专利名称：具有多单元阵列的半导体发光器件、发光模块和照明设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体发光器件，更具体地说，涉及一种具有发光单元的阵列的半导体发光器件，包括该半导体发光器件的发光模块，以及包括该发光模块的照明设备。
背景技术：
通常，半导体发光二极管(LED)作为光源在功率、效率和可靠性方面具有优点。因此，积极地开发作为用于各种照明设备以及用于显示装置的背光单元的大功率、高效率的光源的半导体LED。为了这种作为照明光源的半导体LED的商品化，需要提高它们的光效率并降低生产成本，同时将它们的功率增大到期望水平。然而，与使用小额定电流的小功率LED相比，使用大额定电流的大功率LED会由于高的电流密度而具有低的光效率。具体地说，如果在同样面积的LED芯片中增大额定电流来获得高流明，则会由于电流密度增大而使光效率劣化。另外，会由于器件产生的热而加快光效率的劣化。
发明内容
本发明的一方面提供一种半导体发光器件，该半导体发光器件使每单位面积的电流密度增大来提高光效率及其光提取效率。本发明的另一方面提供一种半导体发光器件，该半导体发光器件使每单位面积的电流密度增大来提高光效率并使用反射结构来改善光路。本发明的另一方面提供一种半导体发光器件，该半导体发光器件使每单位面积的电流密度增大来提高光效率并改善焊盘的结构和位置来实现在所有单元上的均勻的电流分布。本发明的另一方面提供一种包括上述半导体发光器件的发光模块和包括该发光模块的照明设备。根据本发明的一方面，提供一种半导体发光器件，所述半导体发光器件包括基底；多个发光单元，布置在基底的顶表面上，发光单元均具有顺序地堆叠在基底的顶表面上的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层；连接部分，被形成为串联、并联或串并联地连接发光单元；凹凸部分，形成在基底的底表面和发光单元之间的隔离区的顶表面的至少一个表面中。隔离区可包括暴露基底的区域，凹凸部分可形成在基底的被暴露的区域中。隔离区可包括暴露第一导电类型半导体层的区域，凹凸部分可形成在第一导电类型半导体层的被暴露的区域中。
凹凸部分可形成在基底的顶表面的多数区域中。凹凸部分可形成在基底的底表面中。在基底的底表面上的凹凸部分可由具有朝形成有发光单元的顶部倾斜的侧表面的槽部分形成。半导体发光器件还可包括形成在基底的底表面上的反射金属层。半导体发光器件还可包括形成在反射金属层和基底的后表面之间的介电层，并且介电层的折射率可以小于基底的折射率。凹凸部分可包括第一凹凸部分，形成在隔离区的顶表面上；第二凹凸部分，形成在基底的底表面上。在本发明中使用的发光单元阵列可具有不同的连接，例如串联连接、并联连接和串并联连接。因此，可以以不同类型实施连接部分。每个发光单元可包括由两个或多个发光单元分割的多个组。连接部分可包括多个互连部分，形成在相邻的发光单元之间，以使同一组的发光单元串联连接；至少一个第一连接部分，连接到位于所述组的一端的发光单元的第一导电类型半导体层；至少一个第二连接部分，连接到位于所述组的另一端的发光单元的第二导电类型半导体层。所述组可具有相同数量的发光单元。连接部分可包括至少一个第一连接部分，连接到发光单元的第一导电类型半导体层；至少一个第二连接部分，连接到发光单元的第二导电类型半导体层。根据本发明的另一方面，提供一种半导体发光器件，所述半导体发光器件包括基底；多个发光单元，布置在基底上，发光单元均具有顺序地堆叠在基底上的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层；连接部分，被形成为使发光单元串联连接、并联连接或串并联连接；反射构件，形成在发光单元之间的隔离区上。隔离区可包括暴露基底的区域，反射构件可形成在基底的被暴露的区域中。隔离区可包括暴露第一导电类型半导体层的区域，反射构件可形成在第一导电类型半导体层的被暴露的区域中。