發(fā)光裝置的制作方法

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專利名稱：發(fā)光裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光裝置以及相關元件、系統和方法。
技術背景與白熾光源和/或熒光源相比，發(fā)光二極管通常可以提供較高性能的光。由于與LED相關的相對高的電力效率，導致在許多照明設施中使用LED來代替常規(guī)的光源。例如，在一些應用中，使用LED作為交通燈，用來照明蜂窩電話鍵盤和顯示器。一般而言，LED由多層結構形成，其中，多層結構中的至少部分層是由不同的材料形成。通常，選定用于各個層的材料和厚度決定了 LED發(fā)射的光線的波長。此外，可以選擇多層的化學成分，以試圖避免所射入的電載子進入特定區(qū)域(一般稱為量子井)，從而相當有效地將其轉換為光能。通常，在量子井所生成的接合處的一側上的多層摻雜有施主原子，從而導致高電子濃度(這類層通常稱為n型層)，而在相對側上的多層則摻雜有受主原子，導致相對高的空穴濃度(這類層通常稱為p-型層)。以下將對制作LED的一般方法進行說明注入的接觸。以圓片的形式制作多個材料層。一般而言，使用一種外延淀積技術諸如金屬有機物化學氣相淀積(MOCVD)來形成多層，將開始淀積的層形成在生長襯底上。然后，對多層采用各種蝕刻和金屬化技術以形成用于電流注入的接觸，然后將所述圓片切割成一個個的LED晶片(LEDchip)。通常，對所述的LED晶片進行封裝。在使用中，一般將電能注入到LED中，然后被轉換成電磁輻射(光線)，部分的電磁輻射(光線)被從LED中發(fā)出。發(fā)明內容本發(fā)明涉及一種發(fā)光裝置以及相關元件、系統和方法。在一個實施例中，本發(fā)明的發(fā)光裝置特征在于包括一多重材料堆疊層。所述多重材料堆疊層包括一光產生區(qū)域和由光產生區(qū)域支承的第一層。第一層包括一表面，由光產生區(qū)域產生的光線可以經由第一層的所述表面從所述發(fā)光裝置發(fā)出。所述表面具有根據一圖形(pattem) 在空間上變化的介電函數，所述圖形具有理想的晶格常數和大于零的解諧參數。在另一個實施例中，本發(fā)明的發(fā)光裝置特征在于包括一多重材料堆疊層。所述多重材料堆疊層包括一光產生區(qū)域和由光產生區(qū)域支承的第一層。第一層包括一表面，由光產生區(qū)域產生的光線可以經由第一層的所述表面從所述發(fā)光裝置發(fā)出。所述表面具有根據一非周期圖形在空間上變化的介電函數。在又一個實施例中，本發(fā)明的發(fā)光裝置特征在于包括一多重材料堆疊層。所述多重材料堆疊層包括一光產生區(qū)域和由光產生區(qū)域支承的第一層。第一層包括一表面，由光產生區(qū)域產生的光線可以經由第一層的所述表面從所述發(fā)光裝置發(fā)出。所述表面具有根據一復雜周期圖形在空間上變化的介電函數。在一個實施例中，本發(fā)明的發(fā)光裝置特征在于包括一多重材料堆疊層。所述多重材料堆疊層包括一 n-摻雜材料層、一p-摻雜材料層和光產生區(qū)域。所述發(fā)光裝置還包括一反射材料層，該反射材料層能夠反射由光產生區(qū)域產生的、并且撞擊到所述反射材料層的至少50%光線。n-摻雜材料層的表面被配置，使得由光產生區(qū)域產生的光線可以經由所述具有n-摻雜材料層的表面從所述發(fā)光裝置發(fā)出。所述n-摻雜材料層的表面具有根據一圖形在空間上變化的介電函數。在p-摻雜材料層和n-摻雜材料層之間的距離小于在n-摻雜材料層和反射材料層之間的距離。在另一個實施例中，本發(fā)明的發(fā)光裝置特征在于包括一多重材料堆疊層。所述多重材料堆疊層包括一光產生區(qū)域和由光產生區(qū)域支承的第一層。第一層包括一表面，由光產生區(qū)域產生的光線可以經由第一層的所述表面從所述發(fā)光裝置發(fā)出。所述第一層的表面具有根據一圖形在空間上變化的介電函數。所述發(fā)光裝置還包括一反射材料層，該反射材料層能夠反射由光產生區(qū)域產生的、并且撞擊到所述反射材料層的至少50%光線。所述光產生區(qū)域位于反射材料層和第一層之間，所述圖形不延伸超出第一層。在又一個實施例中，本發(fā)明的發(fā)光裝置特征在于包括一多重材料堆疊層。所述多重材料堆疊層包括一光產生區(qū)域和由光產生區(qū)域支承的第一層。第一層的表面被配置，使得由光產生區(qū)域產生的光線可以經由第一層的所述表面從所述發(fā)光裝置發(fā)出。所述光產生區(qū)域還包括與第一層的表面接觸的材料，該材料具有小于1.5的折射系數。對所述發(fā)生裝置進行封裝。在一個實施例中，本發(fā)明的發(fā)光裝置特征在于包括一多重材料堆疊層。所述多重材料堆疊層包括一光產生區(qū)域和由光產生區(qū)域支承的第一層。第一層的表面被配置，使得由光產生區(qū)域產生的光線可以經由第一層的所述表面從所述發(fā)光裝置發(fā)出。所述第一層的表面具有根據一圖形在空間上變化的介電函數。所述發(fā)光裝置還包括由所述第一層的表面支承的磷材料。所述發(fā)光裝置的側面實質上不具有磷材料。在另一個實施例中，本發(fā)明的特征在于制造圓片的方法。該方法包括在圓片的表面上淀積磷材料。該圓片包括多個發(fā)光裝置。每一個發(fā)光裝置包括一多重材料堆疊層。所述多重材料堆疊層包括一光產生區(qū)域和由光產生區(qū)域支承的第一層。第一層的表面被配置，使得由光產生區(qū)域產生的光線可以經由第一層的所述表面從所述發(fā)光裝置發(fā) 出。所述第一層的表面具有根據一圖形在空間上變化的介電函數。在又一個實施例中，本發(fā)明的發(fā)光裝置特征在于包括一多重材料堆疊層。所述多重材料堆疊層包括一光產生區(qū)域和由光產生區(qū)域支承的第一層。第一層的表面被配置，使得由光產生區(qū)域產生的光線可以經由第一層的所述表面從所述發(fā)光裝置發(fā)出。所述第一層的表面具有根據一圖形在空間上變化的介電函數。所述發(fā)光裝置還包括一磷材料，使得由發(fā)光裝置產生的、從第一層的表面發(fā)出的光線與所述磷材料接觸，從而使得從所述磷層發(fā)出的光線實質上為白光。發(fā)光裝置的高度與其面積的比值小到足以使白光在任何方向上延伸。在一個實施例中，本發(fā)明的發(fā)光裝置特征在于包括一多重材料堆疊層。所述多重材料堆疊層包括一光產生區(qū)域和由光產生區(qū)域支承的第一層。第一層的表面被配置，使得由光產生區(qū)域產生的光線可以經由第一層的所述表面從所述發(fā)光裝置發(fā)出。所述發(fā)光裝置還包括第一薄片和第二薄片，其中第一薄片由實質上對從第一層的表面發(fā)出的光線透明的材料形成，第二薄片包括磷材料。第二薄片與第一薄片相鄰。發(fā)光裝置被封裝，且第一薄片和第二薄片形成了發(fā)光裝置的封裝的一部分。在另一個實施例中，本發(fā)明的發(fā)光裝置特征在于包括一多重材料堆疊層。所述多重材料堆疊層包括一光產生區(qū)域和由光產生區(qū)域支承的第一層。第一層的表面被配置，使得由光產生區(qū)域產生的光線可以經由第一層的所述表面從所述發(fā)光裝置發(fā)出。所述第一層的表面具有根據一圖形在空間上變化的介電函數。所述圖形被配置使得由所述光產生區(qū)域產生的、經第一層的表面從發(fā)光裝置發(fā)出的光線的平行性比光線的拉普拉斯分布(lambertian distribution)好。在又一個實施例中，本發(fā)明的特征在于圓片包括多個發(fā)光裝置。至少一些發(fā)光裝置包括一多重材料堆疊層。所述多重材料堆疊層包括一光產生區(qū)域和由光產生區(qū)域支承的第一層。第一層的表面被配置，使得由光產生區(qū)域產生的光線可以經由第一層的所述表面從所述發(fā)光裝置發(fā)出。所述第一層的表面具有根據一圖形在空間上變化的介電函數。