專利名稱：發(fā)光裝置工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光裝置，以及相關(guān)組件、工藝、系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
較之白熾光源和/或熒光源，發(fā)光二極管(LED)通常以更高效的方式提供光照。與LED相關(guān)的相對(duì)高的能效驅(qū)使人們?cè)诟鞣N照明應(yīng)用中使用LED來代替現(xiàn)有光源。例如，有時(shí)將LED用作交通燈，以及用來照亮移動(dòng)電話鍵盤及顯示屏。
LED通常由多層構(gòu)成，這些層中至少有一些是由不同材料構(gòu)成的。選作這些層的材料及厚度通常決定了該LED所發(fā)光的波長。此外，為了相對(duì)有效地轉(zhuǎn)換為光能，可對(duì)這些層的化學(xué)組合物做出選擇以試圖阻止注入電荷載流子進(jìn)入某些區(qū)域(通常稱為量子阱)。一般，生長有量子阱的結(jié)的一側(cè)上的層摻雜有形成高電子濃度的施主原子(通常稱這些層為n型層)，并且相對(duì)側(cè)上的層摻雜有形成相對(duì)高的空穴濃度的受主原子(通常稱這些層為p型層)。
制備LED的常見方法例如下。以晶片(wafer)的形式制備這些材料層。一般，通過使用外延沉積技術(shù)而形成這些層，例如金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)，初始沉積層形成于生長基底上。然后對(duì)這些層進(jìn)行多種蝕刻及金屬化技術(shù)以形成用于電流注入的接觸部，隨后將該晶片分成單個(gè)的LED芯片(chip)。通常對(duì)所述LED芯片進(jìn)行封裝。
使用時(shí)，通常將電能注入LED，然后被轉(zhuǎn)換為電磁輻射(光)，從該LED提取部分的所述電磁輻射。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及發(fā)光裝置，以及相關(guān)組件、系統(tǒng)及方法。
在一個(gè)方面，本發(fā)明的特征在于一種方法，所述方法包括設(shè)置包括基底、半導(dǎo)體層及量子阱包含區(qū)域的多層堆疊。所述方法亦包括蝕刻所述量子阱包含區(qū)域的至少一部分以設(shè)置已蝕刻多層堆疊，所述多層堆疊包括多個(gè)由所述基底支撐的臺(tái)面。所述方法還包括將所述已蝕刻多層堆疊結(jié)合至子基座以及移除所述基底。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明的特征在于一種方法，所述方法包括設(shè)置支撐多個(gè)臺(tái)面的子基座。至少一些所述臺(tái)面包括量子阱包含區(qū)域。該方法亦包括對(duì)至少一些所述臺(tái)面的取向(orientation)進(jìn)行映射(mapping)以提供已映射的取向。所述方法還包括根據(jù)所述已映射的取向?qū)χ辽僖粋€(gè)所述臺(tái)面的表面刻圖以及從至少一個(gè)所述臺(tái)面形成至少一個(gè)發(fā)光裝置。
在再一個(gè)方面，本發(fā)明的特征在于一種方法，所述方法包括設(shè)置支撐多個(gè)臺(tái)面的子基座。至少一些所述臺(tái)面包括量子阱包含區(qū)域。所述方法亦包括平整所述多個(gè)臺(tái)面中的至少一些臺(tái)面以使所述已平整臺(tái)面基本具有平的表面以及從至少一個(gè)所述臺(tái)面形成至少一個(gè)發(fā)光裝置。
在又一個(gè)方面，本發(fā)明的特征在于一種方法，所述方法包括設(shè)置支撐多個(gè)臺(tái)面的子基座。至少一些所述臺(tái)面包括量子阱包含區(qū)域。所述方法亦包括在所述多個(gè)臺(tái)面中的至少一些臺(tái)面上沉積阻擋材料以及處理所述阻擋材料以形成平的表面。所述方法還包括對(duì)至少一個(gè)所述臺(tái)面的表面刻圖及從至少一個(gè)所述臺(tái)面形成發(fā)光裝置。
在一個(gè)方面，本發(fā)明的特征在于一種方法，所述方法包括設(shè)置支撐多個(gè)臺(tái)面的晶片形式的子基座。至少一些所述臺(tái)面包括量子阱包含區(qū)域及阻擋層。所述阻擋層在整個(gè)所述晶圓的所述表面基本為平的。所述方法亦包括對(duì)至少 個(gè)所述臺(tái)面的表面刻圖及從至少一個(gè)所述臺(tái)面形成發(fā)光裝置。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明的特征在于一種方法，所述方法包括設(shè)置通過半導(dǎo)體層及多個(gè)臺(tái)面連接至基底的子基座。至少一些所述臺(tái)面包括量子阱包含區(qū)域。所述方法亦包括以臺(tái)面接臺(tái)面的基礎(chǔ)至少部分地分解所述半導(dǎo)體層的一些部分。
在再一個(gè)方面，本發(fā)明的特征在于一種制造發(fā)光裝置的方法。所述方法包括設(shè)置包括多個(gè)由基底支撐的臺(tái)面的已蝕刻多層堆疊。至少一些所述臺(tái)面包括半導(dǎo)體層及量子阱包含區(qū)域。所述方法亦包括將所述已蝕刻多層堆疊結(jié)合至子基座、移除所述基底，以及從至少一個(gè)所述臺(tái)面形成至少一個(gè)發(fā)光裝置。
在又一個(gè)方面，本發(fā)明的特征在于一種方法，所述方法包括平整所述多個(gè)臺(tái)面中的至少一些臺(tái)面以使所述已平整臺(tái)面具有基本平的表面。所述多個(gè)臺(tái)面中的至少一些臺(tái)面包括由子基座支撐的量子阱包含區(qū)域。所述方法亦包括從至少一個(gè)所述臺(tái)面形成至少一個(gè)發(fā)光裝置。
在一個(gè)方面，本發(fā)明的特征在于一種方法，所述方法包括設(shè)置包括基底的第一物件，所述基底支撐多個(gè)臺(tái)面；以及從所述第一物件形成第二物件，其中所述第二物件包括支撐所述多個(gè)臺(tái)面中的至少一些臺(tái)面的子基座。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明的特征在于一種方法，所述方法包括設(shè)置包括基底及半導(dǎo)體層的多層堆疊。所述方法亦包括蝕刻至少一部分的所述多層堆疊以設(shè)置包括多個(gè)氣體積聚區(qū)的已蝕刻多層堆疊，以及將所述已蝕刻多層堆疊結(jié)合至子基座。本方法還包括將所述半導(dǎo)體層曝露于電磁輻射以部分地分解所述半導(dǎo)體層。將所述半導(dǎo)體層曝露于電磁輻射生成氣體且所述氣體積聚于所述氣體積聚區(qū)中。
在再一個(gè)方面，本發(fā)明的特征在于一種方法，所述方法包括設(shè)置包括基底、半導(dǎo)體層及結(jié)合層的多層堆疊。所述方法亦包括蝕刻至少一部分的所述結(jié)合層以設(shè)置已蝕刻多層堆疊以及將所述已蝕刻多層堆疊結(jié)合至子基座。
在還有一個(gè)方面，本發(fā)明的特征在于一種方法，所述方法包括設(shè)置支撐多個(gè)臺(tái)面的子基座。至少一些所述臺(tái)面包括量子阱包含區(qū)域。所述方法亦包括對(duì)多個(gè)所述臺(tái)面分組以形成裸芯(die)以及在所述裸芯中的所述多個(gè)臺(tái)面之間的區(qū)域中沉積材料。所述方法還包括對(duì)至少一個(gè)臺(tái)面的表面刻圖及從所述裸芯中的臺(tái)面形成至少一個(gè)發(fā)光裝置。
在一個(gè)方面，本發(fā)明的特征在于一種將多層堆疊結(jié)合至子基座的方法。所述方法包括設(shè)置包括基底、半導(dǎo)體層、及結(jié)合層的多層堆疊。所述方法亦包括確定所述多層堆疊中存在的非平面性的量、確定將所述非平面性減少至預(yù)定水平所需的蝕刻量以及根據(jù)所述已確定的蝕刻量蝕刻所述多層堆疊。
說明書、附圖及權(quán)利要求書中記載了本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)。


圖1為發(fā)光系統(tǒng)的示意圖；圖2A-2D為光顯系統(tǒng)的示意圖；圖3為光顯系統(tǒng)的示意圖；圖4A為LED的俯視圖的示意圖；圖4B為光顯系統(tǒng)的示意圖；圖5為光顯系統(tǒng)的示意圖；圖6為光顯系統(tǒng)的示意圖；圖7為光顯系統(tǒng)的示意圖；圖8A及8B為光顯系統(tǒng)的示意圖；圖9為光顯系統(tǒng)的示意圖；圖10為光顯系統(tǒng)的示意圖；圖11為光顯系統(tǒng)的示意圖；圖12為具有已刻圖表面的LED的剖視圖；圖13為圖2的LED的已刻圖表面的俯視圖；圖14為作為具已刻圖表面的LED的提取效率與失諧參數(shù)的關(guān)系的曲線圖；圖15為LED的已刻圖表面的傅立葉變換的示意圖；圖16為具已刻圖表面的LED的提取效率與最近鄰距離的關(guān)系的曲線圖；圖17為具已刻圖表面的LED的提取效率與填充因子的關(guān)系的曲線圖；圖18為LED的已刻圖表面的俯視圖；圖19為具有不同表面圖形的LED的提取效率的曲線圖；圖20為具有不同表面圖形的LED的提取效率的曲線圖；圖21為具有不同表面圖形的LED的提取效率的曲線圖；圖22為具有不同表面圖形的LED的提取效率的曲線圖；圖23為兩個(gè)具有不同已刻圖表面的LED的傅立葉轉(zhuǎn)換與這些LED的輻射發(fā)射譜相比較的示意圖；
圖24為具不同表面圖形的LED的提取效率與角度的關(guān)系的曲線圖；圖25為具有已刻圖表面以及已刻圖表面上的磷層的LED的側(cè)視圖；圖26為多層堆疊的剖視圖；圖27為多層堆疊的剖視圖；圖28為多層堆疊的剖視圖；圖29為多層堆疊的剖視圖；圖30為基底移除工藝的側(cè)視圖；圖31為多層堆疊的局部剖視圖；圖32為多層堆疊的局部剖視圖；圖33為多層堆疊的局部剖視圖；圖34為多層堆疊的局部剖視圖；圖35為多層堆疊的局部剖視圖；圖36為多層堆疊的局部剖視圖；圖37為多層堆疊的局部剖視圖；圖38為多層堆疊的局部剖視圖；圖39為多層堆疊的局部剖視圖；圖40為多層堆疊的局部剖視圖；圖41為多層堆疊的局部剖視圖；圖42為多層堆疊的局部剖視圖；圖43為多層堆疊的局部剖視圖；圖44為多層堆疊的局部剖視圖；圖45為多層堆疊的局部剖視圖；圖46為多層堆疊的局部剖視圖；圖47為多層堆疊的局部剖視圖；圖48為多層堆疊的局部剖視圖；圖49為多層堆疊的局部剖視圖；圖50為多層堆疊的局部剖視圖；圖51為多層堆疊的局部剖視圖；圖52為多層堆疊的局部剖視圖；圖53為多層堆疊的局部剖視圖；圖54為多層堆疊的局部剖視圖；圖55為多層堆疊的局部剖視圖；圖56為多層堆疊的局部剖視圖；圖57為多層堆疊的局部剖視圖；圖58為多層堆疊的局部剖視圖；
圖59為多層堆疊的局部剖視圖；圖60為多層堆疊的局部剖視圖；圖61為多層堆疊的局部剖視圖；圖62為多層堆疊的局部剖視圖；圖63為多層堆疊的局部剖視圖；圖64為多層堆疊的局部剖視圖；圖65為多層堆疊的局部剖視圖；圖66為多層堆疊的局部剖視圖；圖67為多層堆疊的局部剖視圖；圖68為多層堆疊的局部剖視圖；圖69為多層堆疊的局部剖視圖；圖70為多層堆疊的局部剖視圖；圖71為多層堆疊的局部剖視圖；圖72為多層堆疊的局部剖視圖；圖73為多層堆疊的局部剖視圖；圖74為多層堆疊的局部剖視圖；圖75為晶片的立體圖；圖76為晶片的立體圖；圖77A為LED的立體圖；圖77B為LED的俯視圖；圖78A為LED的俯視圖；圖78B為LED的局部剖視圖；圖78C為等效電路圖；圖79A為LED的俯視圖；圖79B為等效電路圖；圖80A為LED的俯視圖；圖80B為等效電路圖；圖81A為LED的俯視圖；圖81B為LED的局部剖視圖；圖81C為LED的局部剖視圖；圖82為結(jié)電流密度的曲線圖；圖83A為多層堆疊的俯視圖；圖83B為LED的局部剖視圖；圖84為接觸部的視圖；圖85為封裝LED的視圖；
圖86為封裝LED及散熱器的視圖；圖87為電阻的曲線圖；圖88為結(jié)溫的曲線圖。
各附圖中的相同的標(biāo)號(hào)表示相同的元件。
具體實(shí)施例方式
圖1為其中合并有LED100的陣列60的發(fā)光系統(tǒng)50的示意圖。配置陣列60以致在使用時(shí)，從LED100出射的光經(jīng)由表面55從系統(tǒng)50出射。
發(fā)光系統(tǒng)的實(shí)例包括投影儀(例如背投(rear projection)投影儀、正投(front projection)投影儀)、便攜電子設(shè)備(例如移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理、膝上型電腦)、計(jì)算機(jī)監(jiān)視器、大面積標(biāo)志(例如公路標(biāo)志)、車輛內(nèi)部照明(例如儀表盤照明)、車輛外部照明(例如車輛前燈，包括可變色前燈)、通用照明(例如辦公室天花板照明設(shè)備)、高亮度照明(例如街燈)、照相機(jī)閃光燈、醫(yī)用裝置(例如內(nèi)窺鏡)、電信(例如用于短程數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃芰瞎饫w)、安全傳感(例如生物測(cè)量)、集成光電(例如片外及片內(nèi)光互連及光計(jì)時(shí))、軍事領(lǐng)域通信(例如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信)、生物傳感(例如有機(jī)或無機(jī)物質(zhì)的光檢測(cè))、光動(dòng)力療法(例如皮膚治療)、夜視鏡、太陽能交通照明、緊急照明、機(jī)場跑道照明、航線照明、手術(shù)鏡、可穿用光源(例如救生衣)。背投投影儀的實(shí)例有背投電視機(jī)。正投投影儀的實(shí)例有用于在表面(例如屏幕或墻)上顯示的投影儀。在一些實(shí)施例中，膝上型電腦可包括正投投影儀。
表面55通常由這樣一種材料構(gòu)成，所述材料對(duì)從LED100出射且射到表面55的光的至少約20％(例如至少約30％、至少約40％、至少約50％、至少約60％、至少約70％、至少約80％、至少約90％、至少約95％)進(jìn)行傳輸?？蓸?gòu)成表面55的材料的例子包括玻璃、硅石、石英、塑料及聚合物。
一些實(shí)施例中，可以期望從各LED100出射的光(例如總光強(qiáng)、作為波長函數(shù)的光強(qiáng)和/或峰值發(fā)射波長)基本相同。一個(gè)實(shí)例為顯示應(yīng)用(例如實(shí)現(xiàn)鮮明的純色顯示)中的基本單色的光源(例如LED)的時(shí)序控制。另一實(shí)例為實(shí)施于電信中，該例有利于光系統(tǒng)中特定波長的光從光源行進(jìn)至光導(dǎo)(lightguide)，且從光導(dǎo)行進(jìn)至檢測(cè)器。再一實(shí)施例為使用顏色指示信令的車輛照明。另外的實(shí)施例為醫(yī)療應(yīng)用中(例如光敏藥物活化或生物傳感應(yīng)用，其中波長或顏色響應(yīng)是有益處的)。
在某些實(shí)施例中，可以期望從至少一些LED100出射的光(例如總光強(qiáng)、作為波長函數(shù)的光強(qiáng)和/或峰值發(fā)射波長)與從其他LED100出射的光(例如總光強(qiáng)、作為波長函數(shù)的光強(qiáng)和/或峰值發(fā)射波長)是不相同的。一個(gè)實(shí)例為布通用照明中(例如多波長可增進(jìn)顯色指數(shù)(CRI)的情況)。CRI是當(dāng)發(fā)光系統(tǒng)照射時(shí)物體顏色與當(dāng)在可比相關(guān)溫度的參照發(fā)光系統(tǒng)(例如日光)下觀看相同物體時(shí)比較出的顏色的色差量的度量。另一實(shí)施例為照相機(jī)閃光燈(例如需要用于被照相物體或?qū)ο蟮恼鎸?shí)表現(xiàn)的基本為高的CRI，如基本與正午陽光的CRI接近)。再一實(shí)例為醫(yī)用設(shè)備(例如對(duì)組織、器官、流體等的鑒別和/或鑒定所需的實(shí)質(zhì)恒定的CRI是有利的)。另外的實(shí)施例為背光顯示器(例如對(duì)人眼通常較舒適或自然的某種CRI的白光)。
盡管圖1以陣列的形式示出，但LED100可為不同的配置。例如，在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)50包括單個(gè)LED100。又如，在某些實(shí)施例中，可將陣列設(shè)置為弧形以幫助來自多個(gè)光源的光以不同角度指向同一點(diǎn)(例如光學(xué)的點(diǎn)，如透鏡)。再如，在一些實(shí)施例中，可將該裝置陣列布置為六角形以容許緊密封裝(close-packing)及高效表面亮度。還如，在某些實(shí)施例中，可使這些裝置分布在鏡子(如二色鏡(dichroic mirror))的周圍，所述鏡子將來自陣列中LED的光進(jìn)行組合或反射。
在圖1中，從LED100出射的光顯示為從LED100直接行進(jìn)至表面55。然而在一些實(shí)施例中，從LED100出射的光可由間接路徑從LED行進(jìn)至表面55。例如，在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)50包括單個(gè)LED100。又如，在某些實(shí)施例中，來自LED100的光聚焦于微顯示器上(例如聚焦于諸如數(shù)字光處理器(DLP)或液晶顯示器(LCD)的光閥上)。再如，在一些實(shí)施例中，通過多種光學(xué)鏡、鏡子或偏振鏡(polarizer)(例如用于LCD)來引導(dǎo)光。還如，在某些實(shí)施例中，通過主鏡或從鏡投射光，例如，一片透鏡或一組透鏡。
圖2A示出了包括非朗伯(non-Lambertian)LED1110(參見下文的描述)、透鏡1120及微顯示器1130的光顯系統(tǒng)1100(參見上文的描述)。LED1110與透鏡1120相距距離L1，而微顯示器1130與透鏡1120相距距離L2。選擇距離L1及L2，使得對(duì)于LED1110所發(fā)出的射到透鏡1120的光，透鏡1120的像面與微顯示器1130的其上射有該LED所發(fā)光的表面重合。
對(duì)于這一結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)1100可利用LED1110所發(fā)光以相對(duì)有效地照亮該微顯示器1130的表面，發(fā)出光的LED1110的表面形狀與由該LED1110所發(fā)光照亮的微顯示器1130的表面形狀基本相同。例如，在一些實(shí)施例中，LED1110的縱橫比(aspect ratio)與微顯示器1130的縱橫比之比為約0.5至約2(例如從約9/16至約16/9，從約3/4至約4/3，約1)。例如，該微顯示器1130的縱橫比可為1920×1080、640×480、800×600、1024×700、1024×768、1024×720、1280×720、1280×768、1280×960或1280×1064。
一般，微顯示器1130的表面和/或LED1110的表面可具有任何所需的形狀。這些形狀的實(shí)例包括正方形、圓形、矩形，三角形、梯形及六角形。
在一些實(shí)施例中，光顯系統(tǒng)可相對(duì)有效地照亮微顯示器1130的表面而無需LED1110與微顯示器1130之間的透鏡，同時(shí)發(fā)光的LED1110的表面形狀與由該LED1110所發(fā)光照亮的微顯示器1130的表面形狀基本相同的。例如，圖2B示出了系統(tǒng)1102，其中可使正方形LED1110成像于正方形微顯示器1130上而無需LED1110與微顯示器1130之間沒有透鏡的。又如，圖2C示出了光顯系統(tǒng)1104，其中使矩形LED1110成像于矩形微顯示器1130(具有相似比例的縱橫比)而無需LED1110與微顯示器1130之間的透鏡。
在某些實(shí)施例中，LED1110與微顯示器1130之間可置有變形透鏡(anamorphic lens)。例如，這在當(dāng)LED1110的縱橫比與微顯示器1130的縱橫比基本不同時(shí)是需要的。例如，圖2D示出了系統(tǒng)1106，它包括基本正方形表面的LED1110、基本矩形表面的微顯示器1130(例如縱橫比為約16∶9或約4∶3)以及置于LED1110與微顯示器1130之間的變形鏡1120。在此實(shí)例中，變形鏡1120可用于將LED1110所發(fā)光的形狀轉(zhuǎn)換為與微顯示器1130的表面形狀基本相配。通過增加LED1110表面所發(fā)的、射到微顯示器1130表面的光的量來增進(jìn)了該系統(tǒng)的效率。
