(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
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配置された第2導電型の半導体層、及び前記第1導電型の半導体層と前記第2導電型の半導体層の間に介在された第1の活性層を含む第1の発光構造層と、
前記第1導電型の半導体層に連結された第1の電極と、
前記第1の発光構造層の下に配置された第1の反射層と、
前記第1の反射層の下に配置され、第3導電型の半導体層、前記第3導電型の半導体層の下に配置された第4導電型の半導体層、及び前記第3導電型の半導体層と前記第4導電型の半導体層の間に介在された第2の活性層を含む第2の発光構造層と、
前記第2の発光構造層の下に配置された第2の反射層と、
前記第2の発光構造層と前記第1の反射層の間に配置されたボンディング層と、
前記第1の発光構造層の第1導電型の半導体層と前記第2の発光構造層の第3導電型の半導体層を互いに連結する第2の連結部材と、
前記第1の発光構造層の第2導電型の半導体層と前記第2の発光構造層の第4導電型の半導体層を互いに連結する第1の連結部材と、
を含む発光素子。
前記第2導電型の半導体層と前記第1の絶縁層の間に配置され、前記第1の連結部材に連結された第1の伝導層、前記第3導電型の半導体層と前記第2の絶縁層の間に配置され、前記第2の連結部材に連結された第3の伝導層、及び前記第4導電型の半導体層と前記第2の反射層の間に配置された第2の伝導層のうち少なくとも一つをさらに含む請求項3または4に記載の発光素子。
【発明を実施するための形態】
【0013】
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。
【0014】
以下、添付図面を参照して実施形態を説明する。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るか、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。
【0015】
図1を参照すると、発光素子100は、少なくとも二つのチップ構造体110、130を含む。発光素子100は、少なくとも一つの第1のチップ構造体110上に一つまたは複数の第2のチップ構造体130が配置されてもよい。発光素子100は、複数の第1のチップ構造体110上に一つまたは複数の第2のチップ構造体130が配置されてもよい。発光素子100は、複数のチップ構造体110、130を2層または3層に積層し、各チップ構造体110、130は互いに同じ幅または互いに異なる幅を有するように形成されてもよい。また、発光素子100内のチップ構造体110、130は、同じ波長帯の光または互いに異なる波長帯の光を放出してもよい。以下、説明の便宜のために、第1のチップ構造体110と第2のチップ構造体130が垂直方向に接合された構造を一例として説明することにする。
【0016】
各チップ構造体110、130は、光を発生させる発光構造層及び発光構造層に電源を供給する電極を含む構造と定義することができる。このようなチップ構造体は説明のための用語であって、実施形態を限定するものではなく、別の用語として発光部、チップ部または素子部のような用語に変更されてもよい。以下、説明の便宜のためにチップ構造体として説明することにする。
【0017】
また、第2のチップ構造体130の少なくとも一部に第1のチップ構造体110が配置されてもよく、各構造体110、130の側面の少なくとも一部は段差構造を含んでもよく、これに限定するものではない。
【0018】
発光素子100の第1のチップ構造体110は、素子の上部に配置され、第1の電極107を具備し、第2のチップ構造体130は、第1のチップ構造体110の下に配置され、支持部材136を具備する。
【0019】
第1のチップ構造体110は、第1の発光構造層210、第1の伝導層114、第1の絶縁層108、第1の連結部材115、第2の連結部材116、第1の反射層117及び第1のボンディング層119を含む。
【0020】
第2のチップ構造体130は、支持部材136、第2の反射層135、第2の伝導層134、第2の発光構造層220、第3の伝導層140、第3の連結部材139、第4の連結部材142、第5の連結部材138、第3の反射層143、第2の絶縁層141及び第2のボンディング層145を含む。
【0021】
第1の発光構造層210は、第1導電型の半導体層111、第1の活性層112、第2導電型の半導体層113を含む。第1の活性層112は、第1導電型の半導体層111と第2導電型の半導体層113の間に介在される。
【0022】
第1導電型の半導体層111は第1導電型のドーパントがドーピングされた3族‐5族元素の化合物半導体、例えば、GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInPなどから選択されてもよい。第1導電型の半導体層111は、In
xAl
yGa
1‐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。第1導電型の半導体層111はN型半導体層であり、N型半導体層は、Si、Ge、Sn、Se、TeなどのようなN型ドーパントを含む。第1導電型の半導体層111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。
【0023】
第1導電型の半導体層111は、互いに異なる半導体層を積層した超格子構造を含んでもよく、超格子構造はGaN/InGaN、GaN/AlGaNなどの構造を含む。超格子構造は、数Å以上の互いに異なる二つの層を少なくとも2対以上交互に積層した構造を有してもよく、または互いに異なるバンドギャップを有する少なくとも2層を含む。
【0024】
第1導電型の半導体層111下には、第1の活性層112が配置される。第1の活性層112は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造、量子線(wire)構造または量子点(dot)構造のうち選択的に形成されてもよい。第1の活性層112は、3族‐5族化合物半導体材料を用いて井戸層/障壁層の周期で形成されてもよく、例えばInGaN/GaN構造、InGaN/AlGaN構造、InGaN/InGaN構造のうち少なくとも一つを含んでもよい。障壁層は、井戸層のバンドギャップより大きいバンドギャップの物質で形成されてもよいが、これに限定するものではない。
【0025】
第1導電型の半導体層111の上面には、光抽出構造111Aが形成されてもよく、光抽出構造111Aは、三角形状のパターンのような多角形パターンを含んでもよい。光抽出構造111Aは、第1導電型の半導体層111の上面の凹凸構造であってもよく、別の物質で形成されてもよい。
【0026】
第1導電型の半導体層111と第1の活性層112の間には、第1導電型のクラッド層が形成されてもよい。第1導電型のクラッド層は、GaN系半導体で形成されてもよく、第1の活性層112内の障壁層のバンドギャップより大きいバンドギャップを有し、キャリアを拘束する役割を果たす。
【0027】
第1の活性層112と第2導電型の半導体層113の間には、第2導電型のクラッド層が形成されてもよい。第2導電型のクラッド層は、GaN系半導体で形成されてもよく、第1の活性層112内の障壁層のバンドギャップより大きいバンドギャップを有し、キャリアを拘束する役割を果たす。
【0028】
第1の活性層112の下には、第2導電型の半導体層113が配置される。第2導電型の半導体層113は第2導電型のドーパントがドーピングされた3族‐5族元素の化合物半導体、例えば、GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInPなどから選択された材料を含んでもよい。第2導電型の半導体層113は、好ましく、In
xAl
yGa
1‐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。
【0029】
第2導電型の半導体層113は単層または多層を含み、多層の場合、AlGaN/GaNのような超格子構造または互いに異なるドーパント濃度を有する層で積層されてもよい。
【0030】
第2導電型の半導体層113はP型半導体層であり、P型半導体層は、Mg、Be、ZnなどのようなP型ドーパントを含む。第2導電型の半導体層113は電極接触層として機能することができ、これに限定するものではない。第2導電型の半導体層113の下面は光抽出構造を含んでもよく、これに限定するものではない。
【0031】
第1の発光構造層210の第1導電型の半導体層111の厚さは、第2導電型の半導体層113の厚さよりも厚く形成されてもよく、これに限定するものではない。
【0032】
また、第2導電型の半導体層113下には、第3導電型の半導体層、例えば、第2導電型と反対の極性を有する半導体層が形成されてもよい。第1の発光構造層210は、N‐P接合、P‐N接合、N‐P‐N接合、P‐N‐P接合構造のうち少なくとも一つで形成されてもよい。ここで、「N」はN型半導体層を示し、「P」はP型半導体層を示し、「‐」は二つの半導体層が直接または間接的に積層される構造を意味する。以下の説明では、第1の発光構造層210の最下層に第2導電型の半導体層113が配置された構造を一例として説明する。
【0033】
第1導電型の半導体層111上には、第3の絶縁層109が形成されてもよい。第3の絶縁層109は、素子の上面だけでなく、少なくとも一側面に形成されることもでき、これに限定するものではない。
【0034】
第1導電型の半導体層111の上面には、金属層及び金属酸化物層のうち少なくとも一つが形成されてもよい。
【0035】
