專利名稱：：用于發(fā)光器件的發(fā)光陶瓷層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件，其適合用于例如發(fā)光二極管的半導(dǎo)體發(fā)光器件。
背景技術(shù)：
：包括發(fā)光二極管(LED)、諧振腔發(fā)光二極管(RCLED)、垂直腔激光二極管(VCSEL)和邊發(fā)射激光器在內(nèi)的半導(dǎo)體發(fā)光器件屬于目前可用的最有效的發(fā)光來源。當(dāng)前，在制造能夠在整個可見光語上工作的高亮度發(fā)光器件中的感興趣材料系統(tǒng)包括in-v族半導(dǎo)體，特別是鎵、鋁、銦和氮的二元，三元，和四元合金，也被稱為IU族氮化物。典型地，Ul族氮化物發(fā)光器件由通過金屬有機化學(xué)氣相沉積(M0CVD)、分子束外延(MBE)或者其他外延技術(shù)而在藍寶石、碳化硅、III族氮化物或其構(gòu)成。該疊層通常包括在襯底之5上形成摻^了比如硅的一個或多個:型層、在所述一個或多個n型層上形成的在活動區(qū)域中的一個或多個發(fā)光層、以及一個或多個在動態(tài)區(qū)域上形成摻雜了比如鎂的p型層。電接觸點在n型和p型區(qū)域上形成。由于III族氮化物器件發(fā)出的光通常在可見光譜的末端具有較短波長，因此III族氮化物器件發(fā)出的光可以很容易地被轉(zhuǎn)換以產(chǎn)生具有較長波長的光。采用已知的發(fā)光/熒光工藝將具有第一峰值波長的光(一次光)轉(zhuǎn)換為具有較長峰值波長的光(二次光)，這在本領(lǐng)域中是公知的。突光工藝包括通過波長轉(zhuǎn)換材料比如磷光體來吸收一次光，激發(fā)磷光體材料的發(fā)光中心，從而發(fā)出二次光。該二次光峰值波長依賴于磷光參考圖1,示出了一種在美國專利6351069中描迷的現(xiàn)有技術(shù)的磷光體轉(zhuǎn)換LED10。LED10包含in族氮化物管芯12,該管芯;波激發(fā)時產(chǎn)生藍色一次光。III族氮化物管芯12位于反射杯引線框架14上，并且被電耦合至引線16和18.引線16和18將功率傳導(dǎo)給III族氮化物管芯12。III族氮化物管芯12被包含波長轉(zhuǎn)換材料22的層20覆蓋，其中該層20通常是透明樹脂。用于構(gòu)成層20的波長轉(zhuǎn)換材料的類型可以根據(jù)熒光材料22產(chǎn)生的二次光的期望光語分布來進行變化。III族氮化物管芯12和熒光層20被透鏡24封裝。該透鏡24典型地由透明的環(huán)氧樹脂或有機硅構(gòu)成。在操作中，電能被提供給III族氮化物管芯12以激發(fā)該管芯。管芯12被激發(fā)時會發(fā)射出遠離該管芯頂層表面的一次光。發(fā)射出的一次光的一部分被層20中的波長轉(zhuǎn)換材料22所吸收。然后，該波長轉(zhuǎn)換材料22響應(yīng)所吸收的一次光發(fā)射出二次光，即，具有更長的峰值波長的轉(zhuǎn)換光。發(fā)射出的一次光中剩余的未被吸收的部分與二次光一起穿過波長轉(zhuǎn)換層。透鏡24指引未被吸收的一次光和二次光在箭頭26指示的總方向上作為輸出光。因此，輸出光是一種復(fù)合光，其由管芯12發(fā)射的一次光和波長轉(zhuǎn)換層20發(fā)射的二次光組成。波長轉(zhuǎn)換材料也可以被配置成使得極少的或者沒有一次光溢出該器件，如在發(fā)射UV—次光的管芯與一個或多個發(fā)射可見二次光的波長轉(zhuǎn)換材料相組合的情況下。由于III族氮化物L(fēng)ED在較高的功率和較高的溫度下工作，所以應(yīng)用于層20的有機密封劑的透明度趨于降低，這不利地減少了器件的光提取效率并且潛在地改變了從器件發(fā)射出的光的表現(xiàn)。已經(jīng)提出了波長轉(zhuǎn)換材料的幾個可替換的配置，例如美國專利6630691所述的在單晶體發(fā)光襯底上生長LED器件，美國專利6696703所迷的薄膜磷光體層，以及美國專利6576488所述的通過電泳沉積法沉積的共形層或者美國專利6650044所述的;f莫板印刷(stenciling)。這些可替換配置的每一個都還有不足之處。包含粘合材料的磷光體層，比如通過電泳沉積法或模板印刷沉積的磷光體，可能遭遇如圖l所描述的粘合材料透明度的相同劣化。薄膜或者共形層很難處理，因為磷光體展是易碎的?，F(xiàn)有一些解決方法的一個主要缺陷是磷光體/密封劑系統(tǒng)的光學(xué)不均勻性，這將導(dǎo)致散射，潛在地造成轉(zhuǎn)換效率的損失。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的實施例，一種包括沉積在n型區(qū)域和類型區(qū)域之間的發(fā)光層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光學(xué)耦合于包含基質(zhì)和含有發(fā)光材料的陶瓷層的復(fù)合襯底。