CN102044612B - 发光器件及其制造方法、发光器件封装和照明系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及发光器件及其制造方法、发光器件封装和照明系统。发光器件包括发光结构，该发光结构包括第一导电半导体层、第二导电半导体层、以及第一和第二导电半导体层之间的有源层；至少部分地位于发光结构上的钝化层；第一导电半导体层上的第一电极；以及第一电极和钝化层上的第二电极。
Description
本申请要求2009年10月21日提交的韩国专利申请No.10-2009-0100070的优先权，其内容在此通过引用整体并入。
技术领域
本实施例涉及发光器件、制造发光器件的方法、发光器件封装、以及照明系统。
背景技术
发光二极管(LED)已经被广泛地被用作发光器件。
LED具有包括第一导电半导体层、有源层、以及第二导电半导体层的堆叠结构，并且当电力被施加到其时通过有源层发射光。
最近，LED的亮度已经增加，从而LED能够被采用作为用于显示装置、车辆、或者照明装置的光源。另外，LED能够通过采用磷或者通过组合具有各种颜色的LED来发射具有优秀的光效率的白光。
同时，LED的亮度能够根据诸如有源层结构、用于将光提取到外部的光提取结构、芯片尺寸、以及包围LED的成型组件的类型的各种条件改变。
发明内容
实施例提供具有新颖的结构的发光器件、制造发光器件的方法、发光器件封装、以及照明系统。
实施例提供具有提高的光提取效率的发光器件、制造发光器件的方法、发光器件封装、以及照明系统。
根据实施例的发光器件包括：发光结构，该发光结构包括第一导电半导体层、第二导电半导体层、以及在第一和第二导电半导体层之间的有源层；至少部分地位于发光结构上的钝化层；第一导电半导体层上的第一电极；以及第一电极和钝化层上的第二电极。
根据实施例的发光器件封装包括：主体；主体上的第一和第二封装电极层；发光器件，该发光器件电气地连接至主体上的第一和第二封装电极层；以及成型组件，该成型组件包围主体上的发光器件，其中该发光器件包括发光结构，该发光结构包括第一导电半导体层、第二导电半导体层、以及在第一和第二导电半导体层之间的有源层；至少部分地位于发光结构上的钝化层；第一导电半导体层上的第一电极；以及第一电极和钝化层上的第二电极。
根据实施例的照明系统包括发光模块，该发光模块包括基板和安装在基板上作为光源的至少一个发光器件，其中该发光器件包括发光结构，该发光结构包括第一导电半导体层、第二导电半导体层、以及在第一和第二导电半导体层之间的有源层；至少部分地位于发光结构上的钝化层；第一导电半导体层上的第一电极；以及第一电极和钝化层上的第二电极。
根据实施例的制造发光器件的方法包括下述步骤：在基板上形成发光结构；在发光结构上形成钝化层；选择性地移除发光结构上的钝化层；在至少位于钝化层的选择性地移除的部分处的发光结构上形成第一电极；以及在第一电极和钝化层上形成第二电极。
附图说明
图1是根据实施例的发光器件的截面图；
图2是根据实施例的发光器件的部分切开分解视图；
图3是示出形成在根据实施例的发光器件的第一导电半导体层上的第一电极的平面图；
图4是示出形成在根据实施例的发光器件的钝化层上的第二电极的平面图；
图5至图13是示出用于制造根据实施例的发光器件的过程的截面图；
图14是根据实施例的包括发光器件的发光器件封装的截面图；
图15是根据实施例的包括发光器件或者发光器件封装的背光单元的分解透视图；以及
图16是根据实施例的包括发光器件或者发光器件封装的照明单元的透视图。
具体实施方式
在实施例的描述中，应该理解的是，当层(或膜)、区域、图案或结构被称为在另一基板、另一层(或膜)、另一区域、另一垫或另一图案“上”或“下”时，它可以“直接”或“间接”在另一基板上、层(或膜)、区域、垫或图案上，或者也可以存在一个或多个中间层。已经参考附图描述了层的这样的位置。
为了方便或清楚起见，附图中所示的每层的厚度和尺寸可以被夸大、省略或示意性绘制。另外，元件的尺寸没有完全反映真实尺寸。
