JP5230761B2 - 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、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、信頼性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、基板と、上記基板の上の保護層と、上記保護層の上の電極層と、上記電極層の上に形成されて光を生成し、第１半導体層、上記第１半導体層の下に活性層、及び上記活性層の下に第２導電型半導体層を含む発光構造物と、一端は上記発光構造物の上面に配置され、他端は上記保護層に配置される第１電極を含み、上記保護層は上記電極層及び上記第１電極のうち、少なくとも１つとショットキー接触をなす。
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を含み、上記発光素子は、基板と、上記基板の上の保護層と、上記保護層の上の電極層と、上記電極層の上に形成されて光を生成し、第１半導体層、上記第１半導体層の下に活性層及び上記活性層の下に第２導電型半導体層を含む発光構造物と、一端は上記発光構造物の上面に配置され、他端は上記保護層に配置される第１電極を含み、上記保護層は、上記電極層及び上記第１電極のうち、少なくとも１つとショットキー接触をなす。
本発明に従う照明システムは、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、基板と、上記基板の上の保護層と、上記保護層の上の電極層と、上記電極層の上に形成されて光を生成し、第１半導体層、上記第１半導体層の下に活性層及び上記活性層の下に第２導電型半導体層を含む発光構造物と、一端は上記発光構造物の上面に配置され、他端は上記保護層に配置される第１電極を含み、上記保護層は上記電極層及び上記第１電極のうち、少なくとも１つとショットキー接触をなす。
本発明に従う発光素子の製造方法は、第１基板の上の保護層と、上記保護層の上の第１接着層を含む第１胴体を形成するステップと、第２基板の上に発光構造物と、上記発光構造物の上に第２接着層を含む第２胴体を形成するステップと、上記第１接着層及び第２接着層を対向してボンディングすることによって、上記第１胴体及び第２胴体をボンディングし、上記第１接着層及び第２接着層はボンディングされて電極層をなすステップと、上記第２基板を除去するステップと、上記発光構造物にアイソレーションエッチングを実施するステップと、上記電極層を上記保護層が少なくとも一部露出されるように選択的に除去するステップと、一端が上記発光構造物の上面に配置され、他端が露出された上記保護層の上に配置されるように第１電極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、信頼性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、及び発光素子パッケージについて説明する。
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、第１実施形態に従う発光素子１００は、第１基板１１０、上記第１基板１１０の上に保護層１２０、上記保護層１２０の上に電極層１６０、上記電極層１６０の上に形成されて光を生成する発光構造物１４５、一端は上記発光構造物１４５の上面に配置され、他端は上記保護層１２０に配置される第１電極１７０、及び上記電極層１６０の上に第２電極１８０を含むことができる。
この際、上記保護層１２０は、上記電極層１６０及び上記第１電極１７０のうち、少なくとも１つとショットキー接触（Schottkey Contact）をなす。
したがって、上記発光素子１００に上記発光構造物１４５の動作電圧に相応する電源が印加される場合、上記発光構造物１４５は正常に光を生成する一方、上記保護層１２０は上記ショットキー接触により形成されたショットキーバリア（Schottkey Barrier）により電流が流れない。
しかしながら、上記発光素子１００に静電気放電（Electro Static Discharge：ＥＳＤ）、サージ効果（Surge Effect）などにより過大な順方向または逆方向の電圧が印加される場合、上記ショットキーバリア（Schottkey Barrier）が電気的に導通されて上記発光構造物１４５の代わりに上記保護層１２０に電流が流れるようになるので、上記発光構造物１４５の損傷が防止できる。
即ち、第１実施形態に従う発光素子１００は、上記発光構造物１４５の下に上記保護層１２０を形成することによって、上記発光構造物１４５の発光面積を減少させないながらも、優れる耐電圧特性を有する。
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。
上記第１基板１１０は絶縁性基板であって、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）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。
