專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)光器件、發(fā)光器件封裝以及照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)涉及發(fā)光器件、發(fā)光器件封裝、以及照明系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
發(fā)光器件(LED)包括p-n結(jié)二極管，其特性包括將電能轉(zhuǎn)換為光能并且可以通過(guò) 化合周期表的III族元素和V族元素進(jìn)行制造。LED可以通過(guò)調(diào)整化合物半導(dǎo)體的組成比 率來(lái)顯示各種顏色。LED發(fā)射對(duì)應(yīng)于導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的能帶的能量，在正向電壓的施加期間復(fù)合η層 的電子和P層的空穴之后出現(xiàn)該能量發(fā)射。通常以熱或者光的形式發(fā)射此能量并且如果以 光的形式發(fā)射，那么它成為L(zhǎng)ED。例如，由于氮化物半導(dǎo)體具有高的熱穩(wěn)定性和寬的帶隙能，所以它在光學(xué)器件和 高輸出電子器件開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中受到了大量的關(guān)注。特別地，使用氮化物半導(dǎo)體的藍(lán)色LED、綠 色LED、以及UV LED被商業(yè)化并且被廣泛地使用。然而，關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)，即使當(dāng)為了提高LED的光提取效率而引入光提取結(jié)構(gòu)時(shí)，光 提取效率也沒(méi)有達(dá)到優(yōu)選值。

發(fā)明內(nèi)容
實(shí)施例提供具有高的光提取效率的發(fā)光器件、發(fā)光器件封裝、以及照明系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)光器件包括發(fā)光結(jié)構(gòu)，該發(fā)光結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體 層、第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層、以及在第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層之間 的有源層；和光提取結(jié)構(gòu)，該光提取結(jié)構(gòu)至少包括第一光提取區(qū)和第二光提取區(qū)，其中第一 光提取區(qū)的第一凹和/或凸結(jié)構(gòu)的周期和/或尺寸不同于第二光提取區(qū)的第二凹和/或凸 結(jié)構(gòu)的周期和/或尺寸。在另一實(shí)施例中，發(fā)光器件包括發(fā)光結(jié)構(gòu)，該發(fā)光結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體 層、第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層、以及在第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層之間 的有源層；和光提取結(jié)構(gòu)，該光提取結(jié)構(gòu)至少包括第一光提取區(qū)和第二光提取區(qū)，其中第一 光提取區(qū)的第一突起和/或凹陷結(jié)構(gòu)的周期和/或尺寸不同于第二光提取區(qū)的第二突起和 /或凹陷結(jié)構(gòu)的周期和/或尺寸。在另一實(shí)施例中，發(fā)光器件封裝包括封裝主體；安裝在封裝主體處的至少一個(gè)電 極層；以及發(fā)光器件，該發(fā)光器件被電氣地連接到電極層。在又一實(shí)施例中，照明系統(tǒng)包括基板；和發(fā)光模塊，該發(fā)光模塊包括基板和安裝 在基板上的發(fā)光器件封裝，其中發(fā)光器件封裝包括封裝主體；安裝在封裝主體處的至少一 個(gè)電極層；以及發(fā)光器件，該發(fā)光器件被電氣地連接到電極層。在附圖和下面的描述中闡述一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的詳情。從描述和附圖，以及從 權(quán)利要求中，其它的特征將變得顯而易見(jiàn)。


圖Ia是根據(jù)第一實(shí)施例的發(fā)光器件的平面圖。圖Ib是根據(jù)第二實(shí)施例的發(fā)光器件的平面圖。圖2是根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件的部分截面圖。圖3是根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件的發(fā)光結(jié)構(gòu)的厚度對(duì)應(yīng)于有效折射率的圖。圖4是根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件的光的傳播距離對(duì)應(yīng)于提取效率的圖。圖5至圖7是示出制造根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件的方法的視圖。圖8是示出其中安裝根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件的發(fā)光器件封裝的視圖。圖9是根據(jù)實(shí)施例的照明單元的橫截面圖。圖10是根據(jù)實(shí)施例的背光單元的分解透視圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在詳細(xì)地參考本公開(kāi)的實(shí)施例，在附圖中示出其示例。在下文中，參考附圖描述發(fā)光器件、發(fā)光器件封裝、以及照明系統(tǒng)。在實(shí)施例的描述中，將會(huì)理解的是，當(dāng)層(或者膜)被稱(chēng)為在另一層或者襯底“上” 時(shí)，它能夠直接地在另一層或者襯底上，或者也可以存在中間層。