JP5503572B2 - 発光素子 - Google Patents

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Description

本発明は、発光素子、発光素子製造方法、及び発光素子パッケージ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。最近の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用が増加しており、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。
発光ダイオードの輝度及び性能をより向上させるために、光抽出構造を改善する方法、活性層の構造を改善する方法、電流広がりを向上する方法、電極の構造を改善する方法、発光ダイオードパッケージの構造を改善する方法など、多様な方法が試みられている。
本発明の目的は、新たな構造を有する発光素子、発光素子製造方法、及び発光素子パッケージを提供することにある。
本発明の他の目的は、耐電圧特性が向上した発光素子及びその製造方法を提供することにある。
本発明に従う発光素子は、伝導性支持部材と、上記伝導性支持部材の上に第２導電型半導体層と、上記第２導電型半導体層の上に活性層と、上記活性層の上に第１導電型半導体層と、上記第１導電型半導体層の上に保護素子と、を含む。
本発明に従う発光素子製造方法は、シリコン基板の上に第１導電型半導体層、活性層、及び第２導電型半導体層を順次に積層して発光構造物を形成するステップと、上記発光構造物の上に伝導性支持部材を形成するステップと、上記シリコン基板を選択的に除去して保護素子の胴体を形成するステップと、上記保護素子の胴体に第１導電型ドーパントを注入するステップと、上記胴体の下部領域に第２導電型ドーパントを注入してドーピング部を形成するステップと、上記胴体及び上記ドーピング部のうちの少なくとも１つに電極を形成するステップと、を含む。
本発明によれば、新たな構造を有する発光素子、発光素子製造方法、及び発光素子パッケージが得られる。
また、本発明によれば、耐電圧特性が向上した発光素子及びその製造方法が得られる。
本発明の第１実施形態に従う発光素子の断面図である。 図１の発光素子の上面図である。 図１の発光素子の保護素子の動作原理を示す回路図である。 本発明の第１実施形態に従う発光素子の製造方法を説明する図である。 本発明の第１実施形態に従う発光素子の製造方法を説明する図である。 本発明の第１実施形態に従う発光素子の製造方法を説明する図である。 本発明の第１実施形態に従う発光素子の製造方法を説明する図である。 本発明の第１実施形態に従う発光素子の製造方法を説明する図である。 本発明の第１実施形態に従う発光素子の製造方法を説明する図である。 本発明の第１実施形態に従う発光素子の製造方法を説明する図である。 本発明の第１実施形態に従う発光素子の製造方法を説明する図である。 本発明の第２実施形態に従う発光素子の断面図である。 本発明の第３実施形態に従う発光素子の断面図である。 本発明の第４実施形態に従う発光素子の断面図である。 本発明の実施形態に従う発光素子を含む発光素子パッケージの断面図である。 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説明する図である。 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。
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、発光素子製造方法、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実施形態に従う発光素子１００の断面図であり、図２は上記発光素子１００の上面図である。
図１及び図２を参照すると、上記発光素子１００は、伝導性支持部材１６０、上記伝導性支持部材１６０の上に接着層１５８、上記伝導性支持部材１６０または上記接着層１５８の上面の周り領域（エッジ領域）に保護部材１５５、上記接着層１５８の上に反射層１５７、上記反射層１５７の上にオーミック接触層１５６、上記オーミック接触層１５６及び上記保護部材１５５の上に発光構造物１４５、上記発光構造物１４５の上に第１電極１７０、及び保護素子１１５を含むことができる。
上記発光構造物１４５は、少なくとも第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を含み、これらは光を生成する構造物をなす。
上記伝導性支持部材１６０は上記発光構造物１４５を支持し、上記第１電極１７０と共に上記発光素子１００に電源を提供する。
上記伝導性支持部材１６０は、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、またはドーパントが注入された半導体基板のうち、少なくともいずれか１つを含んで形成できる。
