CN102169939B - 发光器件、发光器件封装以及照明系统 - Google Patents

发光器件、发光器件封装以及照明系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及发光器件、发光器件封装以及照明系统。发光器件包括：衬底、第一导电类型半导体层、有源层、第二导电类型半导体层以及透光电极层。第二导电类型半导体层具有满足等式：2·Φ1+Φ2＝N·2π±Δ，(0≤Δ≤π/2)的厚度，其中Φ1是当垂直方向的光经过第二导电类型半导体层时产生的相位变化，Φ2是当通过透光电极层反射光时产生的相位变化，并且N是自然数。

Description

发光器件、发光器件封装以及照明系统
技术领域
本发明涉及发光器件、发光器件封装以及照明系统。
背景技术
发光二极管(LED)是一种将电能转换为光的半导体器件。与诸如荧光灯和白炽灯的现有技术的光源相比，LED具有低功率消耗、半永久寿命周期、快速响应时间、安全、以及环保的优点。因此，已经进行许多研究，以将现有的光源替换为LED。而且，LED被越来越多地用作诸如室内和室外使用的各种灯、液晶显示装置、电子显示牌、以及街灯的照明设备的光源。
发明内容
实施例提供具有新结构的发光器件、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、发光器件封装以及照明系统。
在一个实施例中，发光器件包括：衬底；在衬底上的发光结构层，该发光结构层包括第一导电类型半导体层、第二导电类型半导体层以及在第一和第二导电类型半导体层之间的有源层；以及在第二导电类型半导体层上的透光电极层，其中该第二导电类型半导体层具有满足等式(1)：2·Φ1+Φ2＝N·2π±Δ，(0≤Δ≤π/2)的厚度，其中Φ1是当垂直方向的光经过第二导电类型半导体层时产生的相位变化，Φ2是当通过透光电极层反射光时产生的相位变化，并且N是自然数。
在另一实施例中，发光器件包括：透光衬底；在透光衬底上的发光结构层，该发光结构层包括第一导电类型半导体层、第二导电类型半导体层和在第一和第二导电类型半导体层之间的有源层；以及在第二导电类型半导体层上的透光电极层，其中：该透光电极层透射入射光的一部分，并且反射入射光的另外的部分；该第二导电类型半导体层具有满足等式(1)的厚度以允许通过透光电极层反射并且行进到透光衬底的光和从有源层发射并且行进到透光衬底的光产生相长干涉，其中等式(1)为2·Φ1+Φ2＝N·2π±Δ，(0≤Δ≤π/2)，其中Φ1是当垂直方向的光经过第二导电类型半导体层时产生的相位变化，Φ2是当通过透光电极层反射光时产生的相位变化，并且N是自然数；有源层具有等于或者小于λ/n1的厚度，其中n1是有源层的折射率，并且λ是从有源层发射的光的波长；并且透光衬底具有小于第一导电类型半导体层的折射率的折射率。
在另一实施例中，发光器件封装包括：主体；在主体上的第一和第二引线电极；在第一和第二引线电极中的至少一个上的发光器件；以及在发光器件上的成型构件，其中该发光器件包括：衬底；在衬底上的发光结构层，该发光结构层包括第一导电类型半导体层、第二导电类型半导体层和在第一和第二导电类型半导体层之间的有源层；以及在第二导电类型半导体层上的透光电极层，并且第二导电类型半导体层具有满足等式(1)：2·Φ1+Φ2＝N·2π±Δ，(0≤Δ≤π/2)的厚度，其中Φ1是当垂直方向的光经过第二导电类型半导体层时产生的相位变化，Φ2是当通过透光电极层反射光时产生的相位变化，并且N是自然数。
在附图和下面的描述中，阐述一个或者多个实施例的细节。根据描述和附图，以及根据权利要求，其它的特征将会是显而易见的。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的发光器件的侧截面图。
图2是示出通过测量对应于发光器件的第二导电类型半导体层的厚度的光提取效率的变化而获得的试验结果的图。
图3至图7是示出用于制造根据实施例的发光器件的方法的视图。
图8是示出根据第二实施例的发光器件的侧截面图。
图9是示出根据第三实施例的发光器件的侧截面图。
图10是示出根据实施例的包括发光器件的发光器件封装的截面图。
图11是示出具有根据实施例的发光器件或者发光器件封装的显示装置的视图。
图12是示出具有根据实施例的发光器件或者发光器件封装的显示设备的另一示例的视图；以及
图13是示出具有根据实施例的发光器件或者发光器件封装的照明装置的视图。
具体实施方式
在下文中，将会参考附图详细地描述本公开的实施例，在附图中示出其示例。
另外，术语“第一”和“第二”能够被选择性地或者可互换地用于构件。在附图中，为了图示的清楚起见，每个元件的尺寸可以被夸大，并且每个元件的尺寸可以不同于每个元件的实际尺寸。不是附图中示出的所有的元件都是必须被包括的并且其不限制本公开，但是可以增加或者删除除了本公开的必要特征之外的要素。而且，在实施例的描述中，将会理解的是，当层(或者膜)、区域、图案或者结构被称为在衬底“上/上方/之上/上面”时，它能够直接地在衬底、每层(或者膜)、区域、焊盘、或者图案上，或者也可以存在中间层。此外，将会理解的是，当层被称为在每层(膜)、区域、图案、或者结构“下/下方/下面”时，它能够直接地在另一层(膜)、另一区域、另一焊盘、或者另一图案下面，或者也可以存在一个或者多个中间层。因此，应根据本公开的精神判定其含义。
