红光发光器件和照明系统的制作方法
【专利摘要】提供了一种红光发光器件以及照明系统。另外本申请还公开了制作发光器件的方法以及发光器件封装。红光发光器件包括：第一导电型第一半导体层；有源层，设置在第一导电型第一半导体层上并且包括量子阱和量子势垒；第二导电型第二半导体层，位于有源层上；第二导电型第三半导体层，位于第二导电型第二半导体层上；第二导电型第四半导体层，位于第二导电型第三半导体层上；以及第二导电型第五半导体层，位于第二导电型第四半导体层上。第二导电型第三半导体层和第二导电型第四半导体层包括基于AlGaInP的半导体层，第二导电型第四半导体层的Al成分低于第二导电型第三半导体层的Al成分。根据本申请，能够克服EQE下降。
【专利说明】
红光发光器件和照明系统
技术领域
[0001] 实施例涉及一种红光发光器件、制造发光器件的方法、发光器件封装以及照明系 统。
【背景技术】
[0002] 发光二极管(LED)包括具有将电能转换为光能这一特性的P-N结式二极管。可以通 过结合周期表上半导体化合物的掺杂剂来制造 LED。可以通过调节半导体化合物的组成比 来实现呈现各种颜色(诸如蓝色、绿色、UV和红色）的LED。
[0003] 例如，红光LED包括基于AlGalnP的LED以将所施加的电能转换为具有大约570nm至 大约630nm范围内的波长的光。取决于LED带隙能的强度能够确定波长变化，可以通过调节 A1和Ga的组成比来调节带隙能的强度，并且当A1的组成比增大时波长可以变短。
[0004] 同时，近来，基于AlGalnP的红光LED的应用范围已经扩大到用于高显色指数（高 CRI)的光源或者用于车辆的光源，并且市场上基于AlGalnP的红光LED的竞争加剧。因此，如 何确保高光学功率(P〇)或电可靠性已经作为一个重要问题被提出。
[0005] 例如，根据相关技术，当注入电流时，载流子的掺杂元素被扩散到有源区以降低光 速。
[0006] 此外，根据相关技术，当注入电流时，操作电压Vf增大。
[0007] 另外，根据相关技术，当由于从LED芯片发出的热量温度或电流增大时，引起外量 子效率(EQE)下降（droop)。
【发明内容】
[0008] 实施例提供一种能够表现出更高光学功率的红光发光器件、制作发光器件的方 法、发光器件封装以及照明系统。
[0009]实施例提供一种能够表现出高电可靠性的红光发光器件、制作发光器件的方法、 发光器件封装以及照明系统。
[0010] 实施例提供一种能够克服下降以表现出得到改善的发光强度的红光发光器件、制 作发光器件的方法、发光器件封装以及照明系统。
[0011] 根据实施例，一种红光发光器件可以包括:第一导电型第一半导体层;有源层，布 置在所述第一导电型第一半导体层上并且包括量子阱和量子势皇;第二导电型第二半导体 层，位于所述有源层上；第二导电型第三半导体层，位于所述第二导电型第二半导体层上； 第二导电型第四半导体层，位于所述第二导电型第三半导体层上；以及第二导电型第五半 导体层，位于所述第二导电型第四半导体层上。
[0012] 所述第二导电型第三半导体层和所述第二导电型第四半导体层可以包括基于 AlGalnP的半导体层，以及所述第二导电型第四半导体层的A1成分可以低于所述第二导电 型第三半导体层的A1成分。
[0013] 另外，根据实施例，一种红光发光器件可以包括:第一导电型第一半导体层;有源 层，位于所述第一导电型第一半导体层上;第二导电型第二半导体层，位于所述有源层上； 第二导电型第三半导体层，位于所述第二导电型第二半导体层上；以及第二导电型第五半 导体层，位于所述第二导电型第三半导体层上。
[0014] 所述第二导电型第三半导体层可以包括(AlxGai-x)InP层(0 5x5 1)，并且在所述 第二导电型第三半导体层中A1成分可以是分等级的。
[0015] 根据实施例，一种红光发光器件可以包括:第一导电型第一半导体层;有源层，位 于所述第一导电型第一半导体层上;第二导电型第二半导体层，位于所述有源层上;第二导 电型第四半导体层，位于所述第二导电型第二半导体层上；以及第二导电型第五半导体层， 位于所述第二导电型第四半导体层上。
[0016] 所述第二导电型第四半导体层中第二导电型原子的掺杂浓度可以低于所述第二 导电型第五半导体层中第二导电型原子的掺杂浓度。
[0017] 根据实施例，一种照明系统可以包括具有所述红光发光器件的发光单元。
[0018] 实施例可以提供一种能够表现出更高光速的红光发光器件、制作发光器件的方 法、发光器件封装以及照明系统。
[0019] 实施例可以提供一种能够表现出高电可靠性的红光发光器件、制作发光器件的方 法、发光器件封装以及照明系统。
[0020] 实施例可以提供一种能够克服下降以使得发光强度提高的红光发光器件、制作发 光器件的方法、发光器件封装以及照明系统。
【附图说明】
[0021 ]图1是示出根据实施例的红光发光器件的剖视图。
[0022]图2A是根据第一实施例的红光发光器件的能带图。
[0023]图2B是示出根据第二实施例的红光发光器件的能带图。
[0024]图2C是示出根据第三实施例的红光发光器件的能带图。
[0025]图2D是示出根据第四实施例的红光发光器件的能带图。
[0026] 图3是示出根据比较例和实施例的红光发光器件的I-V曲线数据的曲线图。
[0027] 图4是示出根据比较例和实施例的红光发光器件的热下降数据的曲线图。
[0028] 图5是示出根据比较例和第四实施例的红光发光器件的EQE数据的曲线图。
[0029] 图6是示出根据第五实施例的红光发光器件的第二导电型第五半导体层的放大 图。
[0030] 图7A和图7B是示出根据比较例和第六实施例的红光发光器件的操作电压数据的 曲线图。
[0031 ]图8是示出根据实施例的红光发光器件的SB1S数据的曲线图。
[0032]图9A和图9B是示出根据比较例和实施例的操作/寿命试验中光速变化数据的曲线 图。
[0033] 图10是示出根据比较例和实施例的红光发光器件的操作电压数据的曲线图。
