包括滤光器和保护层的发光器件的制作方法

包括滤光器和保护层的发光器件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及具有滤光器和保护层的发光器件。
【背景技术】
[0002] 包括发光二极管（LED)、谐振腔发光二极管（R化邸）、垂直腔激光二极管（VCS化） 和边缘发射激光器在内的半导体发光器件是当前可用的最高效的光源之一。在制造能够 跨可见光谱进行操作的高亮度发光器件中当前令人感兴趣的材料系统包括III-V族半导 体，特别是也被称为III-氮化物材料的嫁、侣、铜和氮的二元、=元和四元合金。通常，由 金属有机物化学气相沉积（M0CVD)、分子束外延（MBE)或其他外延技术通过在藍宝石、娃碳 化物、III-氮或其他合适衬底上外延生长不同组分和渗杂浓度的半导体层的堆叠来制作 III-氮发光器件。该堆叠常常包括渗杂有例如形成在衬底上方的Si的一个或多个n型层、 形成在该一个n型层或多个n型层上方处于有源区中的一个或多个发光层，W及渗杂有例 如形成在该有源区上方的Mg的一个或多个P型层。在该些n型和P型区上形成电触点。
[0003] 图1图示了在US7256483中更详细描述的倒装巧片LED。该LED包括n型层16、 有源层18W及生长在藍宝石生长衬底(未示出）上的P型层20。P层20和有源层18的部 分在L邸形成过程期间被蚀刻掉，并且金属50 (金属化层加上接合金属）在与P-接触金属 24的同一侧上接触n层16。可W将底部填充料52沉积在LED下方的空隙中W降低跨LED 的热梯度、增加LED与封装衬底之间的附件的机械强度，W及防止污染物接触L邸材料。将 n-金属50和P-金属24分别接合到封装衬底12上的垫22A和22B。使用过孔28A和28B 和/或金属线将封装衬底12上的接触垫22A和22B连接到可焊电极26A和26B。去除生长 衬底，暴露n型层16的表面。例如通过使用K0H解决方案进行光电化学蚀刻来使该表面变 粗趟W提高光提取。

