CN103765615B - 具有增强的镜反射率的led结构 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方式总体上涉及通过降低邻接镜接触件的阻挡层的光吸收效应而具有改善的总发射的LED芯片。在一个实施方式中，LED芯片（200）包括一个或多个LED，各LED具有有源区、在具有高反射镜（206）的所述有源区下面第一接触件、和邻接镜的阻挡层（208）。阻挡层小于镜，使得它未延伸超过镜的周围。在另一个可行的实施方式中，还配置绝缘体（210），绝缘体邻接阻挡层并且邻接不与有源区或阻挡层接触的镜的部分。在又另一个实施方式中，在有源区上配置第二接触件（222、224）。在另一个实施方式中，阻挡层小于镜，使得镜的周围至少40%没有阻挡层，而且第二接触件在第一接触件下方并且可从芯片的底部接入。

Description

具有增强的镜反射率的LED结构
本发明在能源部所给予的合约编号DE-EE0000641下由政府支持而完成。在本发明中政府具有一定权利。
技术领域
本发明涉及发光二极管（LED）芯片并且特别是涉及具有镜反射率的LED芯片，通过减少相邻于一个或多个镜的材料的光吸收效应来改善LED芯片的总发射。
背景技术
相关技术说明
发光二极管（LED或LEDs）是将电能转换成光的固态装置，并且通常包括夹在相对的掺杂层之间的半导体材料的一个或多个有源层。当横跨掺杂层施加偏压（bias）时，将空穴和电子注入至它们再结合以产生光的有源层内。光从有源层以及从LED的所有表面发射。
对于典型的LED而言，期望以最高的发光效率来操作，可以测量发射效率的一个方式为相对于输入功率的发射强度，或流明/瓦（lumens per watt）。最大化发射效率的一个方式为最大化LED的有源区所发射的光的提取。对于具有单输出耦合表面（out-couplingsurface）的传统LED而言，外部量子效率可受限于来自LED的发射区域的光的总内部反射（TIR）。TIR可能由LED的半导体与周围环境之间的折射率的大差异所造成。由于与周围材料（例如，环氧树脂）的折射率相比基板具有高折射率，因此一些LED具有相对低的光提取效率。这种差异导致小的逃逸锥面，来自有源区的光线会因该逃逸锥面而从基板被传送至环氧树脂内并且最终从LED封装逃逸。未逃逸的光会在半导体材料中或反射光的表面上被吸收。
已研发出不同的方法来降低TIR并改善总光提取，更受欢迎的方法之一为表面织构化（纹理化，粗糙化，texturing）。表面织构化通过提供允许光子有多的机会找到逃逸锥面的不同表面来增加光逃逸几率。未找到逃逸锥面的光继续经历TIR，并且以不同角度反射离开织构化表面，直到它找到逃逸锥面。在数篇论文中已讨论了表面织构化的益处。[参见Windisch等，Impact of Texture-Enhanced Transmission on High-Efficiency SurfaceTextured Light Emitting Diodes,Appl.Phys.Lett.,Vol.79,No.15,October 2001,Pgs.2316-2317；Schnitzer等30%External Quantum Efficiency From SurfaceTextured,Thin Film Light Emitting Diodes,Appl.Phys.Lett.,Vol64,No.16,October1993,Pgs.2174-2176；Windisch等Light extraction Mechanisms in High-Efficiency Surface Textured Light Emitting Diodes,IEEE Journal on SelectedTopics in Quantum Electronics,Vol.8,No.2,March/April 2002,Pgs.248-255；Streubel等High Brightness AlGaNInP Light Emitting Diodes,IEEE Journal onSelected Topics in Quantum Electronics,Vol.8,No.March/April 2002]。此外，还转让给克利公司（Cree Inc.）的美国专利号6,657,236公开了为增强LED中的光提取而在半导体层上所形成的结构。
增加光提取效率的另一个方式是配置反射光的反射表面，以便它有助于从LED芯片或LED封装的有效发射。在图1所示的典型LED封装10中，利用焊料粘合剂或传导性环氧树脂将单LED芯片12安装在反射杯13上。一条或多条焊线11将LED芯片12的欧姆接触连接至导线15A和/或15B，该导线可以附接至反射杯13或与反射杯13一体化。可利用可以含有波长转换材料如磷光体的封装材料16填充反射杯。LED所发射的第一波长的光可以被磷光体吸收，该磷光体会相应地发射第二波长的光。接着，将整个组件封装于透明保护树脂14中，该透明保护树脂14可以被模制成透镜形状，以校准（collimate）从LED芯片12发射的光。虽然反射杯13可以沿朝上方向导引光，但是当反射光时可能发生光损失。由于小于实际反射表面的100%反射率，反射杯可以吸收一些光。一些金属在感兴趣的波长范围内具有小于95%反射率。