上記第１基板１１０の上には上記保護層１２０が成長されて形成されることができる。
上記保護層１２０は、例えば、Ｓｉ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＩｎＰのような半導体材質で形成されることができ、ｎ型またはｐ型の導電型ドーパントがドーピング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。
上記保護層１２０の上面には、上記第１電極１７０及び上記電極層１６０が形成できる。
この際、上記保護層１２０は、上記第１電極１７０及び上記電極層１６０のうち、少なくとも１つとショットキー接触（schottkey contact）をなす。
したがって、上記発光素子１００に上記発光構造物１４５が光を生成することに適した電圧が印加される場合には、上記保護層１２０に上記ショットキー接触により電流が流れない。
しかしながら、上記発光素子１００に過多な電圧が印加される場合には、上記ショットキー接触により形成されたショットキーバリアが電気的に導通されることによって、上記発光構造物１４５の代わりに上記保護層１２０に電流が流れるようになって、上記発光素子１００の耐電圧特性を向上させることができる。
一方、上記ショットキーバリアが電気的に導通される降伏電圧（Breakdown Voltage）は、上記保護層１２０にドーピングされたＮ型またはｐ型ドーパントのドーピング濃度などを調節することによって、希望する値に決定できる。上記降伏電圧は、上記発光構造物１４５の動作電圧より高い電圧値を有することができ、例えば、４Ｖ乃至５００Ｖであることがあるが、これに対して限定するのではない。
上記保護層１２０の上には上記電極層１６０が形成できる。
上記電極層１６０は、上記発光構造物１４５から放出される光を反射させ、上記発光構造物１４５に電源を伝達するために上記発光構造物１４５とオーミック接触をなすことができる。また、上記電極層１６０は、上記保護層１２０とオーミック接触またはショットキー接触を形成することができる。
このために、上記電極層１６０は多層構造を含むことができる。
例えば、上記電極層１６０は、上記保護層１２０と接触する第１層１６１と、上記第１層１６１の上に形成されて、上記発光構造物１４５から放出される光を反射する第２層１６２を含むことができる。
上記第１層１６１は、上記保護層１２０の材質及び極性に従い上記保護層１２０とオーミック接触またはショットキー接触をなすために、ｐ−オーミック金属またはｎ−オーミック金属に選択されることができ、良好な接合力を有する材質で形成されることが好ましい。例えば、上記第１層１６１は、Ａｕ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｎｉのうち、少なくとも１つが選択されて形成できる。
上記第２層１６２は、上記発光構造物１４５から放出される光を効果的に反射できるように反射効率の高い金属材質、例えば、Ａｇ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ａｌのうち、少なくとも１つが選択されて形成できる。
また、上記第１層１６１及び第２層１６２の間には２層間の層間拡散（inter-diffusion）を防止する拡散防止層（Diffusion Barrier Layer）（図示せず）または２層間の結合力を強化する結合強化層（図示せず）がさらに形成されることもできる。上記拡散防止層（図示せず）は、例えばＴｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｎ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｒｈのうち、少なくとも１つを含むことができる。上記結合強化層（図示せず）は、例えば、Ａｕ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｔｉのうち、少なくとも１つを含むことができる。
また、上記第２層１６２が上記発光構造物１４５とオーミック接触を形成しない場合、上記第２層１６２の上にはオーミック層（図示せず）がさらに形成されることもできる。上記オーミック層（図示せず）は、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｇのうち、少なくとも１つを含むように形成できる。
一方、上記電極層１６０の上面の少なくとも一部は、上記発光構造物１４５が形成されなくて外部に露出することがあるが、露出した上記電極層１６０の上面には、例えば上記第２電極１８０が形成できる。
上記第２電極１８０は、上記第１電極１７０と共に外部電極から供給される電源を上記発光構造物１４５に提供することができる。上記第２電極１８０は、例えばＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ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。
