專利名稱：發(fā)光器件及其制造方法
技術領域：
實施方案涉及發(fā)光器件、用于制造發(fā)光器件的方法、發(fā)光器件封裝和照明系統(tǒng)。
背景技術：
LED (發(fā)光器件)是將電能轉(zhuǎn)換成光能的化合物半導體器件，并且能通過調(diào)節(jié)化合物半導體的組成比來發(fā)射具有不同顏色的光。例如，由于具有高的熱穩(wěn)定性和寬的能帶隙，所以氮化物半導體已經(jīng)在光學器件和高功率電子器件的開發(fā)領域中得到重視。具體而言，包含氮化物半導體的藍色、綠色和紫外光發(fā)射器件已經(jīng)被商業(yè)化并廣泛使用。此外，當比較常規(guī)光源如熒光燈和白熾燈時，氮化物半導體發(fā)光器件具有諸如低 功耗、半永久性壽命、快速響應速度、穩(wěn)定性和生態(tài)友好性的優(yōu)點。氮化物半導體發(fā)光器件的應用擴展至用作用于CCFL(冷陰極熒光燈)的替代物的發(fā)光二極管背光(其構(gòu)成LCD(液晶顯示器)的背光)、用作用于熒光燈或白熾燈的替代物的白光發(fā)射二極管照明器件、車輛前燈和信號燈。為了擴展氮化物半導體發(fā)光器件的應用范圍，必須基本上開發(fā)用于發(fā)光器件的高效率的技術。在根據(jù)相關技術的發(fā)光器件中，當施加正向電壓時，從基于N型電子注入層注入的電子與從基于P型GaN的空穴注入層注入的空穴復合，使得輻射與導帶和價帶之間的能隙對應的能量。能量主要以熱或光的形式發(fā)射。發(fā)光器件以光的形式發(fā)射能量。根據(jù)相關技術，由于空穴具有比電子大的有效質(zhì)量，所以空穴的移動性明顯低于電子的移動性。此外，根據(jù)相關技術，活化的空穴濃度低于電子濃度。因此，根據(jù)相關技術，光主要從靠近P型GaN層的阱層發(fā)射，使得光發(fā)射效率降低。相應地，光特性可能變差。此外，根據(jù)相關技術，在除靠近P型GaN層的有源層的阱層之外的另一阱層中存在低載流子分布，使得空穴和電子的復合對發(fā)光強度的貢獻可被降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種能夠提高發(fā)光強度的發(fā)光器件、制造發(fā)光器件的方法、發(fā)光器件封裝件和照明系統(tǒng)。此外，實施方案提供能夠提高發(fā)光強度且同時使所發(fā)射的光的波長變化最小化的發(fā)光器件以及制造發(fā)光器件的方法、發(fā)光器件封裝件和照明系統(tǒng)。根據(jù)實施方案，提供一種發(fā)光器件，其包括第一導電半導體層、在所述第一導電半導體層上包括阱層和勢壘層的有源層和在所述有源層上的第二導電半導體層。所述阱層包括最靠近所述第一導電半導體層且具有第一能帶隙的第一阱層、最靠近所述第二導電半導體層且具有第三能帶隙的第三阱層和介于所述第一和第二阱層之間且具有第二能帶隙的第二阱層。所述第三阱層的第三能帶隙大于所述第二阱層的第二能帶隙。根據(jù)實施方案，提供一種用于制造發(fā)光器件的方法。所述方法包括形成第一導電半導體層、在所述第一導電半導體層上形成有源層和在所述有源層上形成第二導電半導體層。所述有源層的形成包括形成最靠近所述第一導電半導體層且具有第一能帶隙的第一阱層、形成最靠近所述第二導電半導體層且具有第三能帶隙的第三阱層和形成在所述第一和第二阱層之間且具有第二能帶隙的第二阱層。所述第二阱層的形成在第三生長溫度下進行，所述第三阱層的形成在第四生長溫度下進行，并且所述第四生長溫度高于第三生長溫度。此外，根據(jù)實施方案，根據(jù)實施方案的發(fā)光器件封裝件包括封裝體部、在所述封裝體部上的至少一個電極層、與電極層電連接的發(fā)光器件和在所述發(fā)光器件上的模制構(gòu)件。此外，根據(jù)實施方案，照明系統(tǒng)可包括預定的襯底和包括設置在襯底上的發(fā)光器件封裝件的發(fā)光模塊。


