TWI470838B

TWI470838B - 半導體發光裝置的形成方法

Info

Publication number: TWI470838B
Application number: TW101118756A
Authority: TW
Inventors: Shih Feng Shao
Original assignee: Phostek Inc
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2015-01-21
Also published as: TW201349580A

Description

半導體發光裝置的形成方法

本發明係一種半導體發光裝置的形成方法。

由於仍有技術待克服，發光二極體無法直接發出白光。若要發出白光，必須藉由兩種生產技術：螢光粉轉換技術(Phosphor Converted LED Approach)與晶粒轉換技術(Multi-Chip LED Approach)。前者運用螢光材料，使藍光發光二極體或紫外光(UV)發光二極體所激發的光，與螢光粉的顏色混合後，得到白光；後者組合兩種以上分別發不同顏色光的發光二極體，而產生白光。

在螢光粉轉換技術中，螢光粉是轉換色光的關鍵因素。如果螢光粉品質好，則發光二極體發出的光，具有鮮艷與擬真的色彩，其演色性可超過80，可應用於製作電漿電視機或高品質顯示器；如果螢光粉品質差，則發光二極體發出的光，色彩偏藍帶綠，顏色失真。

圖1A至圖1C顯示三種傳統的螢光粉塗佈結構。其中，一具有螢光粉6的覆蓋層2覆蓋發光二極體晶片4，依照螢光粉的位置，分為：(1)均勻分佈(Uniform Distribution)，如圖1A，螢光粉6 被均勻地分佈於覆蓋層2中；(2)敷型塗佈(Conformal Distribution)，如圖1B，螢光粉6的位置靠近發光二極體晶片4；(3)遠端塗佈(Remote Phosphor)，如圖1C，螢光粉6的位置遠離發光二極體晶片4。

塗佈技術的製程會影響螢光粉分佈的均勻性，進而影響發光二極體發光顏色的均勻性。

本發明的目的之一在於提供一種新的螢光粉塗佈技術，以減少因螢光粉塗佈不均勻，所產生顏色分布不均的問題。

本發明一實施例提供一種半導體發光裝置的形成方法，包括：形成至少一磊晶結構於一第一基板上；提供一剝離膠合基板，其上形成至少一螢光膠合區塊；將每一該螢光膠合區塊相向對準接觸每一該磊晶結構；以及移除該剝離膠合基板，藉此，形成至少一半導體發光裝置。

於一實施例，在移除剝離膠合基板之前或之後，提供一能量使得螢光膠合區塊耦合至磊晶結構，其中能量包括熱能、光能或超音波。

10‧‧‧第一基板

12/12'‧‧‧磊晶結構

12a‧‧‧第一型摻雜層

12b‧‧‧發光層

12c‧‧‧第二型摻雜層

12d‧‧‧第一接觸

12e‧‧‧第二接觸

14‧‧‧剝離膠合基板

14a‧‧‧第二基板

14b‧‧‧剝離膠合層

16‧‧‧透明膠合層

18/18A‧‧‧螢光膠合區塊

18a‧‧‧透明膠合層

18b‧‧‧螢光粉

20‧‧‧部分

22‧‧‧第三基板

24‧‧‧連接墊

26‧‧‧連線

28‧‧‧黏膠層/磊晶層

圖1A至圖1C顯示三種傳統的螢光粉塗佈結構。

圖2A至圖2F顯示根據本發明第一實施例半導體發光裝置的形成方法。

圖3A至圖3G顯示根據本發明第二實施例半導體發光裝置的形成方法。

圖4A與圖4B顯示根據另一實施例半導體發光裝置的形成方法。

圖5顯示根據本發明實施例所製作的一種半導體發光裝置陣列。

圖6顯示根據另一實施例半導體發光裝置的形成方法。

圖7A與圖7B顯示根據另些實施例半導體發光裝置的形成方法。

圖8A與圖8B顯示根據另些實施例半導體發光裝置的形成方法。

如圖2A所示，提供第一基板10，並形成一或多個磊晶結構12於第一基板10上。作為例示為非限制，磊晶結構12的數量為四個。每個磊晶結構12可包含，但不限於，第一型摻雜層12a、發光層12b、第二型摻雜層12c。於本實施例，第一型摻雜層12a為N型摻雜層，例如N型氮化鎵層；發光層12b為單一量子井層或多重量子井層；第二型摻雜層12c為P型摻雜層，例如P型氮化鎵層。此外，於磊晶結構12與第一基板10之間，可形成一或多個功能結構(未圖示)，例如，反射層、成核層、緩衝層、未摻雜半導體層等其中之一或其組合。於第一型摻雜層12a與發光層12b之間，亦可形成一或多個功能結構(未圖示)，例如，抗靜電層、電流分佈層、應變層、電子注入層等其中之一或其組合。

