半导体器件、含该半导体器件的半导体封装及其制造方法

专利名称：半导体器件、含该半导体器件的半导体封装及其制造方法
技术领域：
本公开涉及一种发光器件及其形成方法，更具体地，涉及包括至少两个 堆叠的发光二极管芯片的发光器件及其形成方法。
背景技术：
发光二极管(LED)是p-n结二极管，该发光二极管因过量电子-空 穴对的直接辐射复合而发光。当LED被正向偏置时，电子能够与空穴复合， 且能量以光的形式释放。发出的光的颜色基于形成p - n结的材料的带隙能 量。
LED能以直流电(DC)或交流电(AC)工作。ACLED每单位面积的 发光效率是DCLED的一半，因为在交流电操作中当两个二极管被并联时， 交替开启两个二极管中的一个。因此，增加AC操作LED的发光效率的一 种方法是将一个LED芯片堆叠另一个LED芯片上。这样会表现出LED总 是开启的，因为两个堆叠的LED芯片中的一个是开启的。传统地，LED芯 片堆叠成在一个在另一个上并被绝缘层分开。为了将堆叠的LED芯片连接 到交流电，需要围绕绝缘体的外部导线。
因此，需要具有高的每单位面积发光效率的交流电操作的发光器件。

发明内容
本发明的示范性实施例提供一种具有至少两个LED芯片的发光器件， 其中一个LED堆叠在另一个上方。发光器件能以交流电工作。两个LED芯 片通过设置在它们之间的导电材料而电连接。这样，能够最小化连接两个 LED芯片的电极和导线的数量。
根据本发明的示范性实施例，半导体器件包括第一发光芯片，该第一发 光芯片具有第一半导体层、第二半导体层以及设置在第一半导体层和第二半 导体层之间的第一有源层；设置在第一发光芯片上的第二发光芯片，该第二 发光芯片具有第三半导体层、第四半导体层以及设置在第三半导体层和第四说明书第2/15页
半导体层之间的第二有源层；和设置在第一半导体层和第四半导体层之间的
导电层，第一半导体层和第四半导体层具有不同的导电类型。
半导体器件可还包括设置在导电层上的第一电极、设置在第三半导体层 上的第二电极以及设置在第二半导体层上的第三电极。
第二电极和第三电极能被电连接。
半导体器件可还包括设置在第二半导体层上的基板。
基板可包括半导体材料和导电材料的至少 一种。
导电层能是透明的。
导电层能是反射的。
第三电极能是反射的。
第三电极可包括反射的侧壁。
第三电极能是平的。
半导体器件可还包括设置在第四半导体层和导电层之间的通路。 第二发光芯片能是竖直型发光芯片。
半导体器件还可包括第三发光芯片，该第三发光芯片包括第五半导体 层，该第五半导体层设置在第三半导体层上，第五半导体层和第三半导体层 具有不同的导电类型。
半导体器件还可包括第三发光芯片，该第三发光芯片包括第五半导体 层，该第五半导体层设置在第三半导体层上，第五半导体层和第三半导体层 具有相同的导电类型。
第 一发光芯片和第二发光芯片能配置为交替地在交流电波形的各个交 替的半周激励，从而发光。
与第二发光芯片交叠的第 一发光芯片的轮廓与第二发光芯片的轮廓基
本相同。
根据本发明的示范性实施例，半导体封装包括设置在第一基板的第一表
面上的第一导电垫和第二导电垫；设置在第一基板的第一表面上的第一发光 芯片，第一发光芯片具有第一半导体层、电连接到第二导电垫的第二半导体 层以及设置在第一半导体层和第二半导体层之间的第一有源层；设置在第一 发光芯片上的第二发光芯片，该第二发光芯片具有第三半导体层、第四半导 体层以及设置在第三半导体层和第四半导体层之间的第二有源层；设置在第 一半导体层和第四半导体层之间的导电层，第一半导体层和第四半导体层具有不同的导电类型；第一导线，其连接第一导电垫与设置在导电层上的第一
电极；和第二导线，其连接第二导电垫与设置在第三半导体层上的第二电极。 半导体器件还可包括:没置在第二半导体层上的第三电才及。 半导体器件还可包括在第二半导体层上的第二基板，第二基板包括半导
体材料。
导电层能是透明的。 导电层能是反射的。
第二发光芯片能是竖直型(vertical type )发光芯片。
第 一发光芯片和第二发光芯片能配置为交替地在交流电波形的各个交
替的半周激励，从而发光。
半导体器件还可包括密封剂，该密封剂密封第一发光芯片和第二发光芯片。
半导体器件还可包括:没置在密封剂中的光转换材料。
半导体器件还可包括设置在第 一基板的第二表面上的第三导电垫和第 四导电垫，其中第三导电垫电连接到第二导电垫，第四导电垫电连接到第一 导电垫。
半导体器件还可包括i殳置在第三导电垫和第二导电垫之间的第 一通路， 设置在第 一导电垫和第四导电垫之间的第二通路。
根据本发明的示范性实施例，半导体器件的形成方法包括形成第一半 导体层、第二半导体层以及设置在第一半导体层和第二半导体层之间的第一 有源层；在第二半导体层上设置第二基板；去除第一基4反；在第三基板上形 成第三半导体层、第四半导体层以及设置在第三半导体层和第四半导体层之 间的笫二有源层；在第四半导体层上设置第一半导体层；和去除第三基板。
该方法还可包括在第一半导体层上形成导电层。
该方法还可包括在导电层和第四半导体层之间形成接合。
