CN105378948A - 切分发光器件的晶片 - Google Patents

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Abstract

一些实施例包括具有布置在n型区和p型区之间的发光层的III氮化物发光器件。玻璃层连接到III氮化物发光器件。波长转换层布置在III氮化物发光器件和玻璃层之间。玻璃层比III氮化物发光器件更窄。

Description

切分发光器件的晶片
技术领域
本发明涉及切分发光器件的晶片。
背景技术
包括发光二极管（LED）、谐振腔发光二极管（RCLED）、垂直腔激光二极管（VCSEL）和边缘发射激光器的半导体发光器件是当前可用的最高效光源。在能够跨可见光谱操作的高亮度发光器件的制造中当前感兴趣的材料系统包括III-V族半导体，特别是镓、铝、铟和氮的二元、三元和四元合金（还被称为III氮化物材料）。一般，通过经由金属有机化学气相沉积（MOCVD）、分子束外延（MBE）或其他外延技术在蓝宝石、碳化硅、III氮化物或其他适当衬底上外延生长不同构成和掺杂浓度的半导体层的堆叠来制造III氮化物发光器件。该堆叠通常包括在衬底之上形成的掺杂有例如Si的一个或多个n型层、在一个或多个n型层之上形成的有源区中的一个或多个发光层、以及在有源区之上形成的掺杂有例如Mg的一个或多个p型层。在n和p型区上形成电气接触件。
发明内容
本发明的目的是提供切分包括发光器件、波长转换层和透明层的晶片的方法。
一些实施例包括切分发光器件的晶片的方法。该晶片包括玻璃层、包含通过电介质分离的多个发光器件的发光器件层、以及布置在玻璃层和发光器件层之间的波长转换层。该方法包括利用金属结合的金刚石粗砂刀片在电介质区中锯切晶片。
一些实施例包括切分发光器件的晶片的方法。该晶片包括透明层、包含通过电介质分离的多个发光器件的发光器件层、以及布置在透明层和发光器件层之间的波长转换层。该方法包括在第一切割过程中切割晶片的厚度的第一部分和在第二切割过程中切割晶片的其余厚度。
一些实施例包括具有布置在n型区和p型区之间的发光层的III氮化物发光器件。玻璃层连接到III氮化物发光器件。波长转换层布置在III氮化物发光器件和玻璃层之间。在平行于III氮化物发光器件的顶表面的平面中，玻璃层具有比III氮化物发光器件更小的横向范围。
附图说明
图1图示了包括LED、波长转换层和透明层的晶片。
图2图示了LED的示例。
图3图示了在切分框架上布置的图1的晶片。
图4A图示了利用宽刀片部分锯切晶片。图4B图示了利用窄刀片锯穿图4A中的晶片的其余厚度。
图5A图示了利用宽刀片部分锯切晶片。图5B图示了利用剥离激光切穿图5A中的晶片的其余厚度。
图6A图示了利用窄刀片部分锯切晶片。图6B图示了将晶片倒装过来并且利用宽刀片锯穿图6A中的晶片的其余厚度。
图7A图示了利用剥离激光部分切割晶片。图7B图示了将晶片倒装过来并且利用宽刀片锯穿图7A中的晶片的其余厚度。
图8A图示了利用剥离激光部分切割晶片。图8B图示了将晶片倒装过来并且对图8A中的晶片的其余厚度进行刮划并使其断裂。
图9A图示了利用窄刀片部分锯切晶片。图9B图示了将晶片倒装过来并且对图9A中的晶片的其余厚度进行刮划并使其断裂。
具体实施方式
尽管在下面的示例中，半导体发光器件是发射蓝色或UV光的III氮化物LED，但是可以使用除LED之外的半导体发光器件，诸如激光二极管和由其他材料系统（诸如其它III-V材料、III磷化物、III砷化物、II-VI材料、ZnO或基于硅的材料）制成的半导体发光器件。
图1图示了III氮化物LED的晶片100的部分。多个LED10附连到波长转换层14和透明层16。在一些实施例中，波长转换层14布置在透明层16和LED10之间。
