发光器件封装的制作方法
【专利摘要】本文公开了一种具有改善的光提取效率的发光器件封装。该发光器件封装包括：衬底，发光器件，设置在该衬底上，以及光传导单元，设置在该发光器件上方，该光传导单元与该发光器件隔开，其中在该发光器件的上表面与该光传导单元之间的距离是0.15mm到0.35mm。
【专利说明】发光器件封装
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求在2013年I月8日于韩国申请的韩国专利申请号10-2013-0002145的优先权，其全部内容通过参考合并于此，如同在本文完整阐述一样。
【技术领域】
[0003]本申请实施例涉及一种发光器件封装。
【背景技术】
[0004]基于对薄膜生长方法和器件材料的研发，使用II1-V族或I1-VI族化合物半导体材料的发光器件(例如发光二极管(LED)或激光二极管(LD))呈现诸如红、绿、蓝和紫外线等多种颜色，通过使用荧光物质或通过进行多种颜色的组合而实现了具有高效率的白光，与诸如荧光灯和白炽灯等传统光源相比，其具有诸如低功耗、半永久性寿命、高反应速度、安全和环境友好等优点。
[0005]这种发光器件的应用范围已被引伸到光通信系统的传送模块、取代冷阴极荧光灯(CCFL)构成诸如液晶显示器(LCD)等显示器件的背光的发光二极管、以及取代荧光灯或白炽灯用作车头灯和交通灯的白光发光二极管发光器件。
[0006]当制造包括发光器件的发光器件封装时，需要通过呈现发光器件产生的光以发射至外部，而不会被发光器件封装中的其他组件局限或吸收，来改善发光器件封装的光提取效率。
【发明内容】
[0007]本申请实施例提供一种具有改善的光提取效率的发光器件封装。
[0008]在一个实施例中，一种发光器件封装包括:衬底；发光器件，设置在该衬底上；以及光传导(light transmission)单元,设置在该发光器件上方,该光传导单元与该发光器件隔开，其中在该发光器件的上表面与光传导单元之间的距离是0.15mm到0.35mm。
[0009]该发光器件封装还可以包括支撑单元，沿着衬底的外周设置在该衬底上，其中该光传导单元由该支撑单元支撑。
[0010]该支撑单元可包括:第一区域，沿与光传导单元平行的第一方向设置；以及第二区域，沿不同于第一方向的第二方向设置，其中该第一区域接触该光传导单元。
[0011]该第一区域可以从第二区域的端部沿第一方向延伸。
[0012]该第一区域可以从该第二区域的中部沿第一方向延伸。
[0013]该光传导单元可以接触第一区域的朝向衬底底面的一侧。
[0014]该发光器件发光的波长范围可以是260nm到405nm。
[0015]该衬底可包括陶瓷材料。
[0016]该发光器件可以被导线接合至该衬底。
[0017]该发光器件封装还可以包括副底座，设置在该衬底与该发光器件之间。【专利附图】
【附图说明】
[0018]下面将参考以下附图对设置和实施例进行具体描述，其中相同的附图标记指代类似的元件，并且其中:
[0019]图1和图2是示出根据第一实施例的发光器件封装的剖视图；
[0020]图3是示出可应用于根据本实施例的发光器件封装的发光器件的示例的剖视图；
[0021]图4是示出可应用于根据本实施例的发光器件封装的发光器件的另一示例的剖视图；
[0022]图5是示出发光器件封装的光输出功率(作为在发光器件的上表面与光传导单元之间的距离的函数)的测试结果的图表；
[0023]图6是根据第二实施例的发光器件封装的剖视图；
[0024]图7是根据第三实施例的发光器件封装的剖视图；
[0025]图8是根据第四实施例的发光器件封装的剖视图；
[0026]图9是根据第五实施例的发光器件封装的剖视图；以及
[0027]图10是根据第六实施例的发光器件封装的剖视图。
[0028]图11是示出包括根据实施例的发光器件封装的车头灯的实施例的视图。
[0029]图12是示出包括根据本实施例的发光器件封装的显示器件的实施例的视图。
【具体实施方式】
[0030]下面，将参照附图对实施例加以描述。
