CN102439739A - 在无封装led管芯中控制边缘发射 - Google Patents
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Abstract
发光二极管（LED）结构通过以下方式以晶片级被制造，将单一化的LED管芯安装在载体晶片或拉伸膜上、分离所述LED管芯以产生LED管芯之间的间隔、在LED管芯之上和LED管芯之间的间隔内施加反射涂层、分离或断开LED管芯之间的间隔内的反射涂层以使一些反射涂层留在LED管芯的侧面。LED管芯的侧面上的反射涂层的部分可以有助于控制边缘发射。
Description
相关申请的交叉引用
本申请是2009年5月1日提交的名称为“Controlling Edge Emission in Package-Free LED Die”的美国专利No. 12/433,972的部分继续申请，上述专利被共同转让并通过引用合并于此。本申请与2008年7月24日提交的名称为“Semiconductor Light Emitting Device Including a Window Layer and a Light-Directing Structure”的美国专利申请No. 12/178,902相关，上述专利申请被共同转让并通过引用合并于此。
技术领域
本公开涉及发光二极管（LEDs）且尤其涉及无封装的LED管芯。
背景技术
半导体LED是目前能够获得的最高效的光源之一。在能够跨越可见光谱工作的高亮度发光器件的制造中，目前受关注的材料系统包括III-V族半导体；例如镓、铝、铟、氮、磷和砷的二元、三元和四元合金。III-V族器件发射跨越可见光谱的光。基于GaAs和GaP的器件通常用于发射诸如黄色至红色的较长波长的光，而III族氮化物器件通常用于发射诸如近紫外至绿色的较短波长的光。
由于蓝宝石的晶体结构与氮化镓的晶体结构是相似的，所以氮化镓LED典型地使用透明的蓝宝石生长衬底。
某些GaN LED被形成为在相同表面上具有两个电极的倒装芯片，在该表面，LED电极接合到基座上的电极而没有使用引线接合。在这种情况下，光透射穿过透明蓝宝石衬底，并且LED层与基座相对。基座提供了LED和外部电源之间的接口。基座上被接合至LED电极的电极可以延伸超过LED或延伸至基座的相对侧以用于引线接合或表面安装至电路板。
发明内容
在本公开的一些实施例中，器件晶片上的发光二极管（LED）管芯被分离以产生LED管芯之间的间隔，反射涂层被施加在LED管芯之上和LED管芯之间的间隔内。当LED管芯被再次分离时，部分反射涂层留在LED管芯的侧边上。在LED管芯侧面上的反射涂层可以控制边缘发射，改善关于角度的颜色均匀性，并改善亮度。反射涂层可以是具有反射颗粒的聚合物或树脂，或是薄金属膜。
附图说明
图1是制造使用反射涂层控制来自LED管芯的边缘发射的晶片级发光二极管（LED）结构的方法的流程图；
图2至图13说明当反射涂层是具有反射颗粒的聚合物或树脂时图1的方法中各步骤的横截面图；以及
图14至图17说明当反射涂层是薄金属膜时图1的方法中各步骤的横截面图，其均依照本发明实施例布置。
在不同的图中相同附图标记的使用表示相似或相同的元件。
具体实施方式
图1是在本公开的一些实施例中制造使用反射涂层以控制来自LED管芯的边缘发射的晶片级发光二极管（LED）结构的方法100的流程图。方法100包括步骤102至130。
在步骤102中，实例性的LED管芯200被形成在生长晶片上。为简单起见，在图2中说明了单独的LED管芯200。LED管芯200包括生长晶片202、外延生长在生长晶片上的n-型层204、外延生长在该n-型层上的发光层206（通常也被称为“有源层”）、外延生长在该发光层上的p-型层208、形成在该p-型层之上的导电性反射层210、以及形成在该导电性反射层之上的保护金属层212。电介质214形成在各结构之上。开口形成在不同层内以为p-型层208提供至n-型层204和导电性反射层210的通路。一个或多个n-型接合垫216被形成以电接触n-型层204，且一个或多个p-型接合垫218被形成以电接触导电性反射层210。代替LED管芯200，方法100可以被应用于具有边缘发射的其他类型的LED管芯或其他发光器件。步骤102之后是步骤104。
