專利名稱：使用電流限制結(jié)構(gòu)和表面粗糙化的發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管(LED)，尤其涉及用于提高LED光提取的新結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)是一類將電能轉(zhuǎn)換成光的重要的固態(tài)翠件，其通常包含夾在 相對(duì)的兩個(gè)摻雜層之間的半導(dǎo)體材料有源層。當(dāng)在摻雜層兩側(cè)施加偏壓時(shí)，空穴及 電子被注入有源層并在此復(fù)合以產(chǎn)生光。光自有源層向各個(gè)方向發(fā)射且自LED的所 有表面發(fā)射。
最近對(duì)基于第III族氮化物的材料系統(tǒng)所形成的LED有很多關(guān)注，因?yàn)槠洫?dú)特 的材料特征的組合，包括高擊穿電場(chǎng)、寬帶隙(室溫下GaN為3.36eV)、大傳導(dǎo)帶偏 移及高飽和電子漂移速度。該摻雜層及有源層通常形成于一基板上，該基板可由諸 如硅(Si)、碳化硅(SiC)及藍(lán)寶石(Al203)等不同材料制成。通常最好用SiC晶片，因
為其具有與第m族氮化物更近的晶格匹配，從而形成具有較高品質(zhì)的第m族氮化物 膜。sic亦具有很高的導(dǎo)熱率，因此sic上的第in族氮化物器件的總輸出功率不受該
晶片的耐熱性所限制(就像在藍(lán)寶石或Si上所形成的一些器件那樣)。此外，半絕緣 SiC晶片的可用性提供了器件隔離的能力及減低的寄生電容從而使商業(yè)化器件成為 可能。SiC基板可自NorthCarolina的Durham的Cree有限公司獲得且其制造方法陳述 于科學(xué)文獻(xiàn)及美國(guó)再頒專利Re. 34,861、美國(guó)專利第4,946,547號(hào)及美國(guó)專利第 5,200,022號(hào)。
自LED的有效光提取是制造高效率LED主要關(guān)注的。對(duì)于具有單一外向耦合 表面的常規(guī)LED，外部量子效率受限于來自LED發(fā)射區(qū)且穿過基板的光的全內(nèi)反射 (TIR)。 TIR可由LED的半導(dǎo)體與周圍環(huán)境之間巨大的折射率差異引起。由于與周圍 材料之折射率(如環(huán)氧樹脂大約為1.5)相比SiC具有高折射率(大約2.7)，所以具有SiC 基板的LED具有相對(duì)較低的光提取效率。這一差異造成一小逃逸錐，自有源區(qū)的光 線可自該逃逸錐從SiC基板透射到環(huán)氧樹脂中并最終逸出LED封裝。
已開發(fā)出不同的方法用以減低TIR并改良總的光提取，其中比較受歡迎的一種 方法是表面紋理化。表面紋理化藉由提供允許光子有多個(gè)機(jī)會(huì)找到逃逸錐的多變表
面增加了光逃逸的機(jī)率。沒有找到逃逸錐的光繼續(xù)經(jīng)歷TIR，且以不同角度反射離
開紋理化的表面直到其找到逃逸錐。表面紋理化的益處在若干文章中已有所討論。。
頒給Cree有限公司的美國(guó)專利第6，410,942號(hào)揭示了一種LED結(jié)構(gòu)，其包括形成 于第一與第二散布層之間的電互連的微LED之陣列。當(dāng)在該散布體兩側(cè)施加偏壓 時(shí)，這些微LED發(fā)光。自每個(gè)微LED發(fā)射的光在僅行進(jìn)一小段距離后即到達(dá)表面， 由此減低了TIR。
亦頒給Cree有限公司的美國(guó)專利第6，657,236號(hào)揭示了通過使用在一陣列中形 成的內(nèi)部及外部光學(xué)元件從而提高LED中光提取的結(jié)構(gòu)。這些光學(xué)元件具有多種不 同形狀，諸如半球及棱錐，且可位于LED各層之表面上或內(nèi)部。這些元件提供了光 折射或散射之表面。

發(fā)明內(nèi)容
簡(jiǎn)要且概括而言，本發(fā)明涉及具有提高的光提取特征的LED。在本發(fā)明之一 方面中，該LED包括具有相關(guān)p-接觸的p型材料層、具有相關(guān)n-接觸的n型材料層以 及在該p型層與該n型層之間的有源區(qū)。該LED進(jìn)一步包括在p型材料層及n型材料層
