專(zhuān)利名稱(chēng)：包括光提取改型的發(fā)光二極管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子器件和其制作方法，更具體而言，涉及發(fā)光二極管(LED)及其制作方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管廣泛用于消費(fèi)和商業(yè)應(yīng)用。本領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知，發(fā)光二極管通常包括在微電子襯底上的二極管區(qū)。微電子襯底包括，例如，砷化鎵，磷化鎵和它們的合金，碳化硅和/或藍(lán)寶石。LED的不斷發(fā)展已經(jīng)產(chǎn)生高效和機(jī)械堅(jiān)固的光源，該光源能夠覆蓋和超出可見(jiàn)光范圍的光譜。這些特性結(jié)合固態(tài)器件潛在的長(zhǎng)工作壽命，可以使多種新的顯示應(yīng)用成為可能，也可以使LED處于與已經(jīng)很好確立的白熾燈和熒光燈相競(jìng)爭(zhēng)的位置。
LED效率的一個(gè)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)是每流明的成本。對(duì)LED，每流明的成本可以是每個(gè)LED芯片的制作成本、LED材料內(nèi)量子效率和耦合或提取器件產(chǎn)生的光的能力的函數(shù)。關(guān)于光提取問(wèn)題的評(píng)論，可參見(jiàn)1997年Academic Press(科學(xué)出版社)Stringfellow等人的標(biāo)題為“HighBrightness Light Emitting Diodes(高亮度發(fā)光二極管)”的教科書(shū)，特別是Craford的標(biāo)題為“Overview of Device Issues in High-Brightness Light Emitting Diodes(高亮度發(fā)光二極管的器件問(wèn)題評(píng)論)”的第二章，47-63頁(yè)。
光提取已經(jīng)由例如與制作二極管區(qū)和襯底的材料有關(guān)的很多方法實(shí)現(xiàn)。例如，在砷化鎵和磷化鎵材料系統(tǒng)中，厚的p型頂側(cè)窗口層可以用于光提取。因?yàn)樵谏榛?磷化鎵材料系統(tǒng)中，采用液相和/或汽相外延方法，高的外延生長(zhǎng)速率是可能的，因此可以生長(zhǎng)p型窗口層。此外，由于p型頂側(cè)窗口層的電導(dǎo)率也可以得到電流傳播。有高腐蝕速率和高腐蝕選擇性的化學(xué)腐蝕也可以被用于去除至少部分襯底，如果該襯底是光學(xué)吸收的話(huà)。分布式布拉格反射器(distributed Braggreflector)也已經(jīng)在吸收襯底和二極管區(qū)之間生長(zhǎng)，以對(duì)發(fā)射區(qū)和吸收區(qū)去耦合。
其它的光提取方法可以包括使二極管區(qū)和/或襯底機(jī)械成形或形成紋理。然而，仍然希望提供進(jìn)一步改善提取效率的其它光提取技術(shù)。此外，也希望增加LED芯片的面積，從約0.1mm2至較大的面積，從而提供較大的LED。不幸的是，對(duì)更高的功率/強(qiáng)度和/或其它應(yīng)用，當(dāng)芯片尺寸按比例增大時(shí)，這些成形技術(shù)的有效性不再保持。
最近很多開(kāi)發(fā)興趣和商業(yè)活動(dòng)已經(jīng)聚焦到在碳化硅內(nèi)或上制造的LED，因?yàn)檫@些LED能在可見(jiàn)光譜的藍(lán)/綠光部分發(fā)射光。例如見(jiàn)，Edmond等人的、標(biāo)題為“Blue Light-Emitting Diode With HighExternal Quantum Efficiency(高外量子效率的藍(lán)光發(fā)射二極管)”的美國(guó)專(zhuān)利5,416,342，已轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人，其內(nèi)容在此作為參考完整引入，如同在此處完全陳述。對(duì)包括碳化硅襯底上的基于氮化鎵的二極管的LED也有興趣，因?yàn)檫@些器件也可以高效率發(fā)光。例如見(jiàn)，授予Linthicum等人的、標(biāo)題為“Pendeoepitaxial GalliumNitride Semiconductor Layers On Silicon Carbide Substrates”的美國(guó)專(zhuān)利6,177,688，其內(nèi)容在此作為參考完整引入，如同在此處完全陳述。
在這樣的碳化硅LED或碳化硅上的氮化鎵LED中，難以采用通常的光提取技術(shù)。例如，因?yàn)橄鄬?duì)低的氮化鎵生長(zhǎng)速率，所以難以使用厚的p型窗口層。同樣，雖然這樣的LED可以從使用Bragg反射器和/或襯底去除技術(shù)中受益，但在襯底和氮化鎵二極管區(qū)之間難以制作反射器，和/或難以腐蝕去掉至少部分碳化硅襯底。
Edmond的、標(biāo)題為“Method of Production of light EmittingDiodes(發(fā)光二極管的生產(chǎn)方法)”的美國(guó)專(zhuān)利4,966,862，已轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人，其內(nèi)容在此作為參考完整引入，如同在此處完全陳述，描述了一種方法，在半導(dǎo)體材料的單一襯底上制造多個(gè)發(fā)光二極管。該方法用于多種結(jié)構(gòu)，其中襯底包括同種半導(dǎo)體材料的外延層，該外延層依序包括p型和n型材料層，其間確定一個(gè)p-n結(jié)。以預(yù)定圖案腐蝕外延層和襯底，以確定單個(gè)二極管的前體，腐蝕足夠深以便在外延層中形成相互刻劃每個(gè)二極管前體里的p-n結(jié)的臺(tái)面。從外延層的邊緣和在臺(tái)面之間，襯底被刻槽到預(yù)定深度，以便確定襯底內(nèi)的二極管前體的側(cè)面部份，同時(shí)在槽下面保留足夠的襯底用于保持它的機(jī)械穩(wěn)定性。歐姆接觸被加到外延層和襯底上，并且一絕緣材料層形成在二極管前體上。絕緣層覆蓋那些沒(méi)有被歐姆接觸覆蓋的外延層部分、與臺(tái)面相鄰的襯底的一個(gè)表面的任何部分和襯底的側(cè)面部分。結(jié)果，每個(gè)二極管的襯底的結(jié)部分和側(cè)面部分除通過(guò)歐姆接觸以外與電接觸絕緣。當(dāng)二極管互相隔離時(shí)，它們通常與結(jié)邊緣一起能夠向下安裝在導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)，而不關(guān)心環(huán)氧樹(shù)脂將短路所得到的二極管。見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利4,966,862的摘要。
Carter，Jr.的、標(biāo)題為“High Efficiency Light EmittingDiodes From Bipolar Gallium Nitride(雙極氮化鎵高效發(fā)光二極管)”的美國(guó)專(zhuān)利5,210,051，已轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人，其內(nèi)容在此作為參考完整引入，如同在此處完全陳述，描述了一種本征的、基本未摻雜的單晶氮化鎵的生長(zhǎng)方法，施主濃度為7×1017cm3或更小。該方法包括把氮源引入到含有生長(zhǎng)表面的反應(yīng)室里，同時(shí)把鎵源引入到同一反應(yīng)室，同時(shí)引導(dǎo)氮原子和鎵原子到將生長(zhǎng)氮化鎵的生長(zhǎng)表面上。該方法還包括，同時(shí)保持生長(zhǎng)表面在足夠高的溫度以提供給撞擊生長(zhǎng)表面的鎵原子和氮原子足夠的表面遷移率，以到達(dá)并移動(dòng)到適當(dāng)?shù)木Ц裎恢茫瑥亩⒘己玫慕Y(jié)晶性，建立有效附著系數(shù)，從而在生長(zhǎng)表面上生長(zhǎng)氮化鎵的外延層，但是反應(yīng)室中氮元素的分壓又足夠低，使得在反應(yīng)室的其它環(huán)境條件下，達(dá)到與那些氮元素對(duì)氮化鎵的熱平衡氣壓，從而使氮化鎵中的氮損失最小，使形成的外延層中氮空位最少。見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利5,210,051的摘要。
根據(jù)上述討論，期望對(duì)LED有改進(jìn)的光提取技術(shù)，特別是由碳化硅制作的LED、由碳化硅的氮化鎵制作的LED和/或有相對(duì)大面積的LED。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的發(fā)光二極管包括，有第一和第二相對(duì)面的一襯底，該襯底對(duì)預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光輻射是透明的，襯底被構(gòu)圖以在橫截面中確定從第一面向第二面伸入襯底的多個(gè)支座(pedestal)。此處采用的術(shù)語(yǔ)“透明“，是指元件，例如襯底、層或區(qū)，允許預(yù)定波長(zhǎng)范圍里的一些或全部光學(xué)輻射通過(guò)它，也就是說(shuō)，不是不透明的。當(dāng)在二極管區(qū)上施加電壓時(shí)，第二面上的二極管區(qū)被配置成發(fā)射預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光進(jìn)入襯底。在其它的實(shí)施例中，在二極管區(qū)上、與襯底相對(duì)的安裝支架被配置成支持二極管區(qū)，當(dāng)在二極管區(qū)上施加電壓時(shí)，使得從二極管區(qū)發(fā)射進(jìn)入襯底的光就從第一面發(fā)出。在一些實(shí)施例中，在有支座的透明襯底上的發(fā)光二極管倒裝在安裝支架上，有與安裝支架相鄰的二極管區(qū)，與安裝支架相對(duì)的襯底，用于通過(guò)襯底的光發(fā)射。在其它實(shí)施例中，在有支座的透明襯底上的發(fā)光二極管安裝在安裝支架上，襯底與安裝支架相鄰，二極管區(qū)與安裝支架相對(duì)。這樣，也可以提供一種非倒裝芯片安裝。
在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，反射器也提供在安裝支架和二極管區(qū)或襯底之間。反射器也可以這樣設(shè)定當(dāng)在二極管區(qū)上施加電壓時(shí)，把從二極管區(qū)發(fā)射的光反射回去，并通過(guò)二極管區(qū)，通過(guò)襯底，從支座發(fā)出。在其它實(shí)施例中，在二極管區(qū)和反射器之間也可以提供透明電極。在另外的其它實(shí)施例中，在反射器和安裝支架之間可以提供焊劑預(yù)成型件和/或其它焊接區(qū)，和/或與第一面相鄰與二極管區(qū)相對(duì)，可以提供光學(xué)元件，例如窗口或透鏡。在另外的其它實(shí)施例中，二極管區(qū)包括外圍部分和至少一個(gè)由外圍部分包圍的中央部分，發(fā)光二極管還包括在二極管區(qū)上的至少一個(gè)電極，它是限定在至少一個(gè)中央部分之內(nèi)，并不伸到外圍部分上。可以理解，中央部分不一定要在二極管區(qū)的中央。
在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，LED的襯底和/或二極管區(qū)的接觸結(jié)構(gòu)包括透明歐姆區(qū)，反射器，阻擋區(qū)和焊接區(qū)。透明歐姆區(qū)提供電接觸和/或電流擴(kuò)展。反射器至少反射一些入射輻射，并且也可以提供電流擴(kuò)展。阻擋區(qū)保護(hù)反射器和/或歐姆區(qū)。焊接區(qū)把LED封裝焊接到安裝支架。在一些實(shí)施例中，透明歐姆區(qū)和反射器的功能可以合并成單一的歐姆和反射器區(qū)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，接觸結(jié)構(gòu)也可以與常規(guī)的碳化硅LED、碳化硅上的氮化鎵LED和/或其它LED一起使用。
在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，襯底的第一面可以其中包括至少一個(gè)槽，它在襯底里確定多個(gè)支座，例如三角形支座。這些槽可以包括錐形側(cè)壁和/或斜面底層。襯底的第一和第二面可以是正方形的周界，和/或襯底的第一面可以形成紋理。發(fā)光二極管還可以包括多個(gè)發(fā)射區(qū)和/或在二極管區(qū)上的電極，其中相應(yīng)的一個(gè)是限定在相應(yīng)的一個(gè)支座內(nèi)，并且不伸展到相應(yīng)的一個(gè)支座外面。
在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，襯底的第一面其中包括通孔陣列。通孔可以包括錐形側(cè)壁和/或底層。通孔優(yōu)選地僅部分通過(guò)襯底，但在其它實(shí)施例中它們可以全部通過(guò)襯底。第一和第二襯底面可以是正方形的周界，和/或第一面形成紋理。發(fā)光二極管還可以包括在不覆蓋通孔陣列的二極管區(qū)上的至少一個(gè)電極。
支座和/或通孔陣列也可以與包含碳化硅或非碳化硅襯底的發(fā)光二極管一起使用，允許改善從那里的光提取。此外，上述電極也可以與包含非碳化硅襯底的發(fā)光二極管一起使用。例如，當(dāng)襯底的第一面比第二面有較小的面積時(shí)，并且二極管區(qū)是在第二面上，發(fā)射區(qū)可以提供在限定在第一面的較小表面面積內(nèi)的二極管區(qū)上。