在一些實施例中，復(fù)合襯底包含晶體種子層，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在該層上生長。陶瓷層定位于種子層和基質(zhì)之間。在一些實施例中，在常規(guī)生長襯底上生長半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之后，復(fù)合襯底粘附于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，復(fù)合襯底與半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)間隔開來。陶資層可以具有低于500微米的厚度。發(fā)光層被配置來在正向偏置時發(fā)射具有第一峰值波長的光，并且發(fā)光材料可以吸收發(fā)光層發(fā)出的光并發(fā)射出具有第二峰值波長的光。包含發(fā)光材料的陶瓷層可以是半透明或透明的，這樣可以減少與不透明波長轉(zhuǎn)換層例如共形層相關(guān)聯(lián)的散射損失。與現(xiàn)有技術(shù)的波長轉(zhuǎn)換層相比，發(fā)光陶瓷層還有更強的魯棒性并更容易處理。圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)的磷光體轉(zhuǎn)換的半導(dǎo)體發(fā)光器件。圖2是半導(dǎo)體發(fā)光器件的橫斷面視圖，該器件在包含發(fā)光陶瓷的復(fù)合襯底上生長。圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的在包含發(fā)光陶瓷的復(fù)合襯底上生長的半導(dǎo)體發(fā)光器件的橫斷面視圖。圖4顯示了形成圖3所示器件的方法。圖5顯示了基質(zhì)，發(fā)光陶瓷，和粘合層。圖6顯示了被粘合到種子層材料的厚晶片的圖5的結(jié)構(gòu)。圖7顯示了在去除了一部分種子層材料的厚晶片以剩下期望厚度的種子層之后的復(fù)合村底。圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件。圖9顯示了形成圖11所示器件的方法。陶瓷的復(fù)合襯底的半導(dǎo)體^件層的橫斷面視圖。'、"圖11顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件。圖12是封裝好的發(fā)光器件的分解視圖。附圖詳述在此引入作為參考的，提交于2004年6月3日，標(biāo)題為"LuminescentCeramicforaLightEmittingDevice,'的美國專利申請No.10/861，172,描述了波長轉(zhuǎn)換材料，比如形成陶瓷片的磷光體，在此處陶瓷片被稱為"發(fā)光陶瓷"，"陶資層"或者"陶資磷光體，，。這種陶瓷片是獨立于半導(dǎo)體器件形成的自支撐層，隨后附著于該半導(dǎo)體器件成品或者用作該半導(dǎo)體器件的生長襯底。該陶資層可以是半透明的或者透明的，這可以減少與諸如共形(conformal)層的不透明波長轉(zhuǎn)換層相關(guān)聯(lián)的散射損失。與薄膜或共形磷光體層相比，發(fā)光陶乾層具有更強的魯棒性。此外，由于發(fā)光陶資層是固體，這可以使得它更容易與其它也是固體的光學(xué)元件，比如透鏡和二次光學(xué)器件，進行光學(xué)接觸。形成發(fā)光陶瓷層的磷光體的例子包括石榴石磷光體，其通式為(Lu,ty—a丄Gdy)3(Al卜『GazSic)HCeaP"其中0<x<l,0<y<l,0<z<0.1,0<a<0.2，0<b<0.1，和0<c<l例如在黃-綠范圍內(nèi)發(fā)光的Lu3AlA2:Ce"，Y3Al50,2:Ce3+和Y3AU8Si。.20118N。2:Ce3+;和(Sr!十yBaxCa》2—zSi5",AlaNR—a0a:Euz2+其中0《a<5,0<x<l,0《y<l,和0〈z《l例如在紅色范圍內(nèi)發(fā)光的Sr2SiH。合適的Y3AlsOu:Ce"陶瓷片可以從BaikowskiInternationalCorporationofCharlotte,N.C.購買。其他綠色，黃色，紅色發(fā)光磷光體也適用，包括(31"1」_工&^&。)3^^02:￡"2+(a=0.002-0,2，b=0.0—0.25，c=0.0—0.25，x=l.5-2.5,y=l.5-2.5，z=1.5-2.5)包括，例如，SrSi2N202:Eu2+;(Sr—MguCavBax)(Ga2—"AlyInzS4):Eu"包括例如，SrGa2S4:Eu2+;(Sivx—yBaxCay)2Si04:Eu2+包括,例如SrBaSi04:Eu2+;CahSrs)S:Eu2*其中0《x<l包括，例如，CaS:Eu"和SrS:Eu2、，(Cah"SrxBayMgz)卜。