第1導電型の半導体層111の上部には第1の電極107が接続される。第1の電極107は、第1導電型の半導体層111の上部に少なくとも一つが配置されてもよい。第1の電極107は、パッドまたはパッドとそれに連結されたアーム(arm)電極を含んでもよい。第1導電型の半導体層111上に透光性物質が配置され、透光性物質の少なくとも一部に第1の電極107が配置されてもよい。第1の電極107は、第1導電型の半導体層111又は/及び透光性物質と電気的に接続されることができる。
【0036】
第1の電極107は、Cu、Ti、Cr、Ta、Al、In、Pd、Co、Ni、Ge、Ag及びAuのうち何れか一つまたは複数の物質を混合した金属で形成されてもよく、これに限定するものではない。
【0037】
第1の電極107の上面及び下面のうち少なくとも一つには凹凸面が形成されてもよく、このような凹凸面は入射光の臨界角を変化させることができる。
【0038】
第2導電型の半導体層113の下には、第1の伝導層114が形成されてもよい。第1の伝導層114は、透光性電極層として使用されることができる。第1の伝導層114は、伝導性酸化物または伝導性窒化物系列、例えば、ITO(indium tin oxide)、IZO(indium zinc oxide)、IZON(IZO nitride)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)、IZON(IZO Nitride)、ZnO、IrOx、RuOx、NiOのうち選択的に形成されてもよい。また、第1の伝導層114は、Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf及びこれらの選択的な組み合わせで構成された物質から形成されてもよい。
【0039】
第1の伝導層114の下には第1の絶縁層108が形成される。第1の絶縁層108は、SiO
2、Si
3N
4、Al
2O
3、TiO
2などのような透光性の絶縁物質で形成されてもよく、これに限定するものではない。第1の伝導層114の上面及び下面のうち少なくとも一面は、ラフネス面を有してもよく、これに限定するものではない。
【0040】
第1の絶縁層108は、光の放出のために所定の厚さに形成されてもよく、このような厚さにより、第1のチップ構造体110から放出された光の放出角度を変化させることができる。第1の絶縁層108は、例えば、1μm以上の厚さに形成されてもよく、好ましくは5μm以上の厚さに形成されてもよい。第1の絶縁層108は、第1のチップ構造体110内で垂直方向の空間を確保するためのスペーサとして機能し、第1のチップ構造体110の厚さによる光の消滅を抑えることができる。
【0041】
第1の絶縁層108には、第1の連結部材115及び第2の連結部材116が形成される。第1の連結部材115及び第2の連結部材116は、層と層の間を垂直に連結する伝導性連結部材として定義される。伝導性連結部材は、貫通構造、ビア構造、スルーホール構造などの構造を含んでもよく、以下では説明の便宜のために連結部材を一例として説明する。
【0042】
第1の連結部材115と第2の連結部材116は、チップの上部から見たとき、円形状または多角形状を有してもよい。第1の連結部材115の直径または幅は第2の連結部材116の直径または幅と異なってもよいが、等しくてもよく、これに限定するものではない。第1の連結部材115と第2の連結部材116の個数は互いに異なってもよく、例えば、第2の連結部材116の個数が第1の連結部材115より少なくてもよいが、等しい、あるいは多いこともあり、これに限定するものではない。
【0043】
第1の連結部材115と第2の連結部材116は、Pt、Ni、Rh、Ti、Al、In、Ta、Pd、Co、Ni、Si、Ge、Ag及びAuのうち一つまたは複数の合金で形成されてもよく、これに限定するものではない。前述された連結部材において、第1の連結部材115は、電流供給のために一つまたは複数が形成されてもよく、ライン構造またはループ構造で形成されてもよいが、これに限定するものではない。
【0044】
第1の連結部材115は複数が形成される。複数の第1の連結部材115は、第2導電型の半導体層113の下に互いに離隔するように配置されてもよく、第1の絶縁層108の内部を貫通するように形成される。
【0045】
第1の連結部材115は、第2導電型の半導体層113と第1のボンディング層119の第1の中間連結部材120とを電気的に連結する。第2の連結部材116は、第1導電型の半導体層111と第1のボンディング層119の第2の中間連結部材118とを電気的に連結する。
【0046】
第1の連結部材115は第1の伝導層114に接触し、第1の伝導層114は、第1の連結部材115を介して印加される電流を拡散させる。
【0047】
第2の連結部材116は、第1導電型の半導体層111の下部に連結され、第1の絶縁層108の内部を貫通する。第2の連結部材116は、第1の電極107の位置と垂直方向に対応したり、ずれるように配置されてもよい。第2の連結部材116の直径及び個数などは変更されてもよく、これに限定するものではない。
【0048】
ここで、第1の絶縁層108の一部108Aは、第2導電型の半導体層113及び第1の活性層112の内部を通して第1導電型の半導体層111を露出させる溝に形成され、第2の連結部材116の周囲を絶縁する。
【0049】
第1の絶縁層108の下には、第1のボンディング層119及び第1の反射層117が形成される。第1の反射層117は第1の絶縁層108を通して入射する光を反射し、光抽出のためにラフネス面を含んでもよい。
【0050】
第1の反射層117は、Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf及びこれらの選択的な組み合わせで構成された物質のうち単層または多層に形成されてもよい。第1の反射層117は第1のボンディング層119の上部に埋め込まれ(embedded)、その上面は第1のボンディング層119から開放されてもよい。また、第1の反射層117は第1のボンディング層119の上面の上に配置されてもよく、これに限定するものではない。第1の反射層117の幅は発光素子100の幅より小さいか同じであってもよく、これに限定するものではない。
【0051】
第1のボンディング層119には、第1の中間連結部材120及び第2の中間連結部材118が配置される。第1の中間連結部材120は第1の連結部材115に対応し、その直径は相互間の接触のために、第1の連結部材115の直径より大きくてもよく、これに限定するものではない。第2の中間連結部材118は第2の連結部材116に対応し、その直径は相互間の接触のために、第2の連結部材116の直径より大きくてもよく、これに限定するものではない。
【0052】
第1の中間連結部材120及び第2の中間連結部材118の周囲には、絶縁物質122、121が形成される。絶縁物質122、121は、第1の絶縁層108の物質から選択された物質で形成されてもよく、これに限定するものではない。
【0053】
第1のボンディング層119は、単層または多層の共晶(eutectic)工程用金属(以下、共晶金属とする)を用いてボンディングされてもよい。共晶金属は、Au/Sn、SnPbとPb‐free(亜鉛不使用の)半田などの合金を共晶工程を通じてボンディングすることができる。
【0054】
第1のボンディング層119は、第2のチップ構造体130の第2のボンディング層145上にボンディングされる。
【0055】
第2のボンディング層145は、単層または多層の共晶工程用金属(以下、共晶金属とする)を用いてボンディングされてもよい。共晶金属は、Au/Sn、SnPbとPb‐free半田などの合金を共晶工程を通じてボンディングすることができる。別の例として、第1のボンディング層119と第2のボンディング層145は、絶縁性の接着層として形成されてもよく、その場合、絶縁性の接着層の内部に中間連結部材118、120、146、144の絶縁のための絶縁層を形成しなくてもよい。第1及び第2のボンディング層119、145は、放熱のために、すなわち熱を外部に伝達するために熱伝導性の高い金属または非金属物質で形成されてもよい。
【0056】
第2のボンディング層145には、第3の中間連結部材146と第4の中間連結部材144が形成される。第3の中間連結部材146は、第1のボンディング層119の第1の中間連結部材120と対応し、互いに接触する。第4の中間連結部材144は、第1のボンディング層119の第2の中間連結部材118と対応し、互いに接触する。
【0057】
第3の中間連結部材146及び第4の中間連結部材144の周囲には、絶縁物質151、149が形成される。絶縁物質151、149は、第1の絶縁層108の物質から選択された物質で形成されてもよく、これに限定するものではない。
【0058】
第2のボンディング層145の下部には第3の反射層143が形成される。第3の反射層143は、第1の反射層117の物質のうち選択された物質で形成されてもよい。第3の反射層143は、第2のボンディング層145の下部に配置され、光反射のために中間連結部材144、146を除いた領域に形成されてもよい。
【0059】
第3の反射層143は、第2のボンディング層145の下部に埋め込まれ、その下面は第2のボンディング層145から開放されてもよい。また、第2の反射層143は、第2のボンディング層145の下面の下に配置されてもよく、これに限定するものではない。
【0060】
第2のボンディング層145及び第3の反射層143の下には、第2の絶縁層141が形成されてもよい。第2の絶縁層141は、第1の絶縁層108の物質のうち選択された物質で形成されてもよい。
【0061】
