TWI482315B - 半導體發光裝置 - Google Patents

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TWI482315B TW101104923A TW101104923A TWI482315B TW I482315 B TWI482315 B TW I482315B TW 101104923 A TW101104923 A TW 101104923A TW 101104923 A TW101104923 A TW 101104923A TW I482315 B TWI482315 B TW I482315B
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Miyuki Shimojuku
Yoshiaki Sugizaki
Yosuke Akimoto
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Toshiba Kk
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Description

半導體發光裝置
本文所敍之實施例係關於一種半導體發光裝置。
一般而言，半導體發光裝置可藉由高電流注入而提供高發光亮度。然而，高電流注入會因為諸如發光層溫度的增加，甚至是發光裝置本身溫度的增加，而有發光效率降低的問題發生。
根據一實施例，一半導體發光裝置包括一半導體層、一p側電極、一n側電極、一無機絕緣薄膜、一p側互連部、一n側互連部以及一有機絕緣薄膜。該半導體層包括一第一表面、一相對於該第一表面之第二表面及一發光層。該p側電極係位於在該第二表面上包括該發光層之一區域上。該n側電極係位於在該第二表面上不包括該發光層之一區域上。該無機絕緣薄膜係位於第二表面側。該無機絕緣薄膜包括一穿透至該p側電極之第一通孔及一穿透至該n側電極之第二通孔。該p側互連部係位於該無機絕緣薄膜上。該p側互連部係經由該第一通孔電氣連接至該p側電極。該n側互連部係位於該無機絕緣薄膜上。該n側互連部係與該p側互連部隔開。該n側互連部係經由該第二通孔電氣連接至該n側電極。有機絕緣薄膜係位於該無 機絕緣薄膜上，其係至少位於該p側互連部及該n側互連部之間的一部分上。一位於該n側互連部上之該p側互連部之端部與一位於該p側互連部上之該n側互連部之端部係覆蓋該有機絕緣薄膜。
現在實施例將參考圖式加以敍述。於圖式中，同樣的元件將以相同的參考數字加以標示。
(第一實施例)
第1A圖係第一實施例之半導體發光裝置10之剖面示意圖。第1B圖係相對於第1A圖之剖面示意圖之等效電路。
半導體發光裝置10包括一半導體層15。半導體層15包括一第一表面15a和形成於第一表面15a另一側(參考圖1A之上側)之第二表面。將於稍後說明的電極及互連層係位於第二表面側。光線主要從與第二表面相對的第一表面15a射出。
半導體層15包括一第一半導體層11及一第二半導體層12。第一半導體層11及第二半導體層12係由包括例如氮化鎵之材料所製成。
第一半導體層11包括例如一底部緩衝層及一n型層。n型層係作為一橫向電流路徑。第二半導體層12具一堆疊結構，在堆疊結構中一發光層(主動層)13被夾在n型層與一p型層之間。
半導體層15形成於一基板5上，將於稍後述敍。於 本實施例中，基板5保持完整。意即，基板5設置於第一表面15a，第一表面15a是半導體層15中主要的光萃取表面。基板5較半導體層15厚且可提供半導體發光裝置10機械強度。
基板5對於來自發光層13的光線係一透明體。例如，基板5可以是一藍寶石基板。基板5之折射率係介於使用於半導體層15之氮化鎵折射率與空氣折射率之間。這樣可避免經由第一表面15a之光萃取方向的介質折射率變化過大。藉此，可提高光萃取效率。
半導體層15之第二表面側被製造成具凸凹之外觀。形成於第二表面側之凸出部包括發光層13。一p側電極16設置於第二半導體層12之表面，第二半導體層12形成凸出部之表面。意即，p側電極16設置在包括發光層13的一個區域上。
包括發光層13但不包括第二半導體層12之一區域設置在半導體層15之第二表面側之凸出部旁。一n側電極17設置在上述區域中之第一半導體層11之表面。意即，n側電極17係設置在不包括發光層13的區域上。
在半導體層15之第二表面側，包括發光層13之第二半導體層12之面積係大於不包括發光層13之第一半導體層11面積。此外，p側電極16設置於包括發光層13之區域的面積係大於設置於不包括發光層13之區域之n側電極17的面積。藉此，可形成一大的發光區域。
一絕緣薄膜14係設置於包括發光層13之第二半導體 層12之側表面、p側電極16之側表面以及n側電極17之側表面。絕緣薄膜14包覆第二半導體層12之側表面、p側電極16之側表面以及n側電極17之側表面。絕緣薄膜14係一諸如氧化矽薄膜及氮化矽薄膜之無機絕緣薄膜。p側電極16之表面和n側電極17之表面係暴露自絕緣薄膜14。
