半导体发光器件

申请号 CN201310189914.2 申请日 2013-05-21 公开(公告)号 CN103426988A 公开(公告)日 2013-12-04
申请人 三星电子株式会社; 发明人 黄京旭; 柳建旭; 车南求; 许在赫; 成汉珪; 郑薰在;
摘要 本 发明 提供了一种 半导体 发光器件,该半导体发光器件包括:衬底和在衬底上彼此间隔的纳米结构。纳米结构包括第一导电类型半导体层芯、有源层和第二导电类型半导体层。填充物填充纳米结构之间的空间并且形成为低于多个纳米结构。 电极 形成为 覆盖 纳米结构的上部和纳米结构的部分侧面并且电连接至第二导电类型半导体层。
权利要求

1.一种半导体发光器件,包括:
衬底;
多个纳米结构,所述多个纳米结构彼此间隔地位于所述衬底上,所述多个纳米结构包括第一导电类型半导体层芯、有源层和第二导电类型半导体层;
填充物,所述填充物用于填充所述多个纳米结构之间的空间并且所述填充物形成为低于所述多个纳米结构;以及
电极,所述电极形成覆盖所述多个纳米结构的上部和所述多个纳米结构的部分侧面并且电连接至所述第二导电类型半导体层。
2.根据权利要求1所述的半导体发光器件,其中,所述填充物的高度等于或大于所述多个纳米结构的高度的3/5。
3.根据权利要求1所述的半导体发光器件,其中,所述电极形成为从所述多个纳米结构的上部起覆盖所述多个纳米结构的部分侧面,并且等于或小于所述多个纳米结构的侧面长度的2/5。
4.根据权利要求1所述的半导体发光器件,其中,所述填充物包括透光材料。
5.根据权利要求1所述的半导体发光器件,还包括:
侧面倾斜层,所述侧面倾斜层形成在所述多个纳米结构中的至少一个纳米结构的侧面上,并且相对于所述衬底的上表面以预定度倾斜。
6.根据权利要求5所述的半导体发光器件,其中,所述预定角度大于45°并且小于
90°。
7.根据权利要求1所述的半导体发光器件,其中,所述多个纳米结构具有纳米棒形状。
8.根据权利要求1所述的半导体发光器件,其中,所述多个纳米结构包括多个半极性面。
9.根据权利要求1所述的半导体发光器件,其中,所述电极包括反光材料。
10.根据权利要求1所述的半导体发光器件,其中,所述多个纳米结构具有相同的直径。
11.根据权利要求1所述的半导体发光器件,其中,所述多个纳米结构具有不同的直径。
12.根据权利要求1所述的半导体发光器件,其中,所述多个纳米结构具有棱锥或多棱锥形状。
13.一种半导体发光器件,包括:
衬底;
多个纳米结构,所述多个纳米结构具有纳米棒形状并且彼此间隔地位于所述衬底上,所述多个纳米结构包括第一导电类型半导体层芯、有源层和第二导电类型半导体层;以及侧面倾斜层,所述侧面倾斜层形成在所述多个纳米结构中的至少一个纳米结构上,所述侧面倾斜层相对于所述衬底的上表面以预定角度倾斜。
14.根据权利要求13所述的半导体发光器件,其中,所述预定角度大于45°并且小于
90°。
15.根据权利要求13所述的半导体发光器件,其中,所述多个纳米结构包括第一导电类型半导体层芯、包围所述芯的有源层和包围所述有源层的第二导电类型半导体层。
16.根据权利要求13所述的半导体发光器件,其中,包括所述多个纳米结构和所述侧面倾斜层的发光单元在从其侧面观看时具有梯形形状。
17.根据权利要求13所述的半导体发光器件,其中,所述侧面倾斜层包括与所述第二导电类型半导体层的材料相同的材料。
18.根据权利要求13所述的半导体发光器件,其中,所述侧面倾斜层包括折射率与所述第二导电类型半导体层的折射率不同的材料。
19.根据权利要求13所述的半导体发光器件,其中,所述多个纳米结构具有相同的直径。
20.根据权利要求13所述的半导体发光器件,其中,所述多个纳米结构具有不同的直径。

说明书全文

半导体发光器件

[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2012年5月23日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2012-0054692和2013年1月24日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请
No.10-2013-0008121的优先权,通过引用方式将这些申请的公开内容并入本文。

技术领域

[0003] 本申请涉及半导体发光器件。

背景技术

[0004] 与根据现有技术光源相比,被称为下一代光源的发光二极管(LED)具有许多积极的属性,例如,使用寿命相对长、功率消耗低、反应速度快、环保等。LED在多种产品(例如,照明设备和显示设备的背光单元)中已经用作重要的光源。具体地说,第III族氮化物基LED(包括GaN、AlGaN、InGaN、InAlGaN等)已经用于输出蓝光或紫外光的半导体发光器件。
[0005] 最近,随着LED的广泛使用,其使用范围已经在高电流和高输出光源的领域内扩大。如上文所述,因为在高电流和高输出光源的领域中需要LED,所以在本技术的技术领域中对改进发光特性的研究一直持续,并且已经取得了改进半导体层的多量子阱(MQW)结构或晶体特性的生长条件方面的成就。具体地说,为了通过改进晶体特性和增加发光区域来提高光效率,已经提出了具有氮化物半导体纳米棒结构的基于纳米棒的发光器件及其制造技术。这种基于氮化物半导体纳米棒的发光器件可以通过在有源层中使用氮化铟镓/氮化镓(InGaN/GaN)的多量子阱结构来进行发光。
[0006] 发光器件在增强光提取效率方面仍然存在改进空间。发明内容
[0007] 需要一种新型的半导体发光器件,该半导体发光器件包括增强光提取效率的纳米结构。
[0008] 根据本申请的一个方面,提供了一种半导体发光器件。所述器件包括衬底和在衬底上彼此间隔的多个纳米结构。所述纳米结构包括第一导电类型半导体层芯、有源层和第二导电类型半导体层。填充物填充多个纳米结构之间的空间并且形成为低于纳米结构。电极形成为覆盖所述纳米结构的上部和所述纳米结构的部分侧面并且电连接至所述第二导电类型半导体层。
[0009] 所述填充物的高度可以等于或大于所述多个纳米结构的高度的3/5。
[0010] 所述电极可以形成为从所述多个纳米结构的上部起覆盖所述多个纳米结构的部分侧面,并且等于或小于所述多个纳米结构的侧面长度的2/5。
[0011] 所述填充物可以由透光材料制成。
[0012] 所述半导体发光器件还可以包括侧面倾斜层,所述侧面倾斜层形成在所述多个纳米结构中的至少一个纳米结构的侧面上,并且相对于所述衬底的上表面以预定度倾斜。
[0013] 所述预定角度可以大于45°并且小于90°。
[0014] 所述多个纳米结构可以具有纳米棒形状。
[0015] 所述多个纳米结构可以包括多个半极性面。
[0016] 所述电极可以由反光材料制成。
[0017] 根据本申请的另一个方面,提供了一种半导体发光器件。所述器件包括衬底和多个纳米结构,所述多个纳米结构具有纳米棒形状并且彼此间隔地位于所述衬底上,所述纳米结构包括第一导电类型半导体层芯、有源层和第二导电类型半导体层。侧面倾斜层形成在所述多个纳米结构中的至少一个纳米结构上并且相对于所述衬底的上表面以预定角度倾斜。
[0018] 所述预定角度可以大于45°并且小于90°。
[0019] 所述多个纳米结构可以包括第一导电类型半导体层芯、包围所述芯的有源层和包围所述有源层的第二导电类型半导体层。
[0020] 包括所述多个纳米结构和所述侧面倾斜层的发光单元在从其侧面观看时可以具有梯形形状。
[0021] 所述侧面倾斜层可以由与所述第二导电类型半导体层的材料相同的材料制成。
[0022] 所述侧面倾斜层可以由折射率与所述第二导电类型半导体层的折射率不同的材料制成。
