TWI407591B - 白光二極體晶片及其形成方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種發光二極體晶片，特別有關於一種白光二極體晶片及其製造方法。
發光二極體(light-emitting diode，簡稱LED)是一種複合的半導體元件，其係透過能量轉換的方式將電流轉換為光。發光二極體所發出的光通常分佈在將近20至40nm寬的光譜範圍內，且其所發射的光之波長係由發光二極體之發光層的半導體材料所決定。由於受限於其所發射的光之波長的結果，單一發光二極體無法發出白光，因為白光需由具有可見光譜的幾乎所有波長範圍的光所組成。第1圖係顯示習知的白光發光元件100之剖面圖，此白光發光元件100包含一藍光LED晶片12設置於反射蓋10內且被螢光體14包圍，玻璃板16設置於反射蓋10上，覆蓋LED晶片12以及螢光體14。在第1圖之元件中，LED晶片12所發出的一部份的藍光與螢光體14吸收部分的藍光所發出的紅光及綠光結合，以產生白光。
然而，第1圖之元件所產生的白光其顏色並不均勻，此光色不均勻係因為包圍LED晶片12的螢光體14之厚度變化所導致，螢光體14厚度的變化會造成藍光的吸收以及紅光與綠光的發射在空間上為不均勻的，因此，所產生的白光會被色環(colored rings)所圍繞。
在美國專利第6576488號中揭示一種順應性地塗佈形成發光半導體結構之方法，例如在LED晶片上塗佈螢光層，此方法包含將LED晶片電性耦接至底座，施加第一偏壓(bias voltage)至該底座上，且施加第二偏壓至帶電的螢光粒子之溶液中，由這兩個偏壓所產生的電場驅使螢光粒子沈積至導電的表面上，例如底座以及LED晶片的表面。然而，此使用電泳沈積法(electrophoretic deposition)在LED晶片上形成螢光層的方法有一些問題存在，在螢光粒子與LED晶片表面之間的附著力很弱，因此螢光層容易與LED晶片分離。另外，在美國專利第6744196號中則揭示利用化學氣相沈積法(CVD)在藍光LED元件上形成黃色材料薄膜，此方法可改善光的均勻度，且所輸出的光不會隨著LED晶片基底的厚度改變而劇烈地變化。然而，此方法的製程較複雜，且需要形成鈍態保護層(passivation layer)覆蓋在LED晶片上。此外，利用化學氣相沈積法在LED晶片上形成黃色材料薄膜的製程不容易控制。
因此，業界亟需一種白光二極體晶片，其具有均勻的光色，且可以克服上述的問題。
本發明係提供一種白光二極體晶片及其製造方法，此白光二極體晶片不需要額外的封裝即可發出白光，在一實施例中，白光二極體晶片包括藍光二極體晶片，其具有頂部表面及底部表面。螢光層設置於藍光二極體晶片的頂部表面上，其中螢光層係直接接觸藍光二極體晶片的頂部表面。
在一實施例中，白光二極體晶片的製造方法包括提供複數個藍光二極體晶片，具有頂部表面及底部表面，其中每個藍光二極體晶片的頂部表面上具有至少一個接觸墊；將藍光二極體晶片的底部表面附著於基底上，形成保護層於接觸墊上，暴露出藍光二極體晶片的頂部表面；形成螢光材料於藍光二極體晶片的頂部表面上，提供一模具在螢光材料上，除了藍光二極體晶片之頂部表面的接觸墊區以外，形成螢光層於藍光二極體晶片的頂部表面上。然後，將保護層從接觸墊上移除，並將相鄰的藍光二極體晶片之間的基底分割，以形成複數個白光二極體晶片。
為了讓本發明之上述目的、特徵、及優點能更明顯易懂，以下配合所附圖式，作詳細說明如下：
