專利名稱：發(fā)光器件、其制造方法、發(fā)光設備和照明系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
實施方案涉及發(fā)光器件、其制造方法和發(fā)光設備。
背景技術：
發(fā)光二極管包括具有第一導電半導體層、有源層和第二導電半導體層的發(fā)光結(jié) 構(gòu)，該發(fā)光結(jié)構(gòu)隨著對其供電而發(fā)光。
發(fā)光結(jié)構(gòu)形成在生長襯底例如藍寶石襯底上，作為外延層，并且在發(fā)光結(jié)構(gòu)上形 成反射層。然后，在反射層上形成導電襯底并且移除生長襯底，由此獲得垂直型發(fā)光二極管。

發(fā)明內(nèi)容
實施方案提供具有改善的結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件、其制造方法和發(fā)光設備。實施方案提供能夠改善發(fā)光效率的發(fā)光器件、其制造方法以及發(fā)光設備。根據(jù)一個實施方案，提供發(fā)光器件，包括導電襯底；在所述導電襯底上的反射 層；在所述導電襯底的上表面的周邊部分上的蝕刻保護層；和發(fā)光結(jié)構(gòu)，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)形 成在反射層和蝕刻保護層上，使得所述蝕刻保護層部分暴露，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)包括第一導電 半導體層、第二導電半導體層、以及在所述第一導電半導體層和第二導電半導體層之間的 有源層，其中所述蝕刻保護層包括具有第一折射率的第一折射層和具有大于第一折射率 的第二折射率的第二折射層。根據(jù)一個實施方案，提供發(fā)光器件封裝，包括封裝體；在所述封裝體上的發(fā)光器 件；與所述發(fā)光器件電連接的電極；和包圍所述發(fā)光器件的包封層。所述發(fā)光器件包括導 電襯底；在所述導電襯底上的反射層；在所述導電襯底的上表面的周邊部分上的蝕刻保護 層；和發(fā)光結(jié)構(gòu)，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)形成在所述反射層和所述蝕刻保護層上，使得所述蝕刻保護 層部分暴露，其中所述蝕刻保護層包括具有第一折射率的第一折射層和具有大于第一折射 率的第二折射率的第二折射層。根據(jù)一個實施方案，提供照明系統(tǒng)，包括發(fā)光器件封裝，所述發(fā)光器件封裝包括 封裝體、在所述封裝體上的發(fā)光器件、與所述發(fā)光器件電連接的電極、和包圍所述發(fā)光器件 的包封層。所述發(fā)光器件包括導電襯底；在所述導電襯底上的反射層；在所述導電襯底的 上表面的周邊部分上的蝕刻保護層；和發(fā)光結(jié)構(gòu)，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)形成在所述反射層和所述 蝕刻保護層上，使得所述蝕刻保護層部分暴露，其中所述蝕刻保護層包括具有第一折射率 的第一折射層和具有大于第一折射率的第二折射率的第二折射層。


圖1 6是顯示制造根據(jù)一個實施方案的發(fā)光器件的方法的截面圖；圖7是顯示根據(jù)一個實施方案的發(fā)光器件的截面圖；圖8和9是顯示在根據(jù)一個實施方案的發(fā)光器件中的蝕刻保護層的反射因子的 圖；圖10和11是顯示在根據(jù)另一實施方案的發(fā)光器件中的蝕刻保護層的反射因子的 圖；圖12是顯示根據(jù)一個實施方案的發(fā)光設備的圖。
具體實施例方式在實施方案的描述中，應理解，當層(或膜)、區(qū)域、圖案或結(jié)構(gòu)稱為在另一襯底、 另一層(或膜)、另一區(qū)域、另一墊或另一圖案“上”或“下”時，其可以“直接地”或者“間 接地”在所述另一襯底、層(或膜)、區(qū)域、墊、或圖案上或下，或也可存在一個或更多個中間 層。層的這種位置參考附圖進行描述。為了方便和清楚的目的，附圖中顯示的各層的厚度和尺寸可進行放大、省略或者 示意地繪出。此外，元件的尺寸并不絕對地反映實際尺寸。圖1 6是顯示制造根據(jù)實施方案的發(fā)光器件的方法的截面圖。參考圖1，在生長襯底1上形成包括緩沖層的氮化物半導體層2，在氮化物半導體 層2上形成包括第一導電半導體層3、有源層4和第二導電半導體層5的發(fā)光結(jié)構(gòu)6。各種襯底，例如41203、5丨、5比、6&48、2110和1%0襯底，可用作生長襯底1。