所述圖形被配置使得由所述光產生區(qū)域產生的、經第一層的表面從發(fā)光裝置發(fā)出的光線的平行性比光線的拉普拉斯分布好。所述圓片在每平方厘米上有至少大約5個(例如，至少大約25個，至少大約50個)發(fā)光裝置。在一個實施例中，本發(fā)明的特征在于發(fā)光裝置包括一多重材料堆疊層。所述多重材料堆疊層包括一光產生區(qū)域和由光產生區(qū)域支承的第一層，使得在使用發(fā)光裝置期間，由光產生區(qū)域產生的光線可以經由第一層的所述表面從所述發(fā)光裝置發(fā)出。所述第一層的表面具有根據一圖形在空間上變化的介電函數。由光產生區(qū)域產生的、從所述發(fā)光裝置發(fā)出的光線總量的至少大約45% (例如，至少大約50%，至少大約60%，至少大約70%)經發(fā)光裝置的表面發(fā)出。在一個實施例中，本發(fā)明的特征在于發(fā)光裝置包括一多重材料堆疊層。所述多重材料堆疊層包括一光產生區(qū)域和由光產生區(qū)域支承的第一層，使得在使用發(fā)光裝置時，由光產生區(qū)域產生的光線可以經由第一層的所述表面從所述發(fā)光裝置發(fā)出。所述發(fā)光裝置具有一邊緣，該邊緣長至少大約1毫米(例如，至少大約1.5毫米，至少大約2毫米，至少大約2.5毫米)。設計所述發(fā)光裝置，使得它的引出效率 (extraction efficiency)實質上與邊緣的長度無關。在又一個實施例中，本發(fā)明的特征在于發(fā)光裝置包括一多重材料堆疊層。所述多重材料堆疊層包括一光產生區(qū)域和由光產生區(qū)域支承的第一層，使得在使用發(fā)光裝置時，由光產生區(qū)域產生的光線可以經由第一層的所述表面從所述發(fā)光裝置發(fā)出。所述發(fā)光裝置具有一邊緣，該邊緣長至少大約1毫米(例如，至少大約1.5毫米，至少大約 2毫米，至少大約2.5毫米)。設計所述發(fā)光裝置，使得它的量子效率 (quantun efficiency)實質上與邊緣的長度無關。在一個實施例中，本發(fā)明的特征在于發(fā)光裝置包括一多重材料堆疊層。所述多重材料堆疊層包括一光產生區(qū)域和由光產生區(qū)域支承的第一層，使得在使用發(fā)光裝置時，由光產生區(qū)域產生的光線可以經由第一層的所述表面從所述發(fā)光裝置發(fā)出。所述發(fā)光裝置具有一邊緣，該邊緣長至少大約1毫米(例如，至少大約1.5毫米，至少大約2毫米，至少大約2.5毫米)。設計所述發(fā)光裝置，使得它的光電轉換效率 (wall plug efficiency)實質上與邊緣的長度無關。在另一個實施例中，本發(fā)明的特征在于制造發(fā)光裝置的方法。該方法包括將反射材料層與p—摻雜材料層結合。所述發(fā)光裝置包括一多重材料堆疊層，該多層包括p —摻雜材料層、光產生區(qū)域和第一層。第一層包括一表面，該表面具有根據一圖形在空間上變化的介電函數。所述反射材料能夠反射由光產生區(qū)域產生的、并且撞擊到所述反射材料層的至少50%光線。在又一個實施例中，本發(fā)明的特征在于制造發(fā)光裝置的方法。該方法將與第一層結合的襯底剝離。第一層形成具有多重材料堆疊層的一部分，該多重材料堆疊層包括一光產生區(qū)域。該方法形成的發(fā)光裝置的第一層的表面具有一介電函數，該介電函數根據一圖形在空間上變化。下面說明本發(fā)明的一個或多個優(yōu)點。所述多重材料堆疊層可以由多重半導體材料堆疊層形成。第一層可以是n-摻雜半導體材料層，多重材料堆疊層可以進一步包括p-摻雜半導體材料層。光產生區(qū)域可以在n-摻雜半導體材料層和p-摻雜半導體材料層之間。發(fā)光裝置可以進一步包括支承所述多重材料堆疊層的支承件。發(fā)光裝置進一步包括一反射材料層，所述反射材料能夠反射由光產生區(qū)域產生的、并且撞擊到所述反射材料層的至少50%光線。反射材料層可以位于支承件和多重材料堆疊層之間。P-摻雜半導體材料層和反射材料層之間的距離可以小于n-摻雜半導體材料層和反射材料層之間的距離。發(fā)光裝置可以進一步包括位于p-摻雜材料層和反射材料層之間的p型歐姆接觸。發(fā)光裝置還可包括位于第一層和光產生區(qū)域之間的電流散布層(current-spreading layer)。多重材料堆疊層可以由半導體材料如ni-v半導體材料、有機半導體材料和/或硅形成。在一些實施例中，圖形不延伸進入光產生區(qū)域中。在一些實施例中，圖形不必延伸至第一層上。在一些實施例中，圖形延伸超出第一層。發(fā)光裝置進一步包括多個電接觸，用于將電流注入發(fā)光裝置。所述電接觸可用于將電流垂直注入發(fā)光裝置。所述圖形可以部分地由從(例如)第一層的表面中的孔、第一層中的柱子、第一層中的連續(xù)紋理、第一層中非連續(xù)紋理及其組合中選出的之一形成。在一些實施例中，所述圖形可以從三角圖形、方形圖形和格狀圖形中選出。在一些實施例中，圖形可從非周期圖形、準晶圖形(quasicrystalline patterns)、羅賓遜圖形(Robinson pattern)和安曼圖形(Amman patterns ) 中選出。在一些實施例中，圖形是彭羅斯圖形(Penrosepatteni)。在一些實施例中，圖形可以從蜂窩圖形、阿基米德圖形中選出。在一些實施例中，圖形(例如，蜂窩圖形)可以有不同直徑的孔。在一些實施例中，圖形部分地由在第一層的表面上的孔形成。例如，解諧參數可以至少是理想晶格常數的1%或者最多是理想晶格常數的25%。在一些實施例中，圖形可以對應于實質上任意解諧的理想圖形?？梢赃@樣配置圖形，使得第一層的表面發(fā)出的光具有輻射模態(tài)的光譜，并且該輻射模態(tài)的光譜實質上與光產生區(qū)域的特征發(fā)射譜相同。例如，發(fā)光裝置可以是發(fā)光二級管、激光器或光放大器。發(fā)光裝置的例子包括有機發(fā)光裝置(OLED)、平面型發(fā)光LED和高亮度發(fā) 光二極管(HBLED).在一些實施例中，第一層的表面具有尺寸小于入/5的特征，其中，入為第一層可以發(fā)出的光線的波長。在一些實施例中，發(fā)光裝置被封裝(例如，以封好的管芯的形式)。在一些實施例中，已封的發(fā)光裝置可以不釆用密封材料。在一些實施例中，與第一層的表面接觸的材料是氣體(例如，空氣)，并且此氣體的壓力大約小于100托(Ton:)。在一些實施例中，與第一層的表面接觸的材料具有至少大約為1 的折射率。在一些實施例中，封裝的LED包括一蓋板(cover)。該蓋板可包括磷材料。該蓋板被配置使得光產生區(qū)域產生的、經由第一層的表面發(fā)出的光線可以與磷材料相互作用，使得經由第一層的表面發(fā)出并且與磷材料相互作用的光線從所述封面發(fā)出，實質上是白光。在某一些實施例中，發(fā)光裝置進一步包括第一薄片和第二薄片。第一薄片具有實質上對從發(fā)光裝置發(fā)出的光線透明的材料，第二薄片包括磷材料。第二薄片可以與第一薄片相鄰，在第一薄片和第一層的表面之間可以有折射率大約小于1.5的材料。第一和第二薄片被配置使得光產生區(qū)域產生的、經由第一層的表面發(fā)出的光線可以與磷材料相互作用，使得經由第一層的表面發(fā)出并且與磷材料相互作用的光線從所述第二薄片發(fā)出，實質上是白光。磷材料可以放置在第一層的表面上。制造圓片的方法包括放置磷材料以形成厚度的變化大約小于20% 的一層。所述方法可以包括平坦化所述磷材料層，使得磷材料層的厚度變化大約小于20%。所述方法還包括在第一層的表面上放置磷材料之后平坦化所述磷材料。所述磷材料可以被(例如)旋涂在圓片的表面上。所述方法包括從圓片中形成多個發(fā)光裝置，并且將至少一部分發(fā) 光裝置相互分離開。在一些實施例中，當由光產生區(qū)域產生的光線經由第一層的表面從發(fā)光裝置發(fā)出時，從第一層的表面發(fā)出的光線的至少大約40°/。以與第一層的表面的法線成最多大約30度角發(fā)出。在某些實施例中，發(fā)光裝置的填充因子為至少大約10%和/或者最多大約75%。