发光元件及其制造方法 【技术领域】
本发明是关于一种发光元件及其制造方法。
【背景技术】
白光发光二极管通常是混合叠加不同颜色的光以形成白光。白光发光二极管一般包含两层萤光层，若将电流施加在第一萤光层上，第一萤光层会发出第一光辐射。至于第二萤光层在接收到第一光辐射后会被激发，并发出第二光辐射，并使得第一光辐射与第二光辐射之混合叠加成为白光。
图1是习知技术之白光发光元件的示意图。白光发光元件10包含一个植基于硒化锌(ZnSe)基材14之发光二极管12。传统上，发光二极管是在硒化锌基材14上运用磊晶(epitaxy)技术形成多层结构(未显示在图上)。发光二极管12及硒化锌基材14被固定于支撑框架16中。发光二极管12的电极18经由引线20连接至接触导线(contact leads)22。一层反射层24位于硒化锌基材14的下方，以将发光二极管12所发出的光线反射往观看者的眼中。一旦施加电流，发光二极管12会发出蓝光(B)，而硒化锌基材14会被蓝光激发而发出黄光(Y)。蓝光与黄光的混合叠加会使得观看者所见为白光。
然而在实务运作上，上述先前技术的生命周期很短因而不符业界的需求。造成生命周期很短的原因在于发光二极管12与硒化锌基材14的晶格大小未能匹配，导致磊晶成长过程产生许多结晶的瑕疵。因此，设计并制造生命周期足够长的白光发光元件，便成为业界一项非常重要且紧迫的课题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种生命周期足够长的发光元件及其制造方法。
本发明揭露一种发光元件，其特征在于：包含：
一个用以发出第一光辐射的发光单元，其包含数个第一连接垫；
一个底板，其包含数个第二连接垫，其中该底板在被第一光辐射所激发后，会发出第二光辐射；以及
数个导电突块，用以连接该发光单元的第一连接垫以及该底板的第二连接垫。
在制造过程中，是将发光单元地第一连接垫与底板的第二连接垫透过导电突块，利用回流制程固接在一起。发光单元在施加电流下会发出第一光辐射，底板在被第一光辐射所激发后，会发出第二光辐射。
在本发明的一个实施例中，发光单元是包含一个第一基底、一层第一包覆层、一层反应层、一层第二包覆层、一层第一欧姆接触层与一层第二欧姆接触层。其中第一连接垫是连接至第一欧姆接触层与第二欧姆接触层。
本发明更揭露一种形成发光元件的方法，其特征在于：包含：
形成一个具有数个第一连接垫的发光单元，其中该发光单元是用以发出第一光辐射；
形成一个具有数个第二连接垫的底板，其中该底板在被第一光辐射激发时会发出第二光辐射；
在发光单元的第一连接垫上或底板的第二连接垫上形成导电突块；以及
将该发光单元的第一连接垫与该底板的第二连接垫透过导电突块固接在一起。
本发明的的发光元件具有足够长的生命周期。
【附图说明】
图1是习知技术的白光发光元件的示意图。
图2A显示本发明其中一个较佳实施例所揭露的发光元件的示意图。
图2B显示本发明另外一个较佳实施例所揭露的发光元件的示意图。
图2C显示本发明另外一个较佳实施例所揭露的发光元件的示意图。
图3A是显示在本发明的一个实施例中，在一个基底上形成一个第一包覆层的剖面示意图。
图3B是显示在本发明的一个实施例中，在第一包覆层之上形成一层反应层之制程的的剖面示意图。
图3C是显示在本发明的一个实施例中，在反应层之上形成一层第二包覆层之制程的剖面示意图的剖面示意图。
图3D是显示在本发明的一个实施例中，其为在第二包覆层之上形成一层欧姆接触层之制程的剖面示意图。
图3E是显示在本发明的一个实施例中，其为在欧姆接触层之上形成一层图案护罩之制程的剖面示意图。
图3F是显示在本发明的一个实施例中，将图案护罩去除且形成第二欧姆接触层之制程的剖面示意图。
图3G是显示在本发明的一个实施例中，形成一层保护层之制程的剖面示意图。
图3H是显示在本发明的一个实施例中，在第一欧姆接触层之第一接触窗与在第二欧姆接触层之第二接触窗上分别形成连接垫之制程的剖面示意图。
图4A是显示在本发明的一个实施例中，在一个基底上形成一个萤光层之制程的剖面示意图。
