CN104704641A - 发光器件 - Google Patents

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Abstract

实施例涉及一种发光器件、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可以包括：第一导电半导体层；在第一导电半导体层上的氮化镓基超晶格层；在氮化镓基超晶格层上的有源层；在有源层上的第二导电氮化镓基层；以及在第二导电氮化镓基层上的第二导电半导体层。第二导电氮化镓基层可以包括在有源层上的具有第一浓度的第二导电GaN层、具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层(其中，0＜x＜1，0＜y＜1)以及具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层(其中，0＜z＜1)。

Description

发光器件
技术领域
实施例涉及一种发光器件、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
发光二极管包括具有将电能转换成光能的特性的P-N结二极管。发光器件可以包括属于周期表上的III和V族的化合物。发光器件能够通过调节化合物半导体的组成比来表示各种颜色。
当正向电压被施加到发光器件时，N层的电子与P层的空穴相结合，使得与在导带和价带之间的能隙相对应的能量可以被产生。此能量主要以热或者光的形式被发射。在发光器件的情况下，以光的形式产生能量。
例如，氮化物半导体表现优异的热稳定性和宽带隙能使得在光学器件和高功率电子设备的领域中氮化物半导体层已经被备受关注。具体地，使用氮化物半导体的蓝色发光器件、绿色发光器件、紫外发光器件等等被商业化和广泛地使用。
最近，随着对于高效率发光器件的需求被增加，光强度的增强已经被发布。
为了增强光强度，已经执行各种尝试以改进有源层(MQW)、电子阻挡层(EBL)以及有源层的下层的结构，并且没有获得好的结果。
发明内容
技术问题
实施例涉及一种能够增强光强度的发光器件、制造发光器件的方法、发光器件封装、以及照明系统。
技术方案
根据实施例的发光器件可以包括：第一导电半导体层；在第一导电半导体层上的氮化镓基超晶格层；在氮化镓基超晶格层上的有源层；在有源层上的第二导电氮化镓基层；以及在第二导电氮化镓基层上的第二导电半导体层，其中第二导电氮化镓基层包括在有源层上的具有第一浓度的第二导电GaN层、具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层(其中，0<x<1,0<y<1)以及具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层(其中，0<z<1)。
有益效果
根据实施例，能够提供一种具有能够增强光强度的光学结构的发光器件、制造发光器件的方法、发光器件封装、以及照明系统。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的发光器件的截面图。
图2是示出根据第一实施例的发光器件的能带图的示例的视图。
图3是根据第一实施例的发光器件的被部分地放大的能带图。
图4是示出根据第二实施例的发光器件的截面图。
图5是示出根据第二实施例的发光器件的能带图的示例的视图。
图6是根据第二实施例的发光器件的被部分地放大的能带图。
图7是示出根据第一实施例和第二实施例的发光器件的发光强度的比较的视图。
图8是示出根据第一实施例和第二实施例的发光器件的内量子效率的比较的视图。
图9是根据第三实施例的发光器件的截面图。
图10是示出根据第三实施例的发光器件的能带图的示例的视图。
图11至图12是根据实施例的制造发光器件的方法的过程的截面图。
图13是示出根据实施例的具有发光器件的发光器件封装的截面图。
图14至图16是示出根据实施例的照明装置的视图。
具体实施方式
在实施例的描述中，将会理解的是，当层(或者膜)、区域、图案、或者结构被称为是在另一基板、另一层(或者膜)、另一区域、另一焊盘、或者另一图案“上”或者“下”时，其能够“直接地”或者“间接地”在其它的基板、层(或者膜)、焊盘、或者图案上，或者也可以存在一个或者多个中间层。参考附图已经描述了这样的层的位置。
(实施例)
图1是示出根据第一实施例的发光器件100的截面图。图2是示出根据第一实施例的发光器件100的能带图的示例的视图。图3是根据第一实施例的发光器件的被部分地放大的能带图B1。
根据实施例的发光器件100包括第一导电半导体层112、在第一导电半导体层112上的氮化镓基超晶格层124；在氮化镓基超晶格层124上的有源层114；在有源层114上的第二导电氮化镓基半导体层129、以及在第二导电氮化镓基层129上的第二导电半导体层116。
根据实施例，提供具有能够改进光强度的光学结构的发光器件。
根据现有技术的氮化物基化合物，电子的移动性大于空穴的移动性。因此，电子比孔更快地经过多量子阱结构以到达P型氮化物半导体层。换言之，在没有与空穴复合的情况下电子可以流入P型氮化物半导体层。为了防止现象并且限定在多量子阱结构内的电子，AlGaN基电子阻挡层(EBL)通常被使用。
然而，因为AlGaN基电子阻挡层具有较高的能带隙，所以AlGaN基电子阻挡层中断被引入到多量子阱结构的空穴以增加正向电压。
在根据实施例的发光器件100中，第二导电氮化镓基层129可以包括在有源层上的具有第一浓度的第二导电GaN层126、具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层(其中，0<x<1,0<y<1)127以及具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层(其中，0<z<1)128。
根据实施例，在有源层114和具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128之间的晶格失配可以通过具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层127被减少，并且有源层114的热分解可以被防止。具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128能够更加有效地阻挡电子。
根据第一实施例，具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层127可以被布置为比具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128更加靠近有源层114。
