發光器件和發光器件封裝的制作方法

專利名稱：發光器件和發光器件封裝的制作方法
發光器件和發光器件封裝技術領域
本文公開了一種發光器件和發光器件封裝。
技術背景
發光器件是已知的。然而，它們具有多種缺點。 發明內容
本發明的一個實施方案涉及一種發光器件，包括發光結構，其包括第一導電 型半導體層、置于所述第一導電型半導體層上的有源層和置于所述有源層上的第二導電 型半導體層；置于所述發光結構上的第一電極，所述第一電極包括圖案；和置于所述第 一電極上的墊電極。
本發明的另一個實施方案涉及一種發光器件封裝，其包括發光器件，所述發光 器件包括發光結構，其包括第一導電型半導體層，置于所述第一導電型半導體層上的 有源層和置于所述有源層上的第二導電型半導體層；置于所述發光結構上的第一電極， 所述第一電極包括圖案；和置于所述第一電極上的墊電極。


將參考以下附圖詳細描述實施方案，其中相同附圖標記表示相同元件，其中
圖1是根據一個實施方案的發光器件的剖面圖2是根據一個實施方案的發光器件的平面圖和局部放大圖3是說明根據一個實施方案的發光器件的光提取效率的圖表；
圖4至7是說明制造根據一個實施方案的發光器件的方法的剖面圖8是根據另一個實施方案的發光器件的平面圖和局部放大圖；和
圖9是根據實施方案的發光器件封裝的剖面圖。
具體實施方式
以下，將參考附圖描述根據實施方案的發光器件。可能的話，相同附圖標記表 示相同元件。
在以下的描述中，應理解，當層(或膜)稱為在另一層或襯底“上/上方”時， 其可以直接在所述另一層或襯底“上/上方”，或者也可以存在中間層。此外，應理 解，當層稱為在另一層“下/下方”時，其可以直接在所述另一層“下/下方”，或者 可以存在一個或更多個中間層。此外，當層稱為在兩層“之間”時，其可以是所述兩層 之間的唯一層，或者也可以存在一個或更多個中間層。
圖1是根據一個實施方案的發光器件的剖面圖；圖2是根據一個實施方案的發光 器件的平面圖和局部放大圖。根據一個實施方案的發光器件100可包括發光結構110、 第一電極130和墊電極140。發光結構110可包括第一導電型半導體層112、有源層114和第二導電型半導體層116。第一電極130可包括在發光結構上形成的圖案H。墊電極 140可在第一電極130上形成。
第一電極130可包括第一歐姆層132，第一歐姆層132可包括透明歐姆層；不 過，實施方案不限于此。第一歐姆層可包括透明歐姆層并且可具有約20nm以下的厚度； 不過，實施方案不限于此。第一歐姆層132可由例如鉻(Cr)、鉬(Pt)、鎳(Ni)、金(Au) 和鈦(Ti)中的至少一種形成。
在該實施方案中，第一電極130可具有如下結構其中電極金屬可利用例如干 蝕刻或濕蝕刻方法沉積在發光結構110的整個區域上以形成周期性或非周期性的圖案。 根據一個實施方案，由于在平面金屬層中的周期性或非周期性的圖案，第一電極130可 同時用作光提取結構。
根據一個實施方案，由于第一電極130可均勻分布在發光結構110的整個區域 的上端，所以光可以均勻地從發光層(有源層)上發出。結果可改善高功率LED的可靠 性。
在相關技術中，η型電極可僅用作反射鏡。然而，在該實施方案中，第一電極 130可另外執行如下功能其中部分光通過金屬/介電層(填充圖案的材料的一個例子) 邊界的圖案H提取到外部。
而且，根據一個實施方案，與在一般電介質的邊界上形成的圖案相比，在金屬/ 介電層邊界上形成的圖案H可具有好的光提取特性。這是由于光提取效率可與其間具有 邊界的兩種材料之間的折射率差成比例。
圖3是說明根據一個實施方案的發光器件的光提取效率的圖表。例如，圖3說 明當約400nm的圖案在金屬/電介質的邊界上形成時，根據電介質的折射率和圖案高度h 的光提取效率的變化。虛線表示當未形成圖案時的光提取效率。
