CN102169933A - 具有多单元阵列的半导体发光器件、发光模块和照明设备 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

具有多单元阵列的半导体发光器件、发光模块和照明设备
本申请要求于2010年2月19日提交到韩国知识产权局的第10-2010-0015422号韩国专利申请的优先权，该申请的公开通过引用包含于此。
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匀的电流分布。
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TiO2、Al2O3、MgO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。
附图说明
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A1-A1′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11B和图11C是沿图9的线B1-B1′、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Y1-Y1′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X1-X1′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A1-A1′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ZnO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P1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P1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P1也可形成在形成有连接部分15的区域中。另外，凹凸部分P1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P1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。
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54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/Rh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SiO2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
Figure BSA00000441345000091
时，测量根据SiO2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SiO2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SiO2膜76的厚度变化的平均反射率，结果在表1中示出。
表1
Figure BSA00000441345000092
根据试验结果，当设置在反射金属层和基底之间的介电层具有大约
Figure BSA00000441345000093
或更厚的厚度时，表现出90％或更高的反射率。在蓝宝石基底的情况下，如果仅将铝用作反射金属层，则反射率为大约88.14％。然而，通过在铝层和蓝宝石基底之间设置厚度为大约
Figure BSA00000441345000094
的SiO2膜，可将反射率提高至大约93.36％。
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7中示出的实施例对应于前述基底的后表面的凹凸结构(包括反射结构)与设置在图1中示出的隔离区之间的凹凸部分P1的组合。图7中示出的基底对应于图1中的区域A2-A2′。
参照图7，半导体发光器件60包括基底61和形成在基底61上的具有半导体多层结构62的发光单元。半导体多层结构62具有顺序地堆叠在基底61上的第一导电类型半导体层62a、有源层62c和第二导电类型半导体层62b。
在本实施例中，凹凸部分P1形成在基底61的由发光单元之间的隔离区暴露的表面上。另外，槽形凹凸部分P2和反射金属层67形成在基底61的后表面上。