[0023] 在下面的说明书中将在某种程度上描述附加的优点和新颖的特征,本领域技术人员在审查下面的说明书和附图之后将在某种程度上清楚这些优点和特征,或者可以通过实施例的生产和操作来了解这些优点和特征。可以通过实践或使用各种方法、工具以及下面论述的具体实施例的组合来实现和获得本教导的优点。

附图说明

[0024] 将从下面结合附图的详细描述中更清楚地理解本申请的上述和其他方面、特征和其他优点,附图中:
[0025] 图1是根据第一实施例的包括纳米结构的半导体发光器件的横截面图;
[0026] 图2是根据第二实施例的包括纳米结构的半导体发光器件的横截面图;
[0027] 图3是根据本发明第三实施例的包括纳米结构的半导体发光器件的横截面图;
[0028] 图4是示出包括具有不同直径的多个开口的绝缘层的横截面图;
[0029] 图5是示出包括具有不同直径的多个开口的绝缘层的平面图;
[0030] 图6是示出根据本发明第一实施例和第三实施例的光提取效率相对于填充物与电极高度之比的曲线图,其中填充物设置在半导体发光器件的纳米结构之间,电极形成在填充物的上部;
[0031] 图7是根据第四实施例的包括纳米结构的半导体发光器件的横截面图;
[0032] 图8是根据第五实施例的包括纳米结构的半导体发光器件的横截面图;
[0033] 图9是示出光L根据各个方向上的光强度的横截面图,其中光L从具有发光单元的半导体发光器件的点A横向发出,发光单元具有垂直于衬底的侧面;
[0034] 图10是示出光L根据发光距离的光强度的曲线图,其中光L从图9所示的半导体发光器件的点A在平方向上发出;
[0035] 图11是示出光L2根据各个方向上的光强度的横截面图,其中光L2从具有发光单元的半导体发光器件的点B发出,发光单元具有相对于衬底上表面以预定角度倾斜的侧面;
[0036] 图12是示出光L2根据发光距离的光强度的曲线图,其中光L2从图11所示的半导体发光器件的点B在水平方向上发出;
[0037] 图13是对各个发光单元的每一个斜度示出根据发光距离的光强度的曲线图,其中光从半导体发光器件的一个点在水平方向上发出;
[0038] 图14是示出根据第六实施例的半导体发光器件的横截面图;
[0039] 图15是示出根据第七实施例的半导体发光器件的横截面图;
[0040] 图16是示出将图15所示的半导体发光器件应用于封装件的实施例的视图;
[0041] 图17是示出将半导体发光器件应用于封装件的实施例的视图;
[0042] 图18和图19是示出将半导体发光器件应用于背光单元的实施例的视图;
[0043] 图20是示出将半导体发光器件应用于照明设备的实施例的视图;以及
[0044] 图21是示出将半导体发光器件应用于前大灯的实施例的视图。

具体实施方式

[0045] 在下面的详细描述中,通过实施例的方式阐述许多具体细节,以便提供相关教导的全面理解。然而,本领域技术人员应当清楚在没有这些细节的情况下也可以实施本教导。在其他情况下,以相对高的水平没有细节地描述已知方法、步骤、部件和/或电路,以便避免不必要地使本教导的各个方面变得模糊。
[0046] 在附图中,出于清楚的目的放大了元件的形状和尺寸,并且在全文中将使用相同的附图标记表示相同或相似的元件。
[0047] 图1是根据第一实施例的具有纳米结构的半导体发光器件的横截面图,示出倒装芯片式半导体发光器件。然而,在图1中,衬底被显示为位于下侧。
[0048] 参考图1,根据第一实施例的半导体发光器件100包括:衬底110、缓冲层120、形成在衬底110或缓冲层120上的第一导电类型半导体基层130、绝缘层140、纳米结构150(包括从第一导电类型半导体基层130延伸的第一导电类型半导体层芯151、有源层152和第二导电类型半导体层153)、填充纳米结构150之间的空间的填充物160、形成在第一导电类型半导体基层130的暴露出来的上表面上的第一电极170以及形成在纳米结构150的上部和填充物160的上部的第二电极180。然而,诸如“上部”、“上表面”、“下部”、“下表面”、“侧面”等术语是基于附图的,并且可能会根据器件实际布置的方向而不同。
[0049] 作为半导体生长衬底的衬底110可以由选自以下组的一种材料形成:蓝宝石、SiC、MgAl2O4、MgO、LiAlO2、LiGaO2和GaN。在通常用作氮化物半导体生长衬底的蓝宝石衬底的情况下,蓝宝石可以是具有六棱形(Hexa-Rhombo)R3c对称的晶体,在c轴和a轴方向上的晶格常数可以分别为 和 ,并且可以具有C(0001)平面、A(1120)平面、R(1102)平面等。在这种情况下,因为C平面相对有助于氮化物薄膜的生长并且在较高温度下稳定,所以C平面可以主要用作氮化物半导体的生长衬底。
[0050] 同时,(Si)衬底也适合用作衬底110。具有大直径并且较低价格的硅衬底的使用可以有利于大规模生产。在使用硅衬底的情况下,可以在衬底110上形成由AlxGa1-xN制成的成核层,并且可以在该成核层上生长具有所需结构的氮化物半导体。
[0051] 可以在衬底110的平面(一个表面或两个表面)或侧面上形成不均匀或倾斜的表面以增强光提取效率。图案的尺寸可以在5nm至500μm的范围内选择,并且考虑到芯片的尺寸,在不会产生问题的情况下,图案的尺寸可以更小或更大。在能够增强光提取效率的情况下可以采用任何结构。图案可以具有各种形状,例如,柱状、尖峰形状和半球形状。
[0052] 缓冲层120可以形成在衬底110上。缓冲层120可以形成为减轻衬底110与第一导电类型半导体基层130之间的晶格失配。当在异质衬底上生长GaN薄膜时,由于衬底与薄膜之间的晶格常数失配而会产生大量缺陷,并且由于热膨胀系数的差异而导致翘曲进而会产生裂缝。为了控制缺陷和翘曲,可以在衬底110上形成缓冲层120,并且可以在该缓冲层上生长具有所需结构的氮化物半导体。缓冲层120可以由AlxInyGa1-x-yN(0≤x≤1,0≤y≤1)制成,具体地说,主要由GaN、AlN或AlGaN制成。此外,也可以使用诸如ZrB2、HfB2、ZrN、HfN和TiN等材料。此外,多个层可以结合起来用作缓冲层120,或者可以通过逐渐改变组成物的方式使用各种组成物。
[0053] 缓冲层120可以在没有掺杂的情况下以较低的温度形成。缓冲层120可以被省略。
[0054] 第一导电类型半导体基层130可以形成在衬底110或缓冲层120上。第一导电类型半导体基层130可以由第III-V族化合物形成。第一导电类型半导体基层130可以由氮化镓(GaN)形成。第一导电类型半导体基层130可以通过n掺杂形成。这里,n掺杂是指使用第V族元素的掺杂。第一导电类型半导体基层130可以是n-GaN层。
[0055] 绝缘层140可以形成在第一导电类型半导体基层130上。绝缘层140可以由化硅或氮化硅制成。例如,绝缘层140可以由SiOx、SixNy、TiO2、Al2O3等制成。绝缘层140可以包括多个开口以暴露第一导电类型半导体基层130的多个部分。这些开口用来指定将要通过聚集工艺(collective process)生长的纳米结构的直径、长度和位置。除了圆形以外,开口可以具有各种形状,例如,四边形、六边形等。这些开口可以具有相同的直径。此外,这些开口也可以具有不同的直径。
[0056] 纳米结构150可以包括:从第一导电类型半导体基层130延伸出来并具有突出形状的第一导电类型半导体层芯151、顺序地布置在第一导电类型半导体层芯151的表面上的有源层152和第二导电类型半导体层153。纳米结构150可以在纳米级别上进行布置。
