专利名称：生长衬底移除的串联连接的倒装芯片led的制作方法
技术领域：
本发明涉及形成发光二极管(LED)，并且具体地涉及同时形成互连的LED的方法。
背景技术：
单独的LED被串联连接跨过电网电压(例如，120VAC),使得LED的组合正向电压略微低于峰值电压。因此，LED在每个AC周期短暂地接通。LED的快速闪烁不为人眼所感知。 这种光源不昂贵，因为不需要DC电流调节器。然而，由于使用许多LED (典型地30-60个)， 将单独的LED安装和互连在电路板上则产生比较大的光发射体。串联连接的LED对于比如汽车的DC应用也是有用的，其中三个LED的并联串列被连接跨过电池电压(标称为12伏特)从而产生任何亮度水平。不使用有源电流源的串联电阻器典型地用于限制这种LED串列中的电流。LED可以是任何颜色且可以甚至具有磷光体涂层以生成白色光。近来，通过移除用于生长GaN LED层的透明蓝宝石生长衬底，GaN LED的效率得到提升。在衬底移除之后，露出的GaN层被蚀刻以减薄该层并且产生粗糙化的表面以增加光提取。需要的是一种在紧凑结构中形成串联LED的高效技术。还需要的是可以可靠地经历衬底移除工艺的这种紧凑LED结构。还需要的是也可以在衬底移除之后可靠地经历蚀刻工艺从而提高光提取的这种紧凑LED结构。
发明内容
描述一种在单个底座上形成任意数目的串联连接的LED的晶片级工艺。在一个实施例中，制作具有磷光体覆层的蓝色LED串列以生成任意颜色。在一个实施例中，蓝宝石生长衬底晶片上外延生长了比较厚的半绝缘(Si) GaN 层。SI-GaN层的电阻率通过掺杂被控制以具有IO5-IO6 ohm-cm数量级的电阻率。N-GaN 层生长在SI-GaN层上，接着是有源层和P-GaN层。蚀刻形成穿过LED层的槽，直至槽到达 SI-GaN层。槽产生X-Y格栅以形成隔离的LED的阵列。所有GaN层是透明的。LED可以通过沉积在LED上的金属层互连以形成任意数目的LED之间的串联连接。 可替换地，可以通过底座上的金属图案实现串联连接。LED也可以串联和并联连接，或者按另一种布置连接。在一个实施例中，打算位于串联连接的LED的单个模块中的LED组被分开，比如通过锯切蓝宝石衬底以分开所述模块。由一部分蓝宝石衬底和SI-GaN层支持的每个LED模块接着安装在底座晶片上。LED形成为倒装芯片，使得蓝宝石衬底面朝上，与底座表面相对。 可替换地，在切割之前，晶片与底座晶片对齐并且金属结合到底座晶片。接着通过激光剥离工艺从底座晶片上的每个模块移除蓝宝石衬底。激光造成顶层 GaN释放气体以将蓝宝石衬底推离GaN层。激光剥离工艺生成在LED层上的大的向下的压力。厚的SI-GaN层在剥离工艺期间机械支持薄的N-GaN层、有源层和P-GaN层以防止断裂。一旦衬底移除，SI-GaN层继续提供对单独的LED的机械支持，因为SI-GaN层将它们机械连接在一起但是不负面地将它们电学连接。为了减薄LED并提高通过顶部GaN层的光提取，进行对每个露出表面的光电化学 (PEC)蚀刻。PEC蚀刻涉及电学偏置待蚀刻的材料，将该材料浸没在碱溶液中，以及将该材料暴露于紫外光。底座具有接地的金属迹线图案，该金属迹线图案接触LED的N-GaN层，其中金属图案仅仅用于在PEC蚀刻工艺期间通过N-GaN层电学偏置SI-GaN层。SI-GaN层的电阻足够高从而不短路所述串联LED，但是足够低以在PEC蚀刻期间允许SI-GaN层被电学偏置。不掺杂GaN层以产生SI-GaN层，则电阻将太高而无法高效地进行PEC蚀刻。在PEC 蚀刻之后，用于偏置的底座上的金属迹线被切削或刮吹。PEC蚀刻是可选的。