專利名稱：在發(fā)光半導體元件上提供一圖案化光學透明或半透明導電層的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的示例性方面涉及照明設備。更具體地，本發(fā)明的多個方面涉及利用圖案化的導電層的固態(tài)發(fā)光設備。
背景技術：
發(fā)光二極管(“LED”)是能夠將電能轉換成光的照明半導體設備。隨著目前來自 LED的光輸出的提高，常規(guī)照明裝置(如，白熾燈泡和/或熒光燈)可能在可預見的將來被 LED替代。LED的各種商業(yè)應用(如，交通燈、車燈和電子廣告)已經投入使用。LED是能夠發(fā)出電熒光窄光譜的具有偏置p-n結的半導體二極管。例如，當電流穿過LED時，其發(fā)射光。當電子和空穴重組時，光本質上是一種能量釋放的形式。雖然所發(fā)射的光的波長可以根據材料組成而變化，但是可以產生的光量也由各種參數(如，穿過LED的電流有效性)來決定。為了增加光輸出，常規(guī)方法是增加到LED的電流。常規(guī)方法例如在LED上沉積重和/或厚導電層，以增加電流分布。但是，與該常規(guī)方法關聯(lián)的缺點是盡管厚導電層可以提供額外的電流，但是由于其厚度，其也部分地阻礙了光穿過導電層。

發(fā)明內容
本發(fā)明公開了利用圖案化光學透明或半透明導電層來提高整體光輸出的發(fā)光二極管(“LED”)。LED或設備包括第一導電層、活性層、第二導電層、光學透明或半透明導電層和電極。光學透明或半透明導電層具有第一表面和第二表面，其中，第一表面直接或間接沉積在第二導電層上。在一個方面中，光學透明或半透明導電層是沉積在第二導電層上的銦錫氧化物(“ΙΤ0”)層。第二表面包括具有用于促進電流擴布和光穿過的厚區(qū)域和薄區(qū)域的圖案。根據詳細描述、附圖和下述權利要求，本發(fā)明的示例性方面的附加特征和益處將變得顯而易見。


根據下面給出的詳細描述和本發(fā)明各個方面的附圖，將更全面地理解本發(fā)明的示例性方面，但是，不應將本發(fā)明限于這些具體方面，而是其僅用于說明和理解。圖1是現(xiàn)有技術的LED20的現(xiàn)有技術俯視圖；圖2是圖1中所示的2-2線的現(xiàn)有技術LED20的截面圖3是LED的另一個實施方式的俯視圖，提出該LED的另一個實施方式以減小光學透明或半透明導電層兩端的電壓壓降；圖4是根據本發(fā)明的一個方面的LED40的俯視圖；圖5-7是根據本發(fā)明的一個方面的分別通過5-5線、6-6線和7_7線的LED40的截面圖；圖8示出了根據本發(fā)明的一個方面的具有帶有厚區(qū)域和薄區(qū)域的正方形圖案的光學透明或半透明導電層的圖；圖9示出了根據本發(fā)明的一個方面的帶有厚區(qū)域和薄區(qū)域的被組織為三角形圖案的光學透明或半透明導電層的圖；圖10示出了根據本發(fā)明的一個方面的具有帶有厚區(qū)域和薄區(qū)域的矩形圖案的光學透明或半透明導電層的圖；圖11示出了根據本發(fā)明的一個方面的具有帶有厚區(qū)域和薄區(qū)域的圓形圖案的光學透明或半透明導電層的圖；圖12A-B示出了根據本發(fā)明的一個方面的具有網狀圖案的光學透明或半透明導電層的圖；圖13A-B示出了根據本發(fā)明的一個方面的用于制造具有圖案化的光學透明或半透明導電層的LED設備的制造過程；圖14示出了根據本發(fā)明的一個方面的具有圖案化的光學透明或半透明導電層的照明設備的制造過程的流程圖；圖15示出了根據本發(fā)明的一個方面的用于制造具有圖案化的光學透明或半透明導電層的LED設備的器件的框圖；以及圖16示出了根據本發(fā)明的多個方面的包括具有圖案化的光學透明或半透明導電層的LED或LED設備的示例性設備。
具體實施例方式在采用具有包含厚區(qū)域和薄區(qū)域的圖案的光學透明或半透明導電層的方法、設備和裝置的背景下描述本發(fā)明的多個方面。本領域技術人員將意識到示例性方面的下面詳細描述僅是示例性的，并不旨在以任何方式限制。得到本發(fā)明益處的技術人員將容易地理解其他方面。下面將詳細描述實現(xiàn)如附圖中所示的示例性方面。在附圖和下面詳細的描述中通篇使用相同的附圖標記來指代相同或類似的部件。為了清楚，沒有示出或描述本文中描述的實施的所有常規(guī)特征。當然，將理解的是，在任意這樣的實際實施中，可以做出許多實施特定的決定，以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標， 如和與應用和商業(yè)有關的限制兼容，并且這些具體目標將根據實施變化以及根據開發(fā)商而變化。而且，將理解的是，這樣的開發(fā)努力可能是復雜并且耗時間的，但是對于得到本發(fā)明益處的本領域技術人員來說是設計的常規(guī)過程。將理解的是，本發(fā)明的方面可以包含集成電路，利用常規(guī)半導體技術(如， CM0S( “互補金屬氧化物半導體”)技術)，或其他半導體制造過程可容易地制造集成電路。 此外，本發(fā)明的該方面可以利用用于制造光電設備的其他制造過程來實現(xiàn)。
