專利名稱：包括光提取改型的發(fā)光二極管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子器件和其制作方法，更具體而言，涉及發(fā)光二極管(LED)及其 制作方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管廣泛用于消費和商業(yè)應(yīng)用。本領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知，發(fā)光二極管 通常包括在微電子襯底上的二極管區(qū)。微電子襯底包括，例如，砷化鎵，磷化鎵和它們的合 金，碳化硅和/或藍寶石。LED的不斷發(fā)展已經(jīng)產(chǎn)生高效和機械堅固的光源，該光源能夠覆 蓋和超出可見光范圍的光譜。這些特性結(jié)合固態(tài)器件潛在的長工作壽命，可以使多種新的 顯示應(yīng)用成為可能，也可以使LED處于與已經(jīng)很好確立的白熾燈和熒光燈相競爭的位置。LED效率的一個測量標(biāo)準(zhǔn)是每流明的成本。對LED，每流明的成本可以是每個LED 芯片的制作成本、LED材料內(nèi)量子效率和耦合或提取器件產(chǎn)生的光的能力的函數(shù)。關(guān)于光 提取問題的評論，可參見1997年Academic Press (科學(xué)出版社)Stringfellow等人的標(biāo)題 為“High Brightness Light Emitting Diodes (高亮度發(fā)光二極管)”的教科書，特別是 Craford 的標(biāo)題為"Overview of Device Issues in High -Brightness Light Emitting Diodes (高亮度發(fā)光二極管的器件問題評論)，，的第二章，47-63頁。光提取已經(jīng)由例如與制作二極管區(qū)和襯底的材料有關(guān)的很多方法實現(xiàn)。例如，在 砷化鎵和磷化鎵材料系統(tǒng)中，厚的ρ型頂側(cè)窗口層可以用于光提取。因為在砷化鎵/磷化 鎵材料系統(tǒng)中，采用液相和/或汽相外延方法，高的外延生長速率是可能的，因此可以生長 P型窗口層。此外，由于P型頂側(cè)窗口層的電導(dǎo)率也可以得到電流傳播。有高腐蝕速率和高 腐蝕選擇性的化學(xué)腐蝕也可以被用于去除至少部分襯底，如果該襯底是光學(xué)吸收的話。分 布式布拉格反射器(distributed Bragg reflector)也已經(jīng)在吸收襯底和二極管區(qū)之間生 長，以對發(fā)射區(qū)和吸收區(qū)去耦合。其它的光提取方法可以包括使二極管區(qū)和/或襯底機械成形或形成紋理。然而， 仍然希望提供進一步改善提取效率的其它光提取技術(shù)。此外，也希望增加LED芯片的面積，從約0. Imm2至較大的面積，從而提供較大的LED。不幸的是，對更高的功率/強度和/或其 它應(yīng)用，當(dāng)芯片尺寸按比例增大時，這些成形技術(shù)的有效性不再保持。最近很多開發(fā)興趣和商業(yè)活動已經(jīng)聚焦到在碳化硅內(nèi)或上制造的LED，因為 這些LED能在可見光譜的藍/綠光部分發(fā)射光。例如見，Edmond等人的、標(biāo)題為“Blue Light-Emitting Diode With High External Quantum Efficiency (高夕卜量子效率的 藍光發(fā)射二極管)”的美國專利5，416，342，已轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人，其內(nèi)容在此作為 參考完整引入，如同在此處完全陳述。對包括碳化硅襯底上的基于氮化鎵的二極管的 LED也有興趣，因為這些器件也可以高效率發(fā)光。例如見，授予Linthicum等人的、標(biāo)題 為"Pendeoepitaxial Gallium Nitride Semiconductor Layers On Silicon Carbide Substrates”的美國專利6，177，688，其內(nèi)容在此作為參考完整引入，如同在此處完全陳述。在這樣的碳化硅LED或碳化硅上的氮化鎵LED中，難以采用通常的光提取技術(shù)。例 如，因為相對低的氮化鎵生長速率，所以難以使用厚的P型窗口層。同樣，雖然這樣的LED 可以從使用Bragg反射器和/或襯底去除技術(shù)中受益，但在襯底和氮化鎵二極管區(qū)之間難 以制作反射器，和/或難以腐蝕去掉至少部分碳化硅襯底。Edmond 白勺、t示“Method of Production of light Emitting Diodesdjfe二 極管的生產(chǎn)方法)，，的美國專利4，966，862，已轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人，其內(nèi)容在此作為參 考完整引入，如同在此處完全陳述，描述了一種方法，在半導(dǎo)體材料的單一襯底上制造多個 發(fā)光二極管。該方法用于多種結(jié)構(gòu)，其中襯底包括同種半導(dǎo)體材料的外延層，該外延層依序 包括P型和η型材料層，其間確定一個ρ-η結(jié)。以預(yù)定圖案腐蝕外延層和襯底，以確定單個 二極管的前體，腐蝕足夠深以便在外延層中形成相互刻劃每個二極管前體里的Ρ-η結(jié)的臺 面。從外延層的邊緣和在臺面之間，襯底被刻槽到預(yù)定深度，以便確定襯底內(nèi)的二極管前體 的側(cè)面部份，同時在槽下面保留足夠的襯底用于保持它的機械穩(wěn)定性。歐姆接觸被加到外 延層和襯底上，并且一絕緣材料層形成在二極管前體上。絕緣層覆蓋那些沒有被歐姆接觸 覆蓋的外延層部分、與臺面相鄰的襯底的一個表面的任何部分和襯底的側(cè)面部分。結(jié)果，每 個二極管的襯底的結(jié)部分和側(cè)面部分除通過歐姆接觸以外與電接觸絕緣。當(dāng)二極管互相隔 離時，它們通常與結(jié)邊緣一起能夠向下安裝在導(dǎo)電環(huán)氧樹脂內(nèi)，而不關(guān)心環(huán)氧樹脂將短路 所得到的二極管。見美國專利4，966，862的摘要。Carter, Jr.的、標(biāo)題為"High Efficiency Light Emitting Diodes From Bipolar Gallium Nitride (雙極氮化鎵高效發(fā)光二極管)”的美國專利5，210，051，已轉(zhuǎn)讓給本申請 的受讓人，其內(nèi)容在此作為參考完整引入，如同在此處完全陳述，描述了一種本征的、基本 未摻雜的單晶氮化鎵的生長方法，施主濃度為7X1017cm3或更小。該方法包括把氮源引入 到含有生長表面的反應(yīng)室里，同時把鎵源引入到同一反應(yīng)室，同時引導(dǎo)氮原子和鎵原子到 將生長氮化鎵的生長表面上。該方法還包括，同時保持生長表面在足夠高的溫度以提供給 撞擊生長表面的鎵原子和氮原子足夠的表面遷移率，以到達并移動到適當(dāng)?shù)木Ц裎恢?，?而建立良好的結(jié)晶性，建立有效附著系數(shù)，從而在生長表面上生長氮化鎵的外延層，但是反 應(yīng)室中氮元素的分壓又足夠低，使得在反應(yīng)室的其它環(huán)境條件下，達到與那些氮元素對氮 化鎵的熱平衡氣壓，從而使氮化鎵中的氮損失最小，使形成的外延層中氮空位最少。見美國 專利5，210，051的摘要。根據(jù)上述討論，期望對LED有改進的光提取技術(shù)，特別是由碳化硅制作的LED、由
9碳化硅的氮化鎵制作的LED和/或有相對大面積的LED。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的發(fā)光二極管包括，有第一和第二相對面的一襯底，該 襯底對預(yù)定波長范圍的光輻射是透明的，襯底被構(gòu)圖以在橫截面中確定從第一面向第二面 伸入襯底的多個支座(pedestal)。此處采用的術(shù)語“透明“，是指元件，例如襯底、層或區(qū)， 允許預(yù)定波長范圍里的一些或全部光學(xué)輻射通過它，也就是說，不是不透明的。當(dāng)在二極管 區(qū)上施加電壓時，第二面上的二極管區(qū)被配置成發(fā)射預(yù)定波長范圍的光進入襯底。在其它 的實施例中，在二極管區(qū)上、與襯底相對的安裝支架被配置成支持二極管區(qū)，當(dāng)在二極管區(qū) 上施加電壓時，使得從二極管區(qū)發(fā)射進入襯底的光就從第一面發(fā)出。在一些實施例中，在有 支座的透明襯底上的發(fā)光二極管倒裝在安裝支架上，有與安裝支架相鄰的二極管區(qū)，與安 裝支架相對的襯底，用于通過襯底的光發(fā)射。在其它實施例中，在有支座的透明襯底上的發(fā) 光二極管安裝在安裝支架上，襯底與安裝支架相鄰，二極管區(qū)與安裝支架相對。這樣，也可 以提供一種非倒裝芯片安裝。在本發(fā)明的其它實施例中，反射器也提供在安裝支架和二極管區(qū)或襯底之間。反 射器也可以這樣設(shè)定當(dāng)在二極管區(qū)上施加電壓時，把從二極管區(qū)發(fā)射的光反射回去，并通 過二極管區(qū)，通過襯底，從支座發(fā)出。在其它實施例中，在二極管區(qū)和反射器之間也可以提 供透明電極。在另外的其它實施例中，在反射器和安裝支架之間可以提供焊劑預(yù)成型件和 /或其它焊接區(qū)，和/或與第一面相鄰與二極管區(qū)相對，可以提供光學(xué)元件，例如窗口或透 鏡。在另外的其它實施例中，二極管區(qū)包括外圍部分和至少一個由外圍部分包圍的中央部 分，發(fā)光二極管還包括在二極管區(qū)上的至少一個電極，它是限定在至少一個中央部分之內(nèi)， 并不伸到外圍部分上。可以理解，中央部分不一定要在二極管區(qū)的中央。在本發(fā)明的其它實施例中，LED的襯底和/或二極管區(qū)的接觸結(jié)構(gòu)包括透明歐姆 區(qū)，反射器，阻擋區(qū)和焊接區(qū)。透明歐姆區(qū)提供電接觸和/或電流擴展。反射器至少反射一 些入射輻射，并且也可以提供電流擴展。阻擋區(qū)保護反射器和/或歐姆區(qū)。焊接區(qū)把LED 封裝焊接到安裝支架。在一些實施例中，透明歐姆區(qū)和反射器的功能可以合并成單一的歐 姆和反射器區(qū)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，接觸結(jié)構(gòu)也可以與常規(guī)的碳化硅LED、碳化硅上的氮 化鎵LED和/或其它LED —起使用。在本發(fā)明的其它實施例中，襯底的第一面可以其中包括至少一個槽，它在襯底里 確定多個支座，例如三角形支座。這些槽可以包括錐形側(cè)壁和/或斜面底層。襯底的第一 和第二面可以是正方形的周界，和/或襯底的第一面可以形成紋理。發(fā)光二極管還可以包 括多個發(fā)射區(qū)和/或在二極管區(qū)上的電極，其中相應(yīng)的一個是限定在相應(yīng)的一個支座內(nèi)， 并且不伸展到相應(yīng)的一個支座外面。在本發(fā)明的其它實施例中，襯底的第一面其中包括通孔陣列。通孔可以包括錐形 側(cè)壁和/或底層。通孔優(yōu)選地僅部分通過襯底，但在其它實施例中它們可以全部通過襯底。 第一和第二襯底面可以是正方形的周界，和/或第一面形成紋理。發(fā)光二極管還可以包括 在不覆蓋通孔陣列的二極管區(qū)上的至少一個電極。支座和/或通孔陣列也可以與包含碳化硅或非碳化硅襯底的發(fā)光二極管一起使 用，允許改善從那里的光提取。此外，上述電極也可以與包含非碳化硅襯底的發(fā)光二極管一
