JP2011166149A - 発光素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、発光効率が向上した発光素子及び発光素子パッケージを提供するためのものである。
【解決手段】本発明による発光素子は、伝導性支持部材と、上記伝導性支持部材の上に形成され、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、及び上記第１導電型半導体層と上記第２導電型半導体層との間に活性層を含み、上部領域に酸素（Ｏ２）が注入された酸素注入領域を含む発光構造物と、上記発光構造物の上に電極と、を含む。上記電極は、上記発光構造物と隣接した第１領域、及び上記第１領域の上に第２領域を含み、上記第１領域の酸化物の濃度が上記第２領域の酸化物の濃度より高い。
【選択図】図１
【解決手段】本発明による発光素子は、伝導性支持部材と、上記伝導性支持部材の上に形成され、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、及び上記第１導電型半導体層と上記第２導電型半導体層との間に活性層を含み、上部領域に酸素（Ｏ２）が注入された酸素注入領域を含む発光構造物と、上記発光構造物の上に電極と、を含む。上記電極は、上記発光構造物と隣接した第１領域、及び上記第１領域の上に第２領域を含み、上記第１領域の酸化物の濃度が上記第２領域の酸化物の濃度より高い。
【選択図】図１
Description
本発明は、発光素子及び発光素子パッケージに関するものである。
発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）は、電流を光に変換させる半導体発光素子である。最近、発光ダイオードは輝度が徐々に増加するにつれて、ディスプレイ用光源、自動車用光源、及び照明用光源への使用が増加しており、蛍光物質を利用し、あるいは多様な色の発光ダイオードを組合せることで、効率に優れる白色光を発光する発光ダイオードも具現が可能である。
上記発光ダイオードの輝度は、活性層の構造、光を外部に効果的に抽出することができる光抽出構造、上記発光ダイオードに使われた半導体材料、チップのサイズ、上記発光ダイオードを囲むモールディング部材の種類など、多様な条件により左右される。
本発明は、発光効率が向上した発光素子及び発光素子パッケージを提供することを目的とする。
本発明による発光素子は、伝導性支持部材と、上記伝導性支持部材の上に形成され、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、及び上記第１導電型半導体層と上記第２導電型半導体層との間に活性層を含み、上部領域に酸素（Ｏ２）が注入された酸素注入領域を含む発光構造物と、上記発光構造物の上の電極と、を含む。上記電極は、上記発光構造物と隣接した第１領域、上記第１領域の上の第２領域を含み、上記第１領域の酸化物の濃度が上記第２領域の酸化物の濃度より高い。
本発明による発光素子パッケージは、パッケージ胴体と、上記パッケージ胴体に設置された第１電極及び第２電極と、上記パッケージ胴体に設置されて上記第１電極及び第２電極に電気的に連結された発光素子と、を含み、上記発光素子は、伝導性支持部材と、上記伝導性支持部材の上に形成され、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、及び上記第１導電型半導体層と上記第２導電型半導体層との間に活性層を含み、上部領域に酸素が注入された酸素注入領域を含む発光構造物と、上記発光構造物の上の電極を含む。上記電極は、上記発光構造物と隣接した第１領域、上記第１領域の上の第２領域を含み、上記第１領域の酸化物の濃度が上記第２領域の酸化物の濃度より高い。
本発明によれば、電極と半導体層との間の接触抵抗を低めて発光効率が向上した発光素子及び発光素子パッケージを提供することができる。
本発明を説明するに当たって、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（on）”に、または“下（under）”に形成されることと記載される場合において、“上（on）”と“下（under）”は、“直接（directly）”または“他の層を介して（indirectly）”形成されることを全て含む。また、各層の上または下に対する基準は、図面を基準として説明する。
図面において、各層の厚さやサイズは説明の便宜及び明確性のために誇張、省略、または概略的に図示された。また、各構成要素のサイズは実際のサイズを全的に反映するのではない。
以下、添付した図面を参照して、実施形態による発光素子、発光素子製造方法、発光素子パッケージ、及び照明システムについて説明する。
図１は本発明の実施形態による発光素子１００の側断面図であり、図２は図１のＡ領域の拡大図である。そして、図３は発光素子１００の上面図である。
図１及び図２を参照すると、実施形態による発光素子１００は、伝導性支持部材１６０、上記伝導性支持部材１６０の上に接着層１５８、上記接着層１５８の上に反射層１５７、上記反射層１５７の上にオーミック層１５６、上記接着層１５８の上面の周り領域に保護層１５５、上記オーミック層１５６及び上記保護層１５５の上に形成され、上部領域に酸素（Ｏ２）が注入された発光構造物１４５、上記発光構造物１４５の少なくとも側面にパッシベーション層１６３、上記発光構造物１４５の上面に電極１７０、及び上記電極１７０及び上記発光構造物１４５の間に酸化物層１６５を含むことができる。
