光結晶構造体を有する交流駆動型発光素子及びその製造方法
光結晶構造体を有する交流駆動型発光素子及びその製造方法が開示される。この発光素子は、複数個の発光セル及び発光セルを電気的に連結する金属配線を備える。一方、各発光セルは、第１の導電型半導体層、第１の導電型半導体層の一領域上に位置する第２の導電型半導体層、及び第１の導電型半導体層と第２の導電型半導体層との間に介在された活性層を備える。これに加えて、光結晶構造体が、第２の導電型半導体層に形成されて位置する。光結晶構造体は、活性層から放出された光が、光結晶構造体の周期的な配列により側面伝播されることを防止し、発光素子の光抽出効率を高める。また、金属配線を介して複数個の発光セルを電気的に連結することにより、交流駆動可能な発光素子を提供することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子に関し、より詳しくは、光結晶構造体を有する交流駆動型発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、発光素子としては、窒化ガリウム（ＧａＮ）系発光ダイオード（ＬＥＤ）が、主に用いられている。ＧａＮ系ＬＥＤは、ＬＥＤ技術を相当程度変化させており、現在、天然色ＬＥＤ表示素子、ＬＥＤ交通信号機、白色ＬＥＤ等、様々な応用に用いられている。
【０００３】
最近、高効率白色ＬＥＤは、蛍光ランプを代替するものと期待されており、特に、白色ＬＥＤの効率は、通常の蛍光ランプの効率とほぼ同水準に達している。しかし、ＬＥＤ効率は、さらなる改善の余地があり、したがって、持続的な効率改善がさらに望まれている。
【０００４】
ＬＥＤ効率を改善するために、二つの重要な取り組みが試みられている。第一は、結晶質及びエピタキシャル層構造により決定される内部量子効率を増加させることであり、第二は、光抽出効率を増加させることである。
【０００５】
内部量子効率は、現在、７０〜８０％に至っており、改善の余地が少ないが、光抽出効率は、改善の余地が多い。光抽出効率を改善させる技術は、主に「脱出コーン」を増加させることと関連する。しかし、脱出コーンの増加は、全反射による光損失を完全には除去しない。また、脱出コーン内に放射された光に対しても、ＬＥＤと周囲媒質との間の屈折率差により、反射損失が発生する。
【０００６】
全反射及び反射損失を減少させ、光抽出効率を改善するための新たな試みが、米国特許第５，９５５，７４９号に「周期的な誘電構造体（Light emitting device utilizing a periodic dielectric structure）」との題目で、ジョアノプロス等（Joannopoulos et al.）により記載されたことがある。前記米国特許第５，９５５，７４９号によると、発光ダイオードの半導体層に空孔の格子を形成することにより光結晶が生成する。前記格子は、誘電定数が周期的に変わる媒体を生成し、前記媒体を介して伝達する光路に影響を与える。このような格子は、フォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）を形成し、ＰＢＧ中のエネルギーを有する光子は、光結晶中で伝播されない。したがって、ＬＥＤにより放出された特定のエネルギーを有する光子がＰＢＧ中にあるように光結晶が形成されると、光子の側面伝播が防止され、全ての光子がＬＥＤから外部へ放出されるので、光抽出効率が改善される。
【０００７】
しかし、前記米国特許第５，９５５，７４９号は、ＧａＡｓ系のｎ層、ｐ層、及び活性層を有するＬＥＤを開示しており、これらの層に空孔の格子が形成される。したがって、前記ＧａＡｓ系の層をエッチングして空孔を形成する間、これらの層がエッチング損傷を受けやすい。また、ＧａＡｓは、表面で空孔と電子が再結合する表面再結合率が相当に大きい。表面で発生する空孔と電子の再結合は、要求される波長の光を放出しない。したがって、前記空孔の格子を形成することにより、活性層の表面が増加するので、光量子効率が減少するという問題が深刻となる。
【０００８】
一方、発光ダイオードは、半導体のｐ−ｎ接合構造で形成され、電子と空孔の再結合により光を放出する半導体素子であって、一般に、一方向の電流により駆動される。したがって、交流電源を用いて発光ダイオードを駆動する場合、交流電流を直流電流に変換する交流・直流変換器が要求される。交流・直流変換器を発光ダイオードと共に用いることにより、発光ダイオードの設置費用が増加し、特に、発光ダイオードを一般照明用として家庭で使用することを難しくする。したがって、既存の蛍光灯を代替するためには、交流・直流変換器無しに、交流電源を用いて直接駆動することができる発光ダイオードが望まれている。
【特許文献１】米国特許第５，９５５，７４９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする技術的課題は、光結晶構造体を採用し、光抽出効率を高め、交流・直流変換器無しに、交流電源を用いて直接駆動することができる発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した技術的課題を達成するために、本発明の一態様は、光結晶構造体を有する交流駆動型発光素子を提供する。この発光素子は、複数個の発光セル及び前記発光セルを電気的に連結する金属配線を備える。一方、前記各発光セルは、第１の導電型半導体層、前記第１の導電型半導体層の一領域上に位置する第２の導電型半導体層、及び前記第１の導電型半導体層と第２の導電型半導体層との間に介在された活性層を備える。これに加えて、光結晶構造体が、前記第２の導電型半導体層に形成されて位置する。前記光結晶構造体は、前記活性層から放出された光が側面伝播されることを防止し、発光素子の光抽出効率を高める。また、金属配線を介して複数個の発光セルを電気的に連結することにより、交流駆動可能な発光素子を提供することができる。
【００１１】
前記光結晶構造体は、多様な形状を有してもよく、二次元的に規則的に配列される。例えば、前記光結晶構造体は、前記第２の導電型半導体層に形成され、二次元的に配列された空孔の格子を有してもよい。あるいは、前記光結晶構造体は、前記第２の導電型半導体層を部分エッチングして形成された周期的な凹凸、又は、前記第２の導電型半導体層をエッチングして形成された第２の導電型半導体ロッドの格子を有してもよい。前記光結晶構造体は、周期的に配列され、フォトニックバンドギャップを形成し、光が側面伝播されることを防止する。したがって、前記活性層から放出された光が、前記光結晶構造体により側面伝播されず、外部へ放出され、発光素子の光抽出効率が改善される。
【００１２】
一方、第１の電極パッドが前記第１の導電型半導体層の他の領域上に位置してもよい。また、透明電極が前記第２の導電型半導体層を覆う。これに加えて、第２の電極パッドが前記透明電極上に位置してもよい。この場合、前記金属配線は、隣接した発光セルの第１の電極パッドと第２の電極パッドを連結する。
【００１３】
上述した他の技術的課題を達成するために、本発明の他の態様は、光結晶構造体を有する交流駆動型発光素子の製造方法を提供する。この方法は、基板上に、第１の導電型半導体層、活性層、及び第２の導電型半導体層を形成することを含む。前記第２の導電型半導体層、活性層、及び第１の導電型半導体層をパターニングし、複数個の発光セルを形成する。前記複数個の発光セルのそれぞれは、分離された第１の導電型半導体層、前記分離された第１の導電型半導体層の一領域上に位置する第２の導電型半導体層、前記分離された第１の導電型半導体層と第２の導電型半導体層との間に介在された活性層、及び前記第２の導電型半導体層に形成された光結晶構造体を備える。その後、前記光結晶構造体を有する発光セルを電気的に連結する金属配線を形成する。本態様によると、第２の導電型半導体層に光結晶構造体が形成されるので、工程を単純化することができ、活性層及び第１の導電型半導体層をエッチングする必要がなく、エッチング時間を短縮することができ、エッチング時間が短縮されることにより、第１の導電型半導体層、活性層、及び第２の導電型半導体層に発生し得るエッチング損傷を減少させることができる。また、前記金属配線を介して発光セルを電気的に連結することにより、交流電源により駆動され得る発光素子を提供することができる。
