紅光發光器件和照明系統的制作方法

紅光發光器件和照明系統的制作方法
【專利摘要】提供了一種紅光發光器件以及照明系統。另外本申請還公開了制作發光器件的方法以及發光器件封裝。紅光發光器件包括：第一導電型第一半導體層；有源層，設置在第一導電型第一半導體層上并且包括量子阱和量子勢壘；第二導電型第二半導體層，位于有源層上；第二導電型第三半導體層，位于第二導電型第二半導體層上；第二導電型第四半導體層，位于第二導電型第三半導體層上；以及第二導電型第五半導體層，位于第二導電型第四半導體層上。第二導電型第三半導體層和第二導電型第四半導體層包括基于AlGaInP的半導體層，第二導電型第四半導體層的Al成分低于第二導電型第三半導體層的Al成分。根據本申請，能夠克服EQE下降。
【專利說明】
紅光發光器件和照明系統
技術領域
[0001] 實施例涉及一種紅光發光器件、制造發光器件的方法、發光器件封裝以及照明系 統。
【背景技術】
[0002] 發光二極管(LED)包括具有將電能轉換為光能這一特性的P-N結式二極管。可以通 過結合周期表上半導體化合物的摻雜劑來制造 LED。可以通過調節半導體化合物的組成比 來實現呈現各種顏色(諸如藍色、綠色、UV和紅色）的LED。
[0003] 例如，紅光LED包括基于AlGalnP的LED以將所施加的電能轉換為具有大約570nm至 大約630nm范圍內的波長的光。取決于LED帶隙能的強度能夠確定波長變化，可以通過調節 A1和Ga的組成比來調節帶隙能的強度，并且當A1的組成比增大時波長可以變短。
[0004] 同時，近來，基于AlGalnP的紅光LED的應用范圍已經擴大到用于高顯色指數（高 CRI)的光源或者用于車輛的光源，并且市場上基于AlGalnP的紅光LED的競爭加劇。因此，如 何確保高光學功率(P〇)或電可靠性已經作為一個重要問題被提出。
[0005] 例如，根據相關技術，當注入電流時，載流子的摻雜元素被擴散到有源區以降低光 速。
[0006] 此外，根據相關技術，當注入電流時，操作電壓Vf增大。
[0007] 另外，根據相關技術，當由于從LED芯片發出的熱量溫度或電流增大時，引起外量 子效率(EQE)下降（droop)。

【發明內容】

[0008] 實施例提供一種能夠表現出更高光學功率的紅光發光器件、制作發光器件的方 法、發光器件封裝以及照明系統。
[0009]實施例提供一種能夠表現出高電可靠性的紅光發光器件、制作發光器件的方法、 發光器件封裝以及照明系統。
[0010] 實施例提供一種能夠克服下降以表現出得到改善的發光強度的紅光發光器件、制 作發光器件的方法、發光器件封裝以及照明系統。
[0011] 根據實施例，一種紅光發光器件可以包括:第一導電型第一半導體層;有源層，布 置在所述第一導電型第一半導體層上并且包括量子阱和量子勢皇;第二導電型第二半導體 層，位于所述有源層上；第二導電型第三半導體層，位于所述第二導電型第二半導體層上； 第二導電型第四半導體層，位于所述第二導電型第三半導體層上；以及第二導電型第五半 導體層，位于所述第二導電型第四半導體層上。
[0012] 所述第二導電型第三半導體層和所述第二導電型第四半導體層可以包括基于 AlGalnP的半導體層，以及所述第二導電型第四半導體層的A1成分可以低于所述第二導電 型第三半導體層的A1成分。
[0013] 另外，根據實施例，一種紅光發光器件可以包括:第一導電型第一半導體層;有源 層，位于所述第一導電型第一半導體層上;第二導電型第二半導體層，位于所述有源層上； 第二導電型第三半導體層，位于所述第二導電型第二半導體層上；以及第二導電型第五半 導體層，位于所述第二導電型第三半導體層上。
[0014] 所述第二導電型第三半導體層可以包括(AlxGai-x)InP層(0 5x5 1)，并且在所述 第二導電型第三半導體層中A1成分可以是分等級的。
[0015] 根據實施例，一種紅光發光器件可以包括:第一導電型第一半導體層;有源層，位 于所述第一導電型第一半導體層上;第二導電型第二半導體層，位于所述有源層上;第二導 電型第四半導體層，位于所述第二導電型第二半導體層上；以及第二導電型第五半導體層， 位于所述第二導電型第四半導體層上。
[0016] 所述第二導電型第四半導體層中第二導電型原子的摻雜濃度可以低于所述第二 導電型第五半導體層中第二導電型原子的摻雜濃度。
[0017] 根據實施例，一種照明系統可以包括具有所述紅光發光器件的發光單元。
[0018] 實施例可以提供一種能夠表現出更高光速的紅光發光器件、制作發光器件的方 法、發光器件封裝以及照明系統。
[0019] 實施例可以提供一種能夠表現出高電可靠性的紅光發光器件、制作發光器件的方 法、發光器件封裝以及照明系統。
[0020] 實施例可以提供一種能夠克服下降以使得發光強度提高的紅光發光器件、制作發 光器件的方法、發光器件封裝以及照明系統。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是示出根據實施例的紅光發光器件的剖視圖。
[0022]圖2A是根據第一實施例的紅光發光器件的能帶圖。
[0023]圖2B是示出根據第二實施例的紅光發光器件的能帶圖。
[0024]圖2C是示出根據第三實施例的紅光發光器件的能帶圖。
[0025]圖2D是示出根據第四實施例的紅光發光器件的能帶圖。
[0026] 圖3是示出根據比較例和實施例的紅光發光器件的I-V曲線數據的曲線圖。
[0027] 圖4是示出根據比較例和實施例的紅光發光器件的熱下降數據的曲線圖。
[0028] 圖5是示出根據比較例和第四實施例的紅光發光器件的EQE數據的曲線圖。
[0029] 圖6是示出根據第五實施例的紅光發光器件的第二導電型第五半導體層的放大 圖。
[0030] 圖7A和圖7B是示出根據比較例和第六實施例的紅光發光器件的操作電壓數據的 曲線圖。
[0031 ]圖8是示出根據實施例的紅光發光器件的SB1S數據的曲線圖。
[0032]圖9A和圖9B是示出根據比較例和實施例的操作/壽命試驗中光速變化數據的曲線 圖。
