CN101958377A - 发光器件、发光器件封装和具有该发光器件的照明系统 - Google Patents

发光器件、发光器件封装和具有该发光器件的照明系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及发光器件、发光器件封装和具有该发光器件的照明系统。所述发光器件包含：发光结构，其包含具有第一半导体层和在第一半导体层之下的第二半导体层的第一导电型半导体层、在第二半导体层之下的有源层和在有源层之下的第二导电型半导体层；在第二导电型半导体层之下的电极层；在第一半导体层和第二半导体层之间的周边之上形成的第一绝缘层；和在第一绝缘层之下的第二绝缘层，所述第二绝缘层覆盖第二半导体层、有源层和第二导电型半导体层的周边。

Description

发光器件、发光器件封装和具有该发光器件的照明系统
技术领域
本发明涉及一种发光器件、发光器件封装和使用该发光器件的照明系统。
背景技术
由于Ⅲ-Ⅴ族氮化物半导体的物理和化学特性，Ⅲ-Ⅴ族氮化物半导体作为诸如发光二极管(LED)、激光二极管(LD)等发光器件的核心材料而备受瞩目。Ⅲ-Ⅴ族氮化物半导体通常由组成式为InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的半导体材料制成。
发光二极管(LED)是一种利用半导体的特性将电转变为红外线或光来接收或发射信号的半导体器件，或者是用作光源。
使用这种氮化物半导体材料的LED或者LD主要用于发光器件中以得到光，或者用作各种器件的光源，所述器件为例如手机的按键发光部分、电子标识、照明装置、显示装置等。
发明内容
本发明提供一种具有新结构的发光器件。
本发明提供一种发光器件，其包含设置在有源层的侧面、上面和下面的绝缘构件。
本发明提供一种具有改进可靠性的发光器件、发光器件封装和使用该发光器件的照明系统。
在一个实施方案中，发光器件包含：
发光结构，其包含：具有第一半导体层和在所述第一半导体层之下的第二半导体层的第一导电型半导体层、在所述第二半导体层之下的有源层和在所述有源层之下的第二导电型半导体层；
在所述第二导电型半导体层之下的电极层；
在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间的周边之上的第一绝缘层；和
在所述第一绝缘层之下的第二绝缘层，所述第二绝缘层覆盖第二半导体层、有源层和第二导电型半导体层的周边。
在另一个实施方案中，发光器件包含：
发光结构，其包含：具有第一半导体层和在第一半导体层之下的第二半导体层的第一导电型半导体层、在第二半导体层之下的有源层和在有源层之下的第二导电型半导体层；
在第二导电型半导体层之下的电极层；
在第一半导体层之上的电极；
在第一半导体层和第二半导体层之间的第一绝缘层；和
覆盖第二半导体层、有源层和第二导电型半导体层的周边的第二绝缘层，其中第二绝缘层的一部分延伸到第二导电型半导体层和电极层之间的周边内。
在又一个实施方案中，发光器件封装包含：本体；在本体之上的多个导线电极(lead electrode)；结合到所述多个导线电极之一且与所述多个导线电极电连接的发光器件；和模制所述发光器件的模制构件，其中所述发光器件包含：
发光结构，其包含：具有第一半导体层和在第一半导体层之下的第二半导体层的第一导电型半导体层、在第二半导体层之下的有源层和在有源层之下的第二导电型半导体层；
在第二导电型半导体层之下的电极层；
在第一半导体层和第二半导体层之间的周边之上形成的第一绝缘层；和
在第一绝缘层之下的第二绝缘层，所述第二绝缘层覆盖第二半导体层、有源层和第二导电型半导体层的周边。
附图说明
图1是第一实施方案的发光器件的侧剖视图。
图2至15是横截面视图，说明一种制造图1发光器件的方法。
图16是第二实施方案的发光器件的侧剖视图。
图17是第三实施方案的发光器件的侧剖视图。
图18是第四实施方案的发光器件的侧剖视图。
图19是第五实施方案的发光器件的侧剖视图。
图20是具有图1发光器件的发光器件封装的横截面视图。
图21是透视图，显示了一个具有图20发光器件封装的显示装置的例子。
图22是透视图，显示了另一个具有图20发光器件封装的显示装置的例子。
图23是具有图20发光器件封装的照明装置的透视图。
具体实施方式
在实施方案的描述中，应理解，当提及某一层(或膜)、区域、图案或结构在另一层(或膜)、区域、衬垫或图案“之上”时，术语“之上(on)”或“之下(under)”包括“直接地”和”间接地”在/于……之上或在/于……之下这两种意思。进一步地，关于在各个层“之上”和“之下”的含义将参照附图进行理解。
将参考附图更全面地描述本发明，在所述附图中显示了示例性实施方案。在附图中，为便于描述和清楚，各个层的厚度或尺寸是夸大的、省略的或是示意性的。同样，每个元件的尺寸也不一定代表实际尺寸。
图1是第一实施方案的发光器件的侧剖视图。
参考图1，发光器件100包含：发光结构105、绝缘构件140、电极层150和导电支撑构件160。
发光结构105可包含Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，可发射具有可见光波长和/或紫外线波长的光。发光结构105可包含组成式为InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的半导体材料，该半导体材料可优选选自：GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、InGaAs、AlInGaAs、GaP、AlGaP、InGaP、AlInGaP和InP。
发光结构105包含：第一导电型半导体层110、有源层120和第二导电型半导体层130。所述第一导电型半导体层110形成于有源层120之上，第二导电型半导体层130形成于有源层120之下。
第一导电型半导体层110可包含含有第一导电型掺杂剂的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，例如组成式为InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的半导体材料，该半导体材料可以优选选自：GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP和AlGaInP。在第一导电型半导体层110是N型导电层的情况下，第一导电型掺杂剂是N型掺杂剂，包括Si、Ge、Sn、Se和Te。
