专利名称：晶片发光结构及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种发光结构，尤其涉及一种具有一抗形变层的晶片发光结构。
背景技术：
发光二极管(Light-emitting Diode; LED)为一种固态半导体元件，其 至少包含一p-n结(p-n junction),此p-n结形成于p型与n型半导体层之间。 当于p-n结上施加一定程度的偏压时，p型半导体层中的空穴与n型半导体 层中的电子会结合而释放出光。此光产生的区域一般又称为发光区 (light-emitting region )。
LED的主要特征在于尺寸小、发光效率高、寿命长、反应快速、可靠度 高和色度良好，目前已经广泛使用在电器、汽车、招牌和交通号志上。随着 全彩LED的问世，LED已逐渐取代传统的照明设备，如荧光灯和白热灯泡。
液晶显示器(Liquid Crystal Display; LCD)已被广泛地使用于各项电子 产品，如桌上型或笔记型电脑、移动式电话、车用导航系统和电视等荧幕。 一般的设计里，LCD的光源是由背光模块(Back Light Unit; BLU)提供，LED 则为BLU的主要光源之一。当显示器的尺寸朝向薄型化的趋势发展，对于 LED厚度的要求也走向愈薄愈好。
发明内容
本发明提供一种晶片发光结构，包含一支持基板； 一抗形变层，位于支 持基板之上； 一粘结层，位于抗形变层之上；及一发光叠层，位于粘结层之 上，其中抗形变层可减少或消除支持基板被薄化所产生的变形。
本发明提供一种制造晶片发光结构的方法，包含提供一支持基板；形成 一抗形变层于支持基板之上；形成一发光叠层于一成长基板之上；形成一反 射层于发光叠层之上；通过一粘结层接合反射层与抗形变层；移除成长基板； 形成一保护层于发光叠层之上，再进行薄化支持基板。其中还可在粘结层及发光叠层之间形成一反射层，或在发光叠层与支持基板之上形成一保护层。
图1A为显示本发明 一 实施例的晶片发光结构的剖面图。
图1B~1 C为显示本发明 一实施例的晶片发光结构的变形剖面图。
图1D 1E为显示本发明 一 实施例的晶片发光结构的剖面图。
图2A 2B为显示本发明另一实施例的晶片发光结构的剖面图。
图3为示意图，显示利用切割本发明实施例的晶片发光结构而产生的棵
芯所组成的 一 光源产生装置的示意图。
图4为示意图，显示利用切割本发明实施例的晶片发光结构而产生的棵
芯所组成的一背光模块的示意图。
图5为显示本发明的晶片发光结构制造方法的流程图。
附图标记说明
支持基板10, 20
交界处16
上表面几何中心点17
下表面几何中心点18
抗形变层11,21
粘结层12， 22
发光叠层13,23
反射层14, 24
保护层15,25
第一束缚层131,231
发光层132， 232
第二束缚层133,233光源产生装置3
光源31
电源供应系统32
控制元件33
背光模块4光学元件 41
厚度 h
形变高度 d
第一垫片 a
第二垫片 b
具体实施例方式
图1A所示为一晶片发光结构的部分示意图。晶片发光结构1包含一支 持基板10; —抗形变层ll，位于支持基板10之上； 一粘结层12,位于抗形 变层ll之上； 一发光叠层13,位于粘结层12之上。其中，抗形变层ll可 以减少或消除支持基板IO被薄化所产生的变形。
支持基板IO在发光叠层13的成长基板移除后用以承载发光叠层13，其 材料依产品设计、特性或要求可包含但不限于金属、电绝缘材料、复合材料、 金属基复合材料(Metal Matrix Composite; MMC)、陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composite; CMC)、硅(Si)、磷化碘(IP)、硒化锌(ZnSe)、氮化铝(AIN)、 砷化镓(GaAs)、碳化硅(SiC)、磷化镓(GaP)、石粦砷化镓(GaAsP)、蓝宝石 (Sapphire )、硒化锌(ZnSe)、氧化锌(ZnO)、磷化铟(InP)、镓酸锂(LiGa02)、 铝酸锂(LiA102)或此等材料的组合。其被薄化后的厚度大致上小于约70微 米，优选地小于约40微米，更佳地小于约20微米。薄化是指使厚度减少， 例如在支持基板IO相对且远离发光叠层13的表面，通过研磨方式使支持基 板10从一般的厚度300微米减少至厚度约40孩￡米。
