TWI459585B - 發光裝置、包含其之封裝和系統及其製造方法 - Google Patents

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Description

發光裝置、包含其之封裝和系統及其製造方法
本發明係關於發光裝置，含有發光裝置之封裝及系統，及製造發光裝置及含有發光裝置之封裝的方法。更明確地說，本發明係關於發光裝置，諸如發光二極體及半導體雷射器。
本申請案主張2008年4月25日申請之韓國專利申請案第2008-0038970號之權利，該案之揭示內容以引用之方式全部併入本文中。
發光裝置(諸如發光二極體及半導體雷射器)具有各種用途。詳言之，作為優於白熾電燈泡及螢光燈之某些利益之結果，發光二極體(「LED」)已獲得顯著利益。此等利益包括增加之壽命及較低電力需求。舉例而言，許多LCD螢幕利用LED。除光用途之外，LED亦可用於滅菌及消毒。類似地，半導體雷射器(諸如雷射二極體)亦已獲得顯著利益，因為其可用於各種應用。舉例而言，半導體雷射器可用於雷射印表機、CD/DVD播放器及光學計算。
本發明係針對具有導電基板之發光裝置。此等發光裝置可能夠：(i)主要朝向至少一預定方向發光，(ii)增加所反射光之發射，或(iii)將熱量熱學地傳導遠離發光裝置，或其任何組合。
本發明之一項實施例係針對製造發光裝置之第一通用方法。該方法包括：在第一基板上形成至少一發光結構；在發光結構上形成經圖案化之絕緣層，其中絕緣層包括暴露第二覆蓋層之一部分的凹座；在凹座中及絕緣層之至少一部分上形成第一電極層；將第一電極層之表面之至少一部分附接至第二導電基板；移除第一基板以暴露第一覆蓋層之至少一表面；及在發光結構之第一覆蓋層之暴露表面上形成第二電極。發光結構包括：第一覆蓋層，該第一覆蓋層之至少一部分位於第一基板上；第一覆蓋層上之作用層；作用層上之第二覆蓋層；及至少一傾斜側表面，其包含第一覆蓋層、作用層及第二覆蓋層之暴露側。該方法可進一步包括分離第二基板與發光結構周圍之區域以形成包含至少一發光結構之至少一發光裝置。
在另一實施例中，第一通用方法可進一步包括形成至少一凹槽之步驟，該至少一凹槽至少分離第二覆蓋層與作用層同時至少提供第一覆蓋層之一連續部分，其中凹槽之一部分界定發光結構之主要部分，且凹槽之另一部分界定發光結構之次要部分。此實施例中，(i)絕緣層中之凹座可形成於發光結構之主要部分上，且(ii)可修改形成第二電極之步驟以包括在次要部分之第一覆蓋層之暴露表面上形成第二電極。可在發光結構中形成一個以上直線凹槽及/或一或多個彎曲凹槽以提供發光結構之島型次要部分。
在另一實施例中，第一通用方法可進一步包括自第一覆蓋層形成凸結構且第二電極可接著形成於凸結構上之步驟。此額外步驟可應用於本文中所描述之實施例中之任一者。舉例而言，可藉由自發光結構之主要部分之第一覆蓋層形成凸結構來將此額外步驟應用於先前段落中所描述之凹槽實施例。
在另一實施例中，可藉由利用包括齊納二極體之第二導電基板來修改第一通用方法(及先前所描述實施例中之任一者)，該齊納二極體包含導電基板之摻雜區域，其中摻雜區域具有與第二導電基板之導電類型相反之導電類型，且其中僅摻雜區域與第一電極電連通。
本發明之另一實施例係針對製造具有通孔之發光裝置之第二通用方法。此方法包括：在第一基板上形成至少一發光結構，該發光結構包含第一基板上之第一覆蓋層、第一覆蓋層上之作用層、作用層上之第二覆蓋層、包含層之暴露側之至少一側表面，及至少分離第二覆蓋層與作用層同時至少提供第一覆蓋層之一連續部分的至少一凹槽，其中凹槽之一部分界定發光結構之主要部分，且凹槽之另一部分界定發光結構之次要部分；在發光結構上形成圖案化絕緣層，其中絕緣層包括凹座以暴露發光結構之主要部分中第二覆蓋層之一部分；在凹座中及絕緣層之至少一部分上形成圖案化第一電極層，其中第一電極層在凹槽區域中為不連續的以將次要部分與主要部分電隔離；形成自第一電極層延伸至發光結構之次要部分之第一覆蓋層的絕緣通孔接點；將第一電極層之表面之至少一部分附接至第二導電基板，其中第二導電基板包含圖案化導電中間層，該圖案化導電中間層具有用於附接至第一電極層之對應於凹座之表面的第一部分及用於與通孔接點電連通之第二部分；移除第一基板以暴露第一覆蓋層之至少一表面；及分離第二基板與發光結構周圍之區域以形成包含至少一發光結構之至少一發光裝置。
在另一實施例中，可修改第二通用方法使得第二導電基板包含：(i)具有第一摻雜區域之齊納二極體，及(ii)經由第二導電基板延伸之第二摻雜區域，其中圖案化導電中間層之第一部分安置於第二導電基板之第一摻雜區域上且附接至第一電極層之對應於凹座之表面之至少一部分，且其中圖案化導電中間層之第二部分安置於導電基板之第二摻雜區域上及內部且接觸發光結構之次要部分之通孔接點。
在另一實施例中，可修改第二通用方法使得第二導電基板包含：(i)具有第一摻雜區域之齊納二極體，(ii)經由第二導電基板延伸之絕緣通孔接點，其中圖案化導電中間層之第一部分安置於導電基板之第一摻雜區域上及內部且附接至第一電極層之對應於凹座之表面之至少一部分，且其中圖案化導電中間層之第二部分安置於導電基板之通孔接點上且接觸發光結構之次要部分之通孔接點。
本發明亦係針對自如上所述之方法中之任一者或其任何步驟組合獲得之發光裝置。
本發明之另一實施例係針對第一通用發光裝置。此發光裝置包括：發光結構，該發光結構具有發光第一表面、第二表面、相比第二表面以一角度傾斜之至少一側表面、具有第一表面及第二表面之作用層、在作用層之第一表面上且亦提供發光結構之第一表面之第一覆蓋層，以及在作用層之第二表面上且亦提供發光結構之第二表面之第二覆蓋層；發光結構之至少一側表面之至少一部分及第二表面上之絕緣層，其中絕緣層包括暴露第二覆蓋層之至少一部分的凹座；連接至發光結構之第一及第二電極，其中第一電極與第二覆蓋層電連通且安置於絕緣層之至少一顯著部分上；及附接至第一電極之表面之至少一部分的導電基板。
在另一實施例中，第一通用裝置可進一步包括沿發光結構之第二表面之凹槽以提供發光結構之主要部分及發光結構之次要部分，其中凹槽至少分離發光結構之第二覆蓋層與作用層同時至少提供第一覆蓋層之連續部分，且其中第二電極位於發光結構之次要部分之第一表面上。可在發光結構中形成一個以上直線凹槽及/或一或多個彎曲凹槽以提供發光結構之島型次要部分。
在另一實施例中，第一通用裝置可包括具有凸形透鏡部分之第一覆蓋層。此額外結構限制可被包括於本文所描述之實施例中之任一者中。舉例而言，凹槽裝置之主要部分可包括第一覆蓋層之具有凸形之一部分。
在另一實施例中，先前描述之實施例中之任一者可具有導電基板，該導電基板進一步包含齊納二極體。齊納二極體可包括導電基板之摻雜區域，其中僅摻雜區域與第一電極電連通。
本發明之另一實施例係針對第二通用發光裝置。此裝置包括：發光結構，其具有發光第一表面、至少一側表面及第二表面；發光結構之第二表面及至少一側表面之至少一部分上的圖案化絕緣層，其中絕緣層包括暴露第二表面之一部分的凹座；支撐發光結構之基板；用於連接至電源之第一電導管；用於連接至電源之第二電導管；用於電連接發光結構之第一表面與第一電導管之構件；及用於電連接發光結構之第二表面與第一電導管及用於反射照射在發光結構之至少一側表面上之光的構件。用於反射光之構件亦可作用以將熱量傳導遠離發光結構。
本發明之另一實施例係針對第三通用發光裝置。此裝置包括：發光結構，其具有發光第一表面、第二表面、相比第二表面以一角度傾斜之至少一側表面、具有第一表面及第二表面之作用層、在作用層之第一表面上且提供發光結構之第一表面之第一覆蓋層、在作用層之第二表面上且提供發光結構之第二表面之第二覆蓋層，及至少分離第二覆蓋層與作用層同時至少提供第一覆蓋層之連續部分的至少一凹槽，其中凹槽之一部分界定發光結構之主要部分，且凹槽之另一部分界定發光結構之次要部分；發光結構之至少一側表面之至少一部分及第二表面上之絕緣層，其中絕緣層包括暴露發光結構之主要部分之第二覆蓋層之至少一部分的凹座；凹座中及絕緣層之至少一部分上的圖案化第一電極層，其中第一電極層在凹槽區域中為不連續的；自第一電極層延伸至發光結構之次要部分之第一覆蓋層的絕緣通孔接點；附接至第一電極之導電基板，其中導電基板包含圖案化導電中間層，該圖案化導電中間層具有用於附接至第一電極層之對應於凹座之表面之第一部分，及用於與通孔接點電連通的第二部分。
在另一實施例中，第三通用發光裝置可包括導電基板，該導電基板包含：(i)具有第一摻雜區域之齊納二極體，及(ii)經由第二導電基板延伸之第二摻雜區域，其中圖案化導電中間層之第一部分安置於導電基板之第一摻雜區域上及內部且附接至第一電極層之對應於凹座之表面之至少一部分，且其中圖案化導電中間層之第二部分安置於導電基板之第二摻雜區域上且接觸發光結構之次要部分之通孔接點。
在又一實施例中，第三通用發光裝置可包括導電基板，該導電基板包含：(i)具有第一摻雜區域之齊納二極體，(ii)經由第二導電基板延伸之絕緣通孔接點，其中圖案化導電中間層之第一部分安置於導電基板之第一摻雜區域上且附接至第一電極層之對應於凹座之表面之至少一部分，且其中圖案化導電中間層之第二部分安置於導電基板之通孔接點上且接觸發光結構之次要部分之通孔接點。
本發明之另一實施例係針對包括先前描述之發光裝置中之任一者的第一通用發光封裝。此實施例中，發光封裝包括：包含第一導電區域及第二導電區域之子基板；安置於子基板之第一導電區域上之發光裝置，該發光裝置包含發光結構，該發光結構具有發光之第一表面、第二表面、相比第二表面以一角度傾斜之至少一側表面、具有第一表面及第二表面之作用層、在作用層之第一表面上且提供發光結構之第一表面之第一覆蓋層，以及在作用層之第二表面上且提供發光結構之第二表面之第二覆蓋層；發光結構之至少一側表面之至少一部分及第二表面上之絕緣層，其中絕緣層包括暴露第二覆蓋層之至少一部分的凹座；連接至發光結構之第一及第二電極，其中第一電極在凹座中及絕緣層之至少大部分上；及附接至第一電極之表面之至少一部分及子基板之第一導電區域的導電基板；連接發光裝置之第二電極與子基板之第二導電區域的第一導線。先前描述之發光裝置中之任一者(及其變體)可用於第一通用封裝技術方案(claim)中。
在另一實施例中，第一通用發光封裝包括子基板，該子基板進一步具有第三導電區域、第四導電區域、連接第一導電區域與第三導電區域之至少一第一通孔，及連接第二導電區域與第四導電區域之至少一第二通孔。
在另一實施例中，第一通用發光封裝(包括所有先前描述之發光裝置之實施例)可包括具有導電基板之發光裝置，該導電基板具有包含導電基板之非摻雜區域及摻雜區域之齊納二極體，其中摻雜區域具有與第二導電基板之導電類型相反之導電類型，且其中僅摻雜區域與第一電極電連通；其中第二導電基板進一步包含圖案化導電中間層，該圖案化導電中間層包括形成於導電基板之摻雜區域上及內部之第一部分，且其中第一電極層之表面之至少一部分限界至導電中間層之第一部分以提供第一電極層與中間層之第一部分之間的電連通；且其中第一導線將發光裝置之第二電極電連接至子基板之第一導電區域，且第二導線電連接導電中間層與子基板之第二導電區域。
