JP2019501533A - 発光素子 - Google Patents
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- H01L33/641—Heat extraction or cooling elements characterized by the materials
Abstract
実施例の発光素子は、基板と、基板の下に配置され、第１導電型半導体層、活性層および第２導電型半導体層を含む発光構造物と、基板に対向して配置されたサブマウントと、サブマウントの上に互いに離隔して配置された第１および第２金属パッドと、第１金属パッドの上に配置された第１バンプと、第２金属パッドの上に互いに離隔して配置された複数の第２バンプと、第１導電型半導体層と第１バンプとの間に配置された第１オーミック層と、第２導電型半導体層と複数の第２バンプとの間に配置された第２オーミック層と、第１オーミック層と第１バンプとの間に配置された第１スプレッディング層と、第２オーミック層と複数の第２バンプとの間に配置された第２スプレッディング層および複数の第２バンプの間の空間と発光構造物の厚さ方向にオーバーラップされる第２オーミック層の最大発熱部位で第２オーミック層を厚さ方向と交差する水平方向に断絶させずに配置される電流遮断層を含む。
【選択図】図４
【選択図】図４
Description
実施例は発光素子に関するものである。
発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）は、化合物半導体の特性を利用して電気を赤外線または光に変換させて信号をやり取りしたり、光源として使われる発光素子の一種である。
ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体（ｇｒｏｕｐＩＩＩ−Ｖｎｉｔｒｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）は物理的および化学的特性により、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）またはレーザーダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子の核心素材として脚光を浴びている。
このような発光ダイオードは、白熱灯と蛍光灯などの既存の照明器具に使われる水銀（Ｈｇ）のような環境有害物質が含まれていないため優秀な親環境性を有し、長い寿命と低電力消費特性などのような長所があるため既存の光源を代替している。
前述した発光素子およびこれを含む発光素子パッケージの場合、キャリアが供給される経路と熱が放出される経路が同じであるため、熱が外部に放出され難い劣化（ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）現象が発生する可能性がある。特に、発光素子で深紫外線波長帯域の光を放出させようとする場合、高い駆動電圧により熱損失率がさらに高くなり得る。
実施例は改善された信頼性を有する発光素子を提供する。
第１実施例による発光素子は、基板；前記基板の下に配置され、第１導電型半導体層、活性層および第２導電型半導体層を含む発光構造物；前記基板に対向して配置されたサブマウント；前記サブマウントの上に互いに離隔して配置された第１および第２金属パッド；前記第１金属パッドの上に配置された第１バンプ；前記第２金属パッドの上に互いに離隔して配置された複数の第２バンプ；前記第１導電型半導体層と前記第１バンプとの間に配置された第１オーミック層；前記第２導電型半導体層と前記複数の第２バンプとの間に配置された第２オーミック層；前記第１オーミック層と前記第１バンプとの間に配置された第１スプレッディング層；前記第２オーミック層と前記複数の第２バンプとの間に配置された第２スプレッディング層；および前記複数の第２バンプの間の空間と前記発光構造物の厚さ方向にオーバーラップされる前記第２オーミック層の最大発熱部位で、前記第２オーミック層を前記厚さ方向と交差する水平方向に断絶させずに配置される電流遮断層を含むことができる。
例えば、前記第２オーミック層は、前記最大発熱部位に該当する第１領域；および前記発光構造物の厚さ方向と交差する水平方向に前記第１領域に隣接した第２領域を含むことができる。
例えば、前記電流遮断層は、前記第１領域から前記第２領域まで延びて配置され得る。
例えば、前記電流遮断層は、前記最大発熱部位である前記第１領域に配置された第１セグメントを含むことができる。前記電流遮断層は前記第１セグメントから前記第２領域まで延び、前記発光構造物の厚さ方向に前記複数の第２バンプとオーバーラップされる第２セグメントをさらに含むことができる。
例えば、前記電流遮断層の幅は前記最大発熱部位の幅以上であり得る。
例えば、前記電流遮断層は、前記第２導電型半導体層と接する第１面；および前記発光構造物の厚さ方向に前記第２スプレッディング層と対向し、前記第１面の反対側である第２面を含むことができる。
例えば、前記第２オーミック層は、透光伝導性物質を含み、前記電流遮断層の前記第２面から前記第２スプレッディング層までの最短距離は１ｎｍ〜１０ｎｍであり得る。または前記第２オーミック層は金属物質を含み、前記電流遮断層の前記第２面から前記第２スプレッディング層までの最短距離は２００ｎｍ以上であり得る。
例えば、前記第１セグメントの幅は１０μｍ〜９０μｍであり、前記第２セグメントの幅は５μｍ〜２５μｍであり得る。前記第２セグメントの幅は１５μｍであり得る。
例えば、前記電流遮断層は空気を含むか、前記第２導電型半導体層とショットキー接触する物質を含むか、プラズマダメージによって形成され得る。プラズマダメージを有する場合、前記電流遮断層は、アルゴン、フルオロまたは酸素原子のうち少なくとも一つを含むことができる。または前記電流遮断層は絶縁物質を含むことができる。
例えば、前記活性層は深紫外線波長帯域の光を放出することができる。
例えば、前記電流遮断層は、前記複数の第２バンプの間にわたって前記水平方向に配置された複数の電流遮断層を含むことができる。前記複数の電流遮断層は等間隔で離隔して配置され得る。前記複数の電流遮断層の前記水平方向の幅は互いに同じであり得る。
第２実施例による発光素子は、互いに対向して配置された基板およびサブマウント；前記サブマウントの上に互いに離隔して配置された複数の金属パッド；前記基板と前記サブマウントとの間に配置された発光構造物；前記発光構造物と前記複数の金属パッドとの間に配置された複数のバンプ；前記発光構造物と前記複数のバンプとの間に配置された電極層；および前記複数のバンプの間の空間と前記発光構造物の厚さ方向に重なる前記電極層の最大発熱部位で、前記電極層を前記厚さ方向と交差する方向に断絶させずに配置された電流遮断層を含むことができる。
例えば、前記電極層は前記発光構造物と前記複数のバンプとの間に配置されたオーミック層；および前記オーミック層と前記複数のバンプとの間に配置されたスプレッディング層を含み、前記電流遮断層は前記オーミック層に配置され得る。
例えば、前記発光構造物は、前記基板の下に配置された第１導電型半導体層；前記第１導電型半導体層の下に配置された活性層；および前記活性層の下に配置された第２導電型半導体層を含むことができる。
例えば、前記オーミック層は第１および第２オーミック層を含み、前記スプレッディング層は第１および第２スプレッディング層を含み、前記複数の金属パッドは第１および第２金属パッドを含み、前記複数のバンプは前記第１スプレッディング層と前記第１金属パッドとの間に配置された第１バンプ；および前記第２スプレッディング層と前記第２金属パッドとの間に配置された複数の第２バンプを含み、前記電流遮断層は前記第２オーミック層に位置した前記最大発熱部位に配置され得る。
例えば、前記電流遮断層は前記最大発熱部位から前記複数の第２バンプと前記厚さ方向に重なる領域まで延びて配置され得る。
実施例に係る発光素子およびこれを含む発光素子パッケージは、オーミック層に電流遮断層を配置することによって、熱放出が円滑に行われて劣化現象を防止することができ、高い駆動電圧でも熱損失率を改善させて長い寿命を有するなど、改善された信頼性を有する。
以下、本発明を具体的に説明するために実施例を挙げて説明し、発明に対する理解を助けるために添付図面を参照して詳細に説明する。しかし、本発明に係る実施例は多様な他の形態に変形され得、本発明の範囲は下記の実施例に限定されるものと解釈されてはならない。本発明の実施例は当業界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。