抗形变层11具有一消抗应力，使得支持基板10经薄化后，晶片发光结 构l整体的应力数值降低，以减少或消除变形。消抗应力的产生是由于抗形 变层11的微观结构或分子的沉积缺陷而导致，例如支持基板10与抗形变层 U的晶格形状不同，导致分子键结时形成晶格错位，因而产生消抗应力。此 外，在抗形变层11沉积的过程中，分子之间的堆叠会形成孔洞，造成分子 排列错位，也会产生消抗应力。图1B所示，支持基板10以蓝宝石为例，一 般厚度大约为300微米。然而为了特定目的，例如散热，支持基板10会被 薄化，薄化后的支持基板10会产生一应力，例如为一张应力，使得支持基 板10变形翘曲成一凹状，产生一形变高度d。已知晶片发光结构不包含抗形 变层11时，所产生的形变高度d较大，例如约为晶片发光结构的一厚度h的200倍，大约1厘米，因而影响后续的裸芯工艺，例如切割、劈裂与封装 等的良率。形变高度d为晶片发光结构1的下表面与侧边的一交界处16至 一下表面几何中心点18的高度差，厚度h为晶片发光结构1的一上表面几 何中心点17至下表面几何中心点18的高度差。在本实施例中，以圆形晶片 为例，上表面几何中心点17和下表面几何中心点18可分别为晶片上下表面 的圆心。在本实施例中，晶片发光结构1的抗形变层11的消抗应力是为一 压应力，以降低形变高度d至最大约为晶片发光结构1的厚度h的10倍， 优选约为5倍，更佳约为0倍，以减少或消除支持基板10的翘曲变形。抗 形变层11的材料例如为GaN,晶片结构厚度h为50微米时，可使形变高度 d不超过500微米。然而薄化后支持基板IO亦可产生压应力，如图1C所示， 使得支持基板IO形成一凸状，视其材料而定。此时，抗形变层ll则须选用 可产生张应力的材料，以减少或消除支持基板10的翘曲变形。以本实施例 为例，抗形变层11的厚度小于约30微米，优选地小于约10微米，大于约2 微米，更佳地大于约3微米。抗形变层11通过化学气相沉积法(CVD)、有机 金属化学气相沉积法(MOCVD)、气相外延法(VPE)、液相外延法(LPE)、分 子束外延法(MBE)、等离子体化学气相沉积法(PECVD)或其他类似方式沉积 于支持基板10的上。其材料包含但不限于氧化铝(AlxOy)、氮化硅(SiNJ、氧 化硅(SiCg、氧化钛(TiOx)、氮化镓(GaN)或上述材料的组合。
粘结层12用以接合支持基板10与发光叠层13，可为金属或非金属材料。 若为金属材料，粘结层12可具有反射光线的功能。其材料包含但不限于聚 酰亚胺(PI )、苯并环丁烯(BCB )、过氟环丁烷(PFCB )、环氧树酯(Epoxy)、 其他有机粘结材料、铟(In)、锡(Sn)、铝(A1)、金(Au)、铂(Pt)、锌(Zn)、银(Ag)、 钛(Ti)、铅(Pb)、把(Pd)、锗(Ge)、铜(Cu)、镍(Ni)、锡化金(AuSn)、银化铟(InAg)、 金化铟(InAu)、铍化金(AuBe)、锗化金(AuGe)、锌化金(AuZn)、锡化铅(PbSn)、 铟化钯(Pdln)或此等材料的组合。
发光叠层13至少包含一第一束缚层131，位于粘结层12之上； 一发光 层132，位于第一束缚层131之上；与一第二束缚层133,位于发光层132 之上。其中，第一束缚层131可为i型、p型或n型半导体，第二束缚层133 的电性则与第一束缚层131相异。发光层132的结构可分为单异质结构 (single heterostructure; SH)、只又异质纟吉斗勾(double heterostructure; DH )、 双侧双异质结构(double-side double heterostructure; DDH)、以及多层量子井(multi-quantum well; MQW)等，其材料包含{旦不限于II-VI族半导体 CdZnSe，或III-V族半导体，如AIGalnP、 A1N、 GaN、 AIGaN、 InGaN、 AIInGaN。
