JP2018525821A - 発光素子及びこれを含む発光素子パッケージ - Google Patents

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Abstract

【課題】【解決手段】実施例は、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、及び前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層の間に配置される活性層を含み、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導電型半導体層の一部領域まで配置される複数の第１リセスを含む発光構造物；前記複数の第１リセスの内部で前記第１導電型半導体層と電気的に連結される第１電極；前記第１電極と電気的に連結される導電性支持基板；前記第２導電型半導体層と電気的に連結される第２電極；及び前記導電性支持基板と前記第２導電型半導体層の間に配置される絶縁層を含み、前記第１導電型半導体層、前記第２導電型半導体層及び前記活性層を貫通して前記絶縁層の一部領域まで第２リセスが配置される発光素子に関するものである。【選択図】 図３

Description

実施例は発光素子に関するものである。
ＧａＮ、ＡｌＧａＮなどの３〜５族化合物半導体は広くて調整が容易なバンドギャップエネルギーを有するなどの多くの利点のため、光電子工学分野（ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）と電子素子などに広く使われている。
特に、半導体の３〜５族又は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多様な色を具現することができ、蛍光物質を用いるとか色を組み合わせることで効率の良い白色光線も具現することができ、蛍光灯、白熱灯などの既存の光源に比べ、低消費電力、半永久的な寿命、早い応答速度、安全性、環境に優しい特性の利点を有する。
したがって、光通信手段の送信モジュール、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）装置のバックライトを構成する冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｌａｍｐ）を取り替える発光ダイオードバックライト、蛍光灯や白熱電球を取り替えることができる白色発光ダイオード照明装置、自動車のヘッドランプ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、活性層及び第２導電型半導体層を含む発光構造物が形成され、第１導電型半導体層と第２導電型半導体層上にそれぞれ第１電極と第２電極が配置される。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が互いに会って（再結合して）活性層を成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。活性層から放出される光は活性層を成す物質の組成によって異なり、青色光、紫外線（ＵＶ）又は深紫外線（Ｄｅｅｐ ＵＶ）などであり得る。
図１は従来の発光素子を示した図である。
図１に示した垂直型発光素子は、第２電極１３６上に、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が配置され、前記第１導電型半導体層１２２上に第１電極１３２が配置される。
従来の発光素子は活性層１２４から光が発光するが、活性層１２４から発光した光が第１電極１３２に吸収されて光抽出効率が落ちる問題があった。
実施例の発光素子はより高い光抽出効率を有する発光素子を提供する。
実施例の発光素子は、上述した問題を解決するために、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、及び前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層の間に配置される活性層を含み、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導電型半導体層の一部領域まで配置される複数の第１リセスを含む発光構造物；前記複数の第１リセスの内部で前記第１導電型半導体層と電気的に連結される第１電極；前記第１電極と電気的に連結される導電性支持基板；前記第２導電型半導体層と電気的に連結される第２電極；及び前記導電性支持基板と前記第２導電型半導体層の間に配置される絶縁層を含み、前記第１導電型半導体層、前記第２導電型半導体層及び前記活性層を貫通して前記絶縁層の一部領域まで第２リセスが配置される発光素子を提供することを課題の解決手段とする。
また、前記絶縁層は、前記第１リセスの周囲で伸びるように配置される発光素子を提供することを課題の解決手段とする。
また、前記第２リセスは、前記第２リセスの下面を形成する光抽出部下面、前記第２リセスの一側面を形成する第１光抽出部側面部、及び前記第２リセスの他側面を形成する第２光抽出部側面部を含む発光素子を提供することを課題の解決手段とする。
また、前記光抽出部下面は前記絶縁層である発光素子を提供することを課題の解決手段とする。
また、前記光抽出部下面の幅は前記活性層から発生する光を抽出するための第１幅を有するように配置される発光素子を提供することを課題の解決手段とする。
また、前記第１幅は３μｍ以上である発光素子を提供することを課題の解決手段とする。
