半导体发光器件的制作方法

文档序号:11102580阅读:776来源:国知局
半导体发光器件的制造方法与工艺

技术领域

符合示例实施例的设备涉及一种半导体发光器件。



背景技术:

半导体发光器件已经作为具有诸如相对长的寿命、低的功耗、快的响应速度和环保等的优点的下一代光源而为人所知。半导体发光器件已经作为在诸如照明装置、显示器的背光以及用于电子设备的光源的各种类型的产品中的重要的光源而变得突出。具体地,基于诸如GaN、AlGaN、InGaN或InAlGaN的第III族氮化物的氮化物基发光器件作为半导体发光器件在输出蓝光或紫外光方面起重要作用。

同时,量子效率随着注入的电流密度增大而降低的所谓的效率下降(efficiency droop)作为基于第III族氮化物的氮化物半导体的问题被指出。因此,本领域需要改善半导体发光器件的量子效率的方法。



技术实现要素:

本发明构思的一个或更多个示例实施例可以提供一种具有改善的光学输出和效率下降的半导体发光器件。

根据本发明构思的示例实施例,一种半导体发光器件可以包括:第一导电型半导体层;有源层,设置在第一导电型半导体层上,并且包括多个量子垒层和包含铟(In)的多个量子阱层,所述多个量子垒层和所述多个量子阱层交替地堆叠在彼此上,所述多个量子阱层包括第一量子阱层和第二量子阱层;第二导电型半导体层,设置在有源层上,其中,第一量子阱层设置成比第二量子阱层较接近于第一导电型半导体层,其中,第二量子阱层设置成比第一量子阱层较接近于第二导电型半导体层,其中,第二量子阱层的厚度大于第一量子阱层的厚度,其中,第一量子阱层和第二量子阱层中的每个包括具有变化的量的In成分的至少一个分级层,第二量子阱层的所述至少一个分级层具有比第一量子阱层的所述至少一个分级层大的厚度。

根据本发明构思的示例实施例,一种半导体发光器件可以包括:第一导电型氮化物半导体层;有源层,设置在第一导电型氮化物半导体层上,并且具有包括氮化镓(GaN)的多个量子垒层以及包括InxGa1-xN(0<x≤1)的多个量子阱层,所述多个量子垒层和所述多个量子阱层交替地堆叠在彼此上,所述多个量子阱层包括第一量子阱层和第二量子阱层;第二导电型氮化物半导体层,设置在有源层上并且具有包括AlyGa1-yN(0<y≤1)的电子阻挡层(EBL),其中,第二量子阱层设置成比第一量子阱层较接近于EBL,其中,第一量子阱层和第二量子阱层中的每个可包括在朝着第二导电型半导体层的方向上具有增大的量的In成分的第一分级层以及在朝着第二导电型半导体层的方向上具有减小的量的In成分的第二分级层,其中,第二量子阱层的第一分级层和第二分级层中的至少一个具有比第一量子阱层的第一分级层和第二分级层中的相应的一个大的厚度。

根据本发明构思的示例实施例,一种半导体发光器件可以包括:n型氮化物半导体层;有源层,设置在n型氮化物半导体层上,并且具有包括GaN的多个量子垒层以及包括InxGa1-xN(0<x≤1)的多个量子阱层,量子垒层和量子阱层交替地堆叠在彼此上,所述多个量子阱层包括第一量子阱层和第二量子阱层;p型氮化物半导体层,设置在有源层上并且具有包括AlyGa1-yN(0<y≤1)的EBL,其中,第一量子阱层和第二量子阱层中的每个包括第一分级层和第二分级层,其中,第二量子阱层的第一分级层具有在朝着EBL的方向上减小的带隙,其中,第二量子阱层的第二分级层具有在朝着EBL的方向上增大的带隙,其中,第二量子阱层的第一分级层和第二分级层中的至少一个具有比第一量子阱层的第一分级层和第二分级层中的相应的一个大的厚度。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述,将更清楚地理解本公开的上述和/或其他方面、特征和优点,在附图中:

图1是根据本发明构思的示例实施例的半导体发光器件的示意剖视图;

图2是在图1中示出的区域“A”的放大图;

图3至图6分别是根据本发明构思的示例实施例的在半导体发光器件的有源层各处的能带图的示意图;

图7A是根据本发明构思的示例实施例的半导体发光器件的能带图的示意图;

图7B是作为对比示例的半导体发光器件的能带图的示意图;

图8至图10分别是根据本发明构思的示例实施例的半导体发光器件的示意剖视图;

图11是根据本发明构思的示例实施例的包括半导体发光器件的芯片级发光器件封装件的剖视图;

图12和图13分别是根据本发明构思的示例实施例的包括半导体发光器件的发光器件封装件的剖视图;

图14是根据本发明构思的示例实施例的包括半导体发光器件的背光单元的透视图;

图15是根据本发明构思的示例实施例的包括半导体发光器件的直下型(direct-type)背光单元的剖视图;

图16是根据本发明构思的示例实施例的包括半导体发光器件的照明装置的示意图;

图17是根据本发明构思的示例实施例的包括半导体发光器件的平板照明装置的透视图;

图18是根据本发明构思的示例实施例的包括半导体发光器件的灯泡型(bulb-type)灯的分解透视图;

图19是根据本发明构思的示例实施例的包括半导体发光器件的棒型(bar-type)灯的分解透视图。

具体实施方式

以下,将参照附图如下地描述本公开的示例实施例。

然而,本公开可以以许多不同的形式来例示并且不应被解释为局限于在这里阐述的特定实施例。相反,提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完整的,并且将向本领域技术人员充分地传达本公开的范围。

贯穿说明书,将理解的是,当诸如层、区域或基板的元件被称为“在”另一元件“上”、“连接到”或“结合到”另一元件时,它可直接“在”所述另一元件上、直接“连接到”或直接“结合到”所述另一元件,或者可以存在介于它们之间的其他元件。相反,当元件被称为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一元件时,可以不存在介于它们之间的元件或层。同样的标号始终表示同样的元件。如在这里所使用的,术语“和/或”包括一个或更多个相关所列项的任何组合和所有组合。

