JP2013229598A - 発光素子及び発光素子パッケージ - Google Patents
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Abstract
【課題】 製品歩留まりを向上させることができる発光素子及び発光素子パッケージを提供する。
【解決手段】 一実施形態に係る発光素子は、第１導電型半導体層と、第１導電型半導体層の上に配置される活性層と、活性層の上に配置される第２導電型半導体層と、活性層と第２導電型半導体層との間に配置される第３半導体層と、第２導電型半導体層の上に配置される光抽出構造とを含む。第３半導体層の上面はＧａ−ｆａｃｅ面を有する。
【選択図】 図１
【解決手段】 一実施形態に係る発光素子は、第１導電型半導体層と、第１導電型半導体層の上に配置される活性層と、活性層の上に配置される第２導電型半導体層と、活性層と第２導電型半導体層との間に配置される第３半導体層と、第２導電型半導体層の上に配置される光抽出構造とを含む。第３半導体層の上面はＧａ−ｆａｃｅ面を有する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、発光素子に関する。
本発明は、発光素子パッケージに関する。
発光素子及び発光素子を具備した発光素子パッケージに対する研究が活発に進められている。
発光素子は、例えば半導体物質で形成され電気エネルギーを光に変換する半導体発光ダイオードである。
発光素子は、蛍光灯及び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、及び、環境親和性といった長所を有する。したがって、既存の光源を半導体発光素子に取り替えるための多くの研究が進められている。
発光素子は、室内外で使われる各種ランプ、液晶表示装置、電光板、及び、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、製品歩留まりを向上させることができる発光素子及び発光素子パッケージを提供する。
本発明の実施形態によれば、発光素子は、第１導電型半導体層、上記第１導電型半導体層の上に配置される活性層、上記活性層の上に配置される第２導電型半導体層、上記活性層と上記第２導電型半導体層との間に配置される第３半導体層、及び上記第２導電型半導体層の上に配置される光抽出構造を含み、上記第３半導体層の上面はＧａ−ｆａｃｅ面を有する。
本発明の実施形態によれば、発光素子は、支持基板、上記支持基板の上に配置される電極層、上記電極層の上に配置される第１導電型半導体層、上記第１導電型半導体層の上に配置される活性層、上記活性層の上に配置される第３半導体層、上記第３半導体層に接する上記第２導電型半導体層、上記第２導電型半導体層の上に配置される光抽出構造、及び上記電極層と上記第１導電型半導体層との間の周り領域に配置される保護層を含み、上記第３半導体層の上面はＧａ−ｆａｃｅ面を有し、上記第２導電型半導体層の上面はＮ−ｆａｃｅ面を有する。
本発明の実施形態によれば、発光素子パッケージは、胴体、上記胴体の上に配置される発光素子、及び上記発光素子を囲むモールディング部材を含み、上記発光素子は、第１導電型半導体層、上記第１導電型半導体層の上に配置される活性層、上記活性層の上に配置される第２導電型半導体層、上記活性層と上記第２導電型半導体層との間に配置される第３半導体層、及び上記第２導電型半導体層の上に配置される光抽出構造を含み、上記第３半導体層の上面はＧａ−ｆａｃｅ面を有する。
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）”に形成されるという記載は、直接（directly）または他の層を介して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。
以下、添付した図面を参照して実施形態を説明すると、次の通りである。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ものではない。
図１は、本発明の第１実施形態に従う発光素子を示す断面図である。
図１を参照すると、第１実施形態に従う発光素子１０は、支持基板１１、電極層１７、第１保護層２３、発光構造物３０、及び電極４０を含むことができる。
第１実施形態に従う発光素子１０は、上記支持基板１１と上記電極層１７との間に配置された接合層１３をさらに含むことができるが、これに対して限定するものではない。
第１実施形態に従う発光素子１０は、上記電極層１７と上記発光構造物３０との間に配置された電流遮断層（ＣＢＬ：Current Blocking Layer）２１をさらに含むことができるが、これに対して限定するものではない。
第１実施形態に従う発光素子１０は、上記発光構造物３０を囲む第２保護層４３をさらに含むことができるが、これに対して限定するものではない。
上記支持基板１１は、その上に形成される複数の層を支持するだけでなく、上記接合層１３及び上記電極層１７と共に電極としての機能を有することができる。上記支持基板１１は、上記電極４０と共に上記発光構造物３０に電源を供給することができる。
上記支持基板１１は、金属物質または半導体物質で形成できる。上記支持基板１１は電気伝導性と熱伝導性の高い物質で形成できる。
上記金属物質には、例えば、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）、銅合金（Cu Alloy）、モリブデン（Ｍｏ）、及び銅−タングステン（Ｃｕ−Ｗ）からなるグループから選択された少なくとも１つが使用できるが、これに対して限定するものではない。上記半導体物質には、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＺｎＯ、ＳｉＧｅ、及びＳｉＣからなるグループから選択された少なくとも１つが使用できるが、これに対して限定するものではない。
上記支持基板１１は、上記発光構造物３０の下にメッキまたは／及び蒸着されるか、シート（sheet）形態に付着されることができ、これに対して限定するものではない。
上記支持基板１１の上には上記接合層１３が形成できる。上記接合層１３はボンディング層であって、上記電極層１７と上記支持基板１１との間に形成される。上記接合層１３は、電極層１７と上記支持基板１１との間の接着力を強化させてあげる媒介体の役割をすることができる。
上記接合層１３は、バリア金属またはボンディング金属などを含むことができる。上記接合層１３は、接合性と熱伝導性の高い金属物質で形成できる。上記接合層１３は、例えば、Ｔｉ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ａｇ、及びＴａからなるグループから選択された少なくとも１つを含むことができる。
上記接合層１３の上には図示していないバリア層が形成できる。上記バリア層は、その下部に形成された上記接合層１３と上記支持基板１１に含まれた物質がその上部に形成された電極層１７や発光構造物３０に広がって発光素子１０の特性の低下を防止することができる。
上記バリア層は、上記電極層１７の下面と接するように形成できる。
上記電極層１７が上記第１保護層２３と同一層に形成され、上記電極層１７の下面と上記第１保護層２３の下面とが同一ラインの上に位置する場合、上記バリア層は上記電極層１７の下面及び上記第１保護層２３の下面に接するように形成できる。
もし、上記バリア層が形成されない場合、上記接合層１３は上記第１保護層２３の下面及び上記電極層１７の下面と接するように形成できる。
上記バリア層は、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｗ、Ｖ、Ｆｅ、及びＭｏからなるグループから選択された単一層またはこれらの２つ以上の積層を含むことができる。
上記接合層１３または上記バリア層の上に上記電極層１７が形成できる。
上記電極層１７は上記発光構造物３０から入射される光を反射させてあげて、光抽出効率を改善させることができる。
上記電極層１７は上記発光構造物３０とオーミックコンタクトされて、電流が発光構造物に流れるようにすることができる。
上記電極層１７は、上記接合層１３の上面に接触して形成された反射層と上記反射層の上面と上記発光構造物３０の下面との間に形成されたオーミックコンタクト層を含むことができる。
上記電極層１７は、上記反射物質とオーミックコンタクト物質とが混合された単一層に形成できる。
上記反射物質には、例えば、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、及びＨｆからなるグループから選択された少なくとも１つまたは２つ以上の合金が使われるが、これに対して限定するものではない。上記オーミックコンタクト物質には、伝導性物質と金属物質を選択的に使用することができる。即ち、上記オーミックコンタクト物質には、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、Ａｇ、Ｎｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ、及びＮｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ／ＩＴＯからなるグループから選択された少なくとも１つが使用できる。
上記電極層１７は、例えば、ＩＺＯ／Ｎｉ、ＡＺＯ／Ａｇ、ＩＺＯ／Ａｇ／Ｎｉ、及びＡＺＯ／Ａｇ／Ｎｉのうち、いずれか１つを含む多層に構成できる。
上記電極層１７は、少なくとも上記発光構造物３０とオーミックコンタクトできる。したがって、上記電極層１７とオーミックコンタクトされる上記発光構造物３０に円滑に電流が供給されて発光効率が向上できる。
上記電極層１７は、発光構造物３０、電流遮断層２１、及び上記第１保護層２３の下面に重畳されるように形成できる。上記発光構造物３０からの光を全て反射させるために上記電極層１７は少なくとも上記発光構造物３０、特に活性層２７より大きい面積を有することができる。
上記支持基板１１、上記接合層１３、及び上記電極層１７は、電極としての機能を有することができる。上記支持基板１１、上記接合層１３、及び上記電極層１７を含む電極と、電極４０を通じて電源が発光構造物３０に供給されて上記発光構造物３０から光が生成できる。
上記電極層１７の上には電流遮断層２１が形成できる。電流遮断層２１は上記発光構造物３０の下面と接するように形成できる。上記電流遮断層２１は少なくとも上記電極４０の一部と垂直方向に重畳されるように形成できる。
