JP2010157737A - 半導体発光素子及びこれを備えた発光素子パッケージ - Google Patents
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Abstract
【課題】光の指向角を改善させることができるようにした半導体発光素子及びこれを備えた発光素子パッケージを提供すること。
【解決手段】本発明に従う半導体発光素子は、外側にラウンドされた側面を持つ複数の化合物半導体層を含む発光構造物と、上記発光構造物の上に第１電極部と、上記発光構造物の下に第２電極層と、を含む。
【選択図】図１
【解決手段】本発明に従う半導体発光素子は、外側にラウンドされた側面を持つ複数の化合物半導体層を含む発光構造物と、上記発光構造物の上に第１電極部と、上記発光構造物の下に第２電極層と、を含む。
【選択図】図１
Description
本発明は、半導体発光素子及びこれを備えた発光素子パッケージに関するものである。
III−V族窒化物半導体（group III-Vnitride semiconductor）は、物理的、化学的特性により発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオード（ＬＤ）などの発光素子の核心素材として脚光を浴びている。III−V族窒化物半導体は、通常ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を持つ半導体物質からなっている。
発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）は、化合物半導体の特性を用いて電気を赤外線または光に変換させて信号を授受し、光源として使われる半導体素子の一種である。
このような窒化物半導体材料を用いたＬＥＤまたはＬＤは、光を得るための発光素子にたくさん使われており、携帯電話のキーパッド発光部、電光板、照明装置など、各種製品の光源に応用されている。
本発明は、円筒形または隅がラウンディング処理（丸みを持たせた成形処理）された半導体発光素子及びこれを備えた発光素子パッケージを提供することをその目的とする。
本発明の他の目的は、円筒形または外側の周りのうち、少なくとも１つの隅がラウンディング処理された柱形の発光構造物を含む半導体発光素子及びこれを備えた発光素子パッケージを提供することにある。
本発明の更に他の目的は、円筒形の発光構造物を通じて光の指向角を改善させることができるようにした半導体発光素子及びこれを備えた発光素子パッケージを提供することにある。
本発明に従う半導体発光素子は、外側にラウンディングされた側面を持つ複数の化合物半導体層を含む発光構造物と、上記発光構造物の上に第１電極部と、上記発光構造物の下に第２電極層と、を含む。
本発明に従う半導体発光素子は、複数の化合物半導体層を含む円筒形状の発光構造物と、上記発光構造物の下に多角形形状の第２電極層と、上記発光構造物の上に第１電極パッドと、上記発光構造物の上面外側の周りに配置され、上記第１電極パッドに電気的に連結されたループ型パターンを含む。
本発明に従う発光素子パッケージは円筒形状を有し、第１導電型半導体層、活性層、及び第２導電型半導体層を含む複数の化合物半導体層と、上記第２導電型半導体層の下に設けられた多角形形状の第２電極層と、上記第１導電型半導体層の上に設けられた第１電極部とを備えた発光素子と、上部が開放されたキャビティーを有する胴体と、上記胴体のキャビティーに配置され、上記発光素子の第１電極部及び第２電極層に電気的に連結された複数のリード電極を含む。
本発明は、発光構造物の表面形状に対応する形状の第２パターンを用いて、電流分布を改善させることができる。
本発明は、内部量子効率を改善させることができる。
本発明は、円筒形または隅がラウンディング処理された発光構造物により光の指向角特性を改善させることができる。
本発明は、半導体発光素子の信頼性を改善させることができる。
本発明を説明するに当たって、各層の上または下に対する定義は各図面を基準にして説明する。また、各層の厚さは一例であり、図面の厚さに限定するのではない。
本発明の説明において、各層（膜）、領域、パターン、または構造物が基板、各層（膜）、領域、パッド、またはパターンの“上”に、または“下”に形成されることと記載される場合において、“上”と“下”は“直上又は直下”の場合と“直上ではないが上方にある、又は直下ではないが下方にある”場合の意味を全て含む。
図１は本発明の第１実施形態に従う半導体発光素子を示す側断面図であり、図２は図１の斜視図であり、図３は図１の平面図である。
図１乃至図３を参照すれば、半導体発光素子１００は、第１導電型半導体層１１０、第１電極部１１５、１１６、１１７、活性層１２０、第２導電型半導体層１３０、第２電極層１５０、及び導電性支持部材１６０を含む。
上記半導体発光素子１００は、複数の化合物半導体層、例えば３族−５族元素の化合物半導体を用いたＬＥＤ（Light emitting diode）を含み、上記ＬＥＤは、青色、緑色、または赤色のような光を放出する有色ＬＥＤまたはＵＶ（ultraviolet）ＬＥＤでありうる。上記ＬＥＤの放出光は本発明の技術的範囲内で多様に具現できる。