在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，發(fā)光二極管包括一個(gè)補(bǔ)償?shù)?、無(wú)色的碳化硅襯底，該襯底有第一和第二相對(duì)面和在第二面上的基于氮化鎵的二極管區(qū)，二極管區(qū)被配置成當(dāng)在二極管區(qū)上施加電壓時(shí)發(fā)射光進(jìn)入襯底。根據(jù)上述任一個(gè)實(shí)施例，可以提供安裝支架、反射器、接觸結(jié)構(gòu)、槽、支座、形成紋理和/或限定的發(fā)射區(qū)/電極。
相應(yīng)地，許多上述實(shí)施例包括用于從襯底提取至少一些由二極管區(qū)發(fā)射進(jìn)入襯底的光的裝置的實(shí)施例。這些提取裝置的實(shí)例包括在碳化硅襯底內(nèi)的補(bǔ)償摻雜劑以提供無(wú)色的碳化硅襯底，對(duì)襯底構(gòu)圖以在橫截面里確定從第一面向第二面伸展進(jìn)入襯底的多個(gè)支座，和/或許多上述其它實(shí)例包括在安裝支架，反射器，接觸結(jié)構(gòu)，槽，支座，形成紋理和/或限定的發(fā)射區(qū)/電極。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，可以通過(guò)形成這樣的二極管區(qū)來(lái)制作發(fā)光二極管在有第一和第二相對(duì)面的襯底的第二面上發(fā)射在預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光，襯底對(duì)預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光輻射是透明的。在形成二極管區(qū)之前、在過(guò)程中和/或在之后，對(duì)襯底構(gòu)圖以在橫截面里確定從第一面向第二面伸展進(jìn)入襯底的多個(gè)支座。在其它實(shí)施例中，二極管區(qū)是安裝在安裝襯底上，該安裝襯底被配置成支持二極管區(qū)，使得當(dāng)在二極管區(qū)上施加電壓時(shí)從二極管區(qū)發(fā)射進(jìn)入襯底的光從第一面發(fā)出。在安裝之前是在二極管區(qū)上形成反射器，使得反射器被配置成當(dāng)在二極管區(qū)上施加電壓時(shí)，把從二極管區(qū)發(fā)射的光反射回進(jìn)入二極管區(qū)通過(guò)襯底并從第一面發(fā)射出。在形成反射器之前，透明歐姆電極也可以形成在與襯底相對(duì)的二極管區(qū)上。一個(gè)阻擋區(qū)和/或粘附區(qū)也可以在形成反射器后形成。在其它實(shí)施例中，安裝支架與反射器相鄰放置，其間有阻擋區(qū)和/或粘附區(qū)，LED與安裝支架相連接。在其它實(shí)施例中，在二極管區(qū)上形成電極，電極限定在二極管區(qū)的中央部分，而不伸展到外圍部分上。
其它方法實(shí)施例包括在襯底的第一面內(nèi)形成多個(gè)交叉槽以便在襯底里確定多個(gè)支座，例如三角形支座。槽可以包括錐形側(cè)壁和/或斜面底層。襯底的第一面也可以被形成紋理。在二極管區(qū)上也可以形成多個(gè)電極。在一些實(shí)施例中，相應(yīng)的一個(gè)電極是限定在相應(yīng)的一個(gè)支座內(nèi)，不伸展到相應(yīng)的一個(gè)支座外面。
根據(jù)本發(fā)明的其它方法實(shí)施例，包括在襯底第一面內(nèi)反應(yīng)離子腐蝕通孔陣列。通孔可以包括錐形側(cè)壁和/或底層。第一面也可以被形成紋理。在不覆蓋通孔陣列的二極管區(qū)上可以形成電極。
在第一面內(nèi)切割多個(gè)交叉槽和/或反應(yīng)離子腐蝕通孔陣列可以用于發(fā)光二極管，它包括碳化硅或非碳化硅襯底，以允許改善從那里的光提取。此外，在限定到第一面的比較小表面面積里的二極管區(qū)上的發(fā)射區(qū)的形成也可以用于其它常規(guī)發(fā)光二極管，以允許改善從那里的光提取。
圖1-圖5是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的發(fā)光二極管的截面圖。
圖6是對(duì)各種摻雜濃度的碳化硅，光吸收與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線(xiàn)圖。
圖7A是根據(jù)本發(fā)明的其它一些實(shí)施例的發(fā)光二極管的頂視圖，圖7B和圖7C是沿圖7A中的線(xiàn)7B-7B′的截面圖。
圖8A是根據(jù)本發(fā)明的其它一些實(shí)施例的發(fā)光二極管的頂視圖，圖8B和圖8C是沿圖8A中的線(xiàn)8B-8B′的截面圖。
圖9-圖13是根據(jù)本發(fā)明的其它一些實(shí)施例的發(fā)光二極管的截面圖。
圖14A是根據(jù)本發(fā)明的其它一些實(shí)施例的發(fā)光二極管沿圖14B中的線(xiàn)14A-14A′的截面圖，圖14B是其底視圖。
圖15A是根據(jù)本發(fā)明的其它一些實(shí)施例的發(fā)光二極管沿圖15B中的線(xiàn)15A-15A′的截面圖，圖15B是其底視圖。
圖16，圖17A和圖18是根據(jù)本發(fā)明的其它一些實(shí)施例的發(fā)光二極管的截面圖。
圖17B是根據(jù)本發(fā)明的其它一些實(shí)施例的圖17A的頂視圖。
圖19是制作根據(jù)本發(fā)明的其它一些實(shí)施例的發(fā)光二極管的方法流程圖。
具體實(shí)施例方式
下文參照示出本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的附圖，完整地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以很多不同形式來(lái)實(shí)施，不應(yīng)該解釋為本發(fā)明限于此處提及的實(shí)施例。更確切地說(shuō)，提供這些實(shí)施例為的是使公開(kāi)全面完整，將本發(fā)明的范圍完整地轉(zhuǎn)達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。為清楚起見(jiàn)，附圖中的一些層或區(qū)的厚度被夸大。相同的數(shù)字始終表示相同的元件?？梢岳斫?，當(dāng)一個(gè)元件，例如一個(gè)層、一個(gè)區(qū)或襯底表示為在另一個(gè)元件“上”或伸展到另一個(gè)元件“上”，它可以是直接在另一個(gè)元件上或直接伸展到另一個(gè)元件上，也可以存在中間元件。相反，當(dāng)一個(gè)元件表示為“直接”在另一個(gè)元件“上”或“直接伸展”到另一個(gè)元件“上”，則那里不存在中間元件。此外，這里描述和說(shuō)明的每個(gè)實(shí)施例也包括它的互補(bǔ)導(dǎo)電類(lèi)型的實(shí)施例。
現(xiàn)在描述本發(fā)明的實(shí)施例，通常關(guān)于在基于碳化硅的襯底上的基于氮化鎵的發(fā)光二極管。然而，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明的很多實(shí)施例可以采用不吸收所發(fā)射的光的或?qū)λl(fā)射光透明的襯底和系數(shù)匹配的發(fā)光二極管外延層的任何組合。在一些實(shí)施例中，襯底的折射率大于二極管的折射率。相應(yīng)地，這些組合可以包括GaP襯底上的AlGaInP二極管；在GaAs襯底上的InGaAs二極管；在GaAs襯底上的AlGaAs二極管；在SiC襯底上的SiC二極管；在藍(lán)寶石襯底(Al2O3)上的SiC二極管；和/或在氮化鎵、碳化硅、氮化鋁、氧化鋅和/或其它襯底上的基于氮化物的二極管。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的發(fā)光二極管的截面圖。如圖1所示，這些發(fā)光二極管100包括有相對(duì)的第一面110a和第二面110b的碳化硅襯底110，該襯底110對(duì)預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光輻射是透明的。二極管區(qū)170是在第二面110b上，并被配置為當(dāng)在二極管區(qū)(例如在歐姆接觸150和160上)施加電壓時(shí)，發(fā)射預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光進(jìn)入對(duì)預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光輻射透明的碳化硅襯底110。
參照?qǐng)D1，二極管區(qū)170包括n型層120，有源區(qū)130和p型層140。對(duì)p型層140和n型層120分別做歐姆接觸150和160，分別形成陽(yáng)極和陰極。包括n型層120，有源區(qū)130和/或p型層140的二極管區(qū)170優(yōu)選包括基于氮化鎵的半導(dǎo)體層，包括它的合金，例如銦鎵氮化物和/或鋁銦鎵氮化物。在碳化硅上制作氮化鎵對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員是眾所周知的，例如，由在上面引入的美國(guó)專(zhuān)利6,177,688描述?？梢岳斫猓绨X的(一)緩沖層可以提供在n型氮化鎵層120和碳化硅襯底110之間，例如在美國(guó)專(zhuān)利5,393,993、5,523,589、6,177,688和標(biāo)題為Vertical Geometry InGaN LightEmitting Diode的序列號(hào)為No.09/154,363的申請(qǐng)，它們的內(nèi)容在此作為參考引入，如同在此完全陳述。
有源區(qū)130可以包括n型、p型或本征基于氮化鎵材料的單層，另一同質(zhì)結(jié)構(gòu)，單異質(zhì)結(jié)構(gòu)，雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)和/或量子阱結(jié)構(gòu)，所有這些都是本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的。而且，有源區(qū)130可以包括有由一個(gè)或多個(gè)包層限制的發(fā)光層。優(yōu)選地，n型氮化鎵層120包括硅摻雜的氮化鎵，p型氮化鎵層130包括鎂摻雜的氮化鎵。另外，有源區(qū)130優(yōu)選包括至少一個(gè)銦鎵氮化物量子阱。
在一些實(shí)施例中，對(duì)p型氮化鎵層140的歐姆接觸150包括鉑，鎳和/或鈦/金。在其它實(shí)施例中，可以使用包括例如，鋁和/或銀的反射歐姆接觸。對(duì)n型氮化鎵層120的歐姆接觸160優(yōu)選地包括鋁和/或鈦。對(duì)p型氮化鎵和n型氮化鎵形成歐姆接觸的其它合適材料可以分別用于歐姆接觸150和160。對(duì)n型氮化鎵和p型氮化鎵形成歐姆接觸的實(shí)例，例如表示在美國(guó)專(zhuān)利5,767,581中，它們的內(nèi)容在此作為參考引入，如同在此完全陳述。
還參照?qǐng)D1，在一些實(shí)施例中，襯底110包括對(duì)預(yù)定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光輻射透明的碳化硅襯底。制作對(duì)預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光輻射透明的碳化硅襯底的一項(xiàng)技術(shù)在美國(guó)專(zhuān)利5,718,760中描述，該專(zhuān)利轉(zhuǎn)讓本發(fā)明的受讓人，其公開(kāi)內(nèi)容在此作為參考引入，如同在此完全陳述。碳化硅襯底110可以包括2H，4H，6H，8H，15R和/或3C多型體。6H和/或4H多型體可以?xún)?yōu)選用于光電應(yīng)用。
在其它實(shí)施例中，碳化硅襯底110是一種補(bǔ)償?shù)?、無(wú)色的碳化硅襯底，正如上面提及的美國(guó)專(zhuān)利5,718,760所述。如其中所述，無(wú)色的碳化硅可以通過(guò)在存在補(bǔ)償量的p型和n型摻雜劑的情況下碳化硅的升華來(lái)制備的。自然存在的碳化硅典型是黑色，這是由于高的雜質(zhì)含量。常規(guī)的微電子碳化硅晶片，根據(jù)晶體中受控的摻雜水平，或是半透明的藍(lán)色，或是琥珀色或是綠色。如美國(guó)專(zhuān)利5,718,760所述，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)仔細(xì)控制用低摻雜濃度的n型和p型雜質(zhì)補(bǔ)償水平摻雜碳化硅晶體，可以得到無(wú)色的碳化硅單晶。特別是，可以期望減小和優(yōu)選最小化材料中的非故意氮(n型)摻雜，并期望引入低水平的補(bǔ)償p型摻雜劑，從而產(chǎn)生無(wú)色的碳化硅。
如圖6所示，4H-SiC由在460nm附近的吸收峰表征。圖6表示，減少4H-SiC的摻雜水平，吸收峰會(huì)基本減小，結(jié)果在460nm附近4H-SiC變?yōu)橥该?。?biāo)記4H-HD的曲線(xiàn)表示對(duì)近似2.5×1018的凈施主濃度摻雜的4H碳化硅的測(cè)量的吸收值，而標(biāo)記4H-LD的曲線(xiàn)表示對(duì)近似5×1017的凈施主濃度摻雜的4H碳化硅的測(cè)量吸收值。進(jìn)一步減小摻雜水平可以導(dǎo)致更低的吸收水平。標(biāo)記6H的曲線(xiàn)也表示一個(gè)在460nm附近的透明襯底。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，例如按照美國(guó)專(zhuān)利5,718,760中描述的工藝，和這里引用的參考文獻(xiàn)進(jìn)行生長(zhǎng)的無(wú)色梨晶(boules)碳化硅，可以切割成許多晶片用于加工。基于氮化鎵的外延層可以形成在晶片上，例如，如美國(guó)專(zhuān)利6,177,688中描述的，外延層可以被加工以產(chǎn)生如圖1中所示的結(jié)構(gòu)。
