包括滤光器和保护层的发光器件的制作方法
包括滤光器和保护层的发光器件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及具有滤光器和保护层的发光器件。
【背景技术】
[0002] 包括发光二极管（LED)、谐振腔发光二极管（R化邸）、垂直腔激光二极管（VCS化） 和边缘发射激光器在内的半导体发光器件是当前可用的最高效的光源之一。在制造能够 跨可见光谱进行操作的高亮度发光器件中当前令人感兴趣的材料系统包括III-V族半导 体，特别是也被称为III-氮化物材料的嫁、侣、铜和氮的二元、=元和四元合金。通常，由 金属有机物化学气相沉积（M0CVD)、分子束外延（MBE)或其他外延技术通过在藍宝石、娃碳 化物、III-氮或其他合适衬底上外延生长不同组分和渗杂浓度的半导体层的堆叠来制作 III-氮发光器件。该堆叠常常包括渗杂有例如形成在衬底上方的Si的一个或多个n型层、 形成在该一个n型层或多个n型层上方处于有源区中的一个或多个发光层，W及渗杂有例 如形成在该有源区上方的Mg的一个或多个P型层。在该些n型和P型区上形成电触点。
[0003] 图1图示了在US7256483中更详细描述的倒装巧片LED。该LED包括n型层16、 有源层18W及生长在藍宝石生长衬底(未示出）上的P型层20。P层20和有源层18的部 分在L邸形成过程期间被蚀刻掉，并且金属50 (金属化层加上接合金属）在与P-接触金属 24的同一侧上接触n层16。可W将底部填充料52沉积在LED下方的空隙中W降低跨LED 的热梯度、增加LED与封装衬底之间的附件的机械强度，W及防止污染物接触L邸材料。将 n-金属50和P-金属24分别接合到封装衬底12上的垫22A和22B。使用过孔28A和28B 和/或金属线将封装衬底12上的接触垫22A和22B连接到可焊电极26A和26B。去除生长 衬底，暴露n型层16的表面。例如通过使用K0H解决方案进行光电化学蚀刻来使该表面变 粗趟W提高光提取。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供具有滤光器的发光器件。该滤光器由保护层进行保护。
[0005] 根据本发明的实施例的方法包括提供附接到底座的多个LED。将滤光器附接到所 述多个LED中的至少一个。在所述滤光器上方形成保护层。在所述底座上方形成反射层。 去除安置在所述保护层上方的反射层的一部分。
[0006] 本发明的实施例包括附接到底座的多个LED。将滤光器安置在LED上方。将透明 层安置在滤光器上方。将反射材料安置在相邻的L邸之间。
【附图说明】
[0007] 图1图示了具有粗趟化顶表面的倒装巧片LED。
[0008] 图2是安置在底座上的一组LED的俯视图。
[0009] 图3是安置在底座上的LED的截面视图。
[0010] 图4是安置在波长转换层上的滤光器的截面视图。
[0011] 图5图示了在滤光器上方形成保护层之后图4的结构。
[0012] 图6图示了在单一化（singulation)之后图5的结构。
[0013] 图7是附接到图3中图示的LED的图6的结构的截面视图。
[0014] 图8图示了在图7的结构上方形成反射层之后的图7的结构。
[0015] 图9图不了在使反射层变薄W暴露保护层的顶表面之后图8的结构。
[0016] 图10是安置在滤光器与波长转换层之间的平滑层的截面视图。
【具体实施方式】
[0017] 为了满足用于针对应用的规格，过滤L邸所发射的光有时是必要的。在本发明的 实施例中，将滤光器安置在L邸所发射的光路径中。可W在滤光器上方形成保护层W在LED 的处理和/或操作期间保护滤光器。尽管在下面的示例中半导体发光器件是发射藍光或UV 光的III-氮LED,但是可W使用除了诸如激光二极管的L邸之外的半导体发光器件W及由 诸如其他的III-V材料、III-磯化物、III-神化物、II-VI材料、ZnO或基于Si的材料之类 的其他材料系统所制得的半导体发光器件。
[001引图2是附接到底座的一组LED60的俯视图。在图2中，图示了W2x2阵列附接到 底座62的四个LED60。如本申请所指示的，可任何合适的布置将单个L邸或任意数目 的LED60附接到底座62。在一些实施例中，使用底座62上的接合垫72来向LED60供应 功率。
[0019]W下图中的任一LED60可W是例如被配置成从该LED的顶表面发射大部分光的 倒装巧片器件。在图1中图示了合适的LED60的一个示例，但是可W使用任何合适的LED。 为了形成III-氮LED,如本领域中已知的，首先在生长衬底上生长III-氮半导体结构。生 长衬底可W是任何合适的衬底，诸如例如藍宝石、SiC、Si、GaN或复合衬底。半导体结构包 括夹在n型区和P型区之间的发光区或有源区。可W首先生长n型区，并且其可W包括不 同组分和渗杂浓度的多个层，例如该多个层包括诸如缓冲层或成核层、和/或被设计成促 进生长衬底的去除的层之类的制备层（该制备层可W是n型或非有意渗杂的)，W及针对发 光区高效地发射光所期望的特定光学、材料或电学性质而设计的n型或者甚至P型器件层。 在n型区上方生长发光区或有源区。合适的发光区的示例包括单个厚的或薄的发光层，或 者包括由屏障层所分隔的多个薄的或厚的发光层的多个量子阱发光区。然后，可W在发光 区上方生长P型区。与n型区相似，P型区可W包括不同组分、厚度和渗杂浓度的多个层， 该多个层包括非有意渗杂的层或n型层。器件中所有半导体材料的总厚度在一些实施例中 小于10ym并且在一些实施例中小于6ym。在一些实施例中，首先生长P型区，接着是有源 区和n型区。