10起使用。例如，當(dāng)襯底的第一面比第二面有較小的面積時，并且二極管區(qū)是在第二面上，發(fā) 射區(qū)可以提供在限定在第一面的較小表面面積內(nèi)的二極管區(qū)上。在本發(fā)明的其它實施例中，發(fā)光二極管包括一個補償?shù)?、無色的碳化硅襯底，該襯 底有第一和第二相對面和在第二面上的基于氮化鎵的二極管區(qū)，二極管區(qū)被配置成當(dāng)在二 極管區(qū)上施加電壓時發(fā)射光進入襯底。根據(jù)上述任一個實施例，可以提供安裝支架、反射 器、接觸結(jié)構(gòu)、槽、支座、形成紋理和/或限定的發(fā)射區(qū)/電極。相應(yīng)地，許多上述實施例包括用于從襯底提取至少一些由二極管區(qū)發(fā)射進入襯底 的光的裝置的實施例。這些提取裝置的實例包括在碳化硅襯底內(nèi)的補償摻雜劑以提供無 色的碳化硅襯底，對襯底構(gòu)圖以在橫截面里確定從第一面向第二面伸展進入襯底的多個支 座，和/或許多上述其它實例包括在安裝支架，反射器，接觸結(jié)構(gòu)，槽，支座，形成紋理和/或 限定的發(fā)射區(qū)/電極。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，可以通過形成這樣的二極管區(qū)來制作發(fā)光二極管在 有第一和第二相對面的襯底的第二面上發(fā)射在預(yù)定波長范圍的光，襯底對預(yù)定波長范圍的 光輻射是透明的。在形成二極管區(qū)之前、在過程中和/或在之后，對襯底構(gòu)圖以在橫截面里 確定從第一面向第二面伸展進入襯底的多個支座。在其它實施例中，二極管區(qū)是安裝在安 裝襯底上，該安裝襯底被配置成支持二極管區(qū)，使得當(dāng)在二極管區(qū)上施加電壓時從二極管 區(qū)發(fā)射進入襯底的光從第一面發(fā)出。在安裝之前是在二極管區(qū)上形成反射器，使得反射器 被配置成當(dāng)在二極管區(qū)上施加電壓時，把從二極管區(qū)發(fā)射的光反射回進入二極管區(qū)通過襯 底并從第一面發(fā)射出。在形成反射器之前，透明歐姆電極也可以形成在與襯底相對的二極 管區(qū)上。一個阻擋區(qū)和/或粘附區(qū)也可以在形成反射器后形成。在其它實施例中，安裝支 架與反射器相鄰放置，其間有阻擋區(qū)和/或粘附區(qū)，LED與安裝支架相連接。在其它實施例 中，在二極管區(qū)上形成電極，電極限定在二極管區(qū)的中央部分，而不伸展到外圍部分上。其它方法實施例包括在襯底的第一面內(nèi)形成多個交叉槽以便在襯底里確定多個 支座，例如三角形支座。槽可以包括錐形側(cè)壁和/或斜面底層。襯底的第一面也可以被形 成紋理。在二極管區(qū)上也可以形成多個電極。在一些實施例中，相應(yīng)的一個電極是限定在 相應(yīng)的一個支座內(nèi)，不伸展到相應(yīng)的一個支座外面。根據(jù)本發(fā)明的其它方法實施例，包括在襯底第一面內(nèi)反應(yīng)離子腐蝕通孔陣列。通 孔可以包括錐形側(cè)壁和/或底層。第一面也可以被形成紋理。在不覆蓋通孔陣列的二極管 區(qū)上可以形成電極。在第一面內(nèi)切割多個交叉槽和/或反應(yīng)離子腐蝕通孔陣列可以用于發(fā)光二極管， 它包括碳化硅或非碳化硅襯底，以允許改善從那里的光提取。此外，在限定到第一面的比較 小表面面積里的二極管區(qū)上的發(fā)射區(qū)的形成也可以用于其它常規(guī)發(fā)光二極管，以允許改善 從那里的光提取。


圖1-圖5是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的發(fā)光二極管的截面圖。圖6是對各種摻雜濃度的碳化硅，光吸收與波長的關(guān)系曲線圖。圖7A是根據(jù)本發(fā)明的其它一些實施例的發(fā)光二極管的頂視圖，圖7B和圖7C是沿 圖7A中的線7B-7B'的截面圖。
圖8A是根據(jù)本發(fā)明的其它一些實施例的發(fā)光二極管的頂視圖，圖8B和圖8C是沿 圖8A中的線8B-8B'的截面圖。圖9-圖13是根據(jù)本發(fā)明的其它一些實施例的發(fā)光二極管的截面圖。圖14A是根據(jù)本發(fā)明的其它一些實施例的發(fā)光二極管沿圖14B中的線14A-14A' 的截面圖，圖14B是其底視圖。圖15A是根據(jù)本發(fā)明的其它一些實施例的發(fā)光二極管沿圖15B中的線15A-15A' 的截面圖，圖15B是其底視圖。圖16，圖17A和圖18是根據(jù)本發(fā)明的其它一些實施例的發(fā)光二極管的截面圖。圖17B是根據(jù)本發(fā)明的其它一些實施例的圖17A的頂視圖。圖19是制作根據(jù)本發(fā)明的其它一些實施例的發(fā)光二極管的方法流程圖。
具體實施例方式下文參照示出本發(fā)明優(yōu)選實施例的附圖，完整地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以 以很多不同形式來實施，不應(yīng)該解釋為本發(fā)明限于此處提及的實施例。更確切地說，提供 這些實施例為的是使公開全面完整，將本發(fā)明的范圍完整地轉(zhuǎn)達給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。為 清楚起見，附圖中的一些層或區(qū)的厚度被夸大。相同的數(shù)字始終表示相同的元件?？梢岳?解，當(dāng)一個元件，例如一個層、一個區(qū)或襯底表示為在另一個元件“上”或伸展到另一個元件 “上”，，它可以是直接在另一個元件上或直接伸展到另一個元件上，也可以存在中間元件。 相反，當(dāng)一個元件表示為“直接”在另一個元件“上”或“直接伸展”到另一個元件“上”，，則 那里不存在中間元件。此外，這里描述和說明的每個實施例也包括它的互補導(dǎo)電類型的實 施例?，F(xiàn)在描述本發(fā)明的實施例，通常關(guān)于在基于碳化硅的襯底上的基于氮化鎵的發(fā)光 二極管。然而，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明的很多實施例可以采用不吸收所發(fā) 射的光的或?qū)λl(fā)射光透明的襯底和系數(shù)匹配的發(fā)光二極管外延層的任何組合。在一些 實施例中，襯底的折射率大于二極管的折射率。相應(yīng)地，這些組合可以包括GaP襯底上的 AlGaInP 二極管；在GaAs襯底上的InGaAs 二極管；在GaAs襯底上的AlGaAs 二極管；在SiC 襯底上的SiC 二極管；在藍寶石襯底(Al2O3)上的SiC 二極管；和/或在氮化鎵、碳化硅、氮 化鋁、氧化鋅和/或其它襯底上的基于氮化物的二極管。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的發(fā)光二極管的截面圖。如圖1所示，這些發(fā)光 二極管100包括有相對的第一面IlOa和第二面IlOb的碳化硅襯底110，該襯底110對預(yù) 定波長范圍的光輻射是透明的。二極管區(qū)170是在第二面IlOb上，并被配置為當(dāng)在二極管 區(qū)(例如在歐姆接觸150和160上)施加電壓時，發(fā)射預(yù)定波長范圍的光進入對預(yù)定波長 范圍的光輻射透明的碳化硅襯底110。參照圖1，二極管區(qū)170包括η型層120，有源區(qū)130和ρ型層140。對ρ型層140 和η型層120分別做歐姆接觸150和160，分別形成陽極和陰極。包括η型層120，有源區(qū) 130和/或ρ型層140的二極管區(qū)170優(yōu)選包括基于氮化鎵的半導(dǎo)體層，包括它的合金，例 如銦鎵氮化物和/或鋁銦鎵氮化物。在碳化硅上制作氮化鎵對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是眾所周 知的，例如，由在上面引入的美國專利6，177，688描述?？梢岳斫?，例如包含氮化鋁的(一) 緩沖層可以提供在η型氮化鎵層120和碳化硅襯底110之間，例如在美國專利5，393，993、
125，523，589、6，177，688 和標(biāo)題為 Vertical Geometry InGaN Light Emitting Diode 的序列 號為No. 09/154，363的申請，它們的內(nèi)容在此作為參考引入，如同在此完全陳述。有源區(qū)130可以包括η型、ρ型或本征基于氮化鎵材料的單層，另一同質(zhì)結(jié)構(gòu)，單 異質(zhì)結(jié)構(gòu)，雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)和/或量子阱結(jié)構(gòu)，所有這些都是本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的。而且， 有源區(qū)130可以包括有由一個或多個包層限制的發(fā)光層。優(yōu)選地，η型氮化鎵層120包括 硅摻雜的氮化鎵，P型氮化鎵層130包括鎂摻雜的氮化鎵。另外，有源區(qū)130優(yōu)選包括至少 一個銦鎵氮化物量子阱。在一些實施例中，對ρ型氮化鎵層140的歐姆接觸150包括鉬，鎳和/或鈦/金。 在其它實施例中，可以使用包括例如，鋁和/或銀的反射歐姆接觸。對η型氮化鎵層120的 歐姆接觸160優(yōu)選地包括鋁和/或鈦。對ρ型氮化鎵和η型氮化鎵形成歐姆接觸的其它 合適材料可以分別用于歐姆接觸150和160。對η型氮化鎵和ρ型氮化鎵形成歐姆接觸的 實例，例如表示在美國專利5，767，581中，它們的內(nèi)容在此作為參考引入，如同在此完全陳 述。還參照圖1，在一些實施例中，襯底110包括對預(yù)定波長范圍內(nèi)的光輻射透明的 碳化硅襯底。制作對預(yù)定波長范圍的光輻射透明的碳化硅襯底的一項技術(shù)在美國專利 5，718，760中描述，該專利轉(zhuǎn)讓本發(fā)明的受讓人，其公開內(nèi)容在此作為參考引入，如同在此 完全陳述。碳化硅襯底110可以包括2扎4!1，6!1，8!1，151 和/或3(多型體。6Η和/或4Η多 型體可以優(yōu)選用于光電應(yīng)用。在其它實施例中，碳化硅襯底110是一種補償?shù)?、無色的碳化硅襯底，正如上面提 及的美國專利5，718，760所述。如其中所述，無色的碳化硅可以通過在存在補償量的ρ型和 η型摻雜劑的情況下碳化硅的升華來制備的。自然存在的碳化硅典型是黑色，這是由于高的 雜質(zhì)含量。常規(guī)的微電子碳化硅晶片，根據(jù)晶體中受控的摻雜水平，或是半透明的藍色，或 是琥珀色或是綠色。