反射构件可以是被形成为与连接部分电隔离的反射金属层。反射金属层可被形成在隔离区上的与连接部分分隔开的区域中。反射金属层可被形成在连接部分上，在连接部分与反射金属层之间具有绝缘构件。反射构件可包括包含高反射率粉末的绝缘树脂。高反射率粉末可包括陶瓷粉末。 高反射率粉末可以是从由Ti02、Al203、Mg0及其混合物组成的组中选择的一种。根据本发明的另一方面，提供一种半导体发光器件，所述半导体发光器件包括基底；多个发光单元，所述多个发光单元均具有顺序地堆叠在基底的顶表面上的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层，发光单元被通过去除有源层的至少一部分形成的隔离区分割开；至少一个第一连接部分和至少一个第二连接部分，被形成为使发光单元串联连接、并联连接或串并联连接，第一连接部分电连接到发光单元的第一导电类型半导体层，第二连接部分电连接到发光单元的第二导电类型半导体层；至少一个第一结合焊盘和至少一个第二结合焊盘，形成在邻近基底的顶表面的区域上，或者在半导体多层结构的不参与发光的部分上，第一结合焊盘连接到第一连接部分，第二结合焊盘连接到第二连接部分。第一连接部分或第二连接部分可形成在顶表面的邻近一个边缘的区域上，第一结合焊盘或第二结合焊盘形成在所述区域中。发光单元可具有几乎相同的有源层面积。发光单元可具有第一导电类型半导体暴露区，所述第一导电类型半导体暴露区比另一发光单元的第一导电类型半导体暴露区大， 第一结合焊盘可形成在所述发光单元的第一导电类型半导体暴露区上。第二结合焊盘可被形成在基底的顶表面的邻近一个边缘的区域中，第二结合焊盘可形成在半导体多层结构的位于基底的顶表面的一个边缘处并且不参与发光的一部分上。第一连接部分或第二连接部分可形成在所述顶表面的邻近所述边缘的区域中，第二结合焊盘形成在所述区域中。第一结合焊盘和第二结合焊盘可分别形成在基底的顶表面上的彼此相对的区域中。根据本发明的一方面，提供一种发光模块，所述发光模块具有根据本发明其它方面的半导体发光器件。根据本发明的一方面，提供一种照明设备，所述照明设备具有根据本发明其它方面的发光模块。根据本发明的一方面，提供一种照明设备，所述照明设备具有根据本发明其它方面的半导体发光器件。
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它方面、特征和其它优点将被更清楚地理解，在附图中图1是示出根据本发明第一实施例的多单元阵列半导体发光器件的示例(单元之间完全隔离)的俯视图；图2是图1中示出的半导体发光器件的多单元阵列的等效电路图；图3A和图;3B是沿图1中的线Α1-ΑΓ和A2-A2'截取的图1中示出的多单元阵列半导体发光器件的侧视剖视图；图4A和图4B是示出根据本发明第一实施例的多单元阵列半导体发光器件的另一示例的剖视图；图5是示出在图4B中示出的多单元阵列半导体发光器件中使用的反射结构的示例性条件和效果的示意图；图6是示出在图5中示出的反射结构中的反射率根据入射角而变化的曲线图；图7是示出根据本发明第一实施例的多单元阵列半导体发光器件的另一示例的剖视图；图8A和图8B是示出根据本发明第二实施例的多单元阵列半导体发光器件的不同的示例(单元之间完全隔离)的剖视图；图9是示出根据本发明第一实施例的多单元阵列半导体发光器件的另一示例(单元之间部分隔离)的俯视图；图10是图9中示出的多单元阵列半导体发光器件的等效电路图；图11A、图IlB和图IlC是沿图9的线Bl-Bl'、B2_B2'和B3-B3'截取的图9中示出的多单元阵列半导体发光器件的侧视剖视图；图12是示出根据本发明第三实施例的多单元阵列半导体发光器件的示例的俯视图；图13是图12中示出的多单元阵列半导体发光器件的等效电路图；图14A和图14B是沿图12的线Υ1-ΥΓ和Y2-Y2'截取的图12中示出的多单元阵列半导体发光器件的侧视剖视图；图15是示出根据本发明第三实施例的多单元阵列半导体发光器件的另一示例的侧视剖视图；图16是示出根据本发明第三实施例的多单元阵列半导体发光器件的另一示例的俯视图；图17是示出根据本发明第三实施例的多单元阵列半导体发光器件的另一示例 (凹凸部分的组合)的俯视图；图18是图17中示出的多单元阵列半导体发光器件的等效电路图；图19A和图19B是沿图17的线Χ1-ΧΓ和X2-X2'截取的图17中示出的多单元阵列半导体发光器件的侧视剖视图；图20A至图20F是示出根据本发明实施例的制造多单元阵列半导体发光器件的工艺的示例的剖视图；图21A和图21B分别是根据本发明实施例的包括多单元阵列半导体发光器件的照明设备分解透视图和示意性透视图。
具体实施例方式现在将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，而不应理解为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完全的，并将把本发明的范围充分传达给本领域技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度。在附图中，相同的标号指示相同的元件，因此将省略它们的描述。图1是示出根据本发明第一实施例的多单元阵列半导体发光器件的示例(单元之间完全隔离)的俯视图。图2是图1中示出的半导体发光器件的多单元阵列的单元之间的连接的等效电路图。图3A和图;3B是沿图1中的线Al-Al'和A2-A2'截取的图1中示出的多单元阵列半导体发光器件的侧视剖视图。参照图1至图3A，根据本发明第一实施例的多单元阵列半导体发光器件10包括基底11和排列在基底11的顶表面上的多个发光单元C。通过隔离工艺分割半导体多层结构12来获得发光单元C，半导体多层结构12具有顺序地堆叠在基底11的顶表面上的第一导电类型半导体层12a、有源层12c和第二导电类型半导体层12b。在本说明书中，术语“发光单元”表示具有与另一单元区分的有源区的半导体多层结构的一部分。术语“隔离区”表示通过部分地去除半导体多层结构(例如，通过台面蚀刻工艺部分隔离)或通过去除半导体多层结构直至暴露基底(例如，通过隔离工艺完全隔离) 来形成单元的区域，隔离区包括限定在单元之间的区域。在本实施例中，用于形成发光单元的隔离工艺是通过暴露直至基底11的表面(下文中称作完全隔离)的隔离的隔离工艺。即，在限定在发光单元C之间的隔离区中，可将半导体多层结构12完全去除来暴露基底11的表面，如图1所示。如图1、图3A和图:3B所示，每个发光单元C具有通过台面蚀刻工艺部分地暴露第一导电类型半导体层12a的区域。可在每个发光单元C的第二导电类型半导体层的暴露区域中形成单独的电极。然而，在本实施例中，可通过连接单元的连接部分(而不使用单独的电极)将功率施加到每个单元。可在第二导电类型半导体层12b的顶表面上形成透明电极13。这里，透明电极可由诸如ITO和SiO的透明导电材料形成。在本实施例中，发光单元C串联连接以形成图2中示出的线。可分别在位于所述线的两端的发光单元上形成第一结合焊盘19a和第二结合焊盘19b。对于该串联连接，可形成连接部分15来连接相邻的发光单元C的相反导电类型的半导体层(即，不同极性的电极)。虽然未在图1中示出，但是可通过连接相邻的发光单元C1、C2和C3的相反极性的电极来实现该串联连接，如图2所示。另外，为了防止与对应的发光单元C的不期望的区域连接，可在发光单元C的侧表面上形成绝缘层14。如在附图中所示，绝缘层14可被用作设置在每个发光单元C的几乎整个侧表面上的钝化层。在本实施例中，如图1所示，在被限定为发光单元C之间的区域的隔离区的表面上形成凹凸部分P1。如上所述，本实施例的隔离区被设置到基底11的表面。参照图3B，凹凸部分Pl形成在基底11的由发光单元C4、C5和C6之间的隔离区暴露的表面上。凹凸部分Pi用于沿向上方向(即，有效发射方向)有效地提取可由于被限定在基底11中或发射到基底11的侧部而被浪费的光L。在本实施例中，可通过湿蚀刻工艺、干蚀刻工艺或使用公知的光刻工艺的蚀刻工艺来形成凹凸部分P1。