JP2005019936A - 白色発光素子及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、製造された複数個のLED素子を組み立てる方式より少ない製造費用でより簡素に製造する。
【解決手段】本発明の一実施形態は、第1領域と第2領域とに区分された第1面及び前記第1面に対向する第2面を有し透光性を有する導電性基板41と、前記導電性基板41の第1領域に順次に形成された第1クラッド層29、第1活性領域27、及び第2クラッド層25を含む第1発光部20と、前記導電性基板41の第2領域に順次に形成された第3クラッド層35、前記第1活性領域27から発散する光と合成され白色光を生成する波長の光を発散する第2活性領域33、及び第4クラッド層31を含む第2発光部30と、前記導電性基板41の第2面に連結された第1電極45と、前記第2クラッド層21に連結された第2電極47と、前記第4クラッド層31に連結された第3電極とを含む白色発光素子50を提供する。
【選択図】図1

Description

本発明は白色発光素子に関するもので、より詳しくは赤色光、緑色光及び青色光を発散できる活性層が単一素子に具現された白色発光素子及びその製造方法に関するものである。
一般として、白色発光素子は照明装置またはディスプレー装置のバックライトに広く適用されている。こうした白色発光素子においては、蛍光体を使用する方式と個別LEDに製造された青色、赤色及び緑色LEDを単に組合せる方式が周知である。
先ず、蛍光体を使って白色発光素子を製造する方法には、青色発光素子を利用する方法と紫外線発光素子を利用する方法とがある。例えば、青色発光素子を利用する場合、YAG蛍光体を使って青色光を白色光に波長変換させる。即ち、青色LEDから発生した青色波長がYAG(Yittrium Aluminum Garnet)蛍光体を励起し最終的に白色光を発光させるようになる。
図7(A)は従来のYAG蛍光体を使った白色発光素子(520)の全体構造を示した断面図である。図7(A)には、前記リードフレーム(512)のギャップ(cap)に実装されたInGaN系青色LED(510)と前記ギャップ内部で青色LED(510)の周囲を囲繞するYAG蛍光体(515)が示してある。また、前記青色LED(510)はギャップ構造を有する陽極リードフレーム(512)と陰極リードフレーム(514)にワイヤ(511、513)で各々連結され、青色LED(510)の位置した全体リードフレーム(512、514)上部は透明材質(517)でモールディングされる。
前記リードフレーム(512、514)を通して電源が印加されInGaN系青色LED(510)から青色光が発されると、その一部の青色光はYAG蛍光体(515)を励起する。この際、YAG蛍光体はInGaN青色LED(510)のピーク波長である460nmから励起される特性を有するので、黄緑色の蛍光で発光する。このように、YAG蛍光体(515)から得た黄緑色の蛍光は青色LED(510)から直接発散する他の一部青色光と合成され、最終的に白色光を発光することになる。
図7(A)に示した従来の白色発光素子は、三色(RGB)に該当する各色LEDを使用する際、要求される電流の調節が不要になるという利点がある。同様に、紫外線LEDとRGB三色蛍光体とを組み合せて白色光を得る方法もある。
ところで、このように蛍光体の波長変調を利用する場合、蛍光体の励起において光効率が低減したり、色補正指数が低下する欠点があった。他の従来の技術としては、三色(RGB)に該当する各色LEDを組み合せた白色発光素子が挙げられる。こうした白色発光素子の一例は図7(B)に示した。図7(B)によると、白色発光素子(530)は既に完成した各々のLED(523、525、527)から成り、各LEDはワイヤ(522)により1個の印刷回路基板(521)に実装される。図7(B)に示した白色発光素子(530)は各LED(523、525、527)から発散された他の色の光(例えば、RGB)が合成され白色光を生成するものである。こうした白色LEDは蛍光体による問題を解決して優れた色感を得られるが、各LEDを製造しなければならないので製造原価が上昇するばかりでなく、所望の白色光を得るために各LEDの電流を調節しなければならず、このため複雑な回路構成が必要になるという問題があった。
本発明は前記従来技術の問題を解決するためのもので、その目的は、1個の導電性基板に白色光に合成可能な2個または3個の波長帯域の光を発散する2個の発光部を具備した白色発光素子を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、前記白色発光素子の製造方法を提供することにある。
前記技術的課題を解決すべく、本発明の一実施形態は、第1領域と第2領域とに区分された第1面及び前記第1面に対向する第2面を具備し透光性を有する導電性基板と、前記導電性基板の第1領域に順次に形成された第1クラッド層、第1活性領域及び第2クラッド層を含んだ第1発光部と、前記導電性基板の第2領域に順次に形成された第3クラッド層、前記第1活性領域から発散する光と合成され白色光を生成する波長の光を発散する第2活性領域、及び第4クラッド層を含んだ第2発光部と、前記導電性基板の第2面に連結された第1電極と、前記第2クラッド層に連結された第2電極、前記第4クラッド層に連結された第3電極とを含む白色発光素子を提供する。
