專利名稱：具有多孔性碳化硅基層的發(fā)光二極管及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于半導(dǎo)體的光發(fā)射器，且更特定言的系關(guān)于包含形成于基層上的發(fā)射區(qū)域的發(fā)光二極管。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)是將電能轉(zhuǎn)換為光且通常包含夾在兩相對(duì)的摻雜層之間的半導(dǎo)體材料的活性層的一種重要類型的固態(tài)裝置。當(dāng)將偏壓施加于摻雜層上時(shí)，將空穴與電子注入活性層，在那里它們重新組合以產(chǎn)生光。自活性層和自LED的所有表面全方向地發(fā)光。
由于包括高擊穿場、寬帶隙(室溫下對(duì)于GaN為3.36eV)、大傳導(dǎo)帶偏移與高飽和電子漂移速率的材料特性的獨(dú)特組合，由基于第III族氮化物的材料系統(tǒng)形成的LED最近非常受關(guān)注。通常在可由諸如硅(Si)、碳化硅(SiC)與藍(lán)寶石(Al2O3)的不同材料制成的基層上形成摻雜的和活性層。因?yàn)镾iC晶片具有匹配第III族氮化物的更靠近的晶格而產(chǎn)生更高品質(zhì)的第III族氮化物薄膜，所以通常SiC晶片是較佳的。SiC亦具有非常高的熱傳導(dǎo)性，使得在SiC上的第III族氮化物裝置的總輸出功率不受晶片的熱電阻(如在某些裝置形成于藍(lán)寶石或Si上的狀況下)限制。同樣，半絕緣SiC晶片的可用性提供了使商業(yè)使用的裝置成為可能的裝置絕緣能力與減小的寄生電容?？勺訢urham，North Carolina的CreeInc.購得SiC基層，并且生產(chǎn)該基層的方法在科學(xué)文獻(xiàn)以及在美國專利Nos.Re.34，861、4,946,547與5,200,022中被提及這些。
在制造高效LED中主要關(guān)注的是有效提取來自LED的光。對(duì)于具有單個(gè)外耦合表面的已知LED，外部量子效率受限于通過基層的來自LED發(fā)射區(qū)域的光的全內(nèi)反射(TIR)。TIR是由在LED半導(dǎo)體與周圍環(huán)境之間的折射率的較大差異而引起的。因?yàn)榕c諸如環(huán)氧樹脂(約1.5)的周圍材料的折射率相比，SiC具有較高的折射率(約2.7)，所以具有SiC基層的LED具有相對(duì)低的光提取效率。此差異導(dǎo)致較小的逃逸錐，自逃逸錐來自作用區(qū)域的光射線可從SiC基層透射入環(huán)氧樹脂且最終從LED封裝件中逃出。
已研發(fā)了不同方法以減少TIR和改善全部光提取，且更風(fēng)行的方法之一為表面變形。表面變形通過提供允許光子有多倍機(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)逃逸錐的可變表面而增加光的逃逸機(jī)率。未發(fā)現(xiàn)逃逸錐的光繼續(xù)經(jīng)歷TIR，且以不同角度自變形的表面反射直至其發(fā)現(xiàn)逃逸錐為止。在若干文獻(xiàn)中已論述表面變形的益處。[見Windisch等人的Impact of Texture-Enhanced Transmission onHigh-Efficiency Surface Textured Light Emitting Diodes，Appl.Phys.Lett.，第79卷，No.15，2001年10月，第2316至2317頁；Schnitzer等人的30％External Quantum Efficiency From Surface Textured，Thin Film LightEmitting Diodes，Appl.Phys.Lett.，第64卷，No.16，1993年10月，第2174至2176頁；Windisch等人的Light Extraction Mechanisms in High-EfficiencySurface Textured Light Emitting Diodes，IEEE Journal on Selected Topicsin Quantum Electronics，第8卷，No.2，2002年3月/4月，第248至255頁；Streubel等人的High Brightness AlGaNInP Light Emitting Diodes，IEEEJournal on Selected Topics in Quantum Electronics，第8卷，No.，2002年3月/4月]。