反射金属层67可以是由从由从由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/Rh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。
如图7所示，通过设置在单元的隔离区中的凹凸部分P1进行散射，可以有效地提取光L1，通过形成在基底的后表面上的凹凸部分P2和反射金属层67，可将光L2向有效的向上方向有效地引导。
按这种方式，本发明有效地使用隔离区和基底61的后表面，以沿期望的方向有效地提取光，从而产生改善的实质上的光效率。
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各种示例(单元之间完全隔离)的剖视图。
不同于在图3A和图3B中示出的实施例，该实施例提供了将反射构件应用到隔离区的方案。
在图8A中示出的结构与在具有与图1相似的阵列的多单元阵列半导体发光器件中的A2-A2′的区域对应。
参照图8A，半导体发光器件80包括基底81和发光单元，该发光单元具有形成在基底81上的半导体多层结构82。
半导体多层结构82具有顺序地堆叠在基底81上的第一导电类型半导体层82a、有源层82c和第二导电类型半导体层82b。
如图8A中所示，反射构件可设置在发光单元之间的隔离区中。反射构件可以是反射金属层87。虽然未在附图中示出，将单元连接的连接部分可由诸如Al和Ag的反射金属形成，以利于反射效率提高。
如果使用诸如反射金属层87的导电反射构件，则可将反射金属层87设置为防止与连接部分不期望的连接。
例如，在本实施例中，反射金属层可设置在与连接部分分开的位置处，以确保电绝缘。在另一示例性实施例中，可在将附加的绝缘构件设置在连接部分上之后设置反射金属层87。
在本实施例中，反射金属层87将传播到发光单元之间的隔离区的光沿向上方向射出，从而有利于反射效率提高。
在使用另一发光表面的实施例中，例如，在基底81的后表面被设置为发光表面的倒装芯片结构中，反射金属层可极大地利于提高光效率。
参照图8B，半导体发光器件90包括基底91和发光单元，发光单元具有在基底91上顺序地堆叠的第一导电类型半导体层92a、有源层92c和第二导电类型半导体层92b。
不同于上面的实施例，本实施例包括将相邻单元的相同的导电类型半导体层92b的连接部分95。这样的连接方式可用在并联连接结构中。
如图8B中所示，反射构件97设置在发光单元之间的隔离区中。反射构件97包括树脂97b，高反射率粉末97a分散在树脂97b中。
高反射率粉末97a可由诸如TiO2、Al2O3、MgO和它们的混合物的陶瓷材料形成。另外，树脂97b可以是绝缘树脂。
如果使用绝缘构件实现反射构件97，则反射构件97可直接接触连接部分95。因此，反射构件97可设置在发光单元之间的整个隔离区中，而无需考虑连接部分95的位置。
在前述的实施例中，半导体多层结构被完全除去以暴露基底的表面(即，单元之间的完全隔离)，然而，本发明不限于此。单元之间的第一导电类型半导体层可通过部分隔离(例如，台面蚀刻)而被共用。在这种情况下，也可应用第一实施例的凹凸部分P1。
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(单元之间的部分隔离)的俯视图。图10是示出图9中示出的多单元阵列半导体发光器件的单元之间的连接的等效电路图。
图11A、图11B和图11C是沿图9中的B1-B1′线、B2-B2′线和B3-B3′线截取的图9中示出的多单元阵列半导体发光器件的侧剖视图。
参照图9、图11A和图11B，多单元阵列半导体发光器件100包括基底101和多个发光单元C，多个发光单元C在基底101的顶表面上以6×6模式排列。
通过将半导体多层结构102划分得到发光单元C，半导体多层结构102具有顺序地形成在基底101的顶表面上的第一导电类型半导体层102a、有源层102c和第二导电类型半导体层102b。
在本实施例中，半导体多层结构102被完全除去来暴露基底，以准备用于在邻近边缘的顶表面上形成焊盘109a和109b的区域，并且第一导电类型半导体层102b通过部分隔离工艺(即，台面蚀刻工艺)被暴露以隔离发光单元。
可根据期望的连接方法来使用通过台面蚀刻工艺的单元隔离。即，单元隔离可合适地应用到能够共用第一导电类型半导体层102和线的电路，所述线设置在第一导电类型半导体层102上并与第一极性对应。
如图9中所示，通过图1中的完全隔离工艺得到的线由‘IL’表示，通过部分隔离工艺(即，台面蚀刻工艺)得到的线由‘ML’表示。
