CN105529384B - 发光设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发光设备。所述发光设备包括：发光结构，其包括第一导电型半导体层、第二导电型半导体层、有源层及第一导电型半导体层的上表面的部分暴露区域；透明电极，其设置于第二导电型半导体层上；第一绝缘层，其包括第一开口和第二开口；金属层，其至少部分覆盖第一绝缘层；与第一导电型半导体层电连接的第一电极；以及与透明电极电连接的第二电极。本发明能够防止发光设备的电特性发生恶化，同时能够改善发光设备的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及发光设备及其制备方法，尤其涉及展现良好的电特性和光学特性且具有高可靠性的发光设备及其制备方法。
背景技术
近来，随着对小型高输出发光设备的需求日益增长，对于具有良好散热效率的大型倒装型或竖直型发光设备的需求也增长。在倒装型或竖直型发光设备中，电极直接接合第二衬底，从而提供比侧向型发光设备更好的散热效率。因此，倒装型或竖直型发光设备可以在施加大电流时有效地将热传递至第二衬底，且由此可以适用于高输出的光源。
在典型的倒装型或竖直型发光设备中，由于主发光面为生长衬底存在于其上的n型半导体层的表面，因此在p型半导体层上形成能够将光朝向发光面反射的结构。由于这个原因，通常在p型半导体层上设置Ag电极，所述Ag电极能够与p型半导体层形成欧姆接触，同时又充当反射器。
然而，其中这种反射电极被用作p型电极的结构具有下列问题。
首先，在所述反射电极的形成过程中，金属层通过光刻法经受图形化处理，由于其工艺边界的缘故导致难以将Ag覆盖p型半导体层的整个表面。即，p型半导体层和Ag电极之间的欧姆接触面积变小。因此，发光设备的电流注入面积变小，且光在其中未形成反射金属的区域上不会发生反射，从而使发光设备的发光效率恶化。
此外，与p型半导体层接触的反射电极的Ag原子扩散到p型半导体层中，且充当杂质。具体地，这种银原子会通过p型半导体层的缺陷(例如错位)扩散到p型半导体层中。扩散的原子使得半导体层的结晶度恶化，同时增大了电流泄露的可能性，从而使得发光设备的电特性及其他特性恶化。
因此，需要一种新型的发光设备，其能够展现出良好的电特性和光学特性。
发明内容
发明目的
示例性实施例提供了一种能够降低电流泄露的可能性以提供良好的电特性并且能够有效反射从发光区域发出的光以增强光学特性的发光设备，及其制备方法。
技术方案
根据一个示例性实施例，一种发光设备包括：发光结构，其包括第一导电型半导体层，设置在第一导电型半导体层上的第二导电型半导体层，设置于第一导电型半导体层和第二导电型半导体层之间的有源层，以及第一导电型半导体层的上表面的部分暴露区域；透明电极，其设置于第二导电型半导体层上且与第二导电型半导体层形成欧姆接触；第一绝缘层，其覆盖发光结构和透明电极，并且包括分别暴露第一导电型半导体层的上表面的所述部分暴露区域和透明电极的一部分的第一开口和第二开口；金属层，其至少部分覆盖第一绝缘层且延伸至第二导电型半导体层的上表面；与第一导电型半导体层电连接的第一电极；以及与透明电极电连接的第二电极。
借助这种结构，所述发光设备具有改善的电特性和光学特性。
其中透明电极、第一绝缘层和金属层堆叠的部分可以为全方向反射器。
透明电极可以包括导电氧化物，第一绝缘层可以包括二氧化硅或者氮化硅，且金属层可以包括反光金属。
所述透明电极可以包括氧化铟锡(ITO)，第一绝缘层可以包括SiO2，金属层可以包括Ag和/或Al。
所述发光设备还可包括在第一导电型半导体层的上表面的部分暴露区域上的接触电极，其中所述接触电极可以由与透明电极相同的材料形成。
所述金属层可以包括第一金属层和第二金属层，所述第一金属层通过第一开口与第一导电型半导体层形成欧姆接触且延伸至第二导电型半导体层的上表面，所述第二金属层通过第二开口与透明电极接触，且所述第一金属层和第二金属层可以彼此分离。
所述发光设备可以进一步包括覆盖金属层的第二绝缘层，其中所述第二绝缘层可以包括暴露第一金属层的第三开口和暴露第二金属层的第四开口。
第一电极和第二电极可以设置在发光结构上。
所述发光设备可以进一步包括绝缘单元，其至少部分覆盖第一电极和第二电极的侧面且设置于第一电极和第二电极之间。
透明电极可以覆盖第二导电型半导体层的整个上表面。
第一绝缘层和金属层可以进一步覆盖发光结构的侧面的至少一部分。
所述发光设备可以进一步包括波长转换层，其设置于发光结构的下表面下方。
所述发光设备可以进一步包括第二绝缘层，其覆盖金属层且包括暴露与第一开口对应的区域的第三开口，其中第一电极可以设置在第二绝缘层上，所述透明电极可以包括从发光结构的一个侧面伸出且具有暴露表面的区域，第二电极可以设置在透明电极的所述暴露表面上。
第一导电型半导体层的上表面的部分暴露区域可以形成为通过第二导电型半导体层和有源层的孔洞形状，且所述发光结构可以包括至少一个通过第二导电型半导体层和有源层形成的孔洞。
所述发光结构可以包括至少一个包括第二导电型半导体层和有源层的台面，且第一导电型半导体层的上表面的所述部分暴露区域可以设置在所述台面周围。
第一绝缘层可以包括多个彼此分离的纳米杆或者多个彼此分离的纳米孔洞。
有益效果
根据示例性实施例，可以提供一种发光设备，其包括其中透明电极、绝缘层和金属层堆叠的全方向反射器。在所述发光设备中，透明电极夹置于金属层和半导体层之间以防止金属原子从金属层扩散到半导体层，从而防止发光设备的电特性发生恶化，同时通过由全方向反射器的反射改善发光设备的发光效率。
附图说明
图1是根据各种实施例的示例性发光设备的剖视图。
图2是根据各种实施例的示例性发光设备的剖视图。
