TWI545353B - 改良的高反射率鏡及其製造方法 - Google Patents

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Description

改良的高反射率鏡及其製造方法
本發明係關於一種複合高反射率鏡且更特定言之係關於諸等具有一或多個拋光內表面之鏡及其製造方法。
本發明係在政府支持下以國家能源技術實驗室合同號第DE-FC26-07NT43225號而開發。政府具有本發明之某些權利。
發光二極體(LED)係將電能轉化為光之固態裝置，且通常包括夾在相對之摻雜n型及p型層間之一或多個半導體材料活性層。當將偏壓施加跨經摻雜層時，電子及電洞便被注入該活性層中，其中其等重新結合產生光。光係自該活性層並自該LED之所有表面發射。
就一般LED而言，其較佳係在最高光發射效率下操作。度量發射效率之一方法係以流明/瓦為單位之相對輸入功率之發射強度。使發射效率最大化之一種方法係增加由LED活性區發射之光的擷取。就具有單一外部耦合表面之習知LED而言，外部量子效率可能受限於來自LED發射區之光的總內反射(TIR)。LED半導體與周圍環境間之折射率的較大差異會引起TIR。例如，歸因於相較周圍材料(諸如環氧樹脂)之折射率為更高之基板折射率，一些LED具有相對低的光擷取效率。此差異導致較小逃逸角錐(escape cone)，其中來自活性區域之光線可自基板發送入環氧樹脂中並最終逃離LED封裝。不逃逸之光會在半導體材料中或在反射光之表面處被吸收。
已開發不同方法以減少TIR及改良總光擷取。一普及方法係表面紋理。由於表面紋理提供使光子更大可能尋找逃逸角錐之不同表面，故其增加光逃逸機率。未發現逃逸角錐之光繼續進行TIR並在不同角度下反射紋理表面直至其發現逃逸角錐。已於許多文章中論述表面紋理之優點。[參見Windisch等人之Impact of Texture-Enhanced Transmission on High-Efficiency Surface Textured Light Emitting Diodes，Appl. Phys. Lett.，第79卷，第15期，2001年10月，第2316-2317頁；Schnitzer等人之30% External Quantum Efficiency From Surface Textured,Thin Film Light Emitting Diodes，Appl. Phys. Lett.，第64卷，第16期，1993年10月，第2174-2176頁；Windisch等人之Light Extraction Mechanisms in High-Efficiency Surface Textured Light Emitting Diodes，IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics，第8卷，第2期，2002年3月/4月，第248-255頁；Streubel等人之High Brightness AlGaInP Light Emitting Diodes，IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics，第8卷，No. 2002年3月/4月]。
亦讓與Cree Inc.之美國專利第6,657,236號揭示形成於半導體層上用於增強LED中之光擷取結構。
增加光擷取效率之另一方法係提供反射光之反射表面，使其能自LED晶片或LED封裝增加有用的發射。在圖1所示之典型LED封裝10中，單一LED晶片12可藉由焊料結合或導電性環氧樹脂而安裝於反射杯13上。一或多根焊線11連接LED晶片12之歐姆接觸件與可附於或整合於反射杯13之引線15A及/或15B。該反射杯可裝滿包含諸如磷光質之波長轉化材料的密封劑材料16。由LED以第一波長發射之光可由磷光質吸收，回應性地以第二波長發光。整個總成可密封於透明保護性樹脂14中，其係以透鏡之形狀模製以校準LED晶片12發射之光。雖然反射杯13引導光向上，但在反射光之時亦會出現光學損失。歸因於實際反射器表面反射率小於100%，故一些反射器杯會吸收一些光。一些金屬在所研究的波長範圍中具有少於95%之反射率。
