專利名稱：具有生長(zhǎng)基底的發(fā)光二極管上的透明歐姆接觸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管，特別涉及提高發(fā)光二極管的外部 量子效率，所述發(fā)光二極管包括發(fā)光外延層在其上生長(zhǎng)的至少 部分基底。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LEDs)是一類通過(guò)促進(jìn)在適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體材料中 的電子空穴復(fù)合過(guò)程而將施加電壓轉(zhuǎn)換為光的光子半導(dǎo)體器 件。而且，在復(fù)合過(guò)程中釋放的一些或全部能量產(chǎn)生光子。發(fā)光二極管享有其他半導(dǎo)體器件的許多有利特性。這些通 常包括強(qiáng)的物理特性、長(zhǎng)的壽命、高的可靠性和依賴于特殊材 料的低成本。本文4吏用了工業(yè)上普遍且熟知的許多術(shù)語(yǔ)。然而，在該工 業(yè)應(yīng)用中，這些術(shù)語(yǔ)有時(shí)在其含義方面非正式地混用。因此， 本文盡可能準(zhǔn)確地使用這些術(shù)語(yǔ)，但是，在每一情況下，其含 義在上下文中是清楚的。因此，術(shù)語(yǔ)"二極管"或"芯片"典型地是指最低限度地包括 兩種相反傳導(dǎo)性類型(p和n)的半導(dǎo)體部分以及^f吏-彈施加電流流 過(guò)所得p-n結(jié) 一 些形式的歐姆接觸的結(jié)構(gòu)。術(shù)語(yǔ)"燈，，用于指發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管與適當(dāng)?shù)碾?接觸和潛在的透鏡匹配以形成能夠添加至或包括于電路或照明 器材或該二者的獨(dú)立器件。文中使用的術(shù)語(yǔ)"封裝，，典型地是指適當(dāng)物理和電子結(jié)構(gòu)上 的半導(dǎo)體芯片(有時(shí)簡(jiǎn)單地為施加電流通過(guò)的小片金屬)以及向二極管提供一些物理保護(hù)并且能夠光學(xué)地引導(dǎo)光輸出的塑料透鏡(樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、密封劑)的布置。
關(guān)于發(fā)光二極管和二極管燈的結(jié)構(gòu)和操作的適當(dāng)參考文獻(xiàn)
包括Sze、 PHYSICS OF SEMICONDUCTOR DEVICES第二版 (1981)和Schubert, LIGHT-EMITTING DIODES, Cambridge University Press (2003)。
由砷化鎵(GaAs)和磷化鎵(GaP)形成的二極管趨于發(fā)出在可見(jiàn) 光譜較低能量(紅色和黃色)部分中的光子。材料如碳化硅(S i C) 和第III族氮化物具有較大帶隙，因而能夠產(chǎn)生在電磁光譜 (electromagnetic spectrum)的綠色、藍(lán)色、紫色和紫外部分中出 現(xiàn)的具有較大能量的光子。
在一些應(yīng)用中，當(dāng)使LED的輸出適度或轉(zhuǎn)換為不同顏色時(shí)， LED是更有用的。隨著發(fā)出藍(lán)光的LED的可獲得性大幅增加， 引入降頻轉(zhuǎn)換(down-convert)藍(lán)色光子的黃色發(fā)光磷光劑也同 樣增加。組合由二極管發(fā)出的藍(lán)光和由磷光劑發(fā)出的黃光能夠 產(chǎn)生白光。而且，在特別包括照明和作為用于彩色顯示器的發(fā) 亮(經(jīng)常為背光)的許多應(yīng)用中，來(lái)自固態(tài)源的白光的可獲得性 提供結(jié)合它們的能力。在此類裝置(例如平面計(jì)算機(jī)屏幕、個(gè)人 數(shù)字助理和手機(jī))中，藍(lán)色LED和黃色磷光劑產(chǎn)生白色光，其然 后以某種方式分布以照明彩色像素。經(jīng)常通過(guò)組合液晶、濾色 器和偏振器形成此類彩色像素，通常將包括背光的整個(gè)單元稱 作液晶顯示器("LCD")。
隨著發(fā)光二極管的應(yīng)用在商業(yè)上的增多，以及隨著對(duì)產(chǎn)生 白光的二極管基本特性理解的成熟，在技術(shù)方面感興趣的發(fā)展 趨于為增加由給定二極管結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光的總量的那些，所有的 其他因素是相等的。
在這點(diǎn)上，在任何給定量的時(shí)間內(nèi)，由二極管產(chǎn)生的單個(gè)
9光子的數(shù)目依賴于在二極管中發(fā)生的復(fù)合過(guò)程的數(shù)目，光子的 數(shù)目通常少于復(fù)合事情的數(shù)目(即，并不是每一過(guò)程都產(chǎn)生光 子)。而且，復(fù)合過(guò)程的數(shù)目依賴于電流通過(guò)二極管的量。復(fù)合
過(guò)程的數(shù)目再次典型地少于經(jīng)過(guò)結(jié)(junction)注入載流子的數(shù) 目。因此，這些光電性能能夠減少二極管的外部輸出。
