发光器件的制作方法

专利名称：发光器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光器件。
背景技术：
发光二极管(LED)是一种半导体器件，其将电能转换为光。与诸如荧光灯或辉光灯的传统的光源相比，LED在功耗、寿命期限、响应速度、安全性、和环保要求上是有利的。因此，已经进行了各种研究来将传统的光源替换为LED。LED越来越多地被用作诸如各种灯、 液晶显示器、电子指示牌、和街灯的发光装置的光源。

发明内容
实施例提供具有新颖的结构的发光器件。实施例提供能够提高光提取效率的发光器件。实施例提供一种发光器件，其包括通过堆叠被布置在其下部处的具有不同的折射率的层形成的反射层。实施例提供具有发光器件的发光器件封装和发光系统，其能够提高可靠性。根据实施例，发光器件包括发光结构，该发光结构包括第一导电半导体层、在第一导电半导体层上的有源层、以及在有源层上的第二导电半导体层；光透射衬底，该光透射衬底被布置在发光结构下面并且具有小于化合物半导体层的折射率的折射率；以及反射镜结构层，该反射镜结构层被布置在光透射衬底下面并且包括具有第一折射率的第一反射镜层和具有不同于第一折射率的第二折射率的第二反射镜层，其中第一反射镜层和第二反射镜层相互交替地堆叠。第一反射镜层具有W· λ/(4·η1 -m)的厚度，并且第二反射镜层具有W· λΛ4·η2·πι)的厚度，其中λ表示从发光结构发射的光的波长，nl和η2分别表示第一和第二折射率，m表示自然数，并且W表示处于大约1. 05至大约1. 25范围内的权重常数。根据实施例，发光器件包括发光结构，该发光结构包括第一导电半导体层、在第一导电半导体层上的有源层、以及在有源层上的第二导电半导体层；衬底，该衬底被布置在发光结构下面并且具有小于化合物半导体层的折射率的折射率；以及反射镜结构层，该反射镜结构层被布置在衬底下面并且包括具有高于衬底的折射率的第一折射率的多个第一反射镜层，和具有低于第一折射率的第二折射率的被布置在第一反射镜层之间的多个第二反射镜层。该第一反射镜层具有W· λ/(4·η1 -m)的厚度，并且第二反射镜层具有W · λ/ (4 · η2 - m)的厚度，其中λ表示从发光结构发射的光的波长，nl和n2分别表示第一和第二折射率，m表示自然数，并且W表示处于大约1. 05至大约1. 25范围内的权重常数。根据实施例，发光器件封装包括主体；在主体上的多个引线电极；发光器件，该发光器件被电连接到引线电极；以及成型构件，该成型构件覆盖发光器件。发光器件包括发光结构，该发光结构包括第一导电半导体层、在第一导电半导体层上的有源层、以及在有源层上的第二导电半导体层；光透射衬底，该光透射衬底被布置在发光结构下面并且具有小于化合物半导体层的折射率的折射率；以及反射镜结构层，该反射镜结构层被布置在光透射衬底下面，并且包括具有第一折射率的第一反射镜层和具有不同于第一折射率的第二折射率的第二反射镜层，其中，该第一反射镜层和第二反射镜层相互交替地堆叠。该第一反射镜层具有W· λ/(4·η1 -m)的厚度，并且第二反射镜层具有 W · λ Λ4 · n2 · m)的厚度，其中λ表示从发光结构发射的光的波长，nl和n2分别表示第一和第二折射率，m表示自然数，并且W表示处于大约1. 05至大约1. 25范围内的权重常数。


图1是示出根据第一实施例的发光器件的截面图；图2是图1的发光器件的反射镜结构层的视图；图3是示出表示根据图1的发光器件中的反射镜结构层的厚度的反射率的试验结果的图；图4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截面图；图7是示出根据第二实施例的发光器件的侧截面图；图8是示出根据第三实施例的发光器件的侧截面图；图9是示出根据第四实施例的发光器件的侧截面图；图10是示出包括根据实施例的发光器件的发光器件封装的截面图；图11是示出根据实施例的显示设备的视图；图12是示出根据另一实施例的显示设备的视图；以及图13是示出根据实施例的发光单元的视图。
具体实施例方式在实施例的描述中，将要理解的是，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“上”或“下”时，它能够“直接地”或 “间接地”在另一衬底、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。已经参考附图描述了层的这样的位置。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、省略或示意性地绘制。另外，元件的尺寸没有完全反映真实尺寸。图1是示出根据实施例的发光器件100的截面图，并且图2是图1的发光器件100 的反射镜结构层的视图。参考图1和图2，发光器件100包括衬底110、反射镜结构层120、发光结构145、 电流扩展层160、第一电极131以及第二电极161。衬底110可以包括从由蓝宝石(Al2O3)、GaN、ZnO以及AlN组成的组中选择的光透射材料。衬底110包括具有低于氮化物半导体的折射率(2.4)的折射率的材料。例如，蓝宝石的折射率处于大约1.75至大约1.76的范围内，并且SiO的折射率大约是2.0。反射镜结构层120被布置在衬底110下面。反射镜结构层120被堆叠在衬底110 的下表面下面以反射通过衬底110入射的光。如图2中所示，反射镜结构层120包括具有第一折射率nl的第一反射镜层121， 和具有不同于第一折射率nl的第二折射率π2的第二反射镜层122。第一和第二反射镜层