波长转换层14可以例如是波长转换颗粒，诸如布置在诸如硅树脂之类的透明材料中的粉末磷光体。波长转换层14可以是与LED10分离地形成而然后层压在LED10的晶片之上的柔性膜。
透明层16可以是例如玻璃层。在一些实施例中，透明层16可以包含其他非透明材料，诸如散射颗粒或波长转换颗粒。
诸如环氧树脂之类的电介质材料（阴影部分）12分离相邻LED10。可以在电介质材料中布置诸如反射颗粒之类的其他材料。
图2图示了单个LED10的一个示例。可以使用任何适当半导体发光器件并且本发明的实施例不限于图2中图示的器件。图2中图示的LED和图1中图示的晶片100的部分可以如下形成。如本领域已知的，在生长衬底20上生长半导体结构22。生长衬底通常是蓝宝石，但是可以是任何适当衬底，例如像SiC、Si、GaN或复合衬底。半导体结构22包括夹在n和p型区之间的发光或有源区。n型区24可以首先生长，并且可以包括不同构成和掺杂浓度的多个层，包括例如制备层（诸如缓冲层或成核层）和/或被设计为促进生长衬底的移除的层（其可以是n型或非有意掺杂的）和被设计用于使发光区高效发射光所期望的特定光学、材料或电气属性的n或甚至p型器件层。在n型区之上生长发光或有源区26。适当发光区的示例包括单个厚或薄的发光层，或包含通过阻挡层分离的多个薄或厚发光层的多个量子阱发光区。然后可以在发光区之上生长p型区28。与n型区24相同，p型区28可以包括不同构成、厚度和掺杂浓度的多个层，包括非有意掺杂的层或n型层。
在半导体结构的生长之后，在p型区28的表面上形成p接触件30。p接触件30通常包括多个传导层，诸如反射金属和可以防止或降低反射金属的电子迁移的防护金属。反射金属通常是银，但是可以使用一个或多个任何适当的材料。在形成p接触件30之后，移除部分的p接触件30、p型区28和有源区26以暴露在其上形成n接触件32的n型区24的部分。n和p接触件32和30通过间隙相互电气隔离，该间隙可以填充有电介质34（被示为阴影），诸如硅的氧化物或任何其它适当材料。可以形成多个n接触件过孔；n和p接触件32和30不限于图2中图示的布置。n和p接触件可以再分布以形成具有电介质/金属堆叠的结合垫，如本领域已知的那样。
厚金属垫36和38形成在n和p接触件上并且与n和p接触件电气连接。垫38与n接触件32电气连接。垫36与p接触件30电气连接。垫36和38通过间隙40相互电气隔离，该间隙40可以填充有电介质材料。间隙40可以在一些实施例中填充有与分离相邻LED10的相同电介质材料12，在一些实施例中填充有不同的固体材料或者在一些实施例中填充有空气。间隙40被示为阴影。垫38通过电介质34与p接触件30电气隔离，电介质34可以在p接触件30的部分之上延伸。垫36和38可以例如是金、铜、合金、或通过电镀或任何其它适当技术形成的任何其它适当材料。垫36和38在一些实施例中足够厚以支撑半导体结构22，使得可以移除生长衬底20。在该情况下，电介质材料12对隔离LED的晶片提供结构支撑。
多个单独的LED10形成在单个晶片上。在相邻LED10之间的区42中，如图2中图示的，通过蚀刻直到衬底20将半导体结构完全移除，或者将半导体结构蚀刻直到电气绝缘层。如上文参考图1描述的，在LED10之间的区域42中布置电介质材料12。电介质材料12可以在稍后的处理（诸如切分）期间机械地支撑和/或保护LED10的侧面。电介质材料12还可以形成以防止或减小从LED10的侧面逃离的光的量。电介质材料12可以例如是环氧树脂或任何其它适当材料，并且可以通过包括二次成型、旋转涂布或任何其他沉积技术的任何适当技术来形成。电介质材料12可以形成使得其在垫36和38（图2中未示出）的底部之上延伸。可以通过任何适当技术来移除垫36和38之上的过多材料，例如像微珠爆破。在一些实施例中，移除过多电介质材料12导致包括电介质材料12的底表面、材料40的底表面以及垫36和38的底表面的平面表面。然后可以通过图案化并且沉积延伸部36A和38A来延伸垫36和38，延伸部36A和38A在电介质材料12的水平下方延伸，如图2中图示的。
