CN100433383C - 光发射装置及其制造方法和光发射元件 - Google Patents

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Abstract

一种光发射装置，具有：预定光学形式，其被提供在安装于基底上的LED元件的表面上，该预定光学形式被使得允许从该LED元件内部取出光的效率增加；以及密封材料，其密封所述预定光学形式。所述密封材料具有1.6或者以上的折射率，所述预定光学形式被形成在LED元件衬底的表面中，并且所述衬底具有与LED元件光发射层的折射率接近相等的折射率。

Description

光发射装置及其制造方法和光发射元件
本申请是基于2004-253447号和2005-204983号日本专利申请，其全部内容在此引入作为参考。
技术领域
本发明涉及光发射装置和光发射元件，并且具体来说，涉及一种光发射装置，可从其中有效地取出已从光发射元件发射的光，以及一种光发射元件。
背景技术
通过在诸如蓝宝石的基底衬底(base substrate)上生长由基于III族氮化物的化合物半导体制成的半导体晶体来制造LED(光发射二极管)元件的常规方法是公知的。在这种LED元件中出现这样的问题：已在光发射层中产生的光被限制在具有高光学吸收系数的层中或者在该层内被吸收，并由此降低了到外部的辐射效率。
为了解决这个问题，将不平坦(unevenness)提供到一些类型的LED元件的表面，从而增加光的取出效率(见例如公开的2003-69075号日本专利申请(图1，[0011]))。
在公开的2003-69075号日本专利申请(图1，[0011])中所描述的LED元件中，基于氮化镓的化合物半导体层(在下文中被称作基于GaN的半导体层)被层化在蓝宝石衬底上以形成GaN衬底，并随后在其顶部依次层化其它基于GaN的半导体层。蓝宝石衬底被从该层化体去除，并在GaN衬底的后表面(与其上层化有元件的表面相反的表面)上执行蚀刻，并由此形成台阶形式的凹坑。
在公开的2003-69075号日本专利申请(图1，[0011])中所描述的LED元件中，GaN衬底的后表面具有特定的形式，在那里产生了台阶形式的凹坑，因此通过防止由基于GaN的半导体层内的多重反射所导致的光干涉，可将光有效地取到外部。
然而在公开的2003-69075号日本专利申请(图1，[0011])中所描述的LED元件中，取出已经限制在基于GaN的半导体层内的光(限制在层内的光)的能力取决于相对于元件周围的密封组件的折射率差，并且在基于相对于密封组件的折射率差而发生来自界面的反射的状态下，即使在已经在元件的表面上执行不平坦处理的情况中，也不能获得足够的取出光的能力。另外，尽管可通过散射已被限制在基于GaN的半导体层中的光来实现光取出效率的增加，但这不是理想的形式或者接近于此的任何情况。关于被限制在层内的这种光也出现问题：当光在具有大光学吸收系数的层内长距离传播以致衰减时，光量被减小，此外，在元件内所产生的热量增加。
因此，本发明的目的是提供一种光发射装置，可从其中有效地取出已从光发射元件发射的光，以及一种光发射元件。
发明内容
本发明的目的是提供一种光发射装置，其中用于使从LED元件的内部取出光的效率有可能增加的预定光学形式被提供到安装在基底(base)上的LED元件的表面，其被密封在折射率不小于1.6的密封材料中，并且上述预定光学形式被形成在具有与上述LED元件的光发射层近似相同的折射率的衬底中。
(1)根据本发明的一个方面，光发射装置包括：
基底，该基底包括形成在其两个表面上的电路图案，所述电路图案通过过孔彼此电连接；
预定光学形式，其被提供在安装在基底上的LED元件的表面上，该预定光学形式使得从LED元件的内部取出光的效率增加；以及
密封材料，其密封所述LED元件，
其中所述密封材料具有1.6或者以上的折射率，
所述预定光学形式被形成在LED元件的衬底的表面中，
所述衬底具有与LED元件的光发射层的折射率接近相等的折射率，并且
所述预定光学形式由光透射材料层形成，所述光透射材料层具有不小于所述LED元件的光发射层和密封材料的折射率的平均值的折射率。
(2)根据本发明的另一个方面，光发射装置包括：
预定光学形式，其被提供在安装于基底上的LED元件的表面上，该预定光学形式使得从LED元件的内部取出光的效率增加；以及
密封材料，其密封所述预定光学形式，
其中所述密封材料具有1.6或者以上的折射率，
所述预定光学形式被形成在通过剥落LED元件的衬底而暴露的半导体层的表面中。
(3)根据本发明的另一个方面，光发射元件包括：
半导体层，其包括：光发射层；预定光学形式，其被提供在该半导体层的一个表面上，该预定光学形式使得从LED元件的内部取出光的效率增加；以及电极部分，其被提供在该半导体层的另一个表面上，
其中所述预定光学形式是具有台阶形式的不平坦表面，所述台阶形式相对于光发射层的法线方向的倾斜角度不大于sin-1(n2/n1)(其中n1是LED元件的光发射层的折射率，而n2是密封材料的折射率)。
(4)根据本发明的另一个方面，制造光发射装置的方法，包括以下步骤：
提供具有衬底的LED元件；
从所述LED元件剥落所述衬底；
在所述LED元件的表面上形成预定光学形式，所述预定光学形式使得从所述LED元件内部取出光的效率增加；
将LED元件安装在基底上；以及
将折射率为1.6或者以上的密封材料热压到所述基底上以便密封所述LED元件。
附图说明
图1A-1C示出根据第一实施例的光发射装置；图1A是竖直横截面视图，图1B是示出LED元件的放大部分的横截面视图，而图1C是示出光取出侧上的LED元件表面的放大部分的图解；
图2是示出所述LED元件的配置的竖直横截面视图；
图3A-3D是说明根据第一实施例的光发射装置的制造过程的图解；
图4是示出根据第二实施例的光发射装置的横截面视图；
图5A-5C示出根据第三实施例的LED元件；图5A是示出从光取出侧所观察的LED元件的平面视图，图5B是沿图5A的线A-A的横截面视图，而图5C是示出在光取出表面上形成的不平坦形式的放大部分的图解；
