專利名稱：發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光元件，利用半導(dǎo)體工藝技術(shù)將具導(dǎo)電性的隧穿栓塞形成于此發(fā)光元件中，并通過(guò)此隧穿栓塞將電流導(dǎo)入此發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
固態(tài)發(fā)光元件的應(yīng)用性逐漸提高，對(duì)于制造成本的要求也漸受重視。目前常見的發(fā)光元件制造流程，主要是先在前段工藝形成具外延結(jié)構(gòu)的發(fā)光單元，接著在后段工藝以引線(wire bond)或倒裝的方式將此發(fā)光單元與電源或其他元件連接。然而，由于發(fā)光單元的第一電極與第二電極分別位于不同的高度，在引線(wire bond)或倒裝的過(guò)程中，此高低差往往會(huì)成為影響工藝良率的一個(gè)主要因素。而在將不同高度的發(fā)光元件連接成整合裝置時(shí)，此高度的差異更是金屬導(dǎo)線跨接時(shí)的一大挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是關(guān)于發(fā)光元件，其包含載板及發(fā)光單元位于此載板上。此發(fā)光單元包含至少一隧穿栓塞(Through Substrate Via,TSV)穿透此發(fā)光單元。此隧穿栓塞為導(dǎo)體， 貫穿發(fā)光單元的外延層與發(fā)光單元所在的載板并延伸至載板的第二表面，再透過(guò)發(fā)光單元的第一電極與第二電極與此發(fā)光單元電性連接。所述載板的第二表面可進(jìn)一步具有多個(gè)連接墊與所對(duì)應(yīng)的隧穿栓塞電性連接。此連接墊可與外部電源相連，并將電流經(jīng)由隧穿栓塞傳遞至發(fā)光單元中。如此發(fā)光單元的第一電極與第二電極之間的高低差不會(huì)對(duì)導(dǎo)線連接造成影響。而透過(guò)隧穿栓塞與連接墊，可以將多個(gè)位于同一載板上相同或相異的發(fā)光單元連接形成電路。


圖1顯示為本發(fā)明實(shí)施例；圖2為本發(fā)明實(shí)施例各部高度標(biāo)示圖；圖3(a) (h)顯示為本發(fā)明實(shí)施例的制造流程；圖4顯示為本發(fā)明的實(shí)施例；圖5顯示為本發(fā)明的實(shí)施例；圖6顯示為本發(fā)明的又一實(shí)施例；附圖標(biāo)記說(shuō)明100:載板;105:連接墊；106:波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層；200 發(fā)光單元；201 第一半導(dǎo)體層；202:第二半導(dǎo)體層；
203:發(fā)光層；204:第一電極；205:第二電極；301 第一隧穿栓塞；302:第二隧穿栓塞；
具體實(shí)施例方式圖1中所示為本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)光元件10，包含載板100，具有第一表面101與第二表面102 ；發(fā)光單元200，位于載板100的第一表面101，具有第二半導(dǎo)體層202，發(fā)光層 203位于第二半導(dǎo)體層202上與第一半導(dǎo)體層201位于發(fā)光層203上。發(fā)光單元200與載板 100之間可選擇性地加入反射層(圖未示)，當(dāng)發(fā)光層203射出光線時(shí)，射出方向朝載板100 的第一表面101的光線可以被反射層反射至所欲導(dǎo)出的出光方向。發(fā)光單元200又包含形成于第一半導(dǎo)體層201上的第一電極204、形成于第二半導(dǎo)體層202上的第二電極205、及第一隧穿栓塞301與第二隧穿栓塞302，其中第一隧穿栓塞301與第一電極204電性連接， 并自第一電極204穿透發(fā)光單元200的第一半導(dǎo)體層201、發(fā)光層203、第二半導(dǎo)體層202 與載板100并延伸至載板100的第二表面102 ；第二隧穿栓塞302與第二電極205電性連接并自第二電極205穿透發(fā)光單元200的第二半導(dǎo)體層202與載板100并延伸至載板100 的第二表面102。第一隧穿栓塞301的組成可為復(fù)合結(jié)構(gòu)，包含導(dǎo)電層300b與圍繞在導(dǎo)電層300b外側(cè)的絕緣層300a。