TWI612694B - 發光元件的製作方法 - Google Patents

Abstract

一種發光元件的製作方法。步驟(a)：提供一包括一磊晶基板及至少一磊晶結構的半導體晶圓。步驟(b)：形成一電極連接層於磊晶結構上，其中電極連接層包括多個連接墊、多個第一電極以及多個第二電極。步驟(c)：提供一和半導體晶圓近似尺寸的封裝基板，其中封裝基板具有多個導電通孔。步驟(d)：將連接墊對準導電通孔，接合半導體晶圓和封裝基板，以使導電通孔電性連接磊晶結構的一第一型半導體層或一第二型半導體層。步驟(e)：移除磊晶基板，暴露出磊晶結構的一表面，而形成一發光元件。

Description

發光元件的製作方法

本發明是有關於一種發光元件，且特別是有關於一種發光元件的製作方法。

一般來說，發光晶片是由基板、磊晶結構、N型電極以及P型電極所組成，其中N型電極與P型電極會分別接觸N型半導體層與P型半導體層。為了增加發光晶片的應用，通常會將製作好的發光晶片配置於一載體上，且透過封裝膠體來封裝發光晶片而形成一發光封裝體。其中，載體例如是印刷電路板或陶瓷基板等，且此載體上具有對應發光晶片的N型電極與P型電極的接墊。此時，載體的面積大於發光晶片於載體上的正投影面積，也就是說，載體的邊緣大於發光晶片的邊緣。再者，由於封裝膠體是透過例如點膠等方式形成於發光晶片上，因此封裝膠體於封裝發光晶片時會在載體上呈現弧狀的外形(如半圓形或半橢圓形)。如此一來，所形成的發光封裝體會具有較大的寬度(即載板的寬度)以及較大的高度(即弧狀的封裝膠體)，也就是說，發光封裝 體具有較大的體積，無法符合現今元件薄型化與微小化的需求。此外，每個發光封裝體的只能經由個別的發光晶片進行封裝才能完成，亦無法符合現今量產效率的需求。

本發明提供一種發光元件的製作方法，其能製成具有較小體積的發光元件，且具有較佳的製作效率。

本發明的發光元件的製作方法，其包括以下製程步驟。步驟(a)：提供一半導體晶圓，半導體晶圓包括一磊晶基板以及至少一磊晶結構，其中磊晶結構包括一第一型半導體層、一第二型半導體層以及一發光層。第二型半導體層配置於磊晶基板上且第一型半導體層位於第二型半導體層上。發光層配置於第一型半導體層與第二型半導體層之間。步驟(b)：形成一電極連接層於磊晶結構上，其中電極連接層包括多個連接墊、多個第一電極以及多個第二電極。第一電極與第二電極彼此分離且連接至對應的連接墊並位於磊晶結構的同一側，其中第一電極與第二電極分別電性連接第一型半導體層與第二型半導體層而定義出多個發光單元。步驟(c)：提供一和半導體晶圓近似尺寸的封裝基板，封裝基板具有多個貫穿封裝基板的導電通孔。步驟(d)：將電極連接層的連接墊對準導電通孔，接合半導體晶圓和封裝基板，以使導電通孔電性連接第一型半導體層或第二型半導體層。步驟(e)：移除磊晶基板，暴露出磊晶結構的一表面，而形成一發光元件。

在本發明的一實施例中，上述的發光元件的製作方法，更包括：步驟(f-1)：於步驟(e)之後，對發光元件進行一切割製程，而形成多個子發光元件，其中每一子發光元件包含多個發光單元。

在本發明的一實施例中，上述的發光元件的製作方法，更包括：步驟(f-2)：於步驟(e)之後，對發光元件進行一切割製程，而形成多個彼此分離且電極連接層的連接墊的邊緣與封裝基板的邊緣切齊的子發光元件。

在本發明的一實施例中，上述的發光元件的製作方法，更包括：步驟(f-3)：於步驟(e)之後，提供一片狀波長轉換膜，片狀波長轉換膜的面積大於封裝基板，將片狀波長轉換膜接合於發光元件之磊晶結構的表面上。

在本發明的一實施例中，上述的步驟(f-3)中，片狀波長轉換膜和磊晶結構之間具有微米級的空洞。

在本發明的一實施例中，上述的步驟(f-3)中，於片狀波長轉換膜接合於發光元件之磊晶結構的表面上之後，更包括形成一色彩混合層於片狀波長轉換膜上。

在本發明的一實施例中，上述的發光元件的製作方法，更包括：步驟(g)：於步驟(f-3)之後，進行一切割製程，同切割設備切割片狀波長轉換膜與發光元件，而形成多個子發光元件。

在本發明的一實施例中，上述的步驟(g)是由片狀波長轉換膜往封裝基板的方向切割。

在本發明的一實施例中，上述的步驟(b)中，於形成一電 極連接層之前，更包括：形成一絕緣層於第一型半導體層上，其中第一電極穿過絕緣層而與第一型半導體層電性連接，第二電極穿過絕緣層、第一型半導體層以及發光層而與第二型半導體層電性連接。

