JP2014086728A - 発光素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光効率が高く、かつ光抽出効率も高い発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージ、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１０５、基板の上に第１導電型半導体層１１２、第１導電型半導体層の上に活性層１１４、活性層の上に第２導電型半導体層１１６、基板を貫通する第１ビアホールを通じて第１導電型半導体層と接する第１ビア電極１３１、基板、第１導電型半導体層、活性層を貫通する第２ビアホールを通じて第２導電型半導体層と接する第２ビア電極１３２を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージ、及び照明システムに関するものである。
発光素子（Light Emitting Device）は電気エネルギーが光エネルギーに変換される特性のｐ−ｎ接合ダイオードであって、周期律表の上で３族と５族などの化合物半導体に生成されることができ、化合物半導体の組成比を調節することによって、多様な色相具現が可能である。
従来技術による発光素子は、電極層の位置によって水平型（Lateral Type）発光素子と垂直型（Vertical type）発光素子とに分けられる。
一方、従来技術による発光素子パッケージング技術のうち、フリップチップ（flip-chip）発光素子（ＬＥＤ）は、水平型発光素子を基盤とし、ｎ型電極製作のために正孔注入半導体層及び活性層をエッチングする。これによって、発光面積が減って光束が減る問題がある。
また、従来技術によるフリップチップ発光素子は、水平型発光素子を基盤とするので、キャリアの流れが拡散できず電流の集中が発生して発光効率が低下する問題がある。
また、従来技術によるフリップチップ発光素子で採用する電極は光透光性が低く、むしろ電極では光を反射するようにしてサファイア基板を通じて光抽出されるようにすることによって、光抽出効率が低いという問題がある。
本発明の目的は、フリップチップ形態の発光素子で発光面積を確保して光束を向上させることができる発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージ、及び照明システムを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、フリップチップ形態の発光素子で電流拡散を通じて発光効率を向上させることができる発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージ、及び照明システムを提供することにある。
また、本発明の更に他の目的は、フリップチップ形態の発光素子で光透光性の高い電極物質を採用して光抽出効率を増大させることができる発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージ、及び照明システムを提供することにある。
本発明の一態様に従う発光素子は、基板、前記基板の上に第１導電型半導体層、前記第１導電型半導体層の上に活性層、前記活性層の上に第２導電型半導体層、前記基板を貫通する第１ビアホールを通じて前記第１導電型半導体層と接する第１ビア電極、前記基板、前記第１導電型半導体層、前記活性層を貫通する第２ビアホールを通じて前記第２導電型半導体層と接する第２ビア電極を含むことができる。
また、本発明の一態様に従う発光素子は、基板と、前記基板の上に積層された第１導電型半導体層、活性層、及び第２導電型半導体層と、底面から前記基板を貫通する第１ビアホールを通じて前記第１導電型半導体層の底面と接する第１ビア電極と、底面から前記基板、前記第１導電型半導体層、前記活性層を貫通する第２ビアホールを通じて前記第２導電型半導体層の底面と接する第２ビア電極と、前記第１ビア電極の上面と接しながら前記第１ビア電極から延びる第１延長電極及び前記第２ビア電極の上面と接しながら前記第２ビア電極から延びる第２延長電極を含むことができる。
本発明の様々な実施形態に従う発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージ、及び照明システムによれば、フリップチップ形態の発光素子で発光面積を確保して光束を向上させることができる。
また、本発明の様々な実施形態によれば、フリップチップ形態の発光素子でビア電極物質に熱的安定性の高い遷移金属物質を採用することによって、信頼性の高い発光素子を提供することができる。
また、本発明の様々な実施形態によれば、フリップチップ形態の発光素子で電流拡散を通じて発光効率を向上させることができる。
また、本発明の様々な実施形態によれば、フリップチップ形態の発光素子で光透光性の高い電極物質を採用して光抽出効率を増大させることができる。