制造發(fā)光裝置的方法進一步包括在將反射材料層和p-摻雜材料層結合之前，將第一層和襯底結合，多重材料堆疊層位于襯底和反射材料層之間。所述方法還包括在第一層和襯底之間形成結合層。所述方法也包括去除所述襯底。所述方法進一步包括在去除所述襯底之后的研磨和拋光步驟。在將反射材料層和第一層結合之后，去除所述襯底。去除所述襯底包括對位于第一層和所述襯底之間的結合層進行加熱。對結合層進行加熱可以分解至少部分結合層。對結合層加熱可以包括將結合層曝光于由激光器發(fā)出的輻射下。去除襯底可以包括激光器掀去過程對襯底進行曝光。去除襯底導致第一層的表面變得實質上是平坦的。所述方法進一步包括在形成第一層的表面中的圖形之前，在第一襯底被去除之后對第一層的表面進行平坦化。對第一層的表面平坦化包括對第一層的表面進行化學機械拋光。對第一層的表面進行平坦化可以減少第一層的表面的粗糙度到大約大于入/5，其中入是可以由第一層發(fā)出的光線的波長。形成所述圖形可以包括使用納米微影。所述方法還可以包括將襯底置于反射材料層上。所述方法可以進一步包括將電流分布層置于第一層和光產生區(qū)域之間。各個實施例反映了本發(fā)明的下述優(yōu)點。在某些實施例中，LED和/或相對大的LED晶片可發(fā)出相對地高光引出量。在一些實施例中，LED禾G/或相對大的LED晶片可以發(fā)出相對高平面亮度、相對高平均表面亮度、相對低的散熱需求或相對高的散熱率、相對低的音域(etendue)和/或相對高功率效率。在某些實施例中，LED和/或相對大的LED晶片被設計使得由 LED/LED晶片發(fā)出的相對少量光線被封裝吸收。在一些實施例中，可以不使用封裝材料制作封裝的LED(例如，相對大的封裝的LED)。這可以使得封裝的LED避免與采用某些封裝材料相關的問題(如降低的性能和/或作為時間的函數的不一致性能)，從而提供了在相當長的時間中具有相對好的和/或可靠性能。在某些實施例中，LED(例如，可以是相對大的封裝LED的封裝 L E D)可以包括相對均勻旋涂的磷材料。在一些實施例中，LED(例如，可以是相對大的封裝LED的封裝 LED)可以被設計從而在特定的角度范圍內(例如，在相對于LED表面法向的特定角度范圍內)提供希望的光線輸出。在一些實施例中，可以用相對便宜的工藝制作LED和/或相對大的LED晶片。在某些實施例中，LED和/或相對大的LED可以在不增加成本之下、經由工業(yè)規(guī)模的方式制作，并且不會造成經濟上不可行。本方面的優(yōu)點在說明書、附圖以及權利要求書中記載。

圖1是具有圖形表面的LED的側視圖。圖2是根據圖1的LED的圖形表面的頂視圖。圖3是具有圖形表面的LED的引出效率圖，其中圖形表面是解諧參數的函數。圖4是LED的圖形表面的付立葉變換的示意圖。圖5是具有圖形表面的LED的引出效率，其中，圖形表面是最近距離的函數。圖6是具有圖形表面的LED的引出效率，其中，圖形表面是填充因子的函數。圖7是LED的圖形表面的頂視圖。圖8是具有不同的表面圖形的LED的引出效率。圖9是具有不同的表面圖形的LED的引出效率。圖IO是具有不同的表面圖形的LED的引出效率。圖11是具有不同的表面圖形的LED的引出效率。圖12是具有與LED的輻射光譜相比不同的圖形表面的兩個LED的富立葉變換的示意圖。圖13是具有作為角度的函數的不同表面圖形的LED的引出效率的圖形。圖14是具有圖形表面和在圖形表面上的磷材料的LED的側視圖。圖15是具有圖形表面的LED的外延層前體(precursor)的側視圖。圖16是具有圖形表面的LED的外延層前體的側視圖。圖17是具有圖形表面的LED的外延層前體的側視圖。圖18是具有圖形表面的LED的外延層前體的側視圖。圖19是具有圖形表面的LED的外延層前體的側視圖。在各個附圖中相同的附圖標記表示相同的元件。
具體實施方式
圖1示出呈封裝管芯形式的LED的側視圖。LED100包括置于載具之上的多重材料堆疊層122。多重材料堆疊層122包括320納米厚的硅摻雜(n-慘雜)GaN層134，在硅摻雜(n-摻雜)GaN層134的上表面 110形成了多個開口 150的圖形。多重材料堆疊層122也包括結合層 124、 100納米厚的銀層126、 40納米厚的鎂摻雜(p-摻雜)GaN層128、由多個InGaN/GaN量子阱形成的120納米厚的光產生區(qū)域130、和 AlGaN層132。 N-側接觸墊置于層134上，p-側接觸層138置于層126 上。封裝材料(具有1.5折射率的環(huán)氧樹脂)位于層134和蓋板滑片 (cover slip) 140以及支撐件142之間。層144沒有延伸進入開口 150。LED如下產生光線。P-側接觸墊138相對n-側接觸墊136出于正電位，導致電流注入LED 100中。當電流經過光產生區(qū)域130中時，來自n-摻雜層134的電子與來自p-摻雜層128的空穴便在區(qū)域130結合，使得光產生區(qū)域130產生光線。光產生區(qū)域130包括在光產生區(qū) 域發(fā)出光線(例如，各向同性)的多個偶極點輻射源，所述光線具有形成光產生區(qū)域130的材料的波長的光譜特征。在InGaN/GaN量子阱的作用下，由區(qū)域130產生的光線的波長的光譜可以具有大約445納米的尖峰波長和大約30納米的一半最大全寬(FWHM)。注意，在p-摻雜層126中的載荷子與n-摻雜半導體層134中的載荷子相比具有相對低的移動性。因此，沿p-摻雜層128的表面放置銀層126(其是導電的)可以提高由接觸墊138注入p-摻雜層128和光產生區(qū)域130中的電荷均勻性。這還可以降低設備100的電阻和/或增加設備100的注入效率。由于n-摻雜層134相對較高的電荷移動性，電子可以相對快地從n-側接觸墊136擴散通過層132和134，從而在光產生區(qū)域130中的電流濃度實質上均勻通過區(qū)域130。還要注意，銀層126具有相對高的熱導電性，允許層126作為LED100的熱源(將熱從多重材料堆疊層122垂直傳遞到載具120)。由區(qū)域130產生的至少一部分光線可被引導至銀層126。該光線可以被層126反射并且經表面110從LED100發(fā)出，或者可以由層126 反射然后在LED 100的半導體材料中吸收，從而形成可以在區(qū)域130 中組合導致區(qū)域130產生光線的電子-空穴對。類似地，由區(qū)域130產生至少一部分光線被引導至墊136。墊136的下側由可以反射光產生區(qū)域130產生的至少一部分光線的材料(例如，Ti/Al/Ni/Au合金)形成。因此，被引導至墊136的光線可以被墊136反射然后在經表面110 從LED 100中發(fā)出(例如，被從銀層126中反射)，或者所述被引導至墊136的光線可以被墊136反射，然后在LED 100的半導體材料中吸收，從而產生可以在區(qū)域130中組合導致區(qū)域130產生光線(例如，由或者不由銀層126反射)的電子-空穴對。如圖1和2所示，LED 100的表面110是不平坦的，但是由修正的三角形圖形的開口 150形成?？傊梢詾殚_口 150的深度選擇不同的值，開口 150的直徑以及最相鄰開口 150之間最近的距離可以變化。除非采用其他方式加以注解，否則采用數值計算對各個圖進行說明開口 150具有等于大約280納米的深度146，大約160納米的非零直徑，最相鄰開口之間的距離大約為220納米，和等于1.0的折射率。對三角形圖形進行解諧處理，從而圖形150中最相鄰之間具有值為(a-Aa)到(a+Aa)之間的中心距離，其中"a"為理想三角圖形的晶格常數，"Aa"為具有長度尺度的解諧參數，所述解諧可以在任意方向上發(fā)生。為了提高從LED 100發(fā)出的光線引出量(參見下述說明)，解諧參數八a通常為理想晶格常數a的至少大約1% (例如，至少大約 2%，至少大約3%，至少大約4%,至少大約5%),并且最多大約為理想晶格常數a的25% (例如，最多大約為20%，最多大約為15%,最多大約為10%)。在一些實施例中，最相鄰的間隔在(a-Aa)到(a+Aa) 之間的任意值，從而圖形150實質上可以被任意解諧。