專利名稱：發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
實(shí)施方案涉及發(fā)光器件、其制造方法、發(fā)光器件封裝件、以及照明系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
LED(發(fā)光器件)是一種將電能轉(zhuǎn)化為光能的元件。例如，LED通過(guò)調(diào)節(jié)化合物半導(dǎo)體的組成比例可產(chǎn)生各種顏色。與常規(guī)光源例如熒光燈或者白熾燈相比，基于氮化物半導(dǎo)體薄膜的LED在耗電、壽命、響應(yīng)速度、安全和環(huán)境友好要求方面是有利的。因此，LED的應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到LED背光的范圍，其可替代構(gòu)成液晶顯示器(LCD)的背光的冷陰極熒光燈(CCFL)、可替代熒光燈或者白熾燈的白色LED照明器件、車輛的頭燈以及信號(hào)燈。由于氮化物半導(dǎo)體LED的應(yīng)用已經(jīng)得到擴(kuò)展，所以有必要開(kāi)發(fā)高功率和高效率的LED。同時(shí)，根據(jù)相關(guān)技術(shù)的包括具有多量子阱結(jié)構(gòu)的有源層的氮化物半導(dǎo)體LED，有源層中的量子阱可無(wú)法將注入的載流子均勻地分布，所以僅少數(shù)與空穴注入層相鄰的量子阱可有助于發(fā)光。因此，如果注入大量的電流，可產(chǎn)生未有效地局限于有源層中的額外的電子。這些額外的電子并不有助于發(fā)光，而是可在有源層中淬滅或者泄漏出有源層。此外，根據(jù)相關(guān)技術(shù)，電子-空穴的復(fù)合主要在與空穴注入層相鄰的最后的量子阱中進(jìn)行。因?yàn)樽詈蟮牧孔于宓陌l(fā)光效率低，所以LED的發(fā)光效率可降低。

發(fā)明內(nèi)容
實(shí)施方案提供發(fā)光器件、其制造方法、發(fā)光器件封裝件、以及照明系統(tǒng)。根據(jù)實(shí)施方案的一種發(fā)光器件包括:第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層；包括量子講和量子勢(shì)魚(yú)并且設(shè)置在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的有源層；以及在有源層上的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層，其中所述有源層包括與第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層相鄰的第一量子阱、與第一量子阱相鄰的第二量子阱、以及在第一量子講和第二量子講之間的第一量子勢(shì)魚(yú)，其中在第二量子講中的電子-空穴的復(fù)合率高于在第一量子阱中的電子-空穴的復(fù)合率。根據(jù)實(shí)施方案的一種發(fā)光器件包括:第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層；包括量子阱和量子勢(shì)壘并且設(shè)置在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的有源層；以及在有源層上的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層，其中有源層包括與第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層相鄰的第一量子阱、與第一量子阱相鄰的第二量子阱、以及在第一量子阱和第二量子阱之間的第一量子勢(shì)壘，其中在第二量子阱中的電子-空穴的復(fù)合率高于在第一量子阱中的電子-空穴的復(fù)合率，第一量子阱的能級(jí)高于第二量子阱的用于電子-空穴的復(fù)合能級(jí)，第一量子勢(shì)壘的厚度為允許從第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層注入的載流子隧穿通過(guò)第一量子勢(shì)壘。


圖1為根據(jù)實(shí)施方案的發(fā)光器件的截面圖；圖2為根據(jù)第一實(shí)施方案的發(fā)光器件的能帶圖；圖3為根據(jù)第二實(shí)施方案的發(fā)光器件的能帶圖；圖4為顯示在根據(jù)實(shí)施方案的發(fā)光器件中的復(fù)合率的圖；圖5為顯示在根據(jù)實(shí)施方案的發(fā)光器件中的發(fā)光光譜的圖；圖6為顯示包括根據(jù)實(shí)施方案的發(fā)光器件的發(fā)光器件封裝件的截面圖；圖7為顯示包括根據(jù)實(shí)施方案的發(fā)光器件封裝件的照明單元的立體圖；和圖8為顯示包括根據(jù)實(shí)施方案的發(fā)光器件封裝件的背光單元的分解立體圖。
具體實(shí)施例方式在實(shí)施方案的描述中，應(yīng)理解當(dāng)層(或者膜)稱為在另一層或者襯底“上”時(shí)，其可以直接在另一層或者襯底上，或者也可存在中間層。此外，應(yīng)理解，當(dāng)層稱為在另一層“下”時(shí)，其可以直接在另一層下，也可存在一個(gè)或更多個(gè)中間層。此外，應(yīng)理解，當(dāng)層稱為在兩層“之間”時(shí)，其可以為在所述兩層之間的唯一層，或者也可存在一個(gè)或更多個(gè)中間層。(實(shí)施方案)圖1顯示根據(jù)實(shí)施方案的發(fā)光器件100的示意性的結(jié)構(gòu)。

