波长转换的发光设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有保护膜的波长转换的发光设备。
【背景技术】
[0002]包括发光二极管(LED)、谐振腔发光二极管(RCLED)、垂直腔激光二极管(VCSEL)和边缘发射激光器的半导体发光设备是当前可用的最高效的光源之一。在制造能够跨可见光谱操作的高亮度发光设备中当前感兴趣的材料系统包括II1-V族半导体，尤其是也称为III族氮化物材料的镓、铝、铟和氮的二元、三元和四元合金。典型地，III族氮化物发光设备通过借助金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)或者其他外延技术在蓝宝石、碳化硅、III族氮化物或者其他适当的衬底上外延生长不同成分和掺杂剂浓度的半导体层叠层而制造。该叠层经常包括在衬底上方形成的掺杂有例如Si的一个或多个η型层、在所述一个或多个η型层上方形成的有源区中的一个或多个发光层以及在有源区上方形成的掺杂有例如Mg的一个或多个P型层。电接触在η型和P型区上形成。
[0003]图1图示出US 7，256，483中更详细地描述的一种倒装芯片LED。该LED包括在蓝宝石生长衬底(未示出)上生长的η型层16、有源层18和P型层20。P层20和有源层18的部分在LED形成过程期间被蚀刻掉，并且金属50 (金属化层+接合金属)与P接触金属24在相同侧面接触η型层16。底部填充材料52可以沉积在LED下方的空洞中以便降低跨LED的热梯度，向LED与封装衬底之间的附接添加机械强度，并且防止污染物接触LED材料。η金属50和P金属24分别接合到封装衬底12上的衬垫22k和22B。封装衬底12上的接触垫22A和22B使用通孔28A和28B和/或金属迹线连接到可焊接电极26A和26B。移除生长衬底，暴露η型层16的表面。例如通过使用KOH溶液进行光电化学蚀刻粗糙化该表面，以便提尚光提取。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种其中保护波长转换层的波长转换设备。
[0005]依照本发明实施例的结构包括附接到底座的多个LED。波长转换层设置在LED上方。透明层设置在波长转换层上方。反射材料设置在相邻LED之间。
[0006]依照本发明实施例的方法包括提供附接到底座的多个LED，在LED和底座上方形成波长转换层以及在波长转换层上方形成保护层。波长转换层和保护层的部分被移除。在移除波长转换层和保护层之后，在其中移除了波长转换层和保护层的区域中形成反射层。
【附图说明】
[0007]图1图示出具有粗糙化顶面的倒装芯片LED。
[0008]图2为设置在底座上的LED组的俯视图。
[0009]图3为设置在底座上的LED的截面图。
[0010]图4图示出在LED上方形成波长转换层之后图3的结构。
[0011]图5图示出在波长转换层上方形成透明层之后图4的结构。
[0012]图6图示出移除LED之间的波长转换层和透明层之后图5的结构。
[0013]图7图示出在所述结构上方形成反射层之后图6的结构。
[0014]图8图示出使反射层变薄以便暴露透明层的顶面之后图7的结构。
[0015]图9图示出使用模具在LED上方形成波长转换层之后的底座和LED组。
[0016]图10图示出使用模具在波长转换层上方形成透明层之后图9的结构。
[0017]图11图示出在底座边缘附近移除接合垫上方的波长转换层之后图10的结构。
[0018]图12图示出在所述结构上方形成反射层并且使反射层变薄之后图11的结构。
【具体实施方式】
[0019]本发明的实施例包括诸如与波长转换层结合的LED之类的发光设备。透明保护膜在波长转换层上方形成。尽管在下面的实例中半导体发光设备为发射蓝色或UV光的III族氮化物LED，但是可以使用除了 LED之外的诸如激光二极管之类的半导体发光设备以及由诸如II1-V族材料、III族磷化物、III族砷化物、I1-VI族材料、ZnO或Si基材料之类的其他材料系统制成的半导体发光设备。
[0020]图2为附接到底座的LED 60组的俯视图。在图2中，图示出附接到底座62的2X2阵列的四个LED 60。任何数量的LED 60可以以如应用所指示的任何适当的布置附接到底座62。在一些实施例中，底座62上的接合垫72用来向LED 60供电。