本発明に係る実施例の説明において、各ｅｌｅｍｅｎｔの「上（うえ）または下（した）（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）」に形成されるものと記載される場合において、上（うえ）または下（した）（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）は、二つのｅｌｅｍｅｎｔが互いに直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）接触するか一つ以上の他のｅｌｅｍｅｎｔが前記二つのｅｌｅｍｅｎｔ間に配置されて（ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）形成されるものをすべて含む。また「上（上）または下（した）（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）」と表現される場合、一つのｅｌｅｍｅｎｔを基準として上側方向だけでなく下側方向の意味も含み得る。
また、以下で利用される「第１」および「第２」、「上／上部／うえ」および「下／下部／した」等のような関係的用語は、そのような実体または要素間の何らかの物理的または論理的関係または順序を必ずしも要求または内包しないつつ、いずれか一つの実体または要素を他の実体または要素と区別するために利用されてもよい。
図１は第１実施例による発光素子１００Ａの断面図を示し、図２は図１に図示された「Ａ」部分を拡大して図示した断面図を示し、図３は図１に図示された発光素子１００Ａの例示的な底面図を示す。
図１は図３に図示されたＩ−Ｉ’線に沿って切り取った断面図に該当するが、実施例はこれに限定されない。すなわち、図１に図示された発光素子１００Ａは、図３に図示された底面図の他に多様な形態の底面図を有することもできる。
図１に図示された発光素子１００Ａは、基板１１０、発光構造物１２０、第１および第２オーミック層（またはコンタクト層または電極）１３２、１３４Ａ、第１および第２スプレッディング（ｓｐｒｅａｄｉｎｇ）層１４２、１４４、少なくとも一つの第１バンプ１５２、複数の第２バンプ１５４、第１および第２金属パッド１６２、１６４、第１および第２絶縁層１７２、１７４、サブマウント１８０および電流遮断層（またはノン−オーミック（ｎｏｎ−ｏｈｍｉｃ）層）１９０Ａを含むことができる。
図１に図示された第１および第２スプレッディング層１４２、１４４、第１および第２金属パッド１６２、１６４、第１および第２絶縁層１７２、１７４およびサブマウント１８０の図示は図３で省略されている。図３は図１に図示された発光素子１００Ａをサブマウント１８０から発光構造物１２０側に見た底面図に該当する。
基板１１０は導電型物質または非導電型物質を含むことができる。例えば、基板１１０はサファイア（Ａｌ２０３）、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＧａＰ、ＩｎＰ、Ｇａ２０３、ＧａＡｓまたはＳｉのうち少なくとも一つを含むことができるが、実施例は基板１１０の物質に限定されない。
基板１１０と発光構造物１２０間の熱膨張係数（ＣＴＥ：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）の差および格子不整合を改善するために、これら１１０、１２０の間にバッファー層（または転移層）（図示されず）がさらに配置されてもよい。バッファー層は例えば、Ａｌ、Ｉｎ、ＮおよびＧａで構成される群から選択される少なくとも一つの物質を含むことができるが、これに限定されない。また、バッファー層は単層または多層構造を有してもよい。
発光構造物１２０は基板１１０の下に配置される。すなわち、基板１１０とサブマウント１８０は互いに対向して配置され、発光構造物１２０は基板１１０とサブマウント１８０の間に配置され得る。
発光構造物１２０は、第１導電型半導体層１２２、活性層１２４および第２導電型半導体層１２６を含むことができる。
第１導電型半導体層１２２は基板１１０の下に配置される。第１導電型半導体層１２２は、第１導電型ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族またはＩＩ−ＶＩ族などの化合物半導体で具現され得る。第１導電型半導体層１２２がｎ型半導体層である場合、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がこれに限定されない。
例えば、第１導電型半導体層１２２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を含むことができる。第１導電型半導体層１２２は、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＰ、またはＩｎＰのうち少なくとも一つを含むことができる。
活性層１２４は第１導電型半導体層１２２と第２導電型半導体層１２６の間に配置され、第１導電型半導体層１２２を通じて注入される電子（または正孔）と第２導電型半導体層１２６を通じて注入される正孔（または電子）とが互いに会って、活性層１２４を構成する物質固有のエネルギーバンドによって決定するエネルギーを有する光を放出する層である。活性層１２４は、単一井戸構造、多重井戸構造、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）、量子線（Ｑｕａｎｔｕｍ−Ｗｉｒｅ）構造、または量子ドット（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ）構造のうち少なくともいずれか一つで形成され得る。
活性層１２４の井戸層／障壁層はＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＧａＡｓ（ＩｎＧａＡｓ）／ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ（ＩｎＧａＰ）／ＡｌＧａＰ中いずれか一つ以上のペア構造で形成されるがこれに限定されない。井戸層は障壁層のバンドギャップエネルギーより低いバンドギャップエネルギーを有する物質で形成され得る。
活性層１２４の上または／および下には導電型クラッド層（図示されず）が形成され得る。導電型クラッド層は、活性層１２４の障壁層のバンドギャップエネルギーよりもさらに高いバンドギャップエネルギーを有する半導体で形成され得る。例えば、導電型クラッド層は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮまたは超格子構造などを含むことができる。また、導電型クラッド層はｎ型またはｐ型にドープされ得る。
実施例によると、活性層１２４は紫外線波長帯域の光を放出することができる。ここで、紫外線波長帯域とは、１００ｎｍ〜４００ｎｍの波長帯域を意味し得る。特に、活性層１２４は、１００ｎｍ〜２８０ｎｍの深紫外線波長帯域の光を放出することができる。しかし、実施例は活性層１２４から放出される光の波長帯域に限定されない。
第２導電型半導体層１２６は活性層１２４の下に配置され、半導体化合物で形成され得る。第２導電型半導体層１２６はＩＩＩ−Ｖ族またはＩＩ−ＶＩ族などの化合物半導体で具現され得る。例えば、第２導電型半導体層１２６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物質を含むことができる。第２導電型半導体層１２６には第２導電型ドーパントがドープされ得る。第２導電型半導体層１２６がｐ型半導体層である場合、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などを含むことができる。
第１導電型半導体層１２２はｎ型半導体層で具現し、第２導電型半導体層１２６はｐ型半導体層で具現することができる。または第１導電型半導体層１２２はｐ型半導体層で具現し、第２導電型半導体層１２６はｎ型半導体層で具現してもよい。
発光構造物１２０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つの構造で具現することができる。
