專利名稱：非矩形發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通常發(fā)光器件，特別是具有降低自吸收和增強(qiáng)光出射的發(fā)光器件。
背景技術(shù)：
近年，由于技術(shù)和價(jià)格優(yōu)勢(shì)，固態(tài)光源，如發(fā)光二極管(Light-Emitting Diode,簡(jiǎn)稱LED)，正在逐漸取代白熾燈和日光燈等傳統(tǒng)光源。目前市場(chǎng)上已經(jīng)有一些廠家提供發(fā)光效率超過每瓦100流明的高效LED白光燈。與傳統(tǒng)光源不同，固態(tài)光源的光是由固體材料本身產(chǎn)生的。大部分發(fā)光材料的折射率η都大于2，即遠(yuǎn)大于空氣或自由空間的折射率(η =1)。光學(xué)界面如果界面處折射率不匹配就會(huì)導(dǎo)致3種機(jī)制的光損耗l)Fresnel 損耗或反射損耗(Fresnel/reflection loss)；2)沿界面?zhèn)鞑サ膿p耗波所造成的界面損耗；3)全內(nèi)反射。當(dāng)光從光密媒質(zhì)傳播到光疏媒質(zhì)且入射角大于臨界角時(shí)，光會(huì)發(fā)生全內(nèi)反射。關(guān)于全內(nèi)反射對(duì)固態(tài)光源出光率的影響，以氮化鎵(GaN)可見光LED為例，未經(jīng)處理的光亮平面方形芯片大約只能出射8%的在InGaN量子阱中所產(chǎn)生的光。因此，如何減少光從固態(tài)光源內(nèi)部到自由空間的傳播損耗，或者說，如何提高固態(tài)光源的出光效率是關(guān)系固態(tài)光源應(yīng)用前景的重要因素。為了減少光損耗，直觀有效的方法之一就是盡量減少界面處折射率的不連續(xù)性。 在現(xiàn)有技術(shù)中，如見美國(guó)專利7，783，212，折射率漸變光學(xué)界面是減少光學(xué)損耗的有效途徑。方法之二就是盡量避免全內(nèi)反射，如中村秀二的球型LED封裝技術(shù)(美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?008/0121918)，或表面粗化技術(shù)(如美國(guó)專利號(hào)7，422，962 ；7, 355，210)，或LED 芯片倒角技術(shù)(如美國(guó)專利7, 652，299,6, 229，160針對(duì)增加出光錐)，以及光子晶體技術(shù) (如美國(guó)專利號(hào) 5，955，749 ；7，166，870 ；7，615，398 ；7，173，289 ；7，642，108 ；7，652，295 ； 7，250，635 ；針對(duì)特定波長(zhǎng)增強(qiáng)光自發(fā)輻射率和光出射)。近年，利用貴重金屬納米顆粒中的等離子體激元來增加對(duì)晶體中的光散射和能量傳遞以增加晶體出光效率的方法也已見端倪，如kmiLEDs的美國(guó)專利7，413，918和Sanyo 的美國(guó)專利6，998，649。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中增加出光效率的方法都較顯著地增加了生產(chǎn)制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明披露了新的增加固態(tài)光源出光效率的方法。本發(fā)明中的某些實(shí)例在提高出光效率的同時(shí)不增加生產(chǎn)成本，甚至可以顯著降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明的一方面在于提供更大側(cè)面積的等面積固態(tài)光源芯片以增加側(cè)面出光。另一方面在于改變現(xiàn)有的發(fā)光芯片的正方形或長(zhǎng)方形的形狀，以減少光在芯片中的多次全內(nèi)反射，進(jìn)一步減少光在芯片中的光程，以減少芯片自吸收帶來的光損耗。
