專利名稱：發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括LED芯片(發(fā)光二極管芯片)的發(fā)光器件。特別是，本發(fā)明涉及一種發(fā)光器件，其包括陽電極、P-型氮化物半導體層、以及位于陽電極和P-型氮化物半導體層之間的電介質(zhì)層。電介質(zhì)層位于沿垂直于LED芯片厚度方向的平面的預定區(qū)域中。
背景技術(shù)：
常規(guī)地，對大量LED芯片進行了研究。在先的LED芯片包括發(fā)光層、陽電極和陰電極。發(fā)光層由氮化物半導體材料例如GaN、InGaN、AlGaN和InAlGaN制成。陽電極設(shè)置在發(fā)光層的厚度方向的一個表面上，陰電極設(shè)置在發(fā)光層的厚度方向的另一表面上。LED芯片倒裝安裝于安裝基板上。此外，進行了改善LED芯片的光提取效率的研究。為了改善LED 芯片的光提取效率，進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計為防止陽電極被陽電極所吸附的LED芯片的研究和開發(fā)。為改善LED芯片的光提取效率，研究和開發(fā)了具有防止光在陽極被吸收的結(jié)構(gòu)的LED 芯片。在下述專利文獻1中公開了上述LED芯片。專利文獻1公開了具有圖3所示結(jié)構(gòu)的LED芯片。由圖3可見，LED芯片包括透光基板l、n-型氮化物半導體層2、氮化物發(fā)光層3、p-型氮化物半導體層4 ；透光基板1由藍寶石基板制成；η-型氮化物半導體層2、氮化物發(fā)光層3和ρ型氮化物半導體層4位于透光基板1的一側(cè)表面上。陽電極7從ρ型氮化物半導體層4觀察時位于氮化物發(fā)光層3的相反側(cè)。此外，陰電極8位于η-型氮化物半導體層2的與氮化物發(fā)光層3相同的一側(cè)上。 此外，LED芯片包括第一透明導電膜9a、第二透明導電膜％、多個低折射率電介質(zhì)層10P、 反光導電膜11和阻擋金屬層14。在ρ-型氮化物半導體層3和陽電極7之間插入第一透明導電膜9a、第二透明導電膜％、多個低折射率電介質(zhì)層10P、反光導電膜11和阻擋金屬層 14。第一透明導電膜9a形成在ρ-型氮化物半導體層4上。第二透明導電膜9b形成在第一透明導電膜9a上。低折射率電介質(zhì)層IOP由折射率低于ρ-型氮化物半導體層4的折射率的的材料制成。低折射率電介質(zhì)層IOP部分地堆疊在第二透明導電膜9b上。低折射率電介質(zhì)層IOP設(shè)置為反射由氮化物發(fā)光層3發(fā)射的光。反光導電膜11成形為覆蓋低折射率電介質(zhì)層IOP和第二透明導電膜％。反光導電膜11設(shè)置為反射由氮化物發(fā)光層3發(fā)射的光。阻擋金屬層14形成在反光導電膜11上。即，圖3的LED芯片具有在氮化物發(fā)光層3 的厚度方向上的一個表面中的光提取表面、以及從氮化物發(fā)光層3觀察時位于光提取表面的相反側(cè)的第一表面。此外，LED芯片在其第一表面處設(shè)置有低折射率電介質(zhì)層10P。氮化物發(fā)光層3設(shè)置為朝向光提取表面和陽電極7兩者發(fā)射光。當?shù)锇l(fā)光層3朝向陽電極 7發(fā)射光時，光被低折射率電介質(zhì)層IOP和反光導電膜11反射。低折射率電介質(zhì)層IOP和反光導電膜11設(shè)置為朝向光提取表面反射光。應(yīng)說明圖3B所示的標有箭頭的線C公開了從氮化物發(fā)光層3發(fā)射的光的路徑一個實例，該光在低折射率電介質(zhì)層IOP中吸收，并被低折射率電介質(zhì)層反射。上述第一透明導電膜9a的厚度為2nm 10歷。第一透明導電膜9a由材料諸如 Ni、Pd、Pt、Cr、Mn、Ta、Cu、Fe或包含它們中的至少之一的合金制成。第二透明導電膜9b由選自 ITO、IZO、ZnO, Ιη203、SnO2, MgxZn1^xO(χ ( 0. 5)、非晶的 AlGaN, GaN、SiON 中的材料制成。此外，反光導電膜11由材料諸如Ag、Al和Rh制成。陽電極7由金屬材料Au制成。阻擋金屬層14由Ti材料制成。

上述低折射率電介質(zhì)層IOP中的每個均具有垂直于LED芯片厚度方向的橫截面； 低折射率電介質(zhì)層IOP的橫截面為圓形。除了上述之外，低折射率電介質(zhì)層IOP中的每個均設(shè)置在第二透明導電膜9b上，使得低折射率電介質(zhì)層IOP布置為二維陣列。更具體地， 低折射率電介質(zhì)層IOP中的每個均設(shè)置在沿垂直于LED芯片厚度方向的平面的正方形柵格的柵點上。即，圖3公開了 LED芯片，其包括多個低折射率電介質(zhì)層IOP ；低折射率電介質(zhì)層IOP沿著與氮化物發(fā)光層3平行的平面布置；低折射率電介質(zhì)層IOP中的每個均具有彼此隔離的島狀結(jié)構(gòu)。除了上述結(jié)構(gòu)之外，低折射率電介質(zhì)層IOP包括兩種電介質(zhì)層的交替層；所述兩種電介質(zhì)層具有電絕緣性能并且彼此折射率不同，由此低折射率電介質(zhì)層IOP中的每個均具有折射率周期性變化的周期性結(jié)構(gòu)。低折射率電介質(zhì)層IOP由材料諸如Si02、Zr02、Ti02、 Al203、Si3N4 和 AlN 制成。專利文獻專利文獻1 日本專利申請公開2007-258276A