5121和122的对被重复地堆叠。多个化合物半导体层被布置在衬底110上。化合物半导体层包括具有 InxAlyGa1^yN(0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)的组成式的III-V族化合物半导体。未掺杂的半导体层被布置在衬底110上。未掺杂的半导体层没有被掺杂有导电掺杂物，并且具有显著地低于第一和第二导电半导体层130和150的导电性的导电性。例如， 未掺杂的半导体层可以包括具有hxAly(iai_x_yN(0彡χ彡1，0彡y彡1，并且0彡x+y彡1) 的组成式的从由InAlGaN、GaN、AlGaN、InGaN、A1N、InN以及AlInN组成的组中选择的半导体材料，但是实施例不限于此。为了减少未掺杂的半导体层和衬底110之间的晶格常数差，可以在未掺杂的半导体层和衬底110之间布置缓冲层(未示出)。缓冲层的晶格常数可以具有处于衬底110 的晶格常数和未掺杂的半导体层的晶格常数之间的值。缓冲层(未示出)可以包括具有 ^aiyGhnNO)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。例如，缓冲层可以包括从由InAlGaN、GaN、AlGaN、InGaN、A1N、InN,以及AlInN组成的组中选择的材料，但是实施例不限于此。另外，缓冲层可以包括包含II至VI族元素的化合物半导体，但是实施例不限于此。可以不形成缓冲层和未掺杂的半导体层中的任意一个，或者可以形成缓冲层和未掺杂的半导体层中的至少一个，但是实施例不限于此。发光结构145具有其中顺序地堆叠第一导电半导体层130、有源层140以及第二导电半导体层150的结构。第一电极131和第二电极161可以分别被布置在第一和第二导电半导体层130和150上。发光结构145提供来自于第一和第二电极131和161的电力以产生光。发光结构145可以发射具有蓝、绿、或者红色的可见光带的光或者发射UV光的UV (紫外)射线带的光。第一导电半导体层130可以被布置在衬底110、缓冲层以及未掺杂的半导体层上。第一导电半导体层130包括包含第一导电掺杂物的III-V族化合物半导体层。例如，第一导电半导体层130可以包括N型半导体层，并且N型半导体层可以包括具有 InxAlyGa1^yN (O彡χ彡1，O彡y彡1，并且O彡x+y彡1)的组成式的半导体材料。例如，第一导电半导体层130可以包括从由hAlGaN、GaN、AlGaN、InGaN, AlN, InN以及AUnN组成的组中选择的半导体材料。N型半导体层可以被掺杂有诸如Si、Ge、Sn、Se或者Te的N型掺杂物。第一导电半导体层130可以包括具有不同的厚度或者不同的掺杂浓度的至少两个层，但是实施例不限于此。有源层140形成在第一导电半导体层130上。有源层140通过经由第一导电半导体层130注入的电子(或者空穴)和经由第二导电半导体层150注入的空穴(或者电子) 的复合发射基于根据组成有源层140的材料的能带差确定的能量的光。有源层140可以具有SQW(单量子阱)结构、MQW(多量子阱)结构、量子点结构以及量子线结构中的至少一个。有源层140可以具有其中多个量子阱层和多个量子势垒层被交替地堆叠的结构。量子阱层具有不同于量子势垒层的能带隙的能带隙。例如，有源层140 可以包括具有^α ^^ΝΟ)彡χ彡1，0彡y彡1，并且O彡x+y彡1)的组成式的半导体材料。
被掺杂有N型掺杂物的第一包覆层(未示出)可以形成在有源层140下面，并且被掺杂有P型掺杂物的第二包覆层可以形成在有源层140上。第一和第二包覆层(未示出) 可以包括具有高于有源层140的量子阱层和/或量子势垒层的能带隙的能带隙的半导体。 例如，第一和第二包覆层(未示出)可以包括AlGaN层或者InAKiaN层。第二导电半导体层150可以形成在有源层140上。第二导电半导体层150可以包括掺杂有第二导电掺杂物的III-V族化合物半导体层。例如，第二导电半导体层150可以包括P型半导体层。P型半导体层可以包括具有h/lyGiinNa)彡χ彡1，0彡y彡1，并且 0 ^ x+y ^ 1)的组成式的半导体材料。例如，P型半导体层可以包括从由IniUGaN、GaN, AlGaN、InGaN、AlN、InN以及AlInN组成的组中选择的半导体材料，并且可以掺杂有诸如Mg、 Si、Ca、Sr或者Ba的P型掺杂物。同时，第一导电半导体层130可以包括P型半导体层，并且第一导电半导体层150 可以包括N型半导体层，但是实施例不限于此。