虽然图1示出了仅在其中未形成连接部分15的隔离区中形成凹凸部分P1，但是凹凸部分Pl也可形成在形成有连接部分15的区域中。另外，凹凸部分Pl可不仅形成在属于隔离区的表面中，也可以形成在临近基底的边缘的顶表面的区域中。可在用于形成隔离区的隔离工艺之后执行用于形成凹凸部分的工艺。然而，根据另一实施例，用于形成凹凸部分的工艺可与用于形成隔离区的隔离工艺组合地同时执行。与此不同，具有形成在其顶表面上的凹凸部分的基底可被用于在隔离区中形成期望的凹凸部分。这将在下面参照图17和图19详细描述。在上面的实施例中，诸如蓝宝石基底的绝缘基底可被用作基底11。然而，在其它实施例中，基底11可以是例如GaN、SiC和镀层的导电基底。如果使用导电基底，可通过导电基底连接用于驱动每个发光单元的电极，并且可通过在单元的顶表面上形成互连件来使具有相反极性的另一电极互连。因此，可减少形成在发光单元的表面上的互连线的数量，因而提高光提取效率。在上面的半导体发光器件中，凹凸部分Pl形成在基底11的顶表面上，即，在隔离区中。然而，还可在基底的后表面上形成相似的凹凸部分来提高其光提取效率。图4A和图4B是示出根据本发明第一实施例的多单元阵列半导体发光器件的另一示例的剖视图。
9
图4A和图4B示出了改善了基底的后表面的另一实施例。在图4A和图4B中示出的半导体发光器件中的发光单元的阵列和连接与图1中示出的半导体发光器件的发光单元的阵列和连接相似。 参照图4A，半导体发光器件40包括基底41和形成在基底41上的具有半导体多层结构42的发光单元。半导体多层结构42具有顺序地堆叠在基底41上的第一导电类型半导体层42a、有源层42c和第二导电类型半导体层42b。在本实施例中，每个发光单元可具有透明电极43。相邻的单元可通过连接部分45 连接。通过绝缘层44，可防止连接部分45与发光单元的侧部不期望地连接。基底41可以是例如蓝宝石基底的透明基底。凹凸部分P2可被应用到基底的后表面。如果发光表面是形成有半导体多层结构42的表面，则应用到基底的后表面的凹凸部分 P2可由具有倾斜侧壁S的槽部分形成，如附图所示。倾斜侧壁S可沿向上方向(即，有效发射方向)引导可由于被限定在基底中或传播到基底的侧部而被浪费的光L。在本实施例中，槽部分可形成在与发光单元之间的隔离区对应的区域中；然而，本发明不限于此。另外，根据实施例，槽部分的尺寸和间隔可被实施为各种类型。参照图4B，半导体发光器件50包括基底51以及形成在基底51上的具有半导体多层结构52的发光单元。半导体多层结构52具有顺序地堆叠在基底51上的第一导电类型半导体层52a、有源层52c和第二导电类型半导体层52b。在本实施例中，每个发光单元可具有透明电极53。相邻的单元可通过连接部分55 连接。绝缘层M可形成在连接部分55和发光单元的侧表面之间。与图4A中示出的实施例相似，凹凸部分P2被应用到基底51的后表面。在本实施例中，将额外的反射结构设置到基底的后表面。额外的反射结构可包括反射金属层57和设置在反射金属层57和基底51之间的介电层56。反射金属层57可以是由从由Ag、Al、Rh, Cr、Pd和Ni组成的组中选择的材料形成的单层膜，可以是例如Ti/Ag、Ti/Al、Ni/Ag、Ni/Au和Pt/他的多层膜，或者可以是例如 AgAl、AlCuSi、Ni/AgAl和Ti/AgCu的合金层或含合金多层膜。介电层56可由具有比基底51的折射率低的折射率的材料形成。在这种情况下， 可使在反射金属层57处的吸收导致的损失最小化，并且与仅使用反射金属层57的情况相比，能够显著地提高折射率。图5是示出在图4B中示出的多单元阵列半导体发光器件中使用的反射结构的示例性条件和效果的示意图。参照图5，蓝宝石基底71具有顺序地形成在底表面上的SW2膜76 (即，介电层) 和Al反射金属层77。当Al反射金属层77的厚度为2000 A时，测量根据SW2膜76的厚度的反射率的差异。图6是示出在图5中示出的反射结构中的反射率根据入射角而变化的曲线图。图6示出了在S^2膜的厚度条件下的光的反射率根据入射角的变化。基于图6中示出的根据入射角的反射率来计算根据S^2膜76的厚度变化的平均反射率，结果在表1中示出。
