特許第6827263号(P6827263)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6827263
(24)【登録日】2021年1月21日
(45)【発行日】2021年2月10日
(54)【発明の名称】発光素子
(51)【国際特許分類】
   H01L 33/38 20100101AFI20210128BHJP
   H01L 33/00 20100101ALI20210128BHJP
【FI】
   H01L33/38
   H01L33/00 L
【請求項の数】19
【全頁数】21
(21)【出願番号】特願2015-210077(P2015-210077)
(22)【出願日】2015年10月26日
(65)【公開番号】特開2016-92411(P2016-92411A)
(43)【公開日】2016年5月23日
【審査請求日】2018年10月25日
(31)【優先権主張番号】10-2014-0147926
(32)【優先日】2014年10月29日
(33)【優先権主張国】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】513276101
【氏名又は名称】エルジー イノテック カンパニー リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100114188
【弁理士】
【氏名又は名称】小野 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100119253
【弁理士】
【氏名又は名称】金山 賢教
(74)【代理人】
【識別番号】100129713
【弁理士】
【氏名又は名称】重森 一輝
(74)【代理人】
【識別番号】100143823
【弁理士】
【氏名又は名称】市川 英彦
(74)【代理人】
【識別番号】100146318
【弁理士】
【氏名又は名称】岩瀬 吉和
(72)【発明者】
【氏名】チョン,セヨン
(72)【発明者】
【氏名】イ,ヨンギョン
【審査官】 原 俊文
(56)【参考文献】
【文献】 欧州特許出願公開第02482345(EP,A1)
【文献】 特表2014−500624(JP,A)
【文献】 特開2008−210903(JP,A)
【文献】 特開2013−135234(JP,A)
【文献】 特開2007−180504(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 33/00−33/64
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
垂直方向に配置された第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と、
前記発光構造物上に配置された透光性導電層と、
前記発光構造物と前記透光性導電層との間に配置される複数の第1電流遮断層及び複数の第2電流遮断層と、
前記透光性導電層上に配置された絶縁層と、
前記絶縁層上に配置された第1電極及び第2電極と、
前記透光性導電層と前記第2導電型半導体層と前記活性層を貫通して前記第1導電型半導体層の一部の領域にまで形成された複数の貫通孔と、
前記複数の貫通孔のそれぞれの内部に配置された貫通電極とを含み、
前記複数の第1電流遮断層は、一定間隔で互いに離隔し、
前記第1電極と前記複数の第1電流遮断層のそれぞれは重なり、
前記第2電極は前記第2電流遮断層と重なり、
前記絶縁層は複数のオープン領域を含み、
前記第2電極は、前記絶縁層の前記複数のオープン領域のそれぞれにおいて前記透光性導電層と接触し、
前記貫通電極は、前記第1電極から延びて、
前記複数の貫通孔と前記複数の第1電流遮断層は、同じ方向において互いに交互に配置され、
前記絶縁層の前記複数のオープン領域と前記複数の貫通孔は、水平方向に互い違いに配置され、
前記第1電極の少なくとも一部は、前記第1電流遮断層と前記垂直方向に重なり、且つ、前記第1電流遮断層よりも幅が広い平面形状を有し、
前記第2電極は、前記第2電流遮断層と前記垂直方向に重なり、且つ、前記第2電流遮断層よりも幅が広い平面形状を有する、発光素子。
【請求項2】
前記絶縁層の前記複数のオープン領域と前記第2電流遮断層は互いに重なる、請求項1に記載の発光素子。
【請求項3】
前記貫通電極は、前記第1電流遮断層と前記垂直方向に重ならない、請求項2に記載の発光素子。
【請求項4】
前記貫通孔内で前記貫通電極の周りに前記絶縁層が延びて配置された、請求項1乃至3のいずれかに記載の発光素子。
【請求項5】
前記第1電極は、第1ボンディングパッド及び第1枝電極を含む、請求項1乃至4のいずれかに記載の発光素子。
【請求項6】
前記第1ボンディングパッドは、前記発光素子の第1縁領域に配置される、請求項5に記載の発光素子。
【請求項7】
前記第1枝電極の少なくとも一部は、前記貫通電極及び前記第1電流遮断層と前記垂直方向に重なる、請求項5又は6に記載の発光素子。
【請求項8】
前記貫通電極の長さは、隣接する貫通電極間の距離よりも小さい、請求項1乃至7のいずれかに記載の発光素子。
【請求項9】
前記第2電極は、第2ボンディングパッド及び第2枝電極を含む、請求項6に記載の発光素子。
【請求項10】
前記第2ボンディングパッドは、前記発光素子の第2縁領域に配置される、請求項9に記載の発光素子。
【請求項11】
前記第1及び第2縁領域は、前記発光素子の第1及び第2角部にそれぞれ配置され、前記第1及び第2角部は、互いに対角線で対向する、請求項10に記載の発光素子。
【請求項12】
前記第2枝電極の一部は、前記第2電流遮断層と前記垂直方向に重なる、請求項11に記載の発光素子。
【請求項13】
前記オープン領域で前記透光性導電層と前記第2電極とは直接接触する、請求項1に記載の発光素子。
【請求項14】
前記絶縁層は、前記オープン領域以外では一定の厚さを有し、
前記絶縁層は、前記垂直方向に前記第1電流遮断層と対応する領域で他の領域よりも高い高さを有する、請求項1に記載の発光素子。
【請求項15】