在下文中，将会参考附图详细地描述根据实施例的发光器件、制造发光器件的方法、发光器件封装、以及照明系统。
图1是根据实施例的发光器件的截面图，图2是根据实施例的发光器件的部分切开分解视图，图3是示出形成在根据实施例的发光器件的第一导电半导体层上的第一电极的平面图，并且图4是示出形成在根据实施例的发光器件的钝化层上的第二电极的平面图。
参考图1和图2，根据实施例的发光器件包括发光结构，该发光结构具有第二导电半导体层50、有源层40以及第一导电半导体层30，其形成在导电支撑基板60，和包围发光结构的顶表面和横向侧的钝化层70上。
第一电极91形成在其中钝化层70被选择性地移除的第一导电半导体层30的区域上，并且第二电极92形成在第一电极91和钝化层70上。
根据实施例的发光器件，第一电极91被布置在第一导电半导体层30上并且第二电极92形成在第一电极91上。
第一电极91可以直接地接触第一导电半导体层30并且第二电极92可以直接地接触第一电极91。
第一电极91形成在覆盖第一区域的第一导电半导体层30上并且第二电极92形成在覆盖大于第一区域的第二区域的钝化层70和第一电极91上。
至少部分第一电极91重叠第二电极92从而第一电极91被电气地连接至第二电极92。例如，如图1中所示，第二电极92可以覆盖第一电极91和与第一电极91相邻的钝化层70。
至少一个电极91形成在第一导电半导体层30上。
如果仅一个第一电极91形成在第一导电半导体层30上，那么第二电极92可以覆盖第一电极91的更多的区域。
如果多个第一电极91形成在第一导电半导体层30上，那么第二电极92被布置为通过第二电极92将所有的第一电极91相互电气地连接并且第一电极91中的至少一个可以被完全地覆盖有至少部分第二电极92。
如图3中所示，多个第一电极91可以形成在第一导电半导体层30上。在这样的情况下，如图4中所示，第二电极92被布置为可以通过第二电极92将多个第一电极92相互电气地连接。参考图4，第二电极92可以具有圆形和线的组合的形式的构造。在这样的情况下，第二电极92的圆形部分92a接触第一电极91并且第二电极92的线形部分92b从第二电极92的圆形部分92a延伸。
第二电极92的线形部分92b相互电气地连接第一电极91，并且第二电极92的圆形部分92a可以完全地覆盖第一电极91以有助于电线连接。
至少部分第一电极91可以在与钝化层70相同的水平面上对齐并且可以接触钝化层70。
另外，至少部分第二电极92接触钝化层70的顶表面。
根据实施例的发光器件，覆盖第一导电半导体层30的第一电极91的面积被最小化，并且第二电极92形成在第一电极91上以通过有助于电线连接来相互电气地连接第一电极91。
如果第一电极91形成在覆盖大面积的第一半导体层30上，那么能够减少电阻并且能够实现电流扩展效果。然而，形成在第一导电半导体层30上的第一电极91吸收从有源层40发射的光从而可以减少发光器件的光提取效率。
因此，根据实施例，第二电极92形成在第一电极91和钝化层70上从而第二电极92可以被进一步与第一导电半导体层30或者有源层40隔开钝化层70的厚度。结果，可以减少由于第二电极92的光的吸收和反射导致的光损失，从而可以提高光提取效率。
通过在模拟下取第一导电半导体层和电极之间的重叠区域来执行模拟测试。根据模拟测试，其中第一电极91和钝化层70形成在第一导电半导体层30上并且第二电极92形成在第一电极91和钝化层70上的实施例的发光器件提供当与传统的发光器件的相比较时提高了大约5％的光提取效率。即，如果电极被分为第一和第二电极从而仅第一电极直接接触第一导电半导体层，那么当与其中电极以传统的方式直接地接触第一导电半导体层的情况相比较时提高了光提取效率。
导电支撑基板60可以包括导电材料。例如，导电支撑基板60可以包括钛(Ti)、铬(Cr)、镍(Ni)、铝(Al)、铂(Pt)、金(Au)或者导电半导体材料中的至少一种。尽管在附图中没有示出，但是包括Ag或者Al的反射层和与第二导电半导体层50进行欧姆接触的欧姆接触层能够形成在导电支撑基板60上。
发光结构可以包括GaN基半导体层，通过使用GaN、InGaN、AlGaN或者InAlGaN能够形成发光结构。
