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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-05-25
(54)【発明の名称】単一チップマルチバンド発光ダイオード
(51)【国際特許分類】
H01L 33/32 20100101AFI20230518BHJP
H01L 33/22 20100101ALI20230518BHJP
H01L 33/58 20100101ALI20230518BHJP
【ＦＩ】
H01L33/32
H01L33/22
H01L33/58
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022560164
(86)(22)【出願日】2021-04-14
(85)【翻訳文提出日】2022-09-29
(86)【国際出願番号】 KR2021004717
(87)【国際公開番号】W WO2021210919
(87)【国際公開日】2021-10-21
(31)【優先権主張番号】63/010,852
(32)【優先日】2020-04-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/047,525
(32)【優先日】2020-07-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/228,225
(32)【優先日】2021-04-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】506029004
【氏名又は名称】ソウル バイオシス カンパニー リミテッド
【氏名又は名称原語表記】ＳＥＯＵＬ ＶＩＯＳＹＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】６５－１６，Ｓａｎｄａｎ－ｒｏ １６３ Ｂｅｏｎ－ｇｉｌ，Ｄａｎｗｏｎ－ｇｕ，Ａｎｓａｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】ヨン・ヒュン・ベク
(72)【発明者】
【氏名】ジ・フン・カン
(72)【発明者】
【氏名】チェ・ホン・キム
(72)【発明者】
【氏名】ジ・フン・パク
【テーマコード（参考）】
5F142
5F241
【Ｆターム（参考）】
5F142AA23
5F142DB20
5F142HA05
5F241AA12
5F241CA05
5F241CA13
5F241CA40
5F241CA65
5F241CA88
5F241CA92
5F241CB11
5F241CB15
(57)【要約】
一実施例に係る発光ダイオードは、ｎ型窒化物半導体層；前記ｎ型窒化物半導体層上に位置する活性層；及び前記活性層上に位置するｐ型窒化物半導体層；を含み、前記活性層は、複数の障壁層と複数の井戸層が積層された単一の多重量子井戸構造を有し、前記活性層は白色光を放出する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ｎ型窒化物半導体層；前記ｎ型窒化物半導体層上に位置する活性層；及び
前記活性層上に位置するｐ型窒化物半導体層；を含み、
前記活性層は、複数の障壁層と複数の井戸層が積層された単一の多重量子井戸構造を有し、
前記活性層は白色光を放出する発光ダイオード。
【請求項2】
前記活性層は、駆動電流の増加によって２個のピーク波長の光を放出する、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項3】
前記活性層から放出される光は、駆動電流の増加によって黄色光から白色光に変わる、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項4】
前記発光ダイオードは、前記ｎ型窒化物半導体層と前記活性層との間に配置されたＶ－ピット生成層をさらに含み、前記活性層の一部は、前記Ｖ－ピット生成層のＶ－ピット内に形成された、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項5】
前記Ｖ－ピット生成層は、４５０ｎｍを超える厚さを有し、前記Ｖ－ピット生成層に形成された各Ｖ－ピットは、入口の幅が２３０ｎｍを超えるＶ－ピットを含む、請求項４に記載の発光ダイオード。
【請求項6】
前記発光ダイオードは、前記活性層と前記ｐ型窒化物半導体層との間に介在したｐ型ＡｌＧａＮ層をさらに含み、前記ｐ型ＡｌＧａＮ層内のＡｌの組成比ｘは、０より大きく、０．３より小さい、請求項４に記載の発光ダイオード。
【請求項7】
前記ｐ型ＡｌＧａＮ層は、１００ｎｍ未満の厚さを有する、請求項６に記載の発光ダイオード。
【請求項8】
前記井戸層と障壁層との間に配置され、前記井戸層を覆うキャッピング層をさらに含み、前記キャッピング層はＡｌを含有する、請求項６に記載の発光ダイオード。
【請求項9】
前記発光ダイオードは、フリップチップ構造を有する、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項10】
前記発光ダイオードは、複数の発光セルを有する、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項11】
前記各発光セルは、互いに異なる発光面積を有する、請求項１０に記載の発光ダイオード。
【請求項12】
前記各発光セルは直列に連結された、請求項１１に記載の発光ダイオード。
【請求項13】
発光ダイオード；及び前記発光ダイオードの上部に配置された色フィルター；を含み、
前記発光ダイオードは、
ｎ型窒化物半導体層；
前記ｎ型窒化物半導体層上に位置する活性層；及び
前記活性層上に位置するｐ型窒化物半導体層；を含み、
前記活性層は、複数の障壁層と複数の井戸層が積層された単一の多重量子井戸構造を有し、
前記活性層は、少なくとも２個のピーク波長の光を放出する発光装置。
【請求項14】
前記発光ダイオードは、前記ｎ型窒化物半導体層と前記活性層との間に配置されたＶ－ピット生成層をさらに含み、前記活性層の一部は、前記Ｖ－ピット生成層のＶ－ピット内に形成された、請求項１３に記載の発光装置。
【請求項15】
前記Ｖ－ピット生成層は、４５０ｎｍを超える厚さを有し、前記Ｖ－ピット生成層に形成された各Ｖ－ピットは、入口の幅が２３０ｎｍを超えるＶ－ピットを含む、請求項１４に記載の発光装置。
【請求項16】
前記発光ダイオードは、前記活性層と前記ｐ型窒化物半導体層との間に介在したｐ型ＡｌＧａＮ層をさらに含み、前記ｐ型ＡｌＧａＮ層内のＡｌの組成比ｘは、０より大きく、０．３より小さい、請求項１４に記載の発光装置。
【請求項17】
前記ｐ型ＡｌＧａＮ層は、１００ｎｍ未満の厚さを有する、請求項１６に記載の発光装置。
【請求項18】
前記井戸層と障壁層との間に配置され、前記井戸層を覆うキャッピング層をさらに含み、前記キャッピング層はＡｌを含有する、請求項１６に記載の発光装置。
【請求項19】
前記発光ダイオードは、フリップチップ構造を有する、請求項１３に記載の発光装置。
【請求項20】
前記色フィルターは、バンドパスフィルター、長波長透過フィルター、又は短波長透過フィルターである、請求項１３に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、発光ダイオードに関し、特に、単一チップレベルでマルチバンドの光を放出する発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【0002】
窒化物半導体は、ディスプレイ装置、信号機、照明や光通信装置の光源として用いられ、青色や緑色を発光する発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）やレーザーダイオード（ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ）に主に使用されている。また、窒化物半導体は、異種接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）及び高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）などにも使用され得る。
【0003】
一般に、窒化物半導体を用いた発光ダイオードは、Ｎコンタクト層とＰコンタクト層との間に量子井戸構造を有する異種接合構造を有する。発光ダイオードは、量子井戸構造内の井戸層の組成によって光を放出する。内部量子効率を増加させ、光吸収による損失を減少させるために、発光ダイオードは、単一ピークを有するスペクトルの光、すなわち、単色光を放出するように設計される。
【0004】
照明などから放出される混色光、例えば、白色光は、単一ピークの単色光として具現できない。よって、白色光を具現する技術は、一般に、互いに異なる単色光を放出する複数の発光ダイオードを共に使用したり、発光ダイオードから放出された光を波長変換する蛍光体を使用している。
【0005】
