本發(fā)明涉及用于半導(dǎo)體裝置的封裝，且更特定來說，涉及用于紫外發(fā)射裝置的封裝。

背景技術(shù)：

iii族氮化物材料(其包含(al、ga、in)—n及其合金)的帶隙從inn的非常窄的隙(0.7ev)延伸到aln的非常寬的隙(6.2ev)，從而使iii族氮化物材料高度適用于跨越從近紅外延伸到深紫外的較寬的光譜范圍的光電子應(yīng)用(例如，發(fā)光二極管(led)、激光二極管、光學(xué)調(diào)制器及檢測器)?？稍谟性磳又惺褂胕ngan獲得可見光led及激光器，而紫外(uv)led及激光器需要較大帶隙的algan。

期望具有在230到350nm的范圍內(nèi)的發(fā)射波長的uvled獲得廣泛范圍的應(yīng)用，其中多數(shù)是基于uv輻射與生物材料之間的相互作用。典型的應(yīng)用包含表面消毒、水凈化、醫(yī)療裝置及生物化學(xué)、用于超高密度光學(xué)記錄的光源、白光照明、熒光分析、感測及零排放汽車。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本申請案涉及一種裝置，其包括：發(fā)光二極管(led)，其包括半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括安置于n型區(qū)域與p型區(qū)域之間的有源層，其中所述有源層發(fā)射uv輻射；安裝座，其中所述led安置于所述安裝座上；及支撐件，其環(huán)繞傳導(dǎo)性金屬塊，所述支撐件包括安置于底部表面上的導(dǎo)電接觸墊及安置于所述傳導(dǎo)性金屬塊下方的導(dǎo)熱墊，其中所述導(dǎo)熱墊不電連接到所述led；其中所述安裝座安置于所述傳導(dǎo)性金屬塊上。

附圖說明

圖1a是倒裝芯片uv發(fā)射裝置(uvled)中的多個像素的平面圖。圖1b是所述uvled中的一個像素的橫截面圖。

圖2是包含安裝座及支撐件的經(jīng)封裝的uvled的橫截面圖。

圖3是安置于安裝座上的uvled的橫截面圖。

圖4是包含例如透鏡的光學(xué)器件的經(jīng)封裝的uvled的橫截面圖。

圖5是安置于例如電路板的結(jié)構(gòu)上的經(jīng)封裝的uvled的橫截面圖。

具體實施方式

雖然本文中描述的裝置是iii族氮化物裝置，但由例如其它iii-v族材料、ii-vi族材料、si的其它材料形成的裝置也在本發(fā)明的實施例的范圍內(nèi)。本文所描述的裝置可經(jīng)配置以發(fā)射可見輻射、uva(峰值波長在340與400nm之間)輻射、uvb(峰值波長在290與340nm之間)輻射或uvc(峰值波長在210與290nm之間)輻射。

在本發(fā)明的實施例中，描述用于uv發(fā)射裝置的有效封裝。在一些實施例中，結(jié)合倒裝芯片uvled使用所述封裝。

商業(yè)上可用的uav、uvb及uvcled可用于各種實施例中。圖1a及1b是可使用的受讓人自己的uvb及uvcled的實例。圖1a是uvled像素陣列12的一部分的俯視圖，且圖1b是單個uvled像素12的平分橫截面?？墒褂萌魏芜m當(dāng)?shù)膗vled，且本發(fā)明的實施例不限于圖1a及1b的裝置。

uvled通常是iii族氮化物，且其通常是gan、algan及ingan。uv發(fā)射像素陣列12形成于例如透明藍(lán)寶石襯底的單個襯底14上。其它襯底是可能的。盡管實例展示像素12是圓形的，但其可具有任何形狀，例如方形。光通過透明襯底逸出，如圖1b中所展示。像素12可各自都為倒裝芯片，其中陽極及陰極電極面向安裝座(下文所描述)。

