发光晶粒、封装结构及其相关制造方法与流程

本案为一种发光元件(lightingemittingdevice)及其制造方法，尤指具有侧边电极的发光晶粒、封装结构及其相关制造方法。

背景技术：

众所周知氮化物系列的发光元件(nitride-basedlightingdevice)使用蓝宝石(sapphire)或碳化硅(sic)做为基板(substrate)，可发出蓝光或者绿光。碳化硅基板可以导电但是单价高，蓝宝石基板价格低，所以现今大部分的氮化物系列的发光二极管皆是制作在蓝宝石基板上，但是蓝宝石基板无法导电，因此现有工艺是将部分磊晶层蚀刻裸露n型半导体层，然后将pn电极形成在磊晶面同侧，形成导通。

请参照图1a与图1b，其所绘示为现有制作于碳化硅基板上的发光晶粒以及封装结构示意图。发光晶粒100由下而上依序包括：第一电极154、碳化硅基板110、n型层120、发光层(activelayer)130、p型层140、第二电极152。由于碳化硅基板110可以导电，因此第一电极154可以直接形成于碳化硅基板110的底表面。

基本上，氮化物系列的发光晶粒的结构除了图1a所示之外也可以有些微的变化。举例来说，于碳化硅基板110与n型层之间可以增加缓冲层(bufferlayer)。而第二电极152可由一透明电极与一金属电极所堆叠而成。其中，透明电极可为铟锡氧化膜(ito)。发光层130可为双异质结构(doubleheterostructure)的作用层或者是量子井(quantumwell)结构。再者，氮化物系列的发光晶粒100各层与电极的材料已经为大众所熟知，因此不再赘述。

如图1b所示，其为发光晶粒黏着于导线架(leadframe)的封装结构示意图。导线架包括第一导电元件184、第二导电元件182。第一导电元件184上有一平台可承载发光晶粒100，而利用导电胶188将第一电极154黏附(adhere)于第一导电元件184。举例来说，导电胶188可为银胶(silverpaste)或者铝胶(aluminumpaste)等等。

再者，利用连线制程(wirebondingprocess)将一导线(wire)186连接于第二电极152以及第二导电元件182上。之后，利用不导电材料190包覆发光晶粒100仅露出第一导电元件184以及第二导电元件182而完成封装结构。举例来说，不导电材料190可为树脂或者硅胶等等。

由图1b可知，由于发光晶粒100的碳化硅基板110可以导电，因此利用导电胶188将发光晶粒100的第一电极154黏附于第一导电元件184上即可完成第一电极154与第一导电元件184之间的电性连接。而第二电极152与第二导电元件182之间则利用导线186达成电性连接。

当然，除了图1b的封装结构外，发光晶粒100也可以利用其他的封装制程来形成其他的封装结构。举例来说，表面黏贴元件(smd)封装结构或者高功率封装(powerpackage)的封装结构等等。

请参照图2a、图2b与图2c，其所绘示为现有制作于蓝宝石基板上的发光晶粒以及封装结构示意图。由如图2a所示，发光晶粒200包括：蓝宝石基板210、n型层220、发光层230、p型层240、n型电极254、p型电极252。

由于蓝宝石基板210无法导电，因此需要进行高台蚀刻制程(mesaetchingprocess)以形成一高台结构235，使得n型层220可以暴露出来。如图2a所示，高台结构235包括p型层240、发光层230与第一部分的n型层220a。再者，由于第二部分的n型层220b未被蚀刻，因此第二部分的n型层220b未被蚀刻的表面会暴露出来。

换言之，经过高台蚀刻制程之后，n型层220被区分为二个部分。第一部分的n型层220a属于高台结构235，第二部分的n型层220b则不属于高台结构235。其中，第二部分的n型层220b其截面积大于第一部分的n型层220a的截面积，因此未被高台结构235覆盖的第二部分的n型层220b表面会暴露出来。

当高台蚀刻制程之后，可形成n型电极254接触于暴露的n型层220表面以及p型电极252接触于p型层240。再者，p型电极252可以由堆叠的一透明电极与一金属电极所组成，且透明电极可以为铟锡氧化膜(ito)。