[0034] 图11是示出根据比较例和实施例的红光发光器件的光速数据的曲线图。
[0035] 图12至图14是示出根据实施例的红光发光器件制作方法的剖视图。
[0036] 图15是示出根据第七实施例的发光器件的剖视图。
[0037] 图16是示出根据实施例的发光器件封装的剖视图。
[0038] 图17是示出根据实施例的照明系统的视图。
【具体实施方式】
[0039] 下文中，将参照附图描述根据实施例的发光器件、发光器件封装以及照明系统。
[0040] 在描述实施例时，应该理解的是，当层(或膜)被称为在另一层或衬底"之上"时，该 层(或膜)可以直接在另一层或衬底之上，或者也可以存在中间层。另外，还应该理解的是， 当层被称为在另一层"之下"时，该层可以直接在另一层之下，或者也可以存在一个或多个 中间层。另外，还应该理解地是，当层被称为在两层"之间"时，可以是在两层之间的仅仅一 层，或者也可以存在一个或多个中间层。
[0041 ](第一至第五实施例）
[0042]图1是示出根据实施例的红光发光器件(LED) 100的剖视图。
[0043]根据实施例的红光发光器件100可以包括第一导电型第一半导体层112、有源层 114、第二导电型第二半导体层116、第二导电型第三半导体层123、第二导电型第四半导体 层124以及第二导电型第五半导体层。
[0044] 例如，如图1和图2A所示，根据实施例的红光发光器件100可以包括第一导电型第 一半导体层112;有源层114,包括量子讲114W和量子势皇114B并且布置在第一导电型第一 半导体层112上;第二导电型第二半导体层116,位于有源层114上；第二导电型第三半导体 层123,位于第二导电型第二半导体层116上;第二导电型第四半导体层124,位于第二导电 型第三半导体层123上；以及第二导电型第五半导体层125,位于第二导电型第四半导体层 124 上。
[0045] 图1示出横向型发光器件，但是实施例不限于此。
[0046] 在对制作发光器件方法的以下描述中将描述图1组件中未被描述的附图标记。 [0047]根据相关技术，就热下降方面而言，基于AlGalnP的红光发光器件的物理特性比基 于GaN的蓝光LED的物理特性弱。
[0048]由于基于A1 Ga I nP的材料的能带偏移比基于GaN的材料的能带偏移小，所以当电流 增大或者温度升高时，基于AlGalnP的材料的下降较弱。
[0049] 特别地，根据实施例，与供体的电离率相比较，受体表现出更迅速的电离率。为了 抑制电离的供体，通过优化A1成分或者改善基于p-AlGalnP的半导体层中有源层的结构来 提高GaP层质量，以克服下降。
[0050] 图2A是根据第一实施例的红光发光器件的能带图。
[0051]在根据第一实施例的红光发光器件中，第二导电型第三半导体层123和第二导电 型第四半导体层124可以包括基于AlGalnP的半导体层。
[0052]在根据第一实施例的红光发光器件中，第二导电型第四半导体层124的A1成分可 以低于第二导电型第三半导体层123的A1成分。
[0053] 例如，第二导电型第三半导体层123可以具有(Alx3Gai-x3) yIm-yP层(0.80<x3< 90、0.4<y《0.6)的组成。
[0054] 此外，第二导电型第四半导体层124可以具有(AlX4Gai-X4) yIm-yP层(0.50<x4< 70、0.4<y《0.6)的组成。
[0055] 第二导电型第四半导体层124的带隙能可以低于第二导电型第三半导体层123的 带隙能。
[0056] 此外，第二导电型第四半导体层124的带隙能可以高于第二导电型第五半导体层 125的带隙能。
[0057] 根据第一实施例，在基于p-AlGalnP的层中，可以通过优化A1成分来提高GaP层质 量。
[0058]根据第一实施例，第二导电型第四半导体层124被插入第二导电型第三半导体层 123与第二导电型第五半导体层125之间以用作能带隙缓冲层。
[0059]根据第一实施例，第二导电型第四半导体层124被插入第二导电型第三半导体层 123与第二导电型第五半导体层125之间，以减小第二导电型第三半导体层123与第二导电 型第五半导体层125之间的张力（strain)，使得可以提高发光器件质量。
[0060] 图2B是示出根据第二实施例的红光发光器件的能带图。
[0061] 第二实施例可以采用第一实施例的特征，以下将着重描述第二实施例的主要特 征。
[0062] 根据第二实施例的量子阱114W2可以具有(AlPGai- P)qIm-qP层(0.05 < p < 0.20、0.4 <q<0.6)的组成。
[0063] 根据第二实施例的量子阱114W2可以具有在150 Λ至170人范围内的厚度T1。根 据第二实施例的量子阱114W2可以与量子势皇114Β配对，并且可以形成大约12对，但是实施 例不限于此。
[0064] 根据第二实施例，当与相关技术相比较时，有源层中量子阱114W2的厚度更加增 大，使得在有源层区域中，辐射复合增加，从而可以提高发光效率。
[0065]图2C是示出根据第三实施例的红光发光器件的能带图。第三实施例可以采用第一 实施例或第二实施例的特征，以下将着重描述第三实施例的主要特征。
[0066]根据第三实施例的量子势皇可以包括最靠近第二导电型第二半导体层116的最近 量子势皇，并且最近量子势皇可以包括:第一最近量子势皇114Β1，具有第一浓度的Α1成分； 以及第二最近量子势皇114Β2,具有高于第一浓度的第二浓度的Α1成分。
[0067] 从量子阱114W2至第二导电型第二半导体层116,最近量子势皇中的Α1成分可以是 分等级的。
[0068] 例如，第二最近量子势皇114Β2可以被布置为比第一最近量子势皇114Β1更靠近第 二导电型第二半导体层116。
