專利名稱：復合高反射層的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管，并且涉及具有高反射率接觸的發(fā)光二極管和形成該接觸的方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)是將電能轉(zhuǎn)換為光能的固態(tài)裝置，并且通常包括夾在相對的n型摻雜層和P型摻雜層之間的半導體材料的一個或多個有源層。當向摻雜層施加一偏壓時，空穴和電子被注入到有源層中進行重組發(fā)光。光線從有源層和LED的所有表面發(fā)射出來。對于典型的LED，期望以最高的發(fā)光效率操作，并且可測量發(fā)光效率的一個方法是通過與輸入功率相關(guān)的發(fā)射強度或每瓦流。最大化發(fā)光效率的一個方法是最大化地提取 LED的有源區(qū)發(fā)射的光。對于具有單一出光(outcoupling)表面的傳統(tǒng)LED，外量子效率可能會受到來自LED發(fā)射區(qū)的光線的全內(nèi)反射(TIR)的限制。TIR可能由LED的半導體和周圍環(huán)境之間的折射率的巨大差異引起。一些LED具有相對較低的光提取效率，這是因為與周圍材料(如環(huán)氧樹脂)的折射率相比襯底具有較高的折射率。這種差異產(chǎn)生了小出射錐，來自有源區(qū)的光線會從襯底通過小出射錐傳輸?shù)江h(huán)氧樹脂中，并最終從LED封裝件出射。沒有出射的光會被半導體材料或反射光的表面吸收。已經(jīng)研制出不同的方法來減少TIR并改進整體光提取，其中比較流行的一個方法是表面織構(gòu)。通過提供允許光子有很多機會找到出射錐的可變表面，表面織構(gòu)增加了光出射幾率。沒有找到出射錐的光繼續(xù)進行TIR，并且從織構(gòu)表面以不同角度反射直至找到一出射錐。一些文章中已討論了表面織構(gòu)的優(yōu)點。[參看Windisch等的Impactof Texture~Enhanced Transmission on High-Efficiency Surface Textured LightEmitting Diodes, AppI. Phys. Lett.，Vol. 79，No. 15，2001 年 10 月，第 2316-2317 頁；Schnitzer 等的 30% External Quantum Efficiency From Surface Textured,Thin FilmLight Emitting Diodes, AppI. Phys. Lett. , Vol. 64, No. 16,1993 年 10 月，第 2174-2176 頁；Windisch 等的 Light Extraction Mechanisms in High—Efficiency Surface TexturedLight Emitting Diodes, IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics,Vol. 8，No. 2，2002 年 3/4 月，第 248-255 頁；Streubel 等的 High Brightness AlGaNInPLight Emitting Diodes, IEEE Journal on Selected Topics m Quantum Electronics,Vol. 8，No. 2002 年 3/4 月]。同樣屬于Cree公司的美國專利第6，657，236號公開了形成于半導體層上的結(jié)構(gòu)，用于提聞LED的光提取。提高光提取效率的另一個方法是提供對光進行反射的反射表面，從而幫助從LED芯片或LED封裝件進行有效發(fā)射。在圖I所示的典型LED封裝件10中，單個LED芯片12通過焊膏粘合劑或?qū)щ娦原h(huán)氧樹脂安裝在反射杯13上。一條或多條焊線11將LED芯片12的歐姆觸點連接至引線15A和/或15B，所述引線可附接于反射杯13或與之為一體。反射杯可填充有封裝材料16，所述封裝材料可包括波長轉(zhuǎn)換材料，如磷光體。由LED發(fā)射的第一波長的光可被磷光體吸收，磷光體可響應地發(fā)射第二波長的光。然后整個組件被封裝在透明的保護樹脂14中，該保護樹脂可被模塑成透鏡的形狀，以校準從LED芯片12發(fā)射的光。當反射杯13可能沿向上方向引導光時，光反射時可能會發(fā)生光學耗損。由于實際的反射體表面的反射率低于100%, —些光可能被反射杯吸收。一些金屬在感興趣的波長范圍內(nèi)可能具有小于95%的反射率。圖2示出了另一 LED封裝件，其中，一個或多個LED芯片22可安裝在一載體(carrier)上，如印刷電路板(PCB)載體、襯底或子底座23。安裝在子底座23上的金屬反射體24環(huán)繞LED芯片22，并反射由LED芯片22發(fā)射的光離開封裝件20。反射體24還對LED芯片22提供機械保護。在LED芯片22上的歐姆接觸和子底座23上的電跡線25A、25B之間設有一條或多條連接焊線11。然后，用封裝劑26覆蓋所安裝的LED芯片22，該封裝劑可對芯片提供環(huán)境保護和機械保護，同時還用作透鏡。典型地，金屬反射體24借助焊膏或環(huán)氧樹脂粘合劑附接于載體上。當光因為金屬反射體也具有低于100%的反射率而被反射時，該金屬反射體24也可能發(fā)生光學耗損。