该方法还可包括在导电层上形成第一电极、在第三半导体层上形成第二 电极和在第二半导体层上形成第三电极。
第三电极能是反射的。
导电层能是透明的。 根据本发明的示范性实施例，半导体封装的形成方法包括制备第一发 光芯片，该第一发光芯片具有第一半导体层、第二半导体层以及设置在第一半导体层和第二半导体之间的第一有源层；制备第二发光芯片，该第二发光
芯片具有第三半导体层、第四半导体层以及设置在第三半导体层和第四半导
体层之间的第二有源层；和在第四半导体层上设置第一半导体层，该第四半 导体层即将与第一半导体层相互电连接，第一半导体层和第四半导体层具有 不同的导电类型。
该方法还可包括设置在第 一半导体层上的导电层。
该方法还可包括在导电层上形成第一电极、在第三半导体层上形成第二 电极和在第二半导体层上形成第三电极。
第三电极能是反射的。
导电层能是透明的。
该方法还可包括制备具有第一导电垫和第二导电垫的第 一基板，和连接 第二电极和第二导电垫以及连接第一电极和第一导电垫。
该方法还可包括在密封剂中密封第一发光芯片和第二发光芯片。 该方法还可包括在密封剂中设置光转换材料。


通过以下结合附图的描述能够更详细地理解本发明的示范性实施方式， 附图中
图1A和图1B示出根据本发明示范性实施例的偏压发光器件；
图2A和图2B示出根据本发明示范性实施例的偏压发光器件的电路图3示出根据本发明示范性实施例的发光器件；
图4示出根据本发明示范性实施例的发光器件；
图5示出才艮据本发明示范性实施例的发光器件；
图6示出根据本发明示范性实施例的发光器件的电路图7A、图7B和图7C示出根据本发明示范性实施例的发光器件的电路
图8示出根据本发明示范性实施例的半导体封装； 图9示出根据本发明示范性实施例的半导体封装； 图IO示出根据本发明示范性实施例的发光封装； 图11示出根据本发明示范性实施例的发光封装； 图12示出才艮据本发明示范性实施例的发光封装；图13示出根据本发明示范性实施例的发光器件的阵列； 图14示出根据本发明示范性实施例的封装中的发光器件； 图15示出根据本发明示范性实施例的封装中的发光器件； 图16示出根据本发明示范性实施例的包括发光器件的系统； 图17示出根据本发明示范性实施例的包括发光器件的系统； 图18示出根据本发明示范性实施例的包括发光器件的系统； 图19示出根据本发明示范性实施例的包括发光器件的系统； 图20示出根据本发明示范性实施例的包括发光器件的系统；以及 图21A、图21B、图22A、图22B、图23A、图23B、图24、图25A、 图25B、图26和图27示出根据本发明示范性实施例的发光器件的形成方法。
具体实施例方式
现将参考其中显示本发明的示范性实施例的附图更加全面地描述本发 明。然而，本发明可以以许多不同的形式实现且不应解释为限于这里阐述的 实施例。
可以理解当元件或层被称为在另一元件或层"上"、"连接到"和/或"耦 合到"另一元件或层时，它可以直接在其他元件或层上或直"t妄连接到、耦合 到另一元件或层，或者可以存在中间的元件或层。相反，当元件被称为"直 接"在其他元件"上"、"直接连接到"和/或"直接耦合到"另一元件或层时， 则没有中间元件或层存在。这里所用的术语"和/或"包括相关列举项目的一 个或更多的^f壬何和所有组合。
可以理解虽然术语第一、第二和第三等可以用于此来描述各种元件、部 件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分应不受 这些术语限制。这些术语只用于区分一个元件、部件、区域、层或部分与其 他元件、部件、区域、层或部分。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、 层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分，而不背离本发明的 教导。
在这里为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如"下面"、"下方"、 "底部"、"下"、"上方"、"顶部"、"上，，等，来描述一个元件或特征与其他
元件或特征如图中所示的关系。可以理解空间相对术语旨在包含除了在图中 所绘的方向之外的装置在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的装置被翻转，被描述为在其他元件或特征的"下方"或"下面"的元件则应取 向在所述其他元件或特征的"上方"。因此，示范性术语"下方"可以包含 下方和上方两个方向。装置也可以有其它取向(旋转90度或其它取向)且 相应地解释这里所使用的空间相对描述语。同样，如这里所用，"竖直"表 示实质上垂直于水平方向的方向。
