JP6320769B2 - 発光素子 - Google Patents
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Description
実施形態は、発光素子に関する。
発光素子の代表例であるＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；発光ダイオード）は、化合物半導体の特性を用いて電気信号を赤外線、可視光線または光の形態に変換する素子で、家庭電化製品、リモコン、電光板、表示器、各種自動化機器などに使用されており、その使用領域が次第に広がっている。
一般に、小型化されたＬＥＤは、ＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）基板に直接装着するために表面実装素子（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）型に作製されており、そのため、表示素子として用いられているＬＥＤランプも表面実装素子型に開発されている。このような表面実装素子は既存の単純な点灯ランプを代替することができ、これは、様々なカラーを出す点灯表示器、文字表示器及び映像表示器などに使用される。
このように、ＬＥＤの使用領域が広くなるにつれて、生活に使用される電灯、救助信号用電灯などに要求される輝度が高まるため、ＬＥＤの発光輝度を増加させることが重要である。
また、発光素子の電極は、優れた接着力及び電気的特性を有しなければならない。
また、発光素子の輝度を高め、使用電圧を減少させるための研究が進行中である。
実施形態は、発光素子のＶＦを低下させ、発光効率を向上させる発光素子を提供する。
実施形態に係る発光素子は、導電性基板と；前記導電性基板上に配置される第１電極層と；前記第１電極層上に配置される第１半導体層、第２半導体層、及び前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に位置する活性層を備える発光構造物と；前記第２半導体層と電気的に接続された第２電極層と；を含み、前記第１電極層は、前記導電性基板上に配置される金属電極層と；前記金属電極層上に配置される透明電極層と；前記金属電極層から延び、前記透明電極層を貫通して前記発光構造物に接するコンタクト部と；を含み、前記コンタクト部は、複数個が互いに離隔して配置される。
そして、前記コンタクト部と接する発光構造物には、Ｂｅを含むディフュージョン領域を形成することができる。
ここで、前記透明電極層の平面上の面積は、前記コンタクト部の平面上の面積よりも大きくすることができる。
そして、前記金属電極層の材質は、前記コンタクト部の材質と同一にすることができる。
一方、実施形態は、前記第１半導体層と前記第１電極層との間に配置されるウィンドウ層をさらに含むことができる。
そして、前記ウィンドウ層の下面に前記コンタクト部が接することができる。
一方、前記ディフュージョン領域は、前記発光構造物にＢｅと発光構造物の少なくとも一部の構成元素とが混合して形成されてもよい。
また、前記ディフュージョン領域は、前記発光構造物から突出して形成されてもよい。
そして、前記コンタクト部は、ＡｕＢｅ、Ａｇ及びＡｇ合金のいずれか一つを含むことができる。
実施形態に係る発光素子は、コンタクト部が透明電極層を貫通して配置されることで、発光構造物とのオーミック接触が容易になされるという利点がある。
また、コンタクト部が透明電極層を貫通しているので、発光構造物で発生する熱が導電性基板に容易に排出されるという利点がある。
また、コンタクト部が発光構造物と直接接触されるので、ＶＦ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｆｏｒｗａｒｄ）が低下するという利点がある。
また、金属反射層を省略できるので、金属反射層の製造コストが低減するという利点がある。
実施形態は、コンタクト部が互いに離隔して配置されるので、コンタクト部によって光が吸収されることを防止すると共に、発光構造物とのオーミック接触も形成するという利点がある。
本発明の利点及び特徴、並びにそれらを達成する方法は、添付の図面と共に詳細に後述されている実施形態を参照すれば明確になるであろう。しかし、本発明は、以下に開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる様々な形態で具現することができる。ただし、本実施形態は、本発明の開示を完全にし、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は請求項の範疇によって定義されるだけである。明細書全体において同一の参照符号は同一の構成要素を示す。
空間的に相対的な用語である「下（ｂｅｌｏｗ）」、「下（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下部（ｌｏｗｅｒ）」、「上（ａｂｏｖｅ）」、「上部（ｕｐｐｅｒ）」などは、図面に示したように、一つの素子または構成要素と他の素子または構成要素との相関関係を容易に記述するために使用することができる。空間的に相対的な用語は、図面に示している方向に加えて、使用時または動作時に素子の互いに異なる方向を含む用語として理解しなければならない。例えば、図面に示している素子をひっくり返す場合、他の素子の「下（ｂｅｌｏｗ）」または「下（ｂｅｎｅａｔｈ）」と記述された素子は、他の素子の「上（ａｂｏｖｅ）」に置かれることができる。したがって、例示的な用語である「下」は、下及び上の両方向を含むことができる。素子は、他の方向にも配向可能であり、これによって、空間的に相対的な用語は配向によって解釈することができる。