圖2顯示另一LED封裝，其中一或多個LED晶片22可安裝於諸如印刷電路板(PCB)承載體之承載體、基板或基台23上。安裝於基台23上之金屬反射器24包圍LED晶片22並反射由LED晶片22發射之光遠離封裝20。反射器24亦提供LED晶片22之機械保護。在LED晶片22上之歐姆接觸件及基台23上之電跡線25A、25B之間製造一或多個焊線連接件11。然後以密封劑26覆蓋經安裝之LED晶片22，此可提供晶片之環境及機械保護同時其亦可用作透鏡。一般藉由焊料或環氧樹脂結合而將金屬反射器24附接於承載體。反射光時，金屬反射器亦經受光學損失，此因其亦具有小於100%之反射率之故。
圖1及圖2所示反射器係經配置以反射逃離LED之光。亦已開發具有在內部反射光之內反射表面的LED。圖3顯示LED晶片30之簡圖，其中藉由金屬結合層36將LED 32安裝於基台34上。該LED另包括在LED 32與金屬結合層36間之p接觸/反射器38，且反射器38一般包括諸如(Ag)之金屬。此配置可用於市售可購LED中，諸如以EZBrightTM族LED名獲自 Inc.者。反射器38可將LED晶片發射至基台之光反射回LED主要發射表面。該反射器亦會將TIR光反射回LED主要發射表面。如同上述金屬反射器，反射器38反射少於100%之光且在一些情況下，少於95%。利用諸如來自Software Spectra,Inc.(www.sspectra.com).之TFCalcTM薄膜設計軟體由與材料相關之光學常數計算半導體層上之金屬膜的反射率。
圖4為顯示在不同視角下氮化鎵(GaN)上之Ag對波長為460 nm之光所算出之反射率的圖40。取GaN之折射率為2.47(技術中已知數值)，而銀之複折射率亦係於技術中已知。該圖顯示p偏振反射率42、s偏振反射率44及平均反射率46，其中平均反射率46通常說明對LED而言之金屬的總反射率，其中光係由隨機偏振而產生。在0度之反射率比在90度之反射度低，且此差異可導致在每一反射上有5%或更多的光損失(即被吸收)。在LED晶片中，TIR光可在其逃逸之前數次反射鏡，且因此鏡反射率之微小變化可導致LED亮度之顯著變化。在每一反射面上之鏡吸收的累積作用可降低光強度以使少於75%之來自LED活性區之光實際上逃逸為LED光。因此，期望具有反射率儘可能高且超過Ag之鏡。
一種用於製造根據本發明實施例之高反射率元件之方法包括以下步驟(無特定順序)。提供基座元件。將至少一個透明介電層沉積於該基座元件上，該至少一個介電層具有較該基座折射率小之第一折射率。反射蓋層係沉積於背對該基座元件之至少一個透明介電層上。拋光該高反射率元件之至少一個內表面。
根據本發明一實施例之複合高反射率鏡(CHRM)包括以下元件。至少一個透明介電層係在基座元件上。反射蓋層係在背對該基座元件之該至少一個透明介電層上。拋光該CHRM之至少一個內表面。
根據本發明一實施例之發光二極體(LED)包括以下元件。具有拋光表面之電流散佈層係在發光結構上。至少一個介電層係在背對該發光結構的該電流散佈層之拋光表面上。反射蓋層係在背對該電流散佈層之該至少一個介電層上。
如於專利申請範圍中實施之本發明係關於具有至少一個相對光滑內表面界面之複合高反射率鏡(CHRM)。CHRM特別適用於諸如LED或雷射二極體之固態發光裝置中。CHRM裝置係於與本發明一起讓與Cree,Inc.之Ibbetson等人的美國專利申請案第12/316,097號中詳細敘述，且其係以引用之方式併入，如同本文完全闡述之。CHRM材料可用作佈置於發射體裝置內部之接觸件或層體以增加發射效率。此處參照LED描述本發明實施例，但應瞭解諸等概念同樣適用於其他類型發射體。本發明之實施例可用作連同一或多個接觸件的反射器或可用作與該等接觸件分離之反射器。
反射率經改良之CHRM減少在反射由活性區發射之光朝著遠離有用光發射方向(諸如朝著基板或基台)過程中會出現之光學損失。CHRM亦減少在LED內反射TIR光時會出現之損失。本發明實施例提供可包括CHRM之各種獨特層體組合，其中至少一個層體經拋光以形成光滑表面。該CHRM可位在諸如LED之外表面上或LED內部之許多不同位置中。當使用LED時，CHRM可施用於晶片及/或封裝表面兩者上。CHRM結構亦可施用於諸如反射器杯之其他表面。
最近研究表明，在CHRM內之一些層體之小尺寸粗糙度(諸如約10 nm之均方根(RMS)粗糙度)會降低CHRM之反射率。就CHRM之最優性能而言，在各種組件層體間的各自界面必須光滑，且RMS粗糙度小於2 nm且較佳小於1 nm。因此，本文揭示具有光學光滑界面之CHRM結構以及可用於拋光各種層表面以獲得光滑界面結構之方法。