氮化物 半導體層2可包括未摻雜的GaN層，發(fā)光結(jié)構(gòu)6可包括GaN基半導體層。第一導電半導體層3可包括摻雜有第一導電摻雜劑的第III-V族化合物半導體。 例如,第一導電半導體層 3 可包括GaN、A1N、AlGaN、InGaN, InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、 GaP, GaAs, GaAsP或者AlGalnP。如果第一導電半導體層3是N型半導體層，則第一導電摻 雜劑是N型摻雜劑，例如Si、Ge、Sn、Se或者Te。第一導電半導體層3可具有單層結(jié)構(gòu)或者 多層結(jié)構(gòu)，但是實施方案不限于此。有源層4形成在第一導電半導體層3上并可具有單量子阱結(jié)構(gòu)、多量子阱(MQW) 結(jié)構(gòu)、量子點結(jié)構(gòu)和量子線結(jié)構(gòu)中的一種。有源層4可通過使用第III-V族化合物半導體制 備為阱層/勢壘層。例如，有源層4可包括InGaN阱層/GaN勢壘層或者InGaN阱層/AlGaN 勢壘層。覆層可插入有源層4和第一導電半導體層3之間、或者有源層4和第二導電半導 體層5之間。覆層可包括AlGaN基半導體。第二導電半導體層5形成在有源層4上。第二導電半導體層5可包括摻雜有第 二導電摻雜劑的第III-V族化合物半導體。例如，第二導電半導體層5可包括GaN、A1N、 AlGaN、InGaN, InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP, GaAs, GaAsP 或者 AlGalnP。如果第二導 電半導體層5是P型半導體層，則第二導電摻雜劑是P型摻雜劑，例如Mg或者Zn。第二導 電半導體層5可具有單層結(jié)構(gòu)或者多層結(jié)構(gòu)，但是實施方案不限于此。同時，發(fā)光結(jié)構(gòu)6還可包括在第二導電半導體層5上的N型半導體層。例如，發(fā) 光結(jié)構(gòu)6可包括N-P結(jié)、P-N結(jié)、N-P-N結(jié)和P-N-P結(jié)中的至少一種。
在第二導電半導體層5的上表面的周邊區(qū)域上形成蝕刻保護層7。當實施隔離蝕刻以將發(fā)光器件分隔為芯片單元時，蝕刻保護層7防止由于金屬材 料濺至第一導電半導體層3、有源層4和第二導電半導體層5所導致的短路。蝕刻保護層7可通過交替堆疊具有不同折射率的兩種介質(zhì)來形成。蝕刻保護層7 有效地反射由有源層4發(fā)出的光，由此改善發(fā)光器件的發(fā)光效率。后續(xù)將詳細描述蝕刻保 護層7。參考圖2，在第二導電半導體層5上形成反射層8。反射層8可包括具有高反射率的Ag、Al、Ag-Pd-Cu和Ag-Cu中的至少一種。雖然附圖中未顯示，但是可在第二導電半導體層5上形成歐姆接觸層用于歐姆接 觸，并且可在歐姆接觸層上形成粘合層。在這種情況下，反射層8形成在粘合層上。否則， 歐姆接觸層形成在第二導電半導體層5上用于歐姆接觸，并且在歐姆接觸層上形成反射層 8。例如，歐姆接觸層可包括ITO (氧化銦錫)。歐姆接觸層包括使得與第二導電半導 體層5歐姆接觸的材料。
粘合層可包括AZO (氧化鋁鋅)或者IZO (氧化銦鋅)。由于粘合層包括氧化物材 料，所以可改善透光率。如果使用AZO或者IZO作為粘合層，則粘合層可形成為具有大的厚 度，所以可防止反射層8的材料擴散到發(fā)光結(jié)構(gòu)中。根據(jù)反射層8的材料，可選擇性地形成 歐姆接觸層和粘合層。參考圖3，在反射層8上形成籽層9。籽層9可包括Au、Cu、Mo、Pt、Sn和W中的一 種。在籽層9上形成導電襯底10。例如，導電襯底10可通過在籽層9上涂敷銅來形成?？稍诜瓷鋵?上形成接合層(未顯示)以將導電襯底10與反射層8接合，來替代 在反射層8上形成籽層9。在這種情況下，導電襯底10可包括Ti、Cu、Cr、Ni、Al、Pt、Au、 W、Mo和摻雜有雜質(zhì)的半導體襯底中的至少一種。參考圖4，在圖3中所示的結(jié)構(gòu)中，通過LLO (激光剝離)技術或者CLO (化學剝離) 技術移除生長襯底1。此時，也移除氮化物半導體層2。根據(jù)實施方案，僅移除生長襯底1。參考圖5，實施隔離蝕刻工藝以將發(fā)光器件分隔為芯片單元。隔離蝕刻工藝可包括 ICP(感應耦合等離子體)工藝。氮化物半導體層2、第一導電半導體層3、有源層4和第二 導電半導體層5的周邊部分通過隔離蝕刻工藝部分移除。此時，蝕刻保護層7部分暴露。