JP2013135234A - 発光素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】 発光素子を提供すること。
【解決手段】 一実施形態において、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発光構造物と；前記第２導電型半導体層上に配置され、前記第２導電型半導体層が露出される複数のオープン領域を備える透光性導電層と；前記第１導電型半導体層と連結される第１電極と；前記透光性導電層上に前記オープン領域を少なくとも一つ以上通るように延びて配置される第２電極と；を含み、前記第２電極は、前記オープン領域で前記第２導電型半導体層と接触し、前記オープン領域以外の領域で前記透光性導電層と接触する発光素子を提供する。
【選択図】 図３

Description

様々な実施形態は、発光素子に関する。
半導体の３-５族または２-６族化合物半導体物質を用いた発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やレーザーダイオードのような発光素子は、薄膜成長技術及び素子材料の開発によって赤色、緑色、青色及び紫外線などの様々な色を具現することができ、蛍光物質を用いたり、色を組み合わせることで効率の良い白色光線も具現可能であり、蛍光灯、白熱灯などの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。
したがって、これらの発光素子は、光通信手段の送信モジュール、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）表示装置のバックライトを構成する冷陰極管（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｌａｍｐ）を代替する発光ダイオードバックライト、蛍光灯や白熱電球を代替することができる白色発光ダイオード照明装置、自動車のヘッドライト及び信号灯にまで応用が拡大されている。
発光素子は、第１導電型半導体層を通じて注入される電子と、第２導電型半導体層を通じて注入される正孔とが互いに結合して、活性層（発光層）をなす物質固有のエネルギーバンドによって決定されるエネルギーを有する光を放出する。発光素子パッケージにおいては、発光素子から放出された光によって蛍光体が励起されて、活性層から放出された光よりも長波長領域の光を放出することができる。
図１は、従来の発光素子を示す図で、図２は、図１の発光素子の電極構造を示す図である。
発光素子１００は、基板１１０上に、バッファ層１１５を挟んで第１導電型半導体層１２２、活性層１２４及び第２導電型半導体層１２６を含む発光構造物１２０を配置する。
基板１１０が非導電性物質からなる場合、第１導電型半導体層１２２の一部を露出させて、露出された面に第１電極１５０を配置する。そして、第２導電型半導体層１２６に正孔を均一に注入するために、第２導電型半導体層１２６上に透光性導電層を配置することができ、透光性導電層１３０上に第２電極１６０を配置することができる。
図２は、第１電極と第２電極の構造を示している。それぞれの導電型半導体層に電子と正孔を均一に注入し、電子と正孔が結合する個数を増やすために、図示のように、第１電極１５０は、第１電極パッド１５２から第１枝電極１５４が分岐し、第２電極１６０は、第２電極パッド１６２から第２枝電極１６４が分岐している。
しかし、従来の発光素子は、次のような問題点を有する。
第２導電型半導体層１２６に、上述した第２枝電極１６４を配置するとしても、第２枝電極１６４と対応する第２導電型半導体層１２６の領域の周囲にのみ正孔などが集中し得るため、活性層１２４の全面積において電子と正孔の結合を期待するのが難しい。
このような問題点を解決するために、正孔の分散効果が大きい透光性導電層１３０を第２導電型半導体層１２６上に配置することができるが、透光性導電層１３０は、電極材料との接触特性が悪いため、第２電極１６０と第２枝電極１６５の安定した配置に問題点がある。
様々な実施形態は、発光素子を提供することを目的とする。
一実施形態において、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発光構造物と；前記第２導電型半導体層上に配置され、前記第２導電型半導体層が露出される複数のオープン領域を備える透光性導電層と；前記第１導電型半導体層と連結される第１電極と；前記透光性導電層上に前記オープン領域を少なくとも一つ以上通るように延びて配置される第２電極と；を含み、前記第２電極は、前記オープン領域で前記第２導電型半導体層と接触し、前記オープン領域以外の領域で前記透光性導電層と接触する、発光素子を提供する。
他の実施形態において、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発光構造物と；前記第２導電型半導体層上に配置され、前記第２導電型半導体層が露出される複数のオープン領域を備える透光性導電層と；前記透光性導電層上に配置され、第１導電型半導体層と複数の領域でポイントコンタクトする第１電極と；前記透光性導電層上に配置され、前記オープン領域以外の領域で前記透光性導電層とポイントコンタクトする第２電極と；を含む発光素子を提供する。
更に他の実施形態において、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発光構造物と；前記発光構造物上に配置され、前記発光構造物をオープンする第１オープン部及び橋梁部を含む第１パターンを備える透光性導電層と；前記第１パターンの内部と対応する領域上に配置され、前記橋梁部と接触して延びる第２電極と；前記透光性導電層を覆いながら、前記透光性導電層と第２導電型半導体層と活性層を貫通して前記第１導電型半導体層をオープンする第２オープン部を含む第２パターンを備える透光性絶縁層と；前記第２オープン部を介して前記第１導電型半導体層と接触しながら、前記透光性絶縁層上に延びるように配置される第１電極と；を含む発光素子を提供する。