[0020] 在P型区上形成金属P触点。如果大部分光是通过与P触点相对的表面被导出半 导体结构(诸如在倒装巧片器件中)，则P触点可W是反射性的。可W通过由标准光刻操作 使半导体结构图案化并对该半导体结构进行蚀刻W去除P型区的整个厚度的一部分和发 光区的整个厚度的一部分W形成露出在其上形成金属n触点的n型区的表面的台面，来形 成倒装巧片器件。可任何合适的方式形成台面和P触点W及n触点。形成台面和P触 点W及n触点对于本领域技术人员是熟知的。
[0021] 图3是附接到底座62的四个LED60的简化的截面视图。L邸可W是2x2阵列、线 性阵列或任何其他合适的布置的一部分。在单个底座62上可W安装比所图示的四个更多 或更少的LED。可W通过P触点及n触点、金球凸点（goldS化dbump)或任何其他合适的 连接机制将LED60连接到底座62。可W将诸如环氧树脂、娃树脂或任何其他合适材料之类 的底部填充料注入LED下方、LED60与底座62之间的任何空间中。在诸如去除生长衬底 之类的稍后的处理步骤期间，底座62和底部填充可W机械地支撑半导体结构。可W使用任 何合适的底座。合适底座的示例包括具有用于形成到半导体结构的电连接的导电过孔的绝 缘或半绝缘晶片(诸如娃晶片或陶瓷晶片)、金属结构或任何其他合适的底座。在一些实施 例中，在半导体结构上形成厚的金属接合垫W在诸如去除生长衬底之类的处理期间支撑半 导体结构。可W在将LED60附接到底座62之前或之后部分地或总体地去除生长衬底，或 者生长衬底可W留下作为器件的一部分。通过去除生长衬底所暴露的半导体结构可W被粗 趟化、图案化或者纹理化W提高光提取。
[002引在与图3所图示的过程相独立的过程中，制备波长转换结构，如图4、5和6中所图 示的。
[0023] 在图4中，在波长转换结构100上形成滤光器层102。波长转换结构100是 预先制作的波长转换构件（即与图3的LED60和底座62相分离地形成的自支撑 (self-suppcxrting)波长转换构件)，其包括吸收由LED发射的光并发射不同波长的光的一 种或多种波长转换材料。合适的波长转换结构100的一个示例是自支撑波长转换陶瓷板。 波长转换陶瓷可W是例如被烧结成自支撑板的粉末磯光体。除了磯光体自身，该板一般不 包含结合剂材料。合适的板可W例如在一些实施例中是至少50ym厚，在一些实施例中不 超过500ym厚，在一些实施例中至少100ym厚，并且在一些实施例中不超过300ym厚。合 适的波长转换结构100的另一示例是安置于透明材料中W形成自支撑结构的粉末波长转 换材料。合适的透明材料的示例包括娃树脂、玻璃和环氧树脂。
[0024] 波长转换结构100中的（多种）波长转换材料可W是常规的磯光体、有机磯光体、 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、聚合物或发光的材料。可W使用任何合适的粉末磯光体，包括但不限于基于石恼石的磯 光体，诸如（Y沿d.laXuJ,Pr，Sn沛fAl.Ga.{n!5t),.i:。，II-1!|X., ,,乂怎3>WA!| 足过,)5〇|_、:。,扣|, ，（其中 0 <'X<- 1,0 <y< !, 0 <z< 比！，0 <' 过 <〇_2 并且 0 <b< 0-1)、Y;A!；iO,2:Ce(YAGK Lus站泪 12:。iLii.M])、YsAls.方a々i::CcAIGaC'iM.!虹.1 斯、怯i化:F-uIBOSF,似及基于氮 的憐光体(诸如托'y、Sr)/\喊M;:Eu和托'iuSi'.Bal巧許、:扣）。
[0025] 波长转换结构100可W包括单个波长转换材料、波长转换材料的混合或形成为单 独的层而非混合在一起的多个波长转换材料。可W将发射不同颜色的光的波长转换材料安 置在波长转换结构100的单独区域中或者将其混合在一起。
[0026] 可W将滤光器层102沉积到波长转换结构100的一侧上。在一些实施例中，滤 光器层102是二向色滤光器。二向色滤光器可W由诸如Nli々、S府3.'n化之类交替的 (alternating)材料W及任何其他合适材料的薄层构成。滤波器层102的厚度可W在一些 实施例中是至少lOnm，在一些实施例中不超过5ym厚，在一些实施例中至少1ym厚，并且 在一些实施例中不超过2 y m厚。滤光器层102中总的层数在一些实施例中可W是至少2 层，在一些实施例中不超过50层，在一些实施例中至少10层，并且在一些实施例中不超过 30层。每个层可W是相同的厚度或者可W使用不同厚度的层。可W通过包括塔形电子管 瓣射、DC瓣射、等离子气相沉积、化学气相沉积W及蒸发的任何合适技术将二向色滤光器层 102沉积在波长转换结构100上。