本發明之不同實施例亦提供具有提供穿過CHRM結構之導電性的導電通孔或路徑配置之LED。此允許電信號沿著該等通孔穿過該CHRM以使該CHRM可用作LED裝置或其類似物內之內層。此通孔配置可採用如下所述之許多不同形狀及尺寸。
參照若干實施例描述本發明；然而，應瞭解本發明可以許多不同形式實施且不應限於本文所闡述之實施例。特定言之，CHRM可包括具有除本文所述以外之許多不同厚度的不同材料之許多不同層體。CHRM可置於除本文所述以外之不同固態發射體上之許多不同位置中。此外，CHRM可配有或不配有允許電信號通過之導電性結構。除非另有明確指明，否則一或多個拋光表面可置於該裝置內之層體間。
亦應瞭解當諸如層體、區或基板之元件係指「在」另一元件「上」時，其可直接在另一元件上或亦可存在置於中間之元件。此外，諸如「內部」、「外部」、「上部」、「在...上方」、「下部」、「在...底部」及「在...下方」之關係術語及相似術語可用於本文中以描述一層或區與另一層或區間之關係。應瞭解此等術語係意欲涵蓋裝置除了圖中所描繪之取向以外之不同取向。
雖然術語第一、第二等可用於本文中以描述各種元件、組件、區、層體及/或區段，但此等元件、組件、區、層體及/或區段不應限於此等術語。此等術語僅係用於區分一元件、組件、區、層或區段與另一元件、組件、區、層或區段。因此，在不脫離本發明之教示下，以下所述之第一元件、組件、區、層或區段可定義為第二元件、組件、區、層或區段。
此處參照概要闡述本發明實施例的截面圖說明來描述本發明之實施例。圖未按比例繪製。因此，層體之實際厚度可不同，且預期例如因製造技術及/或公差而偏離所說明之形狀。不應將本發明實施例視為本文所闡述區域之特定形狀，但包括例如因製造引起之形狀偏差。所闡述或所描述為方形或矩形之區域一般具有歸因於製造公差而具有圓形或弧形特徵。因此，圖中所述之區域/層體實際上為概要。其等形狀不係闡述裝置之區域/層體之精確形狀且不限制本發明之範圍。
圖5係根據本發明實施例之CHRM 500之截面圖。提供具有拋光表面504之基座元件502。至少一個透明介電層506係沉積於該基座元件502上。反射蓋層508係沉積於背對該基座元件502之透明介電層506上。CHRM 500可包括此等層體作為基本鏡堆疊。在其他實施例中，例如介質層可由混合電介質/金屬堆疊或布拉格(Bragg)鏡堆疊替代或與之整合。
基座元件502可包括許多不同結構。在一實施例中，例如基座元件502包括電流散佈層，諸如氧化銦錫(ITO)。此實施例特別適用於LED結構中。在LED中，電流散佈層可置於與包括發光活性區之半導體層背對的基板上。在此組態中，CHRM 500可用於反射來自該活性區背向所期發射方向之光，減少在LED晶片/封裝內之其他元件所吸收之光的百分比。雖然本文詳細論述用於LED中之CHRM設計，但應瞭解CHRM裝置具有遠超過其等於LED中之用途的應用。基座元件502可包括其上可沉積介電層504之任何透射結構。在一些實施例中，例如，可於無中間電流散佈層的情況下將介電層504沉積於基板，諸如藍寶石或碳化矽(SiC)或GaN上。
在沉積介電層之前，可拋光基座元件之一或多個表面。拋光基座元件502之表面504以減少粗糙度，如圖6所示。為獲得良好性能，應拋光表面504以具有小於約2nm，及較佳小於約1nm之均方根(RMS)粗糙度。
在製造期間，可利用許多不同製程來拋光該裝置之內表面之一。例如，有許多習知處理可用於拋光，諸如機械處理、化學機械平面化(CMP)、電漿蝕刻、離子束蝕刻或濕式蝕刻。不同製程適用於不同材料。在一些實施例中，基座元件502包括ITO層。在此情況下，可利用六氟化硫及氬(SF6/Ar)電漿蝕刻來拋光一或多個ITO層表面。在其他實施例中，可能需要拋光SiO2層之表面，在此情況下，利用Ar之離子電漿蝕刻製程可能適宜。可使用許多不同拋光製程於在CHRM 500之一內表面上獲得特定光滑度。此等製程可實施為在沉積製程期間之中間步驟，或於在基板上沉積任何層體(例如電流散佈層或介電層)之前處理該基板之情況下，其等可在任何沉積步驟之前實施。
各種類型設備可用於進行拋光蝕刻。該設備可分為兩類：非原位及原位。
