CN103081137A - 发光二极管芯片 - Google Patents
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Abstract
提出一种发光二极管芯片，其具有：半导体本体（1），所述半导体本体包括产生辐射的有源区域（13）；用于电接触有源区域的至少两个接触部位（2a，2b）；载体（3），以及-连接机构（4），所述连接机构设置在载体（3）和半导体本体（1）之间，其中半导体本体（1）在其朝向载体（3）的外面上具有粗化部（15）；半导体本体（1）借助于连接机构（4）与载体（3）机械地连接；连接机构（4）局部地与半导体本体（1）和载体（3）直接接触，并且至少两个接触部位（2a，2b）设置在半导体本体（1）的背离载体（3）的上侧上。
Description
技术领域
提出一种发光二极管芯片。
发明内容
要实现的目的在于，提出一种发光二极管芯片，其能够特别低成本地制造。
根据发光二极管芯片的至少一个实施形式，发光二极管芯片包括具有产生辐射的区域的半导体本体。例如，半导体本体包括n型传导区域、p型传导区域和至少一个产生辐射的有源区域，所述有源区域设置在n型传导区域和p型传导区域之间。在此，半导体本体例如基于III/V族化合物半导体材料。
III/V族化合物半导体材料具有至少一种第三主族中的元素和第五主族中的元素，其中所述第三主族元素例如为B、Al、Ga、In，而第五主族元素例如为N、P、As。尤其，术语“III/V族化合物半导体材料”包括二元、三元或四元化合物的组，所述化合物包括至少一个第三主族中的元素和至少一个第五主族中的元素，例如氮化物化合物半导体和磷化物化合物半导体。此外，这种二元、三元或四元化合物例如具有一种或多种掺杂材料以及附加的组分。
根据发光二极管芯片的至少一个实施形式，发光二极管芯片包括至少两个用于电接触有源区域的接触部位。例如，发光二极管芯片包括刚好两个接触部位。借助于接触部位中的一个能够在p侧接触有源区域，借助于另一接触部位能够在n侧接触有源区域。
根据至少一个实施形式，发光二极管芯片包括载体。在此，所述载体不是在其上外延生长半导体本体的生长衬底，而是在制造半导体本体之后才与半导体本体连接的载体。例如，生长衬底然后完全从半导体本体中剥离。也就是说，因此发光二极管芯片没有生长衬底。因此，载体在发光二极管芯片中承担机械稳定的任务。也就是说，载体承载发光二极管芯片的半导体本体，使得所述半导体本体在常规使用中——例如在装入到壳体中时——不破碎或以其他方式受到机械的损害。
根据发光二极管芯片的至少一个实施形式，将连接机构设置在载体和半导体本体之间。也就是说，半导体本体借助于连接机构机械地与载体连接。例如，连接机构局部地直接邻接于半导体本体和载体。
根据发光二极管芯片的至少一个实施形式，半导体本体在其朝向载体的外面上具有粗化部。例如，朝向载体的外面是半导体本体的原本朝向半导体本体的生长衬底的外面。也就是说，生长衬底从半导体本体的粗化的外面中移除，并且半导体本体在其具有粗化部的、朝向载体的外面上借助于连接机构与载体连接。
在此，半导体本体借助于连接机构至少机械地与载体连接，也就是说，连接机构不必在载体和半导体本体之间建立电连接，而是连接机构仅保证，所述连接机构在发光二极管芯片的常规使用中不能够造成半导体本体从载体中剥离。尤其可能的是，连接机构是电绝缘的。
根据发光二极管芯片的至少一个实施形式，连接机构局部地与半导体本体和载体直接接触。也就是说，在彼此相向的平面上将半导体本体和载体借助于连接机构润湿。
