技术领域
[0001] 本
发明涉及
半导体发光器件，更详细地，涉及使在单一芯片内垂直构成的多个活性区域驱动的高电压驱动发光器件。
背景技术
[0002] 半导体发光器件为利用在
活性层对通过n型半导体层供给的
电子和通过p型半导体层供给的空穴进行再结合来发生光的原理的半导体器件。
[0003] 半导体发光器件的发光
波长通过所使用的半导体物质的
能量带隙来确定，为了蓝色、绿色或红外线区域的发光而使用氮化镓类物质，为了红色或红外线区域的发光而使用砷化镓类(或磷化
铝铟镓类)物质。
[0004] 最近，半导体发光器件用于照明或高
亮度光源，为此，构成包含多个活性区域的多重活性区域，通过施加高电压电源来使半导体发光器件驱动。
[0005] 尤其，在将红色、绿色、蓝色的三原色封装在一个芯片的3in1封装过程中，与绿色及蓝色相比，向驱动电压相对低的红色LED芯片施加红色LED芯片所需要的驱动电压以上的电压，从而发生降低整体半导体发光器件的驱动效率的问题。
[0008] 美国专利
公报第2008-0251799A号
[0009] 美国专利公报第2005-0067627A号
[0010] 美国专利公报第2005-0253151A号
发明内容
[0011] 技术问题
[0012] 本发明的一目的在于，提供与氮化镓相比，在发光器件的驱动电压相对低的砷化镓类(或
磷化铝铟镓类)发光器件，在垂直
位置上形成多个活性区域，从而可进行高电压驱动的砷化镓类(或磷化铝铟镓类)发光器件。
[0013] 本发明的再一目的在于，提供利用上述高电压驱动发光器件来改善驱动效率及可靠性的发光器件。
[0014] 本发明的另一目的在于，提供使驱动上述高电压驱动发光器件的驱动
电路简化的全彩显示器。
[0015] 并且，本发明的还有一目的在于，提供制造上述发光器件、包括上述发光器件的模
块及采用其的全彩显示器的适当方法。
[0016] 解决问题的方案
[0017] 用于实现上述一个目的的本发明
实施例的高电压驱动半导体发光器件在一个活性区域按通道长度以上隔开来形成其他一个以上的活性区域，通过加上可驱动上述一个活性区域的驱动电压和可驱动上述其他一个以上的活性区域的驱动电压来施加整体驱动电压。
[0018] 为此，上述半导体发光器件包括：下部半导体层，形成于上述
基板；第一活性区域，在上述下部半导体层形成电子和孔来释放光；第一通道防止层，形成于上述第一活性区域；第二活性区域，形成于上述第一通道防止层；上部半导体层，形成于上述第二活性区域；上述下部半导体层的漏出的区域或与下部半导体层想来粘结的
导电性基板的一部分区域及形成于上部半导体层各个下部
电极及上部电极，上述第一通道防止层及第二通道防止层可反复形成多个，上述第一通道防止层为在用于仅使在整体活性区域中的一个活性区域活性化的充分的施加电压下，电子或空穴无法移动的半导体层，与通常的量子阻挡层相比，厚度更大的半导体层，在量子区域范围内，对相邻的两个活性区域进行独立分离。
[0019] 用于实现上述一个目的的本发明实施例的高电压驱动半导体发光器件的驱动方法包括：在基板形成下部半导体层的步骤；在上述下部半导体层形成电子和孔来释放光的第一活性区域形成步骤；在上述第一活性区域形成第一通道防止层的步骤；在上述第一通道防止层形成第二活性区域的步骤；在上述第二活性区域形成上部半导体层的步骤；在上述下部半导体层与绝缘体基板相结合的情况下，漏出上述下部半导体层的一部分区域，在上述漏出的区域及上述上部半导体层形成各个下部电极及上部电极的步骤；以及在上述下部半导体层与导电性基板相结合的情况下，在上述导电性基板下部的一部分区域及上述上部半导体层形成下部电极及上部电极的步骤，可反复进行形成上述第一通道防止层和第二活性区域的步骤，上述第一通道防止层在用于仅使在第一活性区域及第二活性区域中的一个活性区域活性化的充分的施加电压下，电子或空穴无法移动的半导体层，在量子区域范围内，对相邻的两个活性区域进行独立分离。
[0020] 发明的效果
[0021] 本发明的高电压驱动半导体发光器件可向半导体发光器件施加的驱动电压提供更多个的活性区域，从而可减少在发光器件发生的过电压。
[0022] 由此，可减少发光器件的发热，从而可提高驱动效率并可改善器件的可靠性。