如图ID所示，晶片发光结构1还包含反射层14,位于发光叠层13与 粘结层12之间或抗形变层11与粘结层12之间，可反射自发光叠层13射出 的光，其材料包含但不限于铟(In)、锡(Sn)、铝(A1)、金(Au)、铀(Pt)、锌(Zn)、 银(Ag)、钛(Ti)、锡(Pb)、锗(Ge)、铜(Cu)、镍(Ni)、铍化金(AuBe)、锗化金(AuGe)、 锌化金(AuZn)、锡化铅(PbSn)、此等材料的组合或布拉格反射层。
晶片发光结构1还包含一第一垫片a，位于第二束缚层133之上；与一 第二垫片b，位于支持基板10之下；此时，支持基板IO优选地为一导体。 第一垫片a与第二垫片b分别与发光叠层13与支持基板10形成电性连接， 当第一垫片a与第二垫片b分别位于支持基板10的相异侧，晶片发光结构1 为一垂直结构。
如图1E所示，第二束缚层133的表面可做粗化处理，以形成非平整表 面，增加光摘出效率。 一保护层15形成于发光叠层13之上，环绕第一垫片 a侧壁并沿发光叠层13向外延伸，以保护发光叠层13与其下的其他结构免 于受潮或震动等伤害，也避免因打线造成的短路。保护层15的材料包含但 不限于介电材料、Su8、苯并环丁烯(BCB)、过氟环丁烷(PFCB)、环氧树 脂(Epoxy)、丙烯酸树脂(Acrylic Resin )、环烯烃聚合物(COC)、聚曱基 丙烯酸曱酯(PMMA)、聚对苯二曱酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚 醚酰亚胺(Polyetherimide )、 氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer )、硅月交 (Silicone),玻璃、氧化铝、氧化硅、氧化钛、SiNx、 Ti02、旋涂玻璃(SOG)、 此等材料的组合或其他透明材料。
另一实施例如图2A所示， 一晶片发光结构2包含一支持基板20; —抗 形变层21，位于支持基板20之上； 一反射层24，位于抗形变层21之上； 一粘结层22，位于反射层24之上； 一发光叠层23,位于反射层24之上； 与一保护层25，位于发光叠层23之上。其中，抗形变层21可以减少或消除 支持基板20被研磨所产生的变形。
支持基板20在发光叠层23的成长基板移除后用以承载发光叠层23,其 被薄化后的厚度小于大约70微米，优选地小于约40微米，更佳地小于约20 微米。薄化是指使厚度减少，例如支持基板20从一般的厚度300微米被减 少至厚度40微米。当薄化支持基板20时，抗形变层21具有一消抗应力，使得支持基板20经薄化后，晶片发光结构2整体的应力数值降低，以减少 或消除变形。以本实施例为例，抗形变层21的厚度小于约30微米，优选地 小于约10微米，大于约2微米，更佳地大于约3」微米。薄化后的支持基板 20会产生一形变高度，已知晶片发光结构不包含抗形变层21，所产生的形 变高度较大，例如为晶片发光结构的一厚度h的200倍，大约1厘米。形变 高度为晶片发光结构2的下表面与侧边的一交界处至一下表面几何中心点的 高度差，厚度h为晶片发光结构2的下表面几何中心点至一上表面几何中心 点的高度差。在本实施例中，以圓形晶片为例，上下表面几何中心点可为晶 片上下表面的圓心。抗形变层21可降低形变高度至最大约为晶片发光结构2 的厚度h的10倍，优选约为5倍，更佳约为O倍，以减少或消除支持基板 20的翘曲变形。例如厚度h为50微米时，抗形变层21可使形变高度不超过 500微米。粘结层22用以接合支持基板20与发光叠层23，可为金属或非金 属材料。反射层24可反射自发光叠层23射出的光。保护层25形成于发光 叠层23之上，分别环绕第一垫片a的侧壁与第二垫片b的侧壁并沿发光叠 层23向外延伸，以保护发光叠层23与其下的其他结构免于受潮或震动等伤 害，也避免因打线造成的短路。
