JP2013102162A - 発光素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】生産性を向上させることができ、光の反射効率の最大化によって光抽出効率を向上できる発光素子を提供する。
【解決手段】発光素子２００は、第１の導電型半導体層２３６、活性層２３４及び第２の導電型半導体層２３２を含む発光構造物と、第１の電極層２１０と、発光構造物と第１の電極層との間に配置された第２の電極層２２０と、第２の導電型半導体層の下側で第２の電極層の縁部を取り囲み、第２の電極層と第１の電極層との間に配置された絶縁層２４０とを含み、第２の電極層は、第２の導電型半導体層と接し、互いに所定間隔だけ離隔するように配置された複数の第１の反射層２２２を有し、第１の電極層は、第２の電極層、第２の導電型半導体層及び活性層を貫通して第１の導電型半導体層に接する。
【選択図】図１
【解決手段】発光素子２００は、第１の導電型半導体層２３６、活性層２３４及び第２の導電型半導体層２３２を含む発光構造物と、第１の電極層２１０と、発光構造物と第１の電極層との間に配置された第２の電極層２２０と、第２の導電型半導体層の下側で第２の電極層の縁部を取り囲み、第２の電極層と第１の電極層との間に配置された絶縁層２４０とを含み、第２の電極層は、第２の導電型半導体層と接し、互いに所定間隔だけ離隔するように配置された複数の第１の反射層２２２を有し、第１の電極層は、第２の電極層、第２の導電型半導体層及び活性層を貫通して第１の導電型半導体層に接する。
【選択図】図１
Description
本発明の実施例は、発光素子に関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）は、化合物半導体の特性を用いて電気を赤外線又は光に変換させて信号を取り交わしたり、光源として使用される半導体素子の一種である。
ＩＩＩ―Ｖ族窒化物半導体（ｇｒｏｕｐ ＩＩＩ―Ｖ ｎｉｔｒｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）は、物理的及び化学的特性によって発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザーダイオード（ＬＤ）などの発光素子の核心素材として脚光を浴びている。
このような発光ダイオードは、白熱灯及び蛍光灯などの既存の照明器具に使用される水銀（Ｈｇ）などの環境有害物質を含んでいないので、優れた親環境性を有し、長い寿命と低電力消費特性などの長所があり、既存の各光源に取って代わるものである。
実施例は、生産性を向上させることができ、光の反射効率の最大化によって光抽出効率を向上できる発光素子を提供する。
実施例の発光素子は、第１の導電型半導体層、活性層及び第２の導電型半導体層を含む発光構造物；第１の電極層；前記発光構造物と前記第１の電極層との間に配置された第２の電極層；及び前記第２の導電型半導体層の下側で前記第２の電極層の縁部を取り囲み、前記第２の電極層と前記第１の電極層との間に配置された絶縁層；を含み、前記第１の電極層は、前記第２の電極層、前記第２の導電型半導体層及び前記活性層を貫通して前記第１の導電型半導体層に接し、前記第２の電極層は、前記第２の導電型半導体層と接し、互いに所定間隔だけ離隔して配置された複数の第１の反射層を有する。
前記第１の反射層は、無指向性反射層であり、前記絶縁層と同一の物質で形成することができる。例えば、前記第１の反射層は、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３を含むことができる。前記無指向性反射層の屈折率は前記第２の導電型半導体層の屈折率より小さく、前記無指向性反射層は真空、空気、水、ＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４を含むことができる。
前記第２の電極層は、前記第２の導電型半導体層と前記絶縁層との間に配置された伝導性透明層を含み、前記無指向性反射層は、前記伝導性透明層の間に配置することができる。前記伝導性透明層はパターンを有することができる。第２の電極層は、前記無指向性反射層の下部に配置された第２の反射層をさらに含むことができる。前記伝導性透明層は、前記第２の導電型半導体層と接することができる。
前記第２の反射層は前記伝導性透明層の下部に配置することができる。前記無指向性反射層と前記伝導性透明層は、前記第２の反射層の上部の同一平面上に配置される。
発光素子は、前記伝導性透明層の開放された一側領域の上部に配置された電極パッドをさらに含むことができる。
