专利名称：发光二极管和制造发光二极管的方法
技术领域：
本发明大体涉及发光二极管和制造发光二极管的方法。
背景技术：
发光二极管(LED)是用于计算机监视器、电视、移动电话、数码相机和多种其它电子装置和应用的明亮光的有效来源。白光LED还可在一般照明、建筑、户外、商用和/或住宅照亮中使用。然而，不能得到真正的白光LED，因为LED通常仅以一个特定波长发射。为了使人眼感知到白光，需要波长的混合。—种用于用LED仿效白光的常规技术包含将光转换材料(例如,磷光体)沉积在·基底材料(例如，氮化铟镓(InGaN))上。在操作中，InGaN基底材料发射刺激光转换材料发射黄光的蓝光。因为黄光刺激人眼的红色和绿色受体，所以如果基底材料与光转换材料适当地匹配，则对眼睛来说，蓝光和黄光的所得混合看起来像白色。然而，如果未适当地匹配，则组合的发射呈现灰白色，且可能降低电子装置的色彩保真度
发明内容
图IA是根据技术的实施例配置的携载微电子装置的代表性微电子工件的部分示意性说明；图IB是自图IA所示的工件单个化出的微电子装置的示意性说明；图2A至6说明根据技术的实施例的用于选择性地将光转换材料涂覆至LED上的方法的各个阶段；图7是根据技术的另一实施例的在选择性地将光转换材料涂覆至LED上之后的微电子工件的部分的部分示意性俯视图；以及图8是根据技术的又一实施例的在选择性地将光转换材料涂覆至LED上之后的微电子工件的部分的部分示意性俯视图。
具体实施例方式以下描述上面形成有LED的微电子工件和制造此种LED的方法的各种实施例。术语“微电子工件”贯穿全文用以包含在上面和/或其中制造有微电子装置、微机械装置、数据存储元件、读取/写入组件和其它特征的衬底。衬底可为(例如)半传导片(例如，硅晶片、砷化镓晶片或其它半导体晶片)、非传导片(例如，各种陶瓷衬底)或传导片。未详细展示或描述熟知结构、系统和通常与此种系统相关联的方法以避免不必要地混淆对技术的各种实施例的描述。因此，所属领域的技术人员将理解，技术可能具有额外实施例，且技术可在没有以下参看图IA至8所展示和描述的元件中的若干者的情况下加以实践。图IA是呈包含多个微电子装置或组件120的半导体晶片110的形式的微电子工件100。可对晶片级的微电子工件100进行以下所描述的处理中的至少一些，且在已自较大晶片110单个化装置120之后，可对微电子工件100的个别微电子装置120进行其它处理。因此，除非另有说明，否则以下在微电子工件的情况下所描述的结构和方法可适用于晶片110、自晶片110形成的装置120和/或附接至支撑部件的一个或一个以上装置120的组合件。图IB是个别装置120在其已自图IA所展示的晶片110单个化之后的示意性说明。装置120可包含可操作微电子结构,其任选地装入保护性囊封物(encapsulant)内。举例来说，装置120可包含InGaN和/或其它类型的LED、晶体管、电容器、色彩滤光片、镜和/或其它类型的电/机械/光学组件。装置120可通过插脚、结合衬垫、焊球、再分配结构和/或其它传导结构电连接至外部结构装置。图2A至6说明根据技术的实施例用于选择性地将光转换材料涂覆至LED上的方法的各个阶段。如以下所更详细描述，可将一种或一种以上光转换材料或转换器材料(例如，磷光体)涂覆至工件或晶片上的每一 LED的离散区上。术语“磷光体”通常指代在暴露 于受激粒子(例如，电子和/或光子)之后可持续发光的材料。光转换材料可经图案化或选择性地涂覆至每一 LED上以帮助补偿横越晶片的色彩变化。另外，可使用本文中所描述的方法来精确地调谐或控制晶片上的个别组件的色彩。图2A是在将任何光转换材料涂覆至工件200上之前处于初始处理阶段的微电子工件200的部分的部分示意性俯视图。图2B是实质上沿着图2A的线2B-2B所截取的部分示意性侧视横截面图。一起参看图2A和2B，微电子工件200包含具有前侧或作用侧204 (图2B)和形成于前侧204处的LED210(例如，InGaN LED)(图2B)的半导体衬底202。虽然仅展示单一 LED210，但将了解，可同时或大致同时横越工件200对多个装置执行本文中参看图2A至6所描述的方法。