表 权利要求
1.半导体发光器件，所述半导体发光器件包括 基底；多个发光单元，布置在基底的顶表面上，发光单元均具有顺序地堆叠在基底的顶表面上的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层；连接部分，被形成为将发光单元串联连接、并联连接或串并联连接；凹凸部分，形成在基底的底表面和发光单元之间的隔离区的顶表面的至少一个表面中。
2.如权利要求1所述的半导体发光器件，其中，隔离区包括暴露基底的区域， 凹凸部分形成在基底的被暴露的区域中。
3.如权利要求1所述的半导体发光器件，其中，隔离区包括暴露第一导电类型半导体层的区域，凹凸部分形成在第一导电类型半导体层的被暴露的区域中。
4.如权利要求3所述的半导体发光器件，其中，凹凸部分形成在基底的顶表面的大部分区域中。
5.如权利要求1所述的半导体发光器件，其中，凹凸部分形成在基底的底表面中。
6.如权利要求1所述的半导体发光器件，其中，凹凸部分由具有倾斜的侧表面的槽部分形成。
7.如权利要求5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基底的底表面上的反射金属层。
8.如权利要求7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反射金属层和基底的后表面之间的介电层，并且介电层的折射率小于基底的折射率。
9.如权利要求1所述的半导体发光器件，其中，凹凸部分包括 第一凹凸部分，形成在隔离区的顶表面上；第二凹凸部分，形成在基底的底表面上。
10.如权利要求1所述的半导体发光器件，其中，发光单元被分为多个组，每个组包括两个或更多个发光单元，连接部分包括多个互连部分，形成在相邻的发光单元之间，以使同一组的发光单元串联连接； 至少一个第一连接部分，连接到位于每个组的一端的发光单元的第一导电类型半导体层；至少一个第二连接部分，连接到位于每个组的另一端的发光单元的第二导电类型半导体层。
11.如权利要求10所述的半导体发光器件，其中，组具有相同数量的发光单元。
12.如权利要求1所述的半导体发光器件，其中，连接部分包括 至少一个第一连接部分，连接到发光单元的第一导电类型半导体层； 至少一个第二连接部分，连接到发光单元的第二导电类型半导体层。
13.如权利要求12所述的半导体发光器件，所述半导体发光器件还包括 至少一个第一结合焊盘，连接到第一连接部分；至少一个第二结合焊盘，连接到第二连接部分。
14.如权利要求12所述的半导体发光器件，其中，所述至少一个第一结合焊盘和所述至少一个第二结合焊盘中的至少一种位于基底的顶表面的邻近一个边缘的区域中，连接部分形成在所述顶表面的邻近所述边缘的形成有第一结合焊盘或第二结合焊盘的区域中。
15.如权利要求12所述的半导体发光器件，其中，所述至少一个第一结合焊盘和所述至少一个第二结合焊盘中的至少一种形成在发光单元中的位于基底的顶表面的邻近一个边缘并且不参与发光的区域中的一个上。
16.如权利要求12所述的半导体发光器件，其中，发光单元具有几乎相同的有源层面积。
17.如权利要求16所述的半导体发光器件，其中，发光单元具有第一导电类型半导体暴露区，所述第一导电类型半导体暴露区比另一发光单元的第一导电类型半导体暴露区大，第一结合焊盘形成在所述发光单元的第一导电类型半导体暴露区上。
18.如权利要求17所述的半导体发光器件，其中，第二结合焊盘位于基底的邻近一个边缘的顶表面的区域中，连接部分形成在顶表面的邻近所述边缘的形成有第二结合焊盘的区域中。
19.如权利要求17所述的半导体发光器件，其中，第二结合焊盘形成在发光单元中的位于基底的顶表面的一个边缘处并且不参与发光的一个上。