上記電流遮断層２１は、上記発光構造物３０とショットキーコンタクト（Schottky contact）できる。これによって、上記電流遮断層２１とショットキーコンタクトされる上記発光構造物３０に電流が円滑に供給されないようになる。
上記電流遮断層２１は、互いに離隔した多数のパターンまたは突起で形成されることもできるが、これに対して限定するものではない。
上記支持基板１１と上記電極４０との間の最短経路に沿って電流が集中的に流れるようになる。このような電流集中を防止するために、上記電極４０と一部が空間的に重畳みされる上記電流遮断層２１が形成できる。電流が上記電流遮断層２１を通じて完全に流れなかったり、上記電流遮断層２１を通じて相対的に小さく流れることができる。これに反して、電流は上記第１導電型半導体層２５と接触する上記電極層１７を通じては円滑に流れるので、電流が上記発光構造物３０の全領域に均一に流れるようになって発光効率が向上できる。
上記電流遮断層２１は、上記電極層１７より小さな電気伝導性を有するか、上記電極層１７より大きい電気絶縁性を有するか、上記発光構造物３０とショットキー接触を形成する材質を用いて形成できる。上記電流遮断層２１は、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＺＴＯ、ＩＡＺＯ、ＩＧＺＯ、ＩＧＴＯ、ＡＺＯ、ＡＴＯ、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯｘ、Ｔｉ、Ａｌ、及びＣｒからなるグループから選択された少なくとも１つを含むことができる。ここで、上記ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３は絶縁物質でありうる。
一方、上記電流遮断層２１は上記電極層１７と上記発光構造物３０との間に形成できるが、これに対して限定するものではない。
上記電流遮断層２１は、上記電極層１７に形成された溝の内部に形成されるか、上記電極層１７の上に突出して形成されるか、上記電極層１７の上面と下面を貫通するホールの内部に形成できるが、これに対して限定するものではない。
上記電極層１７の上に第１保護層２３が形成できる。例えば、上記電極層１７のエッジ領域の周りに沿って上記第１保護層２３が形成できる。即ち、上記第１保護層２３は上記発光構造物３０と上記電極層１７との間の周り領域に形成できる。具体的に、上記第１保護層２３の一部は上記電極層１７及び上記発光構造物３０の間で垂直方向に互いに重畳されるように形成できる。例えば、上記第１保護層２３の上面の一部領域は第１導電型半導体層２５と接触し、上記第１保護層２３の内側面及び下面は上記電極層１７と接触できるが、これに対して限定するものではない。
上記第１保護層２３は外部の異質物による上記電極層１７の側面と上記発光構造物３０の側面との間の電気的なショートを防止することができる。
上記第１保護層２３が上記発光構造物３０と接触する面積を確保してくれることによって、複数個のチップを個別チップ単位で分離するレーザースクライビング（Laser Scribing）工程と、基板を除去するレーザーリフトオフ（ＬＬＯ）工程の時、上記第１保護層２３は上記発光構造物３０が上記電極層１７から剥離されることを効果的に防止することができる。
チップ分離工程時、発光構造物が過エッチング（over-etching）される場合、電極層が露出できる。このような場合、側領域で異質物などにより電極層と発光構造物の活性層との間の電気的なショートが発生することがある。
第１実施形態の第１保護層２３は、チップ分離工程時、発光構造物３０の過エッチング（over-etching）により上記電極層１７が露出されることを防止することができる。
上記第１保護層２３は絶縁物質、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３からなるグループから選択された少なくとも１つを含むことができる。また、上記第１保護層２３は金属物質で形成されることもできるが、これに対して限定するものではない。
上記第１保護層２３は上記電流遮断層２１と同一物質で形成されることもでき、異なる物質で形成されることもできるが、これに対して限定するものではない。例えば、第１保護層２３と上記電流遮断層２１は上記絶縁物質で形成できる。
上記第１保護層２３が上記電流遮断層２１と同一物質で形成される場合、同一工程により上記第１保護層２３と上記電流遮断層２１とが同時に形成できる。このような場合、上記第１保護層２３と上記電流遮断層２１は同一な厚さを有することができるが、これに対して限定するものではない。
上記第１保護層２３が上記電流遮断層２１と相異する物質で形成される場合、上記第１保護層２３と上記電流遮断層２１は個別的な工程により個別的に形成できる。このような場合、上記第１保護層２３と上記電流遮断層２１とは互いに相異する厚さを有することができる。例えば、上記電流遮断層２１は絶縁物質で形成され、上記第１保護層２３は金属物質で形成できるが、これに対して限定するものではない。上記電流遮断層２１は、上記第１保護層２３より小さな厚さを有することができるが、これに対して限定するものではない。
上記発光構造物３０が上記電極層１７、上記第１保護層２３、及び上記電流遮断層２１の上に形成できる。
上記発光構造物３０の側面は複数個のチップを個別チップ単位で区分するエッチングにより垂直または傾斜するように形成できる。例えば、上記発光構造物３０の側面はアイソレーションエッチング（isolation etching）により形成できる。
上記発光構造物３０は、ＩＩ−ＶＩ族またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料を含むことができる。
上記発光構造物３０は、第１導電型半導体層２５、活性層２７、第３半導体層２０、及び第２導電型半導体層３１を含むことができるが、これに対して限定するものではない。
第１実施形態では上記第３半導体層２０が上記発光構造物３０に含まれるものと説明されているが、これに対して限定するものではない。例えば、上記第３半導体層２０は上記発光構造物３０に含まれないこともある。
上記発光構造物３０は、上記活性層２７と上記第３半導体層２０との間に形成された第４導電型半導体層２９をさらに含むことができるが、これに対して限定するものではない。
上記第４導電型半導体層２９は、上記活性層２７と上記第３半導体層２０との間に形成されることもあり、形成されないこともある。
上記第１導電型半導体層２５は、上記電極層１７、上記第１保護層２３、及び上記電流遮断層２１の上に形成できる。上記第１導電型半導体層２５は、ｐ型ドーパントを含むｐ型半導体層でありうる。上記第１半導体層２５は、ＩＩ−ＶＩ族またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で形成できる。上記第１導電型半導体層２５は、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、及びＡｌＧａＩｎＰからなるグループから選択された１つを含むことができる。上記ｐ型ドーパントは、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｒ、Ｂａなどでありうる。上記第１導電型半導体層２５は、単層または多層で形成されることができ、これに対して限定するものではない。
上記第１導電型半導体層２５は複数のキャリア、例えば正孔を上記活性層２７に供給してくれる役割をする。
上記活性層２７は上記第１導電型半導体層２５の上に形成され、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）、量子点構造、または量子線構造のうち、いずれか１つを含むことができるが、これに対して限定するものではない。
上記活性層２７は、ＩＩ−ＶＩ族またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料を用いて井戸層と障壁層の周期で形成できる。上記活性層２７に使用するための化合物半導体材料には、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮでありうる。したがって、上記活性層２７は、例えば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの周期、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮの周期、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮの周期などを含むことができるが、これに対して限定するものではない。
上記活性層２７は、上記第１導電型半導体層２５から供給された正孔と上記第２導電型半導体層３１及び第４導電型半導体層２９から供給された電子を再結合（recombination）させて、上記活性層２７の半導体材質により決定されたエネルギーバンドギャップ（energy bandgap）に相応する波長の光を生成することができる。
図示してはいないが、上記活性層２７の上のまたは／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ＡｌＧａＮ系半導体材質で形成できる。例えば、上記第１導電型半導体層２５と上記活性層２７との間にはｐ型ドーパントを含むｐ型クラッド層が形成され、上記活性層２７と上記第４導電型半導体層２９との間にはｎ型ドーパントを含むｎ型クラッド層が形成できる。
上記導電型クラッド層は、上記活性層２７に供給された複数のホールと複数の電子が第１導電型半導体層２５と第４導電型半導体層２９に移動しないようにするガイドの役割をする。したがって、上記導電型クラッド層により上記活性層２７に供給されたホールと電子がよりたくさん再結合して、発光素子１０の発光効率を向上させることができる。
上記第２導電型半導体層３１は、上記活性層２７の上に形成できる。上記第２導電型半導体層３１は、ｎ型ドーパントを含むｎ型半導体層でありうる。上記第２導電型半導体層３１は、ＩＩ−ＶＩ族またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で形成できる。上記第２導電型半導体層３１は、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、及びＡｌＧａＩｎＰからなるグループから選択された１つを含むことができる。上記ｎ型ドーパントは、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅなどでありうる。上記第２導電型半導体層３１は単層または多層で形成されることができ、これに対して限定するものではない。
