專利名稱：具有波長轉(zhuǎn)換層的發(fā)光二極管元件及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管技術(shù)領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種發(fā)光二極管及其制作方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)科技發(fā)展至今，已能實現(xiàn)具有體積小、重量輕、效率高、及壽命長等特性的發(fā)光二極管。不同單色光輸出(例如，紅光、藍光、綠光)的發(fā)光二極管已有長足的進展，而單色的發(fā)光二極管可作為特定顯示器(例如，行動電話或液晶顯示器(LCD)) 的背光源。
近年來已有多種采用發(fā)光二極管的白光光源提出。由于發(fā)光二極管的發(fā)光頻譜特別適合產(chǎn)生單色光，因此，白光光源必須調(diào)整紅光(R)/綠光(G)/藍光(B)三種發(fā)光二極管的發(fā)光成分，并擴散及混合上述三種發(fā)光二極管的發(fā)光。此類白光光源產(chǎn)生機制的困難在于由于各發(fā)光二極管的色調(diào)、照度及其他因子的變動，而無法產(chǎn)生所想要色調(diào)的白光。此外，對于不同組成材料的發(fā)光二極管，其順向偏壓所需的電功率彼此不同，使得不同的發(fā)光二極管必須施以不同的電壓，而這將導(dǎo)致驅(qū)動電路的復(fù)雜化。再者，由于發(fā)光二極管為半導(dǎo)體發(fā)光元件，其色調(diào)易受到溫度特性、使用時序變化、及操作環(huán)境的差異而變動。無法均勻地混合上述三種發(fā)光二極管的發(fā)光，亦將導(dǎo)致色彩的不穩(wěn)定。因此，對于產(chǎn)生單色光而言， 發(fā)光二極管是相當(dāng)有效的發(fā)光元件；然而，至今卻仍沒有使用發(fā)光二極管而又能令人滿意的白光光源。
美國專利(US5998925)揭露了一種白光發(fā)光二極管，其具有使用半導(dǎo)體作為發(fā)光層的發(fā)光結(jié)構(gòu)以及可吸收部分所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的發(fā)光以發(fā)出不同于所吸收波長的光的突光粉體。所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的發(fā)光層為氮化復(fù)合物半導(dǎo)體，且所述熒光粉體包含以銫(Ce)活化的石槽石(garnet)突光材料,其包含由宇乙(Y)、鍛(Lu)、鈧(Sc)、鑭(La)、禮(Gd)及衫(Sm) 所組成材料群中的至少一者以及由鋁(Al)、鎵(Ga)及銦(In)所組成材料群中的至少一者； 所述熒光粉體的發(fā)光特性即使在經(jīng)過長時間的高亮度使用后仍不易退化。
圖I為所述美國專利(US5998925)揭露的發(fā)光二極管10，其為具有座架導(dǎo)線2及內(nèi)部導(dǎo)線4的導(dǎo)線型發(fā)光二極管；其中，發(fā)光部8裝設(shè)于所述座架導(dǎo)線2的杯部6之上，且所述杯部6被充填以覆層樹脂14。所述覆層樹脂14包含鑄模于樹脂中的特定熒光粉體，用以覆蓋所述發(fā)光部8。所述發(fā)光部8的η電極與P電極通過導(dǎo)線12而分別連接至所述座架導(dǎo)線2與所述內(nèi)部導(dǎo)線4。如上所述的發(fā)光二極管，所述發(fā)光部8 (發(fā)光二極管芯片)所發(fā)出的光(以下稱為LED光)的一部分激發(fā)了所述覆層樹脂14內(nèi)含的熒光粉體，而產(chǎn)生波長異于所述LED光的熒光，使得所述熒光粉體所發(fā)出的熒光與所述熒光粉體未參與激發(fā)的 LED光輸出混合在一起；因此,所述發(fā)光二極管所輸出的光的波長異于所述發(fā)光部8所發(fā)出的LED光。
圖2為根據(jù)所述美國專利(US5998925)實施例的發(fā)光二極管芯片。所述芯片型發(fā)光二極管設(shè)置于保護罩22的凹槽內(nèi)，所述凹槽被充填以包含特定熒光粉體的覆層材料，以形成保護覆層28。例如，所述發(fā)光部26可通過含銀的環(huán)氧樹脂或其類似物而固定，且所述發(fā)光部26的η電極與P電極通過導(dǎo)線24而分別連接至裝設(shè)于所述保護罩22上的金屬端20。如上所述的芯片型發(fā)光二極管，類似于圖I的導(dǎo)線型發(fā)光二極管，所述熒光粉體所發(fā)出的突光與未被所述突光粉體吸收的LED光輸出混合在一起；由此，所述發(fā)光二極管所輸出的光的波長異于所述發(fā)光部26所發(fā)出的LED光。此類的傳統(tǒng)發(fā)光二極管當(dāng)應(yīng)用于白光光源時，常會發(fā)生色環(huán)(color ring)現(xiàn)象，也就是其所發(fā)出光的中央?yún)^(qū)的色彩相對較藍，而鄰近所述保護罩22的邊緣區(qū)則相對較黃。
另一美國專利(US6642652)揭露了一種光源，其為覆蓋有發(fā)光材料結(jié)構(gòu)(例如，單層或多層的熒光粉體)的發(fā)光元件(例如，III族元素氮化物的發(fā)光二極管)；上述的III 族元素包含鋁、鎵或銦。所述發(fā)光材料結(jié)構(gòu)在厚度上的變動小于或等于所述發(fā)光材料結(jié)構(gòu)平均厚度的10%。在某些實施例中，所述發(fā)光材料結(jié)構(gòu)的厚度小于所述發(fā)光元件橫剖面尺寸的10%。在某些實施例中，所述發(fā)光材料結(jié)構(gòu)為所述發(fā)光元件的發(fā)光所唯一經(jīng)過的發(fā)光材料。在某些實施例中，所述發(fā)光材料結(jié)構(gòu)的厚度介于約15與 οομπι之間。例如，所述發(fā)光材料結(jié)構(gòu)通過模板印刷(stenciling)或電泳(electrophoretic)沉積技術(shù)而被選擇性地沉積于所述發(fā)光元件上。
