複数の発光セルを有する発光装置及びその製造方法
【課題】高電圧交流電源下で最大光出力を増加させることができるように改善された発光装置を提供する。
【解決手段】発光装置は、サファイア基板より熱伝導率が高い熱伝導性基板１１０、例えばＳｉＣ基板を含む。熱伝導性基板の上部に複数の発光セル１００−１〜ｎが直列接続される。一方、熱伝導性基板と発光セルとの間に半絶縁性バッファ層１２０が介在する。半絶縁性バッファ層は、例えばＡｌＮまたは半絶縁性ＧａＮであることができる。サファイア基板より熱伝導率が高い熱伝導性基板を採用することによって、従来のサファイア基板に比べて熱放出性能を改善することができ、高電圧交流電源下で駆動される発光装置の最大光出力を増加させることができる。また、半絶縁性バッファ層を採用して熱伝導性基板を介した漏洩電流基板を通じた漏洩電流及び発光セル間の漏洩電流増加を防止することができる。
【解決手段】発光装置は、サファイア基板より熱伝導率が高い熱伝導性基板１１０、例えばＳｉＣ基板を含む。熱伝導性基板の上部に複数の発光セル１００−１〜ｎが直列接続される。一方、熱伝導性基板と発光セルとの間に半絶縁性バッファ層１２０が介在する。半絶縁性バッファ層は、例えばＡｌＮまたは半絶縁性ＧａＮであることができる。サファイア基板より熱伝導率が高い熱伝導性基板を採用することによって、従来のサファイア基板に比べて熱放出性能を改善することができ、高電圧交流電源下で駆動される発光装置の最大光出力を増加させることができる。また、半絶縁性バッファ層を採用して熱伝導性基板を介した漏洩電流基板を通じた漏洩電流及び発光セル間の漏洩電流増加を防止することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置及びその製造方法に関し、より詳細には、単一のチップ内に直列接続された複数の発光セルを有する発光装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードは、ｎ型半導体とｐ型半導体とが互いに接合された構造を有する光電変換半導体素子であって、電子と正孔の再結合によって発光する。このような発光ダイオードは、表示素子及びバックライトとして広く用いられている。また、発光ダイオードは、既存の電球または蛍光灯に比べて消費電力が小さく、寿命が長くて、白熱電球及び蛍光灯を代替して一般照明用途としてその使用領域を広げている。
【０００３】
発光ダイオードは、交流電源下ではその電流の方向によってオン／オフ状態を反復する。したがって、発光ダイオードを交流電源に直接接続して使用する場合、発光ダイオードが連続的に光を放射せず、逆方向電流により容易に損傷を受けるという問題点がある。
【０００４】
このような発光ダイオードの問題点を解決し、高電圧交流電源に直接接続して使用することができる発光ダイオードが特許文献１に“発光素子を有する発光装置（ＬＩＧＨＴ−ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＥＶＩＣＥ ＨＡＶＩＮＧ ＬＩＧＨＴ−ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＥＬＥＭＥＮＴＳ）”という題目で開示されている。
上記特許文献１によれば、ＬＥＤがサファイア基板のような絶縁性基板上に２次元的に直列接続され、ＬＥＤアレイを形成する。このような２つのＬＥＤアレイがサファイア基板上で逆並列で接続される。その結果、ＡＣパワーサプライにより駆動され得る単一のチップ発光装置が提供される。
【０００５】
しかし、サファイア基板は、熱伝導率が相対的に低いため、熱放出が円滑でない。このような熱放出の限界は、発光装置の最大光出力の限界につながる。したがって、高電圧交流電源下で最大光出力を改善するために、発光装置に対する持続的な努力が要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００４／０２３５６８ Ａｌ号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、高電圧交流電源下で最大光出力を増加させることができるように改善された発光装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、電気伝導性基板を使用する場合にも、基板を介した漏洩電流基板を通じた漏洩電流の増加を防止することができる直列接続された複数の発光セルを有する発光装置を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、基板を介した漏洩電流基板を通じた漏洩電流の増加なく、高電圧交流電源下で最大光出力を増加させることができるように改善された発光装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、複数の発光セルを有する発光装置を開示する。
本発明の一態様に係る発光装置は、サファイア基板より熱伝導率が高い熱伝導性基板を含む。熱伝導性基板の上部に複数の発光セルが直列接続される。一方、熱伝導性基板と発光セルとの間に半絶縁性（ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ）バッファ層が介在する。サファイア基板より熱伝導率が高い熱伝導性基板を採用することによって、従来のサファイア基板に比べて熱放出性能を改善することができるので、高電圧交流電源下で駆動される発光装置の最大光出力を増加させることができる。また、半絶縁性バッファ層を採用して、熱伝導性基板を介した漏洩電流基板を通じた漏洩電流及び発光セル間の漏洩電流の増加を防止することができる。
【００１０】
ここで、熱伝導性基板は、サファイア基板に比べて相対的に熱伝導率が高い物質の基板を意味する。また、“半絶縁性”（ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ）は、一般的に比抵抗が常温で略１０５Ω・ｃｍ以上の高抵抗物質を示し、特別な言及がない限り、絶縁性物質をも含むものとして使われる。
熱伝導性基板は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板であることができる。また、ＳｉＣ基板は、半絶縁性またはｎ型炭化シリコン（ＳｉＣ）基板であることができる。ＡｌＮ及びＳｉＣ基板は、サファイア基板に比べて約１０倍以上の熱伝導率を有する。したがって、ＡｌＮまたはＳｉＣ基板を採用することによって、サファイア基板を採用した発光装置に比べて、熱放出性能が改善された発光装置を提供することができる。
半絶縁性バッファ層は、非ドープ（ｕｎｄｏｐｅｄ）の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）であることができる。ＡｌＮは、ＳｉＣ基板とＩＩＩ族窒化物との間の適当な結晶構造を有する。
【００１１】
これとは異なって、半絶縁性バッファ層は、半絶縁性窒化ガリウム（ＧａＮ）であることができる。半絶縁性窒化ガリウム（ＧａＮ）は、非ドープの窒化ガリウム（ＧａＮ）または電子受容体がドープされた窒化ガリウムであることができる。一般的に非ドープのＧａＮは、基板の種類によって半絶縁性またはｎ型半導体特性を示す。非ドープのＧａＮがｎ型半導体特性を示す場合、ＧａＮに電子受容体（ａｃｃｅｐｔｏｒ）をドープし、半絶縁性ＧａＮを提供することができる。
電子受容体は、アルカリ金属、アルカリ土類金属または遷移金属であることができ、特に、鉄（Ｆｅ）であることができる。Ｆｅは、ＧａＮの構造的な特性に影響を及ぼすことなく、半絶縁性ＧａＮバッファ層を成長させるために採用することができる。
発光セルの各々は、ｎ型半導体層、活性層、及びｐ型半導体層を含む。発光セルは、ｎ型半導体層と、隣接する発光セルのｐ型半導体層とが金属配線により各々電気的に接続される。
【００１２】
本発明の他の態様に係る発光装置は、半絶縁性基板を含む。半絶縁性基板は、ＡｌＮまたはＳｉＣ基板であることができる。半絶縁性基板上に複数の発光セルが直列接続される。本態様によれば、ＡｌＮまたは半絶縁性ＳｉＣ基板上に直接複数の発光セルを形成するので、製造工程を単純化させることができる。
