発光素子及びこれを備える発光素子パッケージ
【課題】本発明は交流電圧用発光素子及びこれを備える発光素子パッケージに関するものである。
【解決手段】本発明の発光素子は、第1導電型半導体層、第1導電型半導体層の下に活性層及び活性層の下に第2導電型半導体層を含む複数の発光セルと;各発光セルの下に形成された複数の導電性接触層と;複数の発光セルの第1発光セルの第1導電型半導体層に連結された第1電極層と;各導電性接触層の下にそれぞれ配置され、一部は次の発光セルの第1導電型半導体層に連結された複数の第2電極層と;複数の発光セルのうち最後の発光セルの下に配置された導電性接触層の下に配置される第3電極層と;第1電極層に連結された第1電極と;第3電極層に連結された第2電極と;第1〜第3電極層の周りに形成された絶縁層と;絶縁層の下に形成され、複数の発光セルのセンタ側発光セルの下に配置された第2電極層の下に形成された伝導性支持部材と;を含む。
【解決手段】本発明の発光素子は、第1導電型半導体層、第1導電型半導体層の下に活性層及び活性層の下に第2導電型半導体層を含む複数の発光セルと;各発光セルの下に形成された複数の導電性接触層と;複数の発光セルの第1発光セルの第1導電型半導体層に連結された第1電極層と;各導電性接触層の下にそれぞれ配置され、一部は次の発光セルの第1導電型半導体層に連結された複数の第2電極層と;複数の発光セルのうち最後の発光セルの下に配置された導電性接触層の下に配置される第3電極層と;第1電極層に連結された第1電極と;第3電極層に連結された第2電極と;第1〜第3電極層の周りに形成された絶縁層と;絶縁層の下に形成され、複数の発光セルのセンタ側発光セルの下に配置された第2電極層の下に形成された伝導性支持部材と;を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は発光素子及びこれを備える発光素子パッケージに関するものである。
【背景技術】
【0002】
III‐V族窒化物半導体は、物理的、化学的特性により、発光ダイオード(LED)またはレーザーダイオード(LD)等の発光素子の核心素材として注目されている。III‐V族窒化物半導体は通常、InxAlyGa1−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からなる。
【0003】
発光ダイオード(LED)は、化合物半導体の特性を用いることで電気を赤外線または光に変換して、信号を送受信、または光源として使われる半導体素子の一種である。
【0004】
このような窒化物半導体材料を利用したLEDあるいはLDは、光を得るための発光素子に多く用いられており、例えば、携帯電話のキーパットの発光部、電光掲示板、照明装置等各種製品の光源として応用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、交流電圧用発光素子及びこれを備える発光素子パッケージを提供する。
【0006】
本発明は、交流電圧で駆動されるm個(4≧m)の発光セルを有する発光素子及びこれを備える発光素子パッケージを提供する。
【0007】
本発明は、m個(4≧m)の発光セルが直列連結された半導体発光素子及びこれを備える発光素子パッケージを提供する。
【0008】
本発明は、複数の発光セルが直列連結された第1グループと複数の発光セルが直列連結された第2グループが並列に連結された発光素子及びこれを備える発光素子パッケージを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の発光素子は、第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層の下に活性層及び前記活性層の下に第2導電型半導体層を含む複数の発光セルと;前記複数の発光セルの第1発光セルの第1導電型半導体層に連結された第1電極層と;前記各発光セルの下にそれぞれ配置され、一部は次の発光セルの第1導電型半導体層に連結された複数の第2電極層と;前記複数の発光セルの最後目の発光セルの下に配置された導電性接触層の下に配置される第3電極層と;前記第1電極層に連結された第1電極と;前記第3電極層に連結された第2電極と;前記第1〜第3電極層の周りに形成された絶縁層と;前記絶縁層の下に形成され、前記複数の発光セルのセンタ側発光セルの下に配置された第2電極層の下に連結された伝導性支持部材と;を含む。
【0010】
本発明の発光素子は、第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層の下に活性層及び前記活性層の下に第2導電型半導体層を含む複数の発光セルと;前記各発光セルの下に形成された複数の導電性接触層と;前記複数の発光セルの第1発光セルの第1導電型半導体層に連結された第1電極層と;前記各導電性接触層の下にそれぞれ配置され、一部は次の発光セルの第1導電型半導体層に連結された複数の第2電極層と;前記複数の発光セルの最後目の発光セルの下に配置された導電性接触層の下に配置される第3電極層と;前記複数の第2電極層のセンタ側第2電極層に連結された電極と;前記第1〜第3電極層の周りに形成された絶縁層及び前記絶縁層の下に形成され、前記複数の発光セルの一番目及び最後目の発光セルの下に連結された伝導性支持部材と;を含む。
【0011】
本発明の発光素子パッケージは、ボディと;前記ボディの上に複数のリード電極と;前記複数のリード電極に連結された発光素子と;前記発光素子をモールディングするモールディング部材と;を含み、前記発光素子は、第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層の下に活性層及び前記活性層の下に第2導電型半導体層を含む複数の発光セルと;前記各発光セルの下に形成された複数の導電性接触層と;前記複数の発光セルの第1発光セルの第1導電型半導体層に連結された第1電極層と;前記各導電性接触層の下にそれぞれ配置され、一部は次の発光セルの第1導電型半導体層に連結された複数の第2電極層と;前記複数の発光セルの最後目の発光セルの下配置された導電性接触層の下に配置された第3電極層と;前記第1電極層に連結された第1電極と;前記第3電極層に連結された第2電極と;前記第1〜第3電極層の周りに形成された絶縁層と;前記絶縁層の下に形成され、前記複数の発光セルのセンタ側発光セルに連結された伝導性支持部材と;を含む。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】第1実施例に係わる発光素子を示す図面。
【図2】図1の発光素子の交流駆動回路を示す図面。
【図3】図1の発光素子の製造過程を示す図面。
【図4】図1の発光素子の製造過程を示す図面。
【図5】図1の発光素子の製造過程を示す図面。
【図6】図1の発光素子の製造過程を示す図面。
【図7】図1の発光素子の製造過程を示す図面。
【図8】図1の発光素子の製造過程を示す図面。
【図9】図1の発光素子の製造過程を示す図面。
【図10】図1の発光素子の製造過程を示す図面。
【図11】図1の発光素子の製造過程を示す図面。
【図12】図1の発光素子の製造過程を示す図面。
【図13】第2実施例に係わる発光素子を示す図面。
【図14】第3実施例に係わる発光素子を示す図面。
【図15】図1の発光素子を備える発光素子パッケージを示す図面。
【図16】実施例に係わる表示装置の分解斜視図。
【図17】実施例に係わる表示装置の他の例を示す図面。
【図18】実施例に係わる照明装置を示す図面。
【発明を実施するための形態】
【0013】
実施例の説明において、各層(膜)、領域、パターン又は構造物が基板、各層(膜)、領域、パッド又はパターンの「上」又は「下」に形成されると記載される場合、「上」と「下」は直接又は他の層を介在して形成されるものを含む。また、各層の「上」又は「下」の基準は図面を基準として説明する。なお、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を図り、誇張、省略又は概略的に図示されている。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。
【0014】
図1は、第1実施例に係わる発光素子を示す側断面図である。図1に示すように、発光素子100は複数個の発光セルA1〜An,B1〜Bn、導電性接触層118、電極層121,122,123,124,125、絶縁層151,155,156、第1電極171、第2電極173、及び伝導性支持部材170を含む。
【0015】
前記発光素子100は少なくともn個(n≧2)の発光セルA1〜Anが直列連結された第1グループ101と、少なくともn個(n≧2)の発光セルB1〜Bnが直列連結された第2グループ103を含む。
【0016】
前記伝導性支持部材170の上には前記第1グループ101の発光セルA1〜Anと前記第2グループ103の発光セルB1〜Bnが配置され、各発光セルA1〜An,B1〜Bnは相互同一、または一部セルが異なる大きさで形成される。また、各発光セルA1〜An,B1〜Bnは下部の幅と上部の幅が同一、又は上部の幅が下部の幅より狭く形成される。
【0017】
前記第1グループ101と前記第2グループ103の発光セルA1〜An,B1〜Bnは直列連結される。前記各発光セルA1〜An,B1〜Bnのサイズは相互同一、または異なるサイズに製造することができるが、これに限定されるものではない。
【0018】
前記複数の発光セルA1〜An,B1〜Bnは少なくとも1列、またはマトリックス形態に配列させる(アレイ構造とする)ことができる。ここで、前記複数の発光セルA1〜An,B1〜Bnは、前記第1グループ101及び第3グループ103は1つの駆動モードまたはAC電源の1周期の間に駆動されるセルを含むことができる。
【0019】
前記第1グループ101及び前記第2グループ103の発光セルA1〜An,B1〜BnはIII-V族化合物半導体を用いた複数の半導体層を含む。前記各発光セルA1〜An,B1〜Bnは、例えば第1導電型半導体層112、前記第1導電型半導体層112の下に形成された活性層114、前記活性層114の下に形成された第2導電型半導体層116を含む。
【0020】
前記発光セルA1〜An,B1〜Bnは、III-V族元素の化合物半導体は、例えばGaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInP等を含む。前記第1導電型がN型半導体である場合、前記第2導電型はP型半導体からなることができる。
【0021】
前記第1導電型半導体層112は前記活性層114の上に形成され、その厚さは前記活性層114または前記第2導電型半導体層116の厚さよりも厚く形成することができる。前記第1導電型半導体層112がN型半導体である場合、N型ドーパント(例えば、Si、Ge、Sn、Se、Te等)を含む。前記第1導電型半導体層112の上面には凹凸部が形成され、前記凹凸部113は凹凸形状を含む。前記凹凸部113は外部量子効率を高めることができる。また、前記発光セルA1〜An,B1〜Bnの上面に電極を形成しないので、電極による外部量子効率の減少を防止することができる。
【0022】
前記第1導電型半導体層112の上面には透光性層が形成され、前記透光性層は前記第1導電型半導体層112の屈折率より低い屈折率を有する物質、例えば絶縁物質または/及びTCO(Transparent conductive oxide)のような透明電極層を含む。
【0023】
前記活性層114は前記第1導電型半導体層112と前記第2導電型半導体層116の間に配置され、所定波長帯の光を発生させる。前記活性層114は単一量子井戸構造または多重量子井戸(MQW)構造、量子線構造または量子ドット構造に形成することができる。前記活性層114の井戸層/障壁層は、InGaN/GaN、GaN/AlGaN、InGaN/InGaN等のペア構造を含むことができるが、これに限定されるものではない。前記井戸層は前記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により形成することができる。
【0024】
前記活性層114と前記第1導電型半導体層112の間には第1導電型クラッド層(図示されない)を形成することができる。前記第1導電型クラッド層はGaN系半導体からなり、前記活性層114のバンドギャップよりは高いバンドギャップを有する。
【0025】
前記活性層114と前記第2導電型半導体層116の間には第2導電型クラッド層(図示されない)を形成することができる。前記第2導電型クラッド層はGaN系半導体からなり、前記活性層114のバンドギャップよりは高いバンドギャップを有する。
【0026】
前記活性層114の下には第2導電型半導体層116が形成される。前記第2導電型半導体層116は第2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等のような化合物半導体のいずれか1つからなることができる。前記第2導電型半導体層116がP型半導体層である場合、前記第2導電型ドーパントはP型ドーパント、例えばMg、Zn、Ca、Sr、Ba等を含むことができる。
【0027】
前記第2導電型半導体層116の下には第3導電型半導体層が形成され、前記第3導電型半導体層(図示されない)は前記第2導電型と反対極性を有する半導体から形成することができる。前記第3導電型半導体層は前記第1導電型と同一極性を有する半導体から形成することができる。前記発光セルA1〜An,B1〜BnはN-P、P-N、N-P-N、及びP-N-P接合構造のいずれか1つから具現することができる。
【0028】
以下、説明の便宜を図り、発光セルの最下層は第2導電型半導体層116が配置された例を用いて説明することにする。また、各発光セルA1〜An,B1〜Bnには前記第1導電型半導体層112から第2導電型半導体層116の上面一部が露出される段差面が形成されていない構造である。
【0029】
前記第2導電型半導体層116は前記活性層120の下に形成され、Mg、Be、Zn等の元素系のP型ドーパントをドーピングすることができる。ここで、前記発光セルA1〜An,B1〜Bnの最下層は第2導電型半導体層116または第3導電型半導体層が配置され、以下、発光セルA1〜An,B1〜Bnの最下層は第2導電型半導体層116が配置された構造を一例として説明することにする。
【0030】
前記発光セルA1〜An,B1〜Bnは所定のスペーサー161によって構造的に分離され、前記第1グループ101と前記第2グループ103の間のスペーサー161は他のセルの間の間隔と同一又は異なるようにすることができる。
【0031】
導電性接触層118は前記各発光セルA1〜An,B1〜Bnの第2導電型半導体層116の下に形成され、前記導電性接触層118の下には電極層121,122,123,124,125が形成される。前記導電性接触層118はオーミック接触層を含む。前記導電性接触層118は前記第2導電型半導体層116の下面とオーミック接触される。前記導電性接触層118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)、GZO(gallium zinc oxide)、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au、Ni/IrOx/Au/ITO、伝導性酸化物(TCO: Transparent conductive oxide)、伝導性窒化物(TCN: Transparent conductive nitride)等からなることができる。