また、前記第１光抽出部側面部は、前記絶縁層と前記活性層から発生する光が前記第２光抽出部側面部に再吸収されないようにするための第１角度を有するように配置される発光素子を提供することを課題の解決手段とする。
また、前記第１角度は８０度以下である発光素子を提供することを課題の解決手段とする。
また、前記第１リセスの表面の第３幅は、前記第１リセスが前記第１電極と接触する領域の第２幅より小さい発光素子を提供することを課題の解決手段とする。
また、前記発光構造物はＵＶ−Ｂ又はＵＶ−Ｃ波長領域の光を放出する発光素子を提供することを課題の解決手段とする。
また、前記第１導電型半導体層又は第２導電型半導体層内でアルミニウム（Ａｌ）の組成比は４０％以上である発光素子を提供することを課題の解決手段とする。
また、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、及び前記第１導電型半導体層と前記及び第２導電型半導体層の間に配置される活性層を含み、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導電型半導体層の一部領域まで配置される複数の第１リセスを含む発光構造物；前記複数の第１リセスの内部で前記第１導電型半導体層と電気的に連結される第１電極；前記第１電極と電気的に連結される導電性支持基板；前記第２導電型半導体層と電気的に連結される第２電極；及び前記導電性支持基板と前記第２導電型半導体層の間に配置される絶縁層を含み、前記第１導電型半導体層、前記第２導電型半導体層及び前記活性層を貫通して前記絶縁層の一部領域まで第２リセスが配置され、前記第２リセスは、前記第２リセスの下面を形成する光抽出部下面、前記第２リセスの一側面を形成する第１光抽出部側面部、及び前記第２リセスの他側面を形成する第２光抽出部側面部を含み、前記光抽出部下面は前記活性層から発生する光を抽出するための第１幅を有し、前記第１幅は３μｍ以上であり、前記第１リセスの表面の第３幅は前記第１リセスが前記第１電極と接触する領域の第２幅より小さい発光素子を提供することを課題の解決手段とする。
また、キャビティが形成された導電性基板；及び前記導電性基板のキャビティに少なくとも一部が挿入されて配置される発光素子を含み、前記発光素子は、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、及び前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層の間に配置される活性層を含み、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導電型半導体層の一部領域まで配置される複数の第１リセスを含む発光構造物；前記複数の第１リセスの内部で前記第１導電型半導体層と電気的に連結される第１電極；前記第１電極と電気的に連結される導電性支持基板；前記第２導電型半導体層と電気的に連結される第２電極；及び前記導電性支持基板と前記第２導電型半導体層の間に配置される絶縁層を含み、前記第１導電型半導体層、前記第２導電型半導体層及び前記活性層を貫通して前記絶縁層の一部領域まで第２リセスが配置される、発光素子パッケージを提供することを課題の解決手段とする。
また、前記第２リセスは、前記光抽出部の下面を形成する光抽出部下面、前記光抽出部の一側面を形成する第１光抽出部側面部及び前記光抽出部の他側面を形成する第２光抽出部側面部を含む発光素子パッケージを提供することを課題の解決手段とする。
また、前記光抽出部下面は前記絶縁層である発光素子パッケージを提供することを課題の解決手段とする。
また、前記光抽出部下面の幅は前記活性層から発生する光を抽出するための第１幅を有するように配置される発光素子パッケージを提供することを課題の解決手段とする。
また、前記第１幅は３μｍ以上である発光素子パッケージを提供することを課題の解決手段とする。
また、前記第１光抽出部側面部は前記絶縁層と前記活性層から発生する光が前記第２光抽出部側面部に再吸収されないようにするための第１角度を有するように配置される発光素子パッケージを提供することを課題の解決手段とする。
また、前記第１角度は８０度以下である発光素子パッケージを提供することを課題の解決手段とする。
また、前記第１導電型半導体層又は第２導電型半導体層内でアルミニウム（Ａｌ）の組成比は４０％以上である発光素子パッケージを提供することを課題の解決手段とする。
本実施例による発光素子は第１導電型半導体層に配置される光出口構造を含み、活性層で生成された光の抽出効率を高めてより高い光抽出効率を有する発光素子を提供することを発明の効果とする。
従来の発光素子を示した図である。 発光素子の一実施例を示した図である。 発光素子の他の実施例を示した図でである。 図３の発光構造物を詳細に示した図である。 図４の発光構造物の多様な実施例を示した図である。 図４の発光構造物の多様な実施例を示した図である。 図４の発光構造物の多様な実施例を示した図である。 図４の発光構造物の多様な実施例を示した図である。 図２及び図３の発光素子の平面図である。 図２及び図３の発光素子の平面図である。 発光素子パッケージの一実施例を示した図である。
以下、前記目的を具体的に実現することができる本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
