專利名稱：發(fā)光器件及其制造方法和采用該器件的發(fā)光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光器件及其制造方法和采用該器件的發(fā)光系統(tǒng)，具體地說，涉及一種可簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、減小尺寸且可提高聚集和散熱效率的發(fā)光器件及其制造方法和采用該器件的發(fā)光系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
通常，發(fā)光元件被簡(jiǎn)單地用作信號(hào)顯示裝置。近來，發(fā)光元件被積極地研究作為具有各種波長(zhǎng)的光源和許多系統(tǒng)的能量。常用的發(fā)光元件包括激光二極管(LD)和發(fā)光二極管(LED)。該LD被用作光通信領(lǐng)域的光源，而LED正逐漸地被用到各種領(lǐng)域作為發(fā)光裝置或LCD(液晶顯示器)裝置和普通的顯示裝置的背光。
特別是，LED可以由較低的電壓驅(qū)動(dòng)并取得高能效，以得到低產(chǎn)熱并延長(zhǎng)壽命。另外，已提出能夠通過采用LED使得在現(xiàn)有技術(shù)中難以實(shí)現(xiàn)的白光具有高亮度的技術(shù)。結(jié)果，LED有望作為替代目前使用的大多數(shù)發(fā)光器件的重要的技術(shù)。
圖1為普通的發(fā)光二極管(LED)10的截面圖。如圖所示，采用化學(xué)蒸汽淀積法在用如藍(lán)寶石、n-砷化鎵(GaAs)等構(gòu)成的透明襯底11上順序淀積緩沖層12、n-接觸層13、活性層14和P-接觸層15。通過光刻處理方法和干/濕蝕刻方法進(jìn)行MESA蝕刻使得n-接觸層13暴露。之后，在所形成的結(jié)構(gòu)上淀積有助于光傳輸?shù)碾娏鲾U(kuò)散層16，以及形成電極的部分形成圖案。其后，在暴露的P-接觸層15和n-接觸層13上分別形成p-電極17和n-電極18。在此，在活化層14的上部和下部還可以形成p-鍍層和n-鍍層。
這種結(jié)構(gòu)的LED通過加電壓到p-電極17和n-電極18上而發(fā)光。在此，在加電壓時(shí)，空穴和電子被注入到p-電極17和n-電極18。所注入的空穴和電子在活化層14中重新結(jié)合，從而向外部發(fā)光。
在LED或具有類似結(jié)構(gòu)的LD中，在向外部發(fā)光時(shí)產(chǎn)生熱。若這些熱在元件中累積，不利影響是該元件的性能下降而且壽命縮短。因此，設(shè)計(jì)輔助支架和輻射板并用于發(fā)光元件如用于光通信或照明的LED或LD。
如具有圖1所示的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件，LED被通過電極連接到平面型輔助支架(sub-mount)，并因此在輔助支架上形成的電極圖案采用引線結(jié)合技術(shù)與LED的電極相連接。之后，當(dāng)輻射板進(jìn)一步與輔助支架下部連接時(shí)，從發(fā)光元件產(chǎn)生的熱可有效地向外散發(fā)。
但是，在一般的平板型輔助支架中，當(dāng)襯底厚度減小到預(yù)定的厚度以下時(shí)，由于襯底自身變得脆弱，其厚度應(yīng)保持大于預(yù)定值。其結(jié)果，由于發(fā)光元件產(chǎn)生的熱通過厚的輔助支架傳導(dǎo)到輻射板以致于引起元件性能退化。另外，由于發(fā)光元件連接到平面型輔助支架上，光發(fā)生發(fā)散以致于降低光聚焦效率。
近來，另一方面，提高發(fā)光元件的穩(wěn)定性的研究已經(jīng)進(jìn)行。特別是，在應(yīng)用到要求可靠性的特定設(shè)備中的發(fā)光元件中，單獨(dú)的電壓調(diào)節(jié)裝置與該發(fā)光元件相連接以對(duì)抗靜電流入或浪涌電壓輸入到發(fā)光元件的電極，從而構(gòu)成發(fā)光元件組件。即，當(dāng)靜電或浪涌電壓輸入到發(fā)光元件的電極時(shí)，瞬變電流流入發(fā)光元件，因此可使發(fā)光元件系統(tǒng)損毀。結(jié)果，電壓調(diào)節(jié)裝置如齊納二極管與該發(fā)光元件并聯(lián)連接。
齊納二極管(zener diode)是一種利用齊納擊穿的器件。在此，在制作該二極管時(shí)，當(dāng)雜質(zhì)的濃度很高時(shí)，空間電荷區(qū)的寬度變窄，并因此即使在反向電壓時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)。所產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)將共用點(diǎn)陣組合分解成若干自由電子和空穴。結(jié)果，齊納二極管減小阻抗并在電壓不變的情況下允許明顯的反向電流流過。因此，當(dāng)具有預(yù)定的擊穿電壓的齊納二極管以相反方向與發(fā)光元件的電極相連接時(shí)，即使高靜電或浪涌電壓瞬間流入，仍可保持穩(wěn)定電壓從而顯著地緩解對(duì)發(fā)光元件系統(tǒng)的沖擊。
但是，在現(xiàn)有技術(shù)中，在發(fā)光元件連接到平面型輔助支架和輻射板之后，發(fā)光元件通過單獨(dú)的引線結(jié)合工藝與恒壓元件如齊納二極管連接以制作發(fā)光元件組件，因而構(gòu)成該元件困難，增加制作成本，降低其生產(chǎn)率。
另外，當(dāng)構(gòu)成其中具有該發(fā)光元件的發(fā)光器件時(shí)，須將數(shù)量眾多的恒壓元件分別地與發(fā)光器件連接。結(jié)果，其結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜且難以制作，從而導(dǎo)致成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、總體尺寸更小并且可提高聚光和散熱效率的發(fā)光器件及其制造方法和采用該器件的發(fā)光系統(tǒng)。
