[发明专利]具有改进的光提取效率的发光器件及其制造方法

说明书

相关申请交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2006年4月26日提交的美国临时专利申请第60/765220号的优先权。

技术领域

本发明涉及具有改进的光提取效率的基于多层叠层的发光器件，以及制造该发光器件的方法。

背景技术

发光器件(例如发光二极管(LED))使用一种或多种折射率(通常n约为2.5)远高于空气折射率(n＝1.0)的材料产生光。光通常在多层叠层中、在至少一个外表面上产生，发光叠层表面倾向于释放在所述多层叠层中产生的光。所述发光叠层表面可以与例如包封材料相接触。这种包封材料的折射率n通常为1.4-1.8。因此，当光照射到发光叠层表面和所述包封层之间的界面上的时候，折射率的降低会使得所述多层叠层中产生的光大部分被该界面反射回所述多层叠层。也即是说，很大一部分的光不是离开所述多层叠层、随即进入所述包封层内，而是被反射回多层叠层内，在该多层叠层内，类似的很大一部分的光被吸收，从而显著降低可用于照明的外部光量子产量(quantum yield)。

美国专利第6831302号揭示了对n-掺杂的GaN层(其为多层叠层的外层)的外表面进行图案化。除去该n-掺杂的层的一些部分，形成一些开口，然后用包封材料覆盖(但不是填充)这些开口，在所述n-掺杂的GaN层表面中的凹陷开口处形成平滑的包封表面层。这种在最外半导体层中进行的图案化形成了大量与包封表面相垂直的不连续的(disruptive)高折射率区域和低折射率区域。这些不连续的区域妨碍了光在该界面的小角度反射，以及小角度反射的光在n-掺杂的半导体层中沿着与发光叠层表面平行且接近所述发光叠层表面的方向来回传播，直至截留的光被吸收而不会离开所述多层叠层的趋势。

尽管在多层叠层的外表面中形成凹陷可以提高基于半导体的发光器件的量子产量，但是这种图案化过程可能是耗时而且要求很高的，例如对外延表面的蚀刻通常需要昂贵的设备。所述图案化过程还会破坏发光层的电子结构，这会降低发光效率。

我们令人惊讶地发现，通过对包封层的一个区域(与多层叠层的发光叠层表面光学相邻的区域)进行图案化，使得该区域内的折射率有变化，以及通过进一步形成一部分密度小于0.6克/厘米³的包封层，产生多个光散射提取中心，从而高效地将光传输到空气环境中，从而提高可用于照明的外部光量子产量。

发明内容

本发明一个方面涉及一种发光器件，该器件包括：

a)多层叠层，该叠层包括：

n-掺杂层；

光产生层；

p-掺杂层，

所述多层叠层具有发光叠层表面；

b)包封层，该包封层包括：

相邻的图案化的包封区域，该区域包括：

包括至少一个第一凹陷的第一凹陷组，所述第一凹陷中含有第一凹陷填料；

任选的包含至少一个第二凹陷的第二凹陷组，所述第二凹陷中含有第二凹陷填料；

位于所述发光叠层表面上的相邻的图案化的包封表面；

所述第一凹陷组和第二凹陷组中的至少一组具有图案，其中：

所述图案选自随机图案、周期性图案或它们的组合，

所述图案在至少一个横向维度上具有至少为5纳米，且不大于5000微米的特征尺寸；

所述周期性图案在至少一个横向维度上具有至少10纳米，且不大于5000微米的周期；

所述第一凹陷的最大凹陷深度至少为25纳米，且不大于10000微米；

所述第二凹陷的最大凹陷深度至少为25纳米，且不大于10000微米；

所述第一凹陷和第二凹陷中的至少一种具有与所述外部图案化的包封表面相重合的凹陷开口；

任选的包含包封材料的未图案化的包封区域；

所述第一凹陷填料的折射率与所述第二凹陷填料和所述包封材料中至少一种的折射率之差至少为0.001，且不大于3.0；

所述第一凹陷填料、第二凹陷填料和所述包封材料中至少一种的平均密度至少为0.03克/厘米³，且不大于0.60克/厘米³。

本发明的第二方面涉及一种制造包封的发光器件的方法，该方法包括以下步骤：

A)提供包含包封材料的包封块；

B)在所述包封块的表面上形成具有图案化的包封区域的光提取包封片，所述区域具有外部图案化的包封表面，

所述形成图案化的包封区域的步骤包括：

a)形成包括至少一个第一凹陷的第一凹陷组；

b)用第一凹陷填料填充所述第一凹陷；