专利名称：发光器件、发光器件封装、以及照明系统的制作方法
技术领域：
本公开涉及发光器件、发光器件封装、以及照明系统。
背景技术：
发光二极管(LED)被频繁地用作发光器件。LED是将电流转换为光的半导体发光器件。从该种LED发射的光的波长根据在制造LED中使用的半导体材料而变化。这是因 为被发射的光的波长根据表现价带电子和导带电子之间的能量差的半导体材料的带隙而变化。LED的亮度已经被逐渐地增加使得LED被用作用于显示器、汽车、以及照明的光 源，并且能够通过使用荧光体或者组合各种颜色的LED来实现以优秀的效率发射白光的 LED。
发明内容
实施例提供发光器件、发光器件封装、以及照明系统。实施例还提供具有改善的光提取效率的发光器件、发光器件封装、以及照明系统。根据一个实施例的发光器件，包括衬底，该衬底在C面上具有突出 (protrusions)，并且以六边形结构构造其单位晶胞(unit cell)；半导体层，该半导体层被 形成在衬底上，其中，在所述突出的侧面处形成空的空间，并且以六边形结构来构造其单位 晶胞；以及发光结构层，该发光结构层包括被形成在半导体层上的第一导电半导体层、第二 导电半导体层、以及被形成在第一导电半导体层和第二导电半导体层之间的有源层，其中， 所述衬底的A面和所述半导体层的A面形成大于0度的角，并且所述突出包括R面。根据另一实施例的发光器件，包括封装主体；封装主体上的第一电极和第二电 极，该第一电极和第二电极被相互电气地分离；封装主体上的发光器件，该发光器件被电气 地连接到第一电极和第二电极；以及成型构件，该成型构件包围封装主体上的发光器件，其 中，该发光器件包括衬底，该衬底在C面上具有突出，并且以六边形结构来构造其单位晶 胞；半导体层，该半导体层被形成在衬底上，其中在突出的侧面处形成空的空间，并且以六 边形结构来构造其单位晶胞；以及发光结构层，该发光结构层包括被形成在半导体层上的 第一导电半导体层、第二导电半导体层、以及被形成在的第一导电半导体层和第二导电半 导体层之间的有源层，其中，衬底的A面和半导体层的A面形成大于0度的角，并且所述突 出包括R面。根据又一实施例的使用发光器件作为光源的照明系统包括发光模块，该发光模块包括一个或者多个发光器件，其中，该发光器件包括衬底，该衬底在C面上具有突出，并 且以六边形结构来构造其单位晶胞；半导体层，该半导体层被形成在衬底上，其中在突出的 侧面处形成空的空间，并且以六边形结构来构造其单位晶胞；以及发光结构层，该发光结构 层包括被形成在半导体层上的第一导电半导体层、第二导电半导体层、以及被形成在第一 导电半导体层和第二导电半导体层之间的有源层，其中，该衬底的A面和半导体层的A面形 成大于0度的角，并且所述突出包括R面。在附图和下面的描述中阐述一个或者多个实施例的详情。从描述和附图，以及从 权利要求中，其它的特征将是显而易见的。
图1是描述蓝宝石的晶体结构的视图。图2是示出作为III-V族氮化物化合物半导体的GaN的单位晶胞的视图。图3是示出在蓝宝石衬底的C面中的原子排列的视图。图4是描述在蓝宝石衬底的C面中的原子排列，和GaN的原子排列的视图。图5是示出突出已经被形成并且GaN层已经被生长在蓝宝石衬底的C面上的视 图。图6是描述被形成在蓝宝石衬底的C面上的突出的一侧中的空的空间的光学显微 镜的照片。图7和图8是描述根据实施例的发光器件、和制造发光器件的方法的视图。图9是描述在其中安装根据实施例的发光器件的发光器件封装的视图。图10是示出根据实施例的包括发光器件或者发光器件封装的背光单元的视图。图11是根据实施例的包括发光器件或者发光器件封装的照明单元的透视图。