在有碳化硅襯底的LED中，由于許多理由，以前優(yōu)選的是避免有源區(qū)產(chǎn)生的光進(jìn)入襯底。例如，雖然碳化硅與砷化鎵相比可以是高度透明的，常規(guī)碳化硅襯底能夠吸收在可見(jiàn)光譜的一部分的光。而且，由于常規(guī)碳化硅器件是襯底面向下安裝的垂直器件，進(jìn)入襯底的一些光在它被從器件提取之前能夠被反射回來(lái)通過(guò)襯底，因而增加在襯底中的吸收損耗。反射損耗也可以減小器件的總效率。
氮化鎵和碳化硅有相似的折射率。特別是，氮化鎵的折射率約2.5，而碳化硅的折射率約2.6-2.7。在那個(gè)意義上，氮化鎵和碳化硅可以說(shuō)是光學(xué)匹配的。因此，在氮化鎵和碳化硅之間的界面上可以出現(xiàn)非常小的內(nèi)反射。結(jié)果，難于阻止在基于氮化鎵的層內(nèi)產(chǎn)生的光進(jìn)入碳化硅襯底。
通過(guò)提供例如根據(jù)美國(guó)專(zhuān)利5,718,760描述的方法來(lái)進(jìn)行生長(zhǎng)補(bǔ)償?shù)?、無(wú)色的碳化硅襯底，可以減小可見(jiàn)光在碳化硅襯底內(nèi)的吸收。本領(lǐng)域的技術(shù)人員都知道，由于所謂″Biedermann效應(yīng)”，當(dāng)摻雜增加時(shí)，吸收損耗會(huì)增加。這樣，當(dāng)摻雜減小并優(yōu)選最小化時(shí)，可以增強(qiáng)從襯底提取可見(jiàn)光，從而改善了器件的總效率。與碳化硅相反，藍(lán)寶石的折射率約1.8。因此，在基于藍(lán)寶石的氮化鎵LED中，氮化鎵有源層中產(chǎn)生的光的大部分可以不進(jìn)入襯底而是被反射離開(kāi)襯底。
在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，可以控制碳化硅襯底的摻雜，使得器件二極管區(qū)170中產(chǎn)生的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光不被襯底110吸收，雖然可以吸收其它波長(zhǎng)的光。因此，碳化硅襯底的吸收特性可以被調(diào)節(jié)以便通過(guò)希望波長(zhǎng)的光。例如，可以設(shè)計(jì)有源區(qū)130以便發(fā)射在450nm附加的藍(lán)光?？梢钥刂铺蓟枰r底110的摻雜，使得波長(zhǎng)近似450nm的光線(xiàn)基本上不被襯底110吸收。因此，雖然襯底可能不是完全無(wú)色，也可以吸收其它波長(zhǎng)，它仍然對(duì)感興趣的波長(zhǎng)即在LED區(qū)170內(nèi)產(chǎn)生的波長(zhǎng)是透明的。在優(yōu)選實(shí)施例中，控制碳化硅襯底110的禁帶寬度和/或摻雜，使得襯底對(duì)約390-550nm范圍內(nèi)的光是透明的。
因此，在一些實(shí)施例中，襯底110可以認(rèn)為是一個(gè)濾波器，它可以改善由器件輸出的光的光譜純度。例如，本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知，基于氮化鎵的藍(lán)色LED除產(chǎn)生希望的發(fā)射外還可以產(chǎn)生紫外(UV)光譜內(nèi)不希望的發(fā)射。這樣的UV發(fā)射即使在中等低功率水平也是不希望的，因?yàn)樗鼈兛梢允蛊渲蟹庋bLED的塑料材料退化，這可以引起可靠性問(wèn)題和/或減小壽命。同樣知道6H碳化硅吸收UV光。因此，優(yōu)選的是，通過(guò)6H碳化硅襯底提取光，它可以過(guò)濾掉不希望的UV發(fā)射。
取代如常規(guī)做的那樣阻止或者抑制光進(jìn)入襯底，本發(fā)明的實(shí)施例可以鼓勵(lì)在二極管區(qū)170內(nèi)產(chǎn)生的光進(jìn)入襯底110，此處它能最有效地被提取。因此，本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了從襯底提取由二極管區(qū)發(fā)射進(jìn)入襯底的至少一些光的裝置。相應(yīng)地，本發(fā)明的一些實(shí)施例特別適于采用所謂的“倒裝芯片”或“倒置”的封裝結(jié)構(gòu)，如將結(jié)合圖2描述的那樣。本發(fā)明的一些實(shí)施例，也可以與常規(guī)的“正面向上”或“非倒裝芯片”封裝一起使用，如將結(jié)合圖16描述的那樣。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2，示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的發(fā)光二極管的其它實(shí)施例。在圖2，示出發(fā)光二極管200是倒裝芯片，或者，利用焊接區(qū)220和230倒置安裝在安裝支架210上，例如熱沉上。焊接區(qū)220和230可以包括附于二極管區(qū)和/或安裝支架210的焊劑預(yù)成型件，使用常規(guī)的焊料回流技術(shù)，該焊劑預(yù)成型件可被回流以便把歐姆接觸150和160附著到安裝支架210。其它的焊接區(qū)220和230可以包括金、銦和/或銅焊(braze)。如圖2所示，倒裝芯片或倒置封裝結(jié)構(gòu)把碳化硅襯底110向上放置，遠(yuǎn)離安裝支架210，把二極管區(qū)170向下放置，與安裝支架210相鄰。阻擋區(qū)(未示出)也可以包括在相應(yīng)的歐姆接觸150，160和相應(yīng)的熔焊區(qū)220，230之間。阻擋區(qū)可以包括鎳、鎳/釩和/或鈦/鎢。也可以使用其它阻擋區(qū)。
還參照?qǐng)D2，如光線(xiàn)250所示，在有源區(qū)130內(nèi)產(chǎn)生的光進(jìn)入襯底110，從襯底110的第一面110a出去。為了使在有源區(qū)130內(nèi)產(chǎn)生的光容易進(jìn)入襯底110，可以提供反射器240，它處在有源區(qū)130和安裝支架210之間，與襯底110相對(duì)。反射器240可以處在有源區(qū)130和p型層140之間，如圖2所示。然而，在反射器240和有源區(qū)130和/或p型層140之間也可以有一個(gè)或多個(gè)中間層。此外，p型層140可以處在反射器240和有源區(qū)130之間。也可以提供其它結(jié)構(gòu)，例如下面將結(jié)合圖16描述的那樣。
反射器240可以包括鋁鎵氮化物(AlGaN)層和/或分布式Bragg反射器，它可以把從有源區(qū)130來(lái)的光朝向襯底110反射回去。Bragg反射器的設(shè)計(jì)和制作對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員是熟知的，例如在美國(guó)專(zhuān)利6,045,465中描述，它的公開(kāi)內(nèi)容在此作為參考引入，如同在此完全陳述。也可以理解，反射器也可能修改來(lái)自有源區(qū)130本身的光子發(fā)射模式，從而使更多的光子跑出器件。也可以使用其它的常規(guī)反射器結(jié)構(gòu)。
還參照?qǐng)D2，所示的示例性光線(xiàn)250說(shuō)明從有源區(qū)130內(nèi)產(chǎn)生的光是如何開(kāi)始沿離開(kāi)襯底110的方向傳播，但由反射器240反射回來(lái)通過(guò)襯底110并離開(kāi)器件200。注意，在圖2說(shuō)明的倒裝芯片結(jié)構(gòu)內(nèi)，光線(xiàn)250在離開(kāi)器件前僅僅需要通過(guò)襯底110一次傳播。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的LED 200可以封裝在常規(guī)的圓屋頂結(jié)構(gòu)280內(nèi)，它包括光學(xué)元件，例如用于光發(fā)射的透鏡282。整個(gè)圓頂結(jié)構(gòu)280可以用作光學(xué)元件。陽(yáng)極引線(xiàn)260和陰極引線(xiàn)270也可以提供外部連接。圓頂結(jié)構(gòu)280可以包括塑料、玻璃和/或其它材料，并且其中也可以包括硅氧烷凝膠體和/或其它材料。
參照?qǐng)D3，通過(guò)在碳化硅襯底110的第一面110a上提供陰極歐姆接觸160′，并在第一面110a上陰極歐姆接觸160′之間提供導(dǎo)線(xiàn)390或其它電連接到外部陰極引線(xiàn)270，也可以將垂直發(fā)光二極管300封裝在倒裝芯片結(jié)構(gòu)內(nèi)。也可以提供非倒裝結(jié)構(gòu)，例如，如下面將結(jié)合圖16描述的那樣。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的其它LED。在這些LED 400中，陽(yáng)極接觸可以包括歐姆和反射區(qū)410，它可以包括多個(gè)層，包括薄的透明歐姆接觸412和反射器414。薄的透明歐姆接觸412可以包括鉑，優(yōu)選地應(yīng)盡可能薄以避免相當(dāng)大的光吸收。薄的透明歐姆接觸412的厚度對(duì)于鉑透明電極412來(lái)說(shuō)優(yōu)選在約10和約100之間。在其它實(shí)施例中，薄的透明歐姆接觸412可以包括鎳/金，氧化鎳/金，氧化鎳/鉑，鈦和/或鈦/金，具有有厚度在約10和約100之間。反射器414優(yōu)選厚于約300，并優(yōu)選包括鋁和/或銀。圖4的實(shí)施例能夠提供改善的電流擴(kuò)展，因?yàn)榉瓷淦?14在薄的透明歐姆接觸412的整個(gè)表面面積上接觸薄的歐姆接觸412。因此，如常規(guī)器件中的情況一樣，電流不需要通過(guò)陽(yáng)極接觸410水平傳播。因此，可以增強(qiáng)電流擴(kuò)展。圖4的器件400也可以象圖2和圖3所出的那樣封裝。也可以采用其它的接觸結(jié)構(gòu)，例如，下面將結(jié)合圖16和圖17詳細(xì)描述的那樣。例如，包括例如鎳、鎳/釩和/或鈦/鎢的阻擋區(qū)155可以被提供在反射器414和焊接區(qū)220之間和在歐姆接觸160和焊接區(qū)230之間。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例的LED。LED 500的這些實(shí)施例可以通過(guò)對(duì)襯底110′的至少部分側(cè)壁110c形成斜面或傾斜從而增強(qiáng)從LED的光提取。由于照射斜面?zhèn)缺?10c的的光入射角通常是比其它情況更接近法線(xiàn)，這樣比較少的光可以被反射進(jìn)入襯底110′。相應(yīng)地，可以從襯底110′提取光，這可以提高器件的總效率。通過(guò)使用常規(guī)方法使襯底110′的側(cè)壁110c和/或第一面110a變粗糙或形成紋理，可進(jìn)一步提高提取效率。
相應(yīng)地，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的發(fā)光二極管包括襯底和基于氮化鎵的二極管區(qū)。襯底包括透明的碳化硅單晶用于感興趣的的發(fā)射范圍，優(yōu)選通過(guò)升華法制備。襯底可以是在約100μm和約1000μm之間的厚度。由于提高了從襯底提取光，二極管的外部效率可以提高。在根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例中，二極管包括反射器，它把二極管區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的光反射回襯底中，用于隨后從器件提取。反射器可以包括在與襯底相對(duì)的有源區(qū)上一層折射率相對(duì)低的材料(如AlGaN)。作為選擇，反射器可以包括在結(jié)構(gòu)內(nèi)的Bragg反射器和/或在透明歐姆接觸上的鋁和/或銀的涂層。下面將要描述其它實(shí)施例。在其它實(shí)施例中，襯底側(cè)壁的一部分可以是成錐形和/或變粗糙以提高光提取。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的二極管可以特別適合使用倒裝芯片安裝結(jié)構(gòu)。然而，也可以使用非倒裝芯片安裝。
由上述圖1-6描述的本發(fā)明的實(shí)施例，提供碳化硅襯底的修改，以具體實(shí)施用于提取預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光的至少一些光的裝置，從而允許在碳化硅上的氮化鎵LED的倒裝芯片或非倒裝芯片安裝?，F(xiàn)在描述本發(fā)明的其它實(shí)施例，此處對(duì)襯底作了各種幾何修改，以提供用于從襯底提取至少一些光的裝置的其它實(shí)施例，以提高提取效率。在制造大面積芯片時(shí)，這些襯底修改可以是特別適用，以提供用于從襯底提取至少一些光的裝置的其它實(shí)施例，允許從襯底內(nèi)部區(qū)提高提取效率。這些提高可以與碳化硅襯底一起使用，如上面結(jié)合圖1-6一起描述的那樣，但是也可以與包括砷化鎵、磷化鎵、它們的合金和/或藍(lán)寶石的常規(guī)襯底一起使用。
圖7A是根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例的LED的頂視圖。根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例，圖7B和圖7C是圖7A的LED沿圖7A中的線(xiàn)7B-7B′的截面圖。
現(xiàn)在參照?qǐng)D7A-7C，這些LED包括分別有第一和第二相對(duì)面710a和710b的襯底710，和在襯底710的第二面710b上的二極管區(qū)740。襯底710可以是例如，圖1-6中所述的碳化硅襯底110，和/或另一種常規(guī)的LED襯底。二極管區(qū)740可以包括如上面圖1-5所示的二極管區(qū)170，和/或任何其它的常規(guī)二極管區(qū)。
也如圖7A所示，這些LED 700的第一面710a其中包括多個(gè)槽720，它在襯底中確定了多個(gè)支座730。在圖7A中，示出了三角形支座。然而，也可以提供其它多邊形或非多邊形的支座。如圖7B所示，槽720可以包括斜面底層722。然而，也可以包括平面底層。此外，雖然示出槽的側(cè)壁724對(duì)第一面710a和第二面710b成直角，但也可以包括錐形側(cè)壁，其中側(cè)壁的橫截面的區(qū)域優(yōu)選從襯底710的第一面710a減少到第二面710b。
