專利名稱：制造發(fā)光裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光裝置以及相關(guān)元件、系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
與白熾光源和/或熒光源相比，發(fā)光二極管通?？梢蕴峁┹^高性能 的光。由于與LED相關(guān)的相對(duì)高的電力效率，導(dǎo)致在許多照明設(shè)施中 使用LED來(lái)代替常規(guī)的光源。例如，在一些應(yīng)用中，使用LED作為交 通燈，用來(lái)照明蜂窩電話鍵盤(pán)和顯示器。
一般而言，LED由多層結(jié)構(gòu)形成，其中，多層結(jié)構(gòu)中的至少部分 層是由不同的材料形成。通常，選定用于各個(gè)層的材料和厚度決定了 LED發(fā)射的光線的波長(zhǎng)。此外，可以選擇多層的化學(xué)成分，以試圖避 免所射入的電載子進(jìn)入特定區(qū)域(一般稱為量子井)，從而相當(dāng)有效 地將其轉(zhuǎn)換為光能。通常，在量子井所生成的接合處的一側(cè)上的多層 摻雜有施主原子，從而導(dǎo)致高電子濃度(這類層通常稱為n型層)， 而在相對(duì)側(cè)上的多層則摻雜有受主原子，導(dǎo)致相對(duì)高的空穴濃度(這 類層通常稱為p-型層)。
以下將對(duì)制作LED的一般方法進(jìn)行說(shuō)明注入的接觸。以圓片的形 式制作多個(gè)材料層。 一般而言，使用一種外延淀積技術(shù)諸如金屬有機(jī) 物化學(xué)氣相淀積(MOCVD)來(lái)形成多層，將開(kāi)始淀積的層形成在生長(zhǎng)襯 底上。然后，對(duì)多層采用各種蝕刻和金屬化技術(shù)以形成用于電流注入的接觸，然后將所述圓片切割成一個(gè)個(gè)的LED晶片(LED chip)。通 常，對(duì)所述的LED晶片進(jìn)行封裝。
在使用中， 一般將電能注入到LED中，然后被轉(zhuǎn)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(nèi)容
本發(fā)明涉及一種發(fā)光裝置以及相關(guān)元件、系統(tǒng)和方法。
在一個(gè)實(shí)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(chǎn)生區(qū)域和由光產(chǎn)生區(qū)域支承的 第一層。第一層包括一表面，由光產(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)生的光線可以經(jīng)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(jù)一圖形(pattern) 在空間上變化的介電函數(shù)，所述圖形具有理想的晶格常數(shù)和大于零的 解諧參數(shù)。
在另一個(gè)實(shí)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(chǎn)生區(qū)域和由光產(chǎn)生區(qū)域支承 的第一層。第一層包括一表面，由光產(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)生的光線可以經(jīng)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(jù)一非周期圖 形在空間上變化的介電函數(shù)。
在又一個(gè)實(shí)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(chǎn)生區(qū)域和由光產(chǎn)生區(qū)域支承 的第一層。第一層包括一表面，由光產(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)生的光線可以經(jīng)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(jù)一復(fù)雜周期 圖形在空間上變化的介電函數(shù)。
在一個(gè)實(shí)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(chǎn)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(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)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(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)生的光線可以經(jīng) 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(jù)一圖形在空間上變化的介電函數(shù)。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(gè)實(shí)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(chǎn)生區(qū)域和由光產(chǎn)生區(qū)域支承 的第一層。第一層包括一表面，由光產(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)生的光線可以經(jīng)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(jù)一 圖形在空間上變化的介電函數(shù)。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(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)生的、并且撞擊到所述反射材 料層的至少50%光線。所述光產(chǎn)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(gè)實(shí)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(chǎn)生區(qū)域和由光產(chǎn)生區(qū)域支承 的第一層。第一層的表面被配置，使得由光產(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)生的光線可以 經(jīng)由第一層的所述表面從所述發(fā)光裝置發(fā)出。所述光產(chǎn)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(shù)。對(duì)所述 發(fā)生裝置進(jìn)行封裝。
在一個(gè)實(shí)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(chǎn)生區(qū)域和由光產(chǎn)生區(qū)域支承的 第一層。第一層的表面被配置，使得由光產(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)生的光線可以經(jīng) 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(jù)一圖形在空間上變化的介電函數(shù)。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(cè)面實(shí)質(zhì)上不具有磷材料。在另一個(gè)實(shí)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(gè)發(fā)光裝置。每一個(gè) 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(chǎn)生 區(qū)域和由光產(chǎn)生區(qū)域支承的第一層。第一層的表面被配置，使得由光 產(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)生的光線可以經(jīng)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(jù)一圖形在空間上變化的介電函數(shù)。
在又一個(gè)實(shí)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(chǎn)生區(qū)域和由光產(chǎn)生區(qū)域支承 的第一層。第一層的表面被配置，使得由光產(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)生的光線可以 經(jīng)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(jù)一圖形在空間上變化的介電函數(shù)。所述發(fā)光裝置還包括一磷材料， 使得由發(fā)光裝置產(chǎn)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(shí)質(zhì)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(gè)實(shí)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(chǎn)生區(qū)域和由光產(chǎn)生區(qū)域支承的 第一層。第一層的表面被配置，使得由光產(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)生的光線可以經(jīng) 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(shí)質(zhì)上對(duì)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(gè)實(shí)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(chǎn)生區(qū)域和由光產(chǎn)生區(qū)域支承 的第一層。