本発明の第１実施形態に従う発光素子の断面図である。 本発明の第１実施形態に従う発光素子の製造方法の工程断面図である。 本発明の第１実施形態に従う発光素子の製造方法の工程断面図である。 本発明の第１実施形態に従う発光素子の製造方法の工程断面図である。 本発明の第１実施形態に従う発光素子の製造方法の工程断面図である。 本発明の第１実施形態に従う発光素子の製造方法の工程断面図である。 本発明の第１実施形態に従う発光素子の製造方法の工程断面図である。 本発明の第１実施形態に従う発光素子の製造方法の工程断面図である。 本発明の第２実施形態に従う発光素子の断面図である。 本発明の第３実施形態に従う発光素子の断面図である。 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。 本発明の実施形態に従う発光素子を備える照明装置の分解斜視図である。
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／の上（on）”に、または“下／の下（under）”に形成されることと記載される場合において、“上／の上（on）”と“下／の下（under）”は、“直接（directly）”または“他の層を介して（indirectly）”形成されることを全て含む。また、各層の上／の上または下／の下に対する基準は、図面を基準として説明する。
（実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に従う発光素子１００の断面図である。
第１実施形態に従う発光素子１００は、基板１０５と、前記基板１０５の上に第１導電型半導体層１１２と、前記第１導電型半導体層１１２の上に活性層１１４と、前記活性層１１４の上に第２導電型半導体層１１６と、前記基板１０５を貫通する第１ビアホールｈ１を通じて前記第１導電型半導体層１１２と接する第１ビア電極１３１及び前記基板１０５、前記第１導電型半導体層１１２、前記活性層１１４を貫通する第２ビアホールｈ２を通じて前記第２導電型半導体層１１６と接する第２ビア電極１３２を含むことができる。
前記第１導電型半導体層１１２、前記活性層１１４、及び前記第２導電型半導体層１１６は、発光素子において光を発光する発光構造物１１０を構成することができる。
また、実施形態は前記基板１０５と前記第１導電型半導体層１１２との間にバッファ層１０７を備えて前記基板１０５と発光構造物１１０との間に格子定数差などにより発生するストレスを減らすことができる。
また、実施形態は前記第１ビア電極１３１の側面を覆いかぶせる第１絶縁層１２１及び前記第２ビア電極１３２の側面を覆いかぶせる第２絶縁層１２２をさらに含んで電気的なショートを防止することができる。
前述したように、従来技術による発光素子パッケージング技術のうち、フリップチップ（flip-chip）発光素子（ＬＥＤ）は水平型発光素子を基盤とするため、ｎ型電極の製作のために正孔注入半導体層及び活性層をエッチングして電子注入層を露出させるようになり、このような過程で活性層の相当部分が除去されて発光面積が減って光束が減る問題がある。
これによって、実施形態によれば、従来技術によるフリップチップ形態の発光素子の電極構造と全く異なる観点から接近してフリップチップ形態の発光素子に最適化したビア電極を適用することによって、フリップチップ形態の発光素子で活性層が除去されることを最小化して発光面積を確保することによって、光束を向上させることができ、発光された光が電極により遮断または反射されることを最小化して、光抽出効率を増大させることができる。
また、実施形態によれば、前記第１ビア電極１３１と前記第２ビア電極１３２に使われる電極物質に窒化物遷移金属を含むことができる。
例えば、実施形態によれば、前記第１ビア電極１３１と前記第２ビア電極１３２の電極物質に、ＣｒＮ、ＴｉＮ、ＣｒＡｌＮのうち、いずれか１つ以上を含むことができるが、これに限定されるものではない。
実施形態によれば、前記第１ビア電極１３１と前記第２ビア電極１３２の物質に融点が１５００℃以上の窒化物遷移金属を含んで、フリップチップ形態の発光素子でビア電極物質に熱的安定性の高い遷移金属物質を採用することによって、信頼性の高い発光素子を提供することができる。
例えば、実施形態において、ビア電極物質に採用する窒化物遷移金属として、ＣｒＮは融点が約１７７０℃であり、ＴｉＮは融点が約２９３０℃であり、これを通じてビア電極形成後、進行する発光構造物のエピ工程にもかかわらず、ビア電極の高い熱的安定性により信頼性の高い発光素子を提供することができ、チップ完成後、チップ作動時の場合にも高い熱的安定性により信頼性の高い発光素子を提供することができる。
一方、従来技術によるフリップチップ発光素子で採用する電極は、光透光性が低いので、大部分の光はサファイア基板を通じて光抽出されて光抽出効率が低いという問題がある。
ここに、実施形態は前記第１ビア電極１３１と前記第２ビア電極１３２の物質に光透光性（Optical transmittance rate）が７０％以上の窒化物遷移金属を含むことができる。
例えば、ＴｉＮは３００ｎｍ以上の波長で光透光性が約８０％以上を維持し、ＣｒＡｌＮは２５０ｎｍ以上の波長で光透光性が約７０％以上を維持する。
