CN102983243B - 发光器件及包括该发光器件的发光器件封装 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光器件及包括该发光器件的发光器件封装。公开了一种发光器件。所公开的发光器件包括发光结构，该发光结构包括第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层。该第一导电类型半导体层、该有源层和该第二导电类型半导体层被设置为在相同方向上彼此邻近。该有源层包括交替地堆叠至少一次的阱层和势垒层。该阱层具有比该势垒层小的能带隙。该发光器件进一步包括设置在第一导电类型半导体层中的掩模层、设置在第一导电类型半导体层上的第一电极和设置在第二导电类型半导体层上的第二电极。该第一导电类型半导体层被形成有至少一个凹部。

Description

发光器件及包括该发光器件的发光器件封装
相关技术的交叉引用
本申请要求于2011年9月5日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2011-0089492的优先权，该韩国专利申请通过引用方式全部并入本申请中。
技术领域
本发明涉及一种发光器件以及包括该发光器件的发光器件封装。
背景技术
使用III-V族或II-VI族化合物半导体材料的发光器件，诸如发光二极管(LED)和激光二极管(LD)，依靠薄膜生长技术和器件材料的发展的优点可以呈现出诸如红、绿、蓝和紫外的各种颜色。也可以用荧光材料或者通过颜色混合高效地产生白光。此外，与诸如荧光灯和白炽灯的常规光源相比，这些发光器件具有诸如低功耗、半永久寿命、快速响应时间、安全以及环保等优点。
因此，这些发光元件越来越多地被应用于光通信单元的传输模块、作为构成液晶显示(LCD)装置的背光的冷阴极荧光灯(CCFL)的替代品的发光二极管背光、使用白光发光二极管作为荧光灯或白炽灯的替代品的照明设备、车辆的头灯以及交通灯。
氮化物半导体发光器件采用作为绝缘性衬底的蓝宝石衬底，这是因为可商购的衬底中没有具有与诸如GaN的氮化物半导体材料相同的晶体结构同时可与氮化物半导体材料晶格匹配的衬底。在这样的氮化物半导体发光器件中，在蓝宝石衬底和在该蓝宝石衬底之上生长的GaN层之间会存在晶格常数和热膨胀系数的差异。结果，在蓝宝石衬底和GaN层之间会发生晶格失配，使得大量晶体缺陷会存在于GaN层中。
这样的晶体缺陷会导致漏电流增大。当外部静电被施加到发光器件时，该发光器件的具有大量晶体缺陷的有源层会被由于静电而产生的强场损伤。一般地，已知GaN薄膜中存在密度为1010～1012/cm2的晶体缺陷(螺旋缺陷(threading defect))。
这样的具有大量晶体缺陷的氮化物半导体发光器件防御电的影响的能力会非常弱。为此，用于保护氮化物半导体发光器件免受静电和闪电影响的技术和标准化一直作为非常重要的技术问题而被强调。
一般地，常规的GaN发光器件具有这样的静电放电(ESD)特性，即，在人体模式(HBM)下，该器件能够耐受正向的高达数千伏的静电，而不能耐受反向的数百伏的静电。表现出这样的ESD特性主要是因为器件的晶体缺陷，如上所述。
为了改进这样的ESD特性并借此以保护发光器件免受ESD，提出将肖特基二极管或齐纳二极管与发光器件并联连接。然而，这一提议由于单独需要肖特基二极管或齐纳二极管而导致繁琐且导致制造成本增加。
因此，需要改进发光器件的结构，并借此以改进发光器件的ESD特性。
发明内容
实施例获得了对发光器件的静电放电(ESD)特性的改进，且因而获得了可靠性的提高。
在一个实施例中，发光器件包括：发光结构，该发光结构包括第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层，其中，该第一导电类型半导体层、该有源层和该第二导电类型半导体层被设置为在相同方向上彼此邻近，该有源层包括交替地堆叠至少一次的阱层和势垒层，并且该阱层具有比该势垒层小的能带隙；掩模层，该掩模层设置在该第一导电类型半导体层中；第一电极，该第一电极设置在该第一导电类型半导体层上；和第二电极，该第二电极设置在该第二导电类型半导体层上，其中，该第一导电类型半导体层被形成有至少一个凹部。
在另一个实施例中，发光器件包括：发光结构，该发光结构包括第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层；掩模层，该掩模层设置在该第一导电类型半导体层中，该掩模层包括窗口区；第一电极，该第一电极设置在该第一导电类型半导体层上；和第二电极，该第二电极设置在该第二导电类型半导体层上，其中，该第一导电类型半导体层包括被形成为与该掩模层的该窗口区垂直地重叠的至少一个凹部。
在另一个实施例中，发光器件封装包括：封装主体；第一引线框和第二引线框，该第一引线框和第二引线框设置在该封装主体上；和发光器件，该发光器件设置在该封装主体上，并且电连接到该第一引线框和第二引线框，其中，该发光器件包括衬底、发光结构、掩模层、第一电极和第二电极，该发光结构设置在该衬底上，包括第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层，其中，该第一导电类型半导体层、该有源层和该第二导电类型半导体层被设置为在相同方向上彼此邻近，该有源层包括交替地堆叠至少一次的阱层和势垒层，且该阱层具有比该势垒层小的能带隙，该掩模层设置在该第一导电类型半导体层中，该第一电极设置在该第一导电类型半导体层上，且该第二电极设置在该第二导电类型半导体层上，并且其中，该第一导电类型半导体层被形成有至少一个凹部。
