专利名称：发光二极管以及用于制造发光二极管的方法
发光二极管以及用于制造发光二极管的方法提出了一种发光二极管。发光二极管是包括至少一个有源区的冷光二极管，在有源区中在发光二极管的工作中产生电磁辐射。根据发光二极管的至少一个实施形式，发光二极管包括半导体本体，其中半导体本体包括设计用于产生辐射的有源区。半导体本体例如外延地生长。根据发光二极管的至少一个实施形式，发光二极管包括支承体本体。支承体本体是机械自支承的。也就是说，支承体本体可以在机械上自支持，其无需附加的支承元件用于支持支承体本体。例如，支承体本体是机械上刚性的支承层。支承体本体在半导体本体的上侧上固定在半导体本体上。支承体本体例如可以借助连接单元固定在半导体本体上。支承体本体尤其并非半导体本体的生长衬底。更确切地说，可能的是，将生长衬底从半导体本体去除。支承体本体于是例如在半导体本体的上侧上粘合到半导体本体上。另外可能的是，支承体本体和半导体本体通过如阳极接合或者直接接合的方法彼此连接。在该情况中， 在支承体本体和半导体本体之间没有设置连接单元。支承体本体在机械上支持半导体本体。也就是说，支承体本体为带有支承体本体和半导体本体的发光二极管赋予其机械稳定性。根据支承体本体的至少一个实施形式，支承体本体包括发光转换材料。发光转换材料例如可以作为薄的层施加到支承体本体的外表面上。此外可能的是，发光转换材料以颗粒的形式引入支承体本体中并且在那里例如溶解。最后可能的是，支承体本体由发光转换材料构成。支承体本体于是例如可以由陶瓷发光转换材料构成。根据发光二极管的至少一个实施形式，发光二极管包括镜层，其在半导体本体的背离上侧的下侧上施加到半导体本体上。镜层设计用于在发光二极管的工作中反射在有源区中产生的电磁辐射。此外，镜层设计用于反射由发光转换材料进行波长转换的光。为此， 镜层例如可以由介电材料、介电材料的层序列、金属或者所述材料的组合形成。根据发光二极管的至少一个实施形式，发光二极管包括两个接触层。两个接触层的第一接触层在此与半导体本体的η导电区域连接，而接触层的第二接触层与半导体本体的P导电区域导电连接。通过接触层可以从外侧电接触发光二极管， 并且有源区被提供用于驱动发光二极管所需的电流。在此可能的是，两个接触层设置在镜层的背离半导体本体的侧上。对于镜层由导电材料例如金属形成的情况，接触层与镜层电绝缘。如果镜层由导电材料形成，则此外也可能的是，镜层的部分形成接触层。此外可能的是，第一接触层设置在镜层的背离半导体本体的侧上。第二接触层于是可以设置在支承体本体的背离半导体本体的侧上。根据发光二极管的至少一个实施形式，发光二极管包括半导体本体，其中半导体本体包括设计用于产生辐射的有源区。此外，发光二极管包括支承体本体，其在半导体本体的上侧上固定在半导体本体上，其中支承体本体包括发光转换材料。此外，发光二极管包括镜层，其在半导体本体的背离上侧的下侧上施加到半导体本体上。发光二极管此外包括两个接触层，其中接触层的第一接触层与半导体本体的η导电区域导电连接，而接触层的第二接触层与半导体本体的P导电区域导电连接。发光二极管的支承体本体在发光二极管中有利地负责不同功能-支承体本体形成用于半导体本体的支承体本体，并且由此形成发光二极管的机械支持的部件。-支承体本体此外形成转换介质，借助其可以将有源区中产生的电磁辐射至少部分地转换为其他的、优选更高的波长的辐射。例如，发光二极管通过这种方式适于在工作中发射白色混合光，其由通过发光转换材料重新发射的光和在有源区中产生的电磁辐射组成。-此外，支承体本体可以形成散射中心。如果支承体本体例如由陶瓷发光转换材料形成，则其除了频率转换特性之外还具有光散射作用，其有助于从发光二极管出射的电磁辐射的混合。此外可能的是，光散射材料引入到支承体本体中或者施加到支承体本体上。-此外，支承体本体形成用于半导体本体的保护层，其可以保护半导体本体免受机械和/或化学损伤。根据发光二极管的至少一个实施形式，在工作中在有源区中产生的发光二极管的电磁辐射仅仅通过支承体本体耦合输出。也就是说，在工作中在有源区中产生的电磁辐射仅仅可以通过支承体本体离开发光二极管。