專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
實(shí)施方案涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件。
背景技術(shù)：
第III-V族氮化物半導(dǎo)體已經(jīng)廣泛用于光學(xué)器件如藍(lán)色/綠色發(fā)光二極管(LED)、高速開(kāi)關(guān)器件如MOSFET (金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)和HEMT (異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管)以及 照明設(shè)備或顯示設(shè)備的光源。氮化物半導(dǎo)體主要用于LED (發(fā)光二極管)或LD (激光二極管)，并且已經(jīng)持續(xù)進(jìn) 行研究以改進(jìn)氮化物半導(dǎo)體的制造工藝或光效率。

發(fā)明內(nèi)容
實(shí)施方案提供在襯底和第一半導(dǎo)體層之間具有光提取結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件。實(shí)施方案提供在襯底和第一半導(dǎo)體層之間具有氣隙部的半導(dǎo)體發(fā)光器件。實(shí)施方案提供半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中開(kāi)口部設(shè)置在第一半導(dǎo)體層內(nèi)，并且連接至 開(kāi)口部的氣隙部設(shè)置在襯底和第一半導(dǎo)體層之間?！獋€(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案的細(xì)節(jié)在附圖和下文的說(shuō)明中提出。從說(shuō)明書(shū)和附圖以及 權(quán)利要求，其他特征將變得明顯。一個(gè)實(shí)施方案提供一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其包括襯底；在所述襯底上的第一半 導(dǎo)體層；設(shè)置在所述襯底和所述第一半導(dǎo)體層之間的至少一部分中的氣隙部；和在所述第 一半導(dǎo)體層上的多個(gè)化合物半導(dǎo)體層，其包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型 半導(dǎo)體層。一個(gè)實(shí)施方案提供一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其包括具有有凹凸結(jié)構(gòu)的頂表面的襯 底；在所述襯底上的第一半導(dǎo)體層；在所述襯底和所述第一半導(dǎo)體層之間的氣隙部；和在 所述第一半導(dǎo)體層上的多個(gè)化合物半導(dǎo)體層，其包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、有源層和第二 導(dǎo)電型半導(dǎo)體層。一個(gè)實(shí)施方案提供一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其包括襯底；在所述襯底上的凹凸部； 在所述襯底上的第一半導(dǎo)體層；在所述襯底和所述第一半導(dǎo)體層之間的氣隙部；在所述第 一半導(dǎo)體層上的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；在所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上的有源層；在所述有 源層上的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；電連接至所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的第一電極；和電連接 至所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的第二電極。一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案的細(xì)節(jié)在附圖和下文的說(shuō)明中提出。從說(shuō)明書(shū)和附圖以及 權(quán)利要求，其他特征將變得明顯。


圖1是根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)視截面圖。圖2是圖1的局部放大視圖。
圖3至7是示出圖1的半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造工藝的圖。圖8是根據(jù)第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)視截面圖。圖9是根據(jù)第三實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)視截面圖。圖10是根據(jù)第四實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)視截面圖。圖11是根據(jù)第五實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)視截面圖。圖12是根據(jù)第六實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)視截面圖。圖13是根據(jù)第七實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件封裝的側(cè)視截面圖。圖14是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的照明單元的透視圖。圖15是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的背光單元的透視圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)參照本公開(kāi)的實(shí)施方案，其實(shí)施例在附圖中示出。在實(shí)施方案的說(shuō)明 中，應(yīng)理解，當(dāng)稱層在另一層之“上”或“下”時(shí)，關(guān)于在每層之“上”或“下”是基于附圖而言 的。此外，附圖中每層的厚度是舉例性的，而不限于此。在實(shí)施方案的說(shuō)明中，應(yīng)理解，當(dāng)稱層(或膜)、區(qū)、圖案或結(jié)構(gòu)在另一層(或膜)、 區(qū)、墊或圖案之“上”時(shí)，術(shù)語(yǔ)“上”或“下”包括“直接”和“間接”兩種含義。