闡述為正方形或矩形之區域將通常具有呈圓形或曲線形特徵。因此，圖中所緣示區域實質上僅為示意性，且其形狀並非意欲顯不裝置區域之精確形狀且並非意欲限定本發明之範疇。圖1展示製造LED之本發明方法10的一個實施例，且儘管以特定順序展示了步驟，但應瞭解該等步驟可以不同順序毛生且可使用不同的步驟。儘管本發明方法係參照之製4來闡述，但應瞭解其亦可用來製造其他固態發射極及其他半導體裝置。在步驟12中，LED係在生長晶圓或基板上製造，且LED 可具有諸多以不同方式佈置之不同半導體層。LED之製造及作業通常已為業内所熟知且在本文中僅作簡要論述。可 139614.doc 201003995 使用已知方法來製造LED層，且適宜方法係使用金屬有機化學氣相沈積（MOCVD)來製造。LED層通常包含夾於第一與第二對置摻雜磊晶層間之主動層/區域，其皆係在生長晶圓或基板（「晶圓」）上依次形成。首先，可使LED層跨越基板形成為連續層，隨後將該等層分割或分離成單個 LED。可藉由使主動區域及摻雜層之部分向下蝕刻至晶圓以在LED之間形成開口區來達成該分離。在其他實施例中，主動層及摻雜層可在晶圓上保持為連續層且可在分割 LED晶片時被分離成單個裝置。應瞭解，在每一 LED中亦可包括其他層及元件，包括 (但不限於）緩衝層、成核層、接觸層及電流擴展層以及光抽取層及元件。主動區域可包含單量子阱（SQW)、多量子阱（MQW)、雙異質結構或超晶格結構，且如業内所瞭解，對置摻雜層通常稱作η型及p型摻雜層。 LED可自不同的材料系統製造，其中較佳材料系統係基於III族氮化物之材料系統。III族氮化物係指由氮與週期表 III族中之元素（通常為鋁（A1)、鎵（Ga)及銦（In))所形成的彼等半導體化合物。該術語亦指三元及四元化合物，例如，氮化鋁鎵（AlGaN)及氮化鋁銦鎵（AlInGaN)。在一較佳實施例中，η型及p型層係氮化鎵（GaN)且主動區域係InGaN。在替代實施例中，η型及p型層可為氮化銘銦鎵（AlInGaN)、石申化I呂鎵（AlGaAs)或鱗石中化紹鎵銦（AlGalnAsP)。可由諸如藍寶石、碳化矽、氮化鋁（AIN)、GaN等諸多材料製得晶圓，其中適宜晶圓係碳化矽之4H多型體，但亦 139614.doc -10- 201003995 可使用其他碳化矽多型體，包括3C、6H及15R多型體。碳化矽具有某些優點，例如與藍寶石相比其晶格與ΙΠ族氮化物更加匹配，並可形成更高品質的ΙΠ族氮化物膜。碳化矽亦具有極高導熱性從而使碳化矽上之ΙΠ族氮化物裝置的總輸出功率不會受到晶圓散熱之限制（在藍寶石上所形成之某些裝置可產生該情況）。SiC晶圓可購自Cree Research公司（Durham) ’ North Carolina且製造其之方法闡述於科學文獻以及美國專利第Re. 34,861號、第4,946,547號、及第 5,200,022號中。每一 LED亦可具有第一及第二接觸層，且本發明之某些實施例可包含具有橫向幾何體之LED，其中自LED之一個表面可接達該等接觸層，如下文進一步所闡述。在其他實把例中’ LED可具有垂直幾何結構，其中第一接觸層在一個表面上且第二接觸層在對置表面上。在一個此類實施例中’备移除生長基板時一個接觸層可在生長基板或η型層上。另一接觸層可在LED之頂層上，其通常為ρ型層。第一及第二接觸層可包含諸多不同材料，例如Αιι、銅 (CU)、鎳（Ni)、銦（In)、鋁（A1)、銀（Ag)、或其組合。另一些實施例可包含導電氧化物及透明導電氧化物，例如氧化銦錫、氧化鎳、氧化鋅、氧化鎘錫、鈦鎢鎳、氧化銦、氧化錫、氧化鎂、ZnGa2〇4、Zn〇2/Sb、Ga2〇3/Sn、 Agln02/Sn、In2〇3/Zn、CuA1〇2、LaCu〇s、CuGa〇2 及

