基于氧化物的LED BEOL集成制造技术

技术编号:8983490 阅读:184 留言:0更新日期:2013-08-01 02:22
公开了一种发光二极管(LED)结构(图6g)和用于制造发光二极管的方法。所述结构包括深沟槽金属电极(385),在它们之间,电致发光材料(320)设置在电极(385)的侧壁上,从而形成在衬底上水平层叠的一系列发光二极管元件。用于制造所述发光二极管结构的所述方法可以用于各种电致发光材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及固态发光器件、发光二极管或照明装置领域。
技术介绍
典型的固态发光半导体二极管(LED)由发光材料(LEM)组成,发光材料作为薄膜或者多个平面薄膜的组合而沉积在衬底的上表面,并且与位于发光材料上下并与衬底表面平行的平面电极接触。图1中示出了这种类型的现有技术。发光材料110具有各种形式,并根据所用材料的波长特性发光。作为平面薄膜沉积,发光材料位于顶部平面金属电极120和底部平面金属电极130之间,底部平面金属电极130和顶部平面金属电极120分别沉积在衬底140的上表面和发光材料110的上表面。通过向电极之间的发光材料施加电场,在该器件中激活电致发光。如果电极在感兴趣的波长范围内不透明,则它们将阻挡有源区中产生的大部分光,从而阻止光到达外部。用于解决该问题的一种方法是在电致发光材料之上使用透明导体(例如氧化铟锡(ΙΤ0)或氧化锌),作为上部金属电极叠层。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于固态LED的结构,所述结构通过沉积在各种衬底上的各种电致发光材料,改善LED的光输出和均匀性。本专利技术还通过最小化所述电极对发射光的阻挡,增加产生光时涉及的LED有源面积。虽然本专利技术与现代半导体技术和材料兼容,但实现该器件不需要半导体衬底。本专利技术适用于各种发射可见光的电致发光材料,例如晶体或非晶体半导体或者大带隙绝缘体。还可以在本专利技术的可能实施例中使用诸如玻璃或石英之类的透明衬底,如后面讨论的那样。本专利技术的一个方面是使用基于沟槽的电极结构,以便增加衬底上每单位面积的有源电致发光材料的体积,并最大化电致发光材料发射的光。所述电极在所述衬底的表面上被设置在紧密相间的沟槽行中,并 跨越位于相邻电极的侧壁之间的所述电致发光材料施加电场。所述电极在所述LED的发光表面之下延伸,并与该表面垂直。这种布置使得所述电致发光材料的发光顶表面免于被遮光金属覆盖,并允许制造具有目前可能的更大的每单位面积亮度的二极管。在本专利技术的另一个方面,公开了本专利技术的多个实施例的各种制造方法。所述电极结构与各种电致发光材料、衬底和LED类型兼容,并允许从所述LED的前后表面发射光。这些实施例可以使用现有的半导体工艺和材料制造,但并不限于这些工艺和材料。附图说明通过以下结合附图的详细描述理解本专利技术。在这些附图中,相似的参考标号指定相似的结构元素。图1示出了现有技术中的传统发光二极管的横截面图。图2示出了根据本专利技术的一个实施例的发光二极管的透视图。图3a示出了根据本专利技术的第一实施例的发光二极管的横截面图,其中具有从LED的顶表面发射光的不透明绝缘衬底。图3b示出了根据本专利技术的第二实施例的发光二极管的横截面图,其中具有透明的绝缘衬底,绝缘衬底具有将光导引到上表面以便发射的反射层。图3c示出了根据本专利技术的第三实施例的发光二极管的横截面图,其中具有允许从LED的顶和底表面发射光的透明绝缘衬底。图3d示出了根据本专利技术的第四实施例的发光二极管的横截面图,其中金属反射层用作起始衬底并由绝缘层覆盖,以便从顶LED表面发射光。图4a示出了根据本专利技术的一个实施例的发光二极管的俯视图。图4b示出了通过图3a中显示的截面A-A’的横截面图。图4c示出了通过图3a中显示的截面B-B’的横截面图。图5a示出了根据本专利技术的另一个实施例的发光二极管的俯视图。图5b示出了通过图4a中显示的截面A-A’的横截面图。图5c示出了通过图4a中显示的截面B-B’的横截面图。