一無機絕緣薄膜18係設置於絕緣薄膜14、p側電極16以及n側電極17上。無機絕緣薄膜18係一例如氧化矽薄膜或氮化矽薄膜。無機絕緣薄膜18包覆絕緣薄膜14之側表面及第一半導體層11之側表面。
此外，無機絕緣薄膜18包覆p側電極16之部分側表面及n側電極17之部分側表面。在無機絕緣薄膜18中，一穿透至p側電極16之第一通孔18a以及一穿透至n側電極17之第二通孔18b被形成。
一有機絕緣薄膜20選擇性地形成於無機絕緣薄膜18上。有機絕緣薄膜20係由例如合成樹脂之材質(聚酰亞氨)所製成。有機絕緣薄膜20包覆無機絕緣薄膜18之側表面，且與基板5共同組成半導體發光裝置10之外表面。
一第一p側互連層21設置在第一通孔18a之內及無機絕緣薄膜18上，及環繞第一通孔18a之有機絕緣薄膜20。一金屬薄膜19設置於第一p側互連層21之下方。第一p側互連層21係經由第一通孔18a內的金屬薄膜19電氣連接至p側電極16。本實施例之一p側互連部包括第 一p側互連層21及位於第一p側互連層21下方之金屬薄膜19。金屬薄膜19之厚度遠較第一p側互連層21之厚度為小。
一第一n側互連層22設置在第二通孔18b內及無機絕緣薄膜18上，及環繞第二通孔18b之有機絕緣薄膜20。金屬薄膜19設置在第一n側互連層22下方。第一n側互連層22係經由設置在第二通孔18b內的金屬薄膜19電氣連接至n側電極17。本實施例之一n側互連部包括第一n側互連層22及位於第一n側互連層22下方的金屬薄膜19。金屬薄膜19之厚度遠較第一n側互連層22之厚度為小。
有機絕緣薄膜20設置於p側互連部與n側互連部之間的無機絕緣薄膜18之上。一步階形成於有機絕緣薄膜20與無機絕緣薄膜18之間。第一p側互連層21係經由金屬薄膜19而設置，以包覆該步階。意即，位於第一n側互連層22側之第一p側互連層21的端部21b與有機絕緣薄膜20相互重疊。
此外，在相對於第一p側互連層21的端部21b之另一側，一步階形成於有機絕緣薄膜20與無機絕緣薄膜18之間。第一n側互連層22係經由金屬薄膜19而設置，以包覆該步階。意即，位於第一p側互連層21側之第一n側互連層22的端部22b與有機絕緣薄膜20相互重疊。
位於有機絕緣薄膜20與無機絕緣薄膜18之間的步階係設置在p側電極16與n側電極17之間。然而，在p側 電極16的外側(第1A圖中第一p側互連層21之左側)和n側電極17的外側(第1A圖中第一n側互連層22之右側)，沒有步階在有機絕緣薄膜20與無機絕緣薄膜18之間形成。
端部21b及與有機絕緣薄膜20相互重疊的端部22b係被一間隙相互隔開。
在第一p側互連層21中，位於端部21b和第一通孔18a部分之間的區域係經由金屬薄膜19而設置在無機絕緣薄膜18上。在第一n側互連層22中，位於端部22b和第二通孔18b部分之間的區域係經由金屬薄膜19而設置在無機絕緣薄膜18上。
在第一p側互連層21中，不同於第一n側互連層22側之端部21b的另一端部，其係經由有機絕緣薄膜20及金屬薄膜19而設置在無機絕緣薄膜18上。意即，有機絕緣薄膜20係亦設置在第一p側互連層21之另一端部下方，而不是端部21b下方。
在第一n側互連層22中，不同於第一p側互連層21側之端部22b的另一端部，其係經由有機絕緣薄膜20及金屬薄膜19而設置在無機絕緣薄膜18上。意即，有機絕緣薄膜20係亦設置在第一n側互連層22之另一端部下方，而不是端部22b下方。
第一n側互連層22係向第一p側互連層21方向沿伸。意即，部分的第一n側互連層22與在包括發光層13的發光區域上之無機絕緣薄膜18相互重疊。
因此，如第1B圖之等效電路所示，有一電容C形成且平行於半導體層15中之pn接面。作為電容C中之介電質薄膜的無機絕緣薄膜18可利用例如濺鍍或化學氣相沉積製程來形成。如此，無機絕緣薄膜18之厚度可比由塗布製程形成之有機薄膜來得薄。薄無機絕緣薄膜18可增加電容C之電容值。這樣有助於改善半導體發光裝置10抗靜電放電能力。
第一n側互連層22之面積係大於n側電極17的面積。此外，第一n側互連層22分佈在無機絕緣薄膜18上的面積係大於第一n側互連層22透過金屬薄膜19經由第二通孔18b連接至n側電極17的面積。
因為發光層13係形成於較n側電極17面積為大的區域上，因此可獲得高的光輸出。n側電極17係形成在一面積小於不包括發光層13的發光區域上。然而，此實施例可得到一結構，在該結構中具有比n側電極17較大的面積之第一n側互連層22係被安置在安裝表面側。
經由第一通孔18a連接至p側電極16的第一p側互連層21面積係大於經由第二通孔18b連接至n側電極17的第一n側互連層22面積。這改善了發光層13的電流分佈，也能改善發光層13的發熱消散。於此，第一p側互連層21可經由複數個第一通孔18a連接至p側電極16。
第一半導體層11係經由n側電極17和金屬薄膜19電氣連接至第一n側互連層22。包括發光層13的第二半導體層12係經由p側電極16和金屬薄膜19電氣連接至 第一p側互連層21。
相對於半導體層15的第一p側互連層21表面之功用係作為p側外部端點21a。相對於半導體層15的第一n側互連層22表面之功用係作為n側外部端點22a。