另外，被掺杂有N型掺杂物或者P型掺杂物的第三导电半导体层(未示出)可以形成在第二导电半导体层150上。因此，发光器件可以具有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。在这样的情况下，符号“N”和“P”分别表示N和P型半导体层，并且符号“_”表示两个层被相互直接地或者间接地堆叠。从有源层140产生的光可以通过发光器件100的侧表面和顶表面发射到外部。尽管未示出，但是可以在发光器件100的顶表面和/或侧表面上形成凹凸结构或者粗糙结构以提高光提取效率。电流扩展层160可以进一步形成在第二电极161和第二导电半导体层150之间以提高电流扩展性。电流扩展层160由透明层形成。例如，电流扩展层160可以包括ΙΤ0、 IZO(In-ZnO)、GZO(Ga-ZnO)、AZO(Al-ZnO)、AGZO(Al-Ga ZnO)、IGZO (In-Ga ZnO)、IrOx, RuOx, RuOx/1 TO, Ni/IrOx/Au 以及 Ni/Ir0x/Au/IT0 中的至少一个。同时，反射镜结构层120反射从发光结构145向下入射的光，即，朝着衬底110入射的光，使得可以通过发光器件100的顶表面或侧表面发射光。反射镜结构层120高效率地反射从发光结构145向下入射的光，并且可以包括多个薄膜反射镜。反射镜结构层120可以包括其中具有第一折射率nl的第一反射镜层121和具有不同于第一折射率nl的第二折射率n2的第二反射镜层122被重复地堆叠一次或者多次的结构。第一和第二反射镜层121和122可以具有不同的厚度和不同的折射率。将权重常数(W)乘以通过将从发光结构145发射的光的波长(λ )除以4nm(n 折射率，并且m 自然数)获得的值可以获得第一和第二反射镜层121和122的厚度。在这样的情况下，权重常数(W)可以处于大约1.05至大约1.25的范围内，优选地，处于大约1.1至大约1.2的范围内。在这样的情况下，光的波长(λ)表示主波长。在蓝光的情况下，波长U)可以处于大约440nm至大约490nm的范围内。在绿光的情况下， 波长U)可以处于大约500nm至大约565nm的范围内。在红光的情况下，波长(λ)可以处于大约625nm至大约740nm的范围内。因此，第一反射镜层121的厚度可以被表示为W· λ/(4·η1 ·πι)，并且厚度h2可以被表示为W ·入/(4 · n2 · m)。等式1每个反射镜层的厚度=W- λ/(4nm) (W 权重常数，η 折射率，并且m 自然数)同时，第一反射镜层121可以包括从由Si02、TiO2, MgF以及SiNx组成的组中选择的一个，并且第二反射镜层122可以包括从由Si02、Ti02、MgF以及SiNx组成的组中选择的一个，但是实施例不限于此。通过沉积方案可以容易地沉积上述材料。在这样的情况下， TiO2具有处于大约2. 3至大约2. 6的范围内的折射率，并且SW2具有处于大约1. 53至大约1. M的范围内的折射率。MgF包括MgF2,并且具有大约1.38的折射率。SiOx的折射率具有大约1. 5的折射率。在这样的情况下，第一和第二反射镜层121和122的对结构包括 Ti02/Si02堆叠结构、Ti02/MgF堆叠结构以及Ti02/Si0x堆叠结构中的至少一个。当第一反射镜层121的折射率是2. 4时，第二反射镜层122的折射率是1. 4，并且光的主波长的峰值波长是450nm，如果1. 1的权重常数被应用于等式1，那么第一和第二反射镜层121和122之间的厚度差变成大约58. 72nm。如果权重常数增加到1. 2，那么第一和第二反射镜层121和122之间的厚度差可以增加为比58. 72nm至少大Snm的厚度。优选地， 第一和第二反射镜层121和122之间的厚度差可以处于大约50nm至大约70nm的范围内。多个第一反射镜层121具有第一折射率。多个第二反射镜层122被插入在第一反射镜层121之间，并且具有不同于第一折射率的第二折射率。第一反射镜层121或者第二反射镜层122可以接触衬底110的下表面。优选地，具有处于衬底110的折射率和第一折射率之间的折射率，例如，低折射率的反射镜层可以被布置在衬底110下面。第一和第二折射率之间的差可以是0. 5或者更大，优选地，1或者更大。如果第二反射镜层122具有低折射率，则第一反射镜层121可以具有高折射率。具有低折射率的第二反射镜层122可以被布置在衬底110下面，并且第一反射镜层121可以具有高于衬底110的折射率和第二反射镜层122的折射率的折射率。另外，如果第一和第二反射镜层121和122之间的折射率差是1或者更大，那么第一和第二反射镜层121和122可以被重复地堆叠至少四次。因此，可以增加从发光结构145 以各种入射角入射的光当中通过反射镜结构层120反射的光的量。图3是示出对于根据反射镜结构层120的第一反射镜层121和第二反射镜层122 的厚度的反射率的试验结果的图。参考图3，第一反射镜层121的厚度hi被表示为W · λ / (4 ·η1 -m)，并且第二反射镜层122的厚度h2被表示为W · λ /(4 · π2 · m)。