專利名稱：半導(dǎo)體復(fù)合器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體復(fù)合器件及其制造方法。更具體地講，本發(fā)明涉及在同一基板上包括多個發(fā)光單元的半導(dǎo)體復(fù)合器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
已經(jīng)提出了半導(dǎo)體發(fā)光源，其包括形成在由半導(dǎo)體材料制成的同一基板上或形成在同一器件上(如下所列)的多個發(fā)光單元，所述發(fā)光單元具有相應(yīng)不同的發(fā)射光譜。
它們包括(1)半導(dǎo)體復(fù)合發(fā)光器件，其包括半導(dǎo)體晶體層，所述半導(dǎo)體晶體層具有依次生長在同一基板上的多個活性層(發(fā)光層)，其中所述活性層具有相應(yīng)不同的發(fā)射光譜(例如，見日本專利公開文獻1No.3298390)；(2)LED顯示器，其包括半導(dǎo)體晶體層，所述半導(dǎo)體晶體層具有依次或同時生長在同一基板上的發(fā)光層，其中所述發(fā)光層具有相應(yīng)不同的發(fā)射光譜(例如，見日本專利公開文獻2JP 2004-79933A)；(3)半導(dǎo)體發(fā)光器件，其包括經(jīng)由微凸塊面向下安裝在Si二極管上的GaN基LED(例如，見專利公開文獻3WO 98/34285)；以及(4)全色半導(dǎo)體發(fā)光器件，其包括經(jīng)由微凸塊安裝在Si二極管上的、可操作成發(fā)射紅光、綠光和藍光的、倒裝芯片(flip-chip)型的半導(dǎo)體發(fā)光器件(例如，見專利公開文獻4JP 11-307818A)。
在以上現(xiàn)有技術(shù)(1)中，發(fā)光層的數(shù)量增加廣泛地增加了外延生長過程中的步驟。這導(dǎo)致了延長的供貨時間，以及降低的可生產(chǎn)性和暴增的生產(chǎn)成本，并且使得在所有生長過程中對于對應(yīng)的生長狀態(tài)很難確保優(yōu)異的可重復(fù)生產(chǎn)性。因而，發(fā)光層造成了發(fā)射光譜的變化，并且因而，從最終的半導(dǎo)體復(fù)合發(fā)光器件發(fā)出的光的色調(diào)具有很大差異，這使得很難控制色調(diào)，因而成為一個問題。
在以上現(xiàn)有技術(shù)(2)中，與化合物半導(dǎo)體有關(guān)的構(gòu)成比(composition ratio)和生長溫度可以被控制，以形成這樣的發(fā)光層，其具有依次選擇性或同時的多個期望的發(fā)射光譜。在這種情況中，針對用于在此形成發(fā)光層的生長區(qū)域的選擇性構(gòu)成控制以及溫度控制這兩者的高精度實施需要高技術(shù)。因而，這種方法很難實現(xiàn)色調(diào)很少差異的LED顯示器。
在以上現(xiàn)有技術(shù)(3)中，如果安裝在Si二極管上的LED具有線材接合所需的上側(cè)電極，則與線材接合有關(guān)的熱量、壓力和振動在微凸塊上施加應(yīng)力，其中所述微凸塊將Si二極管與LED相連。該應(yīng)力削弱了與連接強度和電特性有關(guān)的可靠性。因而，LED被限于具有適于面向下安裝的結(jié)構(gòu)的LED，該結(jié)構(gòu)限制了LED選擇的靈活性。另外，在安裝LED時施加在LED和Si二極管上的負載的抑制需要安裝狀態(tài)中的特定的限制。在這種情況中，各器件之間的接合強度可降低，從而可能使可靠性變差。
在以上現(xiàn)有技術(shù)(4)中，半導(dǎo)體發(fā)光器件單獨地被安裝。因而，相鄰的器件之間的間隔被延長，以使得混色的特性變差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明已經(jīng)解決了現(xiàn)有技術(shù)中的問題，并且目的是提供一種半導(dǎo)體復(fù)合器件，其在熱輻射、混色、質(zhì)量穩(wěn)定性以及可靠性方面優(yōu)異，在安裝時具有發(fā)光器件的較高的亮度以及較大的選擇靈活性。
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體復(fù)合器件，其包括共用基板；第一半導(dǎo)體發(fā)光器件；以及第二半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述第一半導(dǎo)體發(fā)光器件被構(gòu)造成包括直接或經(jīng)由接合層形成在所述共用基板的一部分上的、包含發(fā)光層的外延生長層，并且所述第二半導(dǎo)體發(fā)光器件設(shè)置在不與所述外延生長層接合的至少一個位置處的槽中，或者設(shè)置在形成于至少一個位置處的所述槽內(nèi)的凹部中。
