加工半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法
【專利摘要】根據(jù)本發(fā)明各實(shí)施例的方法包括提供包括生長(zhǎng)在生長(zhǎng)襯底上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的晶片，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括夾在n型區(qū)域和p型區(qū)域之間的III族氮化物發(fā)光層。該晶片結(jié)合到第二襯底。該生長(zhǎng)襯底被移除。在將該晶片結(jié)合到該第二襯底之后，該晶片被加工成多個(gè)發(fā)光器件。
【專利說(shuō)明】加工半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法
[0001]【背景技術(shù)】。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及將包括半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的晶片結(jié)合到襯底，隨后將該晶片加工為多個(gè)發(fā)光器件。
[0003]相關(guān)技術(shù)的描述
包括發(fā)光二極管(LED)、諧振腔發(fā)光二極管(RCLED)、垂直腔激光二極管(VCSEL)和邊緣發(fā)射激光器的半導(dǎo)體發(fā)光器件屬于當(dāng)前可獲得的最高效光源。在能夠跨過(guò)可見(jiàn)光譜操作的高亮度發(fā)光器件的制造中當(dāng)前感興趣的材料系統(tǒng)包括II1-V族半導(dǎo)體，特別是也稱為III族氮化物材料的鎵、鋁、銦和氮的二元、三元和四元合金。典型地，通過(guò)金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)或其它外延技術(shù)，在藍(lán)寶石、碳化硅、III族氮化物或其它合適襯底上外延生長(zhǎng)不同組成和摻雜劑濃度的半導(dǎo)體層的疊層來(lái)制作III族氮化物發(fā)光器件。該疊層經(jīng)常包括在襯底上形成的摻雜有例如Si的一個(gè)或多個(gè)η型層，在該一個(gè)或多個(gè)η型層上形成的有源區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)發(fā)光層，以及在該有源區(qū)域上形成的摻雜有例如Mg的一個(gè)或多個(gè)P型層。電接觸在η和P型區(qū)域上形成。
[0004]隨著發(fā)射藍(lán)色或紫外光的高效LED的發(fā)展，制作這樣的LED變得可行，該LED對(duì)由LED發(fā)射的初級(jí)光的一部分進(jìn)行磷光體轉(zhuǎn)換而生成白光。磷光體將初級(jí)光的一部分轉(zhuǎn)換成更長(zhǎng)波長(zhǎng)的次級(jí)光。未轉(zhuǎn)換的初級(jí)光可以與次級(jí)光組合以產(chǎn)生白光。
[0005]圖13圖示了在US7，553，683中更詳細(xì)描述的形成磷光體轉(zhuǎn)換發(fā)光器件的方法100。首先制作波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料片(Sheet)(步驟102)?？梢允褂美绶稚⒃谥T如玻璃的無(wú)機(jī)材料中的磷光體或其它類(lèi)似發(fā)光材料來(lái)制作波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料片。在坩堝中加熱磷光體和粉末化玻璃的非常均勻的混合物。在玻璃混合物熔化之后，熔融物在爐內(nèi)被均勻化，隨后被傾倒在板上并且被允許硬化成平坦的片。一旦波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料片被硬化，該片被分離成許多單獨(dú)元件(步驟104)。單獨(dú)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件經(jīng)調(diào)整大小(sized)以被安裝在LED管芯上。隨后提供半導(dǎo)體發(fā)光器件管芯(步驟106)。LED管芯可以是安裝的管芯，例如，該管芯安裝在反射器杯或載具中。可替換地，LED管芯可以是未安裝的。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件隨后結(jié)合到LED管芯(步驟108)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種在將半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)結(jié)合到第二襯底之后將該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)加工成各發(fā)光器件的方法。在結(jié)合后的加工可以允許在結(jié)合期間使用更高的溫度。
[0007]根據(jù)本發(fā)明各實(shí)施例的方法包括:提供包括生長(zhǎng)在生長(zhǎng)襯底上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的晶片，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括夾在η型區(qū)域和P型區(qū)域之間的發(fā)光層。該晶片結(jié)合到第二襯底。該生長(zhǎng)襯底被移除。在將該晶片結(jié)合到該第二襯底之后，該晶片被加工成多個(gè)發(fā)光器件。
