高电压固态转换器及其相关系统和方法
【专利摘要】本发明揭示一种高电压固态转换器SST装置及其相关系统和方法。根据本技术的特定实施例的SST装置包含载体衬底、第一端子、第二端子及串联连接于所述第一与第二端子之间的多个SST裸片。所述个别SST裸片可包含具有p-n结的转换器结构、第一接触件及第二接触件。所述转换器结构形成第一区与第二区之间的边界，其中所述载体衬底位于所述第一区中。所述第一及第二端子可经配置以接收输出电压且每一SST裸片可具有小于所述输出电压的正向结电压。
【专利说明】高电压固态转换器及其相关系统和方法
【技术领域】
[0001]本技术涉及固态转换器(“SST”)。特定来说，本技术涉及高电压SST及其相关系统和方法。
【背景技术】
[0002]移动电话、个人数字助理(“PDA”)、数码相机、MP3播放器及其它电子装置将发光二极管(“LED”)、有机发光二极管(“0LED”)、聚合物发光二极管(“PLED”)及其它SST装置用于背光照明。SST装置也被用于招牌、室内照明、户外照明及其它类型的一股照明。图1A为具有侧向接触件的常规LED装置IOa的横截面图。如图1A中所展示，LED装置IOa包含衬底20，其承载具有作用区14(其(例如)含有定位于N型GaN15与P型GaN16之间的氮化镓/氮化铟镓(GaN/InGaN)多量子阱(“MQW”))的LED结构11。LED装置IOa还包含在P型GaN16的前表面上的第一接触件17及在N型GaN15的前表面上与第一接触件17侧向隔开的第二接触件19。第一接触件17通常包含透明且导电材料(例如氧化铟锡(“ΙΤ0”))以允许光从LED结构11逸出。
[0003]图1B为另一常规LED装置IOb的横截面图，其中第一接触件17与第二接触件19以(例如)垂直配置而非侧向配置彼此相对。在LED装置IOb的形成期间，N型GaN15、作用区14及P型GaN16依序堆叠于与图1A中所展示的衬底20类似的生长衬底(图中未展示)上。第一接触件17形成于P型GaN16上，且载体衬底21附接到第一接触件17。接着，移除生长衬底且使第二接触件19形成于N型GaN15上。接着，翻转结构以产生图1B中所展示的定向。LED装置IOb的前表面处的N型GaN15提供比P型GaN16更佳的电流散布。垂直LED装置IOb还具有增强光提取及热性质，且相应地具有比图1A的侧向LED装置IOa更高的效率。
[0004]典型LED具有比与所述LED —起使用的电力供应器相对更低的正向结电压(或内建电压)。例如，基于氮化镓/氮化铟镓(GaN/InGaN)的LED裸片通常以约3伏特直流电(“DC”)的正向结电压操作且基于磷化铝铟镓(AlInGaP)的LED裸片通常具有约2伏特DC的正向结电压，而许多电力供应器以48伏特交流电(“AC”)、120伏特AC、60伏特DC等等操作。因此，电力供应器通常包含AC/DC整流器、DC/DC转换器、功率调节器、驱动器及/或其它合适组件来以合适电压电平将电力供应到LED裸片。然而，当输出电压与输入电压之间的差值较小时，电力供应器及其相关组件更有效率地操作。相应地，高电压LED(例如24伏特、60伏特等等)优选地与高电压电力供应器一起使用以增强LED系统的总效率。
[0005]通过将若干侧向LED裸片(例如图1A的侧向LED装置IOa)串联耦合在一起来制造常规高电压LED。例如，可将各自具有3伏特正向结电压的二十个侧向LED裸片串联耦合来以60伏特的组合正向结电压操作。然而，侧向LED具有若干性能限制。例如，参考图1A，侧向LED装置IOa的前表面处的P型GaN16本身不提供电流散布，因此，电流及光集中于第一接触件17下方。为增加横跨侧向LED装置10的电流散布，第一接触件17必须被加厚且在P型GaN16的较大部分上延伸以使第一接触件17较不透明且减少从LED装置IOa的光提取。此外，侧向LED通常具有不良热特性及低总效率。因此，需要具有增强效率及性能的高电压LED及其它高电压SST。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]可参考以下图式而更好地理解本发明的许多方面。图式中的组件未必按比例绘制。相反，重点在于清楚地说明本发明的原理。此外，在图式中，相同参考数字标示全部若干视图及/或实施例中的对应部件。
[0007]图1A为根据现有技术而配置的LED装置的部分示意横截面图。
[0008]图1B为根据现有技术而配置的另一 LED装置的部分示意横截面图。
[0009]图2A及2B分别为根据本技术的实施例而配置的具有内埋接触件的多结SST装置的部分示意俯视图及横截面图。
[0010]图3A到3C为根据本技术的另一实施例而配置的具有内埋接触件的多结SST装置的部分示意俯视图及横截面图。
[0011]图4为根据本技术的实施例而配置的具有垂直接触件的多结SST装置的部分示意横截面图。
[0012]图5为根据本技术的另一实施例而配置的具有垂直接触件的多结SST装置的部分示意横截面图。
