專利名稱：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：
實(shí)施例涉及一種發(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)光二極管(LED)是一種用于將電能轉(zhuǎn)換為光的半導(dǎo)體器件。LED可以通過調(diào)節(jié)化合物半導(dǎo)體的材料和組成比率來實(shí)現(xiàn)各種顏色。在這樣的LED中，當(dāng)施加正向電壓時(shí)，η層的電子與ρ層的空穴復(fù)合以產(chǎn)生與導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的能隙相對(duì)應(yīng)的光能。對(duì)于光學(xué)器件和高功率電子裝置的領(lǐng)域來說，作為組成LED的材料的氮化物半導(dǎo)體因?yàn)樗鼈兊母叩臒岱€(wěn)定性和寬的帶隙能而備受關(guān)注。具體地，使用氮化物半導(dǎo)體的藍(lán)光 LED、紅光LED、綠光LED以及UV LED正被商業(yè)化。

發(fā)明內(nèi)容
實(shí)施例提供了發(fā)光器件、發(fā)光器件封裝以及照明系統(tǒng)。實(shí)施例還提供了具有提高的發(fā)光效率的發(fā)光器件和制造發(fā)光器件的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)光器件包括襯底；發(fā)光結(jié)構(gòu)，該發(fā)光結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、有源層以及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層，發(fā)光結(jié)構(gòu)設(shè)置在襯底上；非金屬圖案，該非金屬圖案設(shè)置在襯底和有源層之間，該非金屬圖案與襯底隔開；以及空隙，該空隙設(shè)置在非金屬圖案的側(cè)表面上。在另一實(shí)施例中，發(fā)光器件封裝包括主體；設(shè)置在主體上的至少一個(gè)引線電極； 以及發(fā)光器件，該發(fā)光器件電連接到引線電極，其中發(fā)光器件包括襯底；發(fā)光結(jié)構(gòu)，該發(fā)光結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、有源層以及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層，發(fā)光結(jié)構(gòu)設(shè)置在襯底上；非金屬圖案，該非金屬圖案設(shè)置在襯底和有源層之間，非金屬圖案與襯底隔開；以及空隙，該空隙設(shè)置在非金屬圖案的側(cè)表面上。在又一實(shí)施例中，照明系統(tǒng)包括板；發(fā)光模塊，該發(fā)光模塊設(shè)置在板上，該發(fā)光模塊包括發(fā)光器件，其中發(fā)光器件包括襯底；發(fā)光結(jié)構(gòu)，該發(fā)光結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、有源層以及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層，發(fā)光結(jié)構(gòu)設(shè)置在襯底上；非金屬圖案，該非金屬圖案設(shè)置在襯底和有源層之間，非金屬圖案與襯底隔開；以及空隙，該空隙設(shè)置在非金屬圖案的側(cè)表面上。在附圖和下面的描述中，闡述一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)。根據(jù)描述和附圖以及權(quán)利要求書，其它的特征將會(huì)是顯而易見的。


圖1是根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件的側(cè)截面圖。圖2是沿著圖1的發(fā)光器件的線A-A’截取的截面圖。圖3和圖4是示出圖1的發(fā)光器件的區(qū)域B的視圖。
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圖5是將根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件的發(fā)光效率和其上沒有形成非金屬圖案的發(fā)光器件的發(fā)光效率進(jìn)行比較的圖。圖6是示出通過測(cè)量取決于根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件的非金屬圖案的距離和寬度的變化的提取效率之間的關(guān)系而獲得的試驗(yàn)結(jié)果的圖。圖7至圖12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13和圖14是根據(jù)另一實(shí)施例的發(fā)光器件的側(cè)截面圖。圖15是根據(jù)另一實(shí)施例的發(fā)光器件的側(cè)截面圖。圖16是根據(jù)實(shí)施例的包括發(fā)光器件的發(fā)光器件封裝的截面圖。圖17是根據(jù)實(shí)施例的顯示裝置的視圖。圖18是示出根據(jù)實(shí)施例的顯示裝置的修改示例的視圖。圖19是根據(jù)實(shí)施例的照明單元的視圖。
具體實(shí)施例方式在實(shí)施例的描述中，將會(huì)理解的是，當(dāng)層(或者膜)、區(qū)域、圖案或者結(jié)構(gòu)被稱為在另一層(或者膜)、區(qū)域、焊盤或者圖案“上”時(shí)，“上”和“下”的術(shù)語包括“直接地”和“間接地”的意義。此外，將會(huì)基于附圖參考關(guān)于各層的“上”和“下”。在附圖中，為了便于描述和清楚起見，每層的厚度或者尺寸被夸大、省略、或者示意性地示出。而且，每個(gè)元件的尺寸沒有完全反映實(shí)際尺寸。在下文中，將會(huì)參考附圖描述根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件、制造發(fā)光器件的方法以及發(fā)光器件封裝。圖1是根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件100的側(cè)截面圖。圖2是沿著圖1的發(fā)光器件100 的線A-A’截取的截面圖。圖3和圖4是示出圖1的發(fā)光器件100的區(qū)域B的視圖。