图2示出可能会产生更多热的更适用于高功率操作的另一种传统LED封装20。在LED封装20中，将一个或多个LED芯片22安装在载体如印刷电路板（PCB）载体、基板或底座23上。包围一个或多个LED芯片22并远离封装20反射LED芯片22所发射的光的底座23上可以包括反射器24。可以使用诸如金属反射器、全向性反射器（ODR）和分布式布拉格反射器（DBR）等不同的反射器。反射器24还可以为LED芯片22提供机械保护。LED芯片22上的欧姆接触与底座23上的电气轨迹25A、25B之间形成一个或多个引线连接（wirebond connection）11。然后，用封装材料26覆盖安装的LED芯片22，该封装材料26可以在仍担当透镜的同时为芯片提供环境和机械保护。通常利用焊料或环氧树脂粘合剂将金属反射器24附接至载体。
布置图1和图2中所示的反射器以反射从LED逃逸的光。还研发出具有用以反射LED内部的光的内部反射表面的LED。图3示出LED芯片30的示意图，利用金属粘合层36使LED32安装于底座34上。LED还包括在LED32与金属粘合层36之间的p-接触件/反射器38，反射器38通常包含金属如银（Ag）。在可商购的LED如来自Cree（R）Inc.的那些，可用于在LED的EZBright（TM）的家族中使用该布置。反射器38可以将LED芯片朝底座所发射的光朝LED的主发射表面反射回来。反射器还将TIR光朝LED的主发射表面反射回来。类似上面的金属反射器，反射器38反射小于100%且在某些情况下小于95%的光。使用薄膜设计软件如来自Software Spectra,Inc.（www.sspectra.com）的TFCalcTM依据材料的光学常数来计算半导体层上金属膜的反射率。还转让给克利公司并通过引入被全部并入本文中的美国专利号7,915,629进一步公开了一种较高效率的LED，其具有用于改善发射效率的集成至LED的复合高反射率层。
在具有镜接触件以提高反射率的LED芯片（例如，美国专利公开号2009/0283787，通过引用将其全部内容并入本文中）中，光提取和外量子效率（EQE）受到镜的反射率的强力影响。例如，在由Ni/Ag构成的镜中，>90%反射的反射率受Ag的性质控制。然而，如图4所示，传统上此镜40邻接于包围镜边缘的金属阻挡层42，配置阻挡层42以在操作期间防止Ag迁移。金属阻挡层42具有远低于镜的反射率（例如，50%或更低），接触镜40周围外侧的有源层44的阻挡层42部分会对LED芯片的总效率具有负面影响。这是因为金属阻挡层42的此部分吸收许多可能离开芯片的光子。图5描述克利公司光源的EZ家族中的另一种LED芯片50，芯片50包括设置于有源区54下方的镜52。如图4所示，配置邻接镜52并延伸于该镜的周围外侧的阻挡层56。延伸超过镜52边缘的金属阻挡层的那些部分可以同样地吸收从一个或多个LED发射的一些光并且影响芯片的总发射效率。
在包括多个接面（结，junction）或子-LED的LED芯片中，如美国专利公开号2010/0155746和2010/0252840所公开的那些（仍转让给克利公司并且通过引入全部并入本文中），金属阻挡层的效用可以是特别明显的。图6描述包含多个子-LED和多个接触通孔62的单片LED芯片。如通孔62周围的黑暗圆圈所表示的阻挡层64的部分被暴露并且表现出由阻挡层的这种暴露造成的暗淡效应（dimming effect）。当使相同覆盖区的大的、单接面芯片与多接面芯片的效率相比较时，该效应可以是非常明显的。这是因为与在镜周围所暴露的阻挡层相关的接面越小，则对器件总发射效率的影响越严重。例如，16-接面、1.4mm LED芯片可以比单接面1.4mm芯片暗约10%。
发明内容
本发明的实施方式通常涉及LED芯片，其中通过降低如邻接一个或多个镜的阻挡层的材料的光吸收效应来改善LED芯片的总发射。
根据本发明的LED芯片的一个实施方式包括具有一个或多个LED的LED芯片，所述LED的每一个包括有源区、在所述有源区下方的第一接触件和阻挡层。所述第一接触件包括高反射镜，阻挡层邻接镜。阻挡层小于镜，使得它未延伸超过镜的周围。
根据本发明的LED芯片的另一个实施方式包括安装于底座上的一个或多个LED。LED的每一个包括有源区、在有源区下方的第一接触件、阻挡层和绝缘体。第一接触件包括高反射镜，阻挡层邻接于并小于镜。绝缘体邻接于阻挡层并且邻接于不与有源区或阻挡层接触的镜的部分。
根据本发明的LED芯片的又一个实施方式包括一个或多个LED，所述LED的每一个包括具有n-GaN层和p-GaN层的有源区、在有源区下方的第一接触件、阻挡层和在有源区上方的第二接触件。第一接触件包括高反射镜，阻挡层邻接于并小于镜。
根据本发明的LED芯片的另一个实施方式包括一个或多个LED，LED的每一个包括具有n-GaN层和p-GaN层的有源区、在有源区下方的第一接触件、阻挡层和在第一接触件下方的第二接触件。第一接触件包括高反射镜，阻挡层邻接于镜并小于镜，使得镜的周围的至少40%没有阻挡层。第二接触件从芯片的底部是可连接的（accessible）。
依据以下通过实施例示出本发明的特征的详细说明和附图，本发明的这些和其他方面及优点将变得明显。
附图说明
图1是一个现有技术LED封装的剖视图；