為了獲得這些和其他優(yōu)點(diǎn)并根據(jù)本發(fā)明的目的，在此予以實(shí)施并廣泛描述，所提供的發(fā)光器件包括具有第一和第二電極的發(fā)光元件，和在其主表面具有內(nèi)部安裝發(fā)光元件的孔穴并與發(fā)光元件電連接的半導(dǎo)體構(gòu)件。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一種發(fā)光系統(tǒng)，包括包含具有第一和第二電極的發(fā)光元件和在其主表面具有內(nèi)部安裝發(fā)光元件的孔穴并與發(fā)光元件電連接的半導(dǎo)體構(gòu)件的發(fā)光器件，其中半導(dǎo)體構(gòu)件是具有至少兩個(gè)與其主表面上的第一和第二電極電連接的半導(dǎo)體區(qū)域的電壓調(diào)節(jié)二極管；其中安裝發(fā)光器件并具有一對(duì)與第一和第二電極和與半導(dǎo)體區(qū)域電連接的引線框架的芯柱部分；以及用于覆蓋芯柱部分以密封該發(fā)光器件的罩蓋部分。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種制造發(fā)光器件的方法，包括步驟在半導(dǎo)體襯底的主表面形成孔穴；在該主表面上形成至少一個(gè)雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域，從而形成多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域；在整個(gè)主表面形成絕緣層并在所形成的絕緣層的部分上形成接觸孔圖案，而因此暴露多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域中的兩個(gè)區(qū)域；沿孔穴側(cè)壁形成從孔穴底部表面到主表面上部向上延伸形成的一對(duì)連接電極，以填充接觸孔，用于將兩暴露的半導(dǎo)體電極與隨后安裝的發(fā)光元件電連接并與外部組件電連接；以及將發(fā)光元件與該對(duì)連接電極進(jìn)行連接從而在孔穴中定位發(fā)光元件。
通過下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明前述的和其他的目的、特性、方面和優(yōu)點(diǎn)將更為明顯。


所包括的附圖用來提供本發(fā)明的進(jìn)一步理解，其被結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成說明書的一部分，其示出了本發(fā)明的實(shí)施例并與文字描述一起用來說明本發(fā)明的原理。
附圖中圖1為普通的發(fā)光二極管的截面圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的發(fā)光器件的截面圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的發(fā)光器件的截面圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的發(fā)光器件的截面圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的發(fā)光器件的截面圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的發(fā)光器件的截面圖；圖7至圖12所示為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的發(fā)光器件的制作程序；圖13為應(yīng)用了輻射部件的根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的發(fā)光器件的截面圖；圖14為采用根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的發(fā)光器件的發(fā)光系統(tǒng)的分解透視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，附圖中示出其實(shí)例。
下文中，按照附圖中示出的實(shí)施例對(duì)根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件進(jìn)行詳細(xì)描述。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件可以由多種實(shí)施方式，下面將說明其優(yōu)選圖2為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的發(fā)光器件的截面圖。
如圖所示，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的發(fā)光器件100，包括具有第一電極17和第二電極18的發(fā)光元件10，和在其主表面具有其內(nèi)部安裝發(fā)光元件10的孔穴20并與發(fā)光元件10電連接的半導(dǎo)體構(gòu)件21。
孔穴20的深度優(yōu)選大于發(fā)光器件10的高度以致于發(fā)光元件10發(fā)出的光不會(huì)對(duì)其他元件產(chǎn)生影響而且發(fā)光器件100的總體尺寸可最小化。
半導(dǎo)體構(gòu)件21由硅材料制成，并用作在主表面形成的孔穴中安裝的發(fā)光元件10的輔助支架。另外，半導(dǎo)體構(gòu)件21在其主表面具有至少兩個(gè)分別與發(fā)光元件10的第一電極17和第二電極18電連接的半導(dǎo)體區(qū)域。因此，半導(dǎo)體構(gòu)件21可作為電壓調(diào)節(jié)二極管以穩(wěn)定通過外部電路流入的過電壓。
半導(dǎo)體區(qū)域位于向下延伸到孔穴20的各個(gè)側(cè)壁的主表面的上部。即，半導(dǎo)體區(qū)域在未形成孔穴的主表面的部分形成。
這些半導(dǎo)體區(qū)域包括通過在主表面的一部分中涂上雜質(zhì)而形成的并因此與第一電極17電連接的第一p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域23、通過在主表面的部分中涂上雜質(zhì)而形成的并因此與第二電極18電連接的第二p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域24，以及與除第一和第二p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域23和24以外的半導(dǎo)體構(gòu)件21的其余區(qū)域?qū)?yīng)的n-型半導(dǎo)體區(qū)域29。即，半導(dǎo)體構(gòu)件21可作為電壓調(diào)節(jié)元件如pnp結(jié)雙閾齊納二極管。
另一方面，在半導(dǎo)體構(gòu)件21的整個(gè)主表面形成具有在其中形成的接觸孔以將半導(dǎo)體區(qū)域23和24分別與發(fā)光元件10的第一和第二電極17和18電連接的絕緣層25。在位于向內(nèi)延伸到孔穴20的側(cè)壁的半導(dǎo)體元件21的主表面上的絕緣層25中形成這些接觸孔，并因此通過接觸孔25a與第一和第二電極17和18電連接的各個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域23和24暴露在外部。
另外，在絕緣層25上設(shè)置一對(duì)連接電極26以使得半導(dǎo)體區(qū)域23、24與發(fā)光元件10的第一和第二電極17、18電連接，并且還與外部組件電連接。該對(duì)連接電極26沿孔穴20的側(cè)壁從孔穴10的底表面向上延伸到主表面上部形成。在此，絕緣層25阻斷半導(dǎo)體構(gòu)件21和連接電極26之間的電通路。
因而，絕緣層25優(yōu)選用具有高傳熱系數(shù)的AIN，ZnO，BeO，氧化硅和氮化硅之一制成。
