专利名称：半导体发光器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体发光器件，更具体地讲，涉及一种通过改变电极布置结构能够以高电流执行操作并提高发光效率的半导体发光器件。
背景技术：
半导体发光器件包括发射光的材料。例如，发光二极管(LED)是利用与半导体结合的二极管，将电子和空穴的复合产生的能量转换成光并发射光的器件。半导体发光器件被广泛地用于诸如照明装置、显示装置和光源的应用中，并且已经加快了半导体发光器件的研发进程。通常，半导体结发光器件具有ρ型半导体和η型半导体的结结构。在半导体结结构中，可通过电子和空穴在两种类型的半导体的结区域处的复合而发射光，并且还在两种类型的半导体之间形成活性层，以激发光发射。根据用于半导体层的电极的位置，半导体结发光器件具有垂直结构和水平结构。水平结构包括Epi-up结构和芯片倒装结构。图1是示出了根据现有技术的水平半导体发光器件的视图，图2是示出了根据现有技术的垂直半导体发光器件的剖视图。为了便于解释，在图1和图2中，将假定η型半导体层与基底接触且P型半导体层形成在活性层上而进行描述。首先，将参照图1描述水平半导体发光器件。水平半导体发光器件1包括非导电基底13、η型半导体层12、活性层11和ρ型半导体层10。η型电极15和P型电极14分别形成在η型半导体层12和ρ型半导体层10上， 并且电连接到外部电流源(未示出)，以将电压施加到半导体发光器件1。当通过电极14和15将电压施加到半导体发光器件1时，电子从η型半导体层12 移动并且空穴从P型半导体层10移动，从而导致电子和空穴复合来发射光。半导体发光器件1包括活性层11并且从活性层11发射光。在活性层11中，激活半导体发光器件1的光发射并发射光。为了进行电连接，η型电极15和P型电极14分别位于η型半导体层12和 P型半导体层10上，并具有最低接触电阻值。可根据基底的类型来改变电极的位置。例如，在如图1所示的基底13为非导电基底的蓝宝石基底的情况下，η型半导体层12的电极不能形成在非导电基底13上，而应该形成在η型半导体层12上。因此，当η型电极15形成在η型半导体层12上时，ρ型半导体层10和活性层11 的位于上侧的部分被去除(consume)以形成欧姆接触部分。由于按照这种方式形成电极， 所以半导体发光器件1的发光面积减小，从而发光效率也降低。为了解决包括上述问题的各种问题，已经出现了利用导电基底而不是非导电基底的半导体发光器件。如图2所示，半导体发光器件2为垂直半导体发光器件。由于使用了导电基底23， 所以η型电极25可形成在该基底上。如图2所示，尽管η型电极形成在导电基底23上，但是也可以通过利用非导电基底来生长半导体层，去除该基底，然后在η型半导体层上直接形成η型电极来制造垂直发光器件。当使用导电基底23时，由于电压可通过导电基底23被施加到η型半导体层22，所以电极可直接形成在基底上。因此，如图2所示，η型电极25形成在导电基底23上，ρ型电极M形成在ρ型半导体层20上，从而制造具有垂直结构的半导体发光器件。然而，在这种情况下，具体地讲，在制造具有大面积的高功率发光器件的情况下， 为了电流扩展，需要电极与基底的面积比高。结果，光提取受到限制并且光吸收会导致光损失，并且发光效率降低。参照图1和图2描述的水平和竖直半导体发光器件具有减小的发光面积，从而降低了发光效率，限制了光提取，并且由于光吸收而导致了光损失。出于这个原因，为了解决传统半导体发光器件的这些问题，急需开发一种具有新型结构的半导体发光器件。
发明内容
技术问题本发明的一方面提供了一种具有新型结构的半导体发光器件。本发明的一方面还提供了一种具有高发光效率的半导体发光器件。本发明的一方面还提供了一种高电流半导体发光器件。技术方案根据本发明的一方面，提供了一种半导体发光器件，所述半导体发光器件包括发光结构，发光结构具有顺序地堆叠的导电基底、第一电极层、绝缘层、第二电极层、第二半导体层、活性层和第一半导体层。这里，第二电极层包括至少一个通过暴露与第二半导体层接触的界面的一部分而形成的暴露区域。第一电极层穿透第二电极层、第二半导体层和活性层，并通过穿入第一半导体层的预定区域的多个接触孔而延伸到第一半导体层的所述预定区域来电连接到第一半导体层。绝缘层通过设置在第一电极层和第二电极层之间以及设置在所述多个接触孔的侧表面上使第一电极层与第二电极层、第二半导体层和活性层绝缘。 第一电极层和第一半导体层之间的接触面积为发光结构的总面积的0. 615%至15. 68%。所述多个接触孔可被均勻布置。所述多个接触孔的数量可为1至48，000。第一电极层和第一半导体层之间的接触面积可为每1，000, 000 μ m2面积的半导体发光器件 6，150 μ m2 至 156，800 μ m2。所述多个接触孔中的相邻的接触孔的中心点之间的距离可为5 μ m至500 μ m。所述半导体发光器件还可包括形成在第二电极层的暴露区域上的电极焊盘部分。第二电极层的暴露区域可形成在半导体发光器件的角落处。第二电极层可反射从活性层产生的光。第二电极层可包括从由Ag、Al、Pt、Ni、Pt、Pd、Au、Ir和透明的导电氧化物组成的组中选择的一种。导电基底可包括从由Au、Ni、Al、Cu、W、Si, Se和GaAs组成的组中选择的一种。第一电极层和第一半导体层之间的接触面积可为发光结构的总面积的3%至13%。