专利名称：发光器件及其制造方法、发光器件封装以及照明系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光器件、制造发光器件的方法、发光器件封装以及照明系统。
背景技术：
由于其物理和化学特性，III-V族氮化物半导体已经被广泛地用作用于诸如发光二极管(LED)或者激光二极管(LD)的发光器件的主要材料。通常，III-V族氮化物半导体包括具有InxAlyGai_x_yN(0≤χ≤1，0≤y≤1，以及0≤x+y≤1)的组成式的半导体材料。LED是通过使用化合物半导体的特性将电信号转换为红外线或者光来发送/接收信号的半导体器件。LED还被用作光源。使用半导体材料的LED或者LD主要用于发光器件以提供光。例如，LED或者LD被用作用于诸如蜂窝电话的键盘发光部分、电子标识牌、以及照明装置的各种产品的光源。
发明内容
实施例提供具有新颖的光提取结构的发光器件。实施例提供发光器件，其中，光提取结构形成在距离衬底比距离有源层更近的至少一个半导体层的侧表面上。实施例提供发光器件，该发光器件包括光提取结构和透射层，该透射层具有低于衬底和有源层之间的半导体层的侧表面上的半导体层的折射率的折射率。实施例提供包括发光器件的发光器件封装和照明系统。根据实施例，发光器件包括发光结构层，该发光结构层包括第一导电类型半导体层、在第一导电类型半导体层上的有源层、以及在有源层上的第二导电类型半导体层；第一光提取结构，该第一光提取结构设置在第一导电类型半导体层的外部上并且包括形成为台阶结构的多个上表面和多个侧表面；以及在第一导电类型半导体层的第一光提取结构上的透射层。根据实施例，发光器件包括衬底；发光结构层，该发光结构层包括在衬底上的第一导电类型半导体层、在第一导电类型半导体层上的有源层、以及在有源层上的第二导电类型半导体层；第一光提取结构，该第一光提取结构形成在第一导电类型半导体层的外周部分处并且具有形成为台阶结构的多个侧表面和多个上表面；以及在第一导电类型半导体层的第一光提取结构上的透射层，其中设置在第一导电类型半导体层的外周部分处的上表面是Ga-面。
图1是示出根据第一实施例的半导体发光器件的侧截面图；图2是图1的平面图；图3至图6是示出制造根据实施例的半导体发光器件的方法的视图；图7是示出根据第二实施例的半导体发光器件的侧截面图8是示出包括根据实施例的发光器件的发光器件封装的视图；图9是示出根据实施例的显示设备的视图；图10是根据另一实施例的显示设备的视图；以及图11是根据实施例的照明单元的视图。
具体实施例方式在实施例的描述中，将会理解的是，当层(或膜)、区域、图案或结构被称为在另一衬底、另一层(或膜)、另一区域、另一焊盘或另一图案的“上”或“下”时，它可以“直接”或 “间接”在另一衬底上、层(或膜)、区域、焊盘或图案上，或者也可以存在一个或多个中间层。已经参考附图描述层的这样的位置。为了方便或清楚起见，附图中所示的每层的厚度和尺寸可以被夸大、省略或示意性绘制。另外，元件的尺寸没有完全反映真实尺寸。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侧截面图，并且图2是图1的平面图。参考图1，发光器件100包括衬底111、第一半导体层115、第一导电类型半导体层 121、有源层123以及第二导电类型半导体层125。衬底111可以包括绝缘衬底或者导电衬底。例如，衬底111可以包括A1203、SiC、 Si、GaAs、GaN、ZnO, Si, GaP, InP以及Ge中的至少一个。衬底111可以包括包含蓝宝石的绝缘且透明衬底。衬底111具有凹凸结构113，并且凹凸结构113可以形成在衬底111的上表面和底表面中的至少一个上。优选地，凹凸结构113可以形成在衬底111的上部处，并且可以包括不均勻图案、纹理图案以及粗糙图案中的至少一个。凹凸结构113的至少一个图案可以包括条纹形状或者凸透镜形状。凹凸结构113可以包括多个凸部，该凸部由于衬底111的蚀刻工艺而使得进一步突出为高于衬底111的上表面。根据另一实施例，凹凸结构113可以在衬底111和第一半导体层115之间包括不同于衬底111的材料的材料。凹凸结构113可以改变入射到第一半导体层115或者衬底111的光的临界角，从而能够提高外量子效率。第一半导体层115形成在衬底111上，并且可以具有通过使用II至VI族化合物半导体的多个图案或者至少一层。第一半导体层115可以包括通过使用III-V族化合物半导体的半导体层。例如，第一半导体层115可以包括从由GaN、InN, A1N、InGaN, AlGaN, InAlGaN以及AlInN组成的组中选择的至少一个。第一半导体层115可以优选地包括具有 InxAlyGa1^yN (0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)的组成式的化合物半导体。例如，第一半导体层115可以包括诸如ZnO层的氧化物。第一半导体层115可以包括缓冲层，并且缓冲层能够减少氮化物半导体和衬底 101之间的晶格常数失配。缓冲层的厚度可以处于大约IOOnm至大约500nm的范围内。第一半导体层115可以包括未掺杂的半导体层，并且可以减少衬底111和第一半导体层115之间的缺陷。未掺杂的半导体层包括未掺杂的氮化物基半导体，并且有意地不掺杂有导电掺杂物。未掺杂的半导体层具有显著地低于第一半导体层115的导电性的导电性。例如，未掺杂的半导体层可以包括未掺杂的GaN层并且可以具有第一导电特性。未掺杂的半导体层可以具有大约1 μ m至3 μ m的厚度。