CN106410004B - 半导体发光器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种半导体发光器件和制造半导体发光器件的方法。所述方法包括步骤：在衬底上形成下部半导体层的第一区；使用在形成所述第一区时使用的至少一种气体，在已执行形成所述第一区的处理的腔室中原位地对所述第一区的上表面进行刻蚀；在所述第一区上形成下部半导体层的第二区；在下部半导体层上形成有源层；以及在有源层上形成上部半导体层。

Description

半导体发光器件及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年8月3日提交至韩国知识产权局的韩国专利申请第10-2015-0109489号的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。
技术领域
符合本发明构思的方法、设备、装置和制造产品涉及半导体发光器件及其制造方法。
背景技术
半导体发光器件在被施加电流时通过电子和空穴的复合而发光。半导体发光器件已经由于诸如低功耗、高亮度、小型化等许多积极属性而被广泛使用。具体地，在开发了基于氮化物的发光器件之后，其实用范围进一步扩大。因此，半导体发光器件已用于背光单元、家庭照明装置、汽车照明装置等中。
随着半导体发光器件的用途增加，其实用范围已扩展到光源领域，例如，高电流/高输出光源领域。因此，随着半导体发光器件用在高电流/高输出领域中，在现有技术中一直针对改善其发光效率进行研究。具体地，已经提出了包括反射器的半导体发光器件及其制造技术以改善外部光提取效率。
发明内容
本发明构思的一个方面可提供一种具有改善的光特性的半导体发光器件及其制造方法。
根据示例性实施例的一个方面，提供了一种制造半导体发光器件的方法，所述方法包括步骤：在衬底上形成下部半导体层的第一区；使用在形成所述第一区时使用的至少一种气体，在已执行形成所述第一区的处理的腔室中原位地对所述第一区的上表面进行刻蚀；在所述第一区上形成下部半导体层的第二区；在下部半导体层上形成有源层；以及在有源层上形成上部半导体层。
所述至少一种气体可为在形成所述第一区时使用的载气。
所述至少一种气体可为氢气(H2)。
刻蚀所述第一区的上表面时，可在所述第一区的上表面上形成凹凸部分。
所述第二区可形成为具有平坦上表面并同时填充所述凹凸部分。
所述第二区可形成为具有平坦上表面并同时在所述凹凸部分上形成空隙。
可在腔室内原位地执行形成所述第一区的步骤、刻蚀所述第一区的上表面的步骤以及形成所述第二区的步骤。
可使用相同的材料来形成所述第一区和所述第二区的邻近于所述第一区与所述第二区之间的界面的部分。
所述第一区的刻蚀后的上表面可为由氮化铝形成的层。
在刻蚀所述第一区的上表面的步骤中，可阻挡用于形成氮化铝的氮化物源气流入。
可在约1150℃至约1250℃的温度下形成所述第一区和所述第二区。
腔室可为用于金属有机化学气相沉积(MOCVD)的腔室。
下部半导体层可包括顺序地设置在衬底上的缓冲层和第一导电类型半导体层。
所述第一区可由所述缓冲层的一部分形成。
所述第一区可包括缓冲层和第一导电类型半导体层的一部分。
下部半导体层还可包括设置在缓冲层与第一导电类型半导体层之间的超晶格层。
根据示例性实施例的另一方面，提供了一种制造半导体发光器件的方法，所述方法包括步骤：在衬底上形成下部半导体层的第一区；使用在形成所述第一区时使用的至少一种气体来刻蚀所述第一区的一部分；在所述第一区上形成下部半导体层的第二区；在下部半导体层上形成有源层；以及在有源层上形成上部半导体层。
可使用单件设备原位地进行形成所述第一区的步骤和刻蚀所述第一区的一部分的步骤。
所述第二区可形成为具有平坦上表面。
所述第一区可为氮化铝(AlN)层，并且所述至少一种气体可包括氢气(H2)。
根据另一示例性实施例的一个方面，提供了一种半导体发光器件，其包括：衬底；下部半导体层，其设置在衬底上并且包括第一区和设置在所述第一区上的第二区；有源层，其设置在下部半导体层上；以及上部半导体层，其设置在有源层上。所述第一区与所述第二区之间的界面可为非平坦表面，并且分别位于所述界面下方和上方的所述第一区和所述第二区可由相同的材料形成。
下部半导体层可包括顺序地设置在衬底上的缓冲层和第一导电类型半导体层，并且所述非平坦表面可位于第一导电类型半导体层中。
下部半导体层可包括顺序地设置在衬底上的缓冲层和第一导电类型半导体层，并且所述非平坦表面可以是缓冲层与第一导电类型半导体层之间的界面。
所述非平坦表面可包括空隙。
所述空隙可沿所述第一区和所述第二区的晶面形成。
根据另一示例性实施例的一个方面，提供了一种制造半导体发光器件的方法，所述半导体发光器件包括多个半导体层，所述方法包括步骤：在制造过程期间，刻蚀所述多个半导体层中的两个半导体层之间的接触界面，以在所述界面处形成非平坦表面，所述非平坦表面防止随后在制造过程中设置的各半导体层中的穿透位错和/或裂纹；以及在所述多个半导体层上形成有源层。
在制造过程期间，所述多个半导体层可形成在衬底上，并且可由不同的材料形成衬底和所述多个半导体层中的接触衬底的半导体层。
所述非平坦表面可包括凹凸部分。
所述非平坦表面可包括多个空隙，或者除凹凸部分外还包括多个空隙。
附图说明
根据下面结合附图的详细描述，将更加清楚地理解上述和/或其他方面，在附图中：
图1为根据示例性实施例的半导体发光器件的示意性截面图；
图2至图4为根据示例性实施例的半导体发光器件的示意性截面图；
图5为示出根据示例性实施例的半导体发光器件的特性的部分截面图；
图6和图7为示出根据示例性实施例的半导体发光器件特性的图表；
图8A和图8B为示出根据示例性实施例的半导体发光器件特性的图像；
图9A至图9F为示意性地示出制造根据示例性实施例的半导体发光器件的各个处理的截面图；
图10为示出制造根据示例性实施例的半导体发光器件的方法的流程图；
图11A和图11B为示意性地示出制造根据示例性实施例的半导体发光器件的方法的各个处理的截面图；
图12和图13为示出半导体发光器件的示例性实施例的截面图；
图14至图16示出了将根据示例性实施例的半导体发光器件应用于各种封装件的示例；
图17A和图17B为根据示例性实施例示出白光源模块的示意图；
图18示出了对可应用于根据示例性实施例的半导体发光器件封装件的波长转换材料进行示意的CIE 1931色彩空间色度图；
图19为根据示例性实施例的背光的示意性透视图；
图20为根据示例性实施例的背光的示意性截面图；
图21为示意性地示出根据示例性实施例的包括通信模块的灯的分解透视图；
图22为示意性地示出根据示例性实施例的条形灯的分解透视图；
图23为示出室内照明控制网络系统的示意图；
图24示出了应用于开放空间的网络系统的示例性实施例；以及
图25为示出照明灯具的智能引擎与移动装置之间通过可见光无线通信的通信操作的框图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图来描述示例性实施例。
然而，本发明构思可以以很多不同形式实施并且不应理解为限于本文阐述的特定示例性实施例。相反，提供这些示例性实施例是为了使本公开是彻底和完整的，并且向本领域技术人员充分传达本公开的范围。
应当理解，在整个说明书中，当诸如层、区域或晶圆(衬底)的某个元件被称为“位于”另一元件“上”、“连接至”或“耦接至”另一元件时，其可以直接“位于”所述另一元件“上”、直接“连接至”或“耦接至”所述另一元件，或者其间也可以存在一个或多个中间元件。相反，当一个元件被称为“直接位于”另一元件“上”、“直接连接至”或“直接耦接至”另一元件时，其间可不存在中间元件或中间层。相同的附图标记始终表示相同的元件。如本文使用的那样，术语“和/或”包括相关所列项目中的一个或多个的任何及全部组合。
应当清楚的是，虽然本文可以使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种构件、组件、区域、层和/或部分，但是这些构件、组件、区域、层和/或部分不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个构件、组件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分。因此，下面讨论的“第一”构件、“第一”组件、“第一”区域、“第一”层或“第一”部分可以被称作“第二”构件、“第二”组件、“第二”区域、“第二”层或“第二”部分，而不脱离各示例实施例的教导。
