专利名称：半导体发光二极管芯片、发光器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体发光二极管芯片、发光器件及其制造方法。
背景技术：
发光二极管(LED)，一种将电能转换为光能的半导体器件，是由化合物半导体材料制成的，该化合物半导体材料根据能带隙而发出具有特定波长的光。LED的应用已经从光学通信和显示器(例如，移动设备显示器)、计算机监视器和平面光源(例如，用于IXD的背光单元(BLU))扩展到普通的照明装置。在LED的各个应用领域中，需要一些散热方法来管理LED的高发热量。特别地，在增加了施加在单个LED上的电流作为减少LED使用数量的方法的情况下，解决发热量增加的问题成为关键问题。为了散热，会将巨大的散热板等安装在模块上的LED外侧以通过强制对流进行冷却。然而，附加额外的元件会增加产品的体积，从而增加产品的成本。同时，组成LED的半导体层的折射率会大于环境大气、包封材料或衬底的折射率，从而使得决定发出光的入射角范围的临界角减小，结果，由有源层产生的光的相当一部分会被全内反射，从而在不期望的方向上传播或者在全反射过程中损失，从而降低了光提取效率。因此，需要一种通过增加在期望的方向上传播的光的量来提高实质亮度的方法。
发明内容
在现有技术中，需要一种方法来有效改进半导体发光二极管(LED)芯片与该半导体LED芯片所接合到的元件之间的界面中的热阻。此外，需要一种利用优秀反射结构来保证闻等级反射率的方法，以便提闻LED芯片的売度。根据本发明的一个方面，提供了一种半导体发光二极管(LED)芯片，包括:半导体发光二极管单元，其包括透光衬底以及在所述透光衬底的上表面上顺序地形成的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层；后反射叠层，其包括辅助光学层和金属反射膜，所述辅助光学层形成在所述透光衬底的下表面上并且由具有预定折射率的材料制成，所述金属反射膜形成在所述辅助光学层的下表面上；以及接合叠层，其设置在所述后反射叠层的下表面上并且包括接合金属层和防扩散膜，所述接合金属层由共晶(eutectic)金属材料制成，所述防扩散膜被形成为防止所述接合金属层与所述金属反射膜之间的元素扩散。所述接合金属层的共晶金属材料可以包括金(Au)、银(Ag)和锡(Sn)当中的至少一种。所述接合金属层的共晶金属材料可以包括Au-Sn。所述金属反射膜可以包括铝(Al)、银(Ag)或它们的混合物。所述防扩散膜可以包括从以下材料当中选择的材料:铬(Cr)、金(Au)、TiW、TiN以及它们的组合。所述辅助光学层可以由包括从以下组所选的元素的氧化物或氮化物制成，所述组包括:硅(Si)、锆(Zr)、钽(Ta)、钛(Ti)、铟(In)、锡(Sn)、镁(Mg)和铝(Al)。
所述辅助光学层可以具有分布布拉格反射器(DBR)结构，在该结构中交替地层叠了具有不同折射率的两种电介质薄膜。所述两种电介质薄膜可以分别由包括从以下组所选的元素的氧化物或氮化物制成，所述组包括:硅(Si)、锆(Zr)、钽(Ta)、钛(Ti)、铟(In)、锡(Sn)、镁(Mg)和铝(Al)。根据本发明的另一方面，提供了一种半导体发光器件，所述半导体发光器件包括半导体发光二极管(LED)芯片和支撑半导体LED芯片的支撑件，其中，所述半导体LED芯片包括:半导体发光二极管单元，其包括透光衬底以及在所述透光衬底的上表面上顺序地形成的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层；后反射叠层，其包括辅助光学层和金属反射膜，所述辅助光学层形成在所述透光衬底的下表面上并且由具有预定折射率的材料制成，所述金属反射膜形成在所述辅助光学层的下表面上；以及接合叠层，其设置在所述后反射叠层的下表面上并且包括接合金属层和防扩散膜，所述接合金属层具有熔接到所述支撑件的界面并且由共晶金属材料制成，所述防扩散膜被形成为防止所述接合金属层与所述金属反射膜之间的元素扩散。根据本发明的另一个方面，提供了一种制造半导体发光二极管(LED)芯片的方法，所述方法包括步骤:制备透光晶圆和半导体叠层，所述半导体叠层包括顺序地形成在所述透光晶圆的上表面上的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层；在所述半导体叠层上提供支撑衬底；打磨所述透光晶圆的下表面以减小所述透光晶圆的厚度；用激光束照射以形成裂缝，从而允许将所述透光晶圆和所述半导体叠层分成各器件单元；在用激光束照射之后，在所述透光晶圆的下表面上形成金属反射膜；以及利用所述裂缝来分离所述透光晶圆和所述半导体叠层。前述的技术方案没有完全列举本发明的全部特征。通过下面结合附图的本发明详细描述，本发明的前述和其他目的、特征、方面和优点将更加清楚。