图2是另一个现有技术LED封装的剖视图；
图3是现有技术LED芯片的另一个实施方式的剖视图；
图4是根据本发明的现有技术LED芯片的剖视图；
图5是根据本发明的现有技术LED芯片的剖视图；
图6是根据本发明的现有技术单片LED芯片的俯视图；
图7根据本发明的LED芯片的一个实施方式的剖视图；
图8是根据本发明的LED芯片的另一个实施方式的剖视图；
图9是根据本发明的LED芯片的另一个实施方式的剖视图；
图10是根据本发明的单片LED芯片的俯视图；
图11是根据本发明的LED芯片的另一个实施方式的剖视图；
图12是根据本发明的LED芯片的另一个实施方式的剖视图。
图13是根据本发明的LED芯片的一个实施方式的俯视图；
图14是根据本发明的LED芯片的另一个实施方式的俯视图；以及
图15是根据本发明的LED芯片的又另一个实施方式的俯视图。
具体实施方式
在本文中参考某些实施方式描述本发明，但是应当理解的是，本发明可以以许多不同形式进行具体表达并且不应当被理解为受限于本文中所述实施方式。
在根据本发明的一些实施方式中，提供LED芯片结构以增强LED的总发射特性。通过限制高反射镜组件周围的暗或基本上非反射阻挡材料的量来增强具有镜反射率的LED芯片结构的发射特性。在具有整体镜的p-接触件而非ITO的LED芯片中（如在克利公司所提供的芯片的EZ家族中），光提取和EQE受到镜的反射特性的强力影响。例如，在由Ni/Ag构成的镜中，反射率受Ag的特性控制并且被认为是约90%反射。这种高反射率可以被阻挡层抵消，该阻挡层用于在高温和/或潮湿的条件下于LED芯片的操作期间防止Ag迁移。如果允许阻挡层基本上超越镜的周围进行延伸，则它会明显不利地影响镜的反射率，是因为它通常具有50%或更低的反射率并且会吸收许多可能从芯片离开和发射的光子。
因此，在根据本发明的LED芯片结构的某些实施方式中，提供被图案化成比其所保护的镜层小的阻挡层。就其本身而言，阻挡层优选地不再包围镜的边缘，并由此不暴露于GaN有源区内所捕获的光。在其他实施方式中，将具有经由接面所连接的多个子-LED以包括一个LED芯片。在此结构中，将必要地具有一小部分暴露于镜周围部分外侧的阻挡层，以便在一个LED的p-接触件与邻接LED的n-接触件之间建立连接。在此实施方式中，使暴露的阻挡体的量最小化，以致至少40%的镜周围没有阻挡层及其相关的不利影响。在其他实施方式中，至少50%的镜周围没有阻挡层，而在其他实施方式中至少60%没有阻挡层。
应当理解的是，当一个元件被称作在另一个元件“上”、“连接至”另一个元件、“耦接至”另一个元件或与另一个元件“接触”时，它可以直接在另一个元件之上、直接连接或耦接至另一个元件、或者与另一个元件直接接触，或者可以存在插入的元件。相比之下，当一个元件被称作“直接在另一个元件上”、“直接连接至”另一个元件、“直接耦接至”另一个元件或“直接与另一个元件接触”时，不存在插入的元件。同样地，当第一元件被称作与第二元件“电接触”或“电耦接”时，存在于第一元件和第二元件之间允许电流流动的电路径。电路径可以包括电容器、耦合电感器和/或甚至在导电元件之间没有直接接触的情况下允许电流流动的其他元件。
虽然在本文中可以使用术语第一、第二等来描述各种元件、组件、区域和/或区段，但是这些元件、组件、区域和/或区段不应当受限于这些术语。这些术语仅用于区分一个元件、组件、区域或区段与另一个元件、组件、区域或区段。因此，在不背离本发明的教导的情况下，可以将下面讨论的第一元件、组件、区域或区段称作第二元件、组件、区域或区段。
本文中参考示意性示出本发明的实施方式的横剖面图说明来描述本发明的实施方式。因此，组件的实际厚度可以是不同的，并且依据由例如制造技术和/或容许度造成的图示形状的变化是可预期的。本发明的实施方式不应当被理解为受限于本文中所示区域的特殊形状而是包括由例如制造引起的形状的偏差。由于正常的制造容许度而使图示为或描述正方形或矩形的区域将通常具有圆形或弯曲特性。因此，图中所示的区域本质上是示意性的，而且它们的形状不意图示出装置的区域的精确形状并且不意图限制本发明的范围。
还应当理解的是，当一个元件如层、区域或基板被称作在另一个元件“上”时，它可以直接地在另一个元件上，或者还可以存在插入的元件。此外，本文中可以使用相关术语如“内部”、“外部”、“上方”、“上面”、“下”、“下面”和“下方”、以及类似术语来描述一个层或另一个区域的关系。应当理解的是，除图中所描绘的定位之外，这些术语意图包含装置的不同定位。
LED结构、特征以及它们的制造和操作在本领域中通常是已知的而在本文中仅作简单论述。LED可以具有许多以不同方式排列的不同半导体层并且可以发射不同颜色。可以利用已知方法制造LED的层，合适的方法为利用金属有机气相沉积（MOCVD）制造。LED芯片的层通常包括夹在第一和第二相对掺杂外延层之间的有源层/区，它们全部都相继地形成于生长基板或晶片上。可以将形成在晶片上的LED芯片单片化并在不同应用中使用，如安装于封装中。应当理解的是，生长基板/晶片可以作为最终单片化的LED的部分保留，或者可以全部或部分地除去生长基板。
还应当理解的是，LED中还可以包括另外的层和元件，包括但不限于缓冲层、成核层、接触件层和电流扩散层以及光提取层和元件。有源区可以包括单量子阱（SQW）、多量子阱（MQW）、双异质结构或超晶格结构。