如果权重常数(W)处于大约1. 1至1. 2 的范围内，那么发光器件100表现最大的反射率(单位％)。换言之，在其中两个反射镜层被重复地堆叠以呈现反射效果的结构中，当每个反射镜层具有与将权重常数(W)乘以λΛ4ηπι)的厚度时，与其中每个反射镜层具有λ A4nm) (η 折射率，并且m 自然数)的厚度的情况相比，能够呈现更高的反射率。对于试验结果的解释如下。第一解释是从发光结构145发射的光不具有短波长，但是具有特定的波长带。换言之，从发光结构145发射的光可以是具有各种波长的一组光。因此，当第一和第二反射镜层121和122具有与将权重常数(W)乘以λΛ4ηπι)相对应的厚度时，能够更加显著地呈现反射效果。
第二解释是从发光结构145发射的光具有各种入射角。换言之，因为从发光结构145入射到反射镜结构层120的光的光入射角处于相对于发光结构145的大约-90°至 90°的范围内并且具有对顶角0°，光路径根据光入射角而变化，即使层具有相同的厚度。例如，在发光结构145中，垂直地入射到反射镜结构层120的光的行进路径可以比以45°的角入射到反射镜结构层120的光的行进路径短。因此，当考虑从根据实施例的发光器件100发射的光的入射角时，当将权重常数 (W)乘以λ/4ηπι时，发光器件100的反射效率能够更高，如试验结果中所示。如上所述，形成具有根据实施例的厚度的反射镜结构层120，使得能够提供具有高发光效率的发光器件。根据实施例，具有第二折射率的第二反射镜层122被插入在第一反射镜层121之间，使得能够提高光反射效率。第一反射镜层121或者第二反射镜层122可以接触衬底110 的下表面。优选地，具有与衬底110的折射率相邻的折射率的反射镜层可以被布置在衬底 110下面。第一和第二折射率之间的差可以是0. 5或者更多，优选地，1或者更多。在下文中，将会详细地描述用于制造根据实施例的发光器件100的方法。图4至图6是示出用于制造根据实施例的发光器件的方法的截面图。参考图4，包括多个化合物半导体层的发光结构145可以形成在衬底110上。衬底110可以包括从由A1203、GaN, ZnO以及AlN组成的组中选择的光透射材料。
通过MOCVD (金属有机化学气相沉积)、CVD (化学气相沉积)、PECVD (等离子体增强化学气相沉积)、MBE (分子束外延)或者HVPE (氢化物气相外延)可以形成化合物半导体，但是实施例不限于此。例如，发光结构145可以包括具有MxAlyGEt1TyN(0彡χ彡1，0彡y彡1，并且 0 ^ x+y ^ 1)的组成式的多个化合物半导体层。例如，发光结构145可以包括被掺杂有第一导电掺杂物的第一导电半导体层130、在第一导电半导体层130上的有源层140、以及在有源层140上的掺杂有第二导电掺杂物的第二导电半导体层150。未掺杂的半导体层和/或缓冲层可以被布置在第一导电半导体层130和衬底110 之间，但是实施例不限于此。例如，第一导电半导体层130可以包括N型半导体层，并且N型半导体层可以包括具有^aiyGhnNO)彡X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。例如,第一导电半导体层130可以包括从由&ιΝ、Α1Ν、Α1&ιΝ、InGaN, InN, InAlGaN以及AlInN 组成的组中选择的半导体材料。N型半导体层可以被掺杂有诸如Si、Ge或者Sn的N型掺杂物。为了提高晶体特性形成未掺杂的半导体层。未掺杂的半导体层具有与第一导电半导体层130的特性相同的特性，不同之处在于未掺杂的半导体层具有显著地低于第一导电半导体层130的导电性的导电性。例如，有源层140可以包括具有hxAlyGai_x_yN(0彡χ彡1，0彡y彡1，并且 O ^ x+y ^ 1)的组成式的半导体材料。有源层140可以具有SQW结构或者MQW结构。另外，有源层140可以具有量子点结构或者量子线结构。有源层140可以通过从第一和第二导电半导体层130和150提供的电子和空穴的
复合获得的能量来产生光。
例如，第二导电半导体层150可以包括P型半导体层。P型半导体层可以包括具有 InxAlyGa1^yN (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。例如，P 型半导体层可以包括从由GaN、AlN、AlGaN、InGaN, InN, InAlGaN以及AlInN组成的组中选择的半导体材料，并且可以被掺杂有诸如Mg、Zn、Ca、Sr或者Ba的P型掺杂物。参考图5，第一电极131可以形成在第一导电半导体层130上，并且第二电极161 可以形成在第二导电半导体层150上。在这样的情况下，为了形成第一电极131，可以对发光结构145执行台面蚀刻工艺使得暴露第一导电半导体层130。第一和第二电极131和161可以包括从由铝(Al)、钛(Ti)、铬(Cr)、镍(Ni)、铜 (Cu)以及金(Au)组成的组中选择的至少一个。