如美國專利5，718，760所述，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過仔細控制用低摻雜濃度的 η型和ρ型雜質(zhì)補償水平摻雜碳化硅晶體，可以得到無色的碳化硅單晶。特別是，可以期望 減小和優(yōu)選最小化材料中的非故意氮(η型)摻雜，并期望引入低水平的補償ρ型摻雜劑， 從而產(chǎn)生無色的碳化硅。如圖6所示，4H-SiC由在460nm附近的吸收峰表征。圖6表示，減少4H_SiC的摻 雜水平，吸收峰會基本減小，結(jié)果在460nm附近4H_SiC變?yōu)橥该?。?biāo)記4H-HD的曲線表示 對近似2. 5 X IO18的凈施主濃度摻雜的4H碳化硅的測量的吸收值，而標(biāo)記4H-LD的曲線表 示對近似5 X IO17的凈施主濃度摻雜的4H碳化硅的測量吸收值。進一步減小摻雜水平可以 導(dǎo)致更低的吸收水平。標(biāo)記6H的曲線也表示一個在460nm附近的透明襯底。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，例如按照美國專利5，718，760中描述的工藝，和這里 引用的參考文獻進行生長的無色梨晶(boules)碳化硅，可以切割成許多晶片用于加工?；?于氮化鎵的外延層可以形成在晶片上，例如，如美國專利6，177，688中描述的，外延層可以 被加工以產(chǎn)生如圖1中所示的結(jié)構(gòu)。在有碳化硅襯底的LED中，由于許多理由，以前優(yōu)選的是避免有源區(qū)產(chǎn)生的光進 入襯底。例如，雖然碳化硅與砷化鎵相比可以是高度透明的，常規(guī)碳化硅襯底能夠吸收在可 見光譜的一部分的光。而且，由于常規(guī)碳化硅器件是襯底面向下安裝的垂直器件，進入襯 底的一些光在它被從器件提取之前能夠被反射回來通過襯底，因而增加在襯底中的吸收損耗。反射損耗也可以減小器件的總效率。氮化鎵和碳化硅有相似的折射率。特別是，氮化鎵的折射率約2. 5，而碳化硅的折 射率約2. 6-2. 7。在那個意義上，氮化鎵和碳化硅可以說是光學(xué)匹配的。因此，在氮化鎵和 碳化硅之間的界面上可以出現(xiàn)非常小的內(nèi)反射。結(jié)果，難于阻止在基于氮化鎵的層內(nèi)產(chǎn)生 的光進入碳化硅襯底。通過提供例如根據(jù)美國專利5，718，760描述的方法來進行生長補償?shù)摹o色的 碳化硅襯底，可以減小可見光在碳化硅襯底內(nèi)的吸收。本領(lǐng)域的技術(shù)人員都知道，由于所 謂"Biedermarm效應(yīng)”，當(dāng)摻雜增加時，吸收損耗會增加。這樣，當(dāng)摻雜減小并優(yōu)選最小化 時，可以增強從襯底提取可見光，從而改善了器件的總效率。與碳化硅相反，藍寶石的折射 率約1.8。因此，在基于藍寶石的氮化鎵LED中，氮化鎵有源層中產(chǎn)生的光的大部分可以不 進入襯底而是被反射離開襯底。在本發(fā)明的其它實施例中，可以控制碳化硅襯底的摻雜，使得器件二極管區(qū)170 中產(chǎn)生的波長范圍內(nèi)的光不被襯底110吸收，雖然可以吸收其它波長的光。因此，碳化硅襯 底的吸收特性可以被調(diào)節(jié)以便通過希望波長的光。例如，可以設(shè)計有源區(qū)130以便發(fā)射在 450nm附加的藍光?？梢钥刂铺蓟枰r底110的摻雜，使得波長近似450nm的光線基本上不 被襯底110吸收。因此，雖然襯底可能不是完全無色，也可以吸收其它波長，它仍然對感興 趣的波長即在LED區(qū)170內(nèi)產(chǎn)生的波長是透明的。在優(yōu)選實施例中，控制碳化硅襯底110 的禁帶寬度和/或摻雜，使得襯底對約390-550nm范圍內(nèi)的光是透明的。因此，在一些實施例中，襯底110可以認(rèn)為是一個濾波器，它可以改善由器件輸出 的光的光譜純度。例如，本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知，基于氮化鎵的藍色LED除產(chǎn)生希望的發(fā)射 外還可以產(chǎn)生紫外(UV)光譜內(nèi)不希望的發(fā)射。這樣的UV發(fā)射即使在中等低功率水平也是 不希望的，因為它們可以使其中封裝LED的塑料材料退化，這可以引起可靠性問題和/或減 小壽命。同樣知道Ml碳化硅吸收UV光。因此，優(yōu)選的是，通過6H碳化硅襯底提取光，它可 以過濾掉不希望的UV發(fā)射。取代如常規(guī)做的那樣阻止或者抑制光進入襯底，本發(fā)明的實施例可以鼓勵在二極 管區(qū)170內(nèi)產(chǎn)生的光進入襯底110，此處它能最有效地被提取。因此，本發(fā)明的一些實施例 提供了從襯底提取由二極管區(qū)發(fā)射進入襯底的至少一些光的裝置。相應(yīng)地，本發(fā)明的一些 實施例特別適于采用所謂的“倒裝芯片”或“倒置”的封裝結(jié)構(gòu)，如將結(jié)合圖2描述的那樣。 本發(fā)明的一些實施例，也可以與常規(guī)的“正面向上”或“非倒裝芯片”封裝一起使用，如將結(jié) 合圖16描述的那樣。現(xiàn)在參照圖2，示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的發(fā)光二極管的其它實施例。在圖2，示 出發(fā)光二極管200是倒裝芯片，或者，利用焊接區(qū)220和230倒置安裝在安裝支架210上， 例如熱沉上。焊接區(qū)220和230可以包括附于二極管區(qū)和/或安裝支架210的焊劑預(yù)成型 件，使用常規(guī)的焊料回流技術(shù)，該焊劑預(yù)成型件可被回流以便把歐姆接觸150和160附著到 安裝支架210。其它的焊接區(qū)220和230可以包括金、銦和/或銅焊(braze)。如圖2所示， 倒裝芯片或倒置封裝結(jié)構(gòu)把碳化硅襯底110向上放置，遠離安裝支架210，把二極管區(qū)170 向下放置，與安裝支架210相鄰。阻擋區(qū)(未示出)也可以包括在相應(yīng)的歐姆接觸150，160 和相應(yīng)的熔焊區(qū)220，230之間。阻擋區(qū)可以包括鎳、鎳/釩和/或鈦/鎢。也可以使用其 它阻擋區(qū)。
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還參照圖2，如光線250所示，在有源區(qū)130內(nèi)產(chǎn)生的光進入襯底110，從襯底110 的第一面IlOa出去。為了使在有源區(qū)130內(nèi)產(chǎn)生的光容易進入襯底110，可以提供反射器 240，它處在有源區(qū)130和安裝支架210之間，與襯底110相對。反射器240可以處在有源區(qū) 130和ρ型層140之間，如圖2所示。然而，在反射器240和有源區(qū)130和/或ρ型層140 之間也可以有一個或多個中間層。此外，P型層140可以處在反射器240和有源區(qū)130之 間。也可以提供其它結(jié)構(gòu)，例如下面將結(jié)合圖16描述的那樣。反射器240可以包括鋁鎵氮化物(AlGaN)層和/或分布式Bragg反射器，它可以 把從有源區(qū)130來的光朝向襯底110反射回去。Bragg反射器的設(shè)計和制作對本領(lǐng)域的技 術(shù)人員是熟知的，例如在美國專利6，045，465中描述，它的公開內(nèi)容在此作為參考引入，如 同在此完全陳述。也可以理解，反射器也可能修改來自有源區(qū)130本身的光子發(fā)射模式，從 而使更多的光子跑出器件。也可以使用其它的常規(guī)反射器結(jié)構(gòu)。還參照圖2，所示的示例性光線250說明從有源區(qū)130內(nèi)產(chǎn)生的光是如何開始沿離 開襯底110的方向傳播，但由反射器240反射回來通過襯底110并離開器件200。注意，在 圖2說明的倒裝芯片結(jié)構(gòu)內(nèi)，光線250在離開器件前僅僅需要通過襯底110 —次傳播。根據(jù)本發(fā)明的實施例的LED 200可以封裝在常規(guī)的圓屋頂結(jié)構(gòu)280內(nèi)，它包括光 學(xué)元件，例如用于光發(fā)射的透鏡282。整個圓頂結(jié)構(gòu)280可以用作光學(xué)元件。陽極引線260 和陰極引線270也可以提供外部連接。圓頂結(jié)構(gòu)280可以包括塑料、玻璃和/或其它材料， 并且其中也可以包括硅氧烷凝膠體和/或其它材料。參照圖3，通過在碳化硅襯底110的第一面IlOa上提供陰極歐姆接觸160'，并在 第一面IlOa上陰極歐姆接觸160'之間提供導(dǎo)線390或其它電連接到外部陰極引線270， 也可以將垂直發(fā)光二極管300封裝在倒裝芯片結(jié)構(gòu)內(nèi)。也可以提供非倒裝結(jié)構(gòu)，例如，如下 面將結(jié)合圖16描述的那樣。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的其它LED。在這些LED400中，陽極接觸可以包括 歐姆和反射區(qū)410，它可以包括多個層，包括薄的透明歐姆接觸412和反射器414。薄的透明 歐姆接觸412可以包括鉬，優(yōu)選地應(yīng)盡可能薄以避免相當(dāng)大的光吸收。薄的透明歐姆接觸 412的厚度對于鉬透明電極412來說優(yōu)選在約IOA和約IOOA之間。在其它實施例中，薄的 透明歐姆接觸412可以包括鎳/金，氧化鎳/金，氧化鎳/鉬，鈦和/或鈦/金，具有有厚度 在約IOA和約IOOA之間。反射器414優(yōu)選厚于約300Λ,并優(yōu)選包括鋁和/或銀。圖4的實 施例能夠提供改善的電流擴展，因為反射器414在薄的透明歐姆接觸412的整個表面面積 上接觸薄的歐姆接觸412。因此，如常規(guī)器件中的情況一樣，電流不需要通過陽極接觸410 水平傳播。因此，可以增強電流擴展。圖4的器件400也可以象圖2和圖3所出的那樣封 裝。也可以采用其它的接觸結(jié)構(gòu)，例如，下面將結(jié)合圖16和圖17詳細描述的那樣。例如， 包括例如鎳、鎳/釩和/或鈦/鎢的阻擋區(qū)155可以被提供在反射器414和焊接區(qū)220之 間和在歐姆接觸160和焊接區(qū)230之間。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的其它實施例的LED。LED500的這些實施例可以通過對襯 底110'的至少部分側(cè)壁IlOc形成斜面或傾斜從而增強從LED的光提取。由于照射斜面?zhèn)?壁IlOc的的光入射角通常是比其它情況更接近法線，這樣比較少的光可以被反射進入襯 底110'。相應(yīng)地，可以從襯底110'提取光，這可以提高器件的總效率。通過使用常規(guī)方 法使襯底110'的側(cè)壁IlOc和/或第一面IlOa變粗糙或形成紋理，可進一步提高提取效率。相應(yīng)地，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的發(fā)光二極管包括襯底和基于氮化鎵的二極管 區(qū)。