在本發明的一實施例中，上述的步驟(d)中，以加熱方式，使半導體晶圓的連接墊熔融後接合至封裝基板。

在本發明的一實施例中，上述的步驟(d)中，半導體晶圓和封裝基板之間的接合面積小於封裝基板的一上表面的表面積。

在本發明的一實施例中，上述的步驟(e)中，於暴露出磊晶結構的表面之後，更包括：形成一光耦合層於磊晶結構的表面上。

在本發明的一實施例中，上述的步驟(d)，於接合半導體晶圓和封裝基板之後，每一導電通孔與對應的連接墊之間具有至少一空間。

在本發明的一實施例中，上述的步驟(b)中，每一第二電極的俯視輪廓為點狀與線狀的組合，而每一第一電極的俯視輪廓為點狀。

基於上述，由於本發明是將已形成有電極連接層於磊晶結構上的半導體晶圓透過晶圓接合(wafer bonding)的方式接合在封裝基板上後，再移除磊晶基板，而形成封裝基板與磊晶結構面積相近的發元件，因此透過外接電路的供電即可使用。相較於習知的發光封裝體是將其發光晶片的電極電性連接至一較大載板 的接墊上，再於接墊上透過外接電路的供電才能使用而言，本發明的發光元件的製作方法可製作出較小體積的發光元件。此外，由於本發明的發光元件的製作方法是將半導體晶圓接合於封裝基板上後才進行切割製程，因此本發明可同時製作出多個子發光元件(可視為一種發光晶片)，且這些子發光元件僅有一道切割痕跡，且這些發光元件的結構也與習知的發光晶片不同。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

10‧‧‧磊晶基板

100‧‧‧發光元件

100a、100a’、100a’’、100a'''、100b、100c1、100c2、100c3、100d、100e、100f、100g1、100g2、100g3、100h、100i、100j、100k‧‧‧子發光元件

110a、110g‧‧‧封裝基板

111、121、131、181、231‧‧‧邊緣

112‧‧‧上表面

114‧‧‧下表面

115‧‧‧內部接墊

116a、116g‧‧‧導電通孔

117g1、117g2、117g3‧‧‧空間

118‧‧‧外部接墊

119‧‧‧底面

120a、120h‧‧‧電極連接層

122a、122h‧‧‧第一電極

124a、124h‧‧‧第二電極

126a‧‧‧連接墊

130‧‧‧絕緣層

140‧‧‧第一型半導體層

150‧‧‧發光層

160‧‧‧第二型半導體層

180a、180e、180f‧‧‧片狀波長轉換膜

182e、182f‧‧‧第一片狀波長轉換單元層

184e、184f‧‧‧第二片狀波長轉換單元層

186e、186f‧‧‧第三片狀波長轉換單元層

190、190c1、190c3、190d‧‧‧光耦合層

191‧‧‧粗糙表面

210‧‧‧歐姆接觸層

220‧‧‧反射層

230‧‧‧絕緣保護層

240‧‧‧色彩混合層

A‧‧‧發光單元

B‧‧‧空隙

D‧‧‧半導體晶圓

E‧‧‧磊晶結構

E1‧‧‧表面

E1’‧‧‧粗糙表面

S‧‧‧緩衝區

L‧‧‧切割線

O‧‧‧開口

O1‧‧‧第一開口

O2‧‧‧第二開口

圖1A至圖1H繪示為本發明的一實施例的一種發光元件的製作方法的剖面示意圖。

圖2A至圖2C繪示為本發明的另一實施例的一種發光元件的製作方法的局部步驟的剖面示意圖。

圖3繪示為本發明的另一實施例的子發光元件的剖面示意圖。

圖4A、圖4B以及圖4C繪示為本發明的另三實施例的子發光元件的剖面示意圖。

圖5繪示為本發明的另一實施例的一種子發光元件的剖面示意圖。

圖6繪示為本發明的另一實施例的一種子發光元件的剖面示 意圖。

圖7繪示為本發明的另一實施例的一種子發光元件的剖面示意圖。

圖8A、圖8B以及圖8C繪示為本發明的多個實施例的子發光元件的剖面示意圖。

圖9繪示為本發明的另一實施例的一種子發光元件的電極連接層的俯視示意圖。

圖10繪示為本發明的另一實施例的一種子發光元件的剖面示意圖。

圖11繪示為本發明的另一實施例的一種子發光元件的剖面示意圖。

圖12繪示為本發明的另一實施例的一種子發光元件的剖面示意圖。

圖1A至圖1H繪示為本發明的一實施例的一種發光元件的製作方法的剖面示意圖。本實施例的發光元件的製造方法，包括下列步驟，首先，請參考圖1A，提供一半導體晶圓D，其中半導體晶圓D包括一磊晶基板10以及至少一磊晶結構E。此處，磊晶結構E為一連續性的平面結構，但並以此為限。於另一實施例中，請參考圖2A，亦可是多個分離彼此分離的磊晶結構E。詳細來說，本實施例的磊晶結構E配置於磊晶基板10上。如圖1A所 示，本實施例的磊晶結構E包括一第一型半導體層140、一發光層150以及一第二型半導體層160，其中第二型半導體層160配置於磊晶基板10上，且第一型半導體層140位於第二型半導體層160上，而發光層150配置於第二型半導體層160上並位於第一型半導體層140與第二型半導體層160之間。此處，第一型半導體層140例如是一P型半導體層，而第二型半導體層160例如是一N型半導體層，但並不以為限。磊晶結構E的厚度介於3微米至15微米之間，較佳地，厚度介於4微米至8微米之間。

接著，請參考圖1B至1C，形成一電極連接層120a於磊晶結構E上。首先，請參考圖1B，為了讓後續所形成的不同電性的電極結構能彼此絕緣，因此本實施例的發光元件的製作方法可在形成電極連接層120a之前，先形成一絕緣層130於第一半導體層140上。然後，透過曝光、顯影及蝕刻的方式於絕緣層130上形成多個第一開口O1與多個第二開口O2，其中第一開口O1貫穿絕緣層130且暴露出相對應的磊晶結構E的第一型半導體層140，而第二開口O2貫穿第一型半導體層140以及發光層150而暴露出相對應的磊晶結構E的第二型半導體層160。接著，為了電性絕緣後續所形成的第二電極(124a，請參考圖1C)與第一型半導體層140的電性，本實施例的絕緣層130可延伸配置於第二開口O2內。於另一實例中，請參考圖2B，由於磊晶結構E彼此分離而暴露出磊晶基板10的表面，因此絕緣層130亦可配置於磊晶結構E所暴露出之磊晶基板10的表面上。