为了形成图1中图示的结构，从LED10的晶片移除生长衬底。可以例如通过激光熔化、蚀刻、机械技术（例如研磨）或任何其他适当技术来移除生长衬底。LED10的半导体结构22可以在移除生长衬底之后减薄，和/或可以使所暴露的顶表面粗糙化、纹理化或图案化，例如以改进从LED10的光提取。
波长转换层14连接到通过移除生长衬底所暴露的LED10的表面。例如，波长转换层14可以层压在LED10之上。
波长转换层14可以与LED10分离地形成。波长转换层吸收由LED发射的光并且发射一个或多个不同波长的光。由LED发射的未经转换的光通常是从结构提取的光的最终光谱的部分，尽管其不需要是这样。常见组合的示例包括与黄色发射波长转换材料组合的蓝色发射LED，与绿色和红色发射波长转换材料组合的蓝色发射LED，与蓝色和黄色发射波长转换材料组合的UV发射LED，以及与蓝色、绿色和红色发射波长转换材料组合的UV发射LED。可以添加发射其它颜色光的波长转换材料来定制从结构发射的光的光谱。
波长转换层是适当的透明材料，诸如加载有一个或多个波长转换材料（诸如常规磷光体、有机磷光体、量子点、有机半导体、II-VI或III-V半导体、II-VI或III-V半导体量子点或纳米晶体、染料、聚合物或发光的其它材料）的硅树脂或树脂。尽管下文的描述涉及硅树脂中的磷光体，但是可以使用一个或多个任何适当的波长转换材料和任何适当的透明材料。可以向波长转换膜添加非波长转换材料，例如以引起散射或更改该膜的折射率。
波长转换层可以在支撑膜的卷（roll）上形成。支撑膜可以例如是商业上可获得的聚合物，诸如以任何适当尺寸的四氟乙烯（ETFE）箔。为了形成波长转换层，将磷光体粉末与硅树脂或其它适当结合剂混合以形成悬浮液，并且在连续的过程中将悬浮液喷射或以其它方式沉积在支撑膜上到达预确定的厚度（假定连续分配卷）。在一个实施例中，使用YAG磷光体（黄色-绿色）。在另一实施例中，磷光体是混合的红色和绿色磷光体。可以与LED光结合使用磷光体的任何组合以做出任何颜色的光。磷光体的密度、层的厚度和磷光体的类型或磷光体的组合选择成使得由LED管芯和（多个）磷光体的组合发射的光具有目标白点或其它期望颜色。在一个实施例中，磷光体/硅树脂层将大约30-200微米厚。还可以在悬浮液中包括其它惰性无机颗粒，诸如光散射材料（例如二氧化硅、TiO2）。波长转换层可以在一些实施例中包括多个波长转换层，并且可以在一些实施例中包括非波长转换层。
然后干燥悬浮液，诸如通过红外灯或其它热源。可以针对其颜色转换来测试波长转换层并且使其匹配于特定LED管芯，从而生成某个范围的峰值波长。
为了在LED10之上层压波长转换层，可以在LED10上展开波长转换层。可以加热波长转换层14以软化它。可以在晶片的外围周围形成气密密封。产生真空以移除波长转换层14和LED10之间的其余空气。波长转换层14和LED10之间的空气可以通过波长转换层14中的小孔逃离。然后允许空气进入腔以对腔加压，从而将波长转换层14按压到LED10上。
可以使用除层压之外的任何其他适当技术来将波长转换层14附连到LED10。
然后将透明层16附连到波长转换层14。透明层16可以例如是通过适当粘合剂（诸如硅树脂）附连到波长转换层14的预形成的玻璃晶片。
图1中图示的晶片然后可以切分为单独的LED10或LED10的分组。在图3中，图1的结构布置在切分框架44中。在通过虚线指示的切分道46中，必须切分具有不同机械属性的三个不同材料：透明材料16，其通常是玻璃并且是硬和脆的；波长转换层14，其通常是中间分散有磷光体颗粒的基于硅树脂的层压层并且是软和接近粘性的，但是坚韧的；以及在LED10之间的电介质材料12，其通常是具有二氧化硅颗粒填充物的环氧树脂并且是脆的。