【００１４】
前記光結晶構造体は、フォトリソグラフィー及びエッチング工程を用いて、前記第２の導電型半導体層をエッチングして形成することができ、例えば、電子ビームリソグラフィ又はホログラム技術を用いて形成してもよい。
【００１５】
一方、前記光結晶構造体を有する第２の導電型半導体層上に透明電極が形成される。これに加えて、第１の電極パッドが前記第１の導電型半導体層の他の領域上に形成され、第２の電極パッドが前記透明電極上に形成されてもよい。前記金属配線は、隣接した発光セルの前記第１の電極パッドと第２の電極パッドを連結する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、光結晶構造体を採用し、光抽出効率を大きく向上させることができ、交流動作可能な交流（ＡＣ）専用の発光素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付した図面に基づき、本発明の実施例について詳述する。以下に紹介される実施例は、本発明の思想を当業者に充分伝達するために、例として提供されるものである。したがって、本発明は、後述する実施例に限定されず、他の形態に具体化され得る。なお、図面において、構成要素の幅、長さ、厚さ等は、便宜のために誇張して表現されることもある。明細書の全体にわたって、同一の参照番号は、同一の構成要素を示す。
【００１８】
図１は、本発明の一実施例による光結晶構造体を有する交流駆動型発光素子を説明するための平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ’線による断面図であり、図３の（ａ）及び（ｂ）は、前記光結晶構造体の様々な例を説明するための斜視図である。
【００１９】
図１及び図２を参照すると、基板２１上に複数個の発光セル２８が位置する。前記基板２１は、絶縁又は導電性基板であってもよい。
前記発光セル２８のそれぞれは、第１の導電型半導体層２５、第１の導電型半導体層の一領域上に位置する第２の導電型半導体層２９、前記第１の導電型半導体層と第２の導電型半導体層との間に介在された活性層２７を有する。ここで、前記第１の導電型及び第２の導電型は、それぞれｎ型及びｐ型、又はｐ型及びｎ型である。
【００２０】
第１の導電型半導体層２５、活性層２７、及び第２の導電型半導体層２９は、それぞれ窒化ガリウム系半導体物質、すなわち、（Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｎで形成されてもよい。前記活性層２７は、要求される波長の光、例えば、紫外線又は青色光を放出するように、組成元素及び組成比が決定され、第１の導電型半導体層２５及び第２の導電型半導体層２９は、前記活性層２７に比べてバンドギャップの大きい物質で形成される。
【００２１】
一方、前記発光セル２８と前記基板２１との間にバッファ層２３が介在されてもよい。バッファ層２３は、基板２１と、その上に形成される第１の導電型半導体層２５との格子不整合を緩和する。
【００２２】
一方、前記第２の導電型半導体層２９に光結晶構造体が形成される。光結晶構造体は、図３（ａ）に示すように、第２の導電型半導体層２９をエッチングして形成された空孔２９ａの格子であり、又は、図３（ｂ）に示すように、第２の導電型半導体層２９をエッチングして形成された第２の導電型半導体のロッド２９ｂの格子であってもよい。また、前記光結晶構造体は、前記第２の導電型半導体層２９を部分エッチングして形成された周期的な凹凸であってもよい。前記光結晶構造体の格子定数、及び空孔又はロッドの直径は、活性層２７から放出される光のエネルギーが、フォトニックバンドギャップ内に入るように決定され、主に光の波長と第２の導電型半導体層の屈折率により決定される。
【００２３】
前記光結晶構造体は、第２の導電型半導体層２９に形成されるので、活性層２７及び第１の導電型半導体層２５をエッチングする必要がない。したがって、前記活性層２７及び第１の導電型半導体層２５は、エッチング損傷を殆ど受けず、エッチング時間が短縮され、前記第２の導電型半導体層２９も、エッチング損傷を少なく受ける。
【００２４】
前記光結晶構造体は、誘電定数の周期的な変化をもたらし、その結果、フォトニックバンドギャップを形成する。前記空孔２９ａ又はロッド２９ｂは、図１に示すように、三角形配列又は六角形配列であってもよいが、これらに限定されるものではなく、行列配列等多様に配列されてもよい。また、前記空孔２９ａ又はロッド２９ｂの断面は、図示のように、円形であってもよいが、その他、四角形、六角形等、多様な断面の形状を有してもよい。
【００２５】
一方、透明電極３１が前記光結晶構造体を有する第２の導電型半導体層２９上に形成される。前記透明電極３１は、活性層２７から放出された光を透過させる物質で形成され、前記第２の導電型半導体層２９にオーム接触される。この際、前記空孔２９ａ又はロッド２９ｂ間の空間は、第２の導電型半導体層２９と異なる屈折率を有する絶縁物質で満たされてもよい。前記絶縁物質は、透明電極３１が活性層２７に直接接触することを防止するために採用される。しかし、前記絶縁物質は省略されてもよく、前記空孔２９ａ又はロッド２９ｂ間の空間は、空気で満たされてもよい。
【００２６】
前記第１の導電型半導体層２５の他の領域上に第１の電極パッド３３が形成されてもよい。前記第１の電極パッド３３は、第１の導電型半導体層２５にオーム接触される。一方、透明電極３１上に第２の電極パッド３５が形成されてもよい。
【００２７】
前記第１の電極パッド３３と前記第２の電極パッド３５は、金属配線３７により連結される。前記金属配線３７は、隣接した発光セル２８を互いに電気的に連結し、直列連結された発光セル２８のアレイを形成する。このような直列アレイが、互いに逆並列で連結され、交流電源に連結することにより、交流駆動可能な発光素子が提供される。又は、前記直列アレイにブリッジ整流器が介在され、前記直列アレイが交流電源により駆動されてもよい。発光セルのアレイを交流電源に連結して駆動する動作は、図８及び図９を参照して後述する。
【００２８】
本実施例によると、第２の導電型半導体層２９に光結晶構造体を形成し、光抽出効率が向上した発光素子を提供することができる。また、金属配線３７を介して発光セル２８を電気的に連結することにより、交流駆動可能な発光素子を提供することができる。
【００２９】
図４乃至図７は、本発明の一実施例による交流駆動型発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
図４を参照すると、基板２１上に、第１の導電型半導体層２５、活性層２７、及び第２の導電型半導体層２９を形成する。また、前記第１の導電型半導体層２５を形成する前、前記基板２１上にバッファ層２３を形成してもよい。
【００３０】
前記基板２１は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、シリコン（Ｓｉ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、ガリウムリン（ＧａＰ）、リチウム−アルミナ（ＬｉＡｌ２Ｏ３）、窒化ホウ素（ＢＮ)、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、又は窒化ガリウム（ＧａＮ）基板であってもよく、基板２１上に形成される半導体層の物質により選択され得る。窒化ガリウム系半導体層を形成する場合、前記基板２１は、サファイア又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板が主に用いられている。