上記伝導性支持部材１６０の上には上記接着層１５８が形成できる。上記接着層１５８はボンディング層であって、上記伝導性支持部材１６０と上記発光構造物１４５との間の界面接合力を向上させるための層である。
上記接着層１５８は、例えば、Ｔｉ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ａｇ、またはＴａのうち、少なくとも１つを含むように形成できる。また、上記接着層１５８は、多数の相異する材質の層からなる多層構造を有することができる。
一方、上記伝導性支持部材１６０をメッキまたは蒸着方式などにより形成するか、上記伝導性支持部材１６０が充分な接着力を有する材質で形成される場合、上記接着層１５８は形成されないこともある。
上記伝導性支持部材１６０または上記接着層１５８の上面の周り領域には、上記保護部材１５５が形成できる。上記保護部材１５５は、上記発光構造物１４５と上記伝導性支持部材１６０とが互いに電気的にショート（Short）することを防止することができる。
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、ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＺｎＯのうち、少なくとも１つが選択されて形成できる。
上記接着層１５８の上には上記反射層１５７が形成できる。上記反射層１５７は、上記発光構造物１４５から入射された光を反射させて上記発光素子１００の発光効率を向上させることができる。
上記反射層１５７は、反射効率の高い材質、例えば、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆのうち、少なくとも１つを含む金属または合金で形成できる。また、上記反射層１５７は、上記金属または合金とＩＺＯ、ＩＺＴＯ、ＩＡＺＯ、ＩＧＺＯ、ＩＧＴＯ、ＡＺＯ、ＡＴＯ等の透光性伝導性物質を用いて多層で形成することができ、例えば、ＩＺＯ／Ｎｉ、ＡＺＯ／Ａｇ、ＩＺＯ／Ａｇ／Ｎｉ、ＡＺＯ／Ａｇ／Ｎｉ等で積層できる。上記反射層１５７は光効率を増加させるためのものであって、必ず形成されなければならないのではない。上記反射層１５７の上には上記オーミック接触層１５６が形成できる。
上記オーミック接触層１５６は、上記反射層１５７と上記発光構造物１４５との間に電流が流れることができるようにオーミック接触を形成するために形成できる。
但し、上記反射層１５７が上記発光構造物１４５とオーミック接触をなす場合、上記オーミック接触層１５６は別途に形成されないこともあり、これに対して限定するのではない。
上記オーミック接触層１５６は、例えば、ＩＴＯ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ａｇのうち、少なくとも１つを含むように形成できるが、これに対して限定するのではない。即ち、上記オーミック接触層１５６は透光性伝導層と金属を選択的に使用することができ、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、Ａｇ、Ｎｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ、及びＮｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ／ＩＴＯのうち、１つ以上を用いて単層または多層で具現できる。
上記オーミック接触層１５６及び上記保護部材１５５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は多数の半導体層を含んで光を生成することができる。例えば、上記発光構造物１４５は、少なくとも第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、ＡｌＮ、ＩｎＮなどから選択されることができ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等の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）とが互いに出会い、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）の差によって光を放出する層である。
上記活性層１４０は、量子線（Quantum wire）構造、量子点（Quantum dot）構造、単一量子井戸構造、または多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Multi Quantum Ｗell）のうち、少なくとも１つを含むことができるが、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。