[0027] 在一些实施例中，如图10中所图示的，在波长转换结构100与滤光器102之间安 置平滑层103。波长转换结构100的表面可W在滤光器102的有效性方面发挥作用。在一 些实施例中，如果滤光器102更平滑，则其性能得W改进；相应地，可W在沉积滤光器102之 前在波长转换结构100上形成平滑层103,该平滑层103被设计成形成在其上安置滤光器 102的平滑表面。例如，波长转 换陶瓷板可W具有10皿与600ym之间的表面均方根（RMS) 粗趟度。如果在一些实施例中MS粗趟度大于例如300ym，则可W在形成滤光器102之前 在波长转换结构100上方形成平滑层103。平滑层103可W是例如Nh〇$、一种或多种娃 氧化物、一种或多种铁氧化物、一种或多种娃氮化物、一种或多种过渡金属氧化物，或者一 种或多种过渡金属氮化物。平滑层103可W例如在一些实施例中是至少5nm厚，在一些实 施例中不超过500ym厚，在一些实施例中至少1ym厚，并且在一些实施例中不超过20ym 厚。
[0028] 二向色滤光器层102的厚度中的变化可能不合期望地增加从器件中提取的"颜色 云"（即从器件提取的颜色点的分布)的尺寸和/或干扰对于由波长转换材料和L邸所发射 的组合光谱的颜色标祀。
[0029] 相应地，在图5中，在滤光器层102上面创建了清楚的（clear)非波长转换保护层 104。该保护层104可W包括例如娃树脂复合物KJR9222A/B和KRJ9226D，W及其他材料。 在一些实施例中，保护层104具有与滤光器层102相同的折射率，W避免在层102与104之 间的边界处的损耗。可W使用包括例如丝网印刷、层压、二次成型（overmolding)、铸造等等 的各种技术中的任一个来在滤光器层102上方形成保护层104。
[0030] 为了促进保护层104在滤光器层102上方的形成，滤光器层102可W经受通常2 分钟与30分钟之间的诸如氧等离子体、UV臭氧等等的处理。为了最大化该处理的有效性， 该处理与保护层104的形成之间的延迟巧日果有的话）不应当超过几小时。
[0031] 保护层104的厚度将取决于对于微珠爆破（micro-beadblasting)效果或减小 厚度的其他过程的预期的控制度，并且可W从2至Ij100ym不等。假设常规的处理技术，贝U 20-40ym的保护层厚度一般将是足够的。如果将娃树脂用作保护材料，则固化的时间表可 W是在80°C1小时，接着在120°C1小时，并且然后接着在150°C4小时。
[0032] 合适的保护层104的另一示例是光学透明固态膜，诸如形成在滤光器层102顶部 的单层的Wh化，T沿:.SiO:.或TaO;。固态保护层104的优点在于在利用与上文描述的二向 色滤光器102相同的工具且同时沉积固态保护层的情况下可W减少处理步骤的数目。固态 保护层104在一些实施例中可W不超过5 y m厚，并且在一些实施例中不超过500nm厚。
[0033] 在图6中，例如通过银切或任何其他合适的技术在区106中对包括波长转换结构 100、滤光器层102、平滑层103 (如果存在）W及保护层104的结构进行划片（diced)。
[0034] 在图7中，将被划片的结构附接到LED60,所述LED60被附接到底座62。图示了 在底座62的左侧的一个接合垫110。可W通过粘合剂108将每个波长转换结构100连接到 LED60。可W使用任何合适的粘合剂。合适的粘合剂的一个示例是被安置在LED60上方、 在波长转换结构100的与滤光器层102相对的表面上或者在两个表面上的娃树脂。例如， 在一些实施例中，在每个LED60上方逐滴地分发粘合剂108 (分发为一系列的滴)。
[0035] 在一些实施例中，可W将波长转换材料安置在粘合剂层108中。例如，可W将粉末 磯光体与娃树脂粘合剂层108进行混合，然后安置在LED60上方。
[0036] 在一些实施例中，对器件中任何波长转换结构中的波长转换材料的选择(诸如波 长转换结构100和粘合剂层108、所使用的波长转换材料的量、滤光器材料和厚度）被选择 成匹配由LED60所发射的光的峰值波长，使得组合的来自LED60的未转换的累浦光和离 开该结构的波长转换光满足预定的规格，例如用于颜色点和流明输出。
[0037] 由LED60发射的未转换光常常是从该结构提取的光的最终光谱的一部分，尽管 并不需要如此。常见的组合的示例包括与黄发射波长转换材料相结合的藍发射LED、与绿 发射和红发射波长转换材料相结合的藍发射LED、与藍发射和黄发射波长转换材料相结合 的UV发射LED,W及与藍发射、绿发射和红发射的波长转换材料相结合的UV发射LED。可 W添加发射其他颜色的光的波长转换材料W量身定制（tailor)从该结构发射的光的光谱。
[0038] 在一些实施例中，LED60发射具有藍峰值波长的光，波长转换结构100包括吸收 由LED60发射的光且发射绿和/或黄光的一种或多种波长转换材料，并且诸如吸收来自 LED60的藍光或来自波长转换结构100的波长转换光且发射红光的磯光体之类的波长转 换材料被安置在粘合剂层108中。在一些实施例中，LED60发射具有藍峰值波长的光，并 且波长转换结构100包括吸收由LED60发射的光且发射绿、黄和红光中的一些或全部的一 种或多种波长转换材料，使得没有附加的波长转换材料被安置在粘合剂层108中。
[0039] 在图8中，在LED60和底座62上方形成反射材料74。反射材料74填充相邻的 LED60之间的区70。反射材料74可W是例如诸如安置在诸如娃树脂之类的透明或反射支 撑基体(matrix)中的Ti化或氧化侣颗粒之类的反射颗粒。可W通过包括例如将反射颗粒 与支撑基体的混合物压入区70中或者模制（molding)的任何合适的技术来形成反射材料 层74。如图8中所图示的，可W将反射材料74安置在每个器件上方的保护层104的顶部 上方的区76中。在一些实施例中，通过诸如促进在接合垫110上方形成反射材料的较薄区 112的模制之类的技术来形成反射材料74,如图8中所图示的。