他の実施例による発光素子は、第１の導電型半導体層、活性層及び第２の導電型半導体層を含む発光構造物；第１の電極層；前記発光構造物と前記第１の電極層との間に配置され、前記第２の導電型半導体層と接する第２の電極層；及び前記第２の導電型半導体層の下側で前記第２の電極層の縁部を取り囲み、前記第２の電極層と前記第１の電極層との間に配置された絶縁層；を含み、前記第１の電極層は、前記第２の電極層、前記第２の導電型半導体層及び前記活性層を貫通して前記第１の導電型半導体層に接することができる。
前記第２の電極層は、前記第２の導電型半導体層と前記絶縁層との間に配置された伝導性透明層を含むことができ、前記伝導性透明層と前記絶縁層との間に配置された第１の反射層をさらに含むことができる。
前記第２の電極層は、前記第２の導電型半導体層とオーミック接触する物質を含むことができる。前記伝導性透明層は、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）又はＧＺＯ（ｇａｌｌｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）のうち少なくとも一つを含むことができる。
前記伝導性透明層の強度は、前記第２の導電型半導体層の強度と同一であって、前記絶縁層の強度と同一であり得る。
実施例によると、発光構造物の第２の導電型半導体層と接する第２の電極層に、第２の導電型半導体層との間に大きな屈折率差を有する媒質からなるＯＤＲ層を所定間隔だけ離隔するように複数設けるので、第２の電極層に向かって発光する光を最大限に反射させ、第２の電極層の吸収又は散乱されて消滅される光を確保することによって光抽出効率を向上させることができ、絶縁層が第２の電極層の縁部を取り囲むようにすることによってチップの生産性を向上させることができる。
以下、各実施例を添付の図面を参照して説明する。
本実施例の説明において、各構成要素の「上」又は「下」（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）に形成されると記載される場合、上又は下（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）は、二つの構成要素が互いに直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）接触したり、一つ以上の他の構成要素が前記二つの構成要素の間に配置されて（ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）形成されることを全て含む。また、「上」又は「下」（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）と表現される場合、一つの構成要素を基準にして上側方向のみならず、下側方向の意味も含むことができる。
図面において、各構成要素の厚さや大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張又は省略したり、又は概略的に示しており、実際の大きさを必ずしも完全に反映するものではない。
第１の実施例
図１は、実施例に係る発光素子を示す断面図である。
発光素子２００は、支持基板２０１、第１の電極層２１０、第２の電極層２２０、発光構造物２３０、絶縁層２４０、保護層２７０及び電極パッド２９０を含む。
発光素子２００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層を用いたＬＥＤを含み、ＬＥＤは、青色、緑色又は赤色などの光を放出する有色ＬＥＤであるか、紫外線（ＵＶ：ＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ）ＬＥＤであり得る。ＬＥＤの放出光は多様な半導体を用いて具現することができ、これについて限定することはない。
まず、支持基板２０１は、伝導性基板であり、発光構造物２３０を支持し、発光素子２００の作動時に発生する熱を十分に発散させなければならないので、熱伝導度の高い金属を使用して形成することができる。
例えば、支持基板２０１は、モリブデン（Ｍｏ）、シリコン（Ｓｉ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）及びアルミニウム（Ａｌ）で構成される群より選ばれる物質又はこれらの合金からなり、また、金（Ａｕ）、銅合金（Ｃｕ Ａｌｌｏｙ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅―タングステン（Ｃｕ―Ｗ）、キャリアウェハー（例えば、ＧａＮ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、Ｇａ２Ｏ３など）などを選択的に含むことができる。