附图说明
可以参照附图详细描述布置和实施例，其中相同的附图标记表示相同的元件，附图中：
图1是图示出根据示例性实施例的发光器件的截面图；
图2至图9是图示出根据示例性实施例的用于制造发光器件的方法的视图；
图10是图示出根据另一个实施例的发光器件的截面图；
图11是图示出根据另一个实施例的发光器件的截面图；
图12是图示出根据另一个实施例的发光器件的截面图；
图13是图示出根据另一个实施例的发光器件的截面图；
图14是图示出根据示例性实施例的发光器件封装的视图；
图15是图示出根据示例性实施例的照明设备的分解透视图，其包括根据上述实施例的发光器件封装；
图16是图示出根据示例性实施例的头灯的视图，其中设置有根据上述实施例中的一个的发光器件；以及
图17是图示出根据示例性实施例的显示设备的视图，其中布置有根据上述实施例的发光器件封装。
具体实施方式
下文中，将参照附图描述实施例。
要了解的是，当元件被称为在另一个元件“上”或者“下”时，其可以直接在该元件上/下，也可以存在一个或多个插入元件。当元件被称为“上”或“下”时，基于该元件可以包括“在该元件下”以及“在该元件上”。
图中，为了描述方便且清楚，每层的厚度或尺寸被夸大、省略或者示意性图示出。而且，每个构成元件的尺寸或面积未完全反应其实际尺寸。
图1是图示出根据示例性实施例的发光器件的截面图。图1图示出水平式发光器件。
在这些实施例或其他实施例中，发光器件可以是半导体发光器件，例如，发光二极管。
参照图1，示出了发光器件100。发光器件100包括设置在衬底110之上的缓冲层120、设置在缓冲层120之上的未掺杂半导体层130以及设置在未掺杂半导体层130上的发光结构。发光结构包括顺序地设置在未掺杂半导体层130上的第一导电类型半导体层140、有源层160和第二导电类型半导体层180。
缓冲层120适于减小衬底110和生长在衬底110之上的半导体层之间的晶格失配和热膨胀系数差。当然，缓冲层120不是必需的。
第一导电类型半导体层140、有源层160和第二导电类型半导体层180在相同方向上堆叠，同时布置为彼此邻近。第一导电类型半导体层140、有源层160和第二导电类型半导体层180可以具有不同的厚度。
发光结构的厚度(d1)可以大约是8.5～9.0μm。
可以在第一导电类型半导体层140中设置掩模层(mask layer)150。也可以在第一导电类型半导体层140上形成凹部145。
掩模层150可以具有单层结构或多层结构。
掩模层150具有被掩模覆盖的掩蔽区(masking region)和没有被掩模覆盖的窗口区。这将在下文中描述。可以在第一导电类型半导体层140的一部分，即第一导电类型半导体层140b上形成凹部145，使凹部145对应于掩模层150的窗口区。
凹部145可以设置在窗口区和有源层160之间。
凹部145可以具有V型坑形状(V-pit shape)、倒多边形玉米(inverted polygonalcorn)形状或者倒金字塔形状。
发光器件也可以包括设置在有源层160和第二导电类型半导体层180之间的电子阻挡层170。
可以从第二导电类型半导体层180到第一导电类型半导体层140的一部分对发光结构进行台面蚀刻。可以在根据台面蚀刻而暴露的第一导电类型半导体层140的一部分，即第一导电类型半导体层140a上设置第一电极182。
可以在第二导电类型半导体层180上设置第二电极184。
第一电极182和第二电极184中的每个可以具有大约50～150μm的宽度(d2)。
此外，第一电极182和第二电极184中的每个均可以具有大约1000～1500nm的厚度(d3)。
通过台面蚀刻除去的第二导电类型半导体层180、有源层160和第一导电类型半导体层140的厚度(d5)可以是大约800nm。该厚度根据设计可以具有±10％的公差。
可以在第二导电类型半导体层180和第二电极184之间形成透明电极层190。
透明电极层190可以布置成其至少一部分接触第二电极184。
透明电极层190与第二电极184电连接，以使从第二电极184供给的电流均匀扩散，并且借此以获得对发光器件100的发光效率的提高。
透明电极层190可以包括铟锡氧化物(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)、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au、Ni/IrOx/Au/ITO、Pt、Ni、Au、Rh或Pd中的至少一种。
透明电极层190可以形成在第二导电类型半导体层180的整个上表面或一部分上表面上，但实施例不限于此。例如，透明电极层190可以形成为其至少一部分与第二电极184垂直地重叠。
透明电极层190的厚度可以是大约60～170nm。
根据本实施例的发光器件可以制作为具有大约100～200μm或100～300μm的总高度(d4)。
图2至图9是图示出根据示例性实施例的用于制造发光器件的方法的视图。下文中，将参照图2至图9描述根据图示出的实施例的发光器件制造方法。
参照图2，首先，在衬底110之上生长缓冲层120和未掺杂半导体层130。
衬底110可以使用适合于半导体材料生长的材料或者载体晶片(carrier wafer)来形成。衬底110可以是由具有极佳导热性的材料制成。衬底110可以是导电性衬底或绝缘性衬底。例如，衬底110可以是由蓝宝石(Al2O3)、SiC、GaAs、GaN、ZnO、Si、GaP、InP、Ge或Ga2O3中的至少一种制成。可以对衬底110执行湿法清洗，以从衬底110的表面去除杂质。