[0013]图6A到6C为说明根据本技术的实施例的图2A及2B的多结SST装置的形成过程的部分示意横截面图。
[0014]图7A及7B为说明根据本技术的实施例的图5的多结SST装置的形成过程的部分示意横截面图。
[0015]图8为并入有根据本技术的实施例的SST装置的系统的示意图。
【具体实施方式】
[0016]下文中描述高电压SST及其相关系统和方法的若干实施例的特定细节。术语“SST” 一股是指固态转换器装置，其包含半导体材料作为有源媒体以将电能转换为可见光、紫外光、红外光及/或其它光谱内的电磁辐射。例如，SST包含固态发光体(例如LED、激光二极管等等)及/或除电灯丝、等离子或气体以外的其它发射源。SST还可包含将电磁辐射转换为电的固态装置。此外，如本文中所使用，词组“高电压”及“低电压”是指相对电压电平。因此，相同电压电平(例如12伏特)在其与6伏特相比较时可被视为“高电压”，但在其与24伏特相比较时可被视为“低电压”。所属领域的技术人员还应了解，本技术可具有额外实施例且可在无需以下参考图2A到8而描述的实施例的若干细节的情况下实践本技术。
[0017]图2A为根据本技术的实施例而配置的多结SST装置200 ( “SST装置200”)的一部分示意俯视图，且图2B为实质上沿图2A的线2B-2B取得的SST装置200的部分示意横截面图。首先参考图2A，SST装置200可包含载体衬底202及一起串联电耦合于第一端子220与第二端子222之间的多个SST裸片(分别被个别识别为第一 SST裸片204a到第四SST裸片204d且被统称为SST裸片204)。每一 SST裸片204可包含单独转换器结构(分别被个别识别为第一转换器结构206a到第四转换器结构206d且被统称为转换器结构206)、转换器结构206的背侧上的第一接触件216及第二接触件218。在各种实施例中，SST装置200还可包含透镜、反射镜及/或其它合适光学及/或电组件。在所说明实施例中，SST装置200包含四个SST裸片204a到204d。然而，所属领域的技术人员应了解，SST装置200可包含两个、三个或四个以上SST裸片204。
[0018]术语“背侧”及“前侧”在本文中用以指代元件相对于来自SST装置200的发射或到SST装置200的发射的相对位置。元件的前侧是指面向与发射相同的方向的一侧或表面，且背侧是指所述元件背向所述发射方向的侧或表面。例如，如果SST装置200经配置以发出光，那么面向与源自SST装置200的光相同方向的载体衬底202的侧为前侧且载体衬底202的相对侧为背侧。
[0019]如图2A中所展示，SST裸片204可布置成载体衬底202上的一阵列，其中沟道228将相邻SST裸片204分离。沟道228可与第一接触件216及第二接触件218上的开口 232连接或包含开口 232以允许在接近于转换器结构206的背侧的互连区(分别被个别识别为第一互连区230a到第三互连区230c且被统称为互连区230)处将SST裸片204串联耦合在一起。开口 232还可暴露转换器结构206的背侧处的第一接触件216及第二接触件218的部分。在所说明实施例中，第一 SST裸片204a的第一接触件216的一部分连接到第一端子220，且第四SST裸片204d的第二接触件218的一部分连接到第二端子222。在其它实施例中，所述阵列中的其它SST裸片204的第一接触件216及第二接触件218的暴露部分也可连接到第一端子220及第二端子222。
[0020]现参考图2B，每一转换器结构206可包含作用区214，作用区214介于转换器结构206的第一侧210a处的第一半导体材料208与转换器结构206的第二侧210b (与第一侧210a相对)处的第二半导体材料212之间。第一半导体材料208及第二半导体材料212可掺杂有杂质以形成p-n结。例如,第一半导体材料208可为P型半导体材料(例如P型GaN)，且第二半导体材料212可为N型半导体材料(例如N型GaN)。当转换器结构206形成于生长衬底(图中未展示)上、经翻转且随后附接到载体衬底202时，此配置是合适的。在其它实施例中，可颠倒第一半导体材料208与第二半导体材料212。
[0021]作用区214可包含单量子阱(“SQW”)、多量子阱(“MQW”)及/或块状半导体材料。术语“块状半导体材料” 一股是指具有大于约10纳米且高达约500纳米的厚度的单颗粒半导体材料(例如InGaN)。在其它实施例中，转换器结构206可包含其它合适半导体材料，例如砷化镓(GaAs)、砷化铝镓(AlGaAs)、磷化镓砷(GaAsP)等等及/或其它半导体材料。
[0022]如图2B中所展示，第一接触件216可定位于第一区201a中且可电耦合到第一半导体材料208。如本文中所使用，定位于第一区201a中的元件定位于由转换器结构206的第一侧210a内部限定的区域中，且定位于第二区201b中的元件定位于由转换器结构206的第二侧210b内部限定的区域中。在各种实施例中，第一接触件216可由反射材料(例如镍(Ni)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、钨(W)及/或其它合适反射材料)制成。第一反射接触件216可通过转换器结构206而将发射反向重新导引向第二侧210b以增强来自SST裸片204的发射。在其它实施例中，第一接触件216可由非反射材料制成且/或SST204可包含定位于第一区201a中的分离反射元件。