为了实现这一点，可以采取措施，其阻止电磁辐射通过芯片的侧面耦合输出。根据发光二极管的至少一个实施形式，支承体本体的至少一个侧面与半导体本体的至少一个侧面齐平地结束。半导体本体的侧面在此是如下的面，该面从半导体本体的上侧延伸至下侧并且例如将半导体本体的底面在其下侧与半导体本体的覆盖面在其上侧连接。相同地，支承体本体的侧面是横向形成边界的支承体本体的面。支承体本体的至少一个侧面现在可以与半导体本体的侧面齐平地结束。在极端情况下可能的是，支承体本体的所有侧面或整个侧面与半导体本体的所有侧面或整个侧面齐平地结束。半导体本体和支承体本体在该情况中例如具有相同的横截面，它们并不相互突出。在其中支承体本体和半导体本体在横向方向中并不相互突出的实施形式中，也可以理解为其中半导体本体和支承体本体的横截面彼此偏差最多10%的实施形式。根据发光二极管的至少一个实施形式，发光二极管包括盖层，其完全覆盖半导体本体的至少一个侧面。优选的是，盖层于是完全覆盖半导体本体的全部侧面。盖层一方面可以设计用于保护半导体本体的侧面免受化学和/或机械负载。另外可能的是，盖层不透射辐射地构建，使得电磁辐射不能通过半导体本体的侧面离开半导体本体。盖层于是例如是反射辐射的层，其可以借助介电材料例如氧化硅、氮化硅或者氧化铝形成。最后可能的是， 盖层实施为防反射层。在该情况中希望的是，电磁辐射通过半导体本体的侧面从其中耦合输出。电磁辐射于是不能仅仅通过支承体本体离开发光二极管，而是未被转换地通过侧面尚开。根据发光二极管的至少一个实施形式，盖层侧面地覆盖支承体本体和/或镜层。 也就是说，可能的是，盖层不仅沿着半导体本体的侧面延伸，而且还覆盖支承体本体和镜层的侧面。尤其是当盖层反射辐射地构建时，可以由此将特别大部分的电磁辐射朝着支承体本体反射。此外，盖层通过这种方式也有助于化学和/或机械保护支承体本体和/或镜层。
根据发光二极管的至少一个实施形式，在半导体本体和支承体本体之间设置有耦合输出结构，其中耦合输出结构和半导体本体的材料的折射率彼此偏差最多30%。耦合输出结构例如作为截顶棱锥施加到半导体本体的朝向支承体本体的辐射出射面上。电磁辐射可以由于在耦合输出结构的材料和半导体本体的材料之间的小的或者不存在的折射率差而以仅仅小的光学损耗从半导体本体进入耦合输出结构中。耦合输出结构优选具有如下侧面，这些侧面与半导体本体的朝向支承体本体的辐射出射面形成大于0°并且小于90°的角。电磁辐射可以在避免全反射、即以比在没有耦合输出结构的半导体情况下更大的概率离开耦合输出结构。耦合输出结构在此可以由与半导体本体相同的材料构成并且于是例如实施为半导体本体的粗化部。根据发光二极管的至少一个实施形式，耦合输出结构的材料与半导体本体的材料不同。耦合输出结构例如包含以下材料之一或者由以下材料之一构成氧化钛、硫化锌、氮化铝、碳化硅、氮化硼、氧化钽。根据发光二极管的至少一个实施形式，支承体本体的外表面被粗化和/或借助防反射涂层涂覆。例如，支承体本体的朝向半导体本体的侧和/或背离半导体本体的侧以所描述的方式来处理。由此，减少了在穿过支承体本体时电磁辐射反射的可能性。总之，由此于是提高了光耦合输出到支承体本体中和从支承体本体出来的可能性。根据发光二极管的至少一个实施形式，在半导体本体和支承体本体之间设置有连接单元，其建立在半导体本体和支承体本体之间的机械连接。连接单元例如可以是透射辐射的粘合剂，借助其将半导体本体固定在支承体本体上。这负责支承体本体和半导体本体之间的特别有弹性的连接，这尤其是在发光二极管的工作中加热半导体本体时证明为有利的。此外可能的是，在半导体本体的朝向支承体本体的外表面上施加层，其例如由氧化铝构成。相同的层也可以施加到支承体本体的朝向半导体本体的外表面上。两个层于是可以借助接合方法如阳极接合或者直接接合来彼此连接，使得在支承体本体和半导体本体之间设置连接单元构成的层。根据发光二极管的至少一个实施形式，连接单元的折射率与半导体本体的折射率偏差至少30%。这在耦合输出结构设置在半导体本体和支承体本体之间时证明为特别有利的。