CN101740600A - 发光器件以及具有该发光器件的发光器件封装 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种发光器件以及具有该发光器件的发光器件封装。该发光器件包括：第一导电半导体层；在第一导电半导体层上分隔开的多个发光单元；在发光单元中的至少一个上的磷光体层；和电连接至发光单元的多个第二电极。
Description
相关申请
根据35U.S.C.119和35U.S.C.365，本申请要求2008年11月18日提交的韩国专利申请10-2008-0114613的优先权，通过引用将其全部内容并入本文。
技术领域
本发明涉及一种发光器件以及具有该发光器件的发光器件封装。
背景技术
III-V族氮化物半导体由于它们极好的物理和化学性能，所以作为用于发光器件例如发光二极管(LED)、和激光二极管(LD)等的芯材料而得到关注。III-V族氮化物半导体由化学式为InxAlyGa1-x-yN(其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的半导体材料构成。
LED是通过利用化合物半导体的特性将电转化为红外线或者光来发送和接收信号的半导体器件，并且它们用作光源。
由氮化物半导体材料制成的LED或者LD广泛地用于发光器件以获得光，并且用作各种产品的光源，例如用于移动式电话键盘的发光部件、电标志牌和照明器件。
发明内容
实施方案提供能够在单个芯片中实现全色发光的发光器件以及具有该发光器件的发光器件封装。
实施方案提供发光器件以及具有该发光器件的发光器件封装，所述发光器件包括：在第一电极接触层上的隔离开的多个发光单元、在所述发光单元中的至少一个上的磷光体层。
一个实施方案提供发光器件，包括：第一导电半导体层；在所述第一导电半导体层上的隔离开的多个发光单元，其中所述发光单元包括有源层和第二导电半导体层；在所述发光单元中的至少一个上的磷光体层；和电连接至所述发光单元的多个第二电极。
一个实施方案提供发光器件封装，包括：封装体；在所述封装体上的多个电极；发光器件，所述发光器件具有连接至所述多个电极的多个发光单元、和在所述发光单元中的至少一个上的磷光体层；和覆盖所述发光器件的树脂材料。
在附图和以下的描述中阐述一个或更多个实施方案的细节。通过描述和附图以及通过权利要求使其它特征可变得明显。
附图说明
图1是说明根据第一实施方案的发光器件的立体图。
图2是说明图1的发光器件的平面图。
图3是说明图1的发光器件的封装的侧面剖视图。
图4是说明根据第二实施方案的发光器件的平面图。
图5是说明根据第三实施方案的发光器件的侧面剖视图。
图6是说明图5的发光器件的封装的侧面剖视图。
图7是根据第四实施方案的发光器件的平面图。
图8是根据第五实施方案的发光器件的平面图。
具体实施方式
现在将详细说明本发明的一些实施方案，在附图中说明其实例。在实施方案的描述中，将参考附图描述每层的“上”或者“下”，每层的厚度仅作为示例进行描述而不限于附图中的厚度。
在一些实施方案的描述中，应理解当层(或膜)、区域、图案或者元件称为在另一衬底、层(或膜)、区域或图案“上”或者“下”时，“上”和“下”包括“直接”和“间接”的全部含义。
图1是说明根据第一实施方案的发光器件的侧面剖视图。
参考图1，发光器件100包括：衬底101；第一导电半导体层110；多个发光单元102、103和104；第一磷光体层142；第二磷光体层144；第一电极115；以及多个第二电极150、152和154。
衬底101可选自蓝宝石衬底(Al2O3)、GaN、SiC、ZnO、Si、GaP、InP、Ga2O3、导电衬底和GaAs。在衬底101上形成凹凸图案，使得外部量子效率得以改善。
在衬底101上生长化合物半导体。生长设备可包括但不限于电子束蒸发设备、物理气相沉积(PVD)设备、化学气相沉积(CVD)设备、等离子体激光沉积(PLD)设备、双型热蒸发设备、溅射设备和金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备。
可形成利用II族～VI族元素的化合物半导体的层或者图案，例如ZnO层(未显示)、缓冲层(未显示)和未掺杂的半导体层(未显示)中的至少一种。