第一导电型半导体层110可以包含多个层。例如，第一导电型半导体层110包含第一半导体层112和在所述第一半导体层112之下的第二半导体层114。第一半导体层112的掺杂剂浓度可以与第二半导体层114基本上相同或者不同。例如，当第一半导体层112掺杂了导电型掺杂剂，该导电型掺杂剂的掺杂浓度可以等于或低于第二半导体层114中的掺杂浓度。在此，当第一半导体层112的掺杂剂浓度(如N型掺杂剂浓度)低时，第一半导体层112可以将施加到所述第一半导体层112的电流扩散。第一半导体层112可以以低于第二半导体层114的掺杂浓度掺杂，或者可以不掺杂。
第一半导体层112和第二半导体层114可以由相同或不同的半导体材料形成，但本发明不局限于此。例如，第一半导体层112和第二半导体层114可以由GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP和AlGaInP中的任一种形成。例如，第一半导体层112可以是AlGaN层或AlN层，而第二半导体层114可以是GaN层，但是本发明不局限于此。第一半导体层112和第二半导体层114可以由具有不同折射率的材料形成。例如，第一半导体层112可以由具有高折射率的材料形成，而第二半导体层114可以由具有低折射率的材料形成。第一半导体层112与第二半导体层114之间在材料或者折射率方面的不同可以改善电流的扩散或光提取(lightextraction)。
电极171形成于第一导电型半导体层110之上。电极171可以接触第一半导体层112的上表面，并包含金属材料。电极171可以以单层结构或多层结构形成，可以包含选自Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf、Ti、Cr和Cu中的至少一种。电极171可以包含衬垫或者具有电极图案的衬垫。衬底可以设置在第一半导体层112之上或在其他部分之上，但本发明不局限于此。电极171可以不设置在第一半导体层112上，而设置在其他部分之上，但本发明不局限于此。
第一半导体层112的下表面的宽度可以大于第二半导体层114的上表面的宽度，第二半导体层114的上表面的宽度可以小于第二半导体层114的下表面的宽度，第二半导体层114的外周可以以阶梯式结构形成。
第一半导体层112的上表面可以具有能改善光提取效率的粗糙图案或不规则图案。
有源层120形成于第一导电型半导体层110之下。有源层120可以包含Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，并可包含具有不同带隙的两种材料。有源层120可以包含阱层和阻挡层对，所述阱层和阻挡层对可以以1～30个周期形成。有源层120可由选自GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP和AlGaInP中的任一种形成。
有源层120可以以单量子阱结构、多量子阱(MQW)结构、量子线结构和量子点结构中的至少一个形成。例如，有源层120可以以InGaN阱层/GaN阻挡层、InGaN阱层/InGaN阻挡层、GaN阱层/GaN阻挡层或类似结构中的至少一个成对结构形成。阻挡层可以由带隙大于阱层带隙的材料形成。
导电覆盖层(conductive clad layer)(未显示)可以形成于有源层120之上或之下。导电覆盖层可由选自组成式为InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的半导体材料中的一种形成，例如，可以由基于GaN的半导体形成。该导电覆盖层可以由带隙大于阻挡层带隙的材料形成。
第二导电型半导体层130形成于有源层120之下。第二导电型半导体层130可以包含Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，例如组成式为InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的半导体材料。所述半导体材料可优选选自GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP和AlGaInP。第二导电型半导体层130可以以单层或多层形成。
在第二导电型半导体层130为P型半导体层的情况下，第二导电型掺杂剂可以包含P型掺杂剂，例如Mg、Zn、Ca、Sr或Ba。
虽然本实施方案描述了发光结构105的第一导电型半导体层110是N型半导体层，第二导电型半导体层130是P型半导体层，但是相反情况也是可以的。例如，第一导电型半导体层110可以用P型半导体形成，第二导电型半导体层130可以用N型半导体层形成。可选地，第三导电型半导体层可以形成于第二导电型半导体层130之下。第三导电型半导体层可由如下半导体层形成，该半导体层具有与第二导电型半导体层相反的导电类型，例如N型半导体层。发光结构105可以由N-P结、P-N结、N-P-N结和P-N-P结中的至少一种形成。
绝缘构件140设置在发光结构105的外周之上。绝缘构件140包含第一绝缘层142和第二绝缘层144。绝缘构件140可由绝缘材料形成，所述绝缘材料为例如选自SiO2、SiOx、SiOxNy、Si3N4、Al2O3和TiO2中的至少一种。
第一绝缘层142的内部形成于第一半导体层112和第二半导体层114之间的第二半导体层114的外周之上。第一半导体层112和第二半导体层114由相同材料形成。第一绝缘层142的上表面的外部可以延伸到第一半导体层112之外，并暴露出来。第一绝缘层142的外部的下表面可以形成于第二绝缘层144之上。第一半导体层112的上表面和侧面与第一绝缘层142无物理接触，而是与第一绝缘层142分开。
第一绝缘层142可以具有如图4所示的框形、环形(ring shape)和回线形(loop shape)。第一绝缘层142可以被设置为连续形状。第一绝缘层142的内侧面可以具有如图5和6中所示的凹凸表面S1、S2。凹凸表面S1、S2可以包括多边形状或半球形状。例如，凹凸表面S1、S2可以包含交替形成的矩形凹部和矩形凸部，或者可以包含交替形成的三角形凹部和三角形凸部，但本发明不局限于此。