SrCu2〇2。所用材料之選擇可端視接觸層之位置以及期望電特性(例如，透明度、接點電阻率及薄層電阻)而定。在 139614.doc -11 - 201003995 m族氮化物裝置之可覆蓋部分a σ半透明電流擴展薄層通常次王部ρ型層18。應通常為金屬（例如，銘㈣或透明導恭氧第仆一物接觸層可包括銦錫（ΙΤΟ))之届. 电乳化物（例如，氧化他電流擴展結構或格#。-他材枓。咖亦可包含其在14中，使用已知方法來形成單光體提供-或多個呈週期性晶 =早曰曰科構之磷光體。單晶係無晶界且曰格連^小於原子間距的結緣之晶形間斷直至晶體邊 “通常涉及由原子逐層構建晶 M「大車晶之技術包括在進料炫融浴中緩慢拖良旋轉種晶」。業内將利用該等技術之方法稱作Cz〇ch爾i 法或Bridgeman技術。在一個實施例中，單晶鱗光體單獨或以組合形式包含諸多不同組合物及磷光體材料。在一個實施例中，單晶磷光體可包含釔鋁石榴石（YAG，化學式為tAhO]2)。YAG單晶填光體可自π-ιν公司之VL0C子公司講得。yag主體係機械上堅固、物理上堅硬且呈光學各向同性的穩定化合物。 YAG主體可與其他化合物組合而達成所期望之發射波長。在單晶磷光體吸收藍光並重新發射黃光之一個實施例中，單晶磷光體可包含YAG:Ce。該實施例尤其適用於發射藍光與黃光之白光組合的LED。使用由基於 (Gd，Y)3(Al，Ga)5〇i2:Ce系統之碟光體製成的轉換粒子可發射全程寬頻黃光，§玄糸統包括Y3Al5〇〗2:Ce (YAG)。可用於 139614.doc •12· 201003995 白光發光LED晶片之其他黃色碟光體包括：

Tb3.xREx012:Ce(TAG) ; RE=Y、Gd、La、Lu ·或

Sr2-x-yBaxCaySi〇4:Eu。

在其他實施例中，可將其他化合物與YAG主體一起使用以吸收並重新發射不同波長之光。舉例而言，可提供 YAG:Nb單晶磷光體以吸收藍光並重新發射紅光。亦可將第-及第二磷光體與組合在一起的上述黃色磷光體及紅色磷光體組合以產生具有不同白色調（暖白色）之更高的白色。可使用不同紅色填光體，包括：SrxCaixS:Eu，γ; Y=鹵化物；

CaSiAlN3:Eu ;或 Sr2-yCaySi〇4:Eu。所有的光轉換為特定顏，可使用下述磷光體來可使用其他碟光體藉由將實質上色來產生飽和顏色發射。舉例而言產生綠色飽和光：

SrGa2S4：Eu ；

Sr2-yBaySi〇4:Eu ;或

SrSi202N2:Eu。㈣換粒子之部分其他適宜碌光體，伸亦可使用其峨體。每一者皆在藍光及/或UV發射譜中展示激發、提供期望峰發射、具有高效光轉換、且具有受之斯托克斯頻移（Stokes shift): 黃色/綠色 (Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)2S4 :Eu2+ 139614.doc 13 201003995

Ba2(Mg,Zn)Si2〇7：Eu2+ Gd〇.46Sr〇31Ali.23〇xFi.38：Eu2 + 〇.〇6 (Ba1.x.ySrxCay)Si04：Eu Ba2Si04：Eu2 + 紅色

