CN101599457B - 发光器件、包括发光系统的封装和系统以及其构造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发光器件、包括发光系统的封装和系统以及其构造方法。本发明涉及一种垂直型发光器件和制造该发光器件的高产量方法。可以在可以在发光系统中放置的各种发光封装中利用这些发光器件。发光器件被设计成将发光效率和/或散热最大化。其他的改进包括嵌入的齐纳二极管，以避免有害的反向偏置电压。

Description

发光器件、包括发光系统的封装和系统以及其构造方法
相关申请的交叉引用
该申请要求2008年4月25日提交的韩国专利申请No.2008-0038970的权益，其公开的全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及发光器件、包含发光器件的封装和系统以及制备发光器件和包含发光器件的封装的方法。更具体而言，本发明涉及诸如发光二极管和半导体激光器的发光器件。
背景技术
诸如发光二极管和半导体激光器的发光器件具有各种用途。具体来说，发光二极管(LED)由于优于白炽灯泡和荧光灯的某些益处而得到极大关注。这些益处包括增长的寿命和较低的电力要求。例如，许多LCD屏幕利用LED。除了照明使用之外，LED还可以用于杀菌和消毒。类似地，由于诸如激光二极管的半导体激光器可以用在各种应用中，因此它们得到极大关注。例如，半导体激光器可以用在激光打印机、CD/DVD播放器和光学计算中。
发明内容
本发明涉及具有导电衬底的发光器件。这些发光器件可以能够(i)主要向着至少一个预定方向发射光、(ii)增大反射光的发射、或(iii)将热从发光器件热传导出，或者(i)、(ii)和(iii)的任何组合。
本发明的一个实施例涉及制造发光器件的第一常规方法。该方法包括：在第一衬底上形成至少一个发光结构；在发光结构上形成构图的绝缘层，其中，绝缘层包括暴露第二覆层的一部分的凹进；在凹进中和绝缘层的至少一部分上形成第一电极层；将第一电极层的表面的至少一部分附着到第二导电衬底；去除第一衬底，以暴露第一覆层的至少一个表面；以及在发光结构的第一覆层的暴露表面上形成第二电极。发光结构包括：第一覆层，所述第一覆层的至少一部分在第一衬底上；有源层，在第一覆层上；第二覆层，在有源层上；以及至少一个倾斜的侧表面，所述侧表面包括第一覆层、有源层和第二覆层的暴露面。该方法还可包括将第二衬底和发光结构周围的区域分离，以形成包括至少一个发光结构的至少一个发光器件。
在另一个实施例中，第一常规方法还可以包括如下的步骤：形成至少一个凹槽，所述凹槽将至少第二覆层和有源层分离，同时至少提供第一覆层的连续部分，其中，凹槽的一个部分限定发光结构的主部分，凹槽的另一个部分限定发光结构的次部分。在这个实施例中，(i)绝缘层中的凹进可以形成在发光结构的主部分上以及(ii)形成第二电极的步骤可以被更改成包括在次部分的第一覆层的暴露表面上形成第二电极。可以在发光结构中形成超过一个直凹槽和/或一个或多个弯曲的凹槽，以提供发光结构的岛型次部分。
在另一个实施例中，第一常规方法还可以包括由第一覆层来形成凸起结构的步骤，以及可以随后在凸起结构上形成第二电极。这个附加的步骤可以应用到在此描述的实施例中的任何实施例。例如，通过由发光结构的主部分的第一覆层形成凸起结构，这个附加步骤可以应用到前面的段落中描述的开有凹槽的实施例。
在另一个实施例中，通过利用包括齐纳二极管的第二导电衬底，可以更改第一常规方法(以及在前描述的实施例中的任何实施例)，所述齐纳二极管包括导电衬底的掺杂区，其中，掺杂区具有与第二导电衬底的导电类型相反的导电类型，其中，只有掺杂区与第一电极电连通。
本发明的另一个实施例涉及制造具有通过孔的发光器件的第二常规方法。这个方法包括：在第一衬底上形成至少一个发光结构，所述发光结构包括在第一衬底上的第一覆层、在第一覆层上的有源层、在有源层上的第二覆层、至少一个侧表面和至少一个凹槽，所述至少一个侧表面包括所述第一覆层、所述有源层和所述第二覆层的暴露面，所述至少一个凹槽将至少第二覆层和有源层分离，同时至少提供第一覆层的连续部分，其中，凹槽的一个部分限定发光结构的主部分，凹槽的另一个部分限定发光结构的次部分；在发光结构上形成构图的绝缘层，其中，绝缘层包括暴露发光结构的主部分中的第二覆层的一部分的凹进；在凹进中和绝缘层的至少一部分上形成构图的第一电极层，其中，第一电极层在凹槽区中是不连续的，以将次部分与主部分电隔离；形成绝缘的通过孔接触，所述通过孔接触从第一电极层延伸到发光结构的次部分的第一覆层；将第一电极层的表面的至少一部分附着到第二导电衬底，其中，第二导电衬底包括构图的导电中间层，所述导电中间层具有第一部分和第二部分，所述第一部分用于附着到与所述凹进相对应的第一电极层的表面，所述第二部分用于与通过孔接触电连通；去除第一衬底，以暴露第一覆层的至少一个表面；以及将第二衬底和发光结构周围的区域分离，以形成包括至少一个发光结构的至少一个发光器件。
在另一个实施例中，可以更改第二常规方法，使得第二导电衬底包括(i)具有第一掺杂区的齐纳二极管以及(ii)延伸穿过第二导电衬底的第二掺杂区，其中，构图的导电中间层的第一部分设置在第二导电衬底的第一掺杂区上并且附着到与凹进相对应的第一电极层的表面的至少一部分，以及其中，构图的导电中间层的第二部分设置在导电衬底的第二掺杂区上和第二掺杂区内，并且接触发光结构的次部分的通过孔接触。
在另一个实施例中，可以更改第二常规方法，使得第二导电衬底包括(i)具有第一掺杂区的齐纳二极管以及(ii)延伸穿过第二导电衬底的绝缘的通过孔接触，其中，构图的导电中间层的第一部分设置在导电衬底的第一掺杂区上和第一掺杂区内，并且附着到与凹进相对应的第一电极层的表面的至少一部分，以及其中，构图的导电中间层的第二部分设置在导电衬底的通过孔接触上，并接触发光结构的次部分的通过孔接触。
本发明还涉及由上述的方法中的任何方法或其任何步骤的组合得到的发光器件。
本发明的另一个实施例涉及第一常规发光器件。该发光器件包括：发光结构，其具有光发射第一表面、第二表面、与第二表面相比倾斜成角度的至少一个侧表面、具有第一表面和第二表面的有源层、第一覆层和第二覆层，所述第一覆层在有源层的第一表面上并还提供发光结构的第一表面，所述第二覆层在有源层的第二表面上并还提供发光结构的第二表面；绝缘层，其在发光结构的至少一个侧表面的至少一部分和第二表面上，其中，绝缘层包括暴露第二覆层的至少一部分的凹进；第一电极和第二电极，其连接到发光结构，其中，第一电极与第二覆层电连通并且设置在绝缘层的至少大部分上；以及导电衬底，其附着到第一电极的表面的至少一部分。
在另一个实施例中，第一常规器件还可以包括凹槽，所述凹槽沿着发光结构的第二表面，以提供发光结构的主部分和发光结构的次部分，其中，凹槽将至少发光结构的第二覆层和有源层分离，同时至少提供第一覆层的连续部分，以及其中，第二电极位于发光结构的次部分的第一表面上。在发光结构中，可以形成超过一个的直凹槽和/或一个或多个弯曲的凹槽，以提供发光结构的岛型的次部分。
在另一个实施例中，第一常规器件可以包括具有凸起形状的透镜部分的第一覆层。这个附加结构限制可以包括在在此描述的实施例中的任何实施例中。例如，开有凹槽的器件的主部分可以包括具有凸起形状的第一覆层的一部分。
在另一个实施例中，前述的实施例中的任何实施例可以具有还包括齐纳二极管的导电衬底。齐纳二极管可以包括导电衬底的掺杂区，其中，只有掺杂区与第一电极电连通。
本发明的另一个实施例涉及第二常规发光器件。该器件包括：发光结构，其具有光发射第一表面、至少一个侧表面和第二表面；构图的绝缘层，其在发光结构的第二表面和至少一个侧表面的至少一部分上，其中，绝缘层包括暴露第二表面的一部分的凹进；衬底，其支撑所述发光结构；第一电导管，用于连接到电源；第二电导管，用于连接到所述电源；用于将发光结构的第一表面与所述第一电导管电连接的装置；以及用于将发光结构的第二表面与第一电导管电连接并且用于将冲击在发光结构的至少一个侧表面上的光进行反射的装置。用于将光反射的装置还可以起到将热导离发光结构的作用。
本发明的另一个实施例涉及第三常规发光器件。这个器件包括：发光结构，所述发光结构具有光发射第一表面、第二表面、与所述第二表面相比倾斜成角度的至少一个侧表面、具有第一表面和第二表面的有源层、第一覆层、第二覆层以及至少一个凹槽，所述第一覆层在有源层的第一表面上并且提供发光结构的第一表面，所述第二覆层在有源层的第二表面上并且提供发光结构的第二表面，所述至少一个凹槽分离至少第二覆层和有源层，同时至少提供第一覆层的连续部分，其中，凹槽的一个部分限定发光结构的主部分，以及凹槽的另一个部分限定发光结构的次部分；绝缘层，其在发光结构的至少一个侧表面的至少一部分和第二表面上，其中，绝缘层包括暴露发光结构的主部分的第二覆层的至少一部分的凹进；构图的第一电极层，其在凹进中并且在绝缘层的至少一部分上，其中，第一电极层在凹槽区中是不连续的；绝缘的通过孔接触，其从第一电极层延伸到发光结构的次部分的第一覆层；导电衬底，其附着到第一电极，其中，导电衬底包括构图的导电中间层，所述导电中间层具有第一部分和第二部分，所述第一部分用于附着到与凹进相对应的第一电极的表面，所述第二部分用于与所述通过孔接触电连通。
在另一个实施例中，第三常规器件可以包括导电衬底，所述导电衬底包括(i)具有第一掺杂区的齐纳二极管以及(ii)延伸穿过第二导电衬底的第二掺杂区，其中，构图的导电中间层的第一部分设置在导电衬底的第一掺杂区上和第一掺杂区内并且附着到与凹进相对应的第一电极层的表面的至少一部分，以及其中，构图的导电中间层的第二部分设置在导电衬底的第二掺杂区上，并且接触发光结构的次部分的通过孔接触。
在又一个实施例中，第三常规发光器件可以包括导电衬底，所述导电衬底包括(i)具有第一掺杂区的齐纳二极管、(ii)延伸穿过第二导电衬底的绝缘的通过孔接触，其中，构图的导电中间层的第一部分设置在导电衬底的第一掺杂区上，并且附着到与凹进相对应的第一电极层的表面的至少一部分，以及其中，构图的导电中间层的第二部分设置在导电衬底的通过孔接触上，并且接触发光结构的次部分的通过孔接触。
本发明的另一个实施例涉及包括前述的发光器件中的任何发光器件的第一常规发光封装。在这个实施例中，发光封装包括：基座，其包括第一导电区和第二导电区；发光器件，其设置在基座的第一导电区上，所述发光器件包括发光结构，所述发光结构具有光发射第一表面、第二表面、与第二表面相比倾斜成角度的至少一个侧表面、具有第一表面和第二表面的有源层、第一覆层以及第二覆层，所述第一覆层在有源层的第一表面上并且提供发光结构的第一表面，所述第二覆层在有源层的第二表面上并且提供发光结构的第二表面；绝缘层，其在发光结构的至少一个侧表面的至少一部分和第二表面上，其中，所述绝缘层包括暴露第二覆层的至少一部分的凹进；第一电极和第二电极，其连接到发光结构，其中，第一电极在凹进中和绝缘层的至少大部分上；以及导电衬底，其附着到第一电极的表面的至少一部分和基座的第一导电区；第一布线，其连接发光器件的第二电极和基座的第二导电区。在第一常规封装的权利要求中可以使用前述的发光器件(以及它们的变形)中的任何发光器件。
在另一个实施例中，第一常规发光封装包括基座，所述基座具有第三导电区、第四导电区、至少一个第一通过孔以及至少一个第二通过孔，所述至少一个第一通过孔连接第一导电区和第三导电区，所述至少一个第二通过孔连接第二导电区和第四导电区。