此外，將會(huì)理解的是，當(dāng)層 被稱(chēng)為在另一層的“下方”時(shí)，它能夠直接地位于另一層的下方，并且也可以存在一個(gè)或者 多個(gè)中間層。另外，還將會(huì)理解的是，當(dāng)層被稱(chēng)為在兩個(gè)層“之間”時(shí)，它能夠是兩個(gè)層之間 的唯一的層，或者也可以存在一個(gè)或者多個(gè)中間層。圖Ia是根據(jù)第一實(shí)施例的發(fā)光器件的平面圖，并且圖2是根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件 的部分截面圖。例如，圖2是關(guān)于圖1的第二光提取區(qū)A2的部分截面圖。發(fā)光器件可以包括發(fā)光結(jié)構(gòu)110(其包括第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層112、有源層114、 以及第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層116)和光提取區(qū)A(其在發(fā)光結(jié)構(gòu)110上并且分別具有不同的 周期)。在本實(shí)施例中，光提取區(qū)可以包括至少一個(gè)液晶區(qū)，但是不限于此。光提取區(qū)A可以包括發(fā)光結(jié)構(gòu)110上的具有第一周期的第一光提取區(qū)Al和第一 光提取區(qū)的一側(cè)上的具有第二周期的第二光提取區(qū)A2，但是不限于此。使用具有凹形、凸 形、或者其組合的子光提取結(jié)構(gòu)可以形成光提取區(qū)中的周期。例如，子光提取結(jié)構(gòu)可以被蝕 刻或者生長(zhǎng)在光提取結(jié)構(gòu)上。在另一實(shí)施例中，使用下述子光提取結(jié)構(gòu)可以形成光提取區(qū) 中的周期，所述子光提取結(jié)構(gòu)為突起、凹陷、或者其組合。雖然在本實(shí)施例中使用兩個(gè)子光 提取結(jié)構(gòu)之間的周期，其中子光提取結(jié)構(gòu)具有相同或類(lèi)似的尺寸，但是在另一實(shí)施例中，在 改變不同的光提取區(qū)中的周期時(shí)，子光提取結(jié)構(gòu)的尺寸能夠在不同的光提取區(qū)中變化以實(shí) 現(xiàn)相同或者類(lèi)似的效果。根據(jù)本實(shí)施例，光提取區(qū)A可以包括具有第三周期的第三光提取區(qū)A3和具有第四 周期的第四光提取區(qū)A4。第一、第二、第三、以及第四光提取區(qū)可以布置成矩陣。通過(guò)線(xiàn)形區(qū)域可以劃分光提取區(qū)A。例如，光提取區(qū)A可以包括被插入在第一光提 取區(qū)Al和第二光提取區(qū)A2之間的線(xiàn)形區(qū)域，但是不限于此。第一光提取區(qū)Al或者第二光提取區(qū)A2的長(zhǎng)度L可以處于大約5 μ m至大約200 μ m 之間，但是不限于此。
隨著發(fā)光結(jié)構(gòu)110的吸收越高，第一光提取區(qū)Al或者第二光提取區(qū)A2的長(zhǎng)度可 以越小。光提取區(qū)域A中的光提取的周期可以處于大約200nm至大約5000nm之間，但是不 限于此。此外，在光提取區(qū)A中每個(gè)光提取周期之間的差可以大于大約lOOnm，但是不限于 此。本實(shí)施例可以包括其中至少兩個(gè)光提取區(qū)組成一個(gè)組的光提取區(qū)。例如，第一光提取區(qū)Al和第二光提取區(qū)A2可以組成第一組的第一光提取區(qū)A。此外，根據(jù)實(shí)施例，組成組的光提取區(qū)可以重復(fù)地形成以填充發(fā)光器件芯片。例 如，第二組的光提取區(qū)B可以形成在第一組的光提取區(qū)A的一側(cè)處，并且第二組的光提取區(qū) B可以包括分別具有不同的周期的至少兩個(gè)光提取區(qū)。例如，第二組的光提取區(qū)B可以包括 第一至第四光提取區(qū)B1、B2、B3、以及B4。線(xiàn)形區(qū)域可以插入在第一組的光提取區(qū)A和第二 組的光提取區(qū)B之間。圖Ib是根據(jù)第二實(shí)施例的發(fā)光器件的平面圖。在第二實(shí)施例中，光提取區(qū)可以包括至少一個(gè)線(xiàn)形圖案。第二實(shí)施例可以包括其中至少兩個(gè)光提取區(qū)被線(xiàn)性布置并且組成一個(gè)組的光提 取區(qū)。例如，線(xiàn)形的第一光提取區(qū)Cl和線(xiàn)形的第二光提取區(qū)C2可以組成第三組的提取 區(qū)C。此外，根據(jù)第二實(shí)施例，組成組的光提取區(qū)可以重復(fù)地形成以填充發(fā)光器件芯片。 例如，第四組的光提取區(qū)D可以形成在第三組的光提取區(qū)C的一側(cè)處，并且第四組的光提取 區(qū)D可以包括分別具有不同的周期的至少兩個(gè)光提取區(qū)。例如，第四組的光提取區(qū)D可以 包括第一至第二光提取區(qū)Dl和D2。線(xiàn)形區(qū)域可以插入在第三組的光提取區(qū)C和第四組的光提取區(qū)D之間。圖3是根據(jù)實(shí)施例的根據(jù)發(fā)光器件的發(fā)光結(jié)構(gòu)的厚度的有效折射率(Iirff)的圖。 該有效折射率能夠被稱(chēng)為模式指數(shù)(Hrff)。為了實(shí)現(xiàn)非常有效的LED，必須引入用于提取在全反射期間捕獲的光的結(jié)構(gòu)。例 如，在垂直GaN LED的情況下，不均勻的或光提取圖案可以被引入在與諸如未摻雜的半導(dǎo)體 層(U-GaN)或者n-GaN表面的頂層部分相對(duì)應(yīng)的發(fā)光結(jié)構(gòu)上。然而，可以使用能夠提取由 于發(fā)光器件的層內(nèi)的反射導(dǎo)致的被捕獲的光的任何層。此外，典型的LED結(jié)構(gòu)具有其中由低折射率的背景材料和反射層包圍作為光產(chǎn)生 層的發(fā)光結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，并且因此可以被視為波導(dǎo)。而且，可以存在各種順序的傳播模式。