本發明之另一實施例係針對包括發光裝置之第二通用發光封裝。此實施例中，發光封裝包括：包含第一導電區域及第二導電區域之子基板；安置於子基板之第一導電區域上之發光裝置，該發光裝置包含發光結構，該發光結構具有第一表面、至少一側表面及第二表面，其中至少一側相比第二表面以一角度傾斜，該發光結構包含具有第一側表面及第二側表面之作用層、在作用層之第一側表面上且提供發光結構之第一表面之第一覆蓋層以及在作用層之第二側表面上且提供發光結構之第二表面之第二覆蓋層，及至少分離第二覆蓋層與作用層同時至少提供第一覆蓋層之連續部分的至少一凹槽，其中凹槽之一部分界定發光結構之主要部分，且凹槽之另一部分界定發光結構之次要部分，形成於發光結構之至少一側表面之至少一部分及第二表面上之絕緣層，其中絕緣層包括凹座以暴露第二覆蓋層之至少一部分，形成於凹座中及絕緣層之至少一部分上的圖案化第一電極層，其中第一電極層在凹槽區域中為不連續的，自第一電極層延伸至發光結構之次要部分之第一覆蓋層的通孔接點，及附接至第一電極之表面之至少一部分的導電基板，該導電基板包含圖案化導電中間層及第一摻雜區域，其中圖案化導電中間層具有經定位以附接至第一電極層之對應於凹座之表面之至少一部分的第一部分，及經定位以與發光結構之次要部分之通孔接點電連通的第二部分，且其中第一摻雜區域具有與第二導電基板之導電類型相反之導電類型，且經定位以與發光結構之次要部分之通孔接點及子基板之第一導電區域電連通；及將導電中間層之第一部分電連接至子基板之第二導電區域的導線。
在另一實施例中，第二通用發光封裝包括具有第二導電基板之發光裝置，該第二導電基板包括通孔接點而非第一摻雜區域，其中通孔接點經由第二導電基板延伸，且經定位以與圖案化導電中間層之第一部分、發光結構之次要部分之通孔接點及子基板之第一導電區域電連通。
在另一實施例中，本文中描述之封裝中之任一者可進一步包括覆蓋發光裝置之囊封劑，或至少一磷光體，或其組合。
本發明之另一實施例係針對包括本文中描述之發光封裝中之任一者的發光系統。此等封裝亦可形成為陣列。
當結合隨附圖式考慮時，藉由參考以下詳細描述，本發明之以上及其他優點將變得顯而易見。
將參看隨附圖式來描述本發明之實施例。然而，本發明可以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之實施例。實情為，提供實施例使得本發明之揭示內容將為徹透及完整的，且將本發明之範疇全面地傳達至彼等熟習此項技術者。可在不偏離本發明之範疇的情況下將本發明之原理及特徵用於變化及眾多實施例中。在圖式中，可為了清楚起見而放大層及區域之相對大小。圖式未按比例繪製。除非另有說明，否則遍及圖式相同參考數字始終指代相同元件。
如本文中使用，短語「圖案化過程」或「圖案化元件」(其中「元件」可為特定層、區域或元件)意謂形成層、區域或元件之預定圖案。可(例如)藉由使用以下步驟之任何組合來獲得此預定圖案：至少一沈積步驟；至少一光遮罩步驟；至少一蝕刻步驟；及/或至少一光罩移除步驟。圖案化過程之兩實例包括步驟之以下組合：(i)沈積步驟，接著光遮罩步驟，接著蝕刻步驟，且接著光罩移除步驟；或(ii)光遮罩步驟，接著沈積步驟，且接著光罩移除步驟。在另一實例中，短語「沈積及圖案化」意謂包括至少沈積步驟、光遮罩步驟、蝕刻步驟及光罩移除步驟之圖案化過程。可使用多個遮罩、沈積及/或蝕刻步驟以獲得特定層、區域或元件之所要圖案。沈積方法之非限制性實例包括PVD、CVD(包括ALD)、電鍍(例如，有電電鍍及無電電鍍(electroless plating))及塗佈(例如，旋塗及噴塗)。
如本文中使用，短語「發光」意謂發射光。舉例而言，短語發光裝置意謂發射光之裝置。發光裝置之非限制性實例包括發光二極體(「LED」)及雷射器。儘管關於LED描述本文中之所有實施例，但可將所有實施例轉換為雷射器，例如，將具有反射第一電極及半透明鏡層之LED(亦稱為輸出耦合器)轉換為發光表面。
於本文中使用時，當一元件或層被稱作「在另一元件或層上」、「連接至」及/或「耦接至」另一元件或層時，該元件或層可直接位於另一元件或層上、連接及/或耦接至另一元件或層，或可存在介入元件或層。相反，當將元件稱為「直接」在另一元件或層「之上」、「直接連接至」及/或「直接耦接至」另一元件或層時，則不存在介入元件或層。於本文中使用時，術語「及/或」可包括相關聯的列出項中之一或多者的任一或所有組合。
此外，儘管本文中可使用術語第一、第二等來描述各種元件、組件、區域、層及/或區段，但此等元件、組件、區域、層及/或區段不應受限於此等術語。此等術語可用以將一元件、組件、區域、層及/或區段與另一元件、組件、區域、層及/或區段區別開。舉例而言，在不脫離本發明之教示的情況下，可將下文論述之第一元件、組件、區域、層及/或區段稱為第二元件、組件、區域、層及/或區段。
諸如「之下」、「下方」、「下部」、「上方」、「上部」及其類似者之空間相對術語可用以描述如(例如)圖式中所說明之元件及/或特徵與其他元件及/或特徵之關係。將理解，空間相對術語意欲涵蓋使用中及/或操作中之裝置除圖式中所描繪之定向之外的不同定向。舉例而言，當將圖式中之裝置翻轉時，則被描述為在其他元件或特徵「下方」及/或「之下」的元件將定向於該等其他元件或特徵「上方」。裝置可以其他方式定向(例如，旋轉90度或以其他定向)，而本文中所使用之空間相對描述語仍可相應地解釋。
本文中所使用之術語係僅用於描述特定實施例之目的而並非意欲限制本發明。於本文中使用時，單數術語「一」以及「該」意欲亦包括複數形式，除非上下文另有清晰指示。應進一步理解，當術語「包括」用於本說明書中時，其指定所述特徵、整體、步驟、操作、元件及/或組件之存在，但並不排除一或多個其他特徵、整體、步驟、操作、元件、組件及/或其群組之存在及/或添加。
除非另外定義，否則本文中所使用之所有術語(包括技術及科學術語)具有與一般熟習此項技術者通常理解之含義相同的含義。應進一步理解，諸如常用辭典中所定義之術語的術語應被解釋為具有與其在此說明書及相關技術之上下文中的含義一致之含義且將不以理想化及/或過於正式之意義解釋，除非在本文中明確地如此定義。
參看作為本發明之理想實施例之示意性說明的橫截面說明來描述本發明之實施例。因而，應預期由於(例如)製造技術及/或容限而引起的說明之形狀之變化。因此，本發明之實施例不應被認為受本文中所說明之區域之特定形狀之限制，而應包括例如製造所導致之形狀偏差。舉例而言，經說明為矩形之區域通常將具有圓形或彎曲特徵。因此，圖中所說明之區域在裝置之性質上為示意性的，且並非意欲限制本發明之範疇。
下文所提供之實施例通常提供具有導電基板之發光裝置。此等發光裝置可能夠：(i)主要朝向至少一預定方向發光，或(ii)顯著地增加反射光之發射，(iii)將熱量熱學地傳導遠離發光裝置，或其任何組合。
本發明之一項實施例係針對使用高產量過程製造垂直型發光裝置之方法。圖1A-1H為說明用於單一發光裝置之方法的橫截面圖。如熟習此項技術者將理解，可將複數個發光裝置一起製造於單一基板上，且可同時製造多個基板，如圖2中說明。
該方法可利用預成型、多層、發光異質結構，如圖1A中說明。可根據所要規格獲得預成型異質結構或可製造預成型異質結構。用於異質結構之有效製造過程之實例可發現於頒予Nakmura等人且題為「Nitride Semiconductor Light-Emitting Device」之美國專利案第5,777,350號、頒予Koide等人且題為「Semiconductor Light-Emitting Device」之美國專利案第6,040,588號、頒予Nakamura等人且題為「Nitride Semiconductor Device」之美國專利案第5,959,307號、頒予Sassa等人且題為「Light-Emitting Semiconductor Device Using a Group III Nitride Compound and Having a Contact Layer Upon Which an Electrode is Formed」之美國專利案第5,753,939號、頒予Nagahama等人且題為「Nitride Semiconductor Light-Emitting and Light-Receiving Devices」之美國專利案第6,172,382號、及頒予Park等人且題為「Vertical GAN Light Emitting Diode and Method for Manufacturing the Same」之美國專利案第7,112,456號中，該等專利案中之每一者之全部內容以引用之方式全部併入本文中。預成型異質結構通常至少包括第一基板100 、第一覆蓋層112a 、作用層114a 及第二覆蓋層116a 。
第一基板100 通常為介電質或半導體。用於第一基板100 之有用材料之實例包括(但不限於)藍寶石(Al2 O3 )、ZnO、Si、SiC、GaAs、GaP、其混合物，及其合金。較佳利用與第一覆蓋層112a 良好晶格匹配之基板。
第一覆蓋層112a 、第二覆蓋層116a 及作用層114a 通常包括GaN或InGaN形式，該GaN或InGaN可由化學式Inx Aly Ga(1-x-y) N表示，其中且。因此，有用材料包括(但不限於)AlGaN及InGaN。其他有用材料說明於圖2B中。亦可使用各種材料摻雜覆蓋層及作用層。舉例而言，第一覆蓋層112a 可為矽摻雜之n型InGaN，且第二覆蓋層116a 可為Mg摻雜之p型InGaN。此外，第一覆蓋層112a 及第二覆蓋層116a 通常具有相反導電類型，且可切換該等層之導電性類型。舉例而言，若第一覆蓋層為n型，則第二覆蓋層為p型，且若第一覆蓋層為p型，則第二覆蓋層為n型。為達成此實施例之目的，將第一覆蓋層112a 稱為n型，且將第二覆蓋層116a 稱為p型。
作用層114a 藉由在p-n接面中重新組合電子與電洞來產生光。所發射光之頻率(或波長)，且因此所發射光之顏色視形成p-n接面之材料之能帶隙能量而定，且可為紅外線、可見光或紫外線。作用層包括至少一電位井及電位障壁，其形成單一量子井。作用層亦可包括複數個量子井以提供多量子井。可藉由使用選自由B、Al、P、Si、Mg、Zn、Mn、Se或其組合所組成之群的化合物來摻雜電位障壁來調整發光特性。較佳摻雜材料包括Al、Si或其組合。
可藉由為熟習此項技術者已知的任何過程在第一基板100 上連續地形成第一覆蓋層112a 、作用層114a 及第二覆蓋層116a 。舉例而言，可藉由MOCVD(金屬有機化學氣相沈積)、液相磊晶成長、氫化物氣相磊晶成長、分子束磊晶成長及/或金屬有機氣相磊晶成長而在基板上形成此等層。隨後，可執行熱處理過程以激活p型覆蓋層。典型熱處理溫度為約400℃至約800℃。舉例而言，若第二覆蓋層116a 為經Mg摻雜之Inx Aly Ga(1-x-y) N，則咸信可移除與Mg相關聯之氫以提供較佳p型特性。所得異質接面(例如，由作用層中或接近作用層之第一及及第二覆蓋層形成之p-n接面區域)提供室溫下之高注入效率。
使圖1A中說明之多層、發光異質結構經受圖案化過程以形成具有至少一側壁113 及頂面115 之發光結構110 ，如圖1B中說明。圖案化過程可包括一或多個遮罩及蝕刻步驟。較佳圖案化發光結構以具有增加發光效率之形狀，例如，藉由改良：(i)光子之內部反射，(ii)反射後光子之逸出角/路徑，或(iii)其兩者。舉例而言，使圖1B中說明之發光結構之至少一側壁表面113 成角度以改良光反射及發射。詳言之，較佳在與頂面115 一致之虛線與側壁表面113 之間形成角α，使得頂面115 之表面面積小於作用層114 之表面面積。角α較佳大於約30°但小於或等於90°，且更佳在約40°至約70°之間。角α可為恆定的或連續地變化以形成部分或完全凹入或凸出之側壁形狀。發光結構110 之圖案化形狀之其他非限制性實例包括倒置拋物線、倒置截斷拋物線、圓錐台(亦即，截圓錐)、角錐台(亦即，截角錐)及其組合。