本發(fā)明的高出光效率的芯片，包括外延生長(zhǎng)襯底、半導(dǎo)體外延層、電極；其中，半導(dǎo)體外延層包括N-類型限制層、發(fā)光層和P-類型限制層；電極包括N-電極和P-電極；半導(dǎo)體外延層形成在外延襯底上，N-電極和P-電極分別形成在N-類型限制層和P-類型限制層上；其特征在于，芯片的頂視形狀是非正方形或非矩形；生長(zhǎng)襯底的側(cè)面的形狀是矩形或梯形或倒梯形。半導(dǎo)體外延層的側(cè)面的形狀是矩形或梯形或倒梯形。芯片的頂視形狀是從一組形狀中選出，該組形狀包括，三角形、四邊形、五邊形、六邊形、七邊形，和八邊形。四邊形包括平行四邊形和菱形。芯片的頂視圖是平行四邊形時(shí)，平行四邊形芯片的相鄰兩邊的長(zhǎng)度的比例優(yōu)選在 0. 1到10之間。芯片的頂視圖是平行四邊形時(shí)，平行四邊形芯片的最大的內(nèi)角優(yōu)選要大于100°， 或大于120° ；或者在100-150°之間。芯片的頂視圖是三角形時(shí)，其最大的內(nèi)角優(yōu)選要大于100°，或大于120° ；或者在 100-150° 之間。生長(zhǎng)襯底的材料是從一組材料中選出，該組材料包括硅，氮化鎵，氮化鋁，砷化鎵，
氧化鋅，尖晶石，鋰酸鋁，藍(lán)寶石和碳化硅。半導(dǎo)體外延層的材料是從一組材料中選出，該組材料包括，III族氮化物、III族砷化物，III族磷化物，III族氮磷化合物，II-VI族化合物。其中，III族氮化物材料包括 鎵、鋁、銦、氮的三元系、四元系材料，包括GaN、AlGaN, GaInN, AlGaInN0 III族氮化物材料外延層的外延生長(zhǎng)晶面是從一組晶面中選出，該組晶面包括c-面、面、m-面，和r-面。 III族氮化物材料外延層的外延生長(zhǎng)晶面是從一組晶面中選出，該組晶面包括(00. 1)面、 (11.0)-面、(10. 0)-面，和(11. -面。III族氮磷化合物包括鎵、鋁、銦、氮、磷的三元系、四元系和五元系材料，包括， GaNP, AlGaNP、GaInNP、AlGaInNP。II-VI族化合物包括aiO，ZnS,ZnSe,ZnTe,CdS,CdSe,CdTe以及它們的三元，四元， 或五元化合物。本發(fā)明的高出光效率的芯片，包括襯底、N-電極和P-電極，N-類型限制層，發(fā)光層，P-類型限制層；其特征在于，芯片的頂視形狀是非正方形或非矩形。本發(fā)明的目的和能達(dá)到的各項(xiàng)效果如下(1)本發(fā)明的高出光效率的芯片，在保持相同發(fā)光面積的同時(shí)，S卩，保持每個(gè)晶片 (wafer)芯片產(chǎn)量不變的同時(shí)，增加更多的芯片側(cè)面積以增加側(cè)面出光。(2)本發(fā)明的高出光效率的芯片，改變現(xiàn)有的發(fā)光芯片的正方形或長(zhǎng)方形的形狀， 減少光在晶體芯片中的多次全內(nèi)反射。(3)本發(fā)明的高出光效率的芯片，減少光在芯片中的光程，以減少芯片自吸收帶來的光損耗。(4)本發(fā)明的高出光效率的芯片，降低光在芯片邊界的入射角，以減少全內(nèi)反射增加出光率。(5)本發(fā)明的高出光效率的芯片，與相同面積的正方形或長(zhǎng)方形芯片相比，保持了相同的生產(chǎn)成本。(6)本發(fā)明的高出光效率的芯片，在與現(xiàn)有方形芯片保持相同的芯片側(cè)面積的同時(shí)，可以減少芯片面積，提高單晶片發(fā)光芯片的產(chǎn)能。


圖1示意了光在晶體中的橫向波導(dǎo)效應(yīng)。圖2展示現(xiàn)有技術(shù)的方形芯片一個(gè)實(shí)施例的頂視圖。圖3展示本發(fā)明平行四邊形發(fā)光芯片頂視圖，并示意與現(xiàn)有技術(shù)方形芯片在出光效率上的對(duì)比。圖4A展示一個(gè)與現(xiàn)有技術(shù)正方形發(fā)光芯片具有相同面積的平行四邊形發(fā)光芯片的頂視圖。該平行四邊形的一邊與垂直方向成一夾角Θ。圖4B展示圖4A中的平行四邊形芯片與等面積正方形芯片的邊長(zhǎng)和之比與夾角θ 的關(guān)系。圖5展示本發(fā)明三角形發(fā)光芯片頂視圖，并示意與現(xiàn)有技術(shù)方形芯片在出光效率上的對(duì)比。