CN102263176A - 发光器件、发光器件封装以及发光装置*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发光器件、发光器件封装以及发光装置***。发光器件包括：衬底；在衬底上的发光结构，该发光结构包括具有暴露的区域的第一导电半导体层、有源层以及第二导电半导体层；在第一导电半导体层的暴露的区域上的第一电极；以及在第二导电半导体层上的第二电极，其中发光结构的侧面具有从基准平面倾斜的第一倾斜侧面，第一倾斜侧面具有其中第一方向长度大于第二方向长度的凹凸结构，基准平面是垂直于衬底面向发光结构的方向的平面，并且第一方向是第一倾斜侧面的倾斜方向并且第二方向是第一倾斜侧面的横向方向。

Description

发光器件、发光器件封装以及发光装置***
本申请要求2010年5月24日提交的韩国专利申请No.10-2010-0048057的优先权，其内容通过引用整体合并在此。
技术领域
本发明涉及发光器件、发光器件封装以及发光装置。
背景技术
由于薄膜生长技术和材料的发展使得诸如第三至第五族或者第二至第六族化合物半导体材料的发光二极管或者激光二极管的发光器件能够产生诸如红色、蓝色、绿色的各种颜色以及紫外，并且因此通过使用荧光材料或者混合颜色来产生优异的效率的白色，并且其有利之处在于发光器件具有低于诸如荧光灯和白炽灯的当前光源的功率消耗、快速响应速度、以及安全，并且是环保的。
因此，发光器件的应用甚至被扩展到光学通信装置的发射模块、LCD(液晶显示)装置中替代CCFL(冷阴极荧光灯)的背光单元的发光二极管背光单元、白色发光二极管发光装置、汽车头灯以及信号灯。
发明内容
本发明涉及发光器件、发光器件封装以及发光装置。
本发明是为了提供一种发光器件、发光器件封装以及发光装置，其具有改进的电气和光学特性。
在随后的描述中将会部分地阐述本发明的额外的优点和特征，并且部分优点和特征对于已经研究过下面所述的本领域技术人员来说将是显而易见的，或者部分优点或特征将通过本发明的实践来知晓。通过在给出的描述及其权利要求以及附图中部分地指出的结构可以实现并且获得本发明的目的和其它的优点。
发光器件包括：衬底；在衬底上的发光结构，该发光结构包括具有暴露的区域的第一导电半导体层、有源层以及第二导电半导体层；在第一导电半导体层的暴露的区域上的第一电极；以及在第二导电半导体层上的第二电极，其中所述发光结构的一侧具有从基准平面倾斜的第一倾斜侧面，第一倾斜侧面具有其中第一方向长度大于第二方向长度的凹凸结构，基准平面是垂直于衬底面向发光结构的方向的平面，并且所述第一方向是第一倾斜侧面的倾斜方向并且所述第二方向是第一倾斜侧面的表面的横向方向。所述发光器件能够进一步包括在第二导电半导体层上的导电层，并且第二电极能够被布置在导电层上。
第一倾斜侧面能够包括第一导电半导体层、有源层以及第二导电半导体层中的每一个的侧面。并且，所述第一倾斜侧面能够包括第一导电半导体层的侧面。所述第一倾斜侧面能够以5°～85°的角度从基准平面倾斜。
所述发光结构能够包括由于台面蚀刻第二导电半导体层、有源层以及第一导电半导体层的一部分而暴露的第一导电半导体层的区域，并且第一倾斜侧面包括被定位在通过台面蚀刻暴露的第一导电半导体层的上表面和衬底之间的第一导电半导体层的第一部分的侧面。
所述凹凸结构能够包括突出部分和凹陷部分，并且突出部分和凹陷部分中的每一个能够具有大于第二方向长度的第一方向长度。并且，第二方向上的突出部分和凹陷部分中的每一个的截面形状能够包括诸如像正方形、矩形以及三角形的多边形、或者像圆形和椭圆形的曲线形状、或者尖头形状的各种形状。
衬底能够具有从基准平面倾斜的第二倾斜侧面。所述第二倾斜侧面能够具有其中第一方向长度大于第二方向长度的凹凸结构。所述第二倾斜侧面接触匹配到第二倾斜侧面的第一倾斜侧面，并且被设置在同一倾斜面上。所述第一倾斜侧面和匹配到第一倾斜侧面的第二倾斜侧面的凹凸结构能够相互接触并且具有相同的外形。所述第二倾斜侧面能够以5°～85°的角度从基准平面倾斜。所述第一倾斜侧面和第二倾斜侧面能够具有彼此相同的从基准平面的倾斜角。第一倾斜侧面和第二倾斜侧面能够具有彼此不同的相对于基准平面的倾斜角。
通过台面蚀刻形成在第一部分上的台面结构的侧面能够是垂直的，其中所述台面结构能够包括第一导电半导体层的第二部分、有源层以及第二导电半导体层，并且所述第二部分能够是被定位在第一部分上的第一导电半导体层的剩余部分。
将第一倾斜侧面连接到第二倾斜侧面的线从基准平面以5°～85°的角度倾斜。所述发光结构能够具有随着发光结构从第二导电半导体层向第一导电半导体层越多而更大的横截面面积。
发光器件封装包括封装主体；在封装主体上的发光器件；第一电极层和第二电极层，该第一电极层和第二电极层被设置在封装主体上并且被连接到发光器件；以及填充材料，该填充材料包封发光器件，其中所述发光器件能够是根据本发明的优选实施例中的一个的发光器件。
发光器件包括光源，该光源具有位于基板上的用于发射光的多个发光器件封装；外壳，该外壳用于容纳光源；散热单元，该散热单元用于散发来自于光源的热；以及固定器，该固定器用于将光源和散热单元紧固到外壳，其中所述发光器件封装能够是根据本发明的优选实施例中的一个的发光器件封装。
要理解的是，本发明的前面的一般性描述和以下详细描述是示例性的和解释性的并且旨在提供如权利要求书所记载的本发明的进一步解释。
附图说明
被包括以提供本发明的进一步理解并且被并入这里构成本申请的一部分的附图示出本发明的实施例并且与说明一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1示出根据本发明的优选实施例的发光器件的透视图。