前記第1電流遮断層及び第2電流遮断層のうちの少なくとも1つはDBRまたはODRである、請求項1乃至14のいずれかに記載の発光素子。
【請求項16】
前記貫通孔は、前記第1電流遮断層の複数の部分の間に配置される、請求項1に記載の発光素子。
【請求項17】
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と、
前記発光構造物上に互いに離隔して配置され、DBRまたはODR構造を有する第1電流遮断層及び第2電流遮断層と、
前記第1電流遮断層、前記第2電流遮断層及び前記発光構造物の上に配置され、前記第1及び第2電流遮断層のそれぞれに対応する領域で他の領域よりも高い高さを有する透光性導電層と、
前記第1導電型半導体層及び前記第2導電型半導体層にそれぞれ電気的に接続される第1電極及び第2電極と、を含み、
前記透光性導電層と前記第2導電型半導体層と前記活性層を貫通して前記第1導電型半導体層の一部の領域にまで貫通孔が形成され、
前記貫通孔の内部に貫通電極が形成され、
前記第1電流遮断層は、一定間隔で離隔した複数の部分を含み、前記第2電流遮断層は一体に形成され、
前記第1電極の少なくとも一部は、前記第1電流遮断層と垂直方向に重なり、且つ、前記第1電流遮断層よりも幅が広い平面形状を有し、
前記第2電極は、前記第2電流遮断層と前記垂直方向に重なり、且つ、前記第2電流遮断層よりも幅が広い平面形状を有し、
前記第1電極の一部と前記第2電極の一部は互いに平行な平面形状を有する、発光素子。
【請求項18】
前記第1電流遮断層は、互いに離隔して配置された複数の部分を含む、請求項17に記載の発光素子。
【請求項19】
前記第1電流遮断層をなす前記複数の部分間の間隔は、前記貫通孔の長さと同一である、請求項18に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
実施例は、発光素子に関する。
【背景技術】
【0002】
GaN、AlGaNなどの3−5族化合物半導体物質は、広くて調整が容易なバンドギャップエネルギーを有するなどの多くの利点により、光電子工学分野(optoelectronics)と電子素子などのために広範囲に使用される。
【0003】
特に、半導体の3−5族又は2−6族化合物半導体物質を用いた発光ダイオード(Light Emitting Diode)やレーザーダイオードのような発光素子は、薄膜成長技術及び素子材料の開発によって赤色、緑色、青色及び紫外線などの様々な色を具現することができ、蛍光物質を用いたり、色を組み合わせたりすることによって効率の良い白色光線も具現可能であり、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、速い応答速度、安全性、環境親和性の利点を有する。
【0004】
したがって、光通信手段の送信モジュール、LCD(Liquid Crystal Display)表示装置のバックライトを構成する冷陰極管(CCFL:Cold Cathode Fluorescence Lamp)を代替する発光ダイオードバックライト、蛍光灯や白熱電球を代替し得る白色発光ダイオード照明装置、自動車のヘッドライト及び信号灯にまでその応用が拡大されている。
【0005】
図1は、従来の発光素子を示す図である。
【0006】
発光素子100は、サファイアなどからなる基板110の上に、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を含む発光構造物120が配置され、第1導電型半導体層122と第2導電型半導体層126の上にそれぞれ第1電極160と第2電極170が配置される。
【0007】
発光素子100は、第1導電型半導体層122を介して注入される電子と、第2導電型半導体層126を介して注入される正孔とが活性層124で互いに会って、活性層124をな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。活性層124から放出される光は、活性層124をなす物質の組成によって異なり得、青色光や紫外線(UV)または深紫外線(Deep UV)などであり得る。
【0008】
発光素子100は、発光素子パッケージ内に配置することができ、発光素子100から放出された第1波長領域の光が蛍光体を励起し、蛍光体は、第1波長領域の光によって励起されて第2波長領域の光を放出することができる。ここで、蛍光体は、発光素子100を取り囲むモールディング部内に含まれてもよく、蛍光体フィルムの形態で配置されてもよい。
【0009】
しかし、上述した従来の発光素子は、次のような問題点がある。
【0010】
活性層124から放出された光において第2電極170に向かう光(Light)は、第2電極170で吸収されて発光素子100の光効率を低下させることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
実施例は、発光素子の光効率を向上させようとする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
実施例は、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;前記発光構造物上に互いに分離されて配置される第1電流遮断層及び第2電流遮断層;前記第1電流遮断層、第2電流遮断層及び前記発光構造物の上に配置される透光性導電層;前記第1導電型半導体層及び第2導電型半導体層にそれぞれ電気的に接続される第1電極及び第2電極;前記透光性導電層と前記第2導電型半導体層と前記活性層を貫通して前記第1導電型半導体層の一部の領域にまで形成された貫通孔;及び前記貫通孔内に配置された貫通電極を含み、前記貫通電極は前記第1電流遮断層と垂直方向に重ならない、発光素子を提供する。
【0013】
発光素子は、前記第1電極と前記第1電流遮断層との間、及び前記第2電極と前記第2電流遮断層との間に配置された絶縁層を含むことができる。
【0014】
貫通孔は、絶縁層を貫通して形成されてもよい。
【0015】
貫通電極と前記第1電流遮断層は水平方向に一直線方向に配置されてもよい。
【0016】
貫通孔内で前記貫通電極の周りに前記絶縁層が延びて配置されてもよい。