(Al卜a+bB,)Si卜bN卜b0h:REn,其中0<x<l，0<y<l，0<z<l，0《a<l,0<b<l以及O.002<n<0.2并且RE從銪(II)和鈰(III)中選擇包括例如CaAlSiN3:Eu2>CaAl^Si。.96N3:Ce3t;和M"Siu-(^A1^0Ah，其中x-m/v且M是金屬，優(yōu)選地從下面選擇Li,Mg,Ca，Y，Sc,Ce，Pr，Nf,Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho,Er，Tm,Yb，Lu或其混合物包括,例如Ca。.75Si8.6"Al3.3"(kmN。."5:Eu。.25。可以高溫加熱磷光體粉末直到磷光體顆粒表面開始軟化并且形成了液體表層，由此形成了陶瓷磷光體。這些部分熔化的顆粒表面促進了顆粒間質(zhì)量傳輸，導(dǎo)致形成了顆粒連接的"頸部"。形成該頸部的質(zhì)量的重分配導(dǎo)致了在燒結(jié)中顆粒的收縮，并且產(chǎn)生了顆粒的硬質(zhì)結(jié)塊。單軸或均衡沖壓步驟，以及預(yù)制"坯體"的真空燒結(jié)或燒結(jié)預(yù)增密陶瓷，對于形成具有低殘余內(nèi)部孔隙度的多晶陶瓷層是必需的。該陶瓷磷光體的半透明度，即它產(chǎn)生的散射量，可以從高混濁度到高透明度進行控制，這是通過調(diào)節(jié)加熱和沖壓條件、制造方法、所使用的磷光體前體以及合適的磷光體材料的晶格來實現(xiàn)的。除了磷光體，例如氧化鋁的其他陶資形成材料可以被包括以例如方便陶t:的形成或調(diào)節(jié)陶資的折射率。包括超過一種晶體成分或晶體與非晶體的組合或玻璃成分的多晶復(fù)合材料，也能通過例如共燒兩種獨立的磷光體粉末，比如氧代次氮基硅酸鹽磷光體和次氮基硅酸鹽磷光體，來形成。不同于在光學(xué)上表現(xiàn)為沒有光學(xué)間斷的單個大磷光體顆粒的薄膜，發(fā)光陶瓷表現(xiàn)為緊密包裹的獨立的磷光體顆粒，這樣在不同的磷光體顆粒之間有了微小的光學(xué)間斷。因此，發(fā)光陶瓷幾乎是光學(xué)均勻的，并且具有與形成發(fā)光陶瓷的磷光體材料相同的折射率。不同于共形磷光體層或沉積于透明材料如樹脂上的磷光體層，發(fā)光陶瓷除了磷光體本身之外通常不需要粘合材料(比如有機樹脂或環(huán)氧樹脂)，這樣在各個磷光體顆粒之間有很少的空間或者不同折射率的材料。結(jié)果是，發(fā)光陶瓷是透明或半透明的，這不同于共形的磷光體層。美國專利申請序列號No.11/080,801，標(biāo)題"Wavelength-ConvertedSemiconductorLightEmittingDevice",提交于2005年3月14日，這里引入作為參考，該專利申請描述了在復(fù)合襯底上用發(fā)光陶瓷作為基質(zhì)襯底，在該襯底上可以生長in族氮化物器件層。圖2顯示了這個器件。發(fā)光陶瓷52通過結(jié)合劑56與成核結(jié)構(gòu)58結(jié)合，該結(jié)合劑位于成核結(jié)構(gòu)58和發(fā)光陶瓷52的交界面上，也可以直接通過晶片粘合或通過中間粘合層(未示出)來結(jié)合。如果應(yīng)用粘合層，優(yōu)選地該粘合層有一個折射率，則該折射率在應(yīng)用粘合層的IU族氮化物層的折射率和發(fā)光陶瓷的折射率之間，盡管可以利用具有更低折射率的粘合層。接著在成核結(jié)構(gòu)上生長包括一個位于n型區(qū)域10和p型區(qū)域12之間的發(fā)光區(qū)域14的外延層。發(fā)光區(qū)域14和p型區(qū)域l2的一部分被刻蝕，以暴露n型區(qū)域10的一部分，在其上形成n觸點。反射p觸點20形成于p型區(qū)域12的剩余部分上，這樣所有的發(fā)射光都朝向陶資磷光體。一個可選的反射器(未示出)例如分布布拉格反射器被提供在正對著III族氮化物器件層的陶資磷光體的表面，以控制從活動區(qū)域逃離未轉(zhuǎn)換的陶乾磷光體的發(fā)射量。作為反射器的替換，正對著器件層的陶資磷光體52的表面可以被粗糙化，紋理化，或者變形以提高出光圖2中的發(fā)光陶瓷52必須相對厚，比如厚度高于500微米，從而為器件層IO,12,和14的生長以及隨后的晶片制備過程提供必需的機械強度。形成這樣一種厚陶瓷磷光體需要高溫，高壓處理以形成陶乾，接著磨削和拋光，所有這些步驟都可能是昂貴的工藝。根據(jù)本發(fā)明的實施例，半導(dǎo)體發(fā)光器件的III族氮化物器件層被連接到包含發(fā)光陶瓷和基質(zhì)的復(fù)合襯底上。發(fā)光陶乾層可以是薄的，比如厚度200微米或更少。在本發(fā)明的一些實施例中，復(fù)合襯底是生長襯底，器件層在其上面生長。在本發(fā)明的一些實施例中，在器件層在常規(guī)生長襯底上生長之后復(fù)合襯底被附著于器件層。圖3顯示了本發(fā)明的第一個實施例，其中復(fù)合襯底被用作生長襯底用來生長III族氮化物器件層。在圖3的器件中，在復(fù)合生長襯底35中發(fā)光陶瓷層32附著于基質(zhì)30上。