様々な実施形態によれば、第２電極が第２導電型半導体層と接触してコンタクト特性に優れ、一部の領域で透光性導電層と第２電極が接触して、透光性導電層を介して第２導電型半導体層の全面積に正孔が供給され、第１電極が、上述した透光性導電層と重畳せずに貫通ホールの形状に配置されて、活性層の全領域において電子と正孔が結合して発光効率が上昇することができる。
従来の発光素子を示す図である。 図１の発光素子の電極構造を示す図である。 発光素子の一実施形態を示す図である。 図３の電極構造を示す図である。 図４の‘Ａ’領域を詳細に示す図である。 図４の‘Ａ’領域を詳細に示す図である。 図４の‘Ａ’領域を詳細に示す図である。 図４の‘Ｂ’領域を詳細に示す図である。 図３の第１電極と第２電極の位置関係を示す図である。 透光性導電層の構造を示す図である。 透光性絶縁層の構造を示す図である。 発光素子の製造方法の一実施形態を示す図である。 発光素子の製造方法の一実施形態を示す図である。 発光素子の製造方法の一実施形態を示す図である。 発光素子の製造方法の一実施形態を示す図である。 発光素子の製造方法の一実施形態を示す図である。 発光素子が配置された発光素子パッケージの一実施形態を示す図である。 発光素子が配置された照明装置の一実施形態を示す図である。 発光素子が配置された映像表示装置の一実施形態を示す図である。
以下、各実施形態を添付の図面を参照して説明する。
本発明の実施形態の説明において、各構成要素の「上」または「下」に形成されると記載される場合において、「上」または「下」は、二つの構成要素が互いに直接接触したり、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形成されることを全て含む。また、「上」または「下」と表現される場合、一つの構成要素を基準に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３は、発光素子の一実施形態を示す図で、図４は、図３の電極構造を示す図である。
実施形態に係る発光素子２００は、基板２１０上に、バッファ層２１５を挟んで第１導電型半導体層２２２、活性層２２４及び第２導電型半導体層２２６を含む発光構造物２２０が配置され、発光構造物２２０の上部に透光性導電層２３０と透光性絶縁層２４０が配置されている。
透光性導電層２３０と透光性絶縁層２４０の一部がパターニングされて第２導電型半導体層２２６が露出され、露出された第２導電型半導体層２２６の表面に第２電極２６０が配置される。第２電極２６０の高さは、透光性絶縁層２４０の高さよりも高く配置される場合、ワイヤボンディング工程に有利である。
第２電極２６０と対応する位置において、透光性導電層２３０と第２導電型半導体層２２６と活性層２２４を貫通して第１導電型半導体層２２２に貫通電極２５６が配置されている。貫通電極２５６の周縁には透光性絶縁層２４０が延びて配置されることで、貫通電極２５６が、透光性導電層２３０、第２導電型半導体層２２６または活性層２２４と電気的に接続されることを防止できる。
貫通電極２５６は、透光性絶縁層２４０よりも深く第１導電型半導体層２２２内に挿入することができる。
基板２１０は、半導体物質の成長に適した物質、キャリアウエハで形成することができる。熱伝導性に優れた物質で形成することができ、伝導性基板または絶縁性基板を含むことができる。例えば、サファイア（Ａｌ２０３）、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＰ、ＩｎＰ、Ｇｅ、Ｇａ２０３のうち少なくとも一つを使用することができる。本実施形態では、貫通電極２５６が配置されるので、基板２１０は絶縁性基板であればよい。基板２１０の表面にはパターンを形成して、活性層２２４から伝達される光の反射効率を高めることができる。
バッファ層２１５は、基板２１０と導電型半導体層との間の材料の格子不整合及び熱膨張係数の差を緩和するためのものである。前記バッファ層２１５の材料は、３族-５族化合物半導体、例えば、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮのうち少なくとも一つで形成することができる。
第１導電型半導体層２２２は、半導体化合物で形成することができる。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、第１導電型ドーパントがドーピングされることができる。前記第１導電型半導体層２２２がｎ型半導体層である場合、前記第１導電型ドーパントは、ｎ型ドーパントとして、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅを含むことができるが、これに限定されない。
第１導電型半導体層２２２は、ＩｎｘＡｌｙＧａ（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を含むことができる。第１導電型半導体層２２２は、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＩｎＰのいずれか一つ以上で形成することができる。
活性層２２４は、第１導電型半導体層２２２を通じて注入される電子と、第２導電型半導体層２２６を通じて注入される正孔とが互いに結合して、活性層２２４をなす物質固有のエネルギーバンドによって決定されるエネルギーを有する光を放出する層である。