第2の絶縁層141は所定厚さに形成されて、第2の発光構造層220の上に放出される光が水平方向に放出される空間を提供することができる。第2の絶縁層141は、第2の発光構造層220と第2のボンディング層145の間の空間を確保することができる厚さに形成され、第2の発光構造層220から放出された光を外部に効率的に放出させる。第2の絶縁層141は、例えば、1μm以上の厚さに形成されてもよく、好ましくは5μm以上の厚さに形成されてもよい。
【0062】
第2の絶縁層141には、第3の連結部材139及び第4の連結部材142が含まれる。第3の連結部材139及び第4の連結部材142は、Pt、Ni、Rh、Ti、Al、In、Ta、Pd、Co、Ni、Si、Ge、Ag及びAuのうち一つまたは複数の合金で形成されてもよく、これに限定するものではない。前述された連結部材は、層と層の間を電気的に連結する部材として定義され、連結電極、貫通電極、連結部材電極、スルーホールなどの構造として定義することができ、以下では説明の便宜のために連結部材を一例として説明する。
【0063】
第3の連結部材139は、第2のボンディング層145の第3の中間連結部材146と電気的に接触し、第4の連結部材142は、第2のボンディング層145の第4の中間連結部材144と電気的に接触する。
【0064】
第3の連結部材139及び第4の連結部材142の位置及び直径は、第3の中間連結部材146及び第4の中間連結部材144にそれぞれ接触する程度を考慮して決められてもよい。
【0065】
第2の絶縁層141の下部には第3の伝導層140が形成される。第3の伝導層140は、第2の発光構造層220の第3導電型の半導体層131とオーミック接触することができる。第3の伝導層140は第4の連結部材142に接触し、第4の連結部材142から印加される電流を拡散させる。第3の伝導層140は形成されないこともあって、これに限定するものではない。また、第3の伝導層140または第3の反射層143には、光抽出構造であるラフネスまたは所定パターンが形成されてもよい。
【0066】
第2の発光構造層220は、第3の伝導層140の下に形成され、3族‐5族化合物半導体を用にた複数の半導体層、例えば、GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInPなどから選択されてもよい。第2の発光構造層220は、好ましく、通常In
xAl
yGa
1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)の組成式を有する3‐5族窒化物半導体で形成されてもよいが、これに限定するものではない。第2の発光構造層220は、第3導電型の半導体層131、第4導電型の半導体層133及び第3導電型の半導体層131と第4導電型の半導体層133との間に介在された第2の活性層132からなる構成を有する。
【0067】
第2の活性層132は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造、量子線構造または量子点構造のうち選択された構造で形成されてもよい。第2の活性層132は、井戸層/障壁層の周期で形成されてもよく、井戸層及び障壁層は3族‐5族化合物半導体で形成されてもよく、障壁層のバンドギャップは井戸層のバンドギャップよりも大きく形成されてもよい。井戸層/障壁層の周期は、InGaN/GaN構造、InGaN/AlGaN構造、InGaN/InGaN構造を含んでもよく、これに限定するものではない。
【0068】
ここで、第3導電型はN型半導体であり、第4導電型はP型半導体であってもよい。また、第4導電型の半導体層133の下には、N型半導体層またはP型半導体層がさらに形成されてもよい。第3導電型の半導体層131は、第1導電型の半導体層111の極性と同じ極性の半導体層で形成されてもよく、第4導電型の半導体層133は、第2導電型の半導体層112の極性と同じ極性の半導体層で形成されてもよい。
【0069】
第2の発光構造層220の第3導電型の半導体層131の厚さは、第4導電型の半導体層133の厚さより厚くてもよく、これに限定するものではない。第3導電型の半導体層131の上面には、凹凸またはラフネスのような光抽出構造がさらに形成されてもよい。
【0070】
第2の発光構造層220の各層は、第1の発光構造層210の各層の説明を参照して説明される。また、第2の発光構造層220は、N‐P接合、P‐N接合、N‐P‐N接合、P‐N‐P接合構造のうち何れか一つに具現されてもよく、各層の間に他の層がさらに追加されてもよく、これに限定するものではない。
【0071】
第4導電型の半導体層133の下には、第2の伝導層134が形成されてもよい。第2の伝導層134は、上記で開示された透明電極物質を用いて選択的に形成されてもよい。第2の伝導層134は、第4導電型の半導体層133の下面にオーミック接触し、電流拡散層として機能することができる。第2の伝導層134の下面にはラフネスが形成されてもよく、これに限定するものではない。
【0072】
第2の伝導層134の下には、第2の反射層135が形成される。第2の反射層135はAg、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf及びこれらの選択的な組み合わせで構成された物質で単層または多層に形成されてもよい。第2の反射層135はラフネス形状に形成されてもよく、反射効率を増加させるために、第2の伝導層134の下面より広い面積に形成されてもよく、これに限定するものではない。
【0073】
第2の伝導層134及び第2の反射層135は、支持部材136と同じ幅またはそれより小さい幅に形成されてもよい。また、第2の伝導層134及び第2の反射層135のうち少なくとも一つは、発光素子の幅と同じ幅に形成されてもよく、これに限定するものではない。
【0074】
第2の発光構造層220には第5の連結部材138が形成される。第5の連結部材138は、第3の連結部材139と対応する位置に形成され、第3の連結部材139と電気的に接触する。第5の連結部材138は、上記で開示された連結部材物質から選択された物質で形成されてもよく、その個数及び直径は、第3の連結部材139との接触面積及び電気的な特性を考慮して決められてもよい。
【0075】
第5の連結部材138は、第2の発光構造層220を貫通する形状に形成され、その周囲には絶縁物質137が形成される。絶縁物質137は、他の層(例えば、131、132、133)との電気的短絡を遮断する。絶縁物質137は、第4導電型の半導体層133の下面まで延長されてもよく、これに限定するものではない。
【0076】
第5の連結部材138は、第4導電型の半導体層133、第3の伝導層134、第2の反射層135または支持部材136のうち少なくとも一つと電気的に連結されてもよい。第5の連結部材138は、好ましく第2の反射層135又は/及び支持部材136に連結されてもよい。
【0077】
第2の反射層135の下には支持部材136が形成される。支持部材136は伝導性支持部材として使用されることができる。支持部材136は素子ベース側に配置され、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など)などで具現されることができる。支持部材136は、電解メッキ方式でまたはシート形状に形成されてもよく、これに限定するものではない。支持部材136は、第2の極性の電源を供給する経路として利用されることができる。支持部材136は、別の例として絶縁性部材を含んでもよく、この場合、別の側面やビア構造を介して電源を供給してもよい。
【0078】
第1のチップ構造体110の第1の電極107には第1の極性の電源が供給され、第2のチップ構造体130の支持部材136には第2の極性の電源が供給される。
【0079】
第1の極性の電源は、第1導電型の半導体層111、第2の連結部材116、第2の中間連結部材118、第4の中間連結部材144及び第4の連結部材142を介して、第3導電型の半導体層131に供給されることができる。
【0080】
第2の極性の電源は、支持部材136に供給され、第5の連結部材138、第3の連結部材139、第2のボンディング層145の第3の中間連結部材146、第1のボンディング層119の第1の中間連結部材120を介して第1の連結部材115を経て、第2導電型の半導体層113に供給される。これにより、第1及び第2の活性層112、132はそれぞれ発光することができる。
【0081】
第1のチップ構造体110の第1の発光構造層210は、第2のチップ構造体130の第2の発光構造層220と並列に連結されてもよく、光効率を改善することができる。また、第1のチップ構造体110と第2のチップ構造体130が並列に連結されるため、何れか一つの発光構造層が不良であっても、他の発光構造層は正常に動作することができる。実施形態では、第1のチップ構造体110は第2のチップ構造体130に直列に連結されることもでき、この場合、N‐P‐N‐P接合方式で連結されることができる。
【0082】
第1のチップ構造体110内の複数の半導体層111、112、113と第2のチップ構造体130内の複数の半導体層131、132、133は、発光素子内に垂直に配列された複数の連結部材によって互いに並列に連結されることができる。別の例として、連結部材は第1のチップ構造体110内の複数の半導体層111、112、113と第2のチップ構造体130内の複数の半導体層131、132、133のうち同じ極性または互いに反対の極性に対して、互いに連結することができる。極性は、N型半導体層またはP型半導体層であってもよい。
【0083】
第1の発光構造層210は第1の光を発光し、第2の発光構造層220は第1の光または第1の光と異なる第2の光を発光することができる。例えば、第1の光は青色、緑色、赤色、UV波長の光のうち選択され、第2の光は青色、黄色、紫色、緑色、赤色、UVなどを含んでもよい。
