TWI607584B - 形成發光裝置之製造方法及其所製成之發光裝置 - Google Patents

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Description

形成發光裝置之製造方法及其所製成之發光裝置
本發明係關於一種發光裝置之製造方法，尤其包含在一晶圓上形成一保護層於每一發光單元上。
用於固態照明裝置的發光二極體(light-emitting diode；LED)具有耗能低、低發熱、操作壽命長、防震、體積小、反應速度快以及輸出的光波長穩定等良好光電特性，因此發光二極體被廣泛地應用於家用照明以及儀器指示燈等光電產品。隨著光電科技的發展，固態照明在照明效率、操作壽命以及亮度等方面有顯著的進步，因此近年來發光二極體已經被應用於一般的照明用途上。
螢光粉廣泛地使用在藍光發光二極體，以產生一白光發光二極體。當製作白光發光二極體時，因為藍光發光二極體具有不同的發射波長以及光功率，因此在一單一晶圓上，就每一藍光發光二極體獲得一預定的CIE座標並不容易。
此外，白光發光二極體可進一步與其他元件形成一發光裝置。白光發光二極體包含一具有至少一電路之次載體；至少一焊料(solder)位於上述次載體上，藉由此焊料將上述發光二極體固定於次載體上並使發光二極體之基板與次載體上之電路形成電連接；以及，一電性連接結構，以電性連接發光二極 體之電極墊與次載體上之電路；其中，上述之次載體可以是導線架(lead frame)或大尺寸鑲嵌基底(mounting substrate)，以方便發光裝置之電路規劃並提高其散熱效果。
本發明係關於一種發光裝置之製造方法。製造方法包含：形成複數個發光晶片，其中每一發光晶片包含一磊晶結構及一形成於磊晶結構上之電極；形成一保護層於每一發光晶片之電極上；分類發光晶片以形成複數個發光群組，其中每一發光群組具有實質上相同之光電特性；形成一波長轉換層於每一發光群組上，以覆蓋磊晶結構及保護層；以及移除改保護層上之波長轉換層以曝露保護層。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
100、300‧‧‧發光裝置
10‧‧‧晶圓
102、302‧‧‧發光疊層
1021‧‧‧n型半導體層
1022‧‧‧活性層
1023‧‧‧p型半導體層
1024、3024‧‧‧上面區域
1025‧‧‧側區域
1026‧‧‧緩衝層
103、303‧‧‧電極
1031‧‧‧上表面
104、304‧‧‧波長轉換層
1041‧‧‧第一部份
1042‧‧‧第二部分
1043‧‧‧突起部
105、305‧‧‧金屬凸塊
1051‧‧‧上表面
1052‧‧‧側壁
106‧‧‧焊線
17‧‧‧基板
1071‧‧‧上表面
1072‧‧‧下表面
1073‧‧‧側區域
11‧‧‧暫時基板
20‧‧‧發光單元
201‧‧‧磊晶結構
202‧‧‧電極
21‧‧‧發光晶片
22‧‧‧發光群組
30‧‧‧溝槽
40‧‧‧保護層
401‧‧‧改質光阻
50‧‧‧遮罩
60‧‧‧波長轉換層
第1A~1K圖顯示本發明之第一實施例中發光裝置之剖面圖。
第2A圖顯示在一色度座標上，本發明之一實施例中發光裝置之光特性。
第2B圖為一色度圖，顯示黑體輻射曲線。
第3A圖顯示係由本發明之第一實施例之製造方法所製成之發光裝置100之上視圖。
第3B圖顯示沿著第3A圖之剖面線AA’之發光裝置剖面圖。
第4圖顯示係由本發明之第二實施例之製造方法所製成之發光裝置之剖面圖。
第1A~1K圖顯示本發明之第一實施例中製造複數個發光裝置100之製造方法。參照第1A圖，複數個發光單元20形成在一單一晶圓10上，每一發光單元20包含一磊晶結構201及形成在磊晶結構20上之一對電極202。在本實施例中，發光單元為一水平式結構，但垂直式結構或其他形式結構亦可包含在本發明之實施例中。參照第1B圖，一溝槽30形成在晶圓10上且位於兩鄰近發光單元20之間，且磨薄晶圓10以形成一薄化晶圓10'。接著，量測每一發光單元20之光電特性(例如：發射波長、光功率、順向偏壓(Vf)及/或反向電流(Ir))。參照第1C圖，一保護層40形成並完全地覆蓋發光單元20。在此實施例中，保護層40為一光阻。參照第1D及1E圖，使用一遮罩50對光阻進行曝光，使位於電極202上之光阻因被硬化而改質且在後續之顯影步驟中仍形成在電極202上。沿著溝槽30以將發光單元20分離成複數個發光晶片21。每一發光晶片21具有改質之光阻401形成於電極202上。