JP6796078B2 - 発光素子及び発光素子パッケージ - Google Patents

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Description

実施例は発光素子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(LED:Light Emitting Diode)は化合物半導体の特性を用いて電気を赤外線又は光に変換させて信号をやり取りするとか、光源として使われる半導体素子の一種である。
III−V族窒化物半導体(group III−V nitride semiconductor)は物理的及び化学的特性によって発光ダイオード(LED)又はレーザーダイオード(LD:Laser Diode)などの発光素子の核心素材として脚光を浴びている。
このような発光ダイオードは白熱灯と蛍光灯などの既存の照明器具に使われる水銀(Hg)のような環境有害物質を含んでいなくて環境に非常に優しく、長い寿命と低電力消費特性などの利点があるので、既存の光源を取り替えている。
フリップチップボンディング構造を有する既存の発光素子パッケージの場合、垂直方向に重畳するp型ボンディングパッドとn型電極を互いに電気的に離隔させる絶縁層が厚いn型電極によって正常に形成できなくて電気的な特性が悪化することがある問題点がある。
実施例は優れた電気的特性を有する発光素子及び発光素子パッケージを提供する。
一実施例による発光素子は、基板;前記基板に配置され、第1導電型半導体層、活性層及び第2導電型半導体層を含む発光構造物;前記第1及び第2導電型半導体層とそれぞれ連結される第1及び第2電極;前記第1及び第2電極とそれぞれ連結された第1及び第2ボンディングパッド;及び前記第1ボンディングパッドと前記第2電極の間及び前記第2ボンディングパッドと前記第1電極の間にそれぞれ配置された絶縁層を含み、前記第1電極の第1厚さは前記第2ボンディングパッドと前記第1電極の間に配置された前記絶縁層の第2厚さの1/3以下であってもよい。
例えば、前記第1電極は、前記第1及び第2ボンディングパッドの下側に配置された分岐電極;及び前記第1ボンディングパッドの下側に配置されたコンタクト電極を含み、前記第1厚さは前記分岐電極の厚さであってもよい。前記分岐電極は、前記第2ボンディングパッドの下側に配置された第1セグメント;及び前記第1ボンディングパッドの下側に配置された第2セグメントを含み、前記第1厚さは前記第1セグメントの厚さであってもよい。第1方向に前記基板の第1長さと前記分岐電極の第2長さは下記の式のような関係を有し、前記第1及び第2ボンディングパッドは前記発光構造物の厚さ方向に垂直な前記第1方向に互いに離隔してもよい。
L1×0.7>L2
ここで、L1は前記第1長さを示し、L2は前記第2長さを示す。
例えば、前記分岐電極は、前記第1セグメントと前記第2セグメントの間に配置された第3セグメントをさらに含むことができる。
例えば、前記分岐電極の前記第1セグメントの一部は前記第1導電型半導体層に埋め込まれることができる。前記第1電極の前記第1厚さは前記第1導電型半導体層に埋め込まれずに露出された部分の厚さであってもよい。
例えば、前記第1厚さは1μm以下であり、前記第2厚さは3.3μm以下であってもよい。
例えば、前記第1電極は前記絶縁層と対向する第1上面を含み、前記第1電極の前記第
1上面は少なくとも一つの第1リセスを有することができる。前記絶縁層は前記第1電極
上に配置される第2上面を含み、前記絶縁層の前記第2上面は少なくとも一つの第2リセ
スを含むことができる。前記第1電極の第1厚さは前記第1電極が前記第1リセスを有し
ないときより前記第1リセスを有するときにもっと厚くてもよい。
例えば、前記第1電極は、前記発光構造物の厚さ方向に垂直な方向に互いに離隔して配置された複数のサブ電極を含むことができる。前記第1電極の第1厚さは前記第1電極が前記第1リセスを有しないときより前記第1リセスを有するときにもっと厚くてもよい。前記絶縁層は前記複数のサブ電極の間に埋め込まれることができる。前記複数のサブ電極の厚さは互いに違ってもよく、互いに同一であってもよい。前記複数のサブ電極が離隔した距離は前記絶縁層が埋め込まれることができる工程誤差を考慮して決定されることができる。
例えば、前記第1ボンディングパッドと前記第2ボンディングパッドは第1方向に互いに対向し、前記第1ボンディングパッドの前記第1方向への長さは前記基板の前記第1方向への長さより小さく、前記第2ボンディングパッドの前記第1方向への長さは前記基板の前記第1方向への長さより小さくてもよい。
例えば、前記第1ボンディングパッドと前記第2ボンディングパッドは第1方向に互いに対向し、前記第1ボンディングパッドの前記第1方向への長さは前記分岐電極の前記第1方向への長さより小さく、前記第2ボンディングパッドの前記第1方向への長さは前記分岐電極の前記第1方向への長さより小さくてもよい。
他の実施例による発光素子パッケージは、前記発光素子;前記第1及び第2ボンディン
グパッドとそれぞれ連結された第1及び第2半田部;及び前記第1及び第2半田部とそれ
ぞれ電気的に連結された第1及び第2リードフレームをむことができる。
実施例による発光素子及び発光素子パッケージは、第1電極が適正な第1厚さ、例えば絶縁層の第2厚さの1/3以下の厚さを有することにより、第2ボンディングパッドと第1電極の間に絶縁層が正常に形成できるようにし、第1電極のスロープを改善して第1電極での不良発生を防止して優れた電気的特性を有する。
一実施例による発光素子の平面図を示す。 図1に示した発光素子をI−I’線に沿って切断した断面図を示す。 図3aは図1に示した発光素子をII−II’線に沿って切断した一実施例の断面図を示す。 図3bは図3aに示した‘A’部を拡大した断面図を示す。 図4aは図1に示した発光素子をII−II’線に沿って切断した他の実施例の断面図を示す。 図4bは図4aに示した‘B’部を拡大した断面図を示す。 図5aは図1に示した発光素子をII−II’線に沿って切断したさらに他の実施例の断面図を示す。 図5bは図5aに示した‘C’部を拡大した断面図を示す。 図6aは図1に示した発光素子をII−II’線に沿って切断したさらに他の実施例の断面図を示す。 図6bは図6aに示した‘D’部を拡大した断面図を示す。 図3aに示した発光素子の製造方法を説明するための工程断面図である。 図3aに示した発光素子の製造方法を説明するための工程断面図である。 図3aに示した発光素子の製造方法を説明するための工程断面図である。 図3aに示した発光素子の製造方法を説明するための工程断面図である。 図3aに示した発光素子の製造方法を説明するための工程断面図である。 図3aに示した発光素子の製造方法を説明するための工程断面図である。 図7dに示した‘E’部を拡大した工程断面図である。 一実施例による発光素子パッケージの断面図を示す。 図10aは比較例による発光素子の平面写真を示す。 図10bは図10aに示した比較例による発光素子の断面写真を示す。 図10cは図10bに示した比較例による発光素子の拡大断面写真を示す。 図3bに示した‘A’部の実施例による発光素子の断面写真を示す。