另外，當(dāng)光子產(chǎn)生時(shí)，實(shí)際上它們也必須離開(kāi)二極管和由 觀察者感知到的燈。盡管許多光子會(huì)沒(méi)有困難地離開(kāi)燈，但許 多已知效應(yīng)阻礙一部分光子離開(kāi)。這些效應(yīng)由二才及管內(nèi)各種材 料的折射率差引起，從而減少LED燈的外部輸出(即其效率)。 這些包括光子的內(nèi)部反射直至光子被衰減發(fā)出或者吸收(即斯 涅爾定律(Snell's Law)和菲涅爾損耗(Fresnel Loss))，而不是發(fā) 出。二極管中材料之間的折射率差也能夠改變發(fā)射光子朝向隨 后衰減或吸收它的物體的方向(斯涅爾定律)。對(duì)于通過(guò)含磷光 劑LED燈中的磷光劑發(fā)出的黃色光子，能夠發(fā)生相同結(jié)果。在 LED燈中，該"物體"能夠包括基底、封裝部和金屬接觸層。確 實(shí)，使得半導(dǎo)體材料發(fā)射光子的相同量子機(jī)械特性也將導(dǎo)致它 們吸收光子。因而，甚至LED中的發(fā)光外延層也能夠吸收發(fā)出 的光子和降低二極管的總的夕卜部效率(external efficiency)。
包括許多發(fā)光二極管的許多半導(dǎo)體器件以半導(dǎo)體基底和基 底上半導(dǎo)體材料外延層的基本形式存在。外延層經(jīng)常(盡管未必 排他地包括)形成器件的激活部(active portion)。因?yàn)樗鼈円?是 高其化學(xué)純度并產(chǎn)生高度有序的晶體結(jié)構(gòu)的方式(經(jīng)常為化學(xué) 氣相沉積)生長(zhǎng)，所以它們通常有利于該目的。另外，化學(xué)氣相 沉積提供用于準(zhǔn)確地?fù)诫s外延層的優(yōu)良技術(shù)。而且，適當(dāng)?shù)募?度、晶體結(jié)構(gòu)和摻雜對(duì)于半導(dǎo)體器件的成功操作是典型期望或 必要的。
然而，用于制作外延層的化學(xué)氣相沉積(CVD)和相關(guān)技術(shù)比其他晶體生長(zhǎng)技術(shù)如升華或從熔體生長(zhǎng)(有時(shí)稱作塊體生長(zhǎng)
(bulk growth))通常更耗時(shí)。結(jié)果，當(dāng)預(yù)期結(jié)構(gòu)不是外延層時(shí)， 這些更迅速(相對(duì)地)的方法經(jīng)常用于產(chǎn)生適當(dāng)?shù)木w。
因而，通過(guò)組合塊體生長(zhǎng)基底與外延層，能夠產(chǎn)生具有晶 體結(jié)構(gòu)、組成純度、摻雜和有效制作的合理組合的總體結(jié)構(gòu)。
然而，因?yàn)閹追N有關(guān)晶體生長(zhǎng)的原因，實(shí)際上得不到第III
族氮化物的塊狀(即，合理大的尺寸)單晶。因此，第in族氮化
物L(fēng)ED典型地形成于其他塊狀基底材料(最常見(jiàn)的藍(lán)寶石(A1203) 和碳化硅(SiC))上。藍(lán)寶石相對(duì)廉價(jià)，可廣泛獲得和高度透明。 可選擇地，藍(lán)寶石為不良熱導(dǎo)體，因此較不適于一些高功率應(yīng) 用。另外，在一些器件中，優(yōu)選導(dǎo)電性基底，藍(lán)寶石是絕緣性 的而不是導(dǎo)電性的。藍(lán)寶石還帶有(例如)約16%的與氮化鎵的晶 才各失配。
碳化硅具有比藍(lán)寶石更好的導(dǎo)熱性和更好的與第ni族氮化
物的晶格匹配，即，約3.5%的與氮化鎵和僅約1%的與氮化鋁的
失配。碳化硅能夠?qū)щ娦缘負(fù)诫s，但是還是比藍(lán)寶石更昂貴。 因而，依賴于期望的應(yīng)用，藍(lán)寶石和^暖化石圭都能夠?yàn)榘l(fā)光 二極管中第III族氮化物外延層提供適當(dāng)?shù)幕住?br> 在幾乎所有情況下，由于不同的熱膨脹系數(shù)(TCEs)和不同 的晶格參數(shù)，使用不同于外延層材料的基底材料產(chǎn)生另外的一
系列問(wèn)題。結(jié)果，當(dāng)?shù)趇n族氮化物外延層在不同基底上生長(zhǎng)時(shí)， 將發(fā)生一些晶體失配，所得外延層被認(rèn)為在由這些失配導(dǎo)致的 張力或者壓縮中"應(yīng)變"。該失配和它們產(chǎn)生的應(yīng)變帶給它們用 于晶體缺陷的潛能，其反過(guò)來(lái)影響晶體和結(jié)的光電特性，因而 相應(yīng)地趨于劣化或甚至妨礙光子器件的性能。
發(fā)光二極管中多層不同材料(基底、外延層、金屬接觸)的 存在引起另外的問(wèn)題。特別地，從激活部發(fā)出的光在射出二極管之前必須典型地通過(guò)或經(jīng)過(guò)一層或多層此類層。另外，當(dāng)二 極管被封裝為燈時(shí)，離開(kāi)二極管的光必須傳送進(jìn)入、傳送通過(guò) 和傳送出透鏡材料。在各自這些環(huán)境中，斯涅爾定律表明，當(dāng) 光子從一種材料傳送至下一種材料時(shí)，它們折射。折射光子的 量取決于兩種材料的折射率差和光透過(guò)界面處的入射角。另夕卜， 在幾乎所有環(huán)境中，在兩種材料之間的界面處總是反射一些光 子(即使小的百分?jǐn)?shù))。這稱作為菲涅爾反射或菲涅爾損耗。