這 里，有效地提取每個(gè)傳播模式的周期可以變化。因此，在原則上很難通過(guò)單周期的光提取圖 案達(dá)到理想的提取效率值。例如，圖3是示出根據(jù)發(fā)光結(jié)構(gòu)的厚度的折射率和傳播模式的數(shù)目之間的關(guān)系的 圖，其中傳播模式的數(shù)目隨著發(fā)光結(jié)構(gòu)的厚度的增加而連續(xù)地增加。因此，在原則上很難通 過(guò)單周期的光提取圖案達(dá)到理想的提取效率值。在根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件中，通過(guò)每個(gè)區(qū)來(lái)劃分光提取結(jié)構(gòu)的分別具有不同的周 期的多個(gè)圖案并且通過(guò)傳播模式的有效傳播距離可以確定每個(gè)區(qū)的長(zhǎng)度。因此，根據(jù)實(shí)施 例，分別具有不同周期的圖案可以分別衍射不同的傳播模式從而能夠提高光提取效率。
例如，關(guān)于根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件的光提取區(qū)，通過(guò)每個(gè)區(qū)可以劃分分別具有不 同的周期的光提取結(jié)構(gòu)。由于每個(gè)周期的有效提取的傳播模式被確定，因此如果在由于吸 收導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的傳播模式消失之前到達(dá)最佳的光提取區(qū)，那么能夠提高提取效率。這里，每個(gè) 區(qū)的長(zhǎng)度指每個(gè)傳播模式的有效傳播距離并且其由材料的吸收來(lái)確定。圖4是根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件的光的傳播距離對(duì)應(yīng)于提取效率的圖。如果光的吸收系數(shù)是α，那么透射率被定義為如下。T = T0 Xexp (-α X 1)(在這 里，1是傳播距離)此外，吸收系數(shù)α和消光系數(shù)k之間的關(guān)系如下。α =4π κ/λ。根據(jù)實(shí)施例，作為吸收層的第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層112被引入作為發(fā)光層的有源 層114周?chē)?，并且如果?jì)算通過(guò)光提取圖案的光提取效率，那么它如圖4中所示。參考圖4，示出提取效率對(duì)應(yīng)于作為吸收層的第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層的透射率 Tl、Τ2、Τ3、以及Τ4而改變。即，隨著吸收層更加透明，吸收就越低，導(dǎo)致提取效率增加并且 隨著由于吸收層的吸收導(dǎo)致光損耗變得更大，提取效率被劣化。如果考慮基于光的傳播距離的提取效率的增加趨勢(shì)，吸收的程度影響有效距離。 例如，如果吸收層的透射率是70% (Τ4)，那么光的有效距離是大約20 μ m,并且如果透射率 是90% (Tl)，那么有效距離大約是100 μ m。如果考慮當(dāng)前LED的提取效率具有大約20% 至大約80%之間的值，那么光的有效距離可以處于大約5 μ m和大約200 μ m之間，但是不限 于此。因此，由于GaN LED的有效傳播距離處于大約5 μ m和大約200 μ m之間，所以每個(gè)光 提取區(qū)的長(zhǎng)度可以被類(lèi)似地構(gòu)造。關(guān)于發(fā)光器件的光提取區(qū)，通過(guò)每個(gè)區(qū)來(lái)劃分分別具有不同周期的多個(gè)光提取結(jié) 構(gòu)并且通過(guò)傳播模式的有效傳播距離可以確定每個(gè)區(qū)的長(zhǎng)度。因此，基于實(shí)施例，分別具有 不同周期的圖案可以分別衍射不同的傳播模式從而能夠提高光提取效率。在下文中，參考圖5至圖7，將會(huì)描述制造根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件的方法。首先，如圖5中所示，制備第一襯底105。第一襯底105包括導(dǎo)電襯底或者絕緣襯 底，并且例如，第一襯底 105 可以由 A1203、SiC、Si、GaAs, GaN、ZnO, Si、GaP、InP、Ge、以及 Ga2O3中的至少一個(gè)形成。不均勻的結(jié)構(gòu)可以形成在第一襯底105上，但是不限于此。通過(guò) 濕清潔第一襯底105可以移除表面的異材料。接下來(lái)，包括第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層112、有源層114、以及第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層116 的發(fā)光結(jié)構(gòu)110可以形成在第一襯底105上。使用諸如金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子體增強(qiáng)化 學(xué)氣相沉積(PECVD)、分子束外延(MBE)、以及氫化物氣相外延(HVPE)的方法可以形成發(fā)光 結(jié)構(gòu)110，但是不限于此。緩沖層(未示出)可以形成在第一襯底105上。緩沖層可以減少發(fā)光結(jié)構(gòu)110和第 一襯底105的材料之間的晶格錯(cuò)配，并且緩沖層的材料可以包括諸如GaN、InN、AlN、InGaN、 AlGaN, InAlGaN,以及AUnN的III族-V族化合物半導(dǎo)體中的至少一個(gè)。未摻雜的半導(dǎo)體 層可以形成在緩沖層上但是不限于此。通過(guò)第一導(dǎo)電類(lèi)型摻雜物被摻入其中的III族-V族化合物半導(dǎo)體可以實(shí)現(xiàn)第一 導(dǎo)電半導(dǎo)體層112，并且如果第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層112是N型半導(dǎo)體層，那么第一導(dǎo)電類(lèi) 型摻雜物可以包括Si、Ge、Sn、Se、以及Te作為N型摻雜物，但是不限于此。
