專(zhuān)利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
總體來(lái)說(shuō)，氮化物半導(dǎo)體已被廣泛用于綠色或藍(lán)色發(fā)光二極管(LED)中，或者被用在作為全彩顯示器、圖像掃描儀、各種信號(hào)系統(tǒng)或者光通信裝置中的光源的激光二極管內(nèi)。氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件可以被提供作為具有有源層的發(fā)光器件，該有源層通過(guò)電子和空穴的復(fù)合來(lái)發(fā)射包括藍(lán)色和綠色的各種顏色的光。因?yàn)樽缘锇雽?dǎo)體發(fā)光器件被首次開(kāi)發(fā)以來(lái)在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件領(lǐng)域已經(jīng)取得了顯著進(jìn)步，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的應(yīng)用已經(jīng)大為擴(kuò)展，而且已經(jīng)積極地展開(kāi)了將半導(dǎo)體發(fā)光器件用于通用照明裝置和用于電子裝置中的光源的研究。具體地，傳統(tǒng)氮化物發(fā)光器件已經(jīng)主要用作低電流/低輸出移動(dòng)產(chǎn)品中的組件，而且近來(lái)，氮化物發(fā)光器件的應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到高電流/高輸出裝置領(lǐng)域。于是，提高半導(dǎo)體發(fā)光器件的發(fā)光效率和質(zhì)量的研究正積極地進(jìn)行。為了提高半導(dǎo)體發(fā)光器件的發(fā)光效率，半導(dǎo)體發(fā)光器件發(fā)出的光可以被引導(dǎo)至所需的方向上以提高光提取效率，為此，金屬反射層可以形成在芯片的表面之內(nèi)或芯片的表面上。然而，作為反射層的金屬薄膜的鍍覆易于受到熱的損傷；結(jié)果，金屬薄膜相對(duì)于半導(dǎo)體層的附著力可能降低。

發(fā)明內(nèi)容
本公開(kāi)的一個(gè)方面提供一種半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法，該半導(dǎo)體發(fā)光器件具有提聞的光提取效率。本公開(kāi)的另一方面提供一種半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法，該半導(dǎo)體發(fā)光器件在反射層方面具有提高的熱可靠性。根據(jù)本公開(kāi)的再一方面，提供一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其包括:發(fā)光結(jié)構(gòu)，該發(fā)光結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層。反射結(jié)構(gòu)形成在該發(fā)光結(jié)構(gòu)上，且包括納米桿層和形成在納米桿層上的反射金屬層，該納米桿層包括多個(gè)納米桿和布置在該多個(gè)納米桿之間的空氣填充空間。相對(duì)于有源層發(fā)出的光的波長(zhǎng)，與布置在該納米桿之間的以空氣填充的空間相t匕，該多個(gè)納米桿形成于其中的空間可以具有不同的折射率。反射結(jié)構(gòu)可以形成來(lái)使得其納米桿層直接接觸發(fā)光結(jié)構(gòu)的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層。
所述多個(gè)納米桿可以包括具有電導(dǎo)性和透光性的材料。所述具有電導(dǎo)性和透光性的材料可以是透明導(dǎo)電氧化物和透明導(dǎo)電氮化物中的一種。透明導(dǎo)電氧化物可以是IT0、C10和ZnO中的至少一種。納米桿層的厚度可以由λ/(4η)的整數(shù)倍定義，其中η是納米桿的折射率，λ是有源層發(fā)出的光的波長(zhǎng)。半導(dǎo)體發(fā)光器件還可以包括形成在反射結(jié)構(gòu)上的導(dǎo)電襯底。半導(dǎo)體發(fā)光器件還可以包括用于半導(dǎo)體的生長(zhǎng)的襯底，該用于半導(dǎo)體的生長(zhǎng)的襯底具有一個(gè)表面，該發(fā)光結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)在該表面上。反射結(jié)構(gòu)可以形成在該用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底的與其上形成發(fā)光結(jié)構(gòu)的表面背對(duì)的表面上。反射結(jié)構(gòu)可以形成在發(fā)光結(jié)構(gòu)的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上，該發(fā)光結(jié)構(gòu)形成在該用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底上。根據(jù)本公開(kāi)的另一方面，提供一種制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法。該方法包括:制備發(fā)光結(jié)構(gòu)，該發(fā)光結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；在該發(fā)光結(jié)構(gòu)上形成納米桿層，該納米桿層包括多個(gè)間隔開(kāi)的納米桿；以及在該納米桿層上形成反射金屬層，從而所述多個(gè)納米桿之間的空間以空氣填充。納米桿層的厚度可以由λ/(4η)的整數(shù)倍定義，其中η是納米桿的折射率，λ是有源層發(fā)出的光的波長(zhǎng)。反射金屬層可以通過(guò)派射或電子束蒸鍍(e-beam evaporation)來(lái)形成。納米桿可以直接自第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層生長(zhǎng)。