将明显的是,尽管在这里可使用术语第一、第二、第三等来描述各种构件、组件、区域、层和/或部分,但这些构件、组件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因此,在不脱离示例实施例的教导的情况下,下面讨论的第一构件、组件、区域、层或部分可称为第二构件、组件、区域、层或部分。

为了便于描述,在这里可以使用诸如“在……上面”、“上面的”、“在……下面”和“下面的”等的空间相对术语来描述如附图中所示的一个元件与另外的元件的关系。将理解的是,除了在附图中描绘的方位之外,空间相对术语意图包括装置在使用或操作中的不同方位。例如,如果附图中的装置被翻转,则描述为“在”其他元件“上面”或“上面的”其他元件随后将被定位为“在”所述其他元件“下面”或“下面的”所述其他元件。因此,术语“在……上面”可根据附图的具体方向包括“在……上面”和“在……下面”两种方位。装置可以被另外定位(旋转90度或在其他方位),并可以相应地解释在这里使用的空间相对描述符。

这里使用的术语仅用于描述具体实施例,并不意图限制本公开。除非上下文另外清楚地表示,否则如这里使用的单数形式“一个”、“一种”和“该(所述)”也意图包括复数形式。还将理解的是,当在本说明书中使用时,术语“包括”和/或“包含”说明存在所述特征、整体、步骤、操作、构件、元件和/或它们的组,但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、构件、元件和/或它们的组。

以下,将参照示出本公开的示例实施例的示意图来描述本公开的示例实施例。在附图中,例如,由于制造技术和/或容差,可以估计示出的形状的变型。因此,本公开的示例实施例不应被解释为局限于在这里示出的区域的具体形状,例如,包括由制造造成的在形状上的改变。下面的示例实施例也可以构成为一个或它们的组合。

下面描述的本公开的内容可以具有各种构造并且在这里仅提出需要的构造,但不限于此。

图1是根据本发明构思的示例实施例的半导体发光器件100的剖视图。图2是图1的区域A的放大图。

在图1中示出的半导体发光器件100可以包括基板110以及沿半导体发光器件100的厚度方向顺序地设置在基板110上的第一导电型半导体层140、有源层150和第二导电型半导体层160。缓冲层120可以设置在基板110与第一导电型半导体层140之间。发光堆叠件(S)可以包括第一导电型半导体层140、有源层150和第二导电型半导体层160。

基板110可以是诸如蓝宝石、MgAl2O4、MgO、LiAlO2或LiGaO2的绝缘基板。然而,本发明构思不限于此,基板110可以是不同于绝缘基板的导电基板或半导体基板。例如,基板110可以是不同于蓝宝石的SiC、Si或GaN。

缓冲层120可以是InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤x+y≤1)。例如,缓冲层120可以是GaN、AlN、AlGaN或InGaN。如果必要的话,缓冲层12可以通过结合多个层或逐渐改变其成分来形成。

第一导电型半导体层140可以是满足n型InxAlyGa1-x-yN(0≤x<1,0≤y<1,0≤x+y<1)的氮化物半导体层,n型杂质可以是Si。例如,第一导电型半导体层140可以包含n型GaN。

在示例实施例中,第一导电型半导体层140可以包括第一导电型接触层140a和电流扩散层140b。第一导电型接触层140a的杂质浓度可以在2×1018cm-3至9×1019cm-3的范围。第一导电型接触层140a的厚度可以在1μm至5μm的范围。电流扩散层140b可以具有沿电流扩散层140b的厚度方向重复地堆叠分别具有不同成分或不同杂质含量的多个InxAlyGa1-x-yN(0≤x,y≤1,0≤x+y≤1)层的结构。例如,电流扩散层140b可以具有厚度为1nm至500nm的n型GaN层和/或沿电流扩散层140b的厚度方向重复堆叠分别具有不同成分的AlxInyGazN(0≤x、y、z≤1,不包括x=y=z=0)的至少两层的n型超晶格层。电流扩散层140b的杂质浓度可以在2×1018cm-3至9×1019cm-3的范围。如果必要的话,附加的绝缘材料层可以应用于电流扩散层140b。

第二导电型半导体层160可以是满足p型InxAlyGa1-x-yN(0≤x<1,0≤y<1,0≤x+y<1)的氮化物半导体层,p型杂质可以是Mg。例如,第二导电型半导体层160可以实施为单层结构,但如在示例实施例中,可以具有成分不同的多层结构。如在图1中所示,第二导电型半导体层160可以包括电子阻挡层(EBL)160a、低浓度p型GaN层160b和高浓度p型GaN层160c。例如,EBL 160a可以具有堆叠厚度分别为5nm至100nm并且具有不同成分的InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤x+y≤1)的多个层的结构,或者可以具有成分为AlyGa1-yN(0<y≤1)的单层。例如,沿EBL 160a的厚度,EBL 160a的Al成分的量可以从EBL 160a的接近于有源层150设置的部分朝着EBL 160a的远离有源层150设置的部分而减小。EBL 160a的能带隙可以从EBL 160a的接近于有源层150设置的部分朝着EBL 160a的远离有源层150设置的部分而减小。

形成在第一导电型半导体层140上的有源层150可以具有多个量子垒层151和多个量子阱层152(1521……152n)沿有源层150的厚度方向交替堆叠在彼此上的多量子阱(MQW)结构。例如,量子垒层151和量子阱层152(1521……152n)可以是具有不同成分的InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤x+y≤1)。在示例实施例中,量子阱层152(1521……152n)可以是InxGa1-xN(0<x≤1),量子垒层151可以是GaN。量子垒层151中的每个的厚度可以在1nm至50nm的范围,量子阱层152(1521……152n)中的每个的厚度也可以在1nm至50nm的范围。

半导体发光器件100可以包括设置在第一导电型半导体层140的一区域上的第一电极181以及顺序地设置在第二导电型半导体层160上的欧姆接触层183和第二电极185。

第一电极181不限于此,可以包含诸如Ag、Ni、Al、Cr、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt或Au的材料,并且可以应用为具有单层或者两个或更多个层的结构。第一电极181还可以包括设置在其上的焊盘电极层。焊盘电极层可以包括诸如Au、Ni和Sn的材料中的至少一种。