雖然實(shí)施方案將參考垂直型發(fā)光器件進(jìn)行描述，但是這僅僅是說(shuō)明性的目的。實(shí)施方案也可應(yīng)用于橫向型發(fā)光器件、倒裝芯片型發(fā)光器件、以及包括通孔的混合型(hybrid-type)發(fā)光器件。根據(jù)實(shí)施方案的發(fā)光器件可包括:具有第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層112、有源層114和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層116的發(fā)光結(jié)構(gòu)，形成在發(fā)光結(jié)構(gòu)110的上表面的一部分上的鈍化層140、以及形成在發(fā)光結(jié)構(gòu)110上的第一電極150。根據(jù)所述實(shí)施方案，在有源層114和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層116之間可設(shè)置有電子阻擋層130。根據(jù)所述實(shí)施方案，第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層112可包括具有組成式InxAlyGa1^yN(O ^ x ^ 1,0 ^ y ^ 1,0彡x+y ( I)的半導(dǎo)體材料。例如，第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層 112 包括選自 GaN、InN,AIN, InGaN,AlGaN, InAlGaN、AlInN、AlGaAs、InGaAs、AlInGaAs、GaP、AlGaP、InGaP、AlInGaP 和 InP 中的至少之一。有源層114可具有單量子阱結(jié)構(gòu)、多量子阱結(jié)構(gòu)(MQW)、量子線結(jié)構(gòu)和量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的至少之一。有源層114的量子阱/量子勢(shì)壘可包括InGaN/GaN、InGaN/InGaN、GaN/AlGaN、InAlGaN/GaN.GaAs (InGaAs) /AlGaAs 以及 GaP (InGaP)/AlGaP 中的至少之一，但是實(shí)施方案不限于此。阱層可包括帶隙低于勢(shì)壘層的帶隙的材料。第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層116可包括摻雜有第二導(dǎo)電摻雜劑的II1-V族元素的化合物半導(dǎo)體。例如，第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層116可包括具有組成式InxAlyGai_x_yN(0彡X彡1，0彡y彡1，O ^ x+y ^ I)的半導(dǎo)體材料。詳細(xì)地，第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層116可包括選自GaN、AlN、AlGaN、InGaN, InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP 和 AlGaInP 中的一種。根據(jù)所述實(shí)施方案，第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層112可為N型半導(dǎo)體層，第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層116為P型半導(dǎo)體層，但是實(shí)施方案不限于此。此外，在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層116上可形成極性與第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層116的極性相反的半導(dǎo)體層。例如，如果第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層116為P型半導(dǎo)體層，則可在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層116上形成N型半導(dǎo)體層(未示出)。因此，發(fā)光結(jié)構(gòu)110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。在發(fā)光結(jié)構(gòu)的上表面上可形成粗糙結(jié)構(gòu)R以改善光提取效率。在發(fā)光結(jié)構(gòu)110下可形成第二電極層120。第二電極層120可包括歐姆層122、反射層124、接合層125和支撐襯底126。例如，歐姆層122可包括ITO (銦錫氧化物)、IZO (銦鋅氧化物)、IZTO (銦鋅錫氧化物)、IAZO (銦鋁鋅氧化物)、IGZO (銦鎵鋅氧化物)、IGTO (銦鎵錫氧化物)、AZO (鋁鋅氧化物)、ATO (銻錫氧化物)、GZO (鎵鋅氧化物)、IZ0N(IZ0氮化物)、AGZO (Al-Ga ZnO)、IGZO(In-GaZnO)、ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/1 TO, Ni/IrOx/Au、Ni/Ir0x/Au/IT0、Ag、N1、Cr、T1、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au和Hf中的至少之一,然而實(shí)施方案不限于此。此外，反射層124可通過(guò)使用包括選自Ag、N1、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au和Hf中的至少之一的金屬或者合金形成。此外，反射層124可以通過(guò)使用金屬或者合金以及透射導(dǎo)電材料例如IZO、IZTO、1AZ0、IGZO、IGTO、AZO或者ATO制備為多層。例如，反射層124 可具有 IZO/N1、AZO/Ag、IZ0/Ag/Ni 或者 AZ0/Ag/Ni 的堆疊結(jié)構(gòu)。例如，接合層125可包括T1、Au、Sn、N1、Cr、Ga、In、B1、Cu、Ag和Ta中的至少之