襯底包括透明的碳化硅單晶用于感興趣的的發(fā)射范圍，優(yōu)選通過升華法制備。襯底可 以是在約100 μ m和約1000 μ m之間的厚度。由于提高了從襯底提取光，二極管的外部效率 可以提高。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，二極管包括反射器，它把二極管區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的光反 射回襯底中，用于隨后從器件提取。反射器可以包括在與襯底相對的有源區(qū)上一層折射率 相對低的材料(如AlGaN)。作為選擇，反射器可以包括在結(jié)構(gòu)內(nèi)的Bragg反射器和/或在 透明歐姆接觸上的鋁和/或銀的涂層。下面將要描述其它實施例。在其它實施例中，襯底 側(cè)壁的一部分可以是成錐形和/或變粗糙以提高光提取。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的二極 管可以特別適合使用倒裝芯片安裝結(jié)構(gòu)。然而，也可以使用非倒裝芯片安裝。由上述圖1-6描述的本發(fā)明的實施例，提供碳化硅襯底的修改，以具體實施用于 提取預(yù)定波長范圍的光的至少一些光的裝置，從而允許在碳化硅上的氮化鎵LED的倒裝芯 片或非倒裝芯片安裝。現(xiàn)在描述本發(fā)明的其它實施例，此處對襯底作了各種幾何修改，以提 供用于從襯底提取至少一些光的裝置的其它實施例，以提高提取效率。在制造大面積芯片 時，這些襯底修改可以是特別適用，以提供用于從襯底提取至少一些光的裝置的其它實施 例，允許從襯底內(nèi)部區(qū)提高提取效率。這些提高可以與碳化硅襯底一起使用，如上面結(jié)合圖 1-6 一起描述的那樣，但是也可以與包括砷化鎵、磷化鎵、它們的合金和/或藍寶石的常規(guī) 襯底一起使用。圖7A是根據(jù)本發(fā)明的其它實施例的LED的頂視圖。根據(jù)本發(fā)明的其它實施例，圖 7B和圖7C是圖7A的LED沿圖7A中的線7B-7B'的截面圖。現(xiàn)在參照圖7A-7C，這些LED包括分別有第一和第二相對面710a和710b的襯底 710，和在襯底710的第二面710b上的二極管區(qū)740。襯底710可以是例如，圖1_6中所述 的碳化硅襯底110，和/或另一種常規(guī)的LED襯底。二極管區(qū)740可以包括如上面圖1_5所 示的二極管區(qū)170，和/或任何其它的常規(guī)二極管區(qū)。也如圖7A所示，這些LED700的第一面710a其中包括多個槽720，它在襯底中確定 了多個支座730。在圖7A中，示出了三角形支座。然而，也可以提供其它多邊形或非多邊形 的支座。如圖7B所示，槽720可以包括斜面底層722。然而，也可以包括平面底層。此外， 雖然示出槽的側(cè)壁724對第一面710a和第二面710b成直角，但也可以包括錐形側(cè)壁，其中 側(cè)壁的橫截面的區(qū)域優(yōu)選從襯底710的第一面710a減少到第二面710b。圖7C示出了提供非平面特征的其它實施例。因此，可以使用寬的鋸齒切割或其它 技術(shù)以形成支座730'，該支座730'有錐形和彎曲側(cè)壁724，彎曲底層722'和/或在支座 710'內(nèi)的圓頂形第一面710a'。支座730'的這些實施例由此可以形成透鏡狀的結(jié)構(gòu)，這 可以減小總的內(nèi)部反射。作為選擇，優(yōu)于彎曲或透鏡形的第一面710a'和/或底層722'， 可以在第一面710a'或底層722'上形成小面，以進一步增強光提取。腐蝕、鋸齒切割、激 光切割和/或其它常規(guī)技術(shù)可以用于產(chǎn)生這些結(jié)構(gòu)。最后，也如圖7A-7C所示，第一和第二面710a、710a'和710b的周界是正方形的。 然而，應(yīng)該理解，可以采用其它形狀。例如，也可以使用三角形周界形狀的第一和第二面。此 外，雖然示出了四個三角形支座730，但也可以使用兩個或兩個以上支座，優(yōu)選地，在具有面 積例如大于0. Imm2的相對大的芯片中可以使用四個以上的支座。
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圖8A是根據(jù)本發(fā)明的其它實施例的LED的頂視圖。根據(jù)本發(fā)明其它實施例，圖8B 和圖8C是圖8A的LED沿圖8A中的線8B-8B'截面圖。如圖8A所示，這些發(fā)光二極管800包括具有第一和第二相對面810a和810b的襯 底810，以及在第二面810b上的二極管區(qū)840。襯底810可以是碳化硅襯底，例如結(jié)合圖 1-6 一起描述的碳化硅襯底110，和/或任何其它通常的LED襯底。二極管區(qū)840可以是例 如圖1-5描述的基于氮化鎵的二極管區(qū)170，和/或其它任何常規(guī)二極管區(qū)。如圖8A和圖8B所示，襯底810包括在第一面810a內(nèi)的通孔陣列820。優(yōu)選地， 通孔820僅延伸穿過襯底810部分路徑，但是在其它實施例中，它們能延伸穿過襯底810全 部路徑。如圖所示，通孔可以包括錐形側(cè)壁824。側(cè)壁824可以是曲線形的或是直線形的。 此外，也可以使用垂直于第一面810a和第二面810b的曲線或直線側(cè)壁。通孔820可以有 平的，斜面和/或彎曲底層822以提供平截頭圓錐體形(frusto-conical)或圓柱形通孔。 通孔也可以不包括底層822，而是到達一個點以提供圓錐形通孔。雖然，在圖8A和圖8B中 示出四個完整通孔和十二個部分通孔的陣列，但可以使用二個或多于兩個的通孔820，優(yōu)選 地，對例如面積大于0. Imm2的大面積芯片可以包括四個以上的完整通孔820。如圖8B所示，第一面可以是其中包括一個或多個小平面的傾斜第一面810a。在其 它實施例中，頂面810a可以被圓角以提供透鏡狀結(jié)構(gòu)。正如下面將要詳細描述的，圖7A-7C的槽720可以在切割芯片之前或之后使用例 如與芯片的邊成45°角的切片機來制作。可以使用其它技術(shù)，包括通過掩模的反應(yīng)離子腐 蝕，激光切割，濕法腐蝕和/或其它技術(shù)。圖8A-8C的通孔820在切割芯片之前或之后可以 使用通過掩模的反應(yīng)離子腐蝕來制備?，F(xiàn)在描述通過圖7A-7C和圖8A-8C的LED的光提取。槽720或通孔820可以允許 周期性地穿過芯片出現(xiàn)光提取，而不是僅沿著芯片的邊緣。因此，它們能夠提供大面積芯片 的可縮放性(scalability)。這與位于在襯底內(nèi)切割槽以允許在槽內(nèi)切割襯底形成明顯對 比，也與通過LED的二極管區(qū)切割的槽形成明顯對比。支座，通孔，側(cè)壁和/或槽可以改善光提取，因為芯片的垂直邊通常在光提取中起 作用。此外，出于光提取的目的，LED芯片的最好形狀可能不是正方形或長方形周界。然而， 由于在晶片內(nèi)封裝密度的原因，LED芯片通常有正方形周界。在正方形芯片里，從在大于臨 界角且小于這個臨界角的補角的角的任何方向照射側(cè)壁的光線由于內(nèi)部反射和隨后的吸 收通常會損失。圓柱形芯片可以減小內(nèi)部反射，但是它們的可制造性和封裝密度不是良好 的。此外，在從遠于圓柱形小片中央的點產(chǎn)生的光可以增加產(chǎn)生成切線照射在垂直側(cè)壁上 的光。更多的光線由于內(nèi)部反射和吸收再一次損耗。因而總的小片面積需要比有源中心區(qū) 面積大，這使得晶片面積使用效率低并導(dǎo)致更高的成本。相反，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例可以在襯底內(nèi)形成支座，例如等邊或非等邊三角 形支座730。可以保持最佳的晶片利用。特別是，產(chǎn)生的光線在角度大于臨界角時在側(cè)壁 724上可以有不多于一次的入射和反射。大于臨界角的入射角被反射，但是，在所有情況中 的入射光線以小于臨界角照射下一墻壁，假設(shè)密封材料的折射率是約1. 5或更大。因此，不 同于具有直角或光滑連續(xù)的弧的小片，光線不會全部損失于內(nèi)部反射和吸收。具有三角形狀的LED與具有同樣芯片面積、有光滑的垂直側(cè)壁、在相同的電流下 運行的正方形LED相比，例如可以在光輸出方面能夠產(chǎn)生15%的提高。此外，錐形側(cè)壁或溝道可以與三角形支座一起使用以便在襯底內(nèi)獲取更多的俘獲光。最后，使用與正方形小片 成45°角或其它角度的槽切割可以形成的三角形支座，可以允許用標(biāo)準(zhǔn)小片處理和分離技 術(shù)，但是可以提供非正方形芯片的額外光提取的優(yōu)點。也可以使用標(biāo)準(zhǔn)邊緣成形和小片分 離。使用通孔陣列820可以提供類似的效應(yīng)?？梢岳斫?，圖7A-7C和圖8A-8C中的LED可以以倒置或以倒裝結(jié)構(gòu)安裝，如圖2_5 說明的那樣?？梢苑乐褂糜趯ED耦合到安裝襯底的銀環(huán)氧樹脂進入槽或通孔，這可能會 減少它的效率。在其它實施例中，如果槽和/或通孔與常規(guī)的非倒裝芯片LED安裝一起使 用，反射回層(reflective back layer)，例如銀或鋁，可以形成在襯底的第一面上，使得入 射在槽或通孔上的光朝二極管區(qū)反射回去并通過二極管區(qū)?，F(xiàn)在對焊接區(qū)220/230中采用焊劑預(yù)成型件提供附加討論。小面積LED可以要求 格外仔細以避免用來粘小片到焊接框架的銀環(huán)氧樹脂接觸芯片側(cè)壁和/或?qū)щ娨r底。這種 接觸可以形成Schottky 二極管，這對垂直LED結(jié)構(gòu)的性能是有害的。Schottky 二極管可能 分流LED附近的電流，因為它有較低的正向接通電壓。在大的芯片上使用銀環(huán)氧樹脂比在 小的芯片上可以更容易處理，因為過度分散(over-dispensing)可以不會引起環(huán)氧樹脂從 芯片下面露出來并可能到達二極管區(qū)和/或襯底的垂直側(cè)壁。根據(jù)本發(fā)明的實施例，焊劑 預(yù)成型件可以形成在或粘附到反射器或其它層上，如下所述的那樣。預(yù)成型件可以包括低 溫共熔合金，例如鉛_錫，銦_金，金_錫，和/或銀-錫焊料。預(yù)成型件的形狀可以很好確 定，并且可以通過在小片粘附過程中使用壓力和/或溫度來控制向外蠕變。此外，預(yù)成型件 的熱導(dǎo)率可優(yōu)于銀環(huán)氧樹脂，這對于大功率器件是更有利的。現(xiàn)在參照圖9和圖10，也可以提供對襯底進行紋理化。形成紋理可以是在發(fā)射波 長或更大的量級。例如，如圖9所示，LED 900可以包括襯底710的紋理化的第一面710a'。 除了或替代紋理化的第一面710a'，還可以提供紋理化的側(cè)壁724'和/或紋理化的底層 722'。如圖10所示，LED 1000可以包括紋理化的第一面810a'，在第一面上可包含微透 鏡陣列1010。也可以提供紋理化的側(cè)壁和/或底層。正如結(jié)合圖9-10的實例描述，形成紋 理也可以與此處描述的其它實例一起使用。對已封裝的LED芯片的暴露表面可以優(yōu)選紋理化而不拋光。常規(guī)芯片將拋光的外 延側(cè)向上封裝，這可以減少從那里的光提取。暴露表面的紋理化能夠提供使入射光被透射 而不被內(nèi)部反射的隨機概率。可以理解，對襯底背面紋理化需要不妨礙對該襯底面形成歐 姆接觸。更具體的是，垂直LED可以有一個與有源區(qū)的接觸，和有一個與紋理化的襯底背面 的背部接觸。與拋光表面相比，紋理化的側(cè)壁可以提供達到20%或更高的光發(fā)射。圖11和12示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的其它LED。圖11的LED 1100和圖 12的LED 1200可以與圖7的LED 700和圖8的LED 800相對應(yīng)。然而，在圖11和圖12的 實施例中，增加了透明歐姆接觸412和反射器414。薄的透明歐姆接觸412能夠提高ρ型氮 化鎵層的電流擴展，能夠?qū)﹃枠O產(chǎn)生歐姆接觸，同時優(yōu)選阻擋減小的光量，更優(yōu)選是阻擋最 小化的光量。此外，在圖11和圖12所示的結(jié)構(gòu)中，因為芯片是倒裝安裝在安裝襯底210上的芯 片，所以透明歐姆接觸412可以比常規(guī)氮化物L(fēng)ED中可能的透明歐姆接觸更薄，這就允許它 更透明?？梢蕴峁┫鄬竦姆瓷淦?14，反射器414包括例如鋁和/或銀。反射器414可以 提供優(yōu)良的電流擴展。此外，焊劑預(yù)成型件220和/或其它安裝區(qū)可以用在金屬接觸155和
