CN107527976A - 半导体发光装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种半导体发光装置和制造半导体发光装置的方法。该半导体发光装置可包括发射结构、发射结构的限定区上的保护图案层和发射结构上的绝缘图案层。保护图案层可暴露出发射结构的分离的其余区，并且绝缘图案层可至少覆盖发射结构的所述其余区。绝缘图案层可包括开口，其暴露出保护图案层的表面的至少一部分，使得发射结构保持被绝缘图案层和保护图案层中的至少一个覆盖。

Description

半导体发光装置及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年6月21日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2016-0077562的优先权，其公开内容以引用方式全文并入本文中。
技术领域
本发明构思涉及半导体发光装置，并且更具体地说，涉及在半导体层上包括反射电极层的半导体发光装置。
背景技术
由于作为一种半导体发光装置的发光二极管(LED)具有相对长的寿命、低功耗、快响应速度并且环保，因此诸如照明设备或显示装置的背光单元(BLU)的许多产品都使用LED作为光源。因此，开发具有高光提取效率和可靠性的发光装置封装件会是有必要的。
发明内容
根据一些示例实施例，一种半导体发光装置可包括：发射结构，其包括第一半导体层、第二半导体层和第一半导体层与第二半导体层之间的有源层；保护图案层，其位于发射结构的限定区上，使得保护图案层暴露出发射结构的分离的其余区；第一绝缘图案层，其位于发射结构上，所述第一绝缘图案层包括开口，所述开口暴露出保护图案层的一部分，使得发射结构被第一绝缘图案层和保护图案层中的至少一个覆盖；以及电极层，其位于保护图案层的表面的暴露部分上，所述电极层还位于第一绝缘图案层上。
根据一些示例实施例，一种半导体发光装置可包括：发射结构；保护图案层，其位于发射结构的限定区上，所述保护图案层暴露出发射结构的分离的其余区；绝缘图案层，其位于发射结构和保护图案层上，所述绝缘图案层包括开口，所述开口暴露出保护图案层的表面的一部分，使得发射结构被绝缘图案层和保护图案层中的至少一个覆盖；以及电极层，其位于保护图案层的表面的暴露部分上，所述电极层还位于绝缘图案层上。
根据一些示例实施例，一种制造半导体发光装置的方法可包括步骤：形成发射结构，所述发射结构包括第一半导体层、第二半导体层和第一半导体层与第二半导体层之间的有源层；在第二半导体层的限定区上形成保护图案层，使得保护图案层暴露出第二半导体层的分离的其余区；蚀刻发射结构的限定部分以暴露出第一半导体层的限定部分；在第二半导体层和保护图案层上形成绝缘层；在实质上垂直于发射结构的顶表面的方向上在绝缘层中形成开口，绝缘层的开口至少暴露出保护图案层的局部区，使得发射结构保持被绝缘层和保护图案层中的至少一个覆盖；以及在开口中并在绝缘层上形成电极层。
在一些示例实施例中，一种半导体发光装置可包括：发射结构；保护图案层，其位于发射结构的限定区上，使得所述保护图案层暴露出发射结构的分离的其余区；以及绝缘图案层，其位于发射结构上，所述绝缘图案层包括开口，所述开口暴露出保护图案层的一部分，使得发射结构被绝缘图案层和保护图案层中的至少一个覆盖。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述，将更加清楚地理解本发明构思的示例实施例，其中：
图1A是根据一些示例实施例的半导体发光装置的平面图；
图1B是图1A的部分B的放大图；
图1C是沿着图1A的线IC-IC'截取的剖视图；
图2A是根据一些示例实施例的相对于保护图案层的厚度的光反射率的曲线图；
图2B示出了根据一些示例实施例的相对于包括在保护图案层中的保护图案的直径和保护图案的间距的光学效率；
图3A是根据一些示例实施例的半导体发光装置的平面图；
图3B是图3A的部分B的放大图；
图3C是沿着图3A的线IIIC-IIIC'截取的剖视图；
图4A是沿着图1A的线IC-IC'截取的剖视图，示出了根据一些示例实施例的半导体发光装置的结构；
图4B是图4A的部分C的放大剖视图；
图5A是沿着图1A的线IC-IC'截取的剖视图，示出了根据一些示例实施例的半导体发光装置的结构；
图5B和图5C是图5A的部分D的示例结构的放大剖视图；
图6是沿着图1A的线IC-IC'截取的剖视图，示出了根据一些示例实施例的半导体发光装置的结构；
图7是沿着图1A的线IC-IC'截取的剖视图，示出了根据一些示例实施例的半导体发光装置的结构；
图8A、图9A、图10A、图11A和图12A是根据一些示例实施例的制造半导体发光装置的方法的工艺操作的平面图；
图8B、图9B、图10B和图11B分别是图8A、图9A、图10A和图11A的部分B的放大图；
图8C、图9C、图10C、图11C和图12B分别是对应于图8A、图9A、图10A、图11A和图12A的线IC-IC'的剖视图；
图13是沿着图1A的线IC-IC'截取的剖视图，示出了根据一些示例实施例的半导体发光装置的结构；以及
图14A和图14B是包括根据一些示例实施例的半导体发光装置的白色光源模块的示意性剖视图。
具体实施方式
如本文所用，术语“和/或”包括相关所列项之一或多个的任何和所有组合。当诸如“......中的至少一个”的表达出现于元件的列表之后时，其修饰元件的整个列表而不修饰列表中的单独的元件。