また、支持基板２０１は、全体の窒化物半導体に反りを発生させず、スクライビング（ｓｃｒｉｂｉｎｇ）工程及びブレイキング（ｂｒｅａｋｉｎｇ）工程を通して別個のチップによく分離させる程度の機械的強度を有することができる。
次に、第１の電極層２１０は支持基板２０１上に形成される。第１の電極層２１０は、第２の電極層２２０、第２の導電型半導体層２３２及び活性層２３４を貫通して第１の導電型半導体層２３６と接触する。すなわち、第１の電極層２１０は、支持基板２０１と接する下部電極層と、下部電極層から分岐して第１の導電型半導体層２３６に電気的に接触する少なくとも一つの接触電極２１１とを有する。
第１の電極層２１０の接触電極２１１は、第１の導電型半導体層２３６に電流を円滑に供給できるように複数が互いに離隔するように形成することができる。接触電極２１１は、放射状パターン、十字状パターン、ライン状パターン、曲線状パターン、ループパターン、輪状パターン、及びリングパターンのうち少なくとも一つのパターンであり得るが、これに限定されるものではない。
第１の電極層２１０は金属で形成することができる。例えば、第１の電極層２１０は、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆ及びこれらの選択的な組み合わせからなり得る。また、第１の電極層２１０は、オーミック特性を有する反射電極材料で単層又は多層に形成することができる。
例えば、第１の電極層２１０は、上述した金属物質と、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のうち少なくとも一つを含むことができ、このような材料に限定されることはない。第１の電極層２１０がオーミック層としての役割をする場合、別途のオーミック層（図示せず）は形成されなくてもよい。
次に、第２の電極層２２０は、発光構造物２３０と絶縁層２４０との間に形成され、第２の導電型半導体層２３２と接する。
実施例によると、第２の電極層２２０は、第２の導電型半導体層２３２と絶縁層２４０との間に形成される伝導性透明層２２４を含むことができる。
もし、第２の電極層２２０をソフトな金属で具現し、絶縁層２４０を堅固な酸化膜で具現する場合、第２の電極層２２０と絶縁層２４０は、その物質特性が非常に異なるので、熱膨張係数、強度及び信頼性が脆弱になり得る。また、第２の電極層２２０の役割は、基本的にオーミックを形成する目的を有するので、高い反射度を得るのに適切でない場合もある。
したがって、本実施例では、強度において第２の導電型半導体層２３２及び絶縁層２４０と類似し、第２の導電型半導体層２３２とオーミック接触する物質を含み、反射率を極大化できる伝導性透明層２２４を第２の電極層２２０として使用する。このために、実施例による伝導性透明層２２４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）又はＧＺＯ（ｇａｌｌｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）のうち少なくとも一つを含んで構成することができる。
また、第２の電極層２２０は、図１に示したように、伝導性透明層２２４と絶縁層２４０との間に形成される第１の反射層２２２をさらに含むことができる。すなわち、第２の電極層２２０は、絶縁層２４０上に第１の反射層２２２及び伝導性透明層２２４が順次積層された形態であってもよい。
第１の反射層２２２は、伝導性透明層２２４の下側に接触し、反射率が５０％以上の反射物質で形成することができる。第１の反射層２２２は、金属物質からなり、例えば、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆ及びこれらの選択的な組み合わせで構成された金属物質で形成することができる。
次に、絶縁層２４０は、第２の電極層２２０と第１の電極層２１０との間に形成され、第１の電極層２１０と第２の電極層２２０を電気的に絶縁させる。図示した状態で、絶縁層２４０は、第１の電極層２１０と第２の電極層２２０の第１の反射層２２２との間に形成される。
また、絶縁層２４０は、第１の電極層２１０の周囲に形成され、第１の電極層２１０と他の層２２０、２３２、２３４との電気的なショートを遮断するようになる。すなわち、第１の電極層２１０が他の層２２０、２３２及び２３４を貫通して第１の導電型半導体層２３６と連結されるとき、絶縁層２４０は、第１の電極層２１０を他の層２２０、２３２及び２３４から絶縁させる役割をする。
また、実施例によると、絶縁層２４２は、第２の導電型半導体層２３２の下側で第２の電極層２２０の縁部（又は、側壁）を取り囲み、第２の導電型半導体層２３２の側面ラインより突出しないように形成されている。