これによって、実施形態によれば、フリップチップ形態の発光素子に最適化されたビア電極を適用することによって、フリップチップ形態の発光素子で活性層が除去されることを最小化して発光面積を確保することによって、光束を向上させることができ、延いては、フリップチップ形態の発光素子で光透光性の高い電極物質を採用して光抽出効率をより増大させることができる。
また、従来技術によるフリップチップ発光素子は、水平型発光素子を基盤とするため、電流の集中が発生して、発光効率が低下する問題がある。
ここに、実施形態は前記第１ビア電極１３１と前記第２ビア電極１３２の物質に、電気伝導性の高い窒化物遷移金属を含むことができる。例えば、ＴｉＮは電気抵抗が約３０〜７０［μΩｃｍ］であり、ＣｒＮは電気抵抗が約２５［μΩｃｍ］程度に低い抵抗を備えることによって、電気伝導性に優れる。
これによって、実施形態によれば、前記第１ビア電極１３１と前記第２ビア電極１３２の物質に電気伝導性の高い窒化物遷移金属を含むことによって、フリップチップ形態の発光素子で活性層が除去されることを最小化して発光面積を確保することによって、光束を向上させることができると共に、高い電気伝導性による電流拡散により発光効率を向上させることができる。
実施形態に従う発光素子によれば、フリップチップ形態の発光素子で発光面積を確保して光束を向上させることができる。
また、実施形態によればフリップチップ形態の発光素子でビア電極物質に熱的安定性の高い遷移金属物質を採用することによって、信頼性の高い発光素子を提供することができる。
また、実施形態によれば、フリップチップ形態の発光素子で電流拡散を通じて発光効率を向上させることができる。
また、実施形態によれば、フリップチップ形態の発光素子で光透光性の高い電極物質を採用して光抽出効率を増大させることができる。
以下、図２乃至図８を参照して実施形態に従う発光素子の製造方法を説明する。
まず、図２のように、基板１０５を準備する。前記基板１０５は熱伝導性に優れる物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。例えば、前記基板１０５は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＺｎＯ、ＧａＰ、ＩｎＰ、Ｇｅ、及びＧａ２Ｏ３のうち、少なくとも１つを使用することができる。前記基板１０５には凹凸構造が形成されて光抽出効率を上げることができるが、これに対して限定するものではない。
以後、前記基板１０５に複数のビアホールｈ１、ｈ２を形成することができる。例えば、前記ビアホールは第１ビアホールｈ１と第２ビアホールｈ２とを含むことができ、ビアホールは少なくとも２つ以上形成できる。
前記ビアホールは基板１０５に対してレーザードリリング、またはエッチングなどの方法により物理的または化学的方法などにより形成できる。
次に、図３のように、前記ビアホールが形成された基板１０５の上にバッファ層１０７と１次の第１導電型半導体層１１２ａを形成することができる。
前記バッファ層１０７と前記１次の第１導電型半導体層１１２ａは、前記基板１０５が存在する領域に選択的に形成できる。一方、前記バッファ層１０７や前記１次の第１導電型半導体層１１２ａが成長しながらマージ（merge）されることを防止するために、ビアホールの内に感光膜などの第１犠牲膜（図示せず）を詰めることができるが、これに限定されるものではない。
前記バッファ層１０７は、前記発光構造物１１０と基板１０５との間の格子不整合を緩和させることができ、前記バッファ層１０７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１つで形成できる。
前記１次の第１導電型半導体層１１２ａは、第１導電型ドーパントがドーピングされたIII族−V族化合物半導体で具現されることができ、前記１次の第１導電型半導体層１１２ａはＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を含む。前記１次の第１導電型半導体層１１２ａは、例えば、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰのような化合物半導体のうち、少なくとも１つを含む層などの積層構造を含むことができる。前記１次の第１導電型半導体層１１２ａはｎ型半導体層であることがあり、前記１次の第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。
次に、図４のように、第１ビアホールｈ１の側壁に第１絶縁層１２１を形成し、第１ビアホールｈ１を埋める第１ビア電極１３１を形成することができる。この際、前記第２ビアホールｈ２には感光膜などの第２犠牲膜１９２を詰めることができるが、これに限定されるものではない。
前記第１絶縁層１２１は、酸化物、窒化物などの電気的絶縁物質であることがあり、蒸着などの方法により形成できるが、これに限定されるものではない。