本明細書で使用された用語は、実施形態を説明するためのもので、本発明を制限するためのものではない。本明細書において、単数形は、明示的に言及しない限り、複数形も含む。明細書で使用される「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及された構成要素、段階、動作及び／または素子は、一つ以上の他の構成要素、段階、動作及び／または素子の存在または追加を排除しない。
他の定義がなければ、本明細書で使用される全ての用語（技術及び科学的用語を含む。）は、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に共通して理解され得る意味として使用することができる。また、一般的に使用される辞書に定義されている用語は、特に明らかに定義されていない限り、理想的にまたは過度に解釈されない。
図面において、各層の厚さや大きさは、説明の便宜及び明確性のため、誇張、省略または概略的に示している。また、各構成要素の大きさ及び面積は、実際の大きさや面積を全的に反映するものではない。
また、実施形態において、発光素子の構造を説明する過程で言及する角度及び方向は、図面に記載されたものを基準とする。明細書中、発光素子をなす構造についての説明において、角度に対する基準点と位置関係を明確に言及していない場合は、関連図面を参照するとする。
図１は、実施形態に係る発光素子を示す断面図で、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿って切断した第１電極層に対する平断面図である。
図１を参照すれば、実施形態に係る発光素子１００は、導電性基板１１０と、導電性基板１１０上に配置される第１電極層１２０と、第１電極層１２０上に配置される第１半導体層１４１、第２半導体層１４５、及び第１半導体層１４１と第２半導体層１４５との間に位置する活性層１４３を備える発光構造物１４０と、第２半導体層１４５と電気的に接続された第２電極層１５０とを含む。
導電性基板１１０は、発光構造物１４０を支持し、第２電極層１５０と共に発光構造物１４０に電源を提供することができる。導電性基板１１０は、熱伝導性に優れた物質または伝導性物質で形成することができ、例えば、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、クロム（Ｃｒ）、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、ＧａＮ、Ｇａ２Ｏ３またはＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＣｕＷから選択されるいずれか一つで形成したり、または二つ以上の合金で形成することができ、互いに異なる二つ以上の物質を積層して形成することができる。すなわち、導電性基板１１０はキャリアウエハとして具現してもよい。
このような導電性基板１１０は、発光素子１００から発生する熱の放出を容易にして、発光素子１００の熱的安定性を向上させることができる。
実施形態において、導電性基板１１０は、伝導性を有するものと説明するが、伝導性を有しなくてもよく、これに限定されない。
導電性基板１１０上には発光構造物１４０に電源を供給する第１電極層１２０を含む。第１電極層１２０についての詳細な説明は後述する。
発光構造物１４０は、第１半導体層１４１、第２半導体層１４５、及び第１半導体層１４１と第２半導体層１４５との間の活性層１４３からなる。
第２半導体層１４５は、ｎ型半導体層で具現することができ、ｎ型半導体層は、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、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮなどから選択することができ、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅのようなｎ型ドーパントがドープされてもよい。また、第２半導体層１４５は、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐの組成式を有する半導体材料から選択されてもよい。
一方、第２半導体層１４５上には第２半導体層１４５と電気的に接続された第２電極層１５０を配置することができ、第２電極層１５０は、少なくとも一つのパッドまたは／及び所定のパターンを有する電極を含むことができる。第２電極層１５０は、第２半導体層１４５の上面のうちセンター領域、外側領域または角領域に配置することができ、これに限定されない。第２電極層１５０は、第２半導体層１４５の上ではなく、他の領域に配置することができ、これに限定されない。
第２電極層１５０は、伝導性物質、例えば、Ｉｎ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、及びＷＴｉから選択された金属または合金を用いて、単層または多層に形成することができる。
第２電極層１５０が形成されていない第２半導体層１４５の表面の一部領域または全体領域に対して、所定のエッチング方法で、光抽出効率を向上させるための凹凸パターン１６０を形成することができる。