根据本发明的一方面，提供了一种半导体发光器件，所述半导体发光器件包括 导电基底；发光结构，具有顺序地堆叠的第二半导体层、活性层和第一半导体层；第一电极层，包括多个接触孔和电连接部分，所述多个接触孔通过穿透第二半导体层和活性层而与第一半导体层的内部接触，所述电连接部分从所述多个接触孔延伸并暴露于发光结构的外部；绝缘层，将第一电极层与导电基底、第二半导体层和活性层电分离。这里，多个接触孔和第一半导体层之间的接触面积为发光结构的总面积的0. 615%至15. 68%。技术效果如上所述，根据本发明的示例性实施例，半导体发光器件包括一部分形成在发光表面上而另一部分设置在活性层下的第一电极，从而使发光面积最大化。由于电极均勻地设置在发光表面上，所以即使在向电极施加高的操作电流时，也可以使电流稳定地扩展。此外，可以实现均勻的电流扩展，从而减少了高电流操作期间的电流拥挤，由此提
高了可靠性。
图1是示出了根据现有技术的水平半导体发光器件的视图；图2是示出了根据现有技术的垂直半导体发光器件的剖视图；图3是示出了根据本发明的示例性实施例的半导体发光器件的平面图；图4是示出了根据本发明的示例性实施例的半导体发光器件的剖视图；图5是示出了面积为1，000X 1, 000 μ m2的半导体发光器件的η型欧姆接触电阻和P型欧姆接触电阻的曲线图；图6是示出了根据第一半导体层和第一电极层之间的接触面积的第一接触电阻和第二接触电阻的总电阻的曲线图；图7是示出了根据第一半导体层和第一电极层之间的接触面积的发光效率的曲线图；图8是示出了图4中的半导体发光器件的变型的视图；图9是示出了根据本发明另一示例性实施例的半导体发光器件的剖视图；图10和图11示出了通过改变η型比接触电阻进行的模拟的结果；图12至图16是示出了根据本发明的另一示例性实施例的半导体发光器件的视图；图17至图20是示出了根据本发明的另一示例性实施例的半导体发光器件的视图；图21至图25是示出了根据本发明的另一示例性实施例的半导体发光器件的视图；图沈至图36是示出了根据本发明的另一示例性实施例的半导体发光器件的视图；图37至图57是示出了根据本发明的另一示例性实施例的半导体发光器件的视图58至图77是示出了根据本发明的另一示例性实施例的半导体发光器件的视图；图78至图91是示出了根据本发明的另一示例性实施例的半导体发光器件的视图；图92至图102是示出了根据本发明的另一示例性实施例的半导体发光器件的视图；图103至图105是示出了根据本发明的示例性实施例的白光发射器件封装件的各种实施例的示意图；图106示出了根据本发明的示例性实施例的白光发射器件封装件的发光光谱；图107中的(a)至(d)示出了应用于本发明的绿色磷光体的发光特性；图108中的(a)和(b)示出了表示应用于本发明的绿色磷光体的发光特性的发光光谱；图109中的(a)和(b)示出了表示应用于本发明的黄色磷光体的发光特性的发光光谱图110和图111是示出了根据本发明的另一示例性实施例的白色光源模块的各种实施例的剖视图；图112和图113是示出了根据本发明的另一示例性实施例的发光器件封装件的各种实施例的示意图；图114中(a)至(c)是示出了形成在图112中描述的发光器件封装件中的外部引线框架的工艺的示意图；图115至图117是示出了根据发明示例1制造的β -SiAlON磷光体的X射线衍射分析结果、发光光谱和激发光谱的曲线图；图118和图119为示出了根据本发明示例性实施例的具有平的导光板的面光源装置和导光板的示意性透视图；图120至图125是示出了根据本发明的另一示例性实施例的具有平的导光板的背光单元的视图。
具体实施例方式现在将参照附图来详细描述本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以很多不同的形式来实施，并不应该被解释为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开将是彻底的和完整的，并将把本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。在附图中，为了清晰起见，可夸大形状和尺寸，并且相同的标号将始终用于表示相同或相似的元件。首先，将通过各种示例性实施例来详细描述半导体发光器件，并且也将描述使用该半导体发光器件的发光器件封装件和背光装置。<半导体发光器件>图3和图4是示出了根据本发明示例性实施例的半导体发光器件的平面图和剖视图。这里，图4是沿图3中示出的线1-1’截取的剖视图。参照图3和图4，根据本发明示例性实施例的半导体发光器件100包括顺序堆叠的
7导电基底110、第一电极层120、绝缘层130、第二电极层140、第二半导体层150、活性层160 和第一半导体层170。导电基底110可由导电材料形成。导电基底110可由包括Au、Ni、Al、Cu、W、Si、 Se和GaAs中的任何一种的材料形成，例如，由Si和Al的合金形成。第一电极层120堆叠在导电基底110上。由于第一电极层120电连接到导电基底 110和活性层160，所以第一电极层120可由能够使与导电基底110和活性层160的接触电阻最小化的材料形成。第一电极层120堆叠在导电基底110上，并且还如图4所示，第一电极层120的一些部分穿过绝缘层130、第二电极层140、第二半导体层150和活性层160，并通过穿入第一半导体层170的预定区域的接触孔180延伸而与第一半导体层170接触，由此导电基底110 和第一半导体层170电连接。