[0031]应当理解，当提到元件位于另一个元件“之上”或“之下”时，它能够直接位于该元件之上/之下，并且也可以有一个或多个插入元件。当提到元件位于“之上”或“之下”时，能够基于该元件而包括“在该元件之下”以及“在该元件之上”。
[0032]在图中，为了便于描述和清楚起见，每一层的厚度或尺寸可以夸大、省略或示意性绘示。另外，每一组成元件的尺寸或面积并不完全反映其实际尺寸。
[0033]图1和图2是示出根据第一实施例的发光器件封装的剖视图。
[0034]参照图1，根据第一实施例的发光器件封装200A包括衬底210、发光器件100和光传导单元230。
[0035]衬底210可包括陶瓷材料。例如，可以对衬底210执行高温共烧陶瓷(cofiredceramic) (HTCC)或低温共烧陶瓷(LTCC)方法。衬底210可包括诸如氮化物或氧化物等绝缘材料，其示例包括 Si02、Six0y、Si3Ny' SiOxNy、Al2O3 或 AlN0
[0036]衬底210可包括单层或多个层。当衬底210包括多个层时，各层的厚度可以相同或不同。当衬底210包括多个层时，各层在制造过程期间可以是彼此不同的单独的层，并且可以在烧制完成之后被整体结合起来。如图2所示是其中衬底210包括多个层的情形的一个示例。如图2所示，是其中衬底210包括多个层210-1至210-6的情形，但构成衬底210的层数可以根据实施例而改变。
[0037]虽然图未示出，但衬底210可以设置有通孔，且该通孔可以是包括导电材料的导电通孔。导电通孔可以被电连接至衬底210的电极图案。
[0038]衬底210可以设置有具有侧壁和底面的空腔212。发光器件100设置在空腔212中。空腔212的侧壁可包括倾斜表面，以向上反射在发光器件100中产生的光并因此而提高光提取效率。
[0039]空腔212的至少部分侧壁和底面可涂覆、电镀或沉积有反射元件(未示出)。
[0040]发光器件100包括使用多个化合物半导体层(例如II1-V族或I1-VI族半导体层)的发光二极管(LED)，而LED可以是发出诸如蓝、绿或红光的彩色LED、白光LED或UV LED。通过改变构成半导体层的材料的类型和浓度，从LED发出的光可以实现改变，而本公开不限于此。当发光器件100是发出UV的UV LED时，其发光波长是260nm到405nm。
[0041]图3是示出可应用于根据本实施例的发光器件封装的发光器件的示例的剖视图。
[0042]参照图3，根据该示例的发光器件100A包括:衬底110 ;发光结构120，设置在该衬底110上且包括第一半导体层122、有源层124和第二半导体层126 ;第一电极150,设置在该第一半导体层122的一侧上；以及第二电极155，设置在第二半导体层126的一侧上。
[0043]根据该示例的发光器件100A可以是横向型(lateral)发光器件。
[0044]该横向型发光器件意指这样的结构，其中第一电极150和第二电极155相对于发光结构120在相同的方向上形成。例如，参照图3,第一电极150和第二电极155在发光结构120的上部方向上形成。[0045]生长衬底110可以由适用于半导体材料生长且具有优良的导热率的材料形成。例如，生长衬底 110 可以是蓝宝石(Al2O3)' SiC, GaAs, GaN, Zn。、S1、GaP、InP, Ge 和 Ga2O3 中的至少一种。出现在生长衬底110表面的杂质可以通过湿洗或等离子体处理而被移除。
[0046]例如，发光结构120可以通过包括金属有机化学气相沉积(M0CVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)、分子束外延(MBE)或氢化物气相外延(HVPE)的方法来形成，但本公开不限于此。
[0047]缓冲层112可以设置在发光结构120与生长衬底110之间。缓冲层112用以减小在发光结构120与生长衬底110的材料之间的晶格失配和热膨胀系数的差异。用于缓冲层112的材料可以是II1-V族化合物半导体或I1-VI族化合物半导体，例如是GaN、InN, AlN,InGaN、InAlGaN和AlInN中的至少一种。可以在低于发光结构120生长温度的温度下生长缓冲层112。
