CN102612760B - 包括集成的背面反射器和芯片附接的发光二极管 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管，包括：具有第一(120A)和第二(120B)相对的面的碳化硅衬底(120)，所述第一面上的二极管区域(110)，与所述碳化硅衬底相对的在所述二极管区域上的阳极(112)和阴极(114)触点以及与所述二极管区域相对的在所述碳化硅衬底上的混合反射器(132，134)。所述混合反射器包括透明层(132)和反射层(232)，所述透明层(132)具有低于所述碳化硅衬底的折射率的折射率，所述反射层(232)在所述透明层上，与所述衬底相对。可以在所述混合反射器上提供芯片附接层，与所述碳化硅衬底相对。可以在所述混合反射器和所述芯片附接层之间提供阻挡层(432)。

Description

包括集成的背面反射器和芯片附接的发光二极管
技术领域
本发明涉及半导体发光器件，并且更特别地，涉及半导体发光二极管(LEDs)。
背景技术
半导体LEDs是公知的固态照明元件，一旦向其施加电压，其能够产生光。LEDs通常包括二极管区域，所述二极管区域包括在其中的n-型层、p-型层和p-n结。阳极触点欧姆性地接触所述p-型层并且阴极触点欧姆性地接触所述n-型层。所述二极管区域可以在衬底上被外延地形成，诸如蓝宝石、硅、碳化硅、砷化镓、氮化镓等等生长衬底，但是所述完成的器件可以不包括衬底。所述二极管区域可以例如由基于碳化硅、氮化镓、磷化镓、氮化铝和/或砷化镓的材料，和/或由基于有机半导体的材料制造。最后，由所述LED辐射的光可以在可见的或紫外线(UV)区域中，并且所述LED可以包括诸如磷光体的波长转换材料。
一些LEDs包括顶部阳极和阴极触点，并且被配置用于底部安装。更特别地，一些商业上可获得的LEDs可以包括具有第一和第二相对面的碳化硅衬底，在所述第一面上的二极管区域以及在所述二极管区域上的与所述碳化硅衬底相对的阳极和阴极触点。这些LEDs的例子是由制造的LEDs的ETCTM家族。图1是来自“TR2432TMLEDs数据表CxxxTR2432-Sxx00”的芯片图的再现。如在图1的芯片(Die)横截面中所示的，这些LEDs包括相对薄的二极管区域和相对厚的碳化硅衬底，所述碳化硅衬底包括倾斜的侧壁以增强通过所述侧壁的光发射。图1的顶视图示出了阳极和阴极结合焊盘(bond pad)，并且底视图展示了底表面。如在该数据表的页1所看到的，“所述设计可以适合于工业标准侧视式封装，因为其是用纯净环氧树脂(clearepoxy)芯片可附接的并且具有两个顶触点，与工业标准封装一致”。
其它商业上可获得的LEDs可以包括具有第一和第二相对面的蓝宝石衬底，所述第一面上的二极管区域，以及在所述二极管区域上的与所述蓝宝石衬底相对的阳极和阴极触点。这些基于蓝宝石的LEDs的一个例子是由销售并在名称为“NLX-5Blue PowerDie 38x38 mil BXCA3838XXX-YY-Z”的规格说明书(说明书No.BCDSBXCA3838 020509Rev.3)中被描述的NLX-5Blue Power芯片(BluePower Die)。这些LEDs包括具有薄金的底部反射器。更特别地，所述器件的底部包括所述蓝宝石衬底上的二氧化硅层(大约0.5μm厚)，继之是所述二氧化硅层上的交替的二氧化钛和二氧化硅层，并且继之是被堆叠在所述交替的二氧化钛和二氧化硅层上的铝、钛、铬、铂和金的层。包括蓝宝石衬底的LED的另一例子是由Nichia公司销售并且在“用于Nichia芯片类型暖白LED模型的说明书：NS6L083BT(Specifications for Nichia Chip Type Warm White LED Model：NS6L083BT)”(Nichia说明书No.STS-DA1-0181C)中被描述的NS6L083BT LED。在这些器件中，直接在所述蓝宝石衬底上提供交替的铝和钨的层，继之是铂的层和金-锡的层。
发明内容
