CN102217102B - 半导体发光器件 - Google Patents

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Abstract

在半导体发光器件中，发光结构包括顺序形成在导电基底上的第一导电类型半导体层、活性层和第二导电类型半导体层。第二导电类型电极包括导电通孔和电连接部分。导电通孔穿过第一导电类型半导体层和活性层，并连接到第二导电类型半导体层的内部。电连接部分从导电通孔延伸，并暴露于发光结构的外部。绝缘体使第二导电类型半导体层与导电基底、第一导电类型半导体层和活性层电分离。钝化层形成为至少覆盖发光结构中的活性层的侧表面。不平坦结构形成在从活性层发射的光的通路上。

Description

半导体发光器件
技术领域
本发明涉及一种半导体发光器件，更具体地讲，涉及一种提高了外部光提取效率的半导体发光器件。
背景技术
半导体发光器件是这样一种半导体器件，即，当对半导体发光器件施加电流时，半导体发光器件通过p型半导体和n型半导体之间的p-n结中的电子和空穴的复合来发射各种颜色的光。当与灯丝类(filament-based)发光器件比较时，半导体发光器件具有更长的寿命、更低的功耗、更优良的初始驱动特性、更高的抗振性等。因此，对半导体发光器件的需求持续增长。具体地讲，近来能够发射短波长区域内的光(如蓝色系列)的第III族氮化物半导体已经受到了大量的关注。
利用第III族氮化物半导体构成发光器件的氮化物单晶形成在专用于单晶生长的基底(例如，蓝宝石基底或SiC基底)上方。然而，当使用诸如蓝宝石基底的绝缘基底时，对于电极的布置存在相当的限制。具体地讲，在传统的氮化物半导体发光器件的情况下，通常沿水平方向布置电极，这样导致窄电流流动。这种窄电流流动增大了氮化物半导体发光器件的操作电压(Vf)，这样降低了电流效率。此外，氮化物半导体发光器件易受静电放电的影响。为了解决这些问题，需要一种具有优化的芯片结构和电极结构的氮化物半导体发光器件。
发明内容
【技术问题】
本发明的一方面提供了一种能够提高内部/外部光效率的垂直/水平型半导体发光器件，该半导体发光器件尤其是通过优化电极结构和器件结构来提高外部光提取效率。
【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：导电基底；发光结构，包括顺序形成在导电基底上的第一导电类型半导体层、活性层和第二导电类型半导体层；第二导电类型电极，所述第二导电类型电极包括穿过第一导电类型半导体层和活性层并连接到第二导电类型半导体层的内部的导电通孔以及从导电通孔延伸并暴露到发光结构的外部的电连接部分；绝缘体，使第二导电类型电极与导电基底、第一导电类型半导体层和活性层电分离；钝化层，形成为至少覆盖发光结构中的活性层的侧表面；不平坦结构，形成在从活性层发射的光的通路上。
根据本发明的另一方面，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，包括顺序形成在导电基底上的第一导电类型半导体层、活性层和第二导电类型半导体层；第一接触层，在导电基底和第一导电类型半导体层之间电连接到第一导电类型半导体层并暴露到发光器件的外部；导电通孔，从导电基底延伸，穿过第一接触层、第一导电类型半导体层和活性层，并电连接到第二导电类型半导体层的内部；绝缘体，使导电基底与第一接触层、第一导电类型半导体层和活性层电分离；钝化层，形成为至少覆盖发光结构中的活性层的侧表面；不平坦结构，形成在从活性层发射的光的通路上。
所述半导体发光器件还可包括第二接触层，第二接触层形成在第一导电类型半导体层和导电基底之间并通过绝缘体与第二导电类型电极电分离。
发光结构可仅形成在导电基底的顶表面的一部分上，蚀刻停止层至少形成在导电基底的顶表面上方的未形成发光结构的区域上，蚀刻停止层具有与构成发光结构的半导体材料的蚀刻特性不同的蚀刻特性。
不平坦结构可形成在第二导电类型半导体层的顶表面上。
第一导电类型半导体层和第二导电类型半导体层可分别为p型半导体层和n型半导体层。
附图说明
图1是根据本发明实施例的半导体发光器件的平面图；
图2是图1中的半导体发光器件的剖视图；
图3是示出在面积为1,000×1,000μm2的半导体发光器件中n型欧姆接触电阻和p型欧姆接触电阻的曲线图；
图4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5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6示出了图2中的半导体发光器件的变型实施例；
图7是根据本发明另一实施例的半导体发光器件的剖视图；
图8和图9示出了n型比接触电阻变化时的模拟结果；
图10至图14示出了根据本发明另一实施例的半导体发光器件；
图15至图18示出了根据本发明另一实施例的半导体发光器件；
图19至图23示出了根据本发明另一实施例的半导体发光器件；
图24至图34示出了根据本发明另一实施例的半导体发光器件；
图35至图55示出了根据本发明另一实施例的半导体发光器件；
图56至图75示出了根据本发明另一实施例的半导体发光器件；
图76至图89示出了根据本发明另一实施例的半导体发光器件；
图90至图100示出了根据本发明另一实施例的半导体发光器件；
图101至图119示出了根据本发明另一实施例的半导体发光器件；
图120至图122示出了根据本发明不同实施例的白光发射器件封装件；
图123为根据本发明实施例的白光发射器件的发射光谱；
图124中的(a)至(d)为示出了这里使用的绿色磷光体的发射特性的波长光谱；
图125中的(a)和(b)为示出了这里使用的红色磷光体的发射特性的波长光谱；
图126中的(a)和(b)为示出了这里使用的黄色磷光体的发射特性的波长光谱；
图127至图129示出了根据本发明第一实施例的表示为(Sr，M)2SiO4-xNy的磷光体的发射光谱、XRD光谱和EDX组分分析结果；
图130和图131示出了根据本发明的第一和第二实施例的表示为(Sr，M)2SiO4-xNy的磷光体的发射光谱和EDX组分分析结果；
图132示出了根据本发明的第四至第六实施例的表示为(Sr，M)2SiO4-xNy的磷光体的发射光谱；
图133示出了根据本发明的第七至第十实施例的表示为(Sr，M)2SiO4-xNy的磷光体的发射光谱；
图134示出了根据本发明的第十一实施例的表示为(Sr，M)2SiO4-xNy的磷光体的发射光谱；
图135至图137为示出了根据本发明第十二实施例制造的β-SiAlON磷光体的X射线衍射分析结果、发射光谱和激发光谱的曲线图；
图138中的(a)和(b)示出了根据本发明另一实施例的发光器件封装件；
图139至图141示出了根据本发明另一实施例的发光器件封装件；
图142至图143分别示出了根据本发明实施例的灯型发光器件封装件和芯片型发光器件封装件的结构；
图144和图145示出了根据本发明另一实施例的发光器件封装件的局部结构；
图146和图147是示出了在发光器件封装件中使用的绿色磷光体(第二磷光体)和红色磷光体(第一磷光体)之间的能量跃迁的示意图；
图148和图149是根据本发明的另一实施例的发光器件封装件的剖视图和光提取机理的示意图；
图150至图152是根据本发明另一实施例的发光器件封装件的剖视图；
图153是根据本发明另一实施例的发光器件封装件的示意性剖视图；
图154是图153中的发光器件封装件中的波长转换部分和控制部分的示意性透视图；
图155和图156是示出了通过图153中的波长转换部分和控制部分的操作改变色温的方法的剖视图；
图157和图158是根据本发明的不同实施例的发光器件封装件的示意图；
图159是示出了形成图157中的发光器件封装件中的外部引线框架的工艺的示意图；
图160和图161是示出了根据本发明的不同实施例的白色光源模块的示意性侧面剖视图；
图162是示出了根据本发明实施例的面光源中的发光模块的布置结构的示意性平面图；
图163示出了图162中的发光模块的旋转布置法；
图164至图167是示出了根据本发明的不同实施例的面光源中的发光模块的布置结构的示意性平面图；
图168是根据本发明不同实施例的面光源中使用的背光单元的剖视图；
图169是根据本发明另一实施例的面光源的透视图；
图170和图171是根据本发明另一实施例的面光源和板型导光板的示意图；
图172至图177示出了根据本发明的另一实施例的具有板型导光板的背光单元；
图178至图182是根据本发明的另一实施例的背光单元的示意图；
图183至图187是根据本发明的不同实施例的LED驱动器电路的示意图；
图188是根据本发明实施例的自动LED调光(dimming)装置的构造图；
图189是示出了图188中的自动LED调光装置的操作的流程图；
图190是图188中的自动LED调光装置的外部亮度-检测电压关系图；
图191是根据图188中的自动LED调光装置的灵敏度设置的外部亮度-检测电压关系图；
图192是根据本发明实施例的车辆头灯的分解透视图；
图193是示出了图192中的车辆头灯的组件的剖视图；
图194至图197是根据本发明不同实施例的图192中的车辆头灯中采用的发光器件封装件的示意图。
具体实施方式
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，夸大了层和区域的厚度。附图中相同的标号始终表示相同的元件，因此，将省略对它们的描述。
将理解的是，当元件被称作“连接到”另一元件时，该元件可直接连接到所述另一元件，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。另外，除非明确描述为相反，否则词语“包含”及其变型以及词语“包括”及其变型将被理解为暗示包括所述元件，而并不排除任何其它元件。
将详细描述根据本发明示例性实施例的半导体发光器件，随后将详细描述利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1和图2分别是根据本发明实施例的半导体发光器件的平面图和剖视图。具体地讲，图2是沿图1中的线I-I’截取的剖视图。
参照图1和图2，根据本发明实施例的半导体发光器件100包括顺序堆叠的导电基底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可由电可流过的材料形成。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，由作为Si和Al的组合的SiAl形成。
第一电极层120设置在导电基底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可由使与导电基底110和活性层160之间的接触电阻最小化的材料形成。
如图2所示，设置在导电基底110上的第一电极层120还延伸穿过接触孔180，接触孔180穿过绝缘层130、第二电极层140、第二半导体层150、活性层160及第一半导体层170的预定区域，从而第一电极层120与第一半导体层170接触。因此，设置导电基底110和第一半导体层170使得它们电连接在一起。
具体地讲，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110和第一半导体层170通过接触孔180的尺寸电连接在一起，更准确地讲，通过第一电极层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电连接在一起。
此时，绝缘层130设置在第一电极层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。具体地讲，绝缘层130设置在第一电极层120和第二电极层140之间，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还可设置在第一半导体层170的被接触孔180穿入的预定区域的侧表面上。
第二电极层140设置在绝缘层130上。如上所述，第二电极层140不设置在接触孔180穿过的预定区域中。
在这种情况下，如图2所示，第二电极层140包括至少一个暴露区域145，即，暴露了与第二半导体层150的界面的一部分的区域。电极焊盘部分147可设置在暴露区域145中，以将外部电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不设置在暴露区域145中。此外，如图1所示，暴露区域145可形成在半导体发光器件100的边缘处，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、Pd、Au、Ir的材料或透明导电氧化物形成。这是因为第二电极层140与第二半导体层150电接触，因此第二电极层140必须具有使第二半导体层150的接触电阻最小化的特性以及通过将活性层160产生的光向外反射来提高发光效率的作用。
第二半导体层150设置在第二电极层140上，活性层160设置在第二半导体层150上。此外，第一半导体层170设置在活性层160上。
在这种情况下，第一半导体层170可为n型氮化物半导体，第二半导体层150可为p型氮化物半导体。
这时，可根据第一半导体层170和第二半导体层150的材料而不同地选择活性层160的材料。具体地讲，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转换的光的层，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6示出了图2中的半导体发光器件的变型实施例。除了钝化层191设置在包括第二半导体层150、活性层160和第一半导体层170的发光结构的侧面上以及第一半导体层170的顶表面为不平坦之外，图6中的半导体发光器件100’与图2中的半导体发光器件100基本相似。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SiO2、SiOxNy或SixNy的氧化硅、氮化硅或其它绝缘材料形成，并且它的厚度可为大约0.1μm至2μm。在半导体发光器件100’的操作期间，暴露到外部的活性层160会用作漏电流通路。然而，可通过在发光结构的侧面上形成钝化层191来防止这种问题。在这种情况下，如图6所示，不平坦的钝化层191可改善光提取效率。同样，第一半导体层170的顶表面可为不平坦的。具有不平坦顶表面的第一半导体层170提高了光将沿活性层160的方向向外出射的可能性。尽管未示出，但在制造工艺中蚀刻发光结构以暴露第二电极层140的情况下，还可在第二电极层140上方形成蚀刻停止层，以防止第二电极层140的材料粘附到活性层160的侧表面。上述图6中示出的变型的实施例可应用于图7中示出的本发明的实施例。
这时，本发明的该实施例中提出的半导体发光器件可按照上述结构进行变型，从而连接到接触孔的第一电极层被暴露到外面。图7是根据本发明的另一实施例的半导体发光器件的剖视图。根据本发明另一实施例的半导体发光器件200包括在导电基底210上方的第二半导体层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。在这个实施例中，具有与第一半导体层270接触的接触区域290的接触孔280电连接到第一电极层220，并且第一电极层220被向外暴露并具有电连接部分245。电极焊盘部分247可形成在电连接部分245中。可设置绝缘层230以使第一电极层220与活性层260、第二半导体层250、第二电极层240和导电基底210电分离。与上述实施例中的接触孔电连接到导电基底相反，接触孔280与导电基底210电分离，并且连接到接触孔280的第一电极层220被向外暴露。因此，导电基底210电连接到第二半导体层240，从而极性与上述实施例中的极性不同。
在下文中，通过电学特性根据在本发明实施例中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变化的模拟将发现接触孔的最佳尺寸和形状。下面的模拟结果既可应用于图1中的结构，也可以应用于图6中的结构。在这个模拟中，第一半导体层和第二半导体层分别由n型半导体层和p型半导体层来实现。
图3是示出了尺寸为1,000×1,000μm2的半导体发光器件中的n型欧姆接触电阻和p型欧姆接触电阻的曲线图。
在图3的模拟中，n型比接触电阻(specific contact resistance)，即，第一电极层和第一半导体层之间的比接触电阻为10-4Ω/cm2，而p型比接触电阻，即，第二半导体层和第二电极层之间的比接触电阻为10-2Ω/cm2。
参照图3，当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1000μm×1000μm，即，1,000,000μm2的矩形芯片时，半导体发光器件100具有第一半导体层170和第一电极层120的第一接触电阻以及第二电极层140和第二半导体层150的第二接触电阻。第一接触电阻R1和第二接触电阻R2主要根据接触面积而明显改变。
具体地讲，可以从图3看出，随着接触面积增大，第一接触电阻R1比第二接触电阻R2变化大。在图3中，X轴表示第一半导体层170和第一电极层120之间的接触面积的大小，而Y轴表示接触电阻的大小。因此，X轴的数值表示第一半导体层170和第一电极层120之间的接触面积，而从半导体发光器件100的总面积(1,000,000μm2)减去X轴的值来计算与第二接触电阻R2对应的第二半导体层150和第二电极层140之间的接触面积。
在这种情况下，如以上参照图1和图2所描述的，第一半导体层170和第一电极层120之间的接触面积等于第一电极层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，由于接触孔180设置为多个，所以第一半导体层170和第一电极层120之间的接触面积等于各个接触区域190的面积的总和。
图4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4，由于在根据本发明实施例的半导体发光器件100中第一接触电阻R1和第二接触电阻R2串联连接，所以在半导体发光器件100的所有电阻中，通过组合第一接触电阻R1和第二接触电阻R2而获得的总电阻R3是受接触面积影响最大的电阻。
可以从图4看出，随着第一半导体层170和第一电极层120之间的接触面积(见X轴的值)增大，总电阻R3(见Y轴的值)在初始阶段快速减小，然后随着第一半导体层170和第一电极层120之间的接触面积增大，总电阻R3增大。
这时，当半导体发光器件100的尺寸为1,000,000μm2时，优选地，n型接触电阻和p型接触电阻为大约1.6Ω或更小。因此，优选地，第一半导体层170和第一电极层120之间的接触面积在大约30,000μm2至250,000μm2的范围内。
半导体发光器件的常规操作电压在大约3.0V至3.2V的范围内，并且半导体发光器件的常规操作电流为大约0.35A。如果半导体发光器件的总电阻为大约2Ω，则电压等于0.70V(＝0.35(A)×2(Ω))，这超出了正常的规格(即，2.8V至3.8V)。如此，如果超出电压范围，则需要改变现有的电路构造，并且输入功率的增大会导致产生热和光输出劣化。因此，优选地，半导体发光器件的总电阻为2Ω或更小。在本发明的该实施例提出的半导体发光器件中，n型接触电阻和p型接触电阻的和为总电阻的大约80％。因此，参考接触电阻可为1.6Ω(＝2(Ω)×0.8)。
具体地讲，当第一电极层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的总接触面积在大约30,000μm2至250,000μm2的范围内时，以上参照图1和图2描述的半导体发光器件100在接触电阻方面是最优选的。
图5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。
根据参照图4的描述，可看出当第一半导体层170和第一电极层120之间的接触面积在大约30,000μm2至250,000μm2的范围内时，半导体发光器件100的总电阻低，因此发光效率高。然而，未考虑的事实是，随着第一半导体层170和第一电极层120之间的接触面积的增大，半导体发光器件100的实际发光面积减小。
即，如图5所示，因为在第一半导体层170和第一电极层120之间的接触面积等于70,000μm2之前，总电阻减小，所以半导体发光器件100的发光效率增大，但是如果第一半导体层170和第一电极层120之间的接触面积增大至大于70,000μm2，则半导体发光器件100的发光效率变低。第一半导体层170和第一电极层120之间的接触面积的增大意味着第二半导体层150和第二电极层140之间的接触面积减小，这样导致半导体发光器件100的发光量减少。
因此，重要的是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。如图5所示，优选地，第一半导体层170和第一电极层120之间的接触面积为130,000μm2或更小，在该水平上发光效率变成90％或更大。
因此，在根据本发明的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的接触面积在大约30,000μm2至130,000μm2的范围内。这是半导体发光器件100的芯片尺寸为1,000,000μm2的情况。因此，第一电极层120和第一半导体层170之间的最优选的接触面积在半导体发光器件100的面积的大约3％至13％的范围内。
这时，当接触孔180的数量太少时，对于第一半导体层170和第一电极层120之间的一个接触区域190，第一半导体层170和第一电极层120之间的接触面积增大。然而，被提供有电流的第一半导体层170的面积也增大，因此增大了必须从接触区域190提供的电流的量。因此，在第一半导体层170和第一电极层120之间的接触区域190中出现电流拥挤。
另一方面，当接触孔180的数量太大时，接触孔180的尺寸变得过小，从而导致制造工艺中的难度。
因此，根据半导体发光器件100的尺寸(即，芯片尺寸)适当地确定接触孔180的数量。当半导体发光器件100的尺寸为1,000,000μm2时，优选地，接触孔180的数量为5至150。
这时，多个接触孔180可均匀地设置在半导体发光器件100中。第一半导体层170和第一电极层120通过接触孔180接触。因此，为了均匀地扩展电流，优选地均匀地设置接触孔180，即，均匀地设置第一半导体层170和第一电极层120之间接触区域190。
当半导体发光器件100的尺寸为1,000,000μm2且接触孔180的数量为5至150时，相邻的接触孔180之间的间隔可在大约100μm至400μm的范围内，从而确保半导体发光器件100的均匀布置。相邻的接触孔180之间的间隔为通过连接相邻的接触孔180的中心点而测量的值。
此时，通过如上所述均匀地布置多个接触孔180，半导体发光器件100获得均匀的电流扩展。因此，根据现有技术，尺寸为1,000,000μm2的半导体发光器件在大约350mA下进行操作，而根据本发明的该实施例的半导体发光器件即使施加大约2A的高电流也非常稳定地工作，并且还能够减少电流拥挤现象，从而提高半导体发光器件的可靠性。
图8和图9示出了改变n型比接触电阻时的模拟结果。在该模拟中，n型比接触电阻为10-6Ω/cm2，p型比接触电阻为10-2Ω/cm2。n型比接触电阻受n型半导体层的掺杂浓度、n型电极材料和其热处理方法等的影响。因此，通过增大n型半导体层的掺杂浓度或采用具有低金属能垒的材料(如Al、Ti和Cr等)作为n型电极材料，可将n型比接触电阻减小到10-6Ω/cm2。换言之，常用的n型比接触电阻可在大约10-4Ω/cm2至10-6Ω/cm2的范围内。
参照图8，当与图4中示出的模拟结果相比时，即使接触面积较小，n型比接触电阻和p型比接触电阻的和，即，总接触电阻R4可保持在非常低的水平。此外，当与图5中的发光效率相比时，即使接触面积较小，取决于接触面积的图9中的发光效率也可以保持在高水平。在这种情况下，100％以上的发光效率表示参照图5中的结果的相对值。参照图8和图9中的模拟结果，当在尺寸为1,000,000μm2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在大约6150μm2至156,800μm2的范围内时，总接触电阻变成1.6Ω或更小并且发光效率变成90％或更大。
当根据上述结果确定接触孔的数量时，可应用上述模拟结果中描述的内容。具体地讲，在半径为大约1μm至50μm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面积条件。此外，假定均匀地布置接触孔，两个相邻的接触孔之间的间隔在大约5μm至500μm的范围内。
在下文中，将详细描述根据本发明不同实施例的半导体发光器件。
将参照图10至图14来描述根据本发明另一实施例的半导体发光器件。
根据本发明另一实施例的半导体发光器件300包括顺序堆叠的导电基底340、第一导电类型半导体层330、活性层320和第二导电类型半导体层310。具体地讲，根据本发明的这个实施例的半导体发光器件300包括导电基底340和第一导电类型半导体层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半导体层310的表面，并且与第一电极层360、第一导电类型半导体层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半导体层310的内部并与第一电极层360、第一导电类型半导体层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相同的层上，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、半导体基底或它们的组合。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。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。另外，导电基底340可由包括Au、Ni、Al、Cu、W、Si、Se和GaAs的材料形成，例如，由作为Si和Al的组合的SiAl形成。通过镀覆法或基底结合法，导电基底340形成在半导体发光器件中，其中，镀覆法通过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340，并利用诸如Au、Sn、Ni、Au-Sn、Ni-Sn、Ni-Au-Sn和Pb-Sr等的导电粘合剂来粘附导电基底。
半导体层330和310可由诸如GaN基半导体、SiC基半导体、ZnO基半导体、GaAs基半导体、GaP基半导体和GaAsP基半导体等的无机半导体材料形成。可利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法或分子束外延(MBE)法来形成半导体层330和310。此外，半导体层330和310可由从由第III-V族半导体、第IV-IV族半导体、第II-VI族半导体、第IV族半导体(诸如Si)和它们的组合组成的组中选择的材料形成。
活性层320为激活光发射的层，并且由能带隙小于第一导电类型半导体层330和第二导电类型半导体层310的能带隙的材料形成。例如，当第一导电类型半导体层330和第二导电类型半导体层310由GaN基化合物半导体形成时，活性层320可由能带隙小于GaN的能带隙的InAlGaN基化合物半导体形成。即，活性层320可包括InxAlyGa(1-x-y)N(其中，0≤x≤1、0≤y≤1和0≤x+y≤1。)
可通过控制活性层320的组成材料的摩尔比来调整发射的光的波长。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、可见光或紫外光。
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，并且来自半导体层330和310的电子和空穴被束缚在能阱结构中，从而改善光发射。
第一电极层360为将第一导电类型半导体层330电连接到外部电源(未示出)的电极。第一电极层360可由金属形成。例如，形成为n型电极的第一电极层360可由Ti、Al、Cr或Au形成，形成为p型电极的第一电极层360可由Ni、Pd、Ag、Al、Pt或Au形成。
第一电极层360反射活性层320产生的光。反射的光被指引到光出射面，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可由在可见光范围内发白的金属形成。例如，第一电极层360可由Ag、Al和Pt中的任意一种形成。后面将参照图12中的(a)至(c)更详细地描述第一电极层360。
第二电极部分350为将第二导电类型半导体层310电连接到外部电源(未示出)的电极。第二电极部分350可由金属形成。形成为n型电极的第二电极部分350可由Ti形成，形成为p型电极的第二电极部分350可由Pd或Au形成。具体地讲，根据本发明的该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11中的(a)，电极焊盘部分350-b形成在第二导电类型半导体层310上，并且由虚线表示的多个电极延伸部分350-a设置在第二导电类型半导体层310内部。
图11中的(b)示出了沿线A-A′、线B-B′和线C-C′截取的图11中的(a)中的第二导电类型半导体层310的顶表面的截面。选择线A-A′以截取仅包括电极延伸部分350-a的截面，并且选择线B-B′以截取包括电极焊盘部分350-b和电极延伸部分350-a的截面。选择线C-C′以截取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12中的(a)至(c)为分别沿线A-A′、线B-B′和线C-C′截取的图11中的(b)中的半导体发光器件的剖视图。下面将参照图10、图11中的(a)、图11中的(b)和图12中的(a)至(c)来描述半导体发光器件。
参照图12中的(a)，电极延伸部分350-a从第一电极层360延伸到第二导电类型半导体层310的内部。电极延伸部分350-a穿过第一导电类型半导体层330和活性层320并延伸到第二导电类型半导体层310。电极延伸部分350-a延伸到至少第二导电类型半导体层310的一部分，而与电极焊盘部分350-b相反，不需要延伸到第二导电类型半导体层310的表面。这是因为电极延伸部分350-a被形成为用于使电流扩展到第二导电类型半导体层310。
电极延伸部分350-a必须具有预定的面积，因为电极延伸部分350-a被形成为使电流扩展到第二导电类型半导体层310。然而，与电极焊盘部分350-b不同，电极延伸部分350-a不用于电连接，因此，可以以这种小面积形成预定数量的电极延伸部分350-a，使得电流可在第二导电类型半导体层310上均匀扩展。如果电极延伸部分350-a的形成数量非常少，则电流扩展有难度并且电学特性劣化。如果电极延伸部分350-a的形成数量非常多，则制造工艺有难度并且活性层减小，从而导致发光面积减小。因此，考虑到这些条件，可适当地选择电极延伸部分350-a的数量。因此，以电极延伸部分350-a占据的面积尽可能小且电流有效扩展的形状来实施电极延伸部分350-a。
为了有助于电流扩展，可设置多个电极延伸部分350-a。另外，电极延伸部分350-a可具有圆柱状，并且可具有小于电极焊盘部分350-b的面积的面积。电极延伸部分350-a可形成为与电极焊盘部分350-b分隔开预定的距离。由于电极延伸部分350-a可通过将在下面描述的电极连接部分350-c连接到第一电极层360上的电极焊盘部分350-b，所以通过电极延伸部分350-a与电极焊盘部分350-b分隔开预定的距离来获得均匀的电流扩展。
电极延伸部分350-a从第一电极层360形成到第二导电类型半导体层310的内部。由于电极延伸部分350-a被形成为用于第二导电类型半导体层310的电流扩展，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、第一导电类型半导体层330和活性层320电分离。可通过利用诸如电介质的绝缘材料来实现电分离。
参照图12中的(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半导体层310的表面。电极焊盘部分350-b从第一电极层360延伸到第二导电类型半导体层310的表面，同时穿过第一导电类型半导体层330、活性层320和第二导电类型半导体层310。具体地讲，电极焊盘部分350-b被形成为用于第二电极部分350与外部电源(未示出)之间的电连接。因此，第二电极部分350可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半导体层310的表面。电极焊盘部分350-b在第二导电类型半导体层310上电连接到外部电源并将电流提供至电极延伸部分350-a。因此，电极焊盘部分350-b可与第一电极层360、第一导电类型半导体层330和活性层320电分离。可通过利用诸如电介质的绝缘材料形成绝缘层来执行电分离。
电极焊盘部分350-b可将电流提供至电极延伸部分350-a，并且因为电极焊盘部分350-b不与第二导电类型半导体层310电分离，所以可使电流直接扩展。考虑到两种作用(即，将电流提供至电极延伸部分350-a的作用和使电流扩展到第二导电类型半导体层310的作用)中所需要的那个作用，电极焊盘部分350-b可与第二导电类型半导体层310适当地电分离。
具体地讲，在电极焊盘部分350-b中，在活性层320上的横截面面积可小于在第二导电类型半导体层310的表面上的横截面面积，以使活性层320最大化并提高半导体发光器件300的发光效率。然而，第二导电类型半导体层310上的横截面需要具有预定的面积，以与外部电源(未示出)连接。
电极焊盘部分350-b可设置在半导体发光器件300的中心处。在这种情况下，电极延伸部分350-a可被均匀地分布并与电极焊盘部分350-b分隔开预定的距离。参照图11中的(a)，电极焊盘部分350-b和电极延伸部分350-a均匀地分布在第二导电类型半导体层310上，从而使电流扩展最优化。在图11中的(a)中，假定电极焊盘部分350-b的数量为1和电极延伸部分350-a的数量为12。然而，考虑到电流扩展条件，如电连接状态(例如，外部电源的位置)、第二导电类型半导体层310的厚度等，可适当地选择电极焊盘部分350-b的数量和电极延伸部分350-a的数量。
当设置多个电极延伸部分350-a时，电极焊盘部分350-b和多个电极延伸部分350-a可直接连接在一起。在这种情况下，电极焊盘部分350-b可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可设置成围绕电极焊盘部分350-b。电极连接部分350-c可以以径向形式将电极焊盘部分350-b直接连接到电极延伸部分350-a。
可选地，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，并且剩余的电极延伸部分350-a可按照它们连接到直接连接到电极焊盘部分350-b的电极连接部分350-c的方式间接连接到电极焊盘部分350-b。在这种情况下，由于可形成更大量的电极延伸部分350-a，所以提高了电流扩展的效率。
参照图12中的(a)至(c)，电极连接部分350-c形成在第一电极层360上，以将电极焊盘部分350-b连接到电极延伸部分350-a。因此，第二电极部分350的相当一部分设置在活性层320的后表面处，即，与光的传播方向相反的表面处，从而提高半导体发光器件的发光效率。具体地讲，在图12中的(c)中，仅电极连接部分350-c设置在第一电极层360上，并且第二电极部分350不设置在第一导电类型半导体层330、活性层320和第二导电类型半导体层310上。因此，在图12中的(c)的情况下，电极焊盘部分350-b和电极延伸部分350-a不影响光出射，因此它们变为提高发光效率的面积。尽管图12中的(c)中未示出，但是第一电极层360可与导电基底340接触，并且连接到外部电源(未示出)。
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具有相反的极性。由于第一电极层360和第二电极部分350将外部电力提供至第一导电类型半导体层330和第二导电类型半导体层310，所以电极必须相互电分离。可通过利用诸如电介质的绝缘材料来执行电分离。
在图12中的(b)中，由于电极焊盘部分350-b设置在第二导电类型半导体层310的表面上，所以可展现出垂直型半导体发光器件的特性。在图12中的(c)中，由于电极连接部分350-c与第一电极层360设置在同一面上，所以可展现出水平型半导体发光器件的特性。因此，半导体发光器件具有既具有水平型又具有垂直型的混合型结构。
在图12中的(a)至(c)中，第二导电类型半导体层310可为n型半导体层，并且第二电极部分可为n型电极部分。在这种情况下，第一导电类型半导体层330可为p型半导体层，并且第一电极层360可为p型电极。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连接在一起，形成第二电极部分350。当第二电极部分350为n型电极时，第二电极部分350可通过使用绝缘材料形成绝缘层370而与作为p型电极的第一电极层360电分离。
图13中的(a)示出了根据本发明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具有不平坦图案380，图13中的(b)示出了根据本发明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具有不平坦图案380。
在根据本发明的这个实施例的半导体发光器件300中，光传播方向上的最外侧表面由第二导电类型半导体层310形成。因此，可利用公知的方法(如光刻)来形成半导体发光器件的表面上的不平坦图案380。在这种情况下，从活性层320发射的光在穿过形成在第二导电类型半导体层310的表面上的不平坦图案380的同时被提取。因此，通过不平坦图案380提高了光提取效率。
不平坦图案380可具有光子晶体结构。光子晶体结构是这样一种结构，即，在该结构中具有不同折射率的介质按类似晶体的方式规则地排列。由于光子晶体结构可根据与光的波长的倍数对应的长度单位来调整光，所以光子晶体结构可进一步提高光提取效率。可通过形成第二导电类型半导体层310和第二电极部分350并执行预定的工艺来制造光子晶体结构。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半导体层310上，不平坦图案380也不会影响电流扩展。参照图13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。各个电极延伸部分350-a使电流在不平坦图案380下方的位置处扩展，并且不平坦图案380提取出射的光，从而提高发光效率。
图14是示出了发光面的电流密度和发光效率之间的关系的曲线图。参照图14，在电流密度为大约10A/cm2或更大的情况下，电流密度低时发光效率高，电流密度高时发光效率低。
下面的表1中列出了这些值。
表1
随着发光面积增大，发光效率提高。然而，为了确保发光面积，必须减小分布的电极的面积，发光面的电流密度趋于减小。这种发光面中的电流密度的减小会劣化半导体发光器件的电学特性。
然而，通过利用电极延伸部分来确保电流扩展，可解决这个问题。因此，通过形成管理电流扩展的电极延伸部分可解决会由电流密度减小而导致的电学性能的问题。这时，电极延伸部分形成在内部，而不是形成发光表面。因此，根据本发明的这个实施例的半导体发光器件可获得期望的电流扩展程度并获得最大的发光面积，从而获取期望的发光效率。
图15至图18示出了根据本发明另一实施例的半导体发光器件。
