JP5276680B2 - 発光素子パッケージ、照明システム - Google Patents
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Description
本発明は、発光素子パッケージ、発光素子パッケージ製造方法、及び照明システムに関するものである。
発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）は、電流を光に変換させる半導体発光素子である。
このような発光ダイオードから放出される光の波長は、発光ダイオードを製造することに使われる半導体材料に従う。これは、放出された光の波長が価電子帯（valence band）電子と伝導帯（conduction band）電子との間のエネルギー差を表す半導体材料のバンドギャップ（band-gap）に従うためである。
最近、発光ダイオードは輝度が徐々に増加するようになって、ディスプレイ用光源、自動車用光源、及び照明用光源に使われており、蛍光物質を利用するか、多様な色の発光ダイオードを組合せることによって、効率に優れる白色光を発光する発光ダイオードも具現が可能である。
本発明の目的は、新たな構造を有する発光素子パッケージ、発光素子パッケージ製造方法、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、構造が簡単で、かつサイズが減少した発光素子パッケージ、発光素子パッケージ製造方法、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パッケージは、第１導電型の半導体層、上記第１導電型の半導体層の下に部分的に形成された活性層、及び上記活性層の下に第２導電型の半導体層を含む発光構造層と、上記活性層及び第２導電型の半導体層の側面と上記第２導電型の半導体層の下に部分的に配置される絶縁層と、上記第１導電型の半導体層の下に配置され、上記絶縁層により上記活性層及び第２導電型の半導体層と電気的に分離される電極と、上記第２導電型の半導体層、絶縁層及び電極の下に配置され、上記電極と電気的に連結される第１伝導領域と、上記第２導電型の半導体層と電気的に連結される第２伝導領域と、上記第１伝導領域と第２伝導領域との間に配置されて上記第１伝導領域と上記第２伝導領域とを電気的に分離する絶縁領域を含む金属支持層と、を含む。
本発明に従う発光素子パッケージ製造方法は、成長基板の上に、第１導電型の半導体層、活性層、及び第２導電型の半導体層を含む発光構造層を形成するステップと、上記第１導電型の半導体層が部分的に露出されるように上記第２導電型の半導体層及び活性層を選択的に除去するステップと、上記第２導電型の半導体層及び活性層の側面及び上面の一部に絶縁層を形成するステップと、上記第１導電型の半導体層の上に電極を形成するステップと、上記第２導電型の半導体層、絶縁層、及び電極の上に金属支持層を形成するステップと、上記金属支持層を選択的に酸化処理して上記電極と電気的に連結される第１伝導領域と、上記第２導電型の半導体層と電気的に連結される第２伝導領域とが区分されるように絶縁領域を形成するステップと、上記発光構造層及び金属支持層がパッケージ単位で分離されるようにエッチング工程を進行するステップと、を含む。
本発明に従う照明システムは、発光素子パッケージを光源に使用する照明システムであって、上記照明システムは、基板と、上記基板の上に設けられた少なくとも１つの発光素子パッケージを含む発光モジュールとを含み、上記発光素子パッケージは、第１導電型の半導体層、上記第１導電型の半導体層の下に部分的に配置される活性層、上記活性層の下に第２導電型の半導体層を含む発光構造層と、上記活性層及び第２導電型の半導体層の側面と上記第２導電型の半導体層の下に部分的に配置される絶縁層と、上記第１導電型の半導体層の下に形成され、上記絶縁層により上記活性層及び第２導電型の半導体層と電気的に分離される電極と、上記第２導電型の半導体層、絶縁層、及び電極の下に形成され、上記電極と電気的に連結される第１伝導領域と、上記第２導電型の半導体層と電気的に連結される第２伝導領域と、上記第１伝導領域と第２伝導領域との間に配置されて、上記第１伝導領域と上記第２伝導領域とを電気的に分離する絶縁領域を含む金属支持層と、を含む。
本発明によれば、新たな構造を有し、構造が簡単で、かつサイズが減少した発光素子パッケージ、発光素子パッケージ製造方法、及び照明システムを得ることができる。