[0023] 并且，当尽心封装时，可进行封装腔内剩余空间提供，从而可增加封装效率。
[0024] 同时，在构成采用本发明的高电压驱动半导体发光器件的全彩显示器的过程中，基于相驱动电压提供更多活性区域的过电压减少，减少系统内的发热量，当空冷时，显著减少外部灰尘流入，从而可增加系统的可靠性。
[0025] 并且，向驱动电压提供更多的活性区域并减少过电压，从而可减少用于系统的SMPS的必要
水量。
[0026] 并且，可通过高电压驱动的模块内配线简化减少用于电路构成的印刷
电路板使用量。
附图说明
[0027] 图1为示出本发明实施例的代表高电压驱动半导体发光器件的简图。
[0028] 图2和图3示出与图1的半导体器件对应的电路图。
[0029] 图4示出具有以往的多个活性区域的半导体发光器件。
[0030] 图5和图6示出与具有以往的多个活性区域的半导体发光器件的电路图。
[0031] 图7为示出本发明另一实施例的高电压驱动半导体发光器件的简图。
[0032] 图8为示出本发明另一实施例的高电压驱动半导体发光器件的简图。
具体实施方式
[0033] 本发明的优点及特征及实现这些的方法参照与附图一同详细后述的实施例变得更加明确。但是，本发明并不局限于以下揭示的实施例，而是可体现为多种形态，只是，本实施例使本发明的公开变得完整，为了向本发明所属技术领域的普通技术人员提供本发明的完整范畴，本发明通过发明要求保护范围的范畴来定义，在
说明书整体中，相同附图标记是指相同结构要素。
[0034] 首先，说明具有与本发明的高电压驱动半导体发光器件比较的以往的多个活性区域的半导体发光器件，图4示出具有以往的多个活性区域的半导体发光器件。
[0035] 以往的具有多个活性区域的发光器件中，多个活性区域主要分为第一活性区域、第二活性区域及第三活性区域，在各个活性区域中发生的光与红色R、绿色G、蓝色V中的一种相对应，不使用
荧光体，可进行白色发光的
单体式发光器件。
[0036] 此时，红色发光、绿色及蓝色发光可分别由砷化镓类(或磷化铝铟镓类)物质和氮化镓类(或
氧化锌类)物质体现，如MOCVD或MBE的通常的半导体形成过程中，很难在没有成长的中断的情况下，形成连续两种物质之间的多个活性区域。基于这种理由，如图4所示，在各个活性区域560、562、564之间存在成长腔外部进行加接合(
焊接)的结合层570、572。在此情况下，各个活性区域在相互量子区域的观点上与相互独立的活性区域相对应，驱动电压以驱动各个活性区域的方式需要高电压。但是，如上所述，这种结构在成长腔外部，对异种物质的活性层进行接合(焊接)并结合异种物质的不同波长来体现白色光。
[0037] 并且，现有技术的实施例中，将同种物质之间的多个活性区域形成为in-situ(没有向成长腔外取出
外延层的过程)，这种in-situ成长的多个活性区域中，活性区域560、562、564之间的结合层570、572的厚度小于通常的量子
挡板或载体的扩散距离，实际上，多个活性区域与一个多重
量子阱结构类似，为了驱动上述发光器件，包括与驱动一个活性区域相应的施加电压和追加的外延层的阻抗中的电压强度补偿，没有高电压的施加，可进行低的驱动。
[0038] 图5和图6中示出具有这种以往的多个活性区域的半导体发光器件的电路图。其中，需要注意的是，即使具有多个活性区域，也体现为一个
二极管。
[0039] 图5和图6示出与具有以往的多个活性区域的半导体发光器件的上部半导体552分别被p型掺杂物涂敷或者被n型掺杂物涂敷的电路图(省略基于形成多个活性区域的追加的外延层阻抗)。
[0040] 以下，参照附图，说明本发明的高电压驱动半导体发光器件及其制造方法。
[0041] 图1为示出本发明实施例的代表高电压驱动半导体发光器件的简图。图2和图3示出与图1的半导体器件对应的电路图。
[0042] 参照图1，本发明的噶电压驱动半导体发光器件的制造方法包括：准备导电线基板10的步骤；在上述导电性基板10形成被涂敷成第一导电形的下部半导体层50；在上述下部半导体层50形成第一活性区域60的步骤；在上述第一活性区域60形成第一通道防止层70的步骤；在上述第一通道防止层70形成第二活性区域62的步骤；在上述第二活性区域62形成第二通道防止层72的步骤；在上述第二通道防止层72形成第三活性区域64的步骤；在上述第三活性区域64形成上部半导体层52的步骤；在上述导电性基板10及上述上部半导体层52分别形成下部电极80及上部电极82的步骤。