接著，請參考圖1C，形成電極連接層120a於半導體晶圓D上，其中電極連接層120a包括多個連接墊126a、多個第一電極122a以及多個第二電極124a。第一電極122a與第二電極124a彼此分離且連接至對應的連接墊126a並位於磊晶結構E的同一側，即皆位於第一型半導體層140的一側上，其中第一電極122a與第二電極124a分別電性連接磊晶結構E的第一型半導體層140與第二型半導體層160而定義出多個發光單元A。更具體來說，本實施例的第一電極122a穿過絕緣層130而與第一型半導體層140電性連接。第二電極124a穿過絕緣層130、第一型半導體層140以及發光層150而與第二型半導體層160電性連接。此處，每一發光單元A是由部分磊晶結構E、部分連接墊126a、至少一個第一電極122a與至少一個第二電極124a所構成。此外，本實施例的電極連接層120a的第一電極122a例如是一P型電極，而第二電極124a例如是一N型電極，但並不以此為限。此處，第一電極122a與第二電極124a的材料可選自鉻、鉑、金、上述材料的合金及上述材料的組合，而連接墊126a的材料可選自鈦、金、銦、錫、鉻、鉑、上述材料的合金及上述材料的組合。需說明的是，第一電極122a、第二電極124a及連接墊126a可為同一材料，亦可為不同材料，於此並不加以限制。特別是，請參考圖1C，本實施例的電極連接層120a具有多個緩衝區S。此處，緩衝區S具體為一空隙。於發光元件的製作過程中，緩衝區S可降低溫度變化下的熱應力效應，可藉此提高產品的可靠度。

接著，請參考圖1D(a)，提供一封裝基板110a，其中封裝基板110a具有彼此相對的一上表面112與一下表面114以及多個貫穿封裝基板110a的導電通孔116a。當然，於另一實施例中，請參考圖1D(b)，封裝基板110a更可包括電性連接導電通孔116a且相對配置於基板110a的下表面114的多個外部接墊118；或者是，於另一實施例中，請參考圖1D(c)，封裝基板110a亦可包括電性連接導電通孔116a且相對配置於基板110a上表面112的多個內部接墊115和下表面114的多個外部接墊118。上述三種封裝基板110a的態樣皆屬本發明所欲保護的範圍。在本實施例中，內部接墊115與外部接墊118的材料可選自銅、鈦、金、銦、錫、鉻、鉑、上述材料的合金及上述材料的組合，較佳的，內部接墊115可與電極連接層120a為同一材料，以利後續的接合，外部接墊118的導熱係數高於電極連接層120a的導熱係數，以利將磊晶結構E所產生的熱快速向外傳遞，避免因熱蓄積而影響磊晶結構E的效能。

更具體來說，本實施例的封裝基板110a實質上與半導體晶圓D具有近似的尺寸大小，請參考圖1E在此所述的“近似”是指因為製程裕度的關係半導體晶圓D的外觀形狀大小與封裝基板110a的外觀形狀大小不一定會完全相同，但半導體晶圓D的外觀形狀大小與封裝基板110a的外觀形狀大小呈現大致上相同的狀態。此外，本實施例的封裝基板110a具有較佳的散熱效果，例如是熱傳導係數大於10W/m-K的基板。其中，封裝基板110a亦可 為一電阻率大於10¹⁰Ω．m的絕緣基板。此處，封裝基板110a例如是陶瓷基板或藍寶石基板。較佳地，封裝基板110a為散熱、絕緣效果兼具的為陶瓷基板。封裝基板110a的厚度例如是介於100微米至700微米之間，較佳地，介於100微米至300微米之間。如圖1D(a)至圖1D(c)所示，本實施例的導電通孔116a是於封裝基板110a的貫孔中填入導電材料所形成，例如是銅、金等金屬材料。導電通孔116a的剖面輪廓可依據其製作方式而有不同的形狀。舉例來說，若採用機械鑽孔法，則所呈現的導電通孔的剖面輪廓為長方形(未繪示)；若採用雷射鑽孔法，則所呈現在的導電通孔116a的剖面輪廓則呈現梯形，如圖1D所示。而，若採用雷射鑽孔法，雷射光燒蝕的方向也會影響導電通孔的剖面輪廓。舉例來說，若是由封裝基板110a的上表面112來照射雷射光，則導電通孔的剖面輪廓會呈現上寬下窄的倒梯形(未繪示)；若是由封裝基板110a的下表面114來照射雷射光，則導電通孔116a的剖面輪廓會呈現上窄下寬的正梯形，如圖1D(a)所示。上述所述的導電通孔的剖面輪廓皆屬於本發明所欲保護之範圍，並不以本實施例所繪示的導電通孔116a的剖面輪廓為限。

