高效LED以及制造方法与流程
本发明涉及发光二极管，更具体而言，涉及具有高反射镜的发光二极管。
背景技术：
发光二极管(一个或多个led)是将电能转换成光的固态装置，并且通常包括夹在相反掺杂的n型和p型层之间的一个或多个半导体材料的有源层。当在掺杂层两端施加偏压时，将空穴和电子注入到有源层中，其中，在有源层中空穴和电子重组，以生成光。从有源层和led的所有表面发射光。
对于典型的led，期望以最高的发光效率操作，并且可以测量发射效率的一种方式是相对于输入功率的发射强度或每瓦流明。最大化发射效率的一种方法是最大限度地提取由led的有源区域或有源结构发射的光。对于具有单个外耦合表面的传统led，外部量子效率可以受到多个因素的限制，例如来自led发射区域的光的全内反射(tir)。tir可以由led半导体与周围环境之间的折射率的巨大差异而引起。由于与周围材料(例如，环氧树脂)的折射率相比，衬底的折射率高，所以一些led具有较低的光提取效率。这种差异导致了小逃逸锥，来自有源区域的光线可以从衬底从该小逃逸锥透射到环氧树脂中，并最终从led封装中逸出。未逸出的光可以在半导体材料中吸收或在反射光的表面处吸收。
已经开发了不同的方法来减少tir并提高整体光提取，更受欢迎的一种方法是表面纹理化。表面纹理通过提供允许光子有多个机会找到逃逸锥的变化表面来增加光逃逸概率。未找到逃逸锥的光可以继续经受tir，并且以不同的角度反射离开纹理表面，直到找到逃逸锥。已在几篇文章中讨论过表面纹理化的优势。【参见appl.phys.lett.、2001年10月第79卷第15期2316-2317页的windisch等人的impactoftexture-enhancedtransmissiononhigh-efficiencysurfacetexturedlightemittingdiodes；appl.phys.lett.、1993年10月第64卷第16期2174-2176页的schnitzer等人的30％externalquantumefficiencyfromsurfacetextured,thinfilmlightemittingdiodes；ieeejournalonselectedtopicsinquantumelectronics的2002年3月/4月第8卷第2期248-255页的windisch等人的lightextractionmechanismsinhigh-efficiencysurfacetexturedlightemittingdiodes；ieeejournalonselectedtopicsinquantumelectronics的2002年3月/4月第8卷的streubel等人的highbrightnessalganinplightemittingdiodes】。也归属于cree公司的美国专利no.6,657,236公开了在半导体层上形成的用于增强led中的光提取的结构。
提高光提取效率的另一种方法是提供反射光的反射表面，使得其有助于来自led芯片或led封装的有用发射。在图1所示的典型的led封装10中，单个led芯片12通过焊接接合或导电环氧树脂安装在反射杯13上。一个或多个焊线11可以将led芯片12的欧姆触点连接到引线15a和/或15b，所述引线可附接到反射杯13或与反射杯13一体。反射杯可以填充有可以含有例如磷光体等波长转换材料的密封剂材料16。由led以第一波长发射的至少一些光可以被磷光体吸收，所述磷光体可响应地发射第二波长的光。然后将整个组件封装在透明保护树脂14中，透明保护树脂可以模制成透镜的形状，以准直从led芯片12发射的光。虽然反射杯13可以向上引导光，但当光被反射时可能发生光学损失。由于实际的反射器表面的反射率小于100％，所以一些光可能被反射杯吸收。一些金属可以在兴趣的波长范围内具有小于95％的反射率。
图2示出了另一led封装，其中，一个或多个led芯片22可以安装在载体(诸如印刷电路板(pcb)载体)、衬底或基座23上。安装在基座23上的金属反射器24围绕led芯片22并且反射由led芯片22发射的光使其离开封装20。反射器24还为led芯片22提供机械保护。可以在led芯片22上的欧姆触点和基座23上的电迹线25a、25b之间进行一个或多个焊线连接11。然后，安装的led芯片22被密封剂26覆盖，密封剂可以为芯片提供环境和机械保护，同时也用作透镜。金属反射器24通常通过焊料或环氧树脂粘合剂附接到载体。当光被反射时，金属反射器也可能经受光学损失，因为也具有小于100％的反射率。
图1和图2所示的反射器被设置成反射从led逸出的光。还开发出具有内部反射表面或层以反射led内部的光的led。图3示出了具有通过金属粘结层36安装在基座34上的led32的led芯片30的示意图。该led还包括在led32和金属粘结剂36之间的p型触点/反射器38，反射器38通常包括诸如银(ag)等金属。这种设置用于市售的led，例如，来自
已经开发了具有内部反射器的其他led芯片，这些led芯片中的一些还包括允许接触有源外延结构的其他结构。这些特征中的一些允许通过其他层将信号施加到led芯片的有源结构。这些结构可以包括导电特征(例如层、触点和/或通孔)和绝缘特征(例如，介电和/或钝化层)的不同组合。这些特征可以包括在垂直和侧向几何led芯片中。这些结构可以比较复杂并且可以涉及复杂的制造过程，这些结构中的一些需要九个或更多个主要制造步骤以形成所需的构造。
技术实现要素：