第二隧穿栓塞302的組成可為復(fù)合結(jié)構(gòu)，包含導(dǎo)電層300b與圍繞在導(dǎo)電層300b外側(cè)的絕緣層300a。當(dāng)有電流通過(guò)導(dǎo)電層300b時(shí)，絕緣層300a可降低或消除此電流對(duì)發(fā)光單元200的電性干擾。載板100可為發(fā)光單元200外延時(shí)的生長(zhǎng)基板；或作為發(fā)光單元200依不同需求而須置換基板時(shí)的轉(zhuǎn)移基板，可透過(guò)接合層(bonding layer)將發(fā)光單元200固定在載板100上。圖2進(jìn)一步詳細(xì)敘述上述實(shí)施例，其中載板100的高度為S，第一半導(dǎo)體層201的高度為Tl，發(fā)光層203的高度為T2，第二半導(dǎo)體層202的高度為T3，第一隧穿栓塞301的高度為VI，第二隧穿栓塞302的高度為V2。其中，Vl彡S+T1+T2+T3且V2彡S+T3。圖3(a)_(h)描述本發(fā)明另一實(shí)施例的制造方法。首先如圖3(a)所示，在生長(zhǎng)基板IOOa上形成外延層200a，包含第一第一半導(dǎo)體層201，發(fā)光層203位于第一半導(dǎo)體層201 上與第二半導(dǎo)體層202位于發(fā)光層203上。另外，在載板100的第一表面101上方形成反射層103以及接合層(bonding layer) 104。圖3 (b)所示將外延層200a的第二半導(dǎo)體層 202與接合層104相接，并將外延層200a固定在載板100上，再如圖3(c)所示將生長(zhǎng)基板 IOOa移除。接著如圖3(d)所示透過(guò)光刻(Photolithography)與蝕刻(Etch)的技術(shù)，將外延結(jié)構(gòu)200a切割，并形成多個(gè)發(fā)光單元200。如圖3(e)所示，在每個(gè)發(fā)光單元200的第一半導(dǎo)體層201與露出的第二半導(dǎo)體層202的部分區(qū)域分別形成第一電極204與第二電極 205。接著如圖3(f)所示，自載板100的第二表面102形成多個(gè)第一隧穿孔31與多個(gè)第二隧穿孔32，使發(fā)光單元200有第一隧穿孔31自第一電極204穿透第一半導(dǎo)體層201、發(fā)光層203、第二半導(dǎo)體層202與載板100并延伸至載板100的第二表面102，以及第二隧穿孔 32自第二電極205穿透第二半導(dǎo)體層202與載板100并延伸至載板100的第二表面102。 再如圖3(g)所示，以薄膜技術(shù)先將具絕緣性質(zhì)的介電層300a填入第一隧穿孔31與第二隧穿孔32的部分空間，接著將具導(dǎo)電性的金屬、金屬化合物或其組合填入第一隧穿孔31與第二隧穿孔32中形成導(dǎo)電層300b，使導(dǎo)電層300b的外側(cè)為介電層300a所圍繞，如此則完成第一隧穿栓塞301與第二隧穿栓塞302。為增加第一隧穿栓塞、第二隧穿栓塞與第一電極、 第二電極的導(dǎo)電性，在填入導(dǎo)電層300b之前，可以預(yù)蝕刻(pre-etch)的步驟將第一隧穿栓塞、第二隧穿栓塞與第一電極、第二電極的接觸面上的介電層300a予以清除。于完成第一隧穿栓塞與第二隧穿栓塞后，可以如圖3(h)所示在載板100的第二表面102以薄膜、光刻與蝕刻技術(shù)形成多個(gè)連接墊105，此多個(gè)連接墊105可與第一隧穿栓塞 301、第二隧穿栓塞302電性連接。外部電源透過(guò)連接墊105將電流經(jīng)由第一隧穿栓塞301 與第二隧穿栓塞302傳遞至發(fā)光單元200中。另外，如圖3(h)所示，亦可將發(fā)光單元200 的第一電極204透過(guò)第一隧穿栓塞301經(jīng)由連接墊105與相鄰的發(fā)光單元200的第二隧穿栓塞302相連，再由此第二隧穿栓塞302與其第二電極205相連，如此將彼此相鄰的發(fā)光單元200電性連接，可形成包含多個(gè)發(fā)光單元200的串聯(lián)電路。于本實(shí)施例中，由于發(fā)光單元 200的第一電極204與第二電極205之間具有至少0. 5 μ m的高低差，若將多個(gè)發(fā)光單元200 之間的電性連接路徑以傳統(tǒng)引線(wire bond)的方式將導(dǎo)線直接接于發(fā)光單元200的第一電極204與其相鄰的另一發(fā)光單元200的第二電極205，此至少0. 