发光叠层23至少包含一第一束缚层231、一发光层232与一第二束缚层 233。发光叠层23被蚀刻棵露出部分第一束缚层231，此时， 一第一垫片a 位于第二束缚层233之上，而且一第二垫片b位于第一束缚层231棵露的部 分上，支持基板20优选地为绝缘，例如为一绝缘体或为一导体上覆绝缘层。 如图2B所示，第二束缚层233的表面可做粗化处理,以形成非平整表面， 增加光摘出效率。当第一垫片a与第二垫片b分别位于支持基板20的相同 侧，晶片发光结构2为一水平结构。
图3为绘示出一光源产生装置示意图，该光源产生装置3包含切割本发 明任一实施例中的一晶片发光结构所产生的棵芯。该光源产生装置3可以是 一照明装置，例如路灯、车灯、或室内照明光源，也可以是交通号志、或一 平面显示器中背光模块的一背光光源。该光源产生装置3包含前述棵芯组成 的一光源31、电源供应系统32以供应光源31 —电流、以及一控制元件343, 用以控制电源供应系统32。
图4为绘示出一背光模块剖面示意图，该背光模块4包含前述实施例中 的光源产生装置3，以及一光学元件41。光学元件41可将由光源产生装置3发出的光加以处理，以应用于平面显示器，例如散射光源产生装置3发出的 光。
图5为绘示出一种制造晶片发光结构1的方法的流程图，其中包含提供 一支持基板10;形成一抗形变层11于支持基板IO之上；形成一反射层14 于抗形变层11之上；形成一发光叠层13于一成长基板之上；通过一粘结层 12接合反射层14与发光叠层13;移除成长基板；形成一保护层15于发光 叠层13之上；再进行薄化支持基板10;最后切割晶片以形成棵芯。此外， 反射层14亦可形成于发光叠层13与粘结层12之间；此时反射层14形成于 发光叠层13上之后，通过粘结层12连接反射层14与抗形变层11。粘结层 12可分别形成于抗形变层11与发光叠层13上之后，再接合抗形变层11与 发光叠层13。抗形变层11通过化学气相沉积法(CVD)、有机金属化学气相 沉积法(MOCVD)、气相外延法(VPE)、液相外延法(LPE)、分子束外延法 (MBE)、等离子体化学气相沉积法(PECVD)或其他类似方式沉积于支持基板 IO之上；其材料包含但不限于氧化铝(Al"y)、氮化硅(SiHO、氧化硅(SiCg、 氧化钛(TiO》、氮化镓(GaN)或上述材料的组合。薄化支持基板10的方法包 含但不限于化学机械抛光(chemical mechanical polishing; CMP)方法或蚀刻。
惟上述实施例仅为例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本 发明。任何本领域的技术人员均可能在不违背本发明的技术原理及精神的情 况下，对上述实施例进行修改及变化。因此本发明的权利保护范围如所述的 权利要求所列。
权利要求
1、一种用于制造一晶片发光结构的方法，包含提供一支持基板；形成一抗形变层于该支持基板之上；提供一成长基板；形成一发光叠层于该成长基板之上；形成一粘结层于该抗形变层与该发光叠层之间；进行一接合工艺，通过该粘结层接合该发光叠层与该抗形变层；以及薄化该支持基板，其中该晶片发光结构于薄化后产生一形变高度最大约为该晶片发光结构的一厚度的10倍，其中该形变高度为该晶片发光结构的下表面与一侧边的一交界处至一下表面几何中心点的高度差，该厚度为该晶片发光结构的该下表面几何中心点至该晶片发光结构的一上表面几何中心点的高度差。