圖3示出了包括LED1110、透鏡1120及微顯示器1130的光顯系統(tǒng)1200。LED1110的發(fā)光表面具有連接電導(dǎo)線1115的接觸區(qū)域(參見下文的描述)。LED1110與透鏡1120相距距離L3，而微顯示器1130與透鏡1120相距距離L4。電導(dǎo)線1115阻止光從LED1110的接觸區(qū)域發(fā)出。若其上射有LED1110所發(fā)光的微顯示器1130的表面的平面與透鏡1120的像面重合，微顯示器1130的這一表面上會(huì)出現(xiàn)與LED1110的發(fā)光表面的接觸區(qū)域相對(duì)應(yīng)的一組黑點(diǎn)1202。為了減少由黑點(diǎn)覆蓋的微顯示器1130的這一表面的面積，選擇距離L3及L4，使得對(duì)于LED1110所發(fā)出的射到透鏡1120的光，透鏡1120的像面與其上射有LED1110所發(fā)光的微顯示器1130的表面平面不重合(即，在透鏡1120的像面與其上射有該LED1110所發(fā)光的微顯示器1130的表面的平面之間存在距離ΔL)。對(duì)于這一結(jié)構(gòu)，來自LED1110的光在其上射有LED1110所發(fā)光的微顯示器1130的表面平面中散焦，而且與透鏡1120的像面相比，該微顯示器1130的這一表面上的結(jié)果光強(qiáng)更均勻。LED與微顯示器1130之間的總距離可表示為LED1110與像面1120之間的距離(L5)加上距離ΔL。一般，由于增加LED1110與微顯示器1130之間的距離而使得ΔL增加，該黑點(diǎn)的強(qiáng)度減少，但LED所發(fā)的射到微顯示器1130表面的光的強(qiáng)度減少?；蛘?，當(dāng)移動(dòng)微顯示器以使LED1110與微顯示器1130之間的距離減少時(shí)，強(qiáng)度大于像面處的強(qiáng)度，但僅部分地照亮微顯示器。在一些實(shí)施例中，ΔL/L5的絕對(duì)值為從約0.00001至約1(例如從約0.00001至約0.1，從約0.00001至約0.01，從約0.00001至約0.001，或從約0.00001至約0.0001)。在一些實(shí)施例中，可使用多個(gè)LED來照亮單個(gè)微顯示器(例如LED的3×3矩陣)。該種系統(tǒng)是需要的，因?yàn)楫?dāng)布置多個(gè)LED來照亮單個(gè)微顯示器時(shí)，若一個(gè)LED失效，則該系統(tǒng)仍然可用(盡管由于缺失來自特定LED的光而存在黑點(diǎn))。若使用多個(gè)LED來照亮單個(gè)微顯示器，可配置該光系統(tǒng)使得微顯示器的表面上不顯示黑點(diǎn)。例如，可將該微顯示器移至像面外以使這些LED之間的區(qū)域不會(huì)導(dǎo)致黑點(diǎn)。
在一些實(shí)施例中，可通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)置LED1110表面的接觸區(qū)域來減少微顯示器1130表面上的黑點(diǎn)的強(qiáng)度。例如，圖4A示出了沿LED1110周邊設(shè)置有接觸區(qū)域的LED1110的俯視圖。對(duì)于這一結(jié)構(gòu)，不論是否存在透鏡(散焦或不散焦)，光顯系統(tǒng)可設(shè)置為(例如適當(dāng)確定微顯示器1130表面面積的大小)使得表面1130上由LED1110表面的接觸區(qū)域造成的黑點(diǎn)的強(qiáng)度相對(duì)較小。這一方法可運(yùn)用于包括多個(gè)LED(例如LED的3×3矩陣)的系統(tǒng)。
又如，圖4B示出了包括LED1110及微顯示器1130的光顯系統(tǒng)300。LED1110包括由導(dǎo)線1115形成的接觸區(qū)域，選擇所述導(dǎo)線1115使得黑點(diǎn)1102出現(xiàn)在微顯示器1130表面上不成像的區(qū)域中。在本實(shí)例中，微顯示器1130的表面可位于透鏡1120的像面，因?yàn)楹邳c(diǎn)落在透鏡1120像面處成像于微顯示器1130的區(qū)域之外。若LED1110的形狀與微顯示器1130的形狀相配，則可，例如，將導(dǎo)線1115繞LED1100的周邊設(shè)置于其表面上。在本實(shí)例中，表面1110的接觸區(qū)域的內(nèi)部面積與微顯示器1130的表面相配(例如縱橫比相似)。這一方法可運(yùn)用于包括多個(gè)LED(如LED的3×3矩陣)的系統(tǒng)。
再如，圖5示出了包括LED1110及微顯示器1130的光顯系統(tǒng)1700。LED1110亦包括由導(dǎo)線1115形成的接觸區(qū)域以及將LED1110所發(fā)的光導(dǎo)向透鏡1120的均光器(Homogenizer)1720(亦稱為光隧道(light tunnel)或光管(lightpipe))。從均光器1702的內(nèi)表面折回的LED1110所發(fā)光的全內(nèi)反射可生成基本均勻的光輸出分布并且能夠減少由導(dǎo)線1115造成的黑點(diǎn)的顯現(xiàn)以使得微顯示器1130基本可通過LED1110均勻地照亮(例如生成于像面1131中的圖像基本是均勻的)。
視需要，系統(tǒng)1700可包括一或多個(gè)附加光組件。例如，在一些實(shí)施例中，光顯系統(tǒng)1700亦可包括透鏡以將光聚焦入該均光器，所述透鏡置于該均光器之前的光路中。在某些實(shí)施例中，均光器1702的孔的縱橫比與LED1110的縱橫比相配以使得當(dāng)LED1110貼著均光器1720安裝時(shí)，無需附加透鏡，或者以使得能夠利用均光器1720前的透鏡更有效地將光耦合入均光器1720。
還如，圖6示出了包括LED1110及微顯示器1130的光顯系統(tǒng)1710。LED1110亦包括由導(dǎo)線1115形成的接觸區(qū)域以及置于LED1110與透鏡1120之間的一組多個(gè)透鏡1712。透鏡1712可為多種尺寸、形狀及數(shù)量。例如，透鏡1712的數(shù)量及尺寸可與LED1110的截面積成比例。在一些實(shí)施例中，透鏡1712包括一組透鏡，所述透鏡的尺寸例如為在1mm至10cm之間、數(shù)量為在約1個(gè)至約100個(gè)之間。LED1110所發(fā)的光進(jìn)入透鏡1712且被折射。由于透鏡1712的表面呈弧形，該光以不同的角度折射使得從透鏡1712出射的光束交疊。光束的交疊減少了由導(dǎo)線1115所造成黑點(diǎn)的顯現(xiàn)以使LED1110基本均勻地照亮微顯示器1130(例如生成于像面1131中的圖像基本是均勻的)。
盡管光顯系統(tǒng)描述為包括單個(gè)透鏡，但在一些實(shí)施例中，可使用多個(gè)透鏡。此外，在某些實(shí)施例中，除透鏡之外亦可使用一個(gè)或多個(gè)其他光組件。這些光組件的實(shí)例包括鏡子、反射鏡(reflector)、準(zhǔn)直器(collimator)、分束器(beam splitter)、合束器(beam combiner)、二色鏡、濾光器(filter)、偏振鏡、偏振分束器、棱鏡、全內(nèi)反射棱鏡、光纖、光導(dǎo)及均束器(beamhomogenizer)。適當(dāng)光組件的選擇以及在系統(tǒng)內(nèi)光組件的相應(yīng)排列對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員是公知的。
此外，盡管已描述光顯系統(tǒng)為包括一個(gè)非朗伯LED，但在一些實(shí)施例中，可使用一個(gè)以上的非朗伯LED來照亮微顯示器1130。例如，圖7示出了系統(tǒng)1500，它包括與該微顯示器1130的表面光連通的藍(lán)色LED1410(主輸出波長從約450到約480nm的LED)、綠色LED1420(主輸出波長從約500到約550nm的LED)及紅色LED1430(主輸出波長從約610到約650nm的LED)?？蓪ED1410、1420及1430設(shè)置為同時(shí)激活、順序激活，或兩者。在其他實(shí)施例中，這些LED中的至少一些與獨(dú)立的微顯示器表面光連通。
在一些實(shí)施例中，順序激活LED1410、1420及1430。在這些實(shí)施例中，觀察者的眼睛通常會(huì)保留且混合由這些LED的多個(gè)色彩生成的圖像。例如，若一幀畫面的特定像素(或一組像素)或微顯示器(或部分的微顯示器)欲顯示為紫色，則可在刷新周期的適當(dāng)部分以紅色LED1430及藍(lán)色LED1410照亮該微顯示器的表面。觀察者的眼睛混合紅色及藍(lán)色并且“看見”紫色的微顯示器。為了使人無法察覺這些LED是順序照亮的，可使用適當(dāng)頻率(如大于120Hz的刷新率)的刷新周期。
LED1410、1420及1430可有多種強(qiáng)度及亮度。例如，綠色LED1420的效率可能低于紅色LED1430或藍(lán)色LED1410。由于特定的LED(例如綠色LED1420)的效率較低，其很難用足夠高的亮度來照亮該微顯示器的表面，所述亮度為該相對(duì)低效率LED(例如LED1420)所發(fā)光的顏色(例如綠色)的亮度。為了補(bǔ)償效率的不一致(生成不因光亮度的不同而失真的圖像)，可對(duì)多個(gè)LED的激活周期進(jìn)行調(diào)整。例如，可把比效率更高的LED的激活時(shí)間更長的激活時(shí)間分配給效率最低的LED(即打開較長的時(shí)間段)。在特定實(shí)例中，對(duì)于紅/綠/藍(lán)投影系統(tǒng)，將占空因數(shù)(duty cycle)分配之比為1/6∶2/3∶1/6(紅∶綠∶藍(lán))，而不是1/3∶1/3∶1/3。在另一實(shí)例中，占空因數(shù)之比可為0.25∶0.45∶0.30(紅∶綠∶藍(lán))。在其他實(shí)例中，可進(jìn)一步增加專用于激活綠色LED的占空因數(shù)。例如，專用于對(duì)綠色LED1420成像的占空因數(shù)可大于約40％(例如大于約45％、如大于約50％、大于約60％、大于約70％、大于約80％、大于約90％)。一些實(shí)施例中，各LED的占空因數(shù)不同。例如，紅色LED1430的占空因數(shù)可大于藍(lán)色LED1410的占空因數(shù)。盡管已描述了根據(jù)LED的強(qiáng)度和/或亮度來選擇LED激活周期的系統(tǒng)，但在一些實(shí)施例中，可根據(jù)一或多個(gè)其他參數(shù)來選擇LED的激活時(shí)間。在一些實(shí)施例中，效率最低發(fā)光裝置的激活時(shí)間為另一發(fā)光裝置激活時(shí)間的至少約1.25倍(例如，至少約1.5倍、至少約2倍、至少約3倍)。
圖8A示出了基于液晶顯示器(LCD)的光顯系統(tǒng)1720的實(shí)施例，其包括與相關(guān)LCD面板1728、1730及1732的表面光連通的藍(lán)色LED1410、綠色LED1420及紅色LED1430(例如，如上所述的)。光顯系統(tǒng)1720亦包括在LED1410、1420及1430與相關(guān)LCD面板1728、1730及1732之間相應(yīng)光路中的透鏡1722、1724及1726。透鏡1722、1724及1726將光聚焦在相關(guān)LCD面板1728、1730及1732上。光顯系統(tǒng)1720進(jìn)一步包括裝置1734(例如分光合色棱鏡(x-cube))，所述裝置1734將多束來自LCD面板1728、1730及1732的光合并為可導(dǎo)向投影鏡1735或其他顯示器的單束光1736(以箭頭示出)。視需要，光顯系統(tǒng)1720可包括在傳輸所需偏振(例如‘p’偏振)的同時(shí)反射另一偏振(例如‘s’偏振)的偏振鏡。該偏振鏡可置于LED1410、1420及1430與相關(guān)透鏡1722、1724及1726之間、透鏡1722、1724及1726與相關(guān)LCD面板1728、1730及1732之間，或者沿光路的其他位置。如圖8B所示，在一些實(shí)施例中，如上所述，LED(例如LED1430)的縱橫比可與微顯示器(例如微顯示器1732)的縱橫比相配。
圖9示出了基于數(shù)字光處理器(DLP)的光顯系統(tǒng)1750的實(shí)施例，它包括各個(gè)都與相關(guān)透鏡1722、1724、1726光連通(如上所述)的藍(lán)色LED1410、綠色LED1420及紅色LED1430(如上所述)。LED1410、1420及1430所發(fā)的光穿過相關(guān)透鏡1722、1724及1726并且由裝置1734(例如分光合色棱鏡)收集，所述裝置1734將LED1410、1420及1430所發(fā)的多束光合并為可導(dǎo)向全內(nèi)反射(TIR)棱鏡1752的單束光。例如，可通過鏡子1754或諸如光導(dǎo)的其他裝置將從分光合色棱鏡1734出射的光導(dǎo)向TIR棱鏡1752。TIR棱鏡1752反射光且將該光導(dǎo)向DLP面板1756。DLP面板1756包括可激勵(lì)而生成特定圖像的多面鏡子。例如，特定鏡子既可反射光1760(以箭頭示)以把光導(dǎo)向投影鏡1755，也可使得該光從投影鏡1755反射。LED1410、1420及1430與DLP面板1756的結(jié)合能夠更佳地控制信號(hào)。例如，可通過打開或關(guān)閉LED1410、1420及1430以及這些DLP面板1756中的鏡子可減少送至DLP面板1756的數(shù)據(jù)量。例如，若特定圖像中不需要紅色，則可關(guān)閉紅色LED1430，無需向DLP面板1756發(fā)送信號(hào)來切換相關(guān)的鏡子。例如，調(diào)節(jié)這些LED的能力可增進(jìn)顏色質(zhì)量、圖像質(zhì)量及對(duì)比度。
圖10示出了基于硅基液晶(LCOS)的光顯系統(tǒng)1770的特定實(shí)施例，該系統(tǒng)包括各個(gè)都與相關(guān)偏振分束器1774、1778及1782光連通的藍(lán)色LED1410、綠色LED1420及紅色LED1430(如上所述)。LED1410、1420及1430所發(fā)的光穿過相關(guān)的偏振分束器1774、1778及1782并且投影在相關(guān)的LCOS面板1772、1776或1780上。由于LCOS面板1772、1776及1780并不是對(duì)所有的光偏振都敏感的，所以偏振分束器1774、1778及1782根據(jù)LCOS面板1772、1776及1780的靈敏度將光偏振為特定偏振(例如通過在傳輸所需偏振(例如該‘p’偏振)的同時(shí)反射另一偏振(例如該‘s’偏振)，阻礙一些光的偏振且通過其他偏振)。利用裝置1734(例如分光合色棱鏡)收集從LCOS面板1772、1776及1780反射的光，所述裝置1734將多束來自LCOS面板1772、1776及1780的光合并以生成導(dǎo)向投影鏡1795的光束1790(通過箭頭表示)。
盡管在上述實(shí)例中，光顯系統(tǒng)包括紅色、綠色及藍(lán)色發(fā)光裝置，但其他顏色或組合亦是可行的。例如，該系統(tǒng)不必僅包括三種顏色。亦可包括如黃色等其他顏色且分配占空因數(shù)的一部分。或者，可將具有不同主波長的多個(gè)LED進(jìn)行光組合以產(chǎn)生合成色。例如，可將藍(lán)-綠LED(例如主波長為在藍(lán)色與綠色的波長之間的LED)與黃色LED組合以產(chǎn)生“綠色”光。一般，可根據(jù)需要選擇LED的數(shù)量及各LED的顏色。亦可包括附加微顯示器。
在一些實(shí)施例中，可通過多種數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)及算法來增加該較低效率LED(例如綠色)的占空因數(shù)。例如，僅發(fā)送圖像信息中與前圖像的不同而不是發(fā)送重構(gòu)各圖像所需的所有信息可使數(shù)據(jù)率得到增加。使用這種方法僅需發(fā)送較少數(shù)據(jù)，對(duì)于給定刷新周期的補(bǔ)色，允許更高的數(shù)據(jù)率和減少的占空因數(shù)。
在使用多個(gè)LED來照亮給定微顯示器的實(shí)施例中，在沿一個(gè)或多個(gè)LED與微顯示器之間的光路上可設(shè)置或可不設(shè)置光組件。例如，可使用分光合色棱鏡或一組二色鏡來將來自多個(gè)LED的光合并在單個(gè)微顯示器上。在沿光路設(shè)置光組件的實(shí)施中，各LED可使用不同的光組件(例如，若這些LED表面的尺寸或形狀不同)，或相同的光組件可用于不止一個(gè)的LED。
在一些實(shí)施例中，通過對(duì)顯示器照亮一段時(shí)間(如分配給該特定LED的激活時(shí)間中的一部分)來獲得基于圖像的所需色度的特定顏色的不同亮度。例如，為了獲得深藍(lán)(intense blue)，可激活該藍(lán)色LED達(dá)整個(gè)激活時(shí)間，對(duì)于較淺藍(lán)(less intense blue)，可僅在總分配激活時(shí)間的一部分中激活該藍(lán)色LED。例如，可以通過一組鏡子來調(diào)節(jié)用于照亮顯示器的激活時(shí)間的部分，可以設(shè)置鏡子組使之把光傳送到微顯示器或從微顯示器反射光。
在某些實(shí)施例中，可激勵(lì)可移動(dòng)微顯示器(例如可移動(dòng)鏡)陣列來生成需要的強(qiáng)度。例如，各微鏡可代表一像素，且可通過對(duì)該微顯示器的定位來確定該像素的強(qiáng)度。例如，微鏡可處于打開或關(guān)閉狀態(tài)，并且在特定顏色的LED的激活時(shí)間期間，打開狀態(tài)所占時(shí)間的比例決定圖像的強(qiáng)度。
一般，在使用多個(gè)LED的實(shí)施例中，一或多個(gè)LED(例如各LED)所具有的縱橫比關(guān)系如上相對(duì)于微顯示器1130的縱橫比所描述。
圖11示出了包括LED1110、微顯示器1130、冷卻系統(tǒng)1510以及傳感器1520的光顯系統(tǒng)1600，所述傳感器1520與LED1110熱連通且與冷卻系統(tǒng)1510電連通，以使得在系統(tǒng)1600使用期間，可使用傳感器1520及冷卻系統(tǒng)1510來調(diào)節(jié)LED1110的溫度。例如，當(dāng)LED1110為相對(duì)較大的LED(參見下文的描述)時(shí)需要這樣，因?yàn)檫@種LED可產(chǎn)生巨大的熱量。對(duì)于如圖11所示的結(jié)構(gòu)，通過使用傳感器1520及冷卻系統(tǒng)1510來冷卻LED1110可增加LED1110的功率輸入量(主要的，更高驅(qū)動(dòng)電流帶來的增加的工作效率)的同時(shí)減少LED1110損壞的危險(xiǎn)。冷卻系統(tǒng)的實(shí)例包括熱電冷卻器、風(fēng)扇、熱管及液體冷卻系統(tǒng)。傳感器1520，例如，可為手動(dòng)控制或電腦控制的。在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)可不包括傳感器(例如，始終開啟或者手動(dòng)控制冷卻系統(tǒng))。使用冷卻系統(tǒng)具有多種好處，如減少由過熱造成的LED的損壞可能性以及增加更高驅(qū)動(dòng)電流下LED的效率。該冷卻系統(tǒng)亦可減少由溫度誘導(dǎo)的波長變化。
在一些實(shí)施例中，非朗伯LED的使用導(dǎo)致光的不均勻角分布。在這些實(shí)施中，可將該微顯示器移出像面以減少角度不均勻的顯現(xiàn)。在某些實(shí)施例中，可使用電或光連接來獲得送至微顯示器的信息流。在某些實(shí)例中，使用光連接可增加信息流率。
在一些實(shí)施例中，可增大PLLED或其他非朗伯源的尺寸，而且可以較小的角度來收集光。這可增大顯示器上圖像的亮度。
圖12示出了封裝裸芯形式的LED100的側(cè)視圖。LED100包括置于子基座120上的多層堆疊122。多層堆疊122包括320nm厚摻雜硅(n摻雜)的GaN層134，所述層134的頂表面110上具有開口150的圖形。多層堆疊122亦包括結(jié)合層124、100nm厚銀層126、40nm厚摻雜鎂(p摻雜)的GaN層128、由多個(gè)InGaN/GaN量子阱形成的120nm厚光生成區(qū)130及AlGaN層132。n側(cè)接觸墊136置于層134上，且p側(cè)接觸墊138置于層126上。層134與蓋板140及支架142之間有灌封材料(折射指數(shù)為1.5的環(huán)氧樹脂(epoxy))144。層144并不延伸入開口150。