[0033] 圖10是示出根據比較例和實施例的紅光發光器件的操作電壓數據的曲線圖。
[0034] 圖11是示出根據比較例和實施例的紅光發光器件的光速數據的曲線圖。
[0035] 圖12至圖14是示出根據實施例的紅光發光器件制作方法的剖視圖。
[0036] 圖15是示出根據第七實施例的發光器件的剖視圖。
[0037] 圖16是示出根據實施例的發光器件封裝的剖視圖。
[0038] 圖17是示出根據實施例的照明系統的視圖。
【具體實施方式】
[0039] 下文中，將參照附圖描述根據實施例的發光器件、發光器件封裝以及照明系統。
[0040] 在描述實施例時，應該理解的是，當層(或膜)被稱為在另一層或襯底"之上"時，該 層(或膜)可以直接在另一層或襯底之上，或者也可以存在中間層。另外，還應該理解的是， 當層被稱為在另一層"之下"時，該層可以直接在另一層之下，或者也可以存在一個或多個 中間層。另外，還應該理解地是，當層被稱為在兩層"之間"時，可以是在兩層之間的僅僅一 層，或者也可以存在一個或多個中間層。
[0041 ](第一至第五實施例）
[0042]圖1是示出根據實施例的紅光發光器件(LED) 100的剖視圖。
[0043]根據實施例的紅光發光器件100可以包括第一導電型第一半導體層112、有源層 114、第二導電型第二半導體層116、第二導電型第三半導體層123、第二導電型第四半導體 層124以及第二導電型第五半導體層。
[0044] 例如，如圖1和圖2A所示，根據實施例的紅光發光器件100可以包括第一導電型第 一半導體層112;有源層114,包括量子講114W和量子勢皇114B并且布置在第一導電型第一 半導體層112上;第二導電型第二半導體層116,位于有源層114上；第二導電型第三半導體 層123,位于第二導電型第二半導體層116上;第二導電型第四半導體層124,位于第二導電 型第三半導體層123上；以及第二導電型第五半導體層125,位于第二導電型第四半導體層 124 上。
[0045] 圖1示出橫向型發光器件，但是實施例不限于此。
[0046] 在對制作發光器件方法的以下描述中將描述圖1組件中未被描述的附圖標記。 [0047]根據相關技術，就熱下降方面而言，基于AlGalnP的紅光發光器件的物理特性比基 于GaN的藍光LED的物理特性弱。
[0048]由于基于A1 Ga I nP的材料的能帶偏移比基于GaN的材料的能帶偏移小，所以當電流 增大或者溫度升高時，基于AlGalnP的材料的下降較弱。
[0049] 特別地，根據實施例，與供體的電離率相比較，受體表現出更迅速的電離率。為了 抑制電離的供體，通過優化A1成分或者改善基于p-AlGalnP的半導體層中有源層的結構來 提高GaP層質量，以克服下降。
[0050] 圖2A是根據第一實施例的紅光發光器件的能帶圖。
[0051]在根據第一實施例的紅光發光器件中，第二導電型第三半導體層123和第二導電 型第四半導體層124可以包括基于AlGalnP的半導體層。
[0052]在根據第一實施例的紅光發光器件中，第二導電型第四半導體層124的A1成分可 以低于第二導電型第三半導體層123的A1成分。
[0053] 例如，第二導電型第三半導體層123可以具有(Alx3Gai-x3) yIm-yP層(0.80<x3< 90、0.4<y《0.6)的組成。
[0054] 此外，第二導電型第四半導體層124可以具有(AlX4Gai-X4) yIm-yP層(0.50<x4< 70、0.4<y《0.6)的組成。
[0055] 第二導電型第四半導體層124的帶隙能可以低于第二導電型第三半導體層123的 帶隙能。
[0056] 此外，第二導電型第四半導體層124的帶隙能可以高于第二導電型第五半導體層 125的帶隙能。
[0057] 根據第一實施例，在基于p-AlGalnP的層中，可以通過優化A1成分來提高GaP層質 量。
[0058]根據第一實施例，第二導電型第四半導體層124被插入第二導電型第三半導體層 123與第二導電型第五半導體層125之間以用作能帶隙緩沖層。
[0059]根據第一實施例，第二導電型第四半導體層124被插入第二導電型第三半導體層 123與第二導電型第五半導體層125之間，以減小第二導電型第三半導體層123與第二導電 型第五半導體層125之間的張力（strain)，使得可以提高發光器件質量。
[0060] 圖2B是示出根據第二實施例的紅光發光器件的能帶圖。
[0061] 第二實施例可以采用第一實施例的特征，以下將著重描述第二實施例的主要特 征。
[0062] 根據第二實施例的量子阱114W2可以具有(AlPGai- P)qIm-qP層(0.05 < p < 0.20、0.4 <q<0.6)的組成。
[0063] 根據第二實施例的量子阱114W2可以具有在150 Λ至170人范圍內的厚度T1。根 據第二實施例的量子阱114W2可以與量子勢皇114Β配對，并且可以形成大約12對，但是實施 例不限于此。
[0064] 根據第二實施例，當與相關技術相比較時，有源層中量子阱114W2的厚度更加增 大，使得在有源層區域中，輻射復合增加，從而可以提高發光效率。
[0065]圖2C是示出根據第三實施例的紅光發光器件的能帶圖。第三實施例可以采用第一 實施例或第二實施例的特征，以下將著重描述第三實施例的主要特征。
[0066]根據第三實施例的量子勢皇可以包括最靠近第二導電型第二半導體層116的最近 量子勢皇，并且最近量子勢皇可以包括:第一最近量子勢皇114Β1，具有第一濃度的Α1成分； 以及第二最近量子勢皇114Β2,具有高于第一濃度的第二濃度的Α1成分。
[0067] 從量子阱114W2至第二導電型第二半導體層116,最近量子勢皇中的Α1成分可以是 分等級的。
[0068] 例如，第二最近量子勢皇114Β2可以被布置為比第一最近量子勢皇114Β1更靠近第 二導電型第二半導體層116。