第一層的表面被配置，使得由光產(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)生的光線可以 經(jīng)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(jù)一圖形在空間上變化的介電函數(shù)。所述圖形被配置使得由所述光 產(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)生的、經(jīng)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(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的特征在于圓片包括多個(gè)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(chǎn)生區(qū)域和由光產(chǎn)生區(qū)域支承的第一層。第一層的表面被配置， 使得由光產(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)生的光線可以經(jīng)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(jù)一圖形在空間上變化的介電函 數(shù)。所述圖形被配置使得由所述光產(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)生的、經(jīng)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(gè)(例如，至少大約25個(gè)，至少大約50 個(gè))發(fā)光裝置。
在一個(gè)實(shí)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(chǎn)生區(qū)域和由光產(chǎn)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(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)生的光線可以經(jīng) 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(jù)一圖形在空間上變化的介電函數(shù)。由光產(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)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(jīng)發(fā)光裝置的表面發(fā)出。
在一個(gè)實(shí)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(chǎn)生區(qū)域和由光產(chǎn)生區(qū)域支承的 第一層，使得在使用發(fā)光裝置時(shí)，由光產(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)生的光線可以經(jīng)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(zhǎng)至少大約l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(shè)計(jì)所述發(fā)光裝置，使得它的引出效率(extraction efficiency)實(shí)質(zhì)上與邊緣的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。在又一個(gè)實(shí)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(chǎn)生區(qū)域和由光產(chǎn)生區(qū)域支承 的第一層，使得在使用發(fā)光裝置時(shí)，由光產(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)生的光線可以經(jīng) 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(zhǎng)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(shè)計(jì)所述發(fā)光裝置，使得它的量子效率(quantun efficiency)實(shí)質(zhì)上與邊緣的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。
在一個(gè)實(shí)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(chǎn)生區(qū)域和由光產(chǎn)生區(qū)域支承的 第一層，使得在使用發(fā)光裝置時(shí)，由光產(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)生的光線可以經(jīng)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(zhǎng)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(shè)計(jì)所述發(fā)光裝置，使得它的光電轉(zhuǎn)換效率(wall plug efficiency)實(shí)質(zhì)上與邊緣的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。
在另一個(gè)實(shí)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(jié)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(chǎn)生區(qū)域和第一層。第 一層包括一表面，該表面具有根據(jù)一圖形在空間上變化的介電函數(shù)。 所述反射材料能夠反射由光產(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)生的、并且撞擊到所述反射材 料層的至少50%光線。
在又一個(gè)實(shí)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(jié)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(chǎn)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(shù)，該介電函數(shù)根據(jù)一圖形在空間上 變化。
下面說(shuō)明本發(fā)明的 一個(gè)或多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。所述多重材料堆疊層可以由多重半導(dǎo)體材料堆疊層形成。第一層 可以是n-摻雜半導(dǎo)體材料層，多重材料堆疊層可以進(jìn)一步包括p-摻雜 半導(dǎo)體材料層。光產(chǎn)生區(qū)域可以在n-摻雜半導(dǎo)體材料層和p-摻雜半導(dǎo) 體材料層之間。
發(fā)光裝置可以進(jìn)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(jìn)一步包括一反射材料層，所述反射材料能夠反射由光 產(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)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(dǎo)體材料層和 反射材料層之間的距離可以小于n-摻雜半導(dǎo)體材料層和反射材料層之 間的距離。發(fā)光裝置可以進(jìn)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(chǎn)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(dǎo)體材料如m-v半導(dǎo)體材料、有機(jī)半導(dǎo) 體材料和/或硅形成。
在一些實(shí)施例中，圖形不延伸進(jìn)入光產(chǎn)生區(qū)域中。
在一些實(shí)施例中，圖形不必延伸至第一層上。
在一些實(shí)施例中，圖形延伸超出第一層。
發(fā)光裝置進(jìn)一步包括多個(gè)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(shí)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(shí)施例中，圖形可從非周期圖形、準(zhǔn)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(shí)施例中，圖形是彭羅斯圖形(Penrosepattem)。
在一些實(shí)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(shí)施例中，圖形(例如，蜂窩圖形)可以有不同直徑的孔。
在一些實(shí)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(shù)可以至少是理想晶格常數(shù)的1%或者最多是理想晶 格常數(shù)的25%。在一些實(shí)施例中，圖形可以對(duì)應(yīng)于實(shí)質(zhì)上任意解諧的 理想圖形。
可以這樣配置圖形，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(shí)質(zhì)上與光產(chǎn)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(jí)管、激光器或光放大器。發(fā)光裝 置的例子包括有機(jī)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(shí)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(zhǎng)。在一些實(shí)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(shí)施例中，已封的發(fā)光裝置可以不采用密封材料。
