JP5189176B2 - 発光素子 - Google Patents
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Description
本発明は、発光素子、発光素子パッケージ、発光素子の製造方法、及び照明システムに関するものである。
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、電気エネルギーを光に変換する半導体素子の一種である。発光ダイオードは、蛍光灯、白熱灯など、既存の光源に比べて低消費電力、半永久的な寿命、速い応答速度、安全性、及び環境親和性の長所を有する。ここに、既存の光源を発光ダイオードに取り替えるための多くの研究が進行されており、発光ダイオードは室内外で使われる各種ランプ、液晶表示装置、電光板、街灯などの照明装置の光源として使用が増加している趨勢である。
本発明の目的は、新たな構造を有する発光素子、発光素子パッケージ、発光素子の製造方法、及び照明システムを提供することにある。
本発明の他の目的は、光抽出効率が向上した発光素子、発光素子パッケージ、発光素子の製造方法、及び照明システムを提供することにある。
本発明に従う発光素子は、透光性基板と、上記透光性基板の上にオーミック層と、上記オーミック層の上に形成され、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、及び上記第１導電型半導体層と上記第２導電型半導体層との間に活性層を含んで光を生成する発光構造物と、上記透光性基板の下面に電極層電極層と、上記透光性基板を貫通して上記発光構造物及び上記電極層を電気的に連結する導電ビアと、を含む,前記透光性基板は、下面の面積が上面の面積より小さい。
本発明に従う発光素子パッケージは、パッケージ胴体と、上記パッケージ胴体に設けられた第１電極及び第２電極と、上記胴体の上に配置されて上記第１電極及び第２電極に電気的に連結される発光素子と、を含み、上記発光素子は、透光性基板と、上記透光性基板の上にオーミック層と、上記オーミック層の上に形成され、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、及び上記第１導電型半導体層と上記第２導電型半導体層との間に活性層を含んで光を生成する発光構造物と、上記透光性基板の下面に電極層と、上記透光性基板を貫通して上記発光構造物及び上記電極層を電気的に連結する導電ビアと、を含む, 前記透光性基板は、下面の面積が上面の面積より小さい。
本発明に従う照明システムは、照明システムにおいて、上記照明システムは、基板と、上記基板の上に配置される発光素子を含む発光モジュールを含み、上記発光素子は、透光性基板と、上記透光性基板の上にオーミック層と、上記オーミック層の上に形成され、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、及び上記第１導電型半導体層と上記第２導電型半導体層との間に活性層を含んで光を生成する発光構造物と、上記透光性基板の下面に電極層と、上記透光性基板を貫通して上記発光構造物及び上記電極層を電気的に連結する導電ビアと、を含む。前記透光性基板は、下面の面積が上面の面積より小さい。
本発明に従う発光素子の製造方法は、成長基板の上に発光構造物、オーミック層、及び第１接合層を順次に形成して第１胴体を形成するステップと、透光性基板の上に上記第１接合層と接合される第２接合層を形成し、上記透光性基板を貫通するホールを形成して第２胴体を形成するステップと、上記第１接合層及び上記第２接合層を対向して接合することで、上記第１胴体及び上記第２胴体をボンディングするステップと、上記成長基板を除去するステップと、上記ホールを導電性物質で充填して導電ビアを形成し、上記透光性基板の下面に電極層を形成するステップと、を含む。
本発明によると、新たな構造を有する発光素子、発光素子パッケージ、発光素子の製造方法、及び照明システムが得られる。
また、本発明によると、光抽出効率が向上した発光素子、発光素子パッケージ、発光素子の製造方法、及び照明システムが得られる。
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（on）”に、または“下（under）”に形成されることと記載される場合において、“上（on）”と“下（under）”は、“直接（directly）”または“他の層を介して（indirectly）”形成される全てのものを含む。また、各層の上または下に対する基準は、図面を基準として説明する。
図面において、各層の厚さやサイズは説明の便宜及び明確性のために誇張、省略、または概略的に図示された。また、各構成要素のサイズは実際のサイズを全的に反映するのではない。
以下、添付図面を参照しつつ本発明に従う発光素子、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ついて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る発光素子１００の断面図である。
図１を参照すると、上記発光素子１００は、透光性基板１１０と、上記透光性基板１１０の上にオーミック層１５７と、上記オーミック層１５７の上に形成されて光を生成する発光構造物１４５と、上記透光性基板１１０の下面に形成された電極層１３２と、上記透光性基板１１０を貫通して上記発光構造物１４５及び上記電極層１３２を電気的に連結する導電ビア１３１と、を含むことができる。
上記発光構造物１４５は複数の化合物半導体層を含むことができる。例えば、上記発光構造物１４５は、第１導電型半導体層１３０、上記第１導電型半導体層１３０の下に活性層１４０、及び上記活性層１４０の下に第２導電型半導体層１５０を含むことができる。