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）”形成されることを全て含む。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、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態に従う発光素子パッケージ、発光素子パッケージ製造方法、及び照明システムについて詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に従う発光素子パッケージを説明する図である。
図１を参照すると、第１実施形態に従う発光素子パッケージは、第１導電型の半導体層２０、活性層３０、及び第２導電型の半導体層４０を含む発光構造層５０を含む。上記活性層３０は、上記第１導電型の半導体層２０及び第２導電型の半導体層４０の間に配置されて上記第１導電型の半導体層２０及び第２導電型の半導体層４０に電源が印加されることで光を放出する。
上記発光構造層５０は、複数のＩＩＩ族乃至Ｖ族元素の化合物半導体層を含むことができ、例えば、第１導電型の半導体層２０、上記第１導電型の半導体層２０の下に活性層３０、及び上記活性層３０の下に上記第２導電型の半導体層４０を含むことができる。
上記第１導電型の半導体層２０は、例えば、ｎ型半導体層を含むことができる。上記第１導電型の半導体層２０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、ＡｌＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮなどから選択されることができ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅなどのｎ型ドーパントがドーピングできる。上記第１導電型の半導体層２０は単層または多層で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。
上記活性層３０は、上記第１導電型の半導体層２０を通じて注入される電子（または、正孔）と上記第２導電型の半導体層４０を通じて注入される正孔（または、電子）とが互いに会って、上記活性層３０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）の差によって光を放出する層である。
上記活性層３０は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Multi Quantum Well）、量子点構造、または量子線構造のいずれか１つから形成できるが、これに限定されるのではない。
上記活性層３０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３０が上記多重量子井戸構造で形成された場合、上記活性層３０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３０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２導電型の半導体層４０は、例えば、ｐ型半導体層で具現できる。上記第２導電型の半導体層４０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、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどのｐ型ドーパントがドーピングできる。
一方、上記第１導電型の半導体層２０がｐ型半導体層を含み、上記第２導電型の半導体層４０がｎ型半導体層を含むこともできる。また、上記第２導電型の半導体層４０の下にはｎ型またはｐ型半導体層を含む第３導電型の半導体層（図示せず）が形成されることもでき、これによって、上記発光構造層５０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導電型の半導体層２０及び上記第２導電型の半導体層４０の内の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、上記発光構造層５０の構造は多様に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。
上記発光構造層５０で上記活性層３０及び第２導電型の半導体層４０は一部分が選択的に除去され、上記第１導電型の半導体層２０より小さい面積を有する。
上記発光構造層５０の上には成長基板１０が配置される。上記成長基板１０は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＭｇＯ、Ｇａ２Ｏ３のいずれか１つから形成されることができ、例えば、上記成長基板１０はサファイア基板となることができる。
上記成長基板１０は、上記第１導電型の半導体層２０に接する。図示してはいないが、上記第１導電型の半導体層２０と上記成長基板１０との間にはアンドープド窒化物層が形成されることもできる。