該方法還可以包括在反射金屬層上形成導(dǎo)電襯底。該方法還可以包括在用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底上順序形成發(fā)光結(jié)構(gòu)的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層。納米桿層可以形成在用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底的一表面上，該表面與用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底的其上形成發(fā)光結(jié)構(gòu)的表面背對(duì)。根據(jù)本公開(kāi)的另一方面，提供一種發(fā)光器件封裝，該封裝包括半導(dǎo)體發(fā)光器件，該半導(dǎo)體發(fā)光器件包括發(fā)光結(jié)構(gòu)和反射結(jié)構(gòu)，該發(fā)光結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，該反射結(jié)構(gòu)形成在發(fā)光結(jié)構(gòu)上且包括納米桿層和形成在納米桿層上的反射金屬層，該納米桿層包括多個(gè)納米桿和所述多個(gè)納米桿之間的空氣填充空間。該器件包括第一電極、第一端子單元和第二端子單元。該半導(dǎo)體發(fā)光器件與第一和第二端子單元電連接。發(fā)光器件封裝還可以包括形成于半導(dǎo)體發(fā)光器件的上方的透鏡單元。透鏡單元可以封閉半導(dǎo)體發(fā)光器件。透鏡單元可以固定半導(dǎo)體發(fā)光器件以及第一和第二端子單元。透鏡單元可以由樹(shù)脂制成。在一些示例中，該樹(shù)脂可以包括環(huán)氧樹(shù)脂、硅樹(shù)脂、應(yīng)變硅樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、氧雜環(huán)丁烷樹(shù)脂、丙烯樹(shù)脂、聚碳酸酯和聚酰亞胺中的任一種。在透鏡單元的上表面上可以形成多個(gè)凹陷和多個(gè)凸起。透鏡單元可以包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換磷光體顆粒，該顆粒用于轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體發(fā)光器件的有源層發(fā)出的光的波長(zhǎng)。在一些不例中，該磷光體可以是從黃磷光體、紅磷光體和綠磷光體構(gòu)成的組中選出的一種或更多種。在另一些示例中，該磷光體可以是從YAG基磷光體材料、TAG基磷光體材料、硅酸鹽基磷光體材料、硫化物基磷光體材料和氮化物基磷光體材料構(gòu)成的組中選出的至少一種。透鏡單元可以具有半球形。


由以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說(shuō)明，本公開(kāi)的以上和其它方面、多個(gè)特征、以及其它優(yōu)點(diǎn)將被更清楚地理解，附圖中:圖1是透視圖，示意性示出根據(jù)本公開(kāi)的第一示例的半導(dǎo)體發(fā)光器件；圖2是放大的橫截面視圖，示出圖1所示的半導(dǎo)體發(fā)光器件的一部分；圖3是透視圖，示意性示出根據(jù)本公開(kāi)的第二示例的半導(dǎo)體發(fā)光器件；圖4是透視圖，示意性示出根據(jù)本公開(kāi)的第三示例的半導(dǎo)體發(fā)光器件；圖5A至圖5E是示意性截面視圖，示出用于制造根據(jù)本公開(kāi)的第一示例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法；圖6A至圖6C是示意性截面視圖，示出根據(jù)本公開(kāi)的第一至第三示例的半導(dǎo)體發(fā)光器件封裝的安裝結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本公開(kāi)`的多個(gè)示例。然而，本公開(kāi)可以以諸多不同的形式實(shí)施，且不應(yīng)被解釋為限于在此闡述的示例。更確切地，提供這些示例，使得此公開(kāi)將透徹且完整并且向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分地傳達(dá)本公開(kāi)的范圍。附圖中，為了清楚，元件的形狀和尺寸可以被夸大；而且相同的附圖標(biāo)記始終用來(lái)標(biāo)記相同或類(lèi)似的構(gòu)件。圖1是透視圖，示意性示出根據(jù)本公開(kāi)第一示例的半導(dǎo)體發(fā)光器件。參見(jiàn)圖1，根據(jù)本示例的半導(dǎo)體發(fā)光器件100包括發(fā)光結(jié)構(gòu)20和形成在發(fā)光結(jié)構(gòu)20上的反射結(jié)構(gòu)30，發(fā)光結(jié)構(gòu)20包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層21、有源層22和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23。反射結(jié)構(gòu)30可以具有納米桿層31和形成在納米桿層31上的反射金屬層32，納米桿層31包括多個(gè)納米桿和納米桿間的空氣填充空間。第一電極21a可以形成在發(fā)光結(jié)構(gòu)20的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層21上,且與第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層21電連接，且導(dǎo)電襯底40可以形成在反射結(jié)構(gòu)30上。這里，導(dǎo)電襯底40可以與第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23電連接，從而用作第二電極。