圖7C示出了提供非平面特征的其它實(shí)施例。因此，可以使用寬的鋸齒切割或其它技術(shù)以形成支座730′，該支座730′有錐形和彎曲側(cè)壁724，彎曲底層722′和/或在支座710′內(nèi)的圓頂形第一面710a′。支座730′的這些實(shí)施例由此可以形成透鏡狀的結(jié)構(gòu)，這可以減小總的內(nèi)部反射。作為選擇，優(yōu)于彎曲或透鏡形的第一面710a′和/或底層722′，可以在第一面710a′或底層722′上形成小面，以進(jìn)一步增強(qiáng)光提取。腐蝕、鋸齒切割、激光切割和/或其它常規(guī)技術(shù)可以用于產(chǎn)生這些結(jié)構(gòu)。
最后，也如圖7A-7C所示，第一和第二面710a、710a′和710b的周界是正方形的。然而，應(yīng)該理解，可以采用其它形狀。例如，也可以使用三角形周界形狀的第一和第二面。此外，雖然示出了四個(gè)三角形支座730，但也可以使用兩個(gè)或兩個(gè)以上支座，優(yōu)選地，在具有面積例如大于0.1mm2的相對(duì)大的芯片中可以使用四個(gè)以上的支座。
圖8A是根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例的LED的頂視圖。根據(jù)本發(fā)明其它實(shí)施例，圖8B和圖8C是圖8A的LED沿圖8A中的線(xiàn)8B-8B′截面圖。
如圖8A所示，這些發(fā)光二極管800包括具有第一和第二相對(duì)面810a和810b的襯底810，以及在第二面810b上的二極管區(qū)840。襯底810可以是碳化硅襯底，例如結(jié)合圖1-6一起描述的碳化硅襯底110，和/或任何其它通常的LED襯底。二極管區(qū)840可以是例如圖1-5描述的基于氮化鎵的二極管區(qū)170，和/或其它任何常規(guī)二極管區(qū)。
如圖8A和圖8B所示，襯底810包括在第一面810a內(nèi)的通孔陣列820。優(yōu)選地，通孔820僅延伸穿過(guò)襯底810部分路徑，但是在其它實(shí)施例中，它們能延伸穿過(guò)襯底810全部路徑。如圖所示，通孔可以包括錐形側(cè)壁824。側(cè)壁824可以是曲線(xiàn)形的或是直線(xiàn)形的。此外，也可以使用垂直于第一面810a和第二面810b的曲線(xiàn)或直線(xiàn)側(cè)壁。通孔820可以有平的，斜面和/或彎曲底層822以提供平截頭圓錐體形(frusto-conical)或圓柱形通孔。通孔也可以不包括底層822，而是到達(dá)一個(gè)點(diǎn)以提供圓錐形通孔。雖然，在圖8A和圖8B中示出四個(gè)完整通孔和十二個(gè)部分通孔的陣列，但可以使用二個(gè)或多于兩個(gè)的通孔820，優(yōu)選地，對(duì)例如面積大于0.1mm2的大面積芯片可以包括四個(gè)以上的完整通孔820。
如圖8B所示，第一面可以是其中包括一個(gè)或多個(gè)小平面的傾斜第一面810a。在其它實(shí)施例中，頂面810a可以被圓角以提供透鏡狀結(jié)構(gòu)。
正如下面將要詳細(xì)描述的，圖7A-7C的槽720可以在切割芯片之前或之后使用例如與芯片的邊成45°角的切片機(jī)來(lái)制作?？梢允褂闷渌夹g(shù)，包括通過(guò)掩模的反應(yīng)離子腐蝕，激光切割，濕法腐蝕和/或其它技術(shù)。圖8A-8C的通孔820在切割芯片之前或之后可以使用通過(guò)掩模的反應(yīng)離子腐蝕來(lái)制備。
現(xiàn)在描述通過(guò)圖7A-7C和圖8A-8C的LED的光提取。槽720或通孔820可以允許周期性地穿過(guò)芯片出現(xiàn)光提取，而不是僅沿著芯片的邊緣。因此，它們能夠提供大面積芯片的可縮放性(scalability)。這與位于在襯底內(nèi)切割槽以允許在槽內(nèi)切割襯底形成明顯對(duì)比，也與通過(guò)LED的二極管區(qū)切割的槽形成明顯對(duì)比。
支座，通孔，側(cè)壁和/或槽可以改善光提取，因?yàn)樾酒拇怪边呁ǔＴ诠馓崛≈衅鹱饔?。此外，出于光提取的目的，LED芯片的最好形狀可能不是正方形或長(zhǎng)方形周界。然而，由于在晶片內(nèi)封裝密度的原因，LED芯片通常有正方形周界。在正方形芯片里，從在大于臨界角且小于這個(gè)臨界角的補(bǔ)角的角的任何方向照射側(cè)壁的光線(xiàn)由于內(nèi)部反射和隨后的吸收通常會(huì)損失。圓柱形芯片可以減小內(nèi)部反射，但是它們的可制造性和封裝密度不是良好的。此外，在從遠(yuǎn)于圓柱形小片中央的點(diǎn)產(chǎn)生的光可以增加產(chǎn)生成切線(xiàn)照射在垂直側(cè)壁上的光。更多的光線(xiàn)由于內(nèi)部反射和吸收再一次損耗。因而總的小片面積需要比有源中心區(qū)面積大，這使得晶片面積使用效率低并導(dǎo)致更高的成本。
相反，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例可以在襯底內(nèi)形成支座，例如等邊或非等邊三角形支座730?？梢员３肿罴训木谩Ｌ貏e是，產(chǎn)生的光線(xiàn)在角度大于臨界角時(shí)在側(cè)壁724上可以有不多于一次的入射和反射。大于臨界角的入射角被反射，但是，在所有情況中的入射光線(xiàn)以小于臨界角照射下一墻壁，假設(shè)密封材料的折射率是約1.5或更大。因此，不同于具有直角或光滑連續(xù)的弧的小片，光線(xiàn)不會(huì)全部損失于內(nèi)部反射和吸收。
具有三角形狀的LED與具有同樣芯片面積有光滑的垂直側(cè)壁在相同的電流下運(yùn)行的正方形LED相比，例如可以在光輸出方面能夠產(chǎn)生15％的提高。此外，錐形側(cè)壁或溝道可以與三角形支座一起使用以便在襯底內(nèi)獲取更多的俘獲光。最后，使用與正方形小片成45°角或其它角度的槽切割可以形成的三角形支座，可以允許用標(biāo)準(zhǔn)小片處理和分離技術(shù)，但是可以提供非正方形芯片的額外光提取的優(yōu)點(diǎn)。也可以使用標(biāo)準(zhǔn)邊緣成形和小片分離。使用通孔陣列820可以提供類(lèi)似的效應(yīng)。
可以理解，圖7A-7C和圖8A-8C中的LED可以以倒置或以倒裝結(jié)構(gòu)安裝，如圖2-5說(shuō)明的那樣。可以防止用于將LED耦合到安裝襯底的銀環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)入槽或通孔，這可能會(huì)減少它的效率。在其它實(shí)施例中，如果槽和/或通孔與常規(guī)的非倒裝芯片LED安裝一起使用，反射回層(reflective back layer)，例如銀或鋁，可以形成在襯底的第一面上，使得入射在槽或通孔上的光朝二極管區(qū)反射回去并通過(guò)二極管區(qū)。
現(xiàn)在對(duì)焊接區(qū)220/230中采用焊劑預(yù)成型件提供附加討論。小面積LED可以要求格外仔細(xì)以避免用來(lái)粘小片到焊接框架的銀環(huán)氧樹(shù)脂接觸芯片側(cè)壁和/或?qū)щ娨r底。這種接觸可以形成Schottky二極管，這對(duì)垂直LED結(jié)構(gòu)的性能是有害的。Schottky二極管可能分流LED附近的電流，因?yàn)樗休^低的正向接通電壓。在大的芯片上使用銀環(huán)氧樹(shù)脂比在小的芯片上可以更容易處理，因?yàn)檫^(guò)度分散(over-dispensing)可以不會(huì)引起環(huán)氧樹(shù)脂從芯片下面露出來(lái)并可能到達(dá)二極管區(qū)和/或襯底的垂直側(cè)壁。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，焊劑預(yù)成型件可以形成在或粘附到反射器或其它層上，如下所述的那樣。預(yù)成型件可以包括低溫共熔合金，例如鉛-錫，銦-金，金-錫，和/或銀-錫焊料。預(yù)成型件的形狀可以很好確定，并且可以通過(guò)在小片粘附過(guò)程中使用壓力和/或溫度來(lái)控制向外蠕變。此外，預(yù)成型件的熱導(dǎo)率可優(yōu)于銀環(huán)氧樹(shù)脂，這對(duì)于大功率器件是更有利的。
現(xiàn)在參照?qǐng)D9和圖10，也可以提供對(duì)襯底進(jìn)行紋理化。形成紋理可以是在發(fā)射波長(zhǎng)或更大的量級(jí)。例如，如圖9所示，LED 900可以包括襯底710的紋理化的第一面710a′。除了或替代紋理化的第一面710a′，還可以提供紋理化的側(cè)壁724′和/或紋理化的底層722′。如圖10所示，LED 1000可以包括紋理化的第一面810a′，在第一面上可包含微透鏡陣列1010。也可以提供紋理化的側(cè)壁和/或底層。正如結(jié)合圖9-10的實(shí)例描述，形成紋理也可以與此處描述的其它實(shí)例一起使用。
對(duì)已封裝的LED芯片的暴露表面可以?xún)?yōu)選紋理化而不拋光。常規(guī)芯片將拋光的外延側(cè)向上封裝，這可以減少?gòu)哪抢锏墓馓崛?。暴露表面的紋理化能夠提供使入射光被透射而不被內(nèi)部反射的隨機(jī)概率。可以理解，對(duì)襯底背面紋理化需要不妨礙對(duì)該襯底面形成歐姆接觸。更具體的是，垂直LED可以有一個(gè)與有源區(qū)的接觸，和有一個(gè)與紋理化的襯底背面的背部接觸。與拋光表面相比，紋理化的側(cè)壁可以提供達(dá)到20％或更高的光發(fā)射。
圖11和12示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的其它LED。圖11的LED 1100和圖12的LED 1200可以與圖7的LED 700和圖8的LED 800相對(duì)應(yīng)。然而，在圖11和圖12的實(shí)施例中，增加了透明歐姆接觸412和反射器414。薄的透明歐姆接觸412能夠提高p型氮化鎵層的電流擴(kuò)展，能夠?qū)﹃?yáng)極產(chǎn)生歐姆接觸，同時(shí)優(yōu)選阻擋減小的光量，更優(yōu)選是阻擋最小化的光量。
此外，在圖11和圖12所示的結(jié)構(gòu)中，因?yàn)樾酒堑寡b安裝在安裝襯底210上的芯片，所以透明歐姆接觸412可以比常規(guī)氮化物L(fēng)ED中可能的透明歐姆接觸更薄，這就允許它更透明?？梢蕴峁┫鄬?duì)厚的反射器414，反射器414包括例如鋁和/或銀。反射器414可以提供優(yōu)良的電流擴(kuò)展。此外，焊劑預(yù)成型件220和/或其它安裝區(qū)可以用在金屬接觸155和安裝襯底210之間以提供和二極管區(qū)的電學(xué)和機(jī)械連接和熱傳輸，同時(shí)避免在產(chǎn)生將導(dǎo)致寄生Schottky接觸的二極管區(qū)內(nèi)的短路?？梢岳斫猓褂玫寡b芯片安裝二極管，功率耗散不需要通過(guò)襯底發(fā)生。而且，產(chǎn)生熱的二極管區(qū)可以與熱沉緊密接觸，有較低的熱阻。在例如結(jié)合圖16描述的其它實(shí)施例中，可以采用非倒裝芯片結(jié)構(gòu)安裝。也可以理解，透明/反射器電極，焊劑預(yù)成型件和/或倒裝芯片安裝可以與這里描述的本發(fā)明的其它實(shí)施例一起使用。
圖13示出了可以用于提高常規(guī)ATON LED中的提取效率的本發(fā)明的其它實(shí)施例。正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知，ATON LED使用襯底成形，例如在出版的標(biāo)題為“OSRAM Enhances Brightness of Blue InGaNLEDs”，Compound Semiconductor，Volume7，No.1，2001 2月，p.7中描述的那樣。特別是，如圖13所示，常規(guī)ATON LED 1300包括襯底1310和二極管區(qū)1320。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，例如由臺(tái)面1320a和/或電極1330限定的發(fā)射區(qū)只包括在二極管區(qū)的中央部分內(nèi)，不在二極管區(qū)的周界部分外。電極1330優(yōu)選是透明電極，可以與發(fā)射區(qū)1320a同存空間比發(fā)射區(qū)1320a小。也可以采用用于減小發(fā)射區(qū)面積的其它技術(shù)。
換句話(huà)說(shuō)，襯底1310分別有第一和第二相對(duì)面1310a和1310b。第一面1310a比第二面有較小的表面積。二極管區(qū)1320是在第二面1310b上面。發(fā)射區(qū)1320a是包括在二極管區(qū)1320內(nèi)，并且是限定到第一面1310a的較小表面區(qū)內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)可以使芯片看起來(lái)更象在透鏡的焦點(diǎn)上的點(diǎn)光源。通常，在芯片邊緣產(chǎn)生的光不能得到成形邊緣的更多好處，因?yàn)榕c在芯片中央產(chǎn)生的光相比，更小的發(fā)光固體表面與那些表面相互影響。模擬表示，通過(guò)從芯片邊緣將發(fā)射區(qū)引入，可以得到約多20％的光輸出。由減小發(fā)射面積來(lái)提高提取效率，這也使光輸出對(duì)襯底內(nèi)和在襯底表面上的損失不敏感，因?yàn)楦嗟墓饽軌蛟诔醮未┻^(guò)有源區(qū)時(shí)逃逸掉。圖13的實(shí)施例可以用于常規(guī)的非倒裝芯片封裝。可以用于倒裝芯片封裝的ATON LED的實(shí)施例將在下面結(jié)合圖17描述。