在第一绝缘层142具有凹凸表面S1、S2的情况下，由于可允许电流流入凹部，因此可防止电流的集中。
第二绝缘层144形成于第二半导体层114、有源层120和第二导电型半导体层130的外周之上，以覆盖第二半导体层114、有源层120和第二导电型半导体层130的外周。第二绝缘层144下部的内部可以在第二导电型半导体层130和电极层150之间延伸，由此接触第二导电型半导体层130的下部。
第二绝缘层144可以具有框形、环形和回线形。第二绝缘层144可被设置为连续形状。此外，第二绝缘层144的内侧面可以具有如图10和11中所示的凹凸表面S3、S4。凹凸表面S3、S4可以包括多边形状或半球形状。例如，凹凸表面S3、S4可以包含交替形成的矩形凹部和矩形凸部，或者可以包含交替形成的三角形凹部和三角形凸部，但本发明不局限于此。
在第二绝缘层144具有凹凸表面S3、S4的情况下，由于可允许电流流入凹部，因此可以防止电流的集中。在此，可以设计第一绝缘层142和第二绝缘层144，使得第二绝缘层144的凹部与第一绝缘层142的凹部互相面对或彼此交错。
第二绝缘层144的下部的内部可以在垂直方向上与第一绝缘层142的内部发生部分重叠。第一绝缘层142的内部宽度D1可以等于或小于第二绝缘层144的内部宽度D2，但本发明不局限于此。
第一绝缘层142的内部可以提高第一半导体层112和第二半导体层114之间的粘合力，第二绝缘层144的下部的内部可以提高第二导电型半导体层130和电极层150之间的粘合力。
由于第一半导体层112暴露在发光结构105的上表面和周边处，因此能改善部分光强度损失问题。
绝缘构件140形成于第二半导体层114、有源层120和第二导电型半导体层130的侧壁上。因此通过使第二半导体层114、有源层120和第二导电型半导体层130的侧壁绝缘，所以能解决发光器件侧壁的层间短路问题。而且，绝缘构件140能防止水分渗透通过发光结构105的侧壁。
电极层150形成于第二导电型半导体层130的下表面和绝缘构件140的第二绝缘层144之上。
电极层150设置在第二导电型半导体层130之下，提供电力以及反射光线。电极层150的外部可以在第二绝缘层144之下延伸。例如，电极层150的外部可以延伸以便部分或全部地覆盖第二绝缘层144的下表面。
电极层150可以由选自下列的金属形成：Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf及它们的组合。在此，电极层150可以包含具有50％以上反射率的金属材料。
电极层150可以包含欧姆层、反射层和种子层(seed layer)中的至少一种。低导电率材料可以以图案形状形成于电极层150和第二导电型半导体层130之间，但本发明不局限于此。
电极层150可以包含设置在金属材料上的但不同于金属材料的材料，例如透明氧化物或透明氮化物。构成电极层150的材料可以包含选自下列的至少一种：铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、IZO氮化物(IZON)、铟锌锡氧化物(IZTO)、铟铝锌氧化物(IAZO)、铟镓锌氧化物(IGZO)、铟镓锡氧化物(IGTO)、铝锌氧化物(AZO)、锑锡氧化物(ATO)、镓锌氧化物(GZO)、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni、Ag、Ni/IrOx/Au和Ni/IrOx/Au/ITO，但本发明不局限于此。
导电支撑构件160形成于电极层150之下。导电支撑构件160可以选择性地包含：铜(Cu)，金(Au)，镍(Ni)，钼(Mo)，Cu-W，以及承载晶片如Si、Ge、GaAs、ZnO、SiC。导电支撑构件160可以以镀膜或薄片形式形成，但本发明不局限于此。而且，电极层150和导电支撑构件160可以由单层导电材料形成，但本发明不局限于此。
虽然该实施方案描述了发光器件具有导电支撑构件160，但是可使用绝缘衬底来代替导电支撑构件160。在使用绝缘衬底的情况下，绝缘衬底通过侧面或通孔结构电连接到电极层150。
图2至15是横截面视图，显示了制造图1发光器件的方法。
参考图2和3，在衬底101被装载于生长设备中后，第一导电型半导体层的第一半导体层112形成于衬底101上。
衬底101可以选自：蓝宝石(Al2O3)、GaN、SiC、ZnO、Si、GaP、InP、Ga2O3和GaAs衬底。生长设备可以包含电子束蒸发器、物理气相沉积(PVD)设备、化学气相沉积(CVD)设备、等离子体激光沉积(PLD)设备、双型(dual tyep)热蒸发器、溅射设备和有机金属化学气相沉积(MOCVD)设备，但本发明不局限于此。
通过使用Ⅲ-Ⅵ族化合物半导体可以在衬底101上形成缓冲层(未显示)和/或未掺杂的半导体层(未显示)，且在生长薄层后可以移除所述缓冲层和/或未掺杂的半导体层。缓冲层可以减少衬底101和在衬底101上形成的层之间的晶格常数的差异，且可以由任一种化合物半导体(如GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN和AlInN)形成，但本发明不局限于此。
第一半导体层112包含掺杂了第一导电型掺杂剂的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体。第一半导体层112可以包含半导体材料，例如组成式为InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的半导体材料。第一半导体层112可以由选自下列的材料形成：GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP和AlGaInP，并可以以单层或多层形成。
在第一半导体层112为N型半导体层的情况下，可以用N型掺杂剂如Si、Ge、Sn、Se、Te掺杂第一半导体层112。此外，第一半导体层112可以是未掺杂的半导体层，或者可以包含轻掺杂的N型掺杂剂。
第一绝缘层142形成于第一半导体层112的上周边(upper periphery)之上。第一绝缘层142可以形成于其中未形成掩模层的区域处，但本发明不局限于此。