已證實(shí)難以在SiC上產(chǎn)生有用的粗糙表面且相信由于SiC的化學(xué)惰性本質(zhì)導(dǎo)致這些困難。因此，在SiC基層上由發(fā)射區(qū)域形成的LED可不包括在SiC基層上的有用的粗糙表面以增強(qiáng)光提取。已嘗試重疊光SiC基層的背部表面以提供有用的粗糙程度，但是這些嘗試取得的成功有限且未產(chǎn)生具有顯著增強(qiáng)的光提取的LED。
已通過在UV照射下在HF中使材料陽極化而在n型6H-SiC上制造多孔SiC。[Shor等人的Direct Observation of Porous SiC Formed by Anodization inHF，Appl.Phys.Lett.，第62卷，No.22，1993年5月，第2636至2638頁]。也示出以多孔SiC作為其發(fā)光層的藍(lán)色發(fā)光LED。[Mimura等人的BlueElectroluminescence From Porous Silicon Carbide，Appl.Phys.Lett.，第65卷，No.26，1994年12月，第3350至3352頁]。還使用電子顯微法與光譜學(xué)橢圓光度法研究多孔SiC的微型結(jié)構(gòu)與光學(xué)特性。[Zangooie等人的Surface，Pore Morphology，and Optical Properties of 4H-SiC，Journal ofElectrochemical Society，第148卷，No.6，第G297至G302頁]。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明尋求提供用于在半導(dǎo)體材料的表面上形成多孔層，隨后將該半導(dǎo)體材料用作LED的基層的方法與設(shè)備。配置多孔層以改善通過基層的LED光的提取。
根據(jù)本發(fā)明用于在半導(dǎo)體表面上形成多孔層的設(shè)備包括容納于儲(chǔ)集層中的基于HF的電解質(zhì)。配置儲(chǔ)集層以允許電解質(zhì)接觸半導(dǎo)體材料層的一個(gè)或多個(gè)表面。該設(shè)備進(jìn)一步包括用于加熱電解質(zhì)的加熱器及用于在電解質(zhì)與半導(dǎo)體材料層上施加偏壓的電源。偏壓使電流在電解質(zhì)與半導(dǎo)體材料層之間流動(dòng)，而在與電解質(zhì)接觸的一個(gè)和或多個(gè)表面上形成多孔層。
根據(jù)本發(fā)明用于在半導(dǎo)體表面上形成多孔層的方法包含提供電解質(zhì)并使電解質(zhì)與半導(dǎo)體材料層的一個(gè)或多個(gè)表面接觸。加熱電解質(zhì)且在電解質(zhì)與半導(dǎo)體材料上引入偏壓，從而使電流在電解質(zhì)與半導(dǎo)體材料之間流動(dòng)，在與電解質(zhì)接觸的半導(dǎo)體材料的一個(gè)或多個(gè)表面上形成多孔層。
根據(jù)本發(fā)明的光發(fā)射器包含具有多孔層的基層與形成于基層上的半導(dǎo)體發(fā)射區(qū)域。發(fā)射區(qū)域能響應(yīng)于偏壓全方向地發(fā)射光，而使多孔層增強(qiáng)通過基層的發(fā)射區(qū)域的光提取。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管(LED)封裝件包括具有在一個(gè)或多個(gè)表面上具有多孔層的基層的LED與形成于基層的不具有多孔層的一個(gè)表面上的發(fā)射區(qū)域。封裝件進(jìn)一步包含一金屬層，其中LED系倒裝至金屬層，以使基層成為該LED的主發(fā)射表面。包括至少兩個(gè)觸點(diǎn)用于在發(fā)射區(qū)域上施加偏壓，而使發(fā)射區(qū)域全方向地發(fā)光。多孔層增強(qiáng)通過基層發(fā)射區(qū)域的光的光提取。
熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者將自以下詳細(xì)描述結(jié)合隨附圖式了解本發(fā)明的這些及其他進(jìn)一步特征及優(yōu)點(diǎn)。