【0017】
第1電極は、第1ボンディングパッド及び第1枝電極を含むことができる。
【0018】
第1ボンディングパッドは、前記発光素子の第1縁領域に配置されてもよい。
【0019】
第1枝電極は、前記貫通電極及び前記第1電流遮断層と垂直方向に少なくとも一部が重なってもよい。
【0020】
貫通電極の長さは、隣接する貫通電極間の距離よりも小さくてもよい。
【0021】
第2電極は、第2ボンディングパッド及び第2枝電極を含むことができる。
【0022】
第2ボンディングパッドは、前記発光素子の第2縁領域に配置されてもよい。
【0023】
第2枝電極の一部は、前記第2電流遮断層と垂直方向に重なってもよい。
【0024】
絶縁層の一部がオープンされてオープン領域をなし、前記オープン領域で前記透光性導電層が露出してもよい。
【0025】
オープン領域で前記透光性導電層と前記第2電極とが直接接触することができる。
【0026】
オープン領域と前記貫通電極は水平方向に互い違いに配置されてもよい。
【0027】
第1電流遮断層及び第2電流遮断層のうちの少なくとも1つはDBRまたはODRであってもよい。
【0028】
他の実施例は、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;前記発光構造物上に互いに分離されて配置され、DBRまたはODR構造の第1電流遮断層及び第2電流遮断層;前記第1電流遮断層、第2電流遮断層及び前記発光構造物の上に配置され、前記第1電流遮断層及び第2電流遮断層にそれぞれ対応する領域での厚さが最も薄い透光性導電層;前記第1導電型半導体層及び第2導電型半導体層にそれぞれ電気的に接続される第1電極及び第2電極;前記透光性導電層と前記第2導電型半導体層と前記活性層を貫通して前記第1導電型半導体層の一部の領域にまで形成された貫通孔;及び前記貫通孔内に配置された貫通電極を含む、発光素子を提供する。
【0029】
第1電流遮断層は、複数個の部分が互いに離隔して配置されてもよい。
【0030】
透光性導電層と前記第2導電型半導体層と前記活性層を貫通して前記第1導電型半導体層の一部の領域にまで貫通孔が形成され、前記貫通孔内に配置された貫通電極をさらに含み、前記第1電流遮断層をなす部分間の離隔長さは、前記貫通孔の長さと同一であってもよい。
【0031】
更に他の実施例は、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;前記発光構造物上に互いに分離されて配置される第1電流遮断層及び第2電流遮断層;前記第1電流遮断層、第2電流遮断層及び前記発光構造物の上に配置される透光性導電層;前記第1導電型半導体層及び第2導電型半導体層にそれぞれ電気的に接続される第1電極及び第2電極;及び前記第1電極と前記第1電流遮断層との間、及び前記第2電極と前記第2電流遮断層との間に配置された絶縁層を含み、前記絶縁層と前記透光性導電層と前記第2導電型半導体層と前記活性層を貫通して前記第1導電型半導体層の一部の領域にまで貫通孔が形成され、前記貫通孔は前記第1電流遮断層と垂直方向に重ならず、前記絶縁層の一部がオープンされてオープン領域をなし、前記オープン領域で前記透光性導電層が露出し、前記オープン領域と前記貫通電極は水平方向に互い違いに配置される、発光素子を提供する。
【発明の効果】
【0032】
実施例に係る発光素子は、第1電極と第2電極が第1導電型半導体層と透光性導電層にそれぞれ貫通孔とオープン領域で接触するポイントコンタクト構造であり得、電流遮断層として、DBR又はODRを使用している。貫通孔とオープン領域を除いた領域に絶縁層が配置されるので、上述したDBR又はODRで反射された光、特に青色波長領域の光が絶縁層で吸収される程度が、従来よりも減少することができる。
【0033】
したがって、実施例に係る発光素子から放出される光の波長分布が、従来とあまり差がなく、光出力を従来に比べて向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0034】
図1】従来の発光素子を示す図である。
図2A】発光素子の一実施例の断面図である。
図2B】発光素子の一実施例の断面図である。
図3A】発光素子の製造方法の一実施例を示す図である。
図3B】発光素子の製造方法の一実施例を示す図である。
図3C】発光素子の製造方法の一実施例を示す図である。
図3D】発光素子の製造方法の一実施例を示す図である。
図3E】発光素子の製造方法の一実施例を示す図である。
図3F】発光素子の製造方法の一実施例を示す図である。
図3G】発光素子の製造方法の一実施例を示す図である。
図3H】発光素子の製造方法の一実施例を示す図である。
図3I】発光素子の製造方法の一実施例を示す図である。
図3J】発光素子の製造方法の一実施例を示す図である。
図3K】発光素子の製造方法の一実施例を示す図である。
図3L】発光素子の製造方法の一実施例を示す図である。
図3M】発光素子の製造方法の一実施例を示す図である。
図3N】発光素子の製造方法の一実施例を示す図である。
図3O】発光素子の製造方法の一実施例を示す図である。
図3P】発光素子の製造方法の一実施例を示す図である。
図3Q】発光素子の製造方法の一実施例を示す図である。
図4A】発光素子の製造方法の他の実施例を示す図である。
図4B】発光素子の製造方法の他の実施例を示す図である。
図4C】発光素子の製造方法の他の実施例を示す図である。
図4D】発光素子の製造方法の他の実施例を示す図である。
図4E】発光素子の製造方法の他の実施例を示す図である。
図4F】発光素子の製造方法の他の実施例を示す図である。
図4G】発光素子の製造方法の他の実施例を示す図である。
図4H】発光素子の製造方法の他の実施例を示す図である。
図5A】発光素子の電流遮断層の一実施例を示す図である。
図5B】発光素子の電流遮断層の一実施例を示す図である。
図6A】実施例に係る発光素子の波長領域別光出力を示したシミュレーション結果及び測定結果を示す図である。
図6B】実施例に係る発光素子の波長領域別光出力を示したシミュレーション結果及び測定結果を示す図である。