在形成發光結構後，絕緣層120 (例如，用以提供電絕緣)形成於發光結構110 上，如圖1C中說明。絕緣層120 可保形地形成於發光結構110 上以防止p型及n型區域之間經由第一電極140 之電短路，如以下描述。亦咸信絕緣層120 提供用於發光結構110 之額外結構支撐。絕緣層120 亦較佳為導熱的(例如，藉由選擇材料或藉由利用極薄層)，使得熱量可被轉移至第一電極層140 且遠離發光結構110 。絕緣層亦較佳為透明的，(例如)足夠半透明以允許光通過絕緣層且被隨後形成之第一電極反射，如下文描述。用於絕緣層中之材料之透明度亦將視層之厚度(例如，較薄層將為更加透明的)及所發射光之波長而定。因此，絕緣層120 之厚度較佳為約10至約1μm，且更佳約1000至約3000，且其中厚度可為恆定的或視製造過程及其中之變化而變化。應注意，傾斜側壁表面113 之步進覆蓋。用於絕緣層之有用材料包括(但不限於)SiO2 、SiNx 、ZnO、Al2 O3 、AlN及其組合。
可由此項技術中已知的任何方法形成絕緣層120 。在一項實例中，可在兩步驟過程中形成絕緣層120 。第一絕緣層(諸如SiO2 )可用作間隙填補劑。然後與第一絕緣層相比具有較高蝕刻選擇性之第二絕緣層可形成於第一絕緣層上。隨後，可利用圖案化及蝕刻過程以形成絕緣層120 之所要厚度及形狀。
或者，可以任何方式形成絕緣層120 以防止p型及n型區域之間經由第一電極140 之電短路，如下文論述。舉例而言，在替代性實施例中，可形成絕緣層120 以僅覆蓋第一覆蓋層112 及作用層114 之暴露側表面，例如，藉由形成圖案化絕緣層。在又一替代性實施例中，可形成絕緣層120 以僅覆蓋將形成隨後形成之第一電極在其上的部分。舉例而言，當圖案化第一電極140 形成於圖案化絕緣層上時，可僅在第二覆蓋層116 及作用層114 之暴露側表面上形成圖案化絕緣層120 。在又一替代性實施例中，若僅在第二覆蓋層115 上形成圖案化第一電極140 (如下文描述)，則可跳過形成絕緣層之過程步驟。在此實施例中，因為第一電極140 不接觸作用層114 或第一覆蓋層，所以防止電短路。在此實施例中，可利用形成之發光結構110 上之光罩且接著電鍍第一電極140 來形成圖案化第一電極140 。
形成絕緣層以包括至少一凹座121 (例如，藉由圖案化過程)以暴露第二覆蓋層116 之表面之部分，藉此允許第二覆蓋層116 及隨後形成之第一電極140 之間的電連通，如下文描述。儘管圖1C僅說明一個凹座121 ，但可形成一個以上凹座，且凹座可具有各種幾何形狀，例如，環形。最後，可在沿發光結構110 之頂部表面115 、沿發光結構110 之一或多個側壁表面113 降至作用層114 ，或其任何組合之任何位置處形成凹座121 。增加用於第二覆蓋層116 及隨後形成之第一電極140 之間的電連通的可用表面區可為有益的。
絕緣層較佳為透明的，例如，足夠半透明以允許光通過絕緣層且被隨後形成之第一電極反射，如下文描述。用於絕緣層之材料之透明度亦將視層之厚度(例如，較薄層將為更加透明的)及所發射光之波長而定。用於絕緣層之有用材料包括(但不限於)SiO2 、SiNx 、ZnO、Al2O3、AlN及其組合。
在形成絕緣層後，第一電極層140 形成於絕緣層120 上及絕緣層之凹座121 中，如圖1D中部分地說明。咸信為，因為第一電極層140 可與發光結構110 之第二覆蓋層表面115 及至少一側壁表面113 之至少一部分熱連通，所以第一電極層140 可提供改良之遠離發光結構之熱傳導。
或者，當以防止p型及n型區域之間經由第一電極140 之電短路的方式形成絕緣層120 時，可在發光結構110 之第二覆蓋層116 之暴露部分上且亦視情況之絕緣層120 之任何部分上形成第一電極層140 。舉例而言，當僅在第一覆蓋層112 及作用層114 之暴露側表面上形成圖案化絕緣層120 時，可在第二覆蓋層115 及視情況之絕緣層120 之任何部分上形成第一電極140 。類似地，當僅在第二覆蓋層116 及作用層114 之暴露側表面上形成圖案化絕緣層時，則圖案化第一電極140 形成於圖案化絕緣層120 上，例如，不在第一覆蓋層112 上形成第一電極。此等替代性實施例亦改良熱傳導，因為第一電極140 與發光結構110 之至少第二覆蓋層表面115 及至少一側壁表面113 之至少一部分熱連通。
第一電極層140 可為任何導電材料。有用材料之非限制性實例包括ITO(銦-錫-氧化物)、Cu、Ni、Cr、Ag、Al、Au、Ti、Pt、V、W、Mo、其混合物及其合金。然而，較佳將反射材料用於第一電極層140 以便反射經過絕緣層120 之光且實質上增加發光效率。有用反射材料之實例包括(但不限於)Ag、Al、Pt或其合金以增加發光效率。因此，連續第一電極層140 可服務以下兩額外功能中之任一者或兩者：(i)電接觸及(ii)光反射器。
在替代性實施例中，在形成第一電極層140 前可於凹座121 內形成歐姆層130 ，例如，藉由圖案化沈積，如圖1D中說明。用於歐姆層130 之有用材料包括(但不限於)ITO、ZnO、Ag、Cu、Ti、W、Al、Au、Pt、Ni、In2 O3 、SnO2 、 Zn、其混合物及其合金。用於歐姆層之較佳材料包括(但不限於)Zn、Ni、Ag、Ti、W、pt、ITO、其混合物及其合金。此外，可執行熱處理以激活歐姆層。通常，可在形成第一電極層前於約400℃下進行熱處理。
儘管未說明，但可在第一電極層上添加額外層。舉例而言，可添加額外層以保護第一電極或對發光結構110 提供額外結構強度。
在形成第一電極層140 後，可選過程步驟包括圖案化(例如，遮罩及蝕刻步驟之組合)分離每一發光結構110 之區111 以提供分離之發光結構110 ，如圖1E中說明。因此，在圍繞發光結構110 之區111 中，移除第一電極層140 、絕緣層120 及第一覆蓋層112 以暴露第一基板100 。然而，可省略或較晚執行此圖案化步驟，例如，在轉移至第二基板後或在第二基板之分離期間。若在轉移至第二基板200 後進行圍繞發光結構110 之區111 之圖案化，則將在第一覆蓋層112 上進行圖案化，導致至少第一覆蓋層112 之局部移除。若在轉移至第二基板200 後進行圍繞發光結構110 之區之圖案化，亦較佳進一步局部地移除絕緣層120 及第一電極層140 。
在形成第一電極層後(假定未進行圍繞發光結構之區之圖案化步驟)，將第一電極層140 之至少一部分(例如，對應於發光結構之頂部表面115 之最外部分)結合至第二基板200 ，如圖1F中說明。可利用此項技術中已知的任何結合方法。結合方法之非限制性實例包括共熔結合(例如，使用Au、Sn、Ag、Pb、其混合物及其合金)、焊接、金-矽結合及黏著結合。導電黏接層亦為有用的，如頒予Park等人且題為「Vertical GAN Light Emitting Diode and Method for Manufacturing the Same」之美國專利案第7,112,456號中所描述，該案之全部內容以引用之方式併入本文中。
第二基板200 較佳為導電的(通常為用於n型第一覆蓋層之p型矽)以允許(例如)經由第一電極及視情況之歐姆層而與第二覆蓋層116 之電連通。用於第二基板之有用材料包括(但不限於)Si、應變Si、Si合金、Si-Al、SOI(絕緣體上之矽)、SiC、SiGe、SiGeC、Ge、Ge合金、GaAs、InAs、第III-V族半導體、第II-VI族半導體、其組合及其合金。
如圖1F中說明，第二基板200 亦可包括圖案化導電中間層210 以增強第二基板200 與第一電極層140 之間的結合，例如，補償第一基板及/或第二基板中之彎曲。在將第二基板200 結合至第一電極層140 之至少一部分(例如，對應於發光結構之頂部表面115 的最外部分)之前，在第二基板200 上形成圖案化導電中間層210 ，如圖1F中說明。導電中間層210 經圖案化以與第一電極層140 之結合表面(或表面)大體上對準及匹配。中間層210 (通常用於共熔結合)與第一電極相比可具有較低反射特性。用於中間層210 之有用材料包括(但不限於)Au、Ag、Pt、Ni、Cu、Sn、Al、Pb、Cr、Ti、W、其組合及其合金。舉例而言，當Au-Sn用作中間層210 時，可經由熱過程(例如，在約200℃至約400℃下)且視情況地利用壓力來進行結合。此外，中間層可為單層或多個層，例如，每一層具有不同材料或合金。
另一可選額外過程步驟為在移除第一基板100 前將第二導電基板200 薄化至所要厚度，因為在移除第一基板100 後難以薄化第二導電基板。舉例而言，可藉由CMP製程、研磨製程、蝕刻製程或其任何組合來薄化第二導電基板。
當移除第一基板100 以暴露第一覆蓋區域112 時，完成對第二基板200 之轉移，如圖1G中說明。可使用熟習此項技術者已知的任何方法移除第一基板。舉例而言，可利用雷射以分離第一基板，如頒予Park等人且題為「Vertical GaN Light Emitting Diode and Method for Manufacturing the Same」之美國專利案第7,112,456號中所提供，該案之全部內容以引用之方式併入本文中。若利用雷射，較佳在利用雷射前首先薄化及/或拋光第一基板100 (例如，藉由CMP、研磨及/或蝕刻)。在另一實例中，可使用化學過程(例如，化學起離(CLO))來移除第一基板100 。合適CLO過程之實例提供於Ha等人之「The Fabrication of Vertical Light-Emitting Diodes Using Chemical Lift-Off Process」中，IEEE Photonics Technology Letters，第20卷，第3期，第175-77頁(2008年2月1日)及頒予Gmitter且題為「Method for Lifting-Off Epitaxial Films」之美國專利案第4,846,931號中，以上參考文獻及案例之全部內容以引用之方式併入本文中。
在移除第一基板後，在暴露之第一覆蓋區域112 上形成第二電極150 ，如圖1H中說明。因為第二電極較佳經成形以最小化對光發射之干擾，與第一覆蓋區域112 之表面積相比，第二電極150 通常具有實質更小之表面積。可使用熟習此項技術者已知的任何過程來形成第二電極。舉例而言，可使用(i)沈積(例如，第二電極材料之CVD、濺鍍等)及圖案化過程或(ii)光阻起離過程來形成第二電極。
第二電極150 亦可具有各種組態以改良電流傳播。舉例而言，第二電極可形成(i)接近第一覆蓋區域之至少一邊緣，(ii)以框架形式形成於第一覆蓋區域之邊緣上，及/或(iii)包括複數個較小電極。
用於第二電極150 之有用材料包括(但不限於)ITO(銦-錫-氧化物)、Cu、Ni、Cr、Au、Ti、Pt、Al、V、W、Mo、Ag、其混合物及其合金。第二電極150 可形成為單層或多個層，例如，每一層具有不同材料或合金。第二電極150 較佳由至少半透明之材料製得。
在替代性實施例中，可在第一覆蓋層112 之表面與第二電極150 之間形成歐姆層(未說明)。用於歐姆層之有用材料包括(但不限於)ITO、ZnO、Zn、Ti、Pt、Al、Ni、In2 O3 、SnO2 、其混合物及其合金。用於歐姆層之較佳材料包括(但不限於)ITO、Ti、Pt、Ni、其混合物及其合金。此外，可執行熱處理以激活歐姆層。通常，在形成第二電極150 前於約400℃下進行熱處理。
儘管圖1H中未說明，亦可將導電層添加至第一覆蓋層之表面以改良電流傳播，例如，在附接第二電極150 之前。上文描述之歐姆層亦可充當導電層。較佳使用透明導電層，諸如ITO(銦-錫-氧化物)。
在附接第二電極150 之前亦可將第一覆蓋層112 之暴露表面紋理化(未展示)以增加發光效率。可將表面紋理化應用至本文中所描述之實施例中之任一者。為增強第二電極150 對第一覆蓋層112 之暴露表面之附接，第一覆蓋層112 之區(電極150 附接於此處)可避免表面紋理化。咸信表面紋理化降低由第一覆蓋層及空氣之間折射率之差所引起之總內部反射。可由熟習此項技術者已知的任何已知方法進行表面紋理化。此過程之一項實例為使用濕蝕刻劑，諸如KOH。