発光構造物３０の成長時、第２導電型半導体層３１、活性層２７、及び第１導電型半導体層２５の順に成長できる。
上記第２導電型半導体層３１の上面には光抽出効率のために光抽出構造３２が形成できる。上記光抽出構造３２は湿式エッチングにより形成されたランダムなパターンに形成されるか、パターニング工程により形成された光結晶（photonic crystal）構造のように周期的なパターンに形成されることもでき、これに対して限定するものではない。
上記光抽出構造３２は、凹な形状と凸な形状を周期的に有することができる。上記凹な形状と上記凸な形状は、例えばラウンド面を有するか、頂点で合う両側傾斜面を有することができる。
上記第３半導体層２０及び上記第４導電型半導体層２９が形成されていない時、上記光抽出構造３２を形成するために湿式エッチング工程を遂行する場合、過エッチングにより上記第２導電型半導体層３１が全てエッチングされて上記活性層２７が露出できる。このような場合、エッチング工程により万が一活性層２７また部分的にエッチングされて、発光素子としての機能、例えば光生成を全く行うことができないことがある。これはすなわち不良を意味し、このような不良により歩留まりが悪くなることがある。
第１実施形態に従う発光素子では、このような過エッチングによる活性層２７の損傷を防止するために、第３半導体層２０が上記第２導電型半導体層３１と上記活性層２７との間に形成できる。発光構造物３０の成長工程を見ると、第２導電型半導体層３１が成長され、上記第２導電型半導体層３１の上に第３半導体層２０及び第４導電型半導体層２９が順次に成長され、次に、活性層２７及び第１導電型半導体層２５が成長できる。前述したように、上記第４導電型半導体層２９は上記第３半導体層２０の上に形成されることもあり、形成されれないこともある。
上記第３半導体層２０は、上記光抽出構造３２を形成するために上記第２導電型半導体層３１がエッチングされる時、過エッチングにより上記第３半導体層２０の上に配置された上記第２導電型半導体層３１が全て除去されても上記活性層２７はエッチングされないようにする。したがって、上記第３半導体層２０の下に配置された活性層２７が全て完全に保護されることによって、発光素子の不良が防止されて歩留まりが向上できる。
上記第３半導体層２０は、エッチングされる面、即ちエッチング溶液と接触する面がＧａ−ｆａｃｅ面を有することができるが、これに対して限定するものではない。言い換えると、上記第２導電型半導体層３１の背面と接する上記第３半導体層２０の上面はＧａ−ｆａｃｅ面を有することができる。
上記第３半導体層２０は、上記第２導電型半導体層３１及び上記第４導電型半導体層２９のうち、少なくとも１つと同一なＩＩ−Ｖ族またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材質で形成できるが、これに対して限定するものではない。
図３に示すように、Ｎ−ｆａｃｅ面４７を有する半導体層は比較的容易にエッチングされることが分かる。しかしながら、Ｇａ−ｆａｃｅ面４５を有する半導体層はほとんどエッチングされないことが分かる。
Ｇａ物質とＮ物質とが混合されて上方に沿って成長されて化合物半導体層が形成できる。このような化合物半導体層にＩｎ物質またはＡｌ物質がさらに追加されることもできる。
このように成長された化合物半導体層は、底面または上面でエッチングできる。
即ち、化合物半導体層の底面から上方にエッチングできる。このようなエッチングにより露出された化合物半導体層の底面はＮ−ｆａｃｅ面になることができる。
また、化合物半導体層の上面から下方にエッチングできる。このようなエッチングにより露出された化合物半導体層の上面はＧａ−ｆａｃｅ面になることができる。
Ｎ−ｆａｃｅ面及びＧａ−ｆａｃｅ面は熱的安定性と動作電圧特性が相異する。
通常的に、Ｇａ−ｆａｃｅ面がＮ−ｆａｃｅ面に比べて結晶性に優れて、これに起因して熱的安定性また優れる。
併せて、Ｇａ−ｆａｃｅ面はＮ−ｆａｃｅ面に比べて動作電圧特性に優れる。
長時間、例えば１０時間駆動する場合、Ｇａ−ｆａｃｅ面は動作電圧特性が変わらないことに反して、Ｎ−ｆａｃｅ面は動作電圧特性が低下する。
したがって、Ｇａ−ｆａｃｅ面に電気的なコンタクトされる場合、動作電圧特性に優れる発光素子を得ることができる。
第１実施形態に従う発光素子は、このような互いに相異するエッチング状態を考慮して光抽出構造３２の凹凸を形成する第２導電型半導体層３１の上面はＮ−ｆａｃｅ面を有するようにし、第３半導体層２０の上面はＧａ−ｆａｃｅ面を有するようにすることができる。したがって、上記第２導電型半導体層３１はエッチングが容易に進行されて、光抽出構造３２が形成されることができ、上記第３半導体層２０により上記第２導電型半導体層３１が過エッチングされても上記第３半導体層２０の下の上記活性層２７がエッチングから保護できる。上記図４に示すように、上記第２導電型半導体層３１の上面及び上記第４導電型半導体層２９の上面は全てＮ−ｆａｃｅ面を有することに反して、上記第３半導体層２０の上面はＧａ−ｆａｃｅ面を有することができる。
上面がＧａ−ｆａｃｅ面の場合、Ｇａ−Ｎの共有結合構造でＧａが上面に分布できる。
これとは反対に、上面がＮ−ｆａｃｅ面の場合、Ｇａ−Ｎの共有結合構造でＮが上面に分布できる。
したがって、上記第２導電型半導体層３１ではＧａ−Ｎの共有結合構造でＮが上面に分布され、上記第３半導体層２０ではＧａ−Ｎの共有結合構造でＧａが上面に分布され、上記第４導電型半導体層２９ではＮが上面に分布できる。
これから上記第３半導体層２０のＧａ＿Ｎの共有結合構造は、上記第２導電型半導体層３１と上記第４導電型半導体層２９の各々のＧａ−Ｎの共有結合構造と相反した配置構造を有することが分かる。
成長工程時、このような互いに相反した配置構造のＧａ−Ｎの共有結合構造を形成するためにデルタドーピング（delta doping）技法が利用できるが、これに対して限定するものではない。
デルタドーピング技法は、下部半導体層のＧａ−Ｎの共有結合構造と互いに相反した配置構造を有するＧａ−Ｎの共有結合構造の上部半導体層を成長するために、下部半導体層を成長した後、ドーパント、例えばＳｉ、Ｍｇなどを人為的に追加した後、下部半導体層の上に上部半導体層を成長させる。このような場合、上部半導体層は下部半導体層と互いに相反したＧａ−Ｎの共有結合構造を有することができる。
上記第３半導体層２０は２０ｎｍ乃至１μｍの厚さを有することができる。
上記第３半導体層２０の厚さが２０ｎｍ以下の場合、あまり薄くて第３半導体層が均一に形成されず、島（island）のようにまばらに形成できる。
上記第３半導体層２０の厚さが１μｍ以上の場合、発光素子の厚さが厚くなる。
上記第３半導体層２０は上記活性層２７に接触して形成されることもでき、上記活性層２７から離隔して形成されることもできる。上記第３半導体層２０が上記活性層２７から離隔する場合、上記第３半導体層２０と上記活性層２７との間には第４導電型半導体層２９が形成できる。
上記第３半導体層２０が上記活性層２７に接触して形成される場合、上記第３半導体層２０は第２導電型半導体層３１と同様に、ｎ型ドーパントでドーピングされることができ、その上面はＧａ−ｆａｃｅ面を有することができる。このような場合、上記第３半導体層２０は過エッチングにより活性層２７が損傷されることを防止し、電子を生成して活性層２７に提供する導電層としての役割をすることができる。
他の実施形態として、上記第３半導体層２０は上記活性層２７から最小５００ｎｍ乃至最大２μｍまで離隔できる。言い換えると、上記第３半導体層２０は上記活性層２７に接触しなくて形成されることもできる。上記第３半導体層２０が上記活性層２７から２μｍ以上に離隔される場合、光損失が増加できる。言い換えると、上記第４導電型半導体層２９の厚さがあまり厚ければ、光損失が増加するようになる。
上記第３半導体層２０が活性層２７から最小５００ｎｍ以下の場合、即ち第４導電型半導体層２９の厚さが５００ｎｍ以下の場合、上記第４導電型半導体層２９は電子を十分に生成できないので、電子が円滑に活性層２７に供給できなくて光効率が低下する。
上記第４導電型半導体層２９で充分の電子が生成できれば、上記第３半導体層２０はドーパントを含まないか、上記第３半導体層２０のｎ型ドーパントの濃度が上記第４導電型半導体層２９のｎ型ドーパントの濃度より小さいことがあるが、これに対して限定するものではない。
結局、上記活性層２７と上記第３半導体層２０との間の上記第４導電型半導体層２９は５００ｎｍ乃至２μｍの厚さを有することができるが、これに対して限定するものではない。
上記第３半導体層２０が十分に第４導電型半導体層２９の役割をする場合、即ち電子が十分に生成される場合、上記第３半導体層２０と上記活性層２７との間に第４導電型半導体層２９が形成される必要がない。このような場合、上記第３半導体層２０は上記活性層２７に直接接するように形成できる。
上記発光構造物３０の上には電極４０が形成できる。上記電極４０は上記発光構造物３０の全体面積をカバーせず、局部的に形成されたパターン形状を有することができる。
図示してはいないが、上記電極４０はワイヤーがボンディングされる少なくとも１つ以上の電極パッドと、上記電極パッドから少なくとも一側以上に分岐されて上記発光構造物の全領域に均等に電流を供給するための多数の電極ラインを含むことができる。
上記電極ラインは、上記電極パッドと同一な物質で形成されるか、相異する物質で形成できる。
上記電極パッドは、上面視して、四角形、円形、楕円形、多角形を有することができるが、これに対して限定するものではない。
上記電極４０は、電気伝導度に優れる金属物質で形成できるが、これに対して限定するものではない。上記電極４０は光の反射効率に優れる金属物質で形成できるが、これに対して限定するものではない。上記電極４０は電気伝導度と光の反射効率に優れる金属物質で形成できるが、これに対して限定するものではない。
上記電極は、例えばＶ、Ｗ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｇ、及びＰｔからなるグループから選択された少なくとも１つを含む単層または多層構造で形成できる。
一方、上記電極ラインは透光性及び電気伝導性を有する材質、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＺＴＯ、ＩＡＺＯ、ＩＧＺＯ、ＩＧＴＯ、ＡＺＯ、ＡＴＯ、ＺｎＯのうち、少なくとも１つで形成できる。
