具有埋入式觸點(diǎn)的垂直固態(tài)換能器及高電壓固態(tài)換能器以及相關(guān)聯(lián)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明技術(shù)涉及高電壓固態(tài)換能器以及制造固態(tài)換能器及高電壓固態(tài)換能器裸片的方法。特定來(lái)說(shuō)，本發(fā)明技術(shù)涉及具有埋入式觸點(diǎn)的垂直高電壓固態(tài)換能器以及相關(guān)聯(lián)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]固態(tài)照明(“SSL”)裝置經(jīng)設(shè)計(jì)以使用發(fā)光二極管(“LED”)、有機(jī)發(fā)光二極管(“0LED”)及/或聚合物發(fā)光二極管(“PLED”)而非電燈絲、等離子體或氣體作為照射源。例如LED的固態(tài)裝置通過(guò)跨越經(jīng)相反摻雜材料施加偏置以從半導(dǎo)體材料的介入作用區(qū)產(chǎn)生光而將電能轉(zhuǎn)換成光。SSL裝置并入到包含常見(jiàn)消費(fèi)者電子裝置的各種各樣的產(chǎn)品及應(yīng)用中。舉例來(lái)說(shuō)，移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理(“PDA”)、數(shù)碼相機(jī)、MP3播放器及其它便攜式電子裝置利用SSL裝置進(jìn)行背面照明。另外，SSL裝置還用于交通照明、招牌、室內(nèi)照明、室外照明及其它類型的一般照射。
[0003]微電子裝置制造商正在開(kāi)發(fā)呈較小大小同時(shí)需要較高光輸出與較佳性能的更復(fù)雜裝置。為了滿足當(dāng)前設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，LED制作有減小的占用面積、較細(xì)輪廓且隨后串聯(lián)耦合成高電壓陣列。在特定實(shí)施例中，個(gè)別SSL裸片可包含串聯(lián)耦合的一個(gè)以上LED結(jié)。
[0004]圖1A是展示為具有在橫向配置中串聯(lián)的兩個(gè)結(jié)的常規(guī)高電壓SSL裝置1a的橫截面圖。如圖1A中所展示，高電壓SSL裝置1a包含襯底20，所述襯底承載通過(guò)絕緣材料12彼此電隔離的多個(gè)LED結(jié)構(gòu)11 (個(gè)別地識(shí)別為第一 LED結(jié)構(gòu)Ila及第二 LED結(jié)構(gòu)Ilb)。每一 LED結(jié)構(gòu)lla、llb具有定位于經(jīng)P型GaN 15摻雜的材料與經(jīng)N型GaN16摻雜的材料之間的作用區(qū)14(例如，含有氮化鎵/氮化銦鎵(GaN/InGaN)多量子阱(“MQW”))。高電壓SSL裝置1a還在橫向配置中包含P型GaN 15上的第一觸點(diǎn)17及N型GaN 16上的第二觸點(diǎn)19。個(gè)別SSL結(jié)構(gòu)Ila、llb通過(guò)凹口 22分離，N型GaN16的一部分通過(guò)所述凹口暴露?；ミB件24通過(guò)凹口 22電連接兩個(gè)鄰近SSL結(jié)構(gòu)lla、llb。在操作中，電力經(jīng)由觸點(diǎn)17、19提供到SSL裝置10，從而致使作用區(qū)14發(fā)射光。
[0005]圖1B是其中(例如)在垂直而非橫向配置中第一觸點(diǎn)17與第二觸點(diǎn)19彼此相對(duì)的另一常規(guī)LED裝置1b的橫截面圖。在LED裝置1b的形成期間，類似于圖1A中所展示的襯底20的生長(zhǎng)襯底(未展示)最初承載N型GaN 15、作用區(qū)14及P型GaN 16。將第一觸點(diǎn)17安置于P型GaN 16上，且將載體21附接到第一觸點(diǎn)17。移除襯底，從而允許將第二觸點(diǎn)19安置于N型GaN 15上。接著將所述結(jié)構(gòu)倒置以產(chǎn)生圖1B中所展示的定向。在LED裝置1b中，第一觸點(diǎn)17通常包含反射性且導(dǎo)電材料(例如，銀或鋁)以朝向N型GaN15引導(dǎo)光。接著，可將轉(zhuǎn)換器材料23及囊封劑25彼此疊置地定位于LED結(jié)構(gòu)11上。在操作中，LED結(jié)構(gòu)11可發(fā)射第一發(fā)射(例如，藍(lán)色光)，所述第一發(fā)射刺激轉(zhuǎn)換器材料23 (例如，磷光體)以發(fā)射第二發(fā)射(例如，黃色光)。第一發(fā)射與第二發(fā)射的組合可產(chǎn)生所要色彩的光(例如，白色光)。