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的用于在半導(dǎo)體表面上形成多孔層的設(shè)備的實(shí)施例的剖視圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的用于在半導(dǎo)體的表面上形成多孔層的方法的實(shí)施例的流程圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的具有含多孔層的基層的LED的一個(gè)實(shí)施例的剖視圖；圖4為說明用于與已知LED相比、根據(jù)本發(fā)明的LED的改善光提取的表；圖5為根據(jù)本發(fā)明的具有含鋸齒圖案的基層的LED的另一實(shí)施例的剖視圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明的具有含渠溝圖案的基層的LED的另一實(shí)施例的剖視圖；及圖7為根據(jù)本發(fā)明的具有含柱狀圖案的基層的LED的又一實(shí)施例的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
形成多孔層的設(shè)備及方法圖1示出根據(jù)本發(fā)明的用于在半導(dǎo)體材料12的表面上形成多孔層的設(shè)備10的一個(gè)實(shí)施例，而該設(shè)備10較佳用以在碳化硅(SiC)表面上形成多孔層。設(shè)備10包括容納基于HF的液態(tài)電解質(zhì)16的杯狀儲(chǔ)集層/外殼14，其中包含不同濃度的不同溶液。對(duì)于電解質(zhì)16的合適溶液包含乙醇(C2H5OH)與水，其中乙醇的濃度在10％至50％的濃度范圍內(nèi)。另一合適的溶液包含基于經(jīng)緩沖HF的電解質(zhì)，它隨時(shí)間的流逝而提供更恒定的pH值且其提供揮發(fā)性更小以及工作危險(xiǎn)更小的溶液。較佳的基于經(jīng)緩沖HF的電解質(zhì)包含氟化銨(NH4F)與水，而NH4F具有不同濃度，例如每體積20％。
對(duì)半導(dǎo)體12加以配置使其緊鄰儲(chǔ)集層14的底部表面17，且儲(chǔ)集層14的底部具有開口/孔18以允許基于HF的溶液流出儲(chǔ)集層14。在半導(dǎo)體12與開口18周圍的儲(chǔ)集層底部表面17之間及在接近底部表面的外側(cè)邊緣處提供不透水密封。盡管可以使用諸如墊圈或聚硅氧密封劑的其他密封元件，但較佳由O形環(huán)20提供密封。
當(dāng)以基于HF的電解質(zhì)16填充儲(chǔ)集層14時(shí)，某些電解質(zhì)流過孔18并填充外殼14與半導(dǎo)體12之間的空間。O形環(huán)20使電解質(zhì)16保持與半導(dǎo)體12的頂部表面接觸并防止電解質(zhì)16越過O形環(huán)20泄漏。
設(shè)備10還包含自外殼14頂部浸入電解質(zhì)16中的陰極22。陰極22可由將電荷傳導(dǎo)至電解質(zhì)16而同時(shí)不與電解質(zhì)16反應(yīng)且不溶于電解質(zhì)16中的許多不同材料制成。對(duì)于陰極22的較佳材料為鉑(Pt)。
將第一導(dǎo)體24耦合于電源25的負(fù)極端子與陰極22之間，使得在負(fù)極端子處的電訊號(hào)傳至陰極22。將第二導(dǎo)體26耦合于電源25的正極端子與半導(dǎo)體12之間，使得在正極端子處的電訊號(hào)傳至半導(dǎo)體12中。電源25在其正極與負(fù)極端子處提供偏壓，將其傳導(dǎo)至陰極22與半導(dǎo)體材料12。然后偏壓使電流在陰極22與半導(dǎo)體材料12之間流動(dòng)。儲(chǔ)集層開口18應(yīng)足夠大以允許電流在陰極22與半導(dǎo)體12之間流動(dòng)，而電流經(jīng)過與電解質(zhì)16接觸的半導(dǎo)體12的大部分表面而進(jìn)入半導(dǎo)體12中。
第二導(dǎo)體26應(yīng)在不與電解質(zhì)16接觸的位置耦合至半導(dǎo)體12，以確保電流流經(jīng)半導(dǎo)體而不僅在陰極22與第二導(dǎo)體26之間流動(dòng)。在設(shè)備10中可使用許多不同電源，而較佳電源為具有可提供預(yù)設(shè)恒定電流或恒定電壓的電腦控制界面的精密電流電壓源儀表。可使用由Keithley Instruments Inc提供的諸如Keithley2400 Source Meter的市用電源。
可對(duì)電源25設(shè)定許多不同電流限制，但是若電流限制設(shè)定的太高則可能難以控制多孔層的形成過程，且若電流限制設(shè)定的太低則該過程是耗時(shí)的。對(duì)于電流限制的適當(dāng)范圍為0.1至100毫安/cm2。亦可對(duì)電源設(shè)定許多不同電壓，適當(dāng)電壓為2至3伏特。電壓上限可設(shè)定為5伏特以允許更好地控制微孔的形成過程。電源25較佳提供諸如在0.1至100毫安/cm2的范圍內(nèi)的恒定電流驅(qū)動(dòng)密度，且允許電壓變化以滿足電流需求，而電壓則保持在設(shè)定上限以下。