[0057] 第一导电类型半导体层芯151和第二导电类型半导体层153可以配置为掺杂有n型和p型杂质的半导体。然而,本申请不限于此,并且相反,第一导电类型半导体层芯151和第二导电类型半导体层153可以分别为p型和n型半导体层。
[0058] 第一导电类型半导体层芯151可以从第一导电类型半导体基层130的暴露部分上延伸出来。可以通过使第一导电类型半导体基层130生长来形成第一导电类型半导体层芯151。第一导电类型半导体层芯151的横截面可以具有圆形或多边形形状。
[0059] 有源层152可以形成为覆盖第一导电类型半导体层芯151。有源层152可以包围第一导电类型半导体层芯151的上部和侧面。有源层152可以由例如InGaN等单一材料形成,或者也可以具有MQW结构,在MQW结构中交替地布置分别由例如GaN和InGaN形成的量子势垒层和量子阱层。在有源层152中可以通过电子和空穴的结合来产生光能。
[0060] 可以形成第二导电类型半导体层153来包围有源层152。第二导电类型半导体层153可以覆盖有源层152的上表面和侧面。第二导电类型半导体层153可以是第III-V族化合物层。第二导电类型半导体层153可以是p掺杂的。这里,p掺杂是指使用第III族元素进行掺杂。此外,第二导电类型半导体层153可以掺杂有镁(Mg)杂质。第二导电类型半导体层153可以是GaN层。第二导电类型半导体层153可以是p-GaN层。空穴可以穿过第二导电类型半导体层153移动至有源层152。
[0061] 在纳米结构150之间还可以布置填充物160。也就是说,填充物160可以布置在相邻纳米结构150之间的绝缘层140上。这里,填充物160可以用作防止纳米结构150因外部压而塌陷的支撑物。
[0062] 填充物160可以由绝缘材料或透明导电材料制成。例如,填充物160可以由旋涂玻璃(SOG)、SiO2、ZnO、SiN、Al2O3、氧化铟(ITO)、氧化锡(TO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟锡锌(ITZO)或透明导电氧化物(TCO)制成。此外,在功能方面,填充物160可以由透光材料制成。这里,当填充物160由透明材料制成时,空穴可以更有利地扩展到第二导电类型半导体层153。
[0063] 此外,填充物160可以具有预定的折射率。填充物160可以由折射率等于或小于纳米结构150的材料制成。例如,填充物160的折射率的范围可以为1至2.5。
[0064] 此外,填充物160的高度t可以低于纳米结构150的上表面。然而,如果填充物160太低,那么随后将要形成在纳米结构150上的第二电极180可能会过多地包围纳米结构
150,导致从有源层152发出的光被金属制成的第二电极180吸收,从而降低了光提取效率。
因此,填充物160可以形成为是纳米结构150的高度(h+t)的大约3/5或更大。这样形成的填充物160可以用于有效地向外发出有源层152所产生的光,从而进一步增强发光器件的光输出。
[0065] 第一电极170可以形成在第一导电类型半导体基层130的暴露出来的上表面上并且电连接至第一导电类型半导体层芯151。
[0066] 第二电极180可以形成在纳米结构150的上部和填充物160的上部并且可以电连接至第二导电类型半导体层153。第二电极180可以是反射电极。也就是说,第二电极180可以由反光材料(例如,高反射金属)制成,并且在这种情况下,在发光器件100中,第一电极170和第二电极180可以安装至封装件的引线框或类似部件。因此,从纳米结构150的有源层152发出的光的一部分可以被第二电极180吸收,而光的另一部分可以被第二电极180反射并且在朝向衬底110的方向上发出。
[0067] 在本实施例中,纳米结构150之间的第二电极180的高度h是纳米结构150的高度(h+t)的大约2/5或更小。也就是说,第二电极180可以形成为覆盖纳米结构150的侧向长度的大约2/5或更小。
[0068] 因此,因为第二电极180形成为仅覆盖纳米结构150的侧面的一部分,所以减少了第二电极180对纳米结构150的有源层152发出的光的吸收,并且因为第二电极180形成为包围纳米结构150的侧面的一部分,所以不会降低向第二导电类型半导体层153注入电流的效率。也就是说,通过第二电极180的结构,可以增强光提取效率而不会降低向第二导电类型半导体层153注入电流的效率。
[0069] 图2是示出根据第二实施例的具有纳米结构的半导体发光器件的横截面图,其中示出了电极朝上的水平半导体发光器件。
[0070] 根据第二实施例的半导体发光器件100-1包括衬底110、缓冲层120、形成在衬底110或缓冲层120上的第一导电类型半导体基层130、绝缘层140、纳米结构150(包括从第一导电类型半导体基层130延伸的第一导电类型半导体层芯151、有源层152和第二导电类型半导体层153)、填充纳米结构150之间的空间的填充物160、形成在第一导电类型半导体基层130的暴露出来的上表面上的第一电极170以及形成在纳米结构150的上部和填充物
160的上部的欧姆电极层180-1和第二电极190。
[0071] 除了用于形成填充物160的材料、用于形成欧姆电极层180-1的材料和在欧姆电极层180-1的上表面上存在的第二电极190以外,根据第二实施例的半导体发光器件100-1具有与根据第一实施例的半导体发光器件100相同的构造。
[0072] 在第二实施例中,因为半导体发光器件的有源层152发出的光从半导体发光器件向上发出,所以填充物160在功能方面可以具有绝缘属性并且可以由透明材料制成。例如,填充物160可以由SiOx、SixNy等制成。此外,填充物160可以具有预定的折射率并且可以由折射率与纳米结构150相同的材料或折射率小于纳米结构150的材料制成。例如,填充物160的折射率的范围可以为1至2.5。
[0073] 欧姆电极层180-1可以布置在纳米结构150的上部和填充物160的上部,并且可以电连接至第二导电类型半导体层153。欧姆电极层180-1可以由透明材料制成并且可以由氧化铟锡(ITO)制成。
[0074] 因此,纳米结构150的有源层152发出的光可以从半导体发光器件通过欧姆电极层180-1向上发出。
[0075] 在本实施例中,纳米结构150之间的欧姆电极层180-1的高度h是纳米结构150的高度(h+t)的大约2/5。也就是说,欧姆电极层180-1形成为覆盖纳米结构150的侧向长度的大约2/5。
[0076] 因此,因为欧姆电极层180-1形成为仅覆盖纳米结构150的侧面的一部分,所以减少了欧姆电极层180-1对纳米结构150的有源层152发出的光的吸收,并且因为欧姆电极层180-1形成为包围纳米结构150的侧面的一部分,所以不会降低向第二导电类型半导体层153注入电流的效率。也就是说,通过欧姆电极层180-1的结构,可以增强光提取效率而不会降低向第二导电类型半导体层注入电流的效率。
[0077] 图3是根据第三实施例的包括纳米结构的半导体发光器件的横截面图。根据第三实施例的具有纳米结构的半导体发光器件是倒装芯片式半导体发光器件。然而,在图3中,倒装芯片式半导体发光器件被显示为其衬底位于下侧。
[0078] 如图3所示,除了纳米结构的形状以外,该半导体发光器件具有与如上文所述的根据图1的第一实施例的半导体发光器件相同的部件。
[0079] 也就是说,半导体发光器件200可以包括衬底210、缓冲层220、形成在衬底210或缓冲层220上的第一导电类型半导体基层230、绝缘层240、纳米结构250(包括第一导电类型半导体层芯251、有源层252和第二导电类型半导体层253)、填充纳米结构250之间的空间的填充物260、形成在第一导电类型半导体基层230的暴露出来的上表面上的第一电极270以及形成在纳米结构250的上部和填充物260的上部的第二电极280。
