JP2013236076A - 発光素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】色分散を減らすことができる発光素子を提供する。
【解決手段】本発明による発光素子は、支持基板と、半導体層の積層構造からなり、前記支持基板上に形成された複数の発光積層体と、前記支持基板上に形成されて前記発光積層体を取り囲む壁部と、前記発光積層体の上部に配置される波長変換層とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光素子に関し、特に、側面からの光漏れ発生を防止でき、また色分散を減らすことができる発光素子に関する。
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）は、電気エネルギーを光エネルギーに変換する半導体素子で、エネルギーバンドギャップによる特定の波長を有する光を発する化合物半導体で構成される発光素子の一種である。
このような発光素子は、光通信及びディスプレイ（モバイルディスプレイ、コンピュータモニター用）、ＬＣＤ用平面光源（Ｂａｃｋｌｉｇｈｔ Ｕｎｉｔ、ＢＬＵ）から照明領域までその使用範囲を拡大している。
従来の発光素子パッケージ構造であるプリモールド（ｐｒｅｍｏｌｄ）リフレクタのタイプでは、リフレクタが備えられたパッケージ本体内に発光素子を実装し、このような発光素子を保護するように樹脂部がリフレクタ内に形成される。
この場合、白色光を発光できるようにするために、樹脂部内に発光素子から放射された光の波長を変換することができる蛍光体が樹脂部に分散される。
しかしながら、特に、照明用発光素子の開発には、従来の発光素子に比べて高電流、高光量及び均一した発光特性を必要とするため、新しいデザイン及び工程の開発が求められているという問題がある。
本発明は上記従来の発光素子における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、側面からの光漏れ発生を防止でき、また色分散を減らすことができる発光素子を提供することにある。
上記目的を達成するためになされた本発明による発光素子は、支持基板と、半導体層の積層構造からなり、前記支持基板上に形成された複数の発光積層体と、前記支持基板上に形成されて前記発光積層体を取り囲む壁部と、前記発光積層体の上部に配置される波長変換層とを有することを特徴とする。
前記壁部は、前記発光積層体より高く形成されて上面が前記発光積層体の上面より高い位置にあることが好ましい。
前記壁部は、めっきを通じて形成される金属材料からなり、前記発光積層体の側面の周囲に沿って形成されることが好ましい。
前記壁部は、隣接した前記発光積層体の間に形成されて前記壁部の両側面にそれぞれ前記発光積層体が配置され、前記隣接した発光積層体は前記壁部を共有することが好ましい。
隣接した発光積層体のいずれか一側を取り囲む前記壁部は、隣接した他側の発光積層体を取り囲む他の壁部と所定の間隔で離隔されて接続しないことが好ましい。
前記発光積層体は、第１導電型半導体層と、第２導電型半導体層と、その間に形成された活性層との積層構造を有し、前記第１導電型半導体層又は第２導電型半導体層のいずれか一つと電気的に接続される電極パッドが前記支持基板上に形成されることが好ましい。
前記電極パッドは、前記発光積層体の周囲に沿って形成されて内側に前記発光積層体を取り囲む前記壁部の外側に配置されることが好ましい。
前記電極パッドは、前記波長変換層によって覆われないことが好ましい。
前記波長変換層は、該当する発光積層体の発光特性を考慮して色分布が最小限になるように波長変換特性を調節することが好ましい。
前記波長変換層は、含有される蛍光体の種類を異ならせるか、又は含有される蛍光体の含有量を異ならせて波長変換特性を調節することが好ましい。
本発明に係る発光素子によれば、発光素子の上部に波長変換のための波長変換層を備えることで、側面の光漏れ発生を防止することができるという効果がある。
また当該発光素子の光特性を考慮して波長変換特性を調節することで、色分散を減らすことができるという効果がある。
本発明の一実施形態による発光素子を示す概略斜視図である。 図１のＡ−Ａ’線に沿って切断した断面図である。 図１の発光素子における発光積層体を示す概略断面図である。 図１の発光素子が支持基板上に配列された状態を示す概略平面図である。 図１の発光素子が支持基板上に配列された他の状態を示す概略平面図である。 図４の発光素子をシンギュレートする形態を示す概略断面図である。 本発明の他の実施形態による発光素子を示す概略断面図である。 図７の発光素子を製造する方法を段階別に説明するための概略断面図である。 図７の発光素子を製造する方法を段階別に説明するための概略断面図である。 図７の発光素子を製造する方法を段階別に説明するための概略断面図である。 図７の発光素子を製造する方法を段階別に説明するための概略断面図である。 図７の発光素子を製造する方法を段階別に説明するための概略断面図である。 図７の発光素子を製造する方法を段階別に説明するための概略断面図である。 図７の発光素子を製造する方法を段階別に説明するための概略断面図である。 図７の発光素子を製造する方法を段階別に説明するための概略断面図である。 図７の発光素子を製造する方法を段階別に説明するための概略断面図である。 本発明のさらに他の実施形態による発光素子を示す概略断面図である。 図９の発光素子を製造する方法を段階別に説明するための概略断面図である。 図９の発光素子を製造する方法を段階別に説明するための概略断面図である。 図９の発光素子を製造する方法を段階別に説明するための概略断面図である。 図９の発光素子を製造する方法を段階別に説明するための概略断面図である。 図９の発光素子を製造する方法を段階別に説明するための概略断面図である。 図９の発光素子を製造する方法を段階別に説明するための概略断面図である。 図９の発光素子を製造する方法を段階別に説明するための概略断面図である。 図９の発光素子を製造する方法を段階別に説明するための概略断面図である。 図９の発光素子を製造する方法を段階別に説明するための概略断面図である。
