TWI429112B - 半導體發光裝置 - Google Patents
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Description
於此所述之實施例大致相關於半導體發光裝置。
藉由組合LED(發光二極體)晶片與螢光材料層取得白光的半導體發光裝置係為已知的。此晶片也由其側面發光。為了抑制色度偏移，有必要於設計時考量由晶片側面發出之光。
依據一實施例，半導體發光裝置，包括：半導體層、第一電極、第二電極、透明層、及螢光材料層。該半導體層包括發光層、第一主面、及與該第一主面相反的第二主面。第一電極係設在該第二主面的包含發光層的區域中。第二電極係設在該第二主面上之在該發光層的外圓周外側。透明層係設在該半導體層的第一主面上。透明層對於為發光層所發出之光為透明的並具有溝渠設在該發光層的外圓周外側。該螢光材料層係設在該溝渠中及在該透明層上。該螢光材料層包括第一螢光材料粒子設在該溝渠中及第二螢光材料粒子設在該透明層上。第一螢光材料粒子的粒子尺寸小於該溝渠的寬度。第二螢光材料粒子的粒子尺寸大於該溝渠的寬度並大於該第一螢光材料粒子的粒子尺寸。
例示實施例將參考附圖加以說明。在圖式中類似元件係以相類似元件符號標示。
圖1A為此實施例之半導體發光裝置的示意剖面圖。
此實施例之半導體發光裝置包括封裝結構部份、透明層32、及螢光材料層33一起形成為晶圓狀態。封裝結構部份包含半導體層15、互連層、金屬柱、補強樹脂等等。光主要由半導體層15的第一主面15a抽出至外部。封裝結構部份係設在相反於光抽出面的一側。透明層32及螢光材料層33係設在該光抽出面側上。
半導體層15包含第一半導體層11及第二半導體層13。第一半導體層11例如為n-型GaN層，其作動為側向電流路徑。然而，第一半導體層11的導電類型並不限於n-型；及導電類型也可以為p-型。第二半導體層13包含發光層12及例如p-型GaN層與n-型GaN層，其間內插有該發光層12。第二半導體層13係設在與第一主面15a相反的一側上。
突出部份與凹陷部份係設在半導體層15的相反於第一主面15a的一側上的第二主面上。突出部份具有第一半導體層11及第二半導體層13的堆疊結構。一個p-側電極18係設在突出部份的表面(第二半導體層13的表面)上。凹陷部份的表面(底面)係為第一半導體層11的表面，其中一n側電極19設為第二電極。
該p-側電極18係被形成在包含發光層12的在半導體層15的表面方向中。以該表面方向看，該n-側電極19係形成在發光層12的外圓周(端部份)外側。
圖2A顯示p-側電極18及n-側電極19的平面佈局例子。形成在發光區中之p-側電極18的表面積係大於n-側電極19的表面積。
絕緣膜17係例如由氧化矽膜等所作成，其覆蓋該半導體層15的第二主面側，如圖1A所示。P-側電極18及n-側電極19係由絕緣膜17露出。絕緣層21係設在第二主面側上，以覆蓋絕緣膜17、n-側電極19的一部份、及p-側電極18的一部份。絕緣層21係例如為樹脂或氧化矽膜。
在相反於p-側電極18及n-側電極19側上的絕緣層21之面係被平坦化；p-側互連層23係設在該平坦化面上作為第一互連層；及n-側互連層24係設在該平坦化面上作為第二互連層。圖2B顯示p-側互連層23及n-側互連層24的平面佈局例。在絕緣層21上之n-側互連層24的佈局具有大於n-側電極19的表面積。
p-側互連層23也被設在作在絕緣層21中之第一開口21a中，以到達p-側電極18；及p-側互連層23被電連接至p-側電極18。n-側互連層24也設在作在絕緣層21中之第二開口21b中，以到達n-側電極19；及n-側互連層24係電連接至該n-側電極19。
p-側金屬柱25係設為在p-側互連層23的面上之與p-側電極18相反側的第一金屬柱。n-側金屬柱26係設為在n-側互連層24的面上之與n-側電極19相反側的第二金屬柱。圖2C顯示p-側金屬柱25及n-側金屬柱26的平面佈局例。
樹脂層28覆蓋p-側互連層23、n-側互連層24、p-側金屬柱25的週邊、及n-側金屬柱26的週邊。樹脂層28的一部份經由絕緣膜17覆蓋該半導體層15的端部份15e。