在本示例中，第一和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層21和23可以分別是η型和ρ型半導(dǎo)體層，且可以由氮化物半導(dǎo)體制成。于是，在本示例中，第一和第二導(dǎo)電型可以被理解成分別表示η型和ρ型導(dǎo)電性，但是本公開(kāi)不限于此。第一和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層21和23可以由以實(shí)驗(yàn)式AlxInyGa(1_x_y)N (此處,0 ^χ^Ι,Ο^γ^Ι,Ο^ x+y彡I)表示的材料制成，這樣的材料可以包括GaN、AlGaN、InGaN等。設(shè)置在第一和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層21和23之間的有源層22相應(yīng)于電子和空穴的復(fù)合而發(fā)射具有特定能級(jí)的光，且可以具有多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)，在該多量子阱結(jié)構(gòu)中量子阱與量子勢(shì)壘交替層疊。這里，MQW結(jié)構(gòu)例如可以是InGaN/GaN結(jié)構(gòu)。同時(shí)，第一和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層21和23以及有源層22可以使用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體層生長(zhǎng)工藝來(lái)形成，例如金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、氫化物氣相外延(HVPE)、分子束外延(MBE)等。第一電極21a可以形成在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層21上并與第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層電連接，這里，為了增強(qiáng)第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層21和第一電極21a之間的歐姆接觸作用，還可以在其間設(shè)置由ITO、ZnO或類(lèi)似物制成的透明電極。在圖1所示的結(jié)構(gòu)的情形下，第一電極21a形成在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層21的上表面的中心，然而第一電極21a的位置和連接結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要可變地更改。雖然沒(méi)有示出，但是還可以設(shè)置自第一電極21a伸出的分支電極，以使電流均勻地分布。這里，第一電極21a可以接合焊盤(pán)。形成在反射結(jié)構(gòu)30上的導(dǎo)電襯底40可以用作支撐物，該支撐物在諸如激光剝離(laser lift-off )或類(lèi)似工藝的工藝期間支撐包括第一和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層21和23及有源層22的發(fā)光結(jié)構(gòu)，該工藝用于將用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底(未示出)從順序形成在該生長(zhǎng)襯底(未示出)上的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層21、有源層22和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23去除。導(dǎo)電襯底40可以由以下材料制成，該材料包括Au、N1、Al、Cu、W、S1、Se和GaAs中的任一種，例如可以由Si襯底中摻以Al的材料制成。在本示例中，導(dǎo)電襯底40可以以導(dǎo)電粘合層(未示出)為媒介而被粘合到反射結(jié)構(gòu)。導(dǎo)電粘合層可以由諸如例如AuSn的易熔金屬材料制成。而且，導(dǎo)電襯底40可以用作向第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23施加電信號(hào)的第二電極，并且如圖1所示，當(dāng)電極在垂直方向上形成時(shí)，電流流過(guò)區(qū)能被增大以提高電流分散作用。反射結(jié)構(gòu)30可以形成在發(fā)光結(jié)構(gòu)20上，且可以包括納米桿層31和形成在納米桿層31上的反射金屬層32，納米桿層31包括多個(gè)納米桿和納米桿間的空氣填充空間。所述多個(gè)納米桿可以由具有電導(dǎo)性和透明性(或半透明性)的材料制成。特別地，所述多個(gè)納米桿可以由透明導(dǎo)電氧化物(TCO)或透明導(dǎo)電氮化物(TCN)制成。這里，透明導(dǎo)電氧化物可以是IT0、C10、Zn0或類(lèi)似物。反射金屬層32可以包括諸如Ag、N1、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au或類(lèi)似物的材料，圖1中僅示出了單個(gè)反射金屬層32，但是替換地，反射金屬層32可以具有包括兩個(gè)層或更多個(gè)層的結(jié)構(gòu)。在此情形下，該結(jié)構(gòu)的兩個(gè)層或更多個(gè)層可以是Ni/Ag、Zn/Ag、Ni/Al、Zn/Al、Pd/Ag、Pd/Al、Ir/Ag、Ir/Au、Pt/Ag、Pt/Al、Ni/Ag/Pt 或類(lèi)似物,但是本公開(kāi)不限于此。所述多個(gè)納米桿和反射金屬層32可以通過(guò)公知的沉積工藝來(lái)形成，例如金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)、濺射或類(lèi)似工藝，以下將參照?qǐng)D5說(shuō)明其細(xì)節(jié)。圖1中所示出的是，納米桿層31上形成的反射金屬層32是完全不同的層，但是用于形成反射金屬層32的金屬可以形成在所述多個(gè)納米桿間的部分區(qū)域內(nèi)。