CN103180975A - 半导体发光二极管芯片、发光器件及其制造方法 - Google Patents

半导体发光二极管芯片、发光器件及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103180975A
CN103180975A CN2011800512818A CN201180051281A CN103180975A CN 103180975 A CN103180975 A CN 103180975A CN 2011800512818 A CN2011800512818 A CN 2011800512818A CN 201180051281 A CN201180051281 A CN 201180051281A CN 103180975 A CN103180975 A CN 103180975A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
light
semiconductor
reflective coating
metallic reflective
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011800512818A
Other languages
English (en)
Inventor
蔡昇完
金台勋
李守烈
李进馥
金真焕
李承宰
金甫耕
李锺昊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Priority claimed from PCT/KR2011/006505 external-priority patent/WO2012030185A2/ko
Publication of CN103180975A publication Critical patent/CN103180975A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/44—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
    • H01L33/46—Reflective coating, e.g. dielectric Bragg reflector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/10—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • H01L33/60—Reflective elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/49105—Connecting at different heights
    • H01L2224/49107—Connecting at different heights on the semiconductor or solid-state body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/0132—Binary Alloys
    • H01L2924/01322—Eutectic Alloys, i.e. obtained by a liquid transforming into two solid phases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204—Optical Diode
    • H01L2924/12041—LED
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204—Optical Diode
    • H01L2924/12042—LASER
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151—Die mounting substrate
    • H01L2924/156—Material
    • H01L2924/15786—Material with a principal constituent of the material being a non metallic, non metalloid inorganic material
    • H01L2924/15788—Glasses, e.g. amorphous oxides, nitrides or fluorides

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

本发明的一个方面提供了一种半导体发光二极管芯片和一种半导体发光器件。所述半导体发光二极管芯片包括：透光衬底；以及在所述透光衬底的上表面上顺序地形成的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层。所述半导体发光器件包括：后反射型叠层，其形成在透光衬底的下表面上并且具有辅助光学层和金属反射层，所述辅助光学层由具有预定折射率的材料制成，所述金属反射层形成在所述辅助光学层的下表面上；接合金属层，其设置在所述后反射型叠层的下表面上并且由共晶金属制成；以及接合叠层，其具有被形成为防止所述接合金属层与所述金属反射层之间的元素扩散的扩散屏障。

