JP5762786B2 - 発光素子、発光素子パッケージ - Google Patents

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Description

本発明は、発光素子、発光素子パッケージ及び照明システムに関する。
３族‐５族窒化物半導体（ｇｒｏｕｐ ＩＩＩ‐Ｖ ｎｉｔｒｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）は、物理的、化学的特性により発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）またはレーザダイオード（ＬＤ）などの発光素子の核心素材として注目されている。３族‐５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。
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、化合物半導体の特性を利用して電気を赤外線または光に変換させることで信号を送受信し、あるいは光源として使用される半導体素子の一つである。
このような窒化物半導体材料を利用したＬＥＤまたはＬＤは、光を得るための発光素子に多く使用されており、携帯電話のキーパッド発光部、電光掲示板、照明装置、表示装置などの各種製品の光源に応用されている。
本発明は、新規な構造の発光素子を提供する。
本発明は、複数のチップ構造体が接合された発光素子を提供する。
本発明は、複数のチップ構造体が少なくとも垂直方向に接合された発光素子を提供する。
本発明の一実施形態による発光素子は、第１導電型の半導体層、第１導電型の半導体層の下に配置された第２導電型の半導体層、及び第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層の間に介在された第１の活性層を含む第１の発光構造層と、第１導電型の半導体層に連結された第１の電極と、第１の発光構造層の下に配置された第１の反射層と、第１の反射層の下に配置され、第３導電型の半導体層、第３導電型の半導体層の下に配置された第４導電型の半導体層、及び第３導電型の半導体層と第４導電型の半導体層の間に介在された第２の活性層を含む第２の発光構造層と、第２の発光構造層の下に配置された第２の反射層と、第２の発光構造層と第１の反射層の間に配置されたボンディング層と、第１の発光構造層の第１導電型の半導体層と第２の発光構造層の第３導電型の半導体層を互いに連結する第２の連結部材と、第１の発光構造層の第２導電型の半導体層と第２の発光構造層の第４導電型の半導体層を互いに連結する第１の連結部材と、を含む。
本発明の別の実施形態による発光素子は、第１の光を放出し、第１導電型の半導体層、第１の活性層及び第２導電型の半導体層を含む第１の発光構造層と、第１の発光構造層の上に配置された第１の電極と、第１の発光構造層の下に配置された第１の絶縁層と、第２の光を放出し、第３導電型の半導体層、第２の活性層及び第４導電型の半導体層を含む第２の発光構造層と、第２の発光構造層の下に配置された伝導性支持部材と、第１の絶縁層と第２の発光構造層の間に配置され、互いに接合された複数のボンディング層と、ボンディング層と第２の発光構造層の間に配置された第２の絶縁層と、第１の発光構造層の少なくとも一つの層と第２の発光構造層の少なくとも一つの層とを互いに連結する連結部材と、を含む。
本発明のまた別の実施形態による発光素子パッケージは、本体と、本体上に配置された複数のリード電極と、複数のリード電極のうち少なくとも一つのリード電極上にボンディングされ、複数のリード電極に電気的に連結された発光素子と、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、発光素子は、第１導電型の半導体層、第１導電型の半導体層の下に配置された第２導電型の半導体層、及び第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層の間に介在された第１の活性層を含む第１の発光構造層と、第１導電型の半導体層に連結された第１の電極と、第１の発光構造層の下に配置された第１の反射層と、第３導電型の半導体層、第３導電型の半導体層の下に配置された第４導電型の半導体層、及び第３導電型の半導体層と第４導電型の半導体層の間に介在された第２の活性層を含む第２の発光構造層と、第２の発光構造層の下に配置された第２の反射層と、第２の発光構造層と第１の反射層の間に配置されたボンディング層と、第１の発光構造層の第１導電型の半導体層と第２の発光構造層の第３導電型の半導体層とを互いに連結する第２の連結部材と、第１の発光構造層の第２導電型の半導体層と第２の発光構造層の第４導電型の半導体層とを互いに連結する第１の連結部材と、を含む。