図7A】実施例に係る発光素子及び従来の発光素子から放出された光の波長分布を示す図である。
図7B】実施例に係る発光素子及び従来の発光素子の光出力を示す図である。
図8】上述した発光素子が配置された発光素子パッケージの一実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0035】
以下、上記の目的を具体的に実現できる本発明の実施例を、添付の図面を参照して説明する。
【0036】
本発明に係る実施例の説明において、各構成要素(element)の「上(上部)又は下(下部)(on or under)」に形成されると記載される場合において、上(上部)又は下(下部)は、2つの構成要素が互いに直接(directly)接触したり、1つ以上の他の構成要素が前記2つの構成要素の間に配置されて(indirectly)形成されることを全て含む。また、「上(上部)又は下(下部)」と表現される場合、一つの構成要素を基準として上側方向のみならず、下側方向の意味も含むことができる。
【0037】
図2A及び図2Bは、発光素子の一実施例の断面図である。
【0038】
図2A及び図2Bは、一つの発光素子200の異なる方向での断面図を示している。
【0039】
図2Aに示された発光素子200は、基板210、発光構造物220、第1電流遮断層232、第2電流遮断層236、透光性導電層240、絶縁層250、第1電極260及び第2電極270を含んでなる。
【0040】
基板210は、半導体物質の成長に適した物質又はキャリアウエハで形成することができ、熱伝導性に優れた物質で形成することができ、伝導性基板又は絶縁性基板を含むことができる。例えば、サファイア(Al)、SiO、SiC、Si、GaAs、GaN、ZnO、GaP、InP、Ge、Gaのうちの少なくとも1つを使用することができる。
【0041】
サファイアなどで基板210を形成し、基板210上にGaNやAlGaNなどを含む発光構造物220が配置されるとき、GaNやAlGaNとサファイアとの間の格子不整合(lattice mismatch)が非常に大きく、これらの間の熱膨張係数の差も非常に大きいため、結晶性を悪化させる転位(dislocation)、メルトバック(melt−back)、クラック(crack)、ピット(pit)、表面モルフォロジー(surface morphology)不良などが発生し得るため、AlNなどでバッファ層(図示せず)を形成することができる。
【0042】
基板210の表面には、図示のようにパターンが形成されて、発光構造物220から放出されて基板210に進む光を屈折させてもよい。
【0043】
発光構造物220は、第1導電型半導体層222、活性層224及び第2導電型半導体層226を含むことができる。
【0044】
第1導電型半導体層222は、III−V族、II−VI族などの化合物半導体物質で具現することができ、第1導電型ドーパントがドープされてもよい。第1導電型半導体層222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、AlGaN、GaN、InAlGaN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInPのいずれか1つ以上で形成されてもよい。
【0045】
第1導電型半導体層222がn型半導体層である場合、第1導電型ドーパントは、Si、Ge、Sn、Se、Teなどのようなn型ドーパントを含むことができる。第1導電型半導体層222は、単層または多層構造で形成されてもよいが、これに限定されない。
【0046】
活性層224は、第1導電型半導体層222と第2導電型半導体層226との間に配置され、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(MQW:Multi Quantum Well)構造、量子点構造または量子線構造のいずれか1つを含むことができる。
【0047】
活性層224は、III−V族元素の化合物半導体材料を用いて井戸層と障壁層、例えば、AlGaN/AlGaN、InGaN/GaN、InGaN/InGaN、AlGaN/GaN、InAlGaN/GaN、GaAs(InGaAs)/AlGaAs、GaP(InGaP)/AlGaPのいずれか1つ以上のペア構造で形成されてもよいが、これに限定されない。
【0048】
井戸層は、障壁層のエネルギーバンドギャップよりも小さいエネルギーバンドギャップを有する物質で形成することができる。
【0049】
第2導電型半導体層226は半導体化合物で形成することができる。第2導電型半導体層226は、III−V族、II−VI族などの化合物半導体物質で具現することができ、第2導電型ドーパントがドープされてもよい。第2導電型半導体層226は、例えば、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、AlGaN、GaNAlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInPのいずれか1つ以上で形成されてもよく、例えば、第2導電型半導体層226がAlGa(1−x)Nからなることができる。
【0050】
第2導電型半導体層226がp型半導体層である場合、第2導電型ドーパントは、Mg、Zn、Ca、Sr、Baなどのようなp型ドーパントであってもよい。第2導電型半導体層226は、単層または多層構造で形成されてもよいが、これに限定されない。
【0051】
図示していないが、活性層224と第2導電型半導体層226との間には電子遮断層(Electron blocking layer)を配置することができる。電子遮断層は、超格子(superlattice)構造からなることができ、超格子は、例えば、第2導電型ドーパントでドープされたAlGaNが配置されてもよく、アルミニウムの組成比を異ならせたGaNが層(layer)をなして、複数個が互いに交互に配置されてもよい。
【0052】
第2導電型半導体層226上には、第1電流遮断層232と第2電流遮断層236が互いに離隔して配置され、第1電流遮断層232と第2電流遮断層236は、第2導電型半導体層226の一部の領域に選択的に配置され、絶縁性物質からなることができる。