图1A是根据一些示例实施例的半导体发光装置100的平面图。图1B是图1A的部分B的放大图。图1C是沿着图1A的线IC-IC'截取的剖视图。相同附图标记用于指代相同元件，并且将简化对其的重复描述。由于各种元件和区在附图中都是近似地示出的，因此本发明构思的范围不限于附图中的相对尺寸或间距。
参照图1A至图1C，半导体发光装置100可包括衬底101、形成在衬底101上的发射结构103、形成在发射结构103的局部区上的保护图案层105和形成在发射结构上的第一绝缘图案层109。第一绝缘图案层109可包括位于保护图案层105的至少一部分(例如，保护图案层105的表面的一部分)上的第一开口109OP，使得第一绝缘图案层109暴露出保护图案层105的所述部分。第一电极层113可形成在第一开口109OP中并可形成在第一绝缘图案层109上。发射结构103的顶表面的可与第一开口109OP重叠的区可被保护图案层105覆盖，使得发射结构103被第一绝缘图案层109和保护图案层105中的至少一个覆盖。保护图案层105可包括多个分离的保护图案105P。
衬底101可包括透明衬底。例如，衬底101可包括蓝宝石(Al2O3)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、氧化镓(Ga2O3)、锂镓氧化物(LiGaO2)、锂铝氧化物(LiAlO2)或者镁铝氧化物(MgAl2O4)。
发射结构103可为第一半导体层103A、有源层103B和第二半导体层103C按次序堆叠在衬底101上的结构。发射结构103可包括位于第一半导体层103A上的沟槽区TR和在比沟槽区TR更高的水平高度处位于第二半导体层103C上的台面区MR。
第一半导体层103A和第二半导体层103C中的每一个可包括基于氮化镓(GaN)的化合物半导体，例如，AlxInyGa(1-x-y)N(0＜x＜1，0＜y＜1，0＜x+y＜1)。然而，除了基于GaN的化合物半导体以外，第一半导体层103A和第二半导体层103C中的每一个可包括基于砷化镓(GaAs)的半导体或者基于磷化镓(GaP)的半导体。第一半导体层103A、有源层103B和第二半导体层103C中的每一个可为外延层。
第一半导体层103A和第二半导体层103C可分别包括n型掺杂的半导体和p型掺杂的半导体。第一半导体层103A可包括构造为响应于供电而向有源层103B供应电子的n型GaN层。n型GaN层可包括包含IV族元素的n型杂质。n型杂质可包括硅(Si)、锗(Ge)或锡(Sn)。
在一些示例实施例中，第二半导体层103C可包括构造为响应于供电而向有源层103B供应空穴的p型GaN层。p型GaN层可包括包含II族元素的p型杂质。在一些示例实施例中，p型杂质可包括镁(Mg)、锌(Zn)或铍(Be)。
介于第一半导体层103A与第二半导体层103C之间的有源层103B可由于电子与空穴之间的复合而发射具备期望(或者可替换地，预定)量的能量、波长、频率、它们的一些组合等的光。有源层103B可具有通过将量子阱层和量子势垒层交替地堆叠至少一次形成的结构。量子阱层可具有单量子阱结构或者多量子阱结构。在一些示例实施例中，有源层103B可包括u-AlGaN。在其它一些实施例中，有源层103B可具有包括GaN/AlGaN、InAlGaN/InAlGaN或者InGaN/AlGaN的多量子阱(MQW)结构。为了增大有源层103B的发光效率，量子阱的深度、成对的量子阱层和量子势垒层的堆叠数量以及量子阱层和量子势垒层的厚度可在有源层103B中改变。
在一些示例实施例中，可通过利用(例如，“根据”)金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺、氢化物气相外延(HVPE)工艺或者分子束外延(MBE)工艺形成发射结构103。
虽然未示出，但是还可在衬底101与发射结构103之间形成氮化物半导体薄膜。氮化物半导体薄膜可用作缓冲层，其构造为减小衬底101与第一半导体层103A之间的晶格失配。
保护图案层105可形成在发射结构103的第二半导体层103C的局部区(例如，限定区)上，使得保护图案层105暴露出发射结构103的分离的其余区。保护图案层105可包括多个保护图案105P，每一个保护图案105P具有岛状物形状并且彼此分离地形成。保护图案105P可以恒定(“固定”)的空间频率彼此分离地排列(例如，保护图案105P可以公共间隔P、周期P等彼此间隔开)。
包括在保护图案层105中的保护图案105P的直径105R可大于第一绝缘图案层109的第一开口109OP的直径109OPR。也就是说，当保护图案105P的底表面靠近发射结构103的顶表面并且第一开口109OP的底部靠近保护图案105P的顶表面(例如，保护图案105P的顶表面靠近第一开口109OP并且远离发射结构103)时，保护图案105P的底表面的面积可大于第一开口109OP的底部的面积。因此，保护图案层105可覆盖发射结构103与第一开口109OP的重叠部分的整个顶表面(例如，发射结构103与第一开口109OP重叠的整个顶表面)。保护图案层105的直径105R和保护图案105P之间的间距P(本文中还称作“间隔距离”、“间隔”和“周期”)会影响半导体发光装置100的光学效率，这将在下面参照图2B描述。结果，发射结构103可被第一绝缘图案层109和保护图案层105中的至少一个覆盖。保护图案层105可覆盖发射结构103与第一开口109OP重叠的那部分，使得保护图案层105覆盖发射结构103的所述重叠部分以防通过第一开口109OP将其暴露出来。