上記伝導性支持部材１６０は、上記発光素子１００を支持し、上記電極１７０と共に上記発光構造物１４５に電源を提供する。
上記伝導性支持部材１６０は、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、またはキャリアウエハ（例：Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＧａＮ等）のうち、少なくともいずれか１つを含むことができる。
上記伝導性支持部材１６０の上には上記接着層１５８が形成される。上記接着層１５８は、上記伝導性支持部材１６０と上記発光構造物１４５とを互いに接着させることができる。上記接着層１５８は、バリア金属またはボンディング金属などを含み、例えば、Ｔｉ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、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。
上記接着層１５８の上には上記反射層１５７が形成される。上記反射層１５７は、上記発光構造物１４５から入射される光を反射させて上記発光素子１００の発光効率を向上させることができる。上記反射層１５７は、反射効率の高い材質、例えば、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、またはＨｆのうち、少なくとも１つを含む金属または合金から形成される。
上記反射層１５７の上には上記オーミック層１５６が形成される。上記オーミック層１５６は、上記発光構造物１４５とオーミック接触を形成して、上記発光構造物１４５に電源を円滑に供給することができる。上記オーミック層１５６は、透光性伝導層と金属を選択的に使用することができ、例えば、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、Ａｇ、Ｎｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ、及びＮｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ／ＩＴＯのうち、１つ以上を用いて単層または多層で具現することができる。
一方、上記反射層１５７及びオーミック層１５６の形態に対して限定せず、２層のうちのいずれか１つのみ形成し、あるいは２層とも形成しないこともある。
上記接着層１５８の上面の周り領域、即ち、上記接着層１５８及び上記発光構造物１４５の間の周り領域には上記保護層１５５が形成される。上記保護層１５５は、上記発光構造物１４５と上記伝導性支持部材１６０及び上記接着層１５８の間を一定間隔離隔させることで、電気的ショート（short）の発生を防止することができる。
上記保護層１５５は透光性物質であって、酸化物、窒化物、または絶縁層の材質の中から選択することができ、例えば、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）、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２等から選択的に形成することができる。
上記オーミック層１５６及び上記保護層１５５の上には上記発光構造物１４５が形成される。
上記発光構造物１４５は光を生成する構造物であって、複数の化合物半導体層、例えば、第１導電型半導体層１３０、上記第１導電型半導体層１３０の下に活性層１４０、及び上記活性層１４０の下に第２導電型半導体層１５０を含むことができる。説明の便宜を図り、第２導電型半導体層１５０、活性層１４０、第１導電型半導体層１３０の順に説明する。
上記第２導電型半導体層１５０は、例えば、ｐ型半導体層で具現できるが、上記ｐ型半導体層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を有する半導体材料、例えばＩｎＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮなどから選択することができ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどのｐ型ドーパントがドーピングされる。
上記第２導電型半導体層１５０の上には上記活性層１４０が形成される。上記活性層１４０は、上記第１導電型半導体層１３０を通じて注入される電子（または、正孔）と上記第２導電型半導体層１５０を通じて注入される正孔（または、電子）とが互いに出会い、上記活性層１４０の形成物質に従うエネルギーバンド（Energy Band）のバンドギャップ（Band Gap）差によって光を放出する層である。
上記活性層１４０は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Multi Quantum Ｗell）、量子点構造、または量子線構造のうち、いずれか１つで形成されるが、これに限定されるものではない。