为便于描述，本文可以使用诸如“在……之上”、“上部”、“在……之下”和“下部”等空间相对术语来描述如图所示的一个元件与另一个(一些)元件的关系。应当理解，这些空间相对术语旨在涵盖使用中或操作中的器件除图中示出的取向以外的不同取向。例如，如果图中的器件被翻转，则描述为“在”其他元件“之上”或“上部”的元件会取向为“在”其他元件或特征“之下”或“下部”。因此，术语“在……之上”可以涵盖“在……之上”和“在……之下”两种取向，取决于附图的具体方向。器件可以另外取向(旋转90度或其他取向)并且相应地解释本文使用的空间相对描述词。
本文使用的术语仅仅是为了描述具体示例性实施例的目的，并且并不旨在限制本发明构思。如本文使用的那样，单数形式“一个”、“一”和“该”旨在同样包括复数形式，除非上下文另外明确表示。还应当理解，若在本说明书中使用术语“包括”、“包括……的”、“包含”和/或“包含……的”，则这些术语表示存在所述特征、整体、步骤、操作、构件、元件和/或它们的组合，但并不排除存在或增加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、构件、元件和/或它们的组合。
在下文中，将参照示出本发明构思的实施例的示意性示图来描述本发明构思的各示例性实施例。在附图中，例如，可估计所示出的形状由于制造技术和/或公差而导致的修改。因此，本发明构思的各示例性实施例不应理解为限于本文示出的区域的特定形状，例如，应包括由制造导致的形状的变化。下面的各示例性实施例也可以由一个实施例或其组合构成。
下面描述的本发明构思的内容可具有各种不同的配置并本文仅提出必要的配置，但其不限于此。
图1为根据示例性实施例的半导体发光器件的示意性截面图。
参照图1，半导体发光器件100可包括衬底101、设置在衬底101上的缓冲层110、超晶格层120、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。半导体发光器件100还可包括第一电极160和第二电极170作为电极结构。
衬底101可提供为半导体生长衬底。衬底101可使用诸如蓝宝石、硅(Si)、SiC、MgAl2O4、MgO、LiAlO2、LiGaO2、GaN等绝缘、导电或半导体材料形成。在这种情况下，蓝宝石可以是具有Hexa-Rhombo R3c对称性的晶体，可分别在c轴和a轴方向上具有和的晶格常数，并且可具有C(0001)面、A(11-20)面、R(1-102)面等。在这种情况下，因为C面比较有助于氮化物薄膜的生长并且在较高温度下稳定，所以蓝宝石可主要用于氮化物半导体的生长衬底。
虽然未在图中示出，但是多个凹凸部分可形成在衬底101的生长表面上，例如，各半导体层的生长表面。通过诸如凹凸部分这样的结构，可以改善设置在凹凸部分上的半导体层的发光效率和结晶度等。
缓冲层110可设置在衬底101上，并且可以是用于改善形成在缓冲层110上的第一导电类型半导体层130、有源层140和第二导电类型半导体层150的结晶度的层。缓冲层110可包括第一缓冲层112和第二缓冲层114。
第一缓冲层112与第二缓冲层114之间的界面可以是非平坦表面，其上形成有凹凸部分RI，如图1和图1中的小图所示。可通过刻蚀第一缓冲层112的一部分来形成具有粗糙度的非平坦表面并且在其上形成第二缓冲层114来形成凹凸部分RI。将在下文参照图9B和图9C更详细地描述对非平坦表面的刻蚀。凹凸部分RI的尺寸、形状、排列等不限于图中示出的那些，并且可有各种变化。第一缓冲层112和第二缓冲层114可彼此接触，在第一缓冲层112和第二缓冲层114之间的其上形成有凹凸部分RI的界面上没有间隙。缓冲层110的上表面110u(例如第二缓冲层114的上表面110u)可以是平坦表面。为了使第二缓冲层114在形成在凹凸部分RI上的同时具有平坦的上表面，可控制第二缓冲层114的生长期间的工艺条件。
例如，缓冲层110可由无掺杂生长的氮化铝镓(AlxGa1-xN，0＜x≤1)形成。第一缓冲层112和第二缓冲层114可具有相同的组成或不同的组成。例如，第一缓冲层112和第二缓冲层114可均为AlN层，或者第一缓冲层112可以是AlN层，第二缓冲层114可以是AlGaN层。
第一缓冲层112可具有第一厚度T1，第二缓冲层114可具有第二厚度T2。在一些示例性实施例中，第一厚度T1可大于第二厚度T2，但不限于此。第一厚度T1和第二厚度T2可分别在数百纳米至几微米的范围内，例如，约500nm至约10μm。
超晶格层120可以是这样的层，在其中交替地堆叠了具有不同水平的带隙能的多个层。形成超晶格层120的多个层可分别具有InxAlyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1，0≤x+y≤1)的组成，并且还可包括n型杂质。例如，超晶格层120可具有基于GaN/InGaN的、基于AlGaN/GaN或基于AlGaN/GaN/InGaN的多层重叠结构。形成超晶格层120的多个层中的每一层可具有例如约1nm至约500nm的厚度。
在超晶格层120由多个层形成的情况下，由于具有不同水平的带隙能的多个层的不连续的能带，从而在多个层之间的界面上可形成二维电子气层。因此，当向二维电子气层施加电压时，可产生穿过二维电子气层的隧穿现象。因此，可改善设置在超晶格层120上的第一导电类型半导体层130的熔覆效应，并且可确保较高的载流子迁移率，以改善电流扩散效果。根据一些示例实施例也可省略该超晶格层120。
第一导电类型半导体层130和第二导电类型半导体层150可分别为掺杂有n型杂质和p型杂质的半导体，但不限于此。例如，第一导电类型半导体层130和第二导电类型半导体层150可分别为p型半导体和n型半导体。第一导电类型半导体层130和第二导电类型半导体层150可为(例如，由具有AlxInyGa1-x-yN(0≤x≤1,0≤y≤1，0≤x+y≤1)的组成的材料形成的)氮化物半导体。虽然第一导电类型半导体层130和第二导电类型半导体层150可分别为单层，但是第一导电类型半导体层130和第二导电类型半导体层150也可包括例如在掺杂浓度、组成等上具有不同特性的多个层。除氮化物半导体之外，可使用基于AlInGaP或AlInGaAs的半导体来形成第一导电类型半导体层130和第二导电类型半导体层150。在一些示例性实施例中，第一导电类型半导体层130可以是例如掺杂有硅(Si)或碳(C)的n型氮化镓(n型GaN)层，第二导电类型半导体层150可以是例如掺杂有镁(Mg)或锌(Zn)的p型氮化镓(p型GaN)层。
有源层140可设置在第一导电类型半导体层130与第二导电类型半导体层150之间，以通过电子和空穴的复合来发出具有一定能量的光。该能量的大小可预先确定。有源层140可以是由诸如氮化铟镓(InGaN)等单一材料形成的层，但可具有单量子阱(SQW)结构或者量子阱层和量子势垒层交替地设置的多量子阱(MQW)结构，例如，在氮化物半导体情况下的GaN/InGaN结构。
例如，当有源层140包括InGaN时，可增加铟(In)的含量以减少由晶格失配引起的晶体缺陷并提高半导体发光器件100的内部量子效率。可根据有源层140中的铟(In)含量来调节发光波长。
当在缓冲层110(其为在生长有源层140之前形成的下部半导体层的一部分)中形成凹凸部分RI时，可减小施加于有源层140的应力，并且还可减小有源层140中的穿透位错(threading dislocation)密度。因此，有源层140可具有改善的结晶度，并且可改善半导体发光器件100的光特性。
第一电极160和第二电极170可分别设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上以相互电连接。第一电极160和第二电极170可为由导电材料形成的单层或多层结构。
例如，第一电极160和第二电极170可包括金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、锌(Zn)、铝(AL)、铟(In)、钛(Ti)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、镁(Mg)、钽(Ta)、铬(Cr)、钨(W)、钌(Ru)、铑(Rh)、铱(Ir)、镍(Ni)、钯(Pd)、铂(Pt)及其合金中的一种或多种。在一些示例性实施例中，第一电极160和第二电极170中的至少一个可以是透明电极，并且例如，可由氧化铟锡(ITO)、氧化铝锌(AZO)、氧化铟锌(IZO)、氧化锌(ZnO)、ZnO:Ga(GZO)、氧化铟(In2O3)、氧化锡(SnO2)、氧化镉(CdO)、氧化镉锡(CdSnO4)或氧化镓(Ga2O3)形成。