因此，在根据第一实施例的发光器件100中，具有第一浓度的第二导电GaN层126可以被布置在具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层127和具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128之间。在实施例中，第一浓度可以高于第二浓度和第三浓度。
如上所述，具有第一浓度的第二导电GaN层126可以以第一浓度高于第二浓度和第三浓度的方式被布置在具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层127和具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128之间，从而解决在形成第一导电层112、具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层127以及具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128的过程中不可以增加掺杂浓度的问题。
换言之，在具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层127和具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128中，当Al的成分被增加时，AlN的结合能被增加使得掺杂可能是困难的。因此，具有表现较高的掺杂浓度的第一浓度的第二导电GaN层被布置在具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层127和具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128之间，以增强光强度并且降低工作电压。
另外，与当仅具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层127和具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128被使用时相比较，当具有第一浓度的第二导电GaN层126被系统地结合具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层127和具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128时，具有表现较高的掺杂浓度的第一浓度的第二导电GaN层126能够向有源层114更加充分地提供空穴。因此，发光器件的工作电压被降低，并且从发光器件发射的热量能够被减少。
如在图3中所示，第一实施例可以进一步包括被布置在具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128和第二导电半导体层116之间的第二个(secondary)具有第一浓度的第二导电GaN层126b。
根据实施例，具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128的厚度可以在大约至之间，但是实施例不限于此。当具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128的厚度小于时，漏电流可以增加，并且当厚度超过时，电子可以不被充分地供应到有源层114。
具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128的Al的成分比可以在15％至20％之间，但是实施例不限于此。当具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128的Al的成分比少于15％时，光效率没有被充分地改进，并且当具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128的Al的成分比超过20％时，表面变成生硬(blunt)的并且结晶性可能减少。
根据实施例，当具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128具有厚度和Al成分比时，电子到有源层14的供应增加并且漏电流减少，因此能够改进光学效率。
在实施例中，具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128可以具有等于或者高于有源层的量子阱114b的能带隙的能带隙并且可以包括：第一个(primary)具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128a，其中能带隙从有源层114朝着第二半导体层116被逐渐地减少；和第一个具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128a上的第二个具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128b，其中该第二个具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128b具有等于或者高于量子阱114b的能带隙，并且其中能带隙被逐渐地增加。
在实施例中，第二个具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128b的宽度可能比第一个具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128a的宽度宽。实施例可以进一步包括，第三个(tertiary)具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128c，并且其中带隙能被恒定地保持在第二个具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128b上。
根据实施例，能够通过第一个具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128a减少Mg到有源层的反向扩散，并且其中能带隙被逐渐地减少，并且电子阻挡被有效地执行以通过第二个具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128b的高Al成分改进光学提取效率。
图4是示出根据第二实施例的发光器件102的截面图，图5是示出根据第二实施例的发光器件的能带图的示例的视图，并且图6是示出根据第二实施例的发光器件的被部分地放大的能带图B2的视图。