在另一实施例中，反而是生长SI-GaN层，在蓝宝石衬底上生长P型或N型或未掺杂GaN层，接着是毯式离子注入。离子注入在GaN层的结晶结构中产生缺陷，使GaN层是半绝缘的。接着在SI-GaN层上生长正常的LED层。接着对LED层开槽向下到达SI-GaN层从而电学隔离单独的LED。接着切割LED/衬底从而产生具有串联连接的LED的LED模块，且接着将LED作为倒装芯片安装在底座晶片上。接着通过激光剥离从底座晶片上的每个模块移除衬底。通过金属图案串联连接模块的LED。在衬底剥离期间以及在衬底移除之后， SI-GaN层帮助提供对LED的机械支持。在PEC蚀刻期间通过偏置SI-GaN层，可以接着进行对露出表面的可选的PEC蚀刻。在另一实施例中，在衬底上生长LED层。接着形成穿过P层和有源层且仅仅部分穿过N层的槽。在切割以分离LED模块之后，接着将LED作为倒装芯片安装在底座晶片上， 且通过激光剥离移除衬底。通过金属图案串联连接模块的LED。接着对露出表面离子注入向下到达槽终止的地方，使得N层的顶部部分是半绝缘的。该半绝缘部分将所述LED机械连接在一起用于支持。在PEC蚀刻期间通过偏置表面层，可以接着进行对露出表面的可选的PEC蚀刻。在另一实施例中，在衬底上生长LED层，且掩蔽所述层以露出LED之间的边界。接着将离子穿过P层、有源层和N层注入到LED的边界区域，以使得那些部分的LED层是半绝缘的。不需要开槽以电学隔离LED。由于没有开槽，在生长衬底移除之后，LED通过离子注入区域机械连接在一起。通过金属图案按串联配置将LED连接在一起。在安装在底座上之后，LED的露出表面可选地可以在偏置露出的层的同时进行PEC蚀刻。离子注入区域占据有源装置边缘处的小百分比的表面区域且不需要粗糙化以实现良好的光提取。在可选的PEC蚀刻之后，磷光体层可以接着沉积在LED上，其中磷光体层与泄漏的蓝色光组合产生任何颜色的光。接着切割底座晶片以分离含有任意数目的串联连接的LED的多个LED模块或单元。AC电压或高的DC电压可以连接到底座电极以激励LED串列。该工艺的各方面可以应用到不是feiN的LED，比如AUnfeiP LED。比如GaN衬底的任何合适衬底可以用于生长各种层。
图1为根据本发明一个实施例形成的蓝色LED的简化截面视图。图2为一小部分晶片的简化透视图，示出了形成于其上且使用槽隔离的三个LED。
图3说明形成LED之间的串联连接的晶片水平金属化。图4为表示任意数目的串联连接的LED的示意视图。图5说明图3的可替换方案，其中形成位于LED上的共面结合垫用以连接到底座上的金属图案，其中底座上的金属图案产生LED之间的串联连接。图6说明在LED安装在底座晶片上之后移除蓝宝石衬底的激光剥离工艺。图7为六个LED在底座上的布局的一个实例的俯瞰视图，示出了结合到底座上的金属图案的LED上的P金属和N金属欧姆接触的区域。为了简化起见，仅仅示出在PEC蚀刻期间用于将SI-GaN层临时连接到偏置电压的接地的金属图案。图8的侧视图示出在电学偏置SI-GaN层的同时，安装在底座晶片上的LED的顶层进行PEC蚀刻以提高光提取。图9为与图7相同的视图，但是示出由底座上的金属图案提供的LED之间的串联连接的示意性表示。图7所示偏置迹线已被切削或刮吹。图10为示出在本发明一个实施例中使用的各种步骤的流程图，其中槽连同半绝缘层被用于隔离LED。图IlA说明另一实施例，其中离子被注入GaN层以产生半绝缘层。图IlB说明在LED层形成于半绝缘层上之后且在槽形成以隔离单独的LED之后的图IlA的结构。图IlC说明在安装到底座之后且在衬底移除之后的图IlB的结构。图12A说明另一实施例，其中LED层被蚀刻以形成部分延伸到N层内的槽。图12B说明在安装在底座上之后，在衬底移除之后，以及在离子注入以使得顶表面部分是半绝缘的之后的图12A的结构。图13说明另一实施例，其中穿过LED层向下到达衬底的有掩模的离子注入隔离单独的LED。图14为示出在本发明一个实施例中使用的各种步骤的流程图，其中开槽和/或离子注入用于电学隔离LED。各附图中由相同数字表示的元件是相同或相似的。