次に、本発明に係る発光素子を実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。なお、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
図１から図６を参照して本発明の一実施形態による発光素子について説明する。
図１は本発明の一実施形態による発光素子を示す概略斜視図であり、図２は図１のＡ−Ａ’線に沿って切断した断面図であり、図３は図１の発光素子における発光積層体を示す概略断面図であり、図４は図１の発光素子が支持基板上に配列された状態を示す概略平面図であり、図５は図１の発光素子が支持基板上に配列された他の状態を示す概略平面図であり、図６は図４の発光素子をシンギュレートする形状を示す概略図面である。
図１及び図２参照すると、本発明の一実施形態による発光素子１０は、支持基板１００と、発光積層体２００と、壁部３００と、波長変換層４００とを含む。
支持基板１００は、その上部に形成される発光積層体２００を支持する支持体の役割をし、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｓｉ、Ｓｅ、ＧａＡｓの内のいずれか一つを含む物質、例えば、導電性を有するＣｕ又はＳｉとＡｌとの結合形態の物質であるＳｉ−Ａｌからなることができる。
この場合、選択された物質に応じて、支持基板１００は、めっき又はボンディング接合などの方法で形成することができる。
発光積層体２００は、複数の半導体層の積層構造からなり、複数の発光積層体２００を支持基板１００上に形成することができる。
この場合、複数の発光積層体２００は、それぞれ横及び縦方向に所定間隔で離隔されてマトリクス状に配列される。
発光積層体２００は、支持基板１００上に順次に成長、形成された第１導電型半導体層２１０と、活性層２２０と、第２導電型半導体層２３０とを含む。
また、第１導電型半導体層２１０はｎ型窒化物半導体層で、第２導電型半導体層２３０はｐ型窒化物半導体層であることができる。第１及び第２導電型半導体層２１０、２３０は、ＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎの組成式（ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である）を有するが、例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなどの物質がこれに該当しうる。
なお、第１及び第２導電型半導体層２１０、２３０の間に形成される活性層２２０は、電子と正孔との再結合によって所定のエネルギーを有する光を放射し、量子井戸層と量子障壁層が交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造、例えば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ構造が用いられる。
発光積層体２００の半導体のうち一つは支持基板１００と電気的に接続され、他の一つは支持基板１００上に形成された電極パッド２４１と電気的に接続される。
この場合、電極パッド２４１と支持基板１００との間には絶縁体が介在して電気的に絶縁される。
具体的には、図３に示すように、導電性基板の支持基板１００上に導電型コンタクト層２４０が形成され、導電型コンタクト層２４０上には発光積層体２００、即ち、第１導電型半導体層２１０、活性層２２０及び第２導電型半導体層２３０を備える積層構造が形成される。
導電型コンタクト層２４０は、電気的に支持基板１００と分離されている。このため、導電型コンタクト層２４０と支持基板１００との間には絶縁体２５０が介在する。
導電型コンタクト層２４０は、活性層２２０から放射された光を発光素子の上部、即ち、第２導電型半導体層２３０の方向に反射する機能を有することができる。
また、第１導電型半導体層２１０とオーミックコンタクトをなすことが好ましい。
このような機能を考慮して、導電型コンタクト層２４０は、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕなどの物質を含むことができる。この場合、詳細には示してはいないが、導電型コンタクト層２４０は、２層以上の構造を採用して反射効率を向上させることができる。具体的な例として、Ｎｉ／Ａｇ、Ｚｎ／Ａｇ、Ｎｉ／Ａｌ、Ｚｎ／Ａｌ、Ｐｄ／Ａｇ、Ｐｄ／Ａｌ、Ｉｒ／Ａｇ、Ｉｒ／Ａｕ、Ｐｔ／Ａｇ、Ｐｔ／Ａｌ、Ｎｉ／Ａｇ／Ｐｔなどを挙げることができる。
本実施形態において、導電型コンタクト層２４０は、一部が外部に露出することができ、図面に示すように、露出領域は、発光積層体２００が形成されていない領域である。