第一半导体层115可以包括缓冲层和设置在缓冲层上的未掺杂的半导体层的层压结构，并且第一半导体层115的厚度可以处于大约1 μ m至大约4 μ m的范围内。第一半导体层115可以包括其中不同的半导体层被交替地相互对准的超晶格结构，并且可以具有InGaN/GaN层的至少两个堆叠结构。另外，第一半导体层115能够减少关于衬底111的晶格常数失配。第一半导体层115可以被去除，但是实施例不限于此。第一导电类型半导体层121可以形成在第一半导体层115上。第一导电类型半导体层121可以具有单层结构或者多层结构，并且可以被掺杂有第一导电掺杂物。第一导电类型半导体层121可以包括III-V族元素的化合物半导体。例如，可以从由 GaN、AlN、AlGaN、InGaN, InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP 以及 AlGaInP 组成的组中选择第一导电类型半导体层121。第一导电类型半导体层121可以包括具有 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。第一导电类型半导体层121包括N型半导体层，并且N型半导体层包括第一导电掺杂物，例如，包括诸如Si、Ge、Sn、Se以及Te的N型掺杂物。另外，第一导电类型半导体层121可以包括超晶格结构，该超晶格结构包括堆叠的不同的半导体层。超晶格结构包括GaN/InGaN或者GaN/AlGaN的堆叠结构。超晶格结构可以包括相互交替地堆叠并且具有数A或者以上的厚度的至少两对不同的半导体层。第一导电类型半导体层121的厚度可以比第二导电类型半导体层125或者有源层 123的厚度厚。换言之，在发光结构层120的层121、123以及125当中，靠近衬底111的半导体层可以具有较厚的厚度。第一导电类型半导体层121的厚度可以处于大约Iym至大约5μπι的范围内。第一导电类型半导体层121的电极接触部分Al包括至少一个台阶结构，并且电极接触部分可以与第二导电类型半导体层125和有源层123的侧表面间隔开。电极接触部分Al具有距离衬底111的上表面比距离第一导电类型半导体层121 的上表面更近的第二上表面S2。第二上表面S2的面积可以是第一导电类型半导体层121 的下表面的面积的7%或者更小。第二上表面S2的面积可以根据芯片尺寸而变化。第一电极131形成在第二上表面S2上，并且第一电极131包括在第二上表面S2上的从由Ti、Al、 In、Ta、Pd、C0、Ni、Si、Ge、Ag以及Au组成的组中选择的至少一个。第一电极131可以具有单层结构或者多层结构。第一半导体层115和第一导电类型半导体层121可以包括GaN基半导体层，并且第二上表面S2是用作电极接触表面的Ga-面。第二上表面S2可以具有诸如凹凸结构的粗糙结构，但是实施例不限于此。Ga-面表示GaN半导体层的Ga-面表面或者 Ga-面结构。第一电极131包括焊盘，并且焊盘可以连接到诸如指结构或者臂结构的电流扩展图案。第一电极131的下表面低于第一导电类型半导体层121的上表面。第一电极131没有形成在第一导电类型半导体层121的台阶结构Al中，而是通过导通孔结构连接。然而，实施例不限于此。光提取结构Sl形成在衬底111和有源层123之间的半导体层115和121中的至少一个的外周部分处。光提取结构Sl可以形成在每个半导体层115或/和121的外周部分的至少一侧处。光提取结构Sl包括具有两级的台阶结构。光提取结构Sl可以形成在第一导电类型半导体层121的外部处或者可以延伸到第一半导体层115的外部。光提取结构Sl包括多个第三上表面Sll和多个第四侧表面S12。第三上表面Sll 和第四侧表面S12交替地相互对准。如图2中所示，可以沿着第一导电类型半导体层121和第一半导体层115的外周部分以回路的形状形成第三上表面Sll和第四侧表面S12。回路形状可以是连续的或者不连续的。第三上表面Sll中的每一个是Ga-面，并且光提取结构Sl可以具有多个Ga-面。例如，第三上表面Sll相互平行。第三上表面Sll可以具有不同的宽度或者相同的宽度。第三上表面Sll可以包括平坦的表面或者粗糙的表面。第四侧表面S12可以垂直于第三上表面Sll，或者可以相对于第三上表面Sll以预定的角度倾斜。倾斜的角度可以处于相对于衬底111的下表面的法线的大约15°至大约 75°的范围内。光提取结构Sl可以具有连续的凹凸结构或者弯曲的表面结构，但是实施例不限于此。光提取结构Sl可以形成在除了电极接触部分Al之外的如图2中所示的第一导电类型半导体层121的外部的整个区域上。第一导电类型半导体层121的外部可以参考第一导电类型半导体层121的下表面或者衬底111的下表面的法线以预定的角度θ倾斜。角度θ是链接台阶结构的虚拟线和基准线之间的角度，并且可以处于大约15°至大约75°的范围内。虚拟线可以将顶点相互链接或者可以将台阶区域相互链接。第一导电类型半导体层121具有随着第一导电类型半导体层121远离有源层123 而逐渐变宽的宽度。因此，第一导电类型半导体层121的上表面具有最窄的宽度，并且其下表面具有最宽的宽度。透射层140可以形成在第一导电类型半导体层121和第一半导体层115的至少一个外部处。透射层140可以形成在光提取结构Sl上，并且包括具有低于氮化物半导体层的折射率的折射率的透射材料。氮化物半导体层的折射率大约是2. 5，并且透射层140的折射率可以处于大约1.5至大约2. 4的范围内。透射层140包括单层结构或者多层结构。透射层140可以包括粗糙层。透射层 140的外表面S4包括粗糙表面，使得能够改变发射的光的临界角。