上記活性層１４０の上には上記第１導電型半導体層１３０が形成できる。また、上記第１導電型半導体層１３０の上面にはパターンまたはラフネス（凹凸部）１３１が形成されて、上記発光素子１００の光抽出効率を向上させることができる。
上記第１導電型半導体層１３０の上にアンドープド（Undoped）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、ＡｌＮ、ＩｎＮなどから選択されることができ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ等のｎ型ドーパントがドーピングできる。
一方、前述したものとは異なり、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。
上記オーミック接触層１５６と上記第２導電型半導体層１５０と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）の上面は上記第２導電型半導体層１５０と接触し、上記電流遮断層（図示せず）の下面及び側面は上記オーミック接触層１５６と接触する。
上記電流遮断層（図示せず）は、上記第１電極１７０と少なくとも一部がオーバーラップされるように形成されることができ、これによって上記第１電極１７０と上記伝導性支持部材１６０との間の最短距離に電流が集中される現象を緩和して、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１５７または上記オーミック接触層１５６より電気伝導性の低い物質、上記第２導電型半導体層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できる。
例えば、上記電流遮断層（図示せず）は、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒのうち、少なくとも１つを含むことができる。
上記第１導電型半導体層１３０の上には上記第１電極１７０及び上記保護素子１１５が形成できる。
上記第１電極１７０は、上記伝導性支持部材１６０と共に上記発光素子１００に電源を提供することができる。上記第１電極１７０は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、チタニウム（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）のうち、少なくとも１つを含んで形成されることができ、相異する材質で形成された多数の層を含む多層構造で形成できる。
上記保護素子１１５は、上記第１導電型半導体層１３０の上に形成されることができ、好ましくは、上記発光構造物１４５から放出される光の吸収を最小化するために、上記第１導電型半導体層１３０の周り領域に形成できる。
上記保護素子１１５は、過剰電圧、過剰電流、及び逆電流などによるサージ（Surge）現象、または静電気放電（ＥＳＤ：Electro Static Discharge）現象から上記発光構造物１４５を保護することができる。即ち、過剰電圧、過剰電流、及び逆電流などが発生する場合、上記発光構造物１４５の代わりに上記保護素子１１５に電流が流れるようになって、上記発光構造物１４５が損傷することを防止することによって、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。
上記保護素子１１５は、上記発光構造物１４５の第１導電型半導体層１３０の上面に形成できる。例えば、上記保護素子１１５は半導体製造工程を導入して、シリコンにドーピングを行って微細なサイズに形成できるので、上記発光素子１００の発光効率を阻害せずに本来の目的を達成することができる。
上記保護素子１１５は、シリコン材質で形成されてｐ型ドーパントでドーピングされた導電体１１０ａ、上記導電体１１０ａの上部にｎ型ドーパントが注入されたドーピング部１１２、上記導電体１１０ａの上に第３電極１１４、及び上記ドーピング部１１２の上に第２電極１１６を含むことができる。
上記導電体１１０ａはシリコン（Ｓｉ）材質で形成されることができ、後述するシリコン基板をエッチングなどにより選択的に除去することによって製造できる。即ち、上記発光構造物１４５を成長するに当たって、使われる上記シリコン基板を選択的に除去して上記保護素子１１５の導電体１１０ａで形成することによって、製造工程を簡単で、かつ効率的に実施することができる。
また、上記導電体１１０ａにはｐ型ドーパントが注入されて、上記導電体１１０ａはｐ型半導体をなすことができる。上記ｐ型ドーパントは、例えば、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｂのうち、少なくとも１つを含むことができる。