第2圖顯示本實施例之半導體發光裝置10安裝在一安裝基板100之情形。第2圖中之半導體發光裝置10相對於第1圖係以上下顛倒方式呈現。
p側外部端點21a和n側外部端點22a係以例如焊料102接合至安裝基板100表面上的焊墊101上。安裝基板100可為一樹脂基板或陶瓷基板。於此，其他金屬可作為焊接材料取代焊料102。
藉由電流注入發光層13，發光層13發出光線並產生熱量。熱量消散至安裝基板100主要包括以下路徑。第一，發光層13釋出的熱量經由p側電極16和第一通孔18a流至第一p側互連層21。此外，第一p側互連層21與p側電極16橫跨在無機絕緣薄膜18相互重疊的部分，發光層13釋出的熱量可經由p側電極16和無機絕緣薄膜18流至第一p側互連層21。另外，第一n側互連層22與p側電極16橫跨在無機絕緣薄膜18相互重疊的部分，發光層13釋出的熱量可經由p側電極16和無機絕緣薄膜18流至第一n側互連層22。
傳導至第一p側互連層21及第一n側互連層22的熱量係經由焊料102和焊墊101消散至安裝基板100。
於本實施例中，無機絕緣薄膜18係作為設置於電極 16、17和互連層21、22之間之絕緣薄膜使用。無機材料比有機材料(樹脂材料)具有較高的熱傳導率。藉此，可增加經由無機絕緣薄膜18至互連層21、22之熱量消散。具有良好熱量消散能力的半導體發光裝置可抑制高電流注入發光層13時所造成的電氣特性的退化和發光效率降低。結果，可獲得高亮度。
第9圖係一比較例之半導體發光裝置之剖面示意圖。
比較例中之半導體發光裝置並沒有包括本實施例中的有機絕緣薄膜20。意即，第一p側互連層21和第一n側互連層22係經由金屬薄膜19形成於無機絕緣薄膜18上。第一p側互連層21和第一n側互連層22兩者的端部亦形成於無機絕緣薄膜18上。此外在上述結構中，發光層的熱量可經由p側電極16和無機絕緣薄膜18釋放至第一p側互連層21和第一n側互連層22。
無機絕緣薄膜18比有機絕緣薄膜具有較高的熱傳導率。然而，無機絕緣薄膜18容易脆化變碎。此外，在半導體發光裝置安裝在安裝基板100之情形下，半導體層15與安裝基板100兩者之熱膨脹係數的差異會產生問題。熱膨脹係數的差異會產生應力，使得第一p側互連層21與藉由焊料102和焊墊束縳在安裝基板100的第一n側互連層22之間產生位移。藉由此應力，如第9圖所示之裂痕可能會發生在無機絕緣薄膜18靠近第一p側互連層21端部之處及靠近第一n側互連層22端部之處。這些裂痕可能造成組件間意外短路。
相反地，於本實施例中，於第一n側互連層22側的第一p側互連層21之端部21b以及於第一p側互連層21側的第一n側互連層22之端部22b係設置在材質比無機絕緣薄膜18軟的有機絕緣薄膜20上。藉此，有機絕緣薄膜20可釋放靠近端部21b及端部22b的應力，而端部21b及端部22b係上述應力最有可能集中的地方。如此可避免在無機絕緣薄膜18之裂痕，並提高可靠度。
此外，不同於上述端部21b之第一p側互連層21的另一端部與不同於上述端部22b之第一n側互連層22的另一端部也設置在有機絕緣薄膜20上。藉此，有機絕緣薄膜20可釋放靠近這些端部的應力，並提高可靠度。
意即，在本實施例中，藉由利用無機絕緣薄膜18的高熱量消散，使高電流注入變成可行。此外，材質較無機絕緣薄膜18軟的有機絕緣薄膜20設置在應力較可能集中的地方。藉此，可提高可靠度。
接下來，參考第3A圖至第5C圖，將敍述本實施例中之半導體發光裝置10之製造方法。在顯示製造流程的圖形中，會顯示一包括複數個半導體層15(晶片)的晶圓的一部分。
第3A圖顯示一堆疊體，其中第一半導體層11及第二半導體層12形成於一基板5的主要表面上。第一半導體層11形成於基板5的主要表面上，包括發光層13的第二半導體層12形成於第一半導體層11上。第一半導體層11及包括例如氮化鎵的第二半導體層12可利用金屬有機 化學氣相沉積製程磊晶成長於例如一藍寶石基板上。
第一半導體層11包括一底部緩衝層及一n型氮化鎵層。第二半導體層12包括一發光層(主動層)13及一p型氮化鎵層。發光層13可發出藍、紫、藍紫或紫外光。與基板5接觸之第一半導體層11之表面組成了半導體層15的第一表面15a。
形成了在基板5上的半導體層15之後，使用例如反應性離子蝕刻(RIE)法利用光阻(圖未示)將部分的第二半導體層12去除。藉此，將部分的第一半導體層11暴露出來。第一半導體層11暴露出來的區域不包括發光層13。
接著如第3B圖所示，p側電極16形成於第二半導體層12的表面，n側電極17形成於第一半導體層11的表面。p側電極16和n側電極17係利用例如濺鍍或蒸鍍製程形成。p側電極16和n側電極17可使用相同的材質先後形成，或者同時形成。電極16、17與半導體層11、12之間的歐姆接觸若有需要可利用激化退火來形成。
一絕緣薄膜14形成於不含p側電極16表面和n側電極17表面的暴露部上。絕緣薄膜14係一例如氧化矽薄膜或氮化矽薄膜。絕緣薄膜14係設置在p側電極16和n側電極17之間，用以將此兩電極相互絕緣。此外，絕緣薄膜14包覆和保護包括發光層13之第二半導體層12的側表面。