具体实施例方式图1为根据本发明一个实施例形成的LED 10的简化截面视图。在所述实例中，蓝色LED形成于晶片上。然而，反而可以形成其它类型的LED，比如AlInGaP LED。所有层是外延生长的。在蓝宝石衬底12上生长传统的GaN成核层、生长起始层(GIL)和合并层，所有这些层用层14表示。所述层通常用于提供蓝宝石衬底12晶格常数和LED层的GaN晶格常数之间的过渡，从而最小化关键的N-GaN层、有源层和P-GaN层的结晶结构中的缺陷密度。转让给本发明受让人且通过引用结合于此的美国专利No. 6，989，555和6，630，692中描述了形成这种过渡层。在层14上生长厚的半绝缘(Si) GaN层16。SI-GaN层16执行至少两种功能。它在衬底激光剥离工艺期间为LED层提供机械支持，并且它在导电性不足以使LED短路的同时被电学偏置用于光电化学(PEC)蚀刻工艺。在一个实施例中，层16为2微米厚或更厚。SI-GaN层16的电阻可以通过使用！^或Mg掺杂来控制。在通过引用结合于此的下述论文中描述了 SI-GaN层A. Y. Polyakov 的"Electrical and Optical Properties of Fe-Doped Semi-Insulating GaN Templates, ” App1. Phys. Lett. 83, 3314 (2003)。层16的电阻率应被选择为提供LED之间足够的电学隔离(在LED之间形成槽之后)，但允许在大约0. 1伏特的电压时约10 μ A每mm2的电流流动。在随后描述的PEC蚀刻期间需要这种特性。IOOK ohm-cm的电阻率将是足够的。可接受的电阻率范围可以为IO4-IO6 ohm-cm。相邻LED之间的电压(在槽形成之后)将约为4伏特，且因此跨过10 μ m宽的槽的漏电流将约为8 μ A每个元件。如果不是LED串列，而是LED的二维阵列串联连接，则漏电流将更高，因为各装置之间的平均电压差以及相邻装置的数目更大。然而对于实际实施例，约IO5 ohm-cm数量级的SI-GaN电阻率将仅允许亚mA的漏电流。在层16上形成传统的N-GaN限制层18、传统的有源层20和传统的P-GaN限制层 22。在一个实施例中，有源层20为Al InGaN且生成蓝色光。由于LED将为倒装芯片，LED表面上的N和P接触面向底座，P层被掩蔽和蚀刻以露出部分的下层N层。接着，如图2所示，使用反应离子蚀刻在LED部分之间蚀刻形成槽对。转让给本发明受让人且通过引用结合于此的美国专利No. 6，547, 249中描述了蚀刻形成槽以隔离GaN LED。蚀刻形成向下到达SI-GaN层16的槽M。在槽M形成之前或之后，形成到P和N半导体层的金属欧姆接触26。尽管为了简化起见在图2中仅仅示出三个隔离的LED，但是在同一生长衬底上通常将同时产生好几百个隔离的LED。图3说明在一个实施例中用于互连LED的金属化工艺。平坦化绝缘层30可以形成于表面上以填充槽M并产生基本上平坦的表面。可以沉积Si2N3或其它电介质。掩蔽和蚀刻绝缘层30以露出N和P层上的欧姆接触沈。接着沉积金属，比如铝合金，从而产生 LED之间的串联互连32。为了简化起见而示意性示出互连32。在实际实施例中，更宽的金属条将形成所述互连。