有源区和掺杂层可以由不同材料体系制成，一个这样的体系为第III族氮化物基材料体系。第III族氮化物指在氮与周期表中第III族元素（通常是（Al）、镓（Ga）和铟（In））之间所形成的那些半导体化合物。该术语还指三元和四元化合物如氮化铝镓（AlGaN）和氮化铝铟镓（AlInGaN）。在可能的实施方式中，掺杂层为氮化镓（GaN）且有源区为InGaN。在可替代的实施方式中，掺杂层可以是AlGaN、砷化铝镓（AlGaAs）或磷砷化铝镓铟（AlGalnAsP）或磷化铝铟镓（AlInGaP）或氧化锌（ZnO）。
生长基板/晶片可以由许多材料如硅、玻璃、蓝宝石、碳化硅、氮化铝（A1N）、氮化镓（GaN）制成，合适的基板为碳化硅的4H多型体，但是还可以使用包括3C、6H和15R多型体的其他碳化硅多型体。碳化硅具有某些优点，如相较于蓝宝石与第III族氮化物更接近的晶格匹配，并且导致较高品质的第III族氮化物膜。碳化硅还具有非常高的热导率，以致碳化硅上第III族氮化物器件上的总输出功率不受限于基板的热耗散（如蓝宝石上所形成的一些器件可能会有此情况）。SiC基板可从Durham,North Carolina的Cree Research,Inc.购得，并且在科学文献以及美国专利号Re.34,861；4,946,547；和5,200,022中陈述了制备它们的方法。
LED还可以包括另外的特征如导电电流扩散结构、电流扩散层和焊线垫（wirebond pad），它们全部可以由利用已知方法沉积的已知材料制成。可以用一种或多种磷光体涂敷一些或全部LED，磷光体吸收至少一些LED光并发出不同波长的光，使得LED发出来自LED和磷光体的光的组合。可以利用不同方法用磷光体涂敷LED芯片，美国专利序号11/656,759和11/899,790中描述了一种合适的方法，二者的发明名称为“Wafer Level PhosphorCoating Method and Devices Fabricated Utilizing Method”，通过引用将它们二者并入本文中。可替代地，可以利用其他方法如电泳沉积（EPD）来涂敷LED，在名称为“CloseLoop Electrophoretic Deposition of Semiconductor Devices”，的美国专利申请号11/473,089中所描述的合适的EPD方法，也通过引用将其并入本文中。
此外，如本领域已知的，LED可以具有垂直或横向几何体。包括垂直几何体的那些可以具有基板上的第一接触件和p-型层上的第二接触件。将施加至第一接触件的电信号扩散至n-型层内且将施加至第二接触件的信号扩散至p-型层。在第III族氮化物器件的情况下，公知的是，薄半透明层通常覆盖一些或整个p-型层。应当理解的是，第二接触件可以包括通常作为金属如铂（Pt）或透明的导电氧化物如氧化铟锡（ITO）这样的层。
LED还可以包括横向几何体，其中两个接触件都在LED的顶部。如通过蚀刻除去p-型层和有源区的一部分，以在n-型层上暴露接触台面。在n-型层的台面上提供第二横向n-型接触件。接触件可以包括利用已知沉积技术所沉积的已知材料。
图7示出根据本发明的LED芯片100的一个可能的实施方式。LED芯片100通常包括GaN有源区102、Ni/Ag基镜接触件104、金属阻挡层106、绝缘体108和反射金属110。为了说明目的，刻意简化图7中所描绘的结构，并且应当理解的是，根据本发明的芯片可以包括如在上面或下面具体论述的和/或如本领域公知的另外部件，并且同样地可以包括如上面所具体论述的其他合适的材料。因此，应当理解的是，还可以包含另外的层和元件，包括但不限于缓冲层、成核层、接触件层和电流扩散层以及光提取层和元件。还应当理解的是，相反地，掺杂层可以包括多层和子层，以及超晶格结构和内层。有源区可以包括单量子阱（SQW）、多量子阱（MQW）、双异质结构或超晶格结构。层的顺序可以是不同的，并且所示的实施方式中，第一或底部外延层可以是n-型掺杂层，并且第二或顶部外延层可以是p-型掺杂层，但是在其他实施方式中第一层可以是p-型掺杂的且第二层是n-型掺杂的。p-型层为底部层的实施方式通常相应于作为底座上安装的倒装芯片的LED。在倒装芯片实施方式中，应当理解的是，顶层可以是生长基板，并且在不同的实施方式中，可以除去所有或部分生长基板。在除去生长基板的那些实施方式中，n-型掺杂层被暴露成为顶部表面。在其他实施方式中可以留下生长基板的部分，并且在一些实施方式中可以使其成形或织构化以提高光提取。
本文中论述的芯片中的每个LED可以具有第一和第二接触件，而且在图7所示的实施方式中，LED具有横向几何体。因此，可以从LED的一侧或表面取代如垂直几何体的情况下的顶部或底部表面来接触该LED。第一和第二接触件可以包括许多不同材料如金（Au）、铜（Cu）、镍（Ni）、铟（In）、铝（Al）、银（Ag）、或其组合。其他实施方式可以包括导电氧化物和透明的导电氧化物，如氧化铟锡、氧化镍、氧化锌、氧化镉锡、钛钨镍、氧化铟、氧化锡、氧化镁、ZnGa2O4、ZnO2/Sb、Ga2O3/Sn、AgInO2/Sn、In2O3/Zn、CuAlO2、LaCuOS、CuGaO2和SrCu2O2。所用材料的选择可以取决于接触件的位置以及期望的电气特性如透明性、接面电阻率（junctionresistivity）和薄层电阻。