上記発光構造物１４５で生成された光は上記発光構造物１４５から直接放出されるか、上記透光性基板１１０を透過して放出できる。特に、上記透光性基板１１０の厚さは上記発光構造物１４５の厚さに比べて厚く形成されて、上記透光性基板１１０の側方向に光を効果的に放出させることができるので、上記発光素子１００の発光効率が向上することができる。
また、上記発光構造物１４５と上記透光性基板１１０との間には上記オーミック層１５７が形成されて、上記電極層１３２から伝えられた電源電圧を上記発光構造物１４５の全領域に対し、スプレッディング（spreading）（つまり、拡散させて印加）させることで提供することができる。
上記透光性基板１１０の上には格子定数差を緩和するために、バッファ層（図示せず）及び／またはアンドープド窒化物層（図示せず）が形成されることもできる。
以下、第１実施形態に従う発光素子１００に対し、各構成要素を中心として詳細に説明する。
上記透光性基板１１０は、光を透過する材質、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ガラス材質、ＧａＮ、ＺｎＯ、ＡｌＮなどで形成できる。
この際、上記透光性基板１１０は、上記発光構造物１４５より小さい屈折率を有する材質で形成されることが好ましい。この場合、上記発光構造物１４５から生成される光を屈折率の差により、一層効果的に放出できるためである。
上記透光性基板１１０は、例えば１００μｍ乃至１０００μｍの厚さを有することができる。このような厚さは上記発光構造物１４５の厚さより厚いので、上記発光素子１００の側方向を通じて効果的に光を放出できる。
一方、上記透光性基板１１０の側面にはラフネス（roughness；凹凸部）が形成されて、上記発光素子１００の側方向を通じた光抽出効率を極大化することもできる。
上記透光性基板１１０の上には上記オーミック層１５７が形成できる。上記オーミック層１５７は、上記発光構造物１４５とオーミック接触（ohmic contact）を形成して、上記電極層１３２から伝えられた電源電圧を上記発光構造物１４５の全領域に対してスプレッディング（spreading）させながら提供することができる。
上記オーミック層１５７は、上記発光構造物１４５で生成された光が上記オーミック層１５７を透過して上記透光性基板１１０に円滑に入射できるようにするために、透明な材質で形成できる。
具体的に説明すれば、上記オーミック層１５７は、透明な材質の金属酸化物または金属窒化物、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ（Ｉｎ−ＺｎＯ）、ＧＺＯ（Ｇａ−ＺｎＯ）、ＡＺＯ（Ａｌ−ＺｎＯ）、ＡＧＺＯ（Ａｌ−Ｇａ ＺｎＯ）、ＩＧＺＯ（Ｉｎ−Ｇａ ＺｎＯ）、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、ＲｕＯｘ／ＩＴＯ、Ｎｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ、及びＮｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ／ＩＴＯのうち、少なくとも１つを含むことができる。
または、上記オーミック層１５７は、数乃至数十ナノメートル（ｎｍ）厚さ単位の金属薄膜層で形成されて光を透過することもできる。この場合、上記オーミック層１５７は、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ａｇのうち、少なくとも１つを含むことができる。
一方、上記オーミック層１５７の形態は、実施形態に従う発光素子１００の設計によって多様に変形可能であり、これに対して限定するのではない。これに対しては詳細に後述する。
上記オーミック層１５７及び上記透光性基板１１０の間には２層の間を強固に結合する接合層１２０が形成できる。
上記接合層１２０は、接合力を有しながら透明な材質で形成されることができ、例えば、ＳＯＧ（Spin-On-Glass）、Ｓｏｌ−Ｇｅｌ、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｉＯｘのうち、いずれか１つで形成できる。
上記オーミック層１５７の上には上記発光構造物１４５が形成できる。上記発光構造物１４５は光を生成する構造物であって、例えば、第２導電型半導体層１５０、活性層１４０、及び第１導電型半導体層１３０が順次に積層された構造を有することができる。
上記第２導電型半導体層１５０は、例えば、ｐ型半導体層で具現できるが、上記ｐ型半導体層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を有する半導体材料、例えばＩｎＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮなどから選択されることができ、Ｍｇ、Ｚｎなどのｐ型ドーパントがドーピングできる。
上記第２導電型半導体層１５０の上には上記活性層１４０が形成できる。上記活性層１４０は、上記第１導電型半導体層１３０を通じて注入される電子（または、正孔）と上記第２導電型半導体層１５０を通じて注入される正孔（または、電子）とが接合して、上記活性層１４０の形成物質に従うエネルギーバンド（Energy Band）のバンドギャップ（Band Gap）差によって光を放出する層である。
上記活性層１４０は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Multi Quantum Well）、量子線構造、及び量子点構造のうち、いずれか１つで形成できるが、これに限定されるのではない。