18安裝襯底210之間以提供和二極管區(qū)的電學(xué)和機械連接和熱傳輸，同時避免在產(chǎn)生將導(dǎo)致 寄生Schottky接觸的二極管區(qū)內(nèi)的短路?？梢岳斫?，使用倒裝芯片安裝二極管，功率耗散 不需要通過襯底發(fā)生。而且，產(chǎn)生熱的二極管區(qū)可以與熱沉緊密接觸，有較低的熱阻。在例 如結(jié)合圖16描述的其它實施例中，可以采用非倒裝芯片結(jié)構(gòu)安裝。也可以理解，透明/反 射器電極，焊劑預(yù)成型件和/或倒裝芯片安裝可以與這里描述的本發(fā)明的其它實施例一起 使用。圖13示出了可以用于提高常規(guī)ATON LED中的提取效率的本發(fā)明的其它實施 例。正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知，ATON LED使用襯底成形，例如在出版的標(biāo)題為“0SRAM Enhances Brightness of Blue InGaNLEDs", Compound Semiconductor, Volume7, No. 1, 20012月，p. 7中描述的那樣。特別是，如圖13所示，常規(guī)ATON LED 1300包括襯底1310和 二極管區(qū)1320。根據(jù)本發(fā)明的實施例，例如由臺面1320a和/或電極1330限定的發(fā)射區(qū)只 包括在二極管區(qū)的中央部分內(nèi)，不在二極管區(qū)的周界部分外。電極1330優(yōu)選是透明電極， 可以與發(fā)射區(qū)1320a同存空間比發(fā)射區(qū)1320a小。也可以采用用于減小發(fā)射區(qū)面積的其它 技術(shù)。換句話說，襯底1310分別有第一和第二相對面1310a和1310b。第一面1310a比 第二面有較小的表面積。二極管區(qū)1320是在第二面1310b上面。發(fā)射區(qū)1320a是包括在二 極管區(qū)1320內(nèi)，并且是限定到第一面1310a的較小表面區(qū)內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)可以使芯片看起來 更象在透鏡的焦點上的點光源。通常，在芯片邊緣產(chǎn)生的光不能得到成形邊緣的更多好處， 因為與在芯片中央產(chǎn)生的光相比，更小的發(fā)光固體表面與那些表面相互影響。模擬表示，通 過從芯片邊緣將發(fā)射區(qū)引入，可以得到約多20%的光輸出。由減小發(fā)射面積來提高提取效 率，這也使光輸出對襯底內(nèi)和在襯底表面上的損失不敏感，因為更多的光能夠在初次穿過 有源區(qū)時逃逸掉。圖13的實施例可以用于常規(guī)的非倒裝芯片封裝。可以用于倒裝芯片封 裝的ATON LED的實施例將在下面結(jié)合圖17描述。圖14A說明減小發(fā)射區(qū)面積應(yīng)用于本發(fā)明的其它實施例。例如，LED 1400是類似 于圖7的LED 700，除了根據(jù)本發(fā)明的實施例提供至少一個減小的發(fā)射面積以外。通過與 支座730對準(zhǔn)的一個或多個導(dǎo)電電極1410可以提供至少一個減小的發(fā)射面積。導(dǎo)電電極 1410可以包括鉬和/或其它材料。例如包括氮化硅的絕緣層1420可以用來阻止與二極管 區(qū)740的金屬接觸。互連金屬層1430可以是在導(dǎo)電電極1410上和氮化硅層1420上的形 成的覆蓋層?？梢岳斫?，互連層1430也可以作為反射層。作為選擇，可以提供一個或多個 分開的反射層。圖14B是圖14A的LED的底視圖，示出了導(dǎo)電電極1410和金屬層1430?？?以理解，在本發(fā)明的其它實施例，圖13的至少一個臺面1320a可以包括在圖14A的二極管 區(qū)740內(nèi)，以提供至少一個減小的發(fā)射面積。此外，減小的發(fā)射面積可以和這里描述的本發(fā) 明的其它實施例一起使用。因此，可以通過減小發(fā)射區(qū)面積以便更多的限定在背面成形區(qū)的中央部分內(nèi)來提 高LED的效率。對于有均勻發(fā)射面積的背面成形器件，與效率較低的芯片成區(qū)相比出現(xiàn)更 多的發(fā)射。相反，在圖14A和圖14B中，由于發(fā)射區(qū)或多個發(fā)射區(qū)是與支座730對準(zhǔn)的，可 以提供改善的提取效率。因為導(dǎo)電電極1410是互相斷開的，所以它們需要與互連導(dǎo)電金屬 1430相連。如果器件是倒裝芯片結(jié)合，導(dǎo)電金屬1430可以是焊料和/或填銀的環(huán)氧樹脂。 如果器件是安裝在非倒裝芯片結(jié)構(gòu)中，可以包括金屬片例如反射器，金屬條和/或引線連接(wire bond)用于互連。圖15A示出了至少一個減小的發(fā)射區(qū)域應(yīng)用于本發(fā)明的其它實施例。例如，除了 根據(jù)本發(fā)明的實施例提供至少一個減小的發(fā)射區(qū)域之外，LED1500類似于圖8的LED800。 可以由不覆蓋通孔820的導(dǎo)電電極1510提供至少一個減小的發(fā)射區(qū)域。導(dǎo)電電極1510可 以包括鉬和/或其它材料。例如包括氮化硅的絕緣層1520可以用于阻止在由通孔820確 定的區(qū)域上的金屬接觸。圖15B是圖15A的LED的底視圖，示出了導(dǎo)電電極1510和絕緣區(qū) 1520。如圖14A的情況，在其它實施例中，圖13的至少一個臺面1320a可以包括在圖15A 的二極管區(qū)840內(nèi)以提供至少一個減小的發(fā)射區(qū)域?？梢岳斫?，如上面所述，可以使用本發(fā)明的實施例來改善基于藍寶石的氮化物L(fēng)ED 以及基于其它材料系統(tǒng)的LED。然而，在基于藍寶石的氮化物L(fēng)ED中，大部分的光可以俘獲 高折射率的氮化物二極管區(qū)內(nèi)。對于襯底的折射率高于藍寶石的折射率的碳化硅，氮化鎵、 氮化鋁、氧化鋅和/或其它襯底可以有更大的增益。因此，本發(fā)明的實施例并不限于使用碳 化硅為襯底?？梢岳斫猓?dāng)藍寶石作為襯底時，藍寶石絕緣層可以使用兩個與二極管區(qū)的接 觸，例如圖1所示。這些接觸需要對準(zhǔn)封裝中的電連接。如果對暴露側(cè)進行拋光，藍寶石襯 底的透明性可以有利于對準(zhǔn)。然而，拋光的暴露表面與形成紋理的表面比較，光提取效率可 能更低。圖16是根據(jù)本發(fā)明的實施例的發(fā)光二極管的截面圖。圖16可以認(rèn)為與圖3類似， 除了發(fā)光二極管1600是配置成非倒裝芯片安裝而不是倒裝芯片安裝以外。此外，也示出了 在LED和安裝支架之間的其它接觸結(jié)構(gòu)，例如安裝組件或子安裝組件。可以理解，圖16的 非倒裝芯片安裝和/或圖16的接觸結(jié)構(gòu)可以與這里描述的本發(fā)明的其它實施例和/或其 它的常規(guī)LED —起使用。更具體的，參照圖16，發(fā)光二極管1600是以非倒裝芯片取向安裝在安裝支架210 上，其中碳化硅襯底110與安裝支架210相鄰，二極管區(qū)170是在與安裝支架210相對或遠 離的碳化硅襯底110上面。換句話說，二極管區(qū)170朝上，碳化硅襯底110是朝下。已經(jīng)發(fā) 現(xiàn)，根據(jù)圖16示出的本發(fā)明的實施例，當(dāng)使用透明碳化硅襯底110時，從常規(guī)非倒裝芯片安 裝的LED提取的光量會增加。在這些實施例中，從二極管區(qū)170的有源區(qū)130產(chǎn)生的向下 進入碳化硅襯底110的光由反射器140反射回來通過碳化硅襯底110。雖然，提取效率可能 比圖3中的LED300小，但可以得到比不采用透明碳化硅襯底110的常規(guī)LED的提取效率大 的提取效率?？梢岳斫?，有與安裝區(qū)相鄰的透明碳化硅襯底和遠離安裝區(qū)的二極管區(qū)的圖 16的正面朝上安裝也可以與其它常規(guī)的LED結(jié)構(gòu)一起使用。還參照圖16，描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的接觸結(jié)構(gòu)1620?？梢岳斫猓@些接觸結(jié) 構(gòu)1620可以與這里描述的其它實施例一起使用，也可以與其它常規(guī)的LED結(jié)構(gòu)一起使用。如圖16所示，接觸結(jié)構(gòu)1620包括歐姆區(qū)160，反射器140，阻擋區(qū)1610，和焊接區(qū) 230。也提供了頂部歐姆接觸150。歐姆接觸150/160優(yōu)選是一層或多層金屬透明層，例如 薄的鉬層，其厚度可以在約IOA和100人之間?？梢圆捎闷渌耐该鳉W姆接觸150/160。例 如，透明氧化物，例如可以采用銦錫氧化物(ITO)，在這種情況下的歐姆接觸150/160的厚 度可以是幾微米或更厚。歐姆接觸150/160可以是均勻厚的層，柵結(jié)構(gòu)和/或點結(jié)構(gòu)，例如， 如授予Haitz等人的美國專利5，917，202所描述，它們的內(nèi)容在此作為參考引入，如同在這 里完全陳述。歐姆接觸150/160優(yōu)選提供電流擴展，以有利于電流有效和均勻注入到有源接觸150/160，如果碳化硅襯底110有適當(dāng)?shù)钠ヅ潆妼?dǎo) 率，電流擴展可以實現(xiàn)。由于減小的面積覆蓋，柵/點歐姆區(qū)可以減小或最小化歐姆區(qū)內(nèi)的 光吸收?？梢岳斫?，歐姆接觸150和160的結(jié)構(gòu)不需要相同。