[0080] 在图3中,绝缘层240可以形成在纳米结构250之间。如图3所示,绝缘层240可以是暴露出来的,而不是被纳米结构250覆盖。可替换地,可以不分开地形成纳米结构250。因此,绝缘层240可以被纳米结构250覆盖而没有暴露出来。
[0081] 纳米结构250可以具有多个半极性面250a。半极性面250a可以具有相对于衬底210倾斜的表面。此外,纳米结构250可以在纳米级别上。
[0082] 纳米结构250的尺寸对应于纳米结构250的底面的最大直径。纳米结构250可以具有多棱椎形状。
[0083] 纳米结构250可以自由增加InGaN有源层中的铟(In)的含量并且降低由于晶格失配而造成的晶体缺陷,从而增加了内部量子效率。此外,在纳米结构250的尺寸比光的波长小的情况下,能够增加光提取效率以增加外部量子效率。填充物260可以由绝缘材料或透明导电材料制成。例如,填充物260可以由旋涂玻璃(SOG)、SiO2、ZnO、SiN、Al2O3、氧化铟锡(ITO)、氧化锡(TO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟锡锌(ITZO)、透明导电氧化物(TCO)等制成。此外,在功能方面,填充物260可以由透光材料制成。这里,在填充物260由透明导电材料制成的情况下,空穴可以有利地扩展到第二导电类型半导体层253。这里,填充物260的高度可以等于或高于纳米结构250的高度(h+t)的3/5。
[0084] 第二电极280可以形成在纳米结构250的上部和填充物260的上部并且可以电连接至第二导电类型半导体层253。此外,第二电极280可以是反射电极。也就是说,第二电极280可以由反光材料(例如,高反射金属)制成,并且在这种情况下,在发光器件200中,第一电极270和第二电极280可以安装至封装件的引线框或类似部件。因此,从纳米结构250的有源层252发出的光的一部分可以被第二电极280吸收,光的另一部分可以被第二电极280反射并且发射到其上形成了衬底210的光提取表面。
[0085] 在本实施例中,纳米结构250之间的第二电极280的高度h是纳米结构250的高度(h+t)的大约2/5。也就是说,第二电极280可以形成为覆盖纳米结构250的侧向长度的大约2/5或更小。
[0086] 因此,第二电极280形成为仅覆盖纳米结构250的侧面的一部分,从而防止了光提取效率由于纳米结构250的有源层252发出的光被第二电极280吸收而降低,并且因为第二电极280形成为包围纳米结构250的侧面的一部分,所以不会降低向第二导电类型半导体层253注入电流的效率。也就是说,通过第二电极280的结构,可以增强光提取效率而不会降低向第二导电类型半导体层253注入电流的效率。
[0087] 然而,与根据第二实施例的半导体发光器件100-1相类似,根据第三实施例的半导体发光器件200可以包括欧姆电极层和第二电极,其中欧姆电极层由ITO制成并且布置在纳米结构250的上部和填充物260的上部,第二电极形成在该欧姆电极层的上表面上。
[0088] 可以对各种类型的具有纳米结构的半导体发光器件应用各个实施例。
[0089] 此外,如上文所述,形成在第一至第三实施例所公开的绝缘层中的多个开口可以具有不同的直径。下面,将以多个开口具有不同的直径为例进行描述。
[0090] 图4是示出包括具有不同直径的多个开口O1、O2和O3的绝缘层40的横截面图,图5是示出包括具有不同直径的多个开口O1、O2和O3的绝缘层40的平面图。
[0091] 图4和图5示出衬底10、缓冲层20、形成在缓冲层20上的第一导电类型半导体基层30和绝缘层40,其中绝缘层40包括允许暴露出第一导电类型半导体基层30的多个部分的开口。
[0092] 这里,绝缘层40可以包括允许暴露出第一导电类型半导体基层30的具有不同直径的多个开口O1、O2和O3。这些开口O1、O2和O3可以分别具有预定的直径W1、W2和W3并且可以以预定的间隔形成。图4示出的各个开口O1、O2和O3的直径W1、W2和W3为W1
[0093] 此外,如图5所示,绝缘层40可以具有多个组,这些组包括具有相同直径的多个开口,并且这些组可以具有不同的直径。除了圆形以外,开口O1、O2和O3可以具有各种形状。
[0094] 通过形成具有不同直径的开口,可以在相同的衬底上形成具有不同直径的纳米结构,因此,具有不同直径纳米结构的半导体发光器件可以发出具有各种波长的光束。也就是说,具有不同直径并且在相同生长条件下生长的纳米结构具有不同含量的铟(In)和不同厚度的生长表面,从而发出具有不同波长的光束。
[0095] 因此,根据第一至第三实施例的纳米结构可以形成为具有不同的直径,因此,单个半导体发光器件可以发出具有各种波长的光束。此外,可以形成通过混合具有各种波长的光束而发出白光的半导体发光器件。例如,当在根据图1所示的第一实施例的具有纳米结构的半导体发光器件中形成图4和图5所示的具有不同直径开口的绝缘层时,可以形成具有不同直径的纳米结构。因此,能够通过填充物和电极结构增强光提取效率,此外还能够制造能够发出具有各种波长的光束的半导体发光器件。
[0096] 此外,通过调整这些开口之间的间隔,在相同生长条件下生长的纳米结构可以具有不同含量的铟(In)和不同厚度的生长表面。也就是说,当在相同生长条件下增加开口之间的间隔时,纳米结构的铟(In)含量会增加,并且生长表面厚度会增加。因此,可以通过调整这些开口之间的间隔来发出具有不同波长的光束。
[0097] 图6是示出根据本申请第一实施例和第三实施例的光提取效率相对于填充物与电极高度之比的曲线图,其中填充物设置在半导体发光器件的纳米结构之间,电极形成在填充物的上部。
[0098] 实施例1是示出在纳米结构具有纳米棒形状并且高度为700nm的情况下的光提取效率的曲线,实施例3是示出在纳米结构具有棱锥形状并且高度为433nm的情况下的光提取效率的曲线。
[0099] 图6是示出在实施例1和实施例3中,当填充物的高度t与形成在填充物上部的电极的高度h(从填充物上部到纳米结构上部)之比(t:h)分别为2:8、4:6、6:4、8:2和10:0时的光提取效率的曲线图。这里,使用SiO2作为填充物,使用(Ag)作为电极。
[0100] 如图6所示,可以看出,当填充物的高度t增加时,光提取效率增加。具体地说,在填充物的高度t与形成在填充物上部的电极的高度h(从填充物上部到纳米结构上部)之比(t:h)为6:4或更大的情况下,光提取效率较高。
[0101] 此外,在实施例3中,相对于填充物的高度t与形成在填充物上部的电极的高度h(从填充物上部到纳米结构上部)之比(t:h)为2:8的情况,也就是说,相对于填充物的高度t为纳米结构的高度(t+h)的大约1/5的情况,在填充物的高度t与形成在填充物上部的电极的高度h(从填充物上部到纳米结构上部)之比(t:h)为6:4或更大的情况下(即在填充物的高度t是纳米结构的高度(t+h)的大约3/5或更大的情况下),光提取效率较高。
[0102] 因此,在具有纳米结构的半导体发光器件中,当填充物的高度t为纳米结构的高度(t+h)的大约3/5或更大并且形成在纳米结构上部和纳米结构之间的填充物上部的电极的高度h为大约2/5或更小时,光提取效率较高并且可以获得具有优秀电流注入效率的半导体发光器件。
[0103] 图7是根据第四实施例的包括纳米结构的半导体发光器件的横截面图。
[0104] 参考图7,根据第四实施例的半导体发光器件300包括衬底310、第一导电类型半导体基层330、绝缘层340、纳米结构350(包括从第一导电类型半导体基层330延伸的第一导电类型半导体层芯351、有源层352和第二导电类型半导体层353)以及形成在纳米结构350的侧面并形成斜面的侧面倾斜层360。