このように、絶縁層２４２が第２の電極層２２０の縁部を取り囲む理由は、発光素子を単位チップに分離するとき、活性層２３４が第２の電極層２２０に含まれ得る金属成分によって汚染されることを防止するためである。したがって、単位チップに発光素子を分離するとき、発光構造物２３０の短絡を防止し、チップ生産の信頼性を向上させることができる。
絶縁層２４０、２４２はＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３で形成できるが、これについて限定することはない。
上述した第２の電極層２２０と絶縁層２４０の厚さは、次の数式１のように表現することができる。
ここで、ｄは、第２の電極層２２０又は絶縁層２４０の厚さを示し、ｍは整数で、λは、各層２２０又は２４０を通過する光の波長を示し、Ｎは、各層２２０又は２４０の屈折率を示す。
次に、発光構造物２３０は第２の電極層２２０上に形成される。発光構造物２３０は、第２の導電型半導体層２３２、活性層２３４及び第１の導電型半導体層２３６が順次積層された形態であり得る。
第２の導電型半導体層２３２は、第２の電極層２２０の上部面である伝導性透明層２２４上に形成することができる。
第２の導電型半導体層２３２は半導体化合物で形成することができる。第２の導電型半導体層２３２は３族―５族、２族―６族などの化合物半導体で具現することができ、これには第２の導電型ドーパントをドーピングすることができる。例えば、第２の導電型半導体層２３２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物質又はＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰのうちいずれか一つ以上で形成することができる。第２の導電型半導体層２３２がＰ型半導体層である場合、第２の導電型ドーパントはＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａなどのＰ型ドーパントであり得る。第２の導電型半導体層２３２は単層又は多層に形成することができ、これについて限定することはない。
活性層２３４は第２の導電型半導体層２３２上に形成され、単一井戸構造（Ｄｏｕｂｌｅ Ｈｅｔｅｒｏ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、多重井戸構造、単一量子井戸構造、多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造、量子点構造又は量子線構造のうちいずれか一つを含むことができる。活性層２３４は、３族―５族元素の化合物半導体材料を用いて井戸層と障壁層、例えば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＧａＡｓ（ＩｎＧａＡｓ）／ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ（ＩｎＧａＰ）／ＡｌＧａＰのうちいずれか一つ以上のペア構造で形成できるが、これに限定されることはない。井戸層は、障壁層のバンドギャップより小さいバンドギャップを有する物質で形成することができる。
活性層２３４と第１の導電型半導体層２３６との間又は活性層２３４と第２の導電型半導体層２３２との間には、導電型クラッド層（図示せず）を形成することもできる。
導電型クラッド層は、活性層２３４の障壁層のバンドギャップより広いバンドギャップを有する半導体で形成することができる。例えば、導電型クラッド層は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ又は超格子構造などを含むことができる。また、導電型クラッド層はｎ型又はｐ型ドーパントでドーピングすることができる。
第１の導電型半導体層２３６は、活性層２３４上に半導体化合物で形成することができる。第１の導電型半導体層２３６は３族―５族、２族―６族などの化合物半導体で具現することができ、これには第１の導電型ドーパントをドーピングすることができる。例えば、第１の導電型半導体層２３６は、ＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を有する半導体物質、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰのうちいずれか一つ以上で形成することができる。第１の導電型半導体層２３６がＮ型半導体層である場合、第１の導電型ドーパントはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、ＴｅなどのＮ型ドーパントを含むことができる。第１の導電型半導体層２３６は単層又は多層に形成することができ、これについて限定することはない。