上記電極層１６０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１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。
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）が形成されることもでき、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の上にアンドープド半導体層などをさらに含むこともできるが、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１３０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されることができる。
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ず、上記第１導電型半導体層１３０または上記第２導電型半導体層１５０に比べて格段に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１３０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ができる。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の側面及び上面の一部分には保護部材１５５が形成できる。上記保護部材１５５は、上記発光構造物１４５が上記第１電極１７０または／及び外部電極などと電気的にショート（short）されることが防止できる。
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。
上記第１電極１７０は、一端が上記第１導電型半導体層１３０の上面に配置され、上記発光構造物１４５の側面に沿って他端が上記保護層１２０の上に配置されるように形成できる。
上記第１電極１７０は、上記第１導電型半導体層１３０とはオーミック接触を形成し、上記保護層１２０とはオーミック接触またはショットキー接触をなす材質、即ちｐ−オーミック金属またはｎ−オーミック金属で形成できる。
したがって、上記第１電極１７０は平素には上記発光構造物１４５に電源を提供するが、上記発光素子１００に過剰電流が印加される場合、上記保護層１２０と電気的に導通できる。
上記第１電極１７０は、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ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。
以下、本発明に従う発光素子１００が動作するための例について説明する。
（第１の例）
上記第１導電型半導体層１３０がｎ型半導体層であり、上記第２導電型半導体層１５０がｐ型半導体層であり、上記第１電極１７０はｎ−オーミック金属であり、上記電極層１６０の第１層１６１がｐ−オーミック金属で形成される場合、上記保護層１２０はｎ型またはｐ型半導体層で形成できる。
上記第１導電型半導体層１３０がｎ型半導体層であり、上記第２導電型半導体層１５０がｐ型半導体層であり、上記第１電極１７０はｎ−オーミック金属であり、上記電極層１６０の第１層１６１がｐ−オーミック金属で形成される場合、上記保護層１２０はｎ型またはｐ型半導体層で形成できる。
これによって、上記保護層１２０は、上記第１電極１７０及び上記電極層１６０のうち、いずれか１つとショットキー接触をなすことができる。
（第２の例）
上記第１導電型半導体層１３０がｎ型半導体層であり、上記第２導電型半導体層１５０がｐ型半導体層であり、上記第１電極１７０はｎ−オーミック金属であり、上記電極層１６０の第１層１６１がｎ−オーミック金属で形成される場合、上記保護層１２０はｐ型半導体層で形成できる。
上記第１導電型半導体層１３０がｎ型半導体層であり、上記第２導電型半導体層１５０がｐ型半導体層であり、上記第１電極１７０はｎ−オーミック金属であり、上記電極層１６０の第１層１６１がｎ−オーミック金属で形成される場合、上記保護層１２０はｐ型半導体層で形成できる。
これによって、上記保護層１２０は、上記第１電極１７０及び上記電極層１６０と同時にショットキー接触をなすことができる。
（第３の例）
上記第１導電型半導体層１３０がｐ型半導体層であり、上記第２導電型半導体層１５０がｎ型半導体層であり、上記第１電極１７０はｐ−オーミック金属であり、上記電極層１６０の第１層１６１がｎ−オーミック金属で形成される場合、上記保護層１２０はｎ型またはｐ型半導体層で形成できる。
上記第１導電型半導体層１３０がｐ型半導体層であり、上記第２導電型半導体層１５０がｎ型半導体層であり、上記第１電極１７０はｐ−オーミック金属であり、上記電極層１６０の第１層１６１がｎ−オーミック金属で形成される場合、上記保護層１２０はｎ型またはｐ型半導体層で形成できる。
これによって、上記保護層１２０は、上記第１電極１７０及び上記電極層１６０のうち、いずれか１つとショットキー接触をなすことができる。
（第４の例）