在该情况下，例如具有比半导体本体的材料和耦合输出结构的材料明显更低的折射率的连接单元可以在其暴露的外表面上围绕耦合输出结构。由于在半导体本体和连接单元之间的折射率差以及半导体本体和耦合输出结构的非常类似的折射率，电磁辐射优选耦合输入到耦合输出结构中。根据发光二极管的至少一个实施形式，从接触层出发将沟道引入半导体本体中， 其用导电材料填充。沟道在此优选也穿过镜层和/或支承体本体。也就是说，带有导电材料的沟道从接触层延伸到半导体本体中，使得半导体本体从其下侧和/或其上侧出发可以通过接触层被η侧以及P侧接触。尤其是从接触层的至少之一出发将至少一个沟道引入半导体本体和/或引至半导体本体，其以导电材料填充。导电材料尤其是与半导体本体导电连接。通过导电材料可以电接触半导体本体。沟道尤其是在镜层和/或支承体本体和/或半导体本体中的凹处。凹处的朝向镜层和/或支承体本体和/或半导体本体的外表面可以用电绝缘材料涂覆。在凹处中然后至少部分地弓丨入导电材料，例如金属。
此外提出了一种用于制造发光二极管的方法。优选的是，借助该方法制造这里描述的发光二极管。也就是说，对于发光二极管所公开的所有特征也对于方法公开并且反之亦然。根据一个实施形式，该方法包括以下步骤-提供半导体本体，-在半导体本体的上侧上施加支承体本体，-剥离半导体本体的生长衬底，-在半导体本体的背离支承体本体的下侧上产生镜层，-产生通过镜层和/或支承体本体进入半导体本体的沟道，-用导电材料填充沟道，以及-构建接触层，其中接触层与导电材料导电连接。该方法在此优选以所说明的顺序来实施。尤其是，引导到半导体本体中的沟道优选在施加镜层和/或支承体本体之后构建。支承体本体优选保留在半导体本体上并且尤其是包括发光转换材料，使得其作为支承体本体和光学部件可以具有双功能。在下面将借助实施例和附图进一步阐述这里描述的发光二极管以及这里描述的用于制造发光二极管的方法。
图1A、1B和2借助示意性截面图示出了这里描述的发光二极管的实施例。图3A至3F借助示意性截面图示出了这里描述的用于制造发光二极管的方法的实施例。在附图中相同、相似或者作用相同的部件设置有相同的附图标记。附图和在附图中所示的元件彼此之间的大小关系不能视为合乎比例的。更确切地说，各元件为了更清楚和/或为了更好理解而可以被夸大地示出。图IA借助示意性截面图示出了这里描述的发光二极管。发光二极管包括半导体本体1。半导体本体1包括η掺杂的区域13、P掺杂的区域12和有源区11，该有源区设置在η掺杂的区域13和ρ掺杂的区域12之间。在发光二极管的工作中在有源区11中产生电磁辐射。电磁辐射可以例如在其上侧Ia上离开半导体本体1。η掺杂的区域和ρ掺杂的区域的布置在此也可以交换。在半导体本体的上侧Ia上将支承体本体2施加到半导体本体1上。在此，支承体本体2由陶瓷发光转换材料例如YAG:Ce构成。支承体本体2可以粘合或者接合到半导体本体1上。在此，支承体本体2施加到半导体本体1的背离原始的生长衬底的侧上。在半导体本体1的侧面Ic上设置有盖层5，其在此反射性地构建，使得在有源区 11中在工作中产生的电磁辐射在侧面Ic上从盖层5向回反射到半导体本体中，例如朝着支承体本体2或者镜层3。盖层5可以沿着半导体本体的侧面Ic以及支承体本体的侧面2c 以及侧向于镜层3和接触层^、4b延伸。镜层3在半导体本体1的背离上侧Ia的下侧Ib上施加到其上。在此，镜层3例如构建为金属镜，其包含银或者由银构成。镜层3设计用于将有源区11中产生的以及在支承体本体2中频率转换的电磁辐射朝着支承体本体2反射。如果镜层3由导电材料形成， 则其借助并未示出的盖层与接触层4a、4b电绝缘。在镜层3的背离半导体本体的侧上设置有接触层^、4b，通过其可以电接触发光二极管。沟道9从接触层4a、4b延伸到η掺杂的区域13中或者ρ掺杂的区域12中。沟道 9借助导电材料91填充。导电材料91例如可以是同样也形成接触层4a、4b的材料。在接触层^、4b之间优选设置有介电材料构成的绝缘层8，其防止在两个接触层之间的短路。总之，通过接合图IA描述的发光二极管，实现了一种特别紧凑的发光二极管，其例如可以直接安装到电路板上，而无需用于发光二极管的另外的壳体。