[0008]由于晶片是在結(jié)合到第二襯底之后而非之前被加工成各發(fā)光器件，更高的結(jié)合溫度以及需要更高的加工溫度的襯底材料可以被使用，這可以改善發(fā)光器件的性能。【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1圖示生長(zhǎng)在生長(zhǎng)襯底上的包括η型區(qū)域、發(fā)光區(qū)域和P型區(qū)域的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0010]圖2圖示結(jié)合到處置部(handle)的圖1的結(jié)構(gòu)。
[0011]圖3圖示在移除生長(zhǎng)襯底并且結(jié)合到第二襯底之后圖2的結(jié)構(gòu)。
[0012]圖4圖示在移除處置部之后圖3的結(jié)構(gòu)。
[0013]圖5圖示在結(jié)合到第二襯底并且移除生長(zhǎng)襯底之后圖1的結(jié)構(gòu)。
[0014]圖6圖示在形成金屬P接觸，蝕刻形成臺(tái)面以及形成金屬η接觸之后圖4所圖示結(jié)構(gòu)的一部分。
[0015]圖7圖示在形成金屬η接觸，蝕刻形成臺(tái)面以及形成金屬P接觸之后圖5所圖示結(jié)構(gòu)的一部分。
[0016]圖8圖示在調(diào)節(jié)襯底中波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的數(shù)量之后器件的晶片的一部分。
[0017]圖9圖示在紋理化襯底之后器件的晶片的一部分。
[0018]圖10圖示在切割器件的晶片之后的三個(gè)器件。
[0019]圖11圖示在形成電介 質(zhì)涂層之后的三個(gè)器件。
[0020]圖12圖示在移除過(guò)量電介質(zhì)涂層之后的三個(gè)器件。
[0021]圖13圖示用于形成磷光體轉(zhuǎn)換LED的現(xiàn)有技術(shù)方法。
【具體實(shí)施方式】
[0022]在圖13的方法中，在半導(dǎo)體材料晶片生長(zhǎng)，加工成器件以及切割成單獨(dú)器件芯片之后，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換玻璃構(gòu)件被結(jié)合到LED管芯。在加工和切割完成之后，LED芯片典型地只能夠在最多~400°C的溫度加工。在更高溫度加工LED會(huì)導(dǎo)致LED性能特性劣化以及在加工期間沉積的層的潛在分層或破裂。許多合適玻璃層需要遠(yuǎn)超過(guò)400°C的結(jié)合溫度。結(jié)果，圖13的加工溫度約束 ~400?)限制了可被使用的材料的選擇。另外，與具有更高結(jié)合溫度的合適玻璃相比，具有更低結(jié)合溫度的合適玻璃趨于具有更強(qiáng)光學(xué)吸收，特別是在更短光學(xué)波長(zhǎng)處。結(jié)合了更低溫度結(jié)合玻璃的器件由此可能招致性能損失。
[0023]在本發(fā)明各實(shí)施例中，在生長(zhǎng)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之后并且在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)被進(jìn)一步加工(例如通過(guò)形成金屬接觸)之前，在晶片級(jí)工藝中將包括布置在η型區(qū)域和P型區(qū)域之間的發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)結(jié)合到高指數(shù)襯底。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)隨后被加工成諸如發(fā)光二極管的發(fā)光器件。如此處使用，“晶片”是指在其被分割成更小結(jié)構(gòu)之前的結(jié)構(gòu)，諸如用于許多發(fā)光器件的半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)在其上的生長(zhǎng)襯底。盡管在下述示例中半導(dǎo)體發(fā)光器件為發(fā)射藍(lán)光或UV光的III族氮化物L(fēng)ED，可以使用LED之外的半導(dǎo)體發(fā)光器件，諸如由其它材料系統(tǒng)(諸如其它II1-V族材料、III族磷化物、III族砷化物、I1-VI族材料、ZnO或Si基材料)制成的激光二極管和半導(dǎo)體發(fā)光器件。
[0024]圖1圖示生長(zhǎng)在生長(zhǎng)襯底11上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)13。襯底11可以是任何合適襯底，諸如，例如藍(lán)寶石、SiC、S1、GaN或復(fù)合襯底。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括夾在η型區(qū)域12和ρ型區(qū)域16之間的發(fā)光或有源區(qū)域14。η型區(qū)域12可以首先生長(zhǎng)并且可以包括不同組成和摻雜劑濃度的多個(gè)層，所述多個(gè)層例如包括諸如緩沖層或成核層的準(zhǔn)備層，和/或設(shè)計(jì)成促進(jìn)生長(zhǎng)襯底移除的層(其可以是η型或非故意摻雜的)，以及針對(duì)發(fā)光區(qū)域高效發(fā)射光所期望的具體光學(xué)或電學(xué)屬性設(shè)計(jì)的η或甚至ρ型器件層。發(fā)光或有源區(qū)域14生長(zhǎng)在η型區(qū)域12上。合適發(fā)光區(qū)域的示例包括單個(gè)厚或薄的發(fā)光層，或者包括由各壘層分隔的多個(gè)薄或厚的發(fā)光層的多量子阱發(fā)光區(qū)域。P型區(qū)域16可以隨后生長(zhǎng)在發(fā)光區(qū)域14上。與η型區(qū)域12類(lèi)似，ρ型區(qū)域16可以包括不同組成、厚度和摻雜劑濃度的多個(gè)層(包括非故意摻雜的層或η型層)。器件中所有半導(dǎo)體材料的總厚度在一些實(shí)施例中小于IOMffl并且在一些實(shí)施例中小于6Mm。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體材料可以在生長(zhǎng)之后可選地在200°C和800°C之間退火。