參照圖1和圖2可以更容易地理解本發(fā)明的多個方面提供優(yōu)點的方式，圖1和圖 2示出了現(xiàn)有技術的GaN基LED。圖1是LED20的俯視圖，并且圖2是通過圖1的2_2線的 LED20的截面圖。LED20通過使三層生長在藍寶石基板19上而構成。第一層22是η型材料。第二層23是當空穴和電子在其中組合時發(fā)光的活性層。第三層是ρ型層對。這些層中的各個層可以包括多個子層。由于這些子層的功能在現(xiàn)有技術中是公知的并且不是本討論的中心，所以已經從附圖和下面的討論中省略了這些子層的細節(jié)。臺面觀通過層23和M蝕刻，并且接觸器(contact) 26放置在臺面28的底表面上，以提供到層22的電連接。通過通常由銦錫氧化物(ITO)構成的光學透明或半透明導電層提供到層M的電連接。層27連接到提供到電源的電連接的第二接觸器25。當向接觸器 25和沈提供電力時，在活性層23中產生光并且通過光學透明或半透明導電層27從LED20 提取光，如四所示。P型GaN的電阻率比η型GaN的電阻率大得多。為了使LED20的光產生效率最大， 活性層23兩端的電流強度應當是一致的。即，路徑31-33的電阻應當都是相同的。在沒有層27時，路徑31的電阻將比路徑33的電阻大得多，因此，光生成將在路徑31周圍的活性區(qū)域中集中，這導致LED表面兩端的強度具有梯度。雖然ITO的電阻率比ρ型GaN的電阻率小得多，但是通過ITO層的電阻是不可忽視的。隨著LED的電力輸出增大，ITO中的損失變得明顯，并且除非ITO層的厚度增大，否則會產生光強度的梯度。不幸的是，隨著ITO厚度增加，ITO中吸收的光量也增加。當增加層，以容納高功率LED中所要求的電流密度時， 來自吸收ITO中的光的光損失變得明顯。 為了簡化下面的討論，將假設η型GaN層的表面電阻比ITO層27的表面電阻小得多。ITO層的目的是使接觸器25和ITO層表面上的各點之間的電壓差最小。接觸器25和 34-36所示的各個點之間的電壓壓降將與上述點和接觸器25之間的距離成比例。電壓壓降也和ITO層的厚度成反比。通常，存在由可接受的光非均一程度確定的可接受電壓壓降，以及ITO層中的可接受功率損失。在現(xiàn)有技術設備中，ITO層的厚度被設置為提供該級別的電壓壓降。用于減小ITO層兩端的電壓壓降的一種現(xiàn)有技術方法是利用具有在ITO層上延伸出去的窄金屬部件的頂接觸器。參照圖3，圖3是LED的另一個方面的俯視圖，提出該LED 的另一個方面以減小ITO層兩端的電壓壓降。LED30與上面討論的LED20的不同點在于接觸器25由包括在ITO層27上延伸出去的金屬“指狀物(fingers)，，37的接觸器35代替。 指狀物37確保ITO層上的每個點僅僅是從金屬導體的某個預定最大距離，因此，大致減少了與ITO層兩端的電壓壓降關聯(lián)的問題。不幸的是，該方案明顯減少了離開LED的光量。指狀物必須具有這樣的寬度其足以傳導由ITO層擴布的電流，而無沿指狀物的明顯電壓壓降。結果，ITO層表面的有效部分被金屬覆蓋，因此，不透射光。現(xiàn)在參照圖4-7，圖4-7示出了利用本發(fā)明的一個方面的 LED40。圖4是LED40的俯視圖，并且圖5_7分別是通過5_5線、6_6線和7_7線的LED40的截面圖。LED40包括上面討論的常規(guī)三層結構45。以常規(guī)方式在基板46上制造層45。ITO 層43沉積在ρ層48上，以在層48上提供電流擴布。ITO層43與上述ITO層27的不同點在于ITO層43包括大致比ITO層43的其他部分厚的部分44。這些更厚部分在阻擋這些部分之下的區(qū)域中產生的少量光的同時，提供上述“指狀物”的電流擴布功能。ITO層連接至金屬接觸器41，并且通過在接觸器41和42之間施加電力對LED通電。更厚部分比更薄部分吸收更多的光；但是，仍然增加了凈光通過量。此外，由于這些部分不再需要長距離傳輸電流，所以可以減小ITO層43的更薄部分的厚度。結果，減少了光在更薄部分中的吸收。如果給定指狀物的任何特定圖案，則可以針對LED攜帶的電流密度來獲得ITO層43的薄厚部分的最佳厚度。通過使用于期望電流密度的ITO層中的總光吸收最小，使LED兩端的電流密度的最大允許變化最小，以及使LED的設計參數(如，層堆45的整體尺寸和電阻率)最小，來確定指狀物的最佳高度、寬度和長度以及ITO層43的厚薄部分的最佳厚度。返回參照圖7，ITO層43包括厚區(qū)域906和薄區(qū)域908，其中，薄區(qū)域的高度被指定為di，并且厚區(qū)域的高度被指定為d2。在一個方面中，di具有從5A至4999A的范圍，并且d2具有從5至5000A的范圍。