根据各种实施例的发光二极管包括：具有第一和第二相对面的碳化硅衬底，所述第一面上的二极管区域，在所述二极管区域上的与所述碳化硅衬底相对的阳极和阴极触点，以及在所述碳化硅衬底上的与所述二极管区域相对的混合反射器。所述混合反射器包括透明层和在所述透明层上与所述衬底相对的反射层，所述透明层具有低于所述碳化硅衬底的折射率(例如，相比于用于所述碳化硅衬底的大约2.75的折射率的大约1.5的折射率)。在其它实施例中，芯片附接层可以被提供在所述混合反射器上，与所述碳化硅衬底相对。在又其它的实施例中，阻挡层可以被提供在所述混合反射器和所述芯片附接层之间。在一些实施例中，所述透明层包括二氧化硅，所述反射层包括铝，所述芯片附接层包括金-锡合金，并且所述阻挡层包括铂。此外，在一些实施例中，所述透明层、所述反射层、所述芯片附接层和所述阻挡层全部是所述碳化硅衬底上的薄膜层，以为所述发光二极管提供集成的背面反射器和芯片附接。
从材料的观点看，根据各种实施例的发光二极管包括：具有第一和第二相对面的碳化硅衬底，在所述第一面上的二极管区域并且包括其中的n-型层和p-型层，欧姆性地接触所述p-型层并且与所述碳化硅衬底相对而在所述二极管区域上延伸的阳极触点，以及欧姆性地接触所述n-型层并且也与所述碳化硅衬底相对而在所述二极管区域上延伸的阴极触点。包括二氧化硅的层被提供在所述碳化硅衬底的所述第二面上，并且包括铝的层被提供在所述包括二氧化硅的层上，与所述碳化硅衬底相对。在其他实施例中，包括金的层被提供在所述包括铝的层上，与所述包括二氧化硅的层相对。
在一些实施例中，所述包括金的层包括金-锡合金。在其他实施例中，所述包括金的层包括：在所述包括铝的层上的包括金-锡合金的第一层，与所述包括碳化硅的层相对，以及在所述包括金-锡合金的第一层上的包括元素金(elemental gold)的第二层，与所述包括铝的层相对。此外，还另外的实施例包括：在包括铝的层和包括金的层之间的包括铂的层。还另外的实施例包括：在所述包括铂的层和所述包括铝的层之间的包括钛的层，以及在所述包括铂的层和所述包括金的层之间的包括镍的层。在这些实施例的任何一个中，这些层可以是所述碳化硅衬底上的薄膜层，以为所述发光二极管提供集成的背面反射器和芯片附接。
又其他实施例为发光二极管提供了集成的背面反射器和芯片附接。所述集成的背面反射器和芯片附接包括：与二极管区域相对的在碳化硅衬底上的混合反射器。所述混合反射器包括透明层和与所述衬底相对的包括在所述透明层上的金属的反射层，所述透明层具有低于所述碳化硅衬底的折射率。与所述透明层相对而在所述反射层上提供包括金属的芯片附接层。在其他实施例中，可以在所述混合反射器和所述芯片附接层之间提供阻挡层。用于这些层的材料可以是如上所描述的，并且这些层可以全部是所述碳化硅衬底上的薄膜层。
此处所描述的各种实施例对增强碳化硅衬底上的基于氮化镓的发光二极管的光学性能而言可能是特别有效的，因为碳化硅的折射率(大约2.75)高于氮化镓的折射率(大约2.5)，以致于许多由所述氮化镓二极管区域发射的光进入所述碳化硅衬底。这与在蓝宝石衬底上的氮化镓二极管区域形成对比，其中蓝宝石的折射率(大约1.8)低于所述氮化镓(大约2.5)，以致于更少的光自然地进入所述蓝宝石衬底以开始。因此，本发明的实施例可以和其他衬底一起使用，诸如氮化镓衬底，其中所述二极管区域具有不高于所述衬底的折射率，即，所述二极管区域具有等于或小于所述衬底的折射率的折射率。因此，除包括碳化硅衬底上的氮化镓二极管区域的那些实施例之外，此处所描述的各种实施例可以和包括氮化镓衬底上的氮化镓二极管区域的发光二极管一起使用。
此外，当使用碳化硅或氮化镓衬底时，二氧化硅透明层在反射来自所述碳化硅或氮化镓衬底的几乎全部的光方面会是高度有效的，归因于所述二氧化硅透明层(大约1.5的折射率)相比于碳化硅(大约2.75的折射率)或氮化镓(大约2.5的折射率)之间的大的折射率差。因此，在这些实施例中，可能不需要使用包括透明层和反射层的混合反射器。相反地(rather)，可以使用具有低于所述衬底的折射率的透明层，诸如包括二氧化硅的透明层，并且可以在所述透明层上直接提供芯片附接层。在这些实施例中，因为不需要使用诸如铝的反射层，也可能几乎不需要或者不需要提供阻挡层。由此可以提供简化的结构。