蛍光体の使用は、蛍光体自体の費用やストークスシフトとして知られている効率低下などの問題を伴う。さらに、周波数帯域が広い可視光を用いて情報を伝送するＬｉ－Ｆｉで黄色蛍光体を使用する一般的な白色ＬＥＤは、概してデータ伝送速度が遅い。黄色蛍光体を使用する一般的な白色ＬＥＤは、周波数応答が遅いため可視光通信（ｖｉｓｉｂｌｅ ｌｉｇｈｔ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ：ＶＬＣ）に適していない。また、蛍光体を発光ダイオード上に塗布する工程が要求され、蛍光体は、蛍光体を担持する担持体の黄変に関わる。
【0006】
一方、複数の発光ダイオードを混合して使用することは工程を複雑にし、互いに異なる材料で製造された各発光ダイオードを準備することは煩わしい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
単一チップの発光ダイオードを用いてマルチバンドのスペクトルを有する光を具現することができ、複数の発光ダイオードや蛍光体の使用が回避され得る。
【0008】
従来の量子井戸構造内の各井戸層の組成を多様にすることによって、マルチバンドスペクトルの光を具現しようとする試みがあったが、満足できる成果が得られなかった。特に、電子と正孔の再結合が主に特定の井戸層で発生し、マルチバンドの光を生成しにくい。
【0009】
本開示が解決しようとする課題は、単一チップレベルでマルチバンドスペクトルの光を具現できる新しい構造の発光ダイオードを提供することにある。
【0010】
本開示が解決しようとする他の課題は、Ｌｉ－Ｆｉなどの可視光通信（ＶＬＣ）に適したＬＥＤ光源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本開示の教示に係る一つ以上の実施例において、発光ダイオードは、ｎ型窒化物半導体層、前記ｎ型窒化物半導体層上に位置する活性層、及び前記活性層上に位置するｐ型窒化物半導体層を含む。前記活性層は、複数の障壁層と複数の井戸層が積層された単一の多重量子井戸構造を有し、前記活性層は白色光を放出する。
【0012】
前記活性層は、駆動電流の増加によって２個のピーク波長の光を放出することができる。
【0013】
前記活性層から放出される光は、駆動電流の増加によって黄色光から白色光に変わり得る。
【0014】
前記発光ダイオードは、前記ｎ型窒化物半導体層と前記活性層との間に配置されたＶ－ピット生成層をさらに含むことができ、前記活性層の一部は、前記Ｖ－ピット生成層のＶ－ピット内に形成されてもよい。
【0015】
前記Ｖ－ピット生成層は、４５０ｎｍを超える厚さを有することができ、前記Ｖ－ピット生成層に形成された各Ｖ－ピットは、入口の幅が２３０ｎｍを超えるＶ－ピットを含むことができる。
【0016】
前記発光ダイオードは、前記活性層と前記ｐ型窒化物半導体層との間に介在したｐ型ＡｌＧａＮ層をさらに含むことができ、前記ｐ型ＡｌＧａＮ層内のＡｌの組成比ｘは、０より大きく、０．３より小さくてもよい。
【0017】
前記ｐ型ＡｌＧａＮ層は、１００ｎｍ未満の厚さを有することができる。
【0018】
前記活性層は、複数の井戸層及び複数の障壁層を有する多重量子井戸構造を有することができ、前記井戸層と障壁層との間に前記井戸層を覆うキャッピング層をさらに含むことができ、前記キャッピング層はＡｌを含有することができる。
【0019】
一実施例において、前記発光ダイオードは、フリップチップ構造を有することができる。
【0020】
一実施例において、前記発光ダイオードは、複数の発光セルを有することができる。
【0021】
前記発光ダイオードは、発光面積が互いに異なる各発光セルを含むことができる。
【0022】
さらに、前記発光ダイオードは、直列に連結された各発光セルを含むことができる。
【0023】
本開示の教示に係る一つ以上の実施例において、発光装置は、発光ダイオード及び色フィルターを含む。前記発光ダイオードは、ｎ型窒化物半導体層、前記ｎ型窒化物半導体層の上に位置する活性層、及び前記活性層上に位置するｐ型窒化物半導体層を含む。前記活性層は、複数の障壁層と複数の井戸層が積層された単一の多重量子井戸構造を有し、前記活性層は、少なくとも２個のピーク波長の光を放出する。
【0024】
前記色フィルターは、バンドパスフィルター、長波長透過フィルター、又は短波長透過フィルターであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本開示の一実施例に係る発光ダイオードを説明するための概略的な断面図である。
【0026】
【0027】
【0028】
【図3】発光ダイオードを説明するためにＶ－ピット生成層を拡大して示した概略的な斜視図である。
【0029】
【図4A】本開示の一実施例に係るフリップチップ型発光ダイオードを示す概略的な平面図である。
【0030】
【0031】
【図5A】他の実施例に係る複数の発光セルを有する発光ダイオードを説明するための概略的な平面図である。
【0032】
【0033】
【0034】
【図6】他の実施例に係る複数の発光セルを有する発光ダイオードを説明するための概略的な平面図である。
【0035】
【図7A】比較例の青色発光ダイオードの電流によるスペクトルを示すグラフである。
【0036】
【図7B】実施例に係る発光ダイオードの電流によるスペクトルを示すグラフである。
【0037】
【図8A】比較例における白色発光ダイオードパッケージの色座標を示すグラフである。
【0038】
【図8B】本開示の一実施例に係る白色発光ダイオードパッケージの電流による色座標を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0039】
以下、添付の各図面を参照して本開示の各実施例を詳細に説明する。以下に紹介する各実施例は、本開示の属する技術分野の通常の技術者に本開示の思想を十分に伝達するために例として提供されるものである。したがって、本開示は、以下で説明する各実施例に限定されず、他の形態で具体化されることも可能である。そして、各図面において、構成要素の幅、長さ、厚さなどは、便宜のために誇張して表現する場合がある。また、一つの構成要素が他の構成要素の「上部に」又は「上に」あると記載した場合、各部分が他の部分の「直上部」又は「直上」にある場合のみならず、各構成要素と他の構成要素との間に更に他の構成要素が介在した場合も含む。明細書全体にわたって同一の参照番号は、同一の構成要素を示す。
【0040】
図１は、本開示の一実施例に係る発光ダイオードを説明するための概略的な断面図であり、図２Ａは、発光ダイオードを説明するために図１の一部を拡大して示した概略的な部分断面図であり、図２Ｂは、発光ダイオードを説明するために図２Ａの一部を拡大して示した概略的な部分断面図であり、図３は、発光ダイオードを説明するためにＶ－ピット生成層を拡大して示した概略的な斜視図である。
【0041】
まず、図１を参照すると、発光ダイオードは、基板２１、核形成層２３、高温バッファ層２５、ｎ型窒化物半導体層２７、Ｖ－ピット生成層２９、活性層３０、ｐ型ＡｌＧａＮ層３１、及びｐ型窒化物半導体層３３を含むことができる。
【0042】
基板２１は、窒化ガリウム系半導体層を成長させるためのものであって、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、Ｓｉ基板、スピネル基板などであってもよい。基板２１は、図１に示したように、各突出部を有することができ、例えば、パターニングされたサファイア基板であってもよい。しかし、本開示がこれに限定されるのではなく、平らな上面を有する基板、例えば、サファイア基板であってもよい。
【0043】
核形成層２３は、基板２１上に４００℃乃至６００℃の低温で（Ａｌ，Ｇａ）Ｎで形成されてもよく、一例として、ＡｌＧａＮ又はＧａＮで形成されてもよい。核形成層２３の組成は基板２１によって変更され得る。例えば、基板２１がパターニングされたサファイア基板である場合、核形成層２３はＡｌＧａＮで形成されてもよく、基板２１が平らな上面を有するサファイア基板である場合、核形成層２３はＧａＮで形成されてもよい。核形成層２３は、例えば、約２５ｎｍの厚さで形成されてもよい。
【0044】
高温バッファ層２５は、基板２１とｎ型窒化物半導体層２７との間で転位などの欠陥が発生することを緩和するために相対的に高温で成長し得る。高温バッファ層２５は、アンドープＧａＮ又はｎ型不純物がドーピングされたＧａＮで形成されてもよい。高温バッファ層２５が形成される間に、基板２１と高温バッファ層２５との間の格子不整合によって貫通電位が発生する。高温バッファ層２５は、例えば、約４．２μｍの厚さで形成されてもよい。
【0045】
ｎ型窒化物半導体層２７は、ｎ型不純物がドーピングされた窒化物系半導体層であって、例えば、ＳｉがドーピングされたＧａＮ層で形成されてもよい。ｎ型窒化物半導体層２７にドーピングされるＳｉドーピング濃度は、５Ｅ１７／ｃｍ２乃至５Ｅ１９／ｃｍ２であってもよい。ｎ型窒化物半導体層２７は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）技術を使用してチャンバー内に金属ソースガスを供給し、１０００℃乃至１２００℃（例えば、１０５０℃乃至１１００℃）で１５０Ｔｏｒｒ乃至２００Ｔｏｒｒの成長圧力下で成長してもよい。このとき、ｎ型窒化物半導体層２７は、高温バッファ層２５上に連続的に形成されてもよく、高温バッファ層２５内に形成された貫通電位は、ｎ型窒化物半導体層２７に転写されてもよい。ｎ型窒化物半導体層２７は、高温バッファ層２５より相対的に薄く形成されてもよく、例えば、約２．５μｍの厚さで形成されてもよい。