與具有含不經(jīng)電解質(zhì)加熱而形成的多孔層的基層的LED相比，當(dāng)用作LED基層時(shí)，在形成多孔層期間加熱電解質(zhì)16導(dǎo)致半導(dǎo)體表面具有更好的光提取特征?？墒褂弥T如市售浸沒式加熱器28或市售熱板的多種不同加熱機(jī)制來加熱電解質(zhì)?？稍诙嗫讓有纬蛇^程期間將電解質(zhì)加熱至不同溫度，適當(dāng)溫度范圍為40℃至90℃。
在根據(jù)本發(fā)明的用于在半導(dǎo)體表面上形成多孔層的設(shè)備的另一實(shí)施例中，可在微孔形成過程期間由UV光照射電解質(zhì)16，適當(dāng)UV光源(燈)提供寬波帶UV照明。可將燈配置于電解質(zhì)上方且向下定向以提供照射。或者，可將控制鏡配置于電解質(zhì)上方以使燈光重定向而向下照在電解質(zhì)16上。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的用于在半導(dǎo)體材料的表面上形成多孔層的方法30的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。盡管可使用其他微孔形成設(shè)備，但是方法30在形成過程中可利用設(shè)備10。在步驟32中提供基于HF的電解質(zhì)，它可以是上述的作為電解質(zhì)16的基于HF的電解質(zhì)或基于經(jīng)緩沖HF的電解質(zhì)。在步驟34中，通過浸沒式加熱器或熱板等適當(dāng)加熱方法加熱電解質(zhì)。在步驟36中，藉由(例如)在具有使電解質(zhì)通過的孔并接觸半導(dǎo)體的儲(chǔ)集層中提供電解質(zhì)而使電解質(zhì)與半導(dǎo)體材料接觸。提供密封劑或其他保持構(gòu)件以使電解質(zhì)與半導(dǎo)體保持接觸，同時(shí)不允許所有電解質(zhì)流出儲(chǔ)集層。如上所述，可配置半導(dǎo)體以使其緊鄰儲(chǔ)集層孔，O形環(huán)可包括在儲(chǔ)集層與半導(dǎo)體之間，在孔的周圍。
在步驟38中，在電解質(zhì)與半導(dǎo)體上施加偏壓，它引起電流在電解質(zhì)與半導(dǎo)體之間流動(dòng)。電流在與電解質(zhì)接觸的半導(dǎo)體的)表面上形成多孔層且施加偏壓直至微孔在半導(dǎo)體中達(dá)到要求深度為止。成為多孔的半導(dǎo)體材料的體積與經(jīng)過電解質(zhì)施加的電流對(duì)時(shí)間的積分成比例；即具有微孔的半導(dǎo)體材料的總體積與經(jīng)過電解質(zhì)施加至材料的總電荷成比例。使用經(jīng)過電解質(zhì)的電流密度為0.1至100毫安/cm2的電流，盡管可施加更長或更短時(shí)間的偏壓，但是通常施加偏壓的時(shí)間在500秒至1500秒的范圍內(nèi)。此通常形成約三(3)微米深的多孔層。
在步驟40中，在形成時(shí)間結(jié)束時(shí)從電解質(zhì)與半導(dǎo)體移除偏壓，且在步驟42中，撤去半導(dǎo)體與電解質(zhì)的接觸。方法40結(jié)束后，可使用該半導(dǎo)體進(jìn)一步加工成LED的部分。半導(dǎo)體可充當(dāng)基層，在相對(duì)于多孔層的半導(dǎo)體表面上形成LED發(fā)射區(qū)域。在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例中，多孔層為形成于可隨后用作LED的基層的SiC中。
方法30亦可包括在多孔層形成期間提供UV照射電解質(zhì)的可選步驟44。
發(fā)光二極管圖3示出根據(jù)本發(fā)明的LED封裝50的一個(gè)實(shí)施例，它包括一個(gè)LED 52，該LED52包含具有多孔層55的基層54以改善通過基層54的LED的光提取?；鶎?4可由多種材料制成且可以有許多不同厚度，適當(dāng)材料為厚度在125至500微米的范圍內(nèi)的SiC。LED 52包含使用諸如金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)的已知方法形成在基層54的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射區(qū)域56。傳統(tǒng)LED的運(yùn)作細(xì)節(jié)是已知的并且僅被簡要地論述。LED發(fā)射區(qū)域56可包括夾于兩相對(duì)摻雜層之間的活性層，這些層具有標(biāo)準(zhǔn)厚度且當(dāng)在相對(duì)的摻雜層上施加偏壓時(shí)活性層全方向地發(fā)光。發(fā)射區(qū)域的層可由諸如基于第III族氮化物的材料系統(tǒng)的多種不同半導(dǎo)體材料系統(tǒng)制成。將LED52以倒裝方向配置于封裝件50中，而基層54為LED主發(fā)射表面。