上記活性層３０及び第２導電型の半導体層４０の側面には絶縁層６０が形成される。また、上記絶縁層６０は、上記第２導電型の半導体層４０が部分的に露出されるように上記第２導電型の半導体層４０の下に部分的に形成されることもできる。
上記絶縁層６０は有機物または無機物で形成されることができ、絶縁物質で形成される。例えば、上記絶縁層６０は、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜で形成されることもできる。
上記第２導電型の半導体層４０の下にはオーミック接触層７０が形成され、上記第１導電型の半導体層２０の下には電極８０が形成される。上記オーミック接触層７０は上記第２導電型の半導体層４０と電気的に連結され、上記電極８０は上記第１導電型の半導体層２０と電気的に連結される。上記オーミック接触層７０と上記電極８０は、上記絶縁層６０により電気的に分離できる。
上記オーミック接触層７０は、ＩＴＯのような透明伝導性酸化物、透明伝導性酸化窒化物、または透明伝導性窒化物で形成されるか、Ｎｉ、Ａｇ、及びＡｕのうち、少なくともいずれか１つを含む金属または合金で形成されることもできる。上記電極８０は、Ａｕ、Ａｌ、及びＰｔのうち、少なくともいずれか１つを含む金属または合金で形成されることもできる。
上記絶縁層６０、オーミック接触層７０、及び電極８０の下には金属支持層９０が配置される。但し、上記オーミック接触層７０は選択的に形成されることができ、上記オーミック接触層７０が形成されない場合、上記オーミック接触層７０の代りに反射率の高い金属層が形成されるか、上記金属支持層９０が上記第２導電型の半導体層４０に直接接触することもできる。
図２を参照すると、上記金属支持層９０は、圧縮応力を有する第１金属層９０ａと引張応力を有する第２金属層９０ｂを含むことができる。上記第１金属層９０ａと第２金属層９０ｂを１つの単位層に定義する時、上記金属支持層９０は複数の単位層に形成できる。
例えば、上記金属支持層９０は第１金属層９０ａと第２金属層９０ｂの対が２対以上８０対以下の範囲で形成してよい。好ましくは、上記金属支持層９０は上記第１金属層９０ａと第２金属層９０ｂの対が３０対以上７０対以下の範囲で形成し、より好ましくは、上記金属支持層９０は上記第１金属層９０ａと第２金属層９０ｂの対が４０対以上６０対以下の範囲で形成する。
上記第１金属層９０ａと第２金属層９０ｂとは互いに反対の応力を持っているので、上記第１金属層９０ａの圧縮応力と上記第２金属層９０ｂの引張応力とが互いに相殺されて上記金属支持層９０を厚く形成することができる。勿論、上記金属支持層９０は単一金属層で形成されることもできる。
例えば、上記第１金属層９０ａ及び第２金属層９０ｂは、各々０．１〜１０μｍの厚さで形成されることができ、好ましくは、上記第１金属層９０ａ及び第２金属層９０ｂのいずれか１つは０．４〜０．８μｍの厚さで形成され、上記第１金属層９０ａ及び第２金属層９０ｂのうち、他の１つは０．８〜１．２μｍの厚さで形成できる。上記金属支持層９０は、上記複数の第１金属層９０ａ及び第２金属層９０ｂが積層されて５０〜２００μｍの厚さで形成できる。
上記金属支持層９０は第１伝導領域９１と第２伝導領域９２、そして、上記第１伝導領域９１と上記第２伝導領域９２とが互いに電気的に分離されるように、上記第１伝導領域９１及び第２伝導領域９２の側面を囲む絶縁領域９３を含む。
上記第１伝導領域９１及び第２伝導領域９２は金属層で形成されることができ、上記絶縁領域９３は上記金属層を選択的に酸化させた酸化金属層で形成できる。上記金属支持層９０は、銅基板、アルミニウム基板などの金属材質で形成される。例えば、上記金属支持層９０はアルミニウム基板で形成されることができ、上記第１伝導領域９１及び第２伝導領域９２はアルミニウム基板で形成され、上記絶縁領域９３は上記アルミニウム基板を選択的に酸化させた酸化アルミニウムで形成できる。
上記絶縁領域９３は、上記発光構造層５０に隣接するほど幅が狭くなるように形成され、上記第１伝導領域９１及び第２伝導領域９２は、上記発光構造層５０に隣接するほど幅が広くなるように形成されることもできる。
実施形態では上記第１伝導領域９１、第２伝導領域９２、及び絶縁領域９３は金属層を選択的に酸化させて形成することが開示されているが、上記絶縁領域の位置に絶縁層を形成した後、上記第１伝導領域及び第２伝導領域の位置に金属層を蒸着する方法により上記第１伝導領域９１、第２伝導領域９２、及び絶縁領域９３を形成することが可能である。
また、上記第１伝導領域及び第２伝導領域の位置、及び上記絶縁領域の位置に金属層を形成した後、上記絶縁領域の位置にある金属層を選択的に除去した後、絶縁層を形成する方法により上記第１伝導領域９１、第２伝導領域９２、及び絶縁領域９３を形成することが可能である。