[0040] 在图9中，使反射材料74变薄W暴露LED60上方的保护层104的顶部78并且暴 露区114中的接合垫110。当反射材料74被去除时保护层104保护滤光器层102免受损 坏。可W通过包括例如蚀刻或诸如微珠爆破、湿珠爆破、干珠爆破和磨削之类的机械技术的 任何合适的技术来去除过多的反射材料74。例如，在干珠爆破中，80ym的小苏打颗粒在气 流中撞击反射材料74的表面。在另一示例中，在湿珠爆破中，将水浆中的180ym的塑料颗 粒引导至反射材料74的表面处。由于不同蚀刻机制的原因，当保护层104为娃树脂时干珠 爆破是合适的，并且当保护层104为娃树脂或诸如Nb;化.'11化~orSi化之类的固态材料时 湿珠爆破是合适的。
[0041] 保护层104保护并保存滤光器层102的厚度，潜在地避免可能不合期望地增加颜 色点云的厚度变化。保护层104应当足够厚W适应被用来去除过多反射材料74的技术的 去除变化而不允许滤光器层102的穿通损坏。反射材料74比起保护层104,可W不太耐受 去除过程。用来去除过多反射材料74的技术可W促进保护层104的表面粗趟化，该表面粗 趟化可W改进光提取。
[0042] 在一些实施例中，在去除了过多的反射材料74之后，保护层104的顶表面78被暴 露，如图9中所图示的。区70中的在LED60之间的反射材料74防止光从LED60的侧面 和波长转换结构100的侧面逃逸，使得通过LED60的顶部、波长转换结构100W及滤光器 层102的大部分光被提取。在一些实施例中，反射材料74与LED60的侧面、波长转换结构、 滤光器102化及保护层104的一部分直接接触，如图9中所图示的。在一些实施例中，反射 材料74的顶表面与保护层104的顶表面78齐平(平面化)。
[0043] 在一些实施例中，保护膜68的顶表面78被粗趟化、纹理化或者图案化W改进光提 取。可W通过去除过多反射材料74的同一过程或者在一个或多个单独的处理步骤中在表 面上形成粗趟化、纹理化或者图案化。
[0044] 虽然已经详细描述了本发明，但是本领域技术人员将领会的是，给定本公开，可W 在不偏离本文描述的发明构思的精神的情况下作出本发明的修改。因此，并不意图将本发 明的范围限制到所图示和描述的具体实施例。
【主权项】
1. 一种方法，包括： 提供附接到底座的多个LED; 将滤光器附接到所述多个LED中的至少一个； 在所述滤光器上方形成保护层； 在所述底座上方形成反射层；以及 去除安置在所述保护层上方的反射层的一部分。2. 如权利要求1所述的方法，还包括：在波长转换结构上形成滤光器，其中将滤光器附 接到所述多个LED中的至少一个包括将所述波长转换结构粘附到所述LED。3. 如权利要求2所述的方法，其中所述波长转换结构是波长转换陶瓷。4. 如权利要求2所述的方法，其中所述滤光器是二向色滤光器。5. 如权利要求2所述的方法，其中将所述波长转换结构粘附到所述LED包括在所述波 长转换结构和所述LED之间安置硅树脂接合层。6. 如权利要求5所述的方法，还包括：将波长转换材料安置在所述硅树脂接合层中。7. 如权利要求2所述的方法，其中在波长转换结构上形成滤光器包括在波长转换结构 的晶片上形成滤光器，所述方法还包括在将所述波长转换结构粘附到所述LED之前对所述 波长转换结构的晶片进行划片。8. 如权利要求2所述的方法，还包括：在形成滤光器之前，在所述波长转换结构上方安 置材料以形成平滑的表面。9. 一种结构，包括： 附接到底座的多个LED; 安置在所述LED上方的滤光器； 安置在所述滤光器上方的透明层；以及 安置在相邻LED之间的反射材料。10. 如权利要求9所述的结构，还包括：安置在所述滤光器和所述多个LED之间的波长 转换结构。11. 如权利要求10所述的结构，其中，所述波长转换结构是波长转换陶瓷。12. 如权利要求10所述的结构，还包括：安置在所述波长转换结构和所述多个LED之 间的接合层。13. 如权利要求12所述的结构，还包括：安置在所述接合层中的波长转换材料。14. 如权利要求9所述的结构，其中，所述滤光器是二向色滤光器。15. 如权利要求9所述的结构，还包括：安置在所述滤光器和所述波长转换结构之间的 平滑层。
【专利摘要】根据本发明的实施例的方法包括提供附接到底座（62）的多个LED（60）。将滤光器（102）附接到所述多个LED中的至少一个。在所述滤光器上方形成保护层（104）。在所述底座上方形成反射层（74）。去除安置在所述保护层上方的反射层的一部分。
【IPC分类】H01L27/15, H01L33/60, H01L25/075, H01L33/46, H01L33/50, H01L33/00
【公开号】CN104904010
【申请号】CN201380058246
【发明人】A.D.施里克, H-H.贝奇特, K.K.麦, T.迪伊德里奇, J.P.A.沃格斯, U.马肯斯, M.海德曼恩
【申请人】皇家飞利浦有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年10月25日
【公告号】EP2917937A1, US20150280076, WO2014072871A1