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、发光器件封装以及照明系统。
图1是示出根据第一实施例的发光器件100的侧截面图。
参考图1，根据第一实施例的发光器件100可以包括：衬底110、在衬底110上的第一导电类型半导体层130、在第一导电类型半导体层130上的有源层140、在有源层140上的第二导电类型半导体层150、在第二导电类型半导体层150上的透光电极层160、在第一导电类型半导体层130上的第一电极163以及在透光电极层160上的第二电极161。
第二导电类型半导体层150的厚度h应形成为满足等式(1)：
2·Φ1+Φ2＝N·2π±Δ，(0≤Δ≤π/2).....(1)
其中Φ1是当垂直方向的光经过第二导电类型半导体层150时产生的相位变化，Φ2是当通过透光电极层160反射光时产生的相位变化，并且N是自然数。
垂直方向可以是有源层140和第二导电类型半导体层150的厚度方向。
第二导电类型半导体层150的厚度h可以满足在有源层140中产生的光和通过透光电极层160反射的光之间产生相长干涉的条件，从而提高发光器件100的光提取效率。
在下文中，将会详细地描述根据实施例的发光器件100的组件。
衬底110可以由具有透光性的材料形成，例如，由蓝宝石(Al2O3)、GaN、ZnO以及AlN中的至少一个形成，但是实施例不限于此。为了光提取效率，衬底110的折射率可以小于第一导电类型半导体层的折射率。
第一导电类型半导体层130可以形成在衬底110上。而且，未掺杂的半导体层可以进一步被布置在第一导电类型半导体层130和衬底110之间，但是实施例不限于此。
第一导电类型半导体层130可以包括n型半导体层。可以从具有InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的化学式的半导体材料，例如，GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN以及AlInN中选择n型半导体层，并且n型半导体层可以被掺杂有诸如Si、Ge以及Sn的n型掺杂物。
可以形成未掺杂的半导体层以提高第一导电类型半导体层130的结晶性，并且与第一导电类型半导体层相比未掺杂的半导体层可以具有显著低的导电性，因为它没有被掺杂有n型掺杂物。
有源层140可以被布置在第一导电类型半导体层130上。有源层140可以由具有InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的化学式的半导体材料形成，并且可以包括量子线结构、量子点结构、以及单量子阱或者多量子阱(MQW)结构中的至少一个。
有源层140可以使用在从第一导电类型半导体层130和第二导电类型半导体层150提供的电子和空穴的复合的过程中产生的能量产生光。
第二导电类型半导体层150可以被布置在有源层140上。可以使用p型半导体层实施第二导电类型半导体层150。可以从具有InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的化学式的半导体材料，例如，GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN以及AlInN中选择p型半导体层。p型半导体层可以被掺杂有诸如Mg、Zn、Ca、Sr以及Ba的p型掺杂物。
与上面的描述不同地，第一导电类型半导体层130可以包括p型半导体层，并且第二导电类型半导体层150可以包括n型半导体层。而且，包括n型或者p型半导体层的第三导电类型半导体层(未示出)可以被布置在第一导电类型半导体层130上。因此，发光器件100可以具有n-p、p-n、n-p-n以及p-n-p结结构中的一个。而且，在第一导电类型半导体层130和第二导电类型半导体层150中，导电类型掺杂物的掺杂浓度可以是均匀的或者非均匀的。即，多个半导体层可以具有各种结构而不限于在此描述的那些。
透光电极层160可以被布置在第二导电类型半导体层150上。透光电极层160可以用于减少第二电极161和第二导电类型半导体层150之间的接触电阻，并且可以均匀地扩展电流。
例如，透光电极层160可以包括铟锡氧化物(ITO)、In-ZnO(IZO)、Ga-ZnO(GZO)、Al-ZnO(AZO)、Al-GaZnO(AGZO)、In-GaZnO(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)、ITO氮化物(ITON)、IZO氮化物(IZON)、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au以及Ni/IrOx/Au/ITO中的至少一个。透光电极层160可以由具有小于化合物半导体层的折射率的折射率的材料形成，例如，可以由具有大约1.7至大约2.1的折射率的材料形成。