本发明涉及简化的芯片架构或芯片构造，其可以引发使用较少步骤的更简单的制造过程。led结构可以具有比传统led芯片更少的层，所述层以不同的方式设置，以有效地制造和操作。
根据本发明的led芯片的一个实施例包括有源led结构，其包括两个相反掺杂层之间的有源区域，响应于施加到所述相反掺杂层的电信号，所述有源区域发射光。包括第一反射层，其与所述相反掺杂层中的一个层相邻。在所述第一反射层上包括第二反射层，所述第二反射层反射未被所述第一反射层反射的光，第二反射层延伸超过所述有源led结构的边缘。
根据本发明的led芯片的另一实施例包括有源led结构，其包括两个相反掺杂层之间的有源区域，响应于施加到所述相反掺杂层的电信号，所述有源区域发射光。包括介电反射层，其在所述相反掺杂层中的一个层上并且延伸超过所述有源区域的边缘。还包括金属反射层，其在所述第一介电反射层上。
用于形成led芯片的方法的一个实施例，包括在晶片上沉积有源结构外延层。该方法还包括在单个蚀刻步骤中蚀刻所述有源结构的不同部分，其中，所述不同部分以不同的速率蚀刻，并且其中，所述部分中的至少一个部分相对于所述蚀刻是自限制性的。
用于形成led芯片的方法的另一实施例，包括形成外延层的有源结构并在所述有源结构上形成多个反射层。该方法还包括执行单个蚀刻步骤，以形成穿过所述反射层到达所述有源结构的自对准通孔。
根据本发明的led芯片的又一实施例包括有源led结构，其包括两个相反掺杂层之间的有源区域。包括介电反射层，其与相反掺杂层中的一个层相邻。金属反射层在介电反射层上，其中，介电和金属反射层延伸超过所述有源区域的边缘。
从以下详细描述和附图中，本发明的这些和其他方面和优点将变得显而易见，附图通过举例的方式说明了本发明的特征。
附图说明
图1是现有技术的led灯的一个实施例的剖视图；
图2是现有技术的led灯的另一实施例的剖视图；
图3是现有技术的led芯片的另一实施例的剖视图；
图4是根据本发明的led芯片的一个实施例的剖视图；
图5是根据本发明的led芯片的一个实施例的俯视图；
图6是示出根据本发明的led芯片制造工艺中的步骤的流程图；
图7是根据本发明的led芯片的另一实施例的剖视图；
图8是示出根据本发明的另一led芯片制造工艺中的步骤的流程图；
图9是根据本发明的led芯片的另一实施例的剖视图；
图10是根据本发明的led芯片中的层的剖视图；
图11是根据本发明的led芯片中的其他层的剖视图；
图12是根据本发明的另一led芯片的剖视图；以及
图13是根据本发明的led芯片的又一实施方式的剖视图。
具体实施方式
本发明涉及可以使用较少步骤的方法来制造的简化的led芯片结构/构造，同时仍然为led芯片提供有效的发光。本发明涉及led芯片，其具有被设置成增加发射器的发射效率的内部的或一体的反射表面/层。本发明可以用作与一个或多个触点相结合的反射器，或者可以用作与触点分开的反射器。
根据本发明的led芯片可以包括有源led结构。包括介电反射层，其与所述相反掺杂层中的一个相邻。金属反射层在介电反射层上，其中，介电和金属反射层延伸超过所述有源区域的边缘。通过使介电层延伸，所述led芯片可以通过反射更多的led光以在期望的方向发射而以更高的效率发射。通过将金属反射层延伸超过有源区域的边缘，除了反射led光以在期望的方向发射以外，金属反射层还可以用作电流扩散层和阻挡层(barrier)。led芯片还可以包括自对准和/或自限制特征，这些特征简化了制造期间的蚀刻工艺。
介电反射层可以包括具有与有源led结构不同的折射率(ir)的材料。在大多数实施例中，介电反射层可以包括如下层：该层的ir在其与有源led结构的界面处或附近主要地更低。根据本发明的led芯片的一些实施例还可以包括第二反射层、金属层或反射镜堆栈(“反射镜堆栈”)，其可以位于介电反射层上并且与介电反射层结合使用，使得穿过介电反射层的光(例如，不经受tir)可以被第二反射层反射。
这些内部或整体反射层可以减少由于在不希望的可以被吸收的方向上发射的光而可以发生的光发射损失。从发射器的有源led结构沿远离有用发光的方向(例如，朝向衬底、基座或金属反射器)发射的光可被第一反射层反射。可以将反射表面定位成反射该光，使其在期望的方向从led芯片发射。
介电反射层可以包括许多不同的材料，一些实施例包括介电材料例如，sio2。可以理解，可以使用折射率更低或更高的许多其他材料，优选具有比led的有源结构材料小高达约50％的ir。在其他实施例中，介电反射层的ir可以比有源结构材料小高达约40％，而在其他实施例中，其可以高达约30％。
许多传统led可以主要依赖于由诸如ag或au等不同材料制成的金属反射器层。如上所述，金属反射器的每个反射可能会有损失，特别是对于在led中进行多次穿过和反射的光，这些损失可能是显着的。在由tir反射的光中没有光学损失，因此当使用tir代替金属材料反射更多的光时，led的发射效率可以增加。
根据本发明的发射器的不同实施例还可以利用允许有效且可靠的led操作的其他结构、层或特征。在一些实施例中，电流扩散层可以包括在反射层附近，以提供电流进入到有源led结构的一个或多个层中的扩散。在其他实施例中，可以包括材料，以提供不同层之间的可靠粘附，例如，在低ir层和金属反射层之间的可靠粘附。本发明的不同实施例还提供导电通孔或路径设置，其提供穿过绝缘层(例如，反射/介电层)的导电路径。这些特征中的一些特征允许电信号沿着通孔通过介电反射层，使得介电材料层可以用作内层。