【0046】
Ｖ－ピット生成層２９は、ｎ型窒化物半導体層２７の上部に位置する。本開示の一実施例において、Ｖ－ピット生成層２９は、例えば、ＧａＮ層で形成されてもよい。Ｖ－ピット生成層２９は、ｎ型窒化物半導体層２７の成長温度より相対的に低い温度、例えば、約９００℃で成長してもよく、これによって、Ｖ－ピット生成層２９で各Ｖ－ピットが形成される。
【0047】
Ｖ－ピット生成層２９がｎ型窒化物半導体層２７より相対的に低い温度で成長することによって、結晶品質を人為的に低下させ、３次元成長を促進することによってＶ－ピット２９ｖを生成することができる。
【0048】
図３に示したように、各Ｖ－ピット２９ｖは、窒化物半導体層の成長面がＣ面である場合、六角錐状を有することができる。各Ｖ－ピット２９ｖは、貫通電位の上端で形成されてもよい。
【0049】
Ｖ－ピット生成層２９は、ｎ型窒化物半導体層２７より薄い厚さで形成されてもよく、例えば、約４５０ｎｍ乃至６００ｎｍの厚さで形成されてもよい。Ｖ－ピット生成層２９内に形成される各Ｖ－ピット２９ｖの大きさは、Ｖ－ピット生成層２９の成長条件及び成長時間などを通じて調節され得る。一実施例において、Ｖ－ピット生成層２９に形成されたＶ－ピット２９ｖの入口の最大幅は、概して約２３０ｎｍを超えてもよい。
【0050】
Ｖ－ピット生成層２９の厚さは、特にＶ－ピット２９ｖの大きさに影響を及ぼす。さらに、Ｖ－ピット２９ｖの大きさは、マルチバンドスペクトルの光の生成に影響を及ぼすものと考慮される。
【0051】
本実施例において、Ｖ－ピット生成層２９が単一層であることを説明するが、これに限定されるのではなく、Ｖ－ピット生成層２９が多重層であってもよい。例えば、Ｖ－ピット生成層２９は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、及びＡｌＧａＩｎＮ層のうち少なくとも二つの層を含むことができる。
【0052】
活性層３０は、Ｖ－ピット生成層２９上に位置する。活性層３０は、電子と正孔の再結合によって光を放出する。そして、活性層３０は、単一量子井戸構造又は障壁層３０ｂと井戸層３０ｗが交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有することができる。
【0053】
活性層３０は、Ｖ－ピット生成層２９に接し得るが、本開示がこれに限定されるのではなく、活性層３０は、Ｖ－ピット２９ｖに沿って形成されてもよい。Ｖ－ピット２９ｖ内に形成された活性層３０の厚さは、Ｖ－ピット生成層２９の平らな面上に形成された活性層３０の厚さより小さい。Ｖ－ピット２９ｖ内の活性層３０の厚さは、Ｖ－ピット２９ｖの深さによって異なり得る。Ｖ－ピット２９ｖの中間程度の深さでの活性層３０の厚さは、Ｖ－ピット生成層２９の平らな面上に形成された活性層３０の厚さの約１／３以下であってもよい。特に、Ｖ－ピット２９ｖの中間程度の深さでの井戸層３０ｗの厚さは、Ｖ－ピット生成層２９の平らな面上に形成された井戸層３０ｗの厚さの約１／３以下であってもよい。
【0054】
一方、井戸層３０ｗは、ＩｎｘＡｌｙＧａ１－ｘ－ｙＮ（０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１）で形成されてもよい。Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａの組成比は、要求される光によって選択され得る。特に、Ｖ－ピット生成層２９の平らな面上に形成された井戸層３０ｗ（以下、第１井戸層部分）は、マルチバンドの長波長側スペクトルの光を放出する組成を有する。一方、Ｖ－ピット２９ｖ内に形成された井戸層３０ｗ（以下、第２井戸層部分）は、マルチバンドの短波長側スペクトルの光を放出する組成を有する。例えば、第１井戸層部分内のＩｎ組成比は、第２井戸層部分内のＩｎ組成比より高く、第１井戸層部分は、黄色系列の光を放出するようにＩｎＧａＮで形成されてもよく、第２井戸層部分は、緑色及び／又は青色系列の光を放出するようにＩｎＧａＮで形成されてもよい。
【0055】
第２井戸層部分は、Ｖ－ピット２９ｖ内の各面上に同一の組成で形成されてもよいが、これに限定されるのではなく、各面に互いに異なる組成で形成されてもよい。これによって、本開示の発光ダイオードは、第１井戸層部分及び第２井戸層部分を用いて少なくとも２個のバンドを有する光を単一チップレベルで具現することができる。
【0056】
障壁層３０ｂは、井戸層３０ｗに比べてバンドギャップが広いＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＡｌＩｎＧａＮなどの窒化物半導体層で形成されてもよい。例えば、第１井戸層部分が黄色系列の光を放出するようにＩｎＧａＮで形成された場合、障壁層３０ｂは、井戸層３０ｗよりＩｎ含量が少ないＩｎＧａＮで形成されてもよい。
【0057】
一方、図２Ｂに示したように、井戸層３０ｗと障壁層３０ｂとの間にキャッピング層３０ｃが介在してもよい。キャッピング層３０ｃは、障壁層３０ｂを蒸着する間に井戸層３０ｗ内のインジウム（Ｉｎ）が解離されることを防止するために障壁層３０ｂの蒸着前に形成され得る。キャッピング層３０ｃは、Ａｌを含むことができ、例えば、ＡｌＧａＮ又はＡｌＩｎＧａＮで形成されてもよい。キャッピング層３０ｃ内に含有されるＡｌ組成は、第１キャッピング層部分、すなわち、Ｖ－ピット生成層２９の平らな面の上部に配置されたキャッピング層部分と、第２キャッピング層部分、すなわち、Ｖ－ピット２９ｖ内に形成されたキャッピング層部分とが互いに異なり得る。第１キャッピング層部分内のＡｌ含量が第２キャッピング層部分内のＡｌ含量より多い。例えば、第１キャッピング層部分内のＡｌ組成は、キャッピング層内の全体の組成に対して１０原子％以上、さらに、１２原子％以上であってもよく、第２キャッピング層部分内のＡｌ組成は、キャッピング層内の全体の組成に対して約５原子％以上であってもよい。
【0058】
Ｐ型窒化物半導体層３３に最も近い最後のキャッピング層３０ｃを除いた残りの各キャッピング層３０ｃは、隣接した井戸層３０ｗと概して類似する厚さ又はそれより小さい厚さで形成されてもよい。最後のキャッピング層３０ｃは、それに隣接した井戸層３０ｗより厚く形成されてもよい。
【0059】
ｐ型ＡｌＧａＮ層３１は活性層３０上に位置する。ｐ型ＡｌＧａＮ層３１は、Ｖ－ピット２９ｖ内にも形成され得る。ｐ型ＡｌＧａＮ層３１内のＡｌ組成比は、電子ブロック層に使用されるＡｌ組成比に比べて相対的に低い。また、ｐ型ＡｌＧａＮ層３１内のＡｌ組成比は、キャッピング層３０ｃ内のＡｌ組成比より小さくてもよい。例えば、ｐ型ＡｌＧａＮ層３１を一般式ＡｌｘＧａ１－ｘＮで表現することができ、ここで、ｘは、０より大きく、０．３より小さくてもよい。一方、一実施例において、ｐ型ＡｌＧａＮ層３１の厚さは、約１００ｎｍ未満であってもよく、少なくとも一つの変形例において、約７０ｎｍであってもよい。
【0060】
ｐ型窒化物半導体層３３は、Ｍｇなどのｐ型不純物がドーピングされた半導体層、例えば、ＧａＮで形成されてもよい。ｐ型窒化物半導体層３３は、単一層や多重層であってもよく、ｐ型コンタクト層を含むことができる。図１に示したように、ｐ型窒化物半導体層３３は、Ｖ－ピット２９ｖに凹状の溝を有することができる。ｐ型窒化物半導体層３３でＶ－ピット２９ｖを完全に充填しないので、Ｖ－ピット２９ｖ内の井戸層３０ｗで生成された光の損失を防止することができる。
【0061】
発光ダイオードは、当該技術分野で使用可能な水平型、フリップチップ型などの多様な類型で製作され得る。
【0062】
【0063】
図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、前記フリップチップ型発光ダイオードは、基板１２１、第１導電型半導体層１２７、活性層１３０、第２導電型半導体層１３３、導電性酸化物層１３５、誘電層１３７、金属反射層１３９、下部絶縁層１４１、第１パッド金属層１４３ａ（図４Ａ）、第２パッド金属層１４３ｂ及び上部絶縁層１４５を含む。さらに、前記発光ダイオードは、第１バンプパッド１４７ａ及び第２バンプパッド１４７ｂをさらに含むことができる。
【0064】
前記基板１２１は、上で説明した基板２１と同じものであって、重複を避けるために詳細な説明は省略する。基板１２１は、図４Ａに示すように、長方形又は正方形の外形を有し得るが、必ずしもこれに限定されるのではない。基板１２１の大きさは、特に限定されるのではなく、多様に選択され得る。
【0065】
第１導電型半導体層１２７は、基板１２１上に配置される。第１導電型半導体層１２７は、上で説明したｎ型窒化物半導体層２７と同じものであって、重複を避けるために詳細な説明は省略する。図１に示したように、核形成層２３及び高温バッファ層２５が基板１２１と第１導電型半導体層１２７との間に介在してもよい。