[0069]例如，根据第三实施例的最近量子势皇可以包括:第一最近量子势皇114Β1，其是 (AlplGai-pl)qlIm-qlP层(0.60 < ρ? < 0·80、0·4 < ql < 0.6);以及第二最近量子势皇 114Β2,其 是（Alp2Gai-p2)q2lni-q2P 层（0.80<p2<0.90、0.4<q2<0.6)。
[0070] 第一最近量子势皇114B1和第二最近量子势皇114B2可以具有相等的厚度，但是实 施例不限于此。
[0071] 根据第三实施例，最近量子势皇形成为A1成分台阶结构，其包括:第一最近量子势 皇114B1，具有第一浓度的A1成分；以及第二最近量子势皇114B2,具有高于所述第一浓度的 第二浓度的A1成分，从而有效地阻挡电子并且提高层质量。
[0072]图2D是示出根据第四实施例的红光发光器件的能带图。通过将以上描述的第一至 第三实施例彼此系统地结合来获得第四实施例。
[0073] 下文中，将描述根据该实施例的红光发光器件的特性，同时与比较例的红光发光 器件的特性进行比较。
[0074] 图3是示出根据比较例和实施例的红光发光器件的I-V曲线数据的曲线图。
[0075] 表 1
[0076]
[0077]表1示出与比较例相比较第一至第三实施例的电压提高百分比（电压提高％)。 [0078]如表1和图3所示，当观察I-V曲线时，与比较例（参考)相比较，在第一至第三实施 例中电压提尚了。
[0079] 图4是示出根据比较例和实施例的红光发光器件的热下降数据的曲线图。
[0080] 如图4所示，关于1W芯片封装(PKG)热下降，与参考相比较，P-AlGalnP 60% (第一 实施例）、宽阱(第二实施例）以及2台阶L/B(第三实施例)提高了大约1 %至2.5%。
[0081] 表 2
[0082]
[0083] 表2示出在1W芯片PKG中当电流从大约350mA变化至1000mA时的EQE变化，即，比较 例(参考)和第一至第三实施例的EQE数据。
[0084] 如表2所示，基于比较例的EQE，第一至第三实施例的EQE提高了大约4 %至大约 8%〇
[0085] 图5是示出根据比较例和第四实施例的红光发光器件的EQE数据的曲线图。
[0086] 通过将第一至第三实施例彼此系统地结合来获得第四实施例，并且第四实施例与 比较例的EQE相比较表现出显著提高的EQE。
[0087] 图6是示出根据第五实施例的红光发光器件的第二导电型第五半导体层125的放 大图。
[0088] 第二导电型第五半导体层125可以包括GaP层125a/InxGai- XP层（0<x< l)125b的 超晶格结构。
[0089] 第二导电型第五半导体层125可以包括掺杂有第二导电型掺杂剂的第三GaP层 125c。第二导电型掺杂剂可以为P型导电型掺杂剂，但是实施例不限于此。
[0090]第二导电型第五半导体层125可以掺杂有具有第一浓度的第二导电型掺杂剂，并 且GaP层125a可以掺杂有浓度低于第一浓度的第二导电型掺杂剂。InxGai-XP层(0 < X < 1) 125b可以不掺杂第二导电型掺杂剂。
[0091]例如，第二导电型第五半导体层125可以以大约10 X1018原子/cm3的浓度掺杂镁 (Mg)原子，GaP层125a可以以大约10 X1017原子/cm3的浓度掺杂Mg原子，并且InxGai- xP层(Ο <x<l)125b可以不掺杂第二导电型掺杂剂，但是实施例不限于此。
[0092] 因此，第二导电型第五半导体层125可以具有GaP层125a/InxGai-xP层（0 < X仝1) 125b的超晶格结构。InxGai-XP层(0<x< l)125b可以表示较低的能级，并且GaP层125a可以 表现出比InxGai-XP层(0 < X < 1) 125b的能级高的能级。
[0093](第六实施例）
[0094]该实施例提供一种表现出高光学功率的红光发光器件、制作发光器件的方法、发 光器件封装以及照明系统。根据该实施例，第二导电型第三半导体层123可以被插入有源层 114与第二导电型第二半导体层116之间。
[0095] 第二导电型第三半导体层123可以包括(AlxGai-x)InP层(0 < X < 1)。
[0096]在第二导电型第三半导体层123中A1成分可以是分等级的。
[0097] 例如，从有源层114至第二导电型第五半导体层125,第二导电型第三半导体层123 中的A1成分可以是增大的。
[0098]图7A和图7B是示出根据比较例和第六实施例的红光发光器件的操作电压数据的 曲线图。
[0099]根据该实施例，具有逐渐分等级的A1成分的第二导电型第三半导体层123被插入 有源层114与第二导电型第二半导体层116之间，以形成带隙(Eg)缓冲层。
[0100]如图7A所示，根据比较例，当不设置带隙（Eg)缓冲层时，即，当不设置第二导电型 第三半导体层123时，当在可靠性寿命试验中注入电流时操作电压(Vf)增大。例如，比较例 具有如图7A所示的试验结果，诸如2A、3A、5A、6A、8A或10A。
[0101] 同时，如图7B所示，当用作Eg缓冲层的第二导电型第三半导体层123被插入有源层 114与第二导电型第二半导体层116之间时，操作电压Vf的变化被显著平稳地保持。例如，实 施例具有如图7B所示的试验结果，诸如2B、3B、5B、6B和8B。
[0102] 图8是示出根据实施例的红光发光器件的SB1S数据的曲线图。
[0103] 根据实施例，被掺杂到第二导电型第四半导体层124中的第二导电型原子的浓度 可以低于被掺杂到第二导电型第五半导体层125中的第二导电型原子的浓度。
[0104] 例如，根据实施例，被掺杂到第二导电型第四半导体层124中的Mg原子(其是第二 导电型原子)的浓度可以低于被掺杂到第二导电型第五半导体层125中的Mg原子(其是第二 导电型原子)的浓度。
[0105] 例如，第二导电型第四半导体层124可以是GaP层，Mg原子可以被掺杂为p型掺杂 剂，并且掺杂浓度可以在1 X 1〇16至5 X 1017原子/cm3的范围之内。
[0106] 例如，第二导电型第五半导体层125可以是GaP层，Mg原子可以被掺杂为p型掺杂 剂，并且掺杂浓度可以在5 X 1016至1 X 1018原子/cm3的范围。