發(fā)光陶瓷層32的厚度是1-500微米，5-250微米，或5-50微米。利用包含發(fā)光陶殼和基質(zhì)的復(fù)合襯底具有以下優(yōu)點，即期望的基質(zhì)屬性可以與期望的發(fā)光屬性分開。比如，基質(zhì)30可以是藍寶石，以及發(fā)光陶瓷層32可以被高度摻雜并且相應(yīng)地很薄，只有幾微米的數(shù)量級。增加的摻雜度導(dǎo)致了發(fā)光陶瓷層的折射率的大的虛部，這樣可以通過損壞整個內(nèi)部反射來增加從器件提取到發(fā)光陶瓷的光量。發(fā)光陶瓷層32可以是薄層和高度摻雜，因為器件的機械支撐由基質(zhì)30來提供。沒有基質(zhì)30,發(fā)光陶瓷層"必須足夠厚以提供這個機械支撐，并且因此不能被高度摻雜?；|(zhì)30可以是能夠耐受在襯底35上生長器件層以及在生長后處理該器件所要求的條件的任何材料。為最小化復(fù)合襯底35的平面度偏差，在一些實施例中基質(zhì)30的厚度至少是發(fā)光陶瓷層厚度32的10倍?；|(zhì)30為發(fā)光陶瓷32和生長在襯底35上的半導(dǎo)體器件層提供機械支撐。在基質(zhì)30保留部分器件的實施例中，如果光通過該基質(zhì)被提取，基質(zhì)30至少要部分透明。能夠耐受器件外延層加工條件的任何材料都適合本發(fā)明的實施例，包括半導(dǎo)體，陶瓷，和金屬。適合的材料包括單晶體和多晶體A1203，AlN，Si,SiC，A10N，SiA10N，MgAl204,單晶體和陶瓷Y3A15012,和諸如Mo的金屬。種子層36是這樣一層器件層IO,12,和14在該層上生長，于是它必須是這樣一種材料即半導(dǎo)體材料(在一些實施例中為III族氮化物材料)可以在該種材料上成核。種子層通常是大約5Q埃-l微米厚。在一些實施例中種子層36與器件層材料CTE匹配，并且一般是與器件層有著相當(dāng)緊密的晶格匹配的單晶體材料。通常器件生長于上的種子層36的上表面的晶向是纖鋅礦0001c平面。在種子層36保留器件成品的一部分的實施例中，如果光從器件通過該層被提取，種子層36可以是透明的或薄的。適合的材料包括GaN,4HSiC，6HSiC，ScMgA104，ZnO:A1A，AlGaN和InGaN。一個或多個可選的粘合層34可被用于將發(fā)光陶資層32粘合于種子層36。粘合層34厚度是大約IOO埃-I微米。合適的粘合層的例子包括諸如Si02的Si0x,諸如Si具的SiNx,跳,及其混合物，諸如Mo,Ti的金屬，TiN，其他合金，和其他半導(dǎo)體或絕緣體。由于粘合層34將發(fā)光陶資層32連接到種子層36，所以選擇形成粘合層34的材料從而在發(fā)光陶資32和種子36之間提供良好的粘合性。在粘合層34保留器件成品的一部分的實施例中，粘合層34優(yōu)選為透明的或非常薄。在一些實施例中，粘合層34可以省略，并且種子層36可以直接粘在發(fā)光陶瓷32上。包含n型區(qū)域10,p型區(qū)域12和發(fā)光區(qū)域14的器件層是傳統(tǒng)的III族氮化物器件層，該層通過現(xiàn)有的生長技術(shù)生長。n型區(qū)域10,p型區(qū)域12和發(fā)光區(qū)域14的每一個都可以包含具有不同成分和摻雜濃度的多個層。例如，n型區(qū)域10和/或p型區(qū)域l2可以包括可以是摻雜的或非有意摻雜的預(yù)處理層(比如緩沖層或成核層)，設(shè)計用于方便在襯底去除后稍后釋放生長襯底或減薄半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的釋放層，以及為發(fā)光區(qū)域有效發(fā)光所需的特定光學(xué)或電學(xué)屬性而設(shè)計的器件層。發(fā)光區(qū)域l4可以包括一個或多個厚的或薄的發(fā)光層。合適的發(fā)光區(qū)域的示例包括一個包含單個厚發(fā)光層的發(fā)光區(qū)域，和一個包含多個被阻擋層分離的薄量子阱的多量子阱發(fā)光區(qū)域。與種子層36相鄰的半導(dǎo)體層的成分的選擇可以依據(jù)它的晶格常數(shù)或其他屬性，和/或根據(jù)它在種子層36的材料上的成核能力。圖3中顯示的器件可以通過圖4描述的方法形成。在階段41中，準(zhǔn)備至少一個前驅(qū)磷光體粉末。前驅(qū)磷光體粉末是能夠形成磷光體的一種材料，該磷光體能吸收由待生長的半導(dǎo)體發(fā)光器件的發(fā)光層發(fā)射的某一波長的光，并且發(fā)射出不同波長的光。在一些實施例中，前驅(qū)磷光體粉末包括非反應(yīng)前驅(qū)粉末，其在例如在下面描述的共燒步驟45的隨后步驟中反應(yīng)形成磷光體。在階段"中，陶瓷漿料由每一個前驅(qū)磷光體粉末制備。在階段43中每一個陶瓷漿料接著通過在例如金屬溶體的結(jié)構(gòu)上澆鑄薄層漿料被加工成陶瓷帶，該層是前驅(qū)磷光體粉末和/或非發(fā)光材料和各種添加劑的水分散體或有機分散體。漿料層接著利用例如紅外加熱和空氣對流來干化。