另一方面，光提取结构155可以形成在透光电极层160的顶表面上，或者在第二导电类型半导体层150和透光电极层160的上部中。可以形成光提取结构155以有效地提取在有源层140中产生的光，并且可以具有随机的粗糙或者规则的图案。
例如，光提取结构155可以具有能够透射和反射特定波长范围的光的光子晶体结构。光子晶体结构可以形成为具有大约50nm至于大约3,000nm的周期。
第一电极163可以被布置在第一导电类型半导体层130上，并且第二电极161可以被布置在透光电极层160上。
第一电极163和第二电极161可以将来自于外部电源的电力提供到发光器件100。
可以以包括Al、Ti、Cr、Ni、Cu、以及Au中的至少一个的单层或者多层结构形成第一电极163和第二电极161。
在根据实施例的发光器件100中，第二导电类型半导体层150的厚度h可以形成为满足等式(1)，该等式(1)能够被表达为如上所述的2·Φ1+Φ2＝N·2π±Δ，(0≤Δ≤π/2)。
在这里，Φ1是当垂直方向的光经过第二导电类型半导体层150时产生的相位变化，Φ2是当通过透光电极层160反射光时产生的相位变化，并且N是自然数。
相位变化Φ1表示当光经过像第二导电类型半导体层150一样的介质时的相位变化，并且可以根据光的波长，和介质的折射率和厚度而变化。具体地，相位变化Φ1等于2πn2d/λ，其中n2表示第二导电类型半导体层150的折射率，λ表示从有源层140发射的光的波长，并且d表示第二导电类型半导体层150的厚度。当光的波长大约是450nm时，第二导电类型半导体层150的折射率可以处于大约2.12至2.44的范围内。例如，GaN的折射率可以为大约2.44。光的波长可以包括诸如大约440nm至大约480nm的蓝波长带、可见光带、或者紫外线带。第二导电类型半导体层150的折射率和厚度可以根据光的波长而变化。
而且，相位变化Φ2表示当通过透光电极层160反射光时的相位变化。因为透光电极层160由具有低于第二导电类型半导体层150的密度的密度的材料形成，所以通过透光电极层160反射的光可以在开放端(free end)反射。因此，相位没有被改变或者变成接近于大约0度的值。当相位变化Φ2等于0时，第二导电类型半导体层150的厚度h可以形成为满足能够被表达为2·Φ1＝N·2π±Δ，(0≤Δ≤π/2)的等式。
厚度h可以满足在有源层140中产生的光和通过透光电极层160反射的光之间产生相长干涉的条件，从而提高发光器件100的光提取效率。
具体地，在有源层140中产生并且行进到透光层160的光的一部分可以透射通过透光电极层160，并且光的另外的部分可以由透光电极层160反射。
由透光电极层160反射的光可以再次行进到有源层140以引起与在有源层40中产生的光的干涉。在这样的情况下，干涉是否变成相长干涉或者相消干涉很大程度上取决于第二导电类型半导体层150的厚度h。
因此，在本实施例中，通过使用由第二导电类型半导体层150的厚度h引起的相长干涉效应来放大光的强度能够提高发光器件100的光提取效率。
另一方面，为了获得如上所述的相长干涉，有源层140的厚度可以等于或者小于λ/n1(n1：有源层的折射率，λ：从有源层发射的光的波长)。当有源层140的厚度大于λ/n1，在有源层140的一个区域中产生的光可以产生相长干涉，并且在有源层140的其它区域中产生的光可以产生相消干涉。当光的波长大约是450nm时，有源层140的折射率可以处于大约2.12至大约2.44的范围内。例如，InGaN的折射率可以是大约2.44。光的波长可以包括诸如大约440nm至大约480nm的蓝波长带、可见光带或者紫外线带。第二导电类型半导体层150的折射率和厚度可以根据光的波长而变化。而且，可以通过产生垂直方向的光的相长干涉的条件来确定厚度h。在这样的情况下，因为第二导电类型半导体层150形成为具有大约数百纳米的厚度，所以光的垂直分量主要起作用，并且存在发生量子干涉现象的高可能性。
而且，厚度h可以具有Δ，0≤Δ≤π/2的范围，其表示其中相长干涉效应压过相消干涉效应的范围。
也可以通过试验结果验证根据发光器件100的第二导电类型半导体层150的厚度的定义的光提取效率的改进。
图2是示出通过测量对应于发光器件的第二导电类型半导体层的厚度的光提取效率的变化而获得的试验结果的图。
在上面的试验中，具有大约1.78的折射率的蓝宝石衬底被用于衬底110，并且具有大约2.46的折射率的InAlGaN基半导体被用于第一导电类型半导体层130、有源层140以及第二导电类型半导体层150。而且，具有大约2.0的折射率的ITO被用于透光电极层160。