在一些實(shí)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(Torr)。
在一些實(shí)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(shí)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(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)生的、經(jīng)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(jīng)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(shí)質(zhì)上是白光。
在某一些實(shí)施例中，發(fā)光裝置進(jìn)一步包括第一薄片和第二薄片。 第一薄片具有實(shí)質(zhì)上對(duì)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(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)生的、經(jīng)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(jīng)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(shí)質(zhì)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(gè)發(fā)光裝置，并且將至少一部分發(fā) 光裝置相互分離開(kāi)。在一些實(shí)施例中，當(dāng)由光產(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)生的光線經(jīng)由第一層的表面 從發(fā)光裝置發(fā)出時(shí)，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(shí)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(jìn)一步包括在將反射材料層和p-摻雜材料層 結(jié)合之前，將第一層和襯底結(jié)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(jié)合層。所述方 法也包括去除所述襯底。所述方法進(jìn)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(jié)合之后，去除所述襯底。 去除所述襯底包括對(duì)位于第一層和所述襯底之間的結(jié)合層進(jìn)行加熱。 對(duì)結(jié)合層進(jìn)行加熱可以分解至少部分結(jié)合層。對(duì)結(jié)合層加熱可以包括 將結(jié)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(guò)程對(duì)襯底進(jìn)行曝光。去除襯底導(dǎo)致第一層的表面變得實(shí)質(zhì)上是平 坦的。所述方法進(jìn)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(duì)第一層的表面進(jìn)行平坦化。對(duì)第一層的表面平坦 化包括對(duì)第一層的表面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光。對(duì)第一層的表面進(jìn)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A是可以由第 一層發(fā)出的光線的波長(zhǎng)。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(jìn)一步包括 將電流分布層置于第一層和光產(chǎn)生區(qū)域之間。
各個(gè)實(shí)施例反映了本發(fā)明的下述優(yōu)點(diǎn)。
在某些實(shí)施例中，LED和/或相對(duì)大的LED晶片可發(fā)出相對(duì)地高 光引出量。在一些實(shí)施例中，LED和/或相對(duì)大的LED晶片可以發(fā)出相對(duì)高 平面亮度、相對(duì)高平均表面亮度、相對(duì)低的散熱需求或相對(duì)高的散熱 率、相對(duì)低的音域(etendue)和/或相對(duì)高功率效率。
在某些實(shí)施例中，LED和/或相對(duì)大的LED晶片被設(shè)計(jì)使得由 LED/LED晶片發(fā)出的相對(duì)少量光線被封裝吸收。
在一些實(shí)施例中，可以不使用封裝材料制作封裝的LED(例如，相 對(duì)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(guān)的問(wèn)題(如降低的性能和/或作為時(shí)間的函數(shù)的不一致性能)，從 而提供了在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間中具有相對(duì)好的和/或可靠性能。
在某些實(shí)施例中，LED(例如，可以是相對(duì)大的封裝LED的封裝 LED)可以包括相對(duì)均勻旋涂的磷材料。
在一些實(shí)施例中，LED(例如，可以是相對(duì)大的封裝LED的封裝 LED)可以被設(shè)計(jì)從而在特定的角度范圍內(nèi)(例如，在相對(duì)于LED表面 法向的特定角度范圍內(nèi))提供希望的光線輸出。
在一些實(shí)施例中，可以用相對(duì)便宜的工藝制作LED和/或相對(duì)大的 LED晶片。
在某些實(shí)施例中，LED和/或相對(duì)大的LED可以在不增加成本之 下、經(jīng)由工業(yè)規(guī)模的方式制作，并且不會(huì)造成經(jīng)濟(jì)上不可行。
本方面的優(yōu)點(diǎn)在說(shuō)明書(shū)、附圖以及權(quán)利要求書(shū)中記載。


圖1是具有圖形表面的LED的側(cè)視圖。 圖2是根據(jù)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(shù)的函數(shù)。
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(shù)。
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(shù)。
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10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(gè)LED
的富立葉變換的示意圖。
圖13是具有作為角度的函數(shù)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(cè)視圖。 圖15是具有圖形表面的LED的外延層前體(precursor)的側(cè)視圖。 圖16是具有圖形表面的LED的外延層前體的側(cè)視圖。 圖17是具有圖形表面的LED的外延層前體的側(cè)視圖。 圖18是具有圖形表面的LED的外延層前體的側(cè)視圖。 圖19是具有圖形表面的LED的外延層前體的側(cè)視圖。
在各個(gè)附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
具體實(shí)施例方式
圖1示出呈封裝管芯形式的LED的側(cè)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-摻雜)GaN層134，在硅摻雜(n-摻雜)GaN層134的上表面110 形成了多個(gè)開(kāi)口 150的圖形。多重材料堆疊層122也包括結(jié)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(gè)InGaN/GaN量子阱形成的120納米厚的光產(chǎn)生區(qū)域130、和AlGaN 層132。 N-側(cè)接觸墊置于層134上，p-側(cè)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(shù)脂)位于層134和蓋板滑片(cover slip) 140以及支撐件142之間。層144沒(méi)有延伸進(jìn)入開(kāi)口 150。
LED如下產(chǎn)生光線。P-側(cè)接觸墊138相對(duì)n-側(cè)接觸墊136出于正 電位，導(dǎo)致電流注入LED 100中。當(dāng)電流經(jīng)過(guò)光產(chǎn)生區(qū)域130中時(shí)， 來(lái)自n-摻雜層134的電子與來(lái)自p-摻雜層128的空穴便在區(qū)域130結(jié) 合，使得光產(chǎn)生區(qū)域130產(chǎn)生光線。光產(chǎn)生區(qū)域130包括在光產(chǎn)生區(qū) 域發(fā)出光線(例如，各向同性)的多個(gè)偶極點(diǎn)輻射源，所述光線具有 形成光產(chǎn)生區(qū)域130的材料的波長(zhǎng)的光譜特征。在InGaN/GaN量子阱 的作用下，由區(qū)域130產(chǎn)生的光線的波長(zhǎng)的光譜可以具有大約445納 米的尖峰波長(zhǎng)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(dǎo)體層134中的載 荷子相比具有相對(duì)低的移動(dòng)性。因此，沿p-摻雜層128的表面放置銀 層126(其是導(dǎo)電的)可以提高由接觸墊138注入p-摻雜層128和光產(chǎn)生 區(qū)域130中的電荷均勻性。這還可以降低設(shè)備100的電阻和/或增加設(shè) 備100的注入效率。由于n-摻雜層134相對(duì)較高的電荷移動(dòng)性，電子 可以相對(duì)快地從n-側(cè)接觸墊136擴(kuò)散通過(guò)層132和134，從而在光產(chǎn)生 區(qū)域130中的電流濃度實(shí)質(zhì)上均勻通過(guò)區(qū)域130。還要注意，銀層126 具有相對(duì)高的熱導(dǎo)電性，允許層126作為L(zhǎng)ED100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(chǎn)生的至少一部分光線可被引導(dǎo)至銀層126。該光線 可以被層126反射并且經(jīng)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(dǎo)體材料中吸收，從而形成可以在區(qū)域130 中組合導(dǎo)致區(qū)域130產(chǎn)生光線的電子-空穴對(duì)。類似地，由區(qū)域130產(chǎn) 生至少一部分光線被引導(dǎo)至墊136。墊136的下側(cè)由可以反射光產(chǎn)生區(qū)域130產(chǎn)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(dǎo)至墊136的光線可以被墊136反射然后在經(jīng)表面110從 LED100中發(fā)出(例如，被從銀層126中反射)，或者所述被引導(dǎo)至墊 136的光線可以被墊136反射，然后在LED 100的半導(dǎo)體材料中吸收， 從而產(chǎn)生可以在區(qū)域130中組合導(dǎo)致區(qū)域130產(chǎn)生光線(例如，由或 者不由銀層126反射)的電子-空穴對(duì)。