图15是根据本发明的另一实施例的半导体发光器件的剖视图。图16中的(a)和(b)是图15中示出的半导体发光器件的俯视图，并且图17中的(a)至(c)是分别沿线A-A′、线B-B′和线C-C′截取的图16中的(b)示出的半导体发光器件的剖视图。
根据本发明的另一实施例的半导体发光器件400包括：发光堆叠结构430、420和410，发光堆叠结构430、420和410设置有第一导电类型半导体层430、第二导电类型半导体层410及形成在第一导电类型半导体层430和第二导电类型半导体层410之间的活性层420，其中，第一导电类型半导体层430和第二导电类型半导体层410被设置为发光堆叠结构430、420和410的彼此面对的第一面和第二面；至少一个电绝缘阻挡肋部分470，从发光堆叠结构430、420和410的第二面延伸到至少第二导电类型半导体层410的一部分，使得发光堆叠结构430、420和410被分隔成多个发光区域；第二电极结构460，形成为连接到设置在多个发光区域中的第二导电类型半导体层410；第一电极结构440，形成在发光堆叠结构430、420和410的第二面上，从而第一电极结构440连接到第一导电类型半导体层430；导电基底450，形成在发光堆叠结构430、420和410的第二面上，从而导电基底450电连接到第一电极结构440。
发光堆叠结构430、420和410包括第一导电类型半导体层430、第二导电类型半导体层410以及形成在第一导电类型半导体层430和第二导电类型半导体层410之间的活性层420。第二导电类型半导体层410的外表面被设置为发光堆叠结构430、420和410的第一面，第一导电类型半导体层430的外表面被设置为发光堆叠结构430、420和410的第二面。
例如，半导体层430和410可由诸如GaN基半导体、SiC基半导体、ZnO基半导体、GaAs基半导体、GaP基半导体或GaAsP基半导体的半导体形成。可利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺或分子束外延(MBE)工艺来执行半导体层430和410的形成。可选地，半导体层430和410可由从由第III-V族半导体、第IV-IV族半导体、第II-VI族半导体、第IV族半导体(诸如Si)和它们的组合组成的组中选择的材料形成。发光堆叠结构可生长在SiC基底(未示出)、Si基底(未示出)或GaAs基底(未示出)上。在随后结合导电基底之前去除所述基底(未示出)。
活性层420为激活光发射的层。活性层420由能带隙小于第二导电类型半导体层410和第一导电类型半导体层430的能带隙的材料形成。例如，当第一导电类型半导体层430和第二导电类型半导体层410由GaN基半导体形成时，活性层420可由具有小于GaN基半导体的能带隙的能带隙的InAlGaN基半导体形成。即，活性层420可包括InxAlyGa(1-x-y)N(其中，0≤x≤1、0≤y≤1和0≤x+y≤1)。
可通过控制活性层420的组成材料的摩尔比来调整发射的光的波长。因此，半导体发光器件400可根据活性层420的特性来发射红外光、可见光或紫外光。
根据活性层420，在半导体发光器件400的整个能带图中出现能阱结构，来自对应的半导体层430和410的电子和空穴在能阱结构中被束缚，从而改善光发射。
阻挡肋部分470从发光堆叠结构430、420和410的第二面延伸到至少第二导电类型半导体层410的一部分，使得发光堆叠结构430、420和410被分成多个发光区域。阻挡肋部分470将第二导电类型半导体层410划分成多个发光区域，并且当在第二导电类型半导体层410和形成在第二导电类型半导体层410上的生长基底(未示出)之间施加分离工具(诸如激光)时，阻挡肋部分470减小了由于施加到界面的热能导致的应力。
例如，当使用激光从生长基底(未示出)分离第二导电类型半导体层410时，所述界面处的温度为大约1000℃。因此，第二导电类型半导体层410从生长基底(未示出)分离，而热导致引起半导体层和随后将被附着的导电基底450的收缩和膨胀的应力。通常，由于应力的大小与面积成比例，所以这种应力会对大尺寸的半导体发光器件产生不利影响。
然而，因为根据本发明的这个实施例的半导体发光器件400包括阻挡肋部分470，所以第二导电类型半导体层410的面积减小成多个发光区域的面积，从而减小应力。即，由于膨胀和收缩容易发生在多个发光区域中，所以稳定了发光堆叠结构430、420和410的光发射。
阻挡肋部分470将半导体层430、410、活性层420电绝缘。为此，阻挡肋部分470可填充有空气。可选地，绝缘层可形成在阻挡肋部分470内，并且绝缘层的内部可填充有空气。此外，可用诸如介电质的绝缘材料填充阻挡肋部分470的整个内部来实现电绝缘。
为了使发光堆叠结构430、420和410电绝缘，阻挡肋部分470可从第二面延伸到第二导电类型半导体层410的顶表面。然而，阻挡肋部分470不需要延伸到第二导电类型半导体层410的顶表面。例如，阻挡肋部分470可延伸到第二导电类型半导体层410的内部。
而且，阻挡肋部分470可形成为单一结构或可包括相互分离的多个阻挡肋。在这种情况下，多个阻挡肋可不同地形成以给出所需的电特性。例如，围绕结合部分461的阻挡肋部分和围绕接触孔462的阻挡肋部分在高度或形状上可不同。
第二电极结构460形成为连接到设置在通过阻挡肋部分470分隔开的多个发光区域中的第二导电类型半导体层410。第二电极结构460包括接触孔462、结合部分461和互连部分463。
接触孔462可设置为多个。单个接触孔462可设置在单个发光区域中或多个接触孔462可设置在单个发光区域中。接触孔462被形成为电连接到第二导电类型半导体层410，并与第一导电类型半导体层430和活性层420电绝缘。为此，接触孔462从发光堆叠结构430、420和410的第二面延伸到第二导电类型半导体层410的至少一部分。接触孔462形成为使电流在第二导电类型半导体层410上扩展。
结合部分461被形成为从发光堆叠结构430、420和410的第一面连接到多个接触孔462中的至少一个接触孔，并且在第一面中暴露的区域被设置为结合区域。
互连部分463设置在发光堆叠结构430、420和410的第二面中，并至少与第一导电类型半导体层430电绝缘，从而连接到结合部分461的接触孔462电连接到另一接触孔462。互连部分463可将接触孔462电连接到另一接触孔462，并且将接触孔462电连接到结合部分461。通过将互连部分463设置在第二导电类型半导体层410和活性层420下方，可提高发光效率。
在下文中，将参照图16中的(b)至图17中的(c)来更详细地描述接触孔462、结合部分461和互连部分463。
第一电极结构440形成在发光堆叠结构430、420和410的第二面上，从而第一电极结构440电连接到第一导电类型半导体层430。即，第一电极结构440为将第一导电类型半导体层430电连接到外部电源(未示出)的电极。第一电极结构440可由金属形成。例如，作为n型电极的第一电极结构440可由Ti、Al、Cr或Au形成，作为p型电极的第一电极结构440可由Ni、Pd、Ag、Al、Pt或Au形成。
第一电极结构440反射从活性层420发射的光。由于第一电极结构440设置在活性层420下方，所以相对于活性层420，第一电极结构440设置在与半导体发光器件的光发射方向相反的面上。因此，从活性层420向第一电极结构440传播的光沿与光发射方向相反的方向传播。因此，为了提高发光效率，这种光必须被反射。因此，从第一电极结构440反射的光被引向光发射面，从而提高了半导体发光器件的发光效率。
为了反射从活性层420发射的光，第一电极结构440可由在可见光范围内发白的金属形成。例如，第一电极结构440可由Ag、Al和Pt中的任意一种形成。下面将参照图17中的(a)至(c)更详细地描述第一电极结构440。
导电基底450形成在发光堆叠结构430、420和410的第二面上，从而导电基底450电连接到第一电极结构440。导电基底450可为金属基底或半导体基底。当导电基底450为金属基底时，导电基底450可由Au、Ni、Cu和W中的任意一种形成。当导电基底450为半导体基底时，导电基底450可由Si、Ge和GaAs中的任意一种形成。此外，导电基底450可由包括Au、Ni、Al、Cu、W、Si、Se和GaAs的材料形成，例如，由作为Si和Al的组合的SiAl形成。通过镀覆法或基底结合法在半导体发光器件中形成导电基底450，其中，镀覆法通过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450，然后利用诸如Au、Sn、Ni、Au-Sn、Ni-Sn、Ni-Au-Sn和Pb-Sr等的导电粘合剂来粘附导电基底450。
参照图16中的(a)，结合部分461形成在第二导电类型半导体层410上，并且由虚线表示的多个接触孔462设置在第二导电类型半导体层410内部。第二导电类型半导体层410包括通过阻挡肋部分470分隔开的多个发光区域。尽管在图16中的(a)和图16中的(b)中示出了一个结合部分461，但是多个结合部分461可形成在同一发光区域内，或者多个结合部分461可形成在多个发光区域中。另外，尽管在每个发光区域中形成一个接触孔462，但是可在通过在单个发光区域中形成多个接触孔462来进一步改善电流扩展。
图16中的(b)示出了沿线A-A′、线B-B′和线C-C′截取的图16中的(a)中的第二导电类型半导体层410的顶表面的剖视图。选择线A-A′以截取仅包括接触孔462的截面，选择线B-B′以截取包括结合部分461和接触孔462的截面。选择线C-C′以截取不包括接触孔462和结合部分461而仅包括互连部分463的截面。
图17中的(a)至(c)是分别沿线A-A′、线B-B′和线C-C′截取的图16中的(b)中的半导体发光器件的剖视图。下面将参照图15、图16中的(a)、图16中的(b)及图17中的(a)至(c)描述半导体发光器件。
参照图17中的(a)，接触孔462从第一电极结构440延伸到第二导电类型半导体层410的内部。接触孔462穿过第一导电类型半导体层430和活性层420并延伸到第二导电类型半导体层410。接触孔462延伸直到至少第二导电类型半导体层410的一部分，然而，与结合部分461相反，接触孔462不需要延伸到第二导电类型半导体层410的表面。然而，由于接触孔462被形成为用于使电流扩展到第二导电类型半导体层410，所以接触孔462必须延伸到第二导电类型半导体层410。
由于接触孔462被形成为用于使电流扩展到第二导电类型半导体层410，所以接触孔462必须具有预定的面积。然而，与结合部分461不同，接触孔462不用于电连接，因此，可以以这种小面积形成预定数量的接触孔462，使得电流可在第二导电类型半导体层410上均匀扩展。如果形成的接触孔462的数量非常少，则电流扩展难并且电学性能的劣化。如果形成接触孔462的数量非常多，则制造工艺难并且活性层减小，从而导致发光面积减小。因此，考虑到这些条件，可适当地选择接触孔462的数量。因此，以占据尽可能小的面积并使电流有效扩展的形状来实现接触孔462。
为了电流扩展，可将接触孔462设置为多个。另外，接触孔462可具有圆柱状并且可具有小于结合部分461的横截面的横截面。接触孔462可形成为与结合部分461分隔开预定的距离。由于接触孔462可通过将在下面描述的互连部分463连接到第一电极结构440上的结合部分461，所以通过将接触孔462与结合部分461分隔开预定的距离，一定会促使电流在第二导电类型半导体层410内均匀扩展。
接触孔462从第一电极结构440形成到第二导电类型半导体层410的内部。由于接触孔462形成为用于第二导电类型半导体层410的电流扩展，所以接触孔462需要与第一导电类型半导体层430和活性层420电分离。因此，接触孔462与第一电极结构440、第一导电类型半导体层430和活性层420电分离。可利用诸如电介质的绝缘材料来执行电分离。
参照图17中的(b)，结合部分461从第一电极结构440延伸到第二导电类型半导体层410的表面，同时穿过第一导电类型半导体层430、活性层420和第二导电类型半导体层410。结合部分461形成为从发光堆叠结构430、420和410的第一面连接到多个接触孔462中的至少一个接触孔。暴露于第一面的区域被设置为结合区域。
具体地讲，结合部分461被形成为用于第二电极结构460和外部电源(未示出)之间的电连接。因此，第二电极结构460可包括至少一个结合部分461。
结合部分461在第二导电类型半导体层410的表面上电连接到外部电源并将电流提供至接触孔462。因此，结合部分461可与第一电极结构440、第二导电类型半导体层410和活性层420电分离。可通过利用诸如介电质的绝缘材料形成绝缘层来执行电分离。
结合部分461用于将电流提供至接触孔462，并且由于结合部分461不与第二导电类型半导体层410电分离，所以可使电流直接扩展。考虑到所需要的功能，即，将电流提供至接触孔462的功能或使电流扩展到第二导电类型半导体层410的功能，结合部分461可与第二导电类型半导体层410适当地电分离。
具体地讲，在结合部分461中，与第二导电类型半导体层410的表面的横截面相比，活性层420的横截面可具有较小的面积，从而使活性层420最大化并提高半导体发光器件400的发光效率。然而，第二导电类型半导体层410的横截面需要具有预定的面积，从而连接到外部电源(未示出)。
结合部分461可位于半导体发光器件400的中心处。在这种情况下，接触孔462可被均匀地分布并与结合部分461分隔开预定的距离。再次参照图16中的(a)，结合部分461和接触孔462均匀地分布在第二导电类型半导体层410上，以使电流扩展最优化。在图16中的(a)中，假定结合部分461的数量为1且接触孔462的数量为8。然而，考虑到诸如电连接状态(例如，外部电源的位置)的电流扩展条件以及第二导电类型半导体层410的厚度等，可适当地选择结合部分461的数量和接触孔462的数量。
当设置多个接触孔462时，结合部分461和多个接触孔462可直接连接在一起。在这种情况下，结合部分461可形成在半导体发光器件400的中心处，并且接触孔462可设置为围绕结合部分461。互连部分463可以以径向形式将结合部分461直接连接到接触孔462。
可选地，多个接触孔462中的一些可直接连接到结合部分461，而剩余接触孔462可以以它们连接到直接连接到结合部分461的互连部分463的方式间接连接到结合部分461。在这种情况下，由于可形成大量的接触孔462，所以提高了电流扩展的效率。
参照图17中的(a)至(c)，互连部分463形成在第一电极结构440上，以将结合部分461连接到接触孔462。因此，第一电极结构440的相当一部分位于活性层420的后表面处，即，与光的传播方向相反的表面处，从而提高半导体发光器件400的发光效率。具体地讲，在图17中的(c)中，互连部分463仅设置在第一电极结构440上，并且第二电极结构460不设置在第一导电类型半导体层430、活性层420和第二导电类型半导体层410上。因此，在图17中的(c)中的情况下，结合部分461和接触孔462不影响光出射，因此它们变为提高发光效率的面积。
互连部分463与第一电极结构440电分离。第二电极结构460和第一电极结构440具有相反的极性。由于第二电极结构460和第一电极结构440将外部电力提供至第二导电类型半导体层410和第一导电类型半导体层430，所以两个电极必须相互电分离。可通过利用诸如电介质的绝缘材料形成绝缘层480来执行电分离。
在图17中的(b)中，由于结合部分461设置在第二导电类型半导体层410的表面上，所以可具有垂直型半导体发光器件的特性。在图17中的(c)中，由于互连部分463设置在与第一电极结构440相同的面上，所以可具有水平型半导体发光器件的特性。因此，半导体发光器件400具有水平型半导体发光器件和垂直型半导体发光器件两者的特性。
在图17中的(a)至(c)中，第一导电类型半导体层430可为p型半导体层，并且第一电极结构440可为p型电极部分。在这种情况下，第二导电类型半导体层410可为n型半导体层，并且第二电极结构460可为n型电极。结合部分461、接触孔462和互连部分463连接在一起形成第二电极结构460。当第二电极结构460为n型电极时，第二电极结构460可通过利用绝缘材料形成绝缘层480与作为p型电极的第一电极结构440电分离。
图18示出了根据本发明实施例的半导体发光器件的光发射，其中，在该发光器件的表面上具有不平坦图案。在根据本发明该实施例的半导体发光器件中，光传播方向上的最外侧表面由第二导电类型半导体层410形成。因此，可利用公知的方法(如光刻)来形成半导体发光器件的表面上的不平坦图案490。在这种情况下，从活性层420发射的光在穿过形成在第二导电类型半导体层410的表面上的不平坦图案490的同时被提取。因此，通过不平坦图案490提高了光提取效率。
不平坦图案490可具有光子晶体结构。光子晶体结构指的是这样一种结构，在该结构中，具有不同折射率的介质按类似晶体的方式规则地排列。由于光子晶体结构可基于与光的波长的倍数对应的长度单位来调整光，所以光子晶体结构还可以提高光提取效率。通过形成第二导电类型半导体层410和第一电极结构460并通过执行预定工艺来制造光子晶体结构。例如，可通过蚀刻工艺来形成光子晶体结构。
当不平坦图案490形成在第二导电类型半导体层410上时，阻挡肋部分470可形成直到第二导电类型半导体层410的内部而不是第二导电类型半导体层410的表面。阻挡肋部分470用于将发光区域分隔成多个子发光区域，同时不会对通过不平坦图案490的光提取效率的改善性能产生不利影响。
下面将参照图19至图23来描述根据本发明的另一实施例的半导体发光器件。
图19是根据本发明的另一实施例的半导体发光器件的透视图，图20是图19中示出的半导体发光器件的平面图。下面将参照图19和图20来描述半导体发光器件。
根据本发明该实施例的半导体发光器件500包括顺序堆叠的第一导电类型半导体层511、活性层512、第二导电类型半导体层513、第二电极层520、第一绝缘层530、第一电极层540和导电基底550。第二电极层520包括在第二导电类型半导体层513的界面中的局部暴露区域。第一电极层540包括至少一个接触孔541，至少一个接触孔541电连接到第一导电类型半导体层511，并与第二导电类型半导体层513和活性层512电绝缘，从而接触孔541从第一电极层540的一个表面延伸到第一导电类型半导体层511的至少一部分。
由于在第一导电类型半导体层511、活性层512和第二导电类型半导体层513执行半导体发光器件500的光发射，所以第一导电类型半导体层511、活性层512和第二导电类型半导体层513将被称作发光堆叠结构510。即，半导体发光器件500包括发光堆叠结构510、第一电极层540、第二电极层520和第一绝缘层530，其中，第一电极层540电连接到第一导电类型半导体层511，第二电极层520电连接到第二导电类型半导体层513，第一绝缘层530使电极层520和540电绝缘。此外，包括导电基底550作为用于半导体发光器件500的生长或支撑的基底。
半导体层511和513可由诸如GaN基半导体、SiC基半导体、ZnO基半导体、GaAs基半导体、GaP基半导体和GaAsP基半导体等的半导体材料形成。可利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法或分子束外延(MBE)法来形成半导体层511和513。此外，半导体层511和513可由从由第III-V族半导体、第IV-IV族半导体、第II-VI族半导体、诸如Si的第IV族半导体和它们的组合组成的组中选择的材料形成。考虑到半导体层511和513的导电类型，它们掺杂有适当的杂质。
活性层512为激活光发射的层，并且由能带隙小于第一导电类型半导体层511和第二导电类型半导体层513的能带隙的材料形成。例如，当第一导电类型半导体层511和第二导电类型半导体层513由GaN基化合物半导体形成时，活性层512可由能带隙小于GaN的能带隙的InAlGaN基化合物半导体形成。即，活性层512可包括InxAlyGa(1-x-y)N(其中，0≤x≤1、0≤y≤1和0≤x+y≤1。)
可通过控制活性层512的组成材料的摩尔比来调整发射的光的波长。因此，半导体发光器件500可根据活性层512的特性来发射红外光、可见光或紫外光。
由于电极层520和540为将电压施加到具有相同的导电类型的半导体层的层，所以考虑到导电性，它们可包括金属。即，电极层520和540为将半导体层511和513电连接到外部电源(未示出)的电极。例如，作为n型电极的电极层520和540可由Ti、Al、Cr或Au形成，作为p型电极的电极层520和540可由Ni、Pd、Ag、Al、Pt或Au形成。
第一电极层540电连接到第一导电类型半导体层511，第二电极层520电连接到第二导电类型半导体层513。由于第一电极层540和第二电极层520连接到导电类型不同的半导体层，所以第一电极层540和第二电极层520通过第一绝缘层530彼此电分离。第一绝缘层530可由具有低导电性的材料形成。例如，第一绝缘层530可包含如SiO2的氧化物。
第二电极层520反射活性层512产生的光。由于第二电极层520设置在活性层512的下方，所以相对于活性层512，第二电极层520设置在与来自半导体发光器件500的光的传播方向相反的面上。因此，从活性层512传播到第二电极层520的光与半导体发光器件500的发光方向相反。因此，为了提高发光效率，必须反射被引导至第二电极层520的光。因此，如果第二电极层520具有光反射性，则反射的光被引导至发光面，从而提高半导体发光器件500的发光效率。
为了反射从活性层512发射的光，第二电极层520可由在可见光范围内发白的金属形成。例如，第二电极层520可由Ag、Al和Pt中的任意一种形成。
第二电极层520包括在与第二导电类型半导体层513的界面中的局部暴露区域。第一电极层540在其底表面上与导电基底550接触，并且通过导电基底550电连接到外部电源(未示出)。然而，第二电极层520需要用于与外部电源(未示出)连接的单独的连接区域。因此，第二电极层520具有通过蚀刻发光堆叠结构510的一部分而暴露的区域。
图19示出了通孔514的实施例，其中，为了第二电极层520的暴露区域，通过蚀刻发光堆叠结构510的中心部分来形成通孔514。在第二电极层520的暴露区域上还可形成电极焊盘部分560。第二电极层520可通过暴露区域电连接到外部电源(未示出)。这时，第二电极层520可通过电极焊盘部分560电连接到外部电源(未示出)。对外部电源(未示出)的连接可使用导线来实现。因此，为了方便，通孔514的直径沿从第二电极层到第一导电类型半导体层的方向增大。
通过蚀刻发光堆叠结构510的选择性蚀刻工艺来形成通孔514，而不蚀刻包括金属的第二电极层520。考虑到发光面积、电连接效率和电流在第二电极层520中的扩展，本领域技术人员可适当地确定通孔514的直径。
第一电极层540包括至少一个接触孔541，所述至少一个接触孔541电连接到第一导电类型半导体层511并与第二导电类型半导体层513和活性层512电绝缘，从而接触孔541延伸到第一导电类型半导体层511的至少一部分。为了建立第一导电类型半导体层511和外部电源(未示出)的连接，第一电极层540包括至少一个接触孔541，所述至少一个接触孔541穿透第一电极层540和第二导电类型半导体层513之间的第二电极层520、第二导电类型半导体层513和活性层512并延伸到第一导电类型半导体层511，并且所述至少一个接触孔541包括电极材料。
如果设置接触孔541仅用于电连接，则第一电极层540可仅包括一个接触孔541。另一方面，如果设置接触孔541还为了使传输到第一导电类型半导体层511的电流的均匀扩展，则第一电极层540可包括在预定位置处的多个接触孔541。
导电基底550接触第一电极层540并电连接到第一电极层540。导电基底550可为金属基底或半导体基底。当导电基底550为金属基底时，导电基底550可由Au、Ni、Cu、Al和W中的任意一种形成。当导电基底550为半导体基底时，导电基底550可由Si、Ge和GaAs中的任意一种形成。此外，导电基底550可由包括Au、Ni、Al、Cu、W、Si、Se和GaAs的材料形成，例如，由Si和Al的组合SiAl形成。导电基底550可为生长基底或支撑基底。在支撑基底的情况下，在使用非导电基底(例如，蓝宝石基底)作为生长基底之后，去除非导电基底并附着所得结构。
当导电基底550为支撑基底时，可利用镀覆法或基底结合法来形成导电基底550。具体地讲，导电基底550通过镀覆法或基底结合法形成在半导体发光器件500中，其中，镀覆法通过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550，并利用诸如Au、Sn、Ni、Au-Sn、Ni-Sn、Ni-Au-Sn和Pb-Sr等的导电粘合剂来附着导电基底550。
图20是半导体发光器件500的平面图。通孔514形成在半导体发光器件500的顶表面上，并且电极焊盘部分560设置在形成在第二电极层520中的暴露区域中。尽管在半导体发光器件500的顶表面上未示出，但是由虚线表示接触孔541，以标注接触孔541的位置。第一绝缘层530可围绕接触孔541延伸，以使接触孔541与第二电极层520、第二导电类型半导体层513和活性层512电分离。下面将参照图21中的(b)和(c)进行进一步的描述。
图21中的(a)至(c)分别是沿线A-A′、线B-B′和线C-C′截取的图20中示出的半导体发光器件的剖视图。选择线A-A′以截取半导体发光器件500的截面，选择线B-B′以截取包括接触孔541和通孔514的截面。选择线C-C′以截取仅包括接触孔541的截面。下面将参照图19至图21中的(c)进行描述。
参照图21中的(a)，没有示出接触孔541或通孔514。没有通过单独的连接线来连接接触孔541，而通过第一电极层540来电连接接触孔541。因此，未在A-A′截面中示出接触孔541。
参照图21中的(b)和(c)，接触孔541从第一电极层540和第二电极层520之间的界面延伸到第一导电类型半导体层511的内部。接触孔541穿过第二导电类型半导体层513和活性层512，并延伸直到第一导电类型半导体层511。接触孔541延伸直到至少活性层512和第一导电类型半导体层511之间的截面。由于设置接触孔541的目的是电连接和电流扩展，所以只要接触孔541接触第一导电类型半导体层511就能实现目的。因此，接触孔541不需要延伸直到第一导电类型半导体层511的外表面。
由于形成接触孔541是为了使电流扩展到第一导电类型半导体层511，所以接触孔541必须具有预定的面积。预定数量的接触孔541可形成在使电流可在第一导电类型半导体层511上均匀地扩展的这种小面积中。如果形成的接触孔541的数量非常少，则电流扩展困难并且电学性能劣化。如果形成的接触孔541的数量非常大，则制造工艺难并且活性层减少，从而导致发光面积减小。因此，考虑到这些条件，可适当地选择接触孔541的数量。因此，以占据的面积尽可能小且使电流有效扩展的形状来实现接触孔541。
接触孔541从第二电极层520延伸到第一导电类型半导体层511的内部。由于接触孔541被形成用于第一导电类型半导体层511的电流扩展，所以接触孔541需要与第二导电类型半导体层513和活性层512电分离。因此，接触孔541与第二电极层520、第二导电类型半导体层513和活性层512电分离。因此，第一绝缘层530可延伸同时围绕接触孔541。可利用如电介质的绝缘材料来执行电分离。
参照图21中的(b)，第二电极层520的暴露区域是用于与外部电源(未示出)电连接的区域。电极焊盘部分560可设置在该暴露区域中。这时，第二绝缘层570可形成在通孔541的内表面处，从而使发光堆叠结构510与电极焊盘部分560相互电分离。
参照图21中的(a)，由于第一电极层540和第二电极层520设置在发光堆叠结构510的同一侧，所以半导体发光器件500可展现出水平型半导体发光器件的特性。在图21中的(c)中，由于第一电极层540延伸到第一导电类型半导体层511中，所以半导体发光器件500可展现出垂直型半导体发光器件的特性。因此，半导体发光器件500具有既具有水平型又具有垂直型的混合型结构。
在图21中的(a)至(c)中，第一导电类型半导体层511可为n型半导体层，并且第一电极层540可为n型电极。在这种情况下，第二导电类型半导体层513可为p型半导体层，并且第二电极层520可为p型电极。因此，作为n型电极的第一电极层540与作为p型电极的第二电极层520可利用设置在其间的第一绝缘层530而相互电绝缘。
图22示出了根据本发明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具有不平坦图案。将省略对已经描述过的元件的描述。
在根据本发明该实施例的半导体发光器件500中，在光传播方向上的最外侧表面设置有第一导电类型半导体层511。因此，可通过使用本领域中已知的方法(如光刻法)在半导体发光器件的表面上形成不平坦图案580。在这种情况下，从活性层512发射的光在穿过形成在第一导电类型半导体层511的表面上的不平坦图案580时被提取。因此，通过不平坦图案580提高了光提取效率。
不平坦图案580可具有光子晶体结构。光子晶体结构是这样一种结构，即，在该结构中具有不同折射率的介质按类似晶体的方式规则地排列。由于光子晶体结构可根据与光的波长的倍数对应的长度单位来调整光，所以光子晶体结构可进一步提高光提取效率。
图23示出了根据本发明该实施例的半导体发光器件中的边缘处的第二电极层的暴露(exposure)。
根据本发明的一方面，提供了一种制造半导体发光器件的方法，该方法包括：顺序地形成第一导电类型半导体层511’、活性层512’、第二导电类型半导体层513’、第二电极层520’、绝缘层530’、第一电极层540’和导电基底550’；在第二电极层520’与第二导电类型半导体层513’之间的界面中形成部分暴露区域；形成至少一个接触孔541’，所述至少一个接触孔541’从第一电极层540’的一个表面延伸到第一导电类型半导体层511’的至少一部分，并且第一电极层540’电连接到第一导电类型半导体层511’并与第二导电类型半导体层513’和活性层512’电绝缘。
在这种情况下，可通过在发光堆叠结构510’中形成通孔514’来提供第二电极层520’的暴露区域(见图19)，或者通过台面蚀刻发光堆叠结构510’来形成第二电极层520’的暴露区域(见图23)。将省略对与以上已经参照图19描述的实施例的元件相同的元件的描述。
参照图23，对半导体发光器件500’的边缘进行台面蚀刻。对发光堆叠结构510’执行蚀刻，从而在与第二导电类型半导体层513’的界面中暴露第二电极层520’。因此，第二电极层520’的暴露区域形成在半导体发光器件500’的边缘处。当与形成通孔的上述实施例相比时，可通过简单的工艺来执行在边缘处形成第二电极层520’的暴露区域的的情况，并且可以容易地执行后续电连接工艺。
下面将参照图24至图34描述根据本发明的另一实施例的半导体发光器件。
图24是根据本发明另一实施例的半导体发光器件的示意性透视图，图25是图24中示出的半导体发光器件的俯视图，图26是沿线A-A’截取的图25中示出的半导体发光器件的剖视图。下面将参照图24至图26来描述半导体发光器件。
根据本发明该实施例的半导体发光器件600包括顺序堆叠的第一导电类型半导体层611、活性层612、第二导电类型半导体层613、第二电极层620、绝缘层630、第一电极层640和导电基底650。为了与第一导电类型半导体层611电连接，第一电极层640包括至少一个接触孔641，其中，所述至少一个接触孔641与第二导电类型半导体层613和活性层612电绝缘，从而接触孔641从第一电极层640的一个表面延伸到第一导电类型半导体层611的至少一部分。在该实施例中，第一电极层640不是必需的元件。尽管未示出，但是半导体发光器件600可不包括第一电极层640，并且接触孔641可从导电基底650的一个表面形成。即，为了与第一导电类型半导体层611电连接，导电基底650可包括至少一个接触孔641，所述至少一个接触孔641与第二导电类型半导体层613和活性层612电绝缘并且从第一电极层640的一个表面延伸到第一导电类型半导体层611的至少一部分。在这种情况下，导电基底650电连接到外部电源(未示出)，并且电压通过导电基底650被施加到第一导电类型半导体层611。
第二电极层620包括与第二导电类型半导体层613的界面中的部分暴露区域614。可通过蚀刻第一导电类型半导体层611、活性层612和第二导电类型半导体层613来形成暴露区域614。蚀刻停止层621形成在暴露区域614中。
由于在第一导电类型半导体层611、活性层612和第二导电类型半导体层613处执行半导体发光器件600的光发射，所以它们被称作发光堆叠结构610。即，半导体发光器件600包括发光堆叠结构610、通过接触孔641电连接到第一导电类型半导体层611的第一电极层640、电连接到第二导电类型半导体层613的第二电极层620以及使电极层620和640电绝缘的绝缘层630。此外，包括导电基底650以支撑半导体发光器件600。
半导体层611和613可由诸如GaN基半导体、SiC基半导体、ZnO基半导体、GaAs基半导体、GaP基半导体、GaAsP基半导体等的半导体材料形成，但是不限于此。此外，半导体层611和613可由从由第III-V族半导体、第IV-IV族半导体、第II-VI族半导体、诸如Si的第IV族半导体和它们的组合组成的组中选择的材料形成。此外，考虑到半导体层611和613的导电类型，用n型杂质或p型杂质来掺杂半导体层611和613。
活性层612是激活光发射的层，并且由能带隙小于第一导电类型半导体层611和第二导电类型半导体层613的能带隙的材料形成。例如，当第一导电类型半导体层611和第二导电类型半导体层613由GaN基化合物半导体形成时，活性层612可由能带隙小于GaN的能带隙的InAlGaN基化合物半导体形成。即，活性层612可包括InxAlyGa(1-x-y)N(其中，0≤x≤1、0≤y≤1和0≤x+y≤1)。
在这种情况下，根据活性层612的特性，未掺杂杂质。可通过控制活性层612的组成材料的摩尔比来调节发射的光的波长。因此，半导体发光器件600可根据活性层612的特性来发射红外光、可见光或紫外光。
由于第一电极层640和第二电极层620为将电压施加至具有相同导电类型的半导体层的层，所以半导体层611和613通过电极层620和640电连接到外部电源(未示出)。
第一电极层640电连接到第一导电类型半导体层611，第二电极层620电连接到第二导电类型半导体层613。因此，第一电极层640和第二电极层620通过绝缘层630相互电分离。绝缘层630可由具有低导电性的材料形成。例如，绝缘层630可包括诸如SiO2的氧化物。
为了与第一导电类型半导体层611电连接，第一电极层640包括至少一个接触孔641，所述至少一个接触孔641与第二导电类型半导体层613和活性层612电绝缘(设置在第一电极层和第二电极层之间的绝缘层630可延伸)并延伸直至第一导电类型半导体层611的一部分。接触孔641穿过第二电极层620、绝缘层630和活性层612并延伸到第一导电类型半导体层611。接触孔641包括电极材料。由于接触孔641，第一电极层640与第一导电类型半导体层611电连接在一起，从而第一导电类型半导体层611连接到外部电源(未示出)。
如果设置接触孔641仅为了第一导电类型半导体层611的电连接，则第一电极层640可仅包括一个接触孔641。另一方面，如果设置接触孔641还为了传输到第一导电类型半导体层611的电流的均匀扩展，则第一电极层640可在预定位置处包括多个接触孔641。
由于第二电极层620设置在活性层612下方，所以相对于活性层612，第二电极层620设置在与半导体发光器件600的光发射方向相反的面上。因此，为了提高发光效率，必须反射引导至第二电极层620的光。
为了反射从活性层612发射的光，第二电极层620可由在可见光范围内发白色的金属形成。例如，第二电极层620可由Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt和Au中的任意一种形成。
通过蚀刻第一导电类型半导体层611、活性层612和第二导电类型半导体层613，第二电极层620的一部分被暴露在与第二导电类型半导体层613的界面中。蚀刻停止层621形成在暴露区域614中。第一电极层640在其底表面上接触导电基底650，从而第一电极层640电连接到外部电源(未示出)。另一方面，为了与外部电源(未示出)的连接，第二电极层620需要单独的连接区域。因此，第二电极层620在与第二导电类型半导体层613的界面的一部分处具有暴露区域614。通过蚀刻发光堆叠结构610的一部分形成暴露区域614。按照这种方式，第二导电类型半导体层613通过第二电极层620电连接到外部电源(未示出)。
考虑到发光面积、电连接效率和第二电极层620中的电流扩展，本领域技术人员可适当地确定暴露区域614的面积。图24至图26示出了这样的实施例，即，蚀刻发光堆叠结构610的边缘从而在边缘处设置第二电极层620的暴露区域614。
通过蚀刻发光堆叠结构610的一部分而不蚀刻包含金属的第二电极层620的选择性蚀刻工艺来形成暴露区域614。然而，由于难以精确地控制蚀刻发光堆叠结构610的一部分的选择性蚀刻工艺，所以会部分地蚀刻设置在发光堆叠结构610下方的第二电极层620。当蚀刻第二电极层620的一部分时，第二电极层620的金属材料附于第二导电类型半导体层613，从而导致漏电流。因此，蚀刻停止层621形成在发光堆叠结构610的执行蚀刻工艺的区域中，即，形成在第二电极层620的暴露区域中。
蚀刻停止层621防止第二电极层620的金属附于发光堆叠结构610的侧表面。因此，可减少漏电流并可容易地执行蚀刻工艺。蚀刻停止层621可由抑制发光堆叠结构610的蚀刻的材料形成。例如，蚀刻停止层621可由诸如氧化硅或氮化硅的绝缘材料，例如，SiO2、SiOxNy、SixNy等形成，但本发明不限于此。蚀刻停止层621不是必须由绝缘材料形成。即使蚀刻停止层621由导电材料形成，也并不影响半导体发光器件600的操作。因此，只要导电材料可执行蚀刻停止功能，蚀刻停止层621可由适当的导电材料形成。
可选择地，穿过蚀刻停止层621的电极焊盘部分660可形成在暴露区域614中。电极焊盘部分660穿过蚀刻停止层621并电连接到第二电极层620。在这种情况下，容易将第二电极层620电连接到外部电源(未示出)。
导电基底650设置在第一电极层640的底表面上。导电基底650接触第一电极层640并与其电连接。导电基底650可为金属基底或半导体基底。导电基底650可由Au、Ni、Cu、Al、W、Si、Se和GaAs中的任何一种形成，例如，由纯Cu或者Si和Al的组合SiAl形成。在这种情况下，可利用镀覆法或结合法来形成导电基底650。导电基底650可为支撑基底。在支撑基底的情况下，在利用蓝宝石基底作为生长基底之后，去除蓝宝石基底并附着所得结构。
图25是半导体发光器件600的俯视图。尽管在半导体发光器件600的顶表面中未示出，但是接触孔641由虚线表示，以标注接触孔641的位置。绝缘层630可围绕接触孔641延伸，使得接触孔641与第二电极层620、第二导电类型半导体层613和活性层612电绝缘。下面将参照图26进行进一步的描述。
图26是沿线A-A’截取的图25中示出的半导体发光器件600的剖视图。选择线A-A’以截取包括接触孔641和暴露区域614的截面。
参照图26，接触孔641从第一电极层640的界面延伸到第一导电类型半导体层611的内部，同时穿过第二电极层620、第二导电类型半导体层613和活性层612。接触孔641延伸直到至少活性层612和第一导电类型半导体层611的界面，优选地，延伸直到第一导电类型半导体层611的一部分。由于设置接触孔641的目的是为了第一导电类型半导体层611的电连接和电流扩展，所以只要接触孔641接触第一导电类型半导体层611就实现了上述目的。因此，接触孔641不需要延伸到第一导电类型半导体层611的外表面。
