JP2011176314A - 発光素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】信頼性が向上した発光素子、発光素子パッケージ、発光素子の製造方法、及び照明システムを提供する。
【解決手段】発光素子100は、基板110と、上記基板の上に保護層120と、上記保護層の上に電極層160と、上記電極層の上に形成されて光を生成する発光構造物と、一端は上記発光構造物145の上面に配置され、他端は上記保護層に配置される第1電極170と、を含み、上記保護層は上記電極層及び上記第1電極のうち、少なくとも1つとショットキー接触をなす。
【選択図】図1

Description

本発明は、発光素子、発光素子パッケージ、発光素子の製造方法、及び照明システムに関するものである。
発光ダイオード(LED)は、電気エネルギーを光に変換する半導体素子の一種である。発光ダイオードは、蛍光灯、白熱灯など、既存の光源に比べて低消費電力、半永久的な寿命、速い応答速度、安全性、環境親和性の長所を有する。ここに、既存の光源を発光ダイオードに取り替えるための多くの研究が進行されており、発光ダイオードは室内外で使われる各種ランプ、液晶表示装置、電光板、街灯などの照明装置の光源として使用が増加している趨勢である。
本発明の目的は、新たな構造を有する発光素子、発光素子パッケージ、発光素子の製造方法、及び照明システムを提供することにある。
本発明の他の目的は、信頼性が向上した発光素子、発光素子パッケージ、発光素子の製造方法、及び照明システムを提供することにある。
本発明に従う発光素子は、基板と、上記基板の上の保護層と、上記保護層の上の電極層と、上記電極層の上に形成されて光を生成し、第1半導体層、上記第1半導体層の下に活性層、及び上記活性層の下に第2導電型半導体層を含む発光構造物と、一端は上記発光構造物の上面に配置され、他端は上記保護層に配置される第1電極を含み、上記保護層は上記電極層及び上記第1電極のうち、少なくとも1つとショットキー接触をなす。
本発明に従う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けられた第1電極及び第2電極と、上記胴体の上に配置されて上記第1電極及び第2電極に電気的に連結される発光素子を含み、上記発光素子は、基板と、上記基板の上の保護層と、上記保護層の上の電極層と、上記電極層の上に形成されて光を生成し、第1半導体層、上記第1半導体層の下に活性層及び上記活性層の下に第2導電型半導体層を含む発光構造物と、一端は上記発光構造物の上面に配置され、他端は上記保護層に配置される第1電極を含み、上記保護層は、上記電極層及び上記第1電極のうち、少なくとも1つとショットキー接触をなす。
本発明に従う照明システムは、基板と、上記基板の上に配置される発光素子を含む発光モジュールを含み、上記発光素子は、基板と、上記基板の上の保護層と、上記保護層の上の電極層と、上記電極層の上に形成されて光を生成し、第1半導体層、上記第1半導体層の下に活性層及び上記活性層の下に第2導電型半導体層を含む発光構造物と、一端は上記発光構造物の上面に配置され、他端は上記保護層に配置される第1電極を含み、上記保護層は上記電極層及び上記第1電極のうち、少なくとも1つとショットキー接触をなす。
本発明に従う発光素子の製造方法は、第1基板の上の保護層と、上記保護層の上の第1接着層を含む第1胴体を形成するステップと、第2基板の上に発光構造物と、上記発光構造物の上に第2接着層を含む第2胴体を形成するステップと、上記第1接着層及び第2接着層を対向してボンディングすることによって、上記第1胴体及び第2胴体をボンディングし、上記第1接着層及び第2接着層はボンディングされて電極層をなすステップと、上記第2基板を除去するステップと、上記発光構造物にアイソレーションエッチングを実施するステップと、上記電極層を上記保護層が少なくとも一部露出されるように選択的に除去するステップと、一端が上記発光構造物の上面に配置され、他端が露出された上記保護層の上に配置されるように第1電極を形成するステップと、を含む。
本発明によると、新たな構造を有する発光素子、発光素子パッケージ、発光素子の製造方法、及び照明システムが得られる。
また、本発明によると、信頼性が向上した発光素子、発光素子パッケージ、発光素子の製造方法、及び照明システムが得られる。
本発明の第1実施形態に係る発光素子の断面図である。 本発明の第1実施形態に係る発光素子の製造方法の説明図である。 本発明の第1実施形態に係る発光素子の製造方法の説明図である。 本発明の第1実施形態に係る発光素子の製造方法の説明図である。 本発明の第1実施形態に係る発光素子の製造方法の説明図である。 本発明の第1実施形態に係る発光素子の製造方法の説明図である。 本発明の第1実施形態に係る発光素子の製造方法の説明図である。 本発明の第2実施形態に係る発光素子の断面図である。 本発明の第3実施形態に係る発光素子の断面図である。 本発明の第4実施形態に係る発光素子の断面図である。 本発明の第5実施形態に係る発光素子の断面図である。 本発明の実施形態に係る発光素子を含む発光素子パッケージの断面図である。 本発明の実施形態に係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の説明図である。 本発明の実施形態に係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の説明図である。