第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層112可以包括具有^aifamNO)彡χ彡1，0彡y彡1， O ^ x+y ^ 1)的組成式的半導(dǎo)體材料。第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層112 可以由 GaNJnN、AlNJnGaN、AlGaN、InAlGaN、AnnN、 AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP、UnfeiP、以及 hP 中的至少一個(gè)形成。使用諸如CVD、MBE、濺射、或者M(jìn)VPE的方法，第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層112可以形成 N型GaN層。此外，在室中注入包括諸如Si的η型雜質(zhì)的TMGa、NH3、N2、以及SiH42后可以 形成第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層112。在通過(guò)第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層112注入的電子和通過(guò)稍后形成的第二導(dǎo)電類(lèi)型 半導(dǎo)體層注入的空穴復(fù)合之后，有源層114發(fā)射具有通過(guò)有源層(發(fā)光層)的具體材料能 帶確定的能量的光。有源層114可以形成有單量子阱結(jié)構(gòu)、多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)、量子線(xiàn)結(jié)構(gòu)、或者量 子點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的至少一個(gè)。例如，有源層114可以形成有TMGa、NH3j2、以及TMh被注入其中 的MQW結(jié)構(gòu)，但是不限于此。有源層114的阱層/阻擋層可以形成有hGaN/GaN、InGaN/InGaN、AlGaN/GaN、 InAlGaN/GaN, GaAs/AlGaAs (InGaAs)、以及 GaP/AlGaP (InGaP)中的至少一個(gè)的對(duì)結(jié)構(gòu)但是 不限于此。阱層可以由具有低于阻擋層的帶隙的材料形成。導(dǎo)電類(lèi)型包覆層可以形成在有源層114上面或/和下方。導(dǎo)電類(lèi)型包覆層可以由 AlGaN基半導(dǎo)體形成，并且可以具有高于有源層114的帶隙。第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層116可以具有諸如具有hxAlyGai_x_yN(0彡χ彡1， O^y^ 1)的組成式的半導(dǎo)體材料的第二導(dǎo)電類(lèi)型摻雜物被摻入其中的III 族-V族元素的化合物半導(dǎo)體?？梢詮?amp;ιΝ、Α1Ν、Α1&ιΝ、InGaN,InN,InAlGaN.AlInN.AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP、以及MGaInP中選擇第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層116。如果第二導(dǎo)電類(lèi)型半 導(dǎo)體層116是P型半導(dǎo)體層，那么第二導(dǎo)電類(lèi)型摻雜物可以包括Mg、Zn、Ca、Sr、以及Ba作 為P型摻雜物。第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層116可以形成有單或者多層，但是不限于此。第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層116由包括諸如TMGa、NH3、N2、以及Mg的ρ型雜質(zhì)的 (EtCp2Mg) (Mg(C2H5C5H4)J被注入其中的ρ型GaN層形成但是不限于此。在本實(shí)施例中，通過(guò)N型半導(dǎo)體層可以實(shí)現(xiàn)第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層112，并且第二 導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層116可以由P型半導(dǎo)體層形成，但是它們不限于此。此外，諸如N型半導(dǎo) 體層(未示出)的具有與第二導(dǎo)電類(lèi)型相反極性的半導(dǎo)體可以形成在第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體 層116上。因此，通過(guò)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)、以及P-N-P結(jié)結(jié)構(gòu)中的一個(gè) 可以實(shí)現(xiàn)發(fā)光結(jié)構(gòu)110。接下來(lái)，第二電極層120形成在第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層116上。第二電極層120可以包括歐姆層(未示出)、反射層(未示出)、接觸層(未示出)、 以及支撐襯底(未示出)。例如，第二電極層120可以包括歐姆層(未示出)，并且歐姆層可以歐姆接觸發(fā)光 結(jié)構(gòu)110以允許電力被平滑地提供，并且可以通過(guò)以多層的形式堆疊單金屬或者金屬合金 和金屬氧化物來(lái)形成。例如，歐姆層可以由銦錫氧化物(ΙΤ0)、銦鋅氧化物(ΙΖ0)、銦鋅錫氧化物(ΙΖΤ0)、 銦鋁鋅氧化物(IAZO)、銦鎵鋅氧化物(IGZO)、銦鎵錫氧化物(IGTO)、鋁鋅氧化物(AZO)、銻錫氧化物(ATO)、鎵鋅氧化物(GZO)、IZO 氮化物(IZON)、Al-Ga ZnO (AGZO)、In-Ga ZnO(IGZO)、ZnO、IrOx, RuOx, NiO、RuOx/1 TO, Ni/IrOx/Au、和 Ni/IrOx/Au/ITO、Ag、Ni、Cr、 Ti、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、以及Hf中的至少一個(gè)形成并且不限于此。