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在包括安裝基板和具有圖3所示結(jié)構(gòu)并倒裝安裝在安裝基板上的LED芯片AA的發(fā)光器件中，當?shù)锇l(fā)光層3朝η-型氮化物半導體層2發(fā)射光時，光穿過透光基板1從光提取表面發(fā)出。此外，當?shù)锇l(fā)光層朝向P-型氮化物半導體層4發(fā)光時，光被反射元件反射，所述反射元件由多個低折射率電介質(zhì)層IOP和反光導電膜11實現(xiàn)。利用該結(jié)構(gòu)， 從氮化物發(fā)光層3發(fā)射的光朝向陽電極7得到有效反射。因此，該結(jié)構(gòu)使得能夠改善從LED 芯片的光提取表面提取的光的光提取效率，由此能夠改善發(fā)光效率。除了上述之外，圖3所示LED芯片包括多個低折射率電介質(zhì)層IOP ；多個低折射率電介質(zhì)層彼此隔離以具有島狀結(jié)構(gòu)。因此，該結(jié)構(gòu)使得能夠防止操作電壓由于低折射率電介質(zhì)層IOP而增加。結(jié)果，該結(jié)構(gòu)使得能夠防止操作電壓增加并同時還改善光提取效率。然而，上述發(fā)光器件包括在第二透明導電膜9b上以二維陣列布置的多個低折射率電介質(zhì)層10P，使得多個低折射率電介質(zhì)層IOP具有于彼此隔離的島狀結(jié)構(gòu)。因此，陽電極7在其一個表面處設(shè)置有與凸點交疊的第一區(qū)域。除此之外，低折射率電介質(zhì)層IOP也設(shè)置在第一區(qū)域上。低折射率電介質(zhì)層IOP由與Au和GaN相比具有低的導熱性能的電介質(zhì)材料制成。(SiO2的導熱性能為0. 55W/mK。Au的導熱性能為320W/mK。GaN的導熱性能為130W/mK。)該結(jié)構(gòu)使得通過凸點從LED芯片釋放熱到安裝基板的散熱性能降低。這導致LED芯片的發(fā)光效率降低。除此之外，當LED芯片AA倒裝安裝在安裝基板上時，LED芯片受到?jīng)_擊。該沖擊導致在低折射率電介質(zhì)層IOP和第二透明導電膜9b之間的界面的剝離。 類似地，施加于LED芯片的沖擊導致在低折射率電介質(zhì)層IOP和反光導電膜11之間的界面處的剝離。這由低折射率電介質(zhì)層IOP和與低折射率電介質(zhì)層IOP接觸的膜的低結(jié)合力所導致。(與低折射率電介質(zhì)層IOP接觸的膜為例如第二透明導電膜9b和反光導電膜11)。
實現(xiàn)本發(fā)明以解決上述問題。本發(fā)明的一個目的是制造其散熱性能和其發(fā)光效率得到改善的發(fā)光器件。解決該問題的手段為解決上述問題，本發(fā)明公開了包括LED芯片和安裝基板的發(fā)光器件。LED芯片包括n_型氮化物半導體層、氮化物發(fā)光層、ρ-型氮化物半導體層、陽電極和陰電極。η-型氮化物半導體層具有第一表面。氮化物發(fā)光層形成在η-型氮化物半導體層的第一表面上。 P-型氮化物半導體層形成在氮化物發(fā)光層上。陽電極位于從P型氮化物半導體層觀察時與氮化物發(fā)光層相反側(cè)的位置。陰電極形成在η-型氮化物半導體層的第一表面上。LED芯片安裝在安裝基板上。安裝基板具有圖案化的導體。圖案化的導體通過凸點與陰電極接合， 并通過凸點與陽電極接合。LED芯片包括一個或更多個具有島狀結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)層。電介質(zhì)層的折射率小于P型氮化物半導體層的折射率。電介質(zhì)層位于P型氮化物半導體和陽電極之間。P-型氮化物半導體層具有與凸點交疊的第一區(qū)域。電介質(zhì)層不與第一區(qū)域交疊。該結(jié)構(gòu)使得能夠改善LED芯片的光提取效率。此外，該結(jié)構(gòu)使得能夠減小LED芯片和安裝基板之間的熱阻。因此，能夠改善散熱性能。優(yōu)選LED芯片還包括透明導電膜和反光導電膜。透明導電膜設(shè)置于P-型氮化物半導體層和陽電極之間。透明導電膜的折射率小于P型氮化物半導體層的折射率。反光導電膜形成于透光導電膜和陽電極之間。一個或更多個電介質(zhì)層部分地形成于透明導電膜上， 以具有島狀結(jié)構(gòu)。電介質(zhì)層位于透明導電膜和陽電極之間。該結(jié)構(gòu)使得也能夠改善LED芯片的光提取效率。此外，該結(jié)構(gòu)使得能夠減小LED 芯片和安裝基板之間的熱阻。因此，能夠改善散熱性能。優(yōu)選第一區(qū)域為垂直于ρ-型氮化物半導體層厚度方向的平面。該平面限定第一區(qū)域為圓形。此外，第一區(qū)域與凸點沿P-型氮化物半導體層的厚度方向交疊。在此情況下，與其中低折射率電介質(zhì)層區(qū)域在平面視圖中具有矩形形狀的情況相比，能夠密集地設(shè)置低折射率電介質(zhì)層。因此，該結(jié)構(gòu)使得也能夠改善LED芯片的光提取性能。優(yōu)選第一區(qū)域為垂直于ρ-型氮化物半導體層厚度方向的平面。限定為第一區(qū)域的平面為圓形。因此，第一區(qū)域具有外周。第一區(qū)域與凸點沿P-型氮化物半導體層的厚度方向交疊，使得凸點位于第一區(qū)域的外周內(nèi)。


圖IA顯示第一實施方案的發(fā)光器件的示意性的側(cè)截面圖。圖IB顯示第一實施方案的發(fā)光器件的示意性的底視圖。圖2A顯示第二實施方案的發(fā)光器件的示意性的側(cè)截面圖。圖2B顯示第二實施方案的發(fā)光器件的示意性的底視圖。圖3A顯示現(xiàn)有技術(shù)的LED芯片的示意性的底視圖。

