[发明专利]用于衬底剥离的鲁棒LED结构

说明书

技术领域

本发明涉及倒装芯片发光二极管(LED)，特别地，涉及用于移除生长衬底并且在其位置添加光学元件的LED制备工艺。

背景技术

飞利浦Lumileds照明公司(LLC)已经开发了一种用于形成高效率LED的技术，其中LED形成为倒装芯片且在倒装芯片安装在底座上之后生长衬底被移除。在倒装芯片中，n和p触点都形成于与生长衬底侧相对的LED管芯的同一侧。

现有技术图1至3说明了一般的衬底剥离工艺以及与添加光学元件取代被移除衬底相关的问题。另外的细节可在通过引用结合于此的受让人的美国专利公布US 2006/0281203A1和2005/0269582A1中找到。

在图1中，包括n层、有源层和p层的LED半导体外延层10生长在例如蓝宝石衬底的生长衬底12上。在该示例中，层10是基于GaN的，且有源层发射蓝色光。

形成电接触p层的金属电极14，以及形成电接触n层的金属电极16。在该示例中，电极为被超声焊接到位于陶瓷底座22上的阳极和阴极金属垫18和20的金凸块。底座22具有通向用于结合到印刷电路板的底部金属垫26和28的导电通路24。

底层填料材料30接着被注入到LED下方和周围以用于结构支撑，从而填充空气间隙并防止芯片受到污染。底层填料30可以为液态硅树脂，该硅树脂随后固化而变硬。

接着使用激光剥离工艺来移除衬底12。激光器(例如准分子激光器)的光子能量选择为高于LED材料的带隙且低于蓝宝石衬底的吸收边(例如在3.44eV与6eV之间)。来自激光器穿过蓝宝石的脉冲在LED材料的前100nm内被转换为热能。产生的温度超过1000℃并分离镓和氮。所得到的高气压推动衬底离开外延层以从这些层释放衬底，且松弛的衬底随后简单地从LED结构移除。底层填料有助于防止薄LED层在高压下断裂。

生长衬底可以改为通过例如反应离子蚀刻(RIE)的蚀刻移除。根据LED和衬底的类型可使用其它技术。在一个示例中，衬底是基于Si的且衬底和LED层之间的绝缘材料通过湿法蚀刻技术被蚀刻掉以移除衬底。

露出的LED材料可被进一步蚀刻，从而移除损坏的材料并使LED变薄以增强光输出。图2示出了所得到的结构。

由于底层填料30最初覆盖衬底12的侧面，因而在衬底被移除之后底层填料的边缘保留以有效地形成围绕LED层10的壁。提供精确数量的底层填料以仅在LED层下方和LED层周围进行填充而不接触衬底，这是非常困难的，且因此图2的结构是典型的。在实际装置中，底层填料30典型地与图中所示相比更进一步地横向延伸。

如图3所示，透明粘合剂材料32(例如，硅树脂)沉积在露出的LED表面层上。预形成的磷光体板34打算被精确地定位在LED之上并粘到LED的顶表面。因为LED周围的抬升的底层填料壁的原因，板34的任何不对准导致板34未被适当地安置在LED上。磷光体板34可由或者经烧结的或者在透明结合剂内的YAG磷光体形成。当由蓝色LED激励时，YAG磷光体发射黄绿色光。黄绿色光与穿过板34泄漏的蓝色光结合产生白色光。由于板34未被适当地安置，LED的光发射属性将不是最优的，且板34可容易地从LED脱层。

需要一种改进的技术，这种技术在将磷光体板或任何其它光学元件附到LED表面以替代被移除衬底时避免以上提及的对准问题。

发明内容

公开了一种LED结构，该LED结构提供了用于在衬底移除之后将磷光体板或其它光学元件附到LED芯片的顶表面的较大容差(tolerance)。

在LED/衬底被单一化(singulate)并安装在底座上之前，在LED/衬底晶片上进行额外的蚀刻步骤。蚀刻步骤完全围绕衬底晶片上的每个LED来蚀刻穿过LED外延层以在晶片上每个LED之间形成间隙。衬底不被蚀刻。LED接着通过在LED之间的蚀刻的间隙之间大约一半处切割(或断裂)衬底晶片来单一化，使得每个LED将具有延伸超出LED边缘少量(例如，0.1-0.25mm)的衬底边缘。与现有技术相比，用于每个LED的衬底看上去为扩大的衬底。由于LED已经经历蚀刻以露出n层从而形成倒装芯片n电极，因而所述额外的蚀刻步骤不需要额外处理该LED，只需额外的掩蔽和蚀刻步骤。