JP5858633B2 - 発光素子、発光素子パッケージ - Google Patents
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Description
本発明は、発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージ及び照明システムに関する。
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つである。発光ダイオードは、蛍光灯、白熱灯などの既存の光源に比べて、低消費電力、半永久的な寿命、早い応答速度、安全性、環境親和性の利点を有する。よって、既存の光源を発光ダイオードに代替するための多くの研究が行われており、発光ダイオードは、室内外で使用される各種のランプ、液晶表示装置、電光掲示板、街路灯などの照明装置の光源としての使用が増加している傾向にある。
本発明の実施形態は、新規な構造を有する発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージ及び照明システムを提供する。
本発明の実施形態は、信頼性の向上した発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージ及び照明システムを提供する。
本発明の実施形態による発光素子は、伝導性支持基板と、伝導性支持基板上のオーミックコンタクト層及び電流遮断層と、オーミックコンタクト層及び電流遮断層上の発光構造層と、発光構造層上で電流遮断層と少なくとも一部分がオーバーラップする電極と、電流遮断層と伝導性支持基板の間で電流遮断層と少なくとも一部分がオーバーラップする第１の電流ガイド層と、を含む。
本発明の実施形態による発光素子は、伝導性支持基板と、伝導性支持基板上の縁領域に配置された保護層と、保護層の一部分及び伝導性支持基板上に配置された発光構造層と、伝導性支持基板と保護層の間に、保護層から離隔して保護層と少なくとも一部分がオーバーラップする電流ガイド層と、を含む。
本発明の実施形態による発光素子パッケージは、パッケージ本体と、パッケージ本体に設けられた第１の電極層及び第２の電極層と、第１の電極層及び第２の電極層に電気的に接続された発光素子と、を含み、発光素子は、伝導性支持基板と、伝導性支持基板上のオーミックコンタクト層及び電流遮断層と、オーミックコンタクト層及び電流遮断層上の発光構造層と、発光構造層上に電流遮断層と少なくとも一部分がオーバーラップする電極と、電流遮断層と伝導性支持基板の間に電流遮断層と少なくとも一部分がオーバーラップする電流ガイド層と、を含む。
本発明の照明システムによると、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何れか一つが配置され、所望の光学的効果を得ることができる。
実施形態による照明システムは、実施形態による発光素子パッケージを含むことで信頼性を向上させることができる。
実施形態の説明において、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）」に形成されると記載される場合、「上（ｏｎ）」と「下（ｕｎｄｅｒ）」は「直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）」または「他の層を介在させて（ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）」形成されることの両方を含む。また、各層の上または下に対する基準は、図面を基準に説明する。
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に誇張または省略され、または概略的に示されている。また、各構成要素の大きさは実際の大きさを全面的に反映するものではない。
以下、添付の図面を参照しながら実施形態による発光素子、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、第１の実施形態による発光素子を示す図である。
図１を参照すると、第１の実施形態による発光素子１００は、伝導性支持基板１７５と、伝導性支持基板１７５上の接合層１７０と、接合層１７０上の反射層１６０と、反射層１６０上のオーミックコンタクト層１５０と、接合層１７０の上面の縁領域に形成された保護層１４０と、オーミックコンタクト層１５０及び保護層１４０上に形成されて光を生成する発光構造層１３５と、発光構造層１３５上の電極１１５とを含む。
また、発光素子１００は、発光構造層１３５とオーミックコンタクト層１５０の間に電流遮断層１４５を含み、電流遮断層１４５の下には、電流遮断層１４５と離隔して電流遮断層１４５の縁に電流の流れが集中することを緩和するための第１の電流ガイド層１４６と第２の電流ガイド層１４７を含む。
第１の電流ガイド層１４６は、反射層１６０と接合層１７０の間に配置され、第２の電流ガイド層１４７は、接合層１７０と伝導性支持基板１７５の間に配置される。第１の電流ガイド層１４６と第２の電流ガイド層１４７は両方とも形成されてもよく、何れか一つのみ形成されてもよい。