图4为可由互连32形成的单独的LED 36之间可能的串联连接的示意图。任意数目的LED 36可以串联和并联连接以实现所要求的正向电压降落和亮度。AC电源38示为耦合到所述串联串列。由于假设AC电压在每个周期期间为正和负，LED串列按反并联配置连接，使得所述串列交替地接通。当AC电压上升高于正向电压时，串列中的LED 36将接通。 电流限制电阻器40设定通过每个串列的最大电流。如果AC电源为电网电压(例如，120伏特、220伏特等)，则串列中可具有30或更多个LED 36。在另一实施例中，使用硅二极管形成全波桥式整流器以产生经整流的信号，且LED串联串列由所述经整流的信号驱动。这种实施例使用反并联配置的LED数目的一半以得到相同的亮度输出。整流器可以形成在底座上。作为在LED上沉积金属互连的可替换方案，互连可以是底座上的金属图案。图5 说明抬升所有N金属接触42从而与P金属接触沈共面，因此互连可以由底座迹线图案形成。可以首先形成与图3所示相似的绝缘层，接着沉积抬升的金属接触42到绝缘层内的开口中。底座互连图案可以类似图3中互连32的图案。接着切割LED/衬底，比如通过锯切或者划片及折断，从而形成含有任意数目LED的LED模块。每个模块可以是矩形的以简化锯切工艺。在所有其它工序之后，每个模块将随后封装在单个封装内。在图6中，从图3或5的结构分离的模块接着安装在底座晶片44上。图6中在底座晶片44的一部分上仅仅示出一个简化模块。底座晶片44上的金属图案从LED金属接触沈/42引到用于连接到电路板的更鲁棒的金属垫。底座晶片44上的垫通过超声焊接、锡焊或其它方法结合到LED上的相应垫。 金凸点可用作界面金属。将LED结合到底座是常规的。在图6中，N层、有源层和P层示为层46。通过激光剥离移除蓝宝石衬底12。激光能量用箭头48表示。激光(例如，准分子激光)的光子能量选择为高于LED材料的带隙且低于蓝宝石衬底的吸收边(例如，介于3.44eV和6eV)。来自激光的脉冲穿过蓝宝石在LED 材料的头IOOnm内被转换为热能。所生成的温度超过1000°C并离解镓和氮。得到的高气压将衬底推离外延层从而从所述层释放衬底，且松散的衬底接着简单地从LED结构移除。 SI-GaN层16的存在阻挡激光辐射到达LED之间区域内的底座表面，从而防止对底座的潜在损伤。由厚的SI-GaN层16提供的机械支持防止LED层46上巨大的向下压力使LED层 46裂开。在生长衬底12移除之后，SI-GaN层16也提供对单独的LED的机械支持。生长衬底12可以反而通过蚀刻移除，比如通过反应离子蚀刻(RIE)、CMP或研磨移除。通过引用结合于此的John Epler等人的题为I^ackageHntegrated Thin Film LED的美国专利No. 7，256，483中描述了合适的衬底移除技术。在生长衬底移除之后，层14或层16的露出表面对于通过该表面的光提取不是最优的。为了减薄LED以及实现层16的最优的粗糙化表面，使用了光电化学(PEC)蚀亥lj。在 PEC之前移除层14是可选的，因为在SI-GaN层16和碱溶液(如下所描述)之间产生的电场在层14介于它们之间时将仍然存在。可以通过PEC蚀刻或非PEC蚀刻，比如通过RIE、CMP 或研磨移除层14，从而露出SI-GaN层16。在PEC蚀刻中，应在待蚀刻的表面和该溶液之间产生电场，从而增加蚀刻速率并控制蚀刻速率。为了能够进行这种偏置，在底座上提供牺牲薄金属图案，用于经由N层18 金属接触将SI-GaN层16接地。图7为支持八个LED的单个LED模块的底座晶片44的一部分的俯瞰视图，示出了 LED上的P和N接触沈/42、连接LED的SI-GaN层16以及底座晶片44上的牺牲金属图案 50。