参考横截面图示在这里描述了实施方式的实例，该图示是理想实施例 (和中间结构)的示意图。因此，可以预期由于例如制造技术和/或公差引起 的图示的形状的变化。因此，实施例不应解释为限于这里所示的特别的区域 形状，而是包括由于例如由制造引起的形状的偏离。例如，^皮示为矩形的注 入区将通常具有修圆或弯曲的特征和/或在其边缘具有注入浓度的梯度而不 是从注入区到非注入区的二元变化。相似地，由注入形成的埋入区可以引起 埋入区和通过其进行注入的表面之间的区域中的某些注入。因此，图中示出 的区域本质上是示意性的且它们的形状不旨在示出器件的区域的精确的形 状且不旨在限制本发明的范围。
图1A和图1B示出根据本发明示范性实施例的偏压发光器件。图2A和 图2B示出根据本发明示范性实施例的偏压发光器件的电路图。
参考图1A和图1B,发光器件20包括第一发光芯片110,第二发光芯 片160，第一、第二和第三欧姆接触层142、 168和130,第一、第二和第三 电极150、 170和140,以及基板200。第一发光芯片110i殳置在基板200上， 且中间层210设置在基板200与第一发光芯片110之间。第二发光芯片160 设置在第一发光芯片110上，且欧姆接触层142、 168设置在第二发光芯片 160与第一发光芯片110之间。
第一发光芯片110包括第一半导体层112、第二半导体层116以及设置 在第一半导体层112与第二半导体层116之间的第一有源层114。第二发光 芯片160包括第三半导体层162、第四半导体层166以及设置在第三半导体 层162与第四半导体层166之间的第二有源层164。在示范性实施例中，第 一半导体层112包括n型半导体，第二半导体层116包括p型半导体，第三 半导体层162包括n型半导体，第四半导体层166包括p型半导体。这样， 第一半导体层112和第四半导体层166具有不同的导电类型。
第一电极150设置在第一欧姆接触层142上。第二电极170设置在第三 半导体层162上。第三电极140设置在第二半导体层116上，第三欧姆接触层130设置在第三电极140与第二半导体层116之间。这样，在示范性实施例中，具有不同导电类型的第一半导体层112和第四半导体层166通过第一和第二欧姆接触层142、 168电连接。第二电极170和第三电极140可被电连接。
基板200包括，例如，半导体材料或导电材料。中间层210能设置在基板200上。中间层210能包括，例如，Au、 Ag、 Pt、 Ni、 Cu、 Sn、 Al、 Pb、Cr和Ti的至少一个。第三电极140能设置在中间层210上。第三欧姆接触层130能设置在第三电极140上。第二半导体层116能设置在第三欧姆接触层130和绝缘体120上。
在示范性实施例中，包括第一和第二欧姆接触层142和168的导电层能是透明的。可替换地，第一和第二欧姆接触层142和168能是反射的。在示范性实施例中，第三电极140能是反射的。第三电极140能包括反射侧壁141。反射侧壁141是倾斜的，从而增大发光器件20的光发射。由于倾斜的反射侧壁141而导致形成凹槽118。在示范性实施例中，第三电极140能具有高反射性从而进一步增大光发射。根据本发明示范性实施例，反射侧壁141能被省略。这样，在示范性实施例中，相对于基板200的主轴，第三电极140能是平的。
在示范性实施例中，第二发光芯片160能是竖直型结构，第一发光芯片IIO能是竖直、横向或翻转(flip)型结构。在示范性实施例中，第二发光芯片160和设置在第二发光芯片160下方且与第二发光芯片160交叠的第一发光芯片IIO具有实质上相同的轮廓(contour)。
参考图1A、图1B、图2A和图2B，第一和第二发光芯片110、 160配置为交替地在交流电波形的各个(respective )交替的半周(alternating halves )激励，从而发光。
参考图1A和图2A,基板200和第二电极170具有相同的电位。例如，负电压(-)被施加到第一电极150,正电压(+ )被施加到基板200和第二电极170。这样，第一发光芯片IIO被正向偏置，第二发光芯片160被反向偏置。因此，只有第一发光芯片110开启并发射光L1。第三电极140能反射由第一发光芯片110的第一有源层114产生的光。当欧姆接触层142、168透明时，来自第三电极140的反射光和从第一有源层114直接入射的光经过第一和第二欧姆接触层142、 168被发射到发光器件20的外部。参考图1B和图2B，基板200和第二电极170具有相同的电位。例如，正电压(+ )被施加到第一电极150，负电压(-)被施加到基板200和第二电极170。这样，第二发光芯片160被正向偏置，第一发光芯片IIO被反向偏置。因此，只有第二发光芯片160开启并发射光L2。第三电极140能反射由第二发光芯片160的第二有源层164产生的光。来自第三电极140的反射光和从第二有源层164直接入射的光能被发射到发光器件20的外部。当欧姆接触层142、 168透明时，反射光能穿过第一和第二欧姆接触层142、168传送。
图3示出根据本发明示范性实施例的发光器件21。参考图3，第二发光芯片160设置在导电层144上。第一电极150能设置在导电层144上。在示范性实施例中，第三电极140是平的。也就是说，第三电极140不具有倾斜的侧壁。这样，由第一发光芯片IIO产生的光能沿水平方向泄露。当导电层144透明时，由第二发光芯片160产生的光能穿过导电层144并能被第三电极140反射。当导电层144是反射的时，由第二发光芯片160产生的光被导电层144反射。