[0105] 用作半导体生长衬底的衬底310可以由选自以下组的一种材料形成:蓝宝石、SiC、MgAl2O4、MgO、LiAlO2、LiGaO2和GaN。在通常用作氮化物半导体生长衬底的蓝宝石衬底的情况下,蓝宝石可以是具有六棱形(Hexa-Rhombo)R3c对称的晶体,在c轴和a轴方向上的晶格常数可以分别为 和 ,并且可以具有C(0001)平面、A(1120)平面、R(1102)平面等。在这种情况下,因为C平面相对有助于氮化物薄膜的生长并且在较高温度下稳定,所以C平面可以主要用作氮化物半导体的生长衬底。同时,硅(Si)衬底也适合用作衬底310。具有大直径并且较低价格的硅衬底的使用可以有利于大规模生产。在使用硅衬底的情况下,可以在衬底310上形成由AlxGa1-xN制成的成核层,并且可以在该成核层上生长具有所需结构的氮化物半导体。
[0106] 可以在衬底310上形成缓冲层320。缓冲层320可以形成为减轻衬底310与第一导电类型半导体基层330之间的晶格失配。缓冲层320可以在没有掺杂的情况下以较低的温度形成。缓冲层320可以被省略。
[0107] 第一导电类型半导体基层330可以形成在衬底310或缓冲层320上。第一导电类型半导体基层330可以由第III-V族化合物形成。第一导电类型半导体基层330可以由氮化镓(GaN)形成。第一导电类型半导体基层330可以通过n掺杂形成。这里,n掺杂是指使用第V族元素的掺杂。第一导电类型半导体基层330可以是n-GaN层。电子可以穿过第一导电类型半导体基层330转移到有源层。
[0108] 绝缘层340可以形成在第一导电类型半导体基层330上。绝缘层340可以由氧化硅或氮化硅制成。绝缘层340可以包括用于暴露第一导电类型半导体基层330的多个部分的多个开口。纳米结构的横截面可以根据绝缘层340的开口的形状而变化。除了圆形以外,开口可以具有各种形状,这些开口可以具有不同的直径。当这些开口形成为具有不同的直径时,在相同衬底上具有不同直径的纳米结构的半导体发光器件可以发出具有各种波长的光束。
[0109] 然后,可以形成具有纳米棒形状并且包括第一导电类型半导体层芯351、有源层352和第二导电类型半导体层353的纳米结构350,并且在这种情况下,可以提供多个纳米结构。纳米结构350的侧面具有垂直于衬底的斜度。
[0110] 下面,将描述第一导电类型半导体层芯351、有源层352和第二导电类型半导体层353。
[0111] 第一导电类型半导体层芯351从第一导电类型半导体基层330的暴露部分上延伸出来。可以通过使第一导电类型半导体基层330生长来形成第一导电类型半导体层芯351。第一导电类型半导体层芯351的横截面可以具有圆形或多边形形状。
[0112] 接下来,有源层352可以形成为覆盖第一导电类型半导体层芯351。这里,有源层352可以覆盖第一导电类型半导体层芯351的上表面和侧面。有源层352可以是由例如InGaN等单一材料形成的一层,但是也可以具有MQW结构,在MQW结构中交替地布置分别由例如GaN和InGaN形成的量子势垒层和量子阱层。在有源层352中可以通过电子和空穴的结合来产生光能。
[0113] 第二导电类型半导体层353可以形成为包围有源层352。第二导电类型半导体层353可以覆盖有源层352的上表面和侧面。第二导电类型半导体层353可以是第III-V族化合物层。第二导电类型半导体层353可以是p掺杂的。这里,p掺杂是指使用第III族元素进行掺杂。此外,第二导电类型半导体层353可以掺杂有镁(Mg)杂质。第二导电类型半导体层353可以是GaN层或InGaN层。第二导电类型半导体层353可以是p-GaN层或p-InGaN层。空穴可以穿过第二导电类型半导体层353移动至有源层352。
[0114] 在本实施例中,侧面倾斜层360可以形成在具有纳米棒形状的纳米结构350的侧面,因而形成在包括第一导电类型半导体层芯351、有源层352和第二导电类型半导体层353的发光单元的侧面,并且侧面倾斜层360相对于衬底的上表面倾斜。
[0115] 也就是说,包括侧面倾斜层360的发光单元的侧面可以具有相对于衬底的垂直方向倾斜预定角度(θ)的形状。发光单元的侧面可以相对于衬底的垂直方向以大于0°并且小于45°的角度(θ)倾斜。因此,发光单元的侧面与衬底的上表面所形成的内角可以大于45°并且小于90°。
[0116] 侧面倾斜层360可以形成为包围垂直成型的第二导电类型半导体层353的侧壁。因此,包括侧面倾斜层360的发光单元可以具有下部较宽而上部较窄的形状。当从侧面观看时,发光单元可以具有梯形形状。
[0117] 因此,当具有侧面倾斜层360的发光单元的侧面相对于衬底的上表面倾斜时,从有源层352发出的光会被发光单元的倾斜侧面折射或者被发光单元的与该倾斜侧面相邻的倾斜侧面反射,使得光可以从发光器件向上或向下发出,从而增强光提取效率。
[0118] 然而,在发光单元的侧面相对于衬底的垂直方向以等于或大于45°的角度(θ)倾斜的情况下,也就是说,当发光单元的侧面与衬底的上表面所形成的内角等于或小于45°时,会减小有源层的面积以保证用于形成侧面倾斜层的空间,反而降低了光效率。因此,相对于衬底的垂直方向倾斜的角度θ可以大于0°并且小于45°。相应的是,发光单元的侧面与衬底的上表面所形成的内角可以大于45°并且小于90°。
[0119] 侧面倾斜层360可以由与第二导电类型半导体层353相同的材料形成。因此,侧面倾斜层360可以在形成第二导电类型半导体层353时与第二导电类型半导体层353同时形成。当第二导电类型半导体层353由p-InGaN制成时,侧面倾斜层360可以由p-InGaN制成。
[0120] 然而,第二导电类型半导体层353与侧面倾斜层360可以不同时形成,而是可以顺序地形成。
[0121] 另外,考虑到光提取效率,侧面倾斜层360也可以通过沉积不同于第二导电类型半导体层353的材料的方式形成。这里,侧面倾斜层360可以由透明材料形成。侧面倾斜层360可以由氧化硅、氮化硅或氧化物形成。例如,侧面倾斜层360可以由氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)或氧化物(氧化铟锡(ITO)、ZnO、IZO(ZnO:In)、AZO(ZnO:Al)、GZO(ZnO:Ga)、In2O3、SnO2、CdO、CdSnO4、Ga2O3或TiO2)形成。
[0122] 这样形成的半导体发光器件所需的电极可以具有各种形状。此外,在这样形成的具有纳米结构的半导体发光器件中可以形成根据第一至第三实施例的填充物和电极。例如,可以通过将图7的第四实施例与图1的第一实施例结合来形成光提取效率进一步增强的半导体发光器件。
[0123] 图8是根据第五实施例的包括纳米结构的半导体发光器件的横截面图。下面,将省略与上面参考图7描述的实施例相同的元件的描述,并且描述不相同的元件。
[0124] 参考图8,半导体发光器件400可以包括具有第一导电类型半导体层芯451、有源层452和第二导电类型半导体层453的纳米结构450。
[0125] 与第四实施例不同的是,在本实施例中,包括第一导电类型半导体层芯451、有源层452和第二导电类型半导体层453的纳米结构450的侧面相对于衬底的上表面倾斜。
[0126] 也就是说,第一导电类型半导体层芯451、有源层452和第二导电类型半导体层453的各个侧面可以相对于衬底的垂直方向以预定角度(θ2)倾斜。优选的是,第一导电类型半导体层芯451、有源层452和第二导电类型半导体层453的各个侧面可以相对于衬底的垂直方向以大于0°并且小于45°的角度(θ2)倾斜。