之後，請參考圖1E，將電極連接層120a的連接墊126a對準導電通孔116a，接合半導體晶圓D和封裝基板110a，以使導電通孔116a電性連接第一型半導體層140或第二型半導體層160。也就是說，封裝基板110a的導電通孔116a、內部接墊115、電極連接層120a與外部接墊118為電性相通。詳細地說，內部接 墊115與電極連接層120a之連接墊126a對應配置，內部接墊115於封裝基板110a上的正投影完全重疊連接墊126a於封裝基板110a上的正投影。此時，半導體晶圓D和封裝基板110a的接合面積小於封裝基板110a的上表面112面積。產生一位於絕緣層130、連接墊126a以及封裝基板110a之間的緩衝區S，緩衝區S可降低電極連接層120a與內部接墊115於不同溫度下的熱應力效應。特別是，本實施例是透過加熱方式，使半導體晶圓D的連接墊126a熔融後接合至封裝基板110a。最後，請同時參考圖1E與圖1F，移除磊晶基板10，暴露出磊晶結構E的一表面E1，而完成發光元件100的製作。此時，發光元件100的封裝基板110a與磊晶結構E具有相近面積，意即發光元件100的磊晶結構E與封裝基板110a的面積比值幾近於1。此處，表面E1例如是一平坦表面，但並不以此為限。之後，可依據使用的需求而形成一光耦合層190於磊晶結構E的表面E1上，而使得發光元件100的磊晶結構E所產生的光產生散射效果，可有效提高整體發光元件100的出光效率。

為了因應不同的尺寸需求，亦可於步驟圖1E完成且移除磊晶基板10之後，請同時參考圖1F與圖1G(a)，對發光元件100進行一切割製程，以沿著切割線L切割，而形成多個子發光元件100a，其中每一子發光元件100a包含多個發光單元A，搭配上連接墊126a的設計，使得發光單元A間具有集成化的電路設計，即多個發光單元A間具有串聯及/或並聯的關係，藉此更能有效提高元件亮度且縮小元件體積；或者是，請同時參考圖1F與圖1G(b)， 對發光元件100進行一切割製程，而形成多個彼此分離且電極連接層120a的連接墊126a的邊緣與封裝基板110a的邊緣切齊的子發光元件100a’。此處，是由磊晶結構E往封裝基板110a的方向切割。需說明的是，在此所述子發光元件100a、100a’可視為是一種發光晶片。

此外，需說明的是，於移除磊晶基板10之後，亦可不增設光耦合層190於磊晶結構E上。請參考圖1G(c)，於移除磊晶基板10之後，亦提供一片狀波長轉換膜180a，其中片狀波長轉換膜180a的面積大於封裝基板110a的上表面112面積，將片狀波長轉換膜180a接合於發光元件100之磊晶結構E的表面E1上。再者，本實施例的片狀波長轉換膜180a的厚度例如是介於5微米至80微米之間，較佳地，介於20微米至60微米之間，詳細地說，本實施例的片狀波長轉換膜180a的厚度例如是磊晶結構E的厚度的1.5倍至25倍之間，小於1.5倍將使磊晶結構E的出光直接經過片狀波長轉換膜180a，造成轉換效率不佳，大於25倍則會阻礙磊晶結構E的出光。其中片狀波長轉換膜180a的厚度加上磊晶結構E的厚度，較佳地，小於100微米。相較於習知發光元件光是波長轉換層就具有上百微米的厚度，本實施例的發光元件100可具有較小的體積。再者，為了提高整體發光元件100的發光效率，亦可透過於片狀波長轉換膜180a內添加擴散粒子或是反射粒子，來使得光線產生散射與反射的效果，此仍屬於本發明所欲保護之範圍。此外，由於本實施例的片狀波長轉換膜180a具體化為一平 面結構，因此整體發光元件100的發光角度例如是小於140度，能具有較佳的光源準直性，於後續光學設計的應用上可具有較佳的彈性。為了可均勻混合磊晶結構E與被片狀波長轉換膜180a轉換的光，亦可形成一色彩混合層240於片狀波長轉換膜180a上，來有效提高發光元件100整體的出光均勻度。當然，亦可不增設色彩混合層240，而是於形成片狀波長轉膜180a之後，進行一切割製程，以同切割設備切割片狀波長轉換膜180a與發光元件100而形成多個子發光元件100a’’，請參考圖1H。此處，是由片狀波長轉換膜180a往封裝基板110a的方向切割。需說明的是，此處所述的“同切割設備”切割是指以同一切割設備(如雷射或鑽石刀)切割片狀波長轉換膜180a與發光元件100。此外，在此所述子發光元件100a’’可視為是一種發光晶片。

在另一實施例中，請參考圖2C，由於絕緣層130配置於磊晶結構E所暴露出之磊晶基板10的表面上，因此於接續圖1C至圖1F的步驟之後，所得到的結構是絕緣層130的一表面會與磊晶結構E的表面E1切齊。也就是說，磊晶結構E的面積會略小於封裝基板110a的面積，較佳的，發光元件100的磊晶結構E與封裝基板110a的面積比值為0.97至0.75之間。之後，亦可沿著切割線L來進行一切割製程，而形成多個子發光元件100a'''，即可視為示一種發光晶片。詳細地說，若磊晶結構E與封裝基板110a的面積比值高於0.97，則絕緣層130的寬度不足，進行切割製程時會破壞到絕緣層130附近的磊晶結構E，若比值低於0.75， 則發光區域太少，元件亮度不足。

由於本實施例是將已形成有電極連接層120a於磊晶結構E上的半導體晶圓D透過晶圓接合(wafer bonding)的方式接合在封裝基板110a上後，再移除磊晶基板10，而形成封裝基板110a與磊晶結構E面積相近的發光元件100，因此透過外接電路的供電即可使用。相較於習知的發光封裝體是將其單顆發光晶片的電極電性連接至一較大載板的接墊上，再於接墊上透過外接電路的供電才能使用而言，本實施例的發光元件100的製作方法可製作出較小體積的發光元件100。此外，由於本實施例的發光元件100的製作方法是將半導體晶圓D接合於封裝基板110a上後才進行切割製程，因此本實施例可同時製作出多個子發光元件100a、100a’、100a’’、100a'''，且這些子發光元件100a、100a’、100a’’、100a'''僅有一道切割痕跡，可具有較佳的產品可靠性。