S卩，第一电极层120通过接触孔180将导电基底110电连接到第一半导体层170。 导电基底Iio和第一半导体层170通过与接触孔180的尺寸相同的面积电连接，更准确地讲，通过作为第一电极层120和第一半导体层170通过接触孔180相互接触的区域的接触区域190电连接。此时，绝缘层130形成在第一电极层120上，以使第一电极层120与除了导电基底 110和第一半导体层170之外的其它层电绝缘。换言之，绝缘层130不仅可形成在第一电极层120和第二电极层140之间，还可以形成在第一电极层120与第二电极层140、第二半导体层150和活性层160的被接触孔180暴露的侧表面之间。此外，绝缘层130可形成在第一半导体层170的被接触孔180穿入的预定区域的侧表面上，从而实现绝缘。第二电极层140形成在绝缘层130上。如上所述，第二电极层140不形成在接触孔180穿过的预定区域上。这里，如图4所示，第二电极层140包括至少一个暴露了与第二半导体层150接触的界面的一部分的区域，即，暴露区域145。电极焊盘部分147可形成在暴露区域145上， 以将外部电流源连接到第二电极层140。这时，将在后面描述的第二半导体层150、活性层 160和第一半导体层170不形成在暴露区域145上。此外，如图3所示，暴露区域145可形成在半导体发光器件100的角落处，从而将半导体发光器件100的发光面积最大化。这时，第二电极层140可由包括Ag、Al、Pt、Ni、Pt、Pd、Au、Ir和透明导电氧化物中的任何一种的材料形成。这是因为，由于第二电极层140与第二半导体层150电接触并且具有通过将活性层160产生的光向外反射来提高发光效率的作用，所以第二电极层140可形成为具有使与第二半导体层150的接触电阻最小化的特性的层。第二半导体层150形成在第二电极层140上。活性层160形成在第二半导体层 150上。第一半导体层170形成在活性层160上。这里，第一半导体层170可为η型氮化物半导体，第二半导体层150可为ρ型氮化物半导体。这时，可根据形成第一半导体层170和第二半导体层150的材料而选择不同的材料来形成活性层160。S卩，由于活性层160为在其中由电子和空穴的复合而产生的能量被转换成光并发射光的层，所以活性层160可由能带隙小于第一半导体层170和第二半导体层 150的能带隙的材料形成。
图8示出了图4中的半导体发光器件的变型。除了图8中的半导体发光器件100’ 具有形成在包括第二半导体层150、活性层160和第一半导体层170的发光结构的侧表面上的钝化层191以及形成在第一半导体层170的顶表面上的不平坦结构之外，半导体发光器件100’具有与图4中的半导体发光器件100的结构相同的结构。钝化层191保护发光结构不受外部的影响，尤其是保护活性层160不受外部影响。钝化层191可由诸如Si02、 SiOxNy和SixNy的氧化硅和氮化硅形成，并且它的厚度可为0. 1 μ m至2 μ m。在半导体发光器件100’的操作期间，向外暴露的活性层160会用作漏电流通路。可通过在发光结构的侧表面上形成钝化层191来防止这种泄漏。如图8所示，当在钝化层191上形成不平坦结构时，可期待改善光提取效果。同样，可在第一半导体层170的顶表面上形成不平坦结构，因此沿活性层160的方向入射的光被向外出射的可增多。尽管未示出，但当在制造工艺中蚀刻发光结构以暴露第二电极层140时，还可在第二电极层140上形成蚀刻停止层，以防止形成第二电极层140的材料粘附到活性层160的侧表面。上述图8中的变型的实施例可应用于图9中的示例性实施例。这时，本发明中提出的半导体发光器件可具有按照可向外暴露连接到接触孔的第一电极层的方式而变型的结构。图9是示出了根据本发明的另一示例性实施例的半导体发光器件的剖视图。根据这个实施例的半导体发光器件200可具有形成在导电基底210上的第二半导体层250、活性层260和第一半导体层270。在这种情况下，第二电极层240可设置在第二半导体层250和导电基底210之间。与上述实施例不同的是，第二电极层240不是必须需要的。根据这个实施例，具有与第一半导体层270接触的接触区域四0的接触孔 280连接到第一电极层220。第一电极层220被向外暴露以具有电连接部分对5。电极焊盘部分247可形成在电连接部分245上。第一电极层220可通过绝缘层230与活性层沈0、第二半导体层250、第二电极层240和导电基底210电分离。与上述实施例中的连接到导电基底的接触孔不同，根据这个实施例的接触孔280与导电基底210电分离，并且连接到接触孔观0的第一电极层280被向外暴露。因此，导电基底210电连接到第二半导体层240并具有与上述实施例中的极性不同的极性。在下文中，通过关于根据本发明提出的半导体发光器件中第一电极层和第一半导体层之间的接触面积的电学特性变化的模拟将发现接触孔在尺寸和形状方面的最佳情形。 在这种情况下，下面的模拟结果可应用于图3和图8中的结构。另外，第一半导体层和第二半导体层分别由η型半导体层和P型半导体层形成。图5是示出了面积为1，000X 1, 000 μ m2的半导体发光器件的η型欧姆接触电阻和P型欧姆接触电阻的曲线图。在图5的模拟中，η型比接触电阻(specific contact resistance)，即，第一电极层120和接触孔180的比接触电阻为10_4ohm/cm2，而ρ型比接触电阻，即，第二半导体层150 和第二电极层140的比接触电阻为10_2ohm/cm2。