专利名称：发光器件和发光器件封装的制作方法
发光器件和发光器件封装技术领域
本文公开了一种发光器件和发光器件封装。
技术背景
发光器件是已知的。然而，它们具有多种缺点。 发明内容
本发明的一个实施方案涉及一种发光器件，包括发光结构，其包括第一导电 型半导体层、置于所述第一导电型半导体层上的有源层和置于所述有源层上的第二导电 型半导体层；置于所述发光结构上的第一电极，所述第一电极包括图案；和置于所述第 一电极上的垫电极。
本发明的另一个实施方案涉及一种发光器件封装，其包括发光器件，所述发光 器件包括发光结构，其包括第一导电型半导体层，置于所述第一导电型半导体层上的 有源层和置于所述有源层上的第二导电型半导体层；置于所述发光结构上的第一电极， 所述第一电极包括图案；和置于所述第一电极上的垫电极。
将参考以下附图详细描述实施方案，其中相同附图标记表示相同元件，其中
图1是根据一个实施方案的发光器件的剖面图2是根据一个实施方案的发光器件的平面图和局部放大图3是说明根据一个实施方案的发光器件的光提取效率的图表；
图4至7是说明制造根据一个实施方案的发光器件的方法的剖面图8是根据另一个实施方案的发光器件的平面图和局部放大图；和
图9是根据实施方案的发光器件封装的剖面图。
具体实施方式
以下，将参考附图描述根据实施方案的发光器件。可能的话，相同附图标记表 示相同元件。
在以下的描述中，应理解，当层(或膜)称为在另一层或衬底“上/上方”时， 其可以直接在所述另一层或衬底“上/上方”，或者也可以存在中间层。此外，应理 解，当层称为在另一层“下/下方”时，其可以直接在所述另一层“下/下方”，或者 可以存在一个或更多个中间层。此外，当层称为在两层“之间”时，其可以是所述两层 之间的唯一层，或者也可以存在一个或更多个中间层。
图1是根据一个实施方案的发光器件的剖面图；图2是根据一个实施方案的发光 器件的平面图和局部放大图。根据一个实施方案的发光器件100可包括发光结构110、 第一电极130和垫电极140。发光结构110可包括第一导电型半导体层112、有源层114和第二导电型半导体层116。第一电极130可包括在发光结构上形成的图案H。垫电极 140可在第一电极130上形成。
第一电极130可包括第一欧姆层132，第一欧姆层132可包括透明欧姆层；不 过，实施方案不限于此。第一欧姆层可包括透明欧姆层并且可具有约20nm以下的厚度； 不过，实施方案不限于此。第一欧姆层132可由例如铬(Cr)、钼(Pt)、镍(Ni)、金(Au) 和钛(Ti)中的至少一种形成。
在该实施方案中，第一电极130可具有如下结构其中电极金属可利用例如干 蚀刻或湿蚀刻方法沉积在发光结构110的整个区域上以形成周期性或非周期性的图案。 根据一个实施方案，由于在平面金属层中的周期性或非周期性的图案，第一电极130可 同时用作光提取结构。
根据一个实施方案，由于第一电极130可均勻分布在发光结构110的整个区域 的上端，所以光可以均勻地从发光层(有源层)上发出。结果可改善高功率LED的可靠 性。
在相关技术中，η型电极可仅用作反射镜。然而，在该实施方案中，第一电极 130可另外执行如下功能其中部分光通过金属/介电层(填充图案的材料的一个例子) 边界的图案H提取到外部。
而且，根据一个实施方案，与在一般电介质的边界上形成的图案相比，在金属/ 介电层边界上形成的图案H可具有好的光提取特性。这是由于光提取效率可与其间具有 边界的两种材料之间的折射率差成比例。
图3是说明根据一个实施方案的发光器件的光提取效率的图表。例如，图3说 明当约400nm的图案在金属/电介质的边界上形成时，根据电介质的折射率和图案高度h 的光提取效率的变化。虚线表示当未形成图案时的光提取效率。
当通过电磁学方程式计算由于在第一电极130的金属和电介质之间边界上形成 的图案所引起的光提取效率时，很显然与现有的光提取效率(例如约18%)相比，光提取 效率显著提高。更具体地说，根据外部电介质的折射率使光提取效率最大化时的图案高 度可以改变。
在根据一个实施方案的发光器件和发光器件封装中，由于第一电极可包括在平 面金属层中的预定图案，因此电流易于扩散，同时可改善光提取效率。并且，根据一个 实施方案，由于第一电极可包括在引线接合垫位置之外的剩余区域中的薄透明金属，所 以可以满足操作电压特性，同时可提高光量。
将参考图4至7对根据一个实施方案的发光器件的制造方法进行描述。如图4所 示，可形成发光结构110，其包括第一导电型半导体层112、有源层114和第二导电型半 导体层116。如图4所示，可准备第一衬底105。第一衬底105可包括例如蓝宝石(Al2O3) 衬底和^iC衬底；不过实施方案不限于此。可对第一衬底105实施湿清洗工艺以从第一 衬底105的表面移除杂质。