第１の電流ガイド層１４６の少なくとも一部分は、電流遮断層１４５と垂直方向にオーバーラップしてもよく、第２の電流ガイド層１４７の少なくとも一部分は、電流遮断層１４５及び／または第１の電流ガイド層１４６と垂直方向にオーバーラップしてもよい。
図１５は、電流遮断層１４５と第１の電流ガイド層１４６の位置関係を例示した図である。第１の電流ガイド層１４６は、電流遮断層１４５の縁に電流の流れが集中することをより効果的に緩和するために、電流遮断層１４５よりも広い幅を有するように形成されてもよい。例えば、第１の電流ガイド層１４６の縁と電流遮断層１４５の縁の間の水平方向の距離Ｂは、第１の電流ガイド層１４６と電流遮断層１４５の間の距離Ａより大きく設計されてもよい。図１５には、電流遮断層１４５と第１の電流ガイド層１４６の間の位置関係が例示されているが、このような関係は、第２の電流ガイド層１４７及び後述される第４の電流ガイド層１４８または第５の電流ガイド層１４８ａに適用されることもできる。
また、保護層１４０の下には、保護層１４０と離隔して、保護層１４０の縁に電流の流れが集中することを緩和するための第３の電流ガイド層１４９が配置される。第３の電流ガイド層１４９の少なくとも一部分は、保護層１４０と垂直方向にオーバーラップしてもよい。実施形態には、第３の電流ガイド層１４９が接合層１７０と伝導性支持基板１７５の間に配置された例が示されている。
伝導性支持基板１７５は、発光構造層１３５を支持し、電極１１５と共に発光構造層１３５に電源を提供することができる。伝導性支持基板１７５は、例えば、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅‐タングステン（Ｃｕ‐Ｗ）、キャリアウェハ（例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅなど）のうち少なくとも一つを含んでもよい。
伝導性支持基板１７５の厚さは、発光素子１００の設計によって異なるが、例えば、３０μｍ〜５００μｍの厚さを有しても良い。
伝導性支持基板１７５の厚さは、発光素子１００の設計によって異なるが、例えば、３０μｍ〜５００μｍの厚さを有しても良い。
伝導性支持基板１７５上には、接合層１７０が形成されてもよい。接合層１７０は、ボンディング層として反射層１６０と保護層１４０の下に形成される。接合層１７０は、反射層１６０、オーミックコンタクト層１５０及び保護層１４０に接触し、反射層１６０、オーミックコンタクト層１５０及び保護層１４０が伝導性支持基板１７５に強く接合されるようにする。
接合層１７０は、バリア金属またはボンディング金属などを含み、例えば、Ｔｉ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、ＡｇまたはＴａのうち少なくとも一つを含んでもよい。
接合層１７０上には、反射層１６０が形成されてもよい。反射層１６０は、発光構造層１３５から入射する光を反射して、光抽出効率を改善することができる。
反射層１６０は、例えば、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆのうち少なくとも一つを含む金属または合金で形成されてもよい。また、反射層１６０は、金属または合金とＩＺＯ、ＩＺＴＯ、ＩＡＺＯ、ＩＧＺＯ、ＩＧＴＯ、ＡＺＯ、ＡＴＯなどの透光性伝導性物質を用いて多層に形成されてもよく、例えば、ＩＺＯ／Ｎｉ、ＡＺＯ／Ａｇ、ＩＺＯ／Ａｇ／Ｎｉ、ＡＺＯ／Ａｇ／Ｎｉなどに積層されてもよい。
実施形態には、反射層１６０の上面がオーミックコンタクト層１５０と接触する例が示されているが、反射層１６０は、保護層１４０、電流遮断層１４５、または発光構造層１３５と接触してもよい。すなわち、オーミックコンタクト層１５０を形成せず反射層１６０が第２導電型の半導体層１３０と接触するように形成されてもよく、このとき、反射層１６０は、第２導電型の半導体層１３０に対してオーミック接触特性を有する物質で選択されてもよい。
反射層１６０上には、オーミックコンタクト層１５０が形成されてもよい。オーミックコンタクト層１５０は、第２導電型の半導体層１３０にオーミック接触して、発光構造層１３５に電源が円滑に供給されるようにし、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）のうち少なくとも何れか一つを含んでもよい。
すなわち、オーミックコンタクト層１５０としては、透光性伝導層と金属を選択的に使用してもよく、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＺＴＯ、ＩＡＺＯ、ＩＧＺＯ、ＩＧＴＯ、ＡＺＯ、ＡＴＯ、ＧＺＯ（ｇａｌｌｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、ＲｕＯｘ／ＩＴＯ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｎｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ、及びＮｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ／ＩＴＯのうち一つ以上を用いて単層または多層に具現してもよい。