工件200可包含大体上类似于上文参看图IA和IB所描述的工件100的若干特征。举例来说，衬底202可为具有以裸片图案布置在晶片上的多个微电子装置或组件(例如，LED210)的半导体晶片。个别LED210还包含端子212(例如，如图2A所示的结合衬垫)和电率禹合至端子212的电路(未图不)。一种用于形成InGaN LED的技术可包含在金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺中经由外延成长依序地将N型掺杂GaN、InGaN和P型掺杂GaN材料涂覆于蓝宝石(A1203)和/或硅(Si)衬底上。然而，在其它实施例中，可使用其它合适技术来形成LED210。可使用多种不同方法选择性地将光转换材料涂覆至LED210。在所说明的实施例中，例如，将第一掩模或光罩220定位于LED210之上。第一掩模220包含对应于用于LED210上的第一光转换材料(未图示一将在下文参看图3A和3B详细描述)的所要图案的多个孔隙或开口 222。第一掩模220可为与LED210的上表面间隔开的离散组件，或掩模220可由使用光刻和/或其它合适技术涂覆于LED210的上表面上(如图2B中的虚线所示)且经图案化的光阻材料或其它合适掩模材料组成。还可遮蔽端子212以防止处理期间的短路或污染。参看图3A和3B，第一光转换材料或第一转换器材料224 (例如，黄色磷光体)以所要图案涂覆于LED210上。可使用网版印刷工艺和/或其它合适方法来涂覆第一光转换材料224。如上文所提及，第一掩模220经配置以排除特定接触区，以使得第一光转换材料224仅选择性地涂覆至LED210的所要区域上。在所说明的实施例中，第一光转换材料224包括以选定图案布置在LED210上的多个块或“岛状物”。第一光转换材料224的个别部分通过多个第一间隙或通道225而彼此分离。图3A和3B中所展示的图案仅代表用于第一光转换材料224的一个特定图案。第一光转换材料224可以多种不同图案或布置涂覆至LED210上。第一光转换材料224可具有在受刺激时以所要波长进行发射的组合物。举例来说，在一个实施例中，第一光转换材料224可包含以特定浓度含有掺铈(III)钇铝石榴石(Ce:YAG或YAG:Ce)的磷光体。此材料可在光致发光下发射自绿色至黄色且至红色的宽范围的色彩。在其它实施例中，第一光转换材料224可包含掺钕YkG、银-铬双掺YAG、掺铒YAG、掺镱YAG^jc -铈双掺YAGjjC -铬-铥三掺YAG、掺铥YAG、掺铬(IV) YAG、掺镝YAG、掺钐YAG、掺铽YAG和/或其它合适磷光体组合物。在其它实施例中，第一光转换材料224可包含铕磷光体(例如，CaS: Eu、CaAlSiN3: Eu、Sr2Si5N8: Eu、SrS: Eu、Ba2Si5N8: Eu、Sr2SiO4: Eu、SrSi2N2O2: Eu、SrGa2S4: Eu> SrAl2O4: Eu> Ba2SiO4: Eu> Sr4Al14O25: Eu、SrSiAl2O3N: Eu、BaMgAl10O17: Eu> Sr2P2O7: Eu> BaSO4: Eu和/或SrB4O7 = Eu)。光转换材料的前述清单并非详尽 清单。磷光体材料还可混合在合适的载体材料(例如，环氧树脂、硅树脂等)中。如上文所提及，可使用许多不同方法将第一光转换材料(和任何后续光转换材料)选择性地涂覆至LED210。举例来说，在用于将第一光转换材料224选择性地涂覆于LED210上的另一合适方法中，将磷光体材料(例如，CeiYAG)与感光材料(例如，PVA和重铬酸铵)混合，且将所述组合物的层涂覆至LED210上。可使用光刻工艺来选择性地暴露出所述组合物的部分，以使得所述所述暴露部分于所要位置处“固定”在LED210上以形成第一光转换材料224。此涂覆/曝光/显影工艺可重复任何数目次以将额外光转换材料选择性地涂覆至LED210上。用于选择性地涂覆第一光转换材料224的又一合适技术包括将光阻材料旋涂至LED210上并图案化所述材料以在LED210的所要区或区域之上形成开口。