因为透射层140形成在光提取结构Sl上，所以透射层140可以包括倾斜层。透射层140可以选择性地包括具有透射率的导电材料和/或透射绝缘材料。透射层140可以包括ITO (铟锡氧化物)、IZO (铟锌氧化物)、IZTO (铟锌锡氧化物)、IAZO (铟铝锌氧化物)、IGZO (铟镓锌氧化物)、IGTO (铟镓锡氧化物)、AZO (铝锌氧化物)、ATO (锑锡氧化物)、GZO (镓锌氧化物)、A1203、Si3N4、TiO2, ZrO2, CeF3、HfO2, MgO, Ta2O5, ZnS 以及 PbF2 中的至少一个。折射率可以根据组成透射层140的材料而变化。如图2中所示，透射层140可以具有具有台阶图案或者连续的曲线图案的粗糙部。透射层140可以具有数μ m或者更小的厚度，或者优选地，具有2，或者更小的厚度。透射层140可以具有比第一导电类型半导体层121的厚度薄的厚度。透射层140可以与有源层123的侧表面间隔开。根据另一实施例，如果透射层140包括绝缘材料，那么透射层140可以接触有源层123的侧表面，但是实施例不限于此。
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如图1中所示，从有源层123发射的光的一部分朝着衬底111行进。因为通过衬底111的凹凸结构折射或者反射入射到衬底111的光，所以可以改变入射到衬底111的光的临界角。通过第一半导体层115和第一导电类型半导体层121的光提取结构Sl可以折射或者透射通过衬底111的凹凸结构113反射或者透射的光，并且可以将其通过透射层140 提取到外部。透射层140具有低于半导体层的折射率的折射率，并且接触第一半导体层115和第一导电类型半导体层121的光提取结构Si，使得透射层140不反射光，而是透射光。因此，能够提高光提取效率。另外，形成了透射层140和发光器件100的半导体层中具有较厚的厚度的至少一个半导体层121的光提取结构Si，使得能够最大化光提取效率。光提取结构Sl可以被分类为形成在第一导电类型半导体层121的外周部分处的第一光提取结构和形成在第一半导体层115的外周部分处的第二光提取结构。另外，第一和第二光提取结构的上表面和侧表面可以以台阶结构形成在半导体层115和121的外周部分处。每个上表面可以包括Ga-面。透射层140可以设置在第一光提取结构和/或第二光提取结构上。有源层123形成在第一导电类型半导体层121上。有源层123可以具有单量子阱结构、多量子阱(MQW)结构、量子线结构或者量子点结构。有源层123可以具有通过使用III-V族元素的化合物半导体材料的阱/势垒层的堆叠结构。例如，阱层可以包括具有 InxAlyGa1^yN(0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y ( 1)的组成式的半导体层，并且势垒层可以包括具有InxAlyGai_x_yN(0 ^x^ 1,0 ^y ^ 1,0 ^ x+y ^ 1)的组成式的半导体层。有源层123可以包括InGaN/GaN结构、InGaN/AlGaN结构以及InGaN/InGaN结构中的至少一个。势垒层可以包括具有大于阱层的带隙的带隙的材料，但是实施例不限于此。 有源层123可以发射可见光带或者紫外线带中的光。第一导电包覆层可以形成在第一导电类型半导体层121和有源层123之间，并且可以包括N型半导体层。第一导电包覆层可以包括GaN基半导体。第一导电包覆层具有大于有源层123的势垒层的带隙的带隙并且约束载流子。第二导电包覆层可以形成在有源层123和第二导电类型半导体层125之间，并且可以包括GaN基半导体。第二导电包覆层可以具有大于有源层123的势垒层的带隙的带隙并且约束载流子。第二导电类型半导体层125形成在有源层123上。第二导电类型半导体层125 包括III-V族化合物半导体并且被掺杂有第二导电掺杂物。如果第二导电类型半导体层 125是P型半导体层，那么第二导电类型半导体层125可以包括诸如GaN、ΙηΝ、Α1Ν、InGaN, AlGaN, InAlGaN以及AlInN的化合物半导体中的一个，并且第二导电掺杂物包括诸如Mg、 Zn、Ca、Sr以及Ba的P型掺杂物。优选地，第二导电类型半导体层125可以包括具有InxAlyGai_x_yN(0彡χ彡1， 0 ^y ^ 1,0 ^ x+y ^ 1)的组成式的半导体材料。第二导电类型半导体层125具有单层结构或者多层结构。如果第二导电类型半导体层125具有多层结构，那么第二导电类型半导体层125可以具有诸如AlGaN/GaN的超晶格结构或者具有其中堆叠具有不同的掺杂浓度的层的堆叠结构。第二导电类型半导体层125的上表面的一部分可以用作电极接触表面。第二导电
7类型半导体层125的上表面可以包括粗糙表面。第三导电类型半导体层可以形成在第二导电类型半导体层125上，并且可以包括具有与第二导电类型的极性相反的极性的第一导电类型的半导体层。第三导电类型半导体层可以包括诸如GaN、InN、A1N、InGaN、AlGaN、InAlGaN以及AlInN的化合物半导体中的一个。第一导电类型半导体层121和第三导电类型半导体层可以包括N型半导体层。发光结构层120包括第一导电类型半导体层121、有源层123、以及第二导电类型半导体层125，或者可以进一步包括第三导电类型半导体层。第一导电类型半导体层121可以包括P型半导体层，并且第二导电类型半导体层125可以包括N型半导体层。发光结构层120可以包括N-P结结构、P-N结结构、N-P-N结结构、以及P-N-P结结构中的一个。