根据发光二极管芯片的至少一个实施形式，至少两个连接部位设置在半导体本体的朝向载体的上侧上。也就是说，优选从背离载体的侧起接触发光二极管芯片。此外，电流不能穿过载体。例如，在载体的背离半导体本体的侧上，仅能够将发光二极管芯片机械地固定在电路板或导体框架上。然后，经由至少两个接触部位在半导体本体的背离载体的上侧上实现电接触。在此优选地，接触部位是不同名的接触部位，也就是说，从半导体本体的背离载体的上侧起在n侧和在p侧接触所述半导体本体。
根据发光二极管芯片的至少一个实施形式，发光二极管芯片包括含有产生辐射的有源区域半导体本体、至少两个用于电接触有源区域的接触部位、载体和设置在载体和半导体本体之间的连接机构。在此，半导体本体在其朝向载体的外面上具有粗化部，半导体本体借助于连接机构机械地与载体连接，连接机构局部地与半导体本体和载体直接接触，并且至少两个接触部位设置在半导体本体的背离载体的上侧上。
根据发光二极管芯片的至少一个实施形式，连接机构是电绝缘的粘结材料。也就是说，连接机构将半导体本体和载体机械地彼此连接，并且确保半导体本体和载体之间的电绝缘。因此，电绝缘的连接机构例如能够是基于二氧化硅的粘结材料。此外，也可以考虑将环氧化物、丙烯酸酯或BCB（苯并环丁烯）用作电绝缘的粘结材料。替选地或附加地，也能够使用基于硅树脂的或其他的粘结剂，只要其具有良好的导热率、在载体和半导体本体上的良好的附着性和相对于在发光二极管芯片的有源区域中产生的电磁辐射良好的辐射稳定性。此外，证实为有利的是，粘结剂是透明的或者是辐射能穿透的。
根据发光二极管芯片的至少一个实施形式，连接机构是辐射能穿透的。在此，辐射能穿透意味着，连接机构能够让优选至少50%的、尤其优选至少75%的射到连接机构上的、在半导体本体的产生辐射的有源区域中产生的电磁辐射穿透。例如在此可能的是，连接机构是透明的。
根据发光二极管的至少一个实施形式，半导体本体局部地与载体直接接触。也就是说，在半导体本体和载体之间的连接区域中的部位上不存在半导体本体和载体之间的连接机构，而是半导体和载体在那里彼此直接接触。这例如允许从半导体本体到载体中的特别良好的散热。
根据发光二极管芯片的至少一个实施形式，半导体本体的粗化部在所述半导体本体的朝向载体的外面上通过凸起部和凹陷部构成，也就是说，粗化部具有凸起部和凹陷部。在此，连接机构至少局部地设置在凹陷部中，凸起部的尖部能够局部地没有连接机构。因此，凸起部的所述尖部能够与载体直接接触。在此证实为特别有利的是，在载体和半导体本体之间的连接机构层的厚度最低100nm至最高1μm。连接机构层的厚度不需是均匀的，连接机构层的厚度能够根据凹陷部的深度或凸起部的高度波动。
根据发光二极管芯片的至少一个实施形式，载体是辐射能穿透的。特别良好适用于辐射能穿透的载体例如是由蓝宝石构成的或由蓝宝石组成的载体。尤其，载体的朝向半导体本体的表面能够是蓝宝石A平面。也就是说例如，载体尤其能够是所谓的“a平面（a-plane）”蓝宝石。这由于下面的原因而证实为是有利的：例如基于GaN的发光二极管芯片通常生长在作为生长衬底的蓝宝石上。为了在此必须得到高质量的半导体本体，蓝宝石通常必须c平面取向。然而这导致，仅大约30%的原本的蓝宝石晶体能够使用于制造生长衬底，因为蓝宝石晶体在拉晶法中沿“a平面”的方向生长。然而，在“a平面”上不借助于MOVPE以足够好的晶体质量生长例如基于GaN的半导体本体。在这里描述的发光二极管芯片中能够将生长衬底剥离并且再次使用。此外，能够主要使用成本较低的“a平面”蓝宝石作为载体。