上記導電体１１０ａの上部には上記ドーピング部１１２が形成できる。上記ドーピング部１１２は、上記導電体１１０ａの上部領域にｎ型ドーパントを注入することによって形成できる。上記ｎ型ドーパントは、例えば、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂのうち、少なくとも１つを含むことができる。
一方、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導電型半導体層がｎ型半導体層である場合、上記導電体１１０ａにｎ型ドーパントが注入され、上記ドーピング部１１２にｐ型ドーパントが注入されることもできる。
上記導電体１１０ａの上には上記第３電極１１４が形成され、上記ドーピング部１１２には上記第２電極１１６が形成できる。上記第２及び第３電極１１６、１１４にはワイヤが連結されて外部の電極と電気的に連結できる。
この際、上記第１電極１７０と上記第３電極１１４とは互いに同一な外部電極に電気的に連結され、上記伝導性支持部材１６０と上記第２電極１１６とも互いに同一な外部電極に電気的に連結できる。
図３は、本発明の上記保護素子１１５の動作原理を示す回路図である。
図３を参照すると、上記保護素子１１５及び上記発光構造物１４５は、図示したように、互いに並列で連結されることができ、互いに反対方向に順方向電流を流すダイオード（diode）で示すことができる。特に、上記保護素子１１５は、少なくとも上記発光構造物１４５の動作電圧より大きい降伏電圧（Breakdown Voltage）を有するツェナダイオード（Zener Diode）として機能するように設計できる。
上記発光素子１００に第１電流Ｉ１が流れる場合、上記第１電流Ｉ１は上記発光構造物１４５に対しては逆方向電流であり、上記保護素子１１５に対しては順方向電流であるので、上記保護素子１１５のみに電流が流れるようになる。
反対に、上記発光素子１００に第２電流Ｉ２が流れる場合、上記第２電流Ｉ２は上記発光構造物１４５に対しては順方向電流であり、上記保護素子１１５に対しては逆方向電流であるので、上記発光構造物１４５に電流が流れるようになって、上記発光素子１００が光を放出するようになる。
一方、上記第２電流Ｉ２が上記保護素子１１５の降伏電圧（Breakdown Voltage）より大きい過剰電圧により流れる過剰電流である場合、トンネリング現象（Tunneling Effect）などにより上記保護素子１１５が通電されて電流が急激に流れるようになる。したがって、上記発光構造物１４５の代わりに上記保護素子１１５に過剰電流が流れるようになって、上記発光構造物１４５の損傷が防止できる。
この際、上記保護素子１１５の降伏電圧（Breakdown Voltage）は上記発光構造物１４５の動作電圧より大きいことがあり、例えば、３Ｖ乃至１００Ｖでありえるが、これに対して限定するのではない。上記保護素子１１５の降伏電圧（Breakdown Voltage）は、上記保護素子１１５の導電体１１０ａ及びドーピング部１１２のサイズ及びドーピング濃度などを調節して決定できる。
前述したように、上記発光構造物１４５の上面に簡単で、かつ効率的な製造工程により上記保護素子１１５を形成することによって、上記発光素子１００の過剰電流、逆方向電流などから保護して信頼性を向上させることができる。
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４乃至図１１は、本発明の第１実施形態に従う発光素子１００の製造方法を説明する図である。
図４を参照すると、シリコン（Ｓｉ）基板１１０の上に上記発光構造物１４５を形成する。上記発光構造物１４５は、例えば、上記第１導電型半導体層１３０、活性層１４０、及び第２導電型半導体層１５０を順次に積層することによって形成できる。
上記シリコン（Ｓｉ）基板１１０は、シリコン（Silicone）材質を含んで形成できる。上記シリコン（Ｓｉ）基板１１０は、サファイア基板などに比べて価格が安いだけでなく、加工が容易な長所などがある。
上記発光構造物１４５は、上記シリコン（Ｓｉ）基板１１０の上に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）等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。
一方、上記第１導電型半導体層１３０と上記シリコン（Ｓｉ）基板１１０との間の格子定数差及び熱膨張率差を緩和するために、２つの層の間にはバッファ層（図示せず）が形成できる。上記バッファ層（図示せず）は、例えば、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されることができ、単層または多層構造で形成できる。