提供从下面结合附图的详细描述，将更清楚地理解本发明的上述和其他方面、特征以及其他优点，附图中:图1是示出根据本发明一个实施例的半导体发光二极管(LED)芯片的截面图；图2是曲线图，其示出了在本发明实施例所采用的后反射层中，根据由SiO2制成的辅助光学层的厚度的反射率变化；图3是曲线图，其示出了根据本发明一个实施例的优选用作接合金属层的Au-Sn与硅接合树脂的导热率之间的对比；图4是示出根据本发明另一个实施例的半导体发光二极管(LED)芯片的截面图；图5是示出采用图4所示半导体LED芯片的发光器件的视图；图6是曲线图，其示出了反射率相对于仅包括分布布拉格反射器(DBR)的反射结构的入射角的变化；图7是曲线图，其示出了反射率相对于包括分布布拉格反射器(DBR)加上金属反射膜(Al)的反射结构的入射角的变化；以及图8和图9是顺序地示出根据本发明实施例的制造LED芯片的方法实例的工艺的截面图。
具体实施例方式将结合附图详细描述本发明的实施例。图1是示出根据本发明一个实施例的半导体发光二极管(LED)芯片的截面图。如图1所示，半导体LED芯片20包括LED结构10，LED结构10包括顺序地形成在衬底11上的η型半导体层12、有源层15和P型半导体层16。衬底11可以是透光衬底(例如，蓝宝石衬底)。η型半导体层12、有源层15和ρ型半导体层16可以是氮化物半导体层。在η型半导体层12的上表面的通过台面蚀刻而露出的区域中形成η侧电极19a，并且在P型半导体层16的上表面上顺序地形成透明电极层17和P侧电极1%。有源层15可以具有多量子阱(MQW)结构，其包括多个量子势垒层和多个量子阱层。在本实施例中，后反射叠层BR形成在透光衬底11的下表面上并且用于将进入衬底的光的路径改变成所期望的方向(即，其中设置了外延层的方向)。如图1所示，后反射叠层BR可以包括由具有预定折射率的材料制成的辅助光学层23以及形成在辅助光学层23的下表面上的金属反射膜25。在本实施例中所采用的辅助光学层23可以由具有预定折射率并且透光的材料制成。例如，辅助光学层23可以由包括从以下组所选的元素的氧化物或氮化物制成，所述组包括:硅(Si)、锆(Zr)、钽(Ta)、钛(Ti)、铟(In)、锡(Sn)、镁(Mg)和铝(Al)。同时，金属反射膜25可以由铝(Al)、银(Ag)或它们的混合物制成。通过采用这种反射结构，即，在金属反射膜25之前在光的入射方向上形成具有预定折射率的电介质层，可以增加反射率。这将参考表I和图2详细描述。图2是曲线图，其示出了在包括顺序地形成在蓝宝石衬底下表面上的辅助光学层和厚度为2000A的金属反射膜(例如，铝膜)的构造中，根据作为辅助光学层的SiO2膜的厚度，反射率相对于入射角的不同测量值。下面的表I基于图2所示的相对于入射角的反射率示出了根据SiO2膜的厚度变化而产生的平均反射率的结果。[表 I]
权利要求
1.一种半导体发光二极管芯片，包括: 半导体发光二极管单元，其包括透光衬底以及在所述透光衬底的上表面上顺序地形成的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层； 后反射叠层，其包括辅助光学层和金属反射膜，所述辅助光学层形成在所述透光衬底的下表面上并且由具有预定折射率的材料制成，所述金属反射膜形成在所述辅助光学层的下表面上；以及 接合叠层，其设置在所述后反射叠层的下表面上并且包括接合金属层和防扩散膜，所述接合金属层由共晶金属材料制成，所述防扩散膜被形成为防止所述接合金属层与所述金属反射膜之间的元素扩散。
2.根据权利要求1所述的半导体发光二极管芯片，其中，所述接合金属层的共晶金属材料包括金(Au)、银(A g)和锡(Sn)当中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的半导体发光二极管芯片，其中，所述接合金属层的共晶金属材料包括Au-Sn。
4.根据权利要求1所述的半导体发光二极管芯片，其中，所述金属反射膜包括铝(Al)、银(Ag)或它们的混合物。
5.根据权利要求1所述的半导体发光二极管芯片，其中，所述防扩散膜包括从以下材料当中选择的材料:铬(Cr)、金(Au)、TiW、TiN以及它们的组合。
6.根据权利要求1所述的半导体发光二极管芯片，其中，所述辅助光学层由包括从以下组所选的元素的氧化物或氮化物制成，所述组包括:硅(Si )、锆(Zr)、钽(Ta)、钛(Ti )、铟(In) Ji(Sn)JM(Mg)和铝(Al)。
7.根据权利要求1所述的半导体发光二极管芯片，其中，所述辅助光学层具有分布布拉格反射器结构，在该结构中交替地层叠具有不同折射率的两种电介质薄膜。