图4是图3所示结构的俯视图的例子。参考图4，第一绝缘层142可以设置为框形、环形、回线形或连续形状。第一绝缘层142的横向宽度D3和第一绝缘层142的纵向宽度D4可以是0.1μm～10μm，D3和D4可以相同或不同。
如图5和6所示，第一绝缘层142的内侧面可以具有凹凸表面S1、S2，其中凹部和凸部交替重复。凹凸表面S1、S2可以包含多边形状或半球形状。例如，凹凸表面S1、S2可以包含交替重复的矩形凹部和矩形凸部，或者可以包含交替形成的三角形凹部和三角形凸部，但本发明不局限于此。
第一绝缘层142的凹凸表面S1、S2可以提高第一半导体层112和第二半导体层114之间的粘合力，且能够阻止电流的集中以允许电流扩散。
第一绝缘层142可由绝缘材料形成，所述绝缘材料例如可选自：SiO2、SiOx、SiOxNy、Si3N4、Al2O3和TiO2，但本发明不局限于此。
此外，位于第一绝缘层142之内的第一半导体层112的上表面是暴露的，第一半导体层112的暴露的上表面的宽度W1可以小于有源层的宽度。第一半导体层112还可以以宽度W1和部分地以凹凸表面S1、S2的间隙G2向外延伸。但本发明不局限于此。
参考图3和7，第二半导体层114可以形成于第一半导体层112之上。第二半导体层114可以包含掺杂了第一导电型掺杂剂的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，以及可以包含半导体材料，例如组成式为InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的半导体材料。第二半导体层114可以优选由选自GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP和AlGaInP中的材料形成，并可以以单层或多层形成。
第一半导体层112和第二半导体层114可以被定义为第一导电型半导体层110。第一半导体层112和第二半导体层114可以由相同或者不同的半导体材料形成，但本发明不局限于此。
第一导电型半导体层110包含第一半导体层112和在第一半导体层112之上的第二半导体层114。第一半导体层112的掺杂剂浓度可以与第二半导体层114的掺杂剂浓度基本上相同或不同。例如，第一半导体层112的掺杂剂浓度可以等于或低于第二半导体层114的掺杂剂浓度。在此，在第一半导体层112的N型掺杂剂浓度低于第二半导体层114的N型掺杂剂浓度的情况下，能够将施加到第一半导体层112的电流扩散。第一半导体层112可以以比第二半导体层114的掺杂剂浓度低的浓度掺杂或者可以是未掺杂的。
第一半导体层112和第二半导体层114可以由选自下列的任意一种材料形成：GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP和AlGaInP。而且，第一半导体层112可以是AlGaN层或AlN层，而第二半导体层114可以是GaN层。第一半导体层112和第二半导体层114可以由具有不同折射率的材料形成。例如，第一半导体层112可以由具有高折射率的材料形成，第二半导体层114可以由具有低折射率的材料形成。第一半导体层112与第二半导体层114之间在材料或者折射率方面的不同可以使电流扩散或改善光提取。
第一半导体层112的上表面的宽度可以大于第二半导体层114的下表面的宽度，第二半导体层114的上表面的宽度可以小于第二半导体层114的下表面的宽度。第二半导体层114的下周边可以形成为阶梯结构。
有源层120形成于第一导电型半导体层110之上。有源层120可以包含Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，并可以包含具有不同带隙的两种材料。有源层120可以包含阱层和阻挡层对，所述阱层和阻挡层对可以以1～30个周期形成。有源层120可由选自GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP和AlGaInP中的任一种形成。
有源层120可以以单量子阱结构、多量子阱(MQW)结构、量子线结构和量子点结构中的至少一个形成。例如，有源层120可以以InGaN阱层/GaN阻挡层、InGaN阱层/InGaN阻挡层、GaN阱层/GaN阻挡层或类似结构中的至少一个成对结构形成。阻挡层可以由带隙大于阱层带隙的材料形成。
导电覆盖层(未显示)可以形成于有源层120之上或之下。导电覆盖层可由选自组成式为InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的半导体材料中的一种形成，例如可以由基于GaN的半导体形成。该导电覆盖层可以由带隙大于阻挡层带隙的材料形成。
第二导电型半导体层130形成于有源层120之上。有源层120、第二半导体层114和第二导电型半导体层130可以以相同的宽度形成。
第二导电型半导体层130可以包含Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，例如组成式为InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的半导体材料。该半导体材料可以优选选自：GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP和AlGaInP。第二导电型半导体层130可以单层或多层形成。
在第二导电型半导体层130为P型半导体层的情况下，第二导电型掺杂剂可以包含P型掺杂剂，例如Mg、Zn、Ca、Sr或Ba。
第一导电型半导体层110、有源层120和第二导电型半导体层130可以被定义为发光结构105。虽然本实施方案描述了发光结构105的第一导电型半导体层110是N型半导体层，第二导电型半导体层130是P型半导体层，但是相反情况也是可以的。例如，第一导电型半导体层110可以用P型半导体形成，第二导电型半导体层130可以用N型半导体层形成。可选地，第三导电型半导体层可以形成于第二导电型半导体层130之下。第三导电型半导体层可由如下半导体层形成，所述半导体层具有与第二导电型半导体层相反的导电类型，例如N型半导体层。发光结构105可以由N-P结、P-N结、N-P-N结和P-N-P结中的至少一种实现。