同时，为了提高电流扩展性，可以在第二电极161和第二导电半导体层150之间额外地插入电流扩展层160。例如，电流扩展层160 可以由包括 ΙΤ0、ΙΖ0αη-Ζη0) ,GZO (Ga-ZnO) ,AZO (Al-ZnO)、 AGZO (Al-Ga ZnO)、IGZO(In-GaZnO)、IrOx, RuOx, RuOx/1 TO, Ni/IrOx/Au 以及 Ni/IrOx/Au/ ITO中的至少一个的透明材料形成。参考图6，通过在衬底110下面形成反射镜结构层120能够提供根据实施例的发光器件100。根据组成反射镜结构层120的材料，可以通过各种方案形成反射镜结构层120。在反射镜结构层120中，第二反射镜层122形成在衬底110的下表面上，并且第一反射镜层121形成在第二反射镜层122下面。第一和第二反射镜层121和122的对被堆叠至少四次。在这样的情况下，第一反射镜层121可以形成在衬底110的下表面上，但是实施例不限于此。如果反射镜结构层120包括从由Si02、TiO2, MgF以及SiNx组成的组中选择的材料，那么通过PECVD(等离子体增强化学气相沉积)方案、溅射方案或者电子束方案可以容易地形成反射镜结构层120。将权重常数W乘以通过将从发光结构145发射的光的波长(λ)除以4nm(n:折射率，并且m 自然数)获得的值可以获得第一和第二反射镜层121和122中的每一个的厚度。 在这样的情况下，权重常数(W)可以处于大约1.05至大约1.25的范围内，优选地，处于大约1. 1至1. 2的范围内。在蓝光的情况下，波长(λ )可以处于大约440nm至大约490nm的范围内。在绿光的情况下，波长(λ)可以处于大约500nm至大约565nm的范围内。在红光的情况下，波长U)可以处于大约625nm至大约740nm的范围内。另外，波长(λ)可以具有大约440nm或者更少的可见光波长带。同时，第一反射镜层121可以具有从由Si02、TiO2, MgF以及SiNx组成的组中选择的一个。第二反射镜层122可以具有从由Si02、Ti02、MgF以及SiNx组成的组中选择的另一种材料，但是实施例不限于此。通过沉积方案可以容易地形成材料。另外，第一反射镜层121的第一折射率和第二反射镜层122的第二折射率之间的差可以是1或者更大。优选地，第一和第二反射镜层121和122可以被重复地堆叠至少四次。因此，可以增加从发光结构145以各种入射角入射的光当中通过反射镜结构层120反射的光的量。图7是示出根据第二实施例的发光器件的侧截面图。
参考图7，发光器件包括衬底110、反射镜结构层120、缓冲层105、第一导电半导体层130、有源层140以及第二导电半导体层150。衬底110包括光透射衬底材料，并且在其顶表面上被布置有第一光提取结构111。 第一光提取结构111可以改变入射角的临界角。第一光提取结构111具有突出形状。例如， 第一光提取结构111可以具有条纹形状、圆锥形、棱镜形以及半球形中的至少一个。缓冲层105形成在衬底110上，并且具有与衬底110和氮化物半导体的晶格常数之间的中间值相对应的晶格常数。另外，缓冲层105可以包括具有化/明 ！力⑴彡χ彡1，
1，并且1)的组成式的半导体材料。例如，缓冲层1 05可以包括从由 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN以及AlInN组成的组中选择的材料，但是实施例不限于此。另外，缓冲层105可以包括包含II至VI族元素的化合物半导体，但是实施例不限于此。未掺杂的半导体层可以额外地形成在缓冲层105和第一导电半导体层130之间，但是实施例不限于此。第一导电半导体层130包括第一半导体层132和在第一半导体层132上的第二半导体层133。第二半导体层132可以具有不同于第三半导体层133的掺杂浓度、厚度或者化合物成分。第一半导体层132的掺杂浓度可以高于第二半导体层133的掺杂浓度。例如， 第一半导体层132可以具有高于第二半导体层133的导电性的导电性。另外，第一半导体层132可以包括AKiaN层，并且第二半导体层133可以包括GaN层。第一和第二半导体层 132和133可以被堆叠至少两个周期，但是实施例不限于此。第一和第二半导体层I32和133的堆叠结构可以具有超晶格结构(SLS)，并且可以包括从由 GaN, InN、A1N、InGaN, AlGaN, InAlGaN, SiO2, SiOx、SiN2, SiNx、SiOxNy 以及金属材料组成的组中选择的材料。超晶格结构可以具有其中至少两个不同的层被交替地堆叠的至少两个堆叠结构。例如，超晶格结构可以包括^GaN/GaN层的堆叠结构。超晶格结构的每个层可以具有至少数A的厚度。另外，通过交替地堆叠具有不同的折射率的至少两个层可以形成第一和第二半导体层132和133的堆叠结构并且该堆叠结构可以用作反射层。例如，至少两个GaN/AIN层的堆叠结构可以用作DBR(分布布拉格反射器)。第二导电半导体层150包括第三半导体层151和形成在第三半导体层151上的第四半导体层152。