図１〜図３に例示された発光素子パッケージ１００Ａは、フリップチップボンディング（ｆｌｉｐ ｃｈｉｐ ｂｏｎｄｉｎｇ）構造であるため、活性層１２４から放出された光は第１オーミック層１３２、第１導電型半導体層１２２および基板１１０を通じて出射され得る。このために、第１オーミック層１３２、第１導電型半導体層１２２および基板１１０は光透過性を有する物質で構成され得る。この時、第２導電型半導体層１２６と第２オーミック層１３４は、光透過性や非透過性を有する物質または反射性を有する物質で構成され得るが、実施例は特定の物質に限定されない。
サブマウント１８０は基板１１０と対向して配置され得る。すなわち、サブマウント１８０は基板１１０の下に配置され得る。サブマウント１８０は例えば、ＡｌＮ、ＢＮ、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ＧａＮ、ＧａＡｓ、Ｓｉなどの半導体基板で構成され得、これに限定されずに熱伝導度が優秀な半導体物質で構成されてもよい。また、サブマウント１８０内にツェナーダイオード形態の静電気（ＥＳＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｓｔａｔｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）防止のための素子が含まれてもよい。
複数の金属パッドがサブマウント１８０の上に配置され得る。図１に図示された通り、複数の金属パッドは第１および第２金属パッド１６２、１６４を含むことができる。第１および第２金属パッド１６２、１６４はサブマウント１８０の上に配置され、互いに電気的に離隔され得る。第１および第２金属パッド１６２、１６４のそれぞれは電気的伝導性を有する金属物質で構成され得る。
第１および第２絶縁層１７２、１７４は第１および第２金属パッド１６２、１６４とサブマウント１８０の間にそれぞれ配置される。万一、サブマウント１８０がＳｉのように電気的伝導性を有する物質で構成される場合、第１および第２金属パッド１６２、１６４とサブマウント１８０を電気的に絶縁させるために第１および第２絶縁層１７２、１７４が配置され得る。ここで、第１および第２絶縁層１７２、１７４は電気的な絶縁性を有する物質を含むことができる。また、第１および第２絶縁層１７２、１７４は電気的な絶縁性を有するだけでなく光反射特性をも有する物質で構成されてもよい。
例えば、第１および第２絶縁層１７２、１７４のそれぞれは、分散ブラッグ反射層（ＤＢＲ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）を含むことができる。この場合、分散ブラッグ反射層は絶縁機能を遂行することもでき、反射機能を遂行することもできる。分散ブラッグ反射層は、屈折率が互いに異なる第１層および第２層が交互に少なくとも一回以上積層された構造であり得る。分散ブラッグ反射層のそれぞれは電気絶縁物質であり得る。例えば、第１層はＴｉＯ２のような第１誘電体層であり、第２層はＳｉＯ２のような第２誘電体層を含むことができる。例えば、分散ブラッグ反射層はＴｉＯ２／ＳｉＯ２層が少なくとも一回以上積層された構造であり得る。第１層および第２層のそれぞれの厚さはλ／４であり、λは発光セルで発生する光の波長であり得る。
また、第１および第２絶縁層１７２、１７４のそれぞれは、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、またはＭｇＦ２のうち少なくとも一つを含むことができるが、実施例はこれに限定されない。万一、サブマウント１８０が電気的絶縁性を有する物質で具現される場合、第１および第２絶縁層１７２、１７４は省略されてもよい。
発光構造物１２０と複数の金属パッドとの間に複数個のバンプが配置され得る。ここで、複数個のバンプは第１バンプ１５２および複数の第２バンプ１５４を含むことができる。発光構造物１２０と第１金属パッド１６２との間に第１バンプ１５２が配置され、発光構造物１２０と第２金属パッド１６４との間に複数の第２バンプ１５４が配置され得る。
第１バンプ１５２は第１金属パッド１６２と第１スプレッディング層１４２との間に配置され得る。第１バンプ１５２の個数は図１に図示された通り、一つであり得るが、実施例は第１バンプ１５２の個数に限定されない。
複数の第２バンプ１５４は第２金属パッド１６４と第２スプレッディング層１４４との間に配置され得る。複数の第２バンプ１５４の個数は、図１に図示された通り２個であるか図３に図示された通り３個であり得るが、実施例は第２バンプ１５４の個数に限定されない。すなわち、複数の第２バンプ１５４は互いに電気的に空間的に離隔した第２−１バンプ１５４−１、第２−２バンプ１５４−２および第２−３バンプ１５４−３を含むことができる。
発光構造物１２０と複数のバンプとの間に電極層が配置され得る。すなわち、電極層はオーミック層およびスプレッディング（ｓｐｒｅａｄｉｎｇ）層を含むことができる。電極層は第１および第２電極層を含むことができる。発光構造物１２０と複数のバンプとの間に配置されたオーミック層は第１および第２オーミック層１３２、１３４Ａを含み、オーミック層と複数のバンプとの間に配置されたスプレッディング層は第１および第２スプレッディング層１４２、１４４を含むことができる。第１電極層は第１オーミック層１３２および第１スプレッディング層１４２を含み、第２電極層は第２オーミック層１３４Ａおよび第２スプレッディング層１４４を含むことができる。
発光構造物１２０と第１バンプ１５２との間に第１オーミック層１３２が配置され、発光構造物１２０と複数の第２バンプ１５４との間に第２オーミック層１３４Ａが配置され得る。
第１オーミック層１３２はメサ食刻（Ｍｅｓａ ｅｔｃｈｉｎｇ）により露出した第１導電型半導体層１２２の下に配置され、第１スプレッディング層１４２を経由して第１バンプ１５２と電気的に連結され得る。すなわち、第１オーミック層１３２は第１バンプ１５２と第１導電型半導体層１２２との間に配置され得る。また、第１オーミック層１３２と第１バンプ１５２との間に第１スプレッディング層１４２が介在され、第１オーミック層１３２は第１スプレッディング層１４２と第１導電型半導体層１２２を電気的に互いに連結させることができる。図示された通り、第１オーミック層１３２は第１導電型半導体層１２２と接触することができる。
第２オーミック層１３４Ａは第２スプレッディング層１４４を経由して第２バンプ１５４と電気的に連結され得る。すなわち、第２オーミック層１３４Ａは複数の第２バンプ１５４と第２導電型半導体層１２６との間に配置され得る。また、第２オーミック層１３４Ａと複数の第２バンプ１５４との間に第２スプレッディング層１４４が介在され、第２オーミック層１３４Ａは第２スプレッディング層１４４と第２導電型半導体層１２６を電気的に互いに連結させることができる。図示された通り、第２オーミック層１３４Ａは第２導電型半導体層１２６と接触することができる。
第１および第２オーミック層１３２、１３４Ａのそれぞれは、第１および第２導電型半導体層１２２、１２６上に良質に成長され得る何らかの物質で形成され得る。例えば、第１および第２オーミック層１３２、１３４Ａのそれぞれは金属で形成され得、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆおよびこれらの選択的な組み合わせで形成され得る。
第１オーミック層１３２はオーミック特性を有することができ、第１導電型半導体層１２２とオーミック接触する物質を含むことができる。また、第２オーミック層１３４Ａはオーミック特性を有することができ、第２導電型半導体層１２６とオーミック接触する物質を含むことができる。
特に、第２オーミック層１３４Ａは、透光伝導性物質または金属物質のうち少なくとも一つを含むことができる。例えば、透光伝導性物質は、透明伝導性酸化膜（ＴＣＯ：Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｏｘｉｄｅ）であり得る。例えば、透光伝導性物質は、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／ＩｒＯｘ／Ａｕ、またはＮｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ／ＩＴＯのうち少なくとも一つを含むことができ、このような材料に限定されはしない。また、金属物質はアルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）または銀（Ａｇ）のうち少なくとも一つを含むことができる。