全部半導(dǎo)體層外延生長于襯底14上方。使aln或其它適當(dāng)?shù)木彌_層(未展示)生長，接著使n型區(qū)域16生長。n型區(qū)域16可包含具有不同組合物、摻雜劑濃度及厚度的多個層。n型區(qū)域16可包含n型摻雜有si、ge及/或其它適當(dāng)?shù)膎型摻雜劑的至少一個alaga1-an膜。n型區(qū)域16可具有從大約100nm到大約10微米的厚度，且直接生長于緩沖層上。n型區(qū)域16中的si的摻雜級可從1×10¹⁶cm^-3變化到1×10²¹cm^-3。取決于所希望的發(fā)射波長，公式中的aln摩爾分?jǐn)?shù)“a”可從針對在360nm下發(fā)射的裝置的0％變化到針對經(jīng)設(shè)計以在200nm下發(fā)射的裝置的100％。

有源區(qū)域18生長于n型區(qū)域16上方。有源區(qū)域18可包含單個量子阱或由阻擋層層分離的多個量子阱(mqw)。所述量子阱及阻擋層層含有alxga1-xn/alyga1-yn，其中0＜x＜y＜1，x表示量子阱層的aln摩爾分?jǐn)?shù)，且y表示阻擋層層的aln摩爾分?jǐn)?shù)。由uvled發(fā)射的峰值波長通常取決于algan量子阱有源層中的al的相對含量。

p型區(qū)域22生長于有源區(qū)域18上方。如同n型區(qū)域16，p型區(qū)域22可包含具有不同組合物、摻雜劑濃度及厚度的多個層。p型區(qū)域22包含一或多個p型摻雜(例如，mg摻雜)的algan層。aln摩爾分?jǐn)?shù)可從0變化到100％，且此層或多層的厚度可從大約2nm變化到大約100nm(單個層)或變化到大約500nm(多層)。用于此區(qū)域中的多層可改進(jìn)橫向?qū)щ娦?。mg摻雜級可從1×10¹⁶cm^-3變化到1×10²¹cm^-3。mg摻雜的gan接觸層可最后生長于p型區(qū)域22中。

上文所描述的全部或一些半導(dǎo)體層可在過量的ga條件下生長，如us2014/0103289中更詳細(xì)描述，所述us2014/0103289以引用方式并入本文中。

半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)15經(jīng)蝕刻以在像素12之間形成顯露n型區(qū)域16的表面的溝槽。像素12的側(cè)壁12a可為垂直的或傾斜的(相對于生長襯底的主表面的法線成銳角12b)。每一像素12的高度138可在0.1到5微米之間。每一像素12的底部及頂部處的寬度131及139可為至少5微米。也可使用其它尺寸。

在蝕刻半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)15以形成溝槽之前或之后，將金屬p接觸件24沉積及圖案化于每一像素12的頂部上。p接觸件24可包含形成歐姆接觸的一或多個金屬層及形成反射體的一或多個金屬層。適當(dāng)?shù)膒接觸件24的一個實例包含ni/ag/ti多層接觸件。

n接觸件28經(jīng)沉積且經(jīng)圖案化，使得n接觸件28在像素12之間安置于n型區(qū)域16的大體上平坦表面上。n接觸件28可包含單個金屬層或多個金屬層。n接觸件28可包含(例如)直接接觸n型區(qū)域16的歐姆n接觸件130及形成于歐姆n接觸件130上方的n跡線金屬層132。歐姆n接觸件130可為(例如)v/al/ti多層接觸件。n跡線金屬132可為(例如)ti/au/ti多層接觸件。

n接觸件28與p接觸件24由電介質(zhì)層134電隔離。電介質(zhì)層134可為任何適當(dāng)?shù)牟牧?，例?舉例來說)通過任何適當(dāng)?shù)姆椒ㄐ纬傻墓璧囊换蚨鄠€氧化物及/或硅的一或多個氮化物。電介質(zhì)層134覆蓋n接觸件28。形成于電介質(zhì)層134中的開口暴露p接觸件24。

p跡線金屬136形成于裝置的頂部表面上方，且大體上共形地覆蓋整個頂部表面。p跡線金屬136電連接到形成于電介質(zhì)層134中的開口中的p接觸件24。由電介質(zhì)層134將p跡線金屬136與n接觸件28電隔離。