圖6Α展示一個(gè)與現(xiàn)有技術(shù)方形發(fā)光芯片具有相同面積的三角形發(fā)光芯片的頂視圖。該三角形的一邊與垂直方向成一夾角Θ。圖6Β展示圖6Α中的三角形芯片與等面積方形芯片的邊長(zhǎng)和之比與夾角θ的關(guān)系。圖7Α展示本發(fā)明六邊形發(fā)光芯片頂視圖，并示意與現(xiàn)有技術(shù)方形芯片在出光效率上的對(duì)比。圖7Β展示本發(fā)明的五邊形芯片的頂視圖。圖7C展示本發(fā)明的七邊形芯片的頂視圖。圖7D展示本發(fā)明的八邊形芯片的頂視圖。圖7Ε展示本發(fā)明的十邊形芯片的頂視圖。圖7F展示本發(fā)明的十二邊形芯片的頂視圖。圖7G展示本發(fā)明的圓形芯片的頂視圖。圖8Α示意了本發(fā)明的頂視形狀是非正方形或非矩形芯片的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。圖8Β示意了本發(fā)明的頂視形狀是非正方形或非矩形芯片的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。圖8C示意了本發(fā)明的頂視形狀是非正方形或非矩形芯片的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。圖8D示意了本發(fā)明的頂視形狀是非正方形或非矩形芯片的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。圖8Ε示意了本發(fā)明的頂視形狀是非正方形或非矩形芯片的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。圖8F示意了本發(fā)明的頂視形狀是非正方形或非矩形芯片的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。圖8G示意了本發(fā)明的頂視形狀是非正方形或非矩形芯片的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖8H示意了本發(fā)明的頂視形狀是非正方形或非矩形芯片的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。圖8J示意了本發(fā)明的頂視形狀是非正方形或非矩形芯片的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。圖9示意了本發(fā)明的一個(gè)三角形LED芯片的示意圖。圖10示意了本發(fā)明的一個(gè)平行四邊形LED芯片的示意圖。
具體實(shí)施例方式固態(tài)光源芯片由于折射率較大(相對(duì)于空氣)，存在著出光錐的問題。出光錐的空間角由全內(nèi)反射臨界角確定，光線只能從出光錐里出射。對(duì)一個(gè)方形芯片而言，實(shí)際上存在著6個(gè)出光錐，即上、下、左、右、前、后各一個(gè)?，F(xiàn)有技術(shù)中的半導(dǎo)體薄膜發(fā)光器件，如發(fā)光二極管(LED)，其芯片的厚度遠(yuǎn)小于芯片長(zhǎng)度和寬度。因此，LED在大多數(shù)情況下被近似地認(rèn)為只有上、下兩個(gè)出光錐。通過分析，本發(fā)明認(rèn)為這種近似在發(fā)光材料折射率較大時(shí)會(huì)帶來較大的誤差。本發(fā)明的高出光效率的芯片，包括外延生長(zhǎng)襯底、半導(dǎo)體外延層、電極；其中，半導(dǎo)體外延層包括N-類型限制層、發(fā)光層和P-類型限制層；電極包括N-電極和P-電極；半導(dǎo)體外延層形成在外延襯底上，N-電極和P-電極分別形成在N-類型限制層和P-類型限制層上；其特征在于，芯片的頂視形狀是非正方形或非矩形。生長(zhǎng)襯底的側(cè)面的形狀是矩形或梯形或倒梯形。半導(dǎo)體外延層的側(cè)面的形狀是矩形或梯形或倒梯形。芯片的頂視形狀是從一組形狀中選出，該組形狀包括，三角形、四邊形、五邊形、六邊形、七邊形，和八邊形。四邊形包括平行四邊形和菱形。其中，平行四邊形芯片其最大的內(nèi)角優(yōu)選要大于100°，或大于120° ；或者在100-150°之間?；蛘咂叫兴倪呅涡酒南噜弮蛇叺拈L(zhǎng)度的比例優(yōu)選在0. 1到10之間。芯片的頂視圖是三角形，其最大的內(nèi)角優(yōu)選要大于100°，或大于120° ；或者在 100-150° 之間。生長(zhǎng)襯底的材料是從一組材料中選出，該組材料包括硅，氮化鎵，氮化鋁，砷化鎵，