導電型コンタクト層２４０の露出領域は、電気信号を印加するための電気接続部に該当し、その上には電極パッド２４１が形成される。
即ち、電極パッド２４１は、導電型コンタクト層２４０と電気的に接続されて第１導電型半導体層２１０に電気信号を印加する。また、導電型コンタクト層２４０と支持基板１００との間に介在する絶縁体２５０によって支持基板１００とは電気的に絶縁をなす。
本実施形態において、電極パッド２４１は、発光積層体２００と離隔されて発光積層体２００の一側角に形成されるように示しているが、これに限定されるものではなく、電極パッド２４１の位置は多様に変形可能である。
本実施形態の場合、導電性の支持基板１００は、第２導電型半導体層２３０と電気的に接続される。
これにより、支持基板１００を通じて第２導電型半導体層２３０に電気信号が印加することができる。このためには、支持基板１００から延長されて第２導電型半導体層２３０と接続された導電性ビア１１０が備えられる必要がある。
導電性ビア１１０は、その内部において第２導電型半導体層２３０と接続され、接触抵抗が低くなるように個数、形状、ピッチ、第２導電型半導体層２３０との接触面積などが適切に調節される。
この場合、導電性ビア１１０は、活性層２２０、第１導電型半導体層２１０及び導電型コンタクト層２４０とは電気的に分離される必要があるため、導電性ビア１１０とこの間には絶縁体２５０が形成される。
絶縁体２５０には、電気絶縁性を有する物体であれば、いかなるものも採用できるが、光を最小限に吸収するものが好ましいことから、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘＮｙ、ＳｉｘＮｙなどのシリコン酸化物、シリコン窒化物を用いることができる。
上述の通り、本実施形態の場合、支持基板１００は導電性ビア１１０によって第２導電型半導体層２３０と接続され、第２導電型半導体層２３０の上面にさらに電極を形成する必要がない。これにより、第２導電型半導体層２３０の上面に放射される光の量が増加する。
この場合、活性層２２０の一部に導電性ビア１１０が形成されて発光領域が減少するが、第２導電型半導体層２３０の上面の電極がなくなることから、得られる光抽出効率の効果がより大きい。
また、本実施形態による発光素子１０は、第２導電型半導体層２３０の上面に電極が配置されないため、全体的な電極の配置が垂直電極構造よりは水平電極構造と類似しているとみなすことができるが、第２導電型半導体層２３０の内部に形成された導電性ビア１１０によって電流分散の効果が十分に保障される。
また、図３に示すように、発光積層体２００は、その側面が導電型コンタクト層２４０に対して斜めになるように、具体的には、発光積層体２００の上部に向かって斜めになるように形成されることができる。
このような発光積層体２００の傾きは、導電型コンタクト層２４０を露出させるために発光積層体２００をエッチングする工程によって自然に形成することができる。
なお、発光積層体２００の上面、即ち、第２導電型半導体層２３０の上面には凹凸を形成することができる。このような凹凸は、レーザー照射又は乾式エッチング、湿式エッチングなどのエッチング工程によって適切に形成することができるが、湿式エッチングを用いてサイズや形状、周期などが不規則な凹凸構造を形成することが好ましい。これにより、活性層２２０の方向から入射された光が外部に放射される確率が増加する。
壁部３００は、支持基板１００上に形成されて複数の発光積層体２００それぞれをその側面の周囲を取り囲む構造に形成される。
また、壁部３００は、発光積層体２００より高く形成されてその上面が発光積層体２００の上面より高い位置にあるようにする。これにより、発光積層体２００の側面に放射される光を反射させることで、側面の光漏れを防止することができる。
壁部３００は、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉなどの金属をめっきして形成することができ、めっき法としては電解めっき又は無電解めっきの方法が用いることができる。
本実施形態においては、壁部３００がめっきを通じて形成されると説明したが、これに限定されるものではない。
図４に示すように、隣接した発光積層体のいずれか一側を取り囲む壁部３００は、隣接した他の発光積層体２００を取り囲む他の壁部３００と所定の間隔で離隔することで、互いに接続しないようにする。
この場合、図６に示すように、離隔された間隔は、以後、それぞれの発光積層体２００を個別の発光素子にシンギュレート（単体化）するにあたり、ダイシングブレードＤが壁部３００と接触しない程度のダイシングブレードＤの厚さより広い間隔で離隔されていることが好ましい。
あるいは、図５に示すように、壁部３００は、隣接した発光積層体２００の間に形成されて壁部３００の両側面にそれぞれ発光積層体２００を配置することもできる。
従って、隣接した発光積層体２００は、壁部３００を共有することができる。
また、以後、ダイシングブレードＤを通じて個別の発光素子にシンギュレートする時に所定の幅で壁部３００を形成し、その幅の中間でカットすることで、壁部３００は、図４に示すように、それぞれの発光積層体２００を取り囲むように分離することができる。
なお、壁部３００は、支持基板１００上において電極パッド２４１を除外した発光積層体２００の周りに沿って形成されてその内側に発光積層体２００を収容し、支持基板１００上に形成された電極パッド２４１は、壁部３００の外側に配置される。