第一半導體層11係經由n-側電極19及n-側互連層24電連接至n-側金屬柱26。第二半導體層13係經由p-側電極18及p-側互連層23電連接至p-側金屬柱25。例如焊球、金屬凸塊等等之外部端31係設在自樹脂層28露出之n-側金屬柱26與p-側金屬柱25之下端面上。該半導體發光裝置係可經由外部端31電連接至外部電路。
連接至設在半導體層15的部份上不包含發光層12之n-側電極19的n-側互連層24的表面積在相反於n-側電極19的一側的面上係大於在n-側電極19側之面上的表面積。換句話說，在n-側互連層24與n-側金屬柱26間之接觸表面積係大於在n-側互連層24與n-側電極19間之接觸表面積。在p-側互連層23與p-側金屬柱25間之接觸表面積係大於在p-側互連層23與p-側電極18間之接觸表面積。再者，n-側互連層24的一部份延伸於絕緣層21上，至重疊於發光層12下的位置。
藉此，可以經由n-側互連層24由設在半導體層15之n-側電極19不包含發光層12的一部份，形成較大拉出(draw out)電極，並具有小表面積，同時，藉由具有較大發光層12而維持高光輸出。
n-側金屬柱26的厚度及p-側金屬柱25的各個厚度(在圖1A中之垂直方向的厚度)係厚於包含半導體層15、n-側電極19、p-側電極18、絕緣膜17、絕緣層21、n-側互連層24、及p-側互連層23的堆疊體的厚度。金屬柱25及26的縱橫比(厚度對平面尺寸之比)並不限於1或更多；及比率也可以小於1。換句話說，金屬柱25及26的厚度可以小於其平面尺寸。
依據此實施例之結構，即使當藉由增加n-側金屬柱26、p-側金屬柱25及樹脂層28的厚度，而薄化半導體層15時，仍有可能維持機械強度。當安裝在電路板及類似物上時，n-側金屬柱26及p-側金屬柱25可以吸收及減緩經由外部端31施加至半導體層15的應力。
吾人想要作用以加強n-側金屬柱26及p-側金屬柱25的樹脂層28為具有熱膨脹係數等於或接近電路板及類似物的物質。此樹脂層28的例子可以包含例如環氧樹脂、矽氧樹脂、氟碳樹脂等。
如於圖1A及2C所示，第一分隔溝渠16a係形成在樹脂層28中在n-側金屬柱26與p-側金屬柱25之外側，以將樹脂層28及半導體層15分開。一遮光金屬27係被設在第一分隔溝渠16a之中。
遮光金屬27係設在穿過樹脂層28並接近端部15e的半導體層15呈柱組態。絕緣膜17係形成在第一分隔溝渠16a的內壁上。絕緣膜17係安置於半導體層15與遮光金屬27之間。
第一分隔溝渠16a將半導體層15分開為連接至電極的發光區、互連層等，及其外側的未發光部份。第一分隔溝渠16a連續包圍該發光區的週邊。因此，遮光金屬27連續包圍發光區的週邊，如圖2C所示。遮光金屬27由半導體層15側延伸至實質與n-側金屬柱26的下面或p-側金屬柱25的下面相同的位置。因此，來自第一主面15a下的部份的側面之光係為遮光金屬27所遮蔽並不會向外發出。
n-側互連層24、p-側互連層23、n-側金屬柱26、p-側金屬柱25、及遮光金屬27的材料可以包含銅、金、鎳、銀等等。其中，因為銅提供良好導熱率、高遷移電阻、及對絕緣膜優良黏著力，因此，較喜好銅。
透明層32係設在半導體層15的第一主面15a上。透明層32係由相對於為發光層12所發出之光為透明之材料作成，及例如由樹脂材料作成。
溝渠32c係形成在透明層32中，以表面方向在發光層12的外圓周(端部份)外側。溝渠32c將透明層32分開為設在發光區域上之透鏡部份32a及設在切割區域中之切割部份32b。如於圖1B所示，溝渠32c連續地包圍該透鏡部份32a的週邊。
螢光材料層33係設在溝渠32c中及在透明層32上。螢光材料層33具有一結構，其中，第一螢光材料粒子(磷粒子)33a及第二螢光材料粒子(磷粒子)33b係分散在透明樹脂中。第一螢光材料粒子33a及第二螢光材料粒子33b具有不同粒子尺寸。其中分散有第一螢光材料粒子33a及第二螢光材料粒子33b的透明樹脂係對於來自螢光材料粒子33a及33b之光的發光層12所發出之光為透明的。