【００１３】
また、本発明は、複数の発光セルを有する発光装置を製造する方法を開示する。発光装置の製造方法は、サファイア基板より熱伝導率が高い熱伝導性基板を準備する段階を含む。熱伝導性基板上に半絶縁性バッファ層が形成され、半絶縁性バッファ層上にｎ型半導体層、活性層、及びｐ型半導体層が形成される。その後、ｎ型半導体層、活性層、及びｐ型半導体層をパターニングし、各々ｎ型半導体層の一部が露出された複数の発光セルを形成する。次いで、各発光セルのｎ型半導体層とそれに隣接する発光セルのｐ型半導体層とを接続し、発光セルを直列接続する金属配線を形成する。これにより、高電圧交流電源下で最大光出力を増加させることができるように改善された発光装置が製造することができる。
【００１４】
熱伝導性基板は、ＡｌＮ基板であるか、半絶縁性またはｎ型ＳｉＣ基板であることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、発光装置の熱放出性能を改善することができ、高電圧交流電源下で最大出力が増加された発光装置を提供することができる。また、半絶縁性基板または半絶縁性バッファ層を採用して基板を介した漏洩電流基板を通じた漏洩電流の増加を防止することができる複数の発光セルを有する発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る複数の発光セルを有する発光装置を説明するための断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るブリッジ整流器を含む発光装置を説明するための回路図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る複数の発光セルを有する発光装置を製造する方法を説明するための断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る複数の発光セルを有する発光装置を製造する方法を説明するための断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る複数の発光セルを有する発光装置を製造する方法を説明するための断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る複数の発光セルを有する発光装置を製造する方法を説明するための断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る複数の発光セルを有する発光装置を製造する方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
以下の実施形態は、当業者に本発明の思想が十分に伝達され得るように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、以下説明される実施形態に限定されないわけではなく、他の形態に具体化されることができる。そして、図面において、構成要素の幅、長さ、厚さなどは、便宜のために誇張されて表現されることができる。明細書全体にわたって同じ参照番号は、同じ構成要素を示す。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態による複数の発光セルが直列接続された発光装置を説明するための断面図である。
図１を参照すると、本発明の発光装置は、熱伝導性基板１１０と、熱伝導性基板１１０上に形成されたバッファ層１２０と、バッファ層１２０上にパターニングされた複数の発光セル１００−１〜１００−ｎと、複数の発光セル１００−１〜１００−ｎを直列接続するための金属配線１７０−１〜１７０−ｎ−１とを含む。
【００１９】
熱伝導性基板１１０は、サファイア基板に比べて相対的に熱伝導率が高い物質の基板である。熱伝導性基板１１０は、ＡｌＮ基板であるか、半絶縁性またはｎ型ＳｉＣ基板であることができる。
バッファ層１２０は、その上部に形成される半導体層と熱伝導性基板１１０との間の格子不整合を緩和するために用いられる。これに加えて、本発明のいくつかの実施形態において、バッファ層１２０は、発光セル１００−１〜１００−ｎと熱伝導性基板１１０とを絶縁させるために用いられる。また、発光セルは、互いに電気的に分離されなければならない。したがって、バッファ層１２０は、半絶縁性物質膜で形成される。熱伝導性基板１１０が半絶縁性ＡｌＮまたは半絶縁性ＳｉＣ基板である場合、バッファ層１２０は省略することができる。
【００２０】
本実施形態で、半絶縁性バッファ層１２０は、ＡｌＮまたは半絶縁性窒化ガリウムＧａＮ層であることができる。非ドープのＡｌＮは、一般的に絶縁特性を示すので、非ドープのＡｌＮは、ＡｌＮ非ドープとして用いることができる。一方、非ドープのＧａＮは、成長方法及び基板物質に依存して一般的にｎ型半導体または半絶縁性を示す。したがって、非ドープのＧａＮが半絶縁性を有する場合、半絶縁性ＧａＮは、非ドープのＧａＮである。一方、非ドープのＧａＮがｎ型半導体特性を示す場合、これを補償（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）するために電子受容体がドープされる。電子受容体は、アルカリ金属、アルカリ土類金属または遷移金属であることができ、特に鉄（Ｆｅ）またはクロム（Ｃｒ）であることができる。
【００２１】
サファイア基板上に半絶縁性ＧａＮ層を形成する方法は、ヘイクマンなど（Ｈｅｉｋｍａｎ ｅｔ ａｌ．）による“有機金属化学気相蒸着法によるＦｅドープされた半絶縁性ＧａＮの成長”（Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ Ｆｅ ｄｏｐｅｄ ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ＧａＮ ｂｙ ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）という題目で２００２年７月１５日に発行されたアプライドフィジックスレータス（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）に開示されている。
フェロセン（ｆｅｒｒｏｃｅｎｅ、Ｃ１０Ｈ１０Ｆｅ）を前駆体（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）とするＭＯＣＶＤ技術を使用してサファイア基板上に半絶縁性ＧａＮ層を形成した。
【００２２】
一般的に、サファイア基板上にＭＯＣＶＤ技術を用いて形成された非ドープのＧａＮは、ｎ型ＧａＮとなる。これは、残余酸素原子がＧａＮ層で電子供与体（ｄｏｎｏｒ）として作用するからである。したがって、Ｆｅのように、電子受容体として作用する金属物質をドープし、電子供与体で補償することによって、半絶縁性ＧａＮを形成することができる。
【００２３】
電子受容体をドープして半絶縁性ＧａＮを形成する技術は、本発明の実施形態で同様に適用することができる。例えば、ＳｉＣ基板上に形成された非ドープのＧａＮは、Ｓｉなどの不純物によりｎ型ＧａＮになることができ、したがってＦｅのような金属物質をドープし、半絶縁性ＧａＮのバッファ層１２０を形成することができる。この時、半絶縁性バッファ層１２０の全ての厚さにわたって電子受容体をドープする必要はなく、バッファ層１２０の一部厚さに限定してＦｅのような電子受容体をドープすることができる。
【００２４】
電子受容体は、イオン注入（ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）技術を用いてドープすることもできる。
半絶縁性バッファ層１２０は、図に示すように、発光セル１００−１〜１００−ｎ間で連続的であることができるが、それらの間で分離することもできる。
【００２５】
一方、複数の発光セル１００−１〜１００−ｎの各々は、ＰＮ接合された窒化物半導体層を含む。