本発明による実施例の説明において、各要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）の“上又は下（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）”に形成されるものとして記載される場合、上又は下（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）は二つの要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）が互いに直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）接触するかあるいは一つ以上の他の要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）が前記二つの要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）の間に配置されて（ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）形成されるものを全て含む。また“上又は下（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）”と表現される場合、一つの要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）を基準に上方のみでなく下方の意味も含むことができる。
実施例による発光素子は垂直型発光素子であって、第１導電型半導体層に電流を供給する第１電極が発光構造物の下部に配置されることにより、発光構造物の上方に放出される光の反射量を減らすことができ、第１電極は第２導電型半導体層と活性層を貫通して第１導電型半導体層に電気的に連結されることができる。
図２は発光素子の第１実施例を示した図である。
本実施例による発光素子２００ａは、発光構造物２２０の下部に第２導電層２３６が配置され、第２導電層２３６の下部には絶縁層２８５と第１導電層２３２が配置され、第１導電層２３２から伸びた貫通電極２３３が発光構造物２２０内の第２導電型半導体層２２２と電気的に接触することができる。そして、第２導電層２３６の縁部領域に第２電極２３６ａ、２３６ｂが発光構造物２２０の縁部と対応して配置されることができる。
発光構造物２２０は第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を含んでなる。
第１導電型半導体層２２２はＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族などの化合物半導体から具現することができ、第１導電型ドーパントがドープされ得る。第１導電型半導体層２２２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、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰのうちいずれか１種以上から形成されることができる。
第１導電型半導体層２２２がｎ型半導体層の場合、第１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導電型半導体層２２２は単層又は多層に形成されることができ、これに対しては限定しない。
活性層２２４は第１導電型半導体層２２２と第２導電型半導体層２２６の間に配置され、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、量子ドット構造又は量子細線構造のうちいずれか一つを含むことができる。
活性層２２４はＩＩＩ−Ｖ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ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＧａＡｓ（ＩｎＧａＡｓ）／ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ（ＩｎＧａＰ）／ＡｌＧａＰのうちいずれか１種以上のペア構造に形成されることができるが、これに限定されない。ここで、井戸層は障壁層のエネルギーバンドギャップより小さなエネルギーバンドギャップを有する物質から形成されることができる。
第２導電型半導体層２２６は半導体化合物で形成されることができる。第２導電型半導体層２２６はＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族などの化合物半導体で具現されることができ、第２導電型ドーパントがドープされることができる。第２導電型半導体層２２６は、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、ＡｌＧａＮ、ＧａＮＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰのうちいずれか１種以上で形成されることができる。
第２導電型半導体層２２６がｐ型半導体層の場合、第２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導電型半導体層２２６は単層又は多層に形成されることができるが、これに対しては限定しない。
実施例による発光素子２００ａがＵＶ−Ｂ又はＵＶ−Ｃ波長領域の光を放出する場合、ＡｌＧａＮを基にして発光構造物２２０が成長し、例えばＡｌＧａＮ内でアルミニウム（Ａｌ）の組成比は４０％以上であり得、青色波長領域の光を放出する発光素子に比べて発光構造物２２０の成長方向に平行な垂直な方向の発光が優勢なＴＭモードの発光が増加することができる。ここで、上述した光抽出構造によって発光構造物２２０内で光の再吸収を減らすことができる。