図５を参照すると、上記発光構造物１４５の周り領域に上記保護部材１５５を形成することができる。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、ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＺｎＯのうち、少なくとも１つが選択されて形成されることができ、スパッタリング（Sputtering）、ＰＥＣＶＤ等の蒸着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。
図６を参照すると、上記発光構造物１４５の上に上記オーミック接触層１５６が形成され、上記オーミック接触層１５６の上に上記反射層１５７が形成できる。上記オーミック接触層１５６及び上記反射層１５７は、スパッタリング（Sputtering）、ＰＥＣＶＤ、電子ビーム（E-Beam）蒸着等の蒸着方式により形成できる。
上記オーミック接触層１５６は、例えば、ＩＴＯ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ａｇのうち、少なくとも１つを含むように形成できる。また、上記反射層１５７は、例えば、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、または銅（Ｃｕ）のうち、少なくとも１つを含む金属または合金で形成できる。
図７を参照すると、上記反射層１５７及び上記保護部材１５５の上には上記接着層１５８が形成され、上記接着層１５８の上に上記伝導性支持部材１６０が形成できる。
上記接着層１５８は、上記伝導性支持部材１６０と上記発光構造物１４５との間の界面接合力を向上させるために形成されることができ、例えば、Ｔｉ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ａｇ、またはＴａのうち、少なくとも１つを含むように形成できる。
上記伝導性支持部材１６０は別途のシート（sheet）形態で用意されて、上記接着層１５８の上にボンディング（bonding）できる。または、上記伝導性支持部材１６０は、メッキ方式または蒸着方式により形成されることもでき、この場合、上記接着層１５８は形成されないこともある。
上記伝導性支持部材１６０は、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、またはドーパントが注入された半導体基板のうち、少なくともいずれか１つを含むように形成できる。
図８を参照すると、上記シリコン（Ｓｉ）基板１１０を選択的に除去して上記保護素子の導電体１１０ａを形成することができる。上記導電体１１０ａは、好ましくは上記発光構造物１４５の下面の周り領域に形成できるが、これに対して限定するのではない。
上記シリコン（Ｓｉ）基板１１０は、例えば、エッチング（Etching）工程などにより選択的に除去されて上記導電体１１０ａが提供できる。上記導電体１１０ａは、図示したように、多角柱形態で形成できるが、その形態や製造方法に対して限定するのではない。以後、上記導電体１１０ａにｐ型ドーパントを注入して、上記導電体１１０ａをｐ型半導体で形成できる。
上記シリコン（Ｓｉ）基板１１０は、上記エッチング工程により容易に除去できるので、レーザリフトオフ工程（ＬＬＯ：Laser Lift Off）のように発光素子の歩留まりを減少させることができる工程が省略できるので、上記発光素子１００の製造工程の信頼性が向上することができる。
一方、発光構造物を上記シリコン（Ｓｉ）基板をベース基板として形成せず、例えば、サファイア基板などをベース基板として形成し、上記サファイア基板をＬＬＯにより除去した後、上記発光構造物１４５に蒸着方法などにより上記導電体１１０ａを形成することもでき、これに対して限定するのではない。
図９を参照すると、上記導電体１１０ａの下部領域にｎ型ドーパントを注入することによって、上記ドーピング部１１２を形成することができる。上記ドーピング部１１２は、上記導電体１１０ａの下部領域の一部分に形成できる。
上記ドーピング部１１２を希望する領域に形成するために、上記導電体１１０ａにマスクパターンを形成した後、上記マスクパターンに沿って上記ｎ型ドーパントをイオン注入法（Ion Implantation）、熱拡散法（Thermal Diffusion）などにより注入できる。但し、これに対して限定するのではない。
図１０を参照すると、上記発光構造物１４５にアイソレーション（Isolation）エッチングを実施し、上記発光構造物１４５の下面、即ち、上記第１導電型半導体層１３０の下面に光抽出効率を増加させるために、上記パターンまたはラフネス１３１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により複数個の発光素子チップが個別チップ単位に区分できる。上記パターンまたはラフネス１３１は、上記発光構造物１４５から放出される光の抽出効率を向上させることができる。