在可選階段44中，多個陶瓷帶可以被一起層壓來形成疊層，比如通過在與層壓帶的平面垂直方向上熱壓來完成。根據(jù)初始材料、合成和處理，該疊層中不同的陶資帶有不同的光學(xué)和/或機械特性，包括發(fā)射光譜，散射參數(shù)，和透射率。例如，不同的陶瓷片可以包含發(fā)出不同顏色光的發(fā)光材料或發(fā)出多種顏色光的多重發(fā)光材料，并且一些陶瓷片可能不包括發(fā)光材料。單個帶或?qū)訅旱寞B層可以帶有缺口和被穿孔以接納其他的結(jié)構(gòu)或功能元素，或形成一種可組合的結(jié)構(gòu)，接著被折斷為多個獨立器件。階段41-44得出了一種以單個帶或?qū)訅函B層形式的帶鑄法陶瓷坯體。一個特殊的例子是YAG:Ce陶覺坯體可以如下形成通過在乙醇中混合AlA，YA和Ce02粉末和高純度氧化鋁球4小時，制備一種摻雜有2%的平均顆粒直徑至少為0.2微米的Ce的YAG粉末。研磨過的漿料接著被干燥并在減少的大氣中在1300攝氏度下燒。得到的粉末接著再次在包含O.5的重量百分比的正硅酸乙酯的乙醇中利用高純度氧化鋁球碾磨6小時，在干燥之后，陶資粉末再被分散到軟化水中。漿料中固體物質(zhì)被調(diào)節(jié)到66的重量百分比。漿料篩選之后，加入粘合劑溶液，合適的增塑劑，潤濕劑和消泡劑以形成泥釉，即粉末和具有加入的粘合系統(tǒng)的溶液的陶資漿料，如下面表l中所列。作為粘合劑，使用了聚乙烯醇，其平均分子重量是175kg/mol,相應(yīng)于加權(quán)平均聚合度4300和水解率98.4%。可替換地，有才幾粘合劑系統(tǒng)能用于泥釉的制備，比如帶有乙醇/甲笨的溶劑混合物的粘合劑系統(tǒng)，聚乙烯醇縮丁醛作為粘合劑，鯡魚油作為反絮凝劑，聚乙二醇和鄰苯二甲酸二辛酯作為增塑劑。表l:用于生產(chǎn)YAG:Ce陶乾帶的泥釉配方<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>泥釉接著在真空中被去氣以防止被密封的氣泡在陶瓷帶中引起孔洞。通過批次刮片機在玻璃板上鑄造具有未加工厚度達45微米的未加工帶。隨后濕的泥釉層在60攝氏度的熔爐里被烘干30分鐘?；氐綀D4，在階段45中，陶瓷坯體被置于毗鄰基質(zhì)，接著被共燒，例如通過真空燒結(jié)，無壓燒結(jié)，或單軸熱壓的方法，以將陶乾層附著于基質(zhì)。例如，一個YAG:Ce陶瓷坯體可用藍寶石基質(zhì)材料來堆疊，該陶瓷粘合劑在空氣中的被燒毀的溫度是500-600攝氏度，接著該疊層被改化為壓模。接著該疊層在真空中1500-1800攝氏度下熱壓2-12小時。熱壓之后共燒疊層在1350攝氏度空氣中后退火2-12小時。由于基質(zhì)和陶瓷坯體在一起共燒，在共燒之前不需要昂貴的拋光介面，因為在共燒期間陶瓷坯體的晶粒生長和多晶體重排在發(fā)光陶瓷和基質(zhì)之間導(dǎo)致一個大的接觸區(qū)域。在燒結(jié)期間的接觸區(qū)域和在發(fā)光陶瓷和基質(zhì)之間最終粘結(jié)強度能在共燒期間通過應(yīng)用單軸壓力垂直作用于接觸表面纟皮加強。在階段46中，共燒之后，粘合的發(fā)光陶瓷和基質(zhì)能可選地進一步處理以提高該結(jié)構(gòu)的機械和光學(xué)屬性，例如通過退火或表面拋光。在階段47中，種子層附著于粘合的發(fā)光陶瓷和基質(zhì)。圖3中的種子層36可以如圖5-7所示被粘附。圖5-7顯示了在種子層的塊體材料可容易地利用時來粘附種子層；例如，帶有SiC,A1203,ZnO種子層的襯底，和可能的一些III族氮化物層例如AIN。如圖5顯示，通過適用于粘合層和發(fā)光陶瓷的傳統(tǒng)技術(shù)，粘合層34形成于粘合的發(fā)光陶瓷/基質(zhì)結(jié)構(gòu)37上。例如，Si02粘合層34通過例如化學(xué)氣相沉積的沉積技術(shù)沉積于發(fā)光陶資32上。在一些實施例中，粘合層34可以通過一種技術(shù)如機械拋光來處理使得粘合層34平整。種子層材料36A的厚晶片接著被粘合到粘合層34的暴露表面，如圖6所示。為了形成與粘合層34的強粘合，種子層材料晶片36A也必須平整。在高溫和垂直作用于結(jié)構(gòu)37和晶片36A的介面的壓力下，結(jié)構(gòu)37和晶片36A被粘合在一起。超越種子層的期望厚度的種子層材料36A的部分接著通過適合于種子層36的成分的技術(shù)60被去除，如圖7所示。例如，Al203種子層材料可以通過研磨去除，以及SiC種子層材料可以通過蝕刻去除。最后形成的結(jié)構(gòu)是在上面參考圖3描述的復(fù)合襯底35。在包含不如塊體材料那樣容易使用的材料種子層的器件中，種子層必須單獨制備，例如，在III族氮化物種子層比如GaN，AlGaN,InGaN，InN，和A1N，通過外延技術(shù)例如MOCVD或MBE在一個適合的生長村底比如藍寶石上生長的情況下。在生長襯底上生長具有合適厚度的種子層材料之后，種子層可以被粘附于發(fā)光陶瓷和生長襯底，該襯底被一種適合于生長襯底的技術(shù)去除，比如，例如去除A1203生長襯底的激光剝離技術(shù)或去除SiC生長襯底的蝕刻技術(shù)?