【0032】
前記導電性接触層118は複数のパターンに形成され、前記パターンとパターンの間に低伝導層(図示されない)を更に形成することができる。前記低伝導層は、前記導電性接触層118のパターンの間に前記導電性接触層118より低伝導性の物質、例えば絶縁物質からなることができる。前記導電性接触層118の個数は前記発光セルA1〜An,B1〜Bnの個数と同一にすることができる。
【0033】
前記電極層121,122,123,124,125はAg、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf、W、Ti、及びこれらの選択的な組合から構成された物質から選択され、単一層または多重層に形成することができる。前記電極層121,122,123,124,125は電気的にオーミック接触され、高反射率(例えば、50%以上)を有する反射電極層として機能することができる。
【0034】
前記電極層121,122,123,124,125の一部、または全領域は発光セルA1〜An,B1〜Bnの下に少なくとも1つが配置される。
【0035】
第1電極層121は前記第1グループ101の一側に配置された第1発光セルA1の下に配置される。前記第1電極層121の他端126は前記導電性接触層118、前記第2導電型半導体層116、前記活性層114を介在して前記第1導電型半導体層112に接触される。前記第1電極層121は前記第1導電型半導体層112の接触部分にオーミック接触物質をさらに含むことができ、これに限定されるものではない。
【0036】
前記第1電極層121の一側は前記第1グループ101の第1発光セルA1よりも外側に延長され、前記第1電極層121の一側の上には第1電極171が電気的に連結される。前記第1電極171は第1パッドとして機能し、前記第1電極層121の一側の上に形成することができる。また、前記第1電極171は前記第1発光セルA1の第1導電型半導体層112の上に形成することができる。
【0037】
第2〜第5電極層122,123,124,125は前記各発光セルA1〜An,Bn〜B1の下に配置され、実質的な反射電極層として機能することになる。第2〜第5電極層122,123,124,125は各発光セルA1〜An,Bn〜B1の下に配置された導電性接触層118と接触される。
【0038】
前記第2〜第4電極層122,123,124の一部126は、次の発光セルの第1導電型半導体層112に接触する。前記第2〜第4電極層122,123,124は隣接する2つの発光セルを直列連結させる。
【0039】
前記第3電極層123は第1グループ101と第2グループ103を電気的に連結させる。前記第3電極層123は前記第1グループ101の発光セルAnと前記第2グループ103の発光セルBnを相互直列連結させる。
【0040】
前記第5電極層125は前記第2グループ103の第1発光セルB1の下に配置された導電性接触層118に接触され、他側は前記第1発光セルB1の他側に延長される。前記第5電極層125の他側には第2電極173が電気的に連結され、前記第2電極173はパッドとして機能し、前記第5電極層125の他側の上に配置される。
【0041】
前記第1電極171と前記第2電極173は前記発光素子100のセンタ側を基準として相互反対側に配置、または相互平行するように配置されるが、これに限定されるものではない。前記第1電極171と前記第2電極173には相互反対極性を有する電源が供給される。
【0042】
第1絶縁層151は前記第1〜第5電極層121,1221,123,124,125の上に形成され、前記第1〜第5電極層121,1221,123,124,125と前記発光セルA1〜An,B1〜Bn、導電性接触層116の間の不必要な接触を遮断する。
【0043】
前記第2絶縁層155は前記第1、第2、第4及び第5電極層121,1221,124,125と前記伝導性支持部材170の間に形成され、前記伝導性支持部材170と前記第1、第2、第4及び第5電極層121,1221,124,125の間の不必要な接触を遮断する。また、前記第2絶縁層155の一部は前記各発光セルA1〜An,B1〜Bnの導電性接触層118と他の発光セルの電極層が接触することを遮断する。
【0044】
ここで、前記第3電極層123は前記第1グループ101の第n発光セルAn、前記第2グループ103の第n発光セルBn、及び前記伝導性支持部材170に接触される。
【0045】
前記第3電極層123と前記第2電極173にはAC電源が1/2周期に分けられて供給され、前記第1グループ101と前記第2グループ103は1/2周期ずつ交互動作することができる。
【0046】
前記第1グループ101の発光セルA1〜Anと前記第2グループ103の発光セルB1〜Bnは直列連結され、前記第1グループ101の第1発光セルA1には第1電極171が連結され、前記第n発光セルAnには伝導性支持部材170が連結され、前記第2グループ103の第1発光セルB1には第2電極173に連結され、前記第n発光セルBnには伝導性支持部材170に連結される。
【0047】
前記伝導性支持部材170は素子全体を支持し、Cu、Au、Ni、Mo、Cu−W、キャリアウェハ(例えば、Si、Ge、GaAs、ZnO、GaN、Ge2O3、SiC等)、Pd、In、W、Si、Ta、Nb等から1つ以上が選択される。
【0048】
前記伝導性支持部材170はヒートシンク及び導電特性を有するように形成することができる。
【0049】
前記伝導性支持部材170はメッキ方式、またはシート形態で付着することができるが、これに限定されるものではない。前記伝導性支持部材170の厚さは30〜500μmに形成されるが、これに限定されるものではない。
【0050】
前記伝導性支持部材170と前記第3電極層123の間には接合層が形成され、前記接合層はチタニウム(Ti)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)の少なくとも1つ、またはこれらの合金を含むことができる。
【0051】
第3絶縁層156は前記発光セルA1〜An,B1〜Bnの周りに形成され、層間ショート及びセル間のショートを防止することができる。また、前記第3絶縁層156は前記発光セルA1〜An,B1〜Bnの上部をカバーすることができる。
【0052】
前記第1〜第3絶縁層151,155,156はSiO2、Si3N4、Al2O3、TiO2等の絶縁物質からなることができる。
【0053】
AC電源の1/2周期の間は正極性と負極性の電源が前記伝導性支持部材170に印加され、第1グループ101の第n発光セルAnから第1発光セルA1を経た後前記第1電極171に流れる。これによって第1グループ101の発光セルA1〜Anは発光するようになる。
【0054】
前記AC電源の次の1/2周期の間は負極性の電源が前記第2電極173を介在して印加され、第2グループ103の第1発光セルB1から第n発光セルBnを経た後前記伝導性支持部材170に流れる。これによって前記第2グループ103の発光セルB1〜Bnは発光するようになる。
【0055】
前記発光素子100に印加されるAC電源のレベルは前記発光セルA1〜An,B1〜Bnの駆動電圧を合わせた電圧と対応される。例えば、220Vの交流電圧では3.5Vの駆動用発光セルは約60個を直列連結することができる。即ち、220Vの交流電圧の場合前記第1グループ101の発光セルA1〜Anは30個が直列連結され、前記第2グループ103の発光セルB1〜Bnは30個が直列連結される。これによって、全体60個の発光セルが直列連結される。また、110Vの交流電圧では、3.5Vの駆動用発光セルは略30個を直列連結することができる。
【0056】
ここで、前記発光セルA1〜An,B1〜Bnの駆動電圧は変更することができ、前記駆動電圧の変更されると発光セルの連結個数も変更される。また、前記半導体発光素子100は別途の整流器を必要とせず駆動することができる。また、前記第1グループ101と第2グループ103の発光セルの個数は交流電源での正極性と負極性のレベルに応じて同一、又は異なるようになる。
【0057】
実施例は1つの伝導性支持部材の上に異なる動作周期を有する少なくとも2つのグループ101,103の発光セルA1〜An,B1〜Bnを配置することによって、素子の大きさを小型化させることができ、またAC電源用発光素子の回路を簡単に実現することができる。またAC電源用発光素子は第1グループ101と第2グループ103の間の連結方式は別途のワイヤを利用せず連結させることができる。
【0058】
また複数の発光セルA1〜An,B1〜Bnの間を連結する方式は発光セルA1〜An,B1〜Bnの下に配置された電極層121,122,123,124,125を介在して連結することによって、発光セルA1〜An,B1〜Bnの上に別途の金属を配置しなくてもよい効果がある。
【0059】
前記発光素子100は、第1グループ101と第2グループ103がバー形態で、または相互平行するように形成され、一回以上屈折した構造を有することができる。前記第1グループ101と前記第2グループ103が相互平行する場合、前記第1電極層121と第5電極層125は相互電気的に連結され、この場合第1電極171及び第2電極173のいずれか1つは形成しなくてもよい。
【0060】
図2は、図1を用いた駆動回路を示す図面である。図2に示すように、AC電源の正極性電流I1は1/2周期の間第1グループ101に印加され、前記第1グループ101の第n発光セルAnから第1発光セルA1を駆動させる。AC電源の残りの1/2周期の間には負極性電流I2が第2グループ103に印加され、前記第2グループ103の第1発光セルB1から第n発光セルBnを駆動させる。このような方式でAC電源は1周期の間第1グループ101と第2グループ103の発光セルA1〜An,B1〜Bnを交互にオン/オフさせることができる。
【0061】
前記AC電源端と前記発光素子100の間には抵抗、整流回路等が配置されるが、これに限定されるものではない。また、前記発光素子は第1グループ101と第2グループ103を別途に駆動させることができる。
【0062】
図3〜図12は、図1の発光素子の製造過程を示す図面である。以下では、発光素子の第1グループの製造過程に対して説明し、第1グループは複数の発光セルを有するものを例に説明することにする。また、第2グループの製造過程に対する詳しい構造は第1グループの製造過程を参照することにする。
【0063】
図3に示すように、基板110は成長装置にロードされ、その上にII-VIの化合物半導体を層、またはパターン形態に形成される。
【0064】
前記成長装置は電子ビーム蒸着機、PVD(physical vapor deposition)、CVD(chemical vapor deposition)、PLD(plasma laser deposition)、二重型熱蒸着機(dual-type thermal evaporator)sputtering(sputtering)、MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)等を用いることができ、このような装備に限定されない。
【0065】
前記基板110は絶縁基板または伝導性基板を含み、例えばサファイア基板(Al203)、GaN、SiC、ZnO、Si、GaP、InP、Ga203、及びGaAs等からなるグループから選択することができる。前記基板110の上面には凹凸構造を形成することができる。
【0066】
前記基板110の上にはII-VI元素の化合物半導体層またはパターン、例えばZnO層(図示されない)、バッファ層(図示されない)、Undoped(ドーピングされない)半導体層(図示されない)の少なくとも1つの層が形成される。前記バッファ層またはUndoped半導体層はIII-V族元素の化合物半導体からなることができ、前記バッファ層は前記基板とのGaN系半導体との格子定数の差を減らし、前記Undoped半導体層はドーピングされないGaN系半導体からなることができる。以下、説明の便宜を図り、前記基板110の上には第1導電型半導体層112が形成される例を説明することにする。
【0067】
前記基板110の上には発光セルのために複数の化合物半導体層が形成される。前記基板110の上には第1導電型半導体層112が形成され、前記第1導電型半導体層112の上には活性層114が形成され、前記活性層114の上には第2導電型半導体層116が形成される。
【0068】
前記第1導電型半導体層112は第1導電型ドーパントがドーピングされたIII-V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等からなることができる。前記第1導電型がN型半導体である場合、前記第1導電型ドーパントはSi、Ge、Sn、Se、Te等のN型ドーパントを含む。前記第1導電型半導体層112は単一層または多重層に形成されるが、これに限定されるものではない。
【0069】
前記第1導電型半導体層112の上には活性層114が形成され、前記活性層114は単一量子井戸構造、多重量子井戸構造(MQW)、量子ドット構造及び量子線構造の少なくとも1つに形成される。前記活性層114の井戸層/障壁層はInGaN/GaN、GaN/AlGaN、InGaN/InGaN等のペア構造を含むことができ、前記ペアの繰返し周期は1〜30回で繰り返されるが、これに限定されるものではない。前記井戸層は前記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からなることができる。
【0070】
前記活性層114と前記第1導電型半導体層112の間には第1導電型クラッド層(図示されない)が配置され、前記第1導電型クラッド層はGaN系半導体からなり、前記活性層114のバンドギャップよりは高いバンドギャップを有する。
【0071】
前記活性層114と前記第2導電型半導体層116の間には第2導電型クラッド層(図示されない)が配置され、前記第2導電型クラッド層はGaN系半導体からなり、前記活性層114のバンドギャップよりは高いバンドギャップを有する。
【0072】
前記活性層114の上には第2導電型半導体層116が形成される。前記第2導電型半導体層116は第2導電型ドーパントがドーピングされたIII-V族化合物半導体、例えばGaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInP等の化合物半導体のいずれか1つからなることができる。前記第2導電型半導体層116がP型半導体層である場合、前記第2導電型ドーパントはP型ドーパント、例えばMg、Zn、Ca、Sr、Ba等を含むことができる。
【0073】
また、前記第2導電型半導体層116の上には第3導電型半導体層が形成され、前記第3導電型半導体層は前記第2導電型と反対極性を有する半導体、または前記第1導電型と同一極性を有する半導体からなることができる。
【0074】
前記第1導電型半導体層112、前記活性層114及び前記第2導電型半導体層116の積層構造は発光セル領域に定義することができる。また、前記発光セル領域はN-P接合、P-N接合、N-P-N接合、P-N-P接合構造の少なくとも1つを含むことができる。
【0075】
図4に示すように、前記第2導電型半導体層116の上には複数の導電性接触層118が形成され、前記導電性接触層118は一定間隔に離隔される。前記導電性接触層118は各発光セル領域と対応する幅に形成することができる。
【0076】