图7中的P和N接触的图案示出了用于使对称电流流过有源层的围绕P接触沈的N接触42。在先前实施例中，N和P接触的表示被简化。SI-GaN层16经由金属图案50和N层在许多分布点连接到地，否则高电阻将防止对层16的均勻偏置，并且将发生不均衡的PEC 蚀刻。在图8中，进行对层14或16的露出表面的PEC蚀刻51。在PEC蚀刻期间蚀刻穿过至少层14。为了进行PEC蚀刻，至少待蚀刻的层浸没在碱溶液中，且具有正电势的电极浸没在碱溶液中。合适的碱溶液的实例为0. 2 M Κ0Η，不过许多其它合适的碱或酸溶液可以被使用并且取决于待蚀刻材料的成份和期望的表面纹理。GaN层14/16的外延表面暴露于能量大于表面层的带隙的光。在一个实例中，使用波长约为365nm且强度介于约10和约lOOmW/cm2的紫外光。暴露于所述光则在表面半导体层内生成电子-空穴对。在电场影响下，空穴迁移到GaN层的表面。根据方程2GaN+60H_+6e+=2Ga(0H)3+N2，空穴接着与在表面的GaN以及碱溶液反应以断开GaN键。对于1 X 1 mm2 LED，通过SI-GaN层16的电流约为 IOuA0 PEC电压应保持低于二极管击穿电压(例如，低于5伏特)。可以在转让给本发明的受让人且通过引用结合于此的John Epler的美国专利申请公布20060014310中找到GaN 层的PEC蚀刻的附加细节。所得到的层16表面的粗糙化减小了 LED结构内的内部反射从而提高效率。在PEC蚀刻之后，可以使用激光切削金属图案50 (图7)，使得N接触不再被短路在一起和连接到地。可替换地，可以使足够高的电流脉冲传递通过图案50从而烧掉薄的金属。 图9为与图7相同的视图，但是示出LED之间的互连52，该互连或者由沉积在LED 上的金属图案(图3)形成或者由形成在底座晶片44上用于接触LED上的P和N金属接触 26/42的金属图案(图5)形成。优选的是，互连所述LED，使得在相邻LED之间不存在大的电压差。底座晶片44上的引线M延伸超出LED以供连接到电源，比如AC或DC电源。引线M可以位于与LED相同的表面上或者位于底座晶片44的底表面上以供直接连接到电路板上的垫。晶片水平的磷光体沉积和包封可以通过模制、沉积或其它技术来进行。如果LED 发射蓝色光，磷光体层可含有绿色和红色磷光体，使得泄漏的蓝色光与绿色和红色光的组合产生白色光。反而可以使用黄绿色YAG磷光体。可以通过模制在每个LED模块上形成透镜。接着切割底座晶片44，比如通过锯切或者划片及折断，从而产生含有串联连接的 LED的模块，其中模块中的LED通过SI-GaN层16机械耦合在一起。可以接着封装模块。图10为指出在本发明一个实施例中使用的各种步骤的流程图。在步骤64，在蓝宝石衬底上外延生长厚的半绝缘层。仔细控制半绝缘层的电阻从而传导电流但是不使随后形成的LED短路。在步骤65，在半绝缘层上外延生长LED层。在步骤66，通过槽使LED彼此电学隔离，所述槽穿过LED层但是没有延伸穿过半绝缘层。厚的半绝缘层在蓝宝石衬底随后移除之后帮助保持单独的LED是对齐的，特别是如果底座是柔性的。另外，如果底座经历高温工序，则半绝缘层阻止由任何金属蠕变引起的 LED错位。此外，由于半绝缘层覆盖每个单独的LED的边缘，且管芯的边缘对湿气是最脆弱的，该半绝缘层减小了这种脆弱性。每个LED为倒装芯片(表面上的P和N接触均背向光提取表面)。可选地，蓝宝石衬底被锯切以分开LED模块，每个模块含有将在单个封装内的 LED。在步骤67，在切割LED模块之后，将倒装芯片LED安装在底座晶片上。底座可以将LED串联、或者串联和并联、或者按某种其它布置而电学互连。底座也具有用于偏置用于 PEC蚀刻的公共半绝缘层的金属迹线。底座晶片也提供对LED的机械支持。在步骤68，例如通过激光剥离，移除蓝宝石衬底。在步骤69，在露出的层的PEC蚀刻期间，经由LED层的N接触将偏置电压(例如，地电势)应用到半绝缘层。可以使用底座晶片上的引线用于应用偏置电压到半绝缘层。在步骤70，切削或吹刮底座晶片上的用于偏置半绝缘层的引线。