O此外，導(dǎo)電支撐襯底126可包括銅(Cu)、Cu合金、金(Au)、鎳(Ni)、鑰(MO)、銅-鎢(Cu-W)或者載體晶片(例如S1、Ge、GaAs、GaN、ZnO、SiGe或者SiC)中的至少之一。在發(fā)光結(jié)構(gòu)110的下部的外周邊部處可形成保護(hù)元件190，在發(fā)光結(jié)構(gòu)110和歐姆層122之間可形成電流阻擋層(CBL) 129。保護(hù)元件190可形成在發(fā)光結(jié)構(gòu)110和接合層125之間的外周邊區(qū)域處，并且可具有圈形、環(huán)形或者矩形框形。保護(hù)元件190的一部分可與發(fā)光結(jié)構(gòu)110在垂直方向上交疊。保護(hù)元件190延長(zhǎng)有源層114和接合層125的側(cè)面之間的距離，由此防止在接合層125和有源層114之間發(fā)生電短路，同時(shí)防止在芯片分離工藝期間的電短路。保護(hù)元件190可通過(guò)使用具有電絕緣性能的材料、具有低于反射層124或者接合層125的電導(dǎo)率的材料、或者與第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層116形成肖特基接觸的材料形成。例如，保護(hù)元件 190 可包括選自 ΙΤ0、IZO、IZTO、IAZO、IGZO、IGT0、ΑΖ0、ΑΤΟ、Zn。、SiO2, SiOx、Si0xNy、Si3N4、Al203、Ti0x、Ti02、T1、Al 和 Cr 中的至少之一。實(shí)施方案提供具有改善的發(fā)光效率的發(fā)光器件、制造所述發(fā)光器件的方法、發(fā)光器件封裝件和照明系統(tǒng)。為此，根據(jù)實(shí)施方案的發(fā)光器件100包括第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層112、包括量子阱和量子勢(shì)壘并且形成在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層112上的有源層114、以及形成在有源層114上的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層116。有源層114包括最靠近第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層116的第一量子阱114wl和最靠近第一量子阱114wl的第二量子阱114w2，其中在第二量子阱114w2中的電子-空穴的復(fù)合率高于在第一量子阱114wl中的電子-空穴的復(fù)合率。有源層114可包括在第一量子講114wl和第二量子講114w2之間的第一量子勢(shì)魚(yú)114bl。第一量子勢(shì)壘114bl的載流子傳輸能力可高于其它勢(shì)壘壁例如第二量子勢(shì)壘114b2的載流子傳輸能力。第一量子阱114wl的能級(jí)可高于第二量子阱114w2的能級(jí)。第一量子阱114wl的組成比例可以與第二量子阱114w2的組成比例不同。例如，第一量子阱114wl的銦(In)比例可低于第二量子阱114w2的銦(In)比例。詳細(xì)地，第一量子阱114wl的銦(In)比例可為約9至10%，第二量子阱114w2的銦(In)比例可為約12%，但是實(shí)施方案不限于此。此外，第一量子阱114wl可在高于第二量子阱114w2的生長(zhǎng)溫度下生長(zhǎng)。例如，第一量子阱114wl在從正常生長(zhǎng)溫度增加約6°C至9°C的溫度時(shí)生長(zhǎng)，使得可以改善第一量子阱114wl的結(jié)晶度。圖2為根據(jù)第一實(shí)施方案的發(fā)光器件的能帶圖。通常，由于空穴的低的遷移度，所以在與空穴注入層相鄰的最后的量子阱中，空穴-電子的復(fù)合幾率最高。然而，在高溫下生長(zhǎng)p-AlGaN/p-GaN層時(shí)，最后的量子阱熱力學(xué)受損，或者最后的量子阱由于作為P型雜質(zhì)的Mg的擴(kuò)散而受損，所以與其它量子阱相比，復(fù)合效率相對(duì)低。因此，發(fā)光器件必須設(shè)計(jì)為使得載流子特別是空穴可以被注入到其它阱而不是最后的阱中，以制造具有高效率的發(fā)光器件。
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根據(jù)所述實(shí)施方案，在用作最后的量子阱的第一量子阱114wl生長(zhǎng)時(shí)，生長(zhǎng)溫度增加以使得第一量子阱114wl的組成與其它量子阱的組成不同。例如，在第一量子阱114wl生長(zhǎng)時(shí)，溫度從正常生長(zhǎng)溫度增加約6°C到9°C。根據(jù)實(shí)施方案，因?yàn)榈谝涣孔于?14wl在高的生長(zhǎng)溫度下生長(zhǎng)，所以其中復(fù)合幾率高的最后的量子阱的結(jié)晶度可以得到改善。此外，根據(jù)實(shí)施方案，第一量子阱114wl的深度淺以促進(jìn)空穴的逸出，使得空穴注入可以被誘導(dǎo)至具有優(yōu)異發(fā)光效率的其它量子阱。因此，根據(jù)實(shí)施方案，LED的亮度可得到改善。根據(jù)實(shí)施方案，為了改善發(fā)光器件的發(fā)光效率，在最后的阱和位于最后的阱的正下方的阱之間的量子勢(shì)壘可具有薄的厚度，以防止在具有相對(duì)低發(fā)光效率的最后的阱中復(fù)
