專利名稱：發(fā)光器件及其制造方法、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)施例涉及發(fā)光器件、制造發(fā)光器件的方法、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)已經(jīng)主要用作發(fā)光器件。LED通過使用化合物半導(dǎo)體的特性將 電氣信號轉(zhuǎn)換為諸如UV射線或者可視射線的光的形式。最近，隨著LED的光效率增加，LED已經(jīng)被用在諸如顯示裝置或者照明裝置中的各 種電子和電氣設(shè)備中。

發(fā)明內(nèi)容
實(shí)施例提供具有新穎的結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件、制造發(fā)光器件的方法、發(fā)光器件封裝以 及照明系統(tǒng)。實(shí)施例提供能夠增加內(nèi)量子效率的發(fā)光器件、制造發(fā)光器件的方法、發(fā)光器件封 裝、以及照明系統(tǒng)。實(shí)施例提供能夠增加光效率的發(fā)光器件、制造發(fā)光器件的方法、發(fā)光器件封裝、以 及照明系統(tǒng)。根據(jù)實(shí)施例，發(fā)光器件包括第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層，該第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層包括第一導(dǎo) 電雜質(zhì)；第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層，該第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層包括不同于第一導(dǎo)電雜質(zhì)的第二導(dǎo)電雜 質(zhì)；在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層之間的有源層；以及AlInN基半導(dǎo)體層，該 AlInN基半導(dǎo)體層被插入在有源層和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層之間，其中，該AlInN基半導(dǎo)體層接 觸有源層和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層并且包括第二導(dǎo)電雜質(zhì)。根據(jù)實(shí)施例，一種制造發(fā)光器件的方法，包括形成第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層；在第一導(dǎo) 電半導(dǎo)體層上形成有源層；形成AlhN基半導(dǎo)體層，該AlhN基半導(dǎo)體層直接形成在有源層 上并且包括第二導(dǎo)電雜質(zhì)；以及在AlInN基半導(dǎo)體層上形成第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層。


圖1是示出根據(jù)第一實(shí)施例的發(fā)光器件的視圖；圖2是示出根據(jù)第二實(shí)施例的發(fā)光器件的視圖；圖3是示出根據(jù)第一實(shí)施例的發(fā)光器件的帶隙能的視圖；圖4是表示當(dāng)AlInN層被用作根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件中的電子阻擋層時(shí)，以及當(dāng) 傳統(tǒng)的AlInN層被用作根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件中的電子阻擋層時(shí)，作為電流密度的函數(shù)的 發(fā)光效率的圖；圖5是表示當(dāng)AlInN層被用作根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件中的電子阻擋層時(shí)，根據(jù)AUnN層的的含量的變化的作為電流密度的函數(shù)的發(fā)光效率的圖；圖6是表示當(dāng)包含17%的h的AlInN層被插入在根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件中的 P-GaN層和有源層之間時(shí)，以及當(dāng)具有大約40nm厚度的ρ-GaN層被插入在根據(jù)實(shí)施例的發(fā) 光器件中的含有17%的的AUnN層和有源層之間時(shí)，作為電流密度的函數(shù)的發(fā)光效率的 圖；圖7是示出根據(jù)實(shí)施例的其中安裝發(fā)光器件的發(fā)光器件封裝的視圖；圖8是示出根據(jù)實(shí)施例的包括發(fā)光器件或者發(fā)光器件封裝的背光單元的視圖；以 及圖9是示出根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件或者發(fā)光器件封裝的透視圖。