圖I和圖2所示的反射體布置成反射從LED出射的光。還研制出了具有用以向LED內(nèi)部反射光的內(nèi)反射表面的LED。圖3示出了 LED芯片30的示意圖，該LED芯片具有通過金屬粘合層36安裝在子底座34上的LED32。該LED進一步包括位于LED 32和金屬粘合層36之間的p接觸/反射體38，其中反射體38通常包含金屬，如銀(Ag)。這種布置用于市場上可獲得的LED中，如來自Cree公司的在LED的EZBrightTM家族下可獲得的那些LED。反射體38可朝向子底座反射LED芯片發(fā)射的光，并反射回LED的主發(fā)射表面。反射體還將TIR光反射回LED的主要發(fā)射表面。如同上述的金屬反射體,反射體38反射少于100%的光,且在一些情況中，反射少于95%的光?？墒褂帽∧ぴO計軟件(如來自SoftwareSpectra公司(www. sspectra. com)的TFCalc )由材料的光學常數(shù)來計算半導體層上的金屬膜的反射率。圖4示出一示圖40,該示圖示出了氮化鎵(GaN)上的Ag以不同視角反射波長為460nm的光的反射率。GaN的折射率為2. 47，而銀的復折射率在技術(shù)文獻中可得到。[參看E. Palik.編寫的 Handbook of Optical Constants of Solidsl。該不圖不出了 p 極化反射率42、s極化反射率44和平均反射率46，其中平均反射率46通常示出金屬的用以LED目的的總反射率，在LED中以隨機極化產(chǎn)生光。0度時的反射率低于90度時的反射率，并且這種差異會導致高達5%或更多的光在每次反射中耗損。在LED芯片中，一些情況是，TIR光線在出射之前會多次鏡面反射，因此，鏡面吸收中的小變動會導致LED亮度發(fā)生重大改變。每次反射時鏡面吸收的累積效應會減弱光強度，使得實際上來自LED的有源區(qū)的少于75%的光作為LED光出射。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種用于LED和LED芯片中的高反射層，以提高發(fā)射效率。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管(LED)芯片的一個實施方式包括位于兩個相對的摻雜層之間的有源區(qū)。布置有一復合高反射層，以反射從有源區(qū)發(fā)射的光。該復合層包括第一層、位于第一層上的一個或多個第二層以及多個第三層。第二層具有與第三層不同的折射率。第二層和第三層交替布置，并且每個第三層具有與其他第三層不同的厚度。在第二層和第三層的最上面包括反射層。根據(jù)本發(fā)明的LED芯片的另一實施方式包括子底座，LED安裝在該子底座上。一復合高反射層布置在子底座和LED之間，以反射LED光。該復合層包括多個層和穿過復合層的導電路徑，電信號可通過該復合層到達LED。根據(jù)本發(fā)明的LED芯片的另一實施方式包括LED和一復合高反射層，該復合高反射層與LED形成一體，以反射從有源區(qū)發(fā)射的光。該復合層包括第一層以及位于第一層上的交替布置的多個第二層和第三層。第二層和第三層具有不同的折射率，并且第一層是第二層和第三層中最厚的層的厚度的至少三倍。根據(jù)本發(fā)明的LED芯片的又一實施方式包括LED和一復合高反射層，該復合高反射層與LED形成一體，以反射從LED發(fā)射的光。該復合層包括第一層、位于第一層上的一個或多個第二層以及多個第三層，其中第二層和第三層包括不完全(incomplete)的第二層對和第三層對。通過以下詳細描述和借助實例示出本發(fā)明特征的附圖，本發(fā)明的這些和其他方面和優(yōu)勢將變得顯而易見。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)中的LED燈的一個實施方式的剖視圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的LED燈的另一實施方式的剖視圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)中的LED芯片的另一實施方式的剖視圖；圖4是示出了金屬反射體在不同視角下的反射率的示圖；圖5a是根據(jù)本發(fā)明的一種方法中一制作步驟下的LED芯片的一個實施方式的剖視圖；圖5b是圖5a中的LED芯片在下一制作步驟時的剖視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的復合層的一個實施方式的剖視圖；圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的一復合層的反射率的示圖；圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的一復合層的反射率的圖表；圖9是根據(jù)本發(fā)明的復合層的另一實施方式的剖視圖；圖IOa是根據(jù)本發(fā)明的LED的另一實施方式的剖視圖；圖IOb是圖IOa中的LED在下一制作步驟時的剖視圖；圖IOc是圖IOb中的LED在下一制作步驟時的剖視圖；圖IOd是圖IOc中的LED在下一制作步驟時的剖視圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的復合層的一個實施方式的平面圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明的復合層的另一實施方式的平面圖；圖13a是根據(jù)本發(fā)明的LED芯片的另一實施方式的剖視圖；圖13b是圖13a中所示的LED芯片在下一制作步驟時的剖視圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明的LED芯片的另一實施方式的剖視圖；以及圖15是根據(jù)本發(fā)明的LED芯片的再一實施方式的剖視圖。