前記導電性接触層118は前記第2導電型半導体層116の上面一部に形成され、オーミック接触される。前記導電性接触層118は透光性伝導材料は、例えば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)、GZO(gallium zinc oxide)、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au、及びNi/IrOx/Au/ITOの少なくとも1つを含むことができる。
【0077】
前記導電性接触層118は、層またはパターンの形態に形成され、このような層またはパターン形態は前記第2導電型半導体層116とのオーミック抵抗を変更させることができる。
【0078】
図5に示すように、複数の窪み部119を形成する。前記窪み部119は前記第2導電型半導体層116から前記第1導電型半導体層112の上面が露出する程度の深さに形成される。前記窪み部119の間の間隔T1は予め決められた間隔、例えば各電極層の一部に対応する間隔に形成することができる。前記複数の窪み部119によって分割された前記第2導電型半導体層116の上面には導電性接触層118がそれぞれ配置される。ここで、前記窪み部119と前記導電性接触層118の形成順番は変えることができ、これに限定されるものではない。
【0079】
図6に示すように、前記第2導電型半導体層116の上面中前記導電性接触層118が形成されない領域には第1絶縁層151が形成される。前記第1絶縁層151は、例えばマスク層を形成した後フォトリソグラフィ工程によって、前記マスク層が形成されない領域に形成することができる。前記導電性接触層118を除いた前記第2導電型半導体層116の上面、前記窪み部119内に形成することができる。ここで、前記第1導電型半導体層112は前記窪み部119に配置された前記第1絶縁層151を介在して露出される。
【0080】
図7及び図8に示すように、前記第1絶縁層151及び前記導電性接触層118の上には電極層121,122,123が形成される。前記電極層121,122,123は相互物理的に離隔され、反射電極層として機能する。前記第1〜第3電極層121,122,123はAg、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf、W、Ti、及びこれらの選択的な組合から構成される物質を選択的に用いることができる。
【0081】
第1電極層121は前記第1絶縁層151の上に形成され、その一部は窪み部119を介在して前記第1導電型半導体層112に接触される。第2電極層122は前記第1絶縁層151及び前記導電性接触層118の上に形成され、その一部は窪み部119を介在して前記第1導電型半導体層112に接触される。また、前記電極層121,122,123の一部は1つまたは複数に形成されて第1導電型半導体層112に接触されるが、これに限定されるものではない。
【0082】
第3電極層123は前記導電性接触層118及び前記第1絶縁層151の上に形成される。前記第3電極層123は図1の構造のセンタ側第3電極層の位置に配置することができる。ここで、前記第2及び第3電極層122,123は各発光セルそれぞれに対応し、図1と同様に隣接した発光セルを直列連結する。
【0083】
図8に示すように、前記第1及び第2電極層121,122の上には第2絶縁層155が形成される。ここで、前記第3電極層123の上面は開口された構造により露出される。前記第1及び第2絶縁層151,155はSiO2、Si3N4、Al2O3、TiO2等の絶縁物質からなることができる。
【0084】
図9に示すように、前記第2絶縁層155及び前記第3電極層123の上には伝導性支持部材170が形成される。前記伝導性支持部材170は素子全体を支持し、Cu、Au、Ni、Mo、Cu-W、キャリアウェハ(例えば、Si、Ge、GaAs、ZnO、GaN、Ge2O3、SiC等)、Pd、In、W、Si、Ta、Nb等の1つ以上からなることができる。
【0085】
前記伝導性支持部材170はヒートシンク及び導電特性を有するように形成することができる。前記伝導性支持部材170はメッキ方式またはシート形態に付着されるが、これに限定されるものではない。前記伝導性支持部材170の厚さは30〜500μmに形成されるが、これに限定されるものではない。
【0086】
前記伝導性支持部材170と前記第3電極層123の間には接合層が形成され、前記接合層はチタニウム(Ti)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)の少なくとも1つ、またはこれらの合金を含むことができる。
【0087】
図9及び図10に示すように、前記伝導性支持部材170をベースに位置させた後、前記基板110を除去する。
【0088】
前記基板110の除去は物理的または/及び化学的方法を用いて除去することができる。前記物理的方法は前記基板110を通じて一定波長のレーザーを照射する方式(LLO: Laser Lift Off)によって、前記基板110を第1導電型半導体層112から分離させることができる。前記化学的方法は前記基板110と第1導電型半導体層112の間に半導体層(例えば、バッファ層)を湿式エッチングによって除去することで、前記基板110を分離させることができる。
【0089】
前記基板110が除去された前記第1導電型半導体層112の表面に対してICP/RIE(Inductively coupled Plasma/Reactive Ion Etching)工程を行うことができる。前記導電性接触層118及び前記第1〜第3電極層121,122,123は前記第2導電型半導体層116の下に配置され、外部衝撃から保護する。即ち、前記基板の除去工程による衝撃から保護することができる。
【0090】
図11に示すように、複数の発光セルA1〜Anを形成するために所定のスペーサー161に大きさにエッチングする。前記エッチングは前記第2導電型半導体層116の下に配置された前記第1絶縁層151が露出される程の深さに形成される。これによって複数の発光セルA1〜Anは構造的に相互分離される。ここで、前記各発光セルA1〜Anと電極層121,122,123の一部126の間の間隔Dは各発光セルA1〜Anの外側から離隔される。このような間隔Dが大きい場合、その領域には導電性接触層をさらに形成することができる。または前記各発光セルA1〜Anの外側には前記第1絶縁層151が露出され、これに限定されるものではない。
【0091】
前記複数の発光セルA1〜Anの間のスペーサー161の幅は相互同一又は異なるようにすることができ、これに限定されるものではない。前記発光セルA1〜Anは上方から見た時、正四角形、直四角形等のような多角形または円形に形成される。
【0092】
前記第1電極層121の一部126は前記第1発光セルA1の第1導電型半導体層112に連結される。前記第2電極層122は第1発光セルA1の下に配置された導電性接触層118に連結され、その一部126は第2発光セルA2の第1導電型半導体層112に連結される。このような方式で前記第2電極層122は隣接した2つの発光セルを相互直列連結させる。
【0093】
第3電極層123は前記第n発光セルAnの下に配置された導電性接触層118と伝導性支持部材170に連結される。このような方式でn個の発光セルA1〜Anを相互直列連結させることができる。
【0094】
図12に示すように、複数の発光セルA1〜Anの第1導電型半導体層112の表面には凹凸部113が形成され、前記凹凸部113は乾式または/及び湿式エッチングによって所定形状の凹凸構造に形成され、また他の凹凸構造を含むことができる。前記凹凸部113は外部量子効率を高めることができる。
【0095】
また、前記第1発光セルA1の外側には前記第1絶縁層151の一部が露出され、前記第1絶縁層151の一部はエッチングによって開口され、この場合前記第1電極層121が露出される。前記第1電極層121には第1電極171が形成され、前記第1電極171はパッドを含むことができる。
【0096】
前記第1電極171と前記伝導性支持部材170の間にはn個の発光セルA1〜Anが直列連結される。前記のような製造過程によって図1のような発光素子が製造される。
【0097】
本発明はAC電源で駆動される第1グループ及び第2グループの発光セルを含む発光素子を製造して提供することができ、AC電源の使用にともなう別途の部品を必要としない効果がある。また発光セルの上面に電極が配置されないので、光抽出効率を高めることができる。
【0098】
図13は、第2実施例に係わる半導体発光素子を示す側断面図である。第2実施例の説明において、第1実施例を参照し、第1実施例と同様な部分の説明は適宜省略することにする。
【0099】
図13に示すように、発光素子100Aはセンタ側第3電極層123と支持部材170の間に第2絶縁層155を配置する。前記支持部材170はヒートシンクと絶縁性材料からなり、放熱を効果的に行うことができる。前記支持部材170は伝導性金属からなることができるが、これに限定されるものではない。
【0100】
前記発光素子100Aは一端の第1電極171と他端の第2電極173の間に複数の発光セルA1〜An,Bn〜B1が相互直列連結されることで、AC電源の1/2周期の間は発光される。この場合、前記半導体発光素子100Aを2個並列に配置して、AC電源で駆動させることができる。
【0101】
図14は、第3実施例に係わる半導体発光素子を示す側断面図である。第3実施例の説明において、第1実施例を参照し、第1実施例と同様な部分の説明は適宜省略することにする。
【0102】
図14に示すように、発光素子100Bはセンタ側第3電極層123と放熱支持部材170の間に第2絶縁層155がさらに配置される。
【0103】
前記複数のグループ101,103の間のスペーサー161には第3電極175が形成される。前記第3電極175はセンタ側第3電極層123の上に形成され、前記第3電極175を介在してセンタ側第1グループ101Aの第n発光セルAnと第2グループ103Aの第n発光セルBnに連結される。
【0104】
第1グループ101Aの第1発光セルA1の下に配置された第1電極層121は伝導性支持部材170に連結され、第2グループ103Aの第1発光セルB1の下に配置された第5電極層125は伝導性支持部材170に連結される。これによってAC電源の1/2周期の間は第1グループ101Aの発光セルA1〜Anが動作し、残りの1/2周期の間は第2グループ103Aの発光セルB1〜Bnが動作することになる。このような具体的な動作は第1実施例を参照することにする。
【0105】
図15は、実施例に係わる発光素子を含む発光素子パッケージの断面図である。図15に示すように、実施例に係わる発光素子パッケージ30はボディ20と、前記ボディ20に設置された第1リード電極32及び第2リード電極33と、前記ボディ20に設置され、前記第1リード電極32及び第2リード電極33と電気的に連結される発光素子100と、前記発光素子100を囲むモールディング部材40を含む。
【0106】
前記ボディ20はシリコン材、合成樹脂材、金属材、サファイア(Al2O3)、または印刷回路基板(PCB)の少なくとも1つを含んで形成され、前記発光素子100の周囲に傾斜面が形成される。前記ボディ20にはキャビティ22が形成されるが、これに限定されるものではない。
【0107】
前記第1リード電極32及び第2リード電極33は相互電気的に分離され、前記発光素子100に電源を提供する。また、前記第1リード電極32及び第2リード電極33は前記発光素子100から発生された光を反射して光効率を増加させることができ、前記発光素子100から発生される熱を外部に排出する働きもする。
【0108】
前記第1リード電極32及び第2リード電極33は一端が前記ボディ20の上に配置されたものが例示されているが、これに限定されるものではない。例えば、第1、2リード電極32、33はボディ20の上にのみ形成され、前記ボディの下面には第1、2パッドが形成され、前記第1、2リード電極と前記第1、2パッドがそれぞれ前記ボディを貫通する第1、2導電ビアを介在して電気的に連結されることもできる。
【0109】
前記発光素子100は前記ボディ20の上、または前記第1リード電極32または第2リード電極33の上に設置されることができる。
【0110】
前記発光素子100は少なくとも、または複数のワイヤ25を介在して前記第1リード電極32及び第2リード電極33のいずれか1つと電気的に連結される。例えば、図1に図示された前記発光素子100の第1電極及び第2電極はワイヤを介在して第2リード電極33に連結され、前記発光素子100の伝導性支持部材は第1リード電極32の上にダイボンディングすることができる。また、前記発光素子100は、例えば前記第1リード電極32及び第2リード電極33とフリップチップ方式、またはダイボンディング方式によって電気的に連結されることもできる。前記発光素子100は上記開示された実施例の発光素子を選択的に用いることができ、これに限定されるものではない。
【0111】
前記モールディング部材40は透光性シリコンまたは樹脂材からなり、前記発光素子100を囲んで保護することができる。また、前記モールディング部材40には蛍光体が含まれ、前記発光素子100から放出される光の波長を変化させることができる。
【0112】
本発明のパッケージは直下型を例にして説明しているが、エッジ型でも上記のような放熱特性、伝導性及び反射特性の改善効果があり、このような直下型またはエッジ型方式の発光素子は、上記のように樹脂層でパッケージングした後、レンズを前記樹脂層の上に形成または接着することができるが、これに限定されるものではない。
【0113】
<ライトユニット>
実施例による発光素子または発光素子パッケージはライトユニットに適用することができる。前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された構造、図16及び図17に図示された表示装置、図18に図示された照明装置を含み、照明灯、信号灯、車両前照灯、電光掲示板等を含むことができる。
【0114】
図16は実施例に係わる表示装置の分解斜視図である。図16に示すように、実施例に係わる表示装置1000は導光板1041と、前記導光板1041に光を提供する発光モジュール1031と、前記導光板1041の下に反射部材1022と、前記導光板1041の上に光学シート1051と、前記光学シート1051の上に表示パネル1061と、前記導光板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、これに限定されない。
【0115】
前記ボトムカバー1011、反射シート1022、導光板1041、光学シート1051はライトユニット1050に定義することができる。
【0116】
前記導光板1041は光を広めて面光源化させる役割をする。前記導光板1041は透明材質、例えばPMMA(polymethyl metaacrylate)のようなアクリル系樹脂、PET(polyethylene terephthlate)、PC(polycarbonate)、COC(cycloolefin copolymer)及びPEN(polyethylene naphthalate)樹脂の1つからなることができる。
【0117】
前記発光モジュール1031は前記導光板1041の少なくとも一側面に光を提供し、究極的には表示装置の光源として作用する。
【0118】