之至少一者中形成的限制結(jié)構(gòu)。該限制結(jié)構(gòu)大體上防止光自與限制結(jié)構(gòu)之區(qū)域相一 致的有源區(qū)之區(qū)域發(fā)射。該LED亦包括與該p型材料層及n型材料層之一相關(guān)聯(lián)的粗 糙化表面。
在本發(fā)明的另一方面中，該LED包括第一材料層，其具有相關(guān)的第一接觸 及光穿過其發(fā)射的第一表面；第二材料層，其具有相關(guān)的第二接觸；以及在該第一 層與該第二層之間的有源區(qū)。該LED進(jìn)一步包括與該第一層及該第二層之一相整合 的限制結(jié)構(gòu)。該限制結(jié)構(gòu)通常軸向地與第一接觸對(duì)齊且大體上防止光自與限制結(jié)構(gòu) 之區(qū)域一致的有源區(qū)之區(qū)域發(fā)射。
在本發(fā)明的又一方面中，該LED包括第一材料層，其具有相關(guān)的第一接觸 及光穿過其發(fā)射的第一表面；第二材料層；在該第一層與該第二層之間的有源區(qū)； 以及傳導(dǎo)基板，其與該第二材料層相鄰且具有相關(guān)的基板接觸。該LED進(jìn)一步包括 在第一層、第二層及基板之一中的至少一個(gè)限制結(jié)構(gòu)。該限制結(jié)構(gòu)通常軸向地與第 一接觸對(duì)齊且引導(dǎo)流向該有源區(qū)的電流遠(yuǎn)離與限制結(jié)構(gòu)之區(qū)域相一致的有源區(qū)之 區(qū)域。
在本發(fā)明的另一方面中，該LED包括第一材料層，其具有相關(guān)的第一接觸 及光穿過其發(fā)射的第一表面；第二材料層，其具有相關(guān)的第二接觸；以及在該第一 層與該第二層之間的有源區(qū)。該LED進(jìn)一步包括與第二接觸相關(guān)聯(lián)的限制結(jié)構(gòu)。該 限制結(jié)構(gòu)引導(dǎo)流向該有源區(qū)的電流遠(yuǎn)離與限制結(jié)構(gòu)之區(qū)域相一致的有源區(qū)之區(qū)域。
自下列以實(shí)例說明本發(fā)明特征的詳細(xì)描述及附圖，本發(fā)明的這些及其他方面 及優(yōu)點(diǎn)將顯現(xiàn)。


圖1為L(zhǎng)ED的一般實(shí)施例的橫截面，該LED包括在兩個(gè)導(dǎo)電材料層之間的有源 區(qū)以及可能位于任一導(dǎo)電材料層中的電流限制結(jié)構(gòu)；
圖2為L(zhǎng)ED的另一個(gè)一般實(shí)施例的橫截面，該LED包括在兩個(gè)導(dǎo)電材料層之間 的有源區(qū)、基板、粗糙化頂面以及可能位于任一導(dǎo)電材料層或基板中的電流限制結(jié) 構(gòu)；
圖3為圖1的LED的配置橫截面，包括在底部n型材料層中的電流限制結(jié)構(gòu)； 圖4為圖2的LED的配置橫截面，包括在頂部p型材料層中的電流限制結(jié)構(gòu)以及
具有粗糙化頂面的透明導(dǎo)電材料層；
圖5為圖1的LED的配置橫截面，包括在底部p型材料層中的電流限制結(jié)構(gòu)以及
具有粗糙化頂面的n型材料層；
圖6為圖1的LED的配置橫截面，包括在頂部n型材料層中的電流限制結(jié)構(gòu)以及 具有粗糙化頂面的n型材料層；以及
圖7為L(zhǎng)ED的又一個(gè)一般實(shí)施例的橫截面，該LED包括在兩個(gè)導(dǎo)電材料層之間 的有源區(qū)、頂側(cè)接觸、底側(cè)接觸以及位于該底側(cè)接觸層中的電流限制結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明藉由一形成于底部LED結(jié)構(gòu)的p型材料層及n型材料層之至少一者中的 限制結(jié)構(gòu)為發(fā)光二極管(LED)提供改良的光提取。該限制結(jié)構(gòu)通常與該LED的頂部 及主要發(fā)射表面上的接觸相對(duì)齊，且大體上防止光自與該限制結(jié)構(gòu)之區(qū)域及該頂面 接觸相一致的該有源區(qū)之區(qū)域發(fā)射。