透明层16通常是晶片的最厚部分。电介质材料12可以在一些实施例中至少30微米厚，并且在一些实施例中不多于60微米厚；波长转换层14可以在一些实施例中至少50微米厚，并且在一些实施例中不多于100微米厚；透明材料16可以在一些实施例中至少100微米厚，并且在一些实施例中不多于300微米厚。
通常使用树脂结合的金刚石粗砂刀片来在机械锯上切分裸玻璃晶片。机械刀片切分依赖于磨耗。通过使用不同类型的结合材料以将指定尺寸的金刚石粗砂保持在一起来形成刀片。在切割期间，金刚石颗粒的新暴露的尖端抵靠晶片连续地刮划。在锯切期间，晶片在刀片上磨损。随着金刚石尖端变钝，金刚石钻头从刀片落下并且新钻头出现。通过锯切产生的磨耗碎片被带离到由从刀片落下的金刚石形成的囊中。玻璃对磨耗有抵抗力，所以暴露的金刚石尖端快速变钝。相应地，常规地利用具有软结合材料（例如树脂）的刀片来锯切玻璃，使得外部的大部分金刚石容易掉落，从而暴露新的金刚石以便维持刀片的切割能力。当锯切诸如玻璃之类的抗磨耗材料时，诸如金属之类的硬结合材料可以生成足够的热来熔化刀片。
由于刀片制造的限制，可能的最薄的树脂结合刀片是50-100微米宽，从而导致在晶片上使用这样的刀片时55-110微米的切口宽度。金属结合的刀片可以制造为15-20微米宽，从而导致20-25微米的切口宽度。图1中图示的每个晶片包括外延生长的半导体晶片。这样的晶片制造起来昂贵。相应地，保持切口宽度尽可能窄以降低昂贵的外延材料的浪费。常规的树脂结合刀片非优选用于切分图1中图示的晶片，因为切口宽度浪费大量外延材料，其可能增大制造LED的成本。
在本发明的实施例中，使用薄、金属结合的金刚石粗砂切分刀片来切分包括波长转换层的晶片，例如图1中图示的晶片。波长转换层中的波长转换颗粒（通常是磷光体颗粒）以及电介质材料12中的可选颗粒（例如SiO2填充物）的存在对刀片产生自锐效果，其维持磨耗水平。颗粒是硬的、众多的（例如在一些实施例中，层14和12的体积的50到60%）和大的（例如在一些实施例中，直径是10到50微米）。当金属结合的切分刀片以处理速度（在一些实施例中为30,000到50,000范围内的rpm）冲击这些颗粒时，通过晶片在刀片上的对抗磨耗在刀片的外层上引起基本上均匀的磨损。冲击足够强，使得刀片上的硬金属结合侵蚀，使得新的金刚石粗砂连续出现到刀片的表面，类似于修整准备。作为通过上述颗粒的过程中自锐的结果而新出现的刀片切割表面防止金刚石钝化并且使得能够利用金属结合的刀片切分玻璃层16。
可以在本发明的实施例中使用诸如常规用于Si晶片切分的那些之类的薄、金属结合的金刚石粗砂切分刀片。所使用的特定刀片可以取决于晶片中的上述刀片自锐颗粒的颗粒加载水平和颗粒尺寸的变化，其可以通过LED的意图应用来确定。将晶片放置在切分框架44上，其中LED10面向上以用于对齐，如图3中图示的那样。因为晶片可以对刀片产生磨损，所以切分可以包括以周期性间隔的刀片暴露检查步骤，例如在已经切割给定数量的道46之后。在刀片暴露检查步骤时，可以调节刀片的高度和/或切割深度以导致刀片上的磨损。
在一些实施例中，在多于一个切割步骤中切分图1中图示的晶片。在第一切割步骤中，切割晶片的厚度的第一部分。在第二切割步骤中，切割晶片的其余厚度。
表面剥离激光刮划和利用薄、金属结合的切分刀片的机械锯切被用来切分层12和14。可以将两个技术适配用于窄切口宽度，例如少于25微米。可以通过利用宽、树脂结合的刀片的机械锯切或者使用子表面激光刮划和管芯断裂单分来切分层16。下文描述这些切分技术的不同置换。