在此，第一和第二電極17、18通過由能夠電性地和形式地(schematically)連接該連接電極和發(fā)光元件10的金屬材料(即An-Sn，In，Pb-Sn等)形成的安裝部件28分別與該對(duì)連接電極26電連接。
另一方面，沿孔穴側(cè)壁形成反射部分以聚焦發(fā)光元件10發(fā)出的光從而增加光的強(qiáng)度和密度。反射部分優(yōu)選采用具有高反射系數(shù)的金屬材料如Al、Ag等制成。
從圖13可以看到，用于將發(fā)光元件10產(chǎn)生的熱向外傳輸?shù)妮椛洳考?00安裝在半導(dǎo)體構(gòu)件2的主表面的反面。該輻射部件200優(yōu)選用金屬如銅或鐵制成。
另一方面，其他的發(fā)光元件如激光二極管(LD)和示出的發(fā)光二極管(LED)一樣可用作發(fā)光元件10。
下文中，將描述本發(fā)明的其他實(shí)施例。
在說明本發(fā)明的實(shí)施例時(shí)，與前述的本發(fā)明的第一實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)和其說明將被省略。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的發(fā)光器件的截面圖。
如圖所示，在半導(dǎo)體構(gòu)件21的主表面上形成的并通過絕緣層25的接觸孔25a與該對(duì)連接電極26電連接的半導(dǎo)體區(qū)域包括通過在主表面的部分涂上雜質(zhì)而形成并因此與發(fā)光元件10的第一電極17電連接的p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域23；和與除該p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域23以外的半導(dǎo)體構(gòu)件21的其余區(qū)域?qū)?yīng)并因此與發(fā)光元件10的第二電極18電連接的n-型半導(dǎo)體區(qū)域29。也就是說，通過僅形成分別與該對(duì)連接電極26電連接的半導(dǎo)體區(qū)域的一個(gè)區(qū)域作為p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域，該對(duì)連接電極26之一形成與由n-型硅材料制成的半導(dǎo)體構(gòu)件21本身連接。據(jù)此，半導(dǎo)體構(gòu)件21可用作電壓調(diào)節(jié)元件如pn結(jié)齊納二極管。
因此，如在本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例中所示，為了使得半導(dǎo)體構(gòu)件21作為電壓調(diào)節(jié)二極管，在延伸到孔穴20側(cè)壁的上端的主表面上形成與該對(duì)連接電極26電連接的若干半導(dǎo)體區(qū)域。但是，該半導(dǎo)體區(qū)域可在孔穴20的底表面形成。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的發(fā)光器件的截面圖。
參照?qǐng)D4，通過絕緣層47的接觸孔47a與該對(duì)連接電極26電連接的半導(dǎo)體區(qū)域包括在孔穴20的底部表面涂覆以通過該對(duì)連接電極26之一與第一電極17電連接的p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域48，和與除p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域48以外的半導(dǎo)體構(gòu)件21其余區(qū)域?qū)?yīng)并通過另一連接電極26與孔穴20底部表面的第二電極18電連接的n-型半導(dǎo)體區(qū)域29。因此，半導(dǎo)體構(gòu)件21可用作電壓調(diào)節(jié)元件如pn結(jié)齊納二極管。
另一方面，在孔穴20的底部表面形成半導(dǎo)體區(qū)域，并在孔穴20的底部表面形成絕緣層47的接觸孔47a以使得半導(dǎo)體區(qū)域暴露。在此，半導(dǎo)體區(qū)域48和29通過所形成以填充接觸孔47a的該對(duì)連接電極26與發(fā)光元件10電連接。
圖5為根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的發(fā)光器件的截面圖。在半導(dǎo)體構(gòu)件21中設(shè)置的半導(dǎo)體區(qū)域包括在孔穴20的底部表面涂覆以通過該對(duì)連接電極26之一與第一電極17電連接的第一p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域，在孔穴20的底部表面涂覆以通過另一連接電極26與第二電極18電連接的第二p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域49，和與除第一和第二型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域48和49以外的半導(dǎo)體構(gòu)件21其余區(qū)域?qū)?yīng)的n-型半導(dǎo)體區(qū)域29。即，半導(dǎo)體構(gòu)件21可用作電壓調(diào)節(jié)元件如pnp結(jié)雙閾齊納二極管。如第三實(shí)施例中所描述的，在孔穴20底部表面形成的絕緣層47上形成接觸孔47a以與第一和第二p-型半導(dǎo)體區(qū)域48和49相對(duì)應(yīng)。
圖6為根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的發(fā)光器件的截面圖。如圖所示，作為半導(dǎo)體構(gòu)件中設(shè)置的多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域的p-井(p-we11)和n-井(n-wel1)在孔穴底部表面形成。
也就是說，半導(dǎo)體區(qū)域包括在半導(dǎo)體構(gòu)件21的主表面的部分中，即孔穴20的底部表面涂覆的并因此與第一電極17電連接的p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域53，以及在該p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域53的部分涂覆形成并因此與第二電極18電連接的n-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域54。
盡管圖中未示出，在半導(dǎo)體構(gòu)件21中構(gòu)建具有p-井和p-井中的n-井的半導(dǎo)體區(qū)域的方法，如在本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例中示出的，即使在延伸到孔穴20的側(cè)面上端的半導(dǎo)體構(gòu)件21的主表面的上部也可以實(shí)施。通過構(gòu)造這些p-井和n-井，半導(dǎo)體構(gòu)件21可用作電壓調(diào)節(jié)元件如pn結(jié)齊納二極管。