附图说明
图1是来自商业上可获得的发光二级管的数据表的芯片图的再现。
图2-7是根据各种实施例的发光二极管的横截面视图。
图8A是根据各种实施例的发光二极管的一部分的横截面视图，示出了混合反射器的光学操作。
图8B图形地示出了在图8A的发光二极管中在各种入射角的光的反射和透射。
图9和10是根据各种其他实施例的发光二极管的横截面视图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述本发明，在所述附图中显示了各种实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式而被具体化，并且不应该被理解为限于此处提出的实施例。而是(rather)，这些实施例被提供以便本公开将是完全的和完整的，并且将完全地将本发明的范围传达给本领域技术人员。在所述图中，为清楚起见，层和区域的尺寸和相对尺寸可能被夸大。同样的标号贯穿全部地指示同样的元件。
此处所使用的术语仅仅是为了描述特定的实施例的目的，并且不意在限制本发明。如此处所使用的，单数形式“一个”(“a”或“an”)和“所述(“the”)”也意在包括复数形式，除非上下文清楚地指示别的方式。将进一步被理解的是：当在本说明书中被使用时，术语“包括(comprises)”和/或“包含(comprising)”指定所述的特征、步骤、操作、元件、和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或附加。相反地，当在本说明书中被使用时，术语“由...组成”指定所述的特征、步骤、操作、元件和/或部件，并且排除附加的特征、步骤、操作、元件和/或部件。
将被理解的是：当诸如层、区域或衬底的元件被称为在另一元件“上”时，其可以是直接在其它元件上或者也可以存在中间元件。此外，诸如“在...之下”、“覆盖在...上面(overlies)”、“顶面(topside)”、“背面(backside)”的相对术语可以在此处被使用以描述一个层或区域相对于另一个层或区域的关系(相对于衬底或基层)，如在图中所示出的。将被理解的是：这些术语意在包括除在所述图中描绘的取向之外的所述器件的不同的取向。最后，术语“直接”意思是：没有中间元件。如此处所使用的，术语“和/或”包括相关联的列出的项中的一个或多个的任何和所有组合，并且可以被简写为“/”。
将被理解的是：尽管术语第一、第二等等可以在此处被使用以描述各种元件、部件、区域、层和/或区段，这些元件、部件、区域、层和/或区段不应该被这些术语限制。这些术语仅被用于从另一元件、部件、区域、层或区段区分一个元件、部件、区域、层或区段。因此，下面所讨论的第一元件、部件、区域、层或区段可以被称为第二元件、部件、区域、层或区段，而不背离本发明的教导。
在此处参考横截面的和/或其它图示(其是本发明的理想化的实施例的示意性图示)描述本发明的实施例。因而，作为例如制造技术和/或公差的结果的与所述图示的形状的差异将是预期的。因此，本发明的实施例不应该被理解为被限制到此处所示出的区域的特定的形状，而是将包括例如由制造而产生的形状中的偏差。例如，被示出或描述为矩形的区域典型地将具有归因于正常制造公差的圆形的或弯曲的特征。因此，在所述图中示出的区域实质上是示意性的，并且它们的形状不是意在示出器件的区域的精确形状，并且不是意在限制本发明的范围，除非在此处别的方式被定义。
除非在此处别的方式被定义，此处所使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与由本发明所属的领域中的普通技术人员所通常理解的意义相同的意义。将进一步被理解的是：诸如在常用词典中定义的那些术语应该被解释为具有与相关领域和本说明书的上下文中它们的意义相一致的意义，并且不将在理想化的或极度形式的意义上被解释，除非在此处明确地如此定义。