圖I是顯示根據(jù)實施方案的發(fā)光器件的截面視圖；圖2是顯示根據(jù)實施方案的發(fā)光器件的部分截面視圖；圖3是顯示根據(jù)第一實施方案的發(fā)光器件的能帶圖的視圖；圖4是顯示根據(jù)第一實施方案的發(fā)光器件的生長溫度隨時間變化的圖；圖5A是顯示根據(jù)第一實施方案的發(fā)光器件的輸出變化的圖；圖5B是顯示根據(jù)第一實施方案的發(fā)光器件的工作電壓變化的圖；圖5C是顯示根據(jù)第一實施方案的發(fā)光器件的反向電壓變化的圖； 圖是顯示根據(jù)第一實施方案的發(fā)光器件的內(nèi)部光發(fā)射效率變化的圖；圖6是顯示根據(jù)第二實施方案的發(fā)光器件的能帶隙圖的視圖；圖7是顯示根據(jù)第二實施方案的發(fā)光器件的能帶隙圖的另一實例的視圖；圖8是顯示根據(jù)第二實施方案的發(fā)光器件的生長溫度隨時間變化的圖；圖9是顯示根據(jù)第二實施方案的發(fā)光器件的輸出變化的圖；圖10是顯示根據(jù)第三實施方案的發(fā)光器件的能帶的視圖；圖IlA是顯示根據(jù)第三實施方案的發(fā)光器件的光學特性的圖；圖IlB是顯示根據(jù)第三實施方案的發(fā)光器件的光學特性的另一實例的圖；圖12是顯示根據(jù)第四實施方案的發(fā)光器件的能帶圖的圖；圖13是顯示根據(jù)第五實施方案的發(fā)光器件的能帶圖的圖；圖14是顯示根據(jù)另一實施方案的發(fā)光器件的截面視圖；圖15是顯示根據(jù)實施方案的發(fā)光器件封裝件的截面視圖；圖16是顯示根據(jù)實施方案的照明單元的透視圖；和圖17是顯示根據(jù)實施方案的背光單元的透視圖。
具體實施例方式在下文，將參考附圖描述根據(jù)實施方案的發(fā)光器件、用于制造其的方法、發(fā)光器件封裝件和照明系統(tǒng)。
在實施方案的說明中，將理解，當稱層(或膜)在另一層或基板“上/上方”時，其可以直接在另一層或基板上，或者也可以存在中間層。此外，將理解，當稱層在另一層“下”時，其可以直接在另一層之下，并且也可以存在一個或更多個中間層。此外，還應理解，當稱層在兩層“之間”時，其可以為所述兩層之間的唯一層，或者也可以存在一個或更多個中間層。(實施方案)根據(jù)用于制造基于相關技術的多阱層結(jié)構(gòu)的氮化物半導體發(fā)光器件的技術，出現(xiàn)內(nèi)部量子效率隨注入電流增加而降低的下垂現(xiàn)象(droo p phenomenon)。如果滿足量子-物理復合條件，位于與阱層中的基態(tài)對應的量子能級處的電子和空穴相互復合以發(fā)射光。然而，一個阱層可保留預定量的、量子-物理地處于與代表最低能態(tài)的基態(tài)(量子數(shù)，n = I)的量子化能級處的空穴或電子。此外，較高的量子化能級(較高的量子化能級量子數(shù))比基態(tài)具有更多的保留空穴和電子的能態(tài)。因此，如果電子或空穴被充分注入，則位于一個阱層中較高量子化能級處的載流子(電子和空穴)被移到另一相鄰阱層的基態(tài)中以參與光發(fā)射。然而，在根據(jù)相關技術具有帶有多阱層結(jié)構(gòu)的有源層(光發(fā)射層)的氮化物半導體器件中，有源層的所有阱層都不接受具有均勻分布的注入的載流子，而是只有靠近用作空穴注入層的P型GaN層的少量阱層主要對光發(fā)射做出貢獻。因此，如果供給足量的注入的電流，可能出現(xiàn)未被有效束縛在有源層內(nèi)的額外電子或額外空穴。額外電子或額外空穴不參與光發(fā)射，而是通過非輻射性的再復合過程在有源層中自毀滅，或者泄露到有源層之外。根據(jù)相關技術的氮化物半導體發(fā)光器件，由于在有源層中因材料的極性而初始存在非常大的內(nèi)場，并且注入有源層中的電子具有熱的載流子性質(zhì)，所以可能嚴重出現(xiàn)載流子溢流。相應地，如果注入的電流增加，則電子和空穴的非發(fā)射損失增加，使得有源層的光發(fā)射效率，例如內(nèi)部量子效率可能嚴重降低。在根據(jù)相關技術的基于具有帶有多阱層結(jié)構(gòu)的有源層的氮化物半導體發(fā)光器件中，在實現(xiàn)用于高功率照明的發(fā)光器件時由上述高電流的施加導致的光發(fā)射效率降低變成重要技術問題之一。同時，根據(jù)相關技術，由于空穴的移動性顯著低于電子的移動性，所以光發(fā)射主要在靠近P型GaN層的有源層的阱層中發(fā)生。相應地，發(fā)射效率變差，使得光學特性降低。因此，實施方案提供一種能夠提高發(fā)光強度的發(fā)光器件、用于制造發(fā)光器件的方法、發(fā)光器件封裝件和照明系統(tǒng)。此外，實施方案提供能夠提高發(fā)光強度且同時使發(fā)射光的波長變化最小的發(fā)光器件、用于制造發(fā)光器件的方法、發(fā)光器件封裝件和照明系統(tǒng)。圖I是顯示根據(jù)實施方案的發(fā)光器件100的截面視圖，圖2是根據(jù)實施方案的發(fā)光器件100的部分A的放大截面視圖。