发光器件、发光器件封装以及照明系统的制作方法

专利名称：发光器件、发光器件封装以及照明系统的制作方法
技术领域：
本公开涉及发光器件、发光器件封装、以及被设置有它们的照明系统。
背景技术：
在物理和化学特性方面，III-V族氮化物半导体已经被广泛地用作诸如发光二 极管(LED)和激光二极管(LD)的发光器件的核心材料。III-V族氮化物半导体由具有 h/lyGiimN(其中0彡χ彡1，0彡y彡1，并且0彡x+y彡1)的组成式的半导体材料组成。LED是下述半导体器件，其通过使用化合物半导体的特性将电变成红外线或者光 以/输出信号，或者其被用作光源。具有氮化物半导体材料的LED或LD被应用于用于获得光的发光器件。例如，LED 或LD被用作诸如蜂窝电话的键区的发光部分、电子标识牌、以及照明装置的各种产品的光源。

发明内容
实施例提供一种能够减少半导体层中的位错(dislocation)的发光器件。实施例提供具有用于减少基板和有源层之间的位错的结构层的发光器件。实施例提供发光器件、发光器件封装、以及被设置有发光器件和发光器件封装的 照明系统。在一个实施例中，发光器件包括第一半导体层；在第一半导体层上的不平坦部 分；在不平坦部分上的包括多个团簇的第一非导电层；在非导电层上的第一基板层；以及 在第一基板层上的发光结构层，所述发光结构层包括第一导电类型半导体层、有源层、以及 第二导电类型半导体层。在另一实施例中，发光器件包括第一半导体层，该第一半导体层包括不平坦部 分；在第一半导体层的不平坦部分上的非连续的非导电层；在非导电层上的包括不平坦结 构的基板层；以及在基板层上的包括多个化合物半导体层的发光结构层，其中，在基板层和 氮化物半导体之间的晶格常数差等于或者小于5%。


图1是示出根据第一实施例的发光器件的侧截面图。图2至图6是示出根据第一实施例的用于制造发光器件的方法的图。图7是示出使用图1中所示的实施例并且具有横向电极结构的发光器件的图。图8是示出使用图1中所示的实施例并且具有垂直电极结构的发光器件的图。图9是示出具有垂直电极结构的另一发光器件的图。图10是示出根据第二实施例的发光器件的侧截面图。图11是示出根据实施例的发光器件封装的横截面图。图12是示出根据实施例的显示装置的图。
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图13是示出根据实施例的另一显示装置的图。图14是示出根据实施例的照明装置的图。
具体实施例方式在实施例的描述中，将理解的是，当层(或膜)、区域、图案或结构被称为在基板、 每层(或膜)、区域、垫、或图案“上”时，它能够“直接”在基板、每层(或膜)、区域、垫、或 图案上，或者也可以存在中间层。此外，将理解的是，当层被称为在每层(膜)、区域、垫、或 结构“下”时，它能够直接在另一层(膜)、另一区域、另一垫、或者另一图案下，或者也可以 存在一个或者多个中间层。为了图示的清楚，每个元件的尺寸可以被夸大，并且每个元件的尺寸可以与其的 实际尺寸不同。在下文中，将会参考附图描述实施例。图1是示出根据第一实施例的发光器件的视图。参考图1，发光器件100包括基板101、缓冲层103、第一导电层105、不平坦部分 107、非导电层112、基板层114、第一导电类型半导体层120、有源层122、以及第二导电类型 半导体层124。蓝宝石(Al2O3)、SiC、Si、GaAs、feiN、ZnO、Si、GaP、InP、Ge、以及(^a2O3中的至少一 个可以被用于基板101。不平坦图案可以被形成在基板101的上表面上。通过蚀刻基板或 者通过使用特殊材料可以形成不平坦图案。缓冲层103被形成在基板101上。缓冲层103可以被形成以减少基板101和氮化 物半导体之间的晶格常数差。使用例如II至VI族化合物半导体，可以以层或者图案来形 成半导体缓冲层103。优选地，缓冲层103可以包括III-V族化合物半导体，例如，从GaN、 InN, A1N、InGaN, AlGaN, InAlGaN,以及AlInN的组中选择的至少一个。缓冲层103可以利 用诸如ZnO层的氧化物来形成，或者也可以不利用其来形成；然而，它不限于此。第一半导体层105可以被形成在基板101或者缓冲层103上。可以形成第一半导 体层105，以提高半导体层的结晶性。第一半导体层105包括使用III-V族化合物半导体的具有 InxAlyGa1^yN(0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)的组成式的半导体材料。第一半导体层105可以被形成在未掺杂的半导体层或者第一导电类型半导体层 中。例如，未掺杂的半导体层在没有有意地掺杂导电掺杂物的情况下是未掺杂的氮化物基 半导体。与第一导电类型半导体层相比，未掺杂的半导体层具有显著低的导电性。例如， 未掺杂的半导体层可以是未掺杂的GaN层，并且可以具有第一导电类型的特性。第一导电 类型半导体层可以包括被掺杂有第一导电掺杂物的半导体，例如，GaN、InN, A1N、InGaN, AlGaNUnAKkiN、以及AUnN中的至少一个。在下文中，为了便于解释，假定第一导电层105 是未掺杂的半导体层。不平坦部分107被形成在第一半导体层105上。不平坦部分107包括使用III-V 化合物半导体的具有h/lyGiinNa)彡X彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)的组成式的半导体 材料。不平坦部分107可以利用与第一半导体层105相同的材料来形成。不平坦部分107 包括不平坦、粗糙、以及纹理结构中的至少一个，并且可以包括规则的或者不规则的尺寸。