実施形態には、オーミックコンタクト層１５０が電流遮断層１４５の下面及び側面と接触する例が示されているが、オーミックコンタクト層１５０は、電流遮断層１４５と離隔して配置されるか、あるいは電流遮断層１４５の側面にのみ接触してもよい。
オーミックコンタクト層１５０と第２導電型の半導体層１３０の間には、電流遮断層（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｂｌｏｃｋｉｎｇ Ｌａｙｅｒ、ＣＢＬ）１４５が形成されてもよい。電流遮断層１４５の上面は第２導電型の半導体層１３０と接触し、電流遮断層１４５の下面及び側面はオーミックコンタクト層１５０と接触する。
電流遮断層１４５は、電極１１５と垂直方向に少なくとも一部が重畳するように形成されてもよく、これにより電極１１５と伝導性支持基板１７５の間の最短距離に電流が集中する現象を緩和して、発光素子１００の発光効率を向上させることができる。
電流遮断層１４５は、反射層１６０またはオーミックコンタクト層１５０より電気伝導性の低い物質、第２導電型の半導体層１３０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してもよく、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＺＴＯ、ＩＡＺＯ、ＩＧＺＯ、ＩＧＴＯ、ＡＺＯ、ＡＴＯ、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯｘ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒのうち少なくとも一つを含む。
保護層１４０は、接合層１７０の上面の縁領域に形成されてもよい。すなわち、保護層１４０は、発光構造層１３５と接合層１７０の間の縁領域に形成されてもよく、ＺｎＯまたはＳｉＯ２のような電気絶縁性物質で形成されてもよい。保護層１４０の一部分は発光構造層１３５と垂直方向にオーバーラップする。
保護層１４０は、接合層１７０と活性層１２０の間の側面での距離を増加させる。これにより、接合層１７０と活性層１２０の間の電気的短絡が発生する可能性を減少させることができる。
また、保護層１４０は、チップ分離工程で発光構造層１３５を単位チップに分離するために分離（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）エッチングを実施する場合、接合層１７０で破片が発生してその破片が第２導電型の半導体層１３０と活性層１２０の間または活性層１２０と第１導電型の半導体層１１０の間に付着して電気的短絡が発生することを防止する。保護層１４０は、分離エッチング時に割れたり破片が発生しない物質または一部分のみ割れたり少量の破片が発生しても電気的短絡を発生させない電気絶縁性を有する物質で形成される。
電流遮断層１４５及び保護層１４０は、電流の流れの経路上に配置されて電流の流れを変化させる。よって、電流遮断層１４５及び保護層１４０の縁で電流の流れが集中するおそれがあり、これにより発光素子１００の性能に悪影響を及ぼす。そこで、実施形態による発光素子１００では、第１の電流ガイド層１４６、第２の電流ガイド層１４７及び第３の電流ガイド層１４９を配置して、電流遮断層１４５及び保護層１４０が配置された方向に流れる電流を減少させることで、電流遮断層１４５及び保護層１４０の縁での電流の集中を緩和する。
第１の電流ガイド層１４６及び第２の電流ガイド層１４７は、比抵抗が５×１０−４Ωｍ以上である物質で形成され、ＺｎＯまたはＳｉＯ２などの電気絶縁性物質で形成されてもよい。また、第３の電流ガイド層１４９は、比抵抗が５×１０−４Ωｍ以上である物質で形成され、ＺｎＯまたはＳｉＯ２などの電気絶縁性物質で形成されてもよい。
第１の電流ガイド層１４６及び第２の電流ガイド層１４７は、５ｎｍ〜１００ｕｍの厚さに形成されてもよく、電流遮断層１４５の幅と同じ幅またはそれより大きい幅を有するように形成されてもよい。また、第３の電流ガイド層１４９は、５ｎｍ〜１００ｕｍの厚さに形成されてもよく、保護層１４０の幅と同じ幅またはそれより大きい幅を有するように形成されてもよい。
オーミックコンタクト層１５０及び保護層１４０上には発光構造層１３５が形成されてもよい。
発光構造層１３５の側面には、単位チップに区分する分離（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）エッチング過程で傾斜面が形成されることができ、傾斜面の一部は保護層１４０及び第３の電流ガイド層１４９と垂直方向にオーバーラップする。
保護層１４０の上面の一部は分離エッチングにより露出してもよい。よって、保護層１４０は、一部領域が発光構造層１３５と垂直方向にオーバーラップし、他の領域が発光構造層１３５と垂直方向にオーバーラップしない。
発光構造層１３５は、複数の３族〜５族元素の化合物半導体層を含んでもよく、例えば、第１導電型の半導体層１１０、第１導電型の半導体層１１０下の活性層１２０、活性層１２０下の第２導電型の半導体層１３０を含んでもよい。
第１導電型の半導体層１１０は、例えば、ｎ型半導体層を含んでもよいが、この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、ＡｌＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮなどから選択されてもよく、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎなどのｎ型ドーパントでドーピングされてもよい。第１導電型の半導体層１１０は、単層または多層に形成されてもよく、これに限定するものではない。