上記活性層１４０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材料で形成できる。上記活性層１４０が上記多重量子井戸構造（ＭＱＷ）で形成された場合、上記活性層１４０は複数の井戸層と複数の障壁層が積層されて形成されることができ、例えば、ＩｎＧａＮ井戸層／ＧａＮ障壁層の周期で形成できる。
上記活性層１４０の上及び／または下にはｎ型またはｐ型ドーパントがドーピングされたクラッド層（図示せず）が形成されることができ、上記クラッド層（図示せず）はＡｌＧａＮ層またはＩｎＡｌＧａＮ層で具現できる。
上記第１導電型半導体層１３０は、第１導電型半導体層のみを含むか、上記第１導電型半導体層の上にアンドープド半導体層などをさらに含むことができるが、これに対して限定するのではない。
上記第１導電型半導体層は、例えば、ｎ型半導体層を含むことができるが、上記ｎ型半導体層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を有する半導体材料、例えばＩｎＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮなどから選択されることができ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎなどのｎ型ドーパントがドーピングできる。
上記アンドープド半導体層は、導電型ドーパントがドーピングされないので、上記第１導電型半導体層または上記第２導電型半導体層１５０に比べて低い電気伝導性を有する層であって、上記第１導電型半導体層の結晶性の向上のために成長できる。
一方、前述とは異なり、上記第１導電型半導体層１３０がｐ型半導体層を含み、上記第２導電型半導体層１５０がｎ型半導体層を含むこともできる。また、上記第１導電型半導体層１３０の上にはｎ型またはｐ型半導体層を含む第３導電型半導体層（図示せず）が形成されることもでき、これによって、上記発光素子１００は、ｎｐ、ｐｎ、ｎｐｎ、ｐｎｐ接合構造のうち、少なくともいずれか１つを有することができる。また、上記第１導電型半導体層及び上記第２導電型半導体層の内の導電型ドーパントのドーピング濃度は、均一または不均一に形成できる。即ち、上記発光構造物１４５の構造は多様に形成されることができ、これに対して限定するのではない。
上記発光構造物１４５の上面にはラフネス（roughness）またはパターンが形成できる。上記ラフネスまたはパターンにより多様な入射角度を有する光を放出させることができるので、上記発光素子１００の光抽出効率が向上することができる。
上記発光構造物１４５の少なくとも側面には保護部材１５５が形成できる。上記保護部材１５５は上記発光構造物１４５が外部電極などと電気的にショート（short）することを防止できる。
上記保護部材１５５は電気絶縁性を有する材質、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉｘＯｙ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉｘＮｙ、ＳｉＯｘＮｙ、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２のうち、少なくとも１つが選択されて形成できる。
上記発光構造物１４５の上面には電極１６０が形成できる。上記電極１６０は、上記電極層１３２と共に上記発光構造物１４５に電源を提供することができる。上記電極１６０は、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｌａ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｍｇ、ＮｉＣｒ、ＰｄＣｒ、ＣｒＰｔ、ＮｉＴｉ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、希土類金属及び合金、金属性シリサイド、半導体性シリサイド、ＣＮＴＮｓ、透明導電性酸化物、透明導電性窒化物のうち、少なくとも１つを含む単層または多層構造で形成できる。
上記オーミック層１５７及び上記第２導電型半導体層１５０の間には電流遮断層（Current Blocking Layer；ＣＢＬ）（図示せず）が形成できる。
上記電流遮断層（図示せず）は上記電極１６０と垂直方向に少なくとも一部が重畳されるように形成されることができ、これによって上記電極１６０と上記透光性基板１１０との間の最短距離に電流が集中する現象を緩和して、上記発光素子１００の発光効率を向上させることができる。
上記電流遮断層（図示せず）は、上記反射層１５８または上記オーミック層１５７より電気伝導性の低い物質、上記第２導電型の半導体層１５０とショットキー接触を形成する物質、または電気絶縁性物質を用いて形成することができ、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＺＴＯ、ＩＡＺＯ、ＩＧＺＯ、ＩＧＴＯ、ＡＺＯ、ＡＴＯ、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ、ＴｉＯｘ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒのうち、少なくとも１つを含む。
上記透光性基板１１０下面には上記電極層１３２が形成され、上記透光性基板１１０を貫通して上記電極層１３２及び上記発光構造物１４５を電気的に連結するように少なくとも１つの上記導電ビア１３１が形成できる。
上記導電ビア１３１は、電極１６０と垂直方向に少なくとも一部が重畳されるように形成されることができ、上記透光性基板１１０の側面に形成されることもできるが、これに対して限定するのではない。
上記電極層１３２が上記透光性基板１１０の下面に形成されるので、上記発光素子１００は外部電極にダイボンディング方式により設置できる。