具体实施例方式现在详细地参考本公开的实施例，在附图中示出其示例。将会参考附图详细地描述根据实施例的发光器件。然而，可以以不同的形式体现 本发明，并且不应将本发明解释为受限于在此提出的实施例；而是，通过添加、替代、以及更 改能够容易地推论出被包括在其它的溯源发明(retrogressive invention)中或者属于本 公开的精神和范围内的可替代的实施例，并且其将会使本发明的概念完全地传达给本领域 的技术人员。在实施例的描述中，将会理解的是，当层(或者膜)、区域、图案或者衬底被称为在 衬底“上/上面/上方/上部”或者“下面/下方/下部”时，在衬底“上/上面/上方/上 部”和在衬底“下面/下方/下部”包括能够直接地形成在衬底上的各层(或者膜)、区域、 焊盘、或者图案，以及能够间接地被形成在另一层(膜)、另一区域、另一焊盘、或者另一图 案下面的各层(或者膜)、区域、焊盘、或者图案，其中，可以存在一个或者多个中间层。因 此，应根据本公开的精神来判断其意义。为了方便或清楚起见，附图中的每个层的厚度和尺寸已经被夸大、省略、或大概地 示出。另外，各个组件的尺寸没有完全反映其真实尺寸。在下文中，通过参考附图详细地描述根据实施例的发光器件和发光器件封装。
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图1是描述蓝宝石的晶体结构的视图。蓝宝石单位晶胞20具有六边形结构。在图1中公开了蓝宝石单位晶胞20的A平 面22、C平面24、M平面26、以及R平面28的方向和位置。A平面22垂直于C平面24，并 且M平面沈形成蓝宝石单位晶胞20的侧面。R平面28相对于C平面M而倾斜到57. 6度 的角。蓝宝石晶胞20具有在相同的平面上相互交叉而形成120度的角的al轴、a2轴、以 及a3轴，以及垂直于该平面的c轴。图2是示出是III-V族氮化物化合物半导体的GaN的单位晶胞的视图。GaN单位晶胞30具有六边形结构，并且包括形成GaN单位晶胞30的侧面的M平面 36、形成顶侧和底侧的C面的C平面34、以及垂直于C平面34的A平面32。当在此蓝宝石的C面上生长GaN时，以相对于蓝宝石的晶格排列使得GaN的晶格 排列倾斜30度的角的方式来生长GaN。即，当切割在其中在垂直于C面的方向中已经生长 GaN的蓝宝石时，如果蓝宝石的A平面32被暴露，那么蓝宝石上的GaN的M平面36被暴露。 蓝宝石的A面平行于GaN的M面。图3是示出被排列在蓝宝石衬底的C面中的原子的视图，并且图4是描述被排列 在蓝宝石衬底的C面中的原子，和GaN的原子排列的视图。在图3和图4中示出被形成在蓝宝石衬底200的C面上的蓝宝石的原子排列210， 并且在图4中示出被形成在蓝宝石衬底200的C面上的GaN的原子排列310。因为( 原子被定位使得当在蓝宝石衬底200的C面上生长GaN层时很少出现晶 格失配，所以通过将GaN的原子排列310相对于蓝宝石的原子排列210扭动(twist)形成 30度的角来生长GaN层，如图4中所示。当在蓝宝石衬底200的C面上生长GaN层时，在C面方向中生长GaN层。然而，GaN 层的A面对应于C面蓝宝石衬底200的M面的方式生长，并且GaN层的M面对应于C面蓝 宝石衬底200的A面的方式来生长。此外，GaN层的A面和蓝宝石衬底200的A面形成大于0度的角。例如，蓝宝石衬 底200的A面和GaN层的A面可以形成30度的角。图5是示出突出已经被形成并且GaN层已经被生长在蓝宝石衬底的C面上的视 图，并且图6是描述被形成在蓝宝石衬底的C面上的突出的一侧中的空的空间的光学显微 镜的照片。蓝宝石衬底200的C面被选择性地移除，使得一个或者多个突出220被形成在蓝 宝石衬底的C面上，并且GaN层300被生长使得空的空间230被形成在突出的一侧中。以近似于圆平面的形状来形成突出220，如图5的左放大图中所示，并且以包括R 面的近似于半球状的剖面形状来形成突出220，如图5的右放大图中所示。突出220可以包 括R面，使得可以更加有效地形成空的空间230。S卩，R面的平面可以被形成在突出200的 最高侧和最低侧之间。当在如图5的左放大图中所示的具有近似于圆形平面形的蓝宝石衬底200的C面 上生长GaN层300时，在从A面到C面的方向中生长GaN层300，并且主要在如图5的左放 大图中的箭头所示的具有半偏振的、从M面到R平面的方向中进行生长。此外，当在具有如图5的右放大图中所示的近似于半球形的横剖面形状的蓝宝石 衬底200的C面上生长GaN层300时，在从突出220的R面到其A面的方向中生长GaN层300，并且主要在如图5的右放大图中的箭头所示的C平面蓝宝石衬底200中的C面的方向 中进行生长。