Результат интеллектуальной деятельности: РЕГУЛИРОВАНИЕ КРАЕВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В МАТРИЦЕ СИД, ОТДЕЛЕННОЙ ОТ БЛОКА

Перекрестные ссылки на родственные заявки

Данная заявка является частичным продолжением патента U.S. №12/433,972, озаглавленного «Регулирование краевого излучения в матрице СИД, отделенной от блока», поданного 1 мая 2009 года, который принадлежит тому же правообладателю и включен сюда в качестве ссылки. Эта заявка является родственной заявке на патент US №12/178,902, озаглавленной «Полупроводниковое светоизлучающее устройство, включающее в себя пропускающий слой и направляющую свет структуру», поданной 24 июля 2008 года, которая принадлежит тому же правообладателю и включена сюда в качестве ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Данное раскрытие относится к светоизлучающим диодам (СИД) и, в частности, к матрицам СИД, отделенным от блока.

Описание предшествующего уровня техники

Полупроводниковые СИД являются одними из наиболее эффективных источников света, доступных на данный момент. Материалы, представляющие в данный момент интерес для систем производства светоизлучающих устройств высокой яркости, способных работать в видимом спектре излучения, включают в себя полупроводники III-V групп; например двойные, тройные и четверные сплавы галлия, алюминия, индия, азота, фосфора и мышьяка. III-V устройства излучают свет в видимом спектре излучения. Устройства на основе GaAs и GaP обычно используются, чтобы излучать свет с большими длинами волн, такой как от желтого до красного, в то время как III-нитридные устройства обычно используются, чтобы излучать свет с меньшими длинами волн, такой как от практически УФ до зеленого.

В галлийнитридных СИД обычно используется прозрачная сапфировая подложка в связи с тем, что кристаллическая структура сапфира аналогична кристаллической структуре нитрида галлия.

Некоторые из GaN СИД формируются в виде перевернутых кристаллов с обоими электродами на одной поверхности, где электроды СИД соединены с электродами на подложке без использования проводов для соединения. В этом случае свет передается через прозрачную сапфировую подложку и слои СИД напротив подложки. Подложка представляет собой границу раздела между СИД и внешним источником питания. Электроды на подложке, соединенные с электродами СИД, могут проходить за СИД или проходить к противоположной стороне подложки для соединения с помощью проводов или установки на поверхность печатной платы.

Сущность изобретения

В некоторых вариантах осуществления данного изобретения матрицы светоизлучающих диодов (СИД) на пластине устройства разделены, чтобы создать пространство между матрицами СИД, и отражающее покрытие наносится на матрицы СИД и на промежутки между матрицами СИД. Когда матрицы СИД снова разделяют, части отражающего покрытия остаются на боковых сторонах матриц СИД. Отражающее покрытие на боковых сторонах матриц СИД может регулировать краевое излучение, улучшать равномерность света при изменении угла и увеличивать яркость. Отражающее покрытие может являться полимером или смолой с отражающими частицами, или тонкой металлической пленкой.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 является блок-схемой способа производства структур светоизлучающих диодов (СИД) на одной пластине с использованием отражающего покрытия для регулирования краевого излучения матриц СИД;

Фиг. 2-13 изображают виды в поперечном сечении процессов из способа с фиг.1, когда отражающее покрытие является полимером или смолой с отражающими частицами; и

Фиг. 14-17 изображают виды в поперечном сечении процессов из способа с фиг.1, когда отражающее покрытие является тонкой металлической пленкой, каждый из которых осуществляется в соответствии с вариантами осуществления изобретения.

Использование одинаковых ссылочных номеров на различных фигурах указывает на одинаковые или схожие элементы.

Подробное описание

Фиг.1 является блок-схемой способа 100 для производства структур светоизлучающих диодов (СИД) на одной пластине с использованием отражающего покрытия для регулирования краевого излучения матриц СИД в некоторых вариантах осуществления данного изобретения. Способ 100 включает в себя процессы со 102 по 130.

