專利名稱：半導體發(fā)光二極管芯片、發(fā)光器件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體發(fā)光二極管芯片、發(fā)光器件及其制造方法。
背景技術：
發(fā)光二極管(LED)，一種將電能轉換為光能的半導體器件，是由化合物半導體材料制成的，該化合物半導體材料根據(jù)能帶隙而發(fā)出具有特定波長的光。LED的應用已經(jīng)從光學通信和顯示器(例如，移動設備顯示器)、計算機監(jiān)視器和平面光源(例如，用于IXD的背光單元(BLU))擴展到普通的照明裝置。在LED的各個應用領域中，需要一些散熱方法來管理LED的高發(fā)熱量。特別地，在增加了施加在單個LED上的電流作為減少LED使用數(shù)量的方法的情況下，解決發(fā)熱量增加的問題成為關鍵問題。為了散熱，會將巨大的散熱板等安裝在模塊上的LED外側以通過強制對流進行冷卻。然而，附加額外的元件會增加產(chǎn)品的體積，從而增加產(chǎn)品的成本。同時，組成LED的半導體層的折射率會大于環(huán)境大氣、包封材料或襯底的折射率，從而使得決定發(fā)出光的入射角范圍的臨界角減小，結果，由有源層產(chǎn)生的光的相當一部分會被全內反射，從而在不期望的方向上傳播或者在全反射過程中損失，從而降低了光提取效率。因此，需要一種通過增加在期望的方向上傳播的光的量來提高實質亮度的方法。

發(fā)明內容
在現(xiàn)有技術中，需要一種方法來有效改進半導體發(fā)光二極管(LED)芯片與該半導體LED芯片所接合到的元件之間的界面中的熱阻。此外，需要一種利用優(yōu)秀反射結構來保證聞等級反射率的方法，以便提聞LED芯片的売度。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種半導體發(fā)光二極管(LED)芯片，包括:半導體發(fā)光二極管單元，其包括透光襯底以及在所述透光襯底的上表面上順序地形成的第一導電類型半導體層、有源層和第二導電類型半導體層；后反射疊層，其包括輔助光學層和金屬反射膜，所述輔助光學層形成在所述透光襯底的下表面上并且由具有預定折射率的材料制成，所述金屬反射膜形成在所述輔助光學層的下表面上；以及接合疊層，其設置在所述后反射疊層的下表面上并且包括接合金屬層和防擴散膜，所述接合金屬層由共晶(eutectic)金屬材料制成，所述防擴散膜被形成為防止所述接合金屬層與所述金屬反射膜之間的元素擴散。所述接合金屬層的共晶金屬材料可以包括金(Au)、銀(Ag)和錫(Sn)當中的至少一種。所述接合金屬層的共晶金屬材料可以包括Au-Sn。所述金屬反射膜可以包括鋁(Al)、銀(Ag)或它們的混合物。所述防擴散膜可以包括從以下材料當中選擇的材料:鉻(Cr)、金(Au)、TiW、TiN以及它們的組合。所述輔助光學層可以由包括從以下組所選的元素的氧化物或氮化物制成，所述組包括:硅(Si)、鋯(Zr)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、銦(In)、錫(Sn)、鎂(Mg)和鋁(Al)。
所述輔助光學層可以具有分布布拉格反射器(DBR)結構，在該結構中交替地層疊了具有不同折射率的兩種電介質薄膜。