可使用电泳法或另一合适工艺将第一光转换材料224涂覆至开口中且涂覆至LED210上。在涂覆第一光转换材料224之后，可移除所述光阻。在替代实施例中，并非使用感光材料，可将某一其它合适材料涂覆至LED210上，且可使用准分子激光切除或另一合适工艺选择性地形成开口。在其它实施例中，其它合适技术可用以将第一光转换材料224 (和任何后续光转换材料)选择性地涂覆至LED210上。参看图4A和4B，第二掩模或光罩230定位于LED210之上。第二掩模230包含对应于用于LED210上的第二光转换材料(未图示一将在下文参看图5A和5B详细描述)的所要图案的多个孔隙或开口 232。如同第一掩模220，第二掩模230可为与LED210的上表面间隔开的离散组件，或第二掩模230可由使用光刻和/或其它合适技术涂覆于LED210的上表面上且经图案化的光阻材料或其它合适掩模材料组成。接下来参看图5A和5B，第二光转换材料234 (例如，红色磷光体)以所要图案选择性地涂覆于LED210上。在所说明的实施例中，例如，第二光转换材料234包括以选定图案布置于LED210上的多个块或“岛状物”，其中第二光转换材料234可或可不接触第一光转换材料224的邻近部分。举例来说，第二光转换材料234的个别部分可通过多个第二间隙或通道235彼此且与第一光转换材料224分离。图5A和5B中所展示的图案仅代表用于第二光转换材料234的一个特定图案。第二光转换材料234可以多种不同图案或布置涂覆至LED210 上。第二光转换材料234可由类似于上文参看图3A和3B所描述的第一光转换材料(例如，Ce:YAG等)的材料组成。另外，第二光转换材料234可使用类似于用以涂覆上文参看图3A和3B所描述的第一光转换材料224的工艺的工艺涂覆至LED210上。然而，在其它实施例中，第二光转换材料234可由不同材料组成和/或可使用不同技术涂覆至LED210上。图6是在已将第一光转换材料224和第二光转换材料234选择性地涂覆于LED210的所要部分上且已移除第二掩模230 (图5A和5B)之后的工件200的部分示意性俯视图。LED210包含不含有任何光转换材料且允许蓝光通过的多个未经涂布或未经覆盖部分240。LED210经相应地配置以基于未经涂布部分240、第一光转换材料224的部分和第二光转换材料234的部分的布置和来自未经涂布部分240、第一光转换材料224的部分和第二光转换材料234的部分的贡献产生所要色彩的光。将了解，用于第一光转换材料224和第二光转换材料234的特定组合物的选择和第一光转换材料224和第二光转换材料234于LED210 上的精确放置允许LED210产生任何所要色彩的光(例如，白光)。此外，虽然本文中仅描述两种光转换材料，但在其它实施例中，可将仅单一光转换材料或两种以上光转换材料涂覆至 LED210 上。如先前所提及，虽然上文参看图2A至6展示了仅单一 LED210，但可同时或大致同时对横越工件200的多个LED210执行本文中所描述的方法。在一个实施例中，例如，可使用光转换材料的相同或大体上相同的图案来处理工件200上的每一 LED210。然而，在其它实施例中，个别LED210上的光转换材料的图案可横越工件200而变化。举例来说，制造晶片级微电子装置的一个挑战是解决个别微电子装置的变化。已认识到，例如，微电子装置于同一微电子工件上的形成期间的外延成长、化学机械抛光、湿式蚀刻和/或其它操作的处理变化可使工件200的一个区域中的LED以不同于另一区的波长发射光。结果，如果横越工件200的每一 LED包含选择性地涂覆的光转换材料的相同图案，则来自LED中的至少一些的发射可为不一致或灰白色的(例如，淡色至红色、蓝色和/或绿色)。上文参看图2A至6所描述的方法的实施例可通过特别地量身制作用于个别LED210的第一光转换材料224和第二光转换材料234的组合物和/布置来解决横越工件200的LED的前述发射变化。然而，在其它实施例中，并非定制用于每一 LED210的图案，可将选择性地涂覆的光转换材料的图案用于工件200上的特定区域中的多个LED。