前記導電性基板は少なくとも青色光を発散できる物質からなることができ、こうした導電性基板の一例としてGaN基板があり得る。本実施形態においては、前記第1及び第3クラッド層は第1導電型半導体物質から成り、前記第2及び第4クラッド層は第2導電型半導体物質から成ることができる。好ましくは、前記第1発光部の第1活性領域は前記第1クラッド層上に形成された緑色活性層、前記緑色活性層上に形成されたアンドープクラッド層及び前記アンドープクラッド層上に形成された青色活性層から成り、前記第2発光部の第2活性領域は赤色光を発散するための活性層から成る。具体的には、前記第1クラッド層は第1導電型GaN系化合物半導体物質で、前記緑色活性層はGaN/InGaN系多重量子井戸構造で、前記アンドープクラッド層はGaN系化合物半導体物質で、前記青色活性層はGaN/InGaN系多重量子井戸構造で、前記第2クラッド層は第2導電型AlGaN系化合物半導体物質であることができる。また、前記第2発光部はAlGaInP、GaP、GaAs及びInNのグループから選択された半導体物質から成る赤色発光部であることができる。本実施形態においては、前記第2及び第3電極は一体として形成されることができる。また、前記第1発光部と前記第2発光部の間に形成される絶縁膜をさらに含むことができ、こうした絶縁膜は前記第2電極の形成領域を除いた前記第1発光部の表面全体に形成されることができる。
本発明の他の実施形態においては、第1領域と第2領域とに区分された第1面及び前記第1面に対向する第2面を有する導電性基板と、前記導電性基板の第1領域に順次に形成された第1クラッド層、第1活性領域、及び第2クラッド層を含んだ第1発光部と、前記導電性基板の第2領域に金属接合層により接合され、第3クラッド層、前記第1活性領域から発散する光と合成され白色光を生成する波長の光を発散する第2活性領域、及び第4クラッド層を含んだ第2発光部と、前記導電性基板の第2面に連結された第1電極と、前記第2クラッド層に連結された第2電極とを含む白色発光素子を提供する。好ましくは、前記第1発光部の第1活性領域は赤色光を発散させるための活性層から成り、前記第2発光部の第2活性領域は前記第3クラッド層上に形成された緑色活性層、前記緑色活性層上に形成されたアンドープクラッド層、及び前記アンドープクラッド層上に形成された青色活性層から成ることができる。具体的には、前記第3クラッド層は第1導電型GaN系化合物半導体物質で、前記緑色活性層はGaN/InGaN系多重量子井戸構造で、前記アンドープクラッド層はGaN系化合物半導体物質で、前記青色活性層はGaN/InGaN系多重量子井戸構造で、前記第4クラッド層は第2導電型AlGaN系化合物半導体物質であることができる。さらに、前記第1発光部はAlGaInP、GaP、GaAs及びInNから成るグループから選択された半導体物質から成ることができる。
本実施形態においては、導電性基板はGaAs基板のような第1導電型基板であることができる。この場合、前記第1及び第3クラッド層は第1導電型半導体物質から成り、前記第2及び第4クラッド層は第2導電型半導体物質から成ることができる。また、前記第2発光部は前記第4クラッド層上に形成された第2導電型基板と前記第2導電型基板上に形成された電極とをさらに含むことができる。さらに、本実施形態においては、前記導電性基板は第1導電型不純物領域を有する第2導電型基板を含むことができ、この場合に前記第2発光部の第3クラッド層は前記第2導電型不純物領域に接合されることができる。この際、前記第1及び第4クラッド層は第2導電型半導体物質から成り、前記第2及び第3クラッド層は第1導電型半導体物質から成ることができる。好ましくは、前記第2発光部は少なくとも前記第3クラッド層及び第2活性領域の一部が除去され前記第1導電型基板と対向する前記第4クラッド層の露出面を有し、前記第4クラッド層の露出面と第1導電型基板は金属接合層により連結されることができる。さらに、前記第2発光部は前記第4クラッド層上に形成されたGaN基板をさらに含むことができる。
また、本発明は新たな白色発光素子の製造方法を提供する。前記方法は、第1領域と第2領域とに区分された第1面及び前記第1面に対向する第2面を有し透光性を有する導電性基板を提供する段階と、前記導電性基板の第1領域に第1クラッド層、第1活性領域、及び第2クラッド層を順次に積層して第1発光部を形成する段階と、前記導電性基板の第2領域に第3クラッド層、前記第1活性領域から発散する光と合成され白色光を生成する波長の光を発散する第2活性領域、及び第4クラッド層を順次に積層して第2発光部を形成する段階と、前記導電性基板の第2面に第1電極を形成し、前記第2クラッド層と前記第4クラッド層上に各々第2及び第3電極を形成する段階とを含む。好ましくは、前記第1発光部を形成する段階を、前記導電性基板の第1面に第1クラッド層、第1活性領域、及び第2クラッド層を順次に積層する段階と、前記導電性基板の第2領域に形成された前記積層構造物を除去する段階と、前記残留した積層構造物中少なくとも前記第2領域に隣接した側壁に絶縁膜を形成する段階とで具現することができる。こうした絶縁膜は前記第2電極の形成領域を除いた第1発光部の表面全体に形成されることができる。
さらに、本発明の他の実施形態による白色発光素子の製造方法は、第1領域と第2領域とに区分された第1面及び前記第1面に対向する第2面を有する第1導電型基板を提供する段階と、前記第1導電型基板の第1領域に第1クラッド層、第1活性領域、及び第2クラッド層を順次に積層して第1発光部を形成する段階と、前記第1導電型基板の第2領域に第3クラッド層、前記第1活性領域から発散する光と合成され白色光を生成する波長の光を発散する第2活性領域、及び第4クラッド層が順次に形成された第2発光部を金属接合層により接合する段階と、前記導電性基板の第2面と前記第2クラッド層上に各々第1及び第2電極を形成する段階とを含む。本実施形態において、前記第1及び第4クラッド層は第1導電型半導体物質から成り、前記第2及び第3クラッド層は第2導電型半導体物質から成ることができ、この場合、前記方法は前記第2発光部を接合させる段階前に前記第1導電型基板に第2導電型不純物領域を形成する段階をさらに含み、前記第2発光部を接合させる段階は前記第2発光部の第3クラッド層を金属接合層により前記第2導電型不純物領域に接合する段階と、前記第2発光部の第4クラッド層を他の金属接合層により前記第1導電型基板に接合する段階とで成ることができる。