此外，第二電極層120可以包括反射層(未示出)，并且反射從發(fā)光結(jié)構(gòu)110入射 的光使得能夠提高光提取效率。例如，反射層可以由包括Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、以及Hf中的至 少一個(gè)的合金或者金屬形成。此外，反射層(未示出)可以以多層的形式由金屬或者合金 和諸如ΙΖ0、ΙΖΤ0、ΙΑΖ0、IGZ0、IGT0、ΑΖ0、以及ATO的半透明導(dǎo)電材料形成，并且可以通過(guò) 堆疊 IZ0/Ni、AZ0/Ag、IZ0/Ag/Ni、以及 AZ0/Ag/Ni 形成。另外，如果第二電極層120包括結(jié)層，那么反射層(未示出)可以用作結(jié)層，或者 可以包括阻擋金屬或者結(jié)合金屬。例如，結(jié)層可以包括Ti、Au、Sn、Ni、Cr、Ga、In、Bi、Cu、 Ag或者I1a中的至少一個(gè)。另外，第二電極層120可以包括支撐襯底(未示出)。支撐襯底支撐發(fā)光結(jié)構(gòu)110 并且可以將電力提供到發(fā)光結(jié)構(gòu)110。支撐襯底(未示出)可以由優(yōu)異的導(dǎo)電性的導(dǎo)電半 導(dǎo)體材料、金屬、或者金屬合金形成。例如，支撐襯底可以包括Cu、Cu合金、Au、Ni、Mo、Cu_W、以及諸如Si、Ge、GaAs、GaN、 ZnO, SiGe、以及SiC的載具晶圓中的一個(gè)。支撐襯底的厚度可以根據(jù)發(fā)光器件100的設(shè)計(jì)而變化，但是可以具有大約30 μ m 到大約500 μ m的范圍。形成支撐襯底的方法可以包括電化學(xué)金屬沉積方法、鍍方法、以及使用共晶金屬 的結(jié)合方法。接下來(lái)，如圖6中所示，第一襯底105被移除以暴露第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層112。 移除第一襯底105的方法可以包括激光剝離方法或者化學(xué)剝離方法。另外，通過(guò)物理磨削 可以移除第一襯底105。例如，如果施加預(yù)定的能量以允許第一襯底105和發(fā)光結(jié)構(gòu)之間的界面吸收能量 以熱解(pyrolyze)發(fā)光結(jié)構(gòu)的接觸表面，那么激光剝離方法可以將第一襯底105與發(fā)光結(jié) 構(gòu)分離。接下來(lái)，如圖7中所示，分別具有不同的周期的光提取區(qū)形成在發(fā)光結(jié)構(gòu)110上。 圖1是根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件的平面圖。分別具有不同的周期的光提取區(qū)A形成在發(fā)光結(jié)構(gòu)110上，可以包括在發(fā)光結(jié)構(gòu) 上形成具有第一周期的第一光提取區(qū)Al，和在第一光提取區(qū)Al的一側(cè)處形成具有第二周 期的第二光提取區(qū)A2。此外，根據(jù)實(shí)施例，光提取區(qū)A可以包括具有第三周期的第三光提取區(qū)A3和具有 第四周期的第四光提取區(qū)A4。第一光提取區(qū)Al或者第二光提取區(qū)A2的長(zhǎng)度L可以處于大約5 μ m和大約200 μ m 之間，但是不限于此。隨著發(fā)光結(jié)構(gòu)110的吸收越高，第一光提取區(qū)Al或者第二光提取區(qū)A2的長(zhǎng)度L 可以越小。光提取區(qū)A中的光提取的周期可以處于大約200nm和大約5000nm之間，但是不限于此。此外，光提取區(qū)A中的每個(gè)光提取周期之間的差可以大于大約lOOnm，但是不限于此。關(guān)于本實(shí)施例的光提取區(qū)，至少兩個(gè)光提取區(qū)可以組成組。例如，第一光提取區(qū)Al 和第二光提取區(qū)A2可以組成第一組的光提取區(qū)A。另外，根據(jù)實(shí)施例，組成組的光提取區(qū)可以重復(fù)地形成以填充發(fā)光器件芯片。例 如，第二組的光提取區(qū)B可以形成在第一組的光提取區(qū)域A的一側(cè)處，并且第二組的光提取 區(qū)B可以包括分別具有不同的周期的至少兩個(gè)光提取區(qū)。例如，第二組的光提取區(qū)B可以 包括第一至第四光提取區(qū)Bi、B2、B3、以及B4。光提取區(qū)A可以形成在發(fā)光結(jié)構(gòu)110的第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層112上，但是不限 于此，并且因此可以形成在未摻雜的半導(dǎo)體層上。可以通過(guò)濕蝕刻或者干蝕刻執(zhí)行用于形成光提取區(qū)A的工藝但是不限于此。在本實(shí)施例中，通過(guò)使用一個(gè)掩模圖案的單工藝可以形成第一組的光提取區(qū)A，或 者使用單獨(dú)的掩模通過(guò)單獨(dú)的處理可以形成第一光提取區(qū)Al至第四光提取區(qū)A4。在本實(shí)施例中，光提取圖案可以具有圓形、多邊形等等，但是不限于此。此外，根據(jù)本實(shí)施例，光提取圖案沒(méi)有被限制為以如圖1中所示的并行方式布置， 并且因此可以以格子形式布置。另外，參考圖1，布置光提取圖案以允許半徑(r)/周期a的比率具有預(yù)定的值，例 如，r/a = 0. 35，但是不限于此。光提取圖案可以被布置為具有相同的長(zhǎng)度但是具有不同的 周期。根據(jù)制造發(fā)光器件的方法，通過(guò)每個(gè)區(qū)來(lái)劃分分別具有不同的周期的多個(gè)光提取 圖案，并且可以通過(guò)傳播模式的有效傳播距離來(lái)確定每個(gè)區(qū)的長(zhǎng)度。因此，根據(jù)實(shí)施例，分 別具有不同的周期的圖案可以分別地衍射不同的傳播模式使得能夠提高光提取效率。此外，與實(shí)施例不同，包括光提取區(qū)的光提取結(jié)構(gòu)可以形成在水平發(fā)光器件上。此外，發(fā)光結(jié)構(gòu)可以形成在發(fā)光器件中。圖8是示出其中安裝根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件的發(fā)光器件封裝200的視圖。