如圖2B所示，提供一剝離膠合基板14，其具有黏性；且其黏性可透過施加一能量，例如熱能或光能，而改變。於本實施例，剝離膠合基板14是一種複合結構。例如，在第二基板14a上，利用塗佈(coating)形成或直接貼附具有上述特性的剝離膠合層14b，以形成剝離膠合基板14；在其他實施例，剝離膠合基板14是一單層結構，其整體具有上述物理特性。在本實施例，剝離膠合層14b包含熱脫離膠帶(thermal release tape)，加熱會使之降低黏性，藉由直接貼附熱脫離膠帶於第二基板上14a，形成剝離膠合基板14。在另一實施例，剝離膠合層14b包含紫外光脫離膠帶(UV release tape)，照紫外光會使之降低黏性，藉由直接貼附紫外光脫離膠帶於第二基板上14a，形成剝離膠合基板14。

如圖2C所示，在每個磊晶結構12上方，形成透明膠合層16。例如，可利用塗佈方式形成透明膠合層16。此步驟是為了增加之後黏著步驟的黏著性，不是一個必要步驟，也可省略。

如圖2D所示，在剝離膠合基板14(或剝離膠合層14b)上方，形成一或多個螢光膠合區塊18，其數量可相等於磊晶結構12的數量、其位置可對應於磊晶結構12的位置。例如，可利用塗佈(coating)，形成螢光膠合區塊18。在另一實施例，可利用電泳或預成型的螢光層貼片，形成一或多個螢光膠合區塊18。螢光膠合區塊18是一種摻雜有一或多種螢光粉的高分子膠。此外，可選擇性地以第一能量，例如加熱使溫度介於大約100℃至120℃，來預烤(pre-cure)螢光膠合區塊18，預烤的目的是使螢光膠合區塊18稍呈固化、不易變形。此外，可選擇性地在螢光膠合區塊18的表面，塗佈前述透明膠合層(未圖示)。

如圖2E所示，將每一螢光膠合區塊18朝向、對準，並接觸每一磊晶結構12。接著，施加一第二能量，例如熱能、光能或超音波，使得螢光膠合區塊18耦合至磊晶結構12。，例如，如果螢光膠合區塊18為一種摻雜螢光粉的矽膠，則第二能量例如加熱至大約為120℃，加熱時間大約1hr，使得螢光膠合區塊18耦合至磊晶結構12。

如圖2F所示，施加一第三能量，使改變剝離膠合基板14的特性後，移除剝離膠合基板14。第三能量例如加熱，使降低剝離膠合基板14的黏性後撕除之，但又不會破壞螢光膠合區塊18。在另一變化實施例，第三能量可為紫外光，藉由照紫外光使降低剝離膠合基板14的黏性後撕除之。較佳地，第一能量小於第二能量，第二能量小於或等於第三能量。藉此，每個磊晶結構12上方，具有分佈均勻的螢光粉的螢光膠合區塊18，而形成可發出特定顏色，例如白色的一或多個半導體發光裝置。

圖3A至圖3G顯示根據本發明第二實施例半導體發光裝置的形成方法。為求簡潔，相同或相似的符號，代表相同或相似的元件，其細節與各種修飾、變化、替換可沿用先前實施例，不再贅述。

如圖3A所示，提供第一基板10，並形成一或多個磊晶結構12於第一基板10上。磊晶結構12可包含第一型摻雜層12a、發光層12b、第二型摻雜層12c。此外，於磊晶結構12與第一基板10之間，可形成一或多個功能結構(未圖示)，例如，反射層、成核層、緩衝層、未摻雜半導體層等其中之一或其組合。於第一型摻雜層12a與發光層12b之間，亦可形成一或多個功能結構(未圖示)，例如，抗靜電層、電流分佈層、應變層、電子注入層等其中之一或其組合。