上記電極層１３２は、外部電極から供給を受けた電源を上記導電ビア１３１を通じて上記発光構造物１４５に伝達する。このために、上記導電ビア１３１の一端は上記電極層１３２に接触し、他端は上記オーミック層１５７または上記発光構造物１４５のうち、少なくとも１つに接触できる。
上記電極層１３２及び上記導電ビア１３１は、好ましくは、上記発光構造物１４５から入射される光を効果的に反射できる高反射率の材質、例えば、Ａｇ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ａｌのうち、少なくとも１つを含むように形成できる。したがって、上記電極層１３２及び上記導電ビア１３１に入射される光は反射されて上記透光性基板１１０の側面を通じて効果的に外部に放出できる。
以下、第１実施形態に従う発光素子１００の製造方法について詳細に説明する。
図２乃至図８は、本発明の第１実施形態に係る発光素子１００の製造方法を説明する図である。
図２を参照すると、成長基板１０１の上に上記発光構造物１４５を成長して形成し、上記発光構造物１４５の上に上記オーミック層１５７を形成し、上記オーミック層１５７の上に第１接合層１２０ａを形成して第１胴体Ｍを提供することができる。
上記成長基板１０１は、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＰ、ＬｉＡｌ２Ｏ３、ＩｎＰ、ＢＮ、ＡｌＮ、またはＧｅのうち、少なくとも１つの材質に選択できる。
上記発光構造物１４５は、上記成長基板１０１の上に、例えば、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ；Metal Organc Chemical Vapor Depositionを、化学蒸着法（ＣＶＤ；Chemical Vapor Deposition）、プラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ；Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition）、分子線成長法（ＭＢＥ；Molecular Beam Epitaxy）、水素化物気相成長法（ＨＶＰＥ；Hydride Vapor Phase Epitaxy）などの方法を用いて形成されることができ、これに対して限定するのではない。
上記オーミック層１５７及び上記第１接合層１２０ａは、スパッタリング（Sputtering）、ＰＥＣＶＤ、電子ビーム（E-beam）蒸着などの蒸着方式や、スピンコーティング、ディップコーティングなどのコーティング方式により形成できるが、これに対して限定するのではない。
上記第１接合層１２０ａは、光を透過しながら、上記第１胴体Ｍと後述する第２胴体Ｎとを強固に結合できる材質で形成できる。
図３を参照すると、透光性基板１１０の上面に上記第１接合層１２０ａと接合される第２接合層１２０ｂを形成し、上記透光性基板１１０を貫通するホール１１１を形成することによって、第２胴体Ｎを提供することができる。
上記ホール１１１は、例えば、レーザードリリング（Laser Drilling）、エッチングなどにより形成できる。
上記ホール１１１は１つだけ図示されたが、その数に対して限定するのではない。
図４を参照すると、上記第１接合層１２０ａ及び上記第２接合層１２０ｂを対向して接合することで、上記第１胴体Ｍ及び第２胴体Ｎをボンディングすることができる。
この際、上記第１接合層１２０ａ及び上記第２接合層１２０ｂは互いに結合されて上記接合層１２０をなすことができる。
図５を参照すると、互いにボンディングされた上記第１胴体Ｍ及び上記第２胴体Ｎから上記成長基板１０１が除去できる。
上記成長基板１０１は、レーザーリフトオフ（ＬＬＯ；Laser Lift Off）工程及びエッチング工程のうち、少なくとも１つにより除去できるが、これに対して限定するのではない。
図６を参照すると、上記ホール１１１を導電性物質で充填して上記導電ビア１３１を形成し、上記透光性基板１１０の下面に上記電極層１３２を形成できる。
上記導電ビア１３１及び上記電極層１３２は、メッキ、蒸着などの方法により形成されることができ、互いに同一な材質で形成されることもできる。
一方、上記接合層１２０の一部が上記ホール１１１の内に残存する場合、これをエッチングなどにより除去した後、上記導電ビア１３１を形成することができ、これに対して限定するのではない。
上記導電ビア１３１及び上記電極層１３２は、好ましくは、上記発光構造物１４５から入射される光を効果的に反射できる高反射率の材質、例えば、Ａｇ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ａｌのうち、少なくとも１つを含むように形成できる。
図７を参照すると、上記発光構造物１４５にアイソレーション（Isolation）エッチングを行い、上記発光構造物１４５の上面にラフネスまたはパターンを形成することができる。
上記アイソレーションエッチングは、複数個の発光素子を個別素子単位に区分するために実施できる。
上記ラフネスまたはパターンは、光抽出効率の向上のために形成することができ、例えばエッチング工程またはパターニングにより形成できる。
また、上記アイソレーションエッチングにより露出された上記オーミック層１５７の少なくとも一部を除去することができる。露出された上記オーミック層１５７を除去することによって、上記発光素子１００が外部電極などと電気的にショート（short）される虞が最小化できる。但し、これに対して限定するのではない。
図８を参照すると、上記発光構造物１４５の上に上記電極１６０を形成し、上記発光構造物１４５の側面に上記保護部材１５５を形成して、第１実施形態に従う発光素子１００を提供することができる。
上記電極１６０は、蒸着、メッキなどの方式により形成できるが、これに対して限定するのではない。