上記複数の化合物半導体層は発光構造物１３５を含み、上記発光構造物１３５は第１導電型半導体層１１０、活性層１２０、及び第２導電型半導体層１３０を含む。
上記第１導電型半導体層１１０は、第１導電型ドーパントがドーピングされた３族−５族元素の化合物半導体、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ等から選択できる。上記第１導電型がＮ型半導体である場合、上記第１導電型ドーパントはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、ＴｅのようなＮ型ドーパントを含む。上記第１導電型半導体層１１０は円板形形状で形成され、上記第１導電型半導体層１１０の上にはラフネスパターンが形成できる。上記第１導電型半導体層１１０は単層または多層で形成されることができ、一方に限定されない。
上記第１導電型半導体層１１０の上には第１電極部１１５、１１６、１１７が形成され、上記第１電極部１１５、１１６、１１７は所定の形状で形成されるか、所定のパターンで形成できる。
図２を参照すれば、上記第１電極部は、第１電極パッド１１５、第１パターン１１６、及び第２パターン１１７を含む。上記第１電極パッド１１５は、少なくとも１つで形成され、複数個の場合、互いに離隔され、電気的に連結できる。
上記第１電極パッド１１５は、上記第１導電型半導体層１１０の上の中心部に配置できる。上記第１パターン１１６は、分岐形パターンまたは放射形パターンで形成されることができ、上記第１電極パッド１１５を中心として外側方向に少なくとも１つの枝形状または放射形状に分岐できる。上記第２パターン１１７は、上記第１パターン１１６の端部に連結され、所定の半径を持つ円形形状、環状またはループ形状（例：オープンループ形状または閉ループ形状）で形成できる。
上記第２パターン１１７は、上記第１パターン１１６を通じて上記第１電極パッド１１５に連結され、上記発光構造物１３５の外周面形状と同一な円形状、リング形状、またはオープンループまたは閉ループのようなループ形状のパターンで形成できる。上記第１電極パッド１１５を通じて印加される電源は、上記第１パターン１１６及び上記第２パターン１１７を通じて均一な分布で上記第１導電型半導体層１１０に供給できる。
上記活性層１２０は、上記第１導電型半導体層１１０の下に形成され、単一または多重量子井戸構造で形成できる。上記活性層１２０は、３族−５族元素の化合物半導体材料を用いて井戸層とバリア層の周期、例えばＩｎＧａＮ井戸層／ＧａＮバリア層、またはＩｎＧａＮ井戸層／ＡｌＧａＮバリア層の周期で形成できる。上記活性層１２０の上または／及び下には導電型クラッド層が形成されることもでき、上記導電型クラッド層はＧａＮ系半導体で形成できる。
上記第２導電型半導体層１３０は上記活性層１２０の下に形成され、第２導電型ドーパントがドーピングされた３族−５族元素の化合物半導体、例えばＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ等から選択できる。上記第２導電型がＰ型半導体である場合、上記第２導電型ドーパントはＭｇ、Ｂｅ、ＺｎのようなＰ型ドーパントを含む。上記第２導電型半導体層１３０は、単層または多層で形成されることができ、一方に限定されない。
上記発光構造物１３５は、上記第２導電型半導体層１２０の下に第３導電型半導体層が形成されることができ、上記第３導電型半導体層は、上記第２導電型半導体層と極性が異なる半導体で形成できる。また、上記第１導電型半導体層１１０がＰ型半導体層であり、上記第２導電型半導体層１３０がＮ型半導体層で具現できる。これによって、上記発光構造物１３５は、Ｎ−Ｐ接合、Ｐ−Ｎ接合、Ｎ−Ｐ−Ｎ接合、及びＰ−Ｎ−Ｐ接合構造のうち、少なくとも１つを含むことができる。
上記半導体層１１０、１２０、１３０は、円板形形状で形成されることができ、上記発光構造物１３５は円筒形または円柱形状で形成できる。上記発光構造物１３５のその外周面は傾斜または垂直に形成できる。上記発光構造物１３５は、上記のＮ−Ｐ接合構造だけでなく、Ｐ−Ｎ接合、Ｎ−Ｐ−Ｎ接合、Ｐ−Ｎ−Ｐ接合構造のうち、少なくとも１つを含むことができる。
上記発光構造物１３５の外周面が傾斜した構造である場合、上記第１導電型半導体層１１０、上記活性層１２０、及び上記第２導電型半導体層１３０は、互いに異なる直径で形成できる。例えば、上記第１導電型半導体層１１０の直径が最も小さく、上記第２導電型半導体層１３０の直径が最も大きく形成できる。上記第２導電型半導体層１３０または上記第３導電型半導体層の下には第２電極層１５０が形成される。上記第２電極層１５０は多角プレート形状で形成されることができ、その直径は上記第２導電型半導体層１３０の直径以上に形成できる。以下、本発明の説明のために、上記発光構造物１３５の最下層は上記第２導電型半導体層１３０をその例として説明する。