在本發(fā)明的一個方面中，所述第二半導(dǎo)體發(fā)光器件可包括形成在不同于所述共用基板的生長基板上的、包含發(fā)光層的外延生長層；并且所述第二半導(dǎo)體發(fā)光器件經(jīng)由接合電極而接合至所述共用基板。
在本發(fā)明的一個方面中，所述第一半導(dǎo)體發(fā)光器件中的所述接合層可包括歐姆電極層以及由金屬構(gòu)成的接合材料層，并且所述接合層形成為與所述第一半導(dǎo)體發(fā)光器件中的外延生長層接觸。
在本發(fā)明的一個方面中，用于接合所述第二半導(dǎo)體發(fā)光器件的接合電極與所述第一半導(dǎo)體發(fā)光器件中的接合層部分或全部連續(xù)地、或與所述第一半導(dǎo)體發(fā)光器件中的接合層分開地形成在所述共用基板上的槽中。
在本發(fā)明的一個方面中，所述第一半導(dǎo)體發(fā)光器件和所述第二半導(dǎo)體發(fā)光器件可具有相應(yīng)不同的發(fā)射光譜。
在本發(fā)明的一個方面中，所述半導(dǎo)體復(fù)合器件還可包括還包括透光樹脂，其包含充滿將所述第二半導(dǎo)體發(fā)光器件設(shè)置于其中的至少一個凹部中的至少一種磷光體。
本發(fā)明還涉及一種半導(dǎo)體復(fù)合器件的制造方法，其包括以下步驟在生長基板上形成包含發(fā)光層的外延生長層；在所述外延生長層上形成第一電極；在共用基板的兩個表面上分別形成第二電極和第三電極；將所述第一電極和所述第二電極接合在一起；在將所述生長基板從所述接合的組件去除或不去除生長基板以形成第一半導(dǎo)體發(fā)光器件之前，鄰近所述外延生長層，在所述接合的組件的表面上形成第四電極；在一個或多個位置形成凹部，其從所述第一半導(dǎo)體發(fā)光器件中的外延生長層延伸至所述第一電極、所述第二電極或所述共用基板，或者還在延伸至所述共用基板的槽中形成凹部；在所述槽或所述凹部的內(nèi)側(cè)底部上形成第五電極；并且將第二半導(dǎo)體發(fā)光器件安裝在所述槽或所述凹部中。
根據(jù)本發(fā)明，可以實現(xiàn)這樣的半導(dǎo)體復(fù)合器件，其在熱輻射、混色、質(zhì)量穩(wěn)定性以及可靠性方面優(yōu)異，在安裝時具有發(fā)光器件的較高的亮度以及較大的選擇靈活性。


圖1是根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體復(fù)合器件的實施例1的俯視圖；圖2是沿圖1的A-A的剖視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體復(fù)合器件的實施例1的內(nèi)部線路圖；
圖4是根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體復(fù)合器件的實施例1的另一內(nèi)部線路圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體復(fù)合器件的實施例2的俯視圖；圖6是沿圖5的A-A的剖視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體復(fù)合器件的實施例2的安裝示意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體復(fù)合器件的實施例3的剖視圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體復(fù)合器件的實施例3的安裝示意圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體復(fù)合器件的實施例3的另一安裝示意圖；圖11是本發(fā)明半導(dǎo)體復(fù)合器件的安裝示意圖；圖12是本發(fā)明半導(dǎo)體復(fù)合器件的另一安裝示意圖；圖13示出了制造本發(fā)明半導(dǎo)體復(fù)合器件的工藝步驟；圖14是本發(fā)明半導(dǎo)體復(fù)合器件的局部剖視圖；圖15是本發(fā)明半導(dǎo)體復(fù)合器件的安裝示意圖；圖16是傳統(tǒng)的半導(dǎo)體復(fù)合器件的安裝示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參看圖1至15將詳細說明本發(fā)明的各實施例。以下說明的實施例是本發(fā)明的特別優(yōu)選的實例，并且給出了不同的技術(shù)上的優(yōu)選的限制，盡管本發(fā)明的范圍并不限于這些實施例，而以下說明中的任何特定的表述并不是限制本發(fā)明。
實施例1圖1是根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體復(fù)合器件的實施例1的俯視圖，并且圖2是沿圖1的A.A的剖視圖。