在二極管或二極管燈中，盡管在一些其他位置處一些反射 光將仍然逸出二極管，但是一定百分?jǐn)?shù)將全部進(jìn)行內(nèi)反射而不 逸出二極管或燈，因而功能性地降低二極管和包括二極管的任 何燈的外部量子效率。盡管逸出光子百分?jǐn)?shù)的個(gè)別減少可能看 起來(lái)可以相對(duì)小，但是累積效果能夠是顯著的，在其他方面非 常類似的二極管能夠具有由甚至這些小百分?jǐn)?shù)損耗產(chǎn)生的顯著
不同的性能,文率(performance efficiencies)。
因此，提高白色發(fā)光二極管的外部效率仍有改進(jìn)空間。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明為發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管包括生長(zhǎng)
基底和該生長(zhǎng)基底第一面上基本上透明的歐姆接觸。第ni族氮 化物發(fā)光激活區(qū)位于該生長(zhǎng)基底第二面上，p型第ni族氮化物
姆接觸位于p型接觸層上。
另一方面，本發(fā)明為發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管包括生
長(zhǎng)基底以及生長(zhǎng)基底上的各p型和n型外延層，外延層具有小于
或等于該生長(zhǎng)基底折射率的折射率。透明歐姆接觸在與該生長(zhǎng) 基底相對(duì)的外延層上。
又一方面，本發(fā)明為發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管包括
12導(dǎo)電性生長(zhǎng)基底，在該生長(zhǎng)基底上至少由n型和p型外延層形成
的發(fā)光激活結(jié)構(gòu)，相對(duì)于外延層激活結(jié)構(gòu)的透明歐姆接觸和相對(duì)于導(dǎo)電性生長(zhǎng)基底的透明歐姆接觸，所述外延層具有不大于導(dǎo)電性生長(zhǎng)基底折射率的折射率。
又一方面，本發(fā)明為發(fā)光二極管，其包括導(dǎo)電性安裝基底，該安裝基底上的金屬接合層，接合層上的外延發(fā)光激活結(jié)構(gòu)，激活結(jié)構(gòu)上的生長(zhǎng)基底材料部分，相對(duì)于生長(zhǎng)基底的透明歐姆接觸和相對(duì)于所述安裝基底的歐姆接觸，所述發(fā)光激活結(jié)構(gòu)包括至少一層n型和p型外延層。
基于以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述的和其他目的、優(yōu)點(diǎn)及其等同的實(shí)現(xiàn)方式將變得更加清楚。


圖l至4為根據(jù)本發(fā)明的二極管的橫截面示意圖。
圖5為根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管燈的橫截面圖。
圖6為安裝根據(jù)本發(fā)明的燈的顯示器的局部分解示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖l為根據(jù)本發(fā)明的二極管的第一實(shí)施方案的橫截面示意圖，并以10相克括地指示。該二才及管IO包括典型地選自由碳化硅或藍(lán)寶石組成的組的生長(zhǎng)基底ll。各n型12和p型13外延層在生長(zhǎng)基底11上。在典型實(shí)施方案中，外延層12和13具有小于或等于生長(zhǎng)基底ll折射率的折射率。該二極管10包括在與生長(zhǎng)基底1 l相對(duì)的p型外延層13上的透明歐姆接觸14。
該二極管IO進(jìn)一步包含相對(duì)于鄰近生長(zhǎng)基底ll的n型外延層12的另一歐姆接觸15。在典型實(shí)施方案中，相對(duì)于n型層12的歐姆接觸15也是透明的。
13透明歐姆接觸最常見(jiàn)地由氧化銦錫形成，不過(guò)，其他透明歐姆材料能夠包括以下氧化鎳、氧化鋅、氧化鎘錫、鈦鎢鎳
(titanium tungsten nickel)、氧4匕4因、氧4匕4易、氧4匕4美、ZnGa204、Sn02/Sb、 Ga203/Sn、 Agln02/Sn、 In203/Zn、 CuA102、 LaCuOS、CuGaO*SrCu202。
在典型實(shí)施方案中，外延層12和13選自第III族氮化物材料體系。特別地，發(fā)光層最典型地由氮化鎵(GaN)或氮化銦鎵(IrixGa^N)形成?；诨衔镏秀煹脑臃?jǐn)?shù)，氮化銦鎵4是供控制該層發(fā)射頻率的優(yōu)點(diǎn)。然而，這是通過(guò)隨著銦的原子分?jǐn)?shù)增加而增加氮化銦鎵的不穩(wěn)定性來(lái)進(jìn)行平#f的。第III族氮化物材料體系的特性和第III族氮化物外延層的生長(zhǎng)是本領(lǐng)域熟知的，本文將不作另外詳細(xì)討論。
