專利名稱：包含聚硅氮烷接合層的發(fā)光二極管部件的制作方法
包含聚硅氮烷接合層的發(fā)光二極管部件
背景技術：
波長轉換發(fā)光二極管(LED)在照明應用中變得日益重要，這些應用中需要通常不是由LED產(chǎn)生的彩光，或者可使用單個LED產(chǎn)生通常由多個不同的LED共同產(chǎn)生的具有一定光譜的光。此類應用的一個例子是用在顯示器的背向照明中，例如計算機顯示器和電視機的液晶顯示器(LCD)。在此類應用中，需要使用基本上白色的光來照明LCD面板。利用單一的LED產(chǎn)生白光的一種方法是首先用LED產(chǎn)生藍光，然后將該光的一部分或全部轉換成不同的顏色。例如，在使用發(fā)射藍光的LED作為白光源時，可利用波長轉換器將藍光的一部分轉換為黃光。所得光是黃光和藍光的組合，在觀察者看來為白色。在一些方法中，波長轉換器是一種緊鄰LED設置的半導體材料層，以使得LED中產(chǎn)生的大部分的光進入了轉換器。W02009/048704描述了一種包含用于轉換LED發(fā)射的光的波長的波長轉換器的發(fā)光二極管(LED)。接合層將LED晶圓附接至波長轉換器。另一種方法是半導體波長轉換器到LED晶粒的半導體材料上的直接晶圓接合。

發(fā)明內容
一種制造波長轉換LED的方法是為共用襯底上的多個器件產(chǎn)生多個LED半導體層，隨后通過使用例如晶圓鋸將所述多個器件分離成一個一個單獨的器件?？稍趯⒉ㄩL轉換器接合至LED半導體層·之前將波長轉換器接合至覆蓋玻璃。通常為此目的使用有機硅粘合劑，因為其具有優(yōu)異的光學透光度和優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性。但已發(fā)現(xiàn)，此類有機硅粘合劑在用晶圓鋸切片的過程中不能干凈利落地切割。因此，將具有工業(yè)優(yōu)勢的是能解決該問題而不損害所期望的光學性質的替代粘合劑。在一個實施例中，描述了一種半導體部件如波長轉換器晶圓，其中所述波長轉換器由包含聚硅氮烷聚合物的固化接合層接合至鄰近的無機部件。所述波長轉換器可為多層半導體波長轉換器或是包含嵌入的磷光體粒子的無機基體。在另一個實施例中，半導體部件為泵浦LED部件，其由包含聚硅氮烷聚合物的固化接合層接合至鄰近的部件。鄰近的部件可為一個或多個所述波長轉換器或為由一種或多種無機材料構成的另一部件如透鏡或棱鏡。本發(fā)明還描述了制造半導體部件如波長轉換器和LED的方法。在這些實施例中的每一個中，接合層可僅包含聚硅氮烷聚合物，或者可包含還含有可自由基聚合單體如(甲基)丙烯酸酯單體的混合物。包含(甲基)丙烯酸酯單體的組合物可有利地輻射固化以在通過熱固化完成固化之前保持所組裝部件的定位。如果接合層包含較低濃度的可自由基聚合(例如，(甲基)丙烯酸酯)單體，則聚硅氮烷材料的光學透光度和熱穩(wěn)定性性質不會有大的損害。鑒于此類有利的性質，包含聚硅氮烷聚合物的接合層據(jù)推測適于用作電子照明顯示器件的其他光透射無機部件的光學粘合劑。


結合附圖，由以下對本發(fā)明各實施例的詳細描述可以更全面地理解本發(fā)明，其中:圖1示意性地示出了接合至覆蓋玻璃的多層半導體波長轉換器晶圓的一個實施例；圖2示意性地示出了波長轉換發(fā)光二極管(LED)的一個實施例；圖3A-3E示意性地示出了波長轉換LED制造方法的一個實施例中的工藝步驟；雖然本發(fā)明接受各種修改形式和替代形式，但其具體方式已在附圖中以舉例的方式示出，并且將對其進行詳細描述。然而，應當理解其目的并非在于將本發(fā)明局限于所描述的具體實施例。相反，目的在于涵蓋落入到所附權利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內的所有修改形式、等同形式和替代形式。