當通過電磁學方程式計算由于在第一電極130的金屬和電介質之間邊界上形成 的圖案所引起的光提取效率時，很顯然與現有的光提取效率(例如約18%)相比，光提取 效率顯著提高。更具體地說，根據外部電介質的折射率使光提取效率最大化時的圖案高 度可以改變。
在根據一個實施方案的發光器件和發光器件封裝中，由于第一電極可包括在平 面金屬層中的預定圖案，因此電流易于擴散，同時可改善光提取效率。并且，根據一個 實施方案，由于第一電極可包括在引線接合墊位置之外的剩余區域中的薄透明金屬，所 以可以滿足操作電壓特性，同時可提高光量。
將參考圖4至7對根據一個實施方案的發光器件的制造方法進行描述。如圖4所 示，可形成發光結構110，其包括第一導電型半導體層112、有源層114和第二導電型半 導體層116。如圖4所示，可準備第一襯底105。第一襯底105可包括例如藍寶石(Al2O3) 襯底和^iC襯底；不過實施方案不限于此。可對第一襯底105實施濕清洗工藝以從第一 襯底105的表面移除雜質。
因此，可在第一襯底105上形成包括第一導電型半導體層112、有源層114和第 二導電型半導體層116的發光結構110。在第一導電型半導體層112中，可使用例如化學 氣相沉積(CVD)法、分子束外延(MBE)法、濺射法或者氫化物氣相外延(HVPE)法來 形成N型GaN層。此外，包含η型雜質的硅烷氣體MiH4)、如三甲基鎵氣體(TMGa)、氨氣(NH3)、氮氣(N2)、硅可以注入腔室中以形成第一導電型半導體層112。
在該實施方案中，未摻雜半導體層(未示出)可在第一襯底105上形成。第一導 電型半導體層112可在未摻雜半導體層上形成以減小襯底與發光結構之間的晶格差異。
有源層114可以作為利用經由第一導電型半導體層112注入的電子和經由第二 導電半導體層116注入的空穴復合而發光的層，所發出的光具有的能量由有源層(發光 層)材料的特有能帶確定。有源層114可以具有例如單量子阱結構、多量子阱(MQW) 結構、量子線結構或量子點結構中的至少一種。例如，在有源層114中，可注入三甲 基鎵氣體(TMGa)、氨氣(NH3)、氮氣(N2)、三甲基銦氣體(TMhi)以形成具有:InGaN/ GaN結構或^iGaNAnGaN結構的多量子阱(MQW)結構，不過實施方案不限于此。在 第二導電型半導體層116中，可以在腔室中注入包含ρ型雜質的雙(乙基環戊二烯基)鎂 [EtCp2MgiMg (C2H5C5H4) 2]> 如三甲基鎵氣體(TMGa)、氨氣(NH3)、氮氣(N2)、鎂(Mg) 氣體來形成ρ型GaN層，不過實施方案不限于此。
如圖5所示，第二電極120可在第二導電型半導體層116上形成。第二電極120 可包括第二歐姆層122、第二反射層125、第二耦合層1 和第二襯底124。
第二電極120可包括例如鈦(Ti)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鋁(Al)、鉬(Pt)、金 (Au)、鎢(W)或銅(Cu)、Cu 合金、Si、鉬(Mo)、SiGe、Ge、Gii2O3 或 GaN 中的至少 一種。例如，第二電極層120可包括第二歐姆層122。而且，可多次堆疊單金屬或金屬 合金和金屬氧化物以改善電子空穴注入的效率。例如，第二歐姆層122可由ΙΤΟ、ZnO、 IZO (In-ZnO)、GZO (Ga-ZnO)、AZO (AHZnO)、AGZO (AHGa ZnO)、IGZO (In-Ga ZnO)、IrOx> RuOx、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au 和 Ni/IrOx/Au/ITO 中的至少一種形成，但 是實施方案不限于此。