[0107] 此外，被掺杂到第二导电型第四半导体层124中的第二导电型原子的浓度可以低 于被掺杂到第二导电型第二半导体层116中的第二导电型原子的浓度。
[0108] 例如，被掺杂到第二导电型第四半导体层124中的Mg原子(其是第二导电型原子） 的浓度可以低于被掺杂到第二导电型第二半导体层116中的Mg原子(其是第二导电型原子） 的浓度。
[0109] 例如，第二导电型第二半导体层116可以是AlGalnP层，Mg原子可以被掺杂为p型掺 杂剂，并且掺杂浓度可以在5 X 1016至1 X 1018原子/cm3的范围。
[0110] 根据相关技术，当在LED寿命试验中注入电流时，第二导电型第五半导体层125的 掺杂剂(例如，Mg原子)被扩散到有源层，由此引起光速下降。
[0111] 根据实施例，为了防止由于第二导电型第五半导体层125的掺杂剂扩散造成光速 下降，第二导电型第四半导体层124(其浓度低于被掺杂到第二导电型第五半导体层125的 作为第二导电型元素的Mg原子的浓度)被插入到第二导电型第五半导体层125与第二导电 型第二半导体层116之间，由此限制扩散的掺杂剂(例如Mg原子），以防止掺杂剂扩散，使得 光速可以被保持为初始值，而不会使光速下降。
[0112]图9A和图9B是示出根据比较例和实施例的操作/寿命试验中光速变化数据的曲线 图。附图中的数字3A、6A、7A和9A指的是根据比较例进行试验的样本的数字。附图中的数字 3B、6B、7B和9B指的是根据实施例进行试验的样本的数字。
[0113] 图9A表明，根据比较例，当在LED寿命试验中注入电流（沿着X轴）时，光速超出± 10%的预定容许误差范围。
[0114] 相反地，图9B表明，根据实施例，当在LED寿命试验中注入电流(沿着X轴）时，光速 被维持在±10%的预定容许误差范围之内。
[0115] 根据实施例，第二导电型第四半导体层124的厚度可以比第二导电型第五半导体 层125的厚度薄。例如，第二导电型第四半导体层124的厚度可以在大约丨5〇〇 A到大约 5()00 A的范围，并且第二导电型第五半导体层125的厚度可以在大约20000 A到大约 50()00 A的范围。
[0116] 根据实施例，第二导电型第五半导体层125的厚度可以比第二导电型第二半导体 层116的厚度厚。
[0117] 例如，第二导电型第五半导体层125的厚度可以比第二导电型第二半导体层116厚 度厚至少大约10倍。因此，可以提高根据实施例的红光发光器件的可靠性，并且可以提高光 速。
[0118] 例如，第二导电型第五半导体层125的厚度可以在8000 A到140()00 A的范围， 并且第二导电型第二半导体层116的厚度可以在2000 i到6000 A的范围。
[0119] 图10是示出根据比较例和实施例的红光发光器件的操作电压数据的曲线图，图11 是示出根据比较例和实施例的红光发光器件的光速数据的曲线图。
[0120] 如图10和图11所示，根据实施例，当执行电流扩散和窗功能(window function)的 第二导电型第五半导体层125的厚度增大到比第二导电型第二半导体层116厚度厚至少10 倍时，可以提高操作电压Vf和光速。
[0121] 根据实施例，为了向上分配从发光器件发射的光，用作半导体反射层107的分布式 布拉格-反射器可以被插入衬底105与有源层114之间。
[0122] 半导体反射层107可以包括通过堆叠至少一对第一折射层(其具有第一折射率)和 第二折射层(其具有比第一折射率大的第二折射率）同时第一折射层和第二折射层交替布 置而形成的超晶格层。
[0?23]半导体反射层107可以包括AlAs层(未不出）/AlGaAs层(未不出），并且可以惨杂有 第一导电型掺杂剂，但是实施例不限于此。
[0124] AlAs层的A1成分可以比AlGaAs层的A1成分高，并且半导体反射层115可以有效地 反射波长在红光范围内的光。
[0125] 下文中，将参照图12至图14描述根据实施例的红光发光器件的制造方法。
[0126] 首先，如图12所示，制备衬底105。衬底105可以由表现出优异热导率的材料形成， 并且可以包括导电型衬底或绝缘衬底。例如，衬底105可以包括GaAs、蓝宝石(Al 2〇3)、SiC、 31、6&1211〇、6&?、11^、66或6 &2〇3中的至少一种。凹凸结构可以形成在衬底105中，但是实施 例不限于此。通过湿法净化衬底105,可以去除衬底105表面上的杂质。缓冲层可以形成在衬 底105上。缓冲层可以减小发光结构110与衬底105材料之间的晶格失配。缓冲层可以包括第 IΠ -V族化合物半导体(诸如GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN或A1 InN)中的至少一种。
[0127] 此后，半导体反射层107可以形成在衬底105或者缓冲层上。
[0128] 半导体反射层107可以包括通过堆叠至少一对第一折射层(其具有第一折射率)和 第二折射层(其具有比第一折射率大的第二折射率）同时第一折射层和第二折射层交替布 置而形成的超晶格层。
[0129] 半导体反射层107可以与发光结构110-起形成，以便之后通过M0CVD就地（in situ)形成，但是实施例不限于此。
[0130] 根据实施例，由于光波之间的结构干涉(constructive interference)，产生半导 体反射层107的反射效应，具有更高折射率的第二折射层位于光被入射的最外层，并且第二 折射层的厚度比具有较低折射率的第一折射层的厚度薄，因此可以增大结构干涉，所以可 以增加反射效应并且可以增大发光效率。
[0131 ]半导体反射层107可以包括AlAs层/AlGaAs层，并且半导体反射层107可以掺杂有 第一导电型掺杂剂，但是实施例不限于此。
[0132] 此后，包括第一导电型第一半导体层112、有源层114以及第二导电型第二半导体 层116的发光结构110可以形成在半导体反射层107上。
