頂發(fā)射式半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及頂發(fā)射式、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體發(fā)光器件。
【背景技術(shù)】
[0002]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)光器件是當(dāng)前可獲得的最高效的光源之一。當(dāng)前在能夠跨可見(jiàn)光譜操作的高亮度發(fā)光器件的制造中感興趣的材料系統(tǒng)包括πι-ν族半導(dǎo)體，特別是還被稱為III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)借由金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(M0CVD)、分子束外延(MBE)或其它外延技術(shù)在藍(lán)寶石、碳化硅、III氮化物或其它合適襯底上外延生長(zhǎng)具有不同組成和摻雜劑濃度的半導(dǎo)體層的堆疊來(lái)制作III氮化物發(fā)光器件。堆疊通常包括在襯底之上形成的摻雜有例如Si的一個(gè)或多個(gè)η型層、在一個(gè)或多個(gè)η型層之上形成的有源區(qū)中的一個(gè)或多個(gè)發(fā)光層、以及在有源區(qū)之上形成的摻雜有例如Mg的一個(gè)或多個(gè)p型層。電氣接觸件形成在η和p型區(qū)上。
[0003]僅從通常稱為“頂”表面的表面發(fā)射光的LED (即其中來(lái)自LED的側(cè)表面的光發(fā)射大幅減少或消除的器件)通常通過(guò)在生長(zhǎng)襯底上生長(zhǎng)LED半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，將半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)附連到底座，然后移除生長(zhǎng)襯底來(lái)形成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種器件，其從器件的頂表面發(fā)射大部分光，而不要求移除生長(zhǎng)襯底。
[0005]本發(fā)明的實(shí)施例包括一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括夾在η型區(qū)與ρ型區(qū)之間的發(fā)光層。生長(zhǎng)襯底附連到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。生長(zhǎng)襯底具有至少一個(gè)成角側(cè)壁。反射層布置在成角側(cè)壁上。從半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和生長(zhǎng)襯底提取的大部分光是通過(guò)生長(zhǎng)襯底的頂表面提取的。
[0006]本發(fā)明的實(shí)施例包括一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括夾在η型區(qū)與ρ型區(qū)之間的發(fā)光層。具有小于150微米厚度的生長(zhǎng)襯底附連到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。反射層布置在生長(zhǎng)襯底的側(cè)壁和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上。從半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和生長(zhǎng)襯底提取的大部分光是通過(guò)生長(zhǎng)襯底的頂表面提取的。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一種方法包括將多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光器件附連到載體。反射材料布置在半導(dǎo)體發(fā)光器件之間的區(qū)域中。使兩個(gè)相鄰的半導(dǎo)體發(fā)光器件分離。分離包括切割反射材料。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1圖示了 III氮化物L(fēng)ED的一個(gè)示例。
[0009]圖2圖示了附連到臨時(shí)載體的LED的晶片。
[0010]圖3圖示了在形成生長(zhǎng)襯底中的槽之后的圖2的結(jié)構(gòu)。
[0011]圖4圖示了在將波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換構(gòu)件附連到LED之后的圖3的結(jié)構(gòu)。
[0012]圖5圖示了在利用反射材料填充LED之間的區(qū)域之后的圖4的結(jié)構(gòu)。
[0013]圖6圖示了在使LED分離之后的圖5的結(jié)構(gòu)。
[0014]圖7圖示了附連到臨時(shí)載體的LED。
[0015]圖8圖示了在將波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換構(gòu)件附連到LED之后的圖7的結(jié)構(gòu)。
[0016]圖9圖示了在利用反射材料填充LED之間的區(qū)域之后的圖8的結(jié)構(gòu)。
[0017]圖10圖示了在利用反射材料填充LED之間的區(qū)域之后的圖7的結(jié)構(gòu)。
[0018]圖11圖示了在形成LED之上的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層之后的圖10的結(jié)構(gòu)。
[0019]圖12圖示了附連到臨時(shí)載體的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換構(gòu)件。
[0020]圖13圖示了在將LED附連到波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換構(gòu)件之后的圖12的結(jié)構(gòu)。