[0025]在一些實(shí)施例中，圖1中生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)附連到處置部20，如圖2所圖示。在移除生長(zhǎng)襯底11期間，處置部20機(jī)械地支持半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)13。處置部20可以是例如藍(lán)寶石、硅或任何其它合適材料。在一些實(shí)施例中，例如通過(guò)在熱和壓力下將處置部20和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)13壓在一起或者通過(guò)陽(yáng)極結(jié)合(其中處置部20和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)13在熱和靜電場(chǎng)下被壓在一起)，處置部20直接結(jié)合到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)13。在一些實(shí)施例中，處置部20通過(guò)一種或多種結(jié)合層18被結(jié)合到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)13。結(jié)合層可以僅僅形成于處置部20上，僅僅形成于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)13上，或者形成于處置部20和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)13 二者上。結(jié)合層可以是任何合適材料，諸如，例如一種或多種硅氧化物。在形成結(jié)合層之后，處置部20和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)13在熱和壓力下或者在熱和靜電場(chǎng)下被壓在一起。在附連處置部20之后，通過(guò)任何適合于生長(zhǎng)襯底材料的技術(shù)(包括例如激光剝離、蝕刻或機(jī)械技術(shù))移除生長(zhǎng)襯底11。
[0026]在圖3圖示的結(jié)構(gòu)中，生長(zhǎng)襯底已經(jīng)從圖2的結(jié)構(gòu)移除，從而露出首先生長(zhǎng)的層，此示例中η型區(qū)域12?？蛇x的光學(xué)阻抗匹配層22可以形成于η型區(qū)域12上。光學(xué)阻抗匹配層22增強(qiáng)從半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的提取，而不要求粗糙化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面。光學(xué)阻抗匹配層22可以是例如由包括蒸發(fā)和濺射的任何合適技術(shù)形成的抗反射疊層。在一些實(shí)施例中，η型區(qū)域12被粗糙化。在η型區(qū)域12被粗糙化的實(shí)施例中，使用柔性結(jié)合層23，該柔性結(jié)合層流動(dòng)以填充粗糙化表面中的間隙，使得可以形成充分沒(méi)有孔洞的結(jié)合。
[0027]—種或多種結(jié)合層23形成于可選的光學(xué)阻抗匹配層22 (如果存在)上或形成于η型區(qū)域12上。結(jié)合層23經(jīng)常為高折射率(例如，在一些實(shí)施例中至少1.5)的低光學(xué)吸收層。結(jié)合層23可以形成于光學(xué)阻抗匹配層22上(或者層22不存在時(shí)，形成于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)13上)，形成于襯底24上，或者形成于這二者上。用于結(jié)合層23的合適材料的示例包括:II1-V族半導(dǎo)體，其包括但不限于砷化鎵、氮化鎵、磷化鎵和磷化銦鎵；I1-VI族半導(dǎo)體，其包括但不限于硒化鎘、硫化鎘、碲化鎘、硫化鋅、硒化鋅和碲化鋅；IV族半導(dǎo)體和化合物，其包括但不限于鍺、硅和碳化硅；有機(jī)半導(dǎo)體，氧化物，金屬氧化物，以及稀土氧化物，其包括但不限于招、鋪、砷、秘、硼、鎘、鋪、鉻、鈷、銅、鎵、鍺、銦、銦、銦錫、鉛、鋰、鑰、釹、鎳、銀、磷、鉀、硅、鈉、碲、鉈、鈦、鎢、鋅、或鋯的氧化物或氮化物；齒氧化物，諸如氧氯化鉍；氟化物、氯化物和溴化物，其包括但不限于鈣、鉛、鎂、鉀、鈉和鋅的氟化物、氯化物和溴化物；金屬，其包括但不限于銦、鎂、錫和鋅；釔鋁石榴石(YAG)，磷化合物，砷化合物，銻化合物，氮化合物，高指數(shù)有機(jī)化合物；以及它們的混合物或合金。一個(gè)或多個(gè)結(jié)合層23可以通過(guò)包括下述的任何合適方法來(lái)應(yīng)用:蒸發(fā)、濺射、化學(xué)氣相沉積、滴涂、印刷、噴涂、旋涂或刮涂。