图3a是根据各种实施例的示例性发光设备的剖视图。
图3b是根据各种实施例的示例性发光设备的剖视图。
图4是根据各种实施例的示例性发光设备的剖视图。
图5是根据各种实施例的示例性发光设备的剖视图。
图6a、图6b和图7是根据各种实施例的示例性发光设备的平面图和剖视图。
图8a、图8b和图9是根据各种实施例的示例性发光设备的平面图和剖视图。
图10至图16是说明根据各种实施例的制备发光设备的示例性方法的平面图和剖视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图对示例性实施例进行更具体地描述。下列实施例仅以举例的方式提供以便向本发明涉及的技术领域的技术人员完整传达本发明的精神。因此，本发明不限于在此公开的实施例，还可以以不同的方式来实现。在附图中，元件的宽度、长度、厚度等可以出于清晰和描述的目的而进行夸大。当元件或层被称作置于另一元件或层上方或之上时，它可以是直接置于所述另一元件或层上方或之上，或者可以存在中间元件。贯穿整个说明书，类似的参考数字指示具有相同或相似功能的类似元件。
图1是根据各种实施例的示例性发光设备的剖视图。
参见图1，所述发光设备包括发光结构120、透明电极130、第一绝缘层140及金属层150。另外，所述发光设备可以进一步包括第二绝缘层160、第一电极171、第二电极173及绝缘单元180。
发光结构120可以包括第一导电型半导体层121、设置于第一导电型半导体层121上的有源层123、以及设置于有源层123上的第二导电型半导体层125。第一导电型半导体层121、有源层123和第二导电型半导体层125可以包括基于III-V族化合物的半导体，例如基于氮化物的半导体，诸如(Al，Ga，In)N。第一导电型半导体层121可以包括n型掺杂物(例如Si)，第二导电型半导体层125可以包括p型掺杂物(例如Mg)，反之亦然。有源层123可以具有多量子阱(multi-quantum well，MQW)结构。
发光结构120可以包括第一导电型半导体层121的上表面的部分暴露区域。第一导电型半导体层121的上表面的所述部分暴露区域可以通过部分去除第二导电型半导体层125和有源层123而形成，第一导电型半导体层121的上表面可以通过孔洞120a而部分暴露，其中所述孔洞120a通过第二导电型半导体层125和有源层123而形成，如图1中所示。孔洞120a可以具有倾斜侧面。然而，应当理解，本发明不限于此，第一导电型半导体层121的所述部分暴露区域的形状和位置可以以各种方式发生变化。
如下所述，第一导电型半导体层121可以通过孔洞120a电连接第一电极171。
另外，发光结构120可以进一步包括凹凸不平面120R，所述凹凸不平面120R形成于发光结构120的与其上形成有孔洞120a的一个表面相对的另一个表面上。这种凹凸不平面120R可以通过干法蚀刻、湿法蚀刻和/或电化学蚀刻来形成。例如，凹凸不平面120R可以通过在含有KOH和NaOH中的至少一种的溶液中对发光结构的一个表面进行湿法蚀刻来形成，或者可以通过PEC蚀刻来形成。作为替换，所述凹凸不平面120R可以通过干法蚀刻和湿法蚀刻的组合来形成。上述用于形成凹凸不平面120R的方法只是用于说明的目的，本领域技术人员知晓的各种方法均可以被用于在发光结构120的表面上形成这种凹凸不平面120R。借助其中在发光结构120的表面上形成有凹凸不平面120R的这种结构，所述发光设备具有改善的提取效率。
透明电极130设置在第二导电型半导体层125上。具体地，透明电极130可以接触第二导电型半导体层125的上表面以与之形成欧姆接触，并且可以覆盖第二导电型半导体层125的整个上表面。
透明电极130可以包括导电氧化物，诸如ITO、ZnO、AZO、IZO等，具体地，在所述示例性实施例中，透明电极130可以由ITO形成。当第二导电型半导体层125为p型导电型半导体层时，包括ITO的透明电极130可以在透明电极130与第二导电型半导体层125之间形成具有低接触电阻的欧姆接触。透明电极130可以大体接触第二导电型半导体层125的几乎整个上表面。在一些实施例中，透明电极130可以接触第二导电型半导体层125的上表面的全部。在这种结构中，电流在被提供给发光设备时能够通过透明电极130沿水平方向散布，且因此能够均匀地提供给整个第二导电型半导体层125。另外，由于第二导电型半导体层125的外周也被透明电极130所覆盖，因此能够最小化从由透明电极130直接供给电流的第二导电型半导体层125的部分到由第一金属层151直接供给电流的第一导电型半导体层121的部分的分隔距离D。借助这种结构，根据示例性实施例的发光设备在操作状态下具有低的正向电压(Vf)。
第一绝缘层140部分覆盖透明电极130和发光结构120。另外，第一绝缘层140可以包括部分暴露第一导电型半导体层121的第一开口和部分暴露透明电极130的第二开口。
如图1所示，第一绝缘层140可以部分覆盖透明电极130的上表面和侧面，同时部分暴露透明电极130。另外，第一绝缘层140可以覆盖孔洞120a的侧面和孔洞120a的底面的一部分，以使得第一导电型半导体层121通过孔洞120a部分暴露。即，第一开口可以被设置在与孔洞120a对应的位置上。当孔洞120a具有倾斜侧面时，设置在孔洞120a的侧面上的第一绝缘层140可以更加稳定地形成。在发光设备的操作中，电流可以通过第一绝缘层140的第一开口和第二开口被提供给第一导电型半导体层121和第二导电型半导体层125。
第一绝缘层140可以包括展现透光性的绝缘材料(诸如Si的氧化物、Si的氮化物或者MgF2)，并且可以由单层或多层构成。具体地，在所述实施例中，第一绝缘层140可以包括SiO2。