参照图5，假定根据本发明的该实施例的半导体发光器件100为尺寸为 1,000, OOOym2的矩形芯片，即，其宽度为IOOOym并且其高度为1000 μ m，则半导体发光器件100的电阻包括第一电极层120、第二电极层140、第一半导体层170和第二半导体层150 的电阻、第二半导体层150和第二电极层140之间的接触电阻(在下文中称作“第二接触电阻”)以及第一半导体层170和第一电极层120之间的接触电阻(在下文中称作“第一接触电阻”)，其中，主要变化在于基于接触面积的第一接触电阻Rl和第二接触电阻R2。具体地讲，如图 5所示，随着接触面积增大，第一接触电阻Rl与第二接触电阻R2 相比，第一接触电阻Rl的变化更大。这里，图5中的X轴表示第一半导体层170和第一电极层120相互接触的接触面积的大小，而图5中的Y轴表示接触电阻值。因此，X轴的数值表示第一半导体层170和第一电极层120相互接触的接触面积。至于第二半导体层150和第二电极层140之间的接触面积，从半导体发光器件100的总面积(1，000，000 μ m2)减去X 轴的值而得到的值与第二半导体层150和第二电极层140之间的接触面积对应，其对应于第二接触电阻R2。这里，第一半导体层170和第一电极层120之间的接触面积表示如参照图3和图 4所描述的第一电极层120和第一半导体层170通过接触孔180相互接触的接触区域190 的总面积，即，由于存在多个接触孔180，所以第一半导体层170和第一电极层120之间的接触面积表示接触区域190的面积的总和。图6是示出了根据第一半导体层和第一电极层之间的接触面积的第一接触电阻和第二接触电阻的总电阻的曲线图。参照图6，由于根据本实施例的半导体发光器件100的第一接触电阻Rl和第二接触电阻R2相互串联连接，所以通过将半导体发光器件100的电阻中的第一接触电阻Rl和第二接触电阻R2相加获得的总电阻R3受接触面积影响最大。这里，如图6所示，要理解的是，随着第一半导体层170和第一电极层120之间的接触面积(参照X轴的值)增大，总电阻R3 (参照Y轴的值)在初始阶段快速减小，并且随着第一半导体层170和第一电极层120之间的接触面积进一步减小，总电阻R3趋于增大。这时，当半导体发光器件100的尺寸为1，000, 000 μ m2时，半导体发光器件100的 η型接触电阻和ρ型接触电阻优选地在1. 6ohm以下，使得第一半导体层170和第一电极层 120之间的接触面积为大约30，000 μ m2至250，000 μ m2。半导体发光器件通常在3. OV至3. 2V的操作电压和大约0. 35A的操作电流下进行操作。如果半导体发光器件的总电阻为大约2ohm，则根据等式0. 35AX2ohm = 0. 70V,电压变为0. 70V，这超出了 2. 8V至3. 8V的常用范围。当电压超出上述范围时，会需要电路构造的改变，并且还会由于输入功率的增大导致发生热和光输出劣化。因此，半导体发光器件的总电阻优选地在2ohm以下，并且由于η型接触电阻和ρ型接触电阻的和相当于总电阻的大约80%，所以参考接触电阻为由等式2ohmX0. 8 = 1.6ohm推出的1. 6ohm。即，在如参照图3和图4描述的半导体发光器件100中，在接触电阻方面最优选的是，第一电极层120和第一半导体层170通过接触孔180相互接触的接触区域190的总接触面积为大约30，000 μ m2至250，000 μ m2。图7是示出了根据第一半导体层和第一电极层之间的接触面积的发光效率的曲线图。如参照图6所描述的，当第一半导体层170和第一电极层120之间的接触电阻为 30，000 μ m2至250，000 μ m2时，总电阻低，因此半导体发光器件100的发光效率很可能高。 然而，未考虑的是，随着第一半导体层170和第一电极层120之间的接触电阻增大，半导体发光器件100的发光面积实际上减小。S卩，如图7所示，通过减小总电阻，半导体发光器件100的发光效率增大直到第一半导体层170和第一电极层120之间的接触面积为70，000 μ m2。然而，当第一半导体层170 和第一电极层120之间的接触面积连续地增大到70，000μπι2以上时，发光效率变低。第一半导体层170和第一电极层120之间的接触面积的增大表示第二半导体层150和第二电极层140之间的接触面积减小，这样降低了半导体发光器件100的发光量。因此，需要适当地确定第一半导体层170和第一电极层120之间的接触面积，即， 第一半导体层170和第一电极层120之间的接触面积优选地在130，000 μ m2以下，使得发光效率的水平在90%以上，如图7所示。结果，在根据该实施例的半导体发光器件100中，最优选的是，第一半导体层170 和第一电极层120通过接触孔180相互接触的接触面积为30，000 μ m2至130，000 μ m2。由于半导体发光器件100对应于芯片尺寸为1，000，000 μ m2的情况，所以第一电极层120和第一半导体层170之间的为半导体发光器件100的总面积的3%至13%的接触面积是接触面积的最合适的量。这时，当接触孔180的数量非常少时，对于第一半导体层170和第一电极层120之间的每个接触区域190，第一半导体层170和第一电极层120之间的接触面积增大，因此需要提供电流的第一半导体层170的面积增大，并且应该被提供到接触区域190的电流的量也增大。