具體實施例方式本發(fā)明針對固態(tài)發(fā)射器和制作固態(tài)發(fā)射器的方法，其中該固態(tài)發(fā)射器設有一個或多個復合高反射率接觸或?qū)?，用以增加發(fā)射器的發(fā)射效率。在此參照發(fā)光二極管(LED)描述本發(fā)明，但是應該理解的是，本發(fā)明同樣可應用于其他固態(tài)發(fā)射器。本發(fā)明可用作與一個或多個接觸結(jié)合的反射體或者可用作與接觸分離的反射體。復合接觸/層(“復合層”)改進的反射率減少了反射從有源區(qū)發(fā)出的沿離開有效光發(fā)射的方向的光時可能發(fā)生的光學耗損，所述方向諸如朝向襯底或子底座，并且還減少了 TIR光在LED內(nèi)反射時可能發(fā)生的耗損。本發(fā)明的實施方式提供可包括復合層的各個層的各種獨特組合。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，復合層可包括第一相對較厚層、具有不同折射率和不同厚度的第二層和第三層、以及反射層。復合層可位于很多不同的位置，如LED的外表面上或LED的內(nèi)部。、本發(fā)明的不同實施方式還提供具有導電通孔或路徑設置的復合層，所述導電通孔或路徑設置提供貫穿復合層的導電路徑。這允許電信號沿著通孔經(jīng)過復合層，使得復合層可用作內(nèi)層，其中電信號在操作過程中經(jīng)過復合層。如下所詳細描述的，這種通孔設置可采取各種不同的形狀和尺寸。在此參照某些實施方式來描述本發(fā)明，但是，應該理解的是，本發(fā)明可以體現(xiàn)為很多不同的形式，不應該局限于此處闡述的實施方式來構(gòu)建。尤其是，除了此處描述的那些層之外，復合層還可包括不同材料制成的具有多種不同厚度的多種不同的層。除了此處描述的位置之外，復合層可位于不同固態(tài)發(fā)射器上的多個不同位置上。此外，復合層可具有或不具有允許電信號通過的導電結(jié)構(gòu)。還應該理解的是，當提到一個元件(如層、區(qū)域或襯底)設于另一個元件“上”時，它可直接位于另一個元件上，或者還可存在插入元件。此外，此處可使用相關(guān)術(shù)語，如“內(nèi)部”、“外部”、“上部”、“上方”、“下部”、“下方”和“下面”以及類似的術(shù)語，以描述一個層或另一個區(qū)域的關(guān)系。應該理解的是，這些術(shù)語用來包括裝置的除了附圖中描述的方位之外的不同方位。盡管此處可使用術(shù)語第一、第二等來描述各種元件、部件、區(qū)域、層和/或區(qū)段，但是這些元件、部件、區(qū)域、層和/或區(qū)段不應該限于這些術(shù)語。這些術(shù)語僅用于將一個元件、部件、區(qū)域、層或區(qū)段與另一個區(qū)域、層或區(qū)段區(qū)分開來。因此，下面討論的第一元件、部件、區(qū)域、層或區(qū)段可稱為第二元件、部件、區(qū)域、層或區(qū)段，而不會背離本發(fā)明的宗旨。在此參照作為本發(fā)明實施方式的示意圖的橫截面視圖來描述本發(fā)明的實施方式。同樣地，各個層的實際厚度可能不同，并且可預期由于例如制造技術(shù)和/或公差而造成的視圖形狀的變化。本發(fā)明的實施方式不應該限于此處所示區(qū)域的特殊形狀來構(gòu)建，而是包括由于例如制造引起的形狀上的偏差。典型地，由于標準制造公差，所示或所述的方形或矩形的區(qū)域?qū)⒕哂袌A形或彎曲特征。因此，附圖所示出的區(qū)域?qū)嶋H上是示意性的，并且它們的形狀不是用于示出裝置的區(qū)域的精確形狀，而且不用來限制本發(fā)明的范圍。圖5a和圖5b示出根據(jù)本發(fā)明的LED芯片50的一個實施方式，盡管參照單一 LED芯片的制作來描述本發(fā)明，但是，應該理解的是，本發(fā)明還可應用于晶圓級LED的制作、LED群的制作或封裝的LED芯片的制作。然后，可將晶圓或LED群利用已知的分割或劃片方法分離成單獨的LED芯片。還參照具有豎向幾何布置即倒裝芯片的LED芯片來描述該實施方式。如下面進一步描述的，本發(fā)明可與其他LED布置一起使用，如橫向幾何結(jié)構(gòu)的LED和非倒裝芯片方位。LED芯片50包括可具有以不同方法布置的多個不同半導體層的LED52。LED的制作和操作在現(xiàn)有技術(shù)中通常是眾所周知的，因此在此僅簡要地討論?？衫靡阎に噥碇谱鱈ED 52的各層，其中一種適宜的工藝是利用MOCVD進行制作。LED 52的各層通常包括夾在相對的n型摻雜的外延層56和p型摻雜的外延層58之間的有源層/區(qū)54，所有的這些層相繼形成于生長襯底60上。應該理解的是，LED 52中也可包括其他層和元件，包括但不限于緩沖層、成核層、接觸層和電流擴散層以及光提取層和元件。有源區(qū)54可包括單量子阱(SQW)、多量子阱(MQW)、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)或超晶格結(jié)構(gòu)。有源區(qū)54和層56、58可由不同的材料體系制作而成，其中，優(yōu)選的材料體系是第III族氮化物基材料體系。第III族氮化物參看形成于周期表的III族中的氮和其他元素(通常為鋁(Al)、鎵(Ga)和銦(In))之間的半導體化合物。該術(shù)語還涉及三元化合物和四元化合物，如氮化鋁鎵(AlGaN)和氮化鋁銦鎵(AlInGaN)。在一個實施方式中，n型層56和P型層58為氮化鎵(GaN)，而有源區(qū)54包括InGaN。在替代實施方式中，n型層56和p型 層58可以為AlGaN、砷化鋁鎵(AlGaAs)或磷化砷化鋁鎵銦(AlGaInAsP)及相關(guān)化合物。生長襯底60可由多種材料制作而成，如藍寶石、碳化硅、氮化鋁(AlN)、GaN，其中一種適宜的襯底是碳化硅的4H多型體，但也可使用其他的碳化硅多型體，包括3C、6H和15R多型體。