また、第２オーミック層１３４Ａは透明電極（図示されず）および反射層（図示されず）を含むことができる。透明電極は、前述した透光伝導性物質で形成され、反射層は銀（Ａｇ）のような金属物質で具現され得るが、実施例はこれに限定されない。透明電極は反射層と第２導電型半導体層１２６との間に配置され、反射層は透明電極の下に配置され得る。
一方、第１スプレッディング層１４２は第１オーミック層１３２と第１バンプ１５２との間に配置され得る。第２スプレッディング層１４４は第２オーミック層１３４Ａと複数の第２バンプ１５４との間に配置され得る。第１および第２スプレッディング層１４２、１４４は、発光構造物１２０で発生する熱によって発光構造物１２０の抵抗が増加して電気的な特性が悪化され得るためこれを防止する役割を遂行することができる。このために、第１および第２スプレッディング層１４２、１４４のそれぞれは電気伝導性が優秀な物質で構成され得る。
図１に図示された発光素子１００Ａの場合、キャリアは第１および第２バンプ１５２、１５４を通じて発光構造物１２０に供給される。この時、発光構造物１２０で発生した熱は第１および第２バンプ１５２、１５４を通じて放出され得る。このように、キャリアが供給される経路と熱が放出される経路とが同じであるため、熱が外部に放出され難い劣化（ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）現象が発生する可能性がある。特に、活性層１２４から深紫外線波長帯域の光を放出させようとする場合、高い駆動電圧により熱損失率がさらに高くなり得る。
これを解決するために、実施例による発光素子１００Ａは電流遮断層１９０Ａをさらに含むことができる。電流遮断層１９０Ａは、第２導電型半導体層１２６と第２スプレッディング層１４４との間に配置された第２オーミック層１３４Ａで最大発熱部位（ＭＨＡ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｈｅａｔｉｎｇ Ａｒｅａ）に配置され得る。ここで、最大発熱部位ＭＨＡとは、発光構造物１２０で複数の第２バンプ１５４の間の空間と発光構造物１２０とが基板１１０の厚さ方向（以下、「垂直方向」という）にオーバーラップされる部位を意味し得る。
実施例の場合、最大発熱領域ＭＨＡとは、複数の第２バンプ１５４と垂直方向に重ならない電極層（例えば、第２オーミック層１３４Ａ）の領域を意味し得る。
電流遮断層１９０Ａは垂直方向と交差する方向（以下、「水平方向」という）に電極層（例えば、第２オーミック層１３４Ａ）を断絶させずに第２オーミック層１３４Ａの最大発熱部位ＭＨＡに配置され得る。電極層（例えば、第２オーミック層１３４Ａ）に注入されるキャリアは、電流遮断層１９０Ａが配置された領域で第２導電型半導体層１２６に注入が遮断され得る。すなわち、電流遮断層１９０Ａは電流の注入を遮断する役割を遂行することができる。
図２に図示された後述される最短距離Ｔが「０」である場合、第２オーミック層１３４Ａは電流遮断層１９０Ａにより水平方向に断絶され得る。したがって、実施例によると、最短距離Ｔは０より大きくてもよい。
図２を参照すると、第２オーミック層１３４Ａは第１領域Ａ１および第２領域Ａ２を含むことができる。
第２オーミック層１３４Ａで第１領域Ａ１とは、最大発熱部位に属する領域を意味し、第２領域Ａ２とは、水平方向に第１領域Ａ１に隣接した領域として第２−１および第２−２領域Ａ２１、Ａ２２を含むことができる。
また、電流遮断層１９０Ａは第１セグメントＳ１を含むことができる。第１セグメントＳ１は第２オーミック層１３４Ａの最大発熱部位である第１領域Ａ１に配置され得る。
また、電流遮断層１９０Ａの下面より上面がより広くてもよい。例えば、図２を参照すると、電流遮断層１９０Ａの上面の幅（ＷＴ：Ｗｉｄｔｈ ｏｆ Ｔｏｐ）は下面の幅（ＷＢ：Ｗｉｄｔｈ ｏｆ Ｂｏｔｔｏｍ）より広くてもよい。
図４は第２実施例による発光素子１００Ｂの断面図を示し、図５は図４に図示された「Ｂ」部分を拡大して図示した断面図を示す。
図１に図示された発光素子１００Ａと同様に、図４に図示された発光素子１００Ｂは図３に図示されたＩ−Ｉ’線に沿って切り取った断面図に該当するが、実施例はこれに限定されない。すなわち、図４に図示された発光素子１００Ｂは図３に図示された底面図の他に多様な形態の底面図を有することもできる。
図４に図示された発光素子１００Ｂは、基板１１０、発光構造物１２０、第１および第２オーミック層１３２、１３４Ｂ、第１および第２スプレッディング層１４２、１４４、第１バンプ１５２、複数の第２バンプ１５４、第１および第２金属パッド１６２、１６４、第１および第２絶縁層１７２、１７４、サブマウント１８０および電流遮断層１９０Ｂを含むことができる。
ここで、図４に図示された基板１１０、１２０、第１オーミック層１３２、第１および第２スプレッディング層１４２、１４４、第１バンプ１５２、複数の第２バンプ１５４、第１および第２金属パッド１６２、１６４、第１および第２絶縁層１７２、１７４およびサブマウント１８０は、図１に図示された基板１１０、１２０、第１オーミック層１３２、第１および第２スプレッディング層１４２、１４４、第１バンプ１５２、複数の第２バンプ１５４、第１および第２金属パッド１６２、１６４、第１および第２絶縁層１７２、１７４およびサブマウント１８０とそれぞれ同じであるため、同じ参照符号を使用し、重複する説明を省略する。
図１および図２に図示されたのとは異なり、図４および図５に図示された１００Ｂの場合、電流遮断層１９０Ｂは第２オーミック層１３４Ｂの第１領域Ａ１にも配置され、第１領域Ａ１から第２領域Ａ２まで延びて配置され得る。すなわち、電流遮断層１９０Ｂは最大発熱部位ＭＨＡに配置されるだけでなく、最大発熱部位ＭＨＡから複数の第２バンプ１５４−１、１５４−２と厚さ方向に重なる領域まで延びて配置され得る。この場合、電流遮断層１９０Ｂは第１セグメントＳ１だけでなく第２セグメントをさらに含むことができる。第２セグメントは第２−１セグメントＳ２１および第２−２セグメントＳ２２を含むことができる。第２−１および第２−２セグメントＳ２１、Ｓ２２は、第１セグメントＳ１が配置された第２オーミック層１３４Ｂの第１領域Ａ１から水平方向に第２領域Ａ２１、Ａ２２まで延びる部分である。第２−１および第２−２セグメントＳ２１、Ｓ２２は垂直方向に第２−１および第２−２バンプ１５４−１、１５４−２とそれぞれオーバーラップされる部分である。
このように、図１および図２に図示された発光素子１００Ａで電流遮断層１９０Ａは第１セグメントＳ１だけを有する反面、図４および図５に図示された発光素子１００Ｂで電流遮断層１９０Ｂは第１セグメントＳ１だけでなく第２−１および第２−２セグメントＳ２１、Ｓ２２をさらに含むことができる。これを除いては、図４および図５に図示された発光素子１００Ｂは図１および図２に図示された発光素子１００Ａとそれぞれ同じであるため、同じ参照符号を使用し、重複する説明を省略する。
図１に図示された発光素子１００Ａで電流遮断層１９０Ａの水平方向への幅は第１セグメントＳ１の第１幅Ｗ１すなわち、最大発熱部位ＭＨＡの幅と同じである。ここで、第１幅Ｗ１は１０μｍ〜９０μｍ例えば、７５μｍであり得るが、実施例はこれに限定されない。反面、図４に図示された発光素子１００Ｂで電流遮断層１９０Ｂの水平方向への幅は第１セグメントＳ１の第１幅Ｗ１と第２セグメントＳ２１、Ｓ２２の第２幅Ｗ２１、Ｗ２２の総和であり得る。
万一、図１および図４にそれぞれ図示された電流遮断層１９０Ａ、１９０Ｂの幅が最大発熱部位ＭＨＡの幅よりも小さい場合、第１および第２バンプ１５２、１５４に隣接した第２オーミック層１３４Ａ、１３４Ｂに電流が集中するため、劣化によって発光構造物１２０および第２オーミック層１３４Ａ、１３４Ｂが破壊されて発光素子１００Ａ、１００Ｂの寿命が短縮され、機械的不良が発生する可能性がある。したがって、電流遮断層１９０Ａ、１９０Ｂの全幅は最大発熱部位ＭＨＡの幅と同一であるか最大発熱部位ＭＨＡの幅より大きくなり得る。
電流遮断層１９０Ｂの第１セグメントＳ１の第１幅Ｗ１は前述した電流遮断層１９０Ａの第１セグメントＳ１の第１幅Ｗ１と同じであり得る。