根據所使用的材料和設備尺寸，厚或薄區(qū)域d3的寬度具有1至1000 μ m的范圍。應當注意的是，變更、改變或調節(jié)dl、d2和d3的維數可以是電流擴布和光穿過之間的權衡功能。為了使電流擴布和光穿過之間的權衡最佳，本發(fā)明的一個方面采用圖案化的導電層，以提高整體光輸出。圖案化的導電層是具有規(guī)則和/或不規(guī)則形狀的表面圖案的光學透明或半透明導電層。在一個方面中，透明或半透明導電層是具有各種圖案或形狀來建立厚區(qū)域和薄區(qū)域的ITO層。如更早提到的，厚區(qū)域促進電流擴布，而薄區(qū)域促進光穿過。透明或半透明導電層形成有圖案，其中，該圖案包括一個或更多個形狀。這些形狀可以是規(guī)則和/或不規(guī)則幾何形狀，其中，幾何形狀包括，但不限于，多邊形、三角形、平行四邊形、矩形、菱形、正方形、梯形、四邊形、多線繪制圖形(Ploydrafter)、圓形和/或不同幾何形狀的組合。下面五個圖(圖8至圖1 示出了由不同形狀形成的圖案的示例性方面。圖8是示出了根據本發(fā)明的一個方面的具有帶有厚區(qū)域和薄區(qū)域的正方形圖案的示例性光學透明或半透明導電層的圖200。圖200包括正電極250、負電極2M和光學透明或半透明導電層258。光學透明或半透明導電層258是ITO層，其覆蓋LED表面的至少一部分，包括多個圖案202，其中，各圖案202包括四個正方形204-207。注意的是，圖案202 可以在ITO層258的一部分上重復。在另選示例中，多個不同的圖案可以在ITO層258的一部分上重復。在一個方面中，正方形207和208是薄區(qū)域，而正方形204-206和210是厚區(qū)域，其中，各正方形具有四(4)條邊212。薄區(qū)域207的多條邊212具有與厚區(qū)域210的多條邊類似的維數。根據所使用的 ITO材料，可以調整邊212的長度，以使電流流動和光穿過最佳化。光穿過表示穿過ITO層的具有50-2000nm(納米)之間的波長的可見光或電磁輻射量。利用圖案化的ITO層，與厚區(qū)域204-206相比，薄區(qū)域207-208使更多的光穿過。能夠擴布電流流動的ITO層258是LED管芯中的單獨層，其中，LED管芯包括但不限于η層、P層和活性區(qū)域。在一個方面中，可以調節(jié)各正方形的尺寸或面積，以使光輸出最佳。例如，邊212的長度可以在1和IOOym之間變化。由于薄區(qū)域(或正方形)208使附加光穿過，所以薄正方形208的更高百分比呈現(xiàn)更亮的光學設備。由于圖案202包括三 (3)個正方形厚區(qū)域204-206和一(1)個正方形薄區(qū)域207，所以如圖8所示，ITO層258利用近似25%的區(qū)域，用于提高光穿過。注意的是，增加厚區(qū)域的尺寸或減小薄區(qū)域的尺寸是電流流動和光穿過之間的權衡。例如，增加厚ITO區(qū)域的尺寸(這使得附加電流流動)減少了光穿過。在一個方面中，ITO層258的厚區(qū)域252執(zhí)行如圖3中所示的包括薄區(qū)域207-208 的用于電流擴布的金屬指狀物37的功能。類似地，薄區(qū)域207-208使更多的可見光穿過 ITO層258。ITO層258或ITO層258的一部分耦接到如ρ電極的正電極250。臺面或井區(qū) (well) 256將ITO層258與諸如η電極的負電極2Μ分離。應當注意的是，可以用具有多邊形圖案或不同種類形狀的組合的另一個導電層替代ITO層258。諸如ITO層258的透明或半透明導電層能夠傳導或者分布電流并且允許光穿過層 258。光學透明或半透明導電層還可以由除了 ITO的復合材料形成。如果由諸如碳納米管層的另一個透明或半透明導電層來替代ITO層258，則不改變本發(fā)明的多個方面的基本概
O圖9示出了根據本發(fā)明的一個方面的帶有厚區(qū)域和薄區(qū)域的被組織為三角形圖案的光學透明或半透明導電層352的圖300。圖300包括電極350和光學透明或半透明導電層352，其中，層352包括厚區(qū)域358和薄區(qū)域356。光學透明或半透明導電層352是ITO 層，該ITO層包括多個三角形圖案，如橫越ITO層352的整個表面的圖案304。各圖案302 或304包括近似十三(1 個三角形，其中，三角形12和13是如三角形11的其他三角形的尺寸的一半。厚區(qū)域中的三角形(被稱為厚三角形)具有與薄區(qū)域中的三角形(被稱為薄三角形)類似的物理維數。在一個方面中，圖案304包括六(6)個薄三角形1-6和七(7) 個厚三角形7-13。應當注意的是，如果向或從圖300添加或去除一個或更多個框(或層)， 則本發(fā)明的示例性方面的基本概念將不會改變。如三角形16的三角形具有兩⑵個邊緣320、一⑴條邊318和高度310，其中，高度310可以具有與基底318類似的維數。