在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。為了方便說明起見，本案圖3至圖12的圖式皆以單一子發光元件作為舉例說明，但並不以此為限。

圖3繪示為本發明的另一實施例的一種子發光元件的剖面示意圖。請同時參考圖1H與圖3，本實施例的子發光元件100b 與圖1H中的子發光元件100a’’相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的子發光元件100b的磊晶結構E的表面具體化為一粗糙表面E1’，且粗糙表面E1’與片狀波長轉換膜180a之間具有微米級的空洞。意即，磊晶結構E與片狀波長轉換膜180a所接觸的表面並非平整表面，透過此設計可使得磊晶結構E所產生的光產生散射效果，可有效提高整體子發光元件100b的出光效率。此外，磊晶結構E與片狀波長轉換膜180a之間的微米級的空洞可做為兩者之間的緩衝，且可增加磊晶結構E與片狀波長轉換膜180a的接合效果，提高子發光元件100b的可靠性。此處，若空洞的尺寸小於微米等級，如小於0.1微米，則散射小果不佳，若空洞的尺寸大於微米等級，如大於10微米，則空洞太大，磊晶結構E與片狀波長轉換膜180a的接合面積過低，接合效果反而不佳。再者，本實施例的子發光元件100b是由發光元件100經切割製程後所得，由於是同切割設備切割，故子發光元件100b中的片狀波長轉換膜180a邊緣181、連接墊126a的邊緣121以及封裝基板110a的邊緣111，三者切齊。

圖4A繪示為本發明的另一實施例的一種子發光元件的剖面示意圖。請同時參考圖3與圖4A，本實施例的子發光元件100c1與圖3中的子發光元件100b相似，惟二者主要差異之處在於：於移除磊晶基板10之後，且於形成片狀波長轉換膜180a之前，更包括形成一光耦合層190c1於磊晶結構E的表面E1上，其中光耦合層190c1位於片狀波長轉換膜180a與磊晶結構E之間。 此時，光耦合層190c1的邊緣與磊晶結構E的第二型半導體層160的邊緣切齊。更具體來說，本實施例的光耦合層190c1配置於片狀波長轉換膜180a與磊晶結構E的第二型半導體層160之間，用以增加子發光元件100c1的出光效率。此處，光耦合層190c1的厚度小於10微米，可做為磊晶結構E與片狀波長轉換膜180a之間的緩衝，且可使得磊晶結構E與片狀波長轉換膜180a之間具有較佳的接合效果。此外，本實施例的光耦合層190c1的材質例如是氮化鎵；或者是，光耦合層190c1的材質與第二型半導體層160的材質實質上相同，將可具有較佳的接合效果，但於此並不加以限制。另外，為了提高整體子發光元件100c1的發光效率，光耦合層190c1可使用與第二型半導體層160具相近折射率的材質，並可透過於光耦合層190c1內添加擴散粒子、反射粒子、散射粒子或上述至少其中之二，來使磊晶結構E所產生的光線可產生散射、反射及擴散的效果，亦可改變光耦合層190c1的折射率，使光耦合層190c1的折射率小於第二型半導體層160的折射率，且大於片狀波長轉換膜180a的折射率，藉此以降低全反射效應，增加出光效率，此仍屬於本發明所欲保護之範圍。

圖4B繪示為本發明的另一實施例的一種子發光元件的剖面示意圖。請同時參考圖4A與圖4B，本實施例的子發光元件100c2與圖4A中的子發光元件100c1相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的子發光元件100c2的磊晶結構E具有一粗糙表面E1’，且粗糙表面E1’與光耦合層190c1之間具有微米級的空 洞。意即，磊晶結構E與光耦合層190c1所接觸的表面並非平整表面，透過此設計可使磊晶結構E所產生的光產生散射效果，可有效提高整體子發光元件100c2的出光效率。此外，磊晶結構E與光耦合層190c1之間的空隙亦可作為兩元件層之間的緩衝區。此處，若空洞的尺寸小於微米等級，如小於0.1微米，則散射小果不佳，若空洞的尺寸大於微米等級，如大於10微米，則空洞太大，磊晶結構E與光耦合層190c1的接合面積過低，接合效果反而不佳。

圖4C繪示為本發明的另一實施例的一種子發光元件的剖面示意圖。請同時參考圖4C與圖4A，本實施例的子發光元件100c3與圖4A中的子發光元件100c1相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的子發光元件100c3的光耦合層190c3具有一粗糙表面191，且粗糙表面191與片狀波長轉換膜180a之間具有微米級的空洞。意即，光耦合層190c3與片狀波長轉換膜180a所接觸的表面並非平整表面，透過此設計可使磊晶結構E所產生的光產生散射效果，可有效提高整體子發光元件100c3的出光效率。此外，光耦合層190c3與片狀波長轉換膜180a之間的空隙亦可作為兩不同元件層之間的緩衝空間，且可使得磊晶結構E與片狀波長轉換膜180a之間具有較佳的接合效果，以提高子發光元件100c3的可靠性。特別說明的是，亦可光耦合層190c3具有兩粗糙表面，亦即光耦合層190c3與片狀波長轉換膜180a之間以及光耦合層190c3與磊晶結構E之間皆具有微米級的空洞(圖未示)，於此並 不加以限制。此處，若空洞的尺寸小於微米等級，如小於0.1微米，則散射小果不佳，若空洞的尺寸大於微米等級，如大於10微米，則接合面積過低，接合效果反而不佳。