之後，如第2C圖所示，利用例如反應性離子蝕刻法 ，使用一光阻51作為蝕刻遮罩，選擇性地移除絕緣薄膜14和第一半導體層11。藉此，形成一到達基板5的溝槽52。溝槽52係在晶圓狀態的基板5上以例如晶格狀平面布局的方式形成。溝槽52係將半導體層15分割成複數個晶片。
於此，形成電極16、17步驟之前，將半導體層15分割成複數個晶片的步驟可如第3A圖所示之步驟進行。
接著，在移除光阻51之後，整個基板5的暴露部被一無機絕緣薄膜18所包覆，如第4A圖所示。意即，無機絕緣薄膜18係設置在p側電極16和n側電極17上。此外，無機絕緣薄膜18係設置在溝槽52的內側牆並包覆著第一半導體層11的側表面。
之後，如第4B圖所示，利用蝕刻法，使用一光阻53作為蝕刻遮罩，將第一通孔18a及第二通孔18b形成於無機絕緣薄膜18內。第一通孔18a係接觸到p側電極16。第二通孔18b係接觸到n側電極17。此外，無機絕緣薄膜18在溝槽52底部的部分被移除。
接著，移除光阻53之後，如第4C圖所示，一有機絕緣薄膜20選擇性地形成於無機絕緣薄膜18上。有機絕緣薄膜20係由例如光感樹脂材質(例如聚醯亞胺)所製成。在整個無機絕緣薄膜18表面形成有機絕緣薄膜20之後，利用光罩(圖未示)藉由曝光顯影製程將有機絕緣薄膜20之圖案成形。有機絕緣薄膜20也被形成於溝槽52中之無機絕緣薄膜18側壁。
之後，金屬薄膜19被形成在基板5的暴露部上，如5A圖所示。金屬薄膜19係作為稍後提及之電鍍之種晶層。金屬薄膜19也形成在暴露於第一通孔18a底部之p側電極16表面及暴露於第二通孔18b底部之n側電極17表面。
金屬薄膜19係利用例如濺鍍製程來形成。金屬薄膜19包括例如由底部往上順序之鈦和銅之堆疊薄膜。
接著，如第5B圖所示，光阻54選擇性地形成在金屬薄膜19上，且以金屬薄膜19作為導電路徑進行電鍍銅。藉此，第一p側互連層21及第一n側互連層22被選擇性地形成在金屬薄膜19上。第一p側互連層21及第一n側互連層22係以例如銅材質由電鍍製程中同時形成。
第一p側互連層21也形成於第一通孔18a內，且經由金屬薄膜19電氣連接至p側電極16。第一n側互連層22也形成於第二通孔18b內，且經由金屬薄膜19電氣連接至n側電極17。
有機絕緣薄膜20係形成在位於第一通孔18a與第二通孔18b之間的無機絕緣薄膜18上。一步階形成於有機絕緣薄膜20與無機絕緣薄膜18之間。該步階被作為種晶層的金屬薄膜19所包覆。藉此，電鍍金屬可進行沉積，以便包覆上述步階。
因此，在第一n側互連層22側之第一p側互連層21的端部21b設置在有機絕緣薄膜20上。在第一p側互連層21側之第一n側互連層22的端部22b設置在有機絕緣 薄膜20上。
第一p側互連層21及第一n側互連層22形成之後，移除光阻54。之後移除沒有被第一p側互連層21及第一n側互連層22兩者包覆之金屬薄膜19暴露部。藉此，連接於第一p側互連層21及第一n側互連層22之間的金屬薄膜19被隔開。
隨後，基板5在溝槽52的位置被切割並封裝成複數個半導體發光裝置10。例如，可使用切割刀來切割基板5。另一種方式，可用雷射照射來切割基板5。因為半導體層15並非設置在溝槽52中，在切割時可避免對半導體層15造成傷害。
封裝好的半導體發光裝置10可以是包括單一半導體層15之單一晶片結構，或者可以是包括複數個半導體層15之多晶片結構。
上述步驟直到切割步驟均在晶圓狀態進行。因此，對每一個封裝裝置，不需要形成互連層且不需要以絕緣薄膜進行保護。如此可大大地降低生產成本。意即，如第1A圖所示之封裝狀態，半導體層15之側表面已經被無機絕緣薄膜18和有機絕緣薄膜20所包覆和保護。結果，可改善生產率且可加速降低成本。
(第二實施例)
第6圖係第二實施例之半導體發光裝置之剖面示意圖。
除了上述第一實施例之半導體發光裝置之外，本實施例之半導體發光裝置進一步包括一第二p側互連層23、一第二n側互連層線24及一樹脂層25。
第二p側互連層23設置在第一p側互連層21上方。於本實施例，p側互連部包括金屬薄膜19、第一p側互連層21及第二p側互連層23。
第二n側互連層24設置在第一n側互連層22上方。於本實施例，n側互連部包括金屬薄膜19、第一n側互連層22及第二n側互連層24。
第一p側互連層21與第一n側互連層22之間的空間以及第二p側互連層23與第二n側互連層24之間的空間以樹脂層25填滿作為絕緣材料。樹脂層25包覆第一p側互連層21、第一n側互連層22、第二p側互連層23與第二n側互連層24之每一側表面。
相對於第一p側互連層21之第二p側互連層23表面係作為一p側外部端點23a。相對於第一n側互連層22之第二n側互連層24表面係作為一n側外部端點24a。
p側外部端點23a及n側外部端點24a係暴露於樹脂層25。p側外部端點23a及n側外部端點24a以焊料102接合至如第2圖所示之安裝基板100上的上述焊墊101上。
第二p側互連層23之厚度較第一p側互連層21之厚度為厚。第二n側互連層24之厚度較第一n側互連層22之厚度為厚。第二p側互連層23、第二n側互連層24及 樹脂層25，每一層的厚度均較半導體層15之厚度為厚。此處所說之“厚度”請參照如第6圖中之垂直厚度。