在一些示例实施例中，包括在保护图案层105中的保护图案105P的直径105R可基本等于第一绝缘图案层109的第一开口109OP的直径109OPR(例如，基本上与其相同)。也就是说，当保护图案105P的底表面面对发射结构103的顶表面并且第一开口109OP的底部面对保护图案105P的顶表面时，保护图案105P的底表面的面积可基本上等于(例如，在制造公差和/或材料公差的范围内等于)第一开口109OP的底部(例如，底部孔洞)的面积。因此，保护图案层105可覆盖其中第一开口109OP所在的发射结构103的整个顶表面，这将在下面参照图3A至图3C详细描述。
在一些示例实施例中，保护图案层105可包括绝缘材料。在一些示例实施例中，保护图案层105可包括具有(例如，具备)比第二半导体层103C的折射率更低的折射率的绝缘材料。因此，第二半导体层103C与保护图案层105接触的第一区R1可由于折射率的差异构成高反射区。第一区R1可以高反射率反射由发射结构103产生的光。
在一些示例实施例中，第一绝缘图案层109可包括具有比第二半导体层103C更低折射率的绝缘材料。第二半导体层103C与第一绝缘图案层109重叠的第二区R2也可由于折射率的差异构成高反射区。第二区R2可以高反射率反射由发射结构103产生的光。因此，发射结构103的整个区R1和R2可实现为高反射区，使得半导体发光装置100可具有高提取效率。
在一些示例实施例中，保护图案层105可包括氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氧化钛、氧化钽、氧化铪、氧化锌、氧化锆、氧化铝、氮化铝或者氧化铌。在一些示例实施例中，保护图案层105可包括单层膜或多层结构。在一些示例实施例中，保护图案层105可具有分布式布拉格反射器(DBR)结构，这将在下面参照图4A和图4B进行描述。
保护图案层105的光反射率可至少部分地取决于保护图案层105的厚度105H，这将在下面参照图2A进行描述。
在一些示例实施例中，保护图案层105可包括金属材料，例如，银(Ag)、铝(Al)、铬(Cr)或者它们的组合。在一些示例实施例中，可通过利用电子束蒸发工艺形成保护图案层105，这将在下面参照图6和图7进行描述。
在一些示例实施例中，半导体发光装置100还可包括可一体地覆盖发射结构103和保护图案层105的电流扩散层107。在一些示例实施例中，第一绝缘图案层109可形成在电流扩散层107上，以覆盖发射结构103的顶表面的未被保护图案层105覆盖的区，并且第一开口109OP可位于保护图案层105的至少一部分上方。从第一电极层113供应的电流可通过电流扩散层107在平行于发射结构103的顶表面的方向上扩散，并供应至第二半导体层103C。由于电流扩散层107在大的区域上与第二半导体层103C接触，因此可减少和/或防止特定区的电流拥挤，以提高光学效率。
电流扩散层107可包括铟锡氧化物(ITO)、铝锌氧化物(AZO)、铟锌氧化物(IZO)、氧化锌(ZnO)、ZnO:Ga(GZO)、In2O3、SnO2、CdO、CdSnO4或Ga2O3。虽然图1C示出了电流扩散层107介于发射结构103与保护图案层105之间的情况，但是可省略电流扩散层107。
第一绝缘图案层109可包括用于形成第一电极层113和第二电极层115的第一开口109OP和第二开口109OP2，并且覆盖发射结构103的整个表面。具体地说，第一绝缘图案层109的第一开口109OP可位于保护图案层105上方(例如，与保护图案层105至少部分地重叠)，并且第一绝缘图案层109可形成在电流扩散层107上以覆盖第二半导体层103C的顶表面、保护图案层105的侧表面和保护图案层105的顶表面的局部边缘区，使得保护图案层105的顶表面的一个或多个中心区通过第一绝缘图案层109暴露出来。
第一绝缘图案层109可覆盖通过台面区MR的侧表面暴露出来的第一半导体层103A、有源层103B和第二半导体层103C。另外，第一绝缘图案层109的第二开口109OP2可位于沟槽区TR中的第一半导体层103A上。第二电极层115可形成在第二开口109OP2中，并且电连接至第一半导体层103A。
第一绝缘图案层109的第一开口109OP可包括分别对应于保护图案层105中包括的多个保护图案105P的多个开口109OPP(例如，多个开口109OPP分别与多个保护图案105P至少部分地重叠)。第一电极层113可形成在第一开口109OP中并且电连接至第二半导体层103C。
通常，在发射结构上形成电极层的处理中，包括在发射结构中的半导体层会与包括在电极层中的材料反应。在一些示例实施例中，由于通过利用诸如溅射工艺或等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)工艺(从而用等离子体处理电极材料)的高能量工艺形成电极层，因此包括在电极层中的材料会与半导体层反应或者对半导体层施加物理损伤，使得发光装置的操作电压会升高。已知的是，当在半导体层上形成铟锡氧化物(ITO)层时半导体层也会被损伤。
相反，在根据一些示例实施例的半导体发光装置100中，保护图案层105可设置在开口109OP所位于其上的第二半导体层103C上。因此，当形成第一电极层113时，包括在第一电极层113中的材料会与第二半导体层103C反应的路径可被阻挡。换句话说，当形成第一电极层113时，第一开口109OP与包括在第一电极层113中的材料接触的区可属于保护图案层105或者位于保护图案层105上的电流扩散层107。因此，第二半导体层103C不会被包括在第一电极层113中的材料损伤。结果，可减小半导体发光装置100的操作电压和/或防止其上升。