Lu203:Eu3 + (Sr2_xLax)(Ce 】- xEux)〇4 Sr2Ce,.xEux〇4

Sr2.xEuxCe04 SrTi03：Pr3 + ,Ga3 + CaAlSiN3:Eu2 +

Sr2Si5N8:Eu2 + 在某些製造方法中，在晶錠中形成單晶，自該等晶錠實施分離可得到本發明之單晶磷光體。在一個實施例中，可自該晶錠切割不同厚度及直徑之圓形單晶磷光體。在某些實施例中，單晶麟光體可具有在mm範圍内之厚度及約6 mm之直徑。然而，應暸解，端視製造方法，單晶磷光體可具有不同厚度且可具有大於2⑽之直徑。卞為實^例’ YAG單晶中有效元素（例如， e之摻雜濃度可沿（例如）垂直透過厚度之度方向或此兩者之組合呈梯級分佈。其卜向，物線形或任何其他函數形式或形狀。單日;線性或1 同方式形成’例如在用於分離單晶之二弟度可以; 度。 $成期間形成才 139614.doc -14- 201003995 在1 6中’使用已知晶圓接合技術使單晶磷光體接合至 LED晶圓上。將單晶磷光體佈置為可使得在最終lED裝置中，自LED發射之光通過單晶磷光體，其中至少部分led 光被吸收並以不同光波長重新發射。如上文所述，本發明之不同實施例可發射LED光與自單晶重新發射之光的白光組合。在1 8中，可對單晶磷光體實施研磨或平坦化之可選處理