本実施形態で、発光セルの各々は、ｎ型半導体層１３０と、ｎ型半導体層１３０上の所定領域に形成された活性層１４０と、活性層１４０上に形成されたｐ型半導体層１５０とを含む。ｎ型半導体層１３０の上部面の少なくとも一部が露出される。ｎ型半導体層１３０及びｐ型半導体層１５０上にオーミック金属層１６０、１６５を形成することもできる。また、ｎ型半導体層１３０またはｐ型半導体層１５０上に１ｘ１０１９〜１ｘ１０２２／ｃｍ３濃度の高濃度ｎ型半導体トンネリング層やセミメタル（ｓｅｍｉ−ｍｅｔａｌ）層を形成することもでき、その上に透明電極層（図示せず）をさらに形成することもできる。
【００２６】
上記のｎ型半導体層１３０は、ｎ型ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、ｙ≦１）膜であり、ｎ型クラッド（ｃｌａｄ）層を含むことができる。また、ｐ型半導体層１５０は、ｐ型ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、ｙ≦１）であり、ｐ型クラッド層を含むことができる。
ｎ型半導体層１３０は、シリコンＳｉをドープして形成することができ、ｐ型半導体層１５０は、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）をドープして形成することができる。
【００２７】
活性層１４０は、電子及び正孔が再結合される領域であって、ＩｎＧａＮを含んでなる。活性層１４０をなす物質の種類によって発光セルから発光する光の波長が決定される。
活性層１４０は、量子井戸層と障壁層が反復的に形成された多層膜であることができる。障壁層と井戸層は、一般式ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表現される２元〜４元化合物半導体層であることができる。
【００２８】
発光セルは、金属配線１７０−１〜１７０−ｎ−１を介して直列接続される。本実施形態で、金属配線は、ＡＣパワーサプライにより駆動され得る個数の発光セル１００−１〜１００−ｎが直列接続される。すなわち、発光装置に印加される交流駆動電圧／電流と単一の発光セルを駆動するために必要な電圧により直列接続される発光セル１００の個数が限定される。例えば、２２０Ｖ交流電圧下で３．３Ｖ駆動用発光セルは、約６７個が直列で接続させることができる。また、１１０Ｖ交流電圧で、３．３Ｖ駆動用発光セルは、略３４個が直列で接続させることができる。
【００２９】
図１に示すように、ｎ個の発光セル１００−１〜１００−ｎが直列接続された発光装置において、第１発光セル１００−１のｎ型半導体層１３０と第２発光セル１００−２のｐ型半導体層１５０とが第１金属配線１７０−１を介して接続され、第２発光セル１００−２のｎ型半導体層１３０と第３発光セル（図示せず）のｐ型半導体層（図示せず）とが第２金属配線１７０−２を介して接続される。そして、第ｎ−２発光セル（図示せず）のｎ型半導体層（図示せず）と第ｎ−１発光セル１００−ｎ−１のｐ型半導体層１５０とが第ｎ−２金属配線１７０−ｎ−２を介して接続され、第ｎ−１発光セル１００−ｎ−１のｎ型半導体層１３０と第ｎ発光セル１００−ｎのｐ型半導体層１５０とが第ｎ−１金属配線１７０−ｎ−１を介して接続される。
【００３０】
上記直列接続された発光セルは、国際公開第ＷＯ２００４／０２３５６８ Ａｌ号パンフレットに開示されたような、ＬＥＤアレイを構成する。
一方、発光装置は、互いに逆並列で接続された２つのＬＥＤアレイを有し、交流電源下で照明用として用いることができる。第１発光セル１００−１のｐ型半導体層１５０及び第ｎ発光セル１００−ｎのｎ型半導体層１３０に各々交流電源に電気的に接続するためのｐ型パッド及びｎ型パッド（図示せず）を形成することができる。
【００３１】
これとは異なって、発光装置は、交流電流を整流するためにダイオードで構成されたブリッジ整流器を含むことができる。ブリッジ整流器を含む発光装置の回路図を図２に示した。
図２を参照すると、発光セル４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ、４１ｆが直列接続されたＬＥＤアレイ４１を構成する。一方、交流電源４５とＬＥＤアレイ４１及び接地とＬＥＤアレイ４１の間にダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４を含むブリッジ整流器が配置される。ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４は、発光セルと同じ工程により形成される。すなわち、発光セルにブリッジ整流器を作製することができる。
【００３２】
ＬＥＤアレイ４１のアノード端子は、ダイオードＤ１、Ｄ２間のノードに接続され、カソード端子は、ダイオードＤ３、Ｄ４間のノードに接続される。一方、交流電源４５の端子は、ダイオードＤ１、Ｄ４間のノードに接続され、接地は、ダイオードＤ２、Ｄ３間のノードに接続される。
交流電源４５が正の位相を有する場合、ブリッジ整流器のダイオードＤ１、Ｄ３がターンオンされ、ダイオード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Ｄ１、ＬＥＤアレイ４１及びブリッジ整流器のダイオードＤ３を経て接地に流れる。
【００３３】
一方、交流電源４５が負の位相を有する場合、ブリッジ整流器のダイオードＤ１、Ｄ３がターンオフされ、ダイオード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Ｄ２、ＬＥＤアレイ４１及びブリッジ整流器のダイオードＤ４を経て交流電源に流れる。
【００３４】
その結果として、ＬＥＤアレイ４１にブリッジ整流器を接続することによって、交流電源４５を使用してＬＥＤアレイ４１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４５及び接地に接続されるように構成したが、両端部が交流電源の両端子に接続されるように構成することもできる。
本実施形態によれば、１つのＬＥＤアレイを交流電源に電気的に接続して駆動させることができるので、ＬＥＤアレイの使用効率を高めることができる。
【００３５】
以下、複数の発光セルを有する発光装置の製造方法を説明する。
図３〜図７は、本発明の一実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための断面図である。
【００３６】
図３を参照すると、熱伝導性基板１１０上に半絶縁性バッファ層１２０を形成する。
熱伝導性基板１１０は、ＡｌＮ基板またはＳｉＣ基板であることができる。また、ＳｉＣ基板は、半絶縁性またはｎ型であることができる。
一般的に、ＳｉＣ単結晶基板は、ｎ型半導体の特性を有する。これは、ＳｉＣ基板内に含有された窒素（Ｎ）が電子供与体として作用しているからであると知られている。したがって、電子受容体、例えばバナジウム（Ｖ）をドープし、半絶縁性ＳｉＣ単結晶を成長させることができる。
【００３７】
一方、バナジウムをドープせずに、半絶縁性ＳｉＣ結晶を成長させる方法が米国特許第６８１４８０１号明細書に開示されている。
このような技術を使用して半絶縁性ＳｉＣ基板を提供することができる。また、ＳｉＣ基板の表面にイオン注入技術を用いて電子受容体、例えば鉄、バナジウム、炭素またはシリコン（Ｓｉ）を注入することによって、ＳｉＣ上部の一部を半絶縁性ＳｉＣ層に変換させることができる。
【００３８】
半絶縁性バッファ層１２０は、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）またはハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）などを用いて形成される。半絶縁性バッファ層１２０は、ＡｌＮまたは半絶縁性ＧａＮ層であることができる。
半絶縁性ＧａＮ層は、非ドープのＧａＮまたは電子受容体がドープされたＧａＮ層であることができる。電子受容体は、アルカリ金属、アルカリ土類金属または遷移金属であることができ、特に鉄（Ｆｅ）またはクロム（Ｃｒ）であることができる。電子受容体は、ＧａＮ層を形成する間に前駆体を使用する蒸着技術を用いてドープしたり、ＧａＮ層を形成した後、イオン注入技術を用いてドープすることができる。