这导致在第一半导体层170和第一电极层120之间的接触区域190处出现电流拥挤效应。此外，当接触孔180的数量非常大时，每个接触孔180的尺寸必须变得非常小，从而导致制造工艺中的难度。因此，可根据半导体发光器件100的尺寸(S卩，芯片尺寸)适当地选择接触孔180 的数量。当半导体发光器件100的尺寸为1，000，000 μ m2时，接触孔180的数量可为5至 50。这时，当形成半导体发光器件100的多个接触孔180时，可均勻地布置接触孔180。 为了均勻地扩展电流，由于第一半导体层170和第一电极层120通过接触孔180相互接触， 所以可均勻地布置第一半导体层170和第一电极层120之间的接触孔180，即，接触区域 190。这里，当半导体发光器件100的尺寸为1，000, 000 μ m2且接触孔180的数量为5至 50时，多个接触孔中的相邻的接触孔之间的分隔距离可为100 μ m至400 μ m，从而均勻布置半导体发光器件100。分隔距离为通过连接相邻的接触孔的中心点而测量的值。此时，通过均勻地布置多个接触孔180，半导体发光器件100能够实现均勻的电流扩展。与尺寸为1，000，000 μ m2且传统上在大约350mA进行操作的半导体发光器件相反， 根据本发明该实施例的半导体发光器件100工作稳定，并且即使施加大约2A的高电流也能够减少电流拥挤效应，从而使得半导体发光器件的可靠性提高。图10和图11示出了通过改变η型比接触电阻而进行的模拟的结果。在该模拟中， η型比接触电阻为10_6Ohm/cm2，p型比接触电阻为10_2ohm/cm2。η型比接触电阻受η型半导体层的掺杂水平、η型电极材料和热处理方法影响。因此，通过增大η型半导体层的掺杂浓度或采用具有低能垒的金属(如Al、Ti和Cr)作为η型电极材料，可将η型比接触电阻减小到lO—ohm/cm2。即，η型比接触电阻通常可为l(T40hm/Cm2至lO—ohm/cm2。参照图10，与图6中示出的结果相比，即使在较小的接触面积中，η型比接触电阻和P型比接触电阻的总和，即，总接触电阻R4可保持在非常低的水平。此外，作为评论参照图11的根据接触面积的发光效率的结果，与图7中示出的结果相比，即使在较小的接触面积中，发光效率也可以保持在高水平。在这种情况下，100%以上的发光效率值表示相对于图7中示出的结果的值。参照图10和图11中示出的模拟结果，当每1，000，000 μ m2的面积第一电极层和第一半导体层之间的接触面积为6150 μ m2至156，800 μ m2时，能够满足总接触电阻在1. 6ohm以下和发光效率在90%以上的条件。当根据这种结果确定接触孔的数量时，可应用参照前面的模拟的结果描述的内容。具体地讲，在半径为大约1 μ m至50 μ m的圆形接触孔的情况下，需要大约1至48，000 个接触孔来满足上述条件。此外，假定均勻地布置接触孔，两个相邻的接触孔之间的距离应该为大约5μπ 至500μ 。在下文中，将通过不同的实施例来描述根据本发明的另一示例性实施例的半导体发光器件。首先，将参照图12至图16来描述根据本发明另一示例性实施例的半导体发光器件。根据本发明另一示例性实施例的半导体发光器件300包括顺序堆叠的导电基底 340、第一导电类型的半导体层330、活性层320和第二导电类型的半导体层310。该半导体发光器件300包括形成在导电基底340和第一导电类型的半导体层330之间的第一电极层 360以及包括电极焊盘部分350-b、电极延伸部分350-a和电极连接部分350_c的第二电极部分350。电极焊盘部分350-b从第一电极层360延伸到第二导电类型的半导体层310的表面，并且与第一电极层360、第一导电类型的半导体层330和活性层320电分离。电极延伸部分350-a从第一电极层360延伸到第二导电类型的半导体层310的内部并与第一电极层 360、第一导电类型的半导体层330和活性层320电分离。电极连接部分350_c形成在与第一电极层360相同的层中，但是与第一电极层360电分离。电极连接部分350-c将电极焊盘部分350-b连接到电极延伸部分350-a。导电基底340可为金属基底或半导体基底。当导电基底340为金属基底时，导电基底340可由Au、Ni、Cu和W中的任意一种形成。另外，当导电基底340为半导体基底时， 导电基底340可由Si、Ge和GaAs中的任意一种形成。形成半导体发光器件中的导电基底的方法的示例包括镀覆法，形成镀覆种子层来形成基底；基底结合法，分开地准备导电基底，并利用诸如AiuAu-Sn和I^b-Sr的导电粘合剂来结合导电基底。半导体层330和310中的每个可由诸如GaN基半导体、ZnO基半导体、GaAs基半导体、GaP基半导体和GaAsP基半导体的无机半导体形成。例如，可通过利用分子束外延(MBE) 来形成半导体层。此外，半导体层可由诸如第III-V族半导体、第II-VI族半导体和Si的半导体中的任意一种形成。活性层320为激活光发射的层。活性层320可由能带隙小于第二导电类型的半导体层310和第一导电类型的半导体层330中的每个的能带隙的材料形成。例如，当第一导电类型的半导体层330和第二导电类型的半导体层310可为GaN基化合物半导体时，可通过利用具有小于GaN的能带隙的能带隙的InMGaN基化合物半导体来形成活性层320。艮口， 活性层320可为InxAlyfet(1_x_y)N(其中，满足0彡χ彡1、0彡y彡1和0彡x+y彡1。)