参考图7和8，实施第一腐蚀工艺来暴露第一绝缘层142的外部上表面。通过第一腐蚀工艺，第二导电型半导体层130、有源层120和第二半导体层114的外圆周部被腐蚀。因此，发光结构105的外圆周部(即沟道区域(channel region)135)被移除，使得第一绝缘层142的外部上表面被暴露。此外，第一腐蚀工艺可以包含干式和/或湿式腐蚀工艺，但本发明不局限于此。
第一绝缘层142的内部形成于在第一半导体层112和第二半导体层114之间的第二半导体层114的外周之上。
参考图8和9，第二绝缘层144形成于第一绝缘层142之上。第二绝缘层144可由绝缘材料形成，所述绝缘材料例如选自：SiO2、SiOx、SiOxNy、Si3N4、Al2O3和TiO2。第一绝缘层142和第二绝缘层144可以被定义为绝缘构件140。
绝缘构件140的第二绝缘层144覆盖第二半导体层114、有源层120和第二导电型半导体层130的外侧面。第二绝缘层144的上部围绕着第二导电型半导体层130的上表面延伸。
第二绝缘层144可以包括框形、环形和回线形。第二绝缘层144可被设置为连续形状。此外，第二绝缘层144的内表面可以具有如图10和11中所示的凹凸表面S3、S4。凹凸表面S3、S4可以包含多边形状或半球形状。例如，凹凸表面S3、S4可以包含交替形成的矩形凹部和矩形凸部，或者可以包含交替形成的三角形凹部和三角形凸部，但本发明不局限于此。
在第二绝缘层144具有凹凸表面S3、S4的情况下，因为能够使电流流入到凹部，所以可防止电流的集中。在此，可以设计第一绝缘层142和第二绝缘层144，使得第二绝缘层144的凹部与第一绝缘层142的凹部相互面对或彼此交错。
第二绝缘层144的下内部在垂直方向上可以与第一绝缘层142的内部发生部分重叠。
绝缘构件140形成于第二半导体层114、有源层120和第二导电型半导体层130的侧壁之上。因此，通过使第二半导体层114、有源层120和第二导电型半导体层130的侧壁绝缘，可以解决发光器件侧壁内的层间短路问题。此外，绝缘构件140能防止水分渗透通过发光结构105的侧壁。
此外，通过使绝缘构件140在发光结构105中的覆盖区域最小化，可以降低光强度损失。因为绝缘构件140设置在发光结构105之上或之下，所以能保证衬底移除工艺的稳定性。
如图12所示，电极层150可以形成于第二导电型半导体层130之上，导电支撑构件160可以形成于电极层150之上。
电极层150可以在第二绝缘层144的部分或整个上表面之上延伸。
第一绝缘层142的内部可以提高第一半导体层112和第二半导体层114之间的粘合力，第二绝缘层144的下部的内部可以提高第二导电型半导体层130和电极层150之间的粘合力。
因为第一半导体层112在发光结构105的上表面和周边处是暴露的，所以可改善部分光强度损失问题。
电极层150电连接到第二导电型半导体层130，并反射光。
电极层150可以由选自下列的金属材料形成：Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf及它们的组合。在此，电极层150可以包含具有50％以上反射率的金属材料。
电极层150可以包含欧姆层、反射层和种子层中的至少一种。低导电率材料可以以图案形状形成于电极层150和第二导电型半导体层130之间，但本发明不局限于此。
电极层150可以包含与金属材料不同的材料，例如透明氧化物或透明氮化物。形成电极层150的材料可以包含选自下列的至少一种：铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、IZO氮化物(IZON)、铟锌锡氧化物(IZTO)、铟铝锌氧化物(IAZO)、铟镓锌氧化物(IGZO)、铟镓锡氧化物(IGTO)、铝锌氧化物(AZO)、锑锡氧化物(ATO)、镓锌氧化物(GZO)、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni、Ag、Ni/IrOx/Au和Ni/IrOx/Au/ITO，但本发明不局限于此。
导电支撑构件160形成于电极层150之上。导电支撑构件160可以选择性地包含：铜(Cu)，金(Au)，镍(Ni)，钼(Mo)，Cu-W，以及承载晶片如Si、Ge、GaAs、ZnO、SiC。导电支撑构件160可以以镀膜或薄片形式形成，但本发明不局限于此。此外，电极层150和导电支撑构件160可以由单层导电材料形成，但本发明不局限于此。
虽然该实施方案描述了发光器件具有导电支撑构件160，但是绝缘衬底也可以用来代替导电支撑构件160。在使用绝缘衬底的情况下，绝缘衬底可以通过侧面或通孔结构电连接到电极层150。
参考图13和14，在形成导电支撑构件160后，将导电支撑构件160置于基体(base)上，然后移除衬底101。衬底101的移除可以通过物理或/和化学移除方法来实施。
物理移除方法可以包括激光举离(laser lift off，LLO)法，其中通过照射预定波长的激光束来移除衬底101。在化学移除法中，通过将湿腐蚀剂注入到半导体层空间(例如缓冲层)中，可以移除衬底101。
随着衬底101被移除，如图14所示，第一半导体层112被暴露。
参考图15，在衬底101被移除后，实施第二腐蚀工艺来腐蚀沟道区域(或者芯片边界区域)，由此将发光结构划分为芯片单元。此时，第一半导体层112的外圆周部被腐蚀，使得绝缘构件140的上表面被暴露。腐蚀方法可包括干法腐蚀和/或湿法腐蚀。
当第二腐蚀工艺为湿法腐蚀工艺时，通过照射激光束来实施沟道区域的腐蚀。此时，因为第一半导体层112的外圆周部被腐蚀，所以激光束传送到绝缘构件140。此时，绝缘构件140可以保护发光结构105以防止层间短路问题。
对第一半导体层112的上表面可以进一步实施感应耦合等离子体/反应离子腐蚀(ICP/RIE)，但本发明不局限于此。
粗糙或者不平坦的图案可形成于构成第一导电型半导体层110的第一半导体层112的上表面处。
电极171可电接触第一导电型半导体层110的第一半导体层112。电极171可以包含形成于第一半导体层112之上的衬垫或具有电极图案的衬垫，但本发明不局限于此。
电极171可以在第二腐蚀工艺之前或之后形成，但本发明不局限于此。