此外，由于形成接触孔641是为了使电流扩展至第一导电类型半导体层611，所以接触孔641必须具有预定的面积。预定数量的接触孔641可形成在使电流可被均匀地扩展在第一导电类型半导体层611上的小面积中。如果形成的接触孔641的数量非常少，则电流扩展难并且电学性能劣化。如果形成的接触孔641的数量非常大，则制造工艺难并且活性层减小，从而导致发光面积减小。因此，考虑到这些条件，可适当地选择接触孔641的数量。因此，以占据尽可能小的面积且使电流有效扩展的形状来实现接触孔641。
接触孔641从第一电极层640延伸到第一导电类型半导体层611的内部。由于形成接触孔641是为了第一导电类型半导体层611的电流扩展，所以接触孔641需要与第二导电类型半导体层613和活性层612电分离。因此，绝缘层630可延伸同时围绕接触孔641。
参照图26，第二电极层620在与第二导电类型半导体层613的界面处包括多个暴露区域614。暴露区域614是用于第二电极层620和外部电源(未示出)之间的电连接的区域。蚀刻停止层621形成在暴露区域614中。半导体发光器件600还可包括电极焊盘部分660，电极焊盘部分660穿过蚀刻停止层621并电连接到第二电极层620。这时，绝缘层670可形成在暴露区域614的内表面中，以使发光堆叠结构610与电极焊盘部分660电分离。
在图26中，由于第一电极层640和第二电极层620设置在发光堆叠结构610的同一侧上，所以半导体发光器件600可展现出水平型半导体发光器件的特性。由于第一电极层640延伸到第一导电类型半导体层611，所以半导体发光器件600可展现出垂直型半导体发光器件的特性。因此，半导体发光器件600具有既具有垂直型又具有水平型的混合型结构。
图27至图29示出了根据本发明的另一实施例的半导体发光器件。具体地讲，图27是半导体发光器件的透视图，图28是半导体发光器件的俯视图。图29是沿线A-A’截取的图28中的半导体发光器件的剖视图。
参照图27至图29，蚀刻发光堆叠结构710的中心部分。因此，第二电极层720和第二导电类型半导体层之间的界面中的部分暴露区域714设置在半导体发光器件700的中心部分处。将省略对与以上已经描述过的元件相同的元件的描述。半导体发光器件700可包括电极焊盘部分760，通过去除形成在暴露区域中的蚀刻停止层721的一部分来形成电极焊盘部分760。电极焊盘部分760可电连接到外部电源(未示出)，并且可穿过蚀刻停止层721并电连接到第二电极层720。可利用导线来实现到外部电源(未示出)的连接。因此，为了便于连接，可形成暴露区域714，使得暴露区域714沿从第二电极层720到第一导电类型半导体层的方向增大。
图30和图31示出了根据本发明变型实施例的半导体发光器件。具体地讲，图30和图31分别是半导体发光器件的透视图和剖视图。在这种情况下，半导体发光器件的俯视图与图25中的俯视图相似，图31是沿线A-A’截取的剖视图，与图26中截取的剖视图相似。将省略对与以上已经描述过的元件相同的元件的描述。
参照图30和图31，通过蚀刻发光堆叠结构610’来暴露第二电极层，并且形成在暴露区域中的蚀刻停止层621’延伸到第二导电类型半导体层613’和活性层612’的侧面。按照这种方式，如上所述，在蚀刻第一导电类型半导体层611’时，能够防止第二电极层的金属材料附着到半导体的侧面。此外，保护活性层612’。
下面将描述这种半导体发光结构。
图32中的(a)至(d)为示出了根据本发明的实施例的制造半导体发光器件的方法的剖视图，更具体地讲，示出了制造图24至图26中的半导体发光器件的方法。
参照图32中的(a)，第一导电类型半导体层611、活性层612、第二导电类型半导体层613和第二电极层620顺序地形成在非导电基底680上。
在这种情况下，可利用诸如金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺、分子束外延(MBE)工艺、氢化物气相外延(HVPE)工艺的公知工艺来形成半导体层611和613以及活性层612。由于在蓝宝石基底上易于生长氮化物半导体层，所以可使用蓝宝石基底作为非导电基底680。
在将要通过蚀刻第一导电类型半导体层611、活性层612和第二导电类型半导体层613而暴露的区域中形成蚀刻停止层621的同时堆叠第二电极层620。
然后，在第二电极层620上形成绝缘层630和导电基底650。如图32中的(b)所示，第一电极层640可形成在绝缘层630和导电基底650之间。
为了与第一导电类型半导体层611电连接，形成导电基底650使得导电基底650包括至少一个接触孔641，所述至少一个接触孔641与第二导电类型半导体层613和活性层612电绝缘，并从导电基底650的一个表面延伸到第一导电类型半导体层611的一部分。
如图32中的(b)所示，当第一电极层640形成在绝缘层630和导电基底650之间时，接触孔641从第一电极层640的一个表面开始形成。即，为了与第一导电类型半导体层611电连接，形成第一电极层640使得第一电极层640包括至少一个接触孔641，所述至少一个接触孔641与第二导电类型半导体层613和活性层612电绝缘，并从第一电极层640的一个表面延伸到第一导电类型半导体层611的一部分。
由于设置接触孔641是为了第一导电类型半导体层611的电流扩展，所以接触孔641需要与第二导电类型半导体层613和活性层612电分离。因此，绝缘层630可延伸同时围绕接触孔641。
接下来，参照图32中的(c)(通过颠倒图32中的(b)示出)，去除了非导电基底680，并且蚀刻第一导电类型半导体层611、活性层612和第二导电类型半导体层613中一部分从而在第二电极层620与第二导电类型半导体层613之间的界面的一部分处形成暴露区域614。
通过蚀刻发光堆叠结构610的一部分而不蚀刻包含金属的第二电极层620的选择性蚀刻来形成暴露区域614。
如上所述，由于难以精确地控制蚀刻发光堆叠结构610的一部分的选择性蚀刻工艺，所以会部分蚀刻设置在发光堆叠结构610下方的第二电极层620。然而，根据本发明的这个实施例，可以通过在将要执行蚀刻工艺的区域中形成蚀刻停止层621而容易地执行蚀刻工艺。因此，能够防止第二电极层620的金属附着到发光堆叠结构610的侧面，从而减小漏电流。
接下来，参照图32中的(d)，为了第二电极层620和外部电源(未示出)之间的电连接，可去除蚀刻停止层621的一部分。在这种情况下，电极焊盘部分660可形成在去除了蚀刻停止层621的区域中。此外，为了使发光堆叠结构610与电极焊盘部分660电分离，绝缘层670可形成在发光堆叠结构的执行蚀刻工艺的内表面上。
图32中的(a)至(d)示出了发光堆叠结构610的边缘被蚀刻并且在该边缘处形成第二电极层620的暴露区域的示例。当发光堆叠结构610的中心部分被蚀刻时，可制造图27中示出的半导体发光器件。
图33中的(a)至(d)是示出了制造根据本发明的变型实施例的半导体发光器件的方法的剖视图，更具体地讲，示出了制造图30和图31中示出的半导体发光器件的方法。将省略对与图32中的(a)至(d)中的元件相同元件的描述。
参照图33中的(a)，第一导电类型半导体层611’、活性层612’、第二导电类型半导体层613’和第二电极层620’顺序地形成在非导电基底680’上。
在将要通过蚀刻第一导电类型半导体层611’、活性层612’和第二导电类型半导体层613’而暴露的区域中形成蚀刻停止层621’的同时堆叠第二电极层620’。如图33中的(a)所示，在为了形成暴露区域614’而蚀刻发光堆叠结构610’之前，首先蚀刻第一导电类型半导体层611’的一部分、活性层612’的一部分和第二导电类型半导体层613’的一部分。蚀刻停止层621’在通过首先蚀刻工艺而暴露的第二导电类型半导体层613’、活性层612’和第一导电类型半导体层611’中延伸。
在这种情况下，如图33中的(c)所示，在为了在第二电极层620’中形成暴露区域614’而蚀刻发光堆叠结构610’的过程中，可仅蚀刻第一导电类型半导体层611’，从而获得保护活性层612’的附加效果。
参照图33中的(b)，绝缘层630’、第一电极层640’和导电基底650’形成在第二电极层620’上。
为了与第一导电类型半导体层611’电连接，形成第一电极层640’使得第一电极层640’包括至少一个接触孔641’，所述至少一个接触孔641’与第二导电类型半导体层613’和活性层612’电绝缘，并从第一电极层640’的一个表面延伸到第一导电类型半导体层611’的一部分。由于设置接触孔641’是为了第一导电类型半导体层611’的电流扩展，所以接触孔6441’需要与第二导电类型半导体层613’和活性层612’电绝缘。因此，绝缘层630’可延伸同时围绕接触孔641’。
接下来，参照图33中的(c)(通过颠倒图33中的(b)示出)，暴露区域614’形成在第二电极层620’上，使得与第二导电类型半导体层613’的界面的一部分暴露。去除非导电基底680’，并蚀刻第一导电类型半导体层611’。如图33中的(a)所示，由于活性层612’和第二导电类型半导体层613’被蚀刻，所以可通过仅蚀刻第一导电类型半导体层611’而形成暴露区域614’。
如上所述，在蚀刻发光堆叠结构610’的过程中，可通过在第二电极层620’的暴露区域614’中形成蚀刻停止层621’容易执行蚀刻工艺。此外，由于图33中的(a)中的首次蚀刻工艺，仅蚀刻了第一导电类型半导体层611’，所以可以保护活性层612’。
接下来，参照图33中的(d)，为了第二电极层620’与外部电源(未示出)之间的电连接，可去除蚀刻停止层621’的形成在暴露区域614’上的部分。在这种情况下，为了与第二电极层620’的电连接，可在去除了蚀刻停止层621’的区域中形成电极焊盘部分660’。与图32中的(a)至(d)中的工艺不同，仅暴露第一导电类型半导体层611’，因此，不需要形成为了与电极焊盘部分660’电分离的绝缘层。
当封装根据本发明实施例的半导体发光器件600、600’和700时，导电基底650、650’和750电连接到第一引线框架，而电极焊盘部分660、660’和760通过导线电连接到第二引线框架。即，由于可按照芯片键合(die-bonding)和引线键合的组合方式来封装半导体发光器件600、600’和700，所以可确保最大的发光效率并可以以相对低的成本来执行制造工艺。
图34是根据本发明另一变型实施例的半导体发光器件的示意性剖视图。参照图34，与上述实施例相似，根据本发明变型实施例的半导体发光器件600”包括以顺序方式堆叠的第一导电类型半导体层611”、活性层612”、第二导电类型半导体层613”、第二电极层620”、绝缘层630”、第一电极层640”、导电基底650”、蚀刻停止层621”和电极焊盘部分660”。为了与第一导电类型半导体层611”的电连接，第一电极层640”包括至少一个接触孔641”，所述至少一个接触孔641”与第二导电类型半导体层613”和活性层612”电绝缘，并从第一电极层640”的一个表面延伸到第一导电类型半导体层611”的至少一部分。在这个变型的实施例中，还设置了具有不平坦结构的钝化层670”。将省略对于以上描述过的元件相同的元件的描述，并且下面将仅描述钝化层670”。
当设置有第一导电类型半导体层611”、活性层612”、第二导电类型半导体层613”的结构被定义为发光结构时，形成钝化层670”来覆盖该发光结构的侧表面。因此，钝化层670”的作用是保护发光结构，具体地讲，保护活性层612”。在这种情况下，如图34所示，钝化层670”可形成在该发光结构的顶表面以及侧表面上，或者还可以形成在蚀刻停止层621”的顶表面上。
为了执行保护发光结构的功能，钝化层670”可由诸如SiO2、SiOxNy、SixNy等的氧化硅或氮化硅形成，并可具有大约0.1μ至2μm的厚度。因此，钝化层670”可具有大约1.4至2.0的折射率。由于空气或封装件的模制结构和折射率的差异，所以问题会在于从活性层612”发射的光将被释放。在这个实施例中，通过在钝化层670”中形成不平坦结构来提高外部光提取效率。具体地讲，如图34所示，当不平坦结构形成在沿相对活性层612”的侧向方向发射的光所穿过的区域中时，可以提高发射到半导体发光器件600”的侧表面的光的量。具体地讲，在将在钝化层670”中采用不平坦结构的情况与在钝化层670”中不采用不平坦结构的情况进行比较时，与除了不平坦结构之外所有元件相同的情况下，光提取效率提高了超过5％。同时，尽管不是必需的，但是钝化层670”的不平坦结构也可以形成在与第一导电类型半导体层611”的顶表面对应的区域中。在这种情况下，可以提高沿垂直方向的光提取效率。此外，不平坦结构可形成在钝化层670”的侧表面中。
下面将参照图35至图55来描述根据本发明的另一实施例的半导体发光器件。
图35是根据本发明的另一实施例的半导体发光器件的示意性透视图。图36是图35中示出的半导体发光器件的俯视图。图37是沿图36中的线A-A’截取的剖视图。参照图35至图37，根据本发明该实施例的半导体发光器件800包括导电基底807上的第一导电类型接触层804。发光结构形成在第一导电类型接触层804上。发光结构包括第一导电类型半导体层803、活性层802和第二导电类型半导体层801。高电阻部分808形成在发光结构的侧表面处。如下所述，可通过将离子注入发光结构的侧表面来获得高电阻部分808。第一导电类型接触层804与导电基底807电分离。为此，绝缘体806设置在第一导电类型接触层804和导电基底807之间。
在本实施例中，第一导电类型半导体层803和第二导电类型半导体层801可分别为p型半导体层和n型半导体层，并且可由氮化物半导体形成。在这个实施例中，第一导电类型和第二导电类型可分别被理解为指p型和n型，但不限于此。第一导电类型半导体层803和第二导电类型半导体层801具有诸如GaN、AlGaN和InGaN等的组合物AlxInyGa(1-x-y)N(其中，0≤x≤1、0≤y≤1和0≤x+y≤1)。形成在第一导电类型半导体层803和第二导电类型半导体层801之间的活性层802由于电子和空穴的复合而发射具有预定能量的光，并可具有多量子阱(MQW)结构，在该结构中，量子阱层和量子势垒层交替地堆叠。例如，InGaN/GaN结构可被用于多量子阱结构。
第一导电类型接触层804可将从活性层802发射的光朝向半导体发光器件800的顶部反射，即，朝向第二导电类型半导体层801反射。此外，第一导电类型接触层804可与第一导电类型半导体层803形成欧姆接触。考虑到这些功能，第一导电类型接触层804可含有Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt或Au。在这种情况下，尽管未详细示出，但第一导电类型接触层804可具有能够提高反射效率的结构。具体地讲，第一导电类型接触层804可具有包括Al、Ag、Ni/Ag、Zn/Ag、Ni/Al、Zn/Al、Pd/Ag、Pd/Al、Ir/Ag、Ir/Au、Pt/Ag、Pt/Al、Ni/Ag/Pt和它们的组合中的至少一种的结构。在这个实施例中，第一导电类型接触层804的一部分可被暴露到外部。如所示，暴露区域可为没有形成发光结构的区域。第一导电类型接触层804的暴露区域与施加电信号的电连接部分对应，并且电极焊盘805可形成在第一导电类型接触层804的暴露区域上。
如下所述，导电基底807用作在激光剥离工艺等中支撑发光结构的支撑体。导电基底807可包括从由Au、Ni、Al、Cu、W、Si、Se和GaAs组成的组中选择的至少一种材料，例如，纯Cu或作为Si和Al的组合的SiAl。在这种情况下，根据选择的材料，可利用镀覆法或结合法来形成导电基底807。在这个实施例中，导电基底807电连接到第二导电类型半导体层801。因此，电信号可通过导电基底807施加到第二导电类型半导体层801。为此，如图37和图38所示，需要提供从导电基底807延伸并电连接到第二导电类型半导体层801的导电通孔V。
导电通孔V连接到第二导电类型半导体层801的内部。为了降低接触电阻，可适当地调整导电通孔V的数量、形状和间距，并且可适当地调整其与第二导电类型半导体层801的接触面积。在这种情况下，由于导电通孔V需要与活性层802、第一导电类型半导体层803和第一导电类型接触层804电分离，所以导电通孔V与各个层802、803和804之间形成绝缘体806。绝缘体806可由具有电绝缘特性的任何材料形成。优选地，绝缘体806由吸收少量光的材料形成。例如，绝缘体806可由氧化硅、氮化硅或其它绝缘材料(如SiO2、SiOxNy、SixNy等)形成。
如上所述，在这个实施例中，导电基底807通过导电通孔V电连接到第二导电类型半导体层801，并且不需要单独地形成第二导电类型半导体层801顶表面上的电极。因此，发射到第二导电类型半导体层801顶表面上的光的量会增加。在这种情况下，由于导电通孔V形成在活性层802的一部分处，所以发光区域减小。然而，由于未在第二导电类型半导体层801的顶表面上形成电极，所以可进一步提高光提取效率。同时，在根据本发明该实施例的半导体发光器件800中，由于电极未设置在第二导电类型半导体层801的顶表面上，所以整体电极布置与水平电极结构相似，而不与垂直电极结构相似。然而，通过形成在第二导电类型半导体层801内部的导电通孔V，可充分确保电流扩展效果。
高电阻部分808形成在发光结构的侧表面上，并用来保护发光结构，尤其是保护活性层802免于外部的影响，从而提高半导体发光器件的电学可靠性。因为在半导体发光器件800的操作过程中，暴露到外部的活性层802可用作漏电流通路，所以可通过在发光结构的侧表面上形成具有相对高电阻的高电阻部分808来防止漏电流。在这种情况下，可通过离子注入来形成高电阻部分808。具体地讲，当通过粒子加速器加速的离子被注入到发光结构中时，构成发光结构的半导体层的晶体被毁坏，并且电阻增大。由于通过热处理会使注入的离子复位，所以可使用粒子尺寸相对大的离子，使得离子在半导体层的通常热处理温度下不复位。例如，可以使用诸如Ar、C、N、Kr、Xe、Cr、O、Fe或Ti的原子的离子作为被注入到发光结构中的离子。
图38和图39是根据本发明变型实施例的半导体发光器件的示意性剖视图。在图38中示出的半导体发光器件800-1的情况下，发光结构的侧表面相对于第一导电类型接触层804倾斜。具体地讲，发光结构的侧表面向发光结构的顶表面倾斜。如上所述，为了暴露第一导电类型接触层804，可通过蚀刻发光结构的工艺来自然形成半导体发光结构的倾斜形状。在图39中示出的发光器件800-2的情况下，不平坦结构形成在设置在图38的实施例中的发光结构的顶表面上，具体地讲，设置在第二导电类型半导体层801的顶表面上。尽管可通过干蚀刻工艺或湿蚀刻工艺来形成不平坦结构，但是优选地，具有不规则尺寸、形状和周期的不平坦结构通过湿蚀刻工艺形成。这种不平坦结构可提高从活性层802入射的光被出射到外部的可能性。同时，图38和图39的变型实施例也可以应用于图40至图42的其它实施例。
图40是根据本发明另一实施例的半导体发光器件的示意性剖视图。参照图40，根据本发明该实施例的半导体发光器件900包括位于导电基底907上的第一导电类型接触层904。发光结构形成在第一导电类型接触层904上。发光结构包括第一导电类型半导体层903、活性层902和第二导电类型半导体层901。高电阻部分908通过离子注入形成在发光结构的侧表面上。该实施例与前述实施例的结构区别在于导电基底907电连接到第一导电类型半导体层903，而不是电连接到第二导电类型半导体层901。因此，不是必需需要第一导电类型接触层904。在这种情况下，第一导电类型半导体层903和导电基底907可以彼此直接接触。
连接到第二导电类型半导体层901的内部的导电通孔V穿过活性层902、第一导电类型半导体层903和第一导电类型接触层904，并且第二导电类型半导体层901电连接到第二导电类型电极909。第二导电类型电极909可以包括从导电通孔V延伸到发光结构的横向方向并暴露于外部的电连接部分。电极焊盘905可以形成在电连接部分上。在这种情况下，形成绝缘体906使第二导电类型电极909和导电通孔V与活性层902、第一导电类型半导体层第一导电类型接触层904和导电基底907电绝缘。
图41是根据本发明另一实施例的半导体发光器件的示意性平面图，图42是沿着图41中的B-B′线截取的示意性剖视图。与图35至图37的实施例一样，根据本发明该实施例的半导体发光器件800’包括位于导电基底807’上的第一导电类型接触层804’。发光结构形成在第一导电类型接触层804’上。发光结构包括第一导电类型半导体层803’、活性层802’和第二导电类型半导体层801’。高电阻部分808’通过离子注入形成在发光结构的侧表面上。此外，第一导电类型接触层804’与导电基底807’电分离。为此，绝缘体806’设置在第一导电类型接触层804’和导电基底807’之间。在该实施例中，导电基底807’上的发光结构划分为多个结构。被划分的发光结构增大光散射效果，从而提高了光提取效率。为了确保足够的外部区域，如图41所示，在俯视图中，发光结构可以以六边形形状形成。在这种情况下，随着发光结构之间的间隔增大，活性层802’自身的面积减小，导致发光效率的劣化。因此，被划分的发光结构可以被布置得尽可能地近。如上所述，当执行蚀刻工艺以划分发光结构时，需要保护发光结构的侧表面。因此，高电阻部分808’可以通过离子注入形成在被划分的发光结构的侧表面上。
在下文中，将详细描述制造具有上述结构的半导体发光器件的方法。
图43至图51是示出了制造半导体发光器件的方法的剖视图。具体地讲，图43至图51示出了制造上面参照图35至图37描述的半导体发光器件的方法。
参照图43，通过诸如MOCVD、MBE、HVPE等半导体层生长工艺顺序地生长第二导电类型半导体层801、活性层802和第一导电类型半导体层803，在半导体生长基底B上形成发光结构。半导体生长基底B可以由蓝宝石、SiC、MgAl2O4、MgO、LiAlO2、LiGaO2或GaN形成。蓝宝石是具有Hexa-RhomboR3c对称性的晶体，并且沿c轴的晶格常数为和沿a轴的晶格常数为蓝宝石具有C(0001)面、A(1120)面和R(1102)面。在这种情况下，因为C面有利于氮化物薄膜的生长并且在高温下是稳定的，所以C面主要用作氮化物生长基底。
参照图44，在第一导电类型半导体层803上形成第一导电类型接触层804。考虑到光反射功能和与第一导电类型半导体层803的欧姆接触功能，第一导电类型接触层804可以由Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt或Au形成。可以适当地使用已知工艺，例如，溅射工艺或沉积工艺。参照图45，在第一导电类型接触层804和发光结构中形成槽。具体地讲，在后续工艺中用导电材料填充槽，以形成电连接到第二导电类型半导体层801的导电通孔。槽穿过第一导电类型接触层804、第一导电类型半导体层803和活性层802，第二导电类型半导体层801在槽的底表面暴露。也可以利用已知的蚀刻工艺例如ICP-RIE来执行图45中的形成槽的工艺。
参照图46，沉积诸如SiO2、SiOxNy或SixNy的材料来形成覆盖第一导电类型接触层804的顶表面和槽的侧壁的绝缘体806。在这种情况下，需要使第二导电类型半导体层801的与槽的底表面对应的至少一部分被暴露。因此，可以将绝缘体806形成为不覆盖槽的整个底表面。
参照图47，在槽的内部和绝缘体806上形成导电材料，以形成导电通孔V和导电基底807。因此，导电基底807连接到与第二导电类型半导体层801连接的导电通孔V。可以由包括Au、Ni、Al、Cu、W、Si、Se和GaAs中的任何一种的材料形成导电基底807。可以利用镀覆工艺、溅射工艺、沉积工艺或结合工艺来形成导电基底807。在这种情况下，导电通孔V和导电基底807可以由相同的材料形成。然而，在一些情况下，导电通孔V和导电基底807可以由不同的材料形成，并且可以通过单独的工艺来形成。例如，在通过沉积工艺形成导电通孔V之后，可以用发光结构来结合已经形成好的导电基底807。
参照图48，去除半导体生长基底B，以暴露第二导电类型半导体层801。在这种情况下，可以利用激光剥离工艺或化学剥离工艺来去除半导体生长基底B。图48示出了去除了半导体生长基底B时的半导体发光器件。另外，图48是与图47相比翻转了180度。
参照图49，去除发光结构的一部分，即，去除第一导电类型半导体层803、活性层802和第二导电类型半导体层801，以暴露第一导电类型接触层804。这样做是为了通过暴露的第一导电类型接触层804来施加电信号。如上所述，可以使用去除发光结构的工艺来将发光结构划分为多个结构。同时，虽然没有示出，但是还可以执行在第一导电类型接触层804的暴露区域上形成电极焊盘的工艺。为了使第一导电类型接触层804暴露，可以利用ICP-RIE等来蚀刻发光结构。在这种情况下，如图50所示，为了防止在蚀刻工艺过程中第一导电类型接触层804的材料被去除并附于发光结构的侧表面，可以预先在发光结构内形成蚀刻停止层809。
参照图51，在发光结构的侧表面上形成具有高绝缘特性的高电阻部分808。高电阻部分808对应于晶体被注入到构成发光结构的半导体层的侧表面中的离子损坏的区域。在这种情况下，由于可以通过热处理使注入的离子复原，所以可以使用粒度相对大的离子，使得离子在半导体层的通常热处理温度下不复原。例如，可以将诸如Ar、C、N、Kr、Xe、Cr、O、Fe或Ti的原子的离子用作注入到发光结构中的离子。
图52至图55是示出了制造根据本发明另一实施例的半导体发光器件的方法的剖视图。具体地讲，图52至图55示出了制造上面参照图40描述的半导体发光器件的方法。在这种情况下，可以在该实施例中采用上面参照图43至图45描述的工艺。在下文中，将在下面描述在第一导电类型接触层904和发光结构中形成槽之后的后续操作。
参照图52，沉积诸如SiO2、SiOxNy或SixNy的材料来形成覆盖第一导电类型接触层904的顶表面和槽的侧壁的绝缘体906。可以将绝缘体906称作第一绝缘体，以使该绝缘体与在后续工艺中形成为覆盖第二导电类型电极909的绝缘体相区分。与前述实施例的不同之处在于：因为导电基底907和第一导电类型接触层904必须电连接在一起，所以绝缘体906没有形成在第一导电类型接触层904的整个顶表面上。即，可以通过预先考虑第一导电类型接触层904的顶表面的一部分来形成绝缘体906；具体地讲，将要形成连接到第二导电类型半导体层901的第二导电类型电极909的区域。
参照图53，在槽的内部并且在绝缘体906上形成导电材料，从而形成第二导电类型电极909。因此，第二导电类型电极909可以包括连接到第二导电类型半导体层901的导电通孔V。在该步骤中，在将要形成第二导电类型电极909的区域中预先形成绝缘体906。因此，可以沿着绝缘体906来形成第二导电类型电极909。具体地讲，第二导电类型电极909可以沿水平方向从导电通孔V延伸，从而第二导电类型电极909暴露于外部并且用作电连接部分。
参照图54，将绝缘体906形成为覆盖第二导电类型电极909，并且在绝缘体906上形成导电基底907，从而导电基底907电连接到第一导电类型接触层904。在这种情况下，可以将在该工艺中形成的绝缘体906称作第二绝缘体。第二绝缘体和第一绝缘体可以构成单个绝缘结构。由于该工艺，使得第二导电类型电极909可以与第一导电类型接触层904、导电基底907等电绝缘。参照图55，去除半导体生长基底B，以暴露第二导电类型半导体层901。虽然没有示出，但是可以利用上述工艺来执行去除发光结构的一部分以暴露第二导电类型电极909的工艺和通过离子注入到发光结构的侧表面中形成高电阻部分908的工艺。
下面将参照图56至图75来描述根据本发明另一实施例的半导体发光器件。
图56是根据本发明该实施例的半导体发光器件的示意性透视图。图57是示出了图56的半导体发光器件的第二导电类型半导体层的示意性平面图。图58是沿图57中的A-A′线截取的示意性剖视图。根据本发明该实施例的半导体发光器件1000包括位于导电基底1007上的第一导电类型接触层1004。发光结构形成在第一导电类型接触层1004上。发光结构包括第一导电类型半导体层1003、活性层1002和第二导电类型半导体层1001。未掺杂半导体层1008形成在第二导电类型半导体层1001上。由于未掺杂半导体层1008具有不平坦的顶表面，所以能够提高由活性层1002发射的光的外部提取效率。第一导电类型接触层1004与导电基底1007电分离。为此，绝缘体1006设置在第一导电类型接触层1004和导电基底1007之间。
在该实施例中，第一导电类型半导体层1003和第二导电类型半导体层1001可以分别是p型半导体层和n型半导体层，并且可以由氮化物半导体形成。在该实施例中，第一导电类型和第二导电类型可以分别理解为但不限于p型半导体和n型半导体。第一导电类型半导体层1003和第二导电类型半导体层1001可以具有组成AlxInyGa(1-x-y)N(其中，0≤x≤1，0≤y≤1且0≤x+y≤1)，例如，GaN、AlGaN、InGaN等。形成在第一导电类型半导体层1003和第二导电类型半导体层1001之间的活性层1002由于电子和空穴的复合而发射具有预定能量的光，并且可以具有量子阱层和量子势垒层交替堆叠的多量子阱(MQW)结构。例如，对于多量子阱结构，可以使用InGaN/GaN结构。
第一导电类型接触层1004可以将活性层1002发射的光朝着半导体发光器件1000的顶部反射，即，朝着第二导电类型半导体层1001反射。此外，第一导电类型接触层1004可以与第一导电类型半导体层1003形成欧姆接触。考虑到这些功能，第一导电类型接触层1004可以包含Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt或Au。在这种情况下，虽然没有详细地示出，但是第一导电类型接触层1004可以具有能够提高反射效率的结构。具体地讲，第一导电类型接触层1004可以具有包括Al、Ag、Ni/Ag、Zn/Ag、Ni/Al、Zn/Al、Pd/Ag、Pd/Al、Ir/Ag、Ir/Au、Pt/Ag、Pt/Al、Ni/Ag/Pt和它们的组合中的至少一种的结构。在该实施例中，第一导电类型接触层1004的一部分可以暴露于外部。如所示出的，暴露区域可以是没有形成发光结构的区域。第一导电类型接触层1004的暴露区域对应于用于施加电信号的电连接部分，电极焊盘1005可以形成在第一导电类型接触层1004的暴露区域上。
如随后将描述的，导电基底1007用作在激光剥离工艺等期间支撑发光结构的支撑体。导电基底1007可以包含从由Au、Ni、Al、Cu、W、Si、Se和GaAs组成的组中选择的至少一种材料，例如，纯Cu或者Si和Al的组合AlSi。在这种情况下，根据所选择的材料，可以利用镀覆方法或结合方法来形成导电基底1007。在该实施例中，导电基底1007电连接到第二导电类型半导体层1001。因此，可以通过导电基底1007向第二导电类型半导体层1001施加电信号。为此，如图57和图58所示，需要设置从导电基底1007延伸并且电连接到第二导电类型半导体层1001的导电通孔V。
导电通孔V连接到第二导电类型半导体层1001的内部。为了降低接触电阻，可以适当地调节导电通孔V的数量、形状和间距及导电通孔V与第二导电类型半导体层1001的接触面积。在这种情况下，由于导电通孔V需要与活性层1002、第一导电类型半导体层1003和第一导电类型接触层1004电分离，所以在导电通孔V与相应的层1002、1003和1004之间形成绝缘体1006。绝缘体1006可以由任何具有电绝缘特性的材料形成。优选地，绝缘体1006由吸收少量光的材料形成。例如，绝缘体1006可以由氧化硅、氮化硅或另外的绝缘材料形成，例如由SiO2、SiOxNy、SixNy等形成。
如上所述，在该实施例中，导电基底1007通过导电通孔V电连接到第二导电类型半导体层1001，并且不需要在第二导电类型半导体层1001的顶表面上单独地形成电极。因此，可以增加发射到第二导电类型半导体层1001的顶表面的光的量。在这种情况下，由于导电通孔V形成在活性层1002的一部分处，所以减小了发光区域。然而，由于没有电极形成在第二导电类型半导体层1001的顶表面上，所以可以进一步提高光提取效率。同时，在根据本发明该实施例的半导体发光器件1000中，由于没有电极设置在第二导电类型半导体层1001的顶表面上，所以整个电极布置与水平电极结构相似，而不是与垂直电极结构相似。然而，可以通过形成在第二导电类型半导体层1001内部的导电通孔V充分地确保电流扩展效应。
未掺杂半导体层1008形成在第二导电类型半导体层1001的顶表面上。如后面将描述的，未掺杂半导体层1008在构成发光结构的半导体层生长之前用作缓冲层。在这种情况下，术语“未掺杂”是指没有对半导体层执行杂质掺杂工艺。包括的是最初存在于半导体层中的杂质浓度。例如，当利用MOCVD来生长氮化镓半导体时，即使不意图使用Si作为掺杂剂，也包括大约为1016/cm2至1018/cm2的杂质浓度。在该实施例中，由于不需要在第二导电类型半导体层1001的顶表面上形成电极，所以不用去除未掺杂半导体层1008。因此，未掺杂半导体层1008可以形成为覆盖第二导电类型半导体层1001的整个顶表面。此外，通过在未掺杂半导体层1008中形成不平坦结构，所以增大了从活性层1002入射的光将被发射到外部的可能性。虽然上面已经描述了仅在未掺杂半导体层1008上形成不平坦图案的结构，但是根据蚀刻条件，还可以将不平坦图案形成为第二导电类型半导体层1001的一部分。
如果去除了未掺杂半导体层1008并且在第二导电类型半导体层1001上形成不平坦结构，则第二导电类型半导体层1001的一部分可能会受损。具体地讲，如果不精确地控制形成不平坦结构的工艺，则第二导电类型半导体层1001的厚度可能根据产品而不均匀。在该实施例中，为了解决这个问题，通过第二导电类型半导体层1001的内部在下部形成第二导电类型半导体层1001的电连接结构，并且在不被去除的未掺杂半导体层1008上形成不平坦图案。
图59和图60是示出了图56的半导体发光器件的修改实施例的示意性剖视图。在图59中示出的半导体发光器件1000-1的情况下，发光结构的侧表面相对于第一导电类型接触层1004倾斜。具体地讲，发光结构的侧表面朝着发光结构的顶表面倾斜。如上所述，可以通过蚀刻发光结构的工艺来自然地形成半导体发光结构的倾斜形状，以暴露第一导电类型接触层1004。在图60中示出的半导体发光器件1000-2的情况下，钝化层1009形成为覆盖图59中示出的发光结构的侧表面。钝化层1009保护发光结构(具体地讲，活性层1002)免受外部的影响。钝化层1009可以由诸如SiO2、SiOxNy或SixNy的氧化硅或氮化硅形成，并且可以具有大约0.1μm至2μm的厚度。
在半导体发光器件1000的操作期间，暴露于外部的活性层1002会用作电流泄漏路径。然而，可以通过在发光结构的侧面上形成钝化层1009来防止这种问题。考虑到该方面，如图60所示，钝化层1009可以在第一导电类型接触层1004的被暴露的顶表面上延伸。同时，也可以将图59和图60的修改实施例应用于图61和图62的其他实施例。
图61是根据本发明另一实施例的半导体发光器件的示意性剖视图。参照图61，根据本发明该实施例的半导体发光器件1100包括位于导电基底1107上的第一导电类型接触层1104。发光结构形成在第一导电类型接触层1104上。发光结构包括第一导电类型半导体层1103、活性层1102和第二导电类型半导体层1101。未掺杂半导体层1108形成在第二导电类型半导体层1101上。未掺杂半导体层1108具有不平坦的顶表面。此外，第一导电类型接触层1104与导电基底1107电分离。为此，绝缘体1106设置在第一导电类型接触层1104和导电基底1107之间。
与在俯视图中第一导电类型接触层1004的电连接部分形成在发光结构的边缘部分中的前述实施例不一样，在俯视图中，根据该实施例的第一导电类型接触层1104的电连接部分形成在与发光结构的中心部分对应的区域中。这样，如果需要的话，则可以改变第一导电类型接触层1104被暴露的区域的位置。电极焊盘1105形成在第一导电类型接触层1104的电连接部分中。
图62是根据本发明另一实施例的半导体发光器件的示意性剖视图。参照图62，根据本发明该实施例的半导体发光器件1200包括位于导电基底1207上的第一导电类型接触层1204。发光结构形成在第一导电类型接触层1204上。发光结构包括第一导电类型半导体层1203、活性层1202和第二导电类型半导体层1201。未掺杂半导体层1208形成在发光结构上，即，形成在第二导电类型半导体层1201上。与前面的实施例的结构区别在于：导电基底1207电连接到第一导电类型半导体层1203，而不是第二导电类型半导体层1201。因此，不是必须需要第一导电类型接触层1204。在这种情况下，第一导电类型半导体层1203和导电基底1207可以彼此直接接触。
连接到第二导电类型半导体层1201内部的导电通孔V穿过活性层1202、第一导电类型半导体层1203和第一导电类型接触层1204，并且第二导电类型半导体层1201电连接到第二导电类型电极1209。第二导电类型电极1209可以包括从导电通孔V延伸到发光结构的横向方向并暴露于外部的电连接部分。电极焊盘1205可以形成在电连接部分上。在这种情况下，绝缘体1206形成为使第二导电类型电极1209和导电通孔V与活性层1202、第一导电类型半导体层1203、第一导电类型接触层1204和导电基底1207电分离。
在下文中，将详细地描述制造具有上述结构的半导体发光器件的方法。
图63至图71是示出了制造根据本发明实施例的半导体发光器件的方法的剖视图。具体地讲，图63至图71示出了制造上面参照图56至图58描述的半导体发光器件的方法。
参照图63，通过诸如MOCVD、MBE、HVPE等半导体层生长工艺在半导体生长基底B上顺序地生长缓冲层1008、第二导电类型半导体层1001、活性层1002和第一导电类型半导体层1003来形成发光结构。在这种情况下，虽然在结构图中，发光结构限定为包括第二导电类型半导体层1001、活性层1002和第一导电类型半导体层1003的结构，但是在生长和蚀刻工艺方面，可以认为缓冲层1008是发光结构的元件。因此，在下文中，将发光结构限定为包括缓冲层1008、第二导电类型半导体层1001、活性层1002和第一导电类型半导体层1003的结构。
半导体生长基底B可以由蓝宝石、SiC、MgAl2O4、MgO、LiAlO2、LiGaO2或GaN形成。蓝宝石是具有Hexa-Rhombo R3c对称性的晶体，并且沿c轴的晶格常数为和沿a轴的晶格常数为蓝宝石具有C(0001)面、A(1120)面和R(1102)面。在这种情况下，由于C面有利于氮化物薄膜的生长，并且在高温下是稳定的，所以C面主要用作氮化物生长基底。如上所述，缓冲层1008可以设置有由氮化物形成的未掺杂半导体层，并且可以减少在缓冲层上生长的发光结构中的晶格缺陷。
参照图64，在第一导电类型半导体层1003上形成第一导电类型接触层1004。考虑到光反射功能和与第一导电类型半导体层1003的欧姆接触功能，第一导电类型接触层1004可以由Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt或Au形成。可以适当地使用诸如溅射工艺或沉积工艺的已知工艺。参照图65，在第一导电类型接触层1004和发光结构中形成槽。具体地讲，在后续工艺中用导电材料填充槽，以形成电连接到第二导电类型半导体层1001的导电通孔。槽穿过第一导电类型接触层1004、第一导电类型半导体层1003和活性层1002，在槽的底表面暴露第二导电类型半导体层1001。也可以利用已知的蚀刻工艺(例如，ICP-RIE)来执行图65中的形成槽的工艺。
参照图66，沉积诸如SiO2、SiOxNy或SixNy的材料来形成覆盖第一导电类型接触层1004的顶表面和槽的侧壁的绝缘体1006。在这种情况下，需要使与槽的底表面对应的第二导电类型半导体层1001的至少一部分暴露。因此，可以将绝缘体1006形成为不覆盖槽的整个底表面。