Description

半导体发光二极管芯片、发光器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体发光二极管芯片、发光器件及其制造方法。
背景技术
发光二极管（LED），一种将电能转换为光能的半导体器件，是由化合物半导体材料制成的，该化合物半导体材料根据能带隙而发出具有特定波长的光。LED的应用已经从光学通信和显示器（例如，移动设备显示器）、计算机监视器和平面光源（例如，用于LCD的背光单元（BLU））扩展到普通的照明装置。
在LED的各个应用领域中，需要一些散热方法来管理LED的高发热量。特别地，在增加了施加在单个LED上的电流作为减少LED使用数量的方法的情况下，解决发热量增加的问题成为关键问题。
为了散热，会将巨大的散热板等安装在模块上的LED外侧以通过强制对流进行冷却。然而，附加额外的元件会增加产品的体积，从而增加产品的成本。
同时，组成LED的半导体层的折射率会大于环境大气、包封材料或衬底的折射率，从而使得决定发出光的入射角范围的临界角减小，结果，由有源层产生的光的相当一部分会被全内反射，从而在不期望的方向上传播或者在全反射过程中损失，从而降低了光提取效率。因此，需要一种通过增加在期望的方向上传播的光的量来提高实质亮度的方法。
发明内容
在现有技术中，需要一种方法来有效改进半导体发光二极管（LED）芯片与该半导体LED芯片所接合到的元件之间的界面中的热阻。此外，需要一种利用优秀反射结构来保证高等级反射率的方法，以便提高LED芯片的亮度。
根据本发明的一个方面，提供了一种半导体发光二极管（LED）芯片，包括：半导体发光二极管单元，其包括透光衬底以及在所述透光衬底的上表面上顺序地形成的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层；后反射叠层，其包括辅助光学层和金属反射膜，所述辅助光学层形成在所述透光衬底的下表面上并且由具有预定折射率的材料制成，所述金属反射膜形成在所述辅助光学层的下表面上；以及接合叠层，其设置在所述后反射叠层的下表面上并且包括接合金属层和防扩散膜，所述接合金属层由共晶（eutectic）金属材料制成，所述防扩散膜被形成为防止所述接合金属层与所述金属反射膜之间的元素扩散。
所述接合金属层的共晶金属材料可以包括金（Au）、银（Ag）和锡（Sn）当中的至少一种。所述接合金属层的共晶金属材料可以包括Au-Sn。
所述金属反射膜可以包括铝（Al）、银（Ag）或它们的混合物。所述防扩散膜可以包括从以下材料当中选择的材料：铬（Cr）、金（Au）、TiW、TiN以及它们的组合。
所述辅助光学层可以由包括从以下组所选的元素的氧化物或氮化物制成，所述组包括：硅（Si）、锆（Zr）、钽（Ta）、钛（Ti）、铟（In）、锡（Sn）、镁（Mg）和铝（Al）。
所述辅助光学层可以具有分布布拉格反射器（DBR）结构，在该结构中交替地层叠了具有不同折射率的两种电介质薄膜。所述两种电介质薄膜可以分别由包括从以下组所选的元素的氧化物或氮化物制成，所述组包括：硅（Si）、锆（Zr）、钽（Ta）、钛（Ti）、铟（In）、锡（Sn）、镁（Mg）和铝（Al）。
根据本发明的另一方面，提供了一种半导体发光器件，所述半导体发光器件包括半导体发光二极管（LED）芯片和支撑半导体LED芯片的支撑件，其中，所述半导体LED芯片包括：半导体发光二极管单元，其包括透光衬底以及在所述透光衬底的上表面上顺序地形成的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层；后反射叠层，其包括辅助光学层和金属反射膜，所述辅助光学层形成在所述透光衬底的下表面上并且由具有预定折射率的材料制成，所述金属反射膜形成在所述辅助光学层的下表面上；以及接合叠层，其设置在所述后反射叠层的下表面上并且包括接合金属层和防扩散膜，所述接合金属层具有熔接到所述支撑件的界面并且由共晶金属材料制成，所述防扩散膜被形成为防止所述接合金属层与所述金属反射膜之间的元素扩散。
根据本发明的另一个方面，提供了一种制造半导体发光二极管（LED）芯片的方法，所述方法包括步骤：制备透光晶圆和半导体叠层，所述半导体叠层包括顺序地形成在所述透光晶圆的上表面上的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层；在所述半导体叠层上提供支撑衬底；打磨所述透光晶圆的下表面以减小所述透光晶圆的厚度；用激光束照射以形成裂缝，从而允许将所述透光晶圆和所述半导体叠层分成各器件单元；在用激光束照射之后，在所述透光晶圆的下表面上形成金属反射膜；以及利用所述裂缝来分离所述透光晶圆和所述半导体叠层。
前述的技术方案没有完全列举本发明的全部特征。
通过下面结合附图的本发明详细描述，本发明的前述和其他目的、特征、方面和优点将更加清楚。
附图说明
提供从下面结合附图的详细描述，将更清楚地理解本发明的上述和其他方面、特征以及其他优点，附图中：
图1是示出根据本发明一个实施例的半导体发光二极管（LED）芯片的截面图；
图2是曲线图，其示出了在本发明实施例所采用的后反射层中，根据由SiO2制成的辅助光学层的厚度的反射率变化；
图3是曲线图，其示出了根据本发明一个实施例的优选用作接合金属层的Au-Sn与硅接合树脂的导热率之间的对比；