第三半导体层151可以具有不同于第四半导体层152的掺杂浓度、厚度或者化合物成分。第三半导体层151的掺杂浓度可以低于第四半导体层152的掺杂浓度。例如，第四半导体层152可以具有低于第三半导体层151的导电性的导电性。另外，第三半导体层151包括AKiaN层，并且第四半导体层152包括GaN层。第三和第四半导体层151和 152可以具有至少两个堆叠结构，但是实施例不限于此。第三和第四半导体层151和152的堆叠结构可以具有超晶格结构(SLS)，并且可以包括从由 GaN, InN、A1N、InGaN, AlGaN, InAlGaN, SiO2, SiOx、SiN2, SiNx、SiOxNy 以及金属材料组成的组中选择的材料。超晶格结构可以具有其中交替地堆叠至少两个不同的层的至少两个堆叠结构。例如，超晶格结构可以包括InGaN/GaN层。超晶格结构的每个层可以具有至少数A的厚度。另外，通过交替地堆叠具有不同的折射率的至少两个层可以形成第三和第四半导体层151和152的堆叠结构并且该堆叠结构可以用作反射层。例如，至少两个GaN/AIN层的堆叠结构可以用作DBR(分布布拉格反射器)。根据实施例的发光器件包括形成在衬底110上的第一光提取结构111和形成在衬底110下面的反射镜结构层120，使得能够提高外部量子效率。特别地，能够增加从有源层 140朝着衬底110导向的光的提取效率。图8是示出根据第三实施例的发光器件的侧截面图。参考图8，发光器件包括衬底110、反射镜结构层120、缓冲层105、第一导电半导体层130、有源层140以及第二导电半导体层150。第二光提取结构112形成在衬底110的底表面上。第二光提取结构112形成在衬底110的底表面上的多个凹凸图案处。凹凸图案可以包括条纹形状、圆锥形、棱镜形以及半球形中的至少一个。通过第二光提取结构112，反射镜结构层120的层121和122中的至少一个可以包括凹凸层，并且凹凸层能够在发光器件的侧方向上增加光反射，并且改变取向角。第一反射镜层121的每个凸结构的宽度不同于第二反射镜层122的凸结构的尺寸。反射镜结构层 120的下表面由平坦的表面形成，并且反射镜结构层120的顶表面由不平坦的表面形成。由于形成在衬底110的下表面上的第二光提取结构112使得能够改变入射到衬底 110的下表面的光的临界角，并且能够反射入射到反射镜结构层120的光。因此，能够在衬底110的下部处提高外部量子效率。图9是示出根据第四实施例的发光器件的侧截面图。参考图9，发光器件包括衬底110、反射镜结构层120、缓冲层105、第一导电半导体层130、有源层140以及第二导电半导体层150。第二电极161被布置在电流扩展层160上， 并且第一电极层131A被布置在反射镜结构层120下面。衬底110在其中被布置有凹陷113，并且凹陷113可以从反射镜结构层120的下表面延伸到第一导电半导体层130的一部分。凹陷113可以暴露第一导电半导体层130的第一半导体层132。第一电极层131A被布置在反射镜结构层120的下表面上，并且第一电极层131A 的一部分延伸到第一导电半导体层130的一部分以接触第一导电半导体层130的该部分。第一电极层131A可以具有至少包括Cu、Ag、Al、Ni、Ti、Cr、Pd、Au以及Sn的金属材料的单层结构或者多层结构，但是实施例不限于此。第一电极层131A被布置在衬底110 的下表面上，从而防止有源层140的面积减少。第一电极层131A被布置为相对于发光结构145的厚度方向与第二电极161相对。 第一电极层131A包括反射材料，并且覆盖反射镜结构层120的下表面的面积的至少80%， 使得能够更多地提高反射效率。第一电极层131A和反射镜结构层120反射行进到衬底110的下部的光，使得能够
提高外部量子效率。图10是示出包括根据实施例的发光器件的发光器件封装30的截面图。参考图10，根据实施例的发光器件封装30包括主体20 ；第一引线电极31和第二引线电极32，该第一引线电极31和第二引线电极32形成在主体20上；发光器件100，该发光器件100布置在主体20上，并且电连接到第一引线电极31和第二引线电极32 ；以及成型构件40，该成型构件40围绕发光器件100。
主体20可以包括硅、合成树脂或金属材料。主体20可以在发光器件100的周围具有倾斜表面。换言之，主体20可以具有腔体，该腔体具有开口的上部，并且至少一个发光器件100可以被布置在腔体中。第一引线电极31和第二引线电极32彼此电气隔离，以将电力提供给发光器件 100。第一引线电极31和第二引线电极32反射从发光器件100产生的光以增加光效率并且发散从发光器件100产生的热。发光器件100可以被布置在主体20上，或者可以被布置在第一引线电极31或第二引线电极32上。尽管通过使用布线将发光器件100电连接到第一引线电极31和第二引线电极32， 但实施例不限于此。例如，可以通过倒装芯片方案或贴片方案将发光器件100电连接到第一引线电极31和第二引线电极32。成型构件40围绕发光器件100以保护该发光器件100。而且，成型构件40可以包括荧光体以改变从发光器件100发射的光的波长。