所述兩種電介質薄膜可以分別由包括從以下組所選的元素的氧化物或氮化物制成，所述組包括:硅(Si)、鋯(Zr)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、銦(In)、錫(Sn)、鎂(Mg)和鋁(Al)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種半導體發(fā)光器件，所述半導體發(fā)光器件包括半導體發(fā)光二極管(LED)芯片和支撐半導體LED芯片的支撐件，其中，所述半導體LED芯片包括:半導體發(fā)光二極管單元，其包括透光襯底以及在所述透光襯底的上表面上順序地形成的第一導電類型半導體層、有源層和第二導電類型半導體層；后反射疊層，其包括輔助光學層和金屬反射膜，所述輔助光學層形成在所述透光襯底的下表面上并且由具有預定折射率的材料制成，所述金屬反射膜形成在所述輔助光學層的下表面上；以及接合疊層，其設置在所述后反射疊層的下表面上并且包括接合金屬層和防擴散膜，所述接合金屬層具有熔接到所述支撐件的界面并且由共晶金屬材料制成，所述防擴散膜被形成為防止所述接合金屬層與所述金屬反射膜之間的元素擴散。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種制造半導體發(fā)光二極管(LED)芯片的方法，所述方法包括步驟:制備透光晶圓和半導體疊層，所述半導體疊層包括順序地形成在所述透光晶圓的上表面上的第一導電類型半導體層、有源層和第二導電類型半導體層；在所述半導體疊層上提供支撐襯底；打磨所述透光晶圓的下表面以減小所述透光晶圓的厚度；用激光束照射以形成裂縫，從而允許將所述透光晶圓和所述半導體疊層分成各器件單元；在用激光束照射之后，在所述透光晶圓的下表面上形成金屬反射膜；以及利用所述裂縫來分離所述透光晶圓和所述半導體疊層。前述的技術方案沒有完全列舉本發(fā)明的全部特征。通過下面結合附圖的本發(fā)明詳細描述，本發(fā)明的前述和其他目的、特征、方面和優(yōu)點將更加清楚。


提供從下面結合附圖的詳細描述，將更清楚地理解本發(fā)明的上述和其他方面、特征以及其他優(yōu)點，附圖中:圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的半導體發(fā)光二極管(LED)芯片的截面圖；圖2是曲線圖，其示出了在本發(fā)明實施例所采用的后反射層中，根據(jù)由SiO2制成的輔助光學層的厚度的反射率變化；圖3是曲線圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的優(yōu)選用作接合金屬層的Au-Sn與硅接合樹脂的導熱率之間的對比；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的半導體發(fā)光二極管(LED)芯片的截面圖；圖5是示出采用圖4所示半導體LED芯片的發(fā)光器件的視圖；圖6是曲線圖，其示出了反射率相對于僅包括分布布拉格反射器(DBR)的反射結構的入射角的變化；圖7是曲線圖，其示出了反射率相對于包括分布布拉格反射器(DBR)加上金屬反射膜(Al)的反射結構的入射角的變化；以及圖8和圖9是順序地示出根據(jù)本發(fā)明實施例的制造LED芯片的方法實例的工藝的截面圖。
具體實施例方式將結合附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的半導體發(fā)光二極管(LED)芯片的截面圖。如圖1所示，半導體LED芯片20包括LED結構10，LED結構10包括順序地形成在襯底11上的η型半導體層12、有源層15和P型半導體層16。襯底11可以是透光襯底(例如，藍寶石襯底)。η型半導體層12、有源層15和ρ型半導體層16可以是氮化物半導體層。在η型半導體層12的上表面的通過臺面蝕刻而露出的區(qū)域中形成η側電極19a，并且在P型半導體層16的上表面上順序地形成透明電極層17和P側電極1%。有源層15可以具有多量子阱(MQW)結構，其包括多個量子勢壘層和多個量子阱層。在本實施例中，后反射疊層BR形成在透光襯底11的下表面上并且用于將進入襯底的光的路徑改變成所期望的方向(即，其中設置了外延層的方向)。如圖1所示，后反射疊層BR可以包括由具有預定折射率的材料制成的輔助光學層23以及形成在輔助光學層23的下表面上的金屬反射膜25。