而且，當第二電極層120包括第二反射層時，該第二電極層120可包括含Al、 Ag、或者含Al或Ag的合金的金屬層。Al或Ag可有效地反射在有源層中產生的光，從 而顯著改善發光器件的光提取效率。此外，當第二電極層120包括第二耦合層時，第二 反射層可用作第二耦合層，或者第二耦合層可以由鎳(Ni)或金(Au)形成。
第二電極層120可包括第二襯底124。如果第一導電型半導體層112具有足夠 厚的厚度例如約50 μ m或者更大的厚度時，可以省略形成第二襯底124的過程。為了有 效地注入電子空穴，第二襯底1 可以由具有良好導電特性的金屬、金屬合金或者導電 半導體材料形成。例如，第二襯底124可以由銅(Cu)、銅合金、Si、鉬(Mo)、SiGe、 Ge、Ga2O3或GaN中的一種或多種形成。可利用例如電化學金屬沉積法、或使用共晶金 屬的鍵合方法來形成第二襯底124。
如圖6所示，可移除第一襯底105以暴露出第一導電型半導體層112。第一襯 底105可使用例如高功率激光器分離開，或者使用例如化學蝕刻法來移除。并且，第一 襯底105可通過例如物理研磨而移除。
如圖7所示，可在發光結構110上形成可包括圖案的第一電極130。在發光結構 110上形成第一電極130之前，可以形成表面粗糙結構(未示出)或周期性表面結構(未 示出)。
在形成包括圖案H的第一電極130的過程中，第一電極材料(未示出)可在發光 結構110上形成，然后，可使用例如濕蝕刻或干蝕刻法圖案化第一電極材料以形成圖案H。可限定后續將形成墊電極140的區域的第一電極130可具有更寬的面積以對應墊電極 140；但實施方案不限于此。形成第一電極130的過程可包括在發光結構110上形成第一 歐姆層132，和在第一歐姆層132上形成第一反射層134。
圖8是根據另一個實施方案的發光器件的平面圖和局部放大圖。根據該實施方 案，第一電極130可包括第一歐姆層132，所述第一歐姆層132可包括透明歐姆層。
當第一歐姆層132包括透明歐姆層時，第一歐姆層132可具有約20nm以下的厚 度。并且，第一歐姆層132可由Cr、Pt、Ni、Au和Ti中的一種或多種形成；但是，實 施方案不限于此。
在該實施方案中，第一電極130的各個圖案H可包括例如三角形晶格、正方形 晶格或者使用它們的阿基米德晶格或準晶體。另外，除了周期性圖案，圖案H也可包括 不規則隨機圖案。另外，在該實施方案中，第一電極130的圖案H可具有孔結構，其中 圖案H互相連接以改善電流擴散。在該實施方案中應用的圖案H可具有約IOOnm至約 5000nm的周期，并且第一電極130可占據整個LED芯片的約5%至約95%的面積。
在這個實施方案中，圖案H可填充有空氣、環氧樹脂或其他電介質中的至少一 種或多種。當圖案H填充有電介質時，電介質可具有大于約1和小于約3的折射率。當 圖案H填充有空氣時，可在圖案區域中形成光刻膠或絕緣材料，并且可在第一電極130上 形成另外的材料以選擇性移除光刻膠或絕緣材料。
然后，可以在第一電極130上形成墊電極140。墊電極140可包括用于金屬界面 接合的第三耦合層146和用于引線接合的接合層148以改善電流擴散；但是實施方案不限 于此。
根據另一個實施方案，在包括圖案H的第一電極130中，如圖2所示，除了墊電 極140的區域，剩余區域中的接合層和耦合層可省略。例如，第一電極130可包括第一 歐姆層132和第一反射層133，如圖2所示。
當墊電極140包括第三耦合層146時，第三耦合層146可用Ni或Au形成。另 外，墊電極140可由于Au而包括接合層148。