上記保護部材１５５は、スパッタリング（Sputtering）、ＰＥＣＶＤ、電子ビーム（E-beam）蒸着などの方式により形成できる。また、上記保護部材１５５は、上記発光構造物１４５の側面だけでなく、上面の周り領域にさらに形成されることもでき、これに対して限定するのではない。
一方、後続の工程として複数個の発光素子を個別素子単位に分離するためのチップ分離工程が実施できる。上記チップ分離工程は、一般的に、例えばレーザースクライビング（Laser Scribing）工程、ブレーキング工程などにより実施できる。
本発明に従う発光素子１００は、金属材質の基板の代わりに上記透光性基板１１０を使用することができるので、チップ分離のための上記レーザースクライビング（Laser Scribing）工程及びブレーキング工程が容易に実施できる。
延いては、上記チップ分離工程を上記アイソレーションエッチング工程と別途に実施せず、同時に実施して上記発光素子１００の製造工程の効率性を高めることもできる。
以下、上記オーミック層１５７の形態に従う多様な実施形態を説明する。但し、前述した説明と重複する内容は省略または簡略に説明する。
図９乃至図１１は、上記オーミック層１５７の形態に対する多様な実施形態を説明する図である。
（第２実施形態）
図９を参照すると、第２実施形態に従う発光素子１００Ｂは、透光性基板１１０と、上記透光性基板１１０の上に接合層１２０と、上記接合層１２０の上の一部領域に選択的に形成されたオーミック層１５７ｂと、上記オーミック層１５７ｂ及び上記接合層１２０の上に形成されて光を生成する発光構造物１４５と、上記透光性基板１１０の下面に形成された電極層１３２と、上記透光性基板１１０を貫通して上記発光構造物１４５及び上記電極層１３２を電気的に連結する導電ビア１３１を含むことができる。
図９を参照すると、第２実施形態に従う発光素子１００Ｂは、透光性基板１１０と、上記透光性基板１１０の上に接合層１２０と、上記接合層１２０の上の一部領域に選択的に形成されたオーミック層１５７ｂと、上記オーミック層１５７ｂ及び上記接合層１２０の上に形成されて光を生成する発光構造物１４５と、上記透光性基板１１０の下面に形成された電極層１３２と、上記透光性基板１１０を貫通して上記発光構造物１４５及び上記電極層１３２を電気的に連結する導電ビア１３１を含むことができる。
上記オーミック層１５７ｂは、上記接合層１２０の上の一部領域に選択的に形成できる。したがって、上記発光構造物１４５の下面は、上記オーミック層１５７ｂ及び上記接合層１２０と接触されるようになる。
また、上記導電ビア１３１は、一端が上記発光構造物１４５と接触するように形成できる。
この際、上記接合層１２０が絶縁材質で形成され、上記発光構造物１４５が上記オーミック層１５７ｂとオーミック接触をなし、上記導電ビア１３１が上記発光構造物１４５とショットキー接触をなす材質で形成される場合、電源が上記電極１６０と上記導電ビア１３１との間の最短距離に流れることが防止されて、上記発光構造物１４５の内に電源電圧が均等にスプレッディングできる。
（第３実施形態）
図１０を参照すると、第３実施形態に従う発光素子１００Ｃは、透光性基板１１０と、上記透光性基板１１０の上に接合層１２０と、上記接合層１２０の上の一部の領域に選択的に形成されたオーミック層１５７ｃ及び反射層１５８と、上記オーミック層１５７ｃ及び反射層１５８の上に形成されて光を生成する発光構造物１４５と、上記透光性基板１１０の下面に形成された電極層１３２と、上記透光性基板１１０を貫通して上記発光構造物１４５及び上記電極層１３２を電気的に連結する導電ビア１３１と、を含むことができる。
図１０を参照すると、第３実施形態に従う発光素子１００Ｃは、透光性基板１１０と、上記透光性基板１１０の上に接合層１２０と、上記接合層１２０の上の一部の領域に選択的に形成されたオーミック層１５７ｃ及び反射層１５８と、上記オーミック層１５７ｃ及び反射層１５８の上に形成されて光を生成する発光構造物１４５と、上記透光性基板１１０の下面に形成された電極層１３２と、上記透光性基板１１０を貫通して上記発光構造物１４５及び上記電極層１３２を電気的に連結する導電ビア１３１と、を含むことができる。
上記オーミック層１５７ｃ及び反射層１５８は、上記接合層１２０の上に形成できる。この際、図示されたように、上記オーミック層１５７ｃ及び反射層１５８は選択的にパターンを有するように形成できる。
上記オーミック層１５７ｃは光を透過する材質で形成され、上記反射層１５８は光を反射する材質で形成できる。したがって、上記発光構造物１４５で生成された光のうち、上記オーミック層１５７ｃに入射される光は透過されて上記透光性基板１１０に入射され、上記反射層１５８に入射される光は上記発光構造物１４５に反射される過程を経て外部に抽出できる。
上記反射層１５８は、例えば、Ａｇ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ａｌのうち、少なくとも１つで形成できる。
一方、上記反射層１５８及び上記導電ビア１３１が上記発光構造物１４５とショットキー接触をなす場合、電源が上記電極１６０と上記導電ビア１３１との間の最短距離に流れることが防止されて、上記発光構造物１４５の内に電源電圧が均等にスプレッディングできる。
（第４実施形態）
図１１を参照すると、第４実施形態に従う発光素子１００Ｄは、透光性基板１１０と、上記透光性基板１１０の上に接合層１２０及び反射層１５８ｄと、上記接合層１２０及び反射層１５８ｄの上にオーミック層１５７と、上記オーミック層１５７の上に形成されて光を生成する発光構造物１４５と、上記透光性基板１１０の下面に形成された電極層１３２と、上記透光性基板１１０を貫通して上記発光構造物１４５及び上記電極層１３２を電気的に連結する導電ビア１３１と、を含むことができる。