图2的图的x轴表示第二导电类型半导体层150的厚度，并且y轴表示发光器件的光提取效率。而且，线A表示通过测量图1的区域A的光提取效率而获得的结果，并且线B表示通过测量图1的区域B的光提取效率而获得的结果。
参考图2，通过图1的区域A发射的光的光提取效率与第二导电类型半导体层150的厚度不相关。另一方面，通过图1的区域B发射的光的光提取效率根据第二导电类型半导体层150的厚度而变化，并且在大约90nm至大约110nm的范围示出最大值，优选地，在接近于100nm的范围示出最大值，这满足2·Φ1+Φ2＝N·2π±Δ，(0≤Δ≤π/2)的关系。
换言之，能够验证，通过衬底110的区域B发射的光的光提取效率当第二导电类型半导体层150的厚度h满足上述相长干涉的条件时示出最大值。
然而，因为通过透光电极层160的顶表面发射的光的光提取效率没有经历根据第二导电类型半导体层150的厚度h的相长干涉效应，因此即使当第二导电类型半导体层150的厚度h改变时也没有显著的差异。
在下文中，将会详细地描述用于制造根据实施例的发光器件100的方法。然而，将会省略或者简化与上述描述相同或者相似的描述。
图3至图7是示出用于制造根据实施例的发光器件100的方法的视图。
参考图3，第一导电类型半导体层130、有源层140以及第二导电类型半导体层150可以顺序地形成在衬底110上。
通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、分子束外延(MBE)以及氢化物气相外延(HVPE)可以形成第一导电类型半导体层130、有源层140以及第二导电类型半导体层150，但是实施例不限于此。
参考图4，透光电极层160可以形成在第二导电类型半导体层150上。
通过溅射、电子束沉积以及等离子体增强化学气相沉积(PECVD)可以形成透光电极层160，但是实施例不限于此。
参考图5，通过构图透光电极层160可以形成光提取结构155。
通过包括光学光刻(photolithography)工艺的光刻(lithography)工艺可以执行构图。
参考图6，可以执行台面蚀刻以暴露第一导电类型半导体层130的顶表面的一部分。
通过台面蚀刻可以暴露第一导电类型半导体层130的顶表面以形成第一电极(图7的163)。
参考图7，第一电极163可以形成在第一导电类型半导体层130的暴露表面上，并且第二电极161可以形成在透光电极层160上以提供根据实施例的发光器件100。
图8是示出根据第二实施例的发光器件的侧截面图。
参考图8，发光器件可以包括：衬底110、第一半导体层121、第二半导体层122、发光结构层145、透光电极层160、第一电极层163以及第二电极161。
衬底110的顶表面可以具有不平坦结构112。不平坦结构112可以包括在衬底的顶表面上的多个突起。多个突起之间的间隔可以是规则的或者不规则的，并且多个凸起的尺寸可以是均匀的或者随意的。多个凸起的截面形状可以包括半球形、多边椎形以及多边形中的至少一个。可以以发射的光的波长的大约1/2或者1/4的间隔布置多个突起。
衬底110可以包括诸如蓝宝石衬底(Al2O3)、GaN、SiC、以及ZnO的透光衬底，并且其厚度可以处于大约50μm至大约500μm的范围内。衬底110的折射率可以小于第一导电类型半导体层130的折射率。
第一半导体层121可以被布置在衬底110上。通过使用II至VI族元素的化合物半导体，第一半导体层121可以形成为层或者图案，并且可以由包括ZnO、GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP以及AlGaInP中的至少一个的材料形成。例如，第一半导体层121可以形成为缓冲层，其减少氮化物半导体和衬底的晶格常数之间的差。
第一半导体层121可以被布置在不平坦结构的突起处，或者可以形成在不平坦层中。
第二半导体层122可以被布置在第一半导体层121上，并且可以形成为未掺杂的半导体层。例如，第二半导体层122可以包括未掺杂的氮化物半导体。第二半导体层122可以是掺杂有导电类型掺杂物的半导体层，并且可以具有比第一导电类型半导体层的导电性低很多的导电性。例如，第二半导体层122可以是未掺杂的GaN层，并且可以具有第一导电类型的特性。
而且，第一半导体层121和第二半导体层122中的至少一个可以形成有超晶格结构(SLS)，并且可以由包括GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN以及InAlGaN中的至少一个的材料形成。通过以至少两个周期交替地重复具有不同能带隙的至少两层可以形成SLS，并且可以包括诸如InGaN/GaN的堆叠结构。SLS的每层可以形成为具有数或者更多的厚度。
而且，通过交替地堆叠具有不同的折射率的至少两层，第一半导体层121和第二半导体层122中的至少一个可以形成为反射层。例如，通过以至少两个周期堆叠GaN层/AlN层的结构，第一半导体层121和第二半导体层122中的至少一个可以形成为分布布拉格反射镜(DBR)。