參考圖1，根據(jù)實施方案的發(fā)光器件100可以包括支撐構(gòu)件110和設置在支撐構(gòu)件110上的發(fā)光結(jié)構(gòu)160。發(fā)光結(jié)構(gòu)160可以包括第一導電半導體層120、有源層130、中間層140和第二導電半導體層150。支撐構(gòu)件110可以包括導電襯底或絕緣襯底。支撐構(gòu)件110的材料可以是半導體材料、金屬材料、復合材料或其組合。此外，支撐構(gòu)件110可以是單層或多層。例如，支撐構(gòu)件 110 可以包括藍寶石(Al2O3)、SiC, Si、GaAs、GaN、ZnO, GaP、InP、Ge 和 Ga2O3 中的至少一種。出于光提取效率的目的，支撐構(gòu)件110的折射率可以小于第一導電半導體層120的折射率。同時，為了增加光提取效率，可以在支撐構(gòu)件110的頂表面上設置PSS(圖案化襯底)結(jié)構(gòu)，但是實施方案不限于此。根據(jù)實施方案，支撐構(gòu)件110可以在其上設置有緩沖層(未顯示)以減輕支撐構(gòu)件110和第一導電半導體層120之間的晶格失配并用于容易地生長半導體層。緩沖層(未顯示)的材料可以是半導體材料、金屬材料、復合材料或其組合。緩沖層(未顯示)可以在 低溫氣氛中形成，并且可以包含減小半導體層和支撐構(gòu)件110之間的晶格常數(shù)差的材料。例如，緩沖層可以包含選自GaN、InN、AlN、AlInN、InGaN、AlGaN和AlGaN的材料，但是實施方案不限于此。緩沖層(未顯示)可以在支撐構(gòu)件110上生長為單晶結(jié)構(gòu)。以單晶結(jié)構(gòu)生長的緩沖層可以改善在緩沖層上生長的第一導電半導體層120的結(jié)晶性。緩沖層上可以設置有發(fā)光結(jié)構(gòu)160,發(fā)光結(jié)構(gòu)160包括第一導電半導體層120、有源層130和第二導電半導體層150。第一導電半導體層120可以位于緩沖層上。第一導電半導體層120可以是諸如第III-V族元素或第II-VI族元素等的半導體層，并且可以摻雜有第一導電型摻雜劑。此外，第一導電半導體層120可以是單層或多層。第一導電半導體層120可以是n型半導體層，并且可以將載流子如電子供給到有源層130。第一導電半導體層120可以包括具有組成式Ir^AlyGamNO)彡X彡1，0彡y彡I且 0 彡 x+y 彡 I)的半導體材料，例如，選自 GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN 和 AlInN的材料。第一導電半導體層120可以摻雜有n型摻雜劑如Si、Ge和Sn,但是實施方案不限于此。此外，可以在第一導電半導體層120下方額外形成未摻雜的半導體層(未顯不),但是實施方案不限于此。未摻雜的半導體層形成為改善第一導電半導體層120的結(jié)晶性。未摻雜的半導體層可以與第一導電半導體層120相同，只是未摻雜的半導體層具有比第一導電半導體層120低的電導率,因為未摻雜的半導體層沒有摻雜n型摻雜劑。有源層130可以形成在第一導電半導體層120上。有源層130可以通過使用包含第III-V族化合物半導體材料而具有單量子結(jié)構(gòu)、多量子結(jié)構(gòu)、量子線結(jié)構(gòu)或量子點結(jié)構(gòu)。如果有源層130形成為阱層結(jié)構(gòu)，則有源層130可具有單量子阱層結(jié)構(gòu)或多量子阱層結(jié)構(gòu)，其具有組成式為InxAlyGa1IyN (0彡x彡1，0彡y彡I且0彡x+y彡I)的阱層和組成式為InaAlbGanbN(0彡a彡1，0彡b彡I且0<a+b彡I)的勢壘層。阱層可以包含具有比勢壘層小的能帶隙的材料。此外，當有源層130具有多阱層結(jié)構(gòu)時，阱層可具有不同的In含量和不同的能帶隙，并且其細節(jié)將在下文參考圖2至3描述?？梢栽谟性磳?30上和/或下形成導電包覆層(未顯示)。導電包覆層可由具有比有源層130的勢壘層寬的能帶隙的半導體層形成。例如，導電包覆層可以包含GaN、AlGaN、InAlGaN或超晶格結(jié)構(gòu)。導電包覆層可以是單層或多層，并且可以摻雜有n型摻雜劑或p型摻雜劑。第二導電半導體層150可以是諸如第III-V族元素或第II-VI族元素等的半導體層，并且可以摻雜有第二導電型摻雜劑。此外，第二導電半導體層150可以是單層或多層。第二導電半導體層150可以包含p型半導體層，使得可以將空穴注入有源層130中。