參照第1F圖，根據之前所量測的光電特性，將發光晶片21分類(sorted or collected)成複數個發光群組22，因此，每一發光群組22中的發光晶片21具有實質上相同之發射波長、實質上相同之光功率以及實質上相同之順向偏壓。在一實施例中，每一發光群組22中，發光晶片21之間的發射波長之差值小於10奈米(nm)；每一發光群組22中，發光晶片21之間的光功率之差值不大於10%；及每一發光群組22中，發光晶片21之間的順向偏壓之差值小於0.4伏特(V)。第1F圖僅顯示一組發光群組22且發光群組22貼附在一暫時基板11。需注意的是，發光群組22中的發光晶片21係從同一晶圓所產出。在另一實施例，發光群組22中的發光晶片21亦可從不同晶圓所產出，然發光晶片21具有相同之光電特性。參照第1G圖，在光阻顯影步驟之後，非改質光阻會被移除且改質光阻401係殘留在電極202上。參照第1H圖，一波長轉換層60形成並完全 地且共形地覆蓋發光晶片21，其發光晶片包含改質光阻401及磊晶結構201。波長轉換層60係用以將發光晶片所發出的第一光轉換成一第二光，第一光之波長不同於第二光之波長。第一光與第二光混和之後可得一白光或其他顏色光。
參照第1I圖，移除改質光阻401上之波長轉換層60以曝露出改質光阻401。在一實施例中，藉由研磨(grinding or polishing)或膠帶剝離技術(tape lift-off)移除波長轉換層60。參照第1J圖，進一步，移除改質光阻401以曝露出電極202。在此實施例中，係使用一溶劑移除改質光阻401，溶劑包含丙酮(acetone)或N-甲基吡咯酮(N-methyl-2-pyrrolidinone，NMP)。參照第1K圖，藉由雷射或鑽石刀分離兩鄰近發光晶片21間且位於暫時基板11上之波長轉換層60。接著，移除暫時基板11以分離發光晶片21與暫時基板11，並且將發光晶片21固定於一載板上(圖未示)。選擇性地，可於移除改質光阻401之前，即先分離位於暫時基板11上之波長轉換層60。一金屬凸塊(metal bump，圖未示)形成在電極202上，藉此可利用一焊線將金屬凸塊與外部電源電連接。在另一實施例中，保護層40可為一電鍍金屬層(例如：銅或鎳)，因此不需移除保護層，且焊線可透過保護層而電耦合至電極。保護層之高度為30μm~150μm。
第2A圖顯示一CIE 1931色度圖。第2B圖顯示黑體輻射曲線701及其具有七個色溫區域(7步麥克亞當橢圓(7-step macadam ellipses))(只有三個色溫區域顯示在第2A及2B圖)。七個色溫區域各自具有一中心點(例如：5000K、5700K、6500K)接近黑體輻射曲線701。每一色溫區域係由四個CIE座標點所定義且形成一個四邊形(參考表1)。
在本實施例中，發光晶片所發出的第一光與波長轉換層所轉換之第二光混和之後所產生之白光，其具有一CIE座標且位於七個色溫區域內。需注意的是，因每一發光群組具有不同之發射波長，因此每一發光群組需覆蓋不同之波長轉換層使產生之白光可落於相同之一色溫區域內；其中，不同之波長轉換層係發出不同的光且每一光可由一CIE座標所定義。詳言之，由不同波長轉換層所轉換之光雖具有不同的主發射波長但卻可具有相同的CIE座標。例如，當第一發光群組包含具有主發射波長為450nm之發光晶片；第二發光群組包含具有主發射波長為460nm之發光晶片；第一波長轉換層發射具有第一CIE座標(x=0.426，y=0.548)之光且應用於第一發光群組以產生第一白光；第二波長轉換層發射具有第二CIE座標(x=0.444，y=0.536)之光且應用於第二發光群組以產生第二白光。第一白光及第二白光之CIE座標位於同一色溫區域(例如：中心點為6500K的色溫區域)。在此實施例中，第一波長轉換層所轉換出之光線有一主發射波長為551nm並具有第一CIE座標，及第二波長轉換層所轉換出之光線有一主發射波長為558nm並具有第二CIE座標。或者，第一波長轉換層所轉換出之光線有一主發射波長554nm並亦可具有第一CIE座標(x=0.426，y=0.548)，及第二波長轉換層所轉換出之光線有一主發射波長560nm並亦可具有第二CIE座標(x=0.444，y=0.536)。在此實施例中，位於第一發光群組上之波長轉換層之厚度實質上相等於位於第二發光群組上之波長轉換層之厚度。