在步骤104中，载体晶片302被临时地接合至器件晶片220。以下“器件晶片220”指步骤中包括LED管芯200的晶片级结构。可去除的粘合剂304首先被施加在器件晶片220的顶部上然后载体晶片302被接合到器件晶片的顶部，如图3所示。粘合剂304可以是热、溶剂或曝光释放粘合剂。可去除的粘合剂302可以以旋涂工艺、擦涂工艺、喷涂工艺或其他合适的工艺被施加。步骤104之后是步骤106。
在步骤106中，器件晶片220被翻转且生长晶片202被去除，如图4所示。生长晶片202可以通过激光剥离工艺被去除。步骤106之后是步骤108。
在步骤108中，如图5所示，n-型层204被粗糙化以改善光提取。n-型层204可以以物理工艺（例如研磨或抛光）或化学工艺（例如蚀刻）被粗糙化。例如，n-型层204可以通过光电化学蚀刻被粗糙化。步骤108之后是步骤110。
在步骤110中，如图6所示，窗口晶片602被接合至器件晶片220。透明粘合剂604首先被施加在器件晶片220的顶部上然后窗口晶片602被接合至器件晶片的顶部。
透明粘合剂604可以是硅树脂、环氧树脂或其他合适的材料。透明粘合剂604可以通过旋涂工艺、擦涂工艺、喷涂工艺或其他合适的工艺被施加。透明粘合剂604可以具有等于或大于1.4的折射率。
如果窗口晶片602由氧化物玻璃、陶瓷或其他类似的电介质材料构成或包括上述材料，则透明粘合剂604可以被氧化物、玻璃或其他适当的施加于器件晶片220的粗糙化表面的电介质接合层替换。在一个或多个实施例中，接合层可以是二氧化硅或氧氮化硅。在一个或多个实施例中，接合层可以是于2009年9月17日提交的美国专利申请No. 12/561,342，代理人案卷PH012893US1中所公开的任何透明的接合材料，诸如氧化铝、氧化锑、氧化砷、氧化铋，氧化硼、溴化铅、氯化铅、氧化铅、氧化锂、氧化磷、氟化钾、氧化钾、氧化硅、氧化钠、氧化碲、氧化铊、氧化钨、氟化锌和氧化锌。美国专利申请No. 12/561,342被共同拥有并通过引用合并于此。
接合层可以通过化学汽相沉积（CVD）、等离子体增强化学汽相沉积（PECVD）或其他合适的沉积技术被施加于器件晶片220。接合层和/或窗口晶片表面可以通过化学机械平坦化（CMP）或其他合适的抛光技术被抛光。然后可以使用直接分子接合、熔合接合或阳极接合将窗口晶片602接合至器件晶片220。
窗口晶片602向器件晶片220提供机械强度以用于后续的制程。窗口晶片602可以包括波长转换结构用于改变发射光谱以提供期望的颜色，诸如用于信号灯的琥珀色或用于白光发射器的多种颜色。所述结构可以是陶瓷磷光体，合适的透明衬底或载体、诸如蓝宝石或玻璃层，或是诸如分布式布拉格反射器的滤光器。陶瓷磷光体结构被详细描述在美国专利No. 7,361,938中，其被共同转让并通过引用合并于此。步骤110之后是步骤112。
在步骤112中，如图7所示，从器件晶片220去除载体晶片302。载体晶片302可以通过施加热以软化、施加溶剂以溶解或通过施加光以光化学地改变粘合剂而被去除。任何留下的临时粘合剂304可以通过适当的溶剂被去除。步骤112之后是步骤114。
在步骤114中，如图8所示，器件晶片220从底侧安装至拉伸膜802。拉伸膜802可以是蓝色带、白色带、紫外带或其他允许粘附至柔性（可扩展的）衬底的合适材料。步骤114之后是步骤116。拉伸膜是商业上可获得的，例如从Furukawa Electric Co.和Semiconductor Equipment Corp.获得。
在步骤116中，器件晶片220中的LED管芯200被单一化为单独的各管芯。LED管芯200可以使用激光器、划片器或锯而被单一化。在这点上，LED管芯200基本上是准备好用于测试的已完成器件。然而，LED管芯200可能具有降低关于角度的颜色均匀性的边缘发射。步骤116之后是步骤118。