欧姆接触层183可以包括光透射电极。光透射电极可以是透明导电氧化层或氮化物层中的一个。例如,光透射电极可以包含从氧化铟锡(ITO)、锌掺杂的氧化铟锡(ZITO)、氧化锌铟(ZIO)、氧化镓铟(GIO)、氧化锌锡(ZTO)、氟掺杂的氧化锡(FTO)、铝掺杂的氧化锌(AZO)、镓掺杂的氧化锌(GZO)、In4Sn3O12和氧化锌镁(Zn1-xMgxO)(0≤x≤1)中选择的至少一种。如果必要的话,欧姆接触层183也可以包含石墨烯。欧姆接触层183可以根据芯片结构以各种方式来实施。例如,当欧姆接触层183具有倒装芯片结构时,欧姆接触层183可以包括诸如Ag、Au或Al的金属以及诸如ITO、ZIO或GIO的透明导电氧化物。第二电极185可以包含Al、Au、Cr、Ni、Ti和Sn中的至少一种。

参照图2,将更详细地描述示例实施例的量子阱层152(1521……152n)。量子阱层152(1521……152n)中的每个可以包括第一分级层R1(R11……R1n)、第二分级层R2(R21……R2n)和内量子阱层R3(R31……R3n),第一分级层R1(R11……R1n)在沿第一分级层R1(R11……R1n)的厚度方向朝着第二导电型半导体层160的方向上具有量增大的In成分,第二分级层R2(R21……R2n)在沿第二分级层R2(R21……R2n)的厚度方向朝着第二导电型半导体层160的方向上具有量减小的In成分,内量子阱层R3(R31……R3n)设置在第一分级层R1与第二分级层R2之间。与第二导电型半导体层160相邻的量子阱层152n的厚度tn可以大于与第一导电型半导体层140相邻的量子阱层1521的厚度t1

这里,与第二导电型半导体层160相邻的量子阱层152n的第一分级层R1n和第二分级层R2n中的每个的厚度可以最大,与第一导电型半导体层140相邻的量子阱层1521的第一分级层R11和第二分级层R21中的每个的厚度可以最薄。每个量子阱层152(1521……152n)可以具有厚度彼此相同的第一分级层R1(R11……R1n)和第二分级层R2(R21……R2n)。例如,量子阱层1521的第一分级层R11和第二分级层R21具有彼此相同的厚度,量子阱层152n的第一分级层R1n和第二分级层R2n具有彼此相同的厚度。

在示例实施例中,在对比沿量子阱层152的厚度方向的每个量子阱层152的厚度中,随着量子阱层设置在更接近于第二导电型半导体层160的位置处,每个量子阱层的厚度可以相对于相邻的量子阱层增大。即,满足下面的条件:

152n的tn>……>1522的t2>1521的t1

这里,随着第一分级层R1(R11……R1n)和第二分级层R2(R21……R2n)设置在更接近于第二导电型半导体层160的位置处,相应的量子阱层152(1521……152n)的第一分级层R1(R11……R1n)和第二分级层R2(R21……R2n)的厚度可以相对于相邻的量子阱层增大。即,满足下面的条件:

R1n和R2n的厚度>……>R12和R22的厚度>R11和R21的厚度。

第一分级层R1(R11……R1n)和第二分级层R2(R21……R2n)可以具有彼此相同的厚度。即,满足下面的条件:

R1n的厚度=R2n的厚度,……,R11的厚度=R21的厚度。

每个量子阱层152还可以包括具有恒定的In成分并且设置在第一分级层R1与第二分级层R2之间的内量子阱层R3。

沿有源层150的厚度方向设置在第一导电型半导体层140与第二导电型半导体层160之间的内量子阱层R3(R31……R3n)中的每个的厚度可以是恒定的。例如,与第二导电型半导体层160相邻的量子阱层152n的内量子阱层R3n的厚度可以同与第一导电型半导体层140相邻的量子阱层1521的内量子阱层R31的厚度基本上相同。然而,示例实施例不限于此。按照不同的方式,在示例实施例中,与第二导电型半导体层160相邻的内量子阱层R3n的厚度可以小于与第一导电型半导体层140相邻的量子阱层1521的内量子阱层R31的厚度。另外,内量子阱层R3(R31……R3n)的厚度可以随着内量子阱层R3(R31……R3n)的相应的位置变得较接近于第二导电型半导体层160而逐渐减小。例如,与第二导电型半导体层160相邻的量子阱层152n的内量子阱层R3n的厚度可以小于与第一导电型半导体层140相邻的每个量子阱层1521的内量子阱层R31的厚度。

最接近于第二导电型半导体层160设置的量子阱层152n可以具有厚度比内量子阱层R3n的厚度大的第一分级层R1n和第二分级层R2n。最接近于第一导电型半导体层140设置的量子阱层1521也可以具有厚度比内量子阱层R31的小的厚度的第一分级层R11和第二分级层R21

如此,调节每个量子阱层152(1521……152n)的第一分级层R1(R11……R1n)和第二分级层R2(R21……R2n)的厚度的方法可以使得与第一导电型半导体层140相邻的量子阱层1521具有较小的厚度,由此减少会在减小有源层150的与第一导电型半导体层140相邻的下部区域中的应变的工艺中出现的晶体缺陷,并且可以使得与第二导电型半导体层160相邻的量子阱层152n具有较大的厚度,由此减小在有源层150的与第二导电型半导体层160相邻的具有改善的复合效率的上部区域中由压电极化产生的内电场。由压电极化造成的内电场的减小可以使得半导体发光器件100的效率下降得以改善。

图3至图6是根据本发明构思的示例实施例的在半导体发光器件的有源层各处的能带图的示意图。在图3至图6中分别示出的能带图中,为了方便起见,不考虑由自极化和压电极化产生的内电场。

图3是根据本发明构思的示例实施例的在半导体发光器件100的有源层150各处的能带图的示意图。

参照图3,量子阱层152(1521、1522……152n)中的每个可以包括能带隙在朝着EBL 160a的方向上减小的的第一分级层R1(R11、R12……R1n)、能带隙在朝着EBL 160a的方向上增大的的第二分级层R2(R21、R22……R2n)以及设置在相应的第一分级层R1(R11、R12……R1n)与相应的第二分级层R2(R21、R22……R2n)之间并且具有恒定的能带隙的内量子阱层R3(R31、R32……R3n)。在示例实施例中,第一分级层R1(R11、R12……R1n)和第二分级层R2(R21、R22……R2n)可以具有它们的能带的在内量子阱层R3周围彼此对称的相应形状。