如在此处所使用的，当撞击在所述透明层或区域上的来自所述LED的辐射中的至少80％(并且在一些实施例中至少90％)没有被所述透明区域吸收或没有从所述透明区域被反射时，LED的层或区域被认为是“透明的”。例如，在由基于氮化镓的材料制造的蓝色和/或绿色LEDs的情况下，二氧化硅可以提供透明的绝缘层(例如，至少90％透明)，氧化锡铟(ITO)可以提供透明的导电层(例如，至少90％透明)，如通过考虑蓝宝石衬底上的透射和反射分量而测量的，并且碳化硅可以提供透明的衬底。此外，如此处所使用的，当撞击在所述反射层或区域上的来自所述LED的角平均的辐射中的至少80％(并且在一些实施例中至少90％)被反射回所述LED中(远离所述层或区域)时，LED的层或区域被认为是“反射的”。例如，在基于氮化镓的蓝色和/或绿色LEDs的情况下，铝(例如，至少90％反射)可以被认为是反射材料。在紫外线(UV)LEDs的情况中，可以选择适合的材料以提供期望的(并且在一些实施例中高的)反射率和/或期望的(并且在一些实施例中低的)吸收。
现在将参考基于碳化硅的衬底上的基于氮化镓(GaN)的发光二极管一般地描述一些实施例。然而，本领域的技术人员将理解：本发明的其它实施例可以是基于基于碳化硅的衬底上的各种不同的二极管区域。在一些实施例中，所述发光二极管可以是由Durham的Cree有限公司(北卡罗来纳)销售的基于氮化镓的LED器件，诸如上面所描述的LEDs的ETC家族。
图2是根据各种实施例的发光二极管的横截面视图。参考图2，这些发光二极管100包括在碳化硅(SiC)衬底120的第一面120a上的二极管区域110。所述二极管区域110包括在其中的n-型层116和p-型层118。其它层或区域可以被提供，其可以包括量子阱、缓冲层等等，其不需要在此处被描述。所述二极管区域110也可以被称为″LED外延区域″，因为典型地被外延地形成在所述碳化硅衬底120的所述第一面120a上。例如，可以在碳化硅生长衬底120上形成基于族III氮化物的LED外延110。
继续图2的描述，阳极触点112(也被称为″p-触点″)欧姆性地接触所述p-型层118并且与所述碳化硅衬底120相对而在所述二极管区域110上延伸。所述阳极触点112可以在所述二极管区域110上延伸到比在图2中所示出的更大或更小的程度。阴极触点114(也被称为″n-触点″)电接触所述n-型层116并且也与所述碳化硅衬底120相对而在所述二极管区域110上延伸。所述阴极触点114也可以在所述二极管区域110上延伸到比在图2中所示出的更大或更小的程度。因此，提供了顶面阳极和阴极触点。将被理解的是：所述阳极触点112和阴极触点114，各自地，可以分别直接地和欧姆性地接触所述p-型层118和所述n-型层116，或者这些触点可以包括一个或多个提供实际的欧姆接触的中间层。
所述碳化硅衬底120可以对由所述二极管区域110发射的光辐射是透明的，并且可以包括倾斜的侧壁，以致于所述第二面120b具有小于所述第一面120a的区域的区域(并且对于一些实施例大约所述第一面120a的区域的38％)。在美国专利5,718,760中描述了用于制造对由所述二极管区域发射的光辐射是透明的碳化硅衬底的一种技术，其公开因此以引用的方式被全部地合并于此处，如同完全在此处被提出。所述碳化硅衬底120可以包括2H、4H、6H、8H、15R和/或3C多型体(polytypes)。所述6H和/或4H多型体可以被用在各种光电子应用中。在其它实施例中，所述碳化硅衬底120是补偿的无色碳化硅衬底。
如在美国专利5,718,760中所描述的，无色碳化硅可以通过在有p-型和n-型掺杂剂的补偿量的情况下升华碳化硅而被制造。天然的碳化硅典型地是黑色，归因于高杂质等级。常规的微电子碳化硅晶圆具有半透明的(translucent)蓝色、琥珀色或绿色色调，取决于所述晶体中受控的掺杂等级。如在美国专利5,718,760中所描述的，如下被发现：通过用n-型和p-型掺杂剂的补偿等级小心地将碳化硅晶体的掺杂控制在低掺杂浓度，可以获得碳化硅的无色单晶。在其他实施例中，可以使用未掺杂的碳化硅。
根据一些实施例，被生长的碳化硅的无色刚玉(例如，根据在美国专利5,718,760中所描述的处理以及其中引用的参考文献)可以被切割成用于处理的晶圆。可以在所述晶圆上形成基于氮化镓的外延层(例如，如在美国专利6,177,688中所描述的)，其随后可以被处理以生成诸如在图2中所显示的结构。