參考圖1至圖4，根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件100可以包括襯底105 ；發(fā)光結(jié)構(gòu)110， 該發(fā)光結(jié)構(gòu)110設(shè)置在襯底105上并且包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層112、有源層114以及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層116 ；多個(gè)非金屬圖案151，所述多個(gè)非金屬圖案151設(shè)置在襯底105 和有源層114之間；空隙，該空隙被限定在多個(gè)非金屬圖案151的側(cè)表面上；第一電極120， 該第一電極120設(shè)置在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層112上；透明電極層130 ；以及第二電極140。 在這里，透明電極層130和第二電極140設(shè)置在第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層116上。襯底105 可以由藍(lán)寶石(Al2O3)、SiC、GaN、Si、ZnO、AlN、GaAs、β- O3、GaP、InP 以及Ge形成?？梢钥紤]襯底105和發(fā)光結(jié)構(gòu)110之間的熱膨脹系數(shù)和晶格常數(shù)的差來選擇襯底105。而且，圖案和/或傾斜可以設(shè)置和/或限定在襯底105的頂表面上。圖案和/或傾斜可以有利于發(fā)光結(jié)構(gòu)110的生長并且提高發(fā)光器件100的光提取效率。發(fā)光結(jié)構(gòu)110可以設(shè)置在襯底105上。發(fā)光結(jié)構(gòu)110可以由III-V族化合物半導(dǎo)體材料形成，例如，由AlInGaN基、GaAs基、GaAsP基以及GaP基化合物半導(dǎo)體材料中的一個(gè)形成。從第一和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層112和116提供的電子和空穴可以在有源層114中復(fù)合以產(chǎn)生光。第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層112可以電連接到第一電極120，并且第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層116可以電連接到第二電極140。因此，電子和空穴可以被提供到有源層114中。
發(fā)光結(jié)構(gòu)110可以生長在襯底105上。例如，可以使用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積 (MOCVD)工藝、化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝、分子束外延(MBE)工藝以及氫化物氣相外延(HVPE)工藝中的至少一個(gè)來形成發(fā)光結(jié)構(gòu)110，但是不限于此。如上所述，發(fā)光結(jié)構(gòu)110可以包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層112、有源層114以及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層116。第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層112可以由摻雜有第一導(dǎo)電類型摻雜物的III-V族化合物半導(dǎo)體形成，例如，由 GaN, A1N、AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP、GaAs, GaAsP以及AlfeInP中的一個(gè)形成。當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電類型半導(dǎo)體層112是η型半導(dǎo)體層時(shí)，第一導(dǎo)電類型摻雜物可以包括諸如Si、Ge、Sn、Se或者Te的η型摻雜物。而且，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層112可以具有單或者多層結(jié)構(gòu)，但是不限于此。有源層114可以設(shè)置在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層112上。有源層114是下述層，其中通過第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層112注入的電子(或者空穴)和通過第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層 116注入的空穴(或者電子)相遇以發(fā)射具有通過化合物半導(dǎo)體材料的適當(dāng)?shù)哪軒Т_定的能量的光。有源層114可以具有單量子阱結(jié)構(gòu)、多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)、量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)以及量子線結(jié)構(gòu)中的一個(gè)。例如，當(dāng)有源層114具有MQW結(jié)構(gòu)時(shí)，有源層114可以由周期的阱層和勢(shì)壘層形成，例如，由使用III-V族化合物半導(dǎo)體材料的周期的InGaN阱層/GaN勢(shì)壘層或者周期的InGaN阱層/AlGaN勢(shì)壘層形成。而且，導(dǎo)電類型包覆層可以設(shè)置在有源層114上或/和下面。導(dǎo)電類型包覆層可以由AKiaN基半導(dǎo)體形成。第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層116可以設(shè)置在有源層114上。第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層 116可以由摻雜有第二導(dǎo)電類型摻雜物的III-V族化合物半導(dǎo)體形成，例如，由GaN、A1N、 AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN,AlInN,AlGaAs,GaP,GaAs,GaAsP 以及 AlGaInP 中的一個(gè)形成。 