使用电流限制结构和表面粗糙化的发光二极管制造技术

一种ＬＥＤ（１０），它具有带有相关ｐ接触的ｐ型材料层、带有相关ｎ接触的ｎ型材料层以及在该ｐ型层与该ｎ型层之间的有源区（１８），该ＬＥＤ包括限制结构（２０），该限制结构形成于该ｐ型材料层及该ｎ型材料层之一内。该限制结构（２０）通常与该ＬＥＤ的顶部及主发射面上的接触（２２）相对齐，且大体上防止光从与限制结构的区域及顶面接触（２２）相一致的有源区（１８）的区域中发射出光线。该ＬＥＤ（１０）可包括粗糙化的发射侧表面（２５）以进一步提高光提取。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及发光二极管(LED)，尤其涉及用于提高LED光提取的新结构。
技术介绍
发光二极管(LED)是一类将电能转换成光的重要的固态翠件，其通常包含夹在 相对的两个掺杂层之间的半导体材料有源层。当在掺杂层两侧施加偏压时，空穴及 电子被注入有源层并在此复合以产生光。光自有源层向各个方向发射且自LED的所 有表面发射。最近对基于第III族氮化物的材料系统所形成的LED有很多关注，因为其独特 的材料特征的组合，包括高击穿电场、宽带隙(室温下GaN为3.36eV)、大传导带偏 移及高饱和电子漂移速度。该掺杂层及有源层通常形成于一基板上，该基板可由诸 如硅(Si)、碳化硅(SiC)及蓝宝石(Al203)等不同材料制成。通常最好用SiC晶片，因为其具有与第m族氮化物更近的晶格匹配，从而形成具有较高品质的第m族氮化物 膜。sic亦具有很高的导热率，因此sic上的第in族氮化物器件的总输出功率不受该晶片的耐热性所限制(就像在蓝宝石或Si上所形成的一些器件那样)。此外，半绝缘 SiC晶片的可用性提供了器件隔离的能力及减低的寄生电容从而使商业化器件成为 可能。SiC基板可自NorthCarolina的Durham的Cree有限公司获得且其制造方法陈述 于科学文献及美国再颁专利Re. 34,861、美国专利第4,946,547号及美国专利第 5,200,022号。自LED的有效光提取是制造高效率LED主要关注的。对于具有单一外向耦合 表面的常规LED，外部量子效率受限于来自LED发射区且穿过基板的光的全内反射 (TIR)。 TIR可由LED的半导体与周围环境之间巨大的折射率差异引起。由于与周围 材料之折射率(如环氧树脂大约为1.5)相比SiC具有高折射率(大约2.7)，所以具有SiC 基板的LED具有相对较低的光提取效率。这一差异造成一小逃逸锥，自有源区的光 线可自该逃逸锥从SiC基板透射到环氧树脂中并最终逸出LED封装。已开发出不同的方法用以减低TIR并改良总的光提取，其中比较受欢迎的一种 方法是表面纹理化。表面纹理化藉由提供允许光子有多个机会找到逃逸锥的多变表面增加了光逃逸的机率。没有找到逃逸锥的光继续经历TIR，且以不同角度反射离开纹理化的表面直到其找到逃逸锥。表面纹理化的益处在若干文章中已有所讨论。。颁给Cree有限公司的美国专利第6，410,942号揭示了一种LED结构，其包括形成 于第一与第二散布层之间的电互连的微LED之阵列。当在该散布体两侧施加偏压 时，这些微LED发光。自每个微LED发射的光在仅行进一小段距离后即到达表面， 由此减低了TIR。亦颁给Cree有限公司的美国专利第6，657,236号揭示了通过使用在一阵列中形 成的内部及外部光学元件从而提高LED中光提取的结构。这些光学元件具有多种不 同形状，诸如半球及棱锥，且可位于LED各层之表面上或内部。这些元件提供了光 折射或散射之表面。
技术实现思路