對于帶有開口 150的修正三角形圖形，已經發(fā)現非零解諧參數提高了LED IOO的取出能效。對于上述的LED IOO，當解諧參數A a從零增加到大約0.15a，在LED 100中的電磁場的數學模型(在下文中介紹)示出了裝置的引出效率從大約0.60則加到大約0.70，如圖3所示。圖3中的引出效率通過使用三維有限差分時域(FDTD)方法來計算以為LED 100內或者外的光線估計馬克士威方程的解例如，參見 K.S. Kunz and R.J. Luebbers, The Finite-Difference Time-DomainMethods (CRC, Boca Raton， FL, 1993)、 A. Taflove, Computational Electrodynamics: The Finite-Difference Time-Domain Method (Artech House, London, 1995)，這些文獻通過引用結合到本發(fā)明中來。為了呈現具有特定圖形150的LEDIOO的光學性，在FDTD計算中的輸入參數包括中心頻率和在光產生區(qū)域130中的偶極點輻射源發(fā)出的光線的帶寬，在多重堆疊材料層122中的各層的尺寸和介電特性，和直徑，深度，以及圖形150中的開口之間的最相鄰的距離(NND)。在某些實施例中，使用FDTD方法如下計算LED 100的引出效率數據。使用FDTD來解決全向量基于時間的馬克士威方程 e 5 3戶其中，極性化& = ^ + ^ + ' + gm 捕捉光產生區(qū)域130 的量子阱、p-接觸層126和LED 100中的其他層的依賴于頻率的響應。 5m項是對材料的整體極性化有不同貢獻的經驗導出值(例如，束縛電子振蕩的極性化響應，自由電子振蕩的極性化響應)。特別地，其中，極性化對應于一介電常數咖)=f CO + Z為了方便數值計算，僅考慮了封裝材料144、銀層126和位于封裝材料144和銀層126之間的各層。該近似估計基于假設封裝材料144 和層126足夠厚，使得周圍層不影響LED 100的光學性能。假設具有依賴頻率的介電常數的LEDIOO中的相關結構是銀層126和光產生區(qū)域130。假設LED 100中的其他相關層沒有依賴頻率的介電常數。注意，在LED IOO包括位于封裝材料144和銀層126之間的附加金屬層的實施例中，每一個附加金屬層將具有依賴頻率的介電常數。還須注意，銀層(和LED 100中的任何其他層)具有用于束縛電子和自由電子的依賴頻率的項，而光產生區(qū)域具有用于束縛電子的依賴頻率的項，但不具有用于自由電子的依賴頻率的項。在某些實施例中，當模型化介電常數的頻率依賴性時，可以包括其他的項。例如，這樣的項可包括電聲子相互作用、原子極化、離子極化和/或分子極化。通過結合在光產生區(qū)域130中任意放置的恒定電流的偶極源，模型化光產生區(qū)域130的量子阱發(fā)出的光線，光譜寬度的各發(fā)射短高斯脈沖等于實際量子阱的高斯脈沖，每一個具有任意初始相位、開始時間。為了處理LED 100的表面110的開口 150的圖形，使用側向中的較大的超級單元(supercell)以及周期性邊界條件。這可以有助于模擬較大(例如，在邊沿上大于0.01毫米)裝置尺寸。在所有偶極源已經發(fā)出他們的能量之后，直到系統中沒有能量，實時解出全演化方程。在該仿真中，發(fā)出的總能量、經由上表面110的能量流、以及由量子阱與n-摻雜層吸收的能量被監(jiān)視。通過在時域和空間上的付立葉變換，獲得引出流的頻率和角度解析數據，因此，可以計算頻率解析引出效率。通過將發(fā)出的總能量與光產生區(qū)域130的實驗已知發(fā)光進行匹配，獲得對于給定的輸入的單位亮度、單位晶片區(qū)域的絕對角度解析引出。可以確信的是，由于開口 150建立了根據圖形150而在層134中空間上變化的介電函數，變化解諧圖形150可以提高經由表面110叢 LED 100發(fā)出的、在光產生區(qū)域130中產生的光線的效率，這并不等同于理論結果。還可以確信，上述結果改變了在LED100的輻射模態(tài) (例如，從表面110發(fā)出光的光模態(tài))和導引模態(tài)(例如，限制于多重堆疊層122中的光模態(tài))的濃度。并且這種對LED 100的輻射模態(tài) 和導引模態(tài)的濃度的改變導致一些光被散射(例如，布拉格散射)射入可以泄漏到輻射模態(tài)的模態(tài)中，所述一些光線在沒有圖形150的情況下被發(fā)射到導引模態(tài)中。在某些實施例中，確信圖形150 (例如，上述的圖形，或者一個上述的圖形)可以消除LED 100中的所有導引模態(tài)?？梢源_信，通過考慮具有點散射部位的晶體的布拉格散射，可以理解晶格的解諧效應。對于在以距離d相互間隔的晶格平面中的完美的晶格，波長為人的單色光根據布拉格條件nA:2dsine而釆用一角度 e進行散射，其中n是表示散射的階數的整數。然而，對于具有光譜帶寬AA/入、并且以立體角度AO射入源而言，通過解諧晶格部位之間的間隔，可以將布拉格條件放寬一解諧參數Aa。對晶格的解諧提高了在光譜帶寬和源的空間發(fā)射分布上的圖形的散射有效性和接受角度。雖然已經介紹了具有非零解諧參數Aa的修正三角圖形150可以增加從LED100的光線引出量，還可以使用其他的圖形來增加從LED 100的光線引出量。當確定給定圖形是否增加從LED 100的光線引出量和/或何種開口圖形可以用來增加從LED 100的光線引出量時，在進行數值計算前，首先使用物理圖像(physical insight)來近似估計可以增加光線引出量的基本圖形。通過考慮根據圖形150而在空間上變化的的介電常數的付立葉變換，LED100的取出效率可以進一步被理解(例如，在弱散射條件中)。圖4說明了對理想三角形晶格的付立葉變換。沿著平面內波向量k的特定方向進入的光線的引出與沿著平面內波向量k'(即，平行于圖形 150)進入所有輻射模態(tài)的發(fā)射源Sk，有相互的關連，其中，平面內波向量k可由平面內波向量k，加上或減去倒晶格向量G得到，即k=k' ±G。引出效率正比于介電函數ec的相應付立葉分量(Fk)的幅度，由下式給出<formula>formula see original document page 23</formula>由于光在材料中的傳播通常滿足方程k、平面內)+k、法向^ e ("/C)2，所考慮的最大G被光產生區(qū)域發(fā)射的頻率(co)和光產生區(qū)域的介電常數所固定。如圖4所示，定義了通常被稱為光能階(light line) 的倒晶格空間的環(huán)。由于光產生區(qū)域130的有限帶寬，所述光能階為環(huán)狀結構，但是為了便于說明，在此以單色光源的光能階進行說明。類似地，在封裝材料內的光傳播也受到光能階(圖4中的內環(huán))的限制。因此，通過增加在該封裝材料光能階中所有方向k的Fk和增加封裝材料光能階上的G點的散射強度￡(3，引出效率可以提高，其中，封裝材料層中的光能階等于封裝材料層中的G點的增量總和。當選擇可以提高取出效率的圖形時可以使用該物理圖像。例如，圖5示出了增加理想三角圖形的晶格常數的效應。圖5中的數據是使用圖1中示出的LED 100的給定參數計算得來的，但是不包括具有450納米的尖峰波長的射出光線，與最近相鄰距離"a"分別為1.27a、 0.72a、 1.27a+40nm時的開孔的深度、開孔的直徑、和n-摻雜層134的厚度。增加晶格常數則增建了封裝材料的光能階的G點的濃度。觀察到具有NND的引出效率的清楚趨勢。可以確信，對于NND 的最大引出效率近似等于真空中的光波長。獲得最大引出效率的原因在于當NND變得大于光波長時，由于材料變得更加均勻，降低了散射效應。例如，圖6示出了增加孔尺寸或填充因子的效應。三角形圖形的填充因子由(2Tt/V3"(r/a)z給出，其中，r是孔的半徑。圖6中的數據是使用用于圖1的LED100的給定參數計算出來的，這些參數不包括根據x軸上的給定填充因子變化的開口直徑。當散射強度(e 。