在另一个实施例中，第一常规发光封装(包括发光器件的所有前述的实施例)可以包括具有导电衬底的发光器件，所述导电衬底具有齐纳二极管，所述齐纳二极管包括导电衬底的未掺杂区和掺杂区，其中，掺杂区具有与第二导电衬底的导电类型相反的导电类型，以及其中，只有掺杂区与第一电极电连通；其中，第二导电衬底还包括构图的导电中间层，所述导电中间层包括第一部分，所述第一部分形成在导电衬底的掺杂区上和掺杂区内，以及其中，第一电极层的表面的至少一部分接合到导电中间层的第一部分，以提供第一电极层和导电中间层的第一部分之间的电连通；以及其中，第一布线将发光器件的第二电极电连接到基座的第一导电区，以及第二布线将导电中间层与基座的第二导电区电连接。
本发明的另一个实施例涉及包括发光器件的第二常规发光封装。在这个实施例中，发光封装包括：基座，所述基座包括第一导电区和第二导电区；发光器件，其设置在基座的所述第一导电区上，所述发光器件包括发光结构，所述发光结构具有第一表面、至少一个侧表面和第二表面，其中，至少一个侧面与第二表面相比倾斜成角度，所述发光结构包括具有第一侧表面和第二侧表面的有源层、第一覆层和第二覆层以及至少一个凹槽，所述第一覆层在有源层的第一侧表面上并且提供发光结构的第一表面，所述第二覆层在有源层的第二侧表面上并且提供发光结构的第二表面，所述至少一个凹槽将至少第二覆层和有源层分离，同时至少提供第一覆层的连续部分，其中，凹槽的一个部分限定发光结构的主部分，以及凹槽的另一个部分限定发光结构的次部分；绝缘层，其形成在发光结构的至少一个侧表面的至少一部分和第二表面上，其中，绝缘层包括暴露第二覆层的至少一部分的凹进；构图的第一电极层，其形成在凹进中和绝缘层的至少一部分上，其中，第一电极层在凹槽区中是不连续的；通过孔接触，其从第一电极层延伸到发光结构的次部分的第一覆层；以及导电衬底，其附着到第一电极的表面的至少一部分，导电衬底包括构图的导电中间层和第一掺杂区，其中，构图的导电中间层具有第一部分和第二部分，所述第一部分被放置成附着到与凹槽相对应的第一电极层的表面的至少一部分，所述第二部分被放置成与发光结构的次部分的通过孔接触电连通，以及其中，第一掺杂区具有与第二导电衬底的导电类型相反的导电类型，并被放置成与发光结构的次部分的通过孔接触以及基座的第一导电区电连通；以及布线，其电连接导电中间层的第一部分和基座的第二导电区。
在另一个实施例中，第二常规发光封装包括具有第二导电衬底的发光器件，所述第二导电衬底包括替代第一掺杂区的通过孔接触，其中，所述通过孔接触延伸穿过第二导电衬底，并被放置成与构图的导电中间层的第一部分、发光结构的次部分的通过孔接触以及基座的第一导电区电连通，
在另一个实施例中，在此描述的封装中的任何封装还可以包括覆盖发光器件的密封剂或至少一种磷光体或其组合。
本发明的另一个实施例涉及包括在此描述的发光封装中的任何封装的发光系统。这些封装也可以被形成为阵列。
附图说明
通过参照下面结合附图时的详细描述，本发明的以上和其他优点将变得显而易见，在附图中：
图1A至图1H示出用于构造发光器件的方法的一个示例；
图2A示出加工多个第一衬底的一个方法；
图2B示出在形成LED的p-n结时有用的各种材料的某些属性；
图3和图4示出可以从图1A至图1H所示的方法得到的发光器件的两个实施例；
图5示出图3和图4中所示的实施例的横截面图；
图6A至图6C示出用于构造发光器件的方法的另一个实施例；
图7、图9和图10示出可以从图6A至图6C所示的方法得到的发光器件的三个实施例；
图8示出图7中示出的实施例的横截面图；
图11A至图11D示出用于构造发光器件的方法的另一个实施例；
图11E示出图11A至图11D中示出的方法的变形；
图12和图14示出可以从图11A至图11D示出的方法得到的发光器件的两个实施例；
图13示出可以从图11E示出的方法得到的发光器件的另一个实施例；
图15是示出具有齐纳二极管的发光器件的电路图；
图16A和图16B示出具有齐纳二极管的发光器件的两个实施例；
图17示出发光封装的实施例；
图18示出图17中示出的实施例的横截面图；
图19和图20示出具有齐纳二极管的发光封装的两个实施例；
图21A和图21B示出具有齐纳二极管的发光封装的两个另外的实施例；
图22示出发光封装的另一个实施例；
图23A至图23D示出发光封装的另外的实施例；
图24至图26示出发光封装的阵列的各种实施例；以及
图27至图31示出具有一个或多个发光封装或发光封装阵列的系统的各种实施例。
具体实施方式
将参照附图来描述本发明的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，并不应该被理解为局限于在此阐述的实施例。而是，提供这些实施例，使得本发明的公开将是全面和完整的，并将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。在不脱离本发明的范围的情况下，可以在变化且众多实施例中采用本发明的原理和特征。在附图中，为了清晰起见，可以夸大层和区的相对尺寸。附图不是按比例绘制的。除非另外地指出，否则在整个附图中类似的附图标记指示类似的元件。
如在此所使用的，短语“构图工艺”或“被构图的元件”(其中“元件”可以是特定的层、区或元件)意味着形成层、区或元件的预定图案。例如，这样的预定图案可以通过使用下面步骤的任何组合来得到：至少一个沉积步骤；至少一个光掩蔽步骤；至少一个蚀刻步骤；和/或至少一个光掩模去除步骤。构图工艺的两个示例包括下面的步骤的组合：(i)沉积步骤，然后光掩蔽步骤，然后蚀刻步骤，然后光掩模去除步骤；或(ii)光掩蔽步骤，然后沉积步骤，然后光掩模去除步骤。在另一个示例中，短语“沉积和构图”意味着包括至少沉积步骤、光掩蔽步骤、蚀刻步骤和光掩模去除步骤的构图工艺。多个掩模、沉积和/或蚀刻步骤可以用于得到特定层、区或元件的期望图案。沉积方法的非限制性示例包括PVD、CVD(包括ALD)、镀敷(例如，电镀和非电镀)和涂覆(例如旋涂和喷涂)。
如在此所使用的，术语“发光”意味着光发射。例如，短语“发光器件”意味着光发射器件。发光器件的非限制性示例包括发光二极管(LED)和激光器。虽然在此的所有实施例都依据LED来描述，但是所有实施例可以被转换成对激光器，例如对发光表面具有反射性的第一电极和半透明镜层(也被称为输出耦合器)的LED的实施例可以被转换成对激光器。
如在此所使用的，当元件或层被称作“在”另一个元件或层“上”、“连接”和/或“耦合”到另一个元件或层时，该元件或层可以直接在另一个元件或层上、连接和/或耦合到另一个元件或层，或者可以存在插入元件或插入层。相反，当元件被称作“直接在”另一个元件或层上、“直接连接到”和/或“直接耦合”到另一个元件或层时，不存在插入元件或插入层。如在此所使用的，术语“和/或”可以包括一个或多个相关所列项的任何和全部组合。
此外，虽然术语“第一”、“第二”等可以在此用来描述各种元件、组件、区、层和/或部分，但是这些元件、组件、区、层和/或部分不应该受这些术语限制。这些术语可以用来将一个元件、组件、区、层和/或部分与另一个元件、组件、区、层和/或部分区分开。例如，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区、层和/或部分可以被称作第二元件、组件、区、层和/或部分。
诸如“在...之下”、“在...下方”、“下面的”、“在...上方”、“上面的”等的空间相关的术语可以用于描述例如在附图中所示的元件和/或部件与另外的元件和/或部件的关系。将理解的是，除了附图中描述的方位之外，空间相关的术语意图还包括器件在使用和/或操作中的不同方位。例如，当翻转附图中的器件时，被描述为“在”其他元件或部件“下方”和/或“之下”的元件将随后被定位为“在”其他元件或部件“上方”。器件可以以另外的方式来定位(例如，旋转90度或位于其他方位)，并且相应解释在此使用的空间相关的描述词。
在此使用的术语只是出于描述特定实施例的目的，并不意在成为本发明的限制。如在此所使用的，除非上下文清楚地指出，否则单数形式也意图包括复数形式。还将理解的是，术语“包括”和/或“包含”当在此使用时，指明所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组的存在或添加。
除非另外地限定，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科技术语)可以具有与本领域普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。还将理解的是，诸如在通用字典中定义的术语应该被理解为具有与该说明书的上下文和相关领域中它们的含义一致的含义，并且除非在此被清楚地如此限定，否则将不以理想化和/或过度正式意义来解释。
参照作为本发明的理想化实施例的示意性图示的横截面图，描述本发明的实施例。如此，将预料的是作为例如制造技术和/或容限的结果的图示的形状的变化。因而，本发明的实施例将不应该被理解为限于在此描述的区域的特定形状，而是将包括作为例如制造的结果的形状的偏差。例如，被示出为矩形的区域将通常具有圆形或弯曲的特征。因而，附图中示出的区域在器件的本质方面是示意性的，并不意在限制本发明的范围。
下文中提供的实施例全面提供具有导电衬底的发光器件。这些发光器件可以能够(i)主要向着至少一个预定方向发射光，或(ii)充分地增强反射光的发射，(iii)将热从发光器件热传导出，或者(i)、(ii)和(iii)的任何组合。
本发明的一个实施例涉及一种利用高产量工艺来制造垂直型发光器件的方法。图1A至图1H是示出用于单个发光器件的方法的横截面图。如有经验的技术人员充分理解的，如图2中所示，可以在单个衬底上将多个发光器件一起制造，以及可以一次制造多个衬底。
如图1A中示出的，该方法可以利用预先形成的、多层的发光异质结构。可以期望的制造或规格来得到预先形成的异质结构。用于异质结构的有用的制造工艺的示例可以在授予Nakmura等人的标题为“Nitride Semiconductor Light-Emitting Device”的美国专利No.5,777,350、授予Koide等人的标题为“Semiconductor Light-EmittingDevice”的美国专利No.6,040,588、授予Nakamura等人的标题为“NitrideSemiconductor Device”的美国专利No.5,959,307、授予Sassa等人的标题为“Light-Emitting Semiconductor Device Using a Group III NitrideCompound and Having a Contact Layer Upon Which an Electrode isFormed”的美国专利No.5,753,939、授予Nagahama等人的标题为“Nitride Semiconductor Light-Emitting and Light-Receiving Devices”的美国专利No.6,172,382、以及授予Park等人的标题为“Vertical GANLight Emitting Diode and Method for Manufacturing the Same”的美国专利No.7,112,456中找到，这些专利中的每个的全部内容通过引用结合于此。预先形成的异质结构典型地包括至少第一衬底100、第一覆层112a、有源层114a和第二覆层116a。
第一衬底100典型地是电介质或半导体。用于第一衬底100的有用材料的示例包括但不限于蓝宝石(Al2O3)、ZnO、Si、SiC、GaAs、GaP、其混合物以及其合金。优选地利用与第一覆层112a具有良好的晶格匹配的衬底。