在形成第二電極150 後，可分離第二基板200 及圍繞發光結構之區以形成包括至少一發光結構110 之至少一發光裝置1 ，如圖1H中說明。可使用熟習此項技術者已知的任何過程來分離第二基板200 及圍繞發光結構之區。用於分離第二基板及圍繞發光結構之區之過程的非限制性實例包括(但不限於)雷射鋸、刀片鋸、金剛石切割、蝕刻及其組合。
可在將第二基板分離為個別發光裝置之過程步驟之前或同時進行上文描述之圖案化圍繞發光結構之區111 (例如，如上文關於圖IE所描述)之「可選過程步驟」，如圖1G及1H中說明。舉例而言，可將圍繞發光結構之區圖案化(例如，至少一遮罩及蝕刻步驟之組合)以局部地移除第一覆蓋層112 、絕緣層120 及第一電極層140 。隨後，可分離第二基板，例如，藉由雷射鋸。
本發明之另一實施例亦針對形成於導電基板上之垂直型發光裝置。可根據上文描述之高產量過程來製造此發光裝置。
圖3-5說明垂直型發光裝置1 之兩實施例。圖3說明具有大體上正方形形狀頂部輪廓之一項實施例，圖4說明具有大體上矩形形狀頂部輪廓之另一實施例，且圖5為圖3及4中說明之實施例沿軸線A-A之橫截面說明。儘管關於頂部輪廓之形狀或發光結構110 之形狀來描述此等實施例，但此等參考意欲僅作為對發光結構110 之頂部輪廓或整體形狀之參考。因此，本文中描述之發光裝置不限於此等形狀且可具有任何所要之整體外部形狀。
在圖3-5中說明之實施例中，垂直型發光裝置1 包括：(i)具有第一表面109 、第二表面115 及至少一側表面113 之多層、發射光之發光結構110 ，(ii)覆蓋發光結構110 之第二表面115 及至少一側表面113 之至少一部分的絕緣層120 ，(iii)連接至發光結構110 之第一及第二電極(分別為140 及150 )，及(iv)限界(bound)至第一電極140 之導電基板200 。發光裝置1 可在第一電極140 及導電基板200 之間進一步包括中間層210 以便增強結合，例如，補償導電基板200 中之彎曲，且歐姆區域130 經定位以接觸發光結構110 之第二表面115 及第一電極140 ，例如，歐姆區域可處於絕緣層120 內之凹座中。
多層、發射光之發光結構110 包括第一覆蓋層112 、作用層114 及第二覆蓋層116 。此實施例之發光結構較佳經成形以增加發光效率，例如，藉由改良(i)光之內部反射，(ii)反射後光之逸出角/路徑，或(iii)其兩者。舉例而言，可使圖5中說明之發光結構之至少一側壁表面113 成角度以改良光反射。詳言之，較佳在與第二表面115 一致之虛線及側壁表面113 之間形成內角α，如圖5中說明，使得第一表面109 之頂部表面積大於作用層114 之頂部表面積。角α較佳大於約30°但小於或等於90°，且更佳在約40°至約70°之間。角α可為恆定的或連續地變化以形成部分或完全凹入或凸出之側壁形狀。發光結構110 之形狀之其他非限制性實例包括拋物線、截斷拋物線、倒置圓錐台(亦即，截圓錐)、倒置角錐台(亦即，截角錐)及其組合。舉例而言，圖3及4分別說明具有倒置角錐台(例如，具有大體上正方形基座)及細長之角錐台(例如，具有大體上矩形基座)之形狀的發光結構110 。
此外，可將第一覆蓋層112 之暴露表面紋理化(未展示)，如上文描述。亦可在選定區中防止表面紋理化，例如，在第二電極150 附接至第一覆蓋層112 之暴露表面的區中。
絕緣層防止p型及n型區域之間經由第一電極140 的電短路，如下文描述。咸信絕緣層亦提供用於發光結構110 之額外結構支撐。絕緣層120 亦較佳為導熱的(例如，藉由選擇材料或藉由利用極薄層)，使得熱量可被轉移至第一電極層140 且遠離發光結構110 。絕緣層亦較佳為透明的，足夠半透明以允許光通過絕緣層且被隨後形成之第一電極反射，如下文描述。用於絕緣層之材料之透明度亦將視層之厚度(例如，較薄層將為更加透明的)及所發射光之波長而定。用於絕緣層之有用材料包括(但不限於)SiO2 、SiNx 、ZnO、Al2 O3 、AlN及其組合。
如圖5中說明，絕緣層120 可覆蓋第二表面115 及發光結構110 之全部側表面113 。在另一實施例中，絕緣層120 可覆蓋第二表面115 及發光結構110 之至少一側表面113 之至少一部分，例如，至少覆蓋第二覆蓋層116 及作用層114 。在另一實施例中，絕緣層120 可僅覆蓋第一覆蓋層112 及作用層114 之暴露之側表面，例如，藉由形成圖案化絕緣層120 。在又一替代性實施例中，絕緣層為可選的且可在第一電極140 僅延伸至第二覆蓋層116 之側部的情況下被移除，例如，當第一電極不與第一覆蓋層112 或作用層114 電連通時。
絕緣層亦包括暴露發光結構110 之第二覆蓋層116 之至少一凹座121 以允許經由絕緣層之電連通。儘管未說明，一或多個凹座121 可定位於(i)沿第二表面115 之偏心位置中，(ii)沿發光結構110 之第二表面115 及發光結構110 之側表面113 但在作用層114 下方，(iii)沿一或多個側表面113但在作用層114 下方，或其組合。此等用於凹座121 之替代性位置可有用於改良電流。絕緣層120 較佳為透明的，例如，足夠半透明以允許至少一些光通過絕緣層120 。
第一電極及第二電極(分別為140 及150 )與發光結構110 電連通。更明確地說，第一電極140 與發光結構110 之第二覆蓋層116 電連通，且第二電極150 與發光結構110 之第一覆蓋層112 電連通。
因此，第一電極140 與作用層114 及第一覆蓋層112 電隔離。可藉由使得第一電極沿側表面113 延伸但不達到異質結構之作用層114 來獲得第一電極140 之電隔離，例如，僅沿第二表面115 或沿第二表面115 及發光結構110 之側表面113 之部分。或者，可藉由利用絕緣層來獲得電隔離，如圖5中說明及上文於用於此實施例之絕緣層之描述及製造方法部分中所描述。
在圖5中說明之實施例中，只要第一電極之部分經由絕緣層120 之凹座121 與第二覆蓋層116 電連通，則第一電極140 可覆蓋絕緣層之任何部分。舉例而言，第一電極140 可覆蓋大體上全部絕緣層120 ，如圖5中說明。咸信絕緣層及第一電極可對發光結構110 提供其他結構支撐。或者，當圖案化絕緣層120 僅覆蓋第一覆蓋層112 及作用層114 之暴露側表面時，可在第二覆蓋層115 及視情況絕緣層120 之任何部分上形成第一電極140 。類似地，當圖案化絕緣層僅覆蓋第二覆蓋層116 及作用層114 之暴露側表面時，則圖案化第一電極140 覆蓋圖案化絕緣層120 ，例如，不在第一覆蓋層112 上形成第一電極。
關於第二電極150 ，選擇大小及形狀以最大化電流同時最小化對自發光結構110 發射之光的干擾。因此，第二電極150 可具有各種組態以改良電流傳播及/或降低對所發射光之干擾。舉例而言，第二電極150 可形成(i)接近第一覆蓋層112 之至少一邊緣，(ii)以框架形式形成於第一覆蓋層之邊緣上，及/或(iii)包括複數個較小電極，或其組合。儘管圖1H中未說明，亦可將導電層添加至第一覆蓋層112 之第一表面109 以改良電流傳播。較佳使用透明導電層，諸如ITO(銦-錫-氧化物)。
發光裝置1 進一步包括限界至第一電極140 之至少一部分的導電基板200 ，藉此允許與第二覆蓋層116 電連通。可利用此項技術中已知的任何結合方法。結合方法之非限制性實例包括共熔結合、焊接、金-矽結合及黏著結合。導電黏著層亦為有用的，如頒予Park等人且題為「Vertical GAN Light Emitting Diode and Method for Manufacturing the Same」之美國專利案第7,112,456號中所描述，該案之全部內容以引用之方式併入本文中。
導電基板200 亦可包括導電中間層210 以增強與第一電極140 之結合，例如，補償第一基板及/或第二基板中之彎曲。中間層210 (通常用於共熔結合)與第一電極相比可具有較低反射特性。中間層可為單層或多個層，例如，每一層具有不同材料或合金。
可在上文描述之製造發光裝置之方法部分中發現關於發光裝置1及其各種部分(例如，發光結構110 、第一電極140 及第二電極150 、導電基板200 ，等等)之其他細節(例如，如何製造及材料組分)。
如圖5中說明，咸信圖5中說明之發光裝置1 可顯著改良發光，尤其當利用透明絕緣層120 及反射第一電極140 時。除自有效區直接發射之光線(例如，光線L1)外，發光裝置1之成角度側表面113 允許至少一次反射光(例如，光線L2)及二次反射光(例如，光線L3)自異質結構發射。因此，可實質上控制所發射光之方向性同時實質上增加總發射光量。此外，咸信因為第一電極層140 與發光結構110 之第二覆蓋層表面115 及至少一側壁表面113 之至少一部分熱連通，所以第一電極層140 可提供遠離發光結構110 及進入導電基板200 中之改良之熱傳導。此冷卻效應可為實質性的，因為第一電極層140 亦具有與導電基板200 之顯著接觸區。
本發明之另一實施例係針對製造發光裝置之方法，該發光裝置具有提供於不對自異質結構發射之光產生干擾之位置處的第二電極150 (例如，頂部電極)。可藉由形成凹槽發光結構而獲得此組態，如圖6A-6C說明。此方法為上文描述之用於製造垂直型發光裝置之方法的變體。因此，除下文描述之特定變化外，該方法之一般步驟為基本上相同的且同樣可適用於本實施例。舉例而言，此實施例之方法亦經受以下過程步驟：(i)形成發光結構；(ii)形成具有凹座之絕緣層；(iii)形成第一電極及可選歐姆層；(iv)圍繞發光結構之區域的可選圖案化(其可在稍後時間進行)；(v)將第一電極表面結合至第二導電基板；(vi)移除第一基板；(vii)形成第二電極；及(viii)將第二基板分離為個別發光裝置。類似地，上文關於先前實施例所描述之所有關於絕緣層120 及第一電極140 之變化(例如，關於圖1A-1H及圖3-5)同樣適用於此實施例。
此實施例中，預成型、多層、發光異質結構(圖1A中說明)經受圖案化過程以形成具有至少一凹槽118 的發光結構110 ，該至少一凹槽118 至少分離發光結構110 之第二覆蓋層116 及作用層114 ，如圖6A中說明。凹槽之一部分界定發光結構110 之主要部分110a 之側表面113b ，且凹槽之另一部分界定發光結構110 之次要部分110b 之側表面117 。因此，第一覆蓋層112 之至少一部分保持為連續層以提供發光結構之次要部分110b 與主要部分110a 之間的電連通。側表面113b 及/或側表面117 可為成角度的，如上文關於圖5中說明之實施例所描述。此實施例中，僅發光結構之主要部分110a 發射光。儘管圖6A-6B說明直的凹槽118 ，但凹槽亦可為彎曲的。
如圖6B及6C說明，此實施例之剩餘過程步驟與上文描述之製造發光裝置之方法中之過程步驟基本上相同(除第二電極之形成外)，該方法以引用之方式全部併入本文中。舉例而言，形成絕緣層120 (包括凹座121 )以符合發光結構之形狀，例如，絕緣層亦形成於凹槽118 中。絕緣層120 亦包括凹座121 ，凹座121 可藉由圖案化過程來形成。隨後，在絕緣層120 上(包括對應於凹槽之區域)及凹座121 中形成第一電極層140 ，如圖6B中說明。或者，可在凹座121 中形成歐姆層130 ，亦如圖6B中說明。隨後，第二導電基板200 (其可視情況地具有圖案化導電中間層210 )限界至第一電極層140 之至少一部分，且移除第一基板100 ，如圖6C中部分地說明。此外，導電基板200 亦可包括圖案化中間層210 以增強導電基板200 與第一電極層140 之間的結合。