【００３１】
バッファ層２３は、基板２１と、その上に形成される半導体層２５との格子不整合を緩和するために形成され、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）又は窒化アルミニウム（Ａｌｎ）で形成されてもよい。前記基板２１が伝導性基板である場合、前記バッファ層２３は、絶縁層又は半絶縁層で形成されることが好ましく、ＡｌＮ又は半絶縁ＧａＮで形成されてもよい。
【００３２】
第１の導電型半導体層２５、活性層２７、及び第２の導電型半導体層２９は、それぞれ窒化ガリウム系半導体物質、すなわち、（Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｎで形成されてもよい。前記活性層２７は、要求される波長の光を放出するように、組成元素及び組成比が決定され、第１の導電型半導体層２５及び第２の導電型半導体層２９は、前記活性層２７に比べてバンドギャップの大きい物質で形成される。前記第１及び第２の導電型半導体層２５、２９及び活性層２７は、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシャル、又はハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）技術を用いて断続的又は連続的に成長されてもよい。
【００３３】
ここで、前記第１の導電型及び第２の導電型は、それぞれｎ型及びｐ型、又はｐ型及びｎ型であってもよい。窒化ガリウム系化合物半導体層において、ｎ型半導体層は、不純物としてシリコン（Ｓｉ）をドープして形成されてもよく、ｐ型半導体層は、不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）をドープして形成されてもよい。
【００３４】
図５を参照すると、前記第２の導電型半導体層２９、活性層２７、及び第１の導電型半導体層２５をパターニングし、第１の導電型半導体層２５を分離する。この際、前記バッファ層２３も一緒にパターニングされて分離されてもよい。前記第１及び第２の導電型半導体層２５、２９及び活性層２７は、フォトリソグラフィー及びエッチング工程を用いてパターニングされてもよい。
【００３５】
一方、第２の導電型半導体層２９及び活性層２７は、図示のように、分離された第１の導電型半導体層２５の一領域上に位置するようにパターニングされる。これにより、前記分離された第１の導電型半導体層２５の一部領域が露出する。
【００３６】
図６を参照すると、前記パターニングされた第２の導電型半導体層２９に光結晶構造体を形成する。前記光結晶構造体は、前記パターニングされた第２の導電型半導体層２９をフォトリソグラフィー及びエッチング工程を用いてパターニングして形成され、図３（ａ）に示すように、二次元的に配列された空孔２９ａの格子であり、又は、図３（ｂ）に示すように、二次元的に配列されたロッド２９ｂの格子であってもよい。また、前記光結晶構造体は、周期的に前記第２の導電型半導体層２９を部分エッチングして形成された凹凸であってもよい。
【００３７】
前記第２の導電型半導体層２９をエッチングして、空孔２９ａ又はロッド２９ｂを形成する間、活性層２７及び第１の導電型半導体層２５もエッチングされてもよい。しかし、活性層２７及び第１の導電型半導体層２５がエッチングされることを要しないので、従来技術に比べて、エッチング時間を短縮することができる。また、光結晶構造体が第２の導電型半導体層２９内に限定される場合、光結晶構造体に基づく表面積の増加を減少させることができ、空孔と電子が表面で再結合する表面再結合を減少させることができる。
【００３８】
前記第２の導電型半導体層は、例えば、電子ビームリソグラフィ又はホログラム技術、及び多様なエッチング技術、例えば、ドライエッチング技術を用いてパターニングされ得る。
【００３９】
ここで、前記光結晶構造体は、発光セル２８を分離してから形成されるものとして説明したが、発光セル２８を分離する前に予め形成されてもよい。すなわち、図４を参照して説明したように、基板２１上に、第１の導電型半導体層２５、活性層２７、及び第２の導電型半導体層２９を形成した後、前記第２の導電型半導体層２９をパターニングして、光結晶構造体を形成してもよい。
【００４０】
図７を参照すると、前記光結晶構造体を有する第２の導電型半導体層２９上に透明電極３１が形成される。透明電極３１は、リフトオフ技術を用いて形成されてもよい。前記透明電極３１は、活性層２７から放出された光を透過させることができる電極物質であれば、特に限定されず、例えば、Ｎｉ／Ａｕ又はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）で形成されてもよい。一方、前記透明電極３１を形成する前、絶縁物質で前記空孔２９ａ又はロッド２９ｂ間の空間を満たすことができる。前記絶縁物質は、第２の導電型半導体層２９と異なる屈折率を有する物質であり、透明電極３１が活性層２７に電気的に連結されることを防止するために採用され、透明電極３１が活性層２７と直接接触されない場合、省略されてもよい。
【００４１】
一方、前記分離された第１の導電型半導体層２５の他の領域上に、第１の電極パッド３３が形成される。前記第１の電極パッド３３は、リフトオフ技術を用いて形成されてもよい。また、透明電極３１の一部領域上に第２の電極パッド３５が形成される。第２の電極パッド３５も、リフトオフ技術を用いて形成されてもよい。前記第２の電極パッド３５は、光を吸収するので、第２の電極パッド３５が形成される領域内には、前記光結晶構造体を形成する必要がない。第１の電極パッド３３及び第２の電極パッド３５は、同時に形成されてもよい。第１の電極パッド３３及び／又は第２の電極パッド３３は、Ｔｉ／Ａｕで形成されてもよい。
【００４２】
その後、隣接した発光セル２８上の前記第１及び第２の電極パッド３３、３５を電気的に連結する金属配線３７を形成すると、図２の発光素子が完成される。金属配線３７は、通常のエアブリッジ工程又はステップカバー工程を用いて形成されてもよい。
【００４３】
図８及び図９は、本発明の実施例による発光ダイオードチップの交流動作を説明するための回路図である。ここで、図８は、直列連結された発光セルの二つのアレイが互いに逆並列されて駆動されることを説明するための回路図であり、図９は、直列連結された発光セルのアレイにブリッジ整流器を連結して駆動されることを説明するための回路図である。
【００４４】
図８を参照すると、発光セル５１ａ、５１ｂ、５１ｃが直列連結され、第１の直列発光セルアレイ５１を形成し、また他の発光セル５３ａ、５３ｂ、５３ｃが直列連結され、第２の直列発光セルアレイ５３を形成する。ここで、「直列発光セルアレイ」とは、直列連結された発光セルのアレイを意味する。
【００４５】
前記第１及び第２の直列アレイ５１、５３の両端部は、それぞれリード端子を介して交流電源５５及び接地に連結される。前記第１及び第２の直列アレイは、交流電源５５と接地との間で逆並列で連結される。すなわち、前記第１及び第２の直列アレイの両端部は、互いに電気的に連結され、前記第１及び第２の直列アレイ５１、５３は、互いに反対方向に流れる電流により発光セルが駆動するように配置される。すなわち、図示のように、第１の直列アレイ５１に含まれた発光セルの陽極及び陰極と、第２の直列アレイ５３に含まれた発光セルの陽極及び陰極とは、互いに反対方向に配置される。
【００４６】
したがって、交流電源５５が、正の位相である場合、前記第１の直列アレイ５１に含まれた発光セルがターンオンされて発光し、第２の直列アレイ５３に含まれた発光セルはターンオフされる。これに対して、交流電源５５が、負の位相である場合、前記第１の直列アレイ５１に含まれた発光セルがターンオフされ、第２の直列アレイ５３に含まれた発光セルがターンオンされる。