ここで、第２電極層１５０は、凹凸パターン１６０が形成されていない平坦な面に形成されたものと説明するが、凹凸パターン１６０が形成された上部面に形成されてもよく、これに限定されない。
凹凸パターン１６０は、第２半導体層１４５の上面の少なくとも一領域に対してエッチングを行うことによって形成することができ、これに限定されない。エッチング過程は、湿式または／及び乾式エッチング工程を含み、エッチング過程を経ることによって、第２半導体層１４５の上面は凹凸パターン１６０を含むことができる。凹凸パターン１６０は、ランダムな大きさに不規則に形成してもよく、これに限定されない。凹凸パターン１６０は、平坦でない上面であって、テクスチャ（ｔｅｘｔｕｒｅ）パターン、凹凸パターン、平坦でないパターン（ｕｎｅｖｅｎ ｐａｔｔｅｒｎ）のうち少なくとも一つを含むことができる。
凹凸パターン１６０は、側断面が円柱、多角柱、円錐、多角錐、円錐台、多角錐台などの様々な形状を有するように形成することができ、錐形状を含む。
一方、凹凸パターン１６０は、ＰＥＣ（ｐｈｏｔｏ ｅｌｅｃｔｒｏ ｃｈｅｍｉｃａｌ）などの方法で形成することができ、これに限定されない。凹凸パターン１６０は、第２半導体層１４５の上部面に形成されることによって、活性層１４３から生成された光が第２半導体層１４５の上部面から全反射されて再吸収されたり、または散乱することを防止できるので、発光素子１００の光抽出効率の向上に寄与することができる。
第２半導体層１４５の下には活性層１４３を形成することができる。活性層１４３は、電子と正孔が再結合される領域であって、電子と正孔が再結合することによって低いエネルギー準位に遷移し、それに相応する波長を有する光を生成することができる。
活性層１４３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を含んで形成することができ、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）で形成することができる。また、活性層１４３は、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐの組成式を有する半導体材料から選択されてもよい。
したがって、より多くの電子が量子井戸層の低いエネルギー準位に集まり、その結果、電子と正孔との再結合確率が増加して、発光効果を向上させることができる。また、量子線（Ｑｕａｎｔｕｍ ｗｉｒｅ）構造または量子点（Ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔ）構造を含むこともできる。
活性層１４３の下には第１半導体層１４１を形成することができる。第１半導体層１４１は、ｐ型半導体層で具現されて、活性層１４３に正孔を注入することができる。例えば、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、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮなどから選択することができ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどのｐ型ドーパントがドープされてもよい。また、第１半導体層１４１は、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐの組成式を有する半導体材料から選択されてもよい。
また、第１半導体層１４１の下には第３半導体層（図示せず）を形成してもよい。ここで、第３半導体層は、第２半導体層と反対の極性を有する半導体層で具現することができる。
一方、上述した第２半導体層１４５、活性層１４３及び第１半導体層１４１は、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）、スパッタリング（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）などの方法を用いて形成することができ、これに限定されない。
また、上述したものとは異なり、実施形態において、第２半導体層１４５がｐ型半導体層で具現され、第１半導体層１４１がｎ型半導体層で具現されてもよいが、これに限定されない。これによって、発光構造物１４０は、Ｎ−Ｐ接合、Ｐ−Ｎ接合、Ｎ−Ｐ−Ｎ接合及びＰ−Ｎ−Ｐ接合構造のうち少なくとも一つを含むことができる。
発光構造物１４０は、第１電極層１２０と発光構造物１４０との反射率の差を減少させるウィンドウ層１３０をさらに含むことができる。ウィンドウ層１３０は、第１電極層１２０と接するように配置することができる。
具体的に、ウィンドウ層１３０は、第１半導体層１４１と第１電極層１２０の透明電極層１２３との間に位置することができる。
ウィンドウ層１３０は、発光構造物１４０と第１電極層１２０との反射率の差を減少させることによって、光抽出効率を増加させる。
ウィンドウ層１３０は、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ及びＡｌＧａＡｓのいずれか一つを含むことができる。
また、発光構造物１４０の外周面のうち一部領域または全体領域は、外部の衝撃などから保護し、電気的ショートを防止できるように、パッシベーション１７０が形成されてもよい。
図１及び図２を参照すれば、第１電極層１２０は、金属と透光性伝導層を選択的に使用することができ、発光構造物１４０に電源を提供する。