參照?qǐng)D1，半導(dǎo)體發(fā)光器件100包括襯底101、第一半導(dǎo)體層105、開(kāi)口部107、氣隙 部109、第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110、有源層120和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130。襯底101可包括絕緣襯底或?qū)щ娨r底。例如，襯底101可由Al203、SiC、Si、GaAs、 GaN、ZnO、Si、GaP、InP、Ge和Ga2O3中的至少一種形成。凹部和凸部102和103可設(shè)置在襯 底101上。凹部和凸部102和103可具有矩陣或條狀形狀。凸部103可具有圖案形狀例如 透鏡、柱、或角形形狀，但是不限于此。凸部103可通過(guò)蝕刻襯底101或使用單獨(dú)的掩模層形成。設(shè)置在氣隙部109處的 襯底101的凸部103通過(guò)蝕刻襯底101形成為不規(guī)則形狀或隨機(jī)形狀。第一半導(dǎo)體層105設(shè)置在襯底101上。第一半導(dǎo)體層105可由第III-V族元素的 化合物半導(dǎo)體形成。例如，第一半導(dǎo)體層105可由GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN禾口 AlInN中的一種形成。第一半導(dǎo)體層105可具有單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。第一半導(dǎo)體層105 可包括未摻雜的半導(dǎo)體層或摻雜有摻雜劑的導(dǎo)電半導(dǎo)體層。第一半導(dǎo)體層105可具有約 0. 01 μ m至約20 μ m的厚度Tl。使用第II至VI族元素的化合物半導(dǎo)體的緩沖層可設(shè)置在 襯底101和第一半導(dǎo)體層105之間。緩沖層可減少襯底101和第一半導(dǎo)體層105之間的晶 格常數(shù)差。開(kāi)口部107可限定在第一半導(dǎo)體層105的預(yù)定區(qū)域中。開(kāi)口部107可具有圓形、多 邊形或隨機(jī)的形狀。至少一個(gè)開(kāi)口部107可限定在第一半導(dǎo)體層105中。多個(gè)開(kāi)口部107 可相互隔開(kāi)。開(kāi)口部107可連接至氣隙部109或與氣隙部109連通。開(kāi)口部107可在第一半導(dǎo)體層105內(nèi)具有深度以暴露襯底101。從襯底101向上突出的一個(gè)或更多個(gè)凸部103可設(shè)置在開(kāi)口部107之下。如圖2所示，開(kāi)口部107可具有預(yù)定直徑Dl，例如，約0. 01 μ m至約10 μ m的直徑。 開(kāi)口部107的直徑Dl可限定在預(yù)定范圍內(nèi)以保持開(kāi)口部107的一部分，即使設(shè)置第一導(dǎo)電 型半導(dǎo)體層110時(shí)也是如此。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110可填充到開(kāi)口部107中，并且它可以根據(jù)開(kāi)口部107的直徑Dl而變化。氣隙部109限定在第一半導(dǎo)體層105和襯底101之間。氣隙部109連接至開(kāi)口部107并沿第一半導(dǎo)體層105和襯底101之間的界面延伸預(yù)定長(zhǎng)度。氣隙部109相對(duì)于開(kāi)口 部107的中心向外延伸預(yù)定長(zhǎng)度D2和D3。在此處，氣隙部109的長(zhǎng)度D2和D3之和可大于 開(kāi)口部107的直徑Dl。氣隙部109具有圍繞開(kāi)口部107的不平坦的形狀，例如，沿襯底101和第一半導(dǎo)體 層105之間的界面的凹凸形狀。因此，氣隙部109在襯底101和第一半導(dǎo)體層105之間提 供不規(guī)則的氣隙。氣隙部109可相對(duì)于第一半導(dǎo)體層105的底表面具有不平坦的形狀。在該情況下， 氣隙部109的一部分可在第一半導(dǎo)體層105之下具有角形形狀例如錐形、多邊角形或非典 型形狀。進(jìn)入第一半導(dǎo)體層105的光的臨界角可通過(guò)氣隙部109的形狀而改變以提高光提 取效率。由于開(kāi)口部107和氣隙部109使用空氣作為介質(zhì)，所以它們具有約1的折射率。因 此，第一半導(dǎo)體層105、襯底101和第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110的折射率超過(guò)約1。此外，第一 半導(dǎo)體層105、襯底101和第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110的折射率大于開(kāi)口部107和氣隙部109 的折射率。因此，行進(jìn)的光的臨界角可以因?yàn)椴煌慕橘|(zhì)而改變。氣隙部109在半導(dǎo)體發(fā) 光器件內(nèi)可具有封閉型結(jié)構(gòu)。設(shè)置在發(fā)光器件100內(nèi)的氣隙部109和開(kāi)口部107可折射或反射行進(jìn)通過(guò)半導(dǎo)體 層的光以改變光的臨界角。此外，設(shè)置在發(fā)光器件100內(nèi)的襯底101的凸部103、氣隙部109 和開(kāi)口部107可折射或反射行進(jìn)通過(guò)半導(dǎo)體層或襯底101的光以改變光的臨界角。在此處，由于GaN具有約2. 5的折射率而空氣具有約1的折射率，所以當(dāng)提取光的 臨界角在GaN和空氣之間的界面處大于約23. 58°時(shí)，可以提取光。此外，由于藍(lán)寶石襯底 具有約1.8的折射率，所以當(dāng)藍(lán)寶石襯底和GaN的介質(zhì)之間的角度大于約46°時(shí)，可以提取 光。因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，可以提供在GaN和藍(lán)寶石襯底之間具有空氣的光提取結(jié)構(gòu)。根據(jù)第一實(shí)施方案，具有與光提取角度對(duì)應(yīng)的形狀的氣隙部109可設(shè)置在襯底 101和第一半導(dǎo)體層105之間的界面上以提高外部量子效率。第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110設(shè)置在第一半導(dǎo)體層105和開(kāi)口部107上。第一導(dǎo)電型 半導(dǎo)體層110可由第III-V族元素的化合物半導(dǎo)體形成。例如，第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110 可由GaN、InN、A1N、InGaN、AlGaN、InAlGaN和AlInN中的一種形成。