LED100以如下方式生成光。p側(cè)接觸墊138相對(duì)n側(cè)接觸墊136處于正電位，導(dǎo)致電流注入LED100。隨著電流通過光生成區(qū)130，來自n摻雜層134的電子與來自p摻雜層128的空穴在區(qū)域130中結(jié)合，使得區(qū)域130發(fā)光。光生成區(qū)130含有在區(qū)域130內(nèi)發(fā)光(例如全向)的大量的點(diǎn)偶極輻射源，具有構(gòu)成該光生成區(qū)130的材料的波長特性的光譜。對(duì)于InGaN/GaN量子阱，由區(qū)域130所生成光的波長的光譜具有約445納米(nm)的峰值波長，以及約30nm的半幅值處的全寬(FWHM)。
應(yīng)注意，與n摻雜層134的電荷載流子相比，p摻雜層126的電荷載流子的遷移率相對(duì)較低。結(jié)果，沿p摻雜層128的表面放置銀層(它是導(dǎo)電的)126可增強(qiáng)從接觸墊138注入p摻雜層128及光生成區(qū)130的電荷的均勻性。這亦可降低裝置100的電阻和/或增大裝置100的注入效率。由于n摻雜層134的電荷載流子的遷移率相對(duì)較高，電子可相對(duì)快速地從n側(cè)接觸墊136擴(kuò)散至整個(gè)層132及134，以致光生成區(qū)130內(nèi)的電流密度在整個(gè)區(qū)域內(nèi)基本是均勻的。亦應(yīng)注意，銀層126具有相對(duì)高的熱傳導(dǎo)性，使得層126用作LED100的散熱器(heat sink)(以將熱量垂直地從多層堆疊122轉(zhuǎn)移至子基座120)。
把由區(qū)域130所生成光中的至少一些導(dǎo)向銀層126。層126反射這一光，且經(jīng)由表面110從LED100出射，或者層126反射該光，然后LED100中的半導(dǎo)體材料吸收該光以產(chǎn)生可在區(qū)域130內(nèi)復(fù)合的電子-空穴對(duì)，使得區(qū)域130生成光。類似地，把由區(qū)域130所生成光中的至少一些導(dǎo)向墊136。墊136的底面由可對(duì)由區(qū)域130所生成光中的至少一些進(jìn)行反射的材料(例如Ti/Al/Ni/Au合金)構(gòu)成。因此，墊136可反射導(dǎo)向墊136的光，且隨后經(jīng)由表面110從LED100出射(例如從銀層126反射)，或者墊136可反射導(dǎo)向墊136的光，然后LED100中的半導(dǎo)體材料吸收該光以產(chǎn)生可在區(qū)域130內(nèi)復(fù)合的電子-空穴對(duì)，使得區(qū)域130生成光(例如由或不由銀層126反射)。
如圖12及13所示，LED100的表面不是平的，而是由修正的三角形圖形的開口150形成的。一般，可以選擇各種值作為開口150的深度、開口150的直徑，以及可以改變開口150中最近鄰的間隔。除非另行說明，對(duì)于下文顯示數(shù)值計(jì)算結(jié)果的附圖，開口150具有等于約280nm的深度146、約160nm的非零直徑、約220nm的最近鄰間隔以及等于1.0的折射指數(shù)。對(duì)三角形圖形進(jìn)行失諧處理以使圖形150中的最近鄰的中心至中心(center-to-center)距離的值在(a-Δa)與(a+Δa)之間，其中“a”為理想三角形圖形的晶格常數(shù)，“Δa”是具有長度量綱的失諧參數(shù)，并且在隨機(jī)方向上發(fā)生失諧。為了加強(qiáng)從LED100的光提取(參見下文的描述)，失諧參數(shù)Δa通常至少為理想晶格常數(shù)a的約1％(例如至少約2％、至少約3％、至少約4％、至少約5％)，和/或至多為理想晶格常數(shù)a的約25％(例如至多約20％、至多約15％、至多約10％)。在一些實(shí)施例中，最近鄰間隔實(shí)質(zhì)上在在(a-Δa)與(a+Δa)之間之間隨機(jī)變化，以致圖形150基本是隨機(jī)失諧的。
對(duì)于開口150的修正三角圖形，發(fā)現(xiàn)非零的失諧參數(shù)增加了LED100的提取效率。對(duì)于上述的LED100，隨著失諧參數(shù)Δa從零增大至約0.15a，LED100中的電磁場的數(shù)值模型(下文中描述)顯示出裝置的提取效率從約0.60增大至約0.70，如圖14所示。
圖14所示的提取效率數(shù)據(jù)是通過使用三維時(shí)域有限差分(FDTD)方法來計(jì)算以逼近LED100內(nèi)或外的光的麥?zhǔn)?Maxwell’s)方程的解。參見，例如K.S.Kunz和RJ.Luebbers，The Finite-Difference Time-Domain Methods(CRC，BocaRaton，F(xiàn)L，1993)；A.Taflove，Computational ElectrodynamicsTheFinite-Difference Time-Domain Method(Artech House，London，1995)，上述兩者通過引用合并在此。為了表示具特定圖形150的LED100的光學(xué)性能，F(xiàn)DTD計(jì)算中的輸入?yún)?shù)包括光生成區(qū)130中點(diǎn)偶極輻射源所發(fā)光的中心頻率及帶寬，多層堆疊122中的層的尺寸及介電特性，以及直徑、深度及圖形150中的開口之間的最近鄰距離(NND)。
在某些實(shí)施例中，使用如下的FDTD方法來計(jì)算LED100的提取效率數(shù)據(jù)。FDTD方法用來解全矢量時(shí)間相關(guān)(time-dependent)麥?zhǔn)戏匠?amp;dtri;→×E→=-μ∂H→∂t,▿→×H→=ϵ∞∂E→∂t+∂P→∂t,]]>其中極化率P→=P→1+P→2+···+P→m]]>捕獲量子阱光生成區(qū)130、p接觸層126以及LED100內(nèi)的其他層的頻率相關(guān)(frequency-dependent)響應(yīng)。個(gè)體 項(xiàng)是材料總極化率的不同貢獻(xiàn)量的經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)值(例如束縛電子振蕩的極化響應(yīng)、自由電子振蕩的極化響應(yīng))。特別地，d2P→mdt2+γmdP→mdt+ωm2P→m=ϵ(ω)E→,]]>其中極化相應(yīng)于介電常數(shù)ϵ(ω)=ϵ∞+ΣmSmωm2-ω2-iγmω.]]>為了便于數(shù)值計(jì)算，僅考慮灌封劑144、銀層126以及灌封劑144與銀層126之間的各層。這一近似估計(jì)是基于假設(shè)灌封劑144及層126足夠厚，使得周圍層不影響LED100的光學(xué)性能。假設(shè)銀層126及光生成區(qū)130為具頻率相關(guān)介電常數(shù)的LED100內(nèi)相關(guān)結(jié)構(gòu)。假設(shè)LED100內(nèi)其他相關(guān)結(jié)構(gòu)不具有頻率相關(guān)介電常數(shù)。應(yīng)注意，在LED100包括灌封劑144與銀層126之間的附加金屬層的實(shí)施例中，各附加金屬層具有相應(yīng)的頻率相關(guān)介電常數(shù)。亦應(yīng)注意，銀層126(及LED100內(nèi)的任何其他層)具有束縛電子與自由電子兩者的頻率相關(guān)項(xiàng)，然而，光生成區(qū)130具有束縛電子的頻率相關(guān)項(xiàng)但不具有自由電子的頻率相關(guān)項(xiàng)。在某些實(shí)施例中，當(dāng)對(duì)介電常數(shù)的頻率相關(guān)性(frequency dependence)進(jìn)行建模時(shí)，可包括其他項(xiàng)。這些項(xiàng)可包括，例如，電子-聲子交互作用、原子極化、離子極化和/或分子極化。
通過結(jié)合光發(fā)生區(qū)130內(nèi)的多個(gè)隨機(jī)放置的恒流偶極源來對(duì)光生成區(qū)130的量子阱發(fā)出的光進(jìn)行建模，各個(gè)俱發(fā)出與實(shí)際量子阱光譜寬度相等的短高斯脈沖，各具有隨機(jī)初相及起始時(shí)間。
為了處理LED100的表面110的開口150的圖形，可使用側(cè)向的較大的超元胞(supercell)以及周期性邊界條件。這有助于對(duì)相對(duì)大的(例如在邊沿上大于0.01mm)裝置尺寸進(jìn)行仿真。在所有偶極源發(fā)出其能量的長時(shí)間之后直至系統(tǒng)中沒有保留能量，及時(shí)解出全演化方程。在仿真期間，對(duì)總發(fā)出能量、經(jīng)由頂表面110提取的能量流以及量子阱和n摻雜層吸收的能量進(jìn)行監(jiān)視。通過時(shí)間及空間傅立葉變換來獲得提取流的頻率及角度解析數(shù)據(jù)，因此可以計(jì)算角度與頻率解析提取效率。通過將總發(fā)出能量與光生成區(qū)130的實(shí)驗(yàn)已知發(fā)光進(jìn)行匹配，獲得對(duì)于給定電輸入的單位為流明/每立體角(solid angle)/每單芯片面積的絕對(duì)角度解析提取。
不希望受理論的束縛，認(rèn)為由于開口150建立了根據(jù)圖形150而在層134中空間變化的介電函數(shù)，失諧圖形150可提高光生成區(qū)130所生成的經(jīng)由表面110從LED100出射的光的效率。亦認(rèn)為這一結(jié)果改變了LED100內(nèi)的輻射模態(tài)(即從表面110出射的光模態(tài))及導(dǎo)引模態(tài)(即限制于多層堆疊內(nèi)的光模態(tài))的濃度，并且認(rèn)為LED內(nèi)輻射模態(tài)及導(dǎo)引模態(tài)的濃度的這一改變導(dǎo)致了本來在沒有圖形150的情況下會(huì)被發(fā)射入導(dǎo)引模態(tài)的光被散射(例如布拉格(Bragg)散射)入可泄漏至輻射模態(tài)的模態(tài)中。在某些實(shí)施例中，認(rèn)為圖形150(例如上述圖形，或下述圖形之一)可消除LED100內(nèi)的所有導(dǎo)引模態(tài)。
認(rèn)為通過考慮具有點(diǎn)散射部位的晶體的布拉格散射，可以理解晶格的失諧效應(yīng)。對(duì)于在以距離d間隔的晶格平面中的完美晶格，根據(jù)布拉格條件，nλ＝2dsinθ，波長為λ的單色光通過角度θ進(jìn)行散射，其中n為表示散射階數(shù)的整數(shù)。然而，認(rèn)為對(duì)于光譜帶寬為Δλ/λ且以立體角度ΔΘ射入的光源而言，通過失諧參數(shù)Δa使晶格格點(diǎn)之間的間隔失諧而可放寬布拉格條件。認(rèn)為在源的頻譜帶寬和空間發(fā)射分布方面，晶格的失諧提高了圖形的散射效力和角度可接受性。
盡管將具有非零失諧參數(shù)Δa的修正三角形圖形150描述為可增加從LED100的光提取，然而其他圖形亦可用于增加從LED100的光提取。當(dāng)判斷給定圖形是否增加了從LED100的光提取和/或何種開口圖形可用于增加從LED100的光提取時(shí)，在進(jìn)行這些數(shù)值計(jì)算之前，可首先使用物理圖像(physicalinsight)來近似估計(jì)可增加光提取的基本圖形。
通過考慮根據(jù)圖形150而空間變化的介電函數(shù)的傅立葉變換可進(jìn)一步理解(如弱散射條件中)LED100的提取效率。圖15示出了理想三角形晶格的傅立葉變換。進(jìn)入具有面內(nèi)波矢量k’的特定方向的光的提取與進(jìn)入具有面內(nèi)波矢量k’的所有這些模式的源發(fā)射Sk’有相互的關(guān)連(即，平行于圖形150)，其中，通過加上或減去倒晶格矢量G，面內(nèi)波矢量k’可與k兼容，即，k＝k’±G。提取效率與如下的介電函數(shù)εG的相應(yīng)傅立葉分量(Fk)的級(jí)數(shù)(magnitude)成比例Fk→=ck→ΣG→ϵG→Sk→-G→,ϵG→=∫ϵ(r→)e-iG→r→dr→]]>由于材料中的光傳播一般滿足方程k2(面內(nèi))+k2(法向)＝ε(ω/c)2，所考慮的最大G由光生成區(qū)130發(fā)射的頻率(ω)及光生成區(qū)的介電常數(shù)所固定。如圖15所示，在通常稱為光線(light line)的倒晶格空間中定義了一個(gè)環(huán)。由于光生成區(qū)的帶寬有限，光線為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，但為了清楚起見，以單色光源的光線來說明。類似地，灌封劑內(nèi)的光傳播亦受光線(圖15中的內(nèi)圓)的限制。因此，通過增加灌封劑光線中所有方向的k的Fk以及增加材料光線內(nèi)的G點(diǎn)的散射強(qiáng)度εG，可以提高提取效率，其中，灌封劑光線的數(shù)量用于增加灌封劑光線中的G點(diǎn)的數(shù)量。當(dāng)選擇可以提高提取效率的圖形時(shí)，可使用該物理圖像。
例如，圖16示出了增加理想三角形圖形的晶格常數(shù)的效果。圖16所示的數(shù)據(jù)是使用圖12中所示LED100的給定參數(shù)計(jì)算得到的，除了射出光的峰值波長為450nm，以及在分別為1.27a、0.72a及1.27a+40nm的最近鄰距離“a”時(shí)，孔的深度，孔的直徑，以及n摻雜層134的厚度之外。增加晶格常數(shù)則增加了灌封劑的光線內(nèi)的G點(diǎn)的濃度。觀察到具有NND的提取效率的清晰趨勢(shì)。認(rèn)為NND近似等于真空中的光的波長時(shí)，發(fā)生最大的提取效率。獲得最大值的原因在于當(dāng)NND變得比光的波長大得多時(shí)，由于材料變得更均勻，所以降低了散射效。
又如，圖17示出了增加孔尺寸或填充因子的效應(yīng)。由(2π/)*(r/a)2給出三角形圖形的填充因子，其中r為孔的半徑。圖17中所示數(shù)據(jù)是使用圖12中所示LED100的給定參數(shù)計(jì)算得到的，除了根據(jù)圖的x軸給定的填充因子值而改變的開口的直徑。具有填充因子的提取效率隨散射強(qiáng)度(εG)增大而增大。填充因子為～48％時(shí)觀察到這一特定系統(tǒng)的最大值。在某些實(shí)施例中，LED100的填充因子為至少約10％(例如至少約15％、至少約20％)和/或?yàn)橹炼嗉s90％(例如至多約80％、至多約70％、至多約60％)。
盡管將修正三角形表述為其失諧參數(shù)與圖形中開口相對(duì)于理想三角形晶格的定位有關(guān)，但在保持理想三角形圖形位置的中心的同時(shí)，通過修正理想三角形圖形中的孔，亦可獲得修正(失諧)的三角形圖形。圖18示出了如此圖形的實(shí)施例。對(duì)于具有圖18所示圖形的發(fā)光裝置，光提取的增加、執(zhí)行相應(yīng)數(shù)值計(jì)算的方法及所增加的光提取的物理解釋基本與上述方法一致。在一些實(shí)施例中，修正(失諧)圖形可具有從理想位置位移的開口以及處于理想位置處但有不同直徑的開口。
在其他實(shí)施例中，可通過使用不同類型的圖形來獲得發(fā)光裝置的增加的光提取，不同類型的圖形包括，例如，復(fù)雜周期圖形及非周期圖形。如在此所述的，復(fù)雜周期圖形是指這樣一種圖形，該圖形在以周期方式進(jìn)行重復(fù)的各單元體(unit cel1)中具有一個(gè)以上的特征。復(fù)雜周期性圖形的例子包括蜂巢圖形、蜂巢基底圖形、(2×2)基底圖形、環(huán)形圖形及阿基米德(Archimidean)圖形。如下文所述，在一些實(shí)施例中，復(fù)雜周期圖形的一些孔可以具有一種直徑，而另一些孔可以具有較小的直徑。如在此所述的，非周期圖形是指這樣一種圖形，該圖形在具有長度的單元體中不具有平移對(duì)稱性，所述長度至少為區(qū)域130所產(chǎn)生的光的峰值波長的50倍。非周期圖形的例子包括不規(guī)則(aperiodic)圖形、準(zhǔn)晶圖形、羅賓遜(Robinson)圖形及安曼(Amman)圖形。
圖19示出了兩種不同復(fù)雜周期圖形的LED100的數(shù)值計(jì)算，在所述圖形中，圖形中的一些開口具有特定直徑，而圖形中的其他開口具有較小的直徑。圖19所表示的數(shù)值計(jì)算顯示了較小孔(dR)的直徑從0nm變化到95nm時(shí)提取效率(具有80nm直徑的較大孔)的性能。圖17所示的數(shù)據(jù)是使用圖12中所示LED100的給定參數(shù)計(jì)算的，除了根據(jù)該圖的x軸給定的填充因子改變開口的直徑之外。不希望受理論的束縛，多種孔尺寸允許從圖形中的多種周期性進(jìn)行散射，從而增加了圖形的角度可接受性及光譜有效性。對(duì)于具有圖19所示圖形的發(fā)光裝置，光提取的增加、執(zhí)行相應(yīng)數(shù)值計(jì)算的方法及所增加的光提取的物理解釋基本與上述方法一致。
圖20示出了具有不同環(huán)形圖形(復(fù)雜周期圖形)的LED100的數(shù)值計(jì)算。對(duì)于不同的環(huán)形圖形，圍繞中心孔的第一環(huán)中的孔的數(shù)量是不同的(6個(gè)、8個(gè)或10個(gè))。圖20所示的數(shù)據(jù)是使用圖12中所示LED100的給定參數(shù)計(jì)算的，除了所發(fā)光具有450nm的峰值波長之外。圖20所代表的數(shù)值計(jì)算示出了當(dāng)重復(fù)跨越單元體的每單元體的環(huán)形圖形的數(shù)量從2變化至4時(shí)LED100的提取效率。對(duì)于具有圖20所示圖形的發(fā)光裝置，光提取的增加、執(zhí)行相應(yīng)數(shù)值計(jì)算的方法及所增加的光提取的物理解釋基本與上述方法一致。
圖21示出了具有阿基米德圖形的LED100的數(shù)值計(jì)算。阿基米德圖形A7是由六角形單元體230構(gòu)成的，單元體具有以最近鄰距離a相等間隔的7個(gè)孔。在單元體230內(nèi)，以正六邊形的形狀排列有6個(gè)孔，且第7個(gè)孔位于六邊形的中心。然后以單元體之間中心至中心間隔為a’＝a*(1+)、沿其邊沿將這些六角形單元體230安裝在一起以形成LED的整個(gè)表面的圖形。這就是所謂的A7貼面(tiling)，因?yàn)閱卧w是由7個(gè)孔構(gòu)成的。類似的，阿基米德貼面A19由具有以a的NND相等間隔的19個(gè)孔構(gòu)成。這些孔以7個(gè)孔的內(nèi)六邊形、12個(gè)孔的外六邊形及內(nèi)六角形內(nèi)的中心孔的形式排列。然后，以單元體之間中心至中心間隔為a’＝a*(1+)、沿其邊沿將這些六角形單元體230安裝在一起以形成LED的整個(gè)表面的圖形。對(duì)于具有圖21所示圖形的發(fā)光裝置，光提取的增加、執(zhí)行相應(yīng)數(shù)值計(jì)算的方法及所增加的光提取的物理解釋基本與上述方法一致。如圖21所示，A7及A19的提取效率為約77％。圖21所示的數(shù)據(jù)是使用圖12中所示LED100的給定參數(shù)計(jì)算的，除了所發(fā)光具有450nm的峰值波長之外，以及除了定義NND作為單個(gè)單元體之內(nèi)的開口之間的距離之外。
圖22示出了具有準(zhǔn)晶圖形的LED100的數(shù)值計(jì)算。準(zhǔn)晶圖形，例如，描述于M.Senechal的“Quasicrystals and Geometry”(Cambridge University Press，Cambridge，England 1996)，該文通過引用合并在此。數(shù)值計(jì)算顯示了隨基于8重準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)的類變化的提取效率性能。認(rèn)為由于該結(jié)構(gòu)允許較高的面內(nèi)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，因此準(zhǔn)晶圖形呈現(xiàn)了較高的提取效率。對(duì)于具有圖22所示圖形的發(fā)光裝置，光提取的增加、執(zhí)行相應(yīng)數(shù)值計(jì)算的方法及所增加的光提取的物理解釋基本與上述方法一致。圖22所示的FDTD計(jì)算結(jié)果表明準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)的提取效率可達(dá)約82％。圖22所示的數(shù)據(jù)是使用圖12中所示LED100的給定參數(shù)計(jì)算的，除了所發(fā)光具有450nm的峰值波長，和除了NND是根據(jù)單個(gè)單元體內(nèi)的開口之間的距離定義的。
