专利名称：发光器件及其制造方法和发光器件封装的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及一种发光器件及其制造方法和发光器件封装。
背景技术：
发光二极管(LED)是将电流转换成光的发光器件。近来，随着LED的亮度逐步提高，LED正在广泛地应用于显示器件、机动车辆和照明设备的光源。近年来，已经开发出了产生例如蓝光或绿光等的短波长光来实现全彩色的高功率发光芯片。因而，可以在发光芯片上涂覆磷光剂，该磷光剂吸收从发光芯片发出的一部分光以发出波长与所吸收的光不同的光，以便将具有不同颜色的LED彼此结合并且还用于实现发射白光的LED。
发明内容
本发明的实施例提供一种发光器件，其中，设置在邻近于第二导电类型半导体层的阱层之间的第二势垒层的带隙窄于有源层中其他势垒层的带隙。本发明的实施例提供一种发光器件，其中，设置在邻近于第二导电类型半导体层的阱层之间的第二势垒层的带隙和厚度小于其他势垒层的带隙和厚度。在一个实施例中，一种发光器件包括第一导电类型半导体层；第二导电类型半导体层，位于所述第一导电类型半导体层上；以及有源层，位于所述第一导电类型半导体层和所述第二导电类型半导体层之间，所述有源层包括多个阱层和多个势垒层，其中，所述多个势垒层包括第一势垒层，距离所述第二导电类型半导体层最近，所述第一势垒层具有第一带隙；第二势垒层，邻近所述第一势垒层，所述第二势垒层具有第三带隙；以及至少一个第三势垒层，所述第三势垒层位于所述第二势垒层和所述第一导电类型半导体层之间并具有第一带隙；所述多个阱层包括第一阱层，位于所述第一势垒层和所述第二势垒层之间，所述第一阱层具有第二带隙；以及第二阱层，位于所述第二势垒层和所述至少一个第三势垒层之间；所述第二势垒层设置在所述第一阱层和所述第二阱层之间，并且所述第三带隙比所述第一带隙窄而比所述第二带隙宽。在另一个实施例中，一种发光器件包括第一导电类型半导体层；第二导电类型半导体层；以及有源层，位于所述第一导电类型半导体层和所述第二导电类型半导体层之间，所述有源层包括多个阱层和多个势垒层，其中，所述多个势垒层包括第一势垒层，距离所述第二导电类型半导体层最近，所述第一势垒层具有第一带隙；第二势垒层，邻近所述第一势垒层，所述第二势垒层具有第三带隙；以及至少一个第三势垒层，所述第三势垒层位于所述第二势垒层和所述第一导电类型半导体层之间并具有第一带隙；所述多个阱层包括第一阱层，位于所述第一势垒层和所述第二势垒层之间；以及第二阱层，位于所述第二势垒层和所述至少一个第三势垒层之间；所述多个阱层具有彼此相同的厚度和第二带隙，所述第二势垒层设置在所述第一阱层和所述第二阱层之间，并且所述第三带隙比所述第一带隙窄而比所述第二带隙宽。
在又一个实施例中，一种发光器件包括第一导电类型半导体层，该第一导电类型半导体层包括氮化物半导体层；第二导电类型半导体层，该第二导电类型半导体层包括氮化物半导体层；以及有源层，位于所述第一导电类型半导体层和所述第二导电类型半导体层之间，所述有源层包括交替设置的多个势垒层和多个阱层，其中，所述多个阱层包括第一阱层，距离所述第二导电类型半导体层最近；第二阱层，距离所述第一阱层最近，所述第一阱层和第二阱层中的每一个均具有第二带隙；所述多个势垒层包括多个第一势垒层，每一个均具有第一带隙；以及一个第二势垒层，所述第二势垒层具有第三带隙，所述第二势垒层设置在所述第一阱层和所述第二阱层之间，并且所述第三带隙的范围是从第一带隙到第二带隙。根据实施例的发光器件可以提供新的有源层。因而，有源层的内部量子效率(inner quantum efficiency)得以提高。由于注入到有源层的空穴被分散到彼此不同的讲层中，空穴和电子的再次结合得以提高以改善光强度。因而，可以改善从有源层发出的光的色彩纯度。在实施例中，光强可以得到改善。根据实施例，发光器件和包括发光器件的发 光器件封装的可靠性可以得到改善。在以下的附图和描述中列出了一个或多个实施例的细节。其他特征将根据说明书、附图以及权利要求而变得明显。
图I是根据第一实施例的发光器件的侧剖视图。图2是示出图I的有源层的能带的视图。图3是示出根据第二实施例的发光器件中有源层的能带的视图。图4是示出根据比较示例和实施例的发光器件的波长频谱的曲线图。图5是示出图I的发光器件的另一个示例的视图。图6是示出图I的发光器件的另一个示例的视图。图7是包括图5的发光器件的发光器件封装的视图。图8是带有发光器件的显示装置的拆分透视图；图9是示出带有发光器件封装的显示装置的另一个示例的示意性剖视图；以及图10是带有发光器件的照明单元的透视图。
具体实施例方式在下文中，将参照附图描述根据实施例的发光器件及其制造方法。在实施例的描述中，应当理解，当提到层(或膜)、区域、图案或结构位于另一个层(或膜)、区域、图案或结构“上方”或“下方”时，术语“上方”和“下方”包括“直接”和“间接”这两种含义。此外，将基于附图来指代关于每一层“之上/上方”和“下方”。在附图中，为了便于描述和清楚的目的，每一层的厚度或尺寸被放大、省略或示意性示出。另外，每个元件的尺寸并没有完全反应真实尺寸。图I是根据第一实施例的发光器件的侧剖视图。参见图1，发光器件100可以包括衬底111、缓冲层113、低导层115、第一导电类型半导体层117、有源层119、第二覆层(clad layer) 121以及第二导电类型半导体层123。