传统的led芯片可以具有较复杂的结构，其允许这些内部反射器设置，同时允许利用不同的触点和通孔设置接触有源结构。这些复杂结构也可能导致较复杂的制造工艺。根据本发明的led包括允许简化的制造工艺的简化的led结构。如下面更详细地描述的，一些实施例可以包括介电反射层和可用作反射镜/阻挡层/电流扩散层的单层。led结构还可以包括与有源结构(例如，gan)的p侧接触的薄接触层。薄接触层可以包括许多材料，例如，ito，并且可以具有小于
在一些实施例中，可以通过使多个正面层与有源区域台面边缘自对准来进一步简化led结构。(在一个蚀刻步骤中全部蚀刻)。这使得用于形成诸如通孔等特征的蚀刻步骤更少。如下所述，通过在一个蚀刻步骤中形成背面台面(或通道)和光提取特征，可以进一步简化led结构的制造。这对于需要用于台面和光提取特征的不同的蚀刻时间的结构特别有用。在一些实施例中，需要较少蚀刻时间的材料可以是自限制性(self-limiting)的，以允许其他特征具有额外的蚀刻时间。
在一些实施例中，上述介电层可以包括许多不同的材料，一些实施例包括sio2。具有由sio2层构成的混合介电反射镜的led结构(该sio2层具有单个反射镜/屏障/电流扩散层和薄itop型触点
在一些实施例中，然后，可以通过蚀刻向下穿过层直到反射镜堆栈，在反射镜堆栈上形成外部p型触点。在这些实施例中，将镜面层延伸超过台面，以用于p型触点，而不是传统结构中使用的光吸收阻挡层，可以减少光吸收。
本文参考某些实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明可以以许多不同的形式体现，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例。特别地，介电反射层可以包括许多不同的材料层，并且可以具有除了本文所述的厚度之外的许多不同的厚度。介电层在本文中被描述为一种材料的层，例如，特定的电介质，但是应当理解，其可以包括许多不同的材料，并且在一些实施例中，其可以包括不止一个层。除了本文描述的位置，介电层也可以在位于不同led芯片上的许多不同位置，并且可以用于除了固态发射器之外的不同装置上。此外，第一反射层可以具有或不具有导电结构，以允许电信号通过。应当理解，根据本发明的led芯片还可以利用与诸如金属反射层或dbr层等其他反射器结合的单层介电层。第一反射层被设置成使由tir反射的光量最大化，同时保持简单、高效和成本有效的反射系统。
还应当理解，当诸如层、区域或衬底等元件被称为位于另一元件“上”，“邻近”或“附近”时，该元件可以直接在另一元件上，或者也可以存在中间元件。此外，在本文可以使用诸如“内”、“外”、“上部”、“之上”、“下部”、“下方”和“之下”等相关术语以及类似术语来描述一层或另一区域的关系。应当理解，除了附图中所示的取向之外，这些术语还旨在包括装置的不同取向。
虽然这些术语第一、第二等在本文可以用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但这些元件、部件、区域，层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一元件、部件、区域、层或部分区分开来。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分。
本文参照作为本发明的实施例的示意图的剖视图，描述本发明的实施例。因此，层的实际厚度可以是不同的，并且作为例如制造技术和/或公差的结果的图示的形状的变化是预期的。本发明的实施例不应被解释为限于本文所示的区域的特定形状，而是包括例如由制造导致的形状偏差。由于正常的制造公差，所以被示出或描述为正方形或矩形的区域通常将具有圆形或弯曲特征。因此，图中所示的区域本质上是示意性的，并且其形状并不旨在说明装置的区域的精确形状，并不旨在限制本发明的范围。
本文中参考发光二极管(一个或多个led)或led芯片来描述本发明，但是应当理解，其同样适用于其他固态发射器。进一步理解，本发明可以用于除了本文所描述的以外的许多不同的led芯片中。部件可以具有与所示的形状和尺寸不同的形状和尺寸，并且可以包括不同数量的led。
图4和图5示出了根据本发明的led芯片50的一个实施例，该芯片设置有允许简化制造的简化结构。尽管参考单个led芯片的制造描述了本发明，但是应当理解，本发明还可以应用于晶片级led制造、led组的制造、或封装的led芯片的制造。然后，可以使用已知的分离或切割方法将晶片或led组分离成单独的led芯片。本发明还可以用于具有不同几何形状的不同的led，例如，横向几何形状或垂直几何形状。本发明还可以用于与倒装芯片安装兼容的led以及被用于设置成用于非倒装芯片安装的led。本发明的不同实施例特别适用于制造具有与从cree公司购买的属于其ez、wz和/或da产品系列名称的led芯片相同的许多特征的装置。
led芯片50可以包括可以具有以不同方式设置的许多不同半导体层的led有源区域或结构52。led及其有源结构的制造和操作在本领域中是通常已知的，并且在此仅作简要讨论。有源结构52的层可以使用已知工艺制造，其中合适的工艺是使用mocvd进行制造。led芯片50包括具有p型层54、n型层56和这两者之间的有源区域的有源结构52。应当理解，其他的层和元件也可以包括在有源结构52中，包括但不限于缓冲、成核、接触和电流扩散层以及光提取层和元件。有源层可以包括单量子阱(sqw)、多量子阱(mqw)、双异质结构或超晶格结构。