盡管在此描述了某些圖形的實(shí)例，但認(rèn)為若具他圖形滿足上述基本原理，則亦可增加LED100的光提取。例如，認(rèn)為增加對(duì)準(zhǔn)晶或復(fù)雜周期結(jié)構(gòu)的失諧可以增加提取效率。
在一些實(shí)施例中，由光生成區(qū)130生成的、從LED100發(fā)出的光的總量的至少約45％(例如至少約50％、至少約55％、至少約60％、至少約70％、至少約80％、至少約90％、至少約95％)經(jīng)由表面110出射。
在某些實(shí)施例中，LED100截面積可相對(duì)較大，同時(shí)仍然呈現(xiàn)LED100的有效光提取。例如，LED100的一個(gè)或多個(gè)邊沿可為至少約1毫米(例如至少約1.5毫米、至少約2毫米、至少約2.5毫米、至少約3毫米)，并且由光生成區(qū)130生成的、從LED100發(fā)出的光的總量的至少約45％(例如至少約50％、至少約55％、至少約60％、至少約70％、至少約80％、至少約90％、至少約95％)經(jīng)由表面110出射。這使得LED在呈現(xiàn)良好功率轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)具有相對(duì)大的截面積(至少約1毫米x至少約1毫米)。
在某些實(shí)施例中，具有LED100設(shè)計(jì)的LED的提取效率基本與LED邊沿的長度無關(guān)。例如，具有LED100設(shè)計(jì)的LED且具有長度為約0.25毫米的一個(gè)或多個(gè)邊沿的LED的提取效率與具有LED100設(shè)計(jì)的LED且具有長度為約1毫米的一個(gè)或多個(gè)邊沿的LED的提取效率之間的差別可小于約10％(例如小于約8％、小于約5％、小于約3％)。如在此所述的，LED的提取效率是指LED所發(fā)光與裝置所生成光的量之比(可根據(jù)能量或光子來測(cè)量)。這使得LED在呈現(xiàn)良好功率轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)具有相對(duì)大的截面積(至少約1毫米x至少約1毫米)。
在某些實(shí)施例中，具有LED100設(shè)計(jì)的LED的量子效率基本與LED邊沿的長度無關(guān)。例如，具有LED100設(shè)計(jì)的LED且具有長度為約0.25毫米的一個(gè)或多個(gè)邊沿的LED的量子效率與具有LED100設(shè)計(jì)的LED且具有長度為約1毫米的一或多個(gè)邊沿的LED的量子效率之間的差別可小于約10％(例如小于約8％、小于約5％、小于約3％)。如在此所述的，LED的量子效率是指LED所生成的光子數(shù)量與裝置中所發(fā)生的電子-空穴復(fù)合的數(shù)量之比。這使得LED在呈現(xiàn)良好性能的同時(shí)具有相對(duì)大的截面積(至少約1毫米x至少約1毫米)。
在某些實(shí)施例中，具有LED100設(shè)計(jì)的LED的插座效率(wall plugefficiency)基本與LED邊沿的長度無關(guān)。例如，具有LED100設(shè)計(jì)的LED且具有長度為約0.25毫米的一個(gè)或多個(gè)邊沿的LED的插座效率與具有LED100設(shè)計(jì)的LED且具有長度為約1毫米的一個(gè)或多個(gè)邊沿的LED的插座效率之間的差別可小于約10％(例如小于約8％、小于約5％、小于約3％)。如在此所述的，LED的插座效率是指LED的注入效率(注入裝置的載流子的數(shù)量與在裝置的光發(fā)生區(qū)中復(fù)合的載流子的數(shù)量之比)、LED的輻射效率(在輻射事件中產(chǎn)生的電子-空穴復(fù)合的數(shù)量與電子-空穴復(fù)合的總數(shù)量之比)、以及LED的提取效率(從LED提取的光子與所生成光子的總數(shù)量之比)的乘積。這使得LED在呈現(xiàn)良好性能的同時(shí)具有相對(duì)大的截面積(至少約1毫米x至少約1毫米)。
布一些實(shí)施例中，需要操控經(jīng)由表面110從LED出射的光的角度分布。為了增加進(jìn)入給定立體角(例如，進(jìn)入圍繞表面110的法線方向的立體角)的提取效率，檢查根據(jù)圖形150(如前所述)進(jìn)行空間變化的介電函數(shù)的傅立葉變換。圖23示出了晶格常數(shù)不同的兩個(gè)理想三角形晶格的傅立葉變換構(gòu)造。為了提高提取效率，尋求增加灌封劑光線內(nèi)的G點(diǎn)數(shù)量以及材料光線中G點(diǎn)的散射強(qiáng)度(εG)。這暗示增加NND從而得到圖16所示的效果。然而，在此關(guān)心的是進(jìn)入以法線方向?yàn)橹行牡牧Ⅲw角的提取效率。因此，亦希望通過減少灌封劑光線的半徑來限制高階G點(diǎn)的引入，這樣G的級(jí)數(shù)大于(ε(ne))/c。通過減少灌封劑的折射指數(shù)(最低需求是將所有灌封劑移除)，可允許較大的NND，因而增加了材料光線內(nèi)G點(diǎn)的數(shù)量，所述材料光線有助于在法線方向(Fk＝0)的提取，同時(shí)避免進(jìn)入灌封劑中高階(傾斜角)的衍射。圖24示出了上述趨勢(shì)，該圖顯示了進(jìn)入立體角(由圖中的集合半角給出)的提取效率。圖24所示的數(shù)據(jù)是使用圖12中所示LED100的給定參數(shù)計(jì)算的，除了所發(fā)光具有530nm的峰值波長和34nm的帶寬，灌封劑的折射指數(shù)為1.0，p摻雜層的厚度為6nm，光生成區(qū)為30nm厚，圖24示出三條曲線的NND(a)，以及a分別為1.27a、0.72a及1.27a+40nm時(shí)的深度，孔的直徑以及n摻雜層的厚度。隨著晶格常數(shù)的增加，窄角度的提取效率以及進(jìn)入所有角度的總提取效率亦增加。然而，對(duì)于即使較大的晶格常數(shù)，即使進(jìn)入所有角度的總提取效率增加，灌封劑中進(jìn)入較高階模式的衍射限制了窄角度的提取效率。對(duì)于460nm的晶格常數(shù)，計(jì)算得出進(jìn)入30度的集合半角的提取效率大于25％。即，僅在立體角上半球的約13.4％內(nèi)收集所提取光的約一半，呈現(xiàn)了圖形的準(zhǔn)直效應(yīng)(collimation effect)。認(rèn)為可以增加材料光線內(nèi)G點(diǎn)數(shù)量同時(shí)將灌封劑內(nèi)的G點(diǎn)數(shù)量限制為k＝0時(shí)的G點(diǎn)的任何圖形都可以改善進(jìn)入以法線為中心的立體角的提取效率。
上述方法尤其可應(yīng)用于降低被認(rèn)為與n2成比例的源擴(kuò)散(sourceetendue)，其中n為周圍材料(例如灌封劑)的折射指數(shù)。因此，認(rèn)為降低LED100的灌封層的折射指數(shù)可以導(dǎo)致更為準(zhǔn)直的發(fā)射、較低源擴(kuò)散，且因此導(dǎo)致較高的表面亮度(在此定義為進(jìn)入源擴(kuò)散所提取的總流明)。在一些實(shí)施例中，使用空氣的灌封劑可以在增加進(jìn)入以法線方向?yàn)橹行牡慕o定收集角度的提取效率的同時(shí)降低源擴(kuò)散。
在某些實(shí)施例中，當(dāng)區(qū)域130所生成的光經(jīng)由表面110從LED100出射時(shí)，光的分布較朗伯分布更準(zhǔn)直。例如，在一些實(shí)施例中，當(dāng)區(qū)域30所產(chǎn)生的光經(jīng)由表面110從LED出射時(shí)，經(jīng)由介電層的表面出射的光的至少約40％(例如至少約50％、至少約70％、至少約90％)以與表面110的法向成至多約30度(例如至多約25度、至多約20度、至多約15度)之內(nèi)的角度出射。
在所需的角度下提取相對(duì)高百分比的光線的能力本身，或者其與相對(duì)高的光提取相結(jié)合，可以允許在給定的晶圓上制備相對(duì)高密度的LED。例如，在一些實(shí)施例中，每平方厘米的晶片上至少具有約5個(gè)LED(例如至少約25個(gè)LED、至少約50個(gè)LED)。
在一些實(shí)施例中，可能需要相對(duì)于光生成區(qū)130所生成光的波長來修正從封裝的LED100出射的光的波長。例如，如圖25所示，可將具有含磷材料的層180的LED300放置于表面110上。磷材料可在由區(qū)域130所生成的波長處與光進(jìn)行交互作用，以提供所需波長的光。在一些實(shí)施例中，期望從封裝的LED出射的光基本為白光。在這些實(shí)施例中，層180中的磷材料可由，例如，(Y，Gd)(Al，Ga)G:Ce3+或“YAG”(釔、鋁、石榴石)磷構(gòu)成。當(dāng)由光生成區(qū)130所發(fā)出的藍(lán)光激發(fā)(pumped)時(shí)，層180中的磷材料被激活且發(fā)出(例如全向地)具有以黃色波長為中心的寬光譜的光。對(duì)于從封裝的LED100出射的總光譜的觀察者可以看見黃色磷寬光譜發(fā)射以及藍(lán)光InGaN窄光譜發(fā)射，且通常將兩種光譜混合以感知到白光。
在某些實(shí)施例中，層180基本可均勻地置于表面110上。例如，整個(gè)表面110中圖形150的頂部151與層180的頂部181之間的距離的變化小于約20％(例如小于約10％、小于約5％、小于約2％)。
一般，層180的厚度小于LED100的表面130的截面積，截面積一般為1毫米×1毫米。由于層180基本均勻地沉積于表面110上，層180中的磷材料基本可由經(jīng)由表面110出射的光來均勻地激發(fā)。較之LED100的表面110的尺寸，磷層180相對(duì)較薄，這樣光生成區(qū)130所發(fā)的光在大致均勻地在LED100的整個(gè)表面110上的磷層180內(nèi)被轉(zhuǎn)換成較短波長的光。由此，相對(duì)薄的、均勻的磷層180產(chǎn)生LED100所發(fā)的均勻光譜的白光，作為表面位置的函數(shù)。
一般，可按需制造LED100。通常，LED100的制造涉及多種沉積、激光處理、光刻(lithography)及蝕刻步驟。
例如，圖26示出了LED晶片500，該LED晶片500含有沉積在基底(例如藍(lán)寶石、化合物半導(dǎo)體、氧化鋅、碳化硅、硅)502上的材料的LED層堆疊。這些晶片為市售的。供應(yīng)商例如包括晶元光電公司(Epistar Corporation)、華上光電公司(Arima Optoelectronics Corporation)及元砷光電公司(SouthEpitaxy Corporation)。在基底502上連續(xù)放置緩沖層504(例如含氮層，諸如GaN層、AlN層、AlGaN層)、n摻雜半導(dǎo)體層506(例如n摻雜Si:GaN)、電流擴(kuò)散層508(如AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)(heterojunction)或超晶格)、發(fā)光區(qū)510(例如InGaN/GaN多量子阱區(qū)域)及半導(dǎo)體層512(例如p摻雜Mg:GaN層)。晶片500的直徑一般至少為約2英寸(例如從約2英寸至約12英寸、從約2英寸至約6英寸，從約2英寸至約4英寸，從約2英寸至約3英寸)。
圖27示出了包括層502、504、506、508、510和512以及層520、522、524及526的多層堆疊550，其一般由能夠進(jìn)行如下所述的加壓結(jié)合或熱結(jié)合的材料構(gòu)成。例如，層520可為鎳層(例如已電子束蒸鍍)、層522可為銀層(例如已電子束蒸鍍)、層524可為鎳層(例如已電子束蒸鍍)，以及層526可為金層(例如已電子束蒸鍍)。在一些實(shí)施例中，層520相對(duì)較薄，而層524相對(duì)較厚。層524例如可作為擴(kuò)散阻擋層(diffusion barrier)以減少雜質(zhì)(例如金)擴(kuò)散進(jìn)入層520、522和/或?qū)?24本身。層520、522、524及526沉積后，可對(duì)多層堆疊550進(jìn)行處理以實(shí)現(xiàn)歐姆接觸。例如，可在適當(dāng)?shù)臍怏w環(huán)境下(例如氮?dú)?、氧氣、空氣、成型氣體)對(duì)堆疊550進(jìn)行一段時(shí)間(例如從約30秒至約300秒)的退火處理(例如在約400℃至約600℃的溫度下)。
圖28示出了包括其上沉積有層604、606、608及610的子基座(例如鍺(諸如多晶鍺)、硅(諸如多晶硅)、碳化硅、銅、鎢銅、金剛石、鎳-鈷)602的多層堆疊600。子基座602例如可通過濺射或電鑄形成。層604為接觸層且可例如由鋁(例如已電子蒸鍍)來形成。層606為擴(kuò)散阻擋層且可例如由Ni(例如已電子束蒸鍍)來形成。層608可為金層(例如已電子束蒸鍍)，且層610可為層608上的AuSn結(jié)合層(例如已熱蒸鍍、已濺射)。層604、606、608及610沉積后，可對(duì)多層堆疊600進(jìn)行處理以實(shí)現(xiàn)歐姆接觸。例如，可在適當(dāng)?shù)臍怏w環(huán)境下(例如氮?dú)?、氧氣、空氣、成型氣體)對(duì)堆疊550進(jìn)行一段時(shí)間(例如從約30秒至約300秒)的退火處理(例如在約350℃至約500℃的溫度)。
圖29示出了由相互結(jié)合層526及610(例如使用焊接結(jié)合、使用共晶結(jié)合、使用包晶結(jié)合)形成的多層堆疊650。層526及610可例如由使用熱-機(jī)械按壓(thermal-mechanical pressing)來結(jié)合。例如，使層526與610接觸后，可將多層堆疊650放在壓力下受壓(例如使用多至約5MPa的壓力，多至約2MPa的壓力)加熱(例如至從約200℃至約400℃的溫度)。然后可以使堆疊650冷卻(例如至室溫)且解除受壓。
然后從堆疊650至少部分地移除基底502及緩沖層504。一般，這可使用任何所需的方法來實(shí)現(xiàn)。例如，如圖30所示，在一些實(shí)施例中，通過將堆疊650曝露于(例如經(jīng)由基底502的表面501)適當(dāng)波長的電磁輻射中以部分地分解層504從而移除基底502。認(rèn)為這導(dǎo)致了層504的局部加熱，導(dǎo)致了靠近層504與基底502的介面的層504的材料的部分分解，從而允許從堆疊650移除基底502(參見下文的描述)。例如，在層504是由氮化鎵構(gòu)成的實(shí)施例中，認(rèn)為形成了包括鎵及氮?dú)獾囊?。在一些?shí)施例中，可在將表面501曝露于電磁輻射(例如以減少堆疊650內(nèi)的應(yīng)力)期間對(duì)堆疊650加熱。例如可通過將堆疊650置于熱板(hot plate)上和/或通過將堆疊650曝露于附加激光源(例如CO2激光)來加熱堆疊650。例如，在表面501曝露于電磁輻射期間對(duì)堆疊650加熱可減少(例如，防止)液態(tài)鎵再固化。這可以減少堆疊650內(nèi)在鎵的再固化時(shí)發(fā)生的應(yīng)力的聚集。
在某些實(shí)施例中，在曝露于電磁輻射后，有殘留鎵且殘留鎵將基底502結(jié)合在堆疊650內(nèi)。在這些實(shí)施例中，可對(duì)堆疊650加熱至超過鎵的熔化溫度以允許從堆疊移除基底502。在某些實(shí)施例中，可將堆疊650曝露于蝕刻劑(例如化學(xué)蝕刻劑，諸如HCL)以蝕刻殘留鎵且移除基底502。亦可使用其他移除殘留鎵的方法(例如物理方法)。
例如，在某些實(shí)施例中，將表面501曝露于包括層504的吸收波長(例如約248納米，約355納米)的激光輻射。例如，激光輻射揭露于第6,420,242及6,071,795號(hào)美國專利中，其通過引用合并在此。然后將多層堆疊加熱至超過鎵的熔點(diǎn)，在該點(diǎn)上通過向基底502施加橫向力(例如使用棉花棒(cottonswab))使基底502及緩沖層504從基底502移除。
在一些實(shí)施例中，表面501的多個(gè)部分同時(shí)曝露于電磁輻射。在某些實(shí)施例中，表面501的多個(gè)部分順序地曝露于電磁輻射?？墒褂猛瑫r(shí)曝露與順序曝露的結(jié)合。此外，可以圖形(例如蛇形圖形、圓形圖形、螺旋形圖形、網(wǎng)格(grid)、柵格(grating)、三角形圖形、基本(elementary)圖形、隨機(jī)圖形、復(fù)雜圖形、周期圖形、非周期圖形)的形式將電磁輻射曝露于表面501。在一些實(shí)施例中，電磁輻射可掃過(raster)表面501的一個(gè)或多個(gè)部分。在某些實(shí)施例中，表面501曝露于電磁輻射的交疊場(overlapping fields)。
在一些實(shí)施例中，電磁輻射在到達(dá)表面501之前穿過掩膜(mask)。例如，電磁輻射在到達(dá)表面501前可穿過包括掩膜(例如高導(dǎo)熱掩膜，諸如鉬掩膜、銅-鈹掩膜)的光系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，掩膜為孔(例如對(duì)光束進(jìn)行截割(truncating)或整形(shaping))。例如，光系統(tǒng)可包括至少兩個(gè)透鏡，所述透鏡之間置有掩膜。又如，可把掩膜形成為表面501上材料的圖形，掩膜使表面501的某些部分曝露而表面501的一些部分未曝露。例如，掩膜可通過光刻工藝形成。在一些實(shí)施例中，電磁輻射可掃過掩膜的一個(gè)或多個(gè)部分。
不希望受理論的束縛，認(rèn)為在表面501的給定面積內(nèi)減少曝露于電磁輻射的表面501上的區(qū)域的至少一個(gè)尺寸可以限制不需的裂紋傳播(crackpropagation)，如基底502的移除期間進(jìn)入層504、層506或堆疊650的其他層的裂紋傳播，而仍允許基底502與緩沖層504的介面處的裂紋傳播。認(rèn)為，若表面501上的電磁輻射的特征太強(qiáng)，于是形成氣泡(例如氮泡)，會(huì)生成可導(dǎo)致非所需裂紋的局部壓力。例如，在表面501曝露于在表面501上形成一點(diǎn)或一條線的電磁輻射的實(shí)施例中，點(diǎn)或線的至少一個(gè)尺寸的最大值可為至多約1毫米(例如至多約500微米、至多約100微米、至多約25微米、至多約10微米)。在一些實(shí)施例中，點(diǎn)的尺寸為從約5微米至約1毫米(例如從約5微米至約100微米、從約5微米至約25微米、從約5微米至約10微米)。
在某些實(shí)施例中，堆疊650在表面501曝露于電磁輻射時(shí)會(huì)振動(dòng)。不希望受理論的束縛，認(rèn)為曝露于電磁輻射時(shí)振動(dòng)的堆疊650會(huì)加劇沿層504與基底502之間的介面的裂紋傳播。一般，選擇條件來限制進(jìn)入層504的裂紋傳播(例如以使基本沒有進(jìn)入層504、506及堆疊650的其余層的裂紋傳播)。
移除基底502后，層506表面的至少一部分上一般留有緩沖層504的一部分。緩沖層504的留有部分和/或?qū)?06的表面上可有基底502的材料殘留(例如含鋁和/或氧)。一般需要將緩沖層504的留有部分及基底502的任何殘留移除，以使層506的表面曝露，以及清潔層506的曝露表面，因?yàn)閷?06(一般由n摻雜半導(dǎo)體材料構(gòu)成)顯示了用于隨后形成電接觸部的良好電特性(例如所要求的接觸電阻)。通常使用一步或多步工藝步驟來移除任何存在的殘留和/或緩沖層504的留有部分，以及來清潔層506的表面(例如移除雜質(zhì)，諸如有機(jī)物和/或顆粒)?？衫枚喾N技術(shù)和/或技術(shù)的結(jié)合來執(zhí)行這些工藝。例子包括化學(xué)-機(jī)械拋光、機(jī)械拋光、反應(yīng)離子蝕刻(例如具有基本化學(xué)性的蝕刻組分)、物理性蝕刻及濕蝕刻。例如，這些方法揭露于Ghandhi，S.，VLSIFabrication PrinciplesSilicon & Gallium Arsenide(1994)，通過引用合并在此。在某些實(shí)施例中，不完全移除緩沖層504。而是，在這些實(shí)施例中，可使用這些工藝僅移除與隨后放置電導(dǎo)線的位置相應(yīng)的緩沖層504上的一些部分(例如，通過使用自對(duì)準(zhǔn)工藝)。