缓冲层和未掺杂的半导体层可由III-V族元素的化合物半导体形成，缓冲层可减小与衬底的晶格常数差异，未掺杂的半导体层可由未掺杂的GaN基半导体形成。可以不形成缓冲层和/或未掺杂的半导体层，但是不限于此。
多个发光单元102、103和104包括形成在衬底101上的多个化合物半导体层。发光单元102、103和104包括：第一导电半导体层110的上部110A；有源层120、122和124；以及第二导电半导体层130、132和134。
发光单元102、103和104可在第一导电半导体层110上分隔开并生长成为单个的结构，或者可生长直至最上层并通过台面蚀刻分隔开。在实施方案的技术范围内，所述分隔方法和分隔结构的数目可进行各种改变。
第一发光单元至第三发光单元102、103和104可间隔开预定间隙G1和G2。
第一导电半导体层110可形成在衬底101或者另外的半导体层上。第一导电半导体层110可由掺杂有第一导电掺杂剂的III-V族元素的化合物半导体例如GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP和AlGaInP形成。当第一导电半导体层110为N-型时，第一导电掺杂剂包括N-型掺杂剂，例如Si、Ge、Sn、Se和Te。第一导电半导体层110可形成为单层或者多层，但是不限于此。
第一导电半导体层110的下部部分可定义为第一电极接触层，第一导电半导体层110的上部可定义为第一导电半导体层。
有源层120、122和124形成在第一导电半导体层110上，并且有源层120、122和124可以形成为单量子阱结构或者多量子阱结构。有源层120、122和124可由阱层和阻挡层的周期性结构形成，例如通过利用III-V族元素的化合物半导体材料的InGaN阱层/GaN阻挡层形成。
导电覆层可形成在有源层120、122和124之上和/或之下，导电覆层可由AlGaN-基半导体形成。
第二导电半导体层130、132和134形成在有源层120、122和124上，第二导电半导体层130、132和134可由掺杂有第二导电掺杂剂的III-V族元素的化合物半导体例如GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP和AlGaInP形成。当第二导电半导体层130、132和134是P-型时，第二导电掺杂剂包括P-型掺杂剂例如Mg和Zn。第二导电半导体层130、132和134可形成为单层或多层，但是不限于此。
此外，第三导电半导体层例如N-型半导体层或者P-型半导体层可形成在第二导电半导体层130、132和134上。第三导电半导体层由与第二导电半导体层的极性不同的半导体形成。发光单元102、103和104可包括N-P结结构、P-N结结构、N-P-N结结构和P-N-P结结构中的至少一种。
发光单元102、103和104中的每一个均可包括第一导电半导体层110的上部部分110A。第一导电半导体层110的上部部分110A的厚度可根据台面蚀刻厚度而改变。
第一发光单元至第三发光单元102、103和104的结构使得有源层120、122和124以及第二导电半导体层130、132和134在第一导电半导体层110上分隔开。
在第二导电半导体层130、132和134或者第三导电半导体层上可形成透明电极(未显示)。透明电极可包括但不限于以下中的至少一种：氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化镓锌(GZO)、氧化铝锌(AZO)、氧化铝镓锌(AGZO)、氧化铟镓锌(IGZO)、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au和Ni/IrOx/Au/ITO。
第一电极115在第一导电半导体层110上形成为预定图案或者形状。第一电极115共同连接至发光单元102、103和104。
第二电极150、152和154在第一发光单元至第三发光单元102、103和104的第二导电半导体层130、132和134上形成为预定图案或者形状。第二电极150、152和154用作单独的电极。
当将多个发光单元102、103和104分隔为三个结构时，它们可定义为第一发光单元102、第二发光单元103和第三发光单元104。
第一磷光体层142可形成在第二发光单元103上，第二磷光体层144可形成在第三发光单元104上。第一磷光体层142形成在第二发光单元103的第二导电半导体层132上，第二磷光体层144形成在第三发光单元104的第二导电半导体层134上。