因此，可能在該頂面接觸下發(fā)射且被該頂面接 觸吸收的光被重定向至該有源層的其他區(qū)域及發(fā)射側(cè)，該接觸的吸收影響在此處大 體上減低了。在一較佳實(shí)施例中，通過使用離子注入，在該底部LED結(jié)構(gòu)中形成該 電流限制結(jié)構(gòu)。亦可通過使用選擇性氧化，在LED底部結(jié)構(gòu)中形成該電流限制結(jié)構(gòu)。 還可通過使用外延再生長(zhǎng)，形成作為L(zhǎng)ED結(jié)構(gòu)一部分的電流限制結(jié)構(gòu)。
該LED可進(jìn)一步包括在該吸收接觸周圍的粗糙化表面。該粗糙化表面可被包 括在底部LED結(jié)構(gòu)的一層表面區(qū)域的全部或一部分中，或被包括在該底部LED結(jié)構(gòu) 上所涂的額外材料層之表面區(qū)域的全部或一部分中。舉例而言，在具有足夠厚的n 型材料層的n側(cè)向上的LED結(jié)構(gòu)中，最好使該n型層粗糙化。在具有相對(duì)較薄的p型 材料層的p側(cè)向上的底部LED結(jié)構(gòu)中，最好向該p型層添加一 透明材料層并使該層粗 糙化。亦可向n側(cè)向上的LED結(jié)構(gòu)的n型層添加一透明材料層。無論哪種情況，粗糙 化表面與將電流導(dǎo)向該粗糙化表面且使電流遠(yuǎn)離吸收接觸的電流限制結(jié)構(gòu)這兩者 的組合提供了進(jìn)一步提高的光提取。該粗糙化表面通過提供一多變表面改良光提 取，該多變表面允許可能通過全內(nèi)反射陷在LED中的光逃逸且加入上述光發(fā)射。
現(xiàn)參考附圖且特別參考圖1及圖2，在此處展示了根據(jù)本發(fā)明的LED IO的一個(gè) 實(shí)施例，其包括具有光穿過其發(fā)射的第一表面14的第一材料層12、第二材料層16 以及夾在該第一層與該第二層之間的有源材料層18。該第一層12、第二層16及有源 層18形成置于支撐結(jié)構(gòu)36上的底部LED結(jié)構(gòu)。
該底部LED結(jié)構(gòu)可自諸如基于第III族氮化物的材料系統(tǒng)等不同的半導(dǎo)體材料 系統(tǒng)制成。第III族氮化物指的是氮與元素周期表第III族元素(通常為鋁(A1)、鎵(Ga)
及銦(In))之間形成的那些半導(dǎo)體化合物。該術(shù)語亦指的是三重及三元化合物，諸如 AlGaN及AlInGaN。在一較佳實(shí)施例中，該有源材料層18與該第一層12及該第二層 16相鄰接觸，且形成該第一及該第二層之材料是GaN，該第一及第二層中任一者為 p型材料且另一者為n型材料。在該實(shí)施例中，形成該有源層的材料為InGaN。在替 代實(shí)施例中，第一及第二層材料可為AlGaN、 AlGaAs或AlGalnP。
根據(jù)該LED配置，該支撐結(jié)構(gòu)36可為基板或子支架。在p側(cè)向上的LED配置中， 支撐結(jié)構(gòu)36可為一基板，合適的基板為碳化硅的4H多型，盡管亦可使用其他碳化 硅多型，諸如3C， 6H及15R多型。碳化硅比藍(lán)寶石具有與第III族氮化物更近的晶 格匹配，并形成具有較高品質(zhì)的第III族氮化物膜。碳化硅亦具有非常高的導(dǎo)熱率， 因此在碳化硅上的第III族氮化物器件的總輸出功率不受基板的熱耗散的限制(此情 況可能發(fā)生在形成于藍(lán)寶石上的一些器件中)。此外，碳化硅基板之可用性提供了 器件隔離的能力及減低的寄生電容，從而使商業(yè)化器件成為可能。SiC基板可自 North Carolina之Durham之Cree有限公司獲得且其制造方法陳述于科學(xué)文獻(xiàn)及美國(guó) 再頒專利Re. 34,861、美國(guó)專利第4,946，547號(hào)及美國(guó)專利第5，200，022號(hào)。對(duì)于n側(cè)向 上的LED配置，該支撐結(jié)構(gòu)36可為子支架。