第一螢光材料粒子33a及第二螢光材料粒子33b被一起分散於透明層32上。第一螢光材料粒子33a及第二螢光材料粒子33b一起存在於發光層12之上。第一螢光材料粒子33a的粒子尺寸係小於溝渠32c的寬度。第二螢光材料粒子33b的粒子尺寸係大於溝渠32c的寬度及第一螢光材料粒子33a的粒子尺寸。因此，第二螢光材料粒子33b並未進入溝渠32c，並且，只有第一螢光材料粒子33a進入溝渠32c。
為發光層12所發出之光主要行經第一半導體層11、第一主面15a、透明層32、及螢光材料層33向外發射。包含在螢光材料層33中之第一螢光材料粒子33a及第二螢光材料粒子33b能吸收來自發光層12的光(激發光)並發出已波長轉換的光。因此，有可能發出來自發光層12的光與螢光材料層33的已波長轉換光的混合光。
透明層32控制螢光材料層33的厚度。明確地說，在透明層32的透鏡部份32a上之螢光材料層33的表面方向之厚度分佈係依據透鏡部份32a的表面組態加以控制。藉以，可以控制光分佈特徵。換句話說，藉由透明層32的組態，有可能控制光分佈特徵，使得週邊區域相對亮於表面方向之中心，或者，中心係亮於週邊區域。透明層32的透鏡部份32a的表面組態並不限於如圖所示之凹陷組態；並且，也可以使用凸起組態。
光並不限於直接由第一主面15a向上的發射方向並且也可以發射為斜於第一主面15a的方向。在此實施例中，溝渠32c係設在發光區域上的週邊中；及螢光材料層33的一部份係被填入溝渠32c中。因此，自半導體層15發出之光斜斜向上可以行經溝渠32c中之螢光材料層33；並且，可以抑制色度移位。在溝渠32c中，第一螢光材料粒子33a係被形成分散在透明樹脂中。
為了螢光材料粒子存在於溝渠32c中，螢光材料粒子的粒子尺寸係小於溝渠32c的寬度。吾人想要降低溝渠溝渠32c的寬度，以縮小裝置的平面尺寸；及螢光材料粒子的粒子大小也被降低以匹配此一寬度。然而，考量轉換效率(激勵光的吸收效率)，吾人想要增加螢光材料粒子的粒子尺寸。只使用小粒子尺寸的螢光材料粒子可能造成增加螢光材料層的厚度，以補充其低轉換效率，而阻礙具有一較薄裝置。增加螢光材料層的厚度也造成較高材料成本。
因此，在此實施例中，使用包含第一螢光材料粒子33a及具有相對不同粒子尺寸(平均粒子尺寸)之第二螢光材料粒子33b的螢光材料層33。因為第一螢光材料粒子33a係小於溝渠32c的寬度，所以第一螢光材料粒子33a進入溝渠32c。藉此，在溝渠32c中之第一螢光材料粒子33a可以吸收並執行斜於第一主面15a的方向發射的激勵光的波長轉換。再者，因為具有較大粒子尺寸之第二螢光材料粒子33b係以表面方向分佈於整個透明層32上，所以，可以取得高轉換效率。
溝渠32c及存在於溝渠32c中之第一螢光材料粒子33a連續包圍住透明層32的透鏡部份32a的週邊。因此，第一螢光材料粒子33a可以在發光區域的整個圓周方向上執行波長轉換。
第一螢光材料粒子33a包含多種類型之具有不同發光峰值波長的螢光材料(例如，紅螢光材料粒子及綠螢光材料粒子)。同樣地，第二螢光材料粒子33b包含多種類型之具有不同發光峰值波長的螢光材料粒子(例如，紅螢光材料粒子及綠螢光材料粒子)。
例如，藉由使用發出藍光作為發光層12的物質及使用紅螢光粒子及綠螢光材料粒子作為第一螢光材料粒子33a及第二螢光材料粒子33b而混合藍光、紅光及綠光取得具有高彩色演示(rendition)的白光或燈光。彩色演示為當光源使用以照明時，決定物體如何出現的色彩的特性。當紅螢光材料粒子為藍光所激勵時發出紅光。當綠螢光材料粒子為藍光所激勵時發出綠光。紅螢光材料粒子可以被使用作為第一螢光材料粒子33a及綠螢光材料粒子可以使用作為第二螢光材料粒子33b。
藉由使用具有一組成之物質，其中，發光中心元素係被加入至SiAlON化合物，例如，以下所例舉之螢光材料粒子，可以改良波長轉換效率的溫度特徵；及可以進一步增加在高電流密度區域中之效率。因為綠色SiAlON-為主螢光材料及紅色SiAlON-為主螢光材料係為具有高效率之藍光所激勵，所以，可以藉由組合發出藍光的發光層而取得具有各種色相的高效發光裝置。具有更高彩色演示之白光可以取得及在高溫時之劣化可以藉由使用紅色SiAlON-為主螢光材料及綠色SiAlON-為主螢光材料組合藍色激勵光，以及黃螢光材料組合上藍激勵光加以抑制。紅色SiAlON-為主螢光材料係可以在寬激勵帶中高效地由紫外光激勵為藍光、具有寬發光頻譜、並特別適用於白LED。