图2A～图2G示出用于制造图1中的发光器件的方法的步骤的示意图。
图3示出根据本发明的优选实施例的发光器件封装的截面。
图4示出根据本发明的另一优选实施例的发光器件的透视图。
图5A～图5G示出用于制造图4中的发光器件的方法的步骤的示意图。
图6示出根据本发明的另一优选实施例的发光器件的透视图。
图7A～图7C示出用于制造图6中的发光器件的方法的步骤的透视图。
图8示出根据应用的本发明的优选实施例的具有发光器件封装的发光装置的分解透视图。
图9A示出根据应用的本发明的优选实施例的具有发光器件封装的显示单元的分解透视图。
图9B示出9A中的显示单元的光源部分的截面。
具体实施方式
现在详细地参考本发明的具体实施例，在附图中示出其示例。只要可能，在附图中将会使用相同的附图标记来表示相同或者相似的部件。
要求理解的层(膜)、区域、图案、或者结构形成在基板、层(膜)、区域、焊盘、或者图案“上”或者“下”的实施例的描述，“上”或者“下”意指层(膜)、区域、图案、或者结构直接地或者间接地形成在基板、层(膜)、区域、焊盘、或者图案“上”或者“下”。并且，“上”或者“下”参考附图。
为了描述的清楚或者方便起见，附图中所示的层的厚度或者尺寸被夸大、省略或者示意性地示出。并且，优选地，元件的尺寸没有示出为成比例。
图1示出根据本发明的优选实施例的发光器件的透视图。如图1中所示，发光器件包括衬底100、在衬底100上的发光结构105、导电层150、第一电极170以及第二电极160。
发光结构105包括：第一导电类型半导体层120、有源层130以及第二导电类型半导体层140。例如，发光结构105能够是其中第一导电类型半导体层120、有源层130以及第二导电类型半导体层140连续地堆叠在衬底100上的结构。尽管发光结构105能够由氮化物半导体形成，但是发光结构105的材料不限于此，但是能够由其它的材料形成。
衬底100支撑发光结构105并且能够是蓝宝石衬底、硅Si衬底、氧化锌ZnO衬底、以及氮化物半导体衬底中的任意一个或者其上堆叠有GaN、InGaN、AlInGaN、SiC、GaP、InP、Ga2O3以及GaAs中的至少一个的模板衬底。
第一半导体层120被布置在衬底100上。第一半导体层120能够仅由第一导电类型半导体层构成或者由第一导电类型半导体层和在第一导电类型半导体层下面的未掺杂的半导体层构成。然而，第一半导体层120的构成不限于此。为了提高第一导电类型半导体层的结晶性而形成的未掺杂的半导体层能够与第一导电类型半导体层相同，不同之处在于未掺杂的半导体层具有比第一导电类型半导体层低的导电性，因为未掺杂的半导体不具有其中掺杂的n型掺杂物。
例如，能够存在形成在衬底100和发光结构105之间的第二至第六族元素的化合物半导体的至少一层或者图案，例如，ZnO层、缓冲层(未示出)以及未掺杂的半导体层(未示出)中的至少一个。缓冲层或者未掺杂的半导体层能够由第三至第五族元素的化合物半导体形成，其中缓冲层减少与衬底100的晶格常数差，并且未掺杂的半导体层能够由未掺杂的GaN族半导体形成。
例如，第一导电类型半导体层120能够包括从例如GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN的具有InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的组成式的半导体材料中选择的n型半导体层，并且能够被掺杂有诸如Si、Ge、Sn、Se、Te的n型掺杂物。
有源层130被布置在第一半导体层120上。例如，有源层130能够包括具有InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的组成式的半导体材料，并且能够包括从量子线结构、量子点结构、单量子阱结构、以及多量子阱结构中选择的至少一个。
有源层130能够发射具有在从第一半导体层120和第二导电类型半导体层140提供的空穴和电子的复合的处理中产生的能量的光。有源层130是能够发射不同的波长的光的层，并且本发明不限制有源层130能够发射的波长的范围。
第二导电类型半导体层140被布置在有源层130上。例如，第二导电类型半导体层140能够是从具有InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的组成式的半导体材料选择的p型半导体层，例如，是从GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN中选择的p型半导体层，并且能够被掺杂有诸如Mg、Zn、Ca、Sr、Ba的p型掺杂物。
第一导电类型半导体层120能够包括p型半导体层，并且第二导电类型半导体层140能够包括n型半导体层。而且，包括n型或者p型半导体层的第三导电类型半导体层(未示出)能够形成在第一半导体层120上，使得实施例的发光器件能够具有np、pn、npn以及pnp结结构中的至少一个。第一导电类型半导体层120和第二导电类型半导体层140中的导电类型掺杂物的掺杂浓度可以是或者可以不是均匀的。即，多个半导体层能够具有各种结构，并且本发明不限制结构。
发光结构105能够是其中台面蚀刻第二导电类型半导体层140、有源层130、以及第一导电类型半导体层120的一部分以暴露第一导电类型半导体层120的区域P的结构。
衬底100和发光结构105中的至少一个具有从基准平面以预定的角度倾斜的倾斜侧面142或者144。基准平面能够是衬底100的底表面或者垂直于衬底100面向发光结构105的方向的发光结构105的水平面。
例如，在图1中所示的发光器件中，衬底100和发光结构105分别具有相对于基准面以预定的角度倾斜的倾斜侧面142和144。