上記発光構造物３０の上に第２保護層４３が形成できる。例えば、上記発光構造物３０の少なくとも側面上には第２保護層４３が形成できる。具体的には、上記第２保護層４３は一端が上記第２導電型半導体層３１の上面の周り領域に形成され、上記第２導電型半導体層２９の側面、上記活性層２７の側面、及び第１導電型半導体層２５の側面を経由したり横切って他端が上記第１保護層２３の上面の一部領域に形成できるが、これに対して限定するものではない。
上記第２保護層４３は、上記発光構造物３０と支持基板１１との間の電気的ショートを防止する役割をすることができる。上記第２保護層４３は、透明性と絶縁性に優れる材質で形成できる。上記第２保護層４３は、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＯ２、及びＡｌ２Ｏ３からなるグループから選択された１つを含むことができるが、これに対して限定するものではない。
上記第２保護層４３は、上記第１保護層２３及び／または上記電流遮断層２１と同一な物質を含むことができるが、これに対して限定するものではない。
図５乃至図９は、本発明の第１実施形態に従う発光素子の製造工程を示す図である。
図５を参照すると、成長基板５０の上に第２導電型半導体層３１、第３半導体層２０、第４導電型半導体層２９、活性層２７、及び第１導電型半導体層２５が順次に成長されて発光構造物３０が形成できる。上記第２導電型半導体層３１及び上記第４導電型半導体層２９は同一な化合物半導体からなることができるが、これに対して限定するものではない。
上記成長基板５０の上に第２導電型半導体層３１が成長され、上記第２導電型半導体層３１の上に第３半導体層２０、上記第３半導体層２０の上に上記第４導電型半導体層２９が成長され、上記第４導電型半導体層２９の上に活性層２７が成長され、上記活性層２７の上に上記第１導電型半導体層２５が成長できる。上記第３半導体層２０が上記第２導電型半導体層３１のようにキャリア、電子または正孔を十分に生成する場合、上記第４導電型半導体層２９は省略できるが、これに対して限定するものではない。
上記第１導電型半導体層２５はｐ型ドーパントを含み、上記第２導電型半導体層３１及び上記第４導電型半導体層２９はｎ型ドーパントを含むことができるが、これに対して限定するものではない。
上記第３半導体層２０はｎ型ドーパントを含むか、上記第３半導体層２０のｎ型ドーパントの濃度が上記第２導電型半導体層３１または上記第４導電型半導体層２９のｎ型ドーパントの濃度より小さいことがあるが、これに対して限定するものではない。
上記第２導電型半導体層３１の下面と上記第４導電型半導体層２９の下面はＮ−ｆａｃｅ面を有し、上記第３半導体層２０の下面はＧａ−ｆａｃｅ面を有することができる。
上記第２導電型半導体層３１の上に上記第３半導体層２０を形成する時、デルタドーピング工程が遂行され、上記第３半導体層２０の上に上記第４導電型半導体層２９を形成する時、デルタドーピング工程が遂行できる。上記デルタドーピング工程により第２導電型半導体層３１と上記第３半導体層との間、または上記第３半導体層と上記第４導電型半導体層との間のＧａ−Ｎの共有結合構造が互いに相反するように配置できるが、これに対して限定するものではない。
上記成長基板５０は上記発光構造物３０を成長させるための基板であって、半導体物質成長に適合した物質、即ちキャリアウエハーで形成できる。また、上記成長基板５０は上記発光構造物３０と格子定数が類似しており、熱的安定性を有する材質で形成されることができ、伝導性基板または絶縁性基板でありうる。
上記成長基板５０は、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＰ、ＩｎＰ、Ｇｅのうち、少なくとも１つで形成されることができ、これに対して限定するものではない。
上記発光構造物は、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ものではない。
上記発光構造物３０及び上記成長基板５０の間には両方の間の格子定数の差を緩和するためにバッファ層（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３１及び上記第４導電型半導体層２９は、上記成長基板５０の上に形成できる。上記第２導電型半導体層３１及び上記第４導電型半導体層２９はｎ型ドーパントを含むｎ型半導体層でありうる。
上記第２導電型半導体層３１及び上記第４導電型半導体層２９の上に上記第３半導体層２０が形成できる。
上記第３半導体層２０は、第２導電型半導体層３１及び上記第４導電型半導体層２９と同一なＩＩ−ＶＩ族またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材質で形成できるが、これに対して限定するものではない。上記第３半導体層２０はドーパントを含むこともでき、ドーパントを含まないこともできる。または、上記第３半導体層２０のｎ型ドーパントの濃度は、上記第２導電型半導体層３１または上記第４導電型半導体層２９のｎ型ドーパントの濃度より小さいことがある。
上記第３半導体層２０は２０ｎｍ乃至１μｍの厚さを有することができるが、これに対して限定するものではない。
上記第３半導体層２０と上記活性層２７との間の第４導電型半導体層２９は０μｍ乃至２μｍの厚さを有することができるが、これに対して限定するものではない。
上記第３半導体層２０は上記活性層２７と接するように形成されることもでき、第４導電型半導体層２９を挟んで上記活性層２７から離隔して形成できる。
上記活性層２７は、上記第４導電型半導体層２９の上に形成され、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）、量子点構造、または量子線構造のうち、いずれか１つを含むことができるが、これに対して限定するものではない。
上記活性層２７は、上記第１導電型半導体層２５から供給された正孔と上記第４導電型半導体層２９から供給された電子を再結合（recombination）させて、上記活性層２７の半導体材質により決定されたバンドギャップに相応する波長の光を生成することができる。
上記第１導電型半導体層２５は、上記活性層２７の上に形成できる。上記第１導電型半導体層２５はｐ型ドーパントを含むｐ型半導体層でありうる。
図６を参照すると、上記第１導電型半導体層２５の上に電流遮断層２１と第１保護層２３が形成できる。
上記電流遮断層２１は、後に形成される電極４０と少なくとも一部が空間的に重畳されるように形成できる。
上記電流遮断層２１は、上記電極層１７を通じて上記第１導電型半導体層２５に供給される電流を遮断させたり電流の量を減らしてくれる役割をすることができる。
したがって、電流が上記電流遮断層２１を通じて完全に流れなかったり上記電流遮断層２１を通じて相対的に小さく流れることがある。これに反して、電流は上記第１導電型半導体層２５と接触する上記電極層１７を通じては完全に流れるので、電流が上記発光構造物３０の全領域に均一に流れるようになって発光効率が向上できる。
もし、上記電極４０が多数個に形成される場合、上記電流遮断層２１また上記電極４０の各々に対応するように多数個に形成できる。
上記第１保護層２３は、上記第１導電型半導体層２５の上に形成できる。例えば、上記第１保護層２３は、上記第１導電型半導体層２５の周り領域の上に形成できるが、これに限定するものではない。
図７を参照すると、上記電流遮断層２１、上記第１保護層２３、及び上記第１導電型半導体層２５の上に電極層１７、接合層１３、及び支持基板１１が形成できる。
上記電極層１７は、上記第１導電型半導体層２５の上に順次に積層されたオーミックコンタクト層及び反射層を含むことができる。
上記電極層１７は、上記第１導電型半導体層２５の上にオーミックコンタクト物質と反射物質とが混合された単一層を含むことができる。
上記接合層１３は、上記支持基板１１と上記電極層１７との間の接着力を強化するために形成できる。
上記支持基板１１は、その上に形成される複数の層を支持するだけでなく、電極としての機能を有することができる。上記支持基板１１は、上記電極４０と共に上記発光構造物３０に電源を供給することができる。
上記支持基板１１は、例えば、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）、及び銅−タングステン（Ｃｕ−Ｗ）のうち、少なくとも１つを含むことができる。
上記支持基板１１は、上記発光構造物３０の上にメッキまたは／及び蒸着されるか、シート（sheet）形態に付着されることができ、これに対して限定するものではない。
図８を参照すると、上記成長基板５０を１８０゜覆った後、上記成長基板５０が除去できる。
上記成長基板５０は、レーザーリフトオフ（ＬＬＯ；Laser Lift Off）、化学的エッチング（ＣＬＯ；Chemical Lift Off）、または物理的な研磨方法などにより除去されることができ、これに対して限定するものではない。
上記レーザーリフトオフ（ＬＬＯ）方法により上記成長基板５０を除去する場合、上記成長基板５０と上記第２導電型半導体層３１との間の界面にレーザーを集中的に照射して上記成長基板５０が上記第２導電型半導体層３１から分離されるようにすることができる。
上記化学的エッチング方法により上記成長基板５０を除去する場合、湿式エッチングを用いて上記第２導電型半導体層３１が露出されるように上記成長基板５０を除去することができる。
上記物理的な研磨方法用いて上記成長基板５０を除去する場合、物理的に上記成長基板５０を直接研磨して上記第２導電型半導体層３１が露出されるように上記成長基板５０の上面から順次に除去することができる。
次に、上記発光構造物３０の側面、上記第３半導体層２９の側面、及び上記第１保護層２３の側面が傾斜するように露出されるようにメサエッチングが遂行できる。このようなメサエッチングにより上記グルーブ（groove）の外郭領域に形成されている上記第１導電型半導体層２５、上記活性層２７、及び上記第２導電型半導体層２９、３１が除去できる。
上記第１保護層２３はストッパー（stopper）としての役割をするので、メサエッチングにより上記グルーブの外郭領域にある上記第１導電型半導体層２５、上記活性層２７、及び上記第２導電型半導体層２９、３１の一部領域が除去されるが、上記第１保護層２３の下にある電極層１７、接合層１３、及び支持基板１１は除去できなくなる。
図９を参照すると、少なくとも上記発光構造物３０の上に第２保護層４３が形成できる。