在本實施例中所采用的輔助光學層23可以由具有預定折射率并且透光的材料制成。例如，輔助光學層23可以由包括從以下組所選的元素的氧化物或氮化物制成，所述組包括:硅(Si)、鋯(Zr)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、銦(In)、錫(Sn)、鎂(Mg)和鋁(Al)。同時，金屬反射膜25可以由鋁(Al)、銀(Ag)或它們的混合物制成。通過采用這種反射結構，即，在金屬反射膜25之前在光的入射方向上形成具有預定折射率的電介質層，可以增加反射率。這將參考表I和圖2詳細描述。圖2是曲線圖，其示出了在包括順序地形成在藍寶石襯底下表面上的輔助光學層和厚度為2000A的金屬反射膜(例如，鋁膜)的構造中，根據(jù)作為輔助光學層的SiO2膜的厚度，反射率相對于入射角的不同測量值。下面的表I基于圖2所示的相對于入射角的反射率示出了根據(jù)SiO2膜的厚度變化而產(chǎn)生的平均反射率的結果。[表 I]
權利要求
1.一種半導體發(fā)光二極管芯片，包括: 半導體發(fā)光二極管單元，其包括透光襯底以及在所述透光襯底的上表面上順序地形成的第一導電類型半導體層、有源層和第二導電類型半導體層； 后反射疊層，其包括輔助光學層和金屬反射膜，所述輔助光學層形成在所述透光襯底的下表面上并且由具有預定折射率的材料制成，所述金屬反射膜形成在所述輔助光學層的下表面上；以及 接合疊層，其設置在所述后反射疊層的下表面上并且包括接合金屬層和防擴散膜，所述接合金屬層由共晶金屬材料制成，所述防擴散膜被形成為防止所述接合金屬層與所述金屬反射膜之間的元素擴散。
2.根據(jù)權利要求1所述的半導體發(fā)光二極管芯片，其中，所述接合金屬層的共晶金屬材料包括金(Au)、銀(A g)和錫(Sn)當中的至少一種。
3.根據(jù)權利要求2所述的半導體發(fā)光二極管芯片，其中，所述接合金屬層的共晶金屬材料包括Au-Sn。
4.根據(jù)權利要求1所述的半導體發(fā)光二極管芯片，其中，所述金屬反射膜包括鋁(Al)、銀(Ag)或它們的混合物。
5.根據(jù)權利要求1所述的半導體發(fā)光二極管芯片，其中，所述防擴散膜包括從以下材料當中選擇的材料:鉻(Cr)、金(Au)、TiW、TiN以及它們的組合。
6.根據(jù)權利要求1所述的半導體發(fā)光二極管芯片，其中，所述輔助光學層由包括從以下組所選的元素的氧化物或氮化物制成，所述組包括:硅(Si )、鋯(Zr)、鉭(Ta)、鈦(Ti )、銦(In) Ji(Sn)JM(Mg)和鋁(Al)。
7.根據(jù)權利要求1所述的半導體發(fā)光二極管芯片，其中，所述輔助光學層具有分布布拉格反射器結構，在該結構中交替地層疊具有不同折射率的兩種電介質薄膜。
8.根據(jù)權利要求7所述的半導體發(fā)光二極管芯片，其中，所述兩種電介質薄膜分別由包括從以下組所選的元素的氧化物或氮化物制成，所述組包括:硅(Si )、鋯(Zr )、鉭(Ta)、鈦(Ti)、銦(In)、錫(Sn)、鎂(Mg)和鋁(Al)。
9.一種半導體發(fā)光器件，其包括半導體發(fā)光二極管芯片和支撐所述半導體發(fā)光二極管芯片的支撐件， 其中，所述半導體發(fā)光二極管芯片包括: 半導體發(fā)光二極管單元，其包括透光襯底以及在所述透光襯底的上表面上順序地形成的第一導電類型半導體層、有源層和第二導電類型半導體層； 后反射疊層，其包括輔助光學層和金屬反射膜，所述輔助光學層形成在所述透光襯底的下表面上并且由具有預定折射率的材料制成，所述金屬反射膜形成在所述輔助光學層的下表面上；以及 接合疊層，其設置在所述后反射疊層的下表面上并且包括接合金屬層和防擴散膜，所述接合金屬層具有熔接到所述支撐件的界面并且由共晶金屬材料制成，所述防擴散膜被形成為防止所述接合金屬層與所述金屬反射膜之間的元素擴散。