而且，如圖8所示，在第一電極130中可省略反射層。例如，如圖8所示，當 第一歐姆層132的金屬在除墊電極140區域之外的剩余區域中形成時，第一歐姆層132可 具有約20nm以下的厚度，用作透明金屬層。在這種情況下，墊電極140可進一步包括反 射光的第三反射層144。第三反射層144可包括含Al、Ag、或者含Al或Ag的合金的金屬層。
在根據實施方案的發光器件和發光器件封裝中，由于第一電極可包括平面金屬 層內的預定圖案，因此電流易于擴散，同時可改善光提取效率。并且，根據實施方案， 由于第一電極可包括在除引線接合墊位置之外的剩余區域中的薄透明金屬，所以可以滿 足操作電壓特性，同時可提高光量。
圖9是根據實施方案的發光器件封裝的剖面圖。參考圖9，根據實施方案的發 光器件封裝可包括主體200、在主體200中形成的第三電極層210和第四電極層220、在 主體200中形成并通過引線300與第三電極層210和第四電極層220電連接的發光器件 100、以及封裝發光器件100的模制元件400。
主體200可由例如硅材料、合成樹脂材料或金屬材料形成。在發光器件100周圍可形成傾斜的表面。
第三電極層210和第四電極層220可互相電隔離，并且向發光器件100供電。并 且，第三電極層210和第四電極層220可反射在發光器件100中產生的光以改善光效率。 另外，第三電極層210和第四電極層220可將發光器件100產生的熱釋放到外部。
如圖1中所示的垂直型發光器件可用作根據本實施方案的發光器件100，不過實 施方案不限于此。發光器件100可在封裝體200或者第三電極層210或者第四電極層220 上形成。
發光器件100可通過例如導線與第三電極層210或/和第四電極層220電連接。 在該實施方案中，由于用垂直型發光器件100作為實例，可使用一個導線300。或者，當 發光器件100是水平型發光器件時，可使用兩個導線。并且，當發光器件100包括倒裝 芯片類型的發光器件，可以不需要或不使用導線。
模制元件400可封裝發光器件100并保護發光器件100。并且模制元件400中可 包含磷光體，以改變從發光器件100發出的光的波長。
發光器件在光量或電特性上可以變化，S卩，根據電極的面積或構型的操作電 壓，并且當電極面積增加，可改善操作電壓特性，但是光量減少。
本文中提供的實施方案提供一種發光器件，其可包括電極以滿足操作電壓特性 和改善光量，還提供制造該發光器件的方法和發光器件封裝。
根據本文中公開的一個實施方案，提供一種發光器件，其可包括發光結構， 所述發光結構包括第一導電型半導體層、有源層和第二導電型半導體層；在所述發光結 構上的第一電極，所述第一電極包括圖案；和在所述第一電極上的墊電極。
根據本文中公開的另一個實施方案，提供一種發光器件封裝，其可包括發光 器件和封裝體，所述發光器件包括發光結構、在所述發光結構上的第一電極(所述第一 電極包括圖案)和在第一電極上的墊電極，所述發光器件在封裝體中形成。
在本說明書中對"一個實施方案"、“實施方案"、“示例性實施方案"等的 任何引用，表示與該實施方案相關描述的具體的特征、結構或特性包含于本發明的至少 一個實施方案中。在說明書不同地方出現的這些措詞不必都涉及相同的實施方案。此 外，當結合任何實施方案描述具體的特征、結構或特性時，認為將這種特征、結構或特 性與其它的實施方案相關聯均在本領域技術人員的范圍之內。
雖然已經參考大量說明性實施方案描述了實施方案，但是應理解本領域技術人 員可設計很多的其它改變和實施方案，這些也將落入本公開的原理的精神和范圍內。更 具體地，在公開、附圖和所附的權利要求的范圍內，在本發明的組合排列的構件和/或 結構中可能具有各種的變化和改變。除構件和/或結構的變化和改變之外，對本領域技 術人員而言，可替代的用途也會是顯而易見的。