活性層１２０は、第１導電型の半導体層１１０の下に形成され、 単一量子井戸構造、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）、量子点構造または量子線構造のうち何れか一つを含んでもよい。活性層１２０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されてもよい。活性層１２０が多重量子井戸構造で形成された場合、活性層１２０は複数の井戸層と複数の障壁層が積層されて形成されてもよく、例えば、ＩｎＧａＮ井戸層／ＧａＮ障壁層の周期で形成されてもよい。
活性層１２０の上及び／または下には、ｎ型またはｐ型ドーパントでドーピングされたクラッド層（図示せず）が形成されてもよく、クラッド層（図示せず）はＡｌＧａＮ層またはＩｎＡｌＧａＮ層として具現されてもよい。
第２導電型の半導体層１３０は、活性層１２０の下に形成され、例えばｐ型半導体層として具現されてもよいが、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などから選択されてもよく、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどのｐ型ドーパントでドーピングされてもよい。
第２導電型の半導体層１３０は、単層または多層に形成されてもよく、これに限定するものではない。
一方、発光構造層１３５は、前述したものは異なって、第１導電型の半導体層１１０がｐ型半導体層を含み、第２導電型の半導体層１３０がｎ型半導体層を含むこともできる。また、第２導電型の半導体層１３０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）が形成されてもよく、これにより、発光構造層１３５は、ｎｐ、ｐｎ、ｎｐｎ、ｐｎｐ接合構造のうち少なくとも何れか一つを有することができる。また、第１導電型の半導体層１１０及び第２導電型の半導体層１３０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されてもよい。すなわち、発光構造層１３５は様々な構造で形成されることができ、これに限定するものではない。
発光構造層１３５上には電極１１５が形成される。電極１１５は、ワイヤボンディングが行われるパッド部とこのパッド部から延びた枝部とを含んでもよい。枝部は、所定のパターン形状に分岐されてもよく、様々な形状に形成されることができる。
第１導電型の半導体層１１０の上面には、光抽出効率の向上のためにラフネスパターン（凹凸パターン）１１２が形成されてもよい。これにより、電極１１５の上面にもラフネスパターンが形成されることができ、これに限定するものではない。
発光構造層１３５の少なくとも側面には、パッシベーション層１８０が形成されてもよい。また、パッシベーション層１８０は、第１導電型の半導体層１１０の上面及び保護層１４０の上面に形成されてもよいが、これに限定するものではない。
パッシベーション層１８０は、発光構造層１３５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で形成されてもよいが、これに限定するものではない。
以下、実施形態による発光素子１００の製造方法について詳しく説明する。ただし、前述した内容と重複する内容は省略するか、または簡略に説明する。
図２〜図１１は、第１の実施形態による発光素子の製造方法を説明する図である。
図２を参照すると、成長基板１０１上に発光構造層１３５を形成する。成長基板１０１は、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＰ、ＩｎＰ、Ｇｅのうち少なくとも一つで形成されてもよく、これに限定するものではない。
発光構造層１３５は、成長基板１０１上に第１導電型の半導体層１１０、活性層１２０及び第２導電型の半導体層１３０を成長させることで形成されてもよい。
発光構造層１３５は、例えば、有機金属化学気相成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＭＯＣＶＤ）、化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ）、プラズマ気相成長法（Ｐｌａｓｍａ‐Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＥＣＶＤ）、分子線エピタキシー（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ、ＭＢＥ）、水素化物気相エピタキシー（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ、ＨＶＰＥ）などの方法を利用して形成されてもよいが、これに限定するものではない。
一方、発光構造層１３５及び成長基板１０１の間には、格子定数差を緩和するために、バッファ層（図示せず）及び／またはアンドープ窒化物層（図示せず）が形成されることもある。