因为被生长在蓝宝石衬底200的C面上的GaN层300和被生长在突出220上的 GaN层300根据生长方向而发生生长速率的变化，所以空的空间230被形成在突出220的M 面相遇的六个部分的侧面中，如图5和图6中所示。蓝宝石衬底200的C面具有大约1. 7的折射率，并且空的空间230具有大约1的 折射率。因此，穿过在其中形成空的空间230的区域的光被散射(scatter)，同时其被反射 并且通过空的空间230的折射率和蓝宝石衬底200的C面的折射率而进行折射。因此，通 过在蓝宝石衬底200的C面中形成空的空间230，能够提高光提取效率。图7和图8是描述根据实施例的发光器件、制造发光器件的方法的视图。参考图7，通过制备蓝宝石衬底200的C面并且蚀刻蓝宝石衬底200的C面的顶侧 来形成一个或者多个突出220，从而选择性地移除蓝宝石衬底200的C面的顶侧。可以以图 5中描述的形状来形成突出220。未掺杂的半导体层320和包括第一导电半导体层330、有源层340、以及第二导电 半导体层350的发光结构层360被形成在其中形成突出220的蓝宝石衬底200的C面上。例如，未掺杂的半导体层320可以被形成为未掺杂的GaN层。当在其中形成突出220的蓝宝石衬底200的C面上形成诸如未掺杂的半导体层 320的GaN基半导体层时，空的空间230被形成在如图5中所描述的突出220的一侧中。此外，在没有形成未掺杂的半导体层320的情况下，GaN层可以被形成在蓝宝石衬 底200的C面上，或者在其中注入了第一导电杂质的诸如GaN层的第一导电半导体层330 可以被直接地生长。而且在此情况下，空的空间230被形成在突出220的一侧中。发光结构层360可以包括III族至V族元素的多个化合物半导体层。例如，发光 结构层360可以包括第一导电半导体层330、被形成在第一导电半导体层330上的有源层 340、以及被形成在有源层340上的第二导电半导体层350。例如，第一导电半导体层330可以包括η型半导体层，其中，根据从InMGaN、GaN、 AlGaN, AlInN, InGaN, A1N、以及 hN 中选择的具有 Μ/Ιγ^ι^ΜΟ 彡 χ 彡 1，0 彡 y 彡 1， O ^ x+y ^ 1)的组成式的半导体材料可以形成η型半导体层，并且其中包括Si、Ge以及Sn 的η型杂质可以被掺杂在η型半导体层上。第一导电半导体层330可以被形成在单层或者 多层中，并且第一导电半导体层330不限于此。有源层340被形成在第一导电半导体层330下面，并且可以包括单量子阱结构、多 量子阱结构、量子点结构、或者量子线结构。根据具有hxAlyGai_x_yN(0 ^x^LO^y^l, 0 ^ x+y ^ 1)的组成式的半导体材料可以形成有源层340。当有源层340以多量子阱结构 来形成时，通过搁置多个阱层和多个势垒层可以形成有源层340。例如，InGaN阱层和GaN 势垒层可以被周期性地搁置以形成有源层340。可以形成在有源层340的顶部和/或底部上，通过掺杂η型或者ρ型掺杂物而形 成的包覆层(在附图中未示出)，并且可以将包覆层(在附图中未示出)体现为AKiaN层或 者 MiUGaN 层。例如，第二导电半导体层350被形成在有源层340下面，并且可以被体现为ρ型 半导体层，其中，根据从IniUGaN、GaN, AlGaN, InGaN, AlInN, A1N、以及hN中选择的具有
6InxAlyGa1-x-yN(0≤χ≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的组成式的半导体材料可以形成ρ型 半导体层，并且其中包括Mg、Zn、Ca、Sr、以及Ba的ρ型掺杂物可以被掺杂在ρ型半导体层上。第二导电半导体层350可以以单层或者多层来形成，并且第二导电半导体层350 不限于此。另一方面，第一导电半导体层330可以包括ρ型半导体层，并且第二导电半导体层 350可以包括不同于上述发光结构层360的发光结构层360中的η型半导体层。