【技术领域】
[0001] 本发明设及具有滤光器和保护层的发光器件。
【背景技术】
[0002] 包括发光二极管（LED)、谐振腔发光二极管（R化邸）、垂直腔激光二极管（VCS化） 和边缘发射激光器在内的半导体发光器件是当前可用的最高效的光源之一。在制造能够 跨可见光谱进行操作的高亮度发光器件中当前令人感兴趣的材料系统包括III-V族半导 体，特别是也被称为III-氮化物材料的嫁、侣、铜和氮的二元、=元和四元合金。通常，由 金属有机物化学气相沉积（M0CVD)、分子束外延（MBE)或其他外延技术通过在藍宝石、娃碳 化物、III-氮或其他合适衬底上外延生长不同组分和渗杂浓度的半导体层的堆叠来制作 III-氮发光器件。该堆叠常常包括渗杂有例如形成在衬底上方的Si的一个或多个n型层、 形成在该一个n型层或多个n型层上方处于有源区中的一个或多个发光层，W及渗杂有例 如形成在该有源区上方的Mg的一个或多个P型层。在该些n型和P型区上形成电触点。
[0003] 图1图示了在US7256483中更详细描述的倒装巧片LED。该LED包括n型层16、 有源层18W及生长在藍宝石生长衬底(未示出）上的P型层20。P层20和有源层18的部 分在L邸形成过程期间被蚀刻掉，并且金属50 (金属化层加上接合金属）在与P-接触金属 24的同一侧上接触n层16。可W将底部填充料52沉积在LED下方的空隙中W降低跨LED 的热梯度、增加LED与封装衬底之间的附件的机械强度，W及防止污染物接触L邸材料。将 n-金属50和P-金属24分别接合到封装衬底12上的垫22A和22B。使用过孔28A和28B 和/或金属线将封装衬底12上的接触垫22A和22B连接到可焊电极26A和26B。去除生长 衬底，暴露n型层16的表面。例如通过使用K0H解决方案进行光电化学蚀刻来使该表面变 粗趟W提高光提取。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供具有滤光器的发光器件。该滤光器由保护层进行保护。
[0005] 根据本发明的实施例的方法包括提供附接到底座的多个LED。将滤光器附接到所 述多个LED中的至少一个。在所述滤光器上方形成保护层。在所述底座上方形成反射层。 去除安置在所述保护层上方的反射层的一部分。
[0006] 本发明的实施例包括附接到底座的多个LED。将滤光器安置在LED上方。将透明 层安置在滤光器上方。将反射材料安置在相邻的L邸之间。
【附图说明】
[0007] 图1图示了具有粗趟化顶表面的倒装巧片LED。
[0008] 图2是安置在底座上的一组LED的俯视图。
[0009] 图3是安置在底座上的LED的截面视图。
[0010] 图4是安置在波长转换层上的滤光器的截面视图。
[0011] 图5图示了在滤光器上方形成保护层之后图4的结构。
[0012] 图6图示了在单一化（singulation)之后图5的结构。
[0013] 图7是附接到图3中图示的LED的图6的结构的截面视图。
[0014] 图8图示了在图7的结构上方形成反射层之后的图7的结构。
[0015] 图9图不了在使反射层变薄W暴露保护层的顶表面之后图8的结构。
[0016] 图10是安置在滤光器与波长转换层之间的平滑层的截面视图。
【具体实施方式】
[0017] 为了满足用于针对应用的规格，过滤L邸所发射的光有时是必要的。在本发明的 实施例中，将滤光器安置在L邸所发射的光路径中。可W在滤光器上方形成保护层W在LED 的处理和/或操作期间保护滤光器。尽管在下面的示例中半导体发光器件是发射藍光或UV 光的III-氮LED,但是可W使用除了诸如激光二极管的L邸之外的半导体发光器件W及由 诸如其他的III-V材料、III-磯化物、III-神化物、II-VI材料、ZnO或基于Si的材料之类 的其他材料系统所制得的半导体发光器件。
[001引图2是附接到底座的一组LED60的俯视图。在图2中，图示了W2x2阵列附接到 底座62的四个LED60。如本申请所指示的，可任何合适的布置将单个L邸或任意数目 的LED60附接到底座62。在一些实施例中，使用底座62上的接合垫72来向LED60供应 功率。
[0019]W下图中的任一LED60可W是例如被配置成从该LED的顶表面发射大部分光的 倒装巧片器件。在图1中图示了合适的LED60的一个示例，但是可W使用任何合适的LED。 为了形成III-氮LED,如本领域中已知的，首先在生长衬底上生长III-氮半导体结构。生 长衬底可W是任何合适的衬底，诸如例如藍宝石、SiC、Si、GaN或复合衬底。半导体结构包 括夹在n型区和P型区之间的发光区或有源区。可W首先生长n型区，并且其可W包括不 同组分和渗杂浓度的多个层，例如该多个层包括诸如缓冲层或成核层、和/或被设计成促 进生长衬底的去除的层之类的制备层（该制备层可W是n型或非有意渗杂的)，W及针对发 光区高效地发射光所期望的特定光学、材料或电学性质而设计的n型或者甚至P型器件层。 在n型区上方生长发光区或有源区。合适的发光区的示例包括单个厚的或薄的发光层，或 者包括由屏障层所分隔的多个薄的或厚的发光层的多个量子阱发光区。然后，可W在发光 区上方生长P型区。与n型区相似，P型区可W包括不同组分、厚度和渗杂浓度的多个层， 该多个层包括非有意渗杂的层或n型层。器件中所有半导体材料的总厚度在一些实施例中 小于10ym并且在一些实施例中小于6ym。在一些实施例中，首先生长P型区，接着是有源 区和n型区。