在不平坦部分107处，凹部和凸部被交替地排列。可以形成杆形或者其下宽度大 于它的上宽度的形状的多个凹部，例如，截锥形或者多边形的多个凹部。在不平坦部分107 的凸部处，以预定的间隔形成基本上平坦的上表面。在凹部处可以没有平坦部分。凸部可以被不连续的相互隔开地布置在第一半导体层105上。不平坦部分107可以利用被掺杂有第一导电掺杂物的半导体或者未掺杂的氮化 物基半导体来形成。非导电层112被形成在不平坦部分107上，并且基板层114被形成在非导电层112上。非导电层112是其电阻大于不平坦部分107或者未掺杂的半导体层的掩模层。非 导电层112可以以不规则的团簇形式形成并且，例如，可以利用MgN、SiN、或者ZnN来形成。非导电层112利用不连续的团簇来形成，并且各个团簇具有随机的形状和随机的 尺寸，并且可以被形成为大于数个埃的直径。基板层114可以被实施为导电层、绝缘层、或者非导电层，并且被形成在非导电层 112上。在此，基板层114的部分114A可以穿过非导电层112的间隙而接触在不平坦部分 107上。基板层114可以以不平坦的形状被分层堆放在非导电层112上。在氮化物半导体可以被生长的情况下，基板层114是基板材料。基板层114可以被 实施为其晶格常数与氮化物半导体几乎相似的含碳材料或者硅化物基半导体。基板层114 可以利用不同于氮化物半导体的材料来形成，例如，利用硅碳化物(SiC)层来形成。在此， GaN具有a =大约3. 189 A并且c =大约5. 185 A的晶格常数。SiC和氮化物半导体之间的 晶格常数差小于至少大约1，或者大约5%。硅碳化物(SiC)层的厚度可以从大约5A至大约500 A的范围内变化。硅碳化物 (SiC)层可以包括第一导电掺杂物。第一导电掺杂物是N型掺杂物并且可以包括Si、Ge、 Sn、Se、以及Te。此掺杂物的掺杂浓度没有被限制。硅碳化物层可以利用含碳材料来实现，例如，利用硅碳氮化物(SiCN)层或者碳氮 化物(CN)层来实现。基板层114还可以利用硅氮化物族，例如，SiN来实现。非导电层112和基板层114可以被交替地分层堆放。非导电层112和基板层114 的分层周期等于或者小于20个周期，其中一个周期的厚度可以从大约Inm至大约IOOnm的 范围内变化。在非导电层112和基板层114的分层结构中，可用作半导体层的基板层114 被布置作为最上层。由于基板101和氮化物半导体层之间的晶格常数差而导致出现位错。通过缓冲层 103和第一半导体层105来传输位错。由于不平坦部分107的凸部被相互隔开，因此存在减少基本接触面积的效果。因 此，与存在于第一半导体层105处的位错的数目相比较，存在于不平坦部分107处的位错的 数目可以被减少。不平坦部分107可以减少通过第一半导体层105传输的位错。因此，第 一导电类型半导体层120具有比第一导电层105低的位错密度。非导电层112可以再次减少通过不平坦部分107向上的位错。非导电层112可以 通过使用与不平坦部分107的阻力差(resistance difference)来抑制从不平坦部分107 传输的位错。如果非导电层112和基板层114的分层周期是2或者较大，那么可以更多地抑制位错。因此，可以以不具有裂缝的薄膜来形成基板层114上的半导体层的表面。第一导电类型半导体层120可以被形成在非导电层112上。第一导电类型半导体 层120可以包括，例如，被掺杂有第一掺杂物的具有h/lfamNO)≤χ≤1，0≤y≤1， O ≤ x+y ≤ 1)的组成式的III-V族化合物半导体。第一导电类型半导体层120具有大于大约3 μ m的厚度，并且可以以单层或者多层 来形成。第一导电类型半导体层120的掺杂浓度可以高于未掺杂的半导体层的浓度。第一导电类型半导体层120包括N型半导体层，并且第一导电掺杂物包括诸如Si、 Ge、Sn、Se、以及Te的N型掺杂物。有源层122被形成在第一导电类型半导体层120上。有源层122可以以单量子阱 结构、多量子阱结构、量子线结构、或者量子点结构来形成。使用III-V化合物半导体材料， 可以以阱层和阻挡层的周期来形成有源层122。例如，可以以InGaN阱层/GaN阻挡层的周 期、InGaN阱层/AWaN阻挡层的周期、以及InGaN阱层/InGaN阻挡层的周期来形成有源层 122 ；然而，对此不存在限制。阻挡层的带隙可以高于阱层的带隙。导电包覆层可以被形成在有源层122上面或下面。导电包覆层可以利用GaN基半 导体层来形成。导电包覆层的带隙可以高于阻挡层的带隙。第二导电类型半导体层IM被形成在有源层122上。可以从被掺杂有第二导电掺 杂物的 III-V 族化合物半导体，例如，&ιΝ、Α1Ν、Α1&ιΝ JnfeiN JnN JnAl(iaN、AnnN、AlGaAs、 GaP, GaAs, GaAsP、以及AKktInP中选择第二导电类型半导体层124。