圖3為所述美國專利(US6642652)揭露的涂覆有熒光粉體的發(fā)光二極管。所述發(fā)光二極管包含形成于基板(例如，藍寶石、碳化硅、或III族元素氮化物)42上的η型區(qū)44。 主動區(qū)46形成于所述η型區(qū)44上，P型區(qū)36形成于所述主動區(qū)46上。所述η型區(qū)44、所述主動區(qū)46及所述P型區(qū)36為典型的多層結(jié)構(gòu)。部分的所述P型區(qū)36、所述主動區(qū)46及所述η型區(qū)44被蝕刻以露出部分的所述η型區(qū)44。ρ型接觸34設(shè)置于所述ρ型區(qū)36上， 而η型接觸38設(shè)置于所述η型區(qū)44的上述外露區(qū)域上。所述發(fā)光二極管被翻轉(zhuǎn)并通過以焊料為例的材料32而裝設(shè)于架座30上。所述發(fā)光材料結(jié)構(gòu)(例如，熒光粉體)40通過電泳技術(shù)而沉積，以在獨立晶粒的層次圍繞所述發(fā)光二極管。
另一美國專利(US6744196)揭露了一種薄膜發(fā)光二極管元件，其由發(fā)光二極管芯片及有顏色的薄膜層所組成；所述發(fā)光二極管芯片發(fā)出第一波長的光，且所述薄膜層設(shè)置于所述發(fā)光二極管芯片上，借以改變上述發(fā)光的色彩。例如，藍光發(fā)光二極管芯片用以產(chǎn)生白光。所述薄膜層由ZnSe、Ce02、Al203或Y2O3Ce組成，通過化學(xué)氣相沉積法(CVD)技術(shù)來沉積；例如，金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、原子層沉積(ALD)、電漿增強型金屬有機化學(xué)氣相沉積(PE-MOCVD)、電漿增強型原子層沉積(PE-ALD)、或/及光增強型化學(xué)氣相沉積。如圖4所示，η型接觸50設(shè)置于一反射層52之下。一顏色層(例如，熒光層)53設(shè)置于所述反射層52之上。接著，依序形成第一保護層54及半透明的ρ型接觸56。第二保護層58形成于所述第一保護層54及所述ρ型接觸56之上。導(dǎo)線60連接至ρ連接墊62 (其位于ρ 引線64上)。
因此，有必要進一步改善白光的半導(dǎo)體光源。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，一實施例提供一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其包括一金屬基板； 一 P型半導(dǎo)體，耦接至所述金屬基板；一主動區(qū)，耦接至所述P型半導(dǎo)體；一 η型半導(dǎo)體，耦接至所述主動區(qū)；以及一波長轉(zhuǎn)換層，耦接至所述η型半導(dǎo)體的至少一部分。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，另一實施例提供一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法，其包括提供一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其設(shè)置于一晶圓上、耦接至一金屬基板、并包括一 P型半導(dǎo)體、一耦接至所述P型半導(dǎo)體的主動區(qū)、及一耦接至所述主動區(qū)的η型半導(dǎo)體；沉積一 η接觸于所述 η型半導(dǎo)體的表面上；鋪涂一波長轉(zhuǎn)換層于所述η型半導(dǎo)體的至少一部分之上；以及切割所述晶圓而成為多個獨立的發(fā)光二極管單元。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，另一實施例提供一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法，其包括提供一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其耦接至一金屬基板及一 η接觸，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括一 ρ型半導(dǎo)體、一耦接至所述P型半導(dǎo)體的主動區(qū)、及一耦接至所述主動區(qū)的η型半導(dǎo)體；連接一導(dǎo)線至所述η接觸，用以做外部連接；鋪涂一波長轉(zhuǎn)換層于所述η型半導(dǎo)體的至少一部分之上。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，另一實施例提供一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法，其包括提供一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包括一 P型半導(dǎo)體、一耦接至所述P型半導(dǎo)體的主動區(qū)、及一耦接至所述主動區(qū)的η型半導(dǎo)體；沉積一 η接觸于所述η型半導(dǎo)體的表面上；以及附著一預(yù)先制作的波長轉(zhuǎn)換層于所述η型半導(dǎo)體的至少一部分之上。本制作方法可進一步包括切割所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)而成為多個獨立的發(fā)光二極管單元。