[0048]发光结构120沿远离生长衬底110的方向而包括第一半导体层122、有源层124和第二半导体层126。
[0049]第一半导体层122可以由半导体化合物(例如II1-V族或I1-VI族半导体化合物)形成。另外，第一半导体层122可以掺杂有第一导电类型掺杂剂。当第一半导体层122是η型半导体层时，第一导电类型掺杂剂是η型掺杂剂。η型掺杂剂的示例包括但不限于S1、Ge、Sn、Se、Te等。当第一半导体层122是ρ型半导体层时，第一导电类型掺杂剂是P型掺杂剂。P型掺杂剂的示例包括但不限于Mg、Zn、Ca、Sr、Ba等。
[0050]第一半导体层122可包括具有经验性分子式AlxInyGa(1_x_y)N(0≤X≤1，0≤y≤1，O≤x+y≤I)的半导体材料。第一半导体层122可包括Ga、N、In、Al、As和P中的至少一种元素，并且可以由 GaN、InN、AIN、InGaN, AlGaN、InAlGaN、Al InN、AlGaAs、InGaAs、Al InGaAs、GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP和InP至少之一形成。当发光器件100A是发出UV光的UV发光器件时，第一半导体层122可包括Al。
[0051]非掺杂半导体层114可以设置在生长衬底110与第一半导体层122之间。非掺杂半导体层114用以改善第一半导体层122的结晶性，并由与第一半导体层122相同或不同的材料形成。由于非掺杂半导体层114没有掺杂第一导电类型掺杂剂，所以其导电性低于第一半导体层122。非掺杂半导体层114设置在缓冲层112上以与第一半导体层122接触。在高于缓冲层112生长温度的温度下生长非掺杂半导体层114，非掺杂半导体层114的结晶性好于缓冲层112。
[0052]第二半导体层126由半导体化合物(例如，II1-V族或I1-VI族半导体化合物)形成。另外，第二半导体层126可以掺杂有第二导电类型掺杂剂。当第二半导体层126是ρ型半导体层时，第二导电类型掺杂剂是P型掺杂剂，且P型掺杂剂的示例包括但不限于Mg、Zn、Ca、Sr、Ba等。当第二半导体层126是η型半导体层时，第二导电类型掺杂剂是η型掺杂剂，且η型掺杂剂的示例包括但不限于S1、Ge、Sn、Se和Te。
[0053]第二半导体层126可包括具有经验性分子式AlxInyGa(1_x_y)N(0≤X≤1，0≤y≤1，O≤x+y≤1)的半导体材料。第二半导体层126可包括Ga、N、In、Al、As和P中的至少一种元素，并且由 GaN、InN、AIN、InGaN, AlGaN、InAlGaN、Al InN、AlGaAs、InGaAs、Al InGaAs、GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP和InP至少之一形成。当发光器件100A是发出UV光的UV发光器件时，第二半导体层126可包括Al。
[0054]下文中，将借助于示例来描述其中第一半导体层122是η型半导体层而第二半导体层126是ρ型半导体层的情形。
[0055]可以在第二半导体层126上形成具有与第二导电类型相对的极性的半导体。例如，当第二半导体层126是ρ型半导体层时，在第二半导体126上形成η型半导体层(未示出)。因此，发光结构120可以被实现为η-ρ结、ρ-η结、η-ρ-η结和ρ_η_ρ结结构之一。
[0056]有源层124设置在第一半导体层122与第二半导体层126之间。有源层124的发光能量由有源层(发光层)材料的基于电子和空穴的重新结合的固有能带而确定。当第一半导体层122是η型半导体层而第二半导体层126是ρ型半导体层时，电子从第一半导体层122注入而空穴从第二半导体层126注入。当发光器件100Α是UV LED时，有源层124可以发出波长为约260nm至约405nm的光。
[0057]有源层124可以具有单量子阱结构、多量子阱(MQW)结构、量子线结构和量子点结构至少之一。例如，有源层124可以具有通过注入三甲基镓气体(TMGa)、氨气(NH3)、氮气(N2)、或三甲基铟气体(TMIn)而形成的多量子阱结构。然而，有源层124的材料和结构不限于此。