第一導(dǎo)電型摻雜劑被 摻雜到第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110中。第一導(dǎo)電型摻雜劑可以為N型摻雜劑，和包括Si、Ge、 Sn、Se 或 Te0開(kāi)口部107可以保持在結(jié)構(gòu)中，即使第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110設(shè)置在第一半導(dǎo)體 層上也是如此。未摻雜的半導(dǎo)體層(未顯示)可設(shè)置在第一半導(dǎo)體層105和第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層 110之間。未摻雜的半導(dǎo)體層可由未摻雜的GaN基材料形成。有源層120設(shè)置在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110上。有源層120可具有單量子阱結(jié)構(gòu) 或多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)。有源層120可具有InxAlyGai_x_yN(0≤χ≤1，0≤y≤1)的組成 式。有源層120包括具有InGaN/GaN結(jié)構(gòu)、InGaN/InGaN結(jié)構(gòu)、GaN/AlGaN結(jié)構(gòu)、GaN/GaN結(jié) 構(gòu)、GaAs/AlGaAs結(jié)構(gòu)、GaAs/InGaAs結(jié)構(gòu)、GaP/AlGaP結(jié)構(gòu)和GaP/InGaP結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或更多個(gè)結(jié)構(gòu)的阱/勢(shì)壘層。阱層的帶隙可小于勢(shì)壘層的帶隙。第一導(dǎo)電型覆層(未顯示)可設(shè)置在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110和有源層120之間。 第一導(dǎo)電型覆層可由N型AlGaN基材料或具有與有源層不同的帶隙的材料形成。第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130設(shè)置在有源層120上。第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130可由 第III-V族元素的化合物半導(dǎo)體形成。例如，第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130可由GaN、InN、AlN、 InGaN、AlGaN、InAlGaN、和AlInN中的一種形成。第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130可利用摻雜有第 二導(dǎo)電型摻雜劑的P型半導(dǎo)體層實(shí)現(xiàn)。第二導(dǎo)電型摻雜劑可以為P型摻雜劑，和包括Mg、 Zn、Ca、Sr、和Br中的至少一種。第二導(dǎo)電型覆層可設(shè)置在第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130和有源 層120之間。第二導(dǎo)電型覆層可由AlGaN基材料或具有與有源層120不同的帶隙的材料形 成。在各半導(dǎo)體層110、120和130之上/下還可設(shè)置其他半導(dǎo)體層，但是不限于此。
透明電極層(未顯示)或反射電極層可設(shè)置在第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130上。透明 電極層可由包含透明氧化物或金屬的材料中的一種形成。例如，透明電極層可由氧化銦錫 (ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化銦鋅錫(IZTO)、氧化銦鋁鋅(IAZO)、氧化銦鎵鋅(IGZO)、氧化 銦鎵錫(IGTO)、氧化鋁鋅(AZO)和氧化銻錫(ATO)、氧化鎵鋅(GZO)、IrOx, RuOx, RuOx/1 TO, Ni、Ag、Zn0、Ni0、Ni/Ir0x/Ai^PNi/Ir0x/Au/IT0中的至少一種形成，但是不限于此。透明電 極層可具有單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。反射電極層可由Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、 Au, Hf及其組合形成。圖3至7示出圖1的半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造工藝的圖。參照?qǐng)D3和4，襯底101負(fù)載于生長(zhǎng)設(shè)備上。第II至VI族元素的化合物半導(dǎo)體 在襯底101上生長(zhǎng)。生長(zhǎng)設(shè)備可以是PVD (物理氣相沉積)設(shè)備、CVD (化學(xué)氣相沉積)設(shè) 備、PLD (等離子體激光沉積)設(shè)備、雙型熱蒸發(fā)器、濺射設(shè)備和MOCVD (金屬有機(jī)化學(xué)氣相 沉積)設(shè)備中的一種，但是不限于此。凹部和凸部102和103形成于襯底101上。凹部和凸部102和103可具有矩陣或 條狀形狀。凸部103可具有從襯底101的頂表面向上突出的形狀。凸部103可具有約Ιμπι 至約2 μ m的直徑和約1 μ m至約2 μ m的高度，但是不限于此。在此，凸部103可具有突出 形狀例如凸透鏡狀、圓柱狀、柱狀和金字塔狀、圓錐或錐狀。第一半導(dǎo)體層105形成于襯底101上。第一半導(dǎo)體層105可由第III-V族元素的 化合物半導(dǎo)體形成。第一半導(dǎo)體層105可包括未摻雜的半導(dǎo)體層或?qū)щ姲雽?dǎo)體層。例如， 第一半導(dǎo)體層105可由化合物半導(dǎo)體如GaN、InN、A1N、InGaN、AlGaN、InAlGaN和AlInN中 的一種形成。第一半導(dǎo)體層105可具有約0.01 μ m至約20 μ m的厚度Tl。開(kāi)口部107可限定在第一半導(dǎo)體層105中。掩模層106可利用光刻法圖案化以在 第一半導(dǎo)體層105中形成開(kāi)口部107。例如，掩模層106可在適當(dāng)位置具有預(yù)定圖案。此 夕卜，掩模層106可由例如SiO2的材料形成。第一半導(dǎo)體層105通過(guò)其中掩模層被圖案化的開(kāi)口區(qū)域干蝕刻(例如，ICP)和/ 或濕蝕刻而成。開(kāi)口部107形成于第一半導(dǎo)體層105內(nèi)，并且襯底101通過(guò)開(kāi)口部107暴