本発明の実施形態は、発光素子を具備した発光素子パッケージ及び照明システムの信頼性を改善することができる。
実施形態による発光素子を示す断面図である。 図１のＡ‐Ａ線に沿った断面図である。 図１の発光素子の発光例を示す図である。 実施形態による発光素子の製造過程を示す図である。 実施形態による発光素子の製造過程を示す図である。 実施形態による発光素子の製造過程を示す図である。 実施形態による発光素子の製造過程を示す図である。 実施形態による発光素子の製造過程を示す図である。 実施形態による発光素子の製造過程を示す図である。 実施形態による発光素子の製造過程を示す図である。 実施形態による発光素子の製造過程を示す図である。 実施形態による発光素子の製造過程を示す図である。 実施形態による発光素子の製造過程を示す図である。 実施形態による発光素子の製造過程を示す図である。 実施形態による発光素子の製造過程を示す図である。 実施形態による発光素子の製造過程を示す図である。 実施形態による発光素子の製造過程を示す図である。 実施形態による発光素子の製造過程を示す図である。 実施形態による発光素子の製造過程を示す図である。 実施形態による発光素子の製造過程を示す図である。 実施形態による発光素子の製造過程を示す図である。 実施形態による発光素子の製造過程を示す図である。 実施形態による発光素子の製造過程を示す図である。 実施形態による発光素子パッケージを示す図である。 実施形態に従う表示装置の分解斜視図である。 実施形態に従う表示装置を示す図である。 実施形態に従う照明装置の斜視図である。
実施形態の説明において、各層（膜）、領域、パターンまたは構造物が基板、各層（膜）、領域、パッドまたはパターンの「上（ｏｎ）」 にまたは「下（ｕｎｄｅｒ）」に形成されると記載される場合、「上（ｏｎ）」と「下（ｕｎｄｅｒ）」は「直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）」または「他の層を介在させて（ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）」形成されることの両方を含む。また、各層の上または下に対する基準は、図面を基準に説明する。
以下、添付図面を参照して実施形態を説明する。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のために誇張または省略されるか、または概略的に示されている。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。
図１を参照すると、発光素子１００は、少なくとも二つのチップ構造体１１０、１３０を含む。発光素子１００は、少なくとも一つの第１のチップ構造体１１０上に一つまたは複数の第２のチップ構造体１３０が配置されてもよい。発光素子１００は、複数の第１のチップ構造体１１０上に一つまたは複数の第２のチップ構造体１３０が配置されてもよい。発光素子１００は、複数のチップ構造体１１０、１３０を２層または３層に積層し、各チップ構造体１１０、１３０は互いに同じ幅または互いに異なる幅を有するように形成されてもよい。また、発光素子１００内のチップ構造体１１０、１３０は、同じ波長帯の光または互いに異なる波長帯の光を放出してもよい。以下、説明の便宜のために、第１のチップ構造体１１０と第２のチップ構造体１３０が垂直方向に接合された構造を一例として説明することにする。
各チップ構造体１１０、１３０は、光を発生させる発光構造層及び発光構造層に電源を供給する電極を含む構造と定義することができる。このようなチップ構造体は説明のための用語であって、実施形態を限定するものではなく、別の用語として発光部、チップ部または素子部のような用語に変更されてもよい。以下、説明の便宜のためにチップ構造体として説明することにする。
また、第２のチップ構造体１３０の少なくとも一部に第１のチップ構造体１１０が配置されてもよく、各構造体１１０、１３０の側面の少なくとも一部は段差構造を含んでもよく、これに限定するものではない。
発光素子１００の第１のチップ構造体１１０は、素子の上部に配置され、第１の電極１０７を具備し、第２のチップ構造体１３０は、第１のチップ構造体１１０の下に配置され、支持部材１３６を具備する。
第１のチップ構造体１１０は、第１の発光構造層２１０、第１の伝導層１１４、第１の絶縁層１０８、第１の連結部材１１５、第２の連結部材１１６、第１の反射層１１７及び第１のボンディング層１１９を含む。
第２のチップ構造体１３０は、支持部材１３６、第２の反射層１３５、第２の伝導層１３４、第２の発光構造層２２０、第３の伝導層１４０、第３の連結部材１３９、第４の連結部材１４２、第５の連結部材１３８、第３の反射層１４３、第２の絶縁層１４１及び第２のボンディング層１４５を含む。