图1中示出的第一电极160和第二电极170的位置和形状是作为示例提供的，因此可根据示例性实施例有各种变化。在一些示例性实施例中，还可在第二导电类型半导体层150上设置欧姆电极层，并且欧姆电极层可包括例如含高浓度p型杂质的p型GaN。或者，欧姆电极层可由金属或透明导电氧化物形成。
图2至图4为根据示例性实施例的半导体发光器件的示意性截面图。
参照图2，半导体发光器件100a可包括衬底101、设置在衬底101上的缓冲层110a、超晶格层120、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。半导体发光器件100a还可包括第一电极160和第二电极170作为电极结构。
缓冲层110a可包括第一缓冲层112a和第二缓冲层114a。在一些示例性实施例中，可按照与图1的示例性实施例不同的方式在第一缓冲层112a与第二缓冲层114a之间的界面处形成空隙VD。可通过刻蚀第一缓冲层112a的一部分并使第二缓冲层114a生长在其上来形成空隙VD。将在下文参照图11A和图11B来进一步详细地描述对空隙VD的刻蚀。空隙VD的尺寸、形状、排列等不限于图中示出的那些，并且可以有各种变化。在一些示例性实施例中，还可在第一缓冲层112a与第二缓冲层114a之间的界面的未形成空隙VD的区域中形成凹凸部分。
缓冲层110a的上表面110au(例如，第二缓冲层114a的上表面110au)可以是平坦表面。为了使第二缓冲层114a在形成在空隙VD上时具有平坦上表面，可调节第二缓冲层114a生长期间的工艺条件。
参照图3，半导体发光器件100b可包括衬底101、设置在衬底101上的缓冲层110b、超晶格层120、第一导电类型半导体层130a、有源层140以及第二导电类型半导体层150。半导体发光器件100b还可包括第一电极160和第二电极170作为电极结构。
在图3的示例性实施例中，可将缓冲层110b按照与图1和图2的示例性实施例不同的方式设置为单层，因此，可不包括其中形成有凹凸部分RI(见图1)的非平坦表面或者其中形成有空隙VD(见图2)的非平坦表面。
凹凸部分RI可位于第一导电类型半导体层130a中。因此，第一导电类型半导体层130a可包括基于非平坦表面垂直设置的第一层132和第二层134。在这种情况下，第一导电类型半导体层130a的上表面(例如，第二层134的上表面)可以是平坦的。第一层132和第二层134可具有相同的组成或不同的组成。
在一些示例性实施例中，第一导电类型半导体层130a也可包括如在图2的示例性实施例中那样的空隙VD。在其他示例性实施例中，除非平坦表面之外，第一导电类型半导体层130a还可包括多个空隙VD。
参照图4，半导体发光器件100c可包括衬底101、设置在衬底101上的缓冲层110c、第一导电类型半导体层130b、有源层140以及第二导电类型半导体层150。半导体发光器件100c还可包括第一电极160和第二电极170作为电极结构。
在图4中示出的示例性实施例中，可将缓冲层110c和第一导电类型半导体层130b按照与图1至图3的示例性实施例不同的方式设置为单层，并且可在缓冲层110c与第一导电类型半导体层130b之间的界面上形成凹凸部分RI。第一导电类型半导体层130b的上表面可以是平坦的。
在一些示例性实施例中，除非平坦表面之外，第一导电类型半导体层130b还可包括如在图2的示例性实施例中那样的多个空隙VD。在这种情况下，可在缓冲层110c与第一导电类型半导体层130b之间的界面处形成如图2的示例性实施例中那样的空隙VD来代替凹凸部分RI。
如在图1至图4的示例性实施例中示出的那样，设置在衬底101与有源层140之间的至少一层半导体层可包括非平坦表面，其上形成有凹凸部分RI、空隙VD或者凹凸部分RI和空隙VD两者。在一些实施例中，两层或更多层可分别包括非平坦表面和/或空隙VD。可在设于衬底101与有源层140之间的多个层之间的界面中的至少一个上形成凹凸部分RI和/或空隙VD。
图5为示出根据示例性实施例的半导体发光器件的特性的部分截面图。
参照图5，示出了图1的半导体发光器件100的一部分组成元件。例如，当从衬底101生长第一缓冲层112时，在衬底101由蓝宝石形成并且第一缓冲层112由AlN形成的情况下，由于晶格常数的失配，在第一缓冲层112内部会形成穿透位错TD。
穿透位错TD可根据缓冲层110的生长而垂直地延伸。然而，大部分穿透位错TD的延伸可停止在第一缓冲层112与第二缓冲层114之间的形成有凹凸部分RI的界面处，从而不会沿着第二缓冲层114向上延伸。因此，可降低第一缓冲层112上方的半导体层中的穿透位错TD的密度。通过在去除一部分第一缓冲层112之后生长第二缓冲层114的同时阻止连续晶体生长并消除缺陷，导致了这种TD密度降低的出现。
此外，当衬底101和第一缓冲层112由不同材料形成时，会在相反方向上分别向衬底101和第一缓冲层112施加应力。例如，当衬底101由蓝宝石形成并且第一缓冲层112由AlN形成时，会向衬底101施加压应力，向第一缓冲层112施加拉应力。所述应力会导致在第一缓冲层112中出现裂纹。在去除部分第一缓冲层112之后生长第二缓冲层114时，这种应力也会被释放，因此，可减少裂纹。
图6和图7为示出根据示例性实施例的半导体发光器件特性的图表。
参照图6，示出了比较性示例和示例实施例的X光衍射(XRD)分析结果。示例实施例对应于这样的结构：在其中按照如图1的半导体发光器件100的结构来生长由蓝宝石形成的衬底101、由AlN形成的缓冲层110以及由n型AlGaN形成的第一导电类型半导体层130。比较性示例对应于这样的结构：在其中缓冲层110为单层，其它结构与示例实施例相同。通过XRD分析对关于(002)面和(102)面的晶面的谱峰处的半高全宽(FWHM)值进行相互比较。
如图6所示，可以认识到，在各个晶面上，示例实施例中的半高全宽小于比较性示例中的半高全宽。具体地，对于(002)面，比较性示例中的值为340角秒，示例实施例中的值为206角秒。对于(102)面，比较性示例中显示540角秒，示例实施例中显示440角秒。从中可以认识到，与比较性示例的情况相比，包括第一导电类型半导体层130的半导体层的结晶度得到进一步的改善。
参照图7，示出了比较性示例和示例实施例中的裂纹扩展的分析结果。示例实施例和比较性示例与图6的情况相同。对形成在4英尺蓝宝石晶圆上的半导体层从晶圆一端开始的裂纹扩展距离进行测量和比较。
如图7所示，对于示例实施例，可认识到的是，裂纹扩展距离为28mm，这是一个相对较小的值，是比较性示例的裂纹扩展距离51mm的约50％至60％。可以认识到的是，在示例实施例中，施加到半导体层内部的应力减小了，因此与比较性实施例相比裂纹扩展减小。
图8A和图8B为示出根据示例性实施例的半导体发光器件特性的图像。
参照图8A和图8B，分别示出了在比较性示例和示例实施例中使用光学显微镜分析半导体层表面的结果。示例实施例和比较性示例的情况与图6和图7的情况相同。
在图8A和图8B中，半导体层表面可具有由穿透位错导致的诸如小丘形式的凸形态。在对比较性示例(图8A)与示例实施例(图8B)进行相互比较时，对于比较性示例，与示例实施例相比发生了相对更大数量的穿透位错，因此，从中可以认识到，在示例实施例中穿透位错的密度相对减小。
图9A至图9F为示意性地示出制造根据示例性实施例的半导体发光器件的各个处理的截面图。
图10为示出制造根据示例性实施例的半导体发光器件的方法的流程图。
参照图9A和图10，在S110中，可在衬底101上形成下部半导体层的第一区。例如，第一区可对应于如图9A所示的第一缓初始冲层112P。
下部半导体层可用于表示设置在有源层140(见图1)下方的各层。衬底101可以是半导体生长衬底，并且对于要在衬底上生长的基于氮化物的半导体层而言可以是非均匀衬底。第一初始缓冲层112P可以是用于改善待生长半导体层的结晶度的层，并且可具有不同于衬底101的热膨胀系数。例如，当制造紫外发光器件时，第一初始缓冲层112P可以是具有较高水平的带隙能的AlN层。
可通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)或氢化物气相外延(HVPE)工艺在衬底101上形成第一初始缓冲层112P。当第一初始缓冲层112P为AlN层时，可将源材料三甲基铝(TMAl)和氨(NH3)引入腔室内以允许AlN层的生长。该处理可在低于1400℃的温度下(例如，约1150℃至约1250℃)以及等于或低于约200mbar的压强下进行。可以按照这样的方式来控制NH3和TMAl的流量，即，可将腔室中V族元素氮与III族元素铝之比维持在不大于约200。因此，可减少气态下的反应，并且可确保源材料在生长表面上的迁移长度。氢气(H2)可用作载气。