[0069]例如，根據第三實施例的最近量子勢皇可以包括:第一最近量子勢皇114Β1，其是 (AlplGai-pl)qlIm-qlP層(0.60 < ρ? < 0·80、0·4 < ql < 0.6);以及第二最近量子勢皇 114Β2,其 是（Alp2Gai-p2)q2lni-q2P 層（0.80<p2<0.90、0.4<q2<0.6)。
[0070] 第一最近量子勢皇114B1和第二最近量子勢皇114B2可以具有相等的厚度，但是實 施例不限于此。
[0071] 根據第三實施例，最近量子勢皇形成為A1成分臺階結構，其包括:第一最近量子勢 皇114B1，具有第一濃度的A1成分；以及第二最近量子勢皇114B2,具有高于所述第一濃度的 第二濃度的A1成分，從而有效地阻擋電子并且提高層質量。
[0072]圖2D是示出根據第四實施例的紅光發光器件的能帶圖。通過將以上描述的第一至 第三實施例彼此系統地結合來獲得第四實施例。
[0073] 下文中，將描述根據該實施例的紅光發光器件的特性，同時與比較例的紅光發光 器件的特性進行比較。
[0074] 圖3是示出根據比較例和實施例的紅光發光器件的I-V曲線數據的曲線圖。
[0075] 表 1
[0076]
[0077]表1示出與比較例相比較第一至第三實施例的電壓提高百分比（電壓提高％)。 [0078]如表1和圖3所示，當觀察I-V曲線時，與比較例（參考)相比較，在第一至第三實施 例中電壓提尚了。
[0079] 圖4是示出根據比較例和實施例的紅光發光器件的熱下降數據的曲線圖。
[0080] 如圖4所示，關于1W芯片封裝(PKG)熱下降，與參考相比較，P-AlGalnP 60% (第一 實施例）、寬阱(第二實施例）以及2臺階L/B(第三實施例)提高了大約1 %至2.5%。
[0081] 表 2
[0082]
[0083] 表2示出在1W芯片PKG中當電流從大約350mA變化至1000mA時的EQE變化，即，比較 例(參考)和第一至第三實施例的EQE數據。
[0084] 如表2所示，基于比較例的EQE，第一至第三實施例的EQE提高了大約4 %至大約 8%〇
[0085] 圖5是示出根據比較例和第四實施例的紅光發光器件的EQE數據的曲線圖。
[0086] 通過將第一至第三實施例彼此系統地結合來獲得第四實施例，并且第四實施例與 比較例的EQE相比較表現出顯著提高的EQE。
[0087] 圖6是示出根據第五實施例的紅光發光器件的第二導電型第五半導體層125的放 大圖。
[0088] 第二導電型第五半導體層125可以包括GaP層125a/InxGai- XP層（0<x< l)125b的 超晶格結構。
[0089] 第二導電型第五半導體層125可以包括摻雜有第二導電型摻雜劑的第三GaP層 125c。第二導電型摻雜劑可以為P型導電型摻雜劑，但是實施例不限于此。
[0090]第二導電型第五半導體層125可以摻雜有具有第一濃度的第二導電型摻雜劑，并 且GaP層125a可以摻雜有濃度低于第一濃度的第二導電型摻雜劑。InxGai-XP層(0 < X < 1) 125b可以不摻雜第二導電型摻雜劑。
[0091]例如，第二導電型第五半導體層125可以以大約10 X1018原子/cm3的濃度摻雜鎂 (Mg)原子，GaP層125a可以以大約10 X1017原子/cm3的濃度摻雜Mg原子，并且InxGai- xP層(Ο <x<l)125b可以不摻雜第二導電型摻雜劑，但是實施例不限于此。
[0092] 因此，第二導電型第五半導體層125可以具有GaP層125a/InxGai-xP層（0 < X仝1) 125b的超晶格結構。InxGai-XP層(0<x< l)125b可以表示較低的能級，并且GaP層125a可以 表現出比InxGai-XP層(0 < X < 1) 125b的能級高的能級。
[0093](第六實施例）
[0094]該實施例提供一種表現出高光學功率的紅光發光器件、制作發光器件的方法、發 光器件封裝以及照明系統。根據該實施例，第二導電型第三半導體層123可以被插入有源層 114與第二導電型第二半導體層116之間。
[0095] 第二導電型第三半導體層123可以包括(AlxGai-x)InP層(0 < X < 1)。
[0096]在第二導電型第三半導體層123中A1成分可以是分等級的。
[0097] 例如，從有源層114至第二導電型第五半導體層125,第二導電型第三半導體層123 中的A1成分可以是增大的。
[0098]圖7A和圖7B是示出根據比較例和第六實施例的紅光發光器件的操作電壓數據的 曲線圖。
[0099]根據該實施例，具有逐漸分等級的A1成分的第二導電型第三半導體層123被插入 有源層114與第二導電型第二半導體層116之間，以形成帶隙(Eg)緩沖層。
[0100]如圖7A所示，根據比較例，當不設置帶隙（Eg)緩沖層時，即，當不設置第二導電型 第三半導體層123時，當在可靠性壽命試驗中注入電流時操作電壓(Vf)增大。例如，比較例 具有如圖7A所示的試驗結果，諸如2A、3A、5A、6A、8A或10A。
[0101] 同時，如圖7B所示，當用作Eg緩沖層的第二導電型第三半導體層123被插入有源層 114與第二導電型第二半導體層116之間時，操作電壓Vf的變化被顯著平穩地保持。例如，實 施例具有如圖7B所示的試驗結果，諸如2B、3B、5B、6B和8B。
[0102] 圖8是示出根據實施例的紅光發光器件的SB1S數據的曲線圖。
[0103] 根據實施例，被摻雜到第二導電型第四半導體層124中的第二導電型原子的濃度 可以低于被摻雜到第二導電型第五半導體層125中的第二導電型原子的濃度。
[0104] 例如，根據實施例，被摻雜到第二導電型第四半導體層124中的Mg原子(其是第二 導電型原子)的濃度可以低于被摻雜到第二導電型第五半導體層125中的Mg原子(其是第二 導電型原子)的濃度。
[0105] 例如，第二導電型第四半導體層124可以是GaP層，Mg原子可以被摻雜為p型摻雜 劑，并且摻雜濃度可以在1 X 1〇16至5 X 1017原子/cm3的范圍之內。
