CN204189821U - 具有宽阔的指向角的发光器件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种具有宽阔的指向角的发光器件。所述发光器件包括:发光结构体;基板,位于所述发光结构体上;反射防止层,覆盖所述发光结构体及所述基板的侧面,其中,所述基板的上面的至少一部分暴露。据此,提供与发光角度无关而发射均匀的光量的指向角宽阔的发光器件。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种发光器件,具体地讲,涉及一种通过表面处理等而具有宽阔的指向角的发光器件。
背景技术
发光器件作为发射通过电子和空穴的再结合来产生的光的无机半导体器件,近年来广泛使用于显示器、车辆灯、普通照明等各种领域。尤其是,氮化镓、氮化铝等氮化物半导体具有直接跃迁型特性,并且可制造为具有多种带域的能带间隙,从而可根据需要制造多种波长带的发光器件。
发光器件根据其用途需要多种范围的指向角,例如,用于显示器的背光源或者用于杀菌装置等的UV发光器件优选为具有宽阔的指向角。因此,应用透镜之类的附加的构成或者应用对发光器件进行表面处理等的技术以加宽发光器件的指向角。
此外,没有利用单独的封装件主体的晶圆级封装件或者板上芯片(chip-on-board)形态的发光器件要求在没有透镜之类的单独的附加构成的情况下调节指向角。然而,虽然现有的表面加工技术等可提高发光器件的光提取效率,但是难以加宽指向角。尤其是,对于UV发光器件而言,由于无法应用利用可能因UV光而变形或劣化的材质的模塑部或透镜,因此在应用加宽指向角的技术时受限。
因此,对于没有应用封装件主体或透镜的发光器件需要加宽指向角的技术。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于,提供一种具有宽阔的指向角的发光器件。
本实用新型所要解决的另一个技术问题在于,提供一种不包含透镜之类的附加的构成且具有宽阔的指向角的发光器件。
根据本实用新型的一个实施例的发光器件,包括:发光结构体;基板,位于所述发光结构体上;反射防止层,覆盖所述发光结构体及所述基板的侧面,其中,所述基板的上面的至少一部分暴露。
所述基板可包括:倒角面,形成于所述基板的上部边角且倾斜,所述反射防止层可覆盖所述倒角面。
此外,所述基板还可包括:凹凸图案,形成于所述基板的上面且具有凸出部和凹陷部,所述反射防止层可填充所述凹凸图案的凹陷部。
所述基板的上面可通过所述凹凸图案的凸出部而局部暴露。
此外,所述凹陷部可具有V字形状。
所述倒角面的倾斜率可与所述凹陷部的倾斜率相同。
所述反射防止层可包含SiO2、SiNx、SiON、MgF2、MgO、Si3N4、Al2O3、SiO、TiO2、Ta2O5、ZnS、CeO、CeO2中的一种。
此外,所述发光结构体可发射具有紫外线区域的峰值波长的光。
所述发光器件还可包括:电极,位于所述发光结构体下面。
在几个实施例中,所述发光结构体包括:第一导电型半导体层;多个凸台,彼此隔开而位于所述第一导电型半导体层下面,且分别包含活性层及第二导电型半导体层;反射电极,位于所述多个凸台中的每个的下面而欧姆接触于所述第二导电型半导体层;电流分散层,覆盖所述多个凸台及所述第一导电型半导体层,且位于所述多个凸台中的每个的下面区域,并具有使所述反射电极暴露的开口部,且欧姆接触于所述第一导电型半导体层,并与所述多个凸台形成绝缘。
所述多个凸台具有沿一侧方向彼此平行且延伸的长的形状,且所述电流分散层的开口部可偏向所述多个凸台的同一个端部侧而布置。
此外,所述发光器件还可包括:上部绝缘层,覆盖所述电流分散层的至少一部分,并具有使所述反射电极暴露的开口部;第二电极垫,位于所述上部绝缘层上,并连接到通过所述上部绝缘层的开口部而暴露的反射电极。
此外,所述发光器件还可包括:第一电极垫,连接到所述电流分散层。