参照图67，在槽的内部且在绝缘体1006上形成导电材料，以形成导电通孔V和导电基底1007。因此，导电基底1007连接到与第二导电类型半导体层1001连接的导电通孔V。导电基底1007可以由包括Au、Ni、Al、Cu、W、Si、Se和GaAs中的任何一种的材料形成。可以利用镀覆工艺、溅射工艺、沉积工艺或结合工艺来形成导电基底807。在这种情况下，导电通孔V和导电基底1007可以由相同的材料形成。然而，在一些情况下，导电通孔V和导电基底1007可以由不同的材料形成，并且可以通过单独的工艺来形成。例如，在通过沉积工艺形成导电通孔V之后，可以用发光结构结合已经形成的导电基底1007。
参照图68，去除半导体生长基底B，以暴露缓冲层1008。在这种情况下，可以利用激光剥离工艺或化学剥离工艺来去除半导体生长基底B。图68示出了去除了半导体生长基底B时的半导体发光器件。另外，图68与图67相比翻转了180度。
参照图69，去除发光结构的一部分，即，第一导电类型半导体层1003、活性层1002和第二导电类型半导体层1001的一部分，以暴露第一导电类型接触层1004。这样做是为了通过暴露的第一导电类型接触层1004施加电信号。虽然没有示出，但是还可以执行在第一导电类型接触层1004的暴露区域上形成电极焊盘的工艺。为了使第一导电类型接触层1004暴露，可以利用ICP-RIE等来蚀刻发光结构。在这种情况下，如图70所示，为了防止在蚀刻工艺过程中第一导电类型接触层1004的材料移动到并附于发光结构的侧表面，可以预先在发光结构内形成蚀刻停止层1010。此外，为了进一步确保绝缘结构，可以在蚀刻发光结构之后，在发光结构的侧表面上形成图60中的钝化层1009。
参照图71，在缓冲层1008上形成不平坦结构。在这种情况下，主要形成不平坦结构的区域是缓冲层1008的因去除了半导体生长基底B而被暴露的顶表面。不平坦结构可以提高光提取效率。在这种情况下，可以利用干蚀刻工艺或湿蚀刻工艺来形成不平坦结构。可以利用湿蚀刻工艺来形成具有不规则尺寸、形状和周期的刻面的不平坦结构。在该实施例中，即使不去除导电率低的缓冲层1008，在向第二导电类型半导体层1001施加电信号时也不存在问题。通过在缓冲层1008中形成不平坦结构，可以确保第二导电类型半导体层1001的均匀厚度。
图72至图75是示出了制造根据本发明另一实施例的半导体发光器件的方法的剖视图。具体地讲，图72至图75示出了制造上面参照图62描述的半导体发光器件的方法。在这种情况下，可以在该实施例中采用上面参照图63至图65描述的工艺。在下文中，下面将描述在第一导电类型接触层1204和发光结构中形成槽之后的后续工艺。
参照图72，沉积诸如SiO2、SiOxNy或SixNy的材料来形成覆盖第一导电类型接触层1204的顶表面和槽的侧壁的绝缘体1206。可以将绝缘体1206称作第一绝缘体，以使其与在后续工艺中形成为覆盖第二导电类型电极1209的绝缘体相区分。与前述实施例的不同之处在于：因为导电基底1207和第一导电类型接触层1204必须电连接在一起，所以绝缘体1206没有形成在第一导电类型接触层1204的整个顶表面上。即，可以通过预先考虑第一导电类型接触层1204的顶表面的一部分来形成绝缘体1206，具体地讲，在将要形成连接到第二导电类型半导体层1201的第二导电类型电极1209的区域上形成绝缘体1206。
参照图73，在槽的内部并且在绝缘体1206上形成导电材料，从而形成第二导电类型电极1209。因此，第二导电类型电极1209可以包括连接到第二导电类型半导体层1201的导电通孔V。在该步骤中，在将要形成第二导电类型电极1209的区域中预先形成绝缘体1206。因此，可以沿着绝缘体1206来形成第二导电类型电极1209。具体地讲，第二导电类型电极1209可以沿水平方向从导电通孔V延伸，从而第二导电类型电极1209暴露于外部并且用作电连接部分。
参照图74，形成绝缘体1206以覆盖第二导电类型电极1209，并且在绝缘体1206上形成导电基底1207，从而导电基底1207电连接到第一导电类型接触层1204。在这种情况下，可以将在该工艺中形成的绝缘体1206称作第二绝缘体。第二绝缘体和第一绝缘体可以构成单个的绝缘结构。由于该工艺，可以使第二导电类型电极1209与第一导电类型接触层1204、导电基底1207等电分离。参照图75，去除半导体生长基底B，以暴露缓冲层1208。虽然没有示出，但是可以利用上述工艺来执行去除发光结构的一部分以暴露第二导电类型电极1209的工艺和在缓冲层1208中形成不平坦结构的工艺。
下面将参照图76至图89来描述根据本发明另一实施例的半导体发光器件。
图76是根据本发明另一实施例的半导体发光器件的示意性剖视图，图77是图76的半导体发光器件的电路图。参照图76，根据本发明该实施例的半导体发光器件1300包括位于基底1306上的多个发光结构C1和C2。发光结构C1和C2电连接在一起。在下文中，这两个发光结构将分别称作第一发光结构C1和第二发光结构C2。第一发光结构C1和第二发光结构C2中的每个包括顺序堆叠的第一导电类型半导体层1303、活性层1302和第二导电类型半导体层1301。另外，第一发光结构C1和第二发光结构C2包括用于电连接的第一电连接部分1304和第二电连接部分1307。
第一电连接部分1304形成在第一导电类型半导体层1303的下方，并且可执行欧姆接触和光反射功能以及电连接功能。第二电连接部分1307电连接到第二导电类型半导体层1301。第二电连接部分1307包括穿过第一电连接部分1304、第一导电类型半导体层1303和活性层1302的导电通孔V，因此第二电连接部分1307可以连接到第二导电类型半导体层1301。第一发光结构C1的第二电连接部分(即，导电通孔V)和第二发光结构C2的第一电连接部分1304通过基底1306电连接在一起。为此，基底1306由导电材料形成。由于这种电连接结构，使得即使施加外部AC电压，半导体发光器件1300也是可操作的。
在该实施例中，第一导电类型半导体层1303和第二导电类型半导体层1301可以分别是p型半导体层和n型半导体层，并且可以由氮化物半导体形成。在该实施例中，第一导电类型和第二导电类型可以分别理解为但不限于p型和n型。第一导电类型半导体层1303和第二导电类型半导体层1301具有组成AlxInyGa(1-x-y)N(其中，0≤x≤1，0≤y≤1且0≤x+y≤1)，例如，GaN、AlGaN、InGaN等。形成在第一导电类型半导体层1303和第二导电类型半导体层1301之间的活性层1302因电子/空穴复合而发射具有预定能量的光，并且可以具有量子阱层和量子势垒层交替堆叠的多量子阱(MQW)结构。例如，InGaN/GaN结构可以用于多量子阱结构。
如上所述，第一电连接部分1304可以将活性层1302发射的光朝着半导体发光器件130的顶部反射，即，朝着第二导电类型半导体层1301反射。此外，第一电连接部分1304可以与第一导电类型半导体层1303形成欧姆接触。考虑到该功能，第一电连接部分1304可以包含Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt或Au。在这种情况下，虽然没有详细地示出，但是第一电连接部分1304可以具有能够提高反射效率的结构。具体地讲，第一电连接部分1304可以具有包括Al、Ag、Ni/Ag、Zn/Ag、Ni/Al、Zn/Al、Pd/Ag、Pd/Al、Ir/Ag、Ir/Au、Pt/Ag、Pt/Al、Ni/Ag/Pt和它们的组合中的至少一种的结构。
在制造半导体发光器件1300的过程中，基底1306用作在激光剥离工艺等中支撑第一发光结构C1和第二发光结构C2的支撑体。导电基底可以用来使第一发光结构C1和第二发光结构C2电连接。基底1306可以由包括Au、Ni、Al、Cu、W、Si、Se和GaAs中的任何一种的导电材料形成，例如，由纯Cu或AlSi(Si和Al的组合)形成。在这种情况下，根据所选择的材料，可以利用镀覆方法、沉积方法或结合方法来形成基底1306。
设置在第二电连接部分1307中的导电通孔V连接到第二导电类型半导体层1301的内部。为了降低接触电阻，可以适当地调整导电通孔V的数量、形状和间距及导电通孔V和第二导电类型半导体层1301的接触面积。在这种情况下，由于需要使导电通孔V与活性层1302、第一导电类型半导体层1303和第一电连接部分1304电分离，所以在导电通孔V与相应的层1302、1303和1304之间形成绝缘体1305。绝缘体1305可以由具有电绝缘特性的任何材料形成。优选地，绝缘体1305由吸收少量光的材料形成。例如，绝缘体1305可以由氧化硅、氮化硅或其他绝缘材料形成，例如，由SiO2、SiOxNy、SixNy等形成。
在该实施例中，当第二电连接部分1307形成在第二导电类型半导体层1301的下部时，不需要在第二导电类型半导体层1301的顶表面上单独形成电极。因此，可以增加出射到第二导电类型半导体层1301的顶表面的光的量。在这种情况下，由于导电通孔V形成在活性层1302的一部分处，所以减小了发光区域。然而，由于在第二导电类型半导体层1301的顶表面上不形成电极，所以可以进一步提高光提取效率。同时，在根据本发明该实施例的半导体发光器件1300中，由于在第二导电类型半导体层1301的顶表面上不设置电极，所以整个电极布置与水平电极结构更为相似，而不是与垂直电极结构相似。然而，通过形成在第二导电类型半导体层1301内部的导电通孔V，可以充分地确保电流扩展效应。此外，可以在第二导电类型半导体层1301的顶表面上形成不平坦结构。这种结构可以增大使从活性层1302入射的光将被出射到外部的可能性。
如上所述，可以以AC电压来驱动半导体发光器件。为此，如图77所示，第一发光结构C1和第二发光结构C2形成n-p结。例如，通过将第一发光结构C1的第二电连接部分V连接到第二发光结构C2的第一电连接部分1304，并且向第一发光结构C1的第一电连接部分1304和第二发光结构C2的第二电连接部分1307施加外部电压，可以实现该n-p结。具体地讲，在图77中的(a)中，端子A和端子B分别对应于第一发光结构C1的第一电连接部分1304和第二发光结构C2的第二电连接部分1307。端子C对应于基底1306。在这种情况下，如图77中的(b)所示，通过连接端子A和端子B并且向端子A和端子B的连接结点与端子C施加AC信号，可以实现AC发光器件。
图78至图80是示出了图76的半导体发光器件的修改实施例的示意性剖视图。图78至图80的修改实施例与前述实施例的不同在于发光结构之间的电连接结构，而其电路图与图77的电路图相同。在图78的半导体发光器件1400中，第一发光结构C1和第二发光结构C2设置在基底1406上。第一发光结构C1具有与图76中的第一发光结构的结构相同的结构。与上述实施例不一样，可以在发光结构的一部分采用垂直电极结构。在该实施例中，第二发光结构C2具有垂直电极结构。具体地讲，第一导电类型半导体层1403、活性层1402和第二导电类型半导体层1401顺序地形成在连接到基底1406的第一电连接部分1404上，第二电连接部分1407形成在第二导电类型半导体层1401上。
图79和图80示出了图76和图78的基底由具有电绝缘特性的材料形成的结构。图79的半导体发光器件1500包括位于具有电绝缘特性的基底1506上的第一发光结构C1和第二发光结构C2。在这种情况下，与图76的实施例一样，第一发光结构C1和第二发光结构C2中的每个包括堆叠在第一电连接部分1504上的第一导电类型半导体层1503、活性层1502和第二导电类型半导体层1501。第二电连接部分1507a和1507b具有连接到第二导电类型半导体层1501的导电通孔V。另外，形成绝缘体1505，以使第二电连接部分1507a和1507b与第一电连接部分1504、第一导电类型半导体层1503和活性层1502电分离。由于使用了电绝缘基底1506，所以第一发光结构C1的第二电连接部分1507a通过从导电通孔V沿与基底1506平行的方向延伸的区域连接到第二发光结构C2的第一电连接部分1504。
与图78的实施例一样，在图80的半导体发光器件1600的情况下，第二发光结构C2包括顺序形成在第一电连接部分1604上的第一导电类型半导体层1603、活性层1602和第二导电类型半导体层1601。第二电连接部分1607b形成在第二导电类型半导体层1601上。由于使用了电绝缘基底1606，所以第一发光结构C1的第二电连接部分1607a从连接到第二导电类型半导体层1601的导电通孔V沿与基底1606平行的方向延伸到第二发光结构C2。因此，第一发光结构C1和第二发光结构C2可以共用第二电连接部分1607a。
同时，虽然在上述实施例中利用两个发光结构来实现AC驱动的发光器件，但是可以对发光结构(即，发光二极管(LED))的数量和连接结构来进行各种修改。图81是根据本发明该实施例的半导体发光器件的电路图。在图81中，每个二极管对应于LED，即，发光结构。图81的电路图对应于所谓的具有十四个发光结构的梯形网络电路。在这种情况下，当施加正向电压时，九个发光结构工作。即使施加反向电压，也有九个发光结构工作。为此，如图81所示，有三种基本的电连接结构，即，n-p结、n-n结和p-p结。下面将描述n-p结、n-n结和p-p结的示例。使用那些基本的结，能够获得具有各种数量的LED和各种电路构造的AC驱动的发光器件。
图82和图83是示出了n-p结的实现示例的示意性剖视图。参照图82和图83，形成n-p结的第一发光结构C1和第二发光结构C2设置在基底1706和1706’上。第一发光结构C1和第二发光结构C2中的每个包括顺序地堆叠在第一电连接部分1704上的第一导电类型半导体层1703、活性层1702和第二导电类型半导体层1701。导电通孔V连接到第二导电类型半导体层1701的内部，形成绝缘体1705以使导电通孔V与第一电连接部分1704、第一导电类型半导体层1703和活性层1702电分离。第一发光结构C1的第二电连接部分1707连接到第二发光结构C2的第一电连接部分1704。在这种情况下，图82的使用电绝缘基底1706的结构和图83的使用导电基底1706’的结构在第二电连接部分1707的形式方面有所不同，并且分别与图79和图76的结构相似。由于在AC驱动方面，n-p结的情形通过连接到其他发光结构来构成整个器件，而不是单独使用n-p结，所以可以理解，设置在第二发光结构C2中的第二电连接部分(即，导电通孔V)不是用来施加外部电信号的结构，而是处于电连接到另一发光结构的状态。
图84至图86是示出了n-n结的实现示例的示意性剖视图。参照图84至图86，形成n-n结的第一发光结构C1和第二发光结构C2设置在基底1806和1806’上。第一发光结构C1和第二发光结构C2中的每个包括顺序地堆叠在第一电连接部分1804上的第一导电类型半导体层1803、活性层1802和第二导电类型半导体层1801。导电通孔V连接到第二导电类型半导体层1801的内部，形成绝缘体1805以使导电通孔V与第一电连接部分1804、第一导电类型半导体层1803和活性层1802电分离。为了形成n-n结，需要连接第一发光结构C1和第二发光结构C2的第二电连接部分1807。作为一个示例，如图84所示，设置在第一发光结构C1和第二发光结构C2中的导电通孔V可以通过导电基底1806连接在一起。此外，如图85所示，在使用电绝缘基底1806’的情况下，第二电连接部分1807可以通过沿与基底1806’平行的方向延伸的区域连接设置在第一发光结构C1和第二发光结构C2中的导电通孔V。除了使用电连接部分的连接方法之外，还可以如图86所示来使用第二导电类型半导体层1801’。第一发光结构C1和第二发光结构C2可以共用第二导电类型半导体层1801’。在这种情况下，可以实现n-n结，而无需单独地连接设置在第一发光结构C1和第二发光结构C2中的导电通孔。
图87至图89是示出了p-p结的实现示例的示意性剖视图。参照图87至图89，形成p-p结的第一发光结构C1和第二发光结构C2设置在基底1906和1906’上。第一发光结构C1和第二发光结构C2中的每个包括顺序地堆叠在第一电连接部分1904上的第一导电类型半导体层1903、活性层1902和第二导电类型半导体层1901。导电通孔V连接到第二导电类型半导体层1901的内部，形成绝缘体1905以使导电通孔V与第一电连接部分1904、第一导电类型半导体层1903和活性层1902电分离。为了形成p-p结，需要连接第一发光结构C1和第二发光结构C2的第一电连接部分1904。在这种情况下，导电通孔V可以连接到其他发光结构(未示出)，从而构成整个AC发光器件。作为p-p结的一个示例，如图87所示，设置在第一发光结构C1和第二发光结构C2中的第一电连接部分1904可以通过导电基底1906连接在一起。此外，如图88所示，在使用电绝缘基底1906’的情况下，第一电连接部分1904可以通过单独的金属连接层1908连接在一起。此外，如图89所示，对于第一发光结构C1和第二发光结构C2，可以采用共同使用第一电连接部分1904的结构代替单独的连接金属层。
下面将参照图90至图100来描述根据本发明另一实施例的半导体发光器件。
图90是根据本发明该实施例的垂直型半导体发光器件的剖视图，图91和图92是示出了图90的垂直型半导体发光器件的修改实施例的剖视图。
参照图90，根据本发明该实施例的垂直型半导体发光器件2000包括由n型半导体层2001、p型半导体层2003及形成在n型半导体层2001和p型半导体层2003之间的活性层2002构成的发光结构。反射金属层2004和导电基底2005形成在发光结构下方。此外，n型电极2006形成在n型半导体层2001上，具有不平坦结构的钝化层2007形成为覆盖发光结构的侧表面。
n型半导体层2001和p型半导体层2003可以由氮化物半导体形成。即，n型半导体层2001和p型半导体层2003可以由掺杂有n型杂质和p型杂质的半导体材料形成，所述半导体材料具有组成AlxInyGa(1-x-y)N(其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)，例如，GaN、AlGaN、InGaN等。n型杂质的示例包括Si、Ge、Se、Te等，p型杂质的示例包括Mg、Zn、Be等。同时，为了提高沿垂直方向发射的光的效率，可以在n型半导体层2001的顶表面上形成不平坦结构。
形成在n型氮化物半导体层2001和p型氮化物半导体层2003之间的活性层2002因电子/空穴复合而发射具有预定能量的光，并且可以具有量子阱层和量子势垒层交替堆叠的多量子阱(MQW)结构。例如，InGaN/GaN结构可以用于多量子阱结构。
反射金属层2004可以将活性层2002发射的光朝着n型氮化物半导体层2001反射，并且可以由Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt或Au形成。在这种情况下，虽然没有详细地示出，但是反射金属层2004可以具有能够提高反射效率的结构。具体地讲，反射金属层2004可以包括Ag、Al、Ni/Ag、Zn/Ag、Ni/Al、Zn/Al、Pd/Ag、Pd/Al、Ir/Ag、Ir/Au、Pt/Ag、Pt/Al、Ni/Ag/Pt和它们的组合中的任何一种。在该实施例中，反射金属层2004不是必需的元件。在一些情况下，可以省略反射金属层2004。
导电基底2005用作p型电极，并且用作在随后将描述的激光剥离工艺中支撑发光结构(即，n型半导体层2001、活性层2002和p型半导体层2003)的支撑体。在这种情况下，导电基底2005可以包含选自于由Si、Cu、Ni、Au、W和Ti组成的组中选择的至少一种材料。根据所选择的材料，可以利用镀覆方法、沉积方法或结合方法来形成导电基底2005。
钝化层2007是用来保护发光结构(具体地讲，活性层2002)的绝缘体。钝化层2007形成在去除了发光结构的一部分的区域中。具体地讲，如图90所示，钝化层2007可以延伸到n型半导体层2001的顶表面的一部分和反射金属层2004的顶表面的一部分以及发光结构的侧表面。在不采用反射金属层2004的情况下，钝化层2007形成在导电基底2005的顶表面上。在去除并暴露发光结构的一部分的情况下，如图90所示，暴露的侧面可以向上倾斜。这种结构可以使得发光面积增大。此外，可以更加容易形成钝化层2007。
为了执行保护功能，钝化层2007可以由诸如SiO2、SiOxNy、SixNy等氧化硅或氮化硅形成，并且可以具有大约0.01μm至2μm的厚度。因此，钝化层2007可以具有大约1.4至2.0的折射率。由于空气或封装件模制结构以及折射率差异，会难以使从活性层2002发射的光出射到外部。具体地讲，在根据本发明该实施例的垂直型半导体发光器件2000的情况下，由于p型半导体层2003相对薄，所以沿着活性层2002的横向方向发射的光可以穿过钝化层2007并且出射到外部。然而，因为相对于钝化层2007的外表面的入射角非常小，所以难以使从活性层2002朝着钝化层2007沿横向方向发射的光出射到外部。
在该实施例中，通过在钝化层2007中形成不平坦结构提高了外部光提取效率。具体地讲，如图90所示，当在沿活性层2002的横向方向出射的光所穿过的区域中形成不平坦结构时，出射到垂直型半导体发光器件2000的侧表面的光的量可以增大。可以认为沿着活性层2002的横向方向出射的光所穿过的区域是反射金属层2004的顶表面的没有形成发光结构的部分。具体地讲，当对在钝化层2007中采用不平坦结构的情况与在钝化层2007中不采用不平坦结构的情况进行对比时，在除了不平坦结构之外的所有元件均相同的条件下，光提取效率提高了大约5％以上。同时，虽然不是必需需要的，但是钝化层2007的不平坦结构可形成在与n型半导体层2001的顶表面对应的区域上。在这种情况下，可以提高垂直方向上的光提取效率。
如图91和图92所示，为了使外部光提取效率最大，可以以各种方式修改钝化层的不平坦结构形成区域。参照图91，不平坦结构可以形成到钝化层2007′的侧表面。另外，参照图92，不平坦结构还可以形成在钝化层2007″的底表面上，即，形成在指向反射金属层2004的表面上。在这种情况下，具有对应形状的图案可以形成在反射金属层2004上。
图93至图96是示出了制造上面参照图90描述的垂直型半导体发光器件的方法的剖视图。
参照图93，通过诸如MOCVD、MBE、HVPE等半导体生长工艺顺序地生长n型半导体层2001、活性层2002和p型半导体层2003，在用于半导体单晶生长的基底2008上形成发光结构。可以由蓝宝石、SiC、MgAl2O4、MgO、LiAlO2、LiGaO2或GaN形成基底B。蓝宝石是具有Hexa-Rhombo R3c对称性的晶体，并且沿c轴的晶格常数为和沿a轴的晶格常数为蓝宝石具有C(0001)面、A(1120)面和R(1102)面。在这种情况下，因为C面有助于氮化物薄膜的生长并且在高温下是稳定的，所以C面主要用作氮化物生长基底。
参照图94，通过镀覆工艺或子安装结合(sub-mount bonding)工艺在p型半导体层2003上形成反射金属层2004和导电基底2008。虽然没有详细地示出，但是通过诸如激光剥离或化学剥离工艺的合适的剥离工艺来去除基底2008。
参照图95，去除发光结构的一部分，用于基于器件的切割和钝化层的形成。在这种情况下，因去除而被暴露的侧表面可以向上倾斜。另外，为了提高沿垂直方向的光提取效率，通过对n型半导体层2001的顶表面(即，通过去除用于半导体单晶生长的基底2008而被暴露的表面)的湿蚀刻工艺来形成不平坦结构。
参照图96，形成钝化层2007用来保护发光结构。在该步骤，例如，可以通过适当地沉积氧化硅或氮化硅来形成钝化层2007。可以通过在钝化层2007的光出射表面上形成不平坦结构来提高横向发光效率。在这种情况下，可以使用本领域技术人员已知的干蚀刻工艺或湿蚀刻工艺来形成不平坦结构。另外，如果需要的话，那么可以在钝化层2007的另一光出射表面上形成不平坦结构。在形成钝化层2007之后，通过在n型半导体层2001的顶表面上形成n型电极来获得图90的结构。
本发明的该实施例提供了一种修改的垂直型半导体发光器件，以进一步增强电学特性和光学特性。
图97是根据本发明另一实施例的半导体发光器件的示意性剖视图。参照图97，半导体发光器件2100包括导电基底2105、发光结构、第二导电类型电极2106和钝化层2107。发光结构包括顺序地形成在导电基底2105上的第一导电类型半导体层2103、活性层2102和第二导电类型半导体层2101。第二导电类型电极2106向第二导电类型半导体层2101施加电信号。钝化层2107具有位于发光结构的侧表面上的不平坦结构。与图90等的结构相比，图97的活性层2102设置在相对上部，但是可以以各种方式改变活性层2102的位置。例如，活性层2102可以形成在与钝化层2107的底表面所处的高度相似的高度。
与在n型半导体层的去除了蓝宝石基底的暴露表面上形成n型电极的前述实施例不一样，通过使用导电通孔使n型电极沿n型半导体层的下部的方向暴露于外部。具体地讲，第二导电类型电极2106包括导电通孔V和电连接部分P。导电通孔V穿过第一导电类型半导体层2104和活性层2102，并且在第二导电类型半导体层2101的内部连接到第二导电类型半导体层2101。电连接部分P从导电通孔V延伸并暴露于发光结构的外部。在这种情况下，由于需要使第二导电类型电极2106与第一导电类型半导体层2103和活性层2102电分离，所以在第二导电类型电极2106的周围适当地形成绝缘体2108。可以由任何具有低导电率的材料形成绝缘体2108。优选地，吸光度低的材料用于绝缘体2108。例如，绝缘体2108可以由与钝化层2107的材料相同的材料形成。
第二导电类型电极2106可以由可以与第二导电类型半导体层2101形成欧姆接触的金属材料形成。另外，整个第二导电类型电极2106可以由同一材料形成。然而，由于电连接部分P可以用作键合焊盘部分，所以电连接部分可以由与其他部分的材料不同的材料形成。同时，考虑到上述制造工艺，第一导电类型半导体层2103和第二导电类型半导体层2101可以分别是但不限于p型半导体层和n型半导体层。如图97所示，第一接触层2104还可以形成在第一导电类型半导体层2103和导电基底2105之间。第一接触层2104可以由高反射率的金属(例如，Ag或Al)形成。在这种情况下，第一接触层2104和第二导电类型电极2106通过绝缘体2108彼此电分离。
由于这种电连接结构，使得可以不从顶表面施加电信号，而是从第二导电类型半导体层2101的内部施加电信号。具体地讲，由于没有在第二导电类型半导体层2101的顶表面上形成电极，所以发光面积可以增加，并且可以通过形成在第二导电类型半导体层2101内部的导电通孔V来增强电流扩展效应。在这种情况下，可以通过适当地调整导电通孔V的数量、面积和形状获得期望的电学特性。在该实施例中，诸如形成导电基底的工艺或去除蓝宝石基底的工艺的主要工艺使用了通常用在制造垂直型半导体发光器件中的工艺。然而，可以认为通过这些工艺获得的结构较接近于水平结构。因此，根据本发明该实施例的半导体发光器件可以称作垂直结构和水平结构组合的垂直/水平型结构。
与前面的实施例一样，钝化层2107形成在发光结构的侧表面上，不平坦结构形成在从活性层2102出射的光的路径上，从而提高了沿横向方向从活性层2102朝着钝化层2107出射的光的提取效率。此外，如图97所示，也可以在第二导电类型半导体层2101的顶表面上形成不平坦结构。虽然没有示出，但是也可以在钝化层2107的倾斜侧表面上形成不平坦结构。
图98是示出了图97的半导体发光器件的修改实施例的示意性剖视图。图98的实施例具有在图92的结构中还包括蚀刻停止层2109的结构。因此，下面将仅描述蚀刻停止层2109。蚀刻停止层2109形成在至少导电基底2105的顶表面的没有形成发光结构的区域中。蚀刻停止层2109由对特定的蚀刻工艺具有与构成发光结构的半导体材料(氮化物半导体)的蚀刻特性不同的蚀刻特性的材料(例如，诸如SiO2的氧化物)形成。由于在发光结构的蚀刻过程中会蚀刻到设置了蚀刻停止层2109的区域，所以可以通过蚀刻停止层2109来控制蚀刻深度。在这种情况下，为了有利于蚀刻工艺，蚀刻停止层2109和绝缘体2108可以由相同的材料形成。当因为需要使第二导电类型电极2106暴露于外部而蚀刻发光结构时，构成导电基底2105或第一接触层2104的材料沉积在发光结构的侧表面上，从而导致发生漏电流。可以通过在将要被蚀刻并去除的发光结构下方预先形成蚀刻停止层2109使这样的问题最小化。
图99是根据本发明另一实施例的半导体发光器件的示意性剖视图。图100示出了在图99的结构中还包括蚀刻停止层的结构。参照图99，半导体发光器件2200包括导电基底2205、发光结构、第二接触层2204、导电通孔V和钝化层2207。发光结构包括顺序地形成在导电基底2205上的第一导电类型半导体层2203、活性层2202和第二导电类型半导体层2201。第一接触层2204向第一导电类型半导体层2203施加电信号。导电通孔V从导电基底2205向上延伸到第二导电类型半导体层2201的内部。钝化层2207在发光结构的侧表面上具有不平坦结构。
与图97的结构不同，导电基底2205电连接到第二导电类型半导体层2201，连接到第一导电类型半导体层2203的第一接触层2204具有电连接部分P并暴露于外部。导电基底2205可以通过绝缘体2208与第一接触层2204、第一导电类型半导体层2203和活性层2202电分离。即，与图97的连接到第二导电类型半导体层2101的第二导电类型电极2106暴露于外部从而提供电连接部分P的实施例的不同，连接到第一导电类型半导体层2203的第一接触层2204暴露于外部，从而提供电连接部分P。除了电连接方法之外，从这些结构获得的的效果与图97的效果相同。如图100所示，可以采用蚀刻停止层2209。与图97的实施例相比，图99的第一接触层2204暴露于外部的实施例在形成绝缘体2208的工艺中较为容易。
下面将参照图101至图119来描述根据本发明另一实施例的半导体发光器件。
参照图101，根据本发明该实施例的半导体发光器件2300可以具有下面的半导体堆叠结构。按顺序堆叠由Si-Al合金形成的基底(以下称作Si-Al合金基底)2301、形成在Si-Al合金基底2301的顶表面和底表面上的钝化层2320、结合金属层2302、反射金属层2303、p型半导体层2304、活性层2305和n型半导体层2306。p型半导体层2304、n型半导体层2306和活性层2305可以由GaN基半导体(例如，AlxGayIn(1-x-y)N(其中，0≤x≤1、0≤y≤1和0≤x+y≤1))形成，并且形成发光结构。
n型电极2307形成在n型半导体层2306上。设置在结合金属层2302和p型半导体层2304之间的反射金属层2303沿向上的方向反射从半导体层入射的光，从而进一步提高半导体发光器件的亮度。反射金属层2303可以由高反射率金属或者包括该高反射率金属的至少一种材料形成，高反射率金属例如为Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Ni/Ag、Zn/Ag、Ni/Al、Zn/Al、Pd/Ag、Pd/Al、Ir/Ag、Ir/Au、Pt/Ag、Pt/Al和Ni/Ag/Pt。然而，在一些情况下，可以不形成反射金属层2303。结合金属层2302起着将Si-Al合金基底2301与发光结构结合的作用，在此可以使用导电粘结剂。导电粘结剂的示例包括Au、Sn、Ni、Au-Sn、Ni-Sn、Ni-Au-Sn和Pb-Sr。在该实施例中，虽然半导体发光器件2300包括结合金属层2302，但是可以将Si-Al合金基底2301直接结合在p型半导体层2304上，而无需使用结合金属层2302。因此，半导体发光器件2300使用导电基底作为Si-Al合金基底2301。
Si-Al合金在其热膨胀系数、导热率、机械工艺和价格方面有着优势。即，Si-Al合金基底2301的热膨胀系数与蓝宝石基底的热膨胀系数相似。因此，在制造半导体发光器件2300时使用Si-Al合金基底2301减少了在结合现有的Si导电基底的工艺中和通过激光照射使蓝宝石基底分离的工艺中先前出现的基底的翘曲和发光结构中的裂纹。因此，可以获得高质量低缺陷的半导体发光器件2300。
另外，因为Si-Al合金基底2301的导热率在大约120W/m·k至180W/m·k的范围内，所以Si-Al合金基底2301具有优异的散热特性。此外，由于可以通过在高压下熔化Si和Al来容易地制造Si-Al合金基底2301，所以可以以低成本容易地获得Si-Al合金基底2301。
具体地讲，根据本发明该实施例的半导体发光器件2300还包括Si-Al合金基底2301的顶表面和底表面上的钝化层2320。钝化层2320防止化学物质在清洁工艺期间渗透到Si-Al合金基底2301中。钝化层2320可以由金属或导电材料形成。当钝化层2320由金属形成时，钝化层2320可以包含Ni、Au、Cu、W、Cr、Mo、Pt、Ru、Rh、Ti、Ta和它们的合金中的任何一种。在这种情况下，可以利用无电镀工艺、金属沉积工艺、溅射工艺或CVD工艺来形成钝化层2320。还可在Si-Al合金基底2301和金属钝化层2320之间形成在镀覆钝化层2320的工艺期间用作晶种的晶种金属层2310。晶种金属层2310可以由Ti/Au形成。此外，钝化层2320可以由导电材料形成，例如由氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)或氧化铟铜(CIO)形成。在这种情况下，可以利用沉积工艺或溅射工艺形成钝化层2320。钝化层2320可以以范围在大约0.01μm～20μm的厚度范围形成。优选地，钝化层2320以大约1μm～10μm的厚度范围形成。
下面将参照图102至图109来描述根据本发明实施例的制造半导体发光器件的方法。图102至图109是示出了制造根据本发明实施例的半导体发光器件的方法的剖视图。
如图102所示，准备蓝宝石基底2350作为生长基底。如图103所示，在蓝宝石基底2350上顺序地形成n型半导体层2306、活性层2305和p型半导体层2304。如图104所示，在p型半导体层2304上形成反射金属层2303。反射金属层2303由高反射率金属形成，例如，由Au、Al、Ag或Ru形成。在一些情况下，可以不形成反射金属层2303。如图105所示，在Si-Al合金基底2301的表面上形成钝化层2320。可以利用金属或导电材料形成钝化层2302。
当钝化层2320由金属形成时，钝化层2320可以包含Ni、Au、Cu、W、Cr、Mo、Pt、Ru、Rh、Ti、Ta和它们的合金中的任何一种。在这种情况下，可以利用无电镀工艺、金属沉积工艺、溅射工艺或CVD工艺来形成钝化层2320。当利用无电镀工艺形成金属钝化层2320时，还可以在形成钝化层2320之前在Si-Al合金基底2301的表面上形成在镀覆钝化层2320的工艺期间用作晶种的晶种金属层2310。
当由导电材料形成钝化层2320时，可以由ITO、IZO或CIO形成钝化层2320。在这种情况下，可以利用沉积工艺或溅射工艺形成钝化层2320。可以以大约0.01μm～20μm的厚度范围形成钝化层2320。优选地，以大约1μm～10μm的厚度范围形成钝化层2320。如果钝化层2320的厚度小于0.01μm，则钝化层2320不可能防止诸如HCl、HF、KOH等化学物质的渗透，随后将对此进行描述。如果钝化层2320的厚度大于20μm，则可以改变Si-Al合金基底2301的热膨胀系数。因此，将钝化层2320形成为上面的厚度范围。
虽然没有示出，但是在形成钝化层2320之后，可以通过对钝化层2320的表面执行化学机械抛光(CMP)工艺来改进表面粗糙度。
如图106中所示，利用结合金属层2302将其表面上形成了钝化层2320的Si-Al合金基底2301结合到反射金属层2303。虽然可以利用结合金属层2302结合Si-Al合金基底2301，但是可以在反射金属层2303上直接结合在其表面上形成了钝化层2320的Si-Al合金基底2301。
如图107所示，通过激光剥离(LLO)工艺使蓝宝石基底2350与n型半导体层2306分离。在分离蓝宝石基底2350之后，可以利用诸如HCl、HF或KOH的化学物质来执行清洁工艺。
如图108所示，在通过蓝宝石基底2350的分离而被暴露的n型半导体层2306上形成多个n型电极2307。在形成n型电极2307之前，可以对n型半导体层2306的表面执行利用KOH等的纹理化工艺，以提高半导体发光器件的光提取效率。
如图109所示，将n型电极2307之间的n型半导体层2306、活性层2305、p型半导体层2304、反射金属层2303、结合金属层2302、钝化层2320、晶种金属层2310和Si-Al合金基底2301切割成芯片。因此，可以获得半导体发光器件2300。
在根据本发明该实施例的半导体发光器件中，在Si-Al合金基底2301的表面上形成诸如Ni的钝化层2320可以防止Si-Al合金基底2301的铝(Al)被在蓝宝石基底2350的分离之后的清洁工艺中使用的诸如HCl、HF或KOH的化学物质蚀刻，或者防止Si-Al合金基底2301的铝(Al)被在n型半导体层2306的表面上的纹理化工艺中使用的KOH蚀刻。因此，根据本发明该实施例的半导体发光器件可以防止在Si-Al合金基底2301的表面上形成不平坦图案。因此，能够防止附于Si-Al合金基底2301上的发光结构的剥离。
当诸如Ni的金属用于钝化层2320时，Si-Al合金基底2301的表面粗糙度得以改善，从而使Si-Al合金基底2301和发光结构紧密地附着。在传统技术中，在形成结合金属层2302之前，执行使用诸如酸的化学物质的清洁工艺，以去除天然氧化物层，并且在蚀刻Si-Al合金基底2301的表面上的铝(Al)的同时形成大约200nm～500nm的表面不平坦图案。然而，根据本发明的该实施例，如果在Si-Al合金基底2301的表面上由诸如Ni的金属形成钝化层2320之后执行Ni CMP工艺，则不平坦图案减少至小于5nm，从而提高了像镜面一样的表面粗糙度。
如图110所示，作为修改实施例的半导体发光器件2300’与前述实施例基本相同。然而，并不是在Si-Al合金基底2301的整个顶表面和底表面上形成钝化层2320。具体地讲，在Si-Al合金基底2301的顶表面上形成钝化层2320，使得暴露Si-Al合金基底2301的一部分。还在钝化层2320和Si-Al合金基底2301的被钝化层2320暴露的顶表面上形成导电层2322。在Si-Al合金基底2301的底表面上形成接触金属层2323。具体地讲，可以由绝缘材料代替金属或导电材料形成钝化层2320。即，在根据本发明修改实施例的半导体发光器件中，由绝缘材料代替金属或导电材料形成钝化层2320，并且形成钝化层2320以暴露Si-Al合金基底2301的顶表面的一部分，以使形成了钝化层2320的Si-Al合金基底2301与形成在钝化层2320上的发光结构电连接。另外，还在钝化层2320和Si-Al合金基底2301上形成导电层2322。可以由金属形成导电层2322。
在下文中，将详细地描述根据本发明修改实施例的制造化合物半导体发光器件的方法。将省略与前述实施例的部件相同部件的描述，下面将仅描述不同的内容。
参照图102至图104，在蓝宝石基底2350上顺序地形成n型半导体层2306、活性层2305、p型半导体层2304和反射金属层2303。在一些情况下，可以不形成反射金属层2303。
参照图111，在Si-Al合金基底2301上形成钝化层2320。可以由绝缘材料形成钝化层2320。可以利用CVD工艺或涂覆工艺将绝缘钝化层2320形成为大约0.01μm～1μm的厚度。虽然没有示出，但是在形成钝化层2320之后，可以对钝化层2320的表面执行CMP工艺。
参照图112，通过蚀刻工艺去除钝化层2320的一部分，以暴露Si-Al合金基底2301的顶表面的一部分。参照图113，在钝化层2320和Si-Al合金基底2301上形成导电层2322。参照图114，利用结合金属层2302使形成在Si-Al合金基底2301的顶表面上的导电层2322附于反射金属层2303上。