由于蝕刻保護層7，所以可防止由籽層9、接合層和 導電襯底10產(chǎn)生顆粒，并可防止因顆粒附著于發(fā)光結(jié)構(gòu)6而產(chǎn)生的短路。參考圖6，選擇性地移除氮化物半導體層2，以在第一導電半導體層3上形成電極 11。此外，在氮化物半導體層2的上表面上形成具有孔形或者柱形的光提取結(jié)構(gòu)2a，使得可 有效地向上提取由發(fā)光結(jié)構(gòu)6發(fā)出的光。這樣可制造根據(jù)實施方案的發(fā)光器件。圖7是顯示根據(jù)一個實施方案的發(fā)光器件的截面圖。通過圖1 6中顯示的方法制造圖7中所示的發(fā)光器件。發(fā)光器件包括導電襯底10，在導電襯底10上形成有籽層9或者接合層(未顯示)， 在籽層9或者接合層的中心部分上形成有反射層8。此外，在籽層9或者接合層的上表面的 周邊部分上形成蝕刻保護層7。當對發(fā)光器件實施隔離蝕刻工藝時，蝕刻保護層7用作保護層以防止由于籽層9、接合層或者導電襯底10的材料濺至發(fā)光結(jié)構(gòu)6而導致的短路。此外，蝕刻保護層7反射由 有源層4發(fā)出的光，使得可防止由于籽層9、接合層或者導電襯底10吸收光而導致的發(fā)光效 率的劣化。蝕刻保護層7包括具有第一折射率的第一折射層7a和具有大于第一折射率的第 二折射率的第二折射層7b。多個第一折射層7a和第二折射層7b交替并重復地形成。提供 至少一對第一折射層7a和第二折射層7b。優(yōu)選地，提供至少兩對第一折射層7a和第二折 射層7b。
第一折射層7a可包括折射率為1. 4的SiO2和折射率為1. 7的Al2O3中的至少一種， 第二折射層7b可包括折射率為4. 6的Si和折射率為3. 2的Si-H、折射率為2. 0的Si3N4、 折射率為2. 0的SiN、折射率為2. 1 2. 4的TiO2和折射率為2. 1的&02中的至少一種。蝕刻保護層7可用作DBR(分布布拉格反射體)以提高反射因子。當由發(fā)光器件發(fā)出的光的波長是λ，第一折射層7a或者第二折射層7b的折射率 是n，并且m是奇數(shù)時，蝕刻保護層7的第一折射層7a和第二折射層7b堆疊為具有m λ /4η 的厚度，以在光的特定波長λ處獲得95%或更高的反射因子。例如，第一折射層7a可形成 為具有大于第二折射層7b的厚度。同時，在籽層9或者接合層上形成反射層8。反射層8的至少一部分被蝕刻保護 層7包圍。反射層8反射由有源層4發(fā)出的并朝向?qū)щ娨r底10的光，使得光朝向向上的方 向，由此改善發(fā)光器件的光效率。在反射層8上形成包括第二導電半導體層5、有源層4和第一導電半導體層3的發(fā) 光結(jié)構(gòu)6，在第一導電半導體層3上形成具有光提取結(jié)構(gòu)2a的氮化物半導體層2。此外，在 第一導電半導體層3上形成電極11。如圖7中的箭頭所示，由發(fā)光器件發(fā)出的光的一部分透過發(fā)光結(jié)構(gòu)6的橫向側(cè)面 朝向蝕刻保護層7。如上所述，蝕刻保護層7具有高的反射率，使得可改善發(fā)光器件的發(fā)光 效率。圖8和9是顯示在根據(jù)一個實施方案的發(fā)光器件中的蝕刻保護層的反射因子的 圖，圖10和11是顯示在根據(jù)另一實施方案的發(fā)光器件中的蝕刻保護層的反射因子的圖。參考圖8和9，當在發(fā)出波長為460nm的光的發(fā)光器件中重復形成厚度為82. 14nm 并包括折射率為1. 4的SiO2的第一折射層7a、以及厚度為57. 5nm并包括折射率為2. 0的 SiN的第二折射層7b時，可獲得圖8和9中所示的蝕刻保護層7的反射因子。參考圖8，根據(jù)由發(fā)光器件發(fā)出的光的波長，以百分比(％)為單位表示反射因子。 參考圖9，根據(jù)第一折射層7a和第二折射層7b的對的數(shù)目，以百分比(％ )為單位表示反 射因子。如圖8中所示，蝕刻保護層7相對于波長為400nm 540nm的光表現(xiàn)出90%或更 高的反射因子。此外，如圖9中所示，反射因子可與第一折射層7a和第二折射層7b的對的 數(shù)目成比例地增加。參考圖10和11，當在發(fā)出波長為460nm的光的發(fā)光器件中重復形成厚度為 82. 14nm并包括折射率為1. 4的SiO2的第一折射層7a、以及厚度為54. 76nm并包括折射率 為2. 1的TiO2的第二折射層7b時，可獲得圖10和11中所示的蝕刻保護層7的反射因子。參考圖10，根據(jù)由發(fā)光器件發(fā)出的光的波長，以百分比(％)為單位表示反射因子。參考圖11，根據(jù)第一折射層7a和第二折射層7b的對的數(shù)目，以百分比(％)為單位表 示反射因子。