[0127] 具体地说,纳米结构可以具有下部较宽而上部较窄的形状。当从侧面观看时,发光单元可以具有梯形形状。
[0128] 因此,当包括有源层452的纳米结构的侧面相对于衬底的上表面倾斜时,从有源层452发出的光会被发光单元(纳米结构:450)的倾斜侧面折射或者被发光单元的与该倾斜侧面相邻的倾斜侧面反射,使得光可以从发光器件向上或向下发出,从而增强光提取效率。
[0129] 然而,在纳米结构450的侧面相对于衬底的垂直方向以等于或大于45°的角度(θ2)倾斜的情况下,也就是说,当纳米结构450的侧面与衬底410的上表面所形成的内角等于或小于45°时,会减小有源层的面积而降低光效率。因此,相对于衬底410的垂直方向倾斜的角度(θ2)可以大于0°并且小于45°。相应的是,纳米结构450的侧面与衬底410的上表面所形成的内角可以大于45°并且小于90°。
[0130] 这样形成的半导体发光器件所需的电极可以具有各种形状。此外,在这样形成的具有纳米结构的半导体发光器件中可以形成根据第一至第三实施例的填充物和电极。例如,可以通过将图8的第五实施例与图1的第一实施例结合来形成光提取效率进一步增强的半导体发光器件。
[0131] 下面,将参考附图,更详细地描述根据第四和第五实施例的半导体发光器件的操作效果。
[0132] 图9是示出光L根据各个方向上的光强度的横截面图,其中光L从具有发光单元的半导体发光器件500的点A发出,发光单元500具有垂直于衬底的侧面。
[0133] 如图9所示,从具有相对于衬底510垂直的发光单元(纳米结构)520的半导体发光器件500横向发出的光L会在包括向上、向下和水平的所有方向上发出。
[0134] 在图9中标记的数字表示在各个方向上发出的光的相对光强度。这里,在向上、向下和水平方向上示意性地单独测量发出光L的光强度。
[0135] 如图9所示,从点A横向发出的光L也在向上方向(A1)和向下方向(A2)发出,同时也在水平方向A3和A4发出。
[0136] 然而,为了使横向发出的光L有助于半导体发光器件的光提取效率,要求光L从半导体发光器件500向上或向下发出,并且要求在水平方向A3和A4上发出的光L通过反射和折射向上或向下发出从而有助于半导体发光器件的光提取效率。
[0137] 图10是示出光L根据发光距离的光强度的曲线图,其中光L从图9所示的半导体发光器件的点A在水平方向上发出。
[0138] 如图10所示,在水平方向上发出的光L在大约45μm或更大距离处没有被探测到,这表明从发光单元的点A发出的光L在水平方向上传播,直到光L经过大约45μm的距离,才会有助于光提取效率。
[0139] 因此,可以看出,从半导体发光器件500在水平方向A3和A4上发出的光L需要相对延长传播一段距离,直到光L从半导体发光器件500向上或向下发出,才有助于半导体发光器件的光提取效率。
[0140] 这样,对于从点A发出的光L,因为在水平方向A3和A4上发出的光相对延长传播一段距离,直到光从半导体发光器件500向上或向下发出,所以由于发光单元520和在半导体发光器件500的发光单元520之间形成的材料,较大量的光在在水平方向上传播过程中被吸收和损失。因此,会降低从半导体发光器件500发出的光L的光提取效率。
[0141] 图11是示出光L2根据各个方向上的光强度的横截面图,其中光L2从具有发光单元(纳米结构)620的半导体发光器件600的点B发出,发光单元620具有相对于衬底的上表面以预定角度倾斜的侧面。
[0142] 如图11所示,从具有发光单元620(发光单元620具有相对于衬底610的上表面以预定角度倾斜的侧面)的半导体发光器件600的点B发出的光L2会在包括向上、向下和水平的所有方向上发出。
[0143] 在图11中标记的数字表示在各个方向上发出的光L2的光强度。这里,在向上、向下和水平方向上示意性地单独测量发出光L2的光强度。
[0144] 如图11所示,可以看出,与图9相比,在向下方向B2上比在水平方向B3和B4上发出更多量的从点B横向发出的光L2。
[0145] 图12是示出光L2根据发光距离的光强度的曲线图,其中光L2从图11所示的半导体发光器件的点B在水平方向上发出。
[0146] 如图12所示,在水平方向上发出的光L2在大约10μm距离处没有被探测到。这表明在水平方向上发出的光L2很快就会有助于光提取效率。因此,可以认识到,光已经从发光器件向上或向下发出。
[0147] 如上文所述,半导体发光器件的多个发光单元的侧面可以相对于衬底的上表面倾斜以减小横向发出光的水平分量,因而增强光提取效率。
[0148] 图13是对各个发光单元的每一个斜度示出根据发光距离的光强度的曲线图,其中光从半导体发光器件的一个点在水平方向上发出。
[0149] 也就是说,基于半导体发光器件的发光单元的侧面相对于衬底的垂直方向倾斜的斜度范围,提供在水平方向上发出的光根据发光距离的光强度。
[0150] 如图13所示,可以认识到,当发光单元的侧面相对于衬底垂直方向的斜度增加并且衬底的上表面与发光单元的侧面所形成的内角减小时,如果发光单元之间的距离彼此相同,那么光强度较低。也就是说,可以看出,如果在5μm的距离处测量从半导体发光器件的一点发出的光的光强度,那么光强度为:倾斜5°的情况比倾斜2°的情况低,倾斜8°的情况比倾斜5°的情况低。
[0151] 这表明,当发光单元的侧面相对于衬底的垂直方向的斜度较大时,也就是说,在衬底的上表面与发光单元的侧面所形成的内角较小的情况下,可以从半导体发光器件的上部和下部提取更大量的从半导体发光器件发出的光。
[0152] 然而,如果发光单元的侧面相对于衬底的垂直方向的斜度等于或大于45°,因为光在发光单元内全反射的可能性会增加并且有源层的面积会减小,所以发光单元的侧面相对于衬底的垂直方向的斜度应当大于0°并且小于45°。
[0153] 如上文所述,在根据一些实施例的基于纳米棒的发光器件中,发光单元的侧面可以相对于衬底的上表面以预定角度倾斜,因而可以提高光提取效率。
[0154] 下面,将描述根据本申请第六实施例的具有纳米结构的半导体发光器件。
[0155] 图14是示出根据本申请第六实施例的半导体发光器件的横截面图。根据本申请第六实施例的具有纳米结构的半导体发光器件是倒装芯片式半导体发光器件。然而,在图14中,倒装芯片式半导体发光器件被显示为其衬底位于下侧。
[0156] 如图14所示,除了存在侧面倾斜层760以外,根据第六实施例的半导体发光器件具有与根据图1所示的第一实施例的半导体发光器件相同的部件。因此,将省略相同部件的描述。
[0157] 参考图14,根据第六实施例的半导体发光器件700包括衬底710、缓冲层720、形成在衬底710或缓冲层720上的第一导电类型半导体基层730、绝缘层740、纳米结构750(包括第一导电类型半导体层芯751、有源层752和第二导电类型半导体层753)、形成在纳米结构750的侧面并形成斜面的侧面倾斜层760、填充纳米结构750之间的空间并且侧面倾斜层760形成在其侧面的填充物765、形成在第一导电类型半导体基层730的暴露出来的上表面上的第一电极770以及形成在纳米结构750的上部和填充物765的上部的第二电极780。
[0158] 在本实施例中,包括第一导电类型半导体层芯751、有源层752、第二导电类型半导体层753和侧面倾斜层760的发光单元的侧面通过侧面倾斜层760而相对于衬底的上表面倾斜。
[0159] 也就是说,包括侧面倾斜层760的发光单元的侧面可以具有相对于衬底的垂直方向倾斜预定角度(θ3)的形状。发光单元的侧面可以相对于衬底的垂直方向以大于0°并且小于45°的角度(θ3)倾斜。因此,发光单元的侧面与衬底的上表面所形成的内角可以大于45°并且小于90°。
