具有埋入式触点的垂直固态换能器及高电压固态换能器以及相关联系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明技术涉及高电压固态换能器以及制造固态换能器及高电压固态换能器裸片的方法。特定来说，本发明技术涉及具有埋入式触点的垂直高电压固态换能器以及相关联系统及方法。
【背景技术】
[0002]固态照明(“SSL”)装置经设计以使用发光二极管(“LED”)、有机发光二极管(“0LED”)及/或聚合物发光二极管(“PLED”)而非电灯丝、等离子体或气体作为照射源。例如LED的固态装置通过跨越经相反掺杂材料施加偏置以从半导体材料的介入作用区产生光而将电能转换成光。SSL装置并入到包含常见消费者电子装置的各种各样的产品及应用中。举例来说，移动电话、个人数字助理(“PDA”)、数码相机、MP3播放器及其它便携式电子装置利用SSL装置进行背面照明。另外，SSL装置还用于交通照明、招牌、室内照明、室外照明及其它类型的一般照射。
[0003]微电子装置制造商正在开发呈较小大小同时需要较高光输出与较佳性能的更复杂装置。为了满足当前设计准则，LED制作有减小的占用面积、较细轮廓且随后串联耦合成高电压阵列。在特定实施例中，个别SSL裸片可包含串联耦合的一个以上LED结。
[0004]图1A是展示为具有在横向配置中串联的两个结的常规高电压SSL装置1a的横截面图。如图1A中所展示，高电压SSL装置1a包含衬底20，所述衬底承载通过绝缘材料12彼此电隔离的多个LED结构11 (个别地识别为第一 LED结构Ila及第二 LED结构Ilb)。每一 LED结构lla、llb具有定位于经P型GaN 15掺杂的材料与经N型GaN16掺杂的材料之间的作用区14(例如，含有氮化镓/氮化铟镓(GaN/InGaN)多量子阱(“MQW”))。高电压SSL装置1a还在横向配置中包含P型GaN 15上的第一触点17及N型GaN 16上的第二触点19。个别SSL结构Ila、llb通过凹口 22分离，N型GaN16的一部分通过所述凹口暴露。互连件24通过凹口 22电连接两个邻近SSL结构lla、llb。在操作中，电力经由触点17、19提供到SSL装置10，从而致使作用区14发射光。
[0005]图1B是其中(例如)在垂直而非横向配置中第一触点17与第二触点19彼此相对的另一常规LED装置1b的横截面图。在LED装置1b的形成期间，类似于图1A中所展示的衬底20的生长衬底(未展示)最初承载N型GaN 15、作用区14及P型GaN 16。将第一触点17安置于P型GaN 16上，且将载体21附接到第一触点17。移除衬底，从而允许将第二触点19安置于N型GaN 15上。接着将所述结构倒置以产生图1B中所展示的定向。在LED装置1b中，第一触点17通常包含反射性且导电材料(例如，银或铝)以朝向N型GaN15引导光。接着，可将转换器材料23及囊封剂25彼此叠置地定位于LED结构11上。在操作中，LED结构11可发射第一发射(例如，蓝色光)，所述第一发射刺激转换器材料23 (例如，磷光体)以发射第二发射(例如，黄色光)。第一发射与第二发射的组合可产生所要色彩的光(例如，白色光)。
[0006]垂直LED装置1b通常具有比横向LED装置配置高的效率。举例来说，较高效率可为增强的电流扩展、光提取及热性质的结果。然而，尽管存在经改进的热性质，但LED装置1b仍产生可致使各种结构或区之间的分层及/或致使对经封装装置的其它损坏的显著热量。另外，如图1B中所展示，垂直LED装置1b需要对裸片的两侧的接达以形成与第一触点17及第二触点19的电连接，且通常包含耦合到第二触点19的至少一个线接合，此可增加装置占用面积及制作的复杂度。已将常规LED裸片处理步骤中的一些处理步骤拘限于封装层级(例如，在单个化之后在裸片层级(图1B))以在处理步骤期间实现高性能且防止对装置的损坏。此类封装层级处理步骤增加对制造资源(例如时间及成本)的需求以及可具有其它不合意的结果(例如封装的表面粗糙化)。因此，仍需要促进封装且具有经改进的性能及可靠性的垂直LED、垂直高电压LED裸片及其它固态装置。
【附图说明】
[0007]参考以下图式可更好地理解本发明的许多方面。所述图式中的组件未必按比例。而是，重点在于清晰地图解说明本发明的原理。此外，在所述图式中，遍及数个视图，相同参考编号标不对应部分。
[0008]图1A及IB是根据现有技术配置的LED装置的示意性横截面图。
[0009]图2A到2L是图解说明根据本发明技术的实施例的用于形成固态换能器的过程的部分的示意性平面图及横截面图。
[0010]图3A及3B是图解说明根据本发明技术的其它实施例的用于形成固态换能器的过程的其它部分的横截面图。