发光结构层145可以被布置在第二半导体层122上，并且可以包括第一导电类型半导体层130、有源层140以及第二导电类型半导体层150。另一半导体层可以进一步被布置在以上层中的每一个上/下面，但是实施例不限于此。
可以从掺杂有第一导电类型掺杂物的III-V族元素的化合物半导体，例如，GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP以及AlGaInP中选择第一导电类型半导体层130。第一导电类型半导体层130可以由具有InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的化学式的半导体材料形成。
第一导电类型半导体层130可以是N型半导体层，并且可以包括诸如Si、Ge、Sn、Se以及Te的N型掺杂物。第一导电类型半导体层130可以用作电极接触层，并且可以形成为单层或者多层，但是实施例不限于此。
第一导电类型半导体层130可以包括其中堆叠不同的半导体层131和132的结构。堆叠结构可以包括GaN/InGaN结构和GaN/AlGaN结构。不同的半导体层131和132可以包括SLS，其中堆叠两对或者更多对GaN/InGaN结构和GaN/AlGaN结构。SLS的每层可以具有数或者更多的厚度。
第一导电类型半导体层130可以包括第三半导体层131和第四半导体层132。第三半导体层131可以包括具有高于第四半导体层132的浓度的浓度的N型掺杂物。第四半导体层132可以变成低于第三半导体层131的导电层。第三半导体层131可以在水平方向中扩散电流，并且是高电阻层的第四半导体层132可以允许电流在第三半导体层131中扩散。
第三和第四半导体层131和132可以包括其中堆叠具有不同带隙的半导体层的结构。
有源层140可以被布置在第一导电类型半导体层130和第二导电类型半导体层150之间，并且可以包括交替地布置在其中的势垒层和阱层。势垒层和阱层中的至少一个可以包括具有InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的化学式的半导体材料。有源层140中的势垒层的带隙能可以大于阱层的带隙能。
导电类型包覆层可以形成在有源层140上方和/或下面。导电类型包覆层可以限制具有高于势垒层的带隙能的能带隙的载流子。第一导电类型包覆层可以被布置在有源层140和第一导电类型半导体层130之间，并且第二导电类型包覆层可以被布置在有源层140和第二导电类型半导体层150之间。
可以从被掺杂有第二导电类型掺杂物的Ⅲ-Ⅴ族元素的化合物半导体，例如，GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP以及AlGaInP中选择第二导电类型半导体层150。第二导电类型半导体层150可以由具有InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的化学式的半导体材料形成。
第二导电类型半导体层150可以包括形成为P型半导体层的第五半导体层151和第六半导体层152。
第五半导体层151可以包括具有高于第六半导体层152的P型掺杂物的浓度的浓度的P型掺杂物。第六半导体层152可以变成低于第五半导体层151的导电层。第五半导体层151可以在水平方向中扩散电流，并且是高电阻层的第六半导体层152可以允许电流在第五半导体层151中扩散。
第五半导体层151和第六半导体层152可以包括其中堆叠具有不同的带隙的不同半导体层的SLS。该SLS可以包括GaN/InGaN结构和GaM/AlGaN结构。该SLS可以包括其中交替地堆叠两对或者更多对数或者更多的不同层的结构。
第五和第六半导体层151和152可以具有不同的折射率。例如，第五半导体层151可以具有高折射率，并且第六半导体层152可以具有高于第五半导体层151的折射率的折射率。折射率之间的差可以提高光提取效率。
透光电极层160可以形成在第二导电类型半导体层150上。透光电极层160可以包括金属氧化物或者金属氮化物，例如，铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、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)、ITO氮化物(ITON)、IZO氮化物(IZON)、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au以及Ni/IrOx/Au/ITO，但是实施例不限于此。
透光电极层160的面积可以小于第二导电类型半导体层150的顶表面的面积，但是实施例不限于此。
透光电极层160的顶表面可以包括光提取结构155。光提取结构155可以包括能够透射和反射特定波长范围的光的光子晶体结构。光子晶体结构可以形成为具有大约50nm至大约3,000nm的周期。
第二电极161可以接触透光电极层160和第二导电类型半导体层150，但是实施例不限于此。