非原位設備可用於進行拋光蝕刻，但通常而言無法用於沉積任何CHRM層。亦即，當利用非原位設備時，膜沉積及拋光蝕刻不得不在不同設備中進行。非原位設備之一些實例為：反應性離子蝕刻器、電感耦合反應性離子蝕刻器及電漿蝕刻器。
另一方面，原位設備可用於完成拋光蝕刻及沉積CHRM 層。因此，利用原位製程，可沉積及拋光薄膜，然後皆可在不自該設備卸載樣品下沉積額外的薄膜。此外，在一些原位設備中，可同時進行拋光蝕刻與沉積，在此情況下，拋光蝕刻可保持薄膜粗糙度為可接受水準而不打斷沉積製程。原位設備之一些實例係：具有離子槍之e-束蒸發器，具有晶圓RF背向噴鍍能力之噴鍍沉積工具及電漿增強(或電感耦合電漿增強)CVD工具。
圖6(a，b)顯示未經拋光之ITO膜之原子力顯微鏡掃描圖(6a)及經拋光之ITO膜之原子力顯微鏡掃描圖(6b)。兩圖皆顯示已沉積於藍寶石基板上之100nm ITO膜表面。已在GaN及矽上獲得ITO膜之相似結果。圖6a顯示在拋光之前之膜。未經拋光之表面之RMS粗糙度為15.6nm。圖6b顯示暴露於SF6/Ar電漿蝕刻後50分鐘之相同膜。拋光表面RMS粗糙度為1.8nm。如先前所述可使用拋光表面之許多不同方法。雖然在無拋光步驟下可獲得RMS粗糙度為2nm或以下之未經拋光ITO膜，但已發現難以達到同時具有其他所希望之特性(諸如低吸收性、低電阻性及GaN之低接觸電阻)的光滑膜。
再次參照圖5，反射蓋層508係置於介電層506上。該反射蓋層508可具有許多不同厚度且可包括許多不同反射性材料，其中一些適宜材料為Ag、Al、Au及合金及其組合。可依據許多因素選擇材料，其中一個因素為經反射之光的波長。在用於藍色LED結構中之實施例中，反射蓋層508可包括具有厚度約為200nm之Ag。在其他實施例中， 例如反射蓋層508可包括諸如TiAg、NiAg、CuAg或PtAg之複合金屬層且在一些實施例中，此等複合層可對置於底層之介電層506提供改良之黏著性。諸如氧化銦錫(ITO)、Ni、Ti或Pt之材料的薄層亦可包含於介電層506與反射蓋層508間以改良黏著性。
圖7顯示根據本發明實施例之CHRM 700之截面圖。在此特定實施例中，介電層702包括不同電介質材料之多層堆疊。應瞭解可使用許多不同材料、厚度及配置。第一材料704係提供於基座元件502上。該第一層704可包括許多不同材料，且適宜材料包括透明電介質。可利用之一些電介質材料為SiN、SiO2、Si、Ge、MgOx、MgNx、ZnO、SiNx、SiOx及合金及其組合。離基座元件502最近之第一材料704層應相對較厚以提供可靠視角截止點(cut-off point)，高於該截止點，CHRM 700之反射率約為100%。在使用藍色發光LED之一實施例中，第一材料704可包括SiO2且具有在500-650範圍內之厚度，其中一實施例具有約591nm之厚度。
為改良在較低視角下之反射率及改良角平均反射性(AAR)，介電層702亦可包括一層或多層第二材料706，其中第一材料704及第二材料706具有不同折射率。在各種實施例中，可使用不同材料層且可包括不同數量層，其中圖7所示實施例具有三層包含SiO2之第一材料704層及兩層包含TiO2之第二材料706層。SiO2具有約1.46之折射率，而TiO2具有約2.34之折射率。三層SiO2層可具有不同厚度， 且兩層TiO2層可具有不同厚度。此提供與不同材料層具有相同厚度之標準分佈布拉格(Bragg)反射器(DBR)不同之複合介電層702。此類型DBR之一個此類實例係1/4波長DBR，其中SiO2及TiO2中之每一者可具有實質上約等於光之1/4波長之相同光學厚度。在介電層之另一實施例中，可使用五氧化二鉭(Ta2O5)替代TiO2。
圖8顯示根據本發明實施例之CHRM 800之截面圖。基座元件802包括置於藍寶石基板804上之ITO層。在此特定實施例中，第一材料層806包括SiO2及第二材料層808包括Ta2O5。第一材料層806與第二材料層808係以交替組態佈置。各自材料層806與808靠近基座元件802時較厚。第一材料層806及第二材料層808係以下列配置(圖8所示)沉積於ITO層802之拋光表面810上，以最靠近ITO層802之層體開始並向外移動：SiO2(522nm)、Ta2O5(86nm)、SiO2(95nm)、Ta2O5(65nm)、SiO2(48nm)。反射蓋層812係沉積於第一材料層806及第二材料層808上且包括一層Ag(200nm)及一層TiW(100nm)。