例如，紅螢光材料可以使用當為具有250nm至500nm波長的光所激勵時具有發光波峰在波長580nm至700nm並滿足以下公式(1)之物質。
(M1-x
Rx
)a1
AlSib1
Oc1
Nd1
(1)
在以上之公式(1)中，M為不包含Si及Al之至少一類型的金屬元素，M想要為由Ca及Sr所選出之至少一種。R為發光中心元素，R想要為Eu。
例如，M為由Mg、Ca、Sr、Ba、Y、Gd、La、Lu、Sc、Li、Na、K、B、Ga、In、及Ge所構成之群組選出之至少一類型。R為由Eu、Ce、Mn、Tb、Yb、Dy、Sm、Tm、Pr、Nd、Pm、Ho、Er、Gd、Cr、Sn、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Ag、Cd、In、Sb、Au、Hg、Tl、Pb、Bi及Fe所構成之群組中選出之至少一類型。於此，x、al、bl、cl及dl滿足關係式0<x≦1，0.6<a1<0.95，2<b1<3.9，0.25<c1<0.45，及4<d1<5.7。
藉由使用上述化合公式(1)之SiAlON-為主螢光材料，波長轉換效率的溫度特徵可以改良；及進一步增加在高電流密度區中之效率。
例如，綠螢光材料可以使用當為具有250nm至500nm波長的光所激勵時之發光波峰在490nm至580nm波長並滿足以下公式(2)的物質。
(M1-x
Rx
)a2
AlSib2
Oc2
Nd2
(2)
在上述公式(2)中，M為不包含Si及Al之金屬元素的至少一類型，M想要為由Ca及Sr所選出之至少一種。R為發光中心元素，R想要為Eu。
例如，M為由Mg、Ca、Sr、Ba、Y、Gd、La、Lu、Sc、Li、Na、K、B、Ga、In、及Ge所構成之群組選出之至少一類型。R為由Eu、Ce、Mn、Tb、Yb、Dy、Sm、Tm、Pr、Nd、Pm、Ho、Er、Gd、Cr、Sn、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Ag、Cd、In、Sb、Au、Hg、Tl、Pb、Bi及Fe所構成之群組中選出之至少一類型。於此，x、a2、b2、c2及d2滿足關係式0<x≦1，0.93<a2<1.3，4.0<b2<5.8，0.6<c2<1，及6<d2<11。
藉由使用上述化合公式(2)之SiAlON-為主螢光材料，波長轉換效率的溫度特徵可以改良，及在高電流密度區中之效率可以進一步增加。
或者，綠螢光材料可以使用當為具有250nm至500nm波長的光所激勵時之發光波峰在490nm至580nm波長並滿足以下公式(3)的物質。
(M1-x
Rx
)a2
AlSib2
Oc2
Nd2
(3)
在上述通式(3)中，M為不包含Si及Al之金屬元素的至少一類型，M想要為由Ca及Sr所選出之至少一種。R為發光中心元素，R想要為Eu。
例如，M為由Mg、Ca、Sr、Ba、Y、Gd、La、Lu、Sc、Li、Na、K、B、Ga、In、及Ge所構成之群組選出之至少一類型。R為由Eu、Ce、Mn、Tb、Yb、Dy、Sm、Tm、Pr、Nd、Pm、Ho、Er、Gd、Cr、Sn、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Ag、Cd、In、Sb、Au、Hg、Tl、Pb、Bi及Fe所構成之群組中選出之至少一類型。於此，x、a2、b2、c2及d2滿足關係式0<x≦1，0.94<a2<1.1，4.1<b2<4.7，0.7<c2<0.85，及7<d2<9。
藉由使用上述化合公式(3)之SiAlON-為主螢光材料，波長轉換效率的溫度特徵可以改良，及在高電流密度區中之效率可以進一步增加。
再者，氮化物為主之螢光材料，例如，CaAlSiN3
：Eu可以被使用作為紅螢光材料。鹵磷酸鹽為主螢材料，例如，(Ba,Ca,Mg)10
(PO4
)6
‧Cl2
：Eu可以被使用作為綠螢光材料。
同時，黃螢光材料可以被使用作為第一螢光材料粒子33a及第二螢光材料粒子33b。矽酸鹽為主之螢光材料，例如(Sr,Ca,Ba)2