2、 如权利要求1所述的方法，其中该抗形变层的材料选择自氣化铝 (Alx()y)、氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)、氧化钬(TiOx)、氮化镓(GaN)、及此 等材料的组合所构成的组。
3、 如权利要求1所述的方法，其中形成该抗形变层于该基板上的方法 择自化学气相沉积法、有机金属化学气相沉积法、气相外延法、液相外延法、分子束外延法、等离子体化学气相沉积法、及其他类似方式所构成的组。
4、 如权利要求1所述的方法，其中该抗形变层包含微观结构或分子的 沉积缺陷。
5、 如权利要求1所述的方法，其中该抗形变层的厚度介于约2微米到 约IO微米之间。
6、 如权利要求1所述的方法，其中薄化该支持基板的方法包含化学机 械抛光法或蚀刻。
7、 如权利要求l所述的方法，其中该支持基板薄化后的厚度小于约40微米。
8、 如权利要求1所述的方法，还包含形成一反射层于该发光叠层与该 粘结层之间或该抗形变层与该粘结层之间。
9、 如权利要求1所述的方法，接合该抗形变层与该发光叠层之后，还包含移除该成长基板。
10、 如权利要求l所述的方法，薄化该支持基板之后，还包含切割该晶 片发光结构以形成多个棵芯发光结构。
11、 一晶片发光结构，包含 一支持基板；一抗形变层，位于该支持基板之上； 一粘结层，位于该抗形变层之上；以及一发光叠层，位于该抗形变层之上，其中该粘结层连接该抗形变层与该 发光叠层；其中该晶片发光结构经一薄化工艺产生的 一形变高度不超过约该晶片 发光结构的一厚度的10倍，其中该形变高度为该晶片发光结构的下表面与 侧边的一交界处至发光结构的一下表面几何中心点的高度差，该厚度为该晶 片发光结构的该下表面几何中心点至发光结构的 一上表面几何中心点的高度差。
12、 如权利要求11所述的晶片发光结构，其中该支持基板薄化后的厚 度小于约40微米。
13、 如权利要求11所述的晶片发光结构，其中该抗形变层的材料选择 自由氧化铝(AlxOy)、氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)、氧化钛(TiOx)、氮化镓 (GaN)、及此等材料的组合所构成的组。
14、 如权利要求11所述的晶片发光结构，其中该抗形变层的厚度介于 约2微米到约10微米之间。
15、 如权利要求14所述的晶片发光结构，其中该抗形变层使得薄化该 基板后的该形变高度最大约为该晶片发光结构的厚度的5倍。
16、 如权利要求11所述的晶片发光结构，其中该粘结层的材料选择自 由聚酰亚胺、苯并环丁烯、过氟环丁烷、环氧树酯、其他有机粘结材料、铟、 锡、4吕、金、铀、锌、银、钛、铅、钇、锗、铜、镍、锡化金(AuSn)、银化 铟(InAg)、金化铟(InAu)、铍化金(AuBe)、锗化金(AuGe)、锌化金(AuZn)、 锡化铅(PbSn)、铟化钯(Pdln)、锡化金(AuSn)、银化铟(InAg)、金化铟(InAu)、 及此等材料的组合所构成的组。
17、 如权利要求11所述的晶片发光结构，还包含一反射层，位于该发 光叠层与该粘结层之间或位于该抗形变层与该发光叠层之间。
全文摘要
本发明披露一晶片发光结构及其制造方法。该晶片发光结构包含一支持基板；一抗形变层，位于该支持基板之上；一粘结层，位于该抗形变层之上；以及一发光叠层，位于该抗形变层之上，其中该粘结层连接该抗形变层与该发光叠层；其中该晶片发光结构经一薄化工艺产生的一形变高度不超过约该晶片发光结构的一厚度的10倍，其中该形变高度为该晶片发光结构的下表面与侧边的一交界处至发光结构的一下表面几何中心点的高度差，该厚度为该晶片发光结构的该下表面几何中心点至发光结构的一上表面几何中心点的高度差。抗形变层可减少或消除支持基板被薄化后所产生的变形，例如翘曲。
文档编号H01L33/00GK101656281SQ20081014499
公开日2010年2月24日 申请日期2008年8月18日 优先权日2008年8月18日
发明者徐子杰, 王振奎, 陶青山 申请人:晶元光电股份有限公司