[0020] 在P型区上形成金属P触点。如果大部分光是通过与P触点相对的表面被导出半 导体结构(诸如在倒装巧片器件中)，则P触点可W是反射性的。可W通过由标准光刻操作 使半导体结构图案化并对该半导体结构进行蚀刻W去除P型区的整个厚度的一部分和发 光区的整个厚度的一部分W形成露出在其上形成金属n触点的n型区的表面的台面，来形 成倒装巧片器件。可任何合适的方式形成台面和P触点W及n触点。形成台面和P触 点W及n触点对于本领域技术人员是熟知的。
[0021] 图3是附接到底座62的四个LED60的简化的截面视图。L邸可W是2x2阵列、线 性阵列或任何其他合适的布置的一部分。在单个底座62上可W安装比所图示的四个更多 或更少的LED。可W通过P触点及n触点、金球凸点（goldS化dbump)或任何其他合适的 连接机制将LED60连接到底座62。可W将诸如环氧树脂、娃树脂或任何其他合适材料之类 的底部填充料注入LED下方、LED60与底座62之间的任何空间中。在诸如去除生长衬底 之类的稍后的处理步骤期间，底座62和底部填充可W机械地支撑半导体结构。可W使用任 何合适的底座。合适底座的示例包括具有用于形成到半导体结构的电连接的导电过孔的绝 缘或半绝缘晶片(诸如娃晶片或陶瓷晶片)、金属结构或任何其他合适的底座。在一些实施 例中，在半导体结构上形成厚的金属接合垫W在诸如去除生长衬底之类的处理期间支撑半 导体结构。可W在将LED60附接到底座62之前或之后部分地或总体地去除生长衬底，或 者生长衬底可W留下作为器件的一部分。通过去除生长衬底所暴露的半导体结构可W被粗 趟化、图案化或者纹理化W提高光提取。
[002引在与图3所图示的过程相独立的过程中，制备波长转换结构，如图4、5和6中所图 示的。
[0023] 在图4中，在波长转换结构100上形成滤光器层102。波长转换结构100是 预先制作的波长转换构件（即与图3的LED60和底座62相分离地形成的自支撑 (self-suppcxrting)波长转换构件)，其包括吸收由LED发射的光并发射不同波长的光的一 种或多种波长转换材料。合适的波长转换结构100的一个示例是自支撑波长转换陶瓷板。 波长转换陶瓷可W是例如被烧结成自支撑板的粉末磯光体。除了磯光体自身，该板一般不 包含结合剂材料。合适的板可W例如在一些实施例中是至少50ym厚，在一些实施例中不 超过500ym厚，在一些实施例中至少100ym厚，并且在一些实施例中不超过300ym厚。合 适的波长转换结构100的另一示例是安置于透明材料中W形成自支撑结构的粉末波长转 换材料。合适的透明材料的示例包括娃树脂、玻璃和环氧树脂。
[0024] 波长转换结构100中的（多种）波长转换材料可W是常规的磯光体、有机磯光体、 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、聚合物或发光的材料。可W使用任何合适的粉末磯光体，包括但不限于基于石恼石的磯 光体，诸如（Y沿d.laXuJ,Pr，Sn沛fAl.Ga.{n!5t),.i:。，II-1!|X., ,,乂怎3>WA!| 足过,)5〇|_、:。,扣|, ，（其中 0 <'X<- 1,0 <y< !, 0 <z< 比！，0 <' 过 <〇_2 并且 0 <b< 0-1)、Y;A!；iO,2:Ce(YAGK Lus站泪 12:。iLii.M])、YsAls.方a々i::CcAIGaC'iM.!虹.1 斯、怯i化:F-uIBOSF,似及基于氮 的憐光体(诸如托'y、Sr)/\喊M;:Eu和托'iuSi'.Bal巧許、:扣）。
[0025] 波长转换结构100可W包括单个波长转换材料、波长转换材料的混合或形成为单 独的层而非混合在一起的多个波长转换材料。可W将发射不同颜色的光的波长转换材料安 置在波长转换结构100的单独区域中或者将其混合在一起。
[0026] 可W将滤光器层102沉积到波长转换结构100的一侧上。在一些实施例中，滤 光器层102是二向色滤光器。二向色滤光器可W由诸如Nli々、S府3.'n化之类交替的 (alternating)材料W及任何其他合适材料的薄层构成。滤波器层102的厚度可W在一些 实施例中是至少lOnm，在一些实施例中不超过5ym厚，在一些实施例中至少1ym厚，并且 在一些实施例中不超过2 y m厚。滤光器层102中总的层数在一些实施例中可W是至少2 层，在一些实施例中不超过50层，在一些实施例中至少10层，并且在一些实施例中不超过 30层。每个层可W是相同的厚度或者可W使用不同厚度的层。可W通过包括塔形电子管 瓣射、DC瓣射、等离子气相沉积、化学气相沉积W及蒸发的任何合适技术将二向色滤光器层 102沉积在波长转换结构100上。
[0027] 在一些实施例中，如图10中所图示的，在波长转换结构100与滤光器102之间安 置平滑层103。波长转换结构100的表面可W在滤光器102的有效性方面发挥作用。在一 些实施例中，如果滤光器102更平滑，则其性能得W改进；相应地，可W在沉积滤光器102之 前在波长转换结构100上形成平滑层103,该平滑层103被设计成形成在其上安置滤光器 102的平滑表面。例如，波长转 换陶瓷板可W具有10皿与600ym之间的表面均方根（RMS) 粗趟度。如果在一些实施例中MS粗趟度大于例如300ym，则可W在形成滤光器102之前 在波长转换结构100上方形成平滑层103。平滑层103可W是例如Nh〇$、一种或多种娃 氧化物、一种或多种铁氧化物、一种或多种娃氮化物、一种或多种过渡金属氧化物，或者一 种或多种过渡金属氮化物。平滑层103可W例如在一些实施例中是至少5nm厚，在一些实 施例中不超过500ym厚，在一些实施例中至少1ym厚，并且在一些实施例中不超过20ym 厚。
