，襯底1501可能彎曲，并且彎曲導致生長的薄膜的破裂。可通過利用襯底1501與包括GaN材料的發射堆疊件S之間的緩沖層1502來減輕前述問題。
[0103]為了在LED結構生長之前或之后提高LED芯片1500的光特性或電特性，可在制造芯片的同時將襯底1501完全或部分地去除或者可將其圖案化。
[0104]例如，可按照將激光輻射至藍寶石襯底與半導體層之間的界面的方式將藍寶石襯底分離，并且可通過利用拋光方法、蝕刻方法等去除硅襯底或SiC襯底。
[0105]當去除了襯底1501時，可使用另一支承襯底，并且可通過利用反射金屬材料將支承襯底接合至原始生長襯底的另一側，或者可通過將反射結構插入粘合層中而形成支撐襯底，從而提高LED芯片1500的光學效率。
[0106]在LED結構生長之前或之后，通過在襯底的主側(例如，頂表面或兩個表面)或側表面上形成不平的或傾斜的表面來執行襯底上的圖案化操作，這樣，提高了光提取效率。可在從5nm至500 μ m的范圍內選擇圖案的大小，并且為了提高光提取效率，可選擇規則圖案或不規則圖案。另外，圖案的形狀可為圓柱形、圓錐形、半球形、多邊形形狀等。
[0107]藍寶石襯底包括具有其中晶體沿著c軸方向和a側方向的晶格常數分別為13.001和4.758的六方菱形(Hexa-Rhombo R3c)對稱性的晶體，并且所述晶體具有C(0001)面、A(1120)面、R(1102)面等。在這種情況下，C(0001)面容易地有利于氮化物薄膜的生長，并且在高溫下穩定，從而通常將包括具有C(OOOl)面的晶體的藍寶石襯底用作用于氮化物的生長的襯底。
[0108]襯底形成為更適合于大直徑并且具有相對低價格的Si襯底，從而可改進大規模生產。然而，由于將(111)面作為襯底表面的Si襯底與GaN的晶格常數差異為約17%，因此需要一種技術來抑制由于晶格常數差異導致缺陷晶體的出現。另外，硅與GaN之間的熱膨脹差異為約56%，因此需要一種技術來抑制由于熱膨脹差異導致的晶圓彎曲。由于晶圓彎曲，GaN薄膜可能具有裂紋，并且可能難以執行工藝控制，從而可能增大相同晶圓中的發射波長的分散。
[0109]由于Si襯底吸收了在基于GaN的半導體中產生的光，因此發光裝置10的外量子效率會變差，因此，在需要時去除Si襯底，并且可額外形成包括反射層的諸如S1、Ge、SiAl、陶瓷或金屬襯底之類的支承襯底，并且隨后可使用。
[0110]當GaN薄膜生長在諸如Si襯底的異質襯底上時，位錯密度可能由于襯底材料與薄膜材料的晶格常數之間的失配而增大，并且可能由于熱膨脹差異而發生破裂和彎曲。為了防止發射堆疊件S的位錯和破裂，緩沖層1502設置在襯底1501與發射堆疊件S之間。緩沖層1502通過在生長有源層的同時調整襯底的彎曲水平減小了晶圓的發射波長的分散。
[0111]緩沖層1502可由AlxInyGaux y)N (O彡X彡1，O彡y彡1，O彡x+y彡I)形成，具體地說，由GaN、AIN、AlGaN、InGaN或InGaNAlN形成，并且當需要時，緩沖層1502可由ZrB2、HfB2、ZrN、HfN、TiN等形成。另外，可通過組合多個層或者通過逐漸改變前述材料之一的成分來形成緩沖層1502。
[0112]由于Si襯底和GaN薄膜的熱膨脹差異大，因此當GaN薄膜生長在Si襯底上時，GaN薄膜在高溫下生長，并且隨后在室溫下冷卻，并且此時，由于Si襯底與GaN薄膜之間的熱膨脹差異，會對GaN薄膜施加拉伸應力，從而GaN薄膜中會容易出現裂紋。為了防止裂紋，可在GaN薄膜生長的同時將壓縮應力施加至GaN薄膜，從而可補償拉伸應力。
[0113]由于Si襯底與GaN薄膜之間的晶格常數差異，Si襯底可能是有缺陷的。當使用Si襯底時，使用具有復合結構的緩沖層，以同時執行缺陷控制和應力控制，以抑制彎曲。
[0114]為了防止Si與Ga之間的反應，需要使用不含Ga的材料。例如，AlN首先形成在襯底1501上。可替換地，不僅可使用AlN而且可使用SiC。通過在400°C至1300°C之間的溫度利用Al和N源生長A1N。當需要時，可將AlGaN中間層插入多個AlN層中，以控制應力。
