CN105264678A - 发光二极管介质镜 - Google Patents

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Abstract

公开了一种高效LED芯片，所述芯片包括含有在两个相对掺杂层之间的活性层的活性LED结构。可以邻近相对掺杂层之一提供第一反射层，其中第一层包含具有与活性LED结构不同的折射率的材料。在活性LED结构和第一反射层之间的IR差异会增加在连接处光的TIR。在一些实施方式中，第一反射层可以包括低于半导体材料的IR，从而增加可以经历TIR的光的量。根据本发明的LED芯片的一些实施方式还可以包括在第一反射层上并连同第一反射层一起使用的第二反射层或金属层，使得第二反射层可以反射穿过第一反射层的光。

Description

发光二极管介质镜
本申请是于2011年3月24日提交的Ibbetson等人的美国专利申请序列号13/071,349的部分继续申请并要求其权益，美国专利申请序列号13/071,349是于2008年12月8日提交的Li等人的美国专利申请序列号12/316,097的继续申请并要求其权益，通过引用将两者结合于本文。本申请还是于2009年5月11日提交的Denofrio等人的美国专利申请序列号12/463,709的部分继续申请并要求其权益，美国专利申请序列号12/463,709还是于2007年11月14日提交的Keller等人的美国专利申请序列号11/985,410的部分继续申请，以及于2008年12月8日提交的Denofrio等人的美国专利申请序列号12/329,713的部分继续申请，通过引用将其全部结合于本文。
技术领域
本发明涉及发光二极管，并且更具体地，涉及具有高反射率镜的发光二极管。
背景技术
发光二极管(一个LED或多个LED)是将电能转换成光的固态器件，并且通常包括夹在相对掺杂n型和p型层之间的半导体材料的一个或多个活性层。当横穿掺杂层施加偏压(bias)时，空穴和电子被注入活性层，其中它们再结合以产生光。光发射自活性层并发射自LED的所有表面。
对于典型的LED，期望在最高发光效率下操作，并且可以测量发射效率的一种方式是通过相对于输入功率的发射强度，或流明/瓦。用来最大化发射效率的一种方式是通过最大化提取由LED的活性区或活性结构所发射的光。对于具有单个外耦合(out-coupling)表面的常规LED，通过多个因素如来自LED的发射区的光的全内反射(TIR)，可以限制外量子效率。TIR可以由在LED的半导体和周围环境之间的折射率的较大差异引起。一些LED具有相对较低的光提取效率，这是由于与周围材料(如环氧树脂)的折射率相比，基底(substrate)的高折射率。这种差异导致小逃逸锥面，从所述逃逸锥面，来自活性区域的光线可以从基底透射进入环氧树脂并最终从LED封装体(package)逃逸。没有逃逸的光可以被吸收在半导体材料中或被吸收在反射光的表面上。
已经开发了不同的方法以降低TIR并改善总光提取，其中更加流行的一种方法是表面纹理化(织构化，texturing)。通过提供变化的表面，其允许光子多个机会来发现逃逸锥面，表面纹理化增加光逃逸概率。没有找到逃逸锥面的光可以继续经历TIR，并在不同的角度下反射离开纹理化表面直到它发现逃逸锥面。在几篇文章中已经讨论了表面纹理化的益处。[参见Windischetal.,ImpactofTexture-EnhancedTransmissionon High-EfficiencySurfaceTexturedLightEmittingDiodes,Appl.Phys.Lett.,Vol.79,No.15,Oct.2001,Pgs.2316-2317；Schnitzeretal.30％External QuantumEfficiencyFromSurfaceTextured,ThinFilmLightEmittingDiodes,Appl.Phys.Lett.,Vol64,No.16,Oct.1993,Pgs.2174-2176；Windischetal.LightExtractionMechanismsinHigh-EfficiencySurfaceTexturedLight EmittingDiodes,IEEEJournalonSelectedTopicsinQuantumElectronics,Vol.8,No.2,March/April2002,Pgs.248-255；Streubeletal.HighBrightness AlGaNInPLightEmittingDiodes,IEEEJournalonSelectedTopicsinQuantumElectronics,Vol.8,No.March/April2002]。也转让给CreeInc.的美国专利号6,657,236公开了在半导体层上形成的用于增强在LED中的光提取的结构。