图4示出根据本发明示范性实施例的发光器件22。参考图4，第一发光芯片110设置在第一基板201上，导电层144设置在第一发光芯片110上。第二发光芯片160设置在第二基板202上。多个通路(through via) 204设置在第二基板202中。这样，第四半导体层166能通过填充有导电材料的通路204而电连接到导电层144。第一发光芯片110包括第一半导体层112、第一有源层114和第二半导体层116。第二半导体层116能设置在第一基板201上。基板201、 202可包括蓝宝石(A1203)、 ZnO或SiC。在示范性实施例中，反射层能设置在第二半导体层116和第一基板201之间。第一电极150设置在导电层144上。第二电极170设置在第三导电层162上。第三电极140设置在第二半导体层116的边缘上。这样，在此示范性实施例中，第二发光芯片160是竖直型的，第一发光芯片IIO是横向型的。
图5示出根据本发明示范性实施例的发光器件23。图6示出根据本发明示范性实施例的发光器件的电路图。参考图5和图6，第三发光芯片180和第四发光芯片190堆叠在第一和第二发光芯片110、 160上。第三发光芯片180包括第五半导体层186、第三有源层184和第六半导体层182。第五半导体层186设置在第三半导体层162上，第二导电层146设置在第五半导体层186与第三半导体层162之间。在示范性实施例中，第五半导体层186和第三半导体层162具有不同的导电类型。可替换地，第五半导体层186和第三半导体层162具有相同的导电类型。
第四发光芯片l卯包括第七半导体层192、第四有源层194和第八半导体层196。第七半导体层192设置在第八半导体层196上，第四有源层194设置在第七半导体层192与第八半导体层196之间。第八半导体层196与设置在其下方的第三导电层148接触。第三导电层148设置在第六半导体层182上并接触第六半导体层182。第六半导体层182设置在第五半导体层186上，第三有源层184设置在第六半导体层182与第五半导体层186之间。第五半导体层186设置在第二导电层146上并接触第二导电层146。第二导电层146设置在第三半导体层162—上并接触第三半导体层162。第三半导体层162设置在第四半导体层166上，第二有源层164设置在第三半导体层162与第四半导体层166之间。第四半导体层166设置在第一导电层144上并接触第一导电层144。第一导电层144设置在第一半导体层112上并接触第一半导体层112。第一半导体层112设置在第二半导体层116上，第一有源层114设置在第一半导体层112与第二半导体层116之间。第二半导体层116设置在第三电极140上并接触第三电极140。第三电极140设置在中间层210上并接触中间层210。中间层210设置在基板200上并接触基板200。
第一电极150设置在第一导电层144上。第二电极170设置在第二导电层146上。第三电极140能设置在第二半导体层116和中间层210之间。第四电极188能设置在第三导电层148上。第五电极198能i殳置在第七半导体层192上。在示范性实施例中，第一、第三、第五和第八半导体层112、 162、186和196是n型半导体层，第二、第四、第六和第七半导体层116、 166、182和192是p型半导体层。
参考图6，根据本发明示范性实施例，n个发光二极管能被堆叠。用于发光的第一组可包括发光芯片H0和180,用于发光的第二组可包括发光芯片160和190。当施加DC偏压时，第一组或第二组能开启。也就是i兌，在示范性实施例中，发光器件23能被DC偏置。
在示范性实施例中，第一和第三发光芯片110、 180的总发光面积与第二和第四发光芯片160、 190的总发光面积基本相同。因此，能产生均匀的发光强度。图7A、图7B和图7C示出根据本发明示范性实施例的发光器件的电路图。参考图7A，发光器件24包括第一发光二极管组A和第二发光二极管组B,该第一发光二极管组A包括多个子发光二极管，该第二发光二极管组B包括多个子发光二极管。参考图7B，发光器件25包括第一发光二极管组C和第二发光二极管D，该第一发光二极管组C包括多个子发光二极管。参考图7C，发光器件26包括第一发光二极管E和第二发光二才及管组F,该第二发光二极管组F包括多个子发光二极管。这样，根据本发明示范性实施例能够使用多个发光二极管芯片。
图8示出根据本发明示范性实施例的半导体封装。参考图8,半导体封装31包括发光器件20、基板300例如印刷电路板(PCB)、第一导电垫(pad)320、第二导电垫310、第一导线330和第二导线340。第一导电垫320和第二导电垫310设置在基板300上。第一导线330将第一导电垫320与设置在导电层142上的第一电极150连接。第二导线340将第二导电垫310与设置在第三半导体层162上的第二电极170连接。