SiO4
：Eu也可以被使用作為黃螢光材料。再者，也可以使用藍螢光材料。氧化物為主螢光材料，例如BaMgAl10
O17
：Eu可以被使用作為藍螢光材料。
在此實施例中，具有柱(壁)組態的遮光金屬27包圍在第一主面15a下的結構部份。藉此，可以防止橫向光自半導體層15的側面向外洩漏發射。此一組態同時也抑制色度偏移。在當樹脂層28為相對於來自發光層12為遮光時，可以可靠地防止側向光洩漏。
在溝渠32c的內側上之透明層32部份的透鏡部份32a係設在發光區上；及配光特性可以藉由將透鏡部份32a形成為適當組態而加以控制。
當透鏡部份32a的平面尺寸係大於半導體層15的平面尺寸時，切除部份32b然後被形成在如圖1A及1B所示之位置外側；及整個半導體發光裝置的平面尺寸係不想要地增加。再者，當未設有切除部份32b時，並不能如指定地取得光學效能，透鏡部份32a係被延伸入切除部區域中，及透鏡部份32a被切到。因此，吾人想要在溝渠32c的內側上的透鏡部份32a的部份之平面尺寸小於半導體層15的平面尺寸。
當遮光金屬27係設在溝渠32c的內側及定位在透鏡部份32a的下方時，遮光金屬27可能不想要地遮蔽來自發光層12的側面並行經斜向向上至溝渠32c之光。再者，在溝渠32c的外側上設置遮光金屬27，即在切除區域設置遮光金屬27可能造成增加之切除區域寬度。因此，吾人想要遮光金屬27的佈局係於溝渠32c之下。
此實施例之製造半導體發光裝置的方法將參考圖3A至7B加以描述。
如圖3A所示，第一半導體層11係形成在基材1的主面上；及包含發光層12之第二半導體層13係形成於其上。當此等層之半導體層15為例如氮化物半導體時，半導體層15可以例如藉由在藍寶石基材上長晶加以形成。
然後，第二半導體層13的一部份係藉由例如反應離子蝕刻(RIE)加以移除，該反應離子蝕刻係使用未示出之抗蝕劑，以曝露出第一半導體層11的一部份，如圖3B所示。
然後，形成第一分隔溝渠16a及第二分隔溝渠16b。第一分隔溝渠16a及第二分隔溝渠16b到達基材1，以多倍分離半導體層15。第一分隔溝渠16a連續包圍被分隔之半導體層15的週邊。第二分隔溝渠16b係被在切割區域50中作成，如具有格狀組態的平面圖案。第二分隔溝渠16b係被作成在相鄰的第一分隔溝渠16a之間。
絕緣膜17係例如藉由化學氣相沈積(CVD)被形成在基材1上的所有曝露面上，如圖3C所示。絕緣膜17也被形成在第一分隔溝渠16a及第二分隔溝渠16b的內壁上。
然後，如圖4A所示，選擇地在絕緣膜17中作成開口；p-側電極18係被形成在第二半導體層13上；及n-側電極19係被形成在第一半導體層11的第二主面上。
如圖4B所示，絕緣層21覆蓋在基材1上的所有曝露部份。隨後，絕緣層21係例如藉由濕式蝕刻作出圖案，以作成到達p-側電極18的第一開口21a及到達n-側電極19的第二開口21b，如圖4C所示。
然後，在絕緣層21之上面及在開口21a及21b與分隔溝渠16a及16b的內壁(側面及底面)形成晶種金屬22及進一步形成未示出之電鍍抗蝕劑後，使用晶種金屬22作為電流路徑，以執行鍍銅。晶種金屬22包含例如銅。
如圖5A所示，藉此選擇地在絕緣層21上形成p-側互連層23及n-側互連層24。p-側互連層23也被形成在開口21a中，以連接至p-側電極18。n-側互連層24係也被形成在開口21b中，以連接至n-側電極19。p-側互連層23及n-側互連層24藉由電鍍加以同時形成。在電鍍p-側互連層23及n-側互連層24的同時所用之電鍍抗蝕劑係以化學溶液加以移除。
然後，形成用以形成金屬柱的另一電鍍抗蝕劑(未示出)；及使用上述晶種金屬22作為電流路徑，以執行鍍銅。藉以如圖5B所示，p-側金屬柱25係被形成在p-側互連層23之上；及n-側金屬柱26係被形成在n-側互連層24之上。再者，晶種金屬22也被形成在第一分隔溝渠16a中之絕緣膜17的側面與底面上；及遮光金屬27係以柱狀架構形成在第一分隔溝渠16a中及其上。其他部份係被覆蓋上電鍍抗蝕劑；及金屬並未沈澱於其上。
p-側金屬柱25、n-側金屬柱26、及遮光金屬27係藉由電鍍同時形成。