第一绝缘图案层109可包括其折射率比第二半导体层103C的折射率更低的绝缘材料。因此，第二半导体层103C与第一绝缘图案层109重叠的第二区R2可由于折射率的差异构成高反射区。如上所述，第二区R2可以高反射率反射由发射结构103产生的光。
第一电极层113可形成在第一绝缘图案层109的第一开口109OP中并形成在第一绝缘图案层109上。第一电极层113可电连接至第二半导体层103C。另外，第一电极层113可用于反射由发射结构103发射的光中的通过保护图案层105和第一绝缘图案层109发射并且到达第一电极层113的光。第一电极层113可包括在由发射结构103发射的光的波长区中具有高反射率的金属或合金。在一些示例实施例中，第一电极层113可包括银、铝、它们的组合或者它们的合金。在其它一些实施例中，第一电极层113可包括选自由银(Ag)、铝(Al)、镍(Ni)、金(Au)、钛(Ti)、铬(Cr)、钯(Pd)、铜(Cu)、铂(Pt)、锡(Sn)、钨(W)、铑(Rh)、铱(Ir)、钌(Ru)、镁(Mg)和锌(Zn)构成的组中的至少一种金属或者包括所述至少一种金属的合金。
在一些示例实施例中，第一电极层113可包括具有欧姆特性和光反射特性二者的金属层。例如，第一电极层113可具有包括具有欧姆特性的第一金属膜和具有光反射特性的第二金属膜的多层结构。第一金属膜可包括铂(Pt)、钯(Pd)、镍(Ni)、金(Au)、钛(Ti)或者合金，或者包括它们中的至少一个的多层金属结构。第二金属膜可包括银(Ag)、铝(Al)或者合金，或者包括它们中的至少一个的多层金属结构。例如，第一电极层113可具有Ag/Ni/Ti堆叠结构或者Ni/Ag/Pt/Ti/Pt堆叠结构，但不限于此。
第二电极层115可形成在第一绝缘图案层109的第二开口109OP2中。第二电极层115可包含包括选自由Ag、Al、Ni、Au、Ti、Cr、Pd、Cu、Pt、Sn、W、Rh、Ir、Ru、Mg、Si和Zn构成的组中的一种的单金属膜或者包括它们的组合的多层结构或合金膜。在一些示例实施例中，第二电极层115可具有Al/Ti/Pt堆叠结构。
还可在第一电极层113和第二电极层115上形成第二绝缘图案层117。第二绝缘图案层117可包括位于第一电极层113和第二电极层115的一部分上的开口。
可在第二绝缘图案层117中包括的开口中并在第二绝缘图案层117上形成第一隔离电极层119A。另外，可在第二绝缘图案层117中包括的开口中并在第二绝缘图案层117上形成第二隔离电极层119B。第一隔离电极层119A和第二隔离电极层119B中的每一个可包含包括选自由金(Au)、锡(Sn)、镍(Ni)、铅(Pb)、银(Ag)、铟(In)、铬(Cr)、锗(Ge)、硅(Si)、钛(Ti)、钨(W)和铂(Pt)构成的组中的单一材料或者包括其中的至少两种材料的合金的单膜，或者包括它们的组合的多层结构。
第一隔离电极层119A和第二隔离电极层119B中的每一个可用作半导体发光装置100的外部端子，但是本发明构思不限于此。还可在第一隔离电极层119A和第二隔离电极层119B上设置额外电极焊盘，这将在下面参照图13进行描述。
图2A是相对于保护图案层的厚度的光反射率的曲线图。图2A示出了基于图1A至图1C的半导体发光装置100获得的实验结果。
参照图1C和图2A，没有保护图案层105的半导体发光装置的光反射率为约90.50％。另外，已知具有高反射率的银(Ag)金属层的光反射率为约91.66％。相反，根据一些示例实施例的包括厚度105H等于或大于阈值的保护图案层105的半导体发光装置表现出平均约90％或更大的光反射率。阈值可为这样的厚度值，其等于或基本等于(例如，在制造公差和/或材料公差的范围以内等于)构造为发射穿过保护图案层105的光的波长。
例如，如果和/或当保护图案层105的厚度105H等于或大于阈值(例如，等于或基本等于可穿过保护图案层105的光的波长的值)时，半导体发光装置可具有比不存在保护图案层105时更高的光反射率。因此，保护图案层105和发射结构103可根据式(1)所示的关系关联，
其中H表示保护图案层105的厚度，λ表示由发射结构103产生的光的波长，并且n表示保护图案层105的折射率。也就是说，λ表示由发射结构103产生的光的波长，并且λ/2n表示发射穿过保护图案层105的光的波长的一半。因此，保护图案层105可具有与保护图案层105的折射率成反比并且与构造为由发射结构103产生的光的波长成正比的厚度105H。
在一些示例实施例中，如果和/或当保护图案层105的厚度105H符合式(2)所示的关系时，可在一个数值范围内周期性地获得高于半导体发光装置没有保护图案层105时获得的约90.50％的光反射率的最大光反射率。
其中H表示保护图案层105的厚度，λ表示由发射结构103产生的光的波长，n表示保护图案层105的折射率，并且N表示正整数。通过式(2)，当N为1、2和3时，保护图案层105分别具有约94.63％、约94.78％和约94.69％的高光反射率。因此，保护图案层105的厚度105H可与保护图案层105的折射率成反比、与构造为由发射结构103产生的光的波长成正比并且与0.5与一个正整数之和的值成正比。
因此，通过控制保护图案层105的厚度105H，可在发射结构103的整个区(即，第一区R1和第二区R2)中形成有效高反射区，并且可提高半导体发光装置100的光提取效率。
在一些示例实施例中，保护图案层105不限于所述厚度范围并且可保护第二半导体层103C并减小半导体发光装置100的操作电压和/或防止其升高。
图2B示出了相对于包括在保护图案层105中的保护图案的直径和包括在保护图案层105中的保护图案的间距P的光学效率。图2B示出了基于图1A至图1C的半导体发光装置100获得的实验结果。在图2B中，光学效率表示相对于功耗的光通量。