上記活性層１４０は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を有する半導体材料で形成される。上記活性層１４０が上記多重量子井戸構造（ＭＱＷ）に形成された場合、上記活性層１４０は、複数の井戸層と複数の障壁層とが積層形成され、例えば、ＩｎＧａＮ井戸層／ＧａＮ障壁層の周期で形成される。
上記活性層１４０の上及び／又は下にはｎ型またはｐ型ドーパントがドーピングされたクラッド層（図示せず）が形成されることもあり、上記クラッド層（図示せず）はＡｌＧａＮ層またはＩｎＡｌＧａＮ層で具現できる。
上記活性層１４０の上には上記第１導電型半導体層１３０を形成することができる。上記第１導電型半導体層１３０は、例えば、ｎ型半導体層を含むことができるが、上記ｎ型半導体層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を有する半導体材料、例えばＩｎＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮなどから選択することができ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅなどのｎ型ドーパントがドーピングされる。
一方、前述とは異なり、上記第１導電型半導体層１３０がｐ型半導体層を含み、上記第２導電型半導体層１５０がｎ型半導体層を含むこともできる。また、上記第１導電型半導体層１３０の上にはｎ型またはｐ型半導体層を含む第３導電型半導体層（図示せず）が形成されることもあり、これによって、上記発光素子１００は、ｎｐ、ｐｎ、ｎｐｎ、ｐｎｐ接合構造のうち、少なくともいずれか１つを有することができる。また、上記第１導電型半導体層１３０及び上記第２導電型半導体層１５０の内の導電型ドーパントのドーピング濃度は、均一または不均一に形成される。即ち、上記発光構造物１４５の構造は多様に形成することができ、これに対して限定されない。
実施形態では、上記発光構造物１４５の上部領域、即ち、上記第１導電型半導体層１３０の上部領域に酸素（Ｏ２）が注入された酸素注入領域１３５が形成される。上記酸素注入領域１３５は、例えば、Ｏ２プラズマ処理工程により形成されるが、これに対して限定されない。
上記第１導電型半導体層１３０がＧａＮを含む場合、上記第１導電型半導体層１３０の上部領域に上記酸素注入領域１３５を形成することによって、上記第１導電型半導体層１３０の上面にガリウム（Ｇａ）が外方拡散（out diffusion）される。
即ち、上記酸素注入領域１３５に含まれた酸素（Ｏ２）により上記第１導電型半導体層１３０に含まれたガリウム（Ｇａ）が上方に向けるように誘導されて、上記第１導電型半導体層１３０の表面は、ガリウムが豊富なガリウムリッチ領域（Ga Rich Area）に変わる。
このようなガリウムリッチ領域（Ga Rich Area）の上に上記電極１７０が形成される場合、上記ガリウムリッチ領域と上記電極１７０との間に発生する接触抵抗は、第１導電型半導体層の表面が窒素（Ｎ２）が上方に向けるＮ−ｆａｃｅ面の場合に比べて略１／１００倍位小さい１×１０−３Ω・cm2〜５×１０−３Ω・cm2程度に表れる。したがって、実施形態のように、上記酸素注入領域１３５を形成することで、上記電極１７０及び上記発光構造物１４５の間の接触抵抗を相当部分減少させて上記発光素子１００の発光効率を向上させ、動作電圧を低めることができる。
また、上記酸素注入領域１３５に含まれた酸素（Ｏ２）は上記電極１７０の下面の金属原子と結合して上記電極１７０と上記発光構造物１４５との間に金属酸化物からなる上記酸化物層１６５を形成することができる。
このように、酸化物層１６５は電極１７０の金属と酸素注入領域１３５の酸素とが結合して形成されるので、電極１７０及び発光構造物１４５のそれぞれの厚さより小さく形成される。また、酸化物層１６５は、電極１７０の金属と酸素注入領域１３５の酸素とが結合して形成されるので、図３に示すように、酸化物層１６５は平面上に電極１７０と同一な形状を有するが、これに限定されるものではない。図３では、酸化物層１６５及び電極１７０が発光構造物１４５の中央領域で四角形の形状を有するものを例示したが、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、図４に示すように、酸化物層１１６５及び電極１１７０が中央領域に形成される第１部分１６５ａ、１７０ａと、この第１部分１６５ａ、１７０ａから縁部に向けて対角線方向に延長される第２部分１６５ｂ、１７０ｂをさらに含むことができる。または、図５に示すように、酸化物層２１６５及び電極２１７０が開口部Ｐを備えるライン部からなることも可能である。これによって、電流を円滑に分散させることができる。
また、図１及び図２を参照すると、上記酸化物層１６５は、金属酸化物、例えば、ＣｒＯ、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｇＯ、ＮｉＯのうち、少なくとも１つを含むことができる。即ち、上記酸化物層１６５の材質は、上記電極１７０の下面の材質によって決まる。
上記酸化物層１６５は、０．１Å乃至１００Åの厚さを有するように形成されるので、トンネリング効果（Tunneling Effect）により電流を円滑に流すことができる。また、上記酸化物層１６５は、化学結合が起こりやすい金属原子と酸素（Ｏ２）とが結合して形成されるので、絶縁特性の強いＣｒＮ、ＧａＯなどの形成を防止することで、上記電極１７０と上記発光構造物１４５との間の界面に接触抵抗の増加を最小化することができる。
