層壓有磷光體片的發(fā)光二極管及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及在諸如發(fā)光器件之類的半導體器件之上層壓諸如波長轉換層之類的層。
【背景技術】
[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)射激光器的半導體發(fā)光器件是當前可獲得的最高效的光源之一。當前在能夠跨可見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，通過借由金屬有機化學氣相沉積(M0CVD)、分子束外延(MBE)或其它外延技術在藍寶石、碳化硅、III氮化物或其它合適襯底上外延生長具有不同組成和摻雜劑濃度的半導體層的堆疊來制作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的一個或多個η型層、在一個或多個η型層之上形成的有源區(qū)中的一個或多個發(fā)光層、以及在有源區(qū)之上形成的摻雜有例如Mg的一個或多個p型層。電氣接觸件形成在η和p型區(qū)上。
[0003]圖1圖示了在W0 2012/023119 Α1中更詳細描述的具有層壓的磷光體層的LED。摘要陳述了“描述了用于在基板晶片(12)上的LED管芯(10)的陣列之上層壓層(28)的方法。層(28)可以包括在硅樹脂結合劑中的磷光體粉末。該層在支撐膜上形成，然后被干燥。然后將該層安裝在LED管芯(10)之上，并且在真空中加熱該結構。在支撐膜上施加向下的壓力，使得層附著到LED管芯的頂部，并且形成圍繞晶片外圍的氣密密封。然后將該結構暴露于周圍空氣，并且移除支撐膜。密封防止周圍空氣進入層(28)與晶片(12)之間。在第二層壓步驟中，在真空中將結構加熱到較高溫度，以移除層與晶片之間的剩余空氣。然后將結構暴露于周圍空氣壓力，其使加熱后的層順應LED管芯”。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種層壓在發(fā)光器件之上的波長轉換層，其中從該結構發(fā)射的光具有減小的色場中的變化。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法包括在發(fā)光二極管(LED)之上層壓膜。通過抵靠LED的頂表面按壓平坦化元件來減小布置在LED的頂表面之上的膜的部分的厚度。
[0006]本發(fā)明的實施例包括附接到底座的發(fā)光二極管(LED)。在LED的頂表面和側壁之上布置波長轉換膜。在側壁的第一部分處的波長轉換膜的厚度大于在側壁的第二部分處的波長轉換膜的厚度。第一部分比第二部分更靠近LED的頂表面定位。
【附圖說明】
[0007]圖1圖示了具有層壓的磷光體層的LED。
[0008]圖2圖示了 III氮化物LED的一個示例。
[0009]圖3圖示了在第一層壓過程之后附接到底座并且覆蓋有波長轉換膜的LED。
[0010]圖4圖示了在第二層壓過程之后覆蓋有波長轉換膜的LED。
[0011]圖5圖示了在第三層壓過程期間附接到底座并且覆蓋有波長轉換膜的LED。
[0012]圖6圖示了在圖5中圖示的第三層壓過程之后覆蓋有波長轉換膜的LED。
【具體實施方式】
[0013]在圖1中圖示的層壓過程中，在LED的側面和邊緣之上拉伸磷光體層，創(chuàng)建磷光體層的厚度中的非均勻性，這可能改變近場中的色點。在本發(fā)明的實施例中，可以減小在LED的頂部之上的波長轉換膜的厚度，這可以改進波長轉換膜的厚度中的均勻性，而這可以改進器件的性能。
[0014]盡管在以下示例中，半導體發(fā)光器件是發(fā)射藍光或UV光的III氮化物LED，但是可以使用除LED之外的半導體發(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體發(fā)光器件。
[0015]圖2圖示了可以在本發(fā)明的實施例中使用的III氮化物LED 15?？梢允褂萌魏魏线m的半導體發(fā)光器件，并且本發(fā)明的實施例不限于圖2中圖示的器件。
[0016]通過在生長襯底上生長III氮化物半導體結構來形成圖2的器件，如本領域中已知的那樣。生長襯底11可以是任何合適的襯底，諸如例如藍寶石、SiC、S1、GaN或復合襯底。半導體結構包括夾在η和p型區(qū)之間的發(fā)光或有源區(qū)。η型區(qū)13可以首先生長并且可以包括具有不同組成和摻雜劑濃度的多個層，包括例如諸如緩沖層或成核層之類的準備層，和/或設計成便于生長襯底的移除的層，其可以是η型或非有意摻雜的，以及被設計用于得到對于使發(fā)光區(qū)高效發(fā)射光而言合期望的特定光學、材料或電氣性質(zhì)的η或甚至ρ型器件層。在η型區(qū)之上生長發(fā)光或有源區(qū)14。合適的發(fā)光區(qū)的示例包括單個厚或薄的發(fā)光層，或者包括通過阻擋層分離的多個薄或厚發(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Ρ型區(qū)16。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層，包括非有意摻雜的層或η型層。