可以在衬底110的表面之上形成诸如粗糙部的光提取结构115，发光结构将与其邻近。
光提取结构115可以具有周期性图案或非周期性图案。
从发光结构产生的光在被光提取结构115不规则地反射之后从发光器件向外发出。这样，发光器件100的光提取效率被提高。
堆叠在衬底110之上的缓冲层120适于减小在衬底110的材料和形成在衬底110之上的层的材料之间的晶格失配和热膨胀系数差。缓冲层120可以是由III-V族化合物半导体制成，例如，GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN或AlInN中的至少一种。
形成未掺杂半导体层130，以获得对随后将生长的第一导电类型半导体层140的结晶性的提高。未掺杂半导体层130可以与第一导电类型半导体层140相同，但其与第一导电类型半导体层140相比具有相当低的导电性这一点除外，这是因为没有用n型掺杂物掺杂未掺杂半导体层130。
替代地，不生长未掺杂半导体层130。
参照图3，然后在未掺杂半导体层130之上生长第一导电类型半导体层140a。
第一导电类型半导体层140a可以由半导体化合物制成，例如，III-V族或II-VI族化合物半导体。可以用第一导电类型掺杂物掺杂第一导电类型半导体层140a。当第一导电类型半导体层140a为n型半导体层时，第一导电类型掺杂物为n型掺杂物。n型掺杂物可以包括Si、Ge、Sn、Se或Te，但实施例不限于此。当第一导电类型半导体层140a为p型半导体层时，第一导电类型掺杂物为p型掺杂物。p型掺杂物可以包括Mg、Zn、Ca、Sr、Ba等，但实施例不限于此。
第一导电类型半导体层140a可以包括具有式为AlxInyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1且0≤x+y≤1)的半导体材料。例如，第一导电类型半导体层140a可以由GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、InGaAs、AlInGaAs、GaP、AlGaP、InGaP或AlInGaP中的至少一种制成。
参照图4，然后可以在第一导电类型半导体层140a之上形成掩模层150。
图4A是图示出在形成掩模层150之后得到的结构的截面图。图4B-4G是在形成掩模层150之后得到的结构的平面图。
在示例性实施例中，根据侧向外延过生长(ELO)工艺生长第一导电类型半导体层140a和140b。
由于衬底110和氮化物(GaN)半导体层之间的晶格常数差异，诸如螺旋位错(threading dislocation)的晶体缺陷从衬底110和生长在衬底110之上的氮化物半导体层之间的界面前进到发光器件的上表面。如上所述，ELO工艺是用于减小晶体缺陷的工艺。
ELO工艺是用于通过在侧向方向上生长氮化物半导体层来抑制形成在衬底和氮化物半导体层之间的界面处的晶体缺陷向发光器件的顶部迁移的方法。
掩模层150具有被掩模覆盖的掩蔽区M和没有被掩模覆盖的窗口区W。虽然掩模层150在图示情况下可以具有若干窗口区W，但为了简明描述，下面将仅结合一个窗口区W来进行描述。
掩模层150可以包括硅氧化物膜(SiO2)或硅氮化物膜(SiN)。
掩模层150可以具有0.01～1.5μm的厚度d1。当掩模层150过薄时，其会不能执行在ELO工艺中需要的掩模功能。另一方面，当掩模层150过厚时，最后得到的发光器件会被不必要地加厚。在后一种情况下，掩模层150会妨碍第一导电类型半导体层的侧向生长。
窗口区W和掩蔽区M之间的宽度比可以是1∶0.1至10。在此情况下，窗口区W的宽度可以是至少0.5μm。
参照图4A，窗口区W的宽度意指发光器件未被掩模覆盖的水平宽度，而掩蔽区M的宽度意指发光器件被掩模覆盖的水平宽度。如上参照图1所述，窗口区W的宽度与凹部145的形成有关，这是因为凹部145形成在第一导电类型半导体层140b的对应于窗口区W的一部分上。
据此，当窗口区W具有小于0.5μm的宽度dw时，其会妨碍凹部145的形成。在此情况下，提高发光器件的ESD特性的效果会被极大地减小。
掩模层150可以被构图为从顶侧观看时掩蔽区M和窗口区W具有特定的水平截面形状。
掩模层150抑制形成在衬底和氮化物半导体层之间的界面处的晶体缺陷向发光器件的顶部迁移。据此，可以控制螺旋位错的形成，使得从发光器件的顶侧观看时螺旋位错形成在期望的位置。
例如，从顶侧观看时，掩模层150的水平截面形状可以是格子形状、条纹形状、圆形形状、椭圆形形状或多边形形状。
对掩模层150进行的构图可以实现为被掩模覆盖的掩蔽区M具有格子形状、条纹形状、圆形形状、椭圆形形状或多边形形状。替代地，对掩模层150进行的构图可以实现为未被掩模覆盖的窗口区W具有格子形状、条纹形状、圆形形状、椭圆形形状或多边形形状。当然，本实施例不限于上述条件。
参照图4B，可以看出，图4A的发光器件中的掩模层150被构图为具有条纹形状。
此外，例如，掩模层150可以被构图为掩蔽区M具有格子形状，且窗口区W具有多边形形状，如图4C所示。另一方面，如图4D所示，掩模层150可以被构图为掩蔽区M具有多边形形状。此外，如图4E所示，掩模层150可以被构图为掩蔽区M具有另一种条纹形状。如图4F所示，掩模层150可以被构图为掩蔽区M具有圆形形状。此外，如图4G所示，掩模层150可以被构图为掩蔽区M具有另一种多边形形状。
参照图5，在没有形成掩模的窗口区W之上再生长第一导电类型半导体层140b。
