专利名称：包含聚硅氮烷接合层的发光二极管部件的制作方法
包含聚硅氮烷接合层的发光二极管部件
背景技术：
波长转换发光二极管(LED)在照明应用中变得日益重要，这些应用中需要通常不是由LED产生的彩光，或者可使用单个LED产生通常由多个不同的LED共同产生的具有一定光谱的光。此类应用的一个例子是用在显示器的背向照明中，例如计算机显示器和电视机的液晶显示器(LCD)。在此类应用中，需要使用基本上白色的光来照明LCD面板。利用单一的LED产生白光的一种方法是首先用LED产生蓝光，然后将该光的一部分或全部转换成不同的颜色。例如，在使用发射蓝光的LED作为白光源时，可利用波长转换器将蓝光的一部分转换为黄光。所得光是黄光和蓝光的组合，在观察者看来为白色。在一些方法中，波长转换器是一种紧邻LED设置的半导体材料层，以使得LED中产生的大部分的光进入了转换器。W02009/048704描述了一种包含用于转换LED发射的光的波长的波长转换器的发光二极管(LED)。接合层将LED晶圆附接至波长转换器。另一种方法是半导体波长转换器到LED晶粒的半导体材料上的直接晶圆接合。
发明内容
一种制造波长转换LED的方法是为共用衬底上的多个器件产生多个LED半导体层，随后通过使用例如晶圆锯将所述多个器件分离成一个一个单独的器件。可在将波长转换器接合至LED半导体层·之前将波长转换器接合至覆盖玻璃。通常为此目的使用有机硅粘合剂，因为其具有优异的光学透光度和优秀的热稳定性。但已发现，此类有机硅粘合剂在用晶圆锯切片的过程中不能干净利落地切割。因此，将具有工业优势的是能解决该问题而不损害所期望的光学性质的替代粘合剂。在一个实施例中，描述了一种半导体部件如波长转换器晶圆，其中所述波长转换器由包含聚硅氮烷聚合物的固化接合层接合至邻近的无机部件。所述波长转换器可为多层半导体波长转换器或是包含嵌入的磷光体粒子的无机基体。在另一个实施例中，半导体部件为泵浦LED部件，其由包含聚硅氮烷聚合物的固化接合层接合至邻近的部件。邻近的部件可为一个或多个所述波长转换器或为由一种或多种无机材料构成的另一部件如透镜或棱镜。本发明还描述了制造半导体部件如波长转换器和LED的方法。在这些实施例中的每一个中，接合层可仅包含聚硅氮烷聚合物，或者可包含还含有可自由基聚合单体如(甲基)丙烯酸酯单体的混合物。包含(甲基)丙烯酸酯单体的组合物可有利地辐射固化以在通过热固化完成固化之前保持所组装部件的定位。如果接合层包含较低浓度的可自由基聚合(例如，(甲基)丙烯酸酯)单体，则聚硅氮烷材料的光学透光度和热稳定性性质不会有大的损害。鉴于此类有利的性质，包含聚硅氮烷聚合物的接合层据推测适于用作电子照明显示器件的其他光透射无机部件的光学粘合剂。
结合附图，由以下对本发明各实施例的详细描述可以更全面地理解本发明，其中:图1示意性地示出了接合至覆盖玻璃的多层半导体波长转换器晶圆的一个实施例；图2示意性地示出了波长转换发光二极管(LED)的一个实施例；图3A-3E示意性地示出了波长转换LED制造方法的一个实施例中的工艺步骤；虽然本发明接受各种修改形式和替代形式，但其具体方式已在附图中以举例的方式示出，并且将对其进行详细描述。然而，应当理解其目的并非在于将本发明局限于所描述的具体实施例。相反，目的在于涵盖落入到所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内的所有修改形式、等同形式和替代形式。