简要且概括而言，本专利技术涉及具有提高的光提取特征的LED。在本专利技术之一 方面中，该LED包括具有相关p-接触的p型材料层、具有相关n-接触的n型材料层以 及在该p型层与该n型层之间的有源区。该LED进一步包括在p型材料层及n型材料层之至少一者中形成的限制结构。该限制结构大体上防止光自与限制结构之区域相一 致的有源区之区域发射。该LED亦包括与该p型材料层及n型材料层之一相关联的粗 糙化表面。在本专利技术的另一方面中，该LED包括第一材料层，其具有相关的第一接触 及光穿过其发射的第一表面；第二材料层，其具有相关的第二接触；以及在该第一 层与该第二层之间的有源区。该LED进一步包括与该第一层及该第二层之一相整合 的限制结构。该限制结构通常轴向地与第一接触对齐且大体上防止光自与限制结构 之区域一致的有源区之区域发射。在本专利技术的又一方面中，该LED包括第一材料层，其具有相关的第一接触 及光穿过其发射的第一表面；第二材料层；在该第一层与该第二层之间的有源区； 以及传导基板，其与该第二材料层相邻且具有相关的基板接触。该LED进一步包括 在第一层、第二层及基板之一中的至少一个限制结构。该限制结构通常轴向地与第 一接触对齐且引导流向该有源区的电流远离与限制结构之区域相一致的有源区之 区域。在本专利技术的另一方面中，该LED包括第一材料层，其具有相关的第一接触 及光穿过其发射的第一表面；第二材料层，其具有相关的第二接触；以及在该第一 层与该第二层之间的有源区。该LED进一步包括与第二接触相关联的限制结构。该 限制结构引导流向该有源区的电流远离与限制结构之区域相一致的有源区之区域。自下列以实例说明本专利技术特征的详细描述及附图，本专利技术的这些及其他方面 及优点将显现。附图说明图1为LED的一般实施例的横截面，该LED包括在两个导电材料层之间的有源 区以及可能位于任一导电材料层中的电流限制结构；图2为LED的另一个一般实施例的横截面，该LED包括在两个导电材料层之间 的有源区、基板、粗糙化顶面以及可能位于任一导电材料层或基板中的电流限制结 构；图3为图1的LED的配置横截面，包括在底部n型材料层中的电流限制结构； 图4为图2的LED的配置横截面，包括在顶部p型材料层中的电流限制结构以及具有粗糙化顶面的透明导电材料层；图5为图1的LED的配置横截面，包括在底部p型材料层中的电流限制结构以及具有粗糙化顶面的n型材料层；图6为图1的LED的配置横截面，包括在顶部n型材料层中的电流限制结构以及 具有粗糙化顶面的n型材料层；以及图7为LED的又一个一般实施例的横截面，该LED包括在两个导电材料层之间 的有源区、顶侧接触、底侧接触以及位于该底侧接触层中的电流限制结构。具体实施例方式本专利技术藉由一形成于底部LED结构的p型材料层及n型材料层之至少一者中的 限制结构为发光二极管(LED)提供改良的光提取。该限制结构通常与该LED的顶部 及主要发射表面上的接触相对齐，且大体上防止光自与该限制结构之区域及该顶面 接触相一致的该有源区之区域发射。因此，可能在该顶面接触下发射且被该顶面接 触吸收的光被重定向至该有源层的其他区域及发射侧，该接触的吸收影响在此处大 体上减低了。在一较佳实施例中，通过使用离子注入，在该底部LED结构中形成该 电流限制结构。亦可通过使用选择性氧化，在LED底部结构中形成该电流限制结构。 还可通过使用外延再生长，形成作为LED结构一部分的电流限制结构。该LED可进一步包括在该吸收接触周围的粗糙化表面。该粗糙化表面可被包 括在底部LED结构的一层表面区域的全部或一部分中，或被包括在该底部LED结构 上所涂的额外材料层之表面区域的全部或一部分中。举例而言，在具有足够厚的n 型材料层的n侧向上的LED结构中，最好使该n型层粗糙化。在具有相对较薄的p型 材料层的p侧向上的底部LED结构中，最好向该p型层添加一 透明材料层并使该层粗 糙化。亦可向n侧向上的LED结构的n型层添加一透明材料层。