CN101834255B - 发光器件、其制造方法、发光设备和照明系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种发光器件，包括：导电衬底；在导电衬底上的反射层；在导电衬底的上表面的周边部分上的蚀刻保护层；和发光结构，发光结构形成在反射层和蚀刻保护层上，使得蚀刻保护层部分暴露，发光结构包括第一导电半导体层、第二导电半导体层以及在第一导电半导体层和第二导电半导体层之间的有源层，其中蚀刻保护层包括具有第一折射率的第一折射层和具有大于第一折射率的第二折射率的第二折射层。
Description
相关申请
本申请要求2009年3月10日提交的韩国专利申请10-2009-0020134的优先权，通过引用将其全部内容并入本文。
技术领域
实施方案涉及发光器件、其制造方法和发光设备。
背景技术
发光二极管包括：具有第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层的发光结构，该发光结构随着对其供电而发光。
发光结构形成在生长衬底例如蓝宝石衬底上，作为外延层，并且在发光结构上形成反射层。然后，在反射层上形成导电衬底并且移除生长衬底，由此获得垂直型发光二极管。
发明内容
实施方案提供具有改善的结构的发光器件、其制造方法和发光设备。
实施方案提供能够改善发光效率的发光器件、其制造方法以及发光设备。
根据一个实施方案，提供发光器件，包括：导电衬底；在所述导电衬底上的反射层；在所述导电衬底的上表面的周边部分上的蚀刻保护层；和发光结构，所述发光结构形成在反射层和蚀刻保护层上，使得所述蚀刻保护层部分暴露，所述发光结构包括：第一导电半导体层、第二导电半导体层、以及在所述第一导电半导体层和第二导电半导体层之间的有源层，其中所述蚀刻保护层包括：具有第一折射率的第一折射层和具有大于第一折射率的第二折射率的第二折射层。
根据一个实施方案，提供发光器件封装，包括：封装体；在所述封装体上的发光器件；与所述发光器件电连接的电极；和包围所述发光器件的包封层。所述发光器件包括：导电衬底；在所述导电衬底上的反射层；在所述导电衬底的上表面的周边部分上的蚀刻保护层；和发光结构，所述发光结构形成在所述反射层和所述蚀刻保护层上，使得所述蚀刻保护层部分暴露，其中所述蚀刻保护层包括具有第一折射率的第一折射层和具有大于第一折射率的第二折射率的第二折射层。
根据一个实施方案，提供照明系统，包括：发光器件封装，所述发光器件封装包括：封装体、在所述封装体上的发光器件、与所述发光器件电连接的电极、和包围所述发光器件的包封层。所述发光器件包括：导电衬底；在所述导电衬底上的反射层；在所述导电衬底的上表面的周边部分上的蚀刻保护层；和发光结构，所述发光结构形成在所述反射层和所述蚀刻保护层上，使得所述蚀刻保护层部分暴露，其中所述蚀刻保护层包括具有第一折射率的第一折射层和具有大于第一折射率的第二折射率的第二折射层。
附图说明
图1～6是显示制造根据一个实施方案的发光器件的方法的截面图；
图7是显示根据一个实施方案的发光器件的截面图；
图8和9是显示在根据一个实施方案的发光器件中的蚀刻保护层的反射因子的图；
图10和11是显示在根据另一实施方案的发光器件中的蚀刻保护层的反射因子的图；
图12是显示根据一个实施方案的发光设备的图。
具体实施方式
在实施方案的描述中，应理解，当层(或膜)、区域、图案或结构称为在另一衬底、另一层(或膜)、另一区域、另一垫或另一图案“上”或“下”时，其可以“直接地”或者“间接地”在所述另一衬底、层(或膜)、区域、垫、或图案上或下，或也可存在一个或更多个中间层。层的这种位置参考附图进行描述。
为了方便和清楚的目的，附图中显示的各层的厚度和尺寸可进行放大、省略或者示意地绘出。此外，元件的尺寸并不绝对地反映实际尺寸。
图1～6是显示制造根据实施方案的发光器件的方法的截面图。