即ち、上記第２保護層４３は、上記発光構造物３０、具体的に上記第２導電型半導体層３１の上面の周り領域から上記第４導電型半導体層２９の側面、上記活性層２７の側面、上記第１導電型半導体層２５の側面を経由して上記第１保護層の上面の一部領域まで形成できる。
上記第２保護層４３は、上記発光構造物３０と支持基板１１との間の電気的ショートを防止する役割をすることができる。上記第２保護層４３は透明性と絶縁性に優れる材質で形成できる。上記第２保護層４３は、上記第１保護層２３と上記電流遮断層２１と同一な物質を含むことができる。
上記第２保護層４３をマスクにしてエッチング工程を遂行して、上記第２保護層４３により露出された上記第２導電型半導体層３１の上面に光抽出構造３２が形成できる。
上記光抽出構造３２は、上記第２導電型半導体層３１の上面を通過する光を散乱させて、光抽出効率を向上させることができる。
上記光抽出構造３２を形成するためにエッチング工程を遂行する場合、過エッチングにより第２導電型半導体層３１の大部分が除去できる。
第１実施形態では、第２導電型半導体層３１と上記活性層２７との間に第３半導体層２０が形成できる。このような場合、上記第３半導体層２０の上の第２導電型半導体層３１がエッチング工程により全て除去されても、上記第３半導体層２０により活性層２７のエッチングが遮断されるので、発光素子の不良を防止して歩留まりが向上できる。
上記光抽出構造３２を含む第２導電型半導体層３１の上に多数の電極パッドと多数の電極ラインとを含む電極４０が形成できる。
図１０は、本発明の第２実施形態に従う発光素子を示す断面図である。
図１０を参照すると、第２実施形態に従う発光素子１００は、発光構造物１３５、第１電極層１５０、第１絶縁層１６４、第２電極層１７４、支持基板１７８、及び電極１１５を含む。
第２実施形態に従う発光素子１００は、上記支持基板１７８と上記第２電極層１７４との間に配置された接合層１７６をさらに含むことができるが、これに対して限定するものではない。
第２実施形態に従う発光素子１００は、上記発光構造物１３５を囲む第２絶縁層１９０をさらに含むことができるが、これに対して限定するものではない。
上記第２絶縁層１９０は、第１実施形態の第２保護層４３と同一な材質で形成されて実質的に同一な機能、即ち保護機能を有することができるが、これに対して限定するものではない。
上記発光素子１００はＩＩ−ＶＩ族またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材質で形成された多数の化合物半導体層を含むことができる。上記発光素子１００は、青色、緑色、または赤色のような可視光線帯域の光を生成するか、紫外線帯域の光を生成することができる。上記発光素子から生成された光は実施形態の技術的範囲内で多様な半導体材質を用いて具現されることができ、これに対して限定するものではない。
上記発光構造物１３５は、第１導電型半導体層１３０、活性層１２０、第３半導体層１４０、及び第２導電型半導体層１０５を含むことができる。上記第３導電型半導体層１４０は、上記発光構造物１３５に含まれないこともあるが、これに対して限定するものではない。
上記第１導電型半導体層１３０は上記活性層１２０の下に配置され、上記第２導電型半導体層１０５は上記活性層１２０の上に配置できる。上記第２導電型半導体層１０５の厚さは、上記第１導電型半導体層１３０の厚さより少なくても厚く形成できるが、これに対して限定するものではない。
上記発光構造物１３５は、上記活性層１２０と上記第３半導体層１４０との間に形成された第４導電型半導体層１１０をさらに含むことができるが、これに対して限定するものではない。
例えば、上記第１導電型半導体層１３０と上記第２導電型半導体層１０５とは互いに相反した導電型を有することができる。例えば、上記第１導電型半導体層１３０はｐ型を有し、上記第２導電型半導体層１０５はｎ型を有することができるが、これに対して限定するものではない。
上記第１導電型半導体層１３０は、第１導電型ドーパントを含むＩＩ−ＶＩ族またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で形成できる。上記第１導電型半導体層１３０は、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰなどから選択できる。上記第１導電型半導体層１３０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層で形成できる。
上記第１導電型半導体層１３０はｐ型半導体層であることがあり、上記第１導電型ドーパントはＭｇ、Ｚｎなどのｐ型ドーパントを含む。上記第１導電型半導体層１３０は単層または多層に形成されることができ、これに対して限定するものではない。
上記第１導電型半導体層１３０の下には第５導電型半導体層、例えば、第２導電型半導体層１０５のｎ型と反対の極性を有するｐ型半導体層が形成できる。即ち、第１導電型半導体層１３０と第５導電型半導体層はｐ型半導体層であり、第２導電型半導体層１０５はｎ型半導体層であることがあるが、これに対して限定するものではない。これによって、発光構造物１３５はｎ−ｐ接合、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つが形成できる。以下の説明では、発光構造物１３５の最下層には第１導電型半導体層１３０が配置された構造を一例として説明する。
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１０５の間に活性層１２０が形成できる。上記活性層１２０は、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造で形成できる。上記活性層１２０は、量子線（Quantum wire）構造または量子点（Quantum dot）構造を含むこともできる。
上記活性層１２０はＩＩ−ＶＩ族またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料を用いて井戸層と障壁層の周期で形成できる。上記井戸層はＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を有する半導体層で形成され、上記障壁層はＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を有する半導体層で形成できる。上記障壁層は、上記井戸層のバンドギャップより高いバンドギャップを有する物質で形成できる。
上記活性層１２０は、例えば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの周期、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮの周期、及びＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮの周期のうち、少なくとも１つの周期を含むことができる。
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ができ、上記導電型クラッド層はＧａＮ系半導体材質で形成されることができ、上記導電型クラッド層のバンドギャップは上記障壁層のバンドギャップより高く形成できる。
上記第２導電型半導体層１０５は、第２導電型ドーパントを含むＩＩ−ＶＩ族またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で形成できる。上記第２導電型半導体層１０５は、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰなどから選択できる。上記第２導電型半導体層１０５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層で形成できる。上記第２導電型半導体層１０５はｎ型半導体層であることがあり、上記第２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２導電型半導体層１０５は単層または多層に形成されることができ、多層の場合、互いに異なる半導体層が交互に配置された超格子構造を含む。上記第２導電型半導体層１０５の下面は上記活性層１２０の上面と同一な面積で形成されることができ、これに対して限定するものではない。
上記第２導電型半導体層１０５の上面は光抽出構造１１２で形成されることができ、上記光抽出構造１１２は上記第２導電型半導体層１０５の上面がラフニスまたは凹凸パターンに形成されることができ、上記ラフニスまたは凹凸パターンの側断面形状は半球形状、多角形形状、錐形状、ナノ柱形状のうち、少なくとも１つを含むことができる。上記ラフニスまたは凹凸パターンは規則的なまたは不規則的なサイズ及び間隔を含むことができる。上記光抽出構造１１２は、上記第２導電型半導体層１０５の上面に入射される光の臨界角を変化させて、光抽出効率を改善させることができる。上記第２導電型半導体層１０５の光抽出構造１１２は全領域に形成されるか、一部領域に形成されることができ、これに対して限定するものではない。
上記第２導電型半導体層１０５と上記活性層１２０との間に第３半導体層１４０が形成できる。上記第３半導体層１４０は光抽出構造１１２を形成するためにエッチング工程が遂行される時、エッチングから上記活性層１２０を保護するために上記第２導電型半導体層１０５の下に形成できる。
上記第３半導体層１４０と上記活性層１２０との間には第４導電型半導体層１１０が形成されることもあり、形成されないこともある。言い換えると、上記第３半導体層１４０と上記活性層１２０との間の第４導電型半導体層１１０は５００ｎｍ乃至２μｍの厚さを有することができるが、これに対して限定するものではない。
上記第３半導体層１４０は、上記活性層１２０の上面と接触して形成されることもでき、最小５００ｎｍ乃至最大２μｍの厚さを有する第４導電型半導体層１１０を挟んで上記活性層１２０から離隔されることもできる。
上記第３半導体層１４０が活性層１２０から最小５００ｎｍ以下の場合、即ち第４導電型半導体層１１０の厚さが５００ｎｍ以下の場合、上記第４導電型半導体層１１０は電子を十分に生成できないので、電子が円滑に活性層１２０に供給できなくて光効率が低下することがある。
上記第３半導体層１４０が上記活性層１２０から２μｍ以上に離隔する場合、活性層１２０と上記第３半導体層１４０との間の第４導電型半導体層１１０も２μｍ以上になることを意味する。上記第３半導体層１４０が上記活性層１２０から２μｍ以上に離隔し、活性層１２０と上記第３半導体層１４０との間の第４導電型半導体層１１０が形成される場合、上記第４導電型半導体層１１０の厚い厚さによって光損失が発生し、このような光損失により光効率が低下することがある。