以下、図６乃至図８を参照して実施形態による発光素子をよく詳しく説明する。
酸素を注入した発光構造物１４５を含む実施形態による発光素子１００と酸素を注入しない発光構造物を含む比較例による発光素子とにおいて、電極１７０と発光構造物１４５との間の界面をＡＥＳ（Auger Electron Spectroscopy）装置を用いて元素分析して、その結果を図６に表した。
図６を参照すると、実施形態に従って上記発光構造物１４５に上記酸素注入領域１３５を形成した場合（Ｘ）、比較例に従って酸素注入領域１３５を形成しない場合（Ｙ）に比べて上記電極１７０と上記発光構造物１４５との間の界面で発生する酸素原子ピーク（oxygen peak）の幅が広がったことが分かる。
このように、上記ピークの幅が広がる理由は、上記電極１７０と上記発光構造物１４５との間の界面に酸素化合物（compound of oxygen）が形成されるためであり、これを通じて上記酸化物層１６５が形成されたことが分かる。
そして、酸素を注入した発光構造物を含む実施形態による発光素子の内の原子濃度を図７の（ａ）に、酸素を注入しない発光構造物を含む比較例による発光素子の内の原子濃度を図７の（ｂ）に図示した。
実施形態及び比較例をより詳しく説明すれば、第１導電型半導体層１３０がＧａＮを含み、電極１７０がＣｒを含む第１層１７１、Ｎｉを含む第２層１７２、及びＡｕを含む第３層１７３を含む。実施形態では、発光構造物１４５の第１導電型半導体層１３０に酸素を注入した一方、比較例では酸素を注入しなかったという点のみに差がある。
図７の（ａ）を参照すると、実施形態ではＧａ及びＮの原子濃度の高い発光構造物領域（Ａ）と、Ｃｒ、Ｎｉ、及びＡｕの原子濃度の高い電極領域（Ｂ）との間にＣｒとＯの原子濃度が高まった酸化物層領域（Ｃ）があることが分かる。即ち、発光構造物１４５と金属１７０との間に電極１７０の第１層１７１に含まれたＣｒと酸素とが結合してＣｒＯを含む酸化物層１６５が形成されたことが分かる。一方、図７の（ｂ）では、このような酸化物層の領域を見付けることができない。
最後に、実施形態及び比較例による発光素子１００をＴＬＭ（transfer length method）を用いて電流−電圧を測定して、これを図８に表した。
図８を参照すると、実施形態による発光素子１００の場合（Ｘ）が比較例による発光素子の場合（Ｙ）より低い接触抵抗を有することが分かる。即ち、実施形態によれば、酸素注入によって発光構造物１４５と電極１７０との接触抵抗を低めることができ、これによって発光効率が向上することが分かる。
一方、上記酸化物層１６５は、上記ガリウムリッチ領域（Ga Rich Area）と一部領域が重畳されて、上記酸化物層１６５と上記ガリウムリッチ領域（Ga Rich Area）とが明確に区別されないこともある。但し、この場合にも上記分析結果のように上記発光構造物１４５と上記電極１７０との間に上記酸化物層１６５及び上記ガリウムリッチ領域が互いに共存する。
また、図１及び図２を参照すると、上記電極１７０は上記酸化物層１６５の上に形成される。上記電極１７０は、上記伝導性支持部材１６０と共に上記発光素子１００に電源を提供することができる。
図２に示すように、上記電極１７０は多層構造から形成される。
具体的に説明すれば、最下層である第１層１７１は、上記発光構造物１４５とオーミック接触をなす金属材質で形成される。例えば、上記第１層１７１は、Ｃｒ、Ｃｒ−Ａｌｌｏｙ、Ａｌ、Ａｌ−Ａｌｌｏｙ、Ｔｉ、Ｔｉ−Ａｌｌｏｙ、Ａｇ、Ａｇ−Ａｌｌｏｙ、Ｎｉ、Ｎｉ−Ａｌｌｏｙのうち、少なくとも１つを含むことができる。
また、最上層である第３層１７３は、ワイヤなどが容易にボンディングされるように良好な接着力を有する材質で形成される。例えば、上記第３層１７３は、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ａｌｌｏｙのうち、少なくとも１つで、単層または多層に形成される。
また、上記第１層１７１及び第３層１７３の間の第２層１７２は、２層間の層間拡散（inter diffusion）を防止することができる材質、例えば、Ｎｉ、Ｎｉ−Ａｌｌｏｙ、Ｔｉ、Ｔｉ−Ａｌｌｏｙのうちの少なくとも１つで形成される。但し、上記電極１７０の構造に対して限定されない。
上記発光構造物１４５の少なくとも側面には上記パッシベーション層１６３が形成される。上記パッシベーション層１６３は、上記発光構造物１４５の側面を外部電極などと絶縁させることによって、電気的ショートなどの発生を防止することができる。
図示したように、上記パッシベーション層１６３は、一端が上記発光構造物１４５の上面に配置され、上記発光構造物１４５の側面に沿って他端が上記保護層１５５の上に配置されるように形成されるが、これに対して限定されない。
上記パッシベーション層１６３は、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３で形成されるが、これに対して限定されない。
以下、実施形態による発光素子１００の製造方法について詳しく説明する。