图6a示出了根据本专利技术的第三实施例的具有导电性和吸收性的起始衬底的横截面。 图6b示出了在具有导电性、吸收性的起始衬底上沉积的适当金属层和绝缘层的沉积。图6c示出了在衬底和沉积层上的发光材料的沉积。图6d示出了使用标准微电子处理技术在发光材料中形成沟槽。图6e示出了激活或调整发光材料发射的光波长需要的任何掺杂剂离子的注入。图6f示出了将金属导体沉积到在发光材料中形成的沟槽。图6g示出了通过在微电子技术中用于形成隔离电极的标准平面化技术,从发光材料的表面去除过量金属。图7a示出了根据本专利技术的第三实施例的通过绝缘和透明的起始衬底(例如,玻璃)的横截面。图7b示出了根据本专利技术的第四实施例的通过具有导电性和反射性的起始衬底(例如,金属)的横截面。具体实施例方式公开了一种发光二极管结构及其制造方法。在以下描述中,提供了大量特定的细节以便彻底理解本专利技术。本领域的技术人员将理解,可以在没有其中部分或全部特定的细节的情况下实现本专利技术。此外,并未详细描述公知的过程操作,以便简洁描述本专利技术及其优选实施例。图2中示出了本专利技术的结构。发光二极管200由衬底240上的导电金属电极210和230以及在它们之间设置的电致发光材料220组成。跨正电极210和负电极230施加电场,以便激活所述电致发光材料。通过在电致发光材料中蚀刻高纵横比的沟槽,随后使用电导体填充这些沟槽来形成电极。在此处出于示例性目的选择的实施例中,电极采取交叉梳齿形状,一个梳齿上具有正电压而另一个梳齿上具有负电压。本领域的技术人员将理解,可能具有其它电极布置,并且所选实例不排除这些布置来示出所述概念。在适当的情况下,这种布置会增加衬底每单位面积的可用有源发光材料的数量。考虑图2中所示的本专利技术的结构。如果电极220之间的每部分电致发光材料220具有深度d和厚度t,则每个沟槽中的材料总体积由IXtXd给出,其中I是所述沟槽的长度。如果沟槽之间的距离或栅距是P,则面积A中的沟槽数量由w/p给出。与面积A关联的材料总体积则为lXtXdXw/p或者AXtXd/p。因此,当发光材料设置在沟槽中时,与图1中有源膜以平面方式沉积的情况相比,相同面积A中包含的材料数量增加d/p倍。在典型的最新技术中,可实现10微米的沟槽深度和0.2微米的栅距。这些尺寸表明:与使用现有技术中的沉积平面膜结构实现的相比,可以获得50或更多倍的填充系数增加。通过适当地选择沟槽深度和电极栅距,本专利技术的固态发光器件实现的每单位面积发光度可以比现有技术增加一个数量级或更多。图3a是本专利技术的第一实施例的横截面图,其中电致发光材料320以及电极310和330沉积在不透明的非导电衬底上以便形成LED器件301。可能的发光材料包括外延沉积的晶体II1- V化合物、掺杂的I1-VI化合物、掺杂或非掺杂的非晶体多孔硅、掺杂或非掺杂的非晶体富硅氧化硅(SRS0)以及掺杂或非掺杂的富硅氮化物(SRSN)。在该实施例中,光在所述衬底中吸收,并从所述器件的顶表面发射。图3b是本专利技术的第二实施例的横截面图,其中电致发光材料320以及电极310和330沉积在不透明或透明的导电或非导电衬底上以便形成LED器件302。添加金属反射层350以便增加从顶表面的发射,添加绝缘层360以便为电极310和330提供电绝缘。绝缘层增强从顶表面的所需光发射。 图3c是本专利技术的第三实施例的横截面图,其中电致发光材料320以及电极310和330沉积在透明的非导电衬底380 (例如玻璃或塑料)上以便形成LED器件303。在该实施例中,光从所述发光二极管的顶和底表面发射。图3d是本专利技术的第四实施例的横截面图,其中电致发光材料320以及电极310和330沉积在反射导电衬底390 (例如金属)上以便形成LED器件304。在衬底之上存在绝缘膜360 (例如玻璃、氮化硅或塑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员:J·S·纳科斯
申请(专利权)人:国际商业机器公司
类型:
国别省市:

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