LED 52是安裝在于第一與第二金屬層58a、58b上的倒裝結(jié)構(gòu)。將第一觸點(diǎn)60耦合于第一金屬層58a與發(fā)射區(qū)域56中相對(duì)的摻雜層的一個(gè)之間并將第二接點(diǎn)62耦合于第二金屬層58b與發(fā)射區(qū)域的另外一個(gè)摻雜層之間。可將偏壓藉由第一與第二金屬層58a、58b施加至觸點(diǎn)60、62，并隨后藉由接點(diǎn)60、62將偏壓傳導(dǎo)至發(fā)射區(qū)域中的相對(duì)的摻雜層，從而引起活性層發(fā)光。
在具有具備足夠傳導(dǎo)性以傳輸電荷的基層的另一LED實(shí)施例中，可使用基層觸點(diǎn)64將偏壓施加至相對(duì)的摻雜層的一個(gè)。使另一摻雜層與配置在金屬層58a、58b和LED之間的觸點(diǎn)60、62的一個(gè)接觸。藉由觸點(diǎn)64與金屬層58a、58b中的一個(gè)將偏壓施加至LED，并藉由自金屬層58延伸至觸點(diǎn)64的導(dǎo)線(未圖示)將偏壓自金屬層58a、58b的另一層傳導(dǎo)至基層觸點(diǎn)64。
金屬層58a、58b的頂部表面也可為反射性的，使得從發(fā)射區(qū)域朝向金屬層58a、58b發(fā)射的光被反射回去以利于LED封裝件50的全部發(fā)射?？蓪ED 52與其觸點(diǎn)封裝在透明保護(hù)性材料66中，透明保護(hù)性材料66典型為覆蓋LED 52與金屬層58a、58b頂部表面的透明環(huán)氧樹脂。
或者，可將LED 52安裝于通常具有用于在相對(duì)的摻雜層的發(fā)射區(qū)域上的觸點(diǎn)上施加偏壓的導(dǎo)電路徑(未圖示)的″金屬杯″的水平基座上。金屬杯的頂部表面也可為反射性的以反射來自發(fā)射區(qū)域的光，從而利于LED封裝件的光發(fā)射。
基層54包含多孔層55，它在LED 52的倒裝配置中為LED 52的頂部與主發(fā)射表面。配置多孔層55以增強(qiáng)LED 52的光發(fā)射。傳統(tǒng)LED的效率受到不能發(fā)射由活性層產(chǎn)生的所有光的限制。當(dāng)?shù)寡b配置的LED發(fā)射時(shí)，光以許多不同角度到達(dá)主發(fā)射基層表面。典型基層半導(dǎo)體材料具有與周圍空氣或包封環(huán)氧樹脂相對(duì)較高的折射率。在特定臨界角(相對(duì)于表面法線方向)內(nèi)從高折射率的區(qū)域傳播至低折射率的區(qū)域的光將穿過至更低折射率區(qū)域。超過臨界角而到達(dá)表面的光將不會(huì)穿過，而是經(jīng)歷全內(nèi)反射(TIR)。在LED的狀況下，TIR光可在LED中繼續(xù)反射直至被吸收為止。由于這中現(xiàn)象，多數(shù)由傳統(tǒng)LED產(chǎn)生的光不發(fā)射，從而降低其效率。
多孔層55藉由提供可使在其他情況中將由于全內(nèi)反射(TIR)而陷入于LED52中的光從基層逃逸以利于光發(fā)射的可變表面而改善LED 52的光提取。在多孔層中的變化增加TIR光在臨界角度內(nèi)到達(dá)的基層表面并被發(fā)射的機(jī)會(huì)。對(duì)于未通過多孔層逃逸出基層的光，多孔層的變化將以不同角度反射光，從個(gè)人增加光在下次通過時(shí)逃逸的機(jī)會(huì)。
多孔層增強(qiáng)光提取的能力將隨其深度增加而開始增加。然而存在一點(diǎn)，在該點(diǎn)上增加深度不再改善光提取而是實(shí)際上減少光提取。對(duì)于由SiC制成并具有使用在圖2中已描述的方法30形成的多孔層的基層54，適當(dāng)?shù)亩嗫讓由疃葹榧s三(3)微米。使用不同電解質(zhì)的不同多孔層形成過程可導(dǎo)致不同的適當(dāng)多孔層深度。