通常，當(dāng)移除基底502時(shí)，可改變堆疊650內(nèi)的應(yīng)力量(例如由于晶格的失配和/或堆疊650內(nèi)層之間的熱失配)。例如，若減少堆疊650內(nèi)的應(yīng)力量，則可改變(例如增大)區(qū)域510的峰值輸出波長。又如，若增大堆疊650內(nèi)的應(yīng)力量，則可改變(例如減小)區(qū)域510的峰值輸出波長。
為了限制基底502移除期間非所需的裂紋，在一些實(shí)施例中，需考慮基底502的熱膨脹系數(shù)及子基座602的熱膨脹系數(shù)、層504、506、508、510及512的組合厚度，和/或?qū)?04、506、508、5 10及512中的一層或多層的熱膨脹系數(shù)。例如，在一些實(shí)施例中，選擇基底502及子基座602使得子基座602的熱膨脹系數(shù)比基底502的熱膨脹系數(shù)小約15％(例如小約10％、小約5％)。又如，在某些實(shí)施例中，選擇基底502及子基座602使得子基座602的厚度實(shí)質(zhì)上大于基底502的厚度。再如，在一些實(shí)施例中，選擇半導(dǎo)體層504、506、508、510及512以及子基座602使得子基座602的熱膨脹系數(shù)比層504、506、608、510及512中的一層或多層的熱膨脹系數(shù)小約15％(例如小約10％、小約5％)。
一般，基底502及子基座602可具有任何所需的厚度。在一些實(shí)施例中，基底502為至多約5毫米(例如至多約3毫米、至多約1毫米、至多約0.5毫米)厚。在某些實(shí)施例中，子基座602為至多約10毫米(例如至多約5毫米、至多約1毫米、至多約0.5毫米)厚。在一些實(shí)施例中，子基座602比基底502厚，以及，在某些實(shí)施例中，基底502比子基座602厚。
移除緩存層504及曝露/清潔層506的表面后，可將層506的厚度減少至所需的用于發(fā)光裝置的最終厚度。例如，這可通過單獨(dú)使用機(jī)械蝕刻工藝，或者與一蝕刻工藝一起使用來實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，在蝕刻/清潔層506的曝露表面后，506層的表面具有相對(duì)高的平直度(例如按所使用的光刻標(biāo)線(reticle)的比例的相對(duì)高的平直度)。例如，在一些實(shí)施例中，在蝕刻/清潔層506的曝露表面后，層506的表面的平直度為至多約每6.25平方厘米10微米(例如至多約每6.25平方厘米5微米、至多約每6.25平方厘米1微米)。又如，在某些實(shí)施例中，在蝕刻/清潔層506的曝露表面后，層506的表面的平直度為至多約每平方厘米10微米(例如至多約每平方厘米5微米、至多約每平方厘米1微米)。在某些實(shí)施例中，在蝕刻/清潔層506的曝露表面后，層506的表面的RMS粗糙度為至多約50納米(例如至多約25納米、至多約10納米、至多約5納米、至多約1納米)。
在一些實(shí)施例中，在形成根據(jù)層506的表面中的圖形而空間變化的介電函數(shù)之前，對(duì)于使用納米光刻來形成具有足夠精度和/或再現(xiàn)性的圖形來說，層506的曝露表面可能太粗糙和/或不夠平。為了增加精確地和/或可再現(xiàn)地形成層506中的圖形的能力，納米光刻工藝可包括在層506的表面沉積平整層并且在平整層的表面沉積光刻層。例如，圖31示出了平整層702置于層506的表面且光刻層704置于層702的表面的實(shí)施例，在清潔/蝕刻層506后，層506的曝露表面505可相當(dāng)粗糙(例如RMS粗糙度為約10納米或更大)。在一些實(shí)施例中，平整層702由順序沉積的多個(gè)層(例如相同材料的)構(gòu)成。
平整層702可選擇的材料包括聚合物(例如布魯爾科技公司(BrewerSciences)的DUV-30J、防反射涂料、高粘性可成型聚合物)，光刻層704可選擇的材料包括UV固化聚合物(例如分子壓印公司(Molecular Imprints Inc.)的低粘性MonoMatTM)?？墒褂萌魏嗡璧募夹g(shù)來形成層702及704，例如，旋涂、氣相沉積，及類似者。
例如，層702可為至少約100納米厚(例如至少約500納米厚)和/或至多約5微米厚(例如至多約1微米厚)。例如，層704可為至少約1納米厚(例如至少約10納米厚)和/或至多約1微米厚(例如至多約0.5微米厚)。
然后將確定所需圖形的一部分的模型壓印(pressed)入光刻層(一般對(duì)模具和/或?qū)?04加熱或UV固化)，且以一部分接一部分(portion by portion)的方式越過(stepped across)層704的表面以形成層704中與層506的表面中所需圖形相應(yīng)的鋸齒。在一些實(shí)施例中，單個(gè)步驟覆蓋整個(gè)晶片(例如全晶片納米光刻技術(shù))。然后蝕刻層704(例如使用反應(yīng)離子蝕刻、濕蝕刻)以曝露層702的表面與層704的鋸齒部分相應(yīng)的部分(圖33)。例如，這種壓印/蝕刻技術(shù)揭露于第5,722,905號(hào)美國專利以及張等人的Applied Physics Letters，Vol.83，No.8，pp.1632-34，兩者皆通過引用合并在此。一般地，層704中的圖形亦留有一些區(qū)域，用于在后續(xù)工藝步驟沉積n接觸部。在替代實(shí)施例中，可使用其他技術(shù)(例如x射線光刻、深紫外光刻、超紫外光刻、沉浸光刻、干擾光刻、電子束光刻、照相平板術(shù)(photolithography)、微接觸印刷、自組裝技術(shù))來生成層704中的圖形。
如圖34所示，將已刻圖的層704用作掩膜以將圖形轉(zhuǎn)移至平整層702(例如干蝕刻、濕蝕刻)。反應(yīng)離子蝕刻是干蝕刻方法的一個(gè)例子。參見圖35，順序?qū)?02及704用作掩膜以將圖形轉(zhuǎn)移入層506的表面(例如使用干蝕刻、濕蝕刻)。如圖36所示，在蝕刻層506之后，將層702及704移除(例如使用氧基反應(yīng)離子蝕刻、濕溶劑蝕刻)。
參見圖37，在一些實(shí)施例中，工藝可包括將材料708(例如金屬，諸如鋁、鎳、鈦、鎢)置于層702及704的蝕刻部分(例如通過蒸鍍)以及層704的表面。如圖38所示，然后蝕刻(例如使用反應(yīng)離子蝕刻、濕蝕刻)層702及704，將防蝕刻材料708留在層506的表面上，它可用作掩膜將圖形蝕刻到層506的表面(圖39)。參見圖40，然后移除防蝕刻材料708(例如使用干蝕刻、濕蝕刻)。
在一些實(shí)施例中，工藝包括，在層704中形成鋸齒后，將防蝕刻材料(例如Si摻雜聚合物)710放置(例如旋涂)于層704的表面上以及層704中的鋸齒中，然后將材料710回蝕(etch back)(例如使用干蝕刻)以使得層704的表面曝露同時(shí)將防蝕刻材料保持在層704的鋸齒內(nèi)(圖41)。如圖42所示，然后蝕刻層702及704的部分(例如使用反應(yīng)離子蝕刻，干蝕刻、濕蝕刻)，留有防蝕刻材料708以及材料708下的層702及704的部分，用作用于將圖形蝕刻入層506表面的掩膜(圖43)。參見圖44，然后可移除層702及704的剩余部分以及防蝕刻材料(例如使用反應(yīng)離子蝕刻、干蝕刻、濕蝕刻)。在一些實(shí)施例中，層708的移除可包括使用等離子體工藝(如氟等離子體工藝)。
當(dāng)圖形被轉(zhuǎn)移至n摻雜層506后，可視需要將一層磷材料放置(例如旋涂)于n摻雜層506的已刻圖的表面。在一些實(shí)施例中，磷可共形地涂布已刻圖的表面(沿已刻圖的表面的底部及側(cè)壁以基本不具空隙的方式涂布)。或者，可將一層灌封材料置于已刻圖的n摻雜層506的表面上(例如通過CVD、濺射、通過隨后蒸鍍的液態(tài)粘結(jié)劑懸浮)。在一些實(shí)施例中，灌封劑可含有一種或多種磷材料。在一些實(shí)施例中，可將磷壓縮以獲得小于磷的平均厚的約20％、約15％、約10％、約5％、約2％的厚度均勻性。在一些實(shí)施例中，含磷灌封劑可共形地涂布已刻圖的表面。
在n摻雜層506中生成介電函數(shù)圖形之后，從晶片切割出單個(gè)LED裸芯。一旦完成晶片處理和晶片測(cè)試，就分離及制備單個(gè)LED裸芯以用于封裝及測(cè)試。可使用側(cè)壁鈍化(sidewall passivation)步驟及預(yù)分離深斜角蝕刻步驟來降低在晶片切割過程中發(fā)生的對(duì)已刻圖LED的電和/或光特性的潛在損害。單個(gè)LED的尺寸可為最大至晶片本身尺寸的任何尺寸，但單個(gè)LED一般是正方形或矩形的，其側(cè)邊長度為約0.5mm至5mm之間。為了形成裸芯， 可使用標(biāo)準(zhǔn)光刻來限定晶片上為裝置提供能量的接觸墊的位置，并且將歐姆接觸部蒸鍍(例如使用電子束蒸鍍)至所需的位置上。
盡管描述了制造LED100的某些實(shí)施例，但亦可使用其他制造方法。例如，在一些實(shí)施例中，可將LED100形成在單個(gè)臺(tái)面(mesa)上(例如與包括具他LED或其他裝置的其他臺(tái)面隔開)。
圖45示出了包括多層堆疊的LED晶片2000，所述多層堆疊包括基底2008、層2006、層2004及層2002。基底2008一般可為如上文所述的基底500，且層2006、2004及2002一般可分別為如上文所述的層506、510及512。
圖46示出了包括層2002、2004、2006及基底2008的多層堆疊2010，如上所述。多層堆疊2010亦包括已刻圖阻擋層2012。已刻圖阻擋層2012提供用于選擇性材料沉積(例如金屬沉積)的掩膜。已刻圖阻擋層2012可形成決定從臺(tái)面形成的LED的結(jié)果橫截面形狀的重復(fù)圖形(例如正方形、矩形、圓形、六角形或其他限制圖形)。
圖47顯示了包括多層堆疊2010以及層2018及2020的多層堆疊2016。例如，層2018及2020可為沉積于多層堆疊2010的上表面的金屬層。層2018及2020一般選擇為能夠形成與p摻雜GaN層2002接觸以及能夠結(jié)合。例如，可選擇層2020為形成接觸且包括p接觸金屬層(例如由Ni、氧化錫銦(Indium-TinOxide，ITO)、Ag、Al、Ti、Cu、Rh、Pt或它們的合金構(gòu)成的層)以及鏡層(例如由Ag、Al、ITO、Cu、W、Pt、TiN或?yàn)樗鼈兊暮辖饦?gòu)成的層)。此外，亦可包括擴(kuò)散層(例如Pt或Ti-N)來防止或限制分層堆疊中任何金屬的擴(kuò)散或化學(xué)反應(yīng)。例如，擴(kuò)散層可防止Sn相對(duì)快速地從結(jié)合層擴(kuò)散。此外，可沉積多種黏著層(adhesion layer)(例如，Ti)以幫助多層堆疊的不同層之間的粘合。層2018一般可根據(jù)結(jié)合特性來選擇且用作結(jié)合介面層。例如，層2018可包括Ag、AgSn、Au-Sn、Pb-Sn、Pd-In或Au-Ge?？墒褂枚喾N金屬沉積工藝(例如電子束、濺射、熱/電阻蒸鍍或電鍍)來沉積層2018及2020。在一些實(shí)施例中，使用濺射工藝來沉積層2018且使用電子束工藝來沉積層2020。此外，可包括擴(kuò)散層(例如Pt或Ti-N)。擴(kuò)散層可防止或限制分層堆疊中這些金屬的擴(kuò)散或化學(xué)反應(yīng)。此外，可設(shè)置多種黏著層(例如Ti)以幫助多層堆疊的不同層之間的粘合。
圖48示出了多層堆疊2024，其通過在多層堆疊2016上執(zhí)行剝離(liftoff)工藝以移除已刻圖阻擋層2012及通過已刻圖阻擋層2012來支撐的層2018及2020的區(qū)域(例如阻擋層置于層2020與層2002之間的區(qū)域)而構(gòu)成。保留沉積于不具阻擋層以使金屬沉積于層2022上的區(qū)域(例如在沉積層2018及2020之前阻擋層已刻圖或已移除的區(qū)域)的金屬層2018及2020。由此，金屬層2018及2020在多層堆疊2024的表面形成阻擋圖形的負(fù)像(negative image)。
圖49示出了通過在多層堆疊2024的區(qū)域上沉積阻擋層2028而形成的多層堆疊2026。阻擋層2028可延伸通過金屬層2018及2020的邊沿且在后續(xù)的蝕刻過程中屏蔽金屬層2018及2020。
圖50示出了包括由基底2008支撐的臺(tái)面2032的多層堆疊2030。例如，可通過對(duì)多層堆疊2026的層2002、2004及2006進(jìn)行蝕刻以將金屬層2018及2020的圖形轉(zhuǎn)移入多層堆疊2026而形成臺(tái)面2032。例如，可利用包括Cl2、Ar、BCl3或SiCl4的氯基蝕刻來蝕刻臺(tái)面2032。臺(tái)面2032的高度是由起始多層堆疊2000及沉積層2018及2020的厚度決定的。例如，臺(tái)面2032可為至少約1mm高(例如至少約2mm高、至少約3mm高、至少約4mm高、至少約5mm高、至少約6mm高、至少約7mm高、至少約8mm高、至少約9mm高、至少約10mm高)。形成臺(tái)面2032的層2002、2004及2006的蝕刻可增加包括多層堆疊2030及臺(tái)面2032在內(nèi)的晶片的撓性。晶片撓性的增加有利于如下所述地將多層堆疊2030結(jié)合至子基座。形成臺(tái)面2032的層2002、2004及2006的蝕刻可形成包括多層堆疊2030及臺(tái)面2032在內(nèi)的晶片內(nèi)的通道的連接網(wǎng)絡(luò)。晶片內(nèi)通道的連接網(wǎng)絡(luò)有利于如下所述地將多層堆疊2030結(jié)合至子基座。
圖51示出了包括由基底2008支撐的臺(tái)面2035的多層堆疊2036。臺(tái)面2035是通過從臺(tái)面2032移除阻擋層2028而形成的。可對(duì)層2018的上表面進(jìn)行結(jié)合制備工藝。例如，層2018的表面可經(jīng)化學(xué)清潔、機(jī)械清潔，或者以等離子體、化學(xué)物質(zhì)或氣體處理以準(zhǔn)備層的結(jié)合。
圖52示出了多層堆疊2038，其包括具有沉積結(jié)合層2040的子基座2042。多層堆疊2038可包括與圖28所示的多層堆疊600中的層類似的層，且可使用與上述工藝類似的工藝形成。
圖53示出了通過將多層堆疊2036的層2018與多層堆疊2038的層2040結(jié)合形成的多層堆疊2046。例如可利用熱機(jī)械按壓工藝來結(jié)合層2018及2036。如根據(jù)圖29中所示工藝所描述的，可選擇多種溫度及壓力。由于臺(tái)面2035而增加的晶片的撓性允許更大程度的晶片翹曲容差及被結(jié)合的晶片的平面性的程度。臺(tái)面2035之間的空間允許聚積于結(jié)合介面的氣體擴(kuò)散到臺(tái)面2035之間的蝕刻通道，由此，可能減少由結(jié)合層所聚集的氣體而造成的結(jié)合層的空間(void formation)。不希望受理論的束縛，認(rèn)為空間的形成可以減少結(jié)合層的熱傳導(dǎo)性和降低發(fā)光設(shè)備的效率。
圖54及55示出了將結(jié)合的多層堆疊2046曝露于電磁輻射(由箭頭2048表示)以及將基底2008移除。曝露于電磁輻射2048及基底2008的移除與上述工藝類似。盡管未示于圖45-54示出，但是在一些實(shí)施例中，可在基底2008與層2006之間放置半導(dǎo)體層(例如與上文中關(guān)于層504所描述的相似)。在這些實(shí)施例中，曝露于電磁輻射2048，至少部分地分解基底2008與層2006之間的半導(dǎo)體層以致可移除基底2008。在某些實(shí)施例中，層2006與基底2008之間不放置半導(dǎo)體層，并且通過輻射2048分解層2006的一部分。
曝露于電磁輻射期間的半導(dǎo)體材料的分解可在多層堆疊內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力。此外，可形成氣體(例如氮?dú)?作為分解的產(chǎn)物。這氣體，特別是若聚集在經(jīng)分解的層中，則可產(chǎn)生應(yīng)力，并且，若應(yīng)力足夠大，則可發(fā)生裂紋或其他非所需的結(jié)果。臺(tái)面2035之間存在的區(qū)域允許氣體從臺(tái)面2035擴(kuò)散且積聚在臺(tái)面2035之間的蝕刻通道或空間中(亦稱為氣體積聚層)。本來聚集的氣體的擴(kuò)散及逸出減少半導(dǎo)體層的沉積過程中多層堆疊中的應(yīng)力。在一些實(shí)施例中，臺(tái)面2035之間的通道形成遍及晶片的通道網(wǎng)絡(luò)，允許氣體從通道經(jīng)由延伸至晶片邊沿的開口逸出。
半導(dǎo)體材料分解后，移除基底2008，從而形成包括支撐已轉(zhuǎn)移臺(tái)面2053的子基座的多層堆疊2050(圖55)。臺(tái)面從基底2008轉(zhuǎn)移至子基座2040后，層2006中包括的n摻雜區(qū)域臨近臺(tái)面2053的頂部。移除子基座2008或子基座2008的一部分后，殘留物2052仍留在臺(tái)面2053上(見上文根據(jù)圖31及32的描述)。如圖56所示，可使用一或多步步驟來移除層2052以及清潔層2006的表面，形成臺(tái)面2055。已根據(jù)圖31及32描述了移除殘留物2052的方法。接著，可對(duì)臺(tái)面2055的層2006的上表面進(jìn)行刻畫以從臺(tái)面2055的總數(shù)量的至少約10％(例如至少約20％、至少約30％、至少約40％、至少約50％、至少約60％、至少約70％、至少約80％、至少約90％)形成LED?；蛘?，可對(duì)晶片上的所有臺(tái)面進(jìn)行刻畫。一些實(shí)施例中，LED形成工藝與上文所述工藝類似且可包括上述工藝中的多種變換。一般的，在臺(tái)面2005上沉積或生長有至少一硬掩膜層2060(例如低溫氧化物(LTO)、SiO2、氧化物、SiNx、Ni、鉻)。在至少一硬掩膜層2060上沉積阻擋層2058一形成如圖57所示的多層堆疊2056。使用如上文所述的壓印工藝將圖形壓印入阻擋層2058。壓印工藝可為臺(tái)面接臺(tái)面(mesa-by-mesa)工藝(例如將圖形壓印入一個(gè)臺(tái)面，然后將模型2062移至不同的臺(tái)面且將圖形壓印入不同的臺(tái)面)。若使用臺(tái)面接臺(tái)面工藝，可將模型2062與臺(tái)面2062對(duì)齊(registered)或?qū)?zhǔn)(aligned)以在壓印前決定臺(tái)面2063的取向及高度?；蛘?，可使用其他光刻技術(shù)來刻畫表面的圖形。
盡管所描述的實(shí)施例使用剛性模型2062，但在圖形刻圖過程中可使用與臺(tái)面特征一致的撓性掩膜或模型作為代替。共形掩膜可包括諸如膜或其他撓性材料的層。例如，可使用厚度為約0.5mm至100mm之間的Ni層。使用撓性模型刻層2058的圖形過程中，模型與臺(tái)面的表面一致且將圖形轉(zhuǎn)移入一個(gè)或多個(gè)臺(tái)面的層2058的表面。例如，撓性模型可大于晶片且可在單個(gè)步驟中對(duì)所有臺(tái)面進(jìn)行刻圖。由于模型的撓性，可適應(yīng)整個(gè)晶片中的臺(tái)面高度不同而無需要求掩膜與單個(gè)臺(tái)面對(duì)齊。此外，子基座2042可由諸如金屬(例如CuW)的撓性材料構(gòu)成以允許包括臺(tái)面2055的子基座2042以及模型兩者俱可以在壓印過程中彎曲或相一致。
例如使用上文所述的方法(圖60)將阻擋層2058中的圖形(圖59所示)轉(zhuǎn)移入至少一個(gè)硬掩膜層2060及層2006的一部分?？墒褂萌缟衔乃龅亩喾N圖形來刻層2006的圖形。
可移除層2058及2060的剩余部分，并且隨后沉積接觸層。圖61示出了包括層2006的已刻圖表面以及沉積接觸層2068及2070的多層堆疊2066?？扇缟衔乃龅爻练e接觸層2068及2070。接觸層2070便于與層2006的歐姆接觸。在一些實(shí)施例中，接觸層2070共形地涂布層2006中的圖形。層2006(例如由Al、Ti、Ni、氧化錫銦(ITO)、Ag、Cu、Rh、Pt或它們的合金)亦可包括一層或多層黏著層(例如Ti)和/或一層或多層擴(kuò)散阻擋層(例如Ni、Ti-N、Pt)。不希望受理論的束縛，認(rèn)為接觸層(例如Au、Al、Ag)便于電流擴(kuò)散以及減少沿接觸層的歐姆發(fā)熱。或者，可在上述關(guān)于圖57-59描述的刻圖步驟之前沉積接觸層。在刻圖前沉積接觸層的實(shí)施例中，層2006的已刻圖區(qū)域與接觸區(qū)域隔開。在一些實(shí)施例中，歐姆接觸沉積以及刻圖步驟為自對(duì)齊的。