【0084】
図2は、
図1のA‐A線に沿った断面図である。
【0085】
図2を参照すると、第2の絶縁層141には複数の第3の連結部材139が角領域にそれぞれ配置され、中央領域には第4の連結部材142が配置される。第3の連結部材139は、円形状または多角形状に形成されてもよく、環形状、すなわち開ループまたは閉ループ形状を含んでもよい。
【0086】
第4の連結部材142は円形、多角形及び分岐構造を選択的に有し、少なくとも一つが具備されてもよい。
【0087】
図3は、
図1の発光素子の光放出例を示す図である。
【0088】
図3を参照すると、第1のチップ構造体110と第2のチップ構造体130は並列に連結されており、実質的に同時に駆動されることができる。
【0089】
第1の発光構造層210は第1の光L1を放出し、第1の光L1は下方向を除いた全方向に放出される。このとき、第1の光L1の一部は、第1の反射層117により側方向及び上方向に反射されて放出されることができる。
【0090】
第1の発光構造層210の第1の光は、緑色、青色、赤色、黄色及びUV(ultraviolet)の帯域のうち少なくとも一つを含み、第2の発光構造層220から放出された第2の光L2は、緑色、青色、赤色、黄色及びUVの帯域のうち少なくとも一つを含む。
【0091】
第2のチップ構造体130は、第2の発光構造層220から放出された第2の光L2を側方向に放出することができる。第2のチップ構造体130の第3の反射層143及び第2の反射層135は、第2の活性層132から放出された第2の光L2を反射して、光抽出効率を改善することができる。
【0092】
発光素子100は、白色光を発光することができる。例えば、第2のチップ構造体130を介して赤色または緑色の光を放出し、第1のチップ構造体110を介して青色光を放出して、複数の色を混合することで白色光を具現することができる。このような白色光を具現することにより、パッケージ上で発光素子チップを密封するモールディング部材に蛍光体を別途に添加する必要がないという効果がある。実施形態では、第1及び第2の活性層112、132が互いに異なる波長帯域の光または互いに同じ波長帯域の光を放出してもよく、これに限定するものではない。
【0093】
本発明の実施形態は、
図1の発光素子100を具備したパッケージを提供することができる。このようなパッケージでは、
図1の発光素子が青色光を放出するとき、少なくとも一種類の蛍光体を添加することができ、この場合には、光度が同一大きさの他のチップの1.5倍以上になることができる。また、
図1の発光素子が複数の色の光を放出する場合、パッケージ上で複数の色を通じてターゲット光(例えば、白色)を具現することができ、モールディング部材に別途の蛍光体を添加しないか、あるいは蛍光体の種類を減らすことができる。
【0094】
図4〜
図23は、実施形態による発光素子の製造過程を示す図である。第1のチップ構造体の製造過程は
図4〜
図7を参照して説明する。
【0095】
図4及び
図5を参照すると、第1の成長基板160が成長装備にローディングされ、その上には複数の化合物半導体を用いた第1の発光構造層210が形成される。成長装備は、電子ビーム蒸着機、PVD(physical vapor deposition)、CVD(chemical vapor deposition)、PLD(plasma laser deposition)、二重型の熱蒸着機(dual‐type thermal evaporator)、スパッタリング(sputtering)、MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)などを含んでもよく、このような装備に限定するものではない。
【0096】
第1の成長基板160は、サファイア(Al
20
3)、GaN、SiC、ZnO、Si、GaP、InP、GaAs及びGa
2O
3などからなる群から選択される物質で形成されてもよい。第1の成長基板160上にはラフネス(図示せず)が形成されてもよく、ラフネスは半球形状またはストライプ形状などに形成されてもよい。
【0097】
第1の成長基板160上には第1の発光構造層210が形成される。第1の成長基板160と第1の発光構造層210の間には、他の半導体、例えば2族〜6族元素の化合物半導体(例えば、ZnO、GaN)を用いて格子定数差を改善したり光抽出効率を改善するための層または構造物として、凹凸パターンまたはラフネスが形成されてもよい。
【0098】
また、第1の成長基板160上にはバッファ層又は/及びアンドープ(undoped)半導体層が形成されてもよく、バッファ層は、3族‐5族化合物半導体を用いてたGaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInPなどから選択されてもよい。アンドープ半導体層は、第1導電型の半導体層よりは伝導性が低い層であって、ドーピングされないGaN系半導体で形成されてもよく、N型半導体特性を有する。
【0099】
第1の発光構造層210は、例えば、第1導電型の半導体層111、第1の活性層112及び第2導電型の半導体層113を含む。第1導電型の半導体層111は、第1導電型のドーパントがドーピングされた3族‐5族元素の化合物半導体、例えば、GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInPなどから選択されてもよい。第1導電型の半導体層111はN型半導体層であり、N型半導体層はSi、Ge、Sn、Se、TeのようなN型ドーパントを含む。第1の活性層112は、第1導電型の半導体層111上に3族‐5族元素の化合物半導体を用いて単一量子井戸構造、多重量子井戸構造、量子点構造または量子線構造で形成されてもよく、例えばInGaN井戸層/GaN障壁層の周期で形成されてもよい。井戸層は、障壁層のバンドギャップより低いバンドギャップを有する物質で形成されてもよい。
【0100】
第1の活性層112上には第2導電型の半導体層113が形成される。第2導電型の半導体層113は、第2導電型のドーパントがドーピングされた化合物半導体、例えば、GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInPなどのような化合物半導体のうち何れか一つを含んでもよい。第2導電型の半導体層113はP型半導体層であり、P型半導体層はMg、Zn、Ca、Sr、BaのようなP型ドーパントを含んでもよい。
【0101】
第1の発光構造層210の第1導電型の半導体層111と第2導電型の半導体層113のうち、第1の成長基板160により近い層がより厚く形成されてもよい。
【0102】
第1の発光構造層210において、第1導電型はN型、第2導電型はP型半導体で具現されたり、これの逆構造で形成されてもよい。また、第2導電型の半導体層113上に第2導電型と反対の極性を有する半導体層を形成してもよい。これによって、第1の発光構造層210はN‐P接合、P‐N接合、N‐P‐N接合、またはP‐N‐P接合構造のうち何れか一つを含むことができる。
【0103】
第2導電型の半導体層113上には第1の伝導層114が形成されてもよい。第1の伝導層114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)、IZON(IZO Nitride)、ZnO、IrOx、RuOx、NiOのうち選択されてもよい。第1の伝導層114は他の例として、Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf及びこれらの選択的な組み合わせで構成された物質から形成されてもよい。
【0104】
第1の伝導層114は、マスクパターンによってマスキングした後、マスクパターンが形成されない領域に形成されてもよい。第1の伝導層114の間には少なくとも一つの第1のホール163が形成される。
【0105】
第1の発光構造層210にエッチングを行って、第1導電型の半導体層111の一部を露出させる。このようなエッチングにより第2のホール161が形成され、第2のホール161は、第2のチップ構造体の第2の連結部材(
図6の116)に対応する位置に形成されてもよい。エッチングは、マスクパターンによってマスキングした後、所望の領域に対して第1導電型の半導体層111が露出する程度までドライエッチングしてもよい。ここで、エッチング過程と第1の伝導層114の形成過程は互いに変わってもよく、エッチング過程はウェットエッチングを利用することもできる。
【0106】
図5及び
図6を参照すると、第1の伝導層114の上に第1の絶縁層108を形成する。第1の絶縁層108は、SiO
2、Si
3N
4、Al
2O
3、TiO
2などの絶縁物質で形成されてもよく、これに限定するものではない。
【0107】
第1の絶縁層108を形成するにあたって、第1のホール163及び第2のホール161はマスクパターン(例えば、フォトレジストパターン(photoresist pattern))でマスキングした後に形成してもよい。
【0108】
第1のホール163及び第2のホール161には、第1の連結部材115及び第2の連結部材116が形成される。第1の連結部材115は第2導電型の半導体層113に電気的に接触し、第1の伝導層114と電気的に接触してもよい。第2の連結部材116は、第1導電型の半導体層111に電気的に接触し、第1の絶縁層108により他の層との接触が遮断される。連結部材115、116と第1の絶縁層108の形成順序は互いに変更されてもよく、これに限定するものではない。第1の連結部材115及び第2の連結部材116は、蒸着方式またはスパッタリング方式を利用して形成した後、メッキ工程を通じて形成してもよく、これに限定するものではない。
【0109】