第一覆层112a、第二覆层116a以及有源层114a典型地包括GaN或InGaN的形式，其可以用化学式InxAlyGa(1-x-y)N来表示，其中，0≤x≤1且0≤y≤1。因此，有用的材料包括但不限于AlGaN和InGaN。在图2B中示出其他有用的材料。还可以用各种材料来掺杂覆层和有源层。例如，第一覆层112a可以是Si掺杂的n型InGaN，第二覆层116a可以是Mg掺杂的p型InGaN。此外，第一覆层112a和第二覆层116a通常具有相反的导电类型，并且可以切换第一覆层112a和第二覆层116a的导电类型。例如，如果第一覆层是n型，则第二覆层是p型，以及如果第一覆层是p型，则第二覆层是n型。出于这个实施例的目的，第一覆层112a将被指定为n型且第二覆层116a将被指定为p型。
有源层114a通过在p-n结中将电子和空穴复合来产生光。所发射的光的频率(或波长)以及因此其颜色取决于形成p-n结的材料的带隙能量，并且所发射的光的频率(或波长)可以是红外线、可见光或紫外线。有源层包括形成单量子阱的至少一个势阱和势垒。有源层还可以包括多个量子阱，以提供多量子阱。可以通过用从B、Al、P、Si、Mg、Zn、Mn、Se或其组合组成的组中选择的化合物来掺杂势垒，调节发光特性。优选的掺杂材料包括Al、Si或其组合。
可以通过对有经验的技术人员是公知的任何工艺，在第一衬底100上顺序地形成第一覆层112a、有源层114a以及第二覆层116a。例如，可以通过MOCVD(金属有机化学气相沉积)、液相外延生长、氢化物气相外延生长、分子束外延生长和/或金属有机气相外延生长，在衬底上形成这些层。此后，可以执行热处理工艺来激活p型覆层。典型的热处理温度是大约400℃至大约800℃。例如，如果第二覆层116a是用Mg掺杂的InxAlyGa(1-x-y)N，则相信的是，可以去除与Mg相关联的氢，以提供更好的p型特性。所得的异质结(例如，在有源层中或有源层附近通过第一覆层和第二覆层形成的p-n结区)在室温下提供高注入效率。
在图1A中示出的多层发光异质结构经受构图工艺，以形成如图1B中所示的至少具有至少一个侧壁113和顶表面115的发光结构110。构图工艺可以包括一个或多个掩蔽步骤和蚀刻步骤。优选地，例如，通过改进(i)光子的内部反射、(ii)反射后的光子的光射出角(escapeangle)/路径或(iii)光子的内部反射以及反射后的光子的光射出角/路径，将发光结构构图为具有增大发光效率的形状。例如，图1B中示出的发光结构的至少一个侧壁表面113形成角度以改进光反射和光发射。具体来说，如图1B中所示，优选地在与顶表面115重合的虚构线和侧壁表面113之间形成角度α，使得顶表面115的表面积小于有源层114的表面积。角度α优选地大于大约30°而小于或等于90°，以及更可优选地在大约40°至大约70°之间。角度α可以是恒定的或者连续变化，以形成局部或全部的凹入或凸起的侧壁形状。发光结构110的构图形状的另外的非限制性示例包括倒置的抛物线、倒置截平的抛物线、平截头锥形体(即，截锥)、平截头的棱锥(即，截棱锥)以及其组合。
如图1C中所示，在形成发光结构之后，在发光结构110上形成绝缘层120(例如，用于提供电绝缘)。绝缘层120可以保形地形成在发光结构110上，以便防止p型区和n型区之间通过第一电极140的电短路，这在下文中描述。也认为绝缘层120为发光结构110提供附加的结构支撑。绝缘层120还可优选地导热(例如，通过材料的选择或者通过利用非常薄的层)，使得热可以被传送到第一电极层140并且远离发光结构110。绝缘层还可优选地是透明的，例如足够半透明以允许光穿过绝缘层并被随后形成的第一电极反射，这在下文中描述。绝缘层中使用的材料的透明度还将取决于绝缘层的厚度(例如较薄的层将更透明)以及发射光的波长。因此，绝缘层120的厚度可优选地从大约
Figure G2009101370170D00151
至大约1μm，以及更可优选地从大约
Figure G2009101370170D00152
至大约
Figure G2009101370170D00153
以及其中，根据制造工艺和对其的变形，该厚度可以是恒定的或者变化的。应该注意的是倾斜的侧壁表面113的台阶覆盖。用于绝缘层的有用材料包括但不限于SiO2、SiNx、ZnO、Al2O3、AlN和其组合。
可以通过本领域的任何公知方法来形成绝缘层120。在一个示例中，可以以两个步骤的工艺来形成绝缘层120。可以利用诸如SiO2的第一绝缘层作为间隙填充物。然后，可以在第一绝缘层上形成第二绝缘层，第二绝缘层具有比第一绝缘层更高的蚀刻选择性。此后，可以利用构图和蚀刻工艺来形成绝缘层120的期望厚度和形状。
可替选地，可以以任何方式形成绝缘层120，以防止p型区和n型区之间通过第一电极140的电短路，这在下文中描述。例如，在可替选的实施例中，例如通过形成构图的绝缘层，可以将绝缘层120形成为只覆盖第一覆层112和有源层114的暴露的侧表面。在又一可替选的实施例中，可以将绝缘层120形成为只覆盖在其上形成随后形成的第一电极的部分。例如，当在构图的绝缘层上形成构图的第一电极140时，可以只在第二覆层116和有源层114的暴露的侧表面上形成构图的绝缘层120。在又一可替选的实施例中，如果只在第二覆层116上形成构图的第一电极140(下文中描述的)，则可以跳过用于形成绝缘层的工艺步骤。在这个实施例中，因为第一电极140不与有源层114或第一覆层接触，所以防止了电短路。在这个实施例中，利用在所形成的发光结构110上的光掩模，然后对第一电极140进行镀敷，可以形成构图的第一电极140。
例如，通过构图工艺，绝缘层被形成为包括至少一个凹进121，以暴露第二覆层116的表面的一部分，由此允许第二覆层116和随后形成的第一电极140之间的电连通，这在下文中描述。虽然图1C只示出了一个凹进121，但是可以形成多于一个的凹进，并且凹进可以具有诸如环形的各种几何形状。最后，可以沿着发光结构110的顶表面115、沿着发光结构110的一个或多个侧壁表面113下至有源层114或者其任何组合，在任何地方形成凹进121。增加在第二覆层116和随后形成的第一电极140之间的用于电连通的可用表面积可以是有益的。
绝缘层优选地是透明的，例如足够半透明以允许光穿过绝缘层并被随后形成的第一电极反射，这在下文中描述。绝缘层中使用的材料的透明度将取决于绝缘层的厚度(例如较薄的层将更透明)以及发射光的波长。用于绝缘层的有用材料包括但不限于SiO2、SiNx、ZnO、Al2O3、AlN和其组合。
如在图1D中局部示出的，在形成了绝缘层之后，在绝缘层120的上方和绝缘层的凹进121中形成第一电极层140。认为由于第一电极层140可以与发光结构110的第二覆层表面115和至少一个侧壁表面113的至少一部分热连通，所以第一电极层140可以提供改进的将热远离发光结构的传导。
可替选地，当以防止p型区和n型区之间通过第一电极140电短路的方式来形成绝缘层120时，可以在发光结构110的第二覆层116的暴露部分上形成第一电极层140，并且还可选地在绝缘层120的任何部分上形成第一电极层140。例如，当只在第一覆层112和有源层114的暴露的侧表面上形成构图的绝缘层120时，可以在第二覆层115上形成第一电极140，并且还可选地在绝缘层120的任何部分上形成第一电极140。类似地，当只在第二覆层116和有源层114的暴露的侧表面上形成构图的绝缘层，然后在构图的绝缘层120上形成构图的第一电极140时，例如，第一电极没有形成在第一覆层112上。由于第一电极140与发光结构110的至少第二覆层表面116和至少一个侧表面113的至少一部分热连通，因此这些可替选的实施例也改进了热传导。
第一电极层140可以是任何的导电材料。有用的材料的非限制性示例包括ITO(铟-锡-氧化物)、Cu、Ni、Cr、Ag、Al、Au、Ti、Pt、V、W、Mo、其混合物以及其合金。然而，为了反射穿过绝缘层120的光并且充分增加发光效率，对于第一电极层140，优选地利用反射性材料。有用的反射性材料的示例包括但不限于Ag、Al、Pt或其合金，以增加发光效率。因此，连续的第一电极层140可以用作下面两个附加功能中的一个或者两个：(i)电接触以及(ii)光的反射器。
在可替选的实施例中，在形成第一电极层140之前，例如通过构图的沉积，在凹进121内可以形成欧姆层130，如图1D中所示。用于欧姆层130的有用材料包括但不限于ITO、ZnO、Ag、Cu、Ti、W、Al、Au、Pt、Ni、In2O3、SnO2、Zn、其混合物以及其合金。用于欧姆层的优选的材料包括但不限于Zn、Ni、Ag、Ti、W、Pt、ITO、其混合物以及其合金。此外，可以执行热处理来激活欧姆层。典型地，在形成第一电极层之前，可以在大约400℃下进行热处理。
虽然没有被示出，但是可以在第一电极层上添加附加的层。例如，可以添加附加的层来保护第一电极或者对发光结构110提供附加的结构强度。
在形成第一电极层140之后，可选的工艺步骤包括将每个发光结构110分离开的区域111构图(例如，掩蔽和蚀刻步骤的组合)，以提供分离开的发光结构110，如图1E中所示。因此，围绕发光结构110的区域111中，去除第一电极层140、绝缘层120和第一覆层112，以暴露第一衬底100。然而，该构图步骤可以被省略或者在随后的时间执行，例如，在转移到第二衬底之后或者在分离第二衬底的过程中执行。如果在转移第二衬底200之后对发光结构110周围的区域111进行构图，则将对第一覆层112进行构图，这导致局部去除至少第一覆层112。如果在转移到第二衬底200之后对发光结构110周围的区域进行构图，则还局部去除绝缘层120和第一电极层140也是优选的。
在形成第一电极层之后(假设没有进行发光结构周围的区域的构图步骤)，第一电极层140的至少一部分(例如，与发光结构的顶表面115相对应的最外面的部分)键合到第二衬底200，如图1F中所示。可以利用本领域中任何公知的键合方法。键合方法的非限制性示例包括电共晶键合(例如，使用Au、Sn、Ag、Pb、其混合物以及其合金)、焊接、金-硅键合和粘合剂键合。导电粘合剂层也是有用的，如在授予Park等人的标题为“Vertical GAN Light Emitting Diode and Method forManufacturing the Same”的美国专利No.7,112,456中描述的，该专利的全部内容通过引用结合于此。
第二衬底200优选地是传导性的(典型地用于n型第一覆层的p型硅)，以允许例如通过第一电极和可选的欧姆层与第二覆层116电连通。用于第二衬底的有用材料包括但不限于Si、应变Si、Si合金、Si-Al、SOI(绝缘体上硅)、SiC、SiGe、SiGeC、Ge、Ge合金、GaAs、InAs、第III-V族半导体、第II-VI族半导体、其组合以及其合金。
如在图1F中所示出的，第二衬底200还可包括构图的导电中间层210，以增强第二衬底200和第一电极层140之间的结合，例如补偿第一衬底和/或第二衬底中的扭曲。在将第二衬底200键合到第一电极层140的至少一部分(例如，与发光结构的顶表面115相对应的最外面的部分)之前，在第二衬底200上形成构图的导电中间层210，如图1F中所示。导电中间层210被构图为与第一电极层140的键合表面(或表面)充分地对准和匹配。中间层210(典型地用于共晶键合)可以具有比第一电极低的反射性特性。用于中间层210的有用材料包括但不限于Au、Ag、Pt、Ni、Cu、Sn、Al、Pb、Cr、Ti、W、其组合以及其合金。例如，当Au-Sn用作中间层210时，通过热工艺(例如，在大约200℃至大约400℃)并可选地利用压力，可以进行键合。此外，中间层可以是单层或者多层，例如，每层具有不同的材料或合金。