例如，第一导电半导体层30包括n型半导体层。第一导电半导体层30可以包括诸如InAlGaN、GaN、AlGaN、InGaN、AlInN、AlN、或者InN的具有InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1)的复合化学式的半导体材料。另外，第一导电半导体层30可以掺杂有诸如Si、Ge或者Sn的n型掺杂物。
在有源层40处通过第二导电半导体层50注入的电子(或空穴)耦合通过第二导电半导体层50注入的空穴(或电子)，从而有源层40基于根据有源层40的材料的能带的带隙差发光。
有源层40可以具有单量子阱结构、多量子阱(MQW)结构、量子线结构或者量子点结构，但是实施例不限于此。
有源层40可以包括具有复合化学式InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1)的半导体材料。如果有源层40具有MQW结构，那么有源层40具有包括多个阱层和多个阻挡层的堆叠结构。例如，有源层40可以具有InGaN阱层/GaN阻挡层的堆叠结构。
掺杂有n型或者p型掺杂物的包覆层(未示出)能够形成在有源层30上和/或下。包覆层可以包括AlGaN层或者InAlGaN层。
例如，第二导电半导体层50包括p型半导体层。第二导电半导体层50可以包括诸如InAlGaN、GaN、AlGaN、InGaN、AlInN、AlN或者InN的具有复合化学式InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1)的半导体材料。另外，第二导电半导体层50可以掺杂有诸如Mg、Zn、Ca、Sr、或者Ba的p型掺杂物。
相反地，第一导电半导体层30可以包括p型半导体层并且第二导电半导体层50可以包括n型半导体层。另外，包括n型或者p型半导体层的第三导电半导体层(未示出)能够形成在第二导电半导体层50上。因此，发光结构可以具有NP、PN、NPN或者PNP结结构中的一种。另外，导电掺杂物能够被均匀地或者不均匀地掺杂在第一和第二导电半导体层30和50中。即，发光结构可以具有各种结构并且实施例不限于此。
换言之，能够对包括第一导电半导体层30、有源层40以及第二导电半导体层50的发光结构进行各种修改而没有限制。
钝化层70可以包括具有高透光率的电绝缘材料。钝化层70包围发光结构的横向侧和顶表面以保护发光结构免受外部冲击、潮湿、或者杂质。例如，钝化层70可以包括SiO2、Al2O3、SiN或者其组合。
第一和第二电极91和92可以包括相同的或者不同的材料。例如，第一电极层91可以包括诸如Cr或者Ni的与第一导电半导体层30欧姆接触的材料。例如，第二电极92可以包括Cr、Al、Ag、Ni、或者Au中的至少一种并且能够以包括Cr/Al/Ni/Au或者Cr/Ag/Ni/Au的堆叠结构的形式制备。
图5至图13是示出用于制造根据实施例的发光器件的方法的截面图。
参考图5，未掺杂的GaN层20、第一导电半导体层30、有源层40以及第二导电半导体层50形成在生长基板10上。
生长基板10可以包括蓝宝石、SiC、Si、GaAs、ZnO、MgO、GaN、玻璃或者Ga2O3中的至少一种。通过将三甲基镓(TMGa)气体连同氢气和氨气一起注入腔室能够生长未掺杂的GaN层20。
另外，缓冲层能够形成在生长基板10和未掺杂的GaN层20之间。缓冲层可以包括诸如AlInN/GaN、InxGa1-xN/GaN或者AlxInyGa1-x-yN/InxGa1-xN/GaN的堆叠结构。例如，通过将三甲基镓(TMGa)气体、三甲基铟(TMIn)气体以及三甲基铝(TMAl)气体连同氢气和氨气一起注入腔室能够生长缓冲层。
通过将包括n型杂质(例如，Si)的SiH4气体和TMGa气体连同氢气和氨气一起注入腔室能够生长第一导电半导体层30。另外，有源层40和第二导电半导体层50形成在第一导电半导体层30上。
有源层40可以具有单量子阱结构或者多量子阱(MQW)结构。例如，有源层40可以具有包括InGaN阱层和GaN阻挡层的堆叠结构。