发光二极管的特征例如在于，在所描述的发光二极管中省去了硅树脂例如作为发光二极管的浇注材料或者作为发光转换材料的支承体。也就是说，这里描述的发光二极管没有硅树脂。发光二极管的特征在于紧凑的结构及其小的尺寸以及如下事实除了支承体本体之外无需附加的支承元件。支承体本体2机械地支持半导体本体1，使得可能的是，将生长衬底从外延制造的半导体本体的层去除并且由此得到半导体本体的特别薄的结构。结合图IB进一步阐述了这里描述的发光二极管的另一实施例。不同于结合图IA 描述的实施例，发光二极管在此可以从不同侧接触。在支承体本体2的背离半导体本体1的侧上设置有第一接触层4a，通过其可以电接触发光二极管。从接触层如出发，沟道9延伸到η掺杂的区域13中。可替选地或者附加于沟道9，支承体本体2在第一接触层如的区域中也可以薄化或者被去除。在镜层3的背离半导体本体1的侧上设置有第二接触层4b，其例如通过导电的镜层3p侧地接触半导体本体。可替选地也可以将沟道9通过镜层朝向ρ掺杂的区域12引导。沟道9借助导电材料91填充。导电材料91例如可以是也形成接触层^、4b的材料。结合图2进一步阐述了这里描述的发光二极管的另一实施例。不同于图IA的实施例，在图2的实施例中在半导体本体1和支承体本体2之间设置有多个耦合输出结构6。 耦合输出结构6例如实施为截顶锥形，其具有侧面，这些侧面倾斜于辐射出射面地在半导体本体1的上侧Ia上延伸。耦合输出结构由具有与半导体本体类似的折射率的介电材料构成。如果半导体本体例如基于氮化镓，则氧化钛或者氧化钽特别良好地适于形成耦合输出结构6。电磁辐射从半导体本体进入耦合输出结构6中，电磁辐射可以基于倾斜的侧面而特别有效地从这些耦合输出结构朝着支承体本体2耦合输出。为了将支承体本体2与半导体本体1连接，耦合输出结构6被连接单元7围绕，其例如可以是透明的粘合剂或者陶瓷材料。支承体本体2于是例如可以借助粘合或者借助接合与半导体本体1连接。连接单元 7在此可以具有比半导体本体所基于的材料的折射体小至少30%的折射率。支承体本体2 优选由陶瓷材料构成，其包含发光转换材料或者由这种发光转换材料构成。结合图3A至3F借助示意性截面图进一步阐述了用于制造这里所描述的发光二极管的方法的实施例。在第一方法步骤中，将支承体本体2施加到半导体本体的背离用于半导体本体1 的生长衬底14的上侧上，并且例如通过接合与该半导体本体连接(参见图3A和3B)。结合图3C示出了生长衬底14例如借助激光剥离方法来从半导体本体1去除。图3D示出了随后的将镜层3施加在半导体本体1的背离支承体本体2的下侧上。结合图3E示出了镜层被结构化并且沟道9通过镜层引入到半导体本体1中。导电材料91被引入沟道9中。在此也可能的是，在镜层3的两个区域之间引入绝缘层8。绝缘层8由电绝缘材料形成。其当镜层本身由导电材料构成时在该方法步骤中是特别有利的。在该情况下，可以省去附加的接触层如、4b，并且发光二极管可以直接通过镜层3来电接触。结合图3F示出了通过施加接触部4a、4b制造发光二极管以及将盖层5施加到半导体本体的侧面Ic上。同样地，如结合图3A至3F所示，也可以制造这里描述的发光二极管的结合图2所描述的实施例，其中在将半导体本体1和支承体本体2连接之前，在半导体本体2上产生耦合输出结构6。耦合输出结构6例如可以借助掩模技术来制造。此外可能的是，这里描述的发光二极管的结合图IB描述的实施例借助所述方法来制造，其中在镜层3和/或支承体本体2中产生沟道9。本发明并未通过借助实施例的描述而局限于此。更确切地说，本发明包括任意新的特征和特征的任意组合，尤其是权利要求中的特征的任意组合，即使该特征或者该组合本身并未明确地在权利要求或者实施例中说明。本专利申请要求德国专利申请102009019161. 5的优先权，其公开内容通过引用
结合于此。
权利要求