氧化鋅，尖晶石，鋰酸鋁，藍(lán)寶石和碳化硅。半導(dǎo)體外延層的材料是從一組材料中選出，該組材料包括，III族氮化物、III族砷化物，III族磷化物，III族氮磷化合物，II-VI族化合物。其中，III族氮化物材料包括 鎵、鋁、銦、氮的三元系、四元系材料，包括GaN、AlGaN, GaInN, AlGaInN0 III族氮化物材料外延層的外延生長(zhǎng)晶面是從一組晶面中選出，該組晶面包括c-面、面、m-面，和r-面。 III族氮化物材料外延層的外延生長(zhǎng)晶面是從一組晶面中選出，該組晶面包括(00. 1)面、 (11.0)-面、(10. 0)-面，和(11. -面。III族氮磷化合物包括鎵、鋁、銦、氮、磷的三元系、四元系和五元系材料，包括， GaNP, AlGaNP、GaInNP、AlGaInNP。II-VI族化合物包括SiO，SiS，S^e，ZnTe，CdS，CcKe，CdTe以及它們的三元，四元， 或五元化合物。本發(fā)明的高出光效率的芯片，包括襯底、N-電極和P-電極，N-類型限制層，發(fā)光層，P-類型限制層；其特征在于，芯片的頂視形狀是非正方形或非矩形。
圖1示意了光在透明固體中的橫向波導(dǎo)效應(yīng)。圖中的箭頭示意了光的傳播方向。 當(dāng)入射角θ大于等于臨界角時(shí)，光線在晶體的上下表面連續(xù)反射前進(jìn)從而產(chǎn)生橫向波導(dǎo)效應(yīng)。橫向波導(dǎo)效應(yīng)一方面增加了光在晶體中的傳播光程，從而增加了晶體對(duì)光的吸收；另一方面導(dǎo)致有相當(dāng)?shù)墓饪梢詮木w側(cè)面出射。當(dāng)晶體的折射率越大時(shí)，這種橫向波導(dǎo)效應(yīng)越嚴(yán)重，從側(cè)面出光的幾率也就越大。因此，在不改變芯片發(fā)光面積的同時(shí)，增加側(cè)面周長(zhǎng)或側(cè)面積，能提高芯片出光效率。圖2展示了現(xiàn)有技術(shù)的方形芯片一個(gè)實(shí)施例的頂視圖。圖中的箭頭示意了光可能的傳播途徑?？梢?，由于芯片1的方形邊界對(duì)光的反射，光線101要經(jīng)過相當(dāng)長(zhǎng)的光程才有可能從側(cè)面出射。就是說，現(xiàn)有技術(shù)的方形芯片不利于側(cè)面出光。圖3給出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，發(fā)光芯片4的頂視圖是平行四邊形而非長(zhǎng)方形或正方形。光線101和102在芯片1中都無法出射(虛線所示)，但在芯片4中可以順利出射。平行四邊形芯片不僅能夠增加側(cè)面出光，同時(shí)，在保證和方形芯片相同的發(fā)光面積的同時(shí)，能增加側(cè)面周長(zhǎng)或側(cè)面積，進(jìn)一步增加側(cè)面出光。圖4Α示意了兩個(gè)等面積的現(xiàn)有技術(shù)的正方形芯片1和本發(fā)明的平行四邊形芯片 4.平行四邊形的一組邊和垂直方向成夾角Θ。圖4Β計(jì)算了平行四邊形芯片4的周長(zhǎng)和正方形芯片1的周長(zhǎng)之比與夾角θ的關(guān)系。夾角θ的絕對(duì)值越大，平行四邊形芯片4越扁平，周長(zhǎng)比越大。當(dāng)夾角I θ I =；35°時(shí)，平行四邊形芯片4的周長(zhǎng)較等面積的正方形芯片 1增加約10.9%。當(dāng)夾角I θ I = °時(shí)，平行四邊形芯片4的周長(zhǎng)較等面積的正方形芯片 1增加約35%。等面積下周長(zhǎng)的增加增加了光的側(cè)面出射幾率，減少了光在晶體中的光程和吸收。本發(fā)明的平行四邊形芯片較現(xiàn)有技術(shù)的方形芯片在生產(chǎn)成本上沒有增加，單晶片芯片產(chǎn)能也沒有減少，但能顯著提高出光效率。