図９乃至図１５は、本発明の実施形態による発光素子１００の製造方法を説明する図である。
図９を参照すると、成長基板１１０の上に上記発光構造物１４５が形成される。
上記成長基板１１０は、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＰ、ＩｎＰ、Ｇｅのうちの少なくとも１つで形成することができ、これに対して限定されない。
上記発光構造物１４５は、上記成長基板１１０の上に、上記第１導電型半導体層１３０、活性層１４０、及び第２導電型半導体層１５０を順次に成長することによって形成される。
上記発光構造物１４５は、例えば、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）、化学蒸着法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）、プラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ：Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition）、分子線成長法（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）、水素化物気相成長法（ＨＶＰＥ：Hydride Vapor Phase Epitaxy）などの方法を用いて形成することができ、これに対して限定されない。
一方、上記発光構造物１４５及び上記成長基板１１０の間には両方間の格子定数差を緩和するために、バッファ層（図示せず）を形成することもできる。
図１０を参照すると、上記発光構造物１４５の上面の周り領域には上記保護層１５５が形成される。
上記保護層１５５は、ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）、スパッタリング（Sputtering）、電子ビーム（E-beam）蒸着方式などにより形成することができるが、これに対して限定されない。
図１１を参照すると、上記発光構造物１４５の上に、上記オーミック層１５６、反射層１５７、接着層１５８、及び伝導性支持部材１６０を順次に形成することができる。
上記オーミック層１５６、上記反射層１５７、及び接着層１５８は、例えば、ＰＥＣＶＤ（plasma enhanced chemical vapor deposition）、スパッタリング、電子ビーム（E-beam）蒸着などの蒸着方式により形成したり、金属材質で形成される場合、メッキ方式により形成することもできる。
上記伝導性支持部材１６０は、蒸着またはメッキ方式により形成したり、上記伝導性支持部材１６０を別途のシート（sheet）に用意してボンディング（bonding）方式により付着することによって形成される。
図１２を参照すると、上記成長基板１１０を除去することができる。
上記成長基板１１０は、例えば、レーザリフトオフ（ＬＬＯ：Laser Lift Off）工程及びエッチング工程のうち、少なくとも１つを使用して除去することができるが、これに対して限定されない。この際、上記成長基板１１０を除去する工程及びその後続工程は図１１の発光素子の下面に進行されるので、図１２の発光素子を１８０度返して説明する。以下の図面でも同一である。
上記成長基板１１０が除去されることで、上記発光構造物１４５の第１導電型半導体層１３０の上面が露出される。
図１３を参照すると、露出した上記第１導電型半導体層１３０の上部領域に酸素（Ｏ２）を注入して酸素注入領域１３５を形成することができる。
上記酸素注入領域１３５は、例えば、Ｏ２プラズマ処理工程により形成される。
上記酸素注入領域１３５を形成することで、上記第１導電型半導体層１３０に含まれたガリウム（Ｇａ）が上方に向けるように誘導されて、上記第１導電型半導体層１３０の表面はガリウムの豊富なガリウムリッチ領域（Ga Rich Area）に変わる。
前述したように、上記ガリウムリッチ領域（Ga Rich Area）は、上記電極１７０と略１×１０−３Ω・cm2〜５×１０−３Ω・cm2位の低い接触抵抗を形成して、実施形態による発光素子１００の動作電圧を低めて、発光効率を向上させることができる。
図１４を参照すると、上記第１導電型半導体層１３０に上記電極１７０を形成することができる。
この際、上記電極１７０の下面に含まれた金属元素は、上記第１導電型半導体層１３０のガリウムリッチ領域（Ga Rich Area）に含まれた酸素（Ｏ２）と結合して０．１Å乃至１００Åの厚さを有する上記酸化物層１６５を形成することができる。
したがって、上記酸化物層１６５は、金属酸化物、例えば、ＣｒＯ、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｇＯ、ＮｉＯのうち、少なくとも１つを含むことができる。上記酸化物層１６５は厚さが薄いので、トンネリング効果により上記電極１７０と上記発光構造物１４５との間に電流が円滑に流れることができ、絶縁特性の強いＣｒＮ、ＧａＯなどの形成を防止することができる。
図１５を参照すると、上記発光構造物１４５にアイソレーション（Isolation）エッチングを行い、上記発光構造物１４５の少なくとも側面に上記パッシベーション層１６３を形成して、実施形態による発光素子１００を提供することができる。