继续图2的描述，混合反射器130被提供在所述碳化硅衬底120上，与所述二极管区域110相对。所述混合反射器包括透明层132和反射层134，所述透明层132具有低于所述碳化硅衬底120的折射率，所述反射层134包括所述透明层132上的金属(与所述衬底120相对)。所述透明层132和所述反射层134两者可以是所述碳化硅衬底120上的薄膜层，以为所述发光二极管100提供集成的背面反射器130。
在一些实施例中，所述透明层132包括具有大约1.5的折射率(其大大低于碳化硅的折射率(大约2.75的折射率))的二氧化硅(SiO2)。此外，所述反射层134可以包括铝(Al)和/或银(Ag)。在其他实施例中，所述透明层132可以包括分布式的Bragg反射器，包括例如交替的二氧化硅和二氧化钛(TiO2)的层。所述透明层132和所述反射层134可以提供混合反射器或混合反射镜130，其中所述在下面的透明层132提供了折射率失配或折射率阶跃(index step)，以相比于缺少所述透明层132增强所述衬底120的总的内部反射(TIR)。下面将提供附加的详细的讨论。
图3示出了根据又其他的实施例的LEDs。这些LEDs 200也可以包括芯片附接层132，所述芯片附接层132包括所述反射层134上的金属(诸如金)，与所述透明层132相对。所述混合反射器130和所述芯片附接层232全都可以包括薄膜层，以便为所述发光二极管200提供集成的背面反射器和芯片附接230。
图4示出了根据又其他实施例的LEDs。在这些LEDs中，所述芯片附接层232可以包括多层结构，所述多层结构包括：在所述反射层134上的包括金-锡(Au-Sn)合金的第一层(与所述透明层132相对)，和包括元素金的第二层334，在所述包括金-锡合金的第一层332上，与所述包括铝的层134相对。在一些实施例中，所述金-锡层332可以是共晶80-20金-锡层，以便提供相对低熔点的芯片附接。所述金层334可以为所述金-锡层332提供抗氧化帽(antioxidizing cap)，并且一旦回流可以被吸收进所述金-锡层332中，如将结合图7而被描述的。然而，在其他实施例中，可以不使用所述金帽334。所述层132、134、332和334全都可以是薄膜层，以为所述LED 300提供集成的背面反射器和芯片附接330。
图5示出了又其他实施例。在这些LEDs 400中，在所述反射层134和所述金-锡层332之间提供包括例如铂(Pt)的阻挡层432。所述阻挡层432可以减少或消除层332中的锡和层134中的铝之间的相互作用，如将在下面被更详细地描述的。所述层132、134、432、332和334全都可以被提供为所述碳化硅衬底120上的薄膜，以便为所述发光二极管400提供集成的背面反射器和芯片附接430。
图6示出了还另外的实施例。在这些发光二极管500中，所述阻挡层432可以包括多个层，所述多个层包括：包括铂的层434、包括钛(Ti)的层432以及包括镍(Ni)的层536。所述钛层532可以提供用于所述铂层534的粘合层。所述包括镍的层536可以提供附加的阻挡层，以致于所述包括铂的层534和所述包括镍的层536提供了多层阻挡结构。所述层132、134、532、534、536、332和334全都可以是所述碳化硅衬底110上的薄膜层，以为所述发光二极管500提供集成的背面反射器和芯片附接530。
图7是被安装在安装衬底700上的图6的LED的横截面视图。所述安装衬底700可以是印刷电路板、金属包层的印刷电路板、固体金属块、陶瓷衬底、端板(header)、背光单元、照明设备和/或用于LED的任何其它常规的安装衬底。可以通过在图6的共晶金-锡层332的回流温度之上加热而将所述LED 600附接到所述安装衬底700，同时将所述LED 600接触到所述安装衬底700上的焊盘(pad)、迹线或其他安装特征。在回流期间，所述金帽334可以被吸收到所述金-锡层332中，以便图7的金-锡层732具有比图6的金-锡层332更高的金的百分比，并且直接接触图7的所述安装衬底700。在回流期间，所述(一个或多个)阻挡层534/536可以减少或避免所述金-锡层332中的锡和所述反射层134中的铝之间的相互作用，其可能否则在共晶金-锡的290℃回流温度之上的温度发生，例如在300℃以及之上的芯片附接温度。