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)”形成される全てのものを含む。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、添付図面を参照しつつ本発明に従う発光素子、発光素子の製造方法、及び発光素子パッケージについて説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る発光素子100の断面図である。
図1を参照すると、第1実施形態に従う発光素子100は、第1基板110、上記第1基板110の上に保護層120、上記保護層120の上に電極層160、上記電極層160の上に形成されて光を生成する発光構造物145、一端は上記発光構造物145の上面に配置され、他端は上記保護層120に配置される第1電極170、及び上記電極層160の上に第2電極180を含むことができる。
この際、上記保護層120は、上記電極層160及び上記第1電極170のうち、少なくとも1つとショットキー接触(Schottkey Contact)をなす。
したがって、上記発光素子100に上記発光構造物145の動作電圧に相応する電源が印加される場合、上記発光構造物145は正常に光を生成する一方、上記保護層120は上記ショットキー接触により形成されたショットキーバリア(Schottkey Barrier)により電流が流れない。
しかしながら、上記発光素子100に静電気放電(Electro Static Discharge:ESD)、サージ効果(Surge Effect)などにより過大な順方向または逆方向の電圧が印加される場合、上記ショットキーバリア(Schottkey Barrier)が電気的に導通されて上記発光構造物145の代わりに上記保護層120に電流が流れるようになるので、上記発光構造物145の損傷が防止できる。
即ち、第1実施形態に従う発光素子100は、上記発光構造物145の下に上記保護層120を形成することによって、上記発光構造物145の発光面積を減少させないながらも、優れる耐電圧特性を有する。
以下、第1実施形態に従う発光素子100に対し、各構成要素を中心として詳細に説明する。
上記第1基板110は絶縁性基板であって、例えば、サファイア(Al)で形成されることができるが、これに対して限定するのではない。
上記第1基板110の上には上記保護層120が成長されて形成されることができる。
上記保護層120は、例えば、Si、GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、InGaAs、AlInGaAs、GaP、AlGaP、InGaP、AlInGaP、InPのような半導体材質で形成されることができ、n型またはp型の導電型ドーパントがドーピングされることができるが、これに対して限定するのではない。
上記保護層120の上面には、上記第1電極170及び上記電極層160が形成できる。
この際、上記保護層120は、上記第1電極170及び上記電極層160のうち、少なくとも1つとショットキー接触(schottkey contact)をなす。
したがって、上記発光素子100に上記発光構造物145が光を生成することに適した電圧が印加される場合には、上記保護層120に上記ショットキー接触により電流が流れない。
しかしながら、上記発光素子100に過多な電圧が印加される場合には、上記ショットキー接触により形成されたショットキーバリアが電気的に導通されることによって、上記発光構造物145の代わりに上記保護層120に電流が流れるようになって、上記発光素子100の耐電圧特性を向上させることができる。
一方、上記ショットキーバリアが電気的に導通される降伏電圧(Breakdown Voltage)は、上記保護層120にドーピングされたN型またはp型ドーパントのドーピング濃度などを調節することによって、希望する値に決定できる。上記降伏電圧は、上記発光構造物145の動作電圧より高い電圧値を有することができ、例えば、4V乃至500Vであることがあるが、これに対して限定するのではない。
上記保護層120の上には上記電極層160が形成できる。
上記電極層160は、上記発光構造物145から放出される光を反射させ、上記発光構造物145に電源を伝達するために上記発光構造物145とオーミック接触をなすことができる。また、上記電極層160は、上記保護層120とオーミック接触またはショットキー接触を形成することができる。
このために、上記電極層160は多層構造を含むことができる。
例えば、上記電極層160は、上記保護層120と接触する第1層161と、上記第1層161の上に形成されて、上記発光構造物145から放出される光を反射する第2層162を含むことができる。
上記第1層161は、上記保護層120の材質及び極性に従い上記保護層120とオーミック接触またはショットキー接触をなすために、p−オーミック金属またはn−オーミック金属に選択されることができ、良好な接合力を有する材質で形成されることが好ましい。例えば、上記第1層161は、Au、Sn、In、Pd、Cu、Mo、W、Si、Ta、Nb、Niのうち、少なくとも1つが選択されて形成できる。