另外，第一绝缘层140可以具有1.4或更小的折射率。例如，当第一绝缘层140包括SiO2时，第一绝缘层140可以包括由SiO2形成的多个纳米杆和/或多个纳米孔洞。借助这种其中第一绝缘层140包括纳米杆和/或纳米孔洞的结构，可以实现其折射率低于典型单层结构的第一绝缘层。
金属层150设置在第一绝缘层140上，且可以至少部分覆盖第一绝缘层140。
金属层150可以包括彼此绝缘的第一金属层151和第二金属层153。第一金属层151可以设置在发光结构120的上表面上、孔洞120a的侧面上、以及孔洞120a的底面上，以便部分覆盖第一绝缘层140，并且可以通过设置在孔洞120a的底面上的第一绝缘层140的第一开口接触第一金属层151和第一导电型半导体层121。此时，第一金属层151可以接触第一导电型半导体层121以与之形成欧姆接触。第二金属层153与第一金属层151分离，可以设置在发光结构120上以部分覆盖第一绝缘层140，并且可以通过第一绝缘层140的第二开口接触透明电极130以电连接透明电极130。
金属层150可以包括具有导电性和反光性的金属。例如，金属层150可以包括Ag和/或Al等，并且可以由单层或多层构成。具体地，在所述实施例中，对于其中发光结构120发出可见范围内的光的结构，金属层150可以包括Ag，对于其中发光结构120发出紫外范围内的光的结构，金属层150可以包括Al。
此外，当金属层150包括Ag时，金属层150可以进一步包括覆盖层，其覆盖Ag层以防止Ag的扩散。所述覆盖层可以包括诸如Au、Ni、Ti、Cr等金属。当金属层150包括Al时，所述发光设备可以进一步包括位于Al层和第一绝缘层140之间的粘合层以增强金属层150和第一绝缘层140之间的粘结强度。所述粘合层可以包括诸如Ni、Pt、Cr、Ti、Rh等金属。
借助其中金属层150设置在第一绝缘层140上的结构，根据此示例性实施例的发光设备包括其中透明电极130、第一绝缘层140和金属层150相互堆叠的堆叠结构。其中透明电极130、第一绝缘层140和金属层150相互堆叠的堆叠结构可以充当全方向的反射器。例如，包括由ITO形成的透明电极130、由SiO2形成的第一绝缘层140和由Ag形成的金属层150的堆叠结构可以充当有关可见范围内的光的全方向反射器。在具有这种结构的发光设备中，由发光结构120发出的光可以通过全方向反射器得到有效地反射。
另外，根据所述示例性实施例，由于透明电极130被形成为大体覆盖第二导电型半导体层125的整个上表面，因此第二导电型半导体层125的大体整个上表面可以形成为全方向的反射器。相应地，与其中金属反射层形成于p型半导体层上的结构相比，根据所述示例性实施例的发光设备允许更有效的光反射。
另外，透明电极130和第一绝缘层140夹置于金属层150和第二导电型半导体层125之间，而非允许金属层150与第二导电型半导体层125之间直接接触，从而防止金属原子(例如Ag)从金属层150扩散至第二导电型半导体层125。即，透明电极130可以充当有关金属原子的扩散阻挡层。借助这种结构，所述发光设备可以防止半导体层结晶度的恶化或者由于金属原子扩散到第二导电型半导体层125中引起在其中形成电流泄露。
另外，金属层150也设置在孔洞120a的侧面上，并且反射可通过孔洞120a的侧面而损失掉的光，从而改善发光设备的发光效率。
第二绝缘层160可以覆盖金属层150的至少一部分，并且包括部分暴露第一金属层151的第三开口和部分暴露第二金属层153的第四开口。
所述第三开口可以设置在与孔洞120a对应的位置上。第四开口可以设置在与第三开口的位置相对的一侧上。例如，如图1所示，当第三开口设置在发光结构120的一侧附近时，第四开口可以设置在发光结构120的另一侧附近。
外部电源可以通过第二绝缘层160的第三开口和第四开口电连接至第一金属层151和第二金属层153以向发光结构120供应电流。
第二绝缘层160可以包括绝缘材料，例如SiO2、SiNx、MgF2等。另外，第二绝缘层160可以由多层构成，并且可以包括其中具有不同折射率的绝缘材料交替相互堆叠的分布式布拉格反射器。其中第二绝缘层160包括所述分布式布拉格反射器的结构再次反射已通过全方向反射器而非被反射的光，从而改善所述发光设备的发光效率。
第一电极171和第二电极173可以设置在发光结构120上，并且部分覆盖第二绝缘层160。
第一电极171和第二电极173彼此分离，并且可以通过第二绝缘层160的第三开口和第四开口电连接第一金属层151和第二金属层153。借助这种结构，第一电极171和第二电极173可以连接外部电源以向发光结构120供应电流。
第一电极171和第二电极173可以由单层或多层构成，并且可以包括导电性材料。例如，第一电极171和第二电极173中的每一个均可以包括Au、Ti、Ni、Al、Ag等。
第一电极171和第二电极173中的每一个均可以具有数打微米或更大的厚度，例如约70μm至约80μm。借助在这种厚度范围内的第一电极171和第二电极173，所述发光设备本身可以被用作芯片级封装。另外，第一电极171和第二电极173中的每一个的至少一个侧面可以大致平行于发光结构120的侧面。然而，应当理解，本发明不限于此，可以存在其他实施方式。
绝缘单元180可以至少部分覆盖第一电极171和第二电极173的侧面，具体地，可以夹置于第一电极171和第二电极173之间。另外，第一电极171和第二电极173可以暴露于绝缘单元180的上表面，且绝缘单元180的上表面可以与第一电极171和第二电极173的上表面大体平齐。绝缘单元180起到支撑第一电极171和第二电极173的作用，并且可以夹置于第一电极171和第二电极173之间以使第一电极171和第二电极173彼此有效绝缘。