第１電極層１２０は、伝導性材質を含んで形成することができる。例えば、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、バナジウム（Ｖ）、コバルト（Ｃｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ、ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ、ａｌｕｍｉｎｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ、ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、ＩＡＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｇａｌｌｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｇａｌｌｉｕｍ ｔｉｎ 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で形成することができる。但し、これに限定されるものではない。
第１電極層１２０は、透明電極層１２３、金属電極層１２５及び金属接着層１２１を含むことができる。
例えば、第１電極層１２０は、金属接着層１２１上に金属電極層１２５及び透明電極層１２３が順次積層された形態であってもよい。また、金属電極層１２５から延び、透明電極層１２３を貫通して発光構造物１４０に接するコンタクト部１２６をさらに含む。
透明電極層１２３は、光が透過し、且つ導電性を有する材質であってもよい。例えば、透明電極層１２３は、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＩＴＯ、ＣＴＯ、ＣｕＡｌＯ２、ＣｕＧａＯ２及びＳｒＣｕ２Ｏ２のうち少なくとも一つを含むことができる。透明電極層１２３は、コンタクト部１２６によって貫通される領域を有する。
金属電極層１２５は、導電性に優れた金属材質を含むことができる。例えば、金属電極層１２５は、Ａｕ、Ａｕ合金（ＡｕＢｅ、ＡｕＧｅ）、Ａｇ及びＡｇ合金のいずれか一つを含むことができる。
コンタクト部１２６は、金属電極層１２５から延び、透明電極層１２３を上下に貫通して多数配置される。多数個のコンタクト部１２６は互いに規則的に離隔して配置される。コンタクト部１２６は発光構造物１４０とオーミック接触されるようにする。
また、コンタクト部１２６の少なくとも一面は発光構造物１４０の第１半導体層１４１に接することができる。そして、図１に示すように、第１半導体層１４１と第１電極層１２０との間にウィンドウ層１３０が形成された場合、コンタクト部１２６の一面はウィンドウ層１３０（具体的には、下面）に接することができる。
コンタクト部１２６の材質は、金属電極層１２５の材質と同一であることが好ましい。すなわち、コンタクト部１２６は優れた導電性を有する金属材質を含むことができる。例えば、コンタクト部１２６は、Ａｕ、Ａｕ合金（ＡｕＢｅ、ＡｕＧｅ）、Ａｇ及びＡｇ合金のいずれか一つを含むことができる。
第１電極層１２０が、透明電極層１２３、及びコンタクト部１２６が形成された金属電極層１２５を含む場合、金属反射層を使用しなくても、Ａｕ合金によって所望の反射度を得ることができる。また、金属反射層を省略できるので、製造コスト及び製造時間を低減できるという利点がある。
また、実施形態は、コンタクト部１２６を互いに離隔して配置させることで、コンタクト部１２６によって光が吸収されることを防止すると共に、発光構造物１４０とのオーミック接触も形成するという利点がある。
特に、図２を参照すれば、透明電極層１２３の平面上の面積は、コンタクト部１２６の平面上の面積よりも大きいことが好ましい。より好ましくは、コンタクト部１２６の平面上の面積は、透明電極層１２３の平面上の面積対比１０％〜２５％であればよい。コンタクト部１２６の平面上の面積は、透明電極層１２３の平面上の面積対比１０％よりも小さい場合、発光構造物１４０と第１電極層１２０とのオーミック接触が難しく、コンタクト部１２６の平面上の面積は、透明電極層１２３の平面上の面積対比２５％よりも大きい場合、光透過率が低いコンタクト部１２６のため、発光素子１００の光効率が低下するという問題点がある。
コンタクト部１２６の平面上の面積が、透明電極層１２３の平面上の面積対比１０％〜２５％となるためには、例えば、互いに隣接するコンタクト部１２６間の離隔距離は３５μｍ〜５０μｍであり、コンタクト部１２６の幅は１０μｍ〜２０μｍであることが好ましい。
コンタクト部１２６の形状には特に制限がないが、棒状を有することができる。好ましくは、円柱または多角柱の形状を有する。
第１電極層１２０は、図１に示すようにフラットであってもよいが、これに限定されず、段差を有することができる。
第１電極層１２０は金属接着層１２１をさらに含むことができる。
金属接着層１２１は、金属電極層１２５の下に形成されて、層同士間の接着力を強化させることができる。金属接着層１２１は、下部物質との接着力に優れた物質を用いて形成することができる。例えば、ＰｂＳｎ合金、ＡｕＧｅ合金、ＡｕＢｅ合金、ＡｕＳｎ合金、Ｓｎ、Ｉｎ、ＳｎＩｎ合金及びＰｄＩｎ合金のいずれか一つを含むことができる。