也就是說(shuō)，可以在發(fā)光器件的側(cè)方向上存在反射金屬層32與納米桿層31的重疊區(qū)域。圖2是放大橫截面視圖，其示出圖1所示的半導(dǎo)體發(fā)光器件的一部分。特別地，圖2示意性示出反射結(jié)構(gòu)30形成區(qū)附近的區(qū)域的截面。參見(jiàn)圖2，形成在發(fā)光結(jié)構(gòu)20上的反射結(jié)構(gòu)30可以包括納米桿層31和形成在納米桿層31上的反射金屬層32，納米桿層31包括多個(gè)納米桿31a和納米桿31a間的空氣填充空間31b。此處，反射結(jié)構(gòu)30可以形成來(lái)使得發(fā)光結(jié)構(gòu)20的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23接觸反射結(jié)構(gòu)30的納米桿層31。由發(fā)光結(jié)構(gòu)20的有源層22產(chǎn)生的且向下發(fā)射的光可以從反射結(jié)構(gòu)30有效反射，并被向上引導(dǎo)。在根據(jù)本示例的半導(dǎo)體發(fā)光器件100的情形下，主要的光發(fā)射面可以包括發(fā)光結(jié)構(gòu)20的上表面(即在朝向第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層21的方向上)和發(fā)光結(jié)構(gòu)20的側(cè)表面。于是，由于朝向?qū)щ娨r底40發(fā)射的光被引導(dǎo)至發(fā)光結(jié)構(gòu)20的上表面和側(cè)表面,所以光輸出能被提聞。詳細(xì)地，因?yàn)榈诙?dǎo)電型半導(dǎo)體層23與納米桿間的空氣之間大的折射率差，從有源層22向?qū)щ娨r底40發(fā)射的光中已經(jīng)抵達(dá)所述多個(gè)納米桿31a之間的空氣層區(qū)的光束(a)具有小臨界角。也就是說(shuō)，由于空氣具有小的折射率(約1)，所以入射角超過(guò)臨界角的光之中的大部分自其間的界面全反射，于是將光向上引導(dǎo)，其中所述臨界角因空氣和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23之間的大折射率差而導(dǎo)致。同時(shí)，在本示例中，該多個(gè)納米桿31a和反射金屬層32具有反射系數(shù)高的全向反射器(ODR)結(jié)構(gòu)，于是將有源層22發(fā)射的光被吸收而消失的現(xiàn)象減至最小。在此情形下，為了實(shí)現(xiàn)ODR結(jié)構(gòu)，納米桿層31的厚度是λ/(4η)的整數(shù)倍，其中η是納米桿31a的折射率，λ是有源層22發(fā)出的光的波長(zhǎng)。也就是說(shuō)，如果厚度條件得以滿足，則所述多個(gè)納米桿31a和反射金屬層32能夠具有ODR結(jié)構(gòu)，且當(dāng)有源層22發(fā)出的光(b)抵達(dá)該多個(gè)納米桿31a與反射金屬層32之間的部分時(shí)反射率能被最大化。反射金屬層32形成在納米桿層31上(從而其與納米桿層31接觸)，且可以包括具有高消光系數(shù)的材料，例如Ag、Al、Au或類(lèi)似物。在本示例中，在反射結(jié)構(gòu)30內(nèi)，其中形成了該多個(gè)納米桿31a的空間與在納米桿31a之間的填充空氣的空氣填充空間31b可以相對(duì)于有源層22發(fā)出的光的波長(zhǎng)而具有不同的折射率。為了反射結(jié)構(gòu)30的多個(gè)部分具有不同的折射率，可以調(diào)整納米桿31a的寬度、所述多個(gè)納米桿31a之間的間隔等。此時(shí)，每個(gè)區(qū)域的反射效率被最大化，以提高光提取效率，并且由于空氣層形成在所述多個(gè)納米桿31a之間，所以因發(fā)光結(jié)構(gòu)20發(fā)出的高熱而導(dǎo)致的反射金屬層32的劣化能被防止。而且，所述多個(gè)納米桿31a可以用作自導(dǎo)電襯底40向第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23施加電信號(hào)的電流路徑，因而納米桿31a可以由具有電導(dǎo)率的材料制成。圖3是透視圖，示意性示出根據(jù)本公開(kāi)的第二示例的半導(dǎo)體發(fā)光器件。參見(jiàn)圖3，半導(dǎo)體發(fā)光器件200可以包括用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底110、形成在用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底110上的發(fā)光結(jié)構(gòu)120、以及形成在用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底110的一表面上的反射結(jié)構(gòu)130,該表面與用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底110的其上形成發(fā)光結(jié)構(gòu)120的表面背對(duì)。發(fā)光結(jié)構(gòu)120可以包括順序形成在用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底110上的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層121、有源層122和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層123。用于自外界施加電信號(hào)的第一和第二電極121a和123a可以分別形成在第一和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層121和123上。作為用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底110，可以使用由以下材料制成的襯底，例如SiC、MgAl204、Mg0、LiA102、LiGa02、GaN或類(lèi)似物。