具有载体基底的发光二极管上的透明欧姆接触制造技术

公开了一种发光二极管，其包括至少由导电性载体基底上的第Ⅲ族氮化物的ｐ型和ｎ型外延层形成的激活结构。导电性接合体系连接激活结构与导电性载体基底。第一透明欧姆接触在邻近导电性载体基底的激活结构上，第二透明欧姆接触在与导电性载体基底相对的激活结构上，第三欧姆接触在与激活结构相对的导电性载体基底上。

【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，特别涉及提高发光二极管的外部 量子效率，在所述发光二极管中，部分或全部去除生长基底并 添力口载体基底。
技术介绍
发光二极管(LEDs)是一类通过促进在适当的半导体材料中 的电子空穴复合过程而将外加电压转换为光的光子半导体器 件。而且，在复合过程中释放的一些或全部能量产生光子。发光二极管享有其他半导体器件的许多有利特性。这些通 常包括强的物理特性、长的寿命、高的可靠性和依赖于特殊材 料的低成本。本文4吏用了工业上普遍且熟知的i午多术语。然而，在该工 业中，这些术语有时在其含义方面非正式地混用。因此，本文 尽可能准确地使用这些术语，但是，在每一情况中，其含义在 上下文中是清楚的。因此，术语"二极管"或"芯片"典型地指最低限度地包括两 种相反传导性类型(p和n)的半导体部分以及当施加电位差时使 得电流流过所得p-n结的 一些形式的欧姆^^妻触的结构。术语"灯"用于指发光二极管，所述发光二极管与适当的机 械支承体和电接触以及潜在的透镜匹配，以形成能够添加至或 包括于电路或照明器材或该二者的独立装置。正如本文中使用的，术语"封装"典型地是指适当的物理和 电子结构上的半导体芯片(有时简单地为施加电流通过的小片 金属)连同塑料透镜(树脂、环氧树脂、密封剂)的布置，所述塑料透镜向二极管提供一 些物理保护并且能够光学地引导光输出。关于发光二极管和二极管灯的结构和操作的适当参考文献包括Sze、 PHYSICS OF SEMICONDUCTOR DEVICES第二版 (1981)和Schubert, LIGHT-EMITTING DIODES, Cambridge University Press(2003)。由LED发出的颜色在很大程度上由形成它的材料来限定。 由砷化镓(GaAs)和磷化镓(GaP)形成的二极管趋于发出在光谱 的较低能量(黄色、红色和红外区的)部分中的光子。材料如碳 化硅(SiC)和第III族氮化物具有较大带隙，因而能够产生在电磁 光谱(electromagnetic spectrum)的绿色、蓝色、紫色和紫外线部 分中出现的具有较大能量的光子。在一些应用中，当使LED的输出调制(moderated)或转换为 不同颜色时，LED是更有用的。随着发出蓝光的LED的可获得 性大幅增强，引入降频转换(down-convert)蓝色光子的发出黄光 的磷光体也同样地增加。组合由二极管发出的蓝色光和由磷光 体发出的黄色光能够产生白色光。再有，在特别包括照明和作 为用于彩色显示器的发亮(经常是背光)的许多应用中，来自固 态源的白色光的可用性提供结合它们的能力。在此类装置(例如 计算机平面屏幕、个人数字助理和手机)中，蓝色LED和黄色磷 光体产生白色光，其然后以某种方式分布以照明彩色像素。经 常通过组合液晶、滤色器和偏振器形成此类彩色像素，通常将 包括背光的整个单元称作液晶显示器("LCD")。随着发光二极管的应用在商业上的增多，以及随着对用于 产生白光的二极管的基本特性理解的成熟，在技术方面感兴趣 的发展趋于为增加由给定二极管结构产生的光总量的那些，所 有的其他因素是相等的。在这点上，在任何给定量的时间内，由二极管产生的单个 光子的数目依赖于在二极管中发生复合过程的数目，光子的数 目通常少于复合过程的数目(即，并不是每一过程都产生光子)。 再有，复合过程的数目依赖于施加通过二极管的电流量。复合 过程的^t目又典型;l也少于注入经过该结的电子凄t。因此，这些 电性能能够减少二极管的外部输出。另外，当光子产生时，实际上它们也必须离开二极管和由 观察者感知到的灯。尽管许多光子将容易地离开灯，但许多已 知效应阻碍一部分光子离开。这些效应由二才及管中多种材料的 折射率差引起，从而减少LED灯的外部输出(即其效率)。