また、金属接着層１２１の上部に拡散防止膜（図示せず）をさらに形成することができる。拡散防止膜は、導電性基板１１０及び金属接着層１２１をなす物質が発光構造物１４０に拡散することを防止することができる。拡散防止膜は、金属の拡散を防止する物質で形成することができ、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）のうち少なくとも一つまたは二つ以上の合金を用いることができる。但し、これに限定されるものではない。そして、金属接着層１２１は、単層または多層構造を有することができる。
図３は、本発明の他の一実施形態に係る発光素子を示す断面図である。
図３を参照すれば、実施形態に係る発光素子１００Ａは、図１の実施形態と比較すると、電流遮断層１８０、及びディフュージョン領域１３３をさらに含む。
ディフュージョン領域１３３は、発光構造物１４０の表面にＢｅがディフュージョン（Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）されて形成され得る。すなわち、ディフュージョン領域１３３は、発光構造物１４０の表面にＢｅと発光構造物１４０の少なくとも一部の構成元素とが混合して形成され得る。
ディフュージョン領域１３３は、少なくとも発光構造物１４０においてコンタクト部１２６が接する領域に形成することができる。ディフュージョン領域１３３の大きさは、少なくとも発光構造物１４０においてコンタクト部１２６が接する領域よりも大きく形成することができる。
具体的に、ディフュージョン領域１３３は、第１半導体層１４１の下面に形成することができる。また、発光構造物１４０がウィンドウ層１３０を含む場合、ディフュージョン領域１３３はウィンドウ層１３０の下面に形成することができる。
ディフュージョン領域１３３がディフュージョンされる方法には制限がないが、ディフュージョン領域１３３にＢｅを含む物質（例えば、ＡｕＢｅ）を蒸着した後、アロイ（ａｌｌｏｙ）し、Ｂｅを含む物質を除去する方法を用いることができる。
ディフュージョン領域１３３は、発光構造物１４０にドットまたは島形状に互いに離隔して配置される。ディフュージョン領域１３３の配置はコンタクト部１２６の配置に対応することができる。
ディフュージョン領域１３３は、発光構造物１４０の表面で一定の深さで形成されてもよい。また、ディフュージョン領域１３３は発光構造物１４０の表面から突出してもよい。
発光構造物１４０にディフュージョン領域１３３が形成され、ディフュージョン領域１３３にコンタクト部１２６が連結されると、ディフュージョン領域１３３によって、発光構造物１４０とコンタクト部１２６とのオーミック接触力が高くなる。また、実施形態は、コンタクト電極を省略することで、コンタクト電極が光を吸収することを防止できるので、発光素子の光効率が向上するという利点がある。
また、金属電極層１２５が発光構造物１４０と直接連結されて、ＶＦが低下して発光効率が上昇するという効果を有する。
電流遮断層１８０は、発光構造物１４０の下に第２電極層１５０と垂直方向に少なくとも一領域が重なるように配置され、金属電極層１２５よりも低い電気伝導率を有することができる。電流遮断層１８０は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化チタン（ＴｉＯｘ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ、ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ、ａｌｕｍｉｎｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）及びインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ、ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）のうち少なくとも一つを含むことができる。但し、これに限定されるものではない。
電流遮断層１８０は、高電流の印加時に第２半導体層１４５から活性層１４３に注入される電子が活性層１４３で再結合されずに第１電極層１２０に流れる現象を防止する電子遮断層（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｌａｙｅｒ）であってもよい。電流遮断層１８０は、活性層１４３より相対的に大きいバンドギャップを有することによって、第２半導体層１４５から注入された電子が活性層１４３で再結合されずに第１半導体層１４１に注入される現象を防止することができる。これによって、活性層１４３で電子と正孔との再結合確率を高め、漏れ電流を防止することができる。
図４は、本発明の更に他の一実施形態に係る発光素子を示す断面図である。
図４を参照すれば、実施形態に係る発光素子１００Ｂは、図３の実施形態と比較すると、ディフュージョン領域１３３の位置、及び電流遮断層１８０が省略される点で異なる。
ディフュージョン領域１３３は、図４に示すように、透明電極層１２３及びコンタクト部１２６と接するように配置することができる。
具体的に、ディフュージョン領域１３３は、ウィンドウ層１３０（ウィンドウ層１３０が省略された場合は、第１半導体層１４１）の下面全体に形成することができる。
ディフュージョン領域１３３が透明電極層１２３及びコンタクト部１２６と接触するように配置することができる。
図５は、実施形態に係る発光素子を含む発光素子パッケージを示す斜視図で、図６は、実施形態に係る発光素子を含む発光素子パッケージを示す断面図である。