由以上的说明可知，经过高台蚀刻制程后，发光层230的截面积会小于蓝宝石基板210的截面积，而发光层230的截面积大小将影响发光元件的亮度。再者，为了不影响后续连线制程，以圆形的p型电极252以及n型电极254为例，其直径约在60～100μm之间。明显地，当发光晶粒200的截面积缩小时，发光晶粒200的出光面积会变小，使得发光晶粒200的亮度急遽下降。

如图2b所示，其为发光晶粒上视图。而沿着a1与a2的方向的剖面图即为图2a所示的发光晶粒200。

当发光晶粒通过电流而发亮时，电流由p型电极252流向n型电极254。由于发光晶粒200的n型电极254、p型电极252的结构排列不对称，因此会造成电流密度不均匀的问题而使得该晶粒200无法产生最佳的发光效率。

如图2c所示，其为发光晶粒黏着于导线架的封装结构示意图。导线架包括第一导电元件284、第二导电元件282。第一导电元件284上有一平台可承载发光晶粒200，而利用一固定胶288(例如硅胶)将发光晶粒200的蓝宝石基板210黏附于第一导电元件284的平台。再者，利用连线制程将第一导线285连接于n型电极254与第一导电元件284之间；将第二导线286连接p型电极252以及第二导电元件282之间。之后，利用不导电材料290(例如树脂或者硅胶)包覆发光晶粒200仅露出第一导电元件284以及第二导电元件282而完成封装结构。

相同地，除了图2c的封装结构外，发光晶粒200也可以利用其他的封装制程来形成其他的封装结构。举例来说，表面黏贴元件(smd)封装结构或者高功率封装(powerpackage)的封装结构等等。

由图2c可知，由于发光晶粒200的蓝宝石基板210无法导电，因此利用固定胶288将发光晶粒200的蓝宝石基板210黏附于第一导电元件284并无法完成任何电性连接。因此，需利用二次的连线制程并利用第一导线285来达成n型电极254与第一导电元件284之间的电性连接；以及利用第二导线286达成p型电极252以及第二导电元件282之间的电性连接。

技术实现要素：

本发明有关于一种发光晶粒，包括：一基板；一第一型层，包括一第一部分与一第二部分，该第二部分的该第一型层位于该基板的上方，且该第一部分的该第一型层位于该第二部分的该第一型层上方；一发光层，位于第一部分的该第一型层上方；一第二型层，位于该发光层上方；一第一型电极，接触于第二部分的该第一型层的侧边，且该第一型电极接触于该基板的侧边；以及一第二型电极，形成于该第二型层的上方；其中，该第二型层、该发光层、与该第一部分的该第一型层形成一高台结构。

本发明更提出一种发光晶粒的封装结构，包括：一第一发光晶粒，包括：一基板；一第一型层，包括一第一部分与一第二部分，该第二部分的该第一型层位于该基板的上方，且该第一部分的该第一型层位于该第二部分的该第一型层上方；一发光层，位于第一部分的该第一型层上方；一第二型层，位于该发光层上方；一第一型电极，接触于第二部分的该第一型层的侧边，且该第一型电极接触于该基板的侧边；以及一第二型电极，形成于该第二型层的上方；其中，该第二型层、该发光层、与该第一部分的该第一型层形成一高台结构；一第一导电元件，具有一平台，其中，该基板的一下表面利用一导电胶附着于该平台上，且该导电胶接触于该第一型电极，使得该第一导电元件与该第一型电极达成电性连接；一第二导电元件，其中，该第二导电元件与该第二型电极利用一第一导线达成电性连接；以及一不导电材料包覆该第一发光晶粒。

本发明更提出一种发光晶粒的制造方法，包括下列步骤：提供一晶圆，该晶圆包括：一基板，一第一型层，位于该基板上方，一发光层位于该第一型层上方，以及一第二型层位于该发光层上方；在该晶圆上定义一高台区域，并进行一高台蚀刻制程以移除该高台区域外的该第二型层、该发光层与部分的该第一型层，并暴露出该第一型层，并形成一高台结构；于该高台结构上方形成一第二型电极；利用一蚀刻制程于该些高台结构旁的区域形成至少一沟渠结构；形成一第一型电极覆盖于该至少一沟渠结构的侧边。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