另一方面，當(dāng)半導(dǎo)體構(gòu)件21構(gòu)建為pn結(jié)電壓調(diào)節(jié)二極管時(shí)，該電壓調(diào)節(jié)二極管須與發(fā)光元件10進(jìn)行并聯(lián)電連接，而且電壓調(diào)節(jié)二極管和發(fā)光元件10必須反電極電連接。
下面根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例中的第一實(shí)施例說明發(fā)光器件制造方法。
圖7至圖12所示為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的發(fā)光器件的制作程序。
如前所述，在此所采用的發(fā)光元件可以是發(fā)光二極管或激光二極管。將要描述的制造方法是通過對(duì)硅晶片的批處理進(jìn)行的。
如圖所示，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的發(fā)光器件的制造方法，包括步驟在半導(dǎo)體襯底的主表面中形成孔穴(圖7和圖8)，在所述主表面上形成至少一個(gè)雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域以形成多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域(圖9)，在主表面上形成絕緣層并在該絕緣層的局部形成接觸孔圖案以暴露多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域中的兩個(gè)區(qū)域(圖10)，沿孔穴側(cè)壁形成從孔穴底部表面向上延伸到主表面上部的一對(duì)連接電極以填充該接觸孔，從而將兩暴露的半導(dǎo)體區(qū)域與隨后安裝的發(fā)光元件電連接并還與外部組件電連接(圖11)，以及將該發(fā)光元件與該對(duì)連接電極相連接以將發(fā)光元件定位在孔穴內(nèi)(圖12)。
下面將更詳細(xì)地描述該制造方法。
首先，如圖7所示，在由厚度大于后面安裝的發(fā)光元件的高度的硅材料制成的半導(dǎo)體襯底21的兩表面采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)形成在進(jìn)行濕蝕刻時(shí)采用的掩膜層22。之后，采用光刻法和蝕刻法將掩膜層22形成圖案以使得該半導(dǎo)體襯底21的主表面的部分暴露。
接著，如圖8所示，通過采用濕蝕刻的體顯微機(jī)械加工技術(shù)，在通過掩膜22形成圖案暴露的半導(dǎo)體襯底21的主表面上形成孔穴20。此時(shí)，所形成的孔穴20的深度必須大于將要安裝在此的發(fā)光元件10的高度以致于在后續(xù)步驟中定位在孔穴中的發(fā)光元件10不受其他鄰近的元件的影響并且通過制造用于安裝發(fā)光元件10的孔穴20的薄的底部表面使發(fā)光元件產(chǎn)生的熱易于向外部擴(kuò)散。
然后如圖9所示，在延伸到孔穴20側(cè)壁的上端的主表面上形成第一p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域23和第二p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域24以使得半導(dǎo)體襯底21可用作電壓調(diào)節(jié)二極管。
接著，如圖10所示，在具有在其上形成的孔穴20的半導(dǎo)體襯底21的整個(gè)主表面上形成絕緣層25。再蝕刻絕緣層25的部分以形成接觸孔25a，從而部分地暴露第一和第二p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域23、24。其后，在絕緣層25上形成一對(duì)連接電極26以與第一和第二p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域23、24電連接并還沿孔穴側(cè)壁從孔穴20底部表面向上延伸。如圖10所示，連接電極26向上延伸到半導(dǎo)體襯底21的主表面。結(jié)果，連接電極26使得隨后安裝的發(fā)光元件的各個(gè)電極17和18與第一和第二p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域23、24電連接，并且也作為連接外部電路的連接襯墊。
在此，絕緣層25可采用薄膜淀積法如濺射法或汽化法由AIN、ZnO或BeO之一制成。同時(shí)，絕緣層25可形成為絕緣薄膜如氧化硅薄膜或氮化硅薄膜。
另外，該對(duì)連接電極26優(yōu)選在絕緣層25上形成金屬層之后采用提升(lift-off)法形成圖案。并可采用金屬層蝕刻法形成圖案。
接著，如圖11所示，由具有高反射系數(shù)的金屬制成的反射部分27沿孔穴20側(cè)壁分別形成在連接電極26上。用于在其上安裝發(fā)光元件的安裝部件28形成在位于孔穴20底部表面的連接電極26的部分。
當(dāng)連接電極26由具有高反射系數(shù)的金屬制成時(shí)可以不設(shè)置反射層27。但是，最好設(shè)置獨(dú)立的反射層27以更加有效地聚集發(fā)光元件10發(fā)出的光。
另外，安裝部件28優(yōu)選采用提升法形成，并可由任何可與連接電極26和發(fā)光元件10連接的金屬如An-Sn、In、Pb、Pn-Sn等制成。
接著，如圖12所示，在硅晶片上形成的多種結(jié)構(gòu)通過切割處理被分開作為單個(gè)晶片。隨后，采用倒裝片結(jié)合法將發(fā)光元件10接合到在孔穴20中的連接電極26上形成的安裝部件28。通過這些步驟，制成根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的發(fā)光器件100。
下文中，將描述根據(jù)本發(fā)明的第二至第五實(shí)施例的發(fā)光器件的制造方法，并且與根據(jù)第一實(shí)施例的發(fā)光器件的制造方法相同的部分予以省略。
在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的發(fā)光器件的制造方法中，在形成多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域時(shí)，在延伸到孔穴20的側(cè)壁上端的主表面上僅形成一個(gè)p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域23。因而，當(dāng)暴露兩個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域時(shí)，p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域23的一部分和由硅材料制成的n-型半導(dǎo)體襯底21的一部分暴露在主表面，從而形成絕緣層25的接觸孔25a圖案。