具體實(shí)施例方式在實(shí)施例的描述中，將會理解的是，當(dāng)層(或膜)、區(qū)域、圖案、或結(jié)構(gòu)被稱為在另 一襯底、另一層(或膜)、另一區(qū)域、另一墊、或者另一圖案“上”或“下”時(shí)，它能夠“直接” 或“間接”在另一襯底、層(或膜)、區(qū)域、墊、或圖案上，或者也可以存在一個(gè)或多個(gè)中間層。 已經(jīng)參考附圖描述了層的這樣的位置。為了方便或清楚起見，附圖中所示的每層的厚度和尺寸可以被夸大、省略、或示意 性繪制。另外，元件的尺寸沒有完全反映真實(shí)尺寸。在下文中，將會詳細(xì)地描述根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件、發(fā)光器件封裝、以及制造發(fā)光 器件的方法。圖1是示出根據(jù)第一實(shí)施例的發(fā)光器件的視圖，并且特別地示出水平型發(fā)光器 件。參考圖1，根據(jù)第一實(shí)施例的發(fā)光器件100包括襯底10、襯底10上的包括緩沖層 (未示出)的未摻雜的氮化物層20、未摻雜的氮化物層20上的第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30、第一 導(dǎo)電半導(dǎo)體層30上的有源層40、有源層40上的電子阻擋層50、以及電子阻擋層50上的第 二導(dǎo)電半導(dǎo)體層60。另外，第一電極層70形成在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30上，并且第二電極層 80形成在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層60上。摻雜有第一導(dǎo)電雜質(zhì)的hGaN/InGaN超晶格結(jié)構(gòu)或者h(yuǎn)GaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)可以 形成在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30和有源層40之間。例如，襯底10 可以包括 Al203、SiC、GaAs、GaN、Zn0、Si、GaP、InP、以及 Ge 中的至少 一個(gè)，但是實(shí)施例不限于此。多個(gè)突起圖案可以形成在襯底10的頂表面上，并且可以散射 從有源層40發(fā)射的光以增加光效率。例如，突起圖案可以具有半球形、多邊形、三角金字塔 形、以及納米柱形中的一個(gè)。緩沖層(未示出)形成在襯底10上。例如，緩沖層可以包括GaN基材料，或者可 以具有諸如AnnN/feiN、AnnN/feiN、或者AnnfeiN/lnfeiN/feiN的堆疊結(jié)構(gòu)。未摻雜的氮化物層20形成在緩沖層(未示出)上。例如，未摻雜的氮化物層20 可以包括未摻雜的GaN層。第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30可以包括第一導(dǎo)電雜質(zhì)，例如，N型半導(dǎo)體層。第一導(dǎo)電半 導(dǎo)體層30可以包括hxAlyGai_x_yN(0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)的半導(dǎo)體材料。例 如,第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30可以包括從由hAlfeiN、(；aN、AlfeiN、AUnN、hGaN、A1N、以及InN組成的組中選擇的材料。第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30可以被摻雜有諸如Si、Ge、以及Sn的N型 雜質(zhì)。通過將三甲基鎵(TMGa)氣體、氨氣(NH3)、以及硅烷(SiH4)氣體連同氫氣(H2)注 入腔室能夠形成第一半導(dǎo)體層30。有源層40通過通過第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30注入的電子(或者空穴)和通過第二導(dǎo) 電半導(dǎo)體層50注入的空穴(或者電子)的復(fù)合基于根據(jù)組成有源層40的材料的能帶的帶 隙差發(fā)射光。有源層40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)、或者量 子線結(jié)構(gòu)，但是實(shí)施例不限于此。 有源層40可以包括具有hxAly(iai_x_yN (0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)的組 成式的半導(dǎo)體材料。如果有源層40具有MQW結(jié)構(gòu)，那么有源層40可以包括InGaN阱/GaN 勢壘層的堆疊結(jié)構(gòu)。通過將TMGa氣體、三甲基銦(TMIn)氣體、以及NH3氣體連同H2氣體注入腔室能夠 形成有源層40。電子阻擋層50形成在有源層40上，并且可以接觸有源層40和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層 60。電子阻擋層50可以包括包含諸如Mg的P型雜質(zhì)的AlInN基半導(dǎo)體層。電子阻擋 層50可以直接形成在有源層40上，或者可以形成在有源層40上同時(shí)另一半導(dǎo)體層插入在 電子阻擋層50和有源層40之間。將三甲基鋁(TMAl)氣體、TMh氣體、NH3氣體、以及雙(乙基環(huán)戊二烯基)鎂 (EtCp2Mg) (Mg(C2H5C5H4)J氣體連同H2氣體一起注入腔室可以形成電子阻擋層50。第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層60形成在電子阻擋層50上。例如，第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層60可以 包括P型半導(dǎo)體層。第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層60可以包括具有h/ip^N (0彡X彡1，0彡y彡1， 0彡x+y彡1)的組成式的半導(dǎo)體材料。例如，可以從由InAlGaN、GaN、AlGaN、InGaN、AlInN、 A1N、以及InN組成的組中選擇第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層60，并且可以被摻雜有諸如Mg、Zn、Ca、Sr、 以及Ba的P型摻雜物。