【0066】
いくつかの形態において、第１導電型半導体層１２７の縁部は、基板１２１の縁部と並んでいる。しかし、本発明がこれに限定されるのではなく、他の形態において、第１導電型半導体層１２７が基板１２１の縁部で取り囲まれた領域の内側に位置することもできる。この場合、基板１２１の上部面のうち一部の領域が第１導電型半導体層１２７の周囲に沿って露出し得る。
【0067】
第１導電型半導体層１２７上にメサＭが配置される。メサＭは、第１導電型半導体層１２７で取り囲まれた領域の内側に限定して位置することができ、よって、第１導電型半導体層１２７の縁部付近の各領域は、メサＭによって覆われずに外部に露出する。
【0068】
メサＭは、活性層１３０及び第２導電型半導体層１３３を含む。前記活性層１３０は、第１導電型半導体層１２７と第２導電型半導体層１３３との間に介在する。一方、図示してはいないが、第１導電型半導体層１２７と活性層１３０との間にＶ－ピット生成層が介在する。Ｖ－ピット生成層は、メサＭの下部領域内に限定して位置することもできるが、これに限定されるのではなく、第１導電型半導体層１２７の上面全体にわたって位置することもできる。Ｖ－ピット生成層は、既に図１を参照して説明したＶ－ピット生成層２９とほぼ類似するので、重複を避けるために詳細な説明は省略する。
【0069】
【0070】
一方、第２導電型半導体層１３３は、図１を参照して説明したｐ型窒化物半導体層３３と同一であるので、重複を避けるために詳細な説明は省略する。また、図４Ｂには示していないが、図１を参照して説明したように、第２導電型半導体層１３３と活性層１３０との間にｐ型ＡｌＧａＮ層３１が配置される。
【0071】
いくつかの形態において、第２導電型半導体層１３３のｐ型不純物の濃度は、８×１０－１８～４×１０－２１／ｃｍ３の範囲を有することができる。他の形態において、第２導電型半導体層１３３内のｐ型不純物の濃度は一定の値を有することなく、前記範囲内で厚さによって変わる濃度プロファイルを有することができる。特に、第２導電型半導体層１３３の表面でさらに高い不純物の濃度を有することができる。
【0072】
前記メサＭに、図４Ａに示したように、内部に浸透する湾入部１４０が形成されてもよく、湾入部１４０によって第１導電型半導体層１２７の上面が露出し得る。湾入部１４０は、メサＭの一側縁部からそれに対向する他側縁部に向かってメサＭの内部に長く形成されてもよい。湾入部１４０の長さは、特に限定されなく、メサＭの長さの１／２又はそれより長くてもよい。また、図４Ａに二つの湾入部１４０を示しているが、湾入部１４０の個数は、１個であってもよく、３個以上であってもよい。湾入部１４０の個数が増加するほど、後述する第１パッド金属層１４３ａの内部接触部１４３ａ２の個数が増加し、電流分散性能が改善される。
【0073】
一方、湾入部１４０は、図４Ａに示したように、終端部で幅が広くなりながらラウンド状を有する。湾入部１４０の終端部の形状をこのようにすることによって、下部絶縁層１４１を類似する形状にパターニングすることができる。特に、下部絶縁層１４１が分布ブラッグ反射器を含む場合、図４Ａのように終端部で広くなる幅を有する下部絶縁層１４１は、分布ブラッグ反射器の側壁に過度な二重段差が形成されることを防止することができる。さらに、側壁の傾斜角が大きくなるので、第１パッド金属層１４３ａに発生する割れも防止され得る。よって、湾入部１４０の終端部の形状及び下部絶縁層１４１の第１開口部１４１ａ２の終端部の形状を本実施例のようにすることによって、下部絶縁層１４１の縁部が緩やかな傾斜角を有するように形成することができ、発光ダイオードの収率を改善することができる。
【0074】
本実施例において、メサＭに湾入部１４０が形成されたことを図示及び説明するが、メサＭは、湾入部１４０の代わりに、第２導電型半導体層１３３及び活性層１３０を貫通する少なくとも一つのビアホールを有することもできる。
【0075】
一方、導電性酸化物層１３５は、メサＭの上部に配置され、第２導電型半導体層１３３に接触する。導電性酸化物層１３５は、メサＭの上部領域でメサＭの全領域の一部又はほとんどにわたって配置されてもよい。例えば、導電性酸化物層１３５は、メサＭの上部領域の８０％以上、さらに９０％以上を覆うことができる。
【0076】
導電性酸化物層１３５は、活性層１３０に生成された光を透過させる酸化物層で形成される。導電性酸化物層１３５は、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）又はＺｎＯなどで形成されてもよい。導電性酸化物層１３５は、第２導電型半導体層１３３へのオーミック接触に十分な厚さで形成され、例えば、３ｎｍ乃至５０ｎｍの厚さ範囲内で形成されてもよい。さらに具体的に、導電性酸化物層１３５の厚さは、６ｎｍ乃至３０ｎｍの厚さ範囲内であってもよい。導電性酸化物層１３５の厚さが過度に薄いと十分なオーミック特性が提供されなく、順方向電圧が増加する。また、導電性酸化物層１３５の厚さが過度に厚いと光吸収による損失が発生し、発光効率を低下させる。
【0077】
一方、誘電層１３７は、導電性酸化物層１３５を覆い、さらに、第２導電型半導体層１３３、活性層１３０及び第１導電型半導体層１２７の側面を覆うことができる。誘電層１３７の縁部は下部絶縁層１４１で覆われてもよい。よって、誘電層１３７の縁部は、図４Ｂに示したように、下部絶縁層１４１の縁部に比べて基板１２１の縁部からさらに遠くに位置する。しかし、本発明がこれに限定されるのではなく、誘電層１３７の一部が下部絶縁層１４１の外部に露出してもよい。
【0078】
誘電層１３７は、図４Ａに示したように、導電性酸化物層１３５を露出させる各開口部１３７ａを有する。複数の開口部１３７ａが導電性酸化物層１３５の上部に配置されてもよい。各開口部１３７ａは、金属反射層１３９が導電性酸化物層１３５に接続できるように接続通路として使用される。また、誘電層１３７は、メサＭの周囲で第１導電型半導体層１２７を露出させ、湾入部１４０内で第１導電型半導体層１２７を露出させる。
【0079】
誘電層１３７は、第２導電型半導体層１３３及び導電性酸化物層１３５より低い屈折率を有する絶縁物質で形成される。誘電層１３７は、例えば、ＳｉＯ２で形成されてもよい。
【0080】
誘電層１３７の厚さは、発光ダイオードの順方向電圧及び光出力に影響を及ぼす。誘電層１３７の厚さは、２００ｎｍ乃至１０００ｎｍの範囲内の厚さを有することができ、具体的には、３００ｎｍ乃至８００ｎｍの範囲内の厚さを有することができる。誘電層１３７の厚さが２００ｎｍ未満である場合は、順方向電圧が高く、光出力が低いので良くない。一方、誘電層１３７の厚さが４００ｎｍを超える場合は、光出力が飽和され、順方向電圧が再び増加する傾向を示す。よって、誘電層１３７の厚さは１０００ｎｍを超えないことが有利であり、特に、前記厚さは８００ｎｍ以下であってもよい。さらに、誘電層１３７の厚さは、活性層１３０上の第２導電型半導体層１３３の厚さの４倍以上であってもよく、１３倍以下であってもよい。
【0081】
一方、金属反射層１３９は、誘電層１３７上に配置され、各開口部１３７ａを介して導電性酸化物層１３５に接続する。金属反射層１３９は、反射性金属を含み、例えば、Ａｇ又はＮｉ／Ａｇを含むことができる。さらに、金属反射層１３９は、反射金属物質層を保護するための障壁層、例えば、Ｎｉを含むことができ、また、金属層の酸化防止のためにＡｕ層を含むことができる。さらに、Ａｕ層の接着力を向上させるために、Ａｕ層の下部にＴｉ層を含むこともできる。金属反射層１３９は誘電層１３７の上面に接し、よって、前記誘電層１３７の厚さは、導電性酸化物層１３５と金属反射層１３９との間の隔離距離と同じである。
【0082】
導電性酸化物層１３５でオーミック接触が形成され、誘電層１３７上に金属反射層１３９が配置される。よって、ソルダーなどによってオーミック抵抗が高くなることを防止することができる。さらに、導電性酸化物層１３５、誘電層１３７及び金属反射層１３９を第２導電型半導体層１３３上に配置することによって、光の反射率を向上させることができ、発光効率を改善することができる。
【0083】
下部絶縁層１４１は、メサＭ及び金属反射層１３９を覆う。また、下部絶縁層１４１は、メサＭの周囲に沿って第１導電型半導体層１２７を覆うことができ、メサＭ内部の湾入部１４０内で第１導電型半導体層１２７を覆うことができる。下部絶縁層１４１は、特にメサＭの側面を覆う。また、下部絶縁層１４１は、誘電層１３７を覆うことができる。
【0084】
一方、下部絶縁層１４１は、第１導電型半導体層を露出させる第１開口部１４１ａ１、１４１ａ２、及び金属反射層１３９を露出させる第２開口部１４１ｂを有する。第１開口部１４１ａ１は、メサＭの周囲に沿って第１導電型半導体層１２７を露出させ、第１開口部１４１ａ２は、前記湾入部１４０内で第１導電型半導体層１２７を露出させる。湾入部１４０の代わりにビアホールが形成された場合、第１開口部１４１ａ２は、ビアホール内で第１導電型半導体層１２７を露出させる。
【0085】