[0043] 在上述制造方法中，上述导电性基板可为第一涂敷的砷化镓、Si、SiC，考虑本发明的红色发光器件外延层的格子整合，上述导电性基板中，砷化镓优选，在格子未被整合的状态下，在导电性基板形成
缓冲层(未图示)，在上述缓冲层上可形成下部半导体层50。
[0044] 上述下部半导体层50及上部半导体层52可以为以相反的类型涂敷的砷化镓类或磷化铝铟镓类熔覆层，优选地，下部半导体层50为第一涂敷的(AlxGa1-x)0.5In0.5P，上部半导体层52为第二涂敷的(AlxGa1-x)0.5In0.5P。
[0045] 上述第一活性区域60、第二活性区域62及第三活性区域64可呈双
异质结构(DH)、一个单量子阱结构(SQW)、多量子阱结构(MQW)中的一种，且由磷化铝铟镓类物质形成。在上述活性区域呈双
异质结构的情况下，第一涂敷的(AlxGa1-x)0.5In0.5P下部半导体层50和第二涂敷的(AlxGa1-x)0.5In0.5P上部半导体层50的Al组成x具有0.5≤x≤1.0范围，上述第一活性区域60、第二活性区域62、第三活性区域64由Al组成x具有0≤x≤0.45范围的(AlxGa1-x)0.5In0.5P构成。并且，在量子阱结构的情况下，Al组成x为0.5≤x≤1.0的(AlxGa1-x)0.5In0.5P量子阻挡层和Al组成x为0≤x≤0.45的(AlxGa1-x)0.5In0.5P量子阱层构成。
[0046] 形成于各个活性区域之间的通道防止层用于独立分离量子区域范围中相邻的两个活性区域，上述第一通道防止层70及第二通道防止层72由Al组成x为0≤x≤1的(AlxGa1-x)0.5In0.5P形成，各个通道防止层在用于仅使在整体活性区域中的一个活性区域活性化的充分的施加电压下，电子或空穴无法移动的半导体层，在量子区域范围内，对相邻的两个活性区域进行独立分离。并且，在上述上部半导体层52被第一型的掺杂物涂敷的情况下，上述第二通道防止层72和第一通道防止层70可分别涂敷第二型及第一型的掺杂物，在上部半导体层52被第二型的掺杂物涂敷的情况下，上述第二通道防止层72和第一通道防止层70可分别涂敷第一型及第二型的掺杂物，从器件上部方向形成PNPN接合或NPNP接合的
串联接合，从而可表现成图2或图3的电路图。
[0047] 用于使上述记述的活性区域活性化的充分的施加电压通过构成活性区域的半导体的能量带隙确定，蓝色及绿色的氮化镓类发光器件大致为3V，红色及红外线的氮化镓类(或磷化铝铟镓类)发光器件大致为2V。
[0048] 如图2及图3所示，具有3个串联二极管的电路的驱动过程中，需要与用于驱动各个二极管所需要的电压的合计相应的施加电压。如本实施例，(AlxGa1-x)0.5In0.5P红色
发光二极管的驱动电压大致为2V，如图1及图2、图3所示，包括独立的3个活性区域的发光器件中，为了驱动各个发光二极管而需要2V×3个的6V驱动电压。
[0049] 本发明实施例的上述6V的红色半导体发光器件的驱动电压为用于驱动在单一芯片内相互独立串联的3个活性区域的半导体发光器件的电压，与通常的红色发光器件的驱动电压为大致2V相比，上述电压为3倍以上的高电压。
[0050] 并且，本发明的高电压驱动发电器件的活性区域与以往具有一个活性区域的发光器件作比较，可包括2个以上的活性区域及1个以上的通道防止层，活性区域及通道防止层与所选择的施加电压相对应来适当选择，例如，12V的施加电压下，可构成包括6个活性区域的高电压驱动发光器件。
[0051] 图5示出本发明另一实施例。图7所示的另一实施例中，突出形成上述记述的高电压驱动半导体发光器件外延层的导电性基板10，上述高电压驱动半导体发光器件的外延层与转接板12相接合，上述转接板可以为通过转接板向器件外部释放所发生的光的透明的基板或发射所发生的光并强化发热功能的金属基板。透明的转接板选自磷化
钙、铝砷化镓,磷化铝铟镓,
碳化
