波长转换的半导体发光器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及波长转换的半导体发光器件。
【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)以及边缘发射激光器的半导体发光器件处于目前可用的最高效的光源的一类中。目前在能够跨可见光谱工作的高亮度发光器件的制造中令人感兴趣的材料系统包括II1-V族半导体，特别是镓、铝、铟和氮的二元、三元和四元合金，也称为III族氮化物材料。通常，通过金属有机化学气相沉积(M0CVD)、分子束外延术(MBE)或其他外延技术在蓝宝石、碳化硅、III族氮化物或其他合适衬底上外延生长具有不同成分和掺杂剂浓度的半导体层的叠置体来制造III族氮化物发光器件。该叠置体通常包括形成在衬底上方的掺杂有例如Si的一个或多个η型层、形成在一个或多个η型层上方的有源区中的一个或多个发光层、以及形成在有源区上方的掺杂有例如Mg的一个或多个ρ型层。电触点形成在η和ρ型区上。
[0003]图1图示在US专利申请2011/0227477中更加详细描述的发光装置。图1的器件包括其上安装有光源(例如LED)的子底座100 WS专利申请2011/0227477的段落54教导了 “第一发射层110设置在第二发射层115上并且接收从光源105发射的辐射的至少一部分。第二发射层115设置在传统的基底LED105与第一发射层110之间。第二发射层115接收从光源105发射的福射的至少一部分。可选的封装树脂120被布置在光源105、第一发射层110和第二发射层115上方。在一些实施例中，第一发射层110和第二发射层115固定在一起以形成合成物”。
[0004]US专利申请2011/0227477的段落60教导了“照明装置可以包括具有第一暗红色磷光体的第一发射层以及具有第二暗红色磷光体的第二发射层……在一些实施例中，发射层可以是陶瓷板……陶瓷板可以固定在一起以形成合成物”。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供适合于可要求高驱动电流和/或高工作温度的应用的波长转换半导体发光器件。
[0006]在本发明的实施例中，发光器件包括半导体结构，半导体结构包括设置在η型区与Ρ型区之间的发光层。第一波长转换层设置在由所述发光层发射的光的路径中。第一波长转换层可以是波长转换陶瓷。第二波长转换层熔合至所述第一波长转换层。第二波长转换层可以是设置在玻璃中的波长转换材料。
[0007]根据本发明的实施例的方法包括形成波长转换元件。形成波长转换元件包括形成第一波长转换层，第一波长转换层可以为波长转换陶瓷；以及将第二波长转换层熔合至第一波长转换层。波长转换元件被切分为多个小板(platelet)。在切分之后，将一个或多个小板附接至半导体发光器件。
【附图说明】
[0008]图1图示包括LED和两个陶瓷磷光体板的照明装置。
[0009]图2图示半导体发光器件。
[0010]图3是波长转换晶片的一部分的截面图。
[0011 ]图4图示切分为个体小板的图3的结构。
[0012]图5和9图示切分为具有成形边的个体小板的图3的结构。
[0013]图6图示附接于个体LED的图4中图示的小板。
[0014]图7图示在形成反射材料层之后的图6的结构。
[0015]图8图示在蚀刻掉反射材料层以暴露波长转换小板的顶部之后的图7的结构。
【具体实施方式】
[0016]本发明的实施例涉及具有多于一个的波长转换材料的波长转换半导体发光器件。本发明的实施例可以用于可要求高驱动电流和/或高工作温度的应用，诸如汽车头灯。
[0017]虽然在以下示例中，半导体发光器件是发射蓝光或UV光的III族氮化物LED，但是也可以使用除了 LED以外的半导体发光器件(诸如激光二极管)和由诸如其他II1-V材料、II1-磷光体、III族砷化物、I1-VI材料、ZnO或基于Si的材料的其他材料系统制成的半导体发光器件。
[0018]图2图示可以用于本发明的实施例的III族氮化物LED。任何合适的半导体发光器件可以使用并且本发明的实施例不限于图2图示的器件。