上記第2層162は、上記発光構造物145から放出される光を効果的に反射できるように反射効率の高い金属材質、例えば、Ag、Rh、Ni、Au、Pd、Ir、Ti、Pt、W、Alのうち、少なくとも1つが選択されて形成できる。
また、上記第1層161及び第2層162の間には2層間の層間拡散(inter-diffusion)を防止する拡散防止層(Diffusion Barrier Layer)(図示せず)または2層間の結合力を強化する結合強化層(図示せず)がさらに形成されることもできる。上記拡散防止層(図示せず)は、例えばTi、Ni、Cu、N、Zr、Cr、Ta、Rhのうち、少なくとも1つを含むことができる。上記結合強化層(図示せず)は、例えば、Au、Sn、Ni、In、Tiのうち、少なくとも1つを含むことができる。
また、上記第2層162が上記発光構造物145とオーミック接触を形成しない場合、上記第2層162の上にはオーミック層(図示せず)がさらに形成されることもできる。上記オーミック層(図示せず)は、例えば、ITO、IZO、AZO、Ni、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Agのうち、少なくとも1つを含むように形成できる。
一方、上記電極層160の上面の少なくとも一部は、上記発光構造物145が形成されなくて外部に露出することがあるが、露出した上記電極層160の上面には、例えば上記第2電極180が形成できる。
上記第2電極180は、上記第1電極170と共に外部電極から供給される電源を上記発光構造物145に提供することができる。上記第2電極180は、例えばAl、Ti、Cr、Ni、Cu、Auのうち、少なくとも1つを含む単層または多層構造で形成できる。
上記電極層160の上には上記発光構造物145が形成できる。
上記発光構造物145は光を生成する構造物であって、例えば、第2導電型半導体層150、活性層140、及び第1導電型半導体層130が順次に積層された構造を有することができる。
上記第1基板110の上には格子定数差を緩和するためにバッファ層(図示せず)及び/またはアンドープド窒化物層(図示せず)が形成されることもできる。
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、InAlGa1−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などから選択されることができ、Mg、Znなどのp型ドーパントがドーピングできる。
上記第2導電型半導体層150の上には上記活性層140が形成できる。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)とが接合して、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)、量子線構造、及び量子点構造のうち、いずれか1つで形成できるが、これに限定されるのではない。
上記活性層140は、InAlGa1−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できる。上記活性層140が上記多重量子井戸構造(MQW)で形成された場合、上記活性層140は複数の井戸層と複数の障壁層が積層されて形成されることができ、例えば、InGaN井戸層/GaN障壁層の周期で形成できる。
上記活性層140の上及び/または下には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でき、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。
上記第1導電型半導体層130の上にアンドープド半導体層などをさらに含むこともできるが、これに対して限定するのではない。
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InAlGa1−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などから選択されることができ、Si、Ge、Snなどのn型ドーパントがドーピングされることができる。
上記アンドープド半導体層は、導電型ドーパントがドーピングされず、上記第1導電型半導体層130または上記第2導電型半導体層150に比べて格段に低い電気伝導性を有する層であって、上記第1導電型半導体層130の結晶性の向上のために成長できる。
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ができる。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でき、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導電型半導体層及び上記第2導電型半導体層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できる。即ち、上記発光構造物145の構造は多様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。