上記のような発光素子パッケージは、上記第１伝導領域９１及び第２伝導領域９２が上記発光構造層５０の下に配置される。上記第１伝導領域９１の一部領域は、上記第１導電型の半導体層２０と垂直方向にオーバーラップされて形成されることができ、上記活性層３０及び第２導電型の半導体層４０とは垂直方向にオーバーラップされない。また、上記第２伝導領域９２の一部領域は、上記第１導電型の半導体層２０、活性層３０、及び第２導電型の半導体層４０と垂直方向にオーバーラップされて形成されることもできる。
上記第１伝導領域９１、第２伝導領域９２、及び絶縁領域９３は、上記金属支持層９０を選択的に酸化させて形成するので、上記第１伝導領域９１と第２伝導領域９２は同一の厚さを有することができ、同一水平面の上に配置される。
上記第１伝導領域９１及び第２伝導領域９２に各々電源が印加されれば、上記電源は上記電極８０及びオーミック接触層７０を通じて上記第１導電型の半導体層２０と第２導電型の半導体層４０に印加され、上記活性層３０で光が発生される。上記活性層３０で発生した光は上記発光構造層５０の側面または上記成長基板１０を通じて外部に放出される。また、上記活性層３０で発生した光の一部は、上記金属支持層９０で反射されて上記発光構造層５０の側面または上記成長基板１０を通じて外部に放出される。
第１実施形態によれば、金属支持層９０を用いて発光構造層５０のサイズと大きい差を有しない小型の発光素子パッケージを製作することができる。
図３は、本発明の第２実施形態に従う発光素子パッケージを説明する図である。
第２実施形態を説明するに当たって、第１実施形態と重複する説明は省略する。
図３を参照すると、第２実施形態に従う発光素子パッケージは、第１実施形態とは異なり、上記成長基板１０の上に蛍光体層１１０が形成される。上記蛍光体層１１０には蛍光体が含まれ、上記蛍光体層１１０は上記活性層３０で発生した光の波長を変化させる。例えば、上記活性層３０で４７０ｎｍの青色光を発生し、上記蛍光体層１１０に黄色蛍光体を含む場合、上記活性層３０で発生した光と上記蛍光体層１１０で励起された光とが組合わせられて白色光が発生できる。
図４は、本発明の第３実施形態に従う発光素子パッケージを説明する図である。
第３実施形態を説明するに当たって、第２実施形態と重複する説明は省略する。
図４を参照すると、第３実施形態に従う発光素子パッケージは第２実施形態とは異なり、上記蛍光体層１１０の上にレンズ１２０が形成される。上記レンズ１２０は、シリコンジェルまたはエポキシジェルを用いて上面が凸なドーム形態で形成され、上記成長基板１０及び蛍光体層１１０を経て外部に放出される光が効果的に抽出できるようにする。
図５は、本発明の第４実施形態に従う発光素子パッケージを説明する図である。
第４実施形態を説明するに当たって、第１実施形態と重複する説明は省略する。
図５を参照すると、第４実施形態に従う発光素子パッケージは第１実施形態とは異なり、上記第１導電型の半導体層２０の上に配置される成長基板１０が除去される。上記第１導電型の半導体層２０の上面にはホールまたは柱形態の光抽出構造、例えば光結晶２１が形成できる。
図６は、本発明の第５実施形態に従う発光素子パッケージを説明する図である。
第５実施形態を説明するに当たって、第４実施形態と重複する説明は省略する。
図６を参照すると、第５実施形態に従う発光素子パッケージは第４実施形態とは異なり、上記第１導電型の半導体層２０の上に配置される成長基板１０が除去され、上記第１導電型の半導体層２０の上に蛍光体層１１０が形成される。
図７は、本発明の第６実施形態に従う発光素子パッケージを説明する図である。
第６実施形態を説明するに当たって、第５実施形態と重複する説明は省略する。
図７を参照すると、第６実施形態に従う発光素子パッケージは第５実施形態とは異なり、上記蛍光体層１１０の上にレンズ１２０が形成される。上記レンズ１２０はシリコンジェルまたはエポキシジェルを用いて上面が凸な形態で形成され、上記蛍光体層１１０を経て外部に放出される光が効果的に抽出できるようにする。
図８乃至図１６は、本発明の実施形態に従う発光素子パッケージ製造方法を説明する図である。
図８及び図９を参照すると、成長基板１０が用意される。そして、上記成長基板１０の上に、第１導電型の半導体層２０、活性層３０、及び第２導電型の半導体層４０を含む発光構造層５０を形成する。
図示してはいないが、上記成長基板１０の上に上記第１導電型の半導体層２０を形成する前に、上記成長基板１０の上にアンドープド窒化物層を形成することもできる。