電流遮断層１９０Ｂの第２−１および第２−２幅Ｗ２１、Ｗ２２のそれぞれが２５μｍより大きい場合、理論的に活性領域および第２オーミック層１３４Ｂにより電気的に再結合（ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）が発生する実質的な発光部の面積すなわち、発光素子の発光領域が減少され得る。これによって、活性層１２４に加えられる電流密度が増加して動作電圧が上昇する可能性がある。
また、第２−１および第２−２幅Ｗ２１、Ｗ２２のそれぞれが２５μｍより大きい場合、実験的に図４に図示された発光素子１００Ｂの電気的特性は図１に図示された発光素子１００Ａの電気的特性と類似となり得る。すなわち、第２−１および第２−２幅Ｗ２１、Ｗ２２のそれぞれが２５μｍより大きい場合、図４に図示された発光素子１００Ｂでの順方向電圧変動量ΔＶｆは図１に図示された１００Ａで順方向電圧変動量ΔＶｆと類似となり得る。
また、製造公差を考慮する時、電流遮断層１９０Ｂの第２−１および第２−２セグメントＳ２１、Ｓ２２のそれぞれの第２−１および第２−２幅Ｗ２１、Ｗ２２は、５μｍより小さくすることが困難であり得る。したがって、第２−１および第２−２幅Ｗ２１、Ｗ２２のそれぞれは５μｍ〜２５μｍ、好ましくは１５μｍであり得るが、実施例はこれに限定されない。
図２および図４に図示された前述した発光素子１００Ａ、１００Ｂの電流遮断層１９０Ａ、１９０Ｂは、第１面ＳＵ１および第２面ＳＵ２を含むことができる。第１面ＳＵ１とは、第２導電型半導体層１２６と接する面であると定義し、第２面ＳＵ２とは、垂直方向に第２スプレッディング層１４４と向き合う面であって、第１面ＳＵ１の反対側の面であると定義する。
電流遮断層１９０Ａ、１９０Ｂの第２面ＳＵ２から垂直方向に第２スプレッディング層１４４までの最短距離（以下、「厚さＴ」という）は、第２オーミック層１３４Ａ、１３４Ｂの構成物質により異なり得る。ここで、最短距離Ｔとは、電流遮断層１９０Ａ、１９０Ｂが垂直方向に第２スプレッディング層１４４と離隔した距離を意味し、電流遮断層１９０Ａ、１９０Ｂと第２スプレッディング層１４４との間に介在された第２オーミック層１３４Ａ、１３４Ｂの厚さを意味し得る。
例えば、第２オーミック層１３４Ａ、１３４Ｂが透光伝導性物質を含む場合、電流遮断層１９０Ａ、１９０Ｂの第２面ＳＵ２から第２スプレッディング層１４４までの最短距離Ｔは１ｎｍ〜１０ｎｍであり得るが、実施例はこれに限定されない。
または第２オーミック層１３４Ａ、１３４Ｂが金属物質を含む場合、電流遮断層１９０Ａ、１９０Ｂの第２面ＳＵ２から第２スプレッディング層１４４までの最短距離Ｔの最小値は２００ｎｍであり得るが、実施例はこれに限定されない。
図６は第３実施例による発光素子１００Ｃの断面図を示す。
図１に図示された発光素子１００Ａと同様に、図６に図示された発光素子１００Ｃは図３に図示されたＩ−Ｉ’線に沿って切り取った断面図に該当するが、実施例はこれに限定されない。すなわち、図６に図示された発光素子１００Ｃは図３に図示された底面図の他に多様な形態の底面図を有することもできる。
図６に図示された発光素子１００Ｃは、基板１１０、発光構造物１２０、第１および第２オーミック層１３２、１３４Ｃ、第１および第２スプレッディング層１４２、１４４、第１バンプ１５２、複数の第２バンプ１５４、第１および第２金属パッド１６２、１６４、第１および第２絶縁層１７２、１７４、サブマウント１８０および電流遮断層１９０Ｃを含むことができる。
図６に図示された基板１１０、発光構造物１２０、第１オーミック層１３２、第１および第２スプレッディング層１４２、１４４、第１バンプ１５２、複数の第２バンプ１５４、第１および第２金属パッド１６２、１６４、第１および第２絶縁層１７２、１７４およびサブマウント１８０は、図１または図４に図示された基板１１０、発光構造物１２０、第１オーミック層１３２、第１および第２スプレッディング層１４２、１４４、第１バンプ１５２、複数の第２バンプ１５４、第１および第２金属パッド１６２、１６４、第１および第２絶縁層１７２、１７４およびサブマウント１８０とそれぞれ同じであるため、同じ参照符号を使用し、重複する説明を省略する。
図１および図４に図示された発光素子１００Ａ、１００Ｂで第２−１バンプ１５４−１と第２−２バンプ１５４−２との間にまたがる電流遮断層１９０Ａ、１９０Ｂの個数は一個である。これとは異なり、発光素子１００Ｃで第２−１バンプ１５４−１と第２−２バンプ１５４−２との間にまたがる電流遮断層１９０Ｃの個数は複数であり得る。例えば、図６に図示された発光素子１００Ｃの電流遮断層１９０Ｃは第１、第２および第３電流遮断層１９０−１、１９０−２、１９０−３を含むことができる。このように電流遮断層１９０Ｃの個数が異なることを除いては、図６に図示された発光素子１００Ｃは図４に図示された発光素子１００Ｂと同じであるため重複する説明を省略する。
図６の場合、３個の第１、第２および第３電流遮断層１９０−１、１９０−２、１９０−３のみが図示されているが、実施例はこれに限定されない。すなわち、第２実施例によると、電流遮断層１９０Ｃの個数は３個より多くてもよく、２個でもよい。
また、第１および第３電流遮断層１９０−１、１９０−３は第２−１および第２−２バンプ１５４とそれぞれ垂直方向に重なることは、図４に図示された発光素子１００Ｂの電流遮断層１９０Ｂの第２−１および第２−２セグメントＳ２１、Ｓ２２と同じである。
また、複数の電流遮断層１９０−１、１９０−２、１９０−３は、第２オーミック層１３４Ｃ内で等間隔で互いに離隔して配置され得る。すなわち、第１電流遮断層１９０−１と第２電流遮断層１９０−２が水平方向に離隔した距離を第１距離Ｄ１とし、第２電流遮断層１９０−２が第３電流遮断層１９０−３と水平方向に離隔した距離を第２距離Ｄ２とする。この時、第１距離Ｄ１と第２距離Ｄ２は同じであり得る。しかし、実施例はこれに限定されない。すなわち、第２実施例によると、第１および第２距離Ｄ１、Ｄ２はそれぞれ異なってもよい。
また、電流遮断層１９０Ａ、１９０Ｂ、１９０Ｃの第３−１、第３−２および第３−３幅Ｗ３１、Ｗ３２、Ｗ３３のそれぞれは最大発熱領域ＭＨＡの幅Ｗ１以下であり得るが、実施例はこれに限定されない。また、図６に図示された第１、第２および第３電流遮断層１９０−１、１９０−２、１９０−３のそれぞれの第３−１、第３−２および第３−３幅Ｗ３１、Ｗ３２、Ｗ３３は互いに同じでもよく、それぞれ異なってもよい。
一方、実施例によると、電流遮断層１９０Ａ、１９０Ｂ、１９０Ｃは空気を含むことができる。または電流遮断層１９０Ａ、１９０Ｂ、１９０Ｃは第２導電型半導体層１２６とショットキー接触（ショットキー ｃｏｎｔａｃｔ）する物質を含むこともできる。または電流遮断層１９０Ａ、１９０Ｂ、１９０Ｃはプラズマダメージ（ｐｌａｓｍａ ｄａｍａｇｅ）による表面欠陥（ｓｕｒｆａｃｅ ｄｅｆｅｃｔ）、表面電荷（ｓｕｒｆａｃｅ ｃｈａｒｇｅ）、フェルミレベル（Ｆｅｒｍｉ−ｌｅｖｅｌ）ピン止め（ｐｉｎｎｉｎｇ）等の現象で形成され得る。この場合、電流遮断層１９０Ａ、１９０Ｂ、１９０Ｃはアルゴン（Ａｒ）、フッ素（Ｆ）または酸素（Ｏ）原子のうち少なくとも一つを含むことができる。または電流遮断層１９０Ａ、１９０Ｂ、１９０Ｃは酸化物や窒化物のような絶縁物質を含むこともできる。
また、電流遮断層１９０Ａ、１９０Ｂ、１９０Ｃが誘電体として使われる場合、静電気放電（ＥＳＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）不良が改善され得る。
しかし、実施例は前述した電流遮断層１９０Ａ、１９０Ｂ、１９０Ｃの物質に限定されない。すなわち、電流遮断層１９０Ａ、１９０Ｂ、１９０Ｃが電流を遮断する特性（またはノンオーミック（ｎｏｎ−ｏｈｍｉｃ）の特性）さえ有するのであれば、電流遮断層１９０Ａ、１９０Ｂ、１９０Ｃは多様な物質を含むことができる。
以下、比較例による発光素子と実施例による発光素子１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃの電気的および光学的特性を添付された図面を参照して説明する。また、以下の説明において、第２−１バンプ１５２−１および第２−２バンプ１５２−２のそれぞれの幅ＷＢ１、ＷＢ２を１２０μｍのものと仮定するが、実施例はこれに限定されず、１２０μｍより小さいか大きい場合にも下記の説明は変形されて適用され得ることは言うまでもない。
図７ａおよび図７ｂは、第１および第２比較例による発光素子１０Ａ、１０Ｂの断面図を示す。図７ａおよび図７ｂに図示された第１および第２比較例による発光素子１０Ａ、１０Ｂは、図２に図示された「Ａ」部分（または図５に図示された「Ｂ」部分）に対応する部分である。