高指數(shù)結(jié)合材料可以以流體形式沉積，并且可以保持流體一直到連接的時(shí)刻，或者在連接的時(shí)刻可以部分地固化或凝膠化，或者可以是固體，該固體在加熱時(shí)粘性增加以實(shí)現(xiàn)容易的連接。高指數(shù)結(jié)合材料可以反應(yīng)以形成可介于從凝膠化狀態(tài)變化到硬樹(shù)脂的固化的結(jié)合。[0028]半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)經(jīng)由結(jié)合層23結(jié)合到襯底24。襯底24可以是透明的高折射率材料，諸如預(yù)形成為襯底晶片隨后結(jié)合到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)13的玻璃。上述玻璃的折射率在一些實(shí)施例中可以在1.5至2.2的范圍內(nèi)或更高，與GaN的折射率(2.4)緊密匹配。用于襯底24的合適材料包括但不限于電絕緣材料、非半導(dǎo)體材料、玻璃料(frit glass),合適的高折射率玻璃，諸如氯化鉛，溴化鉛，氟化鉀，氟化鋅，招、鋪、秘、硼、鉛、鋰、磷、鉀、娃、鈉、締、銘、鶴或鋅的氧化物，或者其任何混合物。高折射率玻璃也包括諸如下述的材料:肖特(Schott)玻璃LaSFN3 5, LaF IO, NZK7, NLAF21, LaSFN 18, SF59 或 LaSF3 ;或者 Ohara 玻璃 SLAH51 或 SLAM60，或者其混合物；例如，諸如(Ge，As, Sb, Ga) (S，Se, Te, F，Cl, I, Br)硫族化物和硫族鹵化物玻璃的玻璃。在一些實(shí)施例中，襯底24可以包括下述較低指數(shù)材料或由其形成:諸如玻璃，鎂氟化物以及聚合物。諸如硅樹(shù)脂或硅氧烷的高和低指數(shù)樹(shù)脂均可以從諸如日本東京信越化學(xué)工業(yè)有限公司的制造商獲得。硅氧烷骨干的側(cè)鏈可以被調(diào)整以改變硅樹(shù)脂的折射率。
[0029]基本上沒(méi)有傳統(tǒng)有機(jī)物基粘合劑(諸如環(huán)氧樹(shù)脂)的玻璃趨于具有更聞?wù)凵渎?，這是因?yàn)橛袡C(jī)物粘合劑趨于具有低的折射率。這些有機(jī)物基粘合劑在短波長(zhǎng)光和提升溫度的組合下也趨于退化，從而將LED的最高操作溫度限制到~150°C。因此，在一些實(shí)施例中，襯底24為不含有機(jī)物的材料，這可以允許LED的更高效操作和/或在更高溫度操作。
[0030]在一些實(shí)施例中，襯底24為任何一種上述材料的基質(zhì)，一種或多種發(fā)光材料結(jié)合到該基質(zhì)內(nèi)，所述發(fā)光材料將由發(fā)光區(qū)域發(fā)射的波長(zhǎng)的光轉(zhuǎn)換為其它波長(zhǎng)。由發(fā)光區(qū)域發(fā)射并且入射在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料上的光的所有或僅僅部分可以被波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料轉(zhuǎn)換。由發(fā)光區(qū)域發(fā)射的未被轉(zhuǎn)換的光可以是最終光譜的一部分，不過(guò)不需要如此。常見(jiàn)組合的示例包括發(fā)射藍(lán)光的LED與發(fā)射黃光的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料組合，發(fā)射藍(lán)光的LED與發(fā)射綠光和紅光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料組合，發(fā)射UV的LED與發(fā)射藍(lán)光和黃光的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料組合，以及發(fā)射UV的LED與發(fā)射藍(lán)光、綠光和紅光的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料組合。發(fā)射其它顏色光的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料可以被添加以調(diào)節(jié)從器件發(fā)射的光譜。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料可以是傳統(tǒng)磷光體顆粒、有機(jī)半導(dǎo)體、I1-VI或II1-V族半導(dǎo)體、I1-VI或II1-V族半導(dǎo)體量子點(diǎn)或納米晶、染料、聚合物、或者諸如GaN的發(fā)光的材料。如果襯底24包括傳統(tǒng)磷光體顆粒，在一些實(shí)施例中襯底24足夠厚以容納典型地具有大約5微米至大約50微米的尺寸的顆粒?？梢允褂冒ㄏ率龅娜魏魏线m磷光體:石榴石基磷光體，諸如Y3Al5O12 = Ce(YAG)、Lu3Al5O12ICe (LuAG)、Y3Al5_xGax012:Ce (YAlGaG)、`(Ba1^xSrx)SiO3IEu (BOSE);以及氮化物基磷光體，諸如(Ca, Sr)AlSiN3 = Eu 和(Ca, Sr, Ba)2Si5N8:Eu0
[0031]在一些實(shí)施例中，襯底24為陶瓷，該陶瓷可以是波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的。陶瓷襯底24可以例如通過(guò)下述形成:燒結(jié)諸如任何一種上文所列磷光體的磷光體顆粒，或者燒結(jié)其它材料，諸如Al2O3, ZrO2, SiC, A10N, SiON, AlSiON,諸如鈦酸鋇、鈦酸鈣、鈦酸鍶、鋯鈦酸鉛的鈦酸鹽，或者未激活的YAG。陶瓷襯底24可以是透明、半透明或散射的。