第１の導電型半導体層２３６の上面には、光抽出効率を増加させるためにラフネス（ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）２５０を形成することができる。
次に、保護層２７０が発光構造物２３０の側面に形成される。また、保護層２７０は絶縁層２４２の側壁と第１の導電型半導体層２３６の上面にも形成できるが、これについて限定することはない。保護層２７０は、発光構造物２３０を電気的に保護するために絶縁物質で形成される。保護層２７０は、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３で形成できるが、これについて限定することはない。
伝導性透明層２２４及び／又は第１の反射層２２２の一側領域は開放することができ、電極パッド２９０は、開放された一側領域上に形成される。電極パッド２９０は電極形態であり得る。
図２Ａ〜図２Ｆは、実施例に係る図１の発光素子の製造方法を示す。
図２Ａを参照すると、成長基板２８０上に発光構造物２３０を成長させる。成長基板２８０は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＰ、ＩｎＰ、Ｇｅのうち少なくとも一つで形成することができ、これについて限定することはない。
発光構造物２３０は、成長基板２８０上に第１の導電型半導体層２３６、活性層２３４及び第２の導電型半導体層２３２を順次成長させることによって形成することができる。発光構造物２３０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、これについて限定することはない。
発光構造物２３０と成長基板２８０との間には、格子定数差を緩和するためにバッファー層（図示せず）及び／又はアンドープ窒化物層（図示せず）を形成することもできる。
次に、図２Ｂを参照すると、単位チップ領域を基準にして第２の導電型半導体層２３２の側面と活性層２３４の側面が露出するように第２の導電型半導体層２３２及び活性層２３４を除去し、複数の離隔したチャンネルＣを形成する。このとき、第１の導電型半導体層２３６も一部除去することができる。
また、第２の導電型半導体層２３２及び活性層２３４を貫通して第１の導電型半導体層２３６を露出させる少なくとも一つの穴４１２及び４１４を形成する。このために、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を用いることができる。
次に、図２Ｃを参照すると、図２Ｂに示した第２の導電型半導体層２３２の上部に、第２の電極層２２０を構成する伝導性透明層２２４と第１の反射層２２２を順次積層して形成する。このために、穴４１２及び４１４部分はフォトレジストで充填され、伝導性透明層２２４と第１の反射層２２２を形成した後、フォトレジストは除去される。
次に、図２Ｄを参照すると、第２の電極層２２０の上部と穴４１２及び４１４の側面上に絶縁層２４０を形成する。このとき、絶縁層２４０は、穴４１２及び４１４の底には形成されない。また、第２の導電型半導体層２３２の上部で、第２の電極層２２０の縁部を取り囲むように絶縁層２４０, ２４２を形成する。
次に、図２Ｅを参照すると、穴４１２及び４１４を導電性物質で充填し、第１の導電型半導体層２３６と接するように絶縁層２４０上に第１の電極層２１０を形成する。このとき、穴４１２及び４１４に充填されて第１の導電型半導体層２３６と接する第１の電極層２１０部分は接触電極２１１（図１参照）になる。そして、第１の電極層２１０上に支持基板２０１を形成する。支持基板２０１は、ボンディング方式、めっき方式又は蒸着方式で形成することができる。
次に、図２Ｆを参照すると、レーザーリフトオフ方法又は化学的リフトオフ方法を用いて成長基板２８０を発光構造物２３０から除去する。図２Ｆは、成長基板２８０を除去した後、図２Ｅに示した構造物を裏返した状態を示す。
次に、発光構造物２３０を単位チップ領域によって分離するアイソレーションエッチングを実施する。このとき、アイソレーションエッチングを実施する間、図２Ｆに示したように、第２の電極層２２０は、露出せずに絶縁層２４２によって十分に保護することができる。例えば、アイソレーションエッチングは、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）のような乾式エッチング方法によって実施することができる。
