专利名称：主波长分布收敛的发光元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种晶片级发光元件及其制造方法，特别是涉及一种其上包含主波长 (dominant wavelength)呈收敛分布的发光二极管晶片以及一种使发光二极管晶片的发射 光主波长呈收敛分布的方法。
背景技术：
发光二极管(light-emitting diode, LED)的发光原理是利用电子在n型半导体 与P型半导体间移动的能量差，以光的形式将能量释放，这样的发光原理有别于白炽灯发 热的发光原理，因此发光二极管被称为冷光源。此外，发光二极管具有高耐久性、寿命长、轻 巧、耗电量低等优点，因此现今的照明市场对于发光二极管寄予厚望，将其视为新一代的照 明工具。图1A至图1E为已知的发光元件的制造流程示意图。首先，如图1A所示，提供基板10 ；再如图1B所示，形成多个外延层12于基板10 上；接着，如图1C所示，利用光刻蚀刻技术针对多个外延层12进行蚀刻，以于基板10上制 作多个发光叠层14 ；随后，如图1D所示，在发光叠层14上形成电极16，以形成发光二极管 晶片(waferUOO ；最后，如图1E所示，对发光二极管晶片100进行切割，以形成发光二极管 管芯18。然而，实际上发光二极管晶片100上众多发光叠层16所发出光线主波长分布并 不均勻，其差距可达15nm至20nm或者更大，因此上述发光叠层16形成发光二极管管芯18 后所发出光线主波长差异亦大。此发光二极管管芯18发射光主波长不均勻的问题进一步 地影响了使用发光二极管管芯的产品其产品特性的一致性。以已知的主波长460nm蓝光发 光二极管芯片搭配黄色荧光粉体混合成白光为例，若同一发光二极管晶片上的蓝色发光二 极管管芯的主波长分布达20nm，即其主波长分布由450nm至470nm，其搭配激发光波长为 570nm的黄色波长转换物质所激发的光线所混合成的白光色温分布亦受到影响。如图2所示，由于发光二极管晶片上各个发光叠层的主波长分布差异，其所形成 的管芯搭配转换物质后所混合成的白光其色温(color temperature)分布于6500K至 9500K之间，具有约3000K左右的色温变异，对产品品质的一致性造成很大的影响。为解决上述同一发光二极管晶片上发光叠层16主波长分布不均勻的问题，已知 的发光二极管管芯18制造过程中，往往如图3所示，加入点测、分类(Sorting)与筛选 (Binning)的程序，针对众多发光二极管管芯18进行筛选，以挑选出主波长分布相近的发 光二极管管芯18，以因应不同波长特性需求的应用。虽然点测、分类与筛选的程序可减少主波长分布不均勻对应用产品品质表现一致 性的影响，但是当发光二极管管芯18应用于对主波长分布均勻要求严苛的产品时，例如大 尺寸显示器的发光二极管背光源元件，发光二极管晶片100上可使用的发光二极管管芯18 比率偏低。此外，分类与筛选的工序费时费力，亦增加了生产发光二极管管芯的成本及所需 时间。
发明内容
本发明的目的在提供一种主波长分布收敛的发光二极管晶片，包含基板、多个发 光叠层位于基板上，以及波长转换收敛层，位于多个发光叠层上，用以收敛并转换发光叠层 所发出的主波长。本发明的另一目的在于披露一种收敛发光二极管晶片主波长分布的方法，其步骤 包含提供基板、形成多个发光叠层于基板上，以及形成波长转换收敛层于多个发光叠层上， 使发光二极管晶片上每一发光叠层发出光线的主波长呈现收敛分布。本发明的又一目的在于提供发光元件制造方法，通过形成波长转换收敛层，以收 敛发光叠层所发出光线的波长变异，由此提高发光二极管管芯的使用率。本发明的再一目的在于提供发光元件制造方法，通过形成波长转换收敛层，以收 敛发光叠层所发出光线的主波长变异，由此减少发光二极管管芯制作程序中分类与筛选的 工序。底下通过具体实施例配合所附的附图详加说明，当更容易了解本发明的目的、技 术内容、特点及其所达成的功效。