上記発光構造物145の側面及び上面の一部分には保護部材155が形成できる。上記保護部材155は、上記発光構造物145が上記第1電極170または/及び外部電極などと電気的にショート(short)されることが防止できる。
上記保護部材155は、電気絶縁性を有する材質、例えば、SiO、Si、Si、Si、SiO、Al、TiOのうち、少なくとも1つが選択されて形成できる。
上記第1電極170は、一端が上記第1導電型半導体層130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120の上に配置されるように形成できる。
上記第1電極170は、上記第1導電型半導体層130とはオーミック接触を形成し、上記保護層120とはオーミック接触またはショットキー接触をなす材質、即ちp−オーミック金属またはn−オーミック金属で形成できる。
したがって、上記第1電極170は平素には上記発光構造物145に電源を提供するが、上記発光素子100に過剰電流が印加される場合、上記保護層120と電気的に導通できる。
上記第1電極170は、例えば、Al、Ti、Cr、Ni、Cu、Auのうち、少なくとも1つを含む単層または多層構造で形成できる。
以下、本発明に従う発光素子100が動作するための例について説明する。
(第1の例)
上記第1導電型半導体層130がn型半導体層であり、上記第2導電型半導体層150がp型半導体層であり、上記第1電極170はn−オーミック金属であり、上記電極層160の第1層161がp−オーミック金属で形成される場合、上記保護層120はn型またはp型半導体層で形成できる。
これによって、上記保護層120は、上記第1電極170及び上記電極層160のうち、いずれか1つとショットキー接触をなすことができる。
(第2の例)
上記第1導電型半導体層130がn型半導体層であり、上記第2導電型半導体層150がp型半導体層であり、上記第1電極170はn−オーミック金属であり、上記電極層160の第1層161がn−オーミック金属で形成される場合、上記保護層120はp型半導体層で形成できる。
これによって、上記保護層120は、上記第1電極170及び上記電極層160と同時にショットキー接触をなすことができる。
(第3の例)
上記第1導電型半導体層130がp型半導体層であり、上記第2導電型半導体層150がn型半導体層であり、上記第1電極170はp−オーミック金属であり、上記電極層160の第1層161がn−オーミック金属で形成される場合、上記保護層120はn型またはp型半導体層で形成できる。
これによって、上記保護層120は、上記第1電極170及び上記電極層160のうち、いずれか1つとショットキー接触をなすことができる。
(第4の例)
上記第1導電型半導体層130がp型半導体層であり、上記第2導電型半導体層150がn型半導体層であり、上記第1電極170はp−オーミック金属であり、上記電極層160の第1層161がp−オーミック金属で形成される場合、上記保護層120はn型半導体層で形成できる。
これによって、上記保護層120は、上記第1電極170及び上記電極層160と同時にショットキー接触をなすことができる。
前述したように、上記保護層120が上記第1電極170及び上記電極層160のうち、少なくとも1つとショットキー接触をなすので、上記発光素子100に過剰電圧及び電流などが印加される場合、上記保護層120が電気的に導通されて上記発光構造物145を保護することができる。
また、上記保護層120は上記発光構造物145の下に形成されるので、上記発光構造物145の発光面積を減少させないという長所がある。
以下、第1実施形態に従う発光素子100の製造方法について詳細に説明する。但し、前述と重複する内容については省略または簡略に説明する。
図2乃至図7は、本発明の第1実施形態に従う発光素子100の製造方法の説明図である。
図2を参照すると、第2基板101の上に上記発光構造物145を形成し、上記発光構造物145の上に上記電極層160の第2層162及び第2接着層161aを形成して第1胴体Mを提供することができる。
上記第2基板101は、例えば、サファイア(Al)、SiC、GaAs、GaN、ZnO、Si、GaP、LiAl、InP、BN、AlN、またはGeのうち、少なくとも1つの材質に選択できる。
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層162及び第2接着層161aは、上記発光構造物145の上に蒸着、メッキなどの方式により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層162は、上記発光構造物145の第2導電型半導体層150とオーミック接触を形成しながら反射効率の高い金属材質で形成された反射層でありうる。
また、上記第2接着層161aは接合力の良い金属材質で形成されて後続工程で上記第1胴体Mを第2胴体Nと堅くボンディングさせることができる。
図3を参照すると、上記第1基板110の上に上記保護層120を形成し、上記保護層120の上に第1接着層161bを形成して第2胴体Nを提供することができる。
上記第1接着層161bは、上記第2接着層161aとボンディングできる材質で形成できる。
図4を参照すると、上記第1胴体M及び上記第2胴体Nを上記第2接着層161aと上記第1接着層161bとが互いに対向するようにした後、互いにボンディングさせることができる。