圖62示出了通過劃片(scribing)及分裂(cleaving)工藝、裸芯切割(Die Saw)工藝、激光劃片工藝或其他分離技術(shù)，與由子基座2042支撐的其他裝置分離的單獨(dú)裝置2072a及2072b?？煞庋b單獨(dú)裝置2072a及2072b。單獨(dú)裝置2072a及2072b的封裝包括形成從封裝的金屬接觸區(qū)域(例如Au、Al、Ag)延伸至金屬墊或印制線(例如Au、Al、Au)的引線結(jié)合(wire bond)以形成至LED的電接觸(例如球結(jié)合、楔結(jié)合)。單獨(dú)裝置2072a及2072b的封裝亦包括將裝置焊接(soldering)(例如裸芯粘接工藝(die-attach process))至封裝內(nèi)的適當(dāng)位置。例如，裸芯粘接工藝中使用的焊料可為AuSn、PbSn、Au-Ge、AgSn或其他焊料材料。封裝亦可包括防反射涂布窗2068以允許LED所發(fā)光更有效地從封裝逸出。
盡管上文圖45-62中所描述的工藝包括對(duì)臺(tái)面2063的表面進(jìn)行曝露及刻圖以在一個(gè)臺(tái)面接一個(gè)臺(tái)面的基礎(chǔ)上形成LED，但其他實(shí)施例可包括同時(shí)對(duì)多個(gè)臺(tái)面進(jìn)行刻圖。例如，如圖63所示，可將平整層2073(例如阻擋層、聚酰亞胺層、聚合物層或氧化物層)沉積至支撐臺(tái)面2055的子基座2042上。如圖64所示，對(duì)平整層2073進(jìn)行平整以與臺(tái)面2055大致一般齊(例如與層2006的頂表面一般齊或水平)。用于平整平整層2073的技術(shù)一般根據(jù)層2073所選材料的不同而不同。例如，若平整層2073包括阻擋層，則可機(jī)械或熱-機(jī)械按壓阻擋層以形成平坦表面。又如，若平整層2073包括氧化物，則可拋光(例如通過CMP工藝)氧化物以平整表面且使層2006的上表面曝露。
基本平坦的表面形成后，將硬掩膜層2076及阻擋層2075沉積在多層堆疊2074上。使用上述技術(shù)之一將阻擋層2075刻成如圖66及67所示的圖形。這一工藝將圖形轉(zhuǎn)移至晶片的實(shí)質(zhì)部分。例如，若掩膜2077大于晶片，則在單個(gè)步驟中對(duì)整個(gè)晶片刻圖。若掩膜2077沒有覆蓋整個(gè)晶片，則掩膜2077越過晶片以便將圖形轉(zhuǎn)移入阻擋層2075。隨后使用上文所述的蝕刻工藝將在阻擋層2075中曝露的圖形轉(zhuǎn)移入至少一個(gè)硬掩膜層2076及層2006。對(duì)層2006刻圖后，移除硬掩膜層2076及平整層2073以形成圖68所示的多層堆疊2077。例如，可使用氧氣等離子體蝕刻、溶劑清洗或化學(xué)蝕刻來移除平整層2073。
盡管上文圖45-68所描述的工藝包括使用光刻技術(shù)對(duì)臺(tái)面2063的表面進(jìn)行曝露及刻圖，以在一個(gè)臺(tái)面接一個(gè)臺(tái)面的基礎(chǔ)上形成LED，其他實(shí)施例包括使用其他技術(shù)來對(duì)臺(tái)面的表面刻圖。例如，如圖69-74所示，可使用顆粒的自組裝單層來對(duì)臺(tái)面2055的表面刻圖。多層堆疊2056(圖69)浸入包括微米級(jí)膠質(zhì)顆?；蛑榱?092的球殼的溶液2091中(圖70)。微米級(jí)膠質(zhì)顆粒包括聚合物珠粒(例如聚苯乙烯珠粒)及介電珠粒(例如，氧化物或藍(lán)寶石珠粒)?；蛘?，可在旋涂工藝中將液體分配于多層堆疊的表面。顆粒在滴狀物的表面上自組裝以使總介面能量最小(圖71)。隨著溶液從臺(tái)面2055的表面蒸發(fā)，珠粒2092的單層剩余在臺(tái)面的表面上。珠粒的自組裝陣列的排序可根據(jù)多個(gè)因素而改變，例如包括溫度、溶液2091中珠粒2092的百分比、濕度、干燥速率及基底或表面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。亦可使用多種尺寸的珠粒以形成多種超晶格圖形。此外，根據(jù)干燥技術(shù)，自組裝可生成具有無序晶界的有序晶粒。在一些實(shí)施例中，非均衡干燥條件可致使納米顆粒自組裝為復(fù)雜周期圖形、非周期圖形、準(zhǔn)晶圖形或輕微無序的周期圖形。不希望受理論的束縛，認(rèn)為這些圖形可便于有效的光提取。在臺(tái)面2055的表面上形成珠粒2092的自組裝陣列之后，在臺(tái)面2055的表面或如SiO2層的另一硬掩膜層上沉積材料2093薄層(例如諸如Ni、Ti、W或鉻的金屬層)(圖72)。例如，使用蝕刻工藝或剝離工藝來移除珠粒2092以及層2093的由珠粒2092支撐的部分。層2093的由珠粒2092支撐的部分的移除在層2093的剩余部分生成珠粒排列的負(fù)像。隨后可將層2093用作掩膜層來蝕刻層2006。將圖形轉(zhuǎn)移入層2066后，可移除層2093以形成如圖74所示的多層堆疊2096。盡管上文描述了球形珠粒，一般的，球形珠粒可指代類似自組裝工藝所使用的任何類型的納米顆粒。一般，納米顆?？擅枋鰹橐痪S長度為至少約0.01mm(例如至少約0.1mm、至少約0.5mm、至少約1mm、至少約2mm、至少約5mm、至少約10mm)的顆粒。盡管如上所述的顆粒是球形的，但是可以使用其他形狀的顆粒。
如上文所示，可通過使多層堆疊2046中的一層曝露于電磁輻射來分解該層從而從臺(tái)面2032移除基底2008。在一些實(shí)施例中，根據(jù)臺(tái)面2055的形狀來選擇電磁輻射束的形狀。例如，如圖75所示，可選擇電磁輻射束2090以交疊在一個(gè)臺(tái)面的至少一條邊沿(例如一個(gè)臺(tái)面的至少兩條邊沿、一個(gè)臺(tái)面的至少一條邊沿以及另一臺(tái)面的另一條邊沿)上。在這一實(shí)例中，細(xì)長光束掃過以順序地照射臺(tái)面的一些部分(例如部分2080a-d)。在另一實(shí)例中，如圖76所示，光束的形狀與臺(tái)面的橫截面匹配或基本匹配。在這一實(shí)例中，光束覆蓋臺(tái)面2055的實(shí)質(zhì)部分或與臺(tái)面交疊及在一個(gè)臺(tái)面接一個(gè)臺(tái)面的基礎(chǔ)上照射臺(tái)面。
在一些實(shí)施例中，整個(gè)晶片表面的臺(tái)面20558高度可不同。例如，由于起始多層堆疊2000或其他沉積層(例如，層2018及2020)的非均勻沉積厚度而使高度不同。臺(tái)面2055的高度亦可因非均勻平整而不同。此外，由于晶片中的翹曲，整個(gè)晶片中的臺(tái)面2055的高度及取向可不同。在一些實(shí)施例中，在對(duì)臺(tái)面2055的表面刻圖以形成LED之前映射臺(tái)面2055的高度?？紤]到整個(gè)晶片上臺(tái)面2055的高度及取向的不同而對(duì)光刻進(jìn)行補(bǔ)償。例如，系統(tǒng)可映射整個(gè)晶片上的總厚度變化、卷曲(warp)、焦點(diǎn)平面偏差，或局部厚度變化，并且可根據(jù)測(cè)量結(jié)果來調(diào)整光刻。
在一些實(shí)施例中，起始多層堆疊2000中的翹曲量使得難以將多層堆疊2000結(jié)合至子基座。在該實(shí)例中，在將多層堆疊結(jié)合至子基座2042之前將晶片中的翹曲減少為可接收量是有利的。當(dāng)蝕刻多層堆疊以形成晶片上的臺(tái)面時(shí)，沉積層(例如層2002、2004及2006)內(nèi)的應(yīng)力減少且晶片2000的撓性增加。由于晶片的撓性增加，晶片的翹曲降低。由此，為了將翹曲減少至可接收水平，可選擇多個(gè)臺(tái)面且將這些臺(tái)面蝕刻入晶片，或者至蝕刻深度(可能伸入基底2008)使得翹曲實(shí)質(zhì)減少。晶片形成臺(tái)面并且減少晶片的非平面性的晶片2000的選擇性蝕刻可為迭代工藝(iterative process)。例如，晶片2000的一部分可專用于翹曲減少但不用于LED形成，且可將多個(gè)蝕刻通道迭代地蝕刻入晶片2000的專用部分直至足夠地減少晶片2000中翹曲。在其他實(shí)施例中，晶片2000的一些部分中用以去除曲度的臺(tái)面隔離蝕刻可與其他區(qū)域中用以去除翹曲的臺(tái)面隔離蝕刻不同(例如不同的深度)。
盡管在上述的一些實(shí)施例中，對(duì)從單個(gè)臺(tái)面形成的LED進(jìn)行封裝。亦可對(duì)多個(gè)臺(tái)面分組且分隔為一組以使一個(gè)封裝裝置中可包括多個(gè)從不同鄰近臺(tái)面形成的LED。這提供了冗余的好處，使得若一些臺(tái)面沒有形成功能性裝置或在使用時(shí)失效，則封裝裝置仍能夠發(fā)光。此外，這一技術(shù)可用于小于最終LED尺寸的網(wǎng)格(例如0.5mm)以構(gòu)建多種矩形幾何(例如16比9、4比3及1比1)的較大LED。此外，可將多個(gè)能夠發(fā)不同顏色(例如紅色、綠色、藍(lán)色)或波長的光的LED封裝入相同的封裝。
盡管在上述的一些實(shí)施例中，轉(zhuǎn)移多個(gè)起始由基底(例如基底2008)支撐的臺(tái)面以使臺(tái)面通過單個(gè)子基座(例如子基座2042)支撐，或者可將臺(tái)面轉(zhuǎn)移至多個(gè)不同的子基座或放置于另一基底或裝置上的所需位置。
在一些實(shí)施例中，可將臺(tái)面的形狀選擇為與微顯示器的形狀相匹配或接近匹配。例如，臺(tái)面的縱橫比可選擇為16比9或4比3以匹配類似的成比例微顯示器、例如投影微顯示器。
在一些實(shí)施例中，各臺(tái)面可以這樣一種形式定位在電網(wǎng)絡(luò)中，即各LED代表顯示器(例如投影顯示器)中的一個(gè)像素。
盡管在上述實(shí)施例中，蝕刻由基底支撐的沉積層以形成臺(tái)面，但是在一些實(shí)施例中，亦可蝕刻基底的一部分。這可進(jìn)一步增加晶片的撓性。
在一些實(shí)施例中，如圖77A所示，LED1802的接觸部布局包括兩個(gè)導(dǎo)電墊1804a及1804b以及從導(dǎo)電墊1804a及1804b向LED1802的中心區(qū)域延伸的導(dǎo)電條(或指)1806。與導(dǎo)電墊1804a及1804b連接的引線結(jié)合(未示出)向LED1802提供電流及電壓。導(dǎo)電條1806將電流從導(dǎo)電墊1804a及1804b擴(kuò)散至LED1802的頂表面1808。條1806允許在有足夠的擴(kuò)散電流穿過頂表面1080同時(shí)限制被接觸部覆蓋的表面1808的量。
圖77B示出了包括導(dǎo)電墊1804a及1804b以及導(dǎo)電條1806的LED1802的俯視圖。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電墊1804a及1804b的寬度可大于導(dǎo)電條1806的寬度。墊1804a及1804b的較大寬的允許墊1804a及1804b用作電源總線并且將較大量的電能沿總線擴(kuò)散至條1806。墊1804a及1804b以及條1806的寬度可與LED1802的尺寸相關(guān)和/或根據(jù)其他因素，如光刻及工藝參數(shù)。
例如，LED的尺寸范圍為一側(cè)約0.5mm至1cm。如上所述，LED1802的縱橫比可不同。導(dǎo)電墊1804a及1804b的寬度例如可為約50um至約500um，且條1806的寬度例如可為約1um至50um。例如，導(dǎo)電墊1804a及1804b的高度可根據(jù)饋給至該LED的電流及電能或者根據(jù)沉積及工藝參數(shù)而變化。例如，導(dǎo)電墊1804a及1804b以及條1806的高度可為約0.1um到約10um。
一般，條1806的長度及形狀可隨需改變。如圖77B所示，條1806可為矩形且從導(dǎo)電墊1804a及1804b向LED1802的中心區(qū)域延伸。或者，條1806可為不同的形狀，如正方形、三角形或梯形。
圖78A至78C示出了接觸部結(jié)構(gòu)的另一實(shí)例。在該實(shí)例中，多個(gè)條1812穿過LED1810的整個(gè)長度，從而將導(dǎo)電墊1804a與導(dǎo)電墊1804b連接。接觸條1812具有關(guān)聯(lián)電阻率rm、厚度tb及長度l。通過將該結(jié)構(gòu)簡化為如圖78C所示的等效電路模型可以估算基于導(dǎo)電墊1804a及1804b以及接觸條的LED1810的電流分布特性。
LED1810的縱橫比可影響該系統(tǒng)的電流損耗?？筛鶕?jù)下列方程來計(jì)算LED1810的縱橫比‘L’L=Ab/a]]>其中，A為裸芯的表面積(例如長度乘以寬度)且a及b為裸芯的縱橫比。例如對(duì)于縱橫比為16×9的LED，a＝16，b＝9。
如前所述，為了使得LED所發(fā)光可以經(jīng)由表面發(fā)出，接觸條1812不覆蓋LED1810的整個(gè)表面。由于接觸部僅覆蓋LED1810表面的一部分，將接觸電阻除以表面覆蓋比f，如下列方程所示ρn-c→ρn-c/f可根據(jù)下列方程來估算結(jié)的電流密度J=J0(eeVj/KT-1),]]>
其中J0為結(jié)飽和電流且T為絕對(duì)溫度。上述估算忽略了橫向電流擴(kuò)散中的n型材料的貢獻(xiàn)量。然而，一般，由于接觸部的導(dǎo)電率n型材料的導(dǎo)電率大得多，電流擴(kuò)散絕大部分發(fā)生于金屬接觸部。例如，接觸部導(dǎo)電率與n型材料的導(dǎo)電率之比可在約100至約500的范圍內(nèi)。
在類似系統(tǒng)中(但這些墊之間有無窮的隔離(infinite separation))，若處于正向偏置(例如Vi＞＞kT/e)中執(zhí)行計(jì)算，且若串聯(lián)電阻的電壓降比kT/e(例如，ρp-c+ρn-c/f+ρptp+ρntn)J0eeVj/kT>>kT/e]]>)大得多，則可根據(jù)下列方程來估算結(jié)的電流密度分布的線性近似J(x)=J1(e-x/Ls+e-(L-x)/Ls)]]>其中J1為墊之下的電流密度，x為相距墊的距離，且Ls為如下方程所示的電流擴(kuò)散長度Ls=(ρp-c+ρn-c/f+ρptp+ρntn)tm/ρm]]>這一估算假設(shè)這些墊之間有無窮隔離。然而，對(duì)于具有非無窮隔離的線性近似，可將單個(gè)墊的解相加在一起。上述過程引入接近裸芯中心的誤差，但不認(rèn)為其會(huì)顯著地改變物理趨勢(shì)。
在裝置的中心x＝L/2處出現(xiàn)最小電流密度，并且可根據(jù)下列方程估算Jmin=2J1e-L/2Ls]]>其中用如下方程估算均勻因子(uniformity factor)U=J(L/2)J(0)=2e-L/2Ls1+e-L/Ls.]]>對(duì)于具有相同表面積的裸芯，正方形形狀變?yōu)榻佑|條沿著較小一則的、縱橫比為a，b的矩形形狀，最小電流密度增大而以下列方程修正均勻因子Jmin′=2J1e-Ab/a2Ls]]>U′=J(L′/2)J(0)=2e-Ab/a/2Ls1+e-Ab/a/Ls]]>由此，以下列方程估算均勻增大因子S=U′/U=1+e-A/Ls1+e-Ab/a/LseA2Ls(1-b/a)]]>
例如，在正方形(例如a＝b)情況下的均勻增大因子‘S’的最小值為S＝1。對(duì)于16×9的矩形，設(shè)下列值ρm＝2.2·10-6Ωcm(金)，ρp-c＝1.0·10-3Ωcm2，ρp＝5.0Ωcm，ρn-c＝1.0·10-4Ωcm2，ρn＝5.0·10-3Ωcm，n接觸表面覆蓋率10％，且p、n及金屬的厚度為0.3μm、3.0μm及2μm(10％覆蓋率)。則Ls等于1.4mm。若裸芯表面積為A＝25mm2。在正方形情況下，U＝0.325，而16×9的情況下，U’＝0.5，或者均勻增大因子S＝1.54，即電流均勻性增大54％。
由此，不希望受理論的束縛，認(rèn)為使用矩形形狀的LED有利于電流擴(kuò)散。代替地或附加地，通過在接觸部的一部分下面設(shè)置絕緣層1820(例如氧化物層，圖79A)可以改變接觸電阻率以增進(jìn)電流擴(kuò)散。如圖79A及47B所示，條1812的一部分之下包括絕緣層1820(以虛線示出)。
絕緣層1820在條的頂部處(例如靠近墊1804處)寬度較寬，且朝著裸片的中心區(qū)域變窄。圖79B示出了等效電路圖。
接觸電阻率一般與接觸面積成比例。例如，如下列公式所示，隨著接觸面積減小，接觸電阻率增大，ρn-ceff=ρn-cfeff=ρn-cW2w=ρn-cWL2xwb=ρn-cfL2x]]>其中W為條的重復(fù)率(例如每單位面積的條的數(shù)量)。由于下層的絕緣層1820，接觸部面積在最接近墊1804a及1804b的接觸部邊沿處較小，且隨著距墊1804a及1804b的距離增大而增大。由于接觸面積不同，靠近墊1804a及1804b處的接觸電阻率較高且朝著LED的中心處逐步降低。接觸電阻率的不同迫使電流進(jìn)一步行進(jìn)，減少了電流集聚(current crowding)、增大了經(jīng)由表面所發(fā)出光的均勻性，及減小了性能降級(jí)。可根據(jù)下列方程來估算電流擴(kuò)散長度Ls(x)=(ρp-c+(ρn-c/f)(L/2x)+ρptp+ρntn)tm/ρm.]]>可根據(jù)下列方程來估算沿裸片的結(jié)電流密度J(x)=J1e-∫0xdx/Ls(x)J1e-∫Lxdx/Ls]]>以及最小電流在裝置的中心x＝L/2處，可根據(jù)下列方程估算Jmin=2J1e-∫0L/2dx/Ls(x)]]>以及可根據(jù)下列方程來估算圖79B所示結(jié)構(gòu)的電流均勻因子
U=J(L/2)J(0)=2e-∫0L/Zdx/2Ls(x)1+e-∫0Ldx/2Ls(x).]]>如上文所述，氧化物層1820可迫使電流流向接觸部的端部(例如朝裸芯的中心區(qū)域)從而增加了電流擴(kuò)散。氧化物層1820亦可減少吸光接觸部下的光生成從而允許更大百分比的所生成光從LED的表面出射。
圖80A及80B示出了墊1804a及1804b、接觸部1830及氧化物層1820(由虛線表示且置于接觸部1830的一部分之下)的另一結(jié)構(gòu)。此處的接觸部1830亦為錐形。盡管圖80A所示為線性錐形，亦可使用其他錐形。線性錐形保持與圖79A所示接觸部1812的接觸面積相近的總接觸面積，裸芯中心處的接觸寬度大致為條1812(圖79A)寬度的一半，而墊處的接觸寬度為圖79A所示寬度的3倍?？墒寡趸锏腻F形角度更大以使接觸電阻在墊處最大且在裸芯中心處最小。接觸電阻朝著裸芯中心減少，且條的接觸電阻越接近墊越小。使接觸部及絕緣層為錐形有助于迫使電流流向裸芯中心?？筛鶕?jù)下列方程估算局部擴(kuò)散長度。
Ls(x)=(ρp-c+(ρn-c/f)(L-x)+ρptp+ρntn)tm/(2ρm/(3-4x/L))]]>可使用上文所述的電流分布的類似的積分公式來估算圖80A及80B所示結(jié)構(gòu)的電流分布。
圖81A示出了補(bǔ)充接觸部結(jié)構(gòu)1801的俯視圖，81B及81C示出了補(bǔ)充接觸部結(jié)構(gòu)1801的剖視圖。導(dǎo)電接觸部1836朝著裸芯的中心延伸，但并不連續(xù)地覆蓋條1804a與1804b之間的LED的上表面。絕緣層1834位于接觸部內(nèi)部的LED的頂部與金屬接觸部之間位置。接觸部1836及絕緣層1834兩者俱為錐形。箭頭1837代表從金屬接觸部1836進(jìn)入裸芯表面的電流擴(kuò)散。
圖82示出了估算歸一化結(jié)電流密度的曲線圖1850，其為多種根據(jù)前述方程的接觸部及裸芯結(jié)構(gòu)的條1804a與1804b之間的歸一化距離的函數(shù)。線1856代表具有矩形條且沒有氧化物的正方形裸芯的電流密度，線1858代表具有矩形條且沒有氧化物的矩形裸芯的電流密度，線1860代表具有矩形條以及錐形氧化物的矩形裸芯的電流密度，且線1862代表具有錐形條以及錐形氧化物的矩形裸芯的電流密度。曲線圖1850示出了接觸部的一部分之下矩形芯片(chip)及氧化物層兩者的電流密度分布的改進(jìn)。