图4A和4B图示了与利用窄刀片的锯切组合的利用宽刀片的锯切。在图4A中，图1中图示的晶片布置在切分框架44上，其中透明层16面向上。使用宽、树脂结合的刀片来锯穿透明层16和波长转换层14的厚度的部分。图4A中图示的锯切过程产生宽开口48，其暴露波长转换层14的其余厚度和波长转换层14下方的材料12。在图4B中，使用薄金属结合的刀片来锯穿波长转换层14的其余厚度和材料12，以完成切分。图4B中的锯切在图4A中打开的切口48的底部处开始。在图4B中产生的开口50比在图4A中产生的开口48更窄。
图5A和5B图示了与激光剥离组合的利用宽刀片的锯切。在图5A中，图1中图示的晶片布置在切分框架44上，其中透明层16面向上。使用宽、树脂结合的刀片来锯穿透明层16和波长转换层14的厚度的部分。图5A中图示的锯切过程产生宽开口52，其暴露波长转换层14的其余厚度和波长转换层14下方的材料12。在图5B中，使用剥离激光来熔化波长转换层14的其余厚度和材料12，以完成切分。图5B中的剥离在图5A中打开的切口52的底部处开始。在图5B中产生的开口54比在图5A中产生的开口52更窄。
图6A和6B图示了与利用宽刀片的锯切组合的利用窄刀片的锯切，其中晶片在两个锯切过程之间倒装。在图6A中，图1中图示的晶片布置在切分框架44上，其中LED10面向上。使用窄、金属结合的刀片来锯穿LED10之间的材料12和波长转换层14的厚度的部分。图6A中图示的锯切过程产生窄开口56，其暴露波长转换层14的其余厚度和透明层16。在图6B中，倒装晶片并且将其布置在切分框架44上，其中透明层16面向上。使用宽树脂结合的刀片来锯穿波长转换层14的其余厚度和透明层16，以完成切分。在图6B中产生的开口58比在图6A中产生的开口56更宽。
图7A和7B图示了与利用宽刀片的锯切组合的激光剥离，其中晶片在两个过程之间倒装。在图7A中，图1中图示的晶片布置在切分框架44上，其中LED10面向上。使用激光剥离来熔穿在LED10之间的材料12和波长转换层14的厚度的全部或部分。图7A中图示的剥离过程产生窄开口60，其暴露波长转换层14的其余厚度和透明层16。在图7B中，倒装晶片并且将其布置在切分框架44上，其中透明层16面向上。使用宽树脂结合的刀片来锯穿波长转换层14的其余厚度和透明层16，以完成切分。在图7B中产生的开口62比在图7A中产生的开口60更窄。
在图4A、4B、5A、5B、6A、6B、7A和7B中描述的实施例中，利用宽、树脂结合的刀片来切分透明层16。宽、树脂结合的刀片产生大切口。相应地，在切分之后，在一些实施例中，透明层16比透明层16所附连到的LED10或LED10的分组更窄（在平行于LED10的顶表面的平面中）。例如，如图6B中图示的，透明层16的宽度600可以小于LED10的宽度602。换言之，在平行于LED10的顶表面的平面中，透明层16具有比LED10更小的横向范围。在平行于LED10的顶表面的多于一个平面中，透明层16可以具有比LED10更小的横向范围。
图8A和8B图示了与激光刮划和断裂组合的激光剥离，其中晶片在两个过程之间倒装。在图8A中，图1中图示的晶片布置在切分框架44上，其中LED10面向上。使用激光剥离来熔穿LED10之间的材料12和波长转换层14的厚度。在图8B中，倒装晶片并且将其布置在切分框架44上，其中透明层16面向上。使用表面下方刮划激光来产生透明层16的表面下方的机械损坏。最后，使用管芯断裂器来分离区域66（图中未示出）中的LED10，以完成切分。
图9A和9B图示了与激光刮划和断裂组合的利用窄、金属结合刀片的锯切，其中晶片在两个过程之间倒装。在图9A中，图1中图示的晶片布置在切分框架44上，其中LED10面向上。使用窄、金属结合的刀片来锯穿LED10之间的材料12和波长转换层14。图9A中图示的锯切过程产生窄开口68，其暴露透明层16。在图9B中，倒装晶片并且将其布置在切分框架44上，其中透明层16面向上。使用表面下方刮划激光来产生透明层16的表面下方的机械损坏。最后，使用管芯断裂器来分离区域70中的LED10，以完成切分。