根据本实用新型,由于包含反射防止层和上表面至少一部分暴露的基板,因此可提供具有宽阔的指向角的发光器件。此外,可提供与发光角度无关而发射大致恒定的光量的发光器件,并且在不添加额外的构成的情况下提供具有宽阔的指向角的发光器件,从而可提高发光器件的可靠性。
附图说明
图1至图4是用于说明根据本实用新型的一个实施例的发光器件及其制造方法的剖面图。
图5至图7是用于说明根据本实用新型的另一个实施例的发光器件及其制造方法的剖面图。
图8A至图12B是用于说明根据本实用新型的又一个实施例的发光器件的剖面图和平面图。
具体实施方式
以下,将参照附图对本实用新型的实施例进行详细说明。以下描述的实施例作为示例而被提供以将本实用新型的构思充分传达给本领域技术人员。因此,本实用新型不限于以下所说明的实施例,并且可实现为其他的形态。并且,在附图中,为了方便起见,可能会夸大示出构成要素的宽度、长度、厚度等。此外,当一个构成要素被记载为处在另一构成要素“上部”或“上”时,不仅包括各个部分“直接”处在另一部分的“上部”或“上”的情况,而且还包括在各个构成要素和另一构成要素之间存在其他的构成要素的情况。贯穿整个说明书,相同的标号表示相同的构成要素。
图1至图4是用于说明根据本实用新型的一个实施例的发光器件及其制造方法的剖面图。
参照图1,在发光二极管100上形成掩膜图案120。所述发光二极管100包含在上部形成有基板21的发光结构体。
发光二极管100可包含发光结构体110及位于所述发光结构体110上的基板21。发光结构体110可包含形成于下部的电极(未示出),据此,所述发光二极管100可被用作晶圆级封装件而无需封装过程。发光结构体110的结构不受限制,例如,可具有倒装芯片结构或者垂直型结构。以下,将参照图8A至图12B对发光二极管100的一个示例进行说明。只是,本实用新型不限于此,以下提供的实施例用于帮助理解本实用新型。
图8A至图12B是用于说明根据本实用新型的一个实施例的发光二极管100及其制造方法的图,在各个图中(a)是平面图,(b)是沿着截取线A-A截取的剖面图。
首先,参照图8A及图8B,在基板21上形成第一导电型半导体层23,并在所述第一导电型半导体层23上形成彼此隔开的多个凸台(mesa)M。多个凸台M分别包含活性层25及第二导电型半导体层27。活性层25位于第一导电型半导体层23和第二导电型半导体层27之间。此外,各个反射电极30位于所述多个凸台M上。
在利用有机金属化学气相沉积法(MOCVD)等在基板21上生长包含第一导电型半导体层23、活性层25及第二导电型半导体层27的外延层之后,将第二导电型半导体层27及活性层25图案化以使第一导电型半导体层23暴露,由此可以形成所述多个凸台M。可使用光刻胶回流(Photoresist reflow)之类的技术使所述多个凸台M的侧面形成为倾斜。凸台M侧面的倾斜的外形(Profile)可提高从活性层25生成的光的提取效率。
如图所示,多个凸台M可具有沿一侧方向彼此平行且延伸的长的形状。这样的形状使得在基板21上的多个芯片区域形成相同的形状的多个凸台M的步骤简化。
此外,所述反射电极30可在多个凸台M形成之后形成于各个凸台M上,但不限于此,也可以生长第二导电型半导体层27并在形成凸台M之前预先形成于第二导电型半导体层27上。反射电极30覆盖凸台M的上面的大部分,并且具有与凸台M的平面形状大致相同的形状。
反射电极30包含反射层28,进而可包含壁垒层29,壁垒层29可覆盖反射层28的上面及侧面。例如,可形成反射层28的图案,并在其上形成壁垒层29,以使壁垒层29形成为覆盖反射层28的上面及侧面。例如,反射层28可通过蒸镀并图案化Ag、Ag合金、Ni/Ag、NiZn/Ag、TiO/Ag层来形成。此外,所述壁垒层29可由Ni、Cr、Ti、Pt或其复合层形成,并且可防止反射层的金属物质扩散或污染。
在形成所述多个凸台M之后,所述第一导电型半导体层23的边缘也可被蚀刻。据此,基板21的上部面可暴露。此外,所述第一导电型半导体层23的侧面也可形成为倾斜。