[0028] 二向色滤光器层102的厚度中的变化可能不合期望地增加从器件中提取的"颜色 云"（即从器件提取的颜色点的分布)的尺寸和/或干扰对于由波长转换材料和L邸所发射 的组合光谱的颜色标祀。
[0029] 相应地，在图5中，在滤光器层102上面创建了清楚的（clear)非波长转换保护层 104。该保护层104可W包括例如娃树脂复合物KJR9222A/B和KRJ9226D，W及其他材料。 在一些实施例中，保护层104具有与滤光器层102相同的折射率，W避免在层102与104之 间的边界处的损耗。可W使用包括例如丝网印刷、层压、二次成型（overmolding)、铸造等等 的各种技术中的任一个来在滤光器层102上方形成保护层104。
[0030] 为了促进保护层104在滤光器层102上方的形成，滤光器层102可W经受通常2 分钟与30分钟之间的诸如氧等离子体、UV臭氧等等的处理。为了最大化该处理的有效性， 该处理与保护层104的形成之间的延迟巧日果有的话）不应当超过几小时。
[0031] 保护层104的厚度将取决于对于微珠爆破（micro-beadblasting)效果或减小 厚度的其他过程的预期的控制度，并且可W从2至Ij100ym不等。假设常规的处理技术，贝U 20-40ym的保护层厚度一般将是足够的。如果将娃树脂用作保护材料，则固化的时间表可 W是在80°C1小时，接着在120°C1小时，并且然后接着在150°C4小时。
[0032] 合适的保护层104的另一示例是光学透明固态膜，诸如形成在滤光器层102顶部 的单层的Wh化，T沿:.SiO:.或TaO;。固态保护层104的优点在于在利用与上文描述的二向 色滤光器102相同的工具且同时沉积固态保护层的情况下可W减少处理步骤的数目。固态 保护层104在一些实施例中可W不超过5 y m厚，并且在一些实施例中不超过500nm厚。
[0033] 在图6中，例如通过银切或任何其他合适的技术在区106中对包括波长转换结构 100、滤光器层102、平滑层103 (如果存在）W及保护层104的结构进行划片（diced)。
[0034] 在图7中，将被划片的结构附接到LED60,所述LED60被附接到底座62。图示了 在底座62的左侧的一个接合垫110。可W通过粘合剂108将每个波长转换结构100连接到 LED60。可W使用任何合适的粘合剂。合适的粘合剂的一个示例是被安置在LED60上方、 在波长转换结构100的与滤光器层102相对的表面上或者在两个表面上的娃树脂。例如， 在一些实施例中，在每个LED60上方逐滴地分发粘合剂108 (分发为一系列的滴)。
[0035] 在一些实施例中，可W将波长转换材料安置在粘合剂层108中。例如，可W将粉末 磯光体与娃树脂粘合剂层108进行混合，然后安置在LED60上方。
[0036] 在一些实施例中，对器件中任何波长转换结构中的波长转换材料的选择(诸如波 长转换结构100和粘合剂层108、所使用的波长转换材料的量、滤光器材料和厚度）被选择 成匹配由LED60所发射的光的峰值波长，使得组合的来自LED60的未转换的累浦光和离 开该结构的波长转换光满足预定的规格，例如用于颜色点和流明输出。
[0037] 由LED60发射的未转换光常常是从该结构提取的光的最终光谱的一部分，尽管 并不需要如此。常见的组合的示例包括与黄发射波长转换材料相结合的藍发射LED、与绿 发射和红发射波长转换材料相结合的藍发射LED、与藍发射和黄发射波长转换材料相结合 的UV发射LED,W及与藍发射、绿发射和红发射的波长转换材料相结合的UV发射LED。可 W添加发射其他颜色的光的波长转换材料W量身定制（tailor)从该结构发射的光的光谱。
[0038] 在一些实施例中，LED60发射具有藍峰值波长的光，波长转换结构100包括吸收 由LED60发射的光且发射绿和/或黄光的一种或多种波长转换材料，并且诸如吸收来自 LED60的藍光或来自波长转换结构100的波长转换光且发射红光的磯光体之类的波长转 换材料被安置在粘合剂层108中。在一些实施例中，LED60发射具有藍峰值波长的光，并 且波长转换结构100包括吸收由LED60发射的光且发射绿、黄和红光中的一些或全部的一 种或多种波长转换材料，使得没有附加的波长转换材料被安置在粘合剂层108中。
[0039] 在图8中，在LED60和底座62上方形成反射材料74。反射材料74填充相邻的 LED60之间的区70。反射材料74可W是例如诸如安置在诸如娃树脂之类的透明或反射支 撑基体(matrix)中的Ti化或氧化侣颗粒之类的反射颗粒。可W通过包括例如将反射颗粒 与支撑基体的混合物压入区70中或者模制（molding)的任何合适的技术来形成反射材料 层74。如图8中所图示的，可W将反射材料74安置在每个器件上方的保护层104的顶部 上方的区76中。在一些实施例中，通过诸如促进在接合垫110上方形成反射材料的较薄区 112的模制之类的技术来形成反射材料74,如图8中所图示的。