例如，第二導電半導體層150可以包括具有組成式InxAlyGanyN(0≤x≤1，0≤y≤I且0 ≤ x+y ≤ I)的半導體材料，例如，選自 GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN 和 AlInN 的材料。第二導電半導體層150可以摻雜有p型摻雜劑如Mg、Zn、Ca、Sr和Ba，但是實施方案不限于此。同時，可以在有源層130和第二導電半導體層150之間插入中間層140。中間層140可以用作電子阻擋層，以防止載流子如在施加高電流時從第一導電半導體層120注入有源層130中的電子流入第二導電半導體層150而不在有源層130中復合。
中間層140具有比有源層130大的能帶隙以防止從第一導電半導體層120注入的電子被注入第二導電半導體層150中而不在有源層130中復合。因此，中間層140可增加使電子與空穴在有源層130中復合的幾率并且可以防止漏電流。同時，中間層140可以具有比有源層130中包含的勢壘層大的能帶隙。例如，中間層140可以包括包含Al的半導體層如AlGaN，但是實施方案不限于此。第一導電半導體層120、有源層130、中間層140和第二導電半導體層150可通過MOCVD (金屬有機氣相沉積)法、CVD (化學氣相沉積)法、PECVD (等離子體增強化學氣相沉積)法、MBE (分子束外延)法、HVPE (氫化物氣相外延)法或濺射法形成，但是實施方案不限于此。此外，在第一和第二導電半導體層120和150中包含的導電摻雜劑的摻雜濃度可以是均勻的或不規(guī)則的。換言之，多個半導體層可以具有多種摻雜濃度分布，但是實施方案不限于此。同時，如上所述，第一導電半導體層120可以通過利用n型半導體層來實現(xiàn)，并且第二導電半導體層150可以通過利用p型半導體層來實現(xiàn)?？梢栽诘诙щ姲雽w層150上形成包含n型半導體層或p型半導體層的第三半導體層(未顯示)。相應地，發(fā)光器件100可以具有np、pn、npn或pnp結(jié)結(jié)構(gòu)中的至少之一。同時，有源層130和第二導電半導體層150的部分可以移除以暴露第一導電半導體層120的一部分,并且可以在第一導電半導體層120的暴露部分上形成第一電極174。換言之，第一導電半導體層120可以具有面向有源層130的頂表面和面向支撐構(gòu)件110的底表面。第一導電半導體層120的頂表面可以包括至少一個暴露的區(qū)域，并且可以在頂表面的暴露區(qū)域上設置第一電極174。同時，第一導電半導體層120的一部分可以通過預定蝕刻法暴露，但是實施方案不限于此。蝕刻法可以包括濕式蝕刻法或干式蝕刻法。此外，可以在第二導電半導體層150上形成第二電極172。同時，第一和第二電極174和172可以包含導電材料,例如,選自In、Co、Si、Ge、Au、Pd、Pt、Ru、Re、Mg、Zn、Hf、Ta、Rh、Ir、W、Ti、Ag、Cr、Mo、Nb、Al、Ni、Cu 和 WTi 的金屬，或者可以包含其合金。第一和第二電極174和172可以具有單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)，但是實施方案不限于此。圖2是圖I的部分A的分解截面視圖。參考圖2，發(fā)光器件100的有源層130可以具有多阱層結(jié)構(gòu)。相應地，有源層130可包括阱層Q和勢壘層B (見圖3)。阱層Q可包括第一至第三阱層Ql至Q3，并且勢壘層B可包括第一至第三勢壘層BI至B3，但是實施方案不限于此。此外，第一至第三阱層Ql、Q2和Q3以及第一至第三勢壘層BI、B2和B3可以具有如圖2所示的交替堆疊結(jié)構(gòu)。同時，圖2顯示第一至第三阱層Q1、Q2和Q3、第一至第三勢壘層B1、B2和B3，并且第一至第三勢壘層B1、B2和B3以及第一至第三阱層Q1、Q2和Q3交替層疊在彼此之上，但是實施方案不限于此。阱層Q和勢壘層B的數(shù)目和布置可以自由形成。如上所述，阱層Q和勢壘層B可包含具有不同組成比、不同能帶隙、和不同厚度的材料，但是實施方案不限于圖2中顯示的結(jié)構(gòu)。(第一實施方案)圖3是顯示根據(jù)第一實施方案的發(fā)光器件的能帶隙圖101的視圖。參考圖3，第三阱層Q3的能帶隙可以大于第一和第二阱層Ql和Q2的能帶隙。由于靠近將載流子如空穴供給到有源層130的第二導電半導體層150的第三阱層Q3的能帶隙大于第一和第二阱層Ql和Q2的能帶隙，所以空穴可容易地被移動。因此，橫越第二導電半導體層150或中間層140的空穴可以被更容易地注入第三阱層Q3中。