專利名稱：包括集成的背面反射器和芯片附接的發(fā)光二極管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體發(fā)光器件，并且更特別地，涉及半導體發(fā)光二極管(LEDs)。
背景技術：
半導體LEDs是公知的固態(tài)照明元件，一旦向其施加電壓，其能夠產生光。LEDs通常包括二極管區(qū)域，所述二極管區(qū)域包括在其中的η-型層、P-型層和ρ-η結。陽極觸點歐姆性地接觸所述P-型層并且陰極觸點歐姆性地接觸所述η-型層。所述二極管區(qū)域可以在襯底上被外延地形成，諸如藍寶石、硅、碳化硅、砷化鎵、氮化鎵等等生長襯底，但是所述完成的器件可以不包括襯底。所述二極管區(qū)域可以例如由基于碳化硅、氮化鎵、磷化鎵、氮化鋁和/或砷化鎵的材料，和/或由基于有機半導體的材料制造。最后，由所述LED輻射的光可以在可見的或紫外線(UV)區(qū)域中，并且所述LED可以包括諸如磷光體的波長轉換材料。一些LEDs包括頂部陽極和陰極觸點，并且被配置用于底部安裝。更特別地，一些商業(yè)上可獲得的LEDs可以包括具有第一和第二相對面的碳化硅襯底，在所述第一面上的二極管區(qū)域以及在所述二極管區(qū)域上的與所述碳化硅襯底相對的陽極和陰極觸點。這些 LEDs的例子是由CREE 制造的LEDs的ETC 家族。圖I是來自“Oee TR2432 LEDs數(shù)據(jù)表CxxxTR2432-Sxx00”的芯片圖的再現(xiàn)。如在圖I的芯片(Die)橫截面中所示的，這些 LEDs包括相對薄的二極管區(qū)域和相對厚的碳化硅襯底，所述碳化硅襯底包括傾斜的側壁以增強通過所述側壁的光發(fā)射。圖I的頂視圖示出了陽極和陰極結合焊盤(bond pad)，并且底視圖展示了底表面。如在該數(shù)據(jù)表的頁I所看到的，“所述設計可以適合于工業(yè)標準側視式封裝，因為其是用純凈環(huán)氧樹脂(clear epoxy)芯片可附接的并且具有兩個頂觸點，與工業(yè)標準封裝一致”。其它商業(yè)上可獲得的LEDs可以包括具有第一和第二相對面的藍寶石襯底，所述第一面上的二極管區(qū)域，以及在所述二極管區(qū)域上的與所述藍寶石襯底相對的陽極和陰極觸點。這些基于藍寶石的LEDs的一個例子是由BRIDGELUX 銷售并在名稱為 “NLX-5Blue Power Die 38x38 mil BXCA3838XXX-YY-Z” 的規(guī)格說明書(說明書 No. BCDS BXCA3838 020509Rev. 3)中被描述的 NLX_5Blue Power 芯片(Blue Power Die)。這些 LEDs 包括具有薄金的底部反射器。更特別地，所述器件的底部包括所述藍寶石襯底上的二氧化硅層(大約0. 5 μ m厚)，繼之是所述二氧化硅層上的交替的二氧化鈦和二氧化硅層，并且繼之是被堆疊在所述交替的二氧化鈦和二氧化硅層上的鋁、鈦、鉻、鉬和金的層。包括藍寶石襯底的LED的另一例子是由Nichia公司銷售并且在“用于Nichia芯片類型暖白LED模型的說明書NS6L083BT(Specifications for Nichia Chip Type Warm White LED Model NS6L083BT) ”(Nichia 說明書 No. STS-DA1-0181C)中被描述的 NS6L083BT LED。在這些器件中，直接在所述藍寶石襯底上提供交替的鋁和鎢的層，繼之是鉬的層和金-錫的層。

發(fā)明內容
根據(jù)各種實施例的發(fā)光二極管包括具有第一和第二相對面的碳化硅襯底，所述第一面上的二極管區(qū)域，在所述二極管區(qū)域上的與所述碳化硅襯底相對的陽極和陰極觸點，以及在所述碳化硅襯底上的與所述二極管區(qū)域相對的混合反射器。所述混合反射器包括透明層和在所述透明層上與所述襯底相對的反射層，所述透明層具有低于所述碳化硅襯底的折射率(例如，相比于用于所述碳化硅襯底的大約2. 75的折射率的大約I. 5的折射率)。在其它實施例中，芯片附接層可以被提供在所述混合反射器上，與所述碳化硅襯底相對。在又其它的實施例中，阻擋層可以被提供在所述混合反射器和所述芯片附接層之間。在一些實施例中，所述透明層包括二氧化硅，所述反射層包括鋁，所述芯片附接層包括金-錫合金，并且所述阻擋層包括鉬。此外，在一些實施例中，所述透明層、所述反射層、所述芯片附接層和所述阻擋層全部是所述碳化硅襯底上的薄膜層，以為所述發(fā)光二極管提供集成的背面反射器和芯片附接。