图6A-6C示出根据第四实施例的LED元件；图6A是示出从光取出侧所观察的LED元件的平面视图，图6B是沿图6A的线B-B的横截面视图，而图6C是示出在光取出表面上形成的不平坦形式的放大部分的图解；
图7A-7C示出根据第五实施例的LED元件；图7A是示出从光取出侧所观察的LED元件的平面视图，图7B是沿图7A的线C-C的横截面视图，而图7C是示出在光取出表面上形成的不平坦形式的放大部分的图解；
图8A和8B示出根据第六实施例的LED元件；图8A是示出从光取出侧所观察的LED元件的平面视图，而图8B是说明怎样从图8A的突起取出光的图解；
图9A和9B示出根据第七实施例的LED元件；图9A是示出从光取出侧所观察的LED元件的平面视图，而图9B是沿图9A的线D-D的横截面视图；
图10是示出根据第八实施例的光发射装置的竖直横截面视图；
图11是示出根据第九实施例的倒装芯片(flip chip)型LED元件的竖直横截面视图；
图12是示出根据第十实施例的倒装芯片型LED元件的竖直横截面视图；
图13是示出根据第十一实施例的倒装芯片型LED元件的竖直横截面视图；
图14是示出根据第十二实施例的倒装芯片型LED元件的竖直横截面视图；
图15A和15B示出根据第十三实施例的LED灯；图15A是示出LED灯的竖直横截面视图，而图15B是安装在LED灯上的LED元件的竖直横截面视图；以及
图16是曲线图，其示出指示密封材料的折射率与光到LED元件外部的辐射效率比之间的关系的曲线。
具体实施方式
(第一实施例)
(光发射装置1的配置)
图1A-1C示出根据第一实施例的光发射装置；图1A是竖直横截面视图，图1B是示出LED元件的放大部分的横截面视图，而图1C是示出光取出侧上的LED元件表面的放大部分的图解。
如图1A所示，该光发射装置1由基于III族氮化物的化合物半导体制成，并具有：倒装芯片型LED元件2，其在光取出侧上的表面上具有不平坦形式部分20A；Al2O3衬底3，其是无机衬底，LED元件2被安装于其上；玻璃密封部分4，其由无机密封材料制成；以及Au柱形凸块(studbump)5，用于将LED元件2的电极电连接到电路图案30，电路图案30由钨(W)形成在Al2O3衬底3上。
在该横截面中Al2O3衬底3具有通孔31，并且通过提供在这些通孔31中的由W制成的导电部分来电连接在该衬底的两侧上的电路图案30。
玻璃密封部分4由基于SiO2-Nb2O5(折射率n＝1.8)的低熔点玻璃形成，并具有平坦侧41和平坦上表面40。
根据本实施例，LED元件2以平坦的形式形成，如图1B所示，并且被形成为具有W1＝300μm和H1＝10μm。此处，从该LED元件2发射的光的波长为460nm。
此外，在LED元件2中，如图1C所示，突起20a(w1＝4μm，h1＝2μm)和平坦部分20b(w2＝8μm)被设置于光取出侧上的表面上，从而形成不平坦形式部分20A。该部分被称作不平坦形式部分20A是因为跨过平坦部分20b的相邻突起20a形成一凹陷。
(LED元件2的配置)
图2是示出所述LED元件的配置的竖直横截面视图。LED元件2是通过在蓝宝石衬底(未示出)上依次层化n-GaN:Si层20，InGaN层21，GaN层22，AlGaN层23，MQW 24，p-AlGaN层25，p-GaN层26以及p+-GaN层27作为基于GaN的半导体层100而形成的。此外，该LED元件具有在p+-GaN层27上的p-电极28和在n-GaN:Si层20的暴露部分上的n电极29，其中通过从p+-GaN层27开始、直到n-GaN:Si层20进行蚀刻来去除所述层。不平坦形式部分20A包括上述的突起20a和平坦部分20b，它们被形成在n-GaN:Si层20的表面上。
尽管用于形成基于GaN的半导体层100的方法不被特别限制，但是它可借助于众所周知的金属有机化学气相沉积方法(MOCVD方法)、分子束外延生长方法(MBE方法)、基于卤化物的化学气相沉积方法(HVPE方法)、溅射方法、离子镀方法、电子簇射(electron shower)方法等等来形成。此处，LED元件的配置可以是同质结构(homo structure)、异质结构(hetero structure)或者双异质结构。另外，可以采用量子阱结构(单量子阱结构或者多量子阱结构)。
(光发射装置1的制造过程)
图3A-3D是说明根据第一实施例的光发射装置的制造过程的图解。以下描述用于制造使用事先已经在单独过程中形成的LED元件2的光发射装置的过程。
(LED元件2的安装过程)
首先，如图3A所示，准备LED元件2和Al2O3衬底3并且定位Al2O3衬底3上的电路图案30和LED元件2上的电极，使得LED元件2经由Au柱形凸块5电连接到电路图案30，并且同时安装在Al2O3衬底3上。然后，LED元件2和Al2O3衬底3之间的间隙用未示出的空间填充材料来填充在其中。优选地，这种空间填充材料具有小的热膨胀系数。
(蓝宝石衬底S的剥落过程)
接下来，如图3B所示，在蓝宝石衬底S侧用激光束照射LED元件2。通过激光束的照射，蓝宝石衬底和基于GaN的半导体层100之间的界面被熔化。其结果是，从基于GaN的半导体层100剥落的蓝宝石衬底S被去除。此时，残余物可留在基于GaN的半导体层100的表面上，因此执行酸洗以去除残余物，从而暴露n-GaN:Si层20。
(不平坦形式部分20A的形成过程)
接下来，通过执行不平坦处理，包括通过激光照射的蚀刻，在LED元件2的光取出表面上形成不平坦形式部分20A。具有近似垂直的台阶的不平坦被形成为不平坦形式部分20A。
(使用低熔点玻璃的玻璃密封过程)
接下来，使用基于SiO2-Nb2O5的玻璃对其上已经形成不平坦形式部分20A的LED元件2以及LED元件2和Al2O3衬底3之间的间隙执行热压处理。作为该热压处理的结果，所述玻璃粘附到不平坦形式部分20A的表面。此外，该玻璃被使得粘附到Al2O3衬底3的表面，由此，整个LED元件2被密封在玻璃中。在玻璃密封之后，封装通过切割(dicing)，被分成单个件，这样得到具有上表面40和侧41的光发射装置1。此处，除了切割以外，通过诸如刻线(scribing)的分离方法来分离封装也是可能的。
(光发射装置1的工作)