碳化硅具有一定的優(yōu)勢，如與藍寶石相比，與第III族氮化物的晶格更加匹配，因此形成更高質(zhì)量的第III族氮化物膜。碳化硅還具有非常高的導熱性，使得碳化硅上的第III族氮化物裝置的總輸出功率不受襯底散熱性的限制(如同形成在藍寶石上的一些裝置的情況)。美國北卡羅來納州達勒姆的Cree研究公司可獲得SiC襯底，而科學文獻以及美國專利第34，861號、第4，946，547號和第5，200，022號中提出了生產(chǎn)SiC襯底的方法。LED 52的不同實施方式可發(fā)射出不同波長的光，這取決于有源區(qū)54以及n型層56和p型層58的組成。在示出的實施方式中，LED 50發(fā)射波長范圍約為450_460nm的藍色光。LED芯片50還可被覆蓋以一種或多種轉(zhuǎn)換材料，如磷光體，使得來自LED的至少一部分光經(jīng)過一種或多種磷光體，并轉(zhuǎn)換成一種或多種不同波長的光。在一個實施方式中，LED芯片發(fā)射由來自LED的有源區(qū)的光和來自一種或多種磷光體的光組合而成的白光。在第III族氮化物裝置的情況中，電流通常沒有有效地擴散經(jīng)過P型層58，并且眾所周知，一薄的電流擴散層64可覆蓋部分或整個p型層58。該電流擴散層有助于擴散電流從P型接觸經(jīng)過P型層58的表面，以提供改進的電流擴散經(jīng)過p型層，在從p型層至有源區(qū)的電流注入方面具有相應的改進。電流擴散層64通常是金屬(如鉬(Pt))或透明的導電氧化物(如氧化銦錫(ITO))，但也可使用其他材料。電流擴散層可具多種不同的厚度，在一個實施方式中，ITO擴散層的厚度大約為115nm。電流擴散層64以及包括下述復合層的各層可利用已知的方法進行沉積。應該理解的是，在不關(guān)注電流擴散的實施方式中，可提供復合層而不提供電流擴散層?，F(xiàn)在參照圖5b，一復合高反射層62可沉積在p型層58上，并且在示出的實施方式中，電流擴散層設于反射層62和p型層之間。與標準的金屬接觸或分布式布拉格反射體(DBR)相比，根據(jù)本發(fā)明的復合層62對LED 52產(chǎn)生的光的波長具有較高的反射率。該復合層通常包括一較厚材料層，接著是多個較薄層，這些層組合以提供改進的反射率。本發(fā)明提供具有所需反射率的復合層，還最小化了層的數(shù)量，使得制造復雜性和成本最小化?，F(xiàn)在參照圖6，示出了可包括根據(jù)本發(fā)明的復合層的一個實施方式的不同層，但應該理解的是，也可使用多種不同的材料、厚度和數(shù)量的層。復合層的第一層66設于電流擴散層64上，并且第一層可包含多種不同的材料，其中優(yōu)選的材料包括電介質(zhì)?？墒褂貌煌碾娊橘|(zhì)材料，如SiN、SiO2, Si、Ge、MgOx, MgNx, ZnO、SiNx, SiOx、合金或其組合物，本實施方式中示出的第一層66的材料包括Si02。該第一層66應當相對較厚，以提供可靠的視角分界點，在該視角分界點之后，復合層反射率約為100%，并且在與發(fā)藍光的LED —起使用的一個實施方式中，第一層66可具有500nm至650nm范圍內(nèi)的厚度，在一個實施方式中，具有約為59 Inm的厚度?，F(xiàn)在參照圖7中的示圖72，示出了用于藍色波長光的厚度范圍為500nm至650nm的第一層66在不同視角時的p極化反射率74、s極化反射率76和平均反射率78。視角分界位于大約36度的視角處。也就是說，復合層62的反射率在視角大于約36度時大約是100%，而在小于36度的某些視角時的反射率會低到94%。
現(xiàn)在再次參照圖6，為了改進較低視角時的反射率并改進角度平均反射率(AAR)，復合層62還可包括第二層68a、68b和第三層70a、70b，其中第二層和第三層由具有不同折射率的材料制作而成。在不同實施方式中，各層可使用不同的材料，并且可包括不同數(shù)量的層，其中在示出的實施方式中，具有兩個包含SiO2的第二層68a和68b以及兩個包含TiO2的第三層70a和70b。SiO2的折射率為I. 46，而TiO2的折射率為2. 34。兩個SiO2層可具有不同的厚度，且兩個TiO2層可具有不同的厚度，這提供了與標準DBR不同的復合層，在DBR中，不同材料的各層具有相同的厚度。該類DBR的一個實例是1/4波長的DBR，其中，每個第二 SiO2層和第三TiO2層可具有基本相同的光學厚度，大約等于光的1/4波長。在復合層的其他實施方式中，Ta2O5可用來替代TiO2。對于示出的與發(fā)藍光的LED結(jié)合使用是復合層實施方式，第二層68a和68b可分別具有IOOnm至120nm和約40nm至60nm范圍內(nèi)的厚度，在一個實施方式中，第二層的厚度約為108nm至53nm。第三TiO2層70a和70b可分別具有55nm至75nm和35nm至55nm范圍內(nèi)的厚度，在一個實施方式中，其厚度分別為大約65nm和46nm。復合層62還可包括位于第二層68b上的反射層71，利用已知方法(如濺射法)沉積該反射層。反射層71可具有多種不同的厚度，并且可包含多種不同的反射材料，其中適宜的材料是Ag、Al和Au。材料的選擇可取決于很多因素，其中一個因素是所反射的光的波長。在示出的反射藍色波長光的實施方式中，反射層可包含Ag，厚度約為200nm。在其他實施方式中，反射層71可包括復合金屬層，如TiAg、NiAg、CuAg或PtAg,并且在一些實施方式中，這些復合層對于所成形于其上的層可提供改進的粘著力，如對于第二層68b。替換地，在第二層68b和反射層之間可包括一薄材料層，如氧化銦錫(ITO)、Ni、Ti或Pt，也可改進粘著力。與標準的1/4波長的DBR相比，復合層62的結(jié)構(gòu)提供了改進的AAR。