；氐綀D4,在階段48中包含圖3所示的n類型區(qū)域10,發(fā)光區(qū)域14，和p類型區(qū)域12的半導(dǎo)體器件層在復(fù)合襯底成品上生長。在階段49中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)被處理成成品器件，比如通過加入電接觸點，把器件晶片切為單獨的小塊，并且封裝這些小塊。在一些實施例中，基質(zhì)30可以在切塊之前被減薄，例如達到厚度低于200微米。圖8顯示了一個處理后的倒裝芯片器件。p型區(qū)域12和發(fā)光區(qū)域14的一部分被去除了，這樣夾著發(fā)光層的n型區(qū)域和p型區(qū)域的部分暴露在器件的相同側(cè)。電接觸點82和84形成于這些暴露的部分。如果電接觸點82和84是反射的，該結(jié)構(gòu)被下側(cè)接觸地裝配在支座86，這樣光可以如圖8所示通過種子層襯底35被提取。如果電接觸點82和/或84是透明的，該器件可以上側(cè)接觸地裝配，這樣光通過該觸點(圖8中沒有示出)提.取。圖11顯示了本發(fā)明的一個可替換實施例，在其中復(fù)合襯底不包括成圖11的器件的一種方法。如圖4所描述，在階段41-46中發(fā)光陶瓷32被制備并粘附到基質(zhì)30。在階段90中，包含n型區(qū)域10，活動區(qū)域14,和p型區(qū)域12的各器件層在諸如A1203，，SiC或GaN的合適生長襯底95上分開地生長，產(chǎn)生如圖IO顯示的結(jié)構(gòu)94。在圖9的階段91中，包含基質(zhì)30和發(fā)光陶瓷32的復(fù)合襯底37被粘附于結(jié)構(gòu)94的頂表面，即圖10中的p型區(qū)域的表面。一種可選的粘合層96可以在發(fā)光陶瓷32和p型區(qū)域12之間被形成。在圖9的階段"中，生長襯底95可以通過一種適合于該生長襯底的技術(shù)被去除。在生長襯底去除期間，復(fù)合襯底37為機器層10，12和14提供機械支撐。生長襯底95被去除之后，n型區(qū)域10的表面被暴露。該結(jié)構(gòu)接著在階段93中被加工成成品器件。n型區(qū)域10和活動區(qū)域14的一部分可以被去除以暴露p型區(qū)域的一個或多個部分。電接觸點82和84形成于p型區(qū)域12的暴露部分和n區(qū)域10的保留部分。在一些實施例中，由于電流通過n型III族氮化物層比通過p型III族氮化物層更容易傳播，生長了結(jié)構(gòu)94,這樣p型區(qū)域12首先在生長襯底95上生長，接著是發(fā)光區(qū)域14和n型區(qū)域10。在這種器件中，在圖11示出的取向中，p型區(qū)域12將位于n型區(qū)域10之下，這樣觸點82連接到n型區(qū)域10，并且觸點84連接到p型區(qū)域12。在觸點形成并且器件晶片被切成單獨的小塊之后，如圖U所示一個或多個小塊可被連接到支座86。圖12是一個封裝的發(fā)光器件的分解圖，更詳細的描述在美國專利6274924中。散熱段塞100被置于插入型模制的引線框架中。該插入型模制的引線框架例如是一種填充塑料材料105,其鑄造于提供導(dǎo)電通道的金屬框架106周圍。段塞100可以包括一個可選的反射杯102。發(fā)光器件管芯104(它可以是上述實施例中描述的任何器件)通過上述支座103被直接或間接裝配于段塞100.—個蓋子108可以被加入，它可以是光學(xué)透鏡。在一些實施例中，復(fù)合襯底與半導(dǎo)體器件層被間隔開并且不對器件層提供機械支撐:例如，在一^例如投影儀的應(yīng)用'中，、包含發(fā),陶資禾口成白色光。比如雙色光濾鏡或光導(dǎo)的光學(xué)器件可被置于復(fù)合襯底與半導(dǎo)體器件層之間?？梢赃x擇基質(zhì)折射率以提高轉(zhuǎn)換光的提取或例如如果光在空氣中被提取時通過匹配發(fā)光陶瓷和環(huán)境的折射率來吸收泵浦光。已經(jīng)詳細地描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到，根據(jù)當(dāng)前的公開，可以作出不脫離本發(fā)明中所描迷的精神的改進。例如，雖然以上實施例描迷HI族氮化物器件，在一些實施例中器件層可以由其他材料系統(tǒng)(例如其他ni-v材料系統(tǒng)，比如in-AsP材料)形成。因此，本發(fā)明并不企圖將本發(fā)明的范圍局限于所顯示和描迷的具體實施例。權(quán)利要求1、一種結(jié)構(gòu)，包括復(fù)合襯底，包括基質(zhì)；和連接到該基質(zhì)的陶瓷層，該陶瓷層包括發(fā)光材料并具有低于500微米的厚度；以及粘附到該復(fù)合襯底的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在n型區(qū)域和p型區(qū)域之間的發(fā)光層。