三角形12和13是具有其他三角形面積的大約一半面積的半個三角形。薄和厚三角形的邊緣和/或邊310-320是大致相同的物理維數。根據ITO材料，可以調整邊緣和/或邊310-320的維數，以使電流流動和光穿過最佳化。在一個方面中，邊緣或邊310-320的長度可以被設置為1至100 μ m(微米)之間的任意數字。例如，邊310或318的長度可以被設置為五(5) μπι。因為薄三角形308對于光穿過更有效，所以如三角形308的薄三角形的更高百分比呈現(xiàn)更亮的光學設備。由于圖案304包括六(6) 個薄三角形1-6和七(7)個厚三角形7-13，其中，三角形12-13是半三角形，圖案304的總薄區(qū)域近似是50%。應當注意的是，如圖9所示，圖案304可以從左到右以及從上到下重復。圖案302或304提供對電流擴布有益的偏置設計。在一個方面中，ITO層358的厚區(qū)域358執(zhí)行如圖3中所示用于電流擴布的金屬指狀物37的功能。類似地，薄區(qū)域207-208允許更多的可見光從ITO層的底表面穿過ITO層 358到ITO層的頂表面。ITO層358或ITO層358的一部分耦接到如ρ電極的正電極350。 應當注意的是，ITO層358可以由具有除了三角形之外的多邊形圖案的另一個透明或半透明導電層替代。如ITO層352的透明或半透明導電層能夠傳導或分布電流以及允許光穿過層352。 光學透明或半透明導電層還可以由除了 ITO之外的復合材料形成。如果由諸如碳納米管層的另一個透明或半透明導電層來替代ITO層352，則不改變本發(fā)明的多個方面的基本概念。圖10示出了根據本發(fā)明的一個方面的具有帶有厚區(qū)域406和薄區(qū)域408的矩形圖案的光學透明或半透明導電層402的圖400。圖400包括電極450和光學透明或半透明導電層402。在一個方面中，層402是包括橫越ITO層402的整個表面的多個矩形圖案404 的ITO層。矩形圖案404包括四(4)個厚矩形或正方形區(qū)域420以及四(4)個薄矩形或正方形區(qū)域422。應當注意的是，如果向或從圖400添加或去除一個或更多個框(或層)，則本發(fā)明的示例性方面的基本概念將不會改變。矩形圖案404包括多個矩形、正方形或框420-422，其中各框420或422包括四(4) 條邊。根據這些應用，可以調節(jié)框面積，以使電流流動最佳化。例如，可以將框邊的長度調節(jié)為1至1000 μ m之間的值的范圍。由于薄矩形或正方形422對于光穿過更有效，所以薄矩形或正方形422的更高百分比呈現(xiàn)更亮的光學設備。由于矩形圖案404包括四(4)個厚矩形或正方形420和四(4)個薄矩形或正方形422，所以矩形圖案404使用其近似50%的面積用于提高光穿過。應當注意的是，如圖10所示，矩形圖案404可以從左到右以及從上到下重復。矩形圖案404提供對電流擴布有益的偏置設計。在一個方面中，ITO層402的厚區(qū)域406執(zhí)行如圖3中所示的包括薄區(qū)域408的用于電流擴布的金屬指狀物37的功能。類似地，薄區(qū)域408允許更多的光穿過ITO層402。 ITO層402耦接到如ρ電極的正電極450用于開始電流流動。應當注意的是，ITO層402可以由具有除了矩形之外的多邊形圖案的另一個透明或半透明導電層替代。如ITO層402的透明或半透明導電層能夠傳導或分布電流以及允許光穿過層402。 光學透明或半透明導電層還可以由除了 ITO之外的復合材料形成。如果由諸如碳納米管層的另一個透明或半透明導電層來替代ITO層402，則不改變本發(fā)明的多個方面的基本概念。圖11是示出了根據本發(fā)明的一個方面的具有帶有厚區(qū)域802和薄區(qū)域804的圓形圖案的光學透明或半透明導電層852的圖800。圖800包括電極850和光學透明或半透明導電層852。在一個方面中，層852是還包括橫越ITO層852的整個表面的多個圓形圖案 806-808的ITO層。圓形圖案806或808包括至少一個厚區(qū)域802和一個薄區(qū)域804。在一個示例中，電極850是能夠耦接到用于開始電流流動的正電壓電勢的接觸器。應當注意的是，如果向或從圖800添加或去除一個或更多個框(或圖案)，則本發(fā)明的示例性方面的基本概念將不會改變。在一個方面中，ITO層852放置在用于電流擴布的LED的頂層的至少一部分上。 ITO層852可以被組織為各種圓形圖案806或808，其中，各圓形圖案806或808包括用于促進光穿過的至少一個薄區(qū)域，如薄區(qū)域804。厚區(qū)域802的功能是擴布或分布從ρ型電極到η型電極的電流流動。薄區(qū)域804改善從活性層(圖11中未示出)到ITO層852的表面的光穿過。如更早提到的，如ITO層852的透明或半透明導電層能夠分布電流并且促進光穿過。應當注意的是，如果由諸如碳納米管層的另一個透明或半透明導電層來替代ITO 層852，則不改變本發(fā)明的多個方面的基本概念。