然而，第一实施例已经描述作用，如在图2中所示，当具有第一浓度的第二导电GaN层126被布置在具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层127和具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N时，空穴传送阻碍区域Q1可能发生。
为了解决该问题，在根据第二实施例的发光器件中，具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层127可以被布置在具有第一浓度的第二导电GaN层126和具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128之间。
因此，与其中空穴传送阻碍区域Q1发生的图2相比较，在图5中，空穴传送可以被适当地执行(参考Q2)。
图7是示出根据第一实施例和第二实施例的发光器件的发光强度的比较的视图。
根据第二实施例，当具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层127被布置在具有第一浓度的第二导电GaN层126和具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128之间时，载流子(空穴)的传输效率被改进，如在图7中所示，因此与实施例1中的光E1的强度相比较改进了第二实施例中的光E2的强度。
另外，根据第二实施例，当具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层127被布置在具有第一浓度的第二导电GaN层126和具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128之间时，载流子(空穴)的传输效率被改进，因此与根据第一实施例的发光器件的光的强度相比较，根据第二实施例的发光芯片的光的强度可以被改进。图8是示出根据第一实施例和第二实施例的发光器件的内量子效率的比较的视图。
根据第二实施例，当具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层127被布置在具有第一浓度的第二导电GaN层126和具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128之间时，载流子(空穴)的传输效率被改进，如在图8中所示，因此与根据第一实施例的发光器件的内量子效率E1相比较根据第二实施例的发光器件的内量子效率E2被改进。
图9是根据第三实施例的发光器件103的截面图。图10是示出根据第三实施例的发光器件的能带图的示例的视图。
根据第三实施例，氮化镓基超晶格层124可以具有从第一导电半导体层112朝着有源层114变化的带隙能级。
例如，氮化镓基超晶格层124的带隙能级可以以从第一导电半导体层112朝着有源层114的步进的形式被减少，但是实施例不限于此。
例如，氮化镓基超晶格层124可以包括在与第一导电半导体层112相邻的区域A处的具有第一带隙能的第一组氮化镓基超晶格层121和在第一第一组氮化镓基超晶格层121(区域B)上的具有低于第一带隙能的第二带隙能的第二组氮化镓基超晶格层122。
另外，氮化镓基超晶格层124可以进一步包括被设置在与有源层114相邻的区域C处的第二组氮化镓基超晶格层122上的具有第三带隙能的第三组氮化镓基超晶格层123。
第三带隙能可以等于或者低于第二带隙能，但是实施例不限于此。
在这样的情况下，第一组氮化镓基超晶格层121可以包括第一组阱121w和第一组势垒121b，第二组氮化镓基超晶格层122可以包括第二组阱122w和第二组势垒122b，并且第三组氮化镓基超晶格层123可以包括第三组阱123w和第三组势垒123b。
氮化镓基超晶格层124可以包括InxGa1-xN/GaN(0<x<1)超晶格层，并且在第一带隙能级和第二带隙能级之间的差D可以等于或者高于氮化镓基超晶格层的光子能级。
例如，仅当在属于每个组的氮化镓基超晶格层中的阱深度的差(能量差)等于或者高于InGaN的声能(大约88meV)时，能够以声能的形式传送热电子的能量的一部分。
根据实施例的氮化镓基超晶格层124可以具有至少两个能量步长并且有源层114的量子阱(多量子阱)的深度大约是200meV，因此多个能量步长能够被提供并且可以通过将量子阱的深度除以最小声能确定能量步长的数目。
根据实施例，能够通过调节被包含在每个组的阱中的In的浓度来调节每个组的能量级。
例如，第二组氮化镓基超晶格层122中包含的In的浓度被设置为高于第一组氮化镓基超晶格层121中包含的In的浓度的值，因此减少第二组阱122w的能级以使其低于第一组阱121w的能级。
根据实施例，通过具有多个能量步长的氮化镓基超晶格层冷却热电子，使得能够提供具有有效的电子注入层的高功率的发光器件。
根据实施例，每个组的氮化镓基超晶格层的厚度可以被控制以便于通过更加有效地冷却热电子来增强电子注入效率。
例如，第一组氮化镓基超晶格层121的厚度可以比第二组氮化镓基超晶格层122的厚度薄。
在这样的情况下，第一组氮化镓基超晶格层121中设置的第一组阱121w的厚度可以等于被设置在第一组氮化镓基超晶格层121中的第一组势垒121b的厚度并且第一组阱121w和第一组势垒121b可以在多个周期中被制备。例如，第一组阱121w和第一组势垒121b可以被控制以具有在大约1nm至3nm的范围中的相同厚度并且可以在多个周期中被制备使得与单个厚阱和单个厚势垒被提供的情况相比较能够有效地冷却热载流子。
另外，第二组氮化镓基超晶格层122中设置的第二组阱122w和第二组势垒122b可以被控制以具有在大约1nm至3nm的范围中的相同厚度并且可以在多个周期中被制备使得与单个厚阱和单个厚势垒被设置的情况相比较能够诱导热载流子的冷却。
在这样的情况下，第二组阱122w的厚度可以等于第一组阱121w的厚度并且第二组势垒122b的厚度可以等于第一组势垒121b的厚度。因此，即使在氮化镓基超晶格层中载流子识别预定的能量势垒，由于具有有规则的厚度的阱和势垒导致在氮化镓基超晶格层内不可以消灭载流子，使得载流子能够被平滑地注入。
根据实施例，第二组氮化镓基超晶格层122的总厚度可以比第一组氮化镓基超晶格层121的总厚度厚。例如，第二组氮化镓基超晶格层122可以包括在大约8至12个周期中被重复地形成的第二组阱122w和第二组势垒122b并且第一组氮化镓基超晶格层121可以包括在大约3至5个周期中被重复地形成的第一组阱121w和第二组势垒121b。
根据实施例，在汇合部分地冷却的热载流子的第二组氮化镓基超晶格层122而不是主要地汇合热载流子的第一组氮化镓基超晶格层121中热载流子能够被长时间稳定地冷却，因此可以有效地冷却热载流子，从而防止热载流子被溢出。
另外，根据实施例，第三组氮化镓基超晶格层123的第三组阱123w的厚度可以等于第二组阱122w的厚度并且比第三组势垒123b的厚度薄。