隨後，用以形成金屬柱的電鍍抗蝕劑係被化學溶液移除；及晶種金屬22的曝露部份也被移除。藉以，透過晶種金屬22將p-側互連層23與n-側互連層24間之電連接被分離。再者，經由晶種金屬22之由遮光金屬27至其他電極及互連層之電連接也被分離。
然後，如圖5C所示，樹脂層28覆蓋p-側互連層23、n-側互連層24、p-側金屬柱25、n-側金屬柱26、遮光金屬27、絕緣膜17及絕緣層21。在此時，樹脂層28的一部份被填入作在切割區域50中之第二分隔溝渠16b內。
隨後，樹脂層28的表面係被研磨，以曝露出p-側金屬柱25及n-側金屬柱26的端面。然後，例如焊球、金屬凸塊等等之外部端31(圖6A)係如所需地設在曝露面上。隨後，基材1被移除。
基材1可以由第一半導體層11上藉由例如雷射剝離法移除。明確地說，雷射光係由基材1的背面照射向第一半導體層11。基材1對雷射光為透明的；及雷射光具有在第一半導體層11的吸收區內的波長。
當雷射光到達基材1與第一半導體層11間之界面時，接近界面之第一半導體層11吸收雷射光的能量並分解。例如，當第一半導體層11為GaN時，第一半導體層11分解為Ga及氮氣。在基材1與第一半導體層11間藉由分解反應形成微間隙；及基材1與第一半導體層11分離開。雷射光的照射係對每組區域執行多數次於整個晶圓上；及基材1被移除。
在移除基材1後，透明層32係被形成在第一主面15a上，如圖6B所示。溝渠32c被作在透明層32中。溝渠32c將透明層32分成透鏡部份32a及切割部份32b。切割部份32b係被設在其中作成有第二分隔溝渠16b的切割區域50中。
透明層32係例如為具有折射率1.45及相對於具有波長380nm至750nm的光具有99%透射比的矽氧樹脂。在以液體或膏狀形式施加透明層32至第一主面15a後，透明層32係例如藉由印記然後固化而作出圖案。透明層32可以例如藉由以模板接觸透明層32的狀態來加以照射紫外線加以固化。在固化後，模板被自透明層32分離。
然後，如圖7A所示，螢光材料層33係被形成在溝渠32c中及在透明層32之上。螢光材料層33具有一結構，其中上述第一螢光材料粒子33a及第二螢光材料粒子33b係分散在透明樹脂中。包含在透明樹脂中之第一螢光材料粒子33a及第二螢光材料粒子33b的比例可以例如80重量%。
透明樹脂係例如具有折射率1.53及對波長380nm至750nm的光有99%透射比的二甲基矽氧烷樹脂。透明樹脂係以液體或膏形式藉由在真空(減壓)中印刷而施加至溝渠32c內及透明層32上。小於溝渠32c的第一螢光材料粒子33a進入溝渠32c中。隨後，透明樹脂受到熱固處理。
光抽出效率可以藉由在自第一主面15a移除基材1後，形成透明層32與螢光材料層33而增加。
在形成螢光材料層33後，藉由切割執行單件化，如圖7B所示。在此時，因為基材1已經移除及切割區域包含都是樹脂的透明層32的切割部份32b及樹脂層28，所以切割容易及生產力增加。
再者，在切割區域中，並不存在有半導體層15；第二分隔溝渠16b被形成；及樹脂層28的一部份被填入第二分隔溝渠16b中。因此，在切割時對半導體層15的損害可以避免。同時，因為填入有樹脂層28的部份被切割，所以在單件裝置中之半導體層15的端部係被覆蓋以樹脂層28並受到保護。
單件半導體發光裝置可以具有包含一半導體層15的單晶片結構或包含多數半導體層15的多晶片結構。
因為上述到切割之前的製程係被以晶圓狀態一起執行，所以，不必要執行該等單件裝置的各個裝置的互連及封裝；及有可能顯著減少生產成本。互連及封裝係在單件狀態中完成。再者，當各個裝置的平面尺寸接近裸晶(半導體層15)的平面尺寸時，可容易縮小尺寸。同時，也可能在晶圓級執行檢視。因此，可增加生產力。結果也容易降低成本。
圖8為第二實施例之半導體發光裝置的示意剖面圖。
在此實施例中，螢光材料層36包含第一螢光材料層34及第二螢光材料層35，其係為兩形成件所分開形成。第一螢光材料層34包含小於溝渠32c寬度的第一螢光材料粒子34a。第二螢光材料層35包含大於溝渠32c與第一螢光材料粒子34a的寬度的第二螢光材料粒子35a。