即ち、壁部３００は、発光積層体２００の周りに沿ってのみ形成されることで、発光積層体２００の側面から放射される光が完全に壁部３００によって反射されるようにする。
さらに、発光積層体２００を外部から保護する機能を有することで、素子の電気的信頼性を向上させることができる。特に、外部に露出した活性層２２０は、発光素子の作動中に電流漏れ経路として作用する可能性もあるため、発光積層体２００の周りを壁部３００で遮断して外部に露出しないようにする。
壁部３００の内側には、発光積層体２００を覆うモールディング部５００を満たすことができる。
モールディング部５００は、電気絶縁性を有する透明樹脂からなって発光積層体２００の露出部位を密封することで、電流漏れの発生可能性を防止することができる。
モールディング部５００には、光抽出効率を向上させるための光拡散剤を含有させることができる。光拡散剤としては、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、及びＡｌ２Ｏ３で構成されるグループから選択された一つ以上の物質を用いることができる。
波長変換層４００は、複数の発光積層体２００それぞれの上部に配置され備えられる。
具体的には、波長変換層４００は、各発光積層体２００の壁部３００上に付着固定されるが、壁部３００の外側に配置される電極パッド２４１の上部には配置されないため、電極パッド２４１は波長変換層４００によって覆われない。従って、電極パッド２４１は、波長変換層４００によって妨害されずにワイヤＷでボンディングされて発光素子１０が実装される外部電源、例えば、リードフレームなどと電気的に接続することができる。
波長変換層４００は、発光積層体２００から放射された光の波長を変換する機能をする。
このためには、透明樹脂内に少なくとも一種の蛍光体が分散された構造が用いられる。
また、波長変換層４００によって変換された光は、発光積層体２００から放射された光と混合されて白色光を具現することができる。
例えば、発光積層体２００が青色光を放射する場合には、黄色蛍光体を用いることができ、発光積層体２００が紫外光を放射する場合には、赤色、緑色、青色蛍光体を混合して用いることができる。この他、白色発光を放射するために、発光積層体２００及び蛍光体の色が多様に組み合わせられる。また、必ず白色ではなくても緑色、赤色などの波長変換の物質のみを塗布して該当する色を放射する光源を具現することもできる。
具体的には、発光積層体２００から青色光が放射される場合、赤色蛍光体としては、ＭＡｌＳｉＮｘ：Ｒｅ（１≦ｘ≦５）の窒化物系蛍光体、及びＭＤ：Ｒｅの硫化物系蛍光体などがある。
ここで、ＭはＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇの内から選択された少なくとも一つの元素であり、ＤはＳ、Ｓｅ及びＴｅの内から選択された少なくとも一つであり、ＲｅはＥｕ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩの内から選択された少なくとも一つである。
また、緑色蛍光体としては、Ｍ２ＳｉＯ４：Ｒｅの珪酸塩系蛍光体、ＭＡ２Ｄ４：Ｒｅの硫化物系蛍光体、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｒｅの蛍光体、ＭＡ’２Ｏ４：Ｒｅ’の酸化物系蛍光体などがあり、ＭはＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇの内から選択された少なくとも一つの元素であり、ＡはＧａ、Ａｌ及びＩｎの内から選択された少なくとも一つであり、ＤはＳ、Ｓｅ及びＴｅの内から選択された少なくとも一つであり、Ａ’はＳｃ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｌｕ、Ａｌ及びＩｎの内から選択された少なくとも一つであり、ＲｅはＥｕ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩの内から選択された少なくとも一つであり、Ｒｅ’はＣｅ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩの内から選択された少なくとも一つである。
また、波長変換層４００には、量子点（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ）が蛍光体に代替して備えたり、又は蛍光体と共に備えることができる。
量子点は、コア（ｃｏｒｅ）及びシェル（ｓｈｅｌｌ）からなるナノクリスタル粒子で、コアのサイズが約２ｍｍ〜１００ｎｍの範囲にある。また、量子点は、コアのサイズを調節することで、青色（Ｂ）、黄色（Ｙ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）などのような多様な色を発光する蛍光物質として用いられることができ、ＩＩ−ＶＩ族の化合物半導体（ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＭｇＴｅなど）、ＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体（ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂ、ＡｌＳなど）又はＩＶ族半導体（Ｇｅ、Ｓｉ、Ｐｂなど）の内の少なくとも二種類の半導体を異種接合して量子点をなすコア（ｃｏｒｅ）及びシェル（ｓｈｅｌｌ）の構造を形成することができる。