在圖外提供用于連接到安裝座的電連接到p跡線金屬136及n接觸件28的穩(wěn)健的金屬墊。多個像素12包含于單個uvled中。所述像素由較大面積的p跡線金屬136及較大面積的n跡線金屬132電連接。可基于應(yīng)用及/或所期望的輻射輸出選擇像素的數(shù)目。在以下圖式中將包含多個像素的單個uvled說明為uvled1。

在一些實施例中，襯底14是藍(lán)寶石。襯底14可為(例如)大約數(shù)百微米厚。在一些實施例中，襯底14可保留為裝置的部件，且在一些實施例中，可從半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)移除襯底14。

當(dāng)裝置相對于圖1b中所說明的定向反轉(zhuǎn)時，uvled在從襯底14的頂部表面觀察時可為方形、矩形或任何其它適當(dāng)?shù)男螤睢?/p>

圖2說明安置于封裝中的uvled1。uvled1電附接且物理附接到安裝座40，如下文在圖3的隨附文本中更詳細(xì)地描述。uvled1及安裝座40附接到支撐件30。

支撐件30可被塑形為如圖2中所說明的反射杯，使得所述支撐件的頂部表面高于uvled1的頂部表面。形成所述反射杯的支撐件30的側(cè)壁34可呈(例如)截斷倒錐或截斷倒金字塔的形狀。側(cè)壁34可由uv反射材料形成，或涂覆有uv反射材料。在一些實施例中，如由圖2中的虛線31所指示，支撐件30的反射杯部分單獨(dú)形成及/或由與支撐件30的底部部分不同的材料形成。在圖2中，支撐件30被塑形為反射杯，但這不是必須的。支撐件30可為任何適當(dāng)?shù)男螤?。在一些實施例中，支撐?0不具有如圖2中所說明的側(cè)壁34。在一些實施例中，支撐件30的頂部表面低于uvled1的頂部表面。

支撐件30包含高度導(dǎo)熱的金屬塊32，其安置于安裝座40正下方，uvled1安置于安裝座40上。所述金屬塊可為任何適當(dāng)?shù)牟牧希?例如)金屬、合金、銀、銅或cuw。所述金屬塊可以任何其它適當(dāng)?shù)姆绞竭^盈配合、膠合或緊固于支撐件30中形成的開口中。在一些實施例中，支撐件30可被模制或以其它方式形成于金屬塊32周圍。在一個實施例中，支撐件30通過如所屬領(lǐng)域中已知的低溫共燒陶瓷工藝形成。

上面安裝有uvled1的安裝座40定位于金屬塊32上方且附接到金屬塊32。安裝座40及金屬塊32可由導(dǎo)熱粘合劑層56連接。粘合劑層56可為任何適當(dāng)?shù)牟牧?，包?例如)無鉛焊膏(例如，sac、ausn、snbi、insn等等)、燒結(jié)銀、銀環(huán)氧樹脂或任何其它適當(dāng)?shù)牟牧稀?/p>

在圖3中更詳細(xì)說明uvled1及安裝座40。安裝座40可為具有高度導(dǎo)熱性(例如，在一些實施例中，具有至少170w/mk的導(dǎo)熱率)、高度電絕緣及機(jī)械剛性(例如，具有匹配或接近于uvled1的熱膨脹系數(shù)的熱膨脹系數(shù))的任何適當(dāng)?shù)牟牧?。在一些實施例中，安裝座40經(jīng)設(shè)計以使得uvled1的結(jié)溫不超過40℃。用于安裝座40的適當(dāng)材料的實例包含(但不限于)陶瓷、金剛石、aln、氧化鈹、硅或?qū)щ姴牧?例如硅、金屬、合金、al或cu)，前提是所述導(dǎo)電材料適當(dāng)?shù)赝扛灿欣缪趸?、氮化硅或氧化鋁或任何其它適當(dāng)?shù)牟牧系慕^緣層。uv反射涂層可形成于安裝座40中可“觀測”由uvled發(fā)射的輻射的任何部分上。