用来增加光提取效率的另一种方法是提供反射光的反射表面，使得它有助于来自LED芯片或LED封装体的有用发射。在图1所示的典型的LED封装体10中，借助于焊接接缝或导电环氧树脂，将单个LED芯片12安装在反射杯13上。一个或多个焊丝(wirebond)11可以将LED芯片12的欧姆接触连接至导线15A和/或15B，其可以附接至反射杯13或与其成为一体。反射杯可以填充有封装材料16，其可以含有波长转换材料如磷光体。由LED在第一波长处发射的至少一些光可以被磷光体吸收，所述磷光体可以相应地发射在第二波长处的光。然后，将整个组件封装在透明保护树脂14中，其可以被模制成透镜的形状以对准发射自LED芯片12的光。虽然反射杯13可以在向上方向上引导光，但当光被反射时可能发生光学损失。由于实际的反射器(反射层，reflector)表面的小于100％的反射率，所以一些光可能被反射杯吸收。在所关注的波长范围内，一些金属可以具有小于95％的反射率。
图2示出另一种LED封装体，其中可以将一个或多个LED芯片22安装在载体上，如印刷电路板(PCB)载体、基底或子基底(submount)23。安装在子基底23上的金属反射器(金属反射层，metalreflector)24围绕一个或多个LED芯片22并反射由LED芯片22发射的远离封装体20的光。反射器24还提供对LED芯片22的机械保护。在LED芯片22上的欧姆接触和在子基底23上的电迹线(electricaltrace)25A、25B之间制成一个或多个焊丝连接11。然后，用密封剂26覆盖安装的LED芯片22，所述密封剂可以提供对同时还作为透镜的芯片的环境和机械保护。借助于焊接或环氧树脂粘结，通常将金属反射器24附接至载体。当光被反射时，金属反射器24还可能经历光学损失，这是由于它也具有小于100％的反射率。
图1和2中所示的反射器被设置以反射逃逸自LED的光。还已开发具有内部反射表面或层以反射LED内部的光的LED。图3示出具有通过金属粘结层36安装在子基底34上的LED32的LED芯片30的示意图。LED进一步包括在LED32和金属粘结层36之间的p型接触(p-contact)/反射器38，其中反射器38通常包含金属如银(Ag)。这种设置用于市售的LED如在LED的EZBrightTM家族下可获得的来自Inc.的那些。反射器38可以将自LED芯片的活性区向着子基底发射的光反射回朝向LED的主要发射表面。反射器还将TIR光反射回朝向LED的主要发射表面。像上述金属反射器，反射器38反射小于100％的光以及在一些情况下小于95％。在半导体层上的金属膜的反射率可以利用薄膜设计软件如来自SoftwareSpectra,Inc.(www.sspectra.com)的TFCalcTM，由材料的光学常数计算。
图4示出曲线图40，其示出在不同视角下，对于波长为460nm的光，在氮化镓(GaN)上的Ag的反射率。GaN的折射率是2.47，而银的复合折射率取自技术文献。[参见由E.Palik编辑的HandbookofOptical ConstantsofSolids。]。曲线图示出p偏振光反射率42、s偏振光反射率44、和平均反射率46，其中平均反射率46一般说明用于LED(其中借助于随机偏振来产生光)的目的的金属的总反射率。在0度下的反射率低于在90度下的反射率，并且这种差异可能导致在每次反射以后丢失高达5％或更多的光。在LED芯片中，在一些情况下，在TIR光逃逸以前，它可能反射离开反射镜若干次，因此，反射镜吸收的小变化可以导致LED的亮度的显著变化。在每次反射以后，反射镜吸收的累积效应可以降低光强度，使得小于75％的来自LED的活性区的光实际作为LED光逃逸。
发明内容
本发明公开了用于LED和LED芯片中以增加发射效率的一个或多个反射性层。根据本发明的LED芯片的一种实施方式包括具有在两个相对掺杂层之间的活性层的活性LED结构，并且活性层响应于施加于相对掺杂层的电信号而发射光。第一反射层邻近相对掺杂层之一，并具有不同于活性LED结构的折射率，其中第一反射层反射至少一些活性层光。第二反射层被包括在第一反射层上，其中第二反射层反射第一反射层没有反射的光。