この場合、量子点のシェル（ｓｈｅｌｌ）の外角におけるシェル表面の分子結合を終了させたり、量子点の凝集を抑制し、シリコン樹脂やエポキシ樹脂など樹脂内における分散性を向上させたり、又は蛍光体の機能を向上させるために、オレイン酸（Ｏｌｅｉｃ ａｃｉｄ）のような物質を用いた有機リガンド（Ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇａｎｄ）を形成することもできる。
このような量子点は、水分や空気に弱い特性を示し、特に、本実施形態による発光素子が装着される照明装置などの基板における電極パターン（図示せず）やパッケージのリードフレーム（図示せず）と接触する場合、化学反応が起こる可能性がある。よって、図面に示すように、波長変換層４００を発光積層体２００の上部のみに適用して電極パッドや支持基板と接触しないようにすることで、信頼性を向上させることができる。
従って、以下では、波長変換物質として蛍光体を例に挙げたが、蛍光体を量子点に置換したり、蛍光体に量子点を付加することができる。
このような波長変換層４００としては、それぞれ該当する発光積層体２００の発光特性を考慮して色分散が最小限になるように波長変換特性を調節したものを採用することができる。
また、各波長変換層４００は、含有される蛍光体の種類を異なるようにしたり、含有される蛍光体の含有量を異なるようにするなどの方式を通じてその波長変換特性を調節することができる。
このように、各発光積層体２００の特性に合わせて適切な波長変換層４００を選択して用いることで、色分散（色度の偏差）をマカダム（ＭａｃＡｄａｍ）の偏差楕円３ステップ（ｓｔｅｐ）の水準に調節することができる。
図７は、本発明の他の実施形態による発光素子が示す。
図７に示す実施形態による発光素子を構成する構成要素としては、図１及び図２に示した実施形態と基本的な構造が実質的に同一である。但し、壁部の構造において相違があるため、以下では、上記の実施形態と重複する部分に関する説明は省略し、壁部の構造を中心に説明する。
図７は、本発明の他の実施形態による発光素子を示す概略断面図である。
図７を参照すると、本発明の他の実施形態による発光素子１０’は、支持基板１００と、発光積層体２００と、壁部３００’と、波長変換層４００とを含む。
支持基板１００は、その上部に形成される発光積層体２００を支持する支持体の役割を行い、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｓｉ、Ｓｅ、ＧａＡｓの内のいずれか一つを含む物質、例えば、導電性を有するＣｕ又はＳｉとＡｌとの結合形態の物質であるＳｉ−Ａｌからなることができる。
支持基板１００の下面には、支持基板１００と電気的に接続されるメタル層１２０を備える。
支持基板１００上には、複数の半導体層の積層構造からなる発光積層体２００が形成される。
発光積層体２００の詳細な構造及び構成は、図３で詳細に図示及び説明しているため、これに関する説明は省略する。
本実施形態では、発光積層体が支持基板上に単一で備えられるように例示しているが、これに限定されない。例えば、発光積層体は複数備えられることもでき、この場合、複数の発光積層体２００は、それぞれ横及び縦方向に所定間隔で離隔されてマトリクス状に配列される。
壁部３００’は、発光積層体２００の傾斜した側面に形成されて発光積層体２００をその側面の周囲を取り囲む構造に形成される。これにより、発光積層体２００を上部からみたとき、発光積層体２００の上面と傾斜した側面が見える図２の実施形態と異なり、本実施形態では、発光積層体２００の上面のみが露出し、傾斜した側面は壁部３００’によって覆蓋されて見えず、壁部３００’の上面のみが見える。
また、壁部３００’は、発光積層体２００より高く形成されてその上面が発光積層体２００の上面より高い位置に位置するようにする。
これにより、発光積層体２００の側面に放射される光を反射させて側面の光漏れを防止することができる。
壁部３００’は、樹脂内に少なくとも一種の蛍光体を分散されて形成することができる。また、蛍光体の代わりにＴｉＯ２、Ａｇなどの粉末が分散された構造を用いることもできる。
一方、壁部３００’は、発光積層体２００の側面に形成されて発光積層体２００の周囲を取り囲む構造を備えるため、支持基板１００上に形成された電極パッド２４１は、図１及び図２の実施形態と同様に壁部３００’の外側に配置することができる。
しかし、図２の実施形態では、壁部が支持基板上に形成されて発光積層体と所定間隔で離隔されて備えられるのに対し、本実施形態では、壁部が発光積層体の側面と直接に接触する形態で形成するため、発光素子の小型化により適した構造を有することができる。
波長変換層４００は、発光積層体２００を覆うように壁部３００’上に付着され固定される。
波長変換層４００は、発光素子１０’を上部からみたとき、発光積層体２００に対応する形態を有することができる。
また、壁部３００’の外側に配置される電極パッド２４１の上部には配置されないため、電極パッド２４１は波長変換層４００によって覆われない。これにより、電極パッド２４１は、波長変換層４００によって妨害されず、ワイヤＷでボンディングされて発光素子１０’が実装される外部電源、例えば、リードフレームなどと電気的に接続することができる。
波長変換層４００の具体的な構成は、図１の実施形態と実質的に同一であるため、これに関する具体的な説明は省略する。
図８Ａ〜図８Ｉを参照して本実施形態による発光素子の製造方法について説明する。