図７ａおよび図７ｂにそれぞれ図示された第１および第２比較例による発光素子１０Ａ、１０Ｂで、実施例による発光素子１００Ａ、１００Ｂと同じ部分については同じ参照符号を使用し、重複する説明を省略する。すなわち、第２オーミック層１３４Ｄ、１３４Ｅの構造が異なっていることを除いては、図７ａおよび図７ｂにそれぞれ図示された第１および第２比較例による発光素子１０Ａ、１０Ｂは実施例による発光素子１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃと同じである。
図７ａに図示された第１比較例による発光素子１０Ａで、第２オーミック層１３４Ｄは実施例でのような電流遮断層１９０Ａ、１９０Ｂ、１９０Ｃを有しない。
また、図７ｂに図示された第２比較例による発光素子１０Ｂで、第２オーミック層１３４Ｅは電流遮断層１９４を有するが、実施例による発光素子１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃとは異なり、電流遮断層１９４の第２面ＳＵ２は第２スプレッディング層１４４と接触する。すなわち、最短距離Ｔは「０」である。また、実施例による発光素子１００Ｂの電流遮断層１９０Ｂとは異なり、図７ｂに図示された第２オーミック層１３４Ｅで電流遮断層１９４の幅は最大発熱部位ＭＨＡの幅と同じである。
図８は、時間の経過（ａｇｉｎｇ ｔｉｍｅ）に沿った比較例による発光素子および実施例による発光素子１００Ａ、１００Ｂの順方向電圧変動量ΔＶｆを示すグラフであって、横軸は時間の経過（ａｇｉｎｇ ｔｉｍｅ）を示し、縦軸は順方向電圧変動量ΔＶｆを％単位で示している。
一般に、フリップチップボンディング型発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃで発生した熱は、主に第２バンプ１５４を通じて放出される。この時、発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃで第２バンプ１５４から距離が遠い部分であるほど熱の放出が難しいため、信頼性低下の原因となり得る。
図７ａに図示された第１比較例による発光素子１０Ａの場合、第２バンプ１５４：１５４−１、１５４−２を通じて電流が流れると共に熱が放出されるため、第２オーミック層１３４Ｄで第２バンプ１５４と垂直方向に重なっていない最大発熱部位ＭＨＡでの熱の放出が難しく、劣化現象が発生し得る。このため、図８に例示された通り、第１比較例による発光素子１０Ａの順方向電圧変動量ΔＶｆ（２０２）は時間が経過するほど大きく変わることが分かる。特に、活性層で深紫外線波長帯域の光を放出すると、発光素子１０Ａの高い駆動電圧により、第２オーミック層１３４Ｄで劣化が発生して図８に図示された通り、順方向電圧変動量ΔＶｆが大きく変わり得る。このように時間の経過につれてて、順方向電圧変動量ΔＶｆが大きく変わる場合、動作電圧が低下して短絡（ｓｈｏｒｔ）性の不良を引き起こす恐れがあり、発光素子１０Ａの寿命が短縮され得る。
その反面、図７ｂに図示された通り、発光素子１０Ｂが電流遮断層１９４を含む場合、順方向電圧変動量ΔＶｆ（２０４）は順方向電圧変動ΔＶｆ（２０２）よりもその変化幅が相対的に改善することが分かる。すなわち、動作電圧の初期値ＶＯと時間の経過に沿った動作電圧値Ｖとの間の順方向電圧変動量ΔＶｆが安定となり得る。これは、最大発熱部位ＭＨＡに電流遮断層１９４を配置して第１オーミック層１３４Ｅを水平方向に複数個に分離することによって、発光素子１０Ｂの熱放出が円滑となるためである。すなわち、図７ａに図示された第１比較例の発光素子１０Ａの場合より、図７ｂに図示された第２比較例による発光素子１０Ｂの場合が順方向電圧変動ΔＶｆ（２０４）量が少なくなる。
しかし、図７ｂに図示された通り、電流遮断層１９４が配置されていても、電流遮断層１９４の第２面ＳＵ２が第２スプレッディング層１４４に接触する場合、第２オーミック層１３４Ｅが電流遮断層１９４によって水平方向に断絶（または両分）されることにより、電流が均一に伝達され難くなり得る。
反面、図１に図示された通り、電流遮断層１９０Ａの第２面ＳＵ２が第２スプレッディング層１４４と垂直方向に離隔して形成される場合、第２スプレッディング層１４４を通じて注入された正孔が第２オーミック層１３４Ａに電気的に均一に伝達され得る。また、第２導電型半導体層１２６と第２オーミック層１３４Ａとの間にのみ電流遮断層１９０Ａが配置される場合、電気的に有利であり得る。したがって、時間の経過につれて順方向電圧変動ΔＶｆ量（２０５）は第２比較例による発光素子１０Ｂ（２０４）よりも第１実施例による発光素子１００Ａの方がより少ない。
また、図１に図示された発光素子１００Ａとは異なり、第２−１および第２−２バンプ１５４と垂直方向に重なるように図４に図示された電流遮断層１９０Ｂが第２セグメントＳ２１、Ｓ２２をさらに含んだり、図６に図示された電流遮断層１９０Ｃが第１および第３電流遮断層１９０−１、１９０−３をさらに含む場合、時間の経過につれて順方向電圧変動量ΔＶｆ（２０６）は第１実施例による発光素子１００Ａ（２０５）よりもさらに少なくなる。その理由は次のとおりである。
比熱特性が異なる場合には垂直方向への熱の流れが主導的であるが、発光素子に適用される金属の場合、比熱の差が殆どないと見ることができる。すなわち、第２オーミック層１３４Ｂ、１３４Ｃで発生した熱は垂直方向への流れが主導的ではあるものの、水平方向への熱拡散現象が存在する。これを考慮する時、図４に図示された通り、電流遮断層１９０Ｂが第２セグメントＳ２１、Ｓ２２をさらに含んだり、図６に図示された通り、電流遮断層１９０Ｃが第１および第３電流遮断層１９０−１、１９０−３をさらに含む場合、熱による金属成分の腐食や酸化現象が発生しないため、熱によるオーミック層１３４Ｂ、１３４Ｃの変形を防止することができるためである。
その結果、図８に図示された通り、順方向電圧変動ΔＶｆ量が少なくなるほど電流クラウディング（ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｒｏｗｄｉｎｇ）あるいは熱的なクラウディング（ｔｈｅｒｍａｌ ｃｒｏｗｄｉｎｇ）により引き起こされ得る第２導電型半導体層１２６と第２オーミック層１３４Ａ、１３４Ｂ、１３４Ｃでの抵抗の増加のような物性変化が小さくなる。これによって発光素子１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃの寿命が増加し得る。
図９は、第３比較例による発光素子１０Ｃの断面図を示す。
図９に図示された第３比較例による発光素子１０Ｃは、基板１０、発光構造物２０、第１オーミック層３２、第２−１オーミック層３４−１、第２−２オーミック層３４−２、第１スプレッディング層４２、第２−１スプレッディング層４４−１、第２−２スプレッディング層４４−２、第１バンプ５２、第２−１バンプ５４−１、第２−２バンプ５４−２、第１金属パッド６２、第２金属パッド６４、第１絶縁層７２、第２絶縁層７４およびサブマウント８０を含む。また、発光構造物２０は、第１導電型半導体層２２、活性層２４および第２導電型半導体層２６を含むことができる。
図８に図示された基板１０、発光構造物２０、第１オーミック層３２、第１スプレッディング層４２、第１バンプ５２、第２バンプ５４、第１金属パッド６２、第２金属パッド６４、第１絶縁層７２、第２絶縁層７４およびサブマウント８０は、図１に図示された基板１１０、１２０、第１オーミック層１３２、第１スプレッディング層１４２、第１バンプ１５２、第２バンプ５４、第１金属パッド１６２、第２金属パッド１６４、第１絶縁層１７２、第２絶縁層１７４およびサブマウント１８０にそれぞれ該当し、同じ機能を遂行するため、これらについての重複する説明は省略する。
図１に図示された発光素子１００Ａと図９に図示された第３比較例による発光素子１０Ｃの差異点は次のとおりである。
図１に図示された発光素子１００Ａの場合、第２オーミック層１３４Ａに電流遮断層１９０Ａが配置された反面、図９に図示された第３比較例による発光素子１０Ｃの場合、メサ食刻によって形成されたリセス（Ｒ：Ｒｅｃｅｓｓ）により分割された第２−１オーミック層３４−１および第２−２オーミック層３４−２が存在する。また、図１に図示された発光素子１００Ａの場合、第２スプレッディング層１４４は分割されていない反面、図８に図示された発光素子１０Ｃの場合、リセスＲによって分割された第２−１スプレッディング層４４−１および第２−２スプレッディング層４４−２が存在する。