更者，參照第2A圖，於不同發光群組上之波長轉換層之厚度可為不同。在此實施例中，線L表示為發光晶片所發射之光之色溫點及波長轉換層所發射之光之色溫點的連線；發光晶片所發射之光之主發射波長為450nm及波長轉換層所發射之光之主發射波長為551nm(黃光)。當發光群組上之波長轉換層之厚度變化時，一色溫點會沿著線L作移動。發光群組上之波長轉換層越薄表示位於線L上的色溫點較靠近於發光晶片之色溫點。舉例來說，一第三發光群組及一第四發光群組皆包含具有主發射波長為450nm之發光晶片。具有主發射波長551nm之波長轉換層可應用於第三發光群組及第四發光群組。位於第三發光群組之波長轉換層具有一第一厚度且發射一具有一第一CIE座標之混和光(a點)；及位於第四發光群組之波長轉換層具有一第二厚度且發射一具有一第二CIE座標之混和光(b點)。第二厚度大於第一厚度。
第3A圖顯示一發光裝置100之上視圖，發光裝置係由本發明之第一實施例之製造方法所製成；第3B圖顯示沿著第3A圖之剖面線AA’之發光裝置剖面圖。發光裝置100包含基板17；發光疊層102；一對電極103及波長轉換層104。基板17具有一上表面1071；一下表面1072；及四個側區域1073，係介於上表面1071與下表面1072之間。發光疊層102形成於上表面1071。發光疊層102包含一緩衝層1026；一n型半導體層1021，位於緩衝層1026上；一活性層1022，位於n型半導體層1021上；及一p型半導體層1023，位於活性層1022上。電極103分別位於n型半導體層1021及p型半導體層1023。波長轉換層104具有一第一部份1041覆蓋發光疊層102之一上面區域1024；及一第二部分1042，係從第一部份1041在第一方向(P)上突起一第一距離(D1)。在此實施例中，第二部分1042未從第一部份1041的整個表面所突起。第二部分1042具有一寬度(沿著第二方向L)係小於第一部分1041之寬度。第一距離(D1)為10μm~70μm。更者， 發光疊層102具有四個側區域1025，波長轉換層104完全地覆蓋基板10及發光疊層102之四個側區域1073、1025。波長轉換層104更具有一突起部1043係從基板之側區域1073在第二方向(L)上突起一第二距離(D2)。第二距離(D2)為30μm~100μm。第一方向(P)實質上垂直第二方向(L)。在一實施例中，位於側區域1073、1025之波長轉換層104之寬度(w)係小於位於上面區域1024之波長轉換層104之厚度(t)。厚度(t)為20μm~100μm，且寬度(w)為10μm~90μm。在另一實施例中，寬度(w)實質上等於厚度(t)。電極103具有一高度，係小於波長轉換層104之第一部份1041之高度。金屬凸塊105形成於電極103上。金屬凸塊105更具有一上表面1051及一側壁1052。波長轉換層104之第二部份1042圍繞金屬凸塊105之側壁1052但未覆蓋金屬凸塊105之上表面1051。金屬凸塊105具有一梯形之剖面。選擇性地，金屬凸塊105可具有圓形或長方形之剖面。在本實施例中，波長轉換層104未覆蓋電極103之一上表面1031。在另一實施例中，波長轉換層104可覆蓋電極103之側壁及部分之上表面1031。因此，金屬凸塊105之覆蓋面積(footprint area)小於電極之覆蓋面積。金屬凸塊105包含金、銅、銀、或鋁。一焊線106電連接至金屬凸塊105且波長轉換層104未形成在焊線106上。焊線106包含金、銅、銀、或鋁。
參照第4圖，係由本發明之第二實施例之製造方法所製成之發光裝置300。根據第一實施例之方法，複數個發光單元20形成在一單一晶圓10上(參照第1圖)。每一發光單元20包含一磊晶結構201，及形成在磊晶結構20之一對電極202。一溝槽30形成在晶圓10上且位於兩鄰近發光單元之間。更者，磨薄晶圓10以形成一薄化晶圓10'(參照第1B圖)。接著，量測每一發光單元20之光電特性(例如：發射波長、光功率、順向偏壓(Vf)及/或逆向偏壓(Ir))。一 保護層40形成並完全地覆蓋發光單元20(參照第1C圖)。在此實施例中，保護層40為一光阻。然，當使用一遮罩50對光阻進行曝光時，因遮罩50的尺寸大於電極303(202)，改質光阻401會覆蓋電極303之側壁。因此，波長轉換層304不會覆蓋電極303之側壁，且移除改質光阻401之後，波長轉換層304會與電極303相隔開。在此實施例中，覆蓋於發光疊層302之上面區域3024的波長轉換層304與電極303相間隔一第三距離(D3)以方便後續形成金屬凸塊305於電極303上；第三距離為1μm~20μm。在一實施例中，金屬凸塊305具有一面積，係小於或等於電極303之面積。