このように、本発明は白色光を合成できる2個または3個の波長帯域の光を発散する2個の発光部を1個の導電性基板上に形成することにより色感及び光効率の優れた白色発光素子を提供することができ、1個の導電性基板上に2個の発光部を並べて形成する為、完成された複数個のLED素子を組み立てる方式より少ない製造費用でより簡素に製造することができる。前記説明したように、本発明は導電性基板の種類に応じて大きく2種の好ましき実施形態を提供することができる。一つは透光性基板を使用する形態として、その透光性基板上に第1及び第2発光部を全て成長させ、リードフレームなどにパッケージされる際は導電性基板が上部に位置するよう実装される。
これと異なって、通常の導電性基板を使用する他の実施形態においては、その基板上に第1及び第2発光部を全て成長させる方法でも具現できるが、さらに既完成した発光部を金属接合層により基板上に接合させる方式を取る。こうした実施形態においては発光部の形成された基板上面が上向きになるようパッケージされる。
本発明によると、蛍光体を使用せず白色光に合成され得る2個または3個の波長帯域の光を発散する2個の発光部を利用することにより、蛍光体による効率低減を防止し、且つ色感及び光効率の優れた白色発光素子を提供するばかりでなく、1個の導電性基板上に2個の発光部を並べて形成するので、完成された複数個のLED素子を組み立てる方式より少ない製造費用でより簡素に製造することができる。
以下、添付の図面を参照しながら本発明の一実施形態を詳しく説明する。図1は本発明の第1実施形態により透光性基板を使用する白色発光素子(50)の断面図である。図1によると、前記白色発光素子(50)は1個の導電性基板(41)に水平方向に並んで形成される第1及び第2発光部(20、30)を含む。前記第1発光部(20)は図示のように相異する2個の波長帯域を有する光を発散するための活性層(23、27)を具備する。
本実施形態においては、前記導電性基板(41)は、少なくとも赤色ないし青色光を透過できる大きいエネルギーバンドギャップを有するGaN単結晶基板を含む。また、前記第1発光部(20)の活性層(23)は青色光を発散するためのGaN/InGaN系多重井戸構造を有する活性層であることができ、異なる活性層(27)は緑色光を発散するためのGaN/InGaN系多重井戸構造の活性層である。
図1に示したように、前記導電性基板(41)の一領域に形成された第1発光部(20)は大きく分けて前記GaN基板(41)に形成されたn型GaN系クラッド層(21)とp型AlGaP系クラッド層(29)を含む。前記青色活性層(23)は前記n型GaN系クラッド層(21)上に形成され、前記緑色活性層(27)はアンドープGaNクラッド層(25)と前記p型AlGaN系クラッド層(29)との間に形成される。
ここで、青色活性層(23)と緑色活性層(27)のエネルギーバンドギャップは赤色発光のための活性層に比して相対的にその差が小さい。より具体的に、赤色光発散のためのエネルギーバンドギャップは約1.3〜2eVであるのに対して、青色光発散のためのエネルギーバンドギャップは約3.3eVで、緑色光発散のためのエネルギーバンドギャップは約2.8〜2.9eVなので、図示のように相互垂直な構造に形成しても各活性層(23、27)から所望の発光効果を得ることができる。こうした垂直構造を具現するために青色活性層(23)のp型クラッド層の役目と緑色活性層(27)のn型クラッド層の役目を同時に行えるアンドープ(undoped)GaNクラッド層(25)を前記青色活性層(23)と緑色活性層(27)の間に配置する。
本実施形態のように、第1発光部が青色及び緑色に該当する2つの波長帯域の光を発散する場合は、青色活性層(23)が緑色活性層(27)よりGaN単結晶基板に隣接するよう配置することが好ましい。より具体的には、本実施形態による白色発光素子はGaN単結晶基板(41)が上部に向かうよう実装されて用いられるので、図示の状態において下方に配置された活性層から発生された光が上部に向って容易に透過されるべく、より大きいエネルギーバンドギャップを有する活性層とGaN単結晶層を前記基板(41)側に配置することが好ましい。従って、本実施形態による白色発光素子のように、相対的に大きいエネルギーバンドギャップを有する青色活性層(23)を緑色活性層(27)より前記基板(41)に近く配置することが好ましい。
また、前記第2発光部(30)は前記第1発光部(20)の形成された同一面においてその第1発光部(20)が形成されない他領域に形成され、n型AlGaInP系クラッド層(31)と赤色発光のためのAlGaInP系多重井戸構造である活性層(33)とp型AlGaInP系クラッド層(35)とを含むことができる。
前記第1及び第2発光部(20、30)は導電性基板(41)の同一面に水平方向に並んで配置され、相互対向する側面が電気的に分離された構造を有する。こうした分離構造は前記第1及び第2発光部(20、30)の向き合った側面の間に絶縁膜(43)を形成することにより具現でき、本実施形態のように前記絶縁膜(43)は電極形成のための開口部を除いた第1発光部(20)の表面に形成され保護層の役目を果たすこともできる。
本実施形態による白色発光素子は前記GaN単結晶基板(41)の外部面と第1及び第2発光部(20、30)のp型クラッド層(29、35)面とに各々形成されたn型及びp型電極(45、47)を含む。両電極(45、47)は前記第1及び第2発光部(20、30)の共通電極として作用し、電流が上下導通する垂直構造形態を有することができる。従って、水平方向の電流の流れを有する通常のLED構造よりも高い電流効率が得られる。