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，另一實施例提供一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其包括一 P型半導(dǎo)體；一主動區(qū)，設(shè)置于所述P型半導(dǎo)體之上；一 η型半導(dǎo)體，設(shè)置于所述主動區(qū)之上；以及一波長轉(zhuǎn)換層，設(shè)置于所述η型半導(dǎo)體的至少一部分之上；其中，所述波長轉(zhuǎn)換層的上側(cè)面實質(zhì)上是平坦的。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，另一實施例提供一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其包括至少一金屬層；一Ρ型半導(dǎo)體，耦接至所述金屬層；一主動區(qū)，耦接至所述P型半導(dǎo)體；一11型半導(dǎo)體， 耦接至所述主動區(qū)；以及一波長轉(zhuǎn)換層，耦接至所述η型半導(dǎo)體的至少一部分。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)的美國專利(US5998925)的發(fā)光二極管剖面圖。
圖2為現(xiàn)有技術(shù)的美國專利(US5998925)的發(fā)光二極管芯片剖面圖。
圖3為現(xiàn)有技術(shù)的美國專利(US6642652)的涂覆有熒光粉體的發(fā)光二極管剖面圖。
圖4為現(xiàn)有技術(shù)的美國專利(US6744196)的薄膜發(fā)光二極管元件剖面圖。
圖5Α為根據(jù)本發(fā)明實施例的發(fā)光二極管的元件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5Β為如圖5Α的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的局部區(qū)域A放大圖。
圖6為根據(jù)本發(fā)明實施例的所述波長轉(zhuǎn)換層在晶圓層次的制作方法。
圖7為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的所述波長轉(zhuǎn)換層在晶圓層次的制作方法流程圖。
圖8為根據(jù)本發(fā)明實施例的所述波長轉(zhuǎn)換層在個別的發(fā)光二極管元件上的制作方法流程圖。
圖9為含有多種類熒光成分的波長轉(zhuǎn)換層的發(fā)光二極管元件在順向偏壓下的頻譜圖。
圖10為根據(jù)本發(fā)明實施例的附著預(yù)先制作的波長轉(zhuǎn)換層于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法流程圖。
附圖標(biāo)記說明2_座架導(dǎo)線；6-杯部；4_內(nèi)部導(dǎo)線；8_發(fā)光部；10-發(fā)光二極管； 12-導(dǎo)線；14_覆層樹脂；20_金屬端；22_保護罩；24_導(dǎo)線；26_發(fā)光部；28_保護覆層；30-架座；32-焊料；34-p型接觸；36-p型區(qū)；40-發(fā)光材料結(jié)構(gòu)；42_基板；44_n型區(qū)； 46-主動區(qū)；50-n型接觸；52_反射層；53_顏色層；54_第一保護層；56_p型接觸；58_第二保護層；60_導(dǎo)線；62-p連接墊；64-p引線；500-發(fā)光二極管元件；510_半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)； 511-反射層；512-p型半導(dǎo)體區(qū)；513_主動區(qū)；514_n型半導(dǎo)體區(qū)；520_金屬基板；530_n接觸；540_波長轉(zhuǎn)換層；600_晶圓；650_光阻；750_保護層；800_發(fā)光二極管元件；860_引導(dǎo)線;900_ 頻譜圖;1000_ 制作方法;1002/1004/1006/1008/1010/1012-步驟。
具體實施方式
為使貴審查委員能對本發(fā)明的特征、目的及功能有更進一步的認(rèn)知與了解，茲配合圖式詳細(xì)說明本發(fā)明的實施例如后。
在各個實施例的說明中，當(dāng)一元素被描述是在另一元素的「上方/上」或「下方/ 下」，是指「直接地」或「間接地」在所述另一元素之上或之下的情況，其可包含設(shè)置于其間的其他元素?！干戏?上」或「下方/下」等的描述是以圖式為基準(zhǔn)進行說明，但亦包含其他可能的方向轉(zhuǎn)變。在所有的說明書及圖示中，將采用相同的元件編號以指定相同或類似的元件。為了說明上的便利和明確，圖式中各元素的厚度或尺寸，是以夸張或省略或概略的方式表示，且各元素的尺寸并未完全為其實際的尺寸。
圖5A為根據(jù)本發(fā)明實施例的發(fā)光二極管元件500的結(jié)構(gòu)示意圖。所述發(fā)光二極管元件500可包含設(shè)置于一金屬基板520之上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)510。所述金屬基板520可包含單層或多層的金屬或金屬合金，例如銀、鋁、金、鈀(Pd)、鉬、鎳、銅、鈦、或上述金屬的任意組合。所述金屬基板520可通過電化學(xué)或無電式化學(xué)沉積等方法來制作。