在此情形下，藍(lán)寶石是具有六角菱方型R3c對(duì)稱性(Hexa-Rhombo R3c symmetry)的晶體,其c軸和a軸方向上的晶格常數(shù)分別為13.0OlA和4.758A。藍(lán)寶石晶體具有C面(0001)、A面(1120)、R面(1102)等。在此情形下，氮化物薄膜能相對(duì)容易地形成在藍(lán)寶石晶體的C面上，并且因?yàn)樗{(lán)寶石晶體適合于高溫，所以藍(lán)寶石晶體通常被用作用于氮化物生長(zhǎng)襯底的材料?？梢圆捎糜傻锘蝾?lèi)似物制成的未摻雜半導(dǎo)體層形成的緩沖層(未示出)，以減輕其上生長(zhǎng)的發(fā)光結(jié)構(gòu)中的晶格缺陷。第一電極121a可以形成在部分第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層被蝕刻而暴露出的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層121上，第二電極123a可以形成在第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層123上。在此情形下，為了提高第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層123與第二電極123a之間的歐姆接觸作用，還可以提供由ΙΤ0、ZnO或類(lèi)似物制成的透明電極。在圖3所示的結(jié)構(gòu)的情形下，第一和第二電極121a和123a在相同方向上形成，但是根據(jù)需要，可以可變地改變第一和第二電極121a和123a的位置和連接結(jié)構(gòu)。在根據(jù)本示例的半導(dǎo)體發(fā)光器件200的情形下，發(fā)光結(jié)構(gòu)120的上表面(B卩，第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層123的表面)和發(fā)光結(jié)構(gòu)120的側(cè)表面可以是主要的光發(fā)射面。于是，通過(guò)將自發(fā)光結(jié)構(gòu)120的有源層122向襯底110發(fā)射的光向上引導(dǎo),發(fā)光器件的光提取效率能被提高。在本示例中，反射結(jié)構(gòu)130形成在用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底110的與發(fā)光結(jié)構(gòu)120形成于其上的用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底110的表面背對(duì)的表面上，藉此向襯底110發(fā)射的光可以被向上引導(dǎo)。這里，反射結(jié)構(gòu)130的納米桿層131可以形成來(lái)與用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底110接觸，且構(gòu)成納米桿層131的多個(gè)納米桿可以直接自用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底110生長(zhǎng)。在本示例中，該多個(gè)納米桿不用作向第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層121施加電信號(hào)的電流路徑，故此納米桿可以不必由具有導(dǎo)電性的材料制成。然而，為了有效地將發(fā)光結(jié)構(gòu)120產(chǎn)生的熱消散到外界，納米桿可以由具有優(yōu)異導(dǎo)熱性的材料制成。圖4是透視圖，示意性示出根據(jù)本公開(kāi)的第三示例的半導(dǎo)體發(fā)光器件。參見(jiàn)圖4，根據(jù)本示例的半導(dǎo)體發(fā)光器件300可以包括用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底210、形成在用于半導(dǎo)體生 長(zhǎng)的襯底210上的發(fā)光結(jié)構(gòu)220、以及形成在發(fā)光結(jié)構(gòu)220上的反射結(jié)構(gòu)230。發(fā)光結(jié)構(gòu)220可以包括順序形成在用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底210上的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層221、有源層222和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層223，且包括分別與第一和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層221和223電連接的第一和第二電極221a和223a。在本示例中，發(fā)光結(jié)構(gòu)220的主要的光發(fā)射面可以包括發(fā)光結(jié)構(gòu)220的側(cè)表面和發(fā)光結(jié)構(gòu)220的其上形成有用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底210的表面。即，可以將發(fā)光結(jié)構(gòu)220的有源層222發(fā)出的光引向用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底210，于是納米桿層231可以形成為與第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層223接觸。本示例中，構(gòu)成納米桿層231的多個(gè)納米桿用作電流路徑，用于通過(guò)第二電極223a向第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層223施加電信號(hào)，因此納米桿層231可以由具有電導(dǎo)性的材料制成。