図５及び図６を参照すれば、発光素子パッケージ５００は、キャビティ５２０が形成されたボディー５１０と、ボディー５１０に実装される第１及び第２リードフレーム５４０，５５０と、第１及び第２リードフレーム５４０，５５０と電気的に接続される発光素子５３０と、発光素子５３０を覆うようにキャビティ５２０に充填される封止材（図示せず）とを含むことができる。
ボディー５１０は、ポリフタルアミド（ＰＰＡ：Ｐｏｌｙｐｈｔｈａｌａｍｉｄｅ）のような樹脂材質、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、液晶ポリマー（ＰＳＧ：ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｇｌａｓｓ）、ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、金属材質、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、印刷回路基板（ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）のうち少なくとも一つで形成することができる。ボディー５１０は、射出成形、エッチング工程などにより形成することができるが、これに限定されない。
ボディー５１０の内側面は傾斜面とすることができる。このような傾斜面の角度によって、発光素子５３０から放出される光の反射角が変わり、これによって、外部に放出される光の指向角を調節することができる。
光の指向角が減るほど、発光素子５３０から外部に放出される光の集中性は増加し、逆に、光の指向角が大きいほど、発光素子５３０から外部に放出される光の集中性は減少する。
一方、ボディー５１０に形成されるキャビティ５２０を上から見た形状は、円形、四角形、多角形、楕円形などの形状であってもよく、角部を曲線にした形状であってもよいが、これに限定されるものではない。
発光素子５３０は、第１リードフレーム５４０上に実装され、例えば、赤色、緑色、青色、白色などの光を放出する発光素子、または紫外線を放出するＵＶ（Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）発光素子であってもよいが、これに限定されない。また、発光素子５３０は１個以上実装することができる。
また、発光素子５３０は、その電気端子が全て上部面に形成された水平タイプ（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｔｙｐｅ）、または上、下部面に形成された垂直タイプ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ ｔｙｐｅ）、またはフリップチップ（ｆｌｉｐ ｃｈｉｐ）のいずれにしてもよい。
封止材（図示せず）は、発光素子５３０を覆うようにキャビティ５２０に充填することができる。
封止材（図示せず）は、シリコン、エポキシ、及びその他の樹脂材質で形成することができ、キャビティ５２０内に充填した後、それを紫外線または熱硬化する方式で形成することができる。
また、封止材（図示せず）は蛍光体を含むことができ、蛍光体は、発光素子５３０から放出される光の波長に応じてその種類が選択されて、発光素子パッケージ５００が白色光を具現するようにすることができる。
このような蛍光体は、発光素子５３０から放出される光の波長に応じて、青色発光蛍光体、青緑色発光蛍光体、緑色発光蛍光体、黄緑色発光蛍光体、黄色発光蛍光体、黄赤色発光蛍光体、オレンジ色発光蛍光体、及び赤色発光蛍光体のいずれか一つを適用することができる。
すなわち、蛍光体は、発光素子５３０から放出される第１光を有する光によって励起されて第２光を生成することができる。例えば、発光素子５３０が青色発光ダイオードで、蛍光体が黄色蛍光体である場合、黄色蛍光体は青色光によって励起されて黄色光を放出することができ、青色発光ダイオードで発生した青色光と、該青色光によって励起されて発生した黄色光とが混色されることで、発光素子パッケージ５００は白色光を提供することができる。
これと同様に、発光素子５３０が緑色発光ダイオードである場合は、マゼンタ（ｍａｇｅｎｔａ）蛍光体または青色と赤色の蛍光体を混用する場合を例に挙げることができ、発光素子５３０が赤色発光ダイオードである場合は、シアン（Ｃｙａｎ）蛍光体または青色と緑色蛍光体を混用する場合を例に挙げることができる。
このような蛍光体は、ＹＡＧ系、ＴＡＧ系、硫化物系、シリケート系、アルミネート系、窒化物系、カーバイド系、ニトリドシリケート系、ホウ酸塩系、フッ化物系、リン酸塩系などの公知の蛍光体であってもよい。
第１及び第２リードフレーム５４０，５５０は、金属材質、例えば、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、錫（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、リン（Ｐ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、コバルト（Ｃｏ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ルテニウム（Ｒｕ）、鉄（Ｆｅ）のうち一つ以上の物質、またはこれらの合金を含むことができる。また、第１及び第２リードフレーム５４０、５５０は、単層または多層構造を有するように形成することができるが、これに限定されない。