參考圖8，發(fā)光器件封裝200可以包括封裝主體205 ；第三電極層213和第四電極 層214，該第三和第四電極層213和214被安裝在封裝主體205處；發(fā)光器件100，該發(fā)光器 件100被安裝在封裝主體205處以被電氣地連接到第三電極層213和第四電極層214 ；以 及成型構(gòu)件240 ；該成型構(gòu)件240包圍發(fā)光器件100。封裝主體205可以由硅材料、合成樹(shù)脂、或者金屬材料形成，并且傾斜表面可以形 成在發(fā)光器件100周?chē)?。第三電極層213和第四電極層214被相互電氣地分離并且用于將電力提供到發(fā)光 器件100。此外，第三電極層213和第四電極層214可以反射從發(fā)光器件100產(chǎn)生的光以提 高光效率，并且將從發(fā)光器件100產(chǎn)生的熱散發(fā)到外部。圖1的垂直型發(fā)光器件可以應(yīng)用于發(fā)光器件100，但是不限于此，并且因此水平型 發(fā)光器件還可以應(yīng)用于發(fā)光器件100。發(fā)光器件100可以被安裝在封裝主體205上或者可以被安裝在第三電極層213或 者第四電極層214上。通過(guò)使用布線(xiàn)方法、倒裝芯片方法、以及貼片方法可以將發(fā)光器件100電氣地連 接到第三電極層213和/或第四電極層214。在本實(shí)施例中，示出發(fā)光器件100通過(guò)布線(xiàn)230被電氣地連接到第四電極層214，并且直接地接觸第三電極層213以具有電氣連接。成型構(gòu)件240可以包圍發(fā)光器件100并且保護(hù)發(fā)光器件。另外，成型構(gòu)件240包 括熒光材料以改變從發(fā)光器件100發(fā)射的光的波長(zhǎng)。根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件封裝被布置在襯底上，并且諸如導(dǎo)光板、棱鏡片、漫射片、 以及熒光片的光學(xué)構(gòu)件還可以被布置在從發(fā)光器件封裝發(fā)射的光的路徑上。發(fā)光器件封 裝、襯底、以及光學(xué)構(gòu)件可以用作背光單元或者照明單元，并且例如，照明系統(tǒng)可以包括背 光單元、照明單元、指示裝置、燈、街燈等等。圖9是使用根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件封裝的照明單元1100的透射圖。然后，圖9中 所示的照明單元僅是一個(gè)示例，并且不限于此。參考圖9，照明單元1100包括殼體1110、安裝在殼體1110中的發(fā)光模塊1130、以 及連接端子1120，該連接端子1120被安裝在殼體1110中，并且接收來(lái)自于外部電源的電 力。殼體1110可以由具有針對(duì)熱的優(yōu)異的保護(hù)的材料形成，并且因此由金屬材料或 者樹(shù)脂材料形成。發(fā)光模塊部件1130可以包括基板1132和安裝在基板1132上的根據(jù)以上實(shí)施例 中的至少一個(gè)形成的發(fā)光器件封裝200?；?132可以是其中電路圖案印制在絕緣體上的基板并且可以包括普通印刷電 路板(PCB)、金屬核PCB、柔性PCB和陶瓷PCB等等。此外，基板1132可以由有效地反射光的材料形成或者可以由諸如白色和銀色的 有效地反射光的顏色形成。根據(jù)上述實(shí)施例中的至少一個(gè)的發(fā)光器件封裝200可以被安裝在基板1132上。每 個(gè)發(fā)光器件封裝200可以包括至少一個(gè)發(fā)光二極管(LED) 100。LED100可以包括發(fā)射紅色、 綠色、藍(lán)色或者白色的彩色LED和發(fā)射紫外(UV)的UV LED。發(fā)光模塊1130可以被布置為具有各種LED組合以獲得顏色和亮度。例如，為了獲 得高顯色指數(shù)(CRI)，可以組合和布置白色LED、紅色LED、以及綠色LED。連接端子1120被電氣地連接到發(fā)光模塊部件1130以提供其電力。如圖9中所示， 連接端子1120可以螺紋組合到具有插座形式的外部電源，但是不限于此。例如，可以以插 頭的形式形成連接端子1120，并且將其插入到外部電源，或者可以通過(guò)布線(xiàn)將其連接到外 部電源。圖10是根據(jù)實(shí)施例的背光單元1200的分解透視圖。然而，圖10的背光單元1200 僅是照明系統(tǒng)的一個(gè)示例，并且因此不限于此。背光單元1200包括導(dǎo)光板1210 ；發(fā)光模塊單元1240，該發(fā)光模塊單元1240用于 將光提供給導(dǎo)光板1210 ；導(dǎo)光板1210下方的反射構(gòu)件1220 ；以及底蓋1230，該底蓋1230 用于容納導(dǎo)光板1210、發(fā)光模塊單元1M0、以及反射構(gòu)件1220，但是不限于此。導(dǎo)光板1210可以用于漫射光以獲得平面光。導(dǎo)光板1210由透明材料形成，并且 可以包括諸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的丙烯酸基樹(shù)脂、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)、聚 碳酸酯(PC)、環(huán)烯烴共聚物(COC)以及聚萘二甲酸乙二酯(PEN)樹(shù)脂中的至少一個(gè)。發(fā)光模塊單元1240將光提供到導(dǎo)光板1210的至少一側(cè)，并且最終用作其中安裝 背光單元的顯示裝置的光源。