上記発光構造物１４５の少なくとも側面にはパッシベーション層（図示せず）が形成できる。上記パッシベーション層（図示せず）は、上記発光構造物１４５を電気的に保護するために形成されることができ、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３で形成できるが、これに対して限定するのではない。
図１１を参照すると、上記発光構造物１４５の下面には上記第１電極１７０を形成し、上記導電体１１０ａの下面には上記第３電極１１４を形成し、上記ドーピング部１１２の下面には上記第２電極１１６を形成することによって、上記保護素子１１５を含む第１実施形態に従う発光素子１００が提供できる。
この際、上記第１電極１７０と上記第３電極１１４とは互いに同一な外部電極に電気的に連結され、上記伝導性支持部材１６０と上記第２電極１１６とも互いに同一な外部電極に電気的に連結できる。
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。
図１２は、本発明の第２実施形態に従う発光素子１００Ｂの断面図である。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に比べて保護素子の電極及び動作原理を除いては同一である。
図１２を参照すると、第２実施形態に従う発光素子１００Ｂは、伝導性支持部材１６０、上記伝導性支持部材１６０の上に接着層１５８、上記伝導性支持部材１６０または上記接着層１５８の上面の周り領域に保護部材１５５、上記接着層１５８の上に反射層１５７、上記反射層１５７の上にオーミック接触層１５６、上記オーミック接触層１５６及び上記保護部材１５５の上に発光構造物１４５、及び上記発光構造物１４５の上に第１電極１７０及び保護素子１１５ｂを含むことができる。
上記発光構造物１４５は、少なくとも第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を含み、これらは光を生成する構造物をなす。
一方、以下では、上記第１導電型半導体層１３０はｎ型半導体層を含み、上記第２導電型半導体層１５０はｐ型半導体層である場合を中心として説明する。但し、これに対して限定するのではない。
上記保護素子１１５ｂは、シリコン材質で形成されてｎ型ドーパントでドーピングされた導電体１１０ａ、上記導電体１１０ａの上部にｐ型ドーパントが注入されたドーピング部１１２、及び上記ドーピング部１１２の上に第２電極１１６を含むことができる。上記第２電極１１６は、上記伝導性支持部材１６０のような外部電源に連結できる。
上記発光構造物１４５に適切な順方向電流が印加される場合、上記保護素子１１５ｂには電流が流れないので動作しなくなる。
上記発光構造物１４５に逆方向電流が印加される場合、上記発光構造物１４５を通じて電流が流れる代わり、上記保護素子１１５ｂと上記第１導電型半導体層１３０を通じて電流が流れるので、上記発光構造物１４５の活性層１４０の損傷を防止することができる。
また、上記発光構造物１４５に上記保護素子１１５ｂの降伏電圧（Breakdown Voltage）以上の過多な順方向電流が印加される場合、上記保護素子１１５ｂが通電されて上記発光構造物１４５の代わりに上記保護素子１１５ｂと上記第１導電型半導体層１３０を通じて電流が流れるようになって、上記発光構造物１４５の活性層１４０の損傷を防止することができる。
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。
図１３は、本発明の第３実施形態に従う発光素子１００Ｃの断面図である。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に比べて第１電極が形成されないという点と、保護素子のドーピング及び動作原理を除いては同一である。
図１３を参照すると、第３実施形態に従う発光素子１００Ｃは、伝導性支持部材１６０、上記伝導性支持部材１６０の上に接着層１５８、上記伝導性支持部材１６０または上記接着層１５８の上面の周り領域に保護部材１５５、上記接着層１５８の上に反射層１５７、上記反射層１５７の上にオーミック接触層１５６、上記オーミック接触層１５６及び上記保護部材１５５の上に発光構造物１４５、上記発光構造物１４５の上に保護素子１１５ｃ、及び上記保護素子１１５ｃの上に形成された第２電極１１６及び第３電極１１４を含むことができる。
上記発光構造物１４５は、少なくとも第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を含み、これらは光を生成する構造物をなす。一方、以下では上記第１導電型半導体層１３０はｎ型半導体層を含み、上記第２導電型半導体層１５０はｐ型半導体層である場合を中心として説明する。但し、これに対して限定するのではない。
上記保護素子１１５ｃは、シリコン材質で形成されてｎ型ドーパントでドーピングされた導電体１１０ａ、上記導電体１１０ａの上部にｐ型ドーパントが注入されたドーピング部１１２、及び上記ドーピング部１１２の上に第２電極１１６及び上記導電体１１０ａの上に第３電極１１４を含むことができる。