根据发光二极管芯片的至少一个实施形式，载体是反射辐射的。此外，载体能够由例如金属的反射辐射的材料构成。此外，载体能够在其朝向半导体本体的上侧上包含用于反射的层，所述用于反射的层以反射的方式构造为用于反射在有源区域中产生的电磁辐射。用于反射的层例如能够是金属层，所述金属层用铝和/或银和/或金构成。如果使用金属载体，那么所述载体例如包含铝或由铝构成。对于用于反射的层而言还可能的是，用于反射的层还能够是介电层，所述介电层例如根据布拉格镜的或介电镜的类型构成。因为经由载体优选不必将电流注入到半导体本体中，所述可以应用电绝缘的用于反射的层。
根据发光二极管芯片的至少一个实施形式，载体构成为是散射辐射的。也就是说，射到载体上的和/或透入载体中的电磁辐射被散射，所述电磁辐射在产生辐射的有源区域中产生。为此，载体例如能够用用于散射的陶瓷材料构成。在此，所述陶瓷材料例如能够是烧结的Al2O3或烧结的AlN。在此情况下，部分地经由无吸收的散射实现从发光二极管芯片中耦合输出光。
根据发光二极管芯片的至少一个实施形式，载体的外面的不由半导体本体覆盖的区域由反射辐射的层覆盖，其中用于反射在有源区域中产生的电磁辐射的层构成为是反射的。例如，反射辐射的层是介电层，载体的空出的外面借助于所述介电层被镜面化。因此，如果例如涉及辐射能穿透的载体，那么射到载体的外面上的电磁辐射被反射，直到所述电磁辐射穿过半导体本体离开发光二极管芯片。在在半导体本体和载体之间的粗糙化的边界面上，由于粗化部降低了全反射的可能性，以至于在有源区域中产生的电磁辐射能够以高的效率从半导体本体中射出。
根据发光二极管芯片的至少一个实施形式，电接触仅从半导体本体的背离载体的上侧起进行。也就是说，全部需要用于电接触的接触部位设置在半导体本体的、背离载体的上侧上。设置为用于为有源区域通电的电流没有流过载体。
根据发光二极管芯片的至少一个实施形式，发光二极管芯片包括至少两个半导体本体，其中每个半导体本体包括产生辐射的有源区域。在此，半导体本体是彼此分离的，使得产生辐射的有源区域不彼此相关联，并且例如能够彼此分开地驱动。发光二极管芯片的半导体本体优选彼此电串联和/或电并联。这例如能够借助于连接层实现，所述连接层能够设置在半导体本体的背离载体的侧上。例如，连接层将相邻的半导体本体的两个不同名的接触部位彼此连接。
以这种方式实现能够具有多个像素的并且——例如在串联的情况下——能够用作所谓的高压发光二极管芯片的发光二极管芯片。也就是说，发光二极管芯片能够用例如至少8V、优选至少50V的电压，例如在如110V或230V的电网电压下直接地驱动。在此，发光二极管也能够包括同样能够设置在发光二极管芯片的载体上的整流器电路和/或至少一个镇流电阻。
根据发光二极管芯片的至少一个实施形式，半导体本体的朝向载体的侧具有n型传导的半导体材料。换言之，半导体本体的n型传导的区域朝向载体。因此，从背离载体的侧起，至少一个通孔从至少两个接触部位中的一个穿过有源区域延伸到n型传导的半导体材料。在此，通孔能够环形地由半导体本体的半导体材料包围。
附图说明
接下来，根据实施例和所属的附图详细阐明在此描述的发光二极管芯片。
图1A、1B、1C、2、3和6示出在此描述的发光二极管芯片的实施例。
结合附图4A、4B、4C、4D、4E、5A、5B、5C、5D和5E详细阐述用于制造在此描述的发光二极管芯片的方法。
在附图中，相同的、同类的或起相同作用的元件设有相同的附图标记。附图和在附图中示出的元件的彼此间的大小比例不能够视为是合乎比例的。相反，为了更好的可示出性和/或为了更好的理解，可以夸大地示出各个元件。
具体实施方式