[0160] 侧面倾斜层760可以形成为包围垂直成型的第二导电类型半导体层353的侧壁。因此,包括侧面倾斜层760的发光单元可以具有下部较宽而上部较窄的形状。当从侧面观看时,发光单元可以具有梯形形状。
[0161] 因此,当具有侧面倾斜层760的发光单元的侧面相对于衬底的上表面倾斜时,从有源层752发出的光会被发光单元的倾斜侧面折射或者被发光单元的与该倾斜侧面相邻的倾斜侧面反射,使得光可以从发光器件向上或向下发出,从而增强光提取效率。
[0162] 此外,形成在纳米结构之间并且布置在绝缘层740上的填充物765的高度t可以低于纳米结构750的上表面。此外,填充物765可以形成为纳米结构750的高度(h+t)的大约3/5或更大。填充物765可以用于有效地向外发出有源层752所产生的光,从而进一步增强发光器件的光输出。
[0163] 第二电极780可以形成在纳米结构750的上部和填充物765的上部上并且可以电连接至第二导电类型半导体层753。第二电极780可以是反射电极。也就是说,第二电极780可以由反光材料(例如,高反射金属)制成,并且在这种情况下,在发光器件700中,第一电极770和第二电极780可以安装至封装件的引线框或类似部件。因此,从纳米结构750的有源层752发出的光的一部分可以被第二电极780吸收,而光的另一部分可以被第二电极780反射并且在朝向衬底710的方向上发出。
[0164] 纳米结构750之间的第二电极780的高度h是纳米结构750的高度(h+t)的大约2/5或更小。也就是说,因为第二电极780形成为仅覆盖纳米结构750的侧面的一部分,所以减少了第二电极780对纳米结构750的有源层752发出的光的吸收,并且因为第二电极
780形成为包围纳米结构750的侧面的一部分,所以不会降低向第二导电类型半导体层753注入电流的效率。也就是说,通过第二电极780的结构,可以增强光提取效率而不会降低向第二导电类型半导体层753注入电流的效率。
[0165] 按照这种方式,通过侧面倾斜层760、填充物765和形成在填充物765的上部的第二电极780的结构的优点,根据本实施例的半导体发光器件能够增强光提取效率。
[0166] 图15是示出根据第七实施例的半导体发光器件的横截面图。
[0167] 参考图15,根据第七实施例的半导体发光器件800包括形成在衬底810上的第一导电类型半导体基层830、绝缘层840、纳米结构850(包括从第一导电类型半导体基层830延伸的第一导电类型半导体层芯851、有源层852和第二导电类型半导体层853)和填充纳米结构850之间的空间的填充物860。此外,根据第七实施例的半导体发光器件800还包括第一内部电极880和第二内部电极870以及第一焊盘电极895a和第二焊盘电极895b。
[0168] 在本实施例中,第一导电类型半导体基层830可以是n型半导体层,第二导电类型半导体层853可以是p型半导体层。
[0169] 具有预定折射率的填充物860可以形成在纳米结构850之间。这里,填充物860可以由折射率等于或小于纳米结构850的材料制成。例如,填充物860的折射率的范围可以为1至2.5。此外,在功能方面,填充物860可以由透光材料制成。
[0170] 这里,填充物860的高度t可以低于纳米结构850。然而,如果填充物860太低,那么随后将要形成在纳米结构850上的第二内部电极870会过多地包围纳米结构850,使得从有源层852发出的光被第二内部电极870吸收,从而降低了光提取效率。因此,填充物860可以形成为是纳米结构850的高度(h+t)的大约3/5或更大。
[0171] 因此,填充物860可以用于有效地向外发出有源层852所产生的光,从而进一步增强发光器件的光输出。
[0172] 这里,纳米结构850之间的第二内部电极870的高度h是纳米结构850的高度(h+t)的大约2/5或更小。也就是说,因为第二内部电极870形成为仅覆盖纳米结构850的侧面的一部分,所以减少了第二内部电极870对纳米结构850的有源层852发出的光的吸收,并且因为第二内部电极870形成为包围纳米结构850的侧面的一部分,所以不会降低向第二导电类型半导体层853注入电流的效率。也就是说,通过第二内部电极870的结构,可以增强光提取效率而不会降低向第二导电类型半导体层853注入电流的效率。
[0173] 第一内部电极880可以形成为填充一部分凹槽并且可以具有与该凹槽相对应的形状,其中通过去除一部分纳米结构850而形成凹槽并且第一内部电极880连接至第一导电类型半导体基层830。然而,与本实施例不同的是,为了形成使第一导电类型半导体基层830暴露出来的凹槽,第一导电类型半导体基层830可以不被去除,并且在这种情况下,第一内部电极880可以与第一导电类型半导体基层830的最上表面接触。同时,当通过去除一部分纳米结构850来形成凹槽时,凹槽的侧面可以是斜面,并且在这种情况下,凹槽的侧面可以根据去除纳米结构850的方法而不形成为斜面。
[0174] 此外,第一内部电极880可以被绝缘单元890包围以便与纳米结构850电分离。此外,第一内部电极880的至少一部分可以被暴露以便连接至第一焊盘电极895a,而第一内部电极880的其他部分可以被覆盖从而不会被露出。
[0175] 绝缘单元890填充凹槽的一部分以防止第一内部电极880与纳米结构850连接,并且绝缘单元890还可以形成在第一内部电极880和第二内部电极870上以使它们分开。在这种情况下,绝缘单元890可以具有允许第一内部电极880和第二内部电极870的至少一部分被暴露来的敞开区域,第一焊盘电极895a和第二焊盘电极895b可以形成在该敞开区域中。考虑到这种功能,绝缘单元890可以由具有电绝缘属性的任何材料制成。例如,绝缘单元890可以由诸如氧化硅、氮化硅等电绝缘材料制成。此外,反光填充物可以散布在电绝缘材料中以形成反光结构。
[0176] 第一焊盘电极895a和第二焊盘电极895b可以与第一内部电极880和第二内部电极870连接并且用作发光器件800的外部端子。第一焊盘电极895a和第二焊盘电极895b可以被分别形成为一层或两层或更多层。可以通过对一种金属(诸如,银(Ag)、(Al)、镍(Ni)、铬(Cr)、钯(Pd)、(Cu)等)或它们的合金执行例如沉积、溅射、电等方法来获得第一焊盘电极895a和第二焊盘电极895b。此外,第一焊盘电极895a和第二焊盘电极895b可以包括例如共晶金属(例如,AuSn,SnBi等材料),并且在这种情况下,当被安装在封装件等上时,第一焊盘电极895a与第二焊盘电极895b可以通过共晶接合的方式接合,从而不必使用用于接合倒装芯片通常需要的焊料。使用共晶金属的安装方法比使用焊料凸块的情况具有散热效果更出色的优点。在这种情况下,为了获得优秀的散热效果,第一焊盘电极895a和第二焊盘电极895b可以形成为占据较大的面积。具体地说,第一焊盘电极895a和第二焊盘电极895b占据的面积可以是上表面面积的80%至95%。
[0177] 在本实施例中提供纳米结构850,并且侧面倾斜层860形成在纳米结构850的侧面以增强光提取效率。此外,可以通过第二内部电极870来进一步增强光提取效率,其中该第二内部电极包870围位于纳米结构850之间的填充物860的各个部分和纳米结构850的各个部分。