[0106] 例如，第二導電型第五半導體層125可以是GaP層，Mg原子可以被摻雜為p型摻雜 劑，并且摻雜濃度可以在5 X 1016至1 X 1018原子/cm3的范圍。
[0107] 此外，被摻雜到第二導電型第四半導體層124中的第二導電型原子的濃度可以低 于被摻雜到第二導電型第二半導體層116中的第二導電型原子的濃度。
[0108] 例如，被摻雜到第二導電型第四半導體層124中的Mg原子(其是第二導電型原子） 的濃度可以低于被摻雜到第二導電型第二半導體層116中的Mg原子(其是第二導電型原子） 的濃度。
[0109] 例如，第二導電型第二半導體層116可以是AlGalnP層，Mg原子可以被摻雜為p型摻 雜劑，并且摻雜濃度可以在5 X 1016至1 X 1018原子/cm3的范圍。
[0110] 根據相關技術，當在LED壽命試驗中注入電流時，第二導電型第五半導體層125的 摻雜劑(例如，Mg原子)被擴散到有源層，由此引起光速下降。
[0111] 根據實施例，為了防止由于第二導電型第五半導體層125的摻雜劑擴散造成光速 下降，第二導電型第四半導體層124(其濃度低于被摻雜到第二導電型第五半導體層125的 作為第二導電型元素的Mg原子的濃度)被插入到第二導電型第五半導體層125與第二導電 型第二半導體層116之間，由此限制擴散的摻雜劑(例如Mg原子），以防止摻雜劑擴散，使得 光速可以被保持為初始值，而不會使光速下降。
[0112]圖9A和圖9B是示出根據比較例和實施例的操作/壽命試驗中光速變化數據的曲線 圖。附圖中的數字3A、6A、7A和9A指的是根據比較例進行試驗的樣本的數字。附圖中的數字 3B、6B、7B和9B指的是根據實施例進行試驗的樣本的數字。
[0113] 圖9A表明，根據比較例，當在LED壽命試驗中注入電流（沿著X軸）時，光速超出± 10%的預定容許誤差范圍。
[0114] 相反地，圖9B表明，根據實施例，當在LED壽命試驗中注入電流(沿著X軸）時，光速 被維持在±10%的預定容許誤差范圍之內。
[0115] 根據實施例，第二導電型第四半導體層124的厚度可以比第二導電型第五半導體 層125的厚度薄。例如，第二導電型第四半導體層124的厚度可以在大約丨5〇〇 A到大約 5()00 A的范圍，并且第二導電型第五半導體層125的厚度可以在大約20000 A到大約 50()00 A的范圍。
[0116] 根據實施例，第二導電型第五半導體層125的厚度可以比第二導電型第二半導體 層116的厚度厚。
[0117] 例如，第二導電型第五半導體層125的厚度可以比第二導電型第二半導體層116厚 度厚至少大約10倍。因此，可以提高根據實施例的紅光發光器件的可靠性，并且可以提高光 速。
[0118] 例如，第二導電型第五半導體層125的厚度可以在8000 A到140()00 A的范圍， 并且第二導電型第二半導體層116的厚度可以在2000 i到6000 A的范圍。
[0119] 圖10是示出根據比較例和實施例的紅光發光器件的操作電壓數據的曲線圖，圖11 是示出根據比較例和實施例的紅光發光器件的光速數據的曲線圖。
[0120] 如圖10和圖11所示，根據實施例，當執行電流擴散和窗功能(window function)的 第二導電型第五半導體層125的厚度增大到比第二導電型第二半導體層116厚度厚至少10 倍時，可以提高操作電壓Vf和光速。
[0121] 根據實施例，為了向上分配從發光器件發射的光，用作半導體反射層107的分布式 布拉格-反射器可以被插入襯底105與有源層114之間。
[0122] 半導體反射層107可以包括通過堆疊至少一對第一折射層(其具有第一折射率)和 第二折射層(其具有比第一折射率大的第二折射率）同時第一折射層和第二折射層交替布 置而形成的超晶格層。
[0?23]半導體反射層107可以包括AlAs層(未不出）/AlGaAs層(未不出），并且可以慘雜有 第一導電型摻雜劑，但是實施例不限于此。
[0124] AlAs層的A1成分可以比AlGaAs層的A1成分高，并且半導體反射層115可以有效地 反射波長在紅光范圍內的光。
[0125] 下文中，將參照圖12至圖14描述根據實施例的紅光發光器件的制造方法。
[0126] 首先，如圖12所示，制備襯底105。襯底105可以由表現出優異熱導率的材料形成， 并且可以包括導電型襯底或絕緣襯底。例如，襯底105可以包括GaAs、藍寶石(Al 2〇3)、SiC、 31、6&1211〇、6&?、11^、66或6 &2〇3中的至少一種。凹凸結構可以形成在襯底105中，但是實施 例不限于此。通過濕法凈化襯底105,可以去除襯底105表面上的雜質。緩沖層可以形成在襯 底105上。緩沖層可以減小發光結構110與襯底105材料之間的晶格失配。緩沖層可以包括第 IΠ -V族化合物半導體(諸如GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN或A1 InN)中的至少一種。
[0127] 此后，半導體反射層107可以形成在襯底105或者緩沖層上。
[0128] 半導體反射層107可以包括通過堆疊至少一對第一折射層(其具有第一折射率)和 第二折射層(其具有比第一折射率大的第二折射率）同時第一折射層和第二折射層交替布 置而形成的超晶格層。
[0129] 半導體反射層107可以與發光結構110-起形成，以便之后通過M0CVD就地（in situ)形成，但是實施例不限于此。
[0130] 根據實施例，由于光波之間的結構干涉(constructive interference)，產生半導 體反射層107的反射效應，具有更高折射率的第二折射層位于光被入射的最外層，并且第二 折射層的厚度比具有較低折射率的第一折射層的厚度薄，因此可以增大結構干涉，所以可 以增加反射效應并且可以增大發光效率。
[0131 ]半導體反射層107可以包括AlAs層/AlGaAs層，并且半導體反射層107可以摻雜有 第一導電型摻雜劑，但是實施例不限于此。