圖14A說(shuō)明減小發(fā)射區(qū)面積應(yīng)用于本發(fā)明的其它實(shí)施例。例如，LED 1400是類(lèi)似于圖7的LED 700，除了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提供至少一個(gè)減小的發(fā)射面積以外。通過(guò)與支座730對(duì)準(zhǔn)的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電電極1410可以提供至少一個(gè)減小的發(fā)射面積。導(dǎo)電電極1410可以包括鉑和/或其它材料。例如包括氮化硅的絕緣層1420可以用來(lái)阻止與二極管區(qū)740的金屬接觸。互連金屬層1430可以是在導(dǎo)電電極1410上和氮化硅層1420上的形成的覆蓋層?？梢岳斫?，互連層1430也可以作為反射層。作為選擇，可以提供一個(gè)或多個(gè)分開(kāi)的反射層。圖14B是圖14A的LED的底視圖，示出了導(dǎo)電電極1410和金屬層1430?？梢岳斫?，在本發(fā)明的其它實(shí)施例，圖13的至少一個(gè)臺(tái)面1320a可以包括在圖14A的二極管區(qū)740內(nèi)，以提供至少一個(gè)減小的發(fā)射面積。此外，減小的發(fā)射面積可以和這里描述的本發(fā)明的其它實(shí)施例一起使用。
因此，可以通過(guò)減小發(fā)射區(qū)面積以便更多的限定在背面成形區(qū)的中央部分內(nèi)來(lái)提高LED的效率。對(duì)于有均勻發(fā)射面積的背面成形器件，與效率較低的芯片成區(qū)相比出現(xiàn)更多的發(fā)射。相反，在圖14A和圖14B中，由于發(fā)射區(qū)或多個(gè)發(fā)射區(qū)是與支座730對(duì)準(zhǔn)的，可以提供改善的提取效率。因?yàn)閷?dǎo)電電極1410是互相斷開(kāi)的，所以它們需要與互連導(dǎo)電金屬1430相連。如果器件是倒裝芯片結(jié)合，導(dǎo)電金屬1430可以是焊料和/或填銀的環(huán)氧樹(shù)脂。如果器件是安裝在非倒裝芯片結(jié)構(gòu)中，可以包括金屬片例如反射器 金屬條和/或引線(xiàn)連接(wire bond)用于互連。
圖15A示出了至少一個(gè)減小的發(fā)射區(qū)域應(yīng)用于本發(fā)明的其它實(shí)施例。例如，除了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提供至少一個(gè)減小的發(fā)射區(qū)域之外，LED 1500類(lèi)似于圖8的LED 800?？梢杂刹桓采w通孔820的導(dǎo)電電極1510提供至少一個(gè)減小的發(fā)射區(qū)域。導(dǎo)電電極1510可以包括鉑和/或其它材料。例如包括氮化硅的絕緣層1520可以用于阻止在由通孔820確定的區(qū)域上的金屬接觸。圖15B是圖15A的LED的底視圖，示出了導(dǎo)電電極1510和絕緣區(qū)1520。如圖14A的情況，在其它實(shí)施例中，圖13的至少一個(gè)臺(tái)面1320a可以包括在圖15A的二極管區(qū)840內(nèi)以提供至少一個(gè)減小的發(fā)射區(qū)域。
可以理解，如上面所述，可以使用本發(fā)明的實(shí)施例來(lái)改善基于藍(lán)寶石的氮化物L(fēng)ED以及基于其它材料系統(tǒng)的LED。然而，在基于藍(lán)寶石的氮化物L(fēng)ED中，大部分的光可以俘獲高折射率的氮化物二極管區(qū)內(nèi)。對(duì)于襯底的折射率高于藍(lán)寶石的折射率的碳化硅，氮化鎵、氮化鋁、氧化鋅和/或其它襯底可以有更大的增益。因此，本發(fā)明的實(shí)施例并不限于使用碳化硅為襯底。可以理解，當(dāng)藍(lán)寶石作為襯底時(shí)，藍(lán)寶石絕緣層可以使用兩個(gè)與二極管區(qū)的接觸，例如圖1所示。這些接觸需要對(duì)準(zhǔn)封裝中的電連接。如果對(duì)暴露側(cè)進(jìn)行拋光，藍(lán)寶石襯底的透明性可以有利于對(duì)準(zhǔn)。然而，拋光的暴露表面與形成紋理的表面比較，光提取效率可能更低。
圖16是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的發(fā)光二極管的截面圖。圖16可以認(rèn)為與圖3類(lèi)似，除了發(fā)光二極管1600是配置成非倒裝芯片安裝而不是倒裝芯片安裝以外。此外，也示出了在LED和安裝支架之間的其它接觸結(jié)構(gòu)，例如安裝組件或子安裝組件。可以理解，圖16的非倒裝芯片安裝和/或圖16的接觸結(jié)構(gòu)可以與這里描述的本發(fā)明的其它實(shí)施例和/或其它的常規(guī)LED一起使用。
更具體的，參照?qǐng)D16，發(fā)光二極管1600是以非倒裝芯片取向安裝在安裝支架210上，其中碳化硅襯底110與安裝支架210相鄰，二極管區(qū)170是在與安裝支架210相對(duì)或遠(yuǎn)離的碳化硅襯底110上面。換句話(huà)說(shuō)，二極管區(qū)170朝上，碳化硅襯底110是朝下。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)圖16示出的本發(fā)明的實(shí)施例，當(dāng)使用透明碳化硅襯底110時(shí)，從常規(guī)非倒裝芯片安裝的LED提取的光量會(huì)增加。在這些實(shí)施例中，從二極管區(qū)170的有源區(qū)130產(chǎn)生的向下進(jìn)入碳化硅襯底110的光由反射器140反射回來(lái)通過(guò)碳化硅襯底110。雖然，提取效率可能比圖3中的LED 300小，但可以得到比不采用透明碳化硅襯底110的常規(guī)LED的提取效率大的提取效率?？梢岳斫猓信c安裝區(qū)相鄰的透明碳化硅襯底和遠(yuǎn)離安裝區(qū)的二極管區(qū)的圖16的正面朝上安裝也可以與其它常規(guī)的LED結(jié)構(gòu)一起使用。
還參照?qǐng)D16，描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的接觸結(jié)構(gòu)1620?？梢岳斫?，這些接觸結(jié)構(gòu)1620可以與這里描述的其它實(shí)施例一起使用，也可以與其它常規(guī)的LED結(jié)構(gòu)一起使用。
如圖16所示，接觸結(jié)構(gòu)1620包括歐姆區(qū)160，反射器140，阻擋區(qū)1610，和焊接區(qū)230。也提供了頂部歐姆接觸150。歐姆接觸150/160優(yōu)選是一層或多層金屬透明層，例如薄的鉑層，其厚度可以在約10和100之間。可以采用其它的透明歐姆接觸150/160。例如，透明氧化物，例如可以采用銦錫氧化物(ITO)，在這種情況下的歐姆接觸150/160的厚度可以是幾微米或更厚。歐姆接觸150/160可以是均勻厚的層，柵結(jié)構(gòu)和/或點(diǎn)結(jié)構(gòu)，例如，如授予Haitz等人的美國(guó)專(zhuān)利5,917,202所描述，它們的內(nèi)容在此作為參考引入，如同在這里完全陳述。歐姆接觸150/160優(yōu)選提供電流擴(kuò)展，以有利于電流有效和均勻注入到有源區(qū)170。當(dāng)柵結(jié)構(gòu)或點(diǎn)結(jié)構(gòu)用于歐姆接觸150/160，如果碳化硅襯底110有適當(dāng)?shù)钠ヅ潆妼?dǎo)率，電流擴(kuò)展可以實(shí)現(xiàn)。由于減小的面積覆蓋，柵/點(diǎn)歐姆區(qū)可以減小或最小化歐姆區(qū)內(nèi)的光吸收。可以理解，歐姆接觸150和160的結(jié)構(gòu)不需要相同。
還參照?qǐng)D16，反射器140可以包括例如在約100和約5000之間的反射金屬，例如銀和/或鋁，和/或如已經(jīng)描述的鏡堆(mirrorstack)。也可以理解，歐姆區(qū)160和反射器140的功能可以合并成一個(gè)單個(gè)歐姆和反射器區(qū)，例如單層銀或鋁，能夠同時(shí)提供電流擴(kuò)展和反射功能。做為選擇，可以使用不同的層作為歐姆區(qū)160和反射器140。
還參照?qǐng)D16，也可以提供阻擋區(qū)1610，它保護(hù)反射器140和/或歐姆區(qū)160避免來(lái)自下面的小片粘附的擴(kuò)散和/或尖峰形成。因此阻擋區(qū)1610可以保護(hù)歐姆區(qū)160和/或反射器140的光和/或電完整性。在一些實(shí)施例，阻擋區(qū)包括在約100和約5000之間的鎳 鎳/釩和/或鈦/鎢。
最后，還參照?qǐng)D16，提供焊接區(qū)230用于粘附半導(dǎo)體LED結(jié)構(gòu)到安裝支架210，例如一個(gè)安裝組件或子安裝組件。焊接區(qū)230可以是包括例如金，銦，焊料，和/或銅焊的金屬層，并可以包括這些和/或其它結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)預(yù)成型件。在一些實(shí)施例中，焊接區(qū)230可以包括焊接凸點(diǎn)(solder bump)和/或其它金屬凸點(diǎn)，例如銦或金。安裝支架210可以包括熱沉，表面安裝工藝(Surface MountTechnology(SMT))封裝，印刷線(xiàn)路板，驅(qū)動(dòng)器集成電路，引線(xiàn)框架和/或其它用于LED的常規(guī)安裝組件和/或子安裝組件。焊接區(qū)230可被粘附到安裝支架210，使用銀環(huán)氧樹(shù)脂，焊料焊接，熱焊焊接和/或其它技術(shù)?？梢岳斫?，圖16的接觸結(jié)構(gòu)1620的實(shí)施例可以與倒裝芯片LED和/或其它常規(guī)的LED結(jié)構(gòu)一起使用。
圖17A是根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例的發(fā)光二極管的截面圖。具體而言，圖17A示出常規(guī)ATON LED，一個(gè)它是倒裝芯片安裝和/或使用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的接觸結(jié)構(gòu)。可以使用倒裝芯片安裝，例如圖2所示，和/或接觸結(jié)構(gòu)，例如圖16說(shuō)明。
現(xiàn)在參照?qǐng)D17A，LED1700的這些實(shí)施例包括透明襯底1310，例如無(wú)色的、補(bǔ)償?shù)奶蓟枰r底，和二極管區(qū)1320，它是倒裝芯片安裝在安裝支架210上的，使得二極管區(qū)1320與安裝支架210相鄰，并且碳化硅襯底1310遠(yuǎn)離安裝支架210。二極管區(qū)1320可以包括減小的發(fā)射區(qū)域，例如圖13的臺(tái)面區(qū)域1320a。
如圖17A所示的倒裝芯片安裝與常規(guī)的非倒裝芯片安裝LED相比，可以提供改善的光提取。例如，在使用碳化硅襯底上的氮化鎵區(qū)的常規(guī)芯片中，在LED有源區(qū)內(nèi)部產(chǎn)生光的大約一半可以實(shí)際發(fā)射出去。由于總的內(nèi)部反射和/或吸收損失，剩余的光可以俘獲在半導(dǎo)體材料內(nèi)。其中遠(yuǎn)離二極管區(qū)的碳化硅襯底的第一面的表面積比與二極管區(qū)相鄰的碳化硅襯底第二面小的這種結(jié)構(gòu)可以提高光提取。然而，發(fā)射光的主要部分是入射光和/或通過(guò)用吸收金屬完全和/或部分覆蓋的芯片面，有利于對(duì)LED p區(qū)和n區(qū)的歐姆接觸。此外，常規(guī)LED把光首先引向下面，這可以引起在LED封裝內(nèi)的光學(xué)元件的額外反射和/或由于小片粘附材料的損失。這些現(xiàn)象可以引起額外的光損耗。
明顯相反，如圖17A說(shuō)明的本發(fā)明的實(shí)施例可以使用ATON幾何形狀和/或其它幾何形狀，其包括與第二面1310b相比減小了面積的第一面1310a，它是以倒裝芯片方式安裝到安裝支架210以使得二極管區(qū)1320與安裝支架210相鄰，而襯底1310遠(yuǎn)離安裝支架210。
此外，也如圖1 7A所示，使用p型接觸結(jié)構(gòu)1740可以得到額外的效率，這結(jié)構(gòu)包括p型歐姆區(qū)1742，反射器1744，阻擋區(qū)1746和/或焊接區(qū)1748。在一些實(shí)施例中，p型歐姆區(qū)1742可以包括p型歐姆金屬，例如鎳/金，氧化鎳/金，氧化鎳/鉑，鈦和/或鈦/金，厚度在約10和約100之間。在一些實(shí)施例中，p型歐姆區(qū)1742可以包括連續(xù)的或不連續(xù)的p型歐姆金屬，面積覆蓋在約10％到約100％之間，厚度在約2到約100之間。對(duì)非連續(xù)的p型歐姆金屬，下面的二極管層的電導(dǎo)率可以與面積覆蓋匹配，以提高電流注入二極管有源區(qū)的均勻性。
還參照?qǐng)D17A，例如銀和/或鋁的厚的反射器1744是在歐姆區(qū)1742上，與二極管區(qū)1320相對(duì)。在其它實(shí)施例中，歐姆區(qū)1742可以是足夠厚以使接觸電阻低，但又足夠薄以減小光吸收。歐姆區(qū)150可以等于或小于常規(guī)ATON芯片的歐姆金屬厚度的一半，以適應(yīng)光的加倍通過(guò)該接觸。此外，可以通過(guò)合并歐姆和反射器區(qū)來(lái)呈現(xiàn)電流擴(kuò)展功能，合并的歐姆和反射器區(qū)能夠設(shè)計(jì)成足夠厚，以促進(jìn)二極管區(qū)1320內(nèi)產(chǎn)生的光的有效光學(xué)反射，同時(shí)提供電流擴(kuò)展。因此，在二極管區(qū)1320內(nèi)產(chǎn)生的光1726可以反射離開(kāi)反射器1742，回到襯底1310內(nèi)。在二極管區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的其它光1722能夠直接注入襯底1310內(nèi)。再有其它的光1724可以從襯底的傾斜側(cè)壁射出去。