在第二导电类型是P 型半导体的情况下，第二导电掺杂物包括诸如Mg和Si的P型掺杂物。第二导电类型半导 体层1 可以以单层或者多层来形成，并且它不限于此。根据实施例，由于通过使用被布置在第一导电类型半导体层120下面的不平坦部 分107、非导电层112、以及基板层114来抑制位错，所以可以以不具有裂缝的薄膜来形成第 一导电类型半导体层120、有源层122、以及第二导电类型半导体层124。无裂缝薄层能够防 止电流集中，使得能够保护器件免受静电放电(ESD)的影响。还提高半导体层的结晶性，使 得可以提高内部量子效率和外部量子效率。沿着基板层114的不平坦表面可以形成粗糙结构的第一导电类型半导体层120的 下部分。所述粗糙结构可以提高光提取效率。第一导电类型半导体层120可以利用P型半导体层来形成，并且第二导电类型半 导体层1 可以利用N型半导体层来形成。在第二导电类型半导体层IM上，具有与第二 导电类型相反的极性的N型半导体层可以被形成。在发光器件100中，第一导电类型半导 体层120、有源层122、以及第二导电类型半导体层IM可以被限定为发光结构层。发光结 构层可以被实施为N-P结、P-N结、N-P-N结、以及P-N-P结中的一个。透明电极层(未示出)、反射电极层、以及电极中的至少一个可以被形成在发光结 构层上。在第二导电类型半导体层1 上，透明电极层可以利用包括透明氧化物或者金属 的材料来形成。例如，使用铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铟锌锡氧化物(IZTO)JB 铝锌氧化物(IAZO)、铟镓锌氧化物(IGZO)、铟镓锡氧化物(IGTO)、铝锌氧化物(AZO)、锑锡 氧化物(ATO)、镓锌氧化物(GZO)、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni、Ag、Ni/IrOx/Au、以及 Ni/IrOx/ Au/ITO中的一个或者多个，可以以单层或者多层来形成透明电极层。在发光结构层上，可以利用由Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、以及Hf和它们的选择组合组成的材料来形成反射电极层。电极可以包括从Ti、Al、In、Ta、Pd、C0、Ni、 Si、Ge、Ag、以及Au的组中的至少一个。电极可以包括电极焊盘，并且可以进一步包括电流 扩展图案。发光器件100能够通过非导电层112和基板层114的分层结构来抑制由于与基板 的晶格错配而产生的位错。发光器件100还能够根据氮化物半导体层的生长和光提取效率 来提高半导体层的结晶性。图2至图6是示出用于制造根据第一实施例的发光器件的方法的图。参考图2，基板101被加载在生长设备上，并且多个化合物半导体层被分层堆放在 基板101上。生长设备可以包括电子束蒸发器、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等 离子体激光沉积(PLD)、复式热蒸发器溅射、金属有机化学气相沉积(MOCVD)等等，并且生 长设备不限于所列出的设备。蓝宝石(Al2O3)、SiC、Si、GaAs、GaN、ZnO,Si、GaP、InP、Ge、以及 Gei2O3 可以被用于 基板101。不平坦图案可以被形成在基板101的上表面上。通过蚀刻基板101可以形成不 平坦图案，或者通过特定材料可以在光学提取结构中形成诸如粗糙结构的不平坦图案。使用II至VI族化合物半导体，可以将缓冲层103形成在基板101上，并且可以以 层或者图案来形成。缓冲层103也可能没有被形成，并且不限于是否形成缓冲层103。第一半导体层105可以被形成在基板101或者缓冲层103上。使用III-V族化合 物半导体或者N型半导体层，第一半导体层105可以利用未掺杂的半导体来形成。例如，未 掺杂的半导体是氮化物基半导体，并且没有被有意地掺杂有导电掺杂物。N型半导体可以利 用被掺杂有第一导电掺杂物的半导体来形成。例如，在第一半导体层105是未掺杂的GaN的情况下，通过在第一生长温度(例 如，从大约500°C至大约900°C )提供NH3和TMGa (或者TEGa)来以预定的厚度将其形成。参考图3，不平坦部分107被形成在第一半导体层105上。不平坦部分107可以包 括使用III-V族化合物半导体的半导体。不平坦部分107可以被实施为被掺杂有第一导电 掺杂物的半导体层，或者未掺杂的半导体层。第一半导体层105和不平坦部分107可以利 用未掺杂的半导体层来形成。可以形成例如随机的杆形、锥形或者多边形的不平坦部分107的凸部。在例如，不平坦部分107是未掺杂的GaN的情况下，通过在低于第一生长温度的第 二生长温度(例如，从大约200°C至大约600°C )提供NH3和TMGa (或者TEGa)，来以预定的 厚度将其形成。在此，第二生长温度可能比第一生长温度低，例如，比其低大约30(TC至大约 500°C。通过该低温度生长，不平坦部分107的凸部可以被相互隔开。在此，尽管通过实施 例中的降低温度的条件来形成不平坦部分107，但是通过调整诸如增加生长压力或者增加 Ga的流量的条件，可以形成其上部分是不连续的凸部。