上記第１導電型半導体層１３０がｐ型半導体層であり、上記第２導電型半導体層１５０がｎ型半導体層であり、上記第１電極１７０はｐ−オーミック金属であり、上記電極層１６０の第１層１６１がｐ−オーミック金属で形成される場合、上記保護層１２０はｎ型半導体層で形成できる。
上記第１導電型半導体層１３０がｐ型半導体層であり、上記第２導電型半導体層１５０がｎ型半導体層であり、上記第１電極１７０はｐ−オーミック金属であり、上記電極層１６０の第１層１６１がｐ−オーミック金属で形成される場合、上記保護層１２０はｎ型半導体層で形成できる。
これによって、上記保護層１２０は、上記第１電極１７０及び上記電極層１６０と同時にショットキー接触をなすことができる。
前述したように、上記保護層１２０が上記第１電極１７０及び上記電極層１６０のうち、少なくとも１つとショットキー接触をなすので、上記発光素子１００に過剰電圧及び電流などが印加される場合、上記保護層１２０が電気的に導通されて上記発光構造物１４５を保護することができる。
また、上記保護層１２０は上記発光構造物１４５の下に形成されるので、上記発光構造物１４５の発光面積を減少させないという長所がある。
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。但し、前述と重複する内容については省略または簡略に説明する。
図２乃至図７は、本発明の第１実施形態に従う発光素子１００の製造方法の説明図である。
図２を参照すると、第２基板１０１の上に上記発光構造物１４５を形成し、上記発光構造物１４５の上に上記電極層１６０の第２層１６２及び第２接着層１６１ａを形成して第１胴体Ｍを提供することができる。
上記第２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、例えば、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ；Metal Organic Chemical Vapor Deposition） 、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。
上記第２層１６２及び第２接着層１６１ａは、上記発光構造物１４５の上に蒸着、メッキなどの方式により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。
上記第２層１６２は、上記発光構造物１４５の第２導電型半導体層１５０とオーミック接触を形成しながら反射効率の高い金属材質で形成された反射層でありうる。
また、上記第２接着層１６１ａは接合力の良い金属材質で形成されて後続工程で上記第１胴体Ｍを第２胴体Ｎと堅くボンディングさせることができる。
図３を参照すると、上記第１基板１１０の上に上記保護層１２０を形成し、上記保護層１２０の上に第１接着層１６１bを形成して第２胴体Ｎを提供することができる。
上記第１接着層１６１ｂは、上記第２接着層１６１ａとボンディングできる材質で形成できる。
図４を参照すると、上記第１胴体Ｍ及び上記第２胴体Ｎを上記第２接着層１６１ａと上記第１接着層１６１ｂとが互いに対向するようにした後、互いにボンディングさせることができる。
上記第２接着層１６１ａ及び上記第１接着層１６１ｂは、互いに結合されて上記電極層１６０の第１層１６１をなすことができる。但し、これに対して限定するのではない。
図５を参照すると、互いにボンディングされた第１胴体Ｍ及び第２胴体Ｎから上記第２基板１０１を除去することができる。
上記第２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、上記アイソレーションエッチングにより露出された上記電極層１６０の少なくとも一部を除去することができる。
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湿式またはドライエッチング方式により実施できる。
上記電極層１６０は、上記保護層１２０が露出するように少なくとも一部が選択的に除去できる。このために、フォトリソグラフィ工程またはエッチング工程が実施できるが、これに対して限定するのではない。
図７を参照すると、上記発光構造物１４５の側面に上記保護部材１５５を形成し、上記第１電極１７０及び上記第２電極１８０を形成して第１実施形態に従う発光素子１００が提供できる。
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。
上記第１電極１７０は、一端が上記発光構造物１４５の上面に配置され、他端が露出した上記保護層１２０の上に配置されるように形成できる。また、上記第２電極１８０は、露出した上記電極層１６０の上面に形成できる。
上記第１、２電極１８０は蒸着またはメッキ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。
（第２実施形態）
以下、第２実施形態に従う発光素子１００Ｂ及びその製造方法について詳細に説明する。第２実施形態に対する説明において、第１実施形態と重複する説明は省略または簡略に説明する。
以下、第２実施形態に従う発光素子１００Ｂ及びその製造方法について詳細に説明する。第２実施形態に対する説明において、第１実施形態と重複する説明は省略または簡略に説明する。