從材料的觀點看，根據(jù)各種實施例的發(fā)光二極管包括具有第一和第二相對面的碳化硅襯底，在所述第一面上的二極管區(qū)域并且包括其中的η-型層和P-型層，歐姆性地接觸所述P-型層并且與所述碳化硅襯底相對而在所述二極管區(qū)域上延伸的陽極觸點，以及歐姆性地接觸所述η-型層并且也與所述碳化硅襯底相對而在所述二極管區(qū)域上延伸的陰極觸點。包括二氧化硅的層被提供在所述碳化硅襯底的所述第二面上，并且包括鋁的層被提供在所述包括二氧化硅的層上，與所述碳化硅襯底相對。在其他實施例中，包括金的層被提供在所述包括鋁的層上，與所述包括二氧化硅的層相對。在一些實施例中，所述包括金的層包括金-錫合金。在其他實施例中，所述包括金的層包括在所述包括鋁的層上的包括金-錫合金的第一層，與所述包括碳化硅的層相對， 以及在所述包括金-錫合金的第一層上的包括元素金(elemental gold)的第二層，與所述包括鋁的層相對。此外，還另外的實施例包括在包括鋁的層和包括金的層之間的包括鉬的層。還另外的實施例包括在所述包括鉬的層和所述包括鋁的層之間的包括鈦的層，以及在所述包括鉬的層和所述包括金的層之間的包括鎳的層。在這些實施例的任何一個中，這些層可以是所述碳化硅襯底上的薄膜層，以為所述發(fā)光二極管提供集成的背面反射器和芯片附接。又其他實施例為發(fā)光二極管提供了集成的背面反射器和芯片附接。所述集成的背面反射器和芯片附接包括與二極管區(qū)域相對的在碳化硅襯底上的混合反射器。所述混合反射器包括透明層和與所述襯底相對的包括在所述透明層上的金屬的反射層，所述透明層具有低于所述碳化硅襯底的折射率。與所述透明層相對而在所述反射層上提供包括金屬的芯片附接層。在其他實施例中，可以在所述混合反射器和所述芯片附接層之間提供阻擋層。 用于這些層的材料可以是如上所描述的，并且這些層可以全部是所述碳化硅襯底上的薄膜層。此處所描述的各種實施例對增強碳化娃襯底上的基于氮化鎵的發(fā)光二極管的光學性能而言可能是特別有效的，因為碳化硅的折射率(大約2. 75)高于氮化鎵的折射率 (大約2. 5)，以致于許多由所述氮化鎵二極管區(qū)域發(fā)射的光進入所述碳化硅襯底。這與在藍寶石襯底上的氮化鎵二極管區(qū)域形成對比，其中藍寶石的折射率(大約I. 8)低于所述氮化鎵(大約2. 5)，以致于更少的光自然地進入所述藍寶石襯底以開始。因此，本發(fā)明的實施例可以和其他襯底一起使用，諸如氮化鎵襯底，其中所述二極管區(qū)域具有不高于所述襯底的折射率，即，所述二極管區(qū)域具有等于或小于所述襯底的折射率的折射率。因此，除包括碳化硅襯底上的氮化鎵二極管區(qū)域的那些實施例之外，此處所描述的各種實施例可以和包括氮化鎵襯底上的氮化鎵二極管區(qū)域的發(fā)光二極管一起使用。此外，當使用碳化硅或氮化鎵襯底時，二氧化硅透明層在反射來自所述碳化硅或氮化鎵襯底的幾乎全部的光方面會是高度有效的，歸因于所述二氧化硅透明層(大約1.5 的折射率)相比于碳化硅(大約2. 75的折射率)或氮化鎵(大約2.5的折射率)之間的大的折射率差。因此，在這些實施例中，可能不需要使用包括透明層和反射層的混合反射器。 相反地(rather)，可以使用具有低于所述襯底的折射率的透明層，諸如包括二氧化硅的透明層，并且可以在所述透明層上直接提供芯片附接層。在這些實施例中，因為不需要使用諸如鋁的反射層，也可能幾乎不需要或者不需要提供阻擋層。由此可以提供簡化的結構。


圖I是來自商業(yè)上可獲得的發(fā)光二級管的數(shù)據(jù)表的芯片圖的再現(xiàn)。圖2-7是根據(jù)各種實施例的發(fā)光二極管的橫截面視圖。圖8A是根據(jù)各種實施例的發(fā)光二極管的一部分的橫截面視圖，示出了混合反射器的光學操作。圖8B圖形地示出了在圖8A的發(fā)光二極管中在各種入射角的光的反射和透射。圖9和10是根據(jù)各種其他實施例的發(fā)光二極管的橫截面視圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述本發(fā)明，在所述附圖中顯示了各種實施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式而被具體化，并且不應該被理解為限于此處提出的實施例。而是(rather)，這些實施例被提供以便本公開將是完全的和完整的，并且將完全地將本發(fā)明的范圍傳達給本領域技術人員。