[0023]第二接触件218可为电耦合到第二半导体材料212的内埋接触件。在图2B所说明的实施例中，例如，第二接触件218沿第一接触件216的背侧延伸且穿过第一接触件216而至少突出到第二半导体材料212。在其它实施例中，第一接触件216与第二接触件218侧向隔开，使得内埋第二接触件218突出穿过含有第一接触件216的平面。出于说明的目的，每一 SST裸片204包含一个内埋第二接触件218，但在其它实施例中，每一 SST裸片204可包含延伸到转换器结构206中的多个内埋接触元件。第二接触件218可由钛(Ti)、铝(Al)、镍(Ni)、银(Ag)及/或其它合适导电材料制成。
[0024]如图2B中进一步所展示，电介质材料224可定位于第一接触件216与第二接触件218之间以使所述两者彼此电隔离。电介质材料224还可沿内埋第二接触件218的侧壁226延伸以使第二接触件218与第一半导体材料208及作用区214电隔离。电介质材料224可由二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)及/或其它合适的大体上非导电材料制成。
[0025]在特定实施例中，载体衬底202由非导电的半导体或低导电率材料(例如陶瓷材料、硅、多晶硅及/或其它合适衬底材料)制成。相应地，如图2B中所展示，载体衬底202可附接到SST裸片204的背侧且无需经由第二接触件218而使裸片短路。如以下参考图3A及3B而进一步详细解释，在其它实施例中，载体衬底202可由导电材料制成，所述导电材料充当热垫以从SST裸片204吸走热且借此改善SST装置200的热性能。
[0026]如图2B中进一步所展示，相邻第一转换器结构206a与第二转换器结构206b之间的开口 232在其延伸超出第一转换器结构206a的背侧时暴露第二接触件218的一部分，且在其延伸超出第二转换器结构206b的背侧时暴露第一接触件216的一部分。这允许相邻第一 SST裸片204a及第二 SST裸片204b的第一接触件216及第二接触件218在第一区201a中在第一互连区230a处串联耦合在一起。第二互连区230b及第三互连区230c可以类似方式形成，使得第一 SST裸片204a到第四SST裸片204d串联耦合在一起。此外，开口 232允许第一端子220及第二端子222定位于第一区201a中且可经由接线234、焊料球及/或其它合适电连接而从SST装置200的前侧电接入。
[0027]SST装置200具有约等于个别转换器结构206的正向结电压的总和的总正向结电压。例如，如果每一转换器结构206具有约4伏特的正向结电压，那么图2A及2B的四裸片SST装置200具有16伏特的组合正向结电压。接着，SST装置200可耦合到具有与SST装置200的组合正向结电压近似相同(例如20伏特)的输出电压的电力供应器(图中未展示)。因为当输入电压与输出电压之间的差值较小时电力供应器及其相关组件(例如驱动器)更有效率地操作，所以SST装置200的增大正向结电压(其与电力供应器及/或其相关组件的输出电压有关)可提高较高电压电力供应器的效率。此外，SST装置200可耦合到较高电压电力供应器且比单独SST裸片204的任何者更有效率地操作。在选定实施例中，SST装置200可经配置以具有足够高正向结电压，使得SST装置200可由标准AC电力供应器(例如120伏特电力供应器；图中未展示)直接驱动且无需驱动器。此外，当AC电力供应器必须被转换为DC时，高电压SST装置200还可提高转换效率。
[0028]在操作期间，电压可施加到第一端子220及第二端子222。如上所论述，高电压SST装置200可减小相关电力供应器的输入电压与输出电压之间的差值且可因此改善整个系统的效率。如图2B中所展示，第一接触件216及第二接触件218与第一端子220及第二端子222可定位于第一区201a中，使得来自转换器结构206的第二侧210b的发射或抵达转换器结构206的第二侧210b的发射均不被阻挡。第一接触件216的反射特性可进一步增强通过转换器结构206的第二侧210b的发射。此外，SST裸片204的配置允许N型GaN被用作定位于转换器结构206的第二侧210b处的第二半导体材料212。与P型GaN不同，N型GaN横跨转换器结构206而固有地散布电流且因此提供横跨SST装置200的改善的电流散布及均匀度。N型GaN还促进表面粗糙化，且可因此被用作第二半导体材料212以提高SST装置200的提取效率。相应地，相较于具有侧向SST裸片的常规高电压SST装置，SST装置200可具有增加的发射提取、增强的电流均匀度及/或更高的总效率。