Mo在此處，開(kāi)口部107可具有約0.01 μ m至約10 μ m的直徑Dl。開(kāi)口部107的直徑 Dl可限定在預(yù)定的范圍內(nèi)，以在開(kāi)口部107上生長(zhǎng)其它半導(dǎo)體層時(shí)保持開(kāi)口部107的一部分或整個(gè)開(kāi)口部107。圖5示出圖4的開(kāi)口部的平面視圖。第一半導(dǎo)體層105的開(kāi)口部107在襯底101上可具有例如網(wǎng)形狀。此外，開(kāi)口部107可具有條狀形狀或矩陣形狀，但是不限于此。在此， 第一半導(dǎo)體層105的開(kāi)口部107可具有圓形、多邊形或非典型形狀，但是不限于此。在一個(gè)芯片內(nèi)可提供多個(gè)第一半導(dǎo)體層的開(kāi)口部107，但是不限于此。參照?qǐng)D6，當(dāng)開(kāi)口部107限定在第一半導(dǎo)體層105內(nèi)時(shí)，通過(guò)開(kāi)口部107進(jìn)行濕蝕 刻工藝。執(zhí)行濕蝕刻工藝以在開(kāi)口部107周圍限定氣隙部109。氣隙部109連接至開(kāi)口部 107并從開(kāi)口部107向外延伸預(yù)定長(zhǎng)度D2和D3。在此處，用于濕蝕刻工藝的物質(zhì)可以是 KOH或AZ300，但是不限于此。開(kāi)口部107可設(shè)置在氣隙部109中央或側(cè)面。襯底101的一個(gè)或更多個(gè)凸部103 可設(shè)置在開(kāi)口部107的區(qū)域中。第一半導(dǎo)體層105的底部或襯底101的頂表面可通過(guò)氣隙部109具有不平坦的凹 凸形狀。注射到開(kāi)口部107中的濕蝕刻劑滲透到第一半導(dǎo)體層105和襯底101之間的界面 中。此時(shí)，大部分濕蝕刻劑沿第一半導(dǎo)體層105和襯底101之間的界面移動(dòng)并同時(shí)蝕刻第 一半導(dǎo)體層105的下部。氣隙部109具有沿第一半導(dǎo)體層105和襯底101之間的界面的不 規(guī)則間隙。在此，氣隙部109的部分109A在氣隙部109和第一半導(dǎo)體層105的下部之間的邊 界處可具有尖銳形狀(例如，錐形狀)。這種尖銳形狀可提供光提取角。例如，氣隙部109 的部分109A可具有可改變光臨界角的結(jié)構(gòu)。開(kāi)口部107可以在芯片的內(nèi)部、中央?yún)^(qū)域和邊緣區(qū)域處選擇性地形成。當(dāng)開(kāi)口部 107在芯片的中央?yún)^(qū)域處形成時(shí)，氣隙部109可朝芯片的邊緣區(qū)域延伸。當(dāng)開(kāi)口部107在芯 片的邊緣區(qū)域形成時(shí)，氣隙部109可以在芯片的邊緣區(qū)域周圍形成。隨后，移除圖4中示出的掩模層。參照?qǐng)D7，第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110形成于第一半導(dǎo)體層105上。第一導(dǎo)電型半導(dǎo) 體層110的一部分可用作第一電極接觸層。第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110可由第III-V族元素 的化合物半導(dǎo)體形成。例如，第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110可由GaN、InN, A1N、InGaN, AlGaN, InAlGaN和Al InN中的一種形成。第一導(dǎo)電型摻雜劑被摻雜到第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110中。 第一導(dǎo)電型摻雜劑可以是N型摻雜劑和包括Si、Ge、Sn、Se或Te。未摻雜的半導(dǎo)體層(未顯示)可設(shè)置在第一半導(dǎo)體層105和第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層 110之間。未摻雜的半導(dǎo)體層可由未摻雜的GaN基材料形成。在下文，將作為例子描述其中 第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110形成于第一半導(dǎo)體層105上的結(jié)構(gòu)。第一半導(dǎo)體層105的開(kāi)口部107可以在開(kāi)口區(qū)中，即使形成第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層 110也是如此。開(kāi)口部107的構(gòu)型可以根據(jù)其尺寸或第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110的生長(zhǎng)條件 (例如，壓力、氣體等)變化。此外，開(kāi)口部107的一部分可以填充有第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層 110。有源層120形成于第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110上。有源層120可具有單量子阱結(jié)構(gòu) 或多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)。有源層120可具有InxAlyGai_x_yN(0≤χ≤1，0≤y≤1)的組成 式。有源層120包括具有InGaN/GaN結(jié)構(gòu)、InGaN/InGaN結(jié)構(gòu)、GaN/AlGaN結(jié)構(gòu)、GaN/GaN結(jié) 構(gòu)、GaAs/AlGaAs結(jié)構(gòu)、GaAs/InGaAs結(jié)構(gòu)、GaP/AlGaP結(jié)構(gòu)和GaP/InGaP結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或更多個(gè)結(jié)構(gòu)的阱/勢(shì)壘層。阱層的帶隙可小于勢(shì)壘層的帶隙。第一導(dǎo)電型覆層(未顯示)可 設(shè)置在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110和有源層120之間。第一導(dǎo)電型覆層可由N型AlGaN基材 料或具有與有源層120不同的帶隙的材料形成。第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130形成于有源層120上。第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130可由第III-V族元素的化合物半導(dǎo)體形成。