硅、氮化铝、氮化镓中的一种或这些的合成物质，金属基板可由包含在Al、Ag、TiW、W、Mo、Ta、TaN、Cu中的一种元素的物质构成。在选择金属基板的情况下，在连接层30内形成接合层，而且还可形成发射层。
[0052] 并且，本发明的高电压驱动半导体发光器件形成于绝缘体基板或者可向绝缘体基板移送，基于这种实施例的发光器件呈现在图7。随着使用绝缘体基板10，下部
电极形成于下部半导体层50，而并非形成于基板，在本实施例中的绝缘体基板为成长基板的情况下，连接层30可对应缓冲层。在本实施例中的绝缘层基板14可选自蓝
宝石、金刚石、碳、
石英(quartz)、玻璃。
[0053] 本发明的高电压驱动半导体发光器件可用于封装、模块及结合模块的全彩显示器。尤其，适合于模块的空间使用的3in1封装的情况下，一个红色、绿色、蓝色芯片分别属于一个封装。
[0054] 其中，需要注意的是，将本发明的高电压驱动半导体发光器件限定在砷化镓类(或磷化铝铟镓类)器件。这是因为连续垂直的NPNP型或PNPN型结构的氮化镓类半导体成长过程中，p型氮化镓类半导体层成长之后的n型氮化镓类半导体层成长时，从首先成长的p型氮化镓类半导体层，因掺杂物扩散，上述p型氮化镓类半导体层无法再以p型半导体层存在，而使被高阻抗化而无法体现器件。基于上述理由，在氮化镓类半导体器件中，无法垂直构成多个个别活性区域，代替的是，在侧面(垂直方向)形成独立结构来追加进行电结合，从而可进行高电压驱动(首尔半导体有限公司，产品名称：Acrich)。
[0055] 使采用本发明的高电压驱动红色半导体发光器件的3in1封装和以往的3in1封装分别模块化并比较点特新及效率来呈现在表1。
[0056] 考虑所施加的电特性及效率，采用本发明的高电压驱动红色半导体发光器件的3in1封装模块包括红色芯片1个(包括3个个别活性区域)、分别包括2个绿色及蓝色芯片并被封装，由7V供给SMPS(Meanwell公司制造，模型名称SP-320-7.5)驱动，所比较的以往3in1封装模块分别包括1个红色、绿色及蓝色芯片并被封装，实际模块内，考虑到电压下降，由5V供给SMPS(Meanwell公司制造，模型名称SP-320-5)驱动。
[0057] 上述应
用例中的绿色及蓝色芯片通过金属焊接在封装上分别串联，红色芯片为3个独立活性区域包含在垂直单一芯片内。
[0058] 在3in1封装中，使用本发明的高电压驱动红色发光芯片，由此，通过一个红色芯片来代替多个红色芯片来简化封装工序，与绿色及蓝色芯片相比，可提供更多的封装空间，从而可改善封装工作效率。
[0059] 进而，如图1所示，与以往的3in1封装相比，可减少37％的消耗电
力(直流基准)，由此，可改善
发光效率及减少发热，采用其的模块及显示装置中的性能及可靠性显著增加。
[0060] 表1
[0061]
[0062] 并且，包括本发明的高电压驱动半导体发光器件的封装的模块、显示装置中，可施加高电压，在SMPS中，在向各个模块供给的配线选择过程中，考虑电压下降，与短且厚的以往配线相比，可使用相对长且薄的配线，从而可增加涉及的
自由度。
[0063] 并且，用于模块驱动的印刷电路板设计过程中，可施加基于高电压的低
电流，可在印刷电路板内涉及薄的配线图案，印刷电路板内配线图案聚集得到提高，从而降低印刷电路板使用量并可实现小型化。
[0064] 实施例1
[0065] 本发明的高电压驱动红色半导体发光器件包括：导电性基板10；下部半导体层50，形成于上述导电性基板10；第一活性区域60，形成于上述下部半导体层50；第一通道防止层70，形成于上述第一活性区域60；第二活性区域62，形成于上述第一通道防止层70；第二通道防止层72，形成于上述第二活性区域；第三活性区域64，形成于上述第二通道防止层72；