[0133] 第一导电型第一半导体层112可以由半导体化合物(例如，第III-V或II-VI族化合 物半导体)形成，并且可以掺杂有第一导电型掺杂剂。当第一导电型第一半导体层112是N型 半导体层时，N型掺杂剂可以包括31、66、311、36或16，但是实施例不限于此。
[0134] 第一导电型第一半导体层112可以包括组成式为InxAlyG ai-x-yP(0 < X < 1、0 < y < 1、0 < x+y < 1)或InxAlyGai-x-yN(0 <x<l、0<y<l、0< x+y < 1)的的半导体材料。
[0135] 第一导电型第一半导体层 112 可以包括 AlGaP、InGaP、AlInGaP、InP、GaN、InN、AlN、 InGaN、AlGaN、InAlGaN、A1 InN、AlGaAs、InGaAs、A1 InGaAs 或 GaP 中的至少一种。
[0136] 可以通过化学气相沉积（CVD)、分子束外延（MBE)、溅射或者氢化物气相外延 (HVPE)方案来形成第一导电型第一半导体层112,但是实施例不限于此。
[0137] 此后，有源层114可以形成在第一导电型第一半导体层112上。
[0138] 有源层是当通过第一导电型第一半导体层112被注入有源层的电子与通过之后形 成的第二导电型第二半导体层116被注入有源层的空穴相遇时发光的层，该光的能量由有 源层(发光层)的材料的固有能带确定。
[0139] 有源层114可以形成为单量子阱结构、多量子阱结构(MQW)、量子线结构或者量子 点结构中的至少一种。
[0140]有源层114可以包括量子阱114W/量子势皇114B结构。例如，有源层114可以形成为 包括 GaInP/AlGaInP、GaP/AlGaP、InGaP/AlGaP、InGaN/GaN、InGaN/InGaN、GaN/AlGaN、 InAlGaN/GaN、GaAs/AlGaAs或InGaAs/AlGaAs的成对结构的至少一个，但是实施例不限于 此。阱层可以由带隙比势皇层的带隙低的材料形成。
[0141] 同时，如图2B所示，根据第二实施例的量子阱114W2可以具有(AlPGai-P) qIm-qP层 (0.05<p<0.20、0.4<q<0.6)的成分。
[0142] 根据第二实施例的量子阱114W2的厚度可以在150 A到丨70 A的范围。根据第二 实施例的量子阱114W2与量子势皇114B配对，并且可以形成12对，但是实施例不限于此。
[0143] 根据第二实施例，当与相关技术相比较时，有源层中量子阱114W2的厚度T1增大， 使得在有源层区域中，辐射复合增加，从而可以提高发光效率。
[0144] 此外，如图2C所示，根据第三实施例，量子势皇114B可以包括最靠近第二导电型第 二半导体层116的最近量子势皇，并且最近量子势皇可以包括:第一最近量子势皇114B1，具 有第一浓度的A1成分；以及第二最近量子势皇114B2，具有高于第一浓度的第二浓度的A1成 分。
[0145] 从量子阱114W2至第二导电型第二半导体层116,最近量子势皇中的A1成分可以是 分等级的。
[0146] 例如，第二最近量子势皇114B2可以被布置为比第一最近量子势皇114B1更靠近第 二导电型第二半导体层116。
[0147]例如，根据第三实施例的最近量子势皇可以包括:第一最近量子势皇114B1，其是 (AlplGai-pl)qlIm-qlP层(0.60 < ρ? < 0·80、0·4 < ql < 0.6);以及第二最近量子势皇 114B2,其 是（Alp2Gai-p2)q2lni-q2P 层（0.80<p2<0.90、0.4<q2<0.6)。
[0148] 第一最近量子势皇114B1和第二最近量子势皇114B2可以具有相等的厚度，但是实 施例不限于此。
[0149] 根据第三实施例，最近量子势皇形成为A1成分台阶结构，其包括:第一最近量子势 皇114B1，具有第一浓度的A1成分；以及第二最近量子势皇114B2,具有高于所述第一浓度的 第二浓度的A1成分，从而有效地阻挡电子并且提高层质量。
[0150] 接下来，第二导电型第二半导体层116可以通过半导体化合物（例如，第III-V或 II-VI族化合物半导体)形成，并且可以掺杂有第一导电型掺杂剂。
[0151] 例如，第二导电型第二半导体层116可以包括具有InxAlyGap x-yP(0 < X < 1、0 < y < 1、0 < x+y < 1)或InxAlyGai-x-yN(0 <x<l、0<y<l、0< x+y < 1)的组成式的半导体材料。当 第二导电型第二半导体层116是P型半导体层时，P型掺杂剂可以包括Mg、Zn、Ca、SrSBa。
[0152] 根据实施例，第一导电型第一半导体层112可以由N型半导体层形成，并且第二导 电型第二半导体层116可以用P型半导体层实现，但是实施例不限于此。例如，根据实施例， 第一导电型第一半导体层112可以由P型半导体层形成，并且第二导电型第二半导体层116 可以由N型半导体层形成。
[0153] 此外，具有与第二导电型的极性相反极性的半导体，例如，N型半导体层(未示出）， 可以形成在第二导电型第二半导体层116上。因此，发光结构110可以形成为N-P结结构、P-N 结结构、N-P-N结结构或P-N-P结结构中的一种。
[0154]接下来，如图13所示，第二导电型第三半导体层123、第二导电型第四半导体层124 和第二导电型第五半导体层125可以形成在第二导电型第二半导体层116上。
[0155] 第二导电型第三半导体层123和第二导电型第四半导体层124可以包括基于 AlGalnP的半导体层。第二导电型第五半导体层125可以包括具有第二浓度的P型基于GaP的 层。
[0156] 在根据实施例的红光发光器件中，第二导电型第四半导体层124的A1成分可以低 于第二导电型第三半导体层123的A1成分。