参照图115，通过激光剥离工艺使蓝宝石基底2350与n型半导体层2306分离。在使蓝宝石基底2350分离之后，可以利用诸如HCl、HF或KOH的化学物质来执行清洁工艺。由于在Si-Al合金基底2301的表面上形成钝化层2320和导电层2322，所以能够防止Si-Al合金基底2301的铝(Al)被清洁工艺中使用的化学物质蚀刻。
参照图116，在通过蓝宝石基底2350的分离被暴露的n型半导体层2306上形成多个n型电极2307。在形成n型电极2307之前，可以对n型半导体层2306的表面执行使用KOH等的纹理化工艺，以提高半导体发光器件的光提取效率。由于在Si-Al合金基底2301上形成钝化层2320和导电层2322，所以能够防止Si-Al合金基底2301的铝(Al)被纹理化工艺中使用的化学物质蚀刻。
参照图117，执行研磨(lapping)工艺，以将包括钝化层2320的Si-Al合金基底2301的底表面去除预定的厚度。参照图118，在Si-Al合金基底2301的通过研磨工艺暴露的底表面上形成接触金属层2323。
参照图119，将n型电极2307之间的n型半导体层2306、活性层2305、p型半导体层2304、反射金属层2303、结合金属层2302、导电层2322、钝化层2320、Si-Al合金基底2301和接触金属层2323切割成芯片。因此，可以获得根据本发明修改实施例的半导体发光器件2300’。
<发光器件封装件和光源模块>
根据本发明实施例的发光器件封装件可以包括上面描述的半导体发光器件。
以下的描述将针对包括根据本发明各种实施例的半导体发光器件的发光器件封装件进行。
图120是根据本发明实施例的白光发射器件封装件的示意图。
参照图120，根据本发明该实施例的白光发射器件封装件3010包括蓝光发射器件3015和树脂包封部3019，树脂包封部3019包封蓝光发射器件3015并且具有呈凸透镜形状的顶表面。
如所示出的，该实施例中使用的树脂包封部3019具有半球形透镜形状，用来确保宽的方位。蓝光发射器件3015可以直接封装在单独的电路板上。树脂包封部3019可以由硅树脂、环氧树脂或其他透明树脂形成。包括黄色磷光体、绿色磷光体3012、红色磷光体3014和量子点(QD)磷光体或至少一种前述磷光体的混合材料分散或堆叠在树脂包封部3019的内部或外部的层状结构中。
绿色磷光体3012可以是从由M2SiO4:Re硅酸盐基磷光体、MA2D4:Re硫化物基磷光体、β-SiAlON:Re磷光体和MA′2O4:Re′氧化物基磷光体组成的组中选择的至少一种磷光体。
这里，M是从Ba、Sr、Ca和Mg中选择的至少一种元素，A是从Ga、Al和In中选择的至少一种元素。D是从S、Se和Te中选择的至少一种元素，A′是从Sc、Y、Gd、La、Lu、Al和In中选择的至少一种元素。Re是从Eu、Y、La、Ce、Nd、Pm、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、F、Cl、Br和I中选择的至少一种元素。Re′是从Ce、Nd、Pm、Sm、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、F、Cl、Br和I中选择的至少一种元素。
同时，红色磷光体3014可以是从由MAlSiNx:Re氮化物基磷光体(1≤x≤5)和MD:Re硫化物基磷光体中选择的至少一种。
M是从Ba、Sr、Ca和Mg中选择的至少一种，D是从S、Se和Te中选择的至少一种。Re是从Eu、Y、La、Ce、Nd、Pm、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、F、Cl、Br和I中选择的至少一种。
QD磷光体是由核和壳组成的纳米晶粒子，核尺寸在大约2nm～100nm的范围内。QD磷光体可以通过调整核尺寸而用作发射诸如蓝色(B)、黄色(Y)、绿色(G)和红色(R)的各种颜色的磷光体材料。可以通过将II-VI族化合物半导体(ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、MgTe等)、III-V族化合物半导体(GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、AlAs、AlP、AlSb、AlS等)和IV族半导体(Ge、Si、Pb等)中的至少两种半导体的异质结来形成QD磷光体的核和壳结构。可以在QD磷光体的外壳形成使用诸如油酸的材料的有机配体，以使壳表面的分子键终止，抑制QD粒子之间的聚集，改善诸如硅树脂或环氧树脂的树脂内部的分散，或者增强磷光体功能。
这样，考虑到半峰全宽、峰值波长和/或转换效率，提供特定的红色、绿色、黄色或QD磷光体的组合。因此，可以提供具有70或更高的高显色指数的白光。另外，由于通过多种磷光体获得了几个波长段的光，所以可以增强色彩再现性。
发光器件的主波长可以在大约360nm至460nm的范围内。在这种情况下，为了通过确保在可见光段内的宽光谱来获得较高的显色指数，绿色磷光体3012的峰值发射波长可以在大约500nm至550nm的范围内，红色磷光体3014的峰值发射波长可以在大约610nm至660nm的范围内。
优选地，当发光器件具有大约430nm至460nm的主波长范围时，蓝光发射器件具有大约10nm至30nm的半峰全宽，绿色磷光体具有大约30nm至100nm的半峰全宽，红色磷光体具有大约50nm至150nm的半峰全宽。
根据本发明的另一实施例，除了红色磷光体3014和绿色磷光体3012之外，还可以包括橙黄色磷光体。在这种情况下，可以进一步提高显色指数。在图121中示出了这样的实施例。
参照图121，根据本发明该实施例的白光发射器件封装件3020包括：封装主体3021、蓝光发射器件3025和透明树脂包封部3029。反射杯形成在封装主体3021的中心，蓝光发射器件3025安装在反射杯的底部上。透明树脂包封部3029在反射杯内包封蓝光发射器件3025。
例如，可以利用硅树脂、环氧树脂或它们的组合形成树脂包封部3029。在该实施例中，除了包括图120中描述的绿色磷光体3012和红色磷光体3014之外，在树脂包封部3029中还包括橙黄色磷光体3026。
也就是说，绿色磷光体3022可以是从由M2SiO4:Re硅酸盐基磷光体、MA2D4:Re硫化物基磷光体、β-SiAlON:Re磷光体和MA′2O4:Re′氧化物基磷光体组成的组中选择的至少一种磷光体。红色磷光体3024可以是从由氮化物基磷光体和MD:Re硫化物基磷光体组成的组中选择的至少一种，氮化物基磷光体例如为MAlSiNx:Re(1≤x≤5)、Sr2-a-xBaaSi4-yO4-2yN4:Eux 2+(其中，0.001＜x＜0.2，0≤y＜2，0≤a≤1.3)、M2Si3-xAlxO2+xN4-x:Re(其中，0≤x≤0.5)或M2Si5N8-xOx:Re(其中，0≤x≤0.5)。
β-SiAlON:Re磷光体可以是Si6-zAlzOzN8-z:Euy，Srx(其中，0≤x＜0.011，0.018＜y＜0.025，0.23＜z＜0.35)。β-SiAlON:Re磷光体可以包括具有β-Si3N4晶体结构的氮化物或氧氮化物的晶相，并且可以根据频率范围在大约360nm至460nm的紫外至蓝色范围的激发光源的辐射而发射峰在大约500nm至670nm的绿光至红光波长的荧光。另外，也可以使用氮化物磷光体MxSiyNz:Eu(其中，1≤x≤2，5≤y≤7，z＝2x/3+4y/3)作为范围从绿色至红色的发光磷光体。
另外，在该实施例中，还包括第三磷光体3026。第三磷光体可以是能够发射设置在绿光波长段和红光波长段的中部的波长段内的光的橙黄色磷光体。橙黄色磷光体可以是硅酸盐基磷光体或诸如α-SiAlON:Re磷光体的氮化物基磷光体。
α-SiAlON:Re磷光体可以是通过活化稀土元素而形成的氧氮化物磷光体，该氧氮化物磷光体的特征在于固溶在表示为MexSi12-(m+2)Al(m+n)OnN16-n:Re(其中，x、y、m和n是系数)的α-SiAlON中的金属Me(其中，Me是Ca或者一种或两种Y)的一部分或全部用作为发光中心的镧系金属Re取代。
另外，氮化物磷光体MxSiyNz:Eu(其中，1≤x≤2，5≤y≤7，z＝2x/3+4y/3)可以用作橙黄色磷光体。
在上述实施例中，将两种或更多种磷光体粉末混合并分散在单个树脂包封部区域中。然而，也可以进行各种修改。更具体地讲，两种或三种磷光体可以设置成不同层的结构。在一个示例中，可以通过将绿色磷光体、红色磷光体和黄色或橙黄色磷光体的粉末在高压下分散而将这些磷光体设置为多层磷光体层。
如图122所示，可以设置多个包含磷光体的树脂层结构。
参照图122，与前述实施例一样，根据本发明该实施例的白光发射器件封装件3030包括封装主体3031、蓝光发射器件3035和透明树脂封装部3039。反射杯形成在封装主体3031的中心。蓝光发射器件3035安装在反射杯的底部上。透明树脂包封部3039在反射杯内包封蓝光发射器件3035。
包括不同磷光体的树脂层设置在树脂包封部3039上。即，波长转换部分可以设置有含绿色磷光体的第一树脂层3032、含红色磷光体的第二树脂层3034和含黄色或橙黄色磷光体的第三树脂层3036。
该实施例中使用的磷光体可以与图121的磷光体相同或相似。
来自这里使用的磷光体的组合的白光可以获得高的显色指数。将参照图123进行更详细的描述。
如图123所示，在现有示例的情况下，当黄色磷光体与蓝光发射器件组合时，可以获得与蓝光波长光一起转换后的黄光。由于在观察包含整个可见光光谱的光时几乎没有绿光波长段和红光波长段内的光，所以难以确保显色指数与自然光接近。具体地讲，转换后的黄光具有窄的半峰全宽，以获得高的转换效率。因此，在这种情况下，会进一步降低显色指数。
此外，在现有的示例中，由于容易改变根据单个黄色转换程度表现的白光特性，所以难以确保优异的色彩再现性。
相反，在组合蓝光发射器件、绿色(G)磷光体和红色(R)磷光体的实施例中，在绿光波段和红光波段内发射光。因此，可以在可见光段内获得较宽的光谱，从而显著地提高了显色指数。另外，可以通过进一步包括能够提供绿色波段和红色波段之间的中间波长段的黄色或橙黄色磷光体来甚至更显著地提高显色指数。
下面将参照图124至图126来描述绿色磷光体、红色磷光体及可以可选地加入的黄色或橙黄色磷光体。
图124至图126示出了在此使用的磷光体的波长光谱；具体地讲，蓝光发射器件的产生光的结果(大约440nm)。
图124中的(a)至图124中的(d)示出了在此使用的绿色磷光体的光谱。
图124中的(a)示出了M2SiO4:Re硅酸盐基磷光体的光谱(其中，M是从Ba、Sr、Ca和Mg中选择的至少两种元素，Re是从Eu、Y、La、Ce、Nd、Pm、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、F、Cl、Br和I中选择的至少一种)。转换后的绿光具有大约530nm的峰值波长和大约65nm的半峰全宽。
图124中的(b)示出了M′A′2O4:Re′氧化物基磷光体的光谱(其中，M′是从Ba、Sr、Ca和Mg中选择的至少一种，A′是从Sc、Y、Gd、La、Lu、Al和In中选择的至少一种，Re′是从Ce、Nd、Pm、Sm、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、F、Cl、Br和I中选择的至少一种)。转换后的绿光具有大约515nm的峰值波长和大约100nm的半峰全宽。
图124中的(c)示出了MA2D4:Re硫化物基磷光体的光谱(其中，M是从Ba、Sr、Ca和Mg中选择的至少两种元素，A是从Ga、Al和In中选择的至少一种，D是从S、Se和Te中选择的至少一种，Re是从Eu、Y、La、Ce、Nd、Pm、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、F、Cl、Br和I中选择的至少一种)。转换后的绿光具有大约535nm的峰值波长和大约60nm的半峰全宽。
图124中的(d)示出了β-SiAlON:Re磷光体的光谱(其中，Re是从Eu、Y、La、Ce、Nd、Pm、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、F、Cl、Br和I中选择的至少一种)。转换后的绿光具有大约540nm的峰值波长和大约45nm的半峰全宽。
图125中的(a)和(b)示出了在此使用的红色磷光体的光谱。
图125中的(a)示出了M′AlSiNx:Re(其中，1≤x≤5)氮化物基磷光体的光谱(其中，M′是从Ba、Sr、Ca和Mg中选择的至少一种，Re是从Eu、Y、La、Ce、Nd、Pm、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、F、Cl、Br和I中选择的至少一种)。转换后的红光具有大约640nm的峰值波长和大约85nm的半峰全宽。
图125中的(b)示出了M′D:Re硫化物基磷光体的光谱(其中，M′是从Ba、Sr、Ca和Mg中选择的至少一种，D是从S、Se和Te中选择的至少一种，Re是从Eu、Y、La、Ce、Nd、Pm、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、F、Cl、Br和I中选择的至少一种)。转换后的红光具有大约655nm的峰值波长和大约55nm的半峰全宽。
图126中的(a)和(b)示出了可以在此可选地使用的橙黄色磷光体的光谱。
图126中的(a)示出了硅酸盐基磷光体的光谱。转换后的黄光具有大约555nm的峰值波长和大约90nm的半峰全宽。
图126中的(b)示出了α-SiAlON:Re磷光体的光谱(其中，Re是从Eu、Y、La、Ce、Nd、Pm、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、F、Cl、Br和I中选择的至少一种)。转换后的黄光具有大约580nm的峰值波长和大约35nm的半峰全宽。
这样，考虑到半峰全宽、峰值波长和/或转换效率，通过特定的绿色磷光体和特定的红色磷光体的组合，或者向所述组合中加入黄色或橙黄色磷光体，可以提供具有大于70的高显色指数的白光。
当蓝光发射器件的主波长在430nm至460nm的范围时，绿色磷光体的峰值发射波长在500nm至550nm的范围内。红色磷光体的峰值发射波长在610nm至660nm的范围内。橙黄色磷光体的峰值发射波长在550nm至600nm的范围内。
另外，当蓝光发射器件具有10nm至30nm的半峰全宽时，绿色磷光体可以具有30nm至100nm的半峰全宽，红色磷光体可以具有50nm至150nm的半峰全宽。黄色或橙黄色磷光体可以具有20nm至100nm的半峰全宽。
通过对具有那些条件的磷光体的选择和组合可以在可见光段内确保宽的光谱，并且可以提供具有更高显色指数的优质白光。
同时，根据本发明另一实施例的红色磷光体使用无机晶体(Sr，M)2SiO4-xNy作为主体材料。另外，Eu用作产生红色能级的激活剂。因此，可以发射峰值发射波长在600nm-700nm的范围内的长波长红光。构成主体材料的主金属元素是锶(Sr)，可以取代锶(Sr)的金属元素M是一价元素和二价元素中的至少一种元素。发射的光的颜色和亮度根据主发光元素Eu周围的电子态而改变。因此，可以通过改变无机晶体主材料的组成来改变红色磷光体的发射特性和物理特性。
红色磷光体包括表示为(Sr，M)2SiO4-xNy:Eu组成物的无机化合物。在此，M为至少一种金属元素，在符合0＜x＜4的条件的范围内选择x。由于Sr2SiO4-xNy的总电荷必须是零，所以y＝2x/3。优选地，为了实现高亮度红光，0.15≤x≤3。如果x小于0.15或大于3，则难以获得具有期望亮度和峰值发射波长的红光。
这里，由于M包括从由Li、Na、K、Rb和Cs组成的I族元素或者从由Mg、Ca、Sr和Ba组成的II族元素中选择的至少一种元素，所以可以调整红色磷光体的峰值发射。在上述组成中，可以用从由B、Al、Ga和In组成的组或者从由Ti、Zr、Gf、Sn和Pb组成的组中选择的至少一种元素来取代Si的一部分，从而调整红色磷光体的峰值发射。Si与所述元素的取代比可以为1/10。
在该实施例中，不同于氧化硅、氮化硅和氧氮化物的晶体用作主体材料。以这种方式，能够获得峰值发射在红色波长范围(例如，大约600nm-700nm的波长范围)内的长波长红色磷光体。通过在该组成内以适合的范围用氮来取代氧，能够获得峰值发射在大约600nm-620nm的波长范围内的高亮度红色磷光体。
此外，与现有的氧化物磷光体材料相比，因为氮比氧的共价键特性高，所以根据本发明该实施例的红色磷光体具有高发射特性和优异的热化学稳定性。可以通过较为刚性的晶体结构来获得优异的热稳定性。由于氮带来的刚性晶体结构增大了镧系元素内的能级分裂，从而发射波长比氧化物磷光体材料的波长长的光。也就是说，由于根据本发明该实施例的红色磷光体具有高的发射特性和优异的热化学稳定性，所以可以制造出高功率、高可靠性的白光发射器件封装件。
同时，制造红色磷光体的方法包括：准备含Sr化合物、含M化合物、含Eu化合物、含Si氧化物和含Si氮化物中的至少一种作为原料；根据期望的化学计量准备待称量并混合的原料。可以利用干法和湿法之一来执行原料的混合。
根据湿法混合法，混合称量的混合物、球(ball)和溶剂。球在混合和研磨原料的工艺中是有帮助的。在此使用的球是由氧化硅(SiO2)或氧化锆(ZrO2)形成的球或者是在混合材料过程中通常使用的球。D.I.水、诸如乙醇的醇或者诸如正乙烷的有机溶剂可以用作溶剂。即，注入原料、溶剂和球，然后密封容器。然后利用研磨机等将原料均匀地混合1小时至24小时。在混合工艺之后，使混合后的原料与球分离，通过干燥工艺在炉内干燥大多数溶剂1小时至48小时。利用金属筛或聚合物筛将干燥后的粉末均匀地筛分为小于100微米的尺寸。
同时，根据干法混合法，在不使用溶剂的情况下将原料注入到容器中。利用研磨机均匀地混合原料。混合时间大约为1小时至24小时。此时，如果将球与原料一起注入到容器中，则混合原料更为容易。因此，可以缩短混合时间。与湿法混合法相似，干法混合法不需要溶剂干燥工艺，从而缩短整个工艺时间。与湿法混合法相比，当完成原料的混合时，利用金属筛或聚合物筛将混合后的粉末均匀地筛分为小于100微米的尺寸。
将最终筛分后的混合粉末包装到氮化硼(BN)坩埚中，对其执行烧结工艺。此时，在加热炉中以大约100℃-1800℃的温度执行烧结工艺达大约1小时至24小时。在100％氮气(N2)的气氛下或在含有1％-10％氢气的混合氮气中发生烧结。利用研磨混合机或研磨机对合成好的磷光体粉末进行均匀的研磨。然后，按照与上述合成工艺类似的方式执行后热处理一至三次，从而增强了磷光体的亮度。
通过那些工艺，制造出表示为(Sr，M)2SiO4-xNy组成物的含无机化合物的最终红色磷光体。这里，M中的至少一种是一价元素和二价元素，0＜x＜4，y＝2x/3。
通过研磨混合机或研磨机来研磨最终烧结的磷光体粉末，通过筛分工艺控制晶粒尺寸，从而获得最佳晶粒尺寸。在这种情况下，使用尺寸为16微米的筛来获得由具有16微米或更小的均匀尺寸的粒子组成的红色磷光体粉末。获得的磷光体粉末是利用D.I.水、无机酸、有机酸或碱后处理过的。以这种方式，能够去除包含在磷光体中的诸如额外玻璃相的杂质、未反应的金属材料等。例如，加入0.1％-60％的硝酸，并执行搅拌工艺1小时至10小时，从而提出或去除额外的杂质。无机酸的示例包括硝酸、硫酸、氢氟酸和无机混合溶液。同时，可以利用碱来去除通过酸处理未被去除的杂质。碱的示例包括诸如氢氧化钠或氢氧化钾的无机碱或其混合溶液。在酸处理和碱处理之后，利用D.I.水清洗磷光体料浆中的残留酸或碱，通过执行湿筛分工艺、过滤工艺和干燥工艺来获得最终期望的磷光体粉末。此时，在大约50℃至150℃的温度下充分地执行干燥工艺。
在本发明的实施例中，含Sr化合物可以是SrCO3，含Eu化合物可以是Eu2O3。另外，含Si氧化物可以是SiO2，含Si氮化物可以是Si3N4。在根据本发明实施例的红色磷光体中，将Eu2O3加入到SrCO3-SiO2-Si3N4组成物中，以获得表示为EuzSr2-zSiO4-xNy组成物的无机化合物。在该组成物中，z在0.01≤z≤0.2的范围内。在z值大于0.2的浓度，由浓度淬火降低了发光强度。另外，在z值小于0.01的浓度，因作为主发光元素的激活剂的浓度缺失而降低了发光强度。
在下文中，将更详细地描述本发明的各个实施例，而易于清楚的是，本发明的技术精神和范围不限于那些实施例。
(实施例1)
使用球磨机按化学计量比用乙醇溶剂来混合作为原料的SrCO3、SiO2、Eu2O3和Si3N4。使用干燥机，使乙醇溶剂从含原料的混合物中挥发。将干燥后的含原料的混合物填充到氮化硼坩埚中。将填充了含原料的混合物的氮化硼坩埚置入加热炉内，在1600℃的温度下以N2气氛的气态执行烧结工艺来制造(Sr，M)2SiO4-xNy:Eu。此时，(Sr，M)2SiO4-xNy:Eu磷光体的基体晶体结构是Sr2SiO4，通过用金属元素M取代锶来改变主体材料的组成。图127至图129分别示出了(Sr，M)2SiO4-xNy:Eu磷光体的发射光谱、XRD光谱和EDX组分分析结果。红色磷光体表现出红光发射特性①：当激发光源在200nm-500nm的波长范围内时，红色磷光体具有613nm的峰值发射。红色磷光体具有与传统的Sr2SiO4磷光体等同的正交晶体结构。由EXD组分分析结果可以看出，以44.91At％∶4.58At％的比例来包含氧原子和氮原子，用氮原子取代一部分氧原子。
(实施例2和实施例3)
除了改变氮的加入量之外，按与实施例1中描述的方式相同的方式来制造(Sr，M)2SiO4-xNy:Eu磷光体。图130和图131示出了使用波长范围为200nm-500nm的激发光源时(Sr，M)2SiO4-xNy:Eu磷光体的发射光谱和EDX组分分析结果。如从图130和图131可以看出，曲线②示出了氧∶氮的At％为56.82∶4.85(x＝0.43)(实施例2)时的发射光谱，曲线③示出了氧∶氮的At％为42.91∶25(x＝1.86)(实施例3)时的发射光谱。当用氮取代氧的值为x＝0.43时，实施例2的峰值发射波长为610nm。当x＝1.86时，实施例3的峰值发射波长为620nm。也就是说，随着氮的加入量增多，在此制造的(Sr，M)2SiO4-xNy:Eu磷光体的峰值发射波长越长。
(实施例4至6)
除了铕(Eu)的加入量(z)以0.01为单位从0.04增加到0.06之外，按与实施例1中描述的方式相同的方式来制造(Sr，M)2SiO4-xNy:Eu磷光体。此时，红色磷光体表示为EuzSr2-zSiO4-zNy组成物。铕(Eu)取代锶，红色磷光体起到主发光元件的作用。图132示出了使用200nm-500nm的波长范围作为激发光源时(Sr，M)2-zSiO4-xNy:Euz磷光体的发射光谱。如从图132可以看出，曲线④、⑤和⑥分别示出了z＝0.04(实施例4)、z＝0.05(实施例5)和z＝0.06(实施例6)时的发射光谱。实施例4的峰值发射波长为610nm；实施例5的峰值发射波长为612nm；实施例6的峰值发射波长为614nm。也就是说，随着铕(Eu)的加入量增多，红色磷光体的波长变长。
(实施例7和实施例8)
除了加入至少一种含有诸如Ba或Ca的二价金属元素的化合物之外，按与实施例1中描述的方式相同的方式来制造(Sr，M)2SiO4-xNy:Eu磷光体。Sr可以被诸如Ba或Ca的二价金属元素部分取代。Sr∶(Ba，Ca)的加入比为9∶1。
图133中的(a)示出了使用波长范围为200nm-500nm的激发光源时(Sr，M)2SiO4-xNy:Eu磷光体的发射光谱。如从图133中的(a)可以看出，当Sr为100％时，峰值发射波长为613nm(①)；当Sr∶Ba以90％∶10％的比加入时，峰值发射波长为610nm(⑦)；当Sr∶Ca以90％∶10％的比加入时，峰值发射波长为615nm(⑧)。
(实施例9和实施例10)
除了加入至少一种含有诸如Al或Ga的三价金属元素的化合物之外，按与实施例1中描述的方式相同的方式来制造(Sr，M)2SiO4-xNy:Eu磷光体。Si可以被诸如Al或Ga的三价金属元素部分取代。Si∶(Al，Ga)的加入比为9∶1。
图133中的(b)示出了使用波长范围为200nm-500nm的激发光源时(Sr，M)2SiO4-xNy:Eu磷光体的发射光谱。如从图133中的(b)可以看出，当Si∶Ga以90％∶10％的比加入时，峰值发射波长为610nm(⑨)；当Si∶Al以90％∶10％的比加入时，峰值发射波长为615nm(⑩)。
如从实施例7至10可以看出，如果原子半径小的Ca和Al在铕原子周围进行取代时，波长变长；如果原子半径大的Ba和Ga进行取代时，波长变短。
(实施例11)
除了与铕(Eu)一起加入锰(Mn)之外，按与实施例1中描述的方式相同的方式来制造(Sr，M)2SiO4-xNy:Eu磷光体。铕(Eu)的加入量(z)固定在0.05，锰(Mn)的加入量为0.1。图134示出了使用波长范围为200nm-500nm的激发光源时(Sr，M)2SiO4-xNy:Eu磷光体的发射光谱。在图134中，曲线⑤示出了铕(Eu)的加入量为0.05而不加入锰时的情形，曲线⑦示出了铕(Eu)的加入量(z)为0.05且锰(Mn)的加入量为0.1时的情形。如从图134可以看出，在情形⑤和⑦中，峰值发射波长均为613nm。然而，加入锰(Mn)的情形⑦与仅加入铕(Eu)的情形⑤相比，发光强度得以进一步提高。
以下的描述将针对制造上述磷光体中的β-SiAlON磷光体的方法，可以控制所述β-SiAlON磷光体以具有高亮度和期望的晶粒尺寸特性。
根据本发明的该实施例，提供了一种制造化学式表示为Si(6-x)AlxOyN(8-y):Lnz的β-SiAlON磷光体的方法，其中，Ln是稀土元素，0＜x≤4.2，0＜y≤4.2且0＜z≤1.0。在根据本发明该实施例的制造方法中，主原料包括：硅原料，包含硅；铝原料，包含金属铝和铝化合物中的至少一种。通过混合主原料和激活主原料的激活剂原料来制造原料混合物。然后，在含氮气氛下加热原料混合物。
根据本发明的该实施例，通过混合原料并在含氮气氛下加热原料来制造β-SiAlON磷光体。原料包括硅、铝和作为激活剂的稀土金属。
硅原料是含有硅的原料。可以使用硅金属、氮化硅或氧化硅作为硅原料。
硅金属可以是为粉末相且含有少量杂质(例如，Fe)的高纯度硅金属。硅金属粉末的粒径或粒子分布对磷光体粒子不造成直接影响。然而，由于烧结条件或混合的原料，导致硅粉末的粒径或粒子分布影响磷光体的诸如粒子尺寸或粒子形状的粒径特性。此外，由于磷光体的发射特性受到影响，所以优选的是，硅金属粉末的粒径为300μm或更小。
在反应性方面，随着硅金属的粒径变小，反应性变高。然而，由于磷光体的发射特性还受到将要混合的材料或烧结速率的影响，所以硅金属的粒径不是必须小，并且硅金属不限于粉末相。
可以使用金属铝和包含铝的铝化合物中的一种作为铝原料。可选择地，金属铝和铝化合物可以一起用作铝原料。包含铝的铝化合物的示例可以包括氮化铝、氧化铝和氢氧化铝。当使用硅金属作为硅原料时，不是必须使用金属铝作为铝原料，而是可以仅使用铝化合物。
当使用金属铝时，优选的是，金属铝是为粉末相且含有少量杂质(例如，Fe)的高纯度金属铝。根据上面描述的观点，优选的是，金属铝的粒径为300μm或更小。然而，由于发光特性受到将要混合的材料或烧结速率的影响，所以金属铝的粒径不是必须小，并且金属铝不限于粉末相。
激活剂原料可以是从由Eu、Ce、Sm、Yb、Dy、Pr和Tb组成的组中选择的任一种稀土金属。具体地讲，激活剂原料可以是诸如Eu2O3、Sm2O3、Yb2O3、CeO、Pr7O11和Tb3O4的氧化物或者Eu(NO3)3或者EuCl3。优选地，激活剂原料可以是Eu或Ce。
可以通过调节硅原料和铝原料的混合比来控制β-SiAlON磷光体的粒子特性。此外，还可以通过调节硅原料中包含的硅金属与硅化合物中包含的氮化硅或氧化硅的混合比，或者通过调节铝原料中金属铝和铝化合物的混合比来控制β-SiAlON磷光体的粒子特性。下面将在下面的实施例中更详细地描述硅或铝对原料的影响。
根据本发明实施例制造的β-SiAlON磷光体可以是具有下面的化学式1的磷光体。
[化学式1]
Si(6-x)AlxOyN(8-y):Lnz
在上面的化学式1中，优选的是，Ln为稀土元素，0＜x≤4.2，0＜y≤4.2并且0＜z≤1.0。该β-SiAlON磷光体可以是绿色磷光体，并且具有范围为大约500nm至570nm的峰值波长。
如上所述，称量包括诸如Eu、Sm、Yb、Ce、Pr、Tb等稀土元素的激活剂原料作为激活剂，并将其与含有硅的硅原料及包括金属铝和铝化合物中的至少一种的铝原料混合。然后，将原料混合物装到氮化硼坩埚中，并且在含氮气氛中在高温下进行烧结。以这种方式，制造出β-SiAlON磷光体。
在高温氮气氛下烧结原料混合物并将其制成磷光体。在这种情况下，含氮气氛气体中的N2浓度可以为90％或更大。另外，含氮气氛气体压力可以在大约0.1MPa至20MPa的范围内。可以通过建立真空状态并且引入含氮气氛气体来形成氮气气氛。可选择地，可以在不建立真空状态的情况下引入含氮气氛气体。可以不连续地执行气体引入。
如果在氮气气氛下烧结原料混合物，则氮气与硅反应，并由此将硅氮化，从而形成SiAlON。因此，氮气用作氮供应源。此时，硅、铝和激活剂源在氮化之前或在氮化期间相互反应。因此，由于可以制造出具有均匀组成的SiAlON，所以增强了β-SiAlON磷光体的亮度。
可以在大约1850℃至2150℃的高温下执行烧结工艺的加热。虽然烧结工艺根据原料的组成而改变，但是为了制造出高亮度磷光体，可以在大约0.8MPa或更高的气压在大约1900℃至2100℃的高温下执行烧结工艺。在加热工艺之后，可以将加热后的原料混合物研磨成粉末或筛分，以控制晶粒尺寸特性。研磨或筛分后的原料混合物可以在高温下进行再烧结。
在下文中，将参照通过上述制造方法制造的β-SiAlON磷光体的实施例来更详细地描述本发明。
在下面的实施例中，通过球磨机或混合机来混合预定量的作为主原料的硅原料和铝原料及激活剂原料，以制造混合物。将原料混合物放置在耐高温容器(例如，BN坩埚)中，并且置于执行高压烧结和真空烧结的电炉中。在大约0.2MPa至2MPa的气压的含氮气氛中以20℃/min或更小的升温速率将温度升高到1800℃或更高的温度，通过将原料混合物加热到1800℃或更高的温度来制造β-SiAlON磷光体。
使用硅原料和铝原料同时改变它们的混合比制造的实施例12至实施例20的磷光体及使用不含硅金属的硅原料制造的对比示例1至对比示例3的磷光体全都是Eu激活β-SiAlON磷光体和峰值波长在大约520nm至560nm的范围内的绿色磷光体。
(实施例12)
氮化硅(Si3N4)和硅金属(Si)用作硅原料，氧化铝(Al2O3)用作铝原料。氧化铕(Eu2O3)用作激活剂。利用混合机和筛子混合4.047g Si3N4、5.671gSi、0.589g Al2O3和0.141g Eu2O3。然后，将混合物填充到BN坩埚中，并放在耐压电炉中。在真空状态下在500℃执行烧结，并且在500℃引入N2气体。在N2气体气氛下以5℃/min的速率将温度从500℃升高到1950℃。以0.8MPa或更高的气压在1950℃烧结该混合物5小时。
在烧结后，对坩埚进行冷却，并从电炉中取出BN坩埚。然后，对烧结后的磷光体进行研磨，利用100目筛获得磷光体。使用氢氟酸和盐酸清洗制造的磷光体，然后对所述磷光体进行充分地干燥。然后，利用50目筛对磷光体进行筛分来获得实施例12的磷光体。
(实施例13)
除了使用1.349g Si3N4和7.291g Si之外，按照与实施例12的方式相同的方式来制造β-SiAlON磷光体。
(实施例14)
除了使用6.744g Si3N4和4.051g Si之外，按照与实施例12的方式相同的方式来制造β-SiAlON磷光体。
(实施例15)
除了使用9.442g Si3N4和2.430g Si之外，按照与实施例12的方式相同的方式来制造β-SiAlON磷光体。
(实施例16)
除了不使用Si3N4而仅使用8.101g Si作为硅原料之外，按照与实施例12的方式相同的方式来制造β-SiAlON磷光体。
(对比示例1)
除了不使用Si而仅使用13.488g Si3N4作为硅原料之外，按照与实施例12的方式相同的方式来制造β-SiAlON磷光体。
(实施例17)
氮化硅(Si3N4)和硅金属(Si)用作硅原料，氮化铝(AlN)用作铝原料。氧化铕(Eu2O3)用作激活剂。利用混合机和筛混合5.395g Si3N4、3.241gSi、0.379g AlN和0.137g Eu2O3。然后，将混合物装到BN坩埚中，并放在耐压电炉中。在氮气气氛下在1450℃执行烧结5小时以上。在冷却以后，对烧结料进行研磨。将研磨后的烧结料装到BN坩埚中，并放在耐压电炉中。在真空状态下将电炉加热到500℃，在500℃引入N2气体。在N2气体气氛下以5℃/min的速率将温度从500℃升高到2000℃。以0.8MPa或更高的气压在2000℃烧结该混合物5小时。
在烧结后，对坩埚进行冷却，并从电炉中取出坩埚。然后，对烧结后的磷光体进行研磨，利用100目筛获得研磨的磷光体。使用氢氟酸和盐酸清洗制造的磷光体，然后对所述磷光体进行分散然后进行充分的干燥。然后，利用50目筛对磷光体进行筛分来获得实施例17的磷光体。
(实施例18)
除了使用7.554g Si3N4和1.944g Si之外，按照与实施例17的方式相同的方式来制造β-SiAlON磷光体。
(实施例19)
除了不使用Si3N4而仅使用6.481g Si作为硅原料之外，按照与实施例17的方式相同的方式来制造β-SiAlON磷光体。
(对比示例2)
除了不使用Si而仅使用10.791g Si3N4作为硅原料之外，按照与实施例17的方式相同的方式来制造β-SiAlON磷光体。
(实施例20)
除了使用6.744g Si3N4和4.051g Si、0.312g铝金属(Al)(既不使用Al2O3也不使用AlN作为铝原料)以及0.172g Eu2O3之外，按照与实施例17的方式相同的方式来制造β-SiAlON磷光体。
(对比示例3)
除了不使用Si作为硅原料而使用13.488g Si3N4和使用0.473g Al之外，按照与实施例20的方式相同的方式来制造β-SiAlON磷光体。
下面的表2示出了在上述实施例和对比示例中使用的原料的混合比。
表2
  实施例编号   Si3N4(g)   Si(g)   Al2O3(g)   AlN(g)   Al(g)   Eu2O3(g)
  实施例12   4.047   5.671   0.589   _   _   0.141
  实施例13   1.349   7.291   0.589   _   _   0.141
  实施例14   6.744   4.051   0.589   _   _   0.141
  实施例15   9.442   2.430   0.589   _   _   0.141
  实施例16   _   8.101   0.589   _   _   0.141
  对比示例1   13.488   _   0.589   _   _   0.141
  实施例17   5.395   3.241   _   0.379   _   0.137
  实施例18   7.554   1.944   _   0.379   _   0.137
  实施例19   _   6.481   _   0.379   _   0.137
  对比示例2   10.791   _   _   0.379   _   0.137
  实施例20   6.744   4.051   _   _   0.312   0.172
  对比示例3   13.488   _   _   _   0.473   0.172
图135示出了通过粉末XRD对实施例12的磷光体分类时的结果。通过参照图135并且利用JCPDS数据，确认的是，制造出的磷光体为β-SiAlON磷光体。
通过对β-SiAlON磷光体照射460nm的激发光来测量发射特性。图136示出了实施例12的β-SiAlON磷光体和对比示例1的β-SiAlON磷光体的发光光谱结果。实施例12的β-SiAlON磷光体是在541nm处出现峰值发射且半峰全宽为54.7nm的绿色磷光体。实施例12的β-SiAlON磷光体的亮度比对比示例1的β-SiAlON磷光体的亮度高27％。
利用541nm的发光颜色作为检测光来测量实施例12的β-SiAlON磷光体的激发光谱。结果示出在图137中。可以看出，激发段存在于紫外光区域和大约500nm的可见光区域中。
混合按重量计为7份的实施例12至20和对比示例1至3的β-SiAlON磷光体、按重量计为3份的CaAlSiN3:Eu红色磷光体、按重量计为10份的硅树脂，以形成料浆。将该料浆注射到安装了蓝色LED器件的安装引线上的杯中。在130℃下对注射的料浆固化1小时。按照这种方式，利用磷光体制造出白光LED。测量制造的白色LED的亮度。
下面的表3示出了实施例12至20和对比示例1至3的β-SiAlON磷光体的峰值发射波长和利用这些β-SiAlON磷光体(按重量计的份数)制造的白色LED的亮度。
表3
可以看出，实施例12至20和对比示例1至3的峰值发射波长为大约540nm，因此，这些磷光体是绿色磷光体。使用实施例12至14的磷光体的白色LED表现出124至127的相对高亮度。
然而，硅金属的比例低于氮化硅的比例的实施例15的情形表现出的亮度比硅金属的比例高于氮化硅的比例的实施例12至14的情形表现出的亮度低。仅使用Si作为硅原料的实施例16和实施例19的情形表现出的亮度比实施例12至14的情形表现出的亮度低，但却比硅金属的比例低于氮化硅的比例的实施例15、17和18的情形表现出的亮度高。因此，可以利用适当混合的硅原料制造出亮度较高的β-SiAlON磷光体。
仅使用Si3N4作为硅原料的对比示例1至对比示例3对应于不使用硅金属作用主原料的情形。
此外，当例如在实施例20中一起使用硅金属和铝金属时，也获得了高等级的亮度。
β-SiAlON磷光体可以有用地应用于通过其他磷光体的组合提供白光的发光器件和模块。
图138中的(a)和(b)是根据本发明另一实施例和修改实施例的发光器件的剖视图。
参照图138中的(a)，电连接到键合引线3125的键合焊盘3102设置在发光器件3110的顶表面上。可以根据水平或垂直型半导体发光器件(即，裸芯片3101)的结构来设置一个或两个键合焊盘3102。具体地讲，根据裸芯片3101的结构来改变键合焊盘3102的个数。当以P极和N极分别形成在顶表面和底表面上的垂直或垂直/水平结构来设置裸芯片3101时，将单个键合焊盘3101设置成电连接到形成在裸芯片3101的顶表面上的P极。
另外，当以P极和N极均形成在顶表面上的水平或垂直/水平结构来设置裸芯片3101时，将这两个键合焊盘3102设置成分别电连接到形成在裸芯片3101的顶表面上的P极和N极。此外，波长转换部分3103由磷光体和透明树脂材料(例如，环氧树脂、硅和树脂)的混合物形成，以均匀地覆盖裸芯片3101的芯片粘合到子安装件3104的外表面。此时，通过将混合有磷光体的诸如硅或环氧的透明树脂印刷到恒定厚度的印刷方法来形成波长转换部分3103。波长转换部分3103可以形成为覆盖整个裸芯片3101，或者可以被手动提供的UV光或热固化。
波长转换部分3103可以包括磷光体材料，磷光体材料是从诸如YAG和TAG的石榴石基磷光体、硅酸盐基磷光体、硫化物基磷光体、氮化物基磷光体和QD磷光体中选择的波长转换装置，波长转换部分3103能够将裸芯片发射的光转换为白光。具体地讲，红色磷光体可以包括无机化合物，或者包括硅酸盐基磷光体、硫化物基磷光体、氮化物基磷光体和QD磷光体中的至少一种，其中，无机化合物表示为在上述的实施例1至11中合成的(Sr，M)2SiO4-xNy:Eu组成物，其中，M为一价元素或二价元素中的至少一种，0＜x＜4且y＝2x/3。引线框架3121通过键合引线3125电连接到通过波长转换部分3103的顶表面暴露于外部的至少一个键合焊盘3012。