盡管這種布置提供這種改進可能有多種原因，但是，經(jīng)證實，其中一個原因是第二層68a、68b和第三層70a、70b的不同厚度不同地呈現(xiàn)出各個入射角度的光。也就是說，光將以各個不同的角度到達復合層62，并且在這些不同的角度下，第二層68a、68b和第三層70a、70b可以不同的厚度出現(xiàn)，如1/4波長厚度的幾倍，這取決于角度。經(jīng)證實，不同的厚度在0度至90度的視角范圍內(nèi)提供最佳的整體AAR。圖8是示出了與圖6中所示類似的復合層的反射率的示圖80,并示出了不同視角時的P極化反射率82、s極化反射率84和平均反射率86。在這個情況中，反射率包括ITO電流擴散層64的效應，該ITO電流擴散層的厚度為115nm且有限吸收系數(shù)為500/cm，這造成在視角大于約36度時的反射率接近但稍低于100%。對于示出的復合層，0度至90度視角范圍內(nèi)的AAR大約為98. 79%，這提供了優(yōu)于具有由相同材料制作而成相似數(shù)量的層的標準DBR的改進。在一定的光波長下，標準的1/4波長的DBR的AAR可約為98. 73%或更低。這種差異對整體的LED亮度會具有較大影響，因為光在從LED出射之前會由復合層反射多次。多次反射的組合效應放大了反射率中甚至是很小的差異。圖9示出了復合層100的另一實施方式，該復合層與上述的復合層62類似，并且
可與發(fā)藍光的LED—起使用。復合層100可具有四層而不是五層。在該實施方式中，第一層102位于電流擴散層64上，但應該理解的是，復合層100可在沒有電流擴散層的情況下使用。第一層102與上述的第一層66類似，并且可由多種材料制作而成，且具有多種不同的厚度。在示出的實施方式中，第一層102可包含SiO2,厚度在500nm至650nm的范圍內(nèi)，在一個實施方式中，具有約為591nm的厚度。在該實施方式中，復合層100僅包括夾在兩個第三層108a和108b之間的一個第二層106。如同上述實施方式。也就是說，與上述的復合層62不同，交替設置的第二層和第三層的數(shù)量不一樣，正如傳統(tǒng)的DBR。這導致了第二層和第三層的組合包括不完全的對(pairs)或者是不對稱的。在具有不完全的第二層對和第三層對的實施方式中，可包括不同數(shù)量的每種層，如兩個第二層和三個第三層，三個第二層和四個第三層，等等。第二層106和第三層108a、108b可包含多種不同的材料,并且具有多種不同的厚度。在示出的實施方式中，第二層106可包含SiO2，并且可具有大約為IOOnm至120nm范圍內(nèi)的厚度，在一個實施方式中，具有107nm的厚度。第三層108a和108b可包含TiO2，并且可分別具有45nm至65nm和65nm至85nm范圍內(nèi)的厚度，在一個實施方式中，第三層具有分別約為56nm和75nm的厚度。復合層100還可包括位于第三層108b上的反射層110，該反射層可利用已知方法沉積并且可包括與上述的反射層71相同的材料。由于具有不對稱布置，復合層可具有較少的層，相應地減少了制造步驟和成本。這還提供了對后續(xù)的層(如反射層100)具有更好的粘著力的附加優(yōu)勢。在該實施方式中，頂層包括為TiO2的第三層108b。與包含SiO2的第二層106相比，這種材料可提供對反射金屬具有改進的粘著力。不過，與圖6中示出的六層布置相比，反射層110可具有減少的AAR，在圖9中示出的五層布置的一個實施方式中，AAR大約為98. 61%。不過，這體現(xiàn)了優(yōu)于AAR大約為96. 61 %的標準五層DBR的改進。與上述的六層實施方式類似，由于多次反射的組合效應，這種差異可對整體的LED亮度具有很大影響。應該理解的是，根據(jù)本發(fā)明的復合層可具有由不同的材料和厚度制作而成的多種不同的層。在一些實施方式中，復合層可包括導電材料(如導電氧化物)制作而成的層。導電氧化物層可具有不同的折射率和不同的厚度，以提供改進的反射率。不同實施方式可具有完全的和不完全的第二層對和第三層對的不同布置。還應該理解的是，復合層可布置于LED上的不同位置處且可包括不同的特征，以提供經(jīng)過復合層的導熱性或?qū)щ娦浴，F(xiàn)在參照圖IOa至圖10d，LED 120的另一實施方式具有多個與圖5a和圖5b示出的LED 50相同的特征，并且對于那些相同的特征，將會使用相同的參考標號。LED 50制作成使得其可以以倒裝芯片方位來布置，所以，對于該實施方式，如下所述，LED芯片的端部將具有作為內(nèi)層布置的復合層62 (或復合層100)，如下面進一步描述的。因此，電信號應當經(jīng)過復合層62?，F(xiàn)在參照圖IOa和圖11，可穿過復合層62以任意間隔或規(guī)則間隔形成孔122，所述孔的尺寸和位置使得導電材料可沉積在孔內(nèi)，以形成導電通孔。在示出的實施方式中，孔122以規(guī)則間隔布置。在具有電流擴散層64的不同實施方式中，孔122可穿過或不穿過電流擴散層64。可利用很多已知的工藝來形成孔122，如傳統(tǒng)的蝕刻工藝或機械工藝(如微孔鉆削)。孔122可具有多種不同的形狀和尺寸，在示出的實施方式中，孔122具有直徑約為20微米的圓形橫截面。相鄰的孔122可遠離大約100微米。應該理解的是，孔122 (及所產(chǎn)生的通孔)可具有不同形狀的橫截面，如方形、矩形、橢圓形、六邊形、五邊形等等。在其他實施方式中，孔的尺寸和形狀不均勻，且相鄰的孔之間具有不同的間隔。、