图1A至图1E为已知的发光二极管管芯制造流程示意图。图2为已知蓝色发光二极管管芯搭配黄色荧光粉体的CIE 1931色彩坐标图。图3为已知的发光二极管管芯点测示意图。图4A至图4F为本发明实施例的制造流程示意图。图5为本发明另一实施例的结构示意图。图6为本发明实施例的CIE 1931色彩坐标图。图7为本发明又一实施例的结构示意图。图8A和图8B为本发明再一实施例结构示意图。图9为本发明切割步骤的结构示意图。附图标记说明10 -基板12 -外延层
14 -发光叠层16 -电极
18 -发光二极管管芯100 发光二极管晶片
20 -基板22 -外延层
220 第一导电型半导体层222 有源层
224第二导电型半导体层24 〃发光叠层
26 -电极200 发光二极管晶片
210 第一光束28 〃波长转换收敛层
220 第二光束30 -发光二极管管芯
32 -波长转换层230 第三光束
240 第四光束500 发光二极管晶片
50 -基板52,52' 发光叠层
520 第一导电型半导体层524 第二导电型半导体层56 第二电极60 电性连接结构64 金属层
58 波长转换收敛层 62 绝缘层
70 发光二极管阵列芯片
522 发光层 54 第一电极
具体实施例方式以下配合
本发明的实施例。图4A至图4F为本发明实施例的制造流程示意图，如图4A所示，提供基板20，其 中基板20可以是导电基板，并且如图4B所示，在基板20上形成多个外延层22，其中多个 外延层22由上而下至少包含第一导电型半导体层220、有源层222以及第二导电型半导体 层224，且多个外延层22的材料可以选自包含铝(A1)、镓(Ga)、铟(In)、氮(N)、磷(P)或 砷(As)的半导体物质，例如氮化镓(GaN)系列材料或磷化铝镓铟(AlGalnP)系列材料，以 下本实施例以氮化镓系列材料为例进行说明。随后，再如图4C所示，利用光刻蚀刻技术蚀刻多个外延层22以形成多个发光叠层 24于基板20上；如图4D所示，利用蒸镀技术分别于多个发光叠层24上形成电极26，以获 得发光二极管晶片(wafer) 200。此发光叠层24会发出第一光束210，且第一光束的主波长可介于390nm至430nm 之间，其中任选二第一光束210之间具有第一主波长差异，在此发光二极管晶片200中，第 一主波长差异的最大值为第一主波长变异值义。接着，在形成电极26的步骤后，如图4E所示，进一步地于发光叠层24的表面覆盖 波长转换收敛层28，其材料可以是荧光物质或磷光物质，在本实施例中波长转换收敛层28 由荧光粉体所构成，其材料可以选自 Si3MgSi208 Eu、BaMgAl1Q017 Eu、(SrBaCa) 5 (P04) 3C1: Eu、 Sr3 (A1205) Cl2: Eu2+以及Sr4Al14025: Eu等蓝色荧光粉体所构成群组的任意一种或一种以上的 材料，且上述荧光粉体均勻地或部分地涂布于发光叠层24的表面；其中，此波长转换收敛 层28大致上完全吸收发光叠层24所发出的第一光束210并转换为第二光束220。于本实施例中，此第二光束220主波长介于450nm至470nm的长波长蓝光，其中任 选二第二光束220之间具有第二主波长差异，在此发光二极管晶片200中，第二主波长差异 的最大值为第二主波长变异值V2。最后，如图4F所示将发光二极管晶片200上的多个发光 叠层24进行切割，以形成多个发光二极管管芯30。于上述实施例中，第一主波长变异值V1介于15nm至20nm之间，而第二主波长变 异值V1则小于lOnm，优选者为小于5nm ；通过于发光叠层24上形成波长转换收敛层28，以 减少发光二极管晶片200中任选二发光叠层24发出光线的主波长差异，使同一发光二极管 晶片200所形成的发光二极管管芯30的主波长分布呈收敛分布，提高发光二极管晶片200 上发光叠层24的可使用率；不仅如此，上述实施例更可省略已知发光二极管管芯制造过程 中分类与筛选的工序，进一步地降低生产成本。