[0032]在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)13通過(guò)下述結(jié)合到襯底24:在提升的溫度將這兩個(gè)結(jié)構(gòu)壓在一起。例如，結(jié)合溫度可以在一些實(shí)施例中高達(dá)800°C，在一些實(shí)施例中大于400°C，在一些實(shí)施例中大于500°C，以及在一些實(shí)施例中介于500和800°C。在一些實(shí)施例中，在結(jié)合的時(shí)間也可以應(yīng)用小于90kN的壓力。在一些實(shí)施例中，也可以在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)13和襯底24之間應(yīng)用電勢(shì)差。
[0033]如圖4所圖示，在結(jié)合到襯底24之后，例如通過(guò)蝕刻、機(jī)械分離、激光剝離或者任何其它合適技術(shù)移除處置部20。例如通過(guò)蝕刻移除在移除處置部20之后余留的任何結(jié)合材料18。在圖4所圖示的結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)通過(guò)η型區(qū)域12的表面結(jié)合到襯底24。ρ型區(qū)域16的頂表面露出。
[0034]作為圖2、3和4所圖示工藝的可替換方案，圖1的結(jié)構(gòu)可以被加工成圖5所圖示的結(jié)構(gòu)。在圖5所圖示的結(jié)構(gòu)中，可選的光學(xué)阻抗匹配層22形成于圖1所圖示半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的P型區(qū)域16的頂表面上。一種或多種結(jié)合層23形成，隨后半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)結(jié)合到襯底24，如上文參考圖3所描述。生長(zhǎng)襯底11隨后被移除，如上文所描述。在圖5所圖示的結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)13經(jīng)由ρ型區(qū)域16結(jié)合到襯底24。η型區(qū)域12的頂表面露出。
[0035]圖6圖示在形成電連接到η和ρ型區(qū)域的金屬接觸之后圖4的結(jié)構(gòu)。首先形成P接觸33。圖示的ρ接觸33包括兩個(gè)金屬層32和34。金屬32可以通過(guò)例如蒸發(fā)或?yàn)R射被沉積，隨后通過(guò)包括例如蝕刻或剝離的標(biāo)準(zhǔn)光刻操作被圖案化。金屬32可以是諸如與ρ型III族氮化物材料形成歐姆接觸的反射金屬，例如銀。金屬32也可以是過(guò)渡金屬和銀的多層疊層。過(guò)渡金屬例如可以是鎳。金屬32在一些實(shí)施例中厚度介于100Α和2000Α，在一些實(shí)施例中厚度介于500Α和1700Α，以及在一些實(shí)施例中厚度介于1000Α和1600Α。該結(jié)構(gòu)可以可選地在沉積金屬32之后被退火。
[0036]可選的第二 ρ接觸金屬34可以通過(guò)例如蒸發(fā)或?yàn)R射被沉積在ρ接觸金屬32上，隨后諸如通過(guò)例如蝕刻或剝離的標(biāo)準(zhǔn)光刻操作被圖案化。金屬34諸如可以是最小程度地與銀反應(yīng)的任何導(dǎo)電材料，例如鈦和鎢的合金。這種合金可以或者被部分地氮化，被全部氮化，或者根本不氮化。金屬34可替換地可以是鉻、鉬或硅，或者可以是針對(duì)附著到周?chē)鷮踊蜥槍?duì)阻擋金屬32擴(kuò)散而優(yōu)化的任何上述材料的多層疊層。金屬34可以在一些實(shí)施例中厚度介于ιοοοΑ和ιοοοοΑ，在一些實(shí)施例中厚度介于2000A和soooA，以及在一些實(shí)施例中厚度介于2000A和7000A。
[0037]該結(jié)構(gòu)隨后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)光刻操作被圖案化，并且通過(guò)例如反應(yīng)離子蝕刻(RIE)或感應(yīng)耦合等離子體(ICP)蝕刻被蝕刻，其中在反應(yīng)離子蝕刻中，化學(xué)反應(yīng)等離子體被用于移除半導(dǎo)體材料，其中感應(yīng)耦合等離子體蝕刻為通過(guò)RF供電的磁場(chǎng)生成等離子體的RIE工藝。在一些實(shí)施例中，圖案由用于圖案化P接觸金屬34的光刻掩模確定。在這些實(shí)施例中，該蝕刻可以在P接觸金屬34的蝕刻之后在單個(gè)操作中被執(zhí)行。在一些區(qū)域中，ρ型區(qū)域16的整個(gè)厚度以及發(fā)光區(qū)域14的整個(gè)厚度被移除，顯露η型區(qū)域12的表面。
[0038]金屬η接觸36形成于通過(guò)蝕刻掉ρ型區(qū)域和發(fā)光區(qū)域而露出的η型區(qū)域12的那部分上。η接觸36可以是任何合適金屬，包括鋁或者包括鋁、鈦-鎢合金、銅和金的金屬的多層疊層。在η接觸36為多層疊層的實(shí)施例中，第一金屬(即毗鄰η型區(qū)域12的金屬)可以被選擇以與GaN形成歐姆接觸并且對(duì)于藍(lán)光和白光是反射的。這種第一層可以是例如鋁。η接觸36可以通過(guò)任何合適工藝沉積，該工藝包括例如濺射、蒸發(fā)、電鍍或這些工藝的組合。