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这里，考虑到活性层320的特性，优选地不用杂质掺杂活性层320。可通过调节组分的摩尔比来控制发射的光的波长。因此，半导体发光器件300可根据活性层320的特性来发射红外光、可见光和UV光中的任何一种。根据活性层320，在半导体发光器件300的整个能带图中出现能阱结构。分别来自半导体层330和310的电子和空穴正在移动并被捕获在能阱结构中，从而导致较高的发光效率。第一电极层360将第一导电类型的半导体层330电连接到外部电流源(未示出)。 第一电极层360可由金属形成。例如，第一电极层360可由Ti形成作为η型电极，可由Pd 或Au形成作为ρ型电极。第一电极层360可反射活性层320产生的光。反射的光被指引到光出射表面，因此提高了半导体发光器件300的发光效率。为了反射活性层320产生的光，第一电极层360 可由在可见光区域中看起来为白色的金属形成。例如，白色金属可为Ag、Al和Pt中的任意一种。将参照图14进一步描述第一电极层360。第二电极部分350将第二导电类型的半导体层310电连接到外部电流源(未示出)。第二电极部分350可由金属形成。例如，第二电极部分350可由Ti形成作为η型电极，可由Pd或Au形成作为ρ型电极。具体地讲，根据本实施例的第二电极部分350包括电极焊盘部分350-b、电极延伸部分350-a和电极连接部分350_c。参照图13中的(a)，电极焊盘部分350_b形成在第二导电类型的半导体层310的表面上，并且由虚线表示的多个电极延伸部分350-a位于第二导电类型的半导体层310内部。在图13中的(b)中，沿线A-A'、线B-B'和线C-C'截取了图13中的(a)示出的第二导电类型的半导体层310的顶表面。沿线A-A'截取以示出仅包括电极延伸部分350-a 的截面。沿线B-B'截取以示出包括电极焊盘部分350-b和电极延伸部分350-a的截面。 沿线C-C ‘截取以示出既不包括电极延伸部分350-a也不包括电极焊盘部分350-b的截面。图14中的(a)至(c)为沿线A_A'、线B_B'和线C_C'截取的图13中的(b)中示出的半导体发光器件的剖视图。在下文中，将参照图12、图13中的(a)、图13中的(b) 和图14中的(a)至(c)来进行详细描述。在图14中的(a)中，电极延伸部分350_a从第一电极层360延伸到第二导电类型的半导体层310的内部。电极延伸部分350-a穿过第一导电类型的半导体层330和活性层 320并延伸到第二导电类型的半导体层310。电极延伸部分350-a至少延伸到第二导电类型的半导体层310的部分。然而，电极延伸部分350-a不需要延伸到第二导电类型的半导体层310的顶表面。这是因为电极延伸部分350-a被用于使电流在第二导电类型的半导体层310中扩展。电极延伸部分350-a需要具有预定的面积以使电流在第二导电类型的半导体层 310中扩展。与电极焊盘部分350-b相反，电极延伸部分350-a并不用于电连接。因此，形成预定数量的电极延伸部分350-a，使得每个电极延伸部分350-a具有足以使得电流在第二导电类型的半导体层310中均勻扩展的小面积。电极延伸部分350-a的数量少会由于电流扩展不均勻而导致电学特性的劣化。电极延伸部分350-a的数量多会由于活性层的面积减小而导致在形成电极延伸部分350-a的工艺中出现困难并且发光面积减小。因此，可考
13虑到这些事实来适当地确定电极延伸部分350-a的数量。每个电极延伸部分350-a形成为具有尽可能小的面积并使电流均勻扩展。为了电流扩展，可形成多个电极延伸部分350-a。另外，电极延伸部分350_a可具有圆柱状。电极延伸部分350-a的横截面可小于电极焊盘部分350-b的横截面。此外，电极延伸部分350-a可与电极焊盘部分350-b分隔开预定的距离。电极延伸部分350_a和电极焊盘部分350-b可通过将在下面描述的电极连接部分350-c在第一电极层360中相互连接。出于这个原因，电极延伸部分350-a与电极焊盘部分350-b分隔开预定的距离，因此使得电流均勻扩展。电极延伸部分350-a从第一电极层360形成到第二导电类型的半导体层310的内部。由于电极延伸部分350-a被用于使电流在第二导电类型的半导体层310中扩展，所以电极延伸部分350-a需要与其它层电分离。因此，电极延伸部分350-a与第一电极层360、 第一导电类型的半导体层330和活性层320电分离。可通过利用诸如介电材料的绝缘材料来实现电分离。在图14中的(b)中，电极焊盘部分350-b从第一电极层360延伸到第二导电类型的半导体层310的表面。电极焊盘部分350-b从第一电极层360开始，穿过第一导电类型的半导体层330、活性层320和第二导电类型的半导体层310，并延伸到第二导电类型的半导体层310的表面。由于电极焊盘部分350-b被形成为将第二电极部分350连接到外部电流源，所以需要包括至少一个电极焊盘部分350-b。电极焊盘部分350-b从第一电极层360延伸到第二导电类型的半导体层310的表面。由于电极焊盘部分350-b在第二导电类型的半导体层310的表面电连接到外部电流源以将电流提供至电极延伸部分350-a，所以电极焊盘部分350-b可与第一电极层360、第一导电类型的半导体层330和活性层320电分离。