第一电极163可以被布置在第一导电类型半导体层130的第三半导体层131上。第一电极163的面积可以形成为第一导电类型半导体层130的底表面的面积的大约7％或者更少。
第二导电类型半导体层150的厚度可以满足2·Φ1+Φ2＝N·2π±Δ，(0≤Δ≤π/2)。在这里，Φ1是当垂直方向的光经过第二导电类型半导体层150时产生的相位变化，Φ2是当通过透光电极层160反射光时产生的相位变化，并且N是自然数。垂直方向可以是有源层140和第二导电类型半导体层150的厚度方向。
第二导电类型半导体层150的厚度可以满足在有源层140中产生的光和由透光电极层160反射的光之间产生相长干涉的条件，从而提高发光器件100的光提取效率。第二导电类型半导体层150的厚度可以处于大约90nm至大约110nm的范围内，并且有源层140的厚度可以等于或者小于λ/n1。在这里，n1表示有源层140的折射率，并且λ表示从有源层140发射的光的波长。
图9是示出根据第三实施例的发光器件的侧截面图。
参考图9，在发光器件中，第二半导体层122的顶表面可以形成为具有不平坦结构122A，并且衬底110的下侧可以形成为具有不平坦结构114。
第二半导体层122的不平坦结构122A可以包括相互隔开的多个突起。突起之间的间隔可以是规则的或者不规则的。第二半导体层122的不平坦结构122A可以控制生长，或者可以通过蚀刻方法形成不平坦结构122A，但是实施例不限于此。
不平坦结构114可以形成在衬底110下面。不平坦结构114可以被布置在透光衬底下面以改变入射光的临界角。
而且，反射层170可以被布置在衬底110下面。可以沿着不平坦结构114的形状形成反射层170。反射层170可以有效地反射通过有源层140行进到衬底110的光。通过不平坦结构122A和114可以改变光的临界角。因此，能够提高发光器件的光提取效率。
图10是示出根据实施例的包括发光器件100的发光器件封装的截面图。
参考图10，根据实施例的发光器件封装30可以包括：主体20；在主体20中的第一和第二引线电极31和32；发光器件100，该发光器件100被设置在第一和第二引线电极31和32中的至少一个上；以及成型构件40，该成型构件40覆盖发光器件100。
主体20可以由硅、合成树脂或者金属材料形成。倾斜表面可以形成在发光器件100的周围。主体20在至少一侧处具有空腔。
第一和第二引线电极31和32可以相互电气地分离，并且将电力提供给发光器件100。而且，第一引线电极31和第二引线电极32可以增加照明效率，并且可以用于将在发光器件100中产生的热散发到外部。
发光器件100可以被布置在主体上，或者可以被安装在第一引线电极31和/或第二引线电极32上。
发光器件100可以通过布线方法、倒装芯片方法或者贴片方法中的任何一个电气连接到第一引线电极31和第二引线电极32。
成型构件40可以围绕并且保护发光器件100。而且，成型构件40可以包括荧光物质，并且可以改变从发光器件100发射的光的波长。
成型构件40可以围绕并且保护发光器件100。而且，成型构件40可以包括荧光物质，并且可以改变从发光器件100发射的光的波长。透镜(未示出)可以被布置在成型构件40上。透镜可以接触或者可以不接触成型构件40。
经由贯通孔，发光器件100可以电接触基板的下表面或者主体部分。
发光器件封装30可以包括至少一个根据上述实施例的发光器件，但是实施例不限于此。
尽管在顶视图型中示出，但是在侧视图型中实施根据实施例的封装以示出提高散热特性、导电性以及反射特性的效果。在这样的顶视图或者侧视图型的发光器件中，可以封装树脂层，并且然后透镜被布置或者附着在树脂层上，但是实施例不限于此。
<照明系统>
根据实施例的发光器件或者发光器件封装可以被应用于灯单元。灯单元可以包括其中排列多个发光器件或者多个发光器件封装的结构，并且可以包括照明灯、交通灯、车辆头灯以及电子显示牌。
除了照明灯、信号灯、车辆头灯以及电子显示器之外，照明系统可以包括图11和图12中所示的显示设备、图13中所示的照明装置。
图11是根据实施例的显示设备的分解透视图。
参考图11，根据实施例的显示设备1000可以包括：导光面板1041；发光模块1031，该发光模块1031将光提供给导光面板1041；在导光面板1041的下方的反射构件1022；在导光面板1041上的光学片1051；在光学片1051上的显示面板1061；以及底盖1011，该底盖1011容纳导光面板1041、发光模块1031以及反射构件1022，但是本公开不限于此。
底盖1011、反射片1022、导光面板1041以及光学片可以被定义为照明单元1050。
导光面板1041用于通过扩散线性光来将线性光变为平面光。导光面板1041可以由透明材料制成，并且可以包括诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的丙烯酸系树脂、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、COC、以及聚萘二甲酸乙二酯树脂中的一个。