上記第２電極層１５０は、シード金属、オーミック金属、反射金属特性を持つ材料の中から選択できる。上記第２電極層１５０は、反射電極層として機能することができ、その物質はＡｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆ、及びこれらの選択的な組合により構成された物質の中から形成できる。上記第２電極層１５０の厚さは、数μｍ以下に形成できる。
また、上記第２電極層１５０と上記第２導電型半導体層１３０との間にはオーミック特性を持つオーミック接触層（図示せず）が所定の層またはパターンで形成できる。上記オーミック接触層は、ＩＴＯ（indium tin oxide）、ＩＺＯ（indium zinc oxide）、ＩＺＴＯ（indium zinc tin oxide）、ＩＡＺＯ（indium aluminum zinc oxide）、ＩＧＺＯ（indium gallium zinc oxide）、ＩＧＴＯ（indium gallium tin oxide）、ＡＺＯ（aluminum zinc oxide）、ＡＴＯ（antimony tin oxide）、ＧＺＯ（gallium zinc oxide）、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、ＲｕＯｘ／ＩＴＯ、Ｎｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ、及びＮｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ／ＩＴＯのうち、少なくとも１つを含むことができる。
上記第２電極層１５０と上記第２導電型半導体層１３０との間には接触領域の電気的な特性を調節するための非金属層が形成されることができ、例えば、上記非金属層は、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＺＴＯ、ＩＡＺＯ、ＩＧＺＯ、ＩＧＴＯ、ＡＺＯ、ＡＴＯ、ＧＺＯ、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ等から選択的に形成できる。上記非金属層は、層または複数のパターンで形成できる。
上記第２電極層１５０の下には導電性支持部材１６０が形成されることができ、上記導電性支持部材１６０の外形状は上記第２電極層１５０の外形状と同一に形成されることができ、これに対して限定するのではない。上記導電性支持部材１６０はベース基板であって、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデニウム（Ｍｏ）、銅−タングステン（Ｃｕ−Ｗ）、キャリアウエハ（例：Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＧａＮ等）などで具現できる。上記導電性支持部材１６０は、電解メッキ方式またはシート形態で形成されることができ、これに対して限定するのではない。上記第２電極層１５０及び上記導電性支持部材１６０は、反射電極を含む第２電極部として機能することができる。
上記第２電極層１５０と上記導電性支持部材１６０との間には接着層が形成されることができ、上記接着層は、Ｔｉ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ａｇ、またはＴａのうち、少なくとも１つを含むことができる。
上記第１実施形態は、上記活性層１２０が円板形形態で形成されることによって、電流が集中する現象が防止できるので、内部量子効率の改善と共に、チップの信頼性が改善できる。
図３を参照すれば、半導体発光素子は図１のＡ−Ａ断面とＢ−Ｂ断面が互いに対称の構造を持つようになる。これによって、上記第１パターン１１６と上記第２パターン１１７は、上記第１電極パッド１１５を中心に対称になっており、上記第１導電型半導体層１１０には上記のパターンの対称形状により均一な電流が供給できる。上記半導体発光素子１００は、上記第２電極層１５０の上にラウンディング処理された発光構造物１３５を形成させることができるので、光の指向角分布を改善させることができる。
図４乃至図６は、第１実施形態に従う半導体発光素子の製造過程を示す図である。
図４を参照すれば、基板１０１は成長装備にローディングされ、その上には２族乃至６族元素の化合物半導体層が形成できる。
上記基板１０１は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＺｎＯ、ＧａＰ、ＩｎＰ、Ｇｅのうち、少なくとも１つを利用することができ、導電特性を持つ基板または絶縁特性を持つ基板が利用できる。
上記成長装備は、電子ビーム蒸着器、ＰＶＤ（physical vapor deposition）、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）、ＰＬＤ（plasma laser deposition）、二重型の熱蒸着器（dual-type thermal evaporator）スパッタリング（sputtering）、ＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition）などにより形成することができ、このような装備に限定するのではない。