第１の発光構造層２１０は、第１導電型の半導体層１１１、第１の活性層１１２、第２導電型の半導体層１１３を含む。第１の活性層１１２は、第１導電型の半導体層１１１と第２導電型の半導体層１１３の間に介在される。
第１導電型の半導体層１１１は第１導電型のドーパントがドーピングされた３族‐５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などから選択されてもよい。第１導電型の半導体層１１１は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１‐ｘ‐ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を有する半導体材料で形成されてもよい。第１導電型の半導体層１１１はＮ型半導体層であり、Ｎ型半導体層は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、ＴｅなどのようなＮ型ドーパントを含む。第１導電型の半導体層１１１は、単層または多層に形成されてもよく、これに限定するものではない。
第１導電型の半導体層１１１は、互いに異なる半導体層を積層した超格子構造を含んでもよく、超格子構造はＧａＮ／ＩｎＧａＮ、ＧａＮ／ＡｌＧａＮなどの構造を含む。超格子構造は、数Å以上の互いに異なる二つの層を少なくとも２対以上交互に積層した構造を有してもよく、または互いに異なるバンドギャップを有する少なくとも２層を含む。
第１導電型の半導体層１１１下には、第１の活性層１１２が配置される。第１の活性層１１２は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造、量子線（ｗｉｒｅ）構造または量子点（ｄｏｔ）構造のうち選択的に形成されてもよい。第１の活性層１１２は、３族‐５族化合物半導体材料を用いて井戸層／障壁層の周期で形成されてもよく、例えばＩｎＧａＮ／ＧａＮ構造、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ構造、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ構造のうち少なくとも一つを含んでもよい。障壁層は、井戸層のバンドギャップより大きいバンドギャップの物質で形成されてもよいが、これに限定するものではない。
第１導電型の半導体層１１１の上面には、光抽出構造１１１Ａが形成されてもよく、光抽出構造１１１Ａは、三角形状のパターンのような多角形パターンを含んでもよい。光抽出構造１１１Ａは、第１導電型の半導体層１１１の上面の凹凸構造であってもよく、別の物質で形成されてもよい。
第１導電型の半導体層１１１と第１の活性層１１２の間には、第１導電型のクラッド層が形成されてもよい。第１導電型のクラッド層は、ＧａＮ系半導体で形成されてもよく、第１の活性層１１２内の障壁層のバンドギャップより大きいバンドギャップを有し、キャリアを拘束する役割を果たす。
第１の活性層１１２と第２導電型の半導体層１１３の間には、第２導電型のクラッド層が形成されてもよい。第２導電型のクラッド層は、ＧａＮ系半導体で形成されてもよく、第１の活性層１１２内の障壁層のバンドギャップより大きいバンドギャップを有し、キャリアを拘束する役割を果たす。
第１の活性層１１２の下には、第２導電型の半導体層１１３が配置される。第２導電型の半導体層１１３は第２導電型のドーパントがドーピングされた３族‐５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などから選択された材料を含んでもよい。第２導電型の半導体層１１３は、好ましく、ＩｎｘＡｌｙＧａ１‐ｘ‐ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を有する半導体材料で形成されてもよい。
第２導電型の半導体層１１３は単層または多層を含み、多層の場合、ＡｌＧａＮ／ＧａＮのような超格子構造または互いに異なるドーパント濃度を有する層で積層されてもよい。
第２導電型の半導体層１１３はＰ型半導体層であり、Ｐ型半導体層は、Ｍｇ、Ｂｅ、ＺｎなどのようなＰ型ドーパントを含む。第２導電型の半導体層１１３は電極接触層として機能することができ、これに限定するものではない。第２導電型の半導体層１１３の下面は光抽出構造を含んでもよく、これに限定するものではない。
第１の発光構造層２１０の第１導電型の半導体層１１１の厚さは、第２導電型の半導体層１１３の厚さよりも厚く形成されてもよく、これに限定するものではない。