上記第2接着層161a及び上記第1接着層161bは、互いに結合されて上記電極層160の第1層161をなすことができる。但し、これに対して限定するのではない。
図5を参照すると、互いにボンディングされた第1胴体M及び第2胴体Nから上記第2基板101を除去することができる。
上記第2基板101は、レーザーリフトオフ(LLO;Laser Lift Off)工程及びエッチング工程のうち、少なくとも1つにより除去できるが、これに対して限定するのではない。
図6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、上記アイソレーションエッチングにより露出された上記電極層160の少なくとも一部を除去することができる。
上記アイソレーションエッチングは、複数個の発光素子を個別素子単位に区分するために湿式またはドライエッチング方式により実施できる。
上記電極層160は、上記保護層120が露出するように少なくとも一部が選択的に除去できる。このために、フォトリソグラフィ工程またはエッチング工程が実施できるが、これに対して限定するのではない。
図7を参照すると、上記発光構造物145の側面に上記保護部材155を形成し、上記第1電極170及び上記第2電極180を形成して第1実施形態に従う発光素子100が提供できる。
上記保護部材155は、スパッタリング(Sputtering)、PECVD、電子ビーム(E-beam)蒸着などの方式により形成できる。
上記第1電極170は、一端が上記発光構造物145の上面に配置され、他端が露出した上記保護層120の上に配置されるように形成できる。また、上記第2電極180は、露出した上記電極層160の上面に形成できる。
上記第1、2電極180は蒸着またはメッキ方式により形成できるが、これに対して限定するのではない。
(第2実施形態)
以下、第2実施形態に従う発光素子100B及びその製造方法について詳細に説明する。第2実施形態に対する説明において、第1実施形態と重複する説明は省略または簡略に説明する。
図8は、本発明の第2実施形態に係る発光素子100Bの断面図である。
図8を参照すると、第2実施形態に従う発光素子100Bは、電極パッド167と、上記電極パッド167の上に第1基板110と、上記第1基板110の上に保護層120と、上記保護層120の上に電極層160と、上記電極層160、保護層120、及び第1基板110を貫通して上記電極層160及び上記電極パッド167を電気的に連結する導電性貫通ホール165と、上記電極層160の上に形成されて光を生成する発光構造物145と、一端は上記発光構造物145の上面に配置され、他端は上記保護層120に配置される第1電極170と、を含むことができる。
第2実施形態に従う発光素子100Bは、第1実施形態に従う発光素子100に比べて図1の第2電極の代わりに上記電極パッド167及び導電性貫通ホール165が形成されたことを除いては同一である。
上記電極パッド167が上記発光素子100Bの下面に形成されるので、上記発光素子100Bは外部電極にダイボンディング(Die Bonding)方式により電気的に連結できる。
上記導電性貫通ホール165は、上記電極層160、保護層120、及び第1基板110を貫通するようにホールを形成した後、上記ホールにメッキ工程を実施することによって形成できるが、これに対して限定するのではない。
(第3実施形態)
以下、第3実施形態に従う発光素子100C及びその製造方法について詳細に説明する。第3実施形態に対する説明において、第1実施形態と重複する説明は省略または簡略に説明する。
図9は、本発明の第3実施形態に係る発光素子100Cの断面図である。
図9を参照すると、第3実施形態に従う発光素子100Cは、第1基板110と、上記第1基板110の上に保護層120と、上記保護層120の上に電極層160と、上記電極層160の上に形成されて光を生成する発光構造物145と、一端は上記発光構造物145の上面に配置され、他端は上記保護層120に配置される第1電極170と、上記第1基板110の下面に第1電極パッド167a及び第2電極パッド167bと、上記保護層120及び第1基板110を貫通して上記第1電極170及び上記第1電極パッド167aを電気的に連結する第1導電性貫通ホール165aと、上記電極層160、保護層120、及び第1基板110を貫通して、上記電極層160及び上記電極パッド167を電気的に連結する第2導電性貫通ホール165bと、を含むことができる。
第3実施形態に従う発光素子100Cは、第1実施形態に従う発光素子100に比べて図1の第2電極が形成されず、上記第1、2電極パッド167a、167b、及び第1、2導電性貫通ホール165a、165bが形成された点を除いては同一である。
上記第1電極パッド167aは、上記第1基板110の下面の一側に形成され、上記第2電極パッド167bは上記第1基板110の下面の他側に形成できる。
上記第1、2電極パッド167a、167bが上記発光素子100Cの下面に形成されるので、上記発光素子100Cは外部電極にワイヤーを使用せず、ダイボンディング(Die Bonding)方式により電気的に連結できる。
上記第1導電性貫通ホール165aは、上記保護層120及び第1基板110を貫通するようにホールを形成した後、上記ホールにメッキ工程を実施することによって形成できる。また、上記第2導電性貫通ホール165bは、上記電極層160、保護層120、及び第1基板110を貫通するようにホールを形成した後、上記ホールにメッキ工程を実施することによって形成できるが、これに対して限定するのではない。