上記アイソレーションエッチングにより複数個の発光素子が個別素子単位で区分される。上記アイソレーションエッチングは、例えば、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）エッチングのようなドライエッチングにより実施される。
上記パッシベーション層１６３は、ＰＥＣＶＤ（plasma enhanced chemical vapor deposition）、スパッタリング、電子ビーム（E-beam）蒸着などの蒸着方式により形成される。
前述した実施形態では、電極１７０と発光構造物１４５との間に酸化物層１６５が位置したことと説明及び図示したが、これに限定されるものではない。したがって、図１６に示すように、酸化物層１６５が別途に形成されず、電極１７２で発光構造物（図１の参照符号１４５）（より正確には、第１導電型半導体層１３０）と隣接した第１領域１７２ａでの酸化物の濃度が第１領域の以外の第２領域１７２ｂの酸化物の濃度より高い実施形態も可能である。この場合、第１領域１７２ａが電極１７２の最下層に含まれた金属を含むことができる。一例として、第１領域１７２ａがＣｒＯ、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｇＯ、またはＮｉＯのような金属酸化物を含むことができる。この際、このような第１領域１７２ａは、電極１７２の最下層、即ち第１層１７１１より薄い厚さを有することができる。第１層１７１１、第２層１７２、及び第３層１７３に対しては既に説明したので、詳細な説明を省略する。
図１７は、本発明の実施形態による発光素子を含む発光素子パッケージの断面図である。
図１７を参照すると、実施形態による発光素子パッケージは、パッケージ胴体２０、上記パッケージ胴体２０に設置された第１電極層３１及び第２電極層３２、上記パッケージ胴体２０に設置されて上記第１電極層３１及び第２電極層３２と電気的に連結される実施形態による発光素子１００、及び上記発光素子１００を囲むモールディング部材４０を含む。
上記パッケージ胴体２０は、シリコン材質、合成樹脂材質、または金属材質を含んで形成することができ、上記発光素子１００の周囲に傾斜面が形成される。
上記第１電極層３１及び第２電極層３２は互いに電気的に分離され、上記発光素子１００に電源を提供する。また、上記第１電極層３１及び第２電極層３２は、上記発光素子１００で発生した光を反射させて光効率を増加させることができ、上記発光素子１００で発生した熱を外部に排出させる役割をすることもできる。
上記発光素子１００は、上記パッケージ胴体２０の上に設置したり、上記第１電極層３１または第２電極層３２の上に設置することができる。
上記発光素子１００は、上記第１電極層３１及び第２電極層３２とワイヤ方式、フリップチップ方式、またはダイボンディング方式のうち、いずれか１つにより電気的に連結される。
上記モールディング部材４０は、上記発光素子１００を囲んで上記発光素子１００を保護することができる。また、上記モールディング部材４０には蛍光体が含まれて上記発光素子１００から放出された光の波長を変化させることができる。
上記発光素子パッケージは、前述した実施形態の発光素子のうち、少なくとも１つを１つまたは複数で搭載することができ、これに対して限定されない。実施形態による発光素子パッケージは、複数個が基板の上にアレイされ、上記発光素子パッケージから放出される光の経路上に光学部材である導光板、プリズムシート、拡散シート、蛍光シートなどが配置される。このような発光素子パッケージ、基板、及び光学部材は、バックライトユニットとして機能したり、照明システムとして機能することができ、例えば、照明システムは、バックライトユニット、照明ユニット、指示装置、ランプ、及び街灯を含むことができる。
図１８は、本発明の実施形態による発光素子または発光素子パッケージを含むバックライトユニットを説明する図である。但し、図１８のバックライトユニット１１００は照明システムの一例であり、これに対して限定されない。
図１８を参照すると、上記バックライトユニット１１００は、ボトムカバー１１４０、上記ボトムカバー１１４０の内に配置された光ガイド部材１１２０、及び上記光ガイド部材１１２０の少なくとも一側面または下面に配置された発光モジュール１１１０を含むことができる。また、上記光ガイド部材１１２０の下には反射シート１１３０が配置される。
上記ボトムカバー１１４０は、上記光ガイド部材１１２０、上記発光モジュール１１１０、及び上記反射シート１１３０が収納されるように上面が開口されたボックス（box）形状に形成することができ、金属材質または樹脂材質で形成されるが、これに対して限定されない。
上記発光モジュール１１１０は、基板７００、及び上記基板７００に搭載された複数個の発光素子パッケージ６００を含むことができる。上記複数個の発光素子パッケージ６００は、上記光ガイド部材１１２０に光を提供することができる。実施形態において、上記発光モジュール１１１０は上記基板７００の上に発光素子パッケージ６００が設置されたものが例示されているが、実施形態による発光素子が直接設置されることも可能である。
図示したように、上記発光モジュール１１１０は、上記ボトムカバー１１４０の内側面のうち、少なくともいずれか１つに配置することができ、これによって上記光ガイド部材１１２０の少なくとも１つの側面に向けて光を提供することができる。