[0115]現在，詳細描述具有III族氮化物半導體的多層結構的發射堆疊件S。第一導電半導體層1504和第二導電半導體層1506可分別由摻有η型雜質和ρ型雜質的半導體形成，反之亦然。例如，第一導電半導體層1504和第二導電半導體層1506中的每一個可以(但不限于)由III族氮化物半導體(例如，成分為AlxInyGau x y)N(0 ^ x ^ 1，0彡y彡1，O ^ x+y ^ I)的材料)形成。在另一實施例中，第一導電半導體層1504和第二導電半導體層1506中的每一個可由包括基于AlGaInP的半導體、基于AlGaAs的半導體等的材料形成。
[0116]第一導電半導體層1504和第二導電半導體層1506中的每一個可具有單層結構。然而，當需要時，第一導電半導體層1504和第二導電半導體層1506中的每一個可具有多層結構，該多層結構包括具有不同成分或厚度的多個層。例如，第一導電半導體層1504和第二導電半導體層1506中的每一個可具有能夠提高電子和空穴注入的效率的載流子注入層，并且還可具有各種形式的超晶格結構。
[0117]第一導電半導體層1504還可包括鄰近于有源層1505的電流擴散層(未示出)。電流擴散層可具有重復堆疊了具有不同成分或不同雜質比率的多個InxAlyGau x y)N層的結構，或者可部分由絕緣材料層形成。
[0118]第二導電半導體層1506還可包括鄰近于有源層1505的電子阻擋層。電子阻擋層可具有堆疊了具有不同成分的多個InxAlyGau xy)N層的結構，或者可具有由AlyGau y)N形成的至少一層。由于電子阻擋層的帶隙大于有源層1505的帶隙，因此電子阻擋層防止了電子進入第二導電半導體層1506 (其為ρ型)。
[0119]可通過利用MOCVD設備形成發射堆疊件S。更詳細地說，發射堆疊件S按照以下方式形成:在基于鎵的化合物半導體生長在襯底1501上的同時，將諸如有機金屬化合物氣體(例如，三甲基鎵(TMG)、三甲基鋁(TMA)等)和含氮氣體(例如氨(NH3)等)的反應氣體注入至布置有襯底1501的反應容器中，并且襯底1501保持在約900°C至1100°C的高溫，根據需要，注入雜質氣體，從而基于鎵的化合物半導體作為未摻雜類型、η型或ρ型而堆疊。Si作為η型雜質是熟知的。Zn、Cd、Be、Mg、Ca、Ba等，具體地說，Mg和Zn，可用作ρ型雜質。
[0120]設置在第一導電半導體層1504與第二導電半導體層1506之間的有源層1505可具有交替地堆疊量子阱層和量子勢皇層的多量子阱(MQW)結構。例如，在氮化物半導體的情況下，有源層1505可具有GaN/InGaN結構。然而，在另一實施例中，有源層1505可具有單量子阱(SQW)結構。
[0121]歐姆電極層1508可通過相對增大雜質密度來減小歐姆接觸電阻，從而歐姆電極層1508可降低操作電壓，并且可改進裝置特性。歐姆電極層1508可由GaN、InGaN, ZnO或石墨層形成。
[0122]第一電極1509a 或第二電極 1509b 可包括諸如 Ag、N1、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au 等的材料，或者可具有包括 Ni/Ag、Zn/Ag、Ni/Al、Zn/Al、Pd/Ag、Pd/Al、Ir/Ag、Ir/Au、Pt/Ag、Pt/Al、Ni/Ag/Pt 等的多層結構。
[0123]雖然圖10所示的LED芯片1500具有第一電極1509a、第二電極1509b和光提取表面面對同一側的結構，但是LED芯片1500可具有各種結構，諸如第一電極1509a和第二電極1509b面對光提取表面的相對側的倒裝芯片結構、第一電極1509a和第二電極1509b形成在相對表面上的豎直結構、和采用了其中多個過孔形成在芯片中以改進電流分布和散熱效率的電極結構的豎直和水平結構。
[0124]〈LED芯片--第二實施例〉
[0125]圖11示出了根據本發明構思的另一示例性實施例的LED芯片1600，其具有在制造用于照明設備的用于高輸出的大面積發光裝置芯片時有益于改進電流分布和散熱效率的結構。
[0126]如圖11所示，LED芯片1600包括第一導電半導體層1604、有源層1605、第二導電半導體層1606、第二電極層1607、絕緣層1602、第一電極層1608和襯底1601。這里，為了電連接至第一導電半導體層1604，第一電極層1608包括一個或多個接觸孔H，它們與第二導電半導體層1606和有源層1605電絕緣，并且從第一電極層1608的表面延伸至第一導電半導體層1604的一部分。
