[发明专利]具有裂纹耐受阻挡结构的半导体发光二极管及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年6月8日递交的美国临时专利申请第61/657,347号的权益和优先权，该美国临时专利申请的公开内容由此通过引用全部合并于此。

背景技术

本发明涉及半导体发光装置及其制造方法，更具体地，涉及半导体发光二极管(LED)以及用于半导体发光二极管的制造方法。

半导体LED是众所周知的在向其施加电压时能够生成光的固态发光元件。LED通常包括具有第一和第二相对面的二极管区域，并在该二极管区域中包括n型层、p型层和p-n结。阳极接触电阻性地接触p型层，并且阴极接触电阻性地接触n型层。二极管区域可以外延地形成在衬底上，例如蓝宝石、硅、碳化硅、砷化镓、氮化镓等的生长衬底，但是完成的装置可能不包括衬底。二极管区域可以由基于碳化硅、氮化镓、磷化镓、氮化铝和/或砷化镓的材料和/或基于有机半导体的材料制造。最终，LED所发射的光可以在可见光区或紫外(UV)光区中，并且LED可以集成诸如荧光体之类的波长转换材料。

LED正日益增长地被用于发光/照明应用中，并且一个根本的目标是成为普遍存在的白炽灯泡的替代物。

发明内容

本发明的实施例提供了用于LED芯片的热鲁棒反射阻挡结构，其中所述阻挡结构包括电介质材料。所述阻挡结构包括缓解应力/去耦合结构，以使得所述反射阻挡结构耐受在各种制造工艺期间可能发生的裂纹。例如，在加热/冷却期间可能由于芯片结构中的各种材料的热膨胀系数的不同而生成应力。在一些实施例中，电介质层可以包括在电介质/阻挡层之中或上形成的机械结构、层、槽或其它特征，以使电介质/阻挡层的各部分相互去耦合。

例如，根据一些实施例，可以在电介质阻挡层之中或穿过电介质阻挡层形成槽，以使芯片的内部中的应力与芯片的边缘处的电介质材料部分去耦合。在其它实施例中，电介质阻挡结构可以包括在电介质阻挡层的上部和下部之间的裂纹减少中间层，所述裂纹减少中间层预防或减少来自上部电介质层上的管芯贴装金属(die attach metal)的应力传递到下部电介质阻挡层。在各种实施例中，可以使用另外的电介质和/或金属层和/或一个或多个交替层。此外，可以使用机械分隔和多层结构的组合。

LED芯片结构中的电介质层可能由于热应力而遭受开裂，特别是当管芯贴装金属直接在电介质层上并且该部分使用回流工艺被安装到封装基板上时——在那里由于材料之间的热膨胀系数(CTE)不匹配而存在各种应力。当使用电介质层作为阻挡层以防止金属在芯片内迁移时，由于金属迁移或电极之间的绝缘的损失，裂纹可能带来可靠性风险并产生损失。

本发明的一些实施例通过提供更鲁棒的电介质阻挡层而减少了金属迁移的风险。在一些实施例中，具有嵌入在电介质层内或位于相邻的电介质层之间的一个或多个裂纹减少中间层的多层堆叠可以基本上防止在与管芯贴装金属相邻的上部电介质层中形成的裂纹扩展到下部电介质层。在一些实施例中，裂纹减少中间层可以被图形化，使得在阴极接合衬垫下方的区域与在阳极接合衬垫下方的区域之间不存在连续性，以避免具有在存在管芯贴装或其它的金属(例如Sn、Ag等)通过任意裂纹的任意迁移的情况下可能发生的电流泄漏路径。

裂纹减少中间层可以是电浮置的金属层，或者可以电连接到下面的装置。例如，在阳极接合衬垫下方的金属裂纹减少中间层部分可以电耦合到阳极接合衬垫，并且在阴极接合衬垫下方的金属裂纹减少中间层部分可以电连接到阴极接合衬垫。

在其它实施例中，可以在电介质阻挡中形成机械结构，以去耦合/隔离所述应力。例如，可以在电介质阻挡层中或穿过电介质阻挡层形成槽，以使在阳极接合衬垫和/或阴极接合衬垫下方的电介质阻挡部分与在芯片结构的边缘附近的电介质阻挡部分去耦合，所述在芯片结构的边缘附近的电介质阻挡部分可能更易于由于电介质阻挡的开裂而遭受金属迁移。

根据一些实施例的发光装置包括外延区域、在所述外延区域上的绝缘层、在所述绝缘层上的接合衬垫、以及在所述绝缘层和所述接合衬垫之间的裂纹减少层。所述裂纹减少层被配置用于在所述外延层和所述接合衬垫之间减少所述绝缘层中的裂纹的扩展。

所述裂纹减少层可以被嵌入在所述绝缘层内。

所述绝缘层可以包括孔，并且所述接合衬垫延伸穿过所述孔。所述接合衬垫可以在所述裂纹减少层上方横向地延伸，使得所述裂纹减少层在所述接合衬垫与所述外延区域之间。

所述接合衬垫的周围可以位于所述裂纹减少层的周围之内。