如圖3B所示，提供一剝離膠合基板14。於本實施例，剝離膠合基板14是一種複合結構。例如，在第二基板14a上，利用塗佈形成或直接貼附剝離膠合層14b，形成剝離膠合基板14。在其他實施例，剝離膠合基板14為一整體結構。

如圖3C所示，在每個磊晶結構12上方，形成透明膠合層16。此步驟也可省略。

如圖3D所示，在剝離膠合基板14(或剝離膠合層14b)上方，形成一或多個螢光膠合區塊18。例如，可利用塗佈形成螢光膠合區塊18。螢光膠合區塊18可以是一種摻雜有一或多種螢光粉的高分子膠。可選擇性地以第一能量，例如加熱溫度至大約100℃至120℃，預烤螢光膠合區塊18。

如圖3E所示，將每一螢光膠合區塊18朝向、對準，並接觸每一磊晶結構12。

如圖3F所示，施加一第三能量，使改變剝離膠合基板14的特性後，移除剝離膠合基板14。例如，以第三能量加熱，使降低剝離膠合基板14的黏性後撕除之，但又不會破壞螢光膠合區塊18。

如圖3G所示，接著，再施加一第二能量，例如熱能、光能或超音波，使得螢光膠合區塊18耦合至磊晶結構12。例如，如果螢光膠合區塊18為一種摻雜螢光粉的矽膠，則第二能量例如加熱至大約為120℃，加熱時間大約1hr，使得螢光膠合區塊18耦合至磊晶結構12。

於本實施例，較佳地，第一能量小於或等於第三能量，第一能量小於第二能量。

上述第一實施例與第二實施例的差別在於，將螢光膠合區塊18耦合至磊晶結構12的步驟，是發生於移除剝離膠合基板14之前，如第一實施例所示；或發生於移除剝離膠合基板14之後，如第二實施例所示。

於本發明各實施例，第一基板10的材料，可根據磊晶結構12的材料而決定，例如第一基板10的材料可包含矽/碳化矽(Si/SiC)、鋁/三氧化二鋁(Al/Al2O3)、氮化鎵(GaN)、氮化銦(InN)、氮化鋁(AlN)、氧化鋅(ZnO)、藍寶石(sapphire)、玻璃(glass)、石英(quartz)或前述材料的各種組合。其中，第一基板10包括極化(polar)基板、半極化(semi-polar)基板或非極化(non-polar)基板。磊晶結構12的材料可以是三族氮化物(Nitride)，例如氮化銦(InN)、氮化鎵 (GaN)、氮化鋁(AlN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化銦鋁鎵(InAlGaN)等。

上述實施例可做各種修飾、變化，或替換。

例如，各步驟的實施順序，或可替換。

例如，接續圖2A或圖3A，在形成一或多個磊晶結構12於第一基板10後，可將第一基板10拋光磨薄(grind polish)，並將第一基板10及其上的磊晶結構12，分離為複數個部分(singulation)。或者，接續圖2E或圖3E，在磊晶結構12耦合螢光膠合區塊18後，將第一基板10拋光磨薄，並將第一基板10及其上的磊晶結構12分離(singulation)為複數個部分，移除剝離膠合基板14後，形成複數個半導體發光裝置。

接續上述結構，在另一實施例，如圖4A所示，將剝離膠合基板14以及分離後的複數個部分20轉移至第三基板22，其中每個部分20包括第一基板10、磊晶結構12、透明膠合層16及螢光膠合區塊18。第三基板22可包含連接墊24(pad)，用於電性連接複數個部分20。接著，如圖4B，移除剝離膠合基板14，形成一半導體發光裝置陣列。

在一實施例，前述第三基板22可包含電路板，其材質例如金屬基印刷電路板(Metal Core PCB；MCPCB)、銅箔印刷式電路板(FR4)、陶瓷基板或是矽基板。此外，可形成一或多個功能結構(未圖示)，例如，反射層、黏膠層、絕緣層等其中之一或其組合，於每個部分20與第三基板22之間。