衬底111的材料可以包括半导体材料、金属材料、复合材料或者其组合。衬底111可以包括透光(transmitting)、绝缘或导电衬底。例如，衬底111可以由蓝宝石(A1203)、SiC、Si、GaAs、GaN、Zn0、Si、GaP、InP、Ge、Ga203 以及 LiGaO3 中的至少之一形成。在衬底 111的顶表面可以设置多个突出部112。可以通过蚀刻衬底111来制成所述多个突出部112。可替代地，多个突出部112可以具有由单独的化合物形成的光提取结构，所述光提取结构例如为粗糙部等。每个突出部112均可以是条带形、半球形或圆顶形。衬底111的厚度是大约30 μ m到大约150 μ m，但不限于此。在生长半导体层之后可以移除衬底111。在衬底111上可以生长多个化合物半导体层。用于在衬底111上生长多个化合物半导体层的设备可以包括电子束蒸发器、物理气相沉积(PVD)装置、化学气相沉积(CVD)装置、等离子体激光沉积(PLD)装置、双型热蒸发器、溅射装置、金属有机化学气相沉积(MOCVD)装置等，但不限于此。缓冲层113可以设置在衬底111上。缓冲层113可以被形成为使用II族到VI族化合物半导体的至少一层。缓冲层113可以包括使用III-V族化合物半导体的半导体层。例如，缓冲层113是由具有组成分子式InxAlyGai_x_yN(0彡x彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡I) 的半导体形成，即，例如是GaN、InN、AIN、InGaN、AlGaN、InAlGaN和AlInN中的至少一种化合物半导体。缓冲层113可以具有超晶格结构，在该结构中彼此不同的半导体层交替设置。缓冲层113可以减小衬底111和基于氮化物的半导体层之间的晶格常数差异。而且，缓冲层113可以被定义为缺陷控制层。缓冲层113的晶格常数可以介于衬底111的晶格常数和基于氮化物的半导体层的晶格常数之间。例如，缓冲层113可以由诸如ZnO等氧化物形成。缓冲层113的厚度是大约30nm到大约500nm，但不限于此。缓冲层113可以省略。低导层115设置在缓冲层113上。而且，低导层115可以由导电率低于第一导电类型半导体层117的材料形成。例如，低导层115可以由基于GaN并使用III-V族化合物半导体的半导体形成。低导层115可以形成为未掺杂半导体层。尽管未掺杂半导体层没有掺杂导电掺杂物，但是该未掺杂半导体层也可以具有第一导电类型特性。该未掺杂半导体层可以省略，但不限于此。又例如，低导层115可以设置在多个第一导电类型半导体层117之间。第一导电类型半导体层117可以设置在衬底111、缓冲层113和低导层115中的至少一层上。第一导电类型半导体层117可以由半导体化合物形成。而且，第一导电类型半导体层117可以由诸如III-V族化合物半导体或II-VI族化合物半导体等化合物半导体形成。第一导电类型半导体层117可以掺杂有第一导电掺杂物。例如，第一导电类型半导体层117可以包括具有组成分子式InxAlyGanyN (O彡x彡1，O彡y彡1，O彡x+y彡I)的氮化物半导体层。第一导电类型半导体层117可以掺杂有第一导电掺杂物。当第一导电类型半导体层117是η型半导体层时，第一导电掺杂物可以包括Si、Ge、Sn、Se或Te作为η型惨杂物。其中在低导层115和第一导电类型半导体层117中的至少一层上可以设置超晶格结构，该超晶格结构中交替设置有彼此不同的第一和第二半导体层。第一和第二半导体层117和123中每一层的厚度可以是大约几个A或更厚。在第一导电类型半导体层117和有源层119之间可以设置第一覆层(未示出)。例如，第一覆层可以由基于GaN的半导体形成。而且，第一覆层可以限制载流子。又例如，第一覆层可以包括InGaN层或InGaN/GaN超晶格结构,但不限于此。第一覆层可以掺杂有η型和/或P型掺杂物或者可以由未掺杂半导体形成。例如，第一覆层可以实现为η型半导体层或低导层。有源层119设置在第一导电类型半导体层117上。有源层119可以具有单阱结构、单量子阱结构、多阱结构、多量子阱(MQW)结构、量子线结构和量子点结构中的至少一种结构。有源层119可以包括交替设置的讲层131和势鱼层(barrier layer) 133。讲层131可以被定义为量子阱层，势垒层133可以被定义为量子势垒层。可以形成大约2个周期(periods)到大约30个周期的阱层131和势垒层133的对。例如，阱层131可以由具有组成分子式InxAlyGa1IyN (O彡x彡I,O彡y彡I,O彡x+y ( I)的半导体材料形成。势鱼层133可以是带隙比阱层131的带隙宽的半导体层。例如，势垒层133可以由具有组成分子式InxAlyGa1^N (O彡x彡I,O彡y彡I,O彡x+y ( I)的半导体材料形成。例如，该对讲层131 和势垒层 133 可以由 InGaN/GaN、GaN/AlGaN、InGaN/AlGaN、InGaN/InGaN 和 InAlGaN/InAlGaN中的至少之一形成。
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阱层131的厚度可以是大约I. 5nm到大约5nm。例如，阱层131的厚度可以是大约2nm到大约4nm。势垒层133的厚度可以比阱层131的厚度厚。例如，势垒层133的厚度可以是大约5nm到大约7nm。至少一层势垒层133可以掺杂有η型掺杂物和ρ型掺杂物中的至少之一，但不限于此。第二覆层121设置在有源层119上。第二覆层121的带隙可以比势垒层133的带隙宽。第二覆层121可以由III-V族化合物半导体形成，例如为基于GaN的半导体。例如，第二覆层121可以由GaN、AlGaN或InAlGaN形成，或者可以具有超晶格结构。而且，导电覆层可以掺杂有η型或ρ型掺杂物。在第二覆层121上设置有第二导电类型半导体层123。第二导电类型半导体层123可以由半导体化合物形成。例如，第二导电类型半导体层123可以由III-V族或II-VI族化合物半导体形成。而且，第二导电类型半导体层123可以掺杂有第一导电掺杂物。