半導(dǎo)體復(fù)合器件(semiconductor composite device，以后簡稱為“復(fù)合器件”)1包括第一半導(dǎo)體發(fā)光器件(此后簡稱為“第一發(fā)光器件”)3，其用于構(gòu)成第一發(fā)光區(qū)域2；以及第二半導(dǎo)體發(fā)光器件(此后稱為“第二發(fā)光器件”)5，其用于構(gòu)成第二發(fā)光區(qū)域4。
第一發(fā)光器件3如下被構(gòu)造。材料適當?shù)剡x自具有期望的特性(例如，高導(dǎo)電率、高透射率、高導(dǎo)熱率以及高強度)的Si、Al2O3、SiC和GaP，以形成共用基板6。在共用基板6的一個表面上形成第一外連接電極7。第一外連接電極7自共用基板6依次包括Ti或Ni的濕層以及Au的外連接電極層。
在共用基板6的另一表面上，自共用基板6依次形成包含發(fā)光層的外延生長層(此后簡稱為“生長層”)9以及由AuGeNi合金構(gòu)成的第二外連接電極10。第二外連接電極10用作為出光表面，并且因此是由細絲電極或完全透明的而盡可能不阻擋出光的電極構(gòu)成。
在共用基板6上形成槽11，而其中不形成生長層9。槽11是第二外連接電極10和生長層9不出現(xiàn)在其中的區(qū)域。在共用基板6上，形成通過槽11的底部而暴露的發(fā)光器件接合電極12，以便安裝和接合第二發(fā)光器件5。發(fā)光器件接合電極12是由Au或AuZn構(gòu)成，以確保優(yōu)異的導(dǎo)電性。
位于第二發(fā)光器件5上的下側(cè)電極13與形成在共用基板6上的槽11中的發(fā)光器件接合電極12之間的共晶會接將第二發(fā)光器件5固定在槽11中。這還可實現(xiàn)兩個電極之間的導(dǎo)電。第二發(fā)光器件5具有形成在與下側(cè)電極13相反的另一側(cè)上的上側(cè)電極14。
如上所述構(gòu)成的半導(dǎo)體復(fù)合器件1以如圖3和4所示的兩種方式被內(nèi)部接線。在一方面，如果如圖3所示內(nèi)部接線，則第一發(fā)光器件3被構(gòu)造成第一外連接電極7用作為N-電極，而第二外連接電極10用作為P-電極。在這種情況中，第二發(fā)光器件5被構(gòu)造成，下側(cè)電極13用作為N-電極，而上側(cè)電極14用作為P-電極。
在另一方面，如果如圖4所示內(nèi)部接線，則第一發(fā)光器件3被構(gòu)造成，第一外連接電極7用作為P-電極，而第二外連接電極10用作為N-電極。在這種情況中，第二發(fā)光器件5被構(gòu)造成，下側(cè)電極13用作為P-電極，而上側(cè)電極14用作為N-電極。
實施例2圖5是根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體復(fù)合器件的實施例2的俯視圖，圖6是沿圖5的A-A的剖視圖，并且圖7是安裝圖。
在本發(fā)明中，在共用基板6的兩個相反的位置處，相應(yīng)的槽11形成在第一發(fā)光器件3中，在所述位置不存在第二外連接電極10和生長層9。凹部15以通過每個槽11的底部暴露的方式形成在共用基板6中。
第二發(fā)光器件接合電極12在凹部15的內(nèi)側(cè)底部上形成。第二發(fā)光器件5上的下側(cè)電極13與接合電極12之間的共晶會接將第二發(fā)光器件5固定在凹部15中，并且還實現(xiàn)了兩個電極之間的導(dǎo)電。
其它結(jié)構(gòu)與上述實施例1類似，并且在以下的說明中省略。
圖7示出了安裝在母板上的本實施例的半導(dǎo)體復(fù)合器件。半導(dǎo)體復(fù)合器件1固定在母板16上，從而半導(dǎo)體復(fù)合器件1上的第一外連接電極7經(jīng)由諸如焊料和導(dǎo)電粘合劑(未示出)的導(dǎo)電接合材料被接合至母板16上的引線圖案17。這些電極彼此相互導(dǎo)電。
第一發(fā)光器件3上的第二外連接電極10和第二發(fā)光器件5上的上側(cè)電極14經(jīng)由對應(yīng)的接合引線18連接至母板16上的單獨的引線圖案17。
第二發(fā)光器件5安裝在其中的凹部15充滿由透光樹脂構(gòu)成的密封樹脂19，其中所述透光樹脂包含至少一種或多種磷光體，以密封第二發(fā)光器件5。構(gòu)成密封樹脂19的透光樹脂保護第二發(fā)光器件5免受諸如水、灰塵和氣體的外部環(huán)境的影響。與第二發(fā)光器件5的出光表面形成界面的密封樹脂19的折射率可被制造成與形成第二發(fā)光器件的出光表面的半導(dǎo)體材料的折射率接近。在這種情況中，可以提高從由第二發(fā)光器件5的出光表面行進的發(fā)射的光提取到密封樹脂19中的效率。
包含在密封樹脂19中的磷光體通過從第二發(fā)光器件5發(fā)出的光的一部分被激發(fā)，并且將其轉(zhuǎn)換成具有高于所發(fā)出的光的波長的光。由于發(fā)出的光與轉(zhuǎn)換的光的附加的混色，這可操作成，釋放具有與從第二發(fā)光器件5發(fā)出的光相比不同色度的光。因此，來自第一發(fā)光器件3的光、來自第二發(fā)光器件5的光以及磷光體的合適選擇的組合可實現(xiàn)發(fā)射具有期望色度的光的半導(dǎo)體復(fù)合器件。