還參照?qǐng)D17A，倒裝芯片安裝的LED可以是采用焊接區(qū)1748粘貼的小片，焊接區(qū)包括金，銦，常規(guī)環(huán)氧樹(shù)脂材料，銅焊和/或焊料，并與適當(dāng)?shù)暮噶虾?或焊料阻擋區(qū)1746例如鎳，鎳/釩和/或鈦鎢一起使用。任選的粘附層包括例如鈦，也可以被提供在阻擋層1746和焊接區(qū)1748之間。也可以理解，通過(guò)在半導(dǎo)體表面上提供反射金屬，可以得到非常光滑的鏡表面，它與頭部的相對(duì)粗糙表面相比具有相對(duì)高的反射率。
還參照?qǐng)D17A，可以使用n型接觸結(jié)構(gòu)1730，它包括歐姆/反射器區(qū)1732，粘附區(qū)1734，阻擋區(qū)1736和焊接區(qū)1738。歐姆/反射器區(qū)1732可以包括n型歐姆材料，例如鋁和/或銀，約1000厚。這個(gè)歐姆/反射器區(qū)1732可以作為歐姆接觸和反射器層。也可以提供可選擇的類(lèi)似于反射器區(qū)1724的任選反射器區(qū)。也可以提供任選的粘附區(qū)1734，包括例如約1000的鈦。也可以提供阻擋區(qū)1736。例如也可以使用約1000的鉑。最后，也可以使用焊接區(qū)1738。例如，可以使用達(dá)到1μm或更厚的金，常規(guī)引線(xiàn)連接1750可以附在焊接區(qū)1738?？梢岳斫?，根據(jù)特定的應(yīng)用，區(qū)1732，1734，1736或1738中的一個(gè)或多個(gè)區(qū)可以被去掉或與其它區(qū)結(jié)合。
根據(jù)圖17A的實(shí)施例，倒裝芯片安裝ATON芯片與常規(guī)非倒裝芯片ATON幾何結(jié)構(gòu)相比能夠產(chǎn)生約1.5到1.7倍或更大的提高的輻射量。可以減小在p型電極和/或小片粘附材料中的吸收?？梢允褂胣型接觸結(jié)構(gòu)1730，以減小或最小化表面覆蓋。因此，在一些實(shí)施例中，電極結(jié)構(gòu)1730能夠占據(jù)碳化硅襯底1310的整個(gè)第一面1310a。然而，其它的幾何結(jié)構(gòu)也可以使用以減小或最小化表面覆蓋。
例如，如圖17B所示，n型接觸結(jié)構(gòu)1730可以?xún)H包括在第一面1310a上的中央部分1730a。然而，對(duì)比較大的芯片尺寸，n型接觸結(jié)構(gòu)1730的指1730b也可以用來(lái)提供額外的電流擴(kuò)展。因此，n型接觸結(jié)構(gòu)1730可以占據(jù)第一面1310的全部區(qū)域。在其它實(shí)施例中，占據(jù)區(qū)域可以小于全部區(qū)域，但是占據(jù)區(qū)域可以大于全部區(qū)域的10％。在另外的實(shí)施例中，可以使用小于區(qū)域10％的面積。可以理解，也可以采用中央部分1730a和指1730b的很多其它幾何形狀結(jié)構(gòu)。
為了提高可縮放性，n型接觸結(jié)構(gòu)1730可以是一種互連的柵結(jié)構(gòu)，在表面覆蓋和電流擴(kuò)展阻力方面與下面的半導(dǎo)體材料1310電導(dǎo)率相匹配。通過(guò)減小和優(yōu)選最小化n型接觸結(jié)構(gòu)1730的表面覆蓋，和使用銀和/或鋁反射器1732，可以減小和優(yōu)選最小化全部的n型接觸結(jié)構(gòu)1730的吸收。
可以理解，在其它實(shí)施例中，n型和p型電極兩者可以形成在在芯片側(cè)面上，如授予Chen的美國(guó)專(zhuān)利5,952,681所描述的那樣。這可以進(jìn)一步減小n電極的歐姆接觸內(nèi)的光吸收。
可以理解，圖17A和圖17B的倒裝芯片安裝和/或接觸結(jié)構(gòu)可以與其它有減小面積的第一面的襯底幾何形狀包括立方形，三角形，金字塔形，切去頂端的金字塔形和/或半球形一起使用。如已經(jīng)描述的，可以提供以槽、通孔和/或其它圖案特征形式的圖形化的附加第一面。最后，如已經(jīng)描述的，也可以使用紋理化和/或粗糙化。也可以使用襯底和/或二極管區(qū)的粗糙化。因此，反射器1744可以形成在有意形成粗糙和/或形成圖案的二極管區(qū)1320上。這種隨機(jī)粗糙性能夠提高光提取和/或減少內(nèi)部反射。具體圖案例如Fresnel透鏡，也可以用于對(duì)準(zhǔn)反射光和/或提高光提取。一旦應(yīng)用反射器1744，圖形化能夠形成光學(xué)元件。圖案的尺寸可以是從LED發(fā)出的光的波長(zhǎng)的量級(jí)。
圖18是根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例的發(fā)光二極管的截面圖。具體而言，圖18示出了常規(guī)ATON LED，包括在其二極管區(qū)上的反射器。根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例，出乎意料地發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在常規(guī)的正面向上的ATON和/或其它LED的二極管區(qū)加上反射器，與在其頂表面處的二極管區(qū)上沒(méi)有反射器的常規(guī)ATON和/或LED相比，可以增加約10％或更多的亮度。因此，用反射器至少部分阻擋頂表面，實(shí)際上可以增加光發(fā)射。
更特別地，參照?qǐng)D18，根據(jù)這里描述的任何實(shí)施例和/或根據(jù)常規(guī)的ATON和/或其它的LED結(jié)構(gòu)，這些LED 1800包括襯底1310和二極管區(qū)1320。根據(jù)常規(guī)的ATON和/或其它的結(jié)構(gòu)，可以提供n型接觸結(jié)構(gòu)1810。作為選擇，可以提供一個(gè)n型接觸結(jié)構(gòu)1810，其包括一個(gè)粘附區(qū)1812，例如約1000的鈦，一個(gè)阻擋區(qū)1814，例如約1000的鉑，和一個(gè)焊接區(qū)1816，例如約1μm的金。粘附區(qū)1812也能夠作為歐姆接觸，也可以附加地是反射性的。
還參照?qǐng)D18，可以提供p型接觸結(jié)構(gòu)1820。p型接觸結(jié)構(gòu)1820包括透明歐姆區(qū)1830，它可以與圖17A的歐姆層1742類(lèi)似。也可以包括粘附層1826，它可以與圖17A的粘附層1734類(lèi)似。也可以包括阻擋層1824，它可以與圖17A的阻擋層1736類(lèi)似。也可以包括焊接區(qū)1822和導(dǎo)線(xiàn)1840，焊接區(qū)1822與圖17A的焊接區(qū)1738類(lèi)似，導(dǎo)線(xiàn)1840與圖17A的導(dǎo)線(xiàn)1750類(lèi)似。此外，也可以提供常規(guī)的ATON/ITP歐姆接觸結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，p型接觸結(jié)構(gòu)1820其中包括反射器1828，用于把光反射回去，通過(guò)二極管區(qū)1320并進(jìn)入襯底1310。反射器1828可以類(lèi)似于圖17A的反射器1746。如上所述，出乎意料，通過(guò)把反射器1828加到ATON和/或其它的LED的頂表面上可以增加亮度，例如是常規(guī)的ATON LED亮度的約1.2到約1.3倍之間或更大。
現(xiàn)在參照?qǐng)D19，將要描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LED制作方法。可以理解，圖19的一些塊可以與圖所示出的不同順序出現(xiàn)，一些塊可以同時(shí)執(zhí)行而不是順序執(zhí)行。
參照?qǐng)D19的塊1910，二極管區(qū)形成在碳化硅襯底上。如上所述，優(yōu)選地，氮化鎵二極管區(qū)是制作在碳化硅襯底上。在塊1920，正如結(jié)合圖7-12和圖14-15一起描述的那樣，槽可以通過(guò)鋸、腐蝕、激光切割、反應(yīng)離子腐蝕、濕法腐蝕和/或其它切割方法，和/或執(zhí)行反應(yīng)離子腐蝕以便在襯底的第一面上形成通孔?？梢岳斫?，在襯底上制作二極管區(qū)之前和/或在襯底上制作二極管區(qū)之后，在塊1920可以形成槽和/或通孔。
參照塊1930，例如結(jié)合圖2-5、圖11-12和圖16-17描述的那樣，形成一個(gè)接觸結(jié)構(gòu)。可以理解，在塊1920的形成槽和/或反應(yīng)離子腐蝕通孔之前可以形成接觸結(jié)構(gòu)。
參照塊1940，執(zhí)行切割以分離單個(gè)LED芯片?？梢岳斫猓绻侵谱骶笮〉腖ED，則不需要執(zhí)行切割，以及在塊1930的形成電極結(jié)構(gòu)之前和/或在塊1920的鋸槽和/或反應(yīng)離子腐蝕之前，可以執(zhí)行切割芯片。
然后參照塊1950，例如采用焊劑預(yù)成型件和/或其它連接技術(shù)，如結(jié)合圖2-5、圖11-12和圖16-17描述的那樣，二極管連接到安裝支架。在塊1960，二極管被封裝在例如塑料圓頂中，如圖2-3和圖16中說(shuō)明的那樣。因此可以有效地制作具有高提取效率的LED。
在附圖和說(shuō)明中，已經(jīng)公開(kāi)了本發(fā)明的典型優(yōu)選實(shí)施例，雖然使用了特定術(shù)語(yǔ)，它們僅僅在一般性和描述性意義上使用，而不是出于限制目的，本發(fā)明的范圍在下列權(quán)利要求中提出。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，包括有笫一和第二相對(duì)面的襯底，該襯底對(duì)預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光輻射是透明的，并對(duì)襯底形成圖案以在橫截面里確定從第一面向第二面方向伸入襯底的多個(gè)支座；和在第二面上的二極管區(qū)，二極管區(qū)被配置成當(dāng)在二極管區(qū)上施加電壓時(shí)，發(fā)射在預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光進(jìn)入對(duì)該預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光輻射透明的襯底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，還包括在二極管區(qū)上、與襯底相對(duì)的安裝支架，所述襯底對(duì)預(yù)定頻率范圍的光輻射是透明的，該安裝支架被配置成支持二極管區(qū)，使得在二極管區(qū)上施加電壓時(shí)，從二極管區(qū)發(fā)射進(jìn)入對(duì)該預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光輻射透明的襯底的光從多個(gè)支座發(fā)出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，還包括在第一面上、與二極管區(qū)相對(duì)的安裝支架，該安裝支架被配置成支持第一面。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)光二極管，還包括在安裝支架和二極管區(qū)之間的反射器，該反射器被配置成，在二極管區(qū)上施加電壓時(shí)，把從二極管區(qū)發(fā)射的光反射回去進(jìn)入二極管區(qū)，通過(guò)對(duì)該預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光輻射透明的襯底，從多個(gè)支座發(fā)出。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的發(fā)光二極管，還包括在安裝支架和第一面之間的反射器，該反射器被配置成，在二極管區(qū)上施加電壓時(shí)，把從第一面發(fā)射的光反射回去進(jìn)入對(duì)該預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光輻射透明的襯底。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的發(fā)光二極管，還包括在二極管區(qū)和反射器之間的透明電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的發(fā)光二極管，還包括在第一面和反射器之間的透明電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的發(fā)光二極管，其中反射器包括至少一種反射性金屬的層。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的發(fā)光二極管，其中透明電極包括一層鎳/金、氧化鎳/金、氧化鎳/鉑、鈦和/或鈦/金。
10.根據(jù)權(quán)利要求4的發(fā)光二極管，還包括在反射器和安裝支架之間的阻擋區(qū)；和在阻擋區(qū)和安裝支架之間的焊接區(qū)。
11.根據(jù)權(quán)利要求5的發(fā)光二極管，還包括在反射器和安裝支架之間的阻擋區(qū)；和在阻擋區(qū)和安裝支架之間的焊接區(qū)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的發(fā)光二極管，其中焊接區(qū)包括金、銦、焊料和/或銅焊。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的發(fā)光二極管，其中焊接區(qū)包括金、銦、焊料和/或銅焊。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，還包括與第一面相鄰、與二極管區(qū)相對(duì)的光學(xué)元件。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中襯底的第一面其中包括至少一個(gè)槽，該槽在橫截面內(nèi)確定襯底內(nèi)的多個(gè)支座。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的發(fā)光二極管，其中支座是三角形支座。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的發(fā)光二極管，其中槽包括錐形的和/或彎曲的側(cè)壁。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的發(fā)光二極管，其中槽包括斜面的和/或彎曲的底層。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的發(fā)光二極管，其中槽包括斜面的和/或彎曲的底層。