电极171可以以单层或多层形成，可以包含选自下列的至少一种：Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf、Ti、Cr和Cu。电极171可以包含衬垫或具有电极图案的衬垫。衬垫可以设置在第一半导体层112之上或其他部分之上，但本发明不局限于此。电极171可以不设置在第一半导体层112之上，而是设置在其他部分之上，但本发明不局限于此。
在第二腐蚀工艺完成后，通过使用扩张和破裂(expanding andbreaking)工艺将发光器件100分成芯片单元。虽然这些实施方案示例性地描述了发光器件如LED，但是本发明可以适用于可形成于衬底之上的另外的半导体器件，且本发明不局限于前述实施方案。
在发光器件中，绝缘构件140可以覆盖第二半导体层114、有源层120和第二导电型半导体层130的外周。因此，尽管水分接触发光结构105的外部侧壁，但仍能保护发光区域。
在有源层120和第二半导体层114之间的区域与在有源层120和第二导电型半导体层130之间的区域可以以相同面积形成。发光结构105可以以其中不减少发光面积的结构提供。
图16是第二实施方案的发光器件的侧剖视图。在第二实施方案的描述中，与第一实施方案中相同的元件的理解参考第一实施方案。
参考图16，发光器件100A可以包含电极层150和发光结构105之间的电流阻挡层173，所述电流阻挡层173可以由电导率低于电极层150的非金属材料形成。电流阻挡层173可以包含选自下列的至少一种：ITO、IZO、IZTO、IAZO、IGZO、IGTO、AZO、ATO、ZnO、SiO2、SiOx、SiOxNy、Si3N4、Al2O3和TiO2。在此，当电极层150为Ag层时，电流阻挡层173可由例如ITO、ZnO或SiO2这样的材料形成。
电流阻挡层173可以在对应于电极115的位置处以对应于电极115的图案形成，电流阻挡层173的尺寸可以依据电流的扩散程度而变化。
因为电流阻挡层173设置在对应于电极115的结构中，所以电流阻挡层173能够将电流扩散到芯片的整个区域中。
图17是第三实施方案的发光器件的侧剖视图。在第三实施方案的描述中，与先前实施方案中相同的元件的理解参考先前实施方案。
参考图17，发光器件100B包含：在电极层150和发光结构105之间的电流阻挡层173，以及在第二导电型半导体层130之下的欧姆层146。
欧姆层146可以由如下形成：铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铟锌氧化物氮化物(IZON)、铟锌锡氧化物(IZTO)、铟铝锌氧化物(IAZO)、铟镓锌氧化物(IGZO)、铟镓锡氧化物(IGTO)、铝锌氧化物(AZO)、锑锡氧化物(ATO)、镓锌氧化物(GZO)、IrOx、RuOx或RuOx/ITO。欧姆层146欧姆接触第二导电型半导体层130，且电极层150可以设置在欧姆层146之下。
图18是第四实施方案的发光器件的侧剖视图。在第四实施方案的描述中，与先前实施方案中相同的元件的理解参考先前实施方案。
参考图18，发光器件100C可以包含：在电极层150和导电支撑构件160之间的结合层(bonding layer)155。结合层155接触电极层150的下表面，且可以包含阻挡金属或结合金属。例如，结合层155可以包含选自下列的至少一种：Ti、Au、Sn、Ni、Cr、Ga、In、Bi、Cu、Ag和Ta。
此外，第一半导体层112可在其上表面处具有粗糙或不平坦图案116。电极171的下表面可以以粗糙或不平坦图案116形成，或以平坦表面形成。
图19是第五实施方案的发光器件的侧剖视图。在第五实施方案的描述中，与先前实施方案中相同的元件的理解参考先前实施方案。
参照图19，发光器件100D可以包含至少一个连接到电极171的臂电极171A。电极171和臂电极171A可以分散电流和供应电流。
在绝缘构件140中，第二绝缘层143的下表面可以连接于(becopular with)第二导电型半导体层130的下表面。沟道层148可以形成于第二绝缘层143之下。沟道层148可以包含选自下列的至少一种透明材料：铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铟锌氧化物氮化物(IZON)、铟锌锡氧化物(IZTO)、铟铝锌氧化物(IAZO)、铟镓锌氧化物(IGZO)、铟镓锡氧化物(IGTO)、铝锌氧化物(AZO)、锑锡氧化物(ATO)和镓锌氧化物(GZO)。
此外，第一半导体层112的外周可以形成为倾斜结构，使得其上部宽度可以小于其下部宽度。
<发光器件封装>
图20是包含图1发光器件的发光器件封装的横截面视图。
参考图20，发光器件封装30包含：本体20，设置在本体20之下的第一导线电极32和第二导线电极33，安装在本体20中且电连接到第一导线电极32和第二导线电极33的依据实施方案的发光器件100，以及密封(enclosing)发光器件100的模制构件40。
所形成的本体20可包含硅材料、合成树脂材料、金属材料、蓝宝石(Al2O3)和印刷电路板(PCB)中的至少一种，且可以围绕发光器件100具有倾斜表面。腔22可以设置于本体20内，且发光器件100设置在腔22中。
第一导线电极32和第二导线电极33是电分离的，且提供电力给发光器件100。此外，第一和第二导线电极32和33可以反射从发光器件100发出的光，从而提高发光效率，且可以将发光器件100发出的热量散发到外面。
虽然图20显示了第一和第二导线电极32和33的一个末端设置在本体20之上，另一个末端沿着本体20的外侧设置在本体20的下表面上，但本发明不局限于此。
例如，第一和第二导线电极32和33可以只形成于本体20之上，第一和第二衬垫可以形成于本体20的下表面之上，且第一和第二导线电极32和33可以通过穿透本体20的第一和第二通孔电连接到第一和第二衬垫。
发光器件100可以安装在本体20之上，或者可以安装在第一导线电极32或第二导线电极33之上。
虽然本实施方案示例性地显示了引线接合(wire bonding)，其中发光器件100通过引线25电连接到第一导线电极32和第二导线电极33，但本发明不局限于此。例如，发光器件100可以通过倒装芯片法(flipchip method)或芯片焊接法(die bonding method)电连接到第一导线电极32和第二导线电极33。发光器件100可以是上述的具有水平结构或垂直结构的器件，但本发明不局限于此。