すなわち、絶縁層２４２は、アイソレーションエッチングを実施するときに、第２の電極層２２０に含まれた金属物質が活性層２３４に付着されることを防止する役割をする。絶縁層２４２が第２の電極層２２０の縁部を取り囲まない場合、アイソレーションエッチング過程で第２の電極層２２０の金属物質が活性層２３４に付着され、第２の電極層２２０と第１の電極層２１０にショートが発生し得る。アイソレーションエッチング過程で活性層２３４が金属物質で汚染されると、発光素子を廃棄しなければならないので、これが生産性低下の原因になる。しかし、本実施例では、アイソレーションエッチング過程で活性層２３４が金属物質で汚染される危険を根本的に防止し、生産性を向上させることができる。
次に、図１に示したように、第１の導電型半導体層２３６の上面にラフネスパターン２５０を形成する。また、発光構造物２３０の側面と絶縁層２４２の側壁を覆う保護層２７０を形成する。保護層２７０は第１の導電型半導体層２３６の上面を覆うことができる。
その後、チップ切断工程を通して構造物を単位チップ形態に切断する。チップ切断工程は、例えば、ブレード（ｂｌａｄｅ）を用いて物理的な力を加えて分離させるブレイキング工程、チップ境界にレーザーを照射してチップを分離させるレーザースクライビング工程、湿式エッチング又は乾式エッチングを含むエッチング工程などを含むことができるが、これについて限定することはない。
図１に示した発光素子は、図２Ａ〜図２Ｆに示した製造方法によって限定されるものではなく、多様な製造方法によって製造することができる。
第２の実施例
図３は、他の実施例に係る発光素子を示す断面図である。
発光素子３００は、支持基板２０１、第１の電極層２１０、第２の電極層３２０、発光構造物２３０、絶縁層２４０、保護層２７０及び電極パッド２９０を含む。
図１と図３に示した支持基板２０１、第１の電極層２１０、発光構造物２３０、絶縁層２４０、保護層２７０及び電極パッド２９０はほぼ類似するので、これについての詳細な説明は省略する。
図３に示した発光素子の第２の電極層３２０は、発光構造物２３０と絶縁層２４０との間に形成され、第２の導電型半導体層２３２と接し、所定間隔だけ互いに離隔して形成された複数の第２の反射層３２６を有する。
図示したように、第２の電極層３２０は、第２の導電型半導体層２３２と絶縁層２４０との間に形成されるパターニングされた伝導性透明層３２４を含むことができる。このとき、複数の第２の反射層３２６は、パターニングされた伝導性透明層３２４の間に所定間隔だけ離隔して形成される。
図３に示した伝導性透明層３２４は、図１に示した伝導性透明層２２４と同一の役割をし、同一の物質で具現することができる。第２の反射層３２６は、無指向性反射層（ＯＤＲ：ＯｍｎｉＤｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ）であって、例えば、絶縁層２４０と同一の物質で具現することができる。
無指向性反射層３２６の屈折率は、第２の導電型半導体層２３２の屈折率より小さい。例えば、第２の導電型半導体層２３２が屈折率２.４のＧａＮで具現される場合、無指向性反射層３２６は、ＧａＮより小さい屈折率を有する媒質である真空、空気、水、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４で具現することができる。
したがって、本実施例による発光素子は、図３に示したように、第２の電極層３２０に向かって放出される全ての光のうち一部は第２の反射層３２６、すなわち、ＯＤＲ層を通して全方位の角度で反射させることによって、従来の第２の電極層を通して吸収されて消滅された光の一部を反射させて発光効率を向上させることができ、パターニングされた伝導性透明層３２４はチップの電流分散効果をもたらすこともある。
また、第２の電極層３２０は、パターニングされた伝導性透明層３２４と絶縁層２４０との間及び第２の反射層３２６と絶縁層２４０との間に形成された第１の反射層３２２をさらに含むことができる。第１の反射層３２２は、図１に示した第１の反射層２２２と同一の機能を行い、同一の物質で具現できるので、同一の部分についての詳細な説明は省略する。第１の反射層３２２は、伝導性透明層３２４を透過した光を反射させる役割をする。
図４Ａ〜図４Ｆは、実施例に係る図３の発光素子の製造方法を示す。
図４Ａ及び図４Ｂは、図２Ａ及び図２Ｂとそれぞれ同一の工程であるので、これらについての説明は省略する。
図４Ｃを参照すると、図４Ｂに示した第２の導電型半導体層２３２の上部に、第２の電極層３２０を構成する伝導性透明層３２４のパターンを形成し、形成されたパターンの間に第２の反射層３２６を形成する。次に、伝導性透明層３２４のパターンと第２の反射層３２６の上部に第１の反射層３２２を形成する。このために、穴４１２及び４１４部分はフォトレジストで充填され、第１の反射層３２２を形成した後、フォトレジストは除去される。