圖5繪示為本發明的另一實施例的一種子發光元件的剖面示意圖。請同時參考圖5與圖3，本實施例的子發光元件100d與圖3中的子發光元件100b相似，惟二者主要差異之處在於：於移除磊晶基板10之後，且於形成片狀波長轉換膜180a之前，更包括形成一光耦合層190d於磊晶結構E的表面E1上，其中光耦合層190d配置於片狀波長轉換膜180a與磊晶結構E的第二型半導體層160之間，且具有一圖案化粗糙表面191，光耦合層190d與片狀波長轉換膜180a之間具有至少一空隙B。如圖5所示，本實施例的光耦合層190d例如是一剖面圖案為週期性的三角形圖案的結構，且相鄰兩三角形圖案之間即存在間隙B；當然，於其他未繪示的實施例中，光耦合層的剖面圖案亦可為其他圖形且亦可為非週期性的排列，此仍屬於本發明所欲保護的範圍。由於本實施例的光耦合層190d與片狀波長轉換膜180a之間為非平整接觸，透過此設計可使磊晶結構E所產生的光產生散射效果，可有效提高整體子發光元件100d的出光效率。此外，光耦合層190d與片狀波長轉換膜180a之間的空隙亦可作為兩不同元件層之間的緩衝空間，且可使得磊晶結構E與片狀波長轉換膜180a之間具有較佳的接合效果，以提高子發光元件100d的可靠性。此處，若間隙B的尺寸小於微米等級，如小於0.1微米，則散射小果不佳， 若間隙B的尺寸大於微米等級，如大於10微米，則接合面積過低，接合效果反而不佳。

圖6繪示為本發明的另一實施例的一種子發光元件的剖面示意圖。請同時參考圖6與圖3，本實施例的子發光元件100e與圖3中的子發光元件100b相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的子發光元件100e的片狀波長轉換膜180e包括至少兩片狀波長轉換單元層，這些片狀波長轉換單元層的主要發光波長朝遠離磊晶結構E的方向漸減。於本實施例中，至少兩片狀波長轉換單元層為三個片狀波長轉換單元層，這些片狀波長轉換單元包括依序堆疊於磊晶結構E上的一第一片狀波長轉換單元層182e、一第二片狀波長轉換單元層184e以及一第三片狀波長轉換單元層186e。其中，第一片狀波長轉換單元層182e的主要發光波長大於第二片狀波長轉換單元層184e的主要發光波長，且第二片狀波長轉換單元層184e的主要發光波長大於第三片狀波長轉換單元186e的主要發光波長。舉例來說，當磊晶結構E發出藍光時，第一片狀波長轉換單元層182e可例如是紅光波長轉換單元層，而第二片狀波長轉換單元層184e可例如是黃光波長轉換單元層，且第三片狀波長轉換單元層186e可例如是綠光波長轉換單元層，可有效提高整體子發光元件100e的發光均勻度與演色性。當然，於其他實施例中，第一片狀波長轉換單元層182e、第二片狀波長轉換單元層184e以及第三片狀波長轉換單元層186e也可以是其他顏色的片狀波長轉換膜，於此並不加以限制其顏色以及主要波長的排列 順序。特別是，第一片狀波長轉換單元層182e、第二片狀波長轉換單元層184e以及第三片狀波長轉換單元層186e的延伸方向與基板110a的延伸方向相同，此處，第一片狀波長轉換單元層182e、第二片狀波長轉換單元層184e以及第三片狀波長轉換單元層186e與封裝基板110a皆是橫向延伸的平面結構，因此可使得整體子發光元件100e具有較小的體積。

圖7繪示為本發明的另一實施例的一種子發光元件的剖面示意圖。請同時參考圖7與圖6，本實施例的子發光元件100f與圖6中的子發光元件100e相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的片狀波長轉換膜180f的第一片狀波長轉換單元層182f的厚度、第二片狀波長轉換單元層184f的厚度以及第三片狀波長轉換單元層186f的厚度皆不相同。較佳地，本實施例的第一片狀波長轉換單元182f的厚度為第二片狀波長轉換單元184f的厚度的0.2倍至0.4倍。舉例來說，當第一片狀波長轉換單元層182e為紅光波長轉換單元層，而第二片狀波長轉換單元層184e為黃光波長轉換單元層，且第一片狀波長轉換單元182f的厚度為第二片狀波長轉換單元層184f的厚度的0.2倍至0.4倍時，可減少成本較高的紅色螢光粉的用量，可有效降低整體發光元件100f的製作成本。

圖8A繪示為本發明的另一實施例的一種子發光元件的剖面示意圖。請同時參考圖8A與圖3，本實施例的子發光元件100g1與圖3中的子發光元件100b相似，惟二者主要差異之處在於：於接合半導體晶圓D和封裝基板110a之後，每一導電通孔116g 與對應的連接墊126a之間具有至少一空間。詳細來說，本實施例的基板110g的每一導電通孔116g具有至少一空間117g1(圖8A中示意的繪示兩個)，其中空間117g1可作為導電通孔116g與電極連接層120a之間、導電通孔116g與內部接墊115之間以及導電通孔116g與外部接墊118之間的緩衝。此處，圖8A中的空間117g1可靠近或連接基板110g的上表面112或下表面114，但並不以此為限。

圖8B繪示為本發明的另一實施例的一種子發光元件的剖面示意圖。請同時參考圖8B與圖8A，本實施例的子發光元件100g2與圖8A中的子發光元件100g1相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的每一導電通孔116g的空間117g2，由封裝基板110g的上表面112往下表面114方向延伸且具有一底面119。也就是說，每一個導電通孔116g的空間117g2具有一面向上表面112的開口O。此處，開口O連接導電通孔116g與電極連接層120a，可作為導電通孔116g與電極連接層120a之間在不同溫度變化製作過程中兩不同熱膨脹係數的元件層間的緩衝。