以下、本発明を具体的に説明するために実施例に基づいて説明し、発明の理解を助けるために添付図面を参照して詳細に説明する。しかし、本発明による実施例は色々の多様な形態に変形可能であり、本発明の範囲が以降で詳述する実施例に限定されるものとして解釈されてはいけない。本発明の実施例は当該業界で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供するものである。
本発明による実施例の説明において、各要素の“上”又は“下(on or under)”に形成されるものとして記載する場合、上又は下(on or under)は二つの要素が互いに直接(directly)接触するとかあるいは一つ以上の他の要素が前記二つの要素を挟んで(indirectly)形成されるものを全て含む。また、“上”又は“下(on or under)”と表現される場合、一つの要素を基準に上方だけではなく下方の意味も含むことができる。
また、以下で用いる“第1”及び“第2”、“上/上部/上方”及び“下/下部/下方”などの関係的用語は、そのような実体又は要素間のどんな物理的又は論理的関係又は手順を必ず要求するとか内包するとかしないながらも、ある一つの実体又は要素を他の実体又は要素と区別するために用いることもできる。
図面において、各層の厚さや大きさは説明の便宜性及び明確性のために省略するとかあるいは概略的に図示するとかした。また、各構成要素の大きさは実際の大きさをそのまま反映するものではない。
図1は一実施例による発光素子100の平面図を示し、図2は図1に示した発光素子100をI−I’線に沿って切断した断面図を示す。
図1及び図2を参照すると、実施例による発光素子100は、基板110、発光構造物120、第1及び第2電極132、134、絶縁層140及び第1及び第2ボンディングパッド152、154を含むことができる。ここで、第1及び第2ボンディングパッド152、154は発光素子100の構成要素として分類されることもでき、後述する発光素子パッケージ200の構成要素として分類されることもできる。
基板110上に発光構造物120が配置される。基板110は導電型物質又は非導電型物質を含むことができる。例えば、基板110は、サファイア(Al)、GaN、SiC、ZnO、GaP、InP、Ga、GaAs及びSiの中で少なくとも一つを含むことができる。また、活性層124から放出された光が発光素子100から脱出することを助けることができるように、例えば基板110はパターンを有するPSS(Patterned Sapphire Substrate)であってもよいが、実施例はこれに限られない。
基板110と発光構造物120間の熱膨張係数の差及び格子不整合を改善するために、これら110、120の間にバッファー層(又は、転移層)(図示せず)が配置できる。バッファー層は、例えばAl、In、N及びGaからなる群から選択される少なくとも1種の物質を含むことができるが、これに限られない。また、バッファー層は単層又は多層の構造を有することもできる。
発光構造物120は、基板110上に順次配置された第1導電型半導体層122、活性層124及び第2導電型半導体層126を含むことができる。
第1導電型半導体層122は第1導電型ドーパントがドープされたIII−V族又はII−VI族などの化合物半導体で具現可能である。第1導電型半導体層122がn型半導体層の場合、第1導電型ドーパントはn型ドーパントであり、Si、Ge、Sn、Se及びTeを含むことができるが、これに限定されない。
例えば、第1導電型半導体層122は、AlInGa(1−x−y)N(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体物質を含むことができる。第1導電型半導体層122は、GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、InGaAs、AlInGaAs、GaP、AlGaP、InGaP、AlInGaP及びInPの中でいずれか1種以上を含むことができる。
活性層124は第1導電型半導体層122と第2導電型半導体層126の間に配置され、第1導電型半導体層122を通じて注入される電子(又は、正孔)と第2導電型半導体層126を通じて注入される正孔(又は、電子)が互いに会って、活性層124を成す物質固有のエネルギーバンドによって決定されるエネルギーを有する光を放出する層である。活性層124は単一井戸構造、多重井戸構造、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造(MQW:Multi Quantum Well)、量子細線(Quantum−Wire)構造、又は量子ドット(Quantum Dot)構造の中で少なくともどの一構造に形成できる。
活性層124の井戸層/障壁層は、InGaN/GaN、InGaN/InGaN、GaN/AlGaN、InAlGaN/GaN、GaAs(InGaAs)/AlGaAs、GaP(InGaP)/AlGaPの中でいずれか一つ以上のペア構造に形成できるが、これに限定されない。井戸層は障壁層のバンドギャップエネルギーより低いバンドギャップエネルギーを有する物質で形成できる。
活性層124の上側又は/及び下側には導電型クラッド層(図示せず)が形成されることもできる。導電型クラッド層は活性層124の障壁層のバンドギャップエネルギーより高いバンドギャップエネルギーを有する半導体で形成できる。例えば、導電型クラッド層はGaN、AlGaN、InAlGaN又は超格子構造などを含むことができる。また、導電型クラッド層はn型又はp型でドープされることができる。
第2導電型半導体層126は活性層124の下側に配置され、半導体化合物で形成でき、III−V族又はII−VI族などの化合物半導体で具現可能である。例えば、第2導電型半導体層126はInAlGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体物質を含むことができる。第2導電型半導体層126には第2導電型ドーパントがドープされることができる。第2導電型半導体層126がp型半導体層の場合、第2導電型ドーパントはp型ドーパントであり、Mg、Zn、Ca、Sr、Baなどを含むことができる。