图1A示出在此描述的发光二极管芯片的一个实施例的示意剖面图。发光二极管芯片包括半导体本体1。半导体本体1具有p型传导区域11、n型传导区域12以及有源区域13，所述有源区域位于p型传导区域11和n型传导区域12之间。在有源区域13中，在发光二极管芯片工作时，产生例如在紫外辐射至红外辐射的波长范围内的电磁辐射。
此外，发光二极管芯片具有两个接触部位2a、2b，借助于所述两个接触部位将有源区域13从其p侧或从其n侧起电接触。在p型传导区域11和p型接触部位2a之间能够设置接触层14，所述接触层例如用于电流扩展。例如可能的是，接触层用透明的传导的氧化物（也称为TCO，transparent conductive oxide），例如ITO或ZNO构成。
如从图1A中可见，在此处描述的发光二极管芯片中优选将n型传导区域在其外面上进行粗糙化。也就是说，n型传导区域具有粗化部15。在此，粗化部15优选构造为，使得在有源区域中产生的电磁辐射在粗化部的棱面上折射。
粗化部15具有凹陷部15a和凸起部15b。粗化部优选具有最低1μm和最高2μm之间的深度。在此，深度例如是凹陷部15a的最低点和相邻凸起部15b的尖部之间的距离。粗化部的斜角优选为最低45°和最高60°之间。
此外，发光二极管芯片具有载体3。载体3在n型传导区域的设有粗化部15的外面上机械地固定在半导体本体1上。具有n型传导区域12的粗化部15的表面优选是从中剥离生长衬底9的表面（对此例如参见图4A）。
为了在载体3和半导体本体1之间进行机械的连接，连接机构4设置在两个元件之间。连接机构4例如通过辐射能穿透的粘结材料构成。连接机构4至少设置在粗化部15的凹陷部15a中。凸起部15b的尖部能够从连接机构4中伸出，并且然后与载体3直接接触。也就是说，连接机构优选与半导体本体1和载体3直接接触，并且半导体本体1能够在n型传导区域12的朝向载体的上侧上与载体3直接接触。
连接机构4、即例如粘结材料例如通过旋涂施加，这实现连接机构的分布的特别高的均匀性。以这种方式，具有连接机构4的层例如基本上没有夹带空气。
在图1A的实施例中，载体例如是辐射能穿透的、透明的、用a平面蓝宝石构成或由a平面蓝宝石组成的载体。因此，连接机构优选是透明的粘结材料。
结合图1B详细地阐述在此描述的发光二极管芯片的另一实施例。不同于图1A的实施例，载体3在其空出的外面上具有反射辐射的层7，所述反射辐射的层例如通过载体的介电覆层构成。在有源区域13中产生的、透入到载体3中的电磁辐射，从所述层中沿朝向半导体本体1的方向反射。这样产生表面发射器，其中几乎所有由发光二极管芯片在工作时发射的电磁辐射穿过半导体本体1的背离载体3的上侧射出。
结合图1C详细地阐述在此描述的发光二极管芯片的另一实施例。在所述实施例中，半导体本体1具有通孔8，所述通孔从半导体本体1的背离载体3的上侧延伸到n型传导区域12，其中通孔8不仅穿过p型传导区域11而且也穿过有源区域13。通孔8例如能够通过在半导体本体中的孔构成，所述孔在其侧面上用电绝缘的材料覆层。然后，剩余的孔用导电的材料，例如导电的粘结材料或金属填充，所述导电的材料与n型接触部位2b导电地连接。
结合图2详细地阐述在此描述的发光二极管芯片的又一实施例。不同于图1A至图1C的实施例，载体在此在其朝向半导体本体1的侧上具有用于反射的层31。用于反射的层31能够构成为是介电的和/或金属的。例如，在此能够是包含银或由银组成的层。当前，反射的层31不处于电场中，因为发光二极管芯片仅从其背离载体3的侧起经由接触部位2a、2b通电。有利地，在此得出，能够使用例如银的在湿度作用下倾向于电子迁移的金属，而没有在对发光二极管芯片产生危害。这样得出有利的表面发射器，其中在工作时由发光二极管芯片发射的大部分辐射通过半导体本体1的背离载体3的上侧耦合输出。