5 μ m的高低差會(huì)造成引線工藝的困難度或造成導(dǎo)線脫落。這種現(xiàn)象在例如AlfeInP的發(fā)光單元200，因其所形成的外延層較厚，所以第一電極204與第二電極205之間的高低差會(huì)超過(guò)10 μ m，此高低差對(duì)引線工藝的良率影響極大。本發(fā)明透過(guò)第一隧穿栓塞、第二隧穿栓塞與連接墊105將第一表面101上的多個(gè)發(fā)光單元200形成串聯(lián)或并聯(lián)電路，可以避免相鄰發(fā)光單元200的第一電極204與第二電極205之間高低差所帶來(lái)的影響，良率可較引線工藝提升20%以上。圖4描述發(fā)光裝置30包含載板100，載板100第一表面101上有多個(gè)第一發(fā)光單元200a與多個(gè)第二發(fā)光單元200b。于本實(shí)施例中，第一發(fā)光單元200a與多個(gè)第二發(fā)光單元200b彼此交錯(cuò)排列于載板100的第一表面101，即每一第一發(fā)光單元200a與第二發(fā)光單元200b彼此相鄰。但本發(fā)明所披露的內(nèi)容不限于此，也可將第一發(fā)光單元200a與第二發(fā)光單元200b依需要做不同的排列，例如，每一個(gè)第一發(fā)光單元200a可與第二發(fā)光單元200b 或另一第一發(fā)光單元200a相鄰。另外，要在此特別提出的是，本發(fā)明所披露的內(nèi)容并不只限于兩種彼此相異的發(fā)光單元，也可包含兩種以上相異的發(fā)光單元。相異的發(fā)光單元可先在不同的生長(zhǎng)基板上形成，再透過(guò)臨時(shí)基板轉(zhuǎn)移到載板100 的第一表面101上，載板100上可具有接合層104使轉(zhuǎn)移的各發(fā)光單元固定在載板100的第一表面101上。上述的臨時(shí)基板可以具延展性的材料制作，因此，可通過(guò)拉伸或收縮來(lái)調(diào)整位于臨時(shí)基板上的各發(fā)光單元的間距。載板100的第一表面101與接合層104之間也可形成反射層以增加發(fā)光單元的出光效率。在本實(shí)施例中，第一發(fā)光單元200a與第二發(fā)光單元200b可分別具有不同材料的半導(dǎo)體層及發(fā)光層。例如，第一發(fā)光單元200a的第一半導(dǎo)體層201、發(fā)光層203與第二半導(dǎo)體層202的主要組成材料為InGaN，此第一發(fā)光單元200a可為發(fā)藍(lán)光、綠光、紅光、或紫外光的發(fā)光二極管。第二發(fā)光單元200b的第一半導(dǎo)體層201、發(fā)光層203與第二半導(dǎo)體層 202的主要組成材料為AlGalnAs、AlGaInP或InGaAs，此第二發(fā)光單元200b可為發(fā)綠光或紅光的發(fā)光二極管。其中第一發(fā)光單元200a與第二發(fā)光單元200b其自第一電極204至載板100第一表面101之間的距離分別為kl與k2，且|k2-kl|乒0。發(fā)光裝置30可進(jìn)一步包含多個(gè)連接墊105位于載板100的第二表面102上。相鄰的發(fā)光單元200a與200b透過(guò)連接墊105連接第一隧穿栓塞301與第二隧穿栓塞302后彼此電性連接。透過(guò)此多個(gè)連接墊105可將在載板100第一表面101上的多個(gè)第一發(fā)光單元200a與多個(gè)第二發(fā)光單元 200b形成串聯(lián)或并聯(lián)的電路。又由于連接墊105位于載板100的第二表面102，此第二表面102為平坦的表面，不受第一表面101上彼此相鄰的第一發(fā)光單元200a與第二發(fā)光單元 200b其第一電極204至載板100第一表面101距離kl與k2不同的影響。圖5所示為發(fā)光裝置40的俯視圖，其中100為載板，具有第一表面101。多個(gè)第一發(fā)光單元200a、多個(gè)第二發(fā)光單元200b以陣列的形式任意分布在載板100的第一表面 101。多個(gè)連接墊105 (以虛線表示)位于載板100下方的第二表面，多個(gè)連接墊105將多個(gè)第一發(fā)光單元200a與多個(gè)第二發(fā)光單元200b透過(guò)多個(gè)第一隧穿栓塞與第二隧穿栓塞電性連接(圖未示)。此發(fā)光裝置40又具有兩端點(diǎn)41與42可與外部電源電性連接。