【0053】
第2導電型半導体層226と第1電流遮断層232及び第2電流遮断層236の上には透光性導電層240を配置することができ、透光性導電層240はITO(Indium−Tin−Oxide)からなることができ、第2導電型半導体層226の電流スプレッディング(spreading)特性が良くないので、透光性導電層240が第2電極270から電流の供給を受けることができる。
【0054】
透光性導電層240は、一定の厚さtを有することができ、したがって、第1電流遮断層232と第2電流遮断層236に対応する領域での透光性導電層240の高さが、他の領域よりも高くなり得る。
【0055】
透光性導電層240上には絶縁層250を配置することができ、このとき、第2電流遮断層236の上部領域において透光性導電層240が露出するように、絶縁層250の一部がオープン(open)され得る。絶縁層250は酸化物や窒化物からなることができ、より詳細には、シリコン酸化物(SiO)層、酸化窒化物層、酸化アルミニウム層からなることができる。
【0056】
そして、絶縁層250は、上述したオープン領域以外では一定の厚さtに形成されて、第1電流遮断層232と対応する領域での絶縁層250の高さが、他の領域よりも高くなり得る。
【0057】
絶縁層250上には第1電極260と第2電極270が互いに離隔して配置され、第1電極260と第2電極270は、それぞれ第1電流遮断層232と第2電流遮断層236に対応する領域に配置され得る。
【0058】
第1電極260と透光性導電層240との間には絶縁層250が配置されるが、第2電極270と透光性導電層240は、上述した絶縁層250のオープン領域で直接接触することができる。
【0059】
図2Aは、発光素子200のA−A’方向の断面図であり、図2Bは、発光素子200のB−B’方向の断面図である。
【0060】
基板210及び発光構造物220の構造は、図2Aの発光素子200と同一であるが、B−B’方向には第1電流遮断層232が配置されていない点で異なる。
【0061】
第2導電型半導体層226上には第2電流遮断層236を配置し、第2導電型半導体層226及び第2電流遮断層236の上には透光性導電層240を配置することができる。
【0062】
透光性導電層240は、一定の厚さtを有することができ、したがって、第2電流遮断層236と対応する領域での透光性導電層240の高さが、他の領域よりも高くなり得る。
【0063】
透光性導電層240上には絶縁層250を配置することができ、絶縁層250は、一定の厚さtを有することができる。したがって、第2電流遮断層236と垂直方向に対応する領域での絶縁層250の高さが、他の領域よりも高くなり得る。
【0064】
そして、絶縁層250上には第2電極270が配置され、第2電極270は、第2電流遮断層236に垂直方向に対応して配置され得る。そして、図2Aとは異なり、透光性導電層240と第2電極270は直接接触しない。
【0065】
そして、図2Bにおいて、第1電極260の下部方向に貫通孔が形成されている。貫通孔は、絶縁層250から透過性導電層240、第2導電型半導体層226及び活性層224を貫通して第1導電型半導体層222の一部にまで形成され得る。
【0066】
そして、貫通孔の内部側壁には、絶縁層250が延びて配置され得る。貫通孔の上部には第1電極260が形成され、第1電極260は貫通孔の内部にまで延びて配置されて、貫通孔の底面で第1導電型半導体層222と第1電極260とが電気的に直接接触することができる。ここで、第1電極260における前記貫通孔の内部に配置された部分を貫通電極ということができる。
【0067】
図3A乃至図3Pは、発光素子の製造方法の一実施例を示す図である。
【0068】
図3Aに示したように、基板210上に第1発光構造物220を成長させる。
【0069】
基板210は、上述したサファイアなどを使用することができ、図示していないが、発光構造物220の成長の前に、上述したバッファ層(図示せず)を成長させることができる。
【0070】
第1導電型半導体層222は、化学蒸着方法(CVD)、分子線エピタキシー(MBE)、スパッタリング、または水酸化物蒸気相エピタキシー(HVPE)などの方法で成長させることができる。第1導電型半導体層222の組成は、上述したものと同一であり、約1000℃の温度で、チャンバーにトリメチルガリウムガス(TMGa)、アンモニアガス(NH)、窒素ガス(N)、及びマグネシウム(Mg)のようなp型不純物を含むビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム(EtCpMg){Mg(C}が注入されてp型GaN層が形成されてもよいが、これに限定されるものではない。
【0071】
そして、第1導電型半導体層222上に活性層224を成長させる。活性層224は、約700℃〜800℃の温度で、例えば、前記トリメチルガリウムガス(TMGa)、アンモニアガス(NH)、窒素ガス(N)、及びトリメチルインジウムガス(TMIn)が注入されて多重量子井戸構造が形成されてもよいが、これに限定されるものではない。
【0072】
そして、活性層224上に第2導電型半導体層226を成長させ、第2導電型半導体層226などの組成は、上述したものと同一であり得る。
【0073】
第2導電型半導体層226は、約500℃の温度でZnとOを供給して成長させるものの、n型ドーパントをドープすることができ、例えば、Si、Ge、Sn、Se、Teなどをドープすることができる。第2導電型半導体層226は、MOCVD法、PECVD法、またはスパッタリング法などで形成することができ、Al、Fe及びGaなどが添加されてもよい。
【0074】
そして、図3B及び図3Cに示したように、第2導電型半導体層226上に第1電流遮断層232及び第2電流遮断層236を成長させる。
【0075】
第1電流遮断層232及び第2電流遮断層236は絶縁性物質からなることができ、詳細には、DBR(distributed Bragg reflector)またはODR(omni−directional reflector)であってもよく、具体的な構成は後述する。