根据本发明的LED芯片的一些实施方式可以具有其他特征，而且第III族氮化物基LED，例如，可以具有其他特征以有助于来自接触件的电流的扩散。这样特别适用于将电流扩散至p-型第III族氮化物内，并且电流扩散结构可以包括覆盖一些或整个p-型层的薄半透明电流扩散层。这些层可以包含不同的材料，该材料包括但不限于金属如铂（Pt）或透明的导电氧化物如氧化铟锡（ITO）。
底座可以由许多不同材料如硅、陶瓷、氧化铝、氮化铝、碳化硅、蓝宝石或聚合物材料如聚酰胺和聚酯等来形成。在其他实施方式中底座可以包括高反射材料，如反射陶瓷、电介质或金属反射器如银，以提高来自部件的光提取。在其他实施方式中底座可以包括印刷电路板（PCB）、或任何其他合适材料，如可从Bergquist Company of Chanhassen Minn.购得的T-Clad热复合绝热基板材料。对于PCB实施方式而言，可以使用不同的PCB类型如标准FR-4金属芯PCB、或任何其他类型的印刷电路板。
在LED芯片100中，如同在现有技术中，阻挡层106没有环绕镜104的边缘。取而代之，阻挡层106被图案化成小于镜104，以致它没有暴露于朝镜发出的或GaN区102内部捕获的光。在一些实施方式中，只要绝缘体108实现了阻挡层106的任务，就可以在至少一个实施方式中除去阻挡层106的大部分。不再由阻挡层106界定的镜104的区域代之以绝缘体108围绕，对于防止Ag从镜104迁移而言绝缘体是至关重要的。因此，绝缘体108优选具有高密度、高粘合强度、低透湿性和对金属离子扩散的高抗性。此外，绝缘体108与GaN区102之间的界面是至关重要的，因为尽管具有高品质的绝缘体108，弱的界面仍可以导致Ag迁移。而且，绝缘体108可以是光学透明的，并且有助于使反射金属层110从镜104隔开。
在绝缘体108下方，还可以布置反射金属层110，以致它与绝缘体形成复合阻挡层并且优选具有比金属阻挡层106更高的反射率。由于折射率不同而使任何以高角度在复合阻挡层上入射的光可以在GaN/绝缘体界面上经历全内反射，而低角度光可以反射离开底部反射层110。反射层110优选由高反射金属如Al或Ag构成，但是应当理解的是，还可以使用其他合适的材料。复合阻挡层的反射率可以大于80%，或者可替代地可以大于90%。
绝缘体108可以具有低光吸收和低折射率，以便使复合阻挡层为高反射的。由于绝缘体108的光学和可靠性需求可能彼此冲突，因此绝缘体可以包括两个或更多个不同层（未示出）。例如，绝缘体108可以包括在与镜104和GaN区102接触的位置处具有为防止Ag迁移而优化性能的薄层，而且绝缘体108可以包括具有在反射金属层110与薄层之间具有低折射率的第二较厚层。因此，假如该较厚层为至少几个光学波长厚，则在薄绝缘层和厚绝缘层之间的界面处会发生全内反射。厚绝缘层的合适厚度可以在0.5-1μm之间。在另一个实施例中，绝缘体108可以包括三个不同层，如上述前两个层和厚层与反射金属层110之间的第三层，为了对反射金属层110的良好粘附而优化第三层。在又一个实施例中，复合阻挡层可以包括多于三个绝缘层，其中复合阻挡层的反射率还通过使高反射率和低反射率绝缘材料交替而增加。
绝缘体108可以由许多不同的合适材料构成，包括元素Si或Al的氧化物、氮化物或氧氮化物。在如上所述的包括两个层的绝缘体中，第一层可以由Ti或Ta的氧化物或氧氮化物构成，而第二较厚层可以由低折射率材料如SiO2构成。在包括三个层的绝缘体中，该材料可以与双层绝缘体相同，邻接反射金属层110的第三层由SiN构成。虽然这些材料符合如上所述的单或多层绝缘体的需求，但是应当理解的是，在本发明的上下文中还可以使用并想出其他合适的材料。
图8描绘了根据本发明的LED芯片120的另一个实施方式。芯片120可以包括如芯片100所论述的所有部件。此外，如芯片100所描述的，LED芯片120包括GaN区122，Ag基镜124、金属阻挡体126、绝缘体128和反射金属层130。然而，图8还描绘了通过通孔连接（viaconnection）132被连接至接面（结，junction）外侧位置的p-接触件。如上所示，镜124还可以充当LED的p-接触件。为了将p-接触件连接至接面的外侧位置，金属阻挡体126可以达到镜124与GaN区122接面周围之外。然后，此区段可以被耦接至通孔接线132，以致施加至镜124的电信号经由通孔132传导至延伸部分（由阻挡体126的阴影部分127所示）并传导至GaN区。如果延伸至镜124周围之外的金属阻挡体126的区段相较于镜圆周的总长度足够小且窄，则阻挡体126的差反射率将对光提取具有可以忽略的影响。在一个实施方式中，阻挡体126的镜124之外的部分127的宽度为～20μm或更小。
图9描绘了根据本发明的LED芯片140的另一个实施方式，芯片140为多接面芯片。配置此多接面芯片为获得在较高电压下具有高输入的一组LED的一个方式。芯片140可以包括如芯片100所讨论的所有部件。此外，如芯片100所示，LED芯片140包括GaN区142、Ag基镜144、金属阻挡体146、绝缘体148和反射金属层150。然而，图9还描绘了被连接至邻接接面的n-接触件154的p-接触件。