図１０ａ〜図１０ｃは、比較例による発光素子と実施例による発光素子のそれぞれの回路結線図を示す。
万一、図７ａに図示された通り、発光素子１０Ａが電流遮断層を含まない場合、図１０ａに図示された通り、一つの発光ダイオードＤ０として動作する。この場合、発光ダイオードＤ０から熱が放出される経路と第１導電型キャリアが供給される経路とがすべて第２バンプ１５４を通じているため、前述した通り劣化によって熱放出が悪化され得る。
このような熱放出を解消するために、図９に図示された通り、並列構造に発光素子１０Ｃを具現する場合、この発光素子１０Ｃは図１０ｂに図示された通り、並列連結された２個の発光ダイオードＤ１、Ｄ２として動作する。この場合、図７ａに図示された第１比較例による１０Ａよりも熱放出が改善され得るものの、抵抗の構成により動作電圧が上昇するしかない。その上、発光ダイオードＤ１、Ｄ２のそれぞれに注入される定電流が同一であるためには、発光構造物２０に存在する発光ダイオードＤ１、Ｄ２の面抵抗が同一でなければならない。そうでない場合、２個の発光ダイオードＤ１、Ｄ２のうち一つが破壊される場合、他の一つの発光ダイオードに過電流が注入されて連鎖的に破壊され得る問題点がある。このように、図９および図１０ｂに図示された第３比較例による発光素子１０Ｃの場合、回路の破壊が発生し得るだけでなく、消費電力が増加し、電流注入効率が減少され得る。
その反面、図１、図４および図６に図示された実施例による発光素子１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃの場合、電流遮断層１９０Ａ、１９０Ｂ、１９０Ｃを含むことによって、図１０ｃに図示された通り、２個の発光ダイオードＤ１、Ｄ２として動作することは、図９に図示された１０Ｃと同じである。この時、実施例による発光素子１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃで、発光構造物１２０に存在する発光ダイオードＤ１、Ｄ２の面抵抗が同じでなくても、第２スプレッディング層１４４が分離されていないので、キャリアの注入は第２スプレッディング層１４４を通じて行われ得る。すなわち、第２スプレッディング層１４４は、図１０ｃに図示された別途の発光ダイオードＤ３として役割を遂行することができる。したがって、前述した面抵抗が同一でない時に発光ダイオードＤ１、Ｄ２のうち相対的に抵抗の低い発光ダイオードに過電流が注入されず、２個の発光ダイオードＤ１、Ｄ２のうち一つのダイオードが破壊されると残りのダイオードに過電流が注入されて連鎖破壊現象が解消され得る。
すなわち、図１０ｃに図示された実施例による発光素子１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃの場合、図１０ｂに図示されたような並列構造の発光素子１０Ｃで発生可能な過電流の注入および連鎖的な作動不良現象を防止することができ、図１０ａに図示されたような発光素子１０Ａで熱放出の困難さを改善することができる。したがって、実施例による発光素子１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃは、図１０ａに図示された直列構造と図１０ｂに図示された並列構造の複合体構造を有することによって、熱放出が円滑に行われ得、劣化が防止されて信頼性が改善され得る。
図１１は、第１実施例による発光素子パッケージ３００の断面図を示す。
図１１を参照すると、発光素子パッケージ３００は、発光素子１００Ａ、パッケージ本体３１０、第１および第２リードフレーム３２２、３２４、第３絶縁層３３０、モールディング部材３４０、第１および第２ワイヤ３５２、３５４を含むことができる。
ここで、発光素子１００Ａは図１に図示された発光素子１００Ａに該当するが、図４または図６に図示された発光素子１００Ｂ、１００Ｃが図１に図示された発光素子１００Ａの代わりに図１１に図示されたようなパッケージ形態に配置され得る。
図１１に図示されたパッケージ本体３１０は、キャビティー（Ｃ：Ｃａｖｉｔｙ）を形成することができる。例えば、図１１に図示された通り、パッケージ本体３１０は、第１および第２リードフレーム３２２、３２４と共にキャビティーＣを形成することができる。すなわち、キャビティーＣは、パッケージ本体３１０の側面３１２と第１および第２リードフレーム３２２、３２４の各上部面によって定義され得る。しかし、実施例はこれに限定されない。第２実施例によると、図１１に図示されたのとは異なり、パッケージ本体３１０だけでキャビティーＣを形成することもできる。または上部面が平たいパッケージ本体３１０の上に隔壁（ｂａｒｒｉｅｒ ｗａｌｌ）（図示されず）が配置され、隔壁とパッケージ本体３１０の上部面によってキャビティーが定義されてもよい。パッケージ本体３１０はＥＭＣ（Ｅｐｏｘｙ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）等で具現され得るが、実施例はパッケージ本体３１０の材質に限定されない。発光素子１００ＡはキャビティーＣの内部に配置され得る。
第１および第２リードフレーム３２２、３２４は、水平方向に互いに離隔して配置され得る。第１および第２リードフレーム３２２、３２４のそれぞれは導電型物質例えば金属で構成され得、実施例は第１および第２リードフレーム３２２、３２４のそれぞれの物質の種類に限定されない。第１および第２リードフレーム３２２、３２４を電気的に分離させるために、第１および第２リードフレーム３２２、３２４の間には第３絶縁層３３０が配置されてもよい。
また、パッケージ本体３１０が導電型物質、例えば金属物質で構成される場合、第１および第２リードフレーム３２２、３２４はパッケージ本体３１０の一部であってもよい。この場合にも、第１および第２リードフレーム３２２、３２４を形成するパッケージ本体３１０は第３絶縁層３３０によって電気的に分離され得る。
また、第１および第２導電型半導体層１２２、１２６と第１および第２バンプ１５２、１５４を通じてそれぞれ連結された第１および第２金属パッド１６２、１６４は、第１および第２ワイヤ３５２、３５４を通じて第１および第２リードフレーム３２２、３２４にそれぞれ電気的に連結され得る。
モールディング部材３４０は、例えばシリコン（Ｓｉ）で具現され得、蛍光体を含むため発光素子１００Ａから放出された光の波長を変化させることができる。蛍光体としては、発光素子１００Ａで発生した光を白色光に変換させることができるＹＡＧ系、ＴＡＧ系、Ｓｉｌｉｃａｔｅ系、Ｓｕｌｆｉｄｅ系またはＮｉｔｒｉｄｅ系のうちいずれか一つの波長変換手段である蛍光物質が含まれ得るが、実施例は蛍光体の種類に限定されない。
ＹＡＧおよびＴＡＧ系蛍光物質には（Ｙ、Ｔｂ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｓｍ）３（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｆｅ）５（Ｏ、Ｓ）１２：Ｃｅの中から選択して使用可能であり、Ｓｉｌｉｃａｔｅ系蛍光物質には（Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ）２ＳｉＯ４：（Ｅｕ、Ｆ、Ｃｌ）の中から選択して使用可能である。
また、Ｓｕｌｆｉｄｅ系蛍光物質には（Ｃａ、Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ、（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ）（Ａｌ、Ｇａ）２Ｓ４：Ｅｕの中から選択して使用可能であり、Ｎｉｔｒｉｄｅ系蛍光体は、（Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｏ）Ｎ：Ｅｕ（例、ＣａＡｌＳｉＮ４：Ｅｕβ−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ）またはＣａ−αＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ系である（Ｃａｘ、Ｍｙ）（Ｓｉ、Ａｌ）１２（Ｏ、Ｎ）１６、ここでＭは、Ｅｕ、Ｔｂ、ＹｂまたはＥｒのうち少なくとも一つの物質であり、０．０５＜（ｘ＋ｙ）＜０．３、０．０２＜ｘ＜０．２７ ａｎｄ ０．０３＜ｙ＜０．３、蛍光体成分の中から選択して使用することができる。