第一导电类型半导体层140b具有与第一导电类型半导体层140a的材料相同的组成。
随着在窗口区W之上再生长的第一导电类型半导体层140b在由图5的相对的箭头表示的方向上侧向生长而使得其生长部分接合，第一导电类型半导体层140b具有整体的结构。
参照图5，可以看出，形成在衬底110的上表面处的螺旋位错Dw到达第一导电类型半导体层140b在通过窗口区W暴露的区域中再生长的一部分，而形成在衬底110的上表面处的螺旋位错DM不能到达第一导电类型半导体层140b在被掩蔽区M覆盖的区域中侧向生长的部分。
据此，可以根据掩模层150的图案形状对到达发光器件的顶部的螺旋位错D的位置加以控制。
参照图6，可以在螺旋位错Dw在经过掩模层150的窗口区W之后到达的第一导电类型半导体层140b的部分处形成凹部145。
即，如图6所示，凹部145可以设置在掩模层150的窗口区W之上。
凹部145可以是在第一导电类型半导体层140b的生长过程中自然形成的。即，可以与生长第一导电类型半导体层140b同时地形成凹部145。
例如，可以通过控制第一导电类型半导体层140b的晶体生长速率来形成凹部145。晶体生长速率可以根据例如第一导电类型半导体层140b的前驱体流速(precursor flowrate)、生长压力、生长温度、掺杂程度等来加以控制。
凹部145形成在贯穿发光器件结构的螺旋位错Dw周围。据此，可以避免电流集中在螺旋位错Dw上的现象。即，对光的发射有贡献的载流子的比率增加，从而抑制了漏电流的产生。因而，可以提高发光器件的发光效率。
之后，如图7所示，在其顶表面上设置有凹部145的第一导电类型半导体层140b之上生长有源层160。
在有源层160中，通过第一导电类型半导体层140注入的电子遇到通过随后形成的第二导电类型半导体层180注入的空穴，从而发出具有由有源层160(发光层)的材料的本征能带确定的能量的光。
有源层160可以具有单量子阱结构、多重量子阱结构、量子线结构和量子点结构中的至少一种。例如，有源层160可以通过注入三甲基镓气体(TMGa)、氨气(NH3)、氮气(N2)和三甲基铟气体(TMIn)而具有多重量子阱结构，但实施例不限于此。
有源层160可以具有多层结构，该多层结构具有交替至少一次的阱层和势垒层。阱层/势垒层可以具有由InGaN/GaN、InGaN/InGaN、GaN/AlGaN、InAlGaN/GaN、GaAs(InGaAs)/AlGaAs和GaP(InGaP)/AlGaP中的至少一种制成的层对结构(layer pair structure)，但实施例不限于此。阱层可以由具有带隙比势垒层的带隙小的材料制成。
因为有源层160被生长为符合第一导电类型半导体层140b的上表面的结构，所以有源层可以具有形成在有源层160的上表面的对应于第一导电类型半导体层140b的凹部145的部分处的凹部。
参照图8，随后在有源层160之上形成第二导电类型半导体层180。
第二导电类型半导体层180可以由半导体化合物制成，例如，用第二导电类型掺杂物掺杂的III-V族化合物半导体。例如，第二导电类型半导体层180可以包括具有式为InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的半导体材料。当第二导电类型半导体层180为p型半导体层时，第二导电类型掺杂物为p型掺杂物。p型掺杂物可以包括Mg、Zn、Ca、Sr、Ba等，但实施例不限于此。当第二导电类型半导体层180为n型半导体层时，第二导电类型掺杂物为n型掺杂物。n型掺杂物可以包括Si、Ge、Sn、Se或Te，但实施例不限于此。
包括上述第一导电类型半导体层140、有源层160和第二导电类型半导体层180的发光结构可以使用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)、氢化物气相外延(HVPE)等来形成。当然，形成方法不限于上述方法。
可以在有源层160和第二导电类型半导体层180之间插入电子阻挡层170。
电子阻挡层170可以包括AlGaN。电子阻挡层170起电势势垒的作用，以防止从第一导电类型半导体层140注入的电子迁移到第二导电类型半导体层180。
随着有源层160和电子阻挡层170顺序地堆叠，形成在对应于凹部145的区域中的凹部具有倾斜度减小的倾斜面。当该凹部完全被第二导电类型半导体层180的材料填充时，第二导电类型半导体层180的上表面可以是平整而没有凹部的。然后可以在第二导电类型半导体层180之上形成透明电极层190。
透明电极层190可以形成在第二导电类型半导体层180的整个上表面或一部分上表面上，但实施例不限于此。例如，透明电极层190可以形成为其至少一部分与随后将形成的第二电极184垂直地重叠。
透明电极层190可以设置为其至少一部分接触第二电极184。
参照图9，然后从第二导电类型半导体层180到第一导电类型半导体层140的一部分对得到的结构进行台面蚀刻。
可以在第一导电类型半导体层140的根据台面蚀刻而暴露的一部分上设置第一电极182。可以在第二导电类型半导体层180上设置第二电极184。
第一电极182和第二电极184可以由铝(Al)、钛(Ti)、铬(Cr)、镍(Ni)、铜(Cu)或金(Au)中的至少一种制成，以具有单层结构或多层结构。如上所述，到达发光器件的顶部的螺旋位错的位置可以用掩模层150加以控制。而且，在存在到达第一导电类型半导体层的螺旋位错的位置处形成凹部。据此，可以减小有源层的应力并改进发光器件的ESD特性。因而，提高发光器件的可靠性。