上記基板１１０の上にはバッファ層（図示せず）または／及びアンドープド半導体層（図示せず）が形成できる。上記バッファ層は、３族−５族元素の化合物半導体、例えば、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮのうち、少なくとも１つで形成できる。また、上記バッファ層として２族乃至６族元素の化合物半導体、例えばＺｎＯのような酸化物材料が層または複数のパターンで形成できる。上記バッファ層の上にはアンドープド半導体層が形成されることができ、上記アンドープド半導体層は、アンドープド（undoped）ＧａＮ系半導体で形成できる。以下、本発明の説明のために、上記基板１０１の上には第１導電型半導体層１１０が形成される構造をその例として説明する。
上記基板１０１の上には発光構造物１３５が形成され、上記発光構造物１３５は複数の化合物半導体層を含む。上記発光構造物１３５は、３族−５族元素の化合物半導体に成長された第１導電型半導体層１１０、活性層１２０、及び第２導電型半導体層１３０を含む。
上記第１導電型半導体層１１０は上記基板１０１の上に形成され、第１導電型ドーパントがドーピングされた３族−５族元素の化合物半導体、例えばＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ等から選択できる。上記第１導電型がＮ型半導体である場合、上記第１導電型ドーパントは、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、ＴｅのようなＮ型ドーパントを含む。上記第１導電型半導体層１１０は単層または多層で形成されることができ、一方に限定されない。
上記活性層１２０は上記第１導電型半導体層１１０の上に形成され、単一または多重量子井戸構造で形成できる。上記活性層１２０は、３族−５族元素の化合物半導体材料を用いて井戸層とバリア層の周期、例えばＩｎＧａＮ井戸層／ＧａＮバリア層、またはＩｎＧａＮ井戸層／ＡｌＧａＮバリア層の周期で形成されるが、上記周期に限定されない。上記活性層１２０の上または／及び下には導電型クラッド層が形成されることもでき、上記導電型クラッド層はＧａＮ系半導体で形成できる。
第２導電型半導体層１３０は上記活性層１２０の上に形成され、第２導電型ドーパントがドーピングされた３族−５族元素の化合物半導体、例えばＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ等から選択できる。上記第２導電型がＰ型半導体である場合、上記第２導電型ドーパントはＭｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａのようなＰ型ドーパントを含む。上記第２導電型半導体層１３０は単層または多層で形成されることができ、一方に限定されない。
上記発光構造物１３５は上記第２導電型半導体層１３０の上に第３導電型半導体層（図示せず）が形成されることができ、上記第３導電型半導体層は上記第２導電型半導体層の極性と反対の極性を持つようになる。また、上記第１導電型半導体層１１０がＰ型半導体層であり、上記第２導電型半導体層１３０がＮ型半導体層で具現できる。これによって、上記発光構造物１３５は、Ｎ−Ｐ接合、Ｐ−Ｎ接合、Ｎ−Ｐ−Ｎ接合、及びＰ−Ｎ−Ｐ接合構造のうち、少なくとも１つを含むことができる。以下、本発明の説明のために、上記発光構造物１３５の最上層は第２導電型半導体層１３０をその例として説明する。
上記発光構造物１３５の上には第２電極層１５０が形成され、上記第２電極層１５０の上には導電性支持部材１６０が形成できる。
上記第２電極層１５０は、上記第２導電型半導体層１３０の上から内側領域、または全領域に形成されることができ、シード金属、オーミック接触、及び反射金属特性を持つ材料の中から選択的に形成できる。上記第２電極層１５０は反射電極層として機能し、その材料はＡｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆ、及びこれらの選択的な組合により構成された物質の中で形成できる。ここで、上記第２電極層１５０と上記第２導電型半導体層１３０、または上記第３導電型半導体層の間にはオーミック接触層（図示せず）が所定のパターンで形成できる。
上記オーミック接触層は、ＩＴＯ（indium tin oxide）、ＩＺＯ（indium zinc oxide）、ＩＺＴＯ（indium zinc tin oxide）、ＩＡＺＯ（indium aluminum zinc oxide）、ＩＧＺＯ（indium gallium zinc oxide）、ＩＧＴＯ（indium gallium tin oxide）、ＡＺＯ（aluminum zinc oxide）、ＡＴＯ（antimony tin oxide）、ＧＺＯ（gallium zinc oxide）、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、ＲｕＯｘ／ＩＴＯ、Ｎｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ、及びＮｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ／ＩＴＯのうち、少なくとも１つを含むことができる。