上記第３半導体層１４０の下及び上に第２導電型半導体層１０５及び上記第４導電型半導体層１１０が形成できるが、これに対して限定するものではない。
光抽出構造１１２を形成するために、上記第３半導体層１４０の上に配置された第２導電型半導体層１０５の上面がエッチングされる時、第３半導体層１４０によりこれ以上エッチングが進行されないようになる。したがって、上記第３半導体層１４０の下に配置された第４導電型半導体層１１０と活性層１２０がエッチングから保護できる。
上記第３半導体層１４０は２０ｎｍ乃至１μｍの厚さを有することができる。
上記第３半導体層１４０はその上面がＧａ−ｆａｃｅ面を有する半導体層でありうる。上記第３半導体層１４０はＩＩ−ＶＩ族またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材質で形成できる。
上記第３半導体層１４０はドーパントを含むか、含まないことがある。
上記第３半導体層１４０は、上記第２導電型半導体層１０５または上記第４導電型半導体層１１０と同一な化合物半導体材質で形成できるが、これに対して限定するものではない。
上記発光構造物１３５の少なくとも一側面は上記発光構造物１３５の下面に対して垂直または傾斜するように形成できる。
上記発光構造物１３５の上には第２絶縁層１９０が形成できる。例えば、上記第２絶縁層１９０は少なくとも上記発光構造物１３５の側面と上面に形成されて、上記発光構造物１３５を外部の異質物から保護するようになる。上記第２絶縁層１９０は透光性絶縁物質で形成できる。例えば、透光性絶縁物質として、発光構造物１３５を構成するＩＩ−ＶＩ族またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の屈折率、例えば、２．４より低い屈折率を有する物質で形成できる。このように、上記第２絶縁層１９０の屈折率が上記発光構造物１３５の屈折率より低くなるので、より容易に光を抽出してくれて光抽出効率を向上させることができる。
上記第２絶縁層１９０は、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、及びＴｉＯ２からなるグループから選択された少なくとも１つを含むが、これに対して限定するものではない。
上記第１電極層１５０は伝導層１４８、反射層１５２、及び拡散層１５４のうち、少なくとも１つ以上を含むことができる。上記第１電極層１５０は、上記電極１１５と上記第１導電型半導体層１３０との間を電気的に連結させる。
上記第１電極層１５０は、上記第１導電型半導体層１３０の下に配置できる。
上記第１導電型半導体層１３０の下に伝導層１４８が配置され、上記伝導層１４８の下に反射層１５２が配置できる。
上記伝導層１４８は少なくとも１つの伝導性物質を含み、単層または多層からなることができる。上記伝導層１４８は、上記第１導電型半導体層１３０とオーミックコンタクトを形成し、上記第１導電型半導体層１３０の下に層またはパターンに接触できる。上記伝導層物質には、金属材質、金属酸化物材質、及び金属窒化物材質のうち、少なくとも１つを含むことができる。上記伝導層１４８は、例えば、ＩＴＯ（indium tin oxide）、ＩＺＯ（indium zinc oxide）、ＩＺＯＮ（IZO nitride）、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、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｒｈ、及びＰｄのうち、少なくとも１つを含むことができる。また、上記伝導層１４８はＡｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆ、及びこれらのうち、２つ以上の合金で構成された物質のうち、一層または複数の層に形成できる。
上記反射層１５２は金属材質を含み、例えばＡｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆ、及びこれらのうち、２つ以上の合金で構成された物質のうち、一層または複数の層に形成できる。
上記伝導層１４８と上記反射層１５２の幅は発光構造物１３５の下面の幅と同一または相異することができる。
上記反射層１５２の下に拡散層１５４が配置できる。上記拡散層１５４は電気伝導性に優れる金属材質を含み、例えばＳｎ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｉとこれらの選択的な合金のうち、少なくとも１つを含む。上記拡散層１５４は、電流拡散層（current spreading）として機能することができる。上記拡散層１５４の接触部１５４Ａは、上記拡散層１５４の他の領域より上記第１導電型半導体層１３０に一層近く配置できる。上記接触部１５４Ａの一部領域は、上記第１導電型半導体層１３０の下面の一部領域と接触及び重畳できる。上記拡散層１５４の接触部１５４Ａの一部領域は上記発光構造物１３５の側面から外方に延長され、上記電極１１５の下面と接触できる。上記拡散層１５４の接触部１５４Ａは上記伝導層１４８及び上記反射層１５２の一側面と接触できる。
上記電極１１５は、上記拡散層１５４の接触部１５４Ａの上の一部領域に局部的に配置され、少なくとも上記発光構造物１３５の側面から離隔するように配置できる。
上記電極１１５は金属材質を含み、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔａ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｇ、Ｃｕ、及びＡｕのうち、いずれか１つまたは複数の物質を混合した合金のうち、少なくとも１つを含み、単層または多層に形成されることができ、これに対して限定するものではない。
上記電極１１５が上記発光構造物１３５の側領域に露出された第１電極層１５０の上に配置されることによって、電極１１５が発光構造物１３５の上に形成される時に比べて発光面積が拡大されて発光効率が向上できる。
上記第２電極層１７４は、水平電極１７２及び少なくとも１つ以上の垂直電極１７３を含むことができる。
上記水平電極１７２は第１電極層１５０の下に配置され、上記垂直電極１７３は上記水平電極１７２から垂直方向に突出できる。
上記第３半導体層１４０の下の第２導電型半導体層１１０の一領域が露出するように、上記第１電極層１５０、上記第１導電型半導体層１３０、及び上記活性層１２０が貫通されたリセスが形成できる。
上記垂直電極１７３は上記水平電極１７２から延長されて、上記第１電極層１５０、上記第１導電型半導体層１３０、及び上記活性層１２０を貫通して上記第２導電型半導体層１１０と連結できる。
この際、上記第３半導体層１４０は上記垂直電極１７３の上面に接するように配置されることもでき、上記垂直電極の上面から離隔するように配置できるが、これに対して限定するものではない。
例えば、上記垂直電極１７３が上記第３半導体層１４０とオーミックコンタクトされる場合、上記第３半導体層１４０は上記垂直電極１７３の上面に接するように配置できる。上記垂直電極１７３が上記第３半導体層１４０とオーミックコンタクトされない場合、即ちショットキーコンタクト（Schottky contact）される場合、上記第３半導体層１４０は上記垂直電極１７３の上面から離隔するように配置できるが、これに対して限定するものではない。
上記垂直電極１７３は、上記第２導電型半導体層１１０とオーミックコンタクトできる。この際、上記第２導電型半導体層１１０の上面はＮ−ｆａｃｅ面を有し、上記第２導電型半導体層１１０の下面はＧａ−ｆａｃｅ面を有することができる。
通常的に、Ｇａ−ｆａｃｅ面はＮ−ｆａｃｅ面に比べて結晶性に優れて、これに起因して熱的安定性も優れる。また、Ｇａ−ｆａｃｅ面はＮ−ｆａｃｅ面に比べて動作電圧特性に優れる。
したがって、上記垂直電極１７３が上記第２導電型半導体層１１０の下面のＧａ−ｆａｃｅ面にオーミックコンタクトされることによって、電流の円滑な供給が可能であり、熱的安定性と動作電圧特性に優れる発光素子が得られる。
上記垂直電極１７３の周り面は上記水平電極１７２に対して垂直または傾斜するように形成できるが、これに対して限定するものではない。
上記垂直電極１７３は上面視して、円形状または多角形形状であることがあるが、これに対して限定するものではない。
上記垂直電極１７３の上面は、上記活性層１２０の上面と上記第２導電型半導体層１１０の上面との間に配置できる。
上記垂直電極１７３と第２導電型半導体層１１０に接する境界面１１３は、平らな構造または凹凸構造で形成されることができ、これに対して限定するものではない。
上記第２電極層１７４は、オーミック接触層及び反射層のうち、少なくとも１つを含むことができる。上記第２電極層１７４は、金属材質、金属酸化物材質、及び金属窒化物のうち、少なくとも１つを含むことができる。上記第２電極層１７４は、例えばＩＴＯ（indium tin oxide）、ＩＺＯ（indium zinc oxide）、ＩＺＯＮ（IZO nitride）、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、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆ、及びこれらのうち、２つ以上の合金で構成された物質のうち、一層または複数の層に形成できる。
上記第１絶縁層１６４は、水平絶縁層１６２及び垂直絶縁層１６３を含むことができる。
上記第１絶縁層１６４は、上記第２電極層１７４と上記第１電極層１５０及び発光構造物１３５との間に配置できる。
具体的に、上記水平絶縁層１６２は、上記第１電極層１５０の拡散層１５４と上記第２電極層１７４の水平電極１７２との間に配置できる。上記垂直絶縁層１６３は、上記垂直電極１７３と上記拡散層１５４、上記反射層１５２、上記伝導層１４８、上記第１導電型半導体層１３０、上記活性層１２０、及び上記第２導電型半導体層１１０の各々の間に配置できる。
上記第１絶縁層１６４は、上記第２電極層１７４と上記第１電極層１５０、第１導電型半導体層１３０及び活性層１２０の間を電気的に絶縁させることができる。上記第１絶縁層１６４は電気的絶縁特性に優れる材質を含み、例えばＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２のうちから選択された物質で形成できる。