在所述圖中，為清楚起見，層和區(qū)域的尺寸和相對尺寸可能被夸大。同樣的標號貫穿全部地指示同樣的元件。此處所使用的術語僅僅是為了描述特定的實施例的目的，并且不意在限制本發(fā)明。如此處所使用的，單數(shù)形式“一個”(“a”或“an”)和“所述(“the”)”也意在包括復數(shù)形式，除非上下文清楚地指示別的方式。將進一步被理解的是當在本說明書中被使用時，術語“包括(comprises) ”和/或“包含(comprising) ”指定所述的特征、步驟、操作、元件、和/或部件的存在，但不排除一個或多個其他特征、步驟、操作、元件、部件和/或其組合的存在或附加。相反地，當在本說明書中被使用時，術語“由...組成”指定所述的特征、步驟、操作、元件和/或部件，并且排除附加的特征、步驟、操作、元件和/或部件。將被理解的是當諸如層、區(qū)域或襯底的元件被稱為在另一元件“上”時，其可以是直接在其它元件上或者也可以存在中間元件。此外，諸如“在...之下”、“覆蓋在...上面 (overlies) ”、“頂面(topside) ”、“背面(backside) ”的相對術語可以在此處被使用以描述一個層或區(qū)域相對于另一個層或區(qū)域的關系(相對于襯底或基層)，如在圖中所示出的。將被理解的是這些術語意在包括除在所述圖中描繪的取向之外的所述器件的不同的取向。 最后，術語“直接”意思是沒有中間元件。如此處所使用的，術語“和/或”包括相關聯(lián)的列出的項中的一個或多個的任何和所有組合，并且可以被簡寫為“/”。將被理解的是盡管術語第一、第二等等可以在此處被使用以描述各種元件、部件、區(qū)域、層和/或區(qū)段，這些元件、部件、區(qū)域、層和/或區(qū)段不應該被這些術語限制。這些術語僅被用于從另一元件、部件、區(qū)域、層或區(qū)段區(qū)分一個元件、部件、區(qū)域、層或區(qū)段。因此，下面所討論的第一元件、部件、區(qū)域、層或區(qū)段可以被稱為第二元件、部件、區(qū)域、層或區(qū)段，而不背離本發(fā)明的教導。在此處參考橫截面的和/或其它圖示(其是本發(fā)明的理想化的實施例的示意性圖示)描述本發(fā)明的實施例。因而，作為例如制造技術和/或公差的結果的與所述圖示的形狀的差異將是預期的。因此，本發(fā)明的實施例不應該被理解為被限制到此處所示出的區(qū)域的特定的形狀，而是將包括例如由制造而產生的形狀中的偏差。例如，被示出或描述為矩形的區(qū)域典型地將具有歸因于正常制造公差的圓形的或彎曲的特征。因此，在所述圖中示出的區(qū)域實質上是示意性的，并且它們的形狀不是意在示出器件的區(qū)域的精確形狀，并且不是意在限制本發(fā)明的范圍，除非在此處別的方式被定義。除非在此處別的方式被定義，此處所使用的所有術語(包括技術和科學術語)具有與由本發(fā)明所屬的領域中的普通技術人員所通常理解的意義相同的意義。將進一步被理解的是諸如在常用詞典中定義的那些術語應該被解釋為具有與相關領域和本說明書的上下文中它們的意義相一致的意義，并且不將在理想化的或極度形式的意義上被解釋，除非在此處明確地如此定義。如在此處所使用的，當撞擊在所述透明層或區(qū)域上的來自所述LED的輻射中的至少80% (并且在一些實施例中至少90%)沒有被所述透明區(qū)域吸收或沒有從所述透明區(qū)域被反射時，LED的層或區(qū)域被認為是“透明的”。例如，在由基于氮化鎵的材料制造的藍色和/或綠色LEDs的情況下，二氧化硅可以提供透明的絕緣層(例如，至少90%透明)，氧化錫銦(ITO)可以提供透明的導電層(例如，至少90%透明)，如通過考慮藍寶石襯底上的透射和反射分量而測量的，并且碳化硅可以提供透明的襯底。此外，如此處所使用的，當撞擊在所述反射層或區(qū)域上的來自所述LED的角平均的輻射中的至少80% (并且在一些實施例中至少90%)被反射回所述LED中(遠離所述層或區(qū)域)時，LED的層或區(qū)域被認為是“反射的”。例如，在基于氮化鎵的藍色和/或綠色LEDs的情況下，鋁(例如，至少90%反射) 可以被認為是反射材料。在紫外線(UV)LEDs的情況中，可以選擇適合的材料以提供期望的 (并且在一些實施例中高的)反射率和/或期望的(并且在一些實施例中低的)吸收?，F(xiàn)在將參考基于碳化硅的襯底上的基于氮化鎵(GaN)的發(fā)光二極管一般地描述一些實施例。然而，本領域的技術人員將理解本發(fā)明的其它實施例可以是基于基于碳化硅的襯底上的各種不同的二極管區(qū)域。