發(fā)光模塊單元1240可以接觸導(dǎo)光板1210，但是不限于此。更加詳細(xì)地，發(fā)光模塊 單元1240包括基板1242，和安裝在基板1242上的多個(gè)發(fā)光器件封裝200?；?242可以 接觸導(dǎo)光板1210但是不限于此?；?242可以是包括電路圖案(未示出)的印刷電路板(PCB)。然而，除了普通 PCB之外，基板1242還可以包括金屬核PCB和柔性PCB，但是不限于此。而且，關(guān)于多個(gè)發(fā)光器件封裝200，用于發(fā)射光的發(fā)光面可以被安裝在基板1242 上，與導(dǎo)光板1210隔開(kāi)。反射構(gòu)件1220可以形成在導(dǎo)光板1210下方。反射構(gòu)件1220向上反射入射到導(dǎo) 光板1210的底部的光使得能夠提高背光單元的亮度。反射構(gòu)件1220可以由PET、PC、PVC 樹(shù)脂形成，但是不限于此。底蓋1230可以容納導(dǎo)光板1210、發(fā)光模塊單元1M0、以及反射構(gòu)件1220。為此， 底蓋1230可以形成為其頂部具有開(kāi)口盒形式，但是不限于此。底蓋1230可以由金屬材料或者樹(shù)脂材料形成并且可以使用諸如成型或者擠出成 型的工藝制造。根據(jù)發(fā)光器件、發(fā)光器件封裝以及照明系統(tǒng)，通過(guò)每個(gè)區(qū)劃分分別具有不同周期 的多個(gè)光提取圖案，并且可以通過(guò)傳播模式的有效傳播距離來(lái)確定每個(gè)光提取區(qū)的長(zhǎng)度。 因此，分別具有不同的周期的光提取區(qū)分別衍射不同的傳播模式使得能夠提高光提取效率。在本說(shuō)明書(shū)中對(duì)于“一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“示例性實(shí)施例”等的引用意味著結(jié) 合實(shí)施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。在說(shuō)明書(shū)中， 在各處出現(xiàn)的這類(lèi)短語(yǔ)不必都表示相同的實(shí)施例。此外，當(dāng)結(jié)合任何實(shí)施例描述特定特征、 結(jié)構(gòu)或特性時(shí)，都認(rèn)為結(jié)合實(shí)施例中的其它實(shí)施例實(shí)現(xiàn)這樣的特征、結(jié)構(gòu)或特性也是本領(lǐng) 域技術(shù)人員所能夠想到的。雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的多個(gè)示例性實(shí)施例描述了實(shí)施例，但是應(yīng)該理解，本領(lǐng)域 的技術(shù)人員可以想到多個(gè)其它修改和實(shí)施例，這將落入本發(fā)明原理的精神和范圍內(nèi)。更加 具體地，在本說(shuō)明書(shū)、附圖和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的主要內(nèi)容組合布置的組成部件和/ 或布置中，各種變化和修改都是可能的。除了組成部件和/或布置中的變化和修改之外，對(duì) 于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，替代使用也將是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光器件，包括發(fā)光結(jié)構(gòu)，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層、第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層、以及在 所述第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層和所述第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層之間的有源層；和光提取結(jié)構(gòu)，所述光提取結(jié)構(gòu)至少包括第一光提取區(qū)和第二光提取區(qū)，其中所述第一 光提取區(qū)的第一凹和/或凸結(jié)構(gòu)的周期和/或尺寸不同于所述第二光提取區(qū)的第二凹和/ 或凸結(jié)構(gòu)的周期和/或尺寸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，包括被插入在所述第一光提取區(qū)和所述第二光提 取區(qū)之間的線(xiàn)形區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述第一光提取區(qū)或者所述第二光提取區(qū)的 長(zhǎng)度處于大約5 μ m和大約200 μ m之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中在所述第一光提取區(qū)或者所述第二光提取區(qū) 中的所述光提取結(jié)構(gòu)的周期處于大約200nm和大約5，OOOnm之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中在所述第一光提取區(qū)或者所述第二光提取區(qū) 中的所述光提取結(jié)構(gòu)的周期對(duì)應(yīng)于所述有源層產(chǎn)生的光的波長(zhǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中通過(guò)相對(duì)于與所述第一光提取區(qū)或者所述第 二光提取區(qū)的周期相對(duì)應(yīng)的光的波長(zhǎng)的所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的吸收來(lái)確定所述第一光提取區(qū)或 者所述第二光提取區(qū)的長(zhǎng)度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述第一光提取區(qū)和所述第二光提取區(qū)形成 有晶格結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述第一光提取區(qū)和所述第二光提取區(qū)被線(xiàn) 性地布置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，進(jìn)一步包括至少第三光提取區(qū)和第四光提取區(qū)， 其中至少所述第一光提取區(qū)、所述第二光提取區(qū)、所述第三光提取區(qū)、和所述第四光提取區(qū) 被布置成矩陣。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光器件，其中包括所述第一光提取區(qū)、所述第二光提取 區(qū)、所述第三光提取區(qū)、和所述第四光提取區(qū)的矩陣在所述光提取結(jié)構(gòu)上重復(fù)。