前記発光モジュール1031は少なくとも1つを含み、前記導光板1041の一側面に直接または間接的に光を提供することができる。前記発光モジュール1031は基板1033と上記開示された実施例の発光素子パッケージ30を含み、前記発光素子パッケージ30は前記基板1033の上に所定間隔で配列させられる(アレイ構造にされる)。
【0119】
前記基板1033は回路パターン(図示されない)を含む印刷回路基板(PCB)からなることができる。但し、前記基板1033は一般PCBのみならず、メタルコアPCB(MCPCB、Metal Core PCB)、フレキシブルPCB(FPCB)等を含むこともでき、これに限定されるものではない。前記発光素子パッケージ30は前記ボトムカバー1011の側面または放熱プレート上に搭載される場合、前記基板1033は除去することができる。ここで、前記放熱プレートの一部は前記ボトムカバー1011の上面に接触される。
【0120】
そして、前記複数の発光素子パッケージ30は、前記基板1033の上に光が放出される出射面が前記導光板1041と所定距離離隔されるように搭載されるが、これに限定されるものではない。前記発光素子パッケージ30は前記導光板1041の一側面の入光部に光を直接または間接的に提供することができるが、これに限定されるものではない。
【0121】
前記導光板1041の下には前記反射部材1022を配置することができる。前記反射部材1022は前記導光板1041の下面に入射された光を反射させて上方に向くようにすることで、前記ライトユニット1050の輝度を向上させることができる。前記反射部材1022は、例えばPET、PC、PVCレジン等からなることができるが、これに限定されるものではない。前記反射部材1022は前記ボトムカバー1011の上面からなることができ、これに限定されるものではない。
【0122】
前記ボトムカバー1011は前記導光板1041、発光モジュール1031及び反射部材1022等を収納することができる。このために、前記ボトムカバー1011は上面が開口されたボックスの形状を有する収納部1012が形成されるが、これに限定されるものではない。前記ボトムカバー1011はトップカバーと連結されることができ、これに限定されるものではない。
【0123】
前記ボトムカバー1011は金属または樹脂材により形成され、プレス成形または圧出成形等の工程によって製造することができる。また、前記ボトムカバー1011は熱伝導性が良い金属または非金属材料を含むことができるが、これに限定されるものではない。
【0124】
前記表示パネル1061は、例えばLCDパネルとして、相互対向する透明材質の第1及び第2基板、そして第1及び第2基板の間に介在する液晶層を含む。前記表示パネル1061の少なくとも一面には偏光板が付着され、このような偏光板の付着構造に限定されない。前記表示パネル1061は光学シート1051を通過した光によって情報を表示する。このような表示装置1000は各種携帯端末機、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、テレビ等に適用することができる。
【0125】
前記光学シート1051は前記表示パネル1061と前記導光板1041の間に配置され、少なくとも一枚の透光性シートを含む。前記光学シート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等のシートの少なくとも1つを含むことができる。前記拡散シートは入射される光を拡散させ、前記水平または/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、前記輝度強化シートは損失される光を再利用して輝度を向上させることができる。また、前記表示パネル1061の上には保護シートが配置されるが、これに限定されるものではない。
【0126】
ここで、前記発光モジュール1031の光の経路上には光学部材として、前記導光板1041及び光学シート1051を含むことができるが、これに限定されるものではない。
【0127】
図17は実施例に係わる表示装置の他の例を示す図面である。図17に示すように、表示装置1100はボトムカバー1152、上記開示された発光素子パッケージ30がアレイされ基板1120、光学部材1154、及び表示パネル1155を含む。
【0128】
前記基板1120と前記発光素子パッケージ30は発光モジュール1060に定義することができる。前記ボトムカバー1152、少なくとも1つの発光モジュール1060、光学部材1154はライトユニットに定義することができる。前記ボトムカバー1152には収納部1153を備えることができ、これに限定されるものではない。
【0129】
ここで、前記光学部材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等の少なくとも1つを含むことができる。前記導光板はPC材またはPMMA(Poly methy methacrylate)材からなることができ、このような導光板は除去することができる。前記拡散シートは入射される光を拡散させ、前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、前記輝度強化シートは損失される光を再利用して輝度を向上させることができる。
【0130】
前記光学部材1154は前記発光モジュール1060の上に配置され、前記発光モジュール1060から放出される光を面光源化、または拡散、集光させる。
【0131】
図18は実施例に係わる照明装置の斜視図である。図18に示すように、照明装置1500はケース1510と、前記ケース1510に設置された発光モジュール1530と、前記ケース1510に設置されて外部電源から電源を提供される連結端子1520を含むことができる。
【0132】
前記ケース1510は放熱特性が良い材質からなることが望ましく、例えば金属または樹脂材からなることができる。
【0133】
前記発光モジュール1530は基板1532と、前記基板1532に搭載される発光素子パッケージ30を含むことができる。前記発光素子パッケージ30は複数個がマトリックス形態、または所定間隔に離隔されてアレイされる。
【0134】
前記基板1532は絶縁体に回路パターンが印刷されたもの、例えば一般の印刷回路基板(PCB)、メタルコアPCB、フレキシブルPCB、セラミックPCB、FR-4基板等を含むことができる。
【0135】
また、前記基板1532は光を効率的に反射させる材質、または表面が光を効率的に反射させるカラー例えば白色、銀色等のコーティング層からなることができる。
【0136】
前記基板1532の上には少なくとも1つの発光素子パッケージ30が搭載される。前記発光素子パッケージ30のそれぞれは少なくとも1つのLEDチップを含むことができる。前記LEDチップは赤色、緑色、青色または白色の有色光をそれぞれ発光する有色発光ダイオード、及び紫外線を発光する紫外線発光ダイオードを含むことができる。
【0137】
前記発光モジュール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の組合を有するように配置することができる。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して配置することができる。
【0138】
前記連結端子1520は前記発光モジュール1530と電気的に連結されて電源を供給することができる。前記連結端子1520はソケット方式で外部電源と連結されるが、これに限定されるものではない。例えば、前記連結端子1520はピン(pin)の形態に形成されて外部電源に挿入されたり、配線によって外部電源に連結されることもできる。
【0139】
実施例は、前記発光素子100がパッケージングされた後前記基板上に搭載され発光モジュールに具現されたり、LEDチップの形態に搭載されパッケージングにより発光モジュールに具現されることができる。
【0140】
前記のライトユニットの発光モジュールは発光素子パッケージを含む。前記発光素子パッケージは、図15のようなパッケージ構造、または上記開示された発光素子を基板上にそれぞれ搭載した後モールディング部材によりパッケージングして使用することができる。
【0141】
本発明の発光素子の製造方法は、成長基板の上に第1導電型半導体層、活性層及び第2導電型半導体層を形成する段階と、前記第2導電型半導体層の上に相互離隔された複数の導電性接触層を形成する段階と、エッチングにより前記第1導電型半導体層を露出させるm(m>4)個の複数の窪み部を形成する段階と、前記第2導電型半導体層の上及び前記窪み部の周りに第1絶縁層を形成する段階と、前記導電性接触層の上及び前記窪み部に電極層をそれぞれ形成する段階と、センタ側電極層を除いた全領域に第2絶縁層を形成する段階と、前記第2絶縁層及び前記センタ側第2電極層の上に伝導性支持部材を形成する段階と、前記基板を除去し、エッチングにより前記第2絶縁層を露出させてm(m≧4)個の発光セルに分離させ、m個の発光セルを直列連結させる段階と、前記発光セルの第1発光セルの第1導電型半導体層に連結される第1電極、及び前記最後目の発光セルの下に配置された電極層に連結される第2電極を形成する段階と、を含む。
【0142】
以上、上記の各実施例に例示された特徴、構造、効果等は本発明の少なくとも1つの実施例に含まれ、必ずしもその1つの実施例にのみ限定されるのではない。されに、各実施例に例示された特徴、構造、効果等は当業者によって他の実施例と組合、または変形して実施することが可能である。よって、このような組合と変形に係わる内容も本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきでる。
【0143】
本発明は交流電源で駆動される半導体発光素子を提供することができ、高電圧交流電源用半導体発光素子を駆動させることができる。本発明は熱的にも安定した半導体発光素子を提供することができる。本発明は複数個が直列連結された発光セルを有する複数個の半導体発光素子を直列、並列、または逆並列に連結した交流駆動用発光装置を提供することができる。
【技術分野】
【0001】
本発明は発光素子及びこれを備える発光素子パッケージに関するものである。
【背景技術】
【0002】
III‐V族窒化物半導体は、物理的、化学的特性により、発光ダイオード(LED)またはレーザーダイオード(LD)等の発光素子の核心素材として注目されている。III‐V族窒化物半導体は通常、InxAlyGa1−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からなる。
【0003】
発光ダイオード(LED)は、化合物半導体の特性を用いることで電気を赤外線または光に変換して、信号を送受信、または光源として使われる半導体素子の一種である。
【0004】
このような窒化物半導体材料を利用したLEDあるいはLDは、光を得るための発光素子に多く用いられており、例えば、携帯電話のキーパットの発光部、電光掲示板、照明装置等各種製品の光源として応用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、交流電圧用発光素子及びこれを備える発光素子パッケージを提供する。
【0006】
本発明は、交流電圧で駆動されるm個(4≧m)の発光セルを有する発光素子及びこれを備える発光素子パッケージを提供する。
【0007】
本発明は、m個(4≧m)の発光セルが直列連結された半導体発光素子及びこれを備える発光素子パッケージを提供する。
【0008】
本発明は、複数の発光セルが直列連結された第1グループと複数の発光セルが直列連結された第2グループが並列に連結された発光素子及びこれを備える発光素子パッケージを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の発光素子は、第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層の下に活性層及び前記活性層の下に第2導電型半導体層を含む複数の発光セルと;前記複数の発光セルの第1発光セルの第1導電型半導体層に連結された第1電極層と;前記各発光セルの下にそれぞれ配置され、一部は次の発光セルの第1導電型半導体層に連結された複数の第2電極層と;前記複数の発光セルの最後目の発光セルの下に配置された導電性接触層の下に配置される第3電極層と;前記第1電極層に連結された第1電極と;前記第3電極層に連結された第2電極と;前記第1〜第3電極層の周りに形成された絶縁層と;前記絶縁層の下に形成され、前記複数の発光セルのセンタ側発光セルの下に配置された第2電極層の下に連結された伝導性支持部材と;を含む。
【0010】
本発明の発光素子は、第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層の下に活性層及び前記活性層の下に第2導電型半導体層を含む複数の発光セルと;前記各発光セルの下に形成された複数の導電性接触層と;前記複数の発光セルの第1発光セルの第1導電型半導体層に連結された第1電極層と;前記各導電性接触層の下にそれぞれ配置され、一部は次の発光セルの第1導電型半導体層に連結された複数の第2電極層と;前記複数の発光セルの最後目の発光セルの下に配置された導電性接触層の下に配置される第3電極層と;前記複数の第2電極層のセンタ側第2電極層に連結された電極と;前記第1〜第3電極層の周りに形成された絶縁層及び前記絶縁層の下に形成され、前記複数の発光セルの一番目及び最後目の発光セルの下に連結された伝導性支持部材と;を含む。
【0011】
本発明の発光素子パッケージは、ボディと;前記ボディの上に複数のリード電極と;前記複数のリード電極に連結された発光素子と;前記発光素子をモールディングするモールディング部材と;を含み、前記発光素子は、第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層の下に活性層及び前記活性層の下に第2導電型半導体層を含む複数の発光セルと;前記各発光セルの下に形成された複数の導電性接触層と;前記複数の発光セルの第1発光セルの第1導電型半導体層に連結された第1電極層と;前記各導電性接触層の下にそれぞれ配置され、一部は次の発光セルの第1導電型半導体層に連結された複数の第2電極層と;前記複数の発光セルの最後目の発光セルの下配置された導電性接触層の下に配置された第3電極層と;前記第1電極層に連結された第1電極と;前記第3電極層に連結された第2電極と;前記第1〜第3電極層の周りに形成された絶縁層と;前記絶縁層の下に形成され、前記複数の発光セルのセンタ側発光セルに連結された伝導性支持部材と;を含む。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】第1実施例に係わる発光素子を示す図面。
【図2】図1の発光素子の交流駆動回路を示す図面。
【図3】図1の発光素子の製造過程を示す図面。
【図4】図1の発光素子の製造過程を示す図面。
【図5】図1の発光素子の製造過程を示す図面。
【図6】図1の発光素子の製造過程を示す図面。
【図7】図1の発光素子の製造過程を示す図面。
【図8】図1の発光素子の製造過程を示す図面。
【図9】図1の発光素子の製造過程を示す図面。
【図10】図1の発光素子の製造過程を示す図面。
【図11】図1の発光素子の製造過程を示す図面。
【図12】図1の発光素子の製造過程を示す図面。
【図13】第2実施例に係わる発光素子を示す図面。
【図14】第3実施例に係わる発光素子を示す図面。