图9示出根据本发明示范性实施例的半导体封装。参考图9，半导体封装32包括发光器件20、基板300例如PCB、第一导电垫320、第二导电垫310、第三导电垫312、第四导电垫322、第一导线330和第二导线340。基板300包括设置在第二导电垫310和第三导电垫312之间的多个第一通路(via) 316，以及设置在第一导电垫320和第四导电垫322之间的多个第二通路326。第一和第二导电垫320和310设置在基板300的第一表面上，第三和第四导电垫312和322设置在基板300的第二表面上。第一导电垫320能通过第二通路326电连4妄到第四导电垫322，第二导电垫310能通过第一通路316电连接到第三导电垫312。根据本发明的示范性实施例，第一通路316和第二通路326能是热通道和/或导体。
图IO示出根据本发明的示范性实施例的发光封装。参考图10,发光封装33包括被第一密封剂(encapsulant) 342密封的半导体封装31。光转换材料比如，例如，磷光体344能设置在第一密封剂342中。在示范性实施例中，磷光体344能基本均匀地分散在整个第一密封剂342中。第二密封剂350能设置在第一密封剂342上。磷光体344能转换由第一发光芯片IIO和第二发光芯片160产生的一部分光。例如，当半导体封装31产生蓝光且磷光 344包括黄色荧光材料时，能从发光封装33产生白光。在示范性实施例中，能够包括红色磷光体以增加显色指数(CRI, Color Rendering Index )。当半导体封装31产生紫外(UV)光时，磷光体344能包括RGB荧光材料。第二密封剂350能防止磷光体344因例如潮湿而被损坏。第一和第二密封剂能是，例如，环氧树脂、硅树脂、刚性硅树脂、氨基曱酸乙酯、氧杂环丁烷(oxetane)、丙烯酸(acryl)、聚碳酸脂和聚酰亚胺(polyimide )。磷光体344可包括，例如，被镧活化的氮化物/氧化物材料。
图11示出根据本发明示范性实施例的发光封装。参考图11,发光封装34包括被密封剂350密封的半导体封装31。在示范性实施例中，磷光体344能设置在基板300、第一和第二导电垫320和310、第一和第二电极150和170、以及第三半导体层162上。在示范性实施例中，磷光体344能是单层。
图12示出根据本发明示范性实施例的发光封装。参考图12，发光封装35包括被第一密封剂342和第二密封剂350密封的半导体封装31。在示范性实施例中，磷光体344能例如共形地设置在第一密封剂342上。在示范性实施例中，磷光体344能是单层。
图13为示出根据本发明示范性实施例的发光封装模块36的平面图。参考图13，第一列中的第一导电垫320邻近第二导电垫310i殳置。在挨着第一列的第二列中，设置另一个第一导电垫320和第二导电垫310。这样，设置多个包括第一和第二导电垫320和310的列以形成封装阵列。在第一列中，第二发光芯片160设置在第一发光芯片110上。第二电极170设置在第二发光芯片160上。第一电极150设置在第一发光芯片110上。第一导线330将第一电极150与第一导电垫320连接。第二导线340将第二电极170与第二导电垫310连才矣。
图14为示出根据本发明示范性实施例的发光封装模块的透视图。在第一列中，设置在基板300上的多个发光器件20被例如以规则间隔布置。多个发光器件20被第一密封剂342和第二密封剂350密封，该第一密封剂342和第二密封剂350具有被切掉一半的长管形状。包括多个发光器件20以及第一密封剂342和第二密封剂350的第二列能挨着第一列设置，第一列与第二列之间具有间距。在此示范性实施例中，多于一个的发光器件20能被第一密封剂342和第二密封剂350密封。
图15为示出根据本发明示范性实施例的发光封装模块的透视图。在第一列中，设置在基板300上的多个发光器件20例如以规则间距布置。多个发光器件20中的每个逐个被第一密封剂342和第二密封剂350相应地密封。 在示范性实施例中，第一密封剂342和第二密封剂350基本是半圓形。
图16为根据本发明示范性实施例的背光单元的截面图。在示范性实施 例中，能使用边缘型背光单元。设置在基板300上的发光器件20位于导光 板400的边缘。导光板400包括设置在反射片412上的传输片(transfer sheet) 410。多个反射图案412a能设置在反射片412上。显示板450能设置在扩散 片(spreading sheet) 414上，棱镜片416位于显示板450和扩散片414之间。 扩散片414扩散从导光板400接收到的光且能设置在导光板400上。棱镜片 416能包括两个片且沿正交方向引导光到显示板450。
图17、图18、图19和图20是采用根据本发明示范性实施例的发光器 件的系统。参考图17，发光器件结合投影仪(projector) —起使用。投影仪 包括基本布置在一条线上的光源411、聚光透镜420、滤色器430、锐化透镜 (sharpening lens ) 440和数字微反射镜装置(DMD) 451。樣￡透镜480接收 来自DMD 451的光并在屏幕490上投射图像。参考图18，多个发光封装1 被用作车辆(vehicle) 500的光源。参考图19,根据示范性实施例的发光封 装1被用作街灯600的光源。参考图20，根据示范性实施例的多个发光封装 1被用作照明灯700的光源。