図示されてはいないが、活性層２２４と第２導電型半導体層２２６の間には電子遮断層（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｌａｙｅｒ）が配置されることができる。電子遮断層は超格子（ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ）構造になることができる。超格子は、例えば第２導電型ドーパントでドープされたＡｌＧａＮが配置されることができ、アルミニウムの組成比が違うＧａＮが層（ｌａｙｅｒ）を成し、複数が互いに交互に配置されることもできる。
第１導電型半導体層２２２の表面が図示のように凹凸を成して光抽出効率を向上させることができる。
第２導電型半導体層２２６の下部には第２導電層２３６が配置されることができる。第２導電層２３６は第２導電型半導体層２２６と面接触状態で配置され、貫通電極２３３が形成された領域ではそうでないことがあり得る。そして、第２導電層２３６の縁部は第２導電型半導体層２２６の縁部より外側に配置されることができる。これは第２電極２３６ａ、２３６ｂが配置される領域を確保するためである。
第２導電層２３６は導電性物質でなることができ、詳細には金属でなることができ、より詳細には銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）の少なくとも１種を含んで単層又は多層構造に形成されることができる。
発光構造物２２０の周囲にはパッシベーション層２８０が形成されることができる。パッシベーション層２８０は絶縁物質からなることができ、絶縁物質は非伝導性の酸化物又は窒化物からなることができる。一例として、パッシベーション層２８０はシリコン酸化物（ＳｉＯ２）層、酸化窒化物層、酸化アルミニウム層からなることができる。
パッシベーション層２８０は発光構造物２２０の周囲と、上述した第２導電型半導体層２２６の縁部より外側に配置された第２導電層２３６の縁部上にも配置されることができる。第２導電層２３６の縁部上に配置されたパッシベーション層２８０は第２電極２３６ａ、２３６ｂが形成された領域では開放（ｏｐｅｎ）することができる。
第２導電層２３６の下部には絶縁層２８５を挟んで第１導電層２３２が配置されることができ、第１導電層２３２は導電性物質からなることができ、詳細には金属からなることができ、より詳細には銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）の少なくとも１種を含んで単層又は多層構造に形成されることができる。
第１導電層２３２から上方に伸びる複数の貫通電極２３３が配置される。貫通電極２３３は絶縁層２８５、第２導電層２３６、第２導電型半導体層２２６及び活性層２２４を貫通し、第１導電型半導体層２２２の一部にまで伸び、貫通電極２３３の上面が第１導電型半導体層２２２と面接触することができる。
それぞれの貫通電極２３３の断面は円形又は多角形であり得る。上述した絶縁層２８５は貫通電極２３３の周囲に沿って伸びるように配置されることで、貫通電極２３３を第２導電層２３６、第２導電型半導体層２２６及び活性層２２４と電気的に絶縁させることができる。
図２で、第１導電層２３２の下部にはオーム層２４０が配置される。オーム層は第１導電層２３２と第１導電型半導体層２２２の間又は第２導電層２３６と第２導電型半導体層２２６の間に配置されることができる。
オーム層２４０は約２００Åの厚さを有し得る。オーム層２４０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）、ＩＺＯＮ（ＩＺＯ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＡＧＺＯ（Ａｌ−ＧａＺｎＯ）、ＩＧＺＯ（Ｉｎ−ＧａＺｎＯ）、ＺｎＯ、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、ＮｉＯ、ＲｕＯｘ／ＩＴＯ、Ｎｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ、及びＮｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ／ＩＴＯ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆの少なくとも１種を含んで形成されることができるが、このような材料に限定されない。
オーム層の下部には反射電極として作用することができる反射層２５０が配置されることができる。反射層２５０は、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、又はＡｌ又はＡｇ又はＰｔ又はＲｈを含む合金を含む金属層からなることができる。アルミニウムや銀などは活性層２２４から図２の下方に進行した光を効果的に反射して半導体素子の光抽出効率を大きく改善することができる。
反射層２５０の幅はオーム層２４０の幅より小さく、反射層２５０の下部にはチャネル層２６０が配置されることができる。チャネル層２６０の幅は反射層２５０の幅より大きくて反射層２５０を取り囲むように配置されることができる。チャネル層２６０は導電性物質からなることができ、例えば金（Ａｕ）又はスズ（Ｓｎ）からなることができる。
導電性支持基板（ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）２７０は金属又は半導体物質などの導電性物質から形成されることができる。電気伝導度又は熱伝導度に優れた金属を使うことができ、半導体素子の作動時に発生する熱を充分に発散させることができなければならないので、熱伝導度の高い物質（例えば、金属など）から形成されることができる。例えば、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）からなる群から選択される物質又はこれらの合金からなることができ、さらに金（Ａｕ）、銅合金（Ｃｕ Ａｌｌｏｙ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅−タングステン（Ｃｕ−Ｗ）、キャリアウエハー（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。