[0039]電介質(zhì)38可以例如通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)或蒸發(fā)沉積在該結(jié)構(gòu)上。電介質(zhì)38電學(xué)隔離η接觸36和ρ接觸33。電介質(zhì)38由標(biāo)準(zhǔn)光刻操作進(jìn)行圖案化，并且由ICP蝕刻或RIE蝕刻以露出η接觸36和ρ接觸33。電介質(zhì)38可以是任何合適電介質(zhì)，包括硅氮化物、硅氧化物以及硅氮氧化物。在一些實(shí)施例中，電介質(zhì)38是反射疊層。電介質(zhì)38可以在形成η接觸36之前或之后形成。[0040]結(jié)合墊40a和40b可以形成于η和ρ接觸以及電介質(zhì)38上，從而將η和ρ接觸重新分配到大導(dǎo)電墊，所述大導(dǎo)電墊適合于諸如結(jié)合到例如PC板的另一結(jié)構(gòu)。結(jié)合墊典型地為金屬，但是可以是任何合適的導(dǎo)電材料。結(jié)合墊40a通過(guò)P接觸33電連接到P型區(qū)域
16。結(jié)合墊40b通過(guò)η接觸36電連接到η型區(qū)域12。結(jié)合墊40可以是例如通過(guò)派射或者通過(guò)濺射和電鍍的組合而沉積的Cu或者包括例如T1、Tiff, Cu、Ni和Au的多層金屬疊層。結(jié)合墊40a和40b可以通過(guò)間隙電隔離，如圖6和7所圖示，或者通過(guò)諸如上文參考電介質(zhì)38所描述的材料的固體電介質(zhì)電隔離。
[0041]圖7圖示在形成電連接到η和ρ型區(qū)域的金屬接觸之后圖5的結(jié)構(gòu)。圖7與圖6相反:η接觸36可以首先形成，隨后η型區(qū)域12和發(fā)光區(qū)域14的一部分被蝕刻掉以顯露ρ型區(qū)域16，隨后ρ接觸33形成于ρ型區(qū)域16的露出部分上。η和ρ接觸36和33通過(guò)電介質(zhì)層38電隔離。結(jié)合墊40a和40b分別電連接到ρ和η接觸33和36。η和ρ接觸金屬36和33、電介質(zhì)38以及結(jié)合墊40可以是按照與上文參考圖6所描述相同的方式形成的相同材料。
[0042]盡管在圖6和7的每一個(gè)中僅僅圖示一個(gè)器件，應(yīng)理解，上文圖示和描述的加工步驟典型地發(fā)生在包括多個(gè)器件的晶片上。在一些實(shí)施例中，η接觸和/或ρ接觸可以被分配，使得蝕刻形成圖6中的多個(gè)η接觸開(kāi)口和圖7中的多個(gè)ρ接觸開(kāi)口。在圖8、9、10、11和12中圖示多個(gè)器件，所述器件可以或者是圖6所圖示的器件，或者是圖7所圖示的器件。在圖8、9、10、11和12中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)13可以或者如圖6所圖示使ρ型區(qū)域16位于頂部，或者如圖7所圖示使η型區(qū)域12位于頂部。類(lèi)似地，在圖8、9、10、11和12中被示為結(jié)構(gòu)31的金屬接觸33和36以及電介質(zhì)38可以形成為圖6所圖示的配置或者圖7所圖示的配置。
[0043]在晶片上的單獨(dú)器件完成之后，整個(gè)晶片可以被測(cè)試。在襯底24為波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的實(shí)施例中，每個(gè)LED的顏色可以在圖8所圖示的可選步驟中被調(diào)諧。圖8的結(jié)構(gòu)包括包含半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)13的晶片的一部分。三個(gè)器件42、44和46被圖示。基于測(cè)試結(jié)果，通過(guò)基于測(cè)試結(jié)果調(diào)整每個(gè)器件上存在的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的數(shù)量，可以進(jìn)一步調(diào)諧晶片上每個(gè)單獨(dú)LED管芯的顏色。如果在整個(gè)晶片測(cè)試該器件不產(chǎn)生期望波長(zhǎng)譜，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換襯底24的厚度被改變，例如通過(guò)局部地沉積附加波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料(器件42和46)，或者通過(guò)利用消融、蝕刻或溶解而局部地移除某些波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料(器件44)。如果需要，有可能數(shù)次測(cè)試并且重新調(diào)節(jié)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料厚度，直至產(chǎn)生期望的波長(zhǎng)光譜。響應(yīng)于由LED產(chǎn)生的光，光轉(zhuǎn)換層的厚度被控制，從而得到高度可重現(xiàn)的顏色。此外，由于光轉(zhuǎn)換層的厚度響應(yīng)于由LED產(chǎn)生的特定波長(zhǎng)而改變，因此可以容納由遍布晶片的各LED產(chǎn)生的光的波長(zhǎng)變化。因此，更少的LED會(huì)由于產(chǎn)生具有不期望的波長(zhǎng)譜的光而被拋棄。
[0044]在圖9中，通過(guò)粗糙化或圖案化而可選地紋理化與接觸一個(gè)或多個(gè)結(jié)合層23的表面相對(duì)的襯底24的表面48，這可以提高光提取。紋理化可以通過(guò)包括例如蝕刻、激光消融的任何合適技術(shù)來(lái)執(zhí)行，或者通過(guò)將另一結(jié)構(gòu)(諸如光柵或比如菲涅耳透鏡的透鏡)層壓到襯底24上來(lái)執(zhí)行。