如圖1和2所示，LED 100的表面IIO是不平坦的，但是由修正 的三角形圖形的開(kāi)口 150形成?？傊梢詾殚_(kāi)口 150的深度選擇不 同的值，開(kāi)口 150的直徑以及最相鄰開(kāi)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(shù)值計(jì)算對(duì)各個(gè)圖進(jìn)行說(shuō) 明開(kāi)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(kāi)口之間的距離大約為220納米，和等于1.0的折射率。 對(duì)三角形圖形進(jìn)行解諧處理，從而圖形150中最相鄰之間具有值為(a-A a)到(a+ A a)之間的中心距離，其中"a"為理想三角圖形的晶格常數(shù)， "Aa"為具有長(zhǎng)度尺度的解諧參數(shù)，所述解諧可以在任意方向上發(fā)生。 為了提高從LED IOO發(fā)出的光線引出量(參見(jiàn)下述說(shuō)明)，解諧參數(shù) Aa通常為理想晶格常數(shù)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(shù)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(shí)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(shí)質(zhì)上可以被任意解諧。
對(duì)于帶有開(kāi)口 150的修正三角形圖形，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)非零解諧參數(shù)提 高了LED IOO的取出能效。對(duì)于上述的LED IOO,當(dāng)解諧參數(shù)△ a從零 增加到大約0.15a，在LED 100中的電磁場(chǎng)的數(shù)學(xué)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(guò)使用三維有限差分時(shí)域(FDTD)方法來(lái)計(jì) 算以為L(zhǎng)ED IOO內(nèi)或者外的光線估計(jì)馬克士威方程的解例如，參見(jiàn)K.S.Kunz and R丄Luebbers， The Finite-Difference Time-Domain Methods (CRC, Boca Raton， FL, 1993) 、 A. Taflove， Computational Electrodynamics: The Finite-Difference Time-Domain Method (Artech House, London, 1995)，這些文獻(xiàn)通過(guò)引用結(jié)合到本發(fā)明中來(lái)。為了呈 現(xiàn)具有特定圖形150的LED100的光學(xué)性，在FDTD計(jì)算中的輸入?yún)?數(shù)包括中心頻率和在光產(chǎn)生區(qū)域130中的偶極點(diǎn)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(kāi)口之間的最相鄰的距離(NND)。
在某些實(shí)施例中，使用FDTD方法如下計(jì)算LED 100的引出效率 數(shù)據(jù)。使用FDTD來(lái)解決全向量基于時(shí)間的馬克士威方程
<formula>formula see original document page 19</formula>
其中，極性化& = §i + ，2 + . + ^ 捕捉光產(chǎn)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(yīng)。
m項(xiàng)是對(duì)材料的整體極性化有不同貢獻(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)出值(例如，束縛電 子振蕩的極性化響應(yīng)，自由電子振蕩的極性化響應(yīng))。特別地，
其中，極性化對(duì)應(yīng)于一介電常數(shù)
<formula>formula see original document page 19</formula>
為了方便數(shù)值計(jì)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(jì)基于假設(shè)封裝材料144 和層126足夠厚，使得周?chē)鷮硬挥绊慙ED 100的光學(xué)性能。假設(shè)具有 依賴頻率的介電常數(shù)的LED100中的相關(guān)結(jié)構(gòu)是銀層126和光產(chǎn)生區(qū)域130。假設(shè)LED 100中的其他相關(guān)層沒(méi)有依賴頻率的介電常數(shù)。注意， 在LED 100包括位于封裝材料144和銀層126之間的附加金屬層的實(shí) 施例中，每一個(gè)附加金屬層將具有依賴頻率的介電常數(shù)。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(xiàng)，而光產(chǎn)生區(qū)域具有用于束縛電子的依賴頻率的項(xiàng)，但 不具有用于自由電子的依賴頻率的項(xiàng)。在某些實(shí)施例中，當(dāng)模型化介 電常數(shù)的頻率依賴性時(shí)，可以包括其他的項(xiàng)。例如，這樣的項(xiàng)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(guò)結(jié)合在光產(chǎn)生區(qū)域130中任意放置的恒定電流的偶極源，模 型化光產(chǎn)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(shí)際量子阱的高斯脈沖，每一個(gè)具有任意初始相位、開(kāi)始時(shí) 間。
為了處理LED 100的表面110的開(kāi)口 150的圖形，使用側(cè)向中的 較大的超級(jí)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(jīng) 發(fā)出他們的能量之后，直到系統(tǒng)中沒(méi)有能量，實(shí)時(shí)解出全演化方程。 在該仿真中，發(fā)出的總能量、經(jīng)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(guò)在時(shí)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(shù)據(jù)，因此，可以計(jì)算頻率解析引出效 率。通過(guò)將發(fā)出的總能量與光產(chǎn)生區(qū)域130的實(shí)驗(yàn)已知發(fā)光進(jìn)行匹配， 獲得對(duì)于給定的輸入的單位亮度、單位晶片區(qū)域的絕對(duì)角度解析引出。
可以確信的是，由于開(kāi)口 150建立了根據(jù)圖形150而在層134中 空間上變化的介電函數(shù)，變化解諧圖形150可以提高經(jīng)由表面110叢 LED IOO發(fā)出的、在光產(chǎn)生區(qū)域130中產(chǎn)生的光線的效率，這并不等同 于理論結(jié)果。還可以確信，上述結(jié)果改變了在LEDIOO的輻射模態(tài)(例 如，從表面110發(fā)出光的光模態(tài))和導(dǎo)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(duì)LED IOO的輻射模態(tài)和導(dǎo)引模態(tài)的濃度的改變導(dǎo)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(méi)有圖形150的情況下
被發(fā)射到導(dǎo)引模態(tài)中。在某些實(shí)施例中，確信圖形150(例如，上述的 圖形，或者一個(gè)上述的圖形)可以消除LED100中的所有導(dǎo)引模態(tài)。
可以確信，通過(guò)考慮具有點(diǎn)散射部位的晶體的布拉格散射，可以 理解晶格的解諧效應(yīng)。對(duì)于在以距離d相互間隔的晶格平面中的完美 的晶格，波長(zhǎng)為A的單色光根據(jù)布拉格條件n A =2dsin e而采用一角度 e進(jìn)行散射，其中n是表示散射的階數(shù)的整數(shù)。然而，對(duì)于具有光譜 帶寬AA/入、并且以立體角度A e射入源而言，通過(guò)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(shù)Aa。對(duì)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(jīng)介紹了具有非零解諧參數(shù)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(lái)增加從LED 100的光線引出量。當(dāng)確定給定圖形是否增加從LED 100的光線引出量 和/或何種開(kāi)口圖形可以用來(lái)增加從LED IOO的光線引出量時(shí)，在進(jìn)行 數(shù)值計(jì)算前，首先使用物理圖像(physical insight)來(lái)近似估計(jì)可以增加 光線引出量的基本圖形。