【図15】図1の発光素子を備える発光素子パッケージを示す図面。
【図16】実施例に係わる表示装置の分解斜視図。
【図17】実施例に係わる表示装置の他の例を示す図面。
【図18】実施例に係わる照明装置を示す図面。
【発明を実施するための形態】
【0013】
実施例の説明において、各層(膜)、領域、パターン又は構造物が基板、各層(膜)、領域、パッド又はパターンの「上」又は「下」に形成されると記載される場合、「上」と「下」は直接又は他の層を介在して形成されるものを含む。また、各層の「上」又は「下」の基準は図面を基準として説明する。なお、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を図り、誇張、省略又は概略的に図示されている。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。
【0014】
図1は、第1実施例に係わる発光素子を示す側断面図である。図1に示すように、発光素子100は複数個の発光セルA1〜An,B1〜Bn、導電性接触層118、電極層121,122,123,124,125、絶縁層151,155,156、第1電極171、第2電極173、及び伝導性支持部材170を含む。
【0015】
前記発光素子100は少なくともn個(n≧2)の発光セルA1〜Anが直列連結された第1グループ101と、少なくともn個(n≧2)の発光セルB1〜Bnが直列連結された第2グループ103を含む。
【0016】
前記伝導性支持部材170の上には前記第1グループ101の発光セルA1〜Anと前記第2グループ103の発光セルB1〜Bnが配置され、各発光セルA1〜An,B1〜Bnは相互同一、または一部セルが異なる大きさで形成される。また、各発光セルA1〜An,B1〜Bnは下部の幅と上部の幅が同一、又は上部の幅が下部の幅より狭く形成される。
【0017】
前記第1グループ101と前記第2グループ103の発光セルA1〜An,B1〜Bnは直列連結される。前記各発光セルA1〜An,B1〜Bnのサイズは相互同一、または異なるサイズに製造することができるが、これに限定されるものではない。
【0018】
前記複数の発光セルA1〜An,B1〜Bnは少なくとも1列、またはマトリックス形態に配列させる(アレイ構造とする)ことができる。ここで、前記複数の発光セルA1〜An,B1〜Bnは、前記第1グループ101及び第3グループ103は1つの駆動モードまたはAC電源の1周期の間に駆動されるセルを含むことができる。
【0019】
前記第1グループ101及び前記第2グループ103の発光セルA1〜An,B1〜BnはIII-V族化合物半導体を用いた複数の半導体層を含む。前記各発光セルA1〜An,B1〜Bnは、例えば第1導電型半導体層112、前記第1導電型半導体層112の下に形成された活性層114、前記活性層114の下に形成された第2導電型半導体層116を含む。
【0020】
前記発光セルA1〜An,B1〜Bnは、III-V族元素の化合物半導体は、例えばGaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInP等を含む。前記第1導電型がN型半導体である場合、前記第2導電型はP型半導体からなることができる。
【0021】
前記第1導電型半導体層112は前記活性層114の上に形成され、その厚さは前記活性層114または前記第2導電型半導体層116の厚さよりも厚く形成することができる。前記第1導電型半導体層112がN型半導体である場合、N型ドーパント(例えば、Si、Ge、Sn、Se、Te等)を含む。前記第1導電型半導体層112の上面には凹凸部が形成され、前記凹凸部113は凹凸形状を含む。前記凹凸部113は外部量子効率を高めることができる。また、前記発光セルA1〜An,B1〜Bnの上面に電極を形成しないので、電極による外部量子効率の減少を防止することができる。
【0022】
前記第1導電型半導体層112の上面には透光性層が形成され、前記透光性層は前記第1導電型半導体層112の屈折率より低い屈折率を有する物質、例えば絶縁物質または/及びTCO(Transparent conductive oxide)のような透明電極層を含む。
【0023】
前記活性層114は前記第1導電型半導体層112と前記第2導電型半導体層116の間に配置され、所定波長帯の光を発生させる。前記活性層114は単一量子井戸構造または多重量子井戸(MQW)構造、量子線構造または量子ドット構造に形成することができる。前記活性層114の井戸層/障壁層は、InGaN/GaN、GaN/AlGaN、InGaN/InGaN等のペア構造を含むことができるが、これに限定されるものではない。前記井戸層は前記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により形成することができる。
【0024】
前記活性層114と前記第1導電型半導体層112の間には第1導電型クラッド層(図示されない)を形成することができる。前記第1導電型クラッド層はGaN系半導体からなり、前記活性層114のバンドギャップよりは高いバンドギャップを有する。
【0025】
前記活性層114と前記第2導電型半導体層116の間には第2導電型クラッド層(図示されない)を形成することができる。前記第2導電型クラッド層はGaN系半導体からなり、前記活性層114のバンドギャップよりは高いバンドギャップを有する。
【0026】
前記活性層114の下には第2導電型半導体層116が形成される。前記第2導電型半導体層116は第2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等のような化合物半導体のいずれか1つからなることができる。前記第2導電型半導体層116がP型半導体層である場合、前記第2導電型ドーパントはP型ドーパント、例えばMg、Zn、Ca、Sr、Ba等を含むことができる。
【0027】
前記第2導電型半導体層116の下には第3導電型半導体層が形成され、前記第3導電型半導体層(図示されない)は前記第2導電型と反対極性を有する半導体から形成することができる。前記第3導電型半導体層は前記第1導電型と同一極性を有する半導体から形成することができる。前記発光セルA1〜An,B1〜BnはN-P、P-N、N-P-N、及びP-N-P接合構造のいずれか1つから具現することができる。
【0028】
以下、説明の便宜を図り、発光セルの最下層は第2導電型半導体層116が配置された例を用いて説明することにする。また、各発光セルA1〜An,B1〜Bnには前記第1導電型半導体層112から第2導電型半導体層116の上面一部が露出される段差面が形成されていない構造である。
【0029】
前記第2導電型半導体層116は前記活性層120の下に形成され、Mg、Be、Zn等の元素系のP型ドーパントをドーピングすることができる。ここで、前記発光セルA1〜An,B1〜Bnの最下層は第2導電型半導体層116または第3導電型半導体層が配置され、以下、発光セルA1〜An,B1〜Bnの最下層は第2導電型半導体層116が配置された構造を一例として説明することにする。
【0030】
前記発光セルA1〜An,B1〜Bnは所定のスペーサー161によって構造的に分離され、前記第1グループ101と前記第2グループ103の間のスペーサー161は他のセルの間の間隔と同一又は異なるようにすることができる。
【0031】
導電性接触層118は前記各発光セルA1〜An,B1〜Bnの第2導電型半導体層116の下に形成され、前記導電性接触層118の下には電極層121,122,123,124,125が形成される。前記導電性接触層118はオーミック接触層を含む。前記導電性接触層118は前記第2導電型半導体層116の下面とオーミック接触される。前記導電性接触層118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)、GZO(gallium zinc oxide)、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au、Ni/IrOx/Au/ITO、伝導性酸化物(TCO: Transparent conductive oxide)、伝導性窒化物(TCN: Transparent conductive nitride)等からなることができる。
【0032】
前記導電性接触層118は複数のパターンに形成され、前記パターンとパターンの間に低伝導層(図示されない)を更に形成することができる。前記低伝導層は、前記導電性接触層118のパターンの間に前記導電性接触層118より低伝導性の物質、例えば絶縁物質からなることができる。前記導電性接触層118の個数は前記発光セルA1〜An,B1〜Bnの個数と同一にすることができる。
【0033】
前記電極層121,122,123,124,125はAg、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf、W、Ti、及びこれらの選択的な組合から構成された物質から選択され、単一層または多重層に形成することができる。前記電極層121,122,123,124,125は電気的にオーミック接触され、高反射率(例えば、50%以上)を有する反射電極層として機能することができる。
【0034】
前記電極層121,122,123,124,125の一部、または全領域は発光セルA1〜An,B1〜Bnの下に少なくとも1つが配置される。
【0035】
第1電極層121は前記第1グループ101の一側に配置された第1発光セルA1の下に配置される。前記第1電極層121の他端126は前記導電性接触層118、前記第2導電型半導体層116、前記活性層114を介在して前記第1導電型半導体層112に接触される。前記第1電極層121は前記第1導電型半導体層112の接触部分にオーミック接触物質をさらに含むことができ、これに限定されるものではない。
【0036】
前記第1電極層121の一側は前記第1グループ101の第1発光セルA1よりも外側に延長され、前記第1電極層121の一側の上には第1電極171が電気的に連結される。前記第1電極171は第1パッドとして機能し、前記第1電極層121の一側の上に形成することができる。また、前記第1電極171は前記第1発光セルA1の第1導電型半導体層112の上に形成することができる。
【0037】
第2〜第5電極層122,123,124,125は前記各発光セルA1〜An,Bn〜B1の下に配置され、実質的な反射電極層として機能することになる。第2〜第5電極層122,123,124,125は各発光セルA1〜An,Bn〜B1の下に配置された導電性接触層118と接触される。
【0038】
前記第2〜第4電極層122,123,124の一部126は、次の発光セルの第1導電型半導体層112に接触する。前記第2〜第4電極層122,123,124は隣接する2つの発光セルを直列連結させる。
【0039】
前記第3電極層123は第1グループ101と第2グループ103を電気的に連結させる。前記第3電極層123は前記第1グループ101の発光セルAnと前記第2グループ103の発光セルBnを相互直列連結させる。
【0040】
前記第5電極層125は前記第2グループ103の第1発光セルB1の下に配置された導電性接触層118に接触され、他側は前記第1発光セルB1の他側に延長される。前記第5電極層125の他側には第2電極173が電気的に連結され、前記第2電極173はパッドとして機能し、前記第5電極層125の他側の上に配置される。
【0041】
前記第1電極171と前記第2電極173は前記発光素子100のセンタ側を基準として相互反対側に配置、または相互平行するように配置されるが、これに限定されるものではない。前記第1電極171と前記第2電極173には相互反対極性を有する電源が供給される。
【0042】
第1絶縁層151は前記第1〜第5電極層121,1221,123,124,125の上に形成され、前記第1〜第5電極層121,1221,123,124,125と前記発光セルA1〜An,B1〜Bn、導電性接触層116の間の不必要な接触を遮断する。
【0043】
前記第2絶縁層155は前記第1、第2、第4及び第5電極層121,1221,124,125と前記伝導性支持部材170の間に形成され、前記伝導性支持部材170と前記第1、第2、第4及び第5電極層121,1221,124,125の間の不必要な接触を遮断する。また、前記第2絶縁層155の一部は前記各発光セルA1〜An,B1〜Bnの導電性接触層118と他の発光セルの電極層が接触することを遮断する。
【0044】
ここで、前記第3電極層123は前記第1グループ101の第n発光セルAn、前記第2グループ103の第n発光セルBn、及び前記伝導性支持部材170に接触される。
【0045】
前記第3電極層123と前記第2電極173にはAC電源が1/2周期に分けられて供給され、前記第1グループ101と前記第2グループ103は1/2周期ずつ交互動作することができる。
【0046】
前記第1グループ101の発光セルA1〜Anと前記第2グループ103の発光セルB1〜Bnは直列連結され、前記第1グループ101の第1発光セルA1には第1電極171が連結され、前記第n発光セルAnには伝導性支持部材170が連結され、前記第2グループ103の第1発光セルB1には第2電極173に連結され、前記第n発光セルBnには伝導性支持部材170に連結される。
【0047】
前記伝導性支持部材170は素子全体を支持し、Cu、Au、Ni、Mo、Cu−W、キャリアウェハ(例えば、Si、Ge、GaAs、ZnO、GaN、Ge2O3、SiC等)、Pd、In、W、Si、Ta、Nb等から1つ以上が選択される。
【0048】
前記伝導性支持部材170はヒートシンク及び導電特性を有するように形成することができる。
【0049】
前記伝導性支持部材170はメッキ方式、またはシート形態で付着することができるが、これに限定されるものではない。前記伝導性支持部材170の厚さは30〜500μmに形成されるが、これに限定されるものではない。
【0050】
前記伝導性支持部材170と前記第3電極層123の間には接合層が形成され、前記接合層はチタニウム(Ti)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)の少なくとも1つ、またはこれらの合金を含むことができる。
【0051】
第3絶縁層156は前記発光セルA1〜An,B1〜Bnの周りに形成され、層間ショート及びセル間のショートを防止することができる。また、前記第3絶縁層156は前記発光セルA1〜An,B1〜Bnの上部をカバーすることができる。
【0052】
前記第1〜第3絶縁層151,155,156はSiO2、Si3N4、Al2O3、TiO2等の絶縁物質からなることができる。
【0053】
AC電源の1/2周期の間は正極性と負極性の電源が前記伝導性支持部材170に印加され、第1グループ101の第n発光セルAnから第1発光セルA1を経た後前記第1電極171に流れる。これによって第1グループ101の発光セルA1〜Anは発光するようになる。
【0054】
前記AC電源の次の1/2周期の間は負極性の電源が前記第2電極173を介在して印加され、第2グループ103の第1発光セルB1から第n発光セルBnを経た後前記伝導性支持部材170に流れる。これによって前記第2グループ103の発光セルB1〜Bnは発光するようになる。
【0055】
