CN102088057A - 发光装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
实施方式提供了一种发光装置和一种用于制造该发光装置的方法，其中，发光装置包括：第一传导性半导体层；有源层，该有源层形成在第一传导性半导体层上；第二传导性半导体层，该第二传导性半导体层形成在有源层上；以及磷光体层，该磷光体层形成在第二传导性半导体层上；其中，磷光体层包括具有多个空腔的磷光体接收构件和固定在空腔中的磷光体颗粒。
Description
本申请要求2009年11月12日提交的韩国专利申请No.10-2009-0109369的优先权，该韩国专利申请通过引用而将其整体包含在本文中。
技术领域
实施方式涉及一种发光装置以及一种用于制造该发光装置的方法。
背景技术
发光装置(LED)是将电流转化为光的半导体发光装置。最近，由于LED的亮度的逐渐增加，作为显示光源、汽车光源以及照明光源的发光装置的使用一直在增加。
最近，已经开发一种高功率发光芯片，该高功率发光芯片可用于通过产生短波长光例如蓝光或绿光而实现全彩。为此，具有各种颜色的发光二极管可以有效地组合，并且可以通过吸收一部分从发光芯片输出的光以及将输出与所述光的波长不同的波长的磷光体施加在发光芯片上，可以实现发射白光的发光二极管。
发明内容
实施方式提供了一种发光装置和一种用于制造该发光装置的方法，其可以容易地且精确地控制磷光体在发光装置上的分布位置和分布程度，并且防止在加工时磷光体材料的浪费。
根据实施方式的一个方面，提供了一种发光装置和一种用于制造该发光装置的方法，其可以提高发光装置芯片的表面上的光效率，并且可以除去阻碍全反射的空气层。
根据本发明的示例性实施方式的发光装置包括：第一传导性半导体层；有源层，该有源层形成在第一传导性半导体层上；第二传导性半导体层，该第二传导性半导体层形成在有源层上；以及磷光体层，该磷光体层形成在第二传导性半导体层上；其中，磷光体层包括具有多个空腔的磷光体接收构件和固定在空腔中的磷光体颗粒。
根据本发明的另一个示例性实施方式的制造发光装置的方法包括：在基板上形成第一传导性半导体层；在第一传导性半导体层上形成有源层；在有源层上形成第二传导性半导体层；在第二传导性半导体层上形成具有多个空腔的磷光体接收构件；以及通过将磷光体颗粒固定在磷光体接收构件的多个空腔中而形成磷光体层。
根据实施方式，提供了发光装置和用于制造该发光装置的方法，其可以容易地且精确地控制磷光体在发光装置上的分布位置和分布程度，并且防止在加工时磷光体材料的浪费。
此外，根据实施方式的一个方面，提供了发光装置和用于制造该发光装置的方法，其具有在发光装置芯片的表面上的提高的光效率，并且可以除去阻碍全反射的空气层。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施方式的发光装置的立体图；
图2至图4是根据本发明的实施方式的制造发光装置的视图；
图5A至5H是示出根据本发明的实施方式的发光装置的磷光体颗粒的示例性视图；图6是示出根据本发明的其它实施方式的发光装置的立体图；以及
图7是根据本发明的其它实施方式的制造发光装置的视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述根据实施方式的发光装置和制造该发光装置的方法。对于实施方式的描述，在描述成“在基板、每一层(薄膜)、部分、垫或图案上”或“在基板、每一层(薄膜)、部分、垫或图案下”形成每一层(薄膜)、部分、图案或结构的情况下，“在...上”或“在...下”包括所有“直接”或“间接”形成的物体。此外，将基于附图描述关于“在每一层上”或“在每一层下”的标准。为描述方便起见或为了明确描述，在附图中，粗略地、夸大地或简要地示出每一层的厚度或尺寸。此外，每个元件的尺寸不完全反应真实尺寸。
图1是示出根据本发明的实施方式的发光装置的立体图。
如图1所示，发光装置100包括：基板110；第一传导性半导体层120，第一传导性半导体层120形成在基板110上；有源层130，有源层130形成在第一传导性半导体层120上；第二传导性半导体层140，第二传导性半导体层140形成在有源层130上；以及磷光体层150，磷光体层150形成在第二传导性半导体层140上。
基板100可以包括Al2O3、SiC、Si、GaAs、GaN、ZnO、GaP、InP以及Ge中的至少一个，并且可以具有传导特性。此外，通过在外延生长之后除去基板，基板100也可以应用于竖直芯片。在这种情况下，物理研磨、激光剥离(LLO)、化学湿法蚀刻等可以除去基板。