如圖10中所示，蝕刻保護層7相對于波長為400nm 540nm的光表現(xiàn)出90%或更 高的反射因子。此外，如圖11中所示，反射因子可與第一折射層7a和第二折射層7b的對 的數(shù)目成比例地增加。如上所述，根據(jù)實施方案的發(fā)光器件包括蝕刻保護層7，從而可改善發(fā)光效率。圖12是顯示根據(jù)實施方案的包括發(fā)光器件的發(fā)光器件封裝的截面圖。參考圖12，根據(jù)實施方案的發(fā)光器件封裝包括封裝體30、在封裝體30中安裝的 第一電極31和第二電極32、在封裝體30中安裝的并與第一電極31和第二電極32電連接 的發(fā)光器件100、和包圍發(fā)光器件100的包封層40。封裝體30可包括硅、合成樹脂或者金屬并可具有腔，該腔具有傾斜的橫向側(cè)面。第一電極31和第二電極32彼此電隔離并為發(fā)光器件100供電。此外，第一電極 31和第二電極32反射由發(fā)光器件100發(fā)出的光，以改善光效率并將由發(fā)光器件100產(chǎn)生的 熱耗散至外部。如圖7中所示的發(fā)光器件可用作發(fā)光器件100。發(fā)光器件100可安裝在封裝體30、 第一電極31或者第二電極32上。發(fā)光器件100可通過布線方案、倒裝芯片方案或者芯片接合方案與第一電極31和 第二電極32電連接。根據(jù)實施方案，發(fā)光器件100通過導線50與第一電極31電連接同時 與第二電極32直接接觸。包封層40包圍發(fā)光器件100以保護發(fā)光器件100。此外，包封層40可包括磷光體 以改變由發(fā)光器件100發(fā)出的光的波長。發(fā)光設備可包括至少一個根據(jù)實施方案的發(fā)光器件。實施方案可不限制發(fā)光器件 的數(shù)目。在襯底上可布置根據(jù)實施方案的多個發(fā)光器件封裝。此外，在由發(fā)光器件封裝發(fā) 出的光的路徑中可布置光學元件，例如光導板、棱鏡片和擴散片。發(fā)光器件封裝、襯底、光學 元件可用作照明器件。根據(jù)另一實施方案，通過使用發(fā)光器件或者發(fā)光器件封裝可構(gòu)成顯 示器件、指示器件或者照明系統(tǒng)。例如，照明系統(tǒng)可包括燈或者路燈。在本說明書中對〃 一個實施方案〃、‘‘實施方案〃、‘‘示例性實施方案〃等的任 何引用，表示與該實施方案相關描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性包括于本發(fā)明的至少一個實 施方案中。在說明書不同地方出現(xiàn)的這些措詞不必都涉及相同的實施方案。此外，當結(jié)合 任何實施方案描述具體的特征、結(jié)構(gòu)或特性時，認為將這些特征、結(jié)構(gòu)或特性與其它實施方 案的特征、結(jié)構(gòu)或特性相關聯(lián)在本領域技術人員的能力范圍之內(nèi)。雖然已經(jīng)參考大量說明性實施方案描述了實施方案，但是應理解本領域技術人員可設計很多其它的改變和實施方案，這些也將落入本公開原理的精神和范圍內(nèi)。更具體地， 在公開、附圖和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，在對象組合布置的構(gòu)件和/或布置中能具有各種 變化和改變。除構(gòu)件和/或布置的變化和改變之外，對本領域技術人員而言，可替代的用途 也是明顯的。
權(quán)利要求
一種發(fā)光器件，包括導電襯底；在所述導電襯底上的反射層；在所述導電襯底的上表面的周邊部分上的蝕刻保護層；和發(fā)光結(jié)構(gòu)，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)形成在所述反射層和所述蝕刻保護層上使得所述蝕刻保護層部分暴露，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)包括第一導電半導體層、第二導電半導體層以及在所述第一導電半導體層和第二導電半導體層之間的有源層，其中所述蝕刻保護層包括具有第一折射率的第一折射層和具有大于所述第一折射率的第二折射率的第二折射層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述蝕刻保護層與所述導電襯底在垂直方向 上交疊并與所述發(fā)光結(jié)構(gòu)在垂直方向上部分交疊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述第一折射層和第二折射層交替堆疊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述第一折射層包括Si02和A1203中的至少 