参照图138中的(a)，根据本发明该实施例的发光器件封装件可以包括引线框架3121和键合引线3125。引线框架3121一体地设置在封装主体(未示出)的内部，即，注射成型树脂材料的树脂结构的内部。键合引线3125具有引线键合到键合焊盘3102的一端和引线键合到引线框架3121的另一端。
参照图138中的(b)，根据发光器件封装件的修改实施例，波长转换部分3103’仅形成在裸芯片3101’的顶表面上。
发光器件3110’安装在具有负引线和正引线的引线框架3121的顶表面上，引线框架3121一体地设置在注射成型的树脂包封主体(未示出)中，以形成向上敞开的腔。通过封装主体的腔暴露于外部的发光器件3110’通过金属引线3125电连接到引线框架3121，其中，金属引线3125具有键合到键合焊盘3012’的一端。以这种方式，构成发光器件封装件。
当在高功率发光器件封装件中使用垂直或垂直/水平型发光器件时，磷光体层直接接触发射表面，因此，磷光体因发光器件产生的热而劣化。然而，由于根据本发明该实施例的氮化物基磷光体或QD磷光体比硫化物基磷光体在化学方面更为稳定，对诸如热或湿气的外部环境的可靠性优异，变色风险低。因此，根据本发明该实施例的红色磷光体可以在发光器件的发射表面上直接形成波长转换部分，可以制造出高功率高可靠性的白光发射器件封装件。
图139是根据本发明另一实施例的发光器件封装件的示意性剖视图。参照图139，根据本发明该实施例的发光器件封装件3200包括发光器件3201和波长转换部分3202，波长转换部分3202形成为覆盖发光器件3201的表面并且对发光器件3201发射的光的波长进行转换。为此，波长转换部分3202可以具有磷光体P分散在透明树脂部分内的结构。发光器件封装件3200可以通过将波长转换部分3202转换后的光与发光器件3201发射的光进行混合来发射白光。发光器件3201可以具有n型半导体层、发光层和p型半导体层堆叠的结构，第一电极3203a和第二电极3203b形成在发光器件3201的一个表面上。
参照图139，当将发光器件3201的形成有第一电极3203a和第二电极3203b的表面定义为第一表面，将与第一表面面对的表面定义为第二表面，并且将设置在第一表面和第二表面之间的表面定义为侧表面时，波长转换部分3202可以形成为覆盖发光器件3201的第一表面(电极形成表面)和侧表面。这样做旨在使得光从发光器件3201沿图139中的向上方向和横向方向发射。在该实施例中，沿着发光器件3201的表面薄薄地涂覆波长转换部分3202。与将磷光体注射到封装主体的杯中的方法相比，该方法可以整体地获得均匀的光。此外，因为直接将波长转换部分3202涂敷到发光器件3201的表面上，所以可以减小器件的尺寸，并分开地提供封装主体。
为了发光器件3201的电连接，使用了包括镀层的第一电连接部分3204a和第二电连接部分3204b代替引线框架。具体地讲，第一电连接部分3204a连接到第一电极3203a，第二电连接部分3204b连接到第二电极3203b，第一电连接部分3204a和第二电连接部分3204b包括镀层。第一电连接部分3204a和第二电连接部分3204b通过波长转换部分3202暴露于外部，并且设置成用于引线键合的区域。与传统的封装件相比，根据本发明该实施例的发光器件3200具有简化的结构，并且可以以各种方式应用于板上芯片(COB)或封装型发光器件中。
图140和图141是根据本发明另一实施例的发光器件封装件的示意性剖视图。参照图140，发光器件封装件3200’包括发光器件3201与第一电极3203a、第二电极3203b、波长转换部分3202、第一电连接部分3204a和第二电连接部分3204b。与图139的结构的不同之处在于形成在发光器件3201的侧表面上的树脂部3207由透明树脂形成而不包括磷光体。这样做是考虑到发射到发光器件3201的侧表面的光的强度比发射到发光器件3201的第一表面的光的强度低。
参照图141，发光器件3200”包括发光器件3201与第一电极3203a、第二电极3203b、波长转换部分3202、第一电连接部分3204a和第二电连接部分3204b。与图139的结构的不同之处在于设置在发光器件3201的第一表面上以围绕第一电极3203a和第二电极3203b的侧表面的底部填充树脂部3206由透明树脂形成而不包括磷光体。
下面将参照图142和图143来描述磷光体以多层结构堆叠在UV发光器件或蓝光发射器件上的波长转换部分结构的各种实施例。
首先，图142和图143分别是根据本发明另一实施例的灯型发光器件封装件和芯片型发光器件封装件的剖视图。
在图142示出的灯型发光器件中，波长为大约410nm或更小的UV发光器件3310可以被多层磷光体层3320覆盖，多层磷光体层3320包括含有三种被紫外光激发而发射不同颜色的光的磷光体的第一磷光体层3321、第二磷光体层3322和第三磷光体层3323。
在图143示出的芯片型发光器件中，UV发光器件3310安装在基底3305上的外壳3306的槽的内部。包含三种磷光体的第一磷光体层3321、第二磷光体层3322和第三磷光体层3323形成在外壳3306的槽的内部。第一磷光体层3321、第二磷光体层3322和第三磷光体层3323构成覆盖UV发光器件3310的多层磷光体层3320。UV发光器件3310的n电极和p电极通过导线3303电连接到形成在基底3305上的金属线3307。
具体地讲，第一磷光体层设置在UV发光器件上，并且可以通过将红色磷光体与树脂混合来形成第一磷光体层。红色磷光体包括被紫外光激发而发射峰值发射波长为大约600nm-700nm的光的磷光体材料。例如，红色磷光体可以包括无机化合物，或者包括硅酸盐基磷光体、硫化物基磷光体、氮化物基磷光体和QD磷光体中的至少一种，其中，无机化合物表示为在上述的实施例1至11中合成的(Sr，M)2SiO4-xNy:Eu组成物，其中，M为一价元素或二价元素中的至少一种，0＜x＜4且y＝2x/3。
第二磷光体层设置在第一磷光体层上，并且可以通过将绿色磷光体与树脂混合来形成第二磷光体层。绿色磷光体可以由被紫外光激发而发射波长为大约500nm-550nm的光的磷光体材料形成。第三磷光体层设置在第二磷光体层上，并且可以通过将蓝色磷光体与树脂混合来形成第三磷光体层。蓝色磷光体可以由被紫外光激发而发射波长为大约420nm-480nm的光的磷光体材料形成。
通过那些结构从UV发光器件发射的紫外光激发包含在第一磷光体层、第二磷光体层和第三磷光体层中的不同类型的磷光体。因此，从第一磷光体层发射红光(R)，从第二磷光体层发射绿光(G)，从第三磷光体层发射蓝光(B)。这三种颜色的光混合在一起产生白光(w)。
具体地讲，用来转换紫外光的磷光体层形成为多层，即，三层。发射波长最长的红光(R)的第一磷光体层设置在UV发光器件上，发射波长比红光(R)的波长短的绿光(G)和蓝光(B)的第二磷光体层和第三磷光体层顺序地堆叠在第一磷光体层上。由于包含发射红光(R)且光转换效率最低的磷光体的第一磷光体层设置得离UV发光器件最近，所以相对提高了第一磷光体层的光转换效率。因此，发光器件的整个光转换效率得以提高。
图144和图145局部地示出了根据本发明该实施例的发光器件的构造。在图144和图145中仅仅示出了发光器件和多层磷光体层，其他部分的构造与图142和图143的构造相同。
图144示出的发光器件封装件包括形成为覆盖UV发光器件3410且具有410nm或更小的波长的多层磷光体层3420。在这种情况下，多层磷光体层3420设置有双层磷光体层。具体地讲，形成在UV发光器件3410上的第一磷光体层3421通过将红色磷光体与树脂混合来形成。红色磷光体包括被紫外光激发而发射峰值发射波长为大约600nm-700nm的光的磷光体材料。例如，红色磷光体可以包括无机化合物，或者包括硅酸盐基磷光体、硫化物基磷光体、氮化物基磷光体和QD磷光体中的至少一种，其中，无机化合物表示为在上述的实施例1至11中合成的(Sr，M)2SiO4-xNy:Eu组成物，其中，M为一价元素或二价元素中的至少一种，0＜x＜4且y＝2x/3。可以通过选择性地将绿色磷光体和蓝色磷光体与树脂混合来形成堆叠在第一磷光体层3421上的第二磷光体层3422。
通过那些结构从UV发光器件发射的紫外光激发包括在第一磷光体层3421中的磷光体以发射红光(R)，并且激发包括在第二磷光体层3422中的两种磷光体以发射绿光(G)和蓝光(B)。那三种颜色的光混合而产生白光(W)。如上所述，用来转换紫外光的磷光体层形成在两层中。发射波长最长的红光(R)的第一磷光体层3421设置在UV发光器件3410上，发射波长比红光(R)的波长短的绿光(G)和蓝光(B)的第二磷光体层3422堆叠在第一磷光体层3421上。与前面的实施例一样，这种多层磷光体层结构提高了光转换效率。
图145示出的发光器件封装件包括形成为覆盖发射波长为420nm至480nm的蓝光(B)的发光器件3410’的多层磷光体层3420’。多层磷光体层3420’形成为两层。具体地讲，形成在发光器件3410’上的第一磷光体层3421’通过将红色磷光体与树脂混合来形成。红色磷光体包括被蓝光激发而发射峰值发射波长为大约600nm-700nm的光的磷光体材料。例如，红色磷光体可以包括无机化合物，或者包括硅酸盐基磷光体、硫化物基磷光体、氮化物基磷光体和QD磷光体中的至少一种，其中，无机化合物表示为在上述的实施例1至11中合成的(Sr，M)2SiO4-xNy:Eu组成物，其中，M为一价元素或二价元素中的至少一种，0＜x＜4且y＝2x/3。堆叠在第一磷光体层3421’上的第二磷光体层3422’可以通过将绿色磷光体和/或黄色磷光体与树脂混合来形成。
通过那些结构从发光器件发射的蓝光激发包括在第一磷光体层3421’中的磷光体以发射红光(R)，并且激发包括在第二磷光体层3422’中的磷光体以发射绿光(G)和黄光(Y)。这样，从多层磷光体层发射的红光(R)和绿光(G)(或黄光(Y))与从发光器件发射的蓝光(B)混合而产生白光(w)。
下面将详细地描述在图145示出的发光器件封装件中发射白光的原理。
图146是图145的发光器件封装件的示意性概念图。参照图146，从蓝光源发射蓝光。蓝光源的峰值发射波长为420nm至480nm。具体地讲，峰值发射波长为420nm至480nm的蓝光发射器件可以用作蓝光源。绿色磷光体和红色磷光体被蓝光源发射的蓝光激发而分别发射绿色可见光和红色可见光。发射的绿色可见光和红色可见光与穿过磷光体的蓝光(从蓝光源发射的光)混合，从而获得白光。
绿色磷光体的峰值发射波长为大约490nm-550nm，红色磷光体包括被蓝光激发而发射峰值发射波长为大约600nm-700nm的光的磷光体材料。例如，红色磷光体可以包括无机化合物，或者包括硅酸盐基磷光体、硫化物基磷光体、氮化物基磷光体和QD磷光体中的至少一种，其中，无机化合物表示为在上述的实施例1至11中合成的(Sr，M)2SiO4-xNy:Eu组成物，其中，M为一价元素或二价元素中的至少一种，0＜x＜4且y＝2x/3。对应的磷光体可以在蓝光源的特定发射波长处具有高的光子效率。另外，对应的磷光体相对于由其他磷光体发射的可见光具有相当大的透明度。红色磷光体被蓝光源发射的蓝光和绿色磷光体发射的绿光激发，因而发射红光。红色磷光体可以具有大约420nm-500nm的峰值激发波长，从而红色磷光体被蓝光和绿光充分地激发。此外，由于红色磷光体还被绿色磷光体以及蓝光源激发(即，红色磷光体被双倍激发)，所以提高了红色磷光体的量子产率。由于红色磷光体的量子产率的提高，使得整个发光效率、亮度和显色指数也得以提高。另外，如果使用没有目的而被浪废的绿光(例如，从发射表面的后面泄漏出去的绿光)来激发红色磷光体，则将进一步提高总的发光效率。量子效率的提高可以提高白光发射器件的整体亮度和显色指数。
图147是示出了根据本发明该实施例的发光器件封装件中使用的绿色磷光体(第二磷光体)和红色磷光体(第一磷光体)的能量跃迁的示意图。参照图147，第二磷光体被大约460nm的蓝光激发，并且发射大约530nm的绿光。另外，第一磷光体吸收由第二磷光体发射的一部分绿光以及大约460nm的蓝光，并且发射大约630nm的红光。以这种方式，第一磷光体被双倍激发而发射红光。具体地讲，第一磷光体设置在诸如蓝光发射器件的蓝光源上，第二磷光体设置在第一磷光体上。以这种方式，第一磷光体易于吸收从第二磷光体向后发射的光，并且发射红光。因此，由第一磷光体发射的另外的光进一步提高了发光器件的整体亮度，并且还进一步增大了发光器件的显色指数。此外，其它向后发射并因此而浪废的光可以被第一磷光体有效地利用。因为具有上述层结构的磷光体布置形成了各种磷光体被分散的模制树脂层，所以可以容易地实现这种磷光体布置。
图148是根据本发明另一实施例的发光器件封装件的剖视图。参照图148，发光器件封装件3500包括封装基底3531和安装在封装基底3531上的发光二极管芯片3535。封装基底3531可以包括形成有两个引线框架3532a和3532b的底部封装基底3531a及设置有腔的顶部封装基底3531b。发光器件3535安装在腔区域的内部。发光器件3535的电极(未示出)分别通过导线连接到引线框架3532a和3532b的顶表面。
低折射率区域3536设置为围绕发光器件3535。低折射率区域3536可以是空的空间，或者可以是填充有折射率相对低的透明树脂的区域。当低折射率区域3536为空的空间时，该区域具有与大气类似的折射率(n＝1)。另一方面，当低折射率区域3536由透明树脂形成时，可以使用环氧树脂、硅或它们的混合树脂。在这种情况下，低折射率区域3536可以具有大约1.7的折射率。
高折射率层3537形成在低折射率区域3536上。高折射率层3537的折射率至少比低折射率区域3536的折射率高，不平坦图案3537a形成在高折射率层3537的顶表面上。此外，波长转换层3538形成在高折射率层3537上。波长转换层3538包括用来对LED 3535发射的光的波长进行转换的磷光体3539。波长转换层3538是含有磷光体的树脂层，并且其折射率至少比高折射率层3537的折射率低。
波长转换层3538至少包括吸收从发光器件发射的光的红色磷光体，并且发射大约600nm-700nm的峰值发射波长的光。例如，红色磷光体包括无机化合物，或者包括硅酸盐基磷光体、硫化物基磷光体、氮化物基磷光体和QD磷光体中的至少一种，其中，无机化合物表示为在上述的实施例1至11中合成的(Sr，M)2SiO4-xNy:Eu组成物，其中，M为一价元素或二价元素中的至少一种，0＜x＜4且y＝2x/3。
在此使用的高折射率层3537可以由折射率高的树脂形成，或者可以用包括高折射率粒子的透明树脂层来实现。在这种情况下，高折射率粒子可以选自于由GaP、Si、TiO2、SrTiO3、SiC、立方碳或无定形碳、碳纳米管、AlGaInP、AlGaAs、SiN、SiON、ITO、SiGe、AlN和GaN组成的组。
高折射率层3537具有高的折射率，从而从磷光体粒子3539散射的光子可以在与低折射率区域3536的界面处发生全反射。高折射率层3537可以具有大约1.8或更大的折射率。当低折射率区域3536由具有特定折射率的树脂形成时，高折射率层3537可以由具有较高折射率的材料形成，从而高折射率层3537可以与特定树脂具有足够的折射率差异。
虽然在与波长转换层3538的界面处获得了相对高的光提取临界角，但是形成在高折射率层3537上的不平坦图案3537a使得在波长转换层3538处提取光较为容易。不平坦图案3537a的形成周期可以在大约0.001μm-500μm的范围内。另外，当高折射率层3537与波长转换层3538之间的折射率差过大时，甚至通过不平坦图案3537a也难以期望足够的光提取。因此，优选的是，高折射率层3537的折射率为10或更小。
图149是解释图148示出的发光器件封装件的光提取机理的示意图。参照图148和图149，从发光器件3535发射的光①穿过低折射率区域3536和高折射率层3537，并朝着波长转换层3538引导。虽然低折射率区域3536的折射率低于构成发光器件3535的氮化物的折射率，但是因为不平坦图案(未示出)形成在发光器件3535的表面上，所以可以在低折射率区域3536有效地提取发光器件3535发射的光。此外，因为从低折射率区域3536朝着高折射率层3537引导的光被引导到高折射率材料，所以可以有效地提取所述光。由于波长转换层3538的折射率低于高折射率层3537的折射率，所以波长转换层3538具有有限的光提取临界角，但可以通过形成在高折射率层3537的表面上的不平坦图案来进行有效的提取。
然后，在磷光体粒子3539处激发从LED发射的光①，可以沿期望的方向，即，沿封装件向上的方向提取激发光的一部分②。另一方面，可以将激发光的另一部分③从波长转换层3538朝着封装件的内部引导到高折射率层3537。由于波长转换层3538的折射率低于高折射率层3537的折射率，所以引导到封装件内部的光③可以入射到高折射率层3537中而几乎没有损失。入射到高折射率层3537中的多数光③因高的折射率差异而在与低折射率区域3536的界面处发生全反射。被全反射的光④被引导到高折射率层3537的上部，并且可以在穿过高折射率层3537与波长转换层3538之间的界面的同时沿期望的方向被提取。如上所述，虽然由于折射率差异而使得高折射率层3537和波长转换层3538具有有限的光提取临界角，但是可以通过形成在高折射率层3537的顶表面上的不平坦图案3537a更容易地提取光。
这样，可以通过低折射率区域3536和其顶表面上形成有不平坦图案3537a的高折射率层沿期望的向上方向对被磷光体粒子3539漫射而引导到封装件内部的光进行有效地全反射。
根据本发明的实施例，包括磷光体粒子的波长转换层3538设置在发光器件封装件的上部，具有低折射率区域和有着不平坦图案的高折射率层的光学结构设置在发光器件封装件的下部。因此，可以沿向上方向对被磷光体粒子沿所有方向散射的光的行进方向进行再调整，从而提高光提取效率。
图150至图152是根据本发明另一实施例的发光器件封装件的剖视图。图150示出了图148的发光器件封装件中的改进结构的波长转换层，图151示出了改进结构的封装基底。图152示出了改进结构的高折射率层。利用高折射率粒子自身的形状形成图152的高折射率层，而无需采用通常的成型工艺或蚀刻工艺。
与图148的发光器件封装件类似，图150的发光器件封装件3600包括封装基底3641和安装在封装基底3641上的发光二极管芯片3645。封装基底3641可以包括形成有两个引线框架3642a和3642b的底部封装基底3641a及设置有腔的顶部封装基底3641b。发光器件3645的电极(未示出)分别通过导线连接到引线框架3642a和3642b的顶表面。
低折射率区域3646设置成围绕发光器件3645。低折射率区域3646可以是空的空间，或者可以是填充有折射率低的透明树脂(例如，环氧树脂或硅树脂)的区域。当低折射率区域3646是空的空间时，低折射率区域3646可以以这样的方式来设置：折射率低的透镜(未示出)设置在空的空间区域中，以围绕发光器件3645。
高折射率层3647形成在低折射率区域3646上。高折射率层3647的折射率至少高于低折射率区域3646的折射率，不平坦图案3647a形成在高折射率层3647的顶表面上。形成在高折射率层3647上的不平坦图案3647a可以使得从折射率相对低的波长转换层3648提取光较为容易。不平坦图案3647a的形成周期可以在大约0.001μm-500μm的范围内。
另外，在高折射率层3647的底表面，即，在高折射率层3647和低折射率区域3646之间的界面还可以形成非反射层3647b。非反射层3647b由在发光器件3645的光波长段不反射的材料形成。由于非反射层3647b，使得可以朝着高折射率层3647更有效地引导由发光器件3645产生的光。
波长转换层3648形成在高折射率层3647上。波长转换层3648包括对从发光器件3645发射的光的波长进行转换的磷光体3649。波长转换层3648的折射率至少低于高折射率层3647的折射率。
在该实施例中，可以通过形成传统的透明树脂区域并在该区域的顶表面上涂覆磷光体3649来形成波长转换层3648。以这样的结构，由于包括磷光体粒子3649的层设置在包括高折射率层3647和低折射率区域3646的光学结构上，显著地提高了光提取效率。
此外，高折射率层3647可以由折射率高的树脂形成，或者可以由包含高折射率粒子的透明树脂形成。高折射率层3647的折射率为1.8或更大，从而在磷光体粒子3649处散射的光子在与低折射率区域3646的界面处发生全反射。高折射率层3647的折射率可以为10或更大，以有助于波长转换层3648处的光提取。
虽然根据本发明的封装制造方法不限于以下的示例，但是当低折射率区域3646由诸如环氧树脂或硅树脂的透明树脂形成时，可以通过顺序地涂覆并固化高折射率层3647和波长转换层3648来形成低折射率区域3646。形成在高折射率层3647上的不平坦图案3647a可以在固化工艺之后通过应用机械或化学蚀刻工艺来形成或者在固化工艺之前利用模制框架来形成。
接下来，图151示出的发光器件封装件3600’包括封装基底3651和安装在封装基底3651上的发光器件3655。封装基底3651包括但不限于形成在其顶表面上的两个引线框架6052a和6052b、形成在其底表面上的两个连接焊盘3654a和3654b以及将引线框架和连接焊盘连接起来的导电通孔6053a和6053b。
与其他实施例类似，发光器件封装件3600包括围绕发光器件3655的半球形低折射率区域3656、形成在低折射率区域3656上的高折射率层3657和形成在高折射率层3657上的波长转换层3658。高折射率层3657的折射率至少高于低折射率区域3656的折射率，不平坦图案3657a形成在高折射率层3657的顶表面上。波长转换层3658的折射率至少低于高折射率层3657的折射率。
在该实施例中，当半球形低折射率区域3656由透明树脂形成时，可以利用传统的成型工艺例如转送成型工艺来容易地形成该半球形低折射率区域3656。在这种情况下，可以通过成型工艺形成其他层3657和3658。另一方面，当低折射率区域3656设置有空的空间时，可以通过单独的成型工艺将高折射率层3657和/或波长转换层3658形成为期望的形状并使高折射率层3657和/或波长转换层3658附于封装基底3651上来实现低折射率区域3656。虽然半球形高折射率层3657和半球形波长转换层3658是示例性的，但是它们也可以形成为各种截面形状，例如矩形或三角形。
也可以以类似的方式将这些各种形状应用于图150的结构。例如，虽然在图150中示出了具有平坦形状的高折射率层3647，但是可以将其修改为半球形形状或其他形状，如图151所示。
与图148的发光器件封装件相似，图152的发光器件封装件包括封装基底3661和安装在封装基底3661上的LED芯片3665。封装基底3661可以包括形成有两个引线框架3662a和3662b的底部封装基底3661a及设置有腔的顶部封装基底3661b。
发光器件3665安装在腔区域的内部。发光器件3665的电极(未示出)分别通过导线连接到引线框架3662a和3662b的顶表面。
低折射率区域3666可以是空的空间，或者可以是填充有折射率相对低的透明树脂的区域。当低折射率区域3666是空的空间时，其折射率(n＝1)与大气的折射率相似。另一方面，当低折射率区域3666由透明树脂形成时，可以使用环氧树脂、硅或它们的混合树脂。在这种情况下，低折射率区域3666可以具有大约1.7的折射率。
高折射率层3667形成在低折射率区域3666上。高折射率层3667的折射率至少高于低折射率区域3666的折射率，不平坦图案3667a通过粒子的形状形成。因此，在该实施例中，通过高折射率粒子的粒度或形状来确定不平坦图案3667a的形状或周期。高折射率粒子可以选自于由GaP、Si、TiO2、SrTiO3、SiC、立方碳或无定形碳、碳纳米管、AlGaInP、AlGaAs、SiN、SiON、ITO、SiGe、AlN和GaN组成的组。
可以通过单独的工艺在腔区域中至少在高折射率层的顶表面上布置高折射率粒子来形成在此使用的高折射率层3667。可选择地，当低折射率区域3666由特定的树脂形成时，可以在树脂的顶表面上密密地涂覆高折射率粒子来形成低折射率区域3666。
波长转换层3668形成在高折射率层3667上。波长转换层3668包括对发光器件3665发射的光的波长进行转换的磷光体3669。波长转换层3668的折射率至少低于高折射率层3667的折射率。
形成在高折射率层3667上的不平坦图案3667a使得从折射率相对低的波长转换层提取光较为容易。另外，当高折射率层3667与波长转换层3668之间的折射率差过大时，甚至通过不平坦图案3537a也难以期望足够的光提取。因此，优选的是，高折射率层3667的折射率为10或更小。
图153是根据本发明另一实施例的发光器件封装件的示意性剖视图。图154是图153示出的发光器件封装件中的波长转换部分和控制部分的示意性透视图。
参照图153和图154，根据本发明该实施例的发光器件封装件3700包括主体3710、发光器件3720、波长转换部分3730和控制部分3740。主体3710可以由塑料、树脂或陶瓷形成。主体3710包括具有敞开的前侧的腔3711，发光器件3720容纳在腔3711中。腔3711具有沿向前的方向倾斜的内周，以扩散从发光器件3720产生的光。腔3711的内周沿从内到外的方向延伸。
如所示出的，当腔3711形成为圆柱形结构并由此具有圆形或椭圆形水平截面时，腔3711具有其外侧内径比其内侧内径宽的圆锥形形状。然而，本发明不限于上面的实施例，腔3711可以具有矩形的水平截面。在这种情况下，腔3711可以具有其外侧截面比其内部截面宽的金字塔形状。
主体3710包括波长转换部分3730安装在腔3711的敞开的前侧(顶表面)上的阶梯式安装部分3712。安装部分3712形成为从主体3710的前侧(顶表面)向下的阶梯状，从而可以在安装部分3712上安装波长转换部分3730。可以沿着腔3711的外周形成安装部分3712。
主体3710包括一对主电极3714和3715，一对主电极3714和3715具有暴露于腔3711的底表面以电连接到安装在主体3710上的发光器件3720的一个端子和暴露于主体3710的外部的另一端子。发光器件3720是这样一种半导体器件，当对该半导体器件施加外部电压时，该半导体器件辐射具有预定波长的光。与使用多个发光器件的现有技术相反，根据本发明该实施例的发光器件封装件利用单个发光器件改变色温。发光器件3720安装在主体3710上，从而发光器件3720电连接到容纳在腔3711中并设置在主体3710内部的这对主端子3714和3715。
同时，波长转换部分3730安装在主体3710的安装部分3712中以覆盖腔3711，并改变从发光器件3720发射的光的波长。波长转换部分3730包括设置在发光器件3720发射的光的路径上的流体容纳部分3731、引入到流体容纳部分3731中的透明流体3732和分散在透明流体3732内的磷光体材料3733。波长转换部分3730通过在改变包含磷光体材料3733并引入到流体容纳部分3731中的透明流体3732的容量的同时，控制流体容纳部分3731的容积来控制色温。波长转换部分3730至少包括吸收发光器件发射的光并且发射峰值发射波长为大约600nm-700nm的光的红色磷光体。例如，红色磷光体包括无机化合物，或者包括硅酸盐基磷光体、硫化物基磷光体、氮化物基磷光体和QD磷光体中的至少一种，其中，无机化合物表示为在上述的实施例1至11中合成的(Sr，M)2SiO4-xNy:Eu组成物，其中，M为一价元素或二价元素中的至少一种，0＜x＜4且y＝2x/3。
流体容纳部分3731可以由具有优异的变形特性例如收缩和膨胀及优异的恢复特性的硅或橡胶材料形成。流体容纳部分3731可以具有透光度，以不影响色温。另外，流体容纳部分3731可以以中空的管状结构形成，该中空的管状结构具有足以容纳引入到流体容纳部分3731内部的的透明树脂3732的预定容积。虽然示出了具有盘状结构的流体容纳部分3731，但是本发明不限于此。流体容纳部分3731可以根据腔3711的外部截面形状具有多边形结构，例如，矩形结构。引入到流体容纳部分3731中的透明树脂3732可以包括水、油或树脂，以具有可流动的特性。透明树脂3732容纳在均匀分散的磷光体材料3733中。
同时，控制部分3740连接到波长转换部分3730，并在改变透明流体3732的容量的同时通过调整流体容纳部分3731的容积来控制色温。控制部分3740包括：存储罐3741，与流体容纳部分3731连通，并容纳透明流体3732；致动器3742，连接到存储罐3741，并且调整容纳在流体容纳部分3731中的透明流体3732的容量。存储罐3741连接到流体容纳部分3731，并且容纳透明流体3732的容纳在流体容纳部分3731中的一部分。因此，具有可流动特性的透明流体3732不是固定在这样的状态(即，透明流体3732容纳在流体容纳部分3731中)，而是在流体容纳部分3731和存储罐3741之间可流动。以这样的方式，可以改变流体容纳部分3731中的透明流体3732的容量。存储罐3741可以由与流体容纳部分3731的材料相同的材料形成，并且可以与流体容纳部分3731一体地形成。
致动器3742连接到存储罐3741，并且控制容纳在流体容纳部分3731中的透明流体3732的容量。也就是说，通过致动器3742的膨胀或收缩使容纳在连接到致动器3742的存储罐3741中的透明流体3732朝着流体容纳部分3731运动，或者使透明流体3732从流体容纳部分3731运动到存储罐3741来控制流体容纳部分3731内部的透明流体3732的容量。致动器3741的示例可以包括压电致动器(PZT)、MEMS器件等。致动器3742由外部电压来驱动。为此，致动器3742包括一对辅助端子3744和3745，这对辅助端子的一端电连接到致动器3742，这对辅助端子的另一端暴露于主体3710的外部。
发光器件封装件还可以包括控制致动器3742的操作的电子器件(未示出)。将省略对致动器3742与辅助端子3744和3745的详细连接结构的描述。虽然示出了暴露于主体3710的底部的辅助端子3744和3745，但是辅助端子3744和3745也可以暴露于主体3710的侧部。存储罐3741和致动器3742可以与腔3711相邻，并且埋在主体3710的内部。在这种情况下，主体3710可以具有容纳存储罐3741和致动器3742的凹进的容纳槽(未示出)。因此，存储罐3741和致动器3742可以插入并安装在容纳槽中。
在根据本发明该实施例的发光器件封装件中，存储罐3741和致动器3742沿着主体3710的次轴方向平行于光学轴布置。然而，存储罐3741和致动器3742也可以布置成沿着主体3710的长轴方向与光学轴垂直。在这种情况下，可以减小主体3710的厚度，可以更有效地安装存储罐3741和致动器3742。
流体容纳部分3731安装在安装部分3712的阶梯表面上，以覆盖腔3711。在这种情况下，主体3710的腔3711填充有透明树脂，以密封设置在腔3711内的发光器件3720。此外，腔3711可以填充有空气，以围绕设置在腔3711内的发光器件3720。在这种情况下，发光器件被安装成覆盖腔3711的流体容纳部分3731密封。
下面将参照图155和图156来描述通过波长转换部分3730和控制部分3740的操作来改变色温的方法。参照图155，当通过这对辅助端子3744和3745来施加外部电压并且致动器3742执行膨胀操作时，连接到致动器3742的存储罐3741在致动器3742的作用下收缩，因此减小存储罐3741的体积。此时，容纳在存储罐3741中的透明流体3732运动到流体容纳部分3731，从而增大填充流体容纳部分3731的透明流体3732的流动速率。因此，流体容纳部分3731通过引入的透明流体3732膨胀，因此流体容纳部分3731的体积增大。因此，设置在光学轴上的磷光体流体层的厚度增大得足够多。由于发光器件3720产生的光穿过厚的磷光体流体层，所以发射的光的色温降低。
参照图156，当致动器3742执行收缩操作时，连接到致动器3742的存储罐3741在致动器3742的作用下膨胀，因此存储罐3741的体积增大。此时，容纳在流体容纳部分3731中的透明流体3732运动到存储罐3741，从而降低填充流体容纳部分3731的透明流体3732的流动速率。因此，流体容纳部分3731在引入的透明流体3732的作用下收缩，因而其体积减小。因此，设置在光学轴上的磷光体流体层的厚度也减小。由于发光器件3720产生的光穿过薄的磷光体流动层，所以发射的光的色温升高。
虽然在附图中示出了在平坦状态下膨胀和收缩的流体容纳部分3731的前表面(顶表面)，但是其中心部分可以以圆顶形状突出。可以通过控制致动器3742的电子装置(未示出)来更精确地调节色温的改变。因此，可以利用单个发光器件来容易地调节色温，因为不必确保用于颜色混合的距离，所以可以使光源微型化。
图157是根据本发明另一实施例的发光器件封装件3800的剖视图。
参照图157，根据本发明该实施例的发光器件封装件3800包括发光器件3811、电极结构3812和3813、封装主体3815、透光的透明树脂3816和安装有发光器件3811的凹进部分3818。
发光器件3811键合到一对(金属)导线3814a和3814b的各自的第一端，电极结构3812和3813键合到这对导线3814a和3814b的第二端。
发光器件3811可以是根据本发明的各个实施例的发光器件之一。
封装主体3815是被注射成型树脂以形成具有封闭的底表面和敞开的顶表面的腔3817的结构。
腔3817可以具有以特定角度倾斜的顶部倾斜表面，反射构件3817a可以设置在腔3817的顶部倾斜表面上。反射构件3817a由具有高折射率的金属形成，例如由Al、Ag、Ni等形成，从而反射从发光器件3811产生的光。
这对电极结构3812和3813一体地形成并固定到封装主体3815，电极结构3812和3813的第一端顶表面的一部分通过腔3817的底表面暴露于外部。
电极结构3812和3813的第二端暴露于封装主体3815的外表面，使得电极结构3812和3813可以连接到外部电源。
通过使电极结构3812和3813的暴露于腔3817的底表面的顶表面凹进来形成凹进部分3818。在这对电极结构3812和3813之间，凹进部分3818可以形成安装有发光器件3811的电极结构3812中。
凹进部分3818设置有弯曲部分，弯曲部分在安装有至少一个发光器件3811的电极结构3812的第一端向下弯曲。弯曲部分具有安装有发光器件3811的平坦的安装表面和一对下倾斜表面3812a和3813c，这对下倾斜表面3812a和3813c在安装表面的左侧和右侧以特定角度向上延伸并且面对发光器件3811的外表面。
反射构件可以设置在下倾斜表面3812a和3813a上，以反射从发光器件3811产生的光。
考虑到发光器件3811的高度h，凹进部分3818的深度H可以为大约50μm-400μm。以这种方式，封装主体3815的腔高度H可以降低至150μm-500μm。由于减小了包含在腔3817内的透光的透明树脂的量，所以相应地降低了制造成本并且增强了亮度。此外，可以使产品微型化。
图158是示出了图157的发光器件封装件的修改实施例的剖视图。
与前面实施例的凹进部分3818不一样，根据本发明该修改实施例的发光器件封装件包括槽3818a，在彼此面对的成对电极结构3812和3813之间形成封装主体3815时，槽3818从腔3817的底表面以特定的深度凹进。
由于其他元件与图157的发光器件封装件相同，所以将省略对它们的详细描述。
透光的透明树脂3816由填充腔3817的诸如环氧树脂、硅或树脂的透明树脂材料形成，以覆盖发光器件3811及导线3814a和3814b并且保护这些元件免受外部环境的影响。
透光的透明树脂3816可以包括磷光体材料，磷光体材料是能够将发光器件3811发射的光转换为白光的从诸如YAG和TAG的石榴石基磷光体、硅酸盐基磷光体、硫化物基磷光体、氮化物基磷光体和QD磷光体中选择的波长转换装置。
包括YAG和TAG的石榴石基磷光体材料可以选自于(Y，Tb，Lu，Sc，La，Gd，Sm)3(Al，Ga，In，Si，Fe)5(O，S)12:Ce，硅酸盐基磷光体材料可以选自于(Sr，Ba，Ca，Mg)2SiO4:(Eu，F，Cl)。另外，硫化物基磷光体材料可以选自于(Ca，Sr)S:Eu，(Sr，Ca，Ba)(Al，Ga)2S4:Eu。氮化物基磷光体可以是通过激活稀土元素形成的氧氮化物磷光体。硫化物基磷光体可以是固溶在表示为(Sr，Ca，Si，Al，O)N:Eu(例如，CaAlSiN4:Eu或β-SiAlON:Eu)或Ca-αSiAlON:Eu基分子式：MexSi12-(m+2)Al(m+n)OnN16-n:Re的α-SiAlON中的金属Me(其中，Me是Ca或者Y中的一种或两种)的一部分或全部被作为发光中心的镧系金属Re取代的磷光体。
α-SiAlON基磷光体可以选自于(Cax，My)(Si，Al)12(O，N)16磷光体组分(其中，M是Eu、Tb、Yb和Er中的至少一种，0.05＜(x+y)＜0.3，0.02＜x＜0.27和0.03＜y＜0.3)。
QD磷光体是由核和壳组成的纳米晶粒子，核尺寸在大约2nm-100nm的范围内。QD磷光体可以用作通过调整核尺寸而发射诸如蓝色(B)、黄色(Y)、绿色(G)和红色(R)的各种颜色的磷光体材料。可以通过将II-VI族化合物半导体(ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、MgTe等)、III-V族化合物半导体(GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、AlAs、AlP、AlSb、AlS等)和IV族半导体(Ge、Si、Pb等)中的至少两种半导体的异质结来形成QD磷光体的核和壳结构。可以在QD磷光体的外壳形成使用诸如油酸的材料的有机配体，以使壳表面的分子键终止，抑制QD粒子之间的聚集，改善诸如硅树脂或环氧树脂的树脂内部的分散，或者增强磷光体功能。
在蓝光发射器件中，白光可以包括黄色(Y)磷光体、绿色(G)磷光体和红色(R)磷光体。通过蓝光发射器件来激发黄色磷光体、绿色磷光体和红色磷光体，以分别发射黄光、绿光和红光。黄光、绿光和红光与蓝光发射器件发射的蓝光的一部分混合，从而输出白光。
由于已经在上面详细描述了用于输出白光的各种颜色，所以将在本发明的该修改实施例中省略对其的进一步描述。
电极结构3812和3813的面对安装到槽3818a中的发光器件3811的外表面的端部可以具有设置有反射构件的下倾斜表面3812b和3813b，以反射从发光器件3811产生的光。
在具有上述结构的发光器件封装件3800和3800’中，设置在腔3817的中心处的发光器件3811安装在凹进部分的在电极结构3812中向下弯曲的安装表面上，或者安装在彼此面对的电极结构3812和3813的端部之间凹进的槽3818a中。因此，通过导线3814a和3814b引线键合到电极结构3812和3813的发光器件3811的顶表面可以与电极结构3812和3813的顶表面高度大致相同。
在这种情况下，引线键合到发光器件3811的引线3814a和3814b的最大高度可以减少发光器件3811的减少了的安装高度那么多。
因此，能够减少容纳在腔中的透光的透明树脂3816的填充量，以保护发光器件3811及导线3814a和3814b。另外，透光的透明树脂的填充高度H可以减少发光器件3811的减少了的安装高度那么多。因此，可以显著增强在发光器件3811发光期间产生的光的亮度。
由于减少了容纳在腔3817中的透光的透明树脂3816的填充高度H，所以封装主体3815的顶端高度减少了减少了的填充高度那么多，从而进一步减小了整个封装尺寸。
图159中的(a)至(c)是示出了根据本发明实施例的发光器件封装件中的外部引线框架的制造方法的示意图。
参照图159中的(a)，负极结构3812和正极结构3813一体地固定到大多注射成型的树脂外的封装主体3815。然而，电极结构3812和3813的端部暴露于封装主体3815的外表面，从而电极结构3812和3813可以连接到外部电源。
向下暴露于封装主体3815外部的电极结构3812和3813沿与出射表面相反的方向弯曲以形成腔3817，所述出射表面穿过封装件的侧面和/或底表面弯曲。