不平坦部分107的凸部的下宽度大于它的上宽度，并且从俯视图来看，凸部可以 以圆形或者多边形来形成。不平坦部分107的凸部可以包括平坦部。参考图4，多个非导电部分112被形成在不平坦部分107上。可以以具有随机的形状和尺寸的不连续结构或者团簇形状来形成非导电部分 112。非导电层112可以利用包括第一导电掺杂物或者第二导电掺杂物的非导体来形成。例如，非导电层112可以利用MgN、SiN、以及ZnN来形成。孔112A被形成在非导电层112之 间。通过孔112A，不平坦部分107的一部分可以被暴露。参考图4和图5，基板层114可以被形成在非导电层112上。基板层114可以利用其与氮化物半导体的晶格常数差最多大约是1( S卩，大约5% 以下)的材料来形成。在此，GaN具有a=大约3. 189 A并且C=大约5. 185 A的晶格常数。基板层114可以利用例如，陶瓷基半导体或者硅基半导体来形成。例如，基板层 114可以利用SiC来形成。再例如，基板层114可以具有导电、非导电、或者绝缘特性。由于 基板层114被提供为薄膜的晶种层，所以与使用昂贵的SiC基板相比较其是经济有利的。通过非导电层112可以延伸基板层114的部分114A，并且将其接触在不平坦部分 107 上。在基本上从大约500°C至大约1000°C的范围内变化的生长温度下，可以形成非导 电层112和基板层114。在利用MgN生长非导电层112的情况下，通过提供包括NH3和Mg 的掺杂物源，可以将其形成到大于几个埃的厚度。在基板114是SiC的情况下，通过蒸发器 中的硅和碳的反应可以将其形成。SiH3、Si2H6、以及DTBSi可以被用作硅材料，并且CBr4或 者CxHy可以被用作碳材料。SiC层的厚度可以从大约5 A至大约500 A的范围内变化。硅 碳化物层可以被掺杂有第一导电掺杂物。然而，此掺杂浓度、厚度、以及生长温度可以被改 变。硅碳化物层还可以利用其它的材料来实施，例如，利用诸如硅碳氮化物(SiCN)或者碳 氮化物(CN)的含碳材料来实施。与不平坦部分107相比较，非导电层112是高度不导电的，并且可以抑制从第一导 电层105位错上升。非导电层112和基板层114的对可以被生长从至少1个周期到20个周期。在此， 一个周期的厚度可以从大约Inm至大约IOOnm的范围内变化。在非导电层112和基板层114 的分层结构中，其与氮化物半导体层的组合强度相对较好的基板层114可以被布置作为最上层。不平坦部分107可以减少从不平坦部分107下面的第一半导体层105上升的位 错，并且非导电层112可以再次减少通过不平坦部分107上升的位错。即，不平坦部分107 可以减少其中位错可以通过杆形而上升的面积，并且因为非导电层112以团簇的形状被形 成在不平坦部分107上，所以非导电层112几乎可以完全地切断位错。由于在不平坦部分107上，具有高电阻的团簇被不连续地形成为随机的形状来作 为非导电层112，所以可以减少由于基板101和氮化物半导体之间的晶格常数错配而产生 的位错。随机的形状可以包括多面体形状。在此，被形成在非导电层112上的基板层114 可以被接触到非导电层112下面的层。在非导电层112和基板层114的对被形成为几个周期的情况下，可以进一步抑制 位错。可以以无裂缝薄膜来形成基板层114上的半导体层表面。半导体层可以被生长在基板层114上。例如，使用III-V族半导体，在半导体层中 可以形成缓冲层、未掺杂的半导体层、以及第一导电类型半导体层中的一个。在下文中，为 了便于解释，假定第一导电类型半导体层被形成在基板层114上。参考图6，第一导电类型半导体层120可以被形成在基板114上。第一导电类型半 导体层120可以包括被掺杂有第一导电掺杂物的III-V族化合物半导体，例如，从GaN、InN、A1N、InGaN, AlGaN, InAlGaN、以及AlInN的族中选择的至少一个。在第一导电类型半导体 层120是N型半导体层的情况下，第一导电掺杂物包括Si、Ge、Sn、Se、以及Te作为N型掺 杂物。有源层122被形成在第一导电类型半导体层120上。有源层可以以单量子阱结构、 多量子阱(MQW)结构、量子线结构、或者量子点结构来形成，并且可以通过使用III-V化合 物半导体材料来形成。导电包覆层(未示出)可以被形成在有源层的上面和/或下面。导电包覆层可以 利用GaN基半导体层来形成。第二导电类型半导体层IM被形成在有源层122上。第二导电类型半导体层IM 可以利用被掺杂有第二导电掺杂物的III-V族化合物半导体来形成，例如，利用GaN、InN, A1N、InGaN, AlGaN, InAlGaN、以及AUnN的化合物半导体中的一个来形成。在第二导电类 型半导体层1 是P型半导体的情况下，第二导电掺杂物包括Mg、Zn、Ca、Sr、以及Ba作为 P型掺杂物。由于基板114，半导体层120、122、124可以被生长为无裂缝薄膜。此无裂缝薄膜 能够防止电流的集中，使得可以保护有源层122并且可以提高内部量子效率和外部量子效率。第一导电类型半导体层120可以利用P型半导体层来形成，并且第二导电类型半 导体层1 可以利用N型半导体层来形成。N型半导体层或者P型半导体层可以被形成在 第二导电类型半导体层1 上作为第三导电类型半导体层。第一导电类型半导体层120、有 源层122、以及第二导电类型半导体层IM可以被限定为发光结构层。