在一些實施例中，所述發(fā)光二極管可以是由Durham的 Cree有限公司(北卡羅來納)銷售的基于氮化鎵的LED器件，諸如上面所描述的LEDs的 ETC家族。圖2是根據(jù)各種實施例的發(fā)光二極管的橫截面視圖。參考圖2，這些發(fā)光二極管 100包括在碳化硅(SiC)襯底120的第一面120a上的二極管區(qū)域110。所述二極管區(qū)域 110包括在其中的η-型層116和P-型層118。其它層或區(qū)域可以被提供，其可以包括量子阱、緩沖層等等，其不需要在此處被描述。所述二極管區(qū)域Iio也可以被稱為"LED外延區(qū)域"，因為典型地被外延地形成在所述碳化硅襯底120的所述第一面120a上。例如，可以在碳化硅生長襯底120上形成基于族III氮化物的LED外延110。繼續(xù)圖2的描述，陽極觸點112 (也被稱為"P-觸點")歐姆性地接觸所述P-型層118并且與所述碳化硅襯底120相對而在所述二極管區(qū)域110上延伸。所述陽極觸點 112可以在所述二極管區(qū)域110上延伸到比在圖2中所示出的更大或更小的程度。陰極觸點114(也被稱為"η-觸點")電接觸所述η-型層116并且也與所述碳化硅襯底120相對而在所述二極管區(qū)域110上延伸。所述陰極觸點114也可以在所述二極管區(qū)域110上延伸到比在圖2中所示出的更大或更小的程度。因此，提供了頂面陽極和陰極觸點。將被理解的是所述陽極觸點112和陰極觸點114，各自地，可以分別直接地和歐姆性地接觸所述 P-型層118和所述η-型層116，或者這些觸點可以包括一個或多個提供實際的歐姆接觸的中間層。所述碳化硅襯底120可以對由所述二極管區(qū)域110發(fā)射的光輻射是透明的，并且可以包括傾斜的側壁，以致于所述第二面120b具有小于所述第一面120a的區(qū)域的區(qū)域 (并且對于一些實施例大約所述第一面120a的區(qū)域的38% )。在美國專利5，718，760中描述了用于制造對由所述二極管區(qū)域發(fā)射的光輻射是透明的碳化硅襯底的一種技術，其公開因此以引用的方式被全部地合并于此處，如同完全在此處被提出。所述碳化硅襯底120可以包括2H、4H、6H、8H、15R和/或3C多型體(polytypes)。所述6H和/或4H多型體可以被用在各種光電子應用中。在其它實施例中，所述碳化硅襯底120是補償?shù)臒o色碳化硅襯底。如在美國專利5，718, 760中所描述的,無色碳化娃可以通過在有p_型和n_型摻雜劑的補償量的情況下升華碳化硅而被制造。天然的碳化硅典型地是黑色，歸因于高雜質等級。常規(guī)的微電子碳化硅晶圓具有半透明的(translucent)藍色、琥珀色或綠色色調，取決于所述晶體中受控的摻雜等級。如在美國專利5，718，760中所描述的，如下被發(fā)現(xiàn)通過用η-型和P-型摻雜劑的補償?shù)燃壭⌒牡貙⑻蓟杈w的摻雜控制在低摻雜濃度，可以獲得碳化硅的無色單晶。在其他實施例中，可以使用未摻雜的碳化硅。根據(jù)一些實施例，被生長的碳化硅的無色剛玉(例如，根據(jù)在美國專利5，718，760 中所描述的處理以及其中引用的參考文獻)可以被切割成用于處理的晶圓?？梢栽谒鼍A上形成基于氮化鎵的外延層(例如，如在美國專利6，177,688中所描述的)，其隨后可以被處理以生成諸如在圖2中所顯示的結構。繼續(xù)圖2的描述，混合反射器130被提供在所述碳化硅襯底120上，與所述二極管區(qū)域110相對。所述混合反射器包括透明層132和反射層134，所述透明層132具有低于所述碳化硅襯底120的折射率，所述反射層134包括所述透明層132上的金屬(與所述襯底 120相對)。所述透明層132和所述反射層134兩者可以是所述碳化硅襯底120上的薄膜層，以為所述發(fā)光二極管100提供集成的背面反射器130。在一些實施例中，所述透明層132包括具有大約I. 5的折射率(其大大低于碳化硅的折射率(大約2. 75的折射率))的二氧化硅(SiO2)。此外，所述反射層134可以包括鋁(Al)和/或銀(Ag)。在其他實施例中，所述透明層132可以包括分布式的Bragg反射器，包括例如交替的二氧化硅和二氧化鈦(TiO2)的層。所述透明層132和所述反射層134 可以提供混合反射器或混合反射鏡130，其中所述在下面的透明層132提供了折射率失配或折射率階躍(index step)，以相比于缺少所述透明層132增強所述襯底120的總的內部反射(TIR)。