還參照圖16，反射器140可以包括例如在約IOOA和約5 OOOA之間的反射金屬，例 如銀和/或鋁，和/或如已經(jīng)描述的鏡堆(mirror stack)。也可以理解，歐姆區(qū)160和反射 器140的功能可以合并成一個單個歐姆和反射器區(qū)，例如單層銀或鋁，能夠同時提供電流 擴展和反射功能。做為選擇，可以使用不同的層作為歐姆區(qū)160和反射器140。還參照圖16，也可以提供阻擋區(qū)1610，它保護反射器140和/或歐姆區(qū)160避免 來自下面的小片粘附的擴散和/或尖峰形成。因此阻擋區(qū)1610可以保護歐姆區(qū)160和/ 或反射器140的光和/或電完整性。在一些實施例，阻擋區(qū)包括在約IOOA和約5000Λ之間 的鎳、鎳/釩和/或鈦/鎢。最后，還參照圖16，提供焊接區(qū)230用于粘附半導(dǎo)體LED結(jié)構(gòu)到安裝支架210，例 如一個安裝組件或子安裝組件。焊接區(qū)230可以是包括例如金，銦，焊料，和/或銅焊的金屬 層，并可以包括這些和/或其它結(jié)構(gòu)的一個或多個預(yù)成型件。在一些實施例中，焊接區(qū)230 可以包括焊接凸點(solder bump)和/或其它金屬凸點，例如銦或金。安裝支架210可以包 括熱沉，表面安裝工藝(Surface Mount Technology(SMT))封裝，印刷線路板，驅(qū)動器集成 電路，引線框架和/或其它用于LED的常規(guī)安裝組件和/或子安裝組件。焊接區(qū)230可被 粘附到安裝支架210，使用銀環(huán)氧樹脂，焊料焊接，熱焊焊接和/或其它技術(shù)?？梢岳斫?，圖 16的接觸結(jié)構(gòu)1620的實施例可以與倒裝芯片LED和/或其它常規(guī)的LED結(jié)構(gòu)一起使用。圖17A是根據(jù)本發(fā)明的其它實施例的發(fā)光二極管的截面圖。具體而言，圖17A示 出常規(guī)ATON LED，一個它是倒裝芯片安裝和/或使用根據(jù)本發(fā)明的實施例的接觸結(jié)構(gòu)?？?以使用倒裝芯片安裝，例如圖2所示，和/或接觸結(jié)構(gòu)，例如圖16說明?，F(xiàn)在參照圖17A，LED 1700的這些實施例包括透明襯底1310，例如無色的、補償?shù)?碳化硅襯底，和二極管區(qū)1320，它是倒裝芯片安裝在安裝支架210上的，使得二極管區(qū)1320 與安裝支架210相鄰，并且碳化硅襯底1310遠離安裝支架210。二極管區(qū)1320可以包括減 小的發(fā)射區(qū)域，例如圖13的臺面區(qū)域1320a。如圖17A所示的倒裝芯片安裝與常規(guī)的非倒裝芯片安裝LED相比，可以提供改善 的光提取。例如，在使用碳化硅襯底上的氮化鎵區(qū)的常規(guī)芯片中，在LED有源區(qū)內(nèi)部產(chǎn)生光 的大約一半可以實際發(fā)射出去。由于總的內(nèi)部反射和/或吸收損失，剩余的光可以俘獲在 半導(dǎo)體材料內(nèi)。其中遠離二極管區(qū)的碳化硅襯底的第一面的表面積比與二極管區(qū)相鄰的碳 化硅襯底第二面小的這種結(jié)構(gòu)可以提高光提取。然而，發(fā)射光的主要部分是入射光和/或 通過用吸收金屬完全和/或部分覆蓋的芯片面，有利于對LED ρ區(qū)和η區(qū)的歐姆接觸。此 外，常規(guī)LED把光首先引向下面，這可以引起在LED封裝內(nèi)的光學(xué)元件的額外反射和/或由 于小片粘附材料的損失。這些現(xiàn)象可以引起額外的光損耗。明顯相反，如圖17A說明的本發(fā)明的實施例可以使用ATON幾何形狀和/或其它 幾何形狀，其包括與第二面1310b相比減小了面積的第一面1310a，它是以倒裝芯片方式安 裝到安裝支架210以使得二極管區(qū)1320與安裝支架210相鄰，而襯底1310遠離安裝支架 210。此外，也如圖17A所示，使用ρ型接觸結(jié)構(gòu)1740可以得到額外的效率，這結(jié)構(gòu)包括
21P型歐姆區(qū)1742，反射器1744，阻擋區(qū)1746和/或焊接區(qū)1748。在一些實施例中，ρ型歐姆 區(qū)1742可以包括ρ型歐姆金屬，例如鎳/金，氧化鎳/金，氧化鎳/鉬，鈦和/或鈦/金，厚 度在約10人和約IOOA之間。在一些實施例中，P型歐姆區(qū)1742可以包括連續(xù)的或不連續(xù)的 P型歐姆金屬，面積覆蓋在約10%到約100%之間，厚度在約2Λ到約10OA之間。對非連續(xù)的 P型歐姆金屬，下面的二極管層的電導(dǎo)率可以與面積覆蓋匹配，以提高電流注入二極管有源 區(qū)的均勻性。還參照圖17Α，例如銀和/或鋁的厚的反射器1744是在歐姆區(qū)1742上，與二極管 區(qū)1320相對。在其它實施例中，歐姆區(qū)1742可以是足夠厚以使接觸電阻低，但又足夠薄以 減小光吸收。歐姆區(qū)150可以等于或小于常規(guī)ATON芯片的歐姆金屬厚度的一半，以適應(yīng)光 的加倍通過該接觸。此外，可以通過合并歐姆和反射器區(qū)來呈現(xiàn)電流擴展功能，合并的歐姆 和反射器區(qū)能夠設(shè)計成足夠厚，以促進二極管區(qū)1320內(nèi)產(chǎn)生的光的有效光學(xué)反射，同時提 供電流擴展。因此，在二極管區(qū)1320內(nèi)產(chǎn)生的光1726可以反射離開反射器1742，回到襯 底1310內(nèi)。在二極管區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的其它光1722能夠直接注入襯底1310內(nèi)。再有其它的光 1724可以從襯底的傾斜側(cè)壁射出去。還參照圖17Α，倒裝芯片安裝的LED可以是采用焊接區(qū)1748粘貼的小片，焊接區(qū)包 括金，銦，常規(guī)環(huán)氧樹脂材料，銅焊和/或焊料，并與適當(dāng)?shù)暮噶虾?或焊料阻擋區(qū)1746例 如鎳，鎳/釩和/或鈦鎢一起使用。任選的粘附層包括例如鈦，也可以被提供在阻擋層1746 和焊接區(qū)1748之間。也可以理解，通過在半導(dǎo)體表面上提供反射金屬，可以得到非常光滑 的鏡表面，它與頭部的相對粗糙表面相比具有相對高的反射率。還參照圖17A，可以使用η型接觸結(jié)構(gòu)1730，它包括歐姆/反射器區(qū)1732，粘附區(qū) 1734，阻擋區(qū)1736和焊接區(qū)1738。歐姆/反射器區(qū)1732可以包括η型歐姆材料，例如鋁和 /或銀，約1000Λ厚。這個歐姆/反射器區(qū)1732可以作為歐姆接觸和反射器層。也可以提 供可選擇的類似于反射器區(qū)1724的任選反射器區(qū)。也可以提供任選的粘附區(qū)1734，包括例 如約1000Α的鈦。也可以提供阻擋區(qū)1736。例如也可以使用約1000Α的鉬。最后，也可以 使用焊接區(qū)1738。例如，可以使用達到Iym或更厚的金，常規(guī)引線連接1750可以附在焊接 區(qū)1738?？梢岳斫?，根據(jù)特定的應(yīng)用，區(qū)1732，1734，1736或1738中的一個或多個區(qū)可以被 去掉或與其它區(qū)結(jié)合。根據(jù)圖17Α的實施例，倒裝芯片安裝ATON芯片與常規(guī)非倒裝芯片ATON幾何結(jié)構(gòu) 相比能夠產(chǎn)生約1. 5到1. 7倍或更大的提高的輻射量?？梢詼p小在ρ型電極和/或小片粘 附材料中的吸收。可以使用η型接觸結(jié)構(gòu)1730，以減小或最小化表面覆蓋。因此，在一些實 施例中，電極結(jié)構(gòu)1730能夠占據(jù)碳化硅襯底1310的整個第一面1310a。然而，其它的幾何 結(jié)構(gòu)也可以使用以減小或最小化表面覆蓋。例如，如圖17B所示，η型接觸結(jié)構(gòu)1730可以僅包括在第一面1310a上的中央部分 1730a。然而，對比較大的芯片尺寸，η型接觸結(jié)構(gòu)1730的指1730b也可以用來提供額外的 電流擴展。因此，η型接觸結(jié)構(gòu)1730可以占據(jù)第一面1310的全部區(qū)域。在其它實施例中， 占據(jù)區(qū)域可以小于全部區(qū)域，但是占據(jù)區(qū)域可以大于全部區(qū)域的10%。在另外的實施例中， 可以使用小于區(qū)域10%的面積。可以理解，也可以采用中央部分1730a和指1730b的很多 其它幾何形狀結(jié)構(gòu)。為了提高可縮放性，η型接觸結(jié)構(gòu)1730可以是一種互連的柵結(jié)構(gòu)，在表面覆蓋和電流擴展阻力方面與下面的半導(dǎo)體材料1310電導(dǎo)率相匹配。通過減小和優(yōu)選最小化η型 接觸結(jié)構(gòu)1730的表面覆蓋，和使用銀和/或鋁反射器1732，可以減小和優(yōu)選最小化全部的 η型接觸結(jié)構(gòu)1730的吸收?？梢岳斫?，在其它實施例中，η型和ρ型電極兩者可以形成在在芯片側(cè)面上，如授 予Chen的美國專利5，952，681所描述的那樣。這可以進一步減小η電極的歐姆接觸內(nèi)的 光吸收?？梢岳斫?，圖17Α和圖17Β的倒裝芯片安裝和/或接觸結(jié)構(gòu)可以與其它有減小面 積的第一面的襯底幾何形狀包括立方形，三角形，金字塔形，切去頂端的金字塔形和/或半 球形一起使用。如已經(jīng)描述的，可以提供以槽、通孔和/或其它圖案特征形式的圖形化的附 加第一面。最后，如已經(jīng)描述的，也可以使用紋理化和/或粗糙化。也可以使用襯底和/或 二極管區(qū)的粗糙化。因此，反射器1744可以形成在有意形成粗糙和/或形成圖案的二極管 區(qū)1320上。這種隨機粗糙性能夠提高光提取和/或減少內(nèi)部反射。具體圖案例如Fresnel 透鏡，也可以用于對準(zhǔn)反射光和/或提高光提取。一旦應(yīng)用反射器1744，圖形化能夠形成光 學(xué)元件。圖案的尺寸可以是從LED發(fā)出的光的波長的量級。圖18是根據(jù)本發(fā)明的其它實施例的發(fā)光二極管的截面圖。具體而言，圖18示出 了常規(guī)ATON LED，包括在其二極管區(qū)上的反射器。根據(jù)本發(fā)明的其它實施例，出乎意料地發(fā) 現(xiàn)，通過在常規(guī)的正面向上的ATON和/或其它LED的二極管區(qū)加上反射器，與在其頂表面 處的二極管區(qū)上沒有反射器的常規(guī)ATON和/或LED相比，可以增加約10%或更多的亮度。 因此，用反射器至少部分阻擋頂表面，實際上可以增加光發(fā)射。更特別地，參照圖18，根據(jù)這里描述的任何實施例和/或根據(jù)常規(guī)的ATON和/或 其它的LED結(jié)構(gòu)，這些LED 1800包括襯底1310和二極管區(qū)1320。根據(jù)常規(guī)的ATON和/或 其它的結(jié)構(gòu)，可以提供η型接觸結(jié)構(gòu)1810。作為選擇，可以提供一個η型接觸結(jié)構(gòu)1810，其 包括一個粘附區(qū)1812，例如約1000Λ的鈦，一個阻擋區(qū)1814，例如約1000Λ的鉬，和一個焊 接區(qū)1816，例如約Ιμπι的金。