但し、上記発光モジュール１１１０は、上記ボトムカバー１１４０の内で光ガイド部材１１２０の下に配置されて、上記光ガイド部材１１２０の低面に向けて光を提供することもでき、これは、上記バックライトユニット１１００の設計によって多様に変形可能であるので、これに対して限定されない。
上記光ガイド部材１１２０は、上記ボトムカバー１１４０の内に配置される。上記光ガイド部材１１２０は、上記発光モジュール１１１０から提供された光を面光源化して、表示パネル（図示せず）にガイドすることができる。
上記光ガイド部材１１２０は、例えば、導光板（ＬＧＰ：Light Guide Panel）でありうる。上記導光板は、例えばＰＭＭＡ（polymethyl metaacrylate）のようなアクリル樹脂系列、ＰＥＴ（polyethylene terephthlate）、ＰＣ（poly carbonate）、ＣＯＣ、及びＰＥＮ（polyethylene naphthalate）樹脂のうちの１つで形成される。
上記光ガイド部材１１２０の上側には光学シート１１５０を配置することもできる。
上記光学シート１１５０は、例えば拡散シート、集光シート、輝度上昇シート、及び蛍光シートのうち、少なくとも１つを含むことができる。例えば、上記光学シート１１５０は、上記拡散シート、集光シート、輝度上昇シート、及び蛍光シートが積層されて形成される。この場合、上記光学シート１１５０は、上記発光モジュール１１１０から出射された光を均等に拡散させ、上記拡散された光は上記集光シートにより表示パネル（図示せず）に集光される。この際、上記集光シートから出射される光はランダムに偏光された光であるが、上記輝度上昇シートは上記集光シートから出射された光の偏光度を増加させることができる。上記集光シートは、例えば、水平または／及び垂直プリズムシートでありうる。また、上記輝度上昇シートは、例えば、 デュアル輝度強化フィルム（Dual Brightness Enhancement film）でありうる。また、上記蛍光シートは蛍光体が含まれた投光性プレートまたはフィルムとなることもできる。
上記光ガイド部材１１２０の下には上記反射シート１１３０が配置される。上記反射シート１１３０は、上記光ガイド部材１１２０の下面を通じて放出される光を上記光ガイド部材１１２０の出射面に向けて反射することができる。
上記反射シート１１３０は、反射率の良い樹脂材質、例えば、ＰＥＴ、ＰＣ、ＰＶＣレジンなどで形成されるが、これに対して限定されない。
図１９は、本発明の実施形態による発光素子または発光素子パッケージを含む照明ユニットを説明する図である。但し、図１９の照明ユニット１２００は照明システムの一例であり、これに対して限定されない。
図１９を参照すると、上記照明ユニット１２００は、ケース胴体１２１０、上記ケース胴体１２１０に設置された発光モジュール１２３０、及び上記ケース胴体１２１０に設置され、外部電源から電源が提供される連結端子１２２０を含むことができる。
上記ケース胴体１２１０は放熱特性の良好な材質で形成されることが好ましく、例えば金属材質または樹脂材質で形成される。
上記発光モジュール１２３０は、基板７００、及び上記基板７００に搭載される少なくとも１つの発光素子パッケージ６００を含むことができる。実施形態において、上記発光モジュール１２３０は、上記基板７００の上に発光素子パッケージ６００が設置されたものが例示されているが、実施形態による発光素子１００が直接設置されることも可能である。
上記基板７００は、絶縁体に回路パターンが印刷されたものであることがあり、例えば、一般印刷回路基板（ＰＣＢ：Printed Circuit Board）、メタルコア（Metal Core）ＰＣＢ、軟性（Flexible）ＰＣＢ、セラミックＰＣＢなどを含むことができる。
また、上記基板７００は光を効率的に反射する材質で形成したり、表面を光が効率的に反射されるカラー、例えば白色、銀色などで形成することができる。
上記基板７００の上には上記少なくとも１つの発光素子パッケージ６００が搭載される。上記発光素子パッケージ６００は、それぞれ少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を含むことができる。上記発光ダイオードは、赤色、緑色、青色、または白色の有色光をそれぞれ発光する有色発光ダイオード、及び紫外線（ＵＶ：Ultra Violet）を発光するＵＶ発光ダイオードを含むことができる。
上記発光モジュール１２３０は、色感及び輝度を得るために多様な発光ダイオードの組合を有するように配置される。例えば、高演色性（ＣＲＩ）を確保するために、白色発光ダイオード、赤色発光ダイオード、及び緑色発光ダイオードを組合せて配置することができる。また、上記発光モジュール１２３０から放出される光の進行経路上には蛍光シートをさらに配置することができ、上記蛍光シートは上記発光モジュール１２３０から放出される光の波長を変化させる。例えば、上記発光モジュール１２３０から放出される光が青色波長帯を有する場合、上記蛍光シートには黄色蛍光体を含むことができ、上記発光モジュール１２３０から放出された光は上記蛍光シートを経て最終的に白色光と見えるようになる。