参照图1C和图2B，D1、D2和D3表示保护图案105P的直径105R并且具有逐渐减小的数值。P1、P2和P3表示保护图案105P之间的间距P并且具有逐渐增大的数值。随着保护图案105P的直径105R减小，保护图案层105的光学效率可增大。具体地说，当通过减小保护图案105P的直径105R和保护图案105P之间的间距P二者来按照密集的排列方式形成保护图案105P时，半导体发光装置100可具有优化的光学效率。
图3A是根据一些示例实施例的半导体发光装置100'的平面图。图3B是图3A的部分B的放大图。图3C是沿着图3A的线IIIC-IIIC'截取的剖视图。半导体发光装置100'可与图1A至图1C的半导体发光装置100相似，不同的是第一开口109'OP的直径等于保护图案层105的直径。相同的附图标记用于指示相同的元件，并且省略对其的重复描述。
参照图3A至图3C，包括在保护图案层105中的保护图案105P的直径105R可等于或基本等于(例如，例如，在制造公差和/或材料公差的范围以内等于)第一绝缘图案层109'的第一开口109'OP的直径109'OPR。也就是说，当保护图案105P的底表面面对(例如，靠近和/或邻近于)发射结构103的顶表面，并且第一开口109'OP的底部面对(例如，靠近和/或邻近于)保护图案105P的顶表面时，保护图案105P的底表面的面积可等于或基本等于第一开口109'OP的底部的截面积。在一些示例实施例中，在垂直于或基本垂直于(例如，在制造公差和/或材料公差的范围以内垂直于)发射结构103的顶表面的方向上，第一开口109'OP的内壁的边界可与保护图案层105的侧表面的边界基本相同(例如，基本上与其一致，在制造公差和/或材料公差的范围内与其一致等)。
第一绝缘图案层109'可覆盖发射结构103的顶表面和保护图案层105的侧表面，并且可不覆盖保护图案层105的顶表面。然而，第一绝缘图案层109'可覆盖形成在保护图案层105的侧壁上的电流扩散层107的部分顶表面。
在一些示例实施例中，保护图案层105可覆盖第一开口109'OP所位于其上的第二半导体层103C的整个顶表面。因此，第二半导体层103C的顶表面可被保护图案层105保护。因此，可减小和/或防止由于对第二半导体层103C的损伤造成的半导体发光装置100'的操作电压的升高。
另外，当保护图案层105由绝缘材料形成时，发射结构103的整个区可实现为高反射区，从而提高光提取效率。
图4A是根据一些示例实施例的半导体发光装置200的剖视图。图4A示出了对应于图1A的线IC-IC'的示例性截面结构。图4B是图4A的部分C的放大剖视图。图4A的半导体发光装置200与图1A和图1B的半导体发光装置100相似，不同的是第一绝缘图案层209具有DBR结构。
参照图4A和图4B，半导体发光装置200可包括形成在衬底101上的发射结构103、形成在发射结构103的局部区上的保护图案层105和具有位于保护图案层105的一部分上的开口209OP的第一绝缘图案层209。在一些示例实施例中，第一绝缘图案层209可包括具有高反射率的DBR结构。
具体地说，第一绝缘图案层209可具有比第二半导体层103C的折射率更低的折射率，并且可具有包括第一层209A和第二层209B的交替层堆叠体的结构，其中第一层209A和第二层209B具有不同的折射率。因此，第一绝缘图案层209可包括多层堆叠体，其中所述多层堆叠体的相邻层具有不同折射率，并且所述多层堆叠体的每一层的折射率分别低于第二半导体层103C的折射率。可将第一层209A和第二层209B中的每一个的厚度和/或材料以及第一层209A和第二层209B的实际数量选择并设计为使得第一层209A和第二层209B的组合结构相对于由发射结构103产生的光的波长具有高反射率。第一层209A和第二层209B可一体地覆盖发射结构103的顶表面、保护图案层105的侧表面和保护图案层105的顶表面的至少一部分。第一层209A和第二层209B可一体地覆盖保护图案层105的顶表面的限定部分。第一绝缘图案层209不限于图4A所示的构造，而是可包括多种DBR结构之一。
图4A和图4B示出了其中第一层209A和第二层209B交替地堆叠的示例，但是本发明构思不限于此。在一些示例实施例中，第一绝缘图案层209可包括其中至少三层任意堆叠或交替地堆叠的各种多层结构之一。
如上所述，第二半导体层103C与第一绝缘图案层209接触的区和第二半导体层103C与包括绝缘材料的保护图案层105接触的区可由于折射率不同而在发射结构103的整个区上实现为高反射区。在一些示例实施例中，第一绝缘图案层209具有DBR结构，从而由发射结构103产生的光的反射率可显著提高。
图5A是根据一些示例实施例的半导体发光装置300的剖视图。图5A示出了对应于图1A的线IC-IC'的示例性截面结构。图5B和图5C是图5A的部分D的示例结构的放大剖视图。图5A的半导体发光装置300可与图1A和图1B的半导体发光装置100相似，不同的是在第一绝缘图案层109与第一电极层113之间还插入有粘合剂层311。
参照图5A和图5B，半导体发光装置300可包括形成在衬底101上的发射结构103、形成在发射结构103上的保护图案层105、覆盖发射结构103和保护图案层105的电流扩散层107、包括开口109OP的第一绝缘图案层209、覆盖开口109OP的内侧和第一绝缘图案层109的顶表面的粘合剂层311以及形成在粘合剂层311上的第一电极层113。