圖8C繪示為本發明的另一實施例的一種子發光元件的剖面示意圖。請同時參考圖8C與圖8A，本實施例的子發光元件100g3與圖8A中的子發光元件100g1相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的每一導電通孔116g的空間117g3為貫穿基板110g且連接上表面112與下表面114的貫孔。於其他未繪示的實施例中，空間亦可存在於導電通孔116g之中而不接觸電極連接層 120a或是內部、外部接墊115、118，只要能使導電通孔116a與電極連接層120a或是內部、外部接墊115、118間存在空間以做為緩衝，皆為本案所欲保護的範圍。

圖9繪示為本發明的另一實施例的一種子發光元件的俯視示意圖。本實施例的電極連接層120h具有多個第一電極122h以及多個第二電極124h，其中每一第一電極122h的俯視輪廓均為點狀，而第二電極124h的俯視輪廓為線狀與點狀的組合。此處，本實施例的第二電極124h同時具有點狀輪廓的電極以及線狀輪廓的電極，其中如圖9所示，這些電極圖案皆呈現彼此分離的狀態。由於本實施例的子發光元件100h中的第二電極124h具有點狀與線狀輪廓的電極圖案，因此可有效使電流分佈更為均勻且可有效降低正向電壓。

圖10繪示為本發明的另一實施例的一種子發光元件的剖面示意圖。請同時參考圖10與圖4B，本實施例的子發光元件100i與圖4B中的子發光元件100c2相似，惟二者主要差異之處在於：於形成絕緣層130之前，更包括形成一歐姆接觸層210於第一型半導體層140上，其中歐姆接觸層210位於第一型半導體層140與絕緣層130之間。此外，在本實施例中，於形成歐姆接觸層210之後，更可包括形成一反射層220於歐姆接觸層210上，其中反射層220位於歐姆接觸層210與絕緣層130之間。之後，將半導體晶圓和封裝基板接合後，再進行切割製程，而形成多個如同圖10的子發光元件100i。此處，歐姆接觸層210的設置可有效增進 第一型半導體層140與反射層220之間的電性接觸，其中歐姆接觸層210的材料例如是鎳或氧化鎳。而，反射層220的材料例如是銀，可反射發光層150的發光，使出光效率更佳。特別說明的是，歐姆接觸層210亦可由一剖面圖案具體化為非週期性的島形圖案所構成(未繪示)，亦即與第一型半導體層140與第一電極122a與反射層220間存在空隙，可增加歐姆接觸層210與第一型半導體層140與第一電極122a與反射層220間的電性連接與接合。此外，本實施例的歐姆接觸層210的厚度與反射層220的厚度例如是介於1000埃至7000埃之間，較佳地，介於1000埃至3500埃之間。

圖11繪示為本發明的另一實施例的一種子發光元件的剖面示意圖。請同時參考圖11與圖10，本實施例的子發光元件100j與圖10中的子發光元件100i相似，惟二者主要差異之處在於：於移除磊晶基板10之後，更包括形成一絕緣保護層230以覆蓋第一型半導體層140的邊緣、發光層150的邊緣及第二型半導體層160的邊緣。之後，再進行切割製程，而形成多個如同圖11的子發光元件100j。此處，絕緣保護層230的邊緣231與絕緣層130的邊緣131實質上切齊。此處，絕緣保護層230的設置目的在於有效保護磊晶結構E的邊緣，以避免水氣及氧氣侵襲，可有效提高整體子發光元件100j的產品可靠度。特別說明的是，本實施例中的絕緣保護層230進一步覆蓋光耦合層190c1、歐姆接觸層210與反射層220的邊緣，可使子發光元件100j的可靠度更佳。

圖12繪示為本發明的另一實施例的一種子發光元件的剖面示意圖。請同時參考圖12與圖11，本實施例的子發光元件100k與圖11中的子發光元件100j相似，惟二者主要差異之處在於：於形成片狀波長轉換膜180a之後，更包括形成一色彩混合層240於片狀波長轉換膜180a上。之後，再進行切割製程，而形成多個如同圖12的子發光元件100k。在本實施例中，色彩混合層240由一透明的材料組成，例如是玻璃、藍寶石、環氧樹脂或矽，而色彩混合層240的厚度大於100微米。也就是說，色彩混合層240的厚度大於磊晶結構E的厚度加上片狀波長轉換膜180a的厚度。此處，且有較厚厚度的色彩混合層240可視為一導光層，可均勻混合磊晶結構E與被片狀波長轉換膜180a轉換的光，有效提高子發光元件100k整體的出光均勻度。

綜上所述，由於本發明是將已形成有電極連接層於磊晶結構上的半導體晶圓透過晶圓接合(wafer bonding)的方式接合在封裝基板上後，再移除磊晶基板，而形成封裝基板與磊晶結構面積相近的發光元件。再將上述的發光元件切割後，此時，每一子發光元件的磊晶結構的邊緣與封裝基板的邊緣實質上切齊，因此透過外接電路的供電即可使用。相較於習知的發光封裝體是將其發光晶片的電極電性連接至一較大載板的接墊上，再於接墊上透過外接電路的供電才能使用而言，本發明的發光元件的製作方法可製作出較小體積的發光元件。此外，由於本發明的發光元件的製作方法是將半導體晶圓接合於封裝基板上後才進行切割製 程，因此本發明可同時製作出的多個子發光元件，且這些子發光元件僅有一道切割痕跡。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧磊晶基板

110a‧‧‧封裝基板

112‧‧‧上表面

114‧‧‧下表面

116a‧‧‧導電通孔

115‧‧‧內部接墊

118‧‧‧外部接墊

120a‧‧‧電極連接層

122a‧‧‧第一電極

124a‧‧‧第二電極

126a‧‧‧連接墊

130‧‧‧絕緣層

140‧‧‧第一型半導體層

150‧‧‧發光層

160‧‧‧第二型半導體層

D‧‧‧半導體晶圓

S‧‧‧緩衝區

O1‧‧‧第一開口

O2‧‧‧第二開口

E‧‧‧磊晶結構

E1‧‧‧表面

Claims (12)