相應地，空穴的注入效率更為增加，并且到第一和第二阱層Ql和Q2中的空穴注入效率可以增加。 此外，由于第三阱層Q3的能帶隙大于第一和第二阱層Ql和Q2的能帶隙，并且小于勢壘層B的能帶隙，所以由勢壘層B和第二導電半導體層150 (具有較大的能帶隙)和阱層(具有較小的能帶隙)之間的能帶隙差導致的層間應力降低，使得發(fā)光器件100的可靠性可更為改善。根據(jù)實施方案，第三阱層Q3可以被稱為在遠離第一導電半導體層120的最遠位置處形成的阱層，并且可以被稱為在最靠近第二導電半導體層150的位置處的阱層。第一和第二阱層Ql和Q2可以具有相同的能帶隙，或者可以具有小于第三阱層Q3的能帶隙。例如，如果有源層130發(fā)射藍光，則第三阱層Q3的第三能帶隙可以在約2. SeV至約3. OSeV的范圍內(nèi)，但是實施方案不限于此。此外，盡管與第三阱層Q3的第三能帶隙的能隙差可以為約0. IeV或更低，但是實施方案不限于此。例如，第三阱層Q3的第三能帶隙與第二阱層Q2的第二能帶隙或第一阱層Ql的第一能帶隙之間的能隙差可以為約0. IeV或更低。此外，根據(jù)實施方案，第三阱層Q3可以具有比第二阱層Q2的能帶隙大約2. 5%的能帶隙。例如，從第三阱層Q3發(fā)射的光的波長可以比從第二阱層Q2發(fā)射的光的波長短約20nmo根據(jù)實施方案，從第三阱層Q3發(fā)射的光的波長可以比從第二阱層Q2發(fā)射的光的波長短約2nm至約20nm。如果從第三阱層Q3發(fā)射的光的波長比從第二阱層Q2發(fā)射的光的波長短約2nm或更低，則增加載流子的注入的效果不會大幅體現(xiàn)。如果從第三阱層Q3發(fā)射的光的波長比從第二阱層Q2發(fā)射的光的波長短至少20nm，則發(fā)射具有另一種顏色的光，使得顯色性可能變差。同時，如上所述，阱層Q可具有組成式InxAlyGamN(0彡x彡1，0彡y彡I且0<x+y<l)。隨著阱層Q的In含量增加，能帶隙可能降低。與此相比，隨著Q層In含量降低，能帶隙可能增加。第三阱層Q3的In含量可以對應于第一阱層Ql或第二阱層Q2的In含量的90%至99%。所述比例不根據(jù)能帶隙和晶格常數(shù)而對發(fā)光器件100的穩(wěn)定性和可靠性施加影響，但是可以增加發(fā)光器件100的結(jié)晶性和空穴注入效率。同時，所述比例可以是摩爾比、體積比和質(zhì)量比中之一，但是實施方案不限于此。例如，如果阱層Q的組成式為In/lyGah-yN^≤X彡1，0≤y彡I且0彡x+y彡1)，則第三阱層Q3的In的組成(x3)可以比第二阱層Q2的In的組成(x2)小0. 02或更低，但是實施方案不限于此。同時，由于半導體層之間的晶格常數(shù)差和半導體層的對準，在半導體中可能出現(xiàn)壓電極化。由于構(gòu)成發(fā)光器件的半導體材料具有大的壓電系數(shù)，所以半導體材料可導致非常大的極化，即使出現(xiàn)小的應變也是如此。由兩個極化導致的電場改變阱層結(jié)構(gòu)的能帶結(jié)構(gòu)而使電子和空穴的分布變形。這種現(xiàn)象稱為量子限制斯塔克效應(QCSE)。這種現(xiàn)象可在發(fā)光器件中導致低內(nèi)部量子效率而通過電子和空穴的復合產(chǎn)生光，并且可對發(fā)光器件的電學和光學特性施加壞的影響，例如光發(fā)射譜的紅移。如上所述，阱層Q可具有組成式InxAlyGanyN(0彡x彡1，0彡y彡I且0彡x+y彡I)，并且勢壘層B可具有組成式InaAlbGa1IbN (0彡a彡1，0彡b彡I且0 ^ a+b ^ I)。InN的晶格常數(shù)大于GaN的晶格常數(shù)，并且阱層Q的晶格常數(shù)隨著阱層Q中包含的In含量增加而增加，使得勢壘層B和阱層Q之間的晶格常數(shù)差增加。相應地，層之間的應變可更大幅度地增加。極化效應因應變而更為增加，使得內(nèi)部電場增強。相應地，能帶根據(jù)電場而被彎曲，使得產(chǎn)生銳三角形勢阱，并且電子或空穴可集中在三角形勢阱中。相應地，電子和空穴之間的復合可變差。根據(jù)實施方案，第三阱層Q3的In含量降低，使得晶格常數(shù)降低。相應地，勢壘層B和第三阱層Q3之間的晶格常數(shù)差可能降低。因此，三角形勢阱的產(chǎn)生可減少。結(jié)果，電子和空穴的復合可增加，并且發(fā)光器件100的光發(fā)射效率可提高。因此，靠近第二導電半導體層150的第三阱層Q3的能帶隙形成增加，并且形成高勢壘，使得第三阱層Q3對從第二導電半導體層150供給的載流子(例如空穴)具有抗性?？