さらに、図1に示したように、前記p型クラッド層(29、35)上に形成されたp型電極(47)は所定のリードフレームに実装されるべく平坦な下面となるよう形成することが好ましい。リードフレームに実装されたパッケージ構造は図4により詳しく説明する。
前記のように、本発明による白色発光素子は前記第1発光部から発散される青色光及び緑色光と、前記第2発光部から発散される赤色光が合成され、結果的に所望の白色光を発散することができるが、これに限定されはしない。
例えば、第1発光部は約450nm〜550nmの波長領域を有する赤黄色光を発散する1つの活性領域を含むよう形成し、第2発光部は約630nm〜780nmの波長領域を有する青緑色光を発散する1つの活性領域を有するよう形成しても、両光は合成され、本発明が要求する白色光を発散することもできる。
本発明の一実施形態による白色発光素子の製造方法について図2(A)ないし3(C)を参照しながらより詳しく説明する。図2(A)ないし3(C)は本発明の一例による白色発光素子製造方法を説明するための工程断面図で、図1の白色発光素子のような形態を製造する工程として例示してある。
先ず、図2(A)のように、平坦な上面を有する導電性基板(111)を設ける。本発明に用いられる基板は垂直構造の発光部を具現すべく導電性基板でなければならず、好ましくは全ての可視光線帯域の光をよく通過させる透光性基板がよい。本発明に用いられる好ましき導電性基板としては、大きいエネルギーバンドギャップを有するGaN単結晶基板があり得る。
次いで、前記導電性基板(111)の上面の一領域に第1発光部のための単結晶層を形成する。本工程は図2(B)と図2(C)に示したように、前記導電性基板(111)の上面全体領域に第1発光部を形成するための単結晶を1次成長させ、第2発光部が形成される領域の単結晶層を除去する過程で具現することができる。
このために、図2(B)のように導電性基板の上面に第1クラッド層(121)、第1活性層(123)、アンドープクラッド層(125)、第2活性層(127)、及び第2クラッド層(129)を順次に積層する1次成長工程を行う。青色及び緑色を各々発光する発光部を構成しようとする場合、好ましくは前記第1クラッド層(121)はn型GaN系クラッド層(121)に、前記第1活性層(123)は青色光を発散するためのGaN/InGaN系多重井戸構造に形成することができる。また、前記アンドープクラッド層(125)は真性GaN系クラッド層に、前記第2活性層(127)は緑色光を発散するためのGaN/InGaN系多重井戸構造に、また前記第2クラッド層(129)はp型AlGaP系クラッド層に形成することができる。
次いで、前記導電性基板(111)の上面中第2発光部の形成領域が露出するよう、1次成長した単結晶構造物(121、123、125、127、129)を選択的にエッチングする。図2(C)は第2発光部の形成領域を設けるために、1次成長した単結晶構造物の一部を除去した状態を示す。ここで残留した単結晶構造物は第1発光部を構成する。前記第1発光部(120)を成す単結晶構造物の周囲に沿って導電性基板(111)の上面が露出するよう一部をさらにエッチングすることもできる。このようにさらにエッチングされた領域は電極形成のための開口部を除く前記第1発光部(120)の全体表面に絶縁膜を形成するための領域として用いることができる。
即ち、図3(A)のように、後続工程において電極の形成領域を除く第1発光部の表面全体に絶縁膜(143)を形成する。こうした絶縁膜(143)にはSiO、SiNなどの通常の絶縁膜を用いることができる。図3(A)に示した絶縁膜(143)は前記導電性基板(111)の露出領域に形成される第2発光部(図3(B)の130)と第1発光部(120)との向き合う側面が接触しないよう分離させるばかりでなく、前記第1発光部の酸化などを防止する保護層の役目も果たす。本発明の他の実施形態においては、第1発光部と分離された位置に個別部品で成された第2発光部を金属接着層により導電性基板に実装する方式で具現することができる。
図3(B)のように、前記導電性基板(111)の露出領域に第3クラッド層(131)、第3活性層(133)、及び第4クラッド層(135)を順次に積層するための2次成長工程を施す。図1のように好ましい赤色発光のための第2発光部(130)を形成すべく、第3クラッド層(131)はn型AlGaInP系クラッド層に、前記第3活性層(133)はAlGaInP系多重井戸構造である活性層に、前記第4クラッド層(135)はp型AlGaInP系クラッド層に形成することができる。
最終的に、前記導電性基板(111)の他面に第1電極(145)を形成し、前記第2クラッド層(129’)と第4クラッド層(135)に連結された第2電極を形成することで、図3(C)のように所望の白色発光素子(150)を完成することができる。図3(C)に示した白色発光素子(150)はリードフレームに実装されて用いられる場合は図1のように上下面が逆にされる。
図4は本発明の一実施形態による白色発光素子パッケージの構造を示した断面図である。図4に示した白色発光素子パッケージ(200)は図3(C)に示した白色発光素子と類似した構造を有する白色発光素子を含む。前記白色発光素子は青色発光部(160a)及び緑色発光部(160b)を有する第1発光部と赤色発光部(170)の第2発光部とから成る。