根据本发明的LED芯片的另一种实施方式包括具有在p型层和n型层之间的活性层的活性LED结构，并且活性层响应于施加于p型和n型层的电信号而发射光。电流扩展层被包括在p型层上以及介电第一反射层被包括在电流扩展层上。设置第一反射层以反射至少一些活性层光。金属层被包括在第一反射层上，其中金属层反射第一反射层没有反射的光。
根据本发明的LED芯片的又一种实施方式包括响应于电信号而发射光的活性LED结构，以及在活性LED结构上的第一反射层，在第一反射层上的第二反射层，两者被定位以反射LED结构光，使得它有助于使用LED芯片发射。可以包括穿过第一反射层以将电信号通过第一反射层传导至活性LED结构。
依据以举例的方式说明本发明的特征的以下详细描述和附图，本发明的这些和其他方面和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是现有技术LED灯的一种实施方式的截面图；
图2是现有技术LED灯的另一种实施方式的截面图；
图3是现有技术LED芯片的另一种实施方式的截面图；
图4是示出在不同视角下金属反射层的反射率的曲线图；
图5是根据本发明的LED芯片的一种实施方式的截面图；
图6是根据本发明的LED芯片的另一种实施方式的截面图；以及
图7是根据本发明的LED芯片的又一种实施方式的截面图。
具体实施方式
本发明涉及固态发射器，所述固态发射器具有设置以增加发射器的发射效率的内部或整体(积分，integral)反射表面/层。本文参照发光二极管(一个LED或多个LED)来描述本发明，但应该理解的是，它同样适用于其它固态发射器。本发明可以用作连同一个或多个接触一起的反射器，或可以用作与接触分开的反射器。
如上所述，根据本发明的发光二极管(LED)芯片的不同的实施方式包括活性LED结构，其具有在两个相对掺杂层之间的活性层。可以邻近相对掺杂层之一设置的第一反射层，其中第一层包含具有不同于活性LED结构的折射率的材料。在大多数实施方式中，第一层可以包括这样的层，其在或接近其与活性LED结构的界面处具有显著较低的IR。换句话说，当层包括许多材料时，层的一些实施方式可以具有低于活性LED结构的平均IR。在仍其他实施方式中，最靠近活性LED结构的反射层的部分应小于活性LED结构，其中此更接近的层的一些实施方式是大约2至4埃厚。
在活性LED结构和第一反射层之间IR的差异增加在连接(junction)处TIR光的量。在其中第一反射层具有低于活性LED结构的IR的实施方式中，较低IR材料提供IR的逐渐降低，其会增加可以经历TIR的光的量。根据本发明的LED芯片的一些实施方式还可以包括第二反射层或金属层，其可以在第一反射层上并连同第一反射层一起使用，使得第二反射层可以反射穿过第一反射层(例如，没有经历TIR)的光。
这些内部或整体反射层可以降低由在不期望的方向(其中它可以被吸收)上发射的光可能发生的光发射损失。第一反射层可以反射这样的光，其在远离有用的光发射的方向上由发射器的活性LED结构发射，朝向如基底、子基底、或金属反射器。可以定位反射表面以反射此光，使得它在期望的方向上发射自LED芯片。本发明的实施方式提供一种或多种层和材料，其可以合作以在所期望的方向上有效地反射光，使得它可以有助于发射器的有用发射。
第一反射层可以包含许多不同的材料，其中一些实施方式包含介电材料如SiO2。可以理解的是，可以使用具有较低或较高折射率的多种其他材料，其中优选具有比LED的活性结构材料小高达约50％的IR的材料。在其他实施方式中，第一反射材料的IR可以比活性结构材料小高达约40％，而在其他实施方式中，它可以小高达约30％。例如，在一些实施方式中，活性结构的GaN材料具有2.4的IR以及反射层的SiO2材料具有1.46的IR。这表明在两者之间约39％的IR差异。
许多常规LED可以主要依赖由不同材料如Ag或Au制成的金属反射器层。如上所述，对于每次反射离开金属反射器，可能存在损失，并且尤其是对于在LED中进行多次通过和反射的光，这些损失可能是显著的。在通过TIR反射的光中，没有光学损失，使得当利用TIR而不是金属材料来反射更多光时，可以增加LED的发射效率。其他常规LED芯片依赖于内部多层反射器，如分布布喇格反射器(DBR)，但这些反射器可能涉及复杂和昂贵的制造工艺。采用包括单介电层的反射层可以降低总制造成本和复杂性。