另外，在根據(jù)第三實(shí)施例的發(fā)光器件的制造方法中，在形成多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域時(shí)，在孔穴20的底部表面上僅形成一個(gè)p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域。因而，當(dāng)暴露兩個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域時(shí)，形成絕緣層47的接觸孔47a圖案以在孔穴20的底部表面上暴露p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域的一部分和n-型半導(dǎo)體襯底21的一部分。
另一方面，在根據(jù)第四實(shí)施例的發(fā)光器件的制造方法中，在形成多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域時(shí)，在孔穴20的底部表面上分別形成第一p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域48和第二p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域49。因此，當(dāng)暴露兩個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域時(shí)，形成絕緣層25的接觸孔25a圖案以在孔穴20的底部表面上分別暴露第一p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域48和第二p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域49。
在根據(jù)第五實(shí)施例的發(fā)光器件的制造方法中，在形成多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域時(shí)，在孔穴的底部表面上分別形成p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域53和在p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域53的部分涂覆形成的n-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域54。因此，當(dāng)暴露兩個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域時(shí)，形成絕緣層47的接觸孔47a圖案以在孔穴的底部表面上分別暴露p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域53和n-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域54。
另外，采用與第五實(shí)施例的制造方法相同的方法，p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域和在p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域的部分涂覆形成的n-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域可在延伸到孔穴側(cè)壁上端的半導(dǎo)體襯底主表面上形成。
在另一方面，圖13所示為安裝在采用這些方法制造的發(fā)光器件100的下部，即，在安裝有發(fā)光元件10的半導(dǎo)體襯底21的主表面的反面的輻射部件200。如圖所示，由于輻射部件200和發(fā)光元件10之間的半導(dǎo)體襯底21，也就是，孔穴20的底部表面部分較薄，發(fā)光元件10工作所產(chǎn)生的熱通過半導(dǎo)體襯底和輻射部件200更易于向外擴(kuò)散，從而防止發(fā)光器件100惡化。
圖14所示為應(yīng)用到光通信系統(tǒng)的具有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的發(fā)光器件的發(fā)光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，特別是，常用作光電子元件封裝的TO外殼(TO-can)。
如圖14所示，采用該發(fā)光器件的發(fā)光系統(tǒng)500包括前述的具有安裝在其上的輻射部件200的發(fā)光器件100，其上安裝有發(fā)光器件100和與連接電極26電連接的一對(duì)引線框架310和320的芯柱部分300，以及覆蓋所述芯柱部分300以密封該發(fā)光器件100的罩蓋部分。
也就是說，采用這種粘結(jié)劑將其上安裝有發(fā)光器件100的輻射部件200與具有高傳熱效率的芯柱部分300結(jié)合，接著，采用引線接合工藝將在芯柱部分300上設(shè)置的引線框架310和320在外部與暴露在發(fā)光器件100外的連接電極26電連接。然后將具有由透鏡(未示出)或石英制成的透明窗口(未示出)的罩蓋部分400覆蓋并封裝發(fā)光器件100和連接線以保護(hù)發(fā)光器件100和采用引線接合工藝與其連接的導(dǎo)線。
如目前所述，在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件中，通過在半導(dǎo)體襯底主表面中形成深度大于發(fā)光元件的高度的孔穴并在該半導(dǎo)體襯底主表面上形成至少兩個(gè)包括與發(fā)光元件的兩個(gè)電極電連接的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域的半導(dǎo)體區(qū)域，該半導(dǎo)體襯底可用作電壓調(diào)節(jié)二極管以保護(hù)發(fā)光元件不受通過連接電極從外部流入的靜電或浪涌電壓的影響。除此之外，由于發(fā)光元件安裝在孔穴中，發(fā)光器件的總尺寸可以很緊湊。
另外，由于通過在發(fā)光元件所處的孔穴的每個(gè)側(cè)壁設(shè)置反射部分可更加有效地聚集發(fā)光元件所發(fā)出的光，因此提高光的輸出效率。
由于能使安裝發(fā)光元件的孔穴具有薄的底部表面，發(fā)光元件所產(chǎn)生的熱通過具有高的熱傳導(dǎo)系數(shù)的硅材料的半導(dǎo)體襯底和與其結(jié)合的輻射部件更易于向外擴(kuò)散。
另外，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件可通過采用顯微機(jī)械加工技術(shù)在硅晶片上制作成單個(gè)芯片。結(jié)果，可降低制造成本并易于批量生產(chǎn)。