当从上述光发射装置1的Al2O3衬底3的底部暴露的电路图案30连接到未示出的电源单元以供能时，经由通孔31的导电部分，电压以正向施加在LED元件2的n电极和p电极之间，并且在LED元件2的MQW24中发生空穴和电子载流子的复合，使得光被发射。将要从光取出表面辐射的光从不平坦形式部分20A进入玻璃密封部分4，透射过玻璃密封部分4，并被辐射到外部，所述被取出的光是从在MQW 24中的所述光发射过程中所产生的光当中取出的。
(第一实施例的效果)
根据第一实施例得到如下效果。
(1)蓝宝石衬底S从已经安装在Al2O3衬底3上的LED元件2去除，具有近似垂直的台阶的不平坦形式部分20A被提供到LED元件2，由此，以与在GaN被形成在平坦蓝宝石衬底上的常规LED元件2中相同的方式，在光以不大于临界角度的角度从GaN进入蓝宝石衬底的方向上辐射的光可被取到所述元件的外部。此外，当光进入不平坦形式部分20A的不平坦部分时，在光以不小于临界角度的角度从GaN进入蓝宝石衬底的方向上辐射并且已经被限制在LED元件2内部的层内的光也可被取到所述元件的外部。从不平坦表面的平坦表面辐射到外部的光的表现与从没有台阶形成的不平坦表面辐射的光的方式相同，此外，被限制在层内的光从不平坦表面的竖直台阶表面辐射到外部。因此，从GaN层向上辐射的光量可必然增加。
此外，所述竖直横截面不相对于GaN层的光发射层的法线倾斜，并因此被提供在使关于层内所限制的光的立体角最大的方向上，并且这是增加所述效果的因素。此外，从所述竖直横截面中的界面反射的光不改变关于光发射层法线方向的角度的大小。
(2)另外，根据第一实施例，蓝宝石衬底S被去除，并且作为替代，使用基于SiO2-Nb2O5的具有n＝1.8的玻璃，并因此，关于LED元件2的临界角θc成为大约50度。所述密封材料可被选择为使得在该LED元件2和玻璃密封部分4之间的临界角θc成为不小于45℃，并因此，与具有n＝1.7的蓝宝石衬底相比，限制在层内的通过基于GaN的半导体层100横向传播的光量可被减少，此外，当进入不平坦形式部分20A时限制在基于GaN的半导体层100内的光被辐射到元件外部的可能性变高。除此以外，基于GaN的半导体层100具有10μm的厚度，并且光到达不平坦形式部分20A的可能性是高的，因此，光可在理想的水平以极高的效率辐射到外部。此外，即使在由于工艺的限制，不平坦表面的平坦性不足的情况下，具有高折射率的密封材料为此进行补偿，由此，可实现提供接近于理论上可实现的极限的效率的特性。此处，不平坦的形成是在p-GaN:Si层20上进行的，该层离MQW 24有一距离，MQW 24是基于GaN的半导体层100中的光发射层，因此，在形成不平坦时可避免对光发射层的损伤。因此，可维持内量子效率，并且可大大增加光到LED元件2外部的辐射效率。
(3)LED元件2被密封在玻璃密封部分4中，其对于所发射的光波长是稳定的并且具有优良的光透射特性，由此得到光发射装置1，其光取出特性对于长时间段是稳定的并且其具有优良的耐用性，即使在使用发射大量光的高输出型LED元件2的情况中。具体而言，在内量子效率与理想水平一样高的情况中，光到平坦蓝宝石衬底S上的LED元件2外部的辐射效率可从25％增加到75％。此时，热发射被减少到不大于1/3。此外，由于热发射降低，使允许流过的电流量加倍成为可能，由此，作为LED元件2的效率的增加和允许流过的电流量的增加之间的协同效应的结果，光量可被增加。此外，对于这样的具有高密度的光辐射，保证了稳定的光透射特性。另外，即使由于工艺的限制，在不平坦表面的平坦性不足的情况中，具有高折射率的密封材料为此进行补偿，由此，可实现提供接近于理论上可实现的极限的效率的特性。此外，该装置对于具有不大于470nm的波长的光是稳定的，例如，365nm的波长，因此，可被用于容纳发射紫外线的LED元件。
此外，目前广泛使用的环氧树脂或者硅树脂的折射率为大约1.5。然而，许多现有的玻璃材料提供高透射特性，以及不小于1.6的高折射率。通过使用这种玻璃材料，可实施用高折射率材料来密封在其中的LED元件2，因此，可增加从LED元件2取出光的效率。
(4)此外，形成封装的Al2O3衬底3和玻璃密封部分4的热膨胀系数近似相同，由此，可提供这样的结构，其中不易发生诸如由热应力引起的破裂的不便。结果，获得了除对于热冲击的可靠性以外，还可增加允许流过的电流值的效果。由于环氧树脂的玻璃转变温度(Tg点)，常规环氧树脂密封限制了允许流过的电流。这是因为在不低于Tg点的温度处热膨胀系数变大，并且在电连接部分中容易发生断开。玻璃密封部分4的Tg点比环氧树脂的Tg点高300℃或者以上，并且在不高于Tg点的温度处，其热膨胀系数不大于环氧树脂的1/7。
(5)Al2O3衬底3和玻璃密封部分4的材料被选择为具有相同的热膨胀系数，并且LED元件2被使得成为没有使用Au线的倒装类型，由此实现具有高折射率的高度稳定LED元件的玻璃密封。也就是说，以没有由处理温度和室温之间的差造成破裂或者剥落的方式，通过施加高压力来处理高粘度状态下的玻璃，并且在处理时可防止对LED元件2造成的热损伤。此外，Al2O3衬底3和玻璃密封部分4经由氧化物进行化学组合，并因此提供高强度的粘附。此外，使用了倒装型LED元件2，从而使连线空间成为不必要，因此提供小封装成为可能。
(6)从LED元件2所安装的表面将电路图案读出到Al2O3衬底3的后表面，从而可以以优良的生产率来制造产品。也就是说，大数目的LED元件2安装在Al2O3衬底3上，并且可通过使用玻璃板将玻璃密封实施为集体工艺(collective process)。
(7)在将LED元件2安装在作为基底的Al2O3衬底3上之后将蓝宝石衬底S剥落，然后提供不平坦形式部分20A，因此，有可能容易地形成除玻璃密封部分4以外的各种密封材料的封装，如，例如环氧树脂材料、包含透光树脂材料的荧光团(fluorophore)以及包含荧光团的玻璃材料。此外，也容易制作不平坦形式部分20A，其中不平坦形式对应于相对于密封材料的折射率差。