還可以將半導(dǎo)體復(fù)合器件1和接合引線18密封在由透光樹脂構(gòu)成的密封樹脂內(nèi)。在這種情況中，密封樹脂保護半導(dǎo)體復(fù)合器件1免受諸如水、灰塵和氣體的外部環(huán)境影響，這與上述類似，并且還保護接合引線18免受諸如振動和沖擊的機械應(yīng)力的影響。另外，還具有這樣的功能，即高效地引導(dǎo)從半導(dǎo)體復(fù)合器件1釋放的光通過半導(dǎo)體復(fù)合器件1的出光表面進入透光樹脂中。
實施例3圖8是根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體復(fù)合器件的實施例3的剖視圖，并且圖9和10是安裝圖。
在該實施例3中，與實施例2不同，第一發(fā)光器件3上的第二外連接電極10和第二發(fā)光器件5上的上側(cè)電極14具有位于同一平面上的對應(yīng)的上側(cè)表面。為了確保電極10與14之間的位置關(guān)系，第一發(fā)光器件3被制造成，其厚度大于第二發(fā)光器件5的厚度。另外，考慮第二發(fā)光器件5的厚度而確定形成在共用基板6內(nèi)的凹部15的深度。
在第二外連接電極10上形成由Au等構(gòu)成的凸點球(bumpball)28a，并且在第二發(fā)光器件5上形成同樣由Au等構(gòu)成的凸點球28b。凸點球28a和28b具有位于同一平面上的對應(yīng)的上側(cè)端部。
在圖8中，位于第二發(fā)光器件5上的成對的電極是由上側(cè)電極14和下側(cè)電極13構(gòu)成，盡管該對電極可設(shè)置在第二發(fā)光器件5的上側(cè)上。在這種情況中，設(shè)在第二發(fā)光器件5的上側(cè)和第一發(fā)光器件3上的第二外連接電極10的上側(cè)表面上的兩個電極的上側(cè)表面位于同一表面上。
其它結(jié)構(gòu)與上述實施例2類似，并從以下說明中省略。
圖9示出了以夾層的方式安裝在母板與透明基板之間的該實施例的半導(dǎo)體復(fù)合器件。半導(dǎo)體復(fù)合器件1固定在母板16上，從而半導(dǎo)體復(fù)合器件1上的第一外連接電極7經(jīng)由諸如焊料和導(dǎo)電粘合劑(未示出)的導(dǎo)電接合材料被接合至母板16上的引線圖案17。這些電極設(shè)置成彼此相互導(dǎo)電。第一發(fā)光器件3上的凸點球28a和第二發(fā)光器件5上的凸點球28b接合至形成在透明基板29上的引線圖案(未示出)，并且設(shè)置成彼此相互導(dǎo)電。
從第一發(fā)光器件3和第二發(fā)光器件5發(fā)出的光通過透明基板29釋放至透明基板29的外側(cè)。不同的工藝(例如透鏡處理工藝和擴散工藝)根據(jù)期望的器件可被應(yīng)用至透明基板29。
這種安裝方法可能實現(xiàn)，這是因為第一發(fā)光器件3上的第二外連接電極10和第二發(fā)光器件5上的上側(cè)電極14具有位于同一平面上的對應(yīng)的上側(cè)表面。另外，設(shè)置在第一發(fā)光器件3上的第二外連接電極10上的凸點球28a和設(shè)置在第二發(fā)光器件5上的上側(cè)電極14上的凸點球28b具有位于同一平面上的對應(yīng)上側(cè)端部。
圖10示出了安裝在母板上的該實施例3的半導(dǎo)體復(fù)合器件。半導(dǎo)體復(fù)合器件1固定在母板16上，以便導(dǎo)電，從而第一發(fā)光器件3上的凸點球28a和第二發(fā)光器件5上的凸點球28b接合至母板16上的對應(yīng)的引線圖案17。
局部形成在第一發(fā)光器件3上的第一外連接電極7經(jīng)由接合引線18接合至另一引線圖案17，以便導(dǎo)電，其中所述另一引線圖案獨立于接合至母板16上的凸點球28a、28b的引線圖案17。
在這種情況中，第一發(fā)光器件3中的共用基板6是由具有透光性的半導(dǎo)體材料構(gòu)成。因此，在從外延生長層9內(nèi)發(fā)出的光中，朝向第一外連接電極7行進的光通過共用基板6釋放至共用基板6的外側(cè)。另外，朝向母板16行進的光在母板16的表面上被反射，并且類似地通過共用基板6釋放至共用基板6的外側(cè)。
因此，該安裝方法可提高提取發(fā)射的光至外側(cè)的效率。通過所設(shè)置的反射層，可進一步提高光提取效率，例如，所述反射層印制在半導(dǎo)體復(fù)合器件1所安裝的母板16的表面上。