[0029]图3A为根据本技术的另一实施例而配置的多结SST装置300的部分示意俯视图，且图3B及3C为实质上分别沿图3A的线3B-3B及3C-3C取得的部分示意横截面图。SST装置300可包含与以上参考图2A及2B而描述的SST装置200的特征大体上类似的特征。例如，如图3A到3C中所展示，SST装置300可包含多个SST裸片204，其中背侧第一接触件216及内埋第二接触件218在多个互连区230处串联耦合在一起。在图3A到3C所说明的实施例中，由导电(而非不导电)载体衬底302承载SST裸片204。导电载体衬底302可由金属、金属合金、掺杂娃及/或其它导电衬底材料制成。例如，在各种实施例中，衬底302可包含铜、铝及/或其它合适金属。
[0030]参考图3B，SST装置300进一步包含第二电介质材料324，其定位于第二接触件218与导电载体衬底302之间以使所述两者彼此电隔离。第二电介质材料324可由与以上参考定位于第一接触件216与第二接触件218之间的电介质材料224而描述的材料类似的材料制成。例如，第二电介质材料324可由二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)及/或其它合适的大体上非导电材料制成。
[0031]如图3C中所展示，第四SST裸片204d的第二接触件218的一部分可通过第二电介质材料324而暴露，使得其电耦合到导电载体衬底302且借此形成背侧第二端子322。相应地，第二端子322可从SST装置300的背侧(例如从导电载体衬底302的背侧)电接入且促进无接线的电连接。
[0032]类似于以上参考图2A及2B而描述的SST装置200，图3A到3C的SST装置300可提供具有增强的电流散布、发射提取及总效率的高正向结电压。背侧第二端子322不阻挡或干扰来自SST装置300的前侧(例如转换器结构206的第二侧210b)的发射(例如光能)或抵达SST装置300的前侧的发射，且允许第二半导体材料212跨越横跨第四SST裸片204d的更大表面区(图3A)以借此进一步提高提取效率。此外，导电载体衬底302可充当散热器以在操作期间从SST裸片204吸走热。这降低SST装置300的操作温度且增强装置的总体热性能。
[0033]图4为根据本技术的另一实施例而配置的多结SST装置400 (“SST装置400”)的部分示意横截面图。SST装置400包含与以上参考图2A到3C而描述的SST装置200及300的特征大体上类似的特征。例如，SST装置400包含在互连区230处串联耦合在一起的SST裸片(被个别识别为第一 SST裸片404a及第二 SST裸片404b且被统称为SST裸片404)。出于说明的目的，图4展示具有两个SST裸片404的SST装置400，但在其它实施例中，SST装置400可包含额外SST裸片404以获得期望正向结电压。
[0034]图4中所展示的SST裸片404各自具有与第一区201a中的第一接触件216垂直隔开的第二区201b中的第二接触件418，而非内埋第二接触件218(如以上参考图2B、图3B及3C所述)。例如，如图4中所展示，第二 SST裸片404b的第二接触件418可沿第二转换器结构206b的侧壁438从相邻第一 SST裸片404a的背侧第一接触件216延伸到第二侧210b上，其中第二接触件418电耦合到第二半导体材料212。下伏电介质材料424可延伸于侧壁438与第二接触件418之间以使第二接触件418与第一接触件216、第一半导体材料208及作用区214电隔离。电介质材料424可由与上述电介质材料大体上类似的材料(例如二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)及/或其它合适的大体上非导电材料)制成。与图2A到3C的SST裸片202 —样，垂直SST裸片404允许N型GaN定位于SST装置400的前侧，因此，SST装置400可具有比具有侧向SST裸片的常规高电压SST装置增强的电流散布及发射提取。还类似于上述SST装置200及300，图4的SST装置400可因SST裸片404的高组合正向结电压而提高系统的效率。
[0035]如图4中进一步所展示，在各种实施例中，垂直SST裸片404可定位于大体上非导电载体衬底402上。载体衬底402可由与以上参考图2A及2B而描述的大体上非导电衬底202的材料类似的材料(例如陶瓷、硅、多晶硅及/或其它大体上非导电衬底材料)制成。相应地，SST装置400包含可从SST装置400的前侧(其在背向载体衬底402的表面上)电接入的第一端子420及第二端子422。例如，在图4所说明的实施例中，第一端子420为通过开口 232的一者而暴露且被定位于第一区201a中，且第二端子422定位于第二区201b中的第一转换器结构206a的第二侧210b上。可使用接线234及/或其它合适电连接器来将第一端子420及第二端子422耦合到电力供应器(图中未展示)。