如圖l中說(shuō)明，透明歐姆接觸14基本上覆蓋p型外延層13的全部。而且，因?yàn)榭梢詢?yōu)選其他金屬用于連接二才及管與電^各或其他器件，所以二極管10典型地包括接合墊(bondpad)16和任選的反射層17,所述反射層17具有面向生長(zhǎng)基底11的反射表面。接合墊16也將吸收一些光。因而，盡管反射回至外延層13和12的光比外部才是耳又光的效率低，但也比使得通過(guò)接合墊16吸收光子更有效。
相對(duì)于n型層12的歐姆接觸15能夠是透明的，并且同樣包括接合墊20。此處所用術(shù)語(yǔ)"透明的"是指將傳輸至少約70%的通過(guò)二極管10產(chǎn)生的頻率的入射光，優(yōu)選90-100%該光的歐姆接觸。如果歐姆接觸15是透明的，則接合墊20的下部?jī)?yōu)選為反射性的?？蛇x擇地，歐姆接觸15能夠是反射性的。
圖l包括說(shuō)明基底ll能成形以提高光:^是取的點(diǎn)劃線21。在母案申i奮序列號(hào)11/338,918中詳細(xì)闡明該成形。盡管該基底的成形能夠包括各種幾何形狀選擇，但在許多情形中通過(guò)點(diǎn)劃線21表示的直的(straightforwardly)傾斜側(cè)壁是適當(dāng)?shù)摹?br> 在圖l說(shuō)明的實(shí)施方案中，使得歐姆接觸14和15均在二極管IO的同側(cè)。然而，相應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)是，如果基底ll為SiC,由其低摻雜和雜質(zhì)水平產(chǎn)生低的導(dǎo)電特性，這反過(guò)來(lái)在大多數(shù)情況下，它給予比除了導(dǎo)電性摻雜SiC基底以外其他相同的情況下更大的透光率?？蛇x擇地，如果基底為藍(lán)寶石，它相對(duì)高的電阻率和透光率提供顯著的光提取優(yōu)點(diǎn)。
圖l還包括從-沈明在透明歐姆接觸14和鄰近外延層13上的雙凸面24的圓圈23獲取的以22概 -括指示的分解》丈大圖(magnified breakout view)。 換句話說(shuō)，在示例性實(shí)施方案中，透明歐姆接觸14和鄰近外延層(圖1中的13)形成提高光提取的雙凸面。
和所得的雙凸面對(duì)于"High Efficiency Group III Nitride LEDwith Lenticular Surface(具有雙凸面的高效第III族氮化物L(fēng)ED)"的20060060874;只于于"Method of Forming 3D Features on LEDs
成3D特;f正的方法),，的20070037307;禾口只于于"Improved ExternalExtraction Light Emitting Diode Based Upon CrystallographicFaceted Surfaces(基于結(jié)晶的小平面化表面的改進(jìn)的外部提取發(fā)光二極管)"的20060186418。正如在本文中分別指出的，該雙凸面能夠利用壓花技術(shù)形成，或者化學(xué)形成。有時(shí)將該雙凸面稱作"粗糙化的"或"有織紋的"的表面。
圖2和3說(shuō)明本發(fā)明另外的實(shí)施方案。圖2說(shuō)明以26概括指示的二極管。該二極管包括在基底27的第一面上具有基本上透明的歐姆接觸30的碳化硅基底27。第III族氮化物發(fā)光激活區(qū)31在基底27的第二面上。激活區(qū)3潛在地包括在以32概括指示的分解
15圖中說(shuō)明的四層以上的層。這些包括任選的(但是典型的)用于
從基底27提供晶體和電子躍遷(electronic transition)的緩沖層33;緩沖層33上的n型外延層34; n型層34上的p型外延層35;和任選的在外延層34和35上形成激活區(qū)的p型第III族氮化物接觸層36。
基本上透明的歐姆接觸37在p型接觸層36上。該透明的歐姆接觸層3 0和3 7典型地由氧化銦錫(IT O )形成，但是能夠包括關(guān)于圖l中描述的其他組成。
生長(zhǎng)基底27典型地由碳化硅形成。藍(lán)寶石(八1203)稍微容易地獲得高透光率，但不能夠?qū)щ娦缘負(fù)诫s?？蛇x擇地，如果期望，碳化硅(SiC)提供與第III族氮化物材料體系匹配的更接近晶格，并能夠?qū)щ娦缘負(fù)诫s(其反過(guò)來(lái)增加使用碳化硅的可獲得的設(shè)計(jì)選擇數(shù)目)。
圖2說(shuō)明二極管26進(jìn)一 步包括覆蓋相對(duì)于p型層36的歐姆接觸37和接合墊41的任選的光傳輸?shù)杞M成4屯化層40。為了減少或排除能夠不利地影響第III族氮化物層的結(jié)構(gòu)和性能的氬存在，該氮化硅鈍化層40能夠?yàn)榛瘜W(xué)計(jì)量的(即ShN4)或非化學(xué)計(jì)量的，〗旦是優(yōu)選濺射沉積。
圖2包括說(shuō)明基底27和歐姆接觸30能夠限定其間雙凸面的以42指示的第二力欠大分解圖。
在圖2和3說(shuō)明的實(shí)施方案中，基底27為導(dǎo)電性的。這使得沿垂直取向形成器件(即，在該器件的軸向相對(duì)端的歐姆接觸)，其在一定的最終用途、標(biāo)準(zhǔn)封裝和電路安裝方面具有優(yōu)點(diǎn)。然而，如上所述，使基底27導(dǎo)電所需的摻雜能夠降低其透光率。