具体实施例方式本发明适用于接合半导体层如波长转换器、发光二极管(LED)及其他光透射无机部件。如本文所用，“波长转换器”指将LED发射的至少一部分光的波长转换为不同(通常较长)的波长的部件。波长转换器可为多层半导体波长转换器或是包含嵌入的磷光体粒子的无机基体。WO 2006/097876和W02010/024981，二者均以引用的方式并入本文，描述了包含陶瓷基体的示意性波长转换器，所·述陶瓷基体包含嵌入的磷光体粒子。这样的波长转换器也可称为发光陶瓷基体复合物。在有利的实施例中，波长转换器将处于光谱的蓝色或UV部分的光转换成波长较长的可见或红外光谱，使得所发射的光可显例如绿色、黄色、琥珀色、橙色或红色，或者通过组合多个波长，所述光可显混合色，如蓝绿色、洋红色或白色。例如，可将产生蓝光的AlGaInN LED与吸收一部分该蓝光以产生较长波长如黄光的波长转换器一起使用，结果是蓝光和黄光组合显白色。更特别地，在一些实施例中，描述了使用聚硅氮烷接合层进行的多层半导体波长转换器的接合。半导体波长转换器108 (参见图1)的一种合适类型见述于美国专利申请11/009，217，该专利申请以引用的方式并入本文。多层波长转换器通常采用包含I1-VI半导体材料如各种金属合金硒化物(如CdMgZnSe)的多层半导体结构(例如，量子阱结构)。在此类多层波长转换器中，量子阱结构114设计为使得结构的部分中的带隙被选定使得LED(图2的102)发射的至少一些泵浦光被吸收。通过吸收泵浦光而产生的电荷载流子进入此结构中具有更小带隙的其他部分，即量子阱层，在此处载流子复合并产生更长波长的光。此描述并非意图限制半导体材料的类型或者波长转换器的多层结构。图1中示出了用固化的聚硅氮烷接合层接合至玻璃覆盖片的(例如，多层半导体)波长转换器晶圆的一个例子。部件10包括半导体波长转换器108，其由固化的聚硅氮烷接合层140附接至无机光透射(例如，玻璃)覆盖片145。图2中示意性地示出了根据本发明的第一个实施例的波长转换LED器件100的一个例子。器件200包括LED 102，其在LED衬底106上具有LED半导体层104的叠堆。LED半导体层104可以包括若干不同类型的层，这些层包括(但不限于)P型和η型结层、发光层(通常包含量子阱)、缓冲层以及覆盖层。LED半导体层104通常包含II1-V半导体材料。
LED半导体层104有时被称为外延层，因为其通常是利用外延处理而生成的。LED衬底106通常比LED半导体层更厚，并且可以是LED半导体层104在其上所生长的衬底或者可以是半导体层104生长后所附接的衬底，这些将在下面进一步解释。半导体波长转换器108的上下表面122和124可以包括不同类型的涂层，例如美国专利申请N0.11/009, 217中所描述的滤光层、反射器或镜子。表面122和124中任何一个上的涂层可以包括防反射敷层。在一些实施例中，半导体波长转换器108经由接合层110附接至LED 102的上表面112。因此，接合层110接合波长转换器108至LED102。如果LED 102可承受在热固化聚硅氮烷粘合剂所需的温度下的热固化，则接合层110可作为替代方案或是与接合层140组合地包括固化的聚硅氮烷接合层。接合层，特别是波长转换器与无机光透射覆盖片之间的接合层140，包含可固化的聚硅氮烷组合物。所述可固化的聚硅氮烷组合物起到光学粘合剂的作用。如本文所用，“聚硅氮烷”指具有包含至少一个S1-N键的线形、支化或环状主链中的至少一者的化合物；这些化合物包含至少一个烯键式不饱和基团或SiH基团。为简单起见，在本专利申请中，“聚硅氮烷”还包括“聚硅氧硅氮烷”和“聚脲硅氮烷”。“聚硅氧硅氮烷”指具有包含S1-N和S1-O键二者的线形、支化或环状主链中的至少一者的化合物。“聚脲硅氮烷”指具有包含至少一个S1-N键的线形、支化或环状主链中的至少一者并具有至少一个键合至两个氮原子中的每一个的羰基基团的化合物；聚硅氮烷聚合物与聚硅氧烷聚合物的区别在于，虽然聚硅氧烷的主链包含S1-O键，但聚硅氧烷没有S1-N键。
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已知在例如US 7，297，374中描述了聚硅氮烷聚合物；该专利以引用的方式并入本文。可用的聚硅氮烷(其所有均可为无规、交替或嵌段聚合物)包括通常由式I所表示的那些线形聚硅氮烷，
权利要求
1.一种半导体部件，所述半导体部件包括波长转换器，所述波长转换器由包含聚硅氮烷聚合物的固化接合层接合至邻近的无机部件。