【0076】
第1電流遮断層232と第2電流遮断層236は、マスクを用いて選択的に形成されてもよく、または第2導電型半導体層226の全面積上に一つの電流遮断層が形成された後、選択的に除去されて第1電流遮断層232及び第2電流遮断層236が形成されてもよい。
【0077】
図3Bで第1電流遮断層232及び第2電流遮断層236の断面が示されており、第1電流遮断層232の幅dと第2電流遮断層236の幅dは互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。そして、第1電流遮断層232はパターンをなして形成され得、パターンをなす第1電流遮断層232の一つの部分(portion)の長さdは、それぞれの第1電流遮断層232の部分(portion)の間の離隔長さdよりも大きくてもよいが、必ずしもこれに限定されるものではない。ここで、それぞれの第1電流遮断層232の部分(portion)の間の離隔長さdは、貫通孔乃至貫通電極の長さであり得る。
【0078】
図3Cでは、図3BのA−A’方向の断面が示されており、第1電流遮断層232の幅wと第2電流遮断層236の幅wは同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。
【0079】
そして、図3D乃至図3Fに示したように、第1電流遮断層232及び第2電流遮断層236が形成された第2導電型半導体層226上に透光性導電層240を形成することができる。
【0080】
図3DのA−A’方向の断面が図3Eに示されており、図3DのB−B’方向の断面が図3Fに示されている。
【0081】
図3Eにおいて、第1電流遮断層232及び第2電流遮断層236の上に透光性導電層240が一定の厚さtで配置されて、第1電流遮断層232と第2電流遮断層236に対応する領域での透光性導電層240の高さが、他の領域での高さよりも高い。
【0082】
第2電流遮断層236は、互いに接続されて配置されるが、第1電流遮断層232は、図3B及び図3Dなどに示されたように、一定間隔離隔した複数個の部分(portion)からなることができる。そして、図3Fに示したように、図3DのB−B’方向の断面では、第2導電型半導体層226上に第2電流遮断層236が形成され、第1電流遮断層232は形成されていない。
【0083】
そして、図3G及び図3Hに示したように、透光性導電層240から第2導電型半導体層226と活性層224を貫通して第1導電型半導体層222の一部にまで貫通孔(through hole)を形成することができる。
【0084】
図3Gにおいて、貫通孔は、第1電流遮断層232の間の領域に形成され得る。図3GのB−B’方向の断面図が図3Hに示されており、このとき、図3GのA−A’方向の断面図は、貫通孔が形成されないので、図3Eと同一であり得る。
【0085】
そして、図3I乃至図3Kに示したように、透光性導電層240上に絶縁層250を形成することができる。
【0086】
図3Iにおいて、絶縁層250は、透光性導電層240上に一定の厚さに形成され得る。図3J図3IのA−A’方向の断面が示されており、透光性導電層240上に絶縁層250が一定の厚さtに形成されて、第1電流遮断層232と第2電流遮断層236に対応する領域での絶縁層250の高さが、他の領域よりも高くなり得る。
【0087】
図3K図3IのB−B’方向の断面が示されており、貫通孔の内部側面に絶縁層250が延びて配置されるものの、貫通孔の底面で第1導電型半導体層222が露出している。
【0088】
図3J及び図3Kから、貫通孔は、第1電流遮断層232と垂直方向には重ならず、水平方向には貫通孔と第1電流遮断層232が一直線方向に配置されて、貫通孔と第1電流遮断層232の水平方向の形状は、図3Nの第1電極260の形状と似ていることがわかる。
【0089】
そして、図3L及び図3Mに示したように、第2電流遮断層236上で絶縁層250にオープン領域(open region)を形成する。ここで、上述したオープン領域は、図3Lに示したように、貫通孔または貫通電極と水平方向に対向せずに互い違いに配置され得る。
【0090】
図3L及び後述する図3Nなどにおいて、説明の便宜のため、オープン領域に対応して第2電流遮断層236を示していないが、実際にオープン領域の下部には透光性導電層240及び第2電流遮断層236が配置され得る。
【0091】
図3Lにおいて、一つのオープン領域の長さdと、それぞれのオープン領域の間で第2電流遮断層236が露出した長さdとは互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。
【0092】
図3Mは、図3LのA−A’方向の断面図であり、第2電流遮断層236と垂直方向に対応する領域で絶縁層250がエッチングなどの方法で除去され、透光性導電層240が露出し得る。図3LのB−B’方向の断面図は図3Kと同一であり得る。
【0093】
そして、図3Nに示したように、第1電極260と第2電極270を蒸着などの方法で配置する。第1電極260と第2電極270は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、金(Au)のうちの少なくとも1つを含んで単層または多層構造で形成されてもよい。
【0094】
第1電極260は、第1ボンディングパッド262及び第1枝電極266からなることができ、第2電極270は、第2ボンディングパッド272及び第2枝電極276からなることができる。
【0095】
第1ボンディングパッド262と第2ボンディングパッド272は、それぞれ発光素子の第1縁領域と第2縁領域に配置されてワイヤがボンディングされてもよく、第1縁領域と第2縁領域は、図3Nなどにおいて、互いに対向する角部上の領域であり得る。
【0096】
そして、図3Nにおいて、第1枝電極266は、上述した貫通孔(貫通電極)及び第1電流遮断層232と垂直方向に重なる領域に配置され得る。
【0097】