根据本发明的发射器的不同的实施方式还可以利用其它结构、层或特征，其允许有效且可靠的LED操作。在一些实施方式中，接近反射层可以包括电流扩展层以允许电流扩展进入活性LED结构的一层或多层。在其他实施方式中，可以包括材料以提供在不同层之间如在低IR层和金属反射层之间的可靠粘附。本发明的不同实施方式还提供导电过孔(conductivevia)或通路设置，其提供通过低IR反射层的导电通路。这使得电信号能够沿着过孔(vias)穿过低IR层，使得复合层可以用作内层，其中在操作过程中电信号可以穿过低IR层。如下文详细描述的，这种过孔设置可以采取许多不同的形状和尺寸。
本文参照某些实施方式来描述本发明，但应该理解的是，本发明可以以许多不同的形式来体现并且不应该被解释为限于本文阐述的实施方式。特别地，较低IR的第一反射层可以包括许多不同的材料层并且可以具有多种不同的厚度(超出本文描述的那些)。第一反射层在本文中被描述为一种材料的层，如特殊电介质，但应该理解的是，它可以包含许多不同的材料，并且在一些实施方式中多于一层。在这些多层实施方式中，所有层的IR可以是类似的，并且在一些实施方式中小于活性LED结构的IR。一些实施方式可以具有含具有高于活性LED结构的IR的层或材料的层，但这些层可以足够薄以具有最小的光学影响。可以理解的是，在一些实施方式中，在第一反射层中的层数通常将少于在反射器如DBR中发现的层数，并且在一些实施方式中，层将具有基本上类似的IR。第一反射层还可以在不同的固态发射器上的许多不同的位置(超出本文描述的那些)，并且可以用在不同器件(超出固态发射器)上。另外，第一反射层可以提供有或没有导电结构以允许电信号穿过。可以理解的是，根据本发明的LED还可以利用单层第一反射层连同其他反射器如金属反射层或DBR层。第一反射层被设置以最大化由TIR反射的光的量，而同时维持简单、有效和有成本效益的反射系统。
还应当理解的是，当要素如层、区或基底被称为“在另一要素之上”、“邻近另一要素”或“靠近另一要素”时，它可以直接在其他要素之上或还可以存在中间要素。此外，相对术语如“内部”、“外部”、“上部”、“上面”、“下部”、“在…之下”、和“下面”、以及类似术语在本文中可以用来描述一层或另一区的关系。可以理解的是，这些术语旨在涵盖除附图中描述的方位之外的器件的不同方位。
虽然术语第一、第二等在本文中可以用来描述各种元件、部件、区、层和/或部分，但这些元件、部件、区、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个区、层或部分。因此，以下讨论的第一元件、部件、区、层或部分可以称作第二元件、部件、区、层或部分，而没有背离本发明的教导。
本文参照为本发明的实施方式的示意图的截面图的图示来描述本发明的实施方式。因此，层的实际厚度可以是不同的，并预期由于例如制造技术和/或公差的图示的形状的变化。本发明的实施方式不应该被解释为限于本文描述的区的特定形状，而将包括由例如制造导致的形状上的偏差。由于正常制造公差，说明或描述为正方形或矩形的区将通常具有圆形或弯曲的特征。因此，在附图中说明的区在本质上是示意性的并且它们的形状并不旨在说明器件的区的精确形状以及并不旨在限制本发明的范围。
图5示出根据本发明的LED芯片50的一种实施方式，所述LED芯片具有反射结构，该结构允许在增加的发射效率下的LED芯片操作。虽然参照单个LED芯片的制造来描述本发明，但可以理解的是，本发明还可以适用于晶片级LED制造、LED组的制造、或封装LED芯片的制造。然后，利用已知的单片化(singulation)或切片(dicing)方法，可以将LED晶片或组分离成单独的LED芯片。本发明还可以用于具有不同的几何形状如横向几何形状或垂直(竖直)几何形状的不同的LED。本发明还可以用于与倒装芯片(flip-chip)安装相容的LED以及那些被设置用于非倒装芯片安装的LED。
LED芯片50包括LED活性区或结构52，其可以具有以不同方式设置的多个不同的半导体层。LED和它们的活性结构的制造和操作在本领域中通常是已知的并在本文中只简单地讨论。活性结构52的层可以利用已知的方法来制造。其中合适的方法是利用MOCVD来制造。活性结构52的层可以包括多个不同层并且通常包括夹在n型和p型相对掺杂外延层之间的活性层，其全部相继形成在生长基底上。可以理解的是，在活性结构52中还可以包括另外的层和元件，包括但不限于缓冲、成核、接触和电流扩展层以及光提取层和元件。活性层可以包括单量子阱(SQW)、多量子阱(MQW)、双异质结构或超晶格结构。