【００３９】
ｎ型ＳｉＣ基板を使用する場合、半絶縁性バッファ層１２０は、発光セルとｎ型ＳｉＣ基板を電気的に絶縁させてｎ型ＳｉＣ基板を介した漏洩電流基板を通じた漏洩電流を防止する。一方、半絶縁性ＳｉＣ基板を使用する場合、半絶縁性バッファ層１２０を形成する工程を省略することができる。
【００４０】
図４を参照すると、半絶縁性バッファ層１２０上にｎ型半導体層１３０、活性層１４０、及びｐ型半導体層１５０を形成する。これらの半導体層（１３０、１４０、１５０）は、同一工程チャンバーで連続的に形成することができる。
上記のｎ型半導体層１３０、活性層１４０、及びｐ型半導体層１５０は、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法またはＨＶＰＥ法を用いて形成することができ、各々多層で形成することができる。
ｎ型半導体層１３０またはｐ型半導体層１５０上に１ｘ１０１９〜１ｘ１０２２／ｃｍ３濃度の高濃度ｎ型半導体トンネリング層やセミメタル層を形成することができ、その上に透明電極層（図示せず）をさらに形成することができる。
【００４１】
図５を参照すると、ｐ型半導体層１５０、活性層１４０、及びｐ型半導体層１３０をパターニングして、分離された発光セル１００−１〜１００−ｎを形成する。
各層は、フォトリソグラフィック及びエッチング技術を用いてパターニングすることができる。例えば、ｐ型半導体層１５０上にフォトレジストパターンを形成し、これをエッチングマスクとして使用してｐ型半導体層１５０、活性層１４０、及びｎ型半導体層１３０を順次にエッチングする。これにより、分離された発光セルが形成される。この時、半絶縁性バッファ層１２０をエッチングして熱伝導性基板１１０を露出させることもできる。
【００４２】
図６を参照すると、分離された発光セル１００−１〜１００−ｎのｐ型半導体層１５０及び活性層１４０をパターニングして、ｎ型半導体層１３０上部面の一部を露出させる。
パターニング工程は、フォトリソグラフィック及びエッチング技術を使用して行うことができる。すなわち、分離された発光セル１００−１〜１００−ｎを有する熱伝導性基板１１０上にフォトレジストパターンを形成し、これをエッチングマスクとして使用してｐ型半導体層１５０及び活性層１４０の一部をエッチングする。その結果、ｐ型半導体層及び活性層がエッチングされた部分にｎ型半導体層１３０が露出される。
エッチング工程は、湿式または乾式エッチング工程により行うことができる。乾式エッチング工程は、プラズマを利用した乾式エッチング工程であることができる。
【００４３】
図７を参照すると、ｐ型半導体層１５０及びｎ型半導体層１３０上に各々ｐ型オーミック金属層１６０及びｎ型オーミック金属層１６５を形成する。
オーミック金属層（１６０、１６５）は、オーミック金属層（１６０、１６５）が形成される領域を開口したフォトレジストパターン（図示せず）を使用し、金属蒸着工程を実行して形成することができる。
ｐ型オーミック金属層１６０とｎ型オーミック金属層１６５は、同一工程により形成することもでき、各々別個の工程により形成することもできる。上記のオーミック金属層（１６０、１６５）は、Ｐｂ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｇｅ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｎｉ及びＴｉのうちから選択される少なくともいずれか１つの物質層で形成することができる。
【００４４】
その後、隣接する発光セルのｎ型オーミック金属層１６５とｐ型オーミック金属層１６０とを金属配線１７０−１〜１７０−ｎ−１で接続する。金属配線は、エアーブリッジ（ａｉｒｂｒｉｄｇｅ）工程またはステップカバー（ｓｔｅｐ−ｃｏｖｅｒ）工程などにより形成することができる。
【００４５】
エアーブリッジ工程は、国際公開第ＷＯ２００４／０２３５６８ Ａｌ号パンフレットに開示されており、この工程について簡単に説明する。
まず、発光セル及びオーミック金属層（１６０、１６５）が形成された基板上にオーミック金属層（１６０、１６５）を露出させる開口部を有する第１フォトレジストパターンを形成する。その後、電子ビーム蒸着（ｅ−ｂｅａｍ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）技術などを使用して金属物質層を薄く形成する。金属物質層は、開口部及び第１フォトレジストパターン上部の全面に形成される。次いで、接続しようとする隣接する発光セル間の領域及び開口部の金属物質層を露出させる第２フォトレジストパターンを形成する。その後、金などをメッキ技術を使用して形成した後、ソルベントなどの溶液で第１及び第２フォトレジストパターンを除去する。その結果、隣接する発光セルを接続する配線だけが残り、他の金属物質層及びフォトレジストパターンは全て除去される。
【００４６】
一方、ステップカバー工程は、発光セル及びオーミック金属層を有する基板上に絶縁層を形成することを含む。絶縁層をフォトリソグラフィック及びエッチング技術を使用してパターニングし、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層上部のオーミック金属層（１６０、１６５）を露出させる開口部を形成する。次いで、電子ビーム蒸着技術などを使用して開口部を満たし、絶縁層の上部を覆う金属層を形成する。その後、金属層をフォトリソグラフィック及びエッチング技術を使用してパターニングし、互いに隣接する発光セルを接続する配線を形成する。このような、ステップカバー工程は、多様な変形例が可能である。ステップカバー工程を使用すれば、配線が絶縁層により支持されるので、配線に対する信頼性を増加させることができる。
【００４７】
一方、両終端に位置する発光セル１００−１及び１００−ｎに交流電源に接続するためのｐ型パッドとｎ型パッドを形成する。
【００４８】
図面では、発光セルが一列で配列されたものとして示されているが、これは、説明の便宜のためのものであり、発光セルは、国際公開第ＷＯ２００４／０２３５６８ Ａｌ号パンフレットに示すように、平面上に多様な形態で配列させることができる。
【符号の説明】
【００４９】
４１ ＬＥＤアレイ
４１ａ〜４１ｆ 発光セル
４５ 交流電源
Ｄ１〜Ｄ４ ダイオード
１００−１〜１００−ｎ （第１〜第ｎ）発光セル
１１０ 熱伝導性基板
１２０ （半絶縁性）バッファ層
１３０ ｎ型半導体層
１４０ 活性層
１５０ ｐ型半導体層
１６０、１６５ （ｐ型及びｎ型）オーミック金属層
１７０−１〜１７０−ｎ （第１〜第ｎ）金属配線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置及びその製造方法に関し、より詳細には、単一のチップ内に直列接続された複数の発光セルを有する発光装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードは、ｎ型半導体とｐ型半導体とが互いに接合された構造を有する光電変換半導体素子であって、電子と正孔の再結合によって発光する。このような発光ダイオードは、表示素子及びバックライトとして広く用いられている。また、発光ダイオードは、既存の電球または蛍光灯に比べて消費電力が小さく、寿命が長くて、白熱電球及び蛍光灯を代替して一般照明用途としてその使用領域を広げている。
【０００３】
発光ダイオードは、交流電源下ではその電流の方向によってオン／オフ状態を反復する。したがって、発光ダイオードを交流電源に直接接続して使用する場合、発光ダイオードが連続的に光を放射せず、逆方向電流により容易に損傷を受けるという問題点がある。
【０００４】