図３を参照すると、発光構造層１３５上に、単位チップ領域に対応して保護層１４０が選択的に形成される。
保護層１４０は、マスクパターンを用いて単位チップ領域の縁に形成されてもよい。保護層１４０は、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）方法のような様々な蒸着方法を利用して形成してもよい。
図４を参照すると、第２導電型の半導体層１３０上に電流遮断層１４５を形成する。電流遮断層１４５は、マスクパターンを利用して形成されてもよい。
保護層１４０と電流遮断層１４５は、同一材質で形成されてもよい。この場合、保護層１４０と電流遮断層１４５は、別途の工程で形成せず、一つの工程で同時に形成することも可能である。例えば、第２導電型の半導体層１３０上にＳｉＯ２層を形成した後、マスクパターンを用いて保護層１４０と電流遮断層１４５を同時に形成してもよい。
図５及び図６を参照すると、第２導電型の半導体層１３０及び電流遮断層１４５上にオーミックコンタクト層１５０を形成し、オーミックコンタクト層１５０上に反射層１６０を形成する。
オーミックコンタクト層１５０及び反射層１６０は、例えば、 電子ビーム（Ｅ‐ｂｅａｍ）蒸着、スパッタリング、ＰＥＣＶＤのうち何れか一つの方法により形成されてもよい。
そして、反射層１６０上に第１の電流ガイド層１４６を形成する。
図７及び図８を参照すると、伝導性支持基板１７５を用意し、伝導性支持基板１７５上に第２の電流ガイド層１４７及び第３の電流ガイド層１４９を形成する。
そして、接合層１７０を介して図６に示されたた構造物と伝導性支持基板１７５を接合する。
接合層１７０は、反射層１６０、オーミックコンタクト層１５０の端部及び保護層１４０に接触して、その層同士の接着力を強化することができる。また、接合層１７０は、第１の電流ガイド層１４６、第２の電流ガイド層１４７及び第３の電流ガイド層１４９に接触して、第１の電流ガイド層１４６と反射層１６０との間の接着力及び第２の電流ガイド層１４７及び第３の電流ガイド層１４９と伝導性支持基板１７５との間の接着力を強化する。
伝導性支持基板１７５は、接合層１７０によって付着される。実施形態には、伝導性支持基板１７５が接合層１７０を介してボンディング方式で結合される例が示されているが、伝導性支持基板１７５をメッキ方式または蒸着方式で形成することも可能である。
図９を参照すると、成長基板１０１を発光構造層１３５から除去する。図９には、図８に示された構造物を覆して示している。
成長基板１０１は、レーザリフトオフ（Ｌａｓｅｒ Ｌｉｆｔ Ｏｆｆ、ＬＬＯ）方法または化学的リフトオフ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｌｉｆｔ Ｏｆｆ）方法により除去されてもよい。
図１０を参照すると、発光構造層１３５に単位チップ領域に沿って分離エッチングを行って、複数の発光構造層１３５に分離する。例えば、分離エッチングはＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）などのドライエッチング方法により行われても良い。
図１１を参照すると、保護層１４０及び発光構造層１３５上にパッシベーション層１８０を形成し、第１導電型の半導体層１１０の上面が露出するようにパッシベーション層１８０を選択的に除去する。
そして、第１導電型の半導体層１１０の上面に光抽出効率の向上のためのラフネスパターン１１２を形成し、ラフネスパターン１１２上に電極１１５を形成する。ラフネスパターン１１２は、ウェットエッチング方法またはドライエッチング方法によって形成されてもよい。
そして、構造物を、チップ分離工程を通じて単位チップ領域に分離することで、複数の発光素子を製作することができる。
チップ分離工程は、例えば、ブレード（ｂｌａｄｅ）を用いて物理的な力を加えてチップを分離するブレーク工程、チップの境界にレーザを照射してチップを分離するレーザスクライブ工程、ウェットまたはドライエッチングを含むエッチング工程などを含んでもよいが、これに限定するものではない。
図１２及び図１３は、第２の実施形態による発光素子及びその製造方法を説明する図である。
第２の実施形態による発光素子及びその製造方法は、第１の実施形態による発光素子及びその製造方法と類似する。したがって、第１の実施形態についての説明と重複する説明は省略することにする。
第２の実施形態による発光素子では、接合層１７０内に第４の電流ガイド層１４８が形成される。第４の電流ガイド層１４８の少なくとも一部分は、電流遮断層１４５と垂直方向にオーバーラップする。
第４の電流ガイド層１４８は、比抵抗が５×１０−４Ωｍ以上である物質で形成され、ＺｎＯまたはＳｉＯ２などの電気絶縁性物質で形成されてもよい。第４の電流ガイド層１４８は、５ｎｍ〜１００ｕｍの厚さに形成されてもよく、電流遮断層１４５の幅と同じ幅またはそれより大きい幅を有するように形成されてもよい。
第４の電流ガイド層１４８は、接合層１７０の二つの部分１７０ａ、１７０ｂのうち何れか一つに形成された状態で、図７で説明した方法と同様に接合工程を通じて接合層１７０内に配置されることができる。
図１２には示されていないが、第２の実施形態による発光素子にも保護層１４０と垂直方向にオーバーラップする第３の電流ガイド層１４９が形成されることが可能である。