图21至27示出才艮据本发明示范性实施例的发光器件的形成方法。
参考图21A,第一初始半导体层112a形成在第一基才反100上。第二初 始半导体层116a能形成在第一初始半导体层112a上，第一初始有源层114a 设置在第一初始半导体层112a与第二初始半导体层116a之间。在示范性实 施例中，緩冲层能在第一初始半导体层112a和第一基板IOO之间形成。緩 冲层能增加第一初始半导体层112a、第一初始有源层114a和第二初始半导 体层116a的晶体性能。
第一初始半导体层112a、第一初始有源层114a和第二初始半导体层116a 能包括InxAlyGad-x-y)N (05x^1, OSySl)比如，例如，AlGaN或InGaN。初 始半导体层U2a和116a能通过例如金属有机化学气相沉积(MOCVD )、液 相外延生长、氢化气相外延生长、分子束外延生长或金属有才几气相外延生长 形成在第一基板100上。当第一初始半导体层112a是第一导电类型时，第 二初始半导体层116a能是第二导电类型。例如，当第一初始半导体层112a 是n型半导体层时，第二初始半导体层116a是p型半导体层。例如，当第一初始半导体层112a是p型半导体层时，第二初始半导体层116a能是n型 半导体层。
在初始有源层114a中，发生电子和空穴之间的光复合。初始有源层114a 能包括至少一个势阱(potential well)和势垒(potential barrier)。为了调节 发光性能，^^据本发明示范性实施例，B、 P、 Si、 Mg、 Zn和Se中的至少 一种能被掺杂在势阱和/或势垒中。
大约40(TC的热处理能纟皮执行以活化第二初始半导体层116a。例如，当 第二初始半导体层U6a是掺杂有Mg的InxAlyGa(1-x-y>N(0^^1， O^y^l) 时， 因为结合Mg的H能与Mg分离，所以第二初始半导体116a能通过热处理 具有改善的p型性能。在示范性实施例中，第一基板100可包括电介质材料 比如，例如蓝宝石(A1203)、 ZnO,或导体比如例如Si或SiC。
参考图21B，第一有源层114、第一半导体层112、第二半导体层116 和凹槽(groove) 118能通过图案化第一初始半导体层112a、第一初始有源 层114a和第二初始半导体层116a而形成。根据本发明的示范性实施例，凹 槽118具有倾斜的表面，该倾斜的表面能用于反射,人有源层114和164发出 的光。
参考图22A，绝缘体120能形成在第一半导体层112和第二半导体层116 以及有源层114上。也就是说，绝缘体120能共形地形成在第一发光芯片110 的凹入和突出部分上。第二半导体层116的一部分顶表面净皮暴露。绝缘体120 能包括，例如，SiO、 SiN、 SiON、 A1203和A1N中的至少之一。
参考图22B，第三欧姆接触层130形成在第二半导体层116的暴露部分 上。第三电极140能形成在绝缘体120以及第三欧姆^^妄触层130上。也就是 说，第三电极140能共形地形成在第一发光芯片110的顶表面和侧壁上。在 示范性实施例中，第三电极140能包括具有高反射率的材料比如，例如，Ag 或A1。欧姆接触层130能包括，例如，铟锡氧化物(ITO)、 Zn、 ZnO、 Ag、 Ti、 Al、 Au、 Ni、 ln203、 Sn02、 Cu、 W和Pt中的至少一种。执行采用大约 400。C温度的热处理以活或第三欧姆接触层130。设置在第三电极140和第二 半导体层116之间的第三欧姆接触层130能增大电流扩散(current spreading )。
参考图23A,第二基板200能形成在第三电极140上，中间层210设置 在第二基板200与第三电极140之间。这样，第一基板100和第二基板200彼此结合。第二基板200能是导电基板。第二基板200可包括，例如，Si、 应变Si (strained Si )、 Si合金、SOI、 SiC、 SiGeC、 Ge、 Ge合金、GaAs、 InAs和III-V半导体中的至少之一。中间层210能包括，例如，Au、 Ag、 Pt、 Ni、 Cu、 Sn、 Al、 Pb、 Cr和Ti中的至少一种。中间层210能具有比第三电 极140低的反射系数。当中间层210包括Au时，第一和第二基板100和200 能通过采用大约200。C至大约450。C温度的热处理相互结合。在示范性实施 例中，能在热处理中加入施压工艺。
参考图23B,第一基板100被从第一半导体层112去除。在示范性实施 例中，激光能用于去除第一基板IOO。例如，激光熔化在第一基板100和第 一半导体层112之间形成的緩冲层或n-GaN使得第 一基板100能从第 一半导 体层112分离。在示范性实施例中，包括CMP、磨削或回蚀工艺的减薄工 艺(thinning process )能在去除第一基板100之前进行，从而防止损坏第一 发光器件110。