因此，基于4壬何一種或多種給定應(yīng)用中的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將選擇適當(dāng)?shù)幕缀退玫亩O管結(jié)構(gòu)。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的二極管44的橫截面示意圖，除了說(shuō)明相對(duì)于基底27的另 一金屬接觸45以外，其基本上與圖2相同。在該 實(shí)施方案中，接觸45可以比歐姆接觸37或30的剩余部分更不透 明，因而一般維持在足以提供期望的電特性同時(shí)最小化其覆蓋 區(qū)域的較小尺寸。透明歐姆接觸3 0以類似于圖2的方式覆蓋基底 27表面的剩余部分。
圖2和3均說(shuō)明能夠如圖3中側(cè)壁4 6所示成形基底2 7 。如在圖 1的實(shí)施方案中，成形能夠采取包括美國(guó)專利申請(qǐng)公布 20060131599中描述的那些的多種幾何形狀。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的以50概括指示的另一二極管。在該實(shí)施 方案中，二極管50包括導(dǎo)電性安裝基底51。此處所用的術(shù)語(yǔ)"安 裝基底"(或"副安裝(sub-mounting)基底"或"載體基底")是指除 了激活結(jié)構(gòu)中外延層原始生長(zhǎng)的基底以外的基底。在以下美國(guó) 專利申請(qǐng)公布中描述的導(dǎo)電性或與之相反的安裝基底的用途 對(duì)于"Nickel-Tin Bonding System for Semiconductor Wafers and Devices(用于半導(dǎo)體晶片和器件的鎳-錫接合體系)"的 20080003777，和對(duì)于"Modified Gold-Tin System with Increased Melting Temperature for Wafer Bonding(對(duì)于晶片接合的具有提 高的熔融溫度的改性金-錫體系)，，的20080073665?？梢岳斫猓?這些對(duì)于要求保護(hù)的發(fā)明是說(shuō)明性的而不是限制性的。
基本上，在生長(zhǎng)基底二極管中，生長(zhǎng)基底支持外延層并作 為二極管的結(jié)構(gòu)部保留。在一些情況下(例如20060131599)，將 外延層安裝至具有形成二極管主要發(fā)射面的生長(zhǎng)基底的引線框 架(lead frame)。這些通常稱作"倒裝芯片"取向。
然而，因?yàn)樵S多原因，當(dāng)生長(zhǎng)基底部分地或完全地去除并 被載體基底(其能夠甚至為與生長(zhǎng)基底相同的材料)代替時(shí)，一 些結(jié)構(gòu)提供優(yōu)點(diǎn)。例如，除了一些結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)之外，在碳化硅上 生長(zhǎng)第III族氮化物外延層并接著去除碳化硅基底能夠降低所得二極管的總成本，這是因?yàn)槟軌蛟倮萌コ奶蓟杌?其能 夠用作晶片和作為晶片去除)。因而，盡管碳化硅比藍(lán)寶石或其
他基底材料相對(duì)更昂貴，但是在提供用于第m族氮化物外延層
的SiC的生長(zhǎng)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，以該方式再利用它節(jié)約制造成本。
二極管50包括一層或多層金屬接合層，其中兩層在圖4中以 52和53說(shuō)明。接合層52和53將載體基底51與由符號(hào)54表示的外 延發(fā)光激活結(jié)構(gòu)連接。激活結(jié)構(gòu)54包括至少一層n型層55和一層 p型層56。然而，應(yīng)理解，附加層如量子阱或異質(zhì)結(jié)構(gòu)也能夠存 在。最初生長(zhǎng)基底材料的部分57(例如碳化硅)保留在激活結(jié)構(gòu) 54上。透明歐姆接觸60在生長(zhǎng)基底部57上，歐姆接觸61在安裝 基底51上。
在一些實(shí)施方案中，相對(duì)于安裝基底的歐姆接觸61能夠是 透明的。如上所述，該透明*接觸將傳，命至少約70%的由激活部 54發(fā)出的光，在一些情況下大于90%，在一些情況下為由激活 部54發(fā)出的頻率的100%。
在示例性實(shí)施方案中，金屬接合層53或52中的至少一層為 反射性的，或者除所述層52和53之外任選附加的反射層。
正如由分解圖62i兌明的，在與前面實(shí)施方案類似的方面， 生長(zhǎng)基底部57和歐姆接觸60能夠限定雙凸面62。如在其他實(shí)施 方案中，能夠以幾種已知才支術(shù)形成雙凸面62,該雙凸面62通常 用于提高來(lái)自二極管50的光的外部提取。
在許多實(shí)施方案中，因?yàn)樘蓟枋菍?duì)于第m族氮化物層外
延生長(zhǎng)有利的基底材料，所述第III族氮化物層最典型地用于激 活部54與外延層55和56,所以殘余的生長(zhǎng)基底部57為碳化珪。
如本文之前所述，碳化硅提供對(duì)第III族氮化物材料體系的優(yōu)良 的熱和晶才各的匹配。
如圖4說(shuō)明的，二極管50具有在金屬接合層53和52上的p型
18外延層56以及在p型層56上的n型外延層55的倒裝芯片取向。