第1の連結部材115と第2の連結部材116は、Pt、Ni、Rh、Ti、Al、In、Ta、Pd、Co、Ni、Si、Ge、Ag及びAuのうち一つまたは複数の合金で形成されてもよく、これに限定するものではない。前述された連結部材は、層と層の間を電気的に連結する部材として定義され、貫通構造、ビア構造、スルーホール構造などで形成されてもよく、以下で説明の便宜のために連結部材を一例として説明する。
【0110】
第1の連結部材115及び第2の連結部材116の形状及びその個数は、実施形態の技術的範囲内で様々に変更されてもよく、このような構造に対して限定するものではない。ここで、連結部材115、116は複数が形成されたり分岐構造で形成されて、電流供給効率を改善することができ、また、光抽出効率を考慮して適切な大きさに形成することができる。
【0111】
図6及び
図7を参照すると、第1の絶縁層108上に第1の反射層117を形成し、第1の反射層117上に第1のボンディング層119を形成する。第1の反射層117は上記で開示された金属物質を用いて選択的に形成されてもよく、少なくとも50%以上の反射金属を含んでもよい。第1の反射層117は、第1の連結部材115及び第2の連結部材116から電気的に離隔してもよい。第1の反射層117は、蒸着、スパッタリング方式で形成したり、メッキ工程で形成してもよく、これに限定するものではない。
【0112】
第1のボンディング層119内には、第1の中間連結部材120及び第2の中間連結部材118が配置される。第1の中間連結部材120及び第2の中間連結部材118は、その周囲に絶縁物質122、121を具備して、他の物質と電気的に離隔する。
【0113】
第1のボンディング層119は、単層または多層の共晶工程用金属(以下、共晶金属とする)を用いてボンディングされてもよい。共晶金属は、Au/Sn、SnPbとPb‐free半田のような合金を共晶工程を通じてボンディングしてもよい。
【0114】
第1のボンディング層119の第1の中間連結部材120は第1の連結部材115に電気的に連結され、第2の中間連結部材118は第2の連結部材116に電気的に連結される。このような方式で、第1の光を発光する第1のチップ構造体110Aが形成される。第1のチップ構造体110Aを形成するにあたって、連結部材及び中間連結部材の形成過程は、レーザやドリルなどの工程を通じてホールを形成し、絶縁物質で絶縁した後、連結部材を形成してもよく、このような連結部材形成過程に対して限定するものではない。
【0115】
図8〜
図16は、第2のチップ構造体の形成過程を示す図である。
【0116】
図8及び
図9を参照すると、第2の成長基板150が成長装備にローディングされ、その上には複数の化合物半導体を用いた第2の発光構造層220を形成する。成長装備は、電子ビーム蒸着機、 PVD(physical vapor deposition)、CVD(chemical vapor deposition)、PLD(plasma laser deposition)、二重型の熱蒸着機(dual‐type thermal evaporator)、スパッタリング(sputtering)、MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)などを含んでもよく、このような装備に限定するものではない。
【0117】
第2の成長基板150は、サファイア(Al
20
3)、GaN、SiC、ZnO、Si、GaP、InP、GaAs及びGa
2O
3などの群から選択される物質で形成されてもよい。第2の成長基板150上にはラフネス(図示せず)が形成されてもよく、ラフネスは半球形状またはストライプ形状などに形成されてもよい。
【0118】
第2の成長基板150上には第2の発光構造層220が形成される。第2の成長基板150と第2の発光構造層220の間には、他の半導体層、例えば2族〜6族元素の化合物半導体(例えば、ZnO、GaN)を用いて結晶構造を改善したり光抽出効率を改善するための層または構造物として、凹凸パターンまたはラフネスが形成されてもよい。
【0119】
また、第2の成長基板150上にはバッファ層又は/及びアンドープ半導体層が形成されてもよく、バッファ層は、例えば3族‐5族化合物半導体を用いてたGaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInPなどから選択されてもよい。アンドープ半導体層は、第1導電型の半導体層よりは伝導性が低い層であって、ドーピングされないGaN系半導体で形成されてもよく、N型半導体特性を有する。
【0120】
第2の発光構造層220は、例えば第3導電型の半導体層131、第2の活性層132及び第4導電型の半導体層133を含む。第3導電型の半導体層131は、3族‐5族元素の化合物半導体、例えば、GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInPなどから選択されてもよく、好ましくIn
xAl
yGa
1−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。第3導電型の半導体層131はN型半導体層であって、N型半導体層はSi、Ge、Sn、Se、TeのようなN型ドーパントを含んでもよい。
【0121】
第2の活性層132は、第3導電型の半導体層131上に、3族‐5族元素の化合物半導体を用いた単一量子井戸構造、多重量子井戸構造、量子線構造または量子点構造で形成されてもよい。第2の活性層132は、例えばInGaN井戸層/GaN障壁層の周期で形成されてもよく、井戸層は障壁層のバンドギャップより低いバンドギャップを有する物質で形成されてもよい。第1の活性層と第2の活性層132の物質は同じであっても異なってもよく、バンドギャップは同じであっても異なってもよい。
【0122】
第2の活性層132上には第4導電型の半導体層133が形成される。第4導電型の半導体層133は、導電型ドーパントがドーピングされた化合物半導体、例えば、GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInPなどのような化合物半導体のうち何れか一つを含んでもよい。第4導電型の半導体層133はP型半導体層であり、P型半導体層はMg、Zn、Ca、Sr、BaのようなP型ドーパントを含んでもよい。
【0123】
第2の発光構造層220の第3導電型の半導体層131と第4導電型の半導体層133のうち、第2の成長基板150により近い層がより厚く形成されてもよい。
【0124】
第2の発光構造層220の第3の導電型はN型半導体、第4の導電型はP型半導体で具現されたり、これの逆構造で形成されてもよい。また、第4導電型の半導体層133上に第4の導電型と反対の極性を有する半導体、例えばN型半導体層がさらに形成されてもよい。これによって、第2の発光構造層220はN‐P接合、P‐N接合、N‐P‐N接合、または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。
【0125】
第2の発光構造層220には少なくとも一つの第5のホール137Bが形成される。第5のホール137Bは、第2の発光構造層220を通過して第2の成長基板150が露出する深さまたは第4導電型の半導体層133がエッチングされる深さに形成されてもよい。
【0126】
第5のホール137Bには絶縁物質137が形成される。絶縁物質137はSiO
2、Si
3N
4、Al
2O
3、TiO
2などの絶縁材料で形成されてもよく、この材料に限定するものではない。絶縁物質137は、蒸着またはスパッタリング装備を利用して形成してもよい。
【0127】
絶縁物質137には第5のホール137Bが形成され、第5のホール137Bは、絶縁物質137の形成前または後に、マスク層を利用してまたはエッチング方式で形成されてもよく、これに限定するものではない。
【0128】
絶縁物質137の上端は、第4導電型の半導体層133のホールの周囲に延長形成されてもよく、これに限定するものではない。
【0129】
図9及び
図10を参照すると、第4導電型の半導体層133上には第2の伝導層134が形成される。第2の伝導層134は、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium zinc oxide)、AZO(Aluminum Zinc Oxide)、IZTO(indium zinc tinoxide)、IAZO(indium aluminum zinc oxide)、IGZO(indium gallium zinc oxide)、IGTO(indium gallium tin oxide)、ATO(antimony tin oxide)、GZO(gallium zinc oxide)、IZON(IZO Nitride)、ZnO、IrOx、RuOx、NiOのうち選択されてもよい。また、第2の伝導層134はAg、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf及びこれらの選択的な組み合わせで構成された物質のうち形成されてもよい。
【0130】
第2の伝導層134は、複数のパターンまたは層で形成されてもよく、第4導電型の半導体層133とオーミック接触することができる。このような第2の伝導層134は形成しなくてもよい。
【0131】
第5のホール137Bには第5の連結部材138が形成される。第5の連結部材138は、Pt、Ni、Rh、Ti、Al、In、Ta、Pd、Co、Ni、Si、Ge、Ag及びAuのうち何れか一つまたは複数の合金で形成されてもよく、これに限定するものではない。ここで、第5の連結部材138と絶縁物質137の形成工程は互いに変更されてもよく、これに限定するものではない。