這種安裝方法可以實現(xiàn)，因為第一發(fā)光器件3上的第二外連接電極10和第二發(fā)光器件5上的上側(cè)電極14具有位于同一平面上的對應(yīng)的上側(cè)表面。另外，設(shè)置在第一發(fā)光器件3上的第二外連接電極10上的凸點球28a和設(shè)置在第二發(fā)光器件5上的上側(cè)電極14上的凸點球28b具有位于同一平面上的對應(yīng)的上側(cè)端部。
本發(fā)明的半導(dǎo)體復(fù)合器件1可安裝在通用的封裝內(nèi)。例如，其包括如圖11所示的表面安裝封裝以及如圖12所示的炮彈形封裝(bullet-shaped package)。
參看圖13，接下來說明本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法。首先，在步驟(a)中，制備生長基板20。生長基板20是由這樣的材料制成，其具有可與隨后說明的外延生長材料匹配的晶格常數(shù)。如果形成用于紅光發(fā)射的發(fā)光層，則采用GaAs基半導(dǎo)體。
在步驟(b)中，在生長基板20上形成包含發(fā)光層的外延生長層9。外延生長層9可由AlGaInP基半導(dǎo)體制成。
在步驟(c)中，在外延生長層9上形成第一電極21。第一電極包括AuZn或Au的歐姆電極層以及由諸如AuSn的共晶材料構(gòu)成的接合材料層，并且在以下的步驟中成為接合層8的一部分。在這種情況中，SiO2的反射層可局部設(shè)置在抵靠著外延生長層9的第一電極21的一側(cè)上。
在步驟(d)中，除了步驟(a)至(c)以外，制備共用基板6。共用基板6可由Si基半導(dǎo)體制成。在這種情況中，材料并不限于Si基半導(dǎo)體，只要其導(dǎo)熱率比GaAs基生長基板20高，并且導(dǎo)電性比GaAs基生長基板20好。此外，具有期望的特性(例如，高導(dǎo)電性、高透過性、高導(dǎo)熱性以及高強度)的材料可選自Al2O3、SiC以及GaP，以便根據(jù)目標半導(dǎo)體復(fù)合器件進行使用。
此外，在步驟(e)中，在共用基板6的一個表面上形成將轉(zhuǎn)化成接合層8的一部分的第二電極22，并且在另一表面上形成將轉(zhuǎn)化成第一外連接電極7的第三電極23。第二電極22包括從共用基板6依次形成的Ti或Ni的濕層(wet layer)以及Au的接合金屬層。第三電極23包括從共用基板6依次形成的Ti或Ni的濕層以及Au的外連接金屬層。
接著，在完成了步驟(a)至(c)的工藝之后的生長基板20以及在完成了步驟(d)至(e)的工藝之后的共用基板6被組裝并且轉(zhuǎn)移至步驟(f)。
在步驟(f)中，生長基板20上的第一電極21與共用基板6上的第二電極22相對。
在步驟(g)中，生長基板20上的第一電極21與共用基板6上的第二電極22彼此相互接觸，并且被加熱和加壓以將電極21和22這兩者接合在一起。在這種情況中，包含在第一電極21中的AuSn的接合層以及包含在第二電極22中的Au的接合金屬層主要被熔化和混合，從而接合的部分成為接合層8?？梢愿鶕?jù)期望的發(fā)光器件特性設(shè)置各層，例如障礙層、光反射層、濕層以及緊密接觸層，它們位于共用基板6與外延生長層9之間。這些層可之前設(shè)置在第一電極上。此外，而不是經(jīng)由諸如上述步驟(g)中的AuSn的共晶材料將兩者接合在一起，還可以經(jīng)由釬焊材料將兩者接合在一起或者經(jīng)由樹脂粘合劑將兩者接合在一起?？蛇x地，可僅通過熱壓接處理(thermal crimping)而以不用在它們之間夾置金屬材料的方式將兩者接合在一起(在這種情況中，并不形成電極21、22和接合層8)。
在步驟(h)中，通過蝕刻等的方法去除生長基板20。取決于半導(dǎo)體復(fù)合器件，可不執(zhí)行該步驟以留下生長基板。
在步驟(i)中，在外延生長層9上的特定位置處形成由AuGeNi等構(gòu)成的并將轉(zhuǎn)化成第二外連接電極10的多個第四電極24，并且被合金化處理(alloyed)。
在步驟(j)中，通過蝕刻等方式在特定的位置形成具有特定形狀和尺寸的多個槽11，同時從外延生長層9延伸通過接合層8到達共用基板6。步驟(j)中的工藝可與上述步驟(h)中的生長基板20的去除同時被完成。還可以在共用基板中形成凹部。槽11并不總是需要到達共用基板，但可被形成到達位于外延生長層9與共用基板6之間的接合層8。在上述步驟(b)中，外延生長層9不可之前設(shè)置在將轉(zhuǎn)化成凹部的區(qū)域內(nèi)，從而省略上述步驟(j)。
在步驟(k)中，在每個凹部11的底部25上形成由AuZn或Au構(gòu)成的并且將轉(zhuǎn)化成發(fā)光器件接合電極12的第五電極26。在這種情況中，如果在上述步驟(j)中形成的槽11在外延生長層9中被停止，以留下接合層8，則該步驟并不是期望的。
在步驟(l)中，在第五電極26上通過利用共熔合金或凸塊的方法安裝將轉(zhuǎn)化成第二發(fā)光器件5的發(fā)光器件27。如果倒裝芯片型的半導(dǎo)體發(fā)光器件被安裝作為第二半導(dǎo)體發(fā)光器件5(未示出)，則在第五電極26上經(jīng)由凸塊安裝半導(dǎo)體發(fā)光器件上的電極。