[0132] 此后，包括第一導電型第一半導體層112、有源層114以及第二導電型第二半導體 層116的發光結構110可以形成在半導體反射層107上。
[0133] 第一導電型第一半導體層112可以由半導體化合物(例如，第III-V或II-VI族化合 物半導體)形成，并且可以摻雜有第一導電型摻雜劑。當第一導電型第一半導體層112是N型 半導體層時，N型摻雜劑可以包括31、66、311、36或16，但是實施例不限于此。
[0134] 第一導電型第一半導體層112可以包括組成式為InxAlyG ai-x-yP(0 < X < 1、0 < y < 1、0 < x+y < 1)或InxAlyGai-x-yN(0 <x<l、0<y<l、0< x+y < 1)的的半導體材料。
[0135] 第一導電型第一半導體層 112 可以包括 AlGaP、InGaP、AlInGaP、InP、GaN、InN、AlN、 InGaN、AlGaN、InAlGaN、A1 InN、AlGaAs、InGaAs、A1 InGaAs 或 GaP 中的至少一種。
[0136] 可以通過化學氣相沉積（CVD)、分子束外延（MBE)、濺射或者氫化物氣相外延 (HVPE)方案來形成第一導電型第一半導體層112,但是實施例不限于此。
[0137] 此后，有源層114可以形成在第一導電型第一半導體層112上。
[0138] 有源層是當通過第一導電型第一半導體層112被注入有源層的電子與通過之后形 成的第二導電型第二半導體層116被注入有源層的空穴相遇時發光的層，該光的能量由有 源層(發光層)的材料的固有能帶確定。
[0139] 有源層114可以形成為單量子阱結構、多量子阱結構(MQW)、量子線結構或者量子 點結構中的至少一種。
[0140]有源層114可以包括量子阱114W/量子勢皇114B結構。例如，有源層114可以形成為 包括 GaInP/AlGaInP、GaP/AlGaP、InGaP/AlGaP、InGaN/GaN、InGaN/InGaN、GaN/AlGaN、 InAlGaN/GaN、GaAs/AlGaAs或InGaAs/AlGaAs的成對結構的至少一個，但是實施例不限于 此。阱層可以由帶隙比勢皇層的帶隙低的材料形成。
[0141] 同時，如圖2B所示，根據第二實施例的量子阱114W2可以具有(AlPGai-P) qIm-qP層 (0.05<p<0.20、0.4<q<0.6)的成分。
[0142] 根據第二實施例的量子阱114W2的厚度可以在150 A到丨70 A的范圍。根據第二 實施例的量子阱114W2與量子勢皇114B配對，并且可以形成12對，但是實施例不限于此。
[0143] 根據第二實施例，當與相關技術相比較時，有源層中量子阱114W2的厚度T1增大， 使得在有源層區域中，輻射復合增加，從而可以提高發光效率。
[0144] 此外，如圖2C所示，根據第三實施例，量子勢皇114B可以包括最靠近第二導電型第 二半導體層116的最近量子勢皇，并且最近量子勢皇可以包括:第一最近量子勢皇114B1，具 有第一濃度的A1成分；以及第二最近量子勢皇114B2，具有高于第一濃度的第二濃度的A1成 分。
[0145] 從量子阱114W2至第二導電型第二半導體層116,最近量子勢皇中的A1成分可以是 分等級的。
[0146] 例如，第二最近量子勢皇114B2可以被布置為比第一最近量子勢皇114B1更靠近第 二導電型第二半導體層116。
[0147]例如，根據第三實施例的最近量子勢皇可以包括:第一最近量子勢皇114B1，其是 (AlplGai-pl)qlIm-qlP層(0.60 < ρ? < 0·80、0·4 < ql < 0.6);以及第二最近量子勢皇 114B2,其 是（Alp2Gai-p2)q2lni-q2P 層（0.80<p2<0.90、0.4<q2<0.6)。
[0148] 第一最近量子勢皇114B1和第二最近量子勢皇114B2可以具有相等的厚度，但是實 施例不限于此。
[0149] 根據第三實施例，最近量子勢皇形成為A1成分臺階結構，其包括:第一最近量子勢 皇114B1，具有第一濃度的A1成分；以及第二最近量子勢皇114B2,具有高于所述第一濃度的 第二濃度的A1成分，從而有效地阻擋電子并且提高層質量。
[0150] 接下來，第二導電型第二半導體層116可以通過半導體化合物（例如，第III-V或 II-VI族化合物半導體)形成，并且可以摻雜有第一導電型摻雜劑。
[0151] 例如，第二導電型第二半導體層116可以包括具有InxAlyGap x-yP(0 < X < 1、0 < y < 1、0 < x+y < 1)或InxAlyGai-x-yN(0 <x<l、0<y<l、0< x+y < 1)的組成式的半導體材料。當 第二導電型第二半導體層116是P型半導體層時，P型摻雜劑可以包括Mg、Zn、Ca、SrSBa。
[0152] 根據實施例，第一導電型第一半導體層112可以由N型半導體層形成，并且第二導 電型第二半導體層116可以用P型半導體層實現，但是實施例不限于此。例如，根據實施例， 第一導電型第一半導體層112可以由P型半導體層形成，并且第二導電型第二半導體層116 可以由N型半導體層形成。
[0153] 此外，具有與第二導電型的極性相反極性的半導體，例如，N型半導體層(未示出）， 可以形成在第二導電型第二半導體層116上。因此，發光結構110可以形成為N-P結結構、P-N 結結構、N-P-N結結構或P-N-P結結構中的一種。
[0154]接下來，如圖13所示，第二導電型第三半導體層123、第二導電型第四半導體層124 和第二導電型第五半導體層125可以形成在第二導電型第二半導體層116上。
[0155] 第二導電型第三半導體層123和第二導電型第四半導體層124可以包括基于 AlGalnP的半導體層。第二導電型第五半導體層125可以包括具有第二濃度的P型基于GaP的 層。
[0156] 在根據實施例的紅光發光器件中，第二導電型第四半導體層124的A1成分可以低 于第二導電型第三半導體層123的A1成分。