在步骤118中，如图9所示，拉伸膜802被扩展以横向地分离LED管芯200并产生它们之间的间隔。在替换性的实施例中，LED管芯200从拉伸膜802被转移至刚性的载体晶片。LED管芯200可以被带式转移或被拾起并被放置到刚性的载体晶片上以产生LED管芯之间的间隔。当LED管芯200被带式转移时，在将LED管芯转移至刚性的载体晶片之前，拉伸膜802被扩展以产生LED管芯之间的间隔。步骤118之后是步骤120。
在步骤120中，反射涂层被施加在LED管芯200的顶部上和它们之间的间隔内。在反射涂层被施加之前，电介质可以被沉积在LED管芯200的顶部上和/或侧面以增加反射率和/或防止反射涂层使LED管芯短路。电介质具有抗反射特性并可以是例如二氧化硅（SiO2）、氟化镁（MgF2）、氮化硅（Si3N4或SiNx）等的膜。
根据本实施例，反射涂层可以是如图10所示的具有反射颗粒的聚合物或树脂1002（此后统称为“反射涂层1002”），或是如图14所示的薄金属膜1402。首先参考图10至图13对于使用反射涂层1002的实施例描述步骤120至130，然后参考图14至图17对于使用薄金属膜1402的实施例描述这些步骤。
参考图10，反射涂层1002可以被施加在LED管芯200的顶部上。反射涂层1002内的凹的新月形物可以形成在LED管芯200之间的间隔中。反射涂层1002可以是硅树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂等。在反射涂层1002内的反射颗粒可以是氧化钛、氧化锌、二氧化硅、氧化铝或氧化锆。反射涂层1002可以通过溶胶-凝胶工艺、擦涂工艺或旋涂工艺被施加。
可替换地，反射涂层1002可以使用模制工艺而仅施加在LED管芯200之间的间隔中。在模制工艺中，LED管芯200被放置在模具中，其中模具的两个半部倚靠在LED管芯的顶部和底部，仅留出LED管芯之间的间隔作为反射涂层材料的通道。反射涂层材料然后被引入到模具中且被迫使通过LED管芯200之间的间隔。步骤120之后是步骤122。
在步骤122中，在LED管芯200之间的间隔内的反射涂层1002（具有或不具有用于增加反射率和/或防止短路的电介质涂层）可选地被断开或弱化（例如，被劈开）。在LED管芯200之间的间隔内的反射涂层1002可以通过激光器、划片器或锯被断开或弱化。如果反射涂层1002是易碎的，则在LED管芯200在圆杆上被传送的情况下可以使用杆断开工艺以断开或弱化在LED管芯之间的间隔内的反射涂层。如果弱化反射涂层1002的凹的新月形物自动地形成在LED管芯200之间的间隔内，则反射涂层1002可以不必被断开或弱化。步骤122之后是步骤124。
在步骤124中，如图11所示，拉伸膜802被再次扩展以进一步横向地分离LED管芯200。在使用刚性载体晶片的步骤118的替换性实施例中，该步骤不被执行。步骤124之后是步骤126。
在步骤126中，如图12所示，在LED管芯200顶部上的反射涂层1002的任何部分可以被去除。然后只有在LED器件200侧面上的反射涂层1002的部分留下。在LED管芯200侧面上的反射涂层1002的部分可以控制边缘发射，改善关于角度的颜色均匀性，并改善亮度。在LED管芯200顶部上的反射涂层1002的部分可以通过剥离工艺、蚀刻、激光烧蚀或研磨用砂粒喷砂被去除。在步骤120中，在反射涂层1002被形成在LED管芯200上之前，用于剥离工艺的牺牲层可以被沉积。步骤126之后是步骤128。
在步骤128中，如图13所示，LED管芯200被翻转并转移至另一拉伸膜1302。LED管芯200从底侧安装至拉伸膜1302且之后拉伸膜802被去除，这样LED管芯的n-型接合垫216和p-型接合垫218（未在图13中示出）被暴露在顶侧上以用于测试。如果通过第一拉伸膜802可以到达接合垫216和218，则可能能够测试LED管芯200而不需要将它们转移至第二拉伸膜1302。步骤128之后是步骤130。