例如，第三组阱123w的厚度可以是处于大约1nm至大约3nm的范围中，并且第三组势垒123b的厚度可以是处于大约7nm至大约11nm的范围中，但是实施例不限于此。
根据实施例，第三组势垒123b可以与有源层114相邻，并且是最终势垒的第三组势垒123b的厚度可以比其它组的势垒和阱的厚度厚。
根据实施例，第三组势垒123b被掺杂有第一导电元素以改进电子注入效率。
另外，根据实施例，未掺杂的氮化镓层125进一步被布置在第三组势垒123b和有源层114的量子阱114w之间以防止被掺杂在第三组势垒123b中的第一导电元素扩散到有源层中并且阻挡用于发光的复合。
根据实施例，通过具有多个能量步长的氮化镓基超晶格层冷却热电子，使得具有有效的电子注入层的高功率的发光器件能够被提供。
参考图11和图12描述根据实施例的制造发光器件的方法。图11和图12描述基于第三实施例的制造方法，然而，实施例不限于此。
同时，图12示出横向型发光器件，其中根据第三实施例的发光器件103被生长在预定的生长基板105上，但是实施例不限于此，并且可以在垂直发光器件中采用，其中在生长基板被去除之后电极被形成在第一导电半导体层上。
首先，如在图11中所示，在根据实施例的发光器件中，基板105可以包括具有优异的导热性的材料，并且可以包括导电基板或者绝缘基板。例如，基板105可以包括蓝宝石(Al2O3)、SiC、Si、GaAs、GaN、ZnO、GaP、InP、Ge、以及Ga2O3中的至少一个。
根据实施例，光反射图案被提供以增强光提取效率。例如，经构图的蓝宝石基板(PSS)可以被形成在基板105上以增强光提取效率。
另外，根据实施例，缓冲层107和未被掺杂的半导体层108被形成在基板105上以减少在发光结构110的材料和基板105的材料之间的晶格失配。例如，缓冲层107可以是由III-V族化合物半导体，例如，GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、以及AlInN中的至少一个形成，但是实施例不限于此。
然后，第一导电半导体层112被形成在未被掺杂的半导体层108上。例如，第一导电半导体层112可以包括具有InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤x+y≤1)的组成公式的半导体材料。详细地，第一导电半导体层112可以包括GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、InGaAs、AlInGaAs、GaP、AlGaP、InGaP、AlInGaP、以及InP中的至少一个，但是实施例不限于此。
接下来，氮化镓基超晶格层124可以被形成在第一导电半导体层112上。氮化镓基超晶格层124可以有效地减少通过第一导电半导体层112和有源层114之间的晶格失配引起的应力。
根据实施例，在外延(epi)末端中，提供具有能够改进光强度的光学结构的发光器件。
为此，如在图10中所示，在实施例中，氮化镓基超晶格层124可以具有在从第一导电半导体层112朝着有源层114变化的带隙能级。
例如，氮化镓基超晶格层124可以包括具有第一带隙能的第一组氮化镓基超晶格层121和第一带隙能的第一组氮化镓基超晶格层121上的具有比第一带隙能低的第二带隙能的第二组氮化镓基超晶格层122。
另外，氮化镓基超晶格层124可以进一步包括被布置在第二组氮化镓基超晶格层122上的具有第三带隙能的第三组氮化镓基超晶格层123。
在这样的情况下，第一组氮化镓基超晶格层121可以包括第一组阱121w和第一组势垒121b，第二组氮化镓基超晶格层122可以包括第二组阱122w和第二组势垒122b，并且第三组氮化镓基超晶格层123可以包括第三组阱123w和第三组势垒123b。
氮化镓基超晶格层124可以包括InxGa1-xN/GaN(其中，0<x<1)超晶格层，并且在第一带隙能级和第二带隙能级之间的差D可以等于或者高于氮化镓基超晶格层的光子能级。
根据实施例，第二组氮化镓基超晶格层122的第二组阱121w的生长温度可以高于第一组氮化镓基超晶格层121的第一组阱121w的生长温度。例如，第一组阱121w可以在等于或者低于500℃的温度下被执行并且第二组阱(122w)可以在等于或者高于大约900℃的温度下被生长。
可以在等于或者高于800℃的温度执行氮化镓基超晶格层124的整个生长温度。
根据实施例，可以通过光致发光次峰位置控制生长温度来控制氮化镓基超晶格层124的每个组阱中的铟(In)的数量，但是实施例不限于此。
根据实施例，每个组的能级能够通过调整每个组的阱中的In的浓度来调节。例如，第二组氮化镓基超晶格层122中包含的In的浓度被设置为高于第一组氮化镓基超晶格层121中包含的In的浓度的值，从而减少第二组阱122w的能级以低于第一组阱121w的能级。
根据实施例，通过具有多个能量步长的氮化镓基超晶格层冷却热电子，使得具有有效的电子注入层的高功率的发光器件能够被提供。
另外，根据实施例，每个组的氮化镓基超晶格层的厚度可以被控制以便于通过更加有效地控制热电子增强电子注入效率。
例如，第一组氮化镓基超晶格层121的厚度可以比第二组氮化镓基超晶格层122的厚度薄。
在这样的情况下，在第一组氮化镓基超晶格层121中设置的第一组阱121w的厚度可以等于在第一组氮化镓基超晶格层121中设置的第一组势垒121b的厚度并且第一组阱121w和第一组势垒121b可以在多个周期中被制备。例如，第一组阱121w和第一组势垒121b可以被控制以具有处于大约1nm至3nm的范围中的相同厚度并且可以在多个周期中被制备使得与单个厚阱和单个厚势垒被设置的情况相比较能够有效地冷却热载流子。
另外，在第二组氮化镓基超晶格层122中设置的第二组阱122w和第二组势垒122b可以被控制以具有处于大约1nm至3nm的范围中的相同厚度并且可以在多个周期中被制备使得与单个厚阱和单个厚势垒被设置的情况相比较能够诱导热载流子的冷却。
在这样的情况下，第二组阱122w的厚度可以等于第一组阱121w的厚度并且第二组势垒122b的厚度可以等于第一组势垒121b的厚度。因此，即使载流子识别在氮化镓基超晶格层中的预定的能量势垒，由于具有有规则的厚度的阱和势垒导致在氮化镓基超晶格层内不可以消灭载流子，使得能够平滑地注入载流子。
根据实施例，第二组氮化镓基超晶格层122的总厚度可以比第一组氮化镓基超晶格层121的总厚度厚。
根据实施例，在汇合部分地冷却的热载流子的第二组氮化镓基超晶格层122而不是主要地汇合热载流子的第一组氮化镓基超晶格层121中热载流子能够在长时间内被稳定地冷却，因此可以有效地冷却热载流子，从而防止热载流子被溢出。
另外，根据实施例，第三组氮化镓基超晶格层123中的第三组阱123w的厚度可以等于第二组阱122w的厚度并且比第三组势垒123b的厚度薄。