圖83A示出了補(bǔ)充接觸部結(jié)構(gòu)1803的俯視圖，圖83B示出了補(bǔ)充接觸部結(jié)構(gòu)1803的剖視圖。絕緣層1805a及1805b分別位于LED的頂部與金屬墊1804a及1804b之間。絕緣層1805a及1805b分別位于金屬墊1804a及1804b的一部分之下，且朝著裸芯的邊緣，以使金屬墊1804a及1804b的一部分分別由絕緣層1805a及1805b支撐，且金屬墊1804a及1804b的一部分分別由發(fā)光二極管的頂表面支撐。氧化物層1805a及1805b減少了吸光金屬墊1804a及1804b之下的光生成從而允許更大百分比的所生成光從LED的表面出射。
盡管上述實(shí)施例包括從金屬墊1804a及1804b延伸的單組的接觸部，但亦可使用多組接觸部。例如，第二組接觸部可從與金屬墊1804連接的接觸部的組延伸等等。此外，盡管所述的為氧化物，但一般，亦可使用任何適當(dāng)?shù)碾娊^緣材料(例如氮化物)來構(gòu)成層。
圖84示出了接觸部實(shí)例1899的實(shí)例的尺寸，可用于估算n接觸部內(nèi)的電傳輸。設(shè)接觸部1899在接觸段(period)D 1870內(nèi)分布均勻電流密度J0?？梢韵铝蟹匠坦浪憬佑|部所載送的總電流Imax＝J0DL這一最大電流在接觸部的頂部(在墊處)流動(dòng)，與由下列方程估算的電流密度相對(duì)應(yīng)Jmax=J0DWTL]]>在離條端部的任意距離x處，可由下列公式估算電流密度J=J0DWTx]]>可由下列公式估算單位長度的電壓降dVcdx=J0DRxWT]]>并且可由下列公式估算單位長度的發(fā)熱量dQcdx=2J02D2Rx2WT]]>求上述方程的積分，可由下列方程估算總電壓降Vc=J0DRL22WT]]>并且下列公式估算條內(nèi)的總發(fā)熱量
Qc=2J02D2RL33WT]]>當(dāng)總發(fā)熱量顯著時(shí)，由于裝置的性能(例如裝置過熱)而破壞了均勻電流假設(shè)。因此，將最大電流密度(電流密度一般與長度成線性比例)、電壓降(電壓降一般與長度的平方成比例)、和/或所發(fā)熱量(熱量一般與長度的立方成比例)減至最小是理想的?；谏鲜鲫P(guān)系，具有更多但更短條的9×16的矩形裸芯具有分別減少至3/4、9/16及27/64的a、b及c。由于條的數(shù)量增大至4/3，認(rèn)為總發(fā)熱量可減少至9/16。
圖85示出了封裝LED裝置1890。一般，封裝應(yīng)能夠在便于光收集的同時(shí)亦提供裸芯的機(jī)械及環(huán)境保護(hù)且允許驅(qū)散裸芯內(nèi)所生成的熱。如上所述，LED1890包括導(dǎo)電墊1804a及1804b以允許電流擴(kuò)散至多個(gè)接觸指1812且驅(qū)散至LED的表面。多個(gè)引線結(jié)合1892提供LED與封裝之間的電流通路。引線結(jié)合1892可由多種導(dǎo)電材料構(gòu)成，諸如金、鋁、銀、鉑、銅和其他金屬或金屬合金。封裝還可包括多個(gè)堡形部(castellation)1894以將電流從封裝的底表面?zhèn)鬏斨练庋b的頂表面以方便電路板上的表面安裝。堡形部1894包括中心區(qū)及電鍍層。中心區(qū)可由例如鎢的難熔金屬構(gòu)成，且可為相對(duì)較厚(例如約100um至約1mm)?？梢灾T如金的導(dǎo)電材料來電鍍中心區(qū)。電鍍的厚度范圍可為約0.5um至約10um且提供支持相對(duì)高功率電平的電流通路。此外，封裝包括封裝在LED裸芯上的透明蓋板1896以在不使用灌封劑時(shí)保護(hù)已刻圖表面506(圖36)。例如使用熔化于熔爐的玻璃粉料(glassy frit)來將透明蓋板1896附接至封裝。或者，例如可使用蓋面焊接(cap weld)或環(huán)氧樹脂來連接蓋板1896。透明蓋板1896可進(jìn)一步涂布一種或多種防反射涂料以增進(jìn)光傳輸。不希望受理論的束縛，認(rèn)為，沒有灌封劑層，允許已刻圖表面LED100中單位面積的容許功率負(fù)載較高。灌封劑的降級(jí)通常是標(biāo)準(zhǔn)LED的共有失效機(jī)理，且可以不使用灌封劑層來避免。封裝裝置1890可安裝于電路板，或其他裝置上，或者直接安裝于散熱器上。
圖86示出了置于散熱器裝置上的封裝裝置1890的散熱模型。封裝裝置1890由芯板1900支持，所述芯板包括附接至散熱器的絕緣及導(dǎo)電區(qū)域(例如使用諸如Al或Cu等金屬的導(dǎo)電區(qū)域)。例如，可使用焊料(焊料的例子包括AuSn焊料、PbSn焊料、NiSn焊料、InSn焊料、InAgSn焊料及PbSnAg焊料)或使用導(dǎo)電環(huán)氧樹脂(例如填銀環(huán)氧樹脂)將封裝裝置1890附接至芯板1900。芯板1900由散熱器金屬層1902及散熱器翅片1904支撐。例如，可使用焊料(焊料的例子包括AuSn焊料、PbSn焊料、NiSn焊料、InSn焊料、InAgSn焊料及PbSnAg焊料)或使用環(huán)氧樹脂(例如填銀環(huán)氧樹脂)將芯板1900附接至散熱器金屬層1902。在此模型中，假設(shè)隨著熱朝著散熱器消散而熱從封裝裝置1890擴(kuò)散。擴(kuò)散角1906代表熱從封裝裝置1890散出的角度。擴(kuò)散角1906一般根據(jù)系統(tǒng)的材料特性及垂直布局而不同。散熱器中不同層的擴(kuò)散角1906不同?？捎上铝蟹匠坦浪愫穸葹閐x的片的熱阻dRth=dxK01Sxn2=dxK01(S′+2xtanθ)2]]>其中K0為導(dǎo)熱率而S’為元件頂部的導(dǎo)熱前沿(heat front)的尺寸。積分得到阻率方程R=dK01S′(S′+2dtanθ)]]>對(duì)于矩形的情況，計(jì)算這一阻率得到圖87所示的結(jié)果。圖87示出了厚度較大和擴(kuò)散角為45度的系統(tǒng)的Rth_rectangle/Rth_square(其中Rth為熱阻)計(jì)算比。熱阻隨縱橫比的增大而減小。例如，若正方形裸芯系統(tǒng)的熱阻為20℃/W且需消散3W的功率，那么結(jié)溫(設(shè)室溫為50℃)可為25+20*3＝85℃。然而，面積相同且所散熱相同的矩形裸芯的結(jié)溫一般較低。圖88示出了作為縱橫比函數(shù)的結(jié)溫的曲線圖。認(rèn)為較低的結(jié)溫有利于減少波長移動(dòng)以及有利于較高的裝置效率。
如上所述，使用矩形形狀的LED可提供某些優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)包括下列中的一或多個(gè)。矩形LED可允許單位面積中更多的引線結(jié)合，增加了可輸入LED的功率?？蛇x擇矩形形狀以與像素或微顯示器的特定縱橫比相匹配，由此，無需使用復(fù)雜的光束整形光學(xué)設(shè)備。矩形形狀亦可增進(jìn)LED的散熱以減少由裝置過熱而導(dǎo)致失效的可能性。
由于從晶片上切割的單獨(dú)LED的橫截面僅比LED的發(fā)光面積稍大，可將多個(gè)單獨(dú)的且獨(dú)立定位的LED互相緊密地封裝入陣列。若一個(gè)LED不起作用(例如由于較大缺陷)，則其不會(huì)明顯地?fù)p害陣列的性能，因?yàn)檫@些單獨(dú)裝置是緊密地封裝在一起的。
盡管已描述了某些實(shí)施例，但其他實(shí)施例也是可行的。
例如，盡管上文描述了發(fā)光裝置及相光層的某些厚度，其他厚的也是可行的?？傊l(fā)光裝置可為任何所需的厚度，并且發(fā)光裝置內(nèi)的單獨(dú)層亦可為任何所需的厚度。一般，多層堆疊122內(nèi)的這些層的厚度可選擇為增加光生成區(qū)130的光學(xué)模式的空間重疊，以增加區(qū)域130中所生成光的輸出。發(fā)光裝置中的某些層的示例厚度包括如下。在一些實(shí)施例中，層134的厚度為至少約100nm(例如至少約200nm、至少約300nm、至少約400nm、至少約500nm)和/或至多約10微米(例如至多約5微米、至多約3微米、至多約1微米)。在某些實(shí)施例中，層128的厚度為至少約10nm(例如至少約25nm、至少約40nm)和/或至多約1微米(例如至多約500nm、至多約100nm)。在某些實(shí)施例中，層126的厚度為至少約10nm(例如至少約50nm、至少約100nm)和/或至多約1微米(例如至多約500nm、至多約250nm)。在某些實(shí)施例中，光生成區(qū)130的厚度為至少約10nm(例如至少約50nm、至少約100nm)和/或至多約500nm(例如至多約250nm、至多約150nm)。
例如，盡管描述了發(fā)光二極管，亦可使用具有上述特征(例如圖形、工藝)的其他發(fā)光裝置。這種發(fā)光裝置包括激光器及光學(xué)放大器。
又如，盡管將電流擴(kuò)散層描述為獨(dú)立于n摻雜層134的單獨(dú)層，但在一些實(shí)施例中，可將電流擴(kuò)散層整合入(例如一部分的)層134。在這種實(shí)施例中，電流擴(kuò)散層可為層134的濃度相對(duì)高的n摻雜部分或其間的異質(zhì)結(jié)(例如AlGaN/GaN)以形成二維電子氣。
再如，盡管描述了某些半導(dǎo)體材料，亦可使用其他半導(dǎo)體材料?？傊?，可使用任何可用于發(fā)光裝置的任何半導(dǎo)體材料(例如III-V半導(dǎo)體材料、有機(jī)半導(dǎo)體材料、硅)。其他發(fā)光材料的例子包括InGaAsP、AlInGaN、AlGaAs、InGaAlP。有機(jī)發(fā)光材料包括諸如三-8-羥基-羥基喹啉鋁(Alq3，tris-8-hydroxyquinoline)的小分子及諸如聚[2-甲氧基-5(2-乙基己氧基)-1，4-亞乙烯基亞苯基]([2-methoxy-5(2-ethylhexyloxy)-1，4-vinylenephenylene])或MEH-PPV的共軛聚合物。
又如，盡管描述了較大面積的LED，LED亦可為小面積LED(例如，邊沿比標(biāo)準(zhǔn)小約300微米的LED)。
還如，盡管描述了根據(jù)圖形空間變化的介電函數(shù)，其中所述圖形由孔形成，但圖形亦可以其他方法形成。例如，可在適當(dāng)?shù)膶又杏蛇B續(xù)的脈紋(vein)和/或不連續(xù)的脈紋來形成圖形。此外，可不使用孔或脈紋而獲得不同介電函數(shù)的圖形。例如，可在適當(dāng)層上對(duì)具有不同介電函數(shù)的材料刻圖。亦可使用這些圖形的組合。
又如，盡管將層126描述為由銀構(gòu)成，亦可使用其他材料。一些實(shí)施例中，層126由可反射光生成區(qū)所生成的、撞擊反射材料層的光的至少約50％的材料構(gòu)成，反射材料層在支撐件與材料的多層堆疊之間。這種材料的例子包括分布式布拉格反射鏡堆疊及諸如鋁、及含鋁合金的多種金屬及合金。
再如，支撐件120可由多種材料構(gòu)成?？蓸?gòu)成支撐件120的材料的例子包括銅、銅-鎢、氮化鋁、碳化硅、氧化鈹、金剛石、TEC及鋁。
還如，盡管將層126描述為由散熱材料構(gòu)成，但在一些實(shí)施例中，發(fā)光裝置可包括用作散熱器的獨(dú)立層(例如置于層126與子基座120之間)。在這種實(shí)施例中，層126可由或者不由用作散熱器的材料構(gòu)成。
再如，盡管描述了除了利用整個(gè)光生成區(qū)之外，介電函數(shù)中的變化圖形僅延伸入n摻雜層134(其實(shí)質(zhì)上減小了表面重組合載流子損失的可能性)，在一些實(shí)施例中，介電函數(shù)中的變化圖形可穿過n摻雜層(例如進(jìn)入電流擴(kuò)散層132、光生成區(qū)130和/或p摻雜層128)。
又如，盡管描述將空氣置于表面110與蓋板片140之間，在一些實(shí)施例中，可在表面110與蓋板片140之間放置不同于空氣或除空氣外的其他材料。一般，這種材料的折射指數(shù)為至少約1及小于約1.5(例如小于約1.4、小于約1.3、小于約1.2、小于約1.1)。這些材料的例子包括氮?dú)?、空氣或一些高熱?dǎo)氣體。在這些實(shí)施例中，可對(duì)或不對(duì)表面220刻圖。例如表面110可為不刻圖的，但是是粗糙的(即具有小于λ/5的多種尺寸及形狀隨機(jī)分布特征)。
再如，盡管描述了涉及平整層與光刻層的沉積與蝕刻的實(shí)施例，但在一些實(shí)施例中，可將預(yù)先刻圖的蝕刻掩膜鋪在n摻雜半導(dǎo)體層的表面上。
又如，在一些實(shí)施例中，蝕刻掩膜層可置于n摻雜半導(dǎo)體層與平整層之間。在這些實(shí)施例中，方法可包括移除蝕刻掩膜層的至少一部分(例如在與n摻雜半導(dǎo)體層中的圖形相應(yīng)的蝕刻終止層中形成圖形)。
還如，盡管揭示了表面110是已刻圖且平滑的實(shí)施例，但在有些實(shí)施例中，表面110可為已刻圖的且粗糙的(即具有小于λ/5、小于λ/2、小于λ的多種尺寸及形狀的隨機(jī)分布特征)。此外，在某些實(shí)施例中，無論表面110是否粗糙，開口的側(cè)壁可為粗糙的(即具有小于λ/5、小于λ/2、小于λ的多種尺寸及形狀的隨機(jī)分布特征)。再者，在一些實(shí)施例中，開口150的底表面可為粗糙的(即具有小于λ/5、小于λ/2、小于λ的多種尺寸及形狀的隨機(jī)分布特征)。例如可通過蝕刻(例如，濕蝕刻、干蝕刻、反應(yīng)離子蝕刻)來使表面110、開口150的側(cè)壁和/或開口150的底表面變粗糙。不希望受理論的束縛，認(rèn)為相對(duì)原子平滑表面，變粗糙的表面110和/或開口150的側(cè)壁可增大光線最終以小于斯涅爾定律(Snell’s Law)給出的臨界角的角度照射且被提取的概率。
又如，在一些實(shí)施例中，可將子基座加工為包括彈簧狀結(jié)構(gòu)。不希望受理論的束縛，認(rèn)為這種彈簧狀結(jié)構(gòu)可減少移除基底期間的開裂。
再如，在一些實(shí)施例中，子基座可由聲學(xué)吸收平臺(tái)(例如聚合物、金屬泡沫)支撐。不希望受理論的束縛，認(rèn)為這種聲學(xué)吸收結(jié)構(gòu)可減少移除基底期間的開裂。
還如，在一些實(shí)施例中，在移除基底前對(duì)基底進(jìn)行處理(例如蝕刻、磨光(grinded)、噴沙)。在某些實(shí)施例中，在移除基底前對(duì)基底進(jìn)行刻圖。在一些實(shí)施例中，這些層的厚度選擇為使得，在移除基底及緩沖層前，多層堆疊的中性機(jī)械軸(neutral mechanical axis)基本靠近(例如小于約500微米、小于約100微米、小于約10微米、小于約5微米)p摻雜半導(dǎo)體層與結(jié)合層之間的介面。在某些實(shí)施例中，單獨(dú)移除基底的幾個(gè)部分(例如為了減少開裂的可能性)。
又如，盡管描述了緩沖層獨(dú)立于n摻雜半導(dǎo)體層(例如基底上生長有緩沖層，而緩沖層上獨(dú)立地生長有n摻雜半導(dǎo)體層)的實(shí)施例，但在一些實(shí)施例中，可用單個(gè)層來替代。例如，可通過首先在基底上沉積相對(duì)低濃度摻雜(例如未摻雜)的半導(dǎo)體層，然后(在一工藝中)沉積相對(duì)高濃度摻雜(n摻雜)的半導(dǎo)體層而形成單個(gè)層。
還如，盡管描述了由包括將基底的表面曝露于電磁輻射(例如激光)的工藝來移除基底的實(shí)施例，但在一些實(shí)施例中，可使用其他方法來移除基底。例如，基底的移除可包括蝕刻和/或研磨(lapping)基底。在某些實(shí)施例中，蝕刻和/或研磨基底，隨之將基底曝露于電磁輻射(例如激光)。
還如，在一些實(shí)施例中，在沉積平整層之后但沉積光刻層之前，可使平整層的上表面變平。例如，將諸如平鏡的平的物體置于平整層的上表面的同時(shí)對(duì)平整層加熱(例如用熱板)。在一些實(shí)施例中，可施加壓力(例如使用物理重量或按壓)以幫助變平工藝。
再如，在一些實(shí)施例中，可在移除基底前處理基底。例如，可對(duì)基底進(jìn)行蝕刻、拋光、磨光、及噴沙等工藝中的一種或多種。在某些實(shí)施例中，處理基底包括對(duì)基底刻圖。在一些實(shí)施例中，處理基底包括在基底上沉積防反射涂料。這種防反射涂料例如可在使用涉及將基底曝露于電磁輻射的移除工藝時(shí)，允許移除基底的相對(duì)大的區(qū)域，因?yàn)橥苛峡蓽p少電磁輻射的反射。在某些實(shí)施例中，亦可使用基底的表面上的圖形來實(shí)現(xiàn)防反射效應(yīng)。
在一些實(shí)施例中，發(fā)光裝置可包括涂布于表面110上的磷材料層、蓋板層140及支撐件142。
在某些實(shí)施例中，發(fā)光裝置可包括其中置有磷材料的蓋板層140。在這種實(shí)施例中，可對(duì)或不對(duì)表面110刻圖。
在代替實(shí)施例中，光生成區(qū)130所發(fā)光為UV(或紫、或藍(lán))且磷層180包括紅磷材料(例如L2O2S:Eu3+)、綠磷材料(例如ZnS:Cu，Al，Mn)及藍(lán)磷材料(例如(Sr，Ca，Ba，Mg)10(PO4)6Cl:Eu2+)的混合物。
權(quán)利要求書中有其他實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括設(shè)置包括基底、半導(dǎo)體層及量子阱包含區(qū)域的多層堆疊；蝕刻所述量子阱包含區(qū)域的至少一部分以設(shè)置已蝕刻多層堆疊，所述多層堆疊包括多個(gè)由所述基底支撐的臺(tái)面；將所述已蝕刻多層堆疊結(jié)合至子基座；及移除所述基底。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括從至少一個(gè)所述臺(tái)面形成至少一個(gè)發(fā)光裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述發(fā)光裝置為發(fā)光二極管。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述發(fā)光二極管為光子晶格發(fā)光二極管。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，移除所述基底包括將所述半導(dǎo)體層曝露于電磁輻射以部分地分解所述半導(dǎo)體層。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述電磁輻射照射所述臺(tái)面的一部分。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述電磁輻射交疊所述臺(tái)面的一條邊沿。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述電磁輻射交疊所述臺(tái)面的兩條邊沿。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述兩條邊沿為相對(duì)的邊沿。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述電磁輻射交疊所述臺(tái)面的三條邊沿。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述電磁輻射交疊所述臺(tái)面的所有邊沿。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述電磁束的形狀基本與所述臺(tái)面的形狀匹配。
13.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述電磁輻射交疊所述多個(gè)臺(tái)面中每一個(gè)的至少一部分。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，移除所述基底包括化學(xué)蝕刻所述基底。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，移除所述基底包括研磨所述基底。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，研磨所述基底后，對(duì)所述基底進(jìn)行化學(xué)蝕刻。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在形成所述發(fā)光裝置之前處理所述臺(tái)面的頂表面。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述處理包括化學(xué)清潔所述臺(tái)面。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述處理包括拋光所述臺(tái)面。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括在拋光所述臺(tái)面之前沉積絕緣層。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多層堆疊為晶圓的形式。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述晶圓具有至少約2英寸的截面區(qū)域。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述晶圓具有至少約3英寸的截面區(qū)域。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述晶圓具有至少約12英寸的截面區(qū)域。