このような発光ダイオードの問題点を解決し、高電圧交流電源に直接接続して使用することができる発光ダイオードが特許文献１に“発光素子を有する発光装置（ＬＩＧＨＴ−ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＥＶＩＣＥ ＨＡＶＩＮＧ ＬＩＧＨＴ−ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＥＬＥＭＥＮＴＳ）”という題目で開示されている。
上記特許文献１によれば、ＬＥＤがサファイア基板のような絶縁性基板上に２次元的に直列接続され、ＬＥＤアレイを形成する。このような２つのＬＥＤアレイがサファイア基板上で逆並列で接続される。その結果、ＡＣパワーサプライにより駆動され得る単一のチップ発光装置が提供される。
【０００５】
しかし、サファイア基板は、熱伝導率が相対的に低いため、熱放出が円滑でない。このような熱放出の限界は、発光装置の最大光出力の限界につながる。したがって、高電圧交流電源下で最大光出力を改善するために、発光装置に対する持続的な努力が要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００４／０２３５６８ Ａｌ号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、高電圧交流電源下で最大光出力を増加させることができるように改善された発光装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、電気伝導性基板を使用する場合にも、基板を介した漏洩電流基板を通じた漏洩電流の増加を防止することができる直列接続された複数の発光セルを有する発光装置を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、基板を介した漏洩電流基板を通じた漏洩電流の増加なく、高電圧交流電源下で最大光出力を増加させることができるように改善された発光装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、複数の発光セルを有する発光装置を開示する。
本発明の一態様に係る発光装置は、サファイア基板より熱伝導率が高い熱伝導性基板を含む。熱伝導性基板の上部に複数の発光セルが直列接続される。一方、熱伝導性基板と発光セルとの間に半絶縁性（ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ）バッファ層が介在する。サファイア基板より熱伝導率が高い熱伝導性基板を採用することによって、従来のサファイア基板に比べて熱放出性能を改善することができるので、高電圧交流電源下で駆動される発光装置の最大光出力を増加させることができる。また、半絶縁性バッファ層を採用して、熱伝導性基板を介した漏洩電流基板を通じた漏洩電流及び発光セル間の漏洩電流の増加を防止することができる。
【００１０】
ここで、熱伝導性基板は、サファイア基板に比べて相対的に熱伝導率が高い物質の基板を意味する。また、“半絶縁性”（ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ）は、一般的に比抵抗が常温で略１０５Ω・ｃｍ以上の高抵抗物質を示し、特別な言及がない限り、絶縁性物質をも含むものとして使われる。
熱伝導性基板は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板であることができる。また、ＳｉＣ基板は、半絶縁性またはｎ型炭化シリコン（ＳｉＣ）基板であることができる。ＡｌＮ及びＳｉＣ基板は、サファイア基板に比べて約１０倍以上の熱伝導率を有する。したがって、ＡｌＮまたはＳｉＣ基板を採用することによって、サファイア基板を採用した発光装置に比べて、熱放出性能が改善された発光装置を提供することができる。
半絶縁性バッファ層は、非ドープ（ｕｎｄｏｐｅｄ）の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）であることができる。ＡｌＮは、ＳｉＣ基板とＩＩＩ族窒化物との間の適当な結晶構造を有する。
【００１１】
これとは異なって、半絶縁性バッファ層は、半絶縁性窒化ガリウム（ＧａＮ）であることができる。半絶縁性窒化ガリウム（ＧａＮ）は、非ドープの窒化ガリウム（ＧａＮ）または電子受容体がドープされた窒化ガリウムであることができる。一般的に非ドープのＧａＮは、基板の種類によって半絶縁性またはｎ型半導体特性を示す。非ドープのＧａＮがｎ型半導体特性を示す場合、ＧａＮに電子受容体（ａｃｃｅｐｔｏｒ）をドープし、半絶縁性ＧａＮを提供することができる。
電子受容体は、アルカリ金属、アルカリ土類金属または遷移金属であることができ、特に、鉄（Ｆｅ）であることができる。Ｆｅは、ＧａＮの構造的な特性に影響を及ぼすことなく、半絶縁性ＧａＮバッファ層を成長させるために採用することができる。
発光セルの各々は、ｎ型半導体層、活性層、及びｐ型半導体層を含む。発光セルは、ｎ型半導体層と、隣接する発光セルのｐ型半導体層とが金属配線により各々電気的に接続される。
【００１２】
本発明の他の態様に係る発光装置は、半絶縁性基板を含む。半絶縁性基板は、ＡｌＮまたはＳｉＣ基板であることができる。半絶縁性基板上に複数の発光セルが直列接続される。本態様によれば、ＡｌＮまたは半絶縁性ＳｉＣ基板上に直接複数の発光セルを形成するので、製造工程を単純化させることができる。
【００１３】
また、本発明は、複数の発光セルを有する発光装置を製造する方法を開示する。発光装置の製造方法は、サファイア基板より熱伝導率が高い熱伝導性基板を準備する段階を含む。熱伝導性基板上に半絶縁性バッファ層が形成され、半絶縁性バッファ層上にｎ型半導体層、活性層、及びｐ型半導体層が形成される。その後、ｎ型半導体層、活性層、及びｐ型半導体層をパターニングし、各々ｎ型半導体層の一部が露出された複数の発光セルを形成する。次いで、各発光セルのｎ型半導体層とそれに隣接する発光セルのｐ型半導体層とを接続し、発光セルを直列接続する金属配線を形成する。これにより、高電圧交流電源下で最大光出力を増加させることができるように改善された発光装置が製造することができる。
【００１４】
熱伝導性基板は、ＡｌＮ基板であるか、半絶縁性またはｎ型ＳｉＣ基板であることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、発光装置の熱放出性能を改善することができ、高電圧交流電源下で最大出力が増加された発光装置を提供することができる。また、半絶縁性基板または半絶縁性バッファ層を採用して基板を介した漏洩電流基板を通じた漏洩電流の増加を防止することができる複数の発光セルを有する発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る複数の発光セルを有する発光装置を説明するための断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るブリッジ整流器を含む発光装置を説明するための回路図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る複数の発光セルを有する発光装置を製造する方法を説明するための断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る複数の発光セルを有する発光装置を製造する方法を説明するための断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る複数の発光セルを有する発光装置を製造する方法を説明するための断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る複数の発光セルを有する発光装置を製造する方法を説明するための断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る複数の発光セルを有する発光装置を製造する方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