口 ο根據(jù)實(shí)施方案，因?yàn)橛米髯詈蟮内宓牡谝涣孔于?14wl和用作緊接著的阱的第二量子阱114w2之間的勢(shì)壘的厚度減小，所以逸出而沒(méi)有在用作具有淺深度的最后的阱的第一量子阱114wl中復(fù)合的空穴可容易地而沒(méi)有阻力遷移至位于緊鄰在第一量子阱114wl下方的第二量子阱114 2。因此，大量的空穴可以被注入具有優(yōu)異發(fā)光效率的第二量子阱114w2中，所以發(fā)光器件的發(fā)光效率可得到改善。根據(jù)實(shí)施方案,在第一量子講114wl和第二量子講114w2之間可設(shè)置第一量子勢(shì)壘114bl，第一量子勢(shì)壘114bl的載流子傳輸能力高于其它量子勢(shì)壘的載流子傳輸能力。例如，第一量子勢(shì)壘114bl可具有約4nm的厚度，其薄于其它量子勢(shì)壘的厚度(6nm)，用作最后的阱的第一量子阱114wl和用作緊接著的阱的第二量子阱114w2之間的勢(shì)壘的厚度減小，所以逸出而沒(méi)有在用作具有淺深度的最后的阱的第一量子阱114wl中復(fù)合的空穴可容易而沒(méi)有阻力地遷移至位于緊鄰在第一量子阱114wl下方的第二量子阱114 2。因此，大量的空穴可以被注入具有優(yōu)異發(fā)光效率的第二量子阱114w2中，所以發(fā)光器件的發(fā)光效率可得到改善。根據(jù)實(shí)施方案，如果第一量子阱114wl的能級(jí)高于第二量子阱114w2的能級(jí)，則第一量子勢(shì)壘114bl的厚度足以防止從第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層116注入的載流子的隧穿通過(guò)第一量子勢(shì)壘114bl。例如,第一量子勢(shì)魚(yú)114bl可為厚度為約3nm至約4nm的GaN量子勢(shì)魚(yú),其薄于其它量子勢(shì)壘的厚度^nm),但是可不發(fā)生載流子隧穿通過(guò)第一量子勢(shì)壘114bl。根據(jù)實(shí)施方案，在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層116為P型半導(dǎo)體層的情況下，P型半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)溫度為約900°C至1000°C，其高于有源層114的生長(zhǎng)溫度(約700°C至800°C )，所以如果在已經(jīng)生長(zhǎng)有源層114之后溫度增加到P型半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)溫度，則有源層114的界面表面可暴露于高溫。此外，在生長(zhǎng)P型半導(dǎo)體層時(shí)，P型摻雜劑可擴(kuò)散入相鄰的有源層中。因此，通常，與P型半導(dǎo)體相鄰的有源層的界面表面可受到熱損害，或者有源層可由于P型摻雜劑的擴(kuò)散而受到損害，所以與其它有源層的發(fā)光效率相比，所述有源層的發(fā)光效率可降低。因此，根據(jù)實(shí)施方案，在P型半導(dǎo)體層150可形成在有源層140上時(shí)，在由于P型半導(dǎo)體層150的生長(zhǎng)溫度而受損的有源層140的量子阱140wl中的電子-空穴的復(fù)合率，即，在最靠近P型半導(dǎo)體層150的第一量子阱140wl中的電子-空穴的復(fù)合率降低，在緊鄰的量子阱中的電子-空穴的復(fù)合率，即在最靠近第一量子阱140wl的第二量子阱140w2中的電子-空穴的復(fù)合率增加，由此改善發(fā)光器件的發(fā)光效率。圖3為根據(jù)第二實(shí)施方案的發(fā)光器件的能帶圖。根據(jù)第二實(shí)施方案的發(fā)光器件可米用根據(jù)第一實(shí)施方案的發(fā)光器件的技術(shù)特征。

根據(jù)第二實(shí)施方案，如果第一量子阱114wl’的能級(jí)高于第二量子阱114w2’的能級(jí)用于電子-空穴的復(fù)合，第一量子勢(shì)壘114bl’的厚度可以為允許從第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層116注入的載流子隧穿通過(guò)第一量子勢(shì)壘114bl’。根據(jù)第二實(shí)施方案，在用作最后的量子阱的第一量子阱114wl’和與第一量子阱114wl’相鄰的第二量子阱114w2’之間的第一量子勢(shì)壘114bl’的厚度足夠薄(例如3nm或者更小)，以允許載流子隧穿。因此，大部分電荷(尤其是空穴)可從第一量子阱114wl’遷移到與第一量子阱114wl’相鄰的第二量子阱114 2’。即，因?yàn)樵诰哂袃?yōu)異量子效率的第二量子阱114 2’中發(fā)生復(fù)合，所以光功率可以增加。此外，根據(jù)第二實(shí)施方案，因?yàn)橛捎米髯詈蟮牧孔于宓牡谝涣孔于?14wl’不產(chǎn)生具有短波長(zhǎng)的光，所以可以解決與光譜的寬度增加相關(guān)的問(wèn)題。此外，根據(jù)第二實(shí)施方案，用作最后的量子阱的第一量子阱114wl’的能量帶隙的能級(jí)必須高于其余的阱的復(fù)合能級(jí)。如果這個(gè)條件不滿足，則可提供對(duì)應(yīng)于兩個(gè)阱彼此合并的厚阱，并且厚阱可使復(fù)合效率降低。根據(jù)第二實(shí)施方案，通過(guò)增加工藝溫度或者銦(In)的組成，可以控制作為犧牲量子阱的第一量子阱114wl’的深度，阱深度可以降低得更多。根據(jù)第二實(shí)施方案，允許載流子隧穿的第一量子勢(shì)壘114bl’的厚度可隨器件的結(jié)構(gòu)、層的組成以及結(jié)晶度而變化。