在示例性实施例中，在后续处理中形成凹凸部分以确保结晶度，因此，在制造UV发光器件的情况下，也可在较低温度下生长包括第一初始缓冲层112P的下部半导体层。因此，可使用与蓝光发光器件相同的设备。
在一些示例性实施例中，在形成第一初始缓冲层112P之前，可将腔室内部加热至某温度以从衬底101的上表面解吸污染材料。可预先设定该温度。
参照图9B和图10，在S120中可刻蚀下部半导体层的第一区的一部分。例如，可如图9B所示刻蚀第一初始缓冲层112P的一部分，以形成第一缓冲层112。
可使用氢气(H2)刻蚀第一初始缓冲层112P的上表面。本处理可在处理S110中使用的相同腔室内原位地进行，例如在单个MOCVD腔室中进行。在这种情况下，可停止或显著地减少氮化物源气体材料氨的流动，同时可维持已在S110中用作载气的氢气(H2)的流动，从而可进行刻蚀。因此，可形成具有其上形成有凹凸部分RI的上表面112u的第一缓冲层112。
可通过控制腔室内的温度和压强以及刻蚀时间周期来调节第一缓冲层112的刻蚀程度。例如，当温度较高或压强较低时，刻蚀速度会增大。例如，可通过在约1200℃或更低的温度下进行刻蚀来形成如图1中的凹凸部分RI，可通过在高于约1200℃的温度下进行刻蚀或者增加刻蚀时间周期来形成如图2中的空隙VD。
参照图9C、图9D和图10，可在第一缓冲层112上形成下部半导体层的第二区、超晶格层120和第一导电类型半导体层130。例如，如图9C所示，下部半导体层的第二区可对应于第二缓冲层114。
首先，如图9C所示，可形成第二缓冲层114。可考虑凹凸部分RI的尺寸(即，第一缓冲层112的上表面的粗糙程度)来控制工艺条件和厚度，这样可使得第二缓冲层114的上表面110u形成为平坦的。
可由与第一缓冲层112的材料相同或不同的材料形成第二缓冲层114。第二缓冲层114可为单层或多层，并且在一些示例性实施例中还可包括与第一导电类型半导体层130的导电杂质相同的导电杂质。
然后，如图9D所示，可在第二缓冲层114上形成超晶格层120和第一导电类型半导体层130。
可在S110和S120中使用的同一腔室中原位地形成第二缓冲层114、超晶格层120以及第一导电类型半导体层130的至少一部分。
参照图9E和图10，在S140中，可在下部半导体层LS上形成有源层140，在S150中，可在有源层140上形成上部半导体层US(例如，第二导电类型半导体层150)。
下部半导体层LS中的穿透位错可减少，并且可通过在形成下部半导体层LS的过程中进行的刻蚀处理来释放应力。因此，可改善形成在下部半导体层LS上的有源层140的结晶度。
虽然示例性实施例示出了将第二导电类型半导体层150设置为形成在有源层140上的上部半导体层US的情况，但是上部半导体层US还可包括额外的半导体层，例如设置在有源层140与第二导电类型半导体层150之间的电流扩散层。例如，电流扩散层可包括含有第二导电类型杂质的超晶格层。
在一些示例性实施例中，也可在同一腔室中原位地进行从形成下部半导体层LS的操作至形成上部半导体层US的操作的全部处理S110至S150。
参照图9F和图10，在S160中可台面刻蚀下部半导体层LS的一部分和上部半导体层US的一部分。
例如，可去除第一导电类型半导体层130的一部分、有源层140的一部分和第二导电类型半导体层150的一部分，以暴露出第一导电类型半导体层130的一部分。因此，第一导电类型半导体层130可通过台面刻蚀的区域ME而暴露出来。
接下来，参照图1和图10，在S170中，可在第一导电类型半导体层130和第二导电类型半导体层150上分别形成第一电极160和第二电极170。
可通过沉积导电材料来形成第一电极160和第二电极170。因此，可完成图1的半导体发光器件100的制造。
图11A和图11B为示意性地示出制造根据示例性实施例的半导体发光器件的方法的主要处理的截面图。
参照图11A，首先，如上面参照图9A描述的那样，可在衬底101上形成第一缓冲层112a，然后可使用氢气(H2)来刻蚀第一缓冲层112a的上表面。因此，可在第一缓冲层112a的上表面112au中形成对应于凹凸部分的深度较深的槽RH。
具体地，在本示例性实施例中，可在刻蚀速度比上文参照图9B描述的过程中的刻蚀速度更高的工艺条件下进行刻蚀处理。例如，腔室的内部温度可高于约1200℃，或者其压强可以较低。或者，可相对延长刻蚀时间。因此，可在待刻蚀的第一缓冲层112a的上表面112au中形成深度较深的槽RH，并且槽RH可形成为具有沿第一缓冲层112a的晶面设置的刻面，但不限于此。
虽然图11A仅示出了从第一缓冲层112a的上表面112au以某一深度延伸至第一缓冲层112a内部的槽RH，但是也可在上表面112au上的各槽RH之间形成宽度较小的凹凸部分。各槽RH的尺寸、其间的距离等不限于附图的示意。所述深度可预先确定。
参照图11B，第二缓冲层114a可形成在第一缓冲层112a上。
第二缓冲层114a可从各槽RH之间的第一缓冲层112a的上表面112au同时向上生长和横向生长，以具有平坦上表面。因此，可形成缓冲层110a，其具有在第一缓冲层112a与第二缓冲层114a之间的界面处的空隙VD。可通过由形成在第一缓冲层112a与第二缓冲层114a之间的界面处的空隙VD带来的缓冲效应来进一步释放施加到形成在第一缓冲层112a上方的半导体层上的应力。
随后，在图11B的处理之后，可进行与上面参照图9D至图9F描述的处理相同或相似的处理，从而制造图2的半导体发光器件100a。
如图9A至图11B的示例性实施例中示出的那样，可进行刻蚀处理，以在设置于衬底101与有源层140之间的下部半导体层LS中的至少一层中形成其上形成有凹凸部分RI非平坦表面或者形成空隙VD。在一些示例性实施例中，可形成具有凹凸部分RI的非平坦表面和空隙VD两者。在一些示例性实施例中，非平坦表面和空隙VD可分别形成在两个或更多个对应层中。此外，可在形成下部半导体层LS的多个层之间的各界面中的至少一个上形成凹凸部分RI或空隙VD。
图12和图13为示出根据示例性实施例的半导体发光器件的示例实施例的截面图。
参照图12，半导体发光器件200可包括衬底201、设置在衬底201上的缓冲层210、第一导电类型半导体层230、有源层240和第二导电类型半导体层250。半导体发光器件200还可包括分别连接至第一导电类型半导体层230和第二导电类型半导体层250的第一电极260和第二电极270。
衬底201可以是例如由蓝宝石形成的透光衬底。缓冲层210可包括第一缓冲层212和第二缓冲层214，并且可在第一缓冲层212与第二缓冲层214之间的界面上形成凹凸部分RI。在一些示例性实施例中，除如上描述的凹凸部分RI之外还可形成空隙VD，或者形成空隙VD来代替如上描述的凹凸部分RI。
第一导电类型半导体层230、有源层240和第二导电类型半导体层250可以是发光结构并且可堆叠在衬底201和缓冲层210上。在一些示例性实施例中，第一导电类型半导体层230(而非使用缓冲层210)可在其中包括凹凸部分RI、空隙VD或凹凸部分RI和空隙VD两者。在其他示例性实施例中，第一导电类型半导体层230可与缓冲层210一起在其中包括凹凸部分RI、空隙VD或凹凸部分RI和空隙VD两者。
在下文中，将省略关于与图1所示出的那些相同名称的组成元件的重复描述。
第一电极260可包括：连接电极部分265，其具有穿透第二导电类型半导体层250和有源层240的导电通路，以连接至第一导电类型半导体层230；以及连接至连接电极部分265的第一电极焊盘268。连接电极部分265可被绝缘部分280包围，以与有源层240和第二导电类型半导体层250电隔离。可适当地设计连接电极部分265的数量、形状或间距，或者其与第一导电类型半导体层230的接触面积等，从而可减小接触电阻。第二电极270可包括第二导电类型半导体层250上的欧姆接触层275和第二电极焊盘278。
连接电极部分265和欧姆接触层275可分别具有这样的结构：其中分别对第一导电类型半导体层230和第二导电类型半导体层250具有欧姆特性的导电材料形成为单层或多层结构。例如，连接电极部分265和欧姆接触层275可由Ag、Al、Ni、Cr和透明导电氧化物(TCO)中的至少一种形成。