如图1所示,所述多个凸台M可形成为限定于第一导电型半导体层23的上部区域内部。即,多个凸台M可以以岛状形态位于第一导电型半导体层23的上部区域上。
参照图9A及图9B,形成覆盖多个凸台M及第一导电型半导体层23的下部绝缘层31。下部绝缘层31具有用于在特定区域允许电连接到第一导电型半导体层23及第二导电型半导体层27的开口部31a、31b。例如,下部绝缘层31可具有使得第一导电型半导体层23暴露的开口部31a和使得反射电极30暴露的开口部31b。
所述开口部31a可位于多个凸台M之间的区域及基板21的边缘附近,并且可具有沿着凸台M延伸的长的形状。此外,开口部31b限定在凸台M上部而布置,并偏向凸台的同一端部侧而布置。
所述下部绝缘层31可使用化学气相沉积(CVD)、电子束蒸镀等技术而形成为SiO2等的氧化膜、SiNx等的氮化膜、MgF2的绝缘膜。所述下部绝缘层31可形成为单层,但不限于此,还可形成为多层。此外,下部绝缘层31可形成为低折射率物质层和高折射率物质层交替层叠的分布式布拉格反射器(DBR)。例如可通过层叠SiO2/TiO2或者SiO2/Nb2O5等的层来形成反射率高的绝缘反射层。
参照图10A及图10B,所述下部绝缘层31上形成电流分散层33。所述电流分散层33覆盖所述多个凸台M及所述第一导电型半导体层23。此外,电流分散层33位于所述多个凸台M的上部区域,并具有使所述反射电极暴露的开口部33a。所述电流分散层33可通过下部绝缘层31的开口部31a来欧姆接触于所述第一导电型半导体层23。电流分散层33通过下部绝缘层31而与多个凸台M及反射电极30形成绝缘。
所述电流分散层33的开口部33a可分别具有比下部绝缘层31的开口部31b更宽的面积以防止电流分散层33连接到反射电极30。因此,所述开口部33a的侧壁位于下部绝缘层31上。
所述电流分散层33形成于除开口部33a之外的基板31的几乎所有区域上部。因此,电流可容易通过所述电流分散层33而分散。电流分散层33可包含Al层之类的高反射金属层,高反射金属层可形成于Ti、Cr或者Ni等的粘接层上。此外,所述高反射金属层上可形成有Ni、Cr、Au等的单层或者复合层结构的保护层。所述电流分散层33例如可具有Ti/Al/Ti/Ni/Au的多层结构。
参照图11A及图11B,所述电流分散层33上形成上部绝缘层35。上部绝缘层35具有使电流分散层33暴露的开口部35a以及使反射电极30暴露的开口部35b。所述开口部35a可具有沿着与凸台M的长度方向垂直的方向延伸的形状,并具有比开口部35b相对更宽的面积。开口部35b使通过电流分散层33的开口部33a及下部绝缘层31的开口部31b暴露的反射电极30暴露。开口部35b具有比电流分散层33的开口部33a更窄的面积,此外,可具有比下部绝缘层31的开口部31b更宽的面积。据此,所述电流分散层33的开口部33a的侧壁可被上部绝缘层35覆盖。
所述上部绝缘层35可利用氧化物绝缘层、氮化物绝缘层或聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚对二甲苯等的聚合物来形成。
参照图12A及图12B,所述上部绝缘层35上形成第一垫37a及第二垫37b。第一垫37a通过上部绝缘层35的开口部35a连接到电流分散层33,第二垫37b通过上部绝缘层35的开口部35b连接到反射电极30。为了将发光二极管贴装于子基板(submount)、封装件或者印刷电路板等,所述第一垫37a及第二垫37b可连接隆起物(bump)而使用或者作为用于SMT的垫而使用。
所述第一垫37a及第二垫37b可通过相同工艺一起形成,例如可利用光刻及蚀刻技术或者剥离技术来形成。所述第一垫37a及第二垫37b例如可包含Ti、Cr、Ni等的粘合层和Al、Cu、Ag或Au等的高导电金属层。