活性層２２４は、二重接合構造（Ｄｏｕｂｌｅ Ｈｅｔｅｒｏ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）、量子細線（Ｑｕａｎｔｕｍ−Ｗｉｒｅ）構造、または量子ドット（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ）構造のうち、少なくともいずれか一つで形成することができる。例えば、前記活性層２２４は、トリメチルガリウムガス（ＴＭＧａ）、アンモニアガス（ＮＨ３）、窒素ガス（Ｎ２）、及びトリメチルインジウムガス（ＴＭＩｎ）が注入されて、多重量子井戸構造が形成されることができるが、これに限定されない。
活性層２２４の井戸層／障壁層は、例えば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ／ＩｎＡｌＧａＮ、ＧａＡｓ（ＩｎＧａＡｓ）／ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ（ＩｎＧａＰ）／ＡｌＧａＰのいずれか一つ以上のペア構造で形成することができるが、これに限定されない。前記井戸層は、前記障壁層のバンドギャップよりも低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２２４の上または／及び下には、導電型クラッド層（図示せず）を形成することができる。導電型クラッド層は、活性層２２４の障壁層のバンドギャップよりも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また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型またはｐ型ドーパントでドーピングすることができる。
活性層２２４上には第２導電型半導体層２２６が配置される。第２導電型半導体層２２６は半導体化合物で形成することができる。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、第２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、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を含むことができる。第２導電型半導体層２２６がｐ型半導体層である場合、前記第２導電型ドーパントは、ｐ型ドーパントとして、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどを含むことができる。
透光性導電層２３０はＩＴＯなどからなることができ、透光性絶縁層２４０はＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４からなることができる。
本実施形態では、絶縁性の基板２１０を使用するが、第１導電型半導体層２２２に電子を供給するために貫通電極２５６が配置されるので、第１導電型半導体層２２２の一部を露出させなくてもよい。
第１電極２５０は、第１電極パッド２５２と第１枝電極２５４及び貫通電極２５６を含んでなり、第２電極２６０は、第２電極パッド２６２と第２枝電極２６４を含んでなることができる。第１電極２５０と第２電極２６０は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）のうち少なくとも一つを含み、単層または多層構造で形成することができる。
第１電極２５０は、第１導電型半導体層２２２に電流を供給して、第１導電型半導体層２２２がｎ型半導体層である場合に電子を供給する。第１電極パッド２５２は、発光構造物２２０の縁領域に配置されて、発光構造物２２０から放出される光の光特性を低下させることがない。
本実施形態において第１電極パッド２５２は、従来のように活性層２２４をエッチングして第１導電型半導体層２２２上に配置されるものではなく、透光性絶縁層２４０上に配置されるので、従来における活性層２２４のエッチングによる発光領域の損失の問題点を解決できる。
第１電極パッド２５２は、透光性絶縁層２４０上に配置されるので、透光性導電層２３０や第２導電型半導体層２２６と電気的に遮断されることができる。
第１枝電極２５４は、第１電極パッド２５２から分岐して透光性絶縁層２４０に配置されることができ、第１枝電極２５４から所定領域において貫通電極２５６が形成される。貫通電極２５６の大きさｄ１は５〜１０μｍであればよい。ここで、‘大きさ’は、貫通電極２５６の断面が円形であれば直径を意味し、多角形であれば一辺の長さを意味する。第１枝電極２５４の幅ｄ２は、貫通電極２５６の大きさｄ１の５０％であればよい。
本実施形態において、透光性導電層２３０と透光性絶縁層２４０がエッチングされて第２導電型半導体層２２６上に形成されたオープン領域に第２電極２６０が配置され、第２電極２６０が配置されるように透光性導電層２３０がオープンされる領域で透光性絶縁層２４０もオープンされて配置されることができる。第２電極２６０は、オープン領域を少なくとも一つ以上通りながら第２導電型半導体層２２６と電気的に接触し、オープン領域以外において透光性導電層２３０と接触することができる。
上述した‘オープン領域'は、第２導電型半導体層２２６の表面が露出される露出部であり得る。そして、‘オープン領域'は、第１電極２５０に沿って一定の間隔で配置されると、発光構造物２２０の全面積に電流を供給することができ、特に、第１電極２５０の一部、すなわち、第１枝電極２５４及び／または貫通電極２５６を挟んでその両側に、上述した‘オープン領域’が配置されることができる。
第２電極パッド２６２は、第１電極パッド２５２と対向して、発光構造物２２０の縁部と対応する位置に配置されて、発光構造物２２０の広い面積に電流を供給し、光効率を低下させることがない。
第１枝電極２５４は、第１電極パッド２５２から第２電極パッド２６２に向かって配置されることができる。第２枝電極２６４は、第２電極パッド２６２から２方向に分岐して配置されることができ、本実施形態において、第１枝電極２５４の両側面にそれぞれ一つずつの第２枝電極２６４が第１電極、特に第１枝電極２５４を挟んで対向して配置されることができる。