當(dāng)?shù)诙?dǎo)電類型半導(dǎo)體層116是ρ型半導(dǎo)體層時(shí)，第二導(dǎo)電類型摻雜物可以包括諸如Mg或者Si的P型摻雜物。而且，第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層116可以具有單或者多層結(jié)構(gòu)，但是不限于此。非金屬圖案151可以設(shè)置在襯底105和有源層114之間。例如，非金屬圖案151可以設(shè)置在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層112內(nèi)。非金屬圖案151可以與襯底105隔開并且設(shè)置在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層112內(nèi)。即，非金屬圖案151可以與第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層112的頂表面和底表面隔開并且設(shè)置在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層112內(nèi)。非金屬圖案151可以散射、折射、和反射從有源層114發(fā)射的光以提高根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件100的發(fā)光效率。即，通過非金屬圖案151可以提高發(fā)光器件100的光提取效率。而且，非金屬圖案151可以減少在發(fā)光結(jié)構(gòu)110的生長期間出現(xiàn)的位錯(cuò)或者缺陷的密度。即，由于發(fā)光結(jié)構(gòu)Iio和襯底105的晶格常數(shù)之間的差可能導(dǎo)致在發(fā)光結(jié)構(gòu)110 中出現(xiàn)位錯(cuò)或者缺陷。在此，非金屬圖案151可以減少晶格常數(shù)差。因此，發(fā)光結(jié)構(gòu)110的相對(duì)于非金屬圖案151的上部區(qū)域中的位錯(cuò)密度可以小于發(fā)光結(jié)構(gòu)110的相對(duì)于非金屬圖案151的下部區(qū)域中的位錯(cuò)密度。
非金屬圖案151中的每一個(gè)可以由具有小于發(fā)光結(jié)構(gòu)110的導(dǎo)電性和絕緣的導(dǎo)電性和絕緣的材料形成。而且，非金屬圖案151可以由具有不同于發(fā)光結(jié)構(gòu)110的折射率的折射率的材料形成。例如，非金屬圖案151可以由氧化物形成。替代地，非金屬圖案151可以由氮化物形成。例如，非金屬圖案151 可以由 SiO2, SiOx、SiOxNy, Si3N4, A1203、MgF2, TiO2, ZrO2, TaBO3、銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、銦鋅錫氧化物(IZTO)、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)以及鎵鋅氧化物(GZO)中的至少一個(gè)形成，但是不限于此。如圖2中所示，當(dāng)從上側(cè)觀察時(shí)，非金屬圖案151可以具有圓形形狀、橢圓形形狀或者多邊形形狀，但是不限于此。例如，可以形成經(jīng)構(gòu)圖的掩模并且然后可以沿著掩模執(zhí)行沉積工藝以形成非金屬圖案151。通過形成在掩模上的圖案的構(gòu)造可以確定非金屬圖案151的構(gòu)造。S卩，可以根據(jù)發(fā)光器件100的設(shè)計(jì)對(duì)非金屬圖案151進(jìn)行不同的變形以實(shí)現(xiàn)最佳構(gòu)造。當(dāng)非金屬圖案151在其側(cè)表面上具有尖角邊緣時(shí)，可以提高非金屬圖案151的散射效果。因此，為了最大化非金屬圖案151的散射效果，當(dāng)從上側(cè)觀察時(shí)，非金屬圖案151 可以具有諸如正方形或者六角形形狀的多邊形形狀?？障?53可以設(shè)置在非金屬圖案151的周圍。在此，空隙153可以僅設(shè)置在非金屬圖案151周圍以防止彼此相鄰的空隙153相互耦接。而且，如圖3中所示，非金屬圖案151可以具有傾斜的側(cè)表面。這是因?yàn)楹茈y通過用于形成非金屬圖案151的沉積工藝來形成精確地相對(duì)于底表面垂直的側(cè)表面。而且，如圖4中所示，非金屬圖案151可以具有多層結(jié)構(gòu)。非金屬圖案151的多層結(jié)構(gòu)可以是其中由彼此不同的材料形成的至少兩個(gè)或者更多層相互堆疊的結(jié)構(gòu)。例如，非金屬圖案151可以具有其中具有第一折射率的第一層151a和具有不同于第一折射率的第二折射率的第二層151b相互交替并且重復(fù)地堆疊的多層結(jié)構(gòu)。更加具體地，第一層151a可以由包含SW2和MgF2中的至少一個(gè)的具有低折射率的材料形成。而且，第二層151b可以由包含Ti02、Si3N4、^02以及TaBO3中的至少一個(gè)的具有相對(duì)高的折射率的材料形成，但是不限于此。而且，第一層151a和第二層151b中的每一個(gè)可以具有大約λ/(4ηπι)的厚度。在此，參考符號(hào)λ表示從有源層114發(fā)射的光的波長，參考符號(hào)η表示第一和第二層151a和 151b中的每一個(gè)的折射率，并且參考符號(hào)m表示自然數(shù)。在這樣的情況下，可以提高第一和第二層151a和151b的反射特性以有效地反射從有源層114入射的光。空隙153可以設(shè)置在非金屬圖案151的側(cè)表面上。例如，空隙153可以是填充有空氣的間隙。因?yàn)榭障?53具有顯著低于發(fā)光結(jié)構(gòu)110和非金屬圖案151的折射率的折射率， 所以可以有效地分散光。即，可以改變?nèi)肷涞娇障?53中的光的入射方向，并且因此將光再次入射到發(fā)光結(jié)構(gòu)110中。通過改變光的入射方向能夠增加提取到外部的光量?？梢允紫壬L發(fā)光結(jié)構(gòu)110的一部分，可以形成非金屬圖案151，并且可以其次生長發(fā)光結(jié)構(gòu)以自然地限定空隙153。即，通過調(diào)整用于生長發(fā)光結(jié)構(gòu)110的外延橫向覆蓋生長(ELO)生長條件可以限定空隙153。在此，為了有效地限定空隙153，非金屬圖案151的側(cè)表面可以傾斜或者具有足以限定空隙153的其它形狀，但是不限于此。