根据实施例，第三组势垒123b可以与有源层114相邻，并且是最终势垒的第三组势垒123b的厚度可以比其它族的势垒和阱的厚度厚。
根据实施例，第三组势垒123b可以被掺杂有第一导电元素以改进电子注入效率。根据实施例，第三组势垒123b可以被掺杂有高Si以改进电子注入效率。例如，第三组势垒123b可以被掺杂有等于或者高于19cc的Si，但是实施例不限于此。
另外，根据实施例，未掺杂的GaN层125可以进一步被布置在第三组势垒123b和有源层114的量子阱114w之间以防止被掺杂在第三组势垒123b中的第一导电元素扩散到有源层中并且阻挡光发射的复合。
根据实施例，通过具有多个能量步长的氮化镓基超晶格层冷却热电子，使得具有有效的电子注入层的高功率的发光器件能够被提供。
然后，有源层114被形成在氮化镓基超晶格层124上。
根据实施例，有源层114可以包括单量子阱结构、多量子阱(MQW)结构、量子线结构、或者量子点结构中的至少一个。
例如，通过注入三甲基镓气体(TMGa)、氨气(NH3)、氮气(N2)、以及三甲基铟气体(TMIn)有源层114可以包括多量子阱结构，但是实施例不限于此。
有源层114的阱层114w/势垒层114b可以包括InGaN/InGaN、GaN/AlGaN、InAlGaN/GaN、GaAs(InGaAs)/AlGaAs、GaP(InGaP)/AlGaP对结构中的至少一个，但是实施例不限于此。阱层可以是由具有比势垒层的带隙低的带隙的材料形成。
可以在大约150torr至250torr的压力处，并且在大约700℃至800℃的温度处生长势垒层114b，然而，实施例不限于此。
其后，在实施例中，第二导电氮化镓基层129被形成在有源层114上。
根据实施例，具有能够改进光强度的光学结构的发光器件被提供。
根据实施例，第二导电氮化镓基层129可以包括在有源层114上的具有第一浓度的第二导电GaN层126、具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层(其中，0＜x＜1,0＜y＜1)127以及具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层(其中，0＜z＜1)128。
根据实施例，通过具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层127可以减少有源层114和具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128之间的晶格失配，并且能够防止有源层114的热分解。具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128能够更加有效地阻挡电子。
根据第一实施例，具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层127可以被布置为比具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128更加靠近有源层114。
在根据第一实施例的发光器件中，具有第一浓度的第二导电GaN层126可以被布置在具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层127和具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128之间。根据实施例，第一浓度可以高于第二浓度和第三浓度。
如上所述，具有第一浓度的第二导电GaN层126可以以第一浓度高于第二浓度和第三浓度的方式被布置在具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层127和具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128之间，从而解决在形成第一导电半导体层112、具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层127以及具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128的过程中不可以增加掺杂浓度的问题。
换言之，在具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层127和具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128中，当Al的成分被增加时，AlN的结合能被增加使得掺杂可能是困难的。因此，具有表现较高的掺杂浓度的第一浓度的第二导电GaN层126被布置在具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层127和具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128之间，以增强光强度并且降低工作电压。
另外，与当仅具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层127和具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128被使用时相比较，当具有第一浓度的第二导电GaN层126被系统地结合具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层127和具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128时，具有表现较高的掺杂浓度的第一浓度的第二导电GaN层126能够向有源层114更加充分地提供空穴。因此，发光器件的工作电压被降低，并且从发光器件发射的热量能够被减少。
第一实施例，如在图3中所示，可以进一步包括被布置在具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128和第二导电半导体层116之间的第二个具有第一浓度的第二导电GaN层126b。
在实施例中，具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128的厚度可以在大约至之间，但是实施例不限于此。
具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128的Al的成分比可以在15％至20％之间，但是实施例不限于此。当具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128的Al的成分比少于15％时，光效率没有被充分地改进，并且当具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128的Al的成分比超过20％时，表面变成生硬的并且结晶性可能减少。