[0157] 例如，第二導電型第三半導體層123可以具有(Alx3Gai- x3)yIm-yP層(0.80<x3< 90、0.4<y <0.6)的成分。
[0158] 此外，第二導電型第四半導體層124可以具有(AlX4Gai- X4)yIm-yP層(0·50<χ4< 70、0.4<y <0·6)的成分。
[0159] 第二導電型第四半導體層124的帶隙能可以低于第二導電型第三半導體層123的 帶隙能。
[0160]此外，第二導電型第四半導體層124的帶隙能可以高于第二導電型第五半導體層 125的帶隙能。
[0161] 根據實施例，可以通過優化基于p-AlGalnP的層的Α1成分來提高GaP層質量。
[0162] 根據實施例，被用作能帶隙緩沖層的第二導電型第四半導體層124被插入第二導 電型第三半導體層123與第二導電型第五半導體層125之間。
[0163] 根據第一實施例，第二導電型第四半導體層124被插入第二導電型第三半導體層 123與第二導電型第五半導體層125之間，以減小第二導電型第三半導體層123與第二導電 型第五半導體層125之間的張力，使得可以提高發光器件質量。
[0164] 如表1和圖3所示，當觀察I-V曲線時，與比較例（參考)相比較，在第一至第三實施 例中電壓提高了。
[0165] 如圖4所示，關于1W芯片封裝(PKG)熱下降，基于參考，P-AlGaInP60% (第一實施 例）、寬講(第二實施例）以及2臺階L/B(第三實施例)提高了大約1 %至2.5%。
[0166] 基于比較例的EQE，第一至第三實施例的EQE提高了大約4%至大約8%。
[0167] 與比較例的EQE相比較，通過將第一至第三實施例彼此系統地結合獲得的第四實 施例表現出顯著提高的EQE。
[0168] 同時，如圖6所不，第二導電型第五半導體層125可以包括GaP層125a/InxGai- XP層 (0 < X < 1) 125b的超晶格結構。
[0169] 第二導電型第五半導體層125可以包括摻雜有第二導電型摻雜劑的第三GaP層 125c。第二導電型摻雜劑可以為P型導電型摻雜劑，但是實施例不限于此。
[0170] 第二導電型第五半導體層125可以摻雜有具有第一濃度的第二導電型摻雜劑，并 且GaP層125a可以摻雜有濃度低于第一濃度的第二導電型摻雜劑。In xGai-XP層(0 < X < 1) 125b可以不摻雜第二導電型摻雜劑。
[0171] 例如，第二導電型第五半導體層125可以以大約10X1018原子/cm3的濃度摻雜有鎂 (Mg)原子，GaP層125a可以以大約10 X1017原子/cm3的濃度摻雜有Mg原子，并且InxGai- xP層 (0<x<l)125b可以不摻雜第二導電型摻雜劑，但是實施例不限于此。
[0172] 因此，第二導電型第五半導體層125可以具有GaP層125a/InxGai- XP層（0 < X仝1) 125b的超晶格結構。InxGai-XP層(0<x< l)125b可以表現出較低的能級，并且GaP層125a可 以表現出比InxGai-XP層(0 < X < 1) 125b的能級高的能級。
[0173] 此后，透射電極層140可以形成在第二導電型第五半導體層125上。
[0174] 透射電極層140可以包括歐姆層，并且可以通過堆疊單金屬、金屬合金或金屬氧化 物來形成透射電極層140以有效地注入空穴。
[0175] 例如，透射電極層140可以由表現出與半導體優異電接觸的材料形成。例如，透射 電極層140可以包括銦錫氧化物（ΙΤ0)、銦鋅氧化物（ΙΖ0)、銦鋅錫氧化物（ΙΖΤ0)、銦鋁鋅氧 化物（ΙΑΖ0)、銦鎵鋅氧化物（IGZ0)、銦鎵錫氧化物（IGT0)、鋁鋅氧化物(ΑΖ0)、銻錫氧化物 (ΑΤ0)、鎵鋅氧化物（GZ0)、ΙΖ0氮化物（IZON)、A1-Ga ZnO(AGZO)、In-Ga Zn0( IGZO)、ZnO、 Ir0x、Ru0x、Ni0、Ru0x/IT0、Ni/Ir0x/Au、Ni/Ir0x/Au/IT0、Ag、Ni、Cr、Ti、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、 1區、2]1、？1:、411或批中的至少一種，但是實施例不限于此。
[0176] 然后，如圖14所示，第二電極152可以形成在透射電極層140上，并且第一電極151 可以形成在襯底105下方。
[0177] 第二電極152可以與透射電極層140電連接。第二電極152可以包括接觸層（未示 出）、中間層(未示出）和上層(未示出）。接觸層可以包括從Cr、V、W、Ti和Zn中選擇的材料以 實現歐姆接觸。可以利用從Ni、Cu和A1中選擇的材料來實現中間層。上層可以包括例如Au。 [0 178] 第一電極151可以包括導電型金屬層。例如，第一電極151可以包括Ti、Cr、Ni、A1、 ?七、厶11、1、〇1、]?〇、(：11-1或植入有雜質（例如，3丨、66、6316348、211〇、3丨(：和3丨66)的半導體襯底 中的至少一種。
[0179] (第七實施例）
[0180] 圖15是示出根據第七實施例的發光器件的剖視圖。
[0181]根據第七實施例的發光器件可以采用上述實施例的特征，以下將主要描述底氣實 施例的其他主要特征。
[0182] 在根據第七實施例的發光器件中，第二電極層140可以設置在發光結構110下方。
[0183] 第二電極層140可以包括第二歐姆層141、金屬反射層142、接合層144、支撐襯底 146或下電極148中的至少一個。
[0184] 第二歐姆層141可以與第二導電型第五半導體層125部分接觸，并且全方向反射層 132可以設置在第二歐姆層141中。