在一些實施例中，電路及/或例如瞬變電壓抑制電路、驅(qū)動器電路或任何其它適當(dāng)電路的其它結(jié)構(gòu)可安置于安裝座40內(nèi)，或安裝于安裝座40的表面上，使得所述電路或其它結(jié)構(gòu)在必要時電連接到uvled1。

uvled1經(jīng)由互連件50及52電連接且機(jī)械連接到安裝座40?；ミB件50及52中的一者電連接到n接觸件28；互連件50及52中的另一者電連接到的較大區(qū)域p跡線金屬136(在圖1a及1b中說明n接觸件28及較大區(qū)域p跡線金屬136)?；ミB件50及52可為焊料、金屬互連件或任何其它適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電且機(jī)械穩(wěn)健連接?；ミB件50及52電連接且機(jī)械連接到安裝座40的頂部表面上的接觸墊42及44。

線接合46及48將接觸墊42及44電連接到安置于支撐件30的頂部表面上的頂部接觸墊38及39，如圖2中所說明。在一些實施例中，如圖3中所說明，線接合46及48經(jīng)形成使得線的最大高度低于uvled1的頂部表面。雖然在圖2及3中說明線接合，但可使用任何其它適當(dāng)?shù)碾娺B接，例如形成于安裝座40的表面上或形成于安裝座40內(nèi)的表面安裝導(dǎo)電跡線。在一些實施例中，電路(例如(舉例來說)接觸墊42及44)僅可在安裝座40的頂部表面上找到。安裝座40的底部表面上不存在電組件。安裝座40的整個底部表面可用作熱路徑(如圖2及3中所說明)(例如)以將熱量從uvled1傳導(dǎo)離開。熱路徑不包含到uvled的電連接。在一些實施例中，導(dǎo)電通孔形成于安裝座的底部表面的外部區(qū)域中，從而使安裝座40的底部表面的中心可用作熱路徑。舉例來說，在一些實施例中，中心熱路徑可為安裝座的底部表面的至少80％，且在一些實施例中，所述中心熱路徑可為所述安裝座的底部表面的至少90％。

返回圖2，支撐件30的頂部表面上的頂部接觸墊38及39(例如)通過形成在支撐件30內(nèi)的導(dǎo)電通孔電連接到底部接觸墊35及36?；ミB件50(圖3)、接觸墊42(圖3)、線接合46、頂部接觸墊38及底部接觸墊35提供到uvled1中的n型區(qū)域及p型區(qū)域中的一者的電路徑?；ミB件52(圖3)、接觸墊44(圖3)、線接合48、頂部接觸墊39、底部接觸墊36提供到uvled1中的n型區(qū)域及p型區(qū)域中的另一者的電路徑。

電中性導(dǎo)熱中心墊37安置于與金屬塊32熱接觸的支撐件30的底部上。在一些實施例中，省略分離墊，且金屬塊32的底部表面用作電中性中心墊?；ミB件50及52、接觸墊42及44、安裝座40、粘合劑56及導(dǎo)熱金屬塊32形成可將熱量從uvled1傳導(dǎo)離開的熱路徑。

在一些實施例中，uv反射涂層形成于支撐件30的頂部表面中的未由安裝座40占據(jù)的部分(即，由側(cè)壁34形成的反射杯的底部)上。在一些實施例中，安裝座40厚度可為(例如)至少200μm，且在一些實施例中，所述厚度不大于300μm，這允許形成對最優(yōu)散射(如下文所描述)來說足夠厚且不觸摸uvled1的反射涂層。適當(dāng)?shù)姆瓷渫繉拥膶嵗?例如)安置于硅酮或具有較低折射率、抗uv、對(例如)250nm與350nm之間的光透明且電絕緣的任何其它適當(dāng)?shù)幕|(zhì)中的反射及/或高折射率顆粒(例如，al2o3、特氟龍(teflon)、al或tio2(tio2吸收uvc光且可能因此不適用于uvc應(yīng)用中))。在一些實施例中，顆粒與基質(zhì)之間的折射率的差異致使入射于反射涂層上的光的散射。舉例來說，商業(yè)上可用的適合uv的硅酮(例如(舉例來說)schottuv-200)可具有不大于1.42的折射率。al2o3顆?？删哂姓凵渎?.8。1.42與1.8之間的差值可引起適當(dāng)?shù)纳⑸?。所述顆粒可為微米級或納米級的。所述反射涂層可通過施配、模制或任何其它適當(dāng)?shù)墓に囆纬伞?/p>