例如，如果第一量子勢(shì)壘114bl’為GaN基量子勢(shì)壘，則第一量子勢(shì)壘114bl'的厚度可為約3nm至4nm或者更小。如果第一量子勢(shì)壘114bl’為AlGaN基量子勢(shì)壘，則由于AlGaN基量子勢(shì)壘的帶隙能級(jí)高于GaN基量子勢(shì)壘的帶隙能級(jí)，所以第一量子勢(shì)壘114bl’的厚度可比GaN基量子勢(shì)壘的厚度減小得更多。第一量子勢(shì)壘114bl’的厚度可隨著Al的組成的增加而減小。根據(jù)第二實(shí)施方案，厚度為允許載流子隧穿的第一量子勢(shì)壘114bl’可不用作就量子力學(xué)而言的勢(shì)壘。該第一量子勢(shì)壘114bl’可定義為形成和保持在犧牲的最后的量子阱和用作主要發(fā)光阱的第二量子阱114w2之間的不連續(xù)的和清晰(sharp)的界面表面的界面表面保持層。圖4為顯示在根據(jù)實(shí)施方案的發(fā)光器件中的復(fù)合率的圖，圖5為顯示在根據(jù)實(shí)施方案的發(fā)光器件中發(fā)光光譜的圖。通常，在最靠近第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層的量子阱中的電子-空穴的復(fù)合率顯著高于在有源層的其它量子阱中的電子-空穴的復(fù)合率。圖4中X-軸的距離表示從第一導(dǎo)電層112至有源層114的距離。根據(jù)實(shí)施方案，如圖4所示，在第一量子阱114wl中的電子-空穴的復(fù)合率低于在最靠近第一量子阱114wl的第二量子阱114w2中的電子-空穴的復(fù)合率。此外，如圖5所示，根據(jù)實(shí)施方案，由于在第一量子阱114wl中的復(fù)合率降低，所以由有源層114發(fā)射的光可具有單波長(zhǎng)(D)。如果在第一量子阱114wl中的復(fù)合率高，則雖然有源層114的發(fā)光效率可以得到改善，但是光譜寬度可顯著增加，所以光可不具有單波長(zhǎng)(C)，使得色純度降低。圖5是在第一量子阱114wl中的電子-空穴的復(fù)合率高于在最靠近第一量子阱114wl的第二量子阱114w2中的電子-空穴的復(fù)合率的條件下獲得的。例如，如圖2所示，在第一量子阱114wl的底部能級(jí)高于第二量子阱114w2的底部能級(jí)并且第一量子勢(shì)壘114bl的厚度足以防止空穴的隧穿時(shí)，在第一量子阱114wl中的電子-空穴的復(fù)合率低于在最靠近第一量子阱114wl的第二量子阱114w2中的電子-空穴的復(fù)合率。在這種情況下，根據(jù)實(shí)施方案的發(fā)光器件具有最高的發(fā)光效率并且光具有單波長(zhǎng)。此外，如圖3所示，在第一量子阱114wl’的底部能級(jí)高于第二量子阱114w2的用于電子-空穴的復(fù)合能級(jí)并且第一量子勢(shì)壘114bl’的厚度為允許空穴隧穿通過(guò)第一量子勢(shì)壘114bl’時(shí)，在第一量子勢(shì)壘114bl’中的電子-空穴的復(fù)合率最小化，并且在最靠近第一量子阱114wl’的第二量子阱114w2中的電子-空穴的復(fù)合率最大化。在這種情況下，由有源層114發(fā)射的光具有單波長(zhǎng)。根據(jù)實(shí)施方案，為了防止色純度的降低，調(diào)節(jié)第一量子勢(shì)壘114bl’的厚度，以使得空穴能夠隧穿通過(guò)第一量子勢(shì)壘114bl’。例如，第一量子勢(shì)壘114bl’的厚度可為約3nm或者更小。第一量子勢(shì)壘114bl’的厚度可為約0.5nm，但是實(shí)施方案不限于此。因此，大部分載流子(尤其是空穴)可從用作最后的量子阱的第一量子阱114wl’遷移至與第一量子阱114wl’鄰近的第二量子阱114w2。S卩，因?yàn)殡娮?空穴的復(fù)合在第二量子阱114w2中進(jìn)行，所以光功率可以得到改善。此外，因?yàn)橛捎米髯詈蟮牧孔于宓牡谝涣孔于?14wl’可不產(chǎn)生具有短波長(zhǎng)的光，所以可解決與光譜寬度增加相關(guān)的問(wèn)題。根據(jù)實(shí)施方案，用作最后的量子阱的第一量子阱114wl’的能帶能級(jí)設(shè)定為高于其余的量子阱的復(fù)合能級(jí)。如果該條件不滿足，則可提供對(duì)應(yīng)于兩個(gè)彼此合并的阱的厚阱，并且厚阱可使得復(fù)合效率降低。用作最后的量子阱的第一量子阱114wl’的能帶能量可通過(guò)增加工藝溫度或者減小銦(In)組成來(lái)控制。根據(jù)實(shí)施方案，用作最后的量子阱的第一量子阱114wl’的厚度可為約0.5nm至約3.2nm，但是實(shí)施方案不限于此。如果根據(jù)實(shí)施方案制造垂直型發(fā)光器件或者橫向型發(fā)光器件，則即使有源層的界面表面由于與有源層緊鄰形成的導(dǎo)電半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)溫度以及摻雜劑而受損，發(fā)光效率也可得到改善。此外，發(fā)光器件可以以高的發(fā)光效率產(chǎn)生具有單波長(zhǎng)的光。圖6為顯示包括根據(jù)實(shí)施方案的發(fā)光器件的發(fā)光器件封裝件200的截面圖。根據(jù)實(shí)施方案的發(fā)光器件封裝件200包括:封裝體205、形成在封裝體205上的第三電極層213和第四電極層214、安裝在封裝體205中并且電連接至第三電極層213和第四電極層214的根據(jù)實(shí)施方案的發(fā)光器件100、以及包圍發(fā)光器件100的模制兀件240。封裝體205可包括硅、合成樹(shù)脂或者金屬材料。在發(fā)光器件100周圍可形成傾斜的表面。第三電極層213和第四電極層214彼此電絕緣并對(duì)發(fā)光器件100供電。