具体地说，粘合剂层311可覆盖开口109OP的内侧和第一绝缘图案层109的顶表面。在一些示例实施例中，粘合剂层311可具有如图5B所示的具有恒定结构的薄膜结构或者如图5C所示的包括彼此间隔开的多个岛形图案的结构。在一些示例实施例中，可通过在将氧化锡(SnO2)和氧化铟(In2O3)供应至反应室的同时执行等离子体处理工艺(“等离子体操作”)来形成粘合剂层311，在该等离子体处理工艺中，利用等离子体，直到粘合剂层311的厚度达到约为止。在一些示例实施例中，可通过在将氧化锡(SnO2)和氧化铟(In2O3)供应至反应室的同时执行约15秒至约25秒的等离子体操作来沉积粘合剂层311。
通常，当第一电极层113形成在包括绝缘材料的第一绝缘图案层109上时，由于第一电极层113与第一绝缘图案层109的弱粘附，第一电极层113会从第一绝缘图案层109分层(delaminate)。当第一电极层113的分层变严重时，第一电极层113与发射结构103的电连接会变得不稳定，并且半导体发光装置300的操作电压会升高。
相反，当包括某种材料(例如，ITO)的粘合剂层311形成在第一绝缘图案层109上时，由于粘合剂层311可减少和/或防止第一电极层113从第一绝缘图案层109分层。因此，第一电极层113可稳定地结合至粘合剂层311、电流扩散层107和发射结构103，从而可减少和/或防止操作电压升高，并且可确保半导体发光装置300的可靠性。
图6和图7是根据一些示例实施例的半导体发光装置400和500的剖视图。图6和图7示出了对应于图1A的线IC-IC'的示例性截面结构。图6的半导体发光装置400可与图1A和图1B的半导体发光装置100相似，不同的是保护图案层405包括包含金属材料的一个或多个保护图案405P并且省略了电流扩散层。图7的半导体发光装置500可与图6的半导体发光装置400相似，不同的是还提供了电流扩散层507。
参照图6，半导体发光装置400可包括形成在衬底101上的发射结构103、形成在发射结构103上的具有导电性的保护图案层105、包括开口109OP的第一绝缘图案层109和形成在保护图案层105和第一绝缘图案层109上的第一电极层113。
如上所述，保护图案层105可形成在发射结构103的第二半导体层103C的局部区上。保护图案层105可覆盖开口109OP所位于其上的发射结构103的整个顶表面。
保护图案层105可包括在由发射结构103产生的光的波长范围内具有高反射率的导电材料。因此，保护图案层105可包括例如银(Ag)、铝(Al)、铬(Cr)、它们的组合或者它们的合金的金属材料。由于保护图案层105能够将通过第一电极层113供应的电流直接发送至发射结构103，因此可省略图1C的电流扩散层107。
可通过利用电子束蒸发工艺形成保护图案层105。
参照图7，图7的半导体发光装置500可与图6的半导体发光装置400相似，不同的是电流扩散层507还设为一体地覆盖发射结构103的第二半导体层103C的顶表面和包括导电材料的保护图案层405的顶表面和侧表面。电流扩散层507可使从第一电极层113供应的电流在平行于发射结构103的顶表面的方向上扩散。因此，可抑制发射结构103的特定区中的电流拥挤，以提高光提取效率。
图8A至图12A是根据一些示例实施例的制造半导体发光装置的方法的工艺操作的平面图。图8B至图11B分别是图8A至图11A的部分B的放大图。图8C至图11C和图12B分别是对应于图8A至图12A的线IC-IC'的剖视图。
参照图8A至图8C，第一半导体层103A、有源层103B和第二半导体层103C可按次序堆叠在衬底101上以形成发射结构103。在一些示例实施例中，可通过利用MOCVD工艺、HVPE工艺或者MBE工艺形成发射结构103。
然后，初级保护层可形成在发射结构103上。初级保护层可包括绝缘材料。在一些示例实施例中，可通过利用等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)工艺、物理气相沉积(PVD)工艺或者CVD工艺形成初级保护层，但是本发明构思不限于此。接着，通过利用图案化工艺可部分地蚀刻初级保护层，使得可在发射结构103上形成保护图案层105。
在一些示例实施例中，保护图案层105可包括例如金属材料的导电材料，并且可以电子束蒸发工艺形成保护图案层105。当保护图案层105包括金属材料时，可在发射结构103上形成用于剥离工艺的掩模图案层，可沉积金属材料，并且可去除掩模图案层，以形成包括金属材料的保护图案层105。
参照图9A至图9C，电流扩散层107可沉积在其上形成有保护图案层105的发射结构103的整个表面上。然而，当保护图案层105包括例如金属材料的导电材料时，可省略形成电流扩散层107的处理。
然后，可在其上形成有电流扩散层107的发射结构103上执行台面蚀刻工艺。具体地说，可从第二半导体层103C开始至第一半导体层103A的部分深度部分地蚀刻发射结构103，以暴露出第一半导体层103A的顶表面。因此，可形成沟槽区TR和台面区MR。沟槽区TR可暴露出第一半导体层103A的顶表面。台面区MR可形成在比沟槽区TR的水平高度更高的水平高度处，并且形成在第二半导体层103C上的电流扩散层107可形成台面区MR的顶表面。在一些示例实施例中，可通过利用反应离子蚀刻(RIE)工艺执行发射结构103的蚀刻。
然而，用于制造半导体发光装置的工艺操作不限于上述次序，并且可在形成保护图案层105和电流扩散层107的工艺之前执行台面蚀刻工艺。
参照图10A至图10C，可形成初级第一绝缘层以覆盖图9A至图9C的所得结构的整个表面。可通过利用PECVD工艺、PVD工艺、CVD工艺或者旋涂工艺形成初级第一绝缘层。