参考图24，第一欧姆接触层142形成在第一半导体层112上。第一电极 150形成在第一欧姆接触层142上。在示范性实施例中，第一电极150能形 成在第一欧姆接触层142上并靠近第一欧姆接触层142的边缘，使得第二发 光芯片160能设置在第一欧姆接触层142上而不接触第一电极150。第一欧 姆接触层142可包括，例如，ITO、 Zn、 ZnO、 Ag、 Ti、 Al、 Au、 Ni、 ln203、 Sn02、 Cu、 W和Pt中的至少之一。第一电极150可包括，例如，ITO、 Cu、 Ni、 Cr、 Au、 Ti、 Pt、 Al、 V、 W、 Mo和Ag中的至少之一。第一欧姆接触 层142能增加穿过第一发光芯片IIO和第二发光芯片160的电流扩散。
参考图25A,第三初始半导体层162a形成在第三基板101上。第四初 始半导体层166a形成在第三初始半导体层162a上，第二初始有源层164a 设置在第三初始半导体层162a与第四初始半导体层166a之间。第二初始欧 姆4妻触层168a形成在第四初始半导体层166a上。
参考图25B,通过图案化第三初始半导体层162a、第四初始半导体层 166a、第二初始有源层164a和第二初始欧姆接触层168a来形成第二发光芯 片160。在示范性实施例中，除了被第一电极150重叠的部分外，第一发光 芯片IIO与第二发光芯片160具有基本相同的形状。
参考图26,设置在第三基板101上的第二发光芯片160与设置在第二基 板200上的第一发光芯片IIO接合在一起。也就是说，设置在第一发光芯片110上的第一欧姆接触层142接触设置在第二发光芯片160上的第二欧姆接 触层168。这样，第一半导体层112和第四半导体层166通过第一和第二欧 姆接触层142和168而电连4妄。
参考图27，从第二发光芯片160去除第三基板101。第二电极170能形 成在第三半导体层162上。
本发明的示范性实施例提供了具有至少两个LED芯片的发光器件，其 中这至少两个LED芯片是一个堆叠在另一个上方。发光器件能以交流电工 作。该两个LED芯片由设置在其间的导电材料电连接。这样，能够最小化 发光器件中连接这两个LED芯片的电极和导线的数量。
虽然已经参考附图描述了本发明的示范性实施例，但是可以理解本发明 不应限于这些具体的实施例，本领域的一4殳技术人员可以在不脱离本发明的 精神或范围下进行各种变化和改进。所有这些变化和改进旨在包括在由权利 要求界定的本发明的范围内。
本申请要求于2008年8月5日提交的韩国专利申请第2008-0076549 号和于2009年5月1日提交的美国专利申请第12/434358号的优先权，在此 引入其全部内容作为参考。
权利要求
1.一种半导体器件，包括第一发光芯片，该第一发光芯片具有第一半导体层、第二半导体层以及设置在第一半导体层和第二半导体层之间的第一有源层；设置在所述第一发光芯片上的第二发光芯片，该第二发光芯片具有第三半导体层、第四半导体层以及设置在第三半导体层和第四半导体层之间的第二有源层；和导电层，设置在所述第一半导体层和所述第四半导体层之间，所述第一半导体层和所述第四半导体层具有不同的导电类型。
2. 如权利要求1所述的半导体器件，还包括设置在所述导电层上的第一电极、设置在所述第三半导体层上的第二电极和设置在所述第二半导体层上 的第三电极。
3. 如权利要求2所述的半导体器件，其中所述第二电极和所述第三电极 电连接。
4. 如权利要求1所述的半导体器件，其中所述第二半导体层设置在基板上。
5. 如权利要求4所述的半导体器件，其中所述基板包括半导体材料和导 电材料的至少一种。
6. 如权利要求1所述的半导体器件，其中所述导电层是透明的。
7. 如权利要求1所述的半导体器件，其中所述导电层M射的。
8. 如权利要求2所述的半导体器件，其中所述第三电极是反射的。
9. 如权利要求8所述的半导体器件，其中所述第三电极包括反射侧壁。
10. 如权利要求8所述的半导体器件，其中所述第三电极是平的。
11. 如斥又利要求1所述的半导体器件，还包括i殳置在所述第四半导体层 和所述导电层之间的通路。
12. 如权利要求1所述的半导体器件，其中所述第二发光芯片是竖直型 发光芯片。
13. 如权利要求1所述的半导体器件，还包括第三发光芯片，该第三发 光芯片包括第五半导体层，所述第五半导体层设置在所述第三半导体层上， 所述第五半导体层和所述第三半导体层具有不同的导电类型。
14. 如权利要求1所述的半导体器件，还包括第三发光芯片，该第三发光芯片包括第五半导体层，所述第五半导体层设置在所述第三半导体层上， 所述第五半导体层和所述第三半导体层具有相同的导电类型。
15. 如权利要求1所述的半导体器件，其中所述第一发光芯片和所述第 二发光芯片被配置为交替地在交流电波形的各个交替的半周激励，从而发光。
16. 如权利要求1所述的半导体器件，其中与所述第二发光芯片交叠的 所述第一发光芯片的轮廓与所述第二发光芯片的轮廓基本相同。