第三電極層213和第四電極層214可反射由發(fā)光器件100發(fā)射的光以提高發(fā)光效率，并且可以將由發(fā)光器件100產(chǎn)生的熱散到外部。發(fā)光器件100可包括圖1所示的垂直型發(fā)光器件，但是實(shí)施方案不限于此。例如，發(fā)光器件100可包括橫向型發(fā)光器件。發(fā)光器件100可安裝在封裝體205上或者安裝在第三電極213或者第四電極214上。發(fā)光器件100可通過(guò)引線方案、倒裝芯片方案和管芯接合方案與第三電極213和/或第四電極214電連接。根據(jù)實(shí)施方案，發(fā)光器件100通過(guò)導(dǎo)線230電連接至第三電極213以及與第四電極214直接接觸。模制元件240可通過(guò)包圍發(fā)光器件100來(lái)保護(hù)發(fā)光器件100。此外，模制元件240可包括磷光體以改變由發(fā)光器件100發(fā)射的光的波長(zhǎng)。在襯底上可布置多個(gè)根據(jù)實(shí)施方案的發(fā)光器件封裝件。此外，在由發(fā)光器件封裝件發(fā)射的光的路徑上可安裝光學(xué)元件例如導(dǎo)光板、棱鏡片、擴(kuò)散片以及熒光片。發(fā)光器件封裝件、襯底和光學(xué)元件可用作背光單元或者照明單元。例如，照明系統(tǒng)可包括背光單元、照明單元、指示器、燈或者路燈。圖7為顯示根據(jù)實(shí)施方案的照明單元1100的立體圖。圖7的照明單元1100為照明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例，實(shí)施方案不限于此。根據(jù)實(shí)施方案，根據(jù)實(shí)施方案的照明單元1100可包括殼體1110、安裝在殼體1110中的發(fā)光模塊1130、以及安裝在殼體1110中以從外部電源接電的接線端子1120。優(yōu)選地,殼體1110包括具有優(yōu)異散熱性能的材料。例如,殼體1110可包括金屬材料或者樹(shù)脂材料。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)光器件封裝件 200。襯底1132可通過(guò)在絕緣體上印刷電路圖案形成。例如，襯底1132可包括PCB(印刷電路板)、金屬芯PCB、柔性PCB或者陶瓷PCB。此外，襯底1132可包括有效地反射光的材料。在襯底1132的表面上可形成涂層。此時(shí)，涂層具有白色或者銀色以有效地反射光。在襯底1132上安裝至少一個(gè)發(fā)光器件封裝件200。各發(fā)光器件封裝件200可包括至少一個(gè)LED(發(fā)光二極管)100。LED 100可包括發(fā)射具有紅色、綠色、藍(lán)色或者白色的光的彩色LED、以及發(fā)射紫外光的UV (紫外)LED?？蓪?duì)發(fā)光模塊1130的發(fā)光器件封裝件200進(jìn)行各種布置，以提供各種顏色和亮度。例如，可布置白色LED、紅色LED和綠色LED的組合，以實(shí)現(xiàn)高的顯色指數(shù)(CRI)。接線端子1120電連接至發(fā)光模塊1130以對(duì)發(fā)光模塊1130供電。根據(jù)實(shí)施方案，接線端子1120具有與外部電源旋轉(zhuǎn)耦合的插座形狀，但是實(shí)施方案不限于此。例如，接線端子1120可以準(zhǔn)備為插入外部電源中的引腳的形式或者通過(guò)導(dǎo)線連接至外部電源。圖8為根據(jù)實(shí)施方案的背光單元1200的分解立體圖。圖8的背光單元1200為照明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例，但是實(shí)施方案不限于此。根據(jù)實(shí)施方案的背光單兀1200包括:導(dǎo)光板1210、對(duì)導(dǎo)光板1210提供光的發(fā)光模塊部1240、在導(dǎo)光板1210下的反射元件1220、以及在其中容納導(dǎo)光板1210、發(fā)光模塊部1240和反射元件1220的底蓋1230，但是實(shí)施方案不限于此。導(dǎo)光板1210將光擴(kuò)散以提供表面光。導(dǎo)光板1210可包括透明材料。例如，導(dǎo)光板1210可包括基于丙烯?；臉?shù)脂、例如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)PC(聚碳酸酯)、COC(環(huán)烯烴共聚物)或者PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)樹(shù)脂中的一種。發(fā)光模塊部1240對(duì)導(dǎo)光板1210的至少一側(cè)提供光。發(fā)光模塊部1240用作其中安裝背光單元的顯示器件的光源。發(fā)光模塊部1240可與導(dǎo)光板1210接觸,但是實(shí)施方案不限于此。詳細(xì)地,發(fā)光模塊部1240包括襯底1242和安裝在襯底1242上的多個(gè)發(fā)光器件封裝件200。襯底1242可與導(dǎo)光板1210接觸，但是實(shí)施方案不限于此。襯底1242可為包括電路圖案(未示出)的印刷電路板(PCB)。此外，襯底1242可還包括金屬芯PCB (MCPCB)或者柔性PCB (FPCB)，但是實(shí)施方案不限于此。此外,發(fā)光器件封裝件200可安裝在襯底1242上,使得發(fā)光的發(fā)光表面與導(dǎo)光板1210間隔開(kāi)預(yù)定距離。在導(dǎo)光板1210下可設(shè)置反射元件1220。反射元件1220將通過(guò)導(dǎo)光板1210的下表面向下傳播的光向上反射，由此改善背光單元的亮度。例如，反射元件1220可包括PET、PC或者PVC樹(shù)脂，但是實(shí)施方案不限于此。