在本实施例中，如图9、图11A和图11B中所示，第一电极103a可形成第一导电类型半导体层102a的暴露的预表面上，第二电极103b可形成在第二导电类型半导体层102b的暴露的顶表面上。第一电极103a和第二电极103b具有线形的形状，并且它们以规则的间隔平行地布置，用于整个区域上的均匀电流分布。
在本实施例中，连接部分包括第一连接部分108a、第二连接部分108b和互连部分105，以将全部的发光单元如图10所示地并联连接。第一连接部分108a可从第一焊盘109a延伸，第二连接部分108b可从第二焊盘109b延伸，第一连接部分108a可通过互连部分105连接到第一电极103a，第二连接部分108b可通过互连部分105连接到第二电极103b。
如图11A和图11B中所示，第一连接部分108a、第二连接部分108b和互连部分105可形成在绝缘层104上，以防止与发光单元C的不期望的连接。
第一电极103a、第二电极103b、第一连接部分108a、第二连接部分108b和互连部分105可通过不同的工艺由不同电极材料形成，然而，本发明不限于此。例如，第一电极103a、第二电极103b、第一连接部分108a、第二连接部分108b和互连部分105可通过一个工艺由相同电极材料形成。即，在不对每个单元使用单独的电极的情况下，第一电极103a和第二电极103b可以以与连接单元的形状相同的形状形成。
然而，在本实施例中，为了在全部的发光单元上提供均匀的电流分布以提高它们的效率，第二电极103b可以与第一电极103a平行地布置。在本实施例中，第一连接部分108a和第二连接部分108b设置在相邻列的发光单元之间，从而简化相互连接结构。
如图9和图11C中所示，凹凸部分P1可形成在通过台面蚀刻工艺得到的第一导电类型半导体层102a的表面上。凹凸部分P1可通过台面蚀刻工艺和单独的蚀刻工艺形成，或可通过额外的光刻工艺形成，然而，本发明不限于此。
在本实施例中，凹凸部分P1可有效地沿向上方向提取可被限制在基底101中并保留在第一导电类型半导体层102a中或被射向第一导电类型半导体层102的侧表面而被浪费的光L。
在图9中的半导体发光器件100中，连接到第一连接部分108a的第一结合焊盘109a和连接到第二连接部分108b的第二结合焊盘109b设置在半导体多层结构102被除去的区域中。
以这样的方式，在没有与单元直接形成的情况下，焊盘形成在半导体多层结构102被除去的区域中，从而将相对均匀的电流提供给直接连接的发光单元C。因此，防止了电流集中，从而提高了它们的光效率。
具体地讲，用于焊盘109a和109b的区域形成在形成有第一连接部分108a和第二连接部分108b的邻近边缘的区域中。也就是说，为了形成第一连接部分108a和第二连接部分108b，未参与发光的半导体多层区域用来设置第一结合焊盘109a和第二结合焊盘109b。因此，相对基底的面积，没有极大地影响总有效发光面积。
以这样的方式，改善了焊盘的结构和位置以改善电流分布效率，从而提高发光效率。下面将参照图12来详细地描述本实施例。
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。
参照图12，多单元阵列半导体发光器件120包括基底121和多个发光单元C，多个发光单元C在基底121的顶表面上以6×6模式排列。
通过将半导体多层结构122划分得到发光单元C，半导体多层结构122具有顺序地形成在基底121的顶表面上第一导电类型半导体层122a、有源层122c和第二导电类型半导体层122b。
在本实施例中，通过完全隔离工艺执行隔离工艺，完全隔离工艺将半导体多层结构122完全除去以暴露基底121的表面。另外，第一导电类型半导体层122a可通过部分隔离工艺(例如，台面蚀刻工艺)暴露。第一电极123a可形成在每个单元的第一导电类型半导体层122a上，第二电极123b可形成在每个单元的第二导电类型半导体层122b上。第一电极123a和第二电极123b可以以规则的间隔平行地布置，以在单元上提供均匀的电流分布。
当如图12中所示地属于每列的六个发光单元C组成每个组时，如图13中所示，每个组的LED单元彼此串联连接，组彼此并联连接。
在该连接结构中，可根据电压标准选择彼此串联连接的发光单元的数量。即，将在每个单元中的彼此串联连接的发光单元的数量确定为满足期望的电压标准，将彼此并联的组的数量控制为提供期望的输出。在这种情况下，组可具有相同数量的发光单元。