此处，当与用于增加LED元件2的光发射面积的配置组合时，上述用于增强光取出特性的不平坦形式部分20A是有效的。例如，通过增加该元件的面积中用于供应电流给基于GaN的半导体层100的p电极所占据的面积的比率可增大光发射面积。此外，可使用Ag糊或者焊镀(solder plating)而不是凸块(bump)来执行安装。此时，GaN半导体层100的接触电极和外部端子电极经由绝缘层分开提供。
此外，p电极可由具有光透射特性的ITO(氧化铟锡)和金属反射膜形成。通过基于GaN的半导体层100横向传播的限制在层内的光从ITO反射，并由此，减小当限制在层内的光到达金属反射膜时由金属吸收造成的损失成为可能，并且可增加从LED元件2辐射到外部的光量。
此外，ITO和Al2O3具有近似相同的热膨胀系数，并且ITO和GaN被使得相对强地彼此粘附，因此，在用于玻璃密封的处理时可防止电极由于热应力而剥落。
此处，尽管在上述描述中密封材料是玻璃，然而该密封材料可以是在处理时部分结晶化的玻璃或者是不处于玻璃态的无机材料，并提供相同的效果。
(第二实施例)
(光发射装置1的配置)
图4是示出根据第二实施例的光发射装置的横截面视图。该光发射装置1是使用根据第一实施例的LED元件2的表面安装型光发射装置1，并具有：树脂室(case)部分，其由诸如尼龙的白树脂材料制成，具有用于容纳LED元件2的容器部分10A；子支座(sub-mount)6，其由AlN制成，LED元件2被安装于其上；硅酮树脂(silicone resin)密封部分7，用于整体密封被容纳在树脂室部分10的容器部分10A中的LED元件2以及子支座6；引线部分9，用于供应电流给LED元件2，子支座6紧固到该LED元件2上；以及线8，用于将引线部分9电连接到子支座6。此处，在以下描述中，相同的参考号被附着于具有与在第一实施例中相同的配置和功能的部分。
LED元件2被安装在作为基底的子支座6上，之后，以与在第一实施例中相同的方式，通过剥落蓝宝石衬底S来提供不平坦形式部分20A。此处，LED元件2和子支座6之间的空间用由SiO2制成的未示出的空间填充物来填充在其中。
子支座6具有在上表面和下表面的电路图案60，其由W形成。上表面和下表面上的电路图案60通过提供在通孔61中的W导电部分来电连接。此外，来自电路图案60当中的连接到LED元件2的p电极侧的电路图案6通过由Au制成的线8电连接到引线部分9。
硅酮树脂密封部分7具有n＝1.5的折射率，并具有密封LED元件2和子支座6并且将从LED元件2发射的光辐射到树脂室部分10的外部的功能。此处，硅酮树脂密封部分7可包含由从LED元件2辐射的光激发的荧光团，并且亦有可能形成波长转换型光发射装置1，其用于在从受激发荧光团辐射的光与从LED元件2辐射的光的混合的基础上发射预定颜色的光。
(第二实施例的效果)
根据第二实施例，在光取出表面上具有不平坦形式部分20A的LED元件2被密封在硅酮树脂密封部分7中，由此，可得到具有高亮度的表面安装型光发射装置1，其中作为限制在层内的光的通过LED元件2的内部横向传播的光可被有效地辐射到外部。
此处，在第一实施例中所描述的具有n＝1.8的折射率的基于SiO2-Nb2O5的玻璃可通过热压处理以层的形式与在第二实施例中所描述的LED元件2的不平坦形式部分20A成为整体，并且与该玻璃成为整体的LED元件2以及子支座6可被密封在硅酮树脂密封部分7中。在这样的情况中，光经由具有n＝1.8的玻璃组件从具有n＝2.4的LED元件2进入具有n＝1.5的硅酮树脂密封部分7，并因此可减少由材料之间的折射率差所引起的全反射的发生，使得可增加从LED元件2发射的光到外部的辐射。
(第三实施例)
(LED元件2的配置)
图5A-5C示出根据第三实施例的LED元件；图5A是从光取出侧所观察的LED元件的平面视图，图5B是沿图5A的线A-A的横截面视图，以及图5C是示出形成在光取出表面上的放大的不平坦形式部分的图解。在该LED元件2中，不平坦形式部分20A被形成为具有有小节距的突起20a和平坦部分20b的显微形式，如图5A和5B所示。LED元件2具有300μm的宽度W1并以正方形的形式形成。LED元件2的厚度H1是6μm，并且在光取出侧的表面具有不平坦形式部分20A。
不平坦形式部分20A是通过在光取出侧的表面上设置突起20a(w1＝2μm，h1＝1μm)和平坦部分20b(w2＝2μm)而形成的，如图5C所示。
(第三实施例的效果)
根据第三实施例，不平坦形式部分20A以浅且显微的形式被提供在LED元件2的光取出侧上，并且因此，在不平坦处理时可防止对MQW所造成的损伤，并且可获得光发射特性稳定的可靠LED元件2。另外，通过使不平坦的深度成为浅的，通过在制造光发射装置时施加压力，可防止在用密封材料密封不平坦形式部分20A的过程之后在不平坦中留下气泡。此处，所述突起的顶表面为正方形的形式并且具有环绕的沟槽，并因此，在施压时空气容易逸出。
(第四实施例)
(LED元件2的配置)
图6A-6C示出根据第四实施例的LED元件；图6A是从光取出侧所观察的LED元件的平面视图；图6B是沿图6A的线B-B的横截面视图，以及图6C是示出形成在光取出表面上的放大的不平坦形式部分的图解。该LED元件2是大尺寸的LED元件2并且以具有1000μm宽度W1的矩形形式形成，如图6B所示。LED元件2具有6μm的厚度H1并且在光取出侧的表面上具有不平坦形式部分20A。
如图6C所示，突起20a(w1＝2μm，h1＝1μm)和平坦部分20b(w2＝2μm)，以及将形成有突起20a和平坦部分20b的区域划分成9个的深沟槽20c(w3＝5μm，h2＝4μm)，设置在光取出侧的表面上，并由此形成不平坦形式部分20A。
此外，LED元件2具有：n电极20n，其被提供为定位在形成有深沟槽20c的部分中；p电极20p，其被提供在与不平坦形式部分20A相反的侧的表面上；以及MQW 20d，其是通过经由n电极20n和p电极20p供电来发射光的光发射层。
(第四实施例的效果)
根据第四实施例，不平坦形式部分20A的不平坦被形成为使得在被提供于LED元件2的光取出侧上的不平坦形式部分20A中是浅的，并因此，以与在第三实施例中相同的方式，在不平坦处理时可防止MQW20d的损伤，因此，可得到发射均匀光的LED元件2。此外，通过使不平坦的深度成为浅的，通过在制造光发射装置1时施加压力，可防止在用密封材料密封不平坦形式部分20A的过程之后在不平坦中留下气泡，并且可防止密封特性的恶化和光学特性的分散。