在步骤130中，各单独的LED管芯200可以当它们被附在拉伸膜1302上时被测试。
参考图14至图17，现在对于使用薄金属膜1402的实施例描述步骤120至130。
参考图14，薄金属膜1402被形成在LED管芯200的顶部和侧面上以及它们之间的间隔内。薄金属膜1402可以是任何反射金属或合金，诸如铝（Al）、银（Ag）、铬（Cr）、金（Au）、镍（Ni）、钒（V）、铂（Pt）、钯（Pd）等和其组合。薄金属膜1402可以通过蒸镀或溅射被形成。步骤120之后是步骤122。
在步骤122中，在LED管芯200之间的间隔内的薄金属膜1402可选地被断开或弱化（例如，被劈开）。在LED管芯200之间的间隔内的反射涂层1402可以通过激光器、划片器或锯被断开或弱化。如果反射涂层1402是易碎的，则在LED管芯200在圆杆上被传送的情况下可以使用杆断开工艺以物理地断开或弱化在LED管芯之间的间隔内的反射涂层。在使用刚性载体晶片的步骤118的替换性实施例中，在LED管芯200之间的间隔内的薄金属膜1402可以被蚀刻。步骤122之后是步骤124。
在步骤124中，如图15所示，拉伸膜802被再次扩展以进一步横向地分离LED管芯200。在使用刚性载体晶片的步骤118的替换性实施例中，该步骤不被执行。步骤124之后是步骤126。
在步骤126中，如图16所示，在LED管芯200顶部上的薄金属膜1402的部分被去除。然后只有在LED器件200侧面上的薄金属膜1402的部分留下。在LED管芯200侧面上的薄金属膜1402可以控制边缘发射，改善关于角度的颜色均匀性，并改善亮度。在LED管芯200顶部上的薄金属膜1402的部分可以通过剥离工艺、蚀刻、激光烧蚀或研磨用砂粒喷砂被去除。在步骤120中，在反射涂层1402被形成在LED管芯200上之前，用于剥离工艺的牺牲层可以被沉积。在使用刚性载体晶片的步骤118的替换性实施例中，步骤122和126可以被组合在单独的蚀刻中。步骤126之后是步骤128。
在步骤128中，如图17所示，LED管芯200被翻转并转移至另一拉伸膜1302。LED管芯200从底侧安装至拉伸膜1302且之后拉伸膜802被去除，这样LED管芯的n-型接合垫216和p-型接合垫218（未在图17中示出）被暴露在顶侧以用于测试。如果通过第一拉伸膜802可以到达接合垫216和218，则可能能够测试LED管芯200而不需要将它们转移至第二拉伸膜1302。步骤128之后是步骤130。
在步骤130中，各单独的LED管芯200可以当它们被附在拉伸膜1302上时被测试。对于所公开的实施例的特征的不同的其他改变和组合也落在本发明的范围内。例如，当反射涂层是载有反射颗粒的聚合树脂时，非常薄的层可以留在LED管芯200的顶部以用作光学漫射器或用以使得管芯的顶部呈现与反射颗粒相同的颜色（例如，白色）。许多的实施例由以下的权利要求涵盖。
Claims (22)
1.一种发光二极管（LED）结构的晶片级制造方法，包括：
形成具有LED管芯的器件晶片；
将该器件晶片中的LED管芯单一化；
分离LED管芯以产生LED管芯之间的间隔；
在LED管芯之间的间隔内施加反射涂层；以及
断开或分离在LED管芯之间的间隔内的该反射涂层；
其中部分该反射涂层留在LED管芯的侧面上以控制边缘发射。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述反射涂层是具有反射颗粒的聚合物或树脂。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述反射涂层是硅树脂、环氧树脂或丙烯酸树脂，且所述反射颗粒是氧化钛、氧化锌、二氧化硅、氧化铝或氧化锆。