在下面的描述中，发光结构层120具有第二导电类型半导体层125作为最上层。电流扩展层127和第二电极133形成在第二导电类型半导体层125上，并且包括透射导电层或者反射电极层。优选地，电流扩展层127可以包括透射导电层，并且透射导电层可以包括具有小于氮化物半导体的折射率的折射率的材料。透射导电层可以具有小于第二导电类型半导体层125的顶表面的面积的面积。例如，透射导电层可以具有与第二导电类型半导体层125 的顶表面的面积的50%或者更多相对应的面积。电流扩展层127可以包括从由ITO(铟锡氧化物)、IZO(铟锌氧化物)、IZTO(铟锌锡氧化物)、IAZO (铟铝锌氧化物)、IGZO (铟镓锌氧化物)、IGTO (铟镓锡氧化物)、AZO (铝锌氧化物)、ATO (锑锡氧化物)、GZO (镓锌氧化物)、ZnO, IrOx, RuOx以及NiO组成的组中选择的至少一个。反射层可以包括具有50%或者更大的反射率的材料。例如，反射层可以是从由Al、Ag、Pd、Rh、Pt以及Ir组成的组中选择的金属材料。电流扩展层127和第二导电类型半导体层125中的至少一个具有包括粗糙表面或者不平坦表面的光提取结构。第二电极133形成在电流扩展层127上，并且第二电极133的至少一部分可以直接地接触第二导电类型半导体层125。第二电极133包括至少一个焊盘，并且可以包括连接至焊盘的诸如臂结构或者指结构的电流扩展图案。第二电极133 包括从由 Ag、Ag 合金、Ni、Al、Al 合金、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au 以及Hf组成的组中选择的至少一个。第二电极133可以包括具有欧姆接触的特性的非透射金属、附着层、以及结合层，但是实施例不限于此。根据实施例，光提取结构Sl和透射层140设置在有源层123下面的半导体层的外部处，例如，设置在衬底111和有源层123之间的半导体层115和121的外部处，使得能够在发光器件100的侧表面处提高光提取效率。图3至图6是示出图1的发光器件100的制造工艺的视图。参考图3，衬底111被加载在生长设备中，并且II至VI族元素的化合物半导体层形成在衬底111上。衬底111可以包括绝缘衬底或者导电衬底。例如，可以从由Al203、GaN、SiC、Zn0、 Si,GaP.InP,Ga2O3以及GaAs组成的组中选择衬底111。凹凸结构113可以形成在衬底111 的上部处。凹凸结构113改变光的临界角以提高光提取效率。可以从由电子束蒸镀器、PVD (物理气相沉积)、CVD (化学气相沉积)、PLD (等离子体激光沉积)、复式热蒸镀器、溅射以及MOCVD(金属有机化学气相沉积)组成的组中选择生长设备。然而，实施例不限于上述生长设备。衬底111可以设置为在其上具有通过使用II至VI族元素的化合物半导体的层或
者图案。第一半导体层115形成在衬底111上。通过使用III-V族元素的化合物半导体可以形成第一半导体层115。第一半导体层115可以包括缓冲层，并且缓冲层包括氮化物半导体，从而减少与衬底111的晶格常数失配。第一半导体层115可以包括未掺杂的半导体层，并且未掺杂的半导体层可以提高半导体层的结晶性。未掺杂的半导体层具有显著地低于第一导电类型半导体层的导电性的导电性。例如，未掺杂的半导体层可以包括未掺杂的 GaN层，并且可以具有第一导电特性。第一半导体层115可以包括缓冲层和未掺杂的半导体层的堆叠结构，并且可以具有大约Iym至4μπι的厚度。发光结构层120形成在第一半导体层115上，并且包括第一导电类型半导体层 121、有源层123以及第二导电类型半导体层125。第一导电类型半导体层121被插入在第一半导体层115和有源层123之间，并且有源层123被插入在第一导电类型半导体层121 和第二导电类型半导体层125之间。第二导电类型半导体层125设置在有源层123上。第一导电类型半导体层121可以具有单层结构或者多层结构，并且被掺杂有第一导电掺杂物。第一导电类型半导体层121可以包括III-V族元素的化合物半导体。例如，可以从由 GaN、AlN、AlGaN、InGaN, InN、InAlGaN、Al InN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP 以及 AlGaInP 组成的组中选择第一导电类型半导体层121。第一导电类型半导体层121可以包括具有 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。第一导电类型半导体层121包括N型半导体层，并且N型半导体层包括诸如Si、Ge、Sn、Se以及Te的N 型掺杂物作为第一导电掺杂物。第一导电类型半导体层121可以包括其中堆叠异质半导体层的超晶格结构。超晶格结构包括GaN/InGaN结构或者GaN/AlGaN结构。超晶格结构可以包括相互交替地堆叠的至少两对异质半导体层，并且具有数A或者以上的厚度。有源层123形成在第一导电类型半导体层121上。有源层123可以具有单量子阱结构、多量子阱(MQW)结构、量子线结构或者量子点结构。有源层123可以具有通过使用 III-V族元素的化合物半导体材料的阱/势垒层的堆叠结构。例如，有源层123可以包括 InGaN/GaN结构、InGaN/AlGaN结构以及InGaN/InGaN结构中的至少一个。势垒层可以包括具有大于阱层的材料的带隙的带隙的材料。但是，实施例不限于此。有源层123可以发射可见光带中的红、蓝或者红光，或者紫外线带中的光。第一导电包覆层可以形成在第一导电类型半导体层121和有源层123之间，并且可以包括N型半导体层。