在制作上，較現(xiàn)有技術(shù)的方形芯片，只要在劃片時(shí)調(diào)整劃片方向到預(yù)定的最佳角度，就能得到和方形芯片等面積的平行四邊形芯片， 得以增加側(cè)邊出光。圖5給出了本發(fā)明的另一實(shí)施例，發(fā)光芯片3的頂視圖是三角形而非長(zhǎng)方形或正方形。光線101和102在芯片1中都無法出射(虛線所示)，但在芯片3中可以順利出射。三角形芯片不僅能夠增加側(cè)面出光，同時(shí)，在保證和方形芯片相同的發(fā)光面積的同時(shí)，能增加側(cè)面周長(zhǎng)或側(cè)面積，進(jìn)一步增加側(cè)面出光。圖6A示意了兩個(gè)等面積的現(xiàn)有技術(shù)的長(zhǎng)方形芯片1(長(zhǎng)寬比=2)和本發(fā)明的三角形芯片3。三角形的一條邊和垂直方向成夾角Θ。圖6B計(jì)算了三角形芯片3的周長(zhǎng)和長(zhǎng)方形芯片1的周長(zhǎng)之比與夾角θ的關(guān)系。 當(dāng)夾角θ =0°時(shí)(直角三角形)，三角形芯片3的周長(zhǎng)較等面積的長(zhǎng)方形芯片1增加約 13.8%。當(dāng)夾角I θ I = 15-35°時(shí)，三角形芯片3的周長(zhǎng)較等面積的長(zhǎng)方形芯片1增加約 8%-9% (增加量最小)。此后，夾角θ的絕對(duì)值越大，三角形芯片3越扁平，周長(zhǎng)比越大。 當(dāng)夾角I θ I = °時(shí)，三角形芯片3的周長(zhǎng)較等面積的長(zhǎng)方形芯片1增加約27.7%。當(dāng)夾角I θ I =65°時(shí)，三角形芯片3的周長(zhǎng)較等面積的長(zhǎng)方形芯片1增加約62.9%。等面積下周長(zhǎng)的增加增加了光的側(cè)面出射幾率，減少了光在晶體中的光程和吸收。本發(fā)明的三角形芯片可以在平行四邊形芯片的基礎(chǔ)上在劃片的時(shí)候增加一道對(duì)角線方向的劃道得以實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的另一方面在于盡量減少光在芯片邊界上的全內(nèi)反射。為此，可以盡量減少等面積芯片的側(cè)面積或側(cè)邊周長(zhǎng)。圖7A顯示了本發(fā)明的一個(gè)六邊形芯片6的頂視圖。和等面積的現(xiàn)有技術(shù)正方形芯片1相比，芯片6的周長(zhǎng)小于芯片1的周長(zhǎng)，但邊界的安排使得更多的出射光線得以以小于臨界角的入射角出射發(fā)光芯片。圖7A還展示了在方形芯片中無法出射的光線103在本發(fā)明芯片6中由于減少了與界面法線方向的入射角得以順利出射的示意圖?；诒M量減少光線入射角的原理，圖7B至圖7G分別展示了本發(fā)明的五角形芯片， 七角形芯片，八角形芯片，十角形芯片，十二角形芯片，以及圓形芯片。雖然沒有在圖7B至圖7G中明確顯示，但至少有一組對(duì)邊不平行的四邊形芯片也是本發(fā)明的實(shí)施例之一。圖8A展示本發(fā)明的非正方形或非矩形芯片的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。其中， 芯片的生長(zhǎng)襯底81或襯底81的截面的形狀是矩形，半導(dǎo)體外延層82的截面的形狀是矩形。圖8B展示本發(fā)明的非正方形或非矩形芯片的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。其中， 芯片的生長(zhǎng)襯底81或襯底81的截面的形狀是矩形，半導(dǎo)體外延層82的截面的形狀是梯形。圖8C展示本發(fā)明的非正方形或非矩形芯片的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。其中， 芯片的生長(zhǎng)襯底81或襯底81的截面的形狀是矩形，半導(dǎo)體外延層82的截面的形狀是倒梯形。圖8D展示本發(fā)明的非正方形或非矩形芯片的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。其中， 芯片的生長(zhǎng)襯底81或襯底81的截面的形狀是梯形，半導(dǎo)體外延層82的截面的形狀是矩形。