[0058]当有源层124具有多量子阱(MQW)结构时，有源层124的阱层/势垒层可以具有InGaN/GaN、InGaN/InGaN、GaN/AlGaN、InAlGaN/GaN、GaAs (InGaAs)AlGaAs和 GaP (InGaP)/AlGaP中的至少一对结构，而不限于此。阱层可以由带隙比势垒层小的材料制成。
[0059]应力缓冲层130可以设置在第一半导体层122与有源层124之间。应力缓冲层130减少在第一半导体层122与有源层124之间的晶格失配。应力缓冲层130可以具有超晶格结构，其中多个阱层和多个势垒层交替层叠。应力缓冲层130的阱层/势垒层可以具有InGaN/GaN、InGaN/InGaN、GaN/AlGaN、InAlGaN/GaN、GaAs (InGaAs)AlGaAs和 GaP (InGaP)/AlGaP中的至少一对结构，而不限于此。应力缓冲层130的阱层可以由带隙大于有源层124的材料制成。
[0060]电子阻挡层140可以设置在第二半导体层126与有源层124之间。根据实施例，电子阻挡层140可以设置在第二半导体层126中而相邻于有源层124。电子阻挡层140用作这样的势垒，其防止从第一半导体层122供应的电子由于高迁移率逃逸至有源层124上方的第二半导体层126并导致电流泄漏而无助于发光的现象。电子阻挡层140由能量带隙大于有源层124的材料形成,并由分子式为InxAlyGa (1_x_y)N (O ( x<y<l)的半导体材料形成。电子阻挡层140可以掺杂有第二导电类型掺杂剂。
[0061]通过局部蚀刻第二半导体层126、有源层124和第一半导体层122,发光结构120包括暴露表面S以暴露出第一半导体层122的一部分。第一电极150设置在暴露表面S上。第二电极155设置在第二半导体层126的非暴露部分中。
[0062]第一电极150和第二电极155可以采用包括钥(Mo)、铬(Cr)、镍(Ni)、金(Au)、铝(Al)、钛(Ti)、钼(Pt)、钒(V)、钨(W)、铅(Pd)、铜(Cu)、铑(Rh)和铱(Ir)中至少一种的单层或多层结构。
[0063]在形成第二电极155之前，导电层157可以形成在第二半导体层126上。根据实施例，导电层157部分开口，使得第二半导体层126被暴露且第二半导体层126因此而接触第二电极155。可选地，如图3所示，第二半导体层126经由导电层157被电连接至第二电极 155。
[0064]导电层157改善第二半导体层126的电气性能，并且加强在第二半导体层126与第二电极155之间的电接触,其形成为一层或多个图案。导电层157可以被形成为透光电极层。
[0065]导电层157可选择自光传导导电层和金属，且导电层157的材料示例包括但不限于氧化铟锡(ΙΤ0)、氧化铟锌(ΙΖ0)、铟锌锡氧化物(ΙΖΤ0)、铟铝锌氧化物(ΙΑΖ0)、铟镓锌氧化物(IGZ0)、铟镓锡氧化物(IGT0)、氧化铝锌(ΑΖ0)、氧化锑锡(ΑΤ0)、氧化镓锌(GZO)、IZO氮化物(ΙΖ0Ν)、Al-Ga ZnO (AGZO)、In-Ga ZnO (IGZ0)、Zn。、IrOx、RuOx、NiO, RuOx/1Τ0,Ni/IrOx/Au、或 Ni/Ir0x/Au/IT0、Ag、N1、Cr、T1、Al、Rh、Pd、Ir、Sn、In、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf和其组合。
[0066]图4是示出可应用于根据本实施例的发光器件封装的发光器件的另一示例的剖视图。这里将省略与以上描述相同的特征，并将基于它们之间的不同点来加以描述。
[0067]参照图4，发光器件100B包括:发光结构120，包括第一半导体层122、有源层124和第二半导体层126 ;第一电极150，设置在第一半导体层122的一侧；以及第二电极层160，设置在第二半导体层126的一侧。
[0068]根据示例的发光器件100B可以是垂直型发光器件。