前記白色発光素子は導電性基板(151)が上部に向かうよう第1リードフレーム(195)のギャップ部分に実装される。また、前記白色発光素子の第1電極(185)はワイヤを使ってその第1リードフレーム(194)に連結され、第2電極(187)は前記第1リードフレーム(195)に連結される。本実施形態において用いられた導電性基板は透光性基板であり、各発光部(160a、160b、170)から発生した光を上部に透過させることができる。従って、前記白色発光素子は三色の光が合成され白色光を生成するようになる。また、本発明による発光素子は図4に示したように絶縁膜(183)と第1発光部(160a、160b)との間に反射膜(181)をさらに具備し、光効率を向上させることができる。
本発明の他の実施形態においては、透光性でない導電性基板を使用することもできる。この場合、白色発光素子は発光部の形成された基板上面が上に向くようパッケージされる。また、本実施形態による発光素子は第2発光部を、既に完成した発光部を金属接合層により基板上に接合させる方式で具現する。
図5は本発明の他の実施形態による白色発光素子を示した断面図である。本実施形態は、先の実施形態と異なり個別部品形態の第2発光部(230)が金属接合層(248)により導電性基板(241)に接合される形態を示す。図5によると、前記白色発光素子(250)は大きく分けて導電性基板のp型GaAs基板(241)、その上に形成された第1発光部(220)、及び第2発光部(230)から成る。本実施形態において用いられる導電性基板は図1に示した基板(41)のような透光性が必要無く、第1発光部の成長に適した導電性基板でさえあれば充分使用することができる。
前記第1発光部(220)は前記p型GaAs基板(241)の一領域に形成され、p型AlGaInP系クラッド層(221)と、赤色発光のためのAlGaInP系多重井戸構造を有する赤色活性層(223)と、n型AlGaInP系クラッド層(225)とを含む。また、前記第1発光部(220)はp型GaAs基板上に直接成長させる方式により形成される。こうした工程は全体のp型GaAs基板上にp型AlGaInP系クラッド層(221)とAlGaInP系赤色活性層(223)とn型AlGaInP系クラッド層(225)を成長させた後、第2発光部(230)の形成領域を選択的にエッチングする方式で具現することができる。こうして、前記第1発光部(220)を形成してから前記電極(247)の形成領域を除く前記第1発光部(220)の表面にSiOのような絶縁膜(243)を形成することができる。
前記第2発光部(230)は前記第1発光部(220)と異なる領域に形成され、p型AlGaP系クラッド層(231)と、GaN/InGaN系多重井戸構造の緑色活性層(233)と、アンドープGaNクラッド層(235)と、GaN/InGaN系多重井戸構造の青色活性層(237)と、前記n型GaN系クラッド層(239)とを含む。また、前記第2発光部(230)はn型GaN基板(238)を用いて別途の工程から成長させた別個部品であることができ、こうした別個部品形態の第2発光部(230)は金属接合層(248)により前記p型GaAs基板に接合される。
前記p型GaAs基板(241)はその下面にp側電極(245)が形成され、前記第1発光部(220)のn型クラッド層(225)と前記第2発光部(230)のn型基板(238)上に各々n側電極(247、248)が形成される。但し、本実施形態において前記第2発光部(230)は既に完成した部品を接合させる方式により具現するので、前記第2発光部に対しては別途の電極形成工程を行わず前記第2発光部(230)のn型基板(238)上にn側電極(248)を予め形成した状態でp型GaAs基板に接合させることができる。
このように、本実施形態による白色発光素子は、図1の実施形態のようにp型GaAs基板(241)の同一面に水平方向に並んで配置された第1及び第2発光部(220、230)を具備し、上下部に各々対向する電極が設けられる形態を取るが、パッケージに具現される場合は、前記第1及び第2発光部(220、230)の形成されたp型GaAs基板面が上部に向かうよう、即ちn側電極(247、248)が上部を向かうよう配置され、各n側電極はワイヤボンディングによりリードフレーム(図示せず)に連結される。
図6は本発明のさらに他の実施形態による白色発光素子(300)を示した断面図である。本実施形態は、図5に示した実施形態と異なるn型GaAs基板(291)を使用し第2発光部(280)の接合方式の異なる白色発光素子(300)を示す。
図6によると、前記白色発光素子(300)は大きく分けて導電性基板のn型GaAs基板(291)と、その上に形成された第1発光部(270)、及び第2発光部(280)から成る。本実施形態に用いられる導電性基板は図5に示した基板(241)のようなGaAs基板であるが、それとは逆の導電型であるp型で、前記p型導電型基板(291)はn型不純物領域を形成してツェナー(Zenner)ダイオード構造となる。こうした不純物領域(298)は第2発光部(280)を接合する段階前に形成される。
前記第1発光部(270)は前記n型GaAs基板(291)の一領域に形成され、n型AlGaInP系クラッド層(271)と、赤色発光のためのAlGaInP系多重井戸構造である赤色活性層(273)と、p型AlGaInP系クラッド層(275)とを含む。また、前記第1発光部(270)はn型GaAs基板上に直接成長させる方式で形成する。こうした工程は全体のn型GaAs基板上にn型AlGaInP系クラッド層(271)とAlGaInP系赤色活性層(273)とp型AlGaInP系クラッド層(275)を成長させた後、第2発光部(280)の形成領域を選択的にエッチングする方式で具現することができる。
このように、前記第1発光部(270)を形成してから前記電極(297)の形成領域を除く前記第1発光部(270)の表面にSiOのような絶縁膜(293)を形成することができる。
前記第2発光部(280)は前記第1発光部(270)と異なる領域に形成され、p型AlGaP系クラッド層(281)と、GaN/InGaN系多重井戸構造の緑色活性層(283)と、アンドープGaNクラッド層(285)と、GaN/InGaN系多重井戸構造の青色活性層(287)と、前記n型GaN系クラッド層(289)とを含む。