所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)510包含一 ρ型半導(dǎo)體區(qū)512、一主動區(qū)513、及一 η型半導(dǎo)體區(qū) 514;這首先可通過多層磊晶結(jié)構(gòu)的沉積而形成于一合適的載體基板(未圖示)之上，例如，藍寶石或碳化硅載體基板。所述載體基板可在所述金屬基板520形成之后被移除，而上述的移除可根據(jù)以下方法的其中一種來實現(xiàn)使用激光、蝕亥IJ、研磨、化學(xué)機械磨光、濕式蝕刻、或其他的移除技術(shù)。例如，藍寶石載體基板可通過激光舉離(Laser lift-off, LL0)技術(shù)來移除，而碳化硅載體基板可通過蝕刻技術(shù)來移除。
圖5B為所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)510的局部區(qū)域A放大圖。所述ρ型半導(dǎo)體區(qū)512可包含P型氮化鎵(P-GaN)，且可設(shè)置于所述金屬基板520之上。一反射層511可中介設(shè)置于所述金屬基板520與所述ρ型半導(dǎo)體區(qū)512之間，用以將所述發(fā)光二極管元件500的發(fā)光導(dǎo)向大致單一的方向上，由此可增強發(fā)光效率。所述反射層511可包含合適的反光材料，例如銀、招、鎳、鈕、金、鉬、鈦、鉻、Vd、或上述金屬的合金。用以發(fā)光的所述主動區(qū)513 (包含一多重量子井)可形成于所述ρ型半導(dǎo)體區(qū)之上。所述主動區(qū)513可包含AlxInyGa1^N, 其中O = X = I且O = y = I-X0當(dāng)所述發(fā)光二極管元件500受到順向偏壓時，所述主動區(qū) 513可發(fā)出波長介于200nm與480nm之間的光。
所述η型半導(dǎo)體區(qū)514可包含η型氮化鎵(n_GaN)，且可形成于所述主動區(qū)513 之上。如圖5B所示，所述η型半導(dǎo)體區(qū)514的表面可被粗糙化處理，用以增強光提取效率。 上述所述η型半導(dǎo)體區(qū)514表面的粗糙化處理可使用任何合適的方法來實現(xiàn)，例如濕式蝕刻、干式蝕刻、或光微影蝕刻工藝技術(shù)。一 η接觸(n-contact)530可形成于所述η型半導(dǎo)體區(qū)514的表面之上。一波長轉(zhuǎn)換層540可覆蓋所述η型半導(dǎo)體區(qū)514的至少一部分的表面。
所述金屬基板520可通過以下技術(shù)來沉積電化學(xué)沉積法、無電式化學(xué)沉積法、 化學(xué)氣相沉積法(CVD)、金屬有機化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)、電漿增強型化學(xué)氣相沉積法 (PECVD)、原子層沉積法(ALD)、物理氣相沉積法(PVD)、蒸鍍法、電漿噴涂法、或上述技術(shù)的合適組合。所述金屬基板520可為單層或多層的結(jié)構(gòu)。對于某些實施例，銀/鉬(Ag/Pt)、 銀/鈀(Ag/Pd)或銀/鉻(Ag/Cr)可構(gòu)成第一層，鎳可構(gòu)成第二層(可作為障礙層)，且金可構(gòu)成第三層。以鎢、銅或鎳為例的其他合適金屬亦可構(gòu)成所述第三層。在另外的實施例中，所述金屬基板520可包含三層；首先可沉積第一層(例如，由銀、鋁、鉬、鈦或鉻組成)， 而第二層(例如，包含氮化鈦、氮化鉭、氮鎢化鈦、及具有氧的鎢化鈦等材料)可形成于所述第一層之上，以作為障礙層。所述第三層可包含合適的導(dǎo)電材料，例如金、鎢、銅、鎳或其他金屬，且所述第三層可形成于所述第二層之上。
關(guān)于所述波長轉(zhuǎn)換層540，其主要用以接受所述發(fā)光二極管主動區(qū)513的某一波長的發(fā)光，而又可發(fā)出另一波長的光，由此可產(chǎn)生不同色彩的光。如此，所述波長轉(zhuǎn)換層540 可包含一熒光材料，例如熒光粉體(phosphor)，借以由所述主動區(qū)513所產(chǎn)生其他色彩的光而發(fā)出白光。對于某些實施例，所述波長轉(zhuǎn)換層540可包含一單層的熒光粉體及黏結(jié)材料。在另外的實施例中，所述波長轉(zhuǎn)換層540可包含一透明的第一層(未圖示)以及由熒光粉體及黏結(jié)材料組成的第二層，其中所述第一層可包含任何合適的透明材料，例如鈍化層或二氧化硅、氮化硅、氧化鈦、氧化鋁、氧化銦錫(ITO)或聚合物材料。
波長轉(zhuǎn)換層在晶圓層次的制作方法的實施范例
圖6為根據(jù)本發(fā)明實施例的所述波長轉(zhuǎn)換層540在晶圓層次的制作方法。如圖6A 所示，首先形成所述發(fā)光二極管的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)510于所述載體基板之上，接著形成所述金屬基板520，再移除所述載體基板，之后再增加多個η接觸530于所述晶圓600之上的多個晶粒模座。接著如圖6Β所示，一暫時性材料(例如，光阻650)可通過合適的方法(例如， 光微影蝕刻技術(shù))而鋪涂于所述等η接觸530。接著如圖6C所示，所述波長轉(zhuǎn)換層540可形成于所述η型半導(dǎo)體區(qū)514的表面上。對于某些實施例,所有所述晶圓600表面上未被所述光阻層650覆蓋的區(qū)域可填充以所述波長轉(zhuǎn)換層540。然而請留意，所述波長轉(zhuǎn)換層 540的高度須保持低于所述光阻層650的高度。
有幾種方法可用來鋪涂所述波長轉(zhuǎn)換層540。對于某些實施例，所述波長轉(zhuǎn)換層 540可使用旋轉(zhuǎn)涂布器來制作。所述旋轉(zhuǎn)涂布器可操作于500至30000rpm之間的轉(zhuǎn)速，借以控制所述晶圓600上所述波長轉(zhuǎn)換層540的膜厚。雖然旋轉(zhuǎn)涂布法為得到預(yù)設(shè)厚度的均等膜層的較佳方法，但亦可采用其他方法(例如，絹版印刷法、散布法、噴涂法、注射印刷法、滾軸/滾動法、或浸泡法)。如圖6所示，所述波長轉(zhuǎn)換層540具有實質(zhì)上均等的厚度及平坦的上側(cè)面，因此可具有一矩形的橫剖面。