以下の実施形態は、当業者に本発明の思想が十分に伝達され得るように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、以下説明される実施形態に限定されないわけではなく、他の形態に具体化されることができる。そして、図面において、構成要素の幅、長さ、厚さなどは、便宜のために誇張されて表現されることができる。明細書全体にわたって同じ参照番号は、同じ構成要素を示す。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態による複数の発光セルが直列接続された発光装置を説明するための断面図である。
図１を参照すると、本発明の発光装置は、熱伝導性基板１１０と、熱伝導性基板１１０上に形成されたバッファ層１２０と、バッファ層１２０上にパターニングされた複数の発光セル１００−１〜１００−ｎと、複数の発光セル１００−１〜１００−ｎを直列接続するための金属配線１７０−１〜１７０−ｎ−１とを含む。
【００１９】
熱伝導性基板１１０は、サファイア基板に比べて相対的に熱伝導率が高い物質の基板である。熱伝導性基板１１０は、ＡｌＮ基板であるか、半絶縁性またはｎ型ＳｉＣ基板であることができる。
バッファ層１２０は、その上部に形成される半導体層と熱伝導性基板１１０との間の格子不整合を緩和するために用いられる。これに加えて、本発明のいくつかの実施形態において、バッファ層１２０は、発光セル１００−１〜１００−ｎと熱伝導性基板１１０とを絶縁させるために用いられる。また、発光セルは、互いに電気的に分離されなければならない。したがって、バッファ層１２０は、半絶縁性物質膜で形成される。熱伝導性基板１１０が半絶縁性ＡｌＮまたは半絶縁性ＳｉＣ基板である場合、バッファ層１２０は省略することができる。
【００２０】
本実施形態で、半絶縁性バッファ層１２０は、ＡｌＮまたは半絶縁性窒化ガリウムＧａＮ層であることができる。非ドープのＡｌＮは、一般的に絶縁特性を示すので、非ドープのＡｌＮは、ＡｌＮ非ドープとして用いることができる。一方、非ドープのＧａＮは、成長方法及び基板物質に依存して一般的にｎ型半導体または半絶縁性を示す。したがって、非ドープのＧａＮが半絶縁性を有する場合、半絶縁性ＧａＮは、非ドープのＧａＮである。一方、非ドープのＧａＮがｎ型半導体特性を示す場合、これを補償（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）するために電子受容体がドープされる。電子受容体は、アルカリ金属、アルカリ土類金属または遷移金属であることができ、特に鉄（Ｆｅ）またはクロム（Ｃｒ）であることができる。
【００２１】
サファイア基板上に半絶縁性ＧａＮ層を形成する方法は、ヘイクマンなど（Ｈｅｉｋｍａｎ ｅｔ ａｌ．）による“有機金属化学気相蒸着法によるＦｅドープされた半絶縁性ＧａＮの成長”（Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ Ｆｅ ｄｏｐｅｄ ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ＧａＮ ｂｙ ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）という題目で２００２年７月１５日に発行されたアプライドフィジックスレータス（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）に開示されている。
フェロセン（ｆｅｒｒｏｃｅｎｅ、Ｃ１０Ｈ１０Ｆｅ）を前駆体（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）とするＭＯＣＶＤ技術を使用してサファイア基板上に半絶縁性ＧａＮ層を形成した。
【００２２】
一般的に、サファイア基板上にＭＯＣＶＤ技術を用いて形成された非ドープのＧａＮは、ｎ型ＧａＮとなる。これは、残余酸素原子がＧａＮ層で電子供与体（ｄｏｎｏｒ）として作用するからである。したがって、Ｆｅのように、電子受容体として作用する金属物質をドープし、電子供与体で補償することによって、半絶縁性ＧａＮを形成することができる。
【００２３】
電子受容体をドープして半絶縁性ＧａＮを形成する技術は、本発明の実施形態で同様に適用することができる。例えば、ＳｉＣ基板上に形成された非ドープのＧａＮは、Ｓｉなどの不純物によりｎ型ＧａＮになることができ、したがってＦｅのような金属物質をドープし、半絶縁性ＧａＮのバッファ層１２０を形成することができる。この時、半絶縁性バッファ層１２０の全ての厚さにわたって電子受容体をドープする必要はなく、バッファ層１２０の一部厚さに限定してＦｅのような電子受容体をドープすることができる。
【００２４】
電子受容体は、イオン注入（ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）技術を用いてドープすることもできる。
半絶縁性バッファ層１２０は、図に示すように、発光セル１００−１〜１００−ｎ間で連続的であることができるが、それらの間で分離することもできる。
【００２５】
一方、複数の発光セル１００−１〜１００−ｎの各々は、ＰＮ接合された窒化物半導体層を含む。
本実施形態で、発光セルの各々は、ｎ型半導体層１３０と、ｎ型半導体層１３０上の所定領域に形成された活性層１４０と、活性層１４０上に形成されたｐ型半導体層１５０とを含む。ｎ型半導体層１３０の上部面の少なくとも一部が露出される。ｎ型半導体層１３０及びｐ型半導体層１５０上にオーミック金属層１６０、１６５を形成することもできる。また、ｎ型半導体層１３０またはｐ型半導体層１５０上に１ｘ１０１９〜１ｘ１０２２／ｃｍ３濃度の高濃度ｎ型半導体トンネリング層やセミメタル（ｓｅｍｉ−ｍｅｔａｌ）層を形成することもでき、その上に透明電極層（図示せず）をさらに形成することもできる。
【００２６】
上記のｎ型半導体層１３０は、ｎ型ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、ｙ≦１）膜であり、ｎ型クラッド（ｃｌａｄ）層を含むことができる。また、ｐ型半導体層１５０は、ｐ型ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、ｙ≦１）であり、ｐ型クラッド層を含むことができる。
ｎ型半導体層１３０は、シリコンＳｉをドープして形成することができ、ｐ型半導体層１５０は、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）をドープして形成することができる。
【００２７】
活性層１４０は、電子及び正孔が再結合される領域であって、ＩｎＧａＮを含んでなる。活性層１４０をなす物質の種類によって発光セルから発光する光の波長が決定される。
活性層１４０は、量子井戸層と障壁層が反復的に形成された多層膜であることができる。障壁層と井戸層は、一般式ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表現される２元〜４元化合物半導体層であることができる。
【００２８】
発光セルは、金属配線１７０−１〜１７０−ｎ−１を介して直列接続される。本実施形態で、金属配線は、ＡＣパワーサプライにより駆動され得る個数の発光セル１００−１〜１００−ｎが直列接続される。すなわち、発光装置に印加される交流駆動電圧／電流と単一の発光セルを駆動するために必要な電圧により直列接続される発光セル１００の個数が限定される。例えば、２２０Ｖ交流電圧下で３．３Ｖ駆動用発光セルは、約６７個が直列で接続させることができる。また、１１０Ｖ交流電圧で、３．３Ｖ駆動用発光セルは、略３４個が直列で接続させることができる。
【００２９】
図１に示すように、ｎ個の発光セル１００−１〜１００−ｎが直列接続された発光装置において、第１発光セル１００−１のｎ型半導体層１３０と第２発光セル１００−２のｐ型半導体層１５０とが第１金属配線１７０−１を介して接続され、第２発光セル１００−２のｎ型半導体層１３０と第３発光セル（図示せず）のｐ型半導体層（図示せず）とが第２金属配線１７０−２を介して接続される。そして、第ｎ−２発光セル（図示せず）のｎ型半導体層（図示せず）と第ｎ−１発光セル１００−ｎ−１のｐ型半導体層１５０とが第ｎ−２金属配線１７０−ｎ−２を介して接続され、第ｎ−１発光セル１００−ｎ−１のｎ型半導体層１３０と第ｎ発光セル１００−ｎのｐ型半導体層１５０とが第ｎ−１金属配線１７０−ｎ−１を介して接続される。