第1導電型半導体層122はn型半導体層で、かつ第2導電型半導体層126はp型半導体層で具現することができる。若しくは、第1導電型半導体層122はp型半導体層で、かつ第2導電型半導体層126はn型半導体層で具現することもできる。
発光構造物120はn−p接合構造、p−n接合構造、n−p−n接合構造及びp−n−p接合構造の中でいずれか一構造に具現することができる。
図1及び図2に示した発光素子100がフリップチップボンディング構造の場合、活性層124から放出された光は基板110及び第1導電型半導体層122を通じて出射される。このために、基板110及び第1導電型半導体層122は透光性を有する物質でなり、第2導電型半導体層126と第2電極134は透光性又は非透光性を有する物質でなることができる。
第1電極132は第1導電型半導体層122と連結され、第2電極134は第2導電型半導体層126と連結されることができる。
図1を参照すると、第1電極132は分岐(branch)電極132−1及びコンタクト(contact)電極132−2を含むことができる。
分岐電極132−1は第1ボンディングパッド152の下側だけでなく第2ボンディングパッド154の下側にも配置できる。分岐電極132−1は第1〜第3セグメントS1、S2、S3を含むことができる。分岐電極132−1において第1セグメントS1は第2ボンディングパッド154の下側に配置された部分を意味し、分岐電極132−1において第2セグメントS2は第1ボンディングパッド152の下側に配置された部分を意味し、第3セグメントS3は第1セグメントS1と第2セグメントS2の間の部分を意味することができる。
コンタクト電極132−2は第2ボンディングパッド154の下側に配置されず、第1ボンディングパッド152の下側にのみ配置できる。
分岐電極132−1及びコンタクト電極132−2のそれぞれは第1ボンディングパッド152と電気的に連結され、絶縁層140によって第2ボンディングパッド154と電気的に離隔することができる。
第1電極132はオーム接触する物質を含んでオームの役目を行うことによって別個のオーム層(図示せず)を配置する必要がないこともあり、別個のオーム層が第1電極132と第1導電型半導体層122の間に配置されることもできる。
また、第1電極132は活性層124から放出された光を吸収せずに反射させるとか透過させるとかすることがあり、第1導電型半導体層122に良質で成長可能ないずれの物質でも形成できる。例えば、第1電極132は金属で形成でき、Ag、Ni、Ti、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf、Cr及びこれらの選択的な組合せでなることができる。
第2電極134は発光構造物120の第2導電型半導体層126上に配置されて第2導電型半導体層126と電気的に連結されることができる。第2電極134は透光電極層(図示せず)及び反射層(図示せず)を含むことができる。
透光電極層は透明伝導性酸化膜(TCO:Tranparent Conductive Oxide)であってもよい。例えば、透光電極層は、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/IrOx/Au、及びNi/IrOx/Au/ITOの中で少なくとも1種を含むことができ、このような材料に限定しない。
反射層は透光電極層上に配置でき、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、又はAl又はAg又はPt又はRhを含む合金を含む金属層でなることができる。
第1ボンディングパッド152は第2導電型半導体層126と活性層124を貫いて第1導電型半導体層122を露出させるコンタクトホールCHに埋め込まれ、第1電極132を介して第1導電型半導体層122と電気的に連結されることができる。第2ボンディングパッド154は第2電極134を介して第2導電型半導体層126と電気的に連結されることができる。
第1ボンディングパッド152と第2ボンディングパッド154は発光構造物120の厚さ方向(例えば、x軸方向)に垂直な方向(例えば、y軸方向)に互いに離隔して配置できる。説明の便宜上、y軸方向を‘第1方向’と言い、x方向を‘第2方向’と言う。
第1及び第2ボンディングパッド152、154のそれぞれは電気的伝導性を有する金属物質を含むことができ、第1及び第2電極132、134のそれぞれの物質と同じとか違う物質を含むことができる。第1及び第2ボンディングパッド152、154のそれぞれはTi、Ni、Au又はSnの中で少なくとも1種を含むことができるが、実施例はこれに限られない。
絶縁層140は第1ボンディングパッド152と第2電極134の間に配置されてこれら152、134を互いに電気的に分離する役目をすることができる。また、絶縁層140は第2ボンディングパッド154と第1電極132の間に配置されてこれら154、132を互いに電気的に分離する役目をすることができる。絶縁層140が第2ボンディングパッド154と第1電極132の間に配置される形態は後述する図3a〜図6bに例示されている。
絶縁層140はSiO、TiO、ZrO、Si、Al、又はMgF
の中で少なくとも1種を含むことができる。若しくは、絶縁層140は分布ブラッグ反
(DBR:Distributed Bragg Reflector)であっても
よい。
また、図1を参照すると、第1方向(例えば、y軸方向)に基板110の第1長さ(L1)は分岐電極132−1の第2長さ(L2)より大きくてもよい。例えば、第1長さ(L1)と第2長さ(L2)は次の式1のような関係を有することができる。
Figure 0006796078
例えば、第1長さ(L1)は1000μmであり、第2長さ(L2)は600μmであってもよいが、実施例はこれに限られない。
また、第1ボンディングパッド152の第1方向への第3長さ(L3)は第1長さ(L1)より小さくて第2長さ(L2)よりも小さくてもよく、第2ボンディングパッド154の第1方向への第4長さ(L4)は第1長さ(L1)より小さくて第2長さ(L2)よりも小さくてもよい。
図3aは図1に示した発光素子100をII−II’線に沿って切断した一実施例100Aの断面図を示し、図3bは図3aに示した‘A’部を拡大した断面図を示す。
図3a及び図3bを参照すると、発光素子100Aは、基板110、発光構造物120、第1電極132A、第2電極134、絶縁層140A及び第2ボンディングパッド154を含む。ここで、基板110、発光構造物120、第1電極132A、第2電極134、絶縁層140A及び第2ボンディングパッド154は図2に示した基板110、発光構造物120、第1電極132、第2電極134、絶縁層140及び第2ボンディングパッド154とそれぞれ同じ機能をするので、その重複説明を省略する。図3a及び図3bに示した第1電極132A及び絶縁層140Aは図2に示した第1電極132及び絶縁層140の一実施例に相当する。