図８は、本発明の第２実施形態に係る発光素子１００Ｂの断面図である。
図８を参照すると、第２実施形態に従う発光素子１００Ｂは、電極パッド１６７と、上記電極パッド１６７の上に第１基板１１０と、上記第１基板１１０の上に保護層１２０と、上記保護層１２０の上に電極層１６０と、上記電極層１６０、保護層１２０、及び第１基板１１０を貫通して上記電極層１６０及び上記電極パッド１６７を電気的に連結する導電性貫通ホール１６５と、上記電極層１６０の上に形成されて光を生成する発光構造物１４５と、一端は上記発光構造物１４５の上面に配置され、他端は上記保護層１２０に配置される第１電極１７０と、を含むことができる。
第２実施形態に従う発光素子１００Ｂは、第１実施形態に従う発光素子１００に比べて図１の第２電極の代わりに上記電極パッド１６７及び導電性貫通ホール１６５が形成されたことを除いては同一である。
上記電極パッド１６７が上記発光素子１００Ｂの下面に形成されるので、上記発光素子１００Ｂは外部電極にダイボンディング（Die Bonding）方式により電気的に連結できる。
上記導電性貫通ホール１６５は、上記電極層１６０、保護層１２０、及び第１基板１１０を貫通するようにホールを形成した後、上記ホールにメッキ工程を実施することによって形成できるが、これに対して限定するのではない。
（第３実施形態）
以下、第３実施形態に従う発光素子１００Ｃ及びその製造方法について詳細に説明する。第３実施形態に対する説明において、第１実施形態と重複する説明は省略または簡略に説明する。
以下、第３実施形態に従う発光素子１００Ｃ及びその製造方法について詳細に説明する。第３実施形態に対する説明において、第１実施形態と重複する説明は省略または簡略に説明する。
図９は、本発明の第３実施形態に係る発光素子１００Ｃの断面図である。
図９を参照すると、第３実施形態に従う発光素子１００Ｃは、第１基板１１０と、上記第１基板１１０の上に保護層１２０と、上記保護層１２０の上に電極層１６０と、上記電極層１６０の上に形成されて光を生成する発光構造物１４５と、一端は上記発光構造物１４５の上面に配置され、他端は上記保護層１２０に配置される第１電極１７０と、上記第１基板１１０の下面に第１電極パッド１６７ａ及び第２電極パッド１６７ｂと、上記保護層１２０及び第１基板１１０を貫通して上記第１電極１７０及び上記第１電極パッド１６７ａを電気的に連結する第１導電性貫通ホール１６５ａと、上記電極層１６０、保護層１２０、及び第１基板１１０を貫通して、上記電極層１６０及び上記電極パッド１６７を電気的に連結する第２導電性貫通ホール１６５ｂと、を含むことができる。
第３実施形態に従う発光素子１００Ｃは、第１実施形態に従う発光素子１００に比べて図１の第２電極が形成されず、上記第１、２電極パッド１６７ａ、１６７ｂ、及び第１、２導電性貫通ホール１６５ａ、１６５ｂが形成された点を除いては同一である。
上記第１電極パッド１６７ａは、上記第１基板１１０の下面の一側に形成され、上記第２電極パッド１６７ｂは上記第１基板１１０の下面の他側に形成できる。
上記第１、２電極パッド１６７ａ、１６７ｂが上記発光素子１００Ｃの下面に形成されるので、上記発光素子１００Ｃは外部電極にワイヤーを使用せず、ダイボンディング（Die Bonding）方式により電気的に連結できる。
上記第１導電性貫通ホール１６５ａは、上記保護層１２０及び第１基板１１０を貫通するようにホールを形成した後、上記ホールにメッキ工程を実施することによって形成できる。また、上記第２導電性貫通ホール１６５ｂは、上記電極層１６０、保護層１２０、及び第１基板１１０を貫通するようにホールを形成した後、上記ホールにメッキ工程を実施することによって形成できるが、これに対して限定するのではない。
（第４実施形態）
以下、第４実施形態に従う発光素子１００Ｄ及びその製造方法について詳細に説明する。第４実施形態に対する説明において、第１実施形態と重複する説明は省略または簡略に説明する。
以下、第４実施形態に従う発光素子１００Ｄ及びその製造方法について詳細に説明する。第４実施形態に対する説明において、第１実施形態と重複する説明は省略または簡略に説明する。
図１０は、本発明の第４実施形態に係る発光素子１００Ｄの断面図である。
図１０を参照すると、第４実施形態に従う発光素子１００Ｄは、電極パッド１６７と、上記電極パッド１６７の上に電気伝導性を有する第１基板１１０と、上記第１基板１１０の上に保護層１２０と、上記保護層１２０の上に電極層１６０と、上記電極層１６０の上に形成されて光を生成する発光構造物１４５と、一端は上記発光構造物１４５の上面に配置され、他端は上記保護層１２０に配置される第１電極１７０と、を含むことができる。
第４実施形態に従う発光素子１００Ｄは、第１実施形態に従う発光素子１００に比べて上記第１基板１１０が電気伝導性を有するという点と、図１の第２電極の代わりに上記電極パッド１６７が形成された点を除いては同一である。
上記電極パッド１６７は、上記第１電極１７０と共に上記発光素子１００Ｄに電源を供給する。