20.一种半导体发光器件，所述半导体发光器件包括基底；多个发光单元，布置在基底上，发光单元均具有顺序地堆叠在基底上的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层；连接部分，被形成为将发光单元串联连接、并联连接或串并联连接；反射构件，形成在发光单元之间的隔离区上。
21.如权利要求20所述的半导体发光器件，其中，隔离区包括暴露基底的区域，反射构件形成在基底的被暴露的区域中。
22.如权利要求20所述的半导体发光器件，其中，隔离区包括暴露第一导电类型半导体层的区域，反射构件形成在第一导电类型半导体层的被暴露的区域中。
23.如权利要求20所述的半导体发光器件，其中，反射构件是被形成为与连接部分电绝缘的反射金属层。
24.如权利要求23所述的半导体发光器件，其中，反射金属层位于隔离区上的与连接部分分隔开的区域中。
25.如权利要求23所述的半导体发光器件，其中，反射金属层形成在连接部分上，所述半导体发光器件还包括形成在反射金属层和连接部分之间的绝缘构件。
26.如权利要求20所述的半导体发光器件，其中，反射构件包括包含高反射率粉末的绝缘树脂。
27.如权利要求沈所述的半导体发光器件，其中，高反射率粉末包括陶瓷粉末。
28.一种半导体发光器件，所述半导体发光器件包括基底；多个发光单元，所述多个发光单元均具有顺序地堆叠在基底的顶表面上的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层，发光单元被通过去除有源层的至少一部分形成的隔离区分开；至少一个第一连接部分和至少一个第二连接部分，被形成为使发光单元串联连接、并联连接或串并联连接，第一连接部分电连接到发光单元的第一导电类型半导体层，第二连接部分电连接到发光单元的第二导电类型半导体层；至少一个第一结合焊盘和至少一个第二结合焊盘，形成在邻近基底的顶表面的区域上，或者在发光单元中的不参与发光的一个上，第一结合焊盘连接到第一连接部分，第二结合焊盘连接到第二连接部分。
29.如权利要求观所述的半导体发光器件，其中，第一连接部分或第二连接部分形成在顶表面的邻近边缘的区域上，第一结合焊盘或第二结合焊盘形成在所述区域中。
30.如权利要求观所述的半导体发光器件，其中，发光单元具有几乎相同的有源层面积。
31.如权利要求30所述的半导体发光器件，其中，发光单元具有第一导电类型半导体暴露区，所述第一导电类型半导体暴露区比另一发光单元的第一导电类型半导体暴露区大，第一结合焊盘形成在所述发光单元的第一导电类型半导体暴露区上。
32.如权利要求31所述的半导体发光器件，其中，第二结合焊盘位于基底的顶表面的邻近一个边缘的区域中，第一连接部分或第二连接部分形成在所述顶表面的邻近所述边缘的形成有第二结合焊盘的区域中。
33.如权利要求31所述的半导体发光器件，其中，第二结合焊盘形成在发光单元中的位于基底的顶表面的一个边缘处并且不参与发光的一个上。
34.一种发光模块，所述发光模块包括根据权利要求1至权利要求33中的任意一项的至少一种半导体发光器件。
35.一种照明设备，所述照明设备包括根据权利要求34的发光模块。
36.一种照明设备，所述照明设备包括根据权利要求1至权利要求33中的任意一项的至少一种半导体发光器件。
全文摘要
本发明公开了一种半导体发光器件、发光模块和照明设备。所述半导体发光器件包括基底、多个发光单元、连接部分和凹凸部分。发光单元布置在基底的顶表面上。每个发光单元具有顺序地堆叠在基底的顶表面上的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层。连接部分被形成为使发光单元串联连接、并联连接或串并联连接。凹凸部分形成在基底的底表面和发光单元之间的隔离区的顶表面的至少一个表面中。
文档编号H01L33/62GK102169933SQ201110048129
公开日2011年8月31日 申请日期2011年2月21日 优先权日2010年2月19日
发明者河海秀, 金台勋, 金晟泰, 金载润 申请人:三星Led株式会社