发光结构105能够具有从基准平面以第一角度倾斜的第一倾斜侧面142，并且衬底100能够具有从基准平面以第二角度倾斜的第二倾斜侧面144。例如，第一角度和第二角度能够是5°～85°，其能够是相同的，或者彼此不同。第一倾斜侧面142和匹配第一倾斜侧面142的第二倾斜侧面144能够在相同的倾斜面上彼此接触或者相互连接。如图1中所示，因为发光器件具有带有第一倾斜侧面142的发光结构105和具有第二倾斜侧面144的衬底100，所以发光结构105能够具有随着发光结构105从第二导电类型半导体层140向衬底100越多而逐渐地增加的横截面面积。通过后面将要描述的蚀刻能够获得这样的形状。
例如，将发光结构105的第一倾斜侧面142连接到衬底100的第二倾斜侧面144的线与基准平面形成5°～85°的角并且不平行于基准平面。
并且，衬底100、第一导电类型半导体层120、有源层130以及第二导电类型半导体层140的边缘部分被构图为圆形。这是因为在蚀刻中使用的掩模的边缘被构图为圆形，如稍后所述。并且，取决于稍后描述的掩模的形状，诸如多边形、或者尖头形状的凹凸图案180能够分别形成在衬底100、第一导电类型半导体层120、有源层130以及第二导电类型半导体层140的侧面处。
发光结构105的第一倾斜侧面142、衬底100的第二倾斜侧面144中的至少一个具有凹凸图案。凹凸图案能够具有其中倾斜方向长度大于倾斜侧面的横向方向长度的凹凸结构。
例如，第一倾斜侧面142的凹凸图案能够具有其中第一方向长度大于第二方向长度的凹凸结构，并且第二倾斜侧面144的凹凸图案能够具有其中第三方向长度大于第四方向长度的凹凸结构。
第一方向能够是第一倾斜侧面142的倾斜方向111-1，并且第二方向能够是第一倾斜侧面142的横向方向111-2。并且，第三方向能够是第二倾斜侧面144的倾斜方向111-2，并且第四方向能够是第二倾斜侧面144的横向方向112-2。倾斜方向111-1或者112-1能够垂直于横向方向111-2或者112-2。第一倾斜侧面142上的凹凸图案能够接触匹配到第一倾斜侧面142的第二倾斜侧面144的凹凸图案，并且能够具有相同的外形。例如，第一倾斜侧面142上的凹图案能够匹配到第二倾斜侧面144上的凹图案，并且第一倾斜侧面142上的凸图案能够匹配到第二倾斜侧面144上的凸图案。
详细地，凹凸图案180具有突出部分182和凹陷部分184，并且突出部分182和凹陷部分184能够是其中第一方向长度大于第二方向长度的凹凸结构。第二方向上的突出部分182和凹陷部分184的截面形状能够具有诸如像正方形、矩形以及三角形那样的多边形，或者像圆形和椭圆形那样的曲线形状、或者尖头形状的各种形状。
导电层150被布置在第二导电类型半导体层140上。因为导电层150不仅减少全反射，而且具有优异的光透射率，导电层150增加从有源层130发射到第二导电类型半导体层140的光的提取效率。导电层150能够由具有关于光的波长的高透射率的透明氧化物族材料形成。例如，透明氧化物族材料能够是ITO(铟锡氧化物)、TO(Tin氧化物)、IZO(铟锌氧化物)以及ZnO(氧化锌)。
第一电极170能够被布置在由于台面蚀刻发光结构105而暴露的第一导电类型半导体层120的区域P上，并且第二电极160能够被布置在第二导电类型半导体层140上的导电层150上。第一电极170和第二电极160能够是包括从Ti、Al、Al合金、In、Ta、Pd、Co、Ni、Si、Ge、Ag、Ag合金、Au、Hf、Pt、Ru以及Au中选择的至少一个的合金或者材料的单层或者多层。
在将电流施加到图1中的根据本发明的优选实施例的发光器件时，为了将电流提供到第一电极170和第二电极160，空穴+被从第二导电类型半导体层140放出到有源层130，并且电子-被从第一导电类型半导体层120放出到有源层130。通过能级能够产生光以产生以光的模式下的能量作为在电子和空穴的复合处理中产生的能量。如图1中的箭头所示，能够在发光结构105中的层的边界或者蓝宝石衬底100的边界表面处反射向下行进的光，并且光朝着发光器件的前面行进。
通常，因为由于与异质衬底的晶格错配引起的压力导致形成发光结构的氮化物半导体单层的缺陷密度非常高，所以引起发光器件的电气和光学特性差。并且，发光结构的矩形结构使光学提取差，因为在发光结构中发生在临界角内发射的光子的损耗。
然而，实施例的发光器件形成为衬底100和发光结构105分别具有倾斜侧面142和144，其均从基准平面以5°～85°倾斜。根据此，发光器件能够在倾斜侧面143和144处朝着发光器件的前面更多地反射光。并且，设置在倾斜侧面142和144处的凹凸图案180改变光的折射角以增加光学提取效率。特别地，通过在发光结构105的第一导电类型半导体层120、有源层130以及第二导电类型半导体层140的侧面处提供具有其中第一方向长度大于第二方向长度的凹凸结构的凹凸图案180，能够由于光折射角的变化而增强光学提取效率。
图2A～图2G示出用于制造图1中的发光器件的方法的步骤的示意图。如图2A中所示，缓冲层110形成在蓝宝石衬底100上。衬底100能够由蓝宝石Al2O3、GaN、SiC、ZnO、Si、GaP、InP、Ga2O3以及GaAs形成。并且，缓冲层100能够由低温生长的GaN层，或者AlN层生长以减小衬底100和稍后生长的氮化物半导体层之间的热膨胀系数的差和晶格错配。
并且，参考图2B，氮化物半导体的发光结构105堆叠在缓冲层110上。发光结构105能够包括第一导电类型半导体层120、有源层130以及第二导电类型半导体层140。