因此，可在第一衬底105上形成包括第一导电型半导体层112、有源层114和第 二导电型半导体层116的发光结构110。在第一导电型半导体层112中，可使用例如化学 气相沉积(CVD)法、分子束外延(MBE)法、溅射法或者氢化物气相外延(HVPE)法来 形成N型GaN层。此外，包含η型杂质的硅烷气体MiH4)、如三甲基镓气体(TMGa)、氨气(NH3)、氮气(N2)、硅可以注入腔室中以形成第一导电型半导体层112。
在该实施方案中，未掺杂半导体层(未示出)可在第一衬底105上形成。第一导 电型半导体层112可在未掺杂半导体层上形成以减小衬底与发光结构之间的晶格差异。
有源层114可以作为利用经由第一导电型半导体层112注入的电子和经由第二 导电半导体层116注入的空穴复合而发光的层，所发出的光具有的能量由有源层(发光 层)材料的特有能带确定。有源层114可以具有例如单量子阱结构、多量子阱(MQW) 结构、量子线结构或量子点结构中的至少一种。例如，在有源层114中，可注入三甲 基镓气体(TMGa)、氨气(NH3)、氮气(N2)、三甲基铟气体(TMhi)以形成具有:InGaN/ GaN结构或^iGaNAnGaN结构的多量子阱(MQW)结构，不过实施方案不限于此。在 第二导电型半导体层116中，可以在腔室中注入包含ρ型杂质的双(乙基环戊二烯基)镁 [EtCp2MgiMg (C2H5C5H4) 2]> 如三甲基镓气体(TMGa)、氨气(NH3)、氮气(N2)、镁(Mg) 气体来形成ρ型GaN层，不过实施方案不限于此。
如图5所示，第二电极120可在第二导电型半导体层116上形成。第二电极120 可包括第二欧姆层122、第二反射层125、第二耦合层1 和第二衬底124。
第二电极120可包括例如钛(Ti)、铬(Cr)、镍(Ni)、铝(Al)、钼(Pt)、金 (Au)、钨(W)或铜(Cu)、Cu 合金、Si、钼(Mo)、SiGe、Ge、Gii2O3 或 GaN 中的至少 一种。例如，第二电极层120可包括第二欧姆层122。而且，可多次堆叠单金属或金属 合金和金属氧化物以改善电子空穴注入的效率。例如，第二欧姆层122可由ΙΤΟ、ZnO、 IZO (In-ZnO)、GZO (Ga-ZnO)、AZO (AHZnO)、AGZO (AHGa ZnO)、IGZO (In-Ga ZnO)、IrOx> RuOx、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au 和 Ni/IrOx/Au/ITO 中的至少一种形成，但 是实施方案不限于此。
而且，当第二电极层120包括第二反射层时，该第二电极层120可包括含Al、 Ag、或者含Al或Ag的合金的金属层。Al或Ag可有效地反射在有源层中产生的光，从 而显著改善发光器件的光提取效率。此外，当第二电极层120包括第二耦合层时，第二 反射层可用作第二耦合层，或者第二耦合层可以由镍(Ni)或金(Au)形成。
第二电极层120可包括第二衬底124。如果第一导电型半导体层112具有足够 厚的厚度例如约50 μ m或者更大的厚度时，可以省略形成第二衬底124的过程。为了有 效地注入电子空穴，第二衬底1 可以由具有良好导电特性的金属、金属合金或者导电 半导体材料形成。例如，第二衬底124可以由铜(Cu)、铜合金、Si、钼(Mo)、SiGe、 Ge、Ga2O3或GaN中的一种或多种形成。可利用例如电化学金属沉积法、或使用共晶金 属的键合方法来形成第二衬底124。
如图6所示，可移除第一衬底105以暴露出第一导电型半导体层112。第一衬 底105可使用例如高功率激光器分离开，或者使用例如化学蚀刻法来移除。并且，第一 衬底105可通过例如物理研磨而移除。
如图7所示，可在发光结构110上形成可包括图案的第一电极130。在发光结构 110上形成第一电极130之前，可以形成表面粗糙结构(未示出)或周期性表面结构(未 示出)。
在形成包括图案H的第一电极130的过程中，第一电极材料(未示出)可在发光 结构110上形成，然后，可使用例如湿蚀刻或干蚀刻法图案化第一电极材料以形成图案H。可限定后续将形成垫电极140的区域的第一电极130可具有更宽的面积以对应垫电极 140；但实施方案不限于此。形成第一电极130的过程可包括在发光结构110上形成第一 欧姆层132，和在第一欧姆层132上形成第一反射层134。
图8是根据另一个实施方案的发光器件的平面图和局部放大图。根据该实施方 案，第一电极130可包括第一欧姆层132，所述第一欧姆层132可包括透明欧姆层。