参考图1，在生长衬底1上形成包括缓冲层的氮化物半导体层2，在氮化物半导体层2上形成包括第一导电半导体层3、有源层4和第二导电半导体层5的发光结构6。
各种衬底，例如Al2O3、Si、SiC、GaAs、ZnO和MgO衬底，可用作生长衬底1。氮化物半导体层2可包括未掺杂的GaN层，发光结构6可包括GaN基半导体层。
第一导电半导体层3可包括掺杂有第一导电掺杂剂的第III-V族化合物半导体。例如，第一导电半导体层3可包括：GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP或者AlGaInP。如果第一导电半导体层3是N型半导体层，则第一导电掺杂剂是N型掺杂剂，例如Si、Ge、Sn、Se或者Te。第一导电半导体层3可具有单层结构或者多层结构，但是实施方案不限于此。
有源层4形成在第一导电半导体层3上并可具有单量子阱结构、多量子阱(MQW)结构、量子点结构和量子线结构中的一种。有源层4可通过使用第III-V族化合物半导体制备为阱层/势垒层。例如，有源层4可包括InGaN阱层/GaN势垒层或者InGaN阱层/AlGaN势垒层。
覆层可插入有源层4和第一导电半导体层3之间、或者有源层4和第二导电半导体层5之间。覆层可包括AlGaN基半导体。
第二导电半导体层5形成在有源层4上。第二导电半导体层5可包括掺杂有第二导电掺杂剂的第III-V族化合物半导体。例如，第二导电半导体层5可包括：GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP或者AlGaInP。如果第二导电半导体层5是P型半导体层，则第二导电掺杂剂是P型掺杂剂，例如Mg或者Zn。第二导电半导体层5可具有单层结构或者多层结构，但是实施方案不限于此。
同时，发光结构6还可包括：在第二导电半导体层5上的N型半导体层。例如，发光结构6可包括N-P结、P-N结、N-P-N结和P-N-P结中的至少一种。
在第二导电半导体层5的上表面的周边区域上形成蚀刻保护层7。
当实施隔离蚀刻以将发光器件分隔为芯片单元时，蚀刻保护层7防止由于金属材料溅至第一导电半导体层3、有源层4和第二导电半导体层5所导致的短路。
蚀刻保护层7可通过交替堆叠具有不同折射率的两种介质来形成。蚀刻保护层7有效地反射由有源层4发出的光，由此改善发光器件的发光效率。后续将详细描述蚀刻保护层7。
参考图2，在第二导电半导体层5上形成反射层8。
反射层8可包括具有高反射率的Ag、Al、Ag-Pd-Cu和Ag-Cu中的至少一种。
虽然附图中未显示，但是可在第二导电半导体层5上形成欧姆接触层用于欧姆接触，并且可在欧姆接触层上形成粘合层。在这种情况下，反射层8形成在粘合层上。否则，欧姆接触层形成在第二导电半导体层5上用于欧姆接触，并且在欧姆接触层上形成反射层8。
例如，欧姆接触层可包括ITO(氧化铟锡)。欧姆接触层包括使得与第二导电半导体层5欧姆接触的材料。
粘合层可包括AZO(氧化铝锌)或者IZO(氧化铟锌)。由于粘合层包括氧化物材料，所以可改善透光率。如果使用AZO或者IZO作为粘合层，则粘合层可形成为具有大的厚度，所以可防止反射层8的材料扩散到发光结构中。根据反射层8的材料，可选择性地形成欧姆接触层和粘合层。
参考图3，在反射层8上形成籽层9。籽层9可包括Au、Cu、Mo、Pt、Sn和W中的一种。在籽层9上形成导电衬底10。例如，导电衬底10可通过在籽层9上涂敷铜来形成。
可在反射层8上形成接合层(未显示)以将导电衬底10与反射层8接合，来替代在反射层8上形成籽层9。在这种情况下，导电衬底10可包括Ti、Cu、Cr、Ni、Al、Pt、Au、W、Mo和掺杂有杂质的半导体衬底中的至少一种。
参考图4，在图3中所示的结构中，通过LLO(激光剥离)技术或者CLO(化学剥离)技术移除生长衬底1。此时，也移除氮化物半导体层2。根据实施方案，仅移除生长衬底1。