通过金属有机化学气相沉积MOCVD、化学气相沉积CVD、等离子体增强化学气相沉积PECVD、分子束外延MBE、或者氢化物气相外延HVPE能够形成发光结构105，但是用于形成发光结构105的方法不限于上述。
例如，第一导电类型半导体层120能够包括从具有InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的组成式的半导体材料中选择的n型半导体层，例如，从GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN中选择的n型半导体层，并且能够被掺杂有诸如Si、Ge、Sn、Se、Te的n型掺杂物。
有源层130生长在第一半导体层120上。有源层130具有单或者多量子阱MQW结构，并且能够包括量子线结构、或者量子点结构。
有源层130能够包括具有至少一个周期的第三至第五族元素的化合物半导体材料的阱层和势垒层，诸如InGaN阱层/GaN势垒层、InGaN阱层/AlGaN势垒层以及InGaN阱层/InGaN势垒层。导电类型包覆层能够由GaN族半导体形成并且形成在有源层130上或/和下侧。
然后，第二导电类型半导体层140生长在有源层130上。第二导电类型半导体层140能够包括掺杂有诸如Mg、Zn、Ca、Sr或者Ba的p型掺杂物的具有InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的组成式的氮化物半导体材料。
然后，参考图2C，通过RIE(反应离子蚀刻)从第二导电类型半导体层140到第一导电类型半导体层120的一部分执行台面蚀刻。
即，因为电极不能够形成在诸如蓝宝石衬底的绝缘衬底下面，所以为了确保用于形成第一电极的空间，从第二导电类型半导体层140到第一导电类型半导体层120的一部分执行台面蚀刻。
然后，参考图2D，提供掩模200和210。掩模200和210能够被用于蚀刻衬底100、缓冲层110、以及氮化物半导体。
如果想要在形成具有从衬底垂直地生长的氮化物半导体的发光器件，则通过在氮化物半导体上形成限定想要的尺寸的单元发光器件的光刻胶图案，并且通过使用光刻胶图案作为蚀刻掩模执行垂直干法蚀刻等等，能够分离单元发光器件。
然而，因为实施例要求对氮化物半导体和衬底100进行倾斜向下蚀刻，因此还要求在放置掩模200或者210时考虑掩模的移除之后的发光器件之间的间距。即，掩模200和210的尺寸能够是相同的或者小于这样台面蚀刻的第二导电类型半导体层140。并且，掩模210也被定位在通过台面蚀刻暴露的第一导电类型半导体层120上。
并且，考虑电气和光学特性，掩模200和210能够由氧化硅SiOx、或者氮化硅SiNx、或者透明导电氧化物TCO形成。
并且，尽管第一掩模200具有正方形形状同时在侧面处不具有凹凸图案，但是为了构图发光器件的侧面，第二掩模210能够在侧面处具有构图的形状210或者凹凸图案212。
然后，参考图2E和图2F，第二掩模210被放置在第二导电类型半导体层140上，通过使用第二掩模210作为蚀刻掩模蚀刻第二导电类型半导体层140、有源层130、第一导电类型半导体层120、缓冲层110以及衬底100。
除了以斜面蚀刻发光器件的层之外，由于分离发光器件要求蚀刻，因此蚀刻整个衬底100。
并且，尽管示出第二掩模210的侧面被构图为具有圆角，但是第二掩模210的图案不限于此，而是能够将第二掩模210的侧面构图为具有诸如多边形形状、或者尖头形状的各种凹凸图案。
通过使用第二掩模210蚀刻衬底100和发光结构105，能够使衬底100和发光结构105中的每一个的侧面形成为从衬底100的底表面(或者水平面)以预定的角度倾斜，并且凹凸图案180形成在衬底100和发光结构105中的每一个的侧面处。凹凸图案180具有其中第一方向长度大于第二方向长度的凹凸结构。第一方向和第二方向与图1中的描述相同。
例如，凹凸图案180具有突出部分182和凹陷部分184，并且突出部分182和凹陷部分184能够是其中第一方向长度大于第二方向长度的凹凸结构。第二方向上的突出部分182和凹陷部分184的截面形状能够具有诸如像正方形、矩形以及三角形那样的多边形，或者像圆形和椭圆形那样的曲线形状、或者尖头形状的各种形状。
并且，将蓝宝石衬底100的边缘连接到发光结构105的线与水平面形成5°～85°的角。即，线形成小于直角的角，并且可以不平行于水平面。
并且，如所示的，蚀刻能够是以一定斜度从p型氮化物半导体层140到衬底100连续地执行的干法蚀刻。并且，在图2C中所示的步骤中，在台面蚀刻中移除的部分可以不是倾斜的。
在完成台面蚀刻之后，衬底100、缓冲层110、第一导电类型半导体层120、有源层130以及第二导电类型半导体层140的边缘部分形成并且构图为具有斜度。
在上面的蚀刻中，通过使掩模200和210的尺寸较大，能够仅构图蓝宝石衬底100的边缘部分。这是因为，即使垂直地构图氮化物半导体的边缘，并且以凹凸形状仅构图蓝宝石衬底100的边缘，也能够期待通过折射/反射从有源层130行进到蓝宝石衬底100的光来增强光学提取效率。
然后，参考图2G，导电层150形成在第二导电类型半导体层140上。导电层150能够与参考图1进行的描述相同。然后，第二电极160形成在导电层150上。第二电极160能够由从铬Cr、镍Ni、金Au、铝Al、钛Ti、铂Pt或者上述金属的合金中选择的一个金属形成。并且，第一电极170形成在通过台面蚀刻暴露的第一导电类型半导体层120上。第一电极170能够由与第二电极160相同的材料形成。
通过沉积或者溅射能够形成电极160和170。并且，能够在参考图2E和图2F描述的衬底100和发光结构105的侧面的倾斜构图的步骤之前形成电极160和170。