已经详细描述了本发明，本领域技术人员将认知到，给出本公开，可以做出对本发明的修改而不背离本文描述的创新概念的精神。因此，本发明的范围不意图限于所图示和描述的特定实施例。

Claims (18)

1.一种器件，包括：
包括布置在n型区和p型区之间的发光层的III氮化物发光器件；
连接到III氮化物发光器件的玻璃层；
布置在III氮化物发光器件和玻璃层之间的波长转换层；
其中在平行于III氮化物发光器件的顶表面的平面中，玻璃层具有比III氮化物发光器件更小的横向范围。
2.如权利要求1所述的器件，其中波长转换层包括布置在硅树脂中的磷光体。
3.一种切分发光器件的晶片的方法，所述晶片包括：
玻璃层；
包含通过电介质分离的多个发光器件的发光器件层；以及
布置在玻璃层和发光器件层之间的波长转换层；所述方法包括：
利用金属结合的金刚石粗砂刀片在电介质区中锯切所述晶片。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述锯切包括以发光器件层开始锯穿晶片的整个厚度。
5.如权利要求3所述的方法，其中所述锯切是穿透发光器件层的第一锯切过程，所述方法还包括穿透玻璃层的第二锯切过程，其中使用不同刀片进行第一和第二锯切过程。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述第一锯切过程发生在所述第二锯切过程之前。
7.如权利要求5所述的方法，其中：
在所述第一锯切过程期间，从发光层的表面向着所述波长转换层锯切晶片；以及
在所述第二锯切过程期间，从玻璃层的表面向着所述波长转换层锯切晶片。
8.如权利要求5所述的方法，其中：
所述第二锯切过程发生在所述第一锯切过程之前；
在所述第二锯切过程期间使用的刀片比金属结合的金刚石粗砂刀片更厚；并且
所述第一锯切过程在通过所述第二锯切过程打开的切口中开始。
9.如权利要求3所述的方法，其中所述锯切包括锯穿发光层，所述方法还包括对玻璃层刮划和使玻璃层断裂。
10.如权利要求3所述的方法，其中：
每个发光器件包括布置在n型区和p型区之间的III氮化物发光层；
电介质包括布置在环氧树脂中的颗粒；并且
波长转换层包括布置在硅树脂中的磷光体。
11.如权利要求3所述的方法，其中玻璃层比发光器件层更厚。
12.一种切分发光器件的晶片的方法，所述晶片包括：
透明层；
包含通过电介质分离的多个发光器件的发光器件层；以及
布置在透明层和发光器件层之间的波长转换层；所述方法包括：
在第一切割过程中切割晶片的厚度的第一部分；和
在第二切割过程中切割晶片的其余厚度。
13.如权利要求12所述的方法，其中：
第一部分包括透明层；
第一切割过程包括利用树脂结合的金刚石粗砂刀片来锯切；并且
第二切割过程包括使用剥离激光来切割发光器件之间的电介质。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述第二切割过程在所述第一切割过程中打开的切口中开始。
15.如权利要求12所述的方法，其中：
第一部分包括发光器件层；
第一切割过程包括使用剥离激光来切割发光器件之间的电介质；并且
第二切割过程包括利用树脂结合的金刚石粗砂刀片来锯切透明层。
16.如权利要求15所述的方法，还包括在第一切割过程之后和第二切割过程之前倒装晶片。
17.如权利要求12所述的方法，其中：
第一部分包括发光器件层；
第一切割过程包括使用剥离激光来切割发光器件之间的电介质；并且
第二切割过程包括对透明层刮划和使透明层断裂。
18.如权利要求17所述的方法，还包括在第一切割过程之后和第二切割过程之前倒装晶片。
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