図４Ａに示したように、前記第１開口部１４１ａ１と第１開口部１４１ａ２は互いに連結されてもよいが、本発明がこれに限定されるのではなく、第１開口部１４１ａ１、１４１ａ２は互いに離隔してもよい。
【0086】
本実施例において、下部絶縁層１４１の第１開口部１４１ａ１は、第１導電型半導体層１２７の縁部を含み、その周辺領域を全て露出させるように形成される。しかし、本発明がこれに限定されるのではなく、下部絶縁層１４１の第１開口部１４１ａ１がメサＭの周囲に沿って帯状に形成されてもよい。この場合、第１導電型半導体層１２７の縁部は、下部絶縁層１４１で覆われたり、下部絶縁層１４１の縁部と並んでいてもよい。
【0087】
第２開口部１４１ｂは、金属反射層１３９を露出させる。複数の第２開口部１４１ｂが形成されてもよく、これらの第２開口部１４１ｂは、前記湾入部１４０に対向して基板１２１の一側縁部付近に配置されてもよい。第２開口部１４１ｂの位置に対しては、後で再度説明する。
【0088】
一方、下部絶縁層１４１は、ＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４の単一層で形成されてもよいが、これに限定されるのではない。例えば、下部絶縁層１４１は、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜を含む多層構造を有することができる。下部絶縁層１４１は、シリコン酸化膜とチタン酸化膜を交互に積層した分布ブラッグ反射器を含むことができる。
【0089】
一方、第１パッド金属層１４３ａは、前記下部絶縁層１４１上に配置され、下部絶縁層１４１によってメサＭ及び金属反射層１３９から絶縁される。第１パッド金属層１４３ａは、下部絶縁層１４１の第１開口部１４１ａ１、１４１ａ２を介して第１導電型半導体層１２７に接触する。第１パッド金属層１４３ａは、メサＭの周囲に沿って第１導電型半導体層１２７に接触する外部接触部１４３ａ１、及び前記湾入部１４０又はビアホール内で第１導電型半導体層１２７に接触する内部接触部１４３ａ２を含むことができる。外部接触部１４３ａ１は、メサＭの周囲に沿って基板１２１の縁部付近で第１導電型半導体層１２７に接触し、内部接触部１４３ａ２は、外部接触部１４３ａ１で取り囲まれた領域の内部で第１導電型半導体層１２７に接触する。外部接触部１４３ａ１と内部接触部１４３ａ２は、互いに連結されてもよいが、これに限定されなく、互いに離隔してもよい。また、いくつかの形態において、外部接触部１４３ａ１は、メサＭの周囲に沿って連続的に第１導電型半導体層１２７に接触できるが、これに限定されるのではない。他の形態において、複数の外部接触部１４３ａ１が互いに離隔して配置されてもよい。
【0090】
一方、第２パッド金属層１４３ｂは、下部絶縁層１４１上でメサＭの上部領域に配置され、下部絶縁層１４１の第２開口部１４１ｂを介して金属反射層１３９に電気的に接続される。第２パッド金属層１４３ｂは、第１パッド金属層１４３ａで取り囲まれてもよく、これらの間に境界領域１４３ａｂが形成されてもよい。境界領域１４３ａｂに下部絶縁層１４１が露出し、この境界領域１４３ａｂは、後述する上部絶縁層１４５で覆われる。
【0091】
いくつかの形態において、第１パッド金属層１４３ａ及び第２パッド金属層１４３ｂは、一つの工程で同一の材料で共に形成されてもよい。他の形態において、第１パッド金属層１４３ａ及び第２パッド金属層１４３ｂは別個に形成されてもよい。第１及び第２パッド金属層１４３ａ、１４３ｂは、Ａｌ層のようなオーミック反射層を含むことができ、オーミック反射層は、Ｔｉ、Ｃｒ又はＮｉなどの接着層上に形成されてもよい。また、前記オーミック反射層上にＮｉ、Ｃｒ、Ａｕなどの単層又は複合層構造の保護層が形成されてもよい。第１及び第２パッド金属層１４３ａ、１４３ｂは、例えば、Ｃｒ／Ａｌ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉの多層構造を有することができる。
【0092】
上部絶縁層１４５は、第１及び第２パッド金属層１４３ａ、１４３ｂを覆う。また、上部絶縁層１４５は、メサＭの周囲に沿って第１導電型半導体層１２７を覆うことができる。本実施例において、上部絶縁層１４５は、基板１２１の縁部に沿って第１導電型半導体層１２７を露出させることができる。しかし、本発明がこれに限定されるのではなく、上部絶縁層１４５は、第１導電型半導体層１２７を全て覆うこともでき、基板１２１の縁部と並んでいてもよい。
【0093】
一方、上部絶縁層１４５は、図４Ｂに示したように、第１パッド金属層１４３ａを露出させる第１開口部１４５ａ、及び第２パッド金属層１４３ｂを露出させる第２開口部１４５ｂを有する。第１開口部１４５ａ及び第２開口部１４５ｂは、メサＭの上部領域に配置されてもよく、互いに対向するように配置されてもよい。特に、第１開口部１４５ａ及び第２開口部１４５ｂは、メサＭの両側縁部に近接して配置されてもよい。
【0094】
上部絶縁層１４５は、ＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４の単一層で形成されてもよいが、これに限定されるのではない。いくつかの形態において、上部絶縁層１４５は、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜を含む多層構造を有することができる。他の形態において、上部絶縁層１４５は、シリコン酸化膜とチタン酸化膜を交互に積層した分布ブラッグ反射器を含むこともできる。
【0095】
一方、第１バンプパッド１４７ａは、上部絶縁層１４５の第１開口部１４５ａを介して露出した第１パッド金属層１４３ａに電気的に接触し、第２バンプパッド１４７ｂは、第２開口部１４５ｂを介して露出した第２パッド金属層１４３ｂに電気的に接触する。図４Ａに示したように、第１バンプパッド１４７ａは、上部絶縁層１４５の第１開口部１４５ａ内に配置され、第２バンプパッド１４７ｂは、上部絶縁層１４５の第２開口部１４５ｂ内に配置されてもよい。しかし、本発明は、これに限定されるのではなく、第１バンプパッド１４７ａ及び第２バンプパッド１４７ｂがそれぞれ第１開口部１４５ａ及び第２開口部１４５ｂを全て覆って密封することもできる。また、前記第２バンプパッド１４７ｂは、下部絶縁層１４１の第２開口部１４１ｂの上部領域を覆うことができる。第２バンプパッド１４７ｂは、下部絶縁層１４１の第２開口部１４１ｂの全てを実質的に覆うことができるが、これに限定されるのではない。他の形態において、各開口部１４１ｂのうち一部は、図４Ｂに示したように、第２バンプパッド１４７ｂの外部に延長して位置することができる。
【0096】
また、図４Ａに示したように、第２バンプパッド１４７ｂは、第２パッド金属層１４３ｂの上部領域内に限定して位置することもできる。しかし、本発明は、これに限定されるのではなく、第２バンプパッド１４７ｂの一部が第１パッド金属層１４３ａと重畳することもできる。ただし、上部絶縁層１４５が第１パッド金属層１４３ａと第２バンプパッド１４７ｂとの間に配置され、これらを絶縁させることができる。
【0097】
本開示の一つ以上の実施例によると、従来のオーミック反射層の代わりに、導電性酸化物層１３５、誘電層１３７及び金属反射層１３９の反射構造が使用される。これによって、ソルダーなどのボンディング材がコンタクト領域に浸透することを遮断することができ、安定したオーミック接触抵抗を確保し、発光ダイオードの信頼性を向上させることができる。さらに、誘電層１３７の厚さを３００ｎｍ以上にすることによって、高い光出力及び低い順方向電圧を達成することができる。
【0098】
本開示の一つ以上の実施例によると、第１バンプパッド１４７ａ及び第２バンプパッド１４７ｂが全て第２導電型半導体層１３３の上部に配置されてもよく、よって、基板１２１を介して光を放出するようにフリップボンディングされ得る。第１バンプパッド１４７ａは、特に、第２導電型半導体層１３３側から第１導電型半導体層１２７に電気的に接続し、このために第２導電型半導体層１３３がパターニングされ、第１導電型半導体層１２７を露出させる。前記フリップチップ型発光ダイオードは、既に図１乃至図３を参照して説明したＶ－ピットを含み、複数の波長でピークを有する。
【0099】
本開示の教示によると、蛍光体がなくても白色光を具現できるフリップチップ型発光ダイオードを提供することができる。白色光ダイオードの製作のための蛍光体工程を省略することができ、生産費用が減少するようになり、さらに、蛍光体が塗布される厚さ分だけ減少した薄い白色光源を応用製品に適用することができる。
【0100】
選択的に又は追加的に、前記フリップチップ型発光ダイオードの基板１２１上に色フィルター（図示せず）が配置されてもよい。色フィルターは、例えば、屈折率が互いに異なる各物質層を交互に積層して形成した干渉フィルター、例えば、バンドパッドフィルター、長波長透過フィルター、又は短波長透過フィルターであってもよく、又は吸収フィルターであってもよい。色フィルターを用いて発光ダイオードから放出される複数のピーク波長のうち特定のピーク波長の光を放出し、他のピーク波長の光を遮断することができる。例えば、短波長側の光を遮断するための色フィルターが適用され、長波長側の光を選択的に透過させることができ、これと反対に、長波長側の光を遮断するための色フィルターが適用され、短波長側の光を選択的に透過させることができる。干渉フィルターの場合、透過させようとする光の波長によって色フィルターの各層の厚さ及び積層数が設定され得る。また、透過する光の透過率を調節することができ、透過する光の透過度を調節することによって色の混合比を容易に制御することができる。