圖4為比較標(biāo)準(zhǔn)LED封裝件性能與根據(jù)本發(fā)明的具有多孔層的LED封裝件性能的表80。表80示出施加至LED的電流82與LED的輸出光通量84的關(guān)系曲線。第一曲線86關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)LED且展示了輸出光通量84隨電流82的增加而增加。第二曲線88關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的具有多孔層的LED，它還示出輸出光通量84也隨電流82的增加而增加。然而，在與標(biāo)準(zhǔn)LED相同的電流的狀況下，對(duì)于多孔層LED的輸出通量通常更大，特別當(dāng)施加至LED的電流增加超過約50毫安時(shí)。
多種不同類型的LED可利用根據(jù)本發(fā)明的多孔層以增加光提取。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的LED封裝件100的另一實(shí)施例，它包括具有基層104的LED 102，該基層104具有形成于其表面中的一個(gè)上的半導(dǎo)體發(fā)射區(qū)域106。發(fā)射區(qū)域106類似于在圖3中的發(fā)射區(qū)域56。將LED 102安裝在具有觸點(diǎn)110、112的第一與第二金屬層108a、108b上以接觸發(fā)射區(qū)域106中的相對(duì)的摻雜層?？蓪⑹┘又两饘賹?08a、108b的偏壓藉由觸點(diǎn)110、112施加至相對(duì)的摻雜層。將LED 102倒裝使得基層的底部表面為LED 102的主發(fā)射面。也可將LED 102封裝在保護(hù)性透明環(huán)氧樹脂114中。
LED 102的發(fā)射表面(基層104的表面)不是平坦的，而是具有鋸齒圖案105。使用諸如蝕刻的已知方法在基層104上形成鋸齒圖案105并在鋸齒圖案105中形成多孔層116?？墒褂蒙衔拿枋霾⒃趫D1與2中示出的設(shè)備10與方法30形成多孔層。藉由提供可變表面以允許TIR光從LED中逃逸而使鋸齒圖案105增強(qiáng)光提取。多孔層116與鋸齒圖案105的組合可提供與具有多孔層的平坦基層表面相比更大程度的光提取。
圖6示出根據(jù)本發(fā)明的還具有包含基層134與發(fā)射區(qū)域136的倒裝的LED132的LED封裝130的另一實(shí)施例。將LED 132安裝至具有觸點(diǎn)140、142的金屬層138a、138b以將偏壓施加至發(fā)射區(qū)域136。也可將LED 132封裝在保護(hù)性透明環(huán)氧樹脂139中?；鶎?34的發(fā)射表面具有渠溝圖案135，每一渠溝具有垂直側(cè)壁144與水平底部表面146。在基層134上形成渠溝圖案135后，將多孔層148形成在渠溝圖案上。渠溝圖案135與多孔層148的組合提供自LED 132的增強(qiáng)的光提取。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的也具有包含基層164與發(fā)射區(qū)域166的倒裝LED 162的LED封裝件160的又一實(shí)施例。將LED 162安裝至具有兩觸點(diǎn)170、172的金屬層168a、168b以將偏壓施加至發(fā)射區(qū)域166。也將LED 162封裝在保護(hù)性透明環(huán)氧樹脂169中?；鶎?64的發(fā)射表面具有類似于在圖6中的渠溝圖案135的柱狀圖案165。每一柱狀圖案具有垂直側(cè)壁174，然而柱之間的底部表面176為V狀。在基層164上形成柱狀圖案165后形成多孔層178，且柱狀圖案165與多孔層178的組合提供來自LED 162的增強(qiáng)的光提取。
盡管本發(fā)明已參考其某些較佳組態(tài)相當(dāng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但是其他型式是可能的。上文所描述的LED封裝的實(shí)施例各可具有諸如替代金屬層的金屬杯的不同組件。根據(jù)本發(fā)明的LED封裝的不同實(shí)施例可具有在其LED中的不同位置的多孔層?；鶎右嗫删哂谐錾衔乃枋龅倪@些圖案的許多不同圖案。因此，本發(fā)明的精神與范疇不限于上文所描述的本發(fā)明的較佳型式。
權(quán)利要求