昭ǖ穆窂娇杀粩U散。此外，第三阱層Q3的阱深度降低，使得注入另一阱層的空穴的量可增加。電子和空穴之間的復合可通過空穴路徑的擴散而在遍及有源層130整個區(qū)域的較寬范圍內(nèi)出現(xiàn)，使得電子和空穴之間的復合率可提聞。相應地，發(fā)光器件100的光發(fā)射效率可以提聞。同時，由支撐構(gòu)件110和在支撐構(gòu)件110上形成的發(fā)光結(jié)構(gòu)之間的晶格常數(shù)差導致的晶體缺陷可根據(jù)生長方向而增加。相應地，在遠離支撐構(gòu)件110的最遠位置處形成的第二導電半導體層150可具有最大的晶體缺陷。由于空穴移動性低于電子移動性，所以由第二導電半導體層150的結(jié)晶性變差導致的空穴注入效率變差可使發(fā)光器件100的光發(fā)射效率變差。然而，根據(jù)實施方案，有源層130和第三阱層Q3之間的能帶隙大幅形成，由此阻擋晶體缺陷的傳播。第二導電半導體層150的晶體缺陷可以被克服，并且發(fā)光器件100的光發(fā)射效率可提聞。
此外，根據(jù)實施方案，有源層130可發(fā)射具有基本上相同顏色的光。例如，即使有源層130包括第一阱層Q1、第二阱層Q2和第三阱層Q3，并且阱層之間的能帶隙可以彼此不同而使得阱層不發(fā)射具有相同波長的光，有源層130也可發(fā)射具有基本上相同顏色的光。根據(jù)實施方案，阱層Q可以是未摻雜的。如果阱層是摻雜的，可能不發(fā)光。實施方案可提供能夠通過增加注入有源層中的載流子的總量來提高發(fā)光強度的發(fā)光器件及其制造方法。此外，實施方案提供能夠通過增加注入有源層中的載流子的分布來提高發(fā)光強度的發(fā)光器件及其制造方法。圖4是顯示根據(jù)生長時間和生長溫度Temp生長根據(jù)第一實施方案的發(fā)光器件的過程的圖。在第一生長溫度Cl下以生長時間tl生長第一導電半導體層120之后，降低生長溫度，使得可以在第二生長溫度C2下以生長時間t2在第一導電半導體層120和有源層130之間生長較低的子層(未顯示)。此后，進一步降低生長溫度，使得在第三生長溫度C3下以生長時間t3生長有源層130。在生長有源層130期間生長第三阱層Q3之前，將生長溫度升高至第四生長溫度C4，使得可以在第四生長溫度C4以時間t4生長第三阱層Q3。根據(jù)實施方案，第四生長溫度C4可以具有對應于第三生長溫度C3的值的約100. 4%至約103%的值，但是實施方案不限于此。所述比例可以是其中發(fā)光器件的結(jié)晶性和空穴注入效率可以通過調(diào)節(jié)In組成來提高而不影響發(fā)光器件的穩(wěn)定性和可靠性的條件。由于第三阱層Q3的第四生長溫度C4高于第一阱層Ql和第二阱層Q2的第三生長溫度C3，所以第三阱層Q3的In含量可降低。相應地，如上所述，第三阱層Q3的能帶隙可增力口，并且注入第三阱層Q3、第一阱層Ql和第二阱層Q2的空穴的注入效率可增加，使得發(fā)光器件的光發(fā)射效率可提聞。此外，由于第三阱層Q3的第四生長溫度C4升高，所以在比有源層130高的生長溫度下生長的第一和第二導電半導體層120和150的生長溫度和有源層130的生長溫度之差可降低。因此，薄膜的特性改善，使得發(fā)光器件100的可靠性可提高。根據(jù)實施方案，形成第一阱層Ql或第二阱層Q2的時間t3基本上與形成第三阱層Q3的時間t4基本相同，并且第一阱層Ql或第二阱層Q2的厚度可以與第三阱層Q3的厚度基本相同，但是實施方案不限于此。圖5是顯示根據(jù)第一實施方案的發(fā)光器件的輸出變化的圖，并且圖5B是顯示根據(jù)第一實施方案的發(fā)光器件的工作電壓變化的圖。圖5C是顯示根據(jù)第一實施方案的發(fā)光器件的反向電壓的圖，并且圖是顯示根據(jù)第一實施方案的發(fā)光器件的內(nèi)部光發(fā)射效率變化的圖。