10.根據(jù)權利要求9所述的半導體發(fā)光器件，其中，所述接合金屬層的共晶金屬材料包括金(Au)、銀(Ag)和錫(Sn)當中的至少一種。
11.根據(jù)權利要求10所述的半導體發(fā)光器件，其中，所述接合金屬層的共晶金屬材料包括Au-Sn。
12.根據(jù)權利要求9所述的半導體發(fā)光器件，其中，所述金屬反射膜包括鋁(Al)、銀(Ag)或它們的混合物。
13.根據(jù)權利要求9所述的半導體發(fā)光器件，其中，所述防擴散膜包括從以下材料當中選擇的材料:鉻(Cr)、金(Au)、TiW、TiN以及它們的組合。
14.根據(jù)權利要求9所述的半導體發(fā)光器件，其中，所述輔助光學層由包括從以下組所選的元素的氧化物或氮化物制成，所述組包括:硅(Si)、鋯(Zr)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、銦(In)、錫(Sn)、鎂(Mg)和鋁(Al)。
15.根據(jù)權利要求9所述的半導體發(fā)光器件，其中，所述輔助光學層具有分布布拉格反射器結構，在 該結構中交替地層疊具有不同折射率的兩種電介質薄膜。
16.根據(jù)權利要求15所述的半導體發(fā)光器件，其中，所述兩種電介質薄膜分別由包括從以下組所選的元素的氧化物或氮化物制成，所述組包括:硅(Si )、鋯(Zr )、鉭(Ta)、鈦(Ti)、銦(In)、錫(Sn)、鎂(Mg)和鋁(Al)。
17.—種制造半導體發(fā)光二極管芯片的方法，所述方法包括步驟: 制備透光晶圓和半導體疊層，所述半導體疊層包括順序地形成在所述透光晶圓的上表面上的第一導電類型半導體層、有源層和第二導電類型半導體層； 在所述半導體疊層上提供支撐襯底； 打磨所述透光晶圓的下表面以減小所述透光晶圓的厚度； 用激光束照射以形成裂縫，從而允許將所述透光晶圓和所述半導體疊層分成器件單元; 在用激光束照射之后，在所述透光晶圓的下表面上形成金屬反射膜；以及 利用所述裂縫來分離所述透光晶圓和所述半導體疊層。
18.根據(jù)權利要求17所述的方法，在用激光束照射與形成所述金屬反射膜的步驟之間，還包括步驟:在所述透光晶圓的下表面上形成輔助光學層，所述輔助光學層由具有預定折射率的材料制成。
19.根據(jù)權利要求17所述的方法，在形成所述金屬反射膜與分離所述透光晶圓和所述半導體疊層的步驟之間，還包括步驟:在所述金屬反射膜上形成接合疊層，所述接合疊層包括接合金屬層和防擴散膜，所述接合金屬層由共晶金屬材料制成，所述防擴散膜被形成為防止所述接合金屬層與所述金屬反射膜之間的元素擴散。
20.根據(jù)權利要求17所述的方法，在分離所述透光晶圓和所述半導體疊層的步驟之前，還包括步驟:從所述半導體疊層上去除所述支撐襯底。
全文摘要
本發(fā)明的一個方面提供了一種半導體發(fā)光二極管芯片和一種半導體發(fā)光器件。所述半導體發(fā)光二極管芯片包括透光襯底；以及在所述透光襯底的上表面上順序地形成的第一導電類型半導體層、有源層和第二導電類型半導體層。所述半導體發(fā)光器件包括后反射型疊層，其形成在透光襯底的下表面上并且具有輔助光學層和金屬反射層，所述輔助光學層由具有預定折射率的材料制成，所述金屬反射層形成在所述輔助光學層的下表面上；接合金屬層，其設置在所述后反射型疊層的下表面上并且由共晶金屬制成；以及接合疊層，其具有被形成為防止所述接合金屬層與所述金屬反射層之間的元素擴散的擴散屏障。
文檔編號H01L33/46GK103180975SQ201180051281
公開日2013年6月26日 申請日期2011年9月1日 優(yōu)先權日2010年9月1日
發(fā)明者蔡昇完, 金臺勛, 李守烈, 李進馥, 金真煥, 李承宰, 金甫耕, 李鍾昊 申請人:三星電子株式會社