形成第一电极115和第二电极150、152和154的工艺可在台面蚀刻之前或之后实施。
形成磷光体层142和144的工艺可在形成第二电极150、152和154之前或者在制造芯片之后实施。
第一磷光体层142可为包含红色磷光体的膜，或者可通过印刷或者涂敷包含磷光体的树脂来形成。第二磷光体层144可为包含绿色磷光体的膜，或者可通过印刷或者涂敷包含磷光体的树脂来形成。
第一磷光体层142和第二磷光体层144可包括在其下的透明树脂层，透明树脂层可改善入射到磷光体层142和144的光的分布。
在第一发光单元至第三发光单元102、103和104中，当对第一电极115和第二电极150、152和154供电时，有源层120、122和124发出第一颜色的光。
第一磷光体层142吸收第二发光单元103的第一颜色的光并发出第二颜色的光。第二磷光体层144吸收第三发光单元104的第一颜色的光并发出第三颜色的光。光最终通过第一发光单元至第三发光单元102、103和104的上部部分作为第一颜色的光、第二颜色的光和第三颜色的光发出。
而且，第一发光单元至第三发光单元102、103和104可发出红色光、绿色光、蓝色光和紫外光中的一种。第一磷光体层142发出与从第一发光单元至第三发光单元102、103和104发出的光互补的第二颜色的光。第二磷光体层144发出与从第一发光单元至第三发光单元102、103和104发出的光互补的第三颜色的光。发光单元102、103和104发出第一波长范围的光，磷光体层142和144发出由第一波长范围激发的第二波长范围的光的至少一种。第一和第二波长范围可包括第一和第二波长范围。
磷光体层142和144发出由发光单元102、103和104发出的第一波长范围所激发的蓝色光、红色光和绿色光中的至少一种。第一波长比由磷光体层142和/或144发出的光的第二波长短。
当第一至第三光中的第二颜色的光通过至少一个发光单元发出时，其被混合以实现特定的颜色。而且，当第一发光单元至第三发光单元102、103和104发出蓝色光时，第一磷光体层142是红色磷光体层；第二磷光体层144是绿色磷光体层，通过选择性驱动第一发光单元至第三发光单元102、103和104，可发出全色光。此外，通过混合绿色光、红色光和蓝色光可发出白光。
第一磷光体层142和第二磷光体层144可使用相同的磷光体。例如，第一磷光体层142和第二磷光体层144可利用包含黄色磷光体的膜或者印刷的层来实现。
此外，在第一发光单元102的第二导电半导体层130上可设置第三磷光体层。在这种情况下，当化合物半导体发出紫外线时，可在第一发光单元102上设置蓝色磷光体层。
在第二导电半导体层130、132和134上的第一发光单元至第三发光单元102、103和104可形成为多边形。
此外，第一发光单元至第三发光单元102、103和104可具有相同的尺寸或者不同的尺寸。例如，发出绿色光的发光单元104的尺寸可大于发出其它颜色的光的发光单元102和103。发光单元102、103和104的尺寸可基于与最终封装发出颜色相关的信息进行调节。
在发光器件100中，当对第一电极115和第二电极150、152和154中的至少一个供电时，可选择性发出第一颜色的光、第二颜色的光和第三颜色的光并混合。
图3是说明图1的发光器件的封装的侧面剖视图。在图3的描述中，和第一实施方案相同的部分参考第一实施方案，因此将省略其重复描述。
参考图3，发光器件封装200包括：本体201，多个引线电极205、206、207和208，以及发光器件100。
本体201可使用一般的印刷电路板(PCB)、FR-4、陶瓷衬底、硅衬底、或者树脂材料，并且在本体201上形成杯形空腔203。
空腔203的表面形状可为圆形或者多边形结构，但是不限于此。本体201的空腔203可通过蚀刻本体201形成，或者可形成为模制结构或者堆叠结构。
发光器件100包括：第一发光单元至第三发光单元102、103和104，第二和第三发光单元103和104包括图1的磷光体层142和144。
引线电极205、206、207和208包括多个图案并且电连接至第一发光单元至第三发光单元102、103和104。形成的引线电极205、206和207的数目可用于单独驱动第一发光单元至第三发光单元102、103和104。例如，对于三个发光单元102、103和104可形成四个引线电极205、206、207和208。引线电极205、206、207和208设置在空腔203的开口内部。