有源结构52可以由不同的材料体系制成，优选的材料体系是基于iii族氮化物的材料体系。iii族氮化物是指在氮和元素周期表的iii族元素之间形成的那些半导体化合物，通常是铝(al)、镓(ga)和铟(in)。该术语还指三元和四元化合物，例如，氮化铝镓(algan)和氮化铝铟镓(alingan)。在一个实施例中，n型和p型层是氮化镓(gan)，有源层包括ingan。在替代实施例中，n型和p型层可以是algan、砷化铝镓(algaas)或砷化铝镓铟磷化物(algainasp)和相关化合物。
有源结构52可以形成在生长衬底(未示出)上，并且生长衬底可以由许多材料制成，例如，蓝宝石、碳化硅、氮化铝(aln)、gan，并且合适的衬底是碳化硅的4h多型体，但是也可以使用其他的碳化硅多型体，包括3c、6h和15r多型体。碳化硅具有某些优点，例如，比蓝宝石相对于iii族氮化物更接近的晶格匹配，并产生更高质量的iii族氮化物膜。碳化硅还具有非常高的导热性，使得碳化硅上的iii族氮化物装置的总输出功率不受衬底的热耗散的限制(如在蓝宝石上形成的一些装置的情况)。sic衬底可从位于北卡罗来纳州达勒姆的cree公司(creeresearch,inc.)获得，在科学文献以及美国专利号参考34,861；4,946,547；和5,200,022中描述了其制造方法。在所示的实施例中，已经去除了生长衬底，但是在其他实施例中，衬底的全部或一部分可以保留，并且实施例中的一些具有纹理部分，以增强光提取。
有源结构的不同实施例可以发射不同波长的光，这取决于有源层和n型层和p型层的成分。在一些实施例中，有源结构发射在大约450至460nm的波长范围内的蓝光。led芯片50还可以被一种或多种转换材料(例如，磷光体)覆盖，使得来自led的至少一些光通过一个或多个磷光体并被转换成一个或多个不同波长的光。在一个实施例中，led芯片发射来自led的有源结构的光和来自一种或多种磷光体的光的白光组合。在其他实施例中，可以提供远程磷光体，其处于从led芯片50发射的路径中，以转换远离led芯片50的光。
本文讨论的“正面”制造是指与p型层54相邻的那些层的制造，并且在所示的实施例中，是设置在有源结构50之下的那些层。在该实施例中，正面还指与led芯片主要发射面的相反侧。然后，“背面”制造通常是指在与正面制造相反侧的制造。
如上所述，led芯片50可以包括允许简化led芯片50的制造的简化/混合的反射镜设置。在一些实施例中，混合反射镜可以包括在p-gan上的电流扩散层58、介电反射层(例如，sio2)60、和介电层60上的反射镜堆栈(单反射镜/阻挡层/电流扩散层)62。然而，应当理解，其他实施例可以包括以不同方式设置的许多不同的简化/混合反射镜。在一些实施例中，这些正面层可以与有源区域台面边缘自对准。换言之，并且如下面更全面地描述的，(除了其他层以外，)这些层可以在一个步骤中被蚀刻到外延材料，这可以简化整个制造过程。
扩散层58可以在有源结构52上的有助于电流扩散到p型层中的位置。在所示的实施例中，电流扩散层58可以覆盖一些或整个p型层，并且在一些实施例中，电流扩散层58有助于在p型层的表面上从p型触点64扩散电流。这有助于在p型层上提供改进的电流扩散，其具有从p型层到有源区域的电流注入中的相应改进。
电流扩散层58可以包括许多不同的材料，并且通常是透明导电氧化物，例如，氧化铟锡(ito)或诸如铂(pt)等金属，尽管也可以使用其他材料。电流扩散层58可以具有许多不同的厚度，并且本发明的厚度足够小，以尽可能减小来自有源结构的穿过电流扩散层的光的吸收。在一些实施例中，包括ito的电流扩散层58可以具有小于1000埃
在所示实施例中的介电反射层60形成在电流扩散层58上，在介电层60和有源结构52之间具有电流扩散层。然而，应当理解，在其他实施例中，介电反射层60可以直接形成在有源结构52上，而在其他实施例中，其他层可以在有源结构52和介电层60之间。介电层60可以包括许多不同的材料，并且优选地包括在包括有源结构52的材料之间呈现折射率(ir)阶跃的材料。换言之，介电层60可以具有小于有源结构的ir，以促进全内反射(tir)。反射经受tir的光，而不会受到吸收或损失，并且tir允许有效反射有源结构光，从而可以有助于有用或期望的led芯片发射。
介电反射层60可以包括ir小于2.3的材料，而其他实施例可以具有小于2.15的ir。在其他实施例中，ir可以小于2.0。可以使用许多不同的材料，并且在一些实施例中，介电层60可以包括sio2。可以理解，可以使用其他介电材料，例如，sin、si、ge、mgox、mgnx、zno、sinx、siox、aln及其合金或组合。介电层60还可以包括多个不同的层。在一些实施例中，介电层可以包括具有一层或多层不同材料的sio2层。在一些实施例中，tio2层可与sio2层一起使用。在其他实施例中，介电层可以包括具有分布布拉格反射器(dbr)形式的多个层。
一些iii族氮化物材料(例如，gan)可以具有约2.4的ir，并且sio2具有约1.46的ir。具有包括gan并且还包括sio2介电层的有源led结构52的实施例可以在这两者之间具有足够的ir阶跃，以允许在这两者之间的连接处具有有效的tir光。有源结构52的gan材料的ir为2.4，介电反射层60的sio2材料的ir为1.46。这表示在这两者之间的ir差约为39％。介电反射层60可以根据材料的类型具有不同的厚度，一些实施例具有至少0.2微米(μm)的厚度。在这些实施例中的一些实施例中，其厚度可以在0.2至0.7μm的范围内，而在这些实施例中的一些实施例中，其可以是约0.5μm厚。