通過將TMGa氣體、NH3氣體、以及(KCp2Mg) {Mg (C2H5C5H4) J氣體連同H2氣體一起 注入腔室可以形成第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層60。同時(shí)，第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30可以包括P型半導(dǎo)體層，并且第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層60可 以包括N型半導(dǎo)體層。另外，包括N型半導(dǎo)體層或者P型半導(dǎo)體層的第三導(dǎo)電半導(dǎo)體層(未 示出)可以形成在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層60上。因此，包括第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30、有源層40、 以及第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層60的發(fā)光結(jié)構(gòu)層可以具有NP、PN、NPN、以及PNP結(jié)結(jié)構(gòu)中的至少一 個(gè)。另外，第一和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層30和60中的雜質(zhì)的摻雜濃度可以是均勻的或者不規(guī) 則的。換言之，發(fā)光結(jié)構(gòu)層可以具有各種結(jié)構(gòu)，但是實(shí)施例不限于此。發(fā)光器件100可以包括發(fā)射藍(lán)光的GaN基發(fā)光二極管，其具有處于大約450nm至 大約480nm的范圍內(nèi)的波長帶，優(yōu)選地，大約465nm的中心波長，并且具有大約15nm至大約 40nm的FWHM (半高寬)。為了制造發(fā)光器件100，在襯底10上形成未摻雜的氮化物層20、第一導(dǎo)電半導(dǎo)體 層30、有源層40、電子阻擋層50、以及第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層60之后，執(zhí)行臺面蝕刻以選擇性地 移除第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30、有源層40、電子阻擋層50、以及第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層60。第一電極層70形成在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30上，并且第二電極層80形成在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層60 上。同時(shí)，為了提高內(nèi)量子效率，根據(jù)第一實(shí)施例的發(fā)光器件100包括電子阻擋層50， 該電子阻擋層50被插入在有源層40和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層60之間。為了提高發(fā)光器件100的發(fā)光的性能，必須將電子和空穴盡可能有效地注入有源 層40，并且使其相互復(fù)合同時(shí)沒有泄漏到另外的區(qū)域來產(chǎn)生光。被注入到有源層40中的電子和空穴當(dāng)中的電子比空穴更加快速地移動，并且通 過從有源層40產(chǎn)生的熱能產(chǎn)生的熱電子偏離有源層40使得熱電子泄漏到第二導(dǎo)電半導(dǎo)體 層60。為了防止電子泄漏到第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層60，形成帶隙大于有源層40的帶隙的電子 阻擋層50以用作電子的勢壘。在根據(jù)第一實(shí)施例的發(fā)光器件100中，電子阻擋層50可以形成有AUn^MgO) < χ < 0. 3)的組成式，其中當(dāng)χ的范圍是0. 15<x<0. 19時(shí)表現(xiàn)出更大的效果。特別地， 當(dāng)χ是0. 17時(shí)，電子阻擋層50與GaN晶格匹配。盡管電子阻擋層50傳統(tǒng)上包括AlGaN，但是由于由與有源層40的晶格常數(shù)錯(cuò)配弓I 起的晶格缺陷導(dǎo)致AlGaN很難參與P型摻雜，并且由于摻雜物的大的活化能和晶格常數(shù)錯(cuò) 配引起的晶格缺陷導(dǎo)致不能夠生長具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和結(jié)晶性的晶體。這在價(jià)帶中形成能 量阻擋層，從而防止空穴移向有源層40的多量子阱層。隨著通過摻雜形成的費(fèi)米能級增加 從而相對于價(jià)帶的能級越高，空穴阻擋層40增加。因此，在根據(jù)第一實(shí)施例的發(fā)光器件100中，電子阻擋層50包括AlhN的三元混 合化合物使得能夠移除與GaN層的晶格常數(shù)錯(cuò)配。另外，通過使用AlhN的三元混合化合 物之間的局域能量位置(site)能夠增加空穴遷移率，并且由于低于AlGAN的活化能能夠增 加載流子濃度。結(jié)果，能夠提高電氣特性和結(jié)構(gòu)，使得能夠提高有源層40的發(fā)光效率。圖3是示出根據(jù)第一實(shí)施例的發(fā)光器件10的帶隙能的視圖。參考圖3，電子阻擋層50可以包括AlInN層。由于AlInN層包括h，所以由于h 的低溶解度導(dǎo)致在固態(tài)中出現(xiàn)諸如旋節(jié)線的相分離。因此，由于相分離導(dǎo)致包含大量^的 晶體局域地形成在AlInN層中。