(第4実施形態)
以下、第4実施形態に従う発光素子100D及びその製造方法について詳細に説明する。第4実施形態に対する説明において、第1実施形態と重複する説明は省略または簡略に説明する。
図10は、本発明の第4実施形態に係る発光素子100Dの断面図である。
図10を参照すると、第4実施形態に従う発光素子100Dは、電極パッド167と、上記電極パッド167の上に電気伝導性を有する第1基板110と、上記第1基板110の上に保護層120と、上記保護層120の上に電極層160と、上記電極層160の上に形成されて光を生成する発光構造物145と、一端は上記発光構造物145の上面に配置され、他端は上記保護層120に配置される第1電極170と、を含むことができる。
第4実施形態に従う発光素子100Dは、第1実施形態に従う発光素子100に比べて上記第1基板110が電気伝導性を有するという点と、図1の第2電極の代わりに上記電極パッド167が形成された点を除いては同一である。
上記電極パッド167は、上記第1電極170と共に上記発光素子100Dに電源を供給する。
このために、上記保護層120は、上記電極層160とオーミック接触をなす材質及び極性で形成されて、上記電極パッド167に供給される電源が上記発光構造物145に伝えられなければならない。
一方、電気伝導性を有する上記第1基板110の材質は、例えば、GaAs、GaN、ZnO、Si、Geなどの半導体材質であることがあるが、これに対して限定するのではない。
上記電極パッド167が上記発光素子100Dの下面に形成されるので、上記発光素子100Dは外部電極にダイボンディング(Die Bonding)方式により電気的に連結できる。
(第5実施形態)
以下、第5実施形態に従う発光素子100E及びその製造方法について詳細に説明する。第5実施形態に対する説明においては第3実施形態を参照する。
図11は、本発明の第5実施形態に係る発光素子100Eの断面図である。
図11を参照すると、第5実施形態に従う発光素子100Eは、電気伝導性を有する第1基板110と、上記第1基板110の上に保護層120と、上記保護層120の上に電極層160と、上記電極層160の上に形成されて光を生成する発光構造物145と、一端は上記発光構造物145の上面に配置され、他端は上記保護層120に配置される第1電極170と、上記第1基板110の下面に第1電極パッド167a及び第2電極パッド167bと、上記保護層120及び第1基板110を貫通して上記第1電極170及びの上記第1電極パッド167aを電気的に連結する第1導電性貫通ホール165aと、上記電極層160、保護層120、及び第1基板110を貫通して、上記電極層160及び上記電極パッド167を電気的に連結する第2導電性貫通ホール165bと、上記第1基板110を上記第1、2導電性貫通ホール165a、165b、及び上記第1、2電極パッド167a、167bと絶縁させる絶縁構造157と、を含むことができる。
第5実施形態は、第1基板110が電気伝導性を有するという点を除いては第3実施形態と同一である。
即ち、上記第1基板110が電気伝導性を有するので、上記第1基板110を上記第1、2導電性貫通ホール165a、165b、及び上記第1、2電極パッド167a、167bと絶縁させるために上記絶縁構造157を形成することができる。
具体的には、上記絶縁構造157は、上記第1、2電極パッド167a、167bと上記第1基板110との間、及び上記第1、2導電性貫通ホール165a、165bと上記第1基板110との間に形成できる。
上記絶縁構造157は、例えば、SiO、Si、Si、Si、SiO、Alなどの絶縁材質で形成できるが、これに対して限定するのではない。
図12は、本発明の実施形態に係る発光素子100を含む発光素子パッケージの断面図である。
図12を参照すると、本実施形態に従う発光素子パッケージは、胴体部20と、上記胴体部20に設けられた第1電極層31及び第2電極層32と、上記胴体部20に設けられて上記第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従う発光素子100と、上記発光素子100を囲むモーディング部材40と、を含む。
上記胴体部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されることができ、上記発光素子100の周囲に斜面が形成できる。
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に電源を供給する。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目をすることもできる。
上記発光素子100は、上記胴体部20の上に設置されるか、上記第1電極層31または第2電極層32の上に設置できる。
上記発光素子100は、図示したように、ワイヤーボンディング方式により上記第1、2電極層31、32と電気的に連結できる。または、上記発光素子100は、ダイボンディング、フリップチップ方式などにより上記第1、2電極層31、32と電気的に連結されることもでき、これに対して限定するのではない。