增加時，引出效率隨著填充因子而增加。當填充因子為 48%時，則此特定系統具有最大值。在某些實施例中，LED100具有至少大約10% (例如，至少大約15%，至少大約20%)禾Q/或最多大約90% (例如，最多大約80%，最多大約70%,最多大約60%)的填充因子。雖然上述介紹的修正三角形圖形中解諧參數與在理想三角形晶格的位置的圖形開口的定位相關，通過修正理想三角形圖形中的孔同時保持理想三角形圖形的位置的中心，也可以獲得修正的(解諧)三角形圖形。圖7示出了這種圖形的一個實施例。光線引出量的增加，用于執(zhí)行相應的數值計算和對于具有圖7所示圖形的發(fā)光裝置的增加的光線引出量的物理解釋而言的方法與上述方法相同。在一些實施例中，修正的(解諧)圖形可以具有置于距離理想位置的開口和在理想位置但是具有不同直徑的開口。在另外一些實施例中，通過使用不同的圖形，包括(例如)復雜周期圖形和非周期圖形，可以獲得從發(fā)光裝置的增加的光線引出量。在此，復雜周期圖形是這樣一種圖形，其以周期性方式進行重復的每一個單元體(unit cell)具有一個以上的特征。例如，復雜周期性圖形包括蜂窩圖形，蜂窩基底圖形，(2x2)基底圖形，環(huán)形圖形和阿基米德圖形。如下所述，在一些實施例中，復雜周期圖形可以具有帶有一直徑的一些開口和帶有更小直徑的其它開口。在此，非周期圖形是這樣的圖形，在具有為區(qū)域130產生的光線的尖峰波長的至少50倍的長度的單元體上不具有平移對稱性。非周期圖形的例子包括非周期圖形、準晶圖形、羅賓遜圖形和安曼圖形。圖8示出了對LED 100、兩種不同復雜周期圖形的數值計算，其中圖形中的某些開口具有特定直徑，圖形中的另一些開口具有較小直徑。圖8中示出的數值計算示出具有較小孔(dR)的直徑從0變化到 95納米的取出效率(具有80納米直徑的較大孔)的性能。圖6中示出的數據是使用用于圖1的LED 100的給定參數來計算出來的，所述給定參數不包括根據圖形的X軸上的給定的填充因子值而變化的開口的直徑。不受理論的束縛，多種孔尺寸允許從圖形中的多重周期性進行散射，從而增加了圖形的接受角度和光譜效率。光引出量的提高，用于進行相應數值計算的方法，和對于具有圖8的圖形的發(fā)光裝置的提高的引出效率的物理解釋都與上述的介紹相同。圖9示出具有不同環(huán)形圖形(復雜周期圖形)的LED100的數值計算。環(huán)繞中心孔的第一環(huán)形中的開孔數目對于不同的環(huán)形圖形是不同的(6， 8或者10)。圖9中示出的數據是使用圖1中的LED 100的給定參數計算出來的，所述給定參數不包括具有450納米的尖峰波長的發(fā)射光。圖9中的數值計算表明每單元體的圖形數量從2到4時的 LED 100的引出效率，其中環(huán)形圖形以重復方式通過單元體。光線引出量的增加，用于執(zhí)行相應數值計算的方法，和對具有圖9所示的圖形的發(fā)光裝置的增加的光線引出率的物理解釋與上述介紹相同。圖10示出具有阿基米德圖形的LED 100的數值計算。阿基米德圖形A7是由具有7個相同間隔的孔的六邊形單元體230構成，其中相互之間的最相鄰距離為a。在單元體230內，6個孔按照正六邊形的形狀進行排列，第七個開孔位于六邊形的中心。然后，六邊形單元體230將這些孔以中心距離為a^a"l + ^")、且沿著邊沿共同構成LED 的整個表面。這就是所說的A7填充，因為7個孔組成了一個單元體。類似地，阿基米德A19由19個相同間隔的、具有最相鄰的距離a的孔組成。這些孔以具有7個孔的內六邊形、12個孔的外六邊形和中心孔在內六邊形的中心的形式排列。然后，將這些孔以中心距離為a' =a*C3+^)、且沿著邊沿共同構成LED的整個表面。光線引出量的增加，用于執(zhí)行相應數值計算的方法，和對具有圖10所示的圖形的發(fā) 光裝置的增加的光線引出率的物理解釋與上述介紹相同。如圖10所示，A7和A19的引出效率大約為77%。圖IO所示的數據是使用圖1 所示的LED100的給定參數計算出來的，但是所述給定參數不包括具有450納米的尖峰波長的發(fā)射光線和NND被定義為在各個單元體內的開口之間的距離。圖11示出了具有準晶圖形的LED 100的數值計算。準晶圖形在 (例如)M. Senechal, Quasicrystals and Geometry (Cambridge University Press, Cambridge, England 1996)進行了介紹，在此通過引用結合進來。該數值計算說明了當基于S重準周期結構變化時引出效率的性能。可以確信，由于準晶結構允許高的平面內軸向對稱性，準晶圖形呈現出高的引出效率。光線引出量的增加，用于執(zhí)行相應數值計算的方法，和對具有圖11所示的圖形的發(fā)光裝置的增加的光線引出率的物理解釋與上述介紹相同。圖11的FDTD計算的結果表明準晶圖形的引出效率達到大約82%。圖11所示的數據是使用圖1所示的LED 100的給定參數計算出來的，但是所述給定參數不包括具有450納米的尖峰波長的發(fā)射光線和NND被定義為在各個單元體內的開口之間的距離。雖然在此介紹一些圖形的實例，應當理解如果其他圖形滿足上述的基本原則，也是可以提高LED 100的引出效率的。例如，可以確信增加對準晶或者復雜周期結構的解諧可以增加引出效率。在一些實施例中，由LED100發(fā)出的、且由光產生區(qū)域130產生的光線的總量的至少大約45% (例如，至少大約50%，至少大約55%，至少大約60%，至少大約70%，至少大約80%，至少大約90%，至少大約95%)經表面110發(fā)出。在某些實施例中，LED 100的截面積可以相對地大，仍然可以呈現LED IOO的有效光引出效率。例如，LED 100的一個或多個邊沿可以是至少大約1毫米(例如，至少大約1.5毫米，至少大約2毫米，至少大約2.5毫米，至少大約3毫米)，且由LED100發(fā)出的、且由光產生區(qū)域130產生的光線的總量至少大約45% (例如，至少大約50%，至少大約55%，至少大約60%，至少大約70%，至少大約80%，至少大約卯％，至少大約95%)經表面110發(fā)出。這允許LED具有相對大的截面積(例如，為至少大約1毫米x至少大約1毫米)，同時呈現良好的功率轉換效率。在一些實施例中，具有LED IOO設計的LED的引出效率實質上與LED邊沿的長度無關。例如，具有LEDIOO的設計和具有大約0.25 毫米的長度的一個或多個邊沿的引出效率與具有LED 100的設計和具有1毫米的長度的一個或多個邊沿的引出效率的差別可以小于大約10% (例如，小于大約8%，小于大約5，小于大約3%)。在此，LED 的引出效率是LED所發(fā)出的光線與該裝置發(fā)出的光線總量(可以根據光子的能量來測量出來)的比率。這允許LED具有相對大的截面 (例如，至少大約1毫米x至少大約1毫米)，而仍然呈現好的性能。在一些實施例中，具有LED 100設計的LED的量子效率實質上與LED邊沿的長度無關。例如，具有LED100的設計和具有大約0.25 毫米的長度的一個或多個邊沿的量子效率與具有LED 100的設計和具有1毫米的長度的一個或多個邊沿的量子效率的差別可以小于大約 10% (例如，小于大約8%,小于大約5，小于大約3%)。在此，LED 的量子效率是LED產生的光子數量與在LED中發(fā)生的電子-空穴重組合的數目的比率。這允許LED具有相對大的截面(例如，至少大約 1毫米x至少大約1毫米)，而仍然呈現好的性能。在一些實施例中，具有LED100的設計的LED的電光轉換效率 (wall plug efficiency)實質上與LED的邊沿無關。例如，具有LED 100 的設計和具有大約0.25毫米的長度的一個或多個邊沿的光電轉換效率與具有LED 100的設計和具有1毫米的長度的一個或多個邊沿的光電轉換效率的差別可以小于大約10% (例如，小于大約8%,小于大約5，小于大約3%)。在此，LED的光電轉換效率是LED的注入效率(注入裝置的載子的數目和在發(fā)光裝置的光產生區(qū)域中重組合的載子數目的比率)，LED的輻射效率(導致輻射的電子-空穴重組合與電子-空穴重組合的總數目的比率)，和LED的引出效率(來自LED的光子數目與產生的光子總數目的比率)的乘積。