如上所述，根据本发明的led芯片50还可以利用上面称为反射镜堆栈62的第二反射层来反射在与介电反射层60的连接处不经受tir并且穿过介电反射层60的光。反射镜堆栈62可以包括许多不同的材料，例如，ag、au、al或其组合，并且可以包括多个层。在所示的实施例中，反射镜堆栈62可以至少部分地包括ag，其他实施例包括基本上全部为ag的层。根据本发明的不同实施例还可以包括在介电反射层60和金属堆栈62之间的粘合层(未示出)，以促进这两者之间的粘附。许多不同的材料可以用于粘合层，例如，tio、tion、tio2、tao、taon、ta2o5、alo或其组合，优选的材料是tion。粘合层可以具有从仅仅几
led芯片50还包括可以穿过介电反射层60到达电流扩散层58的介电层孔(p型通孔)64。当反射镜堆栈62沉积时，可以填充孔64，金属层材料可以形成到达电流扩散层58的介电层过孔66。如下面更详细描述的，过孔66提供穿过反射层60的导电路径，电信号源自p型触点，穿过反射镜堆栈62，通过过孔66，并且到达电流扩散层58。
可以使用许多已知的工艺形成孔64，例如，传统蚀刻工艺或诸如微型打孔等机械工艺。孔64可以具有许多不同的形状和尺寸，所示实施例中的孔64具有直径小于20μm的圆形横截面。在一些实施例中，孔可以具有大约8μm的直径，而其他孔的直径具有低至1μm的直径。相邻的孔64可以相隔小于100μm，所示的实施例具有从边缘到边缘相隔的30μm间隔。在另外的其他实施例中，通孔可以具有低至10μm或更小的间隔。应当理解，孔64(以及所得到的通孔100)可以具有不同形状的横截面，例如，正方形、矩形、椭圆形、六边形、五边形等。在其他实施例中，孔的尺寸和形状不一致，在相邻孔之间可以具有不同或不均匀的间隔。
在其他实施例中，可以使用不同的结构来提供在p型触点和电流扩散层之间的导电路径。代替孔，可以通过介电反射层60形成互连网格，然后将导电材料沉积在网格中，以形成通过复合层的导电路径。网格可以采取许多不同的形式，部分网格在不同的实施例中以不同的角度互连。施加到网格的电信号可以遍及并且沿着互连部分扩散。还应当理解，在不同的实施例中，网格可以与孔组合使用，而其他实施例可以提供其他导电路径。在一些实施例中，一个或多个导电路径可以在led芯片的有源层外面(例如，沿着led芯片的侧表面)行进。
可以形成通过反射镜堆栈62、介电反射层60和电流扩散层58、p型层54并且到达n型层56的n型通孔68。在所示的实施例中，可以在单个蚀刻步骤中形成通孔68。这被称为“自对准”的层。然后，正面钝化层70可以包括在过孔66的内表面上，并且可以继续覆盖反射镜堆栈62的暴露的底表面。钝化层70可以保护并提供层之间的电绝缘，并且可以包括许多不同的材料，例如，介电材料。可以形成通过钝化层70到达n型层56的接触孔72。
可以包括形成n型层通孔74的导电层，该通孔可以在通孔68的表面上和钝化层70上。通孔74穿过反射镜堆栈62、介电反射层60、电流扩散层58、p型层54和钝化孔72，以便与n型层56接触。在这种设置中，施加到通孔74的电信号被传导到n型层56。通孔74可以由许多不同的导电材料制成，例如，金属。一些通孔实施例包括诸如al等金属层，其覆盖孔66中的钝化层，并且在钝化层上继续并覆盖反射镜堆栈62。然后可以在通孔金属层74上包括接合层76。
如上所述，背面处理是指led芯片50在与介电反射层60和反射镜堆栈62相对的一侧上的处理。当在晶片级制造led芯片时，外延层是连续的。然后，通过外延层形成台面或通道，以形成各个led的有源结构。可以使用许多不同的形成方法，例如，蚀刻。
在以晶片级制造led芯片时，在led芯片中相邻的led芯片之间形成第一“通道”78。在所示的实施例中，正面钝化层70和导电层74延伸超过led结构52的边缘并覆盖第一通道78。在用于p型触点82的位置，在led芯片50之间也形成接合焊盘区域(即，第二通道)80。在一些实施例中，接合焊盘区域80可以形成在led芯片50的一个或多个拐角中。在该实施例中，电流扩散层58、介电反射层60和反射镜堆栈62延伸到接合焊盘区域80(而不是第一通道78)。通过电流扩散层58和介电反射层60形成p型接触孔84，以暴露反射镜堆栈62。p型触点包括在p型接触孔80中并与反射镜堆栈62和电流扩散层58接触。
在操作期间，施加到p型触点的电信号主要扩散到金属层62，通过过孔66，并且到达电流扩散层58，在此处，该电信号扩散到p型层54。施加到导电层68的电信号传导到n型层56。
有源结构52的一个或多个表面层也可以使用诸如已知的蚀刻或研磨方法等不同方法进行纹理化。在传统的led制造工艺中，可以在单独的制造步骤中发生通道和纹理。在根据本发明的实施例中，可以在相同的步骤中发生通道和纹理工艺，简化了整个制造工艺。
在根据本发明的一个实施例中，背面处理可以包括在n型层的顶表面上形成第一背面钝化层86。第一背面钝化层的部分然后可以形成有助于限定n型层56中的纹理图案的特征阵列。在一些实施例中，可以蚀刻第一钝化层86，以形成图案，例如特征阵列(例如，圆或点)，并且点被用作对纹理特征进行蚀刻的掩模。点可以是预定图案的，其可以产横基本上相同的尺寸的纹理特征87(即，截头锥体)的预定义图案或可以是随机图案，其可以产生尺寸变化的纹理特征。