前記第１ビア電極１３１は、電極物質に窒化物遷移金属を含むことができる。例えば、前記第１ビア電極１３１の電極物質に、ＣｒＮ、ＴｉＮ、ＣｒＡｌＮのうち、いずれか１つ以上を含むことができるが、これに限定されるものではない。
実施形態によれば、前記第１ビア電極１３１の物質に融点が１５００℃以上の窒化物遷移金属を含んで、フリップチップ形態の発光素子でビア電極物質に熱的安定性の高い遷移金属物質を採用することによって、信頼性の高い発光素子を提供することができる。
また、実施形態は前記第１ビア電極１３１の物質に光透光性（Optical transmittance rate）が７０％以上の窒化物遷移金属を含むことによって、フリップチップ形態の発光素子に最適化したビア電極を適用することによって、フリップチップ形態の発光素子で活性層が除去されることを最小化して発光面積を確保することによって、光束を向上させることができ、延いては、フリップチップ形態の発光素子で光透光性の高い電極物質を採用して光抽出効率をより増大させることができる。
また、実施形態は前記第１ビア電極１３１の物質に電気伝導性の高い窒化物遷移金属を含むことによって、フリップチップ形態の発光素子で活性層が除去されることを最小化して発光面積を確保することによって、光束を向上させることができると共に、高い電気伝導性による電流拡散を通じて発光効率を向上させることができる。
次に、図５のように、１次の第１導電型半導体層１１２ａの上に２次の第１導電型半導体層１１２ｂを形成して第１ビア電極１３１の上面と２次の第１導電型半導体層１１２ｂが接するようにすることができる。前記１次の第１導電型半導体層１１２ａと前記２次の第１導電型半導体層１１２ｂは、第１導電型半導体層１１２を構成することができる。
次に、図６のように、前記第１導電型半導体層１１２の上に活性層１１４と１次の第２導電型半導体層１１６ａを形成する。
前記活性層１１４と前記１次の第２導電型半導体層１１６ａは、前記第２犠牲膜１９２の上には成長されないことによって、前記第１導電型半導体層１１２の上面に選択的に成長できる。
前記活性層１１４は、単一量子井戸、多重量子井戸（ＭＱＷ）、量子線（quantum wire）構造、または量子点（quantum dot）構造を選択的に含むことができる。前記活性層１１４は、井戸層（図示せず）と障壁層（図示せず）の周期を含む。前記井戸層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を含み、前記障壁層はＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を含むことができる。前記井戸層／障壁層の周期は、例えば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ／ＩｎＡｌＧａＮの積層構造を用いて１周期以上に形成できる。前記障壁層は、前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半導体物質で形成できる。
前記１次の第２導電型半導体層１１６ａは、第２導電型ドーパントがドーピングされた半導体、例えば、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を含む。前記１次の第２導電型半導体層１１６ａは、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰのような化合物半導体のうち、いずれか１つからなることができる。前記１次の第２導電型半導体層１１６ａはｐ型半導体層であることがあり、前記１次の第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を含むことができる。
次に、図７のように、第２犠牲膜１９２を除去後、第２ビアホールｈ２の内に第２絶縁層１２２及び第２ビア電極１３２を形成することができる。
前記第２絶縁層１２２は、第１絶縁層１２１のように、酸化物、窒化物などの電気的絶縁物質であることがあり、蒸着などの方法により形成できるが、これに限定されるものではない。
前記第２ビア電極１３２は、前記第１ビア電極１３１のように窒化物遷移金属を含むことができる。例えば、前記第２ビア電極１３２の電極物質に、ＣｒＮ、ＴｉＮ、ＣｒＡｌＮのうち、いずれか１つ以上を含むことができるが、これに限定されるものではない。
実施形態によれば、前記第２ビア電極１３２の物質に融点が１５００℃以上の窒化物遷移金属を含んで、フリップチップ形態の発光素子でビア電極物質に熱的安定性の高い遷移金属物質を採用することによって、信頼性の高い発光素子を提供することができる。
また、実施形態は前記第２ビア電極１３２の物質に光透光性（Optical transmittance rate）が７０％以上の窒化物遷移金属を含むことによって、フリップチップ形態の発光素子に最適化したビア電極を適用することによって、発光面積を確保することによって、光束を向上させることができ、延いては、フリップチップ形態の発光素子に光透光性の高い電極物質を採用して光抽出効率をより増大させることができる。