此外，通过在不平坦形式部分20A中提供深沟槽20c，被限制在层内的通过LED元件2的基于GaN的半导体层100横向传播的光进入沟槽20c的诸侧，并由此使光辐射到外部。其结果是，在大尺寸的LED元件2中改善了取出光的特性。此处，尽管根据第四实施例描述了大尺寸的LED元件2，本发明可适用于在第一实施例中所描述的标准尺寸的LED元件2(具有300μm边的正方形)。
此外，形成有成为光发射区的p接触电极的区域已被分成9个，并且如图6A所示，如从前面所看到的，每个p接触电极区被深沟槽20c环绕。其结果是，通过基于GaN的半导体层100横向传播到周围的光从每个p接触电极辐射到基于GaN的半导体层100的外部。所述n接触电极直接形成在深沟槽20c之下，在那里不存在成为光发射层的MQW，因此，已形成的深沟槽不影响直接存在于下面的光发射层。
(第五实施例)
(LED元件2的配置)
图7A-7C示出根据第五实施例的LED元件；图7A是从光取出侧所观察的LED元件的平面图，图7B是沿图7A的线C-C的横截面视图，以及图7C是示出在光取出表面上形成的放大的不平坦形式部分。该LED元件2是通过如下形成的LED元件2：在GaAs衬底上形成折射率类似于GaAs衬底折射率(n＝3.5)的基于AlInGaP的半导体层201，如图7B所示，并且通过研磨来去除GaAs衬底，随后使GaP衬底200(n＝3.5)粘附到该半导体层；并且被形成为具有300μm宽度W1的正方形形式。通过研磨GaP衬底200，LED元件2被形成为具有100μm厚度H1。在光取出侧的表面具有不平坦形式部分20A。
如图7C所示，不平坦形式部分20A是通过如下形成的：通过用切割机(dicer)切割，在光取出侧上的表面上提供突起20A(w1＝50μm，h1＝25μm)和平坦部分20b(w2＝50μm)，随后通过化学蚀刻在所述表面上提供显微平坦性。
(第五实施例的效果)
根据第五实施例，GaP衬底200在光取出侧上被研磨到所需的厚度，此外，通过用切割机切割来提供不平坦形式部分20A，由此得到具有优良的光取出特性的LED元件2。另外，此时可防止在对GaP衬底200侧的处理期间损伤光发射层。在n＝3.5的GaP衬底200的情况中，当不平坦形式部分20A被形成为具有上述尺寸时，大约n＝2.4的密封材料被使用，从而可能使已从LED元件2的端部发射的光被辐射到LED元件2的外部而在进入不平坦形式部分20A时没有横向传播的光的全反射。在实际中难以实施超过作为当前水平的n＝2的用于LED元件2的密封材料。然而，即使在不能以理想水平来实现到外部的光辐射的情形中，光也可被使得从近似竖直的台阶形式的不平坦侧以相对于光发射层法线方向的处于覆盖从90°-sin-1(n1/n2)到90°的方向的大角度范围的立体角辐射到外部(此处，n1是LED元件2的光发射层的折射率，而n2是密封材料的折射率)。特别地，该形式与n＝1.6或者以上的密封材料组合，由此可得到比在所述形式没有被处理并且使用n＝1.5的环氧树脂密封的情况中高得多的增加。
此处，在不平坦台阶部分中可形成具有LED元件的光发射层和密封材料之间的临界角度的限制的锥度(倾斜角)。在该限制内，可提供台阶形式的有效不平坦侧。也就是说，该倾斜被提供以使光以相对于光发射层法线方向的90°方向辐射到外部，这使所述立体角最大。另外，该LED元件可通过如下来形成：将LED元件2的光发射层与具有与该光发射元件相同的折射率的衬底组合，例如，GaN衬底和基于GaN的半导体层，或者SiC衬底和基于GaN的半导体层，取代由GaP衬底200和基于AlInGaP的半导体层201所形成的层化结构。
(第六实施例)
(LED元件2的配置)
图8A和8B示出根据第六实施例的LED元件；图8A是从光取出侧所观察的LED元件的平面视图，而图8B是用于说明怎样在图8A的突起形式的部分中取出光的图解。该LED元件2具有不平坦形式部分20A，其中六边形形式的集合体(collective body)经由平坦部分20b以交错的形式被设置(具有10μm的间隔)，并且在这些集合体的每个中，三个菱形形式(相邻台阶侧形成60°或者120°)的突起20a(具有2μm的高度)被组合在光取出的n-GaN:Si层的表面上，如图8A所示。
当在LED元件2的MQW(未示出)中产生的光L，未示出，进入突起20a时，如图8B所示，它从第一侧210全反射从而进入第二侧211。第二侧211与第一侧210形成锐角，并且当入射角变得小于临界角度θc时，进入第二侧211的光L被辐射到外部。这是因为突起20a被形成为具有这样的侧面：它们之间的角度比临界角度θc大2倍或者更多倍。
(第六实施例的效果)
根据第六实施例，突起20a被形成为具有这样的侧面：它们之间的角度比临界角度θc大2倍或者更多倍，因此，可防止进入突起20a的光L成为处于不从突起20a辐射到外部的模式中的光，因此，已进入突起20a的被限制在层内的光可必然辐射到外部。
此外，不平坦形式部分20A由突起20a的集合体形成，因此，使限制在层内的光有效地辐射到外部成为可能。此处，尽管在第六实施例中描述了以交错形式设置7个不平坦形式部分20A的配置，不平坦形式20A中的突起的设置不限于所示的配置，而是可提供任意数目的不平坦形式部分20A。
(第七实施例)
(LED元件2的配置)
图9A和9B示出根据第七实施例的LED元件；图9A是从光取出侧所观察的LED元件的平面视图，以及图9B是沿图9A的线D-D的横截面视图。如图9A所示，该LED元件2具有不平坦形式部分20A，其每个具有：六边形突起20d，其中从n-GaN:Si层取出光的表面形成外六边形形状；以及沟槽20e，其被产生在该六边形突起20d的上表面中从而以60度彼此交叉，并且这些不平坦形式部分20A以交错的形式设置在平坦部分20b上。
(第七实施例的效果)