绝缘单元180可以包括绝缘聚合物和/或绝缘陶瓷，例如环氧模制化合物(epoxymolding compound，EMC)，Si树脂等。另外，绝缘单元180可以包括反光和散光颗粒，诸如TiO2颗粒。
在其他示例性实施例中，绝缘单元180可以进一步覆盖发光结构120的侧面的至少一部分。在这些示例性实施例中，从发光结构120的发光角度可以发生变化。例如，在其中绝缘单元180进一步覆盖发光结构120的侧面的结构中，从发光结构120的侧面发出的光的一部分可以向上反射。通过这种方式，可以通过调整绝缘单元180的设置区域调节发光设备的发光角度。
根据示例性实施例，透明电极130大体接触第二导电型半导体层125的整个上表面，使得提供给发光设备的电流可以通过透明电极130沿水平方向均匀散布。另外，由于透明电极130还覆盖第二导电型半导体层125的外周，因此可以最小化从由透明电极130直接供给电流的第二导电型半导体层125的部分到由第一金属层151直接供给电流的第一导电型半导体层121的部分的分隔距离D。借助这种结构，根据示例性实施例的发光设备在操作状态下具有低的正向电压(Vf)。
图2是根据各种实施例的示例性发光设备的剖视图。
不同于图1的发光设备，图2中示出的发光设备还包括接触电极135。在下文中，将主要描述根据图2所示实施例的发光设备的不同特征，省略与根据上述示例性实施例的发光设备相同的部件的详细描述。
参见图2，根据所述示例性实施例的发光设备包括发光结构120、透明电极130、第一绝缘层140、金属层150和接触电极135。另外，所述发光设备可以进一步包括第二绝缘层160、第一电极171、第二电极173及绝缘单元180。
接触电极135可以设置在第一导电型半导体层121的暴露区域上，即设置在孔洞120a的底面上。此时，第一金属层151可以接触接触电极135的上表面以与之电连接。
接触电极135可以接触第一导电型半导体层121以与之形成欧姆接触。接触电极135可以包括导电材料，诸如ITO、ZnO、AZO、IZO等，具体地，在所述示例性实施例中，接触电极135可以由ITO形成。接触电极135可以由与透明电极130基本相同的材料形成，且可以在发光设备的制备中与透明电极130同时形成。
在其中包括导电性氧化物(诸如ITO)的接触电极135形成于第一导电型半导体层121的暴露区域上的结构中，金属层150不直接接触第一导电型半导体层121。因此，接触电极135可以防止金属原子(例如Ag)从金属层150扩散到第一导电型半导体层121中，并且可以防止电流泄露或者第一导电型半导体层121的结晶度的恶化。
此外，通过接触电极135，从第一导电型半导体层121与接触电极135之间的接触部到第二导电型半导体层125与透明电极130之间的接触部的分隔距离可以进一步减小。相应地，根据此示例性实施例的发光设备可以通过相对低的正向电压来驱动。
图3a是根据各种实施例的示例性发光设备的剖视图。
不同于图1所示的发光设备，图3a中所示的发光设备还包括波长转换层190。在下文中，将主要描述根据图3a所示实施例的发光设备的不同特征，省略与根据上述示例性实施例的发光设备相同的部件的详细描述。
参见图3a，根据此示例性实施例的发光设备包括发光结构120、透明电极130、第一绝缘层140、金属层150和波长转换层190。另外，所述发光设备可以进一步包括第二绝缘层160、第一电极171、第二电极173及绝缘单元180。
波长转换层190可以设置在发光结构120的下表面上。
波长转换层190起到转换从发光结构120发出的光的波长的作用，使得发光设备能够发出处于期望波段的光。波长转换层190可以包括荧光体及包含所述荧光体的承载构件。所述荧光体可以包括本领域技术人员已知的各种荧光体，且可以包括石榴石荧光体、铝酸盐荧光体、硫酸盐荧光体、氮氧化合物荧光体、氮化物荧光体、氟化物荧光体及硅酸盐荧光体中的至少一种。所述承载构件也可以由本领域技术人员熟知的材料形成，例如聚合物树脂，诸如环氧树脂或者丙烯酸树脂，或者硅酮树脂。波长转换层190可以由单层或者多层构成。
尽管在图3a中波长转换层190形成为覆盖发光结构120的下表面，但是本发明不限于此且可以存在其他实施方式。波长转换层190可以进一步覆盖发光设备的侧面的至少一部分。在此示例性实施例中，波长转换层190可以进一步覆盖发光结构120的侧面，同时覆盖第一电极171、第二电极173或者绝缘单元180的侧面的一部分。
借助其中发光设备还包括波长转换层190的结构，根据此示例性实施例的发光设备本身可以被用作白光芯片级封装。相应地，可以在无需单独部件来构成发光设备的封装的情况下提供白光发光设备的封装，从而能够减小发光设备封装尺寸。
图3b是根据各种实施例的示例性发光设备的剖视图。
图3b的发光设备与图3a的发光设备的不同之处在于第一绝缘层140、金属层150、第二绝缘层160和绝缘单元180的结构。在下文中，将主要描述根据图3b所示实施例的发光设备的不同特征，省略与根据上述示例性实施例的发光设备相同的部件的详细描述。
参见图3b，根据此示例性实施例的发光设备包括发光结构120、透明电极130、第一绝缘层140、金属层150和波长转换层190。另外，所述发光设备可以进一步包括第二绝缘层160、第一电极171、第二电极173及绝缘单元180。
不同于图3a的发光设备，在图3b的发光设备中，第一绝缘层140可以进一步覆盖发光结构120的侧面，且第一绝缘层140的一部分可以接触波长转换层190。另外，金属层150和第二绝缘层160可以设置在覆盖发光结构120的侧面的第一绝缘层140上。
借助这种结构，可以更有效地保护暴露于发光结构120的侧面的半导体层免受外部环境的影响。另外，金属层150也设置在发光结构120的侧面上，并且反射朝向发光结构120的侧面行进的光，从而改善发光设备的发光效率。