图3示出根据本发明的优选实施例的发光器件的截面。如图3中所示，发光器件封装包括封装主体320；第一电极层311和第二电极层312，该第一电极层311和第二电极层312被安装到封装主体320；实施例的发光器件300，该发光器件300被安装在封装主体320上并且电连接到第一电极层311和第二电极层312；以及填充材料340，该填充材料340用于包封发光器件300。发光器件300与在前述实施例中描述的发光器件相同。
封装主体320能够由硅、合成树脂、或者金属形成，并且增强光学提取效率，因为在发光器件300周围形成了倾斜表面。
第一电极层311和第二电极层312相互电气地分离，并且将电力提供到发光器件300。并且，第一电极层311和第二电极层312能够通过反射来自于发光器件300的光来增加光学效率，并且能够将来自于发光器件300的热散发到发光器件封装的外部。
发光器件300能够被安装在封装主体320或者第一电极层311或者第二电极层312上。
通过从引线键合、倒装芯片或者贴片中选择的任何一种类型能够将发光器件300连接到第一电极层311和第二电极层312。
填充材料340能够包封发光器件300以保护发光器件300。并且，填充材料340能够包括荧光材料以改变来自于发光器件300的光的波长。
发光器件封装能够具有至少一个或者多个根据在此公开的实施例的发光器件。然而，本发明不限制安装到发光器件封装的发光器件的数目。
并且，发光器件封装的阵列能够位于基板上，并且是光学构件的导光板、棱镜片、扩散片等等能够被布置在发光器件封装的光路径上。发光器件封装、基板以及光学构件能够用作发光单元。作为另一实施例，能够生产显示装置、指示装置、或者发光***，其包括在前述实施例中描述的半导体发光器件或者发光器件封装，并且发光***能够包括灯或者街灯。
图4示出根据本发明的另一优选实施例的发光器件的透视图。图4中所示的第二导电类型半导体层440和有源层430的边缘没有被构图。
发光器件包括：发光结构405，该发光结构405具有衬底400、堆叠在衬底400上的第一导电类型半导体层420、布置在第一导电类型半导体层420上的有源层430以及布置在有源层430上的第二导电类型半导体层440；在第二导电类型半导体层440上的导电层450；在第一导电类型半导体层420上的第一电极470；以及在导电层450上的第二电极460。层的组成等等能够与参考图1描述的实施例相同。
衬底400具有从衬底400的底表面(或者水平面)以第一角度倾斜的第一倾斜侧面442，并且发光结构405的第一导电类型半导体层420具有从衬底400的底表面(或者水平面)以第二角度倾斜的第二倾斜侧面444。发光结构405的第二导电类型半导体层440和有源层430中的每一个的侧面能够相对于衬底400的底表面(或者水平面)垂直。水平面能够是垂直于衬底400面向发光结构405的方向的平面。
第一角度和第二角度能够是相同的，例如，第一角度和第二角度能够是5°～85°。并且，第一倾斜侧面442和第二倾斜侧面444能够在相同的倾斜面上相互接触/连接。
参考图4，发光器件能够具有第二倾斜侧面444，其使得第一导电类型半导体层420的横截面面积随着第一导电类型半导体层420从其上表面朝着衬底400越多而变得越大。
例如，将衬底400的第一倾斜侧面442连接到发光结构405的第二倾斜侧面444的线从衬底400的底表面(或者水平面)形成5°～85°的角。
衬底400的第一倾斜侧面和第一导电类型半导体层420的第二倾斜侧面分别具有凹凸图案480。在本示例中，第一倾斜侧面442和第二倾斜侧面444上的凹凸图案480分别具有其中第一方向长度大于第二方向长度的凹凸结构。第一方向和第二方向与上面的描述相同。
例如，凹凸图案180具有突出部分482和凹陷部分484，并且突出部分482和凹陷部分484能够是其中第一方向长度大于第二方向长度的凹凸结构。第二方向上的突出部分482和凹陷部分484的截面形状能够具有诸如像正方形、矩形以及三角形那样的多边形，或者像圆形和椭圆形那样的曲线形状、或者尖头形状的各种形状。
在将电流施加到图4中的根据本发明的优选实施例的发光器件时，能够通过在电子和空穴的复合处理中产生的能量产生光。从有源层430向下行进的光能够在第一导电类型半导体层420和衬底400的边界处反射，以朝着发光器件的前面行进。
最终，实施例的发光器件能够解决现有技术的发光器件的问题，其中由于与异质衬底的晶格错配引起的压力导致氮化物半导体单晶体的缺陷密度非常高，从而使得发光器件的电气和光学特性差，并且在发光器件中，在临界角内发射的光子丢失。
因为实施例的发光器件形成为衬底400和第一导电类型半导体层420分别具有从水平面以5°～85°倾斜的倾斜侧面，因此发光器件能够在倾斜侧面处朝着发光器件的前面更多地反射光，并且，倾斜侧面442和444处的凹凸图案480能够改变光的折射角以增加光学提取效率。特别地，第一导电类型半导体层420和衬底400的构图的侧面能够由于光折射角的改变而增加光学提取效率。
图5A～图5G示出用于制造图4中的发光器件的方法的步骤的示意图。
因为图5A～图5C中示出的步骤与参考图2A～图2C的描述相同，因此将会省略在图5A～图5C中示出的步骤的描述。并且，尽管图5D中示出的掩模500和510的形状与图2D中示出的掩模相同，但是为了不蚀刻有源层430和第二导电类型半导体层440的边缘，第一掩模500和第二掩模510的面积能够分别大于有源层430和第二导电半导体层440的面积并且小于第一导电类型半导体层420的面积。
然后，参考图5E和图5F，第二掩模510被放置在第二导电类型半导体层440上。第二掩模510能够被定位在通过台面蚀刻暴露的第一导电类型半导体层420区域上。通过使用第二掩模510蚀刻第一导电类型半导体层420。缓冲层410和衬底400能够与第一导电类型半导体层420一起进行蚀刻。