第１及び第２リードフレーム５４０，５５０は、互いに離隔して電気的に分離される。発光素子５３０は、第１及び第２リードフレーム５４０、５５０上に実装され、第１及び第２リードフレーム５４０、５５０は発光素子５３０と直接接触したり、またははんだ付け（ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）部材（図示せず）のような伝導性を有する材料を介して電気的に接続されてもよい。また、発光素子５３０は、ワイヤボンディングによって第１及び第２リードフレーム５４０、５５０と電気的に接続されてもよいが、これに限定されない。したがって、第１及び第２リードフレーム５４０、５５０に電源が連結されると、発光素子５３０に電源が印加され得る。一方、複数個のリードフレーム（図示せず）がボディー５１０内に実装され、それぞれのリードフレーム（図示せず）が発光素子５３０と電気的に接続されてもよいが、これに限定されない。
図７は、実施形態に係る発光素子を含む照明装置を示す斜視図で、図８は、図７の照明装置のＣ−Ｃ'線断面図である。
図７及び図８を参照すれば、照明装置６００は、ボディー６１０と、ボディー６１０と締結されるカバー６３０と、ボディー６１０の両端に位置するエンドキャップ６５０とを含むことができる。
ボディー６１０の下部面には発光素子モジュール６４０が締結され、ボディー６１０は、発光素子パッケージ６４４から発生した熱がボディー６１０の上部面を通じて外部に放出されるように、伝導性及び熱発散効果に優れた金属材質で形成することができる。
発光素子パッケージ６４４は、ＰＣＢ ６４２上に多色、多列で実装されてアレイをなすことができ、同一の間隔で実装したり、または必要に応じて様々な離隔距離を有して実装できるので、明るさなどを調節することができる。このようなＰＣＢ ６４２としては、ＭＰＰＣＢ（Ｍｅｔａｌ Ｃｏｒｅ ＰＣＢ）またはＦＲ４材質のＰＣＢなどを用いることができる。
発光素子パッケージ６４４は、延長されたリードフレーム（図示せず）を含むことで、向上した放熱機能を有することができるので、発光素子パッケージ６４４の信頼性及び効率性を向上させることができ、発光素子パッケージ６４４及び発光素子パッケージ６４４を含む照明装置６００の使用寿命を延長させることができる。
カバー６３０は、ボディー６１０の下部面を取り囲むように円形状に形成できるが、これに限定されないことは勿論である。
カバー６３０は、内部の発光素子モジュール６４０を外部の異物などから保護する。また、カバー６３０は、発光素子パッケージ６４４から発生した光のまぶしさを防止し、外部に光を均一に放出できるように拡散粒子を含むことができ、また、カバー６３０の内面及び外面のうち少なくともいずれか一面には、プリズムパターンなどを形成することができる。また、カバー６３０の内面及び外面のうち少なくともいずれか一面には蛍光体が塗布されてもよい。
一方、発光素子パッケージ６４４から発生した光はカバー６３０を通じて外部に放出されるので、カバー６３０は、優れた光透過率を有しなければならず、発光素子パッケージ６４４から発生した熱に耐えられるように、十分な耐熱性を備えなければならない。そのため、カバー６３０は、ポリエチレンテレフタレート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ；ＰＥＴ）、ポリカーボネート（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ；ＰＣ）またはポリメチルメタクリレート（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ；ＰＭＭＡ）などを含む材質で形成されることが好ましい。
エンドキャップ６５０は、ボディー６１０の両端に位置し、電源装置（図示せず）を密閉する用途に使用することができる。また、エンドキャップ６５０には電源ピン６５２が形成されているので、実施形態に係る照明装置６００は、既存の蛍光灯を除去した端子に別途の装置なしに直ぐ使用できるようになる。
図９は、実施形態に係る発光素子を含む液晶表示装置の分解斜視図である。
図９は、エッジ−ライト方式を示し、液晶表示装置７００は、液晶表示パネル７１０と、液晶表示パネル７１０に光を提供するためのバックライトユニット７７０とを含むことができる。
液晶表示パネル７１０は、バックライトユニット７７０から提供される光を用いて画像を表示することができる。液晶表示パネル７１０は、液晶を挟んで互いに対向するカラーフィルタ基板７１２及び薄膜トランジスタ基板７１４を含むことができる。
カラーフィルタ基板７１２は、液晶表示パネル７１０を通じてディスプレイされる画像の色を具現することができる。
薄膜トランジスタ基板７１４は、駆動フィルム７１７を介して、多数の回路部品が実装される印刷回路基板７１８と電気的に接続されている。薄膜トランジスタ基板７１４は、印刷回路基板７１８から提供される駆動信号に応答して、印刷回路基板７１８から提供される駆動電圧を液晶に印加することができる。
薄膜トランジスタ基板７１４は、ガラスやプラスチックなどのような透明な材質の他の基板上に薄膜で形成された薄膜トランジスタ及び画素電極を含むことができる。
バックライトユニット７７０は、光を出力する発光素子モジュール７２０と、発光素子モジュール７２０から提供される光を面光源の形態に変更させて液晶表示パネル７１０に提供する導光板７３０と、導光板７３０から提供された光の輝度分布を均一にし、垂直入射性を向上させる多数のフィルム７５２，７６６，７６４と、導光板７３０の後方に放出される光を導光板７３０へと反射させる反射シート７４７とで構成される。