在不脫離申請專利之發明的範圍下，許多其他材料組合及層體厚度/配置亦可行。
圖9(a，b)顯示根據先前技術說明書製造之六個CHRM樣品之表格(9a)及實驗數據圖(9b)。CHRM裝置包括厚度為55nm及110nm之ITO層，接著為類似於圖8所示層體之介電及反射蓋層。在進行拋光蝕刻之前及之後，利用原子力顯微鏡量測ITO層之RMS粗糙度。在拋光蝕刻之前及之後量測ITO 層吸收並在440-480nm波長範圍中求平均值。通常而言，ITO吸收低且不受到拋光蝕刻之顯著影響。一旦CHRM完成，則量測反射率值，並在455-465nm範圍中求平均值。圖表數據顯示針對每一樣品，CHRM法線角反射率會隨在ITO/SiO2界面處降低之RMS粗糙度而增加。通常而言，較長蝕刻時間導致較低RMS粗糙度及較高CHRM反射率。然而，較長蝕刻時間亦會導致較高薄片電阻(R薄片)。因此，當選擇給定CHRM設計之最佳蝕刻時間時應考慮增加之薄片電阻。
來自圖9(a，b)之數據顯示當對ITO/SiO2界面施加拋光蝕刻時，在藍寶石基板上之CHRM裝置之法線角反射率之改良。亦可預期入射光在任何角度下之鏡面反射的改良。圖10係具有根據本發明實施例之整合CHRM結構1002之LED 1000之一部分的截面圖。諸如圖7所示者之CHRM 1002係沉積於背對活性區(未顯示)之p型半導體層1004上，例如p-GaN。在LED 1000中，在CHRM 1002中之粗糙界面處漫射並以不同於鏡面反射(A)之角度(B)反射進入p型層1004之光未必會損失。非鏡面反射光(B)可能會逃離LED 1000並促進輸出。然而，由於諸等介質層1006層體係經設計以經由相長干涉而使鏡面反射最大，故漫射光(B)在相長性上不可能會干擾鏡面反射光(A)。因此，在CHRM 1002內之漫射光可減少光輸出。
藉由施用拋光蝕刻可降低CHRM內之許多界面之粗糙度並增加光輸出。如上所述，參照圖7-9，有利將拋光蝕刻施用於基座元件(例如電流散佈層)以產生具有介質層之較光滑界面。由於首先其一般係最粗糙界面，故基座元件/介質層界面係拋光之較佳區域。例如，在ITO用作電流散佈層之實施例中，在退火製程後其對於110 nm厚膜具有大約10 nm均方根之粗糙度。然而，如圖11所示，亦可拋光該裝置之其他內表面以達成改良之光輸出。
圖11顯示具有根據本發明實施例之內CHRM結構1102之GaN LED 1100之截面圖。此特定實施例特徵為多層電介質堆疊1106及反射蓋層1108。在此結構中，可拋光在各種層體(例如表面A、B或C)間之一或多個界面。層體越厚，其表面趨於越粗糙。因此，由此可見可更有效拋光CHRM 1102內之較厚層體表面。拋光表面之若干組合亦可行。
應瞭解根據本發明之CHRM裝置可具有許多不同材料及厚度之不同層體。在一些實施例中，組合層包括由諸如導電氧化物之導電性材料製成之層體。該等導電性氧化層可具有不同折光率及不同厚度以提供改良反射率。不同實施例亦可具有第一材料層及第二材料層之完整及不完整對之不同配置。應瞭解CHRM可佈置於LED中之不同位置中且可包括不同特徵，以經由複合層提供導熱及導電性。
圖12(a-d)顯示具有整合CHRM結構之LED 120之另一實施例的截面圖。
圖12a闡述具有整合CHRM結構之LED 120，其包括電流散佈層64及複合結構62。該複合結構62包括一或多個介電層1206及反射蓋層1208。在此實施例中，如上詳細所述，可拋光電流散佈層64之一或多個表面及複合結構62以增加輸出效率。LED 120係經製造以使其可以覆晶取向佈置，因此就此實施例而言，如下進一步所述LED晶片末端會將介質層佈置為內層。因此，電信號應穿透複合結構62。現參照圖13與圖14，可形成通過複合結構62以隨機或等值間距之孔洞122，指定孔洞大小及其放置位置以使導電材料可沉積於孔洞內以形成導電通孔。在所示實施例中，孔洞122係等值間距。
在基座元件包括電流散佈層之不同實施例中，孔洞122可能穿過或不可能穿過電流散佈層。利用許多已知製程，諸如習知蝕刻製程或機械製程(諸如微型打孔)可形成孔洞122。孔洞122可具有許多不同形狀及尺寸，其中所示實施例中之孔洞122具有直徑約為20微米之圓形截面。相鄰孔洞122可係相隔約100微米。應瞭解孔洞122(及所形成通孔)可具有不同形狀之截面，諸如正方形、矩形、橢圓形、六邊形、五邊形等。在其他實施例中，該等孔洞不具有均一尺寸及形狀且相鄰孔洞間可具有不同間距。