第二p側互連層23和第二n側互連層24之每一層厚度較包括半導體層15、p側電極16及n側電極17之堆疊體之厚度為厚。此處，第二p側互連層23和第二n側互連層24的深寬比(厚度與平面尺寸之比值)不限於一或大於一，但該比值可小於一。意即，第二p側互連層23和第二n側互連層24之厚度可以小於其平面尺寸。
用以強化本身之第二p側互連層23、第二n側互連層24及樹脂層25，其功能係作為半導體層15之一支撐物。因此，即使用以形成半導體層15之基板5依以下敍述被移除，包括第二p側互連層23、第二n側互連層24及樹脂層25之支撐物能夠穏定地支撐半導體層15，並且提高半導體發光裝置之機械強度。
此外，當半導體層15處於安裝於安裝基板上之半導體發光裝置之狀態時，形狀類似柱子的第二p側互連層23和第二n側互連層24可以吸收及釋放施加在半導體層15的應力。
第一p側互連層21、第一n側互連層22、第二p側互連層23和第二n側互連層24之材質可以是銅、金、鎳或銀。上述材質中，銅能提供良好的熱傳導率、高遷移阻抗，及對絕緣材質之優良附著力。
樹脂層25的熱膨帳係數可以等於或接近於安裝基板100之熱膨帳係數。如此的樹脂層25可由例如環氧樹脂 、矽氧樹脂或氟樹脂製成。
另外，例如，樹脂層25可含有碳黑，使得樹脂層25可以遮蔽自發光層13發出的光線。再者，可反射來自發光層13發出的光線之粉末也可包含在樹脂層25中。
而且在本實施例中，第一p側互連層21的端部和第一n側互連層22的端部係設置在比無機絕緣薄膜18軟的有機絕緣薄膜20上。藉此，有機絕緣薄膜20可釋放上述之應力，且可避免裂痕在無機絕緣薄膜18中產生。
意即，也在本實施例中，利用無機絕緣薄膜18之高熱量消散使高電流注入變得可行。同時，比無機絕緣薄膜18軟的有機絕緣薄膜20係設置在應力可能集中的部分，藉此可提高可靠度。
一磷光質層27設置在半導體層15之第一表面15a上，磷光質層27係一允許來自發光層13發出的光線通過之透明體。磷光質層27包括一透明樹脂及散佈在透明樹脂中之磷光顆粒。磷光質層27可吸收來自發光層13發出的光線，且發出波長轉換光線。藉此，本實施例之半導體發光裝置可發出來自發光層13之光線和來自磷光質層27之波長轉換光線兩者之混合光。
磷光質層27中之透明樹脂之折射率係介於半導體層15折射率與空氣折射率之間。這可避免在光經由第一表面15a和磷光質層27之方向萃取時，介質折射率變化太大。藉此可增加光萃取效率。
例如，磷光顆粒可以是發射黃光之黃磷光顆粒。接著 ，來自以氮化鎵基底材料製成之發光層13之藍光和磷光質層27之波長轉換光線之黃光兩者混合成白色或燈泡色之混合光。於此，磷光質層27可配置成包括複數種類的磷光顆粒(例如，發紅光之紅磷光顆粒及發綠光之綠磷光顆粒。)
在用以成長半導體層15之基板5自半導體層15移除之後，磷光質層27在第一表面15a上形成。藉由將基板5自上述第一表面15a移除，可減少半導體發光裝置之側剖面高度。
在形成包括第二p側互連層23、第二n側互連層24及樹脂層25之支撐物之後，在半導體層15處於被支撐物支撐的狀態時，利用例如雷射剝離製程將基板5移除。
自基板5之後表面側至第一半導體層11施加雷射。雷射可穿透基板5，且雷射具有在第一半導體層11吸收區之波長。
當雷射抵達基板5與第一半導體層11之間的界面時，靠近界面之第一半導體層11藉由吸收雷射能量而被分解。例如，由氮化鎵基底材料製成之第一半導體層11被分解成鎵及氮氣。藉此分解反應，一小間隙形成於基板5與第一半導體層11之間。如此，基板5與第一半導體層11彼此被分隔開來。在晶圓各處，對每一特定區域進行多次雷射照射以移除基板5。
半導體層15係由比半導體層15還厚的支撐物所支撐。因此，即使基板5被清除掉，仍能保持晶圓狀態。此外 ，樹脂層25與用以組成第二p側互連層23和第二n側互連層24之金屬係由比半導體層15還軟的材質所製成。藉此，即使在基板5上以磊晶方式形成半導體層15時所生成的巨大內部應力於移除基板5時被立刻釋放，還是可避免裝置被破壞。
移除基板5之後，清洗第一表面15a，若有需要，可以結霜處理來形成凸出物及凹陷部。藉由在第一表面15a上形成小凸出物及凹陷部，可增加光萃取效率。接著，磷光質層27形成於第一表面15a上。此外，若有需要，可在第一表面15a或磷光質層27上形成一透鏡。
形成磷光質層27之步驟包括利用諸如印刷、罐封、模造和壓塑之方法，供應一散佈著磷光顆粒的透明液態樹脂至第一表面15a上之步驟，以及熱硬化之步驟。
一直到形成磷光質層27之步驟順序均在晶圓狀態上進行。在形成磷光質層27步驟之後，晶圓在上述溝槽52的位置自樹脂層25至磷光質層27進行切割，並且封裝。此時，硬基板5已被移除。因此，沒有必要切割基板5。如此可加速封裝。
(第三實施例)
第7圖係第三實施例之半導體發光裝置之剖面示意圖。
在本實施例中，第一p側互連層21與第一n側互連層22係設置在無機絕緣薄膜18上。第一p側互連層21 的端部和第一n側互連層22的端部也形成於無機絕緣薄膜18上。上述實施例中，有機絕緣薄膜20並沒有插介在第一p側互連層21的端部和無機絕緣薄膜18之間，也沒有插介在第一n側互連層22的端部和無機絕緣薄膜18之間。