図１４は、第３の実施形態による発光素子を示す図である。
第３の実施形態による発光素子及びその製造方法は、第１の実施形態及び第２の実施形態による発光素子及びその製造方法と類似する。したがって、第１の実施形態及び第２の実施形態についての説明と重複する説明は省略することにする。
第３の実施形態による発光素子では、反射層１６０内に第５の電流ガイド層１４８ａを形成する。第５の電流ガイド層１４８ａの少なくとも一部分は、電流遮断層１４５と垂直方向にオーバーラップする。
第５の電流ガイド層１４８ａは、比抵抗が５×１０−４Ωｍ以上である物質で形成され、ＺｎＯまたはＳｉＯ２などの電気絶縁性物質で形成されてもよい。第５の電流ガイド層１４８ａは、５ｎｍ〜１００ｕｍの厚さに形成されてもよく、電流遮断層１４５の幅と同じ幅またはそれより大きい幅を有するように形成されてもよい。
第３の実施形態による発光素子で、反射層１６０の一部を形成した状態で第５の電流ガイド層１４８ａを形成し、反射層１６０の残りの部分を形成することで、第５の電流ガイド層１４８ａが反射層１６０内に配置される。
図１４には示されていないが、第３の実施形態による発光素子にも、図１に例示された第１の実施形態による発光素子と同様に、保護層１４０と垂直方向にオーバーラップする第３の電流ガイド層１４９が形成されることが可能である。
図１６は、実施形態による発光素子を含む発光素子パッケージの断面図である。
図１６を参照すると、実施形態による発光素子パッケージは、 パッケージ本体３０と、パッケージ本体３０に設けられた第１の電極層３１及び第２の電極層３２と、パッケージ本体３０に設けられて第１の電極層３１及び第２の電極層３２と電気的に接続される発光素子１００と、発光素子１００を囲むモールディング部材４０とを含む。
パッケージ本体３０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てもよく、側面が傾斜面として形成された中空（ｃａｖｉｔｙ）を有してもよい。
第１の電極層３１及び第２の電極層３２は互いに電気的に分離され、発光素子１００に電源を提供する。また、第１の電極層３１及び第２の電極層３２は、発光素子１００で発生した光を反射して光効率を増加させることができ、発光素子１００で発生した熱を外部に排出することもできる。
発光素子１００は、パッケージ本体３０上に設けられるか、第１の電極層３１または第２の電極層３２上に設けられてもよい。
発光素子１００は、第１の電極層３１及び第２の電極層３２と、ワイヤ方式、フリップチップ方式またはダイボンディング方式のうち何れか一つにより電気的に接続されることもできる。実施形態には、発光素子１００が第１の電極層３１とワイヤ５０を介して電気的に接続され、第２の電極層３２と直接接触して電気的に接続された例が示されている。
モールディング部材４０は、発光素子１００を囲んで保護することができる。また、モールディング部材４０には蛍光体が含まれ、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。
実施形態による発光素子パッケージは、複数個が基板上に配列され、発光素子パッケージから放出される光の経路上に、光学部材である導光板、プリズムシート、拡散シート、蛍光シートなどが配置されてもよい。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し、あるいは照明システムとして機能することができ、例えば、照明システムは、バックライトユニット、照明ユニット、指示装置、ランプ、街路灯などを含むことができる。
図１７は、実施形態によ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。ただし、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、これに限定されるものではない。
図１７を参照すると、バックライトユニット１１００は、下部フレーム１１４０と、下部フレーム１１４０内に配置された光ガイド部材１１２０と、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。また、光ガイド部材１１２０の下には、反射シート１１３０が配置されてもよい。
下部フレーム１１４０は、光ガイド部材１１２０、発光モジュール１１１０及び反射シート１１３０を収納できるように、上面が開口された箱（ｂｏｘ）形状に形成されてもよく、金属材質または樹脂材質で形成されてもよいが、これに限定するものではない。
発光モジュール１１１０は、基板３００と、基板に搭載された複数の発光素子パッケージ２００を含む。複数の発光素子パッケージ２００は、光ガイド部材１１２０に光を提供することができる。
図示のように、発光モジュール１１１０は、下部フレーム１１４０の内側面のうち少なくとも何れか一つに配置されてもよく、これにより光ガイド部材１１２０の少なくとも一つの側面に向かって光を提供することができる。
ただし、発光モジュール１１１０は、下部フレーム１１４０の下に配置されて、光ガイド部材１１２０の底面に向かって光を提供することもでき、これはバックライトユニット１１００の設計によって様々に変形可能であり、これに限定するものではない。