可通过利用诸如介电材料的绝缘材料来实现电分离。电极焊盘部分350-b将电流提供至电极延伸部分350-a。此外，电极焊盘部分 350-b可被形成为使得电极焊盘部分350-b不与第二导电类型的半导体层310电分离，从而使电流直接扩展。根据是需要将电流提供至电极延伸部分350-a还是使电流在第二导电类型的半导体层310中扩展，电极焊盘部分350-b可与第二导电类型的半导体层310电分离或者不电分离。电极焊盘部分350-b在活性层320处的横截面可小于电极焊盘部分350_b在第二导电类型的半导体层310的表面处的横截面。按照这种方式，活性层320的面积被尽可能地最大化，从而确保发光效率的提高。然而，第二导电类型的半导体层310的表面处的电极焊盘部分350-b需要具有预定的面积，以与外部电流源连接。电极焊盘部分350-b可位于半导体发光器件300的中心处。在这种情况下，电极延伸部分350-a优选地与电极焊盘部分350-b分隔开预定的距离并均勻地分布。参照图13 中的(a)，电极焊盘部分350-b和电极延伸部分350-a均勻地分布在第二导电类型的半导体层310上，以使电流扩展最优化。在图13中的(a)中，假定有一个电极焊盘部分350-b和十二个电极延伸部分350-a。然而，可考虑电连接状态(例如，外部电流源的位置)和电流扩展状态(例如，第二导电类型的半导体层310的厚度)的因素来适当地确定电极焊盘部分350-b的数量和电极延伸部分350-a的数量。
当形成多个电极延伸部分350-a时，电极焊盘部分350_b可直接连接到所述多个电极延伸部分350-a中的每个电极延伸部分350-a。在这种情况下，电极焊盘部分350_b形成在半导体发光器件300的中心处，并且电极延伸部分350-a形成在电极焊盘部分350_b 的周围。此外，电极连接部分350-c可沿径向方向将电极焊盘部分350-b和电极延伸部分 350-a直接连接。可选地，多个电极延伸部分350-a中的一些可直接连接到电极焊盘部分350_b。 另外一些电极延伸部分350-a可连接到直接连接到电极焊盘部分350-b的电极延伸部分 350-a，从而所述另外一些电极延伸部分350-a间接连接到电极焊盘部分350_b。按照这种方式，可形成大量的电极延伸部分350-a，从而提高了电流扩展效率。在图14中的(a)至(c)中，电极延伸部分350_a形成在第一电极层360中，并将电极焊盘部分350-b和电极延伸部分350-a相互连接。因此，相当多的第二电极部分350 位于与光从活性层320出射的方向相对的后表面处，从而提高发光效率。具体地讲，在图14 中的(c)中，仅电极连接部分350-c位于第一电极层360中。第二电极部分350不位于第一导电类型的半导体层330、活性层320和第二导电类型的半导体层310处。因此，如图14 中的(c)所示，电极焊盘部分350-b和电极延伸部分350-a不影响光出射，因此它们具有较高的发光效率。尽管图14中的(c)中未示出，但是第一电极层360可与导电基底340接触， 从而连接到外部电流源。电极连接部分350-c与第一电极层360电分离。第一电极层360和第二电极部分 350包括具有彼此相反的极性的电极，以将外部电力分别提供至第一导电类型的半导体层 330和第二导电类型的半导体层310。因此，两个电极必须相互电分离。可通过利用诸如介电材料的绝缘材料来实现电分离。在图14中的(b)中，由于电极焊盘部分350-b位于第二导电类型的半导体层310 的表面上，所以能够获得垂直半导体发光器件的特性。在图14中的(c)中，由于电极连接部分350-c位于与第一电极层360相同的平面中，所以能够获得水平半导体发光器件的特性。因此，半导体发光器件300具有集成了水平半导体发光器件和垂直半导体发光器件的结构。参照图14中的(a)至(c)，第二导电类型的半导体层310可为η型半导体层，并且第二电极部分350可为η型电极部分。在这种情况下，第一导电类型的半导体层330可为ρ 型半导体层，并且第一电极层360可为ρ型电极。第二电极部分350包括相互连接的电极焊盘部分350-b、电极延伸部分350-a和电极连接部分350_c。当第二电极部分350由η型电极形成时，第二电极部分350可通过由绝缘材料形成的绝缘部分370与由ρ型电极形成的第一电极层360电分离。图15中的(a)示出了根据本实施例的变型实施例的半导体发光器件的光发射，其中，在该半导体发光器件的表面上形成有不平坦图案。图15中的(b)示出了根据本实施例的另一变型实施例的半导体发光器件的电流扩展，其中，在该半导体发光器件的表面上形成有不平坦图案。根据本实施例的半导体发光器件300包括形成了在沿发射的光移动的方向上的最外侧表面的第二导电类型的半导体层310。因此，通过利用本领域中公知的方法(如光刻)容易在所述表面上形成不平坦图案。在这种情况下，从活性层320发射的光穿过形成在第二导电类型的半导体层310的表面上的不平坦图案380，然后光被提取。不平坦图案 380提高了光提取效率。不平坦图案380可具有光子晶体结构。光子晶体包含具有不同折射率的不同介质，在光子晶体中，不同的介质按类似晶体的方式规则地排列。光子晶体可通过以与光的波长的倍数对应的单位长度控制光来提高光提取效率。在形成第二导电类型的半导体层310 和第二电极部分350之后，可根据适当的工艺形成光子晶体结构。例如，可通过蚀刻工艺来形成光子晶体结构。即使不平坦图案380形成在第二导电类型的半导体层310上，不平坦图案380也不会影响电流扩展。参照图15中的(b)，不平坦图案380不影响电极延伸部分350-a中的电流扩展。每个电极延伸部分350-a使电流在不平坦图案380下方扩展，并且不平坦图案 380提取出射的光，从而提高发光效率。图16是示出了发光表面的电流密度和发光效率之间的关系的曲线图。当曲线图中的电流密度在大约lOA/cm2以上时，较小水平的电流密度显示出较高的发光效率，较大水平的电流密度显示出较低的发光效率。下面的表1示出了与此相关的值。表 权利要求