此外，包括 η型或者ρ型半导体层的第三导电半导体层(在附图中未示出)可以被形成在第二导电半 导体层350上。因此，发光结构层360可以具有ηρ、ρη、ηρη、以及ρηρ结结构中的一个或者 多个。此外，可以以均勻的或者不均勻的掺杂浓度来形成第一导电半导体层330和第二导 电半导体层350内的导电掺杂物。即，可以以不同的结构来构造发光结构层360，并且发光 结构层360不限于此。参考图8，发光结构层360被选择性地移除，使得第一导电半导体层330被部分地 暴露在向上方向中。然后第一电极单元170被形成在第一导电半导体层330上，并且第二 电极单元180被形成在第二导电半导体层350上。因此，可以制造根据实施例的发光器件。在前述的发光器件中，随着电源被施加到第一电极单元170和第二电极单元180， 从有源层340产生光，并且从有源层340产生的一部分光在蓝宝石衬底200的C面的方向 中前进，使得在空的空间230中反射、折射、并且散射所述一部分光。因此，被散射的光被更 加有效地提取到发光器件的外部，从而能够提高发光器件的光效率。图9是描述其中根据实施例的发光器件被安装的发光器件封装的视图。参考图9，根据实施例的发光器件封装包括封装主体600 ；第一电极610和第二 电极620，该第一电极610和第二电极620被安装在封装主体600上；发光器件100，该发光 器件100被安装在封装主体600上，并且被电气地连接到第一电极610和第二电极620 ；以 及成型构件500，该成型构件500包围发光器件100。封装主体600可以由从硅、合成树脂、或者金属选择的材料形成，并且倾斜平面可 以被形成在发光器件100周围。第一电极610和第二电极620相互电分离，并且给发光器件100提供电力。此夕卜， 第一电极610和第二电极620可以通过反射从发光器件100产生的光来增加光效率，或者 可以将从发光器件100产生的热散发到外部。发光器件100可以被安装在封装体600上，或者在第一电极610和第二电极620上。发光器件100可以通过布线400而被电气地连接到第一电极610和第二电极620。成型构件500可以通过包围发光器件100来保护发光器件100。此外，成型构件 500包括荧光体，以改变从发光器件100发射的光的波长。根据实施例的多个发光器件封装可以被排列在板上。此外，诸如导光板、棱镜片、 扩散片、以及荧光片的光学构件可以被布置在从发光器件封装发射的光的路径上。该种发 光器件封装、板、以及光学构件可以用作背光单元或者照明单元。例如，照明系统可以包括 背光单元、照明单元、指示单元、灯、以及街灯等。图10是示出根据实施例的包括发光器件或者发光器件封装的背光单元的视图，其中，图10的背光单元1100是照明系统的示例，并且背光单元不限于此。参考图10，背光单元1100包括底框1140、布置在底框1140内的导光构件1120、 以及布置在导光构件1120的底部和侧面中的至少一个上的发光模块1110。另外，反射片 1130被布置在导光构件1120的下面。尽管可以根据诸如金属或者树脂的材料来形成，并且可以以顶部开口的盒形形状 来形成底框1140，从而使得导光构件1120、背光单元1100、以及反射片1130可以被容纳在 底框1140中，但是底框1140不限于此。发光模块1110可以包括板300和安装在板300上的根据实施例的多个发光器件 封装200。多个发光器件封装200能够将光提供给导光构件1120。如图10中所示，发光模块1110可以被布置在底框1140的至少一个内侧，并且因 此能够朝着导光板1120的至少一侧提供光。发光模块1110被布置在底框1140的下面，以朝着导光构件1120的底部提供光， 并且因为能够根据背光单元1100的设计来对发光模块1110的布置进行不同修改，所以发 光模块1110的布置不限于此。导光构件1120可以被布置在底框1140内。导光构件1120能够在使从发光模块 1110提供的光进行表面光源转换之后，将光导向显示面板(在附图中未示出)。例如，导光构件1120可以是导光板(LGP)。