20.根據(jù)權(quán)利要求15的發(fā)光二極管，其中襯底的第一和第二面包括正方形周界。
21.根據(jù)權(quán)利要求15的發(fā)光二極管，其中襯底的第一面包括紋理化的表面。
22.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中襯底的第一面其中包括通孔陣列，該通孔陣列在橫截面內(nèi)確定襯底中的多個(gè)支座。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的發(fā)光二極管，其中通孔包括錐形的和/或彎曲的側(cè)壁。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的發(fā)光二極管，其中通孔包括平面的、斜面的和/或彎曲的底層。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的發(fā)光二極管，其中通孔包括平面的、斜面的和/或彎曲的底層。
26.根據(jù)權(quán)利要求22的發(fā)光二極管，其中襯底的第一和第二面包括正方形周界。
27.根據(jù)權(quán)利要求22的發(fā)光二極管，其中襯底的第一面包括紋理化的表面。
28.根據(jù)權(quán)利要求22的發(fā)光二極管，其中通孔陣列包括錐形的和/或彎曲的通孔的陣列。
29.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中二極管區(qū)包括外圍部分，至少一個(gè)被外圍部分包圍的中央部分，和至少一個(gè)發(fā)射區(qū)，該發(fā)射區(qū)被限定在至少一個(gè)中央部分內(nèi)且不伸展到外圍部分上。
30.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，還包括在二極管區(qū)上的多個(gè)發(fā)射區(qū)，其中相應(yīng)的發(fā)射區(qū)之一限定在相應(yīng)的支座之一內(nèi)且不伸展到相應(yīng)的支座之一的外面。
31.根據(jù)權(quán)利要求15的發(fā)光二極管，還包括在二極管區(qū)上的多個(gè)電極，其中相應(yīng)的電極之一限定在相應(yīng)的支座之一內(nèi)且不伸展到相應(yīng)的支座之一外面。
32.根據(jù)權(quán)利要求22的發(fā)光二極管，還包括在不覆蓋通孔的二極管區(qū)上的至少一個(gè)電極。
33.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中襯底包括碳化硅和其中二極管區(qū)包括氮化鎵。
34.一種發(fā)光二極管，包括有第一和第二相對(duì)面的襯底，第一面與第二面相比有比較小的表面積；和在第二面上的二極管區(qū)，該二極管區(qū)包括限定在第一面的較小表面積里的發(fā)射區(qū)。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的發(fā)光二極管，其中發(fā)射區(qū)包括臺(tái)面。
36.根據(jù)權(quán)利要求34的發(fā)光二極管，其中襯底的第一面包括紋理化的表面。
37.根據(jù)權(quán)利要求35的發(fā)光二極管，還包括在臺(tái)面的至少一部分上的一透明電極。
38.根據(jù)權(quán)利要求34的發(fā)光二極管，其中襯底是對(duì)預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光輻射透明的碳化硅襯底，其中二極管區(qū)被配置成發(fā)射該預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光。
39.一種發(fā)光二極管，包括有第一和第二相對(duì)面的襯底，第一面與第二面相比有比較小的表面積；在第二面上的二極管區(qū)；和在二極管區(qū)上、與襯底相對(duì)的安裝支架。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的發(fā)光二極管，其中襯底對(duì)預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光輻射是透明的，并且其中二極管區(qū)被配置成，當(dāng)在二極管區(qū)上施加電壓時(shí)，發(fā)射該預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光進(jìn)入對(duì)該預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光輻射透明的襯底。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的發(fā)光二極管，其中安裝支架還被配置成支持二極管區(qū)，使得在二極管區(qū)上施加電壓時(shí)，從二極管區(qū)發(fā)射進(jìn)入對(duì)該預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光輻射透明的襯底的光從第一面發(fā)射出。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的發(fā)光二極管，還包括在安裝支架和二極管區(qū)之間的反射器，該反射器被配置成，在二極管區(qū)上施加電壓時(shí)，把從二極管區(qū)發(fā)射的光反射回去進(jìn)入二極管區(qū)，通過(guò)對(duì)該預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光輻射透明的襯底并從第一面發(fā)射出。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的發(fā)光二極管，還包括在二極管區(qū)和反射器之間的透明電極。
44.根據(jù)權(quán)利要求42的發(fā)光二極管，還包括在反射器和安裝支架之間的阻擋區(qū)；和在阻擋區(qū)和安裝支架之間的焊接區(qū)。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的發(fā)光二極管，其中焊接區(qū)包括金、銦、焊料和/或銅焊。
46.一種發(fā)光二極管，包括襯底；在襯底上的二極管區(qū)；和在襯底和二極管區(qū)之一上的接觸結(jié)構(gòu)，該接觸結(jié)構(gòu)包括在襯底和二極管區(qū)之一上的一歐姆和反射器區(qū)；在歐姆和反射器區(qū)上、與襯底和二極管區(qū)之一相對(duì)的阻擋區(qū)；在阻擋區(qū)上、與歐姆和反射器區(qū)相對(duì)的焊接區(qū)。
47.根據(jù)權(quán)利要求46的發(fā)光二極管，還包括在焊接區(qū)上、與阻擋區(qū)相對(duì)的安裝組件。
48.根據(jù)權(quán)利要求46的發(fā)光二極管，其中歐姆和反射器區(qū)包括在襯底和二極管區(qū)之一上的透明的歐姆層；和在透明的歐姆層上、與襯底和二極管區(qū)之一相對(duì)的反射器，其中阻擋區(qū)是在反射器上。
49.根據(jù)權(quán)利要求46的發(fā)光二極管，其中焊接區(qū)包括金、銦、焊料和/或銅焊。
50.根據(jù)權(quán)利要求48的發(fā)光二極管，其中透明的歐姆層包括包括鎳/金、氧化鎳/金、氧化鎳/鉑、鈦和/或鈦/金的一層，該層足夠薄以致對(duì)預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光輻射是透明的。
51.根據(jù)權(quán)利要求50的發(fā)光二極管，其中透明的歐姆層的厚度是在約10和約100之間。
52.根據(jù)權(quán)利要求48的發(fā)光二極管，其中透明的歐姆層包括銦錫氧化物層。
53.根據(jù)權(quán)利要求48的發(fā)光二極管，其中透明的歐姆層包括圖形化的透明的歐姆層。
54.根據(jù)權(quán)利要求48的發(fā)光二極管，其中圖形化的透明的歐姆層包括柵和/或點(diǎn)圖案。
55.根據(jù)權(quán)利要求48的發(fā)光二極管，其中反射器包括至少一層反射金屬層。
56.根據(jù)權(quán)利要求46的發(fā)光二極管，其中歐姆和反射器區(qū)包括一包含銀和/或鋁的單層。
57.根據(jù)權(quán)利要求46的發(fā)光二極管，其中阻擋區(qū)包括鎳、鎳/釩和/或鈦/鎢。
58.根據(jù)權(quán)利要求46的發(fā)光二極管，其中焊接區(qū)包括金、銦、焊料和/或銅焊。
59.根據(jù)權(quán)利要求48的發(fā)光二極管其中透明的歐姆層包括包括鎳/金、氧化鎳/金、氧化鎳/鉑、鈦和/或鈦/金的一層，該層足夠薄以致對(duì)預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光輻射是透明的；其中反射器包括至少一層反射金屬層；其中阻擋區(qū)包括鎳、鎳/釩和/或鈦/鎢；和其中焊接區(qū)包括金、銦、焊料和/或銅焊。
60.根據(jù)權(quán)利要求59的發(fā)光二極管，其中透明的歐姆層的厚度是在約10和約100之間。
61.根據(jù)權(quán)利要求59的發(fā)光二極管，其中圖形化的透明歐姆層包括柵和/或點(diǎn)圖案。
62.一種發(fā)光二極管，包括有第一和第二相對(duì)面的襯底，第一面與第二面相比有比較小的表面積；在第二面上的二極管區(qū)；在第一面上與二極管區(qū)相對(duì)的第一歐姆層；在第一歐姆層上與襯底相對(duì)的粘附層；在粘附層上與第一歐姆層相對(duì)的第一阻擋層；在第一阻擋層上與粘附層相對(duì)的第一焊接層；在二極管區(qū)上與襯底相對(duì)的第二歐姆層；在第二歐姆層上、與二極管區(qū)相對(duì)的反射器層；在反射器層上與第二歐姆層相對(duì)的第二阻擋層；和在第二阻擋層上與反射器層相對(duì)的第二焊接層。
63.根據(jù)權(quán)利要求62的發(fā)光二極管，還包括在第二焊接層上與第二阻擋層相對(duì)的安裝支架。
64.根據(jù)權(quán)利要求62的發(fā)光二極管，其中第二歐姆層包括第二歐姆和反射器層。
65.根據(jù)權(quán)利要求62的發(fā)光二極管，其中第一歐姆層包括反射性金屬。
66.根據(jù)權(quán)利要求62的發(fā)光二極管，其中粘附層包括鈦。
67.根據(jù)權(quán)利要求62的發(fā)光二極管，其中第一阻擋層包括鉑。
68.根據(jù)權(quán)利要求62的發(fā)光二極管，其中第一焊接層包括金。
69.根據(jù)權(quán)利要求62的發(fā)光二極管，其中第二歐姆層包括鎳/金、氧化鎳/金、氧化鎳/鉑、鈦和/或鈦/金。
70.根據(jù)權(quán)利要求62的發(fā)光二極管，其中反射器層包括銀和/或鋁。
71.根據(jù)權(quán)利要求62的發(fā)光二極管，其中第二阻擋層包括鎳、鎳/釩和/或鈦/鎢。
72.根據(jù)權(quán)利要求62的發(fā)光二極管，其中第二焊接層包括金、銦、焊料和/或銅焊。
73.根據(jù)權(quán)利要求62的發(fā)光二極管，其中第一歐姆層，粘附層，第一阻擋層和第一焊接層每個(gè)包括中央部分和從中央部分伸出的至少一個(gè)指。
74.一種發(fā)光二極管，包括有第一和第二相對(duì)面的襯底，第一面與第二面相比有比較小的表面積；在第二面上的二極管區(qū)；在第一面上與二極管區(qū)相對(duì)的包含銀和/或鋁的第一層；在第一層上與襯底相對(duì)的包含鈦的第二層；在第二層上與第一層相對(duì)的包含鉑的第三層；在第三層上與第二層相對(duì)的包含金的第四層；在二極管區(qū)上與襯底相對(duì)的包含鎳/金、氧化鎳/金、氧化鎳/鉑、鈦和/或鈦/金的第五層；在第五層上與二極管區(qū)相對(duì)的包含銀和/或鋁的第六層；在第六層上與第五層相對(duì)的包含鎳、鎳/釩和/或鈦/鎢的第七層；和在第七層上與第六層相對(duì)的包含金、銦、焊料和/或銅焊的第八層。
75.根據(jù)權(quán)利要求74的發(fā)光二極管，還包括在第八層上與第七層相對(duì)的安裝支架。
76.一種發(fā)光二極管，包括有第一和第二相對(duì)面的襯底，第一面與第二面相比有比較小的表面積；在第二面上的二極管區(qū)；在第一面上與二極管區(qū)相對(duì)的第一粘附層；在第一粘附層上與襯底相對(duì)的第一阻擋層；在第一阻擋層上與第一粘附層相對(duì)的第一焊接層；在二極管區(qū)上與襯底相對(duì)的歐姆層；在歐姆層上與二極管區(qū)相對(duì)的反射器層；在反射層上與歐姆層相對(duì)的第二粘附層；在第二粘附層上與反射器層相對(duì)的第二阻擋層；和在第二阻擋層上與第二粘附層相對(duì)的第二焊接層。
77.根據(jù)權(quán)利要求76的發(fā)光二極管，還包括在第一焊接層上與第一阻擋層相對(duì)的安裝支架。
78.根據(jù)權(quán)利要求76的發(fā)光二極管，其中歐姆層包括歐姆和反射器層。
79.根據(jù)權(quán)利要求76的發(fā)光二極管，其中第一粘附層包括鈦。
80.根據(jù)權(quán)利要求76的發(fā)光二極管，其中第一阻擋層包括鉑。
81.根據(jù)權(quán)利要求76的發(fā)光二極管，其中第一焊接層包括金。
82.根據(jù)權(quán)利要求76的發(fā)光二極管，其中歐姆層包括鎳/金、氧化鎳/金、氧化鎳/鉑、鈦和/或鈦/金。
83.根據(jù)權(quán)利要求76的發(fā)光二極管，其中反射器層包括銀和/或鋁。
84.根據(jù)權(quán)利要求76的發(fā)光二極管，其中第二粘附層包括鈦。