【００３０】
上記直列接続された発光セルは、国際公開第ＷＯ２００４／０２３５６８ Ａｌ号パンフレットに開示されたような、ＬＥＤアレイを構成する。
一方、発光装置は、互いに逆並列で接続された２つのＬＥＤアレイを有し、交流電源下で照明用として用いることができる。第１発光セル１００−１のｐ型半導体層１５０及び第ｎ発光セル１００−ｎのｎ型半導体層１３０に各々交流電源に電気的に接続するためのｐ型パッド及びｎ型パッド（図示せず）を形成することができる。
【００３１】
これとは異なって、発光装置は、交流電流を整流するためにダイオードで構成されたブリッジ整流器を含むことができる。ブリッジ整流器を含む発光装置の回路図を図２に示した。
図２を参照すると、発光セル４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ、４１ｆが直列接続されたＬＥＤアレイ４１を構成する。一方、交流電源４５とＬＥＤアレイ４１及び接地とＬＥＤアレイ４１の間にダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４を含むブリッジ整流器が配置される。ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４は、発光セルと同じ工程により形成される。すなわち、発光セルにブリッジ整流器を作製することができる。
【００３２】
ＬＥＤアレイ４１のアノード端子は、ダイオードＤ１、Ｄ２間のノードに接続され、カソード端子は、ダイオードＤ３、Ｄ４間のノードに接続される。一方、交流電源４５の端子は、ダイオードＤ１、Ｄ４間のノードに接続され、接地は、ダイオードＤ２、Ｄ３間のノードに接続される。
交流電源４５が正の位相を有する場合、ブリッジ整流器のダイオードＤ１、Ｄ３がターンオンされ、ダイオード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Ｄ１、ＬＥＤアレイ４１及びブリッジ整流器のダイオードＤ３を経て接地に流れる。
【００３３】
一方、交流電源４５が負の位相を有する場合、ブリッジ整流器のダイオードＤ１、Ｄ３がターンオフされ、ダイオード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Ｄ２、ＬＥＤアレイ４１及びブリッジ整流器のダイオードＤ４を経て交流電源に流れる。
【００３４】
その結果として、ＬＥＤアレイ４１にブリッジ整流器を接続することによって、交流電源４５を使用してＬＥＤアレイ４１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４５及び接地に接続されるように構成したが、両端部が交流電源の両端子に接続されるように構成することもできる。
本実施形態によれば、１つのＬＥＤアレイを交流電源に電気的に接続して駆動させることができるので、ＬＥＤアレイの使用効率を高めることができる。
【００３５】
以下、複数の発光セルを有する発光装置の製造方法を説明する。
図３〜図７は、本発明の一実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための断面図である。
【００３６】
図３を参照すると、熱伝導性基板１１０上に半絶縁性バッファ層１２０を形成する。
熱伝導性基板１１０は、ＡｌＮ基板またはＳｉＣ基板であることができる。また、ＳｉＣ基板は、半絶縁性またはｎ型であることができる。
一般的に、ＳｉＣ単結晶基板は、ｎ型半導体の特性を有する。これは、ＳｉＣ基板内に含有された窒素（Ｎ）が電子供与体として作用しているからであると知られている。したがって、電子受容体、例えばバナジウム（Ｖ）をドープし、半絶縁性ＳｉＣ単結晶を成長させることができる。
【００３７】
一方、バナジウムをドープせずに、半絶縁性ＳｉＣ結晶を成長させる方法が米国特許第６８１４８０１号明細書に開示されている。
このような技術を使用して半絶縁性ＳｉＣ基板を提供することができる。また、ＳｉＣ基板の表面にイオン注入技術を用いて電子受容体、例えば鉄、バナジウム、炭素またはシリコン（Ｓｉ）を注入することによって、ＳｉＣ上部の一部を半絶縁性ＳｉＣ層に変換させることができる。
【００３８】
半絶縁性バッファ層１２０は、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）またはハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）などを用いて形成される。半絶縁性バッファ層１２０は、ＡｌＮまたは半絶縁性ＧａＮ層であることができる。
半絶縁性ＧａＮ層は、非ドープのＧａＮまたは電子受容体がドープされたＧａＮ層であることができる。電子受容体は、アルカリ金属、アルカリ土類金属または遷移金属であることができ、特に鉄（Ｆｅ）またはクロム（Ｃｒ）であることができる。電子受容体は、ＧａＮ層を形成する間に前駆体を使用する蒸着技術を用いてドープしたり、ＧａＮ層を形成した後、イオン注入技術を用いてドープすることができる。
【００３９】
ｎ型ＳｉＣ基板を使用する場合、半絶縁性バッファ層１２０は、発光セルとｎ型ＳｉＣ基板を電気的に絶縁させてｎ型ＳｉＣ基板を介した漏洩電流基板を通じた漏洩電流を防止する。一方、半絶縁性ＳｉＣ基板を使用する場合、半絶縁性バッファ層１２０を形成する工程を省略することができる。
【００４０】
図４を参照すると、半絶縁性バッファ層１２０上にｎ型半導体層１３０、活性層１４０、及びｐ型半導体層１５０を形成する。これらの半導体層（１３０、１４０、１５０）は、同一工程チャンバーで連続的に形成することができる。
上記のｎ型半導体層１３０、活性層１４０、及びｐ型半導体層１５０は、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法またはＨＶＰＥ法を用いて形成することができ、各々多層で形成することができる。
ｎ型半導体層１３０またはｐ型半導体層１５０上に１ｘ１０１９〜１ｘ１０２２／ｃｍ３濃度の高濃度ｎ型半導体トンネリング層やセミメタル層を形成することができ、その上に透明電極層（図示せず）をさらに形成することができる。
【００４１】
図５を参照すると、ｐ型半導体層１５０、活性層１４０、及びｐ型半導体層１３０をパターニングして、分離された発光セル１００−１〜１００−ｎを形成する。
各層は、フォトリソグラフィック及びエッチング技術を用いてパターニングすることができる。例えば、ｐ型半導体層１５０上にフォトレジストパターンを形成し、これをエッチングマスクとして使用してｐ型半導体層１５０、活性層１４０、及びｎ型半導体層１３０を順次にエッチングする。これにより、分離された発光セルが形成される。この時、半絶縁性バッファ層１２０をエッチングして熱伝導性基板１１０を露出させることもできる。
【００４２】
図６を参照すると、分離された発光セル１００−１〜１００−ｎのｐ型半導体層１５０及び活性層１４０をパターニングして、ｎ型半導体層１３０上部面の一部を露出させる。
パターニング工程は、フォトリソグラフィック及びエッチング技術を使用して行うことができる。すなわち、分離された発光セル１００−１〜１００−ｎを有する熱伝導性基板１１０上にフォトレジストパターンを形成し、これをエッチングマスクとして使用してｐ型半導体層１５０及び活性層１４０の一部をエッチングする。その結果、ｐ型半導体層及び活性層がエッチングされた部分にｎ型半導体層１３０が露出される。
エッチング工程は、湿式または乾式エッチング工程により行うことができる。乾式エッチング工程は、プラズマを利用した乾式エッチング工程であることができる。
【００４３】
図７を参照すると、ｐ型半導体層１５０及びｎ型半導体層１３０上に各々ｐ型オーミック金属層１６０及びｎ型オーミック金属層１６５を形成する。