例如，第二导电类型半导体层123可以由诸如GaN、InN、AIN、InGaN、AlGaN、InAlGaN和AlInN等化合物半导体中的一种形成。第二导电类型半导体层123可以掺杂有第二导电掺杂物。当第二导电类型半导体层123是ρ型半导体层时，第二导电掺杂物可以包括Mg、Zn、Ca、Sr和Ba作为ρ型掺杂物。发光结构150的半导体层的导电类型可以反过来设置。例如，第二导电类型半导体层121和123中每一层均可以实现为η型半导体层，第一导电类型半导体层117可以实现为P型半导体层。而且，还可以在第二导电类半导体层123上设置η型半导体层，该η型半导体层是具有与第二导电类型半导体层的极性相反的极性的第三导电类型半导体层。在发光器件100中，第一导电类型半导体层117、有源层119和第二导电类型半导体层123可以被定义为发光结构150。发光结构150可以具有η-ρ结结构、p-η结结构、η_ρ_η结结构、ρ-η-ρ结结构中的至少一种结构。在具有η-ρ或ρ-η结结构的两层之间可以设置有源层。而且，在具有η-ρ-η结或ρ-η-ρ结结构的三层之间可以设置至少一个有源层。可以使用如下生长设备将化合物半导体层113到123生长在衬底111上。例如，生长设备可以包括电子束蒸发器、物理气相沉积(PVD)装置、化学气相沉积(CVD)装置、等离子体激光沉积(PLD)装置、双型热蒸发器、溅射装置、金属有机化学气相沉积(MOCVD)装置等，但不限于此。在有源层119的生长方法中，例如，可以在预定生长温度下(例如大约700°C到大约9500C )，使用H2或/和N2作为载气(carrier gas)选择性供应作为源的NH3> TMGa (或TEGa)、TMIn、TMAl，以形成由 GaN 或 InGaN 形成的阱层 131 和由 GaN、AlGaN、InGaN 或 InAlGaN形成的势垒层133。在生长最后的量子阱结构时可以提高生长温度，以生长第二覆层121。此处，当进一步提高生长温度时，可以改善最后的量子阱结构的薄膜特性。在根据本实施例的有源层119中，多个阱层131和多个势垒层133交替堆叠。多个阱层131中的每一个均可以具有大约10%到大约13%的In组分比率。当从有源层119发出的光具有大约450nm的峰值波长时，阱层131可以具有大约2. 75eV的带隙。而且，当从有源层119发出的光具有大约420nm的峰值波长时，阱层131可以具有大约2. 95eV的带隙。阱层131可以发出具有从紫外光波段到可见光波段范围内的预定峰值波长的光。阱层131可以具有根据峰值波长而改变的带隙。
势垒层133可以由带隙比阱层131宽的氮化物半导体形成。阱层131包括第一阱层Wl和第二阱层W2。势垒层133包括第一势垒层BI和第二势垒层B2。在下文中，为了便于描述，距离第二覆层121或第二导电类型半导体层123最近的两个量子阱结构可以被定义为第一势垒层BI和第一阱层Wl的第一成对结构和邻近于第一成对结构的第二势垒层B2和第二阱层W2的第二成对结构。第一势垒层BI设置在第二覆层121和第一阱层Wl之间，第二势垒层B2设置在第一阱层Wl和第二阱层W2之间。第二阱层W2比第一阱层Wl设置得更接近于第一导电类型半导体层117。而且，第二势垒层B2比第一势垒层BI设置得更接近于第一导电类型半导体层117。多个阱层131中距离第二导电类型半导体层123最近的第一阱层Wl可以掺杂有颗粒尺寸相对大的P型掺杂物。因而，第一阱层WI的结晶质量可能变差。因而，第二阱层W2的结晶可以优于第一阱层W1。在本实施例中，经由第二导电类型半导体层123注入的载流子可以进一步迁移进入邻近第一阱层Wl的第二阱层W2。因而，可以提高将载流子注入到第二讲层W2的注入效率，并因而可以进一步提高载流子的再次结合(recombination)。此处，载流子可以是空穴。空穴的注入长度和迁移率可能比电子的小几倍到几百倍。因而，空穴的数量可能显著减少，而且在有源层119的特定区域中空穴的再次结合效率可能降低。然而，在本实施例中，由于通过第二势垒层B2提高了将空穴注入到第二阱层W2的注入效率，因而可以改善第二阱层W2内的再次结合。例如，邻近于第二覆层121的两个阱层Wl和W2可以用作主发光层。S卩，这两个阱层Wl和W2可以发出自多量子阱结构发出的光的大约80%或更多。在本实施例中，可以在结构上改善邻近于第一和第二阱层Wl和W2的第二势垒层B2，从而将从第二覆层121注入的空穴进一步迁移进入第二阱层W2。第二势垒层B2的带隙或厚度可以小于其他势垒层133和BI的带隙或厚度。因而，从第二覆层121注入到有源层119的载流子(即空穴)可以进一步被注入到邻近于第一阱层Wl的第二阱层W2。第二势垒层B2可以被定义为空穴导引势垒层。而且，与有源层119相t匕，第二覆层121可以以相对低的温度形成。因而，可以通过改变温度来使得第一阱层Wl的结晶变差。第二阱层W2可以比第一阱层Wl离第二覆层121更远。因而，第二阱层W2可以具有相对更优的结晶。随着第二阱层W2内的再次结合的改善，整个光强得以改善。而且，第二势垒层B2设置得比第一导电类型半导体层117更接近于第二导电类型半导体层123，或者第一势垒层BI设置得更接近于有源层119的中心部分，以改善第二阱层W2内的再次结合。图2是示出图I的有源层的能带的视图。在图2中，垂直轴表示能带隙的绝对大小(eV)，而水平轴表示生长方向。参见图2，阱层131和势垒层133交替设置在有源层119内。在势垒层133中，第一势垒层BI、第二势垒层B2和第三势垒层B3邻近于第二覆层121顺序设置(即连续设置)。而且，第一阱层Wl设置在第一势垒层BI和第二势垒层B2之间。而且，第二阱层W2设置在第二势垒层B2和第三势垒层B3之间。第一势垒层BI和第一阱层Wl的成对结构可以与第二势垒层B2和第二阱层W2的 成对结构等同或不同。