85.根據(jù)權(quán)利要求76的發(fā)光二極管，其中第二阻擋層包括鉑。
86.根據(jù)權(quán)利要求76的發(fā)光二極管，其中第二焊接層包括金。
87.一種發(fā)光二極管，包括有第一和第二相對(duì)面的襯底，第一面與第二面相比有比較小的表面積；在第二面上的二極管區(qū)；在第一面上與二極管區(qū)相對(duì)包含鈦的第一層；在第一層上與襯底相對(duì)包含鉑的第二層；在第二層上與第一層相對(duì)包含金的第三層；在二極管區(qū)上與襯底相對(duì)包含鎳/金、氧化鎳/金、氧化鎳/鉑、鈦和/或鈦/金的第四層；在第四層上與二極管區(qū)相對(duì)包含銀和/或鋁的第五層；在第五層上與第四層相對(duì)包含鈦的第六層；在第六層上與第五層相對(duì)包含鉑的第七層；在第七層上與第六層相對(duì)包含金的第八層。
88.根據(jù)權(quán)利要求88的發(fā)光二極管，還包括在第三層上與第二層相對(duì)的安裝支架。
89.一種發(fā)光二極管，包括有第一和第二相對(duì)面的、補(bǔ)償?shù)?、無(wú)色的碳化硅襯底；和在第二面上基于氮化鎵的二極管區(qū)，該二極管區(qū)被配置成，在二極管區(qū)上施加電壓時(shí)，發(fā)射光進(jìn)入襯底。
90.根據(jù)權(quán)利要求89的發(fā)光二極管，還包括在二極管區(qū)上、與襯底相對(duì)的安裝支架，該安裝支架被配置成支持二極管區(qū)，使得在二極管區(qū)上施加電壓時(shí)，從二極管區(qū)發(fā)射進(jìn)入襯底的光從襯底發(fā)射出。
91.根據(jù)權(quán)利要求89的發(fā)光二極管，還包括在第一面上、與二極管區(qū)相對(duì)的安裝支架，該安裝支架被配置成支持第一面。
92.根據(jù)權(quán)利要求90的發(fā)光二極管，還包括在安裝支架和二極管區(qū)之間的反射器，該反射器被配置成，在二極管區(qū)上施加電壓時(shí)，把從二極管區(qū)發(fā)射的光反射回去進(jìn)入二極管區(qū)，通過(guò)襯底并從襯底發(fā)射出。
93.根據(jù)權(quán)利要求91的發(fā)光二極管，還包括在安裝支架和第一面之間的反射器，該反射器被配置成，在二極管區(qū)上施加電壓時(shí)，把從第一面發(fā)射的光反射回去進(jìn)入襯底。
94.根據(jù)權(quán)利要求92的發(fā)光二極管，還包括在二極管區(qū)和反射器之間的透明電極。
95.根據(jù)權(quán)利要求93的發(fā)光二極管，還包括在第一面和反射器之間的透明電極。
96.根據(jù)權(quán)利要求92的發(fā)光二極管，其中反射器包括一層至少一種反射性金屬的層。
97.根據(jù)權(quán)利要求94的發(fā)光二極管，其中透明電極包括一層鎳/金、氧化鎳/金、氧化鎳/鉑、鈦和/或鈦/金的層。
98.根據(jù)權(quán)利要求92的發(fā)光二極管，還包括在反射器和安裝支架之間的阻擋區(qū)；和在阻擋區(qū)和安裝支架之間的焊接區(qū)。
99.根據(jù)權(quán)利要求93的發(fā)光二極管，還包括在反射器和安裝支架之間的阻擋區(qū)；和在阻擋區(qū)和安裝支架之間的焊接區(qū)。
100.根據(jù)權(quán)利要求98的發(fā)光二極管，其中焊接區(qū)包括金，銦，焊料和/或銅焊。
101.根據(jù)權(quán)利要求99的發(fā)光二極管，其中焊接區(qū)包括金，銦，焊料和/或銅焊。
102.根據(jù)權(quán)利要求89的發(fā)光二極管，還包括與第一面相鄰、與二極管區(qū)相對(duì)的光學(xué)元件。
103.根據(jù)權(quán)利要求89的發(fā)光二極管，其中襯底的第一面其中包括至少一個(gè)槽，該槽在橫截面內(nèi)確定從第一面向第二面方向伸展進(jìn)入襯底的多個(gè)支座。
104.根據(jù)權(quán)利要求103的發(fā)光二極管，其中支座是三角形支座。
105.根據(jù)權(quán)利要求103的發(fā)光二極管，其中槽包括錐形的和/或彎曲的側(cè)壁。
106.根據(jù)權(quán)利要求103的發(fā)光二極管，其中槽包括斜面的和/或彎曲的底層。
107.根據(jù)權(quán)利要求105的發(fā)光二極管，其中槽包括斜面的和/或彎曲的底層。
108.根據(jù)權(quán)利要求103的發(fā)光二極管，其中襯底的第一和第二面包括正方形周界。
109.根據(jù)權(quán)利要求103的發(fā)光二極管，其中襯底的第一面包括紋理化的表面。
110.根據(jù)權(quán)利要求89的發(fā)光二極管，其中襯底的第一面其中包括通孔陣列，該通孔陣列在橫截面內(nèi)確定從第一面向第二面方向伸入襯底的多個(gè)支座。
111.根據(jù)權(quán)利要求110的發(fā)光二極管，其中通孔包括錐形的和/或彎曲的側(cè)壁.
112.根據(jù)權(quán)利要求110的發(fā)光二極管，其中通孔包括平面的、斜面的和/或彎曲的底層。
113.根據(jù)權(quán)利要求111的發(fā)光二極管，其中通孔包括平面的、斜面的和/或彎曲的底層。
114.根據(jù)權(quán)利要求110的發(fā)光二極管，其中襯底的第一和第二面包括正方形周界。
115.根據(jù)權(quán)利要求110的發(fā)光二極管，其中襯底的第一面包括紋理化的表面。
116.根據(jù)權(quán)利要求110的發(fā)光二極管，其中通孔陣列包括錐形的和/或彎曲的通孔的陣列。
117.根據(jù)權(quán)利要求89的發(fā)光二極管，其中二極管區(qū)包括邊界部分，由邊界部分包圍的至少一個(gè)中央部分，和至少一個(gè)發(fā)射區(qū)，該發(fā)射區(qū)限定在至少一個(gè)中央部分之內(nèi)而不延伸到邊界部分上。
118.根據(jù)權(quán)利要求89的發(fā)光二極管，還包括在二極管區(qū)上的多個(gè)發(fā)射區(qū)，其中相應(yīng)的發(fā)射區(qū)之一限定在相應(yīng)的支座之一之內(nèi)并不延伸到相應(yīng)的支座之一外。
119.根據(jù)權(quán)利要求103的發(fā)光二極管，還包括在二極管區(qū)上的多個(gè)電極，其中相應(yīng)的電極之一限定在相應(yīng)的支座之一內(nèi)，并不伸到相應(yīng)的支座之一之外。
120.根據(jù)權(quán)利要求110的發(fā)光二極管，還包括沒(méi)有覆蓋通孔的二極管區(qū)上的至少一個(gè)電極。
121.一種發(fā)光二極管，包括有第一和第二相對(duì)面的襯底；在第二面上的基于氮化鎵的二極管區(qū)，基于氮化鎵的二極管區(qū)被配置成，在二極管區(qū)上施加電壓時(shí)發(fā)射光進(jìn)入襯底；和用于從襯底提取由二極管區(qū)發(fā)射進(jìn)入該襯底的光的至少一部分的裝置。
122.根據(jù)權(quán)利要求121的發(fā)光二極管，其中襯底包括碳化硅，其中用于提取的裝置包括在碳化硅中補(bǔ)償摻雜劑以提供無(wú)色的碳化硅襯底的裝置。
123.根據(jù)權(quán)利要求121的發(fā)光二極管，其中用于提取的裝置包括對(duì)襯底構(gòu)圖以在橫截面內(nèi)確定從第一面向第二面伸展進(jìn)入襯底的多個(gè)支座的裝置。
124.一種制作發(fā)光二極管的方法，包括在襯底的第二面上形成二極管區(qū)，該二極管區(qū)被配置成發(fā)射預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光，該襯底有第一和第二相對(duì)面并對(duì)該預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光輻射是透明的；和對(duì)襯底構(gòu)圖以便在橫截面內(nèi)確定從第一面向第二面伸展進(jìn)入襯底的多個(gè)支座。
125.根據(jù)權(quán)利要求124的方法，還包括把二極管區(qū)安裝到安裝支架上，該安裝支架配置成支持二極管區(qū)，使得在二極管區(qū)上施加電壓時(shí)，從二極管區(qū)發(fā)射進(jìn)入對(duì)該預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光輻射透明的襯底的光從多個(gè)支座發(fā)射出。
126.根據(jù)權(quán)利要求124的方法，還包括把第一面安裝到安裝支架上。
127.根據(jù)權(quán)利要求125的方法其中安裝之前的步驟是在有第一和第二相對(duì)面的襯底的第二面上的二極管區(qū)上形成反射器，使得將反射器配置成，當(dāng)在二極管區(qū)上施加電壓時(shí)，把從二極管區(qū)發(fā)射的光反射回去進(jìn)入二極管區(qū)，通過(guò)襯底，從多個(gè)支座發(fā)射出；和其中安裝包括把反射器安裝在安裝支架上，該安裝支架被配置成支持二極管區(qū)，使得在二極管區(qū)上施加電壓時(shí)，從二極管區(qū)發(fā)射進(jìn)入對(duì)該預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光輻射透明的襯底的光從多個(gè)支座發(fā)射出。
128.根據(jù)權(quán)利要求127的方法其中形成反射器之前的步驟是在二極管區(qū)上與襯底相對(duì)形成透明電極；和其中形成反射器包括在透明電極上、與二極管區(qū)相對(duì)形成反射器，使得將反射器配置成，當(dāng)在二極管區(qū)上施加電壓時(shí)，把從二極管區(qū)發(fā)射的光反射回去進(jìn)入二極管區(qū)，通過(guò)襯底并從多個(gè)支座發(fā)射出。
129.根據(jù)權(quán)利要求127的方法，其中反射器包括一層至少一種反射性金屬的層。
130.根據(jù)權(quán)利要求128的方法，其中透明電極包括一層鎳/金、氧化鎳/金、氧化鎳/鉑、鈦和/或鈦/金。
131.根據(jù)權(quán)利要求127的方法，其中安裝之前的步驟是在反射器上形成阻擋區(qū)；和在阻擋區(qū)上形成焊接區(qū)；和其中安裝包括把焊接區(qū)焊接到安裝支架。
132.根據(jù)權(quán)利要求131的方法，其中焊接區(qū)包括金，銦，焊料和/或銅焊。
133.根據(jù)權(quán)利要求131的方法，其中安裝支架包括熱沉。
134.根據(jù)權(quán)利要求124的方法，還包括安裝與第一面相鄰、與二極管區(qū)相對(duì)的光學(xué)元件。
135.根據(jù)權(quán)利要求124的方法，圖形化包括形成至少一個(gè)槽進(jìn)入襯底的第一面之內(nèi)以便確定襯底內(nèi)的多個(gè)支座。
136.根據(jù)權(quán)利要求135的方法，其中支座是三角形支座。
137.根據(jù)權(quán)利要求135的方法，其中槽包括錐形的和/或彎曲的側(cè)壁。
138.根據(jù)權(quán)利要求135的方法，其中槽包括斜面的和/或彎曲的底層。
139.根據(jù)權(quán)利要求137的方法，其中槽包括斜面的和/或彎曲的底層。
140.根據(jù)權(quán)利要求135的方法，還包括襯底的第一面形成紋理。
141.根據(jù)權(quán)利要求124的方法，其中圖形化包括反應(yīng)離子刻蝕通孔陣列進(jìn)入碳化硅襯底的第一面內(nèi)。
142.根據(jù)權(quán)利要求141的方法，其中通孔包括錐形的和/或彎曲的側(cè)壁。
143.根據(jù)權(quán)利要求141的方法，其中通孔包括平面的、斜面的和/或彎曲的底層。
144.根據(jù)權(quán)利要求142的方法，其中通孔包括平面的、斜面的和/或彎曲的底層。
145.根據(jù)權(quán)利要求141的方法，還包括第一面形成紋理。
146.根據(jù)權(quán)利要求124的方法，其中二極管區(qū)包括一外圍部分和由外圍部分包圍的至少一個(gè)中央部分，該方法還包括在二極管區(qū)內(nèi)形成至少一個(gè)發(fā)射區(qū)，該發(fā)射區(qū)是設(shè)定在至少一個(gè)中央部分內(nèi)但并不延伸到外圍部分上。
147.根據(jù)權(quán)利要求135的方法，還包括在二極管區(qū)上形成多個(gè)電極，相應(yīng)的電極之一設(shè)定在相應(yīng)的支座之一內(nèi)但并不延伸到相應(yīng)的支座之一之外。
148.根據(jù)權(quán)利要求141的方法，還包括在沒(méi)有覆蓋通孔的二極管區(qū)上形成電極。
全文摘要
發(fā)光二極管包括一個(gè)有第一和第二相對(duì)面的襯底，該襯底對(duì)預(yù)定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光輻射是透明的，并被構(gòu)圖以在橫截面內(nèi)確定從第一面向第二面伸展進(jìn)入襯底的多個(gè)支座。第二面上的二極管區(qū)這樣設(shè)定當(dāng)在二極管區(qū)施加電壓時(shí)，發(fā)射預(yù)定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光進(jìn)入襯底。在二極管區(qū)上、與襯底相對(duì)的安裝支架被配置成支持二極管區(qū)，使得當(dāng)在二極管區(qū)施加電壓時(shí)，從二極管區(qū)發(fā)射進(jìn)入襯底的光是從第一面發(fā)出。襯底的第一面可以包括在襯底內(nèi)確定多個(gè)三角形支座的多個(gè)槽。槽可以包括錐形側(cè)壁和/或斜面的底層。襯底的第一面也可以包括通孔陣列。通孔可以包括錐形側(cè)壁和/或底層。
文檔編號(hào)H01L33/40GK1552103SQ02804417
公開(kāi)日2004年12月1日 申請(qǐng)日期2002年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月1日
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