[0045]在圖10中，保護(hù)性剝離聚合物層52沉積在晶片頂部上，隨后器件的晶片被切割為各器件芯片。每個(gè)器件芯片可以包括單個(gè)發(fā)光二極管或者發(fā)光二極管群組。由于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)13和襯底24—起被切片(dice)，襯底不比器件寬，如圖10、11和12圖示?？梢岳缤ㄟ^(guò)傳統(tǒng)鋸切，通過(guò)使用193nm、248nm或355nm光的激光消融，或者通過(guò)噴水切割來(lái)執(zhí)行該切害I]。也可以經(jīng)由劃片和機(jī)械折斷的組合來(lái)執(zhí)行該切割，該劃片例如通過(guò)傳統(tǒng)鋸切，通過(guò)使用193nm、248nm或355nm光的激光消融，或通過(guò)噴水切割來(lái)執(zhí)行。
[0046]在圖11中，可選的反射涂層形成于器件的頂部56和各側(cè)面54之上。例如，反射涂層形成于保護(hù)性剝離聚合物層52之上以及聚合物層52、結(jié)合墊40a和40b、結(jié)構(gòu)31、半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)13、結(jié)合層23和襯底24的各側(cè)面上。該涂層可以是例如由包括蒸發(fā)的任何合適技術(shù)形成的高反射電介質(zhì)疊層。側(cè)面涂層54減小或消除從每個(gè)器件的側(cè)面的光泄漏。當(dāng)保護(hù)性剝離聚合物層52被移除以露出結(jié)合墊40時(shí)，圖12中器件的頂部56上的涂層被移除。器件現(xiàn)在可以通過(guò)焊接而附連到任何合適結(jié)構(gòu)，例如附連到PC板。
[0047]盡管上述示例圖示倒裝芯片器件，有可能使用其它器件幾何，包括光通過(guò)接觸從器件被提取的具有透明接觸的器件以及具有頂部和底部接觸的垂直器件。在垂直器件中，部分的襯底24可以被移除或者不形成從而容納例如具有金屬填充的通孔的接觸?？商鎿Q地，垂直器件中的接觸可以形成于導(dǎo)電襯底24上。在上文圖示的示例中，大多數(shù)光朝向襯底24被引導(dǎo)離開(kāi)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。在諸如具有透明接觸的器件或者垂直器件的一些實(shí)施例中，大多數(shù)光可以朝向與襯底24相對(duì)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面被引導(dǎo)離開(kāi)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。在這種實(shí)施例中，諸如反射金屬的反射結(jié)合層可以被使用，并且襯底24可以是透明或不透明的。金屬結(jié)合層也可以用作接觸。
[0048]與傳統(tǒng)加工相比，本發(fā)明各實(shí)施例可以提供優(yōu)勢(shì)。在圖6和7圖示的加工(即形成金屬接觸和電介質(zhì)層)之前，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)13可以在高達(dá)^KTC的溫度被加工。由于在圖6和7圖示的加工之前半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)13被結(jié)合到襯底24，襯底24可以由高熔點(diǎn)的高折射率材料制成。高熔點(diǎn)的高折射率玻璃經(jīng)常具有比較低熔點(diǎn)的高折射率玻璃低的光學(xué)吸收。使用具有較低光學(xué)吸收的襯底24可以改善器件的性能。另外，高溫度軟化點(diǎn)玻璃通常具有更低的熱膨脹系數(shù)(CTE)，與較低熔點(diǎn)玻璃的CTE相比更好地匹配III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)13的CTE。得到的結(jié)構(gòu)因此可以具有減少的內(nèi)建應(yīng)力，這可以減少結(jié)構(gòu)由于在溫度循環(huán)期間積累的應(yīng)力而破裂或分層的趨勢(shì)，盡管半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)13在高溫結(jié)合到襯底24。
`[0049]已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，考慮到本公開(kāi)內(nèi)容，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各調(diào)整而不背離此處所述發(fā)明構(gòu)思的精神。因此，不意圖將本發(fā)明的范圍限制在所圖示和描述的特定實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種方法，包括: 提供包括生長(zhǎng)在生長(zhǎng)襯底上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的晶片，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括夾在η型區(qū)域和P型區(qū)域之間的in族氮化物發(fā)光層； 將該晶片結(jié)合到第二襯底，其中該第二襯底是透明的； 移除該生長(zhǎng)襯底；以及 在將該晶片結(jié)合到該第二襯底之后，將該晶片加工為多個(gè)發(fā)光器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該第二襯底具有大于1.5的折射率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中具有大于1.5的折射率的該第二襯底包括玻璃。