通過(guò)考慮根據(jù)圖形150而在空間上變化的的介電常數(shù)的付立葉變 換，LED100的取出效率可以進(jìn)一步被理解(例如，在弱散射條件中)。 圖4說(shuō)明了對(duì)理想三角形晶格的付立葉變換。沿著平面內(nèi)波向量k的 特定方向進(jìn)入的光線的引出與沿著平面內(nèi)波向量k'(即，平行于圖形 150)進(jìn)入所有輻射模態(tài)的發(fā)射源Sk，有相互的關(guān)連，其中，平面內(nèi)波向 量k可由平面內(nèi)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(shù)eG的相應(yīng)付立葉分量(Fk)的幅度，由下式給 出<formula>formula see original document page 22</formula>
由于光在材料中的傳播通常滿足方程1^(平面內(nèi))+1^(法向)=e (" /c)2，所考慮的最大G被光產(chǎn)生區(qū)域發(fā)射的頻率(")和光產(chǎn)生區(qū)域的介 電常數(shù)所固定。如圖4所示，定義了通常被稱為光能階(lightline)的 倒晶格空間的環(huán)。由于光產(chǎn)生區(qū)域130的有限帶寬，所述光能階為環(huán) 狀結(jié)構(gòu)，但是為了便于說(shuō)明，在此以單色光源的光能階進(jìn)行說(shuō)明。類 似地，在封裝材料內(nèi)的光傳播也受到光能階(圖4中的內(nèi)環(huán))的限制。 因此，通過(guò)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(diǎn)的散射強(qiáng)度ecj，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(diǎn)的增量總和。當(dāng)選擇可以提 高取出效率的圖形時(shí)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(shù)的效應(yīng)。圖5中 的數(shù)據(jù)是使用圖1中示出的LED 100的給定參數(shù)計(jì)算得來(lái)的，但是不 包括具有450納米的尖峰波長(zhǎng)的射出光線，與最近相鄰距離"a"分別 為1.27a、 0.72a、 1.27a+40nm時(shí)的開(kāi)孔的深度、開(kāi)孔的直徑、和n-摻 雜層134的厚度。增加晶格常數(shù)則增建了封裝材料的光能階的G點(diǎn)的 濃度。觀察到具有NND的引出效率的清楚趨勢(shì)。可以確信，對(duì)于NND 的最大引出效率近似等于真空中的光波長(zhǎng)。獲得最大引出效率的原因 在于當(dāng)NND變得大于光波長(zhǎng)時(shí)，由于材料變得更加均勻，降低了散 射效應(yīng)。
例如，圖6示出了增加孔尺寸或填充因子的效應(yīng)。三角形圖形的 填充因子由(2n/V3"(r/a^給出，其中，r是孔的半徑。圖6中的數(shù)據(jù) 是使用用于圖1的LED100的給定參數(shù)計(jì)算出來(lái)的，這些參數(shù)不包括根 據(jù)x軸上的給定填充因子變化的開(kāi)口直徑。當(dāng)散射強(qiáng)度(ec)增加時(shí)， 引出效率隨著填充因子而增加。當(dāng)填充因子為 48%時(shí)，則此特定系統(tǒng) 具有最大值。在某些實(shí)施例中，LED100具有至少大約10% (例如，至少大約15%，至少大約20%)和/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(shù)與在理想三角形晶格 的位置的圖形開(kāi)口的定位相關(guān)，通過(guò)修正理想三角形圖形中的孔同時(shí) 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(gè)實(shí)施例。光線引出量的增加，用 于執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算和對(duì)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(shí)施例中， 修正的(解諧)圖形可以具有置于距離理想位置的開(kāi)口和在理想位置 但是具有不同直徑的開(kāi)口。
在另外一些實(shí)施例中，通過(guò)使用不同的圖形，包括(例如)復(fù)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(fù)雜周期圖形是這樣一種圖形，其以周期性方式進(jìn)行重復(fù)的每 一個(gè)單元體(unit cell)具有一個(gè)以上的特征。例如，復(fù)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(shí)施例中，復(fù)雜周期圖形可以具有帶有一 直徑的一些開(kāi)口和帶有更小直徑的其它開(kāi)口。在此，非周期圖形是這 樣的圖形，在具有為區(qū)域130產(chǎn)生的光線的尖峰波長(zhǎng)的至少50倍的長(zhǎng) 度的單元體上不具有平移對(duì)稱性。非周期圖形的例子包括非周期圖形、 準(zhǔn)晶圖形、羅賓遜圖形和安曼圖形。
圖8示出了對(duì)LED 100、兩種不同復(fù)雜周期圖形的數(shù)值計(jì)算，其 中圖形中的某些開(kāi)口具有特定直徑，圖形中的另一些開(kāi)口具有較小直 徑。圖8中示出的數(shù)值計(jì)算示出具有較小孔(dR)的直徑從O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(shù)據(jù)是使用用于圖1的LED 100的給定參數(shù)來(lái)計(jì)算出來(lái)的，所述給 定參數(shù)不包括根據(jù)圖形的X軸上的給定的填充因子值而變化的開(kāi)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(jìn)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(jìn)行相應(yīng)數(shù)值計(jì)算的方法，和對(duì)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示出具有不詞環(huán)形圖形(復(fù)雜周期圖形)的LED 100的數(shù)值 計(jì)算。環(huán)繞中心孔的第一環(huán)形中的開(kāi)孔數(shù)目對(duì)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(shù)據(jù)是使用圖1中的LED 100的 給定參數(shù)計(jì)算出來(lái)的，所述給定參數(shù)不包括具有450納米的尖峰波長(zhǎng) 的發(fā)射光。圖9中的數(shù)值計(jì)算表明每單元體的圖形數(shù)量從2到4時(shí)的 LED 100的引出效率，其中環(huán)形圖形以重復(fù)方式通過(guò)單元體。光線引出 量的增加，用于執(zhí)行相應(yīng)數(shù)值計(jì)算的方法，和對(duì)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(shù)值計(jì)算。阿基米德圖 形A7是由具有7個(gè)相同間隔的孔的六邊形單元體230構(gòu)成，其中相互 之間的最相鄰距離為a。在單元體230內(nèi)，6個(gè)孔按照正六邊形的形狀 進(jìn)行排列，第七個(gè)開(kāi)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(gòu)成LED的整 個(gè)表面。這就是所說(shuō)的A7填充，因?yàn)?個(gè)孔組成了一個(gè)單元體。類似 地，阿基米德A19由19個(gè)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(gè)孔的內(nèi)六邊形、12個(gè)孔的外六邊形和中心孔在內(nèi)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*(3+VI)、 且沿著邊沿共同構(gòu)成LED的整個(gè)表面。光線引出量的增加，用于執(zhí)行 相應(yīng)數(shù)值計(jì)算的方法，和對(duì)具有圖IO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(shù)據(jù)是使用圖1所示的LED100的 給定參數(shù)計(jì)算出來(lái)的，但是所述給定參數(shù)不包括具有450納米的尖峰 波長(zhǎng)的發(fā)射光線和NND被定義為在各個(gè)單元體內(nèi)的開(kāi)口之間的距離。
圖11示出了具有準(zhǔn)晶圖形的LED 100的數(shù)值計(jì)算。準(zhǔn)晶圖形在(例如)M. Senechal, Quasicrystals and Geometry (Cambridge University Press: Cambridge, England 1996)進(jìn)行了介紹，在此通過(guò)引用結(jié)合進(jìn)來(lái)。該數(shù)值 計(jì)算說(shuō)明了當(dāng)基于8重準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)變化時(shí)引出效率的性能?？梢源_信， 由于準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)允許高的平面內(nèi)軸向?qū)ΨQ性，準(zhǔn)晶圖形呈現(xiàn)出高的引出 效率。光線引出量的增加，用于執(zhí)行相應(yīng)數(shù)值計(jì)算的方法，和對(duì)具有 圖ll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(jì)算的結(jié)果表明準(zhǔn)晶圖形的引出效率達(dá)到大約 82%。圖11所示的數(shù)據(jù)是使用圖1所示的LED 100的給定參數(shù)計(jì)算出 來(lái)的，但是所述給定參數(shù)不包括具有450納米的尖峰波長(zhǎng)的發(fā)射光線 和NND被定義為在各個(gè)單元體內(nèi)的開(kāi)口之間的距離。