上記第２電極層１５０と上記第２導電型半導体層１３０との間には接触領域の電気的な特性を調節するための非金属層が形成されることができ、例えば、上記非金属層はＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＺＴＯ、ＩＡＺＯ、ＩＧＺＯ、ＩＧＴＯ、ＡＺＯ、ＡＴＯ、ＧＺＯ、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ等から選択的に形成できる。上記非金属層は、層または複数のパターンで形成できる。
上記第２電極層１５０の上には導電性支持部材１６０が形成されることができ、上記導電性支持部材１６０は、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデニウム（Ｍｏ）、銅−タングステン（Ｃｕ−Ｗ）、キャリアウエハ（例：Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＧａＮ等）などで具現できる。上記導電性支持部材１６０は電解メッキ方式またはシート形態で形成されることができ、その厚さは例えば３０〜１５０μｍに形成されるが、これに対して限定されない。
上記第２電極層１５０及び上記導電性支持部材１６０は反射電極を含む第２電極部として機能できる。
上記第２電極層１５０と上記導電性支持部材１６０との間には接着層が形成されることができ、上記接着層はＴｉ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ａｇ、またはＴａのうち、少なくとも１つを含むことができる。
図４及び図５を参照すれば、上記導電性支持部材１６０が形成されれば、上記導電性支持部材１６０をベースに位置させた後、上記基板１０１を物理的または／及び化学的方法により除去するようになる。上記物理的除去方法は、レーザリフトオフ（ＬＬＯ：Laser Lift Off）過程であって、上記基板１０１に一定領域の波長を持つレーザを照射して上記基板１０１を上記第１導電型半導体層１１０から分離させる。または、上記基板１０１と上記第１導電型半導体層１１０との間に他の半導体層（例：バッファ層）が形成された場合、湿式エッチング液を用いて上記バッファ層と上記基板１０１とを除去できる。上記基板１０１が除去された上記第１導電型半導体層１１０の表面に対してＩＣＰ／ＲＩＥ（Inductively coupled Plasma/Reactive Ion Etching）方式によりエッチング工程が遂行できる。
図５及び図６を参照すれば、チップとチップとの境界領域（即ち、チャンネル領域）に対してメサエッチングするようになる。この時、上記発光構造物１３５の外周面を円筒形にエッチングするようになる。即ち、上記第１導電型半導体層１１０から上記第２導電型半導体層１３０の外側の周りを円筒形にエッチングするようになる。上記エッチング方式はマスクパターンを形成した後、乾式または／及び湿式方式を利用できる。
上記第１導電型半導体層１１０、活性層１２０、及び第２導電型半導体層１３０は、各々円板形で形成できる。上記発光構造物１３５の外周面は半導体層の成長面に対して垂直または傾斜するように形成されることができ、円筒形または円柱形態で形成できる。
上記発光構造物１３５は外周面が傾斜することができる。これによって、上記第１導電型半導体層１１０が最小の直径であるとか、上記第２導電型半導体層１３０が最大の直径で形成できる。
上記第１導電型半導体層１１０の上には、図２のように、第１電極部から第１電極パッド１１５、第１パターン１１６、及び第２パターン１１７を形成できる。図２を参照すれば、上記第１電極パッド１１５は少なくとも１つで形成され、第１パターン１１６及び第２パターン１１７に電気的に連結される。上記第１パターン１１６は上記第１電極パッド１１５から枝形状または放射形状に分岐され、上記第２パターン１１７は上記第１パターン１１６の外側の周りに形成される。上記第２パターン１１７は上記第１導電型半導体層１１０の外形状に沿って形成されることができ、円形パターンまたはループ型パターンで形成できる。上記第２パターン１１７の直径は、上記第１導電型半導体層１１０の直径より小さく形成できる。ここで、上記第２パターン１１７は連続して連結されたパターンまたは不連続的なパターンで形成できる。
上記発光構造物１３５は、第１電極パッド１１５、第１パターン１１６、及び第２パターン１１７により電流が集中することを防止できる。また、上記活性層１２０が円板形で形成されることによって、内部量子効率を改善させることができ、チップの信頼性が改善できる。
図７乃至図１１は、第２実施形態に従う半導体発光素子の製造過程を示す図である。第２実施形態を説明するに当たって、第１実施形態と同一な部分は第１実施形態を参照し、重複説明は省略する。