図５Ａ乃至図５Ｃは、図４の‘Ａ’領域を詳細に示す図で、図６は、図４の‘Ｂ'領域を詳細に示す図で、図７Ａは、図３の第１電極と第２電極の位置関係を示す図で、図７Ｂは、透光性導電層の構造を示す図で、図７Ｃは、透光性絶縁層の構造を示す図である。
上述したオープン領域において、第２枝電極２６４と第２導電型半導体層２２６とは直接接触して、電気的なコンタクト特性が向上することができるが、第２導電型半導体層２２６上に第２枝電極２６４が２個の曲線形状に配置されて、第２枝電極２６４と接触する第２導電型半導体層２２６にのみ正孔などの注入が集中することができる。
本実施形態では、上述したオープン領域以外の領域において透光性導電層２３０が一部配置されている。すなわち、透光性導電層２３０は、上述したオープン領域において除去されるが、一部が、図４及び図５Ａに示すようにライン形状に配置されることができる。
上述したオープン領域において透光性導電層２３０が配置されると、透光性導電層２３０は、第２導電型半導体層２２６と第２枝電極２６４との間に配置されることができる。そして、オープン領域において透光性導電層２３０が連結される領域は、それぞれの第２枝電極２６４と第２導電型半導体層２２６との間で少なくとも一つ配置されることができる。図示された実施形態では、それぞれの第２枝電極２６４と第２導電型半導体層２２６との間で、透光性導電層２３０が連結される領域が３つずつ配置されている。
図５Ａに示すように、第２枝電極２６４は、第２導電型半導体層２２６と接触してコンタクト特性に優れ、一部の領域で透光性導電層２３０と接触して、点線で示したように正孔などが透光性導電層２３０を介して第２導電型半導体層２２６の全面積に供給されることができる。ここで、上述したコンタクト特性によって第２電極２６０と透光性導電層２３０とはオーミック接触（ｏｈｍｉｃ ｃｏｎｔａｃｔ）で連結し、第２電極２６０とオープン領域とはショットキー接触（ｓｃｈｏｔｔｋｙ ｃｏｎｔａｃｔ）で連結することができる。第２電極のうち第２枝電極２６４が、透光性導電層２３０にポイントコンタクトしている。ここで、ポイントコンタクトするというのは、第２枝電極２６４が透光性導電層２３０と連続する領域で接触せずに、互いに離隔した一部の領域で接触することを意味し、図５Ａにおいて中央部分に示されたような幅を有する透光性導電層２３０と接触している。
図５Ａで、オープン領域の幅ｄ３は３μｍ〜５μｍであればよい。幅ｄ３が狭すぎると第２電極２６０の配置が容易でなく、幅ｄ３が広すぎると透光性導電層２３０の面積が狭くなるため、第２導電型半導体層２２６への正孔供給効率が低下することがある。
第２枝電極２６４の幅ｄ４は、２μｍ〜４μｍであればよい。幅ｄ４が広すぎると活性層２２４から放出される光を遮断ないし吸収する面積が増加し、幅ｄ４が狭すぎると第２枝電極２６４の形成が容易でない。
図５Ｂは、図５ＡのＨ−Ｈ’方向での断面図であり、透光性導電層２３０が第２導電型半導体層２２６上の一部の領域で配置されるので、透光性導電層２３０が配置される領域では、第２枝電極２６４の高さがさらに高く配置されている。
後述する第１枝電極２５４との配置関係のために、それぞれの第２枝電極２６４毎に透光性導電層２３０と連結される領域を少なくとも二つ配置することができる。第２枝電極２６４と第２導電型半導体層２２６の接触特性を考慮すると、第２導電型半導体層２２６と接触する第２枝電極２６４の面積は、透光性導電層２３０と連結される前記第２枝電極２６４の面積よりも広ければよい。
そして、図４に示すように、上述したオープン領域において、第２枝電極２６４と第２導電型半導体層２２６との間に透光性導電層２３０が連結される領域は、２個の枝電極２６４において互いに同一の位置に対応して配置されており、貫通電極２５６の配置について後述する。
図５Ｃは、図５ＡのＧ−Ｇ’方向での断面図であり、第２導電型半導体層２２６上に透光性導電層２３０が配置され、透光性導電層２３０上で中央領域には第２枝電極２６４が配置され、縁領域には透光性絶縁層２４０が配置されており、ここで、透光性導電層２３０は橋梁部であり得る。第２枝電極２６４の最高点の高さは、透光性絶縁層２４０の最高点の高さと同一に示しているが、さらに高くてもよい。
図６で、第１枝電極２５４と貫通電極２５６の配置を詳細に示している。透光性絶縁層２４０上の一部領域で貫通ホールが形成され、貫通ホールは、透光性導電層２３０と第２導電型半導体層２２６と活性層２２４を貫通して第１導電型半導体層２２２に連結されている。
上述した貫通ホール内に電極材料が挿入されて貫通電極をなすことができ、透光性絶縁層２４０上に配置された第１枝電極２５４と連結されている。貫通電極２５６は、透光性絶縁層２４０よりも深く第１導電型半導体層２２２内に挿入されて、電子が第１導電型半導体層２２２内に均一に注入されることができる。そして、透光性絶縁層２４０が、透光性導電層２３０から第２導電型半導体層２２６及び活性層２２４において貫通電極２５６の周縁に配置されることで、電子が第２導電型半導体層２２６などに注入されることを防止できる。すなわち、第１電極のうち貫通電極２５６は、第１導電型半導体層２２２にポイントコンタクトしている。
上述した‘オープン領域'は、第２導電型半導体層２２６の表面が露出される露出部であり得る。そして、‘オープン領域'は、第１電極２５０に沿って一定の間隔で配置されると、発光構造物２２０の全面積に電流を供給することができる。
図４において、透光性絶縁層２４０で透光性導電層２３０がオープンされる領域を第１パターンと呼ぶことができ、前記第１パターンは、上述した‘オープン領域'に該当する第１オープン部と、前記第１オープン部の間に配置された透光性導電層２３０である橋梁部とを含むことができる。このとき、上述した第１パターン内に第２電極２６０が橋梁部と接触して配置されることができる。