举例来说，操作者可测量工件200上的选定LED210的发射特性以作为个别LED210的区域的代表。在另外实施例中，所测量的发射特性可经平均、筛选和/或以其它方式操纵以导出值以作为个别LED210的区域的代表。在其它实施例中，可预先将待处理的工件分类，使得具有类似发射特性的第一批工件可使用用于个别工件上的装置的光转换材料的第一选定图案一起加以处理，第二批工件可使用用于个别工件上的装置的光转换材料的第二图案一起加以处理，等等。图7和8说明上文关于图2A至6所描述用于将光转换材料选择性地涂覆至微电子工件上的方法的两个额外实施例。在图7和8中的每一者中，特征中的若干者可与上文结合图2A至6的工件200所论述的特征相同。因此，在图2A至6以及图7和8中，类似参考数字指代类似组件。举例来说，图7是根据技术的另一实施例具有涂覆于LED210上的光转换材料的工件300的部分示意性俯视图。更具体来说，工件300与图2A至6中所展示的工件200不同，其不同的处在于已以不同于图6的第一光转换材料224和第二光转换材料234的图案将第一光转换材料324和第二光转换材料334选择性地涂覆至LED210上。在此实施例中，例如，第一光转换材料324包含横越LED210的多个大体上同心的圆。也预期其它形状(例如，三角形、六边形等)。第一光转换材料324的个别圆形部分通过通道或间隙325隔开。这些通道或间隙325的部分包括允许来自LED210的蓝光通过的未经涂布区域340。图8是根据技术的又一实施例具有涂覆至LED210上的光转换材料的工件400的部分示意性俯视图。工件400与上文参看图2A至7所描述的工件200和300不同，其不同的处在于第一光转换材料424已在横越LED210的多个个别直线状部分中涂覆至LED210上。第一光转换材料424的所述个别直线状部分通过通道或间隙425隔开。第二光转换材料434的个别部分以大体上对应于第一光转换材料424的直线状部分的布置的图案涂覆至LED210上。在其它实施例中，第一光转换材料和/或第二光转换材料的部分可以其它形状(例如，多边形)或合适图案选择性地涂覆至LED210上。 自前述内容将了解，基于说明目的，本文中已描述技术的特定实施例，但可在不脱离技术的精神和范围的情况下进行各种修改。举例来说，在特定实施例的情况下所描述的结构和/或工艺在其它实施例中可能组合或消除。具体地说，上文参考特定实施例所描述的第一光转换材料和/或第二光转换材料的布置可包含选择性地涂覆至横越晶片的选定LED上的一种或一种以上额外光转换材料,或可省略上文所描述的光转换材料中的一者或一者以上。此外，尽管已在这些实施例的情况下描述与技术的特定实施例相关联的优点，但其它实施例也可展现此等优点，且并非所有实施例皆需必然地展现此种优点以属于本技术的范围。因此，本技术的实施例仅受随附权利要求书的限制。
权利要求
1.一种用于制造发光二极管LED的方法，所述方法包括 将第一光转换材料涂覆至所述LED上的第一区域；以及 将第二光转换材料涂覆至所述LED上的第二不同区域，其中所述LED的至少一部分在涂覆所述第一光转换材料和所述第二光转换材料之后暴露出。
2.根据权利要求I所述的方法，其中所述LED是工件上的多个LED中的一者，且其中所述方法进一步包括 将所述第一光转换材料涂覆至所述工件上的多个LED上的所述第一区域上；以及 将所述第二光转换材料涂覆至所述工件上的多个LED上的所述第二区域上。
3.根据权利要求2所述的方法，其中 所述第一光转换材料是同时或大致同时地涂覆至所述工件上的两个或两个以上LED ；以及 所述第二光转换材料是同时或大致同时地涂覆至所述工件上的两个或两个以上LED。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述工件上的每一LED包含第一光转换材料和第二光转换材料的相同布置。
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述工件上的每一LED包含第一光转换材料和第二光转换材料的不同布置。