また、実施形態は前記第２ビア電極１３２の物質に電気伝導性の高い窒化物遷移金属を含むことによって、フリップチップ形態の発光素子で発光面積を確保することによって、光束を向上させることができると共に、高い電気伝導性による電流拡散を通じて発光効率を向上させることができる。
次に、図８のように、前記１次の第２導電型半導体層１１６ａの上に２次の第２導電型半導体層１１６ｂを形成し、第１ビア電極１３１の下側に第１電極１４１と前記第２ビア電極１３２の下側に第２電極１４２を形成することができる。
前記１次の第２導電型半導体層１１６ａと前記２次の第２導電型半導体層１１６ｂは、第２導電型半導体層１１６を構成することができる。
前記第１電極１４１と前記第２電極１４２はオーミック層（図示せず）、反射層（図示せず）、結合層（図示せず）などを含むことができるが、これに限定されるものではない。
実施形態において、前記発光構造物１１０の導電型を反対に配置することができ、例えば第１導電型半導体層１１２はｐ型半導体層、前記第２導電型半導体層１１６はｎ型半導体層に配置することができる。前記第２導電型半導体層１１６の上には前記第２導電型と反対の極性を有する第１導電型の半導体層（図示せず）がさらに配置されることもできる。
前記発光構造物１１０は、ｎ−ｐ接合構造、ｐ−ｎ接合構造、ｎ−ｐ−ｎ接合構造、ｐ−ｎ−ｐ接合構造のうち、いずれか一構造で具現することができる。ここで、前記ｐはｐ型半導体層であり、前記ｎはｎ型半導体層であり、前記−はｐ型半導体層とｎ型半導体層が直接接触するか、間接接触した構造を含む。
実施形態に従う発光素子及びその製造方法によれば、フリップチップ形態の発光素子で発光面積を確保して光束を向上させることができる。
また、実施形態によれば、フリップチップ形態の発光素子でビア電極物質に熱的安定性の高い遷移金属物質を採用することによって、信頼性の高い発光素子を提供することができる。
また、実施形態によれば、フリップチップ形態の発光素子で電流拡散を通じて発光効率を向上させることができる。
また、実施形態によれば、フリップチップ形態の発光素子で光透光性の高い電極物質を採用して光抽出効率を増大させることができる。
図９は、本発明の第２実施形態に従う発光素子１０２の断面図である。
第２実施形態は前記第１実施形態の技術的な特徴を採用することができ、以下、第２実施形態の追加的な特徴を中心として説明する。
第２実施形態は、前記第１ビア電極１３１の上面と接しながら前記第１ビア電極１３１の水平方向に延びる第１延長電極１３３をさらに含むことができる。
また、前記第２ビア電極１３２の上面と接しながら前記第２ビア電極１３２の水平方向に延びる第２延長電極１３４をさらに含むことができる。
前記第１延長電極１３３または前記第２延長電極１３４は、前記第１ビア電極１３１または前記第２ビア電極１３２の一側水平方向に延びて形成できるが、これに限定されるものではない。
従来技術によるフリップチップ発光素子は、水平型発光素子を基盤とするため、電流の集中が発生して、発光効率が低下する問題があり、また、従来技術によるフリップチップ発光素子で採用する電極は光透光性が低いので、大部分の光はサファイア基板を通じて光抽出されて光抽出効率が低いという問題があった。
ここに、実施形態は第１ビア電極１３１、第２ビア電極１３２のうち、いずれか１つから水平方向に延びる第１延長電極１３３または第２延長電極１３４を備えることによって、電流拡散によるキャリア注入効率の増大を通じて発光効率が格段に増大できる。
特に、第２実施形態によれば、ビア電極を最小化することによって、活性層の除去領域を最小化して、発光面積を増大させることによって、内部発光効率を増大させることができ、ホール（hole）を注入するホール注入半導体層、例えば第２導電型半導体層１１６に水平延長電極を備える場合、ホールキャリアの拡散を図ってキャリア注入効率の増大による光効率の増大を最適化することができる。
延いては、実施形態によれば、水平電極の物質に、ビア電極と同様に光透光性の高い物質を採用することによって、発光された光の外部光抽出効率にも寄与することによって、全体的な発光素子チップの発光効率をより増大させることができる。
図１０は、本発明の第３実施形態に従う発光素子１０３の断面図である。
第３実施形態は、前記第１実施形態及び第２実施形態の技術的な特徴を採用することができ、以下、第３実施形態の追加的な特徴を中心として説明する。
第３実施形態において、第１延長電極１３３ｂまたは第２延長電極１３４ｂは、前記第１ビア電極１３１または第２ビア電極１３２の両側水平方向に延びることによって、電流拡散に一層寄与して、発光効率を増大させることができる。
これによって、第３実施形態によれば、ビア電極の個数を最小化して発光面積を増大させることによって、内部発光効率を向上させることができ、ビア電極の両側にキャリアの拡散をより図ってキャリア注入効率の増大による光効率の増大を最適化することができる。
実施形態に従う発光素子及びその製造方法によれば、フリップチップ形態の発光素子で発光面積を確保して光束を向上させることができる。