第一导电包覆层可以包括GaN基半导体。第一导电包覆层具有大于有源层123的势垒层的带隙的带隙并且约束载流子。第二导电包覆层可以被插入在有源层123和第二导电类型半导体层125之间，并且可以包括GaN基半导体。第二导电包覆层具有大于有源层123的势垒层的带隙的带隙并且约束载流子。第一导电类型半导体层121可以具有比另一半导体层的厚度厚的厚度。第一导电类型半导体层121的厚度可以处于大约1 μ m至大约5 μ m的范围内。第二导电类型半导体层125形成在有源层123上。第二导电类型半导体层125 包括III-V族化合物半导体并且被掺杂有第二导电掺杂物。如果第二导电类型半导体层 125是P型半导体层，那么第二导电类型半导体层125可以包括诸如GaN、ΙηΝ、Α1Ν、InGaN, AlGaN, InAlGaN以及AlInN的化合物半导体中的一个，并且第二导电掺杂物包括诸如Mg、 Zn、Ca、Sr以及Ba的P型掺杂物。优选地，第二导电类型半导体层125可以包括具有InxAlyGai_x_yN(0彡χ彡1， O^y^ 1)的组成式的半导体材料。第二导电类型半导体层125具有单层结构或者多层结构。如果第二导电类型半导体层125具有多层结构，那么第二导电类型半导体层125可以具有诸如AlGaN/GaN的超晶格结构或者具有其中堆叠具有不同掺杂浓度的层的堆叠结构。第二导电类型半导体层125的顶表面的一部分可以用作电极接触表面。第三导电类型半导体层可以形成在第二导电类型半导体层125上，并且可以包括具有与第二导电类型的极性相反的极性的第一导电类型的半导体层。第三导电类型半导体层可以包括诸如GaN、InN、A1N、InGaN、AlGaN、InAlGaN以及AlInN的化合物半导体中的一个。第一导电类型半导体层121和第三导电类型半导体层可以包括N型半导体层。发光结构层120包括第一导电类型半导体层121、有源层123以及第二导电类型半导体层125，或者可以进一步包括第三导电类型半导体层。第一导电类型半导体层121可以包括P型半导体层，并且第二导电类型半导体层125可以包括N型半导体层。发光结构层 120可以包括N-P结结构、P-N结结构、N-P-N结结构以及P-N-P结结构中的一个。在下面的描述中，发光结构层120具有第二导电类型半导体层125作为最上层。参考图4，电流扩展层127形成在第二导电类型半导体层125上，并且包括诸如金属氧化物材料或者金属氮化物材料的透射导电层。例如，电流扩展层127可以包括ΙΤ0、 ΙΖΟ、ΙΖΤΟ、ΙΑΖ0、IGZO、IGTO、AZO、ΑΤΟ、GZO (镓锌氧化物)、ZnO、IrOx、RuOx 以及 NiO 中的至少一个。在预定的区域处形成掩模图案之后通过沉积方案或者溅射设备形成电流扩展层 127。然后，去除掩模图案，使得电流扩展层127能够是部分敞开的。对发光结构层120的外部执行蚀刻工艺。在形成电流扩展层127之前或者之后可以执行蚀刻工艺，但是实施例不限于此。根据第一蚀刻工艺，在已经掩盖有掩模图案之后对芯片之间的边界区域(沟道区域)执行湿法蚀刻工艺。在第一蚀刻工艺中，通过使用KOH溶液和/或包括ΤΜΑΗ(四甲基氢氧化铵)的显影溶液执行湿法蚀刻工艺。执行第一蚀刻工艺使得发光结构层120的外周部分被暴露，并且衬底111的外顶表面能够被暴露。通过第一蚀刻工艺可以使得发光结构层120具有窄的上部宽度和宽的下宽度。发光结构层120和第一半导体层115的外部可以以预定的角度θ倾斜。发光结构层120的入射角θ可以处于关于衬底111的下表面的法向轴(例如，光轴)的15°至75° 的范围内。倾斜角θ是链接顶点或台阶区域的虚拟线与法线之间的角。发光结构层120的外部可以包括具有多级的台阶结构的光提取结构Si。光提取结构Sl从第一导电类型半导体层121延伸到第一半导体层115。光提取结构Sl可以具有台阶结构，其中上表面Sll和侧表面S12被交替地相互对准。光提取结构Sl的第二上表面 Sll可以具有GaN基半导体层的Ga-面的形式并且可以设置在不同的平面上。随着光提取结构Sl靠近衬底111，光提取结构Sl更多地往外延伸。光提取结构 Sl可以具有至少两级的台阶结构，和具有不平坦的连续的曲线结构。参考图5，从第一导电类型半导体层121的外部到第一半导体层115的外部形成透射层140。透射层140具有小于半导体层的折射率的折射率。例如，透射层140可以包括具有处于大约1. 5至大约2. 4的范围内的折射率的至少一层。透射层140可以选择性地包括具有高透射率的绝缘材料或者具有高透射率的导电材料。透射层 140 可以包括 ITO、IZ0、IZT0、IAZ0、IGZ0、IGT0、AZ0、AT0、GZ0、Al203、Si3N4、 TiO2, ZrO2, CeF3、HfO2, MgO, Ta2O5, ZnS以及PbF2中的至少一个。折射率可以被改变或者可以具有相对于材料的特定范围的各种折射率。透射层140可以相对于衬底111的下表面的法线倾斜。透射层140可以通过溅射方案或者沉积方案具有数μ m或者更小的厚度，并且可以具有粗糙层。透射层140可以形成为透射层140不接触有源层123的侧表面。根据另一实施例，如果透射层140包括绝缘材料，那么透射层140可以接触有源层123的侧表面。然后，执行第二蚀刻工艺。第二蚀刻工艺是干法蚀刻工艺以暴露第一导电类型半导体层121的一部分。被暴露的区域具有台阶结构。在被暴露的区域中，可以形成第一电极。第一导电类型半导体层121的电极接触部分Al的顶表面可以具有平坦的表面或者粗糙的表面。