オーミック金属層（１６０、１６５）は、オーミック金属層（１６０、１６５）が形成される領域を開口したフォトレジストパターン（図示せず）を使用し、金属蒸着工程を実行して形成することができる。
ｐ型オーミック金属層１６０とｎ型オーミック金属層１６５は、同一工程により形成することもでき、各々別個の工程により形成することもできる。上記のオーミック金属層（１６０、１６５）は、Ｐｂ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｇｅ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｎｉ及びＴｉのうちから選択される少なくともいずれか１つの物質層で形成することができる。
【００４４】
その後、隣接する発光セルのｎ型オーミック金属層１６５とｐ型オーミック金属層１６０とを金属配線１７０−１〜１７０−ｎ−１で接続する。金属配線は、エアーブリッジ（ａｉｒｂｒｉｄｇｅ）工程またはステップカバー（ｓｔｅｐ−ｃｏｖｅｒ）工程などにより形成することができる。
【００４５】
エアーブリッジ工程は、国際公開第ＷＯ２００４／０２３５６８ Ａｌ号パンフレットに開示されており、この工程について簡単に説明する。
まず、発光セル及びオーミック金属層（１６０、１６５）が形成された基板上にオーミック金属層（１６０、１６５）を露出させる開口部を有する第１フォトレジストパターンを形成する。その後、電子ビーム蒸着（ｅ−ｂｅａｍ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）技術などを使用して金属物質層を薄く形成する。金属物質層は、開口部及び第１フォトレジストパターン上部の全面に形成される。次いで、接続しようとする隣接する発光セル間の領域及び開口部の金属物質層を露出させる第２フォトレジストパターンを形成する。その後、金などをメッキ技術を使用して形成した後、ソルベントなどの溶液で第１及び第２フォトレジストパターンを除去する。その結果、隣接する発光セルを接続する配線だけが残り、他の金属物質層及びフォトレジストパターンは全て除去される。
【００４６】
一方、ステップカバー工程は、発光セル及びオーミック金属層を有する基板上に絶縁層を形成することを含む。絶縁層をフォトリソグラフィック及びエッチング技術を使用してパターニングし、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層上部のオーミック金属層（１６０、１６５）を露出させる開口部を形成する。次いで、電子ビーム蒸着技術などを使用して開口部を満たし、絶縁層の上部を覆う金属層を形成する。その後、金属層をフォトリソグラフィック及びエッチング技術を使用してパターニングし、互いに隣接する発光セルを接続する配線を形成する。このような、ステップカバー工程は、多様な変形例が可能である。ステップカバー工程を使用すれば、配線が絶縁層により支持されるので、配線に対する信頼性を増加させることができる。
【００４７】
一方、両終端に位置する発光セル１００−１及び１００−ｎに交流電源に接続するためのｐ型パッドとｎ型パッドを形成する。
【００４８】
図面では、発光セルが一列で配列されたものとして示されているが、これは、説明の便宜のためのものであり、発光セルは、国際公開第ＷＯ２００４／０２３５６８ Ａｌ号パンフレットに示すように、平面上に多様な形態で配列させることができる。
【符号の説明】
【００４９】
４１ ＬＥＤアレイ
４１ａ〜４１ｆ 発光セル
４５ 交流電源
Ｄ１〜Ｄ４ ダイオード
１００−１〜１００−ｎ （第１〜第ｎ）発光セル
１１０ 熱伝導性基板
１２０ （半絶縁性）バッファ層
１３０ ｎ型半導体層
１４０ 活性層
１５０ ｐ型半導体層
１６０、１６５ （ｐ型及びｎ型）オーミック金属層
１７０−１〜１７０−ｎ （第１〜第ｎ）金属配線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア基板より熱伝導率が高い半絶縁性基板と、
前記半絶縁性基板の上部に配置されそれぞれ直列接続される複数の発光セルとを有し、
前記半絶縁性基板は、その下部がＳｉＣ基板であり、その上部がイオン注入された半絶縁性ＳｉＣ層である
ことを特徴とする複数の発光セルを有する発光装置。
【請求項２】
前記複数の発光セルの各々はｎ型半導体層、活性層、及びｐ型半導体層を有し、
前記発光セルのｎ型半導体層と、隣接する前記発光セルのｐ型半導体層とが金属配線により各々電気的に直列接続される
ことを特徴とする請求項１に記載の複数の発光セルを有する発光装置。
【請求項３】
前記複数の発光セルは、前記イオン注入された半絶縁性ＳｉＣ層上に直接形成されることを特徴とする請求項１に記載の複数の発光セルを有する発光装置。
【請求項４】
前記ｎ型半導体層は、前記イオン注入された半絶縁性ＳｉＣ層上に直接形成されることを特徴とする請求項２に記載の複数の発光セルを有する発光装置。
【請求項５】
前記複数の発光セルのうち１つ以上の発光セルは、第１の半導体層、活性層、及び第２の半導体層を有し、
前記第１の半導体層は、隣接する前記発光セルの前記第２の半導体層と直列接続される
ことを特徴とする請求項１に記載の複数の発光セルを有する発光装置。
【請求項６】
前記第１の半導体層は、前記イオン注入された半絶縁性ＳｉＣ層上に直接形成されることを特徴とする請求項５に記載の複数の発光セルを有する発光装置。
【請求項１】
サファイア基板より熱伝導率が高い半絶縁性基板と、
前記半絶縁性基板の上部に配置されそれぞれ直列接続される複数の発光セルとを有し、
前記半絶縁性基板は、その下部がＳｉＣ基板であり、その上部がイオン注入された半絶縁性ＳｉＣ層である
ことを特徴とする複数の発光セルを有する発光装置。
【請求項２】
前記複数の発光セルの各々はｎ型半導体層、活性層、及びｐ型半導体層を有し、
前記発光セルのｎ型半導体層と、隣接する前記発光セルのｐ型半導体層とが金属配線により各々電気的に直列接続される
ことを特徴とする請求項１に記載の複数の発光セルを有する発光装置。
【請求項３】
前記複数の発光セルは、前記イオン注入された半絶縁性ＳｉＣ層上に直接形成されることを特徴とする請求項１に記載の複数の発光セルを有する発光装置。
【請求項４】
前記ｎ型半導体層は、前記イオン注入された半絶縁性ＳｉＣ層上に直接形成されることを特徴とする請求項２に記載の複数の発光セルを有する発光装置。
【請求項５】
前記複数の発光セルのうち１つ以上の発光セルは、第１の半導体層、活性層、及び第２の半導体層を有し、
前記第１の半導体層は、隣接する前記発光セルの前記第２の半導体層と直列接続される
ことを特徴とする請求項１に記載の複数の発光セルを有する発光装置。
【請求項６】
前記第１の半導体層は、前記イオン注入された半絶縁性ＳｉＣ層上に直接形成されることを特徴とする請求項５に記載の複数の発光セルを有する発光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１２９５４６（Ｐ２０１２−１２９５４６Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−３９２３６（Ｐ２０１２−３９２３６）
【出願日】平成２４年２月２４日（２０１２．２．２４）
【分割の表示】特願２００７−５５３９９９（Ｐ２００７−５５３９９９）の分割
【原出願日】平成１７年７月５日（２００５．７．５）
【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）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月２４日（２０１２．２．２４）
【分割の表示】特願２００７−５５３９９９（Ｐ２００７−５５３９９９）の分割
【原出願日】平成１７年７月５日（２００５．７．５）
【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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