第二p側互連層23係設置於相對於無機絕緣薄膜18之第一p側互連層21表面。於本實施例，p側互連部包括金屬薄膜19、第一p側互連層21及第二p側互連層23。
第二n側互連層24係設置於相對於無機絕緣薄膜18之第一n側互連層22表面。於本實施例，n側互連部包括金屬薄膜19、第一n側互連層22及第二n側互連層24。
第二p側互連層23之平面尺寸係小於第一p側互連層21之平面尺寸。一步階形成於第一p側互連層21之側表面與第二p側互連層23之側表面之間。
同樣地，第二n側互連層24之平面尺寸係小於第一n側互連層22之平面尺寸。一步階形成於第一n側互連層22之側表面與第二n側互連層24之側表面之間。
第一p側互連層21與第一n側互連層22之間的空間沒有填滿如樹脂之絕緣材料。第一p側互連層21與第一n側互連層22係被一間隙互相隔開。第二p側互連層23與第二n側互連層24之間的空間也沒有填滿如樹脂之絕緣材料。第二p側互連層23與第二n側互連層24係被一 間隙互相隔開。
相對於第一p側互連層21的第二p側互連層23表面之功用係作為p側外部端點23a。相對於第一n側互連層22的第二n側互連層24表面之功用係作為n側外部端點24a。p側外部端點23a與暴露在同一表面之n側外部端點24a係以焊料102接合至形成於安裝基板100上的焊墊101上。
第二p側互連層23的厚度係大於第一p側互連層21的厚度。第二n側互連層24的厚度係大於第一n側互連層22的厚度。第二p側互連層23，第二n側互連層24及樹脂層25之任一者的厚度係大於半導體層15的厚度。
p側外部端點23a與n側外部端點24a之間的距離係大於第一p側互連層21與於無機絕緣薄膜18上方的第一n側互連層22之間的距離。意即，p側外部端點23a與n側外部端點24a係被一距離所隔開，以避免當安裝至安裝基板100上時，p側外部端點23a與n側外部端點24a之間和焊料102發生短路。
第一p側互連層21不作為外部端點的部分可被製作得靠近第一n側互連層22，其靠近的程度取決於製程的限制。藉此，可增加第一p側互連層21的面積。結果，可改善流至發光層13的電流分佈及熱量消散。
第二p側互連層23的平面尺寸製作得比第一p側互連層21的平面尺寸還小。如此，自第一p側互連層21的側表面至第二p側互連層23的側表面形成一步階。意即 ，包括第一p側互連層21和第二p側互連層23之p側互連部於安裝基板100上顯得較細長。
同樣地，第二n側互連層24的平面尺寸製作得比第一n側互連層22的平面尺寸還小。如此，自第一n側互連層22的側表面至第二n側互連層24的側表面形成一步階。意即，包括第一n側互連層22和第二n側互連層24之n側互連部於安裝基板100上顯得較細長。
藉此，細長的第二p側互連層23和第二n側互連層24可在當半導體發光裝置安裝於安裝基板之狀態時，吸收和釋放施加在半導體發光裝置側的應力。如此可以抑制集中在第一p側互連層21的端部及第一n側互連層22的應力，避免於無機絕緣薄膜18接近上述端部處發生裂痕。
因此，也於本實施例中，藉由無機絕緣薄膜18之高熱量消散使得高電流注入變得可行。同時避免裂痕發生在無機絕緣薄膜18，以提高可靠度。
(第四實施例)
第8圖係第四實施例之半導體發光裝置之剖面示意圖。
於本實施例中，如同第一實施例，第一p側互連層21之端部和第一n側互連層22之端部係設置在材質比無機絕緣薄膜18軟的有機絕緣薄膜20上。藉此，有機絕緣薄膜20可釋放上述之應力，且可避免發生在無機絕緣薄 膜18之裂痕。
此外，如同在第三實施例，第二p側互連層23之平面尺寸係小於第一p側互連層21之平面尺寸。藉此，自第一p側互連層21之側表面至第二p側互連層23之側表面形成一步階。意即，包括第一p側互連層21和第二p側互連層23之p側互連部於安裝基板100上顯得較細長。
同樣地，第二n側互連層24的平面尺寸製作得比第一n側互連層22的平面尺寸還小。如此，自第一n側互連層22的側表面至第二n側互連層24的側表面形成一步階。意即，包括第一n側互連層22和第二n側互連層24之n側互連部於安裝基板100上顯得較細長。
藉此，第二p側互連層23和第二n側互連層24可在當半導體發光裝置安裝於安裝基板之狀態時，吸收和釋放施加在半導體發光裝置側的應力。
意即，也於本實施例中，藉由無機絕緣薄膜18之高熱量消散使得高電流注入變得可行。同時避免發生在無機絕緣薄膜18的局部應力集中，以提高可靠度。
顯示於第7圖及第8圖的結構，在第一p側互連層21、第一n側互連層22、第二p側互連層23及第二n側互連層24的外圍，可以樹脂層25來填滿，如顯示在第6圖中之結構。藉由增加第二p側互連層23、第二n側互連層24及樹脂層25的厚度，半導體層15可不需要基板5而可穩定地被支撐著。
於第2、7及8圖中的結構中，一磷光質層27可設置在基板5上。
上述之磷光質層可以是如以下示例之紅磷光質層、黃磷光質層、綠磷光質層或藍磷光質層。
紅磷光質層可含有例如氮化物磷光粉(Nitride phosphor)CaAlSiN3 ：Eu或氮氧化物磷光粉(SiAlON phosphor)。