第1電極132Aの分岐電極132−1において第1セグメントS1の第1厚さ(T1)が厚い場合、例えば第1厚さ(T1)が第2ボンディングパッド154と第1電極132Aの間に配置された絶縁層140Aの第2厚さ(T2)の1/3より大きい場合、絶縁層140Aが正常に形成されないとか、絶縁層140Aにクラック(crack)が発生するとか、水分が浸透するとかすることがあり、第1電極132Aのスロープ(slope)が悪くなって段差を形成することもある。よって、第1及び第2長さ(L1、L2)が前述した式1のような関係を有するとき、第1厚さ(T1)は第2厚さ(T2)の1/3以下であってもよいが、実施例はこれに限られない。
また、コンタクトホールCHの深さに相応する第3厚さ(T3)は700nmであり、第2電極134の第4厚さ(T4)は300nmであってもよいが、実施例はこれに限られない。
図4aは図1に示した発光素子100をII−II’線に沿って切断した他の実施例100Bの断面図を示し、図4bは図4aに示した‘B’部を拡大した断面図を示す。
図4a及び図4bを参照すると、発光素子100Bは、基板110、発光構造物120、第1電極132B、第2電極134、絶縁層140B及び第2ボンディングパッド154を含む。ここで、基板110、発光構造物120、第1電極132B、第2電極134、絶縁層140B及び第2ボンディングパッド154は図2に示した基板110、発光構造物120、第1電極132、第2電極134、絶縁層140及び第2ボンディングパッド154とそれぞれ同じ機能をするので、その重複説明を省略する。図4a及び図4bに示した第1電極132B及び絶縁層140Bは図2に示した第1電極132及び絶縁層140の他の実施例に相当する。
図4a及び図4bに示したように、第1電極132Bにおいて分岐電極132−1の第1セグメントS1の一部は第1導電型半導体層122に埋め込まれることもできる。第1電極132Bにおいて第1導電型半導体層122に埋め込まれずに露出された部分の厚さが前述した第1厚さ(T1)に相当する。よって、第1及び第2長さ(L1、L2)が前述した式1のような関係を有するとき、図4bに示した第1厚さ(T1)は第2厚さ(T2)の1/3以下であってもよい。
第1電極132Bの総厚さ(TT)が第2厚さ(T2)の1/3より大きい場合にも、図4a及び図4bに示したように、第1電極132Bの一部を第1導電型半導体層122に埋め立てることによって、第1厚さ(T1)が第2厚さ(T2)の1/3以下となるようにすることができる。この場合、第1電極132の第1厚さ(T1)を厚くして発光素子100Bの電流拡散能力を改善させることができるだけではなく、絶縁層140Bを正常に形成することができる。したがって、絶縁層140Bにクラック(crack)が発生するとか水分が浸透することを防止することができ、第1電極132Bのスロープが悪化しないようにすることができる。
図5aは図1に示した発光素子100をII−II’線に沿って切断したさらに他の実施例100Cの断面図を示し、図5bは図5aに示した‘C’部を拡大した断面図を示す。
図5a及び図5bを参照すると、発光素子100Cは、基板110、発光構造物120、第1電極132C、第2電極134、絶縁層140C及び第2ボンディングパッド154を含む。ここで、基板110、発光構造物120、第1電極132C、第2電極134、絶縁層140C及び第2ボンディングパッド154は図2に示した基板110、発光構造物120、第1電極132、第2電極134、絶縁層140及び第2ボンディングパッド154とそれぞれ同じ機能をするので、その重複説明を省略する。図5a及び図5bに示した第1電極132C及び絶縁層140Cは図2に示した第1電極132及び絶縁層140のさらに他の実施例に相当する。
第1及び第2長さ(L1、L2)が前述した式1のような関係を有するとき、第1厚さ(T1)は第2厚さ(T2)の1/3以下であってもよいが、実施例はこれに限られない。
図5a及び図5bを参照すると、第1電極132Cは絶縁層140Cと対向する上面132C−1を含む。この際、第1電極132Cの上面132C−1は少なくとも一つの第1リセス(recess)R1を有することができる。このように、第1電極132Cの上面132C−1が第1リセスを有する場合、第1電極132C上に配置される絶縁層140Cの上面140C−1は少なくとも一つの第2リセスR2を有することができる。この場合、第1厚さ(T1)は図3a及び図3bに示した第1電極132Aの第1厚さ(T1)より大きくてもよい。なぜなら、図5a及び図5bに示した第1電極132Cの第1厚さ(T1)がたとえ図3a及び図3bに示した第1電極132Aの第1厚さ(T1)より厚いと言っても、第1リセスR1に絶縁層140Cが満たされることによって絶縁層140Cが正常に形成されるので、絶縁層140Cにクラックが発生するとか水分が浸透することを防止することができるからである。
図6aは図1に示した発光素子100をII−II’線に沿って切断したさらに他の実施例100Dの断面図を示し、図6bは図6aに示した‘D’部を拡大した断面図を示す。
図6a及び図6bを参照すると、発光素子100Dは、基板110、発光構造物120、第1電極132D、第2電極134、絶縁層140D及び第2ボンディングパッド154を含む。ここで、基板110、発光構造物120、第1電極132D、第2電極134、絶縁層140D及び第2ボンディングパッド154は図2に示した基板110、発光構造物120、第1電極132、第2電極134、絶縁層140及び第2ボンディングパッド154とそれぞれ同じ機能をするので、その重複説明を省略する。図6a及び図6bに示した第1電極132D及び絶縁層140Dは図2に示した第1電極132及び絶縁層140のさらに他の実施例に相当する。
図6a及び図6bを参照すると、第1電極132Dは複数のサブ電極132D−1、132D−2を含むことができる。図6a及び図6bの場合、2個のサブ電極132D−1、132D−2のみ示されているが、実施例はこれに限られない。すなわち、他の実施例によると、第1電極132Dは3個以上のサブ電極を含むこともできる。
サブ電極132D−1、132D−2は第1及び第2方向と違う第3方向に互いに一定距離(d)だけ位離隔して配置できる。ここで、第3方向は第1及び第2方向に垂直な方向で、z軸方向であってもよい。また、一定距離(d)は絶縁層140Dが埋め込まれることができるように工程誤差を考慮して設定することができる。