支撐件30可為適于過盈配合或以其它方式附接金屬塊32、適于形成連接頂部接觸墊38及39與底部接觸墊35及36的嵌入式電路徑的任何材料，所述材料在機(jī)械及化學(xué)上穩(wěn)健、可靠，且在一些實施例中，所述材料是uv反射材料。支撐件30可為(例如)陶瓷、氧化鋁、氮化鋁或任何其它適當(dāng)?shù)牟牧?。在一個實施例中，支撐件30是硅酮模制化合物(smc)或具有金屬合金墊的環(huán)氧樹脂模制化合物(emc)。

底部電接觸墊35及36及熱墊37可用于將經(jīng)封裝的uvled附接到另一結(jié)構(gòu)，例如金屬芯印刷電路板或任何其它適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)。適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)包含暴露的熱墊，其用于連接到電中性熱墊37，如圖5中所說明。在圖5中所說明的結(jié)構(gòu)中，可為(例如)金屬芯印刷電路板的結(jié)構(gòu)70包含暴露的熱墊78(其與熱墊37連接)及電墊74及76(其與電接觸墊36及35連接)。由絕緣結(jié)構(gòu)72將電墊74及76與熱墊78隔離。暴露的熱墊78可為嵌入式cu金屬塊、aln金屬塊或任何其它適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)。在金屬芯印刷電路板中，暴露的熱墊也可為具有用于直接進(jìn)入的開口的金屬芯本身。所述金屬芯可為cu或al或任何其它適當(dāng)?shù)牟牧?。接著，可將適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)70安裝于散熱器上以提供到熱墊37的熱路徑。

圖4說明具有安置于uvled1上方的光學(xué)器件60(例如，透鏡)的裝置。雖然在圖4中說明圓頂透鏡，但可使用任何適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)器件，例如菲涅耳(fresnel)透鏡、其它透鏡或其它光學(xué)器件。在一些實施例中，光學(xué)器件60是固體材料。在橫截面中，光學(xué)器件60可為(例如)旋轉(zhuǎn)對稱的橢圓、圓形、方形、矩形、三角形或任何其它適當(dāng)?shù)男螤睢A頂透鏡可具有半球形、橢圓形或拋物線形狀。

光學(xué)器件60由對由有源區(qū)域14發(fā)射的波長下的uv輻射透明且能夠經(jīng)受uv輻射而無降級的材料形成。舉例來說，在一些實施例中，當(dāng)光學(xué)器件的典型高度是uvled1的寬度的大約2倍時，所述光學(xué)器件可由透射280nm的uv輻射的至少85％的材料形成。材料的透明度可在暴露于280nm的uv輻射1000小時之后降級不大于1％。在一些實施例中，光學(xué)器件60由可模制的材料形成，所述材料例如(舉例來說)熔融石英、玻璃、可從五十鈴玻璃有限公司(isuzuglass,inc.)購買的ihuuv透射玻璃及抗uv硅酮。在一些實施例中，光學(xué)器件60由可通過(例如)研磨及拋光而塑形的材料(例如，石英或藍(lán)寶石)形成。通過模制形成的光學(xué)器件可能較廉價；通過研磨及拋光形成的光學(xué)器件可能具有較好的光學(xué)質(zhì)量。