[0017]在生長之后，在ρ型區(qū)的表面上形成ρ接觸件18。ρ接觸件18通常包括多個傳導層，諸如反射性金屬和防護金屬，其可以防止或減小反射性金屬的電迀移。反射性金屬通常是銀，但是可以使用任何合適的材料。在形成Ρ接觸件18之后，移除部分的ρ接觸件18、ρ型區(qū)16和有源區(qū)14以暴露其上形成η接觸件20的η型區(qū)13的部分。η和ρ接觸件20和18通過間隙22與彼此電氣隔離，間隙22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€η接觸件過孔；η和ρ接觸件20和18不限于圖2中所圖示的設置。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，如本領域中已知的那樣。在倒裝芯片配置中，光典型地反射離開接觸件18和20并且通過襯底11從LED提取。
[0018]在以下圖中，將圖2中所圖示的LED 15附接到底座30。為了將LED 15附接到底座30，一個或多個互連形成在η和ρ接觸件20和18上或者電氣連接到η和ρ接觸件20和18?；ミB將LED 15電氣地和物理地連接到底座30?；ミB可以是例如焊料、金凸塊、金層或任何其它合適的結構。例如在形成每個LED上的互連之后，從器件的晶片切分各個LED?？梢栽诘鬃?0上形成附加的互連。為了清楚起見，從以下圖中省略在LED 15上和/或在底座30上形成的互連。
[0019]底座30可以是包括例如金屬、陶瓷或硅的任何合適的材料。可以在底座30或在底座30的表面上形成的跡線內(nèi)形成過孔以將底座的頂側(其上安裝LED 15)電氣連接到底座的底側，底座的底側可以被用戶附接到另一結構，諸如印刷電路板。
[0020]單獨的LED 15相對于半導體結構的生長方向翻轉并且附接到底座30。LED可以通過例如超聲鍵合、熱超聲鍵合、焊料附接或任何其它合適的鍵合技術附接到底座。
[0021]在一些實施例中，可以在LED 15與底座30之間布置底部填充材料。底部填充可以在稍后的處理期間支撐半導體結構。底部填充可以是例如硅樹脂、環(huán)氧樹脂或任何其它合適的材料。生長襯底可以通過任何合適的技術移除，可以通過任何合適的技術減薄，或者可以保留器件的部分。
[0022]可以在與η型區(qū)13相對的襯底11的表面上形成一個或多個附加結構24。例如，附加結構24可以包括濾波器、波長轉換層、透鏡、光學器件或任何其它合適的結構。
[0023]與LED 15和底座30分離地，形成波長轉換膜。波長轉換膜吸收由LED發(fā)射的光并且發(fā)射一個或多個不同波長的光。由LED發(fā)射的未經(jīng)轉換的光通常是從結構提取的光的最終光譜的部分，盡管其不需要是。常見組合的示例包括與黃色發(fā)射波長轉換材料組合的藍色發(fā)射LED、與綠色和紅色發(fā)射波長轉換材料組合的藍色發(fā)射LED、與藍色和黃色發(fā)射波長轉換材料組合的UV發(fā)射LED、以及與藍色、綠色和紅色發(fā)射波長轉換材料組合的UV發(fā)射LED?？梢蕴砑影l(fā)射其它顏色的光的波長轉換材料以定制從結構發(fā)射的光的光譜。
[0024]波長轉換膜是合適的透明材料，諸如裝載有一個或多個波長轉換材料(諸如常規(guī)磷光體、有機磷光體、量子點、有機半導體、I1-VI或II1-V半導體、I1-VI或II1-V半導體量子點或納米晶體、染料、聚合物或發(fā)冷光的其它材料)的硅樹脂或樹脂。盡管以下描述涉及硅樹脂中的磷光體，但是可以使用任何合適的一種或多種波長轉換材料和任何合適的透明材料?？梢韵虿ㄩL轉換膜添加非波長轉換材料，例如以引起散射或更改膜的折射率。
[0025]波長轉換膜可以在支撐膜的卷上形成。支撐膜可以是例如商業(yè)上可獲得的聚合物，諸如以任何合適尺寸的乙基四氟乙烯(ETFE)箔。
[0026]為了形成波長轉換膜，磷光體粉末與硅樹脂或其它合適的結合劑混合，以形成漿液，并且在連續(xù)過程中在支撐膜上將漿液噴涂或以其它方式沉積到預確定的厚度(假定卷被連續(xù)分發(fā))。在一個實施例中，使用YAG磷光體(黃色-綠色)。在另一實施例中，磷光體是混合的紅色和綠色磷光體?？梢耘cLED光結合地使用磷光體的任何組合以制成任何顏色光。磷光體的密度、層的厚度和磷光體的類型或磷光體的組合被選擇成使得由LED管芯和(多個)磷光體的組合發(fā)射的光具有目標白色點或其它期望的顏色。在一個實施例中，磷光體/硅樹脂層將為大約30-200微米厚。還可以在漿液中包括其它惰性無機顆粒，諸如光散射材料(例如二氧化硅、Ti02)。波長轉換膜在一些實施例中可以包括多個波長轉換層，并且在一些實施例中可以包括非波長轉換層。
[0027]然后在支撐膜展開時，諸如通過紅外光或其它熱源干燥漿液。結果得到的干燥的磷光體/硅樹脂層可以被存儲直到用作波長轉換膜。例如在連續(xù)過程中，可以在波長轉換膜之上放置任何合適材料的保護膜，包括例如ETFE箔。保護膜可以初始提供為卷并且可以具有大約25微米的厚度和與支撐膜相同的其它尺寸。如果支撐膜形成為小片和/或如果波長轉換膜的頂表面不經(jīng)受潛在破壞性的接觸，則可以不需要保護膜。此外，如果波長轉換膜在沒有保護膜的情況下將不受破壞，則可以不需要保護膜。支撐膜和保護膜都未被強力貼附到