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发光器件、制造发光器件的方法以及发光装置
    相关申请

    本申请要求2009年3月10日提交的韩国专利申请10‑2009‑0020133的优先权，通过引用将其全部内容并入本文。

    【技术领域】

    实施方案涉及发光器件、制造发光器件的方法以及发光装置。

    背景技术

    发光二极管(LED)是一种将电能转化为光的半导体器件。与现有光源例如荧光灯、白炽灯等相比，LED具有低电耗、半永久性寿命、快速响应速度、安全、环境友好的优点。已经进行许多研究来利用LED替代现有光源。LED正更广泛地用作光源，用于各种室内或室外的灯的照明装置、液晶显示器、电子显示板、路灯等。

    【发明内容】

    实施方案提供一种具有新结构的发光器件、制造发光器件的方法以及发光装置。

    实施方案提供一种具有改善的光提取效率的发光器件、制造发光器件的方法以及发光装置。

    实施方案提供一种可防止用作反射层的材料扩散至发光结构层的发光器件、制造发光器件的方法以及发光装置。

    在一个实施方案中，发光器件包括：反射层；在所述反射层上的包括氧化物基材料的粘合层；在所述粘合层上的欧姆接触层；和在所述欧姆接触层上的发光结构层。

    在另一个实施方案中，发光装置包括：主体；在所述主体上的第一电极和第二电极；在所述主体上的与所述第一电极和所述第二电极电连接的发光器件；和在所述主体上的包围所述发光器件的密封层，其中所述发光器件包括：反射层；在所述反射层上的包括氧化物基材料的粘合层；在所述粘合层上的欧姆接触层；和在所述欧姆接触层上的发光结构层。

    在另一个实施方案中，一种制造发光器件的方法包括：形成发光结构层；在所述发光结构层上形成欧姆接触层；在所述欧姆接触层上形成包括氧化物基材料的粘合层；和在所述粘合层上形成反射层。

    【附图说明】

    图1是用于说明根据一个实施方案的发光器件的图。

    图2～11是说明制造根据一个实施方案的发光器件的方法的图；和

    图12是包括根据一个实施方案的发光器件的发光装置的横截面图。

    【具体实施方式】

    在实施方案的描述中，应理解当各层(或膜)、区域、图案或者结构称为形成在其它各层(或膜)、区域、图案或者结构“上”或者“下”时，“上”或者“下”可“直接地”形成或者经由其它层(“间接地”)形成。此外，措辞“上”或“下”将基于附图来进行描述。

    在附图中，各层的厚度或者尺寸可进行放大、省略或者示意地说明，以使得描述方便和清楚。而且，各要素的尺寸不必完全反映实际尺寸。

    以下，将参考附图详细地描述发光二极管、制造发光二极管的方法和发光器件。

    图1是用于说明根据一个实施方案的发光器件的图。

    参考图1，根据一个实施方案的发光器件100包括：导电支撑衬底175、在导电支撑衬底175上形成的接合层170、在接合层170上形成的反射层160、在反射层160上形成的粘合层155、在粘合层155上形成的欧姆接触层、在粘合层155的上表面上的周边区域处形成的保护层140、在欧姆接触层150和保护层140上形成的用于产生光的发光结构层135、保护发光结构层135的钝化层180、在欧姆接触层150和发光结构层135之间形成的电流阻挡层145、以及在发光结构层135上形成的电极115。

    导电支撑衬底175支撑发光结构层135并且可与电极115一起对发光结构层135供电。导电支撑衬底175可包括例如铜(Cu)、金(Au)、镍(Ni)、钼(Mo)、铜‑钨(Cu‑W)和载体晶片(例如Si、Ge、GaAs、ZnO、SiC等)中的至少一种。

    导电支撑衬底175的厚度可根据发光器件100的设计而改变。例如，导电支撑衬底175可具有例如50μm～300μm的厚度。导电支撑衬底175不是必须形成的，而是可根据发光器件100的结构改变而省去。例如反射层160厚厚地形成，使得可不形成导电支撑衬底175。

    接合层170可在导电支撑衬底175上形成。接合层170在反射层160下形成。接合层170可坚固地接合至反射层160和导电支撑衬底175。接合层170包括阻挡金属、接合金属等。例如，接合层170可包括Ti、Au、Sn、Ni、Cr、Ga、In、Bi、Cu、Ag和Ta中的至少一种。

    实施方案显示其中导电支撑衬底175以接合方式连接至反射层160的情况。然而，导电支撑衬底175可以以镀敷方式在反射层160上形成。在这种情况下，接合层170可替换为用于镀敷的籽层。换言之，在反射层160上形成籽层之后，可通过镀敷在其上形成导电支撑衬底175。导电支撑衬底175可由可镀敷的金属材料制成。例如，籽层可包括Au、Cu、Mo、Pt和W中的至少一种。

