本发明涉及用于紫外光发射装置的封装和封装所述紫外光发射装置的方法。
背景技术：
iii-氮化物材料(包括(al,ga,in)-n和其合金)的带隙从inn的极窄带隙(0.7ev)延伸到aln的极宽带隙(6.2ev)，此使得iii-氮化物材料在从近红外延伸到深紫外的宽光谱范围内高度适用于光电子应用，例如发光二极管(led)、激光二极管、光调制器和检测器。可见光led和激光可在活性层中使用ingan获得，而紫外光led(uvled)和激光需要更大带隙的algan。
预计发射波长在230-350nm范围内的uvled将存在宽范围的应用，这些应用的大多数是基于uv辐射与生物材料之间的相互作用。典型应用包括表面杀菌、空气消毒、水消毒、医疗装置和生物化学、用于超高密度光记录的光源、白光照明、荧光分析、感测和零排放汽车。
技术实现要素：
本发明涉及一种装置，其包含：
发光二极管(uvled)，其包含包括设置于n型区与p型区之间的活性层的半导体结构，其中所述活性层发射uv辐射；
陶瓷底座，其中所述uvled附接到所述底座；
设置于所述uvled上方的透镜，其中所述透镜是石英、蓝宝石和玻璃中的一个；其中最接近所述uvled的透镜的表面的宽度与所述陶瓷底座相同。
本发明涉及一种方法，其包含：
将多个发光二极管(uvled)附接到底座面板，每一uvled包含包括设置于n型区与p型区之间的活性层的半导体结构，其中所述活性层发射uv辐射；
将透镜的面板附接到所述多个uvled；和
在所述附接透镜面板之后，切割所述底座面板和所述透镜面板。
附图说明
图1图解说明经封装uvled。
图2是倒装芯片uvled中多个像素的平面图。
图3是uvled中一个像素的剖面图。
图4图解说明单独从一组uvled形成的透镜面板。
图5图解说明附接到底座面板的一组uvled。
图6图解说明与底座面板对齐且设置于真空室中的透镜面板。
图7图解说明切割接合到设置于底座面板上的uvled的透镜面板。
具体实施方式
本发明的实施例涉及uvled的封装和封装uvled的方法。
尽管本文所述的装置是iii-氮化物装置，但从其它材料(例如其它iii-v材料、ii-vi材料、si)形成的装置在本发明实施例的范围内。本文所述的装置可经配置以发射可见、uva(峰值波长介于340nm与400nm之间)、uvb(峰值波长介于290nm与340nm之间)或uvc(峰值波长介于210nm与290nm之间)辐射。由本文所述的uvled发射的辐射功率出于语言的简洁可阐述为“光”。
图1图解说明根据本发明的实施例的经封装led。uvled1(在以下随附图2和3的文本中阐述的一个实例)附接到底座。透镜14设置于uvled1上方。透明材料层12可设置于透镜14与uvled1和底座10之间。
市售uva、uvb和uvcled可用于各个实施例。图2和3图解说明权利人拥有的可用于本发明实施例的uvb和uvcled的一个实例的一部分。图2是由uvled像素阵列12构成的uvled的一部分的俯瞰视图。图3是单一uvled像素12的平分剖面图。可使用任何适宜uvled且本发明的实施例并不限于图2及3中所图解说明的结构。
uvled通常是iii-氮化物且一般地gan、algan和ingan。uv发射像素阵列12是在单一衬底14(例如透明蓝宝石衬底)上形成。其它衬底是可能的。尽管实例显示像素12是圆形，但其可具有任何形状，例如正方形。光通过透明衬底逃逸，如图3中所示。像素12各自可为倒装芯片，其中阳极和阴极电极面向底座或附接uvled的其它装置。
半导体层是外延生长于衬底14上方。(装置可包括一或多个并非外延生长而是沉积或以其它方式形成的半导体层，例如导电氧化物，例如铟锡氧化物。)生长aln或其它适宜缓冲层(未显示)，接着是n型区16。n型区16可包括具有不同组合物、掺杂剂浓度和厚度的多个层。n型区16可包括至少一个经si、ge和/或其它适宜n型掺杂剂n型掺杂的alaga1-an膜。n型区16可具有约100nm到约10微米的厚度且直接在缓冲层上生长。n型区16中si的掺杂水平可在1×1016cm-3到1×1021cm-3的范围内。取决于所要的发射波长，配方中aln摩尔分数“a”可在360nm发射的装置的0％到经设计在200nm发射的装置的100％之间变化。