【００４７】
結果的に、前記第１及び第２の直列アレイ５１、５３が交流電源によりターンオン及びターンオフを交互に繰り返すことにより、前記第１及び第２の直列アレイを含む発光ダイオードチップは、連続的に光を放出する。
【００４８】
一方、図８の回路は、前記第１及び第２の直列アレイの両端部が、交流電源５５及び接地にそれぞれ連結されるように構成したが、前記両端部が交流電源の両端子に連結されるように構成してもよい。また、前記第１及び第２の直列アレイは、それぞれ三つの発光セルで構成されているが、これは、説明のための例示に過ぎず、発光セルの数は、必要に応じてさらに増加されてもよい。また、前記直列アレイの数も、さらに増加されてもよい。
【００４９】
図９を参照すると、発光セル６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅ、６１ｆが、直列発光セルアレイ６１を構成する。一方、交流電源６５と直列発光セルアレイ６１及び接地と直列発光セルアレイ６１間にダイオードセルＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４を含むブリッジ整流器が配置される。前記ダイオードセルＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４は、発光セルと同一の構造を有してもよいが、これに限定されず、光を放出しなくてもよい。前記直列発光セルアレイ６１のアノード端子は、前記ダイオードセルＤ１、Ｄ２間のノードに連結され、カソード端子は、ダイオードセルＤ３、Ｄ４間のノードに連結される。一方、交流電源６５の端子は、ダイオードセルＤ１、Ｄ４間のノードに連結され、接地は、ダイオードセルＤ２、Ｄ３間のノードに連結される。
【００５０】
前記交流電源６５が正の位相である場合、ブリッジ整流器のダイオードセルＤ１、Ｄ３がターンオンされ、ダイオードセルＤ２、Ｄ４がターンオフされる。したがって、電流は、ブリッジ整流器のダイオードセルＤ１、前記直列発光セルアレイ６１、及びブリッジ整流器のダイオードセルＤ３を経て接地に流れる。
【００５１】
一方、前記交流電源６５が負の位相である場合、ブリッジ整流器のダイオードセルＤ１、Ｄ３がターンオフされ、ダイオードセルＤ２、Ｄ４がターンオンされる。したがって、電流は、ブリッジ整流器のダイオードセルＤ２、前記直列発光セルアレイ６１、及びブリッジ整流器のダイオードセルＤ４を経て交流電源に流れる。
【００５２】
結果的に、直列発光セルアレイ６１にブリッジ整流器を連結することにより、交流電源６５を用いて、直列発光セルアレイ６１を継続的に駆動させることができる。ここで、ブリッジ整流器の端子が、交流電源６５及び接地に連結されるように構成したが、ブリッジ整流器の前記端子が、交流電源の両端子に連結されるように構成してもよい。一方、交流電源を用いて直列発光セルアレイ６１を駆動することにより、リップルが生じ、これを防止するためにＲＣフィルタ（図示せず）を連結して用いてもよい。
【００５３】
本実施例によると、一つの直列発光セルアレイを交流電源に電気的に連結して駆動させてもよく、図８の発光ダイオードチップに比べて、発光セルの使用効率を高めることができる。
【００５４】
図８及び図９を参照して説明した発光セルの連結は、発光セルの交流動作を説明するための実施例に過ぎず、前記発光セルを連結する方式は、多様に選択され得る。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施例による光結晶構造体を有する交流駆動型発光素子を説明するための平面図。
【図２】本発明の一実施例による光結晶構造体を有する交流駆動型発光素子を説明するための、図１のＡ−Ａ’線による断面図。
【図３】本発明の実施例による光結晶構造体を説明するための斜視図。
【図４】本発明の一実施例による交流駆動型発光素子の製造方法を説明するための断面図。
【図５】本発明の一実施例による交流駆動型発光素子の製造方法を説明するための断面図。
【図６】本発明の一実施例による交流駆動型発光素子の製造方法を説明するための断面図。
【図７】本発明の一実施例による交流駆動型発光素子の製造方法を説明するための断面図。
【図８】本発明の実施例による交流駆動型発光素子の交流動作を説明するための回路図。
【図９】本発明の実施例による交流駆動型発光素子の交流動作を説明するための回路図。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子に関し、より詳しくは、光結晶構造体を有する交流駆動型発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、発光素子としては、窒化ガリウム（ＧａＮ）系発光ダイオード（ＬＥＤ）が、主に用いられている。ＧａＮ系ＬＥＤは、ＬＥＤ技術を相当程度変化させており、現在、天然色ＬＥＤ表示素子、ＬＥＤ交通信号機、白色ＬＥＤ等、様々な応用に用いられている。
【０００３】
最近、高効率白色ＬＥＤは、蛍光ランプを代替するものと期待されており、特に、白色ＬＥＤの効率は、通常の蛍光ランプの効率とほぼ同水準に達している。しかし、ＬＥＤ効率は、さらなる改善の余地があり、したがって、持続的な効率改善がさらに望まれている。
【０００４】
ＬＥＤ効率を改善するために、二つの重要な取り組みが試みられている。第一は、結晶質及びエピタキシャル層構造により決定される内部量子効率を増加させることであり、第二は、光抽出効率を増加させることである。
【０００５】
内部量子効率は、現在、７０〜８０％に至っており、改善の余地が少ないが、光抽出効率は、改善の余地が多い。光抽出効率を改善させる技術は、主に「脱出コーン」を増加させることと関連する。しかし、脱出コーンの増加は、全反射による光損失を完全には除去しない。また、脱出コーン内に放射された光に対しても、ＬＥＤと周囲媒質との間の屈折率差により、反射損失が発生する。
【０００６】
全反射及び反射損失を減少させ、光抽出効率を改善するための新たな試みが、米国特許第５，９５５，７４９号に「周期的な誘電構造体（Light emitting device utilizing a periodic dielectric structure）」との題目で、ジョアノプロス等（Joannopoulos et al.）により記載されたことがある。前記米国特許第５，９５５，７４９号によると、発光ダイオードの半導体層に空孔の格子を形成することにより光結晶が生成する。前記格子は、誘電定数が周期的に変わる媒体を生成し、前記媒体を介して伝達する光路に影響を与える。このような格子は、フォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）を形成し、ＰＢＧ中のエネルギーを有する光子は、光結晶中で伝播されない。したがって、ＬＥＤにより放出された特定のエネルギーを有する光子がＰＢＧ中にあるように光結晶が形成されると、光子の側面伝播が防止され、全ての光子がＬＥＤから外部へ放出されるので、光抽出効率が改善される。
【０００７】
しかし、前記米国特許第５，９５５，７４９号は、ＧａＡｓ系のｎ層、ｐ層、及び活性層を有するＬＥＤを開示しており、これらの層に空孔の格子が形成される。したがって、前記ＧａＡｓ系の層をエッチングして空孔を形成する間、これらの層がエッチング損傷を受けやすい。また、ＧａＡｓは、表面で空孔と電子が再結合する表面再結合率が相当に大きい。表面で発生する空孔と電子の再結合は、要求される波長の光を放出しない。したがって、前記空孔の格子を形成することにより、活性層の表面が増加するので、光量子効率が減少するという問題が深刻となる。
【０００８】