[0021 ]圖14圖示了在利用反射材料填充LED之間的區(qū)域之后的圖13的結(jié)構(gòu)。
[0022]圖15圖示了具有附連到臨時(shí)載體的大體保形波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層的LED。
[0023]圖16圖示了在利用反射材料填充LED之間的區(qū)域之后的圖15的結(jié)構(gòu)。
[0024]圖17圖示了具有附連到臨時(shí)載體的LED的頂部之上所形成的掩模層的LED。
[0025]圖18圖示了在形成反射層之后的圖17的結(jié)構(gòu)。
[0026]圖19圖示了在移除掩模層之后的圖18的結(jié)構(gòu)。
[0027]圖20圖示了在形成結(jié)構(gòu)之上的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層之后的圖19的結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0028]在本發(fā)明的實(shí)施例中，生長(zhǎng)在生長(zhǎng)襯底上的半導(dǎo)體LED的晶片被處理成單獨(dú)的器件或器件的組，其中大部分光是通過(guò)每一個(gè)LED的頂表面提取的。反射材料布置在器件的側(cè)面上以防止光從器件的側(cè)面逸出，或者以減少?gòu)钠骷膫?cè)面提取的光的量。反射材料還可以增加通過(guò)LED的頂表面提取的光的量。
[0029]雖然在以下示例中，半導(dǎo)體發(fā)光器件是發(fā)射藍(lán)光或UV光的III氮化物L(fēng)ED，但是可以使用除LED之外的半導(dǎo)體發(fā)光器件，諸如由諸如其它II1-V材料、III磷化物、III砷化物、I1-VI材料、ZnO或基于Si的材料之類的其它材料系統(tǒng)制成的激光二極管和半導(dǎo)體發(fā)光器件。
[0030]圖1圖示了可以使用在本發(fā)明的實(shí)施例中的III氮化物L(fēng)ED?？梢允褂萌魏魏线m的半導(dǎo)體發(fā)光器件并且本發(fā)明的實(shí)施例不限于圖1中圖示的器件。圖1的器件通過(guò)在生長(zhǎng)襯底10上生成III氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)12來(lái)形成，如本領(lǐng)域中已知的。生長(zhǎng)襯底通常是藍(lán)寶石，但是可以是任何合適的襯底，諸如例如SiC、S1、GaN或復(fù)合襯底?？梢栽谏L(zhǎng)之前圖案化、粗糙化和紋理化其上生成III氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)襯底的表面，這可以改進(jìn)來(lái)自器件的光提取。與生長(zhǎng)表面(即在倒裝芯片配置中通過(guò)其提取大部分光的表面)相對(duì)的生長(zhǎng)襯底的表面可以在生長(zhǎng)之前或之后圖案化、粗糙化或紋理化，這可以改進(jìn)來(lái)自器件的光提取。
[0031]半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括夾在η和ρ型區(qū)之間的發(fā)光或有源區(qū)。η型區(qū)16可以首先生長(zhǎng)并且可以包括具有不同組成和摻雜劑濃度的多個(gè)層，包括例如可以是η型或非有意摻雜的諸如緩沖層或成核層之類的準(zhǔn)備層，以及被設(shè)計(jì)用于得到對(duì)于使發(fā)光區(qū)高效發(fā)射光而言合期望的特定光學(xué)、材料或電氣性質(zhì)的η或甚至ρ型器件層。在η型區(qū)之上生長(zhǎng)發(fā)光或有源區(qū)18。合適的發(fā)光區(qū)的示例包括單個(gè)厚或薄的發(fā)光層，或者包括通過(guò)阻擋層分離的多個(gè)薄或厚發(fā)光層的多量子阱發(fā)光區(qū)。然后可以在發(fā)光區(qū)之上生長(zhǎng)P型區(qū)20。如η型區(qū)那樣，ρ型區(qū)可以包括具有不同組成、厚度和摻雜劑濃度的多個(gè)層，包括非有意摻雜的層或η型層。
[0032]在生長(zhǎng)之后，在ρ型區(qū)的表面上形成ρ接觸件。ρ接觸件21通常包括多個(gè)傳導(dǎo)層，諸如反射金屬和防護(hù)金屬，其可以防止或減少反射金屬的電迀移。反射金屬通常是銀，但是可以使用一個(gè)或多個(gè)任何合適的材料。在形成Ρ接觸件21之后，移除部分的ρ接觸件21、ρ型區(qū)20和有源區(qū)18以暴露在其上形成η接觸件22的η型區(qū)16的部分。η和ρ接觸件22和21通過(guò)間隙25與彼此電氣隔離，間隙25可以填充有諸如硅的氧化物或任何其它合適的材料之類的電介質(zhì)?？梢孕纬啥鄠€(gè)η接觸件過(guò)孔；η和ρ接觸件22和21不限于圖1中所圖示的設(shè)置。η和ρ接觸件可以重新分布以形成具有電介質(zhì)/金屬堆疊的鍵合墊，如本領(lǐng)域中已知的。
[0033]為了形成到LED的電氣連接，在η和ρ接觸件22和21上形成一個(gè)或多個(gè)互連26和28或者將其電氣連接到η和ρ接觸件22和21。互連26電氣連接到圖1中的η接觸件22?；ミB28電氣連接到ρ接觸件21?；ミB26和28通過(guò)電介質(zhì)層24和間隙27從η和ρ接觸件22和21以及從彼此電氣隔離?；ミB26和28可以是例如焊料、凸塊、金層或任何其它合適的結(jié)構(gòu)。許多單獨(dú)的LED形成在單個(gè)晶片上，然后從器件的晶片切分。LED晶片的η和Ρ接觸件22和21和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在以下圖中通過(guò)塊12表示。LED晶片的互連26和28通過(guò)塊14表示。
[0034]襯底10可以在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)之后或在形成如以上參照?qǐng)D1描述的單獨(dú)器件之后減薄。在減薄之后，襯底在一些實(shí)施例中可以為至少50 μ m厚，在一些實(shí)施例中不超過(guò)150 μ m厚，在一些實(shí)施例中至少80 μ m厚，并且在一些實(shí)施例中不超過(guò)120 μ m厚。