然而，與上文描述之方法相反，此實施例之方法在發光結構之次要部分110b 之第一覆蓋層112 上形成第二電極150 ，如圖6C中說明。因此，第二電極150 (安置於次要部分110b 上)不干擾自發光結構100 之主要部分110a發射之光。因此，第二電極150 可由任何適用於第一覆蓋層112 之導電材料(例如，可為透明材料、不透明材料或非透明材料)組成，且第二電極150 可跨越發光結構110b 之次要部分之第一覆蓋層之部分或全部表面延伸。
此外，儘管圖6C中未說明，亦可將導電層添加至主要部分110a 之第一覆蓋層112 之表面及視情況地添加至發光結構110 之次要部分100b 以改良電流傳播，例如，在附接第二電極150 之前。較佳使用透明導電層，諸如ITO(銦-錫-氧化物)，因為此導電層將覆蓋發光結構110 之發光主要部分110a 。
在形成第二電極150 後，可分離第二基板200 及圍繞發光結構之區以形成包括至少一發光結構110 之至少一發光裝置2，如圖6C中說明。可使用熟習此項技術者已知的任何過程來分離第二基板與圍繞發光結構之區。用於分離第二基板與圍繞發光結構之區之過程的非限制性實例包括(但不限於)雷射鋸、刀片鋸、金剛石切割、蝕刻及其組合。
本發明之另一實施例亦係有關在導電基板上形成之垂直型發光裝置，其中頂部電極不干擾主要朝向至少一預定方向發射之光。可根據上文關於具有凹槽發光結構之發光裝置描述之高產量過程來製造此發光裝置。因此，上文描述之過程中所提供的所有細節(例如，材料、組態，等等)亦適用於此實施例。
圖7及8說明具有主要發光部分110a 及用於附接第二電極150 之次要部分110b 的發光裝置2之一個實施例。結果，第二電極150 不干擾光發射。圖8為圖7中說明之發光裝置2 沿軸線B-B之橫截面圖。如圖7及8中說明，第二電極150 形成於發光導電結構之大體上矩形(頂部輪廓)次要部分110b 上。凹槽118 界定發光結構110 之主要部分110a 及次要部分110b 。因此，發光裝置2 之對應於發光結構110 之部分的部分將分別被稱為「發光裝置之主要部分」及「發光裝置之次要部分」。
凹槽118 至少分離發光結構110 之作用層114 及第二覆蓋層120 (及可選的第一覆蓋層112 之部分)。結果，第一覆蓋層112 之至少一部分在整個發光結構110 上為連續的。因為第二電極150 附接至發光裝置2 之次要部分中之第一覆蓋層112 ，電力將沿連續第一覆蓋層112 (或沿其表面)流動且分布於發光裝置2 之主要部分內，於該處將會產生光。
除缺少第二電極150 外，發光裝置2 之主要部分(對應於主要部分110a )大體上類似於圖5中說明之發光裝置1 。因此，發光裝置1 之全部細節及變化同樣適用於發光裝置2 之主要部分。舉例而言，發光裝置2 之主要部分包括：(i)具有第一表面109 、第二表面115 及至少一側表面113a (或形成凹槽118 之部份的側表面113b )之多層、發射光之發光結構110 ，(ii)具有凹座121 且覆蓋發光結構之第二表面115 及側部113a 、113b 之至少部分的絕緣層120 ，(iii)連接至發光結構110 之主要部分的第一電極140 ，及(iv)結合至第一電極140 之導電基板200 。發光裝置2 之主要部分可進一步包括處於接觸發光結構110 之第二表面115 及第二電極140 的歐姆區域130 ，例如，歐姆區域130 可位於絕緣層120 內之凹座中。發光裝置2可進一步包括中間層210 以增強結合，例如，補償導電基板200 中之彎曲。
此外，亦可在將第二電極150 附接於發光結構之次要部分110b 之第一覆蓋層112 上之前將主要部分110a 之第一覆蓋層112 之暴露表面紋理化(未展示)以增加發光效率。為增強第二電極150 對次要部分110b 之第一覆蓋層112 之暴露表面的附接，次要部分110b 之第一覆蓋層112 之其中附接第二電極150 的區可免於紋理化。咸信表面紋理化降低由主要部分110a 之第一覆蓋層112 與空氣之間的折射率差異所引起之總內部反射。可由熟習此項技術者已知的任何已知過程來進行表面紋理化。此過程之一個實例為使用濕蝕刻劑，諸如KOH。
如圖8中說明，發光裝置2 之次要部分110b 包括與第一覆蓋層112 電連通之第二電極150 。第二電極150 可跨越發光結構110b 之次要部分之第一覆蓋層的部分或整個表面而延伸。舉例而言，第二電極可具有新月形形狀以增強電流分布。因此，發光裝置2 之次要部分110b 亦包括絕緣層120 及視情況第一電極層140 。儘管發光裝置2 之次要部分不需要第一電極層140 ，但在高產量處理期間包括第一電極層140 可為更方便的。
咸信圖7及8中說明之發光裝置2 可藉由置放於非干擾位置中的第二電極150 來顯著改良光發射，且尤其當利用透明絕緣層120 及反射第一電極140 時。除自作用區直接發射之光線(例如，光線L1)外，發光裝置1 之成角度側表面113 允許至少一次反射光(例如，光線L2)及二次反射光(例如，光線L3)自異質結構發射。因此，可實質上控制所發射光之方向性同時實質上增加總發射光量。此外，咸信為，因為第一電極層140 與發光結構110 之第二覆蓋層表面115 及主要部分110a 之至少一側壁表面113 之至少一部分熱連通，所以第一電極層140 可提供遠離發光結構110 及進入導電基板200 之改良之熱傳導。此冷卻效應可為實質性的，因為第一電極層140 亦具有與導電基板200 之顯著接觸區。
在替代性實施例中，可修改上文描述之用於製造凹槽發光結構之過程以製造發光裝置3 ，該發光裝置3 具有形成於發光結構110 之拐角部中大體上正方形(頂部輪廓)次要部分110b (例如，由兩凹槽118 界定)上之第二電極150 ，如圖9中說明。因此，當自頂部輪廓觀察時，大體上正方形次要部分110b 形成於具有正方形形狀頂部輪廓之發光裝置之一個拐角部處。在此實施例之另一變體中，發光裝置3可具有一個以上大體上正方形次要部分(未展示)，例如，相對拐角部上各一者，或每一拐角部上一者。在此等替代性實施例中，可將預成型、多層、發光異質結構圖案化以形成具有複數個凹槽之發光結構。
在另一替代性實施例中，發光裝置4 可包括形成於發光結構110 之中央位置的發光結構之次要部分110b ，如自頂部輪廓所見及圖10中所說明。在此實施例中，可利用正方形結構中之四個凹槽(圓形結構中之單一凹槽)以將次要部分110b 形成為發光結構110 之中央位置中之島狀物。因為第二電極150 形成於次要部分110b 上，所以其中央位置可有助於增加自中央至發光結構110 之外部發光主要部分110a 之徑向向外電流分布。此實施例中，絕緣層具有凹座(及視情況歐姆層)，該凹座具有對應於主要部分之形狀的大體上正方形形狀。
儘管上文參考之所有形狀為正方形或矩形，但上文描述之發光裝置之任何部分亦可能為其他形狀。舉例而言，發光結構之次要部分可具有圓形或橢圓形頂部輪廓形狀。此實例中，單一凹槽將具有圓形或橢圓形形狀。
在另一實施例中，本發明係針對製造具有透鏡之垂直型發光裝置之方法，如圖11A-11D中說明。此方法為上文描述之用於製造垂直型發光裝置及具有凹槽之垂直型發光裝置之方法的變體。此實施例中，利用第一覆蓋層之一部分以形成透鏡。咸信透鏡之曲率藉由降低逸出圓錐角來增加發光效率，逸出圓錐角為由第一覆蓋層與空氣之間的折射率差異所引起的現象。
此實施例中，該方法利用預成型、多層、發光異質結構，如圖11A中說明。與關於圖1A描述之預成型異質結構類似，圖11A中說明之此實施例之預成型異質結構至少包括第一基板100 、第一覆蓋層111a 、作用層114a 及第二覆蓋層116a 。然而，此實施例中之預成型異質結構具有實質上較厚之第一覆蓋層111a 以補償透鏡部分。此實施例中，當自頂部輪廓觀察時，第一覆蓋層111a 之厚度通常大於發光結構110 之第一表面109 之最短側部(或最短直徑)之長度的約十分之一(將在該最短側部上形成透鏡)。在上文描述之凹槽發光裝置中，僅主要部分110a 之第一表面109 與判定最短側部(或最短直徑)相關。可藉由熟習此項技術者已知的任何方法來獲得此厚的第一覆蓋層111a ，諸如氣相磊晶。
其他過程步驟與上文描述之用於製造垂直型發光裝置及具有凹槽之垂直型發光裝置之方法的過程步驟基本上相同。舉例而言，此實施例之方法亦經受以下過程步驟：(i)形成發光結構；(ii)形成具有凹座之絕緣層；(iii)形成第一電極及可選歐姆層；(iv)圍繞發光結構之區的可選圖案化(其可在稍後時間進行)；(v)將第一電極表面結合至第二導電基板；(vi)移除第一基板；(vii)形成第二電極；及(viii)將第二基板分離為個別發光裝置。
然而，在此實施例中，該方法進一步包括自第一覆蓋層111 形成透鏡119 之額外步驟，如圖11C中說明。在移除第一基板之過程步驟後，暴露第一覆蓋層111 ，如圖11B中說明。隨後，使用成形光阻圖案在第一覆蓋層111 上進行圖案化過程以自第一覆蓋層111 形成透鏡119 且界定圍繞透鏡之區，如圖11B及11C中說明。用以形成透鏡之圖案化過程之實例描述於Stern等人之「Dry etching for coherent refractive microlens arrays」，Optical Engineering ，第33卷，第11期，第3547-51頁(1994年11月)，及1999年9月7日頒予Okazaki等人且題為「Microlens array and method of forming same and solid-state image pickup device and method of manufacturing same」之美國專利案第5,948,281號中，該等文獻及專利案之全部內容以引用之方式併入本文中。
儘管圖11A-11D說明凸透鏡，但第一覆蓋層111 可經成形為任何所要形狀以獲得所要之發光圖案。舉例而言，在以上過程步驟之變體中，可藉由改變透鏡成形圖案以提供複數個較小透鏡來獲得複數個透鏡119 ，如圖11E中說明。
在形成至少一透鏡後，在由第一覆蓋層111 形成之透鏡(或複數個透鏡)上形成第二電極150 ，如圖11D中說明且如上文先前所描述。在發光裝置具有凹槽之實施例中，可在發光裝置之次要部分之第一覆蓋層111 上形成第二電極150 。
本發明亦針對形成於導電基板上之垂直型發光裝置，其中該發光裝置包括透鏡。先前描述之實施例中之任一者可包括如本文中描述之透鏡。可根據上文描述之用於具有透鏡之發光裝置之高產量過程來製造此發光裝置。
圖12-14說明具有由第一覆蓋層111 形成之透鏡之垂直型發光裝置的三個變體。圖12及圖13分別說明具有一個大透鏡及複數個較小透鏡之發光裝置。圖12中，發光裝置5包含具有單一透鏡119 之發光結構，其中第二電極150 界限至透鏡。圖13中，發光裝置6 包含具有複數個透鏡119 之發光結構，其中第二電極150 結合至一組定位於中央之小透鏡。或者，界限第二電極之區可為平坦的，例如，無透鏡。此等發光結構進一步包括界限至導電基板200 之第一電極140 。導電基板200 可進一步包括中間層210 以增強界限，例如，補償導電基板200 中之彎曲。
類似地，圖14說明具有凹槽118 之發光裝置7 ，凹槽118 界定發光裝置之主要部分110a 及次要部分110b 。發光裝置之主要部分包括透鏡119 ，且發光裝置之次要部分包括第二電極150 。如上文所論述，此實施例中，第二電極150 不干擾自發光裝置之主要部分發射之光。因此，第二電極150 可由任何所要之導電材料製成，且其可具有任何形狀，例如，第二電極150 可覆蓋發光裝置之次要部分中第一覆蓋層之整個表面。儘管圖13中未說明，發光裝置7 可進一步包括第一覆蓋層之表面及視情況透鏡119 之表面上的電流傳播層。