附图说明

图1a与图1b所绘示为现有制作于碳化硅基板上的发光晶粒以及封装结构示意图。

图2a、图2b与图2c所绘示为现有制作于蓝宝石基板上的发光晶粒以及封装结构示意图。

图3a至图3d所绘示为本发明发光晶粒以及封装结构示意图。

图4a至图4f所绘示为本发明发光晶粒的制造流程示意图。

图5a与图5b所绘示为各种沟渠结构示意图。

图6为多颗发光晶粒的表面黏贴元件(smd)封装结构示意图。

其中，附图标记：

100、200、300、400、601、602、603：发光晶粒

110:碳化硅基板

120、220、320、420：n型层

130、230、330、430：发光层

140、240、340、440：p型层

152、154：电极

182、184、282、284、482、484：导电元件

186、285、286、486、604、605、606：导线

188、488：导电胶

190、290：不导电材料

210、310、410:蓝宝石基板

235、335：高台结构

252、352、452：p型电极

254、354、454：n型电极

288：固定胶

435：高台结构

490：不导电材料

610、620、630：导电元件

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

请参照图3a至图3d，其所绘示为本发明发光晶粒以及封装结构示意图。根据本发明的实施例，n型电极454位于发光晶粒400的侧边并接触于n型层420以及蓝宝石基板410。以下详将细说明发光晶粒400、及其封装结构以及制造方法。

如图3a所示，发光晶粒400包括：蓝宝石基板410、n型层420、n型电极454、发光层430、p型层440、p型电极452。其中，进行高台蚀刻制程后即形成高台结构435。

如图3a所示，高台结构435包括p型层440、发光层430与第一部分的n型层420a。再者，由于第二部分的n型层420b未被蚀刻，因此第二部分的n型层420b未被蚀刻的表面会暴露出来。

换言之，经过高台蚀刻制程之后，n型层420被区分为二个部分。第一部分的n型层420a属于高台结构435，而第二部分的n型层420b不属于高台结构435。其中，第二部分的n型层420b的截面积大于高台结构435的截面积，因此未被高台结构435覆盖的第二部分的n型层420b表面会暴露出来。

当高台蚀刻制程之后，形成p型电极452接触于p型层440，并形成n型电极454位于发光晶粒400的侧边并接触于n型层420以及蓝宝石基板410。

根据本发明的实施例，n型电极454接触于第二部分的n型层420b的侧边与上表面。再者，p型电极452可以由堆叠的一透明电极与一金属电极所组成，且透明电极可以为铟锡氧化膜(ito)。

基本上，氮化物系列的发光晶粒的各层结构除了图3a所示之外也可以有些微的变化。例如，于蓝宝石基板410与n型层420之间可以增加缓冲层。再者，发光层430可发出蓝光或者绿光，其可为双异质结构的发光层或者是量子井结构的发光层。再者，氮化物系列的发光晶粒400各层与电极的材料已经为大众所熟知，因此不再赘述。

根据本发明的实施例，n型电极454形成于第二部分的n型层420b的侧边与上表面。再者，由于n型电极454于后续的封装过程中并不需要进行连线制程，因此可以降低n型电极454的尺寸。换句话说，于进行高台蚀刻制程时，不需要考虑n型层420暴露出的表面需要配置直径约在60～100μm之间的区域以制作n型电极。因此，相较于现有图2a的发光晶粒200，本发明发光晶粒400的发光层430具有更大的面积并且可以有效地提高亮度。

根据本发明的实施例，n型电极454可以配置于发光晶粒400侧边的任何位置。如图3b的发光晶粒上视图所示，n型电极454配至于方形发光晶粒400的四个侧边上。而沿着c1与c2方向的剖面图即成为图3a所示的发光晶粒400。

再者，如图3c的发光晶粒上视图所示，n型电极454配置于方形发光晶粒400的四个角落上。而沿着c3与c4方向的剖面图即成为图3a所示的发光晶粒400。

再者，本发明实施例中以四个n型电极454为例来作说明，但并不限定于n型电极454的数目，在至少有一个n型电极454的情况下即可以让发光晶粒400发光。另外，在图3a的发光晶粒400中，n型电极454接触于第二部分的n型层420b的侧边与上表面以及蓝宝石基板410的侧边。当然，在此领域的技术人员也可以适度修改n型电极的结构，并设计n型电极454接触于第二部分的n型层420b的侧边以及蓝宝石基板410的侧边即可。