图4是根据各种实施例的示例性发光设备的剖视图。
不同于图1所示的发光设备，图4中所示的发光设备还包括电流阻挡层210。在下文中，将主要描述根据图4所示实施例的发光设备的不同特征，省略与根据上述示例性实施例的发光设备相同的部件的详细描述。
参见图4，根据所述示例性实施例的发光设备包括发光结构120、透明电极130、第一绝缘层140、金属层150和电流阻挡层210。另外，所述发光设备可以进一步包括第二绝缘层160、第一电极171、第二电极173及绝缘单元180。
电流阻挡层210可以设置在第二导电型半导体层125的一个区域上。例如，电流阻挡层210可以设置在与第二金属层153和透明电极130之间的接触部对应的位置上。另外，电流阻挡层210可以包括沿其厚度方向形成的贯穿孔以暴露第二导电型半导体层125的上表面。电流阻挡层210可以具有倾斜侧面。
所述贯穿孔在平面图中可为圆形形状，且大致形成于电流阻挡层210的中央部分处。然而，应当理解，本发明并不限于此，所述贯穿孔可以具有多边形的形状，且所述电流阻挡层可以包括多个贯穿孔。
透明电极130可以至少部分覆盖第二导电型半导体层125和电流阻挡层210的上表面，且可以具有让电流阻挡层210的贯穿孔暴露的开口。
电流阻挡层210可以防止因通过电极直接向半导体层提供电流引起的电流拥塞。相应地，电流阻挡层210可以包括绝缘材料且由单层或多层构成。例如，电流阻挡层210可以包括SiO2、SiNx、MgF2、ZrO2、Al2O3等，且可以包括其中具有不同折射率的绝缘材料交替相互堆叠的分布式布拉格反射器。相应地，电流阻挡层210可以展现出透光性或者反光性。
举例而言，在其中电流阻挡层210包括分布式布拉格反射器以提供反光性的结构中，所述分布式布拉格反射器防止光朝向第二金属层153行进，从而防止由第二金属层153引起的光吸收或者光损。相应地，所述分布式布拉格反射器的材料和厚度可以被确定以根据由有源层123发出的光的峰值波长反射期望波长段中的光。
在此示例性实施例中，透明电极130可以形成为与第二导电型半导体层125的上表面的轮廓对应的形状，以覆盖第二导电型半导体层125的上表面，并且还可以覆盖电流阻挡层210的外侧面和上表面的一部分。在这种结构中，透明电极130不形成于电流阻挡层210的上表面的剩余部分和贯穿孔上。透明电极130的开口可以具有与贯穿孔的形状对应的形状。所述开口可以具有比贯穿孔更大的直径。
另外，第二金属层153可以通过透明电极130的开口和电流阻挡层210的贯穿孔接触第二导电型半导体层125，并且可以接触透明电极130以与之电连接。在此示例性实施例中，第二金属层153可以与第二导电型半导体层125形成肖特基接触(Schottky contact)，并且与透明电极130形成欧姆接触。设置在电流阻挡层210上的第二金属层153可以沿着第二导电型半导体层125、电流阻挡层210、透明电极130及第一绝缘层140的表面形成。
在通过第二金属层153供应电流时，电流可以沿水平方向通过透明电极130有效地散布，并且可以通过电流阻挡层210被防止在竖直方向上发生拥塞。
图5是根据各种实施例的示例性发光设备的剖视图。
图5的发光设备与图2所示的发光设备的不同之处在于第一绝缘层140、金属层150、第二绝缘层160、第一电极271和第二电极273的结构。在下文中，将主要描述根据图5所示实施例的发光设备的不同特征，省略与根据上述示例性实施例的发光设备相同的部件的详细描述。
参见图5，根据所述示例性实施例的发光设备包括发光结构120、透明电极130、第一绝缘层140和金属层150。另外，所述发光设备可以进一步包括第二绝缘层160、第一电极271、第二电极273及绝缘单元180。
透明电极130可以包括从发光结构120的一个侧面延伸的暴露区域。在此示例性实施例中，第二电极273可以设置在所述暴露区域上并且电连接第二导电型半导体层125。
第一电极271可以形成为覆盖第二绝缘层160，同时整个支撑发光结构120的一个表面。即，如图5中所示，第一电极271通过孔洞120a电连接第一导电型半导体层121，并且设置在发光设备的下部上以支撑发光结构120。
相应地，提供了一种其中第一电极271和第二电极273设置在其上部和下部处的竖直发光设备。
图6a、图6b和图7为根据各种实施例的示例性发光设备的平面图和剖视图。
根据此示例性实施的发光设备的发光结构120具有与图1所示发光设备的发光结构不同的结构。因此，所述发光结构的其他剩余部件具有不同的结构关系，将主要详细描述所述发光结构的不同特征。省略与根据上述示例性实施例的发光设备相同的部件的详细描述。
图6a是根据所述示例性实施例的发光设备的平面图，图6b是说明孔洞120h、第三开口160a及第四开口160b的位置的平面图，图7是沿图6a和图6b的线A-A截取的剖视图。
参见图6a、图6b和图7，根据所述示例性实施例的发光设备包括发光结构120、透明电极130、第一绝缘层140及金属层150，所述发光结构120包括第一导电型半导体层121、有源层123和第二导电型半导体层125。此外，所述发光设备可以进一步包括第二绝缘层160、第一电极171、第二电极173及绝缘单元180。
发光结构120可以包括通过部分去除第二导电型半导体层125和有源层123而形成的第一导电型半导体层121的部分暴露区域。例如，如图所示，发光结构120可以包括一个或多个贯穿第二导电型半导体层125和有源层123形成的孔洞120h以通过其暴露第一导电型半导体层121。孔洞120h可以规则地设置在发光结构120上。然而，应当理解，本发明不限于此，孔洞120h的配置及数量可以根据各种方式进行改变。