第一传导性半导体层120可以是n型半导体层，该n型半导体层具有掺杂有第一传导性掺杂剂的至少一个层。第一传导性半导体层120可以由GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、InGaAs、Al1nGaAs、GaP、AlGaP、InGaP、AlInGaP和InP中的至少一个形成。当将第一传导性半导体层120设置成电子注入层时，第一传导性掺杂剂可以包括n型掺杂剂，例如Si、Ge、Sn、Se和Te。然后，第一传导性掺杂剂可以用作电极接触层。
有源层130形成为在第一传导性半导体层120上的单量子阱或多量子阱(MQW)结构。有源层130可以发射彩色光(例如：蓝、绿、红等)或紫外线光。有源层130可以由InGaN/GaN、AlGaN/GaN或InAlGaN/GaN、GaAs/AlGaAs(InGaAs)、GaP/AlGaP(InGaP)等形成，并且可以根据形成阱层或势垒层的材料的带隙能量来调节所发射的光的波长。例如，在发射波长为460～470nm的蓝光的情况下，可以将InGaN阱层/GaN势垒层形成为一个周期。
第二传导性半导体层140可以实现为在有源层130上的掺杂有第二传导性掺杂剂的p型半导体。第二传导性半导体层140可以包括化合物半导体--例如GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、InGaAs、AlInGaAs、GaP、AlGaP、InGaP、AlInGaP、InP等--中的任何一个。p型掺杂剂--例如镁、锌、钙、锶、钡等--可以添加到第二传导性半导体层140。
磷光体层150可以形成在第二传导性半导体层140上。磷光体层150可以形成为均匀分布的且固定的磷光体，该磷光体是颗粒。磷光体层150包括磷光体接收构件152和固定在空腔155中的磷光体颗粒200，该磷光体接收构件152具有多个用于固定磷光体的空腔155。
磷光体颗粒200具有与空腔155的形状相对应的形状，并且可以注入并固定在磷光体接收构件152的空腔155中，从而形成磷光体层150。因此，磷光体可以均匀分布，并且可以通过在形成空腔155时形成光子晶体类型来提高发光效率。此外，通过将磷光体层150形成为重叠在第二传导性半导体层140的发光部分中，具有如下效果：除去了具有不同折射率的空气层，并且可减少全反射，从而可以使颜色分布变窄。根据本发明的实施方式，从有源层130发射的光穿过第二传导性半导体层140和磷光体层150发射到外面。因此，从有源层130发射的光可以在磷光体层中转化成具有不同波长的光，并且作为具有固定颜色的白光类型或彩色光发射，使得可以通过磷光体层150的光子晶体形状来提高光提取效率。
同时，上述的描述说明何时将具有量子阱的有源层130安置在第一传导性半导体层120和第二传导性半导体层140之间，该第一传导性半导体层120形成为基本上由GaN基材料制成的n型GaN和电子注入层，该第二传导性半导体层140形成为p型GaN，该p型GaN是空穴注入层。然而，通过将第一传导性半导体层形成为p型半导体并将第二传导性半导体层形成为n型半导体，可以改变层的顺序。
图2至图4是示出根据本发明的实施方式制造发光装置的视图，并且示出制造磷光体层150。
如图2所示，将磷光体320的混合液注射在类似于磷光体颗粒200的形状的模具中以形成磷光体颗粒200。
模具300中的磷光体颗粒200的形状是凹部310，使得模具接收磷光体320的混合液。根据要形成的磷光体颗粒200的形状，凹部310可以形成为类球形、多边形、锥形、截顶金字塔形、长方体形以及圆柱形等。此外，根据磷光体颗粒200的尺寸，凹部310可以形成为从几微米到至少1毫米的各种尺寸。在这种情况下，根据磷光体颗粒200的形状，模具300可构造成一种类型以通过彼此配合来完成磷光体颗粒200的形状。
通过混合磷光体和树脂可以制成磷光体320的混合液。各种R.G.B.磷光体--例如硅酸盐系列、硫化物系列、石榴石系列、氮化物系列、钇、铝等--可以选择性地应用于混合磷光体。形成磷光体的混合液的树脂是一种可被混合或可被硬化的材料，可以采用各种材料例如硅树脂或透明环氧树脂等。可以将固定溶剂添加到磷光体和树脂的混合液中以控制粘度。
图3示出了磷光体颗粒200的分离。
通过将磷光体320的混合液填充到模具300的凹部310中、然后进行硬化，来形成根据凹部形状的磷光体颗粒200。
通过将硬化的磷光体颗粒200从模具300分离，可以获得具有规则形状的磷光体颗粒200。因此，通过仅在需要磷光体320的混合液时制备磷光体320的混合液并且将其填充到凹部310中来形成磷光体颗粒200，可以防止磷光体在使用之前泄漏和硬化。
图4示出了制造发光装置的磷光体层150的方法。