另一个可选的附加工艺步骤是：因为难以在去除第一衬底100之后将第二导电衬底减薄，所以在去除第一衬底100之前将第二导电衬底200减薄成期望的厚度。例如，可以通过CMP工艺、研磨工艺、蚀刻工艺或其组合，将第二导电衬底减薄。
当去除第一衬底100以暴露第一覆区112时，转移到第二衬底200被完成，如图1G中所示。可以利用对有经验的技术人员公知的任何方法，去除第一衬底。例如，可以利用激光器来分离第一衬底，如在授予Park等人的标题为“Vertical GaN Light Emitting Diode and Method forManufacturing the Same”的美国专利No.7,112,456中所提供的，该专利的全部内容通过引用结合于此。如果利用激光器，则可优选地在利用激光器之前(例如，通过CMP、研磨和/或蚀刻)将第一衬底首先减薄和/或抛光。在另一个示例中，使用诸如化学剥离(CLO)的化学工艺，可以去除第一衬底100。合适的CLO工艺的示例在IEEE PhotonicsTechnology Letters第20卷，第3期，第175-77页(2008年2月1日)的由Ha等人所著的标题为“The Fabrication of Vertical Light-EmittingDiodes Using Chemical Lift-Off Process”的文中以及授予Gmitter并且标题为“Method for Lifting-Off Epitaxial Films”的美国专利No.4,846,931中提供，它们的全部内容通过引用结合于此。
在去除第一衬底之后，在暴露的第一覆区112上形成第二电极150，如图1H中所示。由于第二电极被可优选地成形以最小化对光发射干涉，所以与第一覆区112的表面积相比，第二电极150典型地具有基本上更小的表面积。可以使用有经验的技术人员公知的任何工艺，形成第二电极。例如，可以使用(i)沉积(例如，第二电极材料的CVD、溅射等)以及构图工艺或(ii)光致抗蚀剂剥离工艺，形成第二电极。
第二电极150也可以具有各种构造来改进电流扩展。例如，第二电极可以形成(i)在第一覆层区的至少一个边缘附近、(ii)为在第一覆层区的边缘上形成的框架的形状和/或(iii)包括多个较小的电极。
用于第二电极150的有用材料包括但不限于ITO(铟-锡-氧化物)、Cu、Ni、Cr、Au、Ti、Pt、Al、V、W、Mo、Ag、其混合物以及其合金。第二电极150可以形成为单层或多层，例如，每层具有不同的材料或合金。第二电极150可优选地由至少半透明的材料制成。
在可替选的实施例中，可以在第一覆层112的表面和第二电极150之间形成欧姆层(未示出)。用于欧姆层的有用材料包括但不限于ITO、ZnO、Zn、Ti、Pt、Al、Ni、In2O3、SnO2、其混合物以及其合金。用于欧姆层的优选的材料包括但不限于ITO、Ti、Pt、Ni、其混合物以及其合金。此外，可以执行热处理来激活欧姆层。典型地，在形成第二电极150之前，可以在大约400℃下进行热处理。
虽然在图1H中没有示出，但是例如在附着第二电极150之前，为了改进电流扩展，还可以向第一覆层的表面添加导电层。上文中描述的欧姆层也可以用作导电层。优选地使用诸如ITO(铟-锡-氧化物)的透明导电层。
在附着第二电极150之前，还可以将第一覆层112的暴露表面纹理化，以增大发光效率。表面纹理化可以应用到在此描述的实施例中的任何实施例。为了增强第二电极150与第一覆层112的暴露表面的附着，第一覆层112的区域(其中附着有第二电极150)可以不受表面纹理化。相信的是，表面纹理化减少由第一覆层和空气之间的折射率差异导致的全部内部反射。可以通过对有经验的技术人员公知的任何工艺来进行表面纹理化。这样的工艺的一个示例是使用诸如KOH的湿法蚀刻剂。
在形成第二电极150之后，可以分离第二衬底200和发光结构周围的区域，以形成包括至少一个发光结构110的至少一个发光器件1，如图1H中所示。可以使用对有经验的技术人员公知的任何工艺，分离第二衬底200和发光结构周围的区域。用于分离第二衬底200和发光结构周围的区域的工艺的非限制性示例包括但不限于激光锯切、刀刃锯切、金刚石切割、蚀刻以及其组合。
如图1G和图1H中所示，在将第二衬底分离成单个的发光器件的工艺步骤之前或者与之同时，可以进行上文中描述的将发光结构周围的区域111构图的“可选的工艺步骤”(例如，如与图1E相关的上文中所描述的)。例如，可以将发光结构周围的区域构图(例如，至少一个掩蔽和蚀刻步骤的组合)，以局部去除第一覆层112、绝缘层120和第一电极层140。此后，可以通过例如激光锯切，分离第二衬底。
本发明的另一个实施例也涉及在导电衬底上形成的垂直型发光器件。这样的发光器件可以根据上文中描述的高产量工艺来制造。
图3至图5示出垂直型发光器件1的两个实施例。图3示出具有基本为正方形形状的顶部轮廓的一个实施例。图4示出具有基本为矩形形状的顶部轮廓的另一个实施例，以及图5是沿着轴A-A的图3和图4中示出的实施例的横截面图示。虽然与发光结构110的形状或其顶部轮廓的形状相关地来描述这些实施例，但是这些引用只是意图作为发光结构110的顶部轮廓或整体形状的参考。因此，在此描述的发光器件不限于这些形状，并且可以具有任何期望的整体外形。
在图3至图5所示的实施例中，垂直型发光器件1包括(i)具有第一表面109、第二表面115以及至少一个侧表面113的多层的、发射光的发光结构110、(ii)覆盖发光结构110的第二表面115以及至少一个侧表面113的至少一部分的绝缘层120、(iii)与发光结构110连接的第一电极和第二电极(分别为140、150)以及(iv)接合到第一电极140的导电衬底200。发光器件1还可以包括：在第一电极140和导电衬底200之间的中间层210以便增强结合，例如补偿导电衬底200中的扭曲；以及被定位成与发光结构110的第二表面115和第一电极140接触的欧姆区130，例如，欧姆区可以被放置在绝缘层120内的凹进中。
多层的、发射光的发光结构110包括第一覆层112、有源层114以及第二覆层116。这个实施例的发光结构可优选地被成形为通过改进(i)光的内部反射、(ii)光在反射后的光射出角/路径或(iii)光的内部反射和光在反射后的光射出角/路径来增加发光效率。例如，图5中示出的发光结构的至少一个侧壁表面113可以具有角度以改进光反射。具体地，如图5中所示，优选地在与第二表面115重合的虚构线和侧壁表面113之间形成内角α，使得第一表面109的顶表面面积大于有源层114的顶表面面积。角度α优选地大于大约30°而小于或等于90°，更优选地在大约40°至大约70°之间。角度α可以是恒定的或者连续变化，以形成局部或全部的凹入或凸起的侧壁形状。发光结构110的形状的另外的非限制性示例包括抛物线、截平的抛物线、倒置的平截头锥形体(即，截锥)、倒置平截头的棱锥台(即，截棱锥)和其组合。例如，图3和图4分别示出具有倒置平截头的圆锥体(例如，具有基本上正方形的底部)和拉长平截头的棱锥台(例如，具有基本上矩形的底部)的形状的发光结构110。
此外，如上文中描述的，第一覆层112的暴露表面可以被纹理化(未示出)。也可以在所选择的区域中，例如在第二电极150附着到第一覆层112的暴露表面的区域中，防止表面纹理化。
绝缘层防止p型区和n型区之间通过第一电极140电短路，这将在下文中描述。认为绝缘层还提供对发光结构110的附加的结构支撑。绝缘层120还优选地传导热(例如，通过材料的选择或者通过利用非常薄的层)，使得热可以被传送到第一电极层140并远离发光结构110。绝缘层还优选地是透明的，例如足够半透明以允许光穿过绝缘层并被随后形成的第一电极反射，这在下文中描述。绝缘层中使用的材料的透明度还将取决于绝缘层的厚度，例如较薄的层将更透明，以及取决于发射的光的波长。用于绝缘层的有用材料包括但不限于SiO2、SiNx、ZnO、Al2O3、AlN以及其组合。
如图5中所示，绝缘层120可以覆盖发光结构110的第二表面115和整个侧表面113。在另一个实施例中，绝缘层120可以覆盖发光结构110的第二表面115和至少一个侧表面113的至少一部分，例如覆盖至少第二覆层116和有源层114。在另一个实施例中，例如通过形成构图的绝缘层120，绝缘层120可以只覆盖第一覆层112和有源层114的暴露的侧表面。在又一个可替选方案中，例如当第一电极没有与第一覆层112或有源层114电连通时，如果第一电极140只是延伸到第二覆层116的侧面上，则绝缘层是可选的并且可以被去除。
绝缘层还包括暴露发光结构110的第二覆层116的至少一个凹进121，以允许穿过绝缘层的电连通。虽然没有示出，但是一个或多个凹进121可以被安置成(i)处于沿着第二表面115的偏离中心的位置、(ii)沿着发光结构110的第二表面115以及发光结构110的侧表面113，但位于有源层114的下方、(iii)沿着一个或多个侧表面113，但位于有源层114的下方、或者(i)、(ii)和(iii)的组合。凹进121的这些可替选的位置对于改进电流流动可以是有用的。绝缘层120优选地是透明的，例如足够半透明以允许至少一些光穿过绝缘层。
第一电极和第二电极(分别为140、150)与发光结构110电连通。更具体来说，第一电极140与发光结构110的第二覆层116电连通，以及第二电极150与发光结构110的第一覆层112电连通。
因此，第一电极140与有源层114以及第一覆层112电隔离。通过使第一电极沿着侧表面113延伸而不到达异质结构的有源层114，例如只沿着第二表面115或者沿着发光结构110的第二表面115和侧表面113的一部分延伸，可以得到第一电极140的电隔离。可替选地，如在图5中示出的以及在用于该实施例的绝缘层的描述中和在制造方法部分中上文所描述的，通过利用绝缘层可以得到电隔离。
在图5中示出的实施例中，只要第一电极的一部分通过绝缘层120的凹进121与第二覆层116进行电连通，第一电极140就可以覆盖绝缘层的任何部分。例如，如图5中所示，第一电极140可以覆盖基本上绝缘层120的全部。认为绝缘层和第一电极可以提供对发光结构110的进一步的结构支撑。可替选地，当构图的绝缘层120只覆盖第一覆层112和有源层114的暴露的侧表面时，可以在第二覆层115上并可选地在绝缘层120的任何部分上，形成第一电极140。类似地，当构图的绝缘层只覆盖第二覆层116和有源层114的暴露的侧表面，随后构图的第一电极140覆盖构图的绝缘层120时，例如第一电极没有形成在第一覆层112上。
关于第二电极150，选择尺寸和形状以将电流流动最大化，同时使得对发光结构110发射的光的干涉最小化。因此，第二电极150可以具有各种构造来改进电流扩展和/或降低与发射光的干涉。例如，第二电极150可以形成(i)在第一覆层112的至少一个边缘附近、(ii)在第一覆层的边缘上形成的框架的形状和/或(iii)包括多个较小的电极，或(i)、(ii)和(iii)的组合。虽然在图1H中没有示出，但是为了改进电流扩展，还可以向第一覆层112的第一表面109添加导电层。优选地使用诸如ITO(铟-锡-氧化物)的透明导电层。
发光器件1还包括接合到第一电极140的至少一部分的导电衬底200，由此允许与第二覆层116的电连通。可以利用本领域中公知的任何键合方法。键合方法的非限制性示例包括共晶键合、焊接、金-硅键合和粘合剂键合。导电粘合剂层也是有用的，如在授予Park等人的标题为“Vertical GAN Light Emitting Diode and Method for Manufacturingthe Same”的美国专利No.7,112,456中所描述的，其全部内容通过引用结合于此。