活性结构52可以由不同的材料体系制造，其中优选的材料体系是第III族氮化物类材料体系。第III族氮化物是指那些在氮和周期表的第III族中的元素(通常为铝(Al)、镓(Ga)、和铟(In))之间形成的半导体化合物。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)。在一种实施方式中，n型和p型层是氮化镓(GaN)以及活性层包含InGaN。在可替代实施方式中，n型和p型层可以是AlGaN、砷化铝镓(AlGaAs)或磷化铝镓铟砷(AlGaInAsP)以及相关化合物。
生长基底可以由多种材料如蓝宝石、碳化硅、氮化铝(AlN)、GaN制造，其中适宜的基底是碳化硅的4H多型体，虽然还可以使用其他碳化硅多型体，包括3C、6H和15R多型体。碳化硅具有某些优点，如比蓝宝石更加紧密的与第III族氮化物匹配的晶格，并导致更高质量的第III族氮化物膜。碳化硅还具有非常高的热导率，使得在碳化硅上的第III族氮化物器件的总输出功率不受限于基底的热耗散(如在蓝宝石上形成的一些器件可能是这种情况)。SiC基底可获自北卡罗来纳州达勒姆的CreeResearch,Inc.并且用于生产它们的方法阐述于科学文献以及美国再版专利号34,861、4,946,547、和5,200,022。
取决于活性层以及n型和p型层的组成，活性结构的不同的实施方式可以发射不同波长的光。在一些实施方式中，活性结构发射波长范围为大约450至460nm的蓝光。LED芯片50还可以覆盖有一种或多种转换材料，如磷光体，使得来自LED的至少一些光穿过一个或多个磷光体并被转换成一个或多个不同波长的光。在一种实施方式中，LED芯片发射来自LED的活性结构的光和来自一种或多种磷光体的光的白光组合。
如上所述，可以包括不同层以允许LED芯片50的有效操作。对于一些半导体材料，如一些第III族氮化物材料体系，电流没有通过p型层有效地扩展。在这些实施方式中，电流扩展层54可以在活性结构52上的一定位置处以有助于电流扩展进入p型层。在一些实施方式中，电流扩展层54可以覆盖一些或整个p型层，以及在一些实施方式中，电流扩展层54有助于从p型接触扩展电流横穿p型层的表面，如在下文更详细描述的。这有助于提供横穿p型层的改善的电流扩展，具有来自p型层的电流注入的相应改善。
电流扩展层54可以包含多种不同的材料并且通常是透明导电氧化物如氧化铟锡(ITO)或金属如铂(Pt)，虽然还可以使用其他材料。电流扩展层可以具有多种不同的厚度，其中本发明具有足够小的厚度以最小化来自活性结构的穿过电流扩展层的光的吸收。包含ITO的电流扩展层54的一些实施方式可以具有小于1000埃的厚度，而其他实施方式可以具有小于的厚度。仍其他实施方式可以具有小于的厚度。仍其他实施方式可以具有50至范围内的厚度，其中这些实施方式中的一些具有厚度为约的电流扩展层。可以利用已知方法来沉积电流扩展层54以及下文描述的反射层。可以理解的是，在其中电流扩展不是关注的实施方式中，可以提供没有电流扩展层的LED芯片。
LED芯片50还可以包括反射层56，其可以形成在活性结构52上，以及在所示的实施方式中形成在电流扩展层54上，其中电流扩展层是在反射层56和活性结构52之间。反射层56可以包含多种不同的材料并且优选包含呈现在包含活性结构52的材料之间的IR阶跃的材料。换句话说，反射层应具有小于活性结构的IR，以促进向着反射层56发射的活性结构光的TIR，如第一光轨迹58所示。经历TIR的光被反射而没有经历吸收或损失，以及TIR允许活性结构光的有效反射，使得它可以有助于可用或期望的LED芯片发射。在依赖金属层来反射光的实施方式中，在每次反射下，光均经历损失(如上所述)，其可以降低总LED芯片发射效率。
在一些实施方式中，反射层56的IR低于活性结构材料的IR，其中较低IR材料提供活性结构光的增加的TIR。多种不同的材料可以用于反射层56，其中一些具有小于2.3的IR，而其他实施方式可以具有小于2.15的IR。在仍其他实施方式中，IR可以小于2.0。在一些实施方式中，反射层56可以包含电介质，其中一些实施方式包含SiO2。可以理解的是，可以使用其他介电材料如SiN、Si、Ge、MgOx、MgNx、ZnO、SiNx、SiOx、AlN、以及它们的合金或组合。
如上所述，一些第III族氮化物材料如GaN可以具有约2.4的IR，以及SiO2具有约1.46的IR。具有包含GaN的活性LED结构52以及还包括SiO2反射层的实施方式可以具有在两者之间的足够的IR阶跃以允许在两者之间的连接处光的有效TIR，如光轨迹58所示。取决于材料类型，反射层56可以具有不同的厚度，其中一些实施方式具有至少0.2微米(μm)的厚度。在这些实施方式的一些中，它可以具有0.2至0.7μm范围内的厚度，而在这些实施方式的一些中它可以是约0.5μm厚。