下面將提供附加的詳細的討論。圖3示出了根據(jù)又其他的實施例的LEDs。這些LEDs 200也可以包括芯片附接層 132，所述芯片附接層132包括所述反射層134上的金屬(諸如金)，與所述透明層132相對。所述混合反射器130和所述芯片附接層232全都可以包括薄膜層，以便為所述發(fā)光二極管200提供集成的背面反射器和芯片附接230。圖4示出了根據(jù)又其他實施例的LEDs。在這些LEDs中，所述芯片附接層232可以包括多層結構，所述多層結構包括在所述反射層134上的包括金-錫(Au-Sn)合金的第一層(與所述透明層132相對)，和包括元素金的第二層334，在所述包括金-錫合金的第一層332上，與所述包括鋁的層134相對。在一些實施例中，所述金-錫層332可以是共晶 80-20金-錫層，以便提供相對低熔點的芯片附接。所述金層334可以為所述金-錫層332 提供抗氧化帽(antioxidizing cap),并且一旦回流可以被吸收進所述金-錫層332中，如將結合圖7而被描述的。然而，在其他實施例中，可以不使用所述金帽334。所述層132、 134,332和334全都可以是薄膜層，以為所述LED 300提供集成的背面反射器和芯片附接 330。圖5示出了又其他實施例。在這些LEDs 400中，在所述反射層134和所述金-錫層332之間提供包括例如鉬(Pt)的阻擋層432。所述阻擋層432可以減少或消除層332 中的錫和層134中的鋁之間的相互作用，如將在下面被更詳細地描述的。所述層132、134、 432,332和334全都可以被提供為所述碳化硅襯底120上的薄膜，以便為所述發(fā)光二極管 400提供集成的背面反射器和芯片附接430。圖6示出了還另外的實施例。在這些發(fā)光二極管500中，所述阻擋層432可以包括多個層，所述多個層包括包括鉬的層434、包括鈦(Ti)的層432以及包括鎳(Ni)的層 536。所述鈦層532可以提供用于所述鉬層534的粘合層。所述包括鎳的層536可以提供附加的阻擋層，以致于所述包括鉬的層534和所述包括鎳的層536提供了多層阻擋結構。所述層132、134、532、534、536、332和334全都可以是所述碳化硅襯底110上的薄膜層，以為所述發(fā)光二極管500提供集成的背面反射器和芯片附接530。圖7是被安裝在安裝襯底700上的圖6的LED的橫截面視圖。所述安裝襯底700 可以是印刷電路板、金屬包層的印刷電路板、固體金屬塊、陶瓷襯底、端板(header)、背光單元、照明設備和/或用于LED的任何其它常規(guī)的安裝襯底?？梢酝ㄟ^在圖6的共晶金-錫層332的回流溫度之上加熱而將所述LED 600附接到所述安裝襯底700，同時將所述LED 600接觸到所述安裝襯底700上的焊盤(pad)、跡線或其他安裝特征。在回流期間,所述金帽334可以被吸收到所述金-錫層332中，以便圖7的金-錫層732具有比圖6的金-錫層332更高的金的百分比，并且直接接觸圖7的所述安裝襯底700。在回流期間，所述(一個或多個)阻擋層534/536可以減少或避免所述金-錫層332中的錫和所述反射層134中的鋁之間的相互作用，其可能否則在共晶金-錫的290°C回流溫度之上的溫度發(fā)生，例如在 300°C以及之上的芯片附接溫度。在其他實施例中也可以使用其它芯片附接技術，諸如釬焊(brazing)。此外，其它材料(諸如環(huán)氧樹脂或其它基于硅氧烷的材料)可以在其他實施例中被用于芯片附接。線結合(wire bonds) 742和744可以被提供以分別將所述陽極和陰極觸點112和 114連接到外部電路(諸如用于所述LED 600的驅動電路)?？梢允褂贸Ｒ?guī)的線結合技術。 也將被理解的是圖2-5的任何其他實施例可以被安裝在如在圖7中示出的安裝襯底上?，F(xiàn)在將提供各種實施例的附加的討論。特別地，此處所描述的各種實施例可以提供用于基于碳化硅的LED的集成的背面反射器和芯片附接，其能夠通過允許減小的熱阻和增加的有源發(fā)射區(qū)域而實現(xiàn)與未金屬化的芯片相比的更高的驅動功率和/或更高的光輸出。由于提高的芯片剪切強度和對應地增加的球剪切強度(相比于被用于未金屬化的芯片的常規(guī)的硅氧烷或環(huán)氧樹脂芯片附接)，也可以提供改進的可靠性。例如，根據(jù)此處所描述的各種實施例的背面金屬化可以提供高達10倍更強的芯片附接(與常規(guī)的碳化硅-至-環(huán)氧樹脂安裝相比)，歸因于如此處所描述的芯片附接中的金屬-至-金屬結合。