第一接觸22與該第一層12相關(guān)聯(lián)且第二接觸24與該第二層16相關(guān)聯(lián)。這些接 觸22、 24與各自之層12、 16的關(guān)聯(lián)可為直接的或間接的。直接關(guān)聯(lián)在圖l中展示， 其中該第一接觸與該第一層12直接接觸且該第二接觸24與該第二層16直接接觸。此 關(guān)聯(lián)可在當(dāng)基板36由非導(dǎo)電材料形成時(shí)向第二接觸24提供。間接關(guān)聯(lián)在圖2中展示， 且若該LED包括一透明導(dǎo)電材料層25，則向第一接觸22提供該間接關(guān)聯(lián)，若該支撐 結(jié)構(gòu)36為導(dǎo)電材料所形成基板，則向第二接觸24提供該間接關(guān)聯(lián)。為提高直接接觸 及間接接觸中的光提取，該第二接觸可由反射材料形成，諸如銀(Ag)、鋁(A1)或銠 (Rh)。
電流限制結(jié)構(gòu)20整合于且可形成于LED中不同位置，諸如在第一層12、第二 層16或基板36之至少一者中(如圖2所展示)。在一些實(shí)施例中，可使用一個(gè)以上的 電流限制結(jié)構(gòu)，且在一個(gè)實(shí)施例中電流限制結(jié)構(gòu)20可形成于第一層12及第二層16 中，同時(shí)有源材料18的一部分處于這兩個(gè)限制結(jié)構(gòu)20之間。在一些實(shí)施例中，該限 制結(jié)構(gòu)20可為晶體結(jié)構(gòu)或分子特性已經(jīng)由本領(lǐng)域中已知方法(諸如離子植入或氧化) 改變的材料層的區(qū)域。在其他實(shí)施例中，該限制結(jié)構(gòu)20可以是相對(duì)于第一層12或第
二層16的材料相反摻雜的材料所形成的電流阻斷層。該電流阻斷材料層可藉由已知 的外延再生長(zhǎng)的方法并入第一及第二層中至少一者。
該電流限制結(jié)構(gòu)20以使第一接觸的中心26或軸與該限制結(jié)構(gòu)的中心或軸28大 體對(duì)齊的方式相對(duì)于第一接觸22定位。該限制結(jié)構(gòu)20的橫截面區(qū)域的大小基本上反 映第一接觸22的橫截面區(qū)域的大小。該電流限制結(jié)構(gòu)20的厚度可在該層總厚度的 0.1%至80%的范圍內(nèi)任意變化。舉例而言，在一厚度為l微米的n型材料層中，電流 限制結(jié)構(gòu)20的厚度可在0.001至0.8微米之間。
電流限制結(jié)構(gòu)20引導(dǎo)流向有源區(qū)18的電流30遠(yuǎn)離大體上與第一接觸22—致并 對(duì)齊的有源區(qū)的一部分32。該電流的改道大體上防止了電流電荷(意即"空穴"與"電 子")在與第一接觸22對(duì)齊的有源區(qū)的那部分32中復(fù)合，從而基本上致使該區(qū)成為非 有源的。
光34是自有源材料18發(fā)射且穿過LED結(jié)構(gòu)傳播。盡管光以各個(gè)方向自有源材 料18發(fā)射，但為說明之簡(jiǎn)便，圖中光僅以朝向LED頂部或主發(fā)射面的向上的方向展 示。在圖1中，該頂面是頂部材料層12的表面14。在圖2中，該頂面是一粗糙化材料 層25。
參考圖3，展示了根據(jù)本發(fā)明之圖1的一般LED的一個(gè)實(shí)施例，其包含一p側(cè)朝 上的LED，該LED包括第一p型材料層40及第二n型材料層42。在一較佳實(shí)施例中， 該材料為GaN。如下文進(jìn)一步解釋，在LED制造過程中，電流限制結(jié)構(gòu)44被并入n 型材料層42中。結(jié)構(gòu)44是通過向n型材料引入雜質(zhì)而形成的。雜質(zhì)的引入可通過離 子注入完成。例如，對(duì)于n型GaN材料，Al或Ga離子可被注入。
在p接觸46及n接觸48的兩側(cè)施加一偏壓，隨即電流(以p型材料"空穴"運(yùn)動(dòng)為形 式)穿過p型材料朝向有源區(qū)移動(dòng)并進(jìn)入有源區(qū)。同樣地，電流(以n型材料"電子"運(yùn) 動(dòng)為形式)穿過n型材料42朝向有源區(qū)50移動(dòng)并進(jìn)入有源區(qū)50。由于限制結(jié)構(gòu)44的雜 質(zhì)，穿過n型材料42的電流遠(yuǎn)離電流限制結(jié)構(gòu)并進(jìn)入有源區(qū)50的區(qū)域52，該區(qū)域52 在大體上與電流限制結(jié)構(gòu)一致并對(duì)齊的有源區(qū)非有源部分54周圍。該有源區(qū)的此區(qū) 域被稱為有源區(qū)的有源部分52。