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中具有大于1.5的折射率的該第二襯底包括布置在玻璃中的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包括: 在將該晶片加工為多個(gè)發(fā)光器件之后測(cè)試該晶片；以及 根據(jù)所述測(cè)試的結(jié)果，調(diào)節(jié)每個(gè)發(fā)光器件對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的數(shù)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中調(diào)節(jié)包括通過(guò)激光消融移除波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中調(diào)節(jié)包括添加波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將該晶片結(jié)合到第二襯底包括在大于500°C的溫度將該晶片和該第二襯底壓在一起。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將該晶片加工為多個(gè)發(fā)光器件包括: 在該P(yáng)型區(qū)域上形成金屬接觸； 移除該發(fā)光層和該P(yáng)型區(qū)域的一部分以顯露該η型區(qū)域的一部分；以及 在通過(guò)移除該發(fā)光層和該P(yáng)型區(qū)域的一部分而露出的該η型區(qū)域上形成金屬接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將該晶片加工為多個(gè)發(fā)光器件包括將該晶片切片成單個(gè)發(fā)光二極管或發(fā)光二極管群組。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括在將該晶片切片之后在每個(gè)單個(gè)發(fā)光二極管或者每個(gè)發(fā)光二極管群組的側(cè)面上形成反射涂層。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在結(jié)合之前在該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成光學(xué)阻抗匹配層。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和該第二襯底其中之一上形成結(jié)合層。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括紋理化與結(jié)合到該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面相對(duì)的該第二襯底的表面。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將該晶片加工為多個(gè)發(fā)光器件發(fā)生在移除該生長(zhǎng)襯底之后。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在移除該生長(zhǎng)襯底之前將該晶片結(jié)合到處置部，其中將該晶片結(jié)合到第二襯底發(fā)生在移除該生長(zhǎng)襯底同時(shí)將該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)結(jié)合到該處置部之后。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括在將該晶片結(jié)合到第二襯底之后移除該處置部。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在與結(jié)合到該第二襯底的表面相對(duì)的該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面上形成反射接觸。
19.一種方法,包括: 提供包括生長(zhǎng)在生長(zhǎng)襯底上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的晶片，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括夾在η型區(qū)域和P型區(qū)域之間的發(fā)光層； 將該晶片結(jié)合到玻璃襯底； 移除該生長(zhǎng)襯底；以及 在將該晶片結(jié)合到該玻璃襯底之后，將該晶片加工為多個(gè)發(fā)光器件。
20.根據(jù)權(quán)利要 求19所述的方法，其中波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料布置在該玻璃襯底中。
【文檔編號(hào)】H01L33/00GK103748696SQ201280041603
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2012年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月26日
【發(fā)明者】J.C.布哈特, D.A.斯泰格瓦爾德, M.D.坎拉斯, H.H.蔡, N.F.加德納, O.B.斯徹金 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司