图4是示出根据本发明另一个实施例的半导体发光二极管（LED）芯片的截面图；
图5是示出采用图4所示半导体LED芯片的发光器件的视图；
图6是曲线图，其示出了反射率相对于仅包括分布布拉格反射器（DBR）的反射结构的入射角的变化；
图7是曲线图，其示出了反射率相对于包括分布布拉格反射器（DBR）加上金属反射膜（Al）的反射结构的入射角的变化；以及
图8和图9是顺序地示出根据本发明实施例的制造LED芯片的方法实例的工艺的截面图。
具体实施方式
将结合附图详细描述本发明的实施例。
图1是示出根据本发明一个实施例的半导体发光二极管（LED）芯片的截面图。
如图1所示，半导体LED芯片20包括LED结构10，LED结构10包括顺序地形成在衬底11上的n型半导体层12、有源层15和p型半导体层16。
衬底11可以是透光衬底（例如，蓝宝石衬底）。n型半导体层12、有源层15和p型半导体层16可以是氮化物半导体层。
在n型半导体层12的上表面的通过台面蚀刻而露出的区域中形成n侧电极19a，并且在p型半导体层16的上表面上顺序地形成透明电极层17和p侧电极19b。有源层15可以具有多量子阱（MQW）结构，其包括多个量子势垒层和多个量子阱层。
在本实施例中，后反射叠层BR形成在透光衬底11的下表面上并且用于将进入衬底的光的路径改变成所期望的方向（即，其中设置了外延层的方向）。
如图1所示，后反射叠层BR可以包括由具有预定折射率的材料制成的辅助光学层23以及形成在辅助光学层23的下表面上的金属反射膜25。
在本实施例中所采用的辅助光学层23可以由具有预定折射率并且透光的材料制成。例如，辅助光学层23可以由包括从以下组所选的元素的氧化物或氮化物制成，所述组包括：硅（Si）、锆（Zr）、钽（Ta）、钛（Ti）、铟（In）、锡（Sn）、镁（Mg）和铝（Al）。同时，金属反射膜25可以由铝（Al）、银（Ag）或它们的混合物制成。
通过采用这种反射结构，即，在金属反射膜25之前在光的入射方向上形成具有预定折射率的电介质层，可以增加反射率。这将参考表1和图2详细描述。
图2是曲线图，其示出了在包括顺序地形成在蓝宝石衬底下表面上的辅助光学层和厚度为的金属反射膜（例如，铝膜）的构造中，根据作为辅助光学层的SiO2膜的厚度，反射率相对于入射角的不同测量值。下面的表1基于图2所示的相对于入射角的反射率示出了根据SiO2膜的厚度变化而产生的平均反射率的结果。
[表1]
Figure BDA00003095434200051
如表1和图2所示，可以看出，当在金属反射膜与衬底之间插入反射率层（即，辅助光学层）时，反射率整体提高。同样，当反射率的厚度大约
Figure BDA00003095434200052
时，通常获得90%或以上的反射率。
可以看出，在蓝宝石衬底的情况下，当只使用由铝制成的金属反射膜时，反射率约88.14%，但是当在铝层与蓝宝石衬底之间插入厚度约的SiO2层时，反射率增加到约93.36%。
按照这种方式，与单独使用金属反射膜的情况相比，本实施例提出的后反射结构BR提供了更高等级的反射率，从而有效地使亮度实质增加。
另外，根据本实施例的半导体LED芯片20包括接合叠层AD，该接合叠层形成在后反射结构BR的下表面上。
接合叠层AD包括由共晶金属材料制成的接合金属层27和被形成为防止接合金属层27与金属反射膜25之间的元素扩散的防扩散膜29。
接合金属层27的共晶金属材料可以包括金（Au）、银（Ag）和锡（Sn）中的至少一种。优选的是，接合金属层27的共晶金属材料可以包括Au-Sn。
在分析LED10的内热阻分布的情况下，芯片与封装件之间的界面可以被认为是在很大程度上主导散热效率的部分。通过使用共晶合金而不是使用普通接合树脂（例如，硅树脂），可以实现低热阻的界面。
如图3所示，Au-Sn共晶金属相对于硅树脂具有较高的导热率，所以LED芯片20产生的热量可以通过与封装件接触的共晶接合界面有效地消散。
由共晶金属制成的接合金属层27的组成元素会扩散到相邻的金属反射膜25中（例如，Sn根据温度和电场而扩散），从而使得反射特性劣化。防扩散膜29用于防止由于不期望的扩散而造成的反射特性的损失。防扩散膜29可以由从以下组所选的材料制成，所述组包括：铬（Cr）、金（Au）、TiW、TiN以及它们的组合。
图4是示出根据本发明另一个实施例的半导体发光二极管（LED）芯片的截面图。
如图4所示，半导体LED芯片50包括LED结构40，LED结构40包括顺序地形成在衬底41上的n型半导体层42、有源层45和p型半导体层46。
衬底41可以是透光衬底（例如，蓝宝石衬底）。n型半导体层42、有源层45和p型半导体层46可以是氮化物半导体层。
与图1所示的构造类似的是，在n型半导体层42的上表面的通过台面蚀刻露出的区域中形成n侧电极49a，并且在p型半导体层46的上表面上顺序地形成透明电极层47和p侧电极49b。有源层45可以具有多量子阱（MQW）结构，其包括多个量子势垒层和多个量子阱层。
如图4所示，半导体LED芯片50包括具有辅助光学层53和金属反射膜55的后反射叠层BR，辅助光学层53由具有预定折射率的材料制成，金属反射膜55形成在辅助光学层53的下表面上。
与图1所示的实施例不同的是，在本实施例中采用的辅助光学层53可以具有DBR结构，在该结构中交替地层叠了具有不同折射率的两种电介质薄膜53a和53b。这两种电介质薄膜53a和53b可以由包括从以下组所选的元素的氧化物或氮化物制成，所述组包括：硅（Si）、锆（Zr）、钽（Ta）、钛（Ti）、铟（In）、锡（Sn）、镁（Mg）和铝（Al）。