[0069]该垂直型发光器件是这样的结构，其中第一电极150和第二电极层160在发光结构120的不同方向上形成。例如，如图4所示，第一电极150在发光结构120的向上方向上形成，而第二电极层160在发光结构120的向下方向上形成。
[0070]在第一半导体层122中可以设置光提取图案R。光提取图案R可以通过光增强型化学(PEC)蚀刻或使用掩模图案的蚀刻而形成。光提取图案R改善在有源层124中产生的光的外部提取效率，并且可以具有规则图案或被不规则地形成。
[0071]第二电极层160可包括导电层160a和反射层160b至少之一。导电层160a用以改善第二半导体层126的电气性能并接触第二半导体层126。
[0072]导电层160a可以是透明电极层或不透明电极层，且用于形成导电层160a的材料的示例包括但不限于氧化铟锡ατο)、氧化铟锌αζο)、铟锌锡氧化物αζτο)、铟铝锌氧化物(ΙΑΖ0)、铟镓锌氧化物(IGZ0)、铟镓锡氧化物(IGT0)、氧化铝锌(ΑΖ0)、氧化锑锡(ΑΤΟ)、氧化镓锌(GZO)、IZO 氮化物(IZON)、Al-Ga ZnO (AGZO)、In-Ga ZnO (IGZ0)、Zn。、IrOx,RuOx、NiO, RuOx/1 TO, Ni/Ir0x/Au、或 Ni/Ir0x/Au/IT0、Ag、N1、Cr、T1、Al、Rh、Pd、Ir、Sn、In、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf 及其组合。
[0073]反射层160b反射在有源层124中产生的光，并因此而减少发光器件中光衰减的剂量，并改善发光器件的外部量子效率。
[0074]反射层160b可包括Ag、T1、N1、Cr和Cu至少之一,并且可以是AgCu,但用于形成反射层160b的材料不限于此。当反射层160b由欧姆接触第二半导体层126的材料形成时，导电层160a可以不用分开形成。
[0075]发光结构120由支撑衬底170支撑。
[0076]支撑衬底170由具有高导电性和高热导性的材料形成，其例如是具有预定厚度的基础衬底，且由选自以下群组的金属形成，所述群组包括钥(Mo)、硅(Si)、钨(W)、铜(Cu)和铝(Al)、或其合金。另外，支撑衬底170可以可选地包括金(Au)、Cu合金、镍(Ni)、铜-钨(Cu-W)、载体晶片(例如，GaN、S1、Ge、GaAs, ZnO、SiGe, SiC、SiGe 或 Ga2O3)或导电板。
[0077]发光结构120可以通过接合层175而被接合至支撑衬底170。设置在发光结构120下方的第二电极层160和接合层175可以相互接触。
[0078]接合层175包括阻挡金属或接合金属，用于接合层175的材料的示例包括但不限于 T1、Au、Sn、N1、Cr、Ga、In、B1、Cu、Ag、Ta 及其组合。
[0079]接合层175包括邻近发光结构120的反扩散层(未示出)，用以防止用于接合层175的诸如金属等的材料扩散到位于其上的发光结构120中。
[0080]钝化层180可以设置在发光结构120的侧面和上表面的至少一部分中。
[0081]钝化层180由氧化物或氮化物形成，并保护发光结构120。例如，钝化层180可以是诸如氧化硅Si02层、氮化硅层、氮氧化物层或氧化铝层等的非导电材料层，但不限于此。
[0082]虽然未示出，但当钝化层180也设置在发光结构120的上表面上时，光提取图案R可以被形成在钝化层180中。
[0083]参照图1，可以在发光器件100与衬底210之间设置副底座(sub_mount)220。即，发光器件100设置在副底座220上从而被安装在衬底210上。
[0084]副底座220可以是导电衬底或绝缘衬底。用于形成副底座220的材料可以通过考虑热导率和热膨胀系数而确定，可以是具有介于发光器件100与衬底210之间的中等热膨胀系数的材料，且上述材料的示例包括S1、SiC和AlN等。因为发光器件100产生的热量在通过副底座220之后经由衬底210被散至外部，所以副底座220可以由具有良好热导率的材料形成。
[0085]发光器件100可以经由接合层240而被固定在副底座220上。接合层240例如是Ag膏或Au-Sn焊料。