平素に、即ち上記発光素子１００Ｃに適切な順方向電流が印加される場合に、上記第３電極１１４は上記伝導性支持部材１６０と共に上記発光構造物１４５に電源を提供する。上記保護素子１１５ｃの導電体１１０ａと上記第１導電型半導体層１３０とが同一な極性（ｎ型）を有するためである。
上記発光素子１００に逆方向電流が印加される場合、上記保護素子１１５ｃの整流作用により上記逆方向電流が流れることが防止されるか、多過ぎる逆方向電流が印加される場合には、上記保護素子１１５ｃが通電されて上記保護素子１１５ｃを通じて上記逆方向電流が流れることができる。これによって、上記発光素子１００の発光構造物１４５が保護できる。
図１４は、本発明の第４実施形態に従う発光素子１００Ｄの断面図である。第４実施形態に従う発光素子１００Ｄは、発光構造物１４５の側面にパッシベーション層１８０が形成されて外部から上記発光構造物１４５を保護することができる。
上記保護素子１１５ｄが形成される領域の保護部材１５５は、上記接着層１５８の一部が露出されるように形成される。
即ち、上記保護素子１１５ｄが形成される領域側の保護部材１５５は、上記保護素子１１５ｄが形成されない領域側の保護部材１５５より狭い幅で形成されて上記接着層１５８の一部が露出できる。そして、上記露出された接着層１５８に上記第２電極１１６が連結できる。
そして、上記保護素子１１５ｄと接する上記パッシベーション層１８０の表面に第２電極１１６が形成されて上記接着層１５８と電気的に連結される。即ち、上記第２電極１１６は一端が上記ドーピング部１１２と接し、上記パッシベーション層１８０の表面に形成されて他端が上記接着層１５８と連結される。上記第２電極１１６は、上記接着層１５８と連結されて上記伝導性支持部材１６０と電気的に連結できる。
図１４を参照すると、第４実施形態に従う発光素子１００Ｄは、伝導性支持部材１６０、上記伝導性支持部材１６０の上に接着層１５８、上記伝導性支持部材１６０または上記接着層１５８の上面の周り領域に保護部材１５５、上記接着層１５８の上に反射層１５７、上記反射層１５７の上にオーミック接触層１５６、上記オーミック接触層１５６及び上記保護部材１５５の上に発光構造物１４５、上記発光構造物１４５の上に保護素子１１５ｄ、及び上記保護素子１１５ｄの上に形成された第２電極１１６及び第３電極１１４を含むことができる。
上記発光構造物１４５は、少なくとも第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を含み、これらは光を生成する構造物をなす。一方、以下では上記第１導電型半導体層１３０はｎ型半導体層を含み、上記第２導電型半導体層１５０はｐ型半導体層である場合を中心として説明する。但し、これに対して限定するのではない。
上記保護素子１１５ｄは、シリコン材質で形成されてｎ型ドーパントでドーピングされた導電体１１０ａ、上記導電体１１０ａの上部にｐ型ドーパントが注入されたドーピング部１１２、上記ドーピング部１１２の上に第２電極１１６、及び上記導電体１１０ａの上に第３電極１１４を含むことができる。
平素に、即ち上記発光素子１００Ｄに適切な順方向電流が印加される場合に、上記第３電極１１４は上記伝導性支持部材１６０と共に上記発光構造物１４５に電源を提供する。上記保護素子１１５ｄの導電体１１０ａと上記第１導電型半導体層１３０とが同一な極性（ｎ型）を有するためである。
上記発光素子１００に逆方向電流が印加される場合、上記保護素子１１５ｄの整流作用により上記逆方向電流が流れることが防止されるか、多過ぎた逆方向電流が印加される場合には、上記保護素子１１５ｄが通電されて上記保護素子１１５ｄを通じて上記逆方向電流が流れることができる。これによって、上記発光素子１００の発光構造物１４５が保護できる。
図１５は、本発明の実施形態に従う発光素子を含む発光素子パッケージの断面図である。
図１５を参照すると、実施形態に従う発光素子パッケージは、パッケージ胴体２０、上記パッケージ胴体２０に設けられた第１電極層３１及び第２電極層３２、上記パッケージ胴体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、及び上記発光素子１００を囲むモールディング部材４０を含む。
上記パッケージ胴体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の周囲に傾斜面が形成できる。
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で発生した熱を外部に排出させる役割をすることもできる。