如上所示，镜144还可以充当LED的p-接触件。为了将p-接触件连接至邻接接面的n-接触件154，金属阻挡体146可以达到镜144与GaN区142接面周围之外。如果延伸至镜144周围之外的金属阻挡体146的区段147相较于镜圆周的总长度足够小且窄，则阻挡体146的差反射率将对光提取具有可以忽略的影响。此外，金属阻挡体146的部分147还可以用于形成用于将p-接触件连接至封装端的焊线。还应当注意的是，如图所示，金属阻挡体146不必覆盖镜144的下面的大部分。在一些实施方式中，镜144实质上可以被去除，并且可以使其与按足以形成良好电接触的仅小区段与镜144接触。
LED芯片140还可以包括钝化层152，本领域公知钝化层的特性。钝化层152可以由SiN构成，SiN为用于提供对芯片的防潮性的合适材料。然而，应当理解的是，可以使用其他适当材料，如SiO2。SiO2不如SiN一样防潮。
图10描绘了包括多个LED和如下面关于图12详细论述的多个接触通孔162的单片LED芯片。当相较于图6时，可以容易地观察到，由阻挡层64的暴露部分所造成的图6中的黑圆圈实际上在图10中已被去除。这是因为已使图10中的阻挡层（不可从该透视图中看出）小于镜层，并由此不被暴露和/或在所述镜的周围处最低限度地暴露。由于暴露的阻挡层的减少，大大地减弱和/或去除阻挡层的任何暗淡效应。
图11描绘了根据本发明的LED芯片200的另一个实施方式。芯片200可以包括可以包括如芯片100所论述的所有部件。图11还可以包括粗糙的n-GaN层202、p-GaN层204、镜层206（它还可以充当LED的p-接触件）、阻挡层208、介电阻挡层210、粘合金属层212、载体层214、AuSn层216、钝化层218、220（层220为至少部分粗糙的）和在粗糙的GaN层上的n-接触件222、224。如上所论述的，粗糙层有助于光提取。
如所示，图11的阻挡层208的尺寸小于镜206。如所论述的，这种阻挡层的尺寸有助于除去层208中固有的许多光吸收效应，这反而改善了LED芯片200的总发射和效率。在这个实施方式中（以及在其他实施方式中），阻挡层208的特性可以允许它担当电流扩散层以及用于Ag迁移的阻挡体和/或用于镜206的保护层，以致粘合金属层212从镜206隔离并由此不溶入镜206。粘合金属层212可以至少部分地由锡构成，若没有阻挡体208则它可能溶入镜206。粘合金属层212还可以是反射的，但是它不能是如镜206一样高的反射。
使钝化层218设置于有源区的侧壁上，如本领域公知的提供侧壁钝化。钝化层218可以由表现出有利的防潮特性的SiN构成。然而，应当理解的是，也可以想出其他合适材料。还可以使钝化层220设置于所示装置的上方，以为下面的部件提供物理保护。钝化层220可以由SiO2构成，但是应当理解的是，还可以想出其他合适的钝化材料。
至少局部地配置介电阻挡层210，以从粘合金属层212保护/隔离镜206和阻挡体208的部分。介电层可以是透明的，和/或可以包括不同的介电材料如SiN、SiO2、Si、Ge、MgOx、MgNx、ZnO、SiNx、SiOx、其合金或组合。如在阻挡体208下方的阴影区段所描绘，介电层210还可以在阻挡体208的下方延伸。
图12描绘了根据本发明的LED芯片230的另一个实施方式。芯片230可以包括如其他芯片实施方式所讨论的一些或全部部件。然而，芯片230与其他芯片实施方式的最大差异在于配置了如图12所示的n-接触件通孔，为了方便说明，图13中未示出该通孔。通孔允许除去器件上部的n-接触件金属，并且使n-接触件基本上嵌入至装置内并且从芯片的底部可电气接触地（electrically accessibly）嵌入至器件内。在较少的上部金属阻挡光发射的情况下，可以实现改善的亮度。此外，除去和/或大大减少镜周围之外的阻挡金属，这还有助于器件的发射效率（发光效率，emission efficiency）。
根据本发明的通孔可以利用常规方法如形成用于通孔的开口的蚀刻和用于形成通孔的光刻方法来形成。通孔仅占用焊线垫所需要的LED芯片的区域的小部分。通过使用一个或多个通孔代替焊线垫，除去有源区的较少部分，并且用于接触件的较少的发射阻挡金属位于器件的上部。这为光发射留下了更多的LED有源区，因此增加了LED芯片的总效率。
还应当理解的是，不同的实施方式可以具有多于一个通孔并且该通孔可以在许多不同位置处。在具有多个通孔的那些实施方式中，通孔可以具有不同的形状和尺寸并且可以在LED中延伸至不同深度。还应当理解的是，不同实施方式还可以包括替代第一焊线垫所用的通孔。
图12还可以包括粗糙的n-GaN层232、p-GaN层234、镜层236（它还可以充当LED的p-接触件）、阻挡层238、钝化层240、241、n-接触件242、阻挡层244、粘合金属层246、载体层248、AuSn层250和钝化层252。如上所论述，粗糙层有助于器件的改善的光提取。
如本文中所论述的其他实施方式，按大小排列阻挡层238，以致它们小于镜层236和/或防止它们延伸超过镜236周围的40%或更大。针对集成至镜236的至少一部分的p-接触件，还可以配置阻挡层238以在器件上部形成接触件。此外，如最佳示出的，因为镜236可能太薄以致于不能有效扩散电流，所以阻挡层238可以有助于横向贯穿器件来扩散电流。