上記連結端子１２２０は、上記発光モジュール１２３０と電気的に連結されて電源を供給することができる。図１９の図示によると、上記連結端子１２２０はソケット方式により外部電源に螺合されるが、これに対して限定されない。例えば、上記連結端子１２２０はピン（pin）形態に形成されて外部電源に挿入したり、配線により外部電源に連結することもできる。
前述したような照明システムは、上記発光モジュールから放出される光の進行経路上に、光ガイド部材、拡散シート、集光シート、輝度上昇シート、及び蛍光シートのうち、少なくともいずれか１つが配置されて、所望の光学的な効果を得ることができる。
以上、説明したように、本実施形態の照明システムは、発光効率に優れる発光素子または発光素子パッケージを含んで、優れる特性を有することができる。
以上、実施形態に説明された特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれ、必ず１つの実施形態のみに限定されるものではない。延いては、各実施形態で例示された特徴、構造、効果などは、実施形態が属する分野の通常の知識を有する者により他の実施形態に対しても組合または変形されて実施可能である。したがって、このような組合及び変形に関連した内容は本発明の範囲に含まれることと解釈されるべきである。
以上、本発明を好ましい実施形態をもとに説明したが、これは単なる例示であり、本発明を限定するのでない。本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲内で、多様な変形及び応用が可能であることが同業者にとって明らかである。例えば、実施形態に具体的に表れた各構成要素は変形して実施することができ、このような変形及び応用にかかわる差異点も、特許請求の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。
Claims (15)
- 伝導性支持部材と、
前記伝導性支持部材の上に形成され、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、及び前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層との間に活性層を含み、上部領域に酸素（Ｏ２）が注入された酸素注入領域を含む発光構造物と、
前記発光構造物の上の電極と、を含み、
前記電極は、前記発光構造物と隣接した第１領域、及び前記第１領域の上の第２領域を含み、前記第１領域の酸化物の濃度が前記第２領域の酸化物の濃度より高いことを特徴とする、発光素子。 - 前記第１領域が酸化物層を構成することを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
- 前記発光構造物の上部領域はＧａＮを含み、前記酸素注入領域に含まれた酸素によりガリウム（Ｇａ）が上面に外方拡散（out diffusion）されたことを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
- 前記酸素注入領域は、ガリウムリッチ領域（Ga-rich area）であることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
- 前記第１領域は、金属酸化物を含むことを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
- 前記第１領域は、ＣｒＯ、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｇＯ、またはＮｉＯのうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
- 前記電極は、多層構造を含むことを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
- 前記第１領域は、前記電極の最下層に含まれた金属を含む金属酸化物であることを特徴とする、請求項７に記載の発光素子。
- 前記電極の前記最下層は、前記発光構造物とオーミック接触をなす金属を含むことを特徴とする、請求項８に記載の発光素子。
- 前記電極の最下層は、Ｃｒ、Ｃｒ−Ａｌｌｏｙ、Ａｌ、Ａｌ−Ａｌｌｏｙ、Ｔｉ、Ｔｉ−Ａｌｌｏｙ、Ａｇ、Ａｇ−Ａｌｌｏｙ、Ｎｉ、またはＮｉ−Ａｌｌｏｙのうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項８に記載の発光素子。
- 前記酸化物層の厚さが前記電極の厚さより薄いことを特徴とする、請求項２に記載の発光素子。
- 前記酸化物層の厚さが前記発光構造物より薄いことを特徴とする、請求項２に記載の発光素子。
- 前記酸化物層の厚さは、０．１Å乃至１００Åであることを特徴とする、請求項２に記載の発光素子。
- 前記酸化物層と前記電極が平面上に同一な形状を有することを特徴とする、請求項２に記載の発光素子。
- 前記発光構造物と前記電極との間の接触抵抗は、１×１０−３Ω・cm2〜５×１０−３Ω・cm2であることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
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