根据第七实施例，每个都由六边形突起20d和沟槽20e制成的不平坦形式部分20A被提供在LED元件2的光取出表面上，由此，进入具有光进入的可能性高的形式的六边形突起20d的光以高效率从不平坦形式部分辐射到外部，因此，被限制在层内并进入六边形突起20d的侧面和沟槽20e的侧面的光辐射到外部的效率可被增加。
(第八实施例)
(光发射装置1的配置)
图10是示出根据第八实施例的光发射装置的竖直横截面视图。该光发射装置1不同于第一实施例之处在于，在第八实施例中，光发射装置1的玻璃密封部分4具有半球形式的光学形式表面42。其上安装有LED元件2的电路图案30B通过被提供在通孔31中的通路图案30c连接到Al2O3衬底3的底表面上的电路图案30A。此外，在该图解中所示的玻璃密封部分4的折射率n为1.9，并且LED元件2以具有W＝300μm的正方形形式形成。
当提供半球形式的玻璃密封部分4时，LED元件2周围的光学形式表面42在理想情况下是从LED元件2辐射的光可垂直进入的光学形式。此处，光学形式表面42的临界角度θ成为θ＝sin-1(n0/n2)＝31.8°，其中空气折射率n0＝1.0而玻璃密封部分4的折射率是n2＝1.9，并且尽管对于以处于临界角θ的限制内的角度进入的光不发生全反射，但是在-5°的临界角度θ附近，界面反射趋于增加，并且优选地提供一种光学形式，其允许以使所述界面反射小的一个范围内的角度而进入的光量增加。
(第八实施例的效果)
根据第八实施例，得到以LED元件为原点的半径(高度)L，元件的宽度W和相对于光学形式表面42的临界角度θ之间的关系θ＝tan-1(W/2L)，由此在第八实施例中，当半径L不小于0.24mm时，通过调节上述LED元件2的尺寸和临界角度θ可抑制界面反射对光取出效率的作用。如上所述，玻璃密封部分4被提供为使得半球形式的光学形式表面42被提供有不小于L的半径，并因此可获得界面反射被抑制并且光取出特性优良的光发射装置1。
此外，以表面C被圆化以便于提供没有角的边缘的形式，如在长方体形式(rectangular parallelepiped form)中，通过增加L可抑制界面反射，尽管这种形式不同于半球形式。
(第九实施例)
(LED元件2的配置)
图11是示出根据第九实施例的倒装芯片型LED元件的竖直横截面视图。
该LED元件2具有：n-GaN层113，其由GaN半导体化合物形成；光发射层114，其被层化在n-GaN层113上；p-GaN层115，其被层化在光发射层114上；n侧电极116，其被提供在n-GaN层113上，该层通过借助蚀刻来去除范围从p-GaN层115到n-GaN层113的部分而暴露；以及p侧电极118，其被提供在p-GaN层115上，并且不同于第一实施例之处在于，根据第九实施例，在n-GaN层113的光取出侧上提供由氧化钽(Ta2O5)制成的具有高折射率的材料的光透射层119，而不是在第一实施例中所描述的LED元件2的不平坦形式部分20A。
通过借助于电子束气相沉积方法加热并气化原材料Ta2O5，具有高折射率的材料层119在n-GaN层113的表面上被形成为具有1μm的膜厚度。Ta2O5具有n＝2.2的折射率，并且基于相对于n-GaN层113的折射率比，临界角度θc为66°。此外，依照电子束沉积方法，粗糙表面部分119A被形成在光取出侧上的具有高折射率的材料层119的表面上。(第九实施例的效果)
根据第九实施例，由n＝2.2的Ta2O5制成的具有高折射率的材料层119被提供在n-GaN层113的表面上，由此可实现立体角的扩展。此外，在Ta2O5的膜形成时，当Ta2O5在n-GaN层113的表面上重结晶时形成粗糙表面部分119a，因此可提供在LED元件2和外部之间的界面中的光漫射性能，并且可增加光取出效率。
此处，上述具有高折射率的材料层119可由Ta2O5以外的材料形成，并且可以是，例如，ZnS(n＝2.4)、SiC(n＝2.4)、HfO2(n＝2.0)、ITO(n＝2.0)、GaN(n＝2.4)、TiO2、ZnO、SiC等等。用于膜形成的这些材料不需要是导电材料，并且可以是具有高粘附性和优良光学特性的任何材料。
(第十实施例)
(LED元件2的配置)
图12是示出根据第十实施例的倒装芯片型LED元件的竖直横截面视图。
该倒装芯片型LED元件2具有这样的配置，其中热膨胀系数为7.0×10-6/℃的ITO接触电极120被提供，而不是在第九实施例中所描述的LED元件1的p侧电极118。
(第十实施例的效果)
根据第十实施例，提供了ITO接触电极，其热膨胀系数与基于GaN的半导体层100的热膨胀系数近似相同，并因此得到高度可靠的LED元件2，其中除了第九实施例的优选效果以外，还增加了所述p侧电极的粘附性，使得p侧电极不会作为对LED元件2的密封处理所产生的热或者与光发射一起发射的热的结果而剥落。此外，由于ITO的电流扩散特性，光发射的不均匀性可被减小。此处，p侧电极可由除ITO以外的导电氧化物材料形成。
(第十一实施例)
(LED元件2的配置)
图13是示出根据第十一实施例的倒装芯片型LED元件的竖直横截面视图。
该倒装芯片型LED元件2是通过在GaN衬底130上生长基于GaN的半导体层100而得到的，其是具有340μm边和100μm厚度的正方形。
(第十一实施例的效果)
根据第十一实施例，得到了GaN衬底130的厚度(侧面的厚度)t、LED元件2的尺寸W、玻璃密封部分4的折射率n2、以及LED元件2的折射率n3之间的关系t≥W/(2tan(sin-1(n2/n3)))，使得从基于GaN的半导体层100辐射到GaN衬底130的所有光不从GaN衬底130和玻璃密封部分4之间的界面全反射，并因此，在图10所示的光发射装置1中使用GaN衬底130的情况中，其中，例如，W＝300μm，n2＝1.9，n2＝2.4，通过使GaN衬底130的厚度t≥116μm，从LED元件2取出光的特性可增加到理想的效率。此处已经确认，即使当厚度t具有上限的大约一半的值时光取出特性也增加。在这样的情况中，长方体形式的GaN衬底130处于光学形式，从而避免具有高光吸收比的基于GaN的半导体层100中的光学损失并使得从元件内部取出光的效率的增加成为可能。