關(guān)于所述波長轉(zhuǎn)換層540的材質(zhì)的制作，可將熒光粉末與黏結(jié)材料備制成混合物。在制作程序的進行中，所述熒光粉末可被施以表面處理，借以加強其分散性及黏著性。 所述黏結(jié)材料可包含硅膠、環(huán)氧樹脂、壓克力或旋涂式玻璃。所述波長轉(zhuǎn)換層540的厚度可依據(jù)所述混合物的黏稠度及旋轉(zhuǎn)速率而加以可重制地調(diào)整，借以改變所述發(fā)光二極管產(chǎn)出的CIE(國際照明)坐標(biāo)，以發(fā)出白光。
在所述波長轉(zhuǎn)換層540形成于所述晶圓600上之后，所述晶圓600進入烘烤程序。上述的烘烤程序是為了蒸發(fā)掉所述波長轉(zhuǎn)換層540內(nèi)含的濕氣或水份，但本發(fā)明并不限制烘烤的方式；因此，可使用加熱器、烤箱、干風(fēng)機、或表面處里(例如，輻射熱照射燈)等方法。在所述波長轉(zhuǎn)換層540經(jīng)過烘烤程序之后，所述波長轉(zhuǎn)換層540可被施以圖案化處理， 借以增強光提取效率；接著如圖6D所示，所述光阻層650可被移除。然后，如圖6E所示，所述晶圓600上的所述發(fā)光二極管(LED)晶?？杀磺懈铋_來，而形成各自獨立的組件單元。
圖7為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的所述波長轉(zhuǎn)換層540在晶圓層次的制作方法。如圖7A所示，首先所述發(fā)光二極管的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)510形成于所述載體基板之上，接著形成所述金屬基板520，再移除所述載體基板，之后再增加多個η接觸530于所述晶圓600之上的多個晶粒模座。接著如圖7Β所示，所述波長轉(zhuǎn)換層540可被鋪涂于所述晶圓600全部的表面上。對于某些實施例，所述波長轉(zhuǎn)換層540全部的表面都被覆蓋，包括所述等η接觸530。 如同上述，所述波長轉(zhuǎn)換層540可包含一第一層及一第二層，所述透明的第一層形成于所述η型半導(dǎo)體區(qū)514的表面上，所述第二層包含熒光粉體及黏結(jié)材料，并形成于所述第一層之上。
接著如圖7C所示，一暫時性的保護層750(例如，光阻)可通過任何合適的方法 (例如，光微影蝕刻技術(shù))而鋪涂于所述波長轉(zhuǎn)換層540上。對于某些實施例，所述保護層 750可鋪涂于所述波長轉(zhuǎn)換層540全部的表面上，且所述保護層750位于所述等η接觸530 之上的區(qū)域可被移除或開口。在另一實施例中，所述保護層750可鋪涂于所述波長轉(zhuǎn)換層 540表面上除了所述等η接觸530之外的每一處區(qū)域。
接著如圖7D所示，在所述保護層750經(jīng)過鋪涂及必要的處理之后，所述等η接觸 530之上的所述波長轉(zhuǎn)換層540可通過任何合適的方法而移除，例如，濕式蝕刻或干式蝕刻。接著如圖7Ε所示，在所述波長轉(zhuǎn)換層540的部分區(qū)域被移除之后，所述保護層750亦可一并被移除。然后，如圖7F所示，所述晶圓600上的所述發(fā)光二極管(LED)晶?？杀磺懈铋_來，而形成各自獨立的單元組件。
波長轉(zhuǎn)換層在晶粒層次的制作方法的實施范例
以上所述為所述波長轉(zhuǎn)換層540在晶圓層次的制作方法，而接下來則探討所述波長轉(zhuǎn)換層540在晶粒層次的制作方法。圖8為根據(jù)本發(fā)明實施例的所述波長轉(zhuǎn)換層540在個別的發(fā)光二極管元件800上的制作方法，也就是所述晶圓600已被切割成發(fā)光二極管晶粒的狀況下。所述發(fā)光二極管元件800可具有如上所述的發(fā)光二極管的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)510、金屬基板520及η接觸530，借以提供所述發(fā)光二極管元件800外部的電性連接。
在增加引導(dǎo)線860之后，可依據(jù)不同的方式來制作所述波長轉(zhuǎn)換層540。對于某些實施例，可通過噴涂法而將波長轉(zhuǎn)換材料鋪涂于所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)510之上側(cè)表面之上， 而形成所述波長轉(zhuǎn)換層540。在另一實施例中，可將波長轉(zhuǎn)換材料滴于所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)510 的表面上，并使的散布而形成所述波長轉(zhuǎn)換層540。在某些情況下，在所述波長轉(zhuǎn)換層540 可經(jīng)由烘烤而蒸發(fā)掉所述熒光粉與黏結(jié)材料混合物內(nèi)含的濕氣或水份。
雖然以上所述者為單一成分的熒光粉體，但所述波長轉(zhuǎn)換層540中亦可使用多種類的熒光成分，而多種類的熒光成分可產(chǎn)生多個峰值于其波長頻譜中。圖9為含有多種類熒光成分的波長轉(zhuǎn)換層540的發(fā)光二極管元件在順向偏壓下的頻譜圖900。
使用預(yù)先制作的波長轉(zhuǎn)換層的實施范例