例如，第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130可由GaN、InN、AlN、 InGaN、AlGaN、InAlGaN和AlInN中的一種形成。第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130可利用摻雜有第 二導(dǎo)電型摻雜劑的P型半導(dǎo)體層實(shí)現(xiàn)。第二導(dǎo)電型摻雜劑可以為P型摻雜劑和包括Mg、Zn、 Ca、Sr和Br中的至少一種。第二導(dǎo)電型覆層可設(shè)置在第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130和有源層 120之間。第二導(dǎo)電型覆層可由AlGaN基材料或具有與有源層120不同的帶隙的材料形成。在各半導(dǎo)體層110、120和130之上/下還可設(shè)置其他半導(dǎo)體層，但是不限于此。第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110、有源層120和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130可限定為發(fā)光結(jié) 構(gòu)。透明電極層(未顯示)或反射電極層可形成于第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130上。在半導(dǎo)體發(fā)光器件100中，第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110可利用P型半導(dǎo)體層實(shí)現(xiàn)，第 二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130可利用N型半導(dǎo)體層實(shí)現(xiàn)。具有與第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的極性相反 的極性的半導(dǎo)體層可形成于第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130上。因此，半導(dǎo)體發(fā)光器件100可具 有N-P結(jié)結(jié)構(gòu)、P-N結(jié)結(jié)構(gòu)、N-P-N結(jié)結(jié)構(gòu)和P-N-P結(jié)結(jié)構(gòu)中的一種。圖8是根據(jù)第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)視截面圖。在第二實(shí)施方案的說(shuō) 明中，與第一實(shí)施方案相同的部件將參照第一實(shí)施方案進(jìn)行描述。參照?qǐng)D8，在半導(dǎo)體發(fā)光器件100A中，襯底IOlA具有平坦的頂表面。由于在襯底 IOlA上未提供凹凸部，所以可以改變濕蝕刻的程度。由于襯底IOlA具有平坦的頂表面，所以暴露襯底IOlA的一部分的開(kāi)口部107A限 定在第一半導(dǎo)體層105中。氣隙部109B連接至開(kāi)口部107A。氣隙部109B可通過(guò)經(jīng)開(kāi)口部107B引入的濕蝕刻劑沿第一半導(dǎo)體層105和襯底 IOlA之間的界面處設(shè)置。氣隙部109B可通過(guò)在第一半導(dǎo)體層105上執(zhí)行濕蝕刻工藝而在 第一半導(dǎo)體層105和襯底IOlA之間具有不平坦結(jié)構(gòu)。當(dāng)與第一實(shí)施方案相比時(shí)，氣隙部109B可與第一實(shí)施方案的氣隙部在蝕刻第一 半導(dǎo)體層105時(shí)的程度和構(gòu)型方面不同，但是不限于此。圖9是根據(jù)第三實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)視截面圖。在第三實(shí)施方案的說(shuō) 明中，與第一實(shí)施方案相同的部件將參照第一實(shí)施方案進(jìn)行描述。參照?qǐng)D9，在半導(dǎo)體發(fā)光器件100B中，凹部和凸部102A和103A設(shè)置在襯底IOlB 上。凹部和凸部102A和103A可具有多個(gè)條狀形狀。開(kāi)口部107C限定在第一半導(dǎo)體層105的預(yù)定位置中。開(kāi)口部107C暴露襯底IOlB 的頂表面。執(zhí)行濕蝕刻工藝以在襯底IOlB和第一半導(dǎo)體層105之間的界面上限定氣隙部 109C。氣隙部109C根據(jù)具有條狀形狀的凹部和凸部102A和103A而具有凹凸形狀。凹部和凸部102A和103A、開(kāi)口部107C和氣隙部109C可折射或反射行進(jìn)到襯底 IOlB的光。被反射或折射的光的臨界角可以改變或提取到芯片外部。此外，可以通過(guò)襯底 IOlB的凹部和凸部102A和103A改變光的行進(jìn)角以將光發(fā)射至外部裝置。圖10是根據(jù)第四實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)視截面圖。在第四實(shí)施方案的說(shuō)明中，與第一實(shí)施方案相同的部件將參照第一實(shí)施方案進(jìn)行描述。參照?qǐng)D10，半導(dǎo)體發(fā)光器件100C包括第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130上的電極層150、電連接至第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層Iio的第一電極151和電連接至第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130的 第二電極153。可以執(zhí)行臺(tái)面蝕刻工藝以在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110側(cè)面上形成第一電極151。 電極層150設(shè)置在第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130上，且電極層150包括透明電極層或反射電極層。透明電極層可由包含透明氧化物的材料或金屬中的一種形成。例如，透明電極層 可由氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化銦鋅錫(IZTO)、氧化銦鋁鋅(IAZO)、氧化銦鎵鋅 (IGZO)、氧化銦鎵錫(IGTO)、氧化鋁鋅(AZO)和氧化銻錫(ATO)、氧化鎵鋅(GZO)、IrOx、RuOx、 Ru0x/IT0、Ni、Ag、Zn0、Ni0、Ni/Ir0x/Au 和 Ni/Ir0x/Au/IT0 中的至少一種形成。