上記モーディング部材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から放出し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、上記に開示された実施形態の発光素子のうち、少なくとも1つを、1つまたは複数個で搭載することができ、これに対して限定するのではない。
図13は、本発明の実施形態に係る発光素子パッケージを使用したバックライトユニットを示す図である。但し、図13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、これに対して限定するのではない。
図13を参照すると、上記バックライトユニット1100は、ボトムフレーム1140と、上記ボトムフレーム1140の内に配置された光ガイド部材1120と、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と、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が配置できる。
上記ボトムフレーム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が受納できるように上面が開口されたボックス(box)形状で形成されることができ、金属材質または樹脂材質で形成されることができるが、これに対して限定するのではない。
上記発光モジュール1110は、基板と、上記基板に搭載された複数個の実施形態に従う発光素子パッケージを含むことができる。上記複数個の発光素子パッケージは、上記光ガイド部材1120に光を提供することができる。
図示したように、上記発光モジュール1110は、上記ボトムフレーム1140の内側面のうち、少なくともいずれか1つに配置されることができ、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、上記ボトムフレーム1140の下に配置されて、上記光ガイド部材1120の底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の設計に従い多様に変形可能であるので、これに対して限定するのではない。
上記光ガイド部材1120は、上記ボトムフレーム1140の内に配置できる。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つで形成できる。
上記光ガイド部材1120の上側には光学シート1150が配置されることもできる。
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できる。この場合、上記拡散シート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て、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)に集光できる。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、照度強化フィルム(Dual Brightness Enhancement film)でありうる。また、上記蛍光シートは、蛍光体が含まれた透光性プレートまたはフィルムであることもできる。
上記光ガイド部材1120の下には上記反射シート1130が配置できる。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レジンなどで形成できるが、これに対して限定するのではない。
図14は、本発明の実施形態に係る発光素子パッケージを使用した照明ユニットの斜視図である。但し、図14の照明ユニット1200は照明システムの一例であり、これに対して限定するのではない。
図14を参照すると、上記照明ユニット1200は、ケース胴体1210と、上記ケース胴体1210に設けられた発光モジュール1230と、上記ケース胴体1210に設置され、外部電源から電源の提供を受ける連結端子1220と、を含むことができる。
上記ケース胴体1210は、放熱特性が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できる。
上記発光モジュール1230は、基板300と、上記基板300に搭載される少なくとも1つの実施形態に従う発光素子パッケージ200と、を含むことができる。
上記基板300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、一般の印刷回路基板(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300は光を効率的に反射する材質で形成されるか、表面の光が効率的に反射されるカラー、例えば、白色、銀色などで形成できる。