【0101】
図５Ａは、他の実施例に係る複数の発光セルを有する発光ダイオードを説明するための概略的な平面図であり、図５Ｂは、図５ＡのＢ－Ｂ線に沿って切り取られた概略的な断面図であり、図５Ｃは、図５ＡのＣ－Ｃ線に沿って切り取られた概略的な断面図である。
【0102】
図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃを参照すると、本実施例に係る発光ダイオード２００は、基板２２１、第１導電型半導体層２２７、活性層２３０、第２導電型半導体層２３３、透明電極層２３５、絶縁層２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄ、第１電極パッド２４５、第２電極パッド２４７、第１延長部２４５ａ、第２延長部２４７ａ及び第３延長部２４７ｂを含む。ここで、各半導体層２２７、２３０、２３３は、複数の発光セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３に分離され、各発光セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３上に第１乃至第３延長部２４５ａ、２４７ａ、２４７ｂが配置される。
【0103】
本実施例において、基板２２１、第１導電型半導体層２２７、活性層２３０、及び第２導電型半導体層２３３は、図１を参照して説明したものと類似するので、重複する内容に対する詳細な説明は省略する。また、ここに示してはいないが、図１を参照して説明したように、核形成層及び高温バッファ層が基板２２１と第１導電型半導体層２２７との間に介在してもよく、Ｖ－ピット生成層が第１導電型半導体層２２７と活性層２３０との間に介在してもよい。また、ｐ型ＡｌＧａＮ層が活性層２３０と第２導電型半導体層２３３との間に介在してもよい。
【0104】
基板２２１は、図１の平面図に示すように、長方形又は正方形の外形を有し得るが、必ずしもこれに限定されるのではない。基板２２１の大きさは、特に限定されるのではなく、多様に選択され得る。
【0105】
各半導体層２２７、２３０、２３３は、各セル分離領域Ｉ１、Ｉ２によって複数（ｎ個）の発光セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３に分離される。図５Ａに３個の発光セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３を示しているが、これに限定されるのではない。ｎは、２以上の整数であってもよく、特に３以上の整数であってもよい。さらに、ｎが奇数である場合、各電極パッド２４５、２４７を基板２２１の対角方向に配置できるので有利である。
【0106】
各発光セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、長い長方形の形状を有することができ、互いに平行に配置されてもよい。これによって、奇数番目の各発光セルＣ１、Ｃ３の間に偶数番目の発光セルＣ２が配置される。
【0107】
各セル分離領域Ｉ１、Ｉ２の両側壁は、フォトリソグラフィ及びエッチング工程を用いて形成され、各連結部２４６の信頼性を考慮して相対的に緩やかな形状を有する。
【0108】
しかし、基板２２１の各側面（図５Ｂにおける基板２２１の左側面を参照）は、セル分離領域Ｉ１、Ｉ２と異なり、レーザースクライビングを用いて形成されてもよく、よって、相対的に急激な傾きを有する。特に、基板２２１と第１導電型半導体層２２７が共にレーザースクライビングを用いて他の発光ダイオードから分離されてもよく、よって、基板２２１と第１導電型半導体層２２７の各側面が互いに並ぶことができる。
【0109】
一方、各発光セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３の縁部に沿って第１導電型半導体層２２７の上面が露出してもよい。すなわち、第２導電型半導体層２３３は、露出した第１導電型半導体層２２７の上面で取り囲まれる。第１導電型半導体層２２７の上面は、第２導電型半導体層２３３の周囲の全体に沿って露出してもよい。
【0110】
一方、透明電極層２３５は、各発光セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３の第２導電型半導体層２３３上に位置する。透明電極層２３５は、導電性酸化物層、例えば、ＩＴＯ又はＺｎＯで形成されてもよく、第２導電型半導体層２３３に接触する。すなわち、透明電極層２３５は、第２導電型半導体層２３３と電気的に接触し、第２導電型半導体層２３３より低い比抵抗を有するので、発光ダイオードの広い領域にわたって電流を分散させる。
【0111】
透明電極層２３５は、第２導電型半導体層２３３とほぼ同じ平面形状を有する。ただし、透明電極層２３５が第２導電型半導体層２３３より狭い面積を有することができる。透明電極層２３５の下部面は、いずれも第２導電型半導体層２３３の上面に接触することができる。
【0112】
透明電極層２３５がＺｎＯで形成された場合、Ｚｎ及びＯが化合物のほとんどを構成し、ＺｎＯのウルツ鉱型の結晶構造を保有する限り、他の材料を含むことができる。例えば、ＺｎＯ透明電極層２３５は、アルミニウムドーピングされた亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、ガリウムドーピングされた亜鉛酸化物（ＧＺＯ）、及びインジウムドーピングされた亜鉛酸化物（ＩＺＯ）を含む。また、ＺｎＯ透明電極２３５は、少量の他のドーパント及び／又は他の不純物や含有物材料を備える材料のみならず、空孔（ｖａｃａｎｃｙ）及び挿入系材料欠陥の存在に起因した非化学量論である材料を含む。
【0113】
ＺｎＯ透明電極層２３５は、ＩＴＯ膜の一般的な厚さの約５倍以上の厚さを有することができる。例えば、ＩＴＯ透明電極層２３５は、約５００Å以下の厚さで形成されてもよいが、ＺｎＯ透明電極層２３５は、吸収率が低いので、１０００Å以上、さらに、約５０００Å以上の厚さで形成されてもよい。ＺｎＯ透明電極層２３５の上限は、特に限定されるのではないが、約１μｍ以下であってもよい。
【0114】
透明電極層２３５をＺｎＯで形成する場合、ＩＴＯや他の導電性酸化物に比べて相対的に厚く形成できるので、面抵抗を減少させることができ、よって、電流をさらに容易に分散させることができる。しかし、本実施例において、透明電極層２３５が必ずしもＺｎＯに限定されるのではない。
【0115】
図５Ａに示したように、第１電極パッド２４５は第１発光セルＣ１上に配置されてもよく、第２電極パッド２４７は第３発光セルＣ３上に配置されてもよい。第１電極パッド２４５は、露出した第１導電型半導体層２２７の上面上に配置されてもよい。しかし、本発明がこれに限定されるのではなく、第１電極パッド２４５が絶縁層を介在して第２導電型半導体層２３３上に配置されてもよい。また、第１電極パッド２４５は、第１発光セルＣ１の一側コーナー付近に配置されてもよい。
【0116】
一方、第１延長部２４５ａは、メサエッチング工程を通じて露出した第１導電型半導体層２２７に電気的に接続される。第１発光セルＣ１上の第１延長部２４５ａは、第１電極パッド２４５から延長することができ、それ以外の各発光セルＣ２、Ｃ３上の第１延長部２４５ａは、それぞれ連結部２４６から延長することができる。
【0117】
第２電極パッド２４７は、透明電極層２３５上に配置されてもよい。第２電極パッド２４７は、第１電極パッド２４５に対向して基板２２１の他側コーナー付近に配置されてもよく、これによって、ワイヤをボンディングする工程を容易に行うことができる。
【0118】
一方、図５Ａに示したように、各発光セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３上の第２延長部２４７ａ及び第３延長部２４７ｂは、第１延長部２４５ａを覆うように透明電極層２３５上に位置することができる。本実施例において、第２電極パッド２４７が全ての発光セルＣ１乃至Ｃ３上に配置されるのではないので、第２延長部２４７ａ及び第３延長部２４７ｂが全て第２電極パッド２４７から延長されるのではない。図５Ａに示したように、第３発光セルＣ３上の第２延長部２４７ａ及び第３延長部２４７ｂは、第２電極パッド２４７から延長するが、第１及び第２発光セルＣ１、Ｃ２上の第２延長部２４７ａ及び第３延長部２４７ｂは第２電極パッド２４７から離隔し、各発光セルを電気的に連結する連結部２４６から延長する。
【0119】
第２延長部２４７ａ及び第３延長部２４７ｂは、各発光セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３上の透明電極層２３５上に位置し、透明電極層２３５にそれぞれ電気的に接続される。