在步驟(m)中，設(shè)置特定的切割(dicing)位置。
在步驟(n)中，組件被切割成單片，以完成半導(dǎo)體復(fù)合器件1。還可以省略步驟(1)，并建立用于將發(fā)光器件27安裝在切割的單片上的一系列步驟。
用于接收安裝在其中的發(fā)光器件27的槽11可通過以下方式形成，即提供形成通過副組件的孔的步驟，其是在該位置的步驟(c)之后完成的，從而在其中形成槽11。然后，該副組件與共用基板6接合，從而在共用基板上在通孔所在的位置形成槽。在這種情況中，可省略形成槽11的步驟以及形成第五電極26的步驟。
第二發(fā)光器件5對應(yīng)于LED，其根據(jù)發(fā)光層的結(jié)構(gòu)被歸類成簡單PN結(jié)型結(jié)構(gòu)、單異質(zhì)(single-hetero)(SH)結(jié)構(gòu)、雙異質(zhì)(DH)結(jié)構(gòu)以及量子阱(quantum well)結(jié)構(gòu)。從這些選擇合適的發(fā)光器件，以完成期望的半導(dǎo)體復(fù)合器件1。
為了構(gòu)成半導(dǎo)體復(fù)合器件1，可任意地設(shè)定第一發(fā)光器件3與第二發(fā)光器件5的組合。例如，可以通過具有不同的發(fā)射光譜的發(fā)光器件的組合實現(xiàn)適于發(fā)射多色光的半導(dǎo)體復(fù)合器件。還可以通過具有同一發(fā)射光譜的發(fā)光器件的組合實現(xiàn)適于完成光輸出控制和分布控制的半導(dǎo)體復(fù)合器件。
可任意地設(shè)定安裝在共用基板6上的第二發(fā)光器件5的數(shù)量和布置結(jié)構(gòu)。例如，為了抑制來自半導(dǎo)體復(fù)合器件1的光的色度的差異，它們相對于半導(dǎo)體復(fù)合器件1的中心布置在對稱的位置上。用于設(shè)置槽或凹部的位置并不限于如圖所示共用基板的角落。可根據(jù)第二發(fā)光器件5設(shè)置第一半導(dǎo)體發(fā)光器件3的形狀和尺寸。特別地，可按照第二發(fā)光器件5的形狀形成期望的形狀。
共用基板6上的第五電極26(發(fā)光器件接合電極12)以及第二發(fā)光器件5上的下側(cè)電極13可任意地彼此相互接合。例如，可以通過夾置如圖14所示的Au等的凸點球28實現(xiàn)共晶會接或倒裝芯片安裝。特別地，從縮短第一發(fā)光器件與第二發(fā)光器件中的發(fā)光區(qū)域之間的距離的觀點看，使用倒裝芯片安裝是期望的。
第一發(fā)光器件3上的第一外連接電極7與第二發(fā)光器件5上的下側(cè)電極13具有同一導(dǎo)電類型。因而，第一發(fā)光器件3上的第二外連接電極10與第二發(fā)光器件5上的上側(cè)電極14也具有同一導(dǎo)電類型。
如上所述是根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體復(fù)合器件和制造方法的實施例。以下的說明是針對本發(fā)明和各實施例所實現(xiàn)的效果。
(1)熱輻射(放熱性)第二發(fā)光器件(LED)可安裝在共用基板上，其是由導(dǎo)熱率比包含發(fā)光層的外延生長層的材料(例如，GaAs基半導(dǎo)體)更高的材料構(gòu)成。(如果外延生長層是由GaAs基半導(dǎo)體構(gòu)成，則共用基板是由Si基半導(dǎo)體構(gòu)成)。因而，多于安裝在外延生長層上的LED，自產(chǎn)生的熱量可高效地從LED傳遞至外部(例如，傳遞至母板)，因而提高了熱輻射的效果。
(2)混色性可設(shè)置多個發(fā)光單元，它們適于操作成發(fā)射具有不同的發(fā)射光譜的光，以通過來自發(fā)光單元的光的附加的混色獲得任意色度的光。在這種情況中，為了確保色度更小差異的優(yōu)異的混色，需要的是縮短相鄰的發(fā)光單元之間的距離。
如上所述，在本發(fā)明中，可根據(jù)第二發(fā)光器件5設(shè)置第一發(fā)光器件3的形狀和尺寸。特別地，其可按照第二發(fā)光器件5的形狀而形成期望的形狀。因而，本發(fā)明的半導(dǎo)體復(fù)合器件可被制造成在兩個發(fā)光器件之間(發(fā)光區(qū)域之間)并不留下任何無用的空間，并且因而，混色明顯是優(yōu)異的。
在發(fā)光器件安裝在基板上時，發(fā)光器件上的電極與基板上的對應(yīng)電極經(jīng)由共晶材料、焊料、凸點球和導(dǎo)電膠之一被連接。
在安裝發(fā)光器件時，可使用高反射性、白塑料殼體，例如尼龍基的殼體，以高效地利用從發(fā)光器件發(fā)射的光作為照明光，這是借助于使用來自塑料殼體的反射。
在將發(fā)光器件安裝在塑料殼體中時，可以考慮使用上述共晶材料、焊料、凸點球和導(dǎo)電膠之一，盡管實際上，用于賦予留下某些材料的限制的狀態(tài)不是合適的。