例如，第一势鱼层BI可以由InGaN、AlGaN、AlInGaN或GaN形成。而且，例如，第二势垒层B2可以由相同的半导体层形成，或者，由InGaN、AlGaN、AlInGaN和GaN形成的半导体中与第一势垒层BI不同的半导体层形成。又例如，当第一势鱼层BI是基于InGaN的半导体层时,第二势鱼层B2可以是In含量大于第一势垒层BI且小于第一阱层Wl的基于InGaN的半导体层。第一和第二阱层Wl和W2中每一个阱层均可以具有大约10%到大约13%的In组分比率。第二势垒层B2可以具有大约3%到大约5%的In组分比率，第一势垒层BI可以具有大约0%到大约2%的In组分比率。例如，多个阱层131可以由基于InGaN的半导体形成。多个势垒层133可以由具有组成分子式InxAlyGa1IyN (O彡x彡I,O彡y彡I,O彡x+y ( I)的半导体形成。多个势垒层133可以由具有组成分子式InxAlyGanyN (O彡x彡1，O彡y彡1，O彡x+y彡I)的半导体形成。第二势垒层B2可以由具有组成分子式InxGa^N (O. 03<x<0. 05)的半导体形成。又例如，当第一势垒层BI是基于AlGaN的半导体时，第二势垒层B2可以是Al含量t小于第一势垒层BI的基于AlGaN的半导体层。第二势垒层B2可以具有第三带隙G3，该第三带隙G3比其他势垒层133、BI和B3中每一个势垒层的第一带隙Gl窄而比第一和第二阱层Wl和W2中每一个阱层的第二带隙G2宽。第二势垒层B2的第三带隙G3可以是2. 75eV〈G3〈3. 42eV的范围。例如，第二势垒层B2的第三带隙G3的值可以与接近大约2. 72eV相比更接近于大约3. 42eV。优选地，第二势垒层B2的第三带隙G3的范围可以是从大约3eV到大约3. 3eV。第一和第二阱层Wl和W2中每一个阱层的第二带隙G2可以与其他阱层131的相等。第一和第三势垒层BI和B3中每一个势垒层的第一带隙Gl可以与其他势垒层133的相同。第一到第三势垒层BI、B2和B3可以具有相同的厚度Tl。例如，第一到第三势垒层BI、B2和B3中每一个势垒层均可以具有大约5nm到7nm的厚度。有源层119的势垒层131可以具有相同的厚度Tl。第一到第三势垒层B1、B2和B3中每一个势垒层的厚度Tl均可以至少比第一和第二阱层Wl和W2中每一个阱层的厚度厚。例如，第一到第三势垒层B1、B2和B3中每一个势垒层均可以具有比第一和第二阱层Wl和W2的厚度厚大约2nm到大约3nm的厚度Tl。第一到第三势垒层B1、B2和B3的第二势垒层B2可以具有与第一和第二阱层Wl和W2的至少一个厚度Tl相同的厚度，但不限于此。第二势垒层B2可以具有比第一和第三势垒层BI和B3中每一个势垒层的势垒高度H2低的势垒高度H1。例如，第二势垒层B2的势垒高度Hl可以高于第一和第三势垒层BI和B3中每一个势垒层的高度H2的约50%。在导带或价电子(valence electron)带中，第二势鱼层B2和第一势鱼层BI之间的带隙差Λ El可以大于大约O. OleV,例如，带隙差Λ E可以通过如下公式Λ E1=G1_G3来获得。此处，参考符号ΛΕ1可以是所述导带或所述价电子带内的带隙差。实际带隙差可以是大约2 Λ E1，即大约为O. 02eV或更大。因而，注入到第一阱层Wl的空穴的一部分Cl可以通过第二势垒层B2的高度Hl以及在第一势垒层BI和第二势垒层B2之间的带隙差Λ El而容易地迁移进入第二阱层WZ0因而，提高了第二阱层W2内的再次结合。在本实施例中，可以从第二阱层W2发出更多的光 量。而且，由于第一阱层Wl的每一个元件可以与第二阱层W2的每一个元件的组分比率和厚度均相同，因而这可以防止发光频谱的宽度的增大。因而，这可以防止颜色纯度下降。图3是示出根据第二实施例的有源层的能带的视图。参见图3，阱层131和势垒层133交替设置在有源层119内。在势垒层133中，第一势垒层BI I、第二势垒层Β12和第三势垒层Β13邻近于第二覆层121而顺序设置(即，连续设置)。而且，第一阱层Wll设置在第一势垒层Bll和第二势垒层Β12之间。而且，第二阱层W12设置在第二势垒层Β12和第三势垒层Β13之间。第一势垒层Bll和第一阱层Wll的成对结构可以与第二势垒层Β12和第二阱层W12的成对结构等同或不同。例如，第一势垒层Bll可以由InGaN、AlGaN、AlInGaN或GaN形成。而且，例如，第二势垒层B12可以是相同的半导体层，或者是由InGaN、AlGaN、AlInGaN和GaN形成的各种半导体层中与第一势垒层BI不同的半导体层。又例如，当第一势垒层Bll是基于InGaN的半导体层时，第二势垒层B12可以是In含量大于第一势垒层Bll而小于第一阱层Wll的基于InGaN的半导体层。第一和第二阱层111和112中每一个阱层均可以具有大约10%到大约13%的In组分比率。而且，第二势垒层B12可以具有大约3%到大约5%的In组分比率，且第一势垒层Bll可以具有大约0%到大约2%的In组分比率。多个阱层131可以由基于InGaN的半导体形成。多个势垒层133可以由具有组成分子式InxAlyGa1IyN (O彡x彡I,O彡y彡I,O彡x+y ( I)的半导体形成。多个势垒层133可以由具有组成分子式InxAlyGanyN (O彡x彡1，O彡y彡1，O彡x+y彡I)的半导体形成。第二势垒层B12可以由具有组成分子式InxGahN (O. 03<x<0. 05)的半导体形成。又例如，当第一势垒层Bll是基于AlGaN的半导体时，第二势垒层B12可以是Al含量t小于第一势垒层Bll的基于AlGaN的半导体层。第二势垒层B12可以具有第三带隙G3，该第三带隙G3比其他势垒层133、Bll和B13中每一个势垒层的第一带隙Gl窄而比第一和第二阱层Wll和W12中每一个阱层的第二带隙G2宽。