可以从诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 的丙烯酸基树脂、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、环烯烃共聚物(COC)、以及聚 萘二甲酸乙二脂(PEN)树脂中选择的一个来形成导光板。光学片1150可以被布置在导光构件1120的顶部。光学片1150的示例可以包括扩散片、聚光片、亮度增强片、或荧光片中至少一种。 例如，通过搁置扩散片、聚光片、亮度增强片、以及荧光片可以形成光学片1150。在这样的情 况下，扩散片均勻地扩散从发光模块1110发射的光，并且能够通过聚光片将扩散的光聚集 在显示面板(在附图中未示出)上。从聚光片输出的光是任意偏振的光，其中，亮度增强片 能够增加从聚光片发射的光的偏振的程度。例如，聚光片可以包括水平的和/或竖直的棱 镜片。此外，亮度增强片可以是双亮度增强膜。此外，荧光片可以是包括荧光体的透射膜或 者透射板。反射板1130能够被布置在导光构件1120的下面。反射板1130能够将通过导光 构件1120的底部发射的光朝着导光构件1120的出光表面反射。尽管可以从诸如PET、PC、以及PVC的树脂中形成反射板1130，但是反射片1130的 树脂不限于此。图11是根据实施例的包括发光器件或者发光器件封装的照明单元的透视图，其 中，图11中的照明单元1200是照明系统的示例，并且照明系统不限于此。参考图11，照明单元1200可以包括壳体1210、安装在壳体1210中的发光模块 1230、以及安装在壳体1210上以从外部电源接收电力的连接端子1220。优选地，壳体1210是由具有好的散热性能的材料形成，并且壳体1210可以是由诸 如金属和树脂的材料形成。发光模块1230可以包括板300，和安装在板300上的根据实施例的一个或者多个 发光器件封装200。
板300可以是在其上印刷有电路图案的绝缘体，并且板300的示例可以包括普通 的印刷电路板(PCB)、金属核PCB、柔性的PCB、以及陶瓷PCB。此外，板300可以是由有效地反射光的材料形成，或者可以以包括白色或者银色 的颜色形成，从而使得具有这些颜色的板300的表面能够有效的进行反射。根据实施例的一个或者多个发光器件封装200可以被安装在板300上。每个发光 器件封装200可以包括根据实施例的一个或者多个发光器件，并且发光器件可以是发光二 极管(LED)。发光二极管可以包括发射诸如红、绿、蓝、以及白色的彩色光的彩色发光二极 管，以及发射紫外线的UV发光二极管。可以布置发光模块1230，使得发光模块1230具有各种发光二极管的组合，以获得 色感和亮度。例如，白光发光二极管、红光发光二极管、以及绿光发光二极管的组合可以被 布置在发光模块1230中，以确保高的显色指数(CRI)。此外，荧光片可以被附加地布置在从 发光模块1230发射的光的前进路径中，并且荧光片更改从发光模块1230发射的光的波长。 如果从发光模块1230发射的光具有蓝光的波长带，那么荧光片可以包括黄荧光体，并且从 发光模块1230发射的光在经过荧光片之后可以被最终地显示为白光。连接端子1220电气地连接至发光模块1230，使得连接端子1220能够将电力提供 给发光模块1230。尽管连接端子1220是被旋转并且被插入到外部电源从而使得连接端子 被耦合到电源的插座型连接端子，但是连接端子1220不限于此。例如，可以以插头的形式 形成连接端子1220，以使得连接端子1220可以被插入在外部电源中，或者可以通过布线而 将其连接到外部电源。前述的照明系统能够通过在从发光模块发射的光的前进路径中布置导光构件、扩 散片、聚光片、亮度增强片、以及荧光片中的一个或者多个来获得所想要的光学效应。如上所述，根据实施例的照明系统能够通过包括根据实施例的发光器件或者发光 器件封装来处理优秀的光特性。在本说明书中对于“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等的引用意味着结 合实施例描述的特定特征、结构、或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书 中，在各处出现的这类短语不必都表示相同的实施例。