図７を参照すれば、基板１０１の上の外側の周りに円形状の薄膜１０５を形成し、上記円形状の薄膜１０５の内側に発光構造物１３５の半導体層１１０、１２０、１３０を形成させる。上記円形状の薄膜１０５は円形状または環形状で形成されることができ、または多角形の隅部分がラウンディングされた柱形状で形成できる。
上記円形状の薄膜１０５は絶縁材質、例えば、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２などを用いて選択的に形成されることができ、その厚さは上記発光構造物１３５の厚さ位で形成できる。
上記基板１０１の上に第１導電型半導体層１１０、活性層１２０、及び第２導電型半導体層１３０が順次に積層される。上記半導体層１１０、１２０、１３０は、上記円形状の薄膜１０５内に形成されるので、円板形状で形成できる。
図８を参照すれば、上記第２導電型半導体層１３０及び円形状の薄膜１０５の上には第２電極層１５０及び導電性支持部材１６０を順次に積層するようになる。上記第２電極層１５０及び上記導電性支持部材１６０に対しては第１実施形態を参照することにし、上記第２電極層１５０と上記第２導電型半導体層１３０との間にはオーミック接触層が形成されるが、これに対して限定されない。
図８及び図９を参照すれば、上記導電性支持部材１６０をベースに位置させた後、上記基板１０１を物理的または／及び化学的方法により除去できる。上記基板１０１は、例えばレーザリフトオフ方式により除去できる。上記基板１０１が除去されれば、上記第１導電型半導体層１１０及び上記円形状薄膜１０５が露出される。
図９及び図１０を参照すれば、上記円形状の薄膜１０５を除去するようになる。上記円形状の薄膜１０５は湿式または／及び乾式エッチング方式によりエッチングすることができ、実施形態の技術的範囲内で変更できる。また、上記円形状の薄膜１０５は透過性絶縁材質である場合、エッチングしないか、又は完全に除去しなくてもよい。
上記第１導電型半導体層１１０、上記活性層１２０、及び上記第２導電型半導体層１３０は円板形状で形成できる。ここで、上記半導体層１１０、１２０、１３０の直径は全て同一に形成できる。上記発光構造物１３５は、上記第２電極層１５０の上に円柱または円筒形状で配置できる。また、上記第２電極層１５０の外側は上記半導体層１１０、１２０、１３０の外周から外側方向に延びて、上記半導体層１１０、１２０、１３０の外側に露出できる。
図１１を参照すれば、上記第１導電型半導体層１１０の上には、図２のように、第１電極部から第１電極パッド１１５、第１パターン１１６、及び第２パターン１１７を形成できる。
半導体発光素子１００Ａは、上記第２電極層１５０の上に円筒形状の発光構造物１３５と円形状の第２パターン１１７を形成させることができる。これによって、発光素子１００Ａは電流を均一に供給することができ、内部量子効率を改善させることができ、光指向角分布を改善させることができる。
図１２及び図１３は、第３実施形態を示す半導体発光素子を示す側断面図及び平面図である。上記第３実施形態を説明するに当たって、第１実施形態と同一な部分に対しては第１実施形態を参照し、その重複説明は省略する。
図１２及び図１３を参照すれば、半導体発光素子１００Ｂは多角形の第２電極層１５０の上に少なくとも１隅部分がラウンディング処理された柱形または円筒形発光構造物１３５Ａを含む。上記発光構造物１３５Ａは、例えば四角柱の４隅部分が面取り処理された柱形状で形成されることができ、その外周面が傾斜または垂直に形成できる。
ここで、発光構造物１３５Ａの中心から上記発光構造物１３５Ａの隅部分までを半径として持つ円の半径はＲであり、上記隅の円周に対する半径（ｒ）は上記円の半径Ｒの略１／２以上であるとか、または四角形の一辺の長さ（Ｌ）の略１／４〜１／２に形成できる。ここで、上記円の半径Ｒはチップ中心から発光構造物の最上層の隅または第２パターン１１７の隅までの距離でありうる。
上記発光構造物１３５Ａは、例えば四角柱形状の外周面を有し、各隅部分が面取り処理されることによって、上記活性層（図示せず）の面積は第１実施形態に比べて改善されることができ、また光指向角を改善させることができる。
ここで、上記第１電極パッド１１５には第１パターン１１６が連結され、上記第１パターン１１６には第２パターン１１７Ａが連結される。上記第２パターン１１７Ａは四角形の隅がラウンディング処理された形状であって、上記発光構造物１３５の外周面形状と同一な形状で形成できる。上記第１電極パッド１１５に供給される電源は上記第１及び第２パターン１１６、１１７Ａを通じて全領域に広がることができ、第１導電型半導体層に均一に供給できる。
図１４は、第４実施形態を示す半導体発光素子を示す側断面図である。上記第４実施形態を説明するに当たって、第１実施形態と同一な部分に対しては第４実施形態を参照し、その重複説明は省略する。
図１４を参照すれば、半導体発光素子１００Ｃは上記第２電極層１５０Ａと上記発光構造物１３５との間の周りにチャンネル層１４５を含むようになる。
上記チャンネル層１４５は、上記第２電極層１５０Ａの上面の周りにリング形状、ループ形状、連続的なフレーム形状で形成されることができ、所定の幅で形成できる。上記チャンネル層１４５は、上記発光構造物１３５の半導体層１１０、１２０、１３０と上記第２電極層１５０Ａとの間の間隔を離隔させることができる。