1.一種光發(fā)射器，包括具有多孔層的基層；以及形成于所述基層上的半導(dǎo)體發(fā)射區(qū)域，所述發(fā)射區(qū)域能響應(yīng)于偏壓全方向地發(fā)光，所述多孔層增強(qiáng)通過該基層的所述發(fā)射區(qū)域的光的提取。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其特征在于，所述發(fā)射區(qū)域包含夾在兩相對(duì)的摻雜層之間的活性層，橫跨所述相對(duì)的摻雜層上施加偏壓時(shí)所述活性層全方向地發(fā)光。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其特征在于，所述多孔層在相對(duì)于所述發(fā)射區(qū)域的所述基層的表面上。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)射器，其特征在于，所述基層與其發(fā)射區(qū)域沿倒裝方向安裝并將具有所述多孔層的所述基層的所述表面作為所述發(fā)射器的主發(fā)射表面。
5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)射器，其特征在于，所述基層與其發(fā)射區(qū)域被安裝在金屬層上，所述偏壓藉由所述金屬層施加至所述發(fā)射區(qū)域。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其特征在于，所述基層及其發(fā)射區(qū)域被封裝在保護(hù)性環(huán)氧樹脂中。
7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其特征在于，所述發(fā)射區(qū)域形成于所述基層的一個(gè)表面上，相對(duì)于所述發(fā)射區(qū)域的所述基層的表面系被圖案化，所述多孔層在所述基層的所述圖案化表面上。
8.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其特征在于，所述發(fā)射區(qū)域形成于該基層的一個(gè)表面上，相對(duì)于所述發(fā)射區(qū)域的所述基層的表面具有鋸齒圖案，所述多孔層形成于所述基層的所述鋸齒圖案化表面上。
9.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其特征在于，所述發(fā)射區(qū)域形成于所述基層的一個(gè)表面上，相對(duì)于所述發(fā)射區(qū)域的所述基層的表面具有渠溝圖案，所述多孔層形成于所述基層的所述渠溝圖案化表面的所述表面上。
10.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其特征在于，所述發(fā)射區(qū)域形成于所述基層的一個(gè)表面上，相對(duì)于所述發(fā)射區(qū)域的所述基層的所述表面具有柱狀圖案，所述多孔層在所述基層的所述柱狀圖案化表面上。
11.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其特征在于，所述基層系由碳化硅(SiC)制成。
12.一種用于在半導(dǎo)體的表面上形成多孔層的設(shè)備，包括容納于儲(chǔ)集層中的電解質(zhì)，所述儲(chǔ)集層被配置以允許所述電解質(zhì)與半導(dǎo)體材料層的一個(gè)或多個(gè)表面接觸；用于加熱所述電解質(zhì)的加熱器；以及用于在所述電解質(zhì)與所述半導(dǎo)體材料層上施加偏壓的電源，所述偏壓引起電流在所述電解質(zhì)及所述半導(dǎo)體材料層之間流動(dòng)，而在與所述電解質(zhì)接觸所述該半導(dǎo)體材料的所述一個(gè)或多個(gè)表面上形成一多孔層。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于，所述電源包含負(fù)極與正極端子，所述負(fù)極端子與該電解質(zhì)接觸而所述正極端子與所述半導(dǎo)體材料層接觸。
14.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于，進(jìn)一步包含浸入所述電解質(zhì)中的陰極，所述電源偏壓施加在所述陰極與所述半導(dǎo)體材料之間。
15.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于，所述儲(chǔ)集層包含杯，所述半導(dǎo)體材料系緊鄰于所述杯的底部設(shè)置，所述杯具有一或多個(gè)孔以允許所述電解質(zhì)的一部分流出所述杯且與所述半導(dǎo)體材料的一個(gè)或多個(gè)表面接觸。
16.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，進(jìn)一步包含介于所述杯的所述底部和所述半導(dǎo)體材料之間的密封劑，所述密封劑包圍所述一個(gè)或多個(gè)孔。
17.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于，所述加熱器包含浸沒式加熱器。