圖5顯示如圖4A、4B方法所製作的一種半導體發光裝置陣列。藉由蝕刻每個部分20，將部分的第一型摻雜層12a暴露，並在部分暴露的第一型摻雜層12a上形成第一接觸12d(contact)，在第二型摻雜層12b形成第二接觸12e，使與外部裝置或其他半導體發光裝置做電性連接。例如，於本實施例，第一接觸12d與第二接觸12e是暴露的，不被螢光膠合區塊18覆蓋，且分別具有一連線26，連接相鄰的半導體發光裝置。此外，陣列中半導體發光裝置的行數或/及列數可為奇數。

前述第一接觸12d是N型接觸(n-type contact)，其材料可以是金(Au)、鎳(Ni)、鈀(Pd)的各種材料組合，例如，鎳/金(Ni/Au)、鈀/金(Pd/Au)等。第二接觸12e是P型接觸(p-type contact)，其材料可以是鋁(Al)、金(Au)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉑(Pt)，或上述材料的各種組合，例如鋁/金(Al/Au)、鈦/鋁/鎳/金(Ti/Al/Ni/Au)、鋁/鉑/金(Al/Pt/Au)、鈦/鋁/鉑/金(Ti/Al/Pt/Au)。

如圖6所示，在一實施例，接續圖2A或圖3A，於形成一或多個磊晶結構12於第一基板10後，在每個磊晶結構12堆疊形成一或多個磊晶結構12’，而磊晶結構12及12’之間藉由黏膠層28或磊晶層28作堆疊，其中磊晶層28可為穿隧接面層。磊晶結構12可發出第一色光，磊晶結構12’可發出第二色光，而第一色光與第二色光可為不同顏色，且具有同一發光波長或不同波長。例如：(1)堆疊兩個不同顏色的磊晶結構，其發光波長分別為470nm(藍光)與550nm(綠光)；(2)堆疊五個同顏色的磊晶結構，其發光波長皆為470 nm(藍光)；(3)堆疊五個同顏色的磊晶結構，其發光顏色均為藍光，其發光波長分別為460nm、470nm、480nm、490nm、500nm；(4)上述(1)(2)(3)的各種組合，例如，堆疊十個不同顏色的磊晶結構，其發光波長分別為460nm、470nm、480nm、490nm、500nm、510nm、520nm、530nm、540nm、550nm。

如前所述，螢光膠合區塊18可以是一種透明高分子膠，摻有一或多種螢光粉。如圖7A所示，在一實施例，螢光膠合區塊18包含透明膠合層18a與複數個螢光粉18b，其中螢光粉18b的分布位置，靠近剝離膠合基板14，形成一種遠端塗佈(remote phosphor)結構。如圖7B所示，在另一實施例，螢光膠合區塊18包含透明膠合層18a與複數個螢光粉18b，其中螢光粉18b的分布位置，遠離剝離膠合基板14，形成一種敷型塗佈(conformal phosphor)結構。在一實施例，該些螢光粉18b可具有不同顏色，包括黃色、紅色及/或綠色螢光粉。

此外，每個磊晶結構12上方，可不限於形成一個螢光膠合區塊18。如圖8A所示，接續圖2D或圖3D之步驟中的結構，在形成螢光膠合區塊18於剝離膠合基板14上後，堆疊第二螢光膠合層18A於螢光膠合區塊18上，其中兩螢光膠合區塊18及18A中螢光粉的顏色不同。或者，如圖8B所示，兩螢光膠合區塊18及18A為水平設置。注意螢光膠合區塊的數量不限於圖中所示。

根據上述實施例，發光二極體的磊晶結構可發出各種色光，再利用各種顏色螢光粉，本技術可產生各種所需色光，例如，白光。例如，磊晶結構發出藍光，加上黃色螢光粉，或是加上紅色螢光粉及綠色螢光粉，可產生白光。例如，前述堆疊十個磊晶結構，可發出涵蓋整個藍光波帶與綠光波帶的色光，加上適量紅色或黃色螢光粉，可產生超高演色性的白光。

根據本說明書，本領域熟悉技藝人士可據以做各種修飾、改變或替換。因此，本說明書僅是用於教示本領域熟悉技藝人士，例示如何實踐本發明，所述的實施例僅為較佳實施例。本領域熟悉技藝人士閱讀本案說明書後，知悉本案實施例中的哪些元件與材料可做替換，哪些元件或製程步驟順序可變更，哪些特徵可被單獨應用。凡其他未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包括在下述之申請專利範圍內。