第一导电型半导体层121的所述暴露区域不限于与孔洞120h的形状对应的形状。例如，第一导电型半导体层121的所述暴露区域可以具有线状或者孔洞和线状相结合的形状。
透明电极130设置在第二导电型半导体层125上以与之形成欧姆接触。透明电极130可以大体覆盖第二导电型半导体层125的上表面。在一些实施例中，透明电极130可以基本完全覆盖第二导电型半导体层125的上表面。借助这种结构，所述发光设备能够向整个发光结构120均匀地提供电流，从而改善电流散布效率。
第一绝缘层140可以部分覆盖发光结构120和透明电极130的上表面。第一绝缘层140可以覆盖多个孔洞120h的侧面，且可以在孔洞120h的底面上包括部分暴露第一导电型半导体层121的第一开口。相应地，所述第一开口可以设置在与多个孔洞120h对应的位置上。另外，第一绝缘层140可以包括部分暴露透明电极130的第二开口。另外，第一绝缘层140可以覆盖发光结构120的至少一部分的侧面。
金属层150可以部分覆盖第一绝缘层140，且还可以形成在覆盖发光结构120的侧面的第一绝缘层140上。
金属层150可以包括第一金属层151和第二金属层153。第一金属层151可以通过所述多个孔洞120h和第一开口与第一导电型半导体层121形成欧姆接触，第二金属层153可以通过第二开口电连接透明电极130。金属层150可以形成以大体覆盖整个第一绝缘层140，除了将第一金属层151和第二金属层153彼此分离的区域。
其中透明电极130、第一绝缘层140和金属层150堆叠的区域可以充当全方向的反射器。例如，包括由ITO形成的透明电极130、由SiO2形成的第一绝缘层140和由Ag形成的金属层150的堆叠结构可以充当有关可见范围内的光的全方向反射器。在具有这种结构的发光设备中，由发光结构120发出的光可以通过全方向反射器得到有效地反射。
借助其中充当全方向反射器的结构形成为覆盖整个发光结构120的这种结构，所述发光设备具有改善的发光效率。
第二绝缘层160可以部分覆盖金属层150，且包括部分暴露金属层150的第三开口160a和部分暴露透明电极130的第四开口160b。第四开口160b可以形成在与第一绝缘层140的第二开口对应的位置上。
第三开口160a和第四开口160b中的每一个可以单个或多个地形成。另外，如图6b中所示，当第三开口160a设置在发光设备的一侧附近时，第四开口160b可以设置在发光设备的另一侧附近。
第一电极171和第二电极173可以设置在第二绝缘层160上。另外，第一电极171可以设置在第三开口160a上以接触金属层150，第二电极173可以设置在第四开口160b上以接触透明电极130。
绝缘单元180可以至少部分覆盖第一电极171和第二电极173的侧面，具体地，可以夹置于第一电极171和第二电极173之间。另外，第一电极171和第二电极173可以暴露于绝缘单元180的上表面，绝缘单元180的上表面可以大致与第一电极171和第二电极173的上表面齐平。
图8a、图8b和图9是根据各种实施例的示例性发光设备的平面图和剖视图。
根据所述示例性实施的发光设备的发光结构120具有与图6a、图6b和图7所示发光设备的发光结构不同的结构。因此，所述发光结构的其他剩余部件具有不同的结构关系，将主要详细描述所述发光结构的不同特征。省略与根据上述示例性实施例的发光设备相同的部件的详细描述。
图8a是根据所述示例性实施例的发光设备的平面图，图8b是说明孔洞120h、第三开口160a及第四开口160b的位置的平面图，图9是沿图8a和图8b的线A-A截取的剖视图。
参见图8a、图8b和图9，根据此示例性实施例的发光设备包括发光结构120、透明电极130、第一绝缘层140及金属层150，所述发光结构120包括第一导电型半导体层121、有源层123和第二导电型半导体层125。此外，所述发光设备可以进一步包括第二绝缘层160、第一电极171、第二电极173及绝缘单元180。
发光结构120可以包括至少一个台面120m，其包括第二导电型半导体层125和有源层123。发光结构120可以包括台面120m，如附图中所示。所述多个台面120m可以具有沿相同方向延伸的细长形状，且彼此平行地设置。
第一导电型半导体层121的暴露区域120e可以设置在台面120m周围以平行于例如台面120m的较长侧。
透明电极130设置在台面120m上以与第二导电型半导体层125形成欧姆接触。透明电极130可以基本覆盖第二导电型半导体层125的上表面。在一些示例性实施例中，透明电极130可以大致完全覆盖第二导电型半导体层125的上表面。借助这种结构，所述发光设备能够向整个发光结构120提供均匀的电流，从而改善电流散布效率。
第一绝缘层140可以部分覆盖发光结构120和透明电极130的上表面。第一绝缘层140可以覆盖台面120m的侧面，且可以在第一导电型半导体层121的暴露区域120e中包括暴露第一导电型半导体层121的一部分的第一开口。相应地，第一开口可以与第一导电型半导体层121的暴露区域120e的位置对应地设置。另外，第一绝缘层140可以包括部分暴露透明电极130的第二开口。第一绝缘层140还可以覆盖发光结构120的至少一部分的侧面。
金属层150可以部分覆盖第一绝缘层140，且还可以形成在覆盖发光结构120的侧面的第一绝缘层140上。
金属层150可以包括第一金属层151和第二金属层153。第一金属层151可以通过第一开口和第一导电型半导体层121的暴露区域120e与第一导电型半导体层121形成欧姆接触，第二金属层153可以通过第二开口电连接透明电极130。金属层150可以形成为大体覆盖整个第一绝缘层140，除了将第一金属层151和第二金属层153彼此分离的区域。