圖5A至圖5E是示意性截面視圖，示出用于制造根據(jù)本公開(kāi)的第一示例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法。特別地，圖5A至圖5E示出制造圖1所示的半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法。首先參見(jiàn)圖5A，發(fā)光結(jié)構(gòu)20可以通過(guò)在用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底10上順序形成第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層21、有源層22和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23來(lái)形成。作為用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底10，可以使用由例如藍(lán)寶石、SiC、MgAl2O4, MgO、LiAlO2, LiGaO2^GaN或類(lèi)似物的材料制成的襯底。
為了減輕其上形成的氮化物半導(dǎo)體層中的晶格缺陷，緩沖層(未示出)可以形成在用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底10上?？梢圆捎糜傻锘蝾?lèi)似物制成的未摻雜半導(dǎo)體層形成的緩沖層，以能減輕其上生長(zhǎng)的發(fā)光結(jié)構(gòu)中的晶格缺陷。第一和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層21和23和有源層22可以使用本領(lǐng)域公知的半導(dǎo)體層生長(zhǎng)工藝?yán)鏜OCVD、MBE或HVPE來(lái)形成。接著，如圖5B所示，包括多個(gè)納米桿的納米桿層31可以形成在發(fā)光結(jié)構(gòu)20的上表面上。納米桿層31可以通過(guò)按照已知的沉積方法例如MOCVD使有機(jī)金屬前軀體的蒸汽到達(dá)該襯底來(lái)形成，或者可以通過(guò)按照MBE將束照射到該襯底上以允許靶材自該襯底或半導(dǎo)體層生長(zhǎng)來(lái)形成。當(dāng)該多個(gè)納米桿按照MOCVD來(lái)形成時(shí)，通過(guò)調(diào)整所引入的反應(yīng)氣體的條件，例如流入量、沉積溫度、時(shí)間等，納米桿可以被形成為具有所需形狀。此處，納米桿層31具有為λ/(4η)的整數(shù)倍的厚度(η為納米桿的折射率，λ為有源層發(fā)出的光的波長(zhǎng))，以與其上形成的反射金屬層32 —起形成ODR結(jié)構(gòu)。然后，如圖5C所示，反射金屬層32通過(guò)使用公知的沉積工藝形成在納米桿層31上。反射金屬層可以包括諸如Ag、N1、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au或類(lèi)似物的材
料；圖5C中，反射金屬層32被顯示為形成為單個(gè)層，但是可替換地，其也可以具有包括兩個(gè)或更多個(gè)層的結(jié)構(gòu)。例如，當(dāng)使用電子束或?yàn)R射來(lái)形成反射金屬層32時(shí)，可以在所述多個(gè)納米桿間的空間因臺(tái)階覆蓋特性而沒(méi)有被金屬材料填充的狀態(tài)下形成金屬薄膜。即，該多個(gè)納米桿間的空間可以含有空氣。此處，在圖5C中，反射金屬層32被顯示為形成在納米桿層31上，但是用于形成反射金屬層32的金屬材料可以被沉積在該多個(gè)納米桿間的部分上。其后，如圖所示，導(dǎo)電襯底40可以形成在反射結(jié)構(gòu)30上，在背對(duì)發(fā)光結(jié)構(gòu)20的一側(cè)。導(dǎo)電襯底40可以用作支撐物，該支撐物在實(shí)施剝離工藝等以去除用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底10時(shí)支撐發(fā)光結(jié)構(gòu)20,且可以被形成為如S1、GaAs、InP、InAs和類(lèi)似物的半導(dǎo)體襯底、如ITO(銦錫氧化物)、ZrBx (例如ZrB2)、ZnO或類(lèi)似物的導(dǎo)電氧化物層、以及如CuW、Mo、Al、Au或類(lèi)似物的金屬襯底中的任一種。本示例中，導(dǎo)電襯底40可以以導(dǎo)電粘合層為媒介，經(jīng)由反射結(jié)構(gòu)30而結(jié)合到發(fā)光結(jié)構(gòu)20，并且在此情形下，導(dǎo)電粘合層可以由諸如AuSn的易熔金屬材料制成。而且，導(dǎo)電襯底40可以通過(guò)電鍍、化學(xué)鍍、熱蒸鍍、電子束蒸鍍、濺射、化學(xué)氣相沉積(CVD)和類(lèi)似工藝來(lái)形成。然后，如圖5E所示，可以將導(dǎo)電襯底40用作支撐物，通過(guò)激光剝離工藝或類(lèi)似工藝來(lái)去除用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底10，第一電極21a可以形成在用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底10已經(jīng)被去除時(shí)所暴露的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層21上。第一電極21a可以形成在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層21的上表面的任何部分上；此處，為了使傳輸至第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層21的電流均勻分散，第一電極21a可以形成在中心部分處。圖6A至圖6C是示意性截面視圖，示出根據(jù)本公開(kāi)的第一至第三示例的半導(dǎo)體發(fā)光器件封裝的安裝結(jié)構(gòu)。特別地，圖6A是示出圖1所示的半導(dǎo)體發(fā)光器件100的安裝結(jié)構(gòu)的示例的視圖，圖6B是示出圖3所示的半導(dǎo)體發(fā)光器件200的安裝結(jié)構(gòu)的示例的視圖，圖6C是示出圖4所示的半導(dǎo)體發(fā)光器件300的安裝結(jié)構(gòu)的示例的視圖。