在另一實施例中，本發明係針對製造在導電基板200 內具有嵌入式齊納二極體之垂直型發光裝置的方法。儘管本文中之實施例將導電基板描述為通常包含具有至少一n型摻雜區域之p型基板，導電基板亦可為具有至少一p型摻雜區域之n型基板。此外，本文中之所有實施例亦可包括具有透鏡部分之第一覆蓋層，如上文所提供。此外，儘管利用上文描述之發光裝置，但可使用任何合適垂直型發光裝置來替代，藉此利用導電基板200 中之嵌入式齊納二極體。
圖15提供說明發光裝置之功能性態樣及齊納二極體之電路圖。使用具有與導電基板之導電類型相反之導電類型的化合物來摻雜導電基板200 。舉例而言，當使用p型基板200 時，使用n型化合物摻雜基板之選定部分(且當使用n型基板200 時，使用p型化合物摻雜基板之選定部分)以建立齊納二極體。接著置放導電基板200 之摻雜區域使其與發光結構110 之第二覆蓋層116 電連通，發光結構110 之第二覆蓋層116 為與導電基板200 相同之半導體類型。舉例而言，置放導電基板200 之n型摻雜區域使其與發光結構110 之p型覆蓋層116 電連通。咸信齊納二極體有效地保護發光結構110 不受反向偏壓中之有害突波(例如，來自靜電放電)損害。
圖16A說明包含齊納二極體之發光裝置8 之一項實施例。圖16A中說明之發光裝置8 大體上類似於圖5中說明之發光裝置1 。然而，發光裝置8 包括齊納二極體，該齊納二極體包含具有n型摻雜區域205 之p型導電基板200b 。此外，第一覆蓋層112b 為n型，且第二覆蓋層116b 為p型。因此，當有害反向偏壓進入n型摻雜區域205 時，其將無害地流入p型基板200b 且保護發光結構110 。當使用中間層210 時，如圖16A中說明，中間層僅與摻雜區域205 電連通，亦即，中間層210 不應接觸導電基板200b 之非摻雜區域。
類似地，圖16B說明包含齊納二極體之發光裝置9 之另一實施例。圖16B中說明之具有凹槽之發光裝置9 大體上類似於圖8中說明之發光裝置2 。然而，發光裝置9 包括齊納二極體，該齊納二極體包含p型導電基板200b 及n型摻雜區域205 。此外，第一覆蓋層112b 為n型，且第二覆蓋層116b 為p型。因此，當有害反向偏壓進入n型摻雜區域205 時，其將無害地流入p型基板200b 中且保護發光結構110 。當使用中間層211 時，如圖16B中說明，中間層應僅與摻雜區域205 電連通，亦即，中間層211 不應接觸導電基板200b 之非摻雜區域。
可藉由使額外過程步驟包括於上文描述之用於製造垂直型發光裝置及具有凹槽之垂直型發光裝置之方法中來獲得此等發光裝置8 及9 。額外過程步驟可包括以下步驟：(i)在與第一電極層之對應於絕緣層120 中凹座121 之部分電連通的選定區域中使用合適摻雜劑(例如，與基板相反之導電類型)摻雜導電基板；(ii)視情況地在導電基板200b 之摻雜區域205 上形成圖案化導電中間層210 (及用於具有凹槽之發光裝置的圖案化導電中間層211 )；(iii)使摻雜區域205 或圖案化導電中間層210 (對應於摻雜區域205 )與第一電極層之對應於絕緣層120 中凹座121 之部分對準及附接；及其步驟之任何組合。圖案化導電中間層210 較佳形成於摻雜區域205 內，以便不與導電基板200b 之非摻雜區域接觸(或直接電連通)。
本發明亦針對包含上文描述之垂直型發光裝置的發光封裝(例如，晶片級封裝)。可藉由將封裝連接至電源來將此等封裝利用於任何合適發光系統中。因為可在本文中描述之發光封裝中大體上控制所發射光之方向性，所以可實質上簡化晶片級封裝。儘管可使用傳統封裝(例如，包括反射器或反射側面及後表面)，但無需此傳統封裝，因為本文中描述之發光封裝已能夠實質上控制所發射光之方向性。可將發光封裝分為兩大類別：非囊封及囊封。如本文中使用，參考數字300 為子基板，其為具有用於供應電力至發光裝置之至少兩個導電區域的基板。子基板之非限制性實例包括電路板或印刷電路板。然而，為簡單起見，本文中參考數字300 指代電路板。
圖17及18說明非囊封發光封裝10之一項實施例，其包含限界至電路板300 上之第一導電區域310 (亦稱為接點)的發光裝置1 。電路板300 亦包括電路板300 上之第二導電區域320 (亦稱為接點)，且導線330 提供第二電極150 與第二導電區域320 之間的電連通(例如，導線結合)。此實施例僅需要一個導線330 電連接，因為第二電連接由導電基板200 藉由導電中間層210 提供(若利用)。儘管發光裝置1 與圖5中說明之裝置大體上相同，但上文描述之發光裝置中之任一者可替代此實施例中之發光裝置1 。
圖19、20、21A及21B說明包含具有齊納二極體之發光裝置之非囊封發光封裝的各種實施例。儘管此等實施例描述使用上文描述之發光裝置，但可使用任何合適垂直型發光裝置來替代，藉此利用導電基板200 中之嵌入式齊納二極體。
圖19說明包含具有齊納二極體之發光裝置8 之非囊封發光封裝11 的另一實施例，該裝置限界至電路板300 上之第一導電區域310 。發光裝置8 具有p型導電基板200b ，該p型導電基板200b 具有n型摻雜區域205 。導電中間層210 (i)增強(發光結構110 之)第一電極140 之表面與p型第二基板200b 之間的結合，及(ii)覆蓋(或接觸)p型導電基板200b 之n型摻雜區域205 之至少一部分。中間層210 僅與摻雜區域205 電連通，亦即，中間層210 不應接觸導電基板200b 之非摻雜區域。第一導線330 提供(發光結構110 之)第二電極150 與第一導電區域310 之間的電連通，且第二導線332 提供導電中間層210 與電路板300 上之第二導電區域320 之間的電連通。
圖20說明包含具有齊納二極體之發光裝置9 之非囊封發光封裝12 的另一實施例，其裝置限界至電路板300 上之第一導電區域310 。發光裝置9 包括具有發光主要部分110a 及次要部分110b 之發光結構110 ，其中第二電極150 安置於次要部分110b 上。發光裝置9 亦具有p型導電基板200b ，該p型導電基板200b 具有n型摻雜區域205 ，如圖16B中大體上說明。第一導電中間層210 (i)增強第一電極140 (位於發光結構110 之發光主要部分110a 上)之表面與p型導電基板200b 之間的結合，及(ii)覆蓋(或接觸)p型導電基板200b 之n型摻雜區域205 之至少一部分。中間層210 僅與摻雜區域205 電連通，亦即，中間層210 不應接觸導電基板200b 之非摻雜區域。第二導電中間層211 增強第一電極140 (位於發光結構110 之次要部分110b 上)之表面與p型基板200b 之間的結合。第一導電中間層210 及第二導電中間層211 可由相同材料或不同材料製成。較佳在第一導電中間層210 與第二導電中間層211 之間提供間隙。第一導線330 提供第二電極150 (位於發光結構110 之次要部分110b 上)與第一導電區域310 之間的電連通，且第二導線332 提供導電中間層210 與電路板300 上第二導電區域320 之間的電連通。
可以大體上類似之方式利用發光封裝11 (圖19中說明)及發光封裝12 (圖20中說明)。藉由在發光封裝上施加正向偏壓來激活(例如，發光)發光封裝11 及發光封裝12 ，例如，在第一導電區域310 上施加負偏壓及在第二導電區域320 上施加正偏壓。電子自第一導電區域310 經由第一導線330 流動至第二電極150 ，如圖19及20之左側虛線箭頭說明。當在發光封裝上施加反向偏壓時，例如，在第一導電區域310 上施加正偏壓且在第二導電區域320 上施加負偏壓，電子將自第二導電區域320 流動至導電中間層210 。當反向偏壓中之電壓達到某一擊穿電壓時(例如，靜電放電之危險位準)，齊納二極體(亦即，n型摻雜區域205 及p型導電基板200b )將允許電子流經n型摻雜區域205 及p型導電基板200b 且經由第一導電區域310 流出，藉此保護發光裝置8、9 。
圖21A說明包含具有齊納二極體之修改之發光裝置9' 之非囊封發光封裝13 的另一實施例，該裝置限界至電路板300 上之第一導電區域310 。發光裝置9' 包括具有發光主要部分110a 及次要部分110b 之發光結構110 ，其中第二電極150 安置於次要部分110b 上，如圖16B中關於發光封裝9 大體上說明。然而，此發光裝置9' 為經修改的，因為(i)其包括發光結構之次要部分中之通孔接點145 而非第二電極150 ，及(ii)第一電極層140 在發光結構110 之主要部分110a 與次要部分110b 之間的區被移除。通孔145 接觸n型第一覆蓋層112b 且自n型第一覆蓋層112b 延伸至絕緣層120 之外部。通孔145 可包括中央導電材料及視情況外部絕緣層(未展示)。可由此項技術中已知的任何方法形成通孔。可在2005年7月12日頒予Yamaguchi且題為「Method for Manufacturing Semiconductor Device,and Method for Manufacturing Semiconductor Module」之美國專利案第6,916,725號、2007年3月20日頒予Yamaguchi且題為「Semiconductor Device,Method for Manufacturing the Same,Circuit Substrate and Electronic Device」之美國專利案第7,193,297號及2007年5月8日頒予Miyazawa且題為「Method of manufacturing semiconductor device,semiconductor device,circuit substrate and electronic apparatus」之美國專利案第7,214,615號中發現用於形成通孔之可接受過程之非限制性實例，該等專利案之全部內容以引用之方式併入本文中。
發光裝置9' 亦具有p型導電基板200b ，p型導電基板200b 具有第一n型摻雜區域205 及第二n型摻雜區域206 。第一導電中間層210 (i)增強第一電極140 (其位於發光結構110 之主要部分110a 上)之表面與p型導電基板200b 之間的結合，及(ii)覆蓋(或接觸)p型導電基板200b 之第一n型摻雜區域205 之至少一部分。類似地，第二導電中間層211 (i)增強第一電極140 (其位於發光結構110 之次要部分110b 上)之表面與p型導電基板200b 之間的結合，及(ii)覆蓋(或接觸)p型導電基板200b 之第二n型摻雜區域206 之至少一部分。中間層210 僅與第一n型摻雜區域205 電連通，亦即，中間層210 不應接觸導電基板200b 之非摻雜區域，且中間層211 僅與第二n型摻雜區域206 電連通。第一導電中間層210 及第二導電中間層211 可由相同材料或不同材料組成。此實施例中，在第一導電中間層210 與第二導電中間層211 之間提供間隙。通孔145 經由第二導電中間層211 及導電基板200b 之第二n型摻雜區域206 提供n型第一覆蓋層112b (其位於發光結構110 之次要部分110b 中)與第一導電區域310 之間的電連通，且導線332 提供導電中間層210 與電路板300 上第二導電區域320 之間的電連通。