在根据本发明的实施例中，可以在图案化钝化层82的特征之间蚀刻n型层56，并且一些实施例利用湿化学蚀刻。这可以引起沿着包括n型层56的半导体层的晶面进行的蚀刻。如图所示，该蚀刻继续，直到每个截头锥体特征的底部与相邻的截头锥体相交。这将导致蚀刻停止从n型层去除材料，并且该相交在特征的深度上是“自限制性的”。在donofrio的并且归属于cree公司的美国专利申请序列号13/868,361中全面描述形成纹理87特征的这种设置和方法，其内容结合于此。
在蚀刻n型层56期间，也可以蚀刻第一通道78和接合焊盘区域80。n型层的纹理特征是自限制性的，并且一旦特征的底部相交，即使还有蚀刻材料剩余，这些特征的蚀刻也停止。这允许用于在通道78、80中进一步去除外延材料的额外蚀刻时间，同时不继续去除纹理特征处的外延材料。这允许使用一个蚀刻工艺步骤来蚀刻需要不同蚀刻时间的不同特征。由于一个特征是自限制性的，所以可以使用额外的时间来蚀刻一个或多个其他特征，例如，通道。
在该蚀刻工艺之后，第二背面钝化层88可以包括在有源结构52之上以及在有源结构之间的通道78、80之上。第一和第二背面钝化层86、88可以包括许多不同的材料，并且在一些实施例中，可以包括相同的材料或不同的材料。第一背面钝化层86主要用作形成纹理特征的掩模，而第二背面钝化层88主要用于保护其下方的层。类似于上述正面钝化层70，第一和第二背面钝化层可以包括许多不同的材料，例如，介电材料。
然后，可以在第二钝化层88中与电流扩散层58和介电反射层60一起形成开口，以形成p型接触孔84。p型触点80形成在孔84中并且直接形成在金属层62上，用于向p型层54施加电信号，如上所述。优选地通过在金属层62上提供比较干净的表面的蚀刻工艺，形成开口，并且p型触点82应当通过电流扩散层58、介电反射层60和第二钝化层形成良好的侧壁覆盖84，以帮助防止层之间的金属迁移。
led芯片50呈现可以使用比用于制造传统led芯片时的步骤更少的步骤来制造的简化结构。图6是示出在根据本发明的制造工艺的一个实施例中使用的一些步骤的流程图90，不同的步骤主要侧重于蚀刻工艺。在第一步骤91中，可以穿过介电层60到达电流扩散层58而蚀刻p个反射层孔(或p通孔)64。当沉积金属层62时，可以填充孔64，并且金属层材料可以形成到达电流扩散层58的过孔66。
在沉积反射镜堆栈62之后，在第二步骤92中，可以蚀刻反射镜堆栈62、介电反射层60、电流扩散层和部分p型gan外延材料54，以形成通孔。如上所述，被蚀刻的层是“自对准的”，并且在一个步骤中蚀刻。在一些传统的led芯片中，可以在不同的步骤中蚀刻这些层，这可能导致更复杂的制造工艺。
在沉积钝化层70之后，在第三步骤93中，可以蚀刻钝化层70，以形成通向n型层56的钝化层孔72。导电过孔层74填充钝化层孔，并且形成与n型层56的接触。
第一背面钝化层86可以沉积，然后，形成在控制形成外延材料纹理特征的特征图案内。在第四步骤94中，可以在相同的蚀刻步骤中形成第一通道78、接合焊盘区域80和纹理特征87。如上所述，纹理特征87的蚀刻可以是自限制性的，这导致纹理特征87的蚀刻停止，而同时通道78、80的额外纹理化继续进行。纹理特征的这种自限制允许在一个蚀刻步骤中蚀刻纹理特征87和通道78、80。
然后可以沉积第二背面钝化层88。在第五步骤95中，可以穿过第二背面钝化层88、电流扩散层58和介电反射层60到达反射镜堆栈62而蚀刻p型接触孔84。然后，p型触点82可以沉积在孔84内并且与反射镜堆栈62接触。通过使反射镜堆栈延伸超过台面，代替如在一些传统led芯片中一样的光吸收阻挡层，可以减少光吸收。
根据本发明的led芯片可以以许多不同的方式设置，并且可以包括使用不同工艺制造的许多不同的层结构。图7示出了与图4和图5所示的并且如上所述的led芯片50相似的led芯片100的另一实施例。对于相同或相似的特征或元件，在本文中使用led芯片50的描述相同的附图标记，理解为以上描述适用于该实施例。
led芯片100包括有源结构52，包括p型层54和n型层56，在这两者之间具有有源区域。led芯片100的正面包括p型层54上的电流扩散层58和电流扩散层58上的介电反射层60，并且根据需要在额外层之间包括粘合层。反射镜堆栈62包括在介电层60上，并且反射层过孔66穿过介电反射层60形成并从反射镜堆栈62到达电流扩散层58。
同样在led芯片100的正面上，n型通孔68穿过n介电反射层60、电流扩散层58和p型层54到达n型层56而形成。反射镜堆栈62从孔偏移，并且如上所述，层中的孔不以自对准的方式形成。此外，介电反射层60与上述介电反射层不同地设置，并且在通孔68的内侧，在暴露在通孔68中的p型和n型层54、56的表面上延伸。钝化层孔72在通孔68的顶部延伸穿过介电反射层60，以露出n型层56的表面，以便通过过孔导电层74接触。介电反射层60也可以延伸到第一通道78和接合焊盘区域80。正面钝化层70延伸到反射层60上的第一通道78内。
介电反射层60的这种覆盖提供了有助于反射侧向或横向发射或限制的光的反射杯设置，使得其可以有助于来自led芯片的有用发射。这可以包括在侧向方向上直接从有源区域发射的光，或者通过全内反射(tir)将光限制在有源结构内。如第一光路102所示，沿有源区域朝向有源结构52的边缘发射的光可以在有源结构的边缘处由介电反射层60的向上延伸部分反射。同样并且如第二光路104所示，朝向过孔发射的光可以由在通孔68中的介电反射层60的向上延伸部分反射。该反射杯设置可以提供led芯片100的总体改善的发射效率。