在步骤71，切割底座晶片以形成多个LED模块或单元，每个模块含有互连的LED的组，比如含有用于耦合到比较高电压电源的一个或多个LED串列。图IlA说明生长在蓝宝石衬底82上的GaN层80。层80厚度可以介于0. 5_4微米，且厚度不是关键的。该层可以是P型、N型或未掺杂。接着进行离子注入以注入离子83 到层80。通过在层90的结晶结构中产生缺陷，该离子注入使得层80是半绝缘的。对于4 微米厚的外延层，使用分别为8E13 cm-2和400keV的近似剂量和能量进行离子(质子)注入。 最优的剂量和能量通过实验确定且可以从这些值变化+/-50%(例如，取决于层厚度)。剂量和能量应被最优化从而实现充分的隔离，同时最小化注入引起的光学吸收。物质包含(但不限于)He.Zn.Al和Mg。用于在GaN材料内产生绝缘区域的离子注入在本领域中是公知的。如图1IB所示，接着在层80上生长一个或多个厚的N层84，随后生长有源层86和 P 层 88。接着形成穿过LED层88、86和84向下到达半绝缘GaN层80的槽90。使用光致抗蚀剂掩模进行蚀刻，接着进行反应离子蚀刻92 (RIE)0像图2和7中那样，槽90隔离LED， 因此LED可以随后串联连接在一起。SI-GaN层80具有非常高的电阻率，因此不影响串联配置。也进行形成倒装芯片所需的任何蚀刻。如图IlC所示，形成金属接触沈和42以接触隔离的LED的P和N层。接着切割 LED模块，并且将LED安装在底座44上。一个模块示于图11C。为了简化起见，LED层示为层94。如前文所述，使用激光能量48剥离衬底82。通过使LED层和底座晶片44之间的金属接触26和42覆盖大部分的底表面，可以支持LED层用于激光剥离。金属接触可以覆盖大约90%的LED层下方的区域。在衬底移除之后，如前所述，LED层上的SI-GaN层80被底座上的金属图案电学偏置，并且进行PEC蚀刻以最优化光提取。相对于LED的尺寸，槽的宽度将比图IlC所描述小得多。SI-GaN层80当在底座44上时机械支持LED。其余工序可以与如前所述相同，从而产生含有串联的LED的分离的LED模块。在所有实施例中，底填料(例如，硅树脂)可以注入在LED和底座44之间，从而在激光剥离期间帮助支持LED层和SI-GaN层80并且保护LED。图12A和12B说明使用离子注入来产生单独的LED之间的机械支持层的另一工艺。在图12A中，在衬底82上生长N层84、有源层86和P层88。使用掩模和RIE 98，形成穿过P层88和有源层86且部分穿过N层84的槽96。如前所述，槽96隔离单独的LED。在图12B中，形成金属接触沈和42以产生倒装芯片，并且在切割之后，将LED模块安装在底座晶片44上。接着使用激光剥离移除衬底。为了简化起见，LED层示为层94。 使用与结合图IlA所述相同的技术，接着用离子102注入顶表面100，使得N层的顶部向下到达槽96终止之处形成为半绝缘的。形成模块中的串联连接的LED的其余工序与先前实施例相同。图13说明另一实施例，其中不形成槽以隔离LED。在衬底82上生长LED层84、86 和88。接着在该结构上形成光致抗蚀剂掩模104以露出将成为单独的LED之间的半绝缘边界的区域。