這允許LED具有相對大的截面 (例如，至少大約1毫米x至少大約1毫米)，而仍然呈現好的性能。在一些實施例中，操控由LED 100經表面110發(fā)出的光線的角度分布將是理想的。為了增加進入給定立體角度(given solid angle)(例如，進入圍繞在表面110的法線方向的一立體角度)的引出效率，檢査根據圖形150 (如上所述)進行空間上變化的介電函數的付立葉變換。圖12示出了具有不同晶格常數的兩個理想三角形晶格的付立葉變換結構。為了提高引出效率，我們尋求增加封裝材料光能階中的G 點的數目和材料光能階中的G點的散射強度(ec)。這意味著增加NND 從而獲得圖5描述的效果。然而，在此關心的是進入以法線方向為中心的立體角度的引出效率。因此，通過減少封裝材料光能階的半徑，限制了高階G點的引入，這樣G的幅度大于("(iO)/c。由此可知，通過減少封裝材料的折射率(最低需求是將所有封裝材料移除)，可以允許較大的NND，因而增加了在材料光能階中的G點的數目，該材料光能階可有助于在法線方向(F「0)上的引岀，同時避免封裝材料中的成為高階(傾斜角度)的衍射。圖13示出了上述的介紹，其示出了進入立體角度(由圖中的集合半角給出)的引出效率。圖13中的數據是使用圖1的LED100的給定參數計算出來的，這些給定參數不包括具有530納米的尖峰波長和34納米的帶寬的射出光，1.0的封裝材料的折射率，160納米的p-摻雜層的厚度，30納米粗的光產生層，圖13所示的三條曲線的NND(a)，和分別為a,1.27a, 0.72a、1.27a+40nm 時的深度、孔直徑和n-摻雜層厚度。當晶格常數增加時，在狹窄角度的引出效率以及進入所有角度的引出效率也增加。然而，對于較大的晶格常數，即使進入所有角度的整個引出效率增加，進入封裝材料中的較高階模式的衍射限制了在狹窄角度的引出效率。對于460納米的晶格常數，計算得出進入集合半角的引出效率大于25%。即，僅在大約13.4。/。的立體角度的上半球中的大約一半的引出光線被收集，呈現出圖形的瞄準效應(commation effect)。可以確信，任何可以增加材料光能階的G點的數目、同時限制封裝材料光能階中的G點的數目為k=0 時的G點的圖形可以改善進入以法線方向為中心的立體角度的引出效碎《。上述方法尤其有用于降低通常正比于n2的源音域，其中n表示周圍材料(例如，封裝材料)的折射率。因此，可以確信降低LED 100的封裝材料層的折射率可以造成更多的平行發(fā)射、較少的源音域和較高的表面亮度(在此定義為引入源音域的總亮度)。在一些實施例中，使用空氣的封裝材料可以降低源音域，同時增加進入以法線方向為中心的給定的收集角度的引出效率。在一些實施例中，當區(qū)域130產生的光線經表面110從LEDIOO 發(fā)出時，光線的分布的平行性比拉普拉斯分布更加好。例如，在一些實施例中，當區(qū)域130產生的光線經表面110從LED100發(fā)出時，經介電層的表面發(fā)出的光線的至少大約40% (例如，至少大約50%，至少大約70%，至少大約90%)以與表面110法向成最多大約30度(例如，至多大約25度，至多大約20度，至多大約15度)的角度發(fā)出。在期望的角度下引出相對高比例的光線的能力，或者相對高光線引出率可以允許在給定的圓片上制作相對高密度的LED。例如，在一些實施例中，在每平方厘米的圓片上具有至少大約5個LED(例如，至少大約25個LED，至少大約50個LED)。在一些實施例中，希望修正相對于光產生區(qū)域130產生的光線的波長的自封裝LED100發(fā)出的光線的波長。例如，如圖14所示，LED300 具有包含磷材料的層180，該層可以被放置在表面110。所述磷材料可以與由區(qū)域130產生的波長的光線相互作用，以提供希望波長的光線。在一些實施例中，期望從LED100發(fā)出的光線實質上為白光。在這些實施例中，層180中的磷材料可以由(例如)(Y, Gd) (A1, Ga)G:Ce3+或釔鋁石榴石("YAG" (yttrium, aluminum, garent))構成。當由光產生區(qū)域130發(fā)出的藍光所激發(fā)時，層180中的磷材料可以被激活并且發(fā)出具有以黃色光波長為中心的寬頻譜的光線(例如，各向同性)。對經由LED 100所發(fā)出的總光譜的觀測器可以看到黃光磷材料寬發(fā)射光譜、藍光InGaN窄發(fā)射光譜，并且通?；旌蟽煞N光譜為看到白光。在一些實施例中，層180實質上可以均勻地放置在表面110上。例如，圖形150的頂部151和層180的頂部181之間的距離在表面110 上的變化小于大約20% (例如，小于大約10%,小于大約5%，小于大約2%)。總之，相對于LED100的表面130的截面尺寸，層180的厚度是小的，所述截面尺寸通常大約為1毫米xl毫米。由于層180是均勻地淀積在表面110上，層180中的磷材料實質上可由經表面110發(fā)出的光線所泵送(pumped)。磷層180與LED 100的表面110的尺寸相比相對的薄，使得光產生區(qū)域130發(fā)出的光線在近似均勻地在LED100 的整個表面110上的磷層180中被轉換成較低波長的光線。因此，相對薄的、均勻的磷層180產生從LED100發(fā)射出的均勻光譜的白光，其為表面IIO的位置的函數?？傊梢愿鶕枰谱鱈ED 100。通常，LED 100的制作涉及各個淀積、激光處理、微影和蝕刻步驟。參見圖15，包含淀積在藍寶石襯底502上的LED材料堆疊層的 LED圓片500已經可以使用并且可以從供應商處購買得到。在藍寶石襯底502上依序設置了緩沖層504、 n-摻雜Si:GaN層506、提供了電流擴散層180的AlGaN/GaN異質結或者超晶格、InGan/GaN多量子阱光產生區(qū)域510、 p-摻雜Mg:GaN層512。市面上供應的LED圓片直徑大約為2-3英寸，并且在處理圓片之后，可以切割圓片得到多個LED管芯從而形成各個裝置。在切割圓片之前，多個圓片批量處理步驟被用來將p-摻雜層128定位在光產生區(qū)域130的相同側，作為映像層126。參見圖16，相對薄的鎳層520被淀積(例如使用電子束蒸發(fā)) 在p-摻雜層512上以形成p-型歐姆接觸。銀層522被淀積(例如，使用電子束蒸發(fā))在鎳層520上。相對厚的鎳層524被淀積在銀層522 上(例如，使用電子束蒸發(fā))。層524可以作為擴散阻擋層，以減少雜質擴散進入銀層522。金層526被淀積在鎳層524上(例如，使用電阻蒸發(fā))。然后在氮氣、氫氣、空氣或者成型氣體之中、以400-600 攝氏度之間、對LED圓片500進行退火處理30到300秒，以得到歐姆接觸。參見圖17，通過在p-摻雜硅圓片602上連續(xù)淀積(例如，使用電子束蒸發(fā))鋁接觸層604來制造載具圓片600。金層608被淀積(例如，使用熱蒸發(fā))在層604上，AuSii結合層610被淀積(例如，使用熱蒸發(fā))在層608上。在氮氣、氫氣、空氣或者成型氣體之中、以 350-500攝氏度之間、對LED圓片500進行退火處理30到300秒，以得到歐姆接觸。通過使用0到0.5Mpa的壓力和200-400攝氏度的溫度將層526 與載具圓片600的層610接觸，圓片500和600被結合(例如，利用熱機械壓合)在一起。層510和層610形成了共晶結合(eutecticbond)。然后冷卻組合的圓片夾層，并且從壓合中移去結合的夾層。在結合之后，通過激光掀開工藝將襯底502從結合的結構中移去。激光掀去工藝在(例如)美國專利6,420,242、 6,071,795進行了介紹，在此通過引用結合進來。在一些實施例中，248納米的激光束從襯底502穿過進行照射、在靠近與藍寶石襯底502接觸處局部加熱 n-摻雜Si:GaN層506，分解n-摻雜層506的子層。隨后，將圓片夾層加熱到超過鎵的熔點，在該溫度點通過施加到藍寶石襯底502的橫向力(例如，使用棉花棒)將其從夾層中移去。