В процессе 102 примерные матрицы СИД 200 формируются на пластине для выращивания. Для упрощения одна матрица СИД 200 изображена на фиг.2. Матрица СИД 200 включает в себя пластину для выращивания 202, слой n-типа 204, эпитаксиально выращенный на пластине для выращивания, светоизлучающий слой 206 (также часто называемый «активным слоем»), эпитаксиально выращенный на слое n-типа, слой p-типа 208, эпитаксиально выращенный на светоизлучающем слое, проводящий отражающий слой 210, сформированный на слое p-типа, и защитный металлический слой 212, сформированный на проводящем отражающем слое. Диэлектрик 214 сформирован на структурах. Отверстия сформированы в различных слоях, чтобы обеспечить доступ к слою n-типа 204, и в проводящем отражающем слое 210, чтобы обеспечить доступ к слою p-типа 208. Одна или более контактные площадки n-типа 216 сформированы, чтобы электрически контактировать со слоем n-типа 204, и одна или более контактные площадки p-типа 218 сформированы, чтобы электрически контактировать с проводящим отражающим слоем 210. Вместо матриц СИД 200 способ 100 может быть применен к другим типам матриц СИД или к другим светоизлучающим устройствам, которые имеют краевое излучение. За процессом 102 следует процесс 104.

В процессе 104 пластина для переноса 302 временно соединяется с пластиной устройства 220. Здесь и далее в процессе «пластина устройства» относится к структуре на одной пластине, включающей в себя матрицы СИД 200. Удаляемый связывающий материал 304 сначала наносится на верхнюю часть пластины устройства 220, а затем пластина для переноса 302 соединяется с верхней частью пластины устройства, как изображено на фиг.3. Связывающий материал 304 может являться связывающим материалом, разъединяющим при воздействии тепла, раствора или света. Удаляемый связывающий материал 302 может быть нанесен с помощью процесса центрифугирования, процесса натирания или процесса распыления, или другого подходящего процесса. За процессом 104 следует процесс 106.

В процессе 106 пластина устройства 220 переворачивается, и пластина для выращивания 202 удаляется, как изображено на фиг.4. Пластина для выращивания 202 может быть удалена с помощью процесса лазерного отделения. За процессом 106 следует процесс 108.

В процессе 108 слой n-типа 204 делают шероховатым, чтобы улучшить выделение света, как изображено на фиг.5. Слой n-типа 204 может быть сделан шероховатым с помощью физического процесса (например, шлифования или притирания) или с помощью химического процесса (например, травления). Например, слой n-типа 204 может быть сделан шероховатым путем фотоэлектрического травления. За процессом 108 следует процесс 110.

В процессе 110 пропускающая пластина 602 соединяется с пластиной устройства 220, как изображено на фиг.6. Прозрачный связывающий материал 604 сначала наносится на верхнюю часть пластины устройства 220, а затем пропускающая пластина 602 соединяется с верхней частью пластины устройства.

Прозрачный связывающий материал 604 может являться силиконом, эпоксидной смолой или другим подходящим материалом. Прозрачный связывающий материал 604 может быть нанесен с помощью процесса центрифугирования, процесса натирания или процесса распыления, или другого подходящего процесса. Прозрачный связывающий материал 604 может иметь коэффициент отражения, равный или более 1,4.

Если пропускающая пластина 602 состоит из или включает в себя оксидное стекло, керамику или другие подобные диэлектрические материалы, прозрачный связывающий материал 604 может быть заменен оксидом, стеклом или другим подходящим диэлектрическим связывающим слоем, нанесенным на шероховатую поверхность пластины устройства 220. В одном или более вариантах осуществления связывающий слой может являться диоксидом кремния или оксинитридом кремния. В одном или более вариантах осуществления связывающий слой может являться любым прозрачным связывающим материалом, раскрытым в заявке на патент US №12/561,342 с номером дела PH012893US1, поданной 17 сентября 2009 года, таким как оксид алюминия, оксид сурьмы, оксид мышьяка, оксид висмута, оксид бора, бромид свинца, хлорид свинца, оксид свинца, оксид лития, оксид фосфора, фторид калия, оксид калия, оксид кремния, оксид натрия, оксид теллура, оксид таллия, оксид вольфрама, фторид цинка и оксид цинка. Заявка на патент US №12/561,342 принадлежит тому же правообладателю и включена сюда в качестве ссылки.