一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述第二折射層包括Si、Si-H、Si3N4、SiN、 Ti02和&02中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，還包括在所述導電襯底和所述反射層之間的籽層或者接合層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，還包括在所述反射層和所述發(fā)光結(jié)構(gòu)之間的歐 姆接觸層和粘合層中的至少一個。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，還包括在所述發(fā)光結(jié)構(gòu)上的具有光提取結(jié)構(gòu)的 氮化物半導體層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中提供至少兩對第一折射層和第二折射層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述第一折射層和第二折射層分別具有 m入/4n的厚度，其中\(zhòng)是由所述發(fā)光結(jié)構(gòu)發(fā)出的光的波長，n是所述第一折射層或者所述 第二折射層的折射率，m是奇數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述第一折射層比所述第二折射層厚。
12.一種發(fā)光器件封裝，包括 封裝體；在所述封裝體上的發(fā)光器件； 與所述發(fā)光器件電連接的電極；和 包圍所述發(fā)光器件的包封層， 其中所述發(fā)光器件包括 導電襯底；在所述導電襯底上的反射層；在所述導電襯底的上表面的周邊部分上的蝕刻保護層；和發(fā)光結(jié)構(gòu)，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)形成在所述反射層和所述蝕刻保護層上使得所述蝕刻保護層 部分暴露，其中所述蝕刻保護層包括具有第一折射率的第一折射層和具有大于所述第一折射率的第二折射率的第二折射層。
13.—種制造發(fā)光器件的方法，所述方法包括在生長襯底上形成包括第一導電半導體層、有源層和第二導電半導體層的發(fā)光結(jié)構(gòu)； 在所述發(fā)光結(jié)構(gòu)上形成反射層和蝕刻保護層； 在所述反射層和所述蝕刻保護層上形成導電襯底；移除所述生長襯底，和移除所述發(fā)光結(jié)構(gòu)以使得所述蝕刻保護層部分暴露；和 在所述第一導電半導體層上形成電極，其中所述蝕刻保護層包括具有第一折射率的第一折射層和具有大于所述第一折射率 的第二折射率的第二折射層。
14.一種照明系統(tǒng)，包括發(fā)光器件封裝，該發(fā)光器件封裝包括封裝體、在所述封裝體上的發(fā)光器件、與所述發(fā) 光器件電連接的電極、和包圍所述發(fā)光器件的包封層， 其中所述發(fā)光器件包括 導電襯底；在所述導電襯底上的反射層；在所述導電襯底的上表面的周邊部分上的蝕刻保護層；和發(fā)光結(jié)構(gòu)，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)形成在所述反射層和所述蝕刻保護層上使得所述蝕刻保護層 部分暴露，其中所述蝕刻保護層包括具有第一折射率的第一折射層和具有大于所述第一折射率 的第二折射率的第二折射層。
全文摘要
本發(fā)明公開一種發(fā)光器件，包括導電襯底；在導電襯底上的反射層；在導電襯底的上表面的周邊部分上的蝕刻保護層；和發(fā)光結(jié)構(gòu)，發(fā)光結(jié)構(gòu)形成在反射層和蝕刻保護層上，使得蝕刻保護層部分暴露，發(fā)光結(jié)構(gòu)包括第一導電半導體層、第二導電半導體層以及在第一導電半導體層和第二導電半導體層之間的有源層，其中蝕刻保護層包括具有第一折射率的第一折射層和具有大于第一折射率的第二折射率的第二折射層。
文檔編號F21Y101/02GK101834255SQ20101013576
公開日2010年9月15日 申請日期2010年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月10日
發(fā)明者樸德炫 申請人:Lg伊諾特有限公司