电极接触部分Al的顶表面S2可以设置在不同于第一导电类型半导体层 121的外部的平面的平面上，并且可以形成为平行于第一导电类型半导体层121的顶表面。在这样的情况下，可以互换第二蚀刻工艺和第一蚀刻工艺。另外，可以在已经执行第二蚀刻工艺之后形成透射层140。可以在实施例的技术范围内实现工艺的变化。参考图6，第二电极133形成在电流扩展层127上，并且可以接触电流扩展层127 和第二导电类型半导体层125中的至少一个。第一电极131可以形成在第一导电类型半导体层121的台阶结构Al上。从有源层123发射的光的一部分朝着衬底111行进，并且可以通过衬底111的凹凸结构折射或者反射。因此，能够提高发光效率。导向发光结构层120的外部的光的一部分可以通过形成在第一半导体层115和第一导电类型半导体层121的外部处的透射层140和光提取结构Sl提取到外部。透射层140 减少与氮化物半导体的折射率差，从而入射光能够被提取到外部。与空气相比较，电流扩展层127和透射层140更多地减少半导体层121、123以及125之间的折射率差，从而通过电流扩展层127和透射层140能够将内部光更加平滑地释放到外侧。发光结构Sl形成在占据发光结构层120的厚度的50%的第一导电类型半导体层 121的外部处，从而能够增加光提取效率。图7是示出根据第二实施例的半导体发光器件的侧截面图，并且将不会进一步描述与图1中相同的结构和组件。参考图7，透射层140形成在发光结构层120的台阶结构Al和衬底111之间。台阶结构Al可以以回路的形状形成在第一导电类型半导体层111周围。透射层140可以形成在台阶结构Al和衬底111之间的半导体层上，例如，形成在第一导电类型半导体层121的下部处和第一半导体层115的外部处。透射层140可以形成为低于台阶结构Al，并且可以形成在向下距离有源层123的侧表面数十nm至数百nm的距离处。同时，根据另一实施例，在第二导电类型半导体层125上形成包括欧姆接触层、反射层、结合层以及导电支撑构件的第二电极部分之后，衬底，即，生长衬底被去除，从而形成第一电极。因此，可以实现具有垂直电极结构的发光器件。公开的透射层可以形成在具有垂直电极结构的发光器件的第一导电类型半导体层的外周部分处。在这样的情况下，能够提高光提取效率。图8是示出包括根据实施例的发光器件100的发光器件封装30的截面图。参考图8，发光器件封装30包括主体201、第一和第二引线电极211和213、模制构件205以及安装在主体201中的发光器件100。主体201可以包括合成树脂基材料、陶瓷基材料或者金属衬底，并且可以包括具有开口的上部的腔体203。图1中公开的发光器件100电连接到设置在主体201中的第一和第二引线电极 211和213。在这样的情况下，发光器件100可以通过多条布线102连接到第一和第二引线电极211和213。发光器件100可以通过倒装芯片方案或者贴片方案电连接到第一和第二引线电极211和213。第一和第二引线电极211和213包括引线框架或者金属层，但是实施例不限于此。第一和第二引线电极211和213可以通过主体201的侧表面从腔体203的下表面延伸到主体201的下表面，但是实施例不限于此。通过模制构件205覆盖发光器件100。模制构件205可以包括诸如硅或者环氧的透明树脂材料，并且可以包含荧光材料。模制构件205接触透射层140的粗糙表面，从而提
高结合强度。可以通过设置在发光结构层的外周部分处的电流扩展层和透射层提取从发光器件100的内部发射的光的大部分。可以通过模制构件205将提取的光释放到外侧。通过使用相同的材料或者没有折射率差的材料形成透射层140和模制构件205，使得可以提高发光器件100的光提取效率。透射透镜可以额外地设置在模制构件205上，并且可以直接或者间接地接触模制构件205。发光器件封装30可以包括至少一个根据实施例的发光器件或者多个根据实施例的发光器件，但是实施例不限于此。通过直接的贴片方案而没有额外的结合工艺，将根据实施例的发光器件安装在引线框架或者印制电路板上，并且然后可以通过使用模制构件进行封装。〈照明系统〉多个根据实施例的发光器件或者发光器件封装被排列在基板上。用作光学构件的导光板、棱镜片以及扩散片可以设置在从发光器件发射的光的路径上。发光器件封装、基板以及光学构件可以用作照明单元。照明单元被实现为顶视型或者侧视型以被提供给诸如便
12携式终端和膝上计算机的显示设备。另外，照明单元可以不同地应用于诸如照明装置和指示器装置的各种领域。根据另一实施例，可以实现包括发光器件或者发光器件封装的照明系统。例如，照明系统可以包括照明灯、信号灯、车辆的头灯、以及电子标识牌。除了照明灯、信号灯、车辆头灯、电子显示器等之外，照明系统可以包括图9和图 10中所示的显示设备、图11中所示的照明装置。图9是根据实施例的显示设备的分解透视图。参考图9，根据实施例的显示设备1000可以包括导光面板1041 ；发光模块1031， 该发光模块1031将光提供给导光面板1041 ；在导光面板1041的下方的反射构件1022 ；在导光面板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容纳导光面板1041、发光模块1031以及反射构件1022，但是本公开不限于此。底盖1011、反射片1022、导光面板1041以及光学片1051可以被定义为照明单元 1050。导光面板1041用于通过扩散线性光来将线性光变为平面光。导光面板1041可以由透明材料制成，并且可以包括诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的丙烯酸系树脂、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、C0C、以及聚萘二甲酸乙二酯树脂中的一个。