导电衬底200还可以包括导电中间层210，以增强与第一电极140的结合，例如补偿第一衬底和/或第二衬底中的扭曲。中间层210(一般用于共晶键合)可以具有比第一电极低的反射特性。中间层可以是单层或多层，例如，每层具有不同的材料或合金。
在上述对制造发光器件的方法的描述部分中，可以发现关于发光器件1和其各种部件(例如，发光结构110、第一电极140和第二电极150、导电衬底200等)的进一步细节(例如，如何制造以及材料组成)。
如图5中所示出的，认为在图5中示出的发光器件1可以显著地改进光发射，特别是在利用透明的绝缘层120和反射性的第一电极140时可以显著地改进光发射。除了直接从有源区发射的光线(例如，光线L1)之外，发光器件1的成角度的侧表面113允许至少一次被反射的光(例如，光线L2)和两次被反射的光(例如，光线L3)从异质结构发射出。因此，可以充分地控制发射光的方向性，同时充分地增加总的发射光量。此外，认为由于第一电极层140与发光结构110的第二覆层表面115和至少一个侧壁表面113的至少一部分热连通，所以第一电极层114可以提供改进的使热发光结构110传导出并且传导到导电衬底200中的传导性。由于第一电极层140与导电衬底200还具有大的接触面积，所以这个冷却效果可以是充分的。
本发明的另一个实施例涉及一种制造具有第二电极150(例如，顶电极)的发光器件的方法，所述第二电极被提供在对从异质结构发射出的光没有干涉的位置处。如图6A至图6C所示出的，通过形成开有凹槽的发光结构，可以得到这样的构造。这种方法是上述用于制造垂直型发光器件的方法的变形。因此，除了下面描述的特定改变之外，该方法的大体步骤与应用到本实施例的基本相同和等同。例如，这个实施例的方法还经受下面的工艺步骤：(i)形成发光结构；(ii)形成具有凹进的绝缘层；(iii)形成第一电极和可选的欧姆层；(iv)可选地对发光结构周围的区域进行构图(可以在随后的时间进行)；(v)将第一电极表面键合到第二导电衬底；(vi)去除第一衬底；(vii)形成第二电极；以及(viii)将第二衬底分离成单个的发光器件。类似地，关于上述对早先的实施例(例如，涉及图1A至图1H以及图3至图5)的描述的绝缘层120和第一电极140的所有变形同等地应用到这个实施例。
在这个实施例中，如图6A中所示，预先形成的、多层的、发射光的异质结构(图1A中所示)经受构图工艺，以形成具有至少一个凹槽118的发光结构110，凹槽118分离发光结构110的至少第二覆层116和有源层114。凹槽的一个部分限定发光结构110的主部分110a的侧表面113b，凹槽的另一个部分限定发光结构110的次部分110b的侧表面117。因此，第一覆层112的至少一部分保持为连续的层，以提供发光结构的次部分110b和主部分110a之间的电连通。侧表面113b和/或侧表面117可以如与图5中示出的实施例相关的上文描述那样形成角度。在这个实施例中，只有发光结构的主部分110a发射光。虽然图6A至图6B示出直的凹槽118，但是凹槽也可以是弯曲的。
如通过图6B和图6C所示出的，这个实施例的剩余的工艺步骤与上述的制造发光器件的方法中的工艺步骤基本地相同(除了第二电极的形成之外)，该方法的全部内容通过引用结合于此。例如，绝缘层120(包括凹进121)被形成为与发光结构的形状一致，例如，在凹槽118中也形成绝缘层。绝缘层120还包括可以通过构图工艺来形成的凹进121。此后，如图6B中所示，在绝缘层120(包括与凹槽相对应的区域)上和凹进121中形成第一电极层140。可替选地，也如图6B中所示，可以在凹进121中形成欧姆层130。此后，如在图6C中局部示出的，第二导电衬底200(可以可选地具有构图的导电中间层210)接合到第一电极层140的至少一部分，并且去除第一衬底100。此外，导电衬底200还可以包括构图的中间层210，以增强导电衬底200和第一电极层140之间的结合。
然而，与上述方法对比，如图6C中所示，这个实施例的方法在发光结构的次部分110b的第一覆层112上形成第二电极150。因此，第二电极150(位于次部分110b上)对从发光结构110的主部分110a发射的光没有干涉。因此，第二电极150可以由适于第一覆层112的任何导电材料(例如，可以是透明材料、不透明材料或非透明材料)制成，以及第二电极150可以在发光结构110b的次部分的第一覆层的一部分或整个表面上延伸。
此外，虽然在图6C中没有示出，但是例如在附着第二电极150之前，为了改进电流扩展，还可以向主部分110a的第一覆层112的表面添加导电层并且可选地对发光结构110的次部分100b添加导电层。由于该导电层将覆盖发光结构110的发射光的主部分110a，所以优选地使用诸如ITO(铟-锡-氧化物)的透明导电材料。
如图6C中所示，在形成第二电极150之后，可以分离第二衬底200和发光结构周围的区域，以形成包括至少一个发光结构110的至少一个发光器件2。可以使用对有经验的技术人员公知的任何工艺，分离第二衬底和发光结构周围的区域。用于分离第二衬底和发光结构周围的区域的工艺的非限制性示例包括但不限于激光锯切、刀刃锯切、金刚石切割、蚀刻以及其组合。
本发明的另一个实施例也涉及在导电衬底上形成的垂直型发光器件，其中，顶电极对主要向至少一个预定方向发射的光没有干涉。根据上述的用于具有开有凹槽的发光结构的发光器件的高产量工艺，可以制造这样的发光器件。因此，上述工艺中提供的所有细节(例如，材料、构造等)也应用到这个实施例。
图7和图8示出具有主发光部分110a和用于附着第二电极150的次部分110b的发光器件2的一个实施例。图8是沿着图7中的轴B-B的发光器件2的横截面图。如图7和图8中所示，在发光导电结构的基本为矩形(顶部轮廓)的次部分110b上形成第二电极150。凹槽118限定发光结构110的主部分110a和次部分110b。因此，与发光结构110的部分相对应的发光器件2的部分将分别被称作“发光器件的主部分”和“发光器件的次部分”。
凹槽118将发光结构110的至少有源层114和第二覆层120(以及可选的第一覆层112的一部分)分离。结果，第一覆层112的至少一部分在整个发光结构110中连续。由于第二电极150在发光器件2的次部分中附着到第一附着层112，所以电流沿着连续的第一附着层112(或沿着其表面)流动并且分布在将产生光的发光器件2的主部分内。
除了没有第二电极150之外，发光器件2的主部分(对应于主部分110a)基本上与图5中示出的发光器件1类似。因此，发光器件1的所有细节和变化同等地应用到发光器件2的主部分。例如，发光器件2的主部分包括(i)多层的、发射光的发光结构110，其具有第一表面109、第二表面115以及至少一个侧表面113a(或形成凹槽118的一部分的侧表面113b)；(ii)绝缘层120，其具有凹进121并且覆盖发光结构的第二表面115以及侧面113a、113b的至少一部分；(iii)第一电极140，其连接到发光结构110的主部分；以及(iv)导电衬底200，其接合到第一电极140。发光器件2的主部分还可以包括欧姆区130，其被定位成与发光结构110的第二表面115和第一电极140接触，例如，欧姆区130可以被放置在绝缘层120内的凹进中。发光器件2还可以包括中间层210以增强结合，例如补偿导电衬底200中的扭曲。
此外，在将第二电极150附着到发光结构的次部分110b的第一覆层112上之前，还可以将主部分110a的第一覆层112的暴露表面被纹理化，以增大发光效率。为了增强第二电极150与次部分110b的第一覆层112的暴露表面的附着，附着第二电极150的次部分110b的第一覆层112的区域可以不被纹理化。认为表面纹理化减少由次部分110a的第一覆层112和空气之间的折射率差导致的全部内部反射。可以通过对有经验的技术人员公知的任何工艺来进行表面纹理化。这样的工艺的一个示例是使用诸如KOH的湿法蚀刻剂。
如图8中所示，发光器件2的次部分110b包括与第一覆层112电连通的第二电极150。第二电极150可以在发光结构110b的次部分的第一覆层的一部分或整个表面上延伸。例如，第二电极可以具有月牙形状，以增强电流分布。因此，发光器件2的次部分110b还包括绝缘层120以及可选的第一电极层140。虽然发光器件2的次部分不需要第一电极层140，但是在高产量加工期间可以更方便地包括第一电极层140。
认为图7和图8中示出的发光器件2可以通过在非干涉位置处放置第二电极150来显著地改进光发射，尤其当利用透明的绝缘层120和反射性的第一电极140时。除了直接从有源区发射的光线(例如，光线L1)之外，发光器件1的成角度的侧表面113允许从异质结构发射至少一次被反射的光(例如，光线L2)和两次被反射的光(例如，光线L3)。因此，发射光的方向性可以被充分地控制，同时充分地增大总的发射光量。此外，认为由于第一电极层140与发光结构110的第二覆层表面115以及主部分110a的至少一个侧壁表面113的至少一部分热连通，所以第一电极140可以提供改进的热从发光结构110传导出并且传导到导电衬底200中的传导性。由于第一电极层140与导电衬底200还具有大的接触面积，所以该冷却效果可以是充分的。
在可替选的实施例中，如图9中所示，上述用于制造开有凹槽的发光结构的工艺可以更改为制造发光器件3，发光器件3具有在角象限(corner quadrant)中的在(例如，由两个凹槽118限定的)发光结构110的基本正方形(顶部轮廓)的次部分110b上形成的第二电极150。因此，当从顶部轮廓来看时，在具有正方形形状的顶部轮廓的发光器件的一个角象限处，形成基本正方形的次部分110b。在这个实施例的另一个变形中，发光器件3可以具有超过一个基本正方形的次部分(未示出)，例如在相对的角象限处的一个或每个角象限处一个。在这些可替选的实施例中，预先形成的、多层的、发射光的异质结构可以被构图为形成具有多个凹槽的发光结构。
在另一可替选的实施例中，如从顶部轮廓看并在图10中示出的，发光器件4可以包括在发光结构110的中心位置中形成的发光结构的次部分110b。在这个实施例中，可以利用正方形形式的四个凹槽(或圆形形式的单个凹槽)，以在发光结构110的中心位置中将次部分110b形成为岛。由于第二电极150形成在次部分110b上，所以其中心位置可以有助于增大从发光结构110的中心到外部的发光主部分110a以径向方向向外的电流分布。在这个实施例中，绝缘层具有凹进(和可选的欧姆层)，所述凹进具有与主部分的形状相对应的基本正方形的形状。
虽然上文中引用的所有形状是正方形或矩形，但是对于上述发光器件的任何部分，其他形状也是可能的。例如，发光结构的次部分可以具有圆形或椭圆形的顶部轮廓形状。在这个实施例中，单个凹槽将具有圆形或椭圆形的形状。
在另一个实施例中，本发明涉及制造具有透镜的垂直型发光器件的方法，如图11A至图11D中所示。这个方法是上述用于制造垂直型发光器件和具有凹槽的垂直型发光器件的方法的变形。在这个实施例中，利用第一覆层的一部分来形成透镜。认为通过减小光射出锥角，透镜的曲率增大发光效率，这是由第一覆层和空气之间的折射率差导致的现象。
如图11A中所示，在这个实施例中，该方法利用预先形成、多层的、发射光的异质结构。与关于图1A描述的预先形成的异质结构类似地，在图11A中示出的这个实施例的预先形成的异质结构包括至少第一衬底100、第一覆层111a、有源层114a和第二覆层116a。然而，这个实施例中的预先形成的异质结构具有充分地较厚以补偿透镜部分的第一覆层111a。在这个实施例中，当从顶部轮廓看时，第一覆层111a的厚度通常比在其上将形成透镜的发光结构110的第一表面109的最短边(或最短直径)的长度的大约十分之一大。在上述开有凹槽的发光器件中，只有主部分110a的第一表面109对于确定最短边(或最短直径)有关。通过对有经验的技术人员公知的任何方法，如气相外延，可以得到这样的厚的第一覆层111a。