図８Ａ〜図８Ｉは、図７の発光素子を製造する方法を段階別に説明するための概略断面図である。
まず、図８Ａに示すように、発光積層体２００が一面に形成された支持基板１００を用意する。発光積層体２００は、支持基板１００上に複数がそれぞれ横及び縦方向に所定間隔で離隔されてマトリクス状に配列されて備えられる。
支持基板１００は、導電性基板で、例えば、導電性を有するＣｕ又はＳｉとＡｌとの結合形態の物質であるＳｉ−Ａｌからなる。また、支持基板１００上には導電型コンタクト層２４０が形成する。
導電型コンタクト層２４０は、一部が外部に露出し、導電型コンタクト層２４０の露出領域には電気信号を印加するための電極パッド２４１が形成される。
導電型コンタクト層２４０は、電気的に支持基板１００と分離されている。このため、導電型コンタクト層２４０と支持基板１００との間には絶縁体２５０が介在させる。
発光積層体２００は、複数の半導体層の積層構造からなり、導電型コンタクト層２４０上に順次積層された、第１導電型半導体層２１０と、活性層２２０と、第２導電型半導体層２３０とを含む。
導電性の支持基板１００は、活性層２２０、第１導電型半導体層２１０、及び導電型コンタクト層２４０を貫通する導電性ビア１１０を通じて第２導電型半導体層２３０と電気的に接続される。これにより、支持基板１００を通じて第２導電型半導体層２３０に電気信号が印加される。
この場合、導電性ビア１１０とこれらの間には絶縁体２５０を形成する。
発光積層体２００及び支持基板１００の具体的な構造は、図３に開示した構造と実質的に同一であるため、これに関する具体的な説明は省略する。
上記したように、複数の発光積層体２００が形成された支持基板１００上に電極パッド２４１及び発光積層体２００の上面を覆うようにフォトレジスト（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）パターン６００を形成する。
フォトレジストパターン６００は、発光積層体２００が傾斜した側面が覆蓋されないように発光積層体２００の上面及び電極パッド２４１を含む支持基板１００の上面を部分的に覆う構造で形成する。
この場合、発光積層体２００の傾斜した側面が露出するフォトレジストパターン６００同士の空間６０１は、壁部３００’に対応する形状を有することができる。これにより、フォトレジストパターン６００は、一種のモールドとして機能することができる。
フォトレジストパターン６００は、スクリーンプリンティングなどの方法を通じて形成することができる。
次に、図８Ｂに示すように、樹脂Ｒをフォトレジストパターン６００が形成された支持基板１００上にディスペンシング（ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ）してフォトレジストパターン６００同士の空間６０１を満たすようにフォトレジストパターン６００及び発光積層体２００を含む支持基板１００の上面を全体的に覆う。
これにより、発光積層体２００の傾斜した側面は、樹脂Ｒによって覆われる。樹脂Ｒは、追加工程によって硬化させる。
樹脂Ｒ内には、少なくとも一種の蛍光体を分散させて含有させることができる。また、ＴｉＯ２又はＡｇ粉末などが含有させることもできる。
その後、図８Ｃに示すように、硬化した樹脂Ｒ及びフォトレジストパターン６００を部分的に除去して全体的に均一で平らな上面を有するように平坦化を行う。
続いて、図８Ｄに示すように、フォトレジストパターン６００を除去して発光積層体２００の傾斜した側面上に壁部３００’を形成する。
具体的には、壁部３００’は、フォトレジストパターン６００との空間６０１に満たされた樹脂Ｒを硬化させることによって形成され、フォトレジストパターン６００を除去することで、側壁上に突出した構造を有しながら露出するようになる。
次いで、図８Ｅに示すように、支持基板１００の他面をグラインディングして部分的に除去した後、図８Ｆに示すように、その表面にメタル層１２０を形成する。メタル層１２０は、支持基板１００上に形成された電極パッド２４１のように電気信号を印加するために備えられ、電極パッド２４１と異なる極性を有する一種の他の電極パッドに相当する。
次に、図８Ｇに示すように、ダイシング工程を通じて個別の発光素子にシンギュレートする。
また、図８Ｈに示すように、それぞれの発光素子に電源を供給して発光特性を測定する。なお、測定された発光特性に応じて発光素子をソーティング（ｓｏｒｔｉｎｇ）する。
その後、図８Ｉに示すように、発光素子上に波長変換層４００を付着することで発光素子１０’を完成させる。
波長変換層４００は、各発光積層体２００の壁部３００’上に付着して固定され、壁部３００’の外側に配置される電極パッド２４１の上部には配置されないため、電極パッド２４１は波長変換層４００によって覆われない。
このような波長変換層４００としては、ソーティングされたそれぞれの発光素子、具体的には、各発光積層体２００の発光特性を考慮して色分散が最小限になるように波長変換特性を調節したものが採用される。
また、各波長変換層４００は、含有される蛍光体の種類又は含有量を異ならせたり、厚さを異ならせるなどの方式を通じてその波長変換特性を調節する。
これにより、完成した発光素子の色分散をマカダム（ＭａｃＡｄａｍ）の偏差楕円３ステップ（ｓｔｅｐ）の水準に調節することができる。
図９には、本発明のさらに他の実施形態による発光素子を示す。
