[发明专利]具有减反射碳化硅或蓝宝石衬底的发光器件及其形成方法

说明书

发光器件包括对于光辐射是至少部分透明的并且具有第一折射率的衬底。二极管区被设置在所述衬底的第一表面上并且被配置成响应于施加于其上的电压发射光。封装层被设置在所述衬底的第二表面上并且具有第二折射率。在所述衬底内、直接在所述的所述第二表面下方形成减反射层堆叠体。所述减反射层具有无定形无孔第一层、多孔第二层、无定形无孔第三层以及具有改性的结晶度的第四层。所述封装层也可以被省去并且所述衬底第二表面可以将所述衬底与空气隔开，所述衬底具有在所述衬底内、直接在所述第二衬底表面下方的减反射层堆叠体。

发明内容

本发明总体上涉及微电子器件及其制作方法，并且更具体地涉及发光器件及其制作方法。

发光二极管(LED)广泛用于消费者和商业应用。如本领域技术人员所熟知的，发光二极管一般包括在微电子衬底上的二极管区。微电子衬底可以包括例如砷化镓、磷化镓、其合金、碳化硅和/或蓝宝石。对LED的不断开发已经产生可以覆盖并且超过可见光谱的高效且机械鲁棒性的光源。这些属性，结合固态器件潜在的长使用寿命，可以实现多种新的显示应用，并且可以使LED处于与良好确立的白炽灯和荧光灯相竞争的位置。

现在参考图1，常规的GaN基LED 100包括碳化硅或蓝宝石衬底105，该衬底具有第一相对表面和第二相对表面，分别为110a和110b，并且对于光辐射是至少部分透明的。包括n型层115、有源区120、和p型层125的二极管区设置在第二表面110b上并且被配置成在跨越二极管区(例如跨越欧姆接触130和135)施加电压时发射光辐射到衬底105中。

包括n型层115、有源区120、和/或p型层125的二极管区可以包括氮化镓基半导体层，包括其合金，诸如氮化铟镓和/或氮化铝铟镓。在碳化硅上制作氮化镓是本领域技术人员已知的，并且例如在美国专利6,177,688中有所描述。还应理解，可以在n型氮化镓层115与衬底105之间提供包含例如氮化铝的一个或多个缓冲层，如美国专利5,393,993、5,523,589、6,177,688中所述。

有源区120可以包括单层n型、p型或本征氮化镓基材料、另一种同质结构、单异质结构、双异质结构、和/或量子阱结构，所有这些都是本领域技术人员熟知的。此外，有源区120可以包括由一个或多个包覆层(cladding layer)限制的发光层。n型氮化镓层115可以包含掺杂硅的氮化镓，而p型氮化镓层125可以包含掺杂镁的氮化镓。另外，有源区120可以包括至少一个氮化铟镓量子阱。

在一些LED中，用于p型氮化镓层125的欧姆接触135包括铂、镍和/或钛/金。在其他LED中，可以使用包括例如铝和/或银的反射欧姆接触。至n型氮化镓层115的欧姆接触130可以包括铝和/或钛。形成至p型氮化镓和n型氮化镓的欧姆接触的其他合适材料可以分别用于欧姆接触135和130。至n型氮化镓层和p型氮化镓层的欧姆接触的实例在例如美国专利5,767,581中有所描述。

不幸的是，由于各种光学损耗(诸如全内反射(TIR))，在LED器件内部产生的大部分光典型地决不会逸出器件。现在参考图2，当光从一种介质行进到另一种介质时，它可以被折射，使得折射角由斯涅尔定律(Snell's law)如下控制：n₁sinθ₁＝n₂sinθ₂，其中n₁是介质1的折射率并且n₂是介质2的折射率。然而，逸出的光具有小于“临界角”的角度依赖性，该临界角如下定义：θ_1临界＝sin^-1(n₂/n₁)。以大于临界角的角度入射的光不会穿过介质2，而是被反射回介质1中。这种反射通常称为全内反射。因此，具有显著不同的折射率的介质可以导致透射穿过两种介质的光的相对小的临界角，并且可能由于全内反射而导致显著的光学损耗。

GB-A-1136218披露了安装在砷化镓衬底的一侧上的发光二极管，该衬底的另一侧在其上具有可以具有梯度折射率的减反射涂层。此发光二极管可以包括多个层，并且可以包括梯度组合物层，该梯度组合物诸如二氧化硅与另一种金属氧化物(诸如氧化钛)的混合物。