具體實施例方式本發(fā)明適用于接合半導體層如波長轉換器、發(fā)光二極管(LED)及其他光透射無機部件。如本文所用，“波長轉換器”指將LED發(fā)射的至少一部分光的波長轉換為不同(通常較長)的波長的部件。波長轉換器可為多層半導體波長轉換器或是包含嵌入的磷光體粒子的無機基體。WO 2006/097876和W02010/024981，二者均以引用的方式并入本文，描述了包含陶瓷基體的示意性波長轉換器，所·述陶瓷基體包含嵌入的磷光體粒子。這樣的波長轉換器也可稱為發(fā)光陶瓷基體復合物。在有利的實施例中，波長轉換器將處于光譜的藍色或UV部分的光轉換成波長較長的可見或紅外光譜，使得所發(fā)射的光可顯例如綠色、黃色、琥珀色、橙色或紅色，或者通過組合多個波長，所述光可顯混合色，如藍綠色、洋紅色或白色。例如，可將產(chǎn)生藍光的AlGaInN LED與吸收一部分該藍光以產(chǎn)生較長波長如黃光的波長轉換器一起使用，結果是藍光和黃光組合顯白色。更特別地，在一些實施例中，描述了使用聚硅氮烷接合層進行的多層半導體波長轉換器的接合。半導體波長轉換器108 (參見圖1)的一種合適類型見述于美國專利申請11/009，217，該專利申請以引用的方式并入本文。多層波長轉換器通常采用包含I1-VI半導體材料如各種金屬合金硒化物(如CdMgZnSe)的多層半導體結構(例如，量子阱結構)。在此類多層波長轉換器中，量子阱結構114設計為使得結構的部分中的帶隙被選定使得LED(圖2的102)發(fā)射的至少一些泵浦光被吸收。通過吸收泵浦光而產(chǎn)生的電荷載流子進入此結構中具有更小帶隙的其他部分，即量子阱層，在此處載流子復合并產(chǎn)生更長波長的光。此描述并非意圖限制半導體材料的類型或者波長轉換器的多層結構。圖1中示出了用固化的聚硅氮烷接合層接合至玻璃覆蓋片的(例如，多層半導體)波長轉換器晶圓的一個例子。部件10包括半導體波長轉換器108，其由固化的聚硅氮烷接合層140附接至無機光透射(例如，玻璃)覆蓋片145。圖2中示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第一個實施例的波長轉換LED器件100的一個例子。器件200包括LED 102，其在LED襯底106上具有LED半導體層104的疊堆。LED半導體層104可以包括若干不同類型的層，這些層包括(但不限于)P型和η型結層、發(fā)光層(通常包含量子阱)、緩沖層以及覆蓋層。LED半導體層104通常包含II1-V半導體材料。
LED半導體層104有時被稱為外延層，因為其通常是利用外延處理而生成的。LED襯底106通常比LED半導體層更厚，并且可以是LED半導體層104在其上所生長的襯底或者可以是半導體層104生長后所附接的襯底，這些將在下面進一步解釋。半導體波長轉換器108的上下表面122和124可以包括不同類型的涂層，例如美國專利申請N0.11/009, 217中所描述的濾光層、反射器或鏡子。表面122和124中任何一個上的涂層可以包括防反射敷層。在一些實施例中，半導體波長轉換器108經(jīng)由接合層110附接至LED 102的上表面112。因此，接合層110接合波長轉換器108至LED102。如果LED 102可承受在熱固化聚硅氮烷粘合劑所需的溫度下的熱固化，則接合層110可作為替代方案或是與接合層140組合地包括固化的聚硅氮烷接合層。接合層，特別是波長轉換器與無機光透射覆蓋片之間的接合層140，包含可固化的聚硅氮烷組合物。所述可固化的聚硅氮烷組合物起到光學粘合劑的作用。如本文所用，“聚硅氮烷”指具有包含至少一個S1-N鍵的線形、支化或環(huán)狀主鏈中的至少一者的化合物；這些化合物包含至少一個烯鍵式不飽和基團或SiH基團。為簡單起見，在本專利申請中，“聚硅氮烷”還包括“聚硅氧硅氮烷”和“聚脲硅氮烷”?！熬酃柩豕璧椤敝妇哂邪琒1-N和S1-O鍵二者的線形、支化或環(huán)狀主鏈中的至少一者的化合物?！熬垭骞璧椤敝妇哂邪辽僖粋€S1-N鍵的線形、支化或環(huán)狀主鏈中的至少一者并具有至少一個鍵合至兩個氮原子中的每一個的羰基基團的化合物；聚硅氮烷聚合物與聚硅氧烷聚合物的區(qū)別在于，雖然聚硅氧烷的主鏈包含S1-O鍵，但聚硅氧烷沒有S1-N鍵。
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已知在例如US 7，297，374中描述了聚硅氮烷聚合物；該專利以引用的方式并入本文?？捎玫木酃璧?其所有均可為無規(guī)、交替或嵌段聚合物)包括通常由式I所表示的那些線形聚硅氮烷，
權利要求
1.一種半導體部件，所述半導體部件包括波長轉換器，所述波長轉換器由包含聚硅氮烷聚合物的固化接合層接合至鄰近的無機部件。