在第二传导性半导体层140上形成具有多个用于固定磷光体颗粒200的空腔的磷光体接收构件152。通过将磷光体颗粒200施加在具有空腔155的磷光体接收构件152中并且进行硬化，而将磷光体层150形成在第二传导性半导体层140上。接收在空腔155中的磷光体颗粒200可以使用树脂固定，或通过硬化处理进行固定。在这种情况下，在施加于磷光体接收构件152中的磷光体颗粒200当中，在已经接收在空腔155中之后残留的磷光体颗粒200可以重新使用，使得可以防止磷光体材料的浪费。
通过利用光刻胶的反应离子蚀刻(RIE)、纳米印刷、胶带粘接法等，可以使用形成在磷光体接收构件152中的空腔155。在这种情况下，空腔155的形状可以形成为与磷光体颗粒200的形状相匹配，并且通过控制排列方式、排列间距等，可以调节发光装置的发光特性。通过将磷光体颗粒200施加在具有空腔155的磷光体接收构件152中，磷光体颗粒200被接收在空腔155中。通过将磷光体颗粒200中的一个插到空腔155中的每一个中，可以均匀分布光。然而，还可能根据磷光体颗粒200的尺寸或形状以及空腔155，一个空腔接收多于一个磷光体颗粒200。
图5是示出根据本发明的实施方式的发光装置的磷光体颗粒的示例性视图。
通过改变磷光体颗粒200的尺寸和形状，可以调节发光装置100的色度、发光特性以及发光效率。因此，根据施加的磷光体的特性、发光装置100的设计要求等，可以施加具有各种尺寸和形状的磷光体颗粒200。
图5A示出了磷光体颗粒，其中，其横截面是等边三角形，图5B示出了具有正六面体形状的磷光体。图5C示出了磷光体颗粒，其中，其横截面是八面体，并且图5D示出了磷光体颗粒，其中，其横截面是菱形。图5E示出了磷光体颗粒，其中，其横截面是梯形，并且图5F示出了磷光体颗粒，其中，其横截面是圆柱形。图5G示出了磷光体颗粒，其中，其横截面是直角三角形，并且图5H示出了磷光体颗粒，其中，其横截面是平行四边形。
如图5A至5H所示，磷光体颗粒可以形成为各种多边形--例如多面体、角、柱等，并且将不限制于此--并且可以使用具有各种形状--例如规则的截顶金字塔形、球形等--的磷光体颗粒。
图6是示出根据本发明的另一个实施方式的发光装置的立体图。
发光装置包括：金属层510；第一传导性半导体层520，第一传导性半导体层520形成在金属层510上；有源层530，有源层530形成在第一传导性半导体层520上；第二传导性半导体层540，第二传导性半导体层540形成在有源层530上；以及磷光体层550，磷光体层550形成在第二传导性半导体层540上。
金属层510可以由Al、Ag、Pd、Rh、Pt等中的至少一个和其合金制成。
第一传导性半导体层520可以实现为在金属层510上的掺杂有第一传导性掺杂剂的p型半导体层。第二传导性半导体层540可以由化合物半导体--例如GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、InGaAs、AlInGaAs、GaP、AlGaP、InGaP、AlInGaP、InP等--中的任何一个制成。
第二传导性掺杂剂可以包括p型掺杂剂，例如镁、锌、钙、锶、钡等。
有源层530形成为在第一传导性半导体层520上的单量子阱或多量子阱(MQW)结构。有源层530可以发射彩色光(例如：蓝、绿、红等)或紫外线光。形成有源层530可以使用InGaN/GaN、AlGaN/GaN或InAlGaN/GaN、GaAs/AlGaAs(InGaAs)、GaP/AlGaP(InGaP)等，并且可以根据形成阱层或势垒层的材料的带隙能量来调节发射的光的波长。例如，在发射波长为460～470nm的蓝光的情况下，可以将InGaN阱层/GaN势垒层形成为一个周期。
第二传导性半导体层540可以实现为在有源层530上的、掺杂有第二传导性掺杂剂的n型半导体。第一传导性半导体层520可以由化合物半导体--例如GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、InGaAs、AlInGaAs、GaP、AlGaP、InGaP、AlInGaP、InP等--中的任何一个制成。
当将第一传导性半导体层520设置成电子注入层时，第一传导性掺杂剂可以包括n型掺杂剂，例如硅、锗、锡、硒、碲。
磷光体层550可以形成在第二传导性半导体层540上。
磷光体层550可以形成为均匀分布的且固定的磷光体，该磷光体是颗粒。多个空腔555形成在第二传导性半导体层540上用于固定磷光体。磷光体颗粒250具有与空腔555的形状相对应的形状，并且通过***和固定在空腔555中而形成磷光体层550。
图7是根据本发明的另一个实施方式的制造发光装置500的阶段视图，并且示出图6的磷光体层550的形成阶段。
如图7所示，在第二传导性半导体层540上形成具有多个其横截面为八边形的空腔555的磷光体接收构件552。通过利用反应离子蚀刻、湿法蚀刻、纳米印刷等，可以以一致的间隔形成具有八边形横截面的空腔555。
磷光体颗粒250是具有八边形横截面的磷光体颗粒，并且可以设置成硬化型树脂和磷光体。