25.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)臺(tái)面中的特定一個(gè)的邊長為至少約1mm。
26.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)臺(tái)面中的特定一個(gè)的邊長為至少約3mm。
27.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)所述臺(tái)面的邊長為至少約4mm。
28.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)所述臺(tái)面的的邊長為至少約5mm。
29.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)所述臺(tái)面的邊長為至少約6mm。
30.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體層包括III-V半導(dǎo)體層。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述III-V半導(dǎo)體層包括氮化物。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述III-V半導(dǎo)體層包括氮化鎵化合物。
33.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述III-V半導(dǎo)體層選自由氮化鎵、氮化鎵鋁、氮化鎵銦鋁、氮化鎵銦及其組合所構(gòu)成之組群。
34.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述子基座包括選自由鍺、硅、砷化鎵、碳化硅、銅、銅-鎢、銀-鎢、鉬、金剛石、金剛石-銅、鎳-鈷及其組合所構(gòu)成之組群的材料。
35.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，濺射所述子基座。
36.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，電鑄所述子基座。
37.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基底包括選自由藍(lán)寶石、化合物半導(dǎo)體、氧化鋅、碳化硅、硅及其組合所構(gòu)成之組群的材料。
38.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述電磁輻射包括所述半導(dǎo)體層的吸收波長。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述電磁輻射包括約248納米的輻射。
40.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述電磁輻射包括約355納米的輻射。
41.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)臺(tái)面的截面為正方形。
42.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)臺(tái)面的截面為矩形。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，所述矩形臺(tái)面的縱橫比為16∶9。
44.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，所述矩形臺(tái)面的縱橫比為4∶3。
45.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體層經(jīng)由所述基底曝露于所述電磁輻射。
46.如權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括將所述基底曝露于所述電磁輻射之后對(duì)所述多層堆疊加熱。
47.如權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括以光學(xué)吸收材料支撐所述子基座。
48.如權(quán)利要求47所述的方法，其特征在于，所述光學(xué)吸收材料為聚合物。
49.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在移除所述基底之后處理所述半導(dǎo)體層。
50.如權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，處理所述半導(dǎo)體層移除了所述半導(dǎo)體層。
51.如權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，處理所述半導(dǎo)體層包括化學(xué)-機(jī)械拋光工藝。
52.如權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，處理所述半導(dǎo)體層包括機(jī)械拋光。
53.如權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，處理所述半導(dǎo)體層包括干蝕刻。
54.如權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，處理所述半導(dǎo)體層包括使用基本化學(xué)性的蝕刻組分的干蝕刻。
55.如權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，處理所述半導(dǎo)體層包括基本物理性的蝕刻組分。
56.如權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，處理所述半導(dǎo)體層包括濕蝕刻。
57.如權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體層為緩沖層，并且處理所述半導(dǎo)體層包括移除所述半導(dǎo)體層以曝露n摻雜半導(dǎo)體層的表面，在移除所述緩沖層之前所述緩沖層由所述n摻雜半導(dǎo)體層支撐。
58.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多層堆疊進(jìn)一步包括所述子基座與所述半導(dǎo)體層之間的p摻雜半導(dǎo)體層。
59.如權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于，所述p摻雜半導(dǎo)體層通過至少一層結(jié)合層結(jié)合至所述子基座。
60.如權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于，所述第一多層堆疊進(jìn)一步包括所述p摻雜半導(dǎo)體層與所述半導(dǎo)體層之間的活性區(qū)域。
61.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，從至少一個(gè)所述臺(tái)面形成至少一個(gè)發(fā)光裝置包括從所述臺(tái)面的至少10％形成至少一個(gè)發(fā)光裝置。
62.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，從至少一個(gè)所述臺(tái)面形成至少一個(gè)發(fā)光裝置包括從所述臺(tái)面的至少25％形成至少一個(gè)發(fā)光裝置
63.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，從至少一個(gè)所述臺(tái)面形成至少一個(gè)發(fā)光裝置包括從所述臺(tái)面的至少50％形成至少一個(gè)發(fā)光裝置。
64.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，從至少一個(gè)所述臺(tái)面形成至少一個(gè)發(fā)光裝置包括從所述臺(tái)面的至少75％形成至少一個(gè)發(fā)光裝置。
65.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，從至少一個(gè)所述臺(tái)面形成至少一個(gè)發(fā)光裝置包括從所述臺(tái)面的至少80％形成至少一個(gè)發(fā)光裝置。
66.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，從至少一個(gè)所述臺(tái)面形成至少一個(gè)發(fā)光裝置包括從所述臺(tái)面的至少90％形成至少一個(gè)發(fā)光裝置。
67.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體層由所述多層堆疊中的所述基底支撐。
68.如權(quán)利要求67所述的方法，其特征在于，所述量子阱包含區(qū)域由所述半導(dǎo)體層支撐。
69.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)所述臺(tái)面的高度為約1微米。
70.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)所述臺(tái)面的高度為約1/2微米。
71.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)所述臺(tái)面的高度為約2微米。
72.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)所述臺(tái)面的高度為約3微米。
73.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)所述臺(tái)面的高度為約4微米。
74.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)所述臺(tái)面的高度為約5微米。
75.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)所述臺(tái)面的高度為約6微米。
76.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，蝕刻所述量子阱包含區(qū)域包括反應(yīng)離子蝕刻。
77.如權(quán)利要求76所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)離子蝕刻為氯基。
78.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，蝕刻所述量子阱包含區(qū)域包括蝕刻所述半導(dǎo)體層的一部分。
79.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，蝕刻所述量子阱包含區(qū)域包括蝕穿所述半導(dǎo)體層以曝露所述基底。
80.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括對(duì)至少一個(gè)所述臺(tái)面的表面刻圖；及從至少一個(gè)所述臺(tái)面形成發(fā)光裝置。
81.如權(quán)利要求80所述的方法，其特征在于，對(duì)至少一個(gè)所述臺(tái)面的表面刻圖包括在所述多個(gè)臺(tái)面的至少一些上沉積阻擋材料；及使用模型壓印所述阻擋材料。
82.如權(quán)利要求81所述的方法，其特征在于，所述模型為撓性模型。
83.如權(quán)利要求82所述的方法，其特征在于，所述撓性模型包括Ni。
84.如權(quán)利要求82所述的方法，其特征在于，所述撓性模型包括聚合物。
85.如權(quán)利要求84所述的方法，其特征在于，所述聚合物包括聚乙烯醇。
86.如權(quán)利要求80所述的方法，其特征在于，對(duì)至少一個(gè)所述臺(tái)面的表面刻圖包括在至少一些所述臺(tái)面的所述表面上形成自組裝納米顆粒陣列。
87.如權(quán)利要求86所述的方法，其特征在于，所述自組裝納米顆粒包括聚苯乙烯珠粒。
88.如權(quán)利要求87所述的方法，進(jìn)一步包括在所述臺(tái)面及所述納米顆粒上沉積材料；及移除所述納米顆粒及由所述納米顆粒支撐的所述材料的一些部分。
89.如權(quán)利要求86所述的方法，其特征在于，所述納米顆粒至少有兩種不同的尺寸。
90.如權(quán)利要求87所述的方法，其特征在于，所述聚苯乙烯珠粒包括至少兩種不同尺寸的聚苯乙烯珠粒。
91.如權(quán)利要求88所述的方法，進(jìn)一步包括將所述圖形轉(zhuǎn)移入所述半導(dǎo)體材料的一部分。
92.如權(quán)利要求91所述的方法，進(jìn)一步包括在所述臺(tái)面的所述表面上沉積歐姆接觸部。
93.如權(quán)利要求86所述的方法，其特征在于，形成自組裝納米顆粒陣列包括使用與平衡條件不同的干燥條件來形成所述自組裝納米顆粒陣列。
94.如權(quán)利要求86所述的方法，其特征在于，所述自組裝納米顆粒陣列包括復(fù)雜周期圖形。
95.如權(quán)利要求86所述的方法，其特征在于，所述自組裝納米顆粒陣列包括失諧周期圖形。
96.如權(quán)利要求86所述的方法，其特征在于，所述自組裝納米顆粒陣列包括準(zhǔn)晶圖形。
97.如權(quán)利要求86所述的方法，其特征在于，所述自組裝納米顆粒陣列包括非周期圖形。
98.如權(quán)利要求86所述的方法，其特征在于，所述自組裝納米顆粒陣列包括周期圖形。
99.一種制造發(fā)光裝置的方法，所述方法包括設(shè)置包括多個(gè)由基底支撐的臺(tái)面的已蝕刻多層堆疊，至少一些所述臺(tái)面包括半導(dǎo)體層及量子阱包含區(qū)域；將所述已蝕刻多層堆疊結(jié)合至子基座；移除所述基底；及從至少一個(gè)所述臺(tái)面形成至少一個(gè)發(fā)光裝置。
100.一種方法，包括設(shè)置包括基底的第一物件，所述基底支撐多個(gè)臺(tái)面；及從所述第一物件形成第二物件，其中所述第二物件包括支撐至少一些所述多個(gè)臺(tái)面的子基座。
101.如權(quán)利要求100所述的方法，其特征在于，所述第二物件不包括所述基底。
102.如權(quán)利要求100所述的方法，其特征在于，所述臺(tái)面包括量子阱包含區(qū)域。
103.如權(quán)利要求100所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)臺(tái)面中的特定的一個(gè)的邊長為至少約1mm。
104.如權(quán)利要求100所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)臺(tái)面中的特定的一個(gè)的邊長為至少約3mm。
105.如權(quán)利要求100所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)臺(tái)面中的特定的一個(gè)的邊長為至少4mm。
106.如權(quán)利要求100所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)臺(tái)面中的特定的一個(gè)的邊長為至少約5mm。
107.如權(quán)利要求100所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)臺(tái)面中的特定的一個(gè)的邊長為至少約6mm。
108.如權(quán)利要求100所述的方法，其特征在于，所述臺(tái)面包括半導(dǎo)體層。
109.如權(quán)利要求108所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體層包括III-V半導(dǎo)體層。
110.如權(quán)利要求108所述的方法，其特征在于，所述III-V半導(dǎo)體層包括氮化物。
111.如權(quán)利要求108所述的方法，其特征在于，所述III-V半導(dǎo)體層包括氮化鎵化合物。
112.一種方法，包括設(shè)置包括基底及半導(dǎo)體層的多層堆疊；蝕刻所述多層堆疊的至少一部分以設(shè)置包括多個(gè)氣體積聚區(qū)的已蝕刻多層堆疊；將所述已蝕刻多層堆疊結(jié)合至子基座；將所述半導(dǎo)體層曝露于電磁輻射以部分地分解所述半導(dǎo)體層，其中將所述半導(dǎo)體層曝露于電磁輻射生成氣體且所述氣體積聚于所述氣體積聚區(qū)。
113.如權(quán)利要求112所述的方法，其特征在于，所述氣體積聚區(qū)形成連接網(wǎng)絡(luò)。
114.如權(quán)利要求113所述的方法，其特征在于，所述連接網(wǎng)絡(luò)向所述多層堆疊的邊沿延伸。
115.一種方法，包括設(shè)置包括基底、半導(dǎo)體層、及結(jié)合層的多層堆疊；蝕刻所述結(jié)合層的至少一部分以設(shè)置已蝕刻多層堆疊；及將所述已蝕刻多層堆疊結(jié)合至子基座。
116.如權(quán)利要求115所述的方法，進(jìn)一步包括移除所述基底。
117.如權(quán)利要求115所述的方法，其特征在于，蝕刻所述結(jié)合層的至少一部分包括在所述結(jié)合層中蝕刻網(wǎng)格圖形。
118.如權(quán)利要求115所述的方法，其特征在于，蝕刻所述結(jié)合層的至少一部分包括在所述結(jié)合層中蝕刻多條平行線。
119.如權(quán)利要求115所述的方法，其特征在于，所述氣體積聚區(qū)包括分隔多個(gè)臺(tái)面的已蝕刻區(qū)域。
120.一種用于把多層堆疊結(jié)合至子基座的方法，所述方法包括設(shè)置包括基底、半導(dǎo)體層、及結(jié)合層的多層堆疊；確定所述多層堆疊中存在的非平面性的量；確定將所述非平面性減少至預(yù)定水平所需的蝕刻量；及根據(jù)所述已確定的蝕刻量蝕刻所述多層堆疊。
121.如權(quán)利要求120所述的方法，進(jìn)一步包括將所述多層堆疊結(jié)合至子基座。
122.如權(quán)利要求120所述的方法，其特征在于，確定減少所述非平面性所需的蝕刻量包括確定減少所述非平面性所需的蝕刻深度。
123.如權(quán)利要求120所述的方法，其特征在于，確定減少所述翹曲所需的蝕刻量包括確定減少所述非平面性所需的多個(gè)蝕刻位置。
124.如權(quán)利要求120所述的方法，其特征在于，所述非平面性包括翹曲。
125.如權(quán)利要求120所述的方法，其特征在于，非平面性包括卷曲。
全文摘要
揭露了形成發(fā)光裝置的方法，包括將發(fā)光堆疊(2002、2004、2006)刻畫入臺(tái)面結(jié)構(gòu)、通過結(jié)合層2040將該結(jié)構(gòu)結(jié)合至子基座2042，以及去除該生長基底。此外，揭露了刻畫發(fā)光裝置臺(tái)面(2006)的方法，所述方法通過使用模具來壓印抗蝕材料，或者通過將自組裝納米顆粒用作掩膜而達(dá)成。
文檔編號(hào)H01L21/336GK101048855SQ200580031725
公開日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2005年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月22日
發(fā)明者亞歷克斯易·A·爾恰克, 邁克爾·利姆, 斯科特·W·鄧肯, 約翰·W·格拉夫, 米蘭·S·明斯克, 馬特·韋格 申請(qǐng)人:發(fā)光裝置公司