发光模块1031将光提供给导光面板1041的至少侧表面，并且最终用作显示设备的光源。发光模块1031可以包括至少一个发光模块，并且从导光面板1041的一个侧表面直接或者间接地提供光。发光模块1031可以包括板1033，和根据上述的实施例的发光器件封装30，并且发光器件封装30可以设置在板1033上并且以预定间隔相互间隔开。板1033可以是包括电路图案(未示出)的印制电路板(PCB)。板1033可以包括金属芯PCB(MCPCB)、柔性PCB(FPCB)，等等以及普通PCB，但是本公开不限于此。在发光器件封装30安装在侧表面或散热板上的情况下，板1033可以被去除。在此，部分散热板可以接触底盖1011的上表面。多个发光器件封装30可以安装在板1033上从而多个发光器件封装30的发光表面与导光面板1041间隔开预定距离，但是本公开不限于此。发光器件封装30可以将光直接或者间接地提供给是导光面板1041的一个侧表面的光入射部分，但是本公开不限于此。反射构件1022可以设置在导光面板1041下面。反射构件1022反射从导光面板 1041的下表面入射的光以允许反射光朝着上方向导向，从而能够增强照明单元1050的亮度。反射构件1022可以由例如PET、PC、PVC树脂，等等形成，但是本公开不限于此。底盖1011可以容纳导光面板1041、发光模块1031、反射构件1022，等等。为此， 底盖1011可以具有以其顶表面开口的盒形状形成的容纳部分1012，但是本公开不限于此。 底盖1011可以耦接到顶盖，但是本公开不限于此。底盖1011可以由金属材料或者树脂材料形成，并且可以通过使用诸如压制成型或者注塑成型的工艺来制造。而且，底盖1011可以包括具有高热导率的金属或者非金属材料，但是本公开不限于此。例如，显示面板1061是IXD面板，并且包括相互面对的第一和第二透明基板，和被插入在第一和第二基板之间的液晶层。偏振板可以附着在显示面板1061的至少一个表面上，但是本公开不限于此。显示面板1061通过使用通过光学片1051的光来显示信息。显
13示设备1000可以被应用于各种移动终端、用于笔记本电脑的显示器、用于膝上电脑的显示器、电视，等等。光学片1051设置在显示面板1061和导光面板1041之间，并且包括至少一个透明片。光学片1051可以包括例如扩散片、水平和/或垂直棱镜片、以及亮度增强片中的至少一个。扩散片扩散入射光，水平和/或垂直棱镜片将入射光聚集在显示区域上，并且亮度增强片通过重新使用丢失的光来增强亮度。而且，保护片可以设置在显示面板1061上，但是本公开不限于此。在此，显示设备1000可以包括导光面板1041和光学片1051作为放置在发光模块1031的光路径上的光学构件，但是本公开不限于此。图10是根据实施例的显示设备的截面图。参考图10，显示设备1100包括底盖1152 ；板1120，在其上排列上面所述的发光器件封装30 ；光学构件1154 ；以及显示面板1155。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1154可以被定义为照明单元。底盖1152可以被提供有容纳部分，但是本公开不限于此。在此，光学构件1154可以包括透镜、导光面板、扩散片、水平和垂直棱镜片、以及亮度增强片中的至少一个。导光面板可以由聚碳酸酯(PC)或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 形成，并且可以被去除。扩散片扩散入射光，水平和垂直棱镜片将入射光集中在显示区域上，并且亮度增强片通过重新使用丢失的光增强亮度。光学构件1154设置在发光模块1060上。光学构件1154将从发光模块1060发射的光变为平面光，并且执行扩散、聚光等等。图11是根据实施例的照明单元的透视图。参考图11，照明单元1500可以包括外壳1510 ；发光模块1530，该发光模块1530被装备在外壳1510中；以及连接端子1520，该连接端子1520被装备在外壳1510中并且被提供有来自于外部电源的电力。外壳1510可以优选地由具有良好的热防护特性的材料形成，例如，可以由金属材料或者树脂材料形成。发光模块1530可以包括板1532，和安装在板1532上的至少一个根据实施例的发光器件封装30。发光器件封装30可以包括多个发光器件封装，其以矩阵构造排列并且彼此间隔开预定的距离。板1532可以是其上印制电路图案的绝缘体基板，并且可以包括例如印制电路板 (PCB)、金属芯PCB、柔性PCB、陶瓷PCB、FR-4基板等等。而且，板1532可以由有效地反射光的材料形成，并且其表面可以以例如白色、或者银色的能够有效地反射光的颜色形成。至少一个发光器件封装30可以安装在板1532上。发光器件封装30中的每一个可以包括至少一个发光二极管(LED)芯片。LED芯片可以包括发射红、绿、蓝或者白色光的有色LED，和发射紫外线(UV)的UV LED。发光模块1530可以具有各种发光器件封装的组合以获得想要的颜色和亮度。例如，发光模块1530可以具有白光LED、红光LED、以及绿光LED的组合以获得高显色指数 (CRI)。