根據用于ITO層852的材料，薄區(qū)域804的尺寸可以變化，以使光輸出最佳化。例如，薄區(qū)域804的半徑812可以被設置為期望值，以最大化電流流動和光穿過。根據用于 ITO層852的材料，半徑812可以被設置為具有1至1000 μ m的范圍的值。針對某個ITO材料，薄區(qū)域804的半徑812例如可以被設置為五(5)μπι。由于薄區(qū)域或圓形804促進了附加光穿過，所以薄圓形804的更高百分比呈現(xiàn)更亮的光學設備。在一個方面中，薄區(qū)域804 在圓形圖案中的總面積占ITO層852總面積的接近50%。ITO層852的厚區(qū)域802例如執(zhí)行如圖3中所示的用于電流擴布的金屬指狀物37的功能。類似地，薄區(qū)域804使更多的光從活性層穿過ITO層到LED設備的表面。ITO層 852促進電流從如電極850的正電極流到負電極，圖11中未示出。應當注意的是，ITO層 852可以由具有除了圓形的多邊形圖案的另一個透明導電層替代。如ITO層852的透明或半透明導電層能夠傳導或分布電流以及使光穿過層852。 光學透明或半透明導電層也可以由除了 ITO的復合材料形成。如果由諸如碳納米管層的另一個透明或半透明導電層來替代ITO層852，則不改變本發(fā)明的多個方面的基本概念。圖12A示出了根據本發(fā)明的一個方面的具有網狀圖案的光學透明或半透明導電層602的圖600。圖600包括正電極650、負電極604和光學透明或半透明導電層602。在一個方面中，層602是包括多個重復的網狀圖案652的ITO層，其中，各網狀圖案652包括至少一個指狀物區(qū)域606。各指狀物區(qū)域606還包括多個毛狀物區(qū)域608。這些區(qū)域用于將電流從正電極650經過指狀物區(qū)域606、毛狀物區(qū)域608和薄區(qū)域610流到負電極604。 應當注意的是，如果向或從圖600添加或去除一個或更多個框(或圖案)，則本發(fā)明的示例性方面的基本概念將不會改變。在一個方面中，各網狀圖案652包括指狀物區(qū)域606和多個毛狀物區(qū)域608，其中， 這些區(qū)域由厚ITO材料制成。根據ITO材料，可以調節(jié)指狀物區(qū)域606和毛狀物區(qū)域608 的長度，以使電流流動最佳化。雖然區(qū)域606-608提供了電流穿過，但是這些厚區(qū)域或薄區(qū)域610之間的空間提供了光穿過。在一個方面中，各指狀物區(qū)域606上的毛狀物區(qū)域608 是均勻間隔的。此外，如圖12A所示，不同的指狀物區(qū)域606之間的毛狀物區(qū)域608相對于相鄰的毛狀物區(qū)域放置在另選位置。在另一個方面中，多個毛狀物區(qū)域608和指狀物區(qū)域 606可以具有不同形狀。例如，毛狀物區(qū)域608可以具有包括直線、曲線、成角線等的形狀。 注意的是，根據應用，可以調節(jié)指狀物區(qū)域606之間的毛狀物區(qū)域608的長度。應當注意的是，區(qū)域的位置不限于圖12A中所示的。ITO層602的指狀物區(qū)域652是能夠執(zhí)行如圖3中所示的用于電流擴布的金屬指狀物37的類似功能的厚區(qū)域。類似地，薄區(qū)域610使更多的光從活性層穿過ITO層602到 LED設備的表面。ITO層602耦接到如ρ區(qū)域的正電極650，用于促進電流流動。臺面或井區(qū)256用于將ITO層602與如電極604的負區(qū)域分離。應當注意的是，可以由具有除了網狀圖案之外的圖案的另一個透明或半透明導電層替代ITO層602。如ITO層602的透明或半透明導電層能夠傳導或分布電流以及使光穿過層602。 光學透明或半透明導電層也可以由除了 ITO的復合材料形成。如果由諸如碳納米管層的另一個透明或半透明導電層來替代ITO層602，則不改變本發(fā)明的多個方面的基本概念。圖12B示出了根據本發(fā)明的一個方面的具有被設置為圣誕樹形狀的網狀圖案的光學透明或半透明導電層1202的圖1200。圖1200包括正電極650、負電極604和光學透明或半透明導電層1202。層1202是包括具有圣誕樹形狀1204的網狀圖案的ITO層，其中， 各圣誕樹形狀1204包括至少一個指狀物區(qū)域1206。各指狀物區(qū)域1206還包括多個毛狀物區(qū)域608，其中，毛狀物區(qū)域1208具有不同長度。以這樣的方式設置毛狀物區(qū)域1208:位于更靠近井區(qū)256的毛狀物區(qū)域1208比位于遠離井區(qū)256的毛狀物區(qū)域1208短。這些區(qū)域用于將電流從正電極650經過指狀物區(qū)域1206、毛狀物區(qū)域1208和薄區(qū)域1210流到負電極604。根據這些應用，指狀物區(qū)域1206和毛狀物1208可以具有不同長度、厚度、形狀和/ 或設計。