通过将包括p型杂质(例如，Mg)的(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}气体和TMGa气体连同氢气和氨气一起注入腔室能够生长第二导电半导体层50。
参考图6，导电支撑基板60通过电镀工艺或者晶圆结合工艺形成在第二导电半导体层50上。
参考图7，通过蚀刻工艺或者激光剥离工艺将生长基板10和未掺杂的GaN层20与包括导电支撑基板60的发光结构分离。然后，执行隔离蚀刻工艺以分离芯片。
参考图8，钝化层70形成为能够由钝化层70包围形成在导电支撑基板60上的发光结构。
参考图9至图11，第一掩模图案80形成在钝化层70上，并且然后通过使用第一掩模图案80作为掩模选择性地移除形成在第一导电半导体层30上的钝化层70。然后，第一电极91形成在当已经移除钝化层70时暴露的第一导电半导体层30的区域上。
参考图12和图13，第二掩模图案100形成在钝化层70上并且第二电极92形成在第一电极91和其中没有形成第二掩模图100的钝化层70的预定区域上。
结果，可以制造如图1至图4中所示的发光器件。
图14是示出根据实施例的包括发光器件的发光器件封装的视图。
参考图14，发光器件封装包括主体200、形成在主体200上的第一和第二电极层210和220、提供在主体200上并且电气地连接至第一和第二封装电极层210和220的发光器件100、以及包围发光器件100的成型组件400。
主体200可以包括硅、合成树脂或者金属材料。倾斜表面可以形成在发光器件100的周围。
第一和第二封装电极层210和220相互电气地隔离并且将电力提供给发光器件100。另外，第一和第二封装电极层210和220反射从发光器件100发射的光以提高光效率并且将从发光器件100产生的热向外部发散。
发光器件100能够被安装在主体200上或者第一和第二封装电极层210和220上。
发光器件100能够通过布线300电气地连接至第一封装电极210和/或第二封装电极220。在本实施例中公开了垂直型发光器件。在这样的情况下，发光器件100通过布线300电气地连接至第二封装电极220。如图4中所示，如果提供第二电极92的两个圆形部分92a，那么两条布线300被用于将发光器件100电气地连接至第二封装电极层220。
成型组件400包围发光器件100以保护发光器件100。另外，成型组件400可以包括磷以改变从发光器件100发射的光的波长。
多个根据实施例的发光器件可以被排列在基板上，并且包括导光板、棱柱片、以及漫射片的光学组件可以被提供在从发光器件封装发射的光的光学路径上。发光器件封装、基板、以及光学组件可以用作背光单元或者照明单元。例如，照相系统可以包括背光单元、照明单元、指示器、灯、或者街灯。
图15是示出根据实施例的包括发光器件封装的背光单元1100的分解透视图。图15中所示的背光单元1100是照明系统的示例并且实施例不限于此。
参考图15，背光单元1100包括底框1140、安装在底框1140中的导光组件1120、以及安装在导光组件1120的底表面上或者一侧的发光模块1110。另外，反射片1130被布置在导光组件1120的下面。
底框1140具有盒形状，该盒形状具有顶表面，其顶表面开口以在其中接收导光组件1120、发光模块1110以及反射片1130。另外，底框1140可以包括金属材料或者树脂材料，但是本实施例不限于此。
发光模块1110可以包括基板700和安装在基板700上的多个发光器件封装600。发光器件封装600将光提供给导光组件1120。根据实施例的发光模块1110，发光器件封装600安装在基板700上。然而，也能够直接安装根据实施例的发光器件100。
如图15中所示，发光模块1110安装在底框1140的至少一个内侧以将光提供给导光组件1120的至少一侧。
另外，发光模块1110能够被提供在底框1140的下面以朝着导光组件1120的底表面提供光。根据背光单元1100的设计能够对该布置进行各种修改，并且本实施例不限于此。
导光组件1120安装在底框1140中。导光组件1120将从发光模块1110发射的光转化为表面光以朝着显示面板(未示出)导向表面光。