このために、上記保護層１２０は、上記電極層１６０とオーミック接触をなす材質及び極性で形成されて、上記電極パッド１６７に供給される電源が上記発光構造物１４５に伝えられなければならない。
一方、電気伝導性を有する上記第１基板１１０の材質は、例えば、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＺｎＯ、Ｓｉ、Ｇｅなどの半導体材質であることがあるが、これに対して限定するのではない。
上記電極パッド１６７が上記発光素子１００Ｄの下面に形成されるので、上記発光素子１００Ｄは外部電極にダイボンディング（Die Bonding）方式により電気的に連結できる。
（第５実施形態）
以下、第５実施形態に従う発光素子１００Ｅ及びその製造方法について詳細に説明する。第５実施形態に対する説明においては第３実施形態を参照する。
以下、第５実施形態に従う発光素子１００Ｅ及びその製造方法について詳細に説明する。第５実施形態に対する説明においては第３実施形態を参照する。
図１１は、本発明の第５実施形態に係る発光素子１００Ｅの断面図である。
図１１を参照すると、第５実施形態に従う発光素子１００Ｅは、電気伝導性を有する第１基板１１０と、上記第１基板１１０の上に保護層１２０と、上記保護層１２０の上に電極層１６０と、上記電極層１６０の上に形成されて光を生成する発光構造物１４５と、一端は上記発光構造物１４５の上面に配置され、他端は上記保護層１２０に配置される第１電極１７０と、上記第１基板１１０の下面に第１電極パッド１６７ａ及び第２電極パッド１６７ｂと、上記保護層１２０及び第１基板１１０を貫通して上記第１電極１７０及びの上記第１電極パッド１６７ａを電気的に連結する第１導電性貫通ホール１６５ａと、上記電極層１６０、保護層１２０、及び第１基板１１０を貫通して、上記電極層１６０及び上記電極パッド１６７を電気的に連結する第２導電性貫通ホール１６５ｂと、上記第１基板１１０を上記第１、２導電性貫通ホール１６５ａ、１６５ｂ、及び上記第１、２電極パッド１６７ａ、１６７ｂと絶縁させる絶縁構造１５７と、を含むことができる。
第５実施形態は、第１基板１１０が電気伝導性を有するという点を除いては第３実施形態と同一である。
即ち、上記第１基板１１０が電気伝導性を有するので、上記第１基板１１０を上記第１、２導電性貫通ホール１６５ａ、１６５ｂ、及び上記第１、２電極パッド１６７ａ、１６７ｂと絶縁させるために上記絶縁構造１５７を形成することができる。
具体的には、上記絶縁構造１５７は、上記第１、２電極パッド１６７ａ、１６７ｂと上記第１基板１１０との間、及び上記第１、２導電性貫通ホール１６５ａ、１６５ｂと上記第１基板１１０との間に形成できる。
上記絶縁構造１５７は、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉｘＯｙ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉｘＮｙ、ＳｉＯｘＮｙ、Ａｌ２Ｏ３などの絶縁材質で形成できるが、これに対して限定するのではない。
図１２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１２を参照すると、本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に設けられて上記第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に電源を供給する。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で発生し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。
上記発光素子１００は、図示したように、ワイヤーボンディング方式により上記第１、２電極層３１、３２と電気的に連結できる。または、上記発光素子１００は、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ることもでき、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から放出し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。
図１３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１３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１３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と、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が受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から提供され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、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であることもできる。
