[發明專利]具有光耦合層的發光裝置

有效

• 申請號: 201280028463.8
• 申請日: 2012-09-27
• 公開（公告）號: CN103636008A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 嚴莉;林朝坤;C-W·莊
• 申請（專利權）人: 東芝技術中心有限公司
• 主分類號: H01L33/30
• 分類號: H01L33/30;H01L33/22
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 韓宏;陳松濤

交叉引用

本申請要求于2011年9月29日申請的美國專利申請No.13/249,184的優先權，并以其全部內容通過參考的方式并入本文。

背景

照明應用通常使用白熾燈或充氣式燈泡。這種燈泡的使用壽命通常不長，被因此需要經常更換。充氣式燈管（例如熒光燈或霓虹燈管）具有較長的使用壽命，但使用高電壓才能工作并且相對昂貴。另外，燈泡與充氣式燈管都會消耗大量能量。

發光二極管（LED）是依靠電子與空穴的復合來發光的裝置。LED通常包括摻雜雜質來建立p-n結的半導體材料芯片。電流從p側或陽極流向n側或陰極。電荷載體—電子與空穴—從具有不同電壓的電極流入p-n接面。當電子遇到空穴時，電子以可導致以光子（hν）形式的能量輻射發射的過程來與空穴進行復合。光子或光從LED射出并且用于各種應用，例如照明應用以及電子應用。

相較于白熾燈或充氣式燈泡，LED相對便宜、以低電壓工作、并具有長的工作壽命。此外，LED消耗相對較少的功率并且體積小。這些屬性使LED對于許多應用而言是特別期望并且適用的。

盡管LED的這些優點，然而這種裝置還是伴隨許多限制。這些限制包括會限制LED效率的材料限制、會限制LED所產生光發射出該裝置的結構限制、以及會導致高處理成本的制造限制。因此，存在改善的LED以及制造LED的方法的需要。

發明內容

在本發明的一方面，提供包括發光二極管（LED）的發光裝置。在實施例中，發光裝置包括基板、與該基板相鄰的p型III-V族半導體層、與該p型III-V族半導體層相鄰的有源層、以及與該有源層相鄰的n型III-V族半導體層。光耦合結構與該n型III-V族半導體層相鄰。光耦合結構包括一種或多種III-V族半導體材料。電極通過該光耦合結構的一部分與n型半導體層電連通。在某些情況下，該光耦合結構的至多一部分由該n型III-V族半導體層形成。

在另一實施例中，發光二極管包括基板以及與該基板相鄰的第一層。該第一層包括p型III-V族半導體與n型III-V族半導體中的一個。與該第一層相鄰的第二層包括活性材料，該活性材料被配置成當電子與空穴復合時產生光。與該第二層相鄰的第三層包括p型III-V族半導體與n型III-V族半導體中的另一個。與第三層相鄰的光耦合結構包括一種或多種III-V族半導體材料。在某些情況下，該光耦合結構的至多一部分由第三層所形成。與該第三層相鄰的電極與該第三層電連通。在某些情況下，該電極與第三層直接接觸。

在另一實施例中，發光裝置包括n型半導體材料的第一層以及p型半導體材料的第二層。有源層位于第一層與第二層之間。與該第一層或該第二層相鄰的光耦合層包括緩沖材料層。該光耦合層的至多一部分可由該第一層或該第二層所形成。在某些情況下，該光耦合層并非由該第一層或該第二層所形成。電極通過該光耦合層的至少一部分與該第一層或該第二層電連通（例如歐姆接觸）。

在另一實施例中，發光裝置包括n型III-V族半導體層和p型III-V族半導體層，以及在n型III-V族半導體層與p型III-V族半導體層之間的有源層。與該n型III-V族半導體層和該p型III-V族半導體層中之一相鄰的光耦合結構包括一層或多層含鋁層。該光耦合結構的至多一部分由該n型III-V族半導體層和該p型III-V族半導體層之一所形成。電極通過該光耦合結構的一部分與該n型III-V族半導體層和該p型III-V族半導體層中的一個電連通。

在本發明的另一方面，提供形成包括發光二極管的發光裝置的方法。在一實施例中，形成發光裝置的方法包括在反應室內（或如果該反應室包括多個反應空間，則在反應空間中）提供基板，該基板具有在該基板之上的光耦合層，并且在該光耦合層的一部分上形成電極。該光耦合層可包括一種或多種III-V族半導體材料。該電極被形成為與相鄰于該光耦合層的n型半導體層和p型半導體層之一電連通。該光耦合層的至多一部分由相鄰于有源層而形成的n型半導體層和p型半導體層之一來形成。該有源層與該n型半導體與該p型半導體層中的另一個相鄰而形成。該n型半導體層與該p型半導體層中的另一個與該基板相鄰而形成。

在另一實施例中，用于形成發光裝置的方法包括在反應室中提供基板，該基板具有在該基板之上的緩沖層，并且粗糙化該緩沖層以形成光耦合層，其中該光耦合層形成為與n型半導體層和p型半導體層中的一個相鄰。該光耦合層由該n型半導體層和該p型半導體層的形成相鄰于有源層的所述一個的至多一部分來形成。該有源層形成為與n型半導體層與p型半導體層中的另一個相鄰。該n型半導體層與該p型半導體層中的另一個形成為與基板相鄰。