上記チャンネル層１４５は透光性の酸化物系列または窒化物系列を含むことができ、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＩＴＯ（indium tin oxide）、ＩＺＯ（indium zinc oxide）、ＩＺＴＯ（indium zinc tin oxide）、ＩＡＺＯ（indium aluminum zinc oxide）、ＩＧＺＯ（indium gallium zinc oxide）、ＩＧＴＯ（indium gallium tin oxide）、ＡＺＯ（aluminum zinc oxide）、ＡＴＯ（antimony tin oxide）、ＧＺＯ（gallium zinc oxide）などを含むことができる。また、上記チャンネル層１４５の材料は、レーザ光が透過されるか、レーザ光に破片発生が殆どない物質からなることができる。
上記チャンネル層１４５は、上記導電性支持部材１６０と上記第２導電型半導体層１３０との間を離隔させることができ、上記半導体層１１０、１２０、１３０の外壁で層間が上記破片により短絡される問題が解決できる。
本発明は、柱形または円筒形の発光構造物を持つ水平型半導体発光素子または垂直型半導体発光素子に適用されるが、これに限定されない。
図１５は、第５実施形態に従う発光素子パッケージを示す図である。
図１５を参照すれば、発光素子パッケージ２００は、パッケージ胴体２１０、キャビティー２０１、複数のリード電極２０３、２０４、及び半導体発光素子１００を含む。上記パッケージ胴体２１０は、シリコン材質またはＰＰＡのような樹脂材料で形成できる。
上記パッケージ胴体２１０の上部には開放されたキャビティー２０１が形成され、上記キャビティー２０１には、例えば円筒形状またはラウンディング処理された形状で形成できる。上記キャビティー２０１には複数のリード電極２０３、２０４が配置できる。
上記半導体発光素子１００は、上記複数のリード電極２０３、２０４のうち、どれか１つの電極２０３に導電性接着剤で付着されるか、ダイボンディングされることができ、ワイヤー２０５により他のリード電極２０４に電気的に連結される。上記半導体発光素子１００は、第１乃至第４実施形態に開示された発光構造物を選択的に適用できる。
上記発光素子パッケージ２００は、上記半導体発光素子１００が円筒形または面取り処理された柱形状の発光構造物を備えているので、発光形態が半球（hemi-sphere）形態で均一に発光するようになる。
図１６は、図１５の他の例を示すパッケージの斜視図である。
図１６を参照すれば、発光素子パッケージ２００Ａはキャビティー２０１の内に半導体発光素子１００を搭載し、上記半導体発光素子１００の上に樹脂物２３０を形成できる。
上記樹脂物２３０は、シリコンまたはエポキシのような透明な樹脂材質で形成されることができ、その形状は半球形状で形成できる。上記樹脂物２３０には少なくとも１種類の蛍光体が添加できる。
上記半導体発光素子１００は、上記第１乃至第４実施形態に開示された発光構造物により光放出が改善できるので、上記発光素子パッケージ２００Ａの光指向角特性を改善させることができる。
本発明に従う半導体発光素子の製造方法は、基板の上に複数の化合物半導体層を含む発光構造物を形成するステップと、上記複数の化合物半導体層の上に第２電極層を形成するステップと、上記第２電極層の上に導電性支持部材を形成するステップと、上記基板を除去するステップと、上記発光構造物の外周面の少なくとも一部分をラウンディングされた形状にエッチングするステップと、上記発光構造物の上に第１電極パッド及びこれに連結されたパターンを形成するステップと、を含む。
以上、本発明に対してその好ましい実施形態を中心に説明したが、これは単に例示であり、本発明を限定するのでなく、本発明が属する分野の通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から外れない範囲で以上に例示されていない種々の変形と応用が可能であることが分かる。例えば、本発明の実施形態に具体的に表れた各構成要素は変形して実施できる。そして、このような変形と応用に関係された差異点は添付された請求範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
本発明は、半導体発光素子の光効率を改善させることができる。
本発明は、半導体層の外周面が球面形状を持つ垂直型半導体発光素子を提供できる。
本発明は、ＬＥＤ（light emitting diode）パッケージを提供できる。
本発明は、表示装置、街灯、照明装置などの光源に使用できる。
本発明は、ＬＥＤチップ及びパッケージの信頼性を改善させることができる。
Claims (20)
- 外側にラウンディング側面を持つ複数の化合物半導体層を含む発光構造物と、
前記発光構造物の上に第１電極部と、
前記発光構造物の下に第２電極層と、