[0185] 例如，第二歐姆層141可以由表現出與半導體優異電接觸的材料形成。例如，第二 歐姆層141可以包括銦錫氧化物（ΙΤ0)、銦鋅氧化物（ΙΖ0)、銦鋅錫氧化物（ΙΖΤ0)、銦鋁鋅氧 化物（ΙΑΖ0)、銦鎵鋅氧化物（IGZ0)、銦鎵錫氧化物（IGT0)、鋁鋅氧化物(ΑΖ0)、銻錫氧化物 (ΑΤ0)、鎵鋅氧化物（GZ0)、ΙΖ0氮化物（IZON)、A1-Ga ZnO(AGZO)、In-Ga Zn0( IGZO)、ZnO、 Ir0x、Ru0x、Ni0、Ru0x/IT0、Ni/Ir0x/Au、Ni/Ir0x/Au/IT0、Ag、Ni、Cr、Ti、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、 1區、2]1、？1:、411或批中的至少一種，但是實施例不限于此。
[0186] 全方向反射層132可以具有以下結構，該結構包括基于金屬的反射層(未示出）和 形成在基于金屬的反射層上的低折射率層(未示出）。基于金屬的反射層可以包括Ag或A1， 并且具有絕緣性能的低折射率層可以包括透明材料，該透明材料包括Si〇2、Si3N4或MgO，但 是實施例不限于此。
[0187]金屬反射層142可以由表現出優異電接觸的材料以及表現出高反射率的材料形 成。例如，金屬反射層142可以包括以下金屬中的至少一種:Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Ag、Ni、Al、 Rh、Au和Hf或其合金。
[0188] 接合層144可包括鎳(Ni)、鈦(Ti)、金(Au)或其合金，但是實施例不限于此。
[0189] 支撐構件可以選擇性地包括例如載體晶片（例如GaN、Si、Ge、GaAs、ZnO、SiGeS SiC)、銅(Cu)、金(Au)、銅合金(Cu合金）、鎳(Ni)或銅-鎢(Cu-W)。
[0190] 下電極148可以包括11、0、附、六1、？扒六11、1、(：11、]\1〇或(：11-1中的至少一種。
[0191] 預定光提取圖案R可以形成在發光結構110上。例如，通過干法蝕刻工藝或濕法蝕 刻工藝在第一導電型第一半導體層112的頂表面上形成粗糙圖案R從而形成光提取圖案R， 進而可以提尚光提取效率。
[0192] 焊盤電極174可以形成在第一導電型第一半導體層112上。
[0193] 根據實施例，分支電極172可以形成在第一導電型第一半導體層112上，同時將第 三歐姆層171插在第一導電型第一半導體層112與分支電極172之間，并且焊盤電極174可以 形成在分支電極172上。
[0194] 焊盤電極174可以與第一導電型第一半導體層112和分支電極172兩者均接觸。由 于肖特基接觸，在焊盤電極174與第一導電型第一半導體層112之間的接觸部不是歐姆接 觸，從而表現出低電流注入比，并且出現了電流擴散，從而提高光學功率。
[0195] 例如，第三歐姆層171可以由表現出與半導體優異電接觸的材料形成。例如，第三 歐姆層171可以包括48、附、〇、11^1、詘、？(1、&、1?11、]\%、211、？丨^11、^\銦錫氧化物（11'0)、銦 鋅氧化物（ΙΖ0)、銦鋅錫氧化物（ΙΖΤ0)、銦鋁鋅氧化物（ΙΑΖ0)、銦鎵鋅氧化物（IGZ0)、銦鎵錫 氧化物（IGT0)、鋁鋅氧化物(ΑΖ0)、銻錫氧化物(ΑΤ0)、鎵鋅氧化物(GZ0)、ΙΖ0氮化物（ΙΖ0Ν)、 Al-Ga ZnO(AGZO)、In-Ga Zn0(IGZ0)、Zn0、Ir0x、Ru0x、Ni0、Ru0x/IT0、Ni/Ir0x/AuSNi/ Ir0x/Au/IT0中的至少一種，但是實施例不限于此。
[0196] 焊盤電極174和分支電極172可以包括11、0、附、六1、？1六11、1、〇1、]\1〇或(：11-1中的至 少一種，但是實施例不限于此。
[0197] 第一鈍化層160可以形成在發光結構110的頂表面和側邊上，并且第二鈍化層162 可以形成在焊盤電極174的側邊和頂表面的一部分上。
[0198] 第一鈍化層160和第二鈍化層162可以由絕緣材料(諸如氧化物或氮化物)形成，但 是實施例不限于此。
[0199] 根據實施例的多個紅光發光器件可以以封裝的形式排列在襯底上，并且導光板、 棱鏡片、擴散片和熒光片（以上均是光學構件)可以設置在從發光器件封裝發射的光的路徑 上。
[0200] 圖16是示出發光器件封裝200的剖視圖，其中安裝有根據實施例的紅光發光器件。 [0201]根據實施例的發光器件封裝200可以包括封裝體205、安裝在封裝體205上的第三 和第四電極層213和214、安裝在封裝體205中且與第三和第四電極213和214電連接的紅光 發光器件100以及成型構件240(其包括熒光體232以圍繞紅光發光器件100)。
[0202]第三電極層213可以與第四電極層214電絕緣，并且通過導線230將電力提供給紅 光發光器件100。此外，第三和第四電極層213和214可以反射從紅光發光器件100發射的光 以增大光效率，并且將從紅光發光器件100發出的熱量排放到外部。
[0203] 可以通過布線方案、倒裝芯片方案的和芯片接合方案中的一種將紅光發光器件 100與第三電極層213和/或第四電極層214電連接。
[0204] 根據實施例的紅光發光器件100可以應用于背光單元、照明單元、顯示裝置、指示 器、電燈、路燈、用于車輛的照明裝置、用于車輛的顯示裝置或智能手表，但是實施例不限于 此。
[0205]圖17是示出根據實施例的照明系統的分解立體圖。
[0206]根據實施例的照明系統可以包括蓋2100、光源模塊2200、散熱器2400、電源2600、 內殼2700和插接口 2800。根據實施例的照明系統還可以包括構件1300和支架1500中的至少 一個。光源模塊2200可以包括根據實施例的紅光發光器件100或者發光器件封裝200。
[0207] 光源模塊2200可以包括光源單元2210、連接板2230和連接器2250。構件2300設置 在散熱器2400的頂表面上并且具有導向槽2310,多個光源單元2210和連接器2250插入該導 向槽2310。
[0208] 支架2500封閉內殼2700中絕緣單元2710的容納凹槽2719。因此，容納在內殼2700 的絕緣單元2710中的電源2600被密封。支架2500具有引導突起2510。