接着在高得足以在边界区域中层84、86和88内的结晶结构中产生缺陷的能量注入离子106，从而使得那些边界区域是半绝缘的以有效地相互电学隔离所述LED。接着移除掩模104。如在先前实施例中那样，形成金属接触，切割模块，将模块安装在底座晶片上， 串联连接LED，移除衬底，以及分开LED模块/底座。离子注入区域占据在装置之间边界处的发射区域的小份额，大约8%，并且无需通过PEC工艺变得粗糙化以实现良好的光发射。如前所述，可以在晶片级上进行磷光体沉积和包封(在切割之前)。可以使用简单串联连接以外的LED之间的各种其它金属连接。LED可以连接到控制电路，该控制电路基于瞬时电压而动态地改变串联连接跨过AC电源的LED的数目，使得 LED接通更长时间。在所有实施例中，半绝缘层或区域应具有大于约IO4 ohm-cm的电阻率(大于本征 GaN的电阻率)，但是更低的电阻率会是可接受的折衷从而实现较小的由于离子注入引起的光学吸收。图14为大体上描述使用离子注入(利用槽或不利用槽)电学隔离LED的工艺的流程图。在步骤110，在衬底上外延生长LED层。在步骤112，通过离子注入并且在一些情况下通过槽(如结合图IlA至13所述)而使LED相互电学隔离。在所有情况下，通过由离子注入形成的半绝缘层而将单独的LED机械连接在一起。机械连接提高了 LED的鲁棒性，帮助对齐LED，并且在衬底剥离期间提供附加支持。每个LED为倒装芯片(表面上的P和N接触均背向光提取表面)。在步骤114，切割模块，并将倒装芯片LED安装在底座晶片上。底座可以将LED串联，或者串联和并联，或者按某种其它布置而电学互连。底座也具有用于偏置用于PEC蚀刻的公共半绝缘层(顶表面)的金属迹线。底座晶片也提供对LED的机械支持。比如通过激光剥离，移除蓝宝石衬底。如图12B那样，如果在衬底移除之后进行离子注入，步骤112和114可以颠倒。如果需要PEC蚀刻，接着在步骤116，在露出的层的PEC蚀刻期间，经由LED层的N 接触将偏置电压(例如，地电势)应用到半绝缘层。可以使用底座晶片上的引线将偏置电压应用到半绝缘层。在步骤118，切削或刮吹用于偏置半绝缘层的底座晶片上的引线。在步骤120，切割底座晶片以形成多个LED模块或单元，每个模块含有互连的LED 的组，比如含有用于耦合到比较高电压电源的一个或多个LED串列。尽管已经示出和描述本发明的具体实施例，本领域技术人员将清楚，可以进行改变和调整而不背离在其更宽方面上的本发明，并且因此所附权利要求将所有这种改变和调整涵盖在它们的范围之内，如同落在本发明的真实精神和范围之内。
权利要求
1.一种制作发光二极管(LED)结构的方法，该方法包含通过在生长衬底上外延生长N型层，在该N型层上外延生长有源层以及在该有源层上外延生长P型层，形成LED层；通过在单独的LED之间形成隔离区域，电学隔离所述LED层的区域以产生基本上电学隔离的LED ；将所述LED安装在底座上，所述LED通过所述隔离区域机械耦合在一起； 通过金属图案互连单独的LED的组以至少形成串联的多个LED，同时所述LED通过所述隔离区域机械耦合在一起； 移除该生长衬底；以及分离该底座以形成互连的LED的模块。
2.权利要求1的方法，其中电学隔离所述LED层的区域的步骤是在该生长衬底移除之后进行。
3.权利要求1的方法，其中所述隔离区域是半绝缘的。
4.权利要求1的方法，其中所述隔离区域通过离子注入形成。
5.权利要求1的方法，其中所述隔离区域通过掺杂形成。
6.权利要求1的方法，其中所述隔离区域是半绝缘的且为隔离层的一部分，该方法还包含通过该N型层将偏置电压应用到该隔离层；以及在偏置该隔离层的同时，进行对该隔离层的光电化学蚀刻。