导光组件1120可以包括导光板。例如，通过使用诸如PMAA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、PC(聚碳酸酯)、COC或者PEN(聚邻苯二甲酸酯)树脂的丙烯酸基树脂能够制造导光板。
光学片1150可以被提供在导光组件1120的上方。
光学片1150可以包括漫射片、聚光片、亮度增强片、或荧光片中至少一种。例如，光学片1150具有漫射片、聚光片、亮度增强片、以及荧光片的堆叠结构。在这样的情况下，漫射片均匀地漫射从发光模块1110发射的光从而能够通过聚光片将漫射的光聚集在显示面板(未示出)上。从聚光片输出的光被任意地偏振并且亮度增强片增加从聚光片输出的光的偏振的程度。聚光片可以包括水平的和/或竖直的棱柱片。另外，亮度增强片可以包括双亮度增强膜并且荧光片可以包括包含磷的透射膜或者透射板。
反射板1130能够被布置在导光组件1120的下方。反射板1130将通过导光组件1120的底表面发射的光朝着导光组件1120的出光表面反射。
反射板1130可以包括诸如PET、PC或者PVC树脂的具有高反射率的树脂材料，但是实施例不限于此。
图16是示出根据实施例的包括发光器件或者发光器件封装的照明单元1200的透视图。图16中所示的照明单元1200是照明系统的示例并且实施例不限于此。
参考图16，照明单元1200包括箱体1210、安装在箱体1210中的发光模块1230、以及安装在箱体1210中以从外部电源接收电力的连接端子1220。
优选地，箱体1210包括具有优秀的散热性能的材料。例如，箱体1210包括金属材料或者树脂材料。
发光模块1230可以包括基板700和安装在基板700上的至少一个发光器件封装600。根据实施例，发光器件封装600安装在基板700上。然而，也能够直接地安装根据实施例的发光器件100。
基板700包括印有电路图案的绝缘组件。例如，基板700包括PCB(印刷电路板)、MC(金属核)PCB、F(柔性)PCB、或者陶瓷PCB。
另外，基板700可以包括有效地反射光的材料。基板300的表面能够涂有诸如白色或者银色的颜色，以有效地反射光。
根据实施例的至少一个发光器件封装600能够安装在基板700上。每个发光器件封装300可以包括至少一个LED(发光二极管)。LED可以包括发射具有红、绿、蓝或者白色的光的彩色LED和发射UV光的UV(紫外线)LED。
可以不同地布置发光模块1230的LED以提供各种颜色和亮度。例如，能够布置白色LED、红色LED以及绿色LED以实现高显色指数(CRI)。另外，荧光片能够被提供在从发光模块1230发射的光的路径中以改变从发光模块1230发射的光的波长。例如，如果从发光模块1230发射的光具有蓝光的波长带，那么荧光片可以包括黄色磷。在这样的情况下，从发光模块1230发射的光通过荧光片从而光被视为白光。
连接端子1220电气地连接至发光模块1230以将电力提供给发光模块1230。参考图16，连接端子1220具有与外部电源插孔螺纹耦合的形状，但是实施例不限于此。例如，能够以插入外部电源或者通过布线连接至外部电源的插头的形式制备连接端子1220。
根据如上所述的发光系统，导光组件、漫射片、聚光片、亮度增强片以及荧光片中的至少一种被提供在从发光模块发射的光的路径中，从而能够实现想要的光学效果。
如上所述，由于照明系统包括具有优秀的可靠性的发光器件封装或者发光器件，所以能够提高电气可靠性。
在本说明书中对于“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等的引用意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书中，在各处出现的这类短语不必都表示相同的实施例。此外，当结合任何实施例描述特定特征、结构或特性时，都认为结合实施例中的其它实施例实现这样的特征、结构或特性也是本领域技术人员所能够想到的。