首先參見(jiàn)圖6A，根據(jù)本示例的發(fā)光器件封裝包括第一和第二端子單元50a和50b，半導(dǎo)體發(fā)光器件100可以與第一和第二端子單元50a和50b電連接。在此情形下，第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層21可以借助其上形成的第一電極21a而與第二端子單元50b引線接合，第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23可以通過(guò)導(dǎo)電襯底40與第一端子單元50a直接連接。透鏡單元60可以形成在半導(dǎo)體發(fā)光器件100的上部，以封閉半導(dǎo)體發(fā)光器件100，并固定半導(dǎo)體發(fā)光器件100以及第一和第二端子單元50a和50b。具有半球形的透鏡單元60可以用于減少界面處的菲涅爾反射以增大光提取，且保護(hù)半導(dǎo)體發(fā)光器件100和引線。此處，透鏡單元60可以由樹(shù)脂制成，該樹(shù)脂可以包括環(huán)氧樹(shù)脂、硅樹(shù)脂、應(yīng)變硅樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、氧雜環(huán)丁烷樹(shù)脂、丙烯樹(shù)脂、聚碳酸酯和聚酰亞胺中的任意一種。而且，多個(gè)凹陷和多個(gè)凸起可以形成在透鏡單元60的上表面上，以提高光提取效率并調(diào)節(jié)所發(fā)射的光的方向。透鏡單元60的形狀可以根據(jù)需要可變地更改。雖然沒(méi)有示出，但是透鏡單元60可以包括用于轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體發(fā)光器件100的有源層發(fā)出的光的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換磷光體顆粒。磷光體可以是黃磷光體、紅磷光體和綠磷光體中的任何一種，其轉(zhuǎn)換一波長(zhǎng)，或者可以混合多種磷光體來(lái)轉(zhuǎn)換多個(gè)波長(zhǎng)。磷光體的類(lèi)型可以根據(jù)半導(dǎo)體發(fā)光器件100的有源層發(fā)出的波長(zhǎng)來(lái)確定。例如，透鏡單元60可以包括YAG基磷光體材料、TAG基磷光體材料、硅酸鹽基磷光體材料、硫化物基磷光體材料和氮化物基磷光體中的至少一種或者更多種磷光體材料。例如，當(dāng)將用于進(jìn)行變成黃光的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的磷光體應(yīng)用于藍(lán)色LED芯片時(shí)，可以獲得白光半導(dǎo)體發(fā)光器件。參見(jiàn)圖6B所示的示例，發(fā)光器件封裝可以包括第一和第二端子單元51a和51b。半導(dǎo)體發(fā)光器件200可以與第一和第二端子單元51a和51b電連接。在此情形下，形成在第一和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層121和123上的第一和第二電極121a和123a可以分別通過(guò)導(dǎo)線與第二和第一端子單元51b和51a連接。圖6C示出半導(dǎo)體發(fā)光器件300的安裝結(jié)構(gòu)。第一和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層221和223上形成的第一和第二電極221a和223a可以分別與第一和第二端子單元52b和52a直接連接，以被倒裝接合。然而，圖6A至圖6C所示的發(fā)光器件封裝簡(jiǎn)單示出了根據(jù)本公開(kāi)的第一至第三示例如何安裝發(fā)光器件，具體的安裝結(jié)構(gòu)和方法可以可變地更改。如以上所述，根據(jù)本公開(kāi)的多個(gè)示例，能夠提供半導(dǎo)體發(fā)光器件，其通過(guò)利用折射率差的全反射、以及全向反射器(ODR)結(jié)構(gòu)，具有提高的光提取效率。另外，能夠提供半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法，該半導(dǎo)體發(fā)光器件通過(guò)防止因發(fā)光結(jié)構(gòu)發(fā)出的高熱導(dǎo)致的反射金屬層的劣化，具有改善的可靠性。雖然已經(jīng)結(jié)合示例示出并說(shuō)明了本公開(kāi)，但是對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯然的是，能進(jìn)行多種更改和變化，而不脫離所附權(quán)利要求書(shū)所定義的本公開(kāi)的實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件,包括: 發(fā)光結(jié)構(gòu)，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；以及 形成在所述發(fā)光結(jié)構(gòu)上的反射結(jié)構(gòu)，所述反射結(jié)構(gòu)包括: 納米桿層，所述納米桿層包括多個(gè)納米桿和布置在所述多個(gè)納米桿之間的空氣填充空間；以及 形成在所述納米桿層上的反射金屬層。
2.按權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中相對(duì)于所述有源層發(fā)出的光的波長(zhǎng)，與布置在所述納米桿之間的以空氣填充的所述空氣填充空間相比，所述多個(gè)納米桿形成于其中的空間具有不同的折射率。
3.按權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述反射結(jié)構(gòu)形成來(lái)使得其所述納米桿層直接接觸所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層。