2、如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中該陶瓷層具有低于250微米的厚度。3、如權(quán)利要求l所迷的結(jié)構(gòu)，其中該陶瓷層具有一個低于50微米的厚度。4、如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中該基質(zhì)是下述之一單晶體A1203,多晶體A1203，A1N,Si,SiC，A10N，SiA10N,MgAl204,單晶體Y3A15012,陶瓷Y>A1.,012，金屬和Mo。5、如權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)，其中該發(fā)光材料是下列之一(Lu,x-ytbYxGdy)"Alh—cGa,.Si丄O,hNc:CeaPrb其中，0<x<l，0<y<l,0<z<0.1，0<z《0.1,0<a《0.2,0<b<0.1，和0<c<l;Lu3Al5012:Ce3+;Y3A150I2:Ce3+;YAluSioUu:Ce3+;(Sr卜,—yBaxCay)2-zSi5-aAl;,N8-aOa:Eu,其中0<a<5，0<x<1，0<y《1，和0<z<1;Sr2Si5N8:Eu2+;(SryCaDSixNyOz:Eua2+(a=0.002-0.2，b=0.0-0.25，c=0.0-0.25,x=l.5-2.5，y=l.5-2.5，z=l.5-2.5);SrSi2N202:Eu2+;(Sr,tVXMg、,CavBaK)(Ga2-y-zAlyInzS4):Eu2+;SrGa2S4:Eu2+;(Sr,十yBaxCay)2Si04:Eu2';SrBaSiO"Eu2、(Ca,—xSrx)S:Ei]2'其中，0《x<l;CaS:Eu2+;SrS:Eu2+;(Ca卜"》J3aHn(AU)SiHREn,其中0《x《l,0<y<l,0<z<l，0<a<l，(Kb《l和0.002<n<0.2和RE-Eu"或Ce3+;CaAlSiN:Eu2t;CaAl,.。,Si。.9晶Ce3t;以及MZ+Siu^'AUANu—',,其中x-m/v且M-Li,Mg，Ca,Y,Sc,Ce,Pr，Nf，Sm，Eu,Gd，Th，Dy，Ho,Er,Tm，Yb，Lu或其混合物；以及Cao.75Si8.6"AlL"50uN。."5:Eu。"。6、如權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)，其中該發(fā)光層被設(shè)置為當(dāng)被正向偏置時發(fā)出第一峰值波長的光；以及該發(fā)光材料能夠吸收該第一峰值波長的光，并且能夠發(fā)射第二峰值波長的光。7、如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在該復(fù)合襯底上生長。8、如權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)，其中該復(fù)合襯底進一步包括種子層，其中該陶瓷層被設(shè)置在基質(zhì)和種子層之間；以及該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)直接生長在種子層上。9、如權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)，其中該種子層是下述之一GaN,4HSiC，6HSiC，ScMgA104，Zn0，A1203，AlGaN.和InGaN。10、如權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)，進一步包括設(shè)置于種子層與陶資層之間的粘合層，其中該粘合層將種子層粘附于陶梵層。11、如權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)，其中該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)生長于生長襯底底。12、如權(quán)利要求n所述的結(jié)構(gòu)，其中進一步包括設(shè)置于陶瓷層與半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之間的粘合層。13、如權(quán)利要求11所述的結(jié)構(gòu)，其中該生長襯底是SiC和Al幾之14、如權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)，進一步包括電連接到P型區(qū)域的第一觸點以及電連接到n型區(qū)域的第二觸點；其中該第一和第二觸點都形成在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的同一側(cè)。15、如權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)，進一步包括覆蓋發(fā)光層的蓋子。