第一分级层R1(R11、R12……R1n)中的每个的能带(例如,导带)可以具有能带隙在朝着EBL 160a的方向上减小的第一斜率,第二分级层R2(R21、R22……R2n)中的每个的能带可以具有能带隙在朝着EBL 160a的方向上增大的第二斜率,第一斜率和第二斜率的绝对值可以随着第一分级层R1(R11、R12……R1n)和第二分级层R2(R21、R22……R2n)越接近于EBL 160a而减小。即,能带隙的增大的变化率和能带隙的减小的变化率随着第一分级层R1(R11、R12……R1n)和第二分级层R2(R21、R22……R2n)越接近于EBL 160a而减小。这里,第一斜率和第二斜率中每个的绝对值可以彼此相同。第一分级层R1(R11、R12……R1n)的厚度ta(ta_1、ta_2……ta_n)和第二分级层R2(R21、R22……R2n)的厚度tb(tb_1、tb_2……tb_n)可以随着第一分级层R1和第二分级层R2越接近于EBL 160a而越大。即,满足下面的条件:

ta_1<ta_2<……<ta_n且tb_1<tb_2<……<tb_n

因为能带隙根据In成分来改变,所以第一分级层R1和第二分级层R2的In成分的斜率的绝对值可以随着第一分级层R1和第二分级层R2越接近于EBL 160a而减小。与EBL 160a相邻的量子阱层152n的第一分级层R1n和第二分级层R2n的In成分的斜率的绝对值可以小于与第一导电型半导体层140相邻的量子阱层1521的第一分级层R11和第二分级层R21的In成分的斜率的绝对值。

其能带隙改变的第一分级层R1(R11、R12……R1n)和第二分级层R2(R21、R22……R2n)可以通过形成包括GaN的量子垒层151然后在形成包括InxGa1-xN(0<x≤1)的量子阱层152的工艺中调节In源气的输入量或生长温度来形成。更详细地,在单个量子阱层152的初始生长工艺中,第一分级层R1可以通过降低生长温度同时维持In源气的恒定输入量或者通过增大In源气的输入量同时维持恒定的生长温度来形成。在单个量子阱层152的后期的生长工艺中,第二分级层R2可以通过升高生长温度同时维持In源气的恒定输入量或者通过减小In源气的输入量同时维持恒定的生长温度来形成。情况可以允许生长温度和In源气的输入量一起被调节,由此形成第一分级层R1和第二分级层R2。同时,在形成第一分级层R1之后,内量子阱层R3可以通过在第二分级层R2形成之前在恒定温度下输入预定量的In源气来形成。

因此,当形成包括在有源层150中的每个量子阱层152时,可以调节第一分级层R1和第二分级层R2的生长厚度和In成分以随着第一分级层R1和第二分级层R2越接近于EBL 160a而改变第一分级层R1(R11、R12……R1n)和第二分级层R2(R21、R22……R2n)的能带的第一斜率和第二斜率。

图4是根据本发明构思的示例实施例的在半导体发光器件100的有源层250各处的能带图的示意图。图4是在有源层250内的量子阱层252(2521、2522……252n)中的每个的结构的示例,所述结构由在图3中示出的半导体发光器件的有源层150内的量子阱层152中的每个的结构变型得到。

参照图4,与图3中示出的示例实施例不同,有源层250可以包括多个量子垒层251(2511、2512……251n)和多个量子阱层252(2521、2522……252n),量子阱层252(2521、2522……252n)中的每个可以包括能带隙在朝着EBL 260a的方向上减小的的第一分级层R1'、能带隙在朝着EBL 260a的方向上增大的的第二分级层R2'以及设置在第一分级层R1'与第二分级层R2'之间并且具有恒定的能带隙的内量子阱层R3'。第一分级层R1'的能带(例如,导带)可以具有能带隙在朝着EBL 260a的方向上减小的第一斜率,第二分级层R2'的能带可以具有能带隙在朝着EBL 260a的方向上增大的第二斜率,第一斜率的绝对值可以随着第一分级层越接近于EBL 260a而减小,第二斜率可以随着第二分级层越接近于EBL 260a而维持。

第一分级层R1'的厚度ta'可以随着第一分级层R1'越接近于EBL 260a而越大,第二分级层R2'的厚度tb'可以是恒定的。量子阱层252的与EBL 260a相邻的第一分级层R1n'的厚度ta'_n可以是最大的,每个量子阱层252的与第一导电型半导体层相邻的第一分级层R11'的厚度ta'_1可以是最薄的。随着第一分级层R1'和第二分级层R2'越接近于EBL 260a,第一分级层R1'的In成分的斜率可以减小,第二分级层R2'的In成分的斜率可以是恒定的。即,可以满足下面的条件:

ta'_1<ta'_2<……<ta'_n、tb'_1=tb'_2=……=tb'_n且tc'_1=tc'_2=……=tc'_n

本发明构思不限于此,与图4中示出的那些不同,在示例实施例中,随着第一分级层R1'越接近于EBL 260a,第二斜率的绝对值可以减小并且第一斜率可以得以维持。第二分级层R2'的厚度tb'可以随着第二分级层R2'越接近于EBL 260a而越大,第一分级层R1'的厚度ta'可以是恒定的。即,可以满足下面的条件:

ta'_1=ta'_2=……=ta'_n、tb'_1<tb'_2<……<tb'_n且tc'_1=tc'_2=……=tc'_n

随着第一分级层R1'和第二分级层R2'越接近于EBL 260a,第二分级层R2'的In成分的斜率的绝对值可以减小,第一分级层R1'的In成分的斜率可以是恒定的。

图5是根据本发明构思的示例实施例的在半导体发光器件100的有源层350各处的能带图的示意图。图5是有源层350的与在图3中示出的半导体发光器件的有源层150的结构不同的结构的示例。