这些 包括光子的内部反射直至光子被衰减发射或者吸收(即斯涅尔定律(Snell's Law)和菲涅尔损耗(Fresnel Loss)),而不是发射。二极管中材料之间折射率差也能够改变被发射光子(斯涅尔定 律)朝向随后衰减或吸收它的物体的方向。对于通过含;粦光体LED灯中的磷光体发射的黄色光子，能够发生相同结果。在LED 灯中，该"物体"能够包括基底、包装部分和金属接触层。确实， 使得半导体材料发射光子的相同量子机械特性也将促使它们吸 收光子。因而，即使LED中的发光外延层也能够吸收发射的光 子和降低二极管的总外部效率(external efficiency)。包括许多发光二极管的许多半导体装置以半导体基底和基 底上半导体材料外延层的基本形式存在。外延层经常(尽管非必 要地排他)形成装置的激活部(active portion)。因为它们以既提 高它们的化学纯度又产生高度有序的晶体结构的方式(随后化 学气相沉积)生长，所以它们通常有利于该目的。另外，化学气 相沉积提供用于准确地掺杂外延层的优良技术。再者，适当的 纯度、晶体结构和掺杂对于成功地操作半导体装置是典型地期 望的或必要的。然而，用于制作外延层的化学气相沉积(CVD)和相关技术 比其他晶体生长技术如升华或从熔体中生长(有时称作块体生长(bulk growth))通常更耗时。结果，当预期结构不是外延层时， 这些较为迅速(相对地)的方法经常用于产生适当的晶体。因而，通过组合块体生长基底与外延层，能够产生具有晶 体结构、组成纯度、掺杂和有效制作的合理组合的总体结构。然而，因为几个有关晶体生长的原因，实际上得不到第III 族氮化物的块体(即，适当大的尺寸)单晶。因此，第III族氮化 物LED典型地形成于其他块体基底材料(最普通的蓝宝石(A1203) 和碳化硅(SiC))上。蓝宝石相对廉价、可广泛获得和高度透明。 可选择地，蓝宝石为不良热导体，因此较少地适于某些高功率 的应用。另外，在一些装置中，优选导电性基底，且蓝宝石是 绝缘性的而不是导电性的。蓝宝石还带有(例如)约16%的与氮化 镓的晶格失配。碳化硅具有比蓝宝石更好的热导率和更好的与第III族氮 化物的晶才各匹配，即，约3.5%的与氮化4家和仅约1%的与氮化铝 的失配。能够导电性地摻杂碳化硅，但是还是比蓝宝石更加昂 贵。尽管碳化硅提供用于第ni族氮化物外延层的生长的优点， 但还有促进最终二极管中使用其他基底材料的其他原因。为了 使用此类其他材料，必须部分地或整体地去除该生长基底(典型 地为碳化硅)和必须添加载体基底。依赖于最终二极管的功能和用途，使用此类载体基底提供 几个优点。作为优点之一，在最终二极管中不需要对于二极管 制作步骤中生长基底所需的厚度。通过去除生长基底并利用载 体基底替换它，能够有利地降低二极管的总厚度。这在例如于2004年9月22曰4是交的共同未决的共同受让(commonly assigned)申请号10/951 ，042中("High Efficiency Group III Nitride-Silicon Carbide Light Emitting Diode")描述。作为另 一优点，利用载体基底替换生长基底经常导致载体 基底置于离开生长基底的激活层的相对侧上。例如，碳化硅生 长基底经常地为n型。因此，在碳化硅基底上生长的第一外延层 经常地为n型第III族本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管，其包含：　激活结构，其至少由第Ⅲ族氮化物的ｐ型和ｎ型外延层形成；　导电性载体基底；　导电性接合体系，其连接所述激活结构与所述导电性载体基底；　相对于与所述导电性载体基底邻近的所述激活结构的第一透明欧姆接触；　相对于 与所述导电性载体基底相对的所述激活结构的第二透明欧姆接触；和　相对于与所述激活结构相对的所述导电性载体基底的第三欧姆接触。

【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：约翰A埃德蒙德，小大卫B斯雷特，迈克尔J伯格曼恩，
申请(专利权)人：科里公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]