圖3B顯示沿圖3A中的LED芯片的B-B’線截取的示意性的截面圖。
具體實施例方式(第一實施方案)
該實施方案公開了圖IA所示的發(fā)光器件；該發(fā)光器件包括LED芯片A和設(shè)置為安裝LED芯片A的安裝基板20。應(yīng)說明圖IA的上下方向等同于LED芯片A的厚度方向， 也等同于LED芯片A的各個構(gòu)件的厚度方向。安裝基板20包括電絕緣基板21、圖案化的導體27和圖案化的導體28。電絕緣基板21具有電絕緣性能，由具有高的熱導率的氮化鋁基板制成并成形為板形。圖案化導體 27和圖案化導體28形成在電絕緣基板21的一個表面上。圖案化導體27和陽電極7通過凸點37接合在一起，圖案化導體28和陰電極8通過凸點28接合在一起。應(yīng)說明雖然本實施方案的安裝基板20在平面視圖中為矩形(在本實施方案中為正方形)，安裝基板20的形狀不限于正方形；能使用矩形、圓形和六邊形的安裝基板20。 安裝基板20的電絕緣基板21也用作構(gòu)建為傳遞在LED芯片A中產(chǎn)生的熱的傳熱板。電絕緣基板21可示例為玻璃環(huán)氧樹脂基板。電絕緣基板21可由導熱率高于有機材料基板導熱率的基板實現(xiàn)。因此，電絕緣基板21不限于氮化鋁基板。電絕緣基板21可由鋁基板、搪瓷基板、以及具有二氧化硅膜涂層的硅基板實現(xiàn)。圖案化導體27和28由包括Cu 膜、M膜和限定為最上層的Au膜的多層膜實現(xiàn)。凸點37和38中的每個均由Au材料制成。凸點37和38為所謂的柱凸點；凸點37 和38通過柱凸點法形成在圖案化導體27和28中的每個的表面上。應(yīng)注意柱凸點法是換言之的球凸點法。除了上述特征之外，雖然陽電極7和凸點37接合在一起，凸點37的數(shù)目沒有限制。然而，需要有效地釋放LED芯片A中的熱。因此，優(yōu)選使用大量凸點37。當進行 LED芯片A的安裝時，LED芯片對準至約士5微米的精度，并受到通過超聲波的負荷。然而， 當凸點37由柱凸點實現(xiàn)時，凸點37相對于陽電極7的圓形接合區(qū)域的直徑小于凸點37相對于圖案化導體27的圓形接合區(qū)域的直徑。此外，當凸點38由柱凸點實現(xiàn)時，凸點38相對于陰電極8的圓形接合區(qū)域的直徑小于凸點38相對于圖案化導體28的圓形接合區(qū)域的直徑。除了上述之外，凸點37和凸點38可通過鍍覆法制造。由圖IA和圖IB可理解，上述LED芯片A包括透光基板1和n_型氮化物半導體層2 ；透光基板1由GaN基板制成，以具有一個對應(yīng)于圖IA所示透光基板1的下表面的表面；由η-型GaN層實現(xiàn)的η_型氮化物半導體層2形成在與透光基板1的下表面相同的側(cè)上。如圖IA所示，η-型氮化物半導體層2具有等同于第一表面的下表面。隨后，氮化物發(fā)光層形成在η-型氮化物半導體層2的下表面上。氮化物發(fā)光層3具有量子阱結(jié)構(gòu)。由ρ 型GaN層實現(xiàn)的ρ-型氮化物半導體層4形成在氮化物發(fā)光層3上。ρ-型氮化物半導體層 4從氮化物半導體層4觀察時位于η-型氮化物半導體層2的相反側(cè)。即，LED芯片A包括 透光基板1和位于與透光基板1的一個表面相同側(cè)上的堆疊結(jié)構(gòu)；堆疊結(jié)構(gòu)包括n-型氮化物半導體層2、氮化物發(fā)光層3和ρ-型氮化物半導體層4。η-型氮化物半導體層2、氮化物發(fā)光層3和ρ-型氮化物半導體層4通過外延生長方法例如MOVPE方法形成在透光基板 1的一個表面上。因此，能夠在透光基板1和η-型氮化物半導體層2之間使用緩沖層。此夕卜，η-型氮化物半導體層2、氮化物發(fā)光層3和ρ-型氮化物半導體層4的晶體成長方法不限于MOVPE方法。η-型氮化物半導體層2、氮化物發(fā)光層3和ρ-型氮化物半導體層4可通過晶體成長方法例如氫化物氣相外延方法和分子束外延方法形成。除了上述之外，需要透光基板1具有透明性用于使得從氮化物發(fā)光層3發(fā)射的光透過。即，透光基板1示例為藍寶石基板、SiC基板和ZnO基板。
除了上述之外，在LED芯片A中，陽電極7形成在從ρ-型氮化物半導體層4觀察時與氮化物發(fā)光層3相反側(cè)的位置。陰電極8形成在η-型氮化物半導體層2的第一表面上；第一表面在η-型氮化物半導體層2的與氮化物發(fā)光層3相同的側(cè)上。陰電極8通過以下步驟形成在η-型氮化物半導體層2上。首先，進行第一步；在第一步中，依次形成η-型氮化物半導體層、氮化物發(fā)光層3和ρ-型氮化物半導體層4。根據(jù)第一步，形成包括η-型氮化物半導體層2、氮化物發(fā)光層3和ρ-型氮化物半導體層4的堆疊膜。在第一步之后， 進行蝕刻堆疊膜預定區(qū)域的第二步驟，以從P-型氮化物半導體層4的表面向下蝕刻堆疊膜至η-型氮化物半導體層2的中部。在第二步驟之后，在η-型氮化物半導體層的表面上形成陰極的第三步驟；η-型氮化物半導體層的表面通過蝕刻形成。以此方式，η-型氮化物半導體層2包括第一區(qū)域和第二區(qū)域。第一區(qū)域?qū)?yīng)于其中形成氮化物半導體層的區(qū)域。第二區(qū)域?qū)?yīng)于其中形成陰電極8的區(qū)域。第二區(qū)域與第一區(qū)域間隔開。在LED芯片A中，當在陽電極7和陰電極8之間施加正向偏壓時，空穴注入p_型氮化物半導體層4中。此外，當在陽電極7和陰電極8之間施加正向偏壓時，電子注入η-型氮化物半導體層 2中。