图16示出模拟结果，其示出辐射到标准LED元件外部的效率比对密封材料折射率的依赖性。该模拟结果是使用具有下列物理值的预定形式的模型得到的：外延层、衬底层和密封材料各自的折射率、透射比、光衰减距离，从而借助于光束追踪方法产生1百万个光束。此处，折射率指示针对光发射元件所发射的光波长的值。对于蓝宝石衬底被用作衬底的元件，并且该元件用具有1.58的折射率的密封材料来密封，得到了到外部的辐射效率比率的基准值。
在图16中，曲线A示出到使用蓝宝石衬底的长方体形式的LED元件(标准元件)外部的辐射效率比，曲线B0示出到使用GaN衬底或者具有与GaN相同的折射率的衬底的、长方体形式的LED元件外部的辐射效率比，以及曲线B1示出到使用GaN衬底或者具有与GaN相同的折射率的衬底并且其上已经执行表面处理的长方体形式的LED元件外部的辐射效率比。所有长方体形式的尺度为W＝300μm，半导体层的厚度t＝6μm，以及衬底的厚度为84μm(116μm的72％的厚度)。这是表面上的经处理的形式为具有45°倾斜角度的棱镜(具有2μm的底边)的情形。此处，即使在倾斜角度在±15°的范围内改变的情形中，特征曲线也没有大的改变，并且保持大致相同。这是因为光从光发射元件辐射到密封材料变得比较容易，同时当倾斜角度增加时光重新进入经处理的形式中的相邻表面也变得比较容易。
在密封材料的折射率不小于1.6的情形中，可得到相对于基准值不小于80％的效率的大增加。密封材料的折射率不小于1.7并且不大于2.1是更理想的。在折射率不小于1.7的情形中，从LED元件辐射到密封材料到外部的效率可近似达到理想水平。另一方面，在密封材料的折射率过高的情形中，这导致从密封材料进入空气的辐射效率的降低。也就是说，在使全反射不发生的形式中的限制变得过大，并且当光垂直于界面而入射时界面反射变大。因此，LED的密封材料的折射率与光发射层的折射率之比在0.68到0.85的范围内是理想的。
此处，尽管在第十一实施例中描述了将基于GaN的半导体层100提供到GaN衬底130的配置，但是也可提供例如在SiC衬底上提供基于GaN的半导体层100的LED元件2。此外，在已经在蓝宝石衬底上生长了基于GaN的半导体层100之后可借助于激光消除(lift-off)来去除蓝宝石衬底，并且作为具有高折射率的材料层，GaN衬底130可以使得被粘附到所述半导体层。
此时，在具有高折射率的材料层中没有对外延生长的限制，晶格常数与外延生长层的晶格常数相同是不必要的，并且外延层为单晶也是不必要的。该外延生长层仅具有用于光学组件的光透射特性，满意的折射率和用于进行连接的热膨胀系数是足够的。因此，除了GaN以外，该外延生长层还可以是TiO2、Ga2O3、ZnO等等，或者可以是这些中的任何一种的多晶体。
(第十二实施例)
(LED元件2的配置)
图14是示出根据第十二实施例的倒装芯片型LED元件的竖直横截面视图。
该倒装芯片型LED元件2是通过在第十一实施例的LED元件2的GaN衬底130拐角提供具有45°倾斜角度的被切割部分130A(以表面C在衬底的拐角处被圆化的形式)而得到。
(第十二实施例的效果)
根据第十二实施例，可得到与图16的曲线B1相同的到外部的辐射效率，所述曲线B1示出第十一实施例的优选效果，并且通过LED元件2横向传播的光可以以高效率被取出到具有低折射率的介质中。此外，可提供这样的元件形式，其中从基于GaN的半导体层100辐射到GaN衬底130的所有光不从GaN衬底130和玻璃密封部分4之间的界面全反射，即使当GaN衬底130的厚度不大于116μm时。另外，可使该表面形式中的处理成为容易的。
通过在该表面形式中执行这样的处理而得到200％的到外部的辐射效率比成为可能，即使在该元件用例如n＝1.7的密封材料来密封的情形中。具有n＝1.9或者以上的高折射率材料具有这样的特性，使得在短波长区域内吸收损失趋于增加，而用大约n＝1.7的密封材料可实现到外部的辐射效率的增加，因此，除了蓝、蓝绿等等以外，亦将本发明应用到发射波长在370nm附近的紫外光的LED元件变得容易。
(第十三实施例)
图15A和15B示出根据第十三实施例的LED灯；图15A是该LED灯的竖直横截面视图，以及图15B是安装在该LED灯上的LED元件的竖直横截面视图。
该LED灯70是通过如下而得到的：将光发射装置1安装在引线部分9上，其中在图15B中所示出的LED元件2用玻璃密封部分4来密封，此外，将这些集成化在由光透射树脂制成的覆盖模件(overmold)51中。覆盖模件51具有光学形式表面51A，其为半球形式，使得光可以以高效率从光发射装置1辐射到外部。
在LED元件2中，具有预定宽度和深度的沟槽形式的凹陷113A在n-GaN层113的光取出表面上以栅格形式排列，并且在该表面上提供由Ta2O5制成的具有高折射率的材料层119。借助于电子束气相沉积方法在具有高折射率的材料层119的表面上形成粗糙表面部分119A。
(第十三实施例的效果)
根据第十三实施例，沟槽形式的凹陷13A以栅格形式排列，并且具有高折射率的材料层119的LED元件2被提供在其表面上，因此光取出的LED元件2的面积被扩展，并且光取出表面包括水平表面和竖直表面，并因此提高了光取出效率。此外，具有粗糙表面部分119A的具有高折射率的材料层119被提供在n-GaN层113的表面上，因此，被限制在内并通过n-GaN层113传播的光在到达一侧之前可从沟槽形式的凹陷113A辐射到外部，并且此时的临界角可通过具有高折射率的材料层119扩大。因此，可得到具有高亮度的光发射装置1。
此外，光发射装置1是通过将LED元件2密封在玻璃中形成的，并因此具有优良的机械强度，使得借助于注模的密封处理成为可能，并且覆盖模件51可被容易地形成在光发射装置1的周围，因此，LED灯70的生产率是优良的。
尽管为了完整而清楚的公开，已针对特定实施例描述了本发明，但是所附权利要求不应由此限制，而应被理解为体现本领域的技术人员可想到的清楚地落在本文所阐述的基本教导中的全部修改和可替换构造。

Claims (33)

1.一种光发射装置，包括：
基底，该基底包括形成在其两个表面上的电路图案，所述电路图案通过过孔彼此电连接；