晶體的能帶隙低于想要的AlInN帶隙能，并且局域能量位 置形成在AlInN層中。因此，其中積聚的局域化電子和局域化空穴的具有電氣特性的化合 物半導(dǎo)體形成在局域能量位置中。當(dāng)AlInN層包括17%的h時(shí)，AlInN層與GaN層晶格匹配，使得能夠防止發(fā)光器 件中的晶格缺陷。在這樣的情況下，在較高的摻雜效率的獲取方面，AlInN層是有利的。當(dāng) Al1-JnxN = Mg的范圍是0<x<0. 17時(shí)，AlInN層的帶隙能可以處于6. 2eV至4. 92eV的 范圍內(nèi)。當(dāng)χ是0.17時(shí)，AlInN層理論上具有4. 92eV的帶隙能。然而，實(shí)際上，由于彎曲 (bowing)導(dǎo)致具有h的混合物的AlInN層的帶隙能可以被測量為3. 7eV。如圖3中所示，當(dāng)施加正向電壓時(shí)，由于電壓方向?qū)е聨赌芨淖?。因此，?dāng)AlInN 層被插入在有源層40 (MQW有源層)和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層60之間時(shí)，由于針對電子的足夠 高的能量阻擋層和Kronig-Permy模型導(dǎo)致在價(jià)帶的局域能量位置中積聚的空穴可以被容 易地提供到有源層40。因此，能夠增加有源層40的內(nèi)量子效應(yīng)。圖2是示出根據(jù)第二實(shí)施例的發(fā)光器件100的視圖。圖2公開垂直型發(fā)光器件 100。在下文中，將會描述根據(jù)第二實(shí)施例的發(fā)光器件100同時(shí)重點(diǎn)描述與根據(jù)第一實(shí)施例的發(fā)光器件的不同之處以避免重復(fù)。參考圖2，根據(jù)第二實(shí)施例的發(fā)光器件100包括第二電極層80、第二電極層80上 的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層60、第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層60上的電子阻擋層50、電子阻擋層50上的有 源層40、有源層40上的第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30、以及第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30上的第一電極層 70。包括第一導(dǎo)電雜質(zhì)的hGaN/InGaN超晶格結(jié)構(gòu)或者h(yuǎn)GaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)可以被 插入在第一半導(dǎo)體層30和有源層40之間。具有柱形或者孔形的光提取結(jié)構(gòu)31可以形成在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30的頂表面 上。光提取結(jié)構(gòu)31能夠有效地將從有源層40發(fā)射的光提取到外部。例如，光提取結(jié)構(gòu)31 可以具有半球形、多邊形、三角金字塔形、以及納米柱形中的一個(gè)。光提取結(jié)構(gòu)可以包括光 子晶體。第二電極層80包括導(dǎo)電支撐襯底130、導(dǎo)電支撐襯底130上的反射層120、以及反 射層120上的歐姆接觸層110。導(dǎo)電支撐襯底130可以包括從由Cu、Ni、Mo、Al、Au、Nb、W、 Ti、Cr、Ta、Pd、Pt、Si、Ge、GaAs、aiO、以及SiC組成的組中選擇的至少一個(gè)，并且反射層120 可以包括從由Ag、Ag的合金、Al、以及Al的合金組成的組中選擇的至少一個(gè)。粘合金屬層 可以被插入在導(dǎo)電支撐襯底130和反射層120之間以提高導(dǎo)電支撐襯底130和反射層120 之間的界面粘合強(qiáng)度。粘合金屬層可以包括從由Cu、Ni、Ag、Mo、Al、Au、Nb、W、Ti、Cr、Ta、 Al、Pd、Pt、Si、Al-Si、iVg-Cd、Au-Sb、Al-Zn、Al-Mg、Al-Ge、Pd-Pb、iVg-Sb、Au-In、Al-Cu-Si、 Ag-Cd-Cu> Cu-Sb> Cd-Cu> Al-Si-Cu、Ag-Cu> Ag-Zn> Ag-Cu-Zn> Ag-Cd-Cu-Zn> Au-Si、Au-Ge> Au-Ni、Au-Cu、Au-Ag-Cu、Cu-Cu2O、Cu-Zn、Cu-P、Ni-P、Ni-Mn-PcUNi-P、以及 Pd_Ni 組成的組 中選擇的一個(gè)或者至少兩個(gè)。歐姆接觸層110可以包括透明金屬氧化物。例如，歐姆接觸 層110可以具有包括從由ITO(銦錫氧化物)、IZO(銦鋅氧化物)、ΙΖΤ0(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)、IrOx、RuOx, RuOx/1 TO, Ni、Ag、Ni/IrOx/Au、以及 Ni/ IrOx/Au/ITO組成的組中選擇的至少一個(gè)的單層結(jié)構(gòu)或者多層結(jié)構(gòu)?？梢灾恍纬煞瓷鋵?20 和歐姆接觸層110中的一個(gè)。電流阻擋層140可以形成在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層60和第二電極層80之間。在垂直 方向上，電流阻擋層140的至少部分與第一電極層70重疊。電流阻擋層140可以由與第二 導(dǎo)電半導(dǎo)體層60形成肖特基接觸的材料或者絕緣材料形成。因此，電流阻擋層140可以防 止電流集中地流入第二電極層80和第一電極層70之間的最短的距離以提高發(fā)光器件100 的光效率。保護(hù)層150可以被布置在第二電極層80的頂表面的周圍區(qū)域中。