次に、図４Ｄ〜図４Ｆは、図２Ｄ〜図２Ｆと同一の工程であるので、これらについての説明は省略する。
図３に示した発光素子は、図４Ａ〜図４Ｆに示した製造方法によって限定されるものではなく、多様な製造方法によって製造することができる。
上述した発光素子の製造方法の実施例において、それぞれの工程の順序は変更可能であり、それぞれの工程の間に他の工程を追加したり、一部の工程を省略することもできる。
図５は、実施例に係る発光素子パッケージを示す。
発光素子パッケージ５００は、パッケージ本体５１０、リードフレーム５１２、５１４、発光素子５２０、反射板５２５、ワイヤ５３０及び樹脂層５４０を含む。
パッケージ本体５１０の上面にはキャビティを形成することができる。キャビティの側壁は傾斜するように形成することができる。パッケージ本体５１０は、シリコン基盤のウェハーレベルパッケージ、シリコン基板、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ、ＡｌＮ）などのように絶縁性又は熱伝導度の良い基板で形成することができ、複数の基板が積層される構造であってもよい。実施例は、パッケージ本体５１０の材質、構造及び形状に限定されない。
リードフレーム５１２及び５１４は、熱の排出や発光素子５２０の装着を考慮して互いに電気的に分離されるようにパッケージ本体５１０に配置される。発光素子５２０は、リードフレーム５１２及び５１４と電気的に連結される。発光素子５２０は、図１及び図３の実施例に示した発光素子であり得る。
反射板５２５は、発光素子５２０から放出された光を所定の方向に指向させるようにパッケージ本体５１０のキャビティの側壁に形成される。反射板５２５は光反射物質からなり、例えば、金属コーティング又は金属薄片であり得る。
樹脂層５４０は、パッケージ本体５１０のキャビティ内に位置する発光素子５２０を包囲し、発光素子５２０を外部環境から保護する。樹脂層５４０は、エポキシ又はシリコンなどの無色透明な高分子樹脂材質からなり得る。樹脂層５４０には、発光素子５２０から放出された光の波長を変化させるように蛍光体を含ませることができる。
実施例に係る発光素子パッケージは、複数が基板上に配列され、発光素子パッケージの光経路上には、光学部材である導光板、プリズムシート、拡散シートなどを配置することができる。
更に他の実施例は、上述した各実施例に記載した発光素子又は発光素子パッケージを含む表示装置、指示装置、照明システムに具現することができ、例えば、照明システムは、ランプ、街路灯を含むことができる。
図６は、発光モジュールを有する照明装置の一実施例を示す図である。
このような照明装置は、発光モジュール２０と、発光モジュール２０から発光された光の出射指向角を案内する光ガイド３０とを含んで構成することができる。
発光モジュール２０は、回路基板（ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ；ＰＣＢ）２１上に備えられる少なくとも一つの発光素子２２を含むことができ、多数の発光素子２２を回路基板２１上に離隔するように配列することができる。発光素子２２は、例えば、ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）であって、図１及び図３の実施例に示した発光素子であり得る。
光ガイド３０は、発光モジュール２０から発光される光を収束し、一定の指向角を有して開口部を介して出射できるようにし、内側面にはミラー面を有することができる。ここで、発光モジュール２０と光ガイド３０は、一定の間隔ｄだけ離隔するように設置することができる。
このような照明装置は、上述したように、多数の発光素子２２を収束して光を得る照明灯として使用できるものであって、特に、建物の天井や壁体内に埋め込まれて光ガイド３０の開口部側が露出する埋込灯（ダウンライト）として用いることができる。
以上では実施例を中心に説明したが、これは例示に過ぎないもので、本発明を限定するものではなく、本発明の属する分野で通常の知識を有する者であれば、本実施例の本質的な特性を逸脱しない範囲で以上で例示していない多様な変形と応用が可能であることが分かる。例えば、実施例に具体的に示した各構成要素は変形して実施することができる。そして、このような変形と応用と関係した相違点は、添付の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しなければならない。
２００ 発光素子
２０１ 支持基板
２１０ 第１の電極層
２２０ 第２の電極層
２３０ 発光構造物
２４０ 絶縁層
２７０ 保護層
２９０ 電極パッド