透光性絶縁層２４０で第１電極２５０が配置される領域を第２パターンと呼ぶことができ、前記第２パターンは、透光性絶縁層２４０から透光性導電層２３０と第２導電型半導体層２２６と活性層２２４と第１導電型半導体層２２２に貫通ホールが形成される領域である第２オープン部を含むことができる。このとき、第１電極２５０は、前記第２オープン部を通じて透光性絶縁層２４０から第１導電型半導体層２２２と電気的に接続されることができる。
図７Ａには、第１枝電極２５４と貫通電極２５６と第２枝電極２６４などの位置関係が示されている。第１電極パッド２５２から第１枝電極２５４が一つのライン形状に配置され、第１枝電極２５４において三つの位置に貫通電極２５６が配置されており、貫通電極２５６の個数は２個以上であってもよい。
第１電極パッド２５２に対向して第２電極パッド２６２が配置され、第２枝電極２６４が第２電極パッド２６２から分岐して、第１枝電極２５４の両側に配置されている。
第２枝電極２６４において、‘I'と表示した領域は、透光性導電層２３０と電気的に接触する領域である。‘I'と表示した領域、すなわち、第２枝電極２６４と第２導電型半導体層２２６との間に透光性導電層２３０が連結される領域は、貫通電極２５６と重畳しないように配置される。
このような配置によって、第１導電型半導体層２２２に注入された電子と第２導電型半導体層２２６に注入された正孔が互いに交差する領域に注入されて、活性層で電子と正孔の結合が全領域において均一に発生することができる。
図７Ｂにおいて、透光性導電層２３０に形成された第１オープン部、橋梁部及び第３オープン部を第１パターンと呼ぶことができ、第１オープン部と橋梁部は第２電極と対応して配置され、第３オープン部は貫通電極と対応することができる。
図７Ｃにおいて、透光性絶縁層２４０に形成された第２オープン部と第４オープン部を第２パターンと呼ぶことができ、第２オープン部は貫通電極に対応し、第４オープン部は第２電極と対応することができる。
図８Ａ乃至図８Ｆは、発光素子の製造方法の一実施形態を示す図である。
図８Ａに示すように、基板２１０上にバッファ層２１５、発光構造物２２０及び透光性導電層２３０を成長させる。基板２１０上には凹凸構造を形成することができるが、これに限定しない。基板２１０に対して湿式洗浄を行い、表面の不純物を除去することができる。基板２１０とバッファ層２１５の組成は、上述した通りである。
発光構造物内の各層の組成は、上述した通りであり、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るが、これに限定しない。
透光性導電層２３０は、スパッタリングなどの方法で蒸着することができる。
透光性導電層２３０の蒸着は、マスク２８０を第２導電型半導体層２２６上に配置した状態でなされることができ、マスク２８０が配置された領域において、第２導電型半導体層２２６上にオープン領域が形成される。該オープン領域は第２電極２６０が配置される領域である。
そして、図８Ｂに示すように貫通ホールを形成する。マスク２８０が配置されていない開口部から透光性絶縁層２３０と第２導電型半導体層２２６と活性層２２４を貫通して第１導電型半導体層２２２の一部の領域にまで貫通ホールが形成される。図８Ｂでは、１個の貫通ホールをエッチングしているが、形成しようとする貫通ホールの数だけマスク２８０に開口部を形成できる。
そして、図８Ｃに示すように、透光性導電層２３０上に透光性絶縁層２４０を配置するが、スパッタリングなどの方法で蒸着することができる。このとき、蒸着材料が、上述した貫通ホールの内部にまで蒸着されることができる。そして、第２導電型半導体層２２６上で透光性導電層２３０が配置されていないオープン領域にはマスク２８０が配置されて、透光性絶縁層２４０が蒸着されずに第２導電型半導体層２２６が露出されるようにすることができる。
そして、図８Ｄに示すように、貫通ホールの底面において透光性絶縁層２４０をさらにエッチングして、第１導電型半導体層２２２の一部が露出されるようにする。
そして、図８Ｅに示すように、透光性絶縁層２４０の表面と貫通ホールに電極材料を注入して、第１枝電極２５４と貫通電極２５６を形成することができる。第１枝電極２５４と接触するように第１電極パッド２５２を形成することができる。
そして、第２導電型半導体層２２６が露出された領域に、第２電極パッド２６２と第２枝電極２６４を形成することができる。
図９は、発光素子が配置された発光素子パッケージの一実施形態を示す図である。
実施形態に係る発光素子パッケージ３００は、パッケージボディー３１０と、前記パッケージボディー３１０に設置された第１リードフレーム３２１及び第２リードフレーム３２２と、前記パッケージボディー３１０に設置されて、前記第１リードフレーム３２１及び第２リードフレーム３２２と電気的に接続される上述した発光素子２００と、前記発光素子２００の表面または側面を覆うモールディング部３５０とを含む。
前記パッケージボディー３１０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、前記発光素子２００の周囲に傾斜面を形成して光抽出効率を高めることができる。
前記第１リードフレーム３２１及び第２リードフレーム３２２は互いに電気的に分離され、前記発光素子２００に電源を提供する。また、前記第１リードフレーム３２１及び第２リードフレーム３２２は、前記発光素子２００から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、前記発光素子２００から発生した熱を外部に排出させる役割を果たすこともできる。
前記発光素子２００は、上述した実施形態に係る発光素子であって、前記パッケージボディー３１０上に設置することができる。前記発光素子２００は、前記第１リードフレーム３２１及び第２リードフレーム３２２とワイヤ３４０によりボンディングされているが、フリップチップ方式で電気的に接続されてもよい。本実施形態において発光素子２００は、パッケージボディー３１０に接着層３３０により固定されている。