电极结构3812和3813在封装件的安装表面(底表面，3819)的侧面和/或后表面(底部)弯曲。
如图159中的(b)所示，电极结构3812的暴露于封装底表面3819的端部首先弯曲，以形成封装件3800的侧面形状。然后，如图159中的(c)所示，电极结构3812的端部朝着封装件底表面3819的后部弯曲。以这种方式，完全形成整个电极结构3812。
发光器件封装件可以提供适于用作LCD背光单元的白光源模块。即，根据本发明实施例的白光源模块是LCD背光单元，并且可以与各种光学构件(漫射板、导光板、反射板、棱镜片等)组合而构成背光组件。在图160和图161中示出了示例性白光源。
参照图160，用于LCD背光的光源模块3100包括电路板3101和安装在电路板3101上的多个白光发射器件封装件3010。连接到发光器件3010的导电图案(未示出)可以形成在电路板3101的顶表面上。
白光发射器件封装件3010可以理解为上面已经参照图120描述的白光发射器件封装件。即，通过在板上芯片(COB)方法中将蓝光发射器件3015直接安装在电路板3101上。由于各个白光发射器件封装件3010的结构设置有不具有单独的反射壁且具有透镜功能的半球形树脂包封部3019，所以白光发射器件封装件3100可以表现出宽的方位角。每个对应的光源的宽方位角可以有助于减小LCD显示器的尺寸(厚度或宽度)。
参照图161，用于LCD背光的光源模块3200包括电路板3201和安装在电路板3201上的多个白光发射器件封装件3020。如上面参照图121所描述的，白光发射器件封装件3020包括：蓝光发射器件3025，安装在封装主体3021的反射杯中；树脂包封部3029，包封蓝光发射器件3025。绿色磷光体3022、红色磷光体3024以及黄色或橙黄色磷光体3026可以分散在树脂包封部3029内。
<背光单元>
根据本发明实施例的背光单元包括上述的发光器件封装件。包括半导体发光器件的发光器件封装件可以用作诸如照明设备、车前灯等各种光源以及诸如背光单元的面光源。
下面将描述根据本发明的各种实施例的包括发光器件封装件的背光单元。
图162是示出了根据本发明实施例的面光源中的发光模块的布置结构的的示意性平面图。图163示出了图162的发光模块的旋转布置方法。
参照图162，面光源4000包括第一发光模块4001a至第四发光模块4001d。第一发光模块4001a至第四发光模块4001d分别包括多个发光器件4003和多个连接件4004a至4004d。多个发光器件4003按行和列二维布置，以形成发射区域。具体地讲，当使用白光发射器件时，面光源1900可以用在背光单元中、照明装置等中。第一发光模块4001a至第四发光模块4001d可以具有方形结构且可以具有相同的形状，并且包括布置在绝缘基底上的多个发光器件4003和连接件4004a至4004d。
包括在第一发光模块4001a中的连接件4004a与第一发光模块4001a的一个顶点相邻地设置。在这种情况下，第一发光模块4001a的顶点对应于通过图162中的第一发光模块至第四发光模块形成的正方形的中心点，即，整个面光源4000的中心点。术语“与...相邻”可以理解为是指与第一发光模块4001a的四个顶点中的特定顶点设置得最近。如随后将描述的，特定顶点是发光模块的旋转中心点。
第二发光模块4001b至第四发光模块4001d设置成这样的结构，即，将第一发光模块4001a围绕旋转中心点顺序地旋转90度。即，包括在第二发光模块4001b中的多个发光器件4003和连接件4004b设置成这样的结构：包括在第一发光模块4001a中的多个发光器件4003和连接件4004a沿顺时针方向旋转90度。同样，包括在第三发光模块4001c中的多个发光器件4003和连接件4004c设置成这样的结构：包括在第二发光模块4001b中的多个发光器件4003和连接件4004b沿顺时针方向旋转90度。第四发光模块4001d可以按相同的方式布置。图163中的(a)示出了这种旋转布置。在这种情况下，旋转方向可以不是顺时针方向，而是逆时针方向。
参照图162，包括在第一发光模块4001a至第四发光模块4001d中的连接件4004a至4004d与中心点相邻地布置，并且它们的分离距离非常近。因此，可以简化用于电连接的线结构。此外，由于第一发光模块4001a至第四发光模块4001d具有90度旋转布置结构，所以根据本发明该实施例的面光源4000可以仅由一种发光模块构造。当不使用旋转布置结构时，第一发光模块4001a至第四发光模块4001d必须具有不同的结构，从而连接件4004a至4004d可以相邻于中心点布置。与本发明的第一实施例不同，需要四种发光模块。这样，在根据本发明第一实施例的面光源的情况下，连接件400a至4004d之间的距离变短，并且简化了电线结构。因此，仅需要一种发光模块。因此，通过标准化和产品改进可以获得成本降低效果。
图164是示出了根据本发明另一实施例的面光源中的发光模块的布置结构的示意性平面图。
参照图164，根据本发明该实施例的面光源包括第一发光模块4011a至第四发光模块4011d。第一发光模块4011a至第四发光模块4011d分别包括多个发光器件4013和多个连接件4014a至4014d。与图162的实施例不同，在根据本发明第二实施例的面光源的情况下，连接件4014a至4014d形成在与发光器件4013分离的区域中。即，图164是在布置连接件4014a至4014d的方向上看时面光源4010的视图。在第一发光模块4011a至第四发光模块4011d中，连接件4014a至4014d可以形成在与发光器件4013相对的区域中。因此，可以在不对连接件4014a至4014d进行限制的情况下布置发光器件4013。
图165是示出了根据本发明另一实施例的面光源中的发光模块的布置结构的示意性平面图。
参照图165，根据本发明该实施例的面光源4020包括第一发光模块4021a至第三发光模块4021c。第一发光模块4021a至第三发光模块4021c的外边界线的形状为圆形。发光区域是圆形的。与图162的实施例一样，第一发光模块4021a至第三发光模块4021c具有相同的形状。具体地讲，第一发光模块4021a至第三发光模块4021c具有它们共用顶点的扇形，即，与旋转中心点形成的角度为120度(＝360度/3)。包括在第一发光模块4021a中的多个发光器件4023沿第一方向和第二方向二维布置。第一方向和第二方向之间的角度为120度。在这种情况下，第一方向是指第一发光模块4021a与第二发光模块4021b之间的边界线的方向，第二方向是指第一发光模块4021a与第三发光模块4021c之间的边界线的方向。
包括在第二发光模块4021b中的多个发光器件4023和连接件4024b设置成这样的结构，即，包括在第一发光模块4021a中的多个发光器件4023和连接件4024a沿顺时针方向旋转120度。同样，包括在第三发光模块4021c中的多个发光器件4023和连接件4024c设置成这样的结构，即，包括在第二发光模块4021b中的多个发光器件4023和连接件4024b沿顺时针方向旋转120度。虽然已经在本发明的该实施例中描述了分为三部分的圆形面光源4020，但是面光源的形状可以是正n边形(其中，n为等于或大于3的自然数)，例如，正三角形、正五边形等。在这种情况下，可以以360度/n的旋转角度布置n个发光模块。
图166是示出了根据本发明另一实施例的面光源中的发光模块的布置结构的示意性平面图。
参照图166，根据本发明该实施例的面光源4030具有与图162的面光源4000的结构相似的结构。面光源4030包括第一发光模块4031a至第四发光模块4031d。第一发光模块4031a至第四发光模块4031d分别包括多个发光器件4033和多个连接件4034a至4034d。第二发光模块4031b至第四发光模块4031d可以布置成这样的结构，即，第一发光模块4031a顺序地旋转90度。
在该实施例中，包括在第一发光模块4031a中的多个发光器件4033按行和列布置，即，沿x轴方向和y轴布置。x轴方向间距x不同于y轴方向间距y。在该实施例中，y轴方向间距y大于与通常可以采用的值对应的x轴方向间距x。因此，可以减少在此使用的发光器件4033的总数。具体地讲，x轴方向间距x为大约26mm-27mm，y轴方向间距y为大约29mm-37mm。虽然在该实施例中y轴方向间距y大于x轴方向间距x。但是根据本发明的实施例，x轴方向间距x可以大于y轴方向间距y。即，x轴方向间距x和y轴方向间距y可以具有任何值，只要它们互不相同。同时，在此使用的间距对应于沿特定方向分隔开的相邻的发光器件4033的中心点之间的距离。
随着y轴方向间距y增大，具有不同x轴方向间距和y轴方向间距的发光器件的布置结构可以使不均匀亮度最小化。虽然在第一发光模块4031a中y轴方向间距y大于x轴方向间距x，但是第二发光模块4031b与第一发光模块4031a相反。另外，第三发光模块4031c与第二发光模块4031b相反。此外，通过使第三发光模块4031c沿顺时针方向旋转90度而形成的第四发光模块4031d的间距结构与第二发光模块4031b的间距结构相同。由于发光模块的布置结构与相邻发光模块的布置结构相反，所以能够使因不同的x轴方向间距和y轴方向间距造成的不均匀亮度最小化。因此，面光源4030可以减少发光器件4033的数量，同时保持亮度分布的均匀性。
在这种情况下，因发光器件4033的数量减少引起的亮度减弱可以通过增大施加的电流来解决。以这种方式，如果确定了第一发光模块4031a的布置和第一发光模块4031a在整个发光区域中占据的面积，则可以通过使第一发光模块4031a沿顺时针方向或逆时针方向旋转来确定其他发光模块的布置。可以实现亮度均匀性和发光器件数量的减少，而不管旋转方向怎样。
虽然在前面的实施例中已经描述了面光源的整体形状为正方形和圆形的情形，但是本发明也可以应用于矩形面光源，如图167所示。
图167是根据本发明另一实施例的面光源的平面图。在该实施例中，面光源4040具有矩形形状。可以通过使图162的四个面光源串联连结来设置面光源4040。根据本发明该实施例的面光源可以应用于尺寸为300×1200、600×1200等以及300×300和600×600的面光源。此外，具有上述结构的面光源也可以用在将光照射到LCD面板的后表面的背光单元。
根据上述实施例的面光源采用了根据本发明各种实施例的发光器件封装件。各个发光器件封装件包括包括至少一种红色磷光体的波长转换部分，其中，红色磷光体吸收从发光器件发射的光并且发射峰值发射波长为大约600nm-700nm的光。例如，红色磷光体包括无机化合物，或者包括硅酸盐基磷光体、石榴石基磷光体、硫化物基磷光体、氮化物基磷光体和QD磷光体中的至少一种，其中，无机化合物表示为在上述的实施例1至11中合成的(Sr，M)2SiO4-xNy:Eu组成物，其中，M为一价元素或二价元素中的至少一种，0＜x＜4且y＝2x/3。
图168是采用根据本发明各种实施例的上述面光源之一的背光单元的剖视图。
参照图168，根据本发明该实施例的背光单元5000可以包括根据本发明各种实施例的上述面光源。将以实施例之一作为示例。面光源5000包括布置在基底5001上的多个发光器件5002。发光器件5002以不同的间距P1和P2布置。虽然没有详细地示出，但是面光源5000的发光区域划分为n个，在划分的区域中形成第一发光模块至第n发光模块。通过将第一发光模块沿顺时针或逆时针方向顺序地旋转360度/n来形成第二发光模块至第n发光模块。虽然没有示出，但是向多个发光器件5002提供电压的连接件与第一发光模块至第n发光模块的旋转中心相邻地布置。
光学片5014设置在面光源的顶表面上。光学片5014包括用来使入射光均匀地漫射的漫射片或漫射板及设置在漫射片或漫射板上使入射光沿垂直方向聚集的聚光片。光学片5014还可包括设置在聚光片上以保护下光学结构的保护片。侧壁5013形成在基底5001的顶表面的边缘处，以围绕发光器件5002。侧壁5013具有沿布置发光器件5002的方向的倾斜表面。此外，反射层5011可以设置在基底5001的顶表面上，以将发光器件5002发射的光沿向上的方向反射。同时，发光器件5002的布置间隔，即，间距P1和P2可以小于光程l。如果不符合该条件，则面光源的亮度均匀性会劣化，并且会产生热点。光程l可以理解为从发光器件5002的出射表面到光学片5014的距离，即，光沿垂直方向行进的距离。
图169是根据本发明另一实施例的面光源的透视图。参照图169，面光源5100包括下框5110、发光器件封装件5120、导光板5130和光学片5140。面光源5100可以与通过控制光的透射率来显示图像的LCD面板一起用在LCD装置中。光学片5140可以安装在导光板5130上，以保护漫射板、漫射片、棱镜片和保护片。
导光板5130被划分为多个导光板。多个导光板平行地设置在下框架5110的容纳空间中，发光器件封装件5120设置在导光板5130的侧表面上。多个导光板5130可以分开地设置，并且可以一起布置成一体地连接。
发光器件封装件5130包括红色磷光体、蓝色磷光体、绿色磷光体和黄色磷光体与树脂材料适当地混合的波长转换部分。红色磷光体包括无机化合物，或者包括硅酸盐基磷光体、石榴石基磷光体、硫化物基磷光体、氮化物基磷光体和QD磷光体中的至少一种，其中，无机化合物表示为在上述的实施例1至11中合成的(Sr，M)2SiO4-xNy:Eu组成物，其中，M为一价元素或二价元素中的至少一种，0＜x＜4且y＝2x/3。虽然没有示出，但是还可以在导光板5130下方设置反射板。面光源可以安装并固定到下框架5110的内空间。
图170是根据本发明另一实施例的具有板型导光板的背光单元(即，面光源)的示意图。
参照图170，根据本发明该实施例的具有板型导光板的背光单元5200是串列式(tandem-type)面光源，并且包括n个LED光源模块5210和n个板型导光板5220。
n个LED光源模块5210均包括按行布置在基底5211上的多个光源器件封装件5212。n个LED光源模块彼此平行地布置。板型导光板5220布置在n个LED光源模块5210的侧面上。
此外，具有板型导光板5220的背光单元可以包括反射构件(未示出)，反射构件设置在LED光源模块5210和板型导光板5020的下方，以反射从LED光源模块5210发射的光。
此外，背光单元可包括位于板型导光板5220的顶表面上的漫射片或光学片。漫射片使在反射构件处被反射又在板型导光板处被折射而朝着LCD面板出射的光沿若干方向漫射。诸如棱镜片的光学片(未示出)起着使已经穿过漫射片的光聚集在前视角内的作用。
具体地讲，LED光源模块5210可以设置有在俯视法中安装的多个发光器件封装件5212。板型导光板5220沿LED光源发射光的方向布置，并且可以由可以使光透射的透明材料形成。与边缘型导光板相比，板型导光板具有简单的形状且易于大规模制造。另外，易于使导光板的位置对LED光源对准。
板型导光板5220包括光入射部分5221、光出射部分5224和前端部分5222。从LED光源模块5210发射的光入射在光入射部分5221上。光出射部分5224形成为厚度均匀的平板并且具有光出射表面，从LED光源模块入射的光穿过光出射表面出射到LCD面板作为照明光。前端部分5222相对于光入射部分5221在与光出射部分5224的相对侧突出，并且比光入射部分5221薄。板型导光板5220的前端部分5222设置成覆盖LED光源模块5210。也就是说，第(n+1)LED光源模块5210放置在第n板型导光板5220的前端部分5222下方。板型导光板5220的前端部分5222具有棱镜形底表面5223。
如图170中的(b)所示，从LED封装件5212出射的光不是直接出射到导光板5220，而是被板型导光板5220的前端部分5222的棱镜形底表面5223散射并分散。由于这种结构，能够去除LED光源模块5210上的导光板中出现的热点。
图171是解释图170中的板型导光板5220的示意性透视图。参照图171，板型导光板5220包括光入射部分5221、光出射部分5224和前端部分5222。从包括多个LED封装件5212的LED光源模块5210发射的光入射在光入射部分5221上。光出射部分5224形成为厚度均匀的平板并且具有光出射表面，从LED光源模块入射的光穿过光出射表面出射到LCD面板(未示出)作为照明光。前端部分5222相对于光入射部分5221形成在光出射部分5224的相对侧。前端部分5222的截面的厚度比光入射部分5221的光入射截面的厚度小。
前端部分5222具有用来使从布置在其下的LED封装件5212发射的光的一部分分散的棱镜形状5223。前端部分5222的棱镜形状5223可以是能够使入射光分散并散射的三棱镜、锥棱镜和半球形棱镜中的至少一种。
此外，前端部分5222的棱镜形状可以形成在整个前端部分5222上，或者可以仅部分地形成在LED封装件5212的顶表面上。这种棱镜形状使得能够去除LED封装件5212上的导光板5220中出现的热点。
因此，在板型导光板5220中，通过将前端部分5222的底表面处理成棱镜形状5223，无需为了分散因LED封装件5212发射的一部分光在LED封装件5212上的导光板5220中出现的热点而执行在LED封装件和导光板之间形成单独的漫射片和棱镜片的工艺。
下面将参照图172至图178来描述根据本发明另一实施例的具有板型导光板的背光单元。
图172是根据本发明另一实施例的背光单元的分解透视图，图173是在安装图172的背光单元之后沿着I-I′线截取的剖视图。虽然背光单元可以包括多个导光板，但是为了方便起见，仅示出了两个导光板。
参照图172和图173，背光单元5300包括底盖5310、导光板5320、光源5330和固定部分5340。
底盖5310具有容纳空间。例如，可以由形成底盖5310的底表面的板和在该板的边缘弯曲的侧壁来限定容纳空间。
底盖5310可以包括连接到后面将要描述的固定部分5340的结合开口或结合部分5311。结合开口或结合部分5311可以是后面将要描述的固定部分5340所穿过的通孔或者是固定部分5340插入到其中的槽。
导光板5320划分为多个部分。多个导光板5320平行地布置在底盖5310的容纳空间中。
每个导光板5320具有穿过本体部分的通孔5321。通孔5321设置在导光板5320的边缘处。然而，本发明不限于所描绘的通孔5321的位置和数量。通孔5321设置成对应于结合部分5311。
虽然示出的是具有矩形形状的导光板5320，但是本发明不限于此。例如，导光板5320可以具有三角形形状或六边形形状。
在每个导光板5320的一侧设置多个光源5330，以向每个导光板5320提供光。每个光源5330可以包括光源5331(即，发光器件封装件)及具有用来施加发光器件封装件5331的驱动电压的多个电路图案的基底5332。
例如，发光器件封装件5331可以包括实现蓝色、绿色和红色的子发光器件。此时，从实现蓝色、绿色和红色的子发光器件发射的蓝光、绿光和红光可以进行混合而产生白光。可选择地，发光器件可以包括蓝光发射器件和将从蓝光发射器件发射的一部分蓝光转换为黄光的磷光体。此时，蓝光和黄光进行混合而实现白光。
由于上面已经描述了发光器件封装件和磷光体，所以将省略对它们的进一步描述。
通过光源5330产生的光入射在导光板5320的侧表面上，并通过导光板5320的全内反射而向上发射。
固定部分5340将导光板5320固定到底盖5310，以防止导光板5320的移动。固定部分5340插入到导光板5320的通孔5321中，并将导光板5320固定到底盖5310。此外，固定部分5340可以穿过导光板5320的通孔5321并穿透导光板5320的结合部分5311(例如，通孔部分)，或者可以插入到插入槽中。
固定部分5340包括本体部分5342和从本体部分5342延伸的头部分5341。
本体部分5342穿过导光板5320的通孔5321，并且结合到结合部分5311。具体地讲，本体部分5342将导光板5320结合到底盖5310，从而将导光板5320固定在底盖5310上。
头部分5341的宽度宽于本体部分5342的宽度，从而防止固定部分5340从导光板5320的通孔5321完全松开。
头部分5341可以具有各种截面形状，例如半圆形形状、半椭圆形形状、矩形形状、三角形形状等。当头部分5341具有三角形截面形状时，能够使固定部分5340与后面将描述的光学构件5360之间的接触最小化。因此，能够使由固定部分5340导致的热点的出现最少化。
由于导光板5320和光学构件5360彼此分隔开恒定的间隔，所以从导光板5320发射的光可以均匀地提供给光学构件5360。由于头部分5341支撑光学构件5360，所以头部分5341起着保持导光板5320和光学构件5360之间的间隔的作用，随后将对此进行描述。可以通过调节头部分5341的高度来控制导光板5320和光学构件5360之间的间隔。
为了使对图像质量的影响最小化，固定部分5340可以由透光材料形成，例如，由透明塑料形成。
此外，反射构件5350可以设置在导光板5320的下方。反射构件5350反射出射到导光板5320下方的光，由此使该光入射在导光板5320上。因此，提高了背光单元的发光效率。
反射构件5350可以包括与通孔5321和结合部分5311对应的穿透部分5351。固定部分5340可以通过通孔5321和穿透部分5351结合到结合部分5311。以这种方式，当与导光板5320一样，反射构件5350被划分为多个构件时，可以通过固定部分5340将多个反射构件5350固定在下盖5310上。
此外，背光单元可以包括设置在导光板5320上的光学构件5360。光学构件5360的示例可以包括设置在导光板5320上的漫射板、漫射片、棱镜片和保护片。
因此，当背光单元设置有多个导光板时，可以进一步增强通过局部驱动带来的局部调光效果。
另外，可以利用固定部分将多个导光板固定到下盖，从而防止因导光板的移动而造成的缺陷。
另外，由于通过固定部分恒定地保持了导光板和光学构件之间的间隔，所以可以向LCD面板提供均匀的光。
图174是根据本发明另一实施例的LED背光单元的平面图。图175是示出了图174中的部分A在结合基底之前的透视图，图176是示出了图174中的部分A在结合基底之后的透视图。图177是沿着图176中的II-II′线截取的剖视图。
参照图174至图177，根据本发明该实施例的LED背光单元包括底盖5410、多个导光板5420、基底5431、多个LED封装件5432和固定部分5440。底盖5410具有结合孔或结合部分，例如，第一通孔5410a或槽。多个导光板5420布置在底盖5410上。基底5431在导光板5420的一侧水平地设置在底盖5410的底表面上，包括用来施加外部电压的线和对应于(或面对)底盖5410的第一通孔5410a的第二通孔5431a。用来提供光的多个LED封装件5432安装在设置在每个导光板5420的一侧处的基底5431上。固定部分5440结合到基底5431的第二通孔5431a和/或底盖5410的第一通孔5410a，并且按压相邻导光板5420的边缘部分。
底盖5410具有第一通孔5410a(或形成在板中的凹进的结合槽)，第一通孔5410a穿过形成容纳空间以构成底表面的板且具有圆形、矩形或椭圆形形状。底盖5410利用铁(Fe)或电镀锌钢板(EGI)形成下框。另外，底盖5410可以具有侧框，即，沿向上的方向垂直于构成底表面的板的边缘部分从底表面延伸而形成的侧壁。此时，下框的底表面可以划分为按行形成的多个区域，从而构造缝隙式背光单元。可以通过形成在一侧区域中的凹进槽来划分所述多个区域。使所述多个区域分离的凹进槽对应于用于如随后将描述的基底5431的容纳槽。
除了例如圆形、椭圆形或矩形形状之外，底盖5410上的第一通孔5410a还可以具有各种形状。然而，在该实施例中，第一通孔5410a可以是具有主方向的通孔，更具体地讲，具有两条平行的长边和在这两条长边的两端以预定曲率形为连接在一起的两条短边的通孔。第一通孔5410a可以形成在底盖5410上，使得第一通孔5410a的长轴方向(Y轴)与光行进的方向相同。结合槽也具有与如上所述的结构特性相同的结构特性。
在形成容纳有底盖5410的整个底表面或基底5431的凹进容纳槽的情况下，反射板(未示出)附在除了凹进槽之外的多个底表面上。反射板由白色聚酯膜或涂覆有金属(Ag或Al)的膜形成。反射板上的可见光的反射率为大约90％至97％，当涂覆的膜较厚时，反射率增大。
在这种情况下，底盖5410的底表面上的多个反射板可以延伸成使得它们在LED封装件5432的后表面上位于设置得彼此相邻的LED封装件5432和导光板5420之间。在这种情况下，从导光板5420的一侧提供的并被引导的光被反射板再次反射，而不会被设置在导光板5420的另一侧上的LED封装件5432干扰，然后，沿设置在上部的光学构件(未示出)的方向来提供所述光，因此，提高了光反射效率。
LED光源5430设置在底盖5410的凹进的容纳槽处或导光板5420的一侧处。LED光源5430包括基底5431(即，PCB)和LED封装件5432。基底5431在凹进的容纳槽处水平地设置在底盖5410的底表面上，包括用来施加外部电压的线和与底盖5410的第一通孔5410a对应的第二通孔5431a。LED封装件5432安装在基底5431上。
基底5431具有位于LED封装件5432之间的第二通孔5431a。具有第二通孔5431a的基底5431设置在底盖5410的底表面上，以对应于(面对)底盖5410的第一通孔5410a。与底盖5410的第一通孔5410a一样，形成在基底5431上的第二通孔5431a可以呈圆形或椭圆形。然而，在该实施例中，第二通孔5431a可以是具有主方向的通孔，更具体地讲，可以是具有两条平行的长边和在这两条长边的两端以预定曲率形成为连接在一起的两条短边的通孔。由于第二通孔5431a的长轴方向(X轴)垂直于光行进方向，所以基底5431的第二通孔5431a与底盖5410的第一通孔5410a的长轴方向(Y轴)相交。
形成在基底5431上的第二通孔5431a的尺寸，更精确地讲，两条长边之间的间隔(或距离)，与具有螺纹的固定部分5440的本体的直径相关。这是因为第二通孔5431a的大小会影响LED封装件5432与对LED封装件5432提供的光进行引导的导光板5420之间的间隔。随后将对此进行详细描述。
LED封装件5432包括封装主体5433、发光器件5435及一对第一电极结构和第二电极结构(未示出)。封装主体5433固定到基底5431以形成外部框架，并具有容纳槽。发光器件5435安装在封装主体5433的容纳槽中，用来提供光。一对第一电极结构和第二电极结构(未示出)暴露于容纳槽，从而发光器件5435安装在这对电极结构上，并电连接到基底5431上的线。
当发光器件为蓝光发射器件时，LED封装件5432还可以包括形成在容纳槽中的树脂包封部件5436，以提供白光。在这种情况下，树脂包封部件5436可以包括黄色磷光体。例如，可以通过将含有YAG基黄色磷光体的凝胶型环氧树脂或含有YAG基黄色磷光体的凝胶型硅树脂注入到封装主体5433的容纳槽中，并对其执行紫外固化或热固化来形成树脂包封件5436。
显然，本发明不限于包括蓝光发射器件和黄色磷光体的LED封装件5432。例如，LED封装件5432可以包括近紫外芯片以及将设置在近紫外芯片上的红色磷光体、绿色磷光体和蓝色磷光体进行混合的树脂包封部件，或者顺序地堆叠有红色磷光体、绿色磷光体和蓝色磷光体的树脂包封部件。另外，LED封装件5432可以是白色LED封装件，LED封装件包括无机化合物，或者包括硅酸盐基磷光体、石榴石基磷光体、硫化物基磷光体、氮化物基磷光体和QD磷光体中的至少一种，其中，无机化合物表示为在上述的实施例1至11中合成的(Sr，M)2SiO4-xNy:Eu组成物。
多个导光板5420设置在底盖5410的被划分为多个区域的底表面上。导光板5420的侧面可以紧密地附于封装主体5433，从而将安装在封装主体5433的容纳槽内的发光器件5435发射的光没有损失地提供给导光板5420。
导光板5420由PMMA形成。由于在聚合物材料中PMMA在可见光区域具有最小的吸光特性，所以它具有优异的透明性和光泽。由于PMMA的高机械硬度使得PMMA不易断裂或变形，并且PMMA也较轻且耐化学性优异。PMMA相对于可见光具有范围在90％至91％的高透射性，并且具有非常小的内部损失。另外，PMMA在其化学特性方面优异，即，优异的耐受特性和机械特性，例如，抗拉强度、挠曲强度、延伸强度等。
固定部分5440结合到导光板5420之间的基底5431。固定部分5440具有由透明材料形成的一种螺丝。固定部分5440结合到基底5431的第二通孔5431a和底盖5410的对应于第二通孔5431a的第一通孔5410a，从而同时固定相邻的导光板5420且同时保持设置在LED封装件5432的两侧(即，光出射所穿过的前表面和与前表面相对的后表面)上的导光板5420之间的恒定间隔。
在该实施例中，固定部分5440由透明材料形成，从而将在导光板5420内引导的光在不被干扰的情况下提供到上光学构件。固定部分5440可以由与导光板5420的材料相同的材料形成。
固定部分5440具有头部分和本体部分。头部分具有各种形状，例如，圆形或矩形。本体部分从头部分延伸并具有圆柱形形状。可以通过形成在固定部分5440的本体部分的外表面上的螺纹将固定部分5440固定到基底5431的第二通孔5431a和/或底盖5410的第一通孔5410a。固定部分5440的本体部分可以具有矩形柱形状。
由于固定部分5440被设计成使得头部分覆盖导光板5420之间的间隔且部分覆盖导光板5420的边缘部分，所以可以略微改变导光板5420之间的间隔。另外，本体部分的直径可以形成为等于基底5431的第二通孔5431a和/或底盖5410的第一通孔5410a的两条平行的长边之间的间隔或距离。
此外，在固定部分5440中，头部分的尺寸或本体部分的直径可以根据基底5431的第二通孔5431a的尺寸而略微变化。基底5431的第二通孔5431a的尺寸小意味着固定部分5440的本体部分的直径小。这就意味着可以减小LED封装件5432和导光板5420之间的间隔。
当固定部分5440以螺丝方式结合到基底5431和/或底盖5410时，头部分按压导光板5420的设置为与固定有LED封装件5432的基底5431相邻的上边缘部分。因此，即使施加外部撞击也可防止导光板5420的移动。
另外，当固定部分5440穿过底盖5410的第一通孔5410a时，通过螺母另外地结合固定部分5440的外部暴露的部分，从而增强了结合强度。
因此，由于结合到基底5431的固定部分5440可以用作LED封装件5432和导光板5420之间的间隔件，所以恒定地保持了LED封装件5432和导光板5420之间的间隔，从而解决了导光板5420的收缩和/或膨胀。
固定部分5440不必形成为螺纹形状。例如，如图173所示，固定部分5440可以穿过基底5431的第二通孔5431a和底盖5410的第一通孔5410a，并且可以通过形成在与螺丝的头部分对应的端部处的钩状部分结合到基底5431的第二通孔5431a和底盖5410的第一通孔5410a，并且通过底盖5410而被固定。
光学构件(未示出)设置在多个导光板5420上，以增强通过导光板5420提供的光的光学特性。例如，光学构件可以包括漫射板和棱镜片。漫射板具有漫射图案，以减小经过导光板5420透射的光的不均匀性，棱镜片具有聚光图案，用来提高光的前视强度。
通过以上结构，设置在导光板5420之间的固定部分5440固定导光板5420，同时保持了导光板5420之间的恒定间隔。因此，能够防止因外部撞击导致的导光板5420的移动，并且能够解决导光板5420的沿与光行进方向垂直的方向(X轴)的收缩。
此外，基底5431的形成为具有长轴方向和短轴方向的第二通孔5431a能够解决基底5431的沿第二通孔5431a的长轴方向(X轴)的收缩。
此外，由于具有沿光行进方向的长轴方向(Y轴)的第一通孔5410a的底盖5410和结合到第一通孔5410a的固定部分5440。所以当发生导光板5420膨胀和/或收缩时，导光板5420与固定部分5440和/或基底5431可以沿着底盖5410的第一通孔5410a的长轴方向(Y轴)一起移动。因此，恒定地保持了导光板5420和LED封装件5432之间的间隔，从而改善了亮点和亮线现象。
同时，根据本发明实施例的LCD显示单元可以包括在上面实施例中描述的LED背光单元，并且还可以包括设置在光学构件上的LCD面板(未示出)。
LCD显示单元还可以包括称为主支撑件的模结构，用来防止LCD因外部撞击等的变形。背光单元设置在主支撑件下方，LCD面板设置主支撑件上。
LCD面板包括薄膜晶体管(TFT)阵列基底、滤色器基底和液晶层。TFT阵列基底和滤色器基底彼此附着，并且在二者之间设置有液晶层。
诸如栅极线和数据线的信号线在TFT阵列基底上相交，TFT形成在数据线和栅极线的相交区域处。TFT被构造成响应于通过栅极线提供的扫描信号，切换将要从数据线传输到液晶层的液晶单元的视频信号，即，红色(R)数据信号、绿色(G)数据信号和蓝色(B)数据信号。另外，像素电极形成在数据线和栅极线之间的像素区域中。
黑矩阵、滤色器和共电极形成在滤色器基底上。黑矩阵对应于TFT阵列基底的栅极线和数据线形成。滤色器形成在被黑矩阵划分的区域中，以提供红色、绿色和蓝色。共电极设置在黑矩阵和滤色器上。
数据焊盘和栅极焊盘形成在附于滤色器基底的TFT阵列基底的边缘部分。数据焊盘从数据线延伸，栅极焊盘从栅极线延伸。栅极驱动器和数据驱动器分别连接到栅极焊盘和数据焊盘，用来传递信号。
此外，顶盖设置在LCD面板上。顶盖覆盖LCD面板的四个边缘部分，并固定到底盖5410或主支撑件的侧壁。顶盖由与底盖5410的材料相同的材料形成。
图178是根据本发明另一实施例的背光单元的示意性平面图。图179是示出了安装在图178的LED模块上的LED的组合的实施例的透视图。图180是示出了根据正向电压的LED分布的曲线图。
参照图178至图180，根据本发明该实施例的背光单元5500包括多个LED模块5510和至少一个驱动器5530。每个LED模块5510包括多个LED5520，驱动器5530调节设置在LED模块5510中的LED 5520的亮度。在该实施例中，将针对沿着框架5540的内表面面向导光板5550的一侧或多侧布置用作线光源的LED模块5510的边光法来进行下面的描述，然而，本发明不限于此。虽然也可以使用直下法，但是区别仅在于LED模块的布置位置。因此，将省略对直下法的详细描述。
由于LED模块5510包括多个LED 5520用来发射白光，所以LED模块5510变为可以用作具有预定面积的面光源或线光源的单元。LED模块5510包括诸如基底的子安装件和安装在子安装件上的多个LED 5520。多个LED5520可以是白色LED，但不限于白色LED。
参照图179，包括在每个LED模块5510中的多个LED 5520安装在基底上并且电连接在一起。包括在每个LED模块5510中的多个LED 5520形成串联连接的LED阵列。在该实施例中，设置在每个LED模块5510中的LED阵列通过将LED特性细分为预定部分并且将细分的部分组合的方法来形成。通过封装LED芯片制造的LED单元产品具有诸如与特定范围部分对应的色坐标、亮度、正向电压(Vf)和波长的特性。特性的值不相同。LED芯片的值在所有的LED单元产品中略微不同，因此表现出散射特性。即，LED单元产品中的色坐标的范围部分和正向电压的范围部分不相同，而不同之处在于上限值或下限值。当通过安装多个LED 5520来形成LED阵列时，如果仅仅安装具有与特定范围部分对应的特性的LED，则与仅仅安装了具有高正向电压(Vf)的LED的LED模块相反，在仅仅安装了具有低正向电压(Vf)的LED的LED模块之间出现电压差(ΔV)。因此，亮度均匀性劣化，并且在屏幕上产生热点。
在该实施例中，所有LED特性中的LED的正向电压(Vf)根据LED分布被细分为多个部分，具有与每一部分对应的正向电压的LED交替地安装在每一部分中，从而形成LED阵列。正向电压(Vf)是指在沿正向方向连接的LED两端施加的电压。
下面将参照图180来进行对此的详细描述。图180中的(a)和(b)是示出了根据正向电压的LED分布的曲线图。如图180中的(a)所示，当LED 5220的正向电压(Vf)范围窄时，LED 5220的正向电压(Vf)相对于分布图的中心被细分为两部分(A部分和B部分)。在这种情况下，将要安装的LED 5520分为具有与A部分对应的正向电压的第一类LED和具有与B部分对应的正向电压的第二类LED。第一类LED和第二类LED交替地安装，以形成LED阵列。虽然在图179中的(a)中示出了按ABAB…的顺序组合的阵列，但是本发明不限于此。可以通过以各种组合方法例如按AABB、ABBA等顺序安装LED来形成阵列。
如图180中的(b)所示，当LED 5220的正向电压(Vf)范围宽时，LED 5220的正向电压(Vf)被细分为三部分(A部分、B部分和C部分)。在这种情况下，将要安装的LED 5520分为具有与A部分对应的正向电压的第一类LED、具有与B部分对应的正向电压的第二类LED和具有与C部分对应的正向电压的第三类LED。第一类LED、第二类LED和第三类LED交替地安装，以形成LED阵列。虽然在图179中的(b)中示出了按ABCABC…的顺序组合的阵列，但是本发明不限于此。可以通过以各种组合方法例如按ABAC、ABBC等顺序安装LED来形成阵列。虽然在图180中的(a)和(b)中正向电压(Vf)被细分为两个范围部分或三个范围部分，但是本发明不限于此。正向电压(Vf)可以细分为各种范围部分。
通过交替地安装具有与每一部分对应的正向电压(Vf)的LED 5520，能够预测包括LED 5520的LED模块5510的正向电压的平均值，并且也能够减小分散图以具有特定的范围值。通过减小串联连接在模块内的LED 5520之间的正向电压(Vf)的偏差，减小了LED模块5510之间的电压差(ΔV)，因此使单元的亮度整体地均匀。
至少一个驱动器5530设置成控制包括在LED模块5510中的LED 5520的亮度，并且电连接到LED模块5510。虽然没有示出，但是设置传感器来感测LED发射的光。将感测的亮度和色彩质量与预定的亮度和色彩质量进行比较，并对感测的亮度和色彩质量进行补偿以控制LED的亮度。另外，背光单元还可包括连接到驱动器5530用来控制驱动器5530的控制单元。连接到驱动器5530的LED模块5510连接到一个驱动器5530，每个驱动器5530连接到至少两个LED模块5510。此时，连接到同一驱动器5530的LED模块具有电压差小或基本相同的正向电压。可以根据对安装在LED模块5510上的多个LED 5520进行正向电压的细分通过LED 5520的组合来对此进行控制。因此，LED模块5510并联连接在与同一驱动器5530连接的LED模块5510之间。
参照图178，电压差小的第一LED模块5510a和第二LED模块5510b连接到第一驱动器5530a而形成连接结构。第三LED模块5510c和第四LED模块5510d连接到第三驱动器5530c而形成连接结构。第五LED模块5510e和第六LED模块5510f连接到第二驱动器5530b而形成连接结构。也就是说，电压差小的至少两个LED模块5510由单个共驱动器5530来一体地驱动。与在每个LED模块中设置单独的驱动器的传统背光单元相比，可以减少驱动器的数量，从而有助于背光单元的微型化和纤薄化。另外，可以减少在背光单元中使用的电气/电子部件的数量。此外，随着驱动器的数量减少，可以更加容易地控制用来补偿背光单元的光学特性的驱动器的整体，从而改善了图像品质。
图181和图182示出了LED模块5510和驱动器5530的连接结构的各种实施例。参照图181，第一驱动器5530a连接到第一LED模块5510a和第五LED模块5510e而形成连接结构。第二驱动器5530b连接到第二LED模块5510b和第六LED模块5510f而形成连接结构。第三驱动器5530c连接到第三LED模块5510c和第四LED模块5510d而形成连接结构。