當電子和空穴注入氮化物發(fā)光層2中時，電子和空穴在氮化物發(fā)光層3中彼此復合。因此，氮化物發(fā)光層2發(fā)光。上述η-型氮化物半導體層2由形成在透光基板1上的η-型GaN層實現(xiàn)。然而， η-型氮化物半導體層2不限于單層結(jié)構(gòu)。即，氮化物半導體層2可由多層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。例如，在其中透光基板1由藍寶石基板實現(xiàn)的情況下，能夠使用多層的η-型氮化物半導體層， 其包括在透光基板1的一個表面上的緩沖層例如AlN層和AlGaN層、在緩沖層上的η-型 AlGaN層、以及在η-型AlGaN層上的η-型GaN層。此外，氮化物發(fā)光層3具有量子阱結(jié)構(gòu)，其包括勢壘層和介于勢壘層之間的阱層； 勢壘層由GaN層實現(xiàn)，阱層由InGaN層實現(xiàn)。確定InGaN層的組成以發(fā)射發(fā)射峰波長為 450nm的光。然而，氮化物發(fā)光層3的發(fā)射波長(發(fā)射峰波長)不限于此。此外，氮化物發(fā)光層3不限于具有單量子阱結(jié)構(gòu)的量子阱結(jié)構(gòu)；能使用具有多量子阱結(jié)構(gòu)的量子阱結(jié)構(gòu)的氮化物發(fā)光層3。除了上述之外，不必使用具有量子阱結(jié)構(gòu)的氮化物發(fā)光層；能使用具有單層結(jié)構(gòu)的氮化物發(fā)光層。此外，僅需要氮化物發(fā)光層3使用氮化物半導體材料的材料。因此，氮化物發(fā)光層3能夠使用材料例如AlInGaN、AlInN和AlGaN以獲得期望發(fā)射波長。除上述外，ρ-型氮化物半導體層4由形成在氮化物發(fā)光層3上的ρ-型GaN層實現(xiàn)。然而，P"型氮化物半導體層4不限于單層結(jié)構(gòu)；能夠使用具有多層結(jié)構(gòu)的P-型氮化物半導體層4。例如，能夠使用具有第一 ρ-型半導體層和第二 P-型半導體層的P-型氮化物半導體層4 ；第一 ρ-型半導體層可由ρ-型AlGaN層實現(xiàn)，第二 ρ-型半導體層可由ρ-型 GaN層實現(xiàn)。此外，陽電極7具有多層結(jié)構(gòu)，其包括第一 Au層、Ti層和第二 Au層；第一 Au層設(shè)置在下述的反光導電膜11上；Ti層設(shè)置在第一 Au層上；第二 Au層設(shè)置在Ti層上。此夕卜，位于多層結(jié)構(gòu)最上部的第二 Au層限定為ρ-墊層。此外，陰電極8具有多層結(jié)構(gòu)，其包括在η-型氮化物半導體層2上的Ti層、以及在Ti層上的Au層。此外，Au層用作η-墊層。設(shè)置在η-型氮化物半導體層2上的Ti層用作相對于η-型氮化物半導體層2的歐姆接觸層。歐姆接觸層可使用其材料例如Ti、V、 Al和包含它們中的至少之一的合金。
LED芯片A還包括透明導電膜9、反光導電膜11和低折射率電介質(zhì)層10。低折射率電介質(zhì)層10為換言之電介質(zhì)層。在P-型氮化物半導體層4和陽電極7之間插入透明導電膜9、反光導電膜11和低折射率電介質(zhì)層10。透明導電膜9設(shè)置在ρ-型氮化物半導體層的一個表面上。透明導電膜9從ρ-型氮化物半導體層觀察時位于氮化物發(fā)光層3的相反側(cè)。透明導電膜9由折射率小于ρ-型氮化物半導體層6的折射率的GZ0(Ga摻雜的 ZnO)膜實現(xiàn)。反光導電膜11從透明導電膜觀察時位于P-型氮化物半導體層2的相反側(cè)。 因此，反光導電膜11介于透明導電膜9和陽電極之間。反光導電膜11由Ag膜實現(xiàn)，其具有導電性和反射從氮化物發(fā)光層3發(fā)射的光的反光性。低折射率電介質(zhì)層10插入透明導電膜9和反光導電膜11之間。低折射率電介質(zhì)層10部分地設(shè)置在透明導電膜9上。低折射率電介質(zhì)層10中的每個的折射率均低于P-型氮化物半導體層4的折射率。低折射率電介質(zhì)層10具有彼此隔離的島狀的結(jié)構(gòu)。在該實施方案中，透明導電膜9由形成為具有10納米厚度的GZO實現(xiàn)。然而，透明導電膜9對其厚度沒有限制。此外，該實施方案公開了由GZO材料制成的透明導電膜9。 然而，透明導電膜9由選自GZO、AZO(Al摻雜ZnO)和ITO中的材料制成。由選自上述組中的材料制成的透明導電膜9使得透明導電膜9能夠相對于ρ-型氮化物半導體層6形成歐姆接觸。除了上述之外，當透明導電膜9由例如GZO膜、AZO膜和ITO膜形成時，透明導電膜9通過以下步驟形成。首先，諸如GZO膜、AZO膜和ITO膜的膜借助于O2氣體通過電子束蒸發(fā)方法形成。隨后，GZO膜、AZO膜和ITO膜在N2氣和O2氣的混合氣體中退火。該步驟使得能夠獲得消光系數(shù)為約0.001的透明導電膜9。以下解釋了用于形成作為透明導電膜 9的GZO膜的退火條件。N2氣和O2氣混合以具有95 5的體積比。退火的溫度為500攝氏度。退火進行五分鐘。然而，透明導電膜9的形成方法和形成條件不限于上述實例。然而，優(yōu)選確定形成方法和形成條件以形成消光系數(shù)k為0. 003或更小的透明導電膜。此外， 透明導電膜可由例如厚度為0. Inm的Pt膜實現(xiàn)。此外，Pt膜對于450nm波長的透光率隨著Pt膜厚度減小而增加。相比之下，當Pt膜的厚度小于0. 6nm時，Pt膜的透光率減小至約95%。結(jié)果，厚度為0. 6nm的Pt膜的光反射率近似等于由Ag膜制成的反光導電膜11的光反射率。