現參照圖14，可形成通過複合結構且替代孔洞之互連柵格124，然後導電材料沉積於柵格124中以形成通過複合結構之導電路徑。柵格124可採用除了圖14所示以外之許多不同形式，且在不同實施例中，柵格部分以不同角度互連。施加於柵格124之電信號可沿互連部分傳播。應進一步瞭解在不同實施例中，柵格可與孔洞組合使用。
現參照圖12b，導電層126可沉積於CHRM上覆蓋反射蓋層1208並延伸入孔洞122中而形成通過複合結構62之通孔128。在其他實施例中，導電層126無法覆蓋所有的反射蓋層1208。導電層126可包括許多不同材料，諸如金屬或導電氧化物，該兩者可利用已知技術沉積。
現參照圖12c，可利用習知安裝技術將LED 120覆晶安裝於基台130。在所示實施例中，藉由導電性結合材料132將LED 50覆晶安裝於基台130。應瞭解在以晶圓級形成LED晶片然後將其單粒化之實施例中，該等LED晶片可係利用習知晶圓結合技術結合於基台130之晶圓。基台130可由許多不同材料製成且可具有許多不同厚度，適宜基台130為導電性，以使電信號可通過基台130施用於LED之活性區。該信號亦可沿著導電通孔128通過CHRM。
現參照圖12d，可利用習知研磨及/或蝕刻製程移除生長基板60(如圖12c所示)。可將第一接觸件134沉積於n型層56上及可將第二接觸件136沉積於該基台130上。該第一接觸件134及該第二接觸件136可包括許多不同材料，諸如Au、銅(Cu)、鎳(Ni)、銦(In)、鋁(Al)、銀(Ag)或其組合。在又另外實施例中，該第一接觸件134及該第二接觸件136可包括導電氧化物及透明導電氧化物，諸如ITO、氧化鎳、氧化鋅、氧化鎘錫、氧化銦、氧化錫、氧化鎂、ZnGa2O4、ZnO2/Sb、Ga2O3/Sn、AgInO2/Sn、In2O3/Zn、CuAlO2、LaCuOS、CuGaO2及SrCu2O2。依據接觸件之位置以及所需電特性，諸如透明性、結電阻及薄片電阻，選擇所用材料。n型層56之上表面可諸如藉由雷射紋理、機械成形、蝕刻(化學或電漿)、刻痕或其他製程而具有紋理或形狀以提高光擷取。
在操作期間，將電信號施加於LED 50橫越第一接觸件134及第二接觸件136。在第一接觸件134上之電信號傳播入n型層56中並傳播至活性區54。在第二接觸件136上之電信號傳播進入基台130中，沿著通孔128穿過複合結構62，穿過電流散佈層64，進入p型層58並到達活性區54。此導致活性區54發光，且複合結構62係經佈置以反射由活性區54發出朝著p型層58之光，或反射因朝著基台130及背向LED晶片頂端之TIR反射之光。CHRM利於朝著LED晶片頂端發射且由於其之經改良的反射率，故可降低在反射期間出現之損失。
圖15顯示具有整合CHRM結構之LED 150之另一實施例，其包括電流散佈層64及複合結構62。該複合結構62包括一或多個介電層1206及反射蓋層152。該LED 150類似於圖12d所示之LED 120且包括許多相同元件。然而，在此實施例中，該反射蓋層152可同時用作導電層，如示延伸超過介電層1206之表面並進入孔洞直至導電層64。因此，反射蓋層152之適宜材料應係反射性及導電性。已知許多材料具有此兩個特性。
在本發明之不同實施例中，該等通孔可用於除了傳導電信號以外之額外目的。在一些實施例中，該等通孔可導熱以助於熱耗散由LED產生之熱量。熱量可經由該等通孔通過離開該LED，在該等通孔中可耗散熱量。
圖16顯示若干LED樣品之輸出功率(即亮度)之實驗數據。LED之結構係類似於圖11、12及15中所示結構。實驗係在分裂晶圓上進行：在沉積電介質堆疊之前，進行拋光蝕刻晶圓之一半部分；不拋光晶圓之另一部分。在整個晶圓上進行全部其他製造步驟。利用如關於圖6所述之AFM表徵RMS粗糙度。拋光步驟導致每一所測試晶圓之輸出功率的增加。所增加之輸出功率平均約為10%。
雖然參照本發明之某些較佳組態已詳細描述本發明，但其他形式亦可行。因此，本發明之精神及範圍不應限於如上所述之形式。
10‧‧‧LED封裝
11‧‧‧焊線
12‧‧‧LED晶片
13‧‧‧反射杯
14‧‧‧透明保護性樹脂
15A‧‧‧引線
15B‧‧‧引線
16．．．密封劑材料
20．．．封裝
22．．．LED晶片
23．．．基台
24．．．金屬反射器
25A．．．電跡線
25B．．．電跡線
26．．．密封劑
30．．．LED晶片