上記成長基板１０は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＺｎＯ、ＭｇＯ、Ｇａ２Ｏ３のいずれか１つから形成されることができ、例えば、上記成長基板１０としてサファイア基板を使用することができる。
上記アンドープド窒化物層は、ＧａＮ系半導体層で形成されることができ、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）ガス、水素ガス、及びアンモニアガスをチャンバーに注入して成長させたアンドープドＧａＮ層を使用することができる。
上記第１導電型の半導体層２０は、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）ガス、ｎ型ドーパント（例えば、Ｓｉ）を含むシラン（ＳｉＮ４）ガス、水素ガス、及びアンモニアガスを上記チャンバーに注入して成長させることができる。そして、上記第１導電型の半導体層２０の上に活性層３０及び第２導電型の半導体層４０を形成する。
上記活性層３０は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造、量子線（Quantum wire）構造、または量子点（Quantum dot）構造で形成されることができ、例えば、ＩｎＧａＮ井戸層／ＧａＮ障壁層の積層構造で形成されることもできる。
上記第２導電型の半導体層４０は、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）ガス、ｐ型ドーパント（例えば、Ｍｇ）を含むビセチルサイクロペンタジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ２Ｍｇ）｛Ｍｇ（Ｃ２Ｈ５Ｃ５Ｈ４）２｝ガス、水素ガス、及びアンモニアガスを上記チャンバーに注入して成長させることができる。
図１０を参照すると、上記第２導電型の半導体層４０及び活性層３０を選択的に除去するメサ（ＭＥＳＡ）エッチングを進行する。上記メサエッチングによって上記第１導電型の半導体層２０の一部は上側方向に露出される。この際、上記第１導電型の半導体層２０も部分的に除去されることもできる。
図１１を参照すると、上記活性層３０及び第２導電型の半導体層４０の側面及び上面の一部分に絶縁層６０を形成する。上記絶縁層６０は絶縁性に優れ、上記活性層３０及び第２導電型の半導体層４０と接着力に優れる物質を用いて形成できる。例えば、上記絶縁層６０は、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜で形成できる。
上記絶縁層６０が形成されるにつれて、上記第２導電型の半導体層４０は上面の一部を除外した部分が上記絶縁層６０により囲まれる。
図１２を参照すると、上記第２導電型の半導体層４０の上にオーミック接触層７０を形成する。上記オーミック接触層７０は、上記第２導電型の半導体層４０とオーミック接触特性を有する物質を使用して形成される。但し、上記オーミック接触層７０を形成する工程は選択的に進行されることができ、上記オーミック接触層７０の代りに反射率の高い金属で形成された反射層を形成するか、以後に説明されるように、金属支持層９０が直接接触されるようにすることができる。
上記オーミック接触層７０は、透明伝導酸化物（ＴＣＯ：Transparent Conducting Oxide）、透明伝導窒化物（ＴＣＮ：Transparent Conducting Nitride）、透明伝導酸化窒化物（Transparent Conducting Oxide Nitride）のうち、少なくともいずれか１つで形成できる。例えば、上記透明伝導酸化物は、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＡＺＯ、ＩＺＯ、ＡＴＯ、ＺＩＴＯ、Ｓｎ−Ｏ、Ｉｎ−Ｏ、Ｇａ−Ｏのいずれか１つからなることができ、上記透明伝導窒化物は、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＴａＮ、Ｉｎ−Ｎのうち、少なくともいずれか１つになることができ、上記透明伝導酸化窒化物は、ＩＴＯＮ、ＺｎＯＮ、Ｏ−Ｉｎ−Ｎ、ＩＺＯＮのいずれか１つからなることができる。
また、上記オーミック接触層７０は、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕのうち、少なくともいずれか１つを含む金属または合金で形成できる。
上記オーミック接触層７０は、スパッタリング方法または電子ビーム蒸着（E-beam evaporation）方法により形成できる。
図１３を参照すると、上記第１導電型の半導体層２０の上に電極８０を形成する。上記電極８０は、上記絶縁層６０の間に露出された上記第１導電型の半導体層２０の上に形成される。上記電極８０は、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｔのうち、少なくともいずれか１つを含む金属または合金で形成できる。