第一电极焊盘268和第二电极焊盘278可分别连接至连接电极部分265和欧姆接触层275，从而作为半导体发光器件200的外部端子。例如，第一电极焊盘268和第二电极焊盘278可包括Au、Ag、Al、Ti、W、Cu、Sn、Ni、Pt、Cr、NiSn、TiW、AuSn或者其低共熔合金。第一电极260和第二电极270可设置在单一方向上并且以倒装芯片形式安装在引线框架等上。
第一电极260和第二电极270可通过绝缘部分280彼此电隔离。绝缘部分280可由绝缘材料形成，并且可使用光吸收率较低的材料。例如，可使用诸如SiO2、SiOxNy、SixNy等硅的氧化物和硅的氮化物作为绝缘部分280的材料。在一些示例性实施例中，绝缘部分280可具有光反射结构，其中光反射填料分布在光传输材料中。或者，在其他示例性实施例中，绝缘部分280可具有多层反射结构，其中不同折射率的多个绝缘层交替地堆叠。
参照图13，半导体发光器件300可包括衬底301和设置在衬底301上的发光纳米结构S。发光纳米结构S可包括第一导电类型半导体核330、有源层340和第二导电类型半导体层350。半导体发光器件300还可包括设置在衬底301与发光纳米结构S之间的基层320和绝缘层325、覆盖发光纳米结构S的透明电极层375和封装层380以及具有电极结构的第一电极360和第二电极370。
衬底301例如可以是蓝宝石衬底、Si衬底或GaN衬底。在衬底301的上表面上形成凹凸部分RI以改善光提取效率。缓冲层310可包括第一缓冲层312和第二缓冲层314，凹凸部分RI可形成在第一缓冲层312与第二缓冲层314之间的界面上。
基层320可设置在缓冲层310上。基层320可以是使用III-V族化合物形成的层，例如GaN层。基层320可以是掺杂有n型材料的n-GaN层。在本示例性实施例中，基层320可共同连接至发光纳米结构S中的每一个的一侧，以用作接触电极并且提供用于生长第一导电类型半导体核330的晶面。在一些示例性实施例中，基层320可在其中包括凹凸部分RI、空隙VD或凹凸部分RI和空隙VD两者，来代替缓冲层310。在其他示例性实施例中，基层320可在其中连同缓冲层310一起包括凹凸部分RI、空隙VD或凹凸部分RI和空隙VD两者。
绝缘层325可设置在基层320上。绝缘层325可由氧化物或氮化物形成，例如，可由SiOx、SiOxNy、SixNy、Al2O3、TiN、AlN、ZrO、TiAlN和TiSiN中的至少一种形成。绝缘层325可包括允许基层320的一部分暴露的多个开口。可根据多个开口的宽度来确定发光纳米结构S的直径、长度、位置和生长条件。多个开口可具有各种横截表面，例如圆形、四角形、六角形等。
多个发光纳米结构S的位置可分别对应于在其中形成多个开口的位置。发光纳米结构S可分别具有核-壳结构，其包括从通过多个开口暴露出的基层320生长的第一导电类型半导体核330以及顺序地形成在第一导电类型半导体核330表面上的有源层340和第二导电类型半导体层350。
半导体发光器件300中包括的发光纳米结构S的数量不限于图中示出的数量，并且半导体发光器件300可包括例如数十至数百万个发光纳米结构S。根据本示例性实施例的发光纳米结构S可配置为包括下部六角棱柱区和上部六角棱锥区。根据示例性实施例，发光纳米结构S可以是锥形或柱形。发光纳米结构S可具有这样的三维形状，以具有较宽的发光表面面积并提高光效率。
透明电极层375可覆盖发光纳米结构S的上表面和侧表面，并且可设置在彼此相邻的发光纳米结构S之间，以连接在彼此相邻的发光纳米结构S之间。透明电极层375可包括氧化铟锡(ITO)、氧化铝锌(AZO)、氧化铟锌(IZO)、氧化锌(ZnO)、ZnO:Ga(GZO)、氧化铟(In2O3)、氧化锡(SnO2)、氧化镉(CdO)、氧化镉锡(CdSnO4)或氧化镓(Ga2O3)。
封装层380可填充发光纳米结构S之间的空间，同时设置为覆盖发光纳米结构S和形成在发光纳米结构S上的透明电极层375。封装层380可由诸如SiO2、SiNx、Al2O3、HfO、TiO2或ZrO的光传输绝缘材料形成。
第一电极360和第二电极370可分别设置在基层320和透明电极层375上，以分别与其电连接。
因为半导体发光器件200和半导体发光器件300分别在缓冲层210和缓冲层310中包括其上形成有凹凸部分RI、空隙VD或凹凸部分RI和空隙VD两者的非平坦表面，所以可释放应力并减小缺陷密度。因此，可确保分别包括有源层240和有源层340的上部半导体层的结晶度质量，并且可改善半导体发光器件200和半导体发光器件300各自的光特性。
图14至图16示出了将根据示例性实施例的半导体发光器件应用于封装件的示例。
参照图14，半导体发光器件封装件600可包括设置在安装衬底611上的发光器件601、第一端Ta和第二端Tb以及透镜690。发光器件601可包括第一导电类型半导体层630、有源层640、第二导电类型半导体层650和磷光体层680。在半导体发光器件封装件600中，可在发光器件601的下表面上形成电极，其表面与主光提取面相对，并且可一体地形成磷光体层680和透镜690以具有芯片级封装(CSP)结构。
发光器件601可处于已去除如图1或图2中的衬底101和缓冲层110的状态，并且可在发光器件的已去除衬底的表面上形成凹凸部分、空隙或凹凸部分和空隙两者。可在形成凹凸部分、空隙或凹凸部分和空隙两者的表面上设置磷光体层680和光转换层。可根据上面参照图9A至图11B描述的示例实施例的制造半导体发光器件的方法来制造衬底和缓冲层，然后可在封装处理期间去除。在一些示例性实施例中，可不去除衬底和缓冲层中的至少一个。
第一电极660和第二电极670可分别连接至第一导电类型半导体层630和第二导电类型半导体层650。第一电极660可包括穿透第二导电类型半导体层650和有源层640的导电通路665，以连接至第一导电类型半导体层630。可通过包围导电通路665的绝缘层603来防止导电通路665与有源层640和第二导电类型半导体层650发生短路。在本示例性实施例中，虽然导电通路665以示例方式设置为单个通路，但是也可以各种形式布置多个导电通路，以有助于电流扩散。此外，可考虑发光器件601的面积而确定导电通路665的直径。
安装衬底611可以是可易于应用半导体工艺的诸如硅衬底的衬底，但不限于此。安装衬底611和发光器件601可通过键合层602和612彼此键合。键合层602和612可由绝缘材料或导电材料形成，例如，由诸如SiO2的氧化物、SiN等、诸如硅树脂、环氧树脂等的树脂基材料、Ag、Al、Ti、W、Cu、Sn、Ni、Pt、Cr、NiSn、TiW、AuSn或其低共熔合金形成。
在一些示例性实施例中，可省略键合层602和612，并且第一电极660和第二电极670可分别连接至安装衬底611的第一端Ta和第二端Tb。在一些示例性实施例中，第一电极660和第二电极670可分别配置为多个金属层。例如，第一电极660和第二电极670可包括焊料凸块层和含有焊料焊盘的凸块底部金属化(UBM)层。在这种情况下，可省略安装衬底611、键合层602和612、第一端Ta和第二端Tb。
在安装衬底611中，从安装衬底611的下表面可形成通路以连接至被键合的发光器件601的第一电极660和第二电极670。可在所述通路的各侧和安装衬底611的下表面上设置绝缘体613。例如，当安装衬底611为硅衬底时，绝缘体613可通过热氧化处理设置为氧化硅层。可通过用导电材料填充所述通路来形成第一端Ta和第二端Tb，以分别连接至第一电极660和第二电极670。第一端Ta和第二端Tb可分别包括种子层618a和618b以及分别使用种子层618a和618b通过电镀处理形成的电镀填充部分619a和619b。
参照图15，半导体发光器件封装件700可包括与图1或图2所示结构相同的半导体发光器件701、安装衬底710和封装体703。也就是，半导体发光器件701可包括如上所述的凹凸部分、空隙或凹凸部分和空隙两者。
半导体发光器件701可安装在安装衬底710上，以通过导线W与其电连接。安装衬底710可包括衬底主体711、上部电极713、下部电极714以及将上部电极713和下部电极714彼此连接的贯通电极712。衬底主体711可由树脂、陶瓷或金属形成。上部电极713或下部电极714可以是由诸如Au、Cu、Ag或Al的金属形成的金属层。例如，安装衬底710可设置为诸如印刷电路板(PCB)、金属核印刷电路板(MCPCB)、MPCB、柔性印刷电路板(FPCB)等的衬底，并且可以不同地使用安装衬底710的结构。
封装体703的上表面可具有凸圆顶状的透镜结构，但根据示例性实施例，其表面可以是凸形透镜结构或凹形透镜结构，以能够调节通过封装体703的上表面发出的光的光束传播角。
参照图16，半导体发光器件封装件800可包括与图12所示结构相同的半导体发光器件801、封装体802和一对引线框架803。