以控制LED光所通過的磷光體粒子之量。實施此處理可控制由單晶磷光體所轉換之光的量，其中在LED光通過較薄晶體時通常僅有較少LED光受到轉換。可使用此來控制 LED之端部發射色點。在其他實施例中，可對單晶磷光體實施紋理化或成形處理以進一步降低TIR並提高光抽取。類似地，可對LED表面實施紋理化處理以提高光抽取。應瞭解，在不同的實施例中，可對單晶磷光體實施研磨、平坦化、紋理化或成形處理，之後形成為晶圓安裝至㈣晶圓上。在替代步驟（未圖示）中可使用已知方法來探測晶圓以量測整個日日日圓上之LED晶片的輸出發光特徵。在探測時，將電信號施加至每一 LED以使其發射光，並量測輸出發射特徵。在不同的探測步驟中，可活化整個晶圓並量測led 之輸出，可活化不同區域或組内之LED並量測其輸出，或可單獨地活化每-LED並量測其輸出。&於探測結果，可對單晶磷光體實施進一步研磨或平坦化處理。例在20中，可使用已知方法自晶圓分割單個led晶片 139614.doc -】5· 201003995 如，切片、劃線及分裂或#刻。如上文所述，單晶填光體尤其適於沿其天然解理面分離或分裂。若解理面與期望分離邊界對準，則此可係最方便的分割方法。亦可能需要劃線、分裂或蝕刻對其餘LED層實施分割。分割方法可分離開各LED晶片，每一者具有大體相同發射特徵。此允許可靠且一致地製造具有相似發射特徵的LED晶片。分割後，在22中，可將LED晶片安裝於封裝内、或安裝至底板或印刷電路板（PCB)而無需進一步處理來添加磷光體。在一個實施例中，封裝/底板/PCB可具有習用封裝引線，其中 LED連接至該引線上而無需導線連結。隨後，可圍繞LED 晶片及電連接實施習用囊封。在另一實施例中，可藉由密封殼封閉LED晶片，其中惰性氣氛以大氣壓或低於大氣壓之氣壓包圍在LED晶片周圍。應瞭解，在本發明方法之不同實施例中可包括其他步驟。圖2展示製造本發明LED晶片之方法40的另一實施例，其中的某些步驟類似於上文所述及圖1中所展示之彼等步驟。在42中，如上文所述在晶圓上形成LED且在44 中，使LED晶圓暫時接合至載體晶圓上。可如上文所述在晶圓上形成不同的LED，包括橫向幾何體LED。可使用諸多不同材料之不同載體晶圓，其中較佳載體晶圓包含諸如矽等半導體材料。可使用諸如晶圓接合等已知接合技術使 LED晶圓接合至載體晶圓上。在46中，可藉由LED顯露先前毗鄰生長基板之層的表面來移除生長基板。可使用諸多不同的基板移除方法，包括 139614.doc -16- 201003995 已知的研磨方法及/或蝕刻方法。在其他實施例中，藉由 (例如）使生長基板減薄可保留生長基板或其至少部分。θ在其他實施例中，可對生長基板或其保留部分實施成㈣紋理化處理。在48中，可根據上述圖丄中方法1〇之14中所述來形成單晶鱗光體。在50中’當移除生長基板時，可隨後使單晶碟光體接合至所暴露LED表面，其中較佳接合方法係如上文所述之晶圓接合方法。在52中，可對單晶碟光體實施如上文所述之研磨、平坦化、紋理化或成形處理。。在54中，可使用已知方法自LED晶圓除去或移除載體晶圓。在該實施例中，單晶磷光體不僅用作轉換led光之介質，且其亦用作LED之機械支撐。亦即，單晶碌光體足夠堅固從而可用作LED之機械支撐，使得無需載體基板。根據方法40製造所提供的LED不具有生長基板或載體基板。此提供諸如提供更薄之裝置等許多優點，且由於基板不一定展示良好的導熱性，故其移除可提高熱量自led的傳導性。在又-些其他實施例中’ LED上可保留部分載體基板以提供反射層以使LED光透過單晶磷光體反射回去。在56 中，可自晶圓分割LED且在58中，可如上文所述將LED封裝。應瞭解，方法40可包含其他步驟，例如，單晶基板之紋理化、研磨或成形，或LED表面之紋理化。當對LED表面實施紋理化處理時，可能需要較厚或額外的接合層以將單晶磷光體牢固地接合至LED上。方法40亦可包括如上文所 139614.doc 201003995 述之探測步驟。