活性区18生长于n型区16上方。活性区18可包括单一量子阱或由阻挡层分开的多个量子阱(mqw)。量子阱和阻挡层含有alxga1-xn/alyga1-yn，其中0<x<y<1，x代表量子阱层的aln摩尔分数，且y代表阻挡层的aln摩尔分数。uvled所发射的峰值波长通常取决于algan量子阱活性层中al的相对含量。
p型区22生长于活性区18上方。像n型区16一样，p型区22可包括具有不同组合物、掺杂剂浓度和厚度的多个层。p型区22包括一或多个p型掺杂(例如，mg掺杂)algan层。aln摩尔分数可在0到100％的范围内，且此层或多层的厚度可在约2nm到约100nm(单一层)或到约500nm(多层)的范围内。此区中所用的多层可提高横向电导率。mg掺杂水平可在1×1016cm-3到1×1021cm-3之间变化。mg掺杂的gan接触层可最后生长于p型区22中。
上述半导体层中的所有或一些可在过量ga条件下生长，如us2014/0103289中更详细阐述，其以引用的方式并入本文中。
将半导体结构15蚀刻以在像素12之间形成暴露n型区16的表面的沟槽。像素12的侧壁12a可垂直于生长衬底的主表面或相对于生长衬底的主表面的法线以锐角12b倾斜。每一像素12的高度138可介于0.1微米到5微米之间。每一像素12在底部和顶部的宽度131和139可至少为5微米。也可使用其它尺寸。
在蚀刻半导体结构15以形成沟槽之前或之后，将金属p型触点24沉积于每一像素12的顶部并图案化。p型触点24可包括一或多个形成欧姆触点的金属层和一或多个形成反射器的金属层。适宜p型触点24的一个实例包括ni/ag/ti多层触点。
n型触点28经沉积并图案化，使得n型触点28设置于n型区16在像素12之间的基本上平面表面。n型触点28可包括单一或多个金属层。n型触点28可包括(例如)直接接触n型区16的欧姆n型触点130和在欧姆n型触点130上方形成的n型痕量金属层132。欧姆n型触点130可为(例如)v/al/ti多层触点。n型痕量金属132可为(例如)ti/au/ti多层触点。
n型触点28与p型触点24通过介电层134电隔离。介电层134可为通过任何适宜方法形成的任何适宜材料，例如一或多种硅氧化物和/或一或多种硅氮化物。介电层134覆盖n型触点28。介电层134中形成的开口暴露p型触点24。
p型痕量金属136形成于装置的顶部表面上方且基本上覆盖整个顶部表面。p型痕量金属136电连接到在介电层134中形成的开口中的p型触点24。p型痕量金属136通过介电层134与n型触点28电隔离。
单一uvled中包括多个像素12。所述像素通过大面积p型痕量金属136和大面积n型痕量金属132电连接。像素的数量可基于应用和/或所要辐射输出来选择。包括多个像素的单一uvled在以下图中图解说明为uvled1。
在一些实施例中，衬底14是蓝宝石。衬底14可为(例如)大约100微米厚。衬底14在一些实施例中可为装置的一部分且在一些实施例中可自半导体结构去除。
当装置相对于图3中所说明的方向翻转时，从衬底14的底部表面观看，uvled可为正方形、长方形或任何其它适宜形状。每一uvled1在一些实施例中可为(例如)1mm正方形、在一些实施例中0.3mm正方形、在一些实施例中一边介于0.3mm与1mm之间或任何其它适宜尺寸。
返回图1，底座10可为任何适宜材料。底座10可为高导热(例如，在一些实施例中具有至少170w/mk的热导率)、高电绝缘和机械刚性(例如，具有与uvled1匹配或接近的热膨胀系数)。用于底座10的适宜材料的实例包括(但不限于)陶瓷、金刚石、aln、氧化铍、硅或导电材料(例如硅、金属、合金、al或cu)(倘若导电材料适当涂布有绝缘层，例如氧化硅、氮化硅或氧化铝)或任何其它适宜材料。在一些实施例中，电路和/或其它结构(例如瞬态电压抑制电路、驱动电路或任何其它适宜电路)可设置于底座10内或安装于底座10的表面上，使得电路或其它结构电连接到uvled1(若需要)。