また、実施形態によれば、フリップチップ形態の発光素子でビア電極物質に熱的安定性の高い遷移金属物質を採用することによって、信頼性の高い発光素子を提供することができる。
また、実施形態によれば、フリップチップ形態の発光素子で電流拡散を通じて発光効率を向上させることができる。
また、実施形態によれば、フリップチップ形態の発光素子で光透光性の高い電極物質を採用して光抽出効率を増大させることができる。
図１１は、本発明の実施形態に従う発光素子パッケージ２００の断面図である。
実施形態に従う発光素子パッケージ２００は、パッケージ胴体部２０５と、前記パッケージ胴体部２０５に設置された第３電極層２１３及び第４電極層２１４と、前記パッケージ胴体部２０５に設置されて前記第３電極層２１３及び第４電極層２１４と電気的に連結される発光素子１００と、前記発光素子１００を囲むモールディング部材２３０が含まれる。
前記パッケージ胴体部２０５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１００の周囲に傾斜面が形成できる。
前記第３電極層２１３及び第４電極層２１４は、互いに電気的に分離され、前記発光素子１００に電源を提供する役割をする。また、前記第３電極層２１３及び第４電極層２１４は、前記発光素子１００で発生した光を反射させて光効率を増加させる役割をすることができ、前記発光素子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。
前記発光素子１００は、図１に例示されたフリップチップタイプの発光素子が適用できるが、これに限定されるものではなく、図９または図１０の発光素子も適用できる。
前記発光素子１００は、前記第３電極層２１３及び第４電極層２１４とフリップチップ方式により電気的に連結されることもできる。例えば、第１電極１４１は第３電極層２１３と第２電極１４２は第４電極層２１４と各々電気的に連結できる。前記第３電極層２１３と前記第４電極層２１４との間には絶縁部材２５０が備えられる。
前記モールディング部材２３０は、前記発光素子１００を囲んで前記発光素子１００を保護することができる。また、前記モールディング部材２３０には蛍光体２３２が含まれて、前記発光素子１００から放出された光の波長を変化させることができる。
図１２は、本発明の実施形態に従う発光素子を備える照明装置の分解斜視図である。
実施形態に従う照明装置は、カバー２１００、光源モジュール２２００、放熱体２４００、電源提供部２６００、内部ケース２７００、及びソケット２８００を含むことができる。また、実施形態に従う照明装置は、部材２３００とホルダー２５００のうち、いずれか１つ以上をさらに含むことができる。前記光源モジュール２２００は、実施形態に従う発光素子または発光素子パッケージを含むことができる。
例えば、前記カバー２１００はバルブ（bulb）または半球の形状を有し、中空のものであり、一部分が開口された形状に提供できる。前記カバー２１００は、前記光源モジュール２２００と光学的に結合され、前記放熱体２４００と結合できる。前記カバー２１００は、前記放熱体２４００と結合する結合部を有することができる。
前記カバー２１００の内面には拡散材を有する乳白色塗料がコーティングできる。このような乳白色材料を用いて前記光源モジュール２２００からの光を散乱及び拡散して外部に放出させることができる。
前記カバー２１００の材質は、ガラス（glass）、プラスチック、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などでありうる。ここで、ポリカーボネートは耐光性、耐熱性、強度に優れる。前記カバー２１００は、外部から前記光源モジュール２２００が見えるように透明であることがあり、不透明であることがある。前記カバー２１００は、ブロー（blow）成形により形成できる。
前記光源モジュール２２００は、前記放熱体２４００の一面に配置できる。したがって、前記光源モジュール２２００からの熱は前記放熱体２４００に伝導される。前記光源モジュール２２００は、発光素子２２１０、連結プレート２２３０、及びコネクター２２５０を含むことができる。
前記部材２３００は前記放熱体２４００の上面の上に配置され、複数の発光素子２２１０とコネクター２２５０が挿入されるガイド溝２３１０を有する。前記ガイド溝２３１０は、前記発光素子２２１０の基板及びコネクター２２５０と対応する。
前記部材２３００の表面は白色の塗料で塗布またはコーティングされたものであることがある。このような前記部材２３００は、前記カバー２１００の内面に反射されて前記光源モジュール２２００側の方向に戻る光をまた前記カバー２１００の方向に反射する。したがって、実施形態に従う照明装置の光効率を向上させることができる。
前記部材２３００は、例として絶縁物質からなることができる。前記光源モジュール２２００の連結プレート２２３０は、電気伝導性の物質を含むことができる。したがって、前記放熱体２４００と前記連結プレート２２３０との間に電気的な接触がなされることができる。前記部材２３００は絶縁物質で構成されて、前記連結プレート２２３０と前記放熱体２４００との電気的短絡を遮断することができる。前記放熱体２４００は、前記光源モジュール２２００からの熱と前記電源提供部２６００からの熱の伝達を受けて放熱する。