Связывающий слой может быть нанесен на пластину устройства 220 путем химического осаждения из паровой фазы (CVD), усиленного плазмой CVD (PECVD), или любой другой подходящей технологией осаждения. Поверхности связывающего слоя и/или пропускающей пластины могут быть отполированы путем химико-механической полировки (CMP) или любой другой подходящей технологией полировки. Пропускающая пластина 602 может быть затем соединена с пластиной устройства 220 с использованием прямого молекулярного соединения, соединения плавлением или анодного соединения.

Пропускающая пластина 602 обеспечивает механическую прочность пластины устройства 220 при последующей обработке. Пропускающая пластина 602 может включать в себя структуру регулирования длины волны для изменения спектра излучения для обеспечения желаемого цвета, такого как янтарный для сигнального освещения, или различных цветов для излучения белого света. Структура может являться керамическим люминофором, подходящей прозрачной подложкой или передающим слоем, таким как сапфировый или стеклянный слой, или фильтром, таким как распределенный брэгговский отражатель. Структура керамического люминофора подробно описана в патенте US №7,361,938, который принадлежит тому же правообладателю и включен сюда в качестве ссылки. За процессом 110 следует процесс 112.

В процессе 112 пластина для переноса 302 удаляется с пластины устройства 220, как изображено на фиг.7. Пластина для переноса 302 может быть удалена путем приложения тепла для размягчения, применения раствора для растворения, или использования света для фотохимического воздействия на связывающий материал. Любой оставшийся временный связывающий материал 304 может быть удален с помощью подходящего раствора. За процессом 112 следует процесс 114.

В процессе 114 пластина устройства 220 устанавливается нижней стороной на растягивающуюся пленку 802, как изображено на фиг.8. Растягивающаяся пленка 802 может являться синей лентой, белой лентой, УФ лентой, или другими подходящими материалами, которые делают возможным соединение с гибкой (растягивающейся) подложкой. За процессом 114 следует процесс 116. Растягивающиеся пленки доступны для покупки, например, у Furukawa Electric Co. и Semiconductor Equipment Corp.

В процессе 116 матрицы СИД 200 в пластине устройства 220 разделяются на отдельные матрицы. Матрицы СИД 200 могут быть разделены с использованием лазера, скрайбера или пилы. На данном этапе матрицы СИД 200 являются, по сути, завершенными устройствами, готовыми к тестированию. Тем не менее, матрицы СИД 200 могут иметь краевое излучение, что ухудшает равномерность цвета при изменении угла. За процессом 116 следует процесс 118.

В процессе 118 растягивающаяся пленка 802 растягивается, чтобы в боковом направлении разделить матрицы СИД 200 и создать промежутки между ними, как изображено на фиг.9. В альтернативном варианте осуществления матрицы СИД 200 переносятся на жесткую пластину для переноса с растягивающейся пленки 802. Матрицы СИД 200 могут быть перенесены с помощью ленты или взяты и помещены на жесткую пластину для переноса, чтобы создать промежутки между матрицами СИД. Когда матрицы СИД 200 переносятся с помощью ленты, растягивающаяся пленка 802 растягивается, чтобы создать промежутки между матрицами СИД до переноса матриц СИД на жесткую пластину для переноса. За процессом 118 следует процесс 120.

В процессе 120 отражающее покрытие наносится на верхнюю часть матриц СИД 200 и в промежутки между ними. До нанесения отражающего покрытия диэлектрик может быть расположен над верхней частью и/или боковыми сторонами матриц СИД 200, чтобы увеличить отражающую способность и/или предотвратить короткое замыкание матриц СИД отражающим покрытием. Диэлектрик имеет противоотражающие свойства и может являться пленкой из, например, диоксида кремния (SiO₂), фторида магния (MgF₂), нитрида кремния (Si₃N₄ или SiN_x) и т.д.