前記支持基板２７０は全体窒化物半導体の撓みを引き起こさないながらもスクライビング（ｓｃｒｉｂｉｎｇ）工程及びブレイキング（ｂｒｅａｋｉｎｇ）工程によって別個のチップにうまく分離させるための程度の機械的強度を有するために５０〜２００μｍの厚さを有し得る。
図示されてはいないが、接合層はチャネル層２６０と導電性支持基板２７０を結合するもので、金（Ａｕ）、スズ（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）及び銅（Ｃｕ）からなる群から選択される物質又はこれらの合金から形成されることができる。
本実施例による発光素子２００ａにおいて、第１導電層２３２から貫通電極２３３を介して第１導電型半導体層２２２の全領域に均一に電流が供給され、第２導電層２３６と面接触する第２導電型半導体層２２６にも電流が全領域に均一に供給されることができる。また、第２電極２３６ａ、２３６ｂが発光構造物２２０の周囲の第２導電層２３６の上部に配置されるので、第２導電層２３６の全領域に電流が均一に供給されることができる。よって、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が活性層２２４内で結合する頻度が増加し、活性層２２４から放出される光量が増加することができる。
図３は発光素子の他の実施例を示した図である。
本実施例による発光素子２００ｂは図２の実施例と類似しているが、第１リセスが第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の一部領域まで配置され、第２リセスが第１導電型半導体層２２２、第２導電型半導体層２２６及び活性層２２４を貫通して絶縁層２８５の一部領域まで配置される相違点がある。
第１リセスは発光構造物の下部から絶縁層２８５、第２導電層２３６、第２導電型半導体層２２６、活性層２２４及び第１導電型半導体層２２２の一部にまで形成された貫通電極の縁部であり得、貫通電極２３３と第１導電層２３２は同じ物質からなり、貫通電極２３３と第１導電層２３２が第１電極を成すことができる。
そして、第１導電層２３２は第１電極として作用することができ、導電性支持基板２７０は第１電極２３３と電気的に連結されることができる。
第２リセスは発光構造物の上部から第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を貫通して絶縁層２８５が露出するように形成された構造であり得、光抽出部２８６として作用することができる。
光抽出部２８６は第１導電型半導体層２２２の表面に凹部（ｃｏｎｃａｖｅ）と凸部（ｃｏｎｖｅｘ）が形成されることによってなされ、凸部は上述した貫通電極２３３と対応して配置され、凹部は貫通電極２３３間の領域と対応して形成されることができる。
凹部は絶縁層２８５の一面に形成されることができる。
言い替えすれば、光抽出部２８６は、光抽出部２８６の下面をなす光抽出部下面部２８６５、光抽出部２８６の一側面を形成するように備えられる第１光抽出部側面部２８６１及び光抽出部２８６の他側面を形成するように備えられる第２光抽出部側面部２８６３を含むことができ、光抽出部下面２８６５は絶縁層２８５で形成されることができる。
より詳細には、図２に示した実施例の発光素子２００ａの貫通電極２３３間の領域に配置される絶縁層２８５は第２導電層２３６と面接触するように配置されることができるが、図３に示した実施例の発光素子２００ｂの貫通電極２３３間の領域に配置される絶縁層２８５は第２導電層２３６と面接触せずに開放（Ｏｐｅｎ）するように配置されることができる。
第１光抽出部側面部２８６１及び第２光抽出部側面部２８６３は第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を含むことができ、第１光抽出部側面部２８６１及び第２光抽出部側面部２８６３はいずれもメサ食刻されて活性層２２４が開放するから、活性層２２４から発生する光をより効率的に発光素子２００ｂの外側に抽出することができ、発光素子２００ｂの光抽出効率を向上させる効果がある。
言い換えれば、活性層２２４の一面がメサ食刻されることにより、活性層２２４から発生する光が第１導電型半導体層２２２によって吸収及び／又は反射されずに発光素子２００の外部に抽出されるので、発光素子２００の光抽出効率が向上される効果がある。
本実施例において、光抽出部２８６は貫通電極２３３の間ごとに備えられるものとして図示されているが、これは一実施例を示すもので、活性層２２４から発生する光を発光素子２００の外部に抽出することができれば充分であり、図３及び図４に示した実施例に限定されなく、光抽出部２８６の形状及び個数は使用者の必要によって違うように備えられることができ、本発明の技術的範囲を制限しない。
図４は図３の発光構造物を詳細に示した図である。
図４を参照すると、図３に示した側面に少なくとも一つ以上の変曲点を含む光抽出部２８６の形状とは違い、光抽出部２８６は側面に変曲点を含まないように構成されることもできる。
貫通電極２３３が第１導電型半導体層２２２と接触する領域Ｃには凹凸が形成されることができる。
貫通電極２３３と対応して第１導電型半導体層２２２の表面に凸部が形成され、貫通電極２３３間の領域と対応して、第１導電型半導体層２２２の表面に凹部が形成されることができる。ここで、凹部と凸部の表面Ｂ、Ａにもそれぞれ凹凸が形成されることができる。