現(xiàn)在參照圖12，代替孔，可形成穿過復合層62的互相連接的格柵124，然后，導電材料沉積在格柵124內(nèi)，以形成穿過復合層的導電路徑。除了圖11中示出的形式外，格柵124可采取多種不同的形式，在不同的實施方式中，格柵的各部分以不同的角度互相連接。應用于格柵124的電信號可沿著互相連接的各部分在格柵上擴散。應該進一步理解的是，在不同實施方式中，格柵可與孔組合使用?，F(xiàn)在參照圖10b，可在復合層62上沉積導電層126，該導電層覆蓋其反射層并填充孔122，以形成穿過復合層126的通孔128。在其他實施方式中，導電層可不覆蓋整個復合層62。導電層126可包含多種不同的材料，如金屬或?qū)щ娧趸?，可利用已知的技術(shù)沉積這兩種材料。現(xiàn)在參照圖10c，可利用已知安裝技術(shù)將LED 120以倒裝芯片方式安裝在子底座130上。在示出的實施方式中，LED 50通過導電粘合材料132以倒裝芯片方式安裝在子底座上。應該理解的是，在LED芯片120以晶圓級形成然后進行分割的實施方式中，LED芯片120可以是利用已知的晶圓粘合技術(shù)粘合在子底座130上的晶圓。子底座130可由多種不同的材料制作而成，并且可具有多種不同的厚度，優(yōu)選的子底座130是導電的，使得電信號可經(jīng)過子底座130應用于LED的有源區(qū)。該信號還沿著導電通孔128經(jīng)過復合層?，F(xiàn)在參照圖10d，可利用已知的研磨和/或蝕刻工藝去除生長襯底60 (如圖IOc所示)?？稍趎型層56上沉積第一接觸134，并且可在子底座130上沉積第二接觸136。第一接觸134和第二接觸136可包含多種不同的材料，如Au、銅(Cu)、鎳(Ni)、銦(In)、鋁(Al)、銀(Ag)、或其組合物。在其他實施方式中，第一接觸和第二接觸可包含導電氧化物和透明的導電氧化物，如IT0、氧化鎳、氧化鋅、氧化鎘錫、氧化銦、氧化錫、氧化鎂、ZnGa2O4^ Zn02/Sb、Ga203/Sn、Agln02/Sn、In203/Zn、CuAlO2, LaCuOS, CuGaO2 和 SrCu202。所用材料的選擇可取決于接觸的位置以及所需材料的特性，如透明度、結(jié)電阻率和表面電阻。例如，可通過激光織構(gòu)工藝、機械成形工藝、蝕刻(化學或等離子)工藝、劃痕工藝或其他工藝來織構(gòu)或成形n型層56的頂表面，以增強光提取。在操作過程中，電信號通過第一接觸134和第二接觸136應用于LED50。第一接觸134上的信號擴散到n型層56中并擴散至有源區(qū)54。第二接觸136上的信號擴散到子底座130中，沿著通孔128經(jīng)過復合層62，然后經(jīng)過電流擴散層64進入p型層58中，并到達有源區(qū)54。這使得有源區(qū)54發(fā)射光，并且復合層62布置成朝向子底座128反射從有源區(qū)發(fā)射的光，或者朝向子底座130反射由TIR反射的光，然后反射回LED芯片50頂部。復合層62促進朝向LED芯片50頂部的發(fā)射，并且由于其改進的反射率，而減少了反射過程中發(fā)生的耗損。應該理解的是，復合層可以多種不同的方式使用，并且可設于LED、LED芯片和其他固態(tài)發(fā)射器上的多個不同位置處。如圖13a和圖13b所示，復合層可與橫向幾何結(jié)構(gòu)的LED芯片150結(jié)合使用，其中，兩個接觸位于LED的一側(cè)上。LED 150的各層通常與LED芯片50的各層相同，并且可包括夾在相對的n型摻雜的外延層156和p型摻雜的外延層158之間的有源層/區(qū)154，所有的這些層相繼形成于生長襯底160上。對于橫向幾何結(jié)構(gòu)的LED，例如，通過蝕刻方法去除p型層158和有源區(qū)154的一部分，以露出n型層156上的接觸臺面161。在該實施方式中，與上述的復合層62類似，可在n型層156的表面上和p型層158的表面上包括復合層162，該復合層具有與上述金屬層126和通孔128類似的金屬層164和導電通孔166。 現(xiàn)在參照圖13b，可利用已知的安裝工藝將LED芯片150以倒裝芯片方式安裝在子底座168上，優(yōu)選地，通過導電粘合劑170安裝于復合層162上的金屬層164。來自子底座168的電信號通過導電粘合劑170和復合層162應用于LED,使得LED芯片發(fā)射光。復合層162將指向子底座168的光反射回LED芯片150的發(fā)射表面。復合層162的改進反射率減少了 LED芯片150的反射率耗損并改進了整體發(fā)射效率。圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的LED 180的又一實施方式，該LED也具有夾在相對的n型摻雜外延層186和p型摻雜外延層188之間的有源層/區(qū)184，所有這些層都相繼形成在生長襯底190上。例如，通過蝕刻來去除p型層188和有源區(qū)184的一部分，以露出n型層186上的接觸臺面。在該實施方式中，在p型層188上和n型層186的接觸臺面上沉積P型接觸192和n型接觸194，并且可在襯底190的底表面上包括復合層196。在該實施方式中，電信號沒有通過復合層196應用于LED。相反，電信號通過p型接觸192和n型接觸194應用，并橫向擴散至有源區(qū)184。因此，電信號不需要經(jīng)過復合層196，并且復合層196不需要導電通孔。相反，在整個襯底底表面上可包括不間斷的復合層，以朝向襯底反射從有源區(qū)發(fā)射的光和朝向襯底反射的TIR光。應該理解的是，在不同實施方式中，復合層也可覆蓋LED 180的整個或部分側(cè)表面，并且可與p型接觸192和n型接觸194 一起使用復合層來改進它們的反射率。還應該理解的是，在倒裝芯片的實施方式中，復合層還可用在子底座的底表面上，其中子底座是透明的。在這些實施方式中，不需要圖13b所示的內(nèi)復合層162，也可實現(xiàn)所需的反射率。圖15示出了 LED芯片210的又一實施方式，該LED芯片具有有源層/區(qū)214、相對的n型摻雜外延層216和p型摻雜外延層218，所有這些層相繼形成在生長襯底220上。