10‧‧‧第一基板

12‧‧‧磊晶結構

14‧‧‧剝離膠合基板

14a‧‧‧第二基板

14b‧‧‧剝離膠合層

16‧‧‧透明膠合層

18‧‧‧螢光膠合區塊

Claims

一種半導體發光裝置的形成方法，包括：形成至少一磊晶結構於一第一基板上；提供一剝離膠合基板，其上形成至少一螢光膠合區塊；將每一該螢光膠合區塊相向對準接觸每一該磊晶結構，其中每一該磊晶結構上具有一第一接觸及一第二接觸，該螢光膠合區塊的區域不會覆蓋該第一接觸及該第二接觸；以及移除該剝離膠合基板，藉此，形成至少一半導體發光裝置。
如申請專利範圍第1項的方法，其中在移除該剝離膠合基板之前或之後，提供一能量使得該螢光膠合區塊耦合至該磊晶結構，且該能量包括熱能、光能或超音波。
如申請專利範圍第2項的方法，其中提供該剝離膠合基板之步驟包括：貼附一剝離膠合層於一第二基板上；形成該螢光膠合區塊於該剝離膠合層上；以及，預烤該螢光膠合區塊。
如申請專利範圍第3項的方法，更包括：以一第一能量預烤該螢光膠合區塊，且在移除該剝離膠合基板之前，以一第二能量將已對準的該磊晶結構與該螢光膠合區塊耦合，以及，以一第三能量移除該剝離膠合基板，其中該第一能量小於該第二能量，該第二能量小於或等於該第三能量。
如申請專利範圍第3項的方法，更包括：以一第一能量預烤該螢光膠合區塊，以一第三能量移除該剝離膠合基板，且在移除該剝離膠合基板之後，以一第二能量將已對準的該磊晶結構與該螢光膠合區塊耦合，其中該第一能量小於或等於該第三能量，該第一能量小於該第二能量。
如申請專利範圍第1項的方法，其中在一第三能量下，該剝離膠合基板可完全移除而不破壞該螢光膠合區塊，且該第三能量包括一熱能或一紫外光。
如申請專利範圍第1項的方法，更包括：塗佈一透明膠合層於該磊晶結構及/或該螢光膠合區塊上。
如申請專利範圍第1項的方法，更包括：形成該磊晶結構於該第一基板後，將該第一基板拋光磨薄，以及根據該磊晶結構，將該第一基板分離為複數個部分。
如申請專利範圍第1項的方法，更包括：在該磊晶結構耦合該螢光膠合區塊後，將該第一基板拋光磨薄，並根據該磊晶結構，將該第一基板分離為複數個部分。
如申請專利範圍第1項的方法，更包括：在該磊晶結構耦合該螢光膠合區塊後，且在移除該剝離膠合基板之前，移除該第一基板，並將該剝離膠合基板及其上的該至少一半導體發光裝置轉移至一電路板。
申請專利範圍第1項的方法，其中該螢光膠合區塊的形成方式包含下列步驟之其一：塗佈、電泳且採用預成型的螢光層貼片。
如申請專利範圍第1項的方法，其中該螢光膠合區塊包括一透明膠合層及複數個螢光粉，該複數個螢光粉混合於靠近或遠離該剝離膠合基板處的該透明膠合層中。
如申請專利範圍第12項的方法，其中該複數個螢光粉包括黃色螢光粉、紅色螢光粉、綠色螢光粉或上述螢光粉的組合。
如申請專利範圍第1項的方法，於形成該磊晶結構於該第一基板後，尚包括堆疊一第二磊晶結構於該磊晶結構上，其中該磊晶結構發出一第一色光，該第二磊晶結構發出一第二色光，該第一色光與該第二色光為不同顏色或相同顏色，該第一色光與該第二色光具有相同波長或不同波長。
如申請專利範圍第1項的方法，其中於形成該螢光膠合區塊後，尚包括形成一第二螢光膠合區塊，該第二螢光膠合區塊係被形成於該螢光膠合區塊上，或被形成於該剝離膠合基板上而與該螢光膠合區塊水平設置。