在本实施例中采用的具有电介质DBR结构的辅助光学层53自身可以具有90%或以上或者甚至95%或以上的高反射率。
根据本实施例的半导体LED芯片50可以包括形成在后反射结构BR的下表面上的接合叠层AD。接合叠层AD可以包括由共晶金属材料制成的接合金属层57和被形成为防止接合金属层57与金属反射膜55之间的元素扩散的防扩散膜59。
接合金属层57的共晶金属材料可以包括金（Au）、银（Ag）和锡（Sn）中的至少一种。优选的是，接合金属层57的共晶金属材料可以包括Au-Sn。
防扩散膜59用于防止由于接合金属层57的组成元素的不期望扩散而造成的反射特性的损失。防扩散膜59可以由从以下组所选的材料制成，所述组包括：铬（Cr）、金（Au）、TiW、TiN以及它们的组合。
图5是示出采用如图4所示的半导体LED芯片的发光器件的视图。
参考图5，半导体发光器件60包括如图4所示的LED芯片50和支撑件61。
在本实施例中采用的支撑件61的结构可以包括用于连接外部电路的引线框62a和62b。相应的引线框62a和62b可以分别通过例如导线65a和65b等装置与LED芯片50电连接。
在本实施例中，LED芯片50可以通过熔接剂65与支撑件61接合。如上文所述，因为通过在芯片50与封装件（即，本实施例中的“支撑件”）之间的界面上使用由共晶金属材料制成的接合金属层57来降低热阻，而该界面在很大程度上主导散热效率，所以可以有效地消散LED芯片50产生的热量H。
散热效率的提高可以有利地用在散热功能尤为重要的高输出半导体发光器件中。
已知在图4所示的实施例中采用的辅助光学层53具有高等级的反射率，但是它的局限性在于，除非与由具有高等级反射率的银（Ag）、铝（Al）等制成的金属反射膜一起使用，否则单独使用时不会获得优秀的反射特性。下面，将通过两种实验性实例来详细描述相关内容，即，DBR与金属反射膜的组合效果。
<实验性实例1：DBR+金属反射膜的效果>
为了确认在本实施例中采用的DBR与金属反射膜组合的反射特性提高的效果，首先，通过交替地沉积24层SiO2薄膜和24层Si3N4薄膜（总共48层）来制造两个DBR反射结构。
在两个DBR结构中的一个结构的一个表面上额外地沉积铝金属反射膜。基于入射角，通过反射率相对于各个波长的等级来测量DBR结构的反射特性和DBR与金属反射结构的组合的反射特性，图6和图7示出了测量结果。
如图6和图7所示，当入射角较小（大约50°或以下）时没有明显差异，但是当入射角较大时，在仅使用DBR结构的情况下，反射率相对于波长带大幅变化，使得反射率在等于或大于440nm的波长带上大幅降低，而在DBR与Al反射膜（Al）组合的情况下（图7），基于入射角，在整体上保持高等级的反射率而没有大幅变化。
因此，可以看出，当金属反射膜与DBR结构组合时，基于波长和入射角的反射率变化减小，从而与单独使用DBR结构的情况相比，在整体上获得优秀的反射特性。
<实验性实例2：DBR+金属反射膜的组合的效果>
如上文所述，即使当直接应用防扩散膜59或共晶金属层57而没有由诸如铝（Al）或银（Ag）等具有高等级反射率的材料制成的金属反射膜55时，也不能获得所希望的反射特性，并且可以通过下面的示例性实例和比较实例来确认这种效果。
（示例性实例）
首先，在氮化物LED的蓝宝石衬底的下表面（包括倾斜表面）上形成与实验性实例1相同的DBR结构，并且沉积Al金属反射膜。另外，形成Ti/Au防扩散膜和Au-Sn接合金属层作为接合叠层。
使用接合金属层将这样制成的LED芯片接合到次安装硅衬底（silicon submount substrate）上，从而制成具有类似于图5所示结构的发光器件。
（比较实例）
在另一个实例中，除了在DBR结构上形成Ti/Au而不是沉积Al金属反射膜以外，按照类似于示例性实例的方式制成氮化物半导体发光器件芯片，随后使用Au-Sn接合金属层将LED芯片接合到次安装硅衬底上，从而制成发白光器件。
测量了根据示例性实例和根据比较实例的诸如色温、颜色坐标（或色度）之类的光学特性以及发光器件的光通量。下面的表2示出了测量结果。
[表2]
如表2所示，示例性实例和比较实例的颜色特性（例如色温或颜色坐标）相似或相同，但是示例性实例的光通量为104.9lm，而比较实例的光通量为94.2lm，显示出在相同条件下存在大约10%的差异。
这种差异被认为来自于将用作防扩散膜的普通金属层而不是例如Al等具有高等级反射率的金属反射膜接合到DBR结构后表面。因此，如上文所述，可以确定DBR与具有高等级反射率的金属反射膜的组合的结构在实际的封装结构中也保证了高光通量。
本发明的第三方面提供了一种制造半导体LED芯片的方法。
图8和图9是顺序地示出根据本发明一个实施例的制造LED芯片的方法实例的主要工艺的横截面图。
参考图8中的（a），按照根据本发明一个实施例的制造LED芯片的方法，首先，制备透光晶圆101，并且在透光晶圆101的上表面上顺序地形成半导体叠层SL。
透光晶圆101可以是蓝宝石晶圆。半导体叠层SL包括顺序地形成在透光晶圆101上的第一导电类型半导体层102、有源层105和第二导电类型半导体层106。第一和第二导电类型可以分别是不相同的n型和p型中的任一类型。例如，第一导电类型半导体层102可以是n型半导体层，而第二导电类型半导体层106可以是p型半导体层。