可以按照使各个电极直接接触相应的引线框架以与其电连接的方式，将半导体发光器件801安装在引线框架803上。在示例性实施例中，半导体发光器件801还可安装在引线框架803以外的其他区域上，例如，安装在封装体802中。封装体802可具有切口形凹进部分以改善光反射效率。这样的凹进部分可设有形成在其中的封装体805，并且填充有光传输材料以封装半导体发光器件801。在一些示例性实施例中，封装体805可含有诸如磷光体和/或量子点的波长转换材料。
图17A和图17B为示出根据示例性实施例的白光源模块的示意图。
图17A和图17B中示出的白光源模块可分别包括安装在电路板上的多个发光器件封装件。安装在单个白光源模块上的多个发光器件封装件可配置为产生相同波长光的同类发光器件封装件或者产生不同波长光的异类发光器件封装件。
参照图17A，可通过对色温分别为4000K和3000K的白光发光器件封装件“40”和“30”与红光发光器件封装件“R”进行组合来配置白光源模块。白光源模块可控制为具有3000K至4000K范围内的色温，并且可提供显色指数Ra在85至100范围内的白光。
在一些示例性实施例中，白光源模块可仅配置为白光发光器件封装件。在这种情况下，白光源模块可包括所发出的白光的色温与图17A的白光的色温不同的白光发光器件封装件。例如，如图17B所示，白光源模块可通过对色温为2700K的白光发光器件封装件“27”与色温为5000K的白光发光器件封装件“50”进行组合，来提供色温可调节在2700K至5000K范围内并且显色指数Ra在85至99范围内的白光。这里，具有对应色温的发光器件封装件的数量可主要根据基本色温的预设值来变化。例如，当光源模块是色温预设基本值为约4000K的照明装置时，对应于4000K色温的封装件的数量可大于对应于3000K色温的封装件的数量或者红光发光器件封装件的数量。
因此，通过将黄色磷光体、绿色磷光体、红色磷光体、橙色磷光体或蓝色磷光体与蓝光发光器件或紫外(UV)发光器件组合，可以按照使紫光发光器件封装件、蓝光发光器件封装件、绿光发光器件封装件、红光发光器件封装件或红外发光器件封装件中的至少一种包括在发出白光的发光器件封装件中的方式，来配置异类发光器件封装件。因此，可调节白光的色温和显色指数(CRI)。
白光源模块可用作下面描述的灯泡型照明装置2000(见图21)的光源模块2040。
图18示出了对可应用于根据示例性实施例的半导体发光器件封装件的波长转换材料进行示意的CIE 1931色彩空间色度图。
在单个发光器件封装件中，某一颜色的光可以根据来自作为发光器件的发光二极管(LED)芯片的光的波长以及磷光体类型和磷光体的混合比来确定。对于白光发光器件封装件的情况，可由此调节色温和显色指数。
例如，当LED芯片发出蓝光或UV光时，包括黄色磷光体、绿色磷光体、红色磷光体和蓝色磷光体中的至少一种的发光器件封装件可根据磷光体混合比来发出各种色温的白光。按照与之不同的方式，将绿色磷光体或红色磷光体应用于蓝色LED芯片的发光器件封装件可发出绿光或红光。因此，通过将发出白光的发光器件封装件和发出绿光或红光的发光器件封装件组合，可控制白光的显色指数和色温。另外，发光器件封装件还可配置为包括发出紫光、蓝光、绿光、红光或红外光的至少一种发光器件。
在这种情况下，在照明装置中，可将CRI控制在介于钠灯级别至太阳光级别之间，并且可产生色温在约1500K至约2000K范围内的各种类型的白光。通过根据需要产生紫色、蓝色、绿色、红色、橙色的可见光或者红外光，可将照明颜色调节为适于环境气氛或人们的情绪。另外，照明装置还可发出能够促进植物生长的特定波段内的光。
通过将黄色磷光体、绿色磷光体、红色磷光体、蓝色磷光体和/或绿光发光器件和红光发光器件与蓝光发光器件或UV发光器件组合而获得的白光可具有两个或多个峰值波长，并且图18所示的CIE1931色彩空间色度图的坐标(x，y)可位于(0.4476,0.4074)、(0.3484,0.3516)、(0.3101,0.3162)、(0.3128,0.3292)以及(0.3333,0.3333)彼此连接的线段上。或者，坐标(x,y)可位于所述线段和黑体辐射光谱所包围的区域中。白光的色温可介于1500K至2000K之间。在图18中，位于黑体辐射光谱下方的点E(0.3333,0.3333)附近的白光可处于在其中基于黄色的光的组分变得较弱的状态。该白光可用作其中可向裸眼提供相对愉快或振奋的心情的区中的照明光源。因此，利用黑体辐射光谱(普朗克轨迹)下方的点E(0.3333，0.3333)附近的白光的照明设备产品可有效地用于销售消费品的零售店中。
作为用于转换从半导体发光器件发出的光的波长材料，可使用例如磷光体和/或量子点的各种材料。
磷光体可由以下化学式表示并且具有如下的颜色：
基于氧化物的磷光体：黄色和绿色Y3Al5O12:Ce、Tb3Al5O12:Ce、Lu3Al5O12:Ce；
基于硅酸盐的磷光体：黄色和绿色(Ba,Sr)2SiO4:Eu、黄色和黄橙色(Ba,Sr)3SiO5:Ce；
基于氮化物的磷光体：绿色β-SiAlON:Eu、黄色La3Si6N11:Ce、黄橙色α-SiAlON:Eu、红色CaAlSiN3:Eu、Sr2Si5N8:Eu、SrSiAl4N7:Eu、SrLiAl3N4:Eu、Ln4-x(EuzM1-z)xSi12-yAlyO3+x+ yN18-x-y(0.5≤x≤3，0＜z＜0.3，0＜y≤4)(这里，Ln可以是从包括IIIa族元素和稀土元素的组合中选择的至少一种元素，并且M可以是从包括Ca、Ba、Sr和Mg的组合中选择的至少一种元素)；
基于氟化物的磷光体：基于KSF的红色K2SiF6:Mn4 +、K2TiF6:Mn4 +、NaYF4:Mn4 +、NaGdF4:Mn4 +,K3SiF7:Mn4+。
磷光体的组分应基本上符合化学计量学，并且各个元素可用元素周期表的相应的族的其他元素来替代。例如，Sr可用碱土族II族的Ba、Ca、Mg等来替代，并且Y可用镧基Tb、Lu、Sc、Gd等来替代。根据需要的能级，活化剂Eu等可用Ce、Tb、Pr、Er、Yb等来替代，并且可额外使用单独的活化剂或者子活化剂等，用于改变其特性。
具体地，对于基于氟化物的红色磷光体，为了改善其在相对高温/高湿度下的可靠性，磷光体可涂有不含Mn的氟化物，或者在磷光体表面上或涂有无Mn的氟化物的表面上涂覆有机材料。对于如上所述的基于氟化物的红色磷光体，可以不同于其他磷光体的方式获得40nm或更小的窄半高全宽，因此，基于氟化物的红色磷光体可用在例如UHD TV的等高分辨率TV装置中。
下面的表1示出了对于每个领域而言使用蓝色LED芯片(440至460nm)或者UV LED芯片(380至440nm)的白光发光器件的磷光体类型。
表1
作为波长转换部分的材料，可使用诸如量子点(QD)的波长转换材料来替代磷光体或者与磷光体混合。
图19为根据示例性实施例的背光的示意性透视图。
参照图19，背光1000可包括导光板1040和设置在导光板1040两侧上的光源模块1010。背光1000还可包括设置在导光板1040下方的反射板1020。根据示例实施例的背光1000可以是边缘型背光。
根据一些示例性实施例，光源模块1010可仅设置在导光板1040的一侧上或者额外设置在其另一侧。光源模块1010可包括印刷电路板1001和安装在印刷电路板1001上的多个发光器件1005。发光器件1005可包括参照图1至图4、图12和图13描述的半导体发光器件100、100a、100b、100c、200或300。
图20为根据示例性实施例的背光的示意性截面图。
参照图20，背光1100可包括光漫射板1140和布置在光漫射板1140下方的光源模块1110。背光1100还可包括布置在光漫射板1140下方并且在其中容纳光源模块1100的底盒1160。根据本示例性实施例的背光1100可以是直下式背光。
光源模块1110可包括印刷电路板1101和安装在印刷电路板1101上表面上的多个发光器件1105。发光器件1105可包括图1至图4、图12和图13的半导体发光器件100、100a、100b、100c、200或300。
图21为示意性地示出根据示例性实施例的包括通信模块的灯的分解透视图。
参照图21，照明装置2000可包括插座2010、电源2020、散热器2030和光源模块2040以及罩2070。
可通过插座2010施加供应给照明装置2000的电力。插座2010可配置为用现有照明装置来替代。如图21所示，电源2020可包括彼此分离或耦接的第一电源部分2021和第二电源部分2022。散热器2030可包括内部散热部分2031和外部散热部分2032。内部散热部分2031可直接连接至光源模块2040和/或电源2020，通过内部散热部分2031可传热至外部散热部分2032。