第1サブ電極132D−1は第1−1厚さ(T11)を有し、第2サブ電極132D−2は第1−2厚さ(T12)を有することができる。ここで、第1−1及び第1−2厚さ(T11、T12)は互いに同一であってもよく、互いに違ってもよい。
第1及び第2長さ(L1、L2)が前述した式1のような関係を有するとき、第1−1及び第1−2厚さ(T11、T12)のそれぞれは第2厚さ(T2)の1/3以下であってもよいが、実施例はこれに限られない。
図6a及び図6bに示したように、第1電極132Dが複数のサブ電極132D−1、132D−2に分割される場合、図3a及び図3bに示した第1電極132Aの第1厚さ(T1)より第1−1及び第1−2厚さ(T11、T12)のそれぞれが大きくてもよい。なぜなら、サブ電極132D−1、132D−2の間の空間に絶縁層140Dが埋め込まれることによって絶縁層140Dが正常に形成されるので、絶縁層140Dにクラックが発生するとか水分が浸透することを防止することができるからである。
一方、前述した実施例による発光素子100A〜100Dにおいて、第1厚さ(T1、T11、T12)は1μm以下であってもよく、第2厚さ(T2)は3.3μm以下であってもよい。例えば、第1厚さ(T1、T11、T12)は0.5μm、第2厚さ(T2)は3.3μmであってもよい。
以下、図3aに示した発光素子100Aの製造方法を添付図面に基づいて次のように説明するが、実施例はこれに限られない。すなわち、図3aに示した発光素子100Aは他の製造方法によっても製造できるのは言うまでもない。また、図4a、図5a及び図6aに示した発光素子100B、100C、100Dは図7a〜図7fに示した工程断面図の変形によって製造できる。
図7a〜図7fは図3aに示した発光素子100Aの製造方法を説明するための工程断面図である。
図7aを参照すると、基板110上に発光構造物120を形成する。基板110は導電型物質又は非導電型物質で形成できる。例えば、基板110は、サファイア(Al)、GaN、SiC、ZnO、GaP、InP、Ga、GaAs及びSiの中で少なくとも1種で形成できる。また、活性層124から放出された光が発光素子100から脱出することを助けることができるように、例えば基板110はパターンを有するPSS(Patterned Sapphire Substrate)の形態に形成されることもできるが、実施例はこれに限られない。
基板110上に第1導電型半導体層122、活性層124及び第2導電型半導体層126を順次積層して発光構造物120を形成することができる。
第1導電型半導体層122は第1導電型ドーパントがドープされたIII−V族又はII−VI族などの化合物半導体で形成することができる。第1導電型半導体層122がn型半導体層の場合、第1導電型ドーパントはn型ドーパントであり、Si、Ge、Sn、Se、Teを含むことができるが、これに限定されない。
例えば、第1導電型半導体層122はAlInGa(1−x−y)N(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体物質で形成できる。第1導電型半導体層122は、GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、InGaAs、AlInGaAs、GaP、AlGaP、InGaP、AlInGaP及びInPの中でいずれか1種以上で形成できる。
活性層124を第1導電型半導体層122上に形成する。活性層124は単一井戸構造、多重井戸構造、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造(MQW:Multi Quantum Well)、量子細線(Quantum−Wire)構造、又は量子ドット(Quantum Dot)構造の中で少なくとも一構造に形成できる。
活性層124の井戸層/障壁層は、InGaN/GaN、InGaN/InGaN、GaN/AlGaN、InAlGaN/GaN、GaAs(InGaAs)/AlGaAs、GaP(InGaP)/AlGaPの中でいずれか一ペア以上の構造に形成できるが、これに限定されない。井戸層は障壁層のバンドギャップエネルギーより低いバンドギャップエネルギーを有する物質で形成できる。
活性層124の上側又は/及び下側には導電型クラッド層(図示せず)が形成できる。導電型クラッド層は活性層124の障壁層のバンドギャップエネルギーより高いバンドギャップエネルギーを有する半導体で形成できる。例えば、導電型クラッド層はGaN、AlGaN、InAlGaN又は超格子構造などを含むことができる。また、導電型クラッド層はn型又はp型でドープされることができる。
第2導電型半導体層126は活性層124上に形成でき、半導体化合物で形成でき、III−V族又はII−VI族などの化合物半導体で具現可能である。例えば、第2導電型半導体層126はInAlGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体物質で形成できる。第2導電型半導体層126には第2導電型ドーパントがドープされることができる。第2導電型半導体層126がp型半導体層の場合、第2導電型ドーパントはp型ドーパントであり、Mg、Zn、Ca、Sr、Baなどを含むことができる。
その後、図7bを参照すると、発光構造物120の第2導電型半導体層126、活性層124及び第1導電型半導体層122の一部をメサ(MESA)食刻して複数のコンタクトホールCHを形成することができる。
その後、図7cを参照すると、第2導電型半導体層126上に第2電極134を形成することができる。第2電極134は発光構造物120の第2導電型半導体層126上に形成できる。第2電極134は透光電極層(図示せず)及び反射層(図示せず)を含むように形成できる。
透光電極層は2導電型半導体層126上に形成でき、透明伝導性酸化膜(TCO:T
ranparent Conductive Oxide)であってもよい。例えば、透
光電極層は、ITO(indium tin oxide)、IZO(indium z
inc oxide)、IZTO(indium zinc tin oxide)、I
AZO(indium aluminum zinc oxide)、IGZO(ind
ium gallium zinc oxide)、IGTO(indium gall
ium tin oxide)、AZO(aluminum zinc oxide)、
ATO(antimony tin oxide)、GZO(gallium zinc
oxide)、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au、及び
Ni/IrOx/Au/ITOの中で少なくとも1種で形成でき、このような材料に限定
しない。