[0011]图4A到4C是图解说明用于形成具有根据本发明技术的另一实施例配置的多个固态换能器的晶片层级组合件的过程的部分的示意性平面图。
【具体实施方式】
[0012]下文描述固态换能器(“SST”)以及相关联系统及方法的数个实施例的特定细节。术语“SST”通常指固态装置，其包含作为作用介质的半导体材料以将电能转换成呈可见光谱、紫外光谱、红外光谱及/或其它光谱的电磁辐射。举例来说，SST包含固态光发射器(例如，LED、激光二极管等)及/或除电灯丝、等离子体或气体外的其它发射源。SST可替代地包含将电磁辐射转换成电的固态装置。另外，取决于其中使用术语“衬底”的上下文，衬底可指晶片层级衬底或指经单个化装置层级衬底。相关领域的技术人员还将理解，本发明技术可具有额外实施例，且可在无下文参考图2A到4C所描述的实施例的细节中的数者的情况下实践本发明技术。
[0013]图2A到4C是图解说明根据本发明技术的实施例的用于形成SST的过程的示意性平面图及横截面图。图2A到2L图解说明为清晰起见而展示单个SST裸片200的过程的各个部分；然而，应理解，可在晶片层级实施所图解说明的步骤以用于使用本文中所描述的过程步骤同时产生多个SST裸片200。举例来说，图2A及2B图解说明处于过程的在已于生长衬底220上形成换能器结构202之后的阶段处的SST裸片200。如图2B中所展示，SST裸片200具有第一侧201a及背对第一侧201a的第二侧201b。共同参考图2A及图2B，SST裸片200可包含将换能器结构202分离成多个结203 (个别地识别为结203a到203i)的多个特征。举例来说，从SST裸片200的第一侧201a延伸穿过换能器结构202到衬底220的沟槽208可经形成以在SST裸片200上分离及电隔离个别结203与邻近或其它结203。
[0014]换能器结构202可包含:第一半导体材料210，其在第一侧201a处；第二半导体材料212，其在第二侧201b处；及作用区214，其位于第一半导体材料210与第二半导体材料212之间。在其它实施例中，换能器结构202还可包含氮化硅、氮化铝(AlN)及/或其它适合的中间材料。
[0015]第一半导体材料210及第二半导体材料212可为经掺杂半导体材料。在一个实施例中，第一半导体材料210可为P型半导体材料(例如，P-GaN)，且第二半导体材料212可为N型半导体材料(例如，N-GaN)。在其它实施例中，可颠倒第一半导体材料210与第二半导体材料212。在其它实施例中，第一半导体材料210及第二半导体材料212可个别地包含以下各项中的至少一者:砷化镓(GaAs)、砷化铝镓(AlGaAs)、磷砷化镓(GaAsP)、磷化镓(III)(GaP)、砸化锌(ZnSe)、氮化硼(BN)、氮化铝镓(AlGaN)及/或其它适合的半导体材料。
[0016]第一半导体材料210与第二半导体材料212之间的作用区214可包含单个量子阱(“SQW”)、MQW及/或单颗粒半导体材料(例如，InGaN)。在一个实施例中，单颗粒半导体材料(例如InGaN)可具有大于约10纳米且高达约500纳米的厚度。在特定实施例中，作用区214可包含InGaN SQW、GaN/InGaN MQW及/或InGaN块体材料。在其它实施例中，作用区214可包含磷化铝镓铟(AlGaInP)、氮化铝镓铟(AlGaInN)及/或其它适合的材料或配置。
[0017]在特定实施例中，第一半导体材料210、作用区214及第二半导体材料212中的至少一者可经由金属有机化学气相沉积(“M0CVD”)、分子束外延(“MBE”)、液相外延(“LPE”)及/或混合气相外延(“HVPE”)形成于生长衬底220上。在其它实施例中，换能器结构202的至少一部分可使用其它适合的外延生长技术形成。
[0018]如图2A及2B中所展示，第一触点204可形成于第一半导体材料210上。在一些实施例中，第一触点204可延伸于下伏第一半导体材料210的大部分上方。在其它实施例中，第一触点204可形成于第一半导体材料210的较小部分上方。在特定布置中，第一触点204可为镜及/或由反射性触点材料(包含镍(Ni)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、钨(W)及/或其它反射性材料)制成。如图2A及2B中所图解说明，第一触点204可为形成于第一半导体材料210上方的触点材料的连续覆叠；然而，在其它实施例中，SST裸片200可包含定位于第一侧201a处的单独反射性元件及第一半导体材料210的覆叠部分。在后续处理阶段期间，可将换能器结构202倒置，使得反射性第一触点204可穿过作用区214且朝向SST裸片200的第二侧2