圖5是比較根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件100的發(fā)光效率與其上沒有形成非金屬圖案 151的發(fā)光器件的發(fā)光效率的圖。圖5的X軸表示光的傳播距離(單位μ m)，Y軸表示光提取效率。實(shí)線A示出從根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件100獲得的試驗(yàn)結(jié)果，并且虛線B示出從其上沒有形成非金屬圖案151的發(fā)光器件獲得的試驗(yàn)結(jié)果。參考圖5，看到與其上沒有形成非金屬圖案151的發(fā)光器件的光提取效率相比，發(fā)光器件100的光提取效率提高了大約10%。而且，可以看到隨著光的傳播距離增加，提高的程度逐漸地增加。圖6是示出通過測(cè)量取決于根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件100的非金屬圖案151的距離和寬度的變化的光提取效率之間的關(guān)系而獲得的試驗(yàn)結(jié)果的圖。在此，在有源層114發(fā)射具有大約430nm至大約470nm的波長的基于藍(lán)光的光的條件下執(zhí)行本試驗(yàn)。參考圖1和圖6，在通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)非金屬圖案151的寬度D和距離S而獲得的試驗(yàn)結(jié)果中，當(dāng)非金屬圖案151具有大約1 μ m的寬度D并且多個(gè)非金屬圖案151之間的距離 S可以是大約0. 5 μ m時(shí)，可以最大化發(fā)光器件100的光提取效率。即，當(dāng)多個(gè)非金屬圖案151具有寬度D和距離S時(shí)，可以最大化光分散效果。而且， 可以減少發(fā)光結(jié)構(gòu)110的位錯(cuò)密度以提高發(fā)光器件100的光提取效率。然而，本公開不限于試驗(yàn)結(jié)果。例如，非金屬圖案151的寬度D和距離S可以根據(jù)發(fā)光器件100的設(shè)計(jì)而變化。再次參考圖1，第一電極120可以設(shè)置在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層112上，并且透明電極層130和第二電極140可以設(shè)置在第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層116上。第一和第二電極120和140可以連接到外部電源以將電力提供給發(fā)光結(jié)構(gòu)110。例如，第一和第二電極120 和 140 可以由 Cu、Au、Ag、Al、Ni、Mo、Pt、Pd、Ti、Sn 以及Cr中的至少一個(gè)形成并且可以具有單層或者多層結(jié)構(gòu)。透明電極層130可以擴(kuò)展電流以防止從第二電極140傳送的電力集中地流入第一電極120和第二電極140之間的最短距離。透明電極層130可以由具有光透射性和導(dǎo)電性的材料形成，例如，由銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、銦鋅錫氧化物(IZTO)、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(ΑΤΟ)、鎵鋅氧化物(GZO)、 IrOx, RuOx, Ni, Ag以及Au中的至少一個(gè)形成?？梢允÷酝该麟姌O層130，但是不限于此。在下文中，將會(huì)詳細(xì)地描述制造根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件100的方法。圖7至圖12是示出制造根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件100的方法的視圖。在此，將會(huì)省略或者簡(jiǎn)單地描述與前述實(shí)施例的重復(fù)的描述。參考圖7，發(fā)光結(jié)構(gòu)110的一部分可以形成在襯底105上。S卩，如圖7中所示，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層11 的一部分可以首先形成在襯底105上。參考圖8，經(jīng)構(gòu)圖的掩膜層158可以形成在首先形成的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層 112a 上。
掩模層158可以被構(gòu)圖為對(duì)應(yīng)于非金屬圖案151。例如，掩模層158可以包括光致抗蝕劑，但是不限于此。參考圖9，可以沿著掩模層158形成非金屬圖案151。例如，可以使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝、電子束沉積工藝以及濺射工藝中的至少一個(gè)形成非金屬圖案151，但是不限于此。參考圖10，在形成非金屬圖案151之后可以去除掩模層158。可以使用蝕刻工藝或灰化工藝來去除掩模層158，但是不限于此。參考圖10和圖11，發(fā)光結(jié)構(gòu)110的剩余部分可以形成在首先形成的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層11 和非金屬圖案151上。即，可以形成第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層112、有源層、第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層116。例如，可以使用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)工藝、化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝、 等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝、分子束外延(MBE)工藝以及氫化物氣相沉積 (HVPE)工藝中的至少一個(gè)形成發(fā)光結(jié)構(gòu)110，但是不限于此。在此，當(dāng)生長發(fā)光結(jié)構(gòu)110時(shí)，空隙153可以形成在非金屬圖案151的側(cè)表面上。 如上所述，通過適當(dāng)?shù)匦纬煞墙饘賵D案151的側(cè)表面或者調(diào)整發(fā)光結(jié)構(gòu)110的生長條件可以形成空隙153，但是不限于此。