在本發明之其他方法中，可將單晶磷光體安裝至不同的表面上，且在透過單晶磷光體達成接觸層之彼等實施例中可包括傳導開口或傳導通孔。亦應瞭解，在其他方法中中，可在不同點對生長基板實施移除、減薄或紋理化處理。在再一些其他實施例中，可藉由（例如）使單晶磷光體接合於LED之頂部及底部而將單晶磷光體安裝至多個表面上，其中LED夾於單晶磷光體之間。此可在移除或不移除生長基板及載體基板時達成，且該等實施例可包括經由單晶磷光體接觸層LED之通孔。圖3a至3g展示本發明LED晶圓70方法之一個實施例。應瞭解，可利用本發明來處理許多不同的LED實施例且可對單個LED或較小LED組實施類似於晶圓級LED之處理。現參照圖3a，LED晶圓70係以倒裝晶片方向展示，且包含 LED晶片72，該等晶片係在其製造方法之晶圓級展示。所包括的假想線用以展示LED晶片72與後續其他製造步驟間的分離線或切割線。儘管圖3 a僅展示處於晶圓級之兩個裝置，但應瞭解自單個晶圓可形成更多個LED晶片。舉例而言，在製造具有1毫米2(mm2)大小之LED晶片時，在3英吋晶圓上可製造多達4500個LED晶片。每一LED晶片72包含形成半導體LED之層，其可具有以上文所述不同方式佈置的諸多不同半導體層。LED晶片72 之層通常包含夾於第一與第二對置摻雜磊晶層78、80間之主動層/區域76，所有該等層皆係在處於晶圓級之生長基 139614.doc -18· 201003995 板82上依次形成。在所展示之實施例中，第一對置摻雜層 78係η型摻雜層，而第二對置摻雜層係p型摻雜層。然而，在其他實施例中，第一及第二對置摻雜層可分別係ρ型摻雜層及η型摻雜層。在所展不之實施例中’ LED晶片72在基板82上展示為連續層’該等層在分割LED晶片時被分離成單個裝置。在其 • 他實施例中，LED可在生長基板82上形成為單獨裝置。可藉由使主動區域76及摻雜層78、80之若干部分向下蝕刻至基板82而在LED晶片72之間形成開口區來達成該分離。在其他實施例中，蝕刻可僅透過一部分LED層或者可部分透過生長基板。LED晶片72可由不同的材料系統製成且基板可由不同的材料製成，如上文所述。應瞭解，在LED晶片 72中亦可包括其他層及元件且主動區域”可包含諸多不同的結構，其中所展示主動區域包含量子阱（QW)結構。現參照圖3b，可形成具有橫向幾何體之LED晶片72，但 V 應瞭解，本發明亦可用於具有不同層幾何結構之：led。對於每LED晶片72而言，餘刻ρ型層8〇及主動區域76以於n 型層78上形成凸台84。在凸台84上形成η型層接觸層％並在Ρ型層80上形成ρ型層接觸層88。ρ型接觸層肫亦可包含反射來自LED主動區域76之光的鏡面以使得該光可達成有用發射。該等鏡面可包含反射金屬或分佈式布拉格（Bragg) 反射态(DBR)。鏡面亦可與n型接觸層“結合使用以亦反射可達成有用發射之光。在不同位置中亦可包括其他高反射率鏡面層以進—步反射可達成有用發射之光，此一單獨的 139614.doc 19 201003995 咼反射率鏡面層（未圖示）毗鄰P型及接觸層88、86。 η型及卩型接觸層86、88可由上文所述材料製成，且每— LED晶片72亦可包含上文所述之電流擴展層及結構。施加至η型接觸層86之電信號擴展至n型層78中且施加至p型接觸層88之信號擴展至p型層80中。由於LED晶片72具有橫向幾何體，故自同一表面可接達接觸層86、88。現參照圖3c，LED晶圓70可為在可接達接觸層％、μ之表面處接合至位於LED 72之表面上的載體晶圓/基板9〇上之晶圓。可使用由諸多不同材料製成的諸多不同載體曰圓’其中適宜載體晶圓由石夕(Si)製成。可使用諸多不二接σ方法’例如’ g用晶圓接合技術。應瞭解，無需載體晶圓亦可製造本發明之某些LEd晶圓。 … " 現參照圖3d，可使用上文所述之基板移除方法來移除長基板82(展示於圖3山。巾）。移除生長基板82後露出η 層78之頂表面94 ’且如圖36中所展示，單晶磷光體％係合至表面94上之晶圓。