モールディング部３５０は、前記発光素子２００を取り囲んで保護することができる。また、モールディング部３５０には蛍光体３６０が含まれて、前記発光素子２００から放出された光の波長を変化させることができる。
実施形態に係る発光素子パッケージ３００の内部に配置された発光素子２００は、第２電極が第２導電型半導体層と接触してコンタクト特性に優れ、一部の領域で透光性導電層と第２電極が接触して、透光性導電層を介して第２導電型半導体層の全面積に正孔が供給され、第１電極が、上述した透光性導電層と重畳せずに貫通ホールの形状に配置されて、活性層の全領域において電子と正孔が結合して発光効率が上昇することができる。
発光素子パッケージ３００は、上述した実施形態に係る発光素子のうち、一つまたは複数搭載することができ、これに限定しない。
実施形態に係る発光素子パッケージは、複数個が基板上にアレイされ、前記発光素子パッケージの光経路上に光学部材である導光板、プリズムシート、拡散シートなどを配置することができる。このような発光素子パッケージ、基板、光学部材は、ライトユニットとして機能することができる。更に他の実施形態は、上述した実施形態に記載された半導体発光素子または発光素子パッケージを含む表示装置、指示装置、照明システムで具現することができ、例えば、照明システムは、ランプ、街灯を含むことができる。以下では、上述した発光素子パッケージが配置された照明システムの一実施形態として、ヘッドランプとバックライトユニットを説明する。
図１０は、発光素子パッケージを含むヘッドランプの一実施形態を示す図である。
実施形態に係るヘッドランプ４００は、発光素子パッケージが配置された発光素子モジュール４０１から放出された光が、リフレクタ４０２とシェード４０３で反射された後、レンズ４０４を透過して車体の前方に向かうことができる。
上述した通り、前記発光素子モジュール４０１に使用される発光素子は、第２電極が第２導電型半導体層と接触してコンタクト特性に優れ、一部の領域で透光性導電層と第２電極が接触して、透光性導電層を介して第２導電型半導体層の全面積に正孔が供給され、第１電極が、上述した透光性導電層と重畳せずに貫通ホールの形状に配置されて、活性層の全領域において電子と正孔が結合して発光効率が上昇することができる。
図１１は、発光素子パッケージを含む映像表示装置の一実施形態を示す図である。
図示のように、本実施形態に係る映像表示装置５００は、光源モジュールと、ボトムカバー５１０上の反射板５２０と、前記反射板５２０の前方に配置され、前記光源モジュールから放出される光を映像表示装置の前方にガイドする導光板５４０と、前記導光板５４０の前方に配置される第１プリズムシート５５０及び第２プリズムシート５６０と、前記第２プリズムシート５６０の前方に配置されるパネル５７０と、前記パネル５７０の前方に配置されるカラーフィルタ５８０とを含んでなる。
光源モジュールは、回路基板５３０上の発光素子パッケージ５３５を含んでなる。ここで、回路基板５３０は、ＰＣＢなどを使用することができ、発光素子パッケージ５３５は、図１で説明した通りである。
ボトムカバー５１０は、映像表示装置５００内の構成要素を収納することができる。反射板５２０は、本図面のように、別途の構成要素として設けてもよく、導光板５４０の後面や、前記ボトムカバー５１０の前面に反射度の高い物質でコーティングする形態で設けることも可能である。
反射板５２０は、反射率が高く、超薄型で使用可能な素材を使用することができ、ポリエチレンテレフタレート（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ；ＰＥＴ）を使用することができる。
導光板５４０は、発光素子パッケージモジュールから放出される光を散乱させて、その光が液晶表示装置の画面の全領域にわたって均一に分布されるようにする。したがって、導光板５３０は、屈折率と透過率の良い材料からなり、ポリメチルメタクリレート（ＰｏｌｙＭｅｔｈｙｌＭｅｔｈＡｃｒｙｌａｔｅ；ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰｏｌｙＣａｒｂｏｎａｔｅ；ＰＣ）、またはポリエチレン（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ；ＰＥ）などで形成することができる。また、導光板５４０を省略すると、エアーガイド方式の表示装置を具現することができる。
前記第１プリズムシート５５０は、支持フィルムの一面に、透光性且つ弾性を有する重合体材料で形成され、前記重合体は、複数の立体構造が反復して形成されたプリズム層を有することができる。ここで、複数のパターンは、図示のように、山と谷が反復形成されたストライプ状に備えることができる。
前記第２プリズムシート５６０において、支持フィルムの一面の山と谷の方向は、前記第１プリズムシート５５０内の支持フィルムの一面の山と谷の方向と垂直をなすことができる。これは、光源モジュールと反射シートから伝達された光を前記パネル５７０の全方向に均一に分散させるためである。
本実施形態において、前記第１プリズムシート５５０と第２プリズムシート５６０とが光学シートをなすが、前記光学シートは、他の組み合わせ、例えば、マイクロレンズアレイからなったり、または、拡散シートとマイクロレンズアレイとの組み合わせ、または、一つのプリズムシートとマイクロレンズアレイの組み合わせなど、からなることができる。
前記パネル５７０は、液晶表示パネル（Ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ）が配置されることができるが、液晶表示パネル５６０の他に、光源を必要とする他の種類のディスプレー装置を備えることができる。