然后，可部分地蚀刻初级第一绝缘层，以形成包括第一开口109OP和第二开口109OP2的第一绝缘图案层109。第一开口109OP可位于电流扩散层107的顶表面的可与保护图案层105重叠的区上。第二开口109OP2可位于第一半导体层103A的顶表面上。在一些示例实施例中，可仅在保护图案层105上形成第一开口109OP。因此，第一开口109OP的底部的面积可小于保护图案层105的底表面的面积。
可通过利用RIE工艺和利用缓冲氧化蚀刻剂(BOE)的湿法蚀刻工艺形成第一开口109OP和第二开口109OP2。
参照图11A至图11C，第一电极层113可形成为覆盖通过第一开口109OP暴露的电流扩散层107、第一开口109OP的内侧和第一绝缘图案层109的顶表面。具体地说，可在图10A至图10C的所得结构上形成用于剥离工艺的掩模图案层，可形成初级第一电极材料层，并且可去除掩模图案层，以形成第一电极层113。
可通过利用溅射工艺或PECVD工艺形成初级第一电极材料层。然而，由于溅射工艺或PECVD工艺利用了高能量，因此供应的电极材料会与第二半导体层103C反应或者对第二半导体层103C施加物理损伤，使得发光装置的操作电压可升高。
相反，根据一些示例实施例，保护图案层105可形成在第二半导体层103C的顶表面的第一开口109OP所位于其上的区上。因此，在用于形成第一电极层113的溅射或PECVD工艺中可减少和/或防止直接暴露出第二半导体层103C。因此，可减少和/或防止由于对第二半导体层103C的损伤导致的半导体发光装置100的操作电压的上升。
在形成第一电极层113之后，可在第二开口109OP2中形成第二电极层115。形成第一电极层113和第二电极层115的工艺不限于上述次序。
参照图12A和图12B，可在第一电极层113和第二电极层115上形成初级第二绝缘层，并且可形成开口以暴露出第一电极层113和第二电极层115的局部区，从而形成第二绝缘图案层117。
然后，可在第二绝缘图案层117的开口中形成第一隔离电极层119A和第二隔离电极层119B，并且将它们分别连接至第一电极层113和第二电极层115。
可按照其它方式执行参照图8A至图12B描述的工艺。例如，按次序描述的两个工艺步骤可基本上同时(例如，在制造公差和/或材料公差的范围以内同时)执行或者按照相反次序执行。
图13是根据一些示例实施例的半导体发光装置600的剖视图。图13示出了对应于图1A的线IC-IC'的示例结构。半导体发光装置600可为参照图1A至图1C描述的半导体发光装置100安装在封装衬底620上的结构。
参照图13，封装衬底620可包括衬底主体725，其包括多个通孔725H、形成在所述多个通孔725H中的多个硅穿孔(TSV)729以及形成在衬底主体725的两个表面上的多个导电层(例如，导电层727和731)。所述多个导电层727和731可分别连接至TSV 729在衬底主体725的两个表面上的两个端部。
所述多个导电层727和731可分别通过第一电极焊盘121A和第二电极焊盘121B电连接至第一隔离电极层119A和第二隔离电极层119B。还可在第一电极焊盘121A与第二电极焊盘121B之间形成绝缘层123。
衬底主体725可为诸如印刷电路板(PCB)、金属芯PCB(MCPCB)、金属PCB(MPCB)或者柔性PCB(FPCB)的电路板或者包括AlN或者Al2O3的陶瓷衬底。在一些示例实施例中，可采用包括引线框的结构以替代封装衬底620。
TSV 729以及多个导电层(例如，导电层727和731)中的每一个可包括铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)或者它们的组合。
图13示出了将参照图1A至图1C描述的半导体发光装置100安装在封装衬底620上的示例，但是本发明构思不限于此。在一些示例实施例中，半导体发光装置600可具有将参照图3A至图7描述的半导体发光装置100'、200、300、400和500中的至少一个安装在封装衬底620上的结构。在一些示例实施例中，封装衬底的顶表面可靠近电极层的顶表面。封装衬底的顶表面可根据倒装芯片连接至电极层顶表面。
虽然未示出，但是还可在衬底101上设置波长转换层。波长转换层可用于将由发射结构103产生的光的波长转换为另一波长。在一些示例实施例中，波长转换层可包括包含磷光体或量子点的树脂层。
根据一些示例实施例的半导体发光装置100、100'、200、300、400、500和600不应理解为限于本文示出的区的具体形状，而是应理解为包括由例如制造过程导致的形状的偏差。如本文所用，除非上下文清楚地指明不是这样，否则单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式。还应该理解，术语“包括”和/或“包括……的”当用于本说明书中时，指明存在所列特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
图14A和图14B是包括根据一些示例实施例的半导体发光装置的白色光源模块1100和1200的示意性剖视图。
参照图14A，用于液晶显示器(LCD)背光(BL)的白色光源模块1100可包括电路衬底1110和安装在电路衬底1110上的多个白色发光装置1100a。可在电路衬底1110的顶表面上形成导电图案，并且将其连接至白色发光装置1100a。