[0006]垂直LED裝置1b通常具有比橫向LED裝置配置高的效率。舉例來(lái)說(shuō)，較高效率可為增強(qiáng)的電流擴(kuò)展、光提取及熱性質(zhì)的結(jié)果。然而，盡管存在經(jīng)改進(jìn)的熱性質(zhì)，但LED裝置1b仍產(chǎn)生可致使各種結(jié)構(gòu)或區(qū)之間的分層及/或致使對(duì)經(jīng)封裝裝置的其它損壞的顯著熱量。另外，如圖1B中所展示，垂直LED裝置1b需要對(duì)裸片的兩側(cè)的接達(dá)以形成與第一觸點(diǎn)17及第二觸點(diǎn)19的電連接，且通常包含耦合到第二觸點(diǎn)19的至少一個(gè)線接合，此可增加裝置占用面積及制作的復(fù)雜度。已將常規(guī)LED裸片處理步驟中的一些處理步驟拘限于封裝層級(jí)(例如，在單個(gè)化之后在裸片層級(jí)(圖1B))以在處理步驟期間實(shí)現(xiàn)高性能且防止對(duì)裝置的損壞。此類封裝層級(jí)處理步驟增加對(duì)制造資源(例如時(shí)間及成本)的需求以及可具有其它不合意的結(jié)果(例如封裝的表面粗糙化)。因此，仍需要促進(jìn)封裝且具有經(jīng)改進(jìn)的性能及可靠性的垂直LED、垂直高電壓LED裸片及其它固態(tài)裝置。
【附圖說(shuō)明】
[0007]參考以下圖式可更好地理解本發(fā)明的許多方面。所述圖式中的組件未必按比例。而是，重點(diǎn)在于清晰地圖解說(shuō)明本發(fā)明的原理。此外，在所述圖式中，遍及數(shù)個(gè)視圖，相同參考編號(hào)標(biāo)不對(duì)應(yīng)部分。
[0008]圖1A及IB是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)配置的LED裝置的示意性橫截面圖。
[0009]圖2A到2L是圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的實(shí)施例的用于形成固態(tài)換能器的過(guò)程的部分的示意性平面圖及橫截面圖。
[0010]圖3A及3B是圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的其它實(shí)施例的用于形成固態(tài)換能器的過(guò)程的其它部分的橫截面圖。
[0011]圖4A到4C是圖解說(shuō)明用于形成具有根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的另一實(shí)施例配置的多個(gè)固態(tài)換能器的晶片層級(jí)組合件的過(guò)程的部分的示意性平面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下文描述固態(tài)換能器(“SST”)以及相關(guān)聯(lián)系統(tǒng)及方法的數(shù)個(gè)實(shí)施例的特定細(xì)節(jié)。術(shù)語(yǔ)“SST”通常指固態(tài)裝置，其包含作為作用介質(zhì)的半導(dǎo)體材料以將電能轉(zhuǎn)換成呈可見(jiàn)光譜、紫外光譜、紅外光譜及/或其它光譜的電磁輻射。舉例來(lái)說(shuō)，SST包含固態(tài)光發(fā)射器(例如，LED、激光二極管等)及/或除電燈絲、等離子體或氣體外的其它發(fā)射源。SST可替代地包含將電磁輻射轉(zhuǎn)換成電的固態(tài)裝置。另外，取決于其中使用術(shù)語(yǔ)“襯底”的上下文，襯底可指晶片層級(jí)襯底或指經(jīng)單個(gè)化裝置層級(jí)襯底。相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員還將理解，本發(fā)明技術(shù)可具有額外實(shí)施例，且可在無(wú)下文參考圖2A到4C所描述的實(shí)施例的細(xì)節(jié)中的數(shù)者的情況下實(shí)踐本發(fā)明技術(shù)。
[0013]圖2A到4C是圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的實(shí)施例的用于形成SST的過(guò)程的示意性平面圖及橫截面圖。圖2A到2L圖解說(shuō)明為清晰起見(jiàn)而展示單個(gè)SST裸片200的過(guò)程的各個(gè)部分；然而，應(yīng)理解，可在晶片層級(jí)實(shí)施所圖解說(shuō)明的步驟以用于使用本文中所描述的過(guò)程步驟同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)SST裸片200。舉例來(lái)說(shuō)，圖2A及2B圖解說(shuō)明處于過(guò)程的在已于生長(zhǎng)襯底220上形成換能器結(jié)構(gòu)202之后的階段處的SST裸片200。