二極管50能夠包括向電路或其它裝置提供適當(dāng)連接的接合 墊64。接合墊也能夠至少包括一層面向形成激活部54的外延層 的反射層65。如之前所述，盡管將光反射回至激活層具有一些
光子)，接合墊64還吸收發(fā)出的光子，因而優(yōu)選在其他方向上反 射光子/人而將提高光提取。
透明歐姆接觸典型地由氧化銦錫或之前關(guān)于其他實(shí)施方案 所述的其他組成中的一種形成。
在各自說(shuō)明的實(shí)施方案中，歐姆接觸能夠由多層導(dǎo)電性氧 化物形成，以形成當(dāng)光子射出二極管時(shí)最小化菲涅耳損耗的梯 度化折射率分?jǐn)?shù)?？蛇x擇地，為了相同目的，通過(guò)接觸能夠梯 度化ITO中銦的原子分?jǐn)?shù)。
圖5為根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管燈7 0的示意圖。燈7 0包括根 據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管，其能夠包括有關(guān)圖1-4所述的任何10、 26、 44或50的實(shí)施方案。
二才及管10(或其他實(shí)施方案)位于通過(guò)導(dǎo)線(wire)72形成與 二極管IO電接觸的頭部71上。頭部71也作為乂十于燈70的電極。 第二導(dǎo)線73提供與第二電極74的電接觸。從廣義上使用術(shù)語(yǔ)"頭 部"，以在燈的上下文中描述用于LED的適當(dāng)才幾電支承體。
密封劑75覆蓋LED10、頭部71和電極74的一部分。密封劑 75提供用'于燈70的透鏡，還提供對(duì)二極管10的環(huán)境保護(hù)。能夠 將安裝基底(即圖4中的51)的折射率小心地與密封劑7 5的折射 率匹配，以最小化基底51與密封劑75之間的菲涅耳損耗。
正如前面提及的，在一些實(shí)施方案中，密封劑含有典型地 降頻轉(zhuǎn)換由二極管10發(fā)出的光的由陰影部分7 6表示的磷光劑。 最典型地，因?yàn)榈贗II族氮化物材料體系在光譜的藍(lán)色部分發(fā)射，所以磷光劑7 6響應(yīng)于藍(lán)色頻率，并最初(盡管不是專門地)在可 見(jiàn)光譜的黃色-紅色部分中發(fā)射。來(lái)自二極管10的藍(lán)光與來(lái)自磷
光劑7 6的黃光的組合產(chǎn)生白光的外部發(fā)射。4參雜鈰的釔鋁石榴 石(YAG)為用于該目的的示例性-岸光劑。
圖6說(shuō)明才艮據(jù)本發(fā)明的燈，其以10示意性說(shuō)明，^f旦能夠?yàn)楸?文中所述的任 一 實(shí)施方案，能夠安裝至以8 0概括指示的顯示器。 各種顯示器的性質(zhì)和操作通常是已知的，除了指出它們典型 地包括二極管燈10和沿其主要平面中使光漫射以及使垂直于其 主要平面的一些光改變方向的配光器81之外，本文中將不再詳 細(xì)地描述。
在許多情形中，顯示器還將包括由長(zhǎng)方形82示意性指示的 一系列液晶，和通過(guò)單個(gè)長(zhǎng)方形83示意性說(shuō)明的一 系列適當(dāng)?shù)?一個(gè)或多個(gè)濾色器。在顯示器中能夠包括其他元件，不過(guò)為了 清楚起見(jiàn)，此處予以省略。當(dāng)將信號(hào)施加于液晶時(shí)，液晶一般 以"開(kāi)"或"關(guān)"取向進(jìn)行操作，從而組合濾色器83時(shí)，顯示 器80產(chǎn)生彩色圖像。
在附圖和說(shuō)明書中，已解釋本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，盡管 已采用特定術(shù)語(yǔ)，但是僅以一般的和描述性的意義使用它們而 并非出于限制的目的，在權(quán)利要求書中限定本發(fā)明的范圍。
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權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，其包含生長(zhǎng)基底；在所述生長(zhǎng)基底第一表面上的基本上透明的歐姆接觸；在所述生長(zhǎng)基底第二表面上的第III族氮化物發(fā)光激活區(qū)；在所述激活區(qū)上的p型第III族氮化物接觸層，所述第III族氮化物接觸層傳輸所述激活區(qū)中產(chǎn)生的光；和在所述p型接觸層上的基本上透明的歐姆接觸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)光二極管，其進(jìn)一步包含與所述歐姆接觸相對(duì)的在所述生長(zhǎng)基底第二表面上的緩沖結(jié)構(gòu)；和在所述緩沖結(jié)構(gòu)上的所述第III族氮化物發(fā)光激活區(qū)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)光二極管，其中所述透明歐姆接觸的至少一種選自由以下組成的組氧化銦錫、氧化鎳、氧化鋅、氧化鎘錫、鈦鴆鎳、氧化銦、氧化錫、氧化鎂、ZnGa204、Sn。2/Sb、 Ga203/Sn、 Agln02/Sn、 In203/Zn、 CuA102、 LaCuOS、CuGaO#SrCu202。