参考图5，实施隔离蚀刻工艺以将发光器件分隔为芯片单元。隔离蚀刻工艺可包括ICP(感应耦合等离子体)工艺。氮化物半导体层2、第一导电半导体层3、有源层4和第二导电半导体层5的周边部分通过隔离蚀刻工艺部分移除。
此时，蚀刻保护层7部分暴露。由于蚀刻保护层7，所以可防止由籽层9、接合层和导电衬底10产生颗粒，并可防止因颗粒附着于发光结构6而产生的短路。
参考图6，选择性地移除氮化物半导体层2，以在第一导电半导体层3上形成电极11。此外，在氮化物半导体层2的上表面上形成具有孔形或者柱形的光提取结构2a，使得可有效地向上提取由发光结构6发出的光。这样可制造根据实施方案的发光器件。
图7是显示根据一个实施方案的发光器件的截面图。
通过图1～6中显示的方法制造图7中所示的发光器件。
发光器件包括导电衬底10，在导电衬底10上形成有籽层9或者接合层(未显示)，在籽层9或者接合层的中心部分上形成有反射层8。此外，在籽层9或者接合层的上表面的周边部分上形成蚀刻保护层7。
当对发光器件实施隔离蚀刻工艺时，蚀刻保护层7用作保护层以防止由于籽层9、接合层或者导电衬底10的材料溅至发光结构6而导致的短路。此外，蚀刻保护层7反射由有源层4发出的光，使得可防止由于籽层9、接合层或者导电衬底10吸收光而导致的发光效率的劣化。
蚀刻保护层7包括具有第一折射率的第一折射层7a和具有大于第一折射率的第二折射率的第二折射层7b。多个第一折射层7a和第二折射层7b交替并重复地形成。提供至少一对第一折射层7a和第二折射层7b。优选地，提供至少两对第一折射层7a和第二折射层7b。
第一折射层7a可包括折射率为1.4的SiO2和折射率为1.7的Al2O3中的至少一种，第二折射层7b可包括折射率为4.6的Si和折射率为3.2的Si-H、折射率为2.0的Si3N4、折射率为2.0的SiN、折射率为2.1～2.4的TiO2和折射率为2.1的ZrO2中的至少一种。
蚀刻保护层7可用作DBR(分布布拉格反射体)以提高反射因子。
当由发光器件发出的光的波长是λ，第一折射层7a或者第二折射层7b的折射率是n，并且m是奇数时，蚀刻保护层7的第一折射层7a和第二折射层7b堆叠为具有mλ/4n的厚度，以在光的特定波长λ处获得95％或更高的反射因子。例如，第一折射层7a可形成为具有大于第二折射层7b的厚度。
同时，在籽层9或者接合层上形成反射层8。反射层8的至少一部分被蚀刻保护层7包围。反射层8反射由有源层4发出的并朝向导电衬底10的光，使得光朝向向上的方向，由此改善发光器件的光效率。
在反射层8上形成包括第二导电半导体层5、有源层4和第一导电半导体层3的发光结构6，在第一导电半导体层3上形成具有光提取结构2a的氮化物半导体层2。此外，在第一导电半导体层3上形成电极11。
如图7中的箭头所示，由发光器件发出的光的一部分透过发光结构6的横向侧面朝向蚀刻保护层7。如上所述，蚀刻保护层7具有高的反射率，使得可改善发光器件的发光效率。
图8和9是显示在根据一个实施方案的发光器件中的蚀刻保护层的反射因子的图，图10和11是显示在根据另一实施方案的发光器件中的蚀刻保护层的反射因子的图。
参考图8和9，当在发出波长为460nm的光的发光器件中重复形成厚度为82.14nm并包括折射率为1.4的SiO2的第一折射层7a、以及厚度为57.5nm并包括折射率为2.0的SiN的第二折射层7b时，可获得图8和9中所示的蚀刻保护层7的反射因子。
参考图8，根据由发光器件发出的光的波长，以百分比(％)为单位表示反射因子。参考图9，根据第一折射层7a和第二折射层7b的对的数目，以百分比(％)为单位表示反射因子。
如图8中所示，蚀刻保护层7相对于波长为400nm～540nm的光表现出90％或更高的反射因子。此外，如图9中所示，反射因子可与第一折射层7a和第二折射层7b的对的数目成比例地增加。