第1電極260及び第2電極270は、上述した材料を用いて蒸着などの方法で形成することができ、第1電流遮断層232及び第2電流遮断層236にそれぞれ対応させて蒸着することができる。
【0098】
図3Nにおいて、第2枝電極276の一部は、第2電流遮断層236と垂直方向に重なるように配置することができる。
【0099】
図3O図3P及び図3Qに、完成された発光素子のA−A’方向の断面図、B−B’方向の断面図及びC−C’方向の断面図がそれぞれ示されており、図3O図3Pは、図2A及び図2Bに示された発光素子200と同一である。
【0100】
実施例に係る発光素子200は、第2導電型半導体層226と第2電極270との間に、第2電流遮断層236と透光性導電層240と絶縁層250が配置され得、透光性導電層240がオープンされた領域では、第2導電型半導体層226と第2電極270との間に、第2電流遮断層236と透光性導電層240が配置され得る。
【0101】
そして、第1導電型半導体層222に対応する領域に形成された貫通孔を介して、第1電極260が第1導電型半導体層222と電気的に直接接触することができる。そして、貫通孔が形成されていない領域において、第1電流遮断層232上に透光性導電層240と絶縁層250と第1電極260が配置され得る。
【0102】
図3Qには、発光素子のC−C’方向の断面図が示されている。図3Qで第1電極260の隣接領域の断面は図3Pと似ており、第2電極270の隣接領域の断面は図3Oと似ている。
【0103】
図4A乃至図4Hは、発光素子の製造方法の他の実施例を示す図である。以下で本実施例に係る発光素子の製造方法を、上述した実施例と異なる点を中心に説明する。
【0104】
第1電流遮断層232と第2電流遮断層236が形成された第2導電型半導体層226上に透光性導電層240を形成することができ、図4Aでは、A−A’方向の断面が示されており、図4Bでは、B−B’方向の断面が示されている。
【0105】
図4Aにおいて、第1電流遮断層232及び第2電流遮断層236の上に透光性導電層240が厚さtで配置され、ここでの厚さtは、図3Eでの厚さtと同一であってもよく、異なっていてもよい。そして、上述した実施例とは異なり、透光性導電層240の上部面が平坦に形成されることで、透光性導電層240の厚さが一定でなくてもよい。したがって、上述した厚さtは、透光性導電層240において第1電流遮断層232及び第2電流遮断層236が配置されていない領域での厚さであり得る。
【0106】
そして、透光性導電層240の厚さは、第1電流遮断層232及び第2電流遮断層236にそれぞれ垂直方向に対応する領域において最も薄くなり得る。
【0107】
そして、図4Cに示したように、透光性導電層240から第2導電型半導体層226と活性層224を貫通して第1導電型半導体層222の一部にまで貫通孔を形成することができる。
【0108】
図4Cには、発光素子のB−B’方向の断面図が示されており、このとき、発光素子のA−A’方向の断面図には貫通孔が形成されていない。
【0109】
そして、図4D及び図4Eに示したように、透光性導電層240上に絶縁層250を形成することができる。
【0110】
図4Dには、発光素子のA−A’方向の断面が示されており、絶縁層250は、透光性導電層240上に一定の厚さtに形成することができ、ここでの厚さtは、上述した実施例における絶縁層250の厚さtと同一であってもよく、異なっていてもよい。
【0111】
図4Eには、発光素子のB−B’方向の断面が示されており、貫通孔の内部側面に絶縁層250が延びて配置されるものの、貫通孔の底面で第1導電型半導体層222が露出している。
【0112】
そして、図4Fに示したように、第2電流遮断層236と対応する領域で絶縁層250にオープン領域を形成する。ここで、上述したオープン領域は、貫通孔または貫通電極と水平方向に対向せずに互い違いに配置され得る(図3Lなど参照)。
【0113】
図4G及び図4Hには、完成された発光素子のA−A’方向の断面図とB−B’方向の断面図がそれぞれ示されている。
【0114】
図4Gにおいて、絶縁層250の上述したオープン領域上に第2電極270が配置されて、第2電極270の底面は透光性導電層240と接触し、側面の一部は絶縁層250と接触することができ、第1電極260は、絶縁層250の表面に配置されて透光性導電層240と電気的に分離されている。
【0115】
図4Hにおいて、第2電極270は、絶縁層250の表面に配置されて透光性導電層240と電気的に分離されており、第1電極260は、貫通孔を介して第1導電型半導体層222と電気的に直接接触することができる。
【0116】
図5A及び図5Bは、発光素子の電流遮断層の一実施例を示す図である。
【0117】
電流遮断層300aは、上述した第1電流遮断層232または第2電流遮断層236のうちの少なくとも1つであってもよい。電流遮断層300aは、DBR(distributed Bragg reflector)またはODR(omni−directional reflector)であってもよく、複数個の絶縁層が交互に配置されるとき、DBRであり得、絶縁層と導電層が交互に配置されるとき、ODRであり得る。ここで、上述した導電層は金属からなることができる。
【0118】
図5Aにおいて、電流遮断層300aは第1層310と第2層320が交互に配置され得る。第1層310と第2層320は絶縁性物質をそれぞれ含むことができ、一例として、それぞれTiO、SiOなどを含むことができる。
【0119】
例えば、第1層310として、屈折率が2.4〜3.0であるTiOが使用され、第2層320として、屈折率が1.4〜1.45であるSiOが使用されてもよい。
【0120】
第1層310と第2層320は、上述した組み合わせ以外に、SiO、Si、AlAs、GaAs、AlInP、GaInPなどを含んで配置されてもよい。
【0121】
図5Bにおいて、電流遮断層300aは、第1層310、第2層320及び第3層330が交互に配置され得る。第1層310、第2層320及び第3層330は、GaN、GaP、SiO、RuO、Agなどを含むことができる。例えば、第1層310としてGaPが使用され、第2層320としてSiOが使用され、第3層330としてAgが使用されてもよく、このとき、電流遮断層300aはODRとして作用できる。