前記発光素子100に印加されるAC電源のレベルは前記発光セルA1〜An,B1〜Bnの駆動電圧を合わせた電圧と対応される。例えば、220Vの交流電圧では3.5Vの駆動用発光セルは約60個を直列連結することができる。即ち、220Vの交流電圧の場合前記第1グループ101の発光セルA1〜Anは30個が直列連結され、前記第2グループ103の発光セルB1〜Bnは30個が直列連結される。これによって、全体60個の発光セルが直列連結される。また、110Vの交流電圧では、3.5Vの駆動用発光セルは略30個を直列連結することができる。
【0056】
ここで、前記発光セルA1〜An,B1〜Bnの駆動電圧は変更することができ、前記駆動電圧の変更されると発光セルの連結個数も変更される。また、前記半導体発光素子100は別途の整流器を必要とせず駆動することができる。また、前記第1グループ101と第2グループ103の発光セルの個数は交流電源での正極性と負極性のレベルに応じて同一、又は異なるようになる。
【0057】
実施例は1つの伝導性支持部材の上に異なる動作周期を有する少なくとも2つのグループ101,103の発光セルA1〜An,B1〜Bnを配置することによって、素子の大きさを小型化させることができ、またAC電源用発光素子の回路を簡単に実現することができる。またAC電源用発光素子は第1グループ101と第2グループ103の間の連結方式は別途のワイヤを利用せず連結させることができる。
【0058】
また複数の発光セルA1〜An,B1〜Bnの間を連結する方式は発光セルA1〜An,B1〜Bnの下に配置された電極層121,122,123,124,125を介在して連結することによって、発光セルA1〜An,B1〜Bnの上に別途の金属を配置しなくてもよい効果がある。
【0059】
前記発光素子100は、第1グループ101と第2グループ103がバー形態で、または相互平行するように形成され、一回以上屈折した構造を有することができる。前記第1グループ101と前記第2グループ103が相互平行する場合、前記第1電極層121と第5電極層125は相互電気的に連結され、この場合第1電極171及び第2電極173のいずれか1つは形成しなくてもよい。
【0060】
図2は、図1を用いた駆動回路を示す図面である。図2に示すように、AC電源の正極性電流I1は1/2周期の間第1グループ101に印加され、前記第1グループ101の第n発光セルAnから第1発光セルA1を駆動させる。AC電源の残りの1/2周期の間には負極性電流I2が第2グループ103に印加され、前記第2グループ103の第1発光セルB1から第n発光セルBnを駆動させる。このような方式でAC電源は1周期の間第1グループ101と第2グループ103の発光セルA1〜An,B1〜Bnを交互にオン/オフさせることができる。
【0061】
前記AC電源端と前記発光素子100の間には抵抗、整流回路等が配置されるが、これに限定されるものではない。また、前記発光素子は第1グループ101と第2グループ103を別途に駆動させることができる。
【0062】
図3〜図12は、図1の発光素子の製造過程を示す図面である。以下では、発光素子の第1グループの製造過程に対して説明し、第1グループは複数の発光セルを有するものを例に説明することにする。また、第2グループの製造過程に対する詳しい構造は第1グループの製造過程を参照することにする。
【0063】
図3に示すように、基板110は成長装置にロードされ、その上にII-VIの化合物半導体を層、またはパターン形態に形成される。
【0064】
前記成長装置は電子ビーム蒸着機、PVD(physical vapor deposition)、CVD(chemical vapor deposition)、PLD(plasma laser deposition)、二重型熱蒸着機(dual-type thermal evaporator)sputtering(sputtering)、MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)等を用いることができ、このような装備に限定されない。
【0065】
前記基板110は絶縁基板または伝導性基板を含み、例えばサファイア基板(Al203)、GaN、SiC、ZnO、Si、GaP、InP、Ga203、及びGaAs等からなるグループから選択することができる。前記基板110の上面には凹凸構造を形成することができる。
【0066】
前記基板110の上にはII-VI元素の化合物半導体層またはパターン、例えばZnO層(図示されない)、バッファ層(図示されない)、Undoped(ドーピングされない)半導体層(図示されない)の少なくとも1つの層が形成される。前記バッファ層またはUndoped半導体層はIII-V族元素の化合物半導体からなることができ、前記バッファ層は前記基板とのGaN系半導体との格子定数の差を減らし、前記Undoped半導体層はドーピングされないGaN系半導体からなることができる。以下、説明の便宜を図り、前記基板110の上には第1導電型半導体層112が形成される例を説明することにする。
【0067】
前記基板110の上には発光セルのために複数の化合物半導体層が形成される。前記基板110の上には第1導電型半導体層112が形成され、前記第1導電型半導体層112の上には活性層114が形成され、前記活性層114の上には第2導電型半導体層116が形成される。
【0068】
前記第1導電型半導体層112は第1導電型ドーパントがドーピングされたIII-V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等からなることができる。前記第1導電型がN型半導体である場合、前記第1導電型ドーパントはSi、Ge、Sn、Se、Te等のN型ドーパントを含む。前記第1導電型半導体層112は単一層または多重層に形成されるが、これに限定されるものではない。
【0069】
前記第1導電型半導体層112の上には活性層114が形成され、前記活性層114は単一量子井戸構造、多重量子井戸構造(MQW)、量子ドット構造及び量子線構造の少なくとも1つに形成される。前記活性層114の井戸層/障壁層はInGaN/GaN、GaN/AlGaN、InGaN/InGaN等のペア構造を含むことができ、前記ペアの繰返し周期は1〜30回で繰り返されるが、これに限定されるものではない。前記井戸層は前記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からなることができる。
【0070】
前記活性層114と前記第1導電型半導体層112の間には第1導電型クラッド層(図示されない)が配置され、前記第1導電型クラッド層はGaN系半導体からなり、前記活性層114のバンドギャップよりは高いバンドギャップを有する。
【0071】
前記活性層114と前記第2導電型半導体層116の間には第2導電型クラッド層(図示されない)が配置され、前記第2導電型クラッド層はGaN系半導体からなり、前記活性層114のバンドギャップよりは高いバンドギャップを有する。
【0072】
前記活性層114の上には第2導電型半導体層116が形成される。前記第2導電型半導体層116は第2導電型ドーパントがドーピングされたIII-V族化合物半導体、例えばGaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInP等の化合物半導体のいずれか1つからなることができる。前記第2導電型半導体層116がP型半導体層である場合、前記第2導電型ドーパントはP型ドーパント、例えばMg、Zn、Ca、Sr、Ba等を含むことができる。
【0073】
また、前記第2導電型半導体層116の上には第3導電型半導体層が形成され、前記第3導電型半導体層は前記第2導電型と反対極性を有する半導体、または前記第1導電型と同一極性を有する半導体からなることができる。
【0074】
前記第1導電型半導体層112、前記活性層114及び前記第2導電型半導体層116の積層構造は発光セル領域に定義することができる。また、前記発光セル領域はN-P接合、P-N接合、N-P-N接合、P-N-P接合構造の少なくとも1つを含むことができる。
【0075】
図4に示すように、前記第2導電型半導体層116の上には複数の導電性接触層118が形成され、前記導電性接触層118は一定間隔に離隔される。前記導電性接触層118は各発光セル領域と対応する幅に形成することができる。
【0076】
前記導電性接触層118は前記第2導電型半導体層116の上面一部に形成され、オーミック接触される。前記導電性接触層118は透光性伝導材料は、例えば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)、GZO(gallium zinc oxide)、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au、及びNi/IrOx/Au/ITOの少なくとも1つを含むことができる。
【0077】
前記導電性接触層118は、層またはパターンの形態に形成され、このような層またはパターン形態は前記第2導電型半導体層116とのオーミック抵抗を変更させることができる。
【0078】
図5に示すように、複数の窪み部119を形成する。前記窪み部119は前記第2導電型半導体層116から前記第1導電型半導体層112の上面が露出する程度の深さに形成される。前記窪み部119の間の間隔T1は予め決められた間隔、例えば各電極層の一部に対応する間隔に形成することができる。前記複数の窪み部119によって分割された前記第2導電型半導体層116の上面には導電性接触層118がそれぞれ配置される。ここで、前記窪み部119と前記導電性接触層118の形成順番は変えることができ、これに限定されるものではない。
【0079】
図6に示すように、前記第2導電型半導体層116の上面中前記導電性接触層118が形成されない領域には第1絶縁層151が形成される。前記第1絶縁層151は、例えばマスク層を形成した後フォトリソグラフィ工程によって、前記マスク層が形成されない領域に形成することができる。前記導電性接触層118を除いた前記第2導電型半導体層116の上面、前記窪み部119内に形成することができる。ここで、前記第1導電型半導体層112は前記窪み部119に配置された前記第1絶縁層151を介在して露出される。
【0080】
図7及び図8に示すように、前記第1絶縁層151及び前記導電性接触層118の上には電極層121,122,123が形成される。前記電極層121,122,123は相互物理的に離隔され、反射電極層として機能する。前記第1〜第3電極層121,122,123はAg、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf、W、Ti、及びこれらの選択的な組合から構成される物質を選択的に用いることができる。
【0081】
第1電極層121は前記第1絶縁層151の上に形成され、その一部は窪み部119を介在して前記第1導電型半導体層112に接触される。第2電極層122は前記第1絶縁層151及び前記導電性接触層118の上に形成され、その一部は窪み部119を介在して前記第1導電型半導体層112に接触される。また、前記電極層121,122,123の一部は1つまたは複数に形成されて第1導電型半導体層112に接触されるが、これに限定されるものではない。
【0082】
第3電極層123は前記導電性接触層118及び前記第1絶縁層151の上に形成される。前記第3電極層123は図1の構造のセンタ側第3電極層の位置に配置することができる。ここで、前記第2及び第3電極層122,123は各発光セルそれぞれに対応し、図1と同様に隣接した発光セルを直列連結する。
【0083】
図8に示すように、前記第1及び第2電極層121,122の上には第2絶縁層155が形成される。ここで、前記第3電極層123の上面は開口された構造により露出される。前記第1及び第2絶縁層151,155はSiO2、Si3N4、Al2O3、TiO2等の絶縁物質からなることができる。
【0084】
図9に示すように、前記第2絶縁層155及び前記第3電極層123の上には伝導性支持部材170が形成される。前記伝導性支持部材170は素子全体を支持し、Cu、Au、Ni、Mo、Cu-W、キャリアウェハ(例えば、Si、Ge、GaAs、ZnO、GaN、Ge2O3、SiC等)、Pd、In、W、Si、Ta、Nb等の1つ以上からなることができる。
【0085】
前記伝導性支持部材170はヒートシンク及び導電特性を有するように形成することができる。前記伝導性支持部材170はメッキ方式またはシート形態に付着されるが、これに限定されるものではない。前記伝導性支持部材170の厚さは30〜500μmに形成されるが、これに限定されるものではない。
【0086】
前記伝導性支持部材170と前記第3電極層123の間には接合層が形成され、前記接合層はチタニウム(Ti)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)の少なくとも1つ、またはこれらの合金を含むことができる。
【0087】
図9及び図10に示すように、前記伝導性支持部材170をベースに位置させた後、前記基板110を除去する。
【0088】
前記基板110の除去は物理的または/及び化学的方法を用いて除去することができる。前記物理的方法は前記基板110を通じて一定波長のレーザーを照射する方式(LLO: Laser Lift Off)によって、前記基板110を第1導電型半導体層112から分離させることができる。前記化学的方法は前記基板110と第1導電型半導体層112の間に半導体層(例えば、バッファ層)を湿式エッチングによって除去することで、前記基板110を分離させることができる。
【0089】
前記基板110が除去された前記第1導電型半導体層112の表面に対してICP/RIE(Inductively coupled Plasma/Reactive Ion Etching)工程を行うことができる。前記導電性接触層118及び前記第1〜第3電極層121,122,123は前記第2導電型半導体層116の下に配置され、外部衝撃から保護する。即ち、前記基板の除去工程による衝撃から保護することができる。
【0090】
図11に示すように、複数の発光セルA1〜Anを形成するために所定のスペーサー161に大きさにエッチングする。前記エッチングは前記第2導電型半導体層116の下に配置された前記第1絶縁層151が露出される程の深さに形成される。これによって複数の発光セルA1〜Anは構造的に相互分離される。ここで、前記各発光セルA1〜Anと電極層121,122,123の一部126の間の間隔Dは各発光セルA1〜Anの外側から離隔される。このような間隔Dが大きい場合、その領域には導電性接触層をさらに形成することができる。または前記各発光セルA1〜Anの外側には前記第1絶縁層151が露出され、これに限定されるものではない。
【0091】
前記複数の発光セルA1〜Anの間のスペーサー161の幅は相互同一又は異なるようにすることができ、これに限定されるものではない。前記発光セルA1〜Anは上方から見た時、正四角形、直四角形等のような多角形または円形に形成される。
【0092】
前記第1電極層121の一部126は前記第1発光セルA1の第1導電型半導体層112に連結される。前記第2電極層122は第1発光セルA1の下に配置された導電性接触層118に連結され、その一部126は第2発光セルA2の第1導電型半導体層112に連結される。このような方式で前記第2電極層122は隣接した2つの発光セルを相互直列連結させる。
【0093】