【0132】
図10及び
図11を参照すると、第1の伝導層134の上には第2の反射層135が形成され、第2の反射層135の上には支持部材136が形成される。
【0133】
第2の反射層135は、反射物質、例えばAg、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf及びこれらの選択的な組み合わせで構成された物質のうち少なくとも一つを含み、これに限定するものではない。第2の反射層135は、絶縁物質137及び第5の連結部材138の上まで延長形成されてもよい。
【0134】
第2の反射層135は、第2の極性の電源を供給し、入射する光を反射する。支持部材136は、第2の反射層134、絶縁物質137及び第5の連結部材138の上に形成されてもよい。
【0135】
支持部材136は、伝導性支持部材として形成されてもよく、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、GaN、GaAs、ZnO、SiC、SiGeなど)などで具現されてもよい。支持部材136は、メッキ方式でまたは板状で接着されてもよく、これに限定するものではない。
【0136】
図11及び
図12を参照すると、支持部材136上には消去基板152が形成される。消去基板152はグリップ(Grip)基板であって、ガラスとサファイア基板などのようにLLO(Laser Lift Off)可能な基板材料を使用してもよい。消去基板152は付着してもよく、別途に蒸着してもよく、これに限定するものではない。
【0137】
図12及び
図13を参照すると、の第2のチップ構造体を覆した後、消去基板152をベースに位置させ、第2の成長基板150を除去する。第2の成長基板150は、第2の成長基板150に一定波長のレーザを照射して第2の成長基板150を除去する物理的除去方式(例えば、LLO)で除去されたり、またはウェットエッチングのような化学的方式で除去されてもよく、これに限定するものではない。
【0138】
図13及び
図14を参照すると、第2の成長基板150が除去されたら、第2の発光構造層220の第3導電型の半導体層131上に第3の伝導層140が形成され、第3の伝導層140上には第2の絶縁層141が形成される。
【0139】
第3の伝導層140は、マスク層を利用して連結部材ホール以外の領域に層または複数のパターンとして具現されてもよく、これに限定するものではない。
【0140】
第2の絶縁層141は第3の伝導層140及び発光構造層上に、SiO
2、Si
3N
4、Al
2O
3、TiO
2などの絶縁材料で形成されてもよく、この材料に限定するものではない。
【0141】
第2の絶縁層141上には第3の反射層143が形成される。第3の反射層143は、第2の絶縁層141を透過する光を反射することができる。第2の絶縁層141の上面にはラフネス(図示せず)が形成され、それによって第3の反射層143の表面にラフネスが形成され、光の抽出効率を改善することができる。
【0142】
第2の絶縁層141は、第2の発光構造層220から放出された光が水平方向に効果的に放出される空間を形成することができる。第2の絶縁層141は、隣接した媒質の屈折率差を利用して、チップ内部で消滅し得る光を水平方向に放出する役割を果たす。
【0143】
第2の絶縁層141には第3及び第4のホール153、154が形成される。第3のホール153は、第5の連結部材138上に対応して形成され、第4のホール154は、第3導電型の半導体層131が露出するように形成されてもよい。第4のホール154は、第3の伝導層140の上面がさらに露出するように形成されてもよく、これに限定するものではない。
【0144】
第3のホール153は少なくとも一つが素子の周辺領域に配置されてもよく、第4のホール154は少なくとも一つが素子の中央領域に配置されてもよい。このような二つの連結部材ホールは、その位置が互いに変更されたり、様々な配置構造で形成されてもよく、これに限定するものではない。
【0145】
また、第3及び第4のホール153、154は、第2の絶縁層141の形成後にエッチングで形成してもよく、第2の絶縁層141の形成前に形成してもよい。
【0146】
第3の反射層143は、第3及び第4のホール153、154の形成前または後に形成されてもよく、これに限定するものではない。
【0147】
図15は、
図14の第3の反射層を形成する前の平面図である。
【0148】
図15を参照すると、第2の絶縁層141に形成された第3及び第4のホール153、154は、その大きさ(例えば、直径)や個数が同じであってもまたは異なってもよく、これに限定するものではない。
【0149】
第3のホール153は、環形状、例えば、閉ループまたは開ループ形状に形成されてもよく、様々なアーム形状、数個のアーム構造などで形成されてもよく、これに限定するものではない。
【0150】
図14及び
図16を参照すると、第3のホール153には第3の連結部材139が形成され、第4のホール154には第4の連結部材142が形成される。第3の連結部材139及び第4の連結部材142は、マスクパターンを利用してマスキングし、電極物質で同一工程でまたはそれぞれ別途の工程で形成されてもよい。
【0151】
第3の連結部材139及び第4の連結部材142は、第2の絶縁層141の厚さと同じ程度または第2の絶縁層141の厚さより厚く形成されてもよく、これに限定するものではない。第4の連結部材142の下部直径は上部直径より小さく形成されてもよく、これに限定するものではない。第4の連結部材142は第3の伝導層140に接触してもよく、これにより電流は第3の伝導層140を通して拡散することができる。
【0152】
第2の絶縁層141上には第2のボンディング層145が形成される。第2のボンディング層145は、共晶工程用金属、例えば、Au/Sn、SnPbとPb‐free半田のような合金で形成されてもよい。これによって第2のチップ構造体130Aが完成されることができる。第2のチップ構造体130Aを形成するにあたって、連結部材及び中間連結部材の形成過程は、レーザやドリルなどの工程を通じてホールを形成し、絶縁物質で絶縁した後、連結部材を形成してもよく、このような連結部材形成過程に対して限定するものではない。
【0153】
第2のボンディング層145を形成するにあたって、マスクパターンを利用して第2のボンディング層145に第3の中間連結部材146及び第4の中間連結部材144を形成してもよい。または、第2のボンディング層145に予め形成された第3の中間連結部材146及び第4の中間連結部材144を提供してもよい。
【0154】
第3の中間連結部材146の下部は第3の連結部材139に電気的に接触し、第4の中間連結部材144の下部は第4の連結部材142に電気的に接触する。
【0155】
第2のボンディング層145は、第3及び第4の中間連結部材146、144が電気的に離隔した構造で形成されてもよく、電気的に離隔した構造は第3の連結部材139と第4の連結部材142の位置によって変わってもよい。第3の中間連結部材146及び第4の中間連結部材144は、絶縁物質151、149により第2のボンディング層145から絶縁されて、不必要な短絡を遮断する。
【0156】
第3の中間連結部材146及び第4の中間連結部材144は、第2のボンディング層145の形成後ドリルやレーザなどを利用して形成してもよい。
【0157】
図17〜
図23は、複数のチップ構造体の接合を通じて発光素子を製造する過程を示す図である。
【0158】
図17を参照すると、第2のチップ構造体130A上に第1のチップ構造体110Aを配置した後、第2のボンディング層145と第1のボンディング層119を互いに接合する。第2のボンディング層145と第1のボンディング層119の接合方式は、二つの層を整列させた後、第1の中間連結部材120と第3の中間連結部材146、第2の中間連結部材118と第4の中間連結部材144を互いに対応させる。
【0159】
第2のボンディング層145と第1のボンディング層119は、上記のように整列させた後、共晶ボンディング工程で接合してもよく、これに限定するものではない。
【0160】
第2のボンディング層145と第1のボンディング層119が互いに接合されると、第2のボンディング層145の第3の中間連結部材146は第1のボンディング層119の第1の中間連結部材120に接触し、第2のボンディング層145の第4の中間連結部材144は第1のボンディング層119の第2の中間連結部材118に接触する。
【0161】
図17〜
図19を参照すると、第1のチップ構造体110A上の第1の成長基板160を除去する。第1の成長基板160は、物理的又は/及び化学的方法で除去してもよい。物理的方法では、LLO方式で除去してもよく、化学的方法では、第1の成長基板160と第1の発光構造層210の第1導電型の半導体層111の間の層(例えば、バッファ層、ZnO)にウェットエッチング液を注入して除去してもよい。
【0162】
図19及び
図20を参照すると、第1のチップ構造体110Aの第1の成長基板160が除去されたら、第1の発光構造層210の第1導電型の半導体層111の上面にラフネス111Aを形成して、外部量子効率を改善できる構造を形成する。
【0163】
第1のチップ構造体110Aの第1導電型の半導体層111の上面には第3の絶縁層109が形成されてもよい。第3の絶縁層109は、第1の電極107の領域を除いた上面に形成されてもよく、これに限定するものではない。ここで、第3の絶縁層109は、発光素子の上面だけではなくその周囲に形成されることもでき、この場合、第1の発光構造層210と第2の発光構造層220とは、層間絶縁されることができる。また、第3の絶縁層109は、外部からの湿気の侵透を防止することができる。
【0164】