参考图10和11，当在发出波长为460nm的光的发光器件中重复形成厚度为82.14nm并包括折射率为1.4的SiO2的第一折射层7a、以及厚度为54.76nm并包括折射率为2.1的TiO2的第二折射层7b时，可获得图10和11中所示的蚀刻保护层7的反射因子。
参考图10，根据由发光器件发出的光的波长，以百分比(％)为单位表示反射因子。参考图11，根据第一折射层7a和第二折射层7b的对的数目，以百分比(％)为单位表示反射因子。
如图10中所示，蚀刻保护层7相对于波长为400nm～540nm的光表现出90％或更高的反射因子。此外，如图11中所示，反射因子可与第一折射层7a和第二折射层7b的对的数目成比例地增加。
如上所述，根据实施方案的发光器件包括蚀刻保护层7，从而可改善发光效率。
图12是显示根据实施方案的包括发光器件的发光器件封装的截面图。
参考图12，根据实施方案的发光器件封装包括：封装体30、在封装体30中安装的第一电极31和第二电极32、在封装体30中安装的并与第一电极31和第二电极32电连接的发光器件100、和包围发光器件100的包封层40。
封装体30可包括硅、合成树脂或者金属并可具有腔，该腔具有倾斜的横向侧面。
第一电极31和第二电极32彼此电隔离并为发光器件100供电。此外，第一电极31和第二电极32反射由发光器件100发出的光，以改善光效率并将由发光器件100产生的热耗散至外部。
如图7中所示的发光器件可用作发光器件100。发光器件100可安装在封装体30、第一电极31或者第二电极32上。
发光器件100可通过布线方案、倒装芯片方案或者芯片接合方案与第一电极31和第二电极32电连接。根据实施方案，发光器件100通过导线50与第一电极31电连接同时与第二电极32直接接触。
包封层40包围发光器件100以保护发光器件100。此外，包封层40可包括磷光体以改变由发光器件100发出的光的波长。
发光设备可包括至少一个根据实施方案的发光器件。实施方案可不限制发光器件的数目。
在衬底上可布置根据实施方案的多个发光器件封装。此外，在由发光器件封装发出的光的路径中可布置光学元件，例如光导板、棱镜片和扩散片。发光器件封装、衬底、光学元件可用作照明器件。根据另一实施方案，通过使用发光器件或者发光器件封装可构成显示器件、指示器件或者照明系统。例如，照明系统可包括灯或者路灯。
在本说明书中对″一个实施方案″、″实施方案″、″示例性实施方案″等的任何引用，表示与该实施方案相关描述的具体特征、结构或特性包括于本发明的至少一个实施方案中。在说明书不同地方出现的这些措词不必都涉及相同的实施方案。此外，当结合任何实施方案描述具体的特征、结构或特性时，认为将这些特征、结构或特性与其它实施方案的特征、结构或特性相关联在本领域技术人员的能力范围之内。
虽然已经参考大量说明性实施方案描述了实施方案，但是应理解本领域技术人员可设计很多其它的改变和实施方案，这些也将落入本公开原理的精神和范围内。更具体地，在公开、附图和所附权利要求的范围内，在对象组合布置的构件和/或布置中能具有各种变化和改变。除构件和/或布置的变化和改变之外，对本领域技术人员而言，可替代的用途也是明显的。
Claims (13)
1.一种发光器件，包括：
导电衬底；
在所述导电衬底上的反射层；
在所述导电衬底上的蚀刻保护层；
发光结构，所述发光结构形成在所述反射层和所述蚀刻保护层上使得所述蚀刻保护层部分暴露，所述发光结构包括：第一导电半导体层、第二导电半导体层以及在所述第一导电半导体层和第二导电半导体层之间的有源层；
在所述导电衬底和所述反射层之间的接合层；和
在所述发光结构上的电极，
其中所述蚀刻保护层不与所述电极垂直交叠，
其中所述蚀刻保护层包括具有第一折射率的第一折射层和具有大于所述第一折射率的第二折射率的第二折射层，