虽然在图8中没有详细示出，但是半导体叠层SL可以具有各个器件单元的通过台面蚀刻而露出的第一导电类型半导体层区域。此外，在各个器件单元的第一导电类型半导体层和第二导电类型半导体层的露出的区域上分别形成第一和第二电极。
然后，如图8中的（b）所示，可以在半导体叠层SL上提供支撑衬底111。
支撑衬底111可以是玻璃衬底，但是本发明不限于此。优选的是，可以使用可固化接合树脂113将支撑衬底111接合在半导体叠层SL上。
下面详细描述在具体实例中采用的接合工艺。通过例如旋涂等工艺将热固性接合树脂涂布在半导体叠层SL上，然后将由吸收光能并使其转换为热的材料制成的光-热转换层附着在支撑衬底的接合目标表面上。随后，将其上附着有光-热转换层的支撑衬底接合到涂布有热固性接合树脂的表面，然后向其照射UV以固化热固性接合树脂，从而使支撑衬底111与半导体叠层SL接合。
此后，如图8中的（c）所示，具有大厚度t1的透光晶圆101被打磨到较小厚度t2。在使用蓝宝石衬底作为透光晶圆101的情况下，蓝宝石衬底具有600μm或更大的相对较大的厚度，所以其被打磨到150μm或更小的厚度。虽然蓝宝石衬底被打磨以具有较小的厚度，但是因为蓝宝石衬底被支撑衬底保持，所以在处理工艺中可以防止破碎等情况。
此后，如图8中的（d）所示，用激光束LB照射以形成裂缝CR，以便将透光晶圆101和半导体叠层SL分成器件单元。
可以执行在本实施例中使用的划线工艺，以便在例如晶圆等晶体中形成裂缝，而不是使用激光束形成物理槽。具体地说，可以使用具有相对较长波长（例如，大约800nm至1200nm的波长）的隐形激光（stealth laser）作为激光束LB。
可以预先准备用于吸收隐形激光的激光吸收区。激光吸收区可以由金属或合金制成。除此以外，可以使用能够吸收激光的任何材料，并且例如，激光吸收区可以由例如碳（C）、铜（Cu）、钛（Ti）等制成。
当从透光晶圆的下表面照射隐形激光时，在半导体叠层或衬底的与激光吸收区相对应的部分中会产生裂缝，激光吸收区定位在与下表面相对的表面上，然后利用裂缝（请参见图8中的（g））可以很容易地进行最终部件的分离工艺。
通过利用隐形激光LB形成切割裂缝的工艺，可以明显减少碎屑吸附到发光结构表面的问题，或者发光结构形成材料的晶体结构的变化的问题。
此外，因为该工艺的执行使得在内部产生裂缝而没有在透光晶圆的下表面上产生物理分离，如图8中的（e）所示，所以可以很容易地实现在透光晶圆下表面上沉积反射层等工艺。
参考图9中的（a），示出了在透光衬底上形成后反射叠层和接合叠层的工艺。
如上面参考图1所述，后反射叠层BR可以包括由具有预定折射率的材料制成的辅助光学层23和形成在辅助光学层23的下表面上的金属反射层25。在本实施例中采用的辅助光学层23可以由具有预定折射率并且透光的材料制成。例如，辅助光学层23可以由包括从以下组所选的元素的氧化物或氮化物制成，所述组包括：硅（Si）、锆（Zr）、钽（Ta）、钛（Ti）、铟（In）、锡（Sn）、镁（Mg）和铝（Al）。同时，金属反射膜25可以由铝（Al）、银（Ag）或它们的混合物制成。
此外，如上面参考图1所述，接合叠层AD包括由共晶金属材料制成的接合金属层27和被形成为防止接合金属层27与金属反射膜25之间的元素扩散的防扩散膜29。
接合金属层27的共晶金属材料可以包括金（Au）、银（Ag）和锡（Sn）中的至少一种。优选的是，接合金属层27的共晶金属材料可以包括Au-Sn。
因为根据本发明一个实施例的制造半导体LED芯片的方法在制造工艺（例如，将透光晶圆和半导体叠层分成各器件单元的工艺）方面具有独特的特征，所以该方法不限于后反射叠层和接合叠层。也就是说，只形成金属反射膜的情况也会被认为是在本发明的范围之内。
然后，如图9中的（b）所示，在照射激光束LB之后，可以另外执行去除支撑衬底111的操作。
如图所示，在去除支撑衬底111之前，可以将粘合带T附着在面向下方的半导体叠层的上表面上。在本实施例中，在图8中的（g）所示的分离工艺之前通过执行附着粘合带T的工艺，可以保证器件单元的分离工艺的容易执行。
此后，如图9中的（c）所示，利用裂缝CR将透光晶圆101和半导体叠层SL分成器件单元。
如上面参考图8中的（d）所述，通过预先制备的裂缝部分可以很容易地进行分离工艺。也就是说，当使用已知单元（例如，切割机等）在裂缝附近位置施加冲击时，裂缝会传播，从而将透光晶圆和半导体叠层分成各器件单元。在该工艺中，因为在图8中的（e）中制备的元件（例如，金属反射层等）以薄膜形式提供，所以它们在该切割工艺中也被分离。
按照这种方式，因为裂缝由长波长激光（例如，隐形激光）等产生并且用于切割工艺，所以与使用UV激光的划线工艺不同的是，在切割表面上不会产生在光学方面不利的碎屑。
如上文所述，根据本发明的实施例，通过将金属反射膜与辅助光学膜结合，可以保证高等级的反射效率并且可以在所期望的方向上增加实质亮度。此外，因为共晶合金接合层作为在接合至半导体LED芯片的元件的界面上所采用的接合元件，所以可以提高散热特性。
根据本发明的另一方面，可以很容易地在晶圆级制造采用反射膜结构的LED芯片。
虽然结合实施例示出并描述了本发明，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行修改和改变。