発光素子モジュール７２０は、複数の発光素子パッケージ７２４と、複数の発光素子パッケージ７２４が実装されてアレイをなすためのＰＣＢ基板７２２とを含むことができる。この場合、曲がった発光素子パッケージ７２４の実装の信頼性を向上させることができる。
一方、バックライトユニット７７０は、導光板７３０から入射される光を液晶表示パネル７１０の方向に拡散させる拡散フィルム７６６と、拡散された光を集光して垂直入射性を向上させるプリズムフィルム７５２とで構成することができ、プリズムフィルム７５２を保護するための保護フィルム７６４を含むことができる。
図１０は、実施形態に係る発光素子を含む液晶表示装置の分解斜視図である。ただし、図９で図示し、説明した部分については反復して詳細に説明しない。
図１０は、直下方式を示し、液晶表示装置８００は、液晶表示パネル８１０と、液晶表示パネル８１０に光を提供するためのバックライトユニット８７０とを含むことができる。
液晶表示パネル８１０は、図９で説明した通りであり、詳細な説明は省略する。
バックライトユニット８７０は、複数の発光素子モジュール８２３と、反射シート８２４と、発光素子モジュール８２３及び反射シート８２４が収納される下部シャーシ８３０と、発光素子モジュール８２３の上部に配置される拡散板８４０と、多数の光学フィルム８６０とを含むことができる。
発光素子モジュール８２３は、複数の発光素子パッケージ８２２と、複数の発光素子パッケージ８２２が実装されてアレイをなすためのＰＣＢ基板８２１とを含むことができる。
反射シート８２４は、発光素子パッケージ８２２から発生した光を、液晶表示パネル８１０が位置した方向に反射させることで、光の利用効率を向上させる。
一方、発光素子モジュール８２３から発生した光は拡散板８４０に入射し、拡散板８４０の上部には光学フィルム８６０が配置される。光学フィルム８６０は、拡散フィルム８６６、プリズムフィルム８５０及び保護フィルム８６４を含むことができる。
以上、実施形態を中心に説明したが、これは単なる例示であり、本発明を限定するものではなく、本発明の属する分野における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を逸脱しない範囲で、以上で例示していない様々な変形及び応用が可能であるということが理解されるであろう。例えば、実施形態に具体的に示した各構成要素は変形実施が可能である。そして、このような変形及び応用に係る差異点は、添付の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しなければならない。
Claims (9)
- 導電性基板と、
前記導電性基板上に配置される第１電極層と、
前記第１電極層上に配置される第１半導体層、第２半導体層、及び前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に位置する活性層を備える発光構造物と、
前記第２半導体層と電気的に接続された第２電極層とを含み、
前記第１電極層は、
前記導電性基板上に配置される金属電極層と、
前記金属電極層上に配置される透明電極層と、
前記金属電極層から延び、前記透明電極層を貫通して前記発光構造物に接するコンタクト部とを含み、
前記コンタクト部は、複数個が互いに離隔して配置され、
Ｂｅを含むディフュージョン領域が前記第１半導体層の下面全体に形成され、前記ディフュージョン領域が前記透明電極層及び前記コンタクト部と接触する発光素子。 - 前記ディフュージョン領域は、前記発光構造物にＢｅと発光構造物の少なくとも一部の構成元素とが混合して形成される、請求項１に記載の発光素子。
- 前記透明電極層の平面上の面積は、前記コンタクト部の平面上の面積よりも大きい、請求項１又は２に記載の発光素子。
- 前記金属電極層の材質は、前記コンタクト部の材質と同一である、請求項１、２又は３に記載の発光素子。
- 導電性基板と、
前記導電性基板上に配置される第１電極層と、
前記第１電極層上に配置される第１半導体層、第２半導体層、及び前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に位置する活性層を備える発光構造物と、
前記第２半導体層と電気的に接続された第２電極層と、
前記第１半導体層と前記第１電極層との間に配置されるウィンドウ層を含み、
前記第１電極層は、
前記導電性基板上に配置される金属電極層と、
前記金属電極層上に配置される透明電極層と、
前記金属電極層から延び、前記透明電極層を貫通して前記発光構造物に接するコンタクト部とを含み、
前記コンタクト部は、複数個が互いに離隔して配置され、
前記ウィンドウ層の下面全体にはＢｅを含むディフュージョン領域が形成され、前記ディフュージョン領域が前記透明電極層及び前記コンタクト部と接触する、発光素子。 - 前記ウィンドウ層は、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ及びＡｌＧａＡｓのいずれか一つを含む、請求項５に記載の発光素子。
- 前記コンタクト部は、
ＡｕＢｅ、Ａｇ及びＡｇ合金のいずれか一つを含む、請求項１又は６に記載の発光素子。 - 前記第１電極層は、
前記金属電極層の下に配置される金属接着層をさらに含む、請求項７に記載の発光素子。 - 前記コンタクト部の平面上の面積は、前記透明電極層の平面上の面積対比１０％〜２５％である、請求項８に記載の発光素子。
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