图10是图示出根据另一个实施例的发光器件的截面图。
根据该实施例的发光器件可以是水平式发光器件，并且透明电极层190可以位于第二电极184和发光结构的第二导电类型半导体层180之间。
透明电极层190可以具有对应于第二电极184而形成的开口区域，并且第二电极184可以位于该开口区域中。
图11是图示出根据另一个实施例的发光器件的截面图。
根据该实施例的发光器件可以是水平式发光器件，并且透明电极层190可以位于第二电极184的发光结构的第二导电类型半导体层180之间。
透明电极层190可以具有对应于第二电极184而形成的开口区域，并且绝缘层195可以位于该开口区域中。
第二电极184的底表面可以与绝缘层195接触。
绝缘层195可以与第二电极184部分地重叠。据此，可以防止电流集中在发光结构的中心，并且其可以沿着横向方向扩散。
例如，绝缘层195可以具有大约100nm的厚度，并且其可以包括SiO2和SiN2中的至少一种。
参照图11，绝缘层195的上表面可以与第二电极184接触，并且绝缘层195的下表面可以与第二导电类型半导体层180接触。
图12是图示出根据另一个实施例的发光器件的截面图。
根据该实施例的发光器件可以是水平式发光器件。透明电极层190可以分别位于第二电极184和发光结构的第二导电类型半导体层180之间以及第一电极182和发光结构的第一导电类型半导体层140之间。
透明电极层190可以具有对应于第二电极184而形成的开口区域。绝缘层195可以位于该开口区域中。
绝缘层195可以与第二电极184部分地重叠，该绝缘层195位于设置在第二导电类型半导体层180和第二电极184之间的透明电极层190中。
绝缘层195可以防止电流集中在发光结构的中心，使电流沿着横向方向扩散。
图12中，示出了透明电极层190的下表面被开口，使得绝缘层195能够与第二导电类型半导体层180接触，并且这只是众多示例中的一个。替代地，透明电极层190的上表面也可以被开口，使得绝缘层195能够与第二电极184和第二导电类型半导体层180接触。换言之，绝缘层195的上表面可以与第二电极184接触，并且绝缘层195的下表面可以与第二导电类型半导体层180接触，如图11所示。
参照图12，钝化层198可以位于第一电极182和第二电极184的侧表面以及发光结构的侧表面上。
钝化层198可以由诸如非导电性氧化物或氮化物的绝缘性材料形成，例如，硅氧化物(SiO2)层、氮氧化物层或者铝氧化物层。
对其他元件的描述可以与上述实施例的元件描述相同，据此将省略描述。
图13是图示出根据另一个实施例的发光器件的截面图。
图1图示出水平式发光器件的实施例。另一方面，图13图示出垂直式发光器件的实施例。
对于图13中与参照图1描述的构造相同的构造，将不加以描述。即，下面将仅结合图13的发光器件中不同于图1的发光器件的构造来进行描述。
用附图标记“200”表示的垂直式发光器件具有由水平式发光器件100的结构垂直反转的结构。据此，凹部145的结构可以具有朝向发光结构的顶部逐渐减小的宽度，亦即，具有朝向第一导电类型半导体层140逐渐减小的宽度。
可以通过分离衬底110、缓冲层120和未掺杂半导体层130，并且然后在第二导电类型半导体层180上设置欧姆层220和/或反射层240以及支撑衬底210来制作垂直式发光器件200。
衬底110、缓冲层120和未掺杂半导体层130的分离可以通过使用受激准分子激光器的激光剥离(LLO)法，或者干法或湿法蚀刻法来实现。
当第二导电类型半导体层180为p型半导体层时，其由于低的掺杂物浓度而具有高接触电阻。为此，第二导电类型半导体层180会表现出差的金属欧姆特性。欧姆层220适于改进欧姆特性。欧姆层220不是必需的。
对于欧姆层220而言，可以选择性使用光透射导电层或金属。例如，欧姆层220可以由铟锡氧化物(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)、氧化铟镓锡氧化物(IGTO)、铝锌氧化物(AZO)、锑锡氧化物(ATO)、镓锌氧化物(GZO)、IZO氮化物(IZON)、Al-GaZnO(AGZO)、In-GaZnO(IGZO)、ZnO、IrOx、RuOx、NiO、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au、Ni/IrOx/Au/ITO、Ag、Ni、Cr、Ti、Al、Rh、Pd、Ir、Sn、In、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、或Hf中的至少一种制成，但实施例不限于此。
可以在欧姆层220之下设置反射层240。反射层240可以由例如Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au或Hf的选择性组合制成。替代地，使用金属材料和诸如IZO、IZTO、IAZO、IGZO、IGTO、AZO或ATO的光透射导电性材料，可以将反射层240形成为具有多层结构。反射层240可以具有IZO/Ni、AZO/Ag、IZO/Ag/Ni、AZO/Ag/Ni等的堆叠结构。当反射层240由与发光结构(例如，第二导电类型半导体层180)进行欧姆接触的材料制成时，欧姆层220可以被省去，但实施例不限于此。
反射层240可以有效地反射从有源层160发出的光，从而获得对发光器件的光提取效率的极大提高。
可以在发光结构的第二导电类型半导体层180之下设置电流扩展层230。当存在欧姆层220时，电流扩展层230可以由欧姆层220包围。