雖然在此介紹一些圖形的實(shí)例，應(yīng)當(dāng)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(duì)準(zhǔn)晶或者復(fù)雜周期結(jié)構(gòu)的解諧可以增加引出效率。
在一些實(shí)施例中，由LED100發(fā)出的、且由光產(chǎn)生區(qū)域130產(chǎn)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(jīng)表面110發(fā)出。
在某些實(shí)施例中，LED 100的截面積可以相對(duì)地大，仍然可以呈 現(xiàn)LED IOO的有效光引出效率。例如，LED 100的一個(gè)或多個(gè)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(chǎn) 生區(qū)域130產(chǎn)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90%，至少大約95%)經(jīng)表面110發(fā)出。這允許LED具有相對(duì)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(shí)呈現(xiàn) 良好的功率轉(zhuǎn)換效率。在一些實(shí)施例中，具有LED 100設(shè)計(jì)的LED的引出效率實(shí)質(zhì)上 與LED邊沿的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。例如，具有LED100的設(shè)計(jì)和具有大約0.25 毫米的長(zhǎng)度的一個(gè)或多個(gè)邊沿的引出效率與具有LED 100的設(shè)計(jì)和具 有1毫米的長(zhǎng)度的一個(gè)或多個(gè)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(jù) 光子的能量來(lái)測(cè)量出來(lái))的比率。這允許LED具有相對(duì)大的截面(例 如，至少大約l毫米x至少大約l毫米)，而仍然呈現(xiàn)好的性能。
在一些實(shí)施例中，具有LED 100設(shè)計(jì)的LED的量子效率實(shí)質(zhì)上 與LED邊沿的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。例如，具有LED100的設(shè)計(jì)和具有大約0.25 毫米的長(zhǎng)度的一個(gè)或多個(gè)邊沿的量子效率與具有LED 100的設(shè)計(jì)和具 有1毫米的長(zhǎng)度的一個(gè)或多個(gè)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(chǎn)生的光子數(shù)量與在LED中發(fā)生的電子-空穴重組 合的數(shù)目的比率。這允許LED具有相對(duì)大的截面(例如，至少大約l 毫米x至少大約l毫米)，而仍然呈現(xiàn)好的性能。
在一些實(shí)施例中，具有LED100的設(shè)計(jì)的LED的電光轉(zhuǎn)換效率 (wall plug efficiency)實(shí)質(zhì)上與LED的邊沿?zé)o關(guān)。例如，具有LED100 的設(shè)計(jì)和具有大約0.25毫米的長(zhǎng)度的一個(gè)或多個(gè)邊沿的光電轉(zhuǎn)換效率 與具有LED 100的設(shè)計(jì)和具有1毫米的長(zhǎng)度的一個(gè)或多個(gè)邊沿的光電 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換效率是LED的注入效率(注 入裝置的載子的數(shù)目和在發(fā)光裝置的光產(chǎn)生區(qū)域中重組合的載子數(shù)目 的比率)，LED的輻射效率(導(dǎo)致輻射的電子-空穴重組合與電子-空穴 重組合的總數(shù)目的比率)，和LED的引出效率(來(lái)自LED的光子數(shù)目 與產(chǎn)生的光子總數(shù)目的比率)的乘積。這允許LED具有相對(duì)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(xiàn)好的性能。在一些實(shí)施例中，操控由LED 100經(jīng)表面110發(fā)出的光線的角度 分布將是理想的。為了增加進(jìn)入給定立體角度(givensolidangle)(例 如，進(jìn)入圍繞在表面110的法線方向的一立體角度)的引出效率，檢 查根據(jù)圖形150(如上所述)進(jìn)行空間上變化的介電函數(shù)的付立葉變換。 圖12示出了具有不同晶格常數(shù)的兩個(gè)理想三角形晶格的付立葉變換結(jié) 構(gòu)。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(diǎn)的數(shù) 目和材料光能階中的G點(diǎn)的散射強(qiáng)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(guān)心的是進(jìn)入以法線方向?yàn)橹行?的立體角度的引出效率。因此，通過(guò)減少封裝材料光能階的半徑，限 制了高階G點(diǎn)的引入，這樣G的幅度大于(co(iO)/c。由此可知，通過(guò) 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(diǎn)的數(shù)目，該材料光 能階可有助于在法線方向(F「0)上的引出，同時(shí)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(jìn)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(shù)據(jù)是使用 圖1的LED100的給定參數(shù)計(jì)算出來(lái)的，這些給定參數(shù)不包括具有 530納米的尖峰波長(zhǎng)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(chǎn)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(shí)的深 度、孔直徑和n-摻雜層厚度。當(dāng)晶格常數(shù)增加時(shí)，在狹窄角度的引出 效率以及進(jìn)入所有角度的引出效率也增加。然而，對(duì)于較大的晶格常 數(shù)，即使進(jìn)入所有角度的整個(gè)引出效率增加，進(jìn)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(duì)于460納米的晶格常 數(shù)，計(jì)算得出進(jìn)入集合半角的引出效率大于25%。 BP,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(xiàn)出圖形的 瞄準(zhǔn)效應(yīng)(collimationeffect)?？梢源_信，任何可以增加材料光能階的G 點(diǎn)的數(shù)目、同時(shí)限制封裝材料光能階中的G點(diǎn)的數(shù)目為k=0時(shí)的G點(diǎn) 的圖形可以改善進(jìn)入以法線方向?yàn)橹行牡牧Ⅲw角度的引出效率。
上述方法尤其有用于降低通常正比于112的源音域，其中n表示周?chē)牧?例如，封裝材料)的折射率。因此，可以確信降低LED100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(shí)施例中，使用空氣的封裝材料可以降低源音域，同時(shí)增加進(jìn)入以法線方向?yàn)橹行牡慕o定的收集角度的引出效率。
在一些實(shí)施例中，當(dāng)區(qū)域130產(chǎn)生的光線經(jīng)表面110從LED100發(fā)出時(shí)，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(shí)施例中，當(dāng)區(qū)域130產(chǎn)生的光線經(jīng)表面110從LED100發(fā)出時(shí)，經(jīng)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IIO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(duì)高比例的光線的能力，或者相對(duì)高光線引出率可以允許在給定的圓片上制作相對(duì)高密度的LED。例如，在一
些實(shí)施例中，在每平方厘米的圓片上具有至少大約5個(gè)LED(例如，至少大約25個(gè)LED，至少大約50個(gè)LED)。