发光结构层可以被实 施为N-P结、P-N结、N-P-N结、以及P-N-P结中的一个。电流扩展层和第二电极中的至少一个可以被形成在第二导电类型半导体层或者 第三导电类型半导体层上。电流扩展层包括透明电极或者反射电极层。在第二导电类型半 导体层IM上，可以利用从金属氧化物和金属中选择的材料来形成透明电极层。例如，使用 铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铟锌锡氧化物(IZTO)、铟铝锌氧化物(IAZO)、铟镓锌 氧化物(IGZO)、铟镓锡氧化物(IGTO)、铝锌氧化物(AZO)、锑锡氧化物(ΑΤΟ)、镓锌氧化物 (GZO)、IrOx, RuOx, RuOx/1 TO, Ni、Ag、Ni/IrOx/Au、以及 Ni/Ir0x/Au/IT0 中的一个或者多 个，可以以单层或者多层来形成透明电极层。在第二导电类型半导体层124 上，可以由 Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、ai、Pt、Au、
和Hf以及它们的选择性组合组成的材料来形成反射层。第二电极被电气地连接到第二导 电类型半导体层1 或者透明电极层，并且可以利用金属材料来形成。第二电极可以包括 电极焊盘，并且可以被形成为电流扩展图案。图7是示出使用图1中示出的实施例并且具有横向电极结构的发光器件的侧截面 图。参考图7，在发光器件100A处，第一导电类型半导体层120的上表面被暴露，并且 第一电极131被形成在第一导电类型半导体层120上。通过台面蚀刻工艺可以执行用于暴 露第一导电类型半导体层120的工艺。在第二导电类型半导体层1 上，诸如透明电极层或者反射电极层的电流扩展层 可以被形成在第二电极层126中。第二电极133可以被形成在第二电极层1 上。第二
9电极1 可利用铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铟锌锡氧化物(IZTO)、铟铝锌氧化 物(IAZO)、铟镓锌氧化物(IGZO)、铟镓锡氧化物(IGTO)、铝锌氧化物(AZO)、锑锡氧化物 (ΑΤΟ)、金属氧化物、或者诸如Al、Ag、Pd、I h、Pt、或者Ir的金属、或者所选择的金属的合金 来形成。第二电极133可以利用至少一个金属层来形成，例如，利用来自于Ag、Ag合金、Ni、 AUAl合金、诎、？(1、11~、1 11、1%、&1^411、以及!^中的一个或者组合来形成。第二电极133 可以包括电极焊盘，或者分离的电极焊盘可以被形成。第二电极133可以被直接地接触到 第二电极层或/和第二导电类型半导体层124。由于发光器件100A可以通过有源层122下面的非导电层112而改善位错，所以存 在由于光的结晶性而导致增加了光效率的效果，以及改善了 ESD的效果。图8是示出使用图1中所示的实施例并且具有垂直的电极结构的发光器件的侧截 面图。参考图8，多个导电层142和144可以被形成在图6中所示的第二导电层IM上。 导电层包括被布置在第二导电类型半导体层1 上的第一导电层142和第一导电层142上 的第二导电层144。第一导电层142包括欧姆层或/和反射层。第一导电层142被利用包 括诸如Al、Ag、Pd、Rh, Pt、以及Ir的反射构件当中的至少一个的金属或者合金来形成。第 二导电层144是导电支撑构件，并且可以被形成大约数十个微米的厚度。第二导电层144 可以选择性地包括铜(Cu)、金(Au)、镍(Ni)、钼(Mo)、铜-钨(Cu-W)、以及载体晶圆(例如， Si、Ge、GaAs, ZnO, SiC、SiGe、Ga2O3)。第一导电层142和第二导电层144提供第二极性的 电力。至少一个层或者图案可以被形成在第一导电层142和第二导电类型半导体层120之 间。用于至少一个层或者图案的材料是诸如ITO的氧化物材料，并且它可以被形成在欧姆 接触层或/和电流阻挡层中。可以以物理或/和化学方法来消除缓冲层103下面的图6的基板101。激光剥离 (LLO)方法可以被用作消除基板的方法。根据LLO方法，第二导电层144可以被布置在基底 上，并且然后，为了消除它，将预定波长的激光照射到基板101上。通过湿法蚀刻来消除缓冲层103和第一半导体层105。通过选择性地使用干法蚀 刻和抛光，可以消除缓冲层103和第一导电层105。还可以消除除了基板层114之外的第一导电类型半导体层120下面的图5的非导 电层112。在此，在基板层114是SiC的情况下，它可以不被消除。第一电极131被形成在 基板层114下面。因此，具有垂直的电极结构的发光器件100B得以实现。由于在发光器件100B中，通过团簇的非导体的形式来形成不平坦结构的基板层 114，所以可以提高光提取效率。图9是示出具有垂直的电极结构的另一发光器件的图。为了解释实施例，参考图 8来描述与图8进行比较的相同的部分，并且重复的解释将被省略。参考图9，在发光器件100C中，第一电极131被布置到第一导电类型半导体层 120。通过进一步移除图8的基板层，第一导电类型半导体层120被暴露以形成第一电极 131。在此，第一导电类型半导体层120的下表面可以以粗糙结构来形成。