然后，清除外露的GaN 表面(例如，使用氯化氫酸浴)以從表面除去液態(tài)鎵。通常，當從GaN 外延堆疊層移去藍寶石襯底502時，在堆疊中的應力(由于襯底502 和堆疊之間的晶格不匹配產生)被從堆疊中去除。這允許在結合至襯底502時堆疊層可以形成翹曲或彎曲形狀，并且在n-摻雜層506的外露表面上是相對平坦的形狀。當選擇載具120以防止在激光掀去工藝中產生裂痕時，則需要考慮熱膨脹系數。此外，通過在步驟中基本上進行場重疊和重復工藝，可以降低在激光掀去工藝中的裂痕。參見圖18， n-摻雜Si:GaN層506的外露表面被蝕刻(例如，使用活性離子蝕刻工藝)以獲得該層的期望厚度，該厚度將用在最后的裝置中(圖19)。在蝕刻之后，蝕刻的GaN層506的表面由于蝕刻而具有粗糙的表面紋理700。可以對粗糙的表面700進行平坦化、薄型化(例如，采用化學-機械工藝)以獲得用于層506的最終厚度以及小于大約5納米均方根的表面平滑度。作為替換，可以維持粗糙的表面 700以通過引入一個局部非平面接觸到裝置100來有助于增加裝置的引出效率。與精細的平滑表面，粗糙的表面提高了當光射線以多次方式撞擊表面700時，其最終以小于Snell定律的臨界角度撞擊在表面700 上并且穿過表面700的概率。在蝕刻之后，制作在n-摻雜層506中的介電函數圖形首先在n-摻雜GaN層506上放置(例如，使用旋涂) 一材料(例如，聚合物) 的平坦層702，并且在該平坦層702上放置(例如，旋涂)阻擋層704。然后，通過納米刻印印刷及蝕刻工藝在n-摻雜層506中創(chuàng)建形成LED 中的光晶格的圖形。首先，定義希望的圖形的模型被壓印在阻擋層704 中，并且以一部分接一部分的方式形成在圓片的所有表面上，以印刷出圖形150的特征，并且留出了在后續(xù)工藝中淀積n-接觸的區(qū)域。優(yōu) 選地，在該工藝過程中，n-摻雜層506的表面實質上是平坦的。例如，還可以使用X-射線印刷或者深紫外線印刷來創(chuàng)建阻擋層704中的圖形。作為在圓片上淀積阻擋層和在圓片的阻擋層上創(chuàng)建圖形的替換，可以在層506的表面上預先淀積蝕刻掩模。已刻圖的層704被用來作為掩模以將圖形傳送到平坦層702 (例如，使用活性離子蝕刻工藝(reactive-ion etching process))。平坦層實質上被用作為掩模以將圖形傳送到n-摻雜層506。在蝕刻GaN層506 之后，去除(例如，使用氧基活性離子蝕刻)平坦層。在將圖形傳送到n-摻雜層506之后，可以選擇地將磷材料層放置(例如，旋涂)到n-摻雜層506的刻圖表面上。在一些實施例中，磷可以一致地涂在刻圖的表面上(沿著刻圖表面的開口的底部和側面涂敷，實質上沒有空孔)。作為替換，封裝材料層可以被放置在刻圖的n-摻雜層506的表面上(例如，通過CVD，濺射，以隨后蒸發(fā)的方式形成的液態(tài)粘結劑進行懸浮)。在一些實施例中，封裝材料可包括一種或多種磷材料。在一些實施例中，可以壓縮磷材料以獲得小于磷材料的平均厚度的大約20%，大約15%，大約10%,大約5%或大約2%的厚度均勻性。在一些實施例中，包含磷的封裝材料可均勻地涂敷在刻圖表面上。在n-慘雜層506中創(chuàng)建介電函數圖形之后，可以從圓片切割出各個LED管芯。一旦完成圓片處理和圓片測試，分離和制作各個LED 以進行封裝和測試?？梢允褂脗让驸g化步驟和/或預分離深斜角蝕刻步驟來降低在圓片切割中發(fā)生的對刻圖LED的電和/或光特性的潛在損壞。單個LED的尺寸可以是達到圓片本身的尺寸的任何尺寸，但是各個LED通常是方形或者矩形，其側面邊長在大約0.5毫米到5毫米之間。為了創(chuàng)建管芯，使用標準的光印刷技術來限定在用于對裝置進行激發(fā)的圓片上的接觸墊的位置，并且蒸發(fā)(例如，利用電子束蒸發(fā)) 歐姆接觸到希望的位置上。如果封裝了 LED管芯，該封裝通常便于光收集，同時還提供管芯的機械和環(huán)境保護。例如，當不使用封裝材料時，可以在LED管芯上封裝透明蓋板來保護層506的刻圖表面。使用在熔爐中溶化的玻璃粉料(glassy frit)來將蓋板滑片140粘附到支撐件142上。使用頂部焊接或者環(huán)氧樹脂(例如)來連接支撐件的相對端部。支撐件通常被鍍鎳以便于焊接到封裝的鍍金表面上?？梢源_信，沒有封裝材料層，允許在刻圖的表面LED 100中每單位面積較高的容許電力負載。封裝材料的惡化通常是標準LED的共有失效機制，并且可以不使用封裝材料層來避免。由于LED是從較大面積平坦的圓片中切割出來，它們的每單位面積的光線輸出不會隨著面積而降低。同樣，由于從圓片中切割出來的各個LED的截面緊緊稍微大于LED的發(fā)光表面積，可以在陣列中緊密地封裝很多個可單獨尋址的LED。如果一個LED不工作(由于大的缺陷)，由于各個裝置被緊密地封裝，不會顯著地影響陣列的性雖然已經介紹了一些實施例，其他的實施例也是可行的。例如，雖然上面介紹了發(fā)光裝置的某些厚度和相關的層，其他的厚度也是可能的?？傊l(fā)光裝置可以具有任何期望的厚度，并且發(fā) 光裝置中的各個層可以具有任何期望的厚度。通常，在多重材料堆疊層122中的各層的厚度被選擇來增加在光產生區(qū)域130的光學模式的空間重疊，以增加在區(qū)域130中產生的光線的輸出量。發(fā)光裝置中的某些層的示例厚度包括如下。在一些實施例中，層134具有至少大約 100納米(例如，至少大約200納米，至少大約300納米，至少大約 400納米，至少大約500納米)禾B/或最多大約10微米(例如，至多大約5微米，至多大約3微米，至多大約1微米)的厚度。在一些實施例中，層128具有至少大約10納米(例如，至少大約25納米，至少大約40納米)禾P/或最多大約1微米(例如，最多大約500納米，最多大約100納米)的厚度。在一些實施例中，層126具有有至少大約10納米(例如，至少大約50納米，至少大約100納米)禾卩/或最多大約l微米(例如，最多大約500納米，最多大約250納米)的厚度。在某些實施例中，光產生區(qū)域130具有有至少大約10納米(例如，至少大約25納米，至少大約50納米，至少大約IOO納米)和/或最多大約500納米(例如，最多大約250納米，最多大約10納米)的厚度。作為例子，雖然介紹了發(fā)光二極管，可以使用具有上述特征(例如，圖形，工藝)的其它發(fā)光裝置。這種發(fā)光裝置包括激光器和光學放大器。作為其他的例子，雖然已經介紹電流擴散層132作為n-摻雜層134 的分離層，在一些實施例中，電流擴散層可以與層134 (例如，一部分)成為一體。在這樣的實施例中，電流擴散層可以是層134的相對高的n-摻雜部分或者共質界面(例如，AlGaN/GaN)以形成2維電子氣體。在另一個例子中，雖然介紹了某些半導體材料，也可以使用其他的半導體材料?？傊?，可以使用的任何半導體材料(例如，III-V半導體材料、有機半導體材料、硅)都可以用在發(fā)光裝置中。其他發(fā)光材料的例子包括InGaAsP、 AlInGaN、 AlGaAs、 InGaAlP。有機發(fā)光材料包括諸如三-8羥基奎磷化鋁(Alq3)的小分子、諸如聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1, 4-對位苯乙二烯]或者對苯乙炔(MEH-PPV)的共軛聚合物。在又一個例子中，雖然已經介紹了較大面積的LED, LED還可以是小面積的LED (例如，邊緣小于標準大約300微米的LED)。在另一個例子中，雖然已經介紹了其中圖形由孔形成的、根據圖形在空間上變化的介電函數，所述圖形還可以其他方式形成。例如，在適當的層中，圖形可以采用連續(xù)脈紋或者不連續(xù)脈紋的方式形成。而且，在不采用孔或脈紋的情況下，可以獲得具有變化介電函數的圖形。例如，具有不同介電函數的材料可以刻圖在適當層上。還可以使用這些圖形的組合。在又一個例子中，雖然已經介紹了層126由銀形成，還可以使用其他的材料。