第1のチップ構造体110Aの第1導電型の半導体層111上に第1の電極107を形成する。第1の電極107は、単数または複数が配置されてもよく、所定のアーム形状のパターンで形成されてもよく、その上面にはラフネスが形成されてもよい。ここで、第1導電型の半導体層111の表面には伝導層(図示せず)が形成されてもよく、このような電極層は電流を全表面に均一な分布で拡散させることができる。
【0165】
図21〜
図23を参照すると、第2のチップ構造体130のベース側に配置された消去基板152は、例えば、デボンディング(Debonding)方式で除去する。消去基板152が除去されると、第2のチップ構造体130のベース側には支持部材136が配置される。
【0166】
第2のチップ構造体130上に第1のチップ構造体110が一体にボンディング接合されることで、複数のチップ構造体110、130を有する発光素子100を完成することができる。
【0167】
第1のチップ構造体110の第1の電極107には第1の極性の電源が供給され、第2のチップ構造体130の支持部材136には第2の極性の電源が供給される。
【0168】
第1の極性の電源は、第1導電型の半導体層111に供給され、第2の連結部材116、第2の中間連結部材118、第4の中間連結部材144、第4の連結部材142を通して第2のチップ構造体130の第3導電型の半導体層131に供給される。
【0169】
第2の極性の電源は、支持部材136を通して第4導電型の半導体層133に供給され、第5の連結部材138、第3の連結部材139、第2のボンディング層145の第3の中間連結部材146、第1のボンディング層119の第1の中間連結部材120を通して第1の連結部材115を経て、第2導電型の半導体層113に供給される。これにより、各構造体110、130の活性層112、132は発光することができる。
【0170】
第1のチップ構造体110と第2のチップ構造体130は、内部の第1の発光構造層210と第2の発光構造層220の並列連結構造を通じて並列駆動され、光抽出効率を改善することができる。また、並列連結構造により、何れかひ一つの発光構造層が不良であっても、他の発光構造層は正常に動作することができる。他の実施形態として、第1のチップ構造体110と第2のチップ構造体130の内部層は直列に連結されてもよく、例えば、N‐P‐N‐P接合構造またはP‐N‐P‐N接合構造を有して直列に連結されることもできる。
【0171】
発光素子100は、第2のチップ構造体130を通して側方向に光を放出し、第1のチップ構造体110を通して側方向及び上方向に光を放出することができる。
【0172】
また、第2のチップ構造体130は、赤色、緑色、青色などのような有色光またはUV光を放出してもよく、第1のチップ構造体110は、赤色、緑色、青色などのような有色光またはUV光を放出するように製造されてもよい。これによって、第2のチップ構造体130と第1のチップ構造体110は同一色の光を発光したり互いに異なる色の光を発光することができる。一例として、一つの発光素子100を通じて複数色の光を放出し、これら光を混合することで白色光を具現することができる。このような白色光を具現することにより、パッケージ上で発光素子チップを密封するモールディング部材に蛍光体を別途に添加する必要がないという効果がある。
【0173】
実施形態では、
図1の発光素子100を具備したパッケージを製造することができ、パッケージは中空(cavity)又は/及びレンズを具備することができる。パッケージは、
図1の発光素子のすべてのチップ構造体が青色光を放出するとき、少なくとも一種類の蛍光体を添加してもよく、この場合、光度が同一大きさの他のチップの1.5倍以上になることができる。また、
図1の発光素子が複数色の光を放出する場合、パッケージ上で複数の色を通じてターゲット光(例えば、白色)を具現することができ、モールディング部材に別途の蛍光体を添加する必要がなかったり、蛍光体の種類を減らすることができる。
【0174】
また、実施形態では、第2のチップ構造体130上に互いに離隔した複数の第1のチップ構造体110を配置してもよい。複数の第1のチップ構造体110は、第2のチップ構造体130と上記のような連結部材構造を介して電気的に連結(例えば、並列又は/及び直列)されることができ、互いに異なる色の光または同一色の光を発光することができる。
【0175】
図24は、実施形態による発光素子を有する発光素子パッケージの断面図である。
【0176】
図24を参照すると、発光素子パッケージ30は、本体20と、本体20に設けられた第1のリード電極32及び第2のリード電極33と、本体20に設けられて第1のリード電極32及び第2のリード電極33と電気的に連結される実施形態による発光素子100と、発光素子100を囲むモールディング部材40とを含む。
【0177】
本体20は、シリコンのような導電性基板、PPAなどのような合成樹脂材質の基板、セラミック基板、絶縁基板または金属基板(例えば、MCPCB)を含んで形成されてもよく、発光素子100の周りに傾斜面が形成されてもよい。本体20はスルーホール構造を含んでもよく、これに限定するものではない。
【0178】
本体20の上部には所定深さの中空22が形成されてもよく、中空22内にはリード電極32、33及び発光素子100が配置される。発光素子100は、他の実施形態の発光素子を使用してもよく、これに限定するものではない。
【0179】
本体20の上面はフラットに形成されてもよく、この場合、中空22は形成されない。
【0180】
第1のリード電極32及び第2のリード電極33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のリード電極32及び第2のリード電極33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。
【0181】
発光素子100は、本体20上に設けられたり、第1のリード電極32または第2のリード電極33上に設けられてもよい。リード電極32、33は、リードフレーム構造、スルーホール構造、メッキ層のうち少なくとも一つを含んで具現することができる。
【0182】
発光素子100は、上記の実施形態に開示された素子であって、第1のリード電極32上にダイボンディングされ、第2のリード電極33にワイヤ25でボンディングされてもよい。
【0183】
モールディング部材40は、シリコンまたはエポキシのような樹脂材質を含み、発光素子100を囲んで発光素子100を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て、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。モールディング部材40上にはレンズが配置されてもよく、レンズはモールディング部材と接触したり接触しない形に具現されてもよい。
【0184】
発光素子100は青色光を放出し、モールディング部材40には少なくとも一種類の蛍光体が配置されてもよく、この場合、光度が同一大きさの他のチップの1.5倍以上になり得る。また、上記の発光素子100から複数の色が放出された場合、パッケージ上で複数の色を通じてターゲット光(例えば、白色)を具現することができ、モールディング部材40に別途の蛍光体を添加する必要がなかったり、蛍光体の種類を減らすることができる。
【0185】
発光素子パッケージ30には、上記に開示された実施形態の発光素子のうち少なくとも一つが搭載されてもよく、これに限定するものではない。
【0186】
発光素子100は、
図1のように複数のチップ構造体を具備し、本体20上に設けられるか第1のリード電極32または第2のリード電極33上に設けられることができる。
<照明システム>
実施形態のパッケージはトップビュー形態で図示及び説明したが、サイドビュー方式により具現して上記のような配光分布を改善することができる。また、ボードの上に複数の発光素子パッケージ100を配置する時、発光素子パッケージ100の間の間隔を縮めることができる。
【0187】
実施形態に従う発光素子パッケージはライトユニットに適用できる。上記ライトユニットは、複数の発光素子または発光素子パッケージがアレイ(配列)された構造を含み、
図25及び
図26に図示された表示装置、
図27に図示された照明装置を含み、照明灯、信号灯、車両前照灯、電光板などが含まれることができる。
【0188】
図25は、実施形態に従う表示装置の分解斜視図である。
【0189】
図25を参照すると、実施形態に従う表示装置1000は、導光板1041、上記導光板1041に光を提供する発光モジュール1031、上記導光板1041の下に反射部材1022、上記導光板1041の上に光学シート1051、上記光学シート1051の上に表示パネル1061、上記導光板1041、発光モジュール1031、及び反射部材1022を収納するボトムカバー1011を含むことができるが、これに限定されるのではない。
【0190】
上記ボトムカバー1011、反射シート1022、導光板1041、及び光学シート1051は、ライトユニット1050と定義できる。
【0191】
上記導光板1041は光を拡散させて面光源化させる役割をする。上記導光板1041は透明な材質からなり、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(cycloolefin copolymer)、及びPEN(polyethylene naphthalate)樹脂のうちの1つを含むことができる。
【0192】
上記発光モジュール1031は、上記導光板1041の少なくとも一側面に光を提供し、結果的には表示装置の光源として作用するようになる。
【0193】