无论哪种情况，粗糙 化表面与将电流导向该粗糙化表面且使电流远离吸收接触的电流限制结构这两者 的组合提供了进一步提高的光提取。该粗糙化表面通过提供一多变表面改良光提 取，该多变表面允许可能通过全内反射陷在LED中的光逃逸且加入上述光发射。现参考附图且特别本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管（ＬＥＤ），包含：具有相关ｐ接触的ｐ型材料层；具有相关ｎ接触的ｎ型材料层；在该ｐ型层与该ｎ型层之间的有源区；在该ｐ型材料层及该ｎ型材料层中的至少一层中形成的限制结构，该限制结构大体上防止光从与该 限制结构的区域相一致的该有源区的区域中发射出；以及与该ｐ型材料层及该ｎ型材料层之一相关联的粗糙化表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-1-24 11/042,0301.一种发光二极管(LED)，包含具有相关p接触的p型材料层；具有相关n接触的n型材料层；在该p型层与该n型层之间的有源区；在该p型材料层及该n型材料层中的至少一层中形成的限制结构，该限制结构大体上防止光从与该限制结构的区域相一致的该有源区的区域中发射出；以及与该p型材料层及该n型材料层之一相关联的粗糙化表面。2. 如权利要求1所述的LED，其特征在于，该限制结构包含该p型材料层及 该n型材料层中的至少一层的离子注入区。3. 如权利要求1所述的LED，其特征在于，该限制结构包含该p型材料层及 该n型材料层中的至少一层的氧化区。4. 如权利要求1所述的LED，其特征在于，该限制结构包含在该p型材料层 及该n型材料层中的至少一层中的电流阻断区。5. 如权利要求1所述的LED，其特征在于，该p型材料层与该有源区相邻接 触，且该电流限制结构在该p型材料层中。6. 如权利要求1所述的LED,其特征在于，该n型材料层与该有源区相邻接 触，且该电流限制结构在该n型材料层中。7. 如权利要求1所述的LED，还包含与该n型材料层相邻的导电基板，其中 该n接触与该基板相邻接触。8. —种发光二极管(LED)，包含具有相关第一接触及光穿过它而发射的第一表面的第一材料层； 具有相关第二接触的第二材料层； 在该第一层与该第二层之间的有源区；及与该第一层及该第二层之一相整合且通常轴向地与该第一接触对齐的限 制结构，该限制结构大体上防止与该限制结构的区域相一致的该有源区的区域 中发出光线。9. 如权利要求8所述的LED，其特征在于，该限制结构包含该第一层及第 二层之一的一部分，该部分经离子注入。10. 如权利要求8所述的LED，其特征在于，该限制结构包含该第一层及 第二层之一的一部分，该部分经氧化。11. 如权利要求8所述的LED，其特征在于，该限制结构包含该第一层及 第二层之一的一部分，该部分经离子注入。12. 如权利要求8所述的LED，其特征在于，该限制结构包含该第一层及 第二层之一的一部分，半绝缘材料注入该部分。13. 如权利要求12所述的LED，其特征在于，该第一层及第二层的材料 包含GaN，且该半绝缘材料包含Al及Ga之一。14. 如权利要求8所述的LED，其特征在于，该第一表面至少部分粗糙化。15. 如权利要求8所述的LED，还包含与该第一表面相邻的至少部分粗糙 化的透明导电材料层。16. 如权利要求15所述的LED，其特征在于，该透明材料包含ZnO、 ln203 及氧化铟锡(ITO)之一。17. 如权利要求8所述的LED，其特征在于，该第二接触由反射材料形成。18. 如权利要求8所述的LED，其特征在于，该限制结构的...

【专利技术属性】
技术研发人员：SP迪巴尔司，中村修二，M巴特雷斯，
申请(专利权)人：美商克立股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]