光ガイド部材１１２０は下部フレーム１１４０内に配置されてもよい。光ガイド部材１１２０は、発光モジュール１１１０から提供された光を面光源にして、表示パネル（図示せず）に案内することができる。
光ガイド部材１１２０は、例えば、導光板（Ｌｉｇｈｔ Ｇｕｉｄｅ Ｐａｎｅｌ、ＬＧＰ）であってもよい。導光板は、例えばＰＭＭＡ（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）のようなアクリル樹脂系列、ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈｌａｔｅ）、ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＣＯＣ及びＰＥＮ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ）樹脂のうち一つで形成されてもよい。
光ガイド部材１１２０の上側には光学シート１１５０が配置されてもよい。
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一つを含んでもよい。例えば、光学シート１１５０は、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されてもよい。この場合、拡散シートは、発光モジュール１１１０から出射された光を均一に拡散させ、拡散した光は集光シートにより表示パネル（図示せず）に集光されることができる。このとき、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、輝度上昇シートは、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。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ってもよい。また、輝度上昇シートは、例えば、照度強化フィルム（Ｄｕａｌ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｆｉｌｍ）であってもよい。また、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ってもよい。
光ガイド部材１１２０の下には反射シート１１３０が配置されてもよい。反射シート１１３０は、光ガイド部材１１２０の下面を通して放出される光を光ガイド部材１１２０の出射面に向かって反射することができる。
反射シート１１３０は、反射率の良好な樹脂材質、例えば、ＰＥＴ、ＰＣ、ＰＶＣレジンなどで形成されてもよいが、これに限定するものではない。
図１８は、実施形態によ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。ただし、図１８の照明ユニット１２００は照明システムの一例であり、これに限定されるものではない。
図１８を参照すると、照明システム１２００は、ケース本体１２１０と、ケース本体１２１０に設けられた発光モジュール１２３０と、ケース本体１２１０に設けられて外部電源から電源の提供を受ける連結端子１２２０とを含む。
ケース本体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されてもよい。
発光モジュール１２３０は、基板３００と、基板３００に搭載される少なくとも一つの発光素子パッケージ２００とを含む。
基板３００は、絶縁体に回路パターンが印刷されたものであってもよく、例えば、一般のプリント回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ、ＰＣＢ）、メタルコア（Ｍｅｔａｌ Ｃｏｒｅ）ＰＣＢ、軟性（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ）ＰＣＢ、セラミックＰＣＢなどを含んでもよい。
また、基板３００は、光を効率的に反射する材質で形成されるか、表面が光を効率的に反射する色、例えば白色、銀色などで形成されてもよい。
基板３００上には、少なくとも一つの発光素子パッケージ２００が搭載される。発光素子パッケージ２００は、それぞれ少なくとも一つの発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）を含んでもよい。発光ダイオードは、赤色、緑色、青色または白色の有色光をそれぞれ発光する有色発光ダイオード及び紫外線（ＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ、ＵＶ）を発光するＵＶ発光ダイオードを含んでもよい。
発光モジュール１２３０は、色感及び輝度を得るために、様々な発光ダイオードの組合せを有するように配置されてもよい。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わせて配置してもよい。また、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てもよく、蛍光シートは発光モジュール１２３０から放出される光の波長を変化させる。例えば、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、蛍光シートには黄色蛍光体が含まれてもよく、発光モジュール１２３０から放出された光は蛍光シートを通過して、最終的に白色光に見える。