LED 210具有豎向幾何結(jié)構(gòu)，其中p型接觸224位于p型層218上。一薄的半透明的電流擴散層(未示出)可覆蓋部分或整個P型層218，電流擴散層通常為金屬(如Pt)或透明的導電氧化物(如IT0)，但也可使用其他材料。在襯底220上包括復合層226，并且因為LED210具有豎向幾何結(jié)構(gòu)，所以電信號可通過復合層226應用于LED。該復合層包括與上述導電通孔類似的導電通孔228，允許電信號通過復合層226。復合層226還可包括金屬層230，該金屬層上具有n型接觸232。該實施方式尤其可應用于具有導電襯底的LED，并且應用于P型接觸224和n型接觸232的電信號擴散到LED的有源區(qū)214，使得其發(fā)射光。還應該理解的是，可在P型接觸中包括復合層，以改進其反射率。在本發(fā)明的不同實施方式中，除了傳導電信號外，通孔還可用作其他目的。在一些實施方式中，通孔可以導熱，以幫助散去LED產(chǎn)生的熱量。熱量可通過可散熱的通孔從LED中散去。
雖然參照本發(fā)明的某些優(yōu)選配置詳細描述了本發(fā)明，但是其他方案也是可行的。因此，本發(fā)明的精神和范圍不應局限于上述方案。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管(LED)芯片,包括 有源區(qū)，位于兩個相對的摻雜層之間；以及 復合高反射層，布置成反射從所述有源區(qū)發(fā)射的光，所述復合層包括 第一層; 位于所述第一層上的一個或多個第二層以及多個第三層，所述第二層具有不同于第三層的折射率，所述第二層和第三層交替布置，并且每個第三層具有與其他的所述第三層不同的厚度；以及 位于所述第二層和第三層的最上面的反射層。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的LED芯片，其中，所述第一層具有的厚度是所述第二層和第三層的厚度的至少四倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的LED芯片，其中，所述第一層具有的厚度是所述第二層和第三層的厚度的至少三倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的LED芯片，其中，所述第一層提供一反射率視角分界，在所述反射率視角分界之上，所述復合層的反射率約為100%。
5.根據(jù)權(quán)利要求書4所述的LED芯片，其中，與不具有所述第二層和第三層的復合層相t匕，所述第二層和第三層在所述視角分界之下提供改進的反射率。
6.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的LED芯片，其中，所述一個或多個第二層包括具有不同厚度的兩個層。
7.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的LED芯片，其中，所述一個或多個第二層包括位于所述多個第三層之間的一個層。
8.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的LED芯片，其中，所述復合層包括比具有同樣數(shù)量的層的四分之一波長的分布式布拉格反射體大的角度平均反射率。
9.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的LED芯片，還包括穿過所述復合層的導電通孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的LED芯片，還包括電流擴散層，以擴散經(jīng)過所述復合層的電流。
11.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的LED芯片，其中，所述一個或多個第二層和所述多個第三層包括不完全的第二層對和第三層對。
12.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的LED芯片，其中，所述復合層位于所述LED芯片的內(nèi)部。
13.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的LED芯片，其中，所述復合層位于所述LED芯片的外表面上。
14.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的LED芯片，其中，所述有源層發(fā)射藍光，并且其中，所述第一層具有500nm至650nm范圍內(nèi)的厚度。
15.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的LED芯片，其中，所述有源層發(fā)射藍光，并且其中，所述一個或多個第二層包括厚度分別為IOOnm至120nm和約40nm至60nm范圍內(nèi)的兩個層。
16.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的LED芯片，其中，所述有源層發(fā)射藍光，并且其中，所述第三層包括厚度分別為55nm至75nm和35nm至55nm范圍內(nèi)的兩個層。
17.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的LED芯片，其中，所述第一層和所述一個或多個第二層包含 Si02。
18.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的LED芯片，其中，所述第三層包含TiO2或Ta205。
19.一種發(fā)光二極管(LED)芯片,包括 子底座，LED安裝在所述子底座上；以及 復合高反射層，布置于所述子底座和所述LED之間，以反射LED光，所述復合層包括多個層和穿過所述復合層的導電路徑，電信號能夠通過該復合層到達所述LED。