通过使用第二掩模510蚀刻衬底400和发光结构405，第一导电类型半导体层420的侧面和衬底400的侧面从基准平面以某一角度(例如，5°～85°)倾斜地形成，并且凹凸图案480形成在衬底400和第一导电类型半导体层420的侧面上。凹凸图案480具有其中第一方向长度大于第二方向长度的凹凸结构。图5F中示出的凹凸图案480与参考图4的描述相同。
尽管层的边缘蚀刻步骤与参考图2E和图2F的描述相同，但是在实施例中，由于掩模510的尺寸使得没有蚀刻第二导电类型半导体层440和有源层430。
然后，参考图5G，导电层450形成在第二导电类型半导体层440上。然后，第二电极460形成在导电层450上，并且第一电极470形成在通过台面蚀刻暴露的第一导电类型半导体层420上。电极460和470的材料和形成方法与上述实施例相同。
图6示出根据本发明的另一优选实施例的发光器件的透视图。如图6中所示，发光器件包括衬底610、发光结构605、导电层650、第一电极660以及第二电极670。
发光结构605被布置在衬底610上，并且包括第一导电类型半导体层620、有源层630以及第二导电类型半导体层640。由于台面蚀刻第二导电类型半导体层640、有源层630以及第一导电类型半导体层620的一部分使得发光结构605暴露第一导电类型半导体层620的区域。
衬底610和第一导电类型半导体层620的第一部分612分别具有从基准平面601倾斜角度θ的倾斜侧面。
例如，第一导电类型半导体层620的第一部分612具有从基准平面601以第一角度(例如，5°～85°)倾斜的第一倾斜侧面622。第一导电类型半导体层620的第一部分612是被定位在通过台面蚀刻暴露的第一导电类型半导体层620的上表面和衬底610之间的第一导电类型半导体层620的一部分。
并且，衬底610具有从基准平面601以第二角度(例如，5°～85°)倾斜的第二倾斜侧面624。基准平面601能够是垂直于衬底面向发光结构605的方向的发光结构605的水平表面或者衬底601的底表面。并且，第一角度和第二角度能够是5°～85°，并且可以相同或者可以不相同。第一倾斜侧面622和第二倾斜侧面624能够相互接触并且被定位在相同的倾斜面上。
尽管通过台面蚀刻形成的台面结构614的侧面能够是垂直的，但是台面结构614的侧面不限于此，而是能够是具有相对于基准平面601的斜度的倾斜表面。台面结构614包括第一导电类型半导体层620的第二部分613、有源层630以及第二导电类型半导体层640。第一导电类型半导体层620的第二部分613是被定位在第一部分612上的第一导电类型半导体层620的余下部分。
第一倾斜侧面622和第二倾斜侧面624分别具有凹凸图案680。凹凸图案680能够形成在第一倾斜侧面622和第二倾斜侧面624的表面中的至少一个处并且能够是其中倾斜方向长度大于倾斜侧面的横向方向长度的凹凸结构。
例如，第一倾斜侧面622的凹凸图案能够具有其中第一方向长度大于第二方向长度的凹凸结构，并且第二倾斜侧面624的凹凸图案能够具有其中第三方向长度大于第四方向长度的凹凸结构。第一方向能够是第一倾斜侧面622的倾斜方向111-1，并且第二方向能够是第一倾斜侧面622的横向方向111-2。并且，第三方向能够是第二倾斜侧面624的倾斜方向112-1，并且第四方向能够是第二倾斜侧面624的横向方向112-2。倾斜方向111-1或者112-1能够垂直于横向方向111-2或者112-2。第一倾斜侧面622上的凹凸图案能够接触匹配到第一倾斜侧面622的第二倾斜侧面624的凹凸图案，并且能够具有相同的外形。
详细地，凹凸图案680具有突出部分682和凹陷部分684，并且突出部分682和凹陷部分684能够是其中倾斜方向长度大于横向方向长度的凹凸结构。第二方向上的突出部分682和凹陷部分684的截面形状能够具有诸如像正方形、矩形以及三角形那样的多边形，或者像圆形和椭圆形那样的曲线形状、或者尖头形状的各种形状。
实施例的发光器件能够增强光学提取效率，因为第一导电类型半导体层612的第一部分612和衬底610的侧面分别从基准平面601以5°～85°倾斜，因此使得由于倾斜侧面442和444能够朝着前面反射更多的光，从而能够朝着发光器件的前面反射更多的光，并且被设置在倾斜侧面642和644处的凹凸图案680改变光的折射角。
图7A～图7C示出用于制造图6中的发光器件的方法的步骤的透视图。
参考图7A，发光结构605形成在蓝宝石衬底610上，其包括第一导电类型半导体层620、有源层630、第二导电类型半导体层640，并且暴露第一导电类型半导体层620的区域。为了减少晶格常数差，缓冲层(未示出)可以形成在衬底610和第一导电类型半导体层620之间。
例如，第一导电类型半导体层620、有源层630以及第二导电类型半导体层640连续地形成在衬底610上。然后，通过RIE(反应离子蚀刻)从第二导电类型半导体层640到第一导电类型半导体层620的一部分执行台面蚀刻，以暴露第一导电类型半导体层620的该部分。
然后，参考图7B，掩模710被放置在发光结构605上，并且通过使用掩模710作为蚀刻掩模来蚀刻通过台面蚀刻暴露的第一导电类型半导体层620的边缘部分和下面的衬底610。
能够考虑要分离的发光器件的形状来确定掩模710的形状。例如，掩模710能够是正方形的，并且能够在其侧面处具有凹凸图案。
通过使用掩模710蚀刻第一导电类型半导体层620的暴露的边缘部分和下面的衬底100，使得其侧面倾斜。