前記パネル５７０は、ガラスボディーの間に液晶が位置し、光の偏光性を用いるために偏光板を両ガラスボディーに載せた状態となっている。ここで、液晶は、液体と固体の中間的な特性を有するが、液体のように流動性を有する有機分子である液晶が結晶のように規則的に配列された状態を有するものであって、前記分子配列が外部電界によって変化する性質を用いて画像を表示する。
表示装置に使用される液晶表示パネルは、アクティブマトリックス（Ａｃｔｉｖｅ Ｍａｔｒｉｘ）方式であって、各画素に供給される電圧を調節するスイッチとしてトランジスタを使用する。
前記パネル５７０の前面にはカラーフィルタ５８０が備えられ、前記パネル５７０から投射された光を、それぞれの画素毎に赤色と緑色及び青色の光のみを透過するので、画像を表現することができる。
本実施形態に係る映像表示装置に配置された発光素子は、第２電極が第２導電型半導体層と接触してコンタクト特性に優れ、一部の領域で透光性導電層と第２電極が接触して、透光性導電層を介して第２導電型半導体層の全面積に正孔が供給され、第１電極が、上述した透光性導電層と重畳せずに貫通ホールの形状に配置されて、活性層の全領域において電子と正孔が結合して発光効率が上昇することができる。
以上では、本発明の実施形態を中心に説明したが、これは単なる例示で、本発明を限定するものではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の実施形態の本質的な特性を逸脱しない範囲で、以上に例示していない様々な変形及び応用が可能であるということが理解できるだろう。例えば、実施形態に具体的に示された各構成要素を変形して実施することができる。そして、このような変形及び応用に関する差異点は、添付の特許請求の範囲で規定する本発明の技術的範囲に含まれるものとして解釈すべきである。

Claims (48)

  1. 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発光構造物と、
    前記第２導電型半導体層上に配置され、前記第２導電型半導体層が露出される複数のオープン領域を備える透光性導電層と、
    前記第１導電型半導体層と連結される第１電極と、
    前記透光性導電層上に前記オープン領域を少なくとも一つ以上通るように延びて配置される第２電極と、を含み、
    前記第２電極は、前記オープン領域で前記第２導電型半導体層と接触し、前記オープン領域以外の領域で前記透光性導電層と接触する、発光素子。
  2. 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発光構造物と、
    前記第２導電型半導体層上に配置され、前記第２導電型半導体層が露出される複数のオープン領域を備える透光性導電層と、
    前記透光性導電層上に配置され、第１導電型半導体層と複数の領域でポイントコンタクトする第１電極と、
    前記透光性導電層上に配置され、前記オープン領域以外の領域で前記透光性導電層とポイントコンタクトする第２電極と、を含む、発光素子。
  3. 前記第２電極と前記透光性導電層とはオーミック接触（ｏｈｍｉｃ ｃｏｎｔａｃｔ）で連結され、前記第２電極と前記第２導電型半導体層とはショットキー接触（ｓｃｈｏｔｔｋｙ ｃｏｎｔａｃｔ）で連結される、請求項１又は２に記載の発光素子。
  4. 前記複数のオープン領域は、少なくとも一部が前記第１電極の少なくとも一部を挟んで配置される、請求項１又は２に記載の発光素子。
  5. 前記複数のオープン領域は、少なくとも一部が一定の間隔で配置される、請求項１又は２に記載の発光素子。
  6. 前記透光性導電層上に配置される透光性絶縁層をさらに含み、前記第１電極の一部は、前記透光性絶縁層から前記透光性導電層と前記第２導電型半導体層と前記活性層を貫通して、前記第１導電型半導体層に電気的に接続される、請求項１又は２に記載の発光素子。
  7. 前記透光性導電層のオープン領域上で前記透光性絶縁層がオープンされて配置される、請求項６に記載の発光素子。
  8. 前記第１導電型半導体層はｎ型半導体層であり、前記第２導電型半導体層はｐ型半導体層である、請求項１又は２に記載の発光素子。
  9. 前記第２電極は、第２電極パッドと、前記第２電極パッドから分岐した少なくとも２個の第２枝電極とを含む、請求項１又は２に記載の発光素子。
  10. 前記２個の第２枝電極は、互いに対向して配置される、請求項９に記載の発光素子。
  11. 前記２個の第２枝電極の少なくとも一部は、前記第１電極の少なくとも一部を挟んで配置される、請求項９に記載の発光素子。
  12. 前記オープン領域において、前記第２枝電極と前記第２導電型半導体層との間に前記透光性導電層が連結される領域が少なくとも一つ配置される、請求項１０に記載の発光素子。
  13. 前記第２枝電極と前記第２導電型半導体層との間に前記透光性導電層が連結される領域は、前記一つの第２枝電極毎に少なくとも２つ配置される、請求項１２に記載の発光素子。
  14. 前記第２導電型半導体層と接触する第２枝電極の面積は、前記透光性導電層と連結される前記第２枝電極の面積よりも広い、請求項１２に記載の発光素子。
  15. 前記透光性導電層が連結される領域での前記第２枝電極の高さは、前記第２導電型半導体層と接触する領域での前記第２枝電極の高さよりも高い、請求項１２に記載の発光素子。
  16. 前記オープン領域において、前記第２枝電極と前記第２導電型半導体層との間に前記透光性導電層が連結される領域は、前記２個の枝電極において互いに対応して配置される、請求項１５に記載の発光素子。
  17. 前記第１電極は、第１電極パッドと、前記第１電極パッドから分岐し、前記２個の第２枝電極の間に配置される第１枝電極とを含む、請求項１６に記載の発光素子。