当第一欧姆层132包括透明欧姆层时，第一欧姆层132可具有约20nm以下的厚 度。并且，第一欧姆层132可由Cr、Pt、Ni、Au和Ti中的一种或多种形成；但是，实 施方案不限于此。
在该实施方案中，第一电极130的各个图案H可包括例如三角形晶格、正方形 晶格或者使用它们的阿基米德晶格或准晶体。另外，除了周期性图案，图案H也可包括 不规则随机图案。另外，在该实施方案中，第一电极130的图案H可具有孔结构，其中 图案H互相连接以改善电流扩散。在该实施方案中应用的图案H可具有约IOOnm至约 5000nm的周期，并且第一电极130可占据整个LED芯片的约5%至约95%的面积。
在这个实施方案中，图案H可填充有空气、环氧树脂或其他电介质中的至少一 种或多种。当图案H填充有电介质时，电介质可具有大于约1和小于约3的折射率。当 图案H填充有空气时，可在图案区域中形成光刻胶或绝缘材料，并且可在第一电极130上 形成另外的材料以选择性移除光刻胶或绝缘材料。
然后，可以在第一电极130上形成垫电极140。垫电极140可包括用于金属界面 接合的第三耦合层146和用于引线接合的接合层148以改善电流扩散；但是实施方案不限 于此。
根据另一个实施方案，在包括图案H的第一电极130中，如图2所示，除了垫电 极140的区域，剩余区域中的接合层和耦合层可省略。例如，第一电极130可包括第一 欧姆层132和第一反射层133，如图2所示。
当垫电极140包括第三耦合层146时，第三耦合层146可用Ni或Au形成。另 外，垫电极140可由于Au而包括接合层148。
而且，如图8所示，在第一电极130中可省略反射层。例如，如图8所示，当 第一欧姆层132的金属在除垫电极140区域之外的剩余区域中形成时，第一欧姆层132可 具有约20nm以下的厚度，用作透明金属层。在这种情况下，垫电极140可进一步包括反 射光的第三反射层144。第三反射层144可包括含Al、Ag、或者含Al或Ag的合金的金属层。
在根据实施方案的发光器件和发光器件封装中，由于第一电极可包括平面金属 层内的预定图案，因此电流易于扩散，同时可改善光提取效率。并且，根据实施方案， 由于第一电极可包括在除引线接合垫位置之外的剩余区域中的薄透明金属，所以可以满 足操作电压特性，同时可提高光量。
图9是根据实施方案的发光器件封装的剖面图。参考图9，根据实施方案的发 光器件封装可包括主体200、在主体200中形成的第三电极层210和第四电极层220、在 主体200中形成并通过引线300与第三电极层210和第四电极层220电连接的发光器件 100、以及封装发光器件100的模制元件400。
主体200可由例如硅材料、合成树脂材料或金属材料形成。在发光器件100周围可形成倾斜的表面。
第三电极层210和第四电极层220可互相电隔离，并且向发光器件100供电。并 且，第三电极层210和第四电极层220可反射在发光器件100中产生的光以改善光效率。 另外，第三电极层210和第四电极层220可将发光器件100产生的热释放到外部。
如图1中所示的垂直型发光器件可用作根据本实施方案的发光器件100，不过实 施方案不限于此。发光器件100可在封装体200或者第三电极层210或者第四电极层220 上形成。
发光器件100可通过例如导线与第三电极层210或/和第四电极层220电连接。 在该实施方案中，由于用垂直型发光器件100作为实例，可使用一个导线300。或者，当 发光器件100是水平型发光器件时，可使用两个导线。并且，当发光器件100包括倒装 芯片类型的发光器件，可以不需要或不使用导线。
模制元件400可封装发光器件100并保护发光器件100。并且模制元件400中可 包含磷光体，以改变从发光器件100发出的光的波长。
发光器件在光量或电特性上可以变化，S卩，根据电极的面积或构型的操作电 压，并且当电极面积增加，可改善操作电压特性，但是光量减少。
本文中提供的实施方案提供一种发光器件，其可包括电极以满足操作电压特性 和改善光量，还提供制造该发光器件的方法和发光器件封装。
根据本文中公开的一个实施方案，提供一种发光器件，其可包括发光结构， 所述发光结构包括第一导电型半导体层、有源层和第二导电型半导体层；在所述发光结 构上的第一电极，所述第一电极包括图案；和在所述第一电极上的垫电极。
根据本文中公开的另一个实施方案，提供一种发光器件封装，其可包括发光 器件和封装体，所述发光器件包括发光结构、在所述发光结构上的第一电极(所述第一 电极包括图案)和在第一电极上的垫电极，所述发光器件在封装体中形成。