即，保護(hù)層150 可以被布置在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層60和第二電極層80之間的周圍區(qū)域中。而且，保護(hù)層150 可以由諸如ZnO或者SW2的絕緣材料形成。保護(hù)層150的一部分可以被布置在第二電極 層80和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層60之間以垂直地重疊第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層60。保護(hù)層150增加第二電極層80和有源層40之間的側(cè)表面的距離。因此，保護(hù)層 150可以防止第二電極層80和有源層40被相互電氣地短路。而且，當(dāng)在芯片分離工藝中在保護(hù)層150上執(zhí)行隔離蝕刻工藝以將發(fā)光結(jié)構(gòu)層分 離成單位芯片時(shí)，可以從第二電極層80產(chǎn)生碎片。結(jié)果，碎片附著在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層60和有源層40之間或者在有源層40和第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30之間以防止它們被相互電氣地 短路。保護(hù)層150可以由不被損壞或者不產(chǎn)生碎片的材料或者盡管稍微被損壞或者產(chǎn)生少 量碎片但是沒有引起電氣短路的材料形成。鈍化層90可以形成在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30、有源層40、電子阻擋層50、以及第二 導(dǎo)電半導(dǎo)體層60上。鈍化層90能夠電氣地或者物理地保護(hù)第一半導(dǎo)體層30、有源層40、 電子阻擋層50、以及第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層60。為了制造根據(jù)第二實(shí)施例的圖2的發(fā)光器件100，在如圖1中所示地在襯底10上 形成未摻雜的氮化物層20、第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30、有源層40、電子阻擋層50、以及第二導(dǎo)電 半導(dǎo)體層60之后，如圖2中所示地在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層60下面形成第二電極層80。在形 成第二電極層80之后，電流阻擋層140和保護(hù)層150能夠形成在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層60上。 然后，在芯片分離工藝中對第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30、有源層40、電子阻擋層50、以及第二導(dǎo)電 半導(dǎo)體層60執(zhí)行隔離蝕刻工藝以將發(fā)光結(jié)構(gòu)層分離成單位芯片。然后，在通過激光剝離方案或者蝕刻方案移除襯底10和未摻雜的氮化物層20之 后，第一電極層70形成在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30上。同時(shí)，根據(jù)第二實(shí)施例的發(fā)光器件100中的電子阻擋層50的特性與根據(jù)第一實(shí)施 例的發(fā)光器件中的電子阻擋層的特性相同。圖4是表示當(dāng)采用AlInN層作為根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件中的電子阻擋層時(shí)以及當(dāng) 采用傳統(tǒng)的AKiaN層作為根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件中的電子阻擋層時(shí)，作為電流密度的函數(shù) 的發(fā)光效率的圖。如圖4中所示，含有15%的Al的AlGaN層被插入在有源層和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層之 間以測量發(fā)光效率，并且含有25 %的h的AlMN層被插入在有源層和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層之 間以測量發(fā)光效率。作為測量結(jié)果，當(dāng)AlInN層被用作電子阻擋層時(shí)，發(fā)光效率提高。圖5是表示當(dāng)AlInN層被用作根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件中的電子阻擋層時(shí)，根據(jù)h 的含量的變化的作為電流密度的函數(shù)的發(fā)光效率的圖。如圖5中所示，當(dāng)含有17%的h的AlInN層被用作電子阻擋層時(shí)表現(xiàn)出最好的發(fā) 光效率，并且當(dāng)AUnN層含有25%的時(shí)表現(xiàn)出較好的發(fā)光效率。另外，即使當(dāng)AlInN層 含有30%或者35%的時(shí)，發(fā)光器件的發(fā)光效率也得到了提高。圖6是表示當(dāng)含有17%的h的AlInN層被插入在根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件中的 P-GaN層和有源層之間時(shí)，以及當(dāng)具有大約40nm厚度的p_GaN層被布置在發(fā)光器件中的含 有17%的h的AlInN層和有源層之間時(shí)，作為電流密度的函數(shù)的發(fā)光效率的圖。