在其他实施例中也可以使用其它芯片附接技术，诸如钎焊(brazing)。此外，其它材料(诸如环氧树脂或其它基于硅氧烷的材料)可以在其他实施例中被用于芯片附接。
线结合(wire bonds)742和744可以被提供以分别将所述阳极和阴极触点112和114连接到外部电路(诸如用于所述LED 600的驱动电路)。可以使用常规的线结合技术。也将被理解的是：图2-5的任何其他实施例可以被安装在如在图7中示出的安装衬底上。
现在将提供各种实施例的附加的讨论。特别地，此处所描述的各种实施例可以提供用于基于碳化硅的LED的集成的背面反射器和芯片附接，其能够通过允许减小的热阻和增加的有源发射区域而实现与未金属化的芯片相比的更高的驱动功率和/或更高的光输出。由于提高的芯片剪切强度和对应地增加的球剪切强度(相比于被用于未金属化的芯片的常规的硅氧烷或环氧树脂芯片附接)，也可以提供改进的可靠性。例如，根据此处所描述的各种实施例的背面金属化可以提供高达10倍更强的芯片附接(与常规的碳化硅-至-环氧树脂安装相比)，归因于如此处所描述的芯片附接中的金属-至-金属结合。此外，由于所述背面金属化，热阻可以降低例如2倍。与未金属化的背面相比，所述背面金属化也可以略微增加所述LED的厚度。
现在将描述包括二氧化硅132和反射金属层134的透明层作为混合反射器130的使用(根据各种实施例)。特别地，图8A是根据各种实施例的LED的部分横截面，示出了所述碳化硅衬底120、所述透明的二氧化硅层132和所述包括铝的反射层134。如所显示的，相对于二氧化硅的低的折射率(大约1.5的折射率n)，碳化硅的高的折射率(大约2.75的折射率n)增加了所述反射率。更特别地，由于所述高的折射率对比，在大约33°的临界角之外的光(换句话说，在更大的角度)将被反射而不与有损耗的(lossy)铝134相互作用。
图8B图形地示出了在临界角θc之上和之下的各种角度处对光的该反射和透射。如所显示的，在大于所述临界角的任何角度处入射的光被完全地反射，而在小于所述临界角处撞击所述界面的光将被至少部分地反射并且被至少部分地透射。该透射的光随后将被所述铝层134反射。
事实上，根据各种实施例，碳化硅(大约2.75的折射率)和二氧化硅(大约1.5的折射率)之间的折射率差异是如此大以致于所述包含二氧化硅的透明层132可以反射几乎所有来自所述碳化硅衬底120的所述背面120b的光，并且因此可以减少或消除对反射层134或混合反射器的需要。通过消除对反射层134(诸如铝)的需要，可以直接在所述透明层132上提供所述芯片附接层232。此外，通过消除对使用铝的需要，也不需要使用一个或多个阻挡层432。
图9示出了根据这些实施例的发光二极管。现在参考图9，这些LEDs 800可以对应于图4的所述LEDs 300，除了不需要使用包括例如铝的反射层134之外。因此，所述反射器可以由所述透明层132组成，并且可以在所述透明层132上直接提供所述芯片附接232。在其他实施例中，所述透明层132可以通过分布式的Bragg反射器而被具体化。通过消除图4的所述反射层134，也可以减少或消除对如由图5-7所显示的一个或多个阻挡层的需要。因此，可以获得具有较少处理步骤的简化的结构。此外，由于所述碳化硅衬底120(大约2.75的折射率)和所述包括二氧化硅的透明层132(大约1.5的折射率)之间的高的折射率失配，所述透明层132可以将几乎所有的辐射反射回所述碳化硅衬底120中。因此，图9的所述简化的结构可以仍然提供足够的光学性能。
将被理解的是：已在此处描述了使用碳化硅衬底120的各种实施例，因为所述碳化硅衬底120具有比基于氮化镓的二极管区域110(大约2.5的折射率)高得多的折射率(大约2.75)。因此，反射的背面对碳化硅衬底可能是高度期望的并且是高度有效的。这与常规的蓝宝石上氮化镓的LEDs清晰地形成对比，其中，所述蓝宝石衬底具有低于氮化镓的折射率(大约2.5)的折射率(大约1.8)。在这些LEDs中，较少的光进入所述蓝宝石衬底以开始，以致于较少有对低折射率层的需要。事实上，如上面被描述的，一些蓝宝石上氮化镓的LEDs甚至不包括它们的背面上的透明层。