赤色蛍光体としては、Ｎ（例、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ）を含む窒化物（Ｎｉｔｒｉｄｅ）系蛍光体を使うことができる。このような窒化物系赤色蛍光体は、硫化物（Ｓｕｌｆｉｄｅ）系蛍光体よりも熱、水分などの外部環境に対する信頼性が優秀であるだけでなく変色の危険が小さい。
実施例に係る発光素子パッケージは複数個が基板上にアレイされ得、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得る。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、実施例に係る発光素子パッケージは、表示装置、指示装置、照明装置に適用され得る。
ここで、表示装置はボトムカバーと、ボトムカバー上に配置される反射板と、光を放出する発光モジュールと、反射板の前方に配置され発光モジュールで発散する光を前方に案内する導光板と、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と、光学シートの前方に配置されるディスプレイパネルと、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と、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、および光学シートはバックライトユニット（Ｂａｃｋｌｉｇｈｔ Ｕｎｉｔ）を構成し得る。
また、照明装置は、基板と実施例に係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させる放熱体、および外部から提供された電気的信号を処理また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、または街路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の方向、例えば、前方に反射させるリフレクター（ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）、リフレクターによって反射する光を前方に屈折させるレンズ、およびリフレクターによって反射してレンズに向かう光の一部分を遮断または反射して設計者の所望する配光パターンをなすようにするシェード（ｓｈａｄｅ）を含むことができる。
以上では実施例を中心に説明したが、これは単に例示に過ぎないものであって、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、本実施例の本質的な特性を逸脱しない範囲で前記で例示されていない多様な変形と応用が可能であることが分かるはずである。例えば、実施例に具体的に示された各構成要素は変形して実施できるものである。そして、このような変形と応用に関係した差異点は、添付された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。
発明の実施のための形態は前述した「発明の実施のための最善の形態」で十分に説明された。
実施例に係る発光素子は、表示装置、指示装置、ランプやヘッドランプまたは街路灯のような照明装置に適用され得る。
Claims (20)
- 基板；
前記基板の下上に配置され、第１導電型半導体層、活性層および第２導電型半導体層を含む発光構造物；
前記基板に対向して配置されたサブマウント；
前記サブマウント上に互いに離隔して配置された第１及び第２金属パット；
前記第１金属パット上に配置された第１バンプ；
前記第２金属パット上に互いに離隔して配置された複数の第２バンプ；
前記第１導電型半導体層と前記第１バンプの間に配置された第１オーミック層；
前記第２導電型半導体層と前記複数の第２バンプの間に配置された第２オーミック層；
前記第１オーミック層と前記第１バンプの間に配置された第１スプレッド層；
前記第２オーミック層と前記複数の第２バンプの間に配置された第２スプレッド層；及び
前記複数の第２バンプの間の空間と前記発光構造物の厚さ方向にオーバーラップされる前記第２オーミック層の最大発熱部位で前記第２オーミック層を前記厚さ方向と交差する水平方向に断絶させずに配置される電流遮断層を含む発光素子。
- 前記第２オーミック層は
前記最大発熱部位に該当する第１領域；及び
前記発光構造物の厚さ方向と交差する水平方向に前記第１領域に隣接した第２領域を含む、請求項１に記載の発光素子。 - 前記電流遮断層は、前記第１領域から前記第２領域まで延びて配置された、請求項２に記載の発光素子。
- 前記電流遮断層は
前記最大発熱部位である前記第１領域に配置された第１セグメントを含む、請求項２に記載の発光素子。 - 前記電流遮断層は
前記第１セグメントから前記第２領域まで延び、前記発光構造物の厚さ方向に前記複数の第２バンプとオーバーラップされる第２セグメントをさらに含む、請求項４に記載の発光素子。 - 前記電流遮断層の幅は、前記最大加熱領域の幅以上であることを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
- 前記電流遮断層は
前記第２導電型半導体層と接する第１面；および
前記発光構造物の厚さ方向に前記第２スプレッディング層と対向し、前記第１面の反対側である第２面を含む、請求項1に記載の 発光素子。 - 前記第２オーミック層は透光伝導性物質を含み、前記電流遮断層の前記第２面から前記第２スプレッディング層までの最短距離は１ｎｍ〜１０ｎｍである、請求項７に記載の発光素子。
- 前記第２オーミック層は金属物質を含み、前記電流遮断層の前記第２面から前記第２スプレッディング層までの最短距離は２００ｎｍ以上である、請求項７に記載の発光素子。
- 前記電流遮断層は空気を含むか、前記第２導電型半導体層とショットキー接触する物質を含むか、プラズマダメージによって形成された、請求項１に記載の発光素子。
- 前記電流遮断層は絶縁物質を含む、請求項１に記載の発光素子。
- 前記活性層は深紫外線波長帯域の光を放出する、請求項１に記載の発光素子。
- 前記電流遮断層は、
前記複数の第２バンプ発光構造物、の間に亘って前記水平方向に配置された複数の電流遮断層を含む、請求項１に記載の発光素子。 - 前記複数の電流遮断層は等間隔で離隔して配置された、請求項１３に記載の発光素子。
- 前記複数の電流遮断層は前記水平方向の幅が互いに同じである、請求項１３に記載の発光素子。
- 互いに対向して配置された基板及びサブマウント；
前記サブマウント上に互いに離隔して配置された複数の金属パット；
前記基板と前記サブマウントの間に配置された発光構造物；
前記発光構造物と前記複数の金属パットの間に配置された複数のバンプ；
前記発光構造物と前記複数のバンプの間に配置された電極層；及び
前記複数のバンプの間の空間と前記発光構造物の厚さ方向に重なる前記電極層の最大発熱部位で前記電極層を前記厚さ方向と交差する方向に断絶させずに配置された電流遮断層を含む発光素子。 - 前記電極層は
前記発光構造物と前記複数のバンプとの間に配置されたオーミック層；および
前記オーミック層と前記複数のバンプとの間に配置された スプレッディング層を含み、
前記電流遮断層は前記オーミック層に配置された、請求項１６に記載の発光素子。 - 前記発光構造物は
前記基板の下に配置された第１導電型半導体層；
前記第１導電型半導体層の下に配置された活性層；および
前記活性層の下に配置された第２導電型半導体層を含む、請求項１７に記載の発光素子。 - 前記オーミック層は第１および第２オーミック層を含み、
前記スプレッディング層は第１および第２スプレッディング層を含み、
前記複数の金属パッドは第１および第２金属パッドを含み、
前記複数のバンプは
前記第１スプレッディング層と前記第１金属パッドとの間に配置された第１バンプ；および
前記第２スプレッディング層と前記第２金属パッドとの間に配置された複数の第２バンプを含み、
前記電流遮断層は 前記第２オーミック層に位置した前記最大発熱部位に配置された発光素子。 - 請求項１９において、前記最大発熱部位から前記複数の第２バンプと前記発光構造物の厚さ方向に重なる領域まで 延びて配置された、請求項１９に記載の発光素子。
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