第１導電型半導体層２２２の表面の凹部と凸部からなるパターンは規則性を有するが、それぞれの凹部と凸部の表面に形成される凹凸は不規則な粗さ（ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）を有し得る。
図４で、凸部の幅は貫通電極２３３の幅より大きくてもよい。より詳細に、貫通電極２３３の表面の第３幅Ｗ２１は貫通電極２３３が第１導電層２３２と接触する領域の第２幅Ｗ２２より小さくてもよく、凸部の表面の幅Ｗ１１は隣接した凹部の表面に対応する高さでの光抽出部下面の幅Ｗ１２より大きくてもよい。
貫通電極２３３の表面の第３幅Ｗ２１より凸部の表面の幅Ｗ１１が大きくてもよく、貫通電極２３３が第１導電層２３２と接触する領域の第２幅Ｗ２２より隣接した凹部の表面に対応する高さでの光抽出部下面の幅Ｗ１２が小さくてもよい。
光抽出部下面２８６５の幅は活性層２２４から発生する光を抽出するための第１幅Ｗ１２を有するように配置されることができる。
そして、光抽出部下面２８６５の第１幅Ｗ１２は３μｍ以上に構成されることができる。
これは、光抽出部下面の幅Ｗ１２が３μｍ未満に構成される場合、活性層２２４から発生する光が外部に抽出されにくいから、より高い光抽出効率を有することができる効果がある。
貫通電極２２３間の中心距離Ｗ３は５０μｍ〜２００μｍであり得る。
これは、貫通電極２２３間の中心距離Ｗ３が５０μｍ以下に構成されれば、実際に光が発生する活性層２２４の面積が減少して光抽出効率が落ちる問題が発生する。
また、貫通電極２２３間の中心距離Ｗ３が２００μｍ以上に構成されれば、第１導電型半導体層２２２の電流波及（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｐｒｅａｄ）特性が減少して光抽出効率が落ちる問題が発生する。
したがって、貫通電極２２３間の中心距離Ｗ３は５０μｍ〜２００μｍに構成されることにより、より高い光抽出効率を提供する発光素子２００を提供することができる効果がある。
絶縁層２８５と第１光抽出部側面部２８６１及び第２光抽出部側面部２８６３が成す第１角度は８０°以下にすることができる。
これは、絶縁層２８５と第１光抽出部側面部２８６１及び第２光抽出部側面部２８６３が成す角度が８０°以上になれば、第１光抽出部側面部２８６１を通じて抽出された光が再び第２光抽出部側面部２８５３に再吸収されて光抽出効率が落ちるからである。
したがって、絶縁層２８５と第１光抽出部側面部２８６１及び第２光抽出部側面部２８６３が成す角度は８０°以下にすることによって発光素子２００ｃの光抽出効率を向上させる効果がある。
図５ａ〜図５ｄは図４の発光構造物の多様な実施例を示した図である。
図５ａ〜図５ｄを参照すると、実施例の第１及び第２光抽出部側面部２８６１、２８６３は多様な形状に形成されることができる。
より詳細には、実施例の第１及び第２光抽出部側面部２８６１、２８６３は表面に粗さ（Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）を有するように構成されることができる。
第２導電型半導体層２２２の上面にのみ粗さを有するものではなく、第１及び第２光抽出部側面部２８６１、２８６３にも粗さを有することにより、活性層２２４から発光する光をより効率的に抽出することができる効果がある。
また、実施例の第１及び第２光抽出部側面部２８６１、２８６３は階段状に構成されることもでき、凹状又は凸状に構成されることもできる。
第１及び第２光抽出部側面部２８６１、２８６３の形状を多様に備えることにより、光をより効率的に抽出して発光素子の光抽出効率を向上させる効果がある。
ただ、これは一実施例を示すもので、第１及び第２光抽出部側面部２８６１、２８６３の形状は使用者の必要によって違うように構成されることができ、本発明の技術的範囲を制限しない。
図６ａ及び図６ｂは図２及び図３の発光素子の平面図である。
図６ａで、第１導電型半導体層２２２の下部に貫通電極２３３が配置され、それぞれの貫通電極２３３の周囲には絶縁層２８５が配置される。貫通電極２３３と絶縁層２８５は第１導電型半導体層２２２の下部に配置されるから平面図では見えないが、理解の便宜のために示す。
パッシベーション層２８０より外部に第２電極２３６ａ、２３６ｂが配置される。‘Ｄ’領域に配置された第２電極２３６ｂの幅が他の領域に配置された第２電極２３６ａより大きくてもよく、ワイヤがボンディングされる領域であり得る。
図６ｂに示した平面図で、第２導電型半導体層２２２の表面の‘Ｂ’領域に凹部が配置され、上述した凹部は貫通電極２３３間に配置されることができる。
上述した実施例による発光素子２００ａ〜２００ｇは、第１導電型半導体層２２２に第１導電層２３２から連結された貫通電極２３３が全領域に均一に配置されて第１導電型半導体層２２２の全領域に均一に電流が供給され、よって発光構造物２２０の全領域で電子と正孔が円滑に結合して発光効率が向上することができる。
図７は発光素子パッケージの一実施例を示した図である。
実施例による発光素子パッケージ３００は、パッケージ本体３１０、第１電極部３２１、第２電極部３２２及び発光素子２００を含んでなる。
パッケージ本体３１０はキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）を有する絶縁性材料からなることができ、例えばＰＰＡ（Ｐｏｌｙｐｔｈａｌａｍｉｄｅ）樹脂又はシリコン系の材料などを含むことができる。
第１電極部３２１と第２電極部３２２はそれぞれパッケージ本体３１０上に配置され、一部はキャビティの底面に配置されることができる。