透明電極層 可具有單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。反射電極層可由Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf 及其組合形成。第二電極153設(shè)置在電極層150上。第二電極層153的一部分可通過(guò)電極層150 的開(kāi)放區(qū)域接觸第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130。因此，第二電極153可間接或直接接觸電極層 150和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130。第二電極153包括電極墊。在電極墊上可設(shè)置具有臂結(jié)構(gòu)的分支圖案，但是不限 于此。第一半導(dǎo)體層105的開(kāi)口部107設(shè)置在芯片內(nèi)。氣隙部107連接至開(kāi)口部107并 在芯片內(nèi)沿邊緣方向延伸。圖11是根據(jù)第五實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)視截面圖。在第五實(shí)施方案的 說(shuō)明中，與上述實(shí)施方案相同的部件將參照上述實(shí)施方案進(jìn)行描述。參照?qǐng)D11，半導(dǎo)體發(fā)光器件100D包括芯片邊緣區(qū)域中的開(kāi)口部107D。第一半導(dǎo)體 層105設(shè)置在襯底101上。開(kāi)口部107D限定在芯片之間的邊界區(qū)域中。芯片沿芯片之間 的邊界各自分開(kāi)。開(kāi)口部107D設(shè)置在芯片的邊界部分中，即芯片邊緣區(qū)域中。氣隙部109D 從芯片邊緣向芯片內(nèi)側(cè)延伸。氣隙部109D在半導(dǎo)體發(fā)光器件內(nèi)可具有開(kāi)放型結(jié)構(gòu)。在該 實(shí)施方案中，開(kāi)口部107D可沿芯片邊緣設(shè)置，一個(gè)或更多個(gè)開(kāi)口部107可設(shè)置在芯片內(nèi)，或 者在芯片內(nèi)不提供開(kāi)口部107D。在另一實(shí)施方案中，具有凹凸形狀的蝕刻掩模圖案(例如，SiO2)設(shè)置在襯底上。 然后，在襯底上設(shè)置第一半導(dǎo)體層以通過(guò)開(kāi)口部執(zhí)行濕蝕刻工藝。此時(shí)，開(kāi)口部具有有凹凸 形狀的間隙，并且通過(guò)開(kāi)口部蝕刻所述第一半導(dǎo)體層和襯底之間的界面以及所述蝕刻掩模 圖案。圖12是根據(jù)第六實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)視截面圖。在第六實(shí)施方案的 說(shuō)明中，與上述實(shí)施方案相同的部件將參照上述實(shí)施方案進(jìn)行描述。 參照?qǐng)D12，半導(dǎo)體發(fā)光器件100E包括在第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130上的第三導(dǎo)電型 半導(dǎo)體層140和電極層150。第一電極151電連接至第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110。在此處，第 一電極可設(shè)置在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110上，并由此相互電連接。此外，第一電極可通過(guò)通 孔結(jié)構(gòu)電連接至第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層110。 第三導(dǎo)電型半導(dǎo)體層140具有與第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130的極性相反的極性。第三導(dǎo)電型半導(dǎo)體層可由第III-V族元素的化合物半導(dǎo)體形成，但是不限于此。絕緣層可設(shè)置在半導(dǎo)體層105和140周圍以改善靜電放電(ESD)，但是不限于此。圖13是根據(jù)第七實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)視截面圖。
參照?qǐng)D13，發(fā)光封裝200包括主體部201、設(shè)置在主體部201上的第一和第二引線 電極211和213、根據(jù)該實(shí)施方案的電連接至設(shè)置在主體部201上的第一和第二引線電極 211和213的發(fā)光器件100C、和圍繞發(fā)光器件100C的模制件220。主體部201可由硅材料、合成樹(shù)脂或金屬材料形成。發(fā)光器件100C周圍可設(shè)置傾 斜表面。具有開(kāi)放上側(cè)的腔203可限定在主體部201中，但是不限于此。第一和第二引線電極211和213彼此電隔離以向發(fā)光器件100C供電。第一和第 二引線電極211和213可反射由發(fā)光器件100C產(chǎn)生的光以提高光學(xué)效率。此外，第一和第 二引線電極211和213可將發(fā)光器件100C中產(chǎn)生的熱散發(fā)到外部。發(fā)光器件100C可設(shè)置在主體部201或第一和第二引線電極211和213上。發(fā)光器件100C可通過(guò)導(dǎo)線102電連接至第一和第二引線電極211和213。圖10 至12的發(fā)光器件(除發(fā)光器件100C以外)可以選擇性地應(yīng)用于該實(shí)施方案。發(fā)光器件可 通過(guò)導(dǎo)線、芯片接合或倒裝芯片法安裝，但是不限于此。模制件可圍繞發(fā)光器件100C以保護(hù)發(fā)光器件100C。此外，模制件220包含磷光體 以改變從發(fā)光器件100C發(fā)射的光的波長(zhǎng)。根據(jù)所述實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件可封裝到由樹(shù)脂材料或硅形成的半導(dǎo)體襯 底、絕緣襯底或陶瓷襯底上。此外，半導(dǎo)體發(fā)光器件可用作指示設(shè)備、發(fā)光設(shè)備和顯示設(shè)備 的光源。各實(shí)施方案不限于每一個(gè)實(shí)施方案，而是可以選擇性應(yīng)用于上述其他實(shí)施方案。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的發(fā)光器件封裝可應(yīng)用照明系統(tǒng)。照明系統(tǒng)可包括圖14中示 出的照明單元、圖15中示出的背光單元、交通燈、車頭燈和標(biāo)識(shí)。