电流扩展层230可以由金属制成。例如，电流扩展层230可以选择性地包括选自由Ti、Au、Ni、In、Co、W或Fe组成的组中的至少一种，但实施例不限于此。
电流扩展层230可以形成为其至少一部分与第一电极182垂直地重叠。
电流扩展层230使发光结构中流动的电流均匀地扩展，从而获得对发光器件的发光效率的提高。
在反射层240之下设置支撑衬底210。可以在反射层240和支撑衬底210之间插入结合层250。
结合层250可以包括势垒金属、结合金属等。例如，结合层250可以包括Ti、Au、Sn、Ni、Cr、Ga、In、Bi、Cu、Ag或Ta中的至少一种，但实施例不限于此。
支撑衬底210可以是导电性衬底，以便在支撑发光结构的同时起第二电极的作用。支撑衬底210可以由具有高导电性和高导热性的材料制成。例如，使用选自由钼(Mo)、硅(Si)、钨(W)、铜(Cu)、铝(Al)及其合金材料组成的组中的材料，可以将支撑衬底210形成为具有特定厚度的基础衬底。此外，支撑衬底210可以选择性地包括金(Au)、铜合金、镍、Cu-W、载体晶片(例如，GaN、Si、Ge、GaAs、ZnO、SiGe、SiC、SiGe、Ga2O3等)、导电片等等。
图14是图示出根据示例性实施例的发光器件封装的视图。
用附图标记“300”表示的根据图示实施例的发光器件封装包括形成有腔的主体310、安装在主体310上的第一引线框321和第二引线框322、安装在主体310上同时电连接到第一引线框321和第二引线框322的发光器件、以及形成在腔内的模制物340。发光器件可以是根据上述实施例中的一个的发光器件100或200。在图示情况中，发光器件是发光器件100。
腔可以起反射器的作用，用于反射由包括在发光器件封装300中的发光器件产生的光。腔不是必需的，并且主体310可以具有平整的上表面。
主体310可以由硅材料、合成树脂材料或金属材料制成。当主体310由诸如金属材料的导电性材料制成时，尽管未示出，但在主体310的表面上涂覆有绝缘层，以避免第一引线框321和第二引线框322之间的电短路。
第一引线框321和第二引线框322彼此电隔离，并且将电流供给到发光器件100。第一引线框321和第二引线框322也可以反射由发光器件100产生的光，以获得对发光效率的提高。除此之外，第一引线框321和第二引线框322还可以用于使由发光器件100产生的热向外散发。
发光器件100可以被安装在主体310上或者第一引线框321或第二引线框322上。在图示实施例中，发光器件100可以直接电连接到第一引线框321，同时经由线330连接到第二引线框322。使用倒装芯片法或管芯结合法代替引线结合法，可以将发光器件100连接到引线框321和322。
模制物340包封发光器件100，以保护发光器件100。模制物340包括荧光体350，以改变从发光器件100发出的光的波长。
从发光器件100发出的第一波长范围的光被荧光体350激发，使得其改变成第二波长范围的光。随着第二波长范围的光经过透镜(未示出)，其光学路径会被改变。
制备多个发光器件封装，并随后将其排列在基板上，这些封装中每个均具有根据图示实施例的上述结构。可以在发光器件封装的光学路径上布置光学构件，亦即，导光板、棱镜片、扩散片等。这样的发光器件封装、基板、光学构件可以用作光单元。根据另一个实施例，使用结合上述实施例描述的半导体发光器件或发光器件封装，可以实现显示设备、指示设备或照明系统。照明系统可以包括例如灯或街灯。
下文中，将描述作为包括上述发光器件封装的照明系统的实施例的照明设备、头灯和背光单元。
图15是图示出根据示例性实施例的照明设备的分解透视图，其包括根据上述实施例的发光器件封装。
参照图15，根据图示实施例的照明设备包括用于发射光的光源600、在其中安装光源600的外壳400、用于散发由光源600产生的热的散热单元500、以及用于将光源600和散热单元500耦接到外壳400的保持器700。
外壳400包括连接到电插座(未示出)的插座连接部件410和连接到插座连接部件410的主体部件420。发光器件600容纳在主体部件420中。可以贯穿主体部件420形成多个气孔430。
虽然在图示情况下贯穿外壳400的主体部件420形成多个气孔430，但也可以贯穿主体部件420形成一个气孔430。虽然多个气孔430沿圆周布置，但其各种布置都是可以的。
光源600包括电路板610和安装在电路板610上的多个发光器件封装650。这里，电路板610可以被成形为与形成在外壳400上的开口相配合。此外，电路板610可以由具有高导热性的材料制成，以便将热传递到散热单元500，如稍后将描述的。
保持器700设置在光源600下。保持器700包括框和气孔。虽然未示出，但可以在光源600下设置光学构件，以便扩散、散射或会聚从光源600的发光器件封装650发射的光。
图16是图示出根据示例性实施例的头灯的视图，其中设置有根据上述实施例中的一个的发光器件。
参照图16，从其中设置有根据上述实施例中的一个的发光器件的发光模块710发出的光，在被反射器720和遮罩(shade)730反射之后经过透镜740，以便射向车体的前方。
如上所述，发光模块710中使用的根据上述实施例的发光器件具有通过凹部改进的ESD特性，因而获得了对可靠性的提高。
发光模块710中包括的发光器件封装可以包括多个发光器件，但本发明不限于此。
图17是图示出根据示例性实施例的显示设备的视图，其中布置有根据上述实施例的发光器件封装。