を含むことを特徴とする半導体発光素子。 - 前記発光構造物は、柱形状を持つことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
- 前記第２電極層と前記発光構造物との間の周りにチャンネル層を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
- 前記チャンネル層は、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＩＴＯ（indium tin oxide）、ＩＺＯ（indium zinc oxide）、ＩＺＴＯ（indium zinc tin oxide）、ＩＡＺＯ（indium aluminum zinc oxide）、ＩＧＺＯ（indium gallium zinc oxide）、ＩＧＴＯ（indium gallium tin oxide）、ＡＺＯ（aluminum zinc oxide）、ＡＴＯ（antimony tin oxide）、ＧＺＯ（gallium zinc oxide）のうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子。
- 前記発光構造物は、３族−５族化合物半導体を含み、
第１電極部の下に第１導電型半導体層と、
前記第１導電型半導体層の下に活性層と、
前記活性層と前記第２電極層との間に第２導電型半導体層と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。 - 前記第２導電型半導体層と第２電極層との間にＮ型半導体層及びオーミック接触層のうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子。
- 前記第１電極部は、
前記第１導電型半導体層の上に第１電極パッドと、
前記第１電極パッドから分岐された第１パターンと、
前記第１パターンの端部に連結された第２パターンと、
を含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子。 - 前記第１パターンは、前記第１電極パッドから少なくとも１つ形状で前記第１導電型半導体層の外側方向に分岐され、前記第２パターンは円形または前記第１導電型半導体層の外形状と同一な形状で形成されることを特徴とする請求項７に記載の半導体発光素子。
- 前記第２電極層の下に導電性支持部材を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
- 前記発光構造物は、前記隅の円周に対する半径が前記発光構造物の中心から外側までの半径を持つ円の半径の約１／２以上に形成されることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子。
- 複数の化合物半導体層を含む円筒形状の発光構造物と、
前記発光構造物の下に多角形状の第２電極層と、
前記発光構造物の上に第１電極パッドと、
前記発光構造物の上面外側の周りに配置され、前記第１電極パッドに電気的に連結されたループ型パターンと、
を含むことを特徴とする半導体発光素子。 - 前記発光構造物は、３族−５族化合物半導体を含み、
前記第１電極パッドの下にＮ型半導体層、前記Ｎ型半導体層の下に活性層と、
前記活性層の下にＰ型半導体層と、
を含むことを特徴とする請求項１１に記載の半導体発光素子。 - 前記第２電極層は、多角プレート形状の反射金属を含み、
前記第２電極層の下に導電性支持部材を含むことを特徴とする請求項１１に記載の半導体発光素子。 - 前記複数の化合物半導体層は、同一な直径または互いに異なる直径の円板形状を含むことを特徴とする請求項１２に記載の半導体発光素子。
- 前記Ｐ型半導体層と前記第２電極層との間の外側の周りに透光性のチャンネル層を含み、
前記チャンネル層は酸化物系列及び窒化物系列のうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１２に記載の半導体発光素子。 - 前記ループ型パターンは、円形パターンまたは曲線型パターンを含むことを特徴とする請求項１１に記載の半導体発光素子。
- 前記第２電極層の外側は前記発光構造物の外側に延びることを特徴とする請求項１１に記載の半導体発光素子。
- 前記Ｐ型半導体層の直径は前記Ｎ型半導体層の直径より大きく形成されることを特徴とする請求項１２に記載の半導体発光素子。
- 円筒形状を有し、第１導電型半導体層、活性層、及び第２導電型半導体層を含む複数の化合物半導体層と、前記第２導電型半導体層の下に設けられた多角形状の第２電極層と、前記第１導電型半導体層の上に設けられた第１電極部と、を備えた発光素子と、
上部が開放されたキャビティーを有する胴体と、
前記胴体のキャビティーに配置され、前記発光素子の第１電極部及び第２電極層に電気的に連結された複数のリード電極と、
を含むことを特徴とする発光素子パッケージ。 - 前記キャビティーに形成された樹脂物を含むことを特徴とする請求項１９に記載の発光素子パッケージ。
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