[0157] 例如，第二导电型第三半导体层123可以具有(Alx3Gai- x3)yIm-yP层(0.80<x3< 90、0.4<y <0.6)的成分。
[0158] 此外，第二导电型第四半导体层124可以具有(AlX4Gai- X4)yIm-yP层(0·50<χ4< 70、0.4<y <0·6)的成分。
[0159] 第二导电型第四半导体层124的带隙能可以低于第二导电型第三半导体层123的 带隙能。
[0160]此外，第二导电型第四半导体层124的带隙能可以高于第二导电型第五半导体层 125的带隙能。
[0161] 根据实施例，可以通过优化基于p-AlGalnP的层的Α1成分来提高GaP层质量。
[0162] 根据实施例，被用作能带隙缓冲层的第二导电型第四半导体层124被插入第二导 电型第三半导体层123与第二导电型第五半导体层125之间。
[0163] 根据第一实施例，第二导电型第四半导体层124被插入第二导电型第三半导体层 123与第二导电型第五半导体层125之间，以减小第二导电型第三半导体层123与第二导电 型第五半导体层125之间的张力，使得可以提高发光器件质量。
[0164] 如表1和图3所示，当观察I-V曲线时，与比较例（参考)相比较，在第一至第三实施 例中电压提高了。
[0165] 如图4所示，关于1W芯片封装(PKG)热下降，基于参考，P-AlGaInP60% (第一实施 例）、宽讲(第二实施例）以及2台阶L/B(第三实施例)提高了大约1 %至2.5%。
[0166] 基于比较例的EQE，第一至第三实施例的EQE提高了大约4%至大约8%。
[0167] 与比较例的EQE相比较，通过将第一至第三实施例彼此系统地结合获得的第四实 施例表现出显著提高的EQE。
[0168] 同时，如图6所不，第二导电型第五半导体层125可以包括GaP层125a/InxGai- XP层 (0 < X < 1) 125b的超晶格结构。
[0169] 第二导电型第五半导体层125可以包括掺杂有第二导电型掺杂剂的第三GaP层 125c。第二导电型掺杂剂可以为P型导电型掺杂剂，但是实施例不限于此。
[0170] 第二导电型第五半导体层125可以掺杂有具有第一浓度的第二导电型掺杂剂，并 且GaP层125a可以掺杂有浓度低于第一浓度的第二导电型掺杂剂。In xGai-XP层(0 < X < 1) 125b可以不掺杂第二导电型掺杂剂。
[0171] 例如，第二导电型第五半导体层125可以以大约10X1018原子/cm3的浓度掺杂有镁 (Mg)原子，GaP层125a可以以大约10 X1017原子/cm3的浓度掺杂有Mg原子，并且InxGai- xP层 (0<x<l)125b可以不掺杂第二导电型掺杂剂，但是实施例不限于此。
[0172] 因此，第二导电型第五半导体层125可以具有GaP层125a/InxGai- XP层（0 < X仝1) 125b的超晶格结构。InxGai-XP层(0<x< l)125b可以表现出较低的能级，并且GaP层125a可 以表现出比InxGai-XP层(0 < X < 1) 125b的能级高的能级。
[0173] 此后，透射电极层140可以形成在第二导电型第五半导体层125上。
[0174] 透射电极层140可以包括欧姆层，并且可以通过堆叠单金属、金属合金或金属氧化 物来形成透射电极层140以有效地注入空穴。
[0175] 例如，透射电极层140可以由表现出与半导体优异电接触的材料形成。例如，透射 电极层140可以包括铟锡氧化物（ΙΤ0)、铟锌氧化物（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)、铝锌氧化物(ΑΖ0)、锑锡氧化物 (ΑΤ0)、镓锌氧化物（GZ0)、ΙΖ0氮化物（IZON)、A1-Ga ZnO(AGZO)、In-Ga Zn0( IGZO)、ZnO、 Ir0x、Ru0x、Ni0、Ru0x/IT0、Ni/Ir0x/Au、Ni/Ir0x/Au/IT0、Ag、Ni、Cr、Ti、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、 1区、2]1、？1:、411或批中的至少一种，但是实施例不限于此。
[0176] 然后，如图14所示，第二电极152可以形成在透射电极层140上，并且第一电极151 可以形成在衬底105下方。
[0177] 第二电极152可以与透射电极层140电连接。第二电极152可以包括接触层（未示 出）、中间层(未示出）和上层(未示出）。接触层可以包括从Cr、V、W、Ti和Zn中选择的材料以 实现欧姆接触。可以利用从Ni、Cu和A1中选择的材料来实现中间层。上层可以包括例如Au。 [0 178] 第一电极151可以包括导电型金属层。例如，第一电极151可以包括Ti、Cr、Ni、A1、 ?七、厶11、1、〇1、]?〇、(：11-1或植入有杂质（例如，3丨、66、6316348、211〇、3丨(：和3丨66)的半导体衬底 中的至少一种。
[0179] (第七实施例）
[0180] 图15是示出根据第七实施例的发光器件的剖视图。
[0181]根据第七实施例的发光器件可以采用上述实施例的特征，以下将主要描述底气实 施例的其他主要特征。
[0182] 在根据第七实施例的发光器件中，第二电极层140可以设置在发光结构110下方。
[0183] 第二电极层140可以包括第二欧姆层141、金属反射层142、接合层144、支撑衬底 146或下电极148中的至少一个。
[0184] 第二欧姆层141可以与第二导电型第五半导体层125部分接触，并且全方向反射层 132可以设置在第二欧姆层141中。