然后，参考图7C，通过使用掩模710蚀刻通过台面蚀刻暴露的第一导电类型半导体层620的边缘部分和下面的衬底610，第一导电类型半导体层620的第一部分612的侧面和下面的衬底610的侧面能够形成为从基准平面601以某一角度(例如，5°～85°)倾斜，并且倾斜侧面能够分别具有形成在其上的凹凸图案680。凹凸图案680具有其中倾斜方向长度大于横向方向长度的凹凸结构。因为蚀刻在台面结构614的侧面处被遮挡，所以台面结构的侧面能够是垂直的。因为第一导电类型半导体层620的第一部分612、基准平面601、台面结构614、倾斜方向以及横向方向与参考图6的描述相同，因此将会省略其描述。
图8示出根据应用了本发明的优选实施例的具有发光器件封装的发光装置***的分解透视图。如图8中所示，发光装置***包括光源750，该光源750用于投射光；外壳700，该外壳700用于容纳光源750；散热单元740，该散热单元740用于发散来自光源750的热；和固定器760，用于将光源750和散热单元740紧固到外壳700。
外壳700包括插座紧固部分710，用于将外壳700紧固到电气插座(未示出)；和主体部分730，该主体部分730连接到插座紧固部分以容纳光源750。主体部分730能够具有使空气从其通过的空气流动开口720。
外壳700的主体部分730具有多个空气流动开口720。空气流动开口720可以使单个的或者是多个的并且被放射状地布置，如附图中所示。除此之外，空气流动开口720的布置能够改变。
并且，光源750具有设置在基板754上的多个发光器件封装752。基板754能够具有能够被放置在外壳700的开口中的形状，并且能够由具有高的导热性的材料形成以将热传输到散热单元740。
并且，固定器700被布置在光源的下面，其包括框架和另外的空气流动开口。尽管未示出，但是光学构件能够被设置到光源750的下侧以使来自于光源750的发光器件封装752的光发散、散射、或者会聚。实施例的发光装置使用具有改进的发光效率的发光器件封装，以提高发光装置的发光效率。
图9A示出根据应用了本发明的优选实施例的具有发光器件封装的显示单元的分解透视图，并且图9B示出图9A中的显示单元的光源部分的截面。
参考图9A和图9B，显示单元包括背光单元和液晶显示面板860、顶盖870以及紧固构件850。
背光单元包括底盖810、在底盖810的内部的一侧上的发光模块880、被布置在底盖810的前面上的反射板820、用于朝着显示装置的前面引导来自于发光模块880的光的被布置在反射板820的前面上的导光板830、以及被布置在导光板830的前面的光学构件840。液晶显示面板860被布置在光学构件840的前面，顶盖870被设置到液晶显示面板860的前面，紧固构件850被布置在底盖810和顶盖870之间并且与底盖810和顶盖870紧固在一起。
导光板830用于引导来自于发光模块880的光以将其发射为表面光源，在导光板830的后面的反射板820使来自于发光模块880的光朝着导光板830反射以提高光效率。然而，反射板820能够被设置为单独的元件，如附图中所示，或者被设置为被施加于导光板830的后面或者底盖810的前面的高反射率材料的涂层。反射板820能够由具有高反射率的并且能够非常薄的材料形成，所述材料诸如是聚对苯二甲酸乙二酯PET。
并且，导光板830散射来自于发光模块830的光以将光均匀地分布到液晶显示面板860的屏幕的整个区域。因此，导光板830由具有好的折射率和透射率的材料形成，所述材料诸如是聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚碳酸酯PC、或者聚乙烯PE。
并且，在导光板830上的光学构件840使来自于导光板830的光以预定的角度分散。光学构件840均匀地使导光板830引导的光朝着液晶显示面板860行进。
光学构件840能够是诸如扩散片、棱镜片、或者保护片或者微透镜阵列的光学片的选择性堆叠。能够使用多个光学片，并且光学片能够由丙烯酸树脂、聚亚安酯树脂、或者诸如矽酮树脂的透明树脂形成。并且，棱镜片能够包含荧光片。
液晶显示面板860能够被设置到光学构件840的前面。显然的是，替代液晶显示面板860，能够将要求光源的其它种类的显示装置设置到光学构件840的前面。
反射板820被放置在底盖810上，并且导光板830被放置在反射板820上。根据此，反射板820能够直接地接触散热构件(未示出)。发光模块880包括发光器件封装882和印刷电路板881。发光器件封装882被安装在印刷电路板881上。发光器件封装882能够是图3中所示的实施例。
印刷电路板881能够被结合到托架812。托架812能够由具有高的导热性的材料形成，以除了紧固发光器件封装882之外还用于散热，并且尽管未示出，但是热垫(heat pad)能够被设置在托架812和发光器件封装882之间以实现容易的热传输。并且，如所示的，托架812具有“L”形状使得通过底盖810来支撑横向部分812a并且印刷电路板881被紧固到纵向部分812b。
如所描述的，本发明的发光器件能够改进光学和电气特性。
对本领域的技术人员来说显然的是，在没有脱离本发明的精神和范围的情况下能够在本发明中进行各种修改和变化。因此，本发明旨在覆盖落入随附的权利要求和它们的等效物的范围内的本发明的修改和变化。

Claims (20)

1.一种发光器件，包括：
衬底；
在所述衬底上的发光结构，所述发光结构包括具有暴露的区域的第一导电半导体层、有源层以及第二导电半导体层；
在所述第一导电半导体层的暴露的区域上的第一电极；以及
在所述第二导电半导体层上的第二电极，