因此，本发明的各种实施例可以被用在在其中所述二极管区域的折射率不高于所述衬底的其他LEDs中。换句话说，所述衬底的折射率等于或大于所述二极管区域的折射率。因此，例如，此处所描述的任何和所有实施例也可以和基于氮化镓的衬底上的氮化镓二极管区域一起使用。图10示出了这些实施例中的一些，以与图2相似的配置，其中所述衬底1020包括氮化镓而不是碳化硅。其他实施例可以使用基于氮化镓的衬底1020而不是在图3-9的任何或所有中的碳化硅衬底120。
甚至更一般地，可以使用具有等于或大于所述二极管区域的折射率的折射率的任何衬底。在一些实施例中，所述衬底的折射率可以大于大约2，并且在其他实施例中，可以大于大约2.3。例如，基于氮化镓的材料可以具有在大约2.5至大约2.7的范围中的折射率。在其他实施例中，所述衬底可以具有接近于所述二极管材料的折射率的折射率，以便在所述界面提供小的折射率变化。
所述衬底也可以是热和/或电传导的。因此，如上面所描述的，可以使用碳化硅、氮化镓和其他基于氮化镓的材料(诸如氮化铝镓(aluminum gallium nitride)和/或氮化铝铟镓(aluminum indiumgallium nitride))。也可以使用其他非基于氮化镓的材料(诸如金刚石)。
此外，在一些实施例中，所述衬底可以被成型为有斜面的、ATON或其他形状和/或被织构化(texture)以提供相对小的表面特征，以致于所述光可以容易地从所述衬底逸出。此处所描述的各种实施例可能关于成型的衬底是特别有用的，在其中具有合适的集成的芯片附接可能是特别期望的。特别地，因为可能存在潜在地较小的用于芯片附接以开始的表面区域，相比于用非成型的衬底，芯片附接可能是更困难的。此处所描述的各种实施例可以有助于芯片附接到成型的衬底上。
根据此处所描述的各种实施例的集成的芯片附接结构也可以使其更容易在所述LED封装件(packager)上。特别地，所述封装件不会不利地影响所述背面反射器的性能，因为其已经被芯片附接材料覆盖。
下面的表格提供了用于此处所描述的各种层的说明性的的最小、最大和标称厚度。将被理解的是：这些值全部是说明性的和近似的，并且这些值可以在各种其他实施例中在绝对数上和/或相对于彼此而变化。
表格
结合上面的描述和所述附图，此处已经公开了许多不同的实施例。将被理解的是：文字地描述和示出这些实施例的每个组合和子组合将是过度重复和困惑(obfuscating)的。因此，本说明书(包括所述附图)应被解释为构成了此处所描述的实施例的所有组合和子组合以及制造和使用它们的方式和过程的完整的书面描述，并且应该支持对任何这样的组合或子组合的权利要求。
在所述附图和说明书中，已经公开了本发明的实施例，并且尽管采用了特定的术语，它们仅在一般的和说明性的意义上被使用并且不是为了限制的目的，在后面的权利要求中阐明了本发明的范围。

Claims (18)

1.一种发光二极管，包括:
具有第一和第二相对的面以及其之间的倾斜的侧壁的碳化硅衬底；
在所述第一面上并且包括其中的n-型层和p-型层的二极管区域；
欧姆性地接触所述p-型层并且与所述碳化硅衬底相对而在所述二极管区域上延伸的阳极触点；
欧姆性地接触所述n-型层并且也与所述碳化硅衬底相对而在所述二极管区域上延伸的阴极触点；
包括所述碳化硅衬底的所述第二面上的二氧化硅的层；
包括在所述包括二氧化硅的层上的铝的层，与所述碳化硅衬底相对；以及
其中，包括二氧化硅的所述层以及包括铝的所述层不延伸到所述碳化硅衬底的所述倾斜的侧壁上。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，进一步包括：
包括在所述包括铝的层上的金的层，与所述包括二氧化硅的层相对，其中所述包括金的层不延伸到所述碳化硅衬底的所述倾斜的侧壁上。
3.根据权利要求2所述的发光二极管，其中所述包括金的层包括：
包括在所述包括铝的层上的金-锡合金的第一层，与所述包括二氧化硅的层相对；以及