[0086]发光器件100可以通过导线250接合而被电连接至衬底210。虽然未示出，但导线250可以被接合至衬底210上的电极图案。
[0087]光传导单兀230设置在发光器件100上方以与发光器件100分隔开。光传导单兀230可以由透明材料和非反射性(non-refIective)涂层膜形成，以传导发光器件100中产生的光，而不会吸收光，且上述材料的示例包括Si02 (石英，UV石英玻璃)、A1203 (蓝宝石)、LiF、MgF2、CaF2、低铁透明玻璃或B2O3等。光传导单元230保护发光器件100和导线250，根据不同的表面涂层控制基于波长的光透射特性，并因此而改善特定波长的发光效率。当发光器件100是UV LED时，光传导单元230防止发光器件封装200A的有机物质因自发光器件100发出的UV光而导致的损坏或变性(degeneration)。
[0088]在光传导单元230与发光器件100之间的空间可以是真空的，或者可以充有氮气(N2)或合成气体(forming gas)。
[0089]光传导单元230由衬底210直接或间接支撑。光传导单元230被固定至衬底210，使得光传导单元230的一侧被粘附至衬底210，且光传导单元230的固定方法不限于此。
[0090]在发光器件100的上表面与光传导单元230之间的距离D是0.15mm至0.35mm。SP，在发光器件100的发光表面与光传导单兀230之间的距离D是0.15mm至0.35mm。
[0091]在发光器件100的发光表面与光传导单元230之间的距离D应该考虑光提取效率和可加工性(processability)而确定。当距离D小于0.15mm时,用于导线接合的最小裕度(margin)不能得到保证,而当距离D超出0.35mm时,在光传导单元230与发光器件100之间的空间中，可能会由于内部材料或在光传导单元230上的光入射角度可能没有处在最佳范围内而导致光损失，且因为部分在发光器件100中产生的光被支撑光传导单元230的衬底210的边缘C捕获且因此而不会发射至外部，而使得光提取效率恶化。
[0092]图5是示出发光器件封装的光输出功率(作为在发光器件的上表面与光传导单元之间的距离的函数)的测试结果的图表。下表1示出图4的实际值。
[0093]表1
[0094]
【权利要求】
1.一种发光器件封装，包括: 衬底； 发光器件，设置在该衬底上；以及 光传导单元，设置在该发光器件上方，该光传导单元与该发光器件隔开， 其中在该发光器件的上表面与该光传导单元之间的距离是0.15mm到0.35mm。
2.根据权利要求1所述的发光器件封装，还包括支撑单元，沿着该衬底的外周设置在该衬底上， 其中该光传导单元由该支撑单元支撑。
3.根据权利要求2所述的发光器件封装，其中该支撑单元包括:第一区域，沿与该光传导单元平行的第一方向设置；以及第二区域，沿不同于该第一方向的第二方向设置， 其中该第一区域接触该光传导单元。
4.根据权利要求3所述的发光器件封装，其中该第一区域从该第二区域的端部沿该第一方向延伸。
5.根据权利要求3所述的发光器件封装，其中该第一区域从该第二区域的中部沿该第一方向延伸。
6.根据权利要求4所述的发光器件封装，其中该光传导单元接触该第一区域的朝向该衬底底面的一侧。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的发光器件封装，其中该发光器件的发光波长范围为260nm到405nm。
8.根据权利要求1至6中任意一项所述的发光器件封装，其中该衬底包括陶瓷材料。
9.根据权利要求1至6中任意一项所述的发光器件封装，其中该发光器件被导线接合至该衬底。
10.根据权利要求1至6中任意一项所述的发光器件封装，还包括副底座，设置在该衬底与该发光器件之间。
【文档编号】H01L33/48GK103915543SQ201410008737
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年1月8日 优先权日:2013年1月8日
【发明者】金炳穆, 小平洋, 金夏罗, 反田祐一郎, 大关聪司 申请人:Lg 伊诺特有限公司