また、前記第2発光部(280)はn型GaN基板(288)を用いて別途の工程から成長された別個の部品であるが、図5に示した第2発光部(280)と異なり垂直でなく水平型構造を有する。即ち、両電極が一方向に向って形成されるようp型AlGaP系クラッド層(281)、GaN/InGaN系緑色活性層(283)、アンドープGaNクラッド層(285)、及びGaN/InGaN系青色活性層(285)の一部領域がエッチングされ、前記n型GaN系クラッド層(289)の一部面が露出した構造となる。
従って、本実施形態においては第2発光部の接合方式も異なって具現される。具体的には、前記第2発光部のp型クラッド層(281)はp型不純物領域(292)に金属接合層(298)により接合され、前記n型クラッド層(289)の露出面を他の金属接合層(299)により前記n型GaAs基板(291)に接合する。
前記n型GaAs基板(291)はその下面にn側電極(295)が形成され、前記第1発光部(270)のp型クラッド層(275)にp側電極(297)が形成され、前記p型クラッド層(281)とn型GaAs基板(291)のp型不純物領域(299)とを連結する金属接合層(298)も第2発光部(280)のp側電極のような役目を果たすことができる。即ち、本実施形態による発光素子(300)をパッケージする場合に、前記第1及び第2発光部(270、280)の形成されたn型GaAs基板面が上部に向くよう配置され、第1発光部(270)のp側電極(297)と、p型不純物領域(292)またはその金属接合層(298)とにワイヤボンディングによりリードフレーム(図示せず)を連結することができる。
図5及び図6に示した実施形態において、導電性基板にGaN基板と異なる基板を用いて、第1発光部ばかりでなく第2発光部も図3に説明した方法のように基板上に直接成長させてもよく、前記第2発光部(230、280)から発散する青色光及び緑色光と、前記第1発光部(220、270)から発散する赤色光とが合成され、その結果所望の白色光を発散できるが、これに限定されるわけではない。
上述した実施形態及び添付の図面は好ましき実施形態についた例示に過ぎず、本発明は添付の請求の範囲によって限定されるものである。また、本発明は請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で多様な形態の置換、変形及び変更が可能であることは当技術分野において通常の知識を有する者にとって自明であろう。例えば、本明細書及び図面に説明した実施形態においてはn型またはp型を有する結晶層及び基板として説明したが、n型及びp型を逆に形成することもでき、赤色または赤黄色活性層を有する発光部を形成する場合にはAlGaInP系半導体物質の他にもGaP、GaAs、InNなどを使ってもよい。従って、本発明は請求の範囲とその均等な範囲により限定されるといえる。
本発明の一実施形態による白色発光素子の断面図である。 (A)ないし(C)は本発明の一実施形態による白色発光素子の製造方法を説明するための工程断面図である。 (A)ないし(C)は本発明の一実施形態による白色発光素子の製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明の一実施形態による白色発光素子パッケージを示した断面図である。 本発明の他の実施形態による白色発光素子の断面図である。 本発明のさらに他の実施形態による白色発光素子の断面図である。 (A)及び(B)は従来の白色発光素子の全体構造を示した断面図である。
符号の説明
20 第1発光部
21 n型GaNクラッド層
23 GaN/InGaN青色活性層
25 アンドープGaNクラッド層
27 GaN/InGaN緑色活性層
29 p型AlGaNクラッド層
30 第2発光部
31 n型AlGaInPクラッド層
33 AlGaInP赤色活性層
35 p型AlGaInPクラッド層
41 GaN基板
43 絶縁膜
45 n側電極
47 p側電極

Claims (46)

  1. 第1領域と第2領域とに区分された第1面及び前記第1面に対向する第2面を具備し透光性を有する導電性基板と、
    前記導電性基板の第1領域に順次に形成された第1クラッド層、第1活性領域、及び第2クラッド層を含む第1発光部と、
    前記導電性基板の第2領域に順次に形成された第3クラッド層、前記第1活性領域から発散する光と合成され白色光を生成する波長の光を発散する第2活性領域、及び第4クラッド層を含む第2発光部と、
    前記導電性基板の第2面に連結された第1電極と、前記第2クラッド層に連結された第2電極及び前記第4クラッド層に連結された第3電極と、
    を有することを特徴とする白色発光素子。
  2. 前記導電性基板は少なくとも青色光を透過できる物質から成ることを特徴とする請求項1に記載の白色発光素子。
  3. 前記導電性基板はGaN基板であることを特徴とする請求項2に記載の白色発光素子。
  4. 前記第1及び第3クラッド層は第1導電型半導体物質から成り、前記第2及び第4クラッド層は第2導電型半導体物質から成ることを特徴とする請求項1に記載の白色発光素子。
  5. 前記第1発光部の第1活性領域は前記第1クラッド層上に形成された緑色活性層、前記緑色活性層上に形成されたアンドープクラッド層、及び前記アンドープクラッド層上に形成された青色活性層から成り、
    前記第2発光部の第2活性領域は赤色光を発散するための活性層から成ることを特徴とする請求項1に記載の白色発光素子。