因此，當使用Pt膜作為透明導電膜9時，優(yōu)選使用0. 5nm或更小的Pt膜。 此外，在該實施方案中，反光導電膜11由厚度為IOOnm的Ag膜實現(xiàn)。然而，反光導電膜11對其厚度沒有限制。能夠使用厚度為50nm 200nm的Ag膜。此外，反光導電膜 11的材料不限于Ag。反光導電膜11可由諸如Al的材料制成。然而，與Al相比，反光導電膜11優(yōu)選由Ag制成。這是因為與由Al制成的反光導電膜的光反射率相比，由Ag制成的反光導電膜11對于從氮化物發(fā)光層3發(fā)射的光(紫外光至可見光)具有高的光反射率。此外，低折射率電介質(zhì)層10包括3丨02層IOa和&02層IOb ；SiO2層IOa形成在透明導電膜9上JrO2層IOb形成在SiO2層IOa上。應(yīng)注意僅需要低折射率電介質(zhì)層10包括至少一個SiO2層IOa和至少一個&02層10b。然而，能夠使用由包括第一 SiO2層、ZrO2 層和第二 SiO2層的堆疊層實現(xiàn)的低折射率電介質(zhì)層10。此外，低折射率電介質(zhì)層10可通過由選自Si02、Zr02、Al203和Y2O3中至少之一的材料制成的單層實現(xiàn)。上述堆疊膜和單膜使得低折射率電介質(zhì)層10能夠具有近似零的消光系數(shù)。因此，能夠防止光在低折射率電介質(zhì)層10中的吸收損失。應(yīng)注意=SiO2的折射率為1. 46，ZrO2的折射率為1. 97。Al2O3的折射率為1. 7 1. 9。Y2O3的折射率為1. 8 2. 0。此外，與透明導電膜9的折射率相比，低折射率電介質(zhì)層10不限制其材料具有低折射率。低折射率電介質(zhì)層10可由折射率大于透明導電膜9的折射率的材料制成。滿足上述要求的材料的示例為Ti02、Ce02、Nb205和Ta205。然而，低折射率電介質(zhì)層10優(yōu)選由其折射率小于Ti02、CeO2, Nb2O5和Ta2O5的折射率的Si02、 ZrO2^Al2O3和Y2O3材料制成。這是因為由SiO2、&02、A1203和Y2O3制成的低折射率電介質(zhì)層 10的光反射率高于由Ti02、CeO2, Nb2O5和Ta2O5制成的低折射率電介質(zhì)層10的光反射率。根據(jù)上述，通過使用具有下述條件的低折射率電介質(zhì)層10，對于低折射率電介質(zhì)層10，進行光反射率對于入射角相關(guān)性的模擬。低折射率電介質(zhì)層10由選自Si02、ZrO2, A1203、Y2O3> TiO2, CeO2, Nb2O5和Ta2O5中之一的材料制成。低折射率電介質(zhì)層10指定為具有由“η”表示的折射率。氮化物發(fā)光層3指定為發(fā)射發(fā)射波長為λ (nm)的光。使用厚度等于λ/4η整數(shù)倍的各種低折射率電介質(zhì)層10進行模擬，用于對于低折射率電介質(zhì)層10 獲得光反射率的入射角相關(guān)性。結(jié)果，當?shù)驼凵渎孰娊橘|(zhì)層10設(shè)定為具有等于或大于從氮化物發(fā)光層3發(fā)射的光的發(fā)射波長的四分之五的厚度時，證實防止了由于光的逐漸消失導致的光反射率相對于預定入射角的降低。即，如果低折射率電介質(zhì)層10滿足厚度為氮化物發(fā)光層3發(fā)射波長的光波長(λ/η)的四分之五或更大的條件，則確認光提取效率得到改善。除了上述之外，當?shù)驼凵渎孰娊橘|(zhì)層10由包括SiO2層IOa和&02層IOb的堆疊膜實現(xiàn)時，期望滿足以下條件。SiO2層IOa的厚度限定為“tl”。SiO2層IOa的折射率度限定為 “nl”。&02層1013的厚度限定為“t2”。&02的折射率限定為“n2”。在這些條件下，滿足式 (tlX A/4nl+t2X λ/4η2) ^ (5/4) λ。在該實施方案中，低折射率電介質(zhì)層10包括厚度 tl等于31. Inm的SiO2層IOa和厚度t2等于159. Inm的&02層10b，使得低折射率電介質(zhì)層10的內(nèi)應(yīng)力為零。即，如果低折射率電介質(zhì)層由上述堆疊膜實現(xiàn)，則低折射率電介質(zhì)層 10可具有SiO2層IOa和&02層10b，其均設(shè)計為具有適合的厚度，由此能夠改善低折射率電介質(zhì)層的反射率。此外，當?shù)驼凵渎孰娊橘|(zhì)層10由上述堆疊層實現(xiàn)時，能夠通過任意設(shè)計SiO2層IOa和&02層IOb的厚度來減輕低折射率電介質(zhì)層10的內(nèi)應(yīng)力。結(jié)果，能夠改善低折射率電介質(zhì)層10和透明導電膜9之間的粘合。此外，LED芯片A具有在平面視圖中為矩形(正方形)的透光基板1。換言之，LED 芯片A具有沿垂直于LED芯片A厚度方向的方向為矩形(正方形)的透光基板1。陽電極 7具有在平面視圖中為矩形(正方形)的形狀；陽電極7在平面圖中的形狀稍微小于透光基板1，以在其四個角之一具有切口。換言之，LED芯片A具有陽電極7，其具有一個沿垂直于 LED芯片A厚度方向的方向的表面；陽電極7的一個表面稍微小于透光基板1。此外，陽電極7具有四個角；四個角中的之一具有切口。陰電極8在平面視圖中具有位于陽電極7切口內(nèi)的矩形。換言之，陰電極8具有一個沿垂直于LED芯片A厚度方向的平面的表面。陰電極8的尺寸使得陰電極位于陽電極的切口內(nèi)。此外，陽電極7的尺寸大于陰電極8的尺寸。換言之，陽電極7具有一個大于陰電極的一個表面的表面。