  18. 前記第１枝電極は、前記透光性絶縁層上に配置される、請求項１７に記載の発光素子。
  19. 前記第１電極は、前記第１導電型半導体層と電気的に接触する貫通電極を少なくとも一つ含み、前記貫通電極は、前記透光性絶縁層と前記透光性導電層と前記第２導電型半導体層及び前記活性層を貫通して形成される、請求項１７に記載の発光素子。
  20. 前記貫通電極は、少なくとも２個配置される、請求項１９に記載の発光素子。
  21. 前記オープン領域において、前記第２枝電極と前記第２導電型半導体層との間に前記透光性導電層が連結される領域は、前記貫通電極と重畳しない、請求項１９に記載の発光素子。
  22. 前記透光性絶縁層は、前記透光性導電層から第２導電型半導体層及び前記活性層において前記貫通電極の周縁に配置される、請求項１９に記載の発光素子。
  23. 前記第２導電型半導体層上に配置されるオープン領域の幅は、３〜５μｍである、請求項１又は２に記載の発光素子。
  24. 前記第２枝電極の幅は、２〜４μｍである、請求項９に記載の発光素子。
  25. 前記透光性絶縁層は、ＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４を含む、請求項６に記載の発光素子。
  26. 前記第２電極パッドの最高点の高さは、前記透光性絶縁層の表面よりも高く配置される、請求項９に記載の発光素子。
  27. 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発光構造物と、
    前記発光構造物上に配置され、前記発光構造物をオープンする第１オープン部及び橋梁部を含む第１パターンを備える透光性導電層と、
    前記第１パターンの内部と対応する領域上に配置され、前記橋梁部と接触して延びる第２電極と、
    前記透光性導電層を覆いながら、前記透光性導電層と第２導電型半導体層と活性層を貫通して前記第１導電型半導体層をオープンする第２オープン部を含む第２パターンを備える透光性絶縁層と、
    前記第２オープン部を介して前記第１導電型半導体層と接触しながら、前記透光性絶縁層上に延びるように配置される第１電極と、を含む、発光素子。
  28. 前記第２電極と前記橋梁部とはオーミック接触（ｏｈｍｉｃ ｃｏｎｔａｃｔ）で連結され、前記第２電極と前記第２導電型半導体層とはショットキー接触（ｓｃｈｏｔｔｋｙ ｃｏｎｔａｃｔ）で連結される、請求項２７に記載の発光素子。
  29. 前記第１パターンは、少なくとも一部が前記第１電極の少なくとも一部を挟んで対称に配置される、請求項２７に記載の発光素子。
  30. 前記橋梁部は、複数配置され、前記複数の橋梁部は、少なくとも一部が一定の間隔で配置される、請求項２７に記載の発光素子。
  31. 前記第１導電型半導体層はｎ型半導体層であり、前記第２導電型半導体層はｐ型半導体層である、請求項２７に記載の発光素子。
  32. 前記第２電極は、第２電極パッドと、前記第２電極パッドから分岐した少なくとも２個の第２枝電極とを含む、請求項２７に記載の発光素子。
  33. 前記２個の第２枝電極は、互いに対向して配置される、請求項３２に記載の発光素子。
  34. 前記２個の第２枝電極の少なくとも一部は、前記第１電極の少なくとも一部を挟んで配置される、請求項３２に記載の発光素子。
  35. 前記第１パターン上で、前記第２枝電極と前記第２導電型半導体層との間に前記橋梁部が連結される領域が少なくとも一つ配置される、請求項３２に記載の発光素子。
  36. 前記第２枝電極と前記第２導電型半導体層との間に前記橋梁部が連結される領域は、前記一つの第２枝電極毎に少なくとも２つ配置される、請求項３５に記載の発光素子。
  37. 前記第２導電型半導体層と接触する第２枝電極の面積は、前記橋梁部と連結される前記第２枝電極の面積よりも広い、請求項３５に記載の発光素子。
  38. 前記橋梁部と連結される領域での前記第２枝電極の高さは、前記第２導電型半導体層と接触する領域での前記第２枝電極の高さよりも高い、請求項３５に記載の発光素子。
  39. 前記第１オープン部上で、前記第２枝電極と前記第２導電型半導体層との間に前記橋梁部が連結される領域は、前記２個の枝電極において互いに対応して配置される、請求項３８に記載の発光素子。
  40. 前記第１電極は、第１電極パッドと、前記第１電極パッドから分岐し、前記２個の第２枝電極の間に配置される第１枝電極とを含む、請求項３９に記載の発光素子。
  41. 前記第１枝電極は、前記透光性絶縁層上に配置される、請求項４０に記載の発光素子。
  42. 前記第１電極は、前記第１導電型半導体層と電気的に接触する貫通電極を少なくとも一つ含み、前記貫通電極は、前記透光性絶縁層と前記透光性導電層と前記第２導電型半導体層及び前記活性層を貫通して形成される、請求項４０に記載の発光素子。
  43. 前記貫通電極は、少なくとも２個配置される、請求項４２に記載の発光素子。
  44. 前記オープン領域において、前記第２枝電極と前記第２導電型半導体層との間に前記橋梁部が連結される領域は、前記貫通電極と重畳しない、請求項４２に記載の発光素子。
  45. 前記透光性絶縁層は、前記透光性導電層から第２導電型半導体層及び前記活性層において前記貫通電極の周縁に配置される、請求項４２に記載の発光素子。
  46. 前記第２導電型半導体層上に配置される第１オープン部の幅は、３〜５μｍである、請求項２７に記載の発光素子。
  47. 前記第２枝電極の幅は、２〜４μｍである、請求項３２に記載の発光素子。
  48. 前記透光性絶縁層は、ＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４を含む、請求項２７に記載の発光素子。
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