32．．．LED
34．．．基台
36．．．金屬結合層
38．．．p接觸/反射器
40．．．圖
42．．．p偏振反射率
44．．．s偏振反射率
46．．．平均反射率
54．．．活性區
56．．．n型層
58．．．p型層
62．．．複合結構
64．．．電流散佈層
120．．．LED
122．．．孔洞
126．．．導電層
128．．．通孔
130．．．基台
132．．．導電性結合材料
136．．．第二接觸件
500．．．CHRM
502．．．基座元件
504．．．拋光表面
506．．．透明介電層
508．．．反射蓋層
700．．．CHRM
702．．．介電層
704．．．第一材料
706．．．第二材料
800．．．CHRM
802．．．基座元件
804．．．藍寶石基板
806．．．第一材料層
808．．．第二材料層
810．．．拋光表面
812．．．反射蓋層
1000．．．LED
1002．．．整合CHRM結構
1004．．．p型半導體層
1006．．．介電層
1100．．．GaN LED
1102．．．CHRM結構
1106．．．多層電介質堆疊
1108．．．反射蓋層
1206．．．介電層
1208．．．反射蓋層
圖1係先前技術LED燈之一實施例的剖視圖；圖2係先前技術LED燈之一實施例的剖視圖；圖3係先前技術LED燈之一實施例的剖視圖；圖4係顯示計算出金屬反射器在不同視角下之反射率之圖；圖5係根據本發明實施例的CHRM裝置的截面圖；圖6a係取自在拋光處理前之藍寶石基板上ITO膜的原子力顯微鏡的俯視圖；圖6b係取自在拋光處理後之藍寶石基板上ITO膜的原子力顯微鏡的俯視圖；圖7係根據本發明實施例的CHRM裝置的截面圖；圖8係根據本發明實施例的CHRM裝置的截面圖；圖9a係與粗糙度及反射率相關的各種不同CHRM裝置數 據之表；圖9b係利用圖9a中表之數據作出之ITO粗糙度(nm)對反射率(%)之圖；圖10係根據本發明實施例的LED裝置的一部分之截面圖；圖11係根據本發明實施例的LED裝置的一部分之截面圖；圖12(a-d)係根據本發明實施例的LED裝置在各種製造階段中之截面圖；圖13係根據本發明實施例之CHRM內之介電層之俯視平面圖；圖14係根據本發明實施例之CHRM內之介電層之俯視平面圖；圖15係根據本發明實施例之LED裝置的截面圖；及圖16係與有及無拋光步驟而製造之LED的輸出功率相關的實驗數據之表。
500．．．CHRM
502．．．基座元件
504．．．拋光表面
506．．．透明介電層
508．．．反射蓋層

Claims (47)

  1. 一種複合高反射率鏡(CHRM)，其包括：基座元件；至少一個透明介電層，其係在該基座元件上；及反射蓋層，其係在背對該基座元件之該至少一個透明介電層上，其中該CHRM之至少一個內表面係經拋光。
  2. 如請求項1之複合高反射率鏡，其中該基座元件包括拋光表面，以使該至少一個介電層位在該拋光表面上。
  3. 如請求項1之複合高反射率鏡，該基座元件包括透明電流散佈層。
  4. 如請求項1之複合高反射率鏡，該基座元件包括一氧化銦錫(ITO)層。
  5. 如請求項1之複合高反射率鏡，該至少一個透明介電層包括複數個層體，該等層體中之至少一者包括拋光表面。
  6. 如請求項1之複合高反射率鏡，其中該至少一個內部拋光表面具有不大於2nm之均方根(RMS)粗糙度。
  7. 如請求項1之複合高反射率鏡，其中該至少一個內部拋光表面具有不大於1nm之均方根(RMS)粗糙度。
  8. 如請求項1之複合高反射率鏡，該至少一個透明介電層包括於該基座元件上以交替層之形式之第一及第二材料。
  9. 如請求項8之複合高反射率鏡，其中較靠近該基座元件 之該第一材料之一層體係較遠離該基座元件之該第一材料之一層體厚，且較靠近該基座元件之該第二材料之一層體係較遠離該基座元件之該第二材料之一層體厚。
  10. 如請求項8之複合高反射率鏡，該第一材料包括二氧化矽(SiO2)。
  11. 如請求項10之複合高反射率鏡，該第二材料包括五氧化二鉭(Ta2O5)或二氧化鈦(TiO2)。
  12. 如請求項1之複合高反射率鏡，該反射蓋層包括金屬。
  13. 一種發光二極體(LED)，其包括：發光結構；電流散佈層，其係在該發光結構上，其包括光滑表面；至少兩個介電層，其係在背對該發光結構之該電流散佈層之該光滑表面上，其中在該兩個介電層之間的界面係光滑的；及反射蓋層，其係在背對該電流散佈層之該至少兩個介電層之一者上。