  6. 前記第1クラッド層は第1導電型GaN系化合物半導体物質で、前記緑色活性層はGaN/InGaN系多重量子井戸構造で、前記アンドープクラッド層はGaN系化合物半導体物質で、前記青色活性層はGaN/InGaN系多重量子井戸構造で、前記第2クラッド層は第2導電型AlGaN系化合物半導体物質であることを特徴とする請求項5に記載の白色発光素子。
  7. 前記第2発光部はAlGaInP、GaP、GaAs及びInNのグループから選択された半導体物質から成ることを特徴とする請求項1または6に記載の白色発光素子。
  8. 前記第2及び第3電極は一体として形成されることを特徴とする請求項1に記載の白色発光素子。
  9. 前記第1発光部と前記第2発光部との間に形成される絶縁膜をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の白色発光素子。
  10. 前記絶縁膜は前記第2電極の形成領域を除く前記第1発光部の表面全体に形成されることを特徴とする請求項9に記載の白色発光素子。
  11. 第1領域と第2領域とに区分された第1面及び前記第1面に対向する第2面を有する導電性基板と、
    前記導電性基板の第1領域に順次に形成された第1クラッド層、第1活性領域及び第2クラッド層を含む第1発光部と、
    前記導電性基板の第2領域に金属接合層により接合された第3クラッド層、前記第1活性領域から発散する光と合成され白色光を生成する波長の光を発散する第2活性領域及び第4クラッド層を含む第2発光部と、
    前記導電性基板の第2面に連結された第1電極及び前記第2クラッド層に連結された第2電極と、
    を有することを特徴とする白色発光素子。
  12. 前記第1発光部の第1活性領域は赤色光を発散するための活性層から成り、
    前記第2発光部の第2活性領域は前記第3クラッド層上に形成された緑色活性層、前記緑色活性層上に形成されたアンドープクラッド層及び前記アンドープクラッド層上に形成された青色活性層から成ることを特徴とする請求項11に記載の白色発光素子。
  13. 前記第3クラッド層は第1導電型GaN系化合物半導体物質で、前記緑色活性層はGaN/InGaN系多重量子井戸構造で、前記アンドープクラッド層はGaN系化合物半導体物質で、前記青色活性層はGaN/InGaN系多重量子井戸構造で、前記第4クラッド層は第2導電型AlGaN系化合物半導体物質であることを特徴とする請求項12に記載の白色発光素子。
  14. 前記第1発光部はAlGaInP、GaP、GaAs及びInNのグループから選択された半導体物質から成ることを特徴とする請求項11または13に記載の白色発光素子。
  15. 前記導電性基板は第1導電型基板であることを特徴とする請求項11に記載の白色発光素子。
  16. 前記導電型基板は第1導電型GaAs基板であることを特徴とする請求項15に記載の白色発光素子。
  17. 前記第1及び第3クラッド層は第1導電型半導体物質から成り、前記第2及び第4クラッド層は第2導電型半導体物質から成ることを特徴とする請求項11に記載の白色発光素子。
  18. 前記第2発光部は前記第4クラッド層上に形成された第2導電型基板と、前記第2導電型基板上に形成された電極とをさらに有することを特徴とする請求項11に記載の白色発光素子。
  19. 前記導電性基板は第1導電型不純物領域を有する第2導電型GaAs基板であり、前記第2発光部の第3クラッド層は前記第2導電型不純物領域に接合されることを特徴とする請求項11に記載の白色発光素子。
  20. 前記第1及び第4クラッド層は第2導電型半導体物質から成り、前記第2及び第3クラッド層は第1導電型半導体物質から成ることを特徴とする請求項11に記載の白色発光素子。
  21. 前記第2発光部は少なくとも前記第3クラッド層及び第2活性領域の一部が除去され前記第1導電型基板と対向する前記第4クラッド層の露出面を有し、
    前記第4クラッド層の露出面と第1導電型基板とは金属接合層により連結されることを特徴とする請求項19に記載の白色発光素子。
  22. 前記第2発光部は前記第4クラッド層上に形成されたGaN基板をさらに有することを特徴とする請求項19に記載の白色発光素子。
  23. 前記第1発光部と前記第2発光部との間に形成された絶縁膜をさらに有することを特徴とする請求項11に記載の白色発光素子。
  24. 前記絶縁膜は前記第2電極の形成領域を除く前記第1発光部の表面全体に形成されることを特徴とする請求項23に記載の白色発光素子。
  25. 第1領域と第2領域とに区分された第1面及び前記第1面に対向する第2面を具備し透光性を有する導電性基板を提供する段階と、
    前記導電性基板の第1領域に第1クラッド層、第1活性領域及び第2クラッド層を順次に積層して第1発光部を形成する段階と、
    前記導電性基板の第2領域に第3クラッド層、前記第1活性領域から発散する光と合成され白色光を生成する波長の光を発散する第2活性領域及び第4クラッド層を順次に積層して第2発光部を形成する段階と、
    前記導電性基板の第2面に第1電極を形成し、前記第2クラッド層と前記第4クラッド層上に各々第2及び第3電極を形成する段階と、
    を有することを特徴とする白色発光素子の製造方法。
  26. 前記導電性基板はGaN基板で、前記第1及び第3クラッド層は第1導電型半導体物質から成り、前記第2及び第4クラッド層は第2導電型半導体物質から成ることを特徴とする請求項25に記載の白色発光素子の製造方法。
  27. 前記第2及び第3電極は一体として形成されることを特徴とする請求項25に記載の白色発光素子の製造方法。
  28. 前記第1発光部を形成する段階は、
    前記導電性基板の第1面に第1クラッド層、第1活性領域及び第2クラッド層を順次に積層する段階と、
    前記導電性基板の第2領域に形成された前記積層構造物を除去する段階と、