如圖6中所示，當(dāng)?shù)诙?dǎo)電半導(dǎo)體層，S卩，P-GaN層被插入在有源層和AlInN層之 間時(shí)，由于P-GaN層使得AlInN層沒有充分地用作電子阻擋層。因此，沒有很大的提高發(fā)光 效率。相反地，當(dāng)AUnN層被插入在有源層和P-GaN層之間時(shí)，很大地提高發(fā)光效率。圖7是示出根據(jù)實(shí)施例的包括發(fā)光器件的發(fā)光器件封裝的視圖。參考圖7，根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件封裝包括封裝主體200、形成在封裝主體200上 的第一和第二電極層210和220、提供在封裝主體200上并且電氣地連接至第一和第二封裝 電極210和220的發(fā)光器件100、以及包圍發(fā)光器件100的成型構(gòu)件400。封裝主體200可以包括硅、合成樹脂或者金屬材料。傾斜表面可以形成在發(fā)光器 件100的周圍。
第一和第二封裝電極210和220相互電氣地絕緣并且將電力提供給發(fā)光器件100。 另外，第一和第二電極210和220反射從發(fā)光器件100發(fā)射的光以提高光效率并且將從發(fā) 光器件100產(chǎn)生的熱向外部發(fā)散。圖1的水平型發(fā)光器件或者圖2的垂直型發(fā)光器件可應(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200或者第一和第二電極210和220上。發(fā)光器件100能夠通過布線300電氣地連接至第一電極210和/或第二電極220。 由于在實(shí)施例中公開了垂直型發(fā)光器件，所以使用一條布線300。根據(jù)另一實(shí)施例，如果使 用水平型發(fā)光器件，那么可以使用兩條布線300。如果發(fā)光器件100是倒裝芯片發(fā)光器件， 那么可以不使用布線300。成型構(gòu)件400包圍發(fā)光器件100以保護(hù)發(fā)光器件100。另外，成型構(gòu)件400可以包 括發(fā)光材料以改變從發(fā)光器件100發(fā)射的光的波長。如上所述，在根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件中，AlInN層被插入在有源層和第二導(dǎo)電半導(dǎo) 體層之間并且用作電子阻擋層，使得能夠提高發(fā)光器件的發(fā)光效率。多個(gè)根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件封裝可以排列在襯底上，并且包括導(dǎo)光板、棱柱片、漫 射片以及熒光片的光學(xué)構(gòu)件可以被提供在從發(fā)光器件封裝發(fā)射的光的光學(xué)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。例如，照明系統(tǒng)可以包括背 光單元、照明單元、指示器、燈、或者街燈。圖8是示出根據(jù)實(shí)施例的包括發(fā)光器件或者發(fā)光器件封裝的背光單元1100的視 圖。圖8中所示的背光單元1100是照明系統(tǒng)的示例，但是實(shí)施例不限于此。參考圖8，背光單元1100包括底框1140、安裝在底框1140中的導(dǎo)光構(gòu)件1120、以 及安裝在導(dǎo)光構(gòu)件1120的底表面上或者一側(cè)的發(fā)光模塊1110。另外，反射片1130被布置 在導(dǎo)光構(gòu)件1120的下面。底框1140具有盒形狀，該盒形狀具有開口的頂表面以在其中容納導(dǎo)光構(gòu)件1120、 發(fā)光模塊1110以及反射片1130。另外，底框1140可以包括金屬材料或者樹脂材料，但是實(shí) 施例不限于此。發(fā)光模塊1110可以包括基板700和安裝在基板700上的多個(gè)發(fā)光器件封裝600。 發(fā)光器件封裝600將光提供給導(dǎo)光構(gòu)件1120。根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光模塊1110，發(fā)光器件封裝 600安裝在基板700上。然而，也能夠直接安裝根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件100。如圖8中所示，發(fā)光模塊1110安裝在底框1140的至少一個(gè)內(nèi)側(cè)以將光提供給導(dǎo) 光構(gòu)件1120的至少一側(cè)。另外，發(fā)光模塊1110能夠被提供在底框1140的下面以朝著導(dǎo)光構(gòu)件1120的底表 面提供光。根據(jù)背光單元1100的設(shè)計(jì)能夠?qū)υ摬贾眠M(jìn)行各種修改，但是實(shí)施例不限于此。導(dǎo)光構(gòu)件1120安裝在底框1140中。導(dǎo)光構(gòu)件1120將從發(fā)光模塊1110發(fā)射的光 轉(zhuǎn)化為表面光以朝著顯示面板(未示出)導(dǎo)向表面光。導(dǎo)光構(gòu)件1120可以在上部處被提供有導(dǎo)光板。例如，通過使用諸如PMAA(聚甲 基丙烯酸甲酯)的丙烯酸基樹脂、PET(聚對苯二甲酸乙二酯)、PC(聚碳酸酯)、COC或者 PEN(聚鄰苯二甲酸酯)樹脂能夠制造導(dǎo)光板。光學(xué)片1150可以被提供在導(dǎo)光構(gòu)件1120的上方。光學(xué)片1150可以包括漫射片、聚光片、亮度增強(qiáng)片、或熒光片中至少一種。例如，光學(xué)片1150具有漫射片、聚光片、亮度增強(qiáng)片、以及熒光片的堆疊結(jié)構(gòu)。在這樣的情況下， 漫射片均勻地漫射從發(fā)光模塊1110發(fā)射的光從而能夠通過聚光片將漫射的光聚集在顯示 面板(未示出)上。