圖8E展示本發(fā)明的非正方形或非矩形芯片的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。其中， 芯片的生長(zhǎng)襯底81或襯底81的截面的形狀是梯形，半導(dǎo)體外延層82的截面的形狀是梯形。圖8F展示本發(fā)明的非正方形或非矩形芯片的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。其中， 芯片的生長(zhǎng)襯底81或襯底81的截面的形狀是梯形，半導(dǎo)體外延層82的截面的形狀是倒梯形。圖8G展示本發(fā)明的非正方形或非矩形芯片的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。其中， 芯片的生長(zhǎng)襯底81或襯底81的截面的形狀是倒梯形，半導(dǎo)體外延層82的截面的形狀是矩形。圖8H展示本發(fā)明的非正方形或非矩形芯片的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。其中， 芯片的生長(zhǎng)襯底81或襯底81的截面的形狀是倒梯形，半導(dǎo)體外延層82的截面的形狀是梯形。圖8J展示本發(fā)明的非正方形或非矩形芯片的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。其中， 芯片的生長(zhǎng)襯底81或襯底81的截面的形狀是倒梯形，半導(dǎo)體外延層82的截面的形狀是倒梯形。圖9示意了本發(fā)明三角形芯片的側(cè)視圖。以III-族氮化物L(fēng)ED為例說明圖9。該三角形芯片3包含一三角形的外延襯底310，一發(fā)光結(jié)構(gòu)300，和兩接觸電極325和355。外延襯底310可以是6aN，AlN，SiC，Si，藍(lán)寶石，ZnO，GaAS，鋰酸鋁以及尖晶石等。其中發(fā)光結(jié)構(gòu)包300含第一種導(dǎo)電類型的限制層320，第二種導(dǎo)電類型的限制層340，和夾在其間的發(fā)光層330。第二種導(dǎo)電類型的限制層340之上可以選擇性的形成透明導(dǎo)電層350。該發(fā)光結(jié)構(gòu)形300成在襯底310之上。第一種導(dǎo)電類型可以是η-型，即電子導(dǎo)電類型，也可以是 P-型，即空穴導(dǎo)電類型。第二種導(dǎo)電類型可以是η-型，即電子導(dǎo)電類型，也可以是P-型，即空穴導(dǎo)電類型。通過光刻和刻蝕暴露出層320的部分表面以形成接觸電極325。另一接觸電極355可以直接形成在透明導(dǎo)電層350之上。第一種導(dǎo)電類型的限制層320可以是Si摻雜的GaN基材料，如低Al，In組分的 AlhGaN，可以包含一層或多層組分或摻雜濃度不一樣的層。同理，第一種導(dǎo)電類型的限制層340可以是Mg摻雜的GaN基材料，如低Al，h組分的Al^iGaN,可以包含一層或多層組分或摻雜濃度不一樣的層。發(fā)光層330可以是摻雜或不摻雜的含銦的InGaN單層，或多量子阱，如GaN/InGaN量子阱。發(fā)光層也可以含有一定的鋁組分。透明導(dǎo)電層可以是薄的金屬層，如薄鎳/金層，或透明導(dǎo)電氧化物如ITO，ZnO等。通過電極325和355向發(fā)光層330注入非平衡電子和空穴，三角形芯片3發(fā)射預(yù)定波長(zhǎng)的光。在保證發(fā)光面積不變的情況下，芯片3較現(xiàn)有方形芯片1有著更高的出光效率，或外量子效率，是因?yàn)樾酒?顯著地增加了側(cè)邊出光。三角形芯片3的頂視圖優(yōu)選是鈍角三角形，即三角形的最大內(nèi)角優(yōu)選要大于90°， 或大于100°，或大于120° ；或者在100-150°之間。三角形芯片3的3個(gè)側(cè)面可以是垂直于襯底310的，也可以是與襯底310成一個(gè)不等于90°的傾角，以進(jìn)一步提高側(cè)面出光率。圖10示意了本發(fā)明平行四邊形芯片的側(cè)視圖。以III-族氮化物L(fēng)ED為例說明圖 10。