圖10為根據(jù)本發(fā)明實施例的附著預(yù)先制作的波長轉(zhuǎn)換層于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法1000流程圖。所述制作方法1000的啟始步驟1002為提供一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可為一晶圓，例如，圖5的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)510或是由晶圓切割而成的發(fā)光二極管晶粒。所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可包含一 P型半導(dǎo)體(例如，P型區(qū)512)、一主動區(qū)513、及一 η型半導(dǎo)體(例如，η型區(qū)514);其中，所述主動區(qū)513設(shè)置于所述ρ型區(qū)512之上，所述η型區(qū)514設(shè)置于所述主動區(qū)513之上。
步驟1004為波長轉(zhuǎn)換層的制作。所述波長轉(zhuǎn)換層與上述的波長轉(zhuǎn)換層540在尺寸、成份、目的、及/或特征(例如其圖案)上是類似的。例如，所述波長轉(zhuǎn)換層可具有實質(zhì)上均等的厚度、平坦的表面及矩形的橫剖面。
然而，本實施例并非將所述波長轉(zhuǎn)換層制作于所述晶圓或所述發(fā)光二極管晶粒上，而是通過任何合適的技術(shù)而與所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)分開來制作。例如，將熒光粉末與黏結(jié)材料(例如，硅膠、環(huán)氧樹脂、壓克力或旋涂式玻璃)依照一特定比例混合，再將所得到的混合物鋪涂于基板上。上述混合物于基板上的鋪涂可采用任何合適的覆涂技術(shù)，例如，凹板覆涂法(gravure coating)、反向滾軸覆涂法(reverse roll coating)、滾軸式刮刀覆涂法(knife over roll coating)或間隙覆涂法(gap coating)、量桿覆涂法(metering rod coating)(例如,美亞棒桿(meyer rod)覆涂法)、縫鑄模(slot die)覆涂或外延法、浸泡覆涂法、簾幕式涂層法(curtain coating)、或空氣刀覆涂法(air knife coating)。上述混合物于基板上的鋪涂亦可采用絹版印刷法、散布法、噴涂法、注射印刷法、滾軸法、或浸泡法。
在上述混合物鋪涂于所述基板上之后，可進行固化或烘烤以硬化所述混合物。只要能將所述波長轉(zhuǎn)換材料內(nèi)含的濕氣或水份蒸發(fā)掉，本發(fā)明并不限制上述的固化方式。因此，可使用加熱器、烤箱、干風(fēng)機、或表面處里(例如，輻射熱照射燈)等方法。在所述波長轉(zhuǎn)換層經(jīng)過烘烤之后，其可被施以圖案化處理，借以增強光提取效率。對于某些實施例，所述固化的混合物可自所述基板上分開(例如，將所述基板移除)，借以形成上述的預(yù)制的波長轉(zhuǎn)換層。
對于某些實施例，所述波長轉(zhuǎn)換層可切割成與所述晶圓、個別的發(fā)光二極管晶粒、 或發(fā)光二極管晶粒群匹配的大小。上述所述波長轉(zhuǎn)換層的切割可采用任何合適的方法，例如，使用激光、刮刀(例如，空氣刀)、或切割機。
接著為步驟1008，上述預(yù)制的波長轉(zhuǎn)換層可附著于所述η型半導(dǎo)體的至少一部分之上。附著所述波長轉(zhuǎn)換層可采用任何合適的附著材料，例如，黏著劑、硅膠、環(huán)氧樹脂(epoxy)、旋涂式玻璃(spin-on glass)或壓敏膠黏劑(pressure-sensitive adhesive, PSA)。在附著之前，所述黏著材料(例如，黏著劑或膠黏劑)可鋪涂于所述波長轉(zhuǎn)換層的表面、所述η型半導(dǎo)體的外露面、或上述兩者的表面。上述黏著材料可通過任何合適的技術(shù)來鋪涂，例如，散布或噴涂或涂層所述黏著材料于上述的表面上。
對于某些實施例，所述波長轉(zhuǎn)換層可以只覆蓋所述η型半導(dǎo)體的所述至少一部分的頂端面。換言之，所述波長轉(zhuǎn)換層并未覆蓋所述η型半導(dǎo)體、所述主動區(qū)、或所述ρ型半導(dǎo)體的側(cè)向面。
對于某些實施例，在附著所述預(yù)制的波長轉(zhuǎn)換層之前，可另再加粗糙化所述η型半導(dǎo)體的上側(cè)面的步驟1006，借以增加光提取效率。上述所述η型半導(dǎo)體表面的粗糙化處理可使用任何合適的方法來實現(xiàn)，例如濕式蝕刻、干式蝕刻、或光微影蝕刻工藝技術(shù)。
對于某些實施例，在步驟1008的附著所述預(yù)制的波長轉(zhuǎn)換層之后，所述波長轉(zhuǎn)換層可被施以固化處理的步驟1010。上述針對所述波長轉(zhuǎn)換層附著后的結(jié)構(gòu)的固化處理可使所述黏著材料(例如，硅膠或環(huán)氧樹脂)硬化并移除其中的濕氣或水分。
以所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包含晶圓的實施例為例，接著可進行步驟1012，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可被切割成各自獨立的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。在另一實施例中，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)已為發(fā)光二極管晶粒，因此在附著所述波長轉(zhuǎn)換層之后，就不需要進行此切割步驟。