如图3d所示，其为本发明发光晶粒黏着于导线架的封装结构示意图。导线架包括第一导电元件484、第二导电元件482。第一导电元件484上有一平台可承载发光晶粒400，而利用导电胶488(例如银胶或者铝胶)将发光晶粒400的蓝宝石基板410黏附于第一导电元件484。再者，由于n型电极454位于发光晶粒400的侧边并延伸至蓝宝石基板410的侧边，因此导电胶488也可以达成n型电极454与第一导电元件484之间的电性连接。再者，利用连线制程将一导线486连接于p型电极452以及第二导电元件482上。之后，利用不导电材料490(例如树脂或者硅胶)包覆发光晶粒400仅露出第一导电元件484以及第二导电元件482而完成封装结构。

虽然蓝宝石基板410无法导电，由于n电极454可与导电胶488接触而电性连接至第一导电元件484。因此，本发明发光晶粒400的封装结构仅利用一次的连线制程将p型电极452电性连接至第二导电元件482即可。

相同地，除了图3d的封装结构外，发光晶粒400也可以利用其他的封装制程来形成其他的封装结构。举例来说，表面黏贴元件(smd)封装结构或者高功率封装(powerpackage)的封装结构等等。

请参照图4a至图4f，其所绘示为本发明发光晶粒的制造流程示意图。如第4a所示，提供一磊晶完成的晶圆(wafer)，该晶圆包括：一不导电的蓝宝石基板410、一n型层420位于蓝宝石基板上方、一发光层430位于n型层420上方、一p型层440位于发光层430上方。

如图4b所示，进行高台蚀刻制程。亦即，在晶圆上定义多个高台区域(masaarea)，并将高台区域以外的p型层440、发光层430与部分的n型层420移除后，暴露出部分的n型层420并形成多个高台结构435。换言之，当高台蚀刻制程完成后，即暴露出第二部分n形层420的表面。

如图4c所示，在高台结构435的p型层440上形成p型电极452。其中，p型电极452可以由堆叠的一透明电极与一金属电极所组成，且透明电极可以为铟锡氧化膜(ito)。再者，本发明并未限定p电极452形成的时机，在此领域的技术人员也可以在高台蚀刻制程之后，先形成n型电极454，再形成p型电极452。

再者，如图4d所示，本发明更利用蚀刻制程于该些高台结构435旁的区域形成多个不连续的沟渠结构(trenchstructure)460。其中，该蚀刻制程可为激光蚀刻制程，干式蚀刻制程或者湿式蚀刻制程。举例来说，利用激光蚀刻制程时，控制激光光束的能量使得激光光束无法完全切割蓝宝石基板410，并形成沟渠结构460。

如图4e所示，其为图4d的d1与d2方向的剖面图。于蚀刻制程后，即可在高台结构435之间形成多个不连续的沟渠结构460，且沟渠结构460内的侧边暴露出第二部分的n型层420b与蓝宝石基板410。

如图4f所示，形成n型电极454覆盖于沟渠结构460的侧边以及沟渠结构460外第二部份的n型层420b表面。亦即，n型电极454接触于蓝宝石基板410的侧边以及第二部分的n型层420b的侧边与上表面。当然，如果侧边的n型电极454厚度不够时，更可以选择性地利用电镀制程来增加n型电极454的厚度。

最后，研磨(polish)蓝宝石基板410的底部，使得蓝宝石基板410变薄后，再利用激光背切后，施以应力而互相分离而形成多个发光晶粒。或者，利用激光背切后，直接施以应力，使得蓝宝石基板410互相分离而形成多个发光晶粒。其中，该些发光晶粒的n型电极454位于发光晶粒的侧边。

当然，为了提高发光晶粒的亮度。更可以在分离发光晶粒之前，先于蓝宝石基板410背面形成一反射层后，再利用激光背切后，施以应力而互相分离以形成多个发光晶粒。因此，每个发光晶粒的蓝宝石基板410的下方皆具有反射层，用以反射发光层发出的光以提升发光晶粒的亮度。另外，发光层可以是分散式布拉格反射层(distributedbraggreflectinglayer，简称dbr反射层)或者是全方位反射层(omni-directionalreflectinglayer，简称odr反射层)。