其他工艺步骤基本与上述制造垂直型发光器件和具有凹槽的垂直型发光器件的方法的工艺步骤相同。例如，这个实施例的方法还经受下面的工艺步骤：(i)形成发光结构；(ii)形成具有凹进的绝缘层；(iii)形成第一电极以及可选的欧姆层；(iv)可选地对发光结构周围的区域进行构图(可以在随后的时间进行)；(v)将第一电极表面键合到第二导电衬底；(vi)去除第一衬底；(vii)形成第二电极；以及(viii)将第二衬底分离成单个的发光器件。
然而，如图11C中所示，在这个实施例中，该方法还包括由第一覆层111形成透镜119的附加步骤。如图11B中所示，在去除第一衬底的工艺步骤之后，暴露第一覆层111。此后，如图11B和图11C中所示，使用成形的光致抗蚀剂图案，对第一覆层111进行构图工艺，以从第一覆层111形成透镜119并且限定透镜周围的区域。形成透镜的构图工艺的示例在Optical Engineering的第33卷第11期第3547-51页(1994年11月)由Stern等人所著的“Dry etching for coherent refractivemicrolens arrays”以及在1999年9月7日授予Okazaki等人的标题为“Microlens array and method of forming same and solid-state imagepickup device and method of manufacturing same”的美国专利No.5,948,281中描述，其全部内容通过引用结合于此。
虽然图11A至图11D示出凸透镜，但是第一覆层111的形状可以被成形为任何期望的形状，以得到期望的光发射图形。例如，如图11E中所示，在上述工艺步骤的变形中，通过改变透镜成形图形以提供多个较小的透镜，可以得到多个透镜119。
如图11D中示出和在前所述的，在形成至少一个透镜之后，在由第一覆层111制成的透镜(或多个透镜)上形成第二电极150。在发光器件具有凹槽的实施例中，可以在发光器件的次部分的第一覆层111上形成第二电极150。
本发明还涉及在导电衬底上形成的垂直型发光器件，其中，发光器件包括透镜。在前描述的实施例中的任何一个可以包括在此描述的透镜。可以根据上述用于具有透镜的发光器件描述的高产量工艺，制造这样的发光器件。
图12至图14示出具有由第一覆层111形成的透镜的垂直型发光器件的三个变形。图12和图13分别示出具有一个大的透镜和多个较小的透镜的发光器件。在图12中，发光器件5包括具有单个透镜19的发光结构，其中，第二电极150接合到透镜。在图13中，发光器件6包括具有多个透镜19的发光结构，其中，第二电极150接合到位于中心的小透镜的组。可替选地，接合第二电极的区域可以是平坦的，例如无透镜。这些发光结构还包括接合到导电衬底200的第一电极140。导电衬底200还可以包括中间层210，以增强接合，例如补偿导电衬底200中的扭曲。
类似地，图14示出具有凹槽118的发光器件7，凹槽118限定发光器件的主部分110a和次部分110b。发光器件的主部分包括透镜119，以及发光器件的次部分包括第二电极150。如上所述，在这个实施例中，第二电极150对发光器件的主部分所发射的光没有干涉。因此，第二电极150可以由任何期望的导电材料制成，并且它可以采用任何形状，例如，第二电极150可以覆盖发光器件的次部分中的第一覆层的整个表面。虽然在图13中未示出，但是发光器件7还可以包括电流扩展层，电流扩展层在第一覆层的表面上并且可选地在透镜119的表面上。
在另一个实施例中，本发明涉及一种制造在导电衬底200内具有嵌入的齐纳二极管的垂直型发光器件的方法。虽然在此的实施例将导电基底描述为通常包括具有至少一个n型掺杂区的p型衬底，但是导电衬底还可以是具有至少一个p型掺杂区的n型衬底。另外，如上所述，在此的所有实施例还可以包括具有透镜部分的第一覆层。此外，虽然利用上述发光器件，但是任何合适的垂直型发光器件可以被替代，由此利用导电衬底200中的嵌入的齐纳二极管。
图15提供示出发光器件和齐纳二极管的功能方面的电路图。导电衬底200掺杂有导电类型与导电衬底的导电类型相反的化合物。例如，当使用p型衬底200时，所选择的部分衬底掺杂有n型化合物，以及当使用n型衬底200时，所选择的部分衬底掺杂有p型化合物，以产生齐纳二极管。然后，导电衬底200的掺杂区被放置成与发光结构110的第二覆层116电连通，发光结构110的第二覆层116与导电衬底200是相同的导电类型。例如，导电衬底200的n型掺杂区被放置成与发光结构110的p型覆层116电连通。认为齐纳二极管有效地保护发光结构110免受反向偏置电压的有害浪涌的影响，例如免受静电放电的影响。
图16A示出包括齐纳二极管的发光器件8的一个实施例。图16A中示出的发光器件8与图5中示出的发光器件1基本类似。然而，发光器件8包括齐纳二极管，所述齐纳二极管包括具有n型掺杂区205的p型导电衬底200b。此外，第一覆层112b是n型，以及第二覆层116b是p型。因此，当有害的反向偏置电压进入n型掺杂区205时，它将无害地流入到p型衬底200b中并且保护发光结构110。当使用中间层210时，如图16A中所示，中间层只与掺杂区205电连通，即，中间层210不应该接触导电衬底200b的未掺杂区。
类似地，图16B示出包括齐纳二极管的发光器件9的另一个实施例。图16B中示出的具有凹槽的发光器件9与图8中示出的发光器件2基本类似。然而，发光器件9包括齐纳二极管，所述齐纳二极管包括p型导电衬底200b以及n型掺杂区205。此外，第一覆层112b是n型，以及第二覆层116b是p型。因此，当有害的反向偏置电压进入n型掺杂区205时，它将无害地流入到p型衬底200b中并且保护发光结构110。当使用中间层211时，如图16B中所示，中间层应该只与掺杂区205电连通，即，中间层211不应该与导电衬底200b的未掺杂区接触。
可以通过对上述用于制造垂直型发光器件以及具有凹槽的垂直型发光器件的方法包括附加的工艺步骤，得到这些发光器件8和9。所述附加的工艺步骤可以包括如下步骤：(i)在与对应于绝缘层120中的凹进121的第一电极层的一部分电连通的所选择的区域中，用适当的掺杂剂(例如，与衬底相反的导电类型)掺杂导电衬底；(ii)在导电衬底200b的掺杂区205上可选地形成构图的导电中间层210(以及用于具有凹槽的发光器件的211)；(iii)将掺杂区205或构图的导电中间层210(对应于掺杂区205)与对应于绝缘层120中的凹进121的第一电极层的一部分对准和附着；以及其步骤的任何组合。构图的导电中间层210优选地形成在掺杂区205内，以便不与导电衬底200b的未掺杂区接触(或直接电连通)。
本发明还涉及包括上述的垂直型发光器件的发光封装(例如，芯片尺寸封装)。通过将封装连接到电源，可以在任何适当的发光系统中利用这些封装。由于可以在在此描述的发光封装中充分地控制发射光的方向性，因此可以充分地简化芯片尺寸封装。虽然可以使用传统的封装(例如，包括反射器或反射性侧表面或背表面)，但是由于在此描述的发光封装已经能够充分地控制发射光的方向性，因此不需要这样的传统封装。发光封装可以被划分为两大种类：未密封的和密封的。如在此所使用的，附图标记300是基座，基座是具有用于将电力提供到发光器件的至少两个导电区的衬底。基座的非限制性示例包括电路板或印刷电路板。然而，为了简化起见，参考附图标记300在此被称作电路板。
图17和图18示出未密封的发光封装10的一个实施例，发光封装10包括发光器件1，所述发光器件1接合到电路板300上的第一导电区310(也被称作接触)。电路板300还包括电路板300上的第二导电区320(也被称作接触)，以及布线330提供第二电极150和第二导电区320之间的电连通(例如，布线键合)。如果利用的话，则因为以导电中间层210的方式通过导电衬底200提供第二电连接，所以这个实施例只需要一个布线330电连接。虽然发光器件1与图5中示出的器件基本相同，但是上述发光器件中的任何一个可以被这个实施例中的发光器件1替代。
图19、图20、图21A和图21B示出包括具有齐纳二极管的发光器件的未密封的发光封装的各种实施例。虽然这些实施例描述上述发光器件的使用，但是任何适当垂直型发光器件可以被替代，由此利用导电衬底200中的嵌入的齐纳二极管。
图19示出包括具有齐纳二极管的发光器件8的未密封的发光封装11的另一个实施例，发光器件8接合到电路板300上的第一导电区310。发光器件8具有包含n型掺杂区205的p型导电衬底200b。导电中间层210(i)增强(发光结构110)的第一电极140的表面和p型第二衬底200b之间的结合，以及(ii)覆盖(或接触)p型导电衬底200b的n型掺杂区205的至少一部分。中间层210只与掺杂区205电连通，即，中间层210不应该接触导电衬底200b的未掺杂区。第一布线330提供(发光结构110的)第二电极150和第一导电区域310之间的电连通，以及第二布线332提供导电中间层210和电路板上的第二导电区320之间的电连通。
图20示出包括具有齐纳二极管的发光器件9的未密封的发光封装12的另一个实施例，发光器件9接合到电路板300上的第一导电区310。发光器件9包括具有光发射主部分110a和次部分110b的发光结构110，第二电极150设置在次部分110b上。如基本在图16B中示出的，发光器件9还具有包含n型掺杂区205的p型导电衬底200b。第一导电中间层210(i)增强第一电极140(位于发光结构110的光发射主部分110a上)的表面与p型导电衬底200b之间的结合以及(ii)覆盖(或接触)p型导电衬底200b的n型掺杂区205的至少一部分。中间层210只与掺杂区205电连通，即，中间层210不应该接触导电衬底200b的未掺杂区。第二导电中间层211增强第一电极140(位于发光结构110的次部分110b上)的表面与p型衬底200b之间的结合。第一导电中间层210和第二导电中间层211可以由相同的材料或不同的材料制成。可优选地，在第一导电中间层210和第二导电中间层211之间设置间隙。第一布线330提供第二电极150(位于发光结构110的次部分110b上)与第一导电区310之间的电连通，以及第二布线332提供导电中间层210与电路板300上的第二导电区320之间的电连通。
可以以基本类似的方式，利用发光封装11(图19中所示)和发光封装12(图20中所示)。通过对发光封装施加正向偏置，例如对第一导电区310施加负偏置并且对第二导电区320施加正偏置，发光封装11和发光封装12被激活(例如，发光)。如图19和图20的左侧的虚线剪头所示出的，电子通过第一布线330从第一导电区310流向第二电极150。当对发光封装施加反向偏置，例如对第一导电区310施加正偏置并且对第二导电区320施加负偏置时，电子将从第二导电区320流向导电中间层210。当反向偏置的电压达到特定击穿电压(例如静电放电的危险电平)时，齐纳二极管(即，n型掺杂区205和p型导电衬底200b)将允许电子流过n型掺杂区205和p型导电衬底并且通过第一导电区310流出，由此保护发光器件8、9。