[0185] 例如，第二欧姆层141可以由表现出与半导体优异电接触的材料形成。例如，第二 欧姆层141可以包括铟锡氧化物（ΙΤ0)、铟锌氧化物（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)、铝锌氧化物(ΑΖ0)、锑锡氧化物 (ΑΤ0)、镓锌氧化物（GZ0)、ΙΖ0氮化物（IZON)、A1-Ga ZnO(AGZO)、In-Ga Zn0( IGZO)、ZnO、 Ir0x、Ru0x、Ni0、Ru0x/IT0、Ni/Ir0x/Au、Ni/Ir0x/Au/IT0、Ag、Ni、Cr、Ti、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、 1区、2]1、？1:、411或批中的至少一种，但是实施例不限于此。
[0186] 全方向反射层132可以具有以下结构，该结构包括基于金属的反射层(未示出）和 形成在基于金属的反射层上的低折射率层(未示出）。基于金属的反射层可以包括Ag或A1， 并且具有绝缘性能的低折射率层可以包括透明材料，该透明材料包括Si〇2、Si3N4或MgO，但 是实施例不限于此。
[0187]金属反射层142可以由表现出优异电接触的材料以及表现出高反射率的材料形 成。例如，金属反射层142可以包括以下金属中的至少一种:Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Ag、Ni、Al、 Rh、Au和Hf或其合金。
[0188] 接合层144可包括镍(Ni)、钛(Ti)、金(Au)或其合金，但是实施例不限于此。
[0189] 支撑构件可以选择性地包括例如载体晶片（例如GaN、Si、Ge、GaAs、ZnO、SiGeS SiC)、铜(Cu)、金(Au)、铜合金(Cu合金）、镍(Ni)或铜-钨(Cu-W)。
[0190] 下电极148可以包括11、0、附、六1、？扒六11、1、(：11、]\1〇或(：11-1中的至少一种。
[0191] 预定光提取图案R可以形成在发光结构110上。例如，通过干法蚀刻工艺或湿法蚀 刻工艺在第一导电型第一半导体层112的顶表面上形成粗糙图案R从而形成光提取图案R， 进而可以提尚光提取效率。
[0192] 焊盘电极174可以形成在第一导电型第一半导体层112上。
[0193] 根据实施例，分支电极172可以形成在第一导电型第一半导体层112上，同时将第 三欧姆层171插在第一导电型第一半导体层112与分支电极172之间，并且焊盘电极174可以 形成在分支电极172上。
[0194] 焊盘电极174可以与第一导电型第一半导体层112和分支电极172两者均接触。由 于肖特基接触，在焊盘电极174与第一导电型第一半导体层112之间的接触部不是欧姆接 触，从而表现出低电流注入比，并且出现了电流扩散，从而提高光学功率。
[0195] 例如，第三欧姆层171可以由表现出与半导体优异电接触的材料形成。例如，第三 欧姆层171可以包括48、附、〇、11^1、诎、？(1、&、1?11、]\%、211、？丨^11、^\铟锡氧化物（11'0)、铟 锌氧化物（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)、铝锌氧化物(ΑΖ0)、锑锡氧化物(ΑΤ0)、镓锌氧化物(GZ0)、ΙΖ0氮化物（ΙΖ0Ν)、 Al-Ga ZnO(AGZO)、In-Ga Zn0(IGZ0)、Zn0、Ir0x、Ru0x、Ni0、Ru0x/IT0、Ni/Ir0x/AuSNi/ Ir0x/Au/IT0中的至少一种，但是实施例不限于此。
[0196] 焊盘电极174和分支电极172可以包括11、0、附、六1、？1六11、1、〇1、]\1〇或(：11-1中的至 少一种，但是实施例不限于此。
[0197] 第一钝化层160可以形成在发光结构110的顶表面和侧边上，并且第二钝化层162 可以形成在焊盘电极174的侧边和顶表面的一部分上。
[0198] 第一钝化层160和第二钝化层162可以由绝缘材料(诸如氧化物或氮化物)形成，但 是实施例不限于此。
[0199] 根据实施例的多个红光发光器件可以以封装的形式排列在衬底上，并且导光板、 棱镜片、扩散片和荧光片（以上均是光学构件)可以设置在从发光器件封装发射的光的路径 上。
[0200] 图16是示出发光器件封装200的剖视图，其中安装有根据实施例的红光发光器件。 [0201]根据实施例的发光器件封装200可以包括封装体205、安装在封装体205上的第三 和第四电极层213和214、安装在封装体205中且与第三和第四电极213和214电连接的红光 发光器件100以及成型构件240(其包括荧光体232以围绕红光发光器件100)。
[0202]第三电极层213可以与第四电极层214电绝缘，并且通过导线230将电力提供给红 光发光器件100。此外，第三和第四电极层213和214可以反射从红光发光器件100发射的光 以增大光效率，并且将从红光发光器件100发出的热量排放到外部。
[0203] 可以通过布线方案、倒装芯片方案的和芯片接合方案中的一种将红光发光器件 100与第三电极层213和/或第四电极层214电连接。
[0204] 根据实施例的红光发光器件100可以应用于背光单元、照明单元、显示装置、指示 器、电灯、路灯、用于车辆的照明装置、用于车辆的显示装置或智能手表，但是实施例不限于 此。
[0205]图17是示出根据实施例的照明系统的分解立体图。
[0206]根据实施例的照明系统可以包括盖2100、光源模块2200、散热器2400、电源2600、 内壳2700和插接口 2800。根据实施例的照明系统还可以包括构件1300和支架1500中的至少 一个。光源模块2200可以包括根据实施例的红光发光器件100或者发光器件封装200。
[0207] 光源模块2200可以包括光源单元2210、连接板2230和连接器2250。构件2300设置 在散热器2400的顶表面上并且具有导向槽2310,多个光源单元2210和连接器2250插入该导 向槽2310。
[0208] 支架2500封闭内壳2700中绝缘单元2710的容纳凹槽2719。因此，容纳在内壳2700 的绝缘单元2710中的电源2600被密封。支架2500具有引导突起2510。