本發明提供一種白光二極體晶片，其不需要封裝即可發出白光。第2圖及第3圖係顯示依據本發明各實施例的白光二極體晶片之剖面示意圖，請參閱第2圖，白光二極體晶片200包括藍光二極體晶片201，以及螢光層207設置於藍光二極體晶片201的頂部表面上。在此實施例中，藍光二極體晶片201為直立式(vertical)LED晶片，其具有n型接觸墊203設置於LED晶片201的頂部表面上，以及p型接觸墊205設置於LED晶片201的底部表面上。藍光LED晶片201的頂部表面為發光面，且其底部表面為頂部表面的相反面。除了n型接觸墊203的區以外，螢光層207直接覆蓋在LED晶片201的頂部表面上。
參閱第3圖，其係顯示依據本發明之另一實施例的白光二極體晶片300之剖面示意圖。白光二極體晶片300包括藍光二極體晶片201，以及螢光層207設置於藍光二極體晶片201的頂部表面上。在此實施例中，藍光二極體晶片201為橫向式(lateral)LED晶片，其具有n型接觸墊203以及p型接觸墊205設置於LED晶片201的頂部表面上。除了n型接觸墊203和p型接觸墊205的區以外，螢光層207直接覆蓋在LED晶片201的頂部表面上。
一般而言，藍光二極體晶片201包含n型區、主動區以及p型區，其中主動區係設置於n型區和p型區之間，n型接觸墊203與n型區聯結，而p型接觸墊205則與p型區聯結，為了簡化圖式，在藍光二極體晶片201內的各種區域並未繪出。在一些實施例中，主動區可由氮化鎵(GaN)及銦所組成，以產生InGaN/GaN半導體層，n型區可以是n型氮化鎵(n-GaN)層，而p型區則可為p型氮化鎵(p-GaN)層。電力施加在n型接觸墊203與p型接觸墊205上，使得LED晶片201發出藍光。螢光層207含有發光物質，其可以將LED晶片201所發出的部分藍光轉換為黃光，螢光層207的發光物質可以是ZnSe、CeO、Al2
O3
以及Y2
O3
：Ce。因此，由螢光層207所產生的黃光與由LED晶片201所發出的藍光結合在一起，以產生白光。
請參閱第4A至4F圖，其係顯示依據本發明之一實施例，形成第2圖之白光二極體晶片的製造方法之剖面示意圖。如第4A圖所示，提供複數個藍光二極體晶片201，這些藍光二極體晶片201彼此相鄰地設置於暫時的基底211上，此暫時的基底211可以是矽晶圓或其他半導體晶圓，其在白光二極體晶片製作完成後移除。在一實施例中，於基底211上形成黏著層209，例如為環氧樹脂(epoxy resin)，藍光二極體晶片201的底部表面經由黏著層209附著於基底211上。在此實施例中，藍光二極體晶片201的p型接觸墊205附著於基底211上。
請參閱第4B圖，在藍光二極體晶片201的n型接觸墊203上形成保護層213，暴露出藍光二極體晶片201的其他頂部表面。保護層213可以是光阻，其係藉由微影製程而圖案化，以形成保護層213在n型接觸墊203上。此外，保護層213也可以是硬罩幕(hard mask)，其具有圖案對應至n型接觸墊203。另外，還有光阻或硬罩幕212設置於暫時的基底211上，且介於藍光二極體晶片201之間。光阻或硬罩幕212的材料可以與保護層213相同，而且光阻或硬罩幕212可以與保護層213一起形成。接著，請參閱第4C圖，利用噴塗法(spray coating)、點膠塗佈法(dispensing)或其他塗佈方式形成螢光材料207在藍光二極體晶片201的頂部表面上，螢光材料207例如為ZnSe、CeO、Al2
O3
以及Y2
O3
：Ce，其可以將LED晶片201發出的部分藍光轉換為黃光。