白色发光装置1100a中的每一个可包括构造为发射蓝光的半导体发光装置1130，并且半导体发光装置1130可按照板上芯片(COB)方式直接安装在电路衬底1110上。半导体发光装置1130可为根据上述实施例的半导体发光装置100、100'、200、300、400和500之一。白色发光装置1100a中的每一个可包括波长转换器(或波长转换层)1150a，其可具有用作透镜并且提供宽视角的半球形形状，这可有助于减小LCD的厚度或宽度。
参照图14B，用于LCD BL的白色光源模块1200可包括电路衬底1110和安装在电路衬底1110上的多个白色发光装置1100b。白色发光装置1100b中的每一个可包括：半导体发光装置1130，其可安装在封装件主体1125的反射杯中并且构造为发射蓝光；以及波长转换器1150b，其构造为包封半导体发光装置1130。半导体发光装置1130可为根据上述实施例的半导体发光装置100、100'、200、300、400和500中的至少一个。
在一些示例实施例中，波长转换器1150a和1150b可包含诸如磷光体和/或量子点的波长转换材料。
白色光源模块1200可包括根据上述实施例的半导体发光装置100、100'、200、300、400和500中的至少一个。白色光源模块1200可用作用于诸如背光单元(BLU)、显示装置、平板照明设备、杆形照明设备和球泡式灯的照明设备的光源。另外，白色光源模块1200还可包括通信模块，并且构成集合了物联网(IoT)技术和无线通信技术的复杂智能照明网络系统。
虽然已经参照本发明构思的实施例具体示出和描述了本发明构思，但是应该理解，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可作出各种形式和细节上的改变。

Claims (20)

1.一种半导体发光装置，包括：
发射结构，其包括第一半导体层、第二半导体层和第一半导体层与第二半导体层之间的有源层；
保护图案层，其位于发射结构的区上；
第一绝缘图案层，其位于发射结构上，所述第一绝缘图案层包括开口，使得发射结构被第一绝缘图案层和保护图案层中的至少一个覆盖；以及
电极层，其位于开口中的保护图案层上，所述电极层还位于第一绝缘图案层上。
2.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，
第一绝缘图案层的开口与发射结构的表面的一部分重叠，使得保护图案层覆盖发射结构表面的顶表面。
3.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，
保护图案层包括彼此间隔开的多个保护图案，并且
第一绝缘图案层包括分别与所述多个保护图案至少部分地重叠的多个开口。
4.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，保护图案层包括绝缘材料。
5.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，保护图案层包括金属材料。
6.根据权利要求1所述的半导体发光装置，还包括：
电流扩散层，其位于发射结构的顶表面、保护图案层的侧表面和保护图案层的顶表面上，所述电流扩散层包括导电材料。
7.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，
第一绝缘图案层包括其折射率比第二半导体层的折射率更低的材料，并且
第一绝缘图案层是单膜或多层结构。
8.根据权利要求1所述的半导体发光装置，还包括：
第一绝缘图案层与电极层之间的粘合剂层。
9.根据权利要求1所述的半导体发光装置，还包括：
第二绝缘图案层，其位于电极层上，第二绝缘图案层包括位于电极层的顶表面上的开口。
10.一种半导体发光装置，包括：
发射结构；
保护图案层，其位于发射结构的限定区上；
绝缘图案层，其位于发射结构和保护图案层上，所述绝缘图案层包括开口，所述开口穿透所述绝缘图案层，其中所述开口在保护图案层的顶表面之上，使得发射结构被绝缘图案层和保护图案层中的至少一个覆盖；以及
电极层，其位于保护图案层上且位于开口中，所述电极层还位于绝缘图案层上。
11.根据权利要求10所述的半导体发光装置，其中，保护图案层包括绝缘材料。
12.根据权利要求10所述的半导体发光装置，其中，保护图案层包括金属材料。
13.根据权利要求10所述的半导体发光装置，还包括：
电流扩散层，其位于发射结构的顶表面、保护图案层的侧表面和保护图案层的顶表面上，所述电流扩散层包括导电材料。
14.一种半导体发光装置，包括：
发射结构；
保护图案层，其位于发射结构的限定区上；以及
绝缘图案层，其位于发射结构上，所述绝缘图案层包括开口，所述开口穿透绝缘图案层，其中，所述开口在保护图案层之上，使得发射结构被绝缘图案层和保护图案层中的至少一个覆盖。
15.根据权利要求14所述的半导体发光装置，还包括：
电流扩散层，其位于发射结构和保护图案层上，所述电流扩散层包括导电材料。
16.根据权利要求14所述的半导体发光装置，其中，保护图案层包括绝缘材料。
17.根据权利要求14所述的半导体发光装置，其中，保护图案层包括金属材料。
18.根据权利要求14所述的半导体发光装置，其中，开口的内壁的边界在实质上垂直于发射结构的顶表面的方向上与保护图案层的侧表面的边界一致。
19.根据权利要求14所述的半导体发光装置，其中，
保护图案层包括彼此间隔开的多个保护图案，并且
绝缘图案层包括分别与所述多个保护图案至少部分地重叠的多个开口。
20.根据权利要求14所述的半导体发光装置，还包括：
封装衬底，该封装衬底包括靠近电极层的顶表面的顶表面；
其中，封装衬底的顶表面以倒装芯片连接至电极层的顶表面。
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