應(yīng)注意陽電極7和陰電極 8中的每個的形狀不限于此。此外，LED芯片A還包括多個低折射率電介質(zhì)層10，其具有彼此隔離的島狀的結(jié)構(gòu)；低折射率電介質(zhì)層10布置在透明導電膜9上。低折射率電介質(zhì)層10中的每個在平面視圖中均為近似圓形。換言之，低折射率電介質(zhì)層10具有垂直于LED芯片厚度方向的圓形截面。因此，在低折射率電介質(zhì)層10中的每個中，低折射率電介質(zhì)層10具有中心和與低折射率電介質(zhì)層10的中心具有近似恒定距離的外周。結(jié)果，反光導電膜11具有包圍全部低折射率電介質(zhì)層10的部分。因此，能夠改善包圍全部低折射率電介質(zhì)層10的反光導電膜 11的部分的電流密度的均勻性。應(yīng)注意低折射率電介質(zhì)層10在平面視圖中為圓形。然而，能夠使用在平面視圖中具有規(guī)則多邊形的低折射率電介質(zhì)層10 ；規(guī)則多邊形等于或大于六個角。此外，期望使用在平面視圖中具有規(guī)則多邊形的低折射率電介質(zhì)層10，使得規(guī)則多邊形具有多個角，并使得規(guī)則多邊形具有近似等同于圓形的形狀。此外，該實施方案公開了 LED芯片A，其包括在透明導電膜9上的多個低折射率電介質(zhì)層；多個低折射率電介質(zhì)層10布置為兩維陣列。然而，優(yōu)選低折射率電介質(zhì)層10具有等于或小于透明導電膜9平面區(qū)域70%的平面區(qū)域。利用該結(jié)構(gòu)，防止由于低折射率電介質(zhì)層10導致的操作電壓(正向電壓)的增加。此外，能夠改善光提取效率。在上述實施方案中，如上所述，低折射率電介質(zhì)層10在平面視圖中為圓形并具有5微米的直徑。然而， 該數(shù)值僅為一個示例。因此，該數(shù)值不限于上述數(shù)值。此外，該實施方案公開了包括透明導電膜9的LED芯片A。陽電極7具有均與凸點37接合的區(qū)域。透明導電膜9具有第一區(qū)域，其每個與凸點37的與陽電極7接合的區(qū)域交疊。第一區(qū)域中的每個均稍微大于凸點37的區(qū)域。低折射率電介質(zhì)層10中的任一個均不設(shè)置于第一區(qū)域12中的每個內(nèi)部，以不與第一區(qū)域交疊。此外，P-型氮化物半導體層 4具有第一區(qū)域12。陽電極7具有均與凸點37接合的區(qū)域。ρ-型氮化物半導體層4的第一區(qū)域12的每個均稍微大于與陽電極7接合的凸點的區(qū)域中的每個。低折射率電介質(zhì)層 10中的每個不設(shè)置于P-型氮化物半導體層4的第一區(qū)域12中的每個內(nèi)。換言之，透明膜 9具有第一區(qū)域12。透明導電膜9的第一區(qū)域12由垂直于透明導電膜厚度方向的平面限定。此外，透明導電膜9的第一區(qū)域12由垂直于ρ-型氮化物半導體層4厚度方向的平面限定。透明導電膜9形成在ρ-型氮化物半導體層4上。因此，ρ-型氮化物半導體層4也具有第一區(qū)域12。ρ-型氮化物半導體層4的第一區(qū)域12由垂直于ρ-型氮化物半導體層厚度方向的平面限定。透明導電膜9的第一區(qū)域12中的每個與凸點37沿透明導電膜的厚度方向交疊。P-型氮化物半導體層4的第一區(qū)域12中的每個與凸點37沿ρ-型氮化物半導體層4的厚度方向交疊。第一區(qū)域12中的每個具有垂直于透明導電膜9厚度方向的尺度；凸點37中的每個具有垂直于透明導電膜9厚度方向的尺度；第一區(qū)域12的尺度大于凸點37的尺度。除了上述之外，LED芯片A具有在平面圖中均為圓形的第一區(qū)域12。與陽電極7接合的凸點37中的每個均在平面視圖中具有突出區(qū)域，突出區(qū)域中的每一個均位于第一區(qū)域12內(nèi)。換言之，與陽電極7接合的凸點37中的每一個均具有外周；凸點37中的每一個的全部外周位于第一區(qū)域12的外周內(nèi)。然而，第一區(qū)域12中的每一個僅需要與“凸點37中的每一個的區(qū)域”沿透明導電膜9的厚度方向交疊。應(yīng)說明第一區(qū)域12在平面視圖中的形狀由通過低折射率電介質(zhì)層10包圍的部分限定。在該實施方案中，與陽電極7 接合的凸點37中的每一個形成為在橫截面中具有80微米的直徑。第一區(qū)域12形成為具有100微米的直徑。然而，上述直徑的數(shù)值作為示例公開。因此，以上直徑的數(shù)值不限于上述數(shù)值。由上述說明可理解，在該實施方案中，發(fā)光器件包括透明導電膜9、反光導電膜 11和多個具有彼此隔離的島狀結(jié)構(gòu)的低折射率電介質(zhì)層10。LED芯片A成形為具有插入 P-型氮化物半導體層4和陽電極7之間的透明導電膜9。透明導 電膜9設(shè)置在從ρ-型氮化物半導體層4觀察時氮化物發(fā)光層3相反側(cè)的位置。透明導電膜9的折射率小于ρ-型氮化物半導體層4的折射率。反光導電膜11位于從透明導電膜9觀察時與ρ-型氮化物半導體層4相反的位置。反光導電膜11具有導電性，并構(gòu)建為反射從氮化物發(fā)光層3發(fā)射的光。低折射率電介質(zhì)層10形成在透明導電膜9和反光導電膜11之間以部分位于透明導電膜9上。低折射率電介質(zhì)層10的折射率小于ρ-型氮化物半導體層4的折射率。利用該結(jié)構(gòu)，能夠制造具有高光提取效率的LED芯片A。除了上述結(jié)構(gòu)之外，透明導電膜9具有第一區(qū)域12。