据本发明的发光管芯组件的发光二极管(LED)的示意图。
【具体实施方式】
[0031]现在将参照附图在下文更全面地描述本发明，在附图中示出本发明的当前优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式体现并且不应当解释为限于本文所阐述的实施例；而是，这些实施例是为了透彻性和完整性而提供的，并且向本领域技术人员全面传达本发明的范围。
[0032]图1示出了根据本发明的发光管芯组件100的第一实施例的示意性横截面视图。发光管芯组件包括衬底102，具有η型层104、有源区106和ρ型层108的GaN的半导体结构103，布置成与所述ρ型层108电气接触的ρ接触层110，防止金属原子迀移的阻挡层112，布置成与所述η型层104电气接触的η接触层116，布置成使ρ接触层110从η接触层116电气隔离的第一电介质层114，包括从彼此电气隔离的第一和第二区120a、120b的热学扩散层120，其中第一区120a对应于发光管芯组件的阳极电极，并且第二区120b对应于发光管芯组件的阴极电极，布置成使η接触层116从所述第一区120a电气隔离的第二电介质层118，布置成使第一和第二区120a、120b从彼此电气隔离的第三电介质层122，以及使得能够与基板(未示出)互连的互连垫124。
[0033]图1中还示出通过有源区106、ρ型层108、ρ接触层110、阻挡层112和第一电介质层114形成以促进η型层104与η接触层116之间的电气连接的通孔117。
[0034]此外，热学扩散层120的投影区域121布置成经由阻挡层112实现热学扩散层120的第一区120a与ρ接触层110之间的电气连接。由此实现P接触层110与发光管芯组件的阳极之间的电气连接。
[0035]作为所公开的多层结构的结果，实现了 pn结两侧的电气接触。
[0036]在图1中为了简化而仅示出一个通孔117和一个投影区域121，尽管可以存在许多通孔和投影区域，如下文将更详细讨论的那样。
[0037]衬底102由蓝宝石制成，因为其具有类似于GaN的晶格常数，使得能够实现GaN半导体结构103的良好生长质量。蓝宝石对于由基于GaN的LED发射的光还是透明的。应当指出的是，衬底还可以通过激光辅助的剥离、研磨、化学机械抛光、或湿法蚀刻、或任何其它处理技术而移除，使得GaN层至少部分地暴露并且发光管芯组件具有TFFC几何结构。利用TFFC几何结构，可以避免透明衬底中的吸收损失，从而提供发光管芯组件改进的亮度。通过半导体结构103所暴露的表面的粗糙化或图案化，可以实现发光管芯的光输出的进一步增加，由此改进从半导体结构103耦合出的光的分数，导致发光管芯组件改进的外量子效率。另外的优点在于，热学扩散层提供TFFC几何结构的良好机械支撑。另外，可以在外延生长期间使用其它衬底，包括硅或SiC。
[0038]半导体结构103还可以包括例如Al和In原子以定制带隙或基于GaN的LED。
[0039]为了形成ρ型层108，可以使用掺杂剂原子，诸如镁(Mg)或锌(Zn)。ρ型层108还可以包括具有变化的掺杂浓度的多个层以定制传导性并且由此改进P型层108的接触和/或促进到有源区106的更好载流子输运。类似地，例如可以使用硅原子(Si)以形成η型层104。有源区106可以是本征的或者仅略微掺杂的，使得所形成的pn结的耗尽层的大部分落在有源区106内。有源区106还可以包括异质结构层，包括例如InxAlyG1^N以定制带隙并且从而定制发光管芯组件的发射波长。使用例如GaInAnxGhN量子限域层所获得的量子阱(QW)或多量子阱(MQW)结构也可以位于有源区106中以局部地增加空穴和电子的浓度，这由于增加的复合率而引起从发光管芯组件100发射的增加数目的光子。
[0040]GaN层具有大约5微米的总厚度。该厚度不是关键的并且可以变化，只要可以避免可能阻碍LED性能的高浓度缺陷即可。蓝宝石衬底为200微米厚，但是在其它实施例中，该厚度的范围可以从50-800微米。