光源模块2040可从电源2020接收电力以向罩2070发光。光源模块2040可包括一个或多个发光器件2041、电路板2042和控制器2043，控制器2043可在其中存储发光器件2041的驱动信息。发光器件2041可包括图1至图4、图12和图13的半导体发光器件100、100a、100b、100c、200或300。
反射板2050可设置在光源模块2040上方。反射板2050可允许来自光源的光侧向或背向均匀散布，从而减少光的眩光效应。通信模块2060可安装在反射板2050的上部分上，并且可通过通信模块2060来实现家庭网络通信。例如，通信模块2060可以是使用ZigBee、Wi-Fi或Li-Fi的无线通信模块，并且可通过智能手机或无线控制器来控制在室内或室外安装的照明装置的照明，例如开启/关闭、调节亮度等等。另外，可使用Li-Fi通信模块来控制家中或室外的电子产品和汽车系统(例如电视机、冰箱、空调、门锁、汽车等)，Li-Fi通信模块使用室内或室外安装的照明装置的可见光波长。反射板2050和通信模块2060可被罩2070覆盖。罩2070可配置为允许光源模块2040所产生的光向外均匀照射。
图22为示意性地示出根据示例性实施例的条形灯的分解透视图。
参照图22，照明装置3000可包括散热器构件3100、罩3200、光源模块3300、第一插座3400和第二插座3500。
多个散热鳍3110和3120可以凹凸形式形成在散热构件3100的内部或/和外部表面上，并且散热鳍3110和3120可设计为具有各种形状和其间的间隔。可在散热构件3100的内侧上形成具有突出形状的支撑部分3130。光源模块3300可固定至支撑部分3130。可在散热构件3100的两端上形成阻塞突出件3140。
可在罩3200上形成阻塞槽3210。阻塞槽3210可以钩耦合结构耦接至散热构件3100的阻塞突出件3140。也可反转地改变形成阻塞槽3210和阻塞突出件3140的位置。
光源模块3300可包括发光器件阵列。光源模块3300可包括印刷电路板3310、光源3320和控制器3330。光源3320可包括图1至图4、图12和图13的半导体发光器件100、100a、100b、100c、200或300。控制器3330可在其中存储光源3320的驱动信息。印刷电路板3310可设有形成在其中的用于操作光源3320的电路导线，并且还可包括用于操作光源3320的组成元件。
第一插座3400和第二插座3500可设置为一对插座，并且可具有这样的结构，在其中第一插座3400和第二插座3500耦接至配置为散热构件3100和罩3200的圆柱形罩单元的两端。例如，第一插座3400可包括多个电极端3410和电源装置3420，第二插座3500可包括设置在其上的多个虚设端3510。另外，光学传感器和/或通信模块可设置在第一插座3400或第二插座3500之一的内部。例如，光学传感器和/或通信模块可安装在其中设有虚设端3510的第二插座3500中。在另一个示例中，光学传感器和/或通信模块可安装在其中设有电极端3410的第一插座3400中。
图23为示出室内照明控制网络系统的示意图。
根据本示例性实施例的网络系统5000可以是复杂智能照明网络系统，在其中使用彼此会聚的例如LED等发光器件的照明技术、物联网(IoT)技术、无线通信技术等。网络系统5000可使用各种照明装置和有线/无线通信装置来实现，并且可通过传感器、控制器、通信装置、用于网络控制及维护的软件等来实现。
网络系统5000可应用于例如公园、街道等的开放空间，以及定义为诸如家庭或办公室等建筑物的内部的封闭空间。网络系统5000可基于物联网环境实现，以收集并处理各种信息并且将信息提供给用户。在这种情况下，包括在网络系统5000中的LED灯5200可从网关5100接收关于周围环境的信息以控制LED灯5200的照明，并且还可基于诸如LED灯5200的可见光通信等的功能来起到确认并控制包括在物联网环境中的其他装置5300至5800的工作状态或诸如此类的作用。
参照图23，网络系统5000可包括：对根据不同的通信协议传输和接收的数据进行处理的网关5100、连接至网关5100以与其通信并且包括LED发光器件的LED灯5200以及连接至网关5100以能够根据各种无线通信方案与其通信的多个装置5300至5800。为了实现基于物联网环境的网络系统5000，装置5300至5800以及LED灯5200分别可包括至少一个通信模块。在示例性实施例中，LED灯5200可连接至网关5100以能够通过诸如Wi-Fi、ZigBee、Li-Fi等的无线通信协议与其通信，并且为此目的，可包括至少一个用于灯的通信模块5210。
如上面参照图23示出的，网络系统5000可应用于例如街道或公园等开放空间以及例如家庭或办公室等封闭空间。例如，当网络系统5000应用于家庭时，多个装置5300至5800可包括诸如电视机5310或冰箱5320的家用电器5300、数字门锁5400、车库门锁5500、安装在墙壁等上的照明开关5600、用于无线通信网络中继的路由器5700以及诸如智能手机、平板PC或便携式计算机等的移动装置5800，所述多个装置5300至5800包括在网络系统5000中并连接至网关5100以能够基于物联网技术与其通信。
在网络系统5000中，LED灯5200可使用安装在家中的诸如ZigBee、Wi-Fi、Li-Fi等无线通信网络来确认各种装置5300至5800的工作状态，或者根据周围环境或状况自动控制LED灯本身的照明强度。另外，可利用Li-Fi通信(其使用从LED灯5200发出的可见光线)来控制包括在网络系统5000中的装置5300至5800。
首先，LED灯5200可基于从网关5100通过用于灯的通信模块5210传输的周围环境信息或者由安装在LED灯5200中的传感器收集的周围环境的信息，自动控制其照明强度。例如，可根据电视机5310上播放的节目的类型或者屏幕的亮度来自动调节LED灯5200的亮度。为此目的，LED灯5200可从连接至网关5100的用于灯的通信模块5210接收关于电视机5310的操作的信息。可对用于灯的通信模块5210与包括在LED灯5200中的传感器和/或控制器进行模块化。
例如，当播放的电视节目的值对应于戏剧时，根据预设值，照明也可具有适当的12000K或更低的色温。例如，色温可降低至5000K，并且色感级别可调节为提供舒适的氛围。另外，例如，当节目值对应于喜剧时，网络系统5000还可以如下方式配置：可根据照明强度设置值而使色温提高至5000K或更高，并且可将色温调节为提供基于蓝光的白光照明。
另外，在无人在家的情况下，当在数字门锁5400被锁之后过了一段时间时，可关闭所有开启的LED灯5200以减少电消耗。或者，在通过移动装置5800等预设了安全模式的情况下，当在无人在家状态下数字门锁5400被锁时，LED灯5200可维持在开启状态。
还可根据通过连接至网络系统5000的各种传感器收集的周围环境来控制LED灯5200的工作。例如，当在建筑物中实施网络系统500时，通过对建筑物中的照明装置、位置传感器和通信模块进行组合，来收集人们在建筑物中的位置信息以及开启或关闭照明装置或者实时提供收集到的信息，从而可以有效地利用闲置空间或者有效地进行设备管理。因为诸如LED灯5200的照明装置一般设置在建筑物的各个楼层的大部分空间中，所有可通过集成有LED灯5200的传感器来收集关于建筑物的各种信息，并且收集到的信息可用于设备管理以及其对闲置空间的使用等。
LED灯5200、图像传感器、存储装置、用于灯的通信模块5210等可以不同方式彼此组合，以用在能够维持建筑物安全或者检测并处理紧急情况的设备中。例如，当烟雾传感器或温度传感器等附接至LED灯5200时，可通过快速地检测到是否发生火灾等来显著地减少破坏。另外，可考虑到天气或阳光的亮度等而控制照明装置的亮度，从而提供舒适的照明环境。
图24示出了应用于开放空间的网络系统的示例实施例。
参照图24，根据示例实施例的网络系统5000’可包括通信连接装置5100’、多个照明灯具5200’和5300’、服务器5400’、管理服务器5400’的计算机5500’、通信基站5600’、使通信装置彼此连接的通信网络5700’、移动装置5800’等等，所述多个照明灯具5200’和5300’以预设的间距安装并且连接至通信连接装置5100’并与之通信。