由于本發(fā)明在不脫離其實(shí)質(zhì)或必要特性的前提下可以多種方式實(shí)施，應(yīng)當(dāng)理解上述實(shí)施例不限于前述的具體細(xì)節(jié)，除非特別說明，而應(yīng)在所附權(quán)利要求所限定的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)可作廣泛解釋，因此，所有落入該權(quán)利要求界定的范圍或其等同范圍內(nèi)的變更和修改也將包含在所附權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光器件，包括具有第一電極和第二電極的發(fā)光元件；和在其主表面具有內(nèi)部安裝發(fā)光元件的孔穴并與發(fā)光元件電連接的半導(dǎo)體構(gòu)件。
2.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述半導(dǎo)體構(gòu)件是在其主表面上具有至少兩個(gè)分別與第一電極和第二電極電連接的半導(dǎo)體區(qū)域的電壓調(diào)節(jié)二極管；
3.如權(quán)利要求2所述的器件，其中所述半導(dǎo)體區(qū)域包括涂覆在主表面的部分并因此與第一電極電連接的p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域；以及對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體構(gòu)件除p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域以外的其余區(qū)域并因此與第二電極電連接的n-型半導(dǎo)體區(qū)域。
4.如權(quán)利要求2所述的器件，其中所述半導(dǎo)體區(qū)域包括通過在主表面的一部分進(jìn)行涂覆而形成并因此與第一電極電連接的第一p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域；通過在主表面的一部分進(jìn)行涂覆而形成并因此與第二電極電連接的第二p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域；以及對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體構(gòu)件除第一和第二p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域以外的其余區(qū)域的n-型半導(dǎo)體區(qū)域。
5.如權(quán)利要求2所述的器件，其中所述半導(dǎo)體區(qū)域包括通過在主表面的一部分進(jìn)行涂覆形成的并因此與第一電極電連接的p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域；以及通過在p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域的一部分涂覆形成的并因此與第二電極電連接的n-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域。
6.如權(quán)利要求2所述的器件，其中所述半導(dǎo)體區(qū)域在孔穴的底部表面形成。
7.如權(quán)利要求2所述的器件，其中所述半導(dǎo)體區(qū)域在從孔穴側(cè)壁的上端延伸的主表面上形成。
8.如權(quán)利要求8所述的器件，其中整個(gè)主表面形成具有在其中形成的接觸孔的絕緣層，以將半導(dǎo)體區(qū)域分別與第一和第二電極電連接。
9.如權(quán)利要求8所述的器件，其中所述接觸孔在位于從孔穴側(cè)壁的上端延伸的主表面上的絕緣層中形成，并且分別與第一和第二電極電連接的半導(dǎo)體區(qū)域通過接觸孔暴露。
10.如權(quán)利要求8所述的器件，其中所述接觸孔在位于孔穴底部表面的絕緣層中形成，并且分別與第一和第二電極電連接的半導(dǎo)體區(qū)域通過接觸孔暴露。
11.如權(quán)利要求8所述的器件，其中在絕緣層上形成一對(duì)連接電極以使得半導(dǎo)體區(qū)域分別與第一和第二電極電連接，并與外部組件電連接。
12.如權(quán)利要求8所述的器件，其中所述絕緣層由AIN，ZnO，BeO，氧化硅和氮化硅之一制成。
13.如權(quán)利要求11所述的器件，其中所述一對(duì)連接電極沿孔穴側(cè)壁分別從孔穴底部表面向上延伸到主表面。
14.如權(quán)利要求11所述的器件，其中所述第一和第二電極通過位于其間的安裝部件與該對(duì)連接電極電連接。
15.如權(quán)利要求14所述的器件，其中所述安裝部件由金屬制成。
16.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述孔穴的深度大于安裝在孔穴中的發(fā)光元件的高度。
17.如權(quán)利要求1所述的器件，其中反射部分沿孔穴側(cè)壁形成以聚集發(fā)光元件發(fā)出的光。
18.如權(quán)利要求2所述的器件，其中所述的電壓調(diào)節(jié)二極管與發(fā)光元件并聯(lián)電連接。
19.如權(quán)利要求2所述的器件，其中所述的電壓調(diào)節(jié)二極管和發(fā)光元件與其反電極電連接。
20.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述半導(dǎo)體構(gòu)件由硅材料制成。
21.如權(quán)利要求1所述的器件，其中輻射部件安裝在半導(dǎo)體構(gòu)件的主表面的反面以將發(fā)光元件產(chǎn)生的熱傳遞到外部。
22.如權(quán)利要求21所述的器件，其中所述輻射部件由如銅或鐵制成。
23.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述發(fā)光元件是發(fā)光二極管(LED)。
24.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述發(fā)光元件是激光二極管(LD)。
25.一種發(fā)光器件，包括具有第一電極和第二電極的發(fā)光元件；和在主表面具有在其內(nèi)部安裝發(fā)光元件的孔穴并與發(fā)光元件電連接的半導(dǎo)體構(gòu)件，其中半導(dǎo)體構(gòu)件是電壓調(diào)節(jié)二極管，其中在從孔穴側(cè)壁上端延伸的主表面上至少形成兩個(gè)分別在主表面上與第一和第二電極電連接的半導(dǎo)體區(qū)域。
26.如權(quán)利要求25所述的器件，其中所述的半導(dǎo)體區(qū)域包括在主表面的部分涂覆并因此與第一電極電連接的p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域；以及與第二電極電連接并對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體構(gòu)件的除p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域以外的其余區(qū)域的n-型半導(dǎo)體區(qū)域。