图4B是显示在本发明的一个实施例中，在萤光层的表面上形成一层保护层之制程的剖面示意图。
图4C是显示在本发明的一个实施例中，在保护层的表面上形成一层连接垫之制程的剖面示意图。
图4D是显示在本发明的另一个实施例中，在基底与萤光层之间加入一层反射层之制程的剖面示意图。
图4E是显示在本发明的另一个实施例中，直接以硒化锌(ZnSe)为基材而在其上形成保护层与连接垫之制程的剖面示意图。
图5A是为本发明的一个实施例中，在发光单元之连接垫上形成导电突块之制程的剖面示意图。
图5B为本发明的一个实施例中，将发光单元与底板固接之制程的剖面示意图。
图5C为本发明的一个实施例中，形成发光元件之制程的流程图。
【具体实施方式】
图2A显示本发明其中一个较佳实施例所揭露的发光元件的示意图。所述发光元件包含一个发光单元(light-emitting unit)100，其透过导电突块(conductive bumps)118固定在一个底板(base substrate)200上。其中发光单元100是用以发射第一光辐射(first light radiation)，底板200则是在被第一光辐射激发时，发射出第二光辐射。第一光辐射与第二光辐射的混合叠加在观看者的眼中会呈现特定的颜色。在本说明书中是以发光二极管(light-emitting diode)做为发光单元的最佳范例，但必须强调的是，本发明的技术特征是可使用于任何结构的发光源。
发光单元100包含一个发光区域122与一个毗连区域124。在发光区域122中，发光单元100包含一个基底102、一层第一包覆层(first cladding layer)104、一层反应层(active layer)106、一层第二包覆层108、以及一层第一欧姆接触层(first ohmic contact layer)110。此外在毗连区域124中，第一包覆层104的一部分被一层第二欧姆接触层112所覆盖。此外，一层保护层114覆盖发光单元100的一部分，并分别在第一欧姆接触层110与第二欧姆接触层112之处裸露出接触垫区域(connecting pad areas)110a、112a。连接垫116则分别与第一欧姆接触层110及第二欧姆接触层112的接触垫区域110a、112a相连接。
底板200是一堆栈结构，其包含一个基底202、一层萤光层(luminescentlayer)204、一层保护层206、以及连接垫208。前揭导电突块118则用以连接发光单元100的连接垫116与底板200的连接垫208。一旦在底板200的连接垫208之间施加电流，发光单元100会发出第一光辐射。在本发明的一个较佳实施例中，第一光辐射是包含蓝光的波长范围。在被第一光辐射激发之下，底板200的萤光层204发出第二光辐射，其波长有别于第一光辐射。在本发明的一个较佳实施例中，第二光辐射是包含黄光的波长范围。藉由第一光辐射与第二光辐射之混合叠加，发光元件在观看者的眼中会发出特定颜色的光线一白光。
上述技术特征可使用于许多不同的实施例。例如在图2B所揭露的发光元件的实施例中，底板200的基底202与萤光层204之间可增置一层反射层210，用以将光线反射至观看者。另外在图2C所揭露的发光元件的实施例中，可以将基底202省略。除此之外，本发明的技术特征还可使用于诸多不同的实施例。
接下来请一并参照图3A至图3H，其为本发明的一个实施例中形成发光单元300的制程的剖面示意图。首先图3A是显示在一个基底302上形成一层第一包覆层304的剖面示意图。其中基底302是由透明材料所构成，例如蓝宝石(sapphire)、碳化硅(SiC)或其它类似材料。第一包覆层304是由第三族元素的氮化物所构成，例如AlN、氮化镓(GaN)、InN、AlGaN、InAlGaN、或其它类似材料。在本发明的一个较佳实施例中，第一包覆层304是利用有机金属气相磊晶制程(metal organic vapor phase epitaxy process)所形成，在制程中是使用氢气或氮气做为载体气体(carrier gas)来混合下列气体：trimethylgallium(Ga(CH3)3，″TMG″)、trimethylaluminum(Al(CH3)3，″TMA″)、trimethylindium(In(CH3)3，″TMI″)、silane(SiH4)、以及cyclopentadienylmagnesium(Mg(C5H5)2)。第一包覆层304并掺杂N型杂质，例如硫(sulfur，S)、硒(selenium，Se)、鍗(tellurium，Te)等等。