此外，由于所述背面金屬化，熱阻可以降低例如2倍。與未金屬化的背面相比，所述背面金屬化也可以略微增加所述LED的厚度。現(xiàn)在將描述包括二氧化硅132和反射金屬層134的透明層作為混合反射器130的使用(根據(jù)各種實施例)。特別地，圖8A是根據(jù)各種實施例的LED的部分橫截面，示出了所述碳化硅襯底120、所述透明的二氧化硅層132和所述包括鋁的反射層134。如所顯示的， 相對于二氧化硅的低的折射率(大約I. 5的折射率η)，碳化硅的高的折射率(大約2. 75的折射率η)增加了所述反射率。更特別地，由于所述高的折射率對比，在大約33°的臨界角之外的光(換句話說，在更大的角度)將被反射而不與有損耗的(lossy)鋁134相互作用。圖8B圖形地示出了在臨界角Θ。之上和之下的各種角度處對光的該反射和透射。 如所顯示的，在大于所述臨界角的任何角度處入射的光被完全地反射，而在小于所述臨界角處撞擊所述界面的光將被至少部分地反射并且被至少部分地透射。該透射的光隨后將被所述鋁層134反射。事實上，根據(jù)各種實施例，碳化硅(大約2. 75的折射率)和二氧化硅(大約I. 5 的折射率)之間的折射率差異是如此大以致于所述包含二氧化硅的透明層132可以反射幾乎所有來自所述碳化硅襯底120的所述背面120b的光，并且因此可以減少或消除對反射層 134或混合反射器的需要。通過消除對反射層134(諸如鋁)的需要，可以直接在所述透明層132上提供所述芯片附接層232。此外，通過消除對使用鋁的需要，也不需要使用一個或多個阻擋層432。圖9示出了根據(jù)這些實施例的發(fā)光二極管?，F(xiàn)在參考圖9，這些LEDs 800可以對應于圖4的所述LEDs 300，除了不需要使用包括例如鋁的反射層134之外。因此，所述反射器可以由所述透明層132組成，并且可以在所述透明層132上直接提供所述芯片附接232。 在其他實施例中，所述透明層132可以通過分布式的Bragg反射器而被具體化。通過消除圖4的所述反射層134，也可以減少或消除對如由圖5-7所顯示的一個或多個阻擋層的需要。因此，可以獲得具有較少處理步驟的簡化的結構。此外，由于所述碳化硅襯底120 (大約2. 75的折射率)和所述包括二氧化硅的透明層132 (大約I. 5的折射率)之間的高的折射率失配，所述透明層132可以將幾乎所有的輻射反射回所述碳化硅襯底120中。因此，圖 9的所述簡化的結構可以仍然提供足夠的光學性能。將被理解的是已在此處描述了使用碳化硅襯底120的各種實施例，因為所述碳化硅襯底120具有比基于氮化鎵的二極管區(qū)域110 (大約2. 5的折射率)高得多的折射率 (大約2. 75)。因此，反射的背面對碳化硅襯底可能是高度期望的并且是高度有效的。這與常規(guī)的藍寶石上氮化鎵的LEDs清晰地形成對比，其中，所述藍寶石襯底具有低于氮化鎵的折射率(大約2. 5)的折射率(大約I. 8)。在這些LEDs中，較少的光進入所述藍寶石襯底以開始，以致于較少有對低折射率層的需要。事實上，如上面被描述的，一些藍寶石上氮化鎵的LEDs甚至不包括它們的背面上的透明層。
因此，本發(fā)明的各種實施例可以被用在在其中所述二極管區(qū)域的折射率不高于所述襯底的其他LEDs中。換句話說，所述襯底的折射率等于或大于所述二極管區(qū)域的折射率。因此，例如，此處所描述的任何和所有實施例也可以和基于氮化鎵的襯底上的氮化鎵二極管區(qū)域一起使用。圖10示出了這些實施例中的一些，以與圖2相似的配置，其中所述襯底1020包括氮化鎵而不是碳化硅。其他實施例可以使用基于氮化鎵的襯底1020而不是在圖3-9的任何或所有中的碳化硅襯底120。甚至更一般地，可以使用具有等于或大于所述二極管區(qū)域的折射率的折射率的任何襯底。在一些實施例中，所述襯底的折射率可以大于大約2，并且在其他實施例中，可以大于大約2. 3。例如，基于氮化鎵的材料可以具有在大約2. 5至大約2. 7的范圍中的折射率。在其他實施例中，所述襯底可以具有接近于所述二極管材料的折射率的折射率，以便在所述界面提供小的折射率變化。所述襯底也可以是熱和/或電傳導的。因此，如上面所描述的，可以使用碳化硅、 氮化鎵和其他基于氮化鎵的材料(諸如氮化招鎵(aluminum gallium nitride)和/或氮化招銦鎵(aluminum indium gallium nitride))。也可以使用其他非基于氮化鎵的材料 (諸如金剛石)。