[0036]图5为根据本技术的另一实施例而配置的多结SST装置500 (“SST装置500”)的部分示意横截面图。SST装置500包含与以上参考图4而描述的SST装置400的特征大体上类似的特征。例如，SST装置500包含在互连区230处串联耦合在一起的垂直SST裸片404。然而，图5中所展示的SST装置500包含由金属、金属合金、掺杂半导体材料及/或其它合适导电衬底材料制成的导电载体衬底502。因此，SST装置500可包含第一端子520，其电耦合到导电载体衬底502且可从SST装置500的背侧电接入以促进无接线的连接。第二端子522可定位于第二区201b中且可从SST装置500的前侧电接入。导电载体衬底502可在操作期间从SST裸片404吸走热且借此增强SST装置500的热性能。
[0037]图6A到6C为部分示意横截面图，其说明根据本技术的实施例的图2A及2B的SST装置200的形成过程。例如，图6A说明在已在生长衬底640上形成转换器结构206后的SST装置200的过程阶段。可经由有机金属化学气相沉积(“M0CVD”)、分子束外延法(“MBE”)、液相外延法(“LPE”)及/或氢化物气相外延法(“HVPE”)而形成转换器结构206。在其它实施例中，可使用其它合适外延生长技术来形成转换器结构206的至少一个部分。
[0038]如图6A中进一步所展示，可在第一区201a (例如在转换器结构206的第一侧210a上)中形成第一接触件216且可通过第一接触件216而形成多个通孔642。可使用化学气相沉积(“CVD”)、物理气相沉积(“PVD”)、原子层沉积(10)”)、旋转涂布、图案化及/或半导体制造技术中已知的其它合适技术来形成第一接触件216。可通过将掩模(图中未展示)定位于第一接触件216上且蚀刻穿过第一接触件216及转换器结构206的暴露部分(例如通过湿式蚀刻、干式蚀刻及/或其它合适工艺)而形成通孔642。在其它实施例中，可使用其它合适移除方法来形成通孔642。在此外实施例中，可在形成第一接触件216之前形成通孔642，使得在不阻塞通孔632的情况下随后在第一区201a中沉积、蚀刻及/或以其它方式形成第一接触件216。每一通孔642可延伸到或延伸进入第二半导体材料212以界定随后形成的内埋第二接触件218的尺寸(图6B)。[0039]图6B展示在已在SST装置200的背侧处形成内埋第二接触件218后的过程后期阶段。可首先在第一接触件216上及沿通孔642的侧壁226安置电介质材料224。电介质材料224未覆盖通孔642中的第二半导体材料212的一部分以提供接入点给随后电连接。例如，在各种实施例中，可使用间隔物蚀刻来沿通孔642的侧壁226形成电介质材料224。在其它实施例中，可使用CVD、PVD、ALD、图案化、选择性蚀刻及/或其它合适形成工艺来形成电介质材料224。
[0040]如图6B中进一步所展示，可在第二接触件218的部分之间形成由电介质材料224及/或其它大体上非导电材料制成的隔离突出物625。隔离突出物可界定个别SST裸片204(图6C)的侧向边界且使个别第二接触件218彼此电隔离。在各种实施例中，可通过在第二接触件218中选择性蚀刻凹口且在所述凹口内选择性沉积隔离突出物225而形成隔离突出物625。在其它实施例中，可使用半导体制造技术中已知的其它合适方法来形成隔离突出物625。在此外实施例中，可在随后处理阶段期间使个别第二接触件218彼此电隔离。
[0041]图6C说明在已移除生长衬底640、已翻转SST装置200及已在第一区201a中在第二接触件218上定位载体衬底202后的进一步过程阶段。可通过背面研磨、蚀刻(例如湿式蚀刻、干式蚀刻等等)及/或从第二半导体材料212移除生长衬底640的其它方法而从转换器结构206的第二侧210b移除生长衬底640。可使用暂时及/或永久结合材料(例如来自密苏里州罗拉的布鲁尔科技(Brewer Science)公司的WaferBOND? HT-10.10)来将载体衬底202附接到SST裸片204的背侧。在其它实施例中，可使用半导体制造技术中已知的其它合适方法来形成载体衬底202或将载体衬底202附接到SST裸片204。
[0042]如图6C中所展示，已移除转换器结构206的部分以形成开口 232且利用隔离p_n结来将转换器结构206分离成分离转换器结构206a及206b。开口 232还可暴露第一 SST裸片204a的第二接触件218及相邻第二 SST裸片204b的第一接触件216的部分，使得第一SST裸片204a与第二 SST裸片204b彼此电隔离。可通过将掩模定位于SST装置200的前侧上且选择性蚀刻掉各种材料而移除转换器结构206、第一接触件216及电介质材料224。在其它实施例中，可使用半导体制造技术中已知的其它方法来移除转换器结构206、第一接触件216、第二接触件218、电介质材料224及/或SST装置200的其它部分。