Claims (20)

1.一种半导体发光二极管芯片，包括：
半导体发光二极管单元，其包括透光衬底以及在所述透光衬底的上表面上顺序地形成的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层；
后反射叠层，其包括辅助光学层和金属反射膜，所述辅助光学层形成在所述透光衬底的下表面上并且由具有预定折射率的材料制成，所述金属反射膜形成在所述辅助光学层的下表面上；以及
接合叠层，其设置在所述后反射叠层的下表面上并且包括接合金属层和防扩散膜，所述接合金属层由共晶金属材料制成，所述防扩散膜被形成为防止所述接合金属层与所述金属反射膜之间的元素扩散。
2.根据权利要求1所述的半导体发光二极管芯片，其中，所述接合金属层的共晶金属材料包括金（Au）、银（Ag）和锡（Sn）当中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的半导体发光二极管芯片，其中，所述接合金属层的共晶金属材料包括Au-Sn。
4.根据权利要求1所述的半导体发光二极管芯片，其中，所述金属反射膜包括铝（Al）、银（Ag）或它们的混合物。
5.根据权利要求1所述的半导体发光二极管芯片，其中，所述防扩散膜包括从以下材料当中选择的材料：铬（Cr）、金（Au）、TiW、TiN以及它们的组合。
6.根据权利要求1所述的半导体发光二极管芯片，其中，所述辅助光学层由包括从以下组所选的元素的氧化物或氮化物制成，所述组包括：硅（Si）、锆（Zr）、钽（Ta）、钛（Ti）、铟（In）、锡（Sn）、镁（Mg）和铝（Al）。
7.根据权利要求1所述的半导体发光二极管芯片，其中，所述辅助光学层具有分布布拉格反射器结构，在该结构中交替地层叠具有不同折射率的两种电介质薄膜。
8.根据权利要求7所述的半导体发光二极管芯片，其中，所述两种电介质薄膜分别由包括从以下组所选的元素的氧化物或氮化物制成，所述组包括：硅（Si）、锆（Zr）、钽（Ta）、钛（Ti）、铟（In）、锡（Sn）、镁（Mg）和铝（Al）。
9.一种半导体发光器件，其包括半导体发光二极管芯片和支撑所述半导体发光二极管芯片的支撑件，
其中，所述半导体发光二极管芯片包括：
半导体发光二极管单元，其包括透光衬底以及在所述透光衬底的上表面上顺序地形成的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层；
后反射叠层，其包括辅助光学层和金属反射膜，所述辅助光学层形成在所述透光衬底的下表面上并且由具有预定折射率的材料制成，所述金属反射膜形成在所述辅助光学层的下表面上；以及
接合叠层，其设置在所述后反射叠层的下表面上并且包括接合金属层和防扩散膜，所述接合金属层具有熔接到所述支撑件的界面并且由共晶金属材料制成，所述防扩散膜被形成为防止所述接合金属层与所述金属反射膜之间的元素扩散。
10.根据权利要求9所述的半导体发光器件，其中，所述接合金属层的共晶金属材料包括金（Au）、银（Ag）和锡（Sn）当中的至少一种。
11.根据权利要求10所述的半导体发光器件，其中，所述接合金属层的共晶金属材料包括Au-Sn。
12.根据权利要求9所述的半导体发光器件，其中，所述金属反射膜包括铝（Al）、银（Ag）或它们的混合物。
13.根据权利要求9所述的半导体发光器件，其中，所述防扩散膜包括从以下材料当中选择的材料：铬（Cr）、金（Au）、TiW、TiN以及它们的组合。
14.根据权利要求9所述的半导体发光器件，其中，所述辅助光学层由包括从以下组所选的元素的氧化物或氮化物制成，所述组包括：硅（Si）、锆（Zr）、钽（Ta）、钛（Ti）、铟（In）、锡（Sn）、镁（Mg）和铝（Al）。
15.根据权利要求9所述的半导体发光器件，其中，所述辅助光学层具有分布布拉格反射器结构，在该结构中交替地层叠具有不同折射率的两种电介质薄膜。
16.根据权利要求15所述的半导体发光器件，其中，所述两种电介质薄膜分别由包括从以下组所选的元素的氧化物或氮化物制成，所述组包括：硅（Si）、锆（Zr）、钽（Ta）、钛（Ti）、铟（In）、锡（Sn）、镁（Mg）和铝（Al）。
17.一种制造半导体发光二极管芯片的方法，所述方法包括步骤：
制备透光晶圆和半导体叠层，所述半导体叠层包括顺序地形成在所述透光晶圆的上表面上的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层；
在所述半导体叠层上提供支撑衬底；
打磨所述透光晶圆的下表面以减小所述透光晶圆的厚度；
用激光束照射以形成裂缝，从而允许将所述透光晶圆和所述半导体叠层分成器件单元；
在用激光束照射之后，在所述透光晶圆的下表面上形成金属反射膜；以及
利用所述裂缝来分离所述透光晶圆和所述半导体叠层。
18.根据权利要求17所述的方法，在用激光束照射与形成所述金属反射膜的步骤之间，还包括步骤：在所述透光晶圆的下表面上形成辅助光学层，所述辅助光学层由具有预定折射率的材料制成。
19.根据权利要求17所述的方法，在形成所述金属反射膜与分离所述透光晶圆和所述半导体叠层的步骤之间，还包括步骤：在所述金属反射膜上形成接合叠层，所述接合叠层包括接合金属层和防扩散膜，所述接合金属层由共晶金属材料制成，所述防扩散膜被形成为防止所述接合金属层与所述金属反射膜之间的元素扩散。
20.根据权利要求17所述的方法，在分离所述透光晶圆和所述半导体叠层的步骤之前，还包括步骤：从所述半导体叠层上去除所述支撑衬底。
CN2011800512818A 2010-09-01 2011-09-01 半导体发光二极管芯片、发光器件及其制造方法 Pending CN103180975A (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20100085705 2010-09-01
KR10-2010-0085705 2010-09-01
KR10-2011-0088613 2011-09-01
PCT/KR2011/006505 WO2012030185A2 (ko) 2010-09-01 2011-09-01 반도체 발광다이오드 칩, 발광장치 및 그 제조방법
KR1020110088613A KR20120024489A (ko) 2010-09-01 2011-09-01 반도체 발광다이오드 칩, 발광장치 및 그 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103180975A true CN103180975A (zh) 2013-06-26