底蓋1230可在其中容納導(dǎo)光板1210、發(fā)光模塊部1240以及反射元件1220。為此，底蓋1230為具有開(kāi)口的頂表面的盒形，但是實(shí)施方案不限于此。底蓋1230可使用金屬材料或者樹(shù)脂材料通過(guò)壓制工藝或者擠出工藝制造。根據(jù)實(shí)施方案的發(fā)光器件、制造發(fā)光器件的方法、發(fā)光器件封裝件以及照明系統(tǒng)，發(fā)光效率可以得到改善并且LED的光學(xué)特性可以得到增強(qiáng)。本說(shuō)明書(shū)中對(duì)于“一個(gè)實(shí)施方案”、“實(shí)施方案”、“示例實(shí)施方案”等的任何引用表示結(jié)合實(shí)施方案描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或者特性包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案中。本說(shuō)明書(shū)中的各個(gè)位置處出現(xiàn)這種措辭并非都涉及相同的實(shí)施方案。此外，在結(jié)合任何實(shí)施方案描述具體的特征、結(jié)構(gòu)或者特性時(shí)，認(rèn)為將這種特征、結(jié)構(gòu)或者特性與實(shí)施方案的其它特征、結(jié)構(gòu)或者特性結(jié)合在本領(lǐng)域技術(shù)人員的范圍內(nèi)。雖然已經(jīng)參照若干示意性實(shí)施方案描述了實(shí)施方案，但是應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本公開(kāi)的原理的精神和范圍內(nèi)設(shè)計(jì)出大量其它的修改和實(shí)施方案。更具體地，可以在本公開(kāi)、附圖和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)對(duì)主題組合設(shè)置的部件和/或設(shè)置進(jìn)行各種變化和修改。除了部件和/或設(shè)置方面的變化和修改，替選用途對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)也是明顯的。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光器件，包括:第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層；包括量子阱和量子勢(shì)壘并且設(shè)置在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的有源層；以及在所述有源層上的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層，其中所述有源層包括:與所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層相鄰的第一量子阱；與所述第一量子阱相鄰的第二量子阱；以及在所述第一量子阱和第二所述第二量子阱之間的第一量子勢(shì)壘，在所述第二量子阱中的電子-空穴的復(fù)合率高于在所述第一量子阱中的電子-空穴的復(fù)合率，以及所述第一量子阱的能級(jí)高于所述第二量子阱的能級(jí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述第一量子阱的組成比例與所述第二量子阱的組成比例不同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中在所述第一量子阱中的銦(In)的組成比例低于在所述第二量子阱中的銦(In)的組成比例。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光器件，其中在所述第一量子阱中的銦(In)的組成比例為9至10%，在所述第二量子阱中的銦(In)的組成比例為12%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求4中任一項(xiàng)所述的發(fā)光器件，其中所述第一量子阱在比所述第二量子阱的生長(zhǎng)溫度高的生長(zhǎng)溫度下生長(zhǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求4中任一項(xiàng)所述的發(fā)光器件，其中所述第一量子阱的載流子傳輸能力高于其它量子阱的載流子傳輸能力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)光器件，其中所述第一量子勢(shì)壘的厚度薄于其它量子勢(shì)壘的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光器件，其中在所述第一量子勢(shì)壘的厚度為3nm至4nm時(shí)，其它量子勢(shì)壘的厚度為6nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光器件，其中在所述第一量子阱的能級(jí)高于所述第二量子阱的能級(jí)時(shí)，所述第一量子勢(shì)壘的厚度足以防止從所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層注入的載流子的隧穿通過(guò)所述第一量子勢(shì)壘。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光器件，其中在所述第一量子勢(shì)壘為GaN量子勢(shì)壘時(shí)，所述第一量子勢(shì)壘的厚度為3nm至4nm，并且防止了載流子隧穿通過(guò)所述第一量子勢(shì)壘。