当在具有反射层56的连接处光经历TIR时，具有指数衰减强度的消散波(倏逝波，evanescentwave)可延伸进入反射层56。在自连接的光波长的大约三分之一内(在SiO2中对于450nm光，约0.3um)，此波是最强烈的。如果反射层56的厚度太薄，使得在第一反射层56和第二反射层60之间的界面处显著强度保持在消散波中，光的一部分可以达到第二反射层60。这进而可以降低在第一界面处的TIR反射。为此，在一些实施方式中，反射层56应具有至少0.3um的厚度。
如上所述，根据本发明的LED芯片50还可以利用第二反射层如金属层60来反射光，其在具有反射层56的连接处没有经历TIR并穿过反射层56。在金属层处反射的光的实例示出为第二光轨迹62，其在金属层处被反射以前首先穿过反射层56。金属层60可以包含多种不同的材料如Ag、Au、Al、或它们的组合，其中本发明是Ag。根据本发明的不同的实施方式还可以包括在反射层54和金属层60之间的粘附层64以促进两者之间的粘附。多种不同的材料可以用于粘附层64，如TiO、TiON、TiO2、TaO、TaON、Ta2O5、AlO或它们的组合，其中优选的材料是TiON。粘附层可以具有多种不同的厚度：从仅几至数千在一些实施方式中，它可以小于而在其他实施方式中，它可以小于在这些实施方式的一些中，它可以是约厚。粘附层64的厚度和使用的材料应最小化通过光的吸收以最小化反射离开金属层60的光的损失。
可以理解的是，上文描述的反射层设置可以用于根据本发明的多种不同的LED芯片。图6示出根据本发明的LED芯片80的另一种实施方式，其具有横向几何结构并设置用于倒装芯片安装。LED芯片80包括GaN活性结构82，其具有形成在基底91上的p型层84、n型层86和活性层88。基底91可以包含多种不同的材料如碳化硅或蓝宝石，并且可以加以成形或纹理化以增强光提取如在来自Cree,Inc.的LED的市售DA线中使用的基底成形。
LED芯片80还包括电流扩展层90，其在p型层84上。电流扩展层90可以具有同样的厚度并且可以包含与图5所示以及上文描述的电流扩展层54相同的材料。在LED芯片80中，电流扩展层90可以包含ITO并且在p型层84上以将电流扩展进入p型层。低IR反射层92被设置在电流扩展层90上，并可以具有同样厚度以及可以包含与上文描述的反射层56相同的材料。在LED芯片80中，反射层可以包含SiO2。金属层94和粘附层96被包括在反射层92上，其中粘附层96夹在金属层94和反射层92之间并提供金属层94和反射层92之间的粘附。这些层可以包含相同的材料并可以具有与上文描述的金属层94和粘附层96相同的厚度。
LED芯片80进一步包括反射层孔(hole)98，其可以穿过粘附层96和反射层92到电流扩展层90。然后当沉积金属层94时，可以填充孔98，金属层材料可以形成到电流扩展层的过孔100。如在下文更详细描述的，过孔100提供通过反射层、在p型接触和电流扩展层90之间的导电通路。
可以利用许多已知的方法如常规的刻蚀方法或机械方法如微型钻孔(微孔加工，microdrilling)来形成孔98。孔98可以具有多种不同的形状和尺寸，其中在所示实施方式中，孔98具有倾斜的或弯曲的侧表面以及直径小于20μm的圆形截面。在一些实施方式中，孔可以具有约8μm的直径，而其他孔具有小至1μm的直径。邻近孔98可以相隔小于100μm，其中所示的实施方式具有30μm的间隔(从边缘到边缘的间隔)。在仍其他实施方式中，过孔可以具有低至10μm或更小的间隔。可以理解的是，孔98(以及产生的过孔100)可以具有不同形状如正方形、矩形、椭圆形、六边形、五边形等的截面。在其他实施方式中，孔并不具有均匀的尺寸和形状并且在邻近孔之间可以存在不同的或不均匀的空间。
在其他实施方式中，不同的结构可以用来提供在p型接触和电流扩展层之间的导电通路。代替孔，可以形成通过反射层92的相互连接的网格，然后在网格中沉积导电材料以形成通过复合层的导电通路。网格可以采取多种不同的形式，其中在不同的实施方式中在不同的角度下部分的网格相互连接。施加于网格的电信号可以贯穿并沿相互连接部分进行扩散。还应理解，在不同的实施方式中，可以连同孔一起来使用网格，而其他实施方式可以提供其他导电通路。在一些实施方式中，可以在LED芯片的活性层外，如沿着LED芯片的侧表面运行一个或多个导电通路。
LED芯片80还可以包括在金属层94上的阻挡层102以防止金属层材料迁移到其他层。防止这种迁移有助于LED芯片80在其整个寿命期间维持有效操作。