図９に示す実施形態による発光素子を構成する構成要素は、図７に示した実施形態と基本的な構造が実質的に同一である。但し、壁部の構造において相違があるため、以下では、上記した実施形態と重複される部分に関する説明は省略し、壁部の構造を中心に説明する。
図９は、本発明のさらに他の実施形態による発光素子を示す概略断面図である。
図９を参照すると、本発明のさらに他の実施形態による発光素子１０’’は、支持基板１００と、発光積層体２００と、モールディング部５００’と、波長変換層４００とを含む。
支持基板１００は、その上部に形成される発光積層体２００を支持する支持体の役割を行う。例えば、導電性を有するＣｕ又はＳｉとＡｌとの結合形態の物質であるＳｉ−Ａｌからなることができる。支持基板１００の下面には、支持基板１００と電気的に接続されるメタル層１２０が備えられる。
支持基板１００上には、複数の半導体層の積層構造からなる発光積層体２００が形成される。発光積層体２００の詳細な構造及び構成は図３で詳細に図示及び説明しているため、これに関する説明は省略する。
モールディング部５００’は、発光積層体２００の傾斜した側面と上面に形成されることで、発光積層体２００を全体的に封止する構造で形成される。これにより、発光積層体２００を上部からみたとき、発光積層体２００の上面及び傾斜した側面が見える図２の実施形態、発光積層体２００の上面のみが露出して見える図７の実施形態とは異なり、本実施形態では、発光積層体２００の表面はモールディング部５００’によって覆蓋されて見えず、モールディング部５００’の上面のみが見える。
これにより、発光積層体２００の側面から放射される光を反射させることで、側面の光漏れを防止することができる。
壁部３００’と同様に、モールディング部５００’は、樹脂内に少なくとも一種の蛍光体を分散させて形成することができる。また、蛍光体の代わりにＴｉＯ２、Ａｇなどの粉末を分散させた構造を用いることもできる。
一方、モールディング部５００’は、発光積層体２００の周囲を取り囲む構造を備えるため、支持基板１００上に形成された電極パッド２４１は、図２の実施形態及び図７の実施形態と同様に、モールディング部５００’によって覆蓋されず、モールディング部５００’の外側に配置することができる。
また、壁部３００’が発光積層体２００の側面のみを覆う図７の実施形態と比較するとき、モールディング部５００’は、発光積層体２００の側面のみならず、まで覆う構造である点において相違があるだけで、全体的な構造は実質的に同一であることから、図７の実施形態と同様に発光素子の小型化が可能であるという長所を有することができる。
波長変換層４００は、発光積層体２００を覆うようにモールディング部５００’上に付着され固定される。
波長変換層４００は、発光素子を上部からみたとき、発光積層体２００に対応する形状を有することができる。また、波長変換層４００は、モールディング部５００’の外側に配置される電極パッド２４１の上部には配置されないため、上記電極パッド２４１は波長変換層４００によって覆われない。これにより、電極パッド２４１は、波長変換層４００によって妨害されず、ワイヤＷでボンディングされて発光素子が実装される外部電源、例えば、リードフレームなどと電気的に接続することができる。
波長変換層４００の具体的な構成は、図１の実施形態と実質的に同一であるため、これに関する具体的な説明は省略する。
図１０Ａ〜図１０Ｉを参照して図９の実施形態による発光素子の製造方法について説明する。
図１０Ａ〜図１０Ｉは、図９の発光素子を製造する方法を段階別に説明するための概略断面図である。
まず、図１０Ａに示すように、発光積層体２００が一面に形成された支持基板１００を用意する。
発光積層体２００は、支持基板１００上に複数がそれぞれ横及び縦方向に所定間隔で離隔されてマトリクス状に配列されて備えられる。
発光積層体２００及び上記支持基板１００の具体的な構造は、図３及び図７に開示した構造と実質的に同一であるため、これに関する具体的な説明は省略する。
次に、複数の発光積層体２００が形成された支持基板１００上に電極パッド２４１を覆うようにフォトレジスト（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）パターン６００を形成する。
フォトレジストパターン６００は、発光積層体２００の傾斜した側面と上面が覆蓋されないように電極パッド２４１を含む支持基板１００の上面を部分的に覆う構造で形成する。即ち、発光積層体２００の上面にフォトレジストパターン６００が形成された図７の実施形態と異なり、本実施形態では、発光積層体２００の上面にフォトレジストパターン６００が形成されない点において相違がある。
次に、図１０Ｂに示すように、樹脂Ｒを発光積層体２００が形成された支持基板１００上にディスペンシング（ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ）してフォトレジストパターン６００同士の空間を満たすようにフォトレジストパターン６００及び発光積層体２００を含む支持基板１００の上面を全体的に覆う。
これにより、発光積層体２００の傾斜した側面と上面は樹脂Ｒによって覆われるようになる。樹脂Ｒは、追加工程を通じて硬化させる。
樹脂Ｒ内には、少なくとも一種の蛍光体を分散させて含有させることができる。また、ＴｉＯ２又はＡｇ粉末などを含有させることもできる。
その後、図１０Ｃに示すように、硬化させた樹脂Ｒ及びフォトレジストパターン６００を部分的に除去して全体的に均一で平らな上面を有するように平坦化を行う。