6.根据权利要求2所述的方法，其中所述工件包含具有第一发射特性的第一组LED和具有不同于所述第一发射特性的第二发射特性的第二组LED，且其中 所述第一光转换材料和所述第二光转换材料在所述第一组LED中的每一 LED上相对于彼此具有第一布置；且 所述第一光转换材料和所述第二光转换材料在所述第二组LED中的每一 LED上相对于彼此具有第二布置，且其中所述第二布置不同于所述第一布置。
7.根据权利要求I所述的方法，将第二光转换材料涂覆至所述LED上的第二不同区域包括涂覆所述第二光转换材料以使得所述第一光转换材料与所述第二光转换材料间隔开。
8.根据权利要求I所述的方法，其中 将所述第一光转换材料涂覆至所述第一区域包括在多个个别第一直线状块中将所述第一光转换材料涂覆于所述LED上，其中若干第一通道使所述个别第一块彼此分离；且 将所述第二光转换材料涂覆至所述第二区域包括在多个个别第二直线状块中将所述第二光转换材料涂覆于所述LED上，其中若干第二通道使所述个别第二块彼此且与所述第一块分离。
9.根据权利要求I所述的方法，其进一步包括 在涂覆所述第一光转换材料之前选择所述第一光转换材料，其中选择所述第一光转换材料包括选择第一磷光体的组合物、浓度和量中的至少一者以使得所述第一磷光体具有所要第一发射波长；以及 在涂覆所述第二光转换材料之前选择所述第二光转换材料，其中选择所述第二光转换材料包括选择第二磷光体的组合物、浓度和量中的至少一者以使得所述第二磷光体具有所要第二发射波长。
10.根据权利要求I所述的方法，其中 所述第一光转换材料包括黄色或微黄色磷光体；且所述第二光转换材料包括红色磷光体。
11.根据权利要求I所述的方法，其中涂覆所述第一光转换材料和涂覆所述第二光转换材料包括将所述第一光转换材料和所述第二光转换材料网版印刷至所述LED上。
12.根据权利要求I所述的方法，其中 涂覆所述第一光转换材料包括使用第一光刻工艺涂覆所述第一光转换材料；且 涂覆所述第二光转换材料包括使用第二光刻工艺涂覆所述第二光转换材料。
13.根据权利要求I所述的方法，其中所述第一光转换材料包括第一磷光体，且所述第二光转换材料包括第二磷光体，且其中 涂覆所述第一光转换材料包括 在所述LED上涂覆且图案化第一光阻材料；以及 使用电泳法将所述第一磷光体沉积至所述第一光阻材料中的若干开口中；且涂覆所述第二光转换材料包括 移除所述第一光阻材料； 在所述LED上涂覆且图案化第二光阻材料； 使用电泳法将所述第二磷光体沉积至所述第二光阻材料中的若干开口中；以及移除所述第二光阻材料。
14.根据权利要求I所述的方法，其中所述LED是工件上的多个LED中的一者，且其中所述方法进一步包括在涂覆所述第一光转换材料之前测量所述工件上的多个LED的发射特性。
15.根据权利要求I所述的方法，其进一步包括至少部分地基于所述LED的测量的发射特性来选择所述LED上用于所述第一光转换材料的第一图案和所述LED上用于所述第二光转换材料的第二图案，以使得来自所述LED和所述第一光转换材料和所述第二光转换材料的组合发射至少近似白光。
16.根据权利要求I所述的方法，其进一步包括至少部分地基于所述LED的测量的发射特性来选择用于所述第一光转换材料的组合物和用于所述第二光转换材料的组合物，以使得来自所述LED和所述第一光转换材料和所述第二光转换材料的组合发射至少近似白光。
17.—种用于修改微电子工件的个别发光二极管LED的发射特性的方法,所述方法包括 以第一图案选择性地将第一磷光体材料涂覆至每一 LED上；以及以不同于所述第一图案的第二图案选择性地将第二磷光体材料涂覆至每一 LED上；且其中对于所述个别LED来说，来自所述对应LED、所述第一磷光体材料和所述第二磷光体材料的组合发射产生具有所要光谱成分的光。
18.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括在修改所述个别LED的发射特性之前在所述工件的衬底上形成多个LED，且其中形成个别LED包括经由外延成长依序地将N型氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)和P型GaN涂覆至硅衬底上。