之后,可通过将基板21按单个发光二极管芯片单位分割来完成发光二极管100。此时,基板21可利用划线工艺而分割,例如,可利用激光划线工艺。在利用激光划线来分离基板21的情况下,在基板21的上部边角可形成倒角面。所述倒角面可具有倾斜的侧面。虽然未在图12A及图12B示出,但是如图1等所示,在基板21的上部边角部分可形成倒角面211。
以下,将参照图12A及图12B对根据本实用新型的一个实施例的发光二极管100的结构进行详细说明。
所述发光二极管包含第一导电型半导体层23、凸台M、反射电极30、电流分散层33,并且可包含基板21、下部绝缘层31、上部绝缘层35及第一垫37a和第二垫37b。
基板21是用于生长氮化镓系外延层的生长基板,例如可以是蓝宝石基板、碳化硅基板、硅基板、氮化镓基板,在本实施例中,所述基板21可以是蓝宝石基板。
第一导电型半导体层23是连续性的,多个凸台M彼此相隔而位于第一导电型半导体层23上。如参照图8A及图8B说明的那样,凸台M包含活性层25及第二导电型半导体层27,并具有朝向一侧延伸的长的形状。这里,凸台M是氮化镓系化合物半导体的层叠结构。如图8A及图8B所示,所述凸台M可被限定而位于第一导电型半导体层23的上部区域内。
第一导电型半导体层23、活性层25及第二导电型半导体层27可包含氮化物半导体。第一导电型半导体层23可以是n型半导体层,第二导电型半导体层27可以是p型半导体层,或者可与其相反。此外,活性层25可包含氮化物半导体,并且可通过调节氮化物半导体的组成比来确定由活性层25发射的光的峰值波长。尤其是,在本实施例中,所述活性层25可发射具有紫外线区域的峰值波长的光。
反射电极30分别位于所述多个凸台M3上而欧姆接触于第二导电型半导体层27。如参照图8A及图8B说明的那样,反射电极30可包含反射层28和壁垒层29,且壁垒层29可覆盖反射层28的上面及侧面。
电流分散层33覆盖所述多个凸台M及所述第一导电型半导体层23。所述电流分散层33位于所述各个凸台M上部区域内并具有使所述反射电极30暴露的开口部33a。此外,电流分散层33欧姆接触于所述第一导电型半导体层23并与所述多个凸台M形成绝缘。所述电流分散层33可包含Al之类的反射金属。
所述电流分散层33可通过下部绝缘层31而与多个凸台M形成绝缘。例如,下部绝缘层31可位于所述多个凸台M和所述电流分散层33之间而将所述电流分散层33与所述多个凸台M形成绝缘。此外,所述下部绝缘层31可位于所述各个凸台M上部区域内并具有使所述反射电极30暴露的开口部31b,并且可具有使第一导电型半导体层23暴露的开口部31a。所述电流分散层33可通过开口部31a连接到第一导电型半导体层23。所述下部绝缘层31的开口部31b具有比电流分散层33的开口部33a更窄的面积,并通过开口部33a而完全暴露。
上部绝缘层35覆盖所述电流分散层33的至少一部分。此外,上部绝缘层35具有使所述反射电极30暴露的开口部35b。此外,上部绝缘层35可具有使电流分散层33暴露的开口部35a。所述上部绝缘层35可覆盖所述电流分散层33的侧壁。
第一垫37a可位于电流分散层33上,例如可通过上部绝缘层35的开口部35a连接到电流分散层33。此外,第二垫37b连接于通过开口部35b而暴露的反射电极30。
根据本实用新型,电流分散层33覆盖凸台M及凸台M之间的第一导电型半导体层23的几乎所有区域。因此,电流可容易通过电流分散层33而分散。
此外,可以使所述电流分散层33包含Al之类的反射金属层,或者将下部绝缘层形成为绝缘反射层,从而可利用电流分散层33或者下部绝缘层31而使未被反射电极30反射的光被反射,由此可提高光提取效率。
在本实用新型中,可利用以上所说明的发光二极管100,但本实用新型不限于此。
再次参照图1,在基板21上形成掩膜图案120,据此,基板21的上面局部暴露于掩膜图案120的开口部121。掩膜图案120可包含光刻胶。