发光器件100可连接到多个引线电极205、206、207和208中的一个引线电极208，并可通过导线211、212、213和214电连接至引线电极205、206、207和208。虽然在上述实施方案中描述了发光器件通过导线211、212、213和214连接至引线电极205、206、207和208的结构，但是在实施方案的技术范围内，也可通过使用倒装焊接或者芯片焊接改变该结构。
可将透明树脂材料(未显示)模制入空腔203中。透明树脂材料可包括硅树脂或者环氧树脂。而且，透明树脂材料可包含但不限于磷光体或者磷光体层。
通过装配具有多个发光单元102、103和104的发光器件100，发光器件封装200可实现全色(包括白色)。因此，能够消除必须设置其它LED芯片来实现全色的不便。
发光单元102、103和104发出第一波长范围的光，磷光体层142和144发出由第一波长范围所激发的第二波长范围的光，树脂材料发出由第一波长范围和第二波长范围中的至少一个激发的第三波长范围的光。发光单元102、103和104发出蓝色光或者紫外光。磷光体层142和144发出由发光单元102、103和104发出的光所激发的蓝色光、红色光和绿色光中的至少一种。树脂材料包含磷光体，所述磷光体发出由发光单元102、103和104发出的光所激发的蓝色光、红色光和绿色光中的至少一种。第一波长比由第一磷光体层142和/或第二磷光体层144发出的光的第二波长短，第二波长比由树脂材料中的磷光体发出的光的第三波长短。
图4是说明根据第二实施方案的发光器件的平面图。在第二实施方案的描述中，使用相同的附图标记表示和第一实施方案相同的部分，因此将省略其重复描述。
参考图4，发光器件100A包括：在第一导电半导体层110上的第一电极115和多个第二电极150A、152A和154A。
多个第二电极150A、152A和154A具有连接至发光单元102、103和104的第二导电半导体层(图1中的130、132和134)的第一末端151、153和155、和具有焊垫的第二末端，并且形成在绝缘层117上。
在该情况下，绝缘层117形成在除了第一末端151、153和155之外的区域和其它半导体层之间。绝缘层117可形成在第二电极150A、152A和154A以及第一导电半导体层110之间，并且可形成在发光单元102、103和104以及第二电极线之间。
通过在第一导电半导体层110上设置第一电极115和第二电极150A、152A和154A，能够使得在接合期间可能施加于有源层(图1中的120、122和124)的冲击最小化，因此可容易地设计印刷或者涂敷包含磷光体的膜或者树脂的工艺。
图5是说明根据第三实施方案的发光器件的侧面剖视图。第三实施方案涉及垂直型发光器件，其与第一实施方案相同的部分参考第一实施方案并且将省略重复的描述。
参考图5，发光器件100B包括：在第二导电半导体层130A上的反射电极层160、和在反射电极层160上的导电支撑构件170。反射电极层160可由选自Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf及这些物质的组合中的材料形成。导电支撑构件170是基础衬底并可利用Cu、Au、Ni、Mo、Cu-W、载体晶片例如Si、Ge、GaAs、ZnO、SiC、GaN、Ge2O3、SiGe来实现。导电支撑构件170可通过电镀方法形成，或者形成为板状，但是不限于此。
在反射电极层160和第二导电半导体层130A之间可形成欧姆接触层(未显示)，欧姆接触层可形成为层结构或者多图案结构。欧姆接触层可包括氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟锌锡(IZTO)、氧化铟铝锌(IAZO)、氧化铟镓锌(IGZO)、氧化铟镓锡(IGTO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锑锡(ATO)、氧化镓锌(GZO)、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au和Ni/IrOx/Au/ITO中的至少一种。