可以包括穿过粘附层96、反射层92、和p型层84的活性结构孔104以暴露n型层86。在阻挡层和活性结构孔104的侧表面上包括钝化层106。钝化层保护和提供在如下文更详细描述的接触和层之间的电绝缘。钝化层可以包含多种不同的材料，如介电材料。
可以形成通过钝化层106到阻挡层102和/或金属层94的钝化层孔108。然后可以将p型接触110沉积在钝化层孔108中，其中p型接触110提供可传递到p型层84的电信号。施加于p型接触的电信号穿过阻挡层102，通过过孔100，并到电流扩展层90，通过其它扩展至p型层84。类似地，在钝化层上并通过活性结构孔104形成n型接触(n-contact)，其中n型接触112为施加于n型层86的电信号提供电通路。横穿p型接触110和n型接触112施加的信号被传导到p型层84和n型层86，从而引起LED芯片从它的活性层88发射光。
p型接触110和n型接触112可以包含多种不同的材料如Au、铜(Cu)、镍(Ni)、铟(In)、铝(Al)、银(Ag)、锡(Sn)、铂(Pt)或它们的组合。在仍其他实施方式中，它们可以包含导电氧化物和透明导电氧化物如ITO、氧化镍、氧化锌、氧化镉锡、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的位置以及所期望的电特性如透明性、连接电阻率(junctionresistivity)和薄层电阻。
如上所述，LED芯片80被设置用于倒装芯片安装。在操作中，将p型接触110和n型接触112粘结到表面，如印刷电路板(PCB)，具有用于将电信号施加到LED芯片80的电通路。在大多数情况下，p型接触110和n型接触112在底表面上，以及向着LED芯片的底部发射的光冒被至少部分吸收的风险，如被PCB。反射层92和金属层94被设置在活性层88的下方，使得向着底部发射的光被反射回来以有助于有用的LED芯片发射。反射层92通过TIR来反射大部分的光，其中光的大部分的剩余部分被金属层94反射。
图7示出根据本发明的LED芯片130的另一种实施方式，其是安装在使用的子基底或基底上的倒装芯片。LED芯片具有多个层，它们类似于在图6中所示的实施方式和上文描述中的那些层，其包括含有p型层134、n型层136和活性层138的活性结构132。在p型层134上包括薄ITO电流扩展层140以在操作过程中将电流扩展到p型层134。在如上所述的电流扩展层上包括反射层142，其中SiO2反射层实施方式提供IR阶跃，并借助于活性结构132来促进TIR。在反射层142上包括金属层144，并在两者之间具有TiON粘附层。
可以形成通过粘附层146和反射层142的反射层孔148，其中金属层144材料形成通过反射层142的过孔150。在金属层144上包括阻挡层152以防止如上所述的金属层材料的迁移。包括通过粘附层146、反射层142、电流扩展层140和p型层134的活性结构孔154。在活性结构孔154的侧表面和阻挡层上包括钝化层156以及在用于将电信号施加于n型层136的活性结构孔中包括n型接触过孔或接触158。
在此实施方式中，钝化层156和阻挡层152延伸超过活性结构132的边缘以形成台面(mesa)，其中p型接触160可以形成在阻挡层152上。通过阻挡层152、反射层142和电流扩展层140，施加于p型接触160的电信号被传导到p型层。因此，横穿p型接触160和n型接触/过孔150施加的电信号被传导到p型层134和n型层136，从而引起活性层138发射光。
已除去用于LED芯片130的生长基底，并且n型层的顶表面被纹理化，用于光提取。为了提供机械稳定，LED芯片130是安装于硅(Si)子基底/基底162的倒装芯片，在基底162和活性结构132之间具有粘接金属层164和镀层反射镜(blanketmirror)166。镀层反射镜166可以由多种不同的材料制成，其中适宜的材料是Al。镀层反射镜166有助于反射LED光，其逃逸反射层142和金属层144的反射，如穿过活性结构孔154的光。
反射层142和金属层144被设置在LED芯片的活性结构132和基底162之间，使得由活性结构132向着基底162发射的光可以被反射回来以有助于有用的LED光发射。这减少可以由结构如子基底162吸收的光的量，其中根据本发明的实施方式促进通过TIR的反射来代替离开金属层的反射，从而进一步减少起因于吸收的光损失。
可以理解的是，多种不同的材料可以用于根据本发明的实施方式中的不同特征，以及可以以超出上述实施方式的多种不同的方式来设置上述特征。在一些实施方式中，第一反射层可以包含具有较低折射率的材料，如空气或其他气体。这种器件的制造可以是稍微更加复杂的，但产生的反射层的折射率可以低至约1。