[0178] 图16是示出将图15所示的半导体发光器件应用于封装件的实施例的视图。图16所示的发光器件封装件1000包括安装板1108和安装在该安装板1108上的半导体发光器件。半导体发光器件可以具有前述结构。安装板1108可以包括第一上表面电极1109a和第二上表面电极1109b以及第一下表面电极1111a和第二下表面电极1111b。第一上表面电极1109a与第一下表面电极1111a可以通过第一穿透电极1110a连接,并且第二上表面电极1109b与第二下表面电极1111b可以通过第二穿透电极1110b连接。安装板1108的这种结构仅是一个示例并且可以通过各种形式来应用。此外,安装板1108可以设置成诸如PCB、MCPCB、MPCB、FPCB等电路板或者由AlN、Al2O3等制成的陶瓷板。安装板1108也可以设置成封装件的引线框,而不是板。
[0179] 同时,半导体发光器件以倒装芯片形式布置,也就是说,按照其第一焊盘电极895a和第二焊盘电极895b面向安装板1108这样的方向来布置半导体发光器件。第一焊盘电极895a和第二焊盘电极895b可以包括接合层(例如,形成在其表面上的共晶金属层),由此可以将第一焊盘电极895a和第二焊盘电极895b分别接合到第一上表面电极1109a和第二上表面电极1109b上。在这种情况下,如果第一焊盘电极895a和第二焊盘电极895b没有接合层,那么可以在第一焊盘电极895a与第一上表面电极1109a之间以及第二焊盘电极895b与第二上表面电极1109b之间形成接合层(例如,共晶金属层、导电环氧树脂等)。同时,虽然在本实施例中不是主要部件,但是在图16所示的发光器件的表面上可以形成用于将发光器件发出的光的波长转换为不同波长的波长转换单元1112,为此,波长转换单元1112可以包括磷光体、量子点等。
[0180] 图17是示出将半导体发光器件应用于封装件的实施例的视图。图17所示的发光器件封装件2000包括发光器件2312以及设置在发光器件2312下面的第一电极2316a和第二电极2316b。发光器件2312附接至第一电极2316a和第二电极2316b。
[0181] 这里,发光器件2312可以是根据本申请各个实施例的半导体发光器件。发光器件2312可以通过倒装芯片接合的方式附接至第一电极2316a和第二电极2316b。
[0182] 第一电极2316a与第二电极2316b可以彼此间隔地设置,向发光器件2312施加电压并且用于发散发光器件2312所产生的热。为此,在发光器件2312与第一电极2316a之间以及在发光器件2312与第二电极2316分别插入接合金属2335a和2335b。
[0183] 这里,接合金属2335a和2335b可以是由金(Au)-锡(Sn)合金、锡(Sn)-银(Ag)合金等合金或者由诸如金(Au)、铜(Cu)等金属制成的焊料。同时,发光器件2312可以通过导电粘合剂附接至第一电极2316a与第二电极2316b。
[0184] 反射层2330a和2330b可以涂覆在第一电极2316a与第二电极2316b的附接有发光器件2312的表面上,以便反射发光器件2312所产生的光,从而使光从发光器件2312向上传播。这里,反射层2330a和2330b可以由银(Ag)、铝(Al)等制成。
[0185] 第一电极2316a和第二电极2316b由封装件壳体2310支撑。这里,封装件壳体2310可以由在高温下稳定的材料或者由具有耐热性的绝缘材料(例如,陶瓷)等制成。同时,封装件壳体2310还可以设置在第一电极2316a与第二电极2316b之间以使第一电极2316a与第二电极2316b电绝缘。在封装件壳体2310上方可以形成用于聚集或扩散发光器件2312所产生的光的透镜2350。如图所示,透镜2350可以是圆顶式透镜,但是本申请不限于此并且可以使用各种类型的透镜(例如,平面透镜等)。
[0186] 图18和图19是示出将半导体发光器件应用于背光单元的实施例的视图。参考图18,背光单元3000包括安装在衬底3002上的光源3001和布置在光源3001上方的一个或多个光学片3003。可以使用具有前述结构或类似结构的发光器件封装件作为光源3001,或者可替换地,半导体发光器件可以直接安装在将要使用的衬底3002上(所谓的COB类型)。与图18所示的背光单元3000(其中,光源3001朝向布置有液晶显示器的上侧发射光)不同的是,图19所示的另一个实施例的背光单元4000形成为:安装在衬底4002上的光源4001在横向方向上发光,然后使发出的光射入导光板4003以转换为表面光源。经过导光板4003的光向上发出,并且为了增强光提取效率,在导光板4003的下表面上可以布置反光层4004。
[0187] 图20是示出将半导体发光器件应用于照明设备的实施例的视图。参考图20的分解透视图,照明设备5000被示出为例如灯泡类型的灯,并且包括发光模块5003、驱动单元5008和外部连接单元5010。此外,照明设备5000还可以包括外部结构(例如,外部壳体5006和内部壳体5009以及盖单元5007)。发光模块5003可以具有前述半导体发光器件5001和其上安装有发光器件5001的电路板5002。在本实施例中示出在电路板5002上安装一个半导体发光器件5001,但是本申请不限于此并且可以根据需要安装多个半导体发光器件。此外,半导体发光器件5001可以制造为封装件的形式并且随后安装在电路板5002上,而不是直接安装在其上。
[0188] 此外,在照明设备5000中,发光模块5003可以包括用作散热单元的外部壳体5006,并且在这种情况下,外部壳体5006可以包括布置成与发光模块5003直接接触的散热板5004以增强散热效果。此外,照明设备5000可以包括安装在发光模块5003上并具有凸透镜形状的盖单元5007。
[0189] 驱动单元5008安装在内部壳体5009中并连接至外部连接单元5010,外部连接单元5010具有用于接收来自外部电源的电力的插座结构。此外,驱动单元5008可以用于将电力转换为用于驱动发光模块5003的半导体发光器件5001的适当电流源并且提供电流源。例如,驱动单元5008可以形成为AC-DC转换器、整流电路部件等。
[0190] 图21是示出将半导体发光器件应用于前大灯的实施例的视图。参考图21,用作车灯等的前大灯6000可以包括光源6001、反射单元6005和透镜盖单元6004。透镜盖单元6004可以包括中空导向装置6003和透镜6002。此外,前大灯6000还可以包括用于向外发散光源6001所产生的热的散热单元6012。为了有效地散热,散热单元6012可以包括散热片6010和冷却扇6011。此外,前大灯6000还可以包括用于固定地支撑散热单元6012和反射单元6005的托架6009,并且托架6009可以具有形成在其一个表面上的中心孔6008,散热单元6012连接在该中心孔6008中。此外,托架6009可以具有形成在另一个表面上前孔6007,该另一个表面与上述一个表面一体连接并且弯曲成直角。前孔6007可以使反射单元6005固定地位于光源6001上方。相应地,反射单元6005的前侧敞开,并且反射单元
6005固定在托架6009上,使得敞开的前侧与前孔6007相对应,并且反射单元6005所反射的光可以穿过前孔6007以向外输出。
[0191] 如上文所述,根据本申请的一些实施例,因为电极形成为仅在纳米结构的上侧覆盖纳米结构的一部分侧面以减少电极对光的吸收,所以可以提高光提取效率。
[0192] 此外,因为在具有纳米结构的半导体发光器件中纳米结构的侧面是倾斜的,所以可以增加光提取效率。
[0193] 虽然前面已经描述了所认为的最佳模式和/或其他实施例,但是应当理解,可以对最佳模式和/或其他实施例进行各种修改,本文公开的主题可以以各种形式和实施例实现,并且本申请的教导可以适用于多种应用,而本文仅描述了其中一些应用。所附权利要求书用来主张落入本教导的真实范围内的任何和所有应用、修改和变化。
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