2.根據(jù)權利要求1所述的半導體部件，其中所述波長轉換器為多層半導體波長轉換器或包含嵌入的磷光體粒子的無機基體。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的半導體部件，其中所述波長轉換器為包含I1-VI半導體材料的多層半導體波長轉換器。
4.根據(jù)權利要求1所述的半導體部件，其中所述多層半導體波長轉換器吸收一部分藍光以產(chǎn)生更長的波長。
5.根據(jù)權利要求1-4所述的半導體部件，其中所述接合層還包含至多10重量％的可自由基聚合單體。
6.根據(jù)權利要求5所述的半導體部件，其中所述可自由基聚合單體為(甲基)丙烯酸酯單體。
7.根據(jù)權利要求6所述的半導體部件，其中所述(甲基)丙烯酸酯單體為包含至少三個(甲基)丙烯酸酯基團的多(甲基)丙烯酸酯單體。
8.根據(jù)權利要求1-7所述的半導體部件，其中所述鄰近的部件為覆蓋片。
9.一種發(fā)光二極管(LED),所述發(fā)光二極管(LED)包含: 泵浦LED部件，所述泵浦LED部件由包含聚硅氮烷聚合物的固化接合層接合至鄰近的部件。
10.根據(jù)權利要求9所述的發(fā)光二極管(LED)，其中所述LED部件和鄰近的部件由在高于150°C的溫度下穩(wěn)定的材 料構成。
11.根據(jù)權利要求9-10所述的發(fā)光二極管(LED)，其中所述LED部件和鄰近的部件由一種或多種無機材料構成。
12.根據(jù)權利要求9-10所述的發(fā)光二極管(LED)，其中所述泵浦LED包含II1-V半導體材料。
13.根據(jù)權利要求9-11所述的發(fā)光二極管(LED)，其中所述鄰近的部件為波長轉換器、透鏡或棱鏡。
14.根據(jù)權利要求13所述的發(fā)光二極管(LED)，其中所述波長轉換器為多層半導體波長轉換器或包含嵌入的磷光體粒子的無機基體。
15.根據(jù)權利要求1-14所述的發(fā)光二極管(LED)，其中所述發(fā)光二極管(LED)還包含覆蓋片。
16.根據(jù)權利要求13-15所述的發(fā)光二極管(LED)，其中所述波長轉換器由包含聚硅氮烷聚合物的固化接合層接合至所述覆蓋片。
17.一種電子照明顯示器，所述電子照明顯示器包括: 光透射無機部件，所述光透射無機部件由包含聚硅氮烷聚合物的固化接合層接合至鄰近的無機部件。
18.根據(jù)權利要求14所述的電子照明顯示器，其中所述光透射無機部件為根據(jù)權利要求9-16所述的發(fā)光二極管(LED)。
19.一種制造半導體部件的方法，所述方法包括: 用包含聚硅氮烷聚合物的接合層接合波長轉換器晶圓、泵浦LED部件或它們的組合至鄰近的部件。
20.根據(jù)權利要求19所述的方法，其中將波長轉換器接合至無機光透射覆蓋片。
21.根據(jù)權利要求19-20所述的方法，其中所述方法包括熱固化所述聚硅氮烷接合層。
22.根據(jù)權利要求19-21所述的方法，其中所述粘合劑還包含(甲基)丙烯酸酯單體。
23.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中所述方法包括在熱固化所述聚硅氮烷聚合物之前光固化所述(甲基)丙烯酸酯單體。
24.根據(jù)權利要求19-23所述的方法，所述方法還包括機械地分離所述波長轉換發(fā)光二極管為單獨的 波長轉換LED芯。
全文摘要
在一個實施例中，描述了一種半導體部件如波長轉換器晶圓，其中所述波長轉換器由包含聚硅氮烷聚合物的固化接合層接合至鄰近的無機部件。所述波長轉換器可為多層半導體波長轉換器或是包含嵌入的磷光體粒子的無機基體。在另一個實施例中，半導體部件為泵浦LED部件，其由包含聚硅氮烷聚合物的固化接合層接合至鄰近的部件。鄰近的部件可為一個或多個所述波長轉換器或為由一種或多種無機材料構成的另一部件如透鏡或棱鏡。本發(fā)明還描述了制造半導體部件如波長轉換器和LED的方法。
文檔編號H01L33/50GK103222076SQ201180055356
公開日2013年7月24日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權日2010年11月18日
發(fā)明者毛國平, S·J·茲納默洛斯基, 楊宇, T·L·史密斯 申請人:3M創(chuàng)新有限公司