図１４を参照すると、上記絶縁層６０、オーミック接触層７０、及び電極８０の上に金属支持層９０を形成する。
例えば、上記金属支持層９０は、引張応力を有する第１金属層９０ａと圧縮応力を有する第２金属層９０ｂとを交互に形成することができる。例えば、上記第１金属層９０ａを形成し、上記第１金属層９０ａの上に第２金属層９０ｂを形成する。そして、上記第２金属層９０ｂの上に第１金属層９０ａをまた形成し、上記第１金属層９０ａの上にまた第２金属層９０ｂを形成する工程を繰り返す。
上記第１金属層９０ａ及び第２金属層９０ｂは、乾式蒸着方法により形成できる。上記乾式蒸着方法にはスパッタリング方法や電子ビーム蒸着（E-beam evaporation）工程が使われることができ、スパッタリング方法を用いる場合、高速スパッタリング方法を適用することができる。上記高速スパッタリング方法は、負極スパッタリングターゲットの後面に磁性物質を設置して電場に垂直な方向に磁場を形成することによって、電子の動きをターゲット周囲に拘束し、回転往復動を誘導して移動経路を長くすることによって、プラズマ密度を高めてスパッタリング歩留まりを向上させるスパッタリング方法である。
上記第１金属層９０ａ及び第２金属層９０ｂはアルミニウムで形成されることができ、アルミニウムのような同種金属を用いる場合、スパッタリング工程条件を変化させることによって、上記第１金属層９０ａ及び第２金属層９０ｂが各々引張応力と圧縮応力を有するようにすることができる。
例えば、スパッタリングまたは蒸着（evaporation）された金属のエネルギーを大きくしてくれれば、基板に到達した金属が希望する位置まで拡散できる充分なエネルギーを有することができるので、圧縮応力を有する金属層を形成することができる。金属のエネルギーを大きくして圧縮応力を有する金属層を形成する方法は、スパッタリング時、パワーを高める方法、スパッタリングガスの圧力を低める方法、基板の温度を高める方法、パルススパッタリング方法を適用する方法がありうる。
例えば、電源にパルスソースと直流ソースを用意し、パルスソースを印加する場合は圧縮応力を有する金属層が形成され、直流ソースを印加する場合は引張応力を有する金属層が形成される。同様に、スパッタリング時、パワー、ガスの圧力、基板の温度などを制御することによって、引張応力を有する金属層と圧縮応力を有する金属層を選択的に形成することができる。
図１５を参照すると、上記金属支持層９０の上に感光膜を用いてマスクパターン１００を形成する。上記マスクパターン１００は、絶縁領域が形成される必要がある部分の上記金属支持層９０が露出されるように形成する。
図１６を参照すると、上記マスクパターン１００をマスクにして上記金属支持層９０に対して酸化処理を遂行する。例えば、上記酸化処理はアノダイジング工程が遂行できる。
上記酸化処理により上記金属支持層９０は、第１伝導領域９１、第２伝導領域９２、及び絶縁領域９３に分けられる。即ち、上記酸化処理は、上記金属支持層９０に絶縁領域９３を形成するものであって、上記絶縁領域９３が形成されるにつれて、上記第１伝導領域９１と第２伝導領域９２とが区分される。そして、上記酸化処理を遂行した後、上記マスクパターン１００を除去する。
図１６に図示された構造物に対し、エッチング工程を行って単位パッケージに分離すれば、図１に示すような第１実施形態に従う発光素子パッケージが製作できる。上記エッチング工程は、レーザダイシング、湿式エッチング、及びブレードダイシング方法を用いて進行できる。
また、図１６で、上記マスクパターン１００を除去した後、エッチング工程を行う前に、上記成長基板１０の上に上記蛍光体層１１０を形成する場合、図３に示すような第２実施形態に従う発光素子パッケージが製作できる。
また、図１６で、上記マスクパターン１００を除去した後、エッチング工程を行う前に、上記成長基板１０の上に上記蛍光体層１１０及びレンズ１２０を形成する場合、図４に示すような第３実施形態に従う発光素子パッケージが製作できる。ここで、上記レンズ１２０は、シリコンジェルまたはエポキシジェルを用いてドーム形態で形成できる。
また、図１６で、上記マスクパターン１００を除去した後、エッチング工程を行う前に、上記成長基板１０を除去する場合、図５に示すような第４実施形態に従う発光素子パッケージが製作できる。ここで、上記成長基板１０は、ＬＬＯ（Laser Lift Off）工程またはＣＬＯ（Chemical Lift Off）工程を通じて除去できる。