在圖4中說明的裝置中，如上文所描述的反射涂層66在環(huán)繞安裝座40的區(qū)域中安置于支撐件30的底部表面上。光學(xué)器件60與反射涂層66之間的環(huán)繞uvled1的腔填充有囊封材料，例如環(huán)氧樹脂或其它適當(dāng)材料以機(jī)械地支撐光學(xué)器件、具有比空氣更高的導(dǎo)熱性的材料以協(xié)助從uvled1向外的熱傳遞，或擴(kuò)散阻擋層以保護(hù)uvled1免受周圍環(huán)境影響。所述囊封材料可將光學(xué)器件60機(jī)械連接到結(jié)構(gòu)，或可將光學(xué)器件60光學(xué)連接到uvled1。所述囊封材料可為在暴露于uv光時是透明的、基本上不會降級且適于作為粘合劑的任何適當(dāng)?shù)牟牧?。實例包?但不限于)硅酮。uvled1上方的囊封材料62的厚度在一些實施例中是200μm或更小、在一些實施例中是100μm或更小且在一些實施例中是50μm或更小。

在一些實施例中，囊封材料僅安置于光學(xué)器件60與uvled1之間的區(qū)域62中，使得區(qū)域64是基本上為空的腔。在一些實施例中，例如硅酮的高度uv透明材料安置于光學(xué)器件60與uvled1之間的區(qū)域62中，且光學(xué)器件60與反射涂層66之間的區(qū)域64填充有例如不同硅酮的較廉價的較低uv透明度材料。在一些實施例中，單個囊封材料安置于光學(xué)器件60與uvled1之間的區(qū)域62及光學(xué)器件60與反射涂層66之間的區(qū)域64兩者中。

在一些實施例中，將囊封材料安置于uvled1上方，接著，將光學(xué)器件60向下按壓于uvled1上，以保持區(qū)域62中的囊封材料較薄。在這些實施例中，如上文所描述，可以例如表面可安裝通孔的不同電連接取代可能因所述按壓而損壞的線接合46及48。

在圖4中說明的實施例中，光學(xué)器件60僅由囊封材料支撐。在一些實施例中，光學(xué)器件60可經(jīng)設(shè)定大小及塑形以擱置于傾斜的側(cè)壁34或傾斜的側(cè)壁34外的支撐件30的頂部平坦表面上，或光學(xué)器件60可包含一或多個突片，所述突片可擱置于傾斜的側(cè)壁34外的支撐件30的頂部表面上或擱置于傾斜的側(cè)壁34中所形成的凹口中。光學(xué)器件60可因此由支撐件30機(jī)械地支撐。粘合劑材料可安置于光學(xué)器件60與支撐件30之間或安置于在光學(xué)器件上形成或附接到光學(xué)器件的突片與支撐件30之間。適當(dāng)?shù)恼澈蟿┎牧系膶嵗柰?/p>

在一些實施例中，涂層安置于uvled1的側(cè)上。在一些實施例中，如果光學(xué)器件僅光學(xué)耦合到uvled1的頂部表面，那么uvled1的側(cè)未被涂覆，這是因為襯底的側(cè)與空氣的界面處的全內(nèi)反射可將輻射反射回到uvled中，在uvled處輻射可從頂部表面提取。然而，出于制造及/或可靠性原因，uvled1的側(cè)可經(jīng)涂覆(例如)以保護(hù)uvled或以便使用有必要涂覆uvled1的頂部表面及側(cè)表面兩者的方法(例如自旋涂覆或施配)。

雖然在圖2、3及4中說明單個uvled1，但在一些實施例中，可將多個uvled1安置于單個封裝中?？商峁?yīng)于每一uvled的光學(xué)器件，或可提供對應(yīng)于多個uvled的光學(xué)器件。舉例來說，雖然在圖4中說明對應(yīng)于單個uvled1的單個光學(xué)器件，但在一些實施例中，單個光學(xué)器件光學(xué)耦合到一個以上uvled。

已詳細(xì)描述本發(fā)明，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，鑒于本發(fā)明，可在不背離本文中所描述的本發(fā)明的概念的精神的情況下對本發(fā)明做出修改。特定來說，本文中所描述的不同裝置的不同特征及組件可用于其它裝置中的任何者中，或可從所述裝置中的任何者省略特征及組件。舉例來說，在一個實施例的背景中所描述的光學(xué)器件的特性可適用于任何實施例。因此，不希望本發(fā)明的范圍受限于所說明及描述的特定實施例。