【0120】
一方、各連結部２４６は、隣り合う各発光セルを電気的に連結する。具体的には、各連結部２４６は、一つの発光セルの第１延長部２４５ａと隣り合う発光セルの第２及び第３延長部２４７ａ、２４７ｂとを連結する。図５Ｃに示したように、連結部２４６の一側端部は、第１導電型半導体層２２７上に位置し、第１延長部２４５ａに連結され、他側端部は第２導電型半導体層２３３上に位置することができる。図５Ａから分かるように、第２導電型半導体層２３３上に位置する連結部２４６の他側端部は、第２発光セルＣ２の第２及び第３延長部２４７ａ、２４７ｂに連結される。
【0121】
第１発光セルＣ１及び第３発光セルＣ３を除いた残りの発光セル（例えば、Ｃ２）には、図５Ａに示したように、二つの連結部２４６が対角方向の各コーナー付近に配置される。図５Ａに示したように、第１発光セルＣ１に連結された連結部２４６は、第１電極パッド２４５に対向して対角方向のコーナー付近に配置され、第３発光セルＣ３に連結された連結部２４６は、第２電極パッド２４７に対向して対角方向のコーナー付近に配置される。一方、第１発光セルＣ１上の第１、第２及び第３延長部２４５ａ、２４７ａ、２４７ｂと第２発光セルＣ２上の第１、第２及び第３延長部は、ほぼ類似する形状を有する。いくつかの形態において、第２発光セルＣ２上の第１、第２及び第３延長部２４５ａ、２４７ａ、２４７ｂと第３発光セルＣ３上の第１、第２及び第３延長部も、ほぼ類似する形状を有する。隣り合う各発光セル上の第１乃至第３延長部２４５ａ、２４７ａ、２４７ｂが互いに反転した形状で配置されることによって、第１延長部２４５ａを単一線で相対的に長く形成しながら、第２延長部２４７ａと第３延長部２４７ｂの長さをほぼ同一又は類似する長さに設計することができる。第１延長部２４５ａの両側でほぼ均一な電流分散が達成され得る。
【0122】
いくつかの形態において、第１電極パッド２４５、第２電極パッド２４７、第１延長部２４５ａ、連結部２４６、第２延長部２４７ａ及び第３延長部２４７ｂは、一つの工程で同一の材料で共に形成されてもよい。しかし、本発明がこれに限定されるのではなく、他の形態において、他の材料及び／又は他の工程が第１電極パッド２４５、第２電極パッド２４７、第１延長部２４５ａ、連結部２４６、第２延長部２４７ａ及び第３延長部２４７ｂ、又はこれらの組み合わせを形成するために使用され得る。
【0123】
一方、図５Ａに示したように、第１絶縁層２４１ａは、第１電極パッド２４５の下部に位置することができる。第１絶縁層２４１ａは、第１電極パッド２４５から第１導電型半導体層２２７に電流が直接流入することを緩和し、電流分散に寄与する。第１絶縁層２４１ａは、第１電極パッド２４５の一部領域の下部に配置されてもよく、よって、第１電極パッド２４５の縁部領域は、第１導電型半導体層２２７に接続され得る。第１絶縁層２４１ａの広さ及び第１電極パッド２４５の広さを調節することによって、第１電極パッド２４５が第１導電型半導体層２２７に接触する面積を調節することができ、これによって、順方向電圧を制御することができる。
【0124】
第２絶縁層２４１ｂは、第２電極パッド２４７の下部に配置され、第２電極パッド２４７を透明電極層２３５から離隔させることができる。例えば、第２絶縁層２４１ｂは、図５Ａに示したように、ディスク状に形成されてもよく、第２電極パッド２４７より大きい面積を有することができる。第２電極パッド２４７は、絶縁層２４１ｂ上に配置され、透明電極層２３５から離隔してもよい。しかし、本発明がこれに限定されるのではなく、第２絶縁層２４１ｂが開口部を有するように形成され、第２電極パッド２４７は部分的に透明電極層２３５に接触することもできる。第２絶縁層２４１ｂ上に第２電極パッド２４７を配置することによって、第２電極パッド２４７の下部に電流が集中することを緩和することができる。
【0125】
一方、連結部２４６によって一つの発光セル内の第１導電型半導体層２２７及び第２導電型半導体層２３３が短絡されることを防止するために、連結部２４６の下部に第３絶縁層２４１ｃが介在してもよい。
【0126】
また、第４絶縁層２４１ｄが第１電極パッド２４５の周辺に露出した活性層２３０及び第２導電型半導体層２３３の側壁を覆うことができる。第４絶縁層２４１ｄは、第１電極パッド２４５にワイヤをボンディングする場合、ボンディングワイヤが第２導電型半導体層２３３又は活性層２３０に短絡されることを防止する。いくつかの形態において、第４絶縁層２４１ｄは連続的な曲線状に形成されてもよく、第１延長部２４５ａは第４絶縁層２４１ｄの上部を通過することができる。しかし、本発明はこれに限定されるのではない。他の形態において、第４絶縁層２４１ｄの一部が省略され、第１延長部２４５ａは、第４絶縁層２４１ｄの省略された部分を通過することができる。
【0127】
いくつかの形態において、前記第１乃至第４絶縁層２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄは、一つの工程で同一の材料で共に形成されてもよい。特に、これらの絶縁層２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄは、リフトオフ工程を用いて形成されてもよく、分布ブラッグ反射器として形成されてもよい。他の形態において、前記第１乃至第４絶縁層２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄは別個に形成されてもよい。
【0128】
一つ以上の実施例によると、発光ダイオードは、分離領域Ｉ１、Ｉ２によって分離された複数の発光セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３を含み、これらの発光セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、互いに電気的に直列に連結される。しかし、本発明がこれに限定されるのではなく、各発光セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、並列又は直並列に連結されてもよい。特に、各発光セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３が直列に連結される場合、発光ダイオードの動作電圧を高めることができる。
【0129】
図６は、他の実施例に係る複数の発光セルを有する発光ダイオード３００を説明するための概略的な平面図である。
【0130】
図６を参照すると、発光ダイオード３００は、図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃを参照して説明した発光ダイオードと類似する複数の発光セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５を含む。各発光セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５の発光面積は互いに異なる。
【0131】
発光ダイオードは、基板３２１、第１導電型半導体層３２７、活性層、第２導電型半導体層３３３、第１電極パッド３４５、第２電極パッド３４７、及び各延長部３４５ａ、３４５ｂ、３４７ａ、３４７ｂを含む。また、図示してはいないが、図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃを参照して説明した発光ダイオードと同様に、透明電極層が各発光セルの第２導電型半導体層３３３上に配置されてもよい。また、発光ダイオード３００は、既に図１乃至図３を参照して説明した各実施例と同様に、核形成層、高温バッファ層、Ｖ－ピット生成層、及びｐ－ＡｌＧａＮ層を含むことができる。
【0132】
各発光セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５の積層構造と、第１電極パッド３４５、第２電極パッド３４７、及び各延長部３４５ａ、３４５ｂ、３４７ａ、３４７ｂの連結構造は、図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃを参照して説明したものと類似するので、重複を避けるために詳細な説明は省略する。また、電気的絶縁のために、絶縁層は、各発光セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５を少なくとも部分的に覆うことができ、これらの間の領域を少なくとも部分的に覆うことができる。
【0133】
一方、各発光セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５は、各セル分離領域Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４によって互いに分離されてもよい。例えば、第１導電型半導体層３２７も、各セル分離領域Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４によって互いに分離される。一実施例において、同じ行に配置された各発光セルは、第１導電型半導体層３２７を共有することができる。すなわち、図６で同じ行に配置された３個の発光セルは、連続的な第１導電型半導体層３２７上に配置されてもよい。他の実施例において、同じ行にある各発光セルも、セル分離領域によって互いに分離され得る。