参照图5,与图3中示出的示例实施例不同,有源层350可以包括多个量子垒层351和多个量子阱层352,多个量子阱层352可以分成其中第一分级层R1和第二分级层R2分别具有不同厚度ta和tb的三个组352a、352b和352c。量子阱层352的厚度可以在各自的组352a、352b和352c内彼此基本上相同,但是量子阱层352的厚度可以在越接近于EBL 360a的组中越大。这里,第一分级层R1的厚度ta和第二分级层R2的厚度tb可以在各自的组352a、352b和352c内基本上彼此相同,但是第一分级层R1的厚度ta和第二分级层R2的厚度tb可以在越接近于EBL 360a的组中越大。第一分级层R1的厚度ta和第二分级层R2的厚度tb可以在各自的组352a、352b和352c中具有彼此相同的厚度。第一分级层R1的能带(例如,导带)可以具有能带隙在朝着EBL360a的方向上减小的第一斜率,第二分级层R2的能带可以具有能带隙在朝着EBL 360a的方向上增大的第二斜率,第一斜率和第二斜率的绝对值可以在越接近于EBL 360a的组中减小。这里,第一斜率和第二斜率的绝对值可以彼此相同。组352a、352b和352c中的每个示出为包括量子阱层352中的两个,但是可以包括三个或更多个量子阱层。各自的组352a、352b和352c可以分别具有不同数量的量子阱层。量子阱层352也可以分成三个组,但本发明构思不限于此。

图6是根据本发明构思的示例实施例的在半导体发光器件100的有源层450各处的能带图的示意图。图6是在有源层450内的量子阱层452中的每个的结构的示例,所述结构由在图5中示出的半导体发光器件的有源层350内的量子阱层352中的每个的结构变型得到。

参照图6,有源层450可以包括多个量子垒层451和多个量子阱层452,多个量子阱层452可以分成其中第一分级层R1'分别具有不同的厚度ta'的三个组452a、452b和452c。

每个第一分级层R1'的能带的第一斜率可以在越接近于EBL 460a的组中减小,每个第二分级层R2'的能带的第二斜率可以维持。每个第一分级层R1'的厚度ta'可以在越接近于EBL 460a的组中越大,每个第二分级层R2'的厚度tb'可以是恒定的。随着第一分级层R1'和第二分级层R2'越接近于EBL 460a,每个第一分级层R1'的In成分的斜率可以减小,第二分级层R2'的In成分的斜率可以是恒定的。

本发明构思不限于此,与图6中示出的那些不同,在示例实施例中,第二分级层R2'的厚度tb'可以在三个组452a、452b和452c中彼此不同。每个第二分级层R2'的能带的第二斜率的绝对值可以在越接近于EBL 460a的组中减小,每个第一分级层R1'的能带的第一斜率可以维持。在越接近于EBL 460a的组中,每个第二分级层R2'的厚度tb'可以越大,并且第一分级层R1'的厚度ta'可以是恒定的。随着第一分级层R1'和第二分级层R2'越接近于EBL 460a,第二分级层R2'的In成分的斜率的绝对值可以减小,第一分级层R1'的In成分的斜率可以是恒定的。

图7A是根据本发明构思的示例实施例的半导体发光器件100的能带图的示意图。图7B是作为对比示例的相关技术的半导体发光器件的能带图的示意图。

图7A描绘了与图6中示出的半导体发光器件100相似的结构,在图7A中,有源层550可以分成三个组550a、550b和550c,组550a、550b、550c中的每个可以分别包括具有不同结构的三组量子阱层552a、552b、552c。

图7B是具有包括九个量子阱层52的有源层50的半导体发光器件(对比示例),所述量子阱层52具有与属于图7A的第二组550b的量子阱层552b相同的结构。

作为在示例实施例和对比示例中的芯片测试的结果,确定的是,与对比示例相比,半导体发光器件的光学输出(以120mA为基础)改善了1.1%,其效率下降(以65mA至320mA为基础)提高了2%。

图8是根据本发明构思的示例实施例的半导体发光器件的剖视图。

在图8中示出的半导体发光器件600还可以包括导电支撑基板640、粘合层630、发光堆叠件S、透明电极层645和第一电极650。

发光堆叠件(S)可以包括顺序地设置在导电支撑基板640上的第二导电型半导体层604、有源层603和第一导电型半导体层602。

第一导电型半导体层602可以是满足n型InxAlyGa1-x-yN(0≤x<1,0≤y<1,0≤x+y<1)的氮化物半导体层,n型杂质可以是Si。第二导电型半导体层604可以是满足p型InxAlyGa1-x-yN(0≤x<1,0≤y<1,0≤x+y<1)的氮化物半导体层,p型杂质可以是Mg。有源层603可以具有量子阱层和量子垒层交替堆叠在彼此上的MQW结构。例如,量子阱层和量子垒层可以是具有不同成分的InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤x+y≤1)。有源层603可以包括根据上面参照图1至图7A描述的示例实施例的量子阱层。

粘合层630可以设置在导电支撑基板640与第二导电型半导体层604之间。粘合层630可以使用具有200℃或更高的共熔温度的合金来形成。例如,粘合层630可以使用AuSn合金(大约280℃的共熔温度)、AuGe合金(大约350℃的共熔温度)或AuSi合金(大约380℃的共熔温度)来形成。导电支撑基板640可以包括诸如Si、SiAl、SiC、GaP、InP、AlN和石墨的材料中的一种。

可以选择性地采用设置在第一导电型半导体层602上的透明电极层645。透明电极层645可以与第一导电型半导体层602欧姆接触,并且可以透射由发光堆叠件S发射的光。可以与第一导电型半导体层602欧姆接触的欧姆接触材料可以包括Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt和Au中的至少一种,并且可以具有具备单层或多层的结构。透明电极层645也可以是透明导电氧化层或氮化物层中的一种,例如,可以包含从由ITO、ZITO、ZIO、GIO、ZTO、FTO、AZO、GZO、In4Sn3O12和Zn(1-x)MgxO(0≤x≤1)组成的组中选择的至少一种。如果必要的话,透明电极层645也可以包含石墨烯。

设置在透明电极层645上的第一电极650可以包含诸如Ag、Ni、Al、Cr、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt或Au的材料,并且可应用为具有单层或者两个或更多个层的结构。