２０１ 支持基板
２１０ 第１の電極層
２２０ 第２の電極層
２３０ 発光構造物
２４０ 絶縁層
２７０ 保護層
２９０ 電極パッド
Claims (20)
- 第１の導電型半導体層、活性層及び第２の導電型半導体層を含む発光構造物；
第１の電極層；
前記発光構造物と前記第１の電極層との間に配置された第２の電極層；及び
前記第２の導電型半導体層の下側で前記第２の電極層の縁部を取り囲み、前記第２の電極層と前記第１の電極層との間に配置された絶縁層；を含み、
前記第１の電極層は、前記第２の電極層、前記第２の導電型半導体層及び前記活性層を貫通して前記第１の導電型半導体層に接し、
前記第２の電極層は、前記第２の導電型半導体層と接し、互いに所定間隔だけ離隔して配置された複数の第１の反射層を有する発光素子。 - 前記第１の反射層は無指向性反射層である、請求項１に記載の発光素子。
- 前記第１の反射層は前記絶縁層と同一の物質で形成される、請求項１又は２に記載の発光素子。
- 前記第１の反射層はＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光素子。
- 前記無指向性反射層の屈折率は前記第２の導電型半導体層の屈折率より小さい、請求項２〜４のいずれか１項に記載の発光素子。
- 前記無指向性反射層は真空、空気、水、ＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４を含む、請求項２〜５のいずれか１項に記載の発光素子。
- 前記第２の電極層は、前記第２の導電型半導体層と前記絶縁層との間に配置された伝導性透明層を含み、
前記無指向性反射層は前記伝導性透明層の間に配置された、請求項２〜６のいずれか１項に記載の発光素子。 - 前記伝導性透明層はパターンを有する、請求項７に記載の発光素子。
- 前記第２の電極層は、前記無指向性反射層の下部に配置された第２の反射層をさらに含む、請求項２〜８のいずれか１項に記載の発光素子。
- 前記伝導性透明層は前記第２の導電型半導体層と接する、請求項７〜９のいずれか１項に記載の発光素子。
- 前記第２の反射層は前記伝導性透明層の下部に配置された、請求項９又は１０に記載の発光素子。
- 前記無指向性反射層と前記伝導性透明層は、前記第２の反射層の上部の同一平面上に配置された、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の発光素子。
- 前記伝導性透明層の開放された一側領域の上部に配置された電極パッドをさらに含む、請求項７〜１２のいずれか１項に記載の発光素子。
- 第１の導電型半導体層、活性層及び第２の導電型半導体層を含む発光構造物；
第１の電極層；
前記発光構造物と前記第１の電極層との間に配置され、前記第２の導電型半導体層と接する第２の電極層；及び
前記第２の導電型半導体層の下側で前記第２の電極層の縁部を取り囲み、前記第２の電極層と前記第１の電極層との間に配置された絶縁層；を含み、
前記第１の電極層は、前記第２の電極層、前記第２の導電型半導体層及び前記活性層を貫通して前記第１の導電型半導体層に接する発光素子。 - 前記第２の電極層は、前記第２の導電型半導体層と前記絶縁層との間に配置された伝導性透明層を含む、請求項１４に記載の発光素子。
- 前記第２の電極層は、前記伝導性透明層と前記絶縁層との間に配置された第１の反射層をさらに含む、請求項１５に記載の発光素子。
- 前記第２の電極層は前記第２の導電型半導体層とオーミック接触する物質を含む、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の発光素子。
- 前記伝導性透明層は、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）又はＧＺＯ（ｇａｌｌｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）のうち少なくとも一つを含む、請求項７〜１３及び請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の発光素子。
- 前記伝導性透明層の強度は前記第２の導電型半導体層の強度と同一である、請求項７〜１３及び請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の発光素子。
- 前記伝導性透明層の強度は前記絶縁層の強度と同一である、請求項７〜１３及び請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の発光素子。
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