在本实施例中，连接部分可包括：多个互连部分125，形成在相邻的发光单元之间，以将同一组的发光单元C彼此串联连接；至少一个第一连接部分128a，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122a；至少一个第二连接部分128b，连接到位于每组的另一端的发光单元的第二导电类型半导体层122b。
在本实施例中，第一连接部分128a和第二连接部分128b通过互连部分125连接到发光单元的第一电极123a和第二电极123b，然而，本发明不限于此。在其他实施例中，在每个单元中不形成单独的电极的情况下，第一连接单元128a和第二连接部分128b可通过诸如互连部分的相互连接线连接到发光单元的期望的导电类型半导体层。
图14A和图14B是沿图12中的Y1-Y1′线和Y2-Y2′线截取的在图12中示出的多单元阵列半导体发光器件的侧剖视图。
参照图14A和图14B，连接到第一连接部分128a的第一结合焊盘129a和连接到第二连接部分128b的第二结合焊盘129b设置在半导体多层结构122被除去的区域中。
以这样的方式，在没有与单元直接形成的情况下，结合焊盘129a和129b形成在半导体多层结构122被除去的区域中，从而将相对均匀的电流提供给直接连接的发光单元C。因此，防止了电流集中，从而提高了光效率。
在本实施例中，用于结合焊盘129a和129b的区域形成在形成有第一连接部分128a和第二连接部分128b的邻近边缘的区域中。即，为了形成第一连接部分128a和第二连接部分128b，未参与发光的半导体多层区域用于设置第一结合焊盘129a和第二结合焊盘129b。因此，相对于基底的面积，没有极大地影响总有效发光面积。
以这样的方式，结合焊盘129a和129b由与第一连接部分128a、第二连接部分128b和互连部分125的材料不同的材料形成。例如，结合焊盘129a和129b可由诸如Cr/Au的金属层形成，第一连接部分128a、第二连接部分128b和互连部分125可由诸如Al或Ag的高反射率、高导电率的金属材料形成。
在其他实施例中，结合焊盘129a和129b、第一连接部分128a、第二连接部分128b和互连部分125可通过单个的图案形成工艺由相同的金属形成。例如，结合焊盘129a和129b、第一连接部分128a、第二连接部分128b和互连部分125可由Cr/Au形成。
不同于该实施例，由于需要将焊盘形成位置设置为不与作为参与发光的半导体多层结构的发光单元直接连接，所以焊盘可以设置在另一隔离的半导体多层结构上。
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剖视图。
图15中示出的结构表示对应于与图14B中示出的结构相似的结构中的Y2-Y2′的部分的剖面。
如图15中所示，在本实施例中，结合焊盘139的区域未设置在半导体多层结构132被除去的区域中，但可形成在未参与发光的半导体多层结构上。在这种情况下，由于结合焊盘139没有直接形成在发光单元上，所以可以防止电流集中的问题。
图16是示出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。
参照图16，多单元阵列半导体发光器件140包括基底141和多个发光单元，多个发光单元在基底141的顶表面上以4×4模式排列。
在本实施例中，发光单元的隔离区被设置为通过完全除去半导体多层结构来暴露基底141的表面而得到的区域。另外，第一导电类型半导体层可通过部分隔离工艺(例如，台面蚀刻工艺)暴露。第一电极143a可形成在每个单元的第一导电类型半导体层142a上，第二电极143b可形成在每个单元的第二导电类型半导体层142b上。
本实施例的串并联结构与图8B的实施例的结构相似，本实施例的串并联结构将在每个组内的四个发光单元C串联。在本实施例中，连接部分可包括：多个互连部分145，形成在相邻的发光单元之间，以将同一组的发光单元C彼此串联连接；至少一个第一连接部分148a，连接到位于每个组一端的发光单元的第一导电类型半导体层142a；至少一个第二连接部分148b，连接到位于每个组另一端的发光单元的第二导电类型半导体层142b。
在本实施例中，在半导体发光器件中使用的发光单元可具有相同的有效发光面积，以防止电流在一个单元上集中。有效发光面积由参与发光的有源层的面积确定。
在本实施例中，发光单元Cb具有比另一发光单元Ca的第一导电类型半导体暴露区大的第一导电类型半导体暴露区(即，台面蚀刻区域)，即使台面蚀刻的面积增加为形成第一结合焊盘149a，则位于一个边缘的发光单元Cb形成为比另一发光单元Ca宽，从而发光单元Cb可以具有与另一发光单元的发光面积(Sa)基本相同的发光面积(Sb)。