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１４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１４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１４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に設置され、外部電源から電源の提供を受ける連結端子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と、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の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えるようになる。
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１４の図示によると、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の上に、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 (12)
- 基板と、
前記基板の上の、ｎ型またはｐ型ドーパントを含む保護層と、
前記保護層の上の電極層と、
前記電極層の上に形成されて光を生成し、第１半導体層、前記第１半導体層の下に活性層及び前記活性層の下に第２導電型半導体層を含む発光構造物と、
一端は前記発光構造物の上面に配置され、他端は前記保護層に配置される第１電極と、を含み、
前記電極層は、前記保護層の上面に接触する第１層と、前記第１層の上に形成されて前記発光構造物から放出される光を反射する第２層と、を含み、
前記保護層は、Ｓｉ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＰ、またはＩｎＰのうち、１つ以上を含み、
前記保護層は、前記電極層の第１層とショットキー接触をなすことを特徴とする発光素子。 - 前記第１層及び第２層の間には拡散防止層及び結合強化層のうち、少なくとも１つ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。
- 前記発光構造物の側面と前記第１電極との間に保護部材を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
- 前記電極層の第２層上に第２電極を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発光素子。
- 前記ショットキー接触により形成された降伏電圧は、前記発光構造物の動作電圧より大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の発光素子。
- 前記第２層は、前記発光構造物とオーミック接触をなす材質を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の発光素子。
- 前記第２層は、Ａｇ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、またはＡｌのうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の発光素子。
- 前記第１層は、Ａｕ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｎｂ、またはＮｉのうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の発光素子。
- 前記基板の下に電極パッドを含み、前記電極パッドは前記保護層及び前記基板を貫通する導電性貫通ホールにより前記電極層と電気的に連結されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の発光素子。
- 前記基板の下面の一側に第１電極パッド及び他側に第２電極パッドを含み、
前記第１電極パッドは、前記保護層及び前記基板を貫通する第１導電性貫通ホールにより第１電極と電気的に連結され、
前記第２電極パッドは、前記保護層及び前記基板を貫通する第２導電性貫通ホールにより前記電極層と電気的に連結されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の発光素子。 - 前記基板は電気伝導性を有し、前記基板の下に電極パッドを含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の発光素子。
- 前記基板は電気伝導性を有し、
前記第１電極パッド及び第２電極パッドと前記基板との間、及び前記第１導電性貫通ホール及び第２導電性貫通ホールと前記基板との間に絶縁構造を含むことを特徴とする請求項１０に記載の発光素子。
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