[发明专利]发光装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光装置及其制造方法。更明确地说，本发明涉及具有增强的发光效率和亮度的基于氮化物的半导体发光装置以及制造所述发光装置的方法。

背景技术

发光装置指其中产生使用半导体的p-n结结构注射的少数载流子(电子或空穴)且由于载流子的重组而发射某种光的元件。发光源由例如GaAs、AlGaAs、GaN、InGaN和AlGalnP的化合物半导体材料的任一者或组合形成，使得可实现多种颜色。举例来说，红色发光装置可由GaAsP或类似物形成；绿色发光装置可由GaP、InGaN或类似物形成，蓝色发光装置可使用InGaN/GaN双异质结构形成；以及UV发光装置可使用AlGaN/GaN或AlGaN/AlGaN结构形成。

特定来说，GaN在常温下具有3.4eV的直接带隙，且通过与例如InN或AIN的物质组合而具有1.9eV(InN)到3.4eV(GaN)或6.2eV(AIN)的直接能带隙。因此，GaN是由于其从可见光到紫外光的宽波长范围而对光学元件具有极大适应性的物质。由于可以此方式调整波长，因此可借助于具有短波长范围的红色、绿色和蓝色发光装置来完成全色实施方案，使得对一般照明市场以及显示装置市场的适应性预期会显著增加。

发光装置与现有的灯泡或荧光灯相比具有以下特性：较低的功率消耗、较长的寿命、窄空间中的较好安装以及对振动的较强抵抗力。由于发光装置用作显示装置和背光，且在功率消耗减少和耐久性方面具有优良特性，所以近期已进行许多将发光装置应用于一般照明领域的研究。在未来，预期其适应性会扩展到大尺寸LCD-TV的背光、交通工具头灯和一般照明。因此，必须改进发光装置的发光效率，解决散热问题，并实现发光装置的高亮度和输出。

目前已开发许多增强发光装置性能的技术。有各种指示发光装置的性能的指数，例如发光效率(lm/W)、内部量子效率(％)、外部量子效率(％)和提取效率(％)。提取效率确定为注射到发光装置中的电子与发射到发光装置外部的光子的比率。也就是说，在提取效率变高时，发光装置变亮。由于发光装置的提取效率受到芯片的形状和表面图案、芯片的结构以及封装类型的较大影响，因此在设计发光装置时应小心谨慎。

图1是绘示具有水平结构的常规发光装置的截面图。

参看图1，发光装置包括衬底1、形成于衬底1上的N型半导体层2、形成于N型半导体层2的一部分上的有源层3以及P型半导体层4。也就是说，在N型半导体层2、有源层3和P型半导体层4依次形成于衬底1上之后，P型半导体层4和有源层3的预定区域经蚀刻以暴露N型半导体层2的一部分。接着，将预定电压施加于暴露的N型半导体层2和P型半导体层4的顶面。

图2是绘示具有倒装芯片结构的常规发光装置的截面图。

参看图2，发光装置包括N型半导体层2、有源层3以及P型半导体层4，其依次形成于基础衬底(base substrate)1上。发光装置进一步包括底板衬底(submount substrate)5，基础衬底1是使用金属凸块8和9倒装芯片结合到所述底板衬底5上的。因此，N型半导体层2、有源层3以及P型半导体层4依次形成于预定衬底1上，且P型半导体层4和有源层3的部分经蚀刻以暴露N型半导体层2，使得可形成发光单元。此外，准备额外的底板衬底5以在其上面形成第一电极6和第二电极7，接着分别在第一电极6和第二电极7上形成P型金属凸块8和N型金属凸块9。随后，发光单元与底板衬底5结合，使得发光单元的P电极和N电极分别与P型金属凸块8和N型金属凸块9结合，以制造发光装置。由于这种具有倒装芯片结构的常规发光装置具有高散热效率且几乎没有光屏蔽，所以存在的优点在于与常规发光装置相比，其光效率增加了50％或50％以上。此外，由于不必需要用于驱动发光装置的金线，所以可考虑许多对各种小尺寸封装的应用。

从发光装置的发光层产生的光从芯片的所有表面发射，且光提取效率通常由光的临界角决定。然而，当常规发光装置经蚀刻以暴露N型半导体层时，P型半导体层和有源层的侧面经垂直处理，使得发光装置内产生的一部分光在从水平面垂直处理的经蚀刻表面上完全反射。接着，完全反射的相当大量的光不发射到外部，而是由于内部反射而散发到发光装置内。也就是说，存在的问题在于，将电能转换为光能并接着将光发射到发光装置外部的发光效率较低。

发明内容

技术问题

构思本发明以解决上述问题。因此，本发明的目的是提供一种发光装置，其用于通过增强发光效率、外部量子效率、提取效率等特性且改进可靠性而发射具有高发光强度和亮度的光，以及提供一种制造发光装置的方法。

技术解决方案