当形成导电支撑构件170时，通过物理和/或化学方法将衬底(图1中的101)移除。作为物理方法中的一种，可通过使用激光的LLO方法将衬底(图1中的101)移除。作为化学方法中的一种，通过在衬底101和第一导电半导体层(图1中的110)之间的半导体层(例如缓冲层)中注入湿蚀刻剂可将衬底分离。
通过台面蚀刻将多个发光单元102A、103A和104A分隔开。在台面蚀刻中，多个发光单元102A、103A和104A形成为预定深度，在该深度下，第二导电半导体层130A的一部分从第一导电半导体层(图1中的110)中暴露出。因此，有源层120、122和124以及第一导电半导体层111、113和115在第二导电半导体层130A之下分隔开，以作为多个发光单元102A、103A和104A进行操作。
在发光单元102A、103A和104A的第一导电半导体层111、113和115之下可形成具有预定图案的第一电极150、152和154。
在第二发光单元103A的第一导电半导体层113之下形成第一磷光体层142，在第三发光单元104A的第一导电半导体层115之下形成第二磷光体层144。
发光器件100B输出的光可作为发光单元102A、103A和104A的第一至第三颜色的光中的至少第二颜色的光发出，并且所发出的第二颜色的光可被混合并作为期望颜色的光发出。
图7是说明根据第四实施方案的发光器件的平面图。在第四实施方案的描述中，和第一实施方案相同的部分参考第一实施方案，因此将省略其重复描述。
参考图7，发光器件300包括：具有双重结构的多个发光单元302、303和304。
第一发光单元302可在中心处形成为圆形，第二发光单元303可在第一发光单元302的外周处形成为环状。第三发光单元304可在第二发光单元303的外周处形成为环状。第一发光单元至第三发光单元302、303和304可间隔开预定间隙G1和G2。
第二电极350、352和354形成在第一发光单元至第三发光单元302、303和304上，第一电极315形成在第一导电半导体层310上。第一电极315的图案可在第一发光单元至第三发光单元302、303和304周围形成为开环型或者闭环型(例如环状)。可改变图案的形状使得平稳地供给电流。
第一磷光体层342形成在第二发光单元303上，第二磷光体层344形成在第三发光单元304上。发光单元302、303和304以及磷光体层342和344与第一实施方案的相同，因此将省略其详述。
在发光器件300中，上部结构形成为圆柱形，并且发出至少第二颜色的光或者第三颜色的光，由此实现全色。此外，发光器件300通过圆柱形可改善发光区域。当在圆形腔上封装发光器件300时，可改善光效率。
图8是说明根据第五实施方案的发光器件的平面图。在图8的描述中，和第一实施方案相同的部分参考第一实施方案，因此将省略其重复描述。
参考图8，发光器件400包括：在从中心具有预定直径的圆内的多个扇形发光单元402、403和404。
第一电极415在发光单元402、403和404周围设置为闭环型(例如环形)并与发光单元402、403和404间隔开预定间隙G4。第一电极415设置在第一导电半导体层410上。在发光单元402、403和404之间形成间隙G3以将它们隔离开。
在第二发光单元403上形成第一磷光体层442，在第三发光单元404上形成第二磷光体层444。发光单元402、403和404以及磷光体层444与第一实施方案的相同，因此将省略其详述。
在发光器件400中，上部结构形成为圆柱形或者棱柱形，并且发出至少第二颜色的光或者第三颜色的光，由此实现全色。此外，发光器件400通过圆柱形或者棱柱形可改善发光区域。当在圆形腔上封装发光器件400时，可改善光效率。发光单元402、403和404发出第一波长范围的光，磷光体层442的至少一个发出由第一波长范围所激发的第二波长范围的光。波长范围可包括峰值波长。
在一些实施方案的描述中，一些实施方案的技术特征可任选地应用于其它实施方案，但是本发明不限于此。
在一些实施方案中，可在单个芯片中实现全色。
在一些实施方案中，能够消除必须结合多个LED芯片来实现期望颜色的不便。
在一些实施方案中，可改善发光器件的可靠性。
在一些实施方案中，可提供能够实现全色的LED。
在一些实施方案中，可改善发光器件的电可靠性。
在一些实施方案中，可改善发光器件的电流效率和光效率。
在一些实施方案中，封装有发光器件的光源可用于照明领域、指示领域、和显示器领域等。