上記第２電極層１７４の下には接合層１７６が配置され、上記接合層１７６の下には支持基板１７８が配置できる。
上記接合層１７６は少なくとも１つの金属層または伝導層を含み、バリヤ金属または／及びボンディング金属を含むことができる。上記接合層１７６は接合性と導電性に優れる物質で形成できる。上記接合層１７６の物質は、例えば、Ｓｎ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｇ−Ｃｄ、Ａｕ−Ｓｂ、Ａｌ−Ｚｎ、Ａｌ−Ｍｇ、Ａｌ−Ｇｅ、Ｐｄ−Ｐｂ、Ａｇ−Ｓｂ、Ａｕ−Ｉｎ、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ、Ａｇ−Ｃｄ−Ｃｕ、Ｃｕ−Ｓｂ、Ｃｄ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｚｎ、Ａｇ−Ｃｕ−Ｚｎ、Ａｇ−Ｃｄ−Ｃｕ−Ｚｎ、Ａｕ−Ｓｉ、Ａｕ−Ｇｅ、Ａｕ−Ｎｉ、Ａｕ−Ｃｕ、Ａｕ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｃｕ−Ｃｕ２ Ｏ、Ｃｕ−Ｚｎ、Ｃｕ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ、Ｎｉ−Ｍｎ−ｐｄ、Ｎｉ−Ｐ、Ｐｄ−Ｎｉのうち、少なくとも１つを含むことができ、これに対して限定するものではない。上記接合層１７６の厚さは５〜９μｍで形成されることができ、これに対して限定するものではない。
上記支持基板１７８は、伝導性物質を含むことができる。上記支持基板１７８は、ベース基板または伝導性支持部材として、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）のうち、少なくとも１つで形成できる。上記支持基板１７８は、伝導性シートで具現できる。上記支持基板１７８は３０〜３００μｍで形成されることができ、これに対して限定するものではない。
上記支持基板１７８は絶縁性基板で形成されることができ、上記絶縁性基板はサファイア（Ａｌ２Ｏ３）またはＺｎＯ材質を含む。上記支持基板１７８が絶縁基板の場合、上記支持基板１７８の下面に伝導性パッドを配置した後、側面連結電極またはビア構造を通じて第２電極層１７４または／及び上記接合層１７６と連結できる。
図１１乃至図１７は、本発明の第２実施形態に従う発光素子の製造工程を示す図である。
図１１を参照すると、成長基板１０１は成長装備にローディングされ、その上にＩＩ−ＶＩ族またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いて層またはパターン形態に形成できる。
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ものではない。
上記成長基板１０１は、導電性基板または絶縁性基板などを用いた成長基板であり、例えば、サファイア基板（Ａｌ２０３）、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＰ、ＩｎＰ、Ｇａ２０３、そしてＧａＡｓなどからなる群から選択できる。このような成長基板１０１の上面にはレンズ形状またはストライプ形状の凹凸パターンが形成できる。また、上記成長基板１０１の上にはバッファ層１０２が形成できる。上記バッファ層１０２は、上記成長基板１０１と窒化物半導体層との間の格子定数の差を減らしてくれるようになり、その物質はＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰのうちから選択できる。上記バッファ層１０２と発光構造物１３５との間に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ドーピングしないＧａＮ系半導体で形成されることができ、ｎ型半導体層より低伝導性の半導体層で形成できる。
上記バッファ層１０２の上に、第２導電型半導体層１０５、第３半導体層１４０、第４導電型半導体層１１０、活性層１２０、及び第１導電型半導体層１３０が順次に成長されて発光構造物１３５が形成できる。
以上の各層１１０、１４０、１２０、１３０の成長方法は、第１実施形態と実質的に同一であるので、これ以上の説明は省略する。
図１２を参照すると、上記第１導電型半導体層１３０の上には伝導層１４８が形成されることができ、上記伝導層１４８はスパッタ方式または蒸着方式により形成することができ、これに対して限定するものではない。
上記伝導層１４８は、オーミック特性の物質を含むことができる。上記伝導層１４８は、上記第１導電型半導体層１３０の上にオーミック接触され、層または複数のパターンに形成されることができ、その材質は、金属、透光性の酸化物、及び透光性の窒化物材質のうち、少なくとも１つを含むことができる。また、上記伝導層１４８と上記第１導電型半導体層１３０との間の一部領域には絶縁性物質をさらに配置して、他の領域より抵抗値がより高く形成できる。
上記伝導層１４８の上には反射層１５２が形成され、上記反射層１５２はバリヤ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、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、これに対して限定するものではない。
上記反射層１５２は金属層であって、スパッタ方式、蒸着方式、プリンティング方式、メッキ方式のうちから選択的に形成することができ、これに対して限定するものではない。
上記反射層１５２の上には拡散層１５４が配置され、上記拡散層１５４は金属層であって、メッキ方式、スパッタ方式、蒸着方式、プリンティング方式のうち、少なくとも１つを用いて形成できる。上記反射層１５２は、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆ、及びこれらのうち、２つ以上の合金で構成された物質のうち、一層または複数の層に形成できる。
上記拡散層１５４の接触部１５４Ａは、上記反射層１５２及び上記伝導層１４８の側面を通じて上記第１導電型半導体層１３０の上面に接触できる。上記拡散層１５４の接触部１５４Ａは、上記発光構造物１３５の第１側面の一部であることができ、１００μｍ以下の幅を有することができる。
上記伝導層１４８、上記反射層１５２、及び拡散層１５４は、第１電極層１５０を構成することができる。
図１３を参照すると、上記発光構造物１３５及び第１電極層１５０の内部には少なくとも１つのリセス領域１６１が形成されることができ、上記リセス領域１６１の深さは上記第４導電型半導体層１１０の一部が露出する程度の深さに形成できる。上記リセス領域１６１が複数の場合、互いに離隔するように形成できる。上記第４導電型半導体層１１０の露出された面１１３はＧａ−ｆａｃｅ面を有し、平坦な面または凹凸面で形成できる。上記リセス領域１６１は、マスク層を形成した後、マスク層が形成されない領域に、レーザー、ドリル、乾式エッチング、湿式エッチング方式のうちから選択的に形成できる。
上記第１電極層１５０の上と上記リセス領域１６１に第１絶縁層１６４が形成できる。上記第１絶縁層１６４は上記リセス領域１６１の上記第１電極層１５０及び上記発光構造物１３５と対応する周り面に形成される。上記第１絶縁層１６４の一部１６３は上記リセス領域１６１に詰められた後、ドリルにより孔をまた形成することができるが、これに対して限定するものではない。
上記第１絶縁層１６４の保護部１６２Ａは、上記拡散層１５４の接触部１５４Ａの側面の上に形成できる。
図１４を参照すると、上記第１絶縁層１６４の上及び上記リセス領域１６１に第２電極層１７４が形成できる。上記第２電極層１７４は、上記リセス領域１６１を詰めて、上記第１絶縁層１６４の上に配置できる。上記第２電極層１７４の接触電極１７３は上記第１導電型半導体層１３０の面１１３にオーミック接触される。
上記第２電極層１７４は、スパッタリング方式、メッキ方式、蒸着方式、プリンティング方式のうち、少なくとも１つで形成できる。上記第２電極層１７４は、金属、金属窒化物、金属酸化物のうち、少なくとも１つを含む。上記第２電極層１７４の上には接合層１７６が配置され、上記接合層１７６の上には支持基板１７８が配置される。上記接合層１７６はバリヤ金属またはボンディング金属であることがあり、例えば、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。上記接合層１７６は、蒸着方式、スパッタリング方式、メッキ方式のうち、少なくとも１つで形成されるか、伝導性シートにより付着できる。上記接合層１７６の厚さは５〜９μｍに形成されることができ、これに対して限定するものではない。
上記支持基板１７８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）のうち、少なくとも１つで具現できる。
図１５を参照すると、成長基板１０１は物理的または／及び化学的方法により除去できる。上記成長基板１０１の除去方法は、レーザーリフトオフ（ＬＬＯ：Laser Lift Off）工程を用いて除去できる。即ち、上記成長基板１０１に特定の波長を有するレーザーを照射する方式により上記成長基板１０１を発光構造物１３５からリフトオフするようになる。上記成長基板１０１と上記第２導電型半導体層１０５との間に配置されたバッファ層１０２を湿式エッチング液を用いて除去して、上記成長基板１０１を分離することもできる。上記成長基板１０１が除去され、上記バッファ層１０２をエッチングまたはポリッシングして除去することによって、上記第２導電型半導体層１０５の上面が露出できる。
上記第２導電型半導体層１０５の上面は、ＩＣＰ／ＲＩＥ（Inductively coupled Plasma / Reactive Ion Etching）などの方式によりエッチングするか、ポリッシング装備により研磨することができる。
図１６を参照すると、第１エッチング工程を遂行して上記発光構造物１３５の周り、即ち、チップとチップとの間の境界領域であるチャンネル領域またはアイソレーション領域が除去されることができ、上記拡散層１５４の接触部１５４Ａを露出させる。上記第１エッチング工程は湿式エッチングまたは／及び乾式エッチングを含む。
第２エッチング工程を遂行して上記第２導電型半導体層１０５の上面に光抽出構造１１２が形成できる。上記光抽出構造１１２は、ラフニスまたはパターンに形成できる。上記光抽出構造１１２は、湿式または乾式エッチング方式により形成できる。