如图17所示，用附图标记“800”表示的根据图示实施例的显示设备包括光源模块、设置在底盖810上的反射板820、设置在反射板820前面以将从光源模块发出的光引导到显示设备800的前侧的导光板840、设置在导光板840前面的第一棱镜片850和第二棱镜片860、设置在第二棱镜片860前面的面板870，、以及设置在面板870前面的滤色器880。
光源模块包括电路板830和安装在电路板830上的发光器件封装835。这里，可以使用印刷电路板(PCB)作为电路板830。发光器件封装835可以具有上面结合图11描述的构造。
底盖810用以容纳显示设备800的构成元件。反射板820可以被设置为单独的元件，如图14所示，或者可以被设置为涂覆在导光板840的后表面或者底盖810的前表面之上的具有高反射率的材料。
这里，反射板820可以由具有高反射率的材料制成，并且能够被形成为超薄结构。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)可以用于反射板820。
导光板840用以散射从光源模块发出的光，以便将光均匀地分布在整个液晶显示设备的所有区域中。因此，导光板840可以由具有高反射率和透射率的材料制成。导光板840的材料可以包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或聚乙烯(PE)。导光板可以被省去。在此情况下，可以实现空气引导系统，其在反射板820之上的空间内传递光。
第一棱镜片850可以通过在基底膜(base film)的一个表面之上涂覆表现出光透射性和弹性的聚合物来形成。第一棱镜片850可以具有棱镜层，该棱镜层具有以重复图案形式的多个三维结构。这里，该图案可以是其中脊和谷重复的条纹型。
第二棱镜片860可以具有与第一棱镜片850相似的结构。第二棱镜片860可以构造为形成在第二棱镜片860的基底膜的一个表面上的脊和谷的取向方向与形成在第一棱镜片850的基底膜的一个表面上的脊和谷的取向方向相垂直。这样的构造用以将从光源模块和反射板820发射的光朝向面板870的整个表面均匀地分布。
在图示实施例中，光学片可以由第一棱镜片850和第二棱镜片860构成。然而，光学片可以包括其他组合，例如，微透镜阵列、扩散片和微透镜阵列的组合以及棱镜片和微透镜阵列的组合。
可以使用液晶显示面板作为面板870。此外，代替液晶显示面板870，可以提供其他种类的需要光源的显示装置。
显示面板870构造为液晶层位于两个玻璃体(透明基板)之间，并且偏振板安装在两个玻璃体上以利用光的偏振特性。这里，液晶层具有介于液体和固体之间的属性。即，在液晶层中，作为具有像液体一样的流动性的有机分子的液晶被规则地取向，并且液晶层利用由于外部电场而改变这一分子取向来显示图像。
显示设备中使用的液晶显示面板属于有源矩阵型，并且用晶体管作为切换元件来调整施加到每个像素的电压。
滤色器880设置在面板870的前表面上，并且每像素仅透过从面板870射出的光的R、G或B光分量，从而显示图像。
从以上描述可以清楚的是，这些实施例改进了发光器件的ESD特性，并且因而提高发光器件的可靠性。
虽然已参照多个图示的实施例描述了实施例，但应予以理解的是，本领域技术人员也可以设想出落入本公开内容的原理的精神和范围内的大量其他修改例和实施例。更具体地，对于本公开内容、附图和权利要求的范围内的主体组合布置的组成部件和/或布置，可以做出各种变化和修改。除了组成部件和/或布置的变化和修改之外，对于本领域上技术人员而言，替代用途也是显而易见的。

Claims (33)

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类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层，其中，所述第一导电类型半导体层、所述有源层和所述第二导电类型半导体层被设置成在相同方向上彼此邻近，所述有源层包括交替地堆叠至少一次的阱层和势垒层，并且所述阱层具有比所述势垒层小的能带隙；
掩模层，所述掩模层设置在所述第一导电类型半导体层中；
第一电极，所述第一电极设置在所述第一导电类型半导体层上；以及
第二电极，所述第二电极设置在所述第二导电类型半导体层上，
其中，所述第一导电类型半导体层被形成有至少一个凹部，
其中，所述掩模层包括掩蔽区和与所述掩蔽区区分的窗口区，以及
其中，所述凹部与所述窗口区垂直地重叠，并且不与所述掩蔽区垂直地相重叠。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述第二电极与所述窗口区垂直地重叠且不与所述掩蔽区垂直地重叠。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述凹部设置在所述窗口区和所述有源层之间。
4.根据权利要求1至3中任何一项所述的发光器件，其中，所述掩模层包括SiO2或SiN中的至少一种。
5.根据权利要求1至3中任何一项所述的发光器件，其中，所述掩模层被构图为：经构图的掩模层的水平截面形状具有预定的形状。
6.根据权利要求5所述的发光器件，其中，所述掩模层的水平截面形状包括格子形状、条纹形状、圆形形状、椭圆形形状或多边形形状。
7.根据权利要求1至3中任何一项所述的发光器件，其中，所述发光结构设置在衬底之上，并且所述衬底包括形成在所述衬底的表面处的光提取结构，该光提取结构邻近于所述发光结构。
8.根据权利要求1至3中任何一项所述的发光器件，进一步包括：
透明电极层，所述透明电极层设置在所述发光结构和所述第二电极之间。