根据实施例，当具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128具有厚度和Al成分比时，电子到有源层114的供应增加并且漏电流减少，因此能够改进光学效率。
在实施例中，具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128可以具有等于或者高于有源层的量子阱114b的能带隙的能带隙并且可以包括：第一个具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128a，其中能带隙从有源层114朝着第二半导体层116被逐渐地减少；和第一个具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128a上的第二个具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128b，其中该第二个具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128b具有等于或者高于量子阱114b的能带隙，并且其中能带隙被逐渐地增加。
在实施例中，第二个具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128b的宽度可能比第一个具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128a的宽度宽。实施例可以进一步包括，第三个具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128c，并且其中带隙能被恒定地保持在第二个具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128b上。
根据实施例，能够通过第一个具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128a减少Mg到有源层的反向扩散，并且其中能带隙被逐渐地减少，并且电子阻挡被有效地执行以通过第二个具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128的高Al成分改进光学提取效率。
在根据第二实施例的发光器件中，具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层127可以被布置在具有第一浓度的第二导电GaN层126和具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128之间。
在根据第二实施例的发光器件中，具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层127可以被布置在具有第一浓度的第二导电GaN层126和具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层128之间。
因此，与其中空穴传送阻碍区域Q1出现的图2相比较，在图5中，空穴传送可以被适当地执行(参考Q2)。
根据实施例，可以在大约50torr至150torr的压力，并且在大约850℃至940℃的温度下生长具有第一浓度的第二导电GaN层126，但是实施例不限于此。
可以在大约150torr至250torr的压力，并且在大约850℃至940℃的温度下生长第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层127，但是实施例不限于此。
第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层127可以具有处于大约7％～11％的范围的Al和处于大约1％～4％的范围内的In的组成比，但是实施例不限于此。
其后，第二导电半导体层116被形成在第二导电氮化镓基层129上。
然后，第二导电半导体层116可以包括半导体化合物。第二导电半导体层116可以通过使用族III-V-II-VI化合物半导体被实现，并且可以被掺杂有第二导电类型掺杂物。
例如，第二导电半导体层116可以包括具有InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤x+y≤1)的组成公式的半导体材料。如果第二导电半导体层116是P型半导体层，则用作P型掺杂物的第二导电掺杂物可以包括Mg、Zn、Ca、Sr或者Ba。
其后，第二导电半导体层116可以在其上被设置有透射电极130。透射电极130可以包括透射欧姆层，并且可以通过层压单个金属，或者在多个层中层压金属合金和金属氧化物被形成使得载流子注入可以被有效地执行。
透射电极130可以包括ITO(铟锡氧化物)、IZO(铟锌氧化物)、IZTO(铟锌锡氧化物)、IAZO(铟铝锌氧化物)、IGZO(铟镓锌氧化物)、IGTO(铟镓锡氧化物)、AZO(铝锌氧化物)、ATO(锑锡氧化物)、GZO(镓锌氧化物)、IZON(IZO氮化物)、AGZO(Al-GaZnO)、IGZO(In-Ga ZnO)、ZnO、IrOx、RuOx以及NiO中的至少一个，但是实施例不限于此。
根据实施例，第一导电半导体层112可以包括N型半导体层并且第二导电半导体层116可以包括P型半导体层，但是实施例不限于此。另外，诸如具有与第二导电半导体层116的极性相反的极性的诸如N型半导体层的半导体层(未被图示)可以被形成在第二导电半导体层116上。因此，发光结构110可以包括N-P结结构、P-N结结构、N-P-N结结构以及P-N-P结结构中的一个。
随后，如在图12中所示，透射电极130、第二导电半导体层116、第二导电氮化镓基层129、有源层114以及氮化镓基超晶格层124被去除以暴露第一导电半导体层112。
然后，第二电极132被形成在透射电极130上，并且第一电极131被形成在被暴露的第一导电半导体层112上。
根据实施例，能够提供具有能够增强光强度的光学结构的发光器件、制造发光器件的方法、发光器件封装、以及照明系统。
图13是示出其中根据实施例的具有发光器件的发光器件封装200的截面图。
根据实施例的发光器件封装200包括封装主体205、被安装在封装主体205中的第三和第四电极层213和214、被安装在封装主体205中并且被电气地连接到第三和第四电极层213和214的发光器件100以及围绕发光器件100的成型构件230。
封装主体205可以包括硅材料、合成树脂材料或金属材料。封装主体205可以具有被形成在发光器件100的外围部分处的倾斜表面。