唯以上所述者，僅為本發(fā)明的較佳實施例，當(dāng)不能以的限制本發(fā)明的范圍。即大凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化及修飾，仍將不失本發(fā)明的要義所在，亦不脫離本發(fā)明的精神和范圍，故都應(yīng)視為本發(fā)明的進一步實施狀況。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，包括以下步驟提供一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包括一 P型半導(dǎo)體；一主動區(qū)，設(shè)置于所述P型半導(dǎo)體之上 '及一 η型半導(dǎo)體，設(shè)置于所述主動區(qū)之上；以及附著一預(yù)先制作的波長轉(zhuǎn)換層于所述η型半導(dǎo)體的至少一部分之上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作方法，其特征在于，附著所述波長轉(zhuǎn)換層的步驟包括使用黏著劑、硅膠、環(huán)氧樹脂、旋涂式玻璃及壓敏黏貼劑中的至少一者。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作方法，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換層具有一矩形橫剖面。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作方法，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換層具有一實質(zhì)上均等的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作方法，其特征在于，在附著所述波長轉(zhuǎn)換層的步驟之后， 所述波長轉(zhuǎn)換層的上側(cè)面實質(zhì)上是平坦的。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作方法，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換層包括一透明的第一層；及一第二層，包括至少一熒光粉體及一黏結(jié)材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述第一層包括二氧化硅、氮化硅、 氧化鈦、氧化鋁、氧化銦錫及聚合物材料中的至少一者。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作方法，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換層被圖案化處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作方法，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換層包括至少一熒光粉體及一黏結(jié)材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作方法，其特征在于，在附著所述波長轉(zhuǎn)換層的步驟之前，進一步包括以下步驟通過濕式蝕刻、干式蝕刻、及光微影蝕刻工藝中的至少一者，粗糙化所述η型半導(dǎo)體的上側(cè)面。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作方法，其特征在于，在附著所述波長轉(zhuǎn)換層的步驟之后，進一步包括以下步驟固化所述波長轉(zhuǎn)換層。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作方法，其特征在于，進一步包括以下步驟沉積一 η接觸于所述η型半導(dǎo)體的表面上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制作方法，其特征在于，進一步包括以下步驟連接一導(dǎo)線至所述η接觸,用以做外部連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作方法，其特征在于，所述P型半導(dǎo)體設(shè)置于至少一金屬層之上。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作方法，其特征在于，進一步包括以下步驟切割所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)而成為多個獨立的發(fā)光二極管單元。
16.—種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu),其特征在于,其包括一 P型半導(dǎo)體；一主動區(qū)，設(shè)置于所述P型半導(dǎo)體之上；一 η型半導(dǎo)體，設(shè)置于所述主動區(qū)之上；以及一波長轉(zhuǎn)換層，設(shè)置于所述η型半導(dǎo)體的至少一部分之上；其中，所述波長轉(zhuǎn)換層的上側(cè)面實質(zhì)上是平坦的。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換層具有一矩形橫剖面。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換層具有一實質(zhì)上均等的厚度。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換層通過黏著劑、硅膠、環(huán)氧樹脂、旋涂式玻璃及壓敏黏貼劑中的至少一者而附著至所述η型半導(dǎo)體的所述至少一部分。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換層未覆蓋所述η型半導(dǎo)體、所述主動區(qū)及所述P型半導(dǎo)體的側(cè)面。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換層包括一透明的第一層 '及一第二層，包括至少一熒光粉體及一黏結(jié)材料。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一層包括二氧化硅、 氮化硅、氧化鈦、氧化鋁、氧化銦錫及聚合物材料中的至少一者。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換層被圖案化處理。