В зависимости от варианта осуществления отражающее покрытие может являться полимером или смолой 1002 с отражающими частицами (здесь и далее вместе называемыми «отражающим покрытием 1002»), как изображено на фиг.10, или тонкой металлической пленкой 1402, как изображено на фиг.14. Процессы со 120 по 130 сначала описаны для вариантов осуществления с использованием отражающего покрытия 1002 со ссылкой на фиг. 10-13, а затем далее описаны для вариантов осуществления с использованием тонкой металлической пленки 1402 со ссылкой на фиг. 14-17.

Ссылаясь на фиг.10, отражающее покрытие 1002 может быть нанесено на верхнюю часть матриц СИД 200. Вогнутые углубления в отражающем покрытии 1002 могут образоваться в промежутках между матрицами СИД 200. Отражающее покрытие 1002 может являться силиконом, эпоксидной смолой, акриловым материалом и т.д. Отражающие частицы в отражающем покрытии 1002 могут являться оксидом титана, оксидом цинка, двуокисью кремния, окисью алюминия или двуокисью циркония. Отражающее покрытие 1002 может быть нанесено с помощью золь-гель процесса, процесса втирания или процесса центрифугирования.

Как вариант отражающее покрытие может быть нанесено только в промежутки между матрицами СИД 200 с использованием процесса формования. В процессе формования матрицы СИД 200 помещены в форму, где половины формы располагаются на уровне верхней и нижней частей матриц СИД, оставляя только промежутки между матрицами СИД в качестве отверстий для прохождения материала отражающего покрытия. Материал отражающего покрытия затем вводится в форму и проводится через промежутки между матрицами СИД 200. За процессом 120 следует процесс 122.

В процессе 122 отражающее покрытие 1002 в промежутках между матрицами СИД 200 (с или без диэлектрического покрытия для увеличения отражающей способности и/или предотвращения короткого замыкания), как вариант ломается или ослабляется (например, раскалывается). Отражающее покрытие 1002 в промежутках между матрицами СИД 200 может быть сломано или ослаблено с помощью лазера, скрайбера или пилы. Если отражающее покрытие 1002 хрупкое, процесс разбивания с помощью бруска может быть применен, при котором матрицы СИД 200 проводятся над закругленным бруском, для того чтобы сломать или ослабить отражающее покрытие в промежутках между матрицами СИД. Отражающее покрытие 1002 не обязательно должно быть сломано или ослаблено, если вогнутые углубления, которые ослабляют отражающее покрытие 1002, автоматически формируются в промежутках между матрицами СИД 200. За процессом 122 следует процесс 124.

В процессе 124 растягивающаяся пленка 802 снова растягивается, чтобы еще сильнее разделить матрицы СИД в боковом направлении, как изображено на фиг.11. Этот этап не осуществляется в альтернативном варианте осуществления с процессом 118, в котором используется жесткая пластина для переноса. За процессом 124 следует процесс 126.

В процессе 126 любые части отражающего покрытия 1002 на верхней части матрицы СИД 200 могут быть удалены, как изображено на фиг.12. После этого остаются только части отражающего материала 1002 на боковых сторонах СИД устройств 200. Части отражающего покрытия 1002 на боковых сторонах матриц СИД 200 могут регулировать краевое излучение, улучшать однородность цвета при изменении угла и увеличивать яркость. Части отражающего покрытия 1002 на верхней части матриц СИД 200 могут быть удалены с помощью процесса отделения, травления, лазерной абляции, или пескоструйной обработки. Жертвенный слой для процесса отделения может быть нанесен до формирования отражающего покрытия 1002 над матрицами СИД 200. За процессом 126 следует процесс 128.

В процессе 128 матрицы СИД 200 переворачиваются и переносятся на другую растягивающуюся пленку 1302, как изображено на фиг.13. Матрицы СИД 200 устанавливаются нижней стороной на растягивающуюся пленку 1302, и затем растягивающаяся пленка 802 удаляется таким образом, что контактные площадки n-типа 216 и контактные площадки p-типа 218 (не изображены на фиг.13) матриц СИД доступны для тестирования на верхней стороне. Может быть возможным тестирование матриц СИД 200 без переноса их на вторую растягивающуюся пленку 1302, если контактные площадки 216 и 218 доступны через первую растягивающуюся пленку 802. За процессом 128 следует процесс 130.

В процессе 130 отдельные матрицы СИД 200 могут быть протестированы, пока они зафиксированы на растягивающейся пленке 1302.