可以配置阻挡层244作为n-接触件242的保护层，以致使粘合金属层246与n-接触件242隔离并由此不溶入n-接触242或相反不利地与n-接触件242反应。阻挡层244可以由TiW/Pt构成，但是应当理解的是，可以想出其他合适的材料。在一些实施方式中，取决于n-接触件242和粘合金属层246的材料组成，阻挡层244可以是不必要的。n-接触件可以由各种合适材料构成，优选材料为反射的以进一步提高器件的光发射。因此，n-接触件242可以由Al、Ag、或其他反射材料构成。粘合金属层246还可以是反射的。
使钝化层241设置于有源区的侧壁上，如本领域公知的提供侧壁钝化。钝化层240、241可以由表现出有利的防潮特性的SiN构成。然而，应当理解的是，也可以想出其他合适材料。还可以使钝化层252设置于所示装置的上方，以为下面的组件提供物理保护。钝化层层252可以由SiO2构成，但是应当理解的是，还可以想出其他合适的钝化材料。
图13是图12所示的LED芯片230的俯视图，图13示出n-型层234和n-型层下方并且在虚线中的镜236的外边缘。图13还示出具有如下面进一步描述的虚线中所示未暴露的区域的阻挡层238的外边缘。为了方便说明，未示出剩余层、通孔以及阻挡层和镜层的内边缘。如上所述，阻挡层238的一部分可以在器件上部充当p-型接触件。在一些实施方式中，为了接触而暴露阻挡层的一部分，在所示实施方式中，可以在阻挡层的一部分的上方除去LED芯片层。在一个实施方式中，可以将阻挡层238上方的层蚀刻成阻挡层238，因此形成暴露的阻挡层区260。暴露区260可以在许多不同位置处且可以具有许多不同的形状，所示实施方式在LED芯片230的一个角上。
以此方式暴露阻挡层提供了诸如便于接触等优点，但是还可能存在水分或污染物沿着暴露区260的表面或边缘进入LED层的风险。此水分和污染物可能负面地影响LED芯片的寿命和可靠性。为了帮助减低此风险，可以包括可以抑制或去除可能进入LED芯片的水分或污染物的量的台阶或过渡作为阻挡层的部分。台阶或过渡可以采用许多不同的形状和尺寸。不同的LED芯片可以具有不同数量的台阶或过渡并且它们可以包括在阻挡层的不同位置处。在其他实施方式中，台阶或过渡可以包括在其他层中。
图14示出与图12和图13所示的LED芯片230相似的LED芯片270的另一个实施方式。LED芯片270具有n-型层234、镜层236和阻挡层272，为了方面说明而未示出其他层和特征。N-型层234和镜层236相似于如图13所示的LED芯片230中的那些。阻挡层272也相似于图13中的阻挡层236，并且可以通过暴露区274进行接触。阻挡层272沿着阻挡层272的边缘具有两个台阶276，这有助于减少或去除可能沿着阻挡层272的边缘进入LED芯片270的水分或污染物。
对于图13和14所示的实施方式而言，阻挡层的暴露区导致阻挡层的一部分为未覆盖的，以致它可以吸收一些LED芯片光。可以最小化暴露的阻挡体的量以最小化光吸收的影响，镜的周围没有如上所述的百分数的阻挡层。在一些实施方式中，阻挡层的暴露部分可以小于总阻挡层表面的20%。在其他实施方式中，它可以小于10%，而其他实施方式中它可以小于5%。
阻挡层可以具有许多不同的形状并且可以相对于根据本发明的LED芯片的其他层的不同位置而排列。图15示出根据本发明的与LED芯片270相似的LED芯片280的另一个实施方式，并且示出了n-型层234和镜层236。然而，在这个实施方式中，阻挡层282沿着镜层236的两个边缘延伸超过镜层236，而且阻挡层可以在LED芯片的不同位置处延伸超过镜层。为了还具有合意的LED芯片的发射效率，阻挡层的暴露部分可以相对较薄以减少光吸收表面。在一些实施方式中，多于75%的暴露边缘可以小于3微米宽。在其他实施方式中，90%可以具有这种宽度，而在其他实施方式中100%的暴露边缘可以具有这种宽度。在其他实施方式中这些百分数的暴露宽度还可以是不同的，如小于4微米或小于2微米。
可以在许多不同照明应用、特别是使用小尺寸高输出光源的那些中使用本发明。这些的一些包括但不限于一般光照、户外照明、闪光灯、白色LED、路灯、建筑灯光、室内和办公照明、陈列照明和背后照明。
尽管已参考本发明的某些优选配置具体描述了本发明，但是其他版本仍然是可行的。因此，本发明的精神和范围应当不受限于上述版本。

Claims (36)

1.一种LED芯片，包括：
一个或多个LED，所述LED的每一个包括：
有源区；
在所述有源区下方的第一接触件，所述接触件包括高反射镜；以及
邻接所述镜的阻挡层，所述阻挡层小于所述镜，使得它没有延伸超过所述镜的周围；以及
绝缘体，其邻接所述阻挡层的与所述镜相反的侧的至少一部分、所述有源区和所述镜的不与所述阻挡层接触的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的LED芯片，其中，所述有源区由交替的p-GaN层和n-GaN层构成。
3.根据权利要求1所述的LED芯片，其中，所述有源区是织构化的以增强光提取。
4.根据权利要求1所述的LED芯片，其中，所述第一接触件包括p-接触件，并且所述镜是Ag基的。
5.根据权利要求1所述的LED芯片，其中，所述阻挡层由金属构成，与所述镜相比所述金属具有显著较低的反射性。
6.根据权利要求1所述的LED芯片，其中，所述绝缘体邻接所述阻挡层、所述有源区和所述镜的不与所述阻挡层接触的每一部分。