如在附图中所示，由于第二结合焊盘149b不可避免地覆盖发光区域，所以第二结合焊盘149b可形成在基底顶表面的半导体多层结构被除去的区域上，或可形成在半导体多层结构的与发光单元隔离的区域上。
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(凹凸部分的结合)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X1-X1′线和X2-X2′线截取的在图17中示出的多单元阵列半导体发光器件的侧剖视图。
参照图19A和图19B，多单元阵列半导体发光器件150包括基底151和多个发光单元C，多个发光单元C在基底151的顶表面上以3×4模式排列。
通过将半导体多层结构152划分得到发光单元C，半导体多层结构152具有顺序地形成在基底151的顶表面上的第一导电类型半导体层152a、有源层152c和第二导电类型半导体层152b。
在本实施例中，基底151具有在其顶表面上的凹凸部分P1。如图1中图3B中所示，本实施例的凹凸部分P1不限于在隔离区之间，本实施例的凹凸部分P1形成在包括单元C的区域的几乎整个顶表面上。在这种情况下，可提供通过单元之间的隔离区提高光提取效率的结构。
如图19A和图19B中所示，凹凸部分P1示出为具有弯曲表面的凸起部分，然而，本发明不限于此。例如，凹凸部分P1可具有诸如有角的凹入部分和/或凸起部分的各种形状。
在本实施例中，半导体多层结构152被完全除去以暴露基底，以隔离用于在与邻近边缘的顶表面上形成焊盘159a和159b的区域。另外，第一导电类型半导体层102a通过台面蚀刻工艺被暴露以确保电极形成区域。
可根据期望的连接方法使用通过台面蚀刻工艺的单元隔离。即，单元隔离可合适地应用到能够共用第一导电类型半导体层102和线的电路，所述线设置在第一导电类型半导体层102上并与第一极性对应。
如图17中所示，通过图17中的隔离工艺得到的线由‘IL’表示，通过台面蚀刻工艺得到的线由‘ML’表示。
第一电极153a可形成第一导电类型半导体层的暴露的顶表面上，第二电极153b可形成在第二导电类型半导体层152b的暴露顶表面上。如图17、图19A和图19B中所示，第一电极153a和第二电极153b具有线形的形状，并且它们以规则的间隔平行地布置，用于整个区域上的均匀电流分布，然而，本发明不限于此。
在本实施例中，连接部分包括第一连接部分158a、第二连接部分158b和互连部分155，以将全部的发光单元如图18所示地并联连接。第一连接部分158a可从第一焊盘159a延伸，第二连接部分158b可从第二焊盘159b延伸，第一连接部分158a可通过互连部分155连接到第一电极153a，第二连接部分158b可通过互连部分155连接到第二电极153b。
如图19A和图19B中所示，如果基底151是绝缘基底，则第一连接部分158a和第二连接部分158b可直接形成在基底的顶表面上。另外，互连部分155可形成在绝缘层154上，以防止与发光单元C的不期望的连接。
在本实施例中，为了在全部的发光单元C上提供均匀的电流分布以提高效率，第二电极153b可以与第一电极153a平行地布置。在本实施例中，第一连接部分158a和第二连接部分158b设置在相邻行的发光单元之间，从而简化相互连接结构。
在图17中的半导体发光器件100中，连接到第一连接部分158a的第一结合焊盘159a和连接到第二连接部分158b的第二结合焊盘159b设置在半导体多层结构152被除去的区域中。
在本实施例中，对于每种极性只设置一个结合焊盘(159a、159b)，然而，本发明不限于此。即，多个结合焊盘可沿对应的连接部分的线以规则的间隔形成。
以这样的方式，在没有与单元直接形成的情况下，焊盘形成在半导体多层结构152被除去的区域中，从而将相对均匀的电流提供给直接连接的发光单元C。因此，防止了电流集中，从而提高了光效率。
具体地讲，用于焊盘159a和159b的区域形成在形成有第一连接部分158a和第二连接部分158b的邻近边缘的区域中。也就是说，为了形成第一连接部分158a和第二连接部分158b，未参与发光的半导体多层区域用来设置第一焊盘159a和第二焊盘159b。因此，相对基底的面积，没有极大地影响总有效发光面积。
如上所述，可结合焊盘形成位置来实现隔离的凹凸部分，用于均匀的电流分布。同样，可将上面的各种实施例彼此结合来以各种类型实施。
图20A至图20F是示出制备根据本发明实施例的多单元阵列半导体发光器件的工艺的示例的剖视图。
参照图20A，在基底201的顶表面上形成用于发光的半导体多层结构202。即，在基底201上顺序地形成第一导电类型半导体层202a、有源层202c和第二导电类型半导体层202b。