19.根据权利要求17所述的方法，其中每一LED包括InGaN LED，且其中 涂覆第一磷光体材料包括涂覆含有掺铈(III)钇铝石榴石(Ce = YAG)的黄色磷光体，且其中所述第一图案包括横越所述个别LED的第一部分的阵列； 涂覆第二磷光体材料包括涂覆含有Ce:YAG的红色磷光体，且其中所述第二图案包括横越所述个别LED且不与所述第一部分接触的第二部分的阵列，且另外其中所述第一部分和所述第二部分不完全覆盖所述LED。
20.根据权利要求17所述的方法，其中修改个别LED的发射特性包括调整所述LED的所述发射特性以使得来自每一 LED的发射至少近似白光。
21.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括以不同于所述第一图案和所述第二图案的第三图案将第三磷光体材料涂覆至每一 LED上，且其中来自所述对应LED、所述第一磷光 体材料、所述第二磷光体材料和所述第三磷光体材料的组合发射产生所要色彩的光。
22.根据权利要求17所述的方法，其中所述工件包括包含多个第一LED的第一工件，且其中所述方法进一步包括通过以下操作来处理包含多个第二 LED的第二工件 以所述第一图案选择性地将所述第一磷光体材料涂覆至每一第二 LED上；以及 以所述第二图案选择性地将所述第二磷光体材料涂覆至每一第二 LED上， 其中对于所述个别第二 LED来说，来自所述对应第二 LED、所述第一磷光体材料和所述第二磷光体材料的组合发射产生所述所要色彩的光。
23.一种用于发光二极管LED的色彩校正的方法，所述方法包括 在LED的第一离散区之上形成第一色彩校正材料，其中所述第一色彩校正材料包括具有第一发射波长的第一磷光体；以及 在所述LED的第二离散区之上形成第二色彩校正材料，其中所述第二色彩校正材料包括具有不同于所述第一发射波长的第二发射波长的第二磷光体，且其中来自所述LED和所述第一色彩校正材料和所述第二色彩校正材料的组合发射至少近似白光。
24.—种微电子工件,其包括 半导体衬底；以及 所述衬底上的多个发光二极管LED，其中所述个别LED包含 所述LED上的呈第一预定图案的第一转换器材料；以及 所述LED上的呈第二预定图案的第二转换器材料，其中所述第二图案不同于所述第一图案，且其中所述LED的至少一部分可经由所述第一图案和所述第二图案接近， 其中来自所述LED、所述第一转换器材料和所述第二转换器材料的组合发射产生具有所要光谱成分的光。
25.根据权利要求24所述的微电子工件，其中 所述衬底上的所述个别LED包括在N型氮化镓(GaN)材料与P型GaN材料之间的氮化铟镓(InGaN)材料； 所述第一转换器材料包括黄色磷光体材料；且 所述第二转换器材料包括红色磷光体。
26.根据权利要求24所述的微电子工件，其中 所述第一图案包括横越所述LED且通过若干第一间隙分离的第一块的阵列；且 所述第二图案包括横越所述LED且通过若干第二间隙分离的第二块的阵列。
27.根据权利要求26所述的微电子工件，其中 所述第一块包含大体上圆形、直线状和/或多边形块；且 所述第二块包含大体上圆形、直线状和/或多边形块。
28.根据权利要求24所述的微电子工件，其中所述第一转换器材料通过所述个别LED上的间隙而与所述第二 转换器材料间隔开。
全文摘要
本发明揭示发光二极管和制造发光二极管的方法。在一个实施例中，一种用于制造发光二极管LED的方法包括将第一光转换材料涂覆至所述LED上的第一区域，以及将第二光转换材料涂覆至所述LED上的第二不同区域。所述LED的一部分将在涂覆所述第一光转换材料和所述第二光转换材料之后暴露出。
文档编号H01L33/52GK102870241SQ201180021426
公开日2013年1月9日 申请日期2011年3月18日 优先权日2010年3月19日
发明者查尔斯·M·沃特金斯 申请人:美光科技公司