[0041]ρ接触层110包括大约150nm厚的银(Ag)层，但是可以使用其它厚度以及诸如铝(Al)、金(Au)、钛(Ti)或铬(Cr)之类的金属。此外，使用钛钨合金(TiW)的阻挡层112来阻碍Ag原子的迀移。阻挡层112可以可替换地选自包括以下的组:钛(Ti)、铂(Pt)、钨(W)和镍(Ni)，但是也可以使用其它阻挡材料。
[0042]ρ接触层116包括大约3微米厚的铝(Al)层，但是也可以为Ag或Al和Ti的多层或其它这样的材料，只要获得到半导体结构103的η型层104的欧姆接触即可。
[0043]第一和第二电介质层114，118包括具有大约I微米厚度的31队隔离层。应当指出的是，第一和第二电介质层114，118也可以包括S1jP/或DBR (分布式布拉格反射器)组合。
[0044]现在还对图2做出参照，图2为图1中的发光管芯组件100的各种层的平面视图。形成通过有源区106、ρ型层108、ρ接触层110、阻挡层112和第一电介质层114的通孔开口 107以便借助于通孔117促进η型层104与η接触层116之间通过通孔开口 107的电气连接。由此可以实现pn结两侧的电气接触。可以通过使用适合用于不同材料的各种常规处理技术进行掩蔽和蚀刻来形成通孔开口 107。
[0045]应当指出的是，图2中所描绘的通孔117和通孔开口 107的6X5矩形阵列仅仅作为示例图示。可以使用通孔117和通孔开口 107的许多不同组成。而且，通孔117和通孔开口 107的阵列不需要是矩形，而是可以替代性地为六边形、菱形、面心立方体或适合的任何其它任意布置。
[0046]此外，通孔117的形状不限于圆形，而是也可以为矩形或者具有如设计考虑所期望的或由通孔的制造引起的任何其它任意大小。
[0047]通孔117或通孔开口 107之间的距离一般通过操作期间所设计的驱动电流、发光管芯组件的材料特性和温度来规定，并且典型地在50微米到200微米的范围内。
[0048]用于接触η型层的该设计的目的在于避免具有通孔的所要求的区域的最小值的有源区中的电流拥挤区以针对光生成优化有源区。所公开的管芯组件的优点在于，可以使用通孔的密集分布，其增强发光管芯组件中的电流扩散。词语“密集”此处要理解为每mm2至少20个通孔，这典型地对应于20%的占有率。另外，改进的电流注入和电流扩散层的总体设计灵活性是可能的，而没有对诸如互连功能之类的其它功能进行让步。
[0049]在本发明的实施例中，通孔开口 107 (允许连接到η接触金属层)的直径典型地在5微米与40微米之间，优选地如果通孔数目可以足够大则为5微米。
[0050]还示出了第一和第二电介质层114，118以及η接触层116中的开口 119，热学扩散层的投影区域121穿透该开口 119以实现对应于发光管芯组件的阳极电极的热学扩散层120的第一区120a与ρ接触层110之间的电气连接。由此经由阻挡层112实现发光管芯组件的阳极与P接触层110之间的电气连接。开口 119的尺寸和数目通过使用中的管芯组件的期望驱动电流来确定。因此，开口 119可以包括开口的阵列而不是如当前示出的实施例中所图示的单个开口。而且，开口 119的尺寸和形状也可以变化。
[0051]类似地，投影区域121可以包括对应于开口 119的阵列的投影区域的阵列。
[0052]热学扩散层120包括20微米厚的铜(Cu)层。Cu在室温下具有大约400W/mK的高热导率。通过使用热学扩散层120，实现均一的热学分布。热学管理减轻热点并且提供减小的热阻。因而，实现了来自发光管芯组件的更均匀且更亮的光发射。热学扩散层120还向发光管芯组件提供机械稳定性。热学扩散层120被图案化成两个区120a，120b。该几何结构确保半导体结构103的ρ型和η型层的独立接触，由此pn结可以在正向上偏置，这促进来自发光管芯组件100的光发射。
[0053]热学扩散层120可以被电化学地沉积，例如使用电镀，或者使用其它物理沉积方法，诸如热学蒸发或溅射。
[0054]第三电介质层122将从热学扩散层120和基板(未示出)之间的电子接触隔离。为了获得发光管芯组件100的令人满意的功能性，第三电介质层122应当优选地顺应热学扩散层120。第三电介质层122包括苯并环丁烯(BCB)。BCB有利于使用，尽管其在室温下具有大约0.3ff/mK的低热导率，因为其是可靠的