[0035]圖2、3、4、5和6圖示了形成根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的器件。
[0036]在圖2中，在將LED晶片切分成單獨(dú)的LED或LED的組之前，通過(guò)互連14將晶片附連到臨時(shí)載體30。臨時(shí)載體30針對(duì)隨后的處理步驟穩(wěn)定化晶片。臨時(shí)載體30可以是任何合適的材料，諸如例如晶片處置帶。
[0037]在圖3中，在生長(zhǎng)襯底10中形成槽32。在一些實(shí)施例中槽32不超過(guò)50 μ m寬(例如在槽的頂部具有成角側(cè)壁，如圖2中所圖示的)。槽布置在其中將切割結(jié)構(gòu)的LED之間的區(qū)中，如以下描述的，以將晶片分離成單獨(dú)的LED或LED的組。槽可以通過(guò)任何合適的技術(shù)形成，包括例如濕法或干法蝕刻、激光劃片、或諸如利用金剛石刀片進(jìn)行切鋸之后的機(jī)械切害J。槽32可以延伸通過(guò)襯底10的整個(gè)厚度，盡管它們不需要如此。槽32可以具有成角側(cè)壁，如圖3中圖示的，盡管不要求成角側(cè)壁。
[0038]在圖4中，將波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換構(gòu)件34附連到襯底10的頂部，使得波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換構(gòu)件與單獨(dú)的LED或LED的組對(duì)準(zhǔn)。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換構(gòu)件34 —般是與LED晶片分離形成然后附連到襯底10的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。因此，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換構(gòu)件34是自支撐結(jié)構(gòu)，而非就地形成在襯底10上的結(jié)構(gòu)。合適的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換構(gòu)件34的示例包括例如通過(guò)燒結(jié)形成到陶瓷板中的磷光體，和/或布置在諸如玻璃、硅樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂之類的透明材料中的磷光體或其它波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，其被澆鑄或以其它方式形成為片，然后切割成單獨(dú)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換構(gòu)件34。
[0039]波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換構(gòu)件34中的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料可以是例如常規(guī)磷光體、有機(jī)磷光體、量子點(diǎn)、有機(jī)半導(dǎo)體、I1-VI或II1-V半導(dǎo)體、I1-VI或II1-V半導(dǎo)體量子點(diǎn)或納米晶體、染料、聚合物或發(fā)光的其它材料。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料吸收由LED發(fā)射的光并且發(fā)射一個(gè)或多個(gè)不同波長(zhǎng)的光。由LED發(fā)射的未經(jīng)轉(zhuǎn)換的光通常是從結(jié)構(gòu)提取的光的最終光譜的部分，盡管它不需要是這樣。常見(jiàn)組合的示例包括與黃色發(fā)射波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料組合的藍(lán)色發(fā)射LED、與綠色和紅色發(fā)射波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料組合的藍(lán)色發(fā)射LED、與藍(lán)色和黃色發(fā)射波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料組合的UV發(fā)射LED、以及與藍(lán)色、綠色和紅色發(fā)射波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料組合的UV發(fā)射LED?？梢蕴砑影l(fā)射其它顏色光的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料以定制從結(jié)構(gòu)發(fā)射的光的光譜。
[0040]波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換構(gòu)件34可以通過(guò)例如利用諸如硅樹(shù)脂或任何其它合適的粘合劑之類的材料的膠合、直接鍵合或任何其它合適的技術(shù)而附連到襯底10。
[0041]在圖5中，反射材料36布置在圖3中所形成的槽32中。反射材料可以是例如布置在透明材料中的反射或其它顆粒。顆粒和透明材料可以選擇成具有基本上不同的折射率以便導(dǎo)致光學(xué)散射。在一些實(shí)施例中，透明材料具有低折射率(例如，硅樹(shù)脂可以具有1.4或更小的折射率)并且顆粒具有較高的折射率(例如，Ti02具有2.6的折射率)。可以使用任何合適的反射顆粒，包括例如Ti02、ZnO或A1203。合適的透明材料的示例包括娃樹(shù)脂模制化合物、液體硅樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂和玻璃。在一些實(shí)施例中，反射顆粒、透明材料和/或反射顆粒與透明材料的組合具有比常見(jiàn)硅樹(shù)脂材料更高的熱導(dǎo)率。常見(jiàn)硅