図１１を参照すると、第４実施形態に従う発光素子１００Ｄは、透光性基板１１０と、上記透光性基板１１０の上に接合層１２０及び反射層１５８ｄと、上記接合層１２０及び反射層１５８ｄの上にオーミック層１５７と、上記オーミック層１５７の上に形成されて光を生成する発光構造物１４５と、上記透光性基板１１０の下面に形成された電極層１３２と、上記透光性基板１１０を貫通して上記発光構造物１４５及び上記電極層１３２を電気的に連結する導電ビア１３１と、を含むことができる。
上記反射層１５８ｄは、光を反射する材質、例えばＡｇ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ａｌのうち、少なくとも１つで形成されることができ、選択的に形成できる。
したがって、上記発光構造物１４５で生成された光のうち、上記反射層１５８ｄに入射される光は、上記発光構造物１４５に向けて反射される過程を経て外部に抽出できる。また、上記発光構造物１４５で生成された光のうち、上記反射層１５８ｄの間に入射される光は、上記透光性基板１１０に入射されて上記透光性基板１１０の側面を通じて外部に抽出できる。但し、これに対して限定するのではない。
一方、上記導電ビア１３１は、一端が上記発光構造物１４５とショットキー接触をなすように形成される場合、電源が上記電極１６０と上記導電ビア１３１との間の最短距離に流れることを防止することによって、上記発光構造物１４５の内に電源電圧が均等にスプレッディングされるようにすることができる。
以下、第５実施形態に従う発光素子１００Ｅについて詳細に説明する。但し、前述した説明と重複する内容は省略または簡略に説明する。
図１２は、第５実施形態に従う発光素子１００Ｅを説明する図である。第５実施形態に従う発光素子１００Ｅは、第１実施形態に従う発光素子１００に比べて光変換層の存否を除いては同一である。
図１２を参照すると、第５実施形態に従う発光素子１００Ｅは、光変換層１１５を含む透光性基板１１０と、上記透光性基板１１０の上にオーミック層１５７と、上記オーミック層１５７の上に形成されて光を生成する発光構造物１４５と、上記透光性基板１１０の下面に形成された電極層１３２と、上記透光性基板１１０を貫通して上記発光構造物１４５及び上記電極層１３２を電気的に連結する導電ビア１３１と、を含むことができる。
上記透光性基板１１０は、上記光変換層１１５を含むことができる。上記光変換層１１５は、上記透光性基板１１０の上部領域、中間領域、下部領域のうち、少なくとも１つの領域に形成されるか、側面領域に形成されることもでき、これに対して限定するのではない。
上記光変換層１１５は、例えば、樹脂またはシリコン材質に蛍光体を含んで形成できる。上記光変換層１１５は上記蛍光体を含むので、上記発光構造物１４５で生成されて上記光変換層１１５に入射される光の波長を変化させることができる。
例えば、上記発光構造物１４５で生成された第１光が上記光変換層１１５に入射される場合、上記光変換層１１５に含まれた蛍光体が上記第１光により励起されて第２光を生成することができる。したがって、上記発光素子１００Ｅは上記第１光と第２光とが混色された光を放出することができる。
例えば、上記光変換層１１５が黄色蛍光体を含み、上記発光構造物１４５が青色光を生成する場合、実施形態に従う発光素子１００Ｅは白色光を放出できる。
以下、第６実施形態に従う発光素子１００Ｆについて詳細に説明する。但し、前述した説明と重複する内容は省略または簡略に説明する。
図１３は、第６実施形態に従う発光素子１００Ｆを説明する図である。第６実施形態に従う発光素子１００Ｆは、第１実施形態に従う発光素子１００に比べて透光性基板の形状を除いては同一である。
図１３を参照すると、第６実施形態に従う発光素子１００Ｆの透光性基板１１０は、下段の隅が一部除去できる。これによって、上記透光性基板１１０の上面と下面との面積が相異することがある。例えば前記透光性基板は、下面の面積が上面の面積より大きい場合がある。
このように、上記隅が除去されて形成された上記透光性基板１１０の側面は、平面、凹または凸形状の曲面などの形状を有することができ、これによって、上記透光性基板１１０の面積は下部領域から上部領域へ行くほど概ね大きくなるように形成できるが、これに対して限定するのではない。前記曲面は上記透光性基板１１０の側面の上部または下部に選擇的に形成される。
上記透光性基板１１０がこのような形状を有することによって体積が減るようになるので、上記透光性基板１１０の外部に放出できず、内部に閉じ込められる光量を最小化して上記発光素子１００Ｆの光抽出効率を向上させることができる。前記透光性基板の側面は 前記透光性基板の下面から２０°〜７０°の範囲内の角度（図１３内のθ）で傾斜させて形成されることができる。
また、上記透光性基板１１０の側面を曲面で形成することによって、光抽出効率を向上させることもできる。
図１４は、本発明の実施形態に係る発光素子１００を含む発光素子パッケージの断面図である。
図１４を参照すると、実施形態に従う発光素子パッケージは、胴体部２０と、上記胴体部２０に設けられた第１電極層３１及び第２電極層３２と、上記胴体部２０に設置されて上記第１電極層３１及び第２電極層３２と電気的に連結される実施形態に従う発光素子１００と、上記発光素子１００を囲むモーディング部材４０と、を含む。
上記胴体部２０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、上記発光素子１００の周囲に斜面が形成できる。
上記第１電極層３１及び第２電極層３２は互いに電気的に分離され、上記発光素子１００に電源を提供する。また、上記第１電極層３１及び第２電極層３２は、上記発光素子１００で発生した光を反射させて光効率を増加させることができ、上記発光素子１００で発生された熱を外部に排出させる役目をすることもできる。
上記発光素子１００は、上記胴体部２０の上に設置されるか、上記第１電極層３１または第２電極層３２の上に設置できる。