上記発光素子１００は、上記パッケージ胴体２０に設けられて上記第１電極層３１及び第２電極層３２に電気的に連結できる。具体的には、上記発光素子１００は、上記第１電極層３１または第２電極層３２のうち、いずれか１つの上に設けられることができ、例えばワイヤ（wire）により上記第１電極層３１または第２電極層３２のうち、他の１つと電気的に連結できる。また、上記発光素子１００の保護素子も上記第１及び第２電極層３１、３２にワイヤにより連結できる。但し、上記発光素子１００の電極連結構造に対して限定するのではない。
上記モールディング部材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、上記モールディング部材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。
図１６は、本発明の実施形態に従う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１６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１６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、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、及び上記光ガイド部材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、及び上記基板に載置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の下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１７は、本発明の実施形態に従う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１７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１７を参照すると、上記照明ユニット１２００は、ケース胴体１２１０、上記ケース胴体１２１０に設けられた発光モジュール１２３０、及び上記ケース胴体１２１０に設けられ、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３００、及び上記基板３００に載置される少なくとも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が載置できる。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１７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、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 (5)

  1. 伝導性支持部材と、
    前記伝導性支持部材上に接着層と、
    前記接着層上にオーミック層と、
    前記伝導性支持部材の上面のエッジ領域に形成された保護部材と、
    前記伝導性支持部材及び前記保護部材の上に形成され、ｐ型半導体層を含む第２導電型半導体層と、活性層と、ｎ型半導体層を含む第１導電型半導体層と、を含む発光構造物と、
    前記第１導電型半導体層の上に設けられた第１電極と、
    ｐ型ドーパントを含む胴体と、前記胴体の上部領域に形成されてｎ型ドーパントを含むドーピング部と、前記ドーピング部の上に第２電極とを含み、前記発光構造物の上に設けられた保護素子と、
    前記胴体の上に設けられた第３電極と、を含み、
    前記保護素子は、前記第１導電型半導体層の上面のエッジ領域に形成され、
    前記保護素子は、前記保護部材と少なくとも一部領域がオーバーラップされるように形成され、
    前記接着層の一部は、前記保護部材の側面の上側に露出されることを特徴とする、発光素子。
  2. 前記保護部材の上面のエッジ部は露出することを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
  3. 前記伝導性支持部材と前記第２導電型半導体層との間に反射層を含み、
    前記保護素子の側面と接するパッシベーション層を含み、
    前記接着層に電気的に連結される第２電極を含み、
    前記第２電極の一端は前記保護素子の胴体のドーピング部と接し、前記第２電極の他端は前記露出された接着層と接することを特徴とする、請求項２に記載の発光素子。
  4. 前記保護素子は、シリコン材質を含み、
    前記保護素子は、前記第１半導体層の上面のエッジ領域に直接接し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。
  5. 前記保護素子は、降伏電圧（Breakdown Voltage）が３Ｖ乃至１００Ｖであるツェナダイオードであることを特徴とする、請求項４に記載の発光素子。
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