圖21B說明包含具有齊納二極體之修改之發光裝置9" 之非囊封發光封裝14 的另一實施例，該裝置限界至電路板300 上之第一導電區域310 。此實施例之發光封裝14 大體上類似於圖21A中說明之發光封裝13 。因此，上文中所論述之關於發光封裝13 之描述亦適用於發光封裝14 。然而，發光裝置14 之p型導電基板200b 具有通孔接點212 而非第二n型摻雜區域206 。通孔接點212 可包括中央導電材料及視情況外部絕緣層(未展示)。結果，第二導電中間層211 (i)增強第一電極140 (其位於發光結構110 之次要部分110b 上)之表面與p型導電基板200b 之間的結合，及(ii)與p型導電基板200b 中之通孔接點212 電連通(或接觸)。
可藉由修改上文描述之用於製造(i)具有凹槽之垂直型發光裝置(圖8中說明之發光裝置2 )及(ii)具有凹槽及齊納二極體之垂直型發光裝置(圖16B中說明之發光裝置8 )之方法來獲得發光裝置9' (圖21A中說明)及9" (圖21B中說明)。用於發光裝置9' 及9" 兩者之兩公共額外過程步驟可包括以下步驟：(i)自凹槽區118 之至少一部分(例如，發光結構110 之主要部分110a 與次要部分110b 之間的區)局部地移除第一電極層140 ，以將主要部分100a 之第一電極層140 自次要部分100b 斷開或形成凹槽區118 中斷開之圖案化第一電極層；及(ii)在形成第一電極層之前或之後在發光結構110 之次要部分110b 中形成通孔接點145 (例如，形成到達第一覆蓋層112 之通孔且使用導電材料填充通孔)，如圖6B中說明。在結合至第二導電基板200 之前進行此等額外步驟。
進行「自凹槽區118 之至少一部分局部地移除且斷開第一電極層140 」之過程步驟，以防止發光結構110 之次要部分110b 與主要部分100a 之間經由第一電極層140 的電連通，藉此防止裝置內之電短路。因此，替代性方法包括形成圖案化第一電極層140 ，其中圖案化第一電極層為用於主要部分100a 之獨立第一電極層140 及用於次要部分100b 之獨立第一電極層140 ，藉此防止發光結構之主要部分與次要部分之間的電連通。在另一替代性方法中，可僅在主要部分100a 上且不在次要部分110b 上形成圖案化第一電極層140 。
關於發光裝置9' (圖21A)，額外過程步驟可包括以下步驟：(i)除先前描述之在結合導電基板前摻雜區域205 外，摻雜(例如，藉由離子植入)導電基板200b 之額外區域206 (對應於發光結構之次要部分110b )；(ii)視情況在導電基板200b 之摻雜區域205 及206 內形成圖案化導電中間層210 及211 ；(iii)使圖案化導電中間層210 及211 (對應於摻雜區域205 及206 )與第一電極層之對應於絕緣層120 中凹座121 之部分及通孔接點145 對準及附接；及其步驟之任何組合。可在用於摻雜區域205 之摻雜過程的同時進行用於摻雜區域206 之摻雜過程的至少一部分，及/或可在獨立過程步驟中進行用於摻雜區域206 之摻雜過程。此外，可在隨後階段(例如，在結合後)使導電基板200b 變薄以允許在導電基板200b 之兩側上暴露摻雜區域206 。
關於發光裝置9'' (圖21B)，額外過程步驟可包括以下步驟：(i)在形成摻雜區域205 之前或之後，形成對應於發光結構110 之次要部分110b 之通孔接點212 (例如，經由導電基板200b 形成通孔且使用導電材料填充通孔)；(ii)視情況在導電基板200b 之摻雜區域205 及206 內且對應於通孔接點212 形成圖案化導電中間層210 及211 ；(iii)使圖案化導電中間層210 及211 (對應於摻雜區域205 及通孔接點212 )與第一電極層之對應於絕緣層120 中凹座121 之部分及通孔接點145 對準及附接；及其步驟之任何組合。
可以與上文描述之發光封裝12 大體上類似之方式利用發光封裝13 (圖21A中說明)及發光封裝14 (圖21B中說明)。藉由在發光封裝上施加正向偏壓來激活(例如，發光)發光封裝13 及發光封裝14 ，例如，在第一導電區域310 上施加負偏壓且在第二導電區域320 上施加正偏壓。電子藉由第二n型摻雜區域206 或通孔接點212 自第一導電區域310 流動至通孔接點145 ，如圖21A及21B之左側虛線箭頭說明。當在發光封裝上施加反向偏壓時，例如，在第一導電區域310 上施加正偏壓且在第二導電區域320 上施加負偏壓，電子將自第二導電區域320 流動至導電中間層210 。當反向偏壓中之電壓達到某一擊穿電壓時(例如，靜電放電之危險位準)，齊納二極體(亦即，n型摻雜區域205 及p型導電基板200b )將允許電子流經n型摻雜區域205 及p型導電基板200b 且經由第一導電區域310 流出，藉此保護發光裝置9' 、9" 。
圖19-21B中說明之實施例可進一步包括發光表面上之表面紋理化(未展示)或發光表面上之一個透鏡或複數個透鏡。
圖22說明非囊封發光封裝15之 另一實施例，其包含限界至電路板300 上之第一導電區域310 的發光裝置1 。此實施例與圖17及18中說明之實施例類似。因此，相同參考數字識別封裝之相同元件(或結構)。然而，此實施例中之電路板300 包括：(i)具有先前描述之第一導電區域310 及第二導電區域320 的第一表面；及(ii)具有第三導電區域312 及第四導電區域322 的第二表面。電路板300 進一步包括：(a)連接第一導電區域310 及第三導電區域312 之至少一第一通孔316 ；及(b)連接第二導電區域320 及第四導電區域322 之至少一第二通孔326 。此特定實施例為有益的，因為通孔316 、326 在無需額外連接之情況下允許對外部裝置(例如，電源)之連接。
圖23A-23D說明各種囊封實施例，亦即，囊封發光封裝16-19 。儘管此等圖式說明非囊封封裝10 (圖17及18中說明)之使用，但可類似地囊封先前描述之封裝中之任一者。囊封至少提供以下益處：(i)充當保護之實體障壁；及(ii)俘獲磷光體之能力，藉此允許控制所發射光之波長(例如，顏色)。可使用一或多個囊封層。
可使用熟習此項技術者已知的任何合適囊封。用於囊封劑之有用材料包括(但不限於)環氧樹脂、聚矽氧、硬質聚矽氧、胺基甲酸酯、氧基甲酸酯(oxethane)、丙烯、聚碳酸鹽、聚醯亞胺、其混合物及其組合。較佳使用此種囊封劑，其(i)大體上透明以最大化光發射，及(ii)在其未固化狀態為可流動的。
類似地，可使用熟習此項技術者已知的任何合適磷光體。可在以下專利案中發現有用磷光體之合適實例：1999年12月7日頒予Shimizu等人且題為「Light Emitting Device Having a Nitride Compound Semiconductor and a Phosphor Containing a Garnet Fluorescent Material」之美國專利案第5,998,925號、2007年11月20日頒予Tamaki等人且題為「Nitride Phosphor and Production Process Thereof,and Light Emitting Device」之美國專利案第7,297,293號、2007年7月24日頒予Murazaki等人且題為「Light Emitting Device」之美國專利案第7,247,257號、2007年11月27日頒予Izuno等人且題為「Light Emitting Apparatus and Method of Manufacturing the Same」之美國專利案第7,301,175號、2000年5月23日頒予Hohn等人且題為「Wavelength-Converting Casting Composition and Its Use」之美國專利案第6,066,861號、2004年11月2日頒予Reeh等人且題為「Light-Radiating Semiconductor Component with a Luminescence Conversion Element」之美國專利案第6,812,500號、2002年7月9日頒予Mueller等人且題為「Phosphor Converting Light Emitting Diode」之美國專利案第6,417,019號、2005年5月10日頒予Kozawa等人且題為「Light Emitting Device」之美國專利案第6,891,203號、2007年1月2日頒予Ota等人且題為「Light Emitting Device Having a Divalent-Europium-Activated Alkaline Earth Metal Orthosilicate Phosphor」之美國專利案第7,157,746號，及頒予Tasch等人且題為「Light Source Comprising Light-Emitting Element」之美國專利案第6,809,347號，該等專利案之全部內容以引用之方式併入本文中。如上文所論述，磷光體可將由發光裝置產生之光之至少一部分轉換為另一波長之光，藉此允許所發射光之顏色變化。舉例而言，可藉由利用發射藍光之發光結構且使用包含黃色螢光材料之磷光體獲得白光。類似地，可利用紅色磷光體以增加演色指數。
圖23A說明囊封發光封裝16 ，其包含：發光封裝10 ；包括囊封於第一囊封劑342 中之複數個磷光體微粒344 的磷光體區域340 ；及囊封磷光體區域340 之第二囊封劑350 。第一囊封劑342 及第二囊封劑350 可由相同材料或不同材料製成。咸信第二囊封劑350 可防止對磷光體區域340 之損害(例如，由濕氣引起)。
圖23B說明包含發光封裝10 、磷光體層344 及囊封劑350 之囊封發光封裝17 。可在囊封經磷光體塗佈之封裝前將薄磷光體層344 噴塗於非囊封封裝11 上。
圖23C說明包含發光封裝10 、磷光體層344 、囊封劑342 及具有垂直延伸側壁301 之修改電路板300 的囊封發光封裝18 。儘管電路板300 之側壁301 為直線，但側壁301 可成角度以增加光反射及發射。此實施例中，側壁301 較佳為反射的。如說明，可在無囊封劑之情況下利用此實施例，尤其當在封閉照明系統內利用發光封裝18 時。或者，可將囊封劑(未展示)及/或磷光體(未展示)加入由電路板300 及側壁301 建立之外殼中，如先前所描述。
圖23D說明囊封發光封裝19 ，其包含由第一囊封劑342 囊封之發光封裝10 、覆蓋第一囊封劑342 之磷光體層344 及囊封由磷光體層344 覆蓋之第一囊封劑的第二囊封劑350 。第一囊封劑342 及第二囊封劑350 可由相同材料或不同材料製成。咸信第二囊封劑350 可防止對磷光體層344 之損害(例如，由濕氣引起)。
圖24-26提供各種封裝組態，其提供發光裝置1 之陣列。圖24說明發光裝置1 之陣列，其中發光裝置1 之子群串聯置放。每一子群中之發光裝置限界至電路板300 上之共用第一導電區域310 。將每一子群中之每一發光裝置1 之第二電極150電 連接至電路板300 上之共用第二導電區域320 。圖25說明此發光裝置1 之陣列，其中串聯置放之發光裝置1 之每一子群由共用磷光體區域340 及/或共用第二囊封350 囊封。圖26說明此發光裝置1 之陣列，其中每一發光裝置由磷光體區域340 及/或第二囊封350 個別地囊封。
圖27-31說明包含本發明之發光封裝及發光裝置之照明系統。圖27說明LCD面板，其包含：(i)包括安裝於具有反射側壁301 之電路板300 上之至少一發光裝置1 的發光封裝18 ，(ii)具有圖案412a 之反射薄片412 ，反射薄片成角度以控制預定方向中光之反射，(iii)轉移薄片410 ，(iv)傳播薄片414 ，(v)至少一稜鏡薄片416 ，及(vi)顯示面板450 。當使用發光裝置1 時，反射側壁301 並非必需的，發光裝置1 提供所發射光之方向控制。