此外，本发明亦可如图5所示，在形成波长转换收敛层28的步骤后，形成波长转换 层32于波长转换收敛层28上，其中，波长转换层32包含一种或一种以上的荧光粉体，其 材料可以选自钇铝石榴石、碱土卤铝酸盐等黄色荧光粉体、BaMgAl10017:Eu, MnBa2Si04:Eu,(Sr, Ca)Si04:Eu、CaSc204:Eu、Ca8Mg (Si04) 4C12: Eu, Mn、SrSi202N2: Eu、LaP04: Tb, Ce、 Zn2Si04:Mn、ZnS:Cu、YB03: Ce, Tb、(Ca, Sr, Ba)Al204:Eu、Sr2P207:Eu, Mn、SrAl2S4:Eu、 BaAl2S4:Eu、Sr2Ga2S5:Eu、SiA10N:Eu、KSrP04:Tb、Na2Gd2B207:Ce，Tb 等绿色荧光粉体，与 Y203:Eu、YV04:Eu、CaSiAlN3:Eu、(Sr, Ca) SiAlN3:Eu、Sr2Si5N8:Eu、CaSiN2:Eu、(Y, Gd)B03:Eu、 (La, Y)202S:Eu、La2Te06:Eu、SrS:Eu> Gd2Mo06:Eu> Y2W06:Eu, Bi、Lu2W06:Eu, Bi、(Ca, Sr, Ba) MgSi206:Eu, Mn、 Sr3Si05:Eu> SrY2S4:Eu> CaSi03:Eu> Ca8MgLa (P04)7:Eu> Ca8MgGd (P04)7:Eu> Ca8MgY(P04)7:Eu,CaLa2S4:Ce等红色荧光粉体所构成群组中的至少一种材料，其中上述荧光 粉体均勻地或部分地涂布于波长收敛转换层28上。于本实施例中，波长转换层32包含至少一种黄色荧光粉体，此波长转换层32会吸 收部分第二光束220，并且转换为黄色的第三光束230，其中上述第三光束230的主波长为 570nm ；随后，上述黄色第三光束230与未被波长转换层32吸收的第二光束220混合产生白 色的第四光束240。由于第二光束的主波长为460nm，而第二主波长最大差值小于lOnm，优选者为小 于5nm，因此于本实施例中第二光束主波长分布范围介于455nm至465nm之间；图6为本发 明实施例第四光束的CIE 1931色度坐标图，如图6所示，上述第二光束220与第三光束230 混合所得第四光束240，其色温大约分布于6500K至8500K之间(图中黑体曲线与实线的交 点)，其色温差小于2000K，优选者为小于1000K。相较于已知技术中直接运用主波长分布15nm至20nm的蓝光发光二极管芯片搭配 黄色荧光粉体混合成具有3000K色温差(图中黑体曲线与虚线的交点)的白光，本发明实 施例中明显地提升了发光二极管晶片上各发光叠层所发出光线的均勻性。再者，在上述实施例中，虽然以垂直结构发光二极管管芯作说明，但不意味着本发 明的范围局限于垂直结构的发光二极管；图7为本发明的另一实施例结构示意图，如图7所 示，发光二极管晶片500包含基板50、多个置于基板50上的发光叠层52、第一电极54与第 二电极56，以及波长转换收敛层58，其中发光叠层52由上而下至少包含第一导电型半导体 层520、有源层522，以及第二导电型半导体层524，每一个发光叠层52上皆具有裸露第二导 电型半导体层524的平面，而第一电极54与第二电极56则分别位于第一导电型半导体层 520与第二导电型半导体层524上，波长转换收敛层58则覆盖于多个发光叠层52上。除此之外，图8A与图8B为本发明又一实施例结构示意图，如图所示本发明还可包 含电性连接结构60，用以串联相邻的发光叠层52/52’ ；如图8A所示，本实施例的电性连接 结构60为金属线，利用引线(wire bonding)技术使得发光叠层52上的第二电极56与相 邻的另一发光叠层52’的第一电极54产生电性连接，让相异的发光叠层52/52’间形成串 联电路；亦可如图8B所示，其电性连结结构60包含绝缘层62与金属层64，先形成绝缘层 62于发光叠层52与相邻的发光叠层52’之间，接着再形成金属层64，使得发光叠层52上 的第二电极56与相邻的另一发光叠层52’的第一电极54产生电性连接，使相异的发光叠 层52/52’间形成串联电路。不仅如此，在切割发光二极管晶片的步骤中，如图9所示，除了可以如切割线A进 行裁切，将各个发光叠层52切割成为发光二极管管芯外，亦可按照切割线B进行切割，将多 个利用电性连接结构60形成串联的发光叠层52/52’切割为芯片级发光二极管阵列70。