Family

ID=46131439

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011800512818A Pending CN103180975A (zh) 2010-09-01 2011-09-01 半导体发光二极管芯片、发光器件及其制造方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20130240937A1 (zh)
KR (1) KR20120024489A (zh)
CN (1) CN103180975A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106415859A (zh) * 2014-06-03 2017-02-15 世迈克琉明有限公司 半导体发光元件及其制造方法
CN108134005A (zh) * 2017-12-13 2018-06-08 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管芯片及其制备方法
CN108376680A (zh) * 2017-01-31 2018-08-07 三星电子株式会社 Led器件和包括led器件的led灯
CN113826223A (zh) * 2021-06-25 2021-12-21 厦门三安光电有限公司 半导体发光元件、半导体发光器件及显示装置

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104681687B (zh) * 2013-12-03 2018-03-20 上海蓝光科技有限公司 一种发光二极管的反射层结构
JP6373109B2 (ja) * 2014-07-25 2018-08-15 株式会社ディスコ 光デバイスウェーハの加工方法
JP7125720B2 (ja) * 2017-03-28 2022-08-25 東芝マテリアル株式会社 半導体発光素子
KR20190022326A (ko) 2017-08-24 2019-03-06 서울바이오시스 주식회사 분포 브래그 반사기를 가지는 발광 다이오드
CN110230782B (zh) 2018-03-05 2021-08-10 通用电气照明解决方案有限公司 Led灯