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)光二極管，其中所述生長(zhǎng)基底包含導(dǎo)電性碳化硅。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)光二極管，其進(jìn)一步包含在相所述氮化硅組成鈍化層選自由化學(xué)計(jì)量和非化學(xué)計(jì)量的氮化硅纟且成的組。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管，其包含濺射沉積的氮化硅層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管，其中所述基底和相對(duì)于所述基底的所述歐姆接觸限定其間的雙凸面。
8. —種LED燈，其包含頭部；在所述頭部上的根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)光二極管；和在所述頭部上的所述發(fā)光二極管上的密封劑。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的LED燈，其進(jìn)一步包含所述密封 劑中的磷光劑，所述磷光劑降頻轉(zhuǎn)換通過(guò)所述發(fā)光二極管發(fā)出 的頻率。
10. —種顯示器，其包含至少 一 種根據(jù)權(quán)利要求8所述的L E D燈； 液晶；配光器；和 濾色器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)光二極管，其中所述基本上透 明的歐姆接觸包含多層導(dǎo)電性氧化物層，所述多層導(dǎo)電性氧化 物層形成當(dāng)光子射出二極管時(shí)最小化菲涅耳損耗的梯度化折射 率。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)光二極管，其中所述基本上透 明的歐姆接觸包含氧化銦錫，所述氧化銦錫的銦原子分?jǐn)?shù)貫穿 所述接觸梯度化，形成穿過(guò)所述接觸的梯度化折射率。
13. —種發(fā)光二極管，其包含 生長(zhǎng)基底；在所述生長(zhǎng)基底上的各p型和n型外延層，所述外延層具有 小于或等于所述生長(zhǎng)基底折射率的折射率；和在與所述生長(zhǎng)基底相對(duì)的所述外延層上的透明歐姆接觸。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管，其進(jìn)一步包含相 對(duì)于鄰近所述生長(zhǎng)基底的所述外延層的透明歐姆接觸。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管，其中所述透明歐 姆接觸選自由以下組成的組氧化銦錫、氧化鎳、氧化鋅、氧化鎘錫、鈦鎢鎳、氧化銦、氧化錫、氧化鎂、ZnGa204、 Sn02/Sb、 Ga203/Sn、 Agln02/Sn、 In203/Zn、 CuA102、 LaCuOS、 CuGa02 和SrCu202。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管，其中所述生長(zhǎng)基 底為-友4匕硅。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)光二極管，其中 所述外延層選自第III族氮化物材料體系； 所述各n型層在所述生長(zhǎng)基底上，所述各p型層在所述n型層上；和所述透明歐姆接觸在所述第III族氮化物的p型層上。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的發(fā)光二極管，其中所述透明歐姆接觸基本上覆蓋所述p型外延層的全部；和 所述二極管進(jìn)一步包含相對(duì)于所述透明歐姆接觸的接合墊。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)光二極管，其中所述接合墊 包括至少一層具有至少一面向所述生長(zhǎng)基底的反射面的層。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)光二極管，其包含相對(duì)于所 述n型外延層的反射性歐姆接觸。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的發(fā)光二極管，其包含相對(duì)于所 述n型外延層的接合墊。
22. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管，其中成形所述基 底以提高光提取。
23. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管，其進(jìn)一步包含在 所述透明歐姆接觸和所述外延層上的雙凸面。
24. —種LED燈，其包含 頭部；在所述頭部上的根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)光二極管；和在所述頭部上的所述發(fā)光二極管上的密封劑。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的LED燈，其進(jìn)一步包含所述密 封劑中的磷光劑，所述磷光劑降頻轉(zhuǎn)換通過(guò)所述發(fā)光二極管發(fā) 出的頻率。