在一些實施例中，層126由可以反射光產生區(qū)域產生的、撞擊在反射材料層上的至少大約50%的光線的材料形成，其中反射材料層位于支撐件和多重材料堆疊層之間。這種材料的例子包括分布布拉格反射鏡堆疊層以及諸如鋁、和含鋁合金的各種金屬和合金。在又一個例子中，支撐件120可以由各種材料形成。形成支撐件120的材料的例子包括銅、銅鉤、氮化鋁、碳化硅、氧化鈹、鉆石、TEC、和鋁。在另一個例子中，雖然已經介紹了層126由吸熱材料形成，在一些實施例中，發(fā)光裝置可以包括作為吸熱源的分離層(例如，置于層126和載具120之間)。在這種實施例中，層126可以或者不由可以作為吸熱源的材料形成。在又一個例子中，雖然已經介紹了除了利用整個光產生區(qū)域之外，在介電函數中的可變圖形僅進入n-摻雜層134 (其實質上可以降低表面重組合載子損失的可能性)，在一些實施例中，在介電函數中的可變圖形可以延伸超出n-摻雜層(例如，進入電流擴散層132，光產生區(qū)域130，和/或p-摻雜層128)。在另一個例子中，雖然已經介紹了可將空氣放置在表面110和蓋板滑片140之間的實施例，在一些實施例中，除了空氣外的其他材料也可以被放置在表面110和蓋板滑片之間。通常，這種材料具有至少大約1和小于大約1.5(例如，小于大約1.4，小于大約1.3，小于大約 1.2，小于大約l.l)的折射率。這種材料的例子包括氮氣、空氣或者較高熱導的氣體。在這些實施例中，可以刻圖表面IIO或不刻圖。例如，表面110可以不刻圖，但是是粗糙的(即，具有小于A/5的任意分布、各種尺寸和外形的特征)。在一些實施例中，發(fā)光裝置可包括磷材料層，該磷材料涂敷在表面110、蓋板滑片140和支撐件142上。在一些實施例中，發(fā)光裝置包括具有其中的磷材料的蓋板層140。在這些實施例中，表面110可以刻圖或者不刻圖。在一個替換的實現中，由光產生區(qū)域130發(fā)射的光線為UV (或者紫，藍)，并且磷層180包括紅磷材料(例如，L202S: Eu3+)、綠色磷材料(例如ZnS : Cu,Al,Mn)、藍色磷材料(例如 (Sr，Ca,Ba，Mg)10(PO4)6Cl: Eu2+)的混合物。
權利要求
1. 一種發(fā)光裝置，包括多重材料堆疊層，包含光產生區(qū)域和由該光產生區(qū)域支撐的第一層，第一層的表面被配置使得所述光產生區(qū)域產生的光線可以經第一層的表面從所述發(fā)光裝置發(fā)出；和與第一層接觸的材料，該材料具有小于大約1.5的折射率，其中，所述發(fā)光裝置被封裝。
2. 如權利要求1的發(fā)光裝置，其中所述第一層的表面具有根據一圖形在空間上變化的介電函數。
3. 如權利要求1的發(fā)光裝置，其中，所述第一層的表面具有尺寸小于大約入/5的特征，其中A是可以由第一層產生的光線波長。
4. 如權利要求1的發(fā)光裝置，其中所述發(fā)光裝置為封裝管芯的形式。
5. 如權利要求l的發(fā)光裝置，其中所述材料包括氣體。
6. 如權利要求5的發(fā)光裝置，其中所述氣體包括空氣。
7. 如權利要求5的發(fā)光裝置，其中所述氣體的壓力小于大約100托。
8. 如權利要求1的發(fā)光裝置，其中所述材料具有至少大約1的折射率。
9. 如權利要求8的發(fā)光裝置，其中所述封裝的發(fā)光裝置不使用封裝材料?！?br> 10. 如權利要求1的發(fā)光裝置，進一步包括蓋板，具有小于大約 1.5的折射率的所述材料位于所述蓋板和第一層的表面之間。
11. 如權利要求io的發(fā)光裝置，其中所述蓋板包括磷材料。
12. 如權利要求11的發(fā)光裝置，其中所述蓋板被配置使得由所述發(fā)光裝置產生的、經第一層的表面發(fā)出的光線能夠與所述磷材料接觸，且經第一層的表面發(fā)出并與所述磷材料接觸的光線實質上作為白光從所述蓋板發(fā)出。
13. 如權利要求l的發(fā)光裝置，進一步包括包括對從所述發(fā)光裝置發(fā)出的光線實質上透明的材料的第一薄片；和包括磷材料的第二薄片，該第二薄片與第一薄片相鄰，其中，具有小于大約1.5折射率的所述材料位于第一薄片和第二薄片之間。
14. 如權利要求13的發(fā)光裝置，其中所述第一薄片和第二薄片被配置使得由所述發(fā)光裝置產生的、經第一層的表面發(fā)出的光線能夠與所述磷材料接觸，且經第一層的表面發(fā)出并與所述磷材料接觸的光線實質上作為白光從所述第二薄片發(fā)出。
15. 如權利要求1的發(fā)光裝置，進一步包括支承所述多重材料堆疊層的支承件。
16. 如權利要求15的發(fā)光裝置，進一步包括反射材料層，其能夠反射由所述光產生區(qū)域產生的、撞擊到所述反射材料層上的光線的至少大約50%的光線，該反射材料層位于所述支承件和多重材料堆疊層之間。
17. 如權利要求16的發(fā)光裝置，其中所述反射材料層是吸熱材料。
18. 如權利要求17的發(fā)光裝置，其中所述吸熱材料被配置使得該吸熱材料在使用所述發(fā)光裝置期間具有垂直熱梯度。
19. 如權利要求16的發(fā)光裝置，進一步包括臨近所述支承件放置的吸熱材料。
20. 如權利要求19的發(fā)光裝置，其中所述吸熱材料被配置使得該吸熱材料在使用所述發(fā)光裝置期間具有垂直熱梯度。
21. 如權利要求1的發(fā)光裝置，進一步包括位于第一層和所述光產生區(qū)域之間的電流擴散層。
22. 如權利要求1的發(fā)光裝置，進一步包括配置用于將電流注入所述發(fā)光裝置的電接觸。
23. 如權利要求22的發(fā)光裝置，其中所述電接觸被配置用于將電流垂直注入所述發(fā)光裝置。
24. 如權利要求1的發(fā)光裝置，其中所述發(fā)光裝置是從由發(fā)光二極管、激光器、光學放大器及其組合構成的組中選擇出來的。
25. 如權利要求1的發(fā)光裝置，其中所述發(fā)光裝置包括發(fā)光二極管。
26. 如權利要求l的發(fā)光裝置，其中所述發(fā)光裝置是從右OLED、平坦表面發(fā)射LED、 HBLED及其組合構成的組中選出的。
27. 如權利要求1的發(fā)光裝置，其中所述第一層的表面具有一介電函數，該介電函數根據具有理想晶格常數和值大于0的解諧參數的圖形在空間上變化。
28. 如權利要求1的發(fā)光裝置，其中所述第一層的表面具有根據一圖形在空間上變化的介電函數，所述圖形不延伸進入所述光產生區(qū) 域。
29. 如權利要求1的發(fā)光裝置，其中所述第一層的表面具有根據一圖形在空間上變化的介電函數，所述圖形不延伸進入第一層。
30. 如權利要求1的發(fā)光裝置，其中所述第一層的表面具有根據一圖形在空間上變化的介電函數，所述圖形延伸出第一層。
31. 如權利要求1的發(fā)光裝置，進一步包括反射材料層，其能夠反射由所述光產生區(qū)域產生的、撞擊到所述反射材料層上的光線的至少大約50%的光線，其中所述光產生區(qū)域位于該反射材料層和第一層之間。
32. 如權利要求1的發(fā)光裝置，進一步包括反射材料層，其能夠反射由所述光產生區(qū)域產生的、撞擊到所述反射材料層上的光線的至少大約50。/。的光線，其中所述光產生區(qū)域位于該反射材料層和第一層之間。
33. 如權利要求1的發(fā)光裝置，周期圖形在空間上變化的介電函數。
34. 如權利要求1的發(fā)光裝置，周期圖形在空間上變化的介電函數。其中第一層的表面具有根據一非其中第一層的表面具有根據復雜
35.如權利要求2的發(fā)光裝置，所述第一層的表面具有尺寸小于大約入/5的特征，其中人是可以由第一層產生的光線波長。
全文摘要
本發(fā)明公開了發(fā)光裝置及其相關元件、系統和方法。
文檔編號H01L29/22GK101268553SQ200480010238
公開日2008年9月17日申請日期2004年4月6日優(yōu)先權日2003年4月15日
發(fā)明者亞歷克斯易·A·爾恰克, 幽迪·E·麥瑞夫, 麥可·格雷葛利·布朗申請人:發(fā)光裝置公司

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