可使用諸多不同的接合方法，包 (但不限於)已知的晶圓接合方*。隨後，可將單晶磷光 92研磨至期望厚度並對單晶磷光體”之理以增強光抽取。在另一些其他實施例中，可對= 基板82後所露出的n型層78之表面實施紋理化處理，之使其接合單㈣光體92。在該等實施例中，可能需要使诸如環氧樹H切氧等接合劑以確保單㈣光體Μ充: 地黏附至η型層7 8上。現參照圖3f，可使用已知方法自LED 72除去或以其他方 139614.doc •20- 201003995 式移除載體晶圓90(展示於圖3c至3e中），以使得可接達η型及Ρ型接觸層86、88。在移除載體晶圓90後，單晶磷光體通常足夠堅固從而可為LED 72提供充分的機械支撐。移除載體基板亦可消除熱阻之潛在路徑，從而可使來自LED之熱更易於散逸。現參照圖3g，使用上文所述之分割或切割方法自LED晶圓70將LED晶片72分割成單個裝置。隨後，亦可將單個 LED晶片72安裝於上文所述封裝内。應瞭解，在其他實施例中，可將LED晶片分割為若干組LED晶片72，隨後可將該等組成組安裝於封裝内。 LED晶片尤其適於表面安裝裝置。亦即，無需導線連結即可將LED 72安裝於封裝内，其中可自該單晶磷光體92之對面接達η型及p型接觸層86及88以進行表面安裝。如上文所述，可對LED晶圓實施探測，且亦應瞭解可對 LED晶片或LED封裝實施類似探測以量測裝置特徵，例如，作業電壓、洩漏電流、峰值及主要發射波長、CIE圖中之色點、演色指數（CRI)、相關色溫（CCT)、色彩區間、強度及效能。可使用不同的探測方法且在一個實施例中，將電信號施加至每一 LED上以使其發射光，並量測輸出發射特徵。若需要，可藉由諸如微機械加工、微鑽孔、微噴砂等技術減少每一 LED晶片上之單晶磷光體的厚度以達成目標色點。可以諸多不同方式來佈置單晶磷光體且可將其佈置於 LED晶片之其他表面（例如，毗鄰p型對置摻雜層80)上或 139614.doc -21 - 201003995 LED晶片72之側面上。在又一些其他實施例中，單晶碟光體可具有不同的區域來吸收來自LED晶片72之光及發射不同顏色之光’或者一個以上單晶磷光體可呈堆疊狀態使用或覆蓋LED晶片72之不同部分。圖4a及4b展示類似於在圖3a至3g中所展示[ED晶片之 LED晶圓1 〇〇的另一實施例且對於類似特徵使用相同的彖考編號’並應瞭解到以上闡述同樣適用於該實施例。Led 晶圓包含LED晶片102 ’其在η型與p型層78、80之間具有主動區域76。蝕刻ρ型層80及主動區域76以在η型層78上形成凸台84，其中η型接觸層86係在凸台84上且卩型接觸層88 係在Ρ型層上。在移除生長基板（及載體晶圓9〇(若使用））後顯現出LED晶片72。在該實施例中，LED晶片1 〇2包括第_ 及第二單晶磷光體104、1〇6，每一者皆可吸收led光並重新發射不同顏色之光。在所展示實施例中’單獨形成晶形磷光體104、106並隨後以相互層疊之方式將其接合至藉由移除生長基板所暴露之„型層78之表面上。在其他實施例中，可使磷光體1 02、1 04形成為一個單晶磷光體，其具有不同區域以供重新發射不同顏色之光。縞視所含化合物而定，單晶磷光體丨〇4、1 〇6可重新發射不同顏色之光。在所展示實施例巾，第一單晶鱗光體刚可吸收一部分藍光並重新發射紅光，而第二單晶磷光體 1〇6可吸收-㈤分剩餘藍光並重新#射黃n肖置使 LED晶片102可發射藍光、紅光及黃光之暖色溫白光組合。黃光發光單晶磷光體106可包含諸多上文所述化合 139614.doc -22- 201003995 物，其中適宜化合物係YAG:Ce。紅光發光單晶磷光體ι〇4 可包含諸多上文所述化合物’其中適宜化合物係yag:Eu 或YAG:Tb。應瞭解，在其他實施例中，可使用兩個以上單晶磷光體。現參照圖4b，可自晶圓分割LED晶片1〇2並如上文所述對其實施封裝。如上文所述，亦可將本發明用於具有非橫向幾何體之幾