第三和第四电极层213和214被相互电气地隔离并且将电力供应到发光器件100。第三和第四电极层213和214可以反射从发光器件100发射的光以增加光效率，并且将从发光器件100发射的光释放到外部。
发光器件100可以包括图1、4和9中示出的横向型发光器件，但是实施例不限于此。换言之，发光器件可以包括垂直型发光器件、或者倒装芯片发光器件。
发光器件100可以被安装在封装主体205中，或可以被安装在第三电极层213或者第四电极层214上。
发光器件100可以通过布线方案、倒装芯片方案或管芯结合方案中的一种被电气地连接到第三电极层213和/或第四电极层214。根据实施例，发光器件100通过电线230被电气地连接到第三电极层213，并且被电气地连接到直接接触第四电极层214的第四电极层214，用于图示目的。
成型构件230可以通过围绕发光器件100保护发光器件100。另外，荧光体232被包括在成型构件230中以改变从发光器件100发射的光的波长。
根据实施例的发光器件封装可以被排列在基板上，并且导光板、棱镜片、扩散片以及荧光片可以被布置在从发光器件封装发射的光的路径上。发光器件封装、基板、以及光学构件可以用作背光单元或者照明单元。例如，照明系统可以包括背光单元、照明单元、指示设备、灯、或者街灯。
图14至图16是示出包括根据实施例的发光器件的照明装置的视图。
图14是示出当从照明装置的顶部看到时的根据实施例的照明装置的透视图。图15是示出当从照明装置的底部看到时的根据实施例的照明装置的透视图。图16是示出图14的照明装置的分解透视图。
如在图14至图16中所示，根据实施例的照明装置可以包括盖2100、光源模块2200、辐射体2400、电力供应部2600、内壳2700和插座2800。另外，根据实施例的照明装置可以进一步包括构件2300和保持器2500中的至少一种。光源模块2200可以包括根据实施例的发光器件100或者发光器件封装。
例如，盖2100可以具有灯泡形状、半球形状、部分敞开的中空形状。盖2100可以被光学地耦合到光源模块2200。例如，盖2100可以扩散、散射、或者激励从光源模块提供的光。盖2100可以是一种光学构件。盖2100可以被耦合到辐射体2400。盖2100可以包括被耦合到辐射体2400的耦合部。
盖2100可以包括被涂覆有乳白色颜料的内表面。乳白色颜料可以包括扩散材料以扩散光。盖2100可以具有其表面粗糙度大于其外表面的粗糙度的内表面。为了充分散射并且扩散来自于光源模块2200的光的目的设置表面粗糙度。
盖2100的材料可以包括玻璃、塑料、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)和聚碳酸酯(PC)。在上述材料当中聚碳酸酯(PC)具有优异的耐光性、耐热性和强度。盖2100可以是透明的使得用户可以从外部观看光源模块2200，或不透明。盖2100可以通过吹塑方案被形成。
光源模块2200可以被布置在辐射体2400的一个表面处。因此，将来自于光源模块2200的热传递到辐射体2400。光源模块2200可以包括光源2210、连接板2230和连接器2250。
构件2300被布置在辐射体2400的顶面处，并且包括多个光源2210和连接器2250被插入进的导槽2310。导槽2310对应于光源2210和连接器2250的基板。
构件2300的表面可以被涂覆有光反射材料。例如，构件2300的表面可以被涂覆有白色颜料。构件2300将通过盖2100的内表面反射并且返回到光源模块2200的光再次反射到盖2100。因此，根据本实施例的照明系统的光效率可以被提高。
例如，构件2300可以包括绝缘材料。光源模块2200的连接板2230可以包括导电材料。因此，辐射体2400可以被电气地连接到连接板2230。构件2300可以由绝缘材料形成，从而防止连接板2230与辐射体2400电气地短路。辐射体2400接收来自于光源模块2200和电力供应部2600的热并且散发热。
保持器2500覆盖内壳2700的绝缘部2710的容纳凹槽2719。因此，容纳在内壳2700的绝缘部2710中的电力供应部2600被密封。保持器2500包括引导突出物2510。引导突出物2510具有电力供应部2600的突出物2610穿过的孔。
电力供应部2600对从外部接收到的电信号进行处理或转换并且向光源模块2200提供处理的或转换的电信号。电力供应部2600被容纳在内壳2700的容纳凹槽中，并通过保持器2500密封在内壳2700内。
电力供应部2600可以包括突出物2610、引导部2630、底座2650和延伸部2670。
引导部2630具有从底座2650的一侧突出到外部的形状。引导部2630可以被插入保持器2500中。可以将多个部件布置在底座2650的一个表面上。例如，该部件可以包括：DC逆变器，其将从外部电源提供的AC电力转换为DC电力；驱动芯片，其控制光源模块2200的驱动；和静电释放(ESD)保护装置，其保护光源模块2200，但本实施例不限制于此。
延伸部2670具有从底座2650的相对侧突出到外部的形状。延伸部2670被插入到内壳2700的连接部2750的内部，并从外部接收电信号。例如，延伸部2670的宽度可以小于或等于内壳2700的连接部2750的宽度。“+电线”和“-电线”的端子被电气地连接到延伸部2670且“+电线”和“-电线”的端子可以被电气地连接到插座2800。
内壳2700可以在其中包括成型部和电力供应部2600。通过硬化成型液体来制备成型部，并且电力供应部2600可以通过成型部被固定在内壳2700内。
根据实施例，能够提供具有能够增强光强度的光学结构的发光器件、制造发光器件的方法、发光器件封装、以及照明系统。
在本说明书中对于“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等的任何引用表示在本发明的至少一个实施例中包括与实施例相结合地描述的特定特征、结构或特性。在说明书中的每个位置中的这样的短语的出现不必然全部指示相同的实施例。此外，当结合任何实施例描述特定特征、结构或特性时，认为结合该实施例的其它特征、结构或特性来实现这样的特征、结构或特性在本领域内的技术人员的认识范围内。
虽然已经参考其多个说明性实施例而描述了本发明的实施例，但是应当理解，本领域内的技术人员可以设计落在本公开的原理的精神和范围内的多个其它变型和实施例。更具体地，在本公开、附图和所附的权利要求的范围内的主题组合布置的组成部件和/或布置中，每个变化和修改是可能的。除了在组成部件和/或布置中的变化和修改之外，替代的应用对于本领域内的技术人员也是显而易见的。
工业应用性
根据实施例，能够提供具有能够增强光强度的光学结构的发光器件、制造发光器件的方法、发光器件封装、以及照明系统。