また、第２導電型の半導体層１１３下には、第３導電型の半導体層、例えば、第２導電型と反対の極性を有する半導体層が形成されてもよい。第１の発光構造層２１０は、Ｎ‐Ｐ接合、Ｐ‐Ｎ接合、Ｎ‐Ｐ‐Ｎ接合、Ｐ‐Ｎ‐Ｐ接合構造のうち少なくとも一つで形成されてもよい。ここで、「Ｎ」はＮ型半導体層を示し、「Ｐ」はＰ型半導体層を示し、「‐」は二つの半導体層が直接または間接的に積層される構造を意味する。以下の説明では、第１の発光構造層２１０の最下層に第２導電型の半導体層１１３が配置された構造を一例として説明する。
第１導電型の半導体層１１１上には、第３の絶縁層１０９が形成されてもよい。第３の絶縁層１０９は、素子の上面だけでなく、少なくとも一側面に形成されることもでき、これに限定するものではない。
第１導電型の半導体層１１１の上面には、金属層及び金属酸化物層のうち少なくとも一つが形成されてもよい。
第１導電型の半導体層１１１の上部には第１の電極１０７が接続される。第１の電極１０７は、第１導電型の半導体層１１１の上部に少なくとも一つが配置されてもよい。第１の電極１０７は、パッドまたはパッドとそれに連結されたアーム（ａｒｍ）電極を含んでもよい。第１導電型の半導体層１１１上に透光性物質が配置され、透光性物質の少なくとも一部に第１の電極１０７が配置されてもよい。第１の電極１０７は、第１導電型の半導体層１１１又は／及び透光性物質と電気的に接続されることができる。
第１の電極１０７は、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ａｇ及びＡｕのうち何れか一つまたは複数の物質を混合した金属で形成されてもよく、これに限定するものではない。
第１の電極１０７の上面及び下面のうち少なくとも一つには凹凸面が形成されてもよく、このような凹凸面は入射光の臨界角を変化させることができる。
第２導電型の半導体層１１３の下には、第１の伝導層１１４が形成されてもよい。第１の伝導層１１４は、透光性電極層として使用されることができる。第１の伝導層１１４は、伝導性酸化物または伝導性窒化物系列、例えば、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯＮ（ＩＺＯ ｎｉｔｒｉｄｅ）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）、ＩＺＯＮ（ＩＺＯ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＺｎＯ、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、ＮｉＯのうち選択的に形成されてもよい。また、第１の伝導層１１４は、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆ及びこれらの選択的な組み合わせで構成された物質から形成されてもよい。
第１の伝導層１１４の下には第１の絶縁層１０８が形成される。第１の絶縁層１０８は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２などのような透光性の絶縁物質で形成されてもよく、これに限定するものではない。第１の伝導層１１４の上面及び下面のうち少なくとも一面は、ラフネス面を有してもよく、これに限定するものではない。
第１の絶縁層１０８は、光の放出のために所定の厚さに形成されてもよく、このような厚さにより、第１のチップ構造体１１０から放出された光の放出角度を変化させることができる。第１の絶縁層１０８は、例えば、１μｍ以上の厚さに形成されてもよく、好ましくは５μｍ以上の厚さに形成されてもよい。第１の絶縁層１０８は、第１のチップ構造体１１０内で垂直方向の空間を確保するためのスペーサとして機能し、第１のチップ構造体１１０の厚さによる光の消滅を抑えることができる。
第１の絶縁層１０８には、第１の連結部材１１５及び第２の連結部材１１６が形成される。第１の連結部材１１５及び第２の連結部材１１６は、層と層の間を垂直に連結する伝導性連結部材として定義される。伝導性連結部材は、貫通構造、ビア構造、スルーホール構造などの構造を含んでもよく、以下では説明の便宜のために連結部材を一例として説明する。
第１の連結部材１１５と第２の連結部材１１６は、チップの上部から見たとき、円形状または多角形状を有してもよい。第１の連結部材１１５の直径または幅は第２の連結部材１１６の直径または幅と異なってもよいが、等しくてもよく、これに限定するものではない。第１の連結部材１１５と第２の連結部材１１６の個数は互いに異なってもよく、例えば、第２の連結部材１１６の個数が第１の連結部材１１５より少なくてもよいが、等しい、あるいは多いこともあり、これに限定するものではない。
第１の連結部材１１５と第２の連結部材１１６は、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔａ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｇ及びＡｕのうち一つまたは複数の合金で形成されてもよく、これに限定するものではない。前述された連結部材において、第１の連結部材１１５は、電流供給のために一つまたは複数が形成されてもよく、ライン構造またはループ構造で形成されてもよいが、これに限定するものではない。