第一區(qū)域與凸點37中的每一個沿透明導電膜的厚度方向交疊。低折射率電介質(zhì)層10中的任一個不形成于第一區(qū)域12中，從而不與第一區(qū)域12交疊。利用該結(jié)構(gòu)，能夠減小LED芯片A和安裝基板20之間的熱阻。即，該結(jié)構(gòu)使得能夠改善LED芯片A的散熱性能。除了上述改善之外，該結(jié)構(gòu)使得能夠增加LED芯片A的操作電流。 除了上述結(jié)構(gòu)之外，該實施方案公開了具有以上所述第一區(qū)域12的發(fā)光器件；第一區(qū)域12在平面圖中為圓形。陽電極7與凸點37中的每一個接合，使得凸點37中的每個沿厚度方向具有突出區(qū)域；突出區(qū)域位于第一區(qū)域12內(nèi)。因此，與其中第一區(qū)域12在平面圖中為矩形的情況相比，該結(jié)構(gòu)使得能夠增加低折射率電介質(zhì)層10的結(jié)構(gòu)的密度。結(jié)果， 該結(jié)構(gòu)使得LED芯片A能夠改善光提取效率。此外，圖IB公開了 LED芯片A，其包括低折射率電介質(zhì)層10 ；低折射率電介質(zhì)層 10中的每個設(shè)置在透明導電膜9上，以位于具有正正方形單位單元的二維正方柵格(假想的)的柵點上。然而，能夠布置低折射率電介質(zhì)層10中的每個位于具有正三角形單位單元的二維三角形柵鉻(假想的)的柵點上。在此情況下，低折射率電介質(zhì)層10設(shè)置為與相鄰的低折射率電介質(zhì)層10間隔開相同距離。結(jié)果，能夠改善電流密度的均勻性，由此能夠改善發(fā)光效率。此外，對于圖IA中的發(fā)光器件，能夠省略透明導電膜9和反光導電膜11。在此情況下，LED芯片A包括p-型氮化物半導體層4、陽電極7、以及在ρ-型氮化物半導體層4和氮化物發(fā)光層5之間的低折射率電介質(zhì)層10。低折射率電介質(zhì)層10部分地設(shè)置在從ρ-型氮化物半導體層4觀察時與氮化物發(fā)光層5相反的位置。低折射率電介質(zhì)層10的折射率小于P-型氮化物半導體層4的折射率。低折射率電介質(zhì)層10具有彼此隔離的島狀結(jié)構(gòu)。 在此情況下，P-型氮化物半導體層4具有與凸點37沿ρ-型氮化物半導體層的厚度方向交疊的區(qū)域；所述區(qū)域定義為第一區(qū)域12。該結(jié)構(gòu)使得發(fā)光器件能夠改善LED芯片A的光提取效率。此外，LED芯片A包括具有第一區(qū)域12的ρ-型氮化物半導體層4，第一區(qū)域12定義為與凸點37中的每個沿ρ-型氮化物半導體層的厚度方向交疊的區(qū)域。因此，該結(jié)構(gòu)使得能夠改善LED芯片A和安裝基板20之間的散熱性能，并也能夠改善發(fā)光效率。(第二實施方案)在該實施方案中的發(fā)光器件與第一實施方案近似相同。由圖2可知，LED芯片A包括透明導電膜9、反光導電膜11、以及在透明導電膜9和反光導電膜11之間的低折射率電介質(zhì)層11 ；反光導電膜11部分地設(shè)置在透明導電膜9上并且其折射率小于ρ-型氮化物半導體層4的折射率。本實施方案與第一實施方案中發(fā)光器件的差異在于在本實施方案中， 發(fā)光器件包括單個低折射率電介質(zhì)層10，而不是多個低折射率電介質(zhì)層10。在此實施方案中，低折射率電介質(zhì)層10設(shè)置有每個均為圓形的開口 ；每個開口的尺寸均大于每個凸點30 的突出區(qū)域；每個開口均位于對應(yīng)于凸點37中的至少之一的部分中。換言之，低折射率電介質(zhì)層10具有圓形開口，其開口尺寸大于凸點37的橫截面的尺寸；凸點37的橫截面的尺寸定義為垂直于凸點37的厚度方向的橫截面的尺寸。應(yīng)注意與第一實施方案組件相同的組件利用相同的附圖標記表示，并省略其說明。因此，在該實施方案中，發(fā)光器件包括LED芯片A，其具有ρ-型氮化物半導體層4、 陽電極7、透明導電膜9、反光導電膜11和低折射率電介質(zhì)層10。透明導電膜9設(shè)置在從 P-型氮化物半導體層4觀察時與氮化物發(fā)光層3相反的位置。透明導電膜9的折射率小于 P-型氮化物半導體層4的折射率。反光導電膜11設(shè)置在從透明導電膜9觀察時與ρ-型氮化物半導體層4相反的位置上。反光導電膜11具有導電性，并構(gòu)建為反射從氮化物發(fā)光層 3發(fā)射的光。低折射率電介質(zhì)層10設(shè)置在透明導電膜9和反光導電膜11之 間。低折射率電介質(zhì)層10部分地形成在透明導電膜上。低折射率電介質(zhì)層10的折射率小于ρ-型氮化物半導體層4的折射率。因此，能夠改善LED芯片A的光提取效率。除了上述之外，LED芯片A包括透明導電膜9，使得透明導電膜9具有第一區(qū)域12，第一區(qū)域12定義為與凸點37 中的每個沿透明導電膜9的厚度方向交疊的區(qū)域。因此，該結(jié)構(gòu)使得能夠減小LED芯片A 和安裝基板20之間的熱阻。此外，該結(jié)構(gòu)使得能夠增加操作電流。結(jié)果，能夠改善發(fā)光效率。此外，能夠從圖2A的發(fā)光器件減去透明導電膜9和反光導電膜11。在此情況下， LED芯片A包括p-型氮化物半導體層4、陽電極7、以及在ρ-型氮化物半導體層4和陽電極7之間的單個低折射率電介質(zhì)層10。單個低折射率電介質(zhì)層10部分地設(shè)置在從ρ-型氮化物半導體層4觀察時與氮化物發(fā)光層5相反的位置上。