在一些實(shí)施例中，希望修正相對(duì)于光產(chǎn)生區(qū)域130產(chǎn)生的光線的波長(zhǎng)的自封裝LED100發(fā)出的光線的波長(zhǎng)。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(chǎn)生的波長(zhǎng)的光線相互作用，以提供希望波長(zhǎng)的光線。在一些實(shí)施例中，期望從LED100發(fā)出的光線實(shí)質(zhì)上為白光。在這些實(shí)施例中，層180中的磷材料可以由(例如)(Y， Gd) (Al， Ga)G:Ce3+或釔鋁石榴石("YAG" (yttrium, aluminum, garent))構(gòu)成。當(dāng)由光產(chǎn)生區(qū)域130發(fā)出的藍(lán)光所激發(fā)時(shí)，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(zhǎng)為中心的寬頻譜的光線(例如，各向同性)。對(duì)經(jīng)由LED IOO所發(fā)出的總光譜的觀測(cè)器可以看到黃光磷材料寬發(fā)射光譜、藍(lán)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(shí)施例中，層180實(shí)質(zhì)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(duì)于LED 100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l毫米xl毫米。由于層180是均勻地淀積在表面10上，層180中的磷材料實(shí)質(zhì)上可由經(jīng)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(duì)的薄，使得光產(chǎn)生區(qū)域130發(fā)出的光線在近似均勻地在LED100的整個(gè)表面110上的磷層180中被轉(zhuǎn)換成較低波長(zhǎng)的光線。因此，相對(duì)薄的、均勻的磷層180產(chǎn)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(shù)。
總之，可以根據(jù)需要制作LED 100。通常，LED 100的制作涉及各個(gè)淀積、激光處理、微影和蝕刻步驟。
參見(jiàn)圖15，包含淀積在藍(lán)寶石襯底502上的LED材料堆疊層的LED圓片500已經(jīng)可以使用并且可以從供應(yīng)商處購(gòu)買(mǎi)得到。在藍(lán)寶石襯底502上依序設(shè)置了緩沖層504、 n-摻雜Si:GaN層506、提供了電流擴(kuò)散層180的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)或者超晶格、InGan/GaN多量子阱光產(chǎn)生區(qū)域510、 p-摻雜Mg:GaN層512。市面上供應(yīng)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(gè)LED管芯從而形成各個(gè)裝置。在切割圓片之前，多個(gè)圓片批量處理步驟被用來(lái)將p-摻雜層128定位在光產(chǎn)生區(qū)域130的相同側(cè)，作為映像層126。
參見(jiàn)圖16，相對(duì)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(duì)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(kuò)散阻擋層，以減少雜質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)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?dú)?、氫氣、空氣或者成型氣體之中、以400-600攝氏度之間、對(duì)LED圓片500進(jìn)行退火處理30到300秒，以得到歐姆接觸。
參見(jiàn)圖17，通過(guò)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(lái)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，AuSn結(jié)合層610被淀積(例如，使用熱蒸發(fā))在層608上。在氮?dú)?、氫氣、空氣或者成型氣體之中、以350-500攝氏度之間、對(duì)LED圓片500進(jìn)行退火處理30到300秒，以得到歐姆接觸。
通過(guò)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(jié)合(例如，利用熱機(jī)械壓合)在一起。層510和層610形成了共晶結(jié)合(eutecticbond)。然后冷卻組合的圓片夾層，并且從壓合中移去結(jié)合的夾層。
在結(jié)合之后，通過(guò)激光掀開(kāi)工藝將襯底502從結(jié)合的結(jié)構(gòu)中移去。激光掀去工藝在(例如)美國(guó)專利6，420，242、 6,071,795進(jìn)行了介紹，在此通過(guò)引用結(jié)合進(jìn)來(lái)。在一些實(shí)施例中，248納米的激光束從襯底502穿過(guò)進(jìn)行照射、在靠近與藍(lán)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(guò)鎵的熔點(diǎn)，在該溫度點(diǎn)通過(guò)施加到藍(lán)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(dāng)從GaN外延堆疊層移去藍(lán)寶石襯底502時(shí)，在堆疊中的應(yīng)力(由于襯底502和堆疊之間的晶格不匹配產(chǎn)生)被從堆疊中去除。這允許在結(jié)合至襯底502時(shí)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(duì)平坦的形狀。當(dāng)選擇載具120以防止在激光掀去工藝中產(chǎn)生裂痕時(shí)，則需要考慮熱膨脹系數(shù)。此外，通過(guò)在步驟中基本上進(jìn)行場(chǎng)重疊和重復(fù)工藝，可以降低在激光掀去工藝中的裂痕。參見(jiàn)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?？梢詫?duì)粗糙的表面700進(jìn)行平坦化、薄型化(例如，采用化學(xué)-機(jī)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(guò)引入一個(gè)局部非平面接觸到裝置IOO來(lái)有助于增加裝置的引出效率。與精細(xì)的平滑表面，粗糙的表面提高了當(dāng)光射線以多次方式撞擊表面700時(shí)，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(guò)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(shù)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(guò)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(guò)程中，n-摻雜層506的表面實(shí)質(zhì)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(lái)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(yù)先淀積蝕刻掩模。
已刻圖的層704被用來(lái)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(shí)質(zhì)上被用作為掩模以將圖形傳送到ii-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(shí)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(kāi)口的底部和側(cè)面涂敷，實(shí)質(zhì)上沒(méi)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(guò)CVD，濺射，以隨后蒸發(fā)的方式形成的液態(tài)粘結(jié)劑進(jìn)行懸浮)。在一些實(shí)施例中，封裝材料可包括一種或多種磷材料。在一些實(shí)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(shí)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-摻雜層506中創(chuàng)建介電函數(shù)圖形之后，可以從圓片切割出各個(gè)LED管芯。 一旦完成圓片處理和圓片測(cè)試，分離和制作各個(gè)LED以進(jìn)行封裝和測(cè)試。可以使用側(cè)面鈍化步驟和/或預(yù)分離深斜角蝕刻步驟來(lái)降低在圓片切割中發(fā)生的對(duì)刻圖LED的電和/或光特性的潛在損壞。單個(gè)LED的尺寸可以是達(dá)到圓片本身的尺寸的任何尺寸，但是各個(gè)LED通常是方形或者矩形，其側(cè)面邊長(zhǎng)在大約0.5毫米到5毫米之間。為了創(chuàng)建管芯，使用標(biāo)準(zhǔn)的光印刷技術(shù)來(lái)限定在用于對(duì)裝置進(jìn)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(shí)還提供管芯的機(jī)械和環(huán)境保護(hù)。例如，當(dāng)不使用封裝材料時(shí)，可以在LED管芯上封裝透明蓋板來(lái)保護(hù)層506的刻圖表面。使用在熔爐中溶化的玻璃粉料(glassy frit)來(lái)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(shù)脂(例如)來(lái)連接支撐件的相對(duì)端部。支撐件通常被鍍鎳以便于悍接到封裝的鍍金表面上。可以確信，沒(méi)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(fù)載。封裝材料的惡化通常是標(biāo)準(zhǔn)LED的共有失效機(jī)制，并且可以不使用封裝材料層來(lái)避免。由于LED是從較大面積平坦的圓片中切割出來(lái)，它們的每單位面
積的光線輸出不會(huì)隨著面積而降低。同樣，由于從圓片中切割出來(lái)的
各個(gè)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(gè)可單獨(dú)尋址的LED。如果一個(gè)LED不工作(由于大的缺 陷)，由于各個(gè)裝置被緊密地封裝，不會(huì)顯著地影響陣列的性能。