第１の連結部材１１５は複数が形成される。複数の第１の連結部材１１５は、第２導電型の半導体層１１３の下に互いに離隔するように配置されてもよく、第１の絶縁層１０８の内部を貫通するように形成される。
第１の連結部材１１５は、第２導電型の半導体層１１３と第１のボンディング層１１９の第１の中間連結部材１２０とを電気的に連結する。第２の連結部材１１６は、第１導電型の半導体層１１１と第１のボンディング層１１９の第２の中間連結部材１１８とを電気的に連結する。
第１の連結部材１１５は第１の伝導層１１４に接触し、第１の伝導層１１４は、第１の連結部材１１５を介して印加される電流を拡散させる。
第２の連結部材１１６は、第１導電型の半導体層１１１の下部に連結され、第１の絶縁層１０８の内部を貫通する。第２の連結部材１１６は、第１の電極１０７の位置と垂直方向に対応したり、ずれるように配置されてもよい。第２の連結部材１１６の直径及び個数などは変更されてもよく、これに限定するものではない。
ここで、第１の絶縁層１０８の一部１０８Ａは、第２導電型の半導体層１１３及び第１の活性層１１２の内部を通して第１導電型の半導体層１１１を露出させる溝に形成され、第２の連結部材１１６の周囲を絶縁する。
第１の絶縁層１０８の下には、第１のボンディング層１１９及び第１の反射層１１７が形成される。第１の反射層１１７は第１の絶縁層１０８を通して入射する光を反射し、光抽出のためにラフネス面を含んでもよい。
第１の反射層１１７は、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆ及びこれらの選択的な組み合わせで構成された物質のうち単層または多層に形成されてもよい。第１の反射層１１７は第１のボンディング層１１９の上部に埋め込まれ（ｅｍｂｅｄｄｅｄ）、その上面は第１のボンディング層１１９から開放されてもよい。また、第１の反射層１１７は第１のボンディング層１１９の上面の上に配置されてもよく、これに限定するものではない。第１の反射層１１７の幅は発光素子１００の幅より小さいか同じであってもよく、これに限定するものではない。
第１のボンディング層１１９には、第１の中間連結部材１２０及び第２の中間連結部材１１８が配置される。第１の中間連結部材１２０は第１の連結部材１１５に対応し、その直径は相互間の接触のために、第１の連結部材１１５の直径より大きくてもよく、これに限定するものではない。第２の中間連結部材１１８は第２の連結部材１１６に対応し、その直径は相互間の接触のために、第２の連結部材１１６の直径より大きくてもよく、これに限定するものではない。
第１の中間連結部材１２０及び第２の中間連結部材１１８の周囲には、絶縁物質１２２、１２１が形成される。絶縁物質１２２、１２１は、第１の絶縁層１０８の物質から選択された物質で形成されてもよく、これに限定するものではない。
第１のボンディング層１１９は、単層または多層の共晶（ｅｕｔｅｃｔｉｃ）工程用金属（以下、共晶金属とする）を用いてボンディングされてもよい。共晶金属は、Ａｕ／Ｓｎ、ＳｎＰｂとＰｂ‐ｆｒｅｅ（亜鉛不使用の）半田などの合金を共晶工程を通じてボンディングすることができる。
第１のボンディング層１１９は、第２のチップ構造体１３０の第２のボンディング層１４５上にボンディングされる。
第２のボンディング層１４５は、単層または多層の共晶工程用金属（以下、共晶金属とする）を用いてボンディングされてもよい。共晶金属は、Ａｕ／Ｓｎ、ＳｎＰｂとＰｂ‐ｆｒｅｅ半田などの合金を共晶工程を通じてボンディングすることができる。別の例として、第１のボンディング層１１９と第２のボンディング層１４５は、絶縁性の接着層として形成されてもよく、その場合、絶縁性の接着層の内部に中間連結部材１１８、１２０、１４６、１４４の絶縁のための絶縁層を形成しなくてもよい。第１及び第２のボンディング層１１９、１４５は、放熱のために、すなわち熱を外部に伝達するために熱伝導性の高い金属または非金属物質で形成されてもよい。
第２のボンディング層１４５には、第３の中間連結部材１４６と第４の中間連結部材１４４が形成される。第３の中間連結部材１４６は、第１のボンディング層１１９の第１の中間連結部材１２０と対応し、互いに接触する。第４の中間連結部材１４４は、第１のボンディング層１１９の第２の中間連結部材１１８と対応し、互いに接触する。
第３の中間連結部材１４６及び第４の中間連結部材１４４の周囲には、絶縁物質１５１、１４９が形成される。絶縁物質１５１、１４９は、第１の絶縁層１０８の物質から選択された物質で形成されてもよく、これに限定するものではない