発光素子２００は上述した発光素子であり得、第１電極部３２１上に配置され、第２電極部３２２とはワイヤ３３０を介して電気的に連結されることができる。
発光素子２００とワイヤ３３０の周囲にはモールディング部３５０が配置される。モールディング部３５０はエア（ａｉｒ）で満たされるとかあるいは他の保護材料からなることができる。
紫外線を放出する発光素子の場合、モールディング部３５０がシリコン系の物質で満たされれば、紫外線波長に対応するエネルギーによってモールディング部３５０でクラックなどの欠陷が発生して信頼性が低下することがあり得る。モールディング部３５０には蛍光体（図示せず）が含まれることもできる。蛍光体は、ＹＡＧ系の蛍光体、ニトリド（Ｎｉｔｒｉｄｅ）系の蛍光体、シリケート（Ｓｉｌｉｃａｔｅ）又はこれらを混合して使うことができるが、これに限定しない。パッケージ３００の上部にはカバー３７０が配置される。カバー３７０はガラスなどの透光性材料からなることができる。
図７のパッケージの形状の外に、発光素子はフリップボンディングされてパッケージとして使われることができる。
実施例による発光素子パッケージは複数が基板上にアレイされることができ、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、拡散シートなどが配置されることができる。このような発光素子パッケージ、基板、光学部材はバックライトユニットとして機能することができる。
また、実施例による発光素子パッケージを含む表示装置、指示装置、照明装置として具現されることができる。
ここで、表示装置は、ボトムカバー、ボトムカバー上に配置される反射板、光を放出する発光モジュール、反射板の前方に配置され、発光モジュールから発散する光を前方に案内する導光板、導光板の前方に配置されるプリズムシートを含む光学シート、光学シートの前方に配置されるディスプレイパネル、ディスプレイパネルと連結され、ディスプレイパネルに画像信号を供給する画像信号出力回路、及びディスプレイパネルの前方に配置されるカラーフィルターを含むことができる。ここで、ボトムカバー、反射板、発光モジュール、導光板、及び光学シートはバックライトユニット（Ｂａｃｋｌｉｇｈｔ Ｕｎｉｔ）を成すことができる。
また、照明装置は、基板と実施例による発光素子パッケージを含む光源モジュール、光源モジュールの熱を発散する放熱体、及び外部から受信した電気的信号を処理又は変換して光源モジュールに提供する電源提供部を含むことができる。例えば、照明装置は、ランプ、ヘッドランプ、又は街灯を含むことができる。
ヘッドランプは、基板上に配置される発光素子パッケージを含む発光モジュール、発光モジュールから照射される光を一定方向、例えば前方に反射させるリフレクタ（ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）、リフレクタによって反射される光を前方に屈折させるレンズ、及びリフレクタによって反射されてレンズに向かう光の一部を遮断又は反射して設計者の所望配光パターンを成すようにするシェード（ｓｈａｄｅ）を含むことができる。
以上、実施例に基づいて説明したが、これは単に例示のためのもので、本発明を限定するものではなく、本発明が属する分野の通常の知識を有する者であれば、この実施例の本質的な特性を逸脱しない範疇内で、以上に例示しなかったさまざまの変形及び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ものである。そして、このような変形及び応用に関連した相違点は添付の請求範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものに解釈されなければならない。
発明の実施のための形態
発明の実施のための形態は前述した“発明を実施するための形態”で充分に説明された。
実施例による、光の抽出効率を高めてより高い光抽出効率を有する発光素子を発光素子パッケージに実装させることができ、このような発光素子パッケージを含む表示装置、指示装置、照明装置として具現されることができる。
貫通電極２３３間の中心距離Ｗ３は５０μｍ〜２００μｍであり得る。
これは、貫通電極２３３間の中心距離Ｗ３が５０μｍ以下に構成されれば、実際に光が発生する活性層２２４の面積が減少して光抽出効率が落ちる問題が発生する。
また、貫通電極２３３間の中心距離Ｗ３が２００μｍ以上に構成されれば、第１導電型半導体層２２２の電流波及（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｐｒｅａｄ）特性が減少して光抽出効率が落ちる問題が発生する。
したがって、貫通電極２３３間の中心距離Ｗ３は５０μｍ〜２００μｍに構成されることにより、より高い光抽出効率を提供する発光素子２００を提供することができる効果がある。
これは、絶縁層２８５と第１光抽出部側面部２８６１及び第２光抽出部側面部２８６３が成す角度が８０°以上になれば、第１光抽出部側面部２８６１を通じて抽出された光が再び第２光抽出部側面部２８６３に再吸収されて光抽出効率が落ちるからである。

Claims (20)

  1. 第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、及び前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層の間に配置される活性層を含み、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導電型半導体層の一部領域まで配置される複数の第１リセスを含む発光構造物；
    前記複数の第１リセスの内部で前記第１導電型半導体層と電気的に連結される第１電極；