导电垫(未显示)可形成于底座的顶部表面上。uvled1是通过所述垫电且物理地连接到底座10。每一uvled1可提供至少两个电隔离垫，一个耦合到uvled的n型区且一个耦合到uvled的p型区。垫可为(例如)适于接合uvled1的任何材料，例如金、银、锡-银-铜(sac)或金-锡(ausn)。垫可通过任何适宜技术(包括，例如电镀)形成于底座10的表面上。
uvled1可通过(例如)焊料、金-金互连件、烧结银(其包括银纳米粒子且可在相对较低温度(例如，200℃)下烧结)或任何其它适宜连接附接到底座10。
尽管图1中图解说明圆顶透镜，但透镜14可为任何适宜光学器件，例如菲涅耳透镜(fresnellens)、其它透镜、微透镜阵列、二维结构(例如在透明板上形成的光子晶体、透明板或层)或其它光学器件。透镜14可具有几百微米到几厘米的高度，此取决于结构。在基底、附接到透明材料12的表面处，透镜的直径在一些实施例中可为至少0.5mm，在一些实施例中直径为至多5cm。透镜14的底部表面通常宽于uvled1，如图1中所图解说明，但此并非必需的。透镜是与uvled分开制作并附接到uvled上方，如下文所述。
可形成图1中所图解说明的结构，例如如下文在图4、5、6和7中所图解说明。在图4中，形成个别透镜14的面板40。透镜14可为石英、玻璃、蓝宝石或任何其它适宜透明且耐uv材料，例如氟化钙或氟化镁。面板40可通过任何适宜技术(例如碾磨、模制、浇铸或烧结)形成。面板40可进一步涂布有抗反射薄膜。
与图4中所图解说明的透镜面板分开，在图5中，将多个uvled1附接到个别底座10的面板42。如上所述，uvled1可通过任何适宜技术(例如焊接)附接到底座10。在图5中可形成将uvled1电和/或物理连接到底座10所需的任何结构(例如线接合或金属桥)。在图5中其它结构(例如静电放电保护芯片)也可附接到uvled1和/或底座10。
在图5中，将透明粘结材料12设置于uvled1上方。在一些实施例中，透明粘结材料12在室温下为液体，且可在高温下固化为固体。可使用uv-透明且耐uv的任何适宜材料。在一些实施例中，材料12为聚乙烯基硅氧烷、聚烷基烯基硅氧烷和二甲基氢聚硅氧烷的液体混合物。透明材料12可通过任何适宜技术(例如分配)形成于uvled1上方。如图5中所图解说明，在一些实施例中，充当坝44的结构形成或定位于底座10的面板42的边缘处。液体透明材料12可以例如足以覆盖uvled1的量分配或以其它方式添加到坝内的区域。液体混合物12可在真空干燥器中去除泡沫。
在图6中，透镜14的面板40在设置于个别底座10上的uvled1的面板42上方对齐。对齐的结构可在真空环境中压在一起并通过在高温下将液体材料12固化成固体材料接合在一起。通过在真空环境下接合，存在较少或没有捕获于面板40与面板42之间的空气或环境气体。可使用任何适宜设备将面板40与面板42接合在一起。在一些实施例中，可使用晶片接合机，例如来自迪纳提克(dynatex)的dxb880系列晶片接合机。
所得结构图解说明于图7中。个别透镜14在个别uvled1上方对齐。面板40接合到面板42之后，在uvled1的顶部与透镜14的底部之间的透明材料12的厚度在一些实施例中可为至少10微米、在一些实施例中至多1mm且在一些实施例中至少100微米。
个别装置通过在区48中单粒化自接合结构分离。可使用任何适宜单粒化技术，例如利用锯条锯切。可使用任何适宜设备来锯切接合面板，例如adt7130系列切割系统。由于底座10与透镜14在同一时间单粒化(如图1中所图解说明)，因此透镜底部表面的宽度(透镜接触透明材料12的地方)可与底座10的宽度相同。
尽管图7图解说明设置于单一uvled上方的单一透镜且所得结构切割成个别uvled，但在一些实施例中，透镜可设置于多个uvled上方。在一些实施例中，uvled群组可从接合面板切成单片，使得与所述群组相关联的一或多个透镜和/或与所述群组相关联的底座保持彼此附接。
已详细阐述本发明，所属领域的技术人员将了解，考虑到出本揭示内容，可在不背离本文中所阐述的本发明概念的精神的情况下对本发明做出修改。具体来说，本文所述不同装置的不同特征和组件可用于其它装置中的任一个，或特征和组件可自任一装置省略。在一个实施例的上下文中所阐述的结构的特性可应用于任何实施例。因此，并不打算将本发明的范围限于所图解说明和阐述的特定实施例。