24.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換層包括至少一突光粉體及一黏結(jié)材料。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述黏結(jié)材料包括硅膠、環(huán)氧樹脂、或旋涂式玻璃。
26.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，進一步包括一 η接觸，設(shè)置于所述η型半導(dǎo)體的表面之上。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，進一步包括一導(dǎo)線，連接至所述η接觸,用以做外部連接。
28.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述P型半導(dǎo)體設(shè)置于至少一金屬層之上。
29.—種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu),其特征在于,其包括至少一金屬層；一 P型半導(dǎo)體，耦接至所述金屬層；一主動區(qū)，耦接至所述P型半導(dǎo)體；一 η型半導(dǎo)體，耦接至所述主動區(qū)；以及一波長轉(zhuǎn)換層，耦接至所述η型半導(dǎo)體的至少一部分。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬層包含銅、鎳及鋁中的至少一者的金屬或金屬合金。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述P型半導(dǎo)體的包含P型氮化鎵。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述主動區(qū)受到順向偏壓而發(fā)出波長介于200nm與480nm之間的光。
33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述主動區(qū)包含 AlxInyGah_yN，其中 O 蘭 x 蘭 I 且 O 蘭 y 蘭 l_x。
34.根據(jù)權(quán)利要求29所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述η型半導(dǎo)體的包含η型氮化鎵。
35.根據(jù)權(quán)利要求29所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換層包括至少一突光粉體及一黏結(jié)材料。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述黏結(jié)材料包括硅膠、環(huán)氧樹脂、或旋涂式玻璃。
37.根據(jù)權(quán)利要求29所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換層包括一透明的第一層；及一第二層，包括至少一突光粉體及一黏結(jié)材料；其中，所述第一層耦接至所述η型半導(dǎo)體，且所述第二層耦接至所述第一層。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一層包括二氧化硅、 氮化硅、氧化鈦、氧化鋁、氧化銦錫及聚合物材料中的至少一者。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述黏結(jié)材料包括硅膠、環(huán)氧樹脂、壓克力及旋涂式玻璃中的至少一者。
40.根據(jù)權(quán)利要求29所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換層被圖案化處理。
41.根據(jù)權(quán)利要求29所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換層實質(zhì)上為保形的。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種用以產(chǎn)生均勻白光的發(fā)光二極管元件，以及所述發(fā)光二極管元件在晶圓層次及個別晶粒層次的制作方法。所述發(fā)光二極管元件包括一金屬層；一p型半導(dǎo)體，耦接至所述金屬層；一主動區(qū)，耦接至所述p型半導(dǎo)體；一n型半導(dǎo)體，耦接至所述主動區(qū)；以及一波長轉(zhuǎn)換層，耦接至所述n型半導(dǎo)體的至少一部分；其中，所述波長轉(zhuǎn)換層實質(zhì)上為保形的。
文檔編號H01L33/50GK102945913SQ20121021627
公開日2013年2月27日 申請日期2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者陳長安, 段忠, 顏?？? 陳勇維 申請人:旭明光電股份有限公司