指狀物區(qū)域1206和毛狀物區(qū)域1208是能夠執(zhí)行如圖3中所示的用于電流擴布的金屬指狀物37的類似功能的厚區(qū)域。類似地，薄區(qū)域1210使更多的光從活性層穿過ITO 層1202到LED設備的表面。ITO層1202耦接到如ρ電極的正電極650，用于促進電流流動。 臺面或井區(qū)256用于將ITO層1202與如電極604的負電極分離。應當注意的是，可以由具有除了具有圣誕樹形狀的圖案之外的圖案的另一個透明或半透明導電層替代ITO層1202。如ITO層1202的透明或半透明導電層能夠傳導或分布電流以及使光穿過層1202。 光學透明或半透明導電層也可以由除了 ITO的復合材料形成。如果由諸如碳納米管層的另一個透明或半透明導電層來替代ITO層1202，則不改變本發(fā)明的多個方面的基本概念。圖13Α-Β示出了根據本發(fā)明的一個方面的用于制造具有圖案化的光學透明或半透明導電層的LED設備的制造過程。LED設備的制造過程包括按順序執(zhí)行的一系列步驟，其中，這些步驟將電路設計轉變成可操作LED芯片。在步驟1，該過程將η型材料層1312沉積在基板1310上。例如，基板1310可以是藍寶石基板，而層1312可以是GaN層?；迨窃谏厦娉练e、蝕刻、附接或以其他方式制備或制造某物的基礎材料或其他表面。基板還提供物理支撐。應當注意的是，層1312由，但不限于銦、鎵、鋁和氮的任意組合形成。在步驟2，該過程將活性層1314沉積在層1312上，其中，活性層是功能區(qū)域，其中， 當施加電流時注射的電子和空穴重組以產生LED中的光子。應當注意的是，層可以是由化學元素的特定組成和特定摻雜濃度制成的膜。層的邊界可以由在制造過程的外延生長過程中材料組成或摻雜濃度(或這兩者)的變化來限定。層1312-1314可以包括多個子層(圖 13A中未示出)，以執(zhí)行附加和/或必要的功能。在步驟3，該過程將ρ型材料的層1316沉積在活性層1314上。應當注意的是，層 1316由一組材料形成，該組材料包括，但不限于銦、鎵、鋁和氮。例如，層1316可以根據下述公式形成AlhOiaJrvJyN，其中 1 彡 X，Y 彡 1。圖1 示出了制造具有圖案化的光學透明或半透明導電層的LED設備的其次的處理步驟。在步驟4，該過程沉積可以是用于電流擴布的光學透明或半透明導電層的擴布器 (spreader)的層1318。層1318可以是能夠沿與LED層平行的方向水平擴布電流的ITO擴布器。在一個方面中，可以是ITO層的層1318包括兩個表面或表面1340-1342，其中，第一表面1340覆蓋層1316，而第二表面1342包含圖案。在層1318的第二表面上蝕刻具有厚區(qū)域1332和薄區(qū)域1330的圖案。在步驟5，該過程蝕刻去掉層1314-1318的部分，以形成臺面或井區(qū)。根據層 1316-1318的材料，因此可以調節(jié)薄區(qū)域和厚區(qū)域的維數，以使電流擴布和光穿過最佳化。在步驟6，該過程沉積兩個接觸器1320-1322，其中，接觸器1320可以是ρ電極，而接觸器1322可以是η電極。在操作中，從接觸器1320到接觸器1322建立電流流動，其中， 如圖1 所示，厚區(qū)域1332向薄區(qū)域1330和層1316擴布電流1336。應當注意的是，步驟 1-6是用于說明目的并且可以添加各步驟之間(如，步驟1和步驟2之間)的附加步驟。另一方面，可以組合一些步驟，如，步驟4-5。本發(fā)明的示例性方面包括多個處理步驟，這將在下面描述。該方面的這些步驟可以具體實施在機器或計算機可執(zhí)行指令中。這些指令可以用于使編程有指令的通用或專用系統(tǒng)執(zhí)行本發(fā)明的示例性方面的步驟。另選地，本發(fā)明的示例性方面的步驟可以由包含用于執(zhí)行步驟的硬連線邏輯的專用硬件組件執(zhí)行，或者由編程后的計算機組件和客戶硬件組件的任意組合來執(zhí)行。圖14示出了根據本發(fā)明的一個方面的具有圖案化的ITO層的照明設備或LED的制造過程的流程圖1400。在框1402，該過程在基板上沉積η型半導體層。該過程例如在藍寶石基板上沉積η型GaN層。在框1404，該過程在η型半導體層上沉積活性層，其中，活性層可以操作，以將電能轉換成光?；钚詫拥墓δ苁钱a生光子。在框1406，該過程在活性層上沉積ρ型半導體層，以形成LED。應當注意的是，ρ型半導體層可以是P型GaN層。在框1408，該過程將具有第一表面和第二表面的光學透明或半透明導電層沉積在 P型半導體層上，其中，第一表面覆蓋在P型半導體層上。在一個方面中，該過程在P型GaN 層上沉積ITO層。去除層的部分時，就形成了井區(qū)。在框1410，該過程在光學透明或半透明導電層的第二表面上蝕刻具有厚區(qū)域和薄區(qū)域的圖案。在光學透明或半透明導電層的第二表面上沉積第一電極之后，該過程將電源的正電勢耦接到用于提供電流的第一電極。