  14. 如請求項13之發光二極體，該發光結構包括置於p型半導體層與n型半導體層間之活性區。
  15. 如請求項14之發光二極體，其中該電流散佈層係位在背對該活性區之該p型半導體層上。
  16. 如請求項13之發光二極體，該發光結構包括第III族氮化物材料。
  17. 如請求項13之發光二極體，該電流散佈層拋光表面包 括不大於2nm之均方根(RMS)粗糙度。
  18. 如請求項13之發光二極體，該電流散佈層拋光表面包括不大於1nm之均方根粗糙度。
  19. 如請求項13之發光二極體，其中該至少兩個介電層及該反射蓋層包括複合層，其中該電流散佈層提供反射率視角截止點，高於該截止點，該複合層反射率為100%。
  20. 如請求項19之發光二極體，其中該至少兩個介電層相較無該至少兩個介電層之複合層，在低於該視角截止點下，提供經改良之反射率。
  21. 如請求項13之發光二極體，該至少兩個介電層包括在該電流散佈層上以交替層形式之第一材料及第二材料。
  22. 如請求項21之發光二極體，其中較靠近該電流散佈層之該第一材料之層體係較遠離該電流散佈層之該第一材料之層體厚，且較靠近該電流散佈層之該第二材料之層體係較遠離該電流散佈層之該第二材料之層體厚。
  23. 如請求項21之發光二極體，該第一材料包括二氧化矽(SiO2)。
  24. 如請求項23之發光二極體，該第二材料包括五氧化二鉭(Ta2O5)。
  25. 如請求項23之發光二極體，該第二材料包括二氧化鈦(TiO2)。
  26. 如請求項13之發光二極體，其進一步包括穿過該至少兩個介電層之導電通孔。
  27. 如請求項13之發光二極體，該發光結構包括： 至少兩個相對之摻雜半導體層；活性區，其置於該至少兩個相對之摻雜半導體層間；及基板，其使該電流散佈層位在該基板上。
  28. 如請求項13之發光二極體，該反射蓋層包括金屬。
  29. 如請求項13之發光二極體，該反射蓋層包括導電性材料且電接觸該電流散佈層。
  30. 如請求項13之發光二極體，該反射蓋層包括穿過該至少兩個介電層至該電流散佈層之至少一個導電通孔。
  31. 一種用於製造高反射性元件之方法，其包括：提供基座元件；在該基座元件上沉積至少一個透明介電層，該至少一個介電層包括較該基座折射率小之第一折射率；在背對該基座元件之該至少一個透明介電層上沉積反射蓋層；及拋光該高反射性元件之至少一個內表面。
  32. 如請求項31之方法，其中該拋光包括拋光該基座元件之一表面，以使該至少一個透明介電層係位在該基座元件拋光表面上。
  33. 如請求項31之方法，其中該至少一個透明介電層包括至少第一及第二材料。
  34. 如請求項33之方法，該第一材料包括該第一折射率，該第二材料包括第二折射率。
  35. 如請求項33之方法，其中沉積該至少一個透明介電層進一步包括以交替層之形式沉積該第一及第二材料。
  36. 如請求項35之方法，其進一步包括使該等各別交替層之厚度隨著遠離該基座元件之距離而減少，以使較靠近該基座元件之該第一材料之一層體係較遠離該基座元件之該第一材料之一層體厚，且較靠近該基座元件之該第二材料之一層體係較遠離該基座元件之該第二材料之一層體厚。
  37. 如請求項35之方法，其進一步包括拋光介於至少一個對該等交替層間的該第一材料或該第二材料之一表面。
  38. 如請求項35之方法，其進一步包括拋光該高反射性元件之多個內表面。
  39. 如請求項33之方法，該第一材料包括二氧化矽(SiO2)。
  40. 如請求項39之方法，該第二材料包括五氧化二鉭(Ta2O5)或二氧化鈦(TiO2)。
  41. 如請求項31之方法，其中該基座元件包括透明電流散佈層。
  42. 如請求項31之方法，其中該基座元件包括一氧化銦錫(ITO)層。
  43. 如請求項31之方法，其中該拋光包括將該基座元件之一表面暴露於蝕刻製程。
  44. 如請求項43之方法，其中該蝕刻製程包括電漿蝕刻。
  45. 如請求項43之方法，其中該蝕刻製程包括反應性離子蝕刻。
  46. 如請求項31之方法，其中該拋光係非原位進行。
  47. 如請求項31之方法，其中該拋光係原位進行。
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