[0127]接觸孔H從第一電極層1608的界面經第二導電半導體層1606和有源層1605延伸至第一導電半導體層1604的內表面。接觸孔H延伸至有源層1605與第一導電半導體層1604之間的界面，并且更優選地，接觸孔H延伸至第一導電半導體層1604的一部分。由于接觸孔H用于執行第一導電半導體層1604的電連接和電流分布，因此當接觸孔H接觸第一導電半導體層1604時，接觸孔H實現其目的，因此，接觸孔不需要延伸至第一導電半導體層1604的外表面。
[0128]考慮到光反射功能和與第二導電半導體層1606的歐姆接觸，形成在第二導電半導體層1606上的第二電極層1607可由選自Ag、N1、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt和Au構成的組中的材料形成，并且可通過濺射工藝或沉積工藝而形成。
[0129]接觸孔H具有穿過第二電極層1607、第二導電半導體層1606和有源層1605以與第一導電半導體層1604連接的形狀。可通過利用ICP-RIE等的蝕刻工藝形成接觸孔H。
[0130]絕緣層1602形成為覆蓋接觸孔H的側壁和第二導電半導體層1606的頂表面。在這種情況下，第一導電半導體層1604的與接觸孔H的底表面相對應的一部分可暴露出來。可通過沉積諸如Si02、S1xNy、SixNy等的絕緣材料形成絕緣層1602。可通過CVD工藝在500 °C或更低的溫度下以從約0.01 μ??至約3 μ??的厚度范圍沉積絕緣層1602。
[0131 ] 包括通過填充導電材料形成的導電過孔的第二電極層1607形成在接觸孔H中。多個過孔可形成在發光裝置區中。可調整過孔的數量和過孔的接觸面積，以使得接觸第一導電類型半導體的過孔的面積在發光裝置區的面積的約1%與約5%之間的范圍內。接觸第一導電類型半導體的過孔的區域的平面半徑在約5 μ m與約50 μ m之間的范圍內，并且根據各個發光裝置區的面積，針對各個發光裝置區的過孔的數量可在I與300之間。雖然過孔的數量可根據各個發光裝置區的面積變化，但是過孔的數量可為至少3。過孔之間的距離可對應于在約100 μ m與約500 μ m之間的范圍內(并且更詳細地說，在約150 μ m與約450 μ m之間的范圍內)的多行多列的矩陣陣列。當過孔之間的距離小于約ΙΟΟμπι時，過孔的數量增加，從而發射面積相對減小，發射效率變差。當距離大于約500 μm時，電流擴散會困難，從而發射效率會變差。接觸孔H的深度可根據第二半導體層和有源層而變化，并且可在約
0.5 μπι與約5.0 μ m之間的范圍內。
[0132]然后，襯底1601形成在第一電極層1608的表面上。在該結構中，襯底1601可經由與第一導電半導體層1604接觸的導電過孔電連接至第一導電半導體層1604。
[0133]可通過電鍍工藝、濺射工藝、沉積工藝或粘合工藝由選自Au、N1、Al、Cu、W、S1、Se、GaAs, SiAl、Ge、SiC、A1N、Al2O3' GaN和AlGaN構成的組中的材料形成襯底1601。然而，關于襯底1601的材料和形成方法不限于此。
[0134]為了減小接觸孔H的接觸電阻，可適當地調整接觸孔H的總數、接觸孔H的形狀、接觸孔H的間距、接觸孔H相對于第一導電半導體層1604和第二導電半導體層1606的接觸面積等，并且由于接觸孔H沿著各行各列按照各種形式布置，因此可提高電流。
[0135]〈LED芯片——第三實施例〉
[0136]由于LED照明設備提供了改進的散熱特性，因此考慮到總散熱性能，優選地將具有小的熱值的LED芯片應用于LED照明設備。LED芯片的示例可為具有納米結構的LED芯片(下文中，稱作“納米LED芯片”)。
[0137]納米LED芯片的示例包括芯-皮式納米LED芯片。芯-皮式納米LED芯片由于其小的組合密度而產生相對少量的熱，并且通過利用納米結構增大其發射面積，以提高發射效率。另外，芯-皮式納米LED芯片可獲得非極性有源層，從而防止由于極化導致的效率變差，從而可改進下垂特性。
[0138]圖12示出了根據本發明構思的另一示例性實施例的可應用于照明設備100的納米LED芯片17