17. —种半导体封装，包括设置在第 一基板的第 一表面上的第 一导电垫和第二导电垫； 设置在所述第一基板的所述第一表面上的第一发光芯片，所述第一发光 芯片具有第 一半导体层、电连接到所述第二导电垫的第二半导体层以及设置在所述第一半导体层和第二半导体层之间的第一有源层；设置在所述第一发光芯片上的第二发光芯片，所述第二发光芯片具有第 三半导体层、第四半导体层以及设置在所述第三半导体层和所述第四半导体 层之间的第二有源层；设置在所述第一半导体层和所述第四半导体层之间的导电层，所述第一 半导体层和所述第四半导体层具有不同的导电类型；第一导线，连接所述第一导电垫与设置在所述导电层上的第一电极；和第二导线，连接所述第二导电垫与设置在所述第三半导体层上的第二电极。
18. 如权利要求17所述的半导体封装，还包括设置在所述第二半导体层 上的第三电极。
19. 如权利要求17所述的半导体封装，其中所述第二半导体层设置在包 括半导体材料的第二基板上。
20. 如权利要求17所述的半导体封装，其中所述导电层是透明的。
21. 如权利要求17所述的半导体封装，其中所述导电层是反射的。
22. 如权利要求17所述的半导体封装，其中所述第二发光芯片是竖直型 发光芯片。
23. 如权利要求17所述的半导体封装，其中所述第一发光芯片和所述第 二发光芯片被配置为交替地在交流电波形的各个交替的半周激励，从而发光。
24. 如权利要求17所述的半导体封装，还包括密封所述第一发光芯片和第二发光芯片的密封剂。
25. 如权利要求24所述的半导体封装，还包括设置在所述密封剂中的光 转换材料。
26. 如权利要求17所述的半导体封装，还包括设置所述第一基板的第二 表面上的第三导电垫和第四导电垫，其中所述第三导电垫电连接到所述第二 导电垫，所述第四导电垫电连接到所述第一导电垫。
27. 如权利要求26所述的半导体封装，还包括设置在所述第三导电垫和 所述第二导电垫之间的第 一通路，和设置在所述第 一导电垫和所述第四导电 垫之间的第二通路。
28. —种形成半导体器件的方法，该方法包括在第一基板上形成第一半导体层、第二半导体层以及设置在所述第一半 导体层与所述第二半导体层之间的第 一有源层；在所述第二半导体层上设置第二基板； 去除所述第一基板；在第三基板上形成第三半导体层、第四半导体层以及i殳置在所述第三半 导体层与所述第四半导体层之间的第二有源层；在所述第四半导体层上设置第一半导体层；和去除所述第三基板。
29. 如权利要求28所述的方法，还包括形成在所述第一半导体层上的导 电层。
30. 如权利要求29所述的方法，还包括在所述导电层和所述第四半导体 层之间形成接合。
31. 如权利要求29所述的方法，还包括形成在所述导电层上的第一电 极，形成在所述第三半导体层上的第二电极以及形成在所述第二半导体层上 的第三电极。
32. 如权利要求31所述的方法，其中所述第三电极是反射的。
33. 如权利要求29所述的方法，其中所述导电层是透明的。
34. —种形成半导体封装的方法，该方法包括制备具有第一半导体层、第二半导体层以及设置在所述第一半导体与所述第二半导体层之间的第一有源层的第一发光芯片；制备具有第三半导体层、第四半导体层以及设置在所述第三半导体层与 所述第四半导体层之间的第二有源层的第二发光芯片；在所述第四半导体层上设置所述第一半导体层；和电连接所述第一半导体层到所述第四半导体层，所述第一半导体层和所 述第四半导体层具有不同的导电类型。
35. 如权利要求34所述的方法，还包括设置在所述第一半导体层上的导 电层。
36. 如权利要求35所述的方法，还包括形成在所述导电层上的第一电 极，形成在所述第三半导体层上的第二电极，以及形成在所述第二半导体层 上的第三电极。
37. 如权利要求36所述的方法，其中所述第三电极^:A射的。
38. 如权利要求35所述的方法，其中所述导电层是透明的。
39. 如权利要求36所述的方法，还包括制备具有第一导电垫和第二导电 垫的第一基板，并连接所述第二电极和所述第二导电垫，连接所述第一电极 和所述第一导电垫。
40. 如权利要求39所述的方法，还包括将所述第一发光芯片和所述第二 发光芯片密封在密封剂中。
41. 如权利要求40所述的方法，还包括在所述密封剂中设置光转换材料。
全文摘要
本发明涉及一种半导体器件、具有该半导体器件的半导体封装及其制造方法，该半导体器件包括第一发光芯片，该第一发光芯片具有第一半导体层、第二半导体层以及设置在第一半导体层和第二半导体层之间的第一有源层；设置在第一发光芯片上的第二发光芯片，该第二发光芯片具有第三半导体层、第四半导体层以及设置在第三半导体层和第四半导体层之间的第二有源层；和设置在第一半导体层和第四半导体层之间的导电层，第一半导体层和第四半导体层具有不同的导电类型。
文档编号H01L25/075GK101645443SQ20091016214
公开日2010年2月10日 申请日期2009年8月5日 优先权日2008年8月5日
发明者金维植 申请人:三星电子株式会社