8.根据权利要求7所述的半导体发光二极管芯片，其中，所述两种电介质薄膜分别由包括从以下组所选的元素的氧化物或氮化物制成，所述组包括:硅(Si )、锆(Zr )、钽(Ta)、钛(Ti)、铟(In)、锡(Sn)、镁(Mg)和铝(Al)。
9.一种半导体发光器件，其包括半导体发光二极管芯片和支撑所述半导体发光二极管芯片的支撑件， 其中，所述半导体发光二极管芯片包括: 半导体发光二极管单元，其包括透光衬底以及在所述透光衬底的上表面上顺序地形成的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层； 后反射叠层，其包括辅助光学层和金属反射膜，所述辅助光学层形成在所述透光衬底的下表面上并且由具有预定折射率的材料制成，所述金属反射膜形成在所述辅助光学层的下表面上；以及 接合叠层，其设置在所述后反射叠层的下表面上并且包括接合金属层和防扩散膜，所述接合金属层具有熔接到所述支撑件的界面并且由共晶金属材料制成，所述防扩散膜被形成为防止所述接合金属层与所述金属反射膜之间的元素扩散。
10.根据权利要求9所述的半导体发光器件，其中，所述接合金属层的共晶金属材料包括金(Au)、银(Ag)和锡(Sn)当中的至少一种。
11.根据权利要求10所述的半导体发光器件，其中，所述接合金属层的共晶金属材料包括Au-Sn。
12.根据权利要求9所述的半导体发光器件，其中，所述金属反射膜包括铝(Al)、银(Ag)或它们的混合物。
13.根据权利要求9所述的半导体发光器件，其中，所述防扩散膜包括从以下材料当中选择的材料:铬(Cr)、金(Au)、TiW、TiN以及它们的组合。
14.根据权利要求9所述的半导体发光器件，其中，所述辅助光学层由包括从以下组所选的元素的氧化物或氮化物制成，所述组包括:硅(Si)、锆(Zr)、钽(Ta)、钛(Ti)、铟(In)、锡(Sn)、镁(Mg)和铝(Al)。
15.根据权利要求9所述的半导体发光器件，其中，所述辅助光学层具有分布布拉格反射器结构，在 该结构中交替地层叠具有不同折射率的两种电介质薄膜。
16.根据权利要求15所述的半导体发光器件，其中，所述两种电介质薄膜分别由包括从以下组所选的元素的氧化物或氮化物制成，所述组包括:硅(Si )、锆(Zr )、钽(Ta)、钛(Ti)、铟(In)、锡(Sn)、镁(Mg)和铝(Al)。
17.—种制造半导体发光二极管芯片的方法，所述方法包括步骤: 制备透光晶圆和半导体叠层，所述半导体叠层包括顺序地形成在所述透光晶圆的上表面上的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层； 在所述半导体叠层上提供支撑衬底； 打磨所述透光晶圆的下表面以减小所述透光晶圆的厚度； 用激光束照射以形成裂缝，从而允许将所述透光晶圆和所述半导体叠层分成器件单元; 在用激光束照射之后，在所述透光晶圆的下表面上形成金属反射膜；以及 利用所述裂缝来分离所述透光晶圆和所述半导体叠层。
18.根据权利要求17所述的方法，在用激光束照射与形成所述金属反射膜的步骤之间，还包括步骤:在所述透光晶圆的下表面上形成辅助光学层，所述辅助光学层由具有预定折射率的材料制成。
19.根据权利要求17所述的方法，在形成所述金属反射膜与分离所述透光晶圆和所述半导体叠层的步骤之间，还包括步骤:在所述金属反射膜上形成接合叠层，所述接合叠层包括接合金属层和防扩散膜，所述接合金属层由共晶金属材料制成，所述防扩散膜被形成为防止所述接合金属层与所述金属反射膜之间的元素扩散。
20.根据权利要求17所述的方法，在分离所述透光晶圆和所述半导体叠层的步骤之前，还包括步骤:从所述半导体叠层上去除所述支撑衬底。
全文摘要
本发明的一个方面提供了一种半导体发光二极管芯片和一种半导体发光器件。所述半导体发光二极管芯片包括透光衬底；以及在所述透光衬底的上表面上顺序地形成的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层。所述半导体发光器件包括后反射型叠层，其形成在透光衬底的下表面上并且具有辅助光学层和金属反射层，所述辅助光学层由具有预定折射率的材料制成，所述金属反射层形成在所述辅助光学层的下表面上；接合金属层，其设置在所述后反射型叠层的下表面上并且由共晶金属制成；以及接合叠层，其具有被形成为防止所述接合金属层与所述金属反射层之间的元素扩散的扩散屏障。
文档编号H01L33/46GK103180975SQ201180051281
公开日2013年6月26日 申请日期2011年9月1日 优先权日2010年9月1日
发明者蔡昇完, 金台勋, 李守烈, 李进馥, 金真焕, 李承宰, 金甫耕, 李锺昊 申请人:三星电子株式会社