首先，形成第一螢光材料層34。在此時，包含在第一螢光材料層34中之第一螢光材料粒子34a係小於溝渠32c的寬度，因此，進入了溝渠32c。在固化第一螢光材料層34後，其上形成了有包含第二螢光材料粒子35a之第二螢光材料層35。
在此實施例中，藉由使用小於溝渠32c的寬度的第一螢光材料粒子34a，甚至當溝渠32c的寬度被降低以抑制平面尺寸的增加時，第一螢光材料粒子34a也可以可靠地分散於溝渠32c中。同時，藉由使用具有相對大粒子尺寸的第二螢光材料粒子35a，可以抑制轉換效率的降低。
如圖9所示，基材1可以不被整個移除；及基材1可以被研磨以在第一主面上15a上保持很薄。藉由保留基材1為薄層，機械強度可以高於整個基材1被整個移除之結構強度；並可提供具有高可靠度之結構。因為保留了基材1，可以抑制在單件化後的翹起；並容易安裝至電路板及類似物上。
在此時，基材1可以被使用作為上述之透明層。換句話說，溝渠1a係被作在基材1中，在表面方向中之發光層12的端部份外側；及小於溝渠1a的寬度之第一螢光材料粒子33a係被提供在溝渠1a中。因此，由半導體層15向上斜向發出之光可以行經在溝渠1a中之螢光材料層33；並抑制色度偏移。
雖然例如第一螢光材料粒子及第二螢光材料粒子為具有不同發光峰值波長或光致發光頻譜的不同螢光材料被描述於上述實施例中，但第一螢光材料粒子及第二螢光材料粒子可以由具有不同粒子尺寸之相同材料作成。
再者，第一螢光材料粒子及第二螢光材料粒子可以發出例如黃色及黃色、紅色及紅色、及綠色及綠色的彼此相同的光，但具有彼此不同的激勵光譜、發光頻譜或光致發光頻譜。
當粒子尺寸相較於另一粒子尺寸時，該尺寸可以為平均粒子尺寸。再者，當粒子尺寸相較於溝渠寬度時，如果粒子可以進入該溝渠，則該尺寸小於該寬度，如果粒子不能進入溝渠，則該尺寸大於該寬度。
雖然，已經描述某些實施例，但這些實施例已經只以例示方式加以表現，並不用以限制本發明之範圍。於此所述之新穎實施例可以以各種其他形式加以實施；再者，在此所述之實施例之形式上之各種省略、替換及變化均可以在不脫離本發明精神下完成。隨附之申請專利範圍及其等效係想要涵蓋這些落入本發明範圍及精神內之形式或修改。
1．．．基材
11．．．第一半導體層
12．．．發光層
13．．．第二半導體層
15．．．半導體層
15a．．．第一主面
15e．．．端部份
16a．．．第一分隔溝渠
16b．．．第二分隔溝渠
17．．．絕緣膜
18．．．p-側電極
19．．．n-側電極
21．．．絕緣層
21a．．．第一開口
21b．．．第二開口
22．．．晶種層
23．．．p-側互連層
24．．．n-側互連層
25．．．p-側金屬柱
26．．．n-側金屬柱
27．．．遮光金屬
28．．．樹脂層
31．．．外部端
32a．．．透鏡部份
32b．．．切割部份
32c．．．溝渠
33．．．螢光材料層
33a．．．第一螢光材料粒子
33b．．．第二螢光材料粒子
34．．．第一螢光材料層
34a．．．第一螢光材料粒子
35．．．第二螢光材料層
35a．．．第二螢光材料粒子
36．．．螢光材料層
32．．．透明層
50．．．切割區域
圖1A及1B為第一實施例之半導體發光裝置的示意圖；
圖2A至2C為示意平面圖，顯示半導體發光裝置的主部份的平面佈局；
圖3A至7B為示意剖面圖，顯示製造半導體發光裝置的方法；
圖8為第二實施例之半導體發光裝置的示意剖面圖；及
圖9為第三實施例之半導體發光裝置的示意剖面圖。
11．．．第一半導體層
12．．．發光層
13．．．第二半導體層
15．．．半導體層
15a．．．第一主面
15e．．．端部份
16a．．．第一分隔溝渠
17．．．絕緣膜
18．．．p-側電極
19．．．n-側電極
21．．．絕緣層
21a．．．第一開口
21b．．．第二開口
23．．．p-側互連層
24．．．n-側互連層
25．．．p-側金屬柱
26．．．n-側金屬柱
27．．．遮光金屬
28．．．樹脂層
31．．．外部端
32a．．．透鏡部份
32b．．．切割部份
32c．．．溝渠
33．．．螢光材料層
33a．．．第一螢光材料粒子
33b．．．第二螢光材料粒子
32．．．透明層
Claims (17)