结合图3，根据示意剖面图详细阐述在此描述的发光二极管芯片的又一实施例。在所述实施例中，载体3构成为是散射光的。为此，载体3例如由陶瓷材料、例如烧结的Al2O3构成。连接机构4能够构成为是辐射能穿透的或散射辐射的。
在此，辐射散射在载体3上无损耗地进行，这实现下述发光二极管芯片，所述发光二极管主要通过半导体本体1的其背离载体3的上侧发射，其中在载体3上没有出现反射损耗。
结合图4A至4E的示意剖面图详细阐述用于制造在此描述的发光二极管芯片的第一方法。
在第一方法步骤，图4A中，例如在晶圆复合物中提供发光二极管，其中半导体本体1还施加到生长衬底9上，半导体本体1的半导体层外延地沉积在所述生长衬底上。发光二极管芯片已交付使用地接触。
在下一方法步骤，图4B中，发光二极管芯片借助于例如粘结材料的另一连接机构与中间载体5连接。中间载体5选择为，使得其为生长衬底9的剥离提供足够的稳定性。
在下一方法步骤，图4C中，生长衬底9例如借助于激光剥离法从半导体本体1中剥离。同时或随后，在n型传导区域12的朝向原本存在的生长衬底9的侧上能够产生粗化部15。例如，借助于蚀刻（例如用热的KOH）产生粗化部。
在另一方法步骤，图4D中，载体3借助于连接机构4与半导体本体1连接。
在最终的方法步骤，图4E中，将中间载体5移除，并且能够将晶圆复合物分割为单独的发光二极管芯片。
结合图5A、5B、5C、5D和5E阐述用于在此描述的发光二极管芯片的替选的制造方法。
在制造方法的该变型方案中，首先提供包括生长衬底9、n型传导区域12、有源区域13和p型传导区域11的发光二极管芯片结构。所述结构例如能够存在于晶圆复合物中。将中间载体5借助于当前例如是焊剂的另一连接机构6施加到所述结构上，见图5A。
在下一方法步骤，图5B中，将生长衬底例如借助于激光剥离法来剥离，并且在半导体本体1的n型传导区域12的背离中间载体5的侧上制造粗化部15。
在下一方法步骤，图5C中，借助于连接机构4进行所述结构与载体3的连接。
紧接着，见图5D，将中间载体5移除。
在最终的方法步骤，图5E中，通过施加接触部位2A、2B和可能的接触层14进行电接触以及分割成单独的发光二极管芯片。
根据图6，借助于示意剖面图详细阐述在此描述的发光二极管芯片的又一实施例。例如不同于图2的实施例，发光二极管芯片包括多个半导体本体1。半导体本体2彼此相邻地设置在载体3上。在此，载体3的实施形式能够如在图1A、1B、1C、2或3中所示出的那样来选择。
当前，相邻的半导体本体1是相互串联的。例如，所有半导体本体1串联。为此，将相邻的半导体本体的不同名的接触部位2a、2b借助于连接层21导电地彼此连接。连接层21例如由金属或透明的传导的氧化物构成。例如，连接层21由与接触部位2a、2b相同的材料构成。
因此连接层21不能够将相应的半导体本体在其相应的有源区域13上短路，而在半导体本体和连接层之间分别设置有钝化层20。钝化层20例如能够通过由二氧化硅制成的层构成。
总的来说，以这种方式能够实现具有多个像素的发光二极管芯片。当前，发光二极管芯片构成为能够用例如大于8V的电压驱动的高压发光二极管芯片。
本专利申请要求要求德国专利申请102010036180.1的优先权，其公开内容在此以参引的方式并入本文。
本发明不限于根据实施例进行的描述。相反，本发明包括每个新的特征以及特征的任意组合，这特别是包括在权利要求中的特征的任意组合，即使所述特征或所述组本身在权利要求中或实施例中没有明确的说明。