該平行四邊形芯片4包含一平行四邊形的外延襯底410，一發(fā)光結(jié)構(gòu)400，和兩接觸電極425和455。外延襯底410可以是GaN，AlN, SiC, Si，藍(lán)寶石，ZnO, GaAs，鋰酸鋁以及尖晶石等。其中發(fā)光結(jié)構(gòu)400包含第一種導(dǎo)電類型的限制層420，第二種導(dǎo)電類型的限制層 440，和夾在其間的發(fā)光層430。第二種導(dǎo)電類型的限制層440之上可以選擇性的形成透明導(dǎo)電層450。該發(fā)光結(jié)構(gòu)形成在襯底410之上。第一種導(dǎo)電類型可以是η-型，即電子導(dǎo)電類型，也可以是P-型，即空穴導(dǎo)電類型。第二種導(dǎo)電類型可以是η-型，即電子導(dǎo)電類型，也可以是P-型，即空穴導(dǎo)電類型。通過光刻和刻蝕暴露出層420的部分表面以形成接觸電極 425。另一接觸電極455可以直接形成在透明導(dǎo)電層450之上。第一種導(dǎo)電類型的限制層420可以是Si摻雜的GaN基材料，如低Al，In組分的 AlhGaN，可以包含一層或多層組分或摻雜濃度不一樣的層。同理，第一種導(dǎo)電類型的限制層440可以是Mg摻雜的GaN基材料，如低Al，h組分的AlhGaN，可以包含一層或多層組分或摻雜濃度不一樣的層。發(fā)光層430可以是摻雜或不摻雜的含銦的InGaN單層，或多量子阱，如GaN/InGaN量子阱。發(fā)光層也可以含有一定的鋁組分。透明導(dǎo)電層可以是薄的金屬層，如薄鎳/金層，或透明導(dǎo)電氧化物如ITO，ZnO等。通過電極425和455向發(fā)光層430注入非平衡電子和空穴，平行四邊形芯片4發(fā)射預(yù)定波長(zhǎng)的光。在保證發(fā)光面積不變的情況下，芯片4較現(xiàn)有方形芯片1有著更高的出光效率，或外量子效率，是因?yàn)樾酒?顯著地增加了側(cè)邊出光。平行四邊形芯片4的頂視圖是平行四邊形，其最大的內(nèi)角優(yōu)選要大于90°， 或大于100°，或大于120° ；或者在100-150°之間?；蛘咂叫兴倪呅涡酒南噜弮蛇叺拈L(zhǎng)度的比例優(yōu)選在0. 1到10之間。平行四邊芯片4的4個(gè)側(cè)面可以是垂直于襯底410的，也可以是與襯底410成一個(gè)不等于90°的傾角，以進(jìn)一步提高側(cè)面出光率。4個(gè)側(cè)面和襯底410可以成小于90°的傾角和大于90°的傾角。同理，本發(fā)明中的芯片也可以做成具有圖7中各種形狀的頂視圖的多邊形芯片， 以降低芯片中出射光線與芯片邊界的入射角，從而提高出光率。上面的具體的描述并不限制本發(fā)明的范圍，而只是提供一些本發(fā)明的具體化的例證。因此本發(fā)明的涵蓋范圍應(yīng)該由權(quán)利要求和它們的合法等同物決定，而不是由上述具體化的詳細(xì)描述和實(shí)施例決定。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明的高出光效率的芯片，包括外延生長(zhǎng)襯底、半導(dǎo)體外延層、電極；其中，所述的半導(dǎo)體外延層包括N-類型限制層、發(fā)光層和P-類型限制層；所述的電極包括N-電極和 P-電極；所述的半導(dǎo)體外延層形成在所述的外延生長(zhǎng)襯底上，所述的N-電極和P-電極分別形成在所述的N-類型限制層和P-類型限制層上；其特征在于，所述芯片的頂視形狀是非正方形或非矩形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的芯片，所述的芯片的側(cè)面的形狀是非矩形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的芯片，所述的芯片的側(cè)面的形狀是從一組形狀中選出，該組形狀包括梯形和倒梯形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的芯片，所述芯片的頂視形狀是從一組形狀中選出，該組形狀包括， 三角形、四邊形、五邊形、六邊形、七邊形，和八邊形。