前記ホルダー２５００は、内部ケース２７００の絶縁部２７１０の収納溝２７１９を塞ぐ。したがって、前記内部ケース２７００の前記絶縁部２７１０に収納される前記電源提供部２６００は密閉される。前記ホルダー２５００は、ガイド突出部２５１０を有する。前記ガイド突出部２５１０は、前記電源提供部２６００の突出部２６１０が貫通するホールを備えることができる。
前記電源提供部２６００は、外部から提供を受けた電気的信号を処理または変換して前記光源モジュール２２００に提供する。前記電源提供部２６００は、前記内部ケース２７００の収納溝２７１９に収納され、前記ホルダー２５００により前記内部ケース２７００の内部に密閉される。
前記電源提供部２６００は、突出部２６１０、ガイド部２６３０、ベース２６５０、及び延長部２６７０を含むことができる。
前記ガイド部２６３０は、前記ベース２６５０の一側から外部に突出した形状を有する。前記ガイド部２６３０は、前記ホルダー２５００に挿入できる。前記ベース２６５０の一面の上に多数の部品が配置できる。多数の部品は、例えば、直流変換装置、前記光源モジュール２２００の駆動を制御する駆動チップ、前記光源モジュール２２００を保護するためのＥＳＤ（Electro Static discharge）保護素子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。
前記延長部２６７０は、前記ベース２６５０の他側から外部に突出した形状を有する。前記延長部２６７０は、前記内部ケース２７００の連結部２７５０の内部に挿入され、外部からの電気的信号の提供を受ける。例えば、前記延長部２６７０は前記内部ケース２７００の連結部２７５０の幅と等しいか小さく提供できる。前記延長部２６７０は、電線を通じてソケット２８００に電気的に連結できる。
前記内部ケース２７００は、内部に前記電源提供部２６００と共にモールディング部を含むことができる。モールディング部はモールディング液体が固まった部分であって、前記電源提供部２６００が前記内部ケース２７００の内部に固定できるようにする。
実施形態に従う発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージ、及び照明システムによれば、フリップチップ形態の発光素子で発光面積を確保して光束を向上させることができる。
また、実施形態によれば、フリップチップ形態の発光素子でビア電極物質に熱的安定性の高い遷移金属物質を採用することによって、信頼性の高い発光素子を提供することができる。
また、実施形態によれば、フリップチップ形態の発光素子で電流拡散を通じて発光効率を向上させることができる。
また、実施形態によれば、フリップチップ形態の発光素子で光透光性の高い電極物質を採用して光抽出効率を増大させることができる。
以上、実施形態に説明された特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれ、必ず１つの実施形態のみに限定されるものではない。延いては、各実施形態で例示された特徴、構造、効果などは、実施形態が属する分野の通常の知識を有する者により他の実施形態に対しても組合または変形されて実施可能である。したがって、このような組合と変形に関連した内容は本発明の範囲に含まれることと解釈されるべきである。
以上、本発明を好ましい実施形態をもとに説明したが、これは単なる例示であり、本発明を限定するものでなく、本発明が属する分野の通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲内で、以上に例示していない多様な変形及び応用が可能であることが分かる。例えば、実施形態に具体的に表れた各構成要素は変形して実施することができる。そして、このような変形及び応用にかかわる差異点も、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されるべきである。
１００ 発光素子
１０５ 基板
１１２ 第１導電型半導体層
１１４ 活性層
１１６ 第２導電型半導体層
１２１ 第１絶縁層
１２２ 第２絶縁層
１３１ 第１ビア電極
１３２ 第２ビア電極
２００ 発光素子パッケージ
２０５ パッケージ胴体部
２１３ 第３電極層
２１４ 第４電極層
２３０ モールディング部材
２１００ カバー
２２００ 光源モジュール
２３００ 部材
２４００ 放熱体
２５００ ホルダー
２６００ 電源提供部
２７００ 内部ケース
２８００ ソケット

Claims (20)

  1. 基板１０５と、
    前記基板１０５の上に第１導電型半導体層１１２と、
    前記第１導電型半導体層１１２の上に活性層１１４と、
    前記活性層１１４の上に第２導電型半導体層１１６と、
    前記基板１０５を貫通する第１ビアホールｈ１を通じて前記第１導電型半導体層１１２と接する第１ビア電極１３１と、