Claims (13)
1.发光二极管芯片，具有
-半导体本体（1），所述半导体本体包括产生辐射的有源区域（13），
-用于电接触所述有源区域的至少两个接触部位（2a，2b），
-载体（3），以及
-连接机构（4），所述连接机构设置在所述载体（3）和所述半导体本体（1）之间，其中
-所述半导体本体（1）在其朝向载体（3）的外面上具有粗化部（15），
-所述半导体本体（1）借助于所述连接机构（4）与所述载体（3）机械地连接，
-所述连接机构（4）局部地与所述半导体本体（1）和所述载体（3）直接接触，并且
-所述至少两个接触部位（2a，2b）设置在所述半导体本体（1）的背离所述载体（3）的上侧上。
2.根据前一项权利要求所述的发光二极管芯片，其中
-所述载体（3）是辐射能穿透的，
-所述载体（3）的朝向所述半导体本体（1）的所述上侧是蓝宝石A平面，
-所述连接机构（4）是电绝缘的粘结材料，
-所述连接机构（4）是辐射能穿透的，
-所述半导体本体（1）局部地与所述载体（3）直接接触，并且
-所述粗化部（15）具有凸起部（15b）和凹陷部（15a），其中所述连接机构（4）至少局部地设置在所述凹陷部（15a）中，并且所述凸起部（15b）的尖部局部地没有连接机构（4）。
3.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，
其中
-所述连接机构（4）是电绝缘的粘结材料，
-所述连接机构（4）是辐射能穿透的，
-所述半导体本体（1）局部地与所述载体（3）直接接触，并且
-所述粗化部（15）具有凸起部（15b）和凹陷部（15a），其中所述连接机构（4）至少局部地设置在凹陷部（15a）中，并且所述凸起部（15b）的尖部局部地没有连接机构（4）。
4.根据前述权利要求之一所述的发光二极管芯片，其中所述载体（3）是辐射能穿透的并且。
5.根据前述权利要求之一所述的发光二极管芯片，其中所述载体（3）的朝向所述半导体本体（1）的所述上侧是蓝宝石A平面。
6.根据前述权利要求之一所述的发光二极管芯片，其中所述载体（3）是反射辐射的。
7.根据前述权利要求之一所述的发光二极管芯片，其中所述载体（3）在其朝向所述半导体本体（1）的上侧上具有用于反射的层（31），所述用于反射的层为了反射在所述有源区域（13）中产生的电磁辐射而构造为是反射的。
8.根据前述权利要求之一所述的发光二极管芯片，其中所述载体（3）用金属材料构成。
9.根据前述权利要求之一所述的发光二极管芯片，其中所述载体（3）构造为是散射辐射的。
10.根据前述权利要求之一所述的发光二极管芯片，其中所述载体（3）用陶瓷材料构成。
11.根据前述权利要求之一所述的发光二极管芯片，其中所述载体（3）的外面的不由所述半导体本体（1）覆盖的区域由其他的反射辐射的层（7）覆盖，其中所述反射辐射的层（7）为了反射在所述有源区域（13）中产生的电磁辐射而构造为是反射的。
12.根据前述权利要求之一所述的发光二极管芯片，具有至少两个半导体本体（1），其中每个半导体本体包括产生辐射的有源区域（13），并且所述半导体本体彼此并联和/或彼此串联。
13.根据前述权利要求之一所述的发光二极管芯片，其中所述半导体本体（1）的朝向所述载体（3）的侧包括n型传导半导体材料（12），并且从背离所述载体（3）的侧起使至少一个通孔（8）从所述至少两个接触部位中的一个（2b）中穿过所述有源区域（13）延伸到所述n型传导半导体材料（12）。
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