模制构件40可以由具有透光性的硅或树脂材料形成，可以密封和保护发光器件100。此外，荧光材料可以被包含在模制构件40中以改变发光器件100发出的光的波长。
虽然本实施方案显示和描述了俯视型发光器件封装，但是可以通过侧视型发光器件封装来制造发光器件封装，以在散热特性、导电率和反射特性方面提供改进效果。在顶视型或侧视型发光器件封装中，在模制构件40由树脂层形成后，透镜可以形成或贴附在树脂层之上，但本发明不局限于此。
<照明系统>
根据上述实施方案的发光器件和发光器件封装可以应用于发光单元。发光单元可以具有包含多个发光器件或多个发光器件封装的阵列结构，如图21和22所示，所述发光单元可以包括照明装置、照明灯、信号灯、车辆前灯和电子显示器等。
图21是根据一个实施方案的显示装置的分解透视图。
参考图21，该实施方案的显示装置1000可包含：导光板1041、将光供应到导光板1041的发光模块1031、在导光板1041之下的反射构件1022、在导光板1041之上的光学薄片1051、在光学薄片1051之上的显示板1061和接收导光板1041、发光模块1031和反射构件1022的底盖1011，但本发明不局限于此。
底盖1011、反射片1022、导光板1041和光学薄片1051可以被定义为发光单元1041。
导光板1041用于通过扩散线性光将线性光(linear light)转换为平面光(planar light)。导光板1041可以由透明材料形成，且可以包含丙烯酰类树脂，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、COC和聚萘二甲酸乙二酯树脂。
发光模块1031将光至少提供给导光板1041的侧面，最终作为显示装置的光源。
发光模块1031可包含至少一个发光模块，直接或间接地从导光板1041的一个侧面提供光。发光模块1031可以包含板1033和依据上述公开的实施方案的发光器件封装30，所述发光器件封装30彼此之间可以在板1033上以预定间隔分开布置。
板1033可以是具有电路图案(未显示)的印刷电路板(PCB)。板1033可以包括金属芯PCB(MCPCB)、柔性PCB(FPCB)等，以及常规的PCB，但本发明不局限于此。在发光器件封装30被安装在侧面或散热板上的情况下，可以移除板1033。在此，部分散热板可以接触底盖1011的上表面。
多个发光器件封装30可以安装在板1033上，使得所述多个发光器件封装30的发光表面与导光板1041以预定距离间隔开，但本发明不局限于此。发光器件封装30可以直接或者间接地将光供应到光入射部，所述光入射部为导光板1041的一个侧面，但本发明不局限于此。
反射构件1022可以设置在导光板1041之下。反射构件1022反射从导光板1041的下表面入射的光，以将被反射的光引导至上方，从而能够提高发光单元1050的亮度。反射构件1022可以由例如PET、PC、PVC树脂或类似物形成，但本发明不局限于此。
底盖1011可以接收导光板1041、发光模块1031、反射构件1022等。为此目的，底盖1011可以具有接收部1012，所述接收部1012以顶面打开的盒状形成，但本发明不局限于此。底盖1011可以与顶盖联接，但本发明不局限于此。
底盖1011可以由金属材料或树脂材料形成，且可以通过使用例如压制成型或注射成型的方法制造。此外，底盖1011可以包含具有高热导率的金属性或非金属性的材料，但本发明不局限于此。
显示板1061是例如LCD面板，且包含互相面对的第一和第二透明衬底和插入到所述第一和第二衬底之间的液晶层。起偏振片可以贴附在显示板1061的至少一个表面上，但本发明不局限于此。显示板1061通过使用穿过光学薄片的光来显示信息。显示装置1000可以应用于各种移动终端、笔记本电脑的屏幕、便携式电脑的屏幕、电视等。
光学薄片1051设置在显示板1061和导光板1041之间，且包含至少一个透明薄片。光学薄片1051可以包含例如漫射薄片(diffusionsheet)、水平和/或垂直棱镜薄片和亮度提高薄片中的至少一种。所述漫射薄片使入射光扩散，所述水平和/或垂直棱镜薄片使入射光在显示区域上聚焦，所述亮度提高薄片通过再利用损失的光来提高亮度。此外，可以在显示板1061上设置保护薄片，但本发明不局限于此。在此，发光装置1000可以包含导光板1041和光学薄片1051，所述光学薄片1051作为光学构件位于发光模块1031的光路上，但本发明不局限于此。
图22是根据一个实施方案的显示装置的横截面视图。
参照图22，显示装置1100包含：底盖1152、板1120(在其上面排列有上述公开的发光器件封装30)、光学构件1154和显示板1155。
板1120和发光器件封装30可以被定义为发光模块1060。底盖1152、至少一个发光模块1060和光学构件154可以被定义为发光单元。
底盖1152可以具有接收部，但本发明不局限于此。
在此，光学构件1154可以包含透镜、导光板、漫射薄片、水平和/或垂直棱镜薄片和亮度提高薄片中的至少一种。导光板可以由聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)形成，且可以被移除。漫射薄片使入射光扩散，水平和/或垂直棱镜薄片使入射光在显示区域上聚焦，亮度提高薄片通过再利用损失的光来提高亮度。
光学构件1154设置在发光模块1060上。光学构件1154将从发光模块1060发射出来的光转换为平面光，并进行漫射、光聚焦等。
图23是根据一个实施方案的发光单元的透视图。
参考图23，发光单元1500可以包含：壳体1510，安装在壳体1510中的发光模块1530，以及安装在壳体1510中并由外部电源供给电力的接线端1520。
壳体1510优选由具有良好隔热特性的材料形成，所述材料为例如金属材料或树脂材料。
发光模块1530可以包含板1532和安装在板1532上的根据上述实施方案的至少一个发光器件封装30。发光器件封装30可以包含多个发光器件封装，它们以矩阵构型按预定距离彼此分开排列。
板1532可以是其上印有电路图案的绝缘衬底，可以包括，例如常规的印刷电路板(PCB)、金属芯PCB、柔性PCB、陶瓷PCB、FR-4衬底等。