單個低折射率電介質(zhì)層10的折射率低于P-型氮化物半導體層4的折射率。低折射率電介質(zhì)層10設(shè)置在ρ-型氮化物半導體層4的第一區(qū)域上；第一區(qū)域定義為與凸點37中的至少之一交疊的區(qū)域。利用發(fā)光器件的該結(jié)構(gòu)，能夠改善LED芯片A的光提取效率。此外，LED芯片A包括具有與每個凸點 37交疊的區(qū)域的ρ-型氮化物半導體層4 ；與每個凸點37交疊的區(qū)域定義為第一區(qū)域12。 因此，能夠減小LED芯片A和安裝基板20之間的熱阻以改善散熱性能，并改善發(fā)光效率。在上述實施方案中，LED芯片A設(shè)計為發(fā)射藍色光。然而，從LED芯片A發(fā)射的光的顏色不限于藍色。即，能夠設(shè)計LED芯片以發(fā)射綠色光、紅色光、紫色光、紫外光等。此外，在上述實施方案中說明的發(fā)光器件可使用拱形的顏色轉(zhuǎn)化元件(圖例中未示出)。在此情況下，顏色轉(zhuǎn)化元件由具有磷光體的半透明材料制成。當磷光體接受來自 LED芯片A的光時，磷光體構(gòu)建為受到激發(fā)，以發(fā)射波長長于從LED芯片A發(fā)射的光的波長的光。顏色轉(zhuǎn)化元件安裝在安裝基板20上，使得LED芯片A位于顏色轉(zhuǎn)化元件和安裝基板 20之間。在此情況下，用于顏色轉(zhuǎn)化元件的半透明材料示例為硅氧烷樹脂。然而，半透明材料不限于硅氧烷樹脂。即，能夠使用丙烯酸樹脂、玻璃和有機組分和無機組分在納米水平或分子水平混合和耦聯(lián)的有機_無機雜化材料。與其中使用硅氧烷樹脂的情況相比，使用玻璃使得能夠改善顏色轉(zhuǎn)化元件的導熱率。因此，能夠防止磷光體溫度的增加和光通量的增力口。此外，使用玻璃使得能夠改善防止水蒸汽和NOx的氣體阻擋性能，并且能夠改善透濕性。 此外，使用玻璃使得能夠防止磷光體由于吸濕而分解。結(jié)果，能夠改善可靠性和耐久性。此夕卜，顏色轉(zhuǎn)化元件設(shè)計為與黃色磷光體一起包括半透明材料。然而，磷光體不限于黃色磷光體。即，能夠使用紅色磷光體和綠色磷光體的組合，以獲得白色光。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光器件，包括 LED芯片和安裝基板，所述LED芯片包括η-型氮化物半導體層、氮化物發(fā)光層、ρ-型氮化物半導體層、陽電極和陰電極，所述η-型氮化物半導體層具有第一表面，所述氮化物發(fā)光層設(shè)置在所述η-型氮化物半導體層的所述第一表面上， 所述P-型氮化物半導體層設(shè)置在所述氮化物發(fā)光層上，所述陽電極從所述P-型氮化物半導體層觀察時位于所述氮化物發(fā)光層的相反側(cè)， 所述陰電極設(shè)置在所述η-型氮化物半導體層的所述第一表面上， 所述安裝基板構(gòu)建為安裝所述LED芯片，所述安裝基板具有圖案化導體，其通過凸點與所述陰電極接合，并通過凸點與所述陽電極接合，所述LED芯片包括一個或更多個具有島狀結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)層， 所述電介質(zhì)層的折射率小于所述P-型氮化物半導體層的折射率， 所述電介質(zhì)層位于P-型氮化物半導體層和所述陽電極之間， 所述P-型氮化物半導體層具有與所述凸點交疊的第一區(qū)域，和所述電介質(zhì)層不與所述第一區(qū)域交疊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述LED芯片還包括透明導電膜和反光導電膜，所述透明導電膜設(shè)置在所述P-型氮化物半導體層和所述陽電極之間， 所述透明導電膜的折射率低于所述P-型氮化物半導體層的折射率， 所述反光導電膜設(shè)置于所述透明導電膜和所述陽電極之間， 所述電介質(zhì)層部分地形成在所述透明導電膜上， 所述電介質(zhì)層具有島狀結(jié)構(gòu)，和所述電介質(zhì)層形成于所述透明導電膜和所述反光導電膜之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光器件，其中所述第一區(qū)域為垂直于所述P-型氮化物半導體層的厚度方向的平面， 所述平面為圓形，所述第一區(qū)域與所述凸點沿所述P-型氮化物半導體層的厚度方向交疊。
全文摘要
公開了一種發(fā)光器件，其包括安裝基板和LED芯片，所述LED芯片包括n-型氮化物半導體層、氮化物發(fā)光層、p-型氮化物半導體層、陽電極和陰電極。所述氮化物發(fā)光層設(shè)置在n-型氮化物半導體層上。所述p-型氮化物半導體層設(shè)置在氮化物發(fā)光層上。從p-型氮化物半導體層觀察時，陽電極位于氮化物發(fā)光層的相反側(cè)。陰電極設(shè)置在n-型氮化物半導體層上。安裝基板的導體圖案通過凸點與陰電極和陽電極接合。LED芯片具有電介質(zhì)層。所述電介質(zhì)層形成為至少一個島并且位于p-型氮化物半導體層和陽電極之間。p-型氮化物半導體層具有與凸點交疊的第一區(qū)域。電介質(zhì)層不形成于第一區(qū)域內(nèi)。
文檔編號H01L33/32GK102326270SQ201080009000
公開日2012年1月18日 申請日期2010年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月24日
發(fā)明者安田正治, 山江和幸, 巖橋友也, 村井章彥 申請人:松下電工株式會社