led封装100中存在进一步的差异。与led封装50不同，电流扩散层58不延伸到第一街78或接合焊盘区域80中。相反地，在有源结构52的边缘处或附近停止。此外，介电反射层60不会在接合焊盘区域80中的有源结构52的边缘处停止，而是继续直到电流扩散层58的边缘表面、p型层的边缘54和n型层的一部分边缘，然后，延伸到接合焊盘区域80中。
led封装还包括第一和第二背面钝化层86、88，第一钝化层86设置成用于形成图案，以如上所述指定n型纹理特征的形状和尺寸。如上面那样，纹理特征的自限制蚀刻允许相同蚀刻步骤用于形成纹理特征和第一通道78以及接合焊盘区域80。提供第二背面钝化层88，作为在纹理特征、第一通道78和接合焊盘区域80上的保护。可以在接合焊盘区域80中形成p型接触孔84，穿过第二背面钝化层88和介电反射层60，以暴露反射镜堆栈62的顶表面。p型触点82可以形成在孔84中并与反射镜堆栈接触。如上面那样，施加到p型触点82的电信号扩散到反射镜堆栈62中，并且通过过孔66传导到电流扩散层58，其中，信号扩散到p型层54中。施加给导电层74的电信号传导到n型层56，如上所述。
对于led100，介电反射层60可以在有源台面蚀刻之后的不同点处终止。在一些实施例中，如图所示，介电反射层可以延伸超过n-gan的边缘，进入第一通道78和接合焊盘区域80，而在其他实施例中，介电反射层可以在有源台面台阶和n-gan的边缘之间终止。在大多数实施例中，如上所述，介电反射层60超过有源区域台阶，以形成反射杯，这可能是重要的。可以具有关于层延伸的距离的其他考虑因素，例如，在sio2和sin之间的透湿性差异，其中，优选的是不使sio2在通道上连续。包括另一sin(背面钝化)层，该层将覆盖通道中的sio2，但是一旦分离，就可以暴露出sio2的边缘。如果在通道中去除介电反射的一些sio2，则将使用sin从两侧封装。
led芯片100还呈现可以使用比用于制造传统led芯片时的步骤更少的步骤来制造的简化结构。led芯片100具有如上所述设置的层，以提供增强的光提取。图8是示出在根据本发明的制造工艺的一个实施例中使用的一些步骤的流程图120，不同的步骤主要侧重于蚀刻工艺。在沉积电流扩散层58之后，在在第一步骤121中，蚀刻n台面，穿过电流扩散层58，穿过p型层54，进入n型层56。
然后，可以将介电层60沉积在电流扩散层58之上以及n台面之上。在一些实施例中，介电反射层60可以如上所述形成杯，并且可以延伸到第一通道78和/或接合焊盘区域80内。在第二步骤122中，可以使用已知的蚀刻工艺穿过介电层而形成介电层孔64。
在第三步骤123中，反射镜堆栈可以沉积在介电反射层60上，填充介电层孔，以形成过孔66。然后，可以沉积钝化层70，并且在第四步骤124中，可以蚀刻钝化层，以形成n接触通孔68。然后，导电层74可以形成在钝化层上并与n型层56接触。
然后，可以将第一背面钝化层86沉积并蚀刻成其特征图案。在第五步骤125中，纹理特征87、第一通道78和接合焊盘区域80可以在相同步骤中蚀刻。如上所述，纹理特征87的蚀刻可以是自限制性的，其允许蚀刻纹理特征和通道，即使通道蚀刻可能需要更多的时间。
然后，可以沉积第二背面层88，并且在第六步骤126中，第二背面钝化层88和介电反射层60可以蚀刻到反射镜堆栈62上，并且p型触点82可以沉积在反射镜堆栈62上。
应当理解，不同的实施例可以是以除了上述实施例中所示的以外的许多不同方式设置的层，并且可以覆盖相邻层的不同部分。例如，在上述实施例中，反射镜堆栈62延伸到接合焊盘区域80中，但不延伸超过第一通道78中的有源区域52的边缘，并且不延伸超过n型通孔的边缘。然而，在其他实施例中，这些层和其他层可以覆盖不同的部分并且可以延伸超过所示的区域。
图9示出了与图6所示的并且如上所述的led芯片100相似的根据本发明的led芯片130的另一实施例。led芯片130包括具有p型层54和n型层56的有源结构52，并且在p型层54和n型层56之间具有有源区域。led芯片130的正面包括电流扩散层58以及电流扩散层58上的介电反射层60，根据需要在其他层之间包括粘合层。反射镜堆栈62包括在介电层60上，并且反射层过孔66穿过介电反射层60而形成，并且从反射镜堆栈62途经进入电流扩散层58。
与上述实施例一样，n型通孔68穿过n介电反射层60、电流扩散层58和p型层54到达n型层56而形成。也与上述实施例一样，介电反射层60和反射镜堆栈62延伸超过接合焊盘区域80中的有源结构52的边缘，并且介电反射层延伸到第一通道78中。然而，在该实施例中，金属堆栈62可以延伸超过介电反射层60上的有源结构52的边缘，并且至少部分地延伸到第一通道78中。金属堆栈62还可以随着介电层延伸超过有源结构的边缘，并且还至少部分覆盖n型通孔68的内表面。应当理解，在一些实施例中，金属堆栈62不应该延伸到n型gan层56，并且不应该延伸到通道80的边缘。反射镜堆栈62也不应该在n型通孔中延伸以完全覆盖n型通孔68中的介电反射层60。当在钝化层70上沉积导电层74时，这允许装置的有效和可靠的分离，并且允许蚀刻钝化层孔72，而不接触金属堆栈62。
这种设置可以提供诸如在上述实施例中的更有效的杯状反射器的优点。介电层60和金属堆栈62可以有助于反射在侧向方向上直接从有源区域发射的光或者通过全内反射(tir)在有源结构内限制的光。还应当理解，如本文所述，金属堆栈可以在不具有反射杯设置的实施例中(例如，在本文所述实施例中)延伸。