上記基板300の上には上記少なくとも1つの実施形態に従う発光素子パッケージ200が搭載できる。上記発光素子パッケージ200は、各々少なくとも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各々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せを有するように配置できる。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み合せて配置できる。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の上には蛍光シートがさらに配置されることができ、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が含まれることができ、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14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回して嵌合されるが、これに対して限定するのではない。例えば、上記連結端子1220は、ピン(pin)形態で形成されて外部電源に挿入されるか、配線により外部電源に連結されることもできる。
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の上に、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、希望する光学的効果が得られる。

Claims (15)

  1. 基板と、
    前記基板の上の保護層と、
    前記保護層の上の電極層と、
    前記電極層の上に形成されて光を生成し、第1半導体層、前記第1半導体層の下に活性層及び前記活性層の下に第2導電型半導体層を含む発光構造物と、
    一端は前記発光構造物の上面に配置され、他端は前記保護層に配置される第1電極と、を含み、
    前記保護層は、前記電極層及び前記第1電極のうち、少なくとも1つとショットキー接触をなすことを特徴とする発光素子。
  2. 前記保護層は、Si、GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、InGaAs、AlInGaAs、GaP、AlGaP、InGaP、AlInGaP、またはInPのうち、1つ以上を含むことを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
  3. 前記保護層は、n型またはp型ドーパントを含むことを特徴とする請求項2に記載の発光素子。
  4. 前記ショットキー接触により形成された降伏電圧は、前記発光構造物の動作電圧より大きいことを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
  5. 前記電極層は、前記保護層の上面に接触する第1層と、前記第1層の上に形成されて前記発光構造物から放出される光を反射する第2層と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
  6. 前記第2層は、前記発光構造物とオーミック接触をなす材質を含むことを特徴とする請求項5に記載の発光素子。
  7. 前記第2層は、Ag、Rh、Ni、Au、Pd、Ir、Ti、Pt、W、またはAl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に記載の発光素子。
  8. 前記第1層は、Au、Sn、In、Pd、Cu、Mo、W、Si、Ta、Nb、またはNi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に記載の発光素子。
  9. 前記第1層及び第2層の間には拡散防止層及び結合強化層のうち、少なくとも1つをさらに含むことを特徴とする請求項5に記載の発光素子。
  10. 前記発光構造物の側面に保護部材を含むことを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
  11. 前記電極層の上に第2電極を含むことを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
  12. 前記基板の下に電極パッドを含み、前記電極パッドは前記保護層及び前記基板を貫通する導電性貫通ホールにより前記電極層と電気的に連結されることを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
  13. 前記基板の下面の一側に第1電極パッド及び他側に第2電極パッドを含み、
    前記第1電極パッドは、前記保護層及び前記基板を貫通する第1導電性貫通ホールにより第1電極と電気的に連結され、
    前記第2電極パッドは、前記保護層及び前記基板を貫通する第2導電性貫通ホールにより前記電極層と電気的に連結されることを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
  14. 前記基板は電気伝導性を有し、前記基板の下に電極パッドを含むことを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
  15. 前記基板は電気伝導性を有し、
    前記第1電極パッド及び第2電極パッドと前記基板との間、及び前記第1導電性貫通ホール及び第2導電性貫通ホールと前記基板との間に絶縁構造を含むことを特徴とする請求項13に記載の発光素子。
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