发光模块1031将光至少提供给导光面板1041的侧表面，并且最终用作显示设备的光源。
发光模块1031可以包括至少一个发光模块，并且从导光面板1041的一侧表面直接或者间接地提供光。发光模块1031可以包括板1033，和根据上述的实施例的发光器件封装30，并且发光器件封装30可以在板1033上以预定间隔相互隔开。
板1033可以是包括电路图案的印制电路板(PCB)(未示出)。板1033可以包括金属核PCB(MCPCB)、柔性PCB(FPCB)等等以及普通PCB，但是本公开不限于此。在发光器件封装30被安装在侧表面或散热板上的情况下，板1033可以被移除。在此，散热板的一部分可以接触底盖1011的上表面。
多个发光器件封装30可以被安装在板1033上，从而多个发光器件封装30的发光表面与导光面板1041隔开预定距离，但是本公开不限于此。发光器件封装30可以将光直接或者间接地提供给光入射部分，即导光面板1041的一个侧表面，但是本公开不限于此。
反射构件1022可以被设置在导光面板1041下面。反射构件1022反射从导光面板1041的下表面入射的光以允许反射光直接导向上方向，从而能够增强灯单元1050的亮度。反射构件1022可以由例如PET、PC、PVC树脂等等形成，但是本公开不限于此。
底盖1011可以容纳导光面板1041、发光模块1031、反射构件1022等等。为此，底盖1011可以具有以其顶表面开口的盒形状形成的容纳部分1012，但是本公开不限于此。底盖1011可以耦接到顶盖，但是本公开不限于此。
底盖1011可以由金属材料或者树脂材料形成，并且可以通过使用诸如压制成型或者注入成型的工艺来制造。而且，底盖1011可以包括具有高导热性的金属或者非金属材料，但是本公开不限于此。
例如，显示面板1061是LCD面板，并且包括相互面对的第一和第二透明基板，和被插入在第一和第二基板之间的液晶层。偏振板可以附着在显示面板1061的至少一个表面上，但是本公开不限于此。显示面板1061通过使用经过光学片1051的光来显示信息。显示设备1000可以被应用于各种移动终端、用于笔记本电脑的监视器、用于膝上电脑的监视器、电视等等。
光学片1051被布置在显示面板1061和导光面板1041之间，并且包括至少一个透明片。光学片1051可以包括例如扩散片、水平和/或垂直棱镜片以及亮度增强片中的至少一个。扩散片扩散入射光，水平和/或垂直棱镜片将入射光聚集在显示区域上，并且亮度增强片通过重新使用丢失的光来增强亮度。而且，保护片可以被布置在显示面板1061上，但是本公开不限于此。在此，显示设备1000可以包括导光面板1041和光学片1051作为放置在发光模块1031的光路径上的光学构件，但是本公开不限于此。
图12是根据实施例的显示设备的横截面图。
参考图12，显示设备1100包括底盖1152；板1120，在其上排列上面所述的发光器件封装30；光学构件1154；以及显示面板1155。
板1120和发光器件封装30可以被定义为发光模块1160。底盖1152、至少一个发光模块1160以及光学构件1154可以被定义为照明单元。
底盖1152可以具有容纳部分，但是本公开不限于此。
在此，光学构件1154可以包括透镜、导光面板、扩散片、水平和垂直棱镜片以及亮度增强片中的至少一个。导光面板可以由聚碳酸酯(PC)或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)形成，并且可以被移除。扩散片扩散入射光，水平和垂直棱镜片将入射光聚集在显示区域上，并且亮度增强片通过重新使用丢失的光增强亮度。
光学构件1154被布置在发光模块1160上。光学构件1154将从发光模块1160发射的光变为平面光，并且执行扩散、聚光等等。
图13是根据实施例的照明装置的透视图。
参考图13，照明单元1500可以包括外壳1510；发光模块1530，该发光模块1530被装备在外壳1510中；以及连接端子1520，该连接端子1520被装备在外壳1510中并且提供来自于外部电源的电力。
外壳1510可以优选地由具有良好的热防护特性的材料形成，例如，可以由金属材料或者树脂材料形成。
发光模块1530可以包括板1532，和安装在板1532上的至少一个根据实施例的发光器件封装30。发光器件封装30可以包括多个发光器件封装，其以矩阵构造排列为彼此隔开预定的距离。
板1532可以是其上印制电路图案的绝缘体基板，并且可以包括例如印制电路板(PCB)、金属核PCB、柔性PCB、陶瓷PCB、FR-4基板等等。
而且，板1532可以由有效地反射光的材料形成，并且其表面可以以例如白色、或者银色的能够有效地反射光的颜色形成。
至少一个发光器件封装30可以安装在板1532上。发光器件封装30中的每一个可以包括至少一个发光二极管(LED)芯片。LED芯片可以包括发射红、绿、蓝或者白色光的彩色LED，和发射紫外线(UV)的UV LED。