根据实施例的发光器件封装可以被排列在基板上，并且导光板、棱镜片、扩散片以及荧光片可以被布置在从发光器件封装发射的光的路径上。发光器件封装、基板、以及光学构件可以用作背光单元或者照明单元。例如，照明系统可以包括背光单元、照明单元、指示设备、灯、或者街灯。

Claims (20)

1.一种发光器件，包括：
第一导电半导体层；
在所述第一导电半导体层上的氮化镓基超晶格层；
在所述氮化镓基超晶格层上的有源层；
在所述有源层上的第二导电氮化镓基层；以及
在所述第二导电氮化镓基层上的第二导电半导体层，
其中，所述第二导电氮化镓基层包括在所述有源层上的具有第一浓度的第二导电GaN层、具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层(其中，0<x<1,0<y<1)，以及具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层(其中，0<z<1)。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其中，具有所述第一浓度的所述第二导电GaN层被布置在具有所述第二浓度的所述第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层和具有所述第三浓度的所述第二导电AlzGa(1-z)层之间。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其中，具有所述第二浓度的所述第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层被布置在具有所述第一浓度的所述第二导电GaN层和具有所述第三浓度的所述第二导电AlzGa(1-z)N层之间。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的发光器件，其中，所述第一浓度高于所述第二浓度和所述第三浓度。
5.根据权利要求4所述的发光器件，进一步包括第二个的具有第一浓度的第二导电GaN层，所述第二个的具有第一浓度的第二导电GaN层被布置在具有所述第三浓度的所述第二导电AlzGa(1-z)N层和所述第二导电半导体层之间。
6.根据权利要求4所述的发光器件，其中，具有所述第三浓度的所述第二导电AlzGa(1-z)N层包括：
第一个具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层，所述第一个具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层具有等于或者高于所述有源层的量子阱的能带隙的能带隙，并且其中，所述能带隙从所述有源层到所述第二半导体层被逐渐地减少；和
所述第一个具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层上的第二个具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层，所述第二个具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层具有等于或者高于所述量子阱的能带隙的能带隙，并且其中，所述能带隙被逐渐地增加。
7.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述氮化镓基超晶格层具有从所述第一导电半导体层朝着所述有源层变化的带隙能级。
8.一种发光器件，包括：
第一导电半导体层；
在所述第一导电半导体层上的氮化镓基超晶格层；
在所述氮化镓基超晶格层上的有源层；
在所述有源层上的第二导电氮化镓基层；以及
在所述第二导电氮化镓基层上的第二导电半导体层，
其中，所述第二导电氮化镓基层包括在所述有源层上的具有第一浓度的第二导电GaN层、具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层(其中，0<x<1,0<y<1)以及具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层(其中，0<z<1)，并且
其中，所述第一浓度高于所述第二浓度和所述第三浓度，并且
所述氮化镓基超晶格层包括：
具有第一带隙能的第一组氮化镓基超晶格层；和
在所述第一组氮化镓基超晶格层上的具有低于所述第一带隙能的第二带隙能的第二组氮化镓基超晶格层。
9.根据权利要求8所述的发光器件，其中，在第一带隙能级和第二带隙能级之间的差等于或者高于所述氮化镓基超晶格层的光子能级。
10.根据权利要求8所述的发光器件，其中，所述氮化镓基超晶格层包括在所述第二组氮化镓基超晶格层上的具有第三带隙能的第三组氮化镓基超晶格层。
11.根据权利要求8至10中的任一项所述的发光器件，其中，所述氮化镓基超晶格层包括InxGa1-xN/GaN超晶格层(其中，0<x<1)。
12.根据权利要求11所述的发光器件，其中，所述第二组氮化镓基超晶格层的In的浓度高于所述第一组氮化镓基超晶格层的In的浓度。
13.根据权利要求8所述的发光器件，其中，所述第一组氮化镓基超晶格层具有比第二组氮化镓基超晶格层的厚度薄的厚度。
14.根据权利要求8所述的发光器件，其中，所述第一组氮化镓基超晶格层包括第一组阱和第一组势垒，并且所述第一组阱的厚度等于所述第一组势垒的厚度。
15.根据权利要求8所述的发光器件，其中，所述第二组氮化镓基超晶格层包括第二组阱和第二组势垒，并且所述第二组阱的厚度等于所述第二组势垒的厚度。
16.根据权利要求15所述的发光器件，其中，第三组氮化镓基超晶格层包括第三组阱和第三组势垒，并且所述第三组阱的厚度等于所述第二组阱的厚度，并且所述第三组阱的厚度比所述第二组势垒的厚度厚。
17.根据权利要求16所述的发光器件，其中，第一导电元素被掺杂在所述第三组势垒上。
18.一种发光器件，包括：
第一导电半导体层；
在所述第一导电半导体层上的氮化镓基超晶格层；
在所述氮化镓基超晶格层上的有源层；
在所述有源层上的第二导电氮化镓基层；以及
在所述第二导电氮化镓基层上的第二导电半导体层，
其中，所述氮化镓基超晶格层具有从所述第一导电半导体层朝着所述有源层变化的带隙能级。
19.根据权利要求18所述的发光器件，其中，所述氮化镓基超晶格层包括：
具有第一带隙能的第一组氮化镓基超晶格层；和
在所述第一组氮化镓基超晶格层上的具有低于所述第一带隙能的第二带隙能的第二组氮化镓基超晶格层。
20.根据权利要求18或者19所述的发光器件，其中，所述第二导电氮化镓基层包括在所述有源层上的具有第一浓度的第二导电GaN层、具有第二浓度的第二导电InxAlyGa(1-x-y)N层(其中，0<x<1,0<y<1)以及具有第三浓度的第二导电AlzGa(1-z)N层(其中，0<z<1)。
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