第二势垒层B12的第三带隙G3可以是2. 75eV〈G3〈3. 42eV的范围。例如，第二势垒层B12的第三带隙G3的值可以与接近大约2. 72eV相比更接近于大约3. 42eV。优选地，第二势垒层B12的第三带隙G3的范围可以是从大约3eV到大约3. 3eV。第一和第二阱层Wll和W12中每一个阱层的第二带隙G2可以与其他阱层131的相等。第一和第三势垒层Bll和B13中每一个势垒层的第一带隙Gl可以与其他势垒层133的相同。第二势垒层B12可以具有与其他势垒层133、B11和B13中每一个势垒层的厚度Tl不同的厚度T2。例如，第二势垒层B12可以具有比第一和第三势垒层B 11和B 13中每一个势垒层的厚度Tl (即，大约3nm到大约4nm的厚度Tl)薄的厚度T2。而且，第二势垒层B12可以具有至少比第一和第二阱层Wll和W12中每一个阱层的厚度厚的第二厚度T2。例如，第二势垒层B12的厚度可以比第一和第二阱层Wll和W12中每一个阱层的厚度厚大约
O.Inm到大约lnm。而且，第二势垒层B12可以具有使得第一和第二阱层Wll和W12之间不发生电子穿隧(electron tunneling)的厚度。当电子穿隧发生时,第一和第二讲层Wll和W12可以用作单阱层，会产生发光波长内的噪声。第二势垒层B12的势垒高度Hl可以低于第一和第三势垒层Bll和B13中每一个势垒层的势垒高度H2。而且，当第二势垒层B2的势垒高度Hl低于第一和第三势垒层BI和B3中每一个势垒层的高度H2的大约50%时，用作载流子势垒的可能性甚微。因而，势垒高度Hl可以高于势垒高度H2的大约50%。在导带或价电子带中，第二势垒层B12和第一势垒层Bll之间的带隙差Λ El可以大于大约O. OleV，例如，带隙差Λ El可以通过如下公式2 Δ E1=G1_G3来获得。因而，注入到第一阱层Wll的空穴的一部分Cl可以通过第二势垒层B12的势垒高度Hl以及第一势垒层Bll和第二阻挡层B12之间的带隙差2 Δ El而容易地迁移进入第二阱层W12。因此，提高了第二阱层W12内的再次结合。在本实施例中，可以从第二阱层W12发出更多的光量。而且，由于第一阱层Wll的每一个元件可以与第二阱层W12的每一个元件的组分比率和厚度相同，因而这可以防止发光频谱的宽度增大。因此，这可以防止颜色纯度下降。而且，第二势垒层B12可以掺杂有η型掺杂物，但不限于此。图4是示出根据实施例的从有源层发出的光的波长频谱的曲线图。参见图4，比较示例的有源层的多个势垒层可以具有相同的带隙和厚度，而比较示例的有源层发出的光具有波长频谱R1。根据第一或第二实施例的有源层发出的光具有波长频谱R2，且其光输出可以比比较示例的有源层的光输出大大约3%或更多。图5是示出图I的发光器件的另一个示例的图。参见图5,在发光器件101中，在发光结构150上设置有电极层141和第二电极145。而且，在第一导电类型半导体层117上设置有第一电极143。电极层141可以用作电流扩散层。电极层141可以由具有透光和导电特性的材料形成。电极层141的反射率(reflective index)可以比化合物半导体层的小。电极层141设置在第二导电类型半导体层123的顶表面上。电极层141可以包括透光电极层或金属氧化物层。例如，电极层141可以由如下材料中的一种形成氧化铟锡(ΙΤ0)、氧化铟锌(ΙΖ0)、铟锌锡氧化物(ΙΖΤ0)、铟铝锌氧化物(ΙΑΖ0)、铟镓锌氧化物(IGZ0)、铟镓锡氧化物(IGT0)、铝锌氧化物(ΑΖ0)、锑锡氧化物(ΑΤ0)、镓锌氧化物(GZ0)、ZnO, IrOx, RuOx以及NiO。此处，电极层141可以形成为至少一层。电极层141可以包括金属层或反射电极层。例如，电极层141可以由如下材料中的一种形成Al、Ag、Pd、Rh、Pt、Ir及其中两种或更多种的合金。第二电极145可以设置在第二导电类型半导体层123和/或电极层141上。而且，第二电极145可以包括电极焊盘。例如，第二电极145还可以包括具有臂结构或手指状结构的电流扩散图案。第二电极145可以由具有用作欧姆接触层、粘附层和接合层特性的金属形成，并且可以具有不透光特性，但不限于此。第一电极143设置在第一导电类型半导体层117的一部分上。例如，第一电极143和第二电极145中的每一个均可以由如下材料中的一种形成Ti、Ru、Rh、Ir、Mg、Zn、Al、In、Ta、Pd、Co、Ni、Si、Ge、Ag、Au 及其合金。在发光器件101上还可以设置绝缘层。该绝缘层可以防止发光结构145的层彼此短路并且防止被水汽渗透。图6是示出图I的发光器件的另一个示例的视图。 参见图6，在发光结构150下方设置有电流阻挡层161、多个沟道层163和第二电极170。例如，电流阻挡层161可以由Si02、Si0x、Si0xNy、Si3N4、Al2O3和TiO2中的至少之一形成。在多个沟道层163之间可以设置至少一个电流阻挡层161。在发光结构150的厚度方向上，电流阻挡层161可以设置为对应于设置在发光结构150上的第一电极181。电流阻挡层161可以拦截自第二电极170提供的电流以将电流扩散进入其他路径。每一个沟道层163均可以沿着第二导电类型半导体层123底表面的边缘设置。沟道层163可以具有环形、屋顶形、回路形(loop shape)或框形。沟道层163可以由绝缘材料、透光材料和导电材料中的至少之一形成。例如，沟道层163可以由ΙΤ0、ΙΖ0、ΙΖΤ0、ΙΑΖ0、IGZ0、IGT0、AZ0、AT0、Si02、Si0x、Si0xNy、Si3N4、Al203、Ti02 中的至少之一形成。沟道层 163内部的部分设置在第二导电类型半导体层123下方，沟道层163外部的部分设置在发光结构150侧表面的外部。