    反射层160可在接合层170上形成。反射层160反射由发光结构层135输入的光，由此使得能够改善光提取效率。

    反射层160可由包括Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Cu、Au和Hf中的至少一种的金属或者其合金制成。此外，反射层160可使用上述金属或者其合金以及透射性导电材料例如IZO(氧化铟锌)、IZTO(氧化铟锌锡)、IAZO(氧化铟铝锌)、IGZO(氧化铟镓锌)、IGTO(氧化铟镓锡)、AZO(氧化铝锌)、ATO(氧化锑锡)等形成为多层。例如，在实施方案中，反射层160可包括Ag、Al、Ag‑Pd‑Cu合金和Ag‑Cu合金中的至少一种。

    粘合层155在反射层160上形成。粘合层155将反射层160和欧姆接触层150的粘合强化。粘合层155可包括氧化物基材料。在这种情况下，透光率得到改善，由此使得能够减小在粘合层155中吸收的光量以及提高从反射层160反射和提取的光量。例如，在实施方案中，粘合层155可由AZO或者IZO制成。当粘合层155由AZO或者IZO制成时，粘合层155可厚厚地形成，这可防止材料例如用作反射层160的Ag扩散至发光结构层135。例如，AZO或者IZO中ZO(氧化锌)的组成含量可为50％～80％，由此使得能够改善透光率。

    欧姆接触层150在粘合层155上形成。欧姆接触层150与发光结构层135的第二导电型半导体层130欧姆接触以对发光结构层135有效地供电，并可由包括ITO、IZO、IZTO、IAZO、IGZO、IGTO、AZO、ATO、IrO、RuO、RuO/ITO、Ni、Ag、Ni/IrO/Au和Ni/IrO/Au/ITO中的至少一种的单层或者多层形成。例如，在实施方案中，欧姆接触层150可由ITO制成。

    实施方案显示其中欧姆接触层150接触电流阻挡层145的下表面和侧表面的情况，但是欧姆接触层150可设置为与电流阻挡层145间隔开，或者仅仅接触电流阻挡层145的侧表面。

    电流阻挡层(CBL)145可在欧姆接触层150和第二导电型半导体层130之间形成。电流阻挡层145的上表面接触第二导电型半导体层130，电流阻挡层145的下表面和侧表面接触欧姆接触层150。

    电流阻挡层145可与电极115在垂直方向上交叠。由此，电流集中至电极115和导电支撑衬底175之间最短距离处的现象得到减少，由此使得能够改善发光器件100的发光效率。电流阻挡层145可选择性地形成，也可根据发光器件100的设计而省略。

    电流阻挡层145由电导率低于欧姆接触层150的材料、以及与第二导电型半导体层130形成肖特基接触的材料、或者电绝缘材料所制成。例如，电流阻挡层145可由ZnO、SiO₂、SiO_xN_y、Si₃N₄、Al₂O₃、TiO_x、Ti、Al和Cr中的至少一种制成。

    保护层140可在粘合层155的上表面的周边区域处形成。换言之，保护层140可在发光结构层135和粘合层155之间的周边区域处形成，并可为由具有导电性的材料制成的导电保护层或者由具有非导电性的材料制成的非导电保护层。保护层140可选择性地形成，也可根据发光器件100的结构而省略。

    导电保护层由透明导电氧化物膜形成或者可包括Ti、Ni、Pt、Pd、Rh、Ir和W中的至少一种。当在芯片分离工艺中对导电保护层进行隔离蚀刻以将发光结构层135分离为单元芯片时，防止碎片在粘合层155中产生并附着于第二导电型半导体层130和有源层120之间、或者有源层120和第一导电型半导体层110之间，由此发生短路。因此，导电保护层由防止当实施隔离蚀刻时导电保护层破裂或者产生碎片的材料制成。由于导电保护层具有导电性，所以电流可通过导电保护层注入发光结构135上。因此，即使在设置于发光结构层135的周边区域处的导电保护层上设置的有源层120中，也可有效地产生光，因此可改善发光器件的光效率。此外，导电保护层通过电流阻挡层145防止操作电压增加，由此使得能够降低发光器件的操作电压。导电保护层可由与欧姆接触层150相同的材料制成。