在本说明书中对"一个实施方案"、“实施方案"、“示例性实施方案"等的 任何引用，表示与该实施方案相关描述的具体的特征、结构或特性包含于本发明的至少 一个实施方案中。在说明书不同地方出现的这些措词不必都涉及相同的实施方案。此 外，当结合任何实施方案描述具体的特征、结构或特性时，认为将这种特征、结构或特 性与其它的实施方案相关联均在本领域技术人员的范围之内。
虽然已经参考大量说明性实施方案描述了实施方案，但是应理解本领域技术人 员可设计很多的其它改变和实施方案，这些也将落入本公开的原理的精神和范围内。更 具体地，在公开、附图和所附的权利要求的范围内，在本发明的组合排列的构件和/或 结构中可能具有各种的变化和改变。除构件和/或结构的变化和改变之外，对本领域技 术人员而言，可替代的用途也会是显而易见的。
权利要求
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型半导体层、置于所述第一导电型半导体层 上的有源层和置于所述有源层上的第二导电型半导体层；置于所述发光结构上的第一电极，所述第一电极包括图案；和 置于所述第一电极上的垫电极。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述图案在所述第一电极中形成。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述图案具有恒定周期。
4.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述图案具有不规则周期。
5.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第一电极包括第一欧姆层。
6.根据权利要求5所述的发光器件，其中所述第一电极包括透明第一欧姆层。
7.根据权利要求6所述的发光器件，其中所述透明第一欧姆层具有约20nm以下的厚度。
8.根据权利要求5所述的发光器件，其中所述第一欧姆层由铬(Cr)、钼(Pt)、镍 (Ni)、金(Au)或钛(Ti)中的至少一种形成。
9.根据权利要求1所述的发光器件，还包括置于所述发光结构之下的第二电极。
10.根据权利要求9所述的发光器件，其中所述第二电极包括 第二欧姆层；和导电衬底。
11.根据权利要求10所述的发光器件，其中所述衬底包括钛(Ti)、铬(Cr)、镍 (Ni)、铝(Al)、钼(Pt)、金(Au)、钨(W)、铜(Cu)、Cu 合金、Si、钼(Mo)、SiGe、 Ge、Ga2O3或GaN中的至少一种。
12.根据权利要求10所述的发光器件，其中所述第二欧姆层包括ITO、ZnO, IZO (In-ZnO)、GZO (Ga-ZnO) 、 AZO (Al-ZnO)、AGZO (Al-Ga ZnO)、IGZO (In-Ga ZnO)、IrOx、 RuOx、 Ru0x、IT0、Ni、IrOx、Au、或 Ni、Ir0x、Au、IT0 中的至少一种。
13.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述图案包括三角形晶格、正方形晶格、 阿基米德晶格或准晶体。
14.一种发光器件封装，包括发光器件， 所述发光器件包括发光结构，所述发光结构包括第一导电型半导体层、置于所述第一导电型半导体层 上的有源层和置于所述有源层上的第二导电型半导体层；置于所述发光结构上的第一电极，所述第一电极包括图案；和 置于所述第一电极上的垫电极。
15.根据权利要求14所述的发光器件封装，其中所述发光器件封装包括 所述发光器件置于其中的封装体；和多个与所述发光器件电连接的电极层。
16.根据权利要求14所述的发光器件封装，其中所述图案在所述第一电极中形成。
17.根据权利要求14所述的发光器件封装，其中所述图案具有恒定周期。
18.根据权利要求14所述的发光器件封装，其中所述图案具有不规则周期。
19.根据权利要求14所述的发光器件封装，其中所述第一电极包括第一欧姆层。
20.根据权利要求14所述的发光器件封装，还包括置于所述发光结构之下的第二电极。
21.根据权利要求14所述的发光器件封装，其中所述图案包括三角形晶格、正方形晶 格、阿基米德晶格或准晶体。
全文摘要
本发明提供发光器件和包括所述发光器件的发光器件封装。所述发光器件可包括发光结构，其包括第一导电型半导体层、有源层和第二导电型半导体层；置于所述发光结构上的第一电极，所述第一电极包括图案；和置于所述第一电极上的垫电极。
文档编号H01L33/48GK102024894SQ20101020533
公开日2011年4月20日 申请日期2010年6月12日 优先权日2009年9月23日
发明者李镇旭, 金鲜京 申请人:Lg伊诺特有限公司