[0209] 電源2600可以包括突起部2610、引導部2630、基底2650和延伸部2670。成型部件和 電源2600可以一起被布置在內殼2700中。通過固化成型液體(molding liquid)形成成型部 以將電源2600固定到內殼2700。
[0210]在說明書中對于"一個實施例"、"一實施例"、"示例實施例"等的任何引用，意指與 該實施例相關聯描述的特定特征、結構或者特性被包括在本發明的至少之一實施例中。在 說明書中的各個地方出現的這樣的術語并不必然都指代相同的實施例。更進一步地，當特 定特征、結構或特性與任何實施例相關聯描述時，應當認為產生與實施例相關聯的這樣的 特征、結構或特性處于本領域技術人員的能力范圍之內。
[0211]雖然已經參照許多說明性實施例描述了實施例，但是應該理解本領域技術人員能 想到將屬于本公開原理的精神和原理范圍的許多其他的變型和實施例。更具體地，在本公 開、附圖和所附權利要求的范圍內，主題組合布置的組成部件和/或布置可以有各種變型和 修改。除了組成部件和/或布置的變型或修改之外，替代使用對本領域技術人員也將是顯而 易見的。
【主權項】
1. 一種紅光發光器件，包括： 第一導電型第一半導體層； 有源層，位于所述第一導電型第一半導體層上并且所述有源層包括量子阱和量子勢 皇； 第二導電型第二半導體層，位于所述有源層上； 第二導電型第三半導體層，位于所述第二導電型第二半導體層上； 第二導電型第四半導體層，位于所述第二導電型第三半導體層上；以及 第二導電型第五半導體層，位于所述第二導電型第四半導體層上， 其中所述第二導電型第三半導體層和所述第二導電型第四半導體層包括基于AlGaInP 的半導體層，以及 所述第二導電型第四半導體層的Al成分低于所述第二導電型第三半導體層的Al成分。2. 根據權利要求1所述的紅光發光器件，其中所述第二導電型第四半導體層的所述Al 成分包括(Alx4Ga 1-X4)yIm-yP 層，0.50<叉4<70,0.4<7<0.6，以及 所述第二導電型第三半導體層的所述Al成分包括(Alx3Ga1-x3) yIm-yP層，0.80 < x3 < 90， 0.4<y <0.6。3. 根據權利要求1所述的紅光發光器件，其中所述第二導電型第四半導體層的帶隙能 低于所述第二導電型第三半導體層的帶隙能。4. 根據權利要求1所述的紅光發光器件，其中所述第二導電型第四半導體層的帶隙能 大于所述第二導電型第五半導體層的帶隙能。5. 根據權利要求1所述的紅光發光器件，其中所述量子講的成分包括(AlpGai-p )qIni-qP M，〇.〇5<p<0.20,0.4<q<0.6。6. 根據權利要求5所述的紅光發光器件，其中所述量子阱的厚度在150 A至170 A范 圍。7. 根據權利要求1所述的紅光發光器件，其中所述量子勢皇包括最靠近所述第二導電 型第二半導體層的最近量子勢皇，以及 其中所述最近量子勢皇包括： 第一最近量子勢皇，具有第一濃度的Al成分；以及 第二最近量子勢皇，具有高于所述第一濃度的第二濃度的Al成分。8. 根據權利要求7所述的紅光發光器件，其中在所述最近量子勢皇中所述Al成分朝著 所述第二導電型第二半導體層是分等級的。9. 根據權利要求8所述的紅光發光器件，其中所述第二最近量子勢皇被布置為比所述 第一最近量子勢皇更靠近所述第二導電型第二半導體層。10. 根據權利要求1至9中任何一項所述的紅光發光器件，其中所述第二導電型第五半 導體層包括GaP層/InxGa 1-J的超晶格結構，0 < X < 1。11. 一種紅光發光器件，包括： 第一導電型第一半導體層； 有源層，位于所述第一導電型第一半導體層上； 第二導電型第二半導體層，位于所述有源層上； 第二導電型第三半導體層，位于所述第二導電型第二半導體層上；以及 第二導電型第五半導體層，位于所述第二導電型第三半導體層上， 其中所述第二導電型第三半導體層包括(AlxGa1-X)InP層，O <χ<1，并且在所述第二導 電型第三半導體層中Al成分是分等級的。12. 根據權利要求11所述的紅光發光器件，其中從所述有源層到所述第二導電型第五 半導體層，所述第二導電型第三半導體層中的所述Al成分是增加的。13. 根據權利要求11所述的紅光發光器件，還包括位于所述第二導電型第三半導體層 上的第二導電型第四半導體層。14. 根據權利要求13所述的紅光發光器件，其中所述第二導電型第四半導體層中第二 導電型原子的摻雜濃度低于所述第二導電型第五半導體層中第二導電型原子的摻雜濃度。15. 根據權利要求14所述的紅光發光器件，其中所述第二導電型第四半導體層中所述 第二導電型原子的所述摻雜濃度低于所述第二導電型第二半導體層中第二導電型原子的 摻雜濃度。16. 根據權利要求14所述的紅光發光器件，其中所述第二導電型第四半導體層的厚度 比所述第二導電型第五半導體層的厚度薄。17. 根據權利要求11至16中任何一項所述的紅光發光器件，其中所述第二導電型第五 半導體層的所述厚度比所述第二導電型第二半導體層的厚度厚。18. -種紅光發光器件，包括： 第一導電型第一半導體層； 有源層，位于所述第一導電型第一半導體層上； 第二導電型第二半導體層，位于所述有源層上； 第二導電型第四半導體層，位于所述第二導電型第二半導體層上；以及 第二導電型第五半導體層，位于所述第二導電型第四半導體層上， 其中所述第二導電型第四半導體層中第二導電型原子的摻雜濃度低于所述第二導電 型第五半導體層中第二導電型原子的摻雜濃度。19. 根據權利要求18所述的紅光發光器件，其中所述第二導電型第四半導體層中所述 第二導電型原子的所述摻雜濃度低于所述第二導電型第二半導體層中第二導電型原子的 摻雜濃度。20. -種照明系統，包括發光單元，所述發光單元包括根據權利要求1至9、11至16、18和 19中任何一項所述的紅光發光器件。
【文檔編號】H01L33/02GK106025021SQ201610177799
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月25日
【發明人】高恩彬, 金鏞準, 洪起勇, 鄭炳學
【申請人】Lg伊諾特有限公司