虽然已参照其某些优选的构造详细描述了本发明，但其他版本是可能的。因此，本发明的精神和范围不应该限于上文描述的版本。

Claims (29)

1.一种发光二极管(LED)芯片，包括：
活性LED结构，所述活性LED结构包括在两个相对掺杂层之间的活性层，并且所述活性层响应施加至所述相对掺杂层的电信号而发射光；
第一反射层，所述第一反射层邻近所述相对掺杂层之一，并且具有不同于所述活性LED结构的折射率，所述第一反射层反射至少一些活性层光；以及
在所述第一反射层上的第二反射层，所述第二反射层反射没有被所述第一反射层反射的光。
2.根据权利要求1所述的LED芯片，其中，所述第一反射层包含介电材料。
3.根据权利要求1所述的LED芯片，其中，所述第一反射层包含SiO2、SiN、Si、Ge、MgOx、MgNx、ZnO、SiNx、SiOx、AlN以及它们的合金或组合。
4.根据权利要求1所述的LED芯片，其中，所述第一反射层包含SiO2。
5.根据权利要求1所述的LED芯片，其中，所述第二反射层包含金属。
6.根据权利要求1所述的LED芯片，其中，所述第二反射层包含Ag。
7.根据权利要求1所述的LED芯片，进一步包括在所述第一反射层和所述活性LED结构之间的电流扩展层。
8.根据权利要求7所述的LED芯片，其中，所述电流扩展层包含ITO。
9.根据权利要求7所述的LED芯片，其中，所述电流扩展层具有小于的厚度。
10.根据权利要求7所述的LED芯片，其中，所述电流扩展层具有50至的范围内的厚度。
11.根据权利要求1所述的LED芯片，进一步包括在所述第一反射层和所述第二反射层之间的粘附层。
12.根据权利要求1所述的LED芯片，其中，所述第一反射层具有与所述活性LED结构的折射率相比至少50％不同的率或折射。
13.根据权利要求1所述的LED芯片，其中，所述第一反射层具有比所述活性LED结构的折射率小的折射率。
14.一种发光二极管(LED)芯片，包括：
活性LED结构，所述活性LED结构包括在p型层和n型层两者之间的活性层，并且所述活性层响应施加至所述p型层和所述n型层的电信号而发射光；
在所述p型层上的电流扩展层；
在所述电流扩展层上的介电第一反射层，所述第一反射层反射至少一些活性层光；以及
在所述第一反射层上的金属层，所述金属层反射没有被所述第一反射层反射的光。
15.根据权利要求14所述的LED芯片，其中，所述第一反射层具有不同于所述活性LED结构的折射率。
16.根据权利要求14所述的LED芯片，其中，所述第一反射层具有小于所述活性LED结构的折射率。
17.根据权利要求14所述的LED芯片，其中，所述第一反射层具有比所述活性LED结构小高达50％的折射率。
18.根据权利要求14所述的LED芯片，其中，所述第一反射层具有比所述活性LED结构小高达50％的折射率。
19.根据权利要求14所述的LED芯片，其中，所述活性LED结构包含第III族氮化物，并且所述第一反射层包含SiO2。
20.根据权利要求14所述的LED芯片，其中，所述第一反射层为至少0.2μm厚。
21.根据权利要求14所述的LED芯片，其中，所述金属层包含Ag。
22.根据权利要求14所述的LED芯片，其中，所述电流扩展层包含ITO。
23.根据权利要求14所述的LED芯片，进一步包括在所述第一反射层和所述金属层之间的粘附层。
24.一种发光二极管(LED)芯片，包括：
活性LED结构，所述活性LED结构响应电信号而发射光；
在所述活性LED结构上的第一反射层；
在所述第一反射层上的第二反射层，两者被定位以反射LED结构光，使得它有助于使用LED芯片发射；以及
过孔，所述过孔穿过所述第一反射层以将电信号通过所述第一反射层传导至所述活性LED结构。
25.根据权利要求24所述的LED芯片，其中，所述第一反射层具有小于所述活性LED结构的折射率。
26.根据权利要求25所述的LED芯片，其中，所述第一反射层具有比所述活性LED结构小高达50％的折射率。
27.根据权利要求24所述的LED芯片，进一步包括在所述第一反射层和所述活性LED结构之间的电流扩展层。
28.根据权利要求24所述的LED芯片，其中，所述第二反射层包含金属。
29.根据权利要求24所述的LED芯片，进一步包括在所述第一反射层和所述第二反射层之间的粘附层。
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