參考圖11和圖12，第一電極120可以形成在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層112上，并且透明電極層130和第二電極140可以形成在第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層116上以提供根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件100。為了形成第一電極120，可以先執(zhí)行臺(tái)面蝕刻工藝以暴露第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層 112的頂表面的一部分。使用沉積或者鍍工藝可以形成第一和第二電極120和140。而且，例如，可以使用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝、電子束沉積工藝以及濺射工藝中的至少一個(gè)形成透明電極層130，但是不限于此。圖13和圖14是根據(jù)另一實(shí)施例的發(fā)光器件100B和100C的側(cè)截面圖。參考圖13和圖14，發(fā)光器件100B和100C中的每一個(gè)可以包括襯底105，該襯底 105具有圖案106 ；發(fā)光結(jié)構(gòu)110，該發(fā)光結(jié)構(gòu)110設(shè)置在襯底105上并且包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層112、有源層114以及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層116 ；多個(gè)非金屬圖案151，所述多個(gè)非金屬圖案151設(shè)置在襯底105和有源層114之間；空隙，該空隙被限定在多個(gè)非金屬圖案151的側(cè)表面上；第一電極120，該第一電極120設(shè)置在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層112上； 透明電極層130以及第二電極140。在此，透明電極層130和第二電極140設(shè)置在第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層116上。在圖13的發(fā)光器件中，設(shè)置在襯底105上的圖案106可以分別與非金屬圖案151 垂直地重疊。在圖14的發(fā)光器件中，設(shè)置在襯底105上的圖案106和非金屬圖案151可以相互錯(cuò)開。而且，不同于圖13和圖14的發(fā)光器件，可以相對(duì)于彼此任意地設(shè)置非金屬圖案 151和圖案106。設(shè)置在襯底105上的圖案106可以有效地散射、折射和反射從發(fā)光結(jié)構(gòu)110入射的光。另外，當(dāng)生長發(fā)光結(jié)構(gòu)Iio時(shí)，圖案106可以緩解襯底105和發(fā)光結(jié)構(gòu)110之間的晶格常數(shù)差。當(dāng)同時(shí)形成圖案106和非金屬圖案151時(shí)，可以進(jìn)一步提高發(fā)光器件100B和100C
的光提取效率。圖15是根據(jù)另一實(shí)施例的發(fā)光器件100D的側(cè)截面圖。參考圖15，發(fā)光器件100D可以包括電極層160 ；發(fā)光結(jié)構(gòu)110，該發(fā)光結(jié)構(gòu)110設(shè)置在電極層160下面并且包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層112、有源層114以及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層116 ；第三電極，該第三電極設(shè)置在發(fā)光結(jié)構(gòu)110下面；非金屬圖案151，該非金屬圖案151設(shè)置在發(fā)光結(jié)構(gòu)110內(nèi)；以及空隙，該空隙設(shè)置在非金屬圖案151的側(cè)表面上。非金屬圖案151與第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層112的頂表面和底表面隔開并且設(shè)置在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層112內(nèi)。電極層160的至少一部分可以與第三電極150垂直地重疊以實(shí)現(xiàn)具有垂直型電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件。如圖15中所示，電極層160可以包括歐姆層161 ；反射層163，該反射層163設(shè)置在歐姆層161上；附著金屬層165，該附著金屬層165設(shè)置在反射層163上；以及導(dǎo)電支撐構(gòu)件167，該導(dǎo)電支撐構(gòu)件167設(shè)置在附著金屬層165上。歐姆層161可以由銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、鋁鋅氧化物(AZO)、銦鎵鋅氧化物(AGZO)、銦鋅錫氧化物(IZTO)、銦鋁鋅氧化物(IAZO)、銦鎵鋅氧化物(IGZO)JB 鎵錫氧化物(IGTO)、銻錫氧化物(ATO)、鎵鋅氧化物(GZO)、IZO氮化物(IZON)、ZnO, IrOx, RuOx以及NiO中的一個(gè)形成。而且，歐姆層161可以由Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf以及其組合中的一個(gè)形成。歐姆層161可以具有單或者多層結(jié)構(gòu)。反射層163可以反射從有源層114入射的光以提高發(fā)光器件的光提取效率。反射層163可以由具有高反射率的材料形成，例如，由包含Ag、Al、Pt、Pd以及Cu中的至少一個(gè)的合金或者金屬形成，但是不限于此。附著金屬層165可以設(shè)置在導(dǎo)電支撐構(gòu)件167和反射層163之間以提高其間界面的附著性。附著金屬層165可以由具有高附著力和導(dǎo)電性的金屬材料形成，例如，由包含 Ti、Au、Cu以及Ni中的至少一個(gè)的金屬形成，但是不限于此。導(dǎo)電支撐構(gòu)件167可以支撐發(fā)光結(jié)構(gòu)110并且將電力提供給發(fā)光結(jié)構(gòu)110。