当然，在形成沟渠结构的过程中，也可在高台结构435的角落处形成如图5a的多个交叉形沟渠结构460，而d3与d4方向的剖面图亦相同于图4e所示的剖面图。接着于沟渠结构460中形成n型电极454覆盖于沟渠结构460的侧边以及沟渠结构460外第二部份的n型层420b的上表面。之后，分离蓝宝石基板410而形成多个发光晶粒，其n型电极454位于发光晶粒的角落。

相同地，也可在高台结构435的四边形成如图5b的多个交叉形沟渠结构460，而d5与d6方向的剖面图亦相同于图4e所示的剖面图。接着于沟渠结构460中形成n型电极454覆盖于沟渠结构460的侧边以及沟渠结构460外第二部份的n型层420b的上表面。之后，分离蓝宝石基板410而形成多个发光晶粒，其n型电极454位于发光晶粒的周围。当然，在此领域的技术人员于制作n型电极454时，也可以不需要将沟渠结构460完全覆盖，也可以仅覆部分的盖沟渠结构460，并确认n型电极454接触到第二部分n型层420b即可。

本发明的优点是提出一种具侧边电极的发光晶粒、封装结构及其相关制造方法。当电流由p型电极452输入后，会均匀的扩散(spread)至发光晶粒n型层420，并流至的四边或者四个角落的n型电极454，使得电流可以有效的分散，使得发光层430具有较佳的发光效率。再者，由于n型电极454仅部份覆盖该发光晶粒的侧边，因此发光晶粒依旧可以由发光晶粒的侧边发射出光线，增加其出光效率。当发光晶粒的尺寸变小时，发光晶粒400仍具有较高的发光面积。

再者，虽然本发明是将n型层形成于蓝宝石基板上，将p型层形成于高台结构。在此领域的技术人员也可以将p型层与n型层对调。亦即，将p型层形成于蓝宝石基板上，将n型层形成于高台结构，而将n型电极形成于高台结构上方，将p型电极形成于发光晶粒的侧边。

由于发光晶粒400的n型电极454形成于发光晶粒的侧边。于封装该发光晶粒时，利用导电胶将发光晶粒固定于第一导电元件时将一并达成n型电极454与第一导电元件的电性连接；并且仅执行一次连线制程再将p型电极452电性连接至第二导电元件。相较于现有蓝宝石基板的发光晶粒，本发明可减少一次连线制程，降低封装成本。

再者，由于图3a的发光晶粒400仅需要进行一次连线制程即可，因此将结构相同的多颗发光晶粒封装在一起时也可以减少连线制程的次数，并降低封装结构的尺寸。

请参照图6，其所绘示为多颗发光晶粒的表面黏贴元件(smd)封装结构示意图。此封装结构中包括导电元件610、620、630、640。其中，利用导电胶将三个发光晶粒601、602、603的蓝宝石基板黏附于第一导电元件610上，达成发光晶粒601、602、603的n型电极与第一导电元件610的电性连接。

再者，利用连线制程将导线604连接于发光晶粒601的p型电极以及第二导电元件620上；将导线605连接于发光晶粒602的p型电极以及第三导电元件630上；将导线606连接于发光晶粒603的p型电极以及第四导电元件640上。之后，利用不导电材料(例如树脂或者硅胶)包覆所有发光晶粒601、602、603仅露出四个导电元件610、620、630、640而完成封装结构。

再者，图6的封装结构中同时封装3个结构相同的发光晶粒601、602、603。当然，本发明并不限定封装结构中的发光晶粒的数目。举例来说，将至少一个发光晶粒的蓝宝石基板黏附于第一导电元件610即可形成封装结构。

或者，分别将二个图3a的发光晶(例如，蓝光晶粒与绿光晶粒)粒黏附于第一导电元件610上，并将构造相异的另一个发光晶粒(例如，红光晶粒)也黏附在第一导电元件610上。接着，利用连线制程将三个晶粒再分别连接至第二导电元件620、第三导电元件630与第四导电元件640。如此，形成蓝色晶粒、绿色晶粒、红色晶粒的表面黏贴元件封装结构。

当然，除了图6的封装结构外，多个发光晶粒601、602、603也可以利用其他的封装制程来形成其他的封装结构。举例来说，晶片直接封装(cob；chiponboard)的封装结构等等。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。