【0134】
本実施例において、各発光セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５は直並列に連結される。すなわち、同じ行に配置された各発光セルは並列に連結され、これらの発光セルは、第１電極パッド３４５と第２電極パッド３４７との間で各延長部３４５ａ、３４５ｂ、３４７ａ、３４７ｂによって互いに直列に連結される。
【0135】
一方、各発光セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５は、互いに異なる大きさを有する。例えば、発光セルＣ３は、発光セルＣ２より小さい発光面積を有することができ、発光セルＣ２は、発光セルＣ１より小さい面積を有することができる。発光セルＣ１は、発光セルＣ５と同じ発光面積を有することができ、発光セルＣ２は、発光セルＣ４と同じ発光面積を有することができる。
【0136】
実質的に同一の電流下で、発光面積の大きさによって電流密度が変わる。電流密度の高い発光セルは、複数のピーク波長の光を放出することができ、電流密度が低い発光セルは、黄色系列の光を放出することができる。よって、各発光セルの大きさを異ならせることによって、各発光セルから放出される光の色相を調節することができる。
【0137】
本実施例では、第１電極パッド３４５から第２電極パッド３４７に向かって発光面積が小さくなってから再び大きくなる順に各発光セルが配列されたことを示すが、本発明がこれに限定されるのではない。発光面積が異なる各発光セルは、多様な方式で配列され得る。さらに、同じ行に配置された各発光セルも、互いに異なる大きさの発光面積を有することができる。
【0138】
本発明の各実施例によると、蛍光体がなくても白色光を具現できるマルチセル発光ダイオードを提供することができる。白色光ダイオードの製作のための蛍光体工程を省略することができ、生産費用が減少するようになり、さらに、蛍光体が塗布される厚さ分だけ減少した薄い白色光源を応用製品に適用することができる。
【0139】
【0140】
図７Ａを参照すると、比較例の青色発光ダイオードは、電流の増加によって青色光の強度が増加するが、発光波長にほとんど変化がない。よって、白色光を具現するためには、青色発光ダイオード以外に他の色の発光ダイオードが追加されたり、又は蛍光体が使用されなければならない。
【0141】
図７Ｂを参照すると、本開示の実施例に係る発光ダイオードは、電流が小さい値を有する場合、黄色領域にピーク波長を有するが、電流の増加によって、黄色領域と共に青色領域でもピーク波長が観察される。すなわち、本実施例に係る発光ダイオードは、駆動電流の増加によって青色光と黄色光が混合された混色光、例えば、白色光を具現することができる。
【0142】
図８Ａは、比較例に蛍光体を適用した白色発光ダイオードパッケージの色座標を示すグラフで、図８Ｂは、本開示の一実施例に係る白色発光ダイオードパッケージの電流による色座標を説明するためのグラフである。ここで、比較例及び実施例の発光ダイオードパッケージは、いずれもソウル半導体社の５６３０パッケージを用いて製作されたものである。ただし、比較例は、パッケージ内に青色チップを実装しており、白色光の具現のために蛍光体が分散されたモールディングメンバーを使用した。これに反して、実施例は、本開示の実施例に係る水平型発光チップをパッケージ内に実装したものである。
【0143】
まず、図８Ａを参照すると、比較例の発光ダイオードパッケージは、一点の色座標を示し、この位置は白色領域に該当する。
【0144】
図８Ｂを参照すると、実施例の発光ダイオードパッケージは、電流が増加するほど、放出される光の色相が黄色光から白色光に変わる。３ｍＡの電流条件では黄色光を示すが、１００ｍＡでは白色光を示す。
【0145】
１００ｍＡの駆動電流下で、比較例及び実施例の電気的及び光学的特性を表１に簡略にまとめた。
【0146】
【表1】
【0147】
表１を参照すると、実施例の発光ダイオードパッケージは、蛍光体を使用した比較例の白色発光ダイオードパッケージとほぼ類似するｘ－ｙ座標を示すことを確認できる。
【0148】
本開示の各実施例に係る発光ダイオードは、蛍光体を使用しなくても可視光領域で複数のピーク波長を有する光を放出することができ、これを用いて、蛍光体がなくても白色光を具現することができる。
【0149】
本開示の各実施例に係る発光ダイオードは、複数の明確に区別されるピーク波長の光を放出するので、色フィルターを用いて所望のピーク波長の光を抽出して使用するのに有利である。
【0150】
本開示の各実施例に係る発光ダイオードは、照明分野のみならず、無線通信分野にも適用され得る。特に、可視領域で多重ピーク波長の光を放出できるので、Ｌｉ－Ｆｉなどの可視光通信（ＶＬＣ）に適切に使用され得る。
【0151】
可視領域は、３８０ＴＨｚ～７５０ＴＨｚの範囲を包括するので、従来の無線通信の全体周波数領域よりも約１万倍以上広い領域である。従来の蛍光体を用いた白色発光ダイオードは、蛍光体によって応答遅延が発生し、周波数応答が遅くなるので、ＶＬＣに使用することは適切でないが、本実施例に係る発光ダイオードは、蛍光体がなくても可視領域内で多重ピーク波長の光を放出するので、ＶＬＣに適切に使用され得る。
【0152】
以上で説明したように、本開示に対する具体的な説明は、添付の図面を参照した実施例によって行われたが、上述した説明は、本開示の実施例を挙げて説明したものに過ぎないので、本開示が前記実施例にのみ限定されると理解してはならなく、本開示の権利範囲は、後述する特許請求の範囲及びその等価概念で理解すべきであろう。
【符号の説明】
【0153】
２１ 基板
２３ 核形成層
２５ 高温バッファ層
２７ ｎ型窒化物半導体層
２９ ピット生成層
２９ｖ ピット
３０ 活性層
３０ｂ 障壁層
３０ｃ キャッピング層
３０ｗ 井戸層
３１ ｐ型ＡｌＧａＮ層
３３ ｐ型窒化物半導体層
１００ フリップチップ型発光ダイオード
１２１ 基板
１２７ 第１導電型半導体層
１３０ 活性層
１３３ 第２導電型半導体層
１３５ 導電性酸化物層
１３７ 誘電層
１３７ａ 開口部
１３９ 金属反射層
１４０ 湾入部
１４１ 下部絶縁層
１４１ａ１、１４１ａ２ 第１開口部
１４１ｂ 第２開口部
１４３ａ 第１パッド金属層
１４３ａ１ 外部接触部
１４３ａ２ 内部接触部
１４３ａｂ 境界領域
１４３ｂ 第２パッド金属層
１４５ 上部絶縁層
１４５ａ 第１開口部
１４５ｂ 第２開口部
１４７ａ 第１バンプパッド
１４７ｂ 第２バンプパッド
２００ 発光ダイオード
２２１ 基板
２２７ 第１導電型半導体層
２３０ 活性層
２３３ 第２導電型半導体層
２３５ 透明電極層
２４１ａ 第１絶縁層
２４１ｂ 第２絶縁層
２４１ｃ 第３絶縁層
２４１ｄ 第４絶縁層
２４５ 第１電極パッド
２４５ａ 第１延長部
２４６ 連結部
２４７ 第２電極パッド
２４７ａ 第２延長部
２４７ｂ 第３延長部
３００ 発光ダイオード
３２１ 基板
３２７ 第１導電型半導体層
３３３ 第２導電型半導体層
３４５ 第１電極パッド
３４５ａ、３４５ｂ 延長部
３４７ 第２電極パッド
３４７ａ、３４７ｂ 延長部
２３ 核形成層
２５ 高温バッファ層
２７ ｎ型窒化物半導体層
２９ ピット生成層
２９ｖ ピット
３０ 活性層
３０ｂ 障壁層
３０ｃ キャッピング層
３０ｗ 井戸層
３１ ｐ型ＡｌＧａＮ層
３３ ｐ型窒化物半導体層
１００ フリップチップ型発光ダイオード
１２１ 基板
１２７ 第１導電型半導体層
１３０ 活性層
１３３ 第２導電型半導体層
１３５ 導電性酸化物層
１３７ 誘電層
１３７ａ 開口部
１３９ 金属反射層
１４０ 湾入部
１４１ 下部絶縁層
１４１ａ１、１４１ａ２ 第１開口部
１４１ｂ 第２開口部
１４３ａ 第１パッド金属層
１４３ａ１ 外部接触部
１４３ａ２ 内部接触部
１４３ａｂ 境界領域
１４３ｂ 第２パッド金属層
１４５ 上部絶縁層
１４５ａ 第１開口部
１４５ｂ 第２開口部
１４７ａ 第１バンプパッド
１４７ｂ 第２バンプパッド
２００ 発光ダイオード
２２１ 基板
２２７ 第１導電型半導体層
２３０ 活性層
２３３ 第２導電型半導体層
２３５ 透明電極層
２４１ａ 第１絶縁層
２４１ｂ 第２絶縁層
２４１ｃ 第３絶縁層
２４１ｄ 第４絶縁層
２４５ 第１電極パッド
２４５ａ 第１延長部
２４６ 連結部
２４７ 第２電極パッド
２４７ａ 第２延長部
２４７ｂ 第３延長部
３００ 発光ダイオード
３２１ 基板
３２７ 第１導電型半導体層
３３３ 第２導電型半導体層
３４５ 第１電極パッド
３４５ａ、３４５ｂ 延長部
３４７ 第２電極パッド
３４７ａ、３４７ｂ 延長部
【図1】
【図2a】
【図2b】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5a】
【図5b】
【図5c】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【国際調査報告】