一方、発光ダイオードは、半導体のｐ−ｎ接合構造で形成され、電子と空孔の再結合により光を放出する半導体素子であって、一般に、一方向の電流により駆動される。したがって、交流電源を用いて発光ダイオードを駆動する場合、交流電流を直流電流に変換する交流・直流変換器が要求される。交流・直流変換器を発光ダイオードと共に用いることにより、発光ダイオードの設置費用が増加し、特に、発光ダイオードを一般照明用として家庭で使用することを難しくする。したがって、既存の蛍光灯を代替するためには、交流・直流変換器無しに、交流電源を用いて直接駆動することができる発光ダイオードが望まれている。
【特許文献１】米国特許第５，９５５，７４９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする技術的課題は、光結晶構造体を採用し、光抽出効率を高め、交流・直流変換器無しに、交流電源を用いて直接駆動することができる発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した技術的課題を達成するために、本発明の一態様は、光結晶構造体を有する交流駆動型発光素子を提供する。この発光素子は、複数個の発光セル及び前記発光セルを電気的に連結する金属配線を備える。一方、前記各発光セルは、第１の導電型半導体層、前記第１の導電型半導体層の一領域上に位置する第２の導電型半導体層、及び前記第１の導電型半導体層と第２の導電型半導体層との間に介在された活性層を備える。これに加えて、光結晶構造体が、前記第２の導電型半導体層に形成されて位置する。前記光結晶構造体は、前記活性層から放出された光が側面伝播されることを防止し、発光素子の光抽出効率を高める。また、金属配線を介して複数個の発光セルを電気的に連結することにより、交流駆動可能な発光素子を提供することができる。
【００１１】
前記光結晶構造体は、多様な形状を有してもよく、二次元的に規則的に配列される。例えば、前記光結晶構造体は、前記第２の導電型半導体層に形成され、二次元的に配列された空孔の格子を有してもよい。あるいは、前記光結晶構造体は、前記第２の導電型半導体層を部分エッチングして形成された周期的な凹凸、又は、前記第２の導電型半導体層をエッチングして形成された第２の導電型半導体ロッドの格子を有してもよい。前記光結晶構造体は、周期的に配列され、フォトニックバンドギャップを形成し、光が側面伝播されることを防止する。したがって、前記活性層から放出された光が、前記光結晶構造体により側面伝播されず、外部へ放出され、発光素子の光抽出効率が改善される。
【００１２】
一方、第１の電極パッドが前記第１の導電型半導体層の他の領域上に位置してもよい。また、透明電極が前記第２の導電型半導体層を覆う。これに加えて、第２の電極パッドが前記透明電極上に位置してもよい。この場合、前記金属配線は、隣接した発光セルの第１の電極パッドと第２の電極パッドを連結する。
【００１３】
上述した他の技術的課題を達成するために、本発明の他の態様は、光結晶構造体を有する交流駆動型発光素子の製造方法を提供する。この方法は、基板上に、第１の導電型半導体層、活性層、及び第２の導電型半導体層を形成することを含む。前記第２の導電型半導体層、活性層、及び第１の導電型半導体層をパターニングし、複数個の発光セルを形成する。前記複数個の発光セルのそれぞれは、分離された第１の導電型半導体層、前記分離された第１の導電型半導体層の一領域上に位置する第２の導電型半導体層、前記分離された第１の導電型半導体層と第２の導電型半導体層との間に介在された活性層、及び前記第２の導電型半導体層に形成された光結晶構造体を備える。その後、前記光結晶構造体を有する発光セルを電気的に連結する金属配線を形成する。本態様によると、第２の導電型半導体層に光結晶構造体が形成されるので、工程を単純化することができ、活性層及び第１の導電型半導体層をエッチングする必要がなく、エッチング時間を短縮することができ、エッチング時間が短縮されることにより、第１の導電型半導体層、活性層、及び第２の導電型半導体層に発生し得るエッチング損傷を減少させることができる。また、前記金属配線を介して発光セルを電気的に連結することにより、交流電源により駆動され得る発光素子を提供することができる。
【００１４】
前記光結晶構造体は、フォトリソグラフィー及びエッチング工程を用いて、前記第２の導電型半導体層をエッチングして形成することができ、例えば、電子ビームリソグラフィ又はホログラム技術を用いて形成してもよい。
【００１５】
一方、前記光結晶構造体を有する第２の導電型半導体層上に透明電極が形成される。これに加えて、第１の電極パッドが前記第１の導電型半導体層の他の領域上に形成され、第２の電極パッドが前記透明電極上に形成されてもよい。前記金属配線は、隣接した発光セルの前記第１の電極パッドと第２の電極パッドを連結する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、光結晶構造体を採用し、光抽出効率を大きく向上させることができ、交流動作可能な交流（ＡＣ）専用の発光素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付した図面に基づき、本発明の実施例について詳述する。以下に紹介される実施例は、本発明の思想を当業者に充分伝達するために、例として提供されるものである。したがって、本発明は、後述する実施例に限定されず、他の形態に具体化され得る。なお、図面において、構成要素の幅、長さ、厚さ等は、便宜のために誇張して表現されることもある。明細書の全体にわたって、同一の参照番号は、同一の構成要素を示す。
【００１８】
図１は、本発明の一実施例による光結晶構造体を有する交流駆動型発光素子を説明するための平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ’線による断面図であり、図３の（ａ）及び（ｂ）は、前記光結晶構造体の様々な例を説明するための斜視図である。
【００１９】
図１及び図２を参照すると、基板２１上に複数個の発光セル２８が位置する。前記基板２１は、絶縁又は導電性基板であってもよい。
前記発光セル２８のそれぞれは、第１の導電型半導体層２５、第１の導電型半導体層の一領域上に位置する第２の導電型半導体層２９、前記第１の導電型半導体層と第２の導電型半導体層との間に介在された活性層２７を有する。ここで、前記第１の導電型及び第２の導電型は、それぞれｎ型及びｐ型、又はｐ型及びｎ型である。
【００２０】
第１の導電型半導体層２５、活性層２７、及び第２の導電型半導体層２９は、それぞれ窒化ガリウム系半導体物質、すなわち、（Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｎで形成されてもよい。前記活性層２７は、要求される波長の光、例えば、紫外線又は青色光を放出するように、組成元素及び組成比が決定され、第１の導電型半導体層２５及び第２の導電型半導体層２９は、前記活性層２７に比べてバンドギャップの大きい物質で形成される。
【００２１】
一方、前記発光セル２８と前記基板２１との間にバッファ層２３が介在されてもよい。バッファ層２３は、基板２１と、その上に形成される第１の導電型半導体層２５との格子不整合を緩和する。
【００２２】
一方、前記第２の導電型半導体層２９に光結晶構造体が形成される。光結晶構造体は、図３（ａ）に示すように、第２の導電型半導体層２９をエッチングして形成された空孔２９ａの格子であり、又は、図３（ｂ）に示すように、第２の導電型半導体層２９をエッチングして形成された第２の導電型半導体のロッド２９ｂの格子であってもよい。また、前記光結晶構造体は、前記第２の導電型半導体層２９を部分エッチングして形成された周期的な凹凸であってもよい。前記光結晶構造体の格子定数、及び空孔又はロッドの直径は、活性層２７から放出される光のエネルギーが、フォトニックバンドギャップ内に入るように決定され、主に光の波長と第２の導電型半導体層の屈折率により決定される。
【００２３】