上部半导体层52，形成于上述第三活性区域64；分别形成于上述导电性基板10及上述上部半导体层52的下部电极80及上部电极82，上述第一活性区域60、第二活性区域62及第三活性区域64可分别由磷化铝铟镓类物质形成，优选地，由Al组成x具有0≤x≤0.45的范围的(AlxGa1-x)0.5In0.5P构成，上述第一通道防止层70及第二通道防止层72为在用于仅使在整体活性区域中的一个活性区域活性化的充分的施加电压下，电子或空穴无法移动的半导体层，在量子区域范围内，对相邻的两个活性区域进行独立分离，上述第一通道防止层70及第二通道防止层72可由磷化铝铟镓类物质形成，优选地，可由Al组成x具有0≤x≤1的范围的(AlxGa1-x)0.5In0.5P构成，上述第一通道防止层70及第二通道防止层72可分别具有3μm以上的厚度，在上述上部半导体层52被第一型的掺杂物涂敷的情况下，上述第二通道防止层72和第一通道防止层70可分别被第二型及第一型的掺杂物涂敷，在上部半导体层52被第二型的掺杂物涂敷的情况下，上述第二通道防止层72和第一通道防止层70分别被第一型及第二型的掺杂物涂敷，从而，从器件上部垂直方向形成PNPN或NPNP的串联接合，在单一半导体器件内形成独立的多个活性区域。
[0066] 并且，上述第一活性区域60、第二活性区域62、第三活性区域64均由相同组成物质形成，在红色或红外线区域，实际上具有相同波长。
[0067] 实施例2
[0068] 本发明的高电压驱动红色半导体发光器件包括：导电性基板10；下部半导体层50，形成于上述半导性基板10；形成于上述下部半导体层50的n个活性区域和夹在上述活性区域的n-1个的通道防止层(只是，n为大于2的自然数)；以及上部半导体层52，形成于最后n个活性区域，分别形成于上述导电性基板10及上述上部半导体层52的下部电极80及上部电极82，上述n个活性区域可由磷化铝铟镓类物质形成，优选地，由Al组成x具有0≤x≤0.45的范围的(AlxGa1-x)0.5In0.5P构成，上述n-1个的通道防止层可由磷化铝铟镓类物质形成，优选地，由Al组成x具有0≤x≤1的范围的(AlxGa1-x)0.5In0.5P形成，上述n-1个通道防止层为在用于仅使在整体活性区域中的一个活性区域活性化的充分的施加电压下，电子或空穴无法移动的半导体层，在量子区域范围内，对相邻的两个活性区域进行独立分离，上述n-1个通道防止层可分别具有3μm以上的厚度，上述n-1个通道防止层中，在上述上部半导体层
52被第一型的掺杂物涂敷的情况下，从下部第偶数个通道防止层和第奇数个通道防止层能够分别被第二型及第一型的掺杂物涂敷，在上部半导体层52被第二型的掺杂物涂敷的情况下，从下部第偶数个通道防止层和第奇数个通道防止层分别被第一型及第二型的掺杂物涂敷，从而，从上部垂直方向形成PN…PN或NP…NP的串联接合。
[0069] 并且，上述n个活性区域均由相同组成的物质形成，在红色或红外线区域，实际上具有相同波长。
[0070] 实施例3
[0071] 包括上述实施例1或实施例2中的高电压驱动半导体发光器件的封装及包括其的全彩显示装置中，上述封装可以为灯型或3in1型，上述全彩显示器包括：模块，包括上述封装；配线，用于向上述模块施加电源及控制
信号；印刷电路板；SMPS及控制装置。
[0072] 实施例4
[0073] 高压电驱动发光器件的制造方法包括：形成生长基板的步骤；在上述生长基板形成下部半导体层的步骤；在上述下部半导体层形成第一活性区域的步骤；在上述第一活性区域形成第一通道防止层的步骤；在上述第一通道防止层形成上述第二活性区域的步骤；在上述第二活性区域形成上部半导体层的步骤；在上述第二活性区域形成第二通道防止层的步骤；在上述第二通道防止层形成第三活性区域的步骤；以及在上述第三活性区域形成上部半导体层的步骤，上述第一通道防止层及第二通道防止层为在用于仅使在第一活性区域、第二活性区域、第三活性区域中的一个活性区域活性化的充分的施加电压下，电子或空穴无法移动的半导体层，在量子区域范围内，对相邻的两个活性区域进行独立分离。
[0074] 并且，还可追加使通过上述制造方法制造的高压驱动发光器件的外延层与转接板相接合，并去除上述成长基板的工序。
[0075] 以上，以实施例为中心，对本发明进行了说明，但这只是例示性实施例，而并非用于限定本发明，本发明所属技术领域的普通技术人员可在不超不本发明的本质特性的范围内进行以上并未例示的多种
变形和应用。
[0076] 例如，在构成在本发明中提出的各个高电压驱动发光器件的半导体层之间还可形成第三半导体层。而且，与这种变形和应用相关的不同点属于在发明要求保护范围中规定的本发明的范围内。