4. 根据权利要求2所述的方法，其中在LED管芯之间的间隔内施加反射涂层包括以溶胶-凝胶工艺、擦涂工艺、旋涂工艺或模制工艺施加反射涂层。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述反射涂层是薄金属膜。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中所述反射涂层是铝、银、铬、金、镍、钒、铂、钯或其组合。
7. 根据权利要求5所述的方法，其中在LED管芯之间的间隔内施加反射涂层包括通过蒸镀或溅射施加反射涂层。
8. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
在单一化器件晶片中的LED管芯之前，将具有LED管芯的器件晶片安装至拉伸膜；
其中分离LED管芯包括将LED管芯从拉伸膜转移至载体晶片以产生LED管芯之间的间隔。
9. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
在单一化器件晶片中的LED管芯之前，将具有LED管芯的器件晶片安装至拉伸膜；
其中分离LED管芯包括扩展所述拉伸膜，以在将反射涂层施加在LED管芯之上和LED管芯之间的间隔内之前，横向地分离LED管芯。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中断开或分离在LED管芯之间的间隔内的反射涂层包括：
弱化或断开在LED管芯之间的间隔内的反射涂层；以及
再次扩展拉伸膜以进一步分离LED管芯。
11. 根据权利要求9所述的方法，进一步包括：
从LED管芯的顶部去除任何反射涂层。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中从LED管芯的顶部去除反射涂层包括剥离工艺、蚀刻、激光烧蚀或砂粒喷砂。
13. 根据权利要求11所述的方法，进一步包括：
从LED管芯的另一侧将LED管芯安装至另外的拉伸膜；并
从LED管芯去除拉伸膜。
14. 根据权利要求13所述的方法，进一步包括：
在从LED管芯的另一侧将LED管芯安装至所述另外的拉伸膜之后，测试LED管芯。
15. 根据权利要求1所述的方法，其中所述的形成具有LED管芯的器件晶片包括：
在生长晶片之上形成LED器件以形成器件晶片，所述LED器件包括在生长晶片之上的n-型层、在所述n-型层之上的发光层和在所述发光层之上的p-型层；
将载体晶片接合至器件晶片的p-侧，所述器件晶片的p-侧为相比于所述n-型层更靠近所述p-型层的一侧；
从器件晶片的n-侧去除所述生长晶片，所述器件晶片的n-侧为相比于所述p-型层更靠近所述n-型层的一侧；
将窗口晶片接合至器件晶片的n-侧；以及
从器件晶片的p-侧去除所述载体晶片。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中：
接合所述载体晶片包括使用热、溶剂或曝光释放粘合剂以将所述载体晶片接合至所述器件晶片的p-侧；以及
去除所述载体晶片包括施加热、溶剂或光以将所述载体晶片从所述器件晶片释放。
17. 根据权利要求15所述的方法，其中去除所述生长晶片包括使用激光剥离以将所述生长晶片从所述器件晶片释放。
18. 根据权利要求15所述的方法，进一步包括在将窗口晶片接合至器件晶片的n-侧之前，粗糙化所述n-型层。
19. 根据权利要求15所述的方法，其中将窗口晶片接合至器件晶片的n-侧包括将硅树脂或环氧树脂施加至器件晶片的n-侧，以将窗口晶片接合至器件晶片的n-侧。
20. 根据权利要求15所述的方法，其中将窗口晶片接合至器件晶片的n-侧包括使用直接分子接合、熔合接合或阳极接合。
21. 根据权利要求20所述的方法，进一步包括在将窗口晶片接合至器件晶片的n-侧之前，在器件晶片的n-侧上形成氧化物或玻璃层。
22. 根据权利要求15所述的方法，其中LED器件进一步包括p-型层之上的接合垫，每个接合垫电耦合至所述n-型层或所述p-型层。
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