20.根據(jù)權(quán)利要求書19所述的LED芯片，其中，所述復合層包括第一層、位于所述第一層上的一個或多個第二層以及多個第三層，所述第二層具有不同于第三層的折射率，所述復合層還包括位于所述第二層和第三層的最上面的反射層。
21.根據(jù)權(quán)利要求書20所述的LED芯片，其中，所述一個或多個第二層和所述多個第三層包括不完全的第二層對和第三層對。
22.根據(jù)權(quán)利要求書20所述的LED芯片，其中，所述多個第三層包括兩個第三層，并且所述一個或多個第二層包括夾在所述兩個第三層之間的一個層。
23.根據(jù)權(quán)利要求書20所述的LED芯片，其中，所述復合層還包括位于交替布置的第二層和第三層的最上面的反射層。
24.根據(jù)權(quán)利要求書20所述的LED芯片，其中，所述第二層和第三層交替布置于所述第一層上。
25.根據(jù)權(quán)利要求書20所述的LED芯片，其中，每個第三層具有與其他的所述第三層不同的厚度。
26.根據(jù)權(quán)利要求書20所述的LED芯片，其中，所述一個或多個第二層包括兩個層，每個層具有與其他的所述第二層不同的厚度，并且每個所述第二層與所述第三層交替布置。
27.根據(jù)權(quán)利要求書20所述的LED芯片，其中，所述第一層具有的厚度是所述第二層和第三層的至少四倍。
28.根據(jù)權(quán)利要求書20所述的LED芯片，其中，所述第一層具有的厚度是所述第二層和第三層的至少三倍。
29.根據(jù)權(quán)利要求書19所述的LED芯片，其中，與分布式布拉格反射體相比，所述復合層對所述LED發(fā)射的光的波長提供較高的反射率。
30.根據(jù)權(quán)利要求書19所述的LED芯片，其中，所述復合層提供比具有相同數(shù)量的層的四分之一波長的分布式布拉格反射體大的角度平均反射率。
31.根據(jù)權(quán)利要求書19所述的LED芯片，其中，所述導電路徑包括穿過所述復合層的導電通孔。
32.根據(jù)權(quán)利要求書19所述的LED芯片，其中，所述導電路徑包括穿過所述復合層的導電格柵。
33.根據(jù)權(quán)利要求書19所述的LED芯片，其中，所述第一層和所述一個或多個第二層包含 Si02。
34.根據(jù)權(quán)利要求書19所述的LED芯片，其中，所述第三層包含TiO2或Ta205。
35.一種發(fā)光二極管(LED)芯片,包括 LED，包括有源區(qū)；以及 復合高反射層，與所述LED形成一體，以反射從所述有源區(qū)發(fā)射的光，所述復合層包括第一層以及位于所述第一層上的交替布置的第二層和第三層，所述第二層和第三層具有不同的折射率，并且所述第一層的厚度是所述第二層和第三層中最厚的層的至少三倍。
36.根據(jù)權(quán)利要求書35所述的LED芯片，還包括位于所述第二層和第三層的最上面的反射層。
37.根據(jù)權(quán)利要求書35所述的LED芯片，其中，第一層具有與所述第二層相同的折射率。
38.根據(jù)權(quán)利要求書35所述的LED芯片，其中，每個所述第二層具有與其他的所述第二層不同的厚度。
39.根據(jù)權(quán)利要求書35所述的LED芯片，其中，每個所述第三層具有具有與其他的所述第三層不同的厚度。
40.根據(jù)權(quán)利要求書35所述的LED芯片，其中，所述第二層和第三層包括不完全的第二層對和第三層對。
41.一種制作發(fā)光二極管(LED)芯片的方法,包括 形成LED ； 在所述LED上沉積一復合高反射層； 形成穿過復合層至所述LED的導電通孔； 將所述LED安裝在子底座上，其中所述復合層位于所述LED和所述子底座之間；以及 沉積接觸。
42.—種發(fā)光二極管(LED)芯片,包括 LED ；以及 復合高反射層，與所述LED形成一體，以反射從所述LED發(fā)射的光，所述復合層包括第一層以及位于所述第一層上的一個或多個第二層以及多個第三層，所述第二層和第三層包括不完全的第二層對和第三層對。
43.根據(jù)權(quán)利要求書42所述的LED芯片，其中，所述一個或多個第二層包括夾在所述第三層之間的一個第二層。
44.根據(jù)權(quán)利要求書42所述的LED芯片，其中，所述一個或多個第二層和所述多個第三層具有不同的折射率，并且所述第一層的厚度是所述第二層和第三層中最厚的層的至少三倍。
45.根據(jù)權(quán)利要求書42所述的LED芯片，還包括位于所述第二層和第三層的頂表面上的反射層。
全文摘要
一種具有復合高反射層(62)的高效發(fā)光二極管，該復合高反射層與所述LED形成一體以提高發(fā)射效率。發(fā)光二極管(LED)芯片的一個實施方式包括LED和復合高反射層(62)，該復合高反射層與LED形成一體，以反射從有源區(qū)(54)發(fā)射的光。該復合層包括第一層(66)、位于第一層(66)上的交替布置的多個第二層(68)和第三層(70)、以及位于所述多個第二層和第三層的最上面的反射層(71、126)。第二層和第三層具有不同的折射率，并且第一層的厚度是第二層和第三層中最厚的層的至少三倍。對于LED芯片內(nèi)部的復合層，可包括穿過復合層的導電通孔(128)，以允許電信號經(jīng)過復合層到達LED。
文檔編號H01L33/46GK102742037SQ200980149203
公開日2012年10月17日 申請日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月8日
發(fā)明者莫妮卡·漢森, 詹姆斯·伊貝斯頓, 酈挺 申請人:克利公司