何結構的LED^ +。^5aA5b展示具有垂直幾何結構 LED晶片112之LED晶圓11 〇的一個實施例。該等led晶片 112中之每一者皆在n型與卩型摻雜層78、8〇之間包含主動區域76，其皆形成於生長基板82之上。在該實施例中，生長基板82具有傳導性，因而11型接觸層U4可沈積於基板82 上。施加至接觸層114之電信號可擴展透過基板82到達層78。在生長基板82絕緣或傳導性不足之實施例中，可移除該基板並使η型接觸層114直接沈積於n型層78上。n型層接觸層114亦可包含鏡面層。可使p型接觸層116直接沈積於具有上文所述電流擴展層及結構之P型層上。如上文所述之實施例’在不同位置中亦可包括其他高反射率鏡面層以進一步反射光以供有用發射。可使單晶磷光體118接合至p型層80之上，其中p型接觸層116係在單晶罐光體118與卩型層8〇之間。為了達成與p型接觸層116之電接觸，在安裝至led晶片112之前或之後，透過單晶磷光體11 8形成開口 120。可使用諸如蝕刻、雷射燒姓、鑽孔等諸多不同的方法來形成開口丨2〇。隨後可（例如）藉由導線連結使P型接觸層1丨6透過開口 12〇接觸。現參 139614.doc -23· 201003995 照圖5b ’可自晶圓分割LED晶片112並如上文所述對其實施封裝。在其他實施例中，具有垂直幾何結構之LED晶片可具有倒裝晶片方向’其中將單晶磷光體安裝於η型層之上◦在保留生長基板之實施例中，生長基板係在單晶磷光體與η 型層之間。在任一種情況下，η型接觸層皆可在單晶磷光體與η型層之間，從而使得必須在單晶磷光體中形成開口以接觸η型接觸層。如上文所述，藉由（例如）使LED夾於單晶磷光體之間，其他實施例亦可在LED之不同表面上包含多個早晶碌光體。在某些情況下，單晶磷光體可產生空間色溫不均勻性。此可能與晶形磷光體板内由於不存在散射致使光子在該板内之路徑長度不同有關。可藉由在圍繞LED晶片之囊封内添加光散射粒子來改良色溫均W。散射粒子可具有諸多不同的大小，例如，在20〇11„1至5 μιη範圍内，但亦可使用其他大小。在-個實施财，亦可在單晶磷光體材料生長過程期間添加光散射粒子，以使得可在單Μ光體内達成最佳散射量。在另—些其他實施财，可對囊封表面實施紋理化處理以引發光散射。儘管本文已參照某些較佳構造詳細地闊述了本發明，但射存在其他型m，不應將本發明之精神及範圍限疋於上文所述之型式。【圖式簡單說明】圖1展示製造本發明led晶片之方法之一個實施例的流 139614.doc -24- 201003995 程圖；圖2係製造本發明LED晶片之方法之另一實施例的流程圖；圖3a至3g展示在製造方法期間處於不同階段之本發明 LED晶片的·一個貫施例，圖4a與4b展示本發明LED晶片之另一實施例；及圖5a與5b仍展示本發明LED之又一實施例。【主要元件符號說明】 70 LED晶圓 72 LED晶片 76 主動區域 78 η型掺雜轰晶層 80 ρ型摻雜磊晶層 82 生長基板 84 凸台 86 η型接觸層 88 Ρ型接觸層 90 載體晶圓 94 頂表面 100 LED晶圓 102 LED晶片 104 第一單晶磷光體 106 第二單晶磷光體 110 LED晶圓 139614.doc -25 - 201003995 112 LED晶片 114 η型接觸層 116 ρ型接觸層 118 單晶磷光體 120 開口 139614.doc -26 ~