安装在诸如街道或公园的开放外部空间中的多个照明灯具5200’和5300’可分别包括智能引擎5210’和5310’。智能引擎5210’和5310’可分别包括发射光的发光器件、驱动发光器件的驱动器、收集关于周围环境的信息的传感器、通信模块等等。智能引擎5210’和5310’可根据诸如Wi-Fi、ZigBee、Li-Fi等的通信协议与其他周边装置进行通信。
在一些示例性实施例中，单个智能引擎5210’可连接至另一个智能引擎5310’以能够与之进行通信。在这种情况下，Wi-Fi网格可应用于智能引擎5210’与5310’之间的通信。至少一个智能引擎5210’可连接至通信连接装置5100’，其通过有线/无线通信连接至通信网络5700’。为了提高通信效率，多个智能引擎5210’和5310’可设为一组以连接至单个通信连接装置5100’。
通信连接装置5100’可设置为凭借其进行有线/无线通信的接入点(AP)，并且可对通信网络5700’与其他装置之间的通信进行中继。通信连接装置5100’可通过有线方案和无线方案中的至少一种连接至通信网络5700’，并且在一些示例性实施例中，可机械地容纳在照明灯具5200’和5300’之一的内部。
通信连接装置5100’可通过例如Wi-Fi等通信协议连接至移动装置5800’。移动装置5800’的用户可通过与邻近于照明灯具5200’的智能引擎5210’连接的通信连接装置5100’来接收多个智能引擎5210’和5310’所收集的周围环境信息。周围环境信息可包括周边交通信息、天气信息等。移动装置5800’还可根据通信基站5600’以3G、4G等无线蜂窝通信方案连接至通信网络5700’。
连接至通信网络5700’的服务器5400’可以不同方式接收由分别安装在照明灯具5200’和5300’中的智能引擎5210’和5310’收集到的信息，并且可同时监控照明灯具5200’和5300’等的各自的工作状态等。为了基于对照明灯具5200’和5300’各自的工作状态的监控结果来分别管理照明灯具5200’和5300’，服务器5400’可连接至提供管理系统的计算机5500’。计算机5500’可以执行可监控和管理智能引擎5210’和5310’的工作状态的软件等。
图25为示出照明灯具的智能引擎与移动装置之间通过可见光无线通信的通信操作的框图。
参照图25，智能引擎5210’可包括信号处理器5211’、控制器5212’、LED驱动器5213’、光源模块5214’、传感器5215’等。通过可见光无线通信连接至智能引擎5210’的移动装置5800’可包括控制器5801’、光接收器5802’、信号处理器5803’、存储器5804’、输入/输出5805’等。
可见光无线通信(Li-Fi)技术可以是这样的无线通信技术，其使用人眼可知觉的可见光波段的光以无线方式传递信息。这样的可见光无线通信技术与现有的有线光通信技术和红外无线通信的区别在于所述光处于可见光波段中(例如，从示例性实施例中描述的发光封装件发出的特定频率的可见光)，并且与有线光通信技术的区别还在于其通信环境是无线的。另外，不同于射率(RF)无线通信，可见光无线通信技术可提供的便利之处在于它可自由使用而不用受到频率使用方面的规范或许可，并且可提供的区别在于物理安全性突出以及通信链接可由用户目视确认。此外，可见光无线通信技术具有可利用其同时获得光源的特定用途和通信功能的收敛技术特性。
智能引擎5210’的信号处理器5211’可处理要通过可见光无线通信传输和接收的数据。在一些示例性实施例中，信号处理器5211’可将传感器5215’收集到的信息处理为数据并将数据传输至控制器5212’。控制器5212’可控制信号处理器5211’、LED驱动器5213’等的操作，具体地，可基于信号处理器5211’传输的数据来控制LED驱动器5213’的操作。LED驱动器5213’可使光源模块5214’响应于控制器5212’所传输的控制信号而发光，从而将数据传输至移动装置5800’。
移动装置5800’可包括控制器5801’、在其中存储数据的存储器5804’、包括显示器和触摸屏的输入/输出5805’、音频输出部分、信号处理器5803’、用于识别包括数据的可见光的光接收器5802’等。光接收器5802’可检测可见光并且将检测到的可见光转换成电信号。信号处理器5803’可对包括在由光接收器5802’转换后的电信号中的数据解码。控制器5801’可将信号处理器5803’解码后的数据存储在存储器5804’中，或通过输入/输出5805’等输出数据，以使用户感知。
如上面阐述的那样，根据本发明构思的各种示例性实施例，当形成位于有源层下的各半导体层时，位于有源层下的各半导体层可形成为包括刻蚀表面，从而提供具有改善的光特性的半导体发光器件及其制造方法。
虽然已在上面示出和描述了本发明构思的各示例性实施例，但是本领域技术人员应当清楚，可以在不脱离随附的权利要求所限定的本发明构思的范围的前提下进行许多修改和变化。

Claims (14)

1.一种制造半导体发光器件的方法，所述方法包括步骤：
在衬底上形成下部半导体层的第一区；
使用在形成所述第一区时使用的载气，在已执行形成所述第一区的处理的腔室中原位地对所述第一区的上表面进行刻蚀；
在所述第一区上形成下部半导体层的第二区；
在下部半导体层上形成有源层；以及
在有源层上形成上部半导体层，
其中，使用所述载气、第一源气体和第二源气体形成所述下部半导体层的第一区，所述第一源气体包括氮，所述第二源气体包括铝，并且所述第一源气体和所述第二源气体的流量控制为使得所述腔室中的氮与铝之比不大于200。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述载气为氢气。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述第一区的上表面进行刻蚀的步骤包括：刻蚀所述第一区的上表面，以在所述第一区的上表面上形成凹凸部分。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第二区形成为具有平坦上表面并且填充形成在所述第一区的上表面上的凹凸部分。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第二区形成为具有平坦上表面并且在形成在所述第一区的上表面上的凹凸部分处形成空隙。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在腔室内原位地执行形成所述第一区的步骤、从所述第一区的上表面刻蚀所述上表面的步骤以及形成所述第二区的步骤。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，使用相同的材料来形成所述第一区和所述第二区的邻近于所述第一区与所述第二区之间的界面的部分。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一区的刻蚀后的上表面是由氮化铝形成的层。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在刻蚀所述第一区的上表面的步骤中，阻挡用于形成氮化铝的氮化物源气流入。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，下部半导体层包括顺序地设置在衬底上的缓冲层和第一导电类型半导体层。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一区由缓冲层的一部分形成。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，下部半导体层还包括设置在缓冲层与第一导电类型半导体层之间的超晶格层。
13.一种制造半导体发光器件的方法，所述方法包括步骤：
在衬底上形成下部半导体层的第一区；
使用在形成所述第一区时使用的载气来刻蚀所述第一区的一部分；
在所述第一区上形成下部半导体层的第二区；
在下部半导体层上形成有源层；以及
在有源层上形成上部半导体层，
其中，使用所述载气、第一源气体和第二源气体形成所述下部半导体层的第一区，所述第一源气体包括氮，所述第二源气体包括铝，并且所述第一源气体和所述第二源气体的流量控制为使得用于形成所述下部半导体层的第一区的腔室中的氮与铝之比不大于200。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，使用单件设备原位地进行形成所述第一区的步骤和刻蚀所述第一区的一部分的步骤。
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