其中所述蚀刻保护层设置在所述接合层的上表面的周边部分上。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述蚀刻保护层与所述导电衬底在垂直方向上交叠并与所述发光结构在垂直方向上部分交叠。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第一折射层和第二折射层交替堆叠。
4.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第一折射层包括SiO2和Al2O3中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第二折射层包括Si、Si-H、Si3N4、SiN、TiO2和ZrO2中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的发光器件，还包括：在所述反射层和所述发光结构之间的欧姆接触层和粘合层中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的发光器件，还包括：在所述发光结构上的具有光提取结构的氮化物半导体层。
8.根据权利要求1所述的发光器件，其中提供至少两对第一折射层和第二折射层。
9.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第一折射层和第二折射层分别具有mλ/4n的厚度，其中λ是由所述发光结构发出的光的波长，n是所述第一折射层或者所述第二折射层的折射率，m是奇数。
10.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第一折射层比所述第二折射层厚。
11.一种发光器件封装，包括：
封装体；
在所述封装体上的发光器件；
与所述发光器件电连接的电极；和
包围所述发光器件的包封层，
其中所述发光器件包括：
导电衬底；
在所述导电衬底上的反射层；
在所述导电衬底上的蚀刻保护层；
发光结构，所述发光结构形成在所述反射层和所述蚀刻保护层上使得所述蚀刻保护层部分暴露；
在所述导电衬底和所述反射层之间的接合层；和
在所述发光结构上的电极，
其中所述蚀刻保护层不与所述电极垂直交叠，
其中所述蚀刻保护层包括具有第一折射率的第一折射层和具有大于所述第一折射率的第二折射率的第二折射层，
其中所述蚀刻保护层设置在所述接合层的上表面的周边部分上。
12.一种制造发光器件的方法，所述方法包括：
在生长衬底上形成包括第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层的发光结构；
在所述第二导电半导体层的上表面的周边部分上形成蚀刻保护层；
在所述第二导电半导体层上形成反射层；
在所述反射层和所述蚀刻保护层上形成接合层；
在所述接合层上形成导电衬底；
移除所述生长衬底，和移除所述发光结构以使得所述蚀刻保护层部分暴露；和
在所述第一导电半导体层上形成电极，
其中所述蚀刻保护层包括具有第一折射率的第一折射层和具有大于所述第一折射率的第二折射率的第二折射层，和
其中所述蚀刻保护层不与所述电极垂直交叠。
13.一种照明系统，包括：
发光器件封装，该发光器件封装包括：封装体、在所述封装体上的发光器件、与所述发光器件电连接的电极、和包围所述发光器件的包封层，
其中所述发光器件包括：
导电衬底；
在所述导电衬底上的反射层；
在所述导电衬底上的蚀刻保护层；
发光结构，所述发光结构形成在所述反射层和所述蚀刻保护层上使得所述蚀刻保护层部分暴露；
在所述导电衬底和所述反射层之间的接合层；和
在所述发光结构上的电极，
其中所述蚀刻保护层不与所述电极垂直交叠，
其中所述蚀刻保护层包括具有第一折射率的第一折射层和具有大于所述第一折射率的第二折射率的第二折射层，
其中所述蚀刻保护层设置在所述接合层的上表面的周边部分上。
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