预定光学形式，其被提供在安装于所述基底上的LED元件的表面上，该预定光学形式使得增加从所述LED元件内部取出光的效率，所述LED元件与所述电路图案之一电连接；以及
密封材料，其密封所述LED元件，
其中所述密封材料具有1.6或者以上的折射率，
所述预定光学形式被形成在LED元件衬底的表面中，
所述衬底具有与LED元件光发射层的折射率接近相等的折射率，并且
所述预定光学形式由光透射材料层形成，所述光透射材料层具有不小于所述LED元件的光发射层和密封材料的折射率的平均值的折射率。
2.一种光发射装置，包括：
预定光学形式，其被提供在安装于基底上的LED元件的表面上，该预定光学形式使得增加从所述LED元件内部取出光的效率；以及
密封材料，其密封所述预定光学形式，
其中所述密封材料具有1.6或者以上的折射率，
所述预定光学形式被形成在通过剥落所述LED元件的衬底而暴露的半导体层的表面中。
3.根据权利要求2的光发射装置，其中：
所述预定光学形式由光透射材料层形成，所述光透射材料层具有不小于所述LED元件的光发射层和密封材料的折射率的平均值的折射率。
4.根据权利要求1或者2的光发射装置，其中：
所述预定光学形式是不平坦表面，该不平坦表面具有台阶形式的部分，所述台阶形式的部分相对于光发射层法线方向的倾斜角度不大于sin-1(n2/n1)，其中n1是LED元件光发射层的折射率，而n2是所述密封材料的折射率。
5.根据权利要求4的光发射装置，其中：
所述预定光学形式是具有垂直的台阶形式的不平坦表面。
6.根据权利要求4的光发射装置，其中：
所述不平坦表面是沟槽被形成在不平坦部分周围的形式。
7.根据权利要求4的光发射装置，其中：
所述台阶形式的部分具有这样的形式：彼此相邻的侧以不同的角度相互接触。
8.根据权利要求7的光发射装置，其中：
所述台阶形式的部分以菱形形式形成。
9.根据权利要求1或者2的光发射装置，其中：
所述预定光学形式是通过组合具有不同形式和不同深度的不平坦形式而形成的。
10.根据权利要求3的光发射装置，其中：
在所述预定光学形式中，所述光透射材料层以如此方式被形成为具有厚度t，使得
t≥W/(2tan(sin-1(n1/n2)))
其中W是所述元件的宽度，n1是所述密封材料的折射率，n2是所述LED元件的折射率。
11.根据权利要求3的光发射装置，其中：
所述光透射材料层具有被切割的部分，其中，所述光透射材料层的角已经被切割，以便提供倾斜表面。
12.根据权利要求3的光发射装置，其中：
相对于所述光发射层的折射率，所述密封材料的折射率范围从0.68至0.85。
13.根据权利要求1、10或者11的光发射装置，其中：
许多锥形表面被形成在所述预定光学形式中。
14.根据权利要求1或者2的光发射装置，其中：
所述密封材料的外部形式以一光学表面形式形成，其中从所述LED元件发射的光以不同于临界角度的角度进入，该临界角度由相对于所述密封材料的折射率比来限定。
15.根据权利要求1或者2的光发射装置，其中：
所述密封材料是光透射材料，其折射率满足
n1·sin45°＜n2
其中n1是所述LED元件的光发射层的折射率，而n2是所述密封材料的折射率。
16.根据权利要求1或者2的光发射装置，其中所述光发射元件倒装在所述基底上。
17.根据权利要求15的光发射装置，其中：
所述密封材料是具有光透射特性的无机材料。
18.根据权利要求17的光发射装置，其中：
所述无机密封材料是玻璃。
19.根据权利要求17或者18的光发射装置，其中：
所述基底是无机材料衬底，其具有与所述密封材料相同的热膨胀系数，其中形成了用于向所述光发射元件供应功率的导电图案。
20.根据权利要求19的光发射装置，其中：
所述导电图案具有在安装了所述光发射元件的侧上的图案、在其后侧上的图案以及用于电连接所述两侧的图案。
21.根据权利要求1或者2的光发射装置，其中：
所述LED元件由基于GaN的半导体制成。
22.根据权利要求21的光发射装置，其中：
所述密封材料具有不小于1.7的折射率。
23.一种光发射元件，包括：
半导体层，其包括光发射层；预定光学形式，其被提供在所述半导体层的一个表面上，该预定光学形式使得增加许从LED元件的内部取出光的效率；以及电极部分，其被提供在半导体层的另一个表面上，
其中所述预定光学形式是具有台阶形式的不平坦表面，所述台阶形式相对于光发射层法线方向的倾斜角度不大于sin-1(n2/n1)，其中n1是LED元件的光发射层的折射率，而n2是所述密封材料的折射率。
24.根据权利要求23的光发射元件，其中：
所述预定光学形式被形成在所述LED元件衬底的表面中，并且
所述衬底具有与所述LED元件光发射层的折射率接近相等的折射率。
25.根据权利要求23的光发射元件，其中：
所述预定光学形式被形成在通过剥落所述LED元件的衬底而暴露的半导体层的表面中。
26.根据权利要求23至25中任何一项的光发射元件，其中：
所述预定光学形式是具有近似竖直的台阶形式的不平坦表面。
27.根据权利要求23至25中任何一项的光发射元件，其中：
所述台阶形式是这样的形式：彼此相邻的侧以不同的角度相互接触。
28.根据权利要求27的光发射元件，其中：
所述台阶形式是菱形形式。
29.根据权利要求23至25中任何一项的光发射元件，其中：
所述预定光学形式是通过组合具有不同形式和不同深度的不平坦形式而形成的。
30.根据权利要求23至25中任何一项的光发射元件，其中：
所述LED元件由基于GaN的半导体制成。
31.根据权利要求30的光发射元件，其中所述密封材料具有不小于1.7的折射率。
32.一种制造光发射装置的方法，包括以下步骤：
提供具有衬底的LED元件；
从所述LED元件剥落所述衬底；
在所述LED元件的表面上形成预定光学形式，所述预定光学形式使得从所述LED元件内部取出光的效率增加；
将所述LED元件安装在基底上；以及
将折射率为1.6或者以上的密封材料热压到所述基底上以便密封所述LED元件。
33.根据权利要求32所述的方法，进一步包括以下步骤：
在所述密封步骤之后，将所述LED元件与所述基底一起分成多个所述光发射装置。
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