[0040] 在图9中，使反射材料74变薄W暴露LED60上方的保护层104的顶部78并且暴 露区114中的接合垫110。当反射材料74被去除时保护层104保护滤光器层102免受损 坏。可W通过包括例如蚀刻或诸如微珠爆破、湿珠爆破、干珠爆破和磨削之类的机械技术的 任何合适的技术来去除过多的反射材料74。例如，在干珠爆破中，80ym的小苏打颗粒在气 流中撞击反射材料74的表面。在另一示例中，在湿珠爆破中，将水浆中的180ym的塑料颗 粒引导至反射材料74的表面处。由于不同蚀刻机制的原因，当保护层104为娃树脂时干珠 爆破是合适的，并且当保护层104为娃树脂或诸如Nb;化.'11化~orSi化之类的固态材料时 湿珠爆破是合适的。
[0041] 保护层104保护并保存滤光器层102的厚度，潜在地避免可能不合期望地增加颜 色点云的厚度变化。保护层104应当足够厚W适应被用来去除过多反射材料74的技术的 去除变化而不允许滤光器层102的穿通损坏。反射材料74比起保护层104,可W不太耐受 去除过程。用来去除过多反射材料74的技术可W促进保护层104的表面粗趟化，该表面粗 趟化可W改进光提取。
[0042] 在一些实施例中，在去除了过多的反射材料74之后，保护层104的顶表面78被暴 露，如图9中所图示的。区70中的在LED60之间的反射材料74防止光从LED60的侧面 和波长转换结构100的侧面逃逸，使得通过LED60的顶部、波长转换结构100W及滤光器 层102的大部分光被提取。在一些实施例中，反射材料74与LED60的侧面、波长转换结构、 滤光器102化及保护层104的一部分直接接触，如图9中所图示的。在一些实施例中，反射 材料74的顶表面与保护层104的顶表面78齐平(平面化)。
[0043] 在一些实施例中，保护膜68的顶表面78被粗趟化、纹理化或者图案化W改进光提 取。可W通过去除过多反射材料74的同一过程或者在一个或多个单独的处理步骤中在表 面上形成粗趟化、纹理化或者图案化。
[0044] 虽然已经详细描述了本发明，但是本领域技术人员将领会的是，给定本公开，可W 在不偏离本文描述的发明构思的精神的情况下作出本发明的修改。因此，并不意图将本发 明的范围限制到所图示和描述的具体实施例。
【主权项】
1. 一种方法，包括： 提供附接到底座的多个LED; 将滤光器附接到所述多个LED中的至少一个； 在所述滤光器上方形成保护层； 在所述底座上方形成反射层；以及 去除安置在所述保护层上方的反射层的一部分。2. 如权利要求1所述的方法，还包括：在波长转换结构上形成滤光器，其中将滤光器附 接到所述多个LED中的至少一个包括将所述波长转换结构粘附到所述LED。3. 如权利要求2所述的方法，其中所述波长转换结构是波长转换陶瓷。4. 如权利要求2所述的方法，其中所述滤光器是二向色滤光器。5. 如权利要求2所述的方法，其中将所述波长转换结构粘附到所述LED包括在所述波 长转换结构和所述LED之间安置硅树脂接合层。6. 如权利要求5所述的方法，还包括：将波长转换材料安置在所述硅树脂接合层中。7. 如权利要求2所述的方法，其中在波长转换结构上形成滤光器包括在波长转换结构 的晶片上形成滤光器，所述方法还包括在将所述波长转换结构粘附到所述LED之前对所述 波长转换结构的晶片进行划片。8. 如权利要求2所述的方法，还包括：在形成滤光器之前，在所述波长转换结构上方安 置材料以形成平滑的表面。9. 一种结构，包括： 附接到底座的多个LED; 安置在所述LED上方的滤光器； 安置在所述滤光器上方的透明层；以及 安置在相邻LED之间的反射材料。10. 如权利要求9所述的结构，还包括：安置在所述滤光器和所述多个LED之间的波长 转换结构。11. 如权利要求10所述的结构，其中，所述波长转换结构是波长转换陶瓷。12. 如权利要求10所述的结构，还包括：安置在所述波长转换结构和所述多个LED之 间的接合层。13. 如权利要求12所述的结构，还包括：安置在所述接合层中的波长转换材料。14. 如权利要求9所述的结构，其中，所述滤光器是二向色滤光器。15. 如权利要求9所述的结构，还包括：安置在所述滤光器和所述波长转换结构之间的 平滑层。
【专利摘要】根据本发明的实施例的方法包括提供附接到底座（62）的多个LED（60）。将滤光器（102）附接到所述多个LED中的至少一个。在所述滤光器上方形成保护层（104）。在所述底座上方形成反射层（74）。去除安置在所述保护层上方的反射层的一部分。
【IPC分类】H01L27/15, H01L33/60, H01L25/075, H01L33/46, H01L33/50, H01L33/00
【公开号】CN104904010
【申请号】CN201380058246
【发明人】A.D.施里克, H-H.贝奇特, K.K.麦, T.迪伊德里奇, J.P.A.沃格斯, U.马肯斯, M.海德曼恩
【申请人】皇家飞利浦有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年10月25日
【公告号】EP2917937A1, US20150280076, WO2014072871A1
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