其中所述发光结构的侧面包括从基准平面倾斜的第一倾斜侧面，所述第一倾斜侧面包括其中第一方向长度大于第二方向长度的凹凸结构，所述基准平面是垂直于所述衬底面向所述发光结构的方向的平面，并且所述第一方向是所述第一倾斜侧面的倾斜方向并且所述第二方向是所述第一倾斜侧面的横向方向。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第一倾斜侧面包括所述第一导电半导体层、所述有源层以及所述第二导电半导体层中的每一个的侧面。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第一倾斜侧面包括所述第一导电半导体层的侧面。
4.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述发光结构包括由于台面蚀刻所述第二导电半导体层、所述有源层以及所述第一导电半导体层的一部分而暴露的所述第一导电半导体层的区域，并且
所述第一倾斜侧面包括被定位在通过台面蚀刻暴露的所述第一导电半导体层的上表面和所述衬底之间的所述第一导电半导体层的第一部分的侧面。
5.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第一倾斜侧面从所述基准平面以5°～85°的角度倾斜。
6.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述凹凸结构包括突出部分和凹陷部分，并且所述突出部分和凹陷部分中的每一个具有大于所述第二方向长度的第一方向长度。
7.根据权利要求6所述的发光器件，其中所述第二方向上的所述突出部分和所述凹陷部分中的每一个的截面形状包括正方形、矩形以及三角形，或者像圆形和椭圆形那样的曲线形状，或者尖头形状。
8.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述衬底具有从所述基准平面倾斜的第二倾斜侧面。
9.根据权利要求8所述的发光器件，其中所述第二倾斜侧面具有其中第三方向长度大于第四方向长度的凹凸结构，其中所述第三方向是所述第二倾斜侧面的倾斜方向，并且所述第四方向是所述第二倾斜侧面的横向方向。
10.根据权利要求9所述的发光器件，其中所述第二倾斜侧面接触匹配到所述第二倾斜侧面的所述第一倾斜侧面，并且被设置在相同的倾斜面上。
11.根据权利要求9所述的发光器件，其中所述第一倾斜侧面和匹配到第一倾斜侧面的所述第二倾斜侧面的凹凸结构相互接触并且具有相同的外形。
12.根据权利要求8所述的发光器件，其中所述第二倾斜侧面从所述基准平面以5°～85°的角度倾斜。
13.根据权利要求8所述的发光器件，其中所述第一倾斜侧面和所述第二倾斜侧面相对于所述基准平面具有彼此相同的倾斜角。
14.根据权利要求8所述的发光器件，其中所述第一倾斜侧面和所述第二倾斜侧面相对于所述基准平面具有彼此不同的倾斜角。
15.根据权利要求4所述的发光器件，其中通过台面蚀刻形成在所述第一部分上的台面结构的侧面是垂直的，其中所述台面结构包括所述第一导电半导体层的第二部分、所述有源层以及所述第二导电半导体层，并且所述第二部分是被定位在所述第一部分上的所述第一导电半导体层的剩余部分。
16.根据权利要求1所述的发光器件，进一步包括在所述第二导电半导体层上的导电层，并且所述第二电极被布置在所述导电层上。
17.根据权利要求9所述的发光器件，其中将所述第一倾斜侧面连接到所述第二倾斜侧面的线从所述基准平面以5°～85°的角度倾斜。
18.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述发光结构能够具有随着所述发光结构从所述第二导电半导体层向所述第一导电半导体层越多而变得越大的横截面面积。
19.一种发光器件封装，包括：
封装主体；
在所述封装主体上的发光器件；
第一电极层和第二电极层，所述第一电极层和第二电极层被设置在所述封装主体上并且被连接到所述发光器件；以及
填充材料，所述填充材料包封所述发光器件，
其中所述发光器件包括：
衬底；
在所述衬底上的发光结构，所述发光结构包括具有暴露的区域的第一导电半导体层、有源层以及第二导电半导体层；
在所述第一导电半导体层的暴露的区域上的第一电极；以及
在所述第二导电半导体层上的第二电极，
其中所述发光结构的侧面具有从基准平面倾斜的第一倾斜侧面，所述第一倾斜侧面包括具有其中第一方向长度大于第二方向长度的凹凸结构，所述基准平面是垂直于所述衬底面向所述发光结构的方向的平面，并且所述第一方向是所述第一倾斜侧面的倾斜方向和所述第二方向是所述第一倾斜侧面的横向方向。
20.一种发光装置***，包括：
光源，所述光源具有位于基板上的用于发射光的多个发光器件封装；
外壳，所述外壳用于容纳所述光源；
散热单元，所述散热单元用于散发来自于所述光源的热；以及
固定器，所述固定器用于将所述光源和所述散热单元紧固到所述外壳，
其中所述发光器件封装包括：
封装主体；
在所述封装主体上的发光器件；
第一电极层和第二电极层，所述第一电极层和第二电极层被设置在所述封装主体上并且连接到所述发光器件；以及
填充材料，所述填充材料包封所述发光器件，
其中所述发光器件包括：
衬底；
在所述衬底上的发光结构，所述发光结构包括具有暴露的区域的第一导电半导体层、有源层以及第二导电半导体层；
在所述第一导电半导体层的暴露的区域上的第一电极；以及
在所述第二导电半导体层上的第二电极，
其中所述发光结构的侧面包括从基准平面倾斜的第一倾斜侧面，所述第一倾斜侧面包括具有其中第一方向长度大于第二方向长度的凹凸结构，所述基准平面是垂直于所述衬底面向所述发光结构的方向的平面，并且所述第一方向是所述第一倾斜侧面的倾斜方向和所述第二方向是所述第一倾斜侧面的横向方向。
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