続いて、図１０Ｄに示すように、フォトレジストパターン６００を除去して発光積層体２００の傾斜した側面と上面を封止するモールディング部５００’を形成する。
具体的には、モールディング部５００’は、フォトレジストパターン６００同士の空間に満たされた樹脂Ｒを硬化することにより形成され、フォトレジストパターン６００を除去することで、発光積層体２００の側面と上面を封止する構造を有しながら露出するようになる。
次いで、図１０Ｅに示すように、支持基板１００の他面をグラインディングして部分的に除去した後、図１０Ｆに示すように、その表面にメタル層１２０を形成する。
メタル層１２０は、支持基板１００上に形成された電極パッド２４１のように電気信号を印加するために備えられ、電極パッド２４１と異なる極性を有する一種の他の電極パッドに相当する。
次に、図１０Ｇに示すように、ダイシング工程を通じて個別の発光素子にシンギュレートする。
また、図１０Ｈに示すように、それぞれの発光素子に電源を供給して発光特性を測定する。
また、測定された発光特性に応じて発光素子をソーティング（ｓｏｒｔｉｎｇ）する。
その後、図１０Ｉに示すように、発光素子上に波長変換層４００を付着することで発光素子１０’’を完成させる。
波長変換層４００は、各発光積層体２００のモールディング部５００’上に付着して固定され、モールディング部５００’の外側に配置される電極パッド２４１の上部には配置されないため、電極パッド２４１は波長変換層４００によって覆われない。
このような波長変換層４００としては、ソーティングされたそれぞれの発光素子、具体的には、各発光積層体２００の発行特性を考慮して色分散が最小限になるように波長変換特性が調節されたものが採用することができる。
また、各波長変換層４００は、含有される蛍光体の種類又は含有量を異ならせたり、厚さを異ならせるなどの方式を通じてその波長変換特性を調節することができる。
これにより、完成した発光素子の色散布をマカダム（ＭａｃＡｄａｍ）の偏差楕円３ステップ（ｓｔｅｐ）の水準に調節することができる。
このように製造された発光素子は、例えば、ＭＲ１６ランプのような照明装置又は自動車ヘッドランプなどの光源として用いられることができる。
尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
１０、１０’、１０’’ 発光素子
１００ 支持基板
１１０ 導電性ビア
１２０ メタル層
２００ 発光積層体
２１０ 第１導電型半導体層
２２０ 活性層
２３０ 第２導電型半導体層
２４０ 導電型コンタクト層
２４１ 電極パッド
２５０ 絶縁体
３００、３００’ 壁部
４００ 波長変換層
５００、５００’ モールディング部
６００ フォトレジストパターン

Claims (10)

  1. 支持基板と、
    半導体層の積層構造からなり、前記支持基板上に形成された複数の発光積層体と、
    前記支持基板上に形成されて前記発光積層体を取り囲む壁部と、
    前記発光積層体の上部に配置される波長変換層とを有することを特徴とする発光素子。
  2. 前記壁部は、前記発光積層体より高く形成されて上面が前記発光積層体の上面より高い位置にあることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  3. 前記壁部は、めっきを通じて形成される金属材料からなり、前記発光積層体の側面の周囲に沿って形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  4. 前記壁部は、隣接した前記発光積層体の間に形成されて前記壁部の両側面にそれぞれ前記発光積層体が配置され、前記隣接した発光積層体は前記壁部を共有することを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  5. 隣接した発光積層体のいずれか一側を取り囲む前記壁部は、隣接した他側の発光積層体を取り囲む他の壁部と所定の間隔で離隔されて接続しないことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  6. 前記発光積層体は、第１導電型半導体層と、第２導電型半導体層と、その間に形成された活性層との積層構造を有し、
    前記第１導電型半導体層又は第２導電型半導体層のいずれか一つと電気的に接続される電極パッドが前記支持基板上に形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  7. 前記電極パッドは、前記発光積層体の周囲に沿って形成されて内側に前記発光積層体を取り囲む前記壁部の外側に配置されることを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
  8. 前記電極パッドは、前記波長変換層によって覆われないことを特徴とする請求項７に記載の発光素子。
  9. 前記波長変換層は、該当する発光積層体の発光特性を考慮して色分布が最小限になるように波長変換特性を調節することを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  10. 前記波長変換層は、含有される蛍光体の種類を異ならせるか、又は含有される蛍光体の含有量を異ならせて波長変換特性を調節することを特徴とする請求項９に記載の発光素子。
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