至少一个透镜可以形成在成型构件40 或者主体20上。透镜可以包括凸透镜、凹透镜、或者凹凸透镜。根据实施例的发光器件被封装在板上或者被提供为发光器件封装的形式以用作用于指示器、发光单元、或者显示单元的光源。根据实施例的发光器件或者发光器件封装可以被应用于发光单元作为光源。发光单元具有其中排列多个发光器件封装的结构，并且被用作侧视型光源或者顶视型光源。光源能够将背光提供到显示面板。发光器件或者发光器件封装能够被应用于发光单元的光源，并且发光单元可以包括指示器、信号灯、车辆的头灯、以及电气标识牌。除了照明灯、信号灯、车辆头灯、电子显示器等等之外，发光系统还可以包括图11 和图12中所示的显示设备、图13中所示的发光装置。图11是根据实施例的显示设备的分解透视图。参考图11，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以及光学片可以被定义为发光单元(light unit)1050。导光面板1041用于通过扩散线性光来将线性光转换为平面光。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)的丙烯酸基树脂材料、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)树脂、聚碳酸酯(PC)、C0C以及聚萘二甲酸乙二酯(PEN)树脂中的一个。发光模块1031将光提供到导光面板1041的至少一个侧表面，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，和根据上述实施例的发光器件封装30，并且发光器件封装30可以布置在板1033上并且以预定间隔相互分开。板1033可以是包括电路图案(未示出)的印刷电路板(PCB)。板1033可以包括
13金属核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被安装在侧表面或散热板上的情况下，板1033可以被移除。在此，散热板的一部分可以接触底盖1011的上表面。多个发光器件封装30可以被安装在板1033上，从而多个发光器件封装30的发光表面与导光面板1041分开预定距离，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可以被设置在导光面板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，从而能够增强发光单元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可以具有形成为其顶表面开口的盒形状的容纳部分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挤出成型的工艺来制造。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。显示设备1000可以被应用于各种移动终端、用于笔记本电脑的监视器、用于膝上电脑的监视器、电视等等。光学片1051被布置在显示面板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，保护片可以被布置在显示面板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12是根据实施例的显示设备的截面图。参考图12，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IlM ；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IlM可以被定义为发光单元。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IlM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，并且可以被移除。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发射的光变为平面光，并且执行扩散、聚光等等。图13是根据实施例的发光装置的透视图。
参考图13，发光单元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分开预定的距离。板1532可以是其上印刷电路图案的绝缘体基板，并且可以包括例如印刷电路板 (PCB)、金属核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、蓝或者白色光的彩色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可以具有白色LED、红色LED、以及绿色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可以螺纹耦合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，发光器件100可以被制备为其中封装发光器件100的发光模块，并且然后被安装在基板上，或者发光器件100以LED芯片的形式安装并且封装。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。