7.权利要求1的方法，其中通过在单独的LED之间形成隔离区域，电学隔离LED层的区域以产生基本上电学隔离的LED包含在生长该N层之前，在该生长衬底上生长半绝缘外延层；以及形成穿过该P层、有源层和N层向下到达该半绝缘外延层的槽以产生单独的LED，使得该半绝缘外延层继续将单独的LED机械耦合在一起。
8.权利要求1的方法，其中通过在单独的LED之间形成隔离区域，电学隔离LED层的区域以产生基本上电学隔离的LED包含在生长该N层之前，在该生长衬底上生长第一外延层； 将离子注入到该第一外延层从而至少使该第一外延层的表面是半绝缘的；以及形成穿过该P层、有源层和N层向下到达该第一外延层的槽以产生单独的LED，使得该第一外延层继续将单独的LED机械耦合在一起。
9.权利要求1的方法，其中通过在单独的LED之间形成隔离区域，电学隔离LED层的区域以产生基本上电学隔离的LED包含形成穿过该P层和有源层且仅仅部分穿过该N层的槽以产生单独的LED，使得该N层的一部分继续将单独的LED机械耦合在一起；以及在该生长衬底移除之后，将离子注入该N层的表面从而在单独的LED之间形成隔离区域。
10.权利要求1的方法，其中通过在单独的LED之间形成隔离区域，电学隔离LED层的区域以产生基本上电学隔离的LED包含将离子注入穿过该P层、有源层和N层向下到达该生长衬底以在单独的LED之间产生半绝缘边界区域，使得单独的LED通过所述边界区域继续机械耦合在一起。
11.权利要求1的方法，其中所述隔离区域是半绝缘的，该方法还包含在该底座上形成金属图案，该金属图案将所述隔离区域互连并经由该N层将所述隔离区域连接到偏置电压；通过该N型层将偏置电压应用到至少所述隔离区域；在偏置至少所述隔离区域的同时，进行对所述隔离区域和任何其它露出的被偏置的表面的光电化学蚀刻；以及使该金属图案失去互连所述隔离区域的能力。
12.权利要求1的方法，其中单独的LED为倒装芯片。
13.一种包含串联连接的多个发光二极管(LED)的模块，该模块包含电学隔离的单独的LED，每个LED包含N层、有源层和P层，用于该N层、有源层和P层的生长衬底已被移除；单独的LED之间的半绝缘隔离区域，所述半绝缘隔离区域将单独的LED机械耦合在一起；以及金属图案，该金属图案将单独的LED串联连接在一起。
14.权利要求13的模块，其中单独的LED通过至少穿过该P层和有源层形成的槽被分
15.权利要求13的模块，其中所述半绝缘隔离区域通过离子注入形成，其中通过在半导体层的结晶结构中产生缺陷而将该半导体层制成是半绝缘的。
全文摘要
在蓝宝石衬底上生长LED层(18-22)。通过开槽或者有掩模的离子注入而形成单独的倒装芯片LED。将含有多个LED的模块切割并安装在底座晶片(44)上。底座金属图案或形成于LED上的金属图案将LED串联连接在模块中。接着比如通过激光剥离移除生长衬底。在安装之前或之后形成半绝缘层，该半绝缘层将LED机械连接在一起。可以通过对位于衬底和LED层之间的层的离子注入而形成该半绝缘层。可以通过偏置半绝缘层进行对在衬底移除之后露出的半绝缘层的PEC蚀刻。接着切割底座以产生含有串联连接的LED的LED模块。
文档编号H01L33/00GK102210024SQ200980144371
公开日2011年10月5日 申请日期2009年10月29日 优先权日2008年11月6日
发明者D·A·斯泰格瓦尔德, J·E·埃普勒, M·R·克拉梅斯, T·马加利思 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司, 飞利浦拉米尔德斯照明设备有限责任公司