例如，諸如AuSn材料的共晶會接大體上需要在大約280℃加熱。共晶會接的熱量還作用在塑料殼體上，并且熱學(xué)變質(zhì)塑料殼體(改變顏色為棕色或黃色)，以降低反射率。結(jié)果，將來自發(fā)光器件的發(fā)射的光提取至外部的效率降低，并造成亮度的下降。
采用導(dǎo)電膠(銀膠)，其設(shè)置成在低于共晶溫度的溫度使用的狀態(tài)，以避免這種問題。導(dǎo)電膠具有大約160℃的硬化溫度。因而，可以確保較高的亮度，而并不變質(zhì)塑料殼體。
如果使用導(dǎo)電膠以安裝多個單獨的發(fā)光器件，則在安裝時導(dǎo)電膠的擴散寬于其它接合材料，并且因此造成以下問題。即，在發(fā)光器件具有0.3mm×0.3mm的尺寸時，如圖16所示，導(dǎo)電膠的擴散具有0.5mm的直徑。因而，如果三個發(fā)光器件相應(yīng)地位于直角三角形的頂點上，則相鄰的導(dǎo)電膠之間的距離可設(shè)定為0.1mm的最小距離，以防止它們短路。在這種情況中，相鄰的發(fā)光器件之間的距離最小為0.22mm。
在另一方面，本發(fā)明的半導(dǎo)體復(fù)合材料如圖15所示被構(gòu)造，因為在共用基板與第二發(fā)光器件之間的接合中可采用共晶材料或凸點球。即，如果通過如上所述的共晶會接的方式在共用基板上安裝0.3mm×0.3mm的第二發(fā)光器件，則第一發(fā)光器件與第二發(fā)光器件之間的距離可制造為0.1mm。此外，利用夾置凸點球的倒裝安裝可將其縮短至0.05mm。
如果如圖15和16所示構(gòu)成的發(fā)光器件是發(fā)射具有不同的發(fā)射光譜的光的器件，則本發(fā)明的、具有相鄰的發(fā)光器件之間較短距離的半導(dǎo)體復(fù)合器件明顯地混色更好。
如果本發(fā)明的半導(dǎo)體復(fù)合材料安裝在塑料殼體中，則使用導(dǎo)電膠，盡管此時已經(jīng)確保了有利的混色，并且因此并不造成上述問題。
(3)質(zhì)量穩(wěn)定性在本發(fā)明的半導(dǎo)體復(fù)合器件中，具有諸如光學(xué)特性和電特性的選定的特性的第二發(fā)光器件可安裝在共用基板上。這與用于形成多個生長層的方向不同，其中所述多個生長層分別包含作為現(xiàn)有技術(shù)的共用基板上的發(fā)光層。因此，可以制造特性較少差異并且重復(fù)生產(chǎn)性優(yōu)異的半導(dǎo)體復(fù)合器件。例如，根據(jù)光從發(fā)光器件的發(fā)射選定的第二發(fā)光器件的組合可有助于半導(dǎo)體復(fù)合器件的色調(diào)控制。
(4)發(fā)光器件的選擇的靈活性在本發(fā)明的半導(dǎo)體復(fù)合器件中，通過以下方法可在共用基板上安裝第二半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述方法例如為共晶會接和如上所述利用凸點球的倒裝芯片安裝的不同的方法。根據(jù)這些方法，第二半導(dǎo)體發(fā)光器件可以是以下類型發(fā)光器件中的一種，即包括一對位于相反側(cè)上的電極的類型，以及包括一對位于一側(cè)上的電極的類型。即使第二半導(dǎo)體發(fā)光器件5具有需要引線接合的上側(cè)電極14，也不可削弱第一半導(dǎo)體發(fā)光器件的可靠性。由于可以以這種方式選擇不同的安裝方法，所以可使用的發(fā)光器件的范圍被擴大，從而增加了選擇的靈活性。
(5)高亮度本發(fā)明的半導(dǎo)體復(fù)合器件可被用于構(gòu)成全色發(fā)光器件。在這種情況中，優(yōu)選地，綠光(G)發(fā)光器件作為第一發(fā)光器件安裝在共用基板上，并且兩個器件或者紅光(R)發(fā)光器件和藍光(B)發(fā)光器件作為第二發(fā)光器件。
在白光(W)通過R、G、B光的附加的混色而形成時，大致合適的是，將R、G、B光的量的比例確定為R∶G∶B＝3∶6∶1。綠光需要最大量的光。
在電流的狀態(tài)中，然而，綠光發(fā)光器件劣于其它器件的發(fā)光效率。因而，用于發(fā)射白光的器件在綠光發(fā)光器件中比在其它發(fā)光器件中供應(yīng)更大的電流，以保持R、G、B光的量平衡。
如果紅光、綠光和藍光發(fā)光器件具有幾乎相同的發(fā)射區(qū)域，則可通過綠光發(fā)光器件確定額定電流，并且僅僅允許微小的電流，以在此時流入紅光和藍光發(fā)光器件中。因而，白光具有較低的亮度，盡管其可被獲得。
相反地，在本發(fā)明的半導(dǎo)體復(fù)合器件中，如上所述，發(fā)射區(qū)域較大的第一發(fā)光器件作為綠光發(fā)光器件安裝在共用基板上，并且兩個器件或者紅光和藍光發(fā)光器件，它們的發(fā)射區(qū)域小于綠光發(fā)光器件，作為第二發(fā)光器件。因而，可以增加綠光的量，同時將發(fā)射表面中的電流密度保持幾乎未變，因而實現(xiàn)了高亮度，而同時保持穩(wěn)定性。