    前記残留した積層構造物のうち、少なくとも前記第2領域に隣接した側壁に絶縁膜を形成する段階と、
    を有することを特徴とする請求項25に記載の白色発光素子の製造方法。
  29. 前記絶縁膜は第2電極の形成領域を除く第1発光部の表面全体に形成されることを特徴とする請求項28に記載の白色発光素子の製造方法。
  30. 前記第1発光部はAlGaInP、GaP、GaAs及びInNのグループから選択された半導体物質から成ることを特徴とする請求項25に記載の白色発光素子の製造方法。
  31. 前記第1発光部の第1活性領域は前記第1クラッド層上に形成された青色活性層、前記青色活性層上に形成されたアンドープクラッド層及び前記アンドープクラッド層上に形成された緑色活性層から成り、
    前記第2発光部の第2活性領域は赤色光を発散するための活性層から成ることを特徴とする請求項25に記載の白色発光素子の製造方法。
  32. 前記第1クラッド層は第1導電型GaN系化合物半導体物質で、前記緑色活性層はGaN/InGaN系多重量子井戸構造で、前記アンドープクラッド層はGaN系化合物半導体物質で、前記青色活性層はGaN/InGaN系多重量子井戸構造で、前記第2クラッド層は第2導電型AlGaN系化合物半導体物質であることを特徴とする請求項31に記載の白色発光素子の製造方法。
  33. 第1領域と第2領域とに区分された第1面及び前記第1面に対向する第2面を有する導電性基板を提供する段階と、
    前記導電性基板の第1領域に第1クラッド層、第1活性領域、及び第2クラッド層を順次に積層して第1発光部を形成する段階と、
    前記第1導電型基板の第2領域に第3クラッド層、前記第1活性領域から発散する光と合成され白色光を生成する波長の光を発散する第2活性領域、及び第4クラッド層が順次に形成された第2発光部を金属接合層により接合する段階と、
    前記導電性基板の第2面と前記第2クラッド層上に各々第1及び第2電極を形成する段階と、
    を有することを特徴とする白色発光素子の製造方法。
  34. 前記導電性基板は第1導電型GaAs基板であることを特徴とする請求項33に記載の白色発光素子の製造方法。
  35. 前記第1及び第3クラッド層は第1導電型半導体物質から成り、前記第2及び第4クラッド層は第2導電型半導体物質から成ることを特徴とする請求項33に記載の白色発光素子の製造方法。
  36. 前記第2発光部は前記第4クラッド層上に形成された第2導電型GaN基板をさらに含み、前記第2発光部は前記第2導電型GaN基板上に形成された第3電極をさらに含むことを特徴とする請求項33に記載の白色発光素子の製造方法。
  37. 前記導電性基板は第2導電型GaAs基板であり、前記第2発光部を接合させる段階前に、前記第2導電型基板に第1導電型不純物領域を形成する段階をさらに有することを特徴とする請求項33に記載の白色発光素子の製造方法。
  38. 前記第1及び第4クラッド層は第2導電型半導体物質から成り、前記第2及び第3クラッド層は第1導電型半導体物質から成ることを特徴とする請求項33に記載の白色発光素子の製造方法。
  39. 前記第2発光部を接合させる段階は、
    前記第2発光部の第3クラッド層を金属接合層により前記第1導電型不純物領域に接合させる段階と、
    前記第2発光部の第4クラッド層を他の金属接合層により前記第2導電型基板に接合させる段階と、
    を有することを特徴とする請求項33に記載の白色発光素子の製造方法。
  40. 前記第2発光部は少なくとも前記第3クラッド層及び第2活性層の一部領域が除去され前記第1導電型基板と対向する前記第4クラッド層の露出面を有し、
    前記第2導電型基板に接合させる段階は、前記第2発光部の第4クラッド層の露出面を前記他の金属接合層により前記第2導電型基板に接合させる段階であることを特徴とする請求項39に記載の白色発光素子の製造方法。
  41. 前記第2発光部は前記第4クラッド層上に形成されたGaN基板をさらに含むことを特徴とする請求項39に記載の白色発光素子の製造方法。
  42. 前記第1発光部を形成する段階は、
    前記導電性基板の第1面に第1クラッド層、第1活性領域及び第2クラッド層を順次に積層する段階と、
    前記導電性基板の第2領域に形成された前記積層構造物を除去する段階と、
    前記残留した積層構造物のうち、少なくとも前記第2領域に隣接した側壁に絶縁膜を形成する段階と、
    を有することを特徴とする請求項33に記載の白色発光素子の製造方法。
  43. 前記絶縁膜は前記第2電極の形成領域を除く第1発光部の表面全体に形成されることを特徴とする請求項42に記載の白色発光素子の製造方法。
  44. 前記第1発光部はAlGaInP、GaP、GaAs及びInNのグループから選択された半導体物質から成ることを特徴とする請求項33に記載の白色発光素子の製造方法。
  45. 前記第1発光部の第1活性領域は赤色光を発散するための活性層から成り、
    前記第2発光部の第2活性領域は前記第1クラッド層上に形成された緑色活性層、前記緑色活性層上に形成されたアンドープクラッド層及び前記アンドープクラッド層上に形成された青色活性層から成ることを特徴とする請求項33に記載の白色発光素子の製造方法。
  46. 前記第3クラッド層は第1導電型GaN系化合物半導体物質であり、前記青色活性層はGaN/InGaN系多重量子井戸構造で、前記アンドープクラッド層はGaN系化合物半導体物質で、前記緑色活性層はGaN/InGaN系多重量子井戸構造で、前記第4クラッド層は第2導電型AlGaN系化合物半導体物質であることを特徴とする請求項33に記載の白色発光素子の製造方法。
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