1.一种发光二极管，具有-半导体本体(1)，其中半导体本体(1)包括设计用于产生辐射的有源区(11)，-支承体本体O)，其在半导体本体(1)的上侧(Ia)上固定在半导体本体(1)上，其中支承体本体( 包括发光转换材料，尤其是由陶瓷发光转换材料构成，-镜层(3)，其在半导体本体(1)的背离上侧(Ia)的下侧(Ib)上施加到半导体本体 ⑴，以及-两个接触层Ga，4b)，其中所述接触层的第一接触层Ga)与半导体本体(1)的η导电区域(13)连接，而所述接触层的第二接触层Gb)与半导体本体(1)的ρ导电区域(12) 导电连接。
2.根据上一权利要求所述的发光二极管，其中将至少一个沟道(9)从所述接触层Ga， 4b)的至少之一引入半导体本体(1)和/或引向半导体本体(1)，所述沟道以导电材料(91) 填充，所述材料与半导体本体(1)和所述接触层Ga，4b)之一导电连接。
3.根据上一权利要求所述的发光二极管，其中所述至少一个沟道(9)穿过镜层(3)。
4.根据上述两个权利要求之一所述的发光二极管，其中所述至少一个沟道(9)穿过支承体本体(2)。
5.根据上述权利要求之一所述的发光二极管，其中在工作中在有源区(11)中产生的电磁辐射能够仅仅通过支承体本体( 离开发光二极管。
6.根据上述权利要求之一所述的发光二极管，其中支承体本体O)的至少一个侧面 (2c)与半导体本体(1)的至少一个侧面(Ic)齐平地结束。
7.根据上述权利要求之一所述的发光二极管，其中盖层( 完全覆盖半导体本体(1) 的至少一个侧面(Ic)。
8.根据上一权利要求所述的发光二极管，其中盖层( 侧向地遮盖支承体本体(2)和 /或镜层⑶。
9.根据上述权利要求之一所述的发光二极管，其中支承体本体O)由陶瓷发光转换材料构成。
10.根据上述权利要求之一所述的发光二极管，其中耦合输出结构(6)设置在半导体本体(1)和支承体本体( 之间，其中耦合输出结构(6)和半导体本体(1)的材料的折射率彼此偏差最多30%。
11.根据上述权利要求之一所述的发光二极管，其中耦合输出结构(6)的材料不同于半导体本体(1)的材料，并且耦合输出结构(6)的材料包含以下材料之一或者由其构成 TiO2, ZnS、A1N、SiC、BN、Ta2O50
12.根据上述权利要求之一所述的发光二极管，其中在半导体本体(1)和支承体本体 (2)之间设置有连接单元(7)，其建立半导体本体(1)和支承体本体( 之间的机械连接。
13.根据上一权利要求所述的发光二极管，其中连接单元(7)的折射率与半导体本体 (1)的折射率偏差至少30%。
14.根据上述两个权利要求之一所述的发光二极管，其中连接单元(7)将耦合输出结构(6)在其暴露的外表面上围绕。
15.一种用于制造发光二极管的方法，具有带有以下顺序的以下步骤-提供半导体本体(1)，-在半导体本体(1)的上侧(Ia)上施加支承体本体0)， -剥离半导体本体(1)的生长衬底(14)，-在半导体本体(1)的背离支承体本体O)的下侧(Ib)上产生镜层(3)， -产生穿过镜层(3)和/或支承体本体⑵进入半导体本体⑴和/或去向半导体本体(1)的沟道(9)，-用导电材料(91)填充沟道(9)-构建接触层Ga，4b)，其中接触层Ga，4b)与导电材料(91)导电连接。
全文摘要
提出了一种发光二极管，具有-半导体本体(1)，其中半导体本体(1)包括设计用于产生辐射的有源区(11)，-支承体本体(2)，其在半导体本体(1)的上侧(1a)上固定在半导体本体(1)上，其中支承体本体(2)包括发光转换材料，尤其是由陶瓷发光转换材料构成的发光转换材料，-镜层(3)，其在半导体本体(1)的背离上侧(1a)的下侧(1b)上施加到半导体本体(1)上，以及-两个接触层(4a，4b)，其中接触层的第一接触层(4a)与半导体本体(1)的n导电区域(13)连接，而接触层的第二接触层(4b)与半导体本体(1)的p导电区域(12)导电连接。
文档编号H01L33/48GK102414849SQ201080018556
公开日2012年4月11日 申请日期2010年3月25日 优先权日2009年4月28日
发明者文森特·格罗利尔, 米卡埃尔·阿尔斯泰特, 迪特尔·艾斯勒, 马格纳斯·阿尔斯泰特 申请人:欧司朗光电半导体有限公司