圖28說明投影系統，其包含：(i)包括發光封裝之光源410 ，如本文中描述，(ii)聚光透鏡420 ，(iii)彩色濾光器430 ，(iv)銳化透鏡440 ，(v)數位微鏡裝置450 ，及(vi)投影透鏡480 。將所得影像投影於螢幕490 上。
類似地，圖29-31分別說明汽車之具有發光封裝10 之前燈、具有至少一發光封裝10 之路燈及具有至少一發光封裝10 之泛光燈。
1．．．發光裝置
2．．．發光裝置
3．．．發光裝置
4．．．發光裝置
5．．．發光裝置
6．．．發光裝置
7．．．發光裝置
8．．．發光裝置
9．．．發光裝置
9'．．．發光裝置
9"．．．發光裝置
10．．．非囊封發光封裝
11．．．非囊封發光封裝
12．．．非囊封發光封裝
13．．．非囊封發光封裝
14．．．非囊封發光封裝、發光裝置
15．．．非囊封發光封裝
16．．．囊封發光封裝
17．．．囊封發光封裝
18．．．囊封發光封裝
100．．．第一基板
109．．．第一表面
110．．．發光結構
110a．．．發光結構之主要部分
110b．．．發光結構之次要部分
111．．．發光結構之區
111a．．．第一覆蓋層
112．．．第一覆蓋層
112a．．．第一覆蓋層
112b．．．第一覆蓋層
113．．．成角度側表面
113a．．．側表面
113b．．．側表面
114．．．作用層
114a．．．作用層
115．．．第二表面
116．．．第二覆蓋層
116a．．．第二覆蓋層
116b．．．第二覆蓋層
117．．．側表面
118．．．凹槽
119．．．透鏡
120．．．絕緣層
121．．．凹座
130．．．歐姆層
140．．．第一電極
145．．．通孔接點
150．．．第二電極
200．．．第二基板
200b．．．p型導電基板
205．．．n型摻雜區域
206．．．n型摻雜區域
210．．．導電中間層
211．．．導電中間層
300．．．電路板
301．．．側壁
310．．．第一導電區域
312．．．第三導電區域
316．．．第一通孔
320．．．第二導電區域
322．．．第四導電區域
326．．．第二通孔
330．．．第一導線
332．．．第二導線
340．．．磷光體區域
342．．．第一囊封劑
344．．．磷光體層
350．．．囊封劑
410．．．轉移薄片
412．．．反射薄片
412a．．．圖案
414．．．傳播薄片
416．．．稜鏡薄片
420．．．聚光透鏡
430．．．彩色濾光器
440．．．銳化透鏡
450．．．數位微鏡裝置、顯示面板
480．．．投影透鏡
490．．．螢幕
L1．．．光線
L2．．．光線
L3．．．光線
α．．．角
圖1A-1H說明用於製造發光裝置之方法之一項實施例；
圖2A說明處理複數個第一基板之一種方法；
圖2B說明有益於形成LED之p-n接面之各種材料之某些屬性；
圖3及4說明發光裝置之兩實施例，其可自圖1A-1H說明之方法獲得；
圖5說明圖3及4中說明之實施例之橫截面圖；
圖6A-6C說明用於製造發光裝置之方法之另一實施例；
圖7、9及10說明發光裝置之三個實施例，其可自圖6A-6C所說明之方法獲得；
圖8說明圖7中說明之實施例之橫截面圖；
圖11A-11D說明用於製造發光裝置之方法之另一實施例；
圖11E說明圖11A-11D中說明之方法之變化；
圖12及14說明發光裝置之兩實施例，其可自圖11A-11D說明之方法獲得；
圖13說明發光裝置之另一實施例，其可自圖11E說明之方法獲得；
圖15為說明具有齊納二極體之發光裝置的電路圖；
圖16A及16B說明具有齊納二極體之發光裝置之兩實施例；
圖17說明發光封裝之實施例；
圖18說明圖17中說明之實施例之橫截面圖；
圖19及20說明具有齊納二極體之發光封裝之兩實施例；
圖21A及21B說明具有齊納二極體之發光封裝之兩額外實施例；
圖22說明發光封裝之另一實施例；
圖23A-23D說明發光封裝之額外實施例；
圖24-26說明發光封裝陣列之各種實施例；及
圖27-31說明具有一或多個發光封裝或發光封裝陣列之系統的各種實施例。
1．．．發光裝置
109．．．第一表面
110．．．發光結構
112．．．第一覆蓋層
113．．．成角度側表面
114．．．作用層
116．．．第二覆蓋層
120．．．絕緣層
121．．．凹座
130．．．歐姆層
140．．．第一電極
150．．．第二電極
200．．．第二基板
210．．．導電中間層
L1．．．光線
L2．．．光線
L3．．．光線
α．．．角

Claims (20)

  1. 一種製造一發光裝置之方法，其包含：在一第一基板上形成至少一發光結構，該發光結構包含該第一基板上之一第一覆蓋層、該第一覆蓋層上之一作用層、該作用層上之一第二覆蓋層，及包含該第一覆蓋層、該作用層及該第二覆蓋層之暴露側的至少一傾斜側表面，其中該發光結還構括至少一凹槽以至少分離該第二覆蓋層及該作用層且同時提供該第一覆蓋層的一連續部分，其中該凹槽之一部分界定該發光結構之一主要部分，該凹槽之另一部分界定該發光結構之一次要部分；在該發光結構上形成一圖案化絕緣層，其中該絕緣層包括一暴露該第二覆蓋層之一部分的凹座；在該凹座中及該絕緣層之至少一部分上形成一第一電極層；將該第一電極層之至少一部分附接至一第二導電基板；在該主要部分的該第一覆蓋層上的一部分形成一凸出結構，移除該第一基板以暴露該第一覆蓋層之至少一表面；及在該次要部分之該第一覆蓋層之該暴露表面上形成一第二電極。
  2. 如請求項1之方法，進一步包含分離該第二基導電板及圍繞該發光結構之區域以形成包含至少一發光結構之至 少一發光裝置。
  3. 如請求項1之方法，其中該形成一絕緣層步驟包含在該發光結構之該至少一傾斜側表面之至少一部分及該第二覆蓋層上形成一絕緣層。
  4. 如請求項1之方法，其中該形成一絕緣層步驟包含至少在該發光結構之該作用層之該暴露側表面及該第一覆蓋層上形成一絕緣層，且其中該形成一第一電極層步驟包含至少在該第二覆蓋層上形成一第一電極層。
  5. 如請求項1之方法，進一步包含在該凹座中形成一歐姆層，其中該第一電極層形成於該歐姆層及該絕緣層之至少一部分上。
  6. 如請求項1之方法，其中該第二導電基板包含一齊納(zener)二極體，該齊納二極體包含該導電基板之一摻雜區域，其中該摻雜區域具有與該第二導電基板之導電類型相反之一導電類型，且其中僅該摻雜區域與該第一電極電連通。
  7. 一種製造一發光裝置之方法，其包含：在一第一基板上形成至少一發光結構，該發光結構包含該第一基板上之一第一覆蓋層、該第一覆蓋層上之一作用層、該作用層上之一第二覆蓋層、包含該等層之暴露側之至少一側表面以及至少一凹槽，該至少一凹槽至少分離該第二覆蓋層與該作用層同時至少提供該第一覆蓋層之一連續部分，其中該凹槽之一部分界定該發光結構之一主要部分，且該凹槽之另一部分界定該發光結構 之一次要部分；在該發光結構上形成一絕緣層，其中該絕緣層包括一凹座以暴露該第二覆蓋層之一部分；在該凹座中及該絕緣層之至少一部分上形成一圖案化第一電極層，其中該第一電極層在該凹槽區域中為不連續的以電隔離該次要部分；形成一自該第一電極層延伸至該發光結構之該次要部分之該第一覆蓋層的絕緣通孔接點；將該第一電極層之一表面之至少一部分附接至一第二導電基板，其中該第二導電基板包含一圖案化導電中間層，該圖案化導電中間層具有一用於附接至該第一電極層之對應於該凹座之該表面的第一部分及一用於與該通孔接點電連通之第二部分；移除該第一基板以暴露該第一覆蓋層之至少一表面；及分離該第二導電基板與圍繞該發光結構之區域以形成包含至少一發光結構之至少一發光裝置。
  8. 如請求項7之方法，其中該第二導電基板包含：(i)一具有第一摻雜區域之齊納二極體，及(ii)一經由該第二導電基板延伸之第二摻雜區域，其中該圖案化導電中間層之該第一部分安置於該導電基板之該第一摻雜區域上及內部且附接至該第一電極之對應於該凹座之該表面的至少一部分，且其中該圖案化導電中間層之該第二部分安置於該導電基板之該第二摻雜區域上及內部且接觸該發光結構之該次要部分之該通孔接點。
  9. 如請求項8之方法，其中該第二導電基板包含：(i)一具有第一摻雜區域之齊納二極體，(ii)一經由該第二導電基板延伸之絕緣通孔接點，其中該圖案化導電中間層之該第一部分安置於該導電基板之該第一摻雜區域上及內部且附接至該第一電極之對應於該凹座之該表面之至少一部分，且其中該圖案化導電中間層之該第二部分安置於該導電基板之該通孔接點上且接觸該發光結構之該次要部分之該通孔接點。
  10. 一種自如請求項1之方法獲得之發光裝置。
  11. 一種發光裝置，其包含：一發光結構，其具有一發光第一表面、一第二表面、與該第二表面相比成一角度傾斜之至少一側表面、一具有一第一表面及一第二表面之作用層、在該作用層之該第一表面上且提供該發光結構之該第一表面的一第一覆蓋層以及在該作用層之該第二表面上且提供該發光結構之該第二表面的一第二覆蓋層；沿著該發光結構的該第二表面有一凹槽，以提供該發光結構之一主要部分以及該發光結構之一次要部分，其中該凹槽至少分離該第二覆蓋層及該作用層且同時提供該第一覆蓋層的一連續部分；一絕緣層，其在該發光結構之該至少一側表面之至少一部分及該第二表面上，其中該絕緣層包括一暴露該第二覆蓋層之至少一部分的凹座；連接至該發光結構之第一及第二電極，其中該第一電 極在該凹座中及該絕緣層之至少大部分上；及一導電基板，其附接至該第一電極之一表面之一部分，其中在該發光結構的該主要部分的該第一覆蓋層上的一部分有一凸出形狀，其中該第二電極是位於該發光結構的該次要部分之該第一表面上。
  12. 如請求項11之裝置，其中該絕緣層向該發光結構之該側表面上延伸以包括至少該作用層。
  13. 如請求項11之裝置，其中該絕緣層向該發光結構之該整個側表面上延伸。
  14. 如請求項11之裝置，其中該絕緣層至少位於該對應於該發光結構之該作用層及該第一覆蓋層之側表面上，且其中該第一電極層至少位於該第二覆蓋層上。
  15. 如請求項11之裝置，其中該第一電極層位於該第二覆蓋層上且位於該絕緣層之至少一部分上。
  16. 如請求項11之裝置，其中該第一覆蓋層包含一凸形透鏡部分。
  17. 如請求項11之裝置，其中該導電基板包含一齊納二極體，該齊納二極體包括該導電基板之一摻雜區域，其中僅該摻雜區域與該第一電極電連通。
  18. 如請求項17之裝置，其中該第二導電基板進一步包含一安置於該導電基板之該摻雜區域上及內部之圖案化導電中間層，且其中該第一電極層之該表面之至少一部分連接至該導電中間層。
  19. 一種垂直型發光裝置，其包含：一發光結構，其具有發光的一第一表面、至少一側表面、一第二表面、一作用層具有一第一表面及一第二表面、一第一覆蓋層在該作用層的該第一表面上以提供該發光結構的該第一表面、一第二覆蓋層在該該作用層的該第二表面上以提供該發光結構的該第二表面、以及沿著該發光結構的該第二表面有一凹槽，以提供該發光結構之一主要部分以及該發光結構之一次要部分，其中該凹槽至少分離該第二覆蓋層及該作用層且同時提供該第一覆蓋層的一連續部分，其中在該發光結構的該主要部分的該第一覆蓋層上的一部分有一凸出形狀；一圖案化絕緣層，其在該發光結構之該第二表面及該至少一側表面之至少一部分上，其中該絕緣層包括一暴露該第二表面之一部分的凹座；一基板，其支撐該發光結構；一第一電導管，其用於連接至一電源；一第二電導管，其用於連接至該電源；一用於電連接該發光結構之該次要部分之該第一表面與該第一電導管之構件；及一用於電連接該發光結構之該第二表面與該第一電導管且用於反射照射在該發光結構之該至少一側表面上之光的構件。
  20. 如請求項19之裝置，其中該用於反射光之構件亦將熱量傳導遠離該發光結構。
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