18.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于，進(jìn)一步包含燈以照射所述電解質(zhì)以紫外(UV)光。
19.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于，所述電解質(zhì)包含基于HF或基于經(jīng)緩沖HF的電解質(zhì)。
20.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于，所述電解質(zhì)包含氟化銨(NH4F)與水。
21.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于，所述電解質(zhì)包含乙醇(C2H5OH)與水。
22.一種用于在半導(dǎo)體的表面上形成多孔層的方法，包含以下步驟提供電解質(zhì)；將所述電解質(zhì)放置成與半導(dǎo)體材料層的一個(gè)或多個(gè)表面接觸；加熱所述電解質(zhì)；在所述電解質(zhì)與所述半導(dǎo)體材料上引入偏壓，以使電流在所述電解質(zhì)與所述半導(dǎo)體材料之間流動(dòng)，從而在與所述電解質(zhì)接觸的所述半導(dǎo)體的所述一個(gè)或多個(gè)表面上形成多孔層。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含在引入該偏壓期間對(duì)所述電解質(zhì)提供紫外(UV)照射。
24.如權(quán)利要求22的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含在所述多孔層形成后，移除在所述電解質(zhì)與所述半導(dǎo)體上的偏壓以及移除所述電解質(zhì)使其不與所述半導(dǎo)體接觸。
25.一種發(fā)光二極管(LED)封裝件，包括LED，包含在一個(gè)表面上具有多孔層的基層；在相對(duì)于所述多孔層的一個(gè)表面上形成于所述基層上的發(fā)射區(qū)域；一個(gè)或多個(gè)金屬層，所述LED被倒裝至所述金屬層，而所述基層為所述LED的主發(fā)射表面；以及兩觸點(diǎn)，用于在所述發(fā)射區(qū)域施加偏壓，所述偏壓引起所述發(fā)射區(qū)域全方向地發(fā)光，所述多孔層增強(qiáng)通過所述基層的發(fā)射區(qū)域的光的光提取。
26.如權(quán)利要求25所述的LED封裝，其特征在于，所述發(fā)射區(qū)域包含夾于兩相對(duì)的摻雜層之間的一個(gè)活性層，所述偏壓施加于所述相對(duì)的摻雜層上并引起所述活性層全方向地發(fā)光。
27.如權(quán)利要求25所述的LED封裝，其特征在于，所述LED被封裝在保護(hù)性環(huán)氧樹脂中。
28.一種光發(fā)射器，包括具有多個(gè)層的半導(dǎo)體發(fā)射器，所述發(fā)射器能響應(yīng)于偏壓全方向地發(fā)光；在所述多個(gè)層的一個(gè)或多個(gè)層上的一個(gè)或多個(gè)多孔層，所述多孔層增強(qiáng)來自所述半導(dǎo)體發(fā)射器的所述發(fā)射器的光的提取。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種用于在半導(dǎo)體材料表面上形成多孔層的方法與設(shè)備，其中提供電解質(zhì)且將其與半導(dǎo)體材料層的一或多個(gè)表面接觸置放。將電解質(zhì)加熱且在該電解質(zhì)與半導(dǎo)體材料上引入偏壓而引起電流在電解質(zhì)與半導(dǎo)體材料之間流動(dòng)。電流在與電解質(zhì)接觸的半導(dǎo)體材料的一或多個(gè)表面上形成多孔層。具有其多孔層的半導(dǎo)體材料可充當(dāng)用于光發(fā)射器的基層?？稍诨鶎由闲纬砂雽?dǎo)體發(fā)射區(qū)域。半導(dǎo)體發(fā)射區(qū)域能夠回應(yīng)于偏壓全方向地發(fā)射光，而使多孔層增強(qiáng)通過基層的發(fā)射區(qū)域的光的提取。
文檔編號(hào)H01L31/0236GK1860619SQ200480027969
公開日2006年11月8日 申請(qǐng)日期2004年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月30日
發(fā)明者酈挺, J·艾貝森, B·科勒 申請(qǐng)人:美商克立股份有限公司