此外，在一些實施例中，所述襯底可以被成型為有斜面的、ATON或其他形狀和/ 或被織構化(texture)以提供相對小的表面特征，以致于所述光可以容易地從所述襯底逸出。此處所描述的各種實施例可能關于成型的襯底是特別有用的，在其中具有合適的集成的芯片附接可能是特別期望的。特別地，因為可能存在潛在地較小的用于芯片附接以開始的表面區(qū)域，相比于用非成型的襯底，芯片附接可能是更困難的。此處所描述的各種實施例可以有助于芯片附接到成型的襯底上。根據(jù)此處所描述的各種實施例的集成的芯片附接結構也可以使其更容易在所述 LED封裝件(packager)上。特別地，所述封裝件不會不利地影響所述背面反射器的性能，因為其已經被芯片附接材料覆蓋。下面的表格提供了用于此處所描述的各種層的說明性的的最小、最大和標稱厚度。將被理解的是這些值全部是說明性的和近似的，并且這些值可以在各種其他實施例中在絕對數(shù)上和/或相對于彼此而變化。表格
權利要求
1.一種發(fā)光二極管，包括具有第一和第二相對的面的碳化娃襯底；在所述第一面上并且包括其中的η-型層和P-型層的二極管區(qū)域；歐姆性地接觸所述P-型層并且與所述碳化硅襯底相對而在所述二極管區(qū)域上延伸的陽極觸點；歐姆性地接觸所述η-型層并且也與所述碳化硅襯底相對而在所述二極管區(qū)域上延伸的陰極觸點；包括所述碳化硅襯底的所述第二面上的二氧化硅的層；以及包括在所述包括二氧化硅的層上的鋁的層，與所述碳化硅襯底相對。
2.根據(jù)權利要求I所述的發(fā)光二極管，進一步包括包括在所述包括鋁的層上的金的層，與所述包括二氧化硅的層相對。
3.根據(jù)權利要求2所述的發(fā)光二極管，其中所述包括金的層包括包括在所述包括鋁的層上的金-錫合金的第一層，與所述包括二氧化硅的層相對；以及包括在所述包括金-錫合金的第一層上的元素金的第二層，與所述包括鋁的層相對。
4.根據(jù)權利要求2所述的發(fā)光二極管，其中所述包括金的層包括包括金-錫合金的層。
5.根據(jù)權利要求2所述的發(fā)光二極管，進一步包括在所述包括鋁的層和所述包括金的層之間的包括鉬的層。
6.根據(jù)權利要求5所述的發(fā)光二極管，進一步包括在所述包括鉬的層和所述包括鋁的層之間的包括鈦的層；以及在所述包括鉬的層和所述包括金的層之間的包括鎳的層。
7.根據(jù)權利要求2所述的發(fā)光二極管，其中所述包括二氧化硅、鋁和金的層全部是所述碳化硅襯底上的薄膜層，以為所述發(fā)光二極管提供集成的背面反射器和芯片附接。
8.根據(jù)權利要求6所述的發(fā)光二極管，其中所述包括二氧化硅、鋁、金、鉬、鈦和鎳的層全部是所述碳化硅襯底上的薄膜層，以為所述發(fā)光二極管提供集成的背面反射器和芯片附接。
9.一種發(fā)光二極管，包括具有第一和第二相對的面的碳化娃襯底；所述第一面上的二極管區(qū)域；與所述碳化硅襯底相對的在所述二極管區(qū)域上的陽極和陰極觸點；以及與所述二極管區(qū)域相對的在所述碳化硅襯底上的混合反射器，所述混合反射器包括具有低于所述碳化硅襯底的折射率的透明層和在所述透明層上與所述襯底相對的反射層。
10.根據(jù)權利要求9所述的發(fā)光二極管，進一步包括在所述混合反射器上的芯片附接層，與所述碳化硅襯底相對。
11.根據(jù)權利要求10所述的發(fā)光二極管，進一步包括在所述混合反射器和所述芯片附接層之間的阻擋層。
12.根據(jù)權利要求10所述的發(fā)光二極管，其中所述透明層包括二氧化硅，所述反射層包括鋁，所述芯片附接層包括金-錫合金，并且所述阻擋層包括鉬。
13.根據(jù)權利要求9所述的發(fā)光二極管，其中所述透明層和所述反射層兩者都是所述碳化硅襯底上的薄膜層，以為所述發(fā)光二極管提供集成的背面反射器。
14.根據(jù)權利要求11所述的發(fā)光二極管，其中所述透明層、所述反射層、所述芯片附接層和所述阻擋層全部是所述碳化硅襯底上的薄膜層，以為所述發(fā)光二極管提供集成的背面反射器和芯片附接。
15.根據(jù)權利要求9所述的發(fā)光二極管，其中所述碳化硅襯底具有大約2.75的折射率， 并且所述透明層具有大約I. 5的折射率。
16.—種發(fā)光二極管,包括具有第一和第二相對的面的碳化娃襯底；所述第一面上的二極管區(qū)域；與所述碳化硅襯底相對的在所述二極管區(qū)域上的陽極和陰極觸點；以及具有低于所述碳化硅襯底的折射率的透明層，所述透明層在所述碳化硅襯底上，與所述二極管區(qū)域相對。
