[發(fā)明專(zhuān)利]具有減反射碳化硅或藍(lán)寶石襯底的發(fā)光器件及其形成方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201880058808.1
• 申請(qǐng)日: 2018-07-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111133592A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: L·文泰隆;P·布朗熱
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 旭硝子歐洲玻璃公司;AGC株式會(huì)社;旭硝子玻璃北美公司;旭硝子眼鏡巴西有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L33/00
• 分類(lèi)號(hào): H01L33/00;H01L33/02
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 王海寧

發(fā)光器件包括對(duì)于光輻射是至少部分透明的并且具有第一折射率的襯底。二極管區(qū)被設(shè)置在所述襯底的第一表面上并且被配置成響應(yīng)于施加于其上的電壓發(fā)射光。封裝層被設(shè)置在所述襯底的第二表面上并且具有第二折射率。在所述襯底內(nèi)、直接在所述的所述第二表面下方形成減反射層堆疊體。所述減反射層具有無(wú)定形無(wú)孔第一層、多孔第二層、無(wú)定形無(wú)孔第三層以及具有改性的結(jié)晶度的第四層。所述封裝層也可以被省去并且所述襯底第二表面可以將所述襯底與空氣隔開(kāi)，所述襯底具有在所述襯底內(nèi)、直接在所述第二襯底表面下方的減反射層堆疊體。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明總體上涉及微電子器件及其制作方法，并且更具體地涉及發(fā)光器件及其制作方法。

發(fā)光二極管(LED)廣泛用于消費(fèi)者和商業(yè)應(yīng)用。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，發(fā)光二極管一般包括在微電子襯底上的二極管區(qū)。微電子襯底可以包括例如砷化鎵、磷化鎵、其合金、碳化硅和/或藍(lán)寶石。對(duì)LED的不斷開(kāi)發(fā)已經(jīng)產(chǎn)生可以覆蓋并且超過(guò)可見(jiàn)光譜的高效且機(jī)械魯棒性的光源。這些屬性，結(jié)合固態(tài)器件潛在的長(zhǎng)使用壽命，可以實(shí)現(xiàn)多種新的顯示應(yīng)用，并且可以使LED處于與良好確立的白熾燈和熒光燈相競(jìng)爭(zhēng)的位置。

現(xiàn)在參考圖1，常規(guī)的GaN基LED 100包括碳化硅或藍(lán)寶石襯底105，該襯底具有第一相對(duì)表面和第二相對(duì)表面，分別為110a和110b，并且對(duì)于光輻射是至少部分透明的。包括n型層115、有源區(qū)120、和p型層125的二極管區(qū)設(shè)置在第二表面110b上并且被配置成在跨越二極管區(qū)(例如跨越歐姆接觸130和135)施加電壓時(shí)發(fā)射光輻射到襯底105中。

包括n型層115、有源區(qū)120、和/或p型層125的二極管區(qū)可以包括氮化鎵基半導(dǎo)體層，包括其合金，諸如氮化銦鎵和/或氮化鋁銦鎵。在碳化硅上制作氮化鎵是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，并且例如在美國(guó)專(zhuān)利6,177,688中有所描述。還應(yīng)理解，可以在n型氮化鎵層115與襯底105之間提供包含例如氮化鋁的一個(gè)或多個(gè)緩沖層，如美國(guó)專(zhuān)利5,393,993、5,523,589、6,177,688中所述。

有源區(qū)120可以包括單層n型、p型或本征氮化鎵基材料、另一種同質(zhì)結(jié)構(gòu)、單異質(zhì)結(jié)構(gòu)、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)、和/或量子阱結(jié)構(gòu)，所有這些都是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。此外，有源區(qū)120可以包括由一個(gè)或多個(gè)包覆層(cladding layer)限制的發(fā)光層。n型氮化鎵層115可以包含摻雜硅的氮化鎵，而p型氮化鎵層125可以包含摻雜鎂的氮化鎵。另外，有源區(qū)120可以包括至少一個(gè)氮化銦鎵量子阱。

在一些LED中，用于p型氮化鎵層125的歐姆接觸135包括鉑、鎳和/或鈦/金。在其他LED中，可以使用包括例如鋁和/或銀的反射歐姆接觸。至n型氮化鎵層115的歐姆接觸130可以包括鋁和/或鈦。形成至p型氮化鎵和n型氮化鎵的歐姆接觸的其他合適材料可以分別用于歐姆接觸135和130。至n型氮化鎵層和p型氮化鎵層的歐姆接觸的實(shí)例在例如美國(guó)專(zhuān)利5,767,581中有所描述。

不幸的是，由于各種光學(xué)損耗(諸如全內(nèi)反射(TIR))，在LED器件內(nèi)部產(chǎn)生的大部分光典型地決不會(huì)逸出器件。現(xiàn)在參考圖2，當(dāng)光從一種介質(zhì)行進(jìn)到另一種介質(zhì)時(shí)，它可以被折射，使得折射角由斯涅爾定律(Snell's law)如下控制：n₁sinθ₁＝n₂sinθ₂，其中n₁是介質(zhì)1的折射率并且n₂是介質(zhì)2的折射率。然而，逸出的光具有小于“臨界角”的角度依賴(lài)性，該臨界角如下定義：θ_1臨界＝sin^-1(n₂/n₁)。以大于臨界角的角度入射的光不會(huì)穿過(guò)介質(zhì)2，而是被反射回介質(zhì)1中。這種反射通常稱(chēng)為全內(nèi)反射。因此，具有顯著不同的折射率的介質(zhì)可以導(dǎo)致透射穿過(guò)兩種介質(zhì)的光的相對(duì)小的臨界角，并且可能由于全內(nèi)反射而導(dǎo)致顯著的光學(xué)損耗。

GB-A-1136218披露了安裝在砷化鎵襯底的一側(cè)上的發(fā)光二極管，該襯底的另一側(cè)在其上具有可以具有梯度折射率的減反射涂層。此發(fā)光二極管可以包括多個(gè)層，并且可以包括梯度組合物層，該梯度組合物諸如二氧化硅與另一種金屬氧化物(諸如氧化鈦)的混合物。