圖14是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的照明單元的立體圖。參照?qǐng)D14，照明單元1100可包括殼體1110、設(shè)置在殼體1110中的發(fā)光模塊1130 和設(shè)置在殼體1110中以接收來(lái)自外部電源的電力的連接端子1120。殼體1110可由具有改善的熱耗散特性的材料形成。例如，殼體1110可由金屬材 料或樹(shù)脂材料形成。發(fā)光模塊1130可包括襯底1132和安裝在襯底1132上的至少一個(gè)發(fā)光器件封裝 1210?？梢栽诮^緣材料上印刷電路圖案以形成襯底1132。例如，襯底1132可包括印刷電 路板(PCB)、金屬芯PCB、柔性PCB或陶瓷PCB。此外，襯底1132可由可有效反射光的材料形成。襯底1132的表面可涂有彩色材 料，例如，有效反射光的白色或銀色材料。至少一個(gè)發(fā)光器件封裝1210可以安裝在襯底1132上。發(fā)光器件封裝1210可包括 至少一個(gè)發(fā)光二極管(LED) 100。LED 100可包括發(fā)射紅色、綠色、藍(lán)色或白色光的彩色LED 和發(fā)射紫外(UV)光的UV LED。發(fā)光模塊1130可包括多個(gè)發(fā)光器件封裝1210以獲得各種顏色和亮度。例如，白 色LED、紅色LED和綠色LED可相互組合設(shè)置以確保高的顯色指數(shù)(CRI)。連接端子1120可電連接至發(fā)光模塊1130以供電。雖然連接端子1120以套接方式螺旋插入外部電源中，但是本公開(kāi)不限于此。例如，連接端子1120可具有銷的形狀。因此，連接端子1120可插入外部電源中或利用互連裝置連接至外部電源。圖15是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的背光單元的透視圖。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的背光單元1200可包括導(dǎo)光板1210、發(fā)光模塊1240、反射構(gòu)件 1220和底蓋1230，但是不限于此。發(fā)光模塊1240可接觸導(dǎo)光板1210的至少一個(gè)表面為導(dǎo) 光板1210提供光，但是不限于此。反射構(gòu)件1220可設(shè)置在導(dǎo)光板1210之下。底蓋1230 可容納導(dǎo)光板1210、發(fā)光模塊1240和反射構(gòu)件1220。導(dǎo)光板1210可擴(kuò)散光以產(chǎn)生平面光。導(dǎo)光板1210可由透明材料形成。例如，導(dǎo) 光板1210可由丙烯酸樹(shù)脂類材料例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯 (PET)樹(shù)脂、聚碳酸酯(PC)樹(shù)脂、環(huán)烯烴共聚物(COC)樹(shù)脂和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)樹(shù) 脂中的一種形成。發(fā)光模塊1240可向?qū)Ч獍?210的至少一個(gè)表面提供光。因此，發(fā)光模塊1240可 用作包括背光單元的顯示設(shè)備的光源。發(fā)光模塊1240可接觸導(dǎo)光板1210，但是不限于此。具體而言，發(fā)光模塊1240可包括襯底1242和安裝在襯底1242上的多個(gè)發(fā)光器件 封裝200。襯底1242可接觸導(dǎo)光板1210，但是不限于此。襯底1242可以是包括電路圖案的PCB(未顯示)。然而，襯底1242可包括金屬芯 PCB或柔性PCB以及PCB，但是不限于此。多個(gè)發(fā)光器件封裝200可以安裝在襯底1242上。此外，每個(gè)發(fā)光器件封裝200的 發(fā)光表面可以與導(dǎo)光板1210間隔預(yù)定的距離。反射構(gòu)件1220可設(shè)置在導(dǎo)光板1210之下。反射構(gòu)件1220反射入射到導(dǎo)光板1210 底表面上的光以在向上的方向上行進(jìn)，由此提高背光單元的亮度。例如，反射構(gòu)件1220可 由PET、PC和PVC中的一種形成，但是不限于此。底蓋1230可容納導(dǎo)光板1210、發(fā)光模塊1240和反射構(gòu)件1220。為此，底蓋1230 可具有上側(cè)開(kāi)放的盒形狀，但是不限于此。底蓋1230可由金屬材料或樹(shù)脂材料形成。此外，底蓋1230可利用壓制成形工藝 或擠塑工藝制成。該說(shuō)明書(shū)中提及的“ 一個(gè)實(shí)施方案”、“實(shí)施方案”、“示例性實(shí)施方案，，等是指關(guān)于 實(shí)施方案所描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特征包含在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案中。說(shuō)明書(shū)中 各處使用的這類短語(yǔ)不一定都是指相同的實(shí)施方案。此外，當(dāng)關(guān)于任意實(shí)施方案描述具體 特征、結(jié)構(gòu)或特征時(shí)，關(guān)于實(shí)施方案的其它特征、結(jié)構(gòu)或特性來(lái)實(shí)現(xiàn)該特征、結(jié)構(gòu)或特性也 在本領(lǐng)域技術(shù)人員的范圍內(nèi)。雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的多個(gè)示例性實(shí)施方案描述本發(fā)明，但是應(yīng)理解，本領(lǐng)域的 技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)多種其它修改方案和實(shí)施方案，它們也在本公開(kāi)內(nèi)容的原理的精神和范 圍內(nèi)。更具體地，可以對(duì)本公開(kāi)內(nèi)容、附圖和所附權(quán)利要求中的主題組合布置的組成部件和 /或布置進(jìn)行各種變化和修改。除了對(duì)組成部件和/或布置進(jìn)行變化和修改之外，可替代使 用對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言也是明顯的。