在井區(qū)中沉積第二電極，則電源的負電勢就耦接到第二電極，用于促進電流流動。圖案包括設置為三角形、矩形、正方形、圓形、橢圓形、梯形和/或任意形狀、直線或曲線的組合的厚區(qū)域和薄區(qū)域。圖15示出了根據本發(fā)明的一個方面的用于制造具有圖案化的光學透明或半透明導電層的照明設備或LED的器件的框圖1500。在框1502，裝置提供用于在基板上沉積η型半導體層的器件。隨后，在框1504，裝置提供用于在η型半導體層上沉積活性層的器件。在框1506，裝置繼續(xù)提供用于在活性層上沉積ρ型半導體層以形成LED的器件。在框1508， 設置用于在P型半導體層上沉積光學透明或半透明導電層的器件。在框1510和1512，裝置提供用于蝕刻具有厚區(qū)域和薄區(qū)域的圖案的器件，以及用于沉積用于電力連接的電接觸器的器件。圖16示出了根據本發(fā)明的多個方面的包括具有圖案化的導電層的LED或LED設備的示例性設備500。設備500包括燈502、照明設備504和路燈506。圖16中所示的各個設備包括具有如本文中所討論的圖案化的導電層的至少一個LED。例如，燈502包括封裝 516和LED508，其中，LED508包括光學透明或半透明導電層。燈502可以用于任意種類的通用照明。例如，燈502可以包括在汽車前燈、路燈、頂燈或任意其他通用照明應用中。照明設備504包括電耦接到燈512的電源510，其可以被構成為燈502。在一個方面中，電源 510可以是電池或任意其他合適種類的電源，如太陽能電池。路燈506包括連接到燈514的電源，其可以被構成為燈502。在一個方面中，燈514包括封裝和包括光學透明或半透明導電層的LED。應當注意的是，本文中所描述的LED的多個方面適用于與任意種類的LED組合一起使用，其反過來可以用于任意種類的照明設備并且不限于圖16中所示的設備。提供本發(fā)明的多個方面，以使本領域技術人員能夠實踐本發(fā)明。對本發(fā)明通篇提出的多個方面的多種修改將對于本領域技術人員是顯而易見的，并且本文中所公開的概念可以擴展到其他應用。由此，權利要求不是旨在限制到本公開的多個方面，而是與權利要求語言一致的全部范圍一致。與本公開通篇描述的多個方面的元素等同的、對本領域技術人員已知或后面將知道的所有結構和功能等同物通過引用的方式專門結合到本文中，并且旨在由權利要求所包含。而且，不管是否在權利要求中明確地描述了這樣的公開，本文中公開的事物都不
旨在致力于公眾。除非使用短語“用于......的裝置”來專門敘述元素(或者在方法權
利要求的情況，使用短語“用于......的步驟”來敘述元素)，否則沒有權利要求元素是在
35U. S. C § 112，第六段的規(guī)定下進行解釋。雖然已經示出并且描述了本發(fā)明的具體方面，但是對于本領域技術人員來說顯而易見的是，基于本文中的示教，可以在不偏離本發(fā)明的示例性方面和其更寬方面的情況下， 進行改變和修改。因此，所附權利要求書旨在包含在它們的范圍內包括本發(fā)明的示例性方面的實質精神和范圍之內的所有改變和修改。
權利要求
1. 一種設備，其包括 第一導電層，其沉積在基板上；活性層，其沉積在所述第一導電層上并且被構成為將電能轉換成光； 第二導電層，其具有覆蓋在所述活性層上的第一表面和與所述第一表面相反的第二表光學透明或半透明導電層，其具有第一表面和第二表面，其中，所述光學透明或半透明導電層的所述第一表面直接或間接覆蓋在所述第二導電層的所述第二表面上，其中，所述光學透明或半透明導電層的所述第二表面包括具有多個厚區(qū)域和多個薄區(qū)域的圖案； 第一電極，其耦接到所述第二表面；以及第二電極，其耦接到所述第一導電層。
2.根據權利要求1所述的設備，其中，所述光學透明或半透明導電層是能夠在所述第二導電層的所述第二表面上擴布電流的銦錫氧化物(“ΙΤ0”)層。
3.根據權利要求2所述的設備，其中，所述圖案的厚區(qū)域位置與所述圖案的薄區(qū)域相鄰。
4.根據權利要求1所述的設備，其中，所述第一導電層是η型氮化鎵(“GaN”)層。
5.根據權利要求1所述的設備，其中，所述第二導電層是P型GaN層。
6.根據權利要求1所述的設備，其中，所述圖案包括設置為多個形狀的多個厚區(qū)域和設置為多個形狀的多個薄區(qū)域。
7.根據權利要求1所述的設備，其中，所述圖案包括多個光學透明或半透明導電指狀物。
8.根據權利要求1所述的設備，其中，針對各厚區(qū)域的厚度范圍是5至5000埃(“A，，)。
9.根據權利要求1所述的設備，其中，各薄區(qū)域的厚度的范圍是5至5000A。
10.一種用于制造設備的方法，該方法包括以下步驟 在基板上沉積η型半導體層；在所述η型半導體層上沉積活性層，以將電能轉換成光； 在所述活性層上沉積P型半導體層，以形成發(fā)光二極管；在所述P型半導體層上直接或間接沉積具有第一表面和第二表面的光學透明或半透明導電層，其中，所述光學透明或半透明導電層的所述第一表面覆蓋在所述P型半導體層上；以及在所述光學透明或半透明導電層的所述第二表面上蝕刻具有多個厚區(qū)域和多個薄區(qū)域的圖案。