包括在所述包括金-锡合金的第一层上的元素金的第二层，与所述包括铝的层相对。
4.根据权利要求2所述的发光二极管，其中所述包括金的层包括：包括金-锡合金的层。
5.根据权利要求2所述的发光二极管，进一步包括：
在所述包括铝的层和所述包括金的层之间的包括铂的层；
 其中所述包括铂的层不延伸到所述碳化硅衬底的所述倾斜的侧壁上。
6.根据权利要求5所述的发光二极管，进一步包括：
在所述包括铂的层和所述包括铝的层之间的包括钛的层；以及
在所述包括铂的层和所述包括金的层之间的包括镍的层；
其中所述包括钛的层和所述包括镍的层不延伸到所述碳化硅衬底的所述倾斜的侧壁上。
7.根据权利要求2所述的发光二极管，其中所述包括二氧化硅、铝和金的层全部是所述碳化硅衬底上的薄膜层，以为所述发光二极管提供集成的背面反射器和芯片附接。
8.根据权利要求6所述的发光二极管，其中所述包括二氧化硅、铝、金、铂、钛和镍的层全部是所述碳化硅衬底上的薄膜层，以为所述发光二极管提供集成的背面反射器和芯片附接。
9.一种发光二极管，包括:
具有第一和第二相对的面以及其之间的倾斜的侧壁的碳化硅衬底；
所述第一面上的二极管区域；
与所述碳化硅衬底相对的在所述二极管区域上的阳极和阴极触点；
与所述二极管区域相对的在所述碳化硅衬底上的混合反射器，所述混合反射器包括具有低于所述碳化硅衬底的折射率的透明层和在所述透明层上与所述衬底相对的反射层；
其中，所述混合反射器不延伸到所述碳化硅衬底的所述倾斜的侧壁上。
10.根据权利要求9所述的发光二极管，进一步包括：
在所述混合反射器上的芯片附接层，与所述碳化硅衬底相对，其中所述芯片附接层不延伸到所述碳化硅衬底的所述倾斜的侧壁上。
11.根据权利要求10所述的发光二极管，进一步包括：在所述混合反射器和所述芯片附接层之间的阻挡层，其中所述阻挡层不延伸到所述碳化硅衬底的所述倾斜的侧壁上。
12.根据权利要求11所述的发光二极管，其中所述透明层包括二氧化硅，所述反射层包括铝，所述芯片附接层包括金-锡合金，并且所述阻挡层包括铂。
13.根据权利要求11所述的发光二极管，其中所述透明层、所述反射层、所述芯片附接层和所述阻挡层全部是所述碳化硅衬底上的薄膜层，以为所述发光二极管提供集成的背面反射器和芯片附接。
14.根据权利要求9所述的发光二极管，其中所述碳化硅衬底具有2.75的折射率，并且所述透明层具有1.5的折射率。
15.一种发光二极管，包括:
具有第一和第二相对的面以及其之间的倾斜的侧壁的衬底；
所述第一面上的二极管区域，所述二极管区域具有不高于所述衬底的折射率；
与所述衬底相对的在所述二极管区域上的阳极和阴极触点；
具有低于所述衬底的折射率的透明层，所述透明层在所述衬底上，与所述二极管区域相对；
在所述透明层上的反射层，与所述衬底相对；以及
在所述反射层上的芯片附接层，与所述透明层相对；
其中，所述透明层、所述反射层以及所述芯片附接层不延伸到所述衬底的所述倾斜的侧壁上。
16.根据权利要求15所述的发光二极管，进一步包括: 在所述反射层和所述芯片附接层之间的阻挡层，其中所述阻挡层不延伸到所述衬底的所述倾斜的侧壁上。
17.根据权利要求15所述的发光二极管，其中所述衬底包括碳化硅，所述二极管区域包括氮化镓，并且所述透明层包括二氧化硅。
18.根据权利要求15所述的发光二极管，其中所述衬底包括氮化镓，所述二极管区域包括氮化镓，并且所述透明层包括二氧化硅。
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PB01 Publication
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Inventor after: Bergmann Michael John

Inventor after: Bergmann Michael J.

Inventor after: Lahaye Jeff

Inventor after: W. T. Parker

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