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括襯底；所述襯底上的第一半導(dǎo)體層；設(shè)置在所述襯底和所述第一半導(dǎo)體層之間的至少一部分中的氣隙部；和在所述第一半導(dǎo)體層上的多個(gè)化合物半導(dǎo)體層，其包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第一半導(dǎo)體層由第III-V族化合 物半導(dǎo)體形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第一半導(dǎo)體層包括未摻雜的半導(dǎo) 體層或?qū)щ娦桶雽?dǎo)體層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述氣隙部以不規(guī)則間隔設(shè)置在所述 襯底和所述第一半導(dǎo)體層之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第一半導(dǎo)體層包括連接至所述氣 隙部的至少一個(gè)開(kāi)口部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述開(kāi)口部具有約0.Olnm至約IOym 的直徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述氣隙部具有比所述開(kāi)口部的長(zhǎng)度 更大的長(zhǎng)度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述氣隙部包括封閉型氣隙部或開(kāi)放 型氣隙部。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述開(kāi)口部和所述氣隙部中的至少其 一設(shè)置在所述襯底的邊緣處。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括在所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上的第 三導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，其中所述第三導(dǎo)電型半導(dǎo)體層具有與所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的極性 相反的極性。
11.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括具有頂表面的襯底，所述頂表面具有凹凸結(jié)構(gòu)；在所述襯底上的第一半導(dǎo)體層；在所述襯底和所述第一半導(dǎo)體層之間的氣隙部；和在所述第一半導(dǎo)體層上的多個(gè)化合物半導(dǎo)體層，其包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、有源層 和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述凹凸結(jié)構(gòu)具有矩陣形狀或條狀 形狀中的一種。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述氣隙部以不規(guī)則間隔設(shè)置在所 述襯底和所述第一半導(dǎo)體層之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第一半導(dǎo)體層包括未摻雜的半 導(dǎo)體層或?qū)щ娦桶雽?dǎo)體層。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括在所述第一半導(dǎo)體層內(nèi)的多個(gè)開(kāi)口部，其中所述多個(gè)開(kāi)口部連接至所述氣隙部。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中設(shè)置在所述氣隙部處的所述襯底的 凸結(jié)構(gòu)形成為不規(guī)則形狀或隨機(jī)形狀。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括電連接至所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層 的第一電極和電連接至所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的第二電極。
18.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括 襯底；在所述襯底上的凹凸部； 在所述襯底上的第一半導(dǎo)體層； 在所述襯底和所述第一半導(dǎo)體層之間的氣隙部； 在所述第一半導(dǎo)體層上的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層； 在所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上的有源層； 在所述有源層上的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層； 電連接至所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的第一電極；和 電連接至所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的第二電極。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括在所述第一半導(dǎo)體層內(nèi)的多個(gè)開(kāi)口部，其中所述多個(gè)開(kāi)口部中的每一個(gè)將所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層連接至所述襯底。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第一電極設(shè)置在所述第一導(dǎo)電 型半導(dǎo)體層上，所述第二電極設(shè)置在所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和所述電極層中的至少其一 上。
全文摘要
提供一種半導(dǎo)體發(fā)光器件。所述半導(dǎo)體發(fā)光器件包括襯底；所述襯底上的第一半導(dǎo)體層；設(shè)置在所述襯底和所述第一半導(dǎo)體層之間的至少一部分中的氣隙部；和所述第一半導(dǎo)體層上的多個(gè)化合物半導(dǎo)體層，其包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層。
文檔編號(hào)H01L33/22GK101826582SQ20101012565
公開(kāi)日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月2日
發(fā)明者金省均 申請(qǐng)人:Lg伊諾特有限公司