發光裝置可包含多種材料，例如：磷化鋁鎵銦系列、氮化鋁鎵銦系列、或/及氧化鋅系列。活性層可為單異質結構、雙異質結構、雙側雙異結構或多重量子井結構。此外，活性層發出的光波長可藉由改變量子井之數目而改變。
用於成長或支持發光結構(單元)的之基板材料可包括但不限於鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、碳化矽(SiC)、矽(Si)、鋁酸鋰(LiAlO2)、氧化鋅(ZnO)、碳化鎵(GaN)、碳化鋁(AlN)、玻璃、複合材料、鑽石、CVD鑽石、類鑽碳(diamond-like carbon)，或上述材料之組合。波長轉換層可為一螢光粉，例如：Y3Al5O12。此外，波長轉換層亦可為Gd3Ga5O12：Ce、(Lu,Y)3Al5O12：Ce、SrS：Eu、SrGa2S4：Eu,(Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)2S4：Eu、(Ca,Sr)S：Eu,Mn、(Ca,Sr)S：Ce、(Sr,Ba,Ca)2Si5N8：Eu、(Ba,Sr,Ca)2SiO4：Eu、(Ca,Sr,Ba)Si2O2N2：Eu、及/或CdZnSe。
需了解的是，本發明中上述之實施例在適當的情況下，是可互相組合或替換，而非僅限於所描述之特定實施例。本發明所列舉之各實施例僅用 以說明本發明，並非用以限制本發明之範圍。任何人對本發明所作之任何顯而易見之修飾或變更接不脫離本發明之精神與範圍。
100‧‧‧發光裝置
102‧‧‧發光疊層
1021‧‧‧n型半導體層
1022‧‧‧活性層
1023‧‧‧p型半導體層
1024‧‧‧上面區域
1025‧‧‧側區域
1026‧‧‧緩衝層
103‧‧‧電極
1031‧‧‧上表面
104‧‧‧波長轉換層
1041‧‧‧第一部份
1042‧‧‧第二部分
1043‧‧‧突起部
105‧‧‧金屬凸塊
1051‧‧‧上表面
1052‧‧‧側壁
106‧‧‧焊線
17‧‧‧基板
1071‧‧‧上表面
1072‧‧‧下表面
1073‧‧‧側區域

Claims (10)

  1. 一種製造發光裝置之方法，包含：形成複數個發光單元，其中該每一發光單元包含一磊晶結構及一形成於該磊晶結構上之電極；形成一保護層於該每一發光單元之該電極上；將該複數個發光單元分離成多個發光晶片；形成一波長轉換層於該每一發光晶片上，以覆蓋該磊晶結構及該保護層；移除該保護層上之該波長轉換層以曝露該保護層；以及移除形成該電極上的該保護層以曝露該電極。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，分類該發光晶片以形成多個發光群組，其中該每一發光群組具有實質上相同的光電特性。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之製造方法，更包含提供不同晶圓，用以共同形成該多個發光群組中的該複數個發光晶片。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，於形成該保護層步驟之前，更包含量測該每一發光晶片之光電特性。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，形成該保護層於該發光單元的該電極上之前，還包含覆蓋該保護層於該電極及該磊晶結構上，以及移除該保護層以曝露該磊晶結構。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中，係藉由一溶劑移除該保護層。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中，該溶劑包含丙酮或N-甲基吡咯酮。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之製造方法，其中，該光電特性包含發射波長、光功率、順向偏壓或反向電流。
  9. 如申請專利範圍第2項所述之製造方法，其中，於該每一發光群組中，該發光晶片之間的發射波長之差值小於10奈米。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中，藉由研磨或膠帶剝離技術移除於該保護層上之波長轉換層。
TW102128579A 2012-08-09 2013-08-08 形成發光裝置之製造方法及其所製成之發光裝置 TWI607584B (zh)

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