17.根據(jù)權利要求16所述的發(fā)光二極管，進一步包括直接在所述透明層上的芯片附接層，與所述碳化硅襯底相對。
18.根據(jù)權利要求17所述的發(fā)光二極管，其中所述透明層包括二氧化硅，并且所述芯片附接層包括金-錫合金。
19.根據(jù)權利要求17所述的發(fā)光二極管，其中所述透明層和所述芯片附接層兩者都是所述碳化硅襯底上的薄膜層，以為所述發(fā)光二極管提供集成的背面反射器和芯片附接。
20.根據(jù)權利要求17所述的發(fā)光二極管，其中所述碳化硅襯底具有大約2.75的折射率，并且所述透明層具有大約I. 5的折射率。
21.一種用于發(fā)光二極管的集成的背面反射器和芯片附接，所述發(fā)光二級管包括具有第一和第二相對的面的碳化硅襯底，所述第一面上的二極管區(qū)域，以及與所述碳化硅襯底相對的在所述二極管區(qū)域上的陽極和陰極觸點；所述集成的背面反射器和芯片附接包括與所述二極管區(qū)域相對的在所述碳化硅襯底上的混合反射器，所述混合反射器包括透明層和反射層，所述透明層具有低于所述碳化硅襯底的折射率，所述反射層包括在所述透明層上的金屬，與所述襯底相對；以及包括在所述反射層上的金屬的芯片附接層，與所述透明層相對。
22.根據(jù)權利要求21所述的用于發(fā)光二極管的集成的背面反射器和芯片附接，進一步包括在所述混合反射器和所述芯片附接層之間的阻擋層。
23.根據(jù)權利要求21所述的用于發(fā)光二極管的集成的背面反射器和芯片附接，其中所述透明層、所述反射層和所述芯片附接層全部是所述碳化硅襯底上的薄膜層。
24.根據(jù)權利要求22所述的用于發(fā)光二極管的集成的背面反射器和芯片附接，其中所述透明層包括二氧化硅，所述反射層包括鋁，所述芯片附接層包括金-錫合金，并且所述阻擋層包括鉬。
25.根據(jù)權利要求22所述的用于發(fā)光二極管的集成的背面反射器和芯片附接，其中所述透明層、所述反射層、所述芯片附接層和所述阻擋層全部是所述碳化硅襯底上的薄膜層。
26.根據(jù)權利要求21所述的用于發(fā)光二極管的集成的背面反射器和芯片附接，其中所述碳化硅襯底具有大約2. 75的折射率，并且所述透明層具有大約I. 5的折射率。
27.—種發(fā)光二極管,包括具有第一和第二相對的面的襯底；所述第一面上的二極管區(qū)域，所述二極管區(qū)域具有不高于所述襯底的折射率；與所述襯底相對的在所述二極管區(qū)域上的陽極和陰極觸點；以及具有低于所述襯底的折射率的透明層，所述透明層在所述襯底上，與所述二極管區(qū)域相對。
28.根據(jù)權利要求27所述的發(fā)光二極管，進一步包括在所述透明層上的反射層，與所述襯底相對。
29.根據(jù)權利要求27所述的發(fā)光二極管，進一步包括直接在所述透明層上的芯片附接層，與所述襯底相對。
30.根據(jù)權利要求28所述的發(fā)光二極管，進一步包括在所述反射層上的芯片附接層，與所述透明層相對。
31.根據(jù)權利要求30所述的發(fā)光二極管，進一步包括在所述反射層和所述芯片附接層之間的阻擋層。
32.根據(jù)權利要求27所述的發(fā)光二極管，其中所述襯底包括碳化硅，所述二極管區(qū)域包括氮化鎵，并且所述透明層包括二氧化硅。
33.根據(jù)權利要求27所述的發(fā)光二極管，其中所述襯底包括氮化鎵，所述二極管區(qū)域包括氮化鎵，并且所述透明層包括二氧化硅。
全文摘要
一種發(fā)光二極管，包括具有第一(120A)和第二(120B)相對的面的碳化硅襯底(120)，所述第一面上的二極管區(qū)域(110)，與所述碳化硅襯底相對的在所述二極管區(qū)域上的陽極(112)和陰極(114)觸點以及與所述二極管區(qū)域相對的在所述碳化硅襯底上的混合反射器(132，134)。所述混合反射器包括透明層(132)和反射層(232)，所述透明層(132)具有低于所述碳化硅襯底的折射率的折射率，所述反射層(232)在所述透明層上，與所述襯底相對?？梢栽谒龌旌戏瓷淦魃咸峁┬酒浇訉?，與所述碳化硅襯底相對?？梢栽谒龌旌戏瓷淦骱退鲂酒浇訉又g提供阻擋層(432)。
文檔編號H01L33/46GK102612760SQ201080046495
公開日2012年7月25日 申請日期2010年7月29日 優(yōu)先權日2009年8月10日
發(fā)明者A·F-Y·潘, B·E·威廉斯, D·蘇, K·W·哈貝雷恩, M·J·伯格曼, M·多諾弗里奧, W·T·帕克 申請人:克里公司