在图182的实施例中，第一LED模块5510a和第四LED模块5510d连接到第一驱动器5530a而形成连接结构。第五LED模块5510e和第六LED模块5510f连接到第二驱动器5530b而形成连接结构。第二LED模块5510b和第三LED模块5510c连接到第三驱动器5530c而形成连接结构。电连接到驱动器5530的LED模块5510可以具有各种连接结构，本发明不限于此。多个LED模块5510利用驱动器5530仅共同地电连接在LED模块5510之间，而没有电连接到与其他驱动器5530连接的LED模块5510。
根据本发明实施例的面光源和背光单元可以包括可以利用AC电压直接使用的LED驱动电路，而无需任何将AC电压转换为DC电压的转换器，并且根据本发明实施例的面光源和背光单元可以包括根据LED驱动电路实现的LED阵列器件。将参照图183至图187来详细地描述LED驱动电路和LED阵列器件。
图183示出了根据本发明实施例的LED驱动电路。图183的LED驱动电路包括梯形网络LED电路。梯形网络电路包括三个第一分支和三个第二分支。三个第一分支在第一接触点a和第二接触点b之间的第一中间接触点c1和c2处连接，三个第二分支在第一接触点a和第二接触点b之间的第二中间接触点d1和d2处连接。LED驱动电路具有连接在第一和第二中间接触点c1和d1、c2和d2之间的两个中间分支。LED器件5608、5609、5610、5611、5612、5613、5614和5615设置在第一分支、第二分支和中间分支处。
LED驱动电路具有在AC电压的不同的半周期驱动的两个电流环路L1和L2。第一电流环路L1包括串联连接成在AC电压的第一个半周期驱动的LED器件5608、5609、5610、5611和5612。第二电流环路L2包括串联连接成在AC电压的第二个半周期驱动的LED器件5613、5611、5614、5609和5615。这样，当施加AC电压时，LED器件5609和5611可以被双方向驱动。
当第一接触点a、第一分支、第二分支和中间分支的顺序定义为m时，梯形网络电路的LED布置可以描述如下。根据可驱动AC电压的时段，LED5608、5609、5610、5611、5612、5613、5614和5615可以分为第一LED组和第二LED组。第一LED组包括属于奇数(2m-1)个第一分支、所有的中间分支和偶数(2m)个第二分支的LED 5608、5609、5610、5611和5612，并且串联连接。第二LED组包括属于偶数(2m)个第一分支、所有的中间分支和奇数(2m-1)个第二分支的LED器件5613、5611、5614、5609和5615，并且沿与第一LED组的极性方向相反的极性方向串联连接。
因此，第一LED组可以形成在AC电压的第一个半周期驱动的第一电流环路，第二LED组可以形成在AC电压的第二个半周期驱动的第二电流环路。根据该驱动方法，设置在中间分支处并且共同属于第一LED组和第二LED组的LED器件5609和5611可以在AC电压的整个周期持续地工作。
在包括八个LED器件5608、5609、5610、5611、5612、5613、5614和5615的LED驱动电路中，由于可以在AC电压的整个周期驱动两个LED器件5609和5611，所以五个LED器件在实际的梯形网络电路中持续地发光(使用的LED数量与被驱动的LED的数量的比为62.5％)。与传统的AC型LED布置相比，即，与反向极性布置(50％)或桥布置(通常为60％)相比，该值为增大了的值。
根据本发明实施例的LED驱动电路与桥结构的不同之处在于：LED器件5609和LED器件5611不是并联连接，而是串联连接。即，在根据本发明实施例的LED驱动电路中，由于LED器件5610和5614布置在LED器件5609和LED器件5611之间，所以LED器件5609和LED器件5611串联连接。根据此观点，根据本发明实施例的LED驱动电路具有基本上不同于桥结构的梯形网络结构。
在根据本发明该实施例的LED驱动电路中，沿双方向驱动的LED的连接不是按并联建立的，而是通过插入LED器件5610和5614并且连接四个中间接触点c1、c2、d1和d2按串联建立的。这种LED布置连接结构形成单个环路。如上所述，在实际的驱动操作中，由于LED的电势差在通过中间接触点形成的环路内是不同的，所以LED可在不形成电流环路的情况下按单个串联类型来进行工作。
根据本发明的另一实施例，当连接图183的梯形网络结构中的第一接触点和第二接触点的环路定义为级时，可以通过连续地连接多个级来设置各种LED驱动电路。第一中间接触点和第二中间接触点可以以三个或更多个的相同数量来实现，第一分支和第二分支可以以四个或更多个的相同数量来实现。
图184中的(a)示出了根据本发明另一实施例的LED驱动电路，该LED驱动电路具有四个第一中间接触点c1、c2、c3和c4及四个第二中间接触点d1、d2、d3和d4。LED驱动电路包括顺序连接第一中间接触点和第二中间接触点的四个中间分支。这种驱动电路可以理解为具有三级的梯形网络电路。在图184中的(a)中，在每个分支中设置一个LED器件。以这样的布置，LED布置成具有在AC电压的不同的半周期驱动的第一电流环路和第二电流环路。即，LED器件串联地布置成在AC电压的第一个半周期具有沿A1-C1-B2-C2-A3-C3-B4-C4-A5的第一电流环路，并且LED器件串联地布置成在AC电压的第二个半周期具有沿B 1-C1-A2-C2-B3-C3-A4-C4-B5的第二电流环路。
在根据本发明该实施例的LED驱动电路中，设置在中间分支处并且共同参与第一电流环路和第二电流环路的四个LED器件C1、C2、C3和C4可以在AC电压的整个周期持续工作。这样，在包括十四个LED器件的LED驱动电路中，可以在AC电压的整个周期驱动这四个LED器件C1、C2、C3和C4。因此，在实际的梯形网络电路中，九个LED器件持续地发光(LED使用效率为大约64％)。在该实施例中，与前面的实施例相比，可以预期使用的LED的数量的进一步减少。
在图183和图184中的(a)的驱动电路中，虽然对第一分支、第二分支和中间分支中的每个分支包括一个LED器件的情形进行了举例，但是第一分支、第二分支和中间分支可以包括多个LED器件。即使在这种情况下，属于同一分支的多个LED器件也串联连接。具体地讲，当中间分支的LED的数量增加时，被双向驱动的LED的数量相对地增加。因此，相对于使用的LED的数量的发光效率显著提高。因此，能够减少以AC电压获得期望的发光水平所需的LED的数量。
图184中的(b)的LED驱动电路除了具有图184中的(a)的LED驱动电路之外，还具有两个LED器件串联连接到中间分支的结构。LED器件串联布置成在AC电压的第一个半周期具有沿A1-C1-C1`-B2-C2`-C2-A3-C3-C3`-B4-C4`-C4-A5的第一电流环路，并且LED器件串联布置成在AC电压的第二个半周期具有沿B1-C1`-C1-A2-C2-C2`-B3-C3`-C3-A4-C4-C4`-B5的第二电流环路。在根据本发明该实施例的LED驱动电路中，八个LED器件C1、C1`、C2、C2`、C3、C3`、C4和C4`属于中间分支。即，共同参与第一电流环路和第二电流环路以在AC电压的整个周期连续工作的LED器件C1、C1`、C2、C2`、C3、C3`、C4和C4`的数量两倍于图184中的(a)的LED驱动电路的共同参与第一电流环路和第二电流环路的LED器件的数量。因此，在设置有十八个LED器件的LED驱动电路中，可以在AC电压的整个周期驱动八个LED器件C1、C1`、C2、C2`、C3、C3`、C4和C4`。因此，在实际的梯形网络电路中，十三个LED器件持续地发光(LED使用效率：大约72％)。与前面的实施例相比，可以进一步减少LED器件的数量。
图184中的(c)的LED驱动电路具有这样的结构，即，在该结构中，并联连接的LED器件A1`、B2`和C3`布置在图184中的(a)的LED驱动电路中的第一级第一分支、第二级第二分支和第三级第三分支。LED器件串联地布置成在AC电压的第一个半周期具有沿(A1，A1`)-C1-(B2，B2`)-C2-A3-(C3，C3`)-B4-C4-A5的第一电流环路，并且LED器件串联地布置成在AC电压的第二个半周期具有沿B1-C1-A2-C2-B3-(C3，C3`)-A4-C4--B5的第二电流环路(括号中指示的器件并联连接)。由于设置在中间分支处的LED器件的数量的增加使得按双向驱动的器件的数量增加，所以优点在于提高了LED使用效率。然而，当增加仅在中间分支处设置的LED器件的数量时，施加到属于第一分支和第二分支的LED器件的反向电压增大。因此，当LED器件具有相同的规格时，优选的是，在中间分支处设置两个或三个LED器件。
在本发明的特定实施例中，设置了多个梯形网络电路。某一梯形网络电路的第二接触点可以串联连接到另一梯形网络电路的第一接触点。在图186中示出了这样的实施例。
参照图185，LED驱动电路具有两个梯形网络电路串联连接的结构。即，第一梯形网络电路的第二接触点b1连接到第二梯形网络电路的第一接触点a2，第一梯形网络电路的第一接触点a1连接到第二梯形网络电路的第二接触点(即，AC电压端)。另外，在该实施例中，布置了串联连接到第一分支和第二分支与中间分支的两个LED器件。
在图185的LED驱动电路中，LED器件串联布置成在AC电压的第一个半周期具有沿A1-A1`-C1`-C1-B2-B2`-C2-C2`-A3-A3`(第一梯形网络电路)-B4-B4`-C3-C3`-A5-A5`-C4`-C4-B6-B6`(第二梯形网络电路)的第一电流环路，并且LED器件串联布置成在AC电压的第二个半周期具有沿B1-B1`-C1-C1`-A2-A2`-C2`-C2-B3-B3`(第一梯形网络电路)-A4-A4`-C3`-C3-B5-B5`-C4-C4`-A6-A6`(第二梯形网络电路)的第二电流环路。
在根据本发明该实施例的LED驱动电路中，八个LED器件C1、C1`、C2、C2`、C3、C3`、C4和C4`属于中间分支。即，共同参与第一电路环路和第二电路环路以在AC电压的整个周期持续工作的LED器件C1、C1`、C2、C2`、C3、C3`、C4和C4`的数量两倍于图184中的(a)的LED驱动电路中的共同参与第一电路环路和第二电路环路的LED器件的数量。这样，可以以各种方式来应用根据本发明实施例的用于梯形网络结构的AC驱动的LED布置。
在本发明的另一方面，提供了包括LED器件的LED阵列设备，在所述LED器件中，按如上所述地实现了具有各种梯形网络结构的LED驱动电路。具体地讲，在根据本发明实施例的LED阵列设备中，K个第一LED器件(其中，K≥3)并联布置成在第一接触点和第二接触点之间具有n个第一中间接触点(其中，n≥2)，其中，具有相同极性的电极连接到所述n个第一中间接触点。L个第二LED器件(其中，L≥3)并联布置成在第一接触点和第二接触点之间具有n个第二中间接触点，其中，具有相同极性的电极连接到所述n个第二中间接触点。极性与连接到第一接触点和第二接触点的第一LED器件的极性相反的电极连接到第一接触点和第二接触点。
此外，在与上述电路的中间分支对应的M个第三LED器件(其中，M≥n)中，极性与第一LED器件和第二LED器件的极性相反的电极连接到相同的第m个第一中间接触点和第m个第二中间接触点(其中，m是定义从第一接触点到第n个第一中间接触点和第n个第二中间接触点的顺序的正整数)。
第一LED器件和第二LED器件可以逐一地布置在接触点之间。以类似的方式，第三LED器件可以连接在第一中间接触点和第二中间接触点之间。
如果需要，多个第三LED器件可以连接在一个或多个第一中间接触点和一个或多个第二中间接触点之间，第三LED器件可以串联或并联连接在至少一个或多个第一中间接触点和至少一个或多个第二中间接触点之间(见图184中的(b)或图184中的(c))。
为了解释减少在根据本发明实施例的梯形网络LED驱动电路中使用的LED的数量的效果，将确定了满足特定的输出条件所需的LED的数量方面的差异与传统的AC型LED电路(双极电路、桥电路等)进行了比较。
图186中的(a)示出了传统的LED驱动电路，图186中的(b)和图186中的(c)示出了根据本发明实施例的LED驱动电路。
图186中的(a)的LED驱动电路是用于AC驱动的反向并联电路，在该反向并联电路中，反向并联布置的LED器件5630A和5630B串联连接在多个级S中。如表4中所示，即使级S的数量增加，连续驱动的LED的数量与所使用的LED的数量的比率(LED使用效率)也为50％。
图186中的(b)的LED驱动电路是桥电路，在该桥电路中，在每个分支处布置一个LED器件。一个级包括总共五个LED器件5640A、5640B、5640C、5640D和5640E。LED器件可以彼此连接为多个级，以确保期望的输出。如表4中所示，桥网络LED电路的使用效率为60％，而与级S的数量无关。这是因为与图186中的(a)的反向并联布置不同，布置在中间分支的LED器件5640E可以被双向连续地驱动。
以与图184中的(a)的方式相同的方式，图186中的(c)中示出的梯形网络LED驱动电路包括总共八个LED来限定两个级。持续地驱动五个LED，从而确保62.5％的高使用效率。另外，如表4中所示，梯形网络LED驱动电路被构造为，随着级S的数量增加，被双向驱动的LED的数量变多，从而使得LED使用效率逐渐增加。
表4
因此，在需要九个LED器件的输出的情况下，图186中的(a)中示出的反向并联LED电路需要总共18个LED器件，桥网络LED电路需要总共15个LED器件来限定三个级。同时，在根据本发明实施例的梯形网络LED电路中，连接了总共14个LED来限定三个级，从而提供了期望的光量(九个LED器件)。这使得与桥LED电路相比，采用的LED器件的数量有相当大的减少。
这种改进在具有更高输出的电路中得以进一步实现。即，在需要63个LED器件的输出的情况下，反向并联电路需要126个LED器件以形成AC驱动电路，桥电路需要105个LED器件以形成AC驱动电路。然而，梯形网络LED电路仅需要95个LED器件，从而与传统的电路相比，分别减少了31个LED器件和10个LED器件。
这是因为在桥LED电路中，至少两个LED器件位于被共同双向驱动的LED之间的电流回路中。同时，在梯形网络中，在共同使用的LED器件之间需要至少一个LED器件。即，与桥网络电路相比，梯形网络电路需要的在被双向共同使用的LED之间的LED的数量较少。这使得与桥结构相比，梯形网络能够共同使用大量的双向的LED。
图187中的(a)示出了根据另一传统示例的LED驱动电路，图187中的(b)示出了根据本发明另一实施例的LED驱动电路。
图187中的(a)和(b)的LED驱动电路与图186中的(a)和(b)的LED驱动电路相似，但是构造方式是在每个中间分支处布置两个LED器件。即，持续驱动的LED器件的数量在每个级增加至相同的水平。将参照图184中的(b)中示出的实施例来理解图187中的(b)中示出的梯形网络LED驱动电路。
表5
因此，在需要16个LED器件的输出的情况下，图186中的(a)中示出的反向并联LED电路需要总共32个LED器件，图187中的(a)中示出的桥网络LED电路需要总共24个LED器件来限定四个级。同时，在根据本发明实施例的梯形网络LED电路中，需要总共22个LED器件，以提供期望的光量(16个LED器件)，使得与桥LED电路相比，采用的LED器件的数量有相当大的减少。
这种改进在具有更高输出的电路中得以进一步实现。即，在需要52个LED器件的输出的情况下，反向并联电路需要104个LED器件以形成AC驱动电路，桥电路需要78个LED以形成AC驱动电路。然而，梯形网络LED电路仅需要70个LED器件，从而与传统的电路相比，分别减少了34个LED器件和8个LED器件。
如上所述，梯形网络LED驱动电路比传统的反向并联结构以及桥结构为实现相同的输出所需要的用于AC驱动的LED器件的数量较少。
以下的描述将针对自动LED调光设备进行，该自动LED调光设备能够根据环境亮度通过自动地调节采用根据本发明各种实施例的发光封装件的面光源和背光中的LED的亮度来降低功耗。
图188是根据本发明实施例的自动LED调光设备的构造图。参照图188，自动LED调光设备包括：环境亮度检测单元5700，检测环境亮度；调光控制单元5800，根据通过环境亮度检测单元5700的检测产生的检测电压Vd的大小来控制驱动；调光驱动单元5810，根据调光控制单元5800的驱动控制来产生LED驱动电流。此外，自动LED调光设备可以包括LED单元5820，LE单元5820包括多个LED并根据调光驱动单元5810的驱动电流而被驱动。
环境亮度检测单元5700可以包括：敏感性设置单元5710，设置对于检测环境亮度的检测敏感性；光电传感器单元5720，接收外部光并以通过敏感性设置单元5710设置的检测敏感性来检测环境亮度。光电传感器单元5720可以包括光电晶体管PT，光电晶体管PT具有：集电极，连接到电源端子，通过电源端子提供操作电压Vcc；基极，接收外部光；发射极，连接到敏感性设置单元5710。敏感性设置单元5710可以包括连接到光电晶体管PT的发射极并可由用户调节的可变电阻器以及串联连接到可变电阻器的电阻器。
根据自动LED调光设备的操作，环境亮度检测单元5700检测环境亮度并将检测电压Vd输出到调光控制单元5800。例如，当环境亮度检测单元5700包括敏感性设置单元5710和光电传感器单元5720时，敏感性设置单元5710可以相对于光电传感器单元5720设置用于检测环境亮度的检测敏感性。光电传感器单元5720可以接收外部光并以由敏感性设置单元5710设置的检测敏感性来检测环境亮度。在这种情况下，光电传感器单元5720可以利用光电晶体管PT实现，光电晶体管PT具有：集电极，连接到电源端子，通过电源端子提供操作电压Vcc；基极，接收外部光；发射极，连接到敏感性设置单元5710。当光电晶体管PT接收外部光时，光电晶体管PT被导通，从而电流I从操作电压(Vcc)端子流到光电晶体管PT和敏感性设置单元5710。即，由于敏感性设置单元5710，电流I被检测为检测电压Vd。当敏感性设置单元5710连接到光电晶体管PT的发射极并利用可变电阻器和电阻器实现时，电流I根据可变电阻器的电阻而改变，检测电压Vd的斜率根据电流I而改变。
调光控制单元5800包括：模/数(A/D)转换器5801，将通过环境亮度检测单元5700的检测而产生的模拟检测电压Vd转换为数字检测电压；微型计算机5802，根据从A/D转换器5801输出的数字检测电压Vd的大小来控制驱动。如果来自A/D转换器5801的数字检测电压Vd低于预置的第一参考电压，则微型计算机5802可以根据第一参考电压和数字检测电压Vd之间的差电压的大小产生预置的驱动电流。当数字检测电压Vd不低于第一参考电压时，微型计算机5802可以停止照明驱动。
下面将更详细地描述调光控制单元5800的操作。调光控制单元5800根据检测电压Vd的大小来控制调光驱动单元5810的驱动，通过环境亮度检测单元5700的检测来产生检测电压Vd。例如，当调光控制单元5800包括A/D转换器5801和微型计算机5802时，A/D转换器5801将通过环境亮度检测单元5700的检测而产生的模拟检测电压Vd转换为数字检测电压，并将数字检测电压输出到微型计算机5802。微型计算机5802可以根据从A/D转换器5801输出的数字检测电压Vd的大小来控制驱动。
调光驱动单元5810根据调光控制单元5800的驱动控制来产生LED驱动电流，并将产生的LED驱动电流提供到LED单元5820。因此，调光驱动单元5810在外部光量大时产生小的驱动电流，而在外部光量小时产生大的驱动电流。因此，LED单元5820可以包括多个LED，所述多个LED根据来自调光驱动单元5810的驱动电流而驱动。如上所述，可以根据外部光量自动地调节LED的亮度，并且可将功耗减小至最小水平。
图189是根据本发明实施例的自动LED调光设备的操作流程图。参照图189，S 1是接收检测电压Vd的步骤。S2是将数字检测电压Vd和预置的第一参考电压进行比较的步骤。S3是当数字检测电压Vd低于预置的第一参考电压时，通过产生根据第一参考电压和数字检测电压Vd之间的差电压的大小的预置的驱动电流来控制照明亮度的步骤。S4是当数字检测电压Vd不低于第一参考电压时停止照明驱动的步骤。S5是确定是否停止操作的步骤。当在步骤S5确定不停止操作时，重复步骤S1至S3的过程。在步骤S5确定停止操作时，整个过程结束。
参照图188和图189，微型计算机5802从A/D转换器5801接收数字检测电压Vd(S1)，并比较数字检测电压Vd和预置的第一参考电压(S2)。当来自A/D转换器5801的数字检测电压Vd低于第一参考电压时，微型计算机5802通过产生根据第一参考电压和数字检测电压Vd之间的差电压的大小的预置的驱动电流来控制照明亮度(S3)。当数字检测电压Vd不低于第一参考电压时，微型计算机5802可以停止照明驱动(S4)。同时，微型计算机5802确定是否停止操作(S5)。当微型计算机5802确定不停止操作时，微型计算机5802重复步骤S1至S3的过程。当微型计算机5802确定停止操作时，微型计算机5802结束整个过程。
图190是根据本发明实施例的外部亮度-检测电压关系的曲线图。具体地讲，图190是解释根据本发明实施例的环境亮度检测单元5700的操作的外部亮度-检测电压关系的曲线图。外部亮度-检测电压曲线图表明，检测电压随着外部亮度的增加而升高。参照图190的外部亮度-检测电压关系曲线图，随着外部亮度增加，环境亮度检测单元5700的检测电压变得越高。
图191是按照根据本发明实施例的敏感性设置的各种外部亮度-检测电压关系的曲线图。图191示出了外部亮度-检测电压关系曲线的斜率根据包括在环境亮度检测单元5700中的敏感性设置单元5710的敏感性设置而变化的示例。在图191示出的三条曲线中，曲线G1是具有中间斜率的外部亮度-检测电压关系曲线，G2是具有最大斜率的外部亮度-检测电压关系曲线，G3是具有最小斜率的外部亮度-检测电压关系曲线。
参照图191，当通过调节包括在环境亮度检测单元5700的敏感性设置单元5710中的可变电阻器来不同地设置敏感性时，外部亮度-检测电压关系曲线的斜率变化，像图191中的曲线G1、曲线G2、曲线G3一样。例如，在正常的情况下，将敏感性设置成与曲线G1对应的水平。在外部光量大且有大的改变的情况下，将敏感性设置成与曲线G2对应的水平。在外部光量小且改变较少的情况下，将敏感性设置成与曲线G3对应的水平。
下面将参照图192至图197来描述包括作为光源的发光器件和发光器件封装件的车辆头灯。
图192是根据本发明实施例的车辆头灯的分解透视图，图193是示出了图192的车辆头灯的组装件的剖视图。
参照图192，车辆头灯6000包括发光器件封装件6010、6010-1、6010-2和6010-3、反射单元6020、透镜单元6030及散热单元6040。发光器件封装件6010、6010-1、6010-2和6010-3安装在散热单元6040上，并且电连接到外部电源(未示出)。发光器件封装件6010、6010-1、6010-2和6010-3用作光源，从而在提供电压时发光。
下面将参照图194至图197来更详细地描述各种结构的发光器件封装件6010、6010-1、6010-2和6010-3。首先，将参照图194和图196来描述树脂层包含磷光体的发光器件封装件。
图194中的(a)是根据本发明实施例的发光器件封装件的平面图，图194中的(b)是图194中的(a)的发光器件封装件的剖视图，图194中的(c)和图194中的(d)是示出了图194中的(a)的安装了发光器件芯片的发光器件封装件的修改示例的平面图。
图195中的(a)是根据本发明另一实施例的发光器件封装件的平面图，图195中的(b)是图195中的(a)的发光器件封装件的剖视图，图195中的(c)和图195中的(d)是示出了图195中的(a)的安装了发光器件芯片的发光器件封装件的修改示例的平面图。
参照图194和图195，发光器件封装件6010和6010-1包括至少一个发光器件芯片6012、基底6011和树脂层614。发光器件芯片6012安装在基底6011上，基底6011包括电连接到发光器件芯片6012的至少一个连接端子6013。树脂层6014包括磷光体，并密封发光器件芯片6012和连接端子6013。发光器件芯片6012安装在基底6011的顶表面上，并且是一种通过外部电压而发射预定波长的光的一种半导体器件。参照图194中的(a)、图194中的(b)、图195中的(a)和图195中的(b)，多个发光器件芯片6012可以设置在基底6011的中心部分处。在这种情况下，当发光器件芯片6012为蓝光发射器件时，发光器件封装件6010和6010-1还可以包括用来提供白光的磷光体，该磷光体可以包括黄色磷光体。例如，可以通过向封装件的容纳槽中注入包含YAG基黄色磷光体的凝胶型环氧树脂或者包含YAG基黄色磷光体的凝胶型硅树脂并对其执行紫外固化或热固化，或者通过在芯片的顶表面上涂覆或堆叠磷光体层来获得白光。
本发明不限于包括蓝光发射器件和黄光发射器件的发光器件封装件。例如，发光器件封装件可以包括近紫外芯片以及混合有设置在近紫外芯片上的红色磷光体、绿色磷光体和蓝色磷光体的树脂包封部或者顺序地堆叠红色磷光体、绿色磷光体和蓝色磷光体的树脂包封部。另外，发射紫外光或蓝光的发光器件芯片可以是白光发射器件封装件，该白光发射器件封装件包括无机化合物或者包括硅酸盐基磷光体、石榴石基磷光体、硫化物基磷光体、氮化物基磷光体和QD磷光体中的至少一种，其中，无机化合物表示为在上述的实施例1至11中合成的(Sr，M)2SiO4-xNy:Eu组成物。
可选择地，发光器件芯片6012可以利用蓝光发射器件、红光发射器件和绿光发射器件的组合设置成阵列，并被构造成产生白光。然而，本发明不限于上面的实施例。如图194中的(c)和图195中的(c)中所示，可以在基底6010的中心部分处设置单个白光发射器件6012’。在这种情况下，发光器件芯片6012’可以是蓝光发射器件或者紫外(UV)发光器件。通过树脂层6014的磷光体来发射白光，后面将对此进行描述。
另外，如图194中的(d)和图195中的(d)所示，短发光器件芯片6012可以对称地设置在基底6011的中心部分设置的长发光器件芯片6012”的两侧上。在这种情况下，设置在基底6011的中心部分处的发光器件芯片6012”可以是设置在发光器件芯片6012”的两侧上的发光器件芯片6012的1.5倍至2倍长。发光器件芯片6012″可以是但不限于绿光发射器件。在引线键合方法中，发光器件芯片6012通过金属布线6019电连接到在基底6011的顶表面上被图案化的连接端子6013。
参照示出了根据本发明实施例的发光器件封装件6000的图194中的(a)和图194中的(b)，基底6011包括腔6018。发光器件芯片6012安装在腔6018的顶表面上，连接端子6013安装在腔6018内。腔6018沿朝着发光器件芯片6012和连接端子6013向下倾斜的内周表面形成反射表面6016。可以通过激光或蚀刻工艺使基底6011的顶表面以预定的尺寸凹进来设置腔6018，或者可以通过沿基底6011的顶表面的外围使树脂层6017以预定的高度成型使得反射表面6016突出来设置腔6018。为了进一步有效地实现反射表面6016，还可以在反射表面6016上设置具有高反射率的反射层。
腔6018填充有包含磷光体的树脂层6014，并且一体化地覆盖并密封发光器件芯片6012、金属布线6019、连接端子6013和基底6011的顶表面，从而保护设置在腔6018内的发光器件芯片6012等。在这种情况下，发光器件封装件6000被构造成使得发光器件芯片6012的顶表面和侧表面以及发光器件芯片6012之间的间隔被树脂层6014密封。
因此，能够解决传统的发光器件封装件的问题，即，因为磷光体仅涂覆在发光器件芯片的顶表面上，所以传统的发光器件封装件辐射的光看起来不是连续的，而是不连续地分开的。
同时，参照示出了根据本发明另一实施例的发光器件封装件6010-1的图195中的(a)和图195中的(b)，树脂层6014以预定的大小和高度在基底6000-1的平坦的顶表面上成型，以一体地覆盖并密封发光器件芯片6012和连接端子6013。在这种情况下，发光器件芯片6000-1被构造成使得发光器件芯片6012的顶表面和侧表面以及发光器件芯片6012之间的间隔被树脂层6014密封。
接下来，将参照图196和图197来描述包括磷光体层的发光器件封装件，其中，磷光体层形成在树脂层的顶表面上，并且包括含有用来转换发光器件芯片发射的光的波长的磷光体的磷光体层。图196中的(a)是示出了图194中的(a)的发光器件封装件的另一实施例的平面图，图196中的(b)是图196中的(a)的发光器件封装件的剖视图，图196中的(c)是示出了图196中的(b)的发光器件封装件的修改实施例的剖视图。
除了包括磷光体的磷光体层设置在树脂层的顶表面上之外，图196中示出的发光器件封装件6010-2的结构与图194中示出的实施例的结构基本相同。因此，将省略关于与图194的实施例的元件相同的元件的详细描述，下面将仅仅描述不同的元件。
参照图196，填充腔6018并一体地覆盖和密封发光器件芯片6012、金属布线6019、连接端子6013和基底6011的顶表面的树脂层6014不包括磷光体。然而，与图194的实施例一样，树脂层6014一体地密封发光器件芯片6012的顶表面和侧表面(包括发光器件芯片6012之间的间隔)以及连接端子6013。树脂层6014在其顶表面上包括含有用来转换发光器件芯片6012发射的光的波长的磷光体的磷光体层6015。虽然示出的是设置在树脂层6014的顶表面上的磷光体层6015，但是磷光体层6015可以涂覆在树脂层6015的外侧上，或者可以以层的形式附于树脂层6014的外表面。在这种情况下，可以通过至少一个堆叠层来设置磷光体层6015。
参照图196中的(b)，磷光体包括在磷光体层6015内，以转换光的波长。可以通过混合蓝色磷光体、绿色磷光体、红色磷光体和黄色磷光体中的至少一种磷光体来提供磷光体。此外，虽然在图196中的(c)示出了多层结构(在附图中，堆叠了三层)，但是本发明不限于此。在这种情况下，堆叠的磷光体层6015可以在各层中包括相同或不同的磷光体。在堆叠的磷光体层6015中，具有短波长的磷光体层设置在上部，具有长波长的磷光体层设置在下部。以这种方式，按照波长来顺序地堆叠磷光体层。
例如，当发光器件芯片6012为UV发光器件芯片时，形成在发光器件芯片6012上的第一磷光体层6015’-1可以利用红色磷光体和树脂的混合物来设置。发射红光(R)的红色磷光体可以由这样的磷光体材料形成，即，所述磷光体材料被紫外光激发并且具有大约600nm-700nm的峰值发射波长。第二磷光体层6015’-2堆叠在第一磷光体层6015’-1上，并且可以利用绿色磷光体和树脂的混合物来设置。发射绿光(G)的绿色磷光体可以由这样的磷光体材料形成，即，所述磷光体材料被紫外光激发并且具有大约500nm-550nm的峰值发射波长。第三磷光体层6015’-3堆叠在第二磷光体层6015’-2上，并且可以利用蓝色磷光体和树脂的混合物来设置。发射蓝光(B)的蓝色磷光体可以由这样的磷光体材料形成，即，所述磷光体材料被紫外光激发并且具有大约42nm-480nm的峰值发射波长。
通过上述结构从UV发光器件芯片发射的紫外光激发包括在第一磷光体层6015’-1、第二磷光体层6015’-2和第三磷光体层6015’-3中的不同类型的磷光体。因此，从相应的磷光体层发射红光(R)、绿光(G)和蓝光(B)，并且混合这三种颜色的光来产生白光(W)。具体地讲，当用来转换紫外光的磷光体层由多层结构(例如，三层结构)形成时，发射波长最长的红光(R)的第一磷光体层6015’-1堆叠在UV光LED芯片6012上，发射波长比红光(R)的波长短的绿光(G)和蓝光(B)的第二磷光体层6015’-2和第三磷光体层6015’-3顺序地堆叠在第一磷光体层6015’-1上。
由于包括发射具有最低光转换效率的红光(R)的磷光体的第一磷光体层6015’-1离UV LED芯片6012设置得最近，所以在第一磷光体层处的光转换效率相对增大，从而改善了LED芯片6012的整体光转换效率。
当发光器件芯片6012是发射波长范围为420nm-480nm的红光(R)作为激发光的发光器件芯片时，通过红色磷光体与树脂的混合物来设置形成在发光器件芯片6012上的第一磷光体层6015’-1，并且通过绿色或黄色磷光体与树脂的混合物来设置堆叠在第一磷光体层6015’-1上的第二磷光体层6015’-2和第一磷光体层6015’-3。
通过上述结构从发光器件芯片6012发射的蓝光(B)激发包括在第一磷光体层6015’-1中的磷光体以发射红光(R)，并且激发包括在第二磷光体层6015’-2和第三磷光体层6015’-3中的磷光体以发射绿光(G)和黄光(Y)。从多层磷光体层发射的红光(R)和绿光(G)(或黄光(Y))与从发光器件芯片发射的蓝光(B)相混合而产生白光(W)。
同时，图197中的(a)是示出了图195中的(a)的发光器件封装件的另一实施例的平面图，图197中的(b)是图197中的(a)中示出的发光器件封装件的剖视图，图197中的(c)是示出了图197中的(b)的修改实施例的剖视图。
除了包括磷光体的磷光体层设置在树脂层的侧表面上之外，图197中示出的发光器件封装件6010-3的结构与图195中示出的实施例的结构基本相同。因此，将省略关于与图195的实施例的元件相同的元件的详细描述，下面将仅仅描述不同的元件。
参照图197，设置在基底6010的平坦顶表面上并一体地覆盖和密封发光器件芯片6012、金属布线6019、连接端子6013和基底6011的顶表面的树脂层6014不包括磷光体。另外，图197的实施例与图196的实施例基本相同之处在于：树脂层6014不包括磷光体，磷光体包括在设置在树脂层6014的顶表面上的磷光体层6015内。
参照图197中的(b)，可以通过混合蓝色磷光体、绿色磷光体、红色磷光体和黄色磷光体中的至少一种磷光体来设置包括在磷光体层6015内的磷光体。此外，虽然在图197中的(c)中示出的是多层结构(在附图中，堆叠了三层)，但是本发明不限于此。在这种情况下，堆叠的磷光体层6015可以在各层中包括相同的磷光体或不同的磷光体。
在堆叠的磷光体层6015中，具有短波长的磷光体层设置在上部，具有长波长的磷光体层设置在下部。由于磷光体层6015的详细结构与图196中的(b)和图196中的(c)的磷光体层6015的结构基本相同，所以将省略对它的详细描述。
散热单元6040包括热沉6041和冷却扇6042。由于发光器件封装件6010、6010-1、6010-2、6010-3设置在散热单元6040上，所以发光器件封装件6010、6010-1、6010-2、6010-3产生的热发散到外部。
具体地讲，热沉6041安装在发光器件封装件6010、6010-1、6010-2和6010-3的顶表面上，从发光器件封装件6010、6010-1、6010-2和6010-3产生的高温热发散到外部。在这种情况下，可以在底表面上形成多个槽，以获得宽的表面积。冷却扇6042安装在热沉6041下方，以提高热沉6041的散热效率。
反射单元6020设置在发光器件封装件6010、6010-1、6010-2和6010-3及散热单元6040上，以引导并反射从发光器件封装件6010、6010-1、6010-2和6010-3发射的光。如图192和图193中所示，反射单元6020形成为具有圆顶形状的截面，并将从发光器件芯片6012发射的光引导向车辆的前侧。另外，反射单元6020具有开口的前侧，并使反射的光出射到外部。
根据本发明该实施例的车辆头灯6000还包括外壳6050，外壳6050固定并支撑散热单元6040和反射单元6020。具体地讲，中心孔6053形成在外壳6050的第一侧上，使得散热单元6040连接并安装在外壳6050的第一侧中。前孔6052形成在与所述第一侧一体地连接并以直角弯曲的第二侧上，使得反射单元6020设置在发光器件封装件6010、6010-1、6010-2和6010-3的顶表面上。
因此，反射单元6020固定到外壳6050，从而反射单元6020的开口的前侧与前孔6052对应。因此，被反射单元6020反射的光穿过前孔6052出射到外部。
透镜单元6030使被反射单元6020反射的光出射到外部。透镜单元6030包括空心的引导件6032和透镜6031。具体地讲，引导件6032沿着外壳6050的前孔6052安装，并将被反射单元6020反射且穿过前孔6052的光沿向前的方向引导。引导件6032具有容纳透镜6031的空心的圆柱体结构。引导件6032是通过注入成型形成的注塑的塑料产品。
透镜6031可以安装在引导件6032的前侧上，以朝向车辆的前侧方向折射并发散光，并且可以由透明材料形成。
根据本发明各种实施例的诸如背光单元、车辆头灯的照明设备可以采用上述各种发光器件封装件。发光器件封装件可以包括无机化合物，或者包括硅酸盐基磷光体、石榴石基磷光体、硫化物基磷光体、氮化物基磷光体和QD磷光体中的至少一种，其中，无机化合物表示为在上述的实施例1至11中合成的(Sr，M)2SiO4-xNy:Eu组成物，其中，M为一价元素或二价元素中的至少一种，0＜x＜4且y＝2x/3。发光器件封装件包括波长转换单元或树脂包封部，用来吸收从LED芯片发射的光并对发射的光的波长进行转换。
如上所述，本发明的示例性实施例提供了能够提高外部光提取效率(具体地讲，侧向光提取效率)的垂直型半导体发光器件。
尽管已经结合示例性实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将清楚的是，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行修改和改变。

Claims (4)

1.一种半导体发光器件，所述半导体发光器件包括：
导电基底；
发光结构，包括顺序形成在导电基底上的第一导电类型半导体层、活性层和第二导电类型半导体层，发光结构的侧表面向发光结构的第二导电类型半导体层的顶表面倾斜；
第一接触层，形成在导电基底与发光结构的第一导电类型半导体层之间；
第二导电类型电极，所述第二导电类型电极包括：
导电通孔，从导电基底延伸，穿过第一接触层、第一导电类型半导体层和活性层并连接到第二导电类型半导体层的内部；
电连接部分，从导电通孔延伸并暴露到发光结构的外部；
绝缘体，使第二导电类型电极与导电基底、第一接触层、第一导电类型半导体层和活性层电分离；
钝化层，设置在第一接触层上，并且形成为覆盖发光结构的侧表面且延伸到发光结构的第二导电类型半导体层的顶表面的一部分；
不平坦结构，形成在包括钝化层的至少一部分的从活性层发射的光的通路上，
其中，蚀刻停止层形成在导电基底的顶表面上方的未形成发光结构和第一接触层的区域上，蚀刻停止层具有与构成发光结构的半导体材料的蚀刻特性不同的蚀刻特性。
2.一种半导体发光器件，所述半导体发光器件包括：
导电基底；
发光结构，包括顺序形成在导电基底上的第一导电类型半导体层、活性层和第二导电类型半导体层；
第一接触层，在导电基底和第一导电类型半导体层之间电连接到第一导电类型半导体层并暴露到发光器件的外部，发光结构的侧表面相对于第一接触层向发光结构的第二导电类型半导体层的顶表面倾斜；
导电通孔，从导电基底延伸，穿过第一接触层、第一导电类型半导体层和活性层，并电连接到第二导电类型半导体层的内部；
绝缘体，使导电基底与第一接触层、第一导电类型半导体层和活性层电分离；
钝化层，设置在第一接触层上，并且形成为覆盖发光结构的侧表面且延伸到发光结构的第二导电类型半导体层的顶表面的一部分；
不平坦结构，形成在包括钝化层的至少一部分的从活性层发射的光的通路上，
其中，蚀刻停止层形成在第一接触层的顶表面上方的未形成发光结构的区域上，蚀刻停止层具有与构成发光结构的半导体材料的蚀刻特性不同的蚀刻特性。
3.根据权利要求1或2所述的半导体发光器件，其中，不平坦结构形成在第二导电类型半导体层的顶表面上。
4.根据权利要求1或2所述的半导体发光器件，其中，第一导电类型半导体层和第二导电类型半导体层分别为p型半导体层和n型半导体层。
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