26. —種顯示器，其包含 至少一種根據(jù)一又利要求24所述的LED燈； 液晶；配光器；和 濾色器。
27. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管，其中所述基本上 透明的歐姆接觸包含多層導(dǎo)電性氧化物層，所述多層導(dǎo)電性氧 化物層形成當(dāng)光子射出二極管時(shí)最小化菲涅耳損耗的梯度化折射率。
28. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管，其中所述基本上 透明的歐姆接觸包含氧化銦錫，所述氧化銦錫的銦原子分?jǐn)?shù)貫 穿所述接觸梯度化，形成穿過(guò)所述接觸的梯度化折射率。
29. —種發(fā)光二極管，其包含 導(dǎo)電性安裝基底； 在所述安裝基底上的金屬接合層；在所述接合層上的外延發(fā)光激活結(jié)構(gòu)，所述發(fā)光激活結(jié)構(gòu) 包括至少一層n型和p型外延層；在所述激活結(jié)構(gòu)上的生長(zhǎng)基底材料的部分； 相對(duì)于所述生長(zhǎng)基底的透明歐姆接觸；和 相對(duì)于所述安裝基底的歐姆接觸。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的發(fā)光二極管，其中相對(duì)于所述 安裝基底的所述歐姆接觸是透明的。
31. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的發(fā)光二極管，其中所述接合層包括至少一層反射層。
32. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的發(fā)光二極管，其中所述生長(zhǎng)基 底部和相對(duì)于所述生長(zhǎng)基底部的所述透明歐姆接觸限定雙凸面。
33. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的發(fā)光二極管，其中所述生長(zhǎng)基 底包含》灰化硅。
34. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的發(fā)光二極管，其中所述激活結(jié) 構(gòu)外延層選自第III族氮化物材料體系。
35. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的發(fā)光二極管，其中所述p型外延 層在所述接合層上，所述n型外延層在所述p型外延層上。
36. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的發(fā)光二極管，其進(jìn)一步包含相 對(duì)于所述生長(zhǎng)基底部上的所述透明歐姆接觸的接合墊。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的發(fā)光二極管，其中所述接合墊 包括至少 一層面向所述生長(zhǎng)基底的反射層。
38. —種LED燈，其包含 . 頭部；在所述頭部上的根據(jù)權(quán)利要求29所述的發(fā)光二極管；和 在所述頭部上的所述發(fā)光二極管上的密封劑。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的LED燈，其進(jìn)一步包含在所述 密封劑中的磷光劑，所述磷光劑降頻轉(zhuǎn)換通過(guò)所述發(fā)光二極管 發(fā)出的頻率。
40. —種顯示器，其包括 至少一種根據(jù)權(quán)利要求38所述的LED燈； 液晶；配光器；和 濾色器。
41. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的發(fā)光二極管，其中所述基本上透明的歐姆接觸包含多層導(dǎo)電性氧化物層，所述多層導(dǎo)電性氧 化物層形成當(dāng)光子射出二極管時(shí)最小化菲涅耳損耗的梯度化折 射率。
42.根據(jù)權(quán)利要求29所述的發(fā)光二極管，其中所述基本上 透明的歐姆接觸包含氧化銦錫，所述氧化銦錫的銦原子分?jǐn)?shù)貫 穿所述接觸梯度化，形成穿過(guò)所述接觸的梯度化折射率。
全文摘要
公開(kāi)了一種發(fā)光二極管，其包括生長(zhǎng)基底、在該生長(zhǎng)基底的第一表面上基本透明的歐姆接觸、第III族氮化物、在該生長(zhǎng)基底的第二表面上的發(fā)光激活區(qū)、傳輸激活區(qū)中產(chǎn)生的光的在激活區(qū)上的p型第III族氮化物接觸層和在該p型接觸層上基本上透明的歐姆接觸。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101681973SQ200880020967
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日
發(fā)明者小大衛(wèi)·B·斯雷特, 約翰·A·埃德蒙德, 邁克爾·J·伯格曼恩 申請(qǐng)人:科里公司