接下来请参见图3B，其为在第一包覆层304之上形成一层反应层(activelayer)306之制程的剖面示意图。反应层306可以是一个单井结构(single wellstructure)，亦可以是多层量子井结构(multi-quantum well structure)。其中所述多层量子井结构是由井层(well layer)与阻障层(barrier layer)相互交叠的结构，其中至少包含一层由第三族元素的氮化物所形成的化合物半导体。
接下来请参见图3C，其为在反应层306之上形成一层第二包覆层308之制程的剖面示意图。第二包覆层308是选自下列的第三族元素的氮化物：AlN、氮化镓(GaN)、InN、AlGaN、InAlGaN、以及其它类似材料，其所掺杂的半导体类型(亦即N型或P型)是与第一包覆层304相反。因此，假使第一包覆层304是N型掺杂，则第二包覆层308为P型掺杂。
接下来请参见图3D，其为在第二包覆层308之上形成一层第一欧姆接触层310之制程的剖面示意图。第一欧姆接触层310是可选自下列金属合金：Ni/Au、Ni/Pt、Ni/Pd、Ni/Co、Pd/Au、Pt/Au、Ti/Au、Cr/Au、Sn/Au、Ta/Au、TiN、TiWNx、WSix、以及其它类似材料。此外，第一欧姆接触层310亦可使用透明的导电氧化物，其可选自下列材料：铟锡氧化物(indium tin oxide)、镉锡氧化物(cadmium tin oxide)、ZnO:Al、ZnGa2O4、SnO2:Sb、Ga2O3:Sn、AgInO2:Sn、In2O3:Zn、NiO、MnO、FeO、Fe2O3、CoO、CrO、Cr2O3、CrO2、CuO、SnO、Ag2O、CuAlO2、SrCu2O2、LaMnO3、PdO、以及其它类似材料。
接下来请参见图3E，其为在第一欧姆接触层310之上形成一层图案护罩(pattern mask)370之制程的剖面示意图。在本发明的一个实施例中，图案护罩370是一层光阻(photoresist)的图案，利用习知的微影制程(photolithography process)所形成。后续利用图案护罩370做为保护罩，藉由蚀刻制程(etching process)定义出一个发光区域382与一个毗连区域384，其中发光区域382是位于图案护罩370下方的区域，而毗连区域384则是相邻于发光区域382，且裸露出部分的第一包覆层304的区域。
接下来请参见图3F，其为将图案护罩370去除且形成第二欧姆接触层312之制程的剖面示意图。第二欧姆接触层312是形成于毗连区域384中，裸露的第一包覆层304的上方。第二欧姆接触层312的材料是选自下列金属合金：Ti/Al、Ti/Al/Ti/Au、Ti/Al/Pt/Au、Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Pd/Au、Ti/Al/Cr/Au、Ti/Al/Co/Au、Cr/Al/Cr/Au、Cr/Al/Pt/Au、Cr/Al/Pd/Au、Cr/Al/Ti/Au、Cr/Al/Co/Au、Cr/Al/Ni/Au、Pd/Al/Ti/Au、Pd/Al/Pt/Au、Pd/Al/Ni/Au、Pd/Al/Pd/Au、Pd/Al/Cr/Au、Pd/Al/Co/Au、Nd/Al/Pt/Au、Nd/Al/Ti/Au、Nd/Al/Ni/Au、Nd/Al/Cr/Au、Nd/Al/Co/A、Hf/Al/Ti/Au