Процессы со 120 по 130 теперь будут описаны для вариантов осуществления с использованием тонкой металлической пленки 1402 со ссылкой на фиг. 14-17.

Ссылаясь на фиг.14, тонкая металлическая пленка формируется над верхней частью и боковыми сторонами матриц СИД 200 и в промежутках между ними. Тонкая металлическая пленка 1402 может являться любым отражающим металлом или сплавом, таким как алюминий (Al), серебро (Ag), хром (Cr), золото (Au), никель (Ni), ванадий (V), платина (Pt), палладий (Pd) и т.д. и их сочетанием. Тонкая металлическая пленка 1402 может быть сформирована путем осаждения из пара или распыления. За процессом 120 следует процесс 122.

В процессе 122 тонкая металлическая пленка 1402 в промежутках между матрицами СИД 200, как вариант, ломается или ослабляется (например, раскалывается). Отражающее покрытие 1402 в промежутках между матрицами СИД 200 может быть сломано или ослаблено с помощью лазера, скрайбера или пилы. Если отражающее покрытие 1402 хрупкое, процесс разбивания с помощью бруска может быть применен, при котором матрицы СИД 200 проводятся над закругленным бруском, для того чтобы сломать или ослабить отражающее покрытие в промежутках между матрицами СИД. В альтернативном варианте осуществления процесса 118, использующем жесткую пластину для переноса, тонкая металлическая пленка 1402 в промежутках между матрицами СИД 200 может быть вытравлена. За процессом 122 следует процесс 124.

В процессе 124 растягивающаяся пленка 802 снова растягивается, чтобы еще сильнее разделить матрицы СИД в боковом направлении, как изображено на фиг.15. Этот этап не осуществляется в альтернативном варианте осуществления с процессом 118, в котором используется жесткая пластина для переноса. За процессом 124 следует процесс 126.

В процессе 126 любые части тонкой металлической пленки 1402 на верхней части матрицы СИД 200 могут быть удалены, как изображено на фиг.16. После этого остаются только части тонкой металлической пленки 1402 на боковых сторонах СИД устройств 200. Тонкая металлическая пленка 1402 на боковых сторонах матриц СИД 200 могут регулировать краевое излучение, улучшать однородность цвета при изменении угла и увеличивать яркость. Части тонкой металлической пленки 1402 на верхней части матриц СИД 200 могут быть удалены с помощью процесса отделения, травления, лазерной абляции, или пескоструйной обработки. Жертвенный слой для процесса отделения может быть нанесен до формирования отражающего покрытия 1402 над матрицами СИД 200. В альтернативном варианте осуществления процесса 118 с использованием жесткой пластины для переноса процессы 122 и 126 могут быть совмещены в один процесс травления. За процессом 126 следует процесс 128.

В процессе 128 матрицы СИД 200 переворачиваются и переносятся на другую растягивающуюся пленку 1302, как изображено на фиг.17. Матрицы СИД 200 устанавливаются нижней стороной на растягивающуюся пленку 1302, и затем растягивающаяся пленка 802 удаляется таким образом, что контактные площадки n-типа 216 и контактные площадки p-типа 218 (не изображены на фиг.17) матриц СИД доступны для тестирования на верхней стороне. Может быть возможным тестирование матриц СИД 200 без переноса их на вторую растягивающуюся пленку 1302, если контактные площадки 216 и 218 доступны через первую растягивающуюся пленку 802. За процессом 128 следует процесс 130.

В процессе 130 отдельные матрицы СИД 200 могут быть протестированы, пока они зафиксированы на растягивающейся пленке 1302. Различные другие варианты применения и комбинации особенностей раскрытых вариантов осуществления находятся в рамках объема изобретения. Например, когда отражающее покрытие является полимерной смолой, заполненной отражающими частицами, очень тонкий слой может быть оставлен на верхней части матриц СИД 200, чтобы служить в качестве оптического рассеивателя или чтобы заставить верхнюю часть матриц иметь тот же цвет, что и у отражающих частиц (например, белый). Многочисленные варианты осуществления охвачены приведенной далее формулой изобретения.