9.根据权利要求8所述的发光器件，其中，所述透明电极层的至少一部分与所述第二电极垂直地重叠。
10.根据权利要求1至3中任何一项所述的发光器件，进一步包括：
电子阻挡层，所述电子阻挡层设置在所述有源层和所述第二导电类型半导体层之间。
11.根据权利要求1至3中任何一项所述的发光器件，其中，所述掩模层具有0.01至1.5μm的厚度。
12.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述窗口区和所述掩蔽区具有1:0.1至10的宽度比。
13.根据权利要求1至3中任何一项所述的发光器件，其中，所述凹部形成在所述第一导电类型半导体层的上表面的、来自所述发光器件的下部的螺旋位错到达的一部分处。
14.根据权利要求10所述的发光器件，其中，所述电子阻挡层包括AlGaN。
15.根据权利要求1至3中任何一项所述的发光器件，其中，所述凹部包括V型坑形状、倒多边形玉米形状或者倒金字塔形状。
16.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述有源层被形成有与所述第一导电类型半导体层的凹部相对应的凹部。
17.根据权利要求8所述的发光器件，其中，所述透明电极层的厚度在60～170nm的范围内。
18.根据权利要求1至3中任何一项所述的发光器件，其中，所述第一和第二电极的宽度分别在50～150μm的范围内。
19.根据权利要求1至3中任何一项所述的发光器件，其中，所述第一和第二电极的厚度分别在1000～1500nm的范围内。
20.根据权利要求1至3中任何一项所述的发光器件，其中，所述发光器件的总高度在100～200μm的范围内。
21.根据权利要求1至3中任何一项所述的发光器件，其中，所述发光器件的总高度在100～300μm的范围内。
22.根据权利要求1至3中任何一项所述的发光器件，其中，所述发光结构的厚度在8.5～9.0μm的范围内。
23.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述第一导电类型半导体层包括第一部分和第二部分，并且所述掩模层仅设置在所述第一导电类型半导体层的第一部分上。
24.根据权利要求23所述的发光器件，其中所述掩蔽区设置在所述第一导电类型半导体层的第一部分和第二部分之间。
25.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述发光结构被从所述第二导电类型半导体层到所述第一导电类型半导体层的一部分进行台面蚀刻，所述第一电极设置在通过台面蚀刻而暴露的所述第一导电类型半导体层的一部分上。
26.一种发光器件，包括：
发光结构，所述发光结构包括第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层；
掩模层，所述掩模层设置在所述第一导电类型半导体层中，所述掩模层包括掩蔽区和窗口区；
第一电极，所述第一电极设置在所述第一导电类型半导体层上；以及
第二电极，所述第二电极设置在所述第二导电类型半导体层上，
其中，所述第一导电类型半导体层包括被设置为与所述窗口区垂直地重叠的至少一个凹部，以及
其中，所述凹部被设置成不与所述掩蔽区垂直地重叠。
27.根据权利要求26所述的发光器件，其中，所述发光结构设置在衬底上，并且具有多个螺旋位错，所述多个螺旋位错形成在所述衬底和所述发光结构之间的界面处同时向所述发光结构前进。
28.根据权利要求27所述的发光器件，其中，所述掩模层阻挡所述多个螺旋位错的至少一部分向所述发光结构前进。
29.根据权利要求27所述的发光器件，其中，所述凹部形成在所述第一导电类型半导体层的上表面的、所述螺旋位错在经过所述掩模层的窗口区之后到达的一部分处。
30.一种发光器件封装，包括：
封装主体；
第一和第二引线框，所述第一和第二引线框设置在所述封装主体上；和
发光器件，所述发光器件设置在所述封装主体上，并且电连接到所述第一和第二引线框，
其中，所述发光器件包括发光结构、掩模层、第一电极和第二电极，所述发光结构包括第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层，其中，所述第一导电类型半导体层、所述有源层和所述第二导电类型半导体层被设置为在相同方向上彼此邻近，所述有源层包括交替地堆叠至少一次的阱层和势垒层，并且所述阱层具有比所述势垒层小的能带隙，所述掩模层设置在所述第一导电类型半导体层中，所述第一电极设置在所述第一导电类型半导体层上，并且所述第二电极设置在所述第二导电类型半导体层上，并且
其中，所述第一导电类型半导体层被形成有至少一个凹部，
其中，所述掩模层包括掩蔽区以及与所述掩蔽区区分的窗口区，以及
其中，所述凹部与所述窗口区垂直地重叠，且不与所述掩蔽区垂直地重叠。
31.根据权利要求30所述的发光器件封装，其中，所述第一导电类型半导体层包括第一部分和第二部分，并且所述掩模层仅设置在所述第一导电类型半导体层的第一部分上。
32.根据权利要求31所述的发光器件封装，其中所述掩蔽区设置在所述第一导电类型半导体层的第一部分和第二部分之间。
33.根据权利要求30所述的发光器件封装，其中，所述发光结构被从所述第二导电类型半导体层到所述第一导电类型半导体层的一部分进行台面蚀刻，所述第一电极设置在通过台面蚀刻而暴露的所述第一导电类型半导体层的一部分上。
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