另外， 在此特別提出的是，前述各發(fā)光單元其第一電極至載板第一表面的距離并不只限于兩種距離，換言之，發(fā)光裝置也可包含兩種以上第一電極至載板第一表面距離彼此相異的發(fā)光單兀。本發(fā)明的實(shí)施例如圖6所示，發(fā)光裝置50所包含的載板100上具有的多個(gè)第一發(fā)光單元200a與多個(gè)第二發(fā)光單元200b。第一發(fā)光單元200a發(fā)出波長(zhǎng)范圍大約介于440 480nm的藍(lán)光，第二發(fā)光單元200b發(fā)出波長(zhǎng)范圍大約介于600 650nm的紅光。在第一發(fā)光單元200a與第二發(fā)光單元200b的表面又形成波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106包含至少一種材料選自于藍(lán)色熒光粉、黃色熒光粉、綠色熒光粉、紅色熒光粉、硒化鋅、硒化鎘鋅、 III族磷化物、III族砷化物、以及III族氮化物所組成的材料群組。所述的藍(lán)色熒光粉是指能將入射至熒光粉的光線轉(zhuǎn)換為藍(lán)光的熒光粉；其他諸如黃色熒光粉、綠色熒光粉、及紅色熒光粉亦具有類似的意義。各熒光粉材料及其組成為屬該領(lǐng)域的已知技術(shù)，不在此贅述。 本實(shí)施例的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106的材料為綠色熒光粉。當(dāng)外部電源接于此發(fā)光裝置30并透過(guò)第二表面102上的多個(gè)連接墊105進(jìn)入第一發(fā)光單元200a與第二發(fā)光單元200b時(shí)，第一發(fā)光單元200a先發(fā)出波長(zhǎng)范圍大約介于440 480nm的藍(lán)光，接著再經(jīng)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106發(fā)出白光；第二發(fā)光單元200b先發(fā)出波長(zhǎng)范圍大約介于600 650nm的紅光，而由于此波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106不會(huì)吸收波長(zhǎng)范圍介于600 650nm的光線，因此此紅光會(huì)穿過(guò)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106 并與第一發(fā)光單元200a經(jīng)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106轉(zhuǎn)換而成的白光混合。本發(fā)明所列舉的各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明，并非用以限制本發(fā)明的范圍。任何人對(duì)本發(fā)明所作的任何顯而易知的修飾或變更皆不脫離本發(fā)明的精神與范圍。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光元件，包含載板，具有第一表面與第二表面；以及發(fā)光單元，位于該載板的第一表面，其中該發(fā)光單元包含第一半導(dǎo)體層、第一電極、發(fā)光層、第二半導(dǎo)體層、第二電極、第一隧穿栓塞與第二隧穿栓塞，其中該第一隧穿栓塞電性連接該發(fā)光單元的第一電極，并自該第一電極穿過(guò)該第一半導(dǎo)體層、該發(fā)光層、該第二半導(dǎo)體層與載板延伸至該載板的第二表面，該第二隧穿栓塞電性連接該發(fā)光單元的第二電極，并自該第二電極穿過(guò)該第二半導(dǎo)體層與載板延伸至該載板的第二表面。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，又包含第一連接墊，位于該載板的第二表面，其中該第一連接墊電性連接該第一隧穿栓塞；以及第二連接墊，位于該載板的第二表面，其中該第二連接墊電性連接該第二隧穿栓塞。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中該載板的高度為S，該第一半導(dǎo)體層的高度為 Tl，該發(fā)光層的高度為T2，該第二半導(dǎo)體層的高度為T3，該第一隧穿栓塞的長(zhǎng)度為VI，且 Vl彡S+T1+T2+T3 ；和/或該第二隧穿栓塞的長(zhǎng)度為V2，且V2 ^ S+T3。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中該載板為發(fā)光單元外延時(shí)的生長(zhǎng)基板。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中該第一隧穿栓塞和/或該第二隧穿栓塞包含導(dǎo)體與絕緣層，其中該絕緣層圍繞該導(dǎo)體。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中該發(fā)光單元還包含反射層與電流分散層。