    非导电保护层可由因极低的电导率而具有基本电绝缘性能的材料制成。非导电保护层可由电绝缘材料制成。例如，非导电保护层可由ZnO或者SiO₂制成。非导电保护层使粘合层155和有源层120之间的距离增加。因此，可减小导致粘合层155和有源层120之间短路的概率。当在芯片分离工艺中对非导电保护层进行隔离蚀刻以将发光结构层135分离为单元芯片时，防止碎片在粘合层155中产生并附着于第二导电型半导体层130和有源层120之间、或者有源层120和第一导电型半导体层110之间，由此发生短路。非导电保护层由防止非导电保护层破裂或者防止在蚀刻期间产生碎片的材料、或者具有即使很小部分非导电保护层破裂产生很小量的碎片时也能防止短路的电绝缘性能的材料制成。

    保护层140的一部分与发光结构层135在垂直方向上交叠。

    发光结构层135可在欧姆接触层150和保护层140上形成。

    在将发光结构层135分离为多个单元芯片的隔离蚀刻工艺期间，在发光结构层135的侧表面上可形成倾斜表面。

    通过隔离蚀刻可使得保护层140的上表面的一部分得到暴露。因此，保护层140的一部分与发光结构层135在垂直方向上交叠，保护层140的其余区域与发光结构层135在垂直方向上不交叠。

    发光结构层135可包括多个III族～V族元素的化合物半导体层，并且可包括例如第一导电型半导体层110、在第一导电型半导体层110下的有源层120、以及在有源层120下的第二导电型半导体层130。

    第一导电型半导体层110可由掺杂有第一导电型掺杂剂的III族～V族元素的化合物半导体例如GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInP等选择性地制成。当第一导电型半导体层110是N型半导体层时，第一导电掺杂剂包括N型掺杂剂例如Si、Ge、Sn、Se、Te等。第一导电型半导体层110可由单层或者多层形成，但是不限于此。

    有源层120在第一导电型半导体层110下形成并且可包括单量子阱结构、多量子阱结构(MQW)、量子点结构和量子线结构。有源层120可由使用III族至V族元素的化合物半导体材料的阱层和势垒层例如InGaN阱层/GaN势垒层或者InGaN阱层/AlGaN势垒层形成。

    覆层可在有源层120和第一导型电半导体层110之间或者在有源层120和第二导电型半导体层130之间形成，覆层可由AlGaN基半导体制成。

    第二导电型半导体层130在有源层120下形成，并且可选择性地由掺杂有第二导电型掺杂剂的III族至V族元素的化合物半导体例如GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInP等制成。当第二导电型半导体层130是P型半导体层时，第二导电掺杂剂包括P型掺杂剂例如Mg、Zn等。第二导电型半导体层130可形成为单层或者多层，但是不限于此。

    同时，发光结构层135可进一步包括：在第二导电型半导体层130下的N型半导体层。例如，发光结构层135可包括N‑P结结构、P‑N结结构、N‑P‑N结结构和P‑N‑P结结构中的至少一种。

    电极115在发光结构层135上形成。电极115可包括其中实施引线键合的垫部和从垫部延伸的指部(finger portion)。指部可分支为预定的图案形状和可形成为各种形状。

    第一导电型半导体层110的上表面可形成为具有用于光提取效率的粗糙结构图案112。因此，粗糙结构图案可甚至在电极115的上表面上形成，但是不限于此。

    钝化层180可至少在发光结构层135的侧表面上形成。此外，钝化层180可在第一导电型半导体层110的上表面上和保护层140的上表面上形成，但是不限于此。

    可形成钝化层180以对发光结构层135进行电保护。

    以下，将详细地描述制造根据一个实施方案的发光器件的方法。然而，上述描述的重复描述将被省略或者示意性地省略。

    图2～11是说明制造根据一个实施方案的发光器件的方法的图。

    参考图2，在生长衬底101上形成发光结构层135。生长衬底101可由例如蓝宝石(Al₂O₃)、SiC、GaAs、GaN、ZnO、Si、GaP、InP和Ge中的至少一种制成，但是不限于此。

    发光结构层135可通过在生长衬底101上生长第一导电型半导体层110、有源层120、和第二导电型半导体层130来形成。

    发光结构层135可通过例如使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法、化学气相沉积(CVD)方法、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法、分子束外延(MBE)方法、氢化物气相外延(HVPE)方法等形成，但是不限于此。

    同时，可形成缓冲层(未显示)和/或未掺杂的氮化物层(未显示)，以减小由于发光结构层135和生长衬底101之间的晶格常数差异所导致的晶格失配。

    参考图3，在发光结构层135上对应于单元芯片区域部分形成保护层140。

    保护层140可使用掩模图案在单元芯片区域的周边处形成。保护层140可使用各种沉积方法例如溅射方法形成。

    参考图4，电流阻挡层145可在第二导电型半导体层130上形成。电流阻挡层145可使用掩模图案形成。

    保护层140和电流阻挡层145可由相同材料制成。在这种情况下，保护层140和电流阻挡层145可在一个工艺中同时形成而无需以单独的工艺形成。例如，在第二导电型半导体层130上形成SiO₂层之后，使用掩模图案可同时形成保护层140和电流阻挡层145。