、Hf/Al/Pt/Au、Hf/Al/Ni/Au、Hf/Al/Pd/Au、Hf/Al/Cr/Au、Hf/Al/Co/Au、Zr/Al/Ti/Au、Zr/Al/Pt/Au、Zr/Al/Ni/Au、Zr/Al/Pd/Au，Zr/Al/Cr/Au，Zr/Al/Co/Au、TiNx/Ti/Au、TiNx/Pt/Au、TiNx/Ni/Au、TiNx/Pd/Au、TiNx/Cr/Au、TiNx/Co/AuTiWNx/Ti/Au、TiWNx/Pt/Au、TiWNx/Ni/Au、TiWNx/Pd/Au、TiWNx/Cr/Au、TiWNx/Co/Au、NiAl/Pt/Au、NiAl/Cr/Au、NiAl/Ni/Au、NiAl/Ti/Au、Ti/NiAl/Pt/Au、Ti/NiAl/Ti/Au、Ti/NiAl/Ni/Au、Ti/NiAl/Cr/Au、以及其它类似材料。
接下来请参见图3G，其为形成一层保护层314之制程的剖面示意图。保护层314的形成是先沉积一层介电材质例如二氧化硅，再利用微影及蚀刻技术在第一欧姆接触层310与第二欧姆接触层312上分别开启第一接触窗310a与第二接触窗312a。
接下来请参见图3H，其为在第一欧姆接触层310的第一接触窗310a与在第二欧姆接触层312的第二接触窗312a上分别形成连接垫316之制程的剖面示意图。连接垫316是由金属或金属合金等导电材料所构成。
接下来请一并参照图4A至图4E，其为本发明的一个实施例中形成底板之制程的剖面示意图。首先请参见图4A，其为在一个基底402上形成一层萤光层404之制程的剖面示意图。基底402是由硅所构成。在本发明的一个实施例中，萤光层404是以同质磊晶法所形成，以硒化锌(ZnSe)为基材，再掺杂碘(iodine)、氯(chlorine)、溴(bromine)、铟(indium)或类似材料以形成N型半导体。
在本发明的另一个实施例中，萤光层404的形成亦可先将磷光体粉末与Benzocyclobutene(BCB)相混合，再将该混合物以液体型态旋转涂布至所述基底402上，再实施一道加热制程将其固化。
接下来请参见图4B，其为在萤光层404的表面上形成一层保护层406之制程的剖面示意图。保护层406是由二氧化硅等介电材料所构成。
接下来请参见图4C，其为在保护层406的表面上形成一层连接垫408之制程的剖面示意图。连接垫408的制程是先形成一层导电材料，再利用微影及蚀刻技术形成之。
接下来请参见图4D，其为在本发明的另一实施例中，在基底402与萤光层404之间加入一层反射层410之制程的剖面示意图。反射层410是为金属材料或介电材料。
接下来请参见图4E，其为在本发明的另一实施例中，直接以硒化锌(ZnSe)为基材420而在其上形成保护层406与连接垫408的制程的剖面示意图。
图5A与图5B是为本发明的一个实施例中，将发光单元与底板固接之制程的剖面示意图。其中图5A是为本发明的一个实施例中，在发光单元300的连接垫316上形成导电突块518的制程的剖面示意图。在本发明的一个实施例中，导电突块518是由焊锡(solder material)所构成。
接下来请参见图5B，其为本发明的一个实施例中，将发光单元与底板固接之制程的剖面示意图。在固接的制程中，是将发光单元300的导电突块518与底板400的连接垫408相接触，并执行一道回流制程(reflow process)以将发光单元300与底板400固接在一起。
接下来请参见图5C，其为本发明的一个实施例中形成发光元件的制程的流程图。首先形成一个具有多个第一连接垫的发光单元(步骤502)，再形成一个具有多个第二连接垫的底板(步骤504)。之后在发光单元的第一连接垫上或底板的第二连接垫上形成导电突块(步骤506)，再将发光单元的第一连接垫与底板的第二连接垫透过导电突块组装在一起(步骤508)。最后执行一道回流制程以将所述发光单元与底板固接在一起(步骤510)，所述发光元件于焉完成。
虽然本发明是已参照较佳实施例来加以描述，但本发明并不受限于上述的详细描述内容。