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光器件，其中在所述第一量子阱的能級(jí)高于所述第二量子阱的用于電子-空穴的復(fù)合能級(jí)時(shí)，所述第一量子勢(shì)壘的厚度為允許從所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層注入的載流子隧穿通過(guò)所述第一量子勢(shì)壘。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光器件，其中所述第一量子阱為其中不發(fā)生電子-空穴的復(fù)合的犧牲量子阱。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光器件，其中設(shè)置在所述第一量子阱以及與所述第一量子阱相鄰的所述第二量子阱之間的所述第一量子勢(shì)壘的厚度為允許載流子隧穿的3nm或者更小。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光器件，其中所述第一量子勢(shì)壘不具有就量子力學(xué)而言的勢(shì)壘的功能并且用作界面表面保持層，所述界面表面保持層形成和保持在所述第二量子阱和作為所述犧牲量子阱的所述第一量子阱之間的不連續(xù)和清晰的界面表面。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求4中任一項(xiàng)所述的發(fā)光器件，還包括:形成在所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層的下部的外周邊部分處的保護(hù)元件。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)光器件，其中所述保護(hù)元件包括選自ΙΤΟ、IZO、IZTO、IAZO、IGZO、IGT0、AZ0、AT0、Zn0、Si02、Si0x、Si0xNy、Si3N4、Al203、Ti0x、Ti02、T1、Al 和 Cr 中的至少之一。
17.一種發(fā)光器件，包括:第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層；包括量子阱和量子勢(shì)壘并且設(shè)置在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的有源層；以及在所述有源層上的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層，其中所述有源層包括:與所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層相鄰的第一量子阱；與所述第一量子阱相鄰的第二量子阱；以及在所述第一量子阱和第二所述第二量子阱之間的第一量子勢(shì)壘，在所述第二量子阱中的電子-空穴的復(fù)合率高于在所述第一量子阱中的電子-空穴的復(fù)合率，所述第一量子阱的能級(jí)高于所述第二量子阱的用于所述電子-空穴的復(fù)合能級(jí)，以及所述第一量子勢(shì)壘的厚度為允許從所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層注入的載流子隧穿通過(guò)所述第一量子勢(shì)魚(yú)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的發(fā)光器件，其中所述第一量子阱為其中不發(fā)生電子-空穴的復(fù)合的犧牲量子阱。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的發(fā)光器件，其中設(shè)置在所述第一量子阱以及與所述第一量子阱相鄰的所述第二量子阱之間的所述第一量子勢(shì)壘的厚度為允許載流子隧穿的3nm或者更小。
20.根據(jù)權(quán)利要求17至權(quán)利要求19中任一項(xiàng)所述的發(fā)光器件，其中所述第一量子勢(shì)壘不具有就量子力學(xué)而言的勢(shì)壘的功能并且用作界面表面保持層，所述界面表面保持層形成和保持在所述第二量子阱 和作為所述犧牲量子阱的所述第一量子阱之間的不連續(xù)和清晰的界面表面。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了發(fā)光器件、制造發(fā)光器件的方法、發(fā)光器件封裝件以及照明系統(tǒng)。所述發(fā)光器件包括第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層；包括量子阱和量子勢(shì)壘并且設(shè)置在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的有源層；以及在有源層上的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層。有源層包括與第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層相鄰的第一量子阱、與第一量子阱相鄰的第二量子阱、以及在第一量子阱和第二量子阱之間的第一量子勢(shì)壘。在第二量子阱中的電子-空穴的復(fù)合率高于在第一量子阱中的電子-空穴的復(fù)合率，以及第一量子阱的能級(jí)高于第二量子阱的能級(jí)。
文檔編號(hào)H01L33/06GK103078021SQ20121030145
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月24日
發(fā)明者元鐘學(xué), 羅鐘浩, 尹才仁, 洪訓(xùn)技, 沈世煥 申請(qǐng)人:Lg伊諾特有限公司