27.如權(quán)利要求25所述的器件，其中所述的半導(dǎo)體區(qū)域包括通過在主表面的部分進(jìn)行涂覆形成的并因此與第一電極電連接的第一p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域；通過在主表面的部分進(jìn)行涂覆形成的并因此與第二電極電連接的第二p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域；以及對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體構(gòu)件的除第一和第二p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域以外的其余區(qū)域的n-型半導(dǎo)體區(qū)域。
28.如權(quán)利要求25所述的器件，其中所述的半導(dǎo)體區(qū)域包括通過在主表面的部分進(jìn)行涂覆形成的并因此與第一電極電連接的p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域；以及通過在p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域的部分進(jìn)行涂覆并因此與第二電極電連接的n-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域。
29.如權(quán)利要求25所述的器件，其中反射部分沿孔穴側(cè)壁形成以聚集發(fā)光元件發(fā)出的光。
30.一種發(fā)光器件，包括具有第一電極和第二電極的發(fā)光元件；和在主表面中具有在其內(nèi)部安裝發(fā)光元件的孔穴并與發(fā)光元件電連接的半導(dǎo)體構(gòu)件，其中半導(dǎo)體構(gòu)件是電壓調(diào)節(jié)二極管，其中在孔穴底部表面上至少形成兩個(gè)分別在主表面上與第一和第二電極電連接的半導(dǎo)體區(qū)域。
31.如權(quán)利要求30所述的器件，其中所述的半導(dǎo)體區(qū)域包括在主表面的部分涂覆并因此與第一電極電連接的p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域；以及與第二電極電連接并對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體構(gòu)件除p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域以外的其余區(qū)域的n-型半導(dǎo)體區(qū)域。
32.如權(quán)利要求30所述的器件，其中所述的半導(dǎo)體區(qū)域包括通過在主表面的部分進(jìn)行涂覆形成的并因此與第一電極電連接的第一p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域；通過在主表面的部分進(jìn)行涂覆形成的并因此與第二電極電連接的第二p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域；以及與半導(dǎo)體構(gòu)件除第一和第二p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域以外的其余區(qū)域?qū)?yīng)的n-型半導(dǎo)體區(qū)域。
33.如權(quán)利要求30所述的器件，其中所述的半導(dǎo)體區(qū)域包括通過在主表面的部分進(jìn)行涂覆形成并因此與第一電極電連接的p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域；以及通過在p-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域的部分進(jìn)行涂覆形成并因此與第二電極電連接的n-型半導(dǎo)體擴(kuò)散區(qū)域。
34.如權(quán)利要求30所述的器件，其中反射部分沿孔穴側(cè)壁形成以聚集發(fā)光元件發(fā)出的光。
35.一種發(fā)光系統(tǒng)，包括發(fā)光器件，包含具有第一電極和第二電極的發(fā)光元件，和在主表面中具有內(nèi)部安裝發(fā)光元件的孔穴并與發(fā)光元件電連接的半導(dǎo)體構(gòu)件，其中半導(dǎo)體構(gòu)件是具有至少兩個(gè)分別與主表面上的第一和第二電極電連接的半導(dǎo)體區(qū)域的電壓調(diào)節(jié)二極管；其中安裝有發(fā)光器件并電連接到第一和第二電極及半導(dǎo)體區(qū)域的芯柱部分；以及用于覆蓋芯柱部分以密封該發(fā)光器件的罩蓋部分。
36.如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中所述反射部分沿孔穴側(cè)壁形成以聚集發(fā)光元件發(fā)出的光。
37.如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中所述輻射部件安裝在半導(dǎo)體構(gòu)件的主表面的反面以將發(fā)光元件產(chǎn)生的熱傳遞到外面。
38.一種制造發(fā)光器件的方法，包括步驟在半導(dǎo)體襯底的主表面中形成孔穴；在所述主表面上形成至少一個(gè)雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域，從而形成多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域；在主表面上形成絕緣層并在絕緣層的部分形成接觸孔圖案，從而由此暴露該多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域的兩個(gè)區(qū)域；沿孔穴側(cè)壁形成從孔穴底部表面延伸到主表面上部的一對(duì)連接電極以填充接觸孔，從而將兩暴露的半導(dǎo)體電極與隨后安裝的發(fā)光元件電連接并與外部組件電連接；以及將發(fā)光元件與該對(duì)連接電極進(jìn)行連接從而在孔穴中定位該發(fā)光元件。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其中在形成多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域的步驟中，在從孔穴側(cè)壁的上端延伸的主表面上形成一個(gè)p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其中在暴露兩個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域的步驟中，形成絕緣層的接觸孔圖案以使得p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域的部分和n-型半導(dǎo)體襯底的部分暴露到主表面上。