虽然已经参考本发明的大量说明性实施方案描述了一些实施方案，但是应理解本领域技术人员可设计很多其它的改变和实施方案，这些也将落入本公开原理的精神和范围内。更具体地，在公开、附图和所附权利要求的范围内，在本发明的组合布置的构件和/或布置中可能具有各种变化和改变。除构件和/或布置的变化和改变之外，对本领域技术人员而言，可替代的用途也是明显的。
Claims (20)
1.一种发光器件，包括：
第一导电半导体层；
在所述第一导电半导体层上的分隔开的多个发光单元，其中所述发光单元包括有源层和第二导电半导体层；
在所述发光单元中的至少一个上的磷光体层；和
电连接至所述发光单元的多个第二电极。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述发光单元包括含有利用III-V族元素的多个化合物半导体层的并且彼此间隔开的第一发光单元至第三发光单元。
3.根据权利要求2所述的发光器件，其中所述磷光体层包括：
在所述第二发光单元上的第一磷光体层；和
在所述第三发光单元上的第二磷光体层。
4.根据权利要求3所述的发光器件，其中所述第一发光单元至第三发光单元发出蓝色光；
所述第一磷光体层是红色磷光体层；和
所述第二磷光体层是绿色磷光体层。
5.根据权利要求1所述的发光器件，包括形成在所述第一导电半导体层之上或者之下的第一电极部分。
6.根据权利要求5所述的发光器件，其中在所述第一导电半导体层之下的所述第一电极部分包括：
反射电极层；和
在所述反射电极层之下的导电支撑构件。
7.根据权利要求2所述的发光器件，其中所述第一发光单元至第三发光单元中的至少一个为圆形、多边形、棱柱形、环形和扇形中的至少一种。
8.根据权利要求2所述的发光器件，其中所述第一发光单元至第三发光单元包括N-P结结构、P-N结结构、N-P-N结结构、P-N-P结结构和N-P-N结结构中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述磷光体层包括荧光膜、印刷的磷光体层和包含磷光体的透明树脂层。
10.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第一发光单元至第三发光单元包括所述第一导电半导体层的多个上部部分，
其中所述多个上部部分在所述第一导电半导体层上分隔开并且形成在所述有源层之下。
11.根据权利要求5所述的发光器件，其中所述第一电极部分沿所述第一发光单元至第三发光单元的外侧形成为开环型或者闭环型。
12.根据权利要求1所述的发光器件，包括在所述第一导电半导体层和所述发光单元周围的绝缘层，并且所述第二电极具有设置在所述绝缘层上的第一末端和设置在所述第一发光单元至第三发光单元上的第二末端。
13.根据权利要求2所述的发光器件，其中所述第一发光单元至第三发光单元发出紫外线、蓝色光、红色光和绿色光中的至少一种。
14.根据权利要求3所述的发光器件，其中所述第一磷光体层和所述第二磷光体层发出的光的颜色与由所述第一发光单元至第三发光单元发出的光的颜色互补。
15.一种发光器件封装，包括：
封装体；
在所述封装体上的多个电极；
发光器件，所述发光器件具有连接至所述多个电极的多个发光单元、和在所述发光单元中的至少一个上的磷光体层；和
覆盖所述发光器件的树脂材料。
16.根据权利要求15所述的发光器件封装，其中所述发光单元发出第一波长范围的光，所述磷光体层发出由所述第一波长范围所激发的第二波长范围的光，所述树脂材料发出由所述第一波长范围和所述第二波长范围中的至少一个所激发的第三波长范围的光。
17.根据权利要求16所述的发光器件封装，其中所述发光单元发出蓝色光或者紫外光。
18.根据权利要求16所述的发光器件封装，其中所述磷光体层发出由所述发光单元发出的第一波长的光所激发的蓝色光、红色光和绿色光中的至少一种。
19.根据权利要求16所述的发光器件封装，其中所述树脂材料包括磷光体，所述磷光体发出由所述发光单元发出的光所激发的蓝色光、红色光和绿色光中的至少一种。
20.根据权利要求16所述的发光器件封装，其中所述第一波长比由所述磷光体层所发出的光的第二波长短，所述第二波长比由所述树脂材料中的磷光体所发出的光的第三波长短。
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