图21A示出包括具有齐纳二极管的更改的发光器件9’的未密封的发光封装13的另一个实施例，更改的发光器件9’接合到电路板300上的第一导电区310。如基本对于发光封装9的图16B中所示出的，发光器件9’包括发光结构110，所述发光结构110具有光发射主部分110a和上面设置第二电极150的次部分110b。然而，这个发光器件9’被更改，因为(i)它包括代替第二电极150的在发光结构的次部分中的通过孔接触145以及(ii)在发光结构110的主部分110a和次部分110b之间的区域中去除第一电极层140。通过孔145接触n型第一覆层112b，并且从n型第一覆层112b延伸到绝缘层120的外部。通过孔145可以包括中心的导电材料以及可选的外部的绝缘层(未示出)。可以通过在本领域中公知的任何方法来形成通过孔。用于形成通过孔的可接受的工艺的非限制性示例可以在2005年7月12日授予Yamaguchi的标题为“Method for Manufacturing Semiconductor Device，and Method forManufacturing Semiconductor Module”的美国专利No.6,916,725、2007年3月20日授予Yamaguchi的标题为“Semiconductor Device，Methodfor Manufacturing the Same，Circuit Substrate and Electronic Device”的美国专利No.7,193,297以及2007年5月8日授予Miyazawa的标题为“Method of manufacturing semiconductor device，semiconductor device，circuit substrate and electronic apparatus”的美国专利No.7,214,615中找到，它们的全部内容通过引用结合于此。
发光器件9’还具有p型导电衬底200b，p型导电衬底200b具有第一n型掺杂区205以及第二n型掺杂区206。第一导电中间层210(i)增强第一电极140(位于发光结构110的光发射主部分110a上)的表面与p型导电衬底200b之间的结合以及(ii)覆盖(或接触)p型导电衬底200b的第一n型掺杂区205的至少一部分。类似地，第二导电中间层211(i)增强第一电极140(位于发光结构110的次部分110b上)的表面与p型导电衬底200b之间的结合以及(ii)覆盖(或接触)p型导电衬底200b的第二n型掺杂区206的至少一部分。中间层210只与第一n型掺杂区205电连通，即，中间层210不应该接触导电衬底200b的未掺杂区，以及中间层211只与第二n型掺杂区206电连通。第一导电中间层210和第二导电中间层211可以由相同的材料或不同的材料制成。在这个实施例中，在第一导电中间层210和第二导电中间层211之间设置间隙。通过孔145经由第二导电中间层211和导电衬底200b的第二n型掺杂区206在n型第一覆层112b(位于发光结构110的次部分110b上)与第一导电区310之间提供电连通，以及布线332在导电中间层210与电路板300上的第二导电区320之间提供电连通。
图21B示出包括具有齐纳二极管的更改的发光器件9”的未密封的发光封装14的另一个实施例，更改的发光器件9”接合到电路板300上的第一导电区310。这个实施例的发光封装14与图21A中示出的发光封装13基本类似。因此，上面讨论的发光封装13的描述也应用到发光封装14。然而，发光器件14的p型导电衬底200b具有替代第二n型掺杂区206的通过孔接触212。通过孔接触212可以包括中心的导电材料以及可选的外部的绝缘层(未示出)。结果，第二导电中间层211(i)增强在第一电极140(位于发光结构110的次部分110b上)的表面与p型导电衬底200b之间的结合以及(ii)与p型导电衬底200b中的通过孔接触212进行电连通(或接触)。
通过更改上述用于制造(i)具有凹槽的垂直型发光器件(图8中示出的发光器件2)以及(ii)具有凹槽和齐纳二极管的垂直型发光器件(图16B中示出的发光器件8)的方法，可以得到发光器件9’(图21A中示出)和9”(图21B中示出)。对于发光器件9’和9”的两个共同的附加工艺步骤可以包括下面的步骤：(i)从凹槽区域118的至少一部分(例如，发光结构110的主部分110a和次部分110b之间的区域)局部地去除第一电极层140，以将主部分100a的第一电极层140与次部分100b断开，或者形成在凹槽区域118中断开的构图的第一电极层；以及(ii)在形成第一电极层之前或之后，在发光结构110的次部分110b中形成通过孔接触145(例如，形成直到第一覆层112的通孔并且用导电材料填充该通孔)，如图6B中所示。在键合到第二导电衬底200之前，进行这些附加的步骤。
进行“从凹槽区域118的至少一部分局部地去除第一电极层140并且使第一电极层140断开”的工艺步骤，以防止通过第一电极层140在发光结构110的次部分100b和主部分100a之间进行电连通，由此防止器件内的电短路。因此，可替选的方法包括形成构图的第一电极层140，其中，构图的第一电极层是用于主部分100a的分离开的第一电极层140和用于次部分100b的分离开的第一电极层140，由此防止发光结构的主部分和次部分之间的电连通。在又一可替选的方法中，可以只在主部分100a上而不在次部分100b上，形成构图的第一电极层140。
对于发光器件9’(图21A)，附加的工艺步骤可以包括下面的步骤：(i)在键合导电衬底之前，除了在前描述的区域205的掺杂以外，掺杂(例如通过离子注入)导电衬底200b的附加区206(对应于发光结构的次部分100b)；(ii)在导电衬底200b的掺杂区205和206内可选地形成构图的导电中间层210和211；(iii)将构图的导电中间层210和211(对应于掺杂区205和206)与第一电极层的与绝缘层120中的凹进121和通过孔接触145相对应的部分对准和附着；以及其步骤的任何组合。可以与用于掺杂区205的掺杂工艺同时进行用于掺杂区206的掺杂工艺的至少一部分，和/或可以以分离开的工艺步骤来进行用于掺杂区206的掺杂工艺。此外，导电衬底200b在随后的阶段(例如，在键合之后)可以被减薄，以允许掺杂区206暴露在导电衬底200b的两个面上。
对于发光器件9”(图21B)，附加的工艺步骤可以包括下面的步骤：(i)在形成掺杂区205之前或之后，形成与发光结构110的次部分110b相对应的通过孔接触212(例如，形成穿过导电衬底200b的通孔，并且用导电材料填充该通孔)；(iii)在导电衬底200b的掺杂区205内可选地形成构图的导电中间层210和211，并且对应于通过孔接触212；(iii)将构图的导电中间层210和212(对应于掺杂区205和通过孔接触212)与第一电极层的与绝缘层120中的凹进121和通过孔接触145相对应的部分对准和附着；以及其步骤的任何组合。
可以以与上述发光封装12基本类似的方式来利用发光封装13(图21A中示出)和发光封装14(图21B中示出)。通过对发光封装施加正向偏置，例如对第一导电区310施加负偏置并且对第二导电区320施加正偏置，使发光封装13和发光封装14激活(例如，发光)。如图21A和图21B的左侧的虚线箭头所示出的，通过第二n型掺杂区206或通过孔接触212的方式，电子从第一导电区310流向通过孔接触145。当对发光封装施加反向偏置，例如对第一导电区310施加正偏置并且对第二导电区320施加负偏置时，电子将从第二导电区320流向导电中间层210。当反向偏置的电压达到某一击穿电压(例如静电放电的危险电平)时，齐纳二极管(即，n型掺杂区205和p型导电衬底200b)将允许电子流过n型掺杂区205和p型导电衬底并且从第一导电区310流出，由此保护发光器件9’、9”。
图19至图21B中示出的实施例还可以包括在光发射表面上的表面纹理化(未示出)或在光发射表面上的一个透镜或多个透镜。
图22示出未密封的发光封装15的另一个实施例，发光封装15包括接合到电路板300上的第一导电区310的发光器件1。该实施例与图17和图18中描述的实施例类似。因此，相似的附图标记标识封装的相同元件(或结构)。然而，该实施例中的电路板300包括(i)具有在前所述的第一导电区310和第二导电区320的第一表面以及(ii)具有第三导电区312和第四导电区322的第二表面。电路板300还包括(a)连接第一导电区310和第三导电区312的至少一个第一通过孔316以及(b)连接第二导电区320和第四导电区322的至少一个第二通过孔326。由于通过孔316、326允许连接到外部器件(例如，电源)而不需要附加的连接，所以这个特定实施例是有益的。
图23A至图23D示出各种密封的实施例，即，密封的发光封装16-19。虽然这些附图示出未密封的封装10的使用(图17和图18中示出)，但是在前所述的封装中的任何一个可以类似地被密封。密封提供了至少以下益处：(i)用作保护的物理阻挡；以及(ii)能够俘获磷光体，由此允许控制要被发射的光(例如，颜色)的波长。可以使用一层或多层的密封。
可以使用对有经验的技术人员公知的任何适当的密封。用于密封剂的有用材料包括但不限于环氧树脂、有机硅(silicone)、刚性有机硅(rigid silicone)、聚氨酯、氧杂环丁烷(oxethane)、丙烯酸类树脂(acryl)、聚碳酸酯、聚酰亚胺、其混合物以及其组合。优选地，使用(i)基本透明以使光发射最大化的以及(ii)在其未固化的状态下可流动的密封剂。
类似地，可以使用对有经验的技术人员公知的任何合适的磷光体。有用的磷光体的合适的示例可以在1999年12月7日授予Shimizu等人并且标题为“Light Emitting Device Having a Nitride CompoundSemiconductor and a Phosphor Containing a Garnet Fluorescent Material”的美国专利No.5,998,925、2007年11月20日授予Tamaki等人并且标题为“Nitride Phosphor and Production Process Thereof，and LightEmitting Device”的美国专利No.7,297,293、2007年7月24日授予Murazaki等人并且标题为“Light Emitting Device”的美国专利No.7,247,257、2007年11月27日授予Izuno等人并且标题为“LightEmitting Apparatus and Method of Manufacturing the Same”的美国专利No.7,301,175、2000年5月23日授予Hohn等人并且标题为“Wavelength-Converting Casting Composition and Its Use”的美国专利No.6,066,861、2004年11月2日授予Reeh等人并且标题为“Light-Radiating Semiconductor Component with a LuminescenceConversion Element”的美国专利No.6,812,500、2002年7月9日授予Mueller等人并且标题为“Phosphor Converting Light Emitting Diode”的美国专利No.6,417,019、2005年5月10日授予Kozawa等人并且标题为“Light Emitting Device”的美国专利No.6,891,203、2007年1月2日授予Ota等人并且标题为“Light Emitting Device Having aDivalent-Europium-Activated Alkaline Earth Metal OrthosilicatePhosphor”的美国专利No.7,157,746以及授予Tasch等人并且标题为“Light Source Comprising Light-Emitting Element”的美国专利No.6,809,347中找到，它们的全部内容通过引用结合于此。如上所述，磷光体可以将发光器件产生的光的至少一部分转换成另一波长的光，由此允许被发射的光的颜色改变。例如，通过利用发射蓝光的发光结构并且使用包括黄色荧光材料的磷光体，可以得到白光。类似地，可以利用红色磷光体来增加显色指数。