粘附區(qū)1812也能夠作為歐姆接觸，也可以附加地是反射性 的。還參照圖18，可以提供P型接觸結(jié)構(gòu)1820。ρ型接觸結(jié)構(gòu)1820包括透明歐姆區(qū) 1830，它可以與圖17Α的歐姆層1742類似。也可以包括粘附層1826，它可以與圖17Α的粘 附層1734類似。也可以包括阻擋層1824，它可以與圖17Α的阻擋層1736類似。也可以包 括焊接區(qū)1822和導(dǎo)線1840，焊接區(qū)1822與圖17Α的焊接區(qū)1738類似，導(dǎo)線1840與圖17Α 的導(dǎo)線1750類似。此外，也可以提供常規(guī)的ΑΤ0Ν/ΙΤΡ歐姆接觸結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的一些實 施例，P型接觸結(jié)構(gòu)1820其中包括反射器1828，用于把光反射回去，通過二極管區(qū)1320并 進入襯底1310。反射器1828可以類似于圖17Α的反射器1746。如上所述，出乎意料，通過 把反射器1828加到ATON和/或其它的LED的頂表面上可以增加亮度，例如是常規(guī)的ATON LED亮度的約1. 2到約1. 3倍之間或更大。現(xiàn)在參照圖19，將要描述根據(jù)本發(fā)明實施例的LED制作方法?？梢岳斫?，圖19的 一些塊可以與圖所示出的不同順序出現(xiàn)，一些塊可以同時執(zhí)行而不是順序執(zhí)行。參照圖19的塊1910，二極管區(qū)形成在碳化硅襯底上。如上所述，優(yōu)選地，氮化鎵二 極管區(qū)是制作在碳化硅襯底上。在塊1920，正如結(jié)合圖7-12和圖14-15—起描述的那樣， 槽可以通過鋸、腐蝕、激光切割、反應(yīng)離子腐蝕、濕法腐蝕和/或其它切割方法，和/或執(zhí)行
23反應(yīng)離子腐蝕以便在襯底的第一面上形成通孔?？梢岳斫猓谝r底上制作二極管區(qū)之前和 /或在襯底上制作二極管區(qū)之后，在塊1920可以形成槽和/或通孔。參照塊1930，例如結(jié)合圖2-5、圖11_12和圖16_17描述的那樣，形成一個接觸結(jié) 構(gòu)?？梢岳斫猓趬K1920的形成槽和/或反應(yīng)離子腐蝕通孔之前可以形成接觸結(jié)構(gòu)。參照塊1940，執(zhí)行切割以分離單個LED芯片。可以理解，如果是制作晶片大小的 LED,則不需要執(zhí)行切割，以及在塊1930的形成電極結(jié)構(gòu)之前和/或在塊1920的鋸槽和/ 或反應(yīng)離子腐蝕之前，可以執(zhí)行切割芯片。然后參照塊1950，例如采用焊劑預(yù)成型件和/或其它連接技術(shù)，如結(jié)合圖2-5、圖 11-12和圖16-17描述的那樣，二極管連接到安裝支架。在塊1960，二極管被封裝在例如塑 料圓頂中，如圖2-3和圖16中說明的那樣。因此可以有效地制作具有高提取效率的LED。在附圖和說明中，已經(jīng)公開了本發(fā)明的典型優(yōu)選實施例，雖然使用了特定術(shù)語，它 們僅僅在一般性和描述性意義上使用，而不是出于限制目的，本發(fā)明的范圍在下列權(quán)利要 求中提出。
權(quán)利要求
一種發(fā)光二極管，包括有第一和第二相對面的襯底，第一面與第二面相比有比較小的表面積；和在第二面上的二極管區(qū)，該二極管區(qū)包括限定在第一面的較小表面積里的發(fā)射區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中發(fā)射區(qū)包括臺面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中襯底的第一面包括紋理化的表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)光二極管，還包括在臺面的至少一部分上的一透明電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中襯底是對預(yù)定波長范圍的光輻射透明的碳化硅 襯底，其中二極管區(qū)被配置成發(fā)射該預(yù)定波長范圍的光。
6.一種發(fā)光二極管，包括有第一和第二相對面的襯底，第一面與第二面相比有比較小的表面積；在第二面上的二極管區(qū)；和在二極管區(qū)上、與襯底相對的安裝支架。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的發(fā)光二極管，其中襯底對預(yù)定波長范圍的光輻射是透明的，并且其中二極管區(qū)被配置成，當(dāng)在二極管區(qū) 上施加電壓時，發(fā)射該預(yù)定波長范圍的光進入對該預(yù)定波長范圍的光輻射透明的襯底。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的發(fā)光二極管，其中安裝支架還被配置成支持二極管區(qū)，使得在二 極管區(qū)上施加電壓時，從二極管區(qū)發(fā)射進入對該預(yù)定波長范圍的光輻射透明的襯底的光從 第一面發(fā)射出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的發(fā)光二極管，還包括在安裝支架和二極管區(qū)之間的反射器，該反射器被配置成，在二極管區(qū)上施加電壓時， 把從二極管區(qū)發(fā)射的光反射回去進入二極管區(qū)，通過對該預(yù)定波長范圍的光輻射透明的襯 底并從第一面發(fā)射出。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的發(fā)光二極管，還包括 在二極管區(qū)和反射器之間的透明電極。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的發(fā)光二極管，還包括 在反射器和安裝支架之間的阻擋區(qū)；和在阻擋區(qū)和安裝支架之間的焊接區(qū)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的發(fā)光二極管，其中焊接區(qū)包括金、銦、焊料和/或銅焊。
13.一種發(fā)光二極管，包括 襯底；在襯底上的二極管區(qū)；和在襯底和二極管區(qū)之一上的接觸結(jié)構(gòu)，該接觸結(jié)構(gòu)包括 在襯底和二極管區(qū)之一上的一歐姆和反射器區(qū)； 在歐姆和反射器區(qū)上、與襯底和二極管區(qū)之一相對的阻擋區(qū)； 在阻擋區(qū)上、與歐姆和反射器區(qū)相對的焊接區(qū)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的發(fā)光二極管，還包括 在焊接區(qū)上、與阻擋區(qū)相對的安裝組件。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的發(fā)光二極管，其中歐姆和反射器區(qū)包括 在襯底和二極管區(qū)之一上的透明的歐姆層；和在透明的歐姆層上、與襯底和二極管區(qū)之一相對的反射器，其中阻擋區(qū)是在反射器上。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的發(fā)光二極管，其中焊接區(qū)包括金、銦、焊料和/或銅焊。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的發(fā)光二極管，其中透明的歐姆層包括包括鎳/金、氧化鎳/金、 氧化鎳/鉬、鈦和/或鈦/金的一層，該層足夠薄以致對預(yù)定波長范圍的光輻射是透明的。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的發(fā)光二極管，其中透明的歐姆層的厚度是在約IOA和約IOOA之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的發(fā)光二極管，其中透明的歐姆層包括銦錫氧化物層。
20.根據(jù)權(quán)利要求15的發(fā)光二極管，其中透明的歐姆層包括圖形化的透明的歐姆層。
21.根據(jù)權(quán)利要求15的發(fā)光二極管，其中圖形化的透明的歐姆層包括柵和/或點圖案。
22.根據(jù)權(quán)利要求15的發(fā)光二極管，其中反射器包括至少一層反射金屬層。
23.根據(jù)權(quán)利要求13的發(fā)光二極管，其中歐姆和反射器區(qū)包括一包含銀和/或鋁的單層。
24.根據(jù)權(quán)利要求13的發(fā)光二極管，其中阻擋區(qū)包括鎳、鎳/釩和/或鈦/鎢。
25.根據(jù)權(quán)利要求13的發(fā)光二極管，其中焊接區(qū)包括金、銦、焊料和/或銅焊。
26.根據(jù)權(quán)利要求15的發(fā)光二極管其中透明的歐姆層包括包括鎳/金、氧化鎳/金、氧化鎳/鉬、鈦和/或鈦/金的一層， 該層足夠薄以致對預(yù)定波長范圍的光輻射是透明的； 其中反射器包括至少一層反射金屬層； 其中阻擋區(qū)包括鎳、鎳/釩和/或鈦/鎢；和 其中焊接區(qū)包括金、銦、焊料和/或銅焊。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的發(fā)光二極管，其中透明的歐姆層的厚度是在約IOA和約100Λ之間。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的發(fā)光二極管，其中圖形化的透明歐姆層包括柵和/或點圖案。
29.一種發(fā)光二極管，包括有第一和第二相對面的襯底，第一面與第二面相比有比較小的表面積；在第二面上的二極管區(qū)；在第一面上與二極管區(qū)相對的第一歐姆層；在第一歐姆層上與襯底相對的粘附層；在粘附層上與第一歐姆層相對的第一阻擋層；在第一阻擋層上與粘附層相對的第一焊接層；在二極管區(qū)上與襯底相對的第二歐姆層；在第二歐姆層上、與二極管區(qū)相對的反射器層；在反射器層上與第二歐姆層相對的第二阻擋層；和在第二阻擋層上與反射器層相對的第二焊接層。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的發(fā)光二極管，還包括在第二焊接層上與第二阻擋層相對的安裝 支架。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的發(fā)光二極管，其中第二歐姆層包括第二歐姆和反射器層。
32.根據(jù)權(quán)利要求29的發(fā)光二極管，其中第一歐姆層包括反射性金屬。
33.根據(jù)權(quán)利要求29的發(fā)光二極管，其中粘附層包括鈦。
34.根據(jù)權(quán)利要求29的發(fā)光二極管，其中第一阻擋層包括鉬。
35.根據(jù)權(quán)利要求29的發(fā)光二極管，其中第一焊接層包括金。
36.根據(jù)權(quán)利要求29的發(fā)光二極管，其中第二歐姆層包括鎳/金、氧化鎳/金、氧化鎳 /鉬、鈦和/或鈦/金。