接続端子１２２０は、発光モジュール１２３０と電気的に接続され、電源を供給することができる。図１８に示すように、接続端子１２２０はソケット方式で外部電源に回して嵌合されるが、これに限されるものではない。例えば、接続端子１２２０はピン（ｐｉｎ）形状に形成されて外部電源に挿入されることや、配線によって外部電源に接続されることも可能である。
前述したような照明システムによると、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何れか一つが配置され、所望の光学的効果を得ることができる。
前述したように、実施形態による照明システムは、実施形態による発光素子パッケージを含むことで信頼性を向上させることができる。
前述したように、実施形態による照明システムは、実施形態による発光素子パッケージを含むことで信頼性を向上させることができる。
１００ 発光素子
１１０ 第１導電型の半導体層
１１２ ラフネスパターン
１１５ 電極
１２０ 活性層
１３０ 第２導電型の半導体層
１３５ 発光構造層
１４０ 保護層
１４５ 電流遮断層
１４６ 第１の電流ガイド層
１４７ 第２の電流ガイド層
１４９ 第３の電流ガイド層
１５０ オーミックコンタクト層
１６０ 反射層
１７０ 接合層
１７５ 伝導性支持基板
１８０ パッシベーション層
１１０ 第１導電型の半導体層
１１２ ラフネスパターン
１１５ 電極
１２０ 活性層
１３０ 第２導電型の半導体層
１３５ 発光構造層
１４０ 保護層
１４５ 電流遮断層
１４６ 第１の電流ガイド層
１４７ 第２の電流ガイド層
１４９ 第３の電流ガイド層
１５０ オーミックコンタクト層
１６０ 反射層
１７０ 接合層
１７５ 伝導性支持基板
１８０ パッシベーション層
Claims (14)
- 伝導性支持基板と、
前記伝導性支持基板上のオーミックコンタクト層及び電流遮断層と、
前記オーミックコンタクト層及び前記電流遮断層上の発光構造層と、
前記発光構造層上で前記電流遮断層と少なくとも一部分がオーバーラップする電極と、
前記電流遮断層と前記伝導性支持基板の間で前記電流遮断層と少なくとも一部分がオーバーラップする第１の電流ガイド層と、
前記第１の電流ガイド層と前記オーミックコンタクト層との間に配置される電気伝導性の反射層と、
を含み、
前記第１の電流ガイド層は、前記電気伝導性の反射層と垂直方向にオーバーラップすることを特徴とする発光素子。 - 前記第１の電流ガイド層は、比抵抗が５×１０−４Ωｍ以上で形成される請求項１に記載の発光素子。
- 前記第１の電流ガイド層の水平方向の幅は、前記電流遮断層の水平方向の幅より大きい請求項１に記載の発光素子。
- 前記第１の電流ガイド層は、前記電気伝導性の反射層内に配置される請求項１から３のいずれか一項に記載の発光素子。
- 前記電気伝導性の反射層と前記伝導性支持基板の間に配置される接合層をさらに含む請求項１から３のいずれか一項に記載の発光素子。
- 前記接合層と前記伝導性支持基板の間に配置される第２の電流ガイド層をさらに含み、
前記第２の電流ガイド層の少なくとも一部分は、前記電流遮断層及び前記第１の電流ガイド層と垂直方向にオーバーラップする請求項５に記載の発光素子。 - 前記第１の電流ガイド層の縁と前記電流遮断層の縁との間の水平方向の距離は、前記第１の電流ガイド層と前記電流遮断層との間の距離よりも大きい請求項１から６のいずれか一項に記載の発光素子。
- 前記電流遮断層は、前記オーミックコンタクト層より電気伝導性の低い物質、前記発光構造層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のうち何れか一つを含む請求項１から７のいずれか一項に記載の発光素子。
- 前記電流遮断層は、前記オーミックコンタクト層上に配置される請求項１から８のいずれか一項に記載の発光素子。
- 前記伝導性支持基板上の縁領域に配置された保護層と、
前記伝導性支持基板と前記保護層の間に、前記保護層と離隔して前記保護層と少なくとも一部分がオーバーラップする第３の電流ガイド層と、
を含み、
前記第３の電流ガイド層は、前記保護層の水平方向の幅より大きい水平方向の幅を有する請求項１から９のいずれか一項に記載の発光素子。 - 前記第３の電流ガイド層は、比抵抗が５×１０−４Ωｍ以上で形成される請求項１０に記載の発光素子。
- 前記発光構造層と前記保護層の下に配置される接合層をさらに含み、前記第２の電流ガイド層は、前記接合層と前記伝導性支持基板の間に配置される請求項１０または１１に記載の発光素子。
- 前記第３の電流ガイド層は、前記発光構造層の側面に形成された傾斜面と少なくとも一部分が垂直方向に重畳する請求項１０に記載の発光素子。
- パッケージ本体と、
前記パッケージ本体に設けられた第１の電極層及び第２の電極層と、
前記第１の電極層及び前記第２の電極層に電気的に接続された請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載された発光素子と、
を含む発光素子パッケージ。
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