沟道层163可以被定义为用于保护发光结构150的侧表面避免受第二电极170影响的保护层。第二电极170可以设置在第二导电类型半导体层123下方。第二电极170可以包括多个导电层165、167和169。第二电极170包括欧姆接触层165、反射层167和接合层169。欧姆接触层165包括透光导电层或金属。例如，欧姆接触层165可以由例如IT0、IZ0、IZT0、IAZ0、IGZ0、IGT0、AZO和ATO等低导材料形成，或者可以由诸如Ni和Ag等金属形成。反射层167设置在欧姆接触层165下方。例如，反射层167可以具有包括由如下材料形成的至少一层的结构Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf及其组合。反射层167可以接触第二导电类型半导体层123的下部。反射层167可以使用金属或诸如ITO等低导材料来欧姆接触第二导电类型半导体层123，但不限于此。接合层169设置在反射层167下方。接合层169可以用作阻挡金属或接合金属。例如，接合层169可以由如下材料中的至少之一形成Ti、Au、Sn、Ni、Cr、Ga、In、Bi、Cu、Ag、
Ta及其合金。在接合层169下方可以设置支撑元件173。支撑元件173可以包括导电元件。例如，支撑元件173可以由诸如铜(Cu)、金(Au)、镍(Ni)、钥(Mo)、铜-钨(Cu-W)、以及承载晶片(例如Si、Ge、GaAs, ZnO、SiC等)等导电材料形成。又例如，支撑元件173可以实现为导电片。此处，可以移除图I的衬底。移除生长衬底的方法可以包括物理方法(例如激光举离)或/和化学方法(例如湿蚀刻)。因而，可以暴露出第一导电类型半导体层117。在移除衬底的方向上可以执行隔离蚀刻(isolation etching)处理以在第一导电类型半导体层117上形成第一电极181。在第一导电类型半导体层117的顶表面上可以设置光提取结构117A(例如为粗糙部)。沟道层163外部的部分可以暴露在发光结构150侧壁的外部。沟道层163内部的部分可以接触第二导电类型半导体层123的底表面。因而，可以提供具有垂直类型电极结构的发光器件102，在该垂直类型电极结构中，可以提供设置在发光结构150上的第一电极181和设置在发光结构150下方的支撑元件 173。·图7是包括图5的发光器件的发光器件封装的视图。参见图7，发光器件封装200包括本体210、第一和第二引线电极211和212 (第一和第二引线电极211和212中每一个均至少有一部分设置在本体210上)、电连接至本体210上的第一和第二引线电极211和212的发光器件101以及包围本体210上的发光器件101的模铸元件220。本体210可以由硅材料、合成树脂材料或金属材料形成。本体210包括具有朝上开口的腔体的反射部215。第一引线电极211和第二引线电极212可以彼此电隔离并且穿通本体210。第一和第二引线电极211和212中每一个的一部分可以设置在反射部215的腔体的底表面上，而其他部分可以突出到本体210的外部。第一和第二引线电极211和212可以向发光器件101中供电。而且，第一和第二引线电极211和212可以反射从发光器件101发出的光以提高发光效率。此外，第一和第二引线电极211和212可以将发光器件101中产生的热释放到外部。发光器件101可以设置在本体210上或设置在第一引线电极211和/或第二引线电极212上。发光器件101的配线216可以电连接至第一和第二引线电极211和212其中之一，但不限于此。模铸元件220可以包围发光器件101以保护发光器件101。而且，模铸元件220可以包含磷光剂以使用该磷光剂来改变从发光器件101发出的光的波长。根据实施例的发光器件或发光器件封装可以应用于照明单元。照明单元可以具有其中排列有多个发光器件或多个发光器件封装的结构。照明单元可以包括照明灯、交通灯、车辆头灯和标牌。〈照明系统〉除了包括照明灯、信号灯、车辆头灯、电子显示器等之外，照明系统还可以包括如图8和图9所示的显示装置,如图10示出了照明单元。图8是根据实施例的显示装置的拆分透视图。参见图8，根据实施例的显示装置1000可以包括导光板1041、将光提供至导光板1041的发光模块1031、位于导光板1041下方的反射元件1022、位于导光板1041上的光学片1051、位于光学片1051上的显不面板1061以及用于容纳导光板1041、发光模块1031和反射元件1022的底盖1011，但本公开内容不限于此。底盖1011、反射元件1022、导光板1041和光学片1051可以被定义为照明单元1050。导光板1041通过扩散线性光起到了将线性光转换为平面光的作用。导光板1041可以由透明材料制成，并且可以包括下列丙烯酸系树脂(acryl-series resin)之一例如，聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate, PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)、聚碳酸酯(polycarbonate, PC)、C0C和聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate)树脂。发光模块1031至少把光提供给导光板1041的一个侧表面，并且最终用作显示装 置的光源。发光模块1031可以包括位于底盖1011中的至少一个发光模块，并且从导光板1041的一个侧表面直接或间接地提供光。发光模块1031可以包括板1033和根据如上公开的实施例的发光器件封装200，并且该发光器件封装200可以彼此间以预定间隔分开排列在板1033上。板1033可以是包括电路图案(未示出)的印刷电路板(PCB)。