通过将磷光体颗粒250施加于具有空腔555的磷光体接收构件552，每个空腔555接收磷光体颗粒250。在这种情况下，没有接收在空腔中的残留的磷光体颗粒可以收集起来并且可以重新使用。
当将磷光体颗粒250***空腔555时，通过利用树脂来固定或使其本身硬化，磷光体层550可以形成在第二传导性半导体层540上。
根据上述的实施方式，可以控制磷光体颗粒的尺寸和排列间距，使得可以容易且精确地控制色度，并且可以使颜色分布变窄。此外，通过利用磷光体的磷光体颗粒250的形状，可以防止在加工时浪费磷光体材料。并且，通过在形成空腔155时形成光子晶体类型，可以提高发光效率。
如上述实施方式中提到的特征、结构、效果等包括在本发明的至少一个实施方式中，并且将不限制于此。此外，本领域普通技术人员可以组合并且修改示出在本发明的每一个实施方式中的特征、结构、效果等。因此，应当理解与组合和修改相关的内容包括在本发明的范围中。
此外，实施方式如上所述，但是实施方式只是示例，并且不限制于此。如果人们具有关于现有技术领域的技术，那么在本发明的实质范围内，他们可以修改和应用。例如，可以修改和执行实施方式中描述的每一个元件。并且，应当理解与修改和应用相关的不同之处包括在如附加权利要求中限定的本发明的范围内。
Claims (15)
1.一种发光装置，包括：
第一传导性半导体层；
有源层，所述有源层形成在所述第一传导性半导体层上；
第二传导性半导体层，所述第二传导性半导体层形成在所述有源层上；以及
磷光体层，所述磷光体层形成在所述第二传导性半导体层上，其中，所述磷光体层包括多个空腔和多个磷光体颗粒，并且，所述多个磷光体颗粒中的每一个安置在所述多个空腔中的对应的一个中。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述多个空腔和所述多个磷光体颗粒由相同的磷光体材料形成。
3.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述磷光体层直接形成在所述第二传导性半导体层上。
4.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述多个磷光体颗粒中的每一个固定在所述多个空腔中的对应的一个中。
5.根据权利要求4所述的发光装置，其中，所述多个磷光体颗粒用树脂材料覆盖。
6.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述多个空腔中的每一个和所述多个磷光体颗粒中的每一个是球形的。
7.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述多个空腔安置成彼此相距一致的距离。
8.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述多个空腔中的每一个的宽度大于10微米。
9.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述多个磷光体颗粒中的每一个和所述多个空腔中的每一个形成为类球形、多边形、锥形、截顶金字塔形、长方体形以及圆柱形中的一个。
10.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述多个磷光体颗粒包括磷光体材料和树脂。
11.一种制造发光装置的方法，包括：
在基板上形成第一传导性半导体层；
在所述第一传导性半导体层上形成有源层；
在所述有源层上形成第二传导性半导体层；以及
在所述第二传导性半导体层上形成磷光体层，其中，所述磷光体层包括多个空腔和多个磷光体颗粒，并且，所述多个磷光体颗粒中的每一个安置在所述多个空腔中的对应的一个中。
12.根据权利要求11所述的制造发光装置的方法，其中，形成所述磷光体层包括：
将所述多个磷光体颗粒中的每一个固定在所述多个空腔中的对应的一个中。
13.根据权利要求12所述的制造发光装置的方法，其中，形成所述磷光体层还包括：
用树脂材料覆盖所述多个磷光体颗粒。
14.根据权利要求11所述的制造发光装置的方法，其中，形成所述磷光体层包括：
利用反应离子蚀刻、湿法蚀刻、纳米印刷以及胶带粘接法中的至少一种形成所述多个空腔。
15.根据权利要求11所述的制造发光装置的方法，还包括形成所述多个磷光体颗粒，并且其中，形成所述多个磷光体颗粒包括：
混合磷光体和树脂；
将磷光体和树脂的混合物注入到模具中以形成所述多个磷光体颗粒，所述多个磷光体颗粒中的每一个都具有期望的形状；
允许所述模具中的所述磷光体和树脂的混合物硬化；以及
将硬化的磷光体颗粒从所述模具中分离。
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