本發(fā)明的半導(dǎo)體復(fù)合器件可用作為諸如手機的移動器具的LED背光；車輛器具中的LCD背光；TV和PC監(jiān)視器中的LCD背光；以及不同指示器中的光源。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體復(fù)合器件，包括共用基板；第一半導(dǎo)體發(fā)光器件；以及第二半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述第一半導(dǎo)體發(fā)光器件被構(gòu)造成包括直接或經(jīng)由接合層形成在所述共用基板的一部分上的、包含發(fā)光層的外延生長層，并且所述第二半導(dǎo)體發(fā)光器件設(shè)置在不與所述外延生長層接合的至少一個位置處的槽中，或者設(shè)置在形成于至少一個位置處的所述槽內(nèi)的凹部中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體復(fù)合器件，其特征在于，所述第二半導(dǎo)體發(fā)光器件包括形成在不同于所述共用基板的生長基板上的、包含發(fā)光層的外延生長層；并且所述第二半導(dǎo)體發(fā)光器件經(jīng)由接合電極而接合至所述共用基板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體復(fù)合器件，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體發(fā)光器件中的所述接合層包括歐姆電極層以及由金屬構(gòu)成的接合材料層，并且所述接合層形成為與所述第一半導(dǎo)體發(fā)光器件中的外延生長層接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的半導(dǎo)體復(fù)合器件，其特征在于，用于接合所述第二半導(dǎo)體發(fā)光器件的接合電極與所述第一半導(dǎo)體發(fā)光器件中的接合層部分或全部連續(xù)地、或與所述第一半導(dǎo)體發(fā)光器件中的接合層分開地形成在所述共用基板上的槽中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的半導(dǎo)體復(fù)合器件，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體發(fā)光器件和所述第二半導(dǎo)體發(fā)光器件具有各自不同的發(fā)射光譜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的半導(dǎo)體復(fù)合器件，其特征在于，還包括透光樹脂，其包含充滿將所述第二半導(dǎo)體發(fā)光器件設(shè)置于其中的至少一個凹部中的至少一種磷光體。
7.一種半導(dǎo)體復(fù)合器件的制造方法，其包括以下步驟在生長基板上形成包含發(fā)光層的外延生長層；在所述外延生長層上形成第一電極；在共用基板的兩個表面上分別形成第二電極和第三電極；將所述第一電極和所述第二電極接合在一起；在將所述生長基板從所述接合的組件去除或不去除生長基板以形成第一半導(dǎo)體發(fā)光器件之前，鄰近所述外延生長層，在所述接合的組件的表面上形成第四電極；在一個或多個位置形成凹部，其從所述第一半導(dǎo)體發(fā)光器件中的外延生長層延伸至所述第一電極、所述第二電極或所述共用基板，或者還在延伸至所述共用基板的槽中形成凹部；在所述槽或所述凹部的內(nèi)側(cè)底部上形成第五電極；并且將第二半導(dǎo)體發(fā)光器件安裝在所述槽或所述凹部中。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體復(fù)合器件，其包括共用基板；第一半導(dǎo)體發(fā)光器件；以及第二半導(dǎo)體發(fā)光器件。所述第一半導(dǎo)體發(fā)光器件被構(gòu)造成包括直接地或經(jīng)由接合層而形成在所述共用基板的一部分上的、包含發(fā)光層的外延生長層。所述第二半導(dǎo)體發(fā)光器件設(shè)置在所述外延生長層并不接合的至少一個位置處的槽中或者設(shè)置在形成于至少一個位置處的所述槽的凹部中。本發(fā)明還提供了具有這種結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體復(fù)合器件的制造方法。
文檔編號H01L21/02GK101090108SQ20071010919
公開日2007年12月19日 申請日期2007年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月12日
發(fā)明者多田康廣, 半谷明彥 申請人:斯坦雷電氣株式會社