[0019]图2的器件通过如本领域已知的在生长衬底上生长III族氮化物半导体结构来形成。生长衬底(图2中未示出)可以是任何合适的衬底，诸如蓝宝石、SiC、S1、GaN或合成衬底。半导体结构包括夹置在η型与ρ型区之间的发光或有源区。N型区14可以首先生长并且可以包括具有不同成分和掺杂剂浓度的多个层，该多个层例如包括诸如缓冲层或成核层的预备层，和/或设计为有利于生长衬底的去除的层(其可以是η型的或者并非有意掺杂的)，以及设计用于高效地发射光的发光区所期望的特定光学、材料或电气特性的η型或者甚至ρ型器件层。发光或有源区16生长在η型区上方。合适的发光区的示例包括单个厚或薄的发光层，或者包括由阻挡层分开的多个薄或厚发光层的多个量子阱发光区。Ρ型区18随后可以生长在发光区上方。如η型区一样，ρ型区可以包括具有不同成分、厚度和掺杂剂浓度的多个层，该多个层包括并非有意掺杂的层或η型层。
[0020]在生长之后，ρ触点形成在ρ型区的表面上。ρ触点20通常包括多个传导层，诸如反射金属和可以防止或减少反射金属的电迀移的防护金属。反射金属通常为银，但也可以使用任何合适的材料。在形成Ρ触点20之后，ρ触点20、ρ型区18以及有源区域16的一部分被去除以暴露出η型区14的其上形成有η触点22的部分。η和ρ触点22和20通过间隙25彼此电隔离，该间隙25可以填充有诸如硅的氧化物或任何其他合适材料的电介质。可以形成多个η触点过孔;η和ρ触点22和20不限于图2图示的布置。η和ρ触点可以重新分布以形成具有电介质/金属叠置体的接合焊盘，如本领域已知的那样。
[0021 ]为了将LED附接于底座12，一个或多个互连体24形成在η和ρ触点22和20上或者电连接至η和ρ触点22和20。互连体24将LED电气地且物理地连接至底座12。互连体24可以是例如金凸点、金层或任何其他合适结构。金凸点的直径可以在例如60μηι与1 ΟΟμπι之间。在例如形成互连体24之后，从器件的晶片切分出个体LED。
[0022]互连体26可以形成在底座12上。底座12可以是任何合适材料(包括例如金属、陶瓷或硅)。底座12上的互连体26与LED上的互连体24对准。互连体24或26中的任一个可以被省略，使得互连体形成LED和底座中的仅仅一个上，而非形成在LED和底座两者上。过孔可以形成在底座内或者在底座的表面上形成的迹线内，以将底座的其上安装LED的顶侧电连接至底座的可以附接至另一结构的底侧。
[0023]个体的LED相对于半导体结构的生长方向翻转并且附接至底座12。LED可以通过例如超声接合、热超声接合、焊接附接或任何其他合适接合技术附接于底座。
[0024]在接合于底座12之前或之后，将底部填充材料30设置在LED与底座12之间。底部填充物30在后续处理期间支撑半导体结构。底部填充物30可以填充邻近互连体24之间的间隙28。底部填充物30可以通过注射或任何其他合适方法引入到LED与底座12之间。底部填充物30可以为例如硅酮、环氧树脂或任何其他合适材料。底部填充物30可以以液体形式注射，随后固化以形成固体。过量的底部填充材料可以通过诸如微珠喷砂的任何合适技术去除。
[0025]生长衬底可以通过任何合适技术来去除。蓝宝石衬底通常通过激光熔化来去除，其中激光被照耀通过衬底并且熔化与衬底直接接触的半导体材料层，从而将衬底从半导体结构释放。其他衬底可以通过例如蚀刻或者诸如研磨的机械技术来去除。去除衬底暴露了η型区14的表面32。表面32可以例如通过光电化学蚀刻或任何其他合适技术进行构图、纹理化或粗糙化，这可以增加来自表面32的光提取。
[0026]图2图示生长衬底已经从中去除的由底部填充物和厚金属互连体支撑的LED。可使用任何其他合适LED。在一些实施例中，使用其中生长衬底保持附接于半导体结构的LED。例如，LED半导体结构可以生长在保持附接于半导体结构的蓝宝石衬底上。在生长之后，蓝宝石可以被薄化到例如小于ΙΟΟμπι厚的厚度，虽然其不需要如此。因为蓝宝石机械地支撑半导体结构，不要求底部填充物用于机械支撑，虽然可以包括底部填充物。厚金属互连体不是要求的，虽然可以包括它们。LED可以通过诸