【0122】
上述した発光素子は、第1電流遮断層と第2電流遮断層がDBR又はODRなどの反射層として形成されることで、活性層から放出されて第1電極又は第2電極に進む光を反射することができ、したがって、上述した光が第1電極や第2電極で吸収されることを防止することができる。
【0123】
そして、図2Aなどにおいて、発光素子のA−A’方向の断面で第1電流遮断層上に絶縁層が配置され、B−B’方向の断面で第2電流遮断層上に絶縁層が配置されており、このような構造は、特定の波長領域で光出力が減少することを防止することができる。
【0124】
図6A及び図6Bは、実施例に係る発光素子の波長領域別光出力を示したシミュレーション結果及び測定結果を示す。
【0125】
図6A及び図6Bにおいて、濃い線で表示された従来の発光素子は、約450nmの波長領域で光出力が急激に減少するが、淡い線で表示された発光素子はそうでないことがわかる。
【0126】
実施例に係る発光素子は、第1電極と第2電極が第1導電型半導体層と透光性導電層にそれぞれ貫通孔とオープン領域で接触するポイントコンタクト構造であり得、電流遮断層として、DBRまたはODRを使用している。貫通孔とオープン領域を除いた領域に絶縁層が配置されるので、上述したDBRまたはODRで反射された光、特に青色波長領域の光が絶縁層で吸収される程度が、従来よりも減少することができる。
【0127】
図7A及び図7Bは、実施例に係る発光素子及び従来の発光素子から放出された光の波長分布と光出力をそれぞれ示した図である。
【0128】
図7Aにおいて、左側半円領域は、シリコン酸化物(SiO)で電流遮断層を形成した発光素子の波長分布を示した図であり、右側半円領域は、実施例に係るDBRで電流遮断層を形成した発光素子の波長分布を示した図である。
【0129】
図7Aの左側半円領域の発光素子の波長分布の平均は450.9nmであり、図7Aの右側半円領域の発光素子の波長分布の平均は450.4nmであり、実施例に係る発光素子から放出される光の波長分布が、従来とあまり差がないことがわかる。
【0130】
図7Bにおいて、左側半円領域は、シリコン酸化物(SiO)で電流遮断層を形成した発光素子の光出力を示した図であり、右側半円領域は、実施例に係るDBRで電流遮断層を形成した発光素子の光出力を示した図である。
【0131】
図7Bの左側半円領域の発光素子の光出力は122.3mWであり、図7Bの右側半円領域の発光素子の光出力は124.5mWであり、実施例に係る発光素子の光出力が、従来に比べて向上したことがわかる。
【0132】
図8は、上述した発光素子が配置された発光素子パッケージの一実施例を示す図である。
【0133】
実施例に係る発光素子パッケージ400は、キャビティを含むボディー410と、前記ボディー410に設置された第1リードフレーム(Lead Frame)421及び第2リードフレーム422と、前記ボディー410に設置され、前記第1リードフレーム421及び第2リードフレーム422と電気的に接続される上述した実施例に係る発光素子200と、前記キャビティに形成されたモールディング部460とを含む。
【0134】
ボディー410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い。前記ボディー410が金属材質などの導電性物質からなると、図示していないが、前記ボディー410の表面に絶縁層がコーティングされて、前記第1、2リードフレーム421,422間の電気的短絡を防止することができる。パッケージボディー410にはキャビティが形成され、キャビティの底面に発光素子200が配置され得る。
【0135】
第1リードフレーム421及び第2リードフレーム422は互いに電気的に分離され、前記発光素子200に電流を供給する。また、第1リードフレーム421及び第2リードフレーム422は、発光素子200から発生した光を反射させて光効率を増加させることができ、発光素子200から発生した熱を外部に排出させることもできる。
【0136】
発光素子200は、上述した実施例によるものであってもよく、第1リードフレーム421と第2リードフレーム422にワイヤ440を介して電気的に接続可能である。
【0137】
発光素子200は、パッケージボディー410の底面に導電性ペースト(図示せず)などで固定されてもよく、前記モールディング部460は、前記発光素子200を包囲して保護することができ、モールディング部460内には蛍光体470が含まれることで、発光素子200から放出された第1波長領域の光によって蛍光体470が励起されて第2波長領域の光を放出することができる。
【0138】
発光素子パッケージ400は、上述した実施例に係る発光素子のうちの1つまたは複数個を搭載することができ、これに限定されない。
【0139】
上述した発光素子乃至発光素子パッケージは、照明システムの光源として使用することができ、一例として、映像表示装置のバックライトユニットと照明装置などの発光装置に使用することができる。
【0140】
映像表示装置のバックライトユニットに使用されるとき、エッジタイプのバックライトユニットに使用されるか、または直下タイプのバックライトユニットに使用されてもよく、照明装置に使用されるとき、灯器具やバルブタイプの光源として使用されてもよい。
【0141】
以上、実施例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、本実施例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、実施例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。
図1
図2A
図2B
図3A
図3B
図3C
図3D
図3E
図3F
図3G
図3H
図3I
図3J
図3K
図3L
図3M
図3N
図3O
図3P
図3Q
図4A
図4B
図4C
図4D
図4E
図4F
図4G
図4H
図5A
図5B
図6A
図6B
図7A
図7B
図8