此外,基板21可包含形成于上部边角的倒角面211,在基板21被分割时,所述倒角面211可在划线工艺中形成。只是,不限于此,所述倒角面211还可通过另外的蚀刻工艺来形成。
接下来,参照图2,基板21的上面形成具有凸出部213和凹陷部215的凹凸图案。
所述凹凸图案可通过将掩膜图案120作为蚀刻掩膜的蚀刻工艺(例如,干式蚀刻工艺)来形成。据此,开口部121下面的基板21上表面被蚀刻,从而可形成凹陷部215。所述凹陷部215可根据掩膜图案120的形态而形成为具有多种形态,例如,如图2所示,可具有侧面倾斜的V字形状。
此外,在上述的描述中,凹凸图案被描述为通过另外的蚀刻工艺来形成,但是与此不同,凹凸图案还可在用于形成发光二极管100的基板21的分割工艺中同时形成。具体地讲,在利用激光划线工艺来分割基板21的情况下,将激光施加到基板21被分割的区域,并且还将激光施加到各个发光二极管100区域的基板21的上面。据此,在施加激光的区域可形成凹陷部215。在基板21的分割工艺中同时形成的凹陷部215可具有V字形状,并且其侧面的倾斜率可与倒角面211的倾斜率相同。将所述凹凸图案的凹陷部215同时形成于发光二极管100分割工艺中,从而可省略形成凹凸图案的蚀刻工艺。由此可简化工艺。
参照图3及图4,形成覆盖基板21的侧面、发光结构体110的侧面并填充凹陷部215的反射防止层130。
首先,参照图3,可形成覆盖基板21的上面及侧面、发光结构体110的侧面及掩膜图案120的反射防止物质130a。
所述反射防止物质130a可具有小于基板21的折射率且大于空气的折射率(n空气=1)的折射率。例如,反射防止物质130a可包含SiO2(nSiO2=约1.45),此外,可包含SiO2、SiNx、SiON、MgF2、MgO、Si3N4、Al2O3、SiO、TiO2、Ta2O5、ZnS、CeO、CeO2中的至少一种。反射防止物质130a可利用多种沉积方法来形成,具体地讲,可利用行星式电子束蒸镀(planetary E-beam)来形成。利用行星式电子束蒸镀来形成反射防止物质130a,由此还易于将反射防止物质130a形成于基板21及发光结构体110的侧面。
接下来,参照图4,如果执行通过去除掩膜图案120来去除掩膜图案120上的反射防止物质130a的剥离工艺,则会形成反射防止层130。据此,提供如图4所示的发光器件。
此外,虽然未示出,发光结构体110还可包含形成于其下面的电极。
反射防止层130覆盖发光结构体110和基板21的侧面,此外,可填充凹陷部215。凸出部213的上面可被暴露。反射防止层130具有如上所述的构成,从而使所述发光器件可具有宽阔的指向角。以下对此进行详细说明。
反射防止层130具有小于基板21的折射率且大于空气的折射率的折射率,从而可防止发光器件的内部全反射。例如,在基板21为蓝宝石基板(n蓝宝石=约1.77)的情况下,通过反射防止层130的光具有比从蓝宝石基板直接朝向空气的光更大的全反射临界角。
由此,通过增大从发光器件的侧面发射的光的比率来具有宽阔的指向角。此外,由于只在形成于基板21的上面的凹陷部215形成有反射防止层130,因此射向凸出部213的上面的光被全反射而重新回到器件内部的光从侧面发射出的概率增加。此外,由于凹陷部215具有倾斜的侧面,因此从发光器件射出的光射向侧面侧的概率大于射向向上垂直的方向的概率。据此,本实用新型的发光器件不仅具有宽阔的指向角,而且可发射在发光的整个角度上均匀的光。即,与发光角度无关而可以维持大致恒定的照度。
根据本实施例,在不将额外的构成添加到发光器件的情况下,可仅利用发光器件来与宽阔的指向角和发光角度无关地发射恒定的光。尤其是,由于可仅利用发光器件来实现宽阔的指向角,因此可在制造无法使用可能因紫外线而劣化的透镜等的紫外线发光器件的情况下,提供可靠性提高的发光器件。
图5至图7是用于说明根据本实用新型的另一个实施例的发光器件及其制造方法的剖面图。省略关于与上述的实施例中所说明的构成相同的构成的具体说明。