上記発光モジュール1031は少なくとも1つを含み、上記導光板1041の一側面で直接または間接的に光を提供することができる。上記発光モジュール1031は基板1033と上記に開示された実施形態に従う発光素子パッケージ30を含み、上記発光素子パッケージ30は上記基板1033の上に所定間隔でアレイできる。
【0194】
上記基板1033は、回路パターン(図示せず)を含む印刷回路基板(PCB;Printed Circuit Board)でありうる。但し、上記基板1033は一般のPCBだけでなく、メタルコアPCB(MCPCB;Metal Core PCB)、軟性PCB(FPCB;Flexible PCB)などを含むこともでき、これに対して限定するのではない。上記発光素子パッケージ30は、上記ボトムカバー1011の側面または放熱プレートの上に載置される場合、上記基板1033は除去できる。ここで、上記放熱プレートの一部は上記ボトムカバー1011の上面に接触できる。
【0195】
そして、上記複数の発光素子パッケージ30は、上記基板1033の上に光が放出される出射面が上記導光板1041と所定距離離隔するように載置されることができ、これに対して限定するのではない。上記発光素子パッケージ30は、上記導光板1041の一側面である入光部に光を直接または間接的に提供することができ、これに対して限定するのではない。
【0196】
上記導光板1041の下には上記反射部材1022が配置できる。上記反射部材1022は、上記導光板1041の下面に入射された光を反射させて上に向かうようにすることによって、上記ライトユニット1050の輝度を向上させることができる。上記反射部材1022は、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。上記反射部材1022は、上記ボトムカバー1011の上面であることがあり、これに対して限定するのではない。
【0197】
上記ボトムカバー1011は、上記導光板1041、発光モジュール1031、及び反射部材1022などを収納することができる。このために、上記ボトムカバー1011は上面が開口されたボックス(box)形状を有する収納部1012が備えられることができ、これに対して限定するのではない。上記ボトムカバー1011はトップカバーと結合されることができ、これに対して限定するのではない。
【0198】
上記ボトムカバー1011は、金属材質または樹脂材質で形成されることができ、プレス成形または押出成形などの工程を用いて製造できる。また、上記ボトムカバー1011は、熱伝導性の良い金属または非金属材料を含むことができ、これに対して限定するのではない。
【0199】
上記表示パネル1061は、例えばLCDパネルであって、互いに対向する透明な材質の第1及び第2基板、そして第1及び第2基板の間に介された液晶層を含む。上記表示パネル1061の少なくとも一面には偏光板が取り付けられることができ、このような偏光板の取付構造に限定するのではない。上記表示パネル1061は、光学シート1051を通過した光により情報を表示するようになる。このような表示装置1000は、各種の携帯端末機、ノートブックコンピュータのモニタ、ラップトップコンピュータのモニタ、テレビなどに適用できる。
【0200】
上記光学シート1051は、上記表示パネル1061と上記導光板1041との間に配置され、少なくとも一枚の透光性シートを含む。上記光学シート1051は、例えば拡散シート、水平及び垂直プリズムシート、及び輝度強化シートのようなシートのうち、少なくとも1つを含むことができる。上記拡散シートは入射される光を拡散させ、上記水平または/及び垂直プリズムシートは入射される光を表示領域に集光させ、上記輝度強化シートは損失される光を再使用して輝度を向上させる。また、上記表示パネル1061の上には保護シートが配置されることができ、これに対して限定するのではない。
【0201】
ここで、上記発光モジュール1031の光経路上には光学部材として、上記導光板1041及び光学シート1051を含むことができ、これに対して限定するのではない。
【0202】
図26は、実施形態に従う表示装置を示す図である。
【0203】
図26を参照すると、表示装置1100は、ボトムカバー1152、上記に開示された発光素子パッケージ30がアレイされた基板1120、光学部材1154、及び表示パネル1155を含む。
【0204】
上記基板1120及び上記発光素子パッケージ30は、発光モジュール1060と定義できる。上記ボトムカバー1152、少なくとも1つの発光モジュール1060、及び光学部材1154は、ライトユニットと定義できる。
【0205】
上記ボトムカバー1152には収納部1153を具備することができ、これに対して限定するのではない。
【0206】
ここで、上記光学部材1154は、レンズ、導光板、拡散シート、水平及び垂直プリズムシート、及び輝度強化シートなどのうち、少なくとも1つを含むことができる。上記導光板はPC材質またはPMMA(Polymethy methacrylate)材質からなることができ、このような導光板は除去できる。上記拡散シートは入射される光を拡散させ、上記水平及び垂直プリズムシートは入射される光を表示領域に集光させ、上記輝度強化シートは損失される光を再使用して輝度を向上させる。
【0207】
上記光学部材1154は上記発光モジュール1060の上に配置され、上記発光モジュール1060から放出された光を面光源したり、拡散、集光などを遂行するようになる。
【0208】
図27は、実施形態に従う照明装置の斜視図である。
【0209】
図27を参照すると、照明装置1500は、ケース1510、上記ケース1510に設けられた発光モジュール1530、及び上記ケース1510に設けられ、外部電源から電源の提供を受ける連結端子1520を含むことができる。
【0210】
上記ケース1510は放熱特性が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。
【0211】
上記発光モジュール1530は、基板1532、及び上記基板1532に載置される実施形態に従う発光素子パッケージ30を含むことができる。上記発光素子パッケージ30は、複数個がマトリックス形態または所定間隔で離隔してアレイできる。
【0212】
上記基板1532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でき、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、FR−4基板などを含むことができる。
【0213】
また、上記基板1532は光を効率の良く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、銀色などのコーティング層となることができる。
【0214】
上記基板1532の上には少なくとも1つの発光素子パッケージ30が載置できる。上記発光素子パッケージ30の各々は、少なくとも1つのLED(Light Emitting Diode)チップを含むことができる。上記LEDチップは、赤色、緑色、青色、または白色のような可視光線帯域の発光ダイオード、または紫外線(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。
【0215】
上記発光モジュール1530は、色感及び輝度を得るために多様な発光素子パッケージ30の組合せ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。
【0216】
上記連結端子1520は、上記発光モジュール1530と電気的に連結されて電源を供給することができる。上記連結端子1520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1520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。
【0217】
実施形態による発光素子の製造方法は、第1導電型の半導体層、第1の活性層及び第2導電型の半導体層を含む第1の発光構造層を形成する段階と、第1の発光構造層上に第1のボンディング層を形成する段階とを含む第1のチップ構造体形成段階と;第3導電型の半導体層、第2の活性層及び第4導電型の半導体層を含む第2の発光構造層を形成する段階と、第2の発光構造層上に支持部材を形成する段階と、第1の発光構造層の下に第2のボンディング層を形成する段階とを含む第2のチップ構造体形成段階と;第2のチップ構造体の第2のボンディング層上に第1のチップ構造体の第1のボンディング層をボンディングする段階と;第1の発光構造層の第1導電型の半導体層に第1の電極を形成する段階とを含む。
【0218】
実施形態は、光抽出効率を改善することができる。実施形態は、複数のLEDチップを垂直に接合して、チップ収率を改善することができる。実施形態は、各チップ構造体の少なくとも一側に電極層を配置して、光抽出効率を改善することができる。実施形態は、複数のチップ構造体を互いに並列に連結して、発光効率を改善することができる。実施形態は、複数のチップ構造体を並列に連結することで、一つのチップ構造体が不良であっても使用することができる効果がある。実施形態は、複数のチップ構造体を互いに連結することで、チップ構造体を効率的に駆動することができる。
実施形態で説明された特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも一つの実施形態に含まれ、必ずしも一つの実施形態にのみ限定されるものではない。さらに、各実施形態で例示された特徴、構造、効果などは、本発明の属する分野における通常の知識を有する者によって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よる内容は本発明の範囲に含まれると解釈されるべきであろう。