通过移除基板层 来形成此粗糙结构，并且没有必要对导电类型半导体层120执行具体的蚀刻工艺。图10是示出根据第二实施例的发光器件的侧截面图。为了解释第二实施例，与第一实施例相比较的相同的部分被当作相同的附图标记，并且重复的解释被省略。参考图10，发光器件100D包括基板101、缓冲层103、第一半导体层105、不平坦 部分107、第一非导电层112、第一基板层114、第二半导体层115、第二非导电层116、第二基 板层117、第一导电类型半导体层120、有源层122、以及第二导电类型半导体层124。至少一个周期的第一非导电层112和第一基板114被形成在不平坦部分107上。 第一非导电层112和第一基板114称为图1的非导电层和基板层。在第一基板层114上，可以利用被掺杂有第一导电掺杂物的III-V族化合物半导 体,例如，GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN、以及 AUnN 来形成第二半导体层 115。第 二半导体层115的上表面可以是平坦的或者不平坦的。第二非导电层116可以利用具有非导电特性的团簇来形成。例如，第二非导电层 116被利用非导体和MgN、SiN,以及ZnN来形成，并且可以被不连续地形成在第二半导体层 115上。例如，使用第一导电掺杂物或/和第二导电掺杂物，可以以非导体来形成第二非导 电层116。第二半导体层115可以被布置在第二基板层117和第一基板层114之间。第二基 板117被形成在第二非导电层116上，并且它的部分可以被接触在第二半导体层115上。可 以在诸如导电层、非导电层、以及绝缘层的基板材料当中选择第二基板层117。第二基板层 117可以利用SiC和SiN来形成。可以以至少一个周期来形成第二非导电层116和第二基板层117。在第二半导体 层115是第一导电半导体的情况下，第二非导电层116和第二基板层117可以被布置在第 一导电类型半导体层115和120中。发光器件100D抑制从有源层122下方传输的位错，使
得可以改善层的无裂缝表面。根据实施例的发光器件可以被封装在树脂材料或者硅的半导体基板、绝缘基板、 以及陶瓷基板上，并且它可以被用作指示装置、照明装置、显示装置等等的系统光源。图11是示出根据实施例的发光器件封装的图。参考图11，发光器件封装30包括主体20、布置在主体20处的第一引导电极31 和第二引导电极32、根据实施例的发光器件100A、以及覆盖发光器件100A的成型构件40。 在此，发光器件被布置在主体20处，并且被电气地连接到第一引导电极31和第二引导电极 32。主体20可以形成为包括诸如硅的导电衬底、诸如PPA的合成树脂、陶瓷基板、绝缘 基板、或者金属基板(例如，MCPCB)。主体20包括其上部开口的诸如腔体的凹部。在凹部 处，布置发光器件100A，并且暴露第一和第二引导电极31和32。倾斜表面可以形成在凹部 的周边上。主体20可以包括通孔结构，并且它不限于此。第一引导电极31和第二引导电极32被相互电气地分离，并且将电力提供给发光 器件100A。第一引导电极31和第二引导电极32还可以通过反射从发光器件100A产生的 光来增加光效率，并且可以用于散发从发光器件100A产生的热。发光器件100A可以被安装在主体20上，或者在第一引导电极31或者第二引导电 极32上。发光器件100A可以通过引导而被连接到第一引导电极31和第二引导电极32。成型构件40可以包围发光器件100A，以保护发光器件100A。而且，荧光物质可以被包括在成型构件40中，使得可以改变从发光器件100A发射的光的波长。透镜可以被布 置在成型构件40上，并且透镜可以被实施为接触到或者没有接触到成型构件40的形式。发光器件100A可以通过通孔而电气地连接到基板或主体的下表面。在发光器件封装30上，可以安装上述实施例的发光器件中的至少一个，并且对此 不存在限制。尽管已经作为俯视(top view)形式来描述了发光器件封装，但是它还可以被实施 为侧视(side view)方法，使得可以改进上述热辐射特性、导电性、以及反射特性。如上所 述通过树脂层可以封装根据俯视或者侧视方法的发光器件，并且然后，透镜可以形成或者 附着在树脂层上；对此不存在限制。〈照明系统〉根据实施例的发光器件封装或者发光器件能够被应用于照明系统。照明系统包括 多个发光器件或者发光器件封装的阵列的结构。照明系统可以包括图12和图13中所示的显示装置、图14中所示的照明装置、照 明灯、信号灯、汽车头灯、电子显示器等等。图12是示出根据实施例的显示装置的分解透视图。参考图12，根据实施例的显示装置1000可以包括导光板1041 ；发光模块1031， 该发光模块1031将光提供给导光板1041 ；在导光板1041的下方的反射构件1022 ；在导光 板1041上的光学片1051 ；在光学片1051上的显示面板1061 ；以及底盖1011，该底盖1011 存储导光板1041、发光模块1031、以及反射构件1022 ；然而，其不限于此。底盖1011、反射片1022、导光板1041以及光学片1051可以被定义为灯单元1050。导光板1041用于漫射光，以聚集到表面光源。