【发明内容】

[0004] 本发明的目的是提供具有滤光器的发光器件。该滤光器由保护层进行保护。
[0005] 根据本发明的实施例的方法包括提供附接到底座的多个LED。将滤光器附接到所 述多个LED中的至少一个。在所述滤光器上方形成保护层。在所述底座上方形成反射层。 去除安置在所述保护层上方的反射层的一部分。
[0006] 本发明的实施例包括附接到底座的多个LED。将滤光器安置在LED上方。将透明 层安置在滤光器上方。将反射材料安置在相邻的L邸之间。
【附图说明】
[0007] 图1图示了具有粗趟化顶表面的倒装巧片LED。
[0008] 图2是安置在底座上的一组LED的俯视图。
[0009] 图3是安置在底座上的LED的截面视图。
[0010] 图4是安置在波长转换层上的滤光器的截面视图。
[0011] 图5图示了在滤光器上方形成保护层之后图4的结构。
[0012] 图6图示了在单一化（singulation)之后图5的结构。
[0013] 图7是附接到图3中图示的LED的图6的结构的截面视图。
[0014] 图8图示了在图7的结构上方形成反射层之后的图7的结构。
[0015] 图9图不了在使反射层变薄W暴露保护层的顶表面之后图8的结构。
[0016] 图10是安置在滤光器与波长转换层之间的平滑层的截面视图。
【具体实施方式】
[0017] 为了满足用于针对应用的规格，过滤L邸所发射的光有时是必要的。在本发明的 实施例中，将滤光器安置在L邸所发射的光路径中。可W在滤光器上方形成保护层W在LED 的处理和/或操作期间保护滤光器。尽管在下面的示例中半导体发光器件是发射藍光或UV 光的III-氮LED,但是可W使用除了诸如激光二极管的L邸之外的半导体发光器件W及由 诸如其他的III-V材料、III-磯化物、III-神化物、II-VI材料、ZnO或基于Si的材料之类 的其他材料系统所制得的半导体发光器件。
[001引图2是附接到底座的一组LED60的俯视图。在图2中，图示了W2x2阵列附接到 底座62的四个LED60。如本申请所指示的，可任何合适的布置将单个L邸或任意数目 的LED60附接到底座62。在一些实施例中，使用底座62上的接合垫72来向LED60供应 功率。
[0019]W下图中的任一LED60可W是例如被配置成从该LED的顶表面发射大部分光的 倒装巧片器件。在图1中图示了合适的LED60的一个示例，但是可W使用任何合适的LED。 为了形成III-氮LED,如本领域中已知的，首先在生长衬底上生长III-氮半导体结构。生 长衬底可W是任何合适的衬底，诸如例如藍宝石、SiC、Si、GaN或复合衬底。半导体结构包 括夹在n型区和P型区之间的发光区或有源区。可W首先生长n型区，并且其可W包括不 同组分和渗杂浓度的多个层，例如该多个层包括诸如缓冲层或成核层、和/或被设计成促 进生长衬底的去除的层之类的制备层（该制备层可W是n型或非有意渗杂的)，W及针对发 光区高效地发射光所期望的特定光学、材料或电学性质而设计的n型或者甚至P型器件层。 在n型区上方生长发光区或有源区。合适的发光区的示例包括单个厚的或薄的发光层，或 者包括由屏障层所分隔的多个薄的或厚的发光层的多个量子阱发光区。然后，可W在发光 区上方生长P型区。与n型区相似，P型区可W包括不同组分、厚度和渗杂浓度的多个层， 该多个层包括非有意渗杂的层或n型层。器件中所有半导体材料的总厚度在一些实施例中 小于10ym并且在一些实施例中小于6ym。在一些实施例中，首先生长P型区，接着是有源 区和n型区。
[0020] 在P型区上形成金属P触点。如果大部分光是通过与P触点相对的表面被导出半 导体结构(诸如在倒装巧片器件中)，则P触点可W是反射性的。可W通过由标准光刻操作 使半导体结构图案化并对该半导体结构进行蚀刻W去除P型区的整个厚度的一部分和发 光区的整个厚度的一部分W形成露出在其上形成金属n触点的n型区的表面的台面，来形 成倒装巧片器件。可任何合适的方式形成台面和P触点W及n触点。形成台面和P触 点W及n触点对于本领域技术人员是熟知的。
[0021] 图3是附接到底座62的四个LED60的简化的截面视图。L邸可W是2x2阵列、线 性阵列或任何其他合适的布置的一部分。在单个底座62上可W安装比所图示的四个更多 或更少的LED。可W通过P触点及n触点、金球凸点（goldS化dbump)或任何其他合适的 连接机制将LED60连接到底座62。可W将诸如环氧树脂、娃树脂或任何其他合适材料之类 的底部填充料注入LED下方、LED60与底座62之间的任何空间中。在诸如去除生长衬底 之类的稍后的处理步骤期间，底座62和底部填充可W机械地支撑半导体结构。可W使用任 何合适的底座。合适底座的示例包括具有用于形成到半导体结构的电连接的导电过孔的绝 缘或半绝缘晶片(诸如娃晶片或陶瓷晶片)、金属结构或任何其他合适的底座。在一些实施 例中，在半导体结构上形成厚的金属接合垫W在诸如去除生长衬底之类的处理期间支撑半 导体结构。可W在将LED60附接到底座62之前或之后部分地或总体地去除生长衬底，或 者生长衬底可W留下作为器件的一部分。通过去除生长衬底所暴露的半导体结构可W被粗 趟化、图案化或者纹理化W提高光提取。
[002引在与图3所图示的过程相独立的过程中，制备波长转换结构，如图4、5和6中所图 示的。
[0023] 在图4中，在波长转换结构100上形成滤光器层102。波长转换结构100是 预先制作的波长转换构件（即与图3的LED60和底座62相分离地形成的自支撑 (self-suppcxrting)波长转换构件)，其包括吸收由LED发射的光并发射不同波长的光的一 种或多种波长转换材料。合适的波长转换结构100的一个示例是自支撑波长转换陶瓷板。 波长转换陶瓷可W是例如被烧结成自支撑板的粉末磯光体。除了磯光体自身，该板一般不 包含结合剂材料。合适的板可W例如在一些实施例中是至少50ym厚，在一些实施例中不 超过500ym厚，在一些实施例中至少100ym厚，并且在一些实施例中不超过300ym厚。合 适的波长转换结构100的另一示例是安置于透明材料中W形成自支撑结构的粉末波长转 换材料。合适的透明材料的示例包括娃树脂、玻璃和环氧树脂。
[0024] 波长转换结构100中的（多种）波长转换材料可W是常规的磯光体、有机磯光体、 量子点、有机半导体、II-VI或III-V半导体、II-VI或III-V半导体量子点或纳米晶体、染 料、聚合物或发光的材料。可W使用任何合适的粉末磯光体，包括但不限于基于石恼石的磯 光体，诸如（Y沿d.laXuJ,Pr，Sn沛fAl.Ga.{n!5t),.i:。，II-1!|X., ,,乂怎3>WA!| 足过,)5〇|_、:。,扣|, ，（其中 0 <'X<- 1,0 <y< !, 0 <z< 比！，0 <' 过 <〇_2 并且 0 <b< 0-1)、Y;A!；iO,2:Ce(YAGK Lus站泪 12:。iLii.M])、YsAls.方a々i::CcAIGaC'iM.!虹.1 斯、怯i化:F-uIBOSF,似及基于氮 的憐光体(诸如托'y、Sr)/\喊M;:Eu和托'iuSi'.Bal巧許、:扣）。
[0025] 波长转换结构100可W包括单个波长转换材料、波长转换材料的混合或形成为单 独的层而非混合在一起的多个波长转换材料。可W将发射不同颜色的光的波长转换材料安 置在波长转换结构100的单独区域中或者将其混合在一起。
[0026] 可W将滤光器层102沉积到波长转换结构100的一侧上。在一些实施例中，滤 光器层102是二向色滤光器。二向色滤光器可W由诸如Nli々、S府3.'n化之类交替的 (alternating)材料W及任何其他合适材料的薄层构成。滤波器层102的厚度可W在一些 实施例中是至少lOnm，在一些实施例中不超过5ym厚，在一些实施例中至少1ym厚，并且 在一些实施例中不超过2 y m厚。滤光器层102中总的层数在一些实施例中可W是至少2 层，在一些实施例中不超过50层，在一些实施例中至少10层，并且在一些实施例中不超过 30层。每个层可W是相同的厚度或者可W使用不同厚度的层。可W通过包括塔形电子管 瓣射、DC瓣射、等离子气相沉积、化学气相沉积W及蒸发的任何合适技术将二向色滤光器层 102沉积在波长转换结构100上。
[0027] 在一些实施例中，如图10中所图示的，在波长转换结构100与滤光器102之间安 置平滑层103。波长转换结构100的表面可W在滤光器102的有效性方面发挥作用。在一 些实施例中，如果滤光器102更平滑，则其性能得W改进；相应地，可W在沉积滤光器102之 前在波长转换结构100上形成平滑层103,该平滑层103被设计成形成在其上安置滤光器 102的平滑表面。例如，波长转