請參閱第4D圖，提供模具217將螢光材料207壓模，以形成螢光層，經過此壓模製程後，除了n型接觸墊203的區域以外，螢光層207只形成在藍光LED晶片201的頂部表面上，同時，n型接觸墊203被保護層213保護。然後，如第4E圖所示，在螢光層207形成之後將模具217移除，此外，光阻或硬罩幕212也從暫時的基底212上移除。光阻212可利用顯影製程移除，硬罩幕212則可以使用剝離製程(stripping)移除。於光阻或硬罩幕212移除之後，只有藍光LED晶片201的頂部表面會被螢光層207覆蓋，而藍光LED晶片201的側壁則不會被螢光層207覆蓋。
請參閱第4F圖，將保護層213從n型接觸墊203上移除，在一實施例中，保護層213可以是光阻，其可以藉由顯影製程移除。在另一實施例中，保護層213可以是硬罩幕，其可以利用剝離製程直接移除。在保護層213移除之後，沿著相鄰的藍光LED晶片201之間的切割線219將基底211切割分離。然後，將藍光LED晶片201的底部表面與暫時的基底211分離，以形成複數個如第2圖所示的白光二極體晶片200。
在本發明之另一實施例中，形成第3圖之白光二極體晶片300的方法與第4A至4F圖所示的實施例相同，其差別僅在於n型接觸墊203與p型接觸墊205都設置於藍光LED晶片201的頂部表面上，並且在白光二極體晶片300的製作過程中，n型接觸墊203與p型接觸墊205都會被保護層213覆蓋。另外，白光二極體晶片300所使用的模具與白光二極體晶片200所使用的模具217不同，其在藍光LED晶片201的頂部表面上所形成的螢光層207係暴露出n型接觸墊203及p型接觸墊205。
雖然在此實施例中，直立式的白光二極體晶片200之n型接觸墊203係設置於藍光LED晶片201的頂部表面上，而p型接觸墊205則設置於藍光LED晶片201的底部表面上，在另一實施例中，直立式的白光二極體晶片也可以將n型接觸墊係設置於LED晶片的底部表面上，而p型接觸墊則設置於LED晶片的頂部表面上。
依據本發明之實施例，白光二極體晶片200和300可以不需要封裝而發出白光，此白光二極體晶片200和300可以是其他組裝元件的一部份，例如顯示器或發光元件，其係用以提供白光。
依據上述實施例，本發明之白光二極體晶片可以不需要將藍光二極體晶片封裝即可發出白光。螢光層係直接設置於藍光二極體晶片的頂部表面上，且可以將藍光二極體晶片所發出的部分藍光轉換成黃光，由螢光層所產生的黃光與藍光二極體晶片所發出的藍光結合，以產生白光。因此，本發明之白光二極體晶片不需要封裝。此外，本發明之實施例的白光二極體晶片可以產生均勻的白光，因為在藍光二極體晶片上的螢光層具有均勻的厚度。
雖然本發明已揭露較佳實施例如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定為準。
100．．．白光發光元件
10．．．反射蓋
12、201．．．藍光LED晶片
14．．．螢光體
16．．．玻璃板
200、300．．．白光LED晶片
203．．．n型接觸墊
205．．．p型接觸墊
207．．．螢光層
209．．．黏著層
211．．．暫時的基底
212．．．光阻或硬罩幕
213．．．保護層
217．．．模具
219．．．切割線
第1圖係顯示習知的白光發光元件之剖面示意圖。
第2圖係顯示依據本發明之一實施例，白光二極體晶片之剖面示意圖。
第3圖係顯示依據本發明之另一實施例，白光二極體晶片之剖面示意圖。
第4A至4F圖係顯示依據本發明之一實施例，形成第2圖之白光二極體晶片的製造方法之剖面示意圖。
200．．．白光LED晶片
201．．．藍光LED晶片
203．．．n型接觸墊
205．．．p型接觸墊
207．．．螢光層
Claims (19)