[0043]在电隔离SST裸片204之后，可在互连区230处沉积导电材料617 (图中以虚线展示)(例如用于第一接触件216及/或第二接触件218的材料)以串联耦合相邻SST裸片204的第一接触件216及第二接触件218。可暴露第一 SST裸片204a的第一接触件216的一部分以界定第一端子220，且可暴露串联中的最后SST裸片204(例如图2A中所展示的第四SST裸片204d)的第二接触件218的一部分以界定第二端子222，或反之亦然。接着，可经由接线234及/或其它电连接器而将第一端子220及第二端子222电耦合到电力供应器650以驱动SST装置200。在各种实施例中，过程可进一步包含粗糙化第二半导体材料212 (例如N型GaN)以增强从SST装置200的光提取。
[0044]可使用与以上参考图6A到6C而论述的方法大体上类似的方法来形成图3A到3C的SST装置300。然而，形成SST装置300可进一步包含在将导电载体衬底302定位于第二接触件218上之前在第二接触件218上形成第二电介质材料324。此外，第二接触件218中的一者的至少一个部分可通过第二电介质材料324而暴露且耦合到导电载体衬底302以形成背侧第二端子322。[0045]图7A及7B为部分示意横截面图，其说明根据本技术的实施例的图5的SST装置500的形成过程。例如，图7A说明在已使用MOCVD、MBE、LPE、HVPE及/或其它合适外延生长技术来形成生长衬底740上的转换器结构206后的SST装置500的过程阶段。接着，可使用CVD、PVD、ALD、图案化及/或其它合适形成技术来依序形成第一区201a (例如在转换器结构206的第一侧210a上)中的第一接触件216及电介质材料424。如图7A中所展示，电介质材料424可延伸进入第一接触件216的部分之间的凹口 752以划分随后形成的个别SST裸片404 (图7B)的侧向边界。可通过选择性蚀刻及/或以其它方式移除第一接触件216的部分而形成凹口 752，或可选择性形成包含凹口 752的第一接触件216。如图7A中进一步所展示，第一接触件216的一部分可通过电介质材料424而保持暴露(例如使用选择性蚀刻或沉积)，且可在第一接触件216上形成额外导电材料以界定背侧第一端子520。
[0046]图7B展示在已从转换器结构206的第二侧210b移除生长衬底740、已翻转SST装置500且已在SST装置500的背侧上定位导电载体衬底502后的进一步过程阶段。当附接载体衬底502时，可将暴露背侧第一端子520电耦合到载体衬底502以提供电接入点到SST装置500的背侧。接着，可移除SST裸片404之间的转换器结构206的部分以形成可随后串联耦合在一起的具有隔离P-n结的多个分离转换器结构206。可使用与以上参考图6C而描述的方法大体上类似的方法来执行这些步骤。
[0047]一旦已形成个别SST裸片404，便可接着沿转换器结构206的侧壁438依序形成电介质材料436及第二接触件418 (两者以虚线展示)以将SST裸片404串联连接。可使用CVD, PVD, ALD及/或其它合适形成技术来形成电介质材料436及第二接触件418。可使用CVD, PVD、ALD及/或其它合适形成技术来形成与转换器结构206中的一者的第二侧210b上的(若干)第二接触件418无关或相关的第二端子522。接着，可将第一端子520及第二端子522连接到可驱动多结SST装置500的电力供应器750。
[0048]以上参考图2A到7B而描述的高电压SST装置中的任何者可被并入到无数个更大及/或更复杂系统的任何者中，所述系统的代表性实例为图8中示意性所展示的系统800。系统800可包含SST装置810、电力供应器820、驱动器830、处理器840及/或其它子系统或组件850。如上所论述，SST装置810可减小电力供应器820及/或驱动器830的输入与输出电压之间的差值，且借此增加系统800的效率。在各种实施例中，SST装置810可具有足够高电压，使得可从系统800去除驱动器830。所得系统800可执行任何各种功能，例如背光照明、一股照明、发电、传感器及/或其它功能。相应地，代表性系统800可包含(但不限于)手持装置(例如蜂窝式或移动电话、平板计算机、数字阅读器及数字音频播放器)、激光、光伏打电池、远程控制、计算机及电气设备(例如冰箱)。系统800的组件可被收容于单一单元中或被分散于多个互连单元上(例如通过通信网路)。系统800的组件还可包含本地及/或远程记忆存储装置及任何各种计算机可读媒体。
[0049]应从前述内容了解，本文中已为了说明而描述本技术的特定实施例，但可在不背离本发明的情况下做出各种修改。例如，图2A到3C中所展示的SST装置200及300包含2X2阵列的SST裸片204。然而，在其它实施例中，SST装置200及300可包含布置成具有各种配置的阵列(例如线性阵列、圆形阵列等等)的两个、三个或四个以上SST裸片204。可在其它实施例中组合或去除在特定实施例的背景下描述的新技术的某些方面。例如，图2A到3C中所展示的具有内埋接触件218的SST裸片204可与图4及5的垂直SST裸片404串联耦合。此外，虽然已在这些实施例的背景下描述与新技术的某些实施例相关的优点，但其它实施例也可展现此类优点且未必需要全部实施例展现落在本技术的范围内的此类优点。相应地，本发明及其相关技术可涵盖本文中未明确展示或描述的其它实施例。