板1033可以包括金属芯PCB (MCPCB)、柔性PCB (FPCB)等，也可以包括通常的PCB，但本公开内容不限于此。在发光器件封装200安装在侧表面上或散热板上的情况下，板1033可以被移除。此处，一些散热板可以接触底盖1011的上表面。可以在板1033上安装多个发光器件封装200，使得多个发光器件封装200的发光表面与导光板1041之间分开预定距离，但本公开内容不限于此。发光器件封装200可以直接地或间接地将光提供到光入射部，光入射部是导光板1041的一个侧表面，但本公开内容不限于此。反射兀件1022可以设置在导光板1041下方。反射兀件1022对从导光板1041的下表面入射的光进行反射以允许将反射的光朝着向上的方向引导，因而能够增强照明单元1050的亮度。反射元件1022可以由诸如PET、PC、PVC树脂等形成，但本公开内容不限于此。底盖1011可以容纳导光板1041、发光模块1031、反射元件1022等。为了此目的，底盖1011可以具有形成为顶表面开口的盒状容纳部1012，但本公开内容不限于此。底盖1011可以耦接至顶盖，但本公开内容不限于此。底盖1011可以由金属材料或树脂材料形成，并且可以通过使用例如压制模铸或注入模铸等工艺来制造。而且，底盖1011可以包括具有高导热性的金属或非金属材料，但本公开内容不限于此。显示面板1061例如是IXD面板，并且包括彼此面对的第一和第二透明衬底，液晶层插入于第一和第二衬底之间。偏振片可以附着在显示面板1061的至少一个表面上，但本公开内容不限于此。显示面板1061通过使用穿过光学片1051的光显示信息。显示装置1000可以应用于各种移动终端、笔记本电脑的监视器、膝上电脑的监视器、电视等。光学片1051设置在显不面板1061和导光板1041之间，并且包括至少一个透明片。光学片1051例如可以包括至少一个扩散片(diffusion sheet)、水平和/或垂直棱镜片以及增亮片。扩散片将入射光扩散，水平和/或垂直棱镜片将入射光聚焦在显示区域上，增亮片通过对损失的光的再利用来增强亮度。而且，在显示面板1061上可以设置保护片，但本公开内容不限于此。此处，显示装置1000可以包括作为位于发光模块1031的光路上的光学元件的导光板1041以及光学片1051，但本公开内容不限于此。图9是根据实施例的显示装置的剖视图。参见图9，显示装置1100包括底盖1152、板1120(在板1120上排列有如上公开的发光器件封装200)、光学元件1154以及显示面板1155。板1120和发光器件封装200可以被定义为发光模块1160。底盖1152、至少一个发光模块1160以及光学元件154可以被定义为照明单元1150。底盖1152可以设置有容纳部1153，但本公开内容不限于此。
此处，光学元件1154可以包括透镜、导光板、扩散片、水平和垂直棱镜片以及增亮片中的至少之一。导光板可以由聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)形成，并且可以被移除。扩散片将入射光扩散，水平和垂直棱镜片将入射光聚焦在显示区域上，以及增亮片通过对损失的光的再利用来增强亮度。光学兀件1154设置在发光模块1160上。光学兀件1154将从发光模块1160发出的光转换成平面光，并且进行扩散、光聚焦等。图10是根据实施例的照明单元的透视图。参见图10，照明单元1500可以包括壳体1510、包括在壳体1510中的发光模块1530以及包括在壳体1510中并且由外部电源供电的连接端子1520。壳体1510可以优选地由具有良好热屏蔽特性的材料(例如金属材料或树脂材料)形成。发光模块1530可以包括板1532以及根据实施例的安装在板1532上的至少一个发光器件封装200。发光器件封装200可以包括以矩阵结构彼此分开预定距离而排列的多个发光器件封装。板1532可以是印刷有电路图案的绝缘衬底，并且例如可以包括印刷电路板(PCB)、金属芯PCB、柔性PCB、陶瓷PCB、FR-4衬底等。而且，板1532可以由用来有效反射光的材料形成，并且板1532的表面可以形成为能够有效反射光的颜色，例如白色或银色。至少一个发光器件封装200可以安装在板1532上。每一个发光器件封装200均可以包括至少一个发光二极管(LED)芯片。该LED芯片可以包括用于发出红光、绿光、蓝光或白光的彩色LED以及发出紫外(UV)光的UV LED。发光模块1530可以具有各种发光器件封装的组合从而获得期望的颜色和亮度。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)0连接端子1520可以电连接至发光模块1530以供电。连接端子1520可以以插座(socket)形式旋拧至并耦接至外部电源，但本公开内容不限于此。例如，连接端子1520可以制成为销型并且插入到外部电源中，或者可以经由电线连接至外部电源。根据实施例的发光器件可以提供新的有源层。因而，有源层的内部量子效率(inner quantum efficiency)得以提高。由于注入到有源层的空穴被分散到彼此不同的讲层中，空穴和电子的再次结合得以提高以改善光强度。因而，可以改善从有源层发出的光的色彩纯度。在实施例中，光强可以得到改善。根据实施例，发光器件和包括发光器件的发光器件封装的可靠性可以得到改善。上述这些实施例中描述的特征、结构和效果被并入本公开内容的至少一个实施例中，但不限于唯一的一个实施例。此外，本领域技术人员可以针对另一个实施例而将在一个实施例中所示例的特征、结构和效果容易地进行组合和改型。因此，这些组合和改型应当被理解为落入本公开内容的范围之内。尽管对实施例的描述中结合了其多个示例性实施例，但可以理解的是，在本公开内容的原理的精神和范围之内，本领域技术人员完全可以设计出许多其它变化和实施例。尤其是，可以在该公开、附图和所附权利要求的范围内对组件和/或附件组合设置中的排列进行多种变化和改进。除组件和/或排列的变化和改进之外，其他可选择的应用对于本领域技术人员而言也是显而易见的。