连接端子1520可以电连接到发光模块1530以提供电力。连接端子1520可以螺纹耦接到插座类型的外部电源，但是本公开不限于此。例如，连接端子1520可以是插头型并且被插入到外部电源，或者可以通过电源线连接到外部电源。根据实施例的发光器件封装能够被应用于照明单元。照明单元具有其中设置多个发光器件或者多个发光器件封装的结构。另外，照明单元可以包括照明灯、信号灯、车辆的头灯、以及电子标识牌。制造根据实施例的发光器件的方法包括下述步骤在衬底上形成第一导电类型半导体层；在第一导电类型半导体层上形成有源层；在有源层上形成第二导电类型半导体层；在第一导电类型半导体层的倾斜的外侧表面处形成粗糙部；在第一导电类型半导体层的一侧处形成平坦的表面；以及在粗糙部上形成具有低于第一导电类型半导体层的折射率的折射率的透射层。能够提高根据实施例的半导体发光器件的光提取效率。实施例能够提高半导体发光器件的可靠性。根据实施例，能够提高发光器件封装的发光效率。实施例被选择性地可应用于另一实施例。在本说明书中对于“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等的引用意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书中， 在各处出现的这类短语不必都表示相同的实施例。此外，当结合任何实施例描述特定特征、 结构或特性时，都认为结合实施例中的其它实施例实现这样的特征、结构或特性也是本领域技术人员所能够想到的。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想到多个其它修改和实施例，这将落入本发明原理的精神和范围内。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要内容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性。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。
1权利要求
1.一种发光器件，包括发光结构层，所述发光结构层包括第一导电类型半导体层、在所述第一导电类型半导体层上的有源层、以及在所述有源层上的第二导电类型半导体层；第一光提取结构，所述第一光提取结构设置在所述第一导电类型半导体层的外侧上并且包括形成为台阶结构的多个上表面和多个侧表面；以及透射层，所述透射层在所述第一导电类型半导体层的第一光提取结构上。
2.根据权利要求1所述的发光器件，进一步包括第一半导体层和第二光提取结构，所述第一半导体层在所述第一导电类型半导体层下面，所述第二光提取结构设置在所述第一半导体层的外部上并且包括形成为台阶结构的多个上表面和多个侧表面。
3.根据权利要求2所述的发光器件，其中所述透射层进一步延伸在所述第一半导体层的第二光提取结构上。
4.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述透射层具有比所述第一导电类型半导体层的厚度薄的厚度。
5.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述透射层包括粗糙层。
6.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第一光提取结构的上表面是Ga-面。
7.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第一导电类型半导体层具有随着所述第一导电类型半导体层远离所述有源层而逐渐地变宽的宽度。
8.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第一导电类型半导体层的外部和所述第一光提取结构相对于所述第一导电类型半导体层的下表面倾斜。
9.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述透射层包括导电材料或者绝缘材料。
10.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述透射层具有低于所述第一导电类型半导体层的折射率的折射率。
11.根据权利要求1所述的发光器件，其中沿着所述第一导电类型半导体层的外周部分以回路形状形成所述第一光提取结构的每个上表面。
12.根据权利要求1所述的发光器件，进一步包括电极接触部分，所述电极接触部分以台阶结构形成在所述第一导电类型半导体层的至少一个外部上并且与所述有源层的侧表面间隔开；和第一电极，所述第一电极设置在所述电极接触部分的上表面上。
13.根据权利要求1所述的发光器件，进一步包括在所述发光结构层下面的衬底和在所述发光结构层上的电流扩展层，其中设置在所述第一导电类型半导体层的外周部分处的上表面是Ga-面。
14.根据权利要求13所述的发光器件，进一步包括在所述衬底上的第一半导体层；和在所述衬底和所述第一半导体层之间包括多个凸部的凹凸结构。
15.根据权利要求13所述的发光器件，其中所述第一光提取结构的每个上表面是 Ga-面并且以回路的形状设置在所述第一导电类型半导体层的外周部分处。
全文摘要
本发明公开一种发光器件及其制造方法、发光器件封装以及照明系统。发光器件包括发光结构层，该发光结构层包括第一导电类型半导体层、在第一导电类型半导体层上的有源层、以及在有源层上的第二导电类型半导体层；第一光提取结构，该第一光提取结构形成在第一导电类型半导体层的外部上并且具有形成为台阶结构的多个上表面和多个侧表面；以及在第一导电类型半导体层的第一光提取结构上的透射层。
文档编号H01L33/20GK102222740SQ20111009772
公开日2011年10月19日 申请日期2011年4月14日 优先权日2010年4月19日
发明者林祐湜, 金明洙, 金省均 申请人:Lg伊诺特有限公司