    前記第１電極と電気的に連結される導電性支持基板；
    前記第２導電型半導体層と電気的に連結される第２電極；及び
    前記導電性支持基板と前記第２導電型半導体層の間に配置される絶縁層を含み、
    前記第１導電型半導体層、前記第２導電型半導体層及び前記活性層を貫通して前記絶縁層の一部領域まで第２リセスが配置される、発光素子。
  2. 前記絶縁層は、前記第１リセスの周囲で伸びるように配置される、請求項１に記載の発光素子。
  3. 前記第２リセスは、
    前記第２リセスの下面を形成する光抽出部下面；
    前記第２リセスの一側面を形成する第１光抽出部側面部；及び
    前記第２リセスの他側面を形成する第２光抽出部側面部；を含む、請求項１に記載の発光素子。
  4. 前記光抽出部下面は前記絶縁層である、請求項３に記載の発光素子。
  5. 前記光抽出部下面の幅は前記活性層から発生する光を抽出するための第１幅を有するように配置される、請求項４に記載の発光素子。
  6. 前記第１幅は３μｍ以上である、請求項５に記載の発光素子。
  7. 前記第１光抽出部側面部は、前記絶縁層と前記活性層から発生する光が前記第２光抽出部側面部に再吸収されないようにするための第１角度を有するように配置される、請求項３に記載の発光素子。
  8. 前記第１角度は８０度以下である、請求項７に記載の発光素子。
  9. 前記第１リセスの表面の第３幅は、前記第１リセスが前記第１電極と接触する領域の第２幅より小さい、請求項１に記載の発光素子。
  10. 前記発光構造物はＵＶ−Ｂ又はＵＶ−Ｃ波長領域の光を放出する、請求項１に記載の発光素子。
  11. 前記第１導電型半導体層又は第２導電型半導体層内でアルミニウム（Ａｌ）の組成比は４０％以上である、請求項１に記載の発光素子。
  12. 第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、及び前記第１導電型半導体層と前記及び第２導電型半導体層の間に配置される活性層を含み、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導電型半導体層の一部領域まで配置される複数の第１リセスを含む発光構造物；
    前記複数の第１リセスの内部で前記第１導電型半導体層と電気的に連結される第１電極；
    前記第１電極と電気的に連結される導電性支持基板；
    前記第２導電型半導体層と電気的に連結される第２電極；及び
    前記導電性支持基板と前記第２導電型半導体層の間に配置される絶縁層を含み、
    前記第１導電型半導体層、前記第２導電型半導体層及び前記活性層を貫通して前記絶縁層の一部領域まで第２リセスが配置され、
    前記第２リセスは、
    前記第２リセスの下面を形成する光抽出部下面、前記第２リセスの一側面を形成する第１光抽出部側面部、及び前記第２リセスの他側面を形成する第２光抽出部側面部を含み、
    前記光抽出部下面は前記活性層から発生する光を抽出するための第１幅を有し、前記第１幅は３μｍ以上であり、
    前記第１リセスの表面の第３幅は前記第１リセスが前記第１電極と接触する領域の第２幅より小さい、発光素子。
  13. キャビティが形成された導電性基板；及び
    前記導電性基板のキャビティに少なくとも一部が挿入されて配置される発光素子を含み、
    前記発光素子は、
    第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、及び前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層の間に配置される活性層を含み、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導電型半導体層の一部領域まで配置される複数の第１リセスを含む発光構造物；
    前記複数の第１リセスの内部で前記第１導電型半導体層と電気的に連結される第１電極；
    前記第１電極と電気的に連結される導電性支持基板；
    前記第２導電型半導体層と電気的に連結される第２電極；及び
    前記導電性支持基板と前記第２導電型半導体層の間に配置される絶縁層を含み、
    前記第１導電型半導体層、前記第２導電型半導体層及び前記活性層を貫通して前記絶縁層の一部領域まで第２リセスが配置される、発光素子パッケージ。
  14. 前記第２リセスは、
    前記光抽出部の下面を形成する光抽出部下面；
    前記光抽出部の一側面を形成する第１光抽出部側面部；及び
    前記光抽出部の他側面を形成する第２光抽出部側面部；を含む、請求項１３に記載の発光素子パッケージ。
  15. 前記光抽出部下面は前記絶縁層である、請求項１４に記載の発光素子パッケージ。
  16. 前記光抽出部下面の幅は前記活性層から発生する光を抽出するための第１幅を有するように配置される、請求項１５に記載の発光素子パッケージ。
  17. 前記第１幅は３μｍ以上である、請求項１６に記載の発光素子パッケージ。
  18. 前記第１光抽出部側面部は前記絶縁層と前記活性層から発生する光が前記第２光抽出部側面部に再吸収されないようにするための第１角度を有するように配置される、請求項１４に記載の発光素子パッケージ。
  19. 前記第１角度は８０度以下である、請求項１８に記載の発光素子パッケージ。
  20. 前記第１導電型半導体層又は第２導電型半導体層内でアルミニウム（Ａｌ）の組成比は４０％以上である、請求項１３に記載の発光素子パッケージ。
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