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半导体层、在所述第一导电半导体层上的有源层、以及在所述有源层上的第二导电半导体层；光透射衬底，所述光透射衬底被布置在所述发光结构下面并且具有小于所述第一导电半导体层的折射率的折射率；以及反射镜结构层，所述反射镜结构层被布置在所述光透射衬底下面并且包括具有第一折射率的第一反射镜层和具有不同于第一折射率的第二折射率的第二反射镜层，其中所述第一反射镜层和所述第二反射镜层相互交替地堆叠，其中所述第一反射镜层具有W· λ/(4·η1 -m)的厚度，并且所述第二反射镜层具有 W · λ / (4 · n2 · m)的厚度，其中λ表示从所述发光结构发射的光的波长，nl和n2分别表示所述第一和第二折射率，m表示自然数，并且W表示处于大约1. 05至大约1. 25范围内的权重常数。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其中多个第一反射镜层形成在所述衬底下面并且具有高于所述衬底的折射率的第一折射率，并且所述第二反射镜层被布置在所述多个第一反射镜层之间并且具有低于所述第一折射率的第二折射率。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第一反射镜层包括从由Si02、Ti02、MgF以及SiNx组成的组中选择的一个，并且所述第二反射镜层包括从由Si02、TiO2, MgF以及SiNx 组成的组中选择的另一个。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的发光器件，其中所述权重常数具有处于大约1.1至大约1.2的范围内的值。
5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的发光器件，其中所述反射镜结构层包括重复地相互堆叠至少四次的所述第一和第二反射镜层的对。
6.根据权利要求5所述的发光器件，其中所述衬底包括从由蓝宝石(Al2O3)、GaN,ZnO 以及AlN组成的组中选择的一个。
7.根据权利要求5所述的发光器件，其中所述发光结构的至少一层包括具有 InxAlyGa1^yN(0彡χ彡1，0彡y彡1，并且0彡x+y彡1)的组成式的化合物半导体材料，并且从所述发光结构发射的光的主波长是450nm-470nm。
8.根据权利要求5所述的发光器件，进一步包括在所述第一导电半导体层上的第一电极；在所述第二导电半导体层上的电流扩展层；以及在所述电流扩展层上的第二电极。
9.根据权利要求5所述的发光器件，进一步包括在所述衬底的顶表面和下表面中的至少一个上的至少一个第一光提取结构，其中所述反射镜结构层的下表面由平坦的表面形成，并且所述反射镜结构层的顶表面由不平坦的表面形成。
10.根据权利要求5所述的发光器件，其中在所述反射镜结构层中的所述第一和第二折射率之间的差是1或者更大。
11.根据权利要求5所述的发光器件，其中所述第一和第二反射镜层的对包括TiO2/ SiO2堆叠结构、Ti02/MgF堆叠结构以及Ti02/Si0x堆叠结构中的至少一个。
12.根据权利要求5所述的发光器件，进一步包括在所述反射镜结构层下面的第一电极层和在所述发光结构上的第二电极。
13.根据权利要求12所述的发光器件，其中所述第一电极层的一部分接触所述第一导电半导体层的内部。
14.根据权利要求13所述的发光器件，其中所述第一电极层覆盖所述反射镜结构层的下表面的面积的至少80%。
15.根据权利要求5所述的发光器件，其中所述反射镜结构层的所述第一和第二折射率之间的差是1或者更大，并且所述第一和第二反射镜层之间的厚度的差处于大约50nm至大约70nm的范围内。
全文摘要
本发明公开了一种发光器件、发光器件封装以及发光系统。发光器件包括发光结构，该发光结构包括第一导电半导体层、有源层、以及第二导电半导体层；光透射衬底，该光透射衬底具有小于化合物半导体层的折射率的折射率；以及反射镜结构层，该反射镜结构层具有其中具有第一折射率的第一反射镜层和具有不同于第一折射率的第二折射率的第二反射镜层相互交替地堆叠的结构。第一反射镜层具有W·λ/(4·n1·m)的厚度，并且第二反射镜层具有W·λ/(4·n2·m)的厚度，其中W表示处于大约1.05至大约1.25范围内的权重常数。
文档编号H01L33/46GK102237465SQ20111010726
公开日2011年11月9日 申请日期2011年4月25日 优先权日2010年4月23日
发明者崔云庆, 崔铉旼, 金鲜京 申请人:Lg伊诺特有限公司