例如， 導(dǎo)電支撐構(gòu)件167可以Ti、Cr、Ni、Al、Pt、Au、W、Cu、Mo、Cu-W以及由其中注入雜質(zhì)的載體晶片(例如，Si、Ge、GaN、GaAs、aiO、SiC、SiGe等等)中的至少一個(gè)形成。參考圖11和圖15，電極層160可以設(shè)置在圖11的發(fā)光器件上，然后，可以去除圖 11的襯底105。然后，可以形成第三電極150以提供發(fā)光器件100D。可以使用激光剝離(LLO)方法、化學(xué)剝離(CLO)方法以及物理拋光方法中的至少一個(gè)來去除襯底105，但是不限于此。圖16是包括根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件100的發(fā)光器件封裝的截面圖。參考圖16，根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件封裝可以包括主體20 ；第一和第二引線電極 31和32，該第一和第二引線電極31和32設(shè)置在主體20上；發(fā)光器件100，該發(fā)光器件100 設(shè)置在主體20上并且電連接到第一和第二引線電極31和32 ；以及模制構(gòu)件40，該模制構(gòu)件40包圍發(fā)光器件100。主體20可以由硅材料、合成樹脂材料或者金屬材料形成。傾斜表面可以設(shè)置在發(fā)光器件100的周圍。第一和第二引線電極31和32可以相互電分離，并且向發(fā)光器件100提供電力。而且，第一和第二引線電極31和32可以反射在發(fā)光器件100中產(chǎn)生的光以提高光效率。另外，第一和第二引線電極31和32可以將在發(fā)光器件100中產(chǎn)生的熱釋放到外部。第一和第二引線電極31和32中的一個(gè)可以通過主體20。此結(jié)構(gòu)可以根據(jù)發(fā)光器件100的電極結(jié)構(gòu)而變化。發(fā)光器件100可以設(shè)置在主體20上，或者設(shè)置在第一引線電極31或者第二引線電極32上?？梢酝ㄟ^布線方法、倒裝芯片方法以及貼片方法中的一個(gè)將發(fā)光器件100電連接到第一和第二引線電極31和32。模制構(gòu)件40可以包圍發(fā)光器件100以保護(hù)發(fā)光器件100。而且，熒光體可以被包含在模制構(gòu)件40中，以改變從發(fā)光器件100發(fā)射的光的波長。透鏡可以設(shè)置在模制構(gòu)件40上。透鏡可以接觸或者不接觸模制構(gòu)件40的表面， 但是不限于此。透鏡可以具有凸透鏡形狀、凹透鏡形狀、或者凸透鏡形狀和凹透鏡形狀的混合形狀。根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件可以以發(fā)光器件封裝形式封裝在板上或者安裝在板上，并且因此，發(fā)光器件可以被用作用于指示裝置、照明裝置以及顯示裝置的光源。根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件或者發(fā)光器件封裝可以應(yīng)用于照明單元作為光源。照明單元可以具有其中排列多個(gè)發(fā)光器件封裝的結(jié)構(gòu)。而且，發(fā)光器件或者發(fā)光器件封裝可以用作側(cè)視型光源或者頂視型光源。光源可以將背光提供到顯示面板。而且，發(fā)光器件或者發(fā)光器件封裝可以應(yīng)用作為用于照明裝置的光源。照明裝置可以包括照明燈、交通燈、車輛頭燈以及標(biāo)識(shí)牌。根據(jù)實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件可以被封裝在樹脂材料、諸如硅的半導(dǎo)體基板、絕緣基板、或者陶瓷基板上并且用作用于指示裝置、照明裝置以及顯示裝置的光源。而且，實(shí)施例的特征可以被選擇地應(yīng)用于另外的實(shí)施例并且不限于每個(gè)實(shí)施例。根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件封裝可以應(yīng)用于照明單元。照明單元可以具有其中排列多個(gè)發(fā)光器件封裝的結(jié)構(gòu)。圖17是根據(jù)實(shí)施例的顯示裝置的分解透視圖。參考圖17，根據(jù)實(shí)施例的顯示裝置1000可以包括導(dǎo)光板1041 ；發(fā)光模塊1031，該發(fā)光模塊1031用于將光提供給導(dǎo)光板1041 ；反射構(gòu)件1022，該反射構(gòu)件1022設(shè)置在導(dǎo)光板1041的下方；光學(xué)片1051，該光學(xué)片1051設(shè)置在導(dǎo)光板1041上方；顯示面板1061，該顯示面板1061設(shè)置在光學(xué)片1051上方；以及底蓋1011，該底蓋1011用于容納導(dǎo)光板1041、 發(fā)光模塊1031以及反射構(gòu)件1022，但是實(shí)施例不限于此。底蓋1011、反射片1022、光學(xué)模塊1031、導(dǎo)光板1041以及光學(xué)片1051可以被定義為照明單元1050。導(dǎo)光板1041可以擴(kuò)散光以產(chǎn)生平面光。導(dǎo)光板1041可以由透明材料，例如，諸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的丙烯酸基材料、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)樹脂、聚碳酸酯 (PC)樹脂、環(huán)烯烴共聚物(COC)樹脂以及聚鄰苯二甲酸酯(PEN)樹脂中的一個(gè)形成。發(fā)光模塊1031可以將光提供到導(dǎo)光板1041的至少一個(gè)表面并且最終用作顯示裝置的光源。
可以將至少一個(gè)發(fā)光模塊1031設(shè)置為將光直接地或者間接地提供到導(dǎo)光板1041 的一個(gè)側(cè)表面。發(fā)光模塊1031可以包括根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件封裝200和板1033。發(fā)光器件或者發(fā)光器件封裝200可以以預(yù)定的距離排列在板1033上。即，發(fā)光器件可以以芯片或者封裝形式排列在板1033上。板1033可以是具有電路圖案的印刷電路板(PCB)。而且，板1033可以包括普通 PCB、金屬芯PCB或者柔性PCB，但是不限于此。當(dāng)發(fā)光器件封裝200安裝在散熱板或者底蓋1011的側(cè)表面上時(shí)，板1033可以被去除。在此，散熱板的一部分可以接觸底蓋1011的