2.根据权利要求1所述的半导体部件，其中所述波长转换器为多层半导体波长转换器或包含嵌入的磷光体粒子的无机基体。
3.根据权利要求1或2所述的半导体部件，其中所述波长转换器为包含I1-VI半导体材料的多层半导体波长转换器。
4.根据权利要求1所述的半导体部件，其中所述多层半导体波长转换器吸收一部分蓝光以产生更长的波长。
5.根据权利要求1-4所述的半导体部件，其中所述接合层还包含至多10重量％的可自由基聚合单体。
6.根据权利要求5所述的半导体部件，其中所述可自由基聚合单体为(甲基)丙烯酸酯单体。
7.根据权利要求6所述的半导体部件，其中所述(甲基)丙烯酸酯单体为包含至少三个(甲基)丙烯酸酯基团的多(甲基)丙烯酸酯单体。
8.根据权利要求1-7所述的半导体部件，其中所述邻近的部件为覆盖片。
9.一种发光二极管(LED),所述发光二极管(LED)包含: 泵浦LED部件，所述泵浦LED部件由包含聚硅氮烷聚合物的固化接合层接合至邻近的部件。
10.根据权利要求9所述的发光二极管(LED)，其中所述LED部件和邻近的部件由在高于150°C的温度下稳定的材 料构成。
11.根据权利要求9-10所述的发光二极管(LED)，其中所述LED部件和邻近的部件由一种或多种无机材料构成。
12.根据权利要求9-10所述的发光二极管(LED)，其中所述泵浦LED包含II1-V半导体材料。
13.根据权利要求9-11所述的发光二极管(LED)，其中所述邻近的部件为波长转换器、透镜或棱镜。
14.根据权利要求13所述的发光二极管(LED)，其中所述波长转换器为多层半导体波长转换器或包含嵌入的磷光体粒子的无机基体。
15.根据权利要求1-14所述的发光二极管(LED)，其中所述发光二极管(LED)还包含覆盖片。
16.根据权利要求13-15所述的发光二极管(LED)，其中所述波长转换器由包含聚硅氮烷聚合物的固化接合层接合至所述覆盖片。
17.一种电子照明显示器，所述电子照明显示器包括: 光透射无机部件，所述光透射无机部件由包含聚硅氮烷聚合物的固化接合层接合至邻近的无机部件。
18.根据权利要求14所述的电子照明显示器，其中所述光透射无机部件为根据权利要求9-16所述的发光二极管(LED)。
19.一种制造半导体部件的方法，所述方法包括: 用包含聚硅氮烷聚合物的接合层接合波长转换器晶圆、泵浦LED部件或它们的组合至邻近的部件。
20.根据权利要求19所述的方法，其中将波长转换器接合至无机光透射覆盖片。
21.根据权利要求19-20所述的方法，其中所述方法包括热固化所述聚硅氮烷接合层。
22.根据权利要求19-21所述的方法，其中所述粘合剂还包含(甲基)丙烯酸酯单体。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述方法包括在热固化所述聚硅氮烷聚合物之前光固化所述(甲基)丙烯酸酯单体。
24.根据权利要求19-23所述的方法，所述方法还包括机械地分离所述波长转换发光二极管为单独的 波长转换LED芯。
全文摘要
在一个实施例中，描述了一种半导体部件如波长转换器晶圆，其中所述波长转换器由包含聚硅氮烷聚合物的固化接合层接合至邻近的无机部件。所述波长转换器可为多层半导体波长转换器或是包含嵌入的磷光体粒子的无机基体。在另一个实施例中，半导体部件为泵浦LED部件，其由包含聚硅氮烷聚合物的固化接合层接合至邻近的部件。邻近的部件可为一个或多个所述波长转换器或为由一种或多种无机材料构成的另一部件如透镜或棱镜。本发明还描述了制造半导体部件如波长转换器和LED的方法。
文档编号H01L33/50GK103222076SQ201180055356
公开日2013年7月24日 申请日期2011年10月25日 优先权日2010年11月18日
发明者毛国平, S·J·兹纳默洛斯基, 杨宇, T·L·史密斯 申请人:3M创新有限公司