Claims

201003995 七、申請專利範圍： 1. 一種用於由晶圓製造發光二極體（led)晶片之方法，包含：使LED蟲晶層沈積於LED生長晶圓上，以於該生長晶圓上形成複數個LED ;及使單晶填光體接合至至少部分該等複數個led上，以使來自該等LED之經覆蓋部分的至少部分光通過該單晶鱗光體及轉換。 Κ 2·如請求項1之方法，其進一步包含將該單晶磷光體平坦化。 3. 如請求項1之方法，其進一步包含自該等複數個led移除該生長晶圓。 4. 如请求項i之方法，其中該單晶磷光體為該等[ED磊晶層提供機械支撐。 5. 如凊求項1之方法’其中該單晶磷光體之一表面係紋理 , 化0 0 6·如β求項1之方法，其進一步包含钮刻該等LED以形成橫向幾何體裝置’及沈積第一及第二接觸層於該等LED 上’其中該單晶磷光體係接合至相對於該等第—及第二接觸層之表面上。 7_如β求項1之方法，其進一步包含在該單晶磷光體内形成開口以通到該等led上之接觸層。 8.如清求項3之方法，其進一步包含將該LED晶圓安裝至載體晶圓上。 139614.doc 201003995 9_如請求項8之方法，其進一步包含在該單晶磷光體接合之後移除該載體晶圓。 1〇·如清求項1之方法，其中該等LED晶片發射白光。 11.如請求項1之方法，其中該單晶磷光體包含釔鋁石榴石 (YAG)主體晶格。月长項11之方法，其中該卓晶基板進一步包含鱗光體。 13·如請求項12之方法，其中該磷光體在該單晶基板中之濃度係呈梯級分佈。 I4.如請求項1之方法，其中該單晶基板進一步包含散射粒子。 1 5 ·如明求項1之方法，其進一步包含自該晶圓將該等led分割為單個LED晶片或成組LED晶片。 1 6. 一種發光二極體（LED)晶片晶圓，包含：位於晶圓上之複數個LED ; 第—單晶磷光體，其至少部分地覆蓋該等LED之至少一部分以使得在該等LED之被覆蓋部分的作業期間，來自a亥等LED之至少部分光通過該單晶磷光體及轉換。 17. 如睛求項16iLED晶片晶圓，其中該第—單晶磷光體為該等LED之至少一部分提供機械支撐。 18. 如請求項162LED晶片晶圓，其中由該第一單晶磷光體所覆蓋之該等LED發射來自該等LED之光與來自該第一早aa碟光體之被轉換光的白光組合。 19. 如請求項162LED晶片晶圓，其中該第—單晶磷光體包 139614.doc 201003995 含記鋁石榴石（YAG)。 20. 如請求項19之LED晶片晶圓，其中該第一單晶磷光體進一步包含磷光體。 21. 如請求項20之LED晶片晶圓，其中該磷光體在該第一單晶磷光體中之濃度係呈梯級分佈。 22·如請求項16之LED晶片晶圓，其中該第一單晶磷光體進一步包含光散射材料。 23. 如請求項16之LED晶片晶圓，其中該第一單晶基板進一步包含磷光體以吸收來自該LED之光及發射黃光。 24. 如請求項1 6之LED晶片晶圓，其能夠被分離成LED晶片。 25. 如請求項16之LED晶片晶圓，其中被該第一單晶磷光體所覆蓋之該等LED發射LED光與來自該第一單晶磷光體之經降頻轉換之光的白光組合。 26. 如請求項16之LED晶片晶圓，其中該等LED進一步包含接觸層及該第一單晶磷光體包含到達至少部分該等接觸層之開口。 27. 如請求項16之LED晶片晶圓，其中該等LED具有橫向幾何體及接觸層。 28. 如請求項27之LED晶片晶圓，其中該第一單晶磷光體覆蓋該等LED上相對於可通到該等接觸層的表面之一表面上。 29·如請求項16之LED晶片晶圓，其進一步包含使用第二單晶磷光體覆蓋該LED之至少一部分。 139614.doc 201003995 30.如請求項16之LED晶片晶圓，其中該LED晶圓係夾於該第一及第二單晶磷光體之間。 3 1.如請求項1 6之晶片晶圓，其中該第一單晶磷光體係經紋理化。 32. —種發光二極體（LED)晶片，包含：一 LED ;及一單晶，其位於該LED上且至少部分地覆蓋該LED以使得至少一部分由該LED所發射之光受到該單晶磷光體轉換。 33. 如請求項32之LED晶片，其中該LED晶片發射來自該 LED與來自該單晶磷光體之光的組合。 34. 如請求項32之LED晶片，其中該單晶磷光體係接合至該η 型層。 35. 如請求項32之LED晶片，其中該單晶磷光體為該LED提供機械支撐。 36. 如請求項32之LED晶片，其發射來自該LED之光與來自該單晶磷光體的經轉換之光的白光組合。 37. 如請求項32之LED晶片，其中該單晶磷光體包含釔鋁石榴石（YAG)。 38. 如請求項32之LED晶片，其中該單晶磷光體進一步包含填光體。 39. 如請求項32之LED晶片，其中該單晶基板進一步包含磷光體以吸收來自該LED之光並發射經降頻轉換之光。 40. 如請求項39之LED晶片，其中該經降頻轉換之光係綠色 139614.doc 201003995 或黃色。 41 ·如請求項39之LED晶片，其中該經降頻轉換之光係橙色或紅色。 42. 如請求項32之LED晶片，其進一步包含接觸層，其中該單晶磷光體包含至該等接觸層中至少一者之開口。 43. 如請求項32之LED晶片，其中該等LED具有橫向幾何體及可自一表面通到之第一及第二接觸層。 44. 如請求項43之LED晶片，其中該單晶磷光體覆蓋該等 LED上相對於可通到該等接觸層的表面之一表面上。 45. 如請求項32之LED晶片，其進一步包含使用第二單晶磷光體覆蓋該LED之至少一部分。 46. 如請求項32之LED晶片，其在相對於該單晶之該LED上進一步包含高反射性鏡面。 47. —種發光二極體（LED)封裝，包含：一 LED晶片，其包含一 LED及至少部分地覆蓋該LED q 並轉換至少一部分來自該LED之光的單晶磷光體，及用於將電信號施至該LED之第一及第二接觸層；封裝引線，其與該等第一及第二接觸層電連接；及圍繞該等LED晶片及電連接之囊封。 48. 如請求項47之LED封裝，其在該囊封中進一步包含光散射粒子。 49. 如請求項47之LED封裝，其中該單晶磷光體包含磷光體材料。 50. 如請求項49之LED封裝，其中該磷光體材料在該單晶磷 139614.doc 201003995 光體中之濃度係呈梯級分佈。 51. 如請求項50之LED封裝，其中該單晶磷光體進一步包含散射粒子。 52. 如請求項47之LED封裝，其中對該囊封之表面係紋理化。 53. —種用於自晶圓製造發光二極體（LED)晶片之方法，包含：使LED磊晶層沈積於LED生長基板上以形成具有複數個LED之LED晶圓；使該LED晶圓接合至載體晶圓上；移除該LED生長基板；使單晶磷光體接合於該等複數個LED之至少一部分上以使來自至少一部分該等LED之光通過該單晶磷光體及轉換；及移除該載體晶圓。 54. 如請求項53之方法，其進一步包含對該單晶磷光體平坦化。 5 5.如請求項53之方法，其中該單晶磷光體為該等LED磊晶層提供機械支撐。 5 6.如請求項53之方法，其中該單晶磷光體之一表面係紋理化。 57.如請求項53之方法，其中該等LED晶片發射白光。 5 8.如請求項53之方法，其中該單晶磷光體包含釔鋁石榴石 (YAG)。 139614.doc 201003995 59. 如請求項53之方法，其中該單晶基板進一步包含磷光體。 60. 如請求項53之方法，其進一步包含自該晶圓將該等LED 分割為單個LED晶片或成組LED晶片。 6 1.如請求項53之方法，其進一步包含在相對於該單晶之該 LED蠢晶層上形成南反射性鏡面。 C

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