[0209] 电源2600可以包括突起部2610、引导部2630、基底2650和延伸部2670。成型部件和 电源2600可以一起被布置在内壳2700中。通过固化成型液体(molding liquid)形成成型部 以将电源2600固定到内壳2700。
[0210]在说明书中对于"一个实施例"、"一实施例"、"示例实施例"等的任何引用，意指与 该实施例相关联描述的特定特征、结构或者特性被包括在本发明的至少之一实施例中。在 说明书中的各个地方出现的这样的术语并不必然都指代相同的实施例。更进一步地，当特 定特征、结构或特性与任何实施例相关联描述时，应当认为产生与实施例相关联的这样的 特征、结构或特性处于本领域技术人员的能力范围之内。
[0211]虽然已经参照许多说明性实施例描述了实施例，但是应该理解本领域技术人员能 想到将属于本公开原理的精神和原理范围的许多其他的变型和实施例。更具体地，在本公 开、附图和所附权利要求的范围内，主题组合布置的组成部件和/或布置可以有各种变型和 修改。除了组成部件和/或布置的变型或修改之外，替代使用对本领域技术人员也将是显而 易见的。
【主权项】
1. 一种红光发光器件，包括： 第一导电型第一半导体层； 有源层，位于所述第一导电型第一半导体层上并且所述有源层包括量子阱和量子势 皇； 第二导电型第二半导体层，位于所述有源层上； 第二导电型第三半导体层，位于所述第二导电型第二半导体层上； 第二导电型第四半导体层，位于所述第二导电型第三半导体层上；以及 第二导电型第五半导体层，位于所述第二导电型第四半导体层上， 其中所述第二导电型第三半导体层和所述第二导电型第四半导体层包括基于AlGaInP 的半导体层，以及 所述第二导电型第四半导体层的Al成分低于所述第二导电型第三半导体层的Al成分。2. 根据权利要求1所述的红光发光器件，其中所述第二导电型第四半导体层的所述Al 成分包括(Alx4Ga 1-X4)yIm-yP 层，0.50<叉4<70,0.4<7<0.6，以及 所述第二导电型第三半导体层的所述Al成分包括(Alx3Ga1-x3) yIm-yP层，0.80 < x3 < 90， 0.4<y <0.6。3. 根据权利要求1所述的红光发光器件，其中所述第二导电型第四半导体层的带隙能 低于所述第二导电型第三半导体层的带隙能。4. 根据权利要求1所述的红光发光器件，其中所述第二导电型第四半导体层的带隙能 大于所述第二导电型第五半导体层的带隙能。5. 根据权利要求1所述的红光发光器件，其中所述量子讲的成分包括(AlpGai-p )qIni-qP M，〇.〇5<p<0.20,0.4<q<0.6。6. 根据权利要求5所述的红光发光器件，其中所述量子阱的厚度在150 A至170 A范 围。7. 根据权利要求1所述的红光发光器件，其中所述量子势皇包括最靠近所述第二导电 型第二半导体层的最近量子势皇，以及 其中所述最近量子势皇包括： 第一最近量子势皇，具有第一浓度的Al成分；以及 第二最近量子势皇，具有高于所述第一浓度的第二浓度的Al成分。8. 根据权利要求7所述的红光发光器件，其中在所述最近量子势皇中所述Al成分朝着 所述第二导电型第二半导体层是分等级的。9. 根据权利要求8所述的红光发光器件，其中所述第二最近量子势皇被布置为比所述 第一最近量子势皇更靠近所述第二导电型第二半导体层。10. 根据权利要求1至9中任何一项所述的红光发光器件，其中所述第二导电型第五半 导体层包括GaP层/InxGa 1-J的超晶格结构，0 < X < 1。11. 一种红光发光器件，包括： 第一导电型第一半导体层； 有源层，位于所述第一导电型第一半导体层上； 第二导电型第二半导体层，位于所述有源层上； 第二导电型第三半导体层，位于所述第二导电型第二半导体层上；以及 第二导电型第五半导体层，位于所述第二导电型第三半导体层上， 其中所述第二导电型第三半导体层包括(AlxGa1-X)InP层，O <χ<1，并且在所述第二导 电型第三半导体层中Al成分是分等级的。12. 根据权利要求11所述的红光发光器件，其中从所述有源层到所述第二导电型第五 半导体层，所述第二导电型第三半导体层中的所述Al成分是增加的。13. 根据权利要求11所述的红光发光器件，还包括位于所述第二导电型第三半导体层 上的第二导电型第四半导体层。14. 根据权利要求13所述的红光发光器件，其中所述第二导电型第四半导体层中第二 导电型原子的掺杂浓度低于所述第二导电型第五半导体层中第二导电型原子的掺杂浓度。15. 根据权利要求14所述的红光发光器件，其中所述第二导电型第四半导体层中所述 第二导电型原子的所述掺杂浓度低于所述第二导电型第二半导体层中第二导电型原子的 掺杂浓度。16. 根据权利要求14所述的红光发光器件，其中所述第二导电型第四半导体层的厚度 比所述第二导电型第五半导体层的厚度薄。17. 根据权利要求11至16中任何一项所述的红光发光器件，其中所述第二导电型第五 半导体层的所述厚度比所述第二导电型第二半导体层的厚度厚。18. -种红光发光器件，包括： 第一导电型第一半导体层； 有源层，位于所述第一导电型第一半导体层上； 第二导电型第二半导体层，位于所述有源层上； 第二导电型第四半导体层，位于所述第二导电型第二半导体层上；以及 第二导电型第五半导体层，位于所述第二导电型第四半导体层上， 其中所述第二导电型第四半导体层中第二导电型原子的掺杂浓度低于所述第二导电 型第五半导体层中第二导电型原子的掺杂浓度。19. 根据权利要求18所述的红光发光器件，其中所述第二导电型第四半导体层中所述 第二导电型原子的所述掺杂浓度低于所述第二导电型第二半导体层中第二导电型原子的 掺杂浓度。20. -种照明系统，包括发光单元，所述发光单元包括根据权利要求1至9、11至16、18和 19中任何一项所述的红光发光器件。
【文档编号】H01L33/02GK106025021SQ201610177799
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】高恩彬, 金镛准, 洪起勇, 郑炳学
【申请人】Lg伊诺特有限公司