    前記基板１０５、前記第１導電型半導体層１１２、前記活性層１１４を貫通する第２ビアホールｈ２を通じて前記第２導電型半導体層１１６と接する第２ビア電極１３２と、
    を含むことを特徴とする、発光素子。
  2. 前記第１ビア電極１３１の側面を覆いかぶせる第１絶縁層１２１をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
  3. 前記第１ビア電極１３１は、窒化物遷移金属を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の発光素子。
  4. 前記第１ビア電極１３１は、ＣｒＮ、ＴｉＮ、ＣｒＡｌＮのうち、いずれか１つ以上を含むことを特徴とする、請求項１乃至３のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
  5. 前記第１ビア電極１３１は、融点が１５００℃以上の窒化物遷移金属を含むことを特徴とする、請求項１乃至４のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
  6. 前記第１ビア電極１３１は、光透光性が７０％以上の窒化物遷移金属を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。
  7. 前記第１ビア電極１３１は、電気抵抗が７０［μΩｃｍ］以下の窒化物遷移金属を含むことを特徴とする、請求項１乃至６のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
  8. 前記第１ビア電極１３１の上面と接しながら前記第１ビア電極１３１から延びる第１延長電極１３３をさらに含むことを特徴とする、請求項１乃至７のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
  9. 前記第２ビア電極１３２の上面と接しながら前記第２ビア電極１３２から延びる第２延長電極１３４をさらに含むことを特徴とする、請求項１乃至８のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
  10. 前記第２ビア電極１３２の側面を覆いかぶせる第２絶縁層１２２をさらに含むことを特徴とする、請求項１乃至９のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
  11. 前記第２ビア電極１３２は窒化物遷移金属を含むことを特徴とする、請求項１乃至１０のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
  12. 前記第２ビア電極１３２は、ＣｒＮ、ＴｉＮ、ＣｒＡｌＮのうち、いずれか１つ以上を含むことを特徴とする、請求項１乃至１１のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
  13. 前記第２ビア電極１３２は、融点が１５００℃以上の窒化物遷移金属を含むことを特徴とする、請求項１乃至１２のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
  14. 前記第１ビア電極１３２は、光透光性が７０％以上の窒化物遷移金属を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。
  15. 前記第２ビア電極１３２は、電気抵抗が７０［μΩｃｍ］以下の窒化物遷移金属を含むことを特徴とする、請求項１乃至１４のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
  16. 前記第１ビアホールｈ１は底面から前記基板１０５を貫通し、
    前記第１ビア電極１３１が前記第１ビアホールｈ１を通じて前記第１導電型半導体層１１２の底面と接することを特徴とする、請求項１乃至１５のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
  17. 前記第２ビアホールｈ２は底面から前記基板１０５、前記第１導電型半導体層１１２、及び前記活性層１１４を貫通し、
    前記第２ビア電極１３２は、前記第２ビアホールｈ２を通じて前記第２導電型半導体層１１６の底面と接することを特徴とする、請求項１乃至１６のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
  18. 前記第２延長電極１３４は、前記第２ビア電極１３２の一側方向に延びることを特徴とする、請求項９に記載の発光素子。
  19. 前記第２延長電極１３４は、前記第２ビア電極１３２の長手方向と水平な方向に延びることを特徴とする、請求項９または１８に記載の発光素子。
  20. 前記第２延長電極１３４ｂは、前記第２ビア電極１３２の両側方向に延びることを特徴とする、請求項９または１９に記載の発光素子。
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