上面描述了使用由第一背面钝化层形成的sin点和自限制晶体湿式蚀刻的gan纹理化。已知某种晶体刻蚀快速地穿过n-gan进行蚀刻，但是穿过p-gan却很缓慢。led芯片100的优点在于，在正面处理(在n台面蚀刻)期间已经去除了p-gan，因此，背面蚀刻在较短的时间内完成。对于一些先有技术的装置以及led芯片50，背面蚀刻需要穿过p-gan，因此蚀刻可能需要更长的时间，并且有时留下会降低生产质量的p-gan残留。
再次参考图4和图5所示的并且如上所述的led芯片50，自对准反射镜堆栈62、介电反射层60、电流扩散层(ito)、p型层和一部分n型层(gan)，穿过这些层的孔可以通过反应离子蚀刻(rie)工艺蚀刻，而由于对ag进行的干净干法蚀刻的已知困难，优选的采用湿法蚀刻ag反射镜堆栈。如果包括粘合层并且根据粘合层的选择，则粘合层可以通过湿法或干法蚀刻。ag反射镜堆栈湿法蚀刻将横向和垂直地蚀刻ag，导致底切。如果粘合层是光吸收金属，则ag底切可以围绕ag外围产生吸收边缘，如从介电层侧所示。这是不希望的，因为可以负面地影响光提取。当钝化层沉积在顶部上时，也不希望具有突出的粘合层，因为突出会阻止涂层一致，从而在钝化中留下可以负面地影响可靠性的间隙。
现在参考图10，为了解决这个问题，本发明提供一种工艺，其中，在完成ag反射镜堆栈62的蚀刻之后，执行第二湿法蚀刻，并且第二蚀刻包括蚀刻粘合层130而不是ag镜堆栈62的化学品。当该蚀刻工艺被正确定时时，第二蚀刻使粘合层130横向蚀刻超过反射镜堆栈62，从而消除了反射镜堆栈62周围的吸收边缘。该工艺还使介电反射层60和电流扩散层58在通孔68内对准。可以使用许多不同的湿法蚀刻来蚀刻ag，例如，市售的银蚀刻剂tfs、seiverethcant9044(都来自transesecompany公司)和市售的(浓缩或稀释的)硝酸。粘合层材料的一个示例可以包括与ag兼容的ti。在一些实施例中，ti层可用(浓缩或用水稀释的)hcl蚀刻。
对于根据本发明的并且如上面在图4和图6所示的实施例中描述的构造结构，p型触点82可以在反射镜堆栈62上并且连接到反射镜堆栈62，一些实施例在反射镜堆栈的ag侧具有p型触点。在形成p型触点82之前，必须形成穿过多达3层或更多层的孔。在一些实施例中，这些层可以包括第二背面钝化层88、电流扩散层(ito)58和介电层60。用于蚀刻电介质的典型rie化学品可以玷污暴露的ag，这可能导致不良的电接触或不一致的视觉外观干扰自动化视觉检查工具。该问题的一种解决方法是通过浸入化学品中或者将玷污的表面暴露于干净的等离子体(例如，n2等离子体)来去除污点。
在根据本发明的一些实施例中，当沉积p型触点82时，暴露的反射镜堆栈(ag)应当封装，以防止在操作期间的金属(ag)迁移。金属(ag)的所有暴露表面应在p型触点沉积期间密封。这有两个要素。首先，在p型触点沉积之前的rie蚀刻期间，侧壁上不应有聚合物或杂质沉积。第二，p型触点应包括已知是良好势垒金属的金属，并且金属的沉积应覆盖p型接触孔的侧壁以及底部。合适的rie蚀刻化学品的示例包括cf4/o2和sf6/o2。现在参考图11，示出了可以包括不止一种材料的实施例p型触点结构140，p型触点140包括一种材料的阻挡层142和另一种材料的块状材料144。合适材料的示例包括p型触点阻挡层142材料，包括但不限于溅射的ti/pt，随后是包括蒸发的au的块状材料144。其他实施例可以包括溅射的ti/ni的阻挡层142和蒸发的ti/au的块状材料144。其他实施例可以包括这些材料的不同组合。
再次参考图4和图6所示的实施例，当结构经过晶片接合工艺时，如果结构拓扑太大，则可能在接合层中具有空隙。例如，通孔68或第一通道78之下的空隙可能过大，导致接合层中具有空隙。该问题的解决方案可以是在晶片接合之前对结构平面化。这可以通过在晶片上包括聚合物或旋涂式玻璃来实现。图12示出了与图5所示的并且如上所述的led芯片50相似的led芯片160的实施例。在该实施例中，聚合物162可以包含在空隙中，仅仅在沉积在粘结层164之前，聚合物162在平面区域中旋涂、固化和回蚀。或者，平面化可以在钝化层和al层之间进行，在反射镜堆栈和钝化之间进行，或者平面化聚合物可以代替钝化。在这些实施例中，聚合物可以在固化后保持完整，或者可以在仅在台阶边缘处留下聚合物的平面区域中回蚀。
图13示出了具有进一步简化构造的根据本发明的led芯片150的另一实施例。led芯片170可以包括类似于led芯片50的层和结构，包括但不限于有源结构52以及诸如电流扩散层58、反射镜堆栈62、钝化层70、导电层74和接合层76等正面层。背面还可以包括第一通道78、接合焊盘区域80、p型触点82、第一和第二背面钝化层86、88、以及纹理特征87。然而，通过去除介电反射层并消除穿过反射层形成过孔的步骤，来简化led芯片170。这可以导致包括更少步骤的简化构造工艺，并且一些实施例在少至4个步骤的构造或少至4级构造中制造。在一些实施例中，通过去除介电反射层，去除反射层会导致发射效率的某种降低，但是在某些应用中，这些损失可能是可以接受的。
在其他实施例中，通道和纹理特征可以在两个不同的蚀刻步骤中被蚀刻，与在先有技术的装置中一样。然而，这可以为led芯片50和led芯片100的制造工艺增加其他步骤。在其他实施例中，可以去除电流扩散层，在这种情况下，反射镜堆栈可以直接与p-gan接触，并且可以用于从p型触点扩散电流，而非电流扩散层。
虽然已经参考其某些优选的配置详细描述了本发明，但是其他版本也是可能的。因此，本发明的精神和范围不应限于上述版本。
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