第3電極層123は前記第n発光セルAnの下に配置された導電性接触層118と伝導性支持部材170に連結される。このような方式でn個の発光セルA1〜Anを相互直列連結させることができる。
【0094】
図12に示すように、複数の発光セルA1〜Anの第1導電型半導体層112の表面には凹凸部113が形成され、前記凹凸部113は乾式または/及び湿式エッチングによって所定形状の凹凸構造に形成され、また他の凹凸構造を含むことができる。前記凹凸部113は外部量子効率を高めることができる。
【0095】
また、前記第1発光セルA1の外側には前記第1絶縁層151の一部が露出され、前記第1絶縁層151の一部はエッチングによって開口され、この場合前記第1電極層121が露出される。前記第1電極層121には第1電極171が形成され、前記第1電極171はパッドを含むことができる。
【0096】
前記第1電極171と前記伝導性支持部材170の間にはn個の発光セルA1〜Anが直列連結される。前記のような製造過程によって図1のような発光素子が製造される。
【0097】
本発明はAC電源で駆動される第1グループ及び第2グループの発光セルを含む発光素子を製造して提供することができ、AC電源の使用にともなう別途の部品を必要としない効果がある。また発光セルの上面に電極が配置されないので、光抽出効率を高めることができる。
【0098】
図13は、第2実施例に係わる半導体発光素子を示す側断面図である。第2実施例の説明において、第1実施例を参照し、第1実施例と同様な部分の説明は適宜省略することにする。
【0099】
図13に示すように、発光素子100Aはセンタ側第3電極層123と支持部材170の間に第2絶縁層155を配置する。前記支持部材170はヒートシンクと絶縁性材料からなり、放熱を効果的に行うことができる。前記支持部材170は伝導性金属からなることができるが、これに限定されるものではない。
【0100】
前記発光素子100Aは一端の第1電極171と他端の第2電極173の間に複数の発光セルA1〜An,Bn〜B1が相互直列連結されることで、AC電源の1/2周期の間は発光される。この場合、前記半導体発光素子100Aを2個並列に配置して、AC電源で駆動させることができる。
【0101】
図14は、第3実施例に係わる半導体発光素子を示す側断面図である。第3実施例の説明において、第1実施例を参照し、第1実施例と同様な部分の説明は適宜省略することにする。
【0102】
図14に示すように、発光素子100Bはセンタ側第3電極層123と放熱支持部材170の間に第2絶縁層155がさらに配置される。
【0103】
前記複数のグループ101,103の間のスペーサー161には第3電極175が形成される。前記第3電極175はセンタ側第3電極層123の上に形成され、前記第3電極175を介在してセンタ側第1グループ101Aの第n発光セルAnと第2グループ103Aの第n発光セルBnに連結される。
【0104】
第1グループ101Aの第1発光セルA1の下に配置された第1電極層121は伝導性支持部材170に連結され、第2グループ103Aの第1発光セルB1の下に配置された第5電極層125は伝導性支持部材170に連結される。これによってAC電源の1/2周期の間は第1グループ101Aの発光セルA1〜Anが動作し、残りの1/2周期の間は第2グループ103Aの発光セルB1〜Bnが動作することになる。このような具体的な動作は第1実施例を参照することにする。
【0105】
図15は、実施例に係わる発光素子を含む発光素子パッケージの断面図である。図15に示すように、実施例に係わる発光素子パッケージ30はボディ20と、前記ボディ20に設置された第1リード電極32及び第2リード電極33と、前記ボディ20に設置され、前記第1リード電極32及び第2リード電極33と電気的に連結される発光素子100と、前記発光素子100を囲むモールディング部材40を含む。
【0106】
前記ボディ20はシリコン材、合成樹脂材、金属材、サファイア(Al2O3)、または印刷回路基板(PCB)の少なくとも1つを含んで形成され、前記発光素子100の周囲に傾斜面が形成される。前記ボディ20にはキャビティ22が形成されるが、これに限定されるものではない。
【0107】
前記第1リード電極32及び第2リード電極33は相互電気的に分離され、前記発光素子100に電源を提供する。また、前記第1リード電極32及び第2リード電極33は前記発光素子100から発生された光を反射して光効率を増加させることができ、前記発光素子100から発生される熱を外部に排出する働きもする。
【0108】
前記第1リード電極32及び第2リード電極33は一端が前記ボディ20の上に配置されたものが例示されているが、これに限定されるものではない。例えば、第1、2リード電極32、33はボディ20の上にのみ形成され、前記ボディの下面には第1、2パッドが形成され、前記第1、2リード電極と前記第1、2パッドがそれぞれ前記ボディを貫通する第1、2導電ビアを介在して電気的に連結されることもできる。
【0109】
前記発光素子100は前記ボディ20の上、または前記第1リード電極32または第2リード電極33の上に設置されることができる。
【0110】
前記発光素子100は少なくとも、または複数のワイヤ25を介在して前記第1リード電極32及び第2リード電極33のいずれか1つと電気的に連結される。例えば、図1に図示された前記発光素子100の第1電極及び第2電極はワイヤを介在して第2リード電極33に連結され、前記発光素子100の伝導性支持部材は第1リード電極32の上にダイボンディングすることができる。また、前記発光素子100は、例えば前記第1リード電極32及び第2リード電極33とフリップチップ方式、またはダイボンディング方式によって電気的に連結されることもできる。前記発光素子100は上記開示された実施例の発光素子を選択的に用いることができ、これに限定されるものではない。
【0111】
前記モールディング部材40は透光性シリコンまたは樹脂材からなり、前記発光素子100を囲んで保護することができる。また、前記モールディング部材40には蛍光体が含まれ、前記発光素子100から放出される光の波長を変化させることができる。
【0112】
本発明のパッケージは直下型を例にして説明しているが、エッジ型でも上記のような放熱特性、伝導性及び反射特性の改善効果があり、このような直下型またはエッジ型方式の発光素子は、上記のように樹脂層でパッケージングした後、レンズを前記樹脂層の上に形成または接着することができるが、これに限定されるものではない。
【0113】
<ライトユニット>
実施例による発光素子または発光素子パッケージはライトユニットに適用することができる。前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された構造、図16及び図17に図示された表示装置、図18に図示された照明装置を含み、照明灯、信号灯、車両前照灯、電光掲示板等を含むことができる。
【0114】
図16は実施例に係わる表示装置の分解斜視図である。図16に示すように、実施例に係わる表示装置1000は導光板1041と、前記導光板1041に光を提供する発光モジュール1031と、前記導光板1041の下に反射部材1022と、前記導光板1041の上に光学シート1051と、前記光学シート1051の上に表示パネル1061と、前記導光板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、これに限定されない。
【0115】
前記ボトムカバー1011、反射シート1022、導光板1041、光学シート1051はライトユニット1050に定義することができる。
【0116】
前記導光板1041は光を広めて面光源化させる役割をする。前記導光板1041は透明材質、例えばPMMA(polymethyl metaacrylate)のようなアクリル系樹脂、PET(polyethylene terephthlate)、PC(polycarbonate)、COC(cycloolefin copolymer)及びPEN(polyethylene naphthalate)樹脂の1つからなることができる。
【0117】
前記発光モジュール1031は前記導光板1041の少なくとも一側面に光を提供し、究極的には表示装置の光源として作用する。
【0118】
前記発光モジュール1031は少なくとも1つを含み、前記導光板1041の一側面に直接または間接的に光を提供することができる。前記発光モジュール1031は基板1033と上記開示された実施例の発光素子パッケージ30を含み、前記発光素子パッケージ30は前記基板1033の上に所定間隔で配列させられる(アレイ構造にされる)。
【0119】
前記基板1033は回路パターン(図示されない)を含む印刷回路基板(PCB)からなることができる。但し、前記基板1033は一般PCBのみならず、メタルコアPCB(MCPCB、Metal Core PCB)、フレキシブルPCB(FPCB)等を含むこともでき、これに限定されるものではない。前記発光素子パッケージ30は前記ボトムカバー1011の側面または放熱プレート上に搭載される場合、前記基板1033は除去することができる。ここで、前記放熱プレートの一部は前記ボトムカバー1011の上面に接触される。
【0120】
そして、前記複数の発光素子パッケージ30は、前記基板1033の上に光が放出される出射面が前記導光板1041と所定距離離隔されるように搭載されるが、これに限定されるものではない。前記発光素子パッケージ30は前記導光板1041の一側面の入光部に光を直接または間接的に提供することができるが、これに限定されるものではない。
【0121】
前記導光板1041の下には前記反射部材1022を配置することができる。前記反射部材1022は前記導光板1041の下面に入射された光を反射させて上方に向くようにすることで、前記ライトユニット1050の輝度を向上させることができる。前記反射部材1022は、例えばPET、PC、PVCレジン等からなることができるが、これに限定されるものではない。前記反射部材1022は前記ボトムカバー1011の上面からなることができ、これに限定されるものではない。
【0122】
前記ボトムカバー1011は前記導光板1041、発光モジュール1031及び反射部材1022等を収納することができる。このために、前記ボトムカバー1011は上面が開口されたボックスの形状を有する収納部1012が形成されるが、これに限定されるものではない。前記ボトムカバー1011はトップカバーと連結されることができ、これに限定されるものではない。
【0123】
前記ボトムカバー1011は金属または樹脂材により形成され、プレス成形または圧出成形等の工程によって製造することができる。また、前記ボトムカバー1011は熱伝導性が良い金属または非金属材料を含むことができるが、これに限定されるものではない。
【0124】
前記表示パネル1061は、例えばLCDパネルとして、相互対向する透明材質の第1及び第2基板、そして第1及び第2基板の間に介在する液晶層を含む。前記表示パネル1061の少なくとも一面には偏光板が付着され、このような偏光板の付着構造に限定されない。前記表示パネル1061は光学シート1051を通過した光によって情報を表示する。このような表示装置1000は各種携帯端末機、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、テレビ等に適用することができる。
【0125】
前記光学シート1051は前記表示パネル1061と前記導光板1041の間に配置され、少なくとも一枚の透光性シートを含む。前記光学シート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等のシートの少なくとも1つを含むことができる。前記拡散シートは入射される光を拡散させ、前記水平または/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、前記輝度強化シートは損失される光を再利用して輝度を向上させることができる。また、前記表示パネル1061の上には保護シートが配置されるが、これに限定されるものではない。
【0126】
ここで、前記発光モジュール1031の光の経路上には光学部材として、前記導光板1041及び光学シート1051を含むことができるが、これに限定されるものではない。
【0127】
図17は実施例に係わる表示装置の他の例を示す図面である。図17に示すように、表示装置1100はボトムカバー1152、上記開示された発光素子パッケージ30がアレイされ基板1120、光学部材1154、及び表示パネル1155を含む。
【0128】
前記基板1120と前記発光素子パッケージ30は発光モジュール1060に定義することができる。前記ボトムカバー1152、少なくとも1つの発光モジュール1060、光学部材1154はライトユニットに定義することができる。前記ボトムカバー1152には収納部1153を備えることができ、これに限定されるものではない。
【0129】
ここで、前記光学部材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等の少なくとも1つを含むことができる。前記導光板はPC材またはPMMA(Poly methy methacrylate)材からなることができ、このような導光板は除去することができる。前記拡散シートは入射される光を拡散させ、前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、前記輝度強化シートは損失される光を再利用して輝度を向上させることができる。
【0130】
前記光学部材1154は前記発光モジュール1060の上に配置され、前記発光モジュール1060から放出される光を面光源化、または拡散、集光させる。
【0131】
図18は実施例に係わる照明装置の斜視図である。図18に示すように、照明装置1500はケース1510と、前記ケース1510に設置された発光モジュール1530と、前記ケース1510に設置されて外部電源から電源を提供される連結端子1520を含むことができる。
【0132】
前記ケース1510は放熱特性が良い材質からなることが望ましく、例えば金属または樹脂材からなることができる。
【0133】
前記発光モジュール1530は基板1532と、前記基板1532に搭載される発光素子パッケージ30を含むことができる。前記発光素子パッケージ30は複数個がマトリックス形態、または所定間隔に離隔されてアレイされる。
【0134】
前記基板1532は絶縁体に回路パターンが印刷されたもの、例えば一般の印刷回路基板(PCB)、メタルコアPCB、フレキシブルPCB、セラミックPCB、FR-4基板等を含むことができる。
【0135】
また、前記基板1532は光を効率的に反射させる材質、または表面が光を効率的に反射させるカラー例えば白色、銀色等のコーティング層からなることができる。
【0136】
前記基板1532の上には少なくとも1つの発光素子パッケージ30が搭載される。前記発光素子パッケージ30のそれぞれは少なくとも1つのLEDチップを含むことができる。前記LEDチップは赤色、緑色、青色または白色の有色光をそれぞれ発光する有色発光ダイオード、及び紫外線を発光する紫外線発光ダイオードを含むことができる。
【0137】
前記発光モジュール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の組合を有するように配置することができる。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して配置することができる。