穿過p型材料40的電流亦遠(yuǎn)離該電流限制結(jié)構(gòu)44并進(jìn)入來自n型材料的電流已 進(jìn)入的有源區(qū)的那些區(qū)域中。該p型材料電流的運(yùn)動(dòng)是n型材料中電流限制結(jié)構(gòu)44 之存在與將p型電流"空穴"吸引至在有源區(qū)50的有源部分52中存在的n型電流"電子
"這兩者組合的結(jié)果。
電流限制結(jié)構(gòu)44可位于沿n型層42深度的若干位置中任何一個(gè)。這可通過中斷 n型層42的生長(zhǎng)過程、向未完成的n型層內(nèi)注入雜質(zhì)并隨后重新開始該生長(zhǎng)過程以完 成n型層的剩余部分而實(shí)現(xiàn)。生長(zhǎng)方法可為多種已知方法中任一種，包括金屬氧化 物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、混合氣相外延法(HVPE)或分子束外延法(MBE)。 一例 示性限制結(jié)構(gòu)形成過程包括以1013、 10"及10 n^之劑量向該n型層注入180keV鋁 離子。在一較佳實(shí)施例中，電流限制結(jié)構(gòu)44位于靠近有源區(qū)50以有效地防止n型電 流完全在該電流限制結(jié)構(gòu)周圍移動(dòng)且流回非有源區(qū)54，并增加該結(jié)構(gòu)對(duì)在有源區(qū)50 另一側(cè)的p型層中的電流的影響。
參考圖4，展示根據(jù)本發(fā)明的圖2的一般LED IO的另一實(shí)施例，其包含一基本 上與參考圖3描述的LED相同的p側(cè)向上的LED，不同之處在于電流限制結(jié)構(gòu)44位于 p型層40中。此外，基板58是導(dǎo)電的，因此允許在n接觸48與n型層42之間的間接關(guān) 聯(lián)。 一透明導(dǎo)電材料層56被包括在該p型層40上，該導(dǎo)電材料層的一部分夾在p接觸 46與p型層之間。此材料層可由ZnO、 111203及氧化銦錫(1丁0)形成。至少部分未被p 接觸46覆蓋的導(dǎo)電材料層56被粗糙化，圖4所展示的導(dǎo)電材料層之頂面全部被粗糙 化。透明導(dǎo)電材料層56與電流限制結(jié)構(gòu)44提供的遠(yuǎn)離吸收接觸46之區(qū)域化光產(chǎn)生的 組合，增加了LED的光提取效率。
參考圖5，展示圖1的一般LED10之另一實(shí)施例，其包含n側(cè)向上、倒裝LED， 該LED包括第一n型材料層60及第二p型材料層62。作為額外的處理步驟，移除通常 與第一n型層60相鄰的基板以顯露LED的頂部主發(fā)射面。
在一較佳實(shí)施例中，LED材料為GaN。在LED制造過程中，在將層60、 62、 64 及p接觸子結(jié)構(gòu)覆于一子支架78上之前，將電流限制結(jié)構(gòu)64并入p型材料層62中。限 制結(jié)構(gòu)64經(jīng)由在生長(zhǎng)中藉由離子注入將雜質(zhì)引入p型材料中形成。舉例而言，對(duì)p 型GaN材料，Al或Ga離子可被注入。n型層的頂面66被粗糙化以形成粗糙化的光提 取表面。該粗糙化表面可由使用本領(lǐng)域中已知的若干方法中任何一種蝕刻(諸如光 電化學(xué)(PEC)蝕刻)提供。在此配置中，該粗糙化表面直接被添加到n型層而非像由 于p層相對(duì)較薄而通常在p側(cè)向上的LED中那樣經(jīng)由一單獨(dú)添加的透明導(dǎo)電材料層。
在n-接觸68及p-接觸70兩側(cè)施加一偏壓，隨即電流穿過p型材料向有源區(qū)72移 動(dòng)并進(jìn)入有源區(qū)72。同樣地，電流穿過n型材料60向有源區(qū)72移動(dòng)并進(jìn)入有源區(qū)72。