在使用氮氧化物磷光粉(SiAlON phosphor)的情形下，由以下成份公式所表示的磷光粉可被使用，(M1-x ,Rx )a1 AlSib1 Oc1 Nd1 (1)(M是至少一除了矽和鋁以外的金屬元素，且特別是至少鈣和鍶之一。R是一發射中心元素，特別是銪。數值x,a1,b1,c1及d1滿足以下的關係：x係大於0且1以下，a1係大於0.6且小於0.95，b1係大於2且小於3.9，c1係大於0.25且小於0.45，以及d1係大於4且小於5.7)。
藉由使用以成份公式(1)表示的氮氧化物磷光粉(SiAlON phosphor)，可改善波長轉換效率的溫度特性。如此，在高電流密度區域的功效可被進一步地改善。
黃磷光質層可含有例如矽酸鹽磷光粉(Sr,Ca,Ba)2 SiO4 ：Eu。
綠磷光質層可含有例如鹵磷酸鹽螢光粉(Ba,Ca,Mg)10 (PO4 )6 Cl2 ：Eu或氮氧化物磷光粉(SiAlON phosphor)。
在使用氮氧化物磷光粉(SiAlON phosphor)的情形下，由以下成份公式所表示的磷光粉可被使用，(M1-x ,Rx )a2 AlSib2 Oc2 Nd2 (2)(M是至少一除了矽和鋁以外的金屬元素，且特別是至少鈣和鍶之一。R是一發射中心元素，特別是銪。數值x,a2,b2,c2及d2滿足以下的關係：x係大於0且1以下，a2係大於0.93且小於1.3，b2係大於4.0且小於5.8，c2係大於0.6且小於1，以及d2係大於6且小於11)。
藉由使用以成份公式(2)表示的氮氧化物磷光粉(SiAlON phosphor)，可改善波長轉換效率的溫度特性。如此，在高電流密度區域的功效可被進一步地改善。
藍磷光質層可含有例如氧化物磷光粉BaMgAl10 O17 ：Eu。
當特定的實施例已被敍述，這些實施係僅以示例的方式被表示，且並非意圖去限制本發明的範圍。實際上，於此所敍述之新穎實施例可以各樣不同的其他型式加以實施；此外，於此處敍及之實施例型式之各樣不同的省略、替代和變化，在不背離本發明之精神下可被製造。伴隨之申請專利範圍及其等效物旨在涵蓋那些落入本發明之範圍和精神內之型式和修飾。
5‧‧‧基板
10‧‧‧半導體發光裝置
11‧‧‧第一半導體層
12‧‧‧第二半導體層
13‧‧‧發光層
14‧‧‧絕緣薄膜
15‧‧‧半導體層
16‧‧‧p側電極
17‧‧‧n側電極
18‧‧‧無機絕緣薄膜
19‧‧‧金屬薄膜
20‧‧‧有機絕緣薄膜
21‧‧‧第一p側互連層
22‧‧‧第一n側互連層
23‧‧‧第二p側互連層
24‧‧‧第二n側互連層
25‧‧‧樹脂層
27‧‧‧磷光質層
51‧‧‧光阻
52‧‧‧溝槽
53‧‧‧光阻
54‧‧‧光阻
100‧‧‧安裝基板
101‧‧‧焊墊
102‧‧‧焊料
15a‧‧‧第一表面
18a‧‧‧第一通孔
18b‧‧‧第二通孔
21a‧‧‧p側外部端點
21b‧‧‧端部
22a‧‧‧n側外部端點
22b‧‧‧端部
23a‧‧‧p側外部端點
24a‧‧‧n側外部端點
第1A圖及第1B圖係第一實施例之半導體發光裝置之剖面示意圖。
第2圖係示例第一實施例之半導體發光裝置安裝於安裝基板之狀態之剖面示意圖。
第3A圖至第5C圖係示例第一實施例之半導體發光裝置之製作方法之剖面示意圖。
第6圖係第二實施例之半導體發光裝置之剖面示意圖。
第7圖係第三實施例之半導體發光裝置之剖面示意圖。
第8圖係第四實施例之半導體發光裝置之剖面示意圖。
第9圖係一比較例之半導體發光裝置之剖面示意圖。
5‧‧‧基板
10‧‧‧半導體發光裝置
11‧‧‧第一半導體層
12‧‧‧第二半導體層
13‧‧‧發光層
14‧‧‧絕緣薄膜
15‧‧‧半導體層
16‧‧‧p側電極
17‧‧‧n側電極
18‧‧‧無機絕緣薄膜
19‧‧‧金屬薄膜
20‧‧‧有機絕緣薄膜
21‧‧‧第一p側互連層
22‧‧‧第一n側互連層
15a‧‧‧第一表面
18a‧‧‧第一通孔
18b‧‧‧第二通孔
21a‧‧‧p側外部端點
21b‧‧‧端部
22a‧‧‧n側外部端點
22b‧‧‧端部
C‧‧‧電容

Claims (20)

  1. 一種半導體發光裝置，其包含：一半導體層，該半導體層包括一第一表面、一相對於該第一表面之第二表面及一位於該第一表面與該第二表面之間的發光層；一p側電極，該p側電極係位於該半導體層上；一n側電極，該n側電極係位於該半導體層上；一位於該第二表面側上之無機絕緣薄膜，該無機絕緣薄膜包括：一穿透至該p側電極之第一通孔，及一穿透至該n側電極之第二通孔；一p側互連部，該p側互連部係位於該無機絕緣薄膜上，且經由該第一通孔電氣連接至該p側電極；一n側互連部，該n側互連部係位於該無機絕緣薄膜上，該n側互連部係與該p側互連部隔開，且經由該第二通孔電氣連接至該n側電極；以及一位於該無機絕緣薄膜上之有機絕緣薄膜，該有機絕緣薄膜至少位於該p側互連部及該n側互連部之間的一部分上；一位於該n側互連部側上之該p側互連部之端部與一位於該p側互連部側上之該n側互連部之端部係覆蓋該有機絕緣薄膜，該有機絕緣膜插介在垂直於該第一表面之方向上介於該p側互連部之該端部和該無機絕緣薄膜之間，以及在垂直於該第一表面之方向上介於該n側互連部之該端部和該 無機絕緣薄膜之間。