基底201可以是诸如蓝宝石基底的绝缘基底，然而，本发明不限于此。例如，基底201可以是导电基底。如果将导电基底用作基底201，则因为发光单元的电极通过导电基底连接，所以可通过在单元的顶表面上形成相互连接来相互连接具有相反极性的另一电极。在图17和图19的实施例的情况下，基底可以是具有凹凸部分的基底。
参照图20B，执行用于初步隔离的台面蚀刻工艺来选择地去除第二导电类型半导体层202b、有源层202c和部分第一导电类型半导体层202a，从而暴露第一导电类型半导体层区域。
在该工艺中，台面蚀刻区域ME包括隔离区IE和将要形成第一电极的区域。
参照图20C，在第二导电类型半导体层202b上形成透明电极203。参照图20D，执行完全隔离工艺来形成暴露基底201的表面的隔离区IE，以获得多个发光单元。
图20B和图20D的工艺可根据实施例改变。例如，虽然已描述在台面蚀刻工艺之后执行完全隔离工艺，但可在执行完全隔离工艺之后单独地执行台面蚀刻工艺。
另外，可省略透明电极形成工艺，或可在隔离工艺之后形成透明电极。
参照图20E，形成绝缘层204，并形成开口区域ON和OP来选择地暴露用于与连接部分连接的第一导电类型半导体层202a和第二导电类型半导体层202b。
参照图2F，形成用于互连的连接部分205。对于串联连接结构，可将连接部分205形成为连接第一导电类型半导体层202a和第二导电类型半导体层202b。
在包括具有例如印刷电路板的电极部分的器件的模块中可将根据本发明实施例的多单元阵列半导体发光器件用作芯片。另外，可将前述发光器件和发光模块实施为包括驱动单元的照明设备。
图21A和图21B分别是包括根据本发明实施例的多单元阵列半导体发光器件的照明设备的分解透视图和示意性透视图。
图21A和图21B示出了作为根据本发明的照明设备的示例的球形灯。
参照图21A和图21B，照明设备300包括发光模块350、驱动单元330和外部连接单元310。照明设备300还可包括诸如外罩340和内罩320的外部结构。
发光模块350可包括多单元阵列发光器件355和安装多单元阵列发光器件355的电路板351。在本实施例中，一个多单元阵列发光器件355安装在电路板351上，然而，本发明不限于此。即，多个多单元阵列发光器件可安装在电路板351上。
发光模块350可包括用作散热部分的外罩340。外罩340可包括散热板350，散热板345直接连接到发光模块350以提高散热效果。另外，照明设备300可包括盖部分360，盖部分360安装在发光模块350上并具有凸透镜的形状。
驱动单元330安装在内罩320中并连接到外部连接单元310，以从外部功率供给单元接收功率。
另外，驱动单元330被构造为通过将接收的功率转换成电流并将电流提供给多单元阵列发光器件355，来驱动发光模块的多单元阵列发光器件355。例如，驱动单元330可包括AC-DC转换器或整流电路。
前述的发光器件和发光模块可用在诸如室内照明设备(例如，灯)、室外照明设备(例如，街灯和信号板)和交通照明设备(例如，用于诸如汽车、飞机和船的交通工具的头灯和尾灯)的各种设备中。照明设备还可包括散热构件和/或反射板。
如上所述，本发明实现了大面积半导体多层结构，通过典型的隔离工艺(例如，完全隔离工艺和用于部分隔离的台面蚀刻工艺)形成与子芯片对应的多个发光单元，通过金属电极而非导线连接发光单元，并像驱动单芯片一样驱动该连接结构，从而克服了在通过导线连接芯片时导致的问题(例如，复杂的制造工艺、导线断开故障和难于小型化)。
另外，本发明在基底的底表面和/或发光单元之间的隔离区上设置反射构件来通过有效的路径导可被限制在基底或下半导体层(第一半导体层)中或被射向下半导体层的侧表面而被浪费的光，从而极大地提高了光效率。
另外，本发明改变了焊盘的位置和结构，从而确保均匀的电流分布和充足的发光面积。
虽然已结合示例性实施例示出并描述了本发明，但对于本领域的技术人员明显的是，在不脱离本发明由权利要求限定的精神和范围的情况下，可做变型和改变。

Claims (36)

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26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28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28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。
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