一 般状况下，单一个发光叠层52/52’的压降约为3. 5V，因此将十四个串联的发光叠层52/52’切割为发光二极管阵列芯片(chip)70，便可直接应用于48V的车用交流电供电；亦可将 三十个串联的发光叠层52/52，切割为发光二极管阵列芯片70，使之可直接应用于100V家 用交流电中；其中，上述的发光二极管阵列芯片70中，由于各个发光叠层52/52’上皆具有 波长转换收敛层，因此各个发光叠层52/52’所发出光线的主波长较为一致，由此省略已知 发光二极管阵列管芯制造过程中先依照主波长分布分类与筛选再排列的工序，以降低生产 成本。 上述实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域技术人员能够 了解本发明内容并据以实施，当不能以之限定本发明范围，即大凡依本发明所揭示的精神 所作的等同变化或修饰，仍应涵盖在本发明范围内。
权利要求
一种主波长分布收敛的发光元件制造方法，至少包括下列步骤提供基板；形成多个发光叠层于该基板上，其中该多个发光叠层发出第一光束，且该第一光束具有第一主波长变异值；以及形成波长转换收敛层于该多个发光叠层上，该波长转换收敛层吸收该第一光束并发出第二光束，且该第二光束具有第二主波长变异值，其中该第一主波长变异值大于该第二光束主波长变异值。
2.如权利要求1所述的主波长分布收敛的发光元件制造方法，其中该多个发光叠层的 材料选自包含铝、镓、铟、氮、磷或砷的半导体物质。
3.如权利要求1所述的主波长分布收敛的发光元件制造方法，其中该第一光束的主波 长介于390nm至430nm之间。
4.如权利要求1所述的主波长分布收敛的发光元件制造方法，其中该第一光束完全被 该波长转换收敛层所吸收。
5.如权利要求1所述的主波长分布收敛的发光元件制造方法，该波长转换收敛层 至少包含磷光粉体或荧光粉体，其中该波长转换收敛层的荧光粉体选自Si3MgSi208:Eu、 BaMgAllo017:Eu, (SrBaCa) 5 (P04) 3C1 :Eu、Sr3 (A1205) Cl2 :Eu2+ 以及 Sr4Al14025:Eu 所构成群组中 至少一种材料。
6.如权利要求1所述的主波长分布收敛的发光元件制造方法，还包含形成至少一波长 转换层于该波长转换收敛层上，该波长转换层吸收部分该第二光束且发出第三光束，且该 第二光束与该第三光束混合产生第四光束，其中该波长转换层的材料选自钇铝石榴石、碱 土卤铝酸盐等黄色荧光粉体、BaMgAl1Q017:Eu、MnBa2Si04:Eu、(Sr, Ca)Si04:Eu、CaSc204:Eu、 Ca8Mg(Si04)4Cl2:Eu，Mn、SrSi202N2:Eu、LaP04:Tb, Ce、Zn2Si04:Mn、ZnS:Cu、YB03:Ce, Tb、 (Ca, Sr, Ba)Al204:Eu、Sr2P207:Eu, Mn、SrAl2S4:Eu、BaAl2S4:Eu、Sr2Ga2S5:Eu、SiAlON:Eu> KSrP04:Tb、Na2Gd2B207:Ce，Tb 等绿色荧光粉体，与 Y203:Eu、YV04:Eu、CaSiAlN3:Eu、(Sr, Ca) SiAlN3:Eu、Sr2Si5N8:Eu、CaSiN2:Eu、(Y, Gd)B03:Eu、(La, Y) 202S:Eu、La2Te06:Eu、SrS:Eu、 Gd2Mo06: Eu、Y2W06: Eu，Bi、Lu2W06: Eu，Bi、(Ca，S r，Ba) MgSi206: Eu，Mn、Sr3Si05: Eu、SrY2S4: Eu、 CaSi03: Eu、Ca8MgLa (P04) 7: Eu、Ca8MgGd (P04) 7: Eu、Ca8MgY (P04) 7: Eu、CaLa2S4: Ce 等红色荧光粉 所构成群组中的至少一种材料。
7.如权利要求6所述的主波长分布收敛的发光元件制造方法，其中该第四光束的色温 分布小于2000K。
8.如权利要求1所述的主波长分布收敛的发光元件制造方法，还包含形成多个电性连 接结构，以串联该多个发光叠层。