- 一種白光二極體晶片，包括：一藍光二極體晶片，具有一頂部表面、一底部表面及一側壁；以及一螢光層設置於該藍光二極體晶片的該頂部表面上，其中該螢光層直接接觸該藍光二極體晶片的該頂部表面，且該藍光二極體晶片的該側壁完全未被該螢光層覆蓋。
- 如申請專利範圍第1項所述之白光二極體晶片，其中該藍光二極體晶片更包括一n型接觸墊及一p型接觸墊設置於該藍光二極體晶片的該頂部表面上。
- 如申請專利範圍第2項所述之白光二極體晶片，其中該n型接觸墊及該p型接觸墊未被該螢光層覆蓋。
- 如申請專利範圍第1項所述之白光二極體晶片，其中該藍光二極體晶片更包括一n型接觸墊設置於該藍光二極體晶片的該頂部表面上以及一p型接觸墊設置於該藍光二極體晶片的該底部表面上。
- 如申請專利範圍第4項所述之白光二極體晶片，其中該n型接觸墊未被該螢光層覆蓋。
- 如申請專利範圍第1項所述之白光二極體晶片，其中該螢光層包括一黃色螢光材料，且該黃色螢光材料與該藍光二極體晶片的藍光互相作用以形成一白光。
- 一種形成白光二極體晶片的方法，包括：提供複數個藍光二極體晶片，具有一頂部表面及一底部表面，其中每個該藍光二極體晶片具有至少一個接觸墊於該藍光二極體晶片的該頂部表面上； 將該些藍光二極體晶片的該底部表面附著於一基底上；形成一保護層於該些藍光二極體晶片的該頂部表面之該些接觸墊上；形成一螢光材料於該些藍光二極體晶片的該頂部表面上，且該螢光材料覆蓋位於該些接觸墊上的該保護層；提供一模具對該螢光材料進行一壓模製程，以形成一螢光層在該些藍光二極體晶片的該頂部表面上；從該些接觸墊上移除該保護層；以及分割該些相鄰的藍光二極體晶片之間的該基底，以形成複數個白光二極體晶片。
- 如申請專利範圍第7項所述之形成白光二極體晶片的方法，其中每個該藍光二極體晶片具有一n型接觸墊於該藍光二極體晶片的該頂部表面上，以及一p型接觸墊於該藍光二極體晶片的該底部表面上。
- 如申請專利範圍第8項所述之形成白光二極體晶片的方法，其中該保護層形成於該n型接觸墊上。
- 如申請專利範圍第7項所述之形成白光二極體晶片的方法，其中每個該藍光二極體晶片具有一n型接觸墊以及一p型接觸墊於該藍光二極體晶片的該頂部表面上。
- 如申請專利範圍第10項所述之形成白光二極體晶片的方法，其中該保護層形成於該n型接觸墊及該p型接觸墊上。
- 如申請專利範圍第7項所述之形成白光二極體晶片的方法，其中該保護層包括一光阻或一硬罩幕。
- 如申請專利範圍第7項所述之形成白光二極體晶片的方法，其中形成該螢光材料的步驟包括一噴塗法(spray coating)或一點膠塗佈法(dispensing)。
- 如申請專利範圍第7項所述之形成白光二極體晶片的方法，其中於進行該壓模製程及移除該保護層的該些步驟之後，在該些藍光二極體晶片之該頂部表面上的該些接觸墊未被該螢光層覆蓋。
- 如申請專利範圍第7項所述之形成白光二極體晶片的方法，其中該白光二極體晶片的一側壁未被該螢光層覆蓋。
- 如申請專利範圍第7項所述之形成白光二極體晶片的方法，其中該螢光層與該藍光二極體晶片的藍光互相作用以形成一白光。
- 如申請專利範圍第7項所述之形成白光二極體晶片的方法，其中將該些藍光二極體晶片附著於該基底的步驟更包括形成一黏著層於該些藍光二極體晶片與該基底之間。
- 如申請專利範圍第7項所述之形成白光二極體晶片的方法，其中在分割該基底的步驟之後，更包括將該白光二極體晶片與該基底分離。
- 如申請專利範圍第7項所述之形成白光二極體晶片的方法，其中該基底包括一半導體晶圓。
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