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的芯片，所述的芯片的頂視圖是平行四邊形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的芯片，所述的平行四邊形芯片的相鄰兩邊的長(zhǎng)度的比例優(yōu)選在0.1到10之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的芯片，所述的平行四邊形的芯片的相鄰的兩邊的長(zhǎng)度的比例等于1。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的芯片，所述的平行四邊形芯片其最大的內(nèi)角優(yōu)選要大于100°，或大于120° ；或者在100-150°之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求4的芯片，所述的三角形芯片，其最大的內(nèi)角優(yōu)選要大于100°，或大于120° ；或者在100-150°之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的芯片，所述的生長(zhǎng)襯底的材料是從一組材料中選出，該組材料包括硅，氮化鎵，氮化鋁，砷化鎵，氧化鋅，尖晶石，鋰酸鋁，藍(lán)寶石和碳化硅。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的芯片，所述的半導(dǎo)體外延層的材料是從一組材料中選出，該組材料包括，III族氮化物、III族砷化物，III族磷化物，III族氮磷化合物，II-VI族化合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的芯片，所述的III族氮化物材料包括鎵、鋁、銦、氮的三元系、 四元系材料；包括，GaN、AlGaN，GalnN^AlGalnN0
13.根據(jù)權(quán)利要求11的芯片，所述的III族氮磷化合物包括鎵、鋁、銦、氮、磷的三元系、四元系和五元系材料；包括，GaNP、AlGaNP、feilnNP、AlfeilnNP。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的芯片，所述的II-VI族化合物包括ZnO,ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe以及它們的三元，四元，或五元化合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的芯片，所述的III族氮化物材料外延層的外延生長(zhǎng)晶面是從一組晶面中選出，該組晶面包括c-面、面、m-面，和r-面；所述的III族氮化物材料外延層的外延生長(zhǎng)晶面是從一組晶面中選出，該組晶面包括(00. 1)面、(11.0)-面、(10.0)-面， 和(11. 2)-面。
16.本發(fā)明的高出光效率的芯片，包括襯底、N-電極和P-電極，N-類型限制層，發(fā)光層， P-類型限制層；其特征在于，所述芯片的頂視形狀是非正方形或非矩形。
全文摘要
本發(fā)明的高出光效率的芯片，包括外延生長(zhǎng)襯底、半導(dǎo)體外延層、電極；其中，半導(dǎo)體外延層包括N-類型限制層、發(fā)光層和P-類型限制層；電極包括N-電極和P-電極；半導(dǎo)體外延層形成在外延生長(zhǎng)襯底上，N-電極和P-電極分別形成在N-類型限制層和P-類型限制層上。芯片的頂視形狀是非正方形或非矩形，包括，三角形、四邊形、五邊形、六邊形、七邊形，和八邊形。四邊形包括，平行四邊形。一個(gè)實(shí)施例平行四邊形的芯片的相鄰的兩邊的長(zhǎng)度的比例等于1。芯片的側(cè)面的形狀是非矩形，芯片的側(cè)面的形狀是從一組形狀中選出，該組形狀包括梯形和倒梯形。
文檔編號(hào)H01L33/20GK102376834SQ20101025872
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月10日
發(fā)明者張劍平, 彭暉, 柯志杰, 趙方海, 郭文平, 閆春輝, 馬欣榮 申請(qǐng)人:亞威朗光電(中國(guó))有限公司