虽然已经参照本发明的多个示例性实施例描述了实施例，但是应该理解，本领域的技术人员可以想到多个其它修改和实施例，这将落入本发明原理的精神和范围内。更加具体地，在本说明书、附图和所附权利要求的范围内的主要内容组合布置的组成部件和/或布置中，各种变化和修改都是可能性。除了组成部件和/或布置中的变化和修改之外，对于本领域的技术人员来说，替代使用也将是显而易见的。
Claims (16)
1.一种发光器件，包括：
发光结构，所述发光结构包括第一导电半导体层、第二导电半导体层、以及在所述第一和第二导电半导体层之间的有源层；
至少部分地位于所述发光结构上的钝化层；
所述第一导电半导体层上的第一电极；
所述第一电极和所述钝化层上的第二电极；以及
所述发光结构下的导电支撑基板，
其中所述导电支撑基板、所述发光结构、所述第一电极、以及所述第二电极的至少一些部分在垂直方向上相互重叠，
其中所述钝化层直接接触所述发光结构的顶表面和横向侧，并且
其中所述钝化层直接接触所述导电支撑基板的顶表面。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第一电极具有第一区域并且所述第二电极具有大于所述第一区域的第二区域。
3.根据权利要求1或2所述的发光器件，其中所述第一电极包括多个电极，所述多个电极相互隔开，以及所述第二电极与所述多个电极相互电气地连接，并且其中所述钝化层接触所述第一导电半导体层的上表面。
4.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述导电支撑基板、所述发光结构、所述钝化层、以及所述第二电极的至少一些部分在垂直方向上相互重叠。
5.根据权利要求3所述的发光器件，其中所述多个电极的至少部分在与所述钝化层相同的水平面上对齐，以及
其中所述导电支撑基板包括钛(Ti)、铬(Cr)、镍(Ni)、铝(Al)、铂(Pt)、金(Au)或者导电半导体材料中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第一电极接触所述钝化层，并且所述第一电极直接接触所述第一导电半导体层。
7.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述钝化层包括具有透光性质的电绝缘材料。
8.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述钝化层包括从由SiO2、Al2O3、SiN或者其组合组成的组中选择的至少一个。
9.根据权利要求1所述的发光器件，其中通过所述钝化层将所述第二电极的至少部分与所述第一导电半导体层隔开，以及其中所述第一电极的高度等于所述发光结构的顶表面和所述第二电极的底表面之间的距离。
10.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第二电极包括多个圆形部分和线形部分，所述多个圆形部分接触所述第一电极，所述线形部分连接所述圆形部分。
11.一种发光器件封装，包括：
主体；
所述主体上的相互电气地隔离的第一和第二电极层；
权利要求1的发光器件，所述发光器件电气地连接至所述主体上的所述第一和第二电极层；以及
成型组件，所述成型组件包围所述主体上的发光器件。
12.根据权利要求11所述的发光器件封装，其中所述第一电极具有第一区域，并且所述第二电极具有大于所述第一区域的第二区域。
13.根据权利要求11所述的发光器件封装，其中所述第一电极包括相互隔开的多个电极，并且所述第二电极与所述多个电极相互电气地连接。
14.一种照明系统，包括：
发光模块，所述发光模块包括基板和至少一个安装在所述基板上作为光源的权利要求1所述的发光器件。
15.根据权利要求14所述的照明系统，其中所述第一电极具有第一区域并且所述第二电极具有大于所述第一区域的第二区域。
16.根据权利要求14所述的照明系统，其中所述第一电极包括相互隔开的多个电极，并且所述第二电极与所述多个电极相互电气地连接。
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