- 一種半導體發光裝置，包含：一半導體層，包含一發光層、一第一主面、及一與該第一主面相反的第二主面；一第一電極，設在該第二主面上，在包含該發光層的區域中；一第二電極，設在該第二主面上，在該發光層的外圓周的外側；一透明層，設在該半導體層的該第一主面上，該透明層相對於為該發光層所發出之光為透明的並具有一溝渠設在該發光層的該外圓周的外側；一螢光材料層，設在該溝渠中並在該透明層上，該螢光材料層包含第一螢光材料粒子設在該溝渠中及一第二螢光材料粒子設在該透明層上，該第一螢光材料粒子的粒子尺寸係小於該溝渠的寬度，該第二螢光材料粒子的粒子尺寸係大於該溝渠的該寬度並大於該第一螢光材料粒子的該粒子尺寸。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光裝置，其中該溝渠連續地包圍該透明層的週邊。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光裝置，其中該第一螢光材料粒子係設在該溝渠中及在該發光層之上的該透明層上。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光裝置，其中在該溝渠的內側上之該透明層的一部份之平面尺寸係小 於該半導體層的平面尺寸。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光裝置，其中該第一電極的表面積係大於該第二電極的表面積。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光裝置，更包含：一絕緣層，設在該半導體層的該第二主面側上，該絕緣層具有到達該第一電極的第一開口及到達該第二電極的第二開口；一第一互連層，設在該第一開口中及在該絕緣層之相反於該半導體層的一側之面上，以連接至該第一電極；一第二互連層，設在該第二開口中及在該絕緣層之相反於該半導體層的一側之面上，以連接至該第二電極；一第一金屬柱，設在該第一互連層上的相反於該第一電極的一側的面上；一第二金屬柱，設在該第二互連層上的相反於該第二電極的一側的面上；及一樹脂層，覆蓋該第一金屬柱的週邊及該第二金屬柱的週邊。
- 如申請專利範圍第6項所述之半導體發光裝置，其中該樹脂層的一部份覆蓋該半導體層的端部份。
- 如申請專利範圍第6項所述之半導體發光裝置，其中該第一金屬柱的厚度及該第二金屬柱的厚度各個係厚於堆疊體的厚度，該堆疊體包含該半導體層、該第一電極、該第二電極、該絕緣層、該第一互連層、及該第二互連 層。
- 如申請專利範圍第6項所述之半導體發光裝置，更包含一遮光金屬，設在一分隔溝渠中，該分隔溝渠係設在該樹脂層中及在該第一金屬柱及該第二金屬柱外側，該分隔溝渠將該樹脂層與該半導體層分離。
- 如申請專利範圍第9項所述之半導體發光裝置，其中該遮光金屬連續地包圍該半導體層的發光區域的週邊。
- 如申請專利範圍第9項所述之半導體發光裝置，其中該遮光金屬係設在該透明層的設在該溝渠的內側上的一部份外側。
- 如申請專利範圍第9項所述之半導體發光裝置，其中該遮光金屬由該半導體層側延伸至實質類似於該第一金屬柱的下端或該第二金屬柱的下端的位置。
- 如申請專利範圍第9項所述之半導體發光裝置，其中該遮光金屬係設在該溝渠之下。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光裝置，其中該第一螢光材料粒子及該第二螢光材料粒子係實質相同螢光材料及在粒子尺寸上不同。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光裝置，其中該第一螢光材料粒子及該第二螢光材料粒子為不同螢光材料。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光裝置，其中該第一螢光材料粒子及該第二螢光材料粒子具有實質相同的光致發光頻譜。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光裝置，其中該第一螢光材料粒子及該第二螢光材料粒子具有不同的光致發光頻譜。
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