從聚光片輸出的光被任意地偏振并且亮度增強(qiáng)片增加從聚光片輸出的 光的偏振的程度。聚光片可以包括水平的和/或豎直的棱柱片。另外，亮度增強(qiáng)片可以包 括雙亮度增強(qiáng)膜并且熒光片可以包括包含磷光體的透射膜或者透射板。反射板1130能夠被布置在導(dǎo)光構(gòu)件1120的下方。反射板1130將通過導(dǎo)光構(gòu)件 1120的底表面發(fā)射的光朝著導(dǎo)光構(gòu)件1120的出光表面反射。反射板1130可以包括諸如PET、PC或者PVC樹脂的具有高反射率的樹脂材料，但 是實(shí)施例不限于此。圖9是示出根據(jù)實(shí)施例的包括發(fā)光器件或者發(fā)光器件封裝的照明單元1200的透 視圖。圖9中所示的照明單元1200是照明系統(tǒng)的示例并且實(shí)施例不限于此。參考圖9，照明單元1200包括殼體1210、安裝在殼體1210中的發(fā)光模塊1230、以 及安裝在殼體1210中以從外部電源接收電力的連接端子1220。優(yōu)選地，殼體1210包括具有優(yōu)異的散熱性能的材料。例如，殼體1210包括金屬材 料或者樹脂材料。發(fā)光模塊1230可以包括基板700和安裝在基板700上的至少一個(gè)發(fā)光器件封裝 600。根據(jù)實(shí)施例，發(fā)光器件封裝600安裝在基板700上。然而，也能夠直接地安裝根據(jù)實(shí) 施例的發(fā)光器件100?；?00包括印有電路圖案的絕緣構(gòu)件。例如，基板700包括PCB (印刷電路板)、 MC (金屬核)PCB、柔性PCB、或者陶瓷PCB。另外，基板700可以包括有效地反射光的材料?；?00的表面能夠涂有諸如白 色或者銀色的顏色，以有效地反射光。根據(jù)實(shí)施例的至少一個(gè)發(fā)光器件封裝600能夠安裝在基板700上。每個(gè)發(fā)光器件 封裝600可以包括至少一個(gè)LED(發(fā)光二極管)。LED可以包括發(fā)射具有紅、綠、藍(lán)或者白色 的光的彩色LED和發(fā)射UV光的UV (紫外線)LED?？梢圆煌夭贾冒l(fā)光模塊1230的LED以提供各種顏色和亮度。例如，能夠布置白 色LED、紅色LED以及綠色LED以實(shí)現(xiàn)高顯色指數(shù)(CRI)。另外，熒光片能夠被提供在從發(fā) 光模塊1230發(fā)射的光的路徑中以改變從發(fā)光模塊1230發(fā)射的光的波長。例如，如果從發(fā) 光模塊1230發(fā)射的光具有藍(lán)光的波長帶，那么熒光片可以包括黃色磷光體。在這樣的情況 下，從發(fā)光模塊1230發(fā)射的光通過熒光片從而光被視為白光。連接端子1220電氣地連接至發(fā)光模塊1230以將電力提供給發(fā)光模塊1230。參考 圖9，連接端子1220具有與外部電源插座螺紋耦合的形狀，但是實(shí)施例不限于此。例如，能 夠以插入外部電源的插頭的形式制備連接端子1220或者通過布線將連接端子1220連接至 外部電源。根據(jù)如上所述的發(fā)光系統(tǒng)，導(dǎo)光構(gòu)件、漫射片、聚光片、亮度增強(qiáng)片以及熒光片中 的至少一種被提供在從發(fā)光模塊發(fā)射的光的路徑中，從而能夠?qū)崿F(xiàn)想要的光學(xué)效果。如上所述，照明系統(tǒng)包括表現(xiàn)優(yōu)異的發(fā)光效率的根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光器件或者發(fā)光 器件封裝，使得照明系統(tǒng)能夠表現(xiàn)優(yōu)異的光效率。在本說明書中對于“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，在本說明書、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性。除了組成部件和/或布置中的變化和修改之外，對 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，包括第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層，所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層包括第一導(dǎo)電雜質(zhì)； 第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層，所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層包括不同于所述第一導(dǎo)電雜質(zhì)的第二導(dǎo)電 雜質(zhì)；在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層之間的有源層；以及 AlInN基半導(dǎo)體層，所述AlInN基半導(dǎo)體層被插入在所述有源層和所述第二導(dǎo)電半導(dǎo) 體層之間，其中所述AlInN基半導(dǎo)體層接觸所述有源層和所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層并且包括 所述第二導(dǎo)電雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述AlInN基半導(dǎo)體層包括AUn^MgO)<χ < 0. 3 。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光器件，其中所述χ的范圍是0.15 < χ < 0. 19。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，進(jìn)一步包括 所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層下面的未摻雜的氮化物層；和 所述未摻雜的氮化物層下面的襯底。