上記第３半導体層１４０は、上記第２エッチング工程による過エッチングにより上記第２導電型半導体層１０５の完全な除去により活性層１２０が損傷されないように、上記第２導電型半導体層１０５と上記活性層１２０との間に形成される。もし、上記第４導電型半導体層１１０が形成される場合、上記第３半導体層１４０は上記活性層１２０から上記第４導電型半導体層１１０だけ離隔できる。したがって、過エッチングされても第３半導体層１４０の上の第２導電型半導体層１０５のみ除去されるだけであり、第３半導体層１４０の下の第４導電型半導体層１１０及び活性層１２０はエッチングによるいかなる損傷も発生しないようになるので、歩留まりが向上できる。
一方、上記第１絶縁層１６４の保護部１６２Ａがチャンネル領域に配置されることによって、チップとチップとの間を分離する時、発光構造物１３５の側面を保護することができる。
図１７を参照すると、上記発光構造物１３５の側面及び上面に第２絶縁層１９０を形成するようになる。上記第２絶縁層１９０は上記発光構造物１３５の表面に形成されて、発光構造物１３５の露出を防止するようになる。上記第２絶縁層１９０は、スパッタ方式、及び蒸着方式により形成できる。
上記発光構造物１３５の上に配置された第２絶縁層１９０は、上記光抽出構造１１２と同一なラフニス形状を有することができる。
上記第２絶縁層１９０の上に電極１１５を形成するようになる。上記電極１１５は電極パターンを含み、接触部１１６を通じて上記拡散層１５４の接触部１５４Ａと接触される。上記電極１１５の接触部１１６は、上記発光構造物１３５の側面を通じて上記拡散層１５４の接触部１５４Ａと最短間隔で連結できる。上記電極１１５は、スパッタ方式、メッキ方式、蒸着方式のうちから選択的に形成されることができ、これに対して限定するものではない。
上記電極１１５は発光構造物１３５の隅部分に配置されることができ、１つまたは複数に形成できる。
第１及び第２実施形態は、光抽出構造が形成される半導体層の下にエッチング防止層としての機能を有する更に他の半導体層を形成して、光抽出構造の形成のためのエッチング工程時、過エッチングにより活性層が損傷されて歩留まりの低下を防止することができる。
図１８は、本発明の実施形態に従う発光素子パッケージの断面図である。
図１８を参照すると、発光素子パッケージ２００は、胴体２０１と、上記胴体２０１に設置された第１電極ライン２０３及び第２電極ライン２０５と、上記胴体２０１に設置されて上記第１電極ライン２０３及び第２電極ライン２０５と電気的に連結される実施形態に従う発光素子１０、１００と、上記発光素子１０、１００を囲むモールディング部材２０９とを含む。
上記胴体２０１は、シリコンのような導電性基板、ＰＰＡなどのような合成樹脂材質、セラミック基板、絶縁基板、または金属基板（例：ＭＣＰＣＢ）を含んで形成されることができ、上記発光素子１０、１００の周囲に上記キャビティ構造により傾斜面が形成できる。上記胴体２０１は、上部が開放された凹なキャビティ構造を含むことができ、これに対して限定するものではない。
上記胴体２０１の内には第１及び第２電極ライン２０３、２０５及び上記発光素子１０、１００が配置される。上記胴体２０１の上面は平らに形成できる。
上記発光素子１０、１００は、第１電極ライン２０３の上に配置され、ワイヤー２０７により第２電極ライン２０５と連結できる。上記第１電極ライン２０３及び第２電極ライン２０５は互いに電気的に分離され、上記発光素子１０、１００に電源を提供する。また、上記第１電極ライン２０３及び第２電極ライン２０５は、上記発光素子１０、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１０、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１０、１００は、上記胴体２０１の上に設置されるか、上記第１電極ライン２０３または第２電極ライン２０５の上に設置できる。
上記発光素子１０、１００は上記の実施形態に開示された素子であって、上記第１電極ライン２０３と第２電極ライン２０５にソルダーによりボンディングできる。
上記モールディング部材２０９は、シリコンまたはエポキシのような樹脂材質を含み、上記発光素子１０、１００を囲んで上記発光素子１０、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２０９は蛍光体を含み、上記発光素子１０、１００から放出された光の波長をシフト（shift）させることができる。上記モールディング部材２０９の上には光学レンズが配置されることができ、上記光学レンズは上記モールディング部材２０９と接触されるか、非接触される形態に具現できる。上記光学レンズは、凹または凸な形状を含むことができる。
上記発光素子１０、１００は、ビア（via）を通じて胴体２０１または基板の下面と電気的に接触できる。
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つが搭載されることができ、これに対して限定するものではない。
実施形態のパッケージは、トップビュー（top view）形態に図示及び説明したが、サイドビュー方式により具現して上記のような放熱特性、伝導性、及び反射特性の改善効果があり、このようなトップビューまたはサイドビュー方式の発光素子は、上記のように樹脂層にパッケージングした後、レンズを上記樹脂層の上に形成するか、接着することができ、これに対して限定するものではない。
Claims (20)
- 第１導電型半導体層と、
前記第１導電型半導体層の上に配置される活性層と、
前記活性層の上に配置される第２導電型半導体層と、
前記活性層と前記第２導電型半導体層との間に配置される第３半導体層と、
前記第２導電型半導体層の上に配置される光抽出構造と、を含み、
前記第３半導体層の上面はＧａ−ｆａｃｅ面を有することを特徴とする、発光素子。 - 前記第３半導体層はドーパント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３半導体層のドーパントは、前記第２導電型半導体層のドーパントと同一極性を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の発光素子。
- 前記第３半導体層は、ドーパントを含まないことを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
- 前記第３半導体層は、前記活性層に接することを特徴とする、請求項１乃至４のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
- 前記活性層と前記第３半導体層との間に配置される第４導電型半導体層をさらに含むことを特徴とする、請求項１乃至５のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
- 前記第４導電型半導体層のドーパントは、前記第１導電型半導体層のドーパントと反対の極性を有し、前記第２導電型半導体層のドーパントと同一な極性を有することを特徴とする、請求項６に記載の発光素子。
- 前記第３半導体層のドーパントの濃度は、前記第４導電型半導体層のドーパントの濃度より小さいことを特徴とする、請求項６に記載の発光素子。
- 前記第４導電型半導体層は、５００ｎｍ乃至２μｍの厚さであることを特徴とする、請求項６に記載の発光素子。
- 前記第１導電型半導体層の下に配置される第１電極層と、
前記第１電極層の下に配置される絶縁層と、
前記絶縁層の下に配置され、前記第４導電型半導体層に電気的に連結される第２電極層と、
を含むことを特徴とする、請求項６に記載の発光素子。 - 前記第２電極層は、前記第１導電型半導体層及び前記活性層を貫通して前記第４導電型半導体層に接することを特徴とする、請求項１０に記載の発光素子。
- 前記第２電極層は、前記第３半導体層に接することを特徴とする、請求項１１に記載の発光素子。
- 前記第２電極層は、
前記絶縁層の下に配置される水平電極と、
前記水平電極から垂直方向に突出した少なくとも１つ以上の垂直電極と、を含み、
前記垂直電極は前記第４導電型半導体層に接することを特徴とする、請求項１０に記載の発光素子。 - 前記第３半導体層は２０ｎｍ乃至１μｍの厚さであることを特徴とする、請求項１乃至１３のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
- 前記第２導電型半導体層の上面はＮ−ｆａｃｅ面を有することを特徴とする、請求項１乃至１３のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
- 前記光抽出構造の上に配置される電極と、
前記第１導電型半導体層の下に配置される電極層と、
前記第１導電型半導体層と前記電極層との間の周り領域に配置される保護層と、
をさらに含むことを特徴とする、請求項１乃至１３のうち、いずれか１項に記載の発光素子。 - 支持基板と、
前記支持基板の上に配置される電極層と、
前記電極層の上に配置される第１導電型半導体層と、
前記第１導電型半導体層の上に配置される活性層と、
前記活性層の上に配置される第３半導体層と、
前記第３半導体層に接する前記第２導電型半導体層と、
前記第２導電型半導体層の上に配置される光抽出構造と、
前記電極層と前記第１導電型半導体層との間の周り領域に配置される保護層と、を含み、
前記第３半導体層の上面はＧａ−ｆａｃｅ面を有し、
前記第２導電型半導体層の上面はＮ−ｆａｃｅ面を有することを特徴とする、発光素子。 - 前記活性層と前記第３導電型半導体層との間に配置される第４導電型半導体層をさらに含み、
前記第４導電型半導体層のドーパントは、前記第１導電型半導体層のドーパントと反対の極性を有し、前記第２導電型半導体層のドーパントと同一な極性を有することを特徴とする、請求項１７に記載の発光素子。 - 前記第３半導体層は前記活性層に接し、前記第２導電型半導体層と同一な極性を有するドーパントを含むことを特徴とする、請求項１７に記載の発光素子。
- 胴体と、
前記胴体の上に配置される発光素子と、
前記発光素子を囲むモールディング部材と、を含み、
前記発光素子は、
第１導電型半導体層と、
前記第１導電型半導体層の上に配置される活性層と、
前記活性層の上に配置される第２導電型半導体層と、
前記活性層と前記第２導電型半導体層との間に配置される第３半導体層と、
前記第２導電型半導体層の上に配置される光抽出構造と、を含み、
前記第３半導体層の上面はＧａ−ｆａｃｅ面を有することを特徴とする、発光素子パッケージ。
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