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、AlInGa(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InAlGa1−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(SiO)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、Ga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Wは50μm〜200μmであり得る。
これは、貫通電極223間の中心距離W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W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W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Wは50μm〜200μmであり得る。
これは、貫通電極233間の中心距離W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W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W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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