具有光学元件和反射体的发光器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及具有光学元件和光学元件底部上的反射体的照明器件。
【背景技术】
[0002]包括发光二极管(LED)、谐振腔发光二极管(RCLED)、垂直腔激光二极管(VCSEL)和边缘发射激光器的半导体发光器件是当前可获得的最高效的光源之一。当前在能够跨可见光谱操作的高亮度发光器件的制造中感兴趣的材料系统包括II1-V族半导体，特别是镓、铝、铟和氮的二元、三元和四元合金，其还被称为III氮化物材料。典型地，III氮化物发光器件通过借由金属有机化学气相沉积(M0CVD)、分子束外延(MBE)或其它外延技术在蓝宝石、碳化硅、III氮化物或其它合适衬底上外延生长不同组成和掺杂剂浓度的半导体层的叠层来制作。叠层通常包括形成在衬底之上的掺杂有例如Si的一个或多个η型层、形成在一个或多个η型层之上的有源区中的一个或多个发光层、以及形成在有源区之上的掺杂有例如Mg的一个或多个p型层。电气接触件形成在η和p型区上。
[0003]图1图示了在通过引用并入本文的US 7，009, 213中更详细描述的器件。光发射器4位于光发射器4键合到的光学元件2的表面22中的凹陷38中。光学元件2直接键合到光发射器4。光发射器4包括能够发射光的有源区和半导体层的叠层。半导体层的叠层附连到由诸如例如蓝宝石、SiC、GaN、AlN或GaP之类的材料形成的透明覆盖物(superstrate)34。光发射器4包括η型传导性的第一半导体层8和p型传导性的第二半导体层10。半导体层8和10电气耦合到有源区12。有源区12例如是与层8和10的界面相关联的ρ_η 二极管结。可替换地，有源区12包括η型或ρ型掺杂或者无掺杂的一个或多个半导体层。有源区12还可以包括量子阱。η接触件14和ρ接触件16分别电气耦合到半导体层8和10。有源区12在跨接触件14和16施加合适电压时发射光。光学元件2以表面24为界。表面24的形状减少由光发射器4发射的光的反射。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种具有光学元件和在光学元件底部上的反射体的照明器件。
[0005]根据本发明的实施例的结构包括半导体发光器件和设置在半导体发光器件之上的光学元件。半导体发光器件设置在光学元件中的凹陷中。反射体设置在光学元件的底表面上。
[0006]根据本发明的实施例的方法包括将半导体发光器件设置在衬底上并且形成邻近半导体发光器件的反射体。光学元件形成在半导体发光器件之上。将半导体发光器件从衬底移除。
【附图说明】
[0007]图1图示了设置在光学元件的凹陷中的光发射器。
[0008]图2图示了包括LED、透镜和设置在透镜底部上的反射材料的发光器件。
[0009]图3图不了设置在衬底上的反射材料。
[0010]图4图示了四个LED和四个光学元件的布置。
[0011]图5图示了附连到衬底的两个LED，其中波长转换材料设置在LED之上。
[0012]图6图示了设置在图3中所图示的衬底上的图5的LED。
[0013]图7图示了在图6中所图示的结构之上模制光学元件。
[0014]图8图示了在图7中所图示的模制之后的两个器件。
[0015]图9图示了包括LED、透镜和设置在透镜底部上的反射材料的发光器件。
[0016]图10图示了附连到衬底的两个LED和设置在LED之上的反射材料。
[0017]图11图示了在减薄反射材料之后的图10的结构。
[0018]图12图示了在将结构附连到第二衬底、移除第一衬底并且在LED之上形成波长转换层之后的图11的结构。
[0019]图13图示了在LED之上形成光学元件之后的图12的结构。
[0020]图14图示了在单分LED之后的图13的结构。
[0021]图15和16图示了设置在LED之上的光学元件，其中光学元件与LED宽度基本上相同。
【具体实施方式】