前記光結晶構造体は、第２の導電型半導体層２９に形成されるので、活性層２７及び第１の導電型半導体層２５をエッチングする必要がない。したがって、前記活性層２７及び第１の導電型半導体層２５は、エッチング損傷を殆ど受けず、エッチング時間が短縮され、前記第２の導電型半導体層２９も、エッチング損傷を少なく受ける。
【００２４】
前記光結晶構造体は、誘電定数の周期的な変化をもたらし、その結果、フォトニックバンドギャップを形成する。前記空孔２９ａ又はロッド２９ｂは、図１に示すように、三角形配列又は六角形配列であってもよいが、これらに限定されるものではなく、行列配列等多様に配列されてもよい。また、前記空孔２９ａ又はロッド２９ｂの断面は、図示のように、円形であってもよいが、その他、四角形、六角形等、多様な断面の形状を有してもよい。
【００２５】
一方、透明電極３１が前記光結晶構造体を有する第２の導電型半導体層２９上に形成される。前記透明電極３１は、活性層２７から放出された光を透過させる物質で形成され、前記第２の導電型半導体層２９にオーム接触される。この際、前記空孔２９ａ又はロッド２９ｂ間の空間は、第２の導電型半導体層２９と異なる屈折率を有する絶縁物質で満たされてもよい。前記絶縁物質は、透明電極３１が活性層２７に直接接触することを防止するために採用される。しかし、前記絶縁物質は省略されてもよく、前記空孔２９ａ又はロッド２９ｂ間の空間は、空気で満たされてもよい。
【００２６】
前記第１の導電型半導体層２５の他の領域上に第１の電極パッド３３が形成されてもよい。前記第１の電極パッド３３は、第１の導電型半導体層２５にオーム接触される。一方、透明電極３１上に第２の電極パッド３５が形成されてもよい。
【００２７】
前記第１の電極パッド３３と前記第２の電極パッド３５は、金属配線３７により連結される。前記金属配線３７は、隣接した発光セル２８を互いに電気的に連結し、直列連結された発光セル２８のアレイを形成する。このような直列アレイが、互いに逆並列で連結され、交流電源に連結することにより、交流駆動可能な発光素子が提供される。又は、前記直列アレイにブリッジ整流器が介在され、前記直列アレイが交流電源により駆動されてもよい。発光セルのアレイを交流電源に連結して駆動する動作は、図８及び図９を参照して後述する。
【００２８】
本実施例によると、第２の導電型半導体層２９に光結晶構造体を形成し、光抽出効率が向上した発光素子を提供することができる。また、金属配線３７を介して発光セル２８を電気的に連結することにより、交流駆動可能な発光素子を提供することができる。
【００２９】
図４乃至図７は、本発明の一実施例による交流駆動型発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
図４を参照すると、基板２１上に、第１の導電型半導体層２５、活性層２７、及び第２の導電型半導体層２９を形成する。また、前記第１の導電型半導体層２５を形成する前、前記基板２１上にバッファ層２３を形成してもよい。
【００３０】
前記基板２１は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、シリコン（Ｓｉ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、ガリウムリン（ＧａＰ）、リチウム−アルミナ（ＬｉＡｌ２Ｏ３）、窒化ホウ素（ＢＮ)、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、又は窒化ガリウム（ＧａＮ）基板であってもよく、基板２１上に形成される半導体層の物質により選択され得る。窒化ガリウム系半導体層を形成する場合、前記基板２１は、サファイア又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板が主に用いられている。
【００３１】
バッファ層２３は、基板２１と、その上に形成される半導体層２５との格子不整合を緩和するために形成され、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）又は窒化アルミニウム（Ａｌｎ）で形成されてもよい。前記基板２１が伝導性基板である場合、前記バッファ層２３は、絶縁層又は半絶縁層で形成されることが好ましく、ＡｌＮ又は半絶縁ＧａＮで形成されてもよい。
【００３２】
第１の導電型半導体層２５、活性層２７、及び第２の導電型半導体層２９は、それぞれ窒化ガリウム系半導体物質、すなわち、（Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｎで形成されてもよい。前記活性層２７は、要求される波長の光を放出するように、組成元素及び組成比が決定され、第１の導電型半導体層２５及び第２の導電型半導体層２９は、前記活性層２７に比べてバンドギャップの大きい物質で形成される。前記第１及び第２の導電型半導体層２５、２９及び活性層２７は、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシャル、又はハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）技術を用いて断続的又は連続的に成長されてもよい。
【００３３】
ここで、前記第１の導電型及び第２の導電型は、それぞれｎ型及びｐ型、又はｐ型及びｎ型であってもよい。窒化ガリウム系化合物半導体層において、ｎ型半導体層は、不純物としてシリコン（Ｓｉ）をドープして形成されてもよく、ｐ型半導体層は、不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）をドープして形成されてもよい。
【００３４】
図５を参照すると、前記第２の導電型半導体層２９、活性層２７、及び第１の導電型半導体層２５をパターニングし、第１の導電型半導体層２５を分離する。この際、前記バッファ層２３も一緒にパターニングされて分離されてもよい。前記第１及び第２の導電型半導体層２５、２９及び活性層２７は、フォトリソグラフィー及びエッチング工程を用いてパターニングされてもよい。
【００３５】
一方、第２の導電型半導体層２９及び活性層２７は、図示のように、分離された第１の導電型半導体層２５の一領域上に位置するようにパターニングされる。これにより、前記分離された第１の導電型半導体層２５の一部領域が露出する。
【００３６】
図６を参照すると、前記パターニングされた第２の導電型半導体層２９に光結晶構造体を形成する。前記光結晶構造体は、前記パターニングされた第２の導電型半導体層２９をフォトリソグラフィー及びエッチング工程を用いてパターニングして形成され、図３（ａ）に示すように、二次元的に配列された空孔２９ａの格子であり、又は、図３（ｂ）に示すように、二次元的に配列されたロッド２９ｂの格子であってもよい。また、前記光結晶構造体は、周期的に前記第２の導電型半導体層２９を部分エッチングして形成された凹凸であってもよい。
【００３７】
前記第２の導電型半導体層２９をエッチングして、空孔２９ａ又はロッド２９ｂを形成する間、活性層２７及び第１の導電型半導体層２５もエッチングされてもよい。しかし、活性層２７及び第１の導電型半導体層２５がエッチングされることを要しないので、従来技術に比べて、エッチング時間を短縮することができる。また、光結晶構造体が第２の導電型半導体層２９内に限定される場合、光結晶構造体に基づく表面積の増加を減少させることができ、空孔と電子が表面で再結合する表面再結合を減少させることができる。
【００３８】
前記第２の導電型半導体層は、例えば、電子ビームリソグラフィ又はホログラム技術、及び多様なエッチング技術、例えば、ドライエッチング技術を用いてパターニングされ得る。
【００３９】