半导体发光器件600可以包括在由第一导电型半导体层602提供的发光表面上的不平坦结构。不平坦结构可以起作用以通过减少全内反射来外部地提取由有源层603发射的光。

图9是根据本发明构思的示例实施例的半导体发光器件的示意剖视图。

在图9中示出的半导体发光器件700可以具有用于对于照明用途的高输出的大面积结构。半导体发光器件700可以具有用于提高电流分布效率和散热效率的结构。

半导体发光器件700可以包括发光堆叠件S、第一电极720、绝缘层730、第二电极708和基板710。发光堆叠件S可以包括顺序堆叠的第一导电型半导体层704、有源层705和第二导电型半导体层706。有源层705可以包括根据上面参照图1至图7A描述的示例实施例的量子阱层。

第一电极720可以包括与第二导电型半导体层706和有源层705电绝缘并且延伸到第一导电型半导体层704的至少一部分以电连接到第一导电型半导体层704的至少一个导电通孔780。至少一个导电通孔780可以从第一电极720的界面穿过第二电极708、第二导电型半导体层706和有源层705延伸到第一导电型半导体层704的内部。至少一个导电通孔780可以使用诸如电感耦合等离子体-反应离子蚀刻(ICP-RIE)等的干法蚀刻工艺来形成。

第一电极720可以包括设置在其上的绝缘层730以使第一电极720与不同于基板710和第一导电型半导体层704的区域电绝缘。绝缘层730可以形成在至少一个导电通孔780的侧面上以及在第二电极708与第一电极720之间的空间中。这可以使得第一电极720能够与暴露于至少一个导电通孔780的侧面的第二电极708、第二导电型半导体层706和有源层705绝缘。绝缘层730可以通过沉积诸如SiO2、SiOxNy或SixNy的绝缘材料来形成。

第一导电型半导体层704的接触区C可以通过至少一个导电通孔780来暴露,第一电极720的一部分可以通过至少一个导电通孔780来接触接触区C。这可以使得第一电极720能够连接到第一导电型半导体层704。

至少一个导电通孔780可以按可以减小与其的接触电阻的方式在数量、形状、间距、接触直径(或接触面积)方面进行控制。至少一个导电通孔780可以以行和列的各种形式来布置,因此可以改善半导体发光器件700的电流流动。

第二电极708可以如图9中示出地从发光堆叠件S向外部延伸以提供暴露的电极形成区E。电极形成区E可以包括用于使外部电源连接到第二电极708的电极焊盘部760。电极形成区E可以以单数来例示,但如果必要的话可以设置为多个。电极形成区E可以形成在半导体发光器件700的一侧的边缘上以显著地增大其发光区。

如在示例实施例中,用于蚀刻停止的绝缘层740可以设置在电极焊盘部760周围。用于蚀刻停止的绝缘层740可以在形成发光堆叠件S之后以及在形成第二电极708之前形成在电极形成区E上,并且可以用作在用于电极形成区E的蚀刻工艺中的蚀刻停止件。

第二电极708可以使用具有高反射率同时与第二导电型半导体层706欧姆接触的材料来形成。先前例示的反射电极材料可以用作用于第二电极708的材料。

图10是根据本发明构思的示例实施例的半导体发光器件的剖视图。

参照图10,半导体发光器件800可以包括形成在基板810上的发光堆叠件S。发光堆叠件S可以包括第一导电型半导体层814、有源层815和第二导电型半导体层816。有源层815可以包括根据上面参照图1至图7A描述的示例实施例的量子阱层。

半导体发光器件800可以包括连接到第一导电型半导体层814的第一电极822和连接到第二导电型半导体层816的第二电极824。第一电极822可以包括穿过第二导电型半导体层816和有源层815以连接到第一导电型半导体层814的诸如导电通孔的连接电极部822a以及连接到连接电极部822a的第一电极焊盘822b。连接电极部822a可以被绝缘部821包围以与有源层815和第二导电型半导体层816电分离。连接电极部822a可以设置在使发光堆叠件S被蚀刻的区域上。连接电极部822a可以按可以减小与连接电极部822a的接触电阻的方式在数量、形状或与第一导电型半导体层814的接触面积方面适当地设计。连接电极部822a也可以布置成在半导体堆叠件S上形成行和列,由此改善半导体发光器件800的电流流动。第二电极824可以包括设置在第二导电型半导体层816上的欧姆接触层824a以及设置在第二导电型半导体层816上方的第二电极焊盘824b。

连接电极部822a和欧姆接触层824a可以具有具备单层或多层的结构,所述结构由与第一导电型半导体层814和第二导电型半导体层816欧姆接触的具有欧姆特性的导电材料形成。例如,连接电极部822a和欧姆接触层824a可以使用对诸如Ag、Al、Ni、Cr和透明导电氧化物(TCO)的材料中的至少一种进行沉积等的工艺来形成。

第一电极焊盘822b和第二电极焊盘824b可以分别连接到连接电极部822a和欧姆接触层824a以用作半导体发光器件800的外部端子。例如,第一电极焊盘822b和第二电极焊盘824b可以包含Au、Ag、Al、Ti、W、Cu、Sn、Ni、Pt、Cr、NiSn、TiW、AuSn或它们的共熔金属。

第一电极822和第二电极824可以彼此设置在相同的方向上,并且可以以所谓的倒装芯片形式安装在引线框架等上。

另外,两个第一电极822和第二电极824可以通过绝缘部821彼此电分离。绝缘部821可以使用具有电绝缘特性的任何材料、具有电绝缘特性的任何物体但具有低光吸收的材料来形成。例如,可以使用诸如SiO2的氧化硅和诸如SiOxNy或SixNy的氮化硅。如果必要的话,光反射结构可以通过在光透射材料中分散光反射填充物来形成。按照不同的方式,绝缘部821可以具有交替堆叠有具有各自的不同折射率的多个绝缘膜的多层反射结构。例如,多层反射结构可以是交替堆叠有具有第一折射率的第一绝缘膜和具有第二折射率的第二绝缘膜的分布式布拉格反射器(DBR)。