また、図１６で、上記マスクパターン１００を除去した後、エッチング工程を行う前に、上記成長基板１０を除去し、上記第１導電型の半導体層２０の上に上記蛍光体層１１０を形成する場合、図６に示すような第５実施形態に従う発光素子パッケージが製作できる。
また、図１６で、上記マスクパターン１００を除去した後、エッチング工程を行う前に、上記成長基板１０を除去し、上記第１導電型の半導体層２０の上に上記蛍光体層１１０を形成し、上記蛍光体層１１０の上に上記レンズ１２０を形成する場合、図７に示すような第６実施形態に従う発光素子パッケージが製作できる。
実施形態では、上記発光構造層５０の下に金属支持層９０を形成して選択的に酸化処理することによって、ＰＣＢのような外部回路と電気的に連結できる発光素子パッケージが製作できる。
実施形態に従う発光素子パッケージは、上記第１導電型の半導体層２０及び第２導電型の半導体層４０と電気的に連結される金属支持層９０が備えられるため、構造が簡単な長所があり、上記金属支持層９０の下に配置されるＰＣＢまたはヒートシンクに効果的に熱を伝達することができる長所がある。
実施形態に従う発光素子パッケージは、発光構造層５０を支持し、電気的な連結のための金属支持層９０を乾式蒸着方法を用いて形成するので、従来のソルダー金属を使用する方式で発生されるクラックや低い熱伝達特性による信頼性の低下を防止することができる。
図１７は、本発明の実施形態に従う発光素子または発光素子パッケージを含むバックライトユニットを示す図である。但し、図１７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１７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７００と、上記基板７００に載置された複数個の発光素子パッケージ６００を含むことができる。上記複数個の発光素子パッケージ６００は、上記光ガイド部材１１２０に光を提供することができる。実施形態で、上記発光モジュール１１１０は、上記基板７００の上に発光素子パッケージ６００が設けられたものが例示されているが、実施形態に従う発光素子１００が直接設置されることも可能である。
図示されたように、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の下面に向けて光を提供することができ、これは上記バックライトユニット１１００の設計に従って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、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１８は、本発明の実施形態に従う発光素子または発光素子パッケージを含む照明ユニットを説明する図である。但し、図１８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１８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を含むことができる。
上記ケース胴体１２１０は、放熱特性の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７００と、上記基板７００に載置される少なくとも１つの発光素子パッケージ６００を含むことができる。実施形態で、上記発光モジュール１１１０は、上記基板７００の上に発光素子パッケージ６００が設けられたものが例示されているが、実施形態に従う発光素子１００が直接設置されることも可能である。
上記基板７００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７００は光を効率的に反射する材質で形成されるか、表面が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７００の上には上記少なくとも１つの発光素子パッケージ６００が載置できる。上記発光素子パッケージ６００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１８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螺合されるが、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を得ることができる。
以上、説明したように、照明システムは、小型の発光素子パッケージを含むことによって、小さいサイズで製作できる。
以上、実施形態に説明された特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれ、必ず１つの実施形態のみに限定されるのではない。延いては、各実施形態で例示された特徴、構造、効果などは、実施形態が属する分野の通常の知識を有する者により他の実施形態に対しても組合または変形されて実施可能である。したがって、このような組合と変形に関連した内容は本発明の範囲に含まれることと解釈されるべきである。