图23A示出密封的发光封装16，所述密封的发光封装16包括发光封装10、包括在第一密封剂342中密封的多个磷光体微粒344的磷光体区340以及密封磷光体区340的第二密封剂350。第一密封剂342和第二密封剂350可以由相同的材料或不同的材料制成。认为第二密封剂350可以防止对磷光体区340的损害(例如，由湿气造成的损害)。
图23B示出密封的发光封装17，所述密封的发光封装17包括发光封装10、磷光体层344以及密封剂350。在密封涂覆有磷光体的封装之前，可以将薄的磷光体层344喷射到未密封的封装11上。
图23C示出密封的发光封装18，所述密封的发光封装18包括发光封装10、磷光体层344、密封剂342以及具有垂直延伸的侧壁301的更改的电路板300。虽然电路板300的侧壁301是直的，但是可以将侧壁301形成角度，以增大光反射和光发射。在这个实施例中，侧壁301优选地是反射性的。如所示出的，在不用密封剂的情况下可以利用该实施例，尤其当在被包围的照明系统内利用发光封装18时。可替选地，如前所述，可以将密封剂(未示出)和/或磷光体(未示出)添加到由电路板300和侧壁301产生的包围内。
图23D示出密封的发光封装19，所述密封的发光封装19包括由第一密封剂342密封发光封装10、覆盖第一密封剂342的磷光体层344以及第二密封剂350，第二密封剂350密封由磷光体层344覆盖的第一密封剂342。第一密封剂342和第二密封剂350可以由相同的材料或不同的材料制成。认为第二密封剂350可以防止对磷光体层344的损害(例如，由湿气造成的损害)。
图24至图26提供不同的封装构造，所述封装构造提供发光器件1的阵列。图24示出发光器件1的阵列，其中，串联地放置发光器件1的子组。每个子组中的发光器件接合到电路板300上的公共的第一导电区310。每个子组中的每个发光器件1的第二电极150电连接到电路板300上的公共的第二导电区320。图25示出这样的发光器件1的阵列，其中，串联放置的发光器件1的每个子组由公共的磷光体区340和/或公共的第二密封剂350密封。图26示出这样的发光器件1的阵列，其中，每个发光器件由磷光体区340和/或第二密封剂350各自地密封。
图27至图31示出包括本发明的发光封装和发光器件的照明系统。图27示出LCD面板，所述LCD面板包括(i)发光封装，其包括在具有反射性侧壁301的电路板300上安装的至少一个发光器件1、(ii)具有图形412a的反射性片412，所述反射性片412被形成角度，以控制在预定方向上的光的反射、(iii)转移片410、(iv)扩展片414、(v)至少一个棱镜片416以及(vi)显示面板。当使用发光器件1时，提供发射光的方向控制的反射性侧壁301不是必需的。
图28示出投影系统，所述投影系统包括(i)光源410，其包括如在此描述的发光封装、(ii)聚光透镜420、(iii)滤色器430、(iv)锐化透镜(sharpening lens)440、(v)数字微镜装置450以及(vi)投影透镜480。所得图像被投影到屏幕490上。
类似地，图29至图31分别示出具有发光封装10的汽车的前灯、具有至少一个发光封装10的街灯以及具有至少一个发光封装10的泛光灯。

Claims (24)

1.一种制造发光器件的方法，包括：
在第一衬底上形成至少一个发光结构，所述发光结构包括在所述第一衬底上的第一覆层、在所述第一覆层上的有源层、在所述有源层上的第二覆层以及至少一个倾斜的侧表面，所述至少一个倾斜的侧表面包括所述第一覆层、所述有源层以及所述第二覆层的暴露面；
在所述发光结构上形成构图的绝缘层，其中，所述绝缘层包括暴露所述第二覆层的一部分的凹进；
在所述凹进中和在所述绝缘层的至少一部分上形成第一电极层；
将所述第一电极层的至少一部分附着到第二导电衬底；
去除所述第一衬底，以暴露所述第一覆层的至少一个表面；以及
在所述发光结构的第一覆层的暴露表面上形成第二电极。
2.如权利要求1所述的方法，还包括将所述第二导电衬底与所述发光结构周围的区域分离，以形成包括至少一个发光结构的至少一个发光器件。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述的形成绝缘层的步骤包括在所述发光结构的至少一个倾斜的侧表面的至少一部分以及所述第二覆层上形成绝缘层。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述的形成绝缘层的步骤包括在所述发光结构的有源层的至少暴露的侧表面以及所述第一覆层上形成绝缘层，以及其中，所述的形成第一电极层的步骤包括在至少所述第二覆层上形成第一电极层。
5.如权利要求1所述的方法，还包括在所述凹进中形成欧姆层，
其中，所述第一电极层形成在所述欧姆层以及所述绝缘层的至少一部分上。
6.如权利要求1所述的方法，
其中，所述发光结构被形成为还包括至少一个凹槽，所述凹槽将至少所述第二覆层与所述有源层分离，同时至少提供所述第一覆层的连续部分，其中，所述凹槽的一个部分限定所述发光结构的主部分，以及所述凹槽的另一个部分限定所述发光结构的次部分；以及
其中，所述的形成第二电极的步骤包括在所述次部分的第一覆层的暴露表面上形成第二电极。
7.如权利要求1所述的方法，还包括从所述第一覆层的一部分形成凸起结构，其中，所述第二电极形成在所述凸起结构上。
8.如权利要求1或权利要求6所述的方法，其中，所述第二导电衬底包括齐纳二极管，所述齐纳二极管包括所述导电衬底的掺杂区，其中，所述掺杂区具有与所述第二导电衬底的导电类型相反的导电类型，以及其中，只有所述掺杂区与所述第一电极电连通。
9.一种制造发光器件的方法，包括：
在第一衬底上形成至少一个发光结构，所述发光结构包括在所述第一衬底上的第一覆层、在所述第一覆层上的有源层、在所述有源层上的第二覆层、至少一个侧表面以及至少一个凹槽，所述至少一个侧表面包括所述第一覆层、所述有源层以及所述第二覆层的暴露面，所述至少一个凹槽将至少所述第二覆层与所述有源层分离，同时至少提供所述第一覆层的连续部分，其中，所述凹槽的一个部分限定所述发光结构的主部分，以及所述凹槽的另一个部分限定所述发光结构的次部分；
在所述发光结构上形成绝缘层，其中，所述绝缘层包括暴露所述第二覆层的一部分的凹进；
在所述凹进中和在所述绝缘层的至少一部分上形成构图的第一电极层，其中，所述第一电极层在所述凹槽区中是不连续的，以电隔离所述次部分；
形成绝缘的通过孔接触，所述通过孔接触从所述第一电极层延伸到所述发光结构的次部分的第一覆层；
将所述第一电极层的表面的至少一部分附着到第二导电衬底，其中，所述第二导电衬底包括构图的导电中间层，所述导电中间层具有第一部分和第二部分，所述第一部分用于附着到与所述凹进相对应的所述第一电极层的表面，以及所述第二部分用于与所述通过孔接触电连通；
去除所述第一衬底，以暴露所述第一覆层的至少一个表面；以及
将所述第二导电衬底与所述发光结构周围的区域分离，以形成包括至少一个发光结构的至少一个发光器件。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述第二导电衬底包括（i）具有第一掺杂区的齐纳二极管以及（ii）延伸穿过所述第二导电衬底的第二掺杂区，其中，所述构图的导电中间层的第一部分设置在所述导电衬底的第一掺杂区上以及第一掺杂区内，以及附着到与所述凹进相对应的所述第一电极层的表面的至少一部分，以及其中，所述构图的导电中间层的第二部分设置在所述导电衬底的第二掺杂区上以及第二掺杂区内，以及接触所述发光结构的次部分的通过孔接触。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述第二导电衬底包括（i）具有第一掺杂区的齐纳二极管、（ii）延伸穿过所述第二导电衬底的绝缘通过孔接触，其中，所述构图的导电中间层的第一部分设置在所述导电衬底的第一掺杂区上以及第一掺杂区内，以及附着到与所述凹进相对应的所述第一电极层的表面的至少一部分，以及其中，所述构图的导电中间层的第二部分设置在所述导电衬底的通过孔接触上，以及接触所述发光结构的次部分的通过孔接触。
12.一种发光器件，其由根据权利要求1所述的方法得到。
13.一种发光器件，包括：
发光结构，其具有光发射第一表面、第二表面、与所述第二表面相比倾斜成角度的至少一个侧表面、具有第一表面和第二表面的有源层、第一覆层以及第二覆层，所述第一覆层在所述有源层的第一表面上并且提供所述发光结构的第一表面，所述第二覆层在所述有源层的第二表面上并且提供所述发光结构的第二表面；
绝缘层，其在所述发光结构的至少一个侧表面的至少一部分和所述第二表面上，其中，所述绝缘层包括暴露了所述第二覆层的至少一部分的凹进；
第一电极和第二电极，其连接到所述发光结构，其中，所述第一电极在所述凹进中并且在所述绝缘层的至少大部分上；以及
导电衬底，其附着到所述第一电极的表面的至少一部分。
14.如权利要求13所述的器件，其中，所述绝缘层在所述发光结构的侧表面上延伸，以包围至少所述有源层。
15.如权利要求13所述的器件，其中，所述绝缘层在所述发光结构的整个侧表面上延伸。
16.如权利要求13所述的器件，其中，所述绝缘层至少在所述发光结构的与所述有源层相对应的侧表面上以及所述第一覆层上，以及其中，所述第一电极层至少在所述第二覆层上。
17.如权利要求13所述的器件，其中，所述第一电极层在所述第二覆层上和所述绝缘层的至少一部分上。
18.如权利要求13所述的器件，还包括凹槽，所述凹槽沿着所述发光结构的第二表面，以提供所述发光结构的主部分和所述发光结构的次部分，其中，所述凹槽将至少所述发光结构的第二覆层与所述有源层分离，同时至少提供所述第一覆层的连续部分；以及
其中，所述第二电极在所述发光结构的次部分的第一表面上。
19.如权利要求13所述的器件，其中，所述第一覆层包括凸起形状的透镜部分。
20.如权利要求18所述的器件，其中，所述发光结构的主部分的第一覆层的一部分具有凸起形状，以及其中，所述第二电极设置在所述发光结构的次部分的第一表面上。
21.如权利要求13或18所述的器件，其中，所述导电衬底包括齐纳二极管，所述齐纳二极管包括所述导电衬底的掺杂区，其中，只有所述掺杂区与所述第一电极电连通。
22.如权利要求21所述的器件，其中，所述导电衬底还包括构图的导电中间层，所述导电中间层设置在所述导电衬底的掺杂区上和掺杂区内，以及其中，所述第一电极层的表面的至少一部分连接到所述导电中间层。
23.一种垂直型发光器件，包括：
发光结构，其具有光发射第一表面、至少一个侧表面以及第二表面；
构图的绝缘层，其在所述发光结构的第二表面和至少一个侧表面的至少一部分上，其中，所述绝缘层包括暴露所述第二表面的一部分的凹进；
衬底，其支撑所述发光结构；
第一电导管，用于连接到电源；
第二电导管，用于连接到电源；
用于将所述发光结构的第一表面与所述第一电导管电连接的装置；以及
用于将所述发光结构的第二表面与所述第一电导管电连接以及用于将冲击在所述发光结构的至少一个侧表面上的光进行反射的装置。
24.如权利要求23所述的器件，其中，所述的用于反射光的装置还将热导离所述发光结构。
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