多层反射结构可以具有折射率不同并且重复堆叠2次至100次的多个绝缘膜。例如,多个绝缘膜可以重复堆叠3次至70次,进一步地,重复堆叠4次至50次。包括在多层反射结构中的多个绝缘膜中的每个可以是诸如SiO2、TiO2、Al2O3或ZrO2的氧化物、诸如SiN、Si3N4、TiN、AlN、TiAlN或TiSiN的氮化物以及诸如SiOxNy的它们的组合。例如,当由有源层815产生的光的波长被定义为λ,且n被定义为对应层的折射率时,第一绝缘膜和第二绝缘膜均可以具有λ/4n的厚度,例如,均可以具有大约至大约的厚度。在这种情况下,多层反射结构可以通过分别选择第一绝缘膜和第二绝缘膜的折射率和厚度来设计以对于由有源层815产生的光的波长具有高反射率(95%或更多)。

具有芯片级封装件(CSP)结构的发光二极管(LED)芯片封装件可以用作发光器件封装件的示例。CSP结构可以允许减小LED芯片封装件的尺寸并且简化其制造工艺,由此适合于在大批量生产中使用,并且可以使诸如磷光体的波长转换材料以及诸如透镜的光学结构能够与LED芯片集成在一起,由此特别适合用于照明装置。

图11是根据本发明构思的示例实施例的包括半导体发光器件的芯片级发光器件封装件的剖视图。

参照图11,发光器件封装件900可以包括设置在安装基板911上方的发光堆叠件S、第一端子Ta、第二端子Tb、磷光体层907和透镜920。发光器件封装件900可以具有形成在半导体发光器件910的位于与主光提取表面相反的方向上的下表面上的电极,并且可以具有彼此集成在一起的磷光体层907和透镜920。

发光堆叠件S可以具有第一导电型半导体层904、第二导电型半导体层906以及设置在它们之间的有源层905堆叠在彼此上的结构。在示例实施例中,第一导电型半导体层904和第二导电型半导体层906可以分别设置为n型半导体层和p型半导体层,并且可以包括诸如AlxInyGa1-x-yN(0<x<1,0<y<1,0<x+y<1)的氮化物半导体。

形成在第一导电型半导体层904与第二导电型半导体层906之间的有源层905可以通过电子和空穴的复合来发射具有预定级别的能量的光,并且可以具有量子阱层和量子垒层交替地堆叠在彼此上的MQW结构。有源层905可以包括根据上面参照图1至图7A描述的示例实施例的量子阱层。

半导体发光器件910可以保持在生长基板从其去除的状态中,并且可以具有形成在生长基板从其去除的表面上的不平坦图案P。作为光转换层的磷光体层907也可以设置在其上形成有不平坦图案P的表面上。生长基板可以不被去除,并且不平坦图案P和光转换层可以形成在生长基板的后表面上。半导体发光器件910可以包括分别连接到第一导电型半导体层904和第二导电型半导体层906的第一电极909a和第二电极909b。第一电极909a可以包括穿过第二导电型半导体层906和有源层905以连接到第一导电型半导体层904的导电通孔908。导电通孔908可以通过形成在有源层905与第二导电型半导体层906之间的绝缘层903来防止被短路。

导电通孔908可以以单数来例示,但是可以提供多个以促进电流分布,并且可以以各种形式来布置。

在示例实施例中采用的安装基板911可以是诸如硅基板的容易应用于半导体工艺的支撑基板,但不限于此。安装基板911和半导体发光器件910可以通过粘合层902和912而彼此结合。粘合层902和912可以包括电绝缘材料或电传导材料。例如,电绝缘材料可以包括诸如SiO2的氧化物、诸如SiN的氮化物或者诸如硅树脂或环氧树脂的树脂材料等,电传导材料可以包括Ag、Al、Ti、W、Cu、Sn、Ni、Pt、Cr、NiSn、TiW、AuSn或它们的共熔金属。根据示例实施例,第一电极909a和第二电极909b可以在没有粘合层902和912的情况下分别连接到安装基板911的第一端子Ta和第二端子Tb。作为另一示例,第一电极909a和第二电极909b可以分别包括多个金属层,例如,凸块下冶金(UBM)层和焊料凸块。在这种情况下,也可以去除安装基板911、粘合层902和粘合层912以及第一端子Ta和第二端子Tb。

图12是根据本发明构思的示例实施例的包括半导体发光器件的发光器件封装件的剖视图。

在图12中示出的发光器件封装件1000可以包括在图1中示出的半导体发光器件100、安装基板1010和包封剂1003。半导体发光器件100可以设置在安装基板1010上以通过布线W电连接到安装基板1010。安装基板1010可以包括基板主体1011、上电极1013、下电极1014以及使上电极1013连接到下电极1014的通过电极1012。基板主体1011可以包括树脂、陶瓷或金属,上电极1013或下电极1014可以是诸如Au、Cu、Ag或Al的金属层。例如,安装基板1010可以设置为诸如印刷电路板(PCB)、金属芯印刷电路板(MCPCB)、金属印刷电路板(MPCB)或柔性印刷电路板(FPCB)的基板,安装基板1010的结构可以以各种形式来应用。

包封剂1003可以呈具有根据示例实施例的凸出上表面的圆顶形透镜结构,并且可以包括具有凸透镜结构或凹透镜结构的表面,由此允许调节穿过包封剂1003的上表面发射的光的方位角。

图13是根据本发明构思的示例实施例的包括半导体发光器件的发光器件封装件的剖视图。

在图13中示出的半导体发光器件封装件1100可以包括在图1中示出的半导体发光器件100、封装主体1102和一对引线框架1103。

半导体发光器件100可以设置在一对引线框架1103上,半导体发光器件100的相应的电极可以通过布线W电连接到一对引线框架1103。如果必要的话,半导体发光器件100可以设置在不同于引线框架1103的区域中(诸如在封装主体1102上)。另外,封装主体1102可以具有呈杯形的凹进部,从而可增大光反射效率,凹进部可以用包括光透射材料的包封剂1105填充以包封半导体发光器件100和布线W等。

如果必要的话,包封剂1105可以包含诸如磷光体和/或量子点的波长转换材料。将在下面更详细地描述波长转换材料。

图14是根据本发明构思的示例实施例的包括半导体发光器件的背光单元的透视图。

参照图14,背光单元2000可以包括导光板2040以及分别设置在导光板2040的相对侧表面上的光源模块2010。背光单元2000也可以进一步包括设置在导光板2040下面的反射器2020。根据示例实施例的背光单元2000可以是边缘型。