權利要求
1.一種發光器件，包括發光結構，所述發光結構包括第一導電型半導體層、置于所述第一導電型半導體層 上的有源層和置于所述有源層上的第二導電型半導體層；置于所述發光結構上的第一電極，所述第一電極包括圖案；和 置于所述第一電極上的墊電極。
2.根據權利要求1所述的發光器件，其中所述圖案在所述第一電極中形成。
3.根據權利要求1所述的發光器件，其中所述圖案具有恒定周期。
4.根據權利要求1所述的發光器件，其中所述圖案具有不規則周期。
5.根據權利要求1所述的發光器件，其中所述第一電極包括第一歐姆層。
6.根據權利要求5所述的發光器件，其中所述第一電極包括透明第一歐姆層。
7.根據權利要求6所述的發光器件，其中所述透明第一歐姆層具有約20nm以下的厚度。
8.根據權利要求5所述的發光器件，其中所述第一歐姆層由鉻(Cr)、鉬(Pt)、鎳 (Ni)、金(Au)或鈦(Ti)中的至少一種形成。
9.根據權利要求1所述的發光器件，還包括置于所述發光結構之下的第二電極。
10.根據權利要求9所述的發光器件，其中所述第二電極包括 第二歐姆層；和導電襯底。
11.根據權利要求10所述的發光器件，其中所述襯底包括鈦(Ti)、鉻(Cr)、鎳 (Ni)、鋁(Al)、鉬(Pt)、金(Au)、鎢(W)、銅(Cu)、Cu 合金、Si、鉬(Mo)、SiGe、 Ge、Ga2O3或GaN中的至少一種。
12.根據權利要求10所述的發光器件，其中所述第二歐姆層包括ITO、ZnO, IZO (In-ZnO)、GZO (Ga-ZnO) 、 AZO (Al-ZnO)、AGZO (Al-Ga ZnO)、IGZO (In-Ga ZnO)、IrOx、 RuOx、 Ru0x、IT0、Ni、IrOx、Au、或 Ni、Ir0x、Au、IT0 中的至少一種。
13.根據權利要求1所述的發光器件，其中所述圖案包括三角形晶格、正方形晶格、 阿基米德晶格或準晶體。
14.一種發光器件封裝，包括發光器件， 所述發光器件包括發光結構，所述發光結構包括第一導電型半導體層、置于所述第一導電型半導體層 上的有源層和置于所述有源層上的第二導電型半導體層；置于所述發光結構上的第一電極，所述第一電極包括圖案；和 置于所述第一電極上的墊電極。
15.根據權利要求14所述的發光器件封裝，其中所述發光器件封裝包括 所述發光器件置于其中的封裝體；和多個與所述發光器件電連接的電極層。
16.根據權利要求14所述的發光器件封裝，其中所述圖案在所述第一電極中形成。
17.根據權利要求14所述的發光器件封裝，其中所述圖案具有恒定周期。
18.根據權利要求14所述的發光器件封裝，其中所述圖案具有不規則周期。
19.根據權利要求14所述的發光器件封裝，其中所述第一電極包括第一歐姆層。
20.根據權利要求14所述的發光器件封裝，還包括置于所述發光結構之下的第二電極。
21.根據權利要求14所述的發光器件封裝，其中所述圖案包括三角形晶格、正方形晶 格、阿基米德晶格或準晶體。
全文摘要
本發明提供發光器件和包括所述發光器件的發光器件封裝。所述發光器件可包括發光結構，其包括第一導電型半導體層、有源層和第二導電型半導體層；置于所述發光結構上的第一電極，所述第一電極包括圖案；和置于所述第一電極上的墊電極。
文檔編號H01L33/48GK102024894SQ20101020533
公開日2011年4月20日 申請日期2010年6月12日 優先權日2009年9月23日
發明者李鎮旭, 金鮮京 申請人:Lg伊諾特有限公司