そして、上記発光素子１００は、ワイヤーボンディング方式、ダイボンディング、フリップチップ方式などにより、上記第１、２電極層３１、３２と電気的に連結されて光を生成することができ、これに対して限定するのではない。
上記モーディング部材４０は、上記発光素子１００を囲んで上記発光素子１００を保護することができる。また、上記モーディング部材４０には蛍光体が含まれて上記発光素子１００から放出された光の波長を変化させることができる。
上記発光素子パッケージは、上記に開示された実施形態の発光素子のうち、少なくとも１つを、１つまたは複数個で搭載することができ、これに対して限定するのではない。
実施形態に従う発光素子パッケージは、複数個が基板の上にアレイされ、上記発光素子パッケージの光経路の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できる。このような発光素子パッケージ、基板、及び光学部材は、ライトユニットとして機能することができる。更に他の実施形態は、前述した実施形態に記載された半導体発光素子または発光素子パッケージを含む表示装置、指示装置、及び照明システムで具現されることができ、例えば、照明システムは、ランプ、及び街灯を含むことができる。
図１５は、本発明の実施形態に係る発光素子パッケージを使用したバックライトユニットを示す図である。但し、図１５のバックライトユニット１１００は照明システムの一例であり、これに対して限定するのではない。
図１５を参照すると、上記バックライトユニット１１００は、ボトムフレーム１１４０と、上記ボトムフレーム１１４０の内に配置された光ガイド部材１１２０と、上記光ガイド部材１１２０の少なくとも一側面または下面に配置された発光モジュール１１１０を含むことができる。また、上記光ガイド部材１１２０の下には反射シート１１３０が配置できる。
上記ボトムフレーム１１４０は、上記光ガイド部材１１２０、上記発光モジュール１１１０、及び上記反射シート１１３０が収納できるように、上面が開口されたボックス（box）形状で形成されることができ、金属材質または樹脂材質で形成されることができるが、これに対して限定するのではない。
上記発光モジュール１１１０は、基板と、上記基板に搭載された複数個の実施形態に従う発光素子パッケージを含むことができる。上記複数個の発光素子パッケージは、上記光ガイド部材１１２０に光を提供することができる。
図示したように、上記発光モジュール１１１０は、上記ボトムフレーム１１４０の内側面のうち、少なくともいずれか１つに配置されることができ、これによって上記光ガイド部材１１２０の少なくとも１つの側面に向けて光を提供することができる。
但し、上記発光モジュール１１１０は、上記ボトムフレーム１１４０の下に配置されて、上記光ガイド部材１１２０の底面に向けて光を提供することもでき、これは上記バックライトユニット１１００の設計に従い多様に変形可能であるので、これに対して限定するのではない。
上記光ガイド部材１１２０は、上記ボトムフレーム１１４０の内に配置できる。上記光ガイド部材１１２０は、上記発光モジュール１１１０から提供を受けた光を面光源化して、表示パネル（図示せず）にガイドすることができる。
上記光ガイド部材１１２０は、例えば、導光板（ＬＧＰ；Light Guide Panel）でありうる。上記導光板は、例えばＰＭＭＡ（polymethyl metaacrylate）のようなアクリル樹脂系列、ＰＥＴ（polyethylene terephthlate）、ＰＣ（poly carbonate）、ＣＯＣ、及びＰＥＮ（polyethylene naphthalate）樹脂のうちの１つで形成できる。
上記光ガイド部材１１２０の上側には光学シート１１５０が配置されることもできる。
上記光学シート１１５０は、例えば拡散シート、集光シート、輝度上昇シート、及び蛍光シートのうち、少なくとも１つを含むことができる。例えば、上記光学シート１１５０は、上記拡散シート、集光シート、輝度上昇シート、及び蛍光シートが積層されて形成できる。この場合、上記拡散シート１１５０は、上記発光モジュール１１１０から出射された光を均等に拡散させてあげて、上記拡散された光は上記集光シートにより表示パネル（図示せず）に集光できる。この際、上記集光シートから出射される光はランダムに偏光された光であるが、上記輝度上昇シートは上記集光シートから出射された光の偏光度を増加させることができる。上記集光シートは、例えば、水平または／及び垂直プリズムシートでありうる。また、上記輝度上昇シートは、例えば、照度強化フィルム（Dual Brightness Enhancement film）でありうる。また、上記蛍光シートは蛍光体が含まれた透光性プレートまたはフィルムとなることができる。
上記光ガイド部材１１２０の下には上記反射シート１１３０が配置できる。上記反射シート１１３０は、上記光ガイド部材１１２０の下面を通じて放出される光を上記光ガイド部材１１２０の出射面に向けて反射することができる。
上記反射シート１１３０は、反射率の良い樹脂材質、例えば、ＰＥＴ、ＰＣ、ＰＶＣレジンなどで形成できるが、これに対して限定するのではない。
図１６は、本発明の実施形態に係る発光素子パッケージを使用した照明ユニットの斜視図である。但し、図１６の照明ユニット１２００は照明システムの一例であり、これに対して限定するのではない。
図１６を参照すると、上記照明ユニット１２００は、ケース胴体１２１０と、上記ケース胴体１２１０に設けられた発光モジュール１２３０と、上記ケース胴体１２１０に設けられ、外部電源から電源の供給を受ける連結端子１２２０と、を含むことができる。
上記ケース胴体１２１０は、放熱特性が良好な材質で形成されることが好ましく、例えば金属材質または樹脂材質で形成されることができる。