利用透明材料形成导光板1041，并 且导光板1041可以包括，例如，诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的丙烯基树脂、聚对苯二甲 酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、环烯烃共聚合物(COC)以及聚萘二甲酸乙二酯(PEN)树脂 中的一个。发光模块1031将光提供给导光板1041的至少一侧，并且最终用作显示装置的光 源。包括至少一个发光模块1031，并且发光模块1031可以直接或者间接地在导光 板1041的一侧处提供光。发光模块1031包括根据上述实施例的发光器件封装30和基板 1033。发光器件封装30可以以预定的间隔布置在基板1033上。基板1033可以是包括电路图案(未示出)的印刷电路板(PCB)。然而，基板1033 不仅可以包括典型的PCB，而且可以包括金属核PCB(MCPCB)或者柔性PCB(FPCB)，并且其 不限于此。在发光器件封装30被安装在底盖1011的侧面上或者散热板上的情况下，基板 1033可以被消除。在此，散热板的一部分可以接触到底盖1011的上表面。多个发光器件封装30可以被安装在基板1033上，使得发光表面与导光板1041分 离预定的距离，但是对此不存在限制。发光器件封装30可以将光直接地或者间接地提供给 光进入部分，即导光板1041的一侧，并且对此不存在限制。反射构件1022可以被布置在导光板1041的下方。反射构件1022在向上方向上 反射被入射到导光板1041的下表面的光，从而可以提高灯单元1050的亮度。例如，可以利 用例如PET、PC或者PVC树脂来形成反射构件1022 ；然而，其不限于此。反射构件1022可
12以是底盖1011的上表面；然而，对此不存在限制。底盖1011可以存储导光板1041、发光模块1031、以及反射构件1022。为此，底盖 1011可以被提供有存储单元1012，其具有其上表面被开口的盒状形状，并且对此不存在限 制。底盖1011可以与顶盖组合，并且对此不存在限制。可以利用金属材料或者树脂材料来形成底盖1011，并且可以使用按压或者挤压成 型工艺来制造底盖1011。底盖1011还可以包括具有优秀的导热性的金属或者非金属材料， 并且对此不存在限制。例如，显示面板1061是IXD面板，并且包括透明的第一和第二基板，和第一和第二 基板之间的液晶层。在显示面板1061的至少一侧上，可以附着偏振板；然而，附着结构不限 于此。显示面板1061通过穿过光学片1051的光来显示信息。显示装置1000可以被应用 于各种蜂窝电话、笔记本计算机的监视器、膝上计算机的监视器、以及电视。光学片1051被布置在显示面板1061和导光板1041之间，并且包括至少一个半透 明片。光学片1051可以包括例如漫射片、水平和垂直棱镜片、亮度增强片中的至少一个。漫 射片漫射入射光。水平或/和垂直棱镜片将入射光集中在显示区域。亮度增强片重新使用 丢失的光以增强亮度。保护片可以被布置在显示面板1061上，并且对此不存在限制。在此，在发光模块1031的光路径上，导光板1041和光学片1051可以被包括作为 光学构件；然而，对此不存在限制。图13是示出根据实施例的显示装置的图。参考图13，显示装置1100包括底盖1152、基板1120、光学构件1154、以及显示面 板1155。在此，上述发光器件封装30被排列在基板1120上。基板1120和发光器件封装30可以被定义为发光模块1060。底盖1152、至少一个 发光模块1060、以及光学构件IlM可以被定义为灯单元。底盖1152可以被提供有存储单元1153，并且对此不存在限制。在此，光学构件IlM可以包括透镜、导光板、漫射片、水平和垂直棱镜片、以及亮 度增强片中的至少一个。可以利用PC材料或者甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料形成导光板， 并且可以消除该导光板。漫射片漫射入射光。水平或/和垂直棱镜片将入射光集中在显示 区域上。亮度增强片重新使用丢失的光以增强亮度。光学构件IlM被布置在发光模块1060上。光学构件IlM将从发光模块1060发 射的光转换为表面光源，或者执行漫射或者收集光。图14是示出根据实施例的照明装置的透视图。参考图14，照明装置1500包括壳体1510 ；发光模块1530，该发光模块1530被安 装到壳体1510 ；以及连接端子1520，该连接端子1520被安装到壳体1510，并且被提供有来 自于外部电源的电力。优选地，利用具有优异的散热特性的材料形成壳体1510。例如，可以利用金属材料 或者树脂材料形成壳体1510。发光模块1530可以包括基板1532，和被安装在基板1532上的根据实施例的发光 器件封装30。多个发光器件封装30可以以矩阵的形式排列或者以预定的间隔相互分离地 排列。基板1532可以是印有电路图案的绝缘体。例如，基板1532可以包括PCB、金属核-4基板。基板1532还可以利用有效地反射光的材料形成，或者它的表面可以被涂覆有有 效地反射光的颜色，例如，白色或者银色。至少一个发光器件封装30可以被安装在基板1532上。每个发光器件封装30可 以包括至少一个发光二极管(LED)芯片。LED芯片可以包括诸如红、绿、蓝或者白色的可见 光的发光二极管，或者发射紫外线(UV)的UV发光二极管。