穿過p型材料62的電流遠(yuǎn)離電流限制結(jié)構(gòu)64且進(jìn)入有源區(qū)72中非有源部分76周圍的 有源部分74。穿過n型材料60的電流亦遠(yuǎn)離電流限制結(jié)構(gòu)64且進(jìn)入有源區(qū)的有源部 分74。
如圖3之實(shí)施例，電流限制結(jié)構(gòu)64可通過中斷p型層之生長(zhǎng)過程、向未完成之p 型層內(nèi)注入雜質(zhì)并隨后繼續(xù)該生長(zhǎng)過程以完成該層而位于沿p型層62深度的若干位 置處。在一較佳實(shí)施例中，電流限制結(jié)構(gòu)64位于靠近有源區(qū)72之處以有效地防止p 型電流完全在電流限制結(jié)構(gòu)周圍移動(dòng)且流回非有源區(qū)76，并增加該結(jié)構(gòu)對(duì)在有源區(qū) 72另一側(cè)的n型層中的電流的影響。參考圖6，在另一實(shí)施例中，圖1的一般LED為 一基本上與參考圖5描述的LED相同的n側(cè)向上的LED，不同之處在于電流限制結(jié)構(gòu) 64位于n型層60中。
現(xiàn)參考圖7，展示一LED 100，其包括具有大部分光穿過其發(fā)射的第一表面104 的第一材料層102、第二材料層106以及夾在該第一層與該第二層之間的有源材料層 108。在一較佳實(shí)施例中，該有源材料層108與第一層102及第二層106相鄰接觸，且 形成第一及第二層的材料為GaN，且形成有源層的材料為InGaN。在替代實(shí)施例中， 第一及第二層材料可為AlGaN、 AlGaAs或AlGalnP。
第一接觸110與第一層102相關(guān)聯(lián)，且第二接觸112與第二層106相關(guān)聯(lián)。電流 限制結(jié)構(gòu)114被包括在第二接觸112的層中，且以使第一接觸的中心116或軸與該限 制結(jié)構(gòu)的中心或軸118大體對(duì)齊的方式相對(duì)于第一接觸110定位。第二接觸112及限 制結(jié)構(gòu)114的層藉由沉積一接觸材料層、蝕刻掉該接觸材料層的一部分及用限制結(jié) 構(gòu)的材料代替該部分而形成。限制結(jié)構(gòu)114由絕緣、非導(dǎo)電材料形成，諸如Si02、 AlN及SiN，且該限制結(jié)構(gòu)具有與第一接觸110基本相同的橫截面區(qū)域大小。
電流限制結(jié)構(gòu)114引導(dǎo)流向有源區(qū)108的電流120遠(yuǎn)離大體上與第一接觸110— 致并對(duì)齊的有源區(qū)的部分122。此電流改道大體上防止了電流電荷(意即"空穴"與" 電子")在與第一接觸110對(duì)齊的有源區(qū)的部分122中的復(fù)合，從而基本上致使該區(qū)成 為非有源的。
如關(guān)于圖3至圖6所描述之實(shí)施例，以第一層102為n型層或p型層且第二層106 為與第一層相對(duì)之類型的層，可形成圖7的一般LED。 LED100亦可以第一層102的 粗糙化頂面或具有粗糙化頂面的額外的透明導(dǎo)電材料層的形式包括一粗糙化表面。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解如在圖1至7中描述的本發(fā)明之概念可并入其他LED
配置中。舉例而言，盡管圖1-7的LED具有垂直排列的接觸，意即，在LED的相對(duì) 側(cè)上具有接觸，但本發(fā)明可應(yīng)用于具有橫向排列的接觸的LED，意即，在LED的同 一側(cè)具有接觸，諸如諧振腔LED。
自前述內(nèi)容明顯可見，盡管本發(fā)明之特定形式已被說明及描述，但在不偏離 本發(fā)明之精神及范疇的情況下可產(chǎn)生多種變更。因此，除了被所附申請(qǐng)專利范圍限 制外本發(fā)明并不意欲被限制。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管(LED)，包含具有相關(guān)p接觸的p型材料層；具有相關(guān)n接觸的n型材料層；在該p型層與該n型層之間的有源區(qū)；在該p型材料層及該n型材料層中的至少一層中形成的限制結(jié)構(gòu)，該限制結(jié)構(gòu)大體上防止光從與該限制結(jié)構(gòu)的區(qū)域相一致的該有源區(qū)的區(qū)域中發(fā)射出；以及與該p型材料層及該n型材料層之一相關(guān)聯(lián)的粗糙化表面。