参照图5,发光二极管100上形成掩膜140。所述发光二极管100包含在上部形成有基板21的发光结构体110。
掩膜140可形成为覆盖基板21的上面,并且可包含光刻胶。此外,倒角面211可不被掩膜140覆盖而暴露。
参照图6,形成覆盖掩膜140、基板21的侧面及发光结构体110的侧面的反射防止物质150a。反射防止物质150a可包含SiO2、SiNx、SiON、MgF2、MgO、Si3N4、Al2O3、SiO、TiO2、Ta2O5、ZnS、CeO、CeO2中的至少一种,并且可利用行星式电子束蒸镀来形成。
接下来,参照图7,去除掩膜140及掩膜140上的反射防止物质150a。据此,提供如图7所示的发光器件。
所述发光器件包含发光结构体110、位于发光结构体110上的基板21及覆盖发光结构体110和基板21的侧面的反射防止层150,此时,基板21的上面暴露。
据此,射向发光器件的侧面的光的全反射减少,由此可使从侧面射出的光量增大。此外,由于光在基板21的上表面和空气的界面被全反射的概率高于光在发光器件的侧面被全反射的概率,因此更高比例的光可从器件的侧面射出。据此,发光器件的指向角可变宽,并能够在整个发光角度上维持大致恒定的照度。
以上,在不脱离根据本实用新型的权利要求书的技术构思的范围内,可对上述实施例进行各种变形和变更,并且本实用新型包含根据权利要求书的所有技术构思。
Claims (13)
1.一种发光器件,其特征在于,包括:
发光结构体;
基板,位于所述发光结构体上;
反射防止层,覆盖所述发光结构体及所述基板的侧面,
其中,所述基板的上面的至少一部分被暴露。
2.根据权利要求1所述的发光器件,其特征在于,
所述基板包括:倒角面,形成于所述基板的上部边角且倾斜,
所述反射防止层覆盖所述倒角面。
3.根据权利要求2所述的发光器件,其特征在于,
所述基板还包括:凹凸图案,形成于所述基板的上面且具有凸出部和凹陷部,
所述反射防止层填充所述凹凸图案的凹陷部。
4.根据权利要求3所述的发光器件,其特征在于,
所述基板的上面通过所述凹凸图案的凸出部而局部暴露。
5.根据权利要求3所述的发光器件,其特征在于,
所述凹陷部具有V字形状。
6.根据权利要求5所述的发光器件,其特征在于,
所述倒角面的倾斜率与所述凹陷部的倾斜率相同。
7.根据权利要求1所述的发光器件,其特征在于,
所述反射防止层包含SiO2、SiNx、SiON、MgF2、MgO、Si3N4、Al2O3、SiO、TiO2、Ta2O5、ZnS、CeO、CeO2中的一种。
8.根据权利要求1所述的发光器件,其特征在于,
所述发光结构体发射具有紫外线区域的峰值波长的光。
9.根据权利要求1所述的发光器件,其特征在于,还包括:
电极,位于所述发光结构体下面。
10.根据权利要求1所述的发光器件,其特征在于,所述发光结构体包括:
第一导电型半导体层;
多个凸台,彼此隔开而布置于所述第一导电型半导体层下面,且分别包含活性层及第二导电型半导体层;
反射电极,位于所述多个凸台中的每个的下面而欧姆接触于所述第二导电型半导体层;
电流分散层,覆盖所述多个凸台及所述第一导电型半导体层,且位于所述多个凸台中的每个的下面区域,并具有使所述反射电极暴露的开口部,且欧姆接触于所述第一导电型半导体层,并与所述多个凸台形成绝缘。
11.根据权利要求10所述的发光器件,其特征在于,
所述多个凸台具有沿一侧方向彼此平行且延伸的长形状,且所述电流分散层的开口部偏向所述多个凸台的同一端部侧而布置。
12.根据权利要求10所述的发光器件,其特征在于,还包括:
上部绝缘层,覆盖所述电流分散层的至少一部分,并具有使所述反射电极暴露的开口部;
第二电极垫,位于所述上部绝缘层上,并连接到通过所述上部绝缘层的开口部而暴露的反射电极。
13.根据权利要求12所述的发光器件,其特征在于,还包括:
第一电极垫,连接到所述电流分散层。
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