    参考图5，欧姆接触层150在第二导电型半导体层130和电流阻挡层145上形成。此外，欧姆接触层150可仅仅在第二导电半导体层130上形成。

    参考图6，粘合层155和反射层160在欧姆接触层150上形成。

    欧姆接触层150、粘合层155和反射层160可由例如电子束方法、溅射方法和等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法中的任意一种形成。

    参考图7和8，制备导电支撑衬底175。

    如图6所示的结构和导电支撑衬底175经由接合层170相互接合。

    导电支撑衬底175通过接合层170接合。虽然实施方案显示其中导电支撑衬底175通过接合层170以接合方式进行结合的情况，但是导电支撑衬底175可以镀敷方式或者沉积方式形成。在这种情况下，可使用籽层而不是接合层170。

    参考图9，将发光结构层135从生长衬底101移除。图9显示其中将图8显示的结构翻转的情况。

    生长衬底101可通过激光剥离方法或者化学剥离方法移除。

    参考图10，沿着单元芯片区域对发光结构层135实施隔离蚀刻，使得多个发光结构层135分离开。例如，隔离蚀刻可通过干蚀刻方法例如感应耦合等离子体(ICP)方法实施。

    参考图11，钝化层180在保护层140和发光结构层135上形成，将钝化层180选择性地移除，使得第一导电型半导体层110的上表面得到暴露。

    粗糙结构图案112在第一导电型半导体层110的上表面上形成，以改善光提取效率。电极115在粗糙结构图案112上形成。粗糙结构图案112可通过湿蚀刻工艺或者干蚀刻工艺形成。

    当通过芯片分离工艺将结构分离为单元芯片区域时，可制造多个发光器件。

    芯片分离工艺可包括：例如通过使用刀刃施加物理力将芯片分离的破裂工艺、通过对芯片边界辐照激光来将芯片分离的激光划片工艺、包括湿蚀刻或者干蚀刻的蚀刻工艺等，但是不限于此。

    图12是包括根据一个实施方案的发光器件的发光装置的横截面图。

    参考图12，根据实施方案的发光装置包括：主体30、在主体30上设置的第一电极31和第二电极32、在主体30上设置并与第一电极31和第二电极32电连接的发光器件100、以及包围发光器件100的密封层40。

    主体30可制成为包括硅材料、合成树脂材料或者金属材料并且可具有侧表面倾斜的腔。

    第一电极31和第二电极32彼此电分离并对发光器件100供电。此外，第一电极31和第二电极32可反射由发光器件100产生的光以提高光效率，并且将由发光器件100产生的热散发至外部。

    发光器件100可安装在主体30上或者安装在第一电极31或者第二电极32上。

    发光器件100可使用引线方法、倒装晶片方法或者芯片接合方法中的一种来与第一电极31和第二电极32电连接。实施方案显示其中发光器件100通过导线50与第一电极31电连接、通过与第二电极32直接接触来与其电连接的情况。

    密封层40可包围发光器件100以保护发光器件100。此外，密封层40可包括磷光体以改变由发光器件100发射的光的波长。

    实施方案可提供一种具有新结构的发光器件、制造发光器件的方法以及发光装置。

    实施方案可提供一种具有改善的光提取效率的发光器件、制造发光器件的方法以及发光装置。

    实施方案可提供一种可防止用作反射层的材料扩散至发光结构层的发光器件、制造发光器件的方法以及发光装置。

    在本说明书中对″一个实施方案″、″实施方案″、″示例性实施方案″等的任何引用，表示与实施方案相关描述的具体的特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施方案中。在说明书不同地方出现的这些措词不必都涉及相同的实施方案。此外，当结合任何实施方案描述具体的特征、结构或特性时，认为与其它的实施方案关联地实现这种特征、结构或特性均在本领域技术人员的范围之内。

    虽然参考大量其说明性的实施方案已经描述了实施方案，但是应理解本领域技术人员可设计很多的其它改变和实施方案，这些也将落入本公开的原理的精神和范围内。更具体地，在公开、附图和所附的权利要求的范围内，在本发明的组合排列的构件和/或结构中可能具有各种的变化和改变。除构件和/或结构的变化和改变之外，对本领域技术人员而言，可替代的用途也会是显而易见的。