上記発光モジュール１２３０は、基板３００と、上記基板３００に搭載される少なくとも１つの実施形態に従う発光素子パッケージ２００を含むことができる。
上記基板３００は、絶縁体に回路パターンが印刷されたものであることがあり、例えば、一般の印刷回路基板（ＰＣＢ：Printed Circuit Board）、メタルコア（Metal Core）ＰＣＢ、軟性（Flexible）ＰＣＢ、セラミックＰＣＢなどを含むことができる。
また、上記基板３００は、光を効率的に反射する材質で形成されるか、表面の光が効率的に反射されるカラー、例えば白色、銀色などで形成できる。
上記基板３００の上には、上記少なくとも１つの実施形態に従う発光素子パッケージ２００が搭載できる。上記発光素子パッケージ２００は、各々少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を含むことができる。上記発光ダイオードは、赤色、緑色、青色、または白色の有色光を各々発光する有色発光ダイオード、及び紫外線（ＵＶ：Ultra Violet）を発光するＵＶ発光ダイオードを含むことができる。
上記発光モジュール１２３０は、色感及び輝度を得るために多様な発光ダイオードの組合せを有するように配置できる。例えば、高演色性（ＣＲＩ）を確保するために、白色発光ダイオード、赤色発光ダイオード、及び緑色発光ダイオードを組み合わせて配置できる。また、上記発光モジュール１２３０から放出される光の進行経路上には蛍光シートがさらに配置されることができ、上記蛍光シートは上記発光モジュール１２３０から放出される光の波長を変化させる。例えば、上記発光モジュール１２３０から放出される光が青色波長帯を有する場合、上記蛍光シートには黄色蛍光体が含まれることができ、上記発光モジュール１２３０から放出された光は上記蛍光シートを経て最終的に白色光と見られるようになる。
上記連結端子１２２０は、上記発光モジュール１２３０と電気的に連結されて電源を供給することができる。図１６の図示によれば、上記連結端子１２２０は、ソケット方式により外部電源に回して嵌合されるが、これに対して限定するのではない。例えば、上記連結端子１２２０は、ピン（pin）形態で形成されて外部電源に挿入されるか、配線により外部電源に連結されることもできる。
前述したような照明システムは、上記発光モジュールから放出される光の進行経路上に、光ガイド部材、拡散シート、集光シート、輝度上昇シート、及び蛍光シートのうち、少なくともいずれか１つが配置されて、希望する光学的効果が得られる。
Claims (11)
- 透光性基板と、
前記透光性基板の上にオーミック層と、
前記オーミック層の上に形成され、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導電型半導体層との間に活性層を含んで光を生成する発光構造物と、
前記透光性基板の下面に電極層と、
前記透光性基板を貫通して前記発光構造物及び前記電極層を電気的に連結する導電ビアと、
を含み,
前記透光性基板は、下面の面積が上面の面積より小さく、
前記透光性基板の厚さは１００μｍ乃至１０００μｍであり、
前記オーミック層および前記透光性基板の間に接合層が形成され、前記導電ビアは前記オーミック層と接合層を貫通して発光構造物と連結されることを特徴とする発光素子。 - 前記透光性基板は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ガラス材質、ＧａＮ、ＺｎＯ、またはＡｌＮのうち、いずれか１つで形成されたことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 前記透光性基板の屈折率は前記発光構造物の屈折率より小さいことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 前記接合層は、ＳＯＧ（Spin-On-Glass）、Ｓｏｌ−Ｇｅl、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｉＯｘのうち、いずれか１つで形成されたことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 前記透光性基板の側面は 前記透光性基板の下面から２０°〜７０°の範囲内の角度で傾斜させて形成されたことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 前記透光性基板の側面は、平面、凹形状の曲面、または凸形状の曲面のうち、少なくとも１つの形状を有することを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
- 前記曲面 は、前記透光性基板の側面の上部または下部に選択的に形成されることを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
- 前記導電ビアは、前記発光構造物とショットキー接触を形成することを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 前記発光構造物の上面にはラフネス（roughness）またはパターンが形成されたことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 前記発光構造物の上面には電極パッドが形成されたことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 前記発光構造物の側面および上面の周りに沿って保護部材が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
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