以上、実施形態を中心として説明したが、これは単に例示であり、本発明を限定するのでなく、本発明が属する分野の通常の知識を有する者であれば、本実施形態の本質的な特性から外れない範囲で以上に例示されていない種々の変形及び応用が可能であることが分かる。例えば、実施形態に具体的に表れた各構成要素は変形して実施することができる。そして、このような変形及び応用に関連した差異点は特許請求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。
Claims (15)
- 第１導電型の半導体層、前記第１導電型の半導体層の下に部分的に形成された活性層、前記活性層の下に第２導電型の半導体層を含む発光構造層と、
前記活性層及び第２導電型の半導体層の側面と前記第２導電型の半導体層の下に部分的に配置されて、前記第２導電型の半導体層の一部を露出させた絶縁層と、
前記第１導電型の半導体層の下に配置され、前記絶縁層により前記活性層及び第２導電型の半導体層と電気的に分離される電極と、
前記第２導電型の半導体層、絶縁層、及び電極の下に配置され、前記電極と直接接触して電気的に連結される第１伝導領域と、前記第２導電型の半導体層と電気的に連結される第２伝導領域と、前記第１伝導領域と第２伝導領域との間に形成されて前記第１伝導領域と前記第２伝導領域とを電気的に分離する絶縁領域を含む金属支持層と、
を含み、
前記露出した第２導電型の半導体層と前記第２伝導領域との間にはオーミック接触層が配置されて、前記第２伝導領域と直接接触し、
前記絶縁層は前記金属支持層の絶縁領域と直接接触することを特徴とする、発光素子パッケージ。 - 前記第１伝導領域および第２伝導領域は、前記オーミック接触層または電極に隣接するほど幅が広くなることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子パッケージ。
- 前記第１伝導領域及び第２伝導領域は金属層で形成され、前記絶縁領域は酸化金属層で形成されることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子パッケージ。
- 前記金属層はアルミニウムを含み、前記酸化金属層は酸化アルミニウムを含むことを特徴とする、請求項３に記載の発光素子パッケージ。
- 前記絶縁領域は、前記発光構造層に隣接するほど幅が狭くなることを特徴とする、請求項３に記載の発光素子パッケージ。
- 前記第１伝導領域と第２伝導領域は同一の厚さで形成され、同一水平面の上に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子パッケージ。
- 前記金属支持層は、圧縮応力を有する第１金属層及び引張応力を有する第２金属層が複数の対で形成されることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子パッケージ。
- 前記第１導電型の半導体層の上に蛍光体層を含むことを特徴とする、請求項１に記載の発光素子パッケージ。
- 前記第１導電型の半導体層の上にドーム形態のレンズを含むことを特徴とする、請求項１に記載の発光素子パッケージ。
- 前記第１導電型の半導体層の上に成長基板を含むことを特徴とする、請求項１に記載の発光素子パッケージ。
- 前記第１導電型の半導体層と前記成長基板との間にアンドープド窒化物層を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の発光素子パッケージ。
- 前記成長基板の上に蛍光体層を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の発光素子パッケージ。
- 前記成長基板の上にドーム形態のレンズを含むことを特徴とする、請求項１０に記載の発光素子パッケージ。
- 前記絶縁層、オーミック接触層および電極は同一平面をなすと共に、前記金属支持層の絶縁領域、第１伝導領域および第２伝導領域と直接接触することを特徴とする、請求項３に記載の発光素子パッケージ。
- 発光素子パッケージを光源に使用する照明システムであって、
前記照明システムは、基板と、前記基板の上に設けられた少なくとも１つの発光素子パッケージを含む発光モジュールを含み、
前記発光素子パッケージは請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の照明システム。
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