其中透明电极130、第一绝缘层140和金属层150堆叠的区域可以充当全方向的反射器。例如，包括由ITO形成的透明电极130、由SiO2形成的第一绝缘层140和由Ag形成的金属层150的堆叠结构可以充当有关可见范围内的光的全方向反射器。在具有这种结构的发光设备中，由发光结构120发出的光可以通过全方向反射器得到有效地反射。
由于充当全方向反射器的这种结构形成为覆盖整个发光结构120，因此所述发光设备具有改善的发光效率。
第二绝缘层160可以覆盖金属层150的一部分，且包括部分暴露金属层150的第三开口160a和部分暴露透明电极130的第四开口160b。第四开口160b可以形成在与第一绝缘层140的第二开口对应的位置上。
第三开口160a和第四开口160b中的每一个可以单个或多个地形成。另外，如图6b中所示，当第三开口160a设置在发光设备的一侧附近时，第四开口160b可以在发光设备的另一侧附近设置于台面120m上。
第一电极171和第二电极173可以设置在第二绝缘层160上。另外，第一电极171可以设置在第三开口160a上以接触金属层150，第二电极173可以设置在第四开口160b上以接触透明电极130。
绝缘单元180可以至少部分覆盖第一电极171和第二电极173的侧面，具体地，可以夹置于第一电极171和第二电极173之间。另外，第一电极171和第二电极173可以暴露于绝缘单元180的上表面，绝缘单元180的上表面可以大致与第一电极171和第二电极173的上表面齐平。
根据图6a、图6b、图7、图8a、图8b和图9的示例性实施例的发光设备的结构能够实现水平方向上的均匀电流散布，且可以通过由遍及发光结构120形成的全方向反射器的有效光反射提供改善的发光效率。因此，根据上述示例性实施例的发光设备的结构可以在应用于大型发光设备时确保高的发光效率。
图10至图16是说明根据各种实施例的制备发光设备的示例性方法的平面图和剖视图。根据所述示例性实施例的方法提供根据上述示例性实施例的发光设备，且省略对相同部件的详细描述。
首先，参见图10，在生长衬底110上生长包括第一导电型半导体层121、有源层123和第二导电型半导体层125的发光结构120。
就生长衬底110而言，任何允许在其上生长发光结构120的衬底均可以采用，且可以包括例如蓝宝石衬底、碳化硅衬底、硅衬底、氮化镓衬底、氮化铝衬底等。在此示例性实施例中，生长衬底110可以为图形化的蓝宝石衬底(patterned sapphire substrate，PSS)。
第一导电型半导体层121、有源层123和第二导电型半导体层125可以顺序生长以形成所述发光结构。所述发光结构120可以包括氮化物半导体，且可以通过本领域技术人员知晓的典型的半导体生长方法(诸如金属有机物化学气相沉积(Metalorganic ChemicalVapor Deposition，MOCVD)、氢化物气相外延(Hydride Vapor Phase Epitaxy，HVPE)、分子束外延(Molecular Beam Epitaxy，MBE)等)来形成。另外，在生长第一导电型半导体层121之前，可以在生长衬底110上形成缓冲层(未示出)。
发光结构120可以生长在生长衬底110上以便以晶片的形式来提供。相应地，根据所述示例性实施例的发光设备的制备方法可以提供多个发光设备。根据所述示例性实施例的方法将参照单个发光设备来进行描述。
接着，参见图11，至少一个孔洞120a形成为通过部分去除第二导电型半导体层125和有源层123来暴露第一导电型半导体层121的一部分，透明电极130形成于第二导电型半导体层125上。孔洞120a和透明电极130可以按照任何顺序而不限于所述特定顺序来形成。
所述至少一个孔洞120a可以通过光刻和蚀刻工艺来形成。在此示例性实施例中，孔洞120a可以通过光刻胶回流形成为具有倾斜侧面。尽管在此示例性实施例中只示出单个孔洞120a，但是孔洞120a可以设置多个。
透明电极130可以通过诸如ITO的导电氧化物的沉积和图形化来形成。透明电极130可以通过已知的沉积工艺(诸如化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)或电子束蒸发)和已知的图形化工艺(诸如光刻和蚀刻、剥离等)来形成。
当孔洞120a在透明电极130形成之后形成时，孔洞120a、透明电极130、第二导电型半导体层125和有源层123可以通过相同的蚀刻工艺来去除。在这种情况下，透明电极130的侧面变得大体平行于孔洞120a的侧面，因此透明电极130基本覆盖第二导电型半导体层125的整个上表面。然而，应当理解，本发明不限于此且可以存在其他实施方式。
当所制备的发光设备还包括接触电极135时，接触电极135可以通过相同的工艺由与透明电极130相同的材料形成，且可以形成于通过孔洞120a暴露的第一导电型半导体层121的区域上。
参见图12，第一绝缘层140形成为部分覆盖发光结构120和透明电极130。
第一绝缘层140可以通过诸如SiO2的绝缘材料的沉积而形成，且可以承受图形化处理以通过剥离或者蚀刻以包括第一开口140a和第二开口140b。第一开口140a形成于与孔洞120a对应的位置上，具体地，第一绝缘层140可以覆盖孔洞120a的侧面。第二开口140b部分暴露透明电极130，且第二开口140b的位置根据其中将通过下面描述的工艺形成第二电极173的区域来确定。
第一绝缘层140也可以形成为进一步覆盖发光结构120的侧面。
接着，参见图13，金属层150形成为部分覆盖第一绝缘层140。
金属层150可以通过电镀和沉积来形成，且可以通过剥离工艺经受图形化处理。因此，可以形成通过第一开口140a与第一导电型半导体层121形成欧姆接触的第一金属层151和通过第二开口140b与透明电极130电连接的第二金属层153。如上所述，第一金属层151和第二金属层153可以通过相同的工艺来形成，且可以通过图形化处理彼此绝缘。