7.根据权利要求6所述的LED芯片，还包括在所述绝缘层下方并邻接于所述绝缘层的反射金属层。
8.根据权利要求7所述的LED芯片，其中，所述绝缘体和所述反射金属层形成与所述阻挡层相比具有显著较高反射性的复合阻挡体，所述复合阻挡体的反射率>80％。
9.根据权利要求7所述的LED芯片，其中，所述反射金属层包括Al或Ag。
10.根据权利要求1所述的LED芯片，其中，配置所述阻挡层以防止所述镜的Ag迁移。
11.根据权利要求1所述的LED芯片，其中，所述阻挡层包括台阶或过渡。
12.根据权利要求1所述的LED芯片，其中，配置所述绝缘体以防止所述镜的Ag迁移并且以具有低折射率。
13.根据权利要求1所述的LED芯片，其中，所述绝缘体由元素Si或Al的氧化物、氮化物或氧氮化物构成。
14.根据权利要求1所述的LED芯片，其中，所述绝缘体由两个或多个不同的层构成。
15.根据权利要求1所述的LED芯片，其中，所述绝缘体包含第一层和第二层，其中，所述第一层用于防止Ag迁移，并且所述第二层厚于所述第一层。
16.根据权利要求15所述的LED芯片，其中，所述绝缘体由与反射金属接触并且被优化以实现与所述反射金属的良好粘附的第三层构成。
17.根据权利要求7所述的LED芯片，其中，所述绝缘体和所述反射金属层形成与所述阻挡层相比具有显著较高反射性的复合阻挡体，所述复合阻挡体的反射率>90％。
18.一种LED芯片，包括：
一个或多个安装于底座上的LED，所述LED的每一个包括：
包括顶部半导体层和底部半导体层的有源区；
在所述有源区下方的第一接触件，所述第一接触件包括高反射镜；
邻接所述镜的阻挡层，所述阻挡层小于所述镜；以及
绝缘体，其邻接所述阻挡层的与所述镜相反的侧的至少一部分，并且邻接所述镜的不与所述有源区或所述阻挡层接触的部分。
19.根据权利要求18所述的LED芯片，其中，所述第一接触件包括p-接触件，并且所述镜是Ag基的。
20.根据权利要求18所述的LED芯片，其中，所述阻挡层由金属构成，与所述镜相比所述金属具有显著较低的反射性，所述阻挡层还小于所述镜，使得所述镜的周围的至少40％没有所述阻挡层。
21.根据权利要求18所述的LED芯片，还包括在所述绝缘层下方并邻接于所述绝缘层的反射金属层，其中，所述绝缘体和所述反射金属层形成与所述阻挡层相比具有显著较高反射性的复合阻挡体，所述复合阻挡体的反射率>80％。
22.根据权利要求18所述的LED芯片，其中，配置所述阻挡层和所述绝缘体以防止所述镜的Ag迁移。
23.根据权利要求18所述的LED芯片，其中，所述绝缘体进一步被配置为具有低折射率。
24.根据权利要求18所述的LED芯片，其中，所述绝缘体由两个或更多个不同的层构成，其中第一层被配置用于防止Ag迁移，第二较厚层具有低折射率，以及可选的第三层，所述第三层与反射金属接触并且被优化以实现与所述反射金属的良好粘附。
25.根据权利要求18所述的LED芯片，还包括包含n-接触件的第二接触件，所述n-接触件由Al构成。
26.根据权利要求18所述的LED芯片，其中，所述芯片周围的至少40％没有所述阻挡层。
27.根据权利要求18所述的LED芯片，其中，所述阻挡层包括台阶或过渡。
28.根据权利要求18所述的LED芯片，还包括在所述绝缘层下方并邻接于所述绝缘层的反射金属层，其中，所述绝缘体和所述反射金属层形成与所述阻挡层相比具有显著较高反射性的复合阻挡体，所述复合阻挡体的反射率>90％。
29.一种LED芯片，包括：
一个或多个LED，所述LED的每一个包括：
包括n-GaN层和p-GaN层的有源区；
在所述有源区下方的第一接触件，所述第一接触件包括高反射镜；
邻接所述镜的阻挡层，所述阻挡层小于所述镜；
绝缘体，其邻接所述阻挡层的与所述镜相反的侧的至少一部分并且邻接所述镜的不与所述有源区或所述阻挡层接触的部分；以及
在所述有源区上方的第二接触件。
30.根据权利要求29所述的LED芯片，其中，所述绝缘体与所述镜、所述阻挡层和金属粘合层接触。
31.根据权利要求29所述的LED芯片，其中，所述第二接触件包括n-接触件，所述n-接触件设置于粗糙的GaN层上方。
32.根据权利要求29所述的LED芯片，其中，所述镜的周围和所述芯片的周围的至少40％没有所述阻挡层。
33.根据权利要求29所述的LED芯片，还包括用于防潮的由SiN构成的钝化层。
34.一种LED芯片，包括：
一个或多个LED，所述LED的每一个包括：
包括n-GaN层和p-GaN层的有源区；
在所述有源区下方的第一接触件，所述第一接触件包括高反射镜；
邻接所述镜的阻挡层，所述阻挡层小于所述镜，使得所述镜的周围的至少40％没有所述阻挡层；
绝缘体，其邻接所述阻挡层的与所述镜相反的侧的至少一部分并且邻接所述镜的不与所述有源区或所述阻挡层接触的部分；以及
在所述第一接触件下方的第二接触件，所述第二接触件从所述芯片的底部是可连接的。
35.根据权利要求34所述的LED芯片，其中，所述第一接触件是具有暴露于所述芯片顶部的粘合垫的p-接触件。
36.根据权利要求34所述的LED芯片，其中，所述第二接触件是n-接触件，所述LED芯片还包括用于将电气连接提供至所述第二接触件的通孔。
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