1.一种半导体发光器件，所述半导体发光器件包括发光结构，所述发光结构具有顺序地堆叠的导电基底、第一电极层、绝缘层、第二电极层、第二半导体层、活性层和第一半导体层，其中，第二电极层包括至少一个通过暴露与第二半导体层接触的界面的一部分而形成的暴露区域，第一电极层穿透第二电极层、第二半导体层和活性层，并通过穿入第一半导体层的预定区域的多个接触孔而延伸到第一半导体层的所述预定区域来电连接到第一半导体层，绝缘层通过设置在第一电极层和第二电极层之间以及设置在所述多个接触孔的侧表面上使第一电极层与第二电极层、第二半导体层和活性层绝缘，第一电极层和第一半导体层之间的接触面积为发光结构的总面积的0.615%至 15. 68%。
2.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中，所述多个接触孔被均勻布置。
3.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中，所述多个接触孔的数量为1至 48，000。
4.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中，第一电极层和第一半导体层之间的接触面积为每1，000，000 μ m2面积的半导体发光器件6，150 μ m2至156，800 μ m2。
5.根据权利要求2所述的半导体发光器件，其中，所述多个接触孔中的相邻的接触孔的中心点之间的距离为5 μ m至500 μ m。
6.根据权利要求1所述的半导体发光器件，所述半导体发光器件还包括形成在第二电极层的暴露区域上的电极焊盘部分。
7.根据权利要求6所述的半导体发光器件，其中，第二电极层的暴露区域形成在半导体发光器件的角落处。
8.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中，第二电极层反射从活性层产生的光。
9.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中，第二电极层包括从由Ag、Al、Pt、Ni、 Pt、Pd、Au、Ir和透明的导电氧化物组成的组中选择的一种。
10.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中，导电基底包括从由Au、Ni、Al、Cu、 W、Si, Se和GaAs组成的组中选择的一种。
11.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中，第一电极层和第一半导体层之间的接触面积为发光结构的总面积的3%至13%。
12.—种半导体发光器件，所述半导体发光器件包括导电基底；发光结构，具有顺序地堆叠的第二半导体层、活性层和第一半导体层；第一电极层，包括多个接触孔和电连接部分，所述多个接触孔通过穿透第二半导体层和活性层而与第一半导体层的内部接触，所述电连接部分从所述多个接触孔延伸并暴露于发光结构的外部；绝缘层，将第一电极层与导电基底、第二半导体层和活性层电分离，其中，所述多个接触孔和第一半导体层之间的接触面积为发光结构的总面积的 0. 615%至 15. 68%。
13.根据权利要求12所述的半导体发光器件，其中，所述多个接触孔被均勻布置。
14.根据权利要求12所述的半导体发光器件，其中，所述多个接触孔的数量为1至 48，000。
15.根据权利要求12所述的半导体发光器件，其中，第一电极层和第一半导体层之间的接触面积为每1，000，000 μ m2面积的半导体发光器件6，150 μ m2至156，800 μ m2。
16.根据权利要求13所述的半导体发光器件，其中，所述多个接触孔中的相邻的接触孔的中心点之间的距离为5 μ m至500 μ m。
17.根据权利要求12所述的半导体发光器件，其中，第一电极层和第一半导体层之间的接触面积为发光结构的总面积的3%至13%。
18.根据权利要求12所述的半导体发光器件，其中，第二电极层包括从由Ag、Al、Pt、 Ni、Pt、Pd、Au、Ir和透明的导电氧化物组成的组中选择的一种。
19.根据权利要求12所述的半导体发光器件，其中，导电基底包括从由Au、Ni、Al、Cu、 W、Si、Se和GaAs组成的组中选择的一种。
全文摘要
提供了一种半导体发光器件，所述半导体发光器件包括顺序地堆叠的导电基底、第一电极层、绝缘层、第二电极层、第二半导体层、活性层和第一半导体层。第一电极层和第一半导体层之间的接触面积为半导体发光器件的总面积的3％至13％，因此实现了高发光效率。
文档编号H01L33/22GK102217105SQ200980142209
公开日2011年10月12日 申请日期2009年10月22日 优先权日2008年10月22日
发明者崔繁在, 李进馥, 金裕承 申请人:三星Led株式会社