ここで、前記光結晶構造体は、発光セル２８を分離してから形成されるものとして説明したが、発光セル２８を分離する前に予め形成されてもよい。すなわち、図４を参照して説明したように、基板２１上に、第１の導電型半導体層２５、活性層２７、及び第２の導電型半導体層２９を形成した後、前記第２の導電型半導体層２９をパターニングして、光結晶構造体を形成してもよい。
【００４０】
図７を参照すると、前記光結晶構造体を有する第２の導電型半導体層２９上に透明電極３１が形成される。透明電極３１は、リフトオフ技術を用いて形成されてもよい。前記透明電極３１は、活性層２７から放出された光を透過させることができる電極物質であれば、特に限定されず、例えば、Ｎｉ／Ａｕ又はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）で形成されてもよい。一方、前記透明電極３１を形成する前、絶縁物質で前記空孔２９ａ又はロッド２９ｂ間の空間を満たすことができる。前記絶縁物質は、第２の導電型半導体層２９と異なる屈折率を有する物質であり、透明電極３１が活性層２７に電気的に連結されることを防止するために採用され、透明電極３１が活性層２７と直接接触されない場合、省略されてもよい。
【００４１】
一方、前記分離された第１の導電型半導体層２５の他の領域上に、第１の電極パッド３３が形成される。前記第１の電極パッド３３は、リフトオフ技術を用いて形成されてもよい。また、透明電極３１の一部領域上に第２の電極パッド３５が形成される。第２の電極パッド３５も、リフトオフ技術を用いて形成されてもよい。前記第２の電極パッド３５は、光を吸収するので、第２の電極パッド３５が形成される領域内には、前記光結晶構造体を形成する必要がない。第１の電極パッド３３及び第２の電極パッド３５は、同時に形成されてもよい。第１の電極パッド３３及び／又は第２の電極パッド３３は、Ｔｉ／Ａｕで形成されてもよい。
【００４２】
その後、隣接した発光セル２８上の前記第１及び第２の電極パッド３３、３５を電気的に連結する金属配線３７を形成すると、図２の発光素子が完成される。金属配線３７は、通常のエアブリッジ工程又はステップカバー工程を用いて形成されてもよい。
【００４３】
図８及び図９は、本発明の実施例による発光ダイオードチップの交流動作を説明するための回路図である。ここで、図８は、直列連結された発光セルの二つのアレイが互いに逆並列されて駆動されることを説明するための回路図であり、図９は、直列連結された発光セルのアレイにブリッジ整流器を連結して駆動されることを説明するための回路図である。
【００４４】
図８を参照すると、発光セル５１ａ、５１ｂ、５１ｃが直列連結され、第１の直列発光セルアレイ５１を形成し、また他の発光セル５３ａ、５３ｂ、５３ｃが直列連結され、第２の直列発光セルアレイ５３を形成する。ここで、「直列発光セルアレイ」とは、直列連結された発光セルのアレイを意味する。
【００４５】
前記第１及び第２の直列アレイ５１、５３の両端部は、それぞれリード端子を介して交流電源５５及び接地に連結される。前記第１及び第２の直列アレイは、交流電源５５と接地との間で逆並列で連結される。すなわち、前記第１及び第２の直列アレイの両端部は、互いに電気的に連結され、前記第１及び第２の直列アレイ５１、５３は、互いに反対方向に流れる電流により発光セルが駆動するように配置される。すなわち、図示のように、第１の直列アレイ５１に含まれた発光セルの陽極及び陰極と、第２の直列アレイ５３に含まれた発光セルの陽極及び陰極とは、互いに反対方向に配置される。
【００４６】
したがって、交流電源５５が、正の位相である場合、前記第１の直列アレイ５１に含まれた発光セルがターンオンされて発光し、第２の直列アレイ５３に含まれた発光セルはターンオフされる。これに対して、交流電源５５が、負の位相である場合、前記第１の直列アレイ５１に含まれた発光セルがターンオフされ、第２の直列アレイ５３に含まれた発光セルがターンオンされる。
【００４７】
結果的に、前記第１及び第２の直列アレイ５１、５３が交流電源によりターンオン及びターンオフを交互に繰り返すことにより、前記第１及び第２の直列アレイを含む発光ダイオードチップは、連続的に光を放出する。
【００４８】
一方、図８の回路は、前記第１及び第２の直列アレイの両端部が、交流電源５５及び接地にそれぞれ連結されるように構成したが、前記両端部が交流電源の両端子に連結されるように構成してもよい。また、前記第１及び第２の直列アレイは、それぞれ三つの発光セルで構成されているが、これは、説明のための例示に過ぎず、発光セルの数は、必要に応じてさらに増加されてもよい。また、前記直列アレイの数も、さらに増加されてもよい。
【００４９】
図９を参照すると、発光セル６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅ、６１ｆが、直列発光セルアレイ６１を構成する。一方、交流電源６５と直列発光セルアレイ６１及び接地と直列発光セルアレイ６１間にダイオードセルＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４を含むブリッジ整流器が配置される。前記ダイオードセルＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４は、発光セルと同一の構造を有してもよいが、これに限定されず、光を放出しなくてもよい。前記直列発光セルアレイ６１のアノード端子は、前記ダイオードセルＤ１、Ｄ２間のノードに連結され、カソード端子は、ダイオードセルＤ３、Ｄ４間のノードに連結される。一方、交流電源６５の端子は、ダイオードセルＤ１、Ｄ４間のノードに連結され、接地は、ダイオードセルＤ２、Ｄ３間のノードに連結される。
【００５０】
前記交流電源６５が正の位相である場合、ブリッジ整流器のダイオードセルＤ１、Ｄ３がターンオンされ、ダイオードセルＤ２、Ｄ４がターンオフされる。したがって、電流は、ブリッジ整流器のダイオードセルＤ１、前記直列発光セルアレイ６１、及びブリッジ整流器のダイオードセルＤ３を経て接地に流れる。
【００５１】
一方、前記交流電源６５が負の位相である場合、ブリッジ整流器のダイオードセルＤ１、Ｄ３がターンオフされ、ダイオードセルＤ２、Ｄ４がターンオンされる。したがって、電流は、ブリッジ整流器のダイオードセルＤ２、前記直列発光セルアレイ６１、及びブリッジ整流器のダイオードセルＤ４を経て交流電源に流れる。
【００５２】
結果的に、直列発光セルアレイ６１にブリッジ整流器を連結することにより、交流電源６５を用いて、直列発光セルアレイ６１を継続的に駆動させることができる。ここで、ブリッジ整流器の端子が、交流電源６５及び接地に連結されるように構成したが、ブリッジ整流器の前記端子が、交流電源の両端子に連結されるように構成してもよい。一方、交流電源を用いて直列発光セルアレイ６１を駆動することにより、リップルが生じ、これを防止するためにＲＣフィルタ（図示せず）を連結して用いてもよい。
【００５３】
本実施例によると、一つの直列発光セルアレイを交流電源に電気的に連結して駆動させてもよく、図８の発光ダイオードチップに比べて、発光セルの使用効率を高めることができる。
【００５４】
図８及び図９を参照して説明した発光セルの連結は、発光セルの交流動作を説明するための実施例に過ぎず、前記発光セルを連結する方式は、多様に選択され得る。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施例による光結晶構造体を有する交流駆動型発光素子を説明するための平面図。
【図２】本発明の一実施例による光結晶構造体を有する交流駆動型発光素子を説明するための、図１のＡ−Ａ’線による断面図。
【図３】本発明の実施例による光結晶構造体を説明するための斜視図。
【図４】本発明の一実施例による交流駆動型発光素子の製造方法を説明するための断面図。
【図５】本発明の一実施例による交流駆動型発光素子の製造方法を説明するための断面図。
【図６】本発明の一実施例による交流駆動型発光素子の製造方法を説明するための断面図。