2. 如權(quán)利要求1所述的LED，其特征在于，該限制結(jié)構(gòu)包含該p型材料層及 該n型材料層中的至少一層的離子注入?yún)^(qū)。
3. 如權(quán)利要求1所述的LED，其特征在于，該限制結(jié)構(gòu)包含該p型材料層及 該n型材料層中的至少一層的氧化區(qū)。
4. 如權(quán)利要求1所述的LED，其特征在于，該限制結(jié)構(gòu)包含在該p型材料層 及該n型材料層中的至少一層中的電流阻斷區(qū)。
5. 如權(quán)利要求1所述的LED，其特征在于，該p型材料層與該有源區(qū)相鄰接 觸，且該電流限制結(jié)構(gòu)在該p型材料層中。
6. 如權(quán)利要求1所述的LED,其特征在于，該n型材料層與該有源區(qū)相鄰接 觸，且該電流限制結(jié)構(gòu)在該n型材料層中。
7. 如權(quán)利要求1所述的LED，還包含與該n型材料層相鄰的導(dǎo)電基板，其中 該n接觸與該基板相鄰接觸。
8. —種發(fā)光二極管(LED)，包含具有相關(guān)第一接觸及光穿過它而發(fā)射的第一表面的第一材料層； 具有相關(guān)第二接觸的第二材料層； 在該第一層與該第二層之間的有源區(qū)；及與該第一層及該第二層之一相整合且通常軸向地與該第一接觸對(duì)齊的限 制結(jié)構(gòu)，該限制結(jié)構(gòu)大體上防止與該限制結(jié)構(gòu)的區(qū)域相一致的該有源區(qū)的區(qū)域 中發(fā)出光線。
9. 如權(quán)利要求8所述的LED，其特征在于，該限制結(jié)構(gòu)包含該第一層及第 二層之一的一部分，該部分經(jīng)離子注入。
10. 如權(quán)利要求8所述的LED，其特征在于，該限制結(jié)構(gòu)包含該第一層及 第二層之一的一部分，該部分經(jīng)氧化。
11. 如權(quán)利要求8所述的LED，其特征在于，該限制結(jié)構(gòu)包含該第一層及 第二層之一的一部分，該部分經(jīng)離子注入。
12. 如權(quán)利要求8所述的LED，其特征在于，該限制結(jié)構(gòu)包含該第一層及 第二層之一的一部分，半絕緣材料注入該部分。
13. 如權(quán)利要求12所述的LED，其特征在于，該第一層及第二層的材料 包含GaN，且該半絕緣材料包含Al及Ga之一。
14. 如權(quán)利要求8所述的LED，其特征在于，該第一表面至少部分粗糙化。
15. 如權(quán)利要求8所述的LED，還包含與該第一表面相鄰的至少部分粗糙 化的透明導(dǎo)電材料層。
16. 如權(quán)利要求15所述的LED，其特征在于，該透明材料包含ZnO、 ln203 及氧化銦錫(ITO)之一。
17. 如權(quán)利要求8所述的LED，其特征在于，該第二接觸由反射材料形成。
18. 如權(quán)利要求8所述的LED，其特征在于，該限制結(jié)構(gòu)的面積大體與該 第一接觸的面積相同。
19. 一種發(fā)光二極管(LED)，其包含具有相關(guān)第一接觸及光穿過它而發(fā)射的第一表面的第一材料層； 第二材料層；在該第一層與該第二層之間的有源區(qū)； 與該第二材料層相鄰且具有相關(guān)基板接觸的導(dǎo)電基板；及在該第一層、該第二層及該基板之一中且通常軸向地與該第一接觸對(duì)齊的 至少一個(gè)限制結(jié)構(gòu)，該至少一個(gè)限制結(jié)構(gòu)引導(dǎo)流向該有源區(qū)的電流遠(yuǎn)離與該限 制結(jié)構(gòu)的區(qū)域相一致的該有源區(qū)的區(qū)域。