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070290221A1 (en) * 2006-06-16 2007-12-20 Opto Tech Corporation Light emitting diode and manufacturing method of the same
KR20080017180A (ko) * 2006-08-21 2008-02-26 삼성전기주식회사 반도체 발광장치
CN101673798A (zh) * 2008-09-12 2010-03-17 日立电线株式会社 发光元件
EP2259345A1 (en) * 2008-03-26 2010-12-08 Panasonic Electric Works Co., Ltd Semiconductor light emitting element and illuminating apparatus using the same

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4814503B2 (ja) * 2004-09-14 2011-11-16 スタンレー電気株式会社 半導体素子とその製造方法、及び電子部品ユニット
JP4592388B2 (ja) * 2004-11-04 2010-12-01 シャープ株式会社 Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体発光素子およびその製造方法
JP2006269912A (ja) * 2005-03-25 2006-10-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd 発光素子及びその製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070290221A1 (en) * 2006-06-16 2007-12-20 Opto Tech Corporation Light emitting diode and manufacturing method of the same
KR20080017180A (ko) * 2006-08-21 2008-02-26 삼성전기주식회사 반도체 발광장치
EP2259345A1 (en) * 2008-03-26 2010-12-08 Panasonic Electric Works Co., Ltd Semiconductor light emitting element and illuminating apparatus using the same
CN101673798A (zh) * 2008-09-12 2010-03-17 日立电线株式会社 发光元件

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
S.J.CHANG等: "Nitride-Based LEDs With a Hybrid Al Mirror+TiO2/SiO2 DBR Backside Reflector", 《JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY》, vol. 26, no. 17, 1 September 2008 (2008-09-01), XP011241168, DOI: doi:10.1109/JLT.2008.923927 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106415859A (zh) * 2014-06-03 2017-02-15 世迈克琉明有限公司 半导体发光元件及其制造方法
CN106415859B (zh) * 2014-06-03 2018-09-25 世迈克琉明有限公司 半导体发光元件及其制造方法
CN108376680A (zh) * 2017-01-31 2018-08-07 三星电子株式会社 Led器件和包括led器件的led灯
CN108376680B (zh) * 2017-01-31 2023-04-28 三星电子株式会社 Led器件和包括led器件的led灯
CN108134005A (zh) * 2017-12-13 2018-06-08 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管芯片及其制备方法
CN108134005B (zh) * 2017-12-13 2023-12-22 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管芯片及其制备方法
CN113826223A (zh) * 2021-06-25 2021-12-21 厦门三安光电有限公司 半导体发光元件、半导体发光器件及显示装置
CN113826223B (zh) * 2021-06-25 2023-10-20 厦门三安光电有限公司 半导体发光元件、半导体发光器件及显示装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120024489A (ko) 2012-03-14
US20130240937A1 (en) 2013-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6530442B2 (ja) 反射構造を有する半導体発光ダイオードおよびその製造方法
CN103180975A (zh) 半导体发光二极管芯片、发光器件及其制造方法
JP6013555B2 (ja) 発光ダイオードチップ及びそれを製造する方法
US8686429B2 (en) LED structure with enhanced mirror reflectivity
US8487334B2 (en) Semiconductor light emitting diode chip and light emitting device using the same
JP4751897B2 (ja) 放熱基板を具えた発光ダイオード装置及びその製造方法
JP5750040B2 (ja) オプトエレクトロニクス半導体コンポーネント
TWI495164B (zh) 發光裝置
JP5615433B2 (ja) 発光素子、及び、発光素子の製造方法
US8748925B2 (en) Plate
TW201126211A (en) Improved high reflectivity mirrors and method for making same
JP5850036B2 (ja) 発光装置
CN103779464A (zh) 覆晶式发光二极管及其应用
US20140367708A1 (en) Light-emitting diode arrangement
TW201521225A (zh) 發光元件及其製造方法
JP2008199012A (ja) 透明ｌｅｄチップ
CN103035812A (zh) 基板
TWI575776B (zh) 具有高效率反射結構之發光元件
TW201308672A (zh) 光電元件及其製造方法
JP5745250B2 (ja) 発光デバイス
TWI605615B (zh) 發光元件
KR101762323B1 (ko) 발광 소자 패키지
CN102130251A (zh) 发光二极管及其制造方法
JP2011187724A (ja) 発光素子
KR20040081829A (ko) 발광 다이오드의 반사막 구조

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130626