【0138】
前記連結端子1520は前記発光モジュール1530と電気的に連結されて電源を供給することができる。前記連結端子1520はソケット方式で外部電源と連結されるが、これに限定されるものではない。例えば、前記連結端子1520はピン(pin)の形態に形成されて外部電源に挿入されたり、配線によって外部電源に連結されることもできる。
【0139】
実施例は、前記発光素子100がパッケージングされた後前記基板上に搭載され発光モジュールに具現されたり、LEDチップの形態に搭載されパッケージングにより発光モジュールに具現されることができる。
【0140】
前記のライトユニットの発光モジュールは発光素子パッケージを含む。前記発光素子パッケージは、図15のようなパッケージ構造、または上記開示された発光素子を基板上にそれぞれ搭載した後モールディング部材によりパッケージングして使用することができる。
【0141】
本発明の発光素子の製造方法は、成長基板の上に第1導電型半導体層、活性層及び第2導電型半導体層を形成する段階と、前記第2導電型半導体層の上に相互離隔された複数の導電性接触層を形成する段階と、エッチングにより前記第1導電型半導体層を露出させるm(m>4)個の複数の窪み部を形成する段階と、前記第2導電型半導体層の上及び前記窪み部の周りに第1絶縁層を形成する段階と、前記導電性接触層の上及び前記窪み部に電極層をそれぞれ形成する段階と、センタ側電極層を除いた全領域に第2絶縁層を形成する段階と、前記第2絶縁層及び前記センタ側第2電極層の上に伝導性支持部材を形成する段階と、前記基板を除去し、エッチングにより前記第2絶縁層を露出させてm(m≧4)個の発光セルに分離させ、m個の発光セルを直列連結させる段階と、前記発光セルの第1発光セルの第1導電型半導体層に連結される第1電極、及び前記最後目の発光セルの下に配置された電極層に連結される第2電極を形成する段階と、を含む。
【0142】
以上、上記の各実施例に例示された特徴、構造、効果等は本発明の少なくとも1つの実施例に含まれ、必ずしもその1つの実施例にのみ限定されるのではない。されに、各実施例に例示された特徴、構造、効果等は当業者によって他の実施例と組合、または変形して実施することが可能である。よって、このような組合と変形に係わる内容も本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきでる。
【0143】
本発明は交流電源で駆動される半導体発光素子を提供することができ、高電圧交流電源用半導体発光素子を駆動させることができる。本発明は熱的にも安定した半導体発光素子を提供することができる。本発明は複数個が直列連結された発光セルを有する複数個の半導体発光素子を直列、並列、または逆並列に連結した交流駆動用発光装置を提供することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層の下に活性層及び前記活性層の下に第2導電型半導体層を含む複数の発光セルと、
前記複数の発光セルの第1発光セルの第1導電型半導体層に連結された第1電極層と、
前記各発光セルの下にそれぞれ配置され、一部は次の発光セルの第1導電型半導体層に連結された複数の第2電極層と、
前記複数の発光セルのうち最後の発光セルの下に配置された第3電極層と、
前記第1電極層に連結された第1電極と、
前記第3電極層に連結された第2電極と、
前記第1〜第3電極層の周りに絶縁層と、
前記絶縁層の下に配置された支持部材と、を含む発光素子。
【請求項2】
前記支持部材は伝導性支持部材を含み、前記伝導性支持部材は、前記複数の発光セルのセンタ側発光セルの下に配置された第2電極層に連結されることを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
【請求項3】
前記支持部材は絶縁性支持部材を含み、前記絶縁性支持部材は前記絶縁層と異なる物質を含む請求項1に記載の発光素子。
【請求項4】
前記各発光セルと前記第2及び第3電極層のいずれか1つの間に配置された複数の導電性接触層を含む請求項1に記載の発光素子。
【請求項5】
前記導電性接触層の個数は前記発光セルの個数と同一である請求項4に記載の発光素子。
【請求項6】
前記複数の発光セルはバー形態、またはn個(n>2)が相互平行するように配置される請求項1に記載の発光素子。
【請求項7】
前記第1電極層は、前記第1発光セルと前記伝導性支持部材の間に配置され、
前記第1電極は、前記第1電極層の上に配置され、前記第1発光セルから離隔される請求項1に記載の発光素子。
【請求項8】
前記第1電極は、前記複数の発光セルの第1発光セルの第1導電型半導体層の上に形成される請求項1に記載の発光素子。
【請求項9】
前記第2電極は、前記第3電極層の上に配置され、前記最後の発光セルから離隔される請求項1に記載の発光素子。
【請求項10】
前記第2電極層の一部は次の発光セルの第2導電型半導体層から第1導電型半導体層の下部まで延長され、前記絶縁層の一部は前記第2電極層の一部周りに延長される請求項1に記載の発光素子。
【請求項11】
前記複数の発光セルは、前記複数の第2電極層のセンタ側第2電極層と前記第1電極の間に直列連結された第1グループと、前記センタ側第2電極層と前記第2電極の間に直列連結された第2グループを含む請求項1に記載の発光素子。
【請求項12】
前記第1グループの発光セルは前記第2グループの発光セルと同一個数である請求項11に記載の発光素子。
【請求項13】
前記第1グループの発光セルと前記第2グループの発光セルはAC電源の1/2周期ずつ駆動される請求項11に記載の発光素子。
【請求項14】
前記第1〜第3電極層はAg、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf、W、Ti、及びこれらの選択的な組合からなるグループから選択される請求項1に記載の発光素子。
【請求項15】
第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層の下に活性層及び前記活性層の下に第2導電型半導体層を含む複数の発光セルと、
前記各発光セルの下に形成された複数の導電性接触層と、
前記複数の発光セルの第1発光セルの第1導電型半導体層に連結された第1電極層と、
前記各導電性接触層の下にそれぞれ配置され、一部は次の発光セルの第1導電型半導体層に連結された複数の第2電極層と、
前記複数の発光セルのうち最後の発光セルの下に配置された導電性接触層の下に配置される第3電極層と、
前記複数の第2電極層のセンタ側第2電極層に連結された電極と、
前記第1〜第3電極層の周りに形成された絶縁層と、
前記絶縁層の下に形成され、前記複数の発光セルの一番目及び最後の発光セルの下に連結された伝導性支持部材と、を含む発光素子。
【請求項16】
前記複数の発光セルは、前記複数の第2電極層のセンタ側第2電極層と前記第1電極の間に直列連結された第1グループと、前記複数の第2電極層のセンタ側第2電極層と前記第2電極の間に直列連結された第2グループを含む請求項15に記載の発光素子。
【請求項17】
前記第1グループ及び前記第2グループの発光セルはn個(n>2)からなり、前記第1グループの発光セルは前記第2グループの発光セルと同一個数である請求項16に記載の発光素子。
【請求項18】
前記第1グループの発光セルと前記第2グループの発光セルの個数は、AC電源の電圧を各発光セルの駆動電圧で割った個数である請求項16に記載の発光素子。
【請求項19】
前記第1グループの発光セルと前記第2グループの発光セルはAC電源の1/2周期ずつ駆動される請求項16に記載の発光素子。
【請求項20】
ボディと、前記ボディの上に複数のリード電極と、前記複数のリード電極に連結された発光素子と、前記発光素子をモールディングするモールディング部材と、を含み、
前記発光素子は、
第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層の下に活性層及び前記活性層の下に第2導電型半導体層を含む複数の発光セルと、
前記複数の発光セルの第1発光セルの第1導電型半導体層に連結された第1電極層と、
前記各発光セルの下にそれぞれ配置され、一部は次の発光セルの第1導電型半導体層に連結された複数の第2電極層と、
前記複数の発光セルのうち最後の発光セルの下に配置された第3電極層と、
前記第1電極層に連結された第1電極と、
前記第3電極層に連結された第2電極と、
前記第1〜第3電極層の周りに形成された絶縁層と、
前記絶縁層の下に配置された支持部材と、を含む発光素子パッケージ。
【請求項1】
第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層の下に活性層及び前記活性層の下に第2導電型半導体層を含む複数の発光セルと、
前記複数の発光セルの第1発光セルの第1導電型半導体層に連結された第1電極層と、
前記各発光セルの下にそれぞれ配置され、一部は次の発光セルの第1導電型半導体層に連結された複数の第2電極層と、
前記複数の発光セルのうち最後の発光セルの下に配置された第3電極層と、
前記第1電極層に連結された第1電極と、
前記第3電極層に連結された第2電極と、
前記第1〜第3電極層の周りに絶縁層と、
前記絶縁層の下に配置された支持部材と、を含む発光素子。
【請求項2】
前記支持部材は伝導性支持部材を含み、前記伝導性支持部材は、前記複数の発光セルのセンタ側発光セルの下に配置された第2電極層に連結されることを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
【請求項3】
前記支持部材は絶縁性支持部材を含み、前記絶縁性支持部材は前記絶縁層と異なる物質を含む請求項1に記載の発光素子。
【請求項4】
前記各発光セルと前記第2及び第3電極層のいずれか1つの間に配置された複数の導電性接触層を含む請求項1に記載の発光素子。
【請求項5】
前記導電性接触層の個数は前記発光セルの個数と同一である請求項4に記載の発光素子。
【請求項6】
前記複数の発光セルはバー形態、またはn個(n>2)が相互平行するように配置される請求項1に記載の発光素子。
【請求項7】
前記第1電極層は、前記第1発光セルと前記伝導性支持部材の間に配置され、
前記第1電極は、前記第1電極層の上に配置され、前記第1発光セルから離隔される請求項1に記載の発光素子。
【請求項8】
前記第1電極は、前記複数の発光セルの第1発光セルの第1導電型半導体層の上に形成される請求項1に記載の発光素子。
【請求項9】
前記第2電極は、前記第3電極層の上に配置され、前記最後の発光セルから離隔される請求項1に記載の発光素子。
【請求項10】
前記第2電極層の一部は次の発光セルの第2導電型半導体層から第1導電型半導体層の下部まで延長され、前記絶縁層の一部は前記第2電極層の一部周りに延長される請求項1に記載の発光素子。
【請求項11】
前記複数の発光セルは、前記複数の第2電極層のセンタ側第2電極層と前記第1電極の間に直列連結された第1グループと、前記センタ側第2電極層と前記第2電極の間に直列連結された第2グループを含む請求項1に記載の発光素子。
【請求項12】
前記第1グループの発光セルは前記第2グループの発光セルと同一個数である請求項11に記載の発光素子。
【請求項13】
前記第1グループの発光セルと前記第2グループの発光セルはAC電源の1/2周期ずつ駆動される請求項11に記載の発光素子。
【請求項14】
前記第1〜第3電極層はAg、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf、W、Ti、及びこれらの選択的な組合からなるグループから選択される請求項1に記載の発光素子。
【請求項15】
第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層の下に活性層及び前記活性層の下に第2導電型半導体層を含む複数の発光セルと、
前記各発光セルの下に形成された複数の導電性接触層と、
前記複数の発光セルの第1発光セルの第1導電型半導体層に連結された第1電極層と、
前記各導電性接触層の下にそれぞれ配置され、一部は次の発光セルの第1導電型半導体層に連結された複数の第2電極層と、
前記複数の発光セルのうち最後の発光セルの下に配置された導電性接触層の下に配置される第3電極層と、
前記複数の第2電極層のセンタ側第2電極層に連結された電極と、
前記第1〜第3電極層の周りに形成された絶縁層と、
前記絶縁層の下に形成され、前記複数の発光セルの一番目及び最後の発光セルの下に連結された伝導性支持部材と、を含む発光素子。
【請求項16】
前記複数の発光セルは、前記複数の第2電極層のセンタ側第2電極層と前記第1電極の間に直列連結された第1グループと、前記複数の第2電極層のセンタ側第2電極層と前記第2電極の間に直列連結された第2グループを含む請求項15に記載の発光素子。
【請求項17】
前記第1グループ及び前記第2グループの発光セルはn個(n>2)からなり、前記第1グループの発光セルは前記第2グループの発光セルと同一個数である請求項16に記載の発光素子。
【請求項18】
前記第1グループの発光セルと前記第2グループの発光セルの個数は、AC電源の電圧を各発光セルの駆動電圧で割った個数である請求項16に記載の発光素子。
【請求項19】
前記第1グループの発光セルと前記第2グループの発光セルはAC電源の1/2周期ずつ駆動される請求項16に記載の発光素子。
【請求項20】
ボディと、前記ボディの上に複数のリード電極と、前記複数のリード電極に連結された発光素子と、前記発光素子をモールディングするモールディング部材と、を含み、
前記発光素子は、
第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層の下に活性層及び前記活性層の下に第2導電型半導体層を含む複数の発光セルと、
前記複数の発光セルの第1発光セルの第1導電型半導体層に連結された第1電極層と、
前記各発光セルの下にそれぞれ配置され、一部は次の発光セルの第1導電型半導体層に連結された複数の第2電極層と、
前記複数の発光セルのうち最後の発光セルの下に配置された第3電極層と、
前記第1電極層に連結された第1電極と、
前記第3電極層に連結された第2電極と、
前記第1〜第3電極層の周りに形成された絶縁層と、
前記絶縁層の下に配置された支持部材と、を含む発光素子パッケージ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【公開番号】特開2011−54967(P2011−54967A)
【公開日】平成23年3月17日(2011.3.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−192504(P2010−192504)
【出願日】平成22年8月30日(2010.8.30)
【出願人】(510110301)エルジー イノテック カンパニー リミテッド (101)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年3月17日(2011.3.17)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年8月30日(2010.8.30)
【出願人】(510110301)エルジー イノテック カンパニー リミテッド (101)
【Fターム(参考)】
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