參考圖5A，其中根據(jù)第一實施方案的靠近P型半導體層的阱層的能帶隙表現(xiàn)為增加的發(fā)光器件wdT表現(xiàn)出比對比例wodT更為改善的輸出。參考圖5B，其中根據(jù)第一實施方案的靠近P型半導體層的阱層的能帶隙表現(xiàn)為增加的發(fā)光器件wdT表現(xiàn)出與對比例wodT基本上相等的工作電壓。因此，盡管發(fā)光器件的輸出提高，但是工作電壓沒有增加。相應地，工作電壓可以在具有相同輸出的情況下降低，因此可以在相同的工作電壓下獲得提高的光發(fā)射效率。參考圖5C，其中根據(jù)第一實施方案的靠近P型半導體層的阱層的能帶隙表現(xiàn)為增加的發(fā)光器件wdT表現(xiàn)出比對比例wodT更為改善的反向電壓。參考圖其中根據(jù)第一實施方案的靠近P型半導體層的阱層的能帶隙表現(xiàn)出增加的發(fā)光器件El表現(xiàn)出比對比例Rl更為改善的量子效率IQE。因此，根據(jù)實施方案，可以顯著改善其中內(nèi)部量子效率隨注入電流增加而變差的下垂現(xiàn)象。 實施方案可提供能夠通過增加注入有源層中的載流子的總量來提高發(fā)光強度的發(fā)光器件及其制造方法。此外，實施方案可提供能夠通過增加注入有源層中的載流子的分布來提高發(fā)光強度的發(fā)光器件及其制造方法。(第二實施方案)圖6是顯示根據(jù)第二實施方案的發(fā)光器件的能帶圖102的視圖，并且圖7是顯示根據(jù)第二實施方案的發(fā)光器件的能帶圖102a的視圖。第二實施方案可以采用第一實施方案的技術特征。因此，根據(jù)第二實施方案的有源層130可具有多阱層結(jié)構(gòu)。相應地，有源層130可包括第一至第三阱層Ql、Q2和Q3以及第一至第三勢壘層B1、B2和B3。根據(jù)第二實施方案，第三阱層Q3a的厚度dl可以比第二阱層Q2的厚度d2厚。此夕卜，根據(jù)第二實施方案，第三阱層Q3a的厚度dl可以比第一阱層Ql的厚度厚。例如，靠近第二導電半導體層150的第三阱層Q3a可以具有厚度dl，并且第二阱層Q2可以具有厚度d2。厚度dl可以大于厚度d2。例如，厚度dl可以對應于厚度d2的約110%至約130%，但是實施方案不限于此。此外，第三阱層Q3a的厚度dl可以對應于第一阱層Ql的厚度的約110%至約130%，但是實施方案不限于此。例如，如果有源層130發(fā)射藍光，則第三阱層Q3a可具有約3. 9nm的厚度，但是實施方案不限于此。根據(jù)第二實施方案，第三阱層Q3a的能帶隙可以大于第一阱層Ql和第二阱層Q2的能帶隙?？拷蛴性磳?30供給空穴的第二導電半導體層150的第三阱層Q3a的能帶隙大于第一和第二阱層Ql和Q2的能帶隙，使得可容易地進行空穴的移動。因此，橫越第二導電半導體層150或中間層140的空穴可更容易地注入第三阱層Q3a中。因此，空穴的注入效率更為提高，并且向第一阱層Ql和第二阱層Q2注入空穴的效率可以增加。同時，第三阱層Q3a的In含量可以為第一阱層Ql和第二阱層Q2的In含量的90 %至 99%。根據(jù)實施方案，如果第三阱層Q3a具有比第二阱層Q2的能帶隙大的能帶隙，則在阱層之間的能帶隙中造成差異，使得阱層的光能可變化。這意味著從阱層發(fā)射的光的波長彼此不同。因此，由于第三阱層Q3a具有比第二阱層Q2大的能帶隙，所以第三阱層Q3a產(chǎn)生具有較大能量的光，使得第三阱層Q3a產(chǎn)生具有較短波長的光。因此，如圖9所示，發(fā)光器件的光發(fā)射譜的拓寬可以朝短波長(虛線)增加，并且可以在發(fā)光器件100的光致發(fā)光譜中形成肩部P。如上所述，靠近第二導電半導體層150的第三阱層Q3a可具有厚度dl，并且第二阱層Q2可具有厚度d2。厚度dl可大于厚度d2。根據(jù)實施方案，從阱層Q發(fā)射的光的能級公式用下式I表示。式I
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光器件，其包括 第一導電半導體層； 在所述第一導電半導體層上包括阱層和勢壘層的有源層；和 在所述有源層上的第二導電半導體層， 其中所述阱層包括 最靠近所述第一導電半導體層且具有第一能帶隙的第一阱層； 最靠近所述第二導電半導體層且具有第三能帶隙的第三阱層；和 置于所述第一和第三阱層之間且具有第二能帶隙的第二阱層；并且 其中所述第三阱層的所述第三能帶隙大于所述第二阱層的所述第二能帶隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光器件，其中所述第三阱層的厚度比所述第二阱層的厚度厚。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光器件，其中所述第二阱層的厚度比所述第一阱層的厚度厚。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光器件，其中所述第三阱層的厚度比所述第一阱層的厚度厚。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光器件，其中所述第三阱層的厚度對應于所述第一阱層的厚度或所述第二阱層的厚度的110%至130%。