反射層は透光電極層上に形成でき、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、又はAl又はAg又はPt又はRhを含む合金を含む金属層でなることができる。
その後、図7dを参照すると、第1電極132Aが形成される領域を露出させ、その他に発光構造物120と第2電極134を覆う金属マスクMMを形成する。
図8は図7dに示した‘E’部を拡大した工程断面図である。
図7d及び図8を参照すると、金属マスクMMによって露出された部分に金属物質を満たして第1電極132Aを形成する。その後、図7eに示したように、金属マスクMMを除去して第1電極132Aを完成する。図8を参照すると、第1電極132Aを厚く形成しようとする場合、第1電極132Aが険しく形成され、ボイド(void)が生成することができることが分かる。
前述したように、第2電極132を形成した後に第1電極132Aを形成することができるが、実施例はこれに限られない。すなわち、他の実施例によると、第1電極132Aを形成した後に第2電極134を形成することもでき、第1及び第2電極132A、134を同時に形成することもできる。
また、第1電極132Aは活性層124から放出された光を吸収せずに反射させるとか透過させるとかすることがあり、第1導電型半導体層122に良質で成長可能ないずれの物質でも形成できる。例えば、第1電極132Aは金属で形成でき、Ag、Ni、Ti、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf、Cr及びこれらの選択的な組合せでなることができる。
その後、図7fを参照すると、第2電極134を露出させながらその他に第1電極132と発光構造物120を覆うように絶縁層140Aを形成する。例えば、絶縁層140Aは物理的気相蒸着(PVD:Physical Vapor Deposition)法で形成できるが、実施例はこれに限られない。絶縁層140AはSiO、TiO、ZrO、Si、Al、又はMgFの中で少なくとも1種で形成でき、あるいは分布ブラッグ反射器(DBR)の構造に形成されることもできる。
その後、図3aを参照すると、絶縁層140Aによって露出された第2電極134と電気的に連結されるように第2ボンディングパッド154を形成する。この時、たとえ図示されてはいないが、第2ボンディングパッド154を形成するとき、図2に示した第1ボンディングパッド152も一緒に形成することができる。
第1及び第2ボンディングパッド152、154のそれぞれは電気的伝導性を有する金属物質で形成でき、第1及び第2電極132A、134のそれぞれの物質と同じとか違う物質で形成できる。第1及び第2ボンディングパッド152、154のそれぞれはTi、Ni、Au又はSnの中で少なくとも1種で形成できるが、実施例はこれに限られない。
図9は一実施例による発光素子パッケージ200の断面図を示す。
図9に示した発光素子パッケージ200は、発光素子100、第1及び第2リードフレーム212、214、絶縁部216、パッケージ胴体220、モールディング部材230及び第1及び第2半田部242、244を含むことができる。
図9に示した発光素子100は図2に示した発光素子に相当するが、実施例はこれに限られない。
第1半田部242は第1ボンディングパッド152と第1リードフレーム212の間に配置されてこれら152、212を電気的に連結する役目をする。第2半田部244は第2ボンディングパッド154と第2リードフレーム214の間に配置されてこれら154、214を電気的に連結する役目をする。
第1及び第2半田部242、244のそれぞれは半田ペースト(solder paste)又は半田ボール(solder ball)であってもよいが、実施例はこれに限られない。
前述した第1半田部242は第1ボンディングパッド152を介して第1導電型半導体層122を第1リードフレーム212に電気的に連結させ、第2半田部244は第2ボンディングパッド154を介して第2導電型半導体層126を第2リードフレーム214に電気的に連結させることができる。
また、第1半田部242及び第2半田部244は省略することもできる。この場合、第1ボンディングパッド152が第1半田部242の役目をし、第2ボンディングパッド154が第2半田部244の役目をすることができる。すなわち、第1半田部242と第2半田部244が省略される場合、第1ボンディングパッド152は第1リードフレーム212と直接連結され、第2ボンディングパッド154は第2リードフレーム214と直接連結されることができる。
第1リードフレーム212は第1半田部242を介して第1ボンディングパッド152と電気的に連結され、第2リードフレーム214は第2半田部244を介して第2ボンディングパッド154と電気的に連結されることができる。第1及び第2リードフレーム212、214は絶縁部216によって互いに電気的に離隔することができる。第1及び第2リードフレーム212、214のそれぞれは導電型物質、例えば金属でなることができ、実施例は第1及び第2リードフレーム212、214のそれぞれの物質の種類に限られない。
絶縁部216は第1及び第2リードフレーム212、214の間に配置され、第1及び第2リードフレーム212、214を電気的に絶縁させる。このために、絶縁部216はSiO、TiO、ZrO、Si、Al、又はMgFの中で少なくとも1種を含むことができるが、実施例はこれに限られない。
また、パッケージ胴体220は第1及び第2リードフレーム212、214と一緒にキャビティCVを形成することができるが、実施例はこれに限られない。他の実施例によると、パッケージ胴体220のみでキャビティCVを形成することもできる。若しくは、上面が平たいパッケージ胴体220上に隔壁(barrier wall)(図示せず)が配置され、隔壁とパッケージ胴体220の上面によってキャビティCVが規定されることもできる。
キャビティCV内に図2に示したように発光素子100が配置できる。パッケージ胴体220は、シリコン、合成樹脂又は金属を含んで形成できる。仮に、パッケージ胴体220が導電型物質、例えば金属物質でなる場合、第1及び第2リードフレーム212、214はパッケージ胴体220の一部であってもよい。この場合にも、第1及び第2リードフレーム212、214を形成するパッケージ胴体220は絶縁部216によって互いに電気的に分離されることができる。
モールディング部材230はキャビティCV内に配置された発光素子100を取り囲んで保護するように配置できる。モールディング部材230は、例えばシリコン(Si)で具現でき、蛍光体を含むので、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。蛍光体としては発光素子100から発生した光を白色光に変換させることができるYAG系、TAG系、Silicate系、Sulfide系又はNitride系の中でいずれか1種の波長変換手段である蛍光物質を含むことができるが、実施例は蛍光体の種類に限られない。