[0022]在本发明的实施例中，反射体设置在光学耦合到诸如LED之类的半导体发光器件的光学元件的底表面上。反射涂层可以最小化光从LED到LED所附连到的底座上的入射。相应地，可以使用具有相对低反射率的底座而没有不利地影响来自系统的光提取。例如，LED可以经由焊接附连而附连到诸如印刷电路板之类的底座。这样的底座通常包括在其上安装LED的底座的顶表面上的低反射率焊接掩模。
[0023]尽管在以下示例中，半导体发光器件是发射蓝光或UV光的III氮化物LED，但是可以使用除LED之外的半导体发光器件，诸如激光二极管以及由诸如其它II1-V材料、III磷化物、III砷化物、I1-VI材料、ZnO或基于Si的材料之类的其它材料系统制成的半导体发光器件。
[0024]图2图示了根据本发明的实施例的器件。诸如圆顶透镜之类的光学元件42设置在诸如LED之类的半导体发光器件40之上。
[0025]LED 40可以是例如倒装芯片III氮化物发光器件，其中生长衬底被移除或者保留器件的部分。LED 40可以例如发射具有UV或蓝色峰值波长或者任何其它合适的峰值波长的光。LED 40的底表面通常可焊接到另一结构，诸如印刷电路板。可以使用任何合适的发光器件40。
[0026]在图2中所图示的示例LED中，LED 40包括生长在生长衬底44上的半导体结构46，生长衬底44可以是任何合适的衬底，诸如例如蓝宝石、SiC、S1、GaN、玻璃或复合衬底。半导体结构包括夹在η和ρ型区之间的发光或有源区。η型区可以首先生长并且可以包括不同组成和掺杂剂浓度的多个层，包括例如诸如缓冲层或成核层之类的准备层，和/或设计成促进生长衬底的移除的层，其可以是η型或非有意掺杂的，以及设计以得到对于使发光区高效地发射光而言合期望的特定光学或电气性质的η或甚至ρ型器件层。发光或有源区生长在η型区之上。合适的发光区的示例包括单个厚或薄的发光层，或者包括通过阻挡层分离的多个薄或厚的发光层的多个量子阱发光区。Ρ型区然后可以生长在发光区之上。与η型区相似，ρ型区可以包括不同组成、厚度和掺杂剂浓度的多个层，包括非有意掺杂的层或者η型层。器件中的所有半导体材料的总厚度在一些实施例中小于ΙΟμπι并且在一些实施例中小于6μπι。在一些实施例中，ρ型区首先生长，接着是有源区，接着是η型区。在一些实施例中，半导体材料可以可选地在生长之后在200°C和800°C之间处退火。
[0027]然后形成ρ型区上的金属接触件50。接触件50可以包括反射金属，诸如例如银。接触件50可以包括其它金属层，诸如例如做出到ρ型III氮化物材料的欧姆接触的层和/或防止反射金属的电迀移的防护层。在形成ρ接触件50之后，对于LED晶片上的每一个LED，部分的ρ接触件50、p型区和半导体结构46中的有源区被移除以暴露在其上形成金属η接触件48的η型区的部分。ρ和η接触件50和48可以重分布。例如，形成一个或多个电介质层52，其电气隔离ρ和η接触件50和48。在电介质层52中形成开口，其中金属ρ键合垫58和η键合垫56将电气连接到ρ和η接触件50和48。金属层形成在电介质层52之上，然后图案化金属层以形成ρ键合垫58和η键合垫56。
[0028]在图2的LED 40中，通过透明衬底44的顶部和侧面提取从LED所提取的光的大部分。半导体结构46由生长衬底44支撑，生长衬底44保留器件的部分。在一些实施例中，从器件移除或者减薄生长衬底44，并且半导体结构由诸如键合到半导体结构的主体(host)衬底或者形成在η和ρ接触件48和50上的厚金属ρ和η键合垫58和56之类的另一结构支撑。可以使用任何合适的发光器件并且本发明不限于图2中所图示的器件。
[0029]波长转换材料设置在LED 40之上。在图2中所图示的实施例中，波长转换层54在LED 40与透镜42之间设置于LED 40之上。波长转换层54可以是任何合适的结构。例如，波长转换层54可以包括设置在透明材料中的一个或多个波长转换材料。(多个)波长转换材料吸收LED 40所发射的光并且发射不同波长的光。由LED 40发射的未经转换的光通常是从结构提取的光的最终光谱的部分，尽管其不需要如此。常见组合