雖然已經(jīng)介紹了一些實(shí)施例，其他的實(shí)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(guān)的層，其他的 厚度也是可能的。總之，發(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(gè)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(lái)增加在光產(chǎn)生區(qū)域130的光學(xué)模式的 空間重疊，以增加在區(qū)域130中產(chǎn)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(shí)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)禾口/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(shí)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)和/或最多大約l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(shí)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)和/或最多大約1 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(shí)施例中，光產(chǎn)生區(qū)域130具有有至少大約IO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(xué) 放大器。作為其他的例子，雖然已經(jīng)介紹電流擴(kuò)散層132作為n-摻雜層134 的分離層，在一些實(shí)施例中，電流擴(kuò)散層可以與層134(例如， 一部分) 成為一體。在這樣的實(shí)施例中，電流擴(kuò)散層可以是層134的相對(duì)高的 n-摻雜部分或者共質(zhì)界面(例如，AlGaN/GaN)以形成2維電子氣體。
在另一個(gè)例子中，雖然介紹了某些半導(dǎo)體材料，也可以使用其他 的半導(dǎo)體材料?？傊?，可以使用的任何半導(dǎo)體材料(例如，III-V半導(dǎo) 體材料、有機(jī)半導(dǎo)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(jī)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)-l, 4-對(duì)位苯乙二烯]或者對(duì)苯乙炔(MEH-PPV)的共軛聚合 物。
在又一個(gè)例子中，雖然已經(jīng)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(biāo)準(zhǔn)大約300微米的LED)。
在另一個(gè)例子中，雖然已經(jīng)介紹了其中圖形由孔形成的、根據(jù)圖 形在空間上變化的介電函數(shù)，所述圖形還可以其他方式形成。例如， 在適當(dāng)?shù)膶又?，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(shù)的圖 形。例如，具有不同介電函數(shù)的材料可以刻圖在適當(dāng)層上。還可以使 用這些圖形的組合。
在又一個(gè)例子中，雖然已經(jīng)介紹了層126由銀形成，還可以使用 其他的材料。在一些實(shí)施例中，層126由可以反射光產(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)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(gè)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、銅鎢、氮化鋁、碳化硅、氧化鈹、鉆石、TEC、和鋁。
在另一個(gè)例子中，雖然已經(jīng)介紹了層126由吸熱材料形成，在一 些實(shí)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(shí)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(gè)例子中，雖然已經(jīng)介紹了除了利用整個(gè)光產(chǎn)生區(qū)域之外， 在介電函數(shù)中的可變圖形僅進(jìn)入n-摻雜層134(其實(shí)質(zhì)上可以降低表面 重組合載子損失的可能性)，在一些實(shí)施例中，在介電函數(shù)中的可變 圖形可以延伸超出n-摻雜層(例如，進(jìn)入電流擴(kuò)散層132，光產(chǎn)生區(qū)域 130，和/或p-摻雜層128)。
在另一個(gè)例子中，雖然已經(jīng)介紹了可將空氣放置在表面110和蓋 板滑片140之間的實(shí)施例，在一些實(shí)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?dú)?、空氣或者較 高熱導(dǎo)的氣體。在這些實(shí)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，具有小于入/5的任意分布、 各種尺寸和外形的特征)。
在一些實(shí)施例中，發(fā)光裝置可包括磷材料層，該磷材料涂敷在表 面IIO、蓋板滑片140和支撐件142上。
在一些實(shí)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(shí)施例中，表面IIO可以刻圖或者不刻圖。
在一個(gè)替換的實(shí)現(xiàn)中，由光產(chǎn)生區(qū)域130發(fā)射的光線為UV(或者紫，藍(lán))，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(lán)色磷材料(例如 (Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Ch Eu2+)的混合物。
權(quán)利要求
1. 一種方法，包括將第一多重材料堆疊層與第二多重材料堆疊層結(jié)合以形成材料堆疊，其中所述第一多重材料堆疊層包括載具；和由所述載具支承的結(jié)合層；并且所述第二多重材料堆疊層包括襯底；和由所述襯底支承的包含量子阱的區(qū)域；以及從所述材料堆疊去除所述襯底，處理所述多重材料堆疊層以形成發(fā)光裝置，其中所述發(fā)光裝置在表面上具有增加光引出量的形貌特征。
2. 加權(quán)利要求l所述的方法，其中從所述材料堆疊去除所述襯底 包括加熱所述材料堆疊的犧牲層。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中從所述材料堆疊去除所述襯底 包括分解所述犧牲層的至少一部分。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中加熱所述犧牲層包括將所述犧 牲層曝光于由激光器發(fā)出的輻射。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中去除所述襯底包括使用激光器 掀去工藝來(lái)曝光所述襯底。 '
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述發(fā)光裝置具有粗糙的表面。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述發(fā)光裝置具有圖形表面。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述圖形表面包括在表面中形 成的多個(gè)孔。
9. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述發(fā)光裝置為L(zhǎng)ED。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二多重材料堆疊層還 包括位于所述襯底和所述包含量子阱的區(qū)域之間的n-摻雜層。
11. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述第二多重材料堆疊層還包括 由所述包含量子阱的區(qū)域支承的p-摻雜層。
12. 如權(quán)利要求ll所述的方法，其中所述第二多重材料堆疊層還 包括由所述p-摻雜層支承的歐姆接觸層。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述第二多重材料堆疊層還 包括由所述p-摻雜層支承的反射層。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述第二多重材料堆疊層還 包括由所述反射層支承的擴(kuò)散阻擋層。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第二多重材料堆疊層還 包括由所述擴(kuò)散阻擋層支承的含金層。
16. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述第二多重材料堆疊層還 包括由所述歐姆接觸層支承的反射層。
17. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一多重材料堆疊層還 包括位于所述載具和所述結(jié)合層之間的接觸層。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一多重材料堆疊層還 包括位于所述載具和所述結(jié)合層之間的含金層。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了發(fā)光裝置及其相關(guān)元件、系統(tǒng)和方法。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101459214SQ200810166140
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2004年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月15日
發(fā)明者亞歷克斯易·A·爾恰克, 史考特·W·鄧肯, 約翰·W·葛瑞福, 麥可·格雷葛利·布朗 申請(qǐng)人:發(fā)光裝置公司