YAG系及びTAG系蛍光物質としては、(Y、Tb、Lu、Sc、La、Gd、Sm)3(Al、Ga、In、Si、Fe)5(O、S)12:Ceの中で選択して使うことができ、Silicate系蛍光物質としては(Sr、Ba、Ca、Mg)2SiO4:(Eu、F、Cl)の中で選択して使うことができる。
また、Sulfide系蛍光物質としては(Ca、Sr)S:Eu、(Sr、Ca、Ba)(Al、Ga)2S4:Euの中で選択して使うことができ、Nitride系蛍光体としては(Sr、Ca、Si、Al、O)N:Eu(例えば、CaAlSiN4:Euβ−SiAlON:Eu)又はCa−αSiAlON:Eu系の(Cax、My)(Si、Al)12(O、N)16(ここで、MはEu、Tb、Yb又はErの中で少なくとも1種の物質であり、0.05<(x+y)<0.3、0.02<x<0.27及び0.03<y<0.3)蛍光体成分の中で選択して使うことができる。
赤色蛍光体としては、N(例えば、CaAlSiN3:Eu)を含む窒化物(Nitride)系蛍光体を使うことができる。このような窒化物系赤色蛍光体は硫化物(Sulfide)系蛍光体より熱、水分などの外部環境に対する信頼性に優れるだけでなく変色の危険が小さい。
図10aは比較例による発光素子の平面写真を示し、図10bは図10aに示した比較例による発光素子の断面写真を示し、図10cは図10bに示した比較例による発光素子の拡大断面写真を示す。
図11は図3bに示した‘A’部の実施例による発光素子100の断面写真を示す。
図10aに示した比較例による発光素子の分岐電極132−1及びコンタクト電極132−2は図1に示した実施例による発光素子100の分岐電極132−1及びコンタクト電極132−2とそれぞれ同じ役目をすることができる。
第1電極132の第1厚さ(T1)を厚くする場合、発光素子100の電流拡散能力が改善することができる。しかし、第1厚さ(T1)があまり厚い場合、絶縁層140が正常に形成されなくて第1電極132で不良が発生することがある。
例えば、比較例による発光素子において第1電極132の第1厚さ(T1)が1.5μmの場合、絶縁層140にクラックによるリーケージ(leakage)302、304又は図10cに示したように空隙306が生じて水分が浸透することができ、第1電極132のスロープが悪化して第1電極132が段差状に形成されることもできる。結局、比較例による発光素子の場合、第1電極の厚さが厚くて電気的特性が悪化することがある。
これを解消するために、前述した実施例による発光素子100、100A〜100D及び発光素子パッケージ200において、第1電極132、132A〜132Dの第1厚さ(T1、T11、T12)は絶縁層140、140A〜140Dの第2厚さ(T2)の1/3以下で、比較例による発光素子の第1電極の厚さより薄い。例えば、第1電極132、132A〜132Dの第1厚さ(T1、T11、T12)が0.5μmの場合、図11に示したように、絶縁層140、140A〜140Dが正常に形成でき、第1電極132、132A〜132Dのスロープが改善することもできるので、第1電極132、132A〜132Dの不良発生を防止することができる。結局、実施例による発光素子は比較例による発光素子より優れた電気的特性を有することができる。
実施例による発光素子パッケージは、複数が基板上に配列されることができ、発光素子パッケージの光経路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、光学部材はバックライトユニットとして機能することができる。
また、実施例による発光素子パッケージを含む表示装置、指示装置、照明装置に応用可能である。
ここで、表示装置は、ボトムカバーと、ボトムカバー上に配置される反射板と、光を放出する発光モジュールと、反射板の前方に配置され、発光モジュールから発散される光を前方に案内する導光板と、導光板の前方に配置されるプリズムシートを含む光学シートと、光学シートの前方に配置されるディスプレイパネルと、ディスプレイパネルと連結され、ディスプレイパネルに画像信号を供給する画像信号出力回路と、ディスプレイパネルの前方に配置されるカラーフィルターとを含むことができる。ここで、ボトムカバー、反射板、発光モジュール、導光板及び光学シートはバックライトユニット(Backlight Unit)を成すことができる。
また、照明装置は、基板と実施例による発光素子パッケージを含む光源モジュール、光源モジュールの熱を発散させる放熱体、及び外部から受けた電気的信号を処理又は変換して光源モジュールに提供する電源提供部を含むことができる。例えば、照明装置は、ランプ、ヘッドランプ、又は街灯を含むことができる。
ヘッドランプは、基板上に配置される発光素子パッケージを含む発光モジュール、発光モジュールから照射される光を一定方向に、例えば前方に反射させるリフレクター(reflector)、リフレクターによって反射される光を前方に屈折させるレンズ、及びリフレクターによって反射されてレンズに向かう光の一部を遮断又は反射して設計者が望む配光パターンを成すようにするシェード(shade)を含むことができる。
以上で実施例に基づいて説明したが、これはただ例示にすぎないもので、本発明を限定するものではなく、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例の本質的な特性を逸脱しない範疇内で以上で例示しなかった多様な変形及び応用が可能であることが分かるであろう。例えば、実施例に具体的に示した各構成要素は変形して実施することができるものである。そして、このような変形及び応用に係わる相違点は添付の請求範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものとして解釈されなければならないであろう。
発明の実施のための形態
発明の実施のための形態は前述した“発明を実施するための形態”で充分に説明された。
実施例による発光素子及び発光素子パッケージは表示装置や指示装置、又はランプ、ヘドランプ又は街灯のような照明装置に応用可能である。

Claims (14)

  1. 基板と、
    前記基板に配置され、第1導電型半導体層、活性層及び第2導電型半導体層を含み、前記第2導電型半導体層と前記活性層を貫通して前記第1導電型半導体層を露出させるコンタクトホールを含む発光構造物と、
    前記コンタクトホールに埋め込まれ、前記第1導電型半導体層と電気的に連結される第1電極と、
    記第2導電型半導体層と結される2電極と、