41.如權(quán)利要求38所述的方法，其中在形成多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域的步驟中，在從孔穴側(cè)壁的上端延伸的主表面上形成第一p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域和第二p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，其中在暴露兩個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域的步驟中，形成絕緣層的接觸孔圖案以使得第一p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域和第二p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域分別暴露在主表面上。
43.如權(quán)利要求38所述的方法，其中在形成多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域的步驟中，在從孔穴側(cè)壁的上端延伸的主表面上分別形成p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域和在p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域的部分涂覆的n-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域。
44.如權(quán)利要求43所述的方法，其中在暴露兩個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域的步驟中，形成絕緣層的接觸孔圖案以使得p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域和n-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域分別暴露在主表面上。
45.如權(quán)利要求38所述的方法，其中在形成多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域的步驟中，在孔穴的底部表面上形成一個(gè)p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域。
46.如權(quán)利要求45所述的方法，其中在暴露兩個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域的步驟中，形成絕緣層的接觸孔圖案以使得p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域的部分和n-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域的部分暴露在孔穴的底部表面上。
47.如權(quán)利要求38所述的方法，其中在形成多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域的步驟中，在孔穴的底部表面上分別形成第一p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域和第二p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域。
48.如權(quán)利要求47所述的方法，其中在暴露兩個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域的步驟中，形成絕緣層的接觸孔圖案以使得第一和第二p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域分別暴露在孔穴的底部表面。
49.如權(quán)利要求38所述的方法，其中在形成多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域的步驟中，在從孔穴的上端延伸的主表面上分別形成p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域和在p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域的部分涂覆的n-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域。
50.如權(quán)利要求48所述的方法，其中在暴露兩個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域的步驟中，形成絕緣層的接觸孔圖案以使得p-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域和n-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域分別暴露在孔穴的底部表面。
51.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述孔穴通過采用體微機(jī)械加工技術(shù)形成。
52.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所形成的孔穴的深度大于位于該孔穴中的發(fā)光元件的高度。
53.如權(quán)利要求38所述的方法，其中在將發(fā)光元件與孔穴中的一對(duì)連接電極進(jìn)行連接的步驟中，通過采用倒裝結(jié)合法將發(fā)光元件結(jié)合到其中。
54.如權(quán)利要求38所述的方法，進(jìn)一步包括在孔穴底部表面所形成的連接電極的部分形成安裝部分的步驟，以在形成該對(duì)連接電極的步驟之后將發(fā)光元件結(jié)合到其中。
55.如權(quán)利要求38所述的方法，還包括在形成有連接電極的孔穴的側(cè)壁形成反射部分的步驟。
56.如權(quán)利要求38所述的方法，還包括在連接發(fā)光元件的步驟之后在半導(dǎo)體襯底的主表面的反面安裝輻射部件。
全文摘要
一種發(fā)光器件，包括具有第一電極和第二電極的發(fā)光元件，和在其主表面具有其內(nèi)部安裝該發(fā)光元件的孔穴，并與發(fā)光元件電連接的半導(dǎo)體構(gòu)件，其中該半導(dǎo)體構(gòu)件構(gòu)造為穩(wěn)定外部輸入電壓的電壓調(diào)節(jié)二極管。結(jié)果，發(fā)光元件可得到保護(hù)以免受到靜電或從外部流入的浪涌電壓的影響，該系統(tǒng)的整體尺寸可顯著減小以簡(jiǎn)化其結(jié)構(gòu)，并且系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱可有效地向外發(fā)散。另外，通過在孔穴中設(shè)置反射部分，可有效地聚集發(fā)光元件發(fā)出的光。
文檔編號(hào)H01S5/022GK1684281SQ20051006473
公開日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2005年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月17日
發(fā)明者金根浩, 宋基彰 申請(qǐng)人:Lg電子有限公司