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光器件，進(jìn)一步包括所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的第一電 極層；和所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的第二電極層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，進(jìn)一步包括所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層下面的第二電 極；和所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的第一電極層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層包括N型GaN基半導(dǎo) 體層，并且所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層是P型GaN基半導(dǎo)體層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，進(jìn)一步包括在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和所述有源 層之間的包括所述第一導(dǎo)電雜質(zhì)的hGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)或者h(yuǎn)GaN/InGaN超晶格結(jié)構(gòu)。
9.一種制造發(fā)光器件的方法，包括 形成第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層；在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上形成有源層；形成AlInN基半導(dǎo)體層，所述AlInN基半導(dǎo)體層直接形成在所述有源層上并且包括第 二導(dǎo)電雜質(zhì)；以及在所述AlInN基半導(dǎo)體層上形成第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述AlInN基半導(dǎo)體層包括AlhJn^MgO)<x<0. 35)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述χ的范圍是0.15 < χ < 0. 19。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和所述有源層 之間形成包括所述第一導(dǎo)電雜質(zhì)的hGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)或者h(yuǎn)GaN/InGaN超晶格結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層直接形成在所述AUnN基 半導(dǎo)體層上。
14.一種發(fā)光器件封裝，包括 封裝主體；所述封裝主體上的第一和第二電極；根據(jù)權(quán)利要求1至12中的一項(xiàng)所述的發(fā)光器件，所述發(fā)光器件被電氣地連接到所述封 裝主體上的所述第一和第二電極；以及成型構(gòu)件，所述成型構(gòu)件包圍所述封裝主體上的所述發(fā)光器件。
15. 一種照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)采用發(fā)光器件作為光源，所述照明系統(tǒng)包括基板；和所述基板上的至少一個(gè)發(fā)光器件，其中所述發(fā)光器件是根據(jù)權(quán)利要求1至12中的一項(xiàng)所述的發(fā)光器件。
全文摘要
公開了發(fā)光器件、制造發(fā)光器件的方法、發(fā)光器件封裝、以及照明系統(tǒng)。發(fā)光器件包括第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層，該第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層包括第一導(dǎo)電雜質(zhì)；第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層，該第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層包括不同于第一導(dǎo)電雜質(zhì)的第二導(dǎo)電雜質(zhì)；第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層之間的有源層；以及AlInN基半導(dǎo)體層，該AlInN基半導(dǎo)體層被插入在有源層和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層之間同時(shí)接觸有源層和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層并且包括第二導(dǎo)電雜質(zhì)。
文檔編號H01L33/14GK102122692SQ20101057607
公開日2011年7月13日 申請日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月2日
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