根据示例实施例,光源模块2010可以仅设置在导光板2040的侧表面上,或者另外设置在其另一侧表面上。光源模块2010可以包括PCB 2001和设置在PCB 2001的上表面上的多个光源2005。这里,光源2005可以包括根据示例实施例的半导体发光器件。

图15是根据本发明构思的示例实施例的包括半导体发光器件的直下型背光单元的剖视图。

参照图15,背光单元2100可以包括光漫射板2140以及设置在光漫射板2140下面的光源模块2110。背光单元2100也可以进一步包括设置在光漫射板2140下面并且容纳光源模块2110的底部壳体2160。根据示例实施例的背光单元2100可以是直下型。

光源模块2110可以包括PCB 2101以及设置在PCB 2101的上表面上的多个光源2105。这里,光源2105可以包括根据示例实施例的半导体发光器件。

图16是采用根据本发明构思的示例实施例的光源模块的照明装置的示意图。根据示例实施例的照明装置可以包括例如车辆的尾灯。

参照图16,照明装置4000可以包括支撑光源模块4010的外壳4020以及覆盖外壳4020以保护光源模块4010的盖4030,反射器4040可以设置在光源模块4010上。反射器4040可以包括多个反射表面4041以及设置在多个反射表面4041的相应的底表面上的多个通孔4042。光源模块4010的多个发光单元4017可以分别通过通孔4042暴露于反射表面4041。

照明装置4000可以具有整体上缓慢弯曲的结构以与车辆的角部的形状对应。因此,发光单元4017可以附着到框架4013以匹配照明装置4000的弯曲结构,由此形成具有与弯曲结构对应的阶梯结构的光源模块4010。光源模块4010的这种结构可以根据照明装置4000(例如,尾灯)的设计来各种地修改。这也可以允许改变附着到框架4013的发光单元4017的数量。

在示例实施例中,照明装置4000例示为车辆的尾灯,但本发明构思不限于此。例如,照明装置4000可以包括车辆的前照灯以及安装在车辆的车镜中的转向信号灯。在这种情况下,光源模块4010可以具有与头灯和转向信号灯的弯曲表面对应的多阶梯结构。

图17是根据本发明构思的示例实施例的包括半导体发光器件的平板照明装置的透视图。

参照图17,平板照明装置4100可以包括光源模块4110、电源4120和外壳4130。根据示例实施例,光源模块4110可以包括作为光源的发光器件阵列,电源4120可以包括发光器件驱动器。

光源模块4110可以包括发光器件阵列,并且可以具有整体上平坦的形状。发光器件阵列可以包括发光器件和存储发光器件的驱动信息的控制器。发光器件可以是根据示例实施例的半导体发光器件。

电源4120可以被构造成向光源模块4110供电。外壳4130可以具有用于将光源模块4110和电源4120接纳在其中的空间,并且可以呈具有敞开的侧表面的六面体形状,但不限于此。光源模块4110可以设置成将光发射到外壳4130的敞开的侧表面。

图18是根据本发明构思的示例实施例的包括半导体发光器件的灯的分解透视图。

参照图18,照明装置4200可以包括灯座4219、电源4220、热沉4230、光源模块4240和光学单元4250。光源模块4240可以包括发光器件阵列,电源4220可以包括发光器件驱动器。

灯座4219可以被构造成代替传统的照明装置的灯座。供应到照明装置4200的电力可以通过灯座4219来施加。如图18中所示,电源4220可以分离地附设有第一电源4221和第二电源4222。热沉4230可以包括内热沉4231和外热沉4232。内热沉4231可以直接连接到光源模块4240和/或电源4220。这可以允许热传递到外热沉4232。光学单元4250可以包括内光学部(未示出)和外光学部(未示出),并且可以被构造成均匀地散射由光源模块4240发射的光。

光源模块4240可以从电源4220接收电力以将光发射到光学单元4250。光源模块4240可以包括至少一个发光器件4241、电路板4242和控制器4243,控制器4243可以存储至少一个发光器件4241的驱动信息。至少一个光源4241可以是根据示例实施例的半导体发光器件。

图19是根据本发明构思的示例实施例的包括半导体发光器件的棒型灯的分解透视图。

参照图19,照明装置4400可以包括热沉4410、盖4441、光源模块4450、第一灯座4460和第二灯座4470。多个热沉翅片4431和4420可以具有在热沉4410的内表面或/和外表面上的不平坦形状,并且可以设计成具有各种形状和间隔。热沉4410可以具有形成在其内部上的突出支撑件4432。突出支撑件4432可以固定到光源模块4450。热沉4410可以具有分别形成在其相对的端部上的突出4433。

盖4441可以具有形成在其中的凹槽4442,热沉4410的突出4433可以分别通过钩结合结构结合到凹槽4442。凹槽4442和突出4433的位置可以彼此颠倒。

光源模块4450可以包括发光器件阵列。光源模块4450可以包括PCB4451、光源4452和控制器4453。控制器4453可以存储光源4452的驱动信息。PCB 4451可以具有形成在其上的电路线以使光源4452操作。PCB 4451也可以包括用于使光源4452操作的组件。光源4452可以包括根据示例实施例的半导体发光器件。

第一灯座4460和第二灯座4470可以具有第一灯座4460和第二灯座4470可以作为一对灯座结合到包括热沉4410和盖4441的圆柱形盖单元的两个端部的结构。例如,第一灯座4460可以包括电极端子4461和电源4462,第二灯座4470可以包括设置在其上的虚设端子4471。另外,第一灯座4460和第二灯座4470中的一个可以具有构建在其中的光学传感器和/或通信模块。例如,具有设置在其上的虚设端子4471的第二灯座4470可以具有构建在其中的光学传感器和/或通信模块。作为另一示例,具有设置在其上的电极端子4461的第一灯座4460可以具有构建在其中的光学传感器和/或通信模块。

如上面所阐述的,根据本发明构思的示例实施例,可以改善半导体发光器件的光学输出和效率下降。

虽然上面已经示出并且描述了示例性实施例,但对于本领域技术人员将明显的是,在不脱离如附加的权利要求所限定的本发明构思的范围的情况下,可作出修改和变化。

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