【权利要求】
1.一种固态转换器SST装置，其包括: 载体衬底； 第一端子； 第二端子，其中所述第一及第二端子经定位以耦合到具有输出电压的电力供应器；及多个SST裸片，其串联电连接于所述第一与第二端子之间，其中个别SST裸片具有小于所述输出电压的正向结电压，且其中所述个别SST裸片包括: 转换器结构，其具有p-n结，所述转换器结构形成第一区与第二区之间的边界，其中所述载体衬底位于所述第一区中； 第一接触件，其位于所述第一区中且电连接到所述P-n结；及 第二接触件，其电连接到所述P-n结。
2.根据权利要求1所述的SST装置，其中: 所述载体衬底包括大体上非导电材料； 所述转换器结构包括面向所述第一区的P型氮化镓(P型GaN)、面向所述第二区的N型氮化镓(N型GaN)及所述P型GaN与所述N型GaN之间的氮化铟镓InGaN ； 所述第一接触件电耦合到所述P型GaN ; 所述第二接触件电耦合到所述N型GaN，其中所述第二接触件为穿过含有所述第一接触件的平面而延伸到所述N型GaN的内埋接触件；且所述第一及第二端子可从所述第一区电接入。`
3.根据权利要求1所述的SST装置，其中: 所述载体衬底包括导电材料； 所述转换器结构包含面向所述第一区的P型GaN、面向所述第二区的N型GaN及所述P型GaN与所述N型GaN之间的InGaN ； 所述第一接触件电耦合到所述P型GaN ; 所述第二接触件电耦合到所述N型GaN且与所述载体衬底电隔离，其中所述第二接触件为延伸穿过含有所述第一接触件的平面的内埋接触件； 所述第一端子可从所述第一区电接入；且 所述第二端子电耦合到所述载体衬底。
4.根据权利要求1所述的SST装置，其中: 所述转换器结构包含面向所述第一区的P型GaN、面向所述第二区的N型GaN及所述P型GaN与所述N型GaN之间的InGaN ； 所述第一接触件电耦合到所述P型GaN ; 所述第二接触件电耦合到所述N型GaN，其中所述多个SST裸片中的第一者的所述第二接触件从所述多个SST裸片的相邻第二者的所述第一接触件延伸到所述第一 SST裸片的所述转换器结构的第二侧； 所述第一端子位于所述SST裸片中的一者的所述第一区中 '及 所述第二端子位于所述SST裸片中的一者的所述第二区中。
5.根据权利要求1所述的SST装置，其中: 所述载体衬底包括大体上非导电材料；且 所述第一及第二端子可从背向所述载体衬底的表面电接入。
6.根据权利要求1所述的SST装置，其中: 所述载体衬底包括导电材料； 所述第一端子可从背向所述载体衬底的表面电接入；及 所述第二端子电耦合到所述载体衬底。
7.根据权利要求1所述的SST装置，其中所述第二接触件为延伸超出所述p-n结进入所述转换器结构的内埋接触件。
8.根据权利要求1所述的SST装置，其中所述第二接触件与所述第一接触件垂直隔开。
9.根据权利要求1所述的SST装置，其中所述SST装置经配置以发出紫外线光谱、可见光谱及红外线光谱中的至少一者内的电磁辐射。
10.一种固态转换器SST系统，其包括: 多个SST裸片，其中个别SST裸片包含具有P-n结的转换器结构、第一接触件及第二接触件，所述转换器结构形成第一区与第二区之间的边界，其中所述第一接触件位于所述第一区中的所述转换器结构的背侧处；及 至少一个互连区，其位于两个相邻SST裸片之间的所述第一区中，所述互连区暴露所述相邻SST裸片中的至少一者的所述第一接触件，其中所述SST裸片在所述互连区处串联电率禹合在一起。
11.根据权利要求10所述的SST系统，其中: 所述个别SST裸片的所述转·换器结构包括面向所述第一区的P型氮化镓(P型GaN)、面向所述第二区的N型氮化镓(N型GaN)及所述P型GaN与所述N型GaN之间的氮化铟镓InGaN ； 所述第一接触件电耦合到所述P型GaN ;及 所述第二接触件电耦合到所述N型GaN。
12.根据权利要求10所述的SST系统，其中所述个别SST裸片的所述第二接触件包括: 通孔，其具有从所述第一区延伸到超出所述P-n结处的侧壁； 电介质材料，其沿所述通孔的所述侧壁，其中所述电介质材料未覆盖超出所述P-n结的所述转换器结构的一部分；及 导电材料，其延伸进入所述电介质材料上的所述通孔且延伸到所述电介质材料未覆盖的所述转换器结构的所述部分上。
13.根据权利要求10所述的SST系统，其中: 所述多个SST裸片包含第一 SST裸片及与所述第一 SST裸片相邻的第二 SST裸片； 所述第一及第二 SST裸片的所述转换器结构个别地包括面向所述第一区的第一半导体材料、面向所述第二区的第二半导体材料及所述第一与第二半导体材料之间的作用区；所述第一 SST裸片的所述第一接触件延伸进入所述第一与第二 SST裸片的所述转换器结构之间的所述互连区 '及 所述第二 SST裸片的所述第二接触件从所述第二区延伸进入所述互连区，其中所述第二 SST的所述第二接触件在所述互连区中连接到所述第一 SST裸片的所述第一接触件，且其中下伏电介质材料使所述第二 SST裸片的所述第二接触件与所述第二 SST裸片的所述第一半导体材料及所述作用区电隔离。