在本说明书中任意提及的“ 一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等是指所描述的与实施例相关的特定特征、结构或特点包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书中各处出现的这些用语不必全部指代同一个实施例。此外，当描述关于任意一个实施例的特定特征、结构或特点时，应当认为其落入本领域技术人员结合其他实施例来实现这种特征、结构或特点的范围内。尽管对实施例的描述中结合了其多个示例性实施例，但可以理解的是，在本公开内容的原理的精神和范围之内，本领域技术人员完全可以设计出许多其它变化和实施例。尤其是，可以在该公开、附图和所附权利要求的范围内对组件和/或附件组合设置中的排列进行多种变化和改进。除组件和/或排列的变化和改进之外，其他可选择的应用对于本领域技术人员而言也是显而易见的。
权利要求
1.一种发光器件，包括 第一导电类型半导体层； 第二导电类型半导体层，位于所述第一导电类型半导体层上；以及 有源层，位于所述第一导电类型半导体层和所述第二导电类型半导体层之间，所述有源层包括多个阱层和多个势垒层， 其中，所述多个势垒层包括第一势垒层，距离所述第二导电类型半导体层最近，所述第一势垒层具有第一带隙；第二势垒层，邻近所述第一势垒层，所述第二势垒层具有第三带隙；以及至少一个第三势垒层，所述第三势垒层位于所述第二势垒层和所述第一导电类型半导体层之间并具有第一带隙； 所述多个阱层包括第一阱层，位于所述第一势垒层和所述第二势垒层之间，所述第 一阱层具有第二带隙；以及第二阱层，位于所述第二势垒层和所述至少一个第三势垒层之间； 所述第二势垒层设置在所述第一阱层和所述第二阱层之间，以及 所述第三带隙比所述第一带隙窄而比所述第二带隙宽。
2.根据权利要求I所述的发光器件，其中，所述多个势垒层的厚度彼此相同。
3.根据权利要求I所述的发光器件，其中，所述第二势垒层的厚度比所述第一势垒层和所述至少一个第三势垒层的厚度薄。
4.根据权利要求3所述的发光器件，其中，所述第二势垒层的厚度比所述第一阱层的厚度厚。
5.根据权利要求I所述的发光器件，包括第二覆层，位于所述第一势垒层和所述第二导电类型半导体层之间，所述第二覆层的带隙比所述第一带隙宽。
6.根据权利要求I到5中任一权利要求所述的发光器件，其中，所述第二势垒层的势垒高度高于所述第一势垒层势垒高度的约50%。
7.根据权利要求I到5中任一权利要求所述的发光器件，其中，所述第二带隙的范围是大于约2. 75eV且小于约3. 42eV。
8.根据权利要求I到5中任一权利要求所述的发光器件，其中，所述第二势垒层具有组成分子式 InxGahN (O. 03〈χ〈0· 05)。
9.根据权利要求I到5中任一权利要求所述的发光器件，其中，所述第二势垒层的铟含量大于所述第一势垒层的铟含量。
10.根据权利要求I到5中任一权利要求所述的发光器件，其中，所述第二势垒层的铝含量小于所述第一势垒层的铝含量。
11.根据权利要求I到5中任一权利要求所述的发光器件，其中，所述第一带隙和所述第三带隙之间的差大于约O. OleV0
12.根据权利要求I到5中任一权利要求所述的发光器件，其中，所述第二势垒层和所述至少一个第三势垒层之间的厚度差的范围是从约Inm到约3nm。
13.根据权利要求12所述的发光器件，其中，所述第二势垒层的厚度比所述第一阱层厚约O. Inm到约Inrn0
14.根据权利要求12所述的发光器件，其中，所述第二势垒层的厚度是约3nm到约4nm0
15.根据权利要求I到5中任一权利要求所述的发光器件，其中，所述第二势垒层包括不同于所述第一势垒层的半导体层。
16.根据权利要求I到5中任一权利要求所述的发光器件，其中，所述多个阱层具有彼此相同的第二带隙。
17.根据权利要求I到5中任一权利要求所述的发光器件，其中，所述第一导电类型半导体层包括η型掺杂物，以及 所述第二导电类型半导体层包括P型掺杂物。
18.根据权利要求I到5中任一权利要求所述的发光器件，所述多个阱层中的每一个阱层均包括基于InGaN的半导体，以及 所述多个势鱼层包括具有组成分子式Ir^AlyGahiWO ^ x ^ I, O ^ y ^ I, O ^ x+y ( I)的半导体。
19.根据权利要求18所述的发光器件，其中，所述第一势垒层包括具有组成分子式InxAlyGa1HN (O ^ x ^ 1,0 ( γ ( 1,0 ^ x+y ^ I)的半导体。
20.根据权利要求5所述的发光器件，其中，所述第二导电类型半导体层和所述第二覆层包括P型掺杂物。
全文摘要
提供了一种发光器件。该发光器件包括有源层，该有源层包括多个阱层和多个势垒层。多个势垒层包括第一势垒层，距离第二导电类型半导体层最近，第一势垒层具有第一带隙；第二势垒层，邻近第一势垒层，第二势垒层具有第三带隙；以及至少一个第三势垒层，位于第二势垒层和第一导电类型半导体层之间并具有第一带隙。多个阱层包括第一阱层，位于第一势垒层和第二势垒层之间，第一阱层具有第二带隙；以及第二阱层，位于第二势垒层和至少一个第三势垒层之间。第二势垒层设置在第一阱层和第二阱层之间，并且第三带隙比第一带隙窄而比第二带隙宽。本发明的有源层的内部量子效率得以提高。因而，可以改善从有源层发出的光的色彩纯度。
文档编号H01L33/06GK102881786SQ20121013524
公开日2013年1月16日 申请日期2012年5月2日 优先权日2011年7月11日
发明者元钟学 申请人:Lg伊诺特有限公司