9.如权利要求1所述的主波长分布收敛的发光元件制造方法，还包含切割该基板的步骤。
10.一种主波长分布收敛的发光元件，至少包含基板；多个发光叠层，位于该基板上，其中该发光叠层发出第一光束，且该第一光束具有第一 主波长变异值；多个电极，分别位于该多个发光叠层上，与该发光叠层形成电性连接；以及多个波长转换收敛层，分别覆盖于该多个发光叠层上，吸收该第一光束并转换为第二 光束，且该第二光束具有第二主波长变异值，其中该第一主波长变异值大于该第二主波长 变异值。
11.如权利要求10所述的主波长分布收敛的发光元件，其中该第一光束完全被该波长 转换收敛层所吸收。
12.如权利要求10所述的主波长分布收敛的发光元件，其中该第一光束的主波长可介 于390nm至430nm之间。
13.如权利要求10所述的主波长分布收敛的发光元件，该波长转换收敛层至少包含 磷光粉体或荧光粉体，其中该波长转换收敛层的荧光粉体材料可以选自Si3MgSi2O8 = Eiu BaMgAl10O17:Eu> (SrBaCa) 5 (PO4) 3C1 Eu、Sr3 (Al2O5) Cl2 Eu2+ 以及 Sr4Al14O25 = Eu 所构成群组中 至少一种材料。
14.如权利要求10所述的主波长分布收敛的发光元件，其中该发光叠层选自包含铝、 镓、铟、氮、磷或砷的半导体物质。
15.如权利要求10所述的主波长分布收敛的发光元件，还包含波长转换层位于该波长 转换收敛层上，该波长转换物质吸收部分该第二光束，并发射第三光束，且该第三光束与该 第二光束混合产生第四光束，其中该波长转换物质选自钇铝石榴石、碱土商铝酸盐等黄色 焚光粉体、BaMgAl10O17 Eu、MnBa2SiO4 Eu、(Sr, Ca) SiO4 Eu、CaSc2O4 Eu、Ca8Mg (SiO4) 4C12 Eu, Mn、 SrSi2O2N2:Eu> LaPO4:Tb, Ce、 Zn2SiO4:Mn> ZnS:Cu> YBO3:Ce, Tb、 (Ca, Sr, Ba)Al2O4:Eu> Sr2P2O7Eu，Mn、SrAl2S4Eu、BaAl2S4Eu、Sr2Ga2S5Eu、SiAlON:Eu、KSrPO4 Tb、Na2Gd2B2O7 Ce, Tb 等绿色荧光粉体，与 Y2O3:Eu, YVO4:Eu, CaSiAlN3:Eu, (Sr, Ca) SiAlN3:Eu, Sr2Si5N8:Eu, CaSiN2:Eu、(Y, Gd)BO3:Eu、(La, Y) 202S:Eu、La2TeO6:Eu、SrS:Eu、Gd2MoO6:Eu、Y2WO6:Eu, Bi、Lu2WO6:Eu, Bi、(Ca, Sr, Ba)MgSi2O6Eu, Mn、Sr3SiO5Eu> SrY2S4Eu> CaSiO3Eu> Ca8MgLa(PO4)7IEu, Ca8MgGd (PO4)7:Eu, Ca8MgY (PO4)7:Eu、CaLa2S4: Ce 等红色荧光粉所构成群 组中的至少一种材料。
16.如权利要求15所述的主波长分布收敛的发光元件，其中该第四光束的色温分布小 于 2000K。
17.如权利要求10所述的主波长分布收敛的发光元件，还包含多个电性连接结构，电 性连接该多个电极并且使该多个发光叠层形成串联电路。
18.如权利要求17所述的主波长分布收敛的发光元件，其中该电性连接结构包含位于 该发光叠层间的绝缘层，以及与该多个电极相连接的金属层，位于该绝缘层上。
全文摘要
本发明揭示一种主波长分布收敛的发光元件及其制造方法。上述发光元件至少包含基板；多个置于基板上的发光叠层，其中上述多个发光叠层发出具有第一主波长变异值的第一光束；以及，位于发光叠层上的波长转换收敛层，其中此波长转换收敛层吸收第一光束并发出第二光束，且第二光束具有第二主波长变异值。在上述发光元件中，第一主波长变异值大于第二光束主波长变异值。
文档编号H01L21/82GK101872741SQ20091013688
公开日2010年10月27日 申请日期2009年4月24日 优先权日2009年4月24日
发明者刘如熹, 吕志强, 徐舒婷, 王健源, 谢明勋, 郭政达, 陈彦文 申请人:晶元光电股份有限公司