11.一種發(fā)光器件封裝，包括 封裝主體；安裝在所述封裝主體處的至少一個(gè)電極層；以及 權(quán)利要求1的發(fā)光器件，所述發(fā)光器件被電氣地連接到所述電極層。
12.—種照明系統(tǒng)，包括 基板；和發(fā)光模塊，所述發(fā)光模塊包括基板和安裝在所述基板上的發(fā)光器件封裝， 其中所述發(fā)光器件封裝包括 封裝主體；安裝在所述封裝主體處的至少一個(gè)電極層；以及 權(quán)利要求1的發(fā)光器件，所述發(fā)光器件被電氣地連接到所述電極層。
13.一種發(fā)光器件，包括發(fā)光結(jié)構(gòu)，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層、第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層、以及在所述第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層和所述第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層之間的有源層；和光提取結(jié)構(gòu)，所述光提取結(jié)構(gòu)至少包括第一光提取區(qū)和第二光提取區(qū)，其中所述第一 光提取區(qū)的第一突起和/或凹陷結(jié)構(gòu)的周期和/或尺寸不同于所述第二光提取區(qū)的第二突 起和/或凹陷結(jié)構(gòu)的周期和/或尺寸。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光器件，包括被插入在所述第一光提取區(qū)和所述第二光 提取區(qū)之間的線(xiàn)形區(qū)域。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光器件，其中所述第一光提取區(qū)或者所述第二光提取區(qū) 的長(zhǎng)度處于大約5 μ m和大約200 μ m之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光器件，其中在所述第一光提取區(qū)或者所述第二光提取 區(qū)中的所述光提取結(jié)構(gòu)的周期處于大約200nm和大約5，OOOnm之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光器件，其中在所述第一光提取區(qū)或者所述第二光提取 區(qū)中的所述光提取結(jié)構(gòu)的周期對(duì)應(yīng)于所述有源層產(chǎn)生的光的波長(zhǎng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的發(fā)光器件，其中通過(guò)相對(duì)于與所述第一光提取區(qū)或者所述 第二光提取區(qū)的周期相對(duì)應(yīng)的光的波長(zhǎng)的所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的吸收來(lái)確定所述第一光提取區(qū) 和所述第二光提取區(qū)的長(zhǎng)度。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光器件，其中所述第一光提取區(qū)和所述第二光提取區(qū)形 成有晶格結(jié)構(gòu)。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光器件，其中至少所述第一光提取區(qū)和所述第二光提取 區(qū)被線(xiàn)性布置。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光器件，進(jìn)一步包括至少第三光提取區(qū)和第四光提取 區(qū)，其中至少所述第一光提取區(qū)、所述第二光提取區(qū)、所述第三光提取區(qū)、以及所述第四光 提取區(qū)被布置成矩陣。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的發(fā)光器件，其中包括所述第一光提取區(qū)、所述第二光提取 區(qū)、所述第三光提取區(qū)、和所述第四光提取區(qū)的矩陣在所述光提取結(jié)構(gòu)上重復(fù)。
23.一種發(fā)光器件封裝，包括 封裝主體；安裝在所述封裝主體處的至少一個(gè)電極層；以及 權(quán)利要求13的發(fā)光器件，所述發(fā)光器件被電氣地連接到所述電極層。
24.—種照明系統(tǒng)，包括 基板；和發(fā)光模塊，所述發(fā)光模塊包括基板和安裝在所述基板上的發(fā)光器件封裝， 其中所述發(fā)光器件封裝包括 封裝主體；安裝在所述封裝主體處的至少一個(gè)電極層；以及 權(quán)利要求13的發(fā)光器件，所述發(fā)光器件被電氣地連接到所述電極層。
全文摘要
本發(fā)明涉及發(fā)光器件、發(fā)光器件封裝以及照明系統(tǒng)。發(fā)光器件包括發(fā)光結(jié)構(gòu)，該發(fā)光結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層、第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層、以及第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層之間的有源層；和光提取結(jié)構(gòu)，該光提取結(jié)構(gòu)提取來(lái)自于發(fā)光結(jié)構(gòu)的光。光提取結(jié)構(gòu)至少包括第一光提取區(qū)和第二光提取區(qū)，其中第一光提取區(qū)的第一凹和/或凸結(jié)構(gòu)的周期和/或尺寸不同于第二光提取區(qū)的第二凹和/或凸結(jié)構(gòu)的周期和/或尺寸。
文檔編號(hào)H01L33/48GK102142491SQ20101056878
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月1日
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