    前記第1及び第2電極とそれぞれ連結された第1及び第2ボンディングパッドと、
    前記第1ボンディングパッドと前記第2電極の間及び前記第2ボンディングパッドと前記第1電極の間にそれぞれ配置された絶縁層と、を含み、
    前記第1電極は、
    前記第1及び第2ボンディングパッドの下側に配置された分岐電極と、
    前記第1ボンディングパッドの下側に配置されたコンタクト電極と、を含み、
    前記分岐電極は、
    前記第2ボンディングパッドの下側に配置され、前記絶縁層によって前記第2ボンディングパッドから電気的に離隔した第1セグメントと、
    前記第1ボンディングパッドの下側に配置された第2セグメントと、を含み、
    前記第1電極の前記第1セグメントは、前記コンタクトホールに埋め込まれた前記絶縁層と対向し、前記第2ボンディングパッドと向き合う第1上面を含み、
    前記第1電極の前記第1上面は前記絶縁層が満たされる少なくとも1つの第1リセスを有し、
    前記発光構造物の厚さ方向に、前記第1上面において前記第1リセスが形成されていない部分と前記コンタクトホールの底面との間の前記第1電極の第1厚さは前記第2ボンディングパッドの底面と前記第1電極の前記第1上面において前記第1リセスが形成されていない部分との間に配置された前記絶縁層の第2厚さの1/3以下である、発光素子。
  2. 前記発光構造物の前記厚さ方向に垂直な第1方向に前記基板の第1長さと前記分岐電極の第2長さは下記の式のような関係を有し、
    前記第1及び第2ボンディングパッドは記第1方向に互いに離隔する、請求項に記載の発光素子。
    L1×0.7>L2
    (ここで、L1は前記第1長さを示し、L2は前記第2長さを示す)
  3. 記第1セグメントは、
    記基板と向き合う前記第1上面の反対側下面を含み、
    前記下面は前記コンタクトホールの底面より前記基板に近い、請求項に記載の発光素子。
  4. 前記第1厚さは1μm以下であり、前記第2厚さは3.3μm以下である、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の発光素子。
  5. 前記分岐電極は、前記第1セグメントと前記第2セグメントとの間に配置された第3セグメントをさらに含む、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の発光素子。
  6. 前記第1電極の前記第1上面及び第2ボンディングパッドと前記第1方向に重畳する前記絶縁層は前記第2ボンディングパッドと対向する第2上面を含み、
    前記絶縁層の前記第2上面は少なくともつの第2リセスを含む、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の発光素子。
  7. 基板と、
    前記基板に配置され、第1導電型半導体層、活性層及び第2導電型半導体層を含み、前記第2導電型半導体層と前記活性層を貫通して前記第1導電型半導体層を露出させるコンタクトホールを含む発光構造物と、
    前記コンタクトホールに埋め込まれ、前記第1導電型半導体層と電気的に連結される第1電極と、
    前記第2導電型半導体層と連結される第2電極と、
    前記第1及び第2電極とそれぞれ連結された第1及び第2ボンディングパッドと、
    前記第1ボンディングパッドと前記第2電極との間及び前記第2ボンディングパッドと前記第1電極との間にそれぞれ配置された絶縁層と、を含み、
    前記第1電極は、
    前記第1及び第2ボンディングパッドの下側に配置された分岐電極と、
    前記第1ボンディングパッドの下側に配置されたコンタクト電極と、を含み、
    前記分岐電極は、
    前記第2ボンディングパッドの下側に配置され、前記絶縁層によって前記第2ボンディングパッドから電気的に離隔した第1セグメントと、
    前記第1ボンディングパッドの下側に配置された第2セグメントと、を含み、
    前記第1電極の前記第1セグメントは、前記コンタクトホールに埋め込まれた前記絶縁層と対向し、前記第2ボンディングパッドと向き合う第1上面を含み、
    前記第1電極の前記第1セグメントは、前記発光構造物の厚さ方向に垂直な第1方向に互いに離隔して配置された複数のサブ電極を含み、
    前記発光構造物の厚さ方向に、前記第1電極の前記第1上面と前記コンタクトホールの底面との間の第1厚さは、前記第2ボンディングパッドの底面と前記第1電極の前記第1上面との間に配置された前記絶縁層の第2厚さの1/3以下であり、
    前記絶縁層は前記複数のサブ電極の間に埋め込まれた、光素子。
  8. 前記複数のサブ電極の厚さは互いに異なる、請求項に記載の発光素子。
  9. 前記複数のサブ電極の厚さは互いに同一である、請求項に記載の発光素子。
  10. 前記複数のサブ電極が離隔した距離は前記絶縁層が埋め込まれることができる工程誤差を考慮して決定された、請求項7から請求項9のいずれか一項に記載の発光素子。
  11. 前記発光構造物の前記厚さ方向に垂直な第1方向に前記第1ボンディングパッドと前記第2ボンディングパッドいに対向し、
    前記第1ボンディングパッドの前記第1方向への長さは前記基板の前記第1方向への長さより小さく、
    前記第2ボンディングパッドの前記第1方向への長さは前記基板の前記第1方向への長さより小さい、請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の発光素子。
  12. 前記発光構造物の前記厚さ方向に垂直な第1方向に前記第1ボンディングパッドと前記第2ボンディングパッドいに対向し、
    前記第1ボンディングパッドの前記第1方向への長さは前記分岐電極の前記第1方向への長さより小さく、
    前記第2ボンディングパッドの前記第1方向への長さは前記分岐電極の前記第1方向への長さより小さい、請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の発光素子。
  13. 前記絶縁層は分布ブラッグ反射層を含む、請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の発光素子。
  14. 請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の発光素子と、
    前記第1及び第2ボンディングパッドとそれぞれ連結された第1及び第2半田部と、
    前記第1及び第2半田部とそれぞれ電気的に連結された第1及び第2リードフレームと、を含む、発光素子パッケージ。
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