此外，板1532也可以由有效反射光的材料形成，其表面可以具有能够有效反射光的颜色，例如白色或银色。
至少一个发光器件封装200可以设置在板1532上。每一个发光器件封装200可以包含至少一个发光二极管(LED)芯片。所述LED芯片可以包含：发射红光、绿光、蓝光或白光的彩色LED，以及发射紫外光(UV)的UV LED。
发光模块1530可以具有不同的发光器件封装的组合，以便获得所需的颜色和亮度。例如，发光模块1530可以具有白光LED、红光LED和绿光LED的组合，以此来获得高显色指数(CRI)。
接线端1520可以电连接到发光模块1530以提供电力。接线端1520可以旋拧和联接到插座形式的外部电源上，但本发明不局限于此。例如，接线端1520可以以插销型形成，插入到外部电源中，或可以通过电源线连接到外部电源。
发光单元的发光模块包含发光器件封装。发光器件封装可以具有使用本体的封装结构，或者可以通过如下制得：将上述公开的发光器件安装在板上，然后使用模制构件封装所述发光器件。
在一个实施方案中，制造发光器件的方法包括：在衬底之上形成第一半导体层；在第一半导体层的上表面的外周之上形成第一绝缘层；在第一半导体层之上形成第二半导体层；形成有源层和第二导电型半导体层；通过使用第一腐蚀暴露第一绝缘层的外周；从第一绝缘层的外周到有源层和第二导电型半导体层的外部上表面形成第二绝缘层；在第二导电型半导体层上形成电极层，并移除衬底；以及在第一半导体层之下形成电极。
根据实施方案，能够提供具有良好防水能力的LED，在发光结构和第二电极层之间的粘合力能通过使用绝缘层而被加强，不必在发光结构的整个外圆周表面上形成绝缘层，以及能够提高发光结构的电可靠性。
在前述实施方案中描述的特性、结构、效果等被包含在本发明的至少一个实施方案中，但不一定仅限于一个实施方案中。此外，对于其他实施方案，本领域技术人员可以通过在形式上结合或变换来实现在各个前述实施方案中描述的特性、结构、效果等。因此，关于结合和变化的内容将被解释为包含在本发明的范围内。
在本说明书中的任何对于“一个实施方案”、“实施方案”、“示例性实施方案”等的引用意味着，在该实施方案相关的描述中的特定特征、结构或特性被包含在本发明的至少一个实施方案中。在本说明书中多处出现的这些措辞不一定涉及相同的实施方案。此外，当在任何实施方案中描述了特定特征、结构或特性时，就认为在本领域技术人员的范围内能将这些特征、结构或特性在其他实施方案中实现。
虽然参照多个说明性实施方案描述了本发明，但是应理解，本领域技术人员能作出许多其他修改和实施方案，它们都落在本发明原理的精神和范围之内。更具体地，在本说明书、附图和所附权利要求书的范围内，在组件部分和/或对象结合布置中可作出各种变化和修改。除组件部分和/或布置的变化和修改之外，替代性的使用对于本领域技术人员来说也是显而易见的。

Claims (15)

1.一种发光器件，包含：
发光结构，其包含：包含第一半导体层和在所述第一半导体层之下的第二半导体层的第一导电型半导体层，在所述第二半导体层之下的有源层，以及在所述有源层之下的第二导电型半导体层；
在所述第二导电型半导体层之下的电极层；
在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间的周边之上的第一绝缘层；和
在所述第一绝缘层之下的第二绝缘层，所述第二绝缘层覆盖所述第二半导体层、所述有源层和所述第二导电型半导体层的周边。
2.如权利要求1所述的发光器件，其中所述第二绝缘层的下部延伸到在所述电极层和所述第二导电型半导体层之间的周边内。
3.如权利要求2所述的发光器件，其中设置所述第二绝缘层的所述下部使其与所述第一绝缘层的内部在垂直方向上重叠。
4.如权利要求1所述的发光器件，其中所述第二半导体层的下表面的宽度大于所述第二半导体层的上表面的宽度。
5.如权利要求1所述的发光器件，其中所述第一绝缘层的外部上表面比所述第一半导体层的下表面向外延伸得更远。
6.如权利要求1所述的发光器件，其中所述第一和第二绝缘层的内侧表面中的至少一个具有凹凸结构。
7.如权利要求1所述的发光器件，其中所述第一绝缘层和所述第二绝缘层由相同材料制成。
8.如权利要求1所述的发光器件，包含在所述第一半导体层之上的电极，其中所述第一半导体层的掺杂剂浓度低于所述第二半导体层的掺杂剂浓度。
9.如权利要求1所述的发光器件，其中所述第一半导体层和所述第二半导体层各自包含组成式为InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的半导体材料，且所述第一半导体层的半导体材料的折射率高于所述第二半导体层的半导体材料。
10.如权利要求1所述的发光器件，包含在所述第二绝缘层和所述电极层之间的周边之上的沟道层，其中所述沟道层在所述第二导电型半导体层和所述电极层之间延伸。
11.如权利要求1所述的发光器件，其中所述第一绝缘层和所述第二绝缘层具有框形、环形和回线形中的任意一种。
12.如权利要求1所述的发光器件，包含：在所述电极层和所述第二导电型半导体层之间的欧姆层；在所述电极层之下的结合层；以及在所述结合层之下的导电支撑构件。
13.如权利要求1所述的发光器件，包含在所述电极层和所述第二导电半导体层之间的与所述电极在垂直方向上重叠的电流阻挡层。
14.如权利要求1所述的发光器件，其中所述第一半导体层具有粗糙或不平坦图案。
15.一种发光器件封装，包含：
本体；
在所述本体之上的多个导线电极；
结合到所述多个导线电极之一并与所述多个导线电极电连接的发光器件；和
模制所述发光器件的模制构件，
其中所述发光器件包含：
发光结构，其包含：包含第一半导体层和在所述第一半导体层之下的第二半导体层的第一导电型半导体层，在所述第二半导体层之下的有源层，以及在所述有源层之下的第二导电型半导体层；
在所述第二导电型半导体层之下的电极层；
在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间的周边之上的第一绝缘层；和
在所述第一绝缘层之下的第二绝缘层，所述第二绝缘层覆盖所述第二半导体层、所述有源层和所述第二导电型半导体层的周边。
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