各种发光器件封装30的组合可以被布置在发光模块1530中以获得颜色色调和亮 度。例如，为了确保高显色指数(CRI)，可以组合并且布置白色发光二极管、红色发光二极 管、以及绿色发光二极管。连接端子1520可以被电气地连接到发光模块1530以提供电力。连接端子1520 以插座的方法螺纹连接到外部电源；然而，对此不存在限制。例如，可以将连接端子1520形 成为引脚的形状以将其插入到外部电源，或者可以通过引导将其连接到外部电源。上述实施例的特征不限于所述实施例，而是可以被选择性地应用于其它的实施 例。在实施例的技术范围内，通过选择性组合其它的修改和应用也是可能的。用于制造根据实施例的发光器件的方法包括使用化合物半导体在基板上形成第 一半导体层；在第一半导体层上形成包括氮化物半导体的不平坦部分；在不平坦部分上形 成不连续的非导电层；在非导电层上形成基板层；以及在基板层上形成多个化合物半导体 层。根据实施例，能够改善来自于有源层下方的位错，并且能够改善半导体的结晶性， 并且能够改善发光效率。还能够改善发光器件和发光器件封装的可靠性。虽然已经参照本发明的多个示例性实施例描述了实施例，但是应该理解，本领域 的技术人员可以设计出将落入本发明原理的精神和范围内的多个其它修改和实施例。更加 具体地，在本说明书、附图和所附权利要求的范围内的主题的组合布置的组成部件和/或 布置中，各种变化和修改都是可能的。除了组成部件和/或布置中的变化和修改之外，对于 本领域的技术人员来说，替代使用也将是显而易见的。
权利要求
1.一种发光器件，包括第一半导体层；在所述第一半导体层上的不平坦部分；在所述不平坦部分上的包括多个团簇的第一非导电层；在所述非导电层上的第一基板层；以及在所述第一基板层上的发光结构层，所述发光结构层包括第一导电类型半导体层、有 源层、以及第二导电类型半导体层。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述第一基板层包括其与氮化物半导体的 晶格常数差等于或者小于大约5%的材料。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述不平坦部分包括III-V族化合物半导 体，并且所述第一非导电层包括从MgN、SiN,以及SiN的组中选择的至少一个。
4.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述第一非导电层和所述第一基板层的周 期包括从2至20个周期。
5.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述第一基板层包括SiC、SiN,SiCN、以及 CN中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述第一基板层的第一部分被布置在所述 第一非导电层上，并且第二部分接触到所述不平坦部分。
7.根据权利要求4所述的发光器件，其中，所述第一非导电层和所述第一基板层的一 个周期包括从大约Inm至大约IOOnm范围内的厚度。
8.根据权利要求5所述的发光器件，其中，所述第一基板层的厚度包括从大约5A至大 约 500 A。
9.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述第一基板层被形成在不平坦层中。
10.根据权利要求1所述的发光器件，包括所述第一基板层和所述发光结构层之间的第二非导电层；在所述第二非导电层上的第二基板层；以及在所述第一基板层和所述第二非导电层之间的第二半导体层。
11.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述非导电层是由不连续的非导电层形成的。
12.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述发光结构层包括氮化物基半导体，并 且包括N型半导体层、在所述N型半导体层上的有源层、以及在所述有源层上的P型半导体层。
13.根据权利要求12所述的发光器件，其中，所述第一半导体层和所述不平坦部分中 的至少一个包括其掺杂浓度小于所述N型半导体层的未掺杂半导体层。
14.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述第一半导体层和所述不平坦部分是未 掺杂氮化物半导体。
15.根据权利要求12所述的发光器件，其中，所述N型半导体层被布置在所述有源层和 所述基板层之间，并且所述N型半导体层的位错密度小于所述第一半导体层的位错密度。
全文摘要
本发明提供一种发光器件、发光器件封装以及照明系统。所述发光器件包括第一半导体层；第一半导体层上的不平坦部分；不平坦部分上的包括多个团簇的第一非导电层；非导电层上的第一基板层；以及发光结构层。在第一基板层上的发光结构层包括第一导电类型半导体层、有源层、以及第二导电类型半导体层。
文档编号H01L33/12GK102130258SQ201010602408
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年1月19日
发明者尹浩相, 沈相均 申请人:Lg伊诺特有限公司