[0021]下面的图中的LED 60可以例如为被配置成从LED的顶面发射大部分光的倒装芯片设备。图1中图示出适当的LED 60的一个实例，但是可以使用任何适当的LED。为了形成III族氮化物LED，首先如本领域中已知的在生长衬底上生长III族氮化物半导体结构。生长衬底可以是任何适当的衬底，诸如例如蓝宝石、SiC, S1、GaN或者复合衬底。半导体结构包括夹在η型与P型区之间的发光或有源区。η型区可以首先生长，并且可以包括多个不同成分和掺杂浓度的层，包括例如诸如缓冲层或成核层之类的准备层和/或被设计成促进生长衬底的移除的层，其可以是η型或者非特意掺杂的，以及为发光区高效地发射光所希望的特定光学、材料或者电属性而设计的η型或者甚至P型设备层。发光或有源区生长在η型区上方。适当的发光区的实例包括单个厚或薄发光层，或者包括被阻挡层分离的多个薄或厚发光层的多量子阱发光区。接着，可以在发光区上方生长P型区。像η型区那样，P型区可以包括多个不同成分、厚度和掺杂浓度的层，包括非特意掺杂的层或者η型层。所述设备中的所有半导体材料的总厚度在一些实施例中小于1Mm并且在一些实施例中小于6Mm。在一些实施例中，P型区首先生长，接着是有源区和η型区。
[0022]金属P接触在P型区上形成。如果例如在倒装芯片设备中，大部分光通过与P接触相对的表面被引导出半导体结构，那么P接触可以是反射的。倒装芯片设备可以通过按照标准光刻操作对半导体结构图案化并且蚀刻半导体结构以便移除P型区的整个厚度的一部分和发光区的整个厚度的一部分以形成暴露其上形成金属η接触的η型区的表面的台面而形成。该台面以及P接触和η接触可以以任何适当的方式形成。形成该台面以及P接触和η接触对于本领域技术人员是公知的。
[0023]图3为附接到底座62的四个LED 60的简化截面图。LED 60可以通过ρ接触和η接触经由金柱栓凸起或者任何其他适当的连接机构连接到底座62。可以将诸如环氧树脂、硅树脂之类的底部填充材料或者任何其他适当的材料注入LED 60下方的、LED 60与底座62之间的任何空间。底座62和底部填料可以在诸如移除生长衬底之类的后面的处理步骤期间机械地支撑半导体结构。可以使用任何适当的底座。适当的底座的实例包括具有用于形成到半导体结构的电连接的导电通孔的绝缘或半绝缘晶片，例如硅晶片或陶瓷晶片、金属结构或者任何其他适当的底座。在一些实施例中，在半导体结构上形成厚金属接合垫以便在诸如移除生长衬底之类的处理期间支撑半导体结构。可以在将LED 60附接到底座62之前或之后部分地或者全部地移除生长衬底，或者生长衬底可以保留为设备的部分。可以粗糙化、图案化或者纹理化通过移除生长衬底而暴露的半导体结构以便提高光提取。
[0024]在图4中，在LED 60和底座62上方设置波长转换层64。波长转换层64包括设置在透明材料66中的一种或多种波长转换材料65。波长转换材料65吸收LED 60发射的光并且发射不同波长的光。LED 60发射的未转换的光经常是从所述结构中提取的光的最终光谱的部分，尽管它不必是。常见结合的实例包括与黄色发射波长转换材料结合的蓝色发射LED，与绿色和红色发射波长转换材料结合的蓝色发射LED，与蓝色和黄色发射波长转换材料结合的UV发射LED，以及与蓝色、绿色和红色发射波长转换材料结合的UV发射LED。可以添加发射其他颜色的光的波长转换材料以便定制从所述结构发射的光的光谱。
[0025]波长转换材料65可以是常规的磷光体、有机磷光体、量子点、有机半导体、I1-VI或II1-V族半导体、I1-VI或II1-V族半导体量子点或纳米晶体、染料、聚合物或者发光的材料。可以使用任何适当的粉末磷光体，包括但不限于基于石榴石的磷光体，例如Y3Al5O12 = Ce(YAG)、Lu3Al5O12: Ce (LuAG)、Y3Al5^xGaxO12: Ce (YAlGaG)、(Ba1^xSrx) S13: Eu (BOSE)，以及基于氮化物的磷光体，例如(Ca，Sr) AlSiN3:Eu和(Ca，Sr，Ba) 2Si具:Eu。
[0026]透明材料66可以为例如硅树脂、环氧树脂、玻璃或者任何其他适当的材料。波长转换层64可以通过丝网印刷、喷涂、制版、成型、层压或者任何其他适当的技术形成。波长转换层64可以包括单一波长转换材料、波长转换材料的混合物或者形成为单独的层而不是混合在一起的多波长转换材料。发射不同颜色的光的波长转换材料可以设置在单独的区域中或者混合在一起。
[0027]波长转换层64的厚度取决于波长转换材料和沉积技术。波长转换区的厚度在一些实施例中可以为至少0.5Mm，在一些实施例中为至少2Mm，在一些实施例中为至少40Mm，在一些实施例中不超过60Mm，并且在一些实施例中不超过lOOMm。
[0028]在一个实例中，红色和绿色发射粉末磷光体与硅树脂混合。将该混合物浇铸成膜。选择磷光体材料和混合到硅树脂中的磷光体的量以便补充LED 60发射的蓝色光，使得混合的蓝色、绿色和红色光满足给定应用的规定。在LED 60和底座62上方层压装载磷光体的硅树脂膜。
[0029]波长转换层64的厚度的任何变化都可能不希望地改变从所述结构发射的混合光的光谱。因此，在一些实施例中，形成波长转换层64，使得厚度的任何变化最小，例如在一些实施例中小于20%，并且在一些实施例中小于10%。对于波长转换层64的任何损害也可能不希望地改变混合光的光谱。因此，在图5中，在波长转换层64上方形成保护层68。保护层68典型地是透明的。