此外，当结合任何实施例描述特定特 征、结构、或特性时，都认为结合实施例中的其它实施例来实现这样的特征、结构或特性也 是本领域技术人员所能够想到的。虽然已经参照本发明的多个示例性实施例描述了实施例，但是应该理解，本领域 的技术人员可以设计出将落入本发明原理的精神和范围内的多个其它修改和实施例。更加 具体地，在本说明书、附图和所附权利要求的范围内的主题的组合布置的组成部件和/或 布置中，各种变化和修改都是可能性。除了组成部件和/或布置中的变化和修改之外，对于 本领域的技术人员来说，替代使用也将是显而易见的。
权利要求
1.一种发光器件，包括衬底，所述衬底在C面上具有突出，并且以六边形结构来构造所述衬底的单位晶胞；半导体层，所述半导体层被形成在所述衬底上，其中，在所述突出的侧面中形成空的空 间，并且以六边形结构来构造所述半导体层的单位晶胞；以及发光结构层，所述发光结构层包括被形成在所述半导体层上的第一导电半导体层、第 二导电半导体层、以及被形成在所述第一导电半导体层和所述第二导电半导体层之间的有 源层，其中，所述衬底的A面和所述半导体层的A面形成大于0度的角，并且所述突出包括 R面。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其中，以半球形状来形成所述突出。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述空的空间被形成在所述突出的侧面上 的多个部分中。
4.根据权利要求3所述的发光器件，其中，所述空的空间被形成在所述突出的侧面上 的六个部分中。
5.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述空的空间被形成在所述突出的M面相互 相遇的部分中。
6.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述半导体层是未掺杂的GaN层。
7.根据权利要求1所述的发光器件，其中，由所述半导体层和所述突出的侧面来包围 所述空的空间。
8.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述衬底的A面平行于所述半导体层的M
9.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述衬底是蓝宝石衬底。
10.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述衬底的A面和所述半导体的A面形成 30度的角。
11.一种发光器件封装，包括 封装主体；所述封装主体上的第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极被相互电气地分1 ；根据权利要求1至权利要求10中的任何一项所述的发光器件，其中，所述发光器件被 电气地连接到所述封装主体上的所述第一电极和第二电极；以及 成型构件，所述成型构件包围所述封装主体上的所述发光器件。
12.一种使用发光器件作为光源的照明系统，所述照明系统包括发光模块，所述发光模 块包括根据权利要求1至权利要求10中的任何一项所述的一个或者多个发光器件。
全文摘要
本发明涉及发光器件、发光器件封装、以及照明系统。提供一种根据一个实施例的发光器件，包括衬底，该衬底在C面上具有突出，并且以六边形结构来构造其单位晶胞；半导体层，该半导体层被形成在衬底上，其中，在突出的侧面中形成空的空间，并且以六边形结构来构造其单位晶胞；以及发光结构层，该发光结构层包括被形成在半导体层上的第一导电半导体层、第二导电半导体层、以及被形成在第一导电半导体层和第二导电半导体层之间的有源层，其中，衬底的A面和半导体层的A面形成大于0度的角，并且突出包括R面。
文档编号H01L33/20GK102148302SQ20111003628
公开日2011年8月10日 申请日期2011年2月1日 优先权日2010年2月4日
发明者姜大成 申请人:Lg伊诺特有限公司