【図７】本発明の一実施例による交流駆動型発光素子の製造方法を説明するための断面図。
【図８】本発明の実施例による交流駆動型発光素子の交流動作を説明するための回路図。
【図９】本発明の実施例による交流駆動型発光素子の交流動作を説明するための回路図。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型半導体層、前記第１の導電型半導体層の一領域上に位置する第２の導電型半導体層、前記第１の導電型半導体層と第２の導電型半導体層との間に介在された活性層、及び前記第２の導電型半導体層に形成された光結晶構造体を有する複数個の発光セルと、
前記複数個の発光セルを電気的に連結する金属配線と、
を備えることを特徴とする交流駆動型発光素子。
【請求項２】
前記光結晶構造体は、二次元的に配列された空孔の格子を有することを特徴とする請求項１に記載の交流駆動型発光素子。
【請求項３】
前記光結晶構造体は、前記第２の導電型半導体層に形成された周期的な凹凸を有することを特徴とする請求項１に記載の交流駆動型発光素子。
【請求項４】
前記光結晶構造体は、第２の導電型半導体ロッドの格子を有することを特徴とする請求項１に記載の交流駆動型発光素子。
【請求項５】
前記第１の導電型半導体層の他の領域上に形成された第１の電極パッドと、
前記第２の導電型半導体層を覆う透明電極と、
前記透明電極上に形成された第２の電極パッドと、をさらに備え、
前記金属配線は、隣接した発光セルの第１の電極パッドと第２の電極パッドを連結することを特徴とする請求項１に記載の交流駆動型発光素子。
【請求項６】
基板上に、第１の導電型半導体層、活性層、及び第２の導電型半導体層を形成するステップと、
前記第２の導電型半導体層、活性層、及び前記第１の導電型半導体層をパターニングするステップを含み、複数個の発光セルを形成するが、前記複数個の発光セルのそれぞれは、分離された第１の導電型半導体層、前記分離された第１の導電型半導体層の一領域上に位置する第２の導電型半導体層、前記分離された第１の導電型半導体層と第２の導電型半導体層との間に介在された活性層、及び前記第２の導電型半導体層に形成された光結晶構造体を備え、
前記光結晶構造体を有する発光セルを電気的に連結する金属配線を形成するステップと、
を含むことを特徴とする交流駆動型発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記光結晶構造体は、前記第２の導電型半導体層をエッチングして形成されたことを特徴とする請求項６に記載の交流駆動型発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記光結晶構造体を有する第２の導電型半導体層上に透明電極を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の交流駆動型発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記第１の導電型半導体層の他の領域上に第１の電極パッドを形成するステップと、
前記透明電極上に第２の電極パッドを形成するステップと、をさらに含み、
前記金属配線は、隣接した発光セルの前記第１の電極パッドと第２の電極パッドを連結することを特徴とする請求項８に記載の交流駆動型発光素子の製造方法。
【請求項１】
第１の導電型半導体層、前記第１の導電型半導体層の一領域上に位置する第２の導電型半導体層、前記第１の導電型半導体層と第２の導電型半導体層との間に介在された活性層、及び前記第２の導電型半導体層に形成された光結晶構造体を有する複数個の発光セルと、
前記複数個の発光セルを電気的に連結する金属配線と、
を備えることを特徴とする交流駆動型発光素子。
【請求項２】
前記光結晶構造体は、二次元的に配列された空孔の格子を有することを特徴とする請求項１に記載の交流駆動型発光素子。
【請求項３】
前記光結晶構造体は、前記第２の導電型半導体層に形成された周期的な凹凸を有することを特徴とする請求項１に記載の交流駆動型発光素子。
【請求項４】
前記光結晶構造体は、第２の導電型半導体ロッドの格子を有することを特徴とする請求項１に記載の交流駆動型発光素子。
【請求項５】
前記第１の導電型半導体層の他の領域上に形成された第１の電極パッドと、
前記第２の導電型半導体層を覆う透明電極と、
前記透明電極上に形成された第２の電極パッドと、をさらに備え、
前記金属配線は、隣接した発光セルの第１の電極パッドと第２の電極パッドを連結することを特徴とする請求項１に記載の交流駆動型発光素子。
【請求項６】
基板上に、第１の導電型半導体層、活性層、及び第２の導電型半導体層を形成するステップと、
前記第２の導電型半導体層、活性層、及び前記第１の導電型半導体層をパターニングするステップを含み、複数個の発光セルを形成するが、前記複数個の発光セルのそれぞれは、分離された第１の導電型半導体層、前記分離された第１の導電型半導体層の一領域上に位置する第２の導電型半導体層、前記分離された第１の導電型半導体層と第２の導電型半導体層との間に介在された活性層、及び前記第２の導電型半導体層に形成された光結晶構造体を備え、
前記光結晶構造体を有する発光セルを電気的に連結する金属配線を形成するステップと、
を含むことを特徴とする交流駆動型発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記光結晶構造体は、前記第２の導電型半導体層をエッチングして形成されたことを特徴とする請求項６に記載の交流駆動型発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記光結晶構造体を有する第２の導電型半導体層上に透明電極を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の交流駆動型発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記第１の導電型半導体層の他の領域上に第１の電極パッドを形成するステップと、
前記透明電極上に第２の電極パッドを形成するステップと、をさらに含み、
前記金属配線は、隣接した発光セルの前記第１の電極パッドと第２の電極パッドを連結することを特徴とする請求項８に記載の交流駆動型発光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２００９−５１６３７０（Ｐ２００９−５１６３７０Ａ）
【公表日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５３９９１１（Ｐ２００８−５３９９１１）
【出願日】平成１８年９月６日（２００６．９．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２００６／００３５４１
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０５５４６８
【国際公開日】平成１９年５月１８日（２００７．５．１８）
【出願人】（５０６０２９００４）ソウル オプト デバイス カンパニー リミテッド (101)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月６日（２００６．９．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２００６／００３５４１
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０５５４６８
【国際公開日】平成１９年５月１８日（２００７．５．１８）
【出願人】（５０６０２９００４）ソウル オプト デバイス カンパニー リミテッド (101)
【Ｆターム（参考）】
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