37.根據(jù)權(quán)利要求29的發(fā)光二極管，其中反射器層包括銀和/或鋁。
38.根據(jù)權(quán)利要求29的發(fā)光二極管，其中第二阻擋層包括鎳、鎳/釩和/或鈦/鎢。
39.根據(jù)權(quán)利要求29的發(fā)光二極管，其中第二焊接層包括金、銦、焊料和/或銅焊。
40.根據(jù)權(quán)利要求29的發(fā)光二極管，其中第一歐姆層，粘附層，第一阻擋層和第一焊接 層每個包括中央部分和從中央部分伸出的至少一個指。
41.一種發(fā)光二極管，包括有第一和第二相對面的襯底，第一面與第二面相比有比較小的表面積； 在第二面上的二極管區(qū)；在第一面上與二極管區(qū)相對的包含銀和/或鋁的第一層； 在第一層上與襯底相對的包含鈦的第二層； 在第二層上與第一層相對的包含鉬的第三層； 在第三層上與第二層相對的包含金的第四層；在二極管區(qū)上與襯底相對的包含鎳/金、氧化鎳/金、氧化鎳/鉬、鈦和/或鈦/金的 第五層；在第五層上與二極管區(qū)相對的包含銀和/或鋁的第六層；在第六層上與第五層相對的包含鎳、鎳/釩和/或鈦/鎢的第七層；和在第七層上與第六層相對的包含金、銦、焊料和/或銅焊的第八層。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的發(fā)光二極管，還包括在第八層上與第七層相對的安裝支架。
43.一種發(fā)光二極管，包括有第一和第二相對面的襯底，第一面與第二面相比有比較小的表面積；在第二面上的二極管區(qū)；在第一面上與二極管區(qū)相對的第一粘附層；在第一粘附層上與襯底相對的第一阻擋層；在第一阻擋層上與第一粘附層相對的第一焊接層；在二極管區(qū)上與襯底相對的歐姆層；在歐姆層上與二極管區(qū)相對的反射器層；在反射層上與歐姆層相對的第二粘附層；在第二粘附層上與反射器層相對的第二阻擋層；和在第二阻擋層上與第二粘附層相對的第二焊接層。
44.根據(jù)權(quán)利要求43的發(fā)光二極管，還包括在第一焊接層上與第一阻擋層相對的安裝 支架。
45.根據(jù)權(quán)利要求43的發(fā)光二極管，其中歐姆層包括歐姆和反射器層。
46.根據(jù)權(quán)利要求43的發(fā)光二極管，其中第一粘附層包括鈦。
47.根據(jù)權(quán)利要求43的發(fā)光二極管，其中第一阻擋層包括鉬。
48.根據(jù)權(quán)利要求43的發(fā)光二極管，其中第一焊接層包括金。
49.根據(jù)權(quán)利要求43的發(fā)光二極管，其中歐姆層包括鎳/金、氧化鎳/金、氧化鎳/鉬、 鈦和/或鈦/金。
50.根據(jù)權(quán)利要求43的發(fā)光二極管，其中反射器層包括銀和/或鋁。
51.根據(jù)權(quán)利要求43的發(fā)光二極管，其中第二粘附層包括鈦。
52.根據(jù)權(quán)利要求43的發(fā)光二極管，其中第二阻擋層包括鉬。
53.根據(jù)權(quán)利要求43的發(fā)光二極管，其中第二焊接層包括金。
54.一種發(fā)光二極管，包括有第一和第二相對面的襯底，第一面與第二面相比有比較小的表面積；在第二面上的二極管區(qū)；在第一面上與二極管區(qū)相對包含鈦的第一層；在第一層上與襯底相對包含鉬的第二層；在第二層上與第一層相對包含金的第三層；在二極管區(qū)上與襯底相對包含鎳/金、氧化鎳/金、氧化鎳/鉬、鈦和/或鈦/金的第 四層；在第四層上與二極管區(qū)相對包含銀和/或鋁的第五層； 在第五層上與第四層相對包含鈦的第六層； 在第六層上與第五層相對包含鉬的第七層； 在第七層上與第六層相對包含金的第八層。
55.根據(jù)權(quán)利要求54的發(fā)光二極管，還包括在第三層上與第二層相對的安裝支架。
56.一種發(fā)光二極管，包括有第一和第二相對面的、補償?shù)?、無色的碳化硅襯底；和在第二面上基于氮化鎵的二極管區(qū)，該二極管區(qū)被配置成，在二極管區(qū)上施加電壓時， 發(fā)射光進入襯底。
57.根據(jù)權(quán)利要求56的發(fā)光二極管，還包括在二極管區(qū)上、與襯底相對的安裝支架，該安裝支架被配置成支持二極管區(qū)，使得在二 極管區(qū)上施加電壓時，從二極管區(qū)發(fā)射進入襯底的光從襯底發(fā)射出。
58.根據(jù)權(quán)利要求56的發(fā)光二極管，還包括在第一面上、與二極管區(qū)相對的安裝支架，該安裝支架被配置成支持第一面。
59.根據(jù)權(quán)利要求57的發(fā)光二極管，還包括在安裝支架和二極管區(qū)之間的反射器，該反射器被配置成，在二極管區(qū)上施加電壓時， 把從二極管區(qū)發(fā)射的光反射回去進入二極管區(qū)，通過襯底并從襯底發(fā)射出。
60.根據(jù)權(quán)利要求58的發(fā)光二極管，還包括在安裝支架和第一面之間的反射器，該反射器被配置成，在二極管區(qū)上施加電壓時，把 從第一面發(fā)射的光反射回去進入襯底。
61.根據(jù)權(quán)利要求59的發(fā)光二極管，還包括 在二極管區(qū)和反射器之間的透明電極。
62.根據(jù)權(quán)利要求60的發(fā)光二極管，還包括在第一面和反射器之間的透明電極。
63.根據(jù)權(quán)利要求59的發(fā)光二極管，其中反射器包括一層至少一種反射性金屬的層。
64.根據(jù)權(quán)利要求61的發(fā)光二極管，其中透明電極包括一層鎳/金、氧化鎳/金、氧化鎳/鉬、鈦和/或鈦/金的層。
65.根據(jù)權(quán)利要求59的發(fā)光二極管，還包括 在反射器和安裝支架之間的阻擋區(qū)；和在阻擋區(qū)和安裝支架之間的焊接區(qū)。
66.根據(jù)權(quán)利要求60的發(fā)光二極管，還包括 在反射器和安裝支架之間的阻擋區(qū)；和在阻擋區(qū)和安裝支架之間的焊接區(qū)。
67.根據(jù)權(quán)利要求65的發(fā)光二極管，其中焊接區(qū)包括金，銦，焊料和/或銅焊。
68.根據(jù)權(quán)利要求66的發(fā)光二極管，其中焊接區(qū)包括金，銦，焊料和/或銅焊。
69.根據(jù)權(quán)利要求56的發(fā)光二極管，還包括 與第一面相鄰、與二極管區(qū)相對的光學(xué)元件。
70.根據(jù)權(quán)利要求56的發(fā)光二極管，其中襯底的第一面其中包括至少一個槽，該槽在 橫截面內(nèi)確定從第一面向第二面伸展進入襯底的多個支座。
71.根據(jù)權(quán)利要求70的發(fā)光二極管，其中支座是三角形支座。
72.根據(jù)權(quán)利要求70的發(fā)光二極管，其中槽包括錐形的和/或彎曲的側(cè)壁。
73.根據(jù)權(quán)利要求70的發(fā)光二極管，其中槽包括斜面的和/或彎曲的底層。
74.根據(jù)權(quán)利要求72的發(fā)光二極管，其中槽包括斜面的和/或彎曲的底層。
75.根據(jù)權(quán)利要求70的發(fā)光二極管，其中襯底的第一和第二面包括正方形周界。
76.根據(jù)權(quán)利要求70的發(fā)光二極管，其中襯底的第一面包括紋理化的表面。
77.根據(jù)權(quán)利要求56的發(fā)光二極管，其中襯底的第一面其中包括通孔陣列，該通孔陣 列在橫截面內(nèi)確定從第一面向第二面伸入襯底的多個支座。
78.根據(jù)權(quán)利要求77的發(fā)光二極管，其中通孔包括錐形的和/或彎曲的側(cè)壁。
79.根據(jù)權(quán)利要求77的發(fā)光二極管，其中通孔包括平面的、斜面的和/或彎曲的底層。
80.根據(jù)權(quán)利要求78的發(fā)光二極管，其中通孔包括平面的、斜面的和/或彎曲的底層。
81.根據(jù)權(quán)利要求77的發(fā)光二極管，其中襯底的第一和第二面包括正方形周界。
82.根據(jù)權(quán)利要求77的發(fā)光二極管，其中襯底的第一面包括紋理化的表面。
83.根據(jù)權(quán)利要求77的發(fā)光二極管，其中通孔陣列包括錐形的和/或彎曲的通孔的陣列。
84.根據(jù)權(quán)利要求56的發(fā)光二極管，其中二極管區(qū)包括邊界部分，由邊界部分包圍的 至少一個中央部分，和至少一個發(fā)射區(qū)，該發(fā)射區(qū)限定在至少一個中央部分之內(nèi)而不延伸 到邊界部分上。
85.根據(jù)權(quán)利要求56的發(fā)光二極管，還包括在二極管區(qū)上的多個發(fā)射區(qū)，其中相應(yīng)的發(fā)射區(qū)之一限定在相應(yīng)的支座之一之內(nèi)并不 延伸到相應(yīng)的支座之一外。
86.根據(jù)權(quán)利要求70的發(fā)光二極管，還包括在二極管區(qū)上的多個電極，其中相應(yīng)的電極之一限定在相應(yīng)的支座之一內(nèi)，并不伸到 相應(yīng)的支座之一之外。
87.根據(jù)權(quán)利要求77的發(fā)光二極管，還包括 沒有覆蓋通孔的二極管區(qū)上的至少一個電極。
88.一種發(fā)光二極管，包括 有第一和第二相對面的襯底；在第二面上的基于氮化鎵的二極管區(qū)，基于氮化鎵的二極管區(qū)被配置成，在二極管區(qū) 上施加電壓時發(fā)射光進入襯底；和用于從襯底提取由二極管區(qū)發(fā)射進入該襯底的光的至少一部分的裝置。
89.根據(jù)權(quán)利要求88的發(fā)光二極管，其中襯底包括碳化硅，其中用于提取的裝置包括 在碳化硅中補償摻雜劑以提供無色的碳化硅襯底的裝置。
90.根據(jù)權(quán)利要求88的發(fā)光二極管，其中用于提取的裝置包括對襯底構(gòu)圖以在橫截面 內(nèi)確定從第一面向第二面伸展進入襯底的多個支座的裝置。
全文摘要
發(fā)光二極管包括一個有第一和第二相對面的襯底，該襯底對預(yù)定波長范圍內(nèi)的光輻射是透明的，并被構(gòu)圖以在橫截面內(nèi)確定從第一面向第二面伸展進入襯底的多個支座。第二面上的二極管區(qū)這樣設(shè)定當(dāng)在二極管區(qū)施加電壓時，發(fā)射預(yù)定波長范圍內(nèi)的光進入襯底。在二極管區(qū)上、與襯底相對的安裝支架被配置成支持二極管區(qū)，使得當(dāng)在二極管區(qū)施加電壓時，從二極管區(qū)發(fā)射進入襯底的光是從第一面發(fā)出。襯底的第一面可以包括在襯底內(nèi)確定多個三角形支座的多個槽。槽可以包括錐形側(cè)壁和/或斜面的底層。襯底的第一面也可以包括通孔陣列。通孔可以包括錐形側(cè)壁和/或底層。
文檔編號H01L33/22GK101976717SQ20091100031
公開日2011年2月16日 申請日期2002年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月1日
發(fā)明者B·凱勒, B·蒂貝奧爾特, C·M·斯沃波達, D·B·小斯拉特, E·J·塔薩, J·伊貝特森, R·C·格拉斯 申請人:克里公司