1. 一種發光元件的製作方法，包括：步驟(a)：提供一半導體晶圓，該半導體晶圓包括一磊晶基板以及至少一磊晶結構，其中該磊晶結構包括一第一型半導體層；一第二型半導體層，配置於該磊晶基板上，其中該第一型半導體層位於該第二型半導體層上；以及一發光層，配置於該第一型半導體層與該第二型半導體層之間；步驟(b)：形成一電極連接層於該磊晶結構上，其中該電極連接層包括多個連接墊、多個第一電極以及多個第二電極，該些第一電極與該些第二電極彼此分離且連接至對應的該些連接墊並位於該磊晶結構的同一側，其中該些第一電極與該些第二電極分別電性連接該第一型半導體層與該第二型半導體層而定義出多個發光單元；步驟(c)：提供一和該半導體晶圓近似尺寸的封裝基板，該封裝基板具有多個貫穿該封裝基板的導電通孔；步驟(d)：將該電極連接層的該些連接墊對準該些導電通孔，接合該半導體晶圓和該封裝基板，以使該些導電通孔電性連接該第一型半導體層或該第二型半導體層；步驟(e)：移除該磊晶基板，暴露出該磊晶結構的一表面，而形成一發光元件，其中該表面為一粗糙表面； 步驟(f-2)：對該發光元件進行一切割製程，而形成多個彼此分離且該電極連接層的該連接墊的相對兩側與該封裝基板的相對兩側切齊的子發光元件；以及步驟(f-3)：提供一片狀波長轉換膜，將該片狀波長轉換膜接合於該發光元件之該磊晶結構的表面上，其中該片狀波長轉換膜和該磊晶結構之間具有微米級的空洞。
2. 如申請專利範圍第1項所述的發光元件的製作方法，更包括：步驟(f-1)：於步驟(e)之後，對該發光元件進行一切割製程，而形成多個子發光元件，其中各該子發光元件包含多個該些發光單元。
3. 如申請專利範圍第1項所述的發光元件的製作方法，該片狀波長轉換膜的面積大於該封裝基板。
4. 如申請專利範圍第1項所述的發光元件的製作方法，其中步驟(f-3)中，於該片狀波長轉換膜接合於該發光元件之該磊晶結構的該粗糙表面上之後，更包括形成一色彩混合層於該片狀波長轉換膜上。
5. 如申請專利範圍第1項所述的發光元件的製作方法，更包括：步驟(g)：於步驟(f-3)之後，進行一切割製程，同切割設備切割該片狀波長轉換膜與該發光元件，而形成多個子發光元件。
6. 如申請專利範圍第5項所述的發光元件的製作方法，其中 步驟(g)中，是由該片狀波長轉換膜往該封裝基板的方向切割。
7. 如申請專利範圍第1項所述的發光元件的製作方法，其中步驟(b)中，於形成一電極連接層之前，更包括：形成一絕緣層於該第一型半導體層上，其中該些第一電極穿過該絕緣層而與該第一型半導體層電性連接，該些第二電極穿過該絕緣層、該第一型半導體層以及該發光層而與該第二型半導體層電性連接。
8. 如申請專利範圍第1項所述的發光元件的製作方法，其中步驟(d)中，以加熱方式，使該半導體晶圓的該連接墊熔融後接合至該封裝基板。
9. 如申請專利範圍第1項所述的發光元件的製作方法，其中步驟(d)中，該半導體晶圓和該封裝基板之間的接合面積小於該封裝基板的一上表面的表面積。
10. 如申請專利範圍第1項所述的發光元件的製作方法，其中步驟(d)中，於接合該半導體晶圓和該封裝基板之後，各該導電通孔與對應的該連接墊之間具有至少一空間。
11. 如申請專利範圍第1項所述的發光元件的製作方法，其中步驟(b)中，各該第二電極的俯視輪廓為點狀與線狀的組合，而各該第一電極的俯視輪廓為點狀。
12. 一種發光元件的製作方法，包括：步驟(a)：提供一半導體晶圓，該半導體晶圓包括一磊晶基板以及至少一磊晶結構，其中該磊晶結構包括一第一型半導體層； 一第二型半導體層，配置於該磊晶基板上，其中該第一型半導體層位於該第二型半導體層上；以及一發光層，配置於該第一型半導體層與該第二型半導體層之間；步驟(b)：形成一電極連接層於該磊晶結構上，其中該電極連接層包括多個連接墊、多個第一電極以及多個第二電極，該些第一電極與該些第二電極彼此分離且連接至對應的該些連接墊並位於該磊晶結構的同一側，其中該些第一電極與該些第二電極分別電性連接該第一型半導體層與該第二型半導體層而定義出多個發光單元；步驟(c)：提供一和該半導體晶圓近似尺寸的封裝基板，該封裝基板具有多個貫穿該封裝基板的導電通孔；步驟(d)：將該電極連接層的該些連接墊對準該些導電通孔，接合該半導體晶圓和該封裝基板，以使該些導電通孔電性連接該第一型半導體層或該第二型半導體層；步驟(e)：移除該磊晶基板，暴露出該磊晶結構的一表面，其中該表面為一粗糙表面，形成一光耦合層於該磊晶結構的該粗糙表面上且該粗糙表面與該光耦合層之間具有微米級空間，而形成一發光元件；以及步驟(f-2)：對該發光元件進行一切割製程，而形成多個彼此分離且該電極連接層的該連接墊的相對兩側與該封裝基板的相對兩側切齊的子發光元件。