14.根据权利要求10所述的SST系统，其中所述第一接触件包括反射材料。
15.根据权利要求10所述的SST系统，其进一步包括: 大体上非导电载体衬底，其位于所述第一区中； 第一端子，其电耦合到所述多个SST裸片中的第一者的所述第一接触件；及第二端子，其电耦合到所述多个SST裸片中的第二者的所述第二接触件，其中所述第一 SST裸片为串联耦合的第一 SST裸片且所述第二 SST裸片为串联耦合的最后SST，且其中所述第一及第二端子可从所述第一区电接入。
16.根据权利要求10所述的SST系统，其进一步包括: 导电载体衬底，其位于所述第一区中； 第一端子，其电耦合到所述多个SST裸片中的第一者的所述第一接触件；及第二端子，其电耦合到所述多个SST裸片中的第二者的所述第二接触件，其中所述第一 SST裸片为串联耦合的第一 SST裸片且所述第二 SST裸片为串联耦合的最后SST，且其中所述第二端子电耦合到所述载体衬底的一部分。
17.根据权利要求10所述的SST系统，其进一步包括: 第一端子，其由所述第一接触件的一者至少部分界定； 第二端子，其由所述第二接触件的一者至少部分界定；及 电力供应器，其电耦合到所述第一及第二端子，其中所述电力供应器具有输出电压且所述多个SST裸片具有与所述输出电压近似相同的组合正向结电压。
18.根据权利要求10所述的SST系统，其中所述转换器结构经配置以发出紫外线光谱、可见光谱及红外线光谱中的至少一者内的电磁辐射。
19.一种形成SST装置的方法，其包括: 形成多个SST裸片，个别SST裸片包含具有P-n结的转换器结构、第一接触件及第二接触件，且其中所述转换器结构形成第一区与第二区之间的边界，且其中所述第一接触件位于所述第一区中； 将载体衬底定位于所述第一区中；及 将所述多个SST裸片一起串联电耦合于第一端子与第二端子之间，其中所述第一及第二端子经配置以从电力供应器接收输出电压。
20.根据权利要求19所述的方法，其中形成所述多个SST裸片包括: 形成包含第一半导体材料、第二半导体材料及所述第一与第二半导体材料之间的作用区的所述转换器结构； 将所述第一接触件电耦合到所述第一半导体材料； 形成内埋接触件，所述内埋接触件穿过含有所述第一接触件的平面而抵达所述第二半导体材料，其中所述内埋接触件界定所述第二接触件； 使所述转换器结构的部分彼此电隔离以划分所述个别SST裸片；及其中串联电耦合所述多个SST裸片包括将所述多个SST裸片中的一者的所述第一接触件电耦合到所述多个SST裸片的相邻SST裸片的所述第二接触件。
21.根据权利要求19所述的方法，其中形成所述多个SST裸片包括: 形成包含第一半导体材料、第二半导体材料及所述第一与第二半导体材料之间的作用区的所述转换器结构； 在所述第一半导体材料上形成所述第一接触件；使所述转换器结构的部分彼此电隔离以划分所述个别SST裸片；及 形成第二接触件，所述第二接触件从所述多个SST裸片中的一者的所述第一接触件延伸到另一相邻SST裸片的所述第二半导体材料。
22.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括形成所述多个SST裸片的所述转换器结构，所述转换器结构包含面向所述第一区的P型氮化镓(P型GaN)、面向所述第二区的N型氮化镓(N型GaN)及所述P型GaN与所述N型GaN之间的氮化铟镓InGaN。
23.根据权利要求19所述的方法，其中: 将所述载体衬底定位于所述第一区中包括将导电载体附接到所述SST裸片；及其中 所述方法进一步包括: 使所述第一及第二接触件与所述导电载体衬底电隔离；及 将所述第二端子电耦合到所述导电载体衬底。
24.根据权利要求19所述的方法，其中: 将所述载体衬底定位于所述第一区中包括将大体上非导电载体衬底附接到所述SST裸片；及其中 所述方法进一步包括在所述第一区中形成所述第一及第二端子中的至少一者。
25.根据权利要求19所述的方法，其中形成所述多个SST裸片包括形成经配置以发出紫外线光谱、可见光谱及红外线光谱中的至少一者内的电磁辐射的SST裸片。
26.根据权利要求19所述的方法`，其进一步包括在所述第一区中形成所述个别SST裸片的所述第一接触件及在所述第二区中形成所述个别SST裸片的所述第二接触件。
27.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括通过所述p-n结而形成穿过所述第一接触件的内埋接触件，其中所述内埋接触件界定所述第二接触件。
【文档编号】H01L27/14GK103858233SQ201280046381
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年7月30日 优先权日:2011年8月15日
【发明者】马丁·F·舒伯特 申请人:美光科技公司