4.按權(quán)利要求1所述的 半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述多個(gè)納米桿包括具有導(dǎo)電性和透光性的材料。
5.按權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述具有導(dǎo)電性和透光性的材料包括透明導(dǎo)電氧化物和透明導(dǎo)電氮化物中的一種。
6.按權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述透明導(dǎo)電氧化物是ITO、CIO和ZnO中的至少一種。
7.按權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述納米桿層的厚度由λ/(4η)的整數(shù)倍定義，其中η是所述納米桿的折射率，λ是所述有源層發(fā)出的光的波長(zhǎng)。
8.按權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，進(jìn)一步包括形成在所述反射結(jié)構(gòu)上的導(dǎo)電襯。
9.按權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，進(jìn)一步包括用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底，所述用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底具有一個(gè)表面，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)在所述表面上。
10.按權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述反射結(jié)構(gòu)形成在所述用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底的與其上形成所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的所述表面背對(duì)的表面上。
11.按權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述反射結(jié)構(gòu)形成在所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)形成在所述用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的襯底上。
12.一種發(fā)光器件封裝，包括: 半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述半導(dǎo)體發(fā)光器件包括: 發(fā)光結(jié)構(gòu)，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，以及 反射結(jié)構(gòu)，其形成在所述發(fā)光結(jié)構(gòu)上，且包括納米桿層和形成在所述納米桿層上的反射金屬層，所述納米桿層包括多個(gè)納米桿和所述多個(gè)納米桿之間的空氣填充空間； 第一電極； 第一端子單元；以及 第二端子單元， 其中所述半導(dǎo)體發(fā)光器件與所述第一和第二端子單元電連接。
13.按權(quán)利要求12所述的發(fā)光器件封裝，進(jìn)一步包括:形成于所述半導(dǎo)體發(fā)光器件的上方的透鏡單元。
14.按權(quán)利要求13所述的發(fā)光器件封裝，其中所述透鏡單元封閉所述半導(dǎo)體發(fā)光器件。
15.按權(quán)利要求13所述的發(fā)光器件封裝，其中所述透鏡單元固定所述半導(dǎo)體發(fā)光器件以及所述第一和第二端子單元。
16.按權(quán)利要求13所述的發(fā)光器件封裝，其中所述透鏡單元由樹(shù)脂制成。
17.按權(quán)利要求16所述的發(fā)光器件封裝，其中所述樹(shù)脂包括環(huán)氧樹(shù)脂、硅樹(shù)脂、應(yīng)變硅樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、氧雜環(huán)丁烷樹(shù)脂、丙烯樹(shù)脂、聚碳酸酯和聚酰亞胺中的任一種。
18.按權(quán)利要求13所述的發(fā)光器件封裝，其中多個(gè)凹陷和多個(gè)凸起形成在所述透鏡單元的上表面上。
19.按權(quán)利要求13所述的發(fā)光器件封裝，其中所述透鏡單元包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換磷光體顆粒，所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換磷光體顆粒用于轉(zhuǎn)換所述半導(dǎo)體發(fā)光器件的所述有源層發(fā)出的光的波長(zhǎng)。
20.按權(quán)利要求13所述的 發(fā)光器件封裝，其中所述透鏡單元具有半球形。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法。所述半導(dǎo)體發(fā)光器件包括發(fā)光結(jié)構(gòu)，以及形成在該發(fā)光結(jié)構(gòu)上的反射結(jié)構(gòu)，該發(fā)光結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，該反射結(jié)構(gòu)包括納米桿層和形成在納米桿層上的反射金屬層，該納米桿層包括多個(gè)納米桿和該多個(gè)納米桿之間的空氣填充空間。
文檔編號(hào)H01L33/04GK103094432SQ20121043518
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者李完鎬, 崔丞佑, 宋尚燁, 孫宗洛 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社