11.根據權利要求10所述的方法，包括以下步驟在所述光學透明或半透明導電層的所述第二表面的所述圖案上沉積第一電極；以及將電源的正電勢耦接到用于提供電流的所述第一電極。
12.根據權利要求11所述的方法，包括以下步驟去除所述光學透明或半透明導電層的一部分、所述P型半導體層的一部分和所述活性層的一部分，以形成井區(qū)；在所述η型半導體層上沉積所述井區(qū)中的第二電極；以及將所述電源的負電勢耦接到用于促進所述電流流動的第二電極。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，所述在基板上沉積η型半導體層的步驟包括在藍寶石基板上沉積η型氮化鎵 ("GaN")層；以及其中，所述沉積P型半導體層的步驟包括沉積P型GaN層。
14.根據權利要求13所述的方法，其中，所述沉積光學透明或半透明導電層的步驟包括在所述P型GaN層上沉積能夠擴布所述電流的銦錫氧化物(“ΙΤ0”)層。
15.根據權利要求10所述的方法，其中，所述蝕刻圖案的步驟包括形成具有設置為任意單個形狀或形狀組合的多個厚區(qū)域和薄區(qū)域的圖案。
16.根據權利要求15所述的方法，其中，所述形成具有多個厚區(qū)域和薄區(qū)域的圖案的步驟還包括以三角形形狀設置所述圖案。
17.根據權利要求15所述的方法，其中，所述形成具有多個厚區(qū)域和薄區(qū)域的圖案的步驟還包括以矩形形狀設置所述圖案。
18.根據權利要求15所述的方法，其中，所述形成具有多個薄區(qū)域的圖案的步驟還包括以橢圓形形狀設置所述圖案。
19.根據權利要求15所述的方法，其中，所述蝕刻圖案的步驟包括形成三角形、圓形、 正方形、橢圓形、梯形或矩形。
20.一種用于制造設備的裝置，該裝置包括 用于在基板上沉積η型半導體層的器件；用于在所述η型半導體層上沉積活性層，以將電能轉換成光的器件； 用于在所述活性層上沉積P型半導體層，以形成發(fā)光二極管的器件； 用于在所述P型半導體層上沉積具有第一表面和第二表面的光學透明或半透明導電層，其中，所述光學透明或半透明導電層的所述第一表面連接至所述P型半導體層；以及用于在所述光學透明或半透明導電層的所述第二表面上蝕刻具有多個厚區(qū)域和多個薄區(qū)域的器件。
21.根據權利要求20所述的裝置，包括用于在所述光學透明或半透明導電層的所述第二表面的所述圖案上沉積第一電極的器件；以及用于將電源的正電勢耦接至所述第一電極用于提供電流的器件。
22.根據權利要求21所述的裝置，其中，用于蝕刻圖案的器件包括用于形成包括任意單個形狀或任意形狀組合的圖案的器件。
23.一種發(fā)光二極管(“LED”)燈，其包括 封裝；以及LED裝置，其耦接至所述封裝，并且包括 第一導電層，其沉積在基板上；活性層，其沉積在所述第一導電層上并且被構成為將電能轉換成光； 第二導電層，其具有覆蓋所述活性層的第一表面和與所述第一表面相對的第二表面； 具有第一表面和第二表面的光學透明或半透明導電層，其中，所述光學透明或半透明導電層的所述第一表面覆蓋所述第二導電層的所述第二表面，其中，所述光學透明或半透明導電層的所述第二表面包括具有多個厚區(qū)域和多個薄區(qū)域的圖案； 第一電極，其耦接至所述第二表面；以及第二電極，其耦接至所述第一導電層。
24.根據權利要求23所述的燈，其中，所述光學透明或半透明導電層是能夠在所述第二導電層的所述第二表面上擴散電流的銦錫氧化物(“ΙΤ0”)層。
25.根據權利要求M所述的燈，其中，所述圖案的厚區(qū)域位置與所述圖案的薄區(qū)域相鄰。
26.根據權利要求23所述的燈，其中，所述圖案包括設置為多個形狀的多個厚區(qū)域和設置為多個形狀的多個薄區(qū)域。
27.一種包括權利要求23所述的LED燈的、能夠發(fā)光的照明設備。
28.—種包括權利要求23所述的LED燈的、能夠對街道的一部分進行照明的路燈。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用光學透明或半透明導電層來提高整體光輸出的發(fā)光二極管(“LED”)。該設備包括第一導電層、活性層、第二導電層、光學透明或半透明導電層和電極。在一個實施方式中，光學透明或半透明導電層具有第一表面和第二表面，其中，第一表面覆蓋第二導電層。第二表面包括包含厚區(qū)域和用于促進光穿過的薄區(qū)域的圖案。
文檔編號H01L29/205GK102349155SQ200980158035
公開日2012年2月8日 申請日期2009年12月11日 優(yōu)先權日2009年1月26日
發(fā)明者史帝夫·萊斯特, 陶德·法摩 申請人:普瑞光電股份有限公司