頂表面。多個(gè)發(fā)光器件封裝200可以安裝在板1033上以允許通過其發(fā)射光的發(fā)光表面與導(dǎo)光板1041隔開預(yù)定的距離，但是不限于此。發(fā)光器件封裝200可以向是導(dǎo)光板1041的側(cè)面的光入射表面直接或者間接提供光，但是不限于此。反射構(gòu)件1022可以設(shè)置在導(dǎo)光板1041下。由于反射構(gòu)件1022向上反射入射到導(dǎo)光板1041的下表面的光，因此可以提高照明單元1050的亮度。例如，反射構(gòu)件1022可以由PET、PC以及PVC樹脂中的一個(gè)形成，但是不限于此。反射構(gòu)件1022可以是底蓋1011 的頂表面，但是不限于此。底蓋1011可以容納導(dǎo)光板1041、發(fā)光模塊1031以及反射構(gòu)件1022。為此，底蓋 1011可以包括容納部1012，該容納部1012具有帶有開口的上側(cè)的盒形狀，但是不限于此。 底蓋1011可以與頂蓋耦接，但是不限于此。底蓋1011可以由金屬材料或者樹脂材料形成。而且，可以使用壓制成型工藝或者擠壓成型工藝制造底蓋1011。底蓋1011可以由具有優(yōu)異導(dǎo)熱性的金屬或者非金屬材料形成，但是不限于此。例如，顯示面板1061可以是液晶顯示(IXD)面板，并且包括由透明材料形成的第一和第二板以及在第一和第二板之間的液晶層。偏振板可以附著到顯示面板1061的至少一個(gè)表面。本公開不限于偏振板的附著結(jié)構(gòu)。顯示面板1061使用經(jīng)過光學(xué)片1051的光來顯示信息。顯示裝置1000可以被應(yīng)用于各種便攜式終端、用于筆記本電腦的監(jiān)視器、用于膝上型電腦的監(jiān)視器、電視，等等。光學(xué)片1051能夠設(shè)置在顯示面板1061和導(dǎo)光板1041之間，并且包括至少一個(gè)透射片。例如，光學(xué)片1051可以包括擴(kuò)散片、水平或/和垂直棱鏡片、亮度增強(qiáng)片等中的至少一個(gè)。擴(kuò)散片擴(kuò)散入射光，并且水平或/和垂直棱鏡片將入射光聚集到顯示區(qū)域中。另外， 亮度增強(qiáng)片重新使用丟失的光以提高亮度。而且，保護(hù)片可以設(shè)置在顯示面板1061上，但是不限于此。在此，諸如導(dǎo)光板1041和光學(xué)片1051的光學(xué)構(gòu)件可以設(shè)置在發(fā)光模塊1031的光學(xué)路徑上，但是不限于此。圖18是示出根據(jù)實(shí)施例的顯示裝置的修改示例的視圖。圖18的封裝可以具有其中以芯片或者封裝形式排列發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)。參考圖18，顯示裝置1100可以包括底蓋1152、其上排列有上述發(fā)光器件封裝200 的板1120、光學(xué)構(gòu)件IlM以及顯示面板1155。板1120和發(fā)光器件封裝200可以被定義為發(fā)光模塊1160。底蓋1152、至少一個(gè)發(fā)光模塊1160以及光學(xué)構(gòu)件IlM可以被定義為照明單元。發(fā)光器件可以以芯片或者封裝形式排列在板1120上。底蓋1152可以包括容納部1153，但是不限于此。在此，光學(xué)構(gòu)件IlM可以包括透鏡、導(dǎo)光板、擴(kuò)散片、水平和垂直棱鏡片以及亮度增強(qiáng)片中的至少一個(gè)。導(dǎo)光板可以由PC材料或者PMMA材料形成。在這樣的情況下，導(dǎo)光板可以被去除。擴(kuò)散片擴(kuò)散入射光，水平和垂直棱鏡片將入射光聚集到顯示區(qū)域。亮度增強(qiáng)片重新使用丟失的光以提高亮度。圖19是根據(jù)實(shí)施例的照明單元的圖。參考圖19，照明系統(tǒng)1500包括外殼1510 ；設(shè)置在外殼1510中的發(fā)光模塊1530 ； 以及連接端子1520，該連接端子1520設(shè)置在外殼1510中以接收來自外部電源的電力。外殼1510可以由具有良好散熱特性的材料形成，例如，由金屬材料或者樹脂材料形成。發(fā)光模塊1530可以包括板1532，和設(shè)置在板1532上的發(fā)光器件封裝200?？梢蕴峁┒鄠€(gè)發(fā)光器件封裝200，并且多個(gè)發(fā)光器件封裝200可以以矩陣的形狀排列或者相互隔開預(yù)定的距離。發(fā)光器件可以以芯片或者封裝形式排列在板1532上。板1532可以是其上印刷有電路圖案的絕緣體。例如，板可以包括普通的印刷電路板(PCB)、金屬芯PCB、柔性PCB、陶瓷PCB等等中的至少一個(gè)。而且，板1532可以由有效地反射光的材料形成，并且其表面可以以能夠有效地反射光的顏色形成。例如，板可以是具有白色或者銀色的涂層。至少一個(gè)發(fā)光器件封裝200可以安裝在板1532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)芯片。LED芯片可以包括發(fā)射紅、綠、藍(lán)或者白光的彩色LED， 和發(fā)射紫外(UV)射線的UV LED。發(fā)光模塊1530可以具有數(shù)個(gè)發(fā)光器件封裝200的組合，以獲得想要的顏色和亮度。例如，發(fā)光模塊1530可以具有白光LED、紅光LED以及綠光LED的組合，以獲得高顯色指數(shù)(CRI)。連接端子1520可以電連接到發(fā)光模塊1530以提供電力?？梢詫⑦B接端子1520 螺旋耦接到插座類型的外部電源，但是不限于此。例如，連接端子1520可以以插頭的形式制成并且插入到外部電源，或者可以通過布線連接到外部電源。實(shí)施例可以提供一種發(fā)光器件、發(fā)光器件封裝以及照明系統(tǒng)。實(shí)施例還可以提供具有提高的發(fā)光效率的發(fā)光器件和制造發(fā)光器件的方法。在本說明書中對(duì)于“一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“示例性實(shí)施例”等的任何引用意味著結(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。在說明書中，在各處出現(xiàn)的這類短語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)人員可以想到許多落入本公開的原理的精神和范圍內(nèi)的其它修改和實(shí)施例。