发光模块1530可以具有各种发光器件封装的组合以获得想要的颜色和亮度。例如，发光模块1530可以具有白色LED、红色LED以及绿色LED的组合以获得高显色指数(CRI)。
连接端子1520可以电气地连接到发光模块1530以提供电力。连接端子1520可以螺纹耦合到插座类型的外部电源，但是本公开不限于此。例如，连接端子1520可以是插头型并且被插入到外部电源，或者可以通过电源线连接到外部电源。
发光器件100的封装可以被布置在基板上以实现发光模块。另外，在发光器件被设置在基板上之后，获得的结构可以被封装以实现发光模块。
可以在如上所述的其中封装有发光器件的封装被布置在基板上的发光模块中实施实施例，或者可以在其中发光器件被布置在基板上的发光模块中实施实施例。
如上所述的照明系统能够通过将导光构件、扩散片、聚光片、亮度增强片以及荧光片中的至少一个布置在从发光模块发射的光的行进路径上来获得想要的光学效果。
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 (14)

1.一种发光器件，包括：
衬底；
在所述衬底上的发光结构层，所述发光结构层包括第一导电类型半导体层、第二导电类型半导体层以及在所述第一和第二导电类型半导体层之间的有源层；以及
在所述第二导电类型半导体层上的透光电极层，
其中所述第二导电类型半导体层具有满足等式（1）的厚度：
2·Φ1+Φ2=N·2π±Δ，（0≤Δ≤π/2）....（1）
其中Φ1被表达为等式（2）：
Φ1=2πn2d/λ.....（2）
其中Φ1是当垂直方向的光经过所述第二导电类型半导体层时产生的相位变化，Φ2是当通过所述透光电极层反射光时产生的相位变化，并且N是自然数，
其中n2是所述第二导电类型半导体层的折射率，λ是从所述有源层发射的光的波长，并且d是所述第二导电类型半导体层的厚度，
其中，所述有源层具有等于或者小于λ/n1的厚度，其中n1是所述有源层的折射率，并且其中所述衬底包括透光衬底，所述透光衬底具有低于所述第一导电类型半导体层的折射率的折射率。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其中从所述有源层发射的光的波长是蓝波长。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其中Φ2等于0。
4.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第二导电类型半导体层的厚度处于90nm至110nm的范围内。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的发光器件，其中所述有源层具有等于或者小于λ/n1的厚度，其中n1是所述有源层的折射率。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的发光器件，其中所述透光电极层包括ITO、In-ZnO（IZO）、Ga-ZnO（GZO）、Al-ZnO（AZO）、Al-Ga ZnO（AGZO）、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）、In-Ga ZnO（IGZO）、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au以及Ni/IrOx/Au/ITO中的至少一个。
7.根据权利要求1至4中的任一项所述的发光器件，其中所述透光电极层包括被布置在其中的光提取结构。
8.根据权利要求7所述的发光器件，其中所述光提取结构具有随机粗糙形状。
9.根据权利要求7所述的发光器件，其中所述光提供结构包括光子晶体结构。
10.根据权利要求1至4中的任一项所述的发光器件，其中所述衬底具有低于所述第一导电类型半导体层的折射率的折射率。
11.根据权利要求1至4中的任一项所述的发光器件，包括在所述第一导电类型半导体层上的第一电极和在所述透光电极层上的第二电极。
12.根据权利要求1至4中的任一项所述的发光器件，其中光子晶体结构具有50nm至3000nm的周期。
13.根据权利要求1至4中的任一项所述的发光器件，其中所述第一导电类型半导体层是具有InxAlyGa1-x-yN（0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1）的化学式的n型半导体层，并且所述第二导电类型半导体层是具有InxAlyGa1-x-yN（0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1）的化学式的p型半导体层。
14.根据权利要求1至4中的任一项所述的发光器件，其中所述透光衬底包括蓝宝石（Al2O3）衬底，并且在顶表面和底表面中的至少一个上具有不平坦结构。
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