20. 如權(quán)利要求19所述的LED，其特征在于，該第一材料層包含p型材料， 該第二材料層包含n型材料，且該至少一個(gè)電流限制結(jié)構(gòu)在該p型材料中。
21. 如權(quán)利要求19所述的LED，其特征在于，該第一材料層包含p型材料，該第二材料層包含n型材料，且該至少一個(gè)電流限制結(jié)構(gòu)在該n型材料中。
22. 如權(quán)利要求19所述的LED，其特征在于，該第一材料層包含p型材料， 該第二材料層包含n型材料，且該至少一個(gè)電流限制結(jié)構(gòu)在該基板中。
23. 如權(quán)利要求19所述的LED，其特征在于，該第一材料層包含n型材料， 該第二材料層包含p型材料，且該至少一個(gè)電流限制結(jié)構(gòu)在該n型材料中。
24. 如權(quán)利要求19所述的LED，其特征在于，該第一材料層包含n型材料， 該第二材料層包含p型材料，且該至少一個(gè)電流限制結(jié)構(gòu)在該p型材料中。
25. 如權(quán)利要求19所述的LED，其特征在于，該第一材料層包含n型材料， 該第二材料層包含p型材料，且該至少一個(gè)電流限制結(jié)構(gòu)在該基板中。
26. 如權(quán)利要求19所述的LED，其特征在于，使該第一表面的至少一部 分粗糙化。
27. 如權(quán)利要求19所述的LED，還包含與該第一表面相鄰的至少部分粗 糙化的透明導(dǎo)電材料層。
28. —種發(fā)光二極管(LED)，包含具有相關(guān)第一接觸及光穿過它而發(fā)射的第一表面的第一材料層； 具有相關(guān)第二接觸的第二材料層； 在該第一材料層與該第二材料層之間的有源區(qū)；及與該第二接觸相關(guān)聯(lián)的限制結(jié)構(gòu)，該限制結(jié)構(gòu)引導(dǎo)流向該有源區(qū)的電流遠(yuǎn) 離與該限制結(jié)構(gòu)的區(qū)域相一致的該有源區(qū)的區(qū)域。
29. 如權(quán)利要求28所述的LED，其特征在于，該限制結(jié)構(gòu)包含絕緣、非 導(dǎo)電材料。
30. 如權(quán)利要求29所述的LED，其特征在于，該絕緣、非導(dǎo)電材料包含 Si02、 AlN及SiN之一。
31. 如權(quán)利要求28所述的LED，其特征在于，該限制結(jié)構(gòu)通常軸向地與 該第一接觸對(duì)齊。
32. 如權(quán)利要求28所述的LED，其特征在于，該第二接觸由反射材料形成。
33. 如權(quán)利要求28所述的LED，其特征在于，使該第一表面的至少一部 分粗糙化。
34. 如權(quán)利要求28所述的LED，還包含與該第一表面相鄰的至少部分粗糙化的透明導(dǎo)電材料層。
35. 如權(quán)利要求34所述的LED，其特征在于，該透明材料包含ZnO、Iri203 及氧化銦錫(ITO)之一。
全文摘要
一種LED(10)，它具有帶有相關(guān)p接觸的p型材料層、帶有相關(guān)n接觸的n型材料層以及在該p型層與該n型層之間的有源區(qū)(18)，該LED包括限制結(jié)構(gòu)(20)，該限制結(jié)構(gòu)形成于該p型材料層及該n型材料層之一內(nèi)。該限制結(jié)構(gòu)(20)通常與該LED的頂部及主發(fā)射面上的接觸(22)相對(duì)齊，且大體上防止光從與限制結(jié)構(gòu)的區(qū)域及頂面接觸(22)相一致的有源區(qū)(18)的區(qū)域中發(fā)射出光線。該LED(10)可包括粗糙化的發(fā)射側(cè)表面(25)以進(jìn)一步提高光提取。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101107720SQ200580047091
公開日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2005年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月24日
發(fā)明者M·巴特雷斯, S·P·迪巴爾司, 中村修二 申請(qǐng)人:美商克立股份有限公司