更加具體地，在本公開、附圖和所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，主題組合布置的組成部件和/或布置方面的各種變化和修改都是可能的。除了組成部件和/或布置方面的變化和修改之外，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，替代使用也將是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光器件，包括襯底；發(fā)光結(jié)構(gòu)，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、有源層以及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述襯底上；非金屬圖案，所述非金屬圖案設(shè)置在所述襯底和所述有源層之間，所述非金屬圖案與所述襯底隔開；以及空隙，所述空隙設(shè)置在所述非金屬圖案的側(cè)表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中相對(duì)于所述非金屬圖案所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的上部區(qū)域的位錯(cuò)密度小于所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的下部區(qū)域的位錯(cuò)密度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述非金屬圖案具有小于所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性的導(dǎo)電性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述非金屬圖案由Si02、SiOx,SiOxNy、Si3N4, Al203、MgF2、Ti02、Zr02、TaBO3、銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、銦鋅錫氧化物(IZTO)、 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(ΑΤΟ)、鎵鋅氧化物(GZO)中的至少一個(gè)形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中當(dāng)從上側(cè)觀察時(shí)，所述非金屬圖案具有圓形形狀、橢圓形形狀或者多邊形形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述非金屬圖案具有傾斜的側(cè)表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述非金屬圖案具有其中由彼此不同的材料形成的至少兩個(gè)或者更多層相互堆疊的多層結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光器件，其中所述非金屬圖案具有其中第一層和第二層相互交替并且重復(fù)地堆疊的多層結(jié)構(gòu)，所述第一層具有第一折射率，且所述第二層具有不同于所述第一折射率的第二折射率。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)光器件，其中所述第一層由包含SiO2和MgF2中的至少一個(gè)的具有低折射率的材料形成，并且所述第二層由包含Ti02、Si3N4, ZrO2以及TaBO3中的至少一個(gè)的具有相對(duì)高折射率的材料形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)光器件，其中所述第一層和所述第二層中的每一個(gè)具有大約λ/(4ηπι)的厚度，其中參考符號(hào)λ表示從所述有源層發(fā)射的光的波長，參考符號(hào)η表示所述第一和第二層中的每一個(gè)的折射率，并且參考符號(hào)m表示自然數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述非金屬圖案具有Iym的寬度，并且在所述非金屬圖案和相鄰的非金屬圖案之間的距離是0. 5 μ m。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述襯底包括設(shè)置在其頂表面上的圖案。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述非金屬圖案設(shè)置在所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層內(nèi)。
14.一種發(fā)光器件封裝，包括主體；設(shè)置在所述主體上的至少一個(gè)引線電極；以及電連接到所述引線電極的發(fā)光器件，所述發(fā)光器件是根據(jù)權(quán)利要求1至13中的任意一項(xiàng)所述的發(fā)光器件。
15. 一種照明系統(tǒng)，包括 板；和設(shè)置在所述板上的發(fā)光模塊，所述發(fā)光模塊包括根據(jù)權(quán)利要求1至13中的任意一項(xiàng)所述的發(fā)光器件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)光器件、發(fā)光器件封裝以及照明系統(tǒng)。發(fā)光器件包括襯底；發(fā)光結(jié)構(gòu)，該發(fā)光結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、有源層以及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層，發(fā)光結(jié)構(gòu)設(shè)置在襯底上；非金屬圖案，該非金屬圖案設(shè)置在襯底和有源層之間，非金屬圖案與襯底隔開；以及空隙，該空隙設(shè)置在非金屬圖案的側(cè)表面上。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102263177SQ20111013524
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月25日
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