如圖2B中所展示，SST裸片200具有第一側(cè)201a及背對(duì)第一側(cè)201a的第二側(cè)201b。共同參考圖2A及圖2B，SST裸片200可包含將換能器結(jié)構(gòu)202分離成多個(gè)結(jié)203 (個(gè)別地識(shí)別為結(jié)203a到203i)的多個(gè)特征。舉例來(lái)說(shuō)，從SST裸片200的第一側(cè)201a延伸穿過(guò)換能器結(jié)構(gòu)202到襯底220的溝槽208可經(jīng)形成以在SST裸片200上分離及電隔離個(gè)別結(jié)203與鄰近或其它結(jié)203。
[0014]換能器結(jié)構(gòu)202可包含:第一半導(dǎo)體材料210，其在第一側(cè)201a處；第二半導(dǎo)體材料212，其在第二側(cè)201b處；及作用區(qū)214，其位于第一半導(dǎo)體材料210與第二半導(dǎo)體材料212之間。在其它實(shí)施例中，換能器結(jié)構(gòu)202還可包含氮化硅、氮化鋁(AlN)及/或其它適合的中間材料。
[0015]第一半導(dǎo)體材料210及第二半導(dǎo)體材料212可為經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料。在一個(gè)實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體材料210可為P型半導(dǎo)體材料(例如，P-GaN)，且第二半導(dǎo)體材料212可為N型半導(dǎo)體材料(例如，N-GaN)。在其它實(shí)施例中，可顛倒第一半導(dǎo)體材料210與第二半導(dǎo)體材料212。在其它實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體材料210及第二半導(dǎo)體材料212可個(gè)別地包含以下各項(xiàng)中的至少一者:砷化鎵(GaAs)、砷化鋁鎵(AlGaAs)、磷砷化鎵(GaAsP)、磷化鎵(III)(GaP)、砸化鋅(ZnSe)、氮化硼(BN)、氮化鋁鎵(AlGaN)及/或其它適合的半導(dǎo)體材料。
[0016]第一半導(dǎo)體材料210與第二半導(dǎo)體材料212之間的作用區(qū)214可包含單個(gè)量子阱(“SQW”)、MQW及/或單顆粒半導(dǎo)體材料(例如，InGaN)。在一個(gè)實(shí)施例中，單顆粒半導(dǎo)體材料(例如InGaN)可具有大于約10納米且高達(dá)約500納米的厚度。在特定實(shí)施例中，作用區(qū)214可包含InGaN SQW、GaN/InGaN MQW及/或InGaN塊體材料。在其它實(shí)施例中，作用區(qū)214可包含磷化鋁鎵銦(AlGaInP)、氮化鋁鎵銦(AlGaInN)及/或其它適合的材料或配置。
[0017]在特定實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體材料210、作用區(qū)214及第二半導(dǎo)體材料212中的至少一者可經(jīng)由金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(“M0CVD”)、分子束外延(“MBE”)、液相外延(“LPE”)及/或混合氣相外延(“HVPE”)形成于生長(zhǎng)襯底220上。在其它實(shí)施例中，換能器結(jié)構(gòu)202的至少一部分可使用其它適合的外延生長(zhǎng)技術(shù)形成。
[0018]如圖2A及2B中所展示，第一觸點(diǎn)204可形成于第一半導(dǎo)體材料210上。在一些實(shí)施例中，第一觸點(diǎn)204可延伸于下伏第一半導(dǎo)體材料210的大部分上方。在其它實(shí)施例中，第一觸點(diǎn)204可形成于第一半導(dǎo)體材料210的較小部分上方。在特定布置中，第一觸點(diǎn)204可為鏡及/或由反射性觸點(diǎn)材料(包含鎳(Ni)、銀(Ag)、銅(Cu)、鋁(Al)、鎢(W)及/或其它反射性材料)制成。如圖2A及2B中所圖解說(shuō)明，第一觸點(diǎn)204可為形成于第一半導(dǎo)體材料210上方的觸點(diǎn)材料的連續(xù)覆疊；然而，在其它實(shí)施例中，SST裸片200可包含定位于第一側(cè)201a處的單獨(dú)反射性元件及第一半導(dǎo)體材料210的覆疊部分。在后續(xù)處理階段期間，可將換能器結(jié)構(gòu)202倒置，使得反射性第一觸點(diǎn)204可穿過(guò)作用區(qū)214且朝向SST裸片200的第二側(cè)2