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光器件，其中當所述有源層發(fā)射藍光時所述第三阱層的厚度為約3. 9nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光器件，其中所述第一阱層的所述第一能帶隙大于所述第二阱層的所述第二能帶隙。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光器件，其中所述第一阱層的所述第一能帶隙等于所述第三阱層的所述第三能帶隙。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光器件，其中所述第三阱層的厚度比所述第二阱層的厚度厚。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光器件，其中所述第一阱層的厚度比所述第二阱層的厚度厚。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至10中任一項所述的發(fā)光器件，其中所述第三能帶隙對應于所述第二能帶隙的101%至110%。
12.根據(jù)權(quán)利要求I至10中任一項所述的發(fā)光器件，其中當所述有源層發(fā)射藍光時所述第三能帶隙在約2. 8eV至約3. 08eV的范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求I至10中任一項所述的發(fā)光器件，其中所述第三阱層的所述第三能帶隙和所述第二阱層的所述第二能帶隙之間的能隙差或所述第三阱層的所述第三能帶隙和所述第一阱層的所述第一能帶隙之間的能隙差在約0. IeV內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項所述的發(fā)光器件，其中從所述第三阱層發(fā)射的光的波長比從所述第二阱層發(fā)射的光的波長短20nm或更少。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光器件，其中從所述第三阱層發(fā)射的光的波長比從所述第二阱層發(fā)射的光的波長短約2nm至約20nm。
16.根據(jù)權(quán)利要求I至10中任一項所述的發(fā)光器件，其中所述阱層包含銦(In)，并且所述第三阱層的In含量小于所述第二阱層的In含量。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)光器件，其中所述第三阱層的In含量對應于所述第二阱層的In含量的90%至99%。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)光器件，其中當阱層具有組成式InxAlyGa1^yN (0≤x≤1,0≤y≤1且0≤x+y ≤I)時所述第三講層的In組成比所述第二阱層的In組成低0. 02的范圍。
19.根據(jù)權(quán)利要求I至10中任一項所述的發(fā)光器件，其中所述有源層發(fā)射具有基本上相同顏色的光。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的發(fā)光器件，其中從所述第三阱層發(fā)射的光的波長與從所述第二阱層發(fā)射的光的波長不同，并且從所述有源層發(fā)射的光表現(xiàn)出基本相同的顏色。
全文摘要
本申請公開了一種發(fā)光器件、制造發(fā)光器件的方法、發(fā)光器件封裝件和照明系統(tǒng)。發(fā)光器件包括第一導電半導體層、在所述第一導電半導體層上包括阱層和勢壘層的有源層和在所述有源層上的第二導電半導體層。所述阱層包括最靠近所述第一導電半導體層且具有第一能帶隙的第一阱層、最靠近所述第二導電半導體層且具有第三能帶隙的第三阱層和置于所述第一和第二阱層之間且具有第二能帶隙的第二阱層。所述第三阱層的第三能帶隙大于所述第二阱層的第二能帶隙。
文檔編號H01L33/06GK102709417SQ201210082888
公開日2012年10月3日 申請日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者丁鐘弼, 俞東漢, 尹才仁, 沈世煥, 羅鐘浩, 金鐘國, 黃凈鉉 申請人:Lg伊諾特有限公司