当第一绝缘层140进一步覆盖发光结构120的侧面时，金属层150也可以形成在覆盖发光结构120的侧面的第一绝缘层140上。
参见图14，第二绝缘层160形成为部分覆盖金属层150、第一绝缘层140和透明电极130。
第二绝缘层160可以通过诸如SiO2和SiNx的绝缘材料的沉积而形成，且可以经受图形化处理以通过剥离或者蚀刻包括第三开口160a和第四开口160b。第三开口160a部分暴露金属层150，且可以定义第一电极171通过其电连接金属层150的部分。类似地，第四开口160b部分暴露透明电极130，且可以定义第二电极173通过其电连接透明电极130的部分。如图所示，第三开口160a和第四开口160b可以分别设置在相对两侧上。
接着，参见图15，第一电极171、第二电极173和绝缘单元180形成在发光结构120上。第一电极171、第二电极173和绝缘单元180可以按照任何顺序而不限于特定顺序来形成。
第一电极171和第二电极173可以通过沉积、电镀或类似工艺来形成，绝缘单元180可以通过沉积、涂覆或类似工艺来形成。
参见图16，生长衬底110与发光结构分离。
生长衬底110可以通过激光剥离、化学剥离、应力剥离、热剥离等方式与发光结构分离，或者可以通过物理和/或化学方法(诸如研磨、磨削或化学机械研磨(ChemicalMechanical Polishing，CMP))从中去除。
因此，可以提供如图1所示的发光设备。另外，在通过去除生长衬底110暴露的发光结构120的一个表面上进一步形成波长转换层190时，可以提供如图3a所示的发光设备。
尽管在上述示例性实施例中发光设备被示出将生长衬底110从发光结构120上去除，但是本发明不限于此且可以存在其他实施方式。上述所有发光设备可以进一步包括生长衬底110，且波长转换层190可以形成于其生长衬底110上。
尽管结合附图公开了一些示例性实施例，但是应当理解这些实施例和附图只是用于说明目的，不应被解释成限制本发明。本发明的范围应当可从所提交的技术方案中获得的所有修正或改变及其等同。
Claims (14)
1.一种发光设备，其包括：
发光结构，其包括第一导电型半导体层，设置在所述第一导电型半导体层上的第二导电型半导体层，设置于所述第一导电型半导体层和所述第二导电型半导体层之间的有源层，以及所述第一导电型半导体层的上表面的部分暴露区域；
透明电极，其设置于所述第二导电型半导体层上且与所述第二导电型半导体层形成欧姆接触；
第一绝缘层，其覆盖所述发光结构和所述透明电极，并且包括分别暴露所述第一导电型半导体层的上表面的所述部分暴露区域和所述透明电极的一部分的第一开口和第二开口；
金属层，其至少部分覆盖所述第一绝缘层且延伸至所述第二导电型半导体层的上表面；
第一电极，与所述第一导电型半导体层电连接；以及
第二电极，与所述透明电极电连接，
其中所述透明电极、所述第一绝缘层和所述金属层堆叠的部分为全方向反射器，所述透明电极覆盖所述第二导电型半导体层的整个上表面，且覆盖所述第二导电型半导体层的外周。
2.如权利要求1所述的发光设备，其中所述透明电极包括导电氧化物，所述第一绝缘层包括二氧化硅或者氮化硅，且所述金属层包括反光金属。
3.如权利要求2所述的发光设备，其中所述透明电极包括氧化铟锡，所述第一绝缘层包括SiO2，且所述金属层包括Ag和/或Al。
4.如权利要求1所述的发光设备，其还包括：
接触电极，其设置于所述第一导电型半导体层的上表面的所述部分暴露区域上，
其中所述接触电极由与所述透明电极相同的材料形成。
5.如权利要求1所述的发光设备，其中所述金属层包括：
第一金属层，其通过所述第一开口与所述第一导电型半导体层形成欧姆接触且延伸至所述第二导电型半导体层的上表面；以及
第二金属层，其通过所述第二开口与所述透明电极接触，
其中所述第一金属层和所述第二金属层彼此分离。
6.如权利要求5所述的发光设备，其进一步包括：
覆盖所述金属层的第二绝缘层，
其中所述第二绝缘层包括暴露所述第一金属层的第三开口和暴露所述第二金属层的第四开口。
7.如权利要求1所述的发光设备，其中所述第一电极和所述第二电极设置在所述发光结构上。
8.如权利要求7所述的发光设备，其进一步包括：
绝缘单元，其至少部分覆盖所述第一电极和所述第二电极的侧面，且设置于所述第一电极和所述第二电极之间。
9.如权利要求1所述的发光设备，其中所述第一绝缘层和所述金属层进一步覆盖所述发光结构的侧面的至少一部分。
10.如权利要求1所述的发光设备，其进一步包括：
波长转换层，其设置于所述发光结构的下表面下方。
11.如权利要求1所述的发光设备，其进一步包括：
第二绝缘层，其覆盖所述金属层且包括暴露与所述第一开口对应的区域的第三开口，
其中所述第一电极设置在所述第二绝缘层上，所述透明电极包括从所述发光结构的一个侧面伸出且具有暴露表面的区域，所述第二电极设置在所述透明电极的所述暴露表面上。
12.如权利要求1所述的发光设备，其中所述第一导电型半导体层的上表面的所述部分暴露区域形成为通过所述第二导电型半导体层和所述有源层的孔洞形状，且所述发光结构包括至少一个通过所述第二导电型半导体层和所述有源层的孔洞。
13.如权利要求1所述的发光设备，其中所述发光结构包括至少一个包括所述第二导电型半导体层和所述有源层的台面，且所述第一导电型半导体层的上表面的所述部分暴露区域设置在所述台面周围。
14.如权利要求1所述的发光设备，其中所述第一绝缘层包括多个彼此分离的纳米杆或者多个彼此分离的纳米孔洞。
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