7.一種發(fā)光元件，包含載板，具有第一表面與第二表面；多個(gè)發(fā)光單元，位于該載板的第一表面，其中任一該多個(gè)發(fā)光單元包含第一半導(dǎo)體層、第一電極、發(fā)光層、第二半導(dǎo)體層與第二電極，其中該發(fā)光層位于該第一半導(dǎo)體層與該第二半導(dǎo)體層之間，且該第一電極位于該第一半導(dǎo)體層上；多個(gè)第一隧穿栓塞，其中任一該多個(gè)第一隧穿栓塞電性連接該發(fā)光單元的該第一電極，并自該第一電極穿過(guò)該第一半導(dǎo)體層、該發(fā)光層、該第二半導(dǎo)體層與該載板而延伸至該載板的第二表面；多個(gè)第二隧穿栓塞，其中任一該多個(gè)第二隧穿栓塞電性連接該發(fā)光單元的該第二電極，并自該第二電極穿過(guò)該第二半導(dǎo)體層與該載板而延伸至該載板的第二表面；以及多個(gè)連接墊，位于該載板的該第二表面，其中任一該多個(gè)連接墊透過(guò)該第一隧穿栓塞與該第二隧穿栓塞電性連結(jié)相鄰的發(fā)光單元。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光裝置，其中該多個(gè)發(fā)光單元至少其一自該第一電極至該載板的第一表面的距離與其它發(fā)光單元相異。
9.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光裝置，其中該第一隧穿栓塞和/或該第二隧穿栓塞包含導(dǎo)體與絕緣層，其中該絕緣層圍繞該導(dǎo)體。
10.一種發(fā)光元件，包含載板，具有第一表面與第二表面；多個(gè)發(fā)光單元，位于該載板的第一表面，其中任一該多個(gè)發(fā)光單元包含第一半導(dǎo)體層、第一電極、發(fā)光層、第二半導(dǎo)體層與第二電極，其中該發(fā)光層位于該第一半導(dǎo)體層與該第二半導(dǎo)體層之間，且該第一電極位于該第一半導(dǎo)體層上；多個(gè)第一隧穿栓塞，其中任一該多個(gè)第一隧穿栓塞電性連接該發(fā)光單元的該第一電極，并自該第一電極穿過(guò)該第一半導(dǎo)體層、該發(fā)光層、該第二半導(dǎo)體層與該載板而延伸至該載板的第二表面；多個(gè)第二隧穿栓塞，其中任一該多個(gè)第二隧穿栓塞電性連接該發(fā)光單元的該第二電極，并自該第二電極穿過(guò)該第二半導(dǎo)體層與該載板而延伸至該載板的第二表面；多個(gè)連接墊，位于該載板的該第二表面，其中任一該多個(gè)連接墊透過(guò)該第一隧穿栓塞與該第二隧穿栓塞電性連結(jié)相鄰的發(fā)光單元；以及波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層，位于該多個(gè)發(fā)光單元的表面。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)光元件，該發(fā)光元件包含載板及發(fā)光單元位于此載板上。此載板具有第一表面與第二表面。發(fā)光單元位于載板的第一表面上且具有第一半導(dǎo)體層，第一電極，發(fā)光層，第二半導(dǎo)體層，第二電極以及至少一隧穿栓塞。隧穿栓塞貫穿發(fā)光單元并與第一電極或第二電極電性連接。更進(jìn)一步地，此發(fā)光元件并可通過(guò)隧穿栓塞與位于載板第二表面的連接墊與外部電源或其他發(fā)光元件形成電路。
文檔編號(hào)H01L33/62GK102376864SQ20101025047
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月10日
發(fā)明者劉欣茂, 李宗憲, 洪盟淵, 謝明勛, 韓政男 申請(qǐng)人:晶元光電股份有限公司