16、一種方法，包括提供復(fù)合襯底，該復(fù)合襯底包括基質(zhì)；以及連接于基質(zhì)的陶瓷層，該陶瓷層包括發(fā)光材料并具有低于500微米的厚度；和將半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)粘附于該復(fù)合襯底，該半導(dǎo)體材料包括設(shè)置于n型區(qū)域和p型區(qū)域之間的發(fā)光層。17、如權(quán)利要求16所述的方法，其中該發(fā)光層被設(shè)置為當(dāng)被正向偏置時發(fā)出笫一峰值波長的光；以及該發(fā)光材料能夠吸收該第一峰值波長的光，并且能夠發(fā)射第二峰值波長的光。18、如權(quán)利要求16所述的方法，其中粘附包括在復(fù)合襯底上生長半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。19、如權(quán)利要求18所述的方法，其中該復(fù)合襯底還包括種子層；該陶瓷層設(shè)置于基質(zhì)和種子層之間；以及生長包括直接在種子層上生長半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。20、如權(quán)利要求16所述的方法，進一步包括在生長襯底上生長該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中粘附包括將該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)粘附于陶瓷層。21、如權(quán)利要求20所述的方法，進一步包括提供一設(shè)置于該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和陶瓷層之間的粘合層。22、如權(quán)利要求20所迷的方法，進一步包括在粘合之后去除該生長襯底層。23、如權(quán)利要求16所述的方法，進一步包括形成電連接到P型區(qū)域的第一觸點；和形成電連接到n型區(qū)域的第二觸點；其中該第一和第二觸點都形成在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的同一側(cè)》24、一種結(jié)構(gòu)，包括復(fù)合襯底，包括基質(zhì)；以及連接到該基質(zhì)的陶瓷層，該陶瓷層包括發(fā)光材料并具有低于500微米的厚度。25、如權(quán)利要求24所迷的結(jié)構(gòu)，進一步包括半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括設(shè)置于n型區(qū)域和p型區(qū)域之間的發(fā)光層，該發(fā)光層被設(shè)置為當(dāng)被正向偏置時發(fā)出笫一峰值波長的光；其中該復(fù)合襯底被設(shè)置于該發(fā)光層發(fā)出的光路中；以及該發(fā)光材料能夠吸收第一峰值波長的光，并且能夠發(fā)射第二峰值波長的光。26、如權(quán)利要求25所述的結(jié)構(gòu)，其中該復(fù)合襯底直接接觸該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。27、如權(quán)利要求25所述的結(jié)構(gòu)，其中該復(fù)合襯底與該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)-故間隔開。全文摘要一種包含定位于n類型區(qū)域和p類型區(qū)域的發(fā)光層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)被粘附到包含對器件提供機械支持的基質(zhì)和含有發(fā)光材料的陶瓷層的復(fù)合襯底。在一些實施例中，該復(fù)合襯底包括一個晶體種子層，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在該層上生長。陶瓷層位于種子層和基質(zhì)之間。在一些實施例中，在傳統(tǒng)成長襯底上生長結(jié)構(gòu)之后，復(fù)合襯底粘附到該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，復(fù)合襯底與半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)被間隔開，并且不提供對該結(jié)構(gòu)的機械支撐。該陶瓷層的厚度低于500微米。文檔編號C09K11/77GK101366126SQ200680044724公開日2009年2月11日申請日期2006年11月23日優(yōu)先權(quán)日2005年11月29日發(fā)明者M·R·克拉梅斯,P·J·施米特申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司;飛利浦拉米爾德斯照明設(shè)備有限責(zé)任公司