  2. 根據申請專利範圍第1項之裝置，其中一步階形成於該無機絕緣薄膜與該有機絕緣薄膜之間，且該p側互連部和該n側互連部包覆該步階。
  3. 根據申請專利範圍第1或2項之裝置，其中該有機絕緣薄膜也設置於該p側互連部之另一端部而非位於該n側互連部側之端部與該無機絕緣薄膜之間，且設置於該n側互連部之另一端部而非位於該p側互連部側之端部與該無機絕緣薄膜之間。
  4. 根據申請專利範圍第1或2項之裝置，其中部分的該n側互連部與包括該發光層之該區域上的該無機絕緣薄膜相互重疊。
  5. 根據申請專利範圍第1或2項之裝置，其中該n側互連部份佈在該無機絕緣薄膜上的面積大於該n側互連部經由該第二通孔連接至該n側電極的面積。
  6. 根據申請專利範圍第1或2項之裝置，其中該p側互連部包括一暴露自該無機絕緣薄膜和該有機絕緣薄膜之p側外部端點；且該n側互連部包括一n側外部端點，該n側外部端點暴露自該無機絕緣薄膜和該有機絕緣薄膜於與該p側外部端點同一表面上。
  7. 根據申請專利範圍第1或2項之裝置，其中該p側互連部包括一第一p側互連層及一第二p側互連層，該第一p側互連層係設置於該無機絕緣薄膜及該有 機絕緣薄膜上，該第二p側互連層係設置於該第一p側互連層上；且該n側互連部包括一第一n側互連層及一第二n側互連層，該第一n側互連層係設置於該無機絕緣薄膜及該有機絕緣薄膜上，該第二n側互連層係設置於該第一p側互連層上。
  8. 根據申請專利範圍第7項之裝置，其中該第二p側互連層較該第一p側互連層厚，且該第二n側互連層較該第一n側互連層厚。
  9. 根據申請專利範圍第7項之裝置，其進一步包含：一絕緣材質，該絕緣材質係填滿於該第一p側互連層及該第一n側互連層之間，且填滿於該第二p側互連層及該第二n側互連層之間。
  10. 根據申請專利範圍第7項之裝置，其中該第二p側互連層包括一p側外部端點，該p側外部端點暴露自該無機絕緣薄膜、該有機絕緣薄膜和該絕緣材質；且該第二n側互連層包括一n側外部端點，該n側外部端點暴露自該無機絕緣薄膜、該有機絕緣薄膜和該絕緣材質於與該p側外部端點同一表面上。
  11. 一種半導體發光裝置，其包含：一半導體層，該半導體層包括一第一表面、一相對於該第一表面之第二表面及一位於該第一表面與該第二表面 之間的發光層；一p側電極，該p側電極係位於該半導體層上；一n側電極，該n側電極係位於該半導體層上；一位於該第二表面側上之絕緣薄膜，該絕緣薄膜包括：一穿透至該p側電極之第一通孔；及一穿透至該n側電極之第二通孔；一第一p側互連層，該第一p側互連層係位於該絕緣薄膜上，且經由該第一通孔電氣連接至該p側電極；一第一n側互連層，該第一n側互連層係位於該絕緣薄膜上，該第一n側互連層係與該第一p側互連層隔開，且經由該第二通孔電氣連接至該n側電極；一第二p側互連層，該第二p側互連層係設置於該第一p側互連層上，且其具有一較該第一p側互連層為小之平面尺寸；以及一第二n側互連層，該第二n側互連層係設置於該第一n側互連層上，且其具有一較該第一n側互連層為小之平面尺寸；該第一p側互連層與該第一n側互連層被一間隙相互隔開，且該第二p側互連層與該第二n側互連層被一間隙相互隔開；以及一步階形成於該第一p側互連層與該第二p側互連層之間，且形成於該第一n側互連層與該第二n側互連層之間。
  12. 根據申請專利範圍第11項之裝置，其中 該絕緣薄膜係一無機絕緣薄膜，該裝置進一步包含：一位於該無機絕緣薄膜上之有機絕緣薄膜，該有機絕緣薄膜至少位於該第一p側互連層及該第一n側互連層之間的一部分上；及一位於該第一n側互連層側上之該第一p側互連層之端部與一位於該第一p側互連層側上之該第一n側互連層之端部係覆蓋該有機絕緣薄膜。
  13. 根據申請專利範圍第12項之裝置，其中部分的該第一n側互連層與包括該發光層之該區域上的該無機絕緣薄膜相互重疊。
  14. 根據申請專利範圍第11或12項之裝置，其中該第一n側互連層分佈在該絕緣薄上的面積大於該第一n側互連層經由該第二通孔連接至該n側電極的面積。
  15. 根據申請專利範圍第11或12項之裝置，其中該第二p側互連層較該第一p側互連層厚，且該第二n側互連層較該第一n側互連層厚。
  16. 根據申請專利範圍第1或11項之裝置，其進一步包含：一設置在該第一表面之透明體，該透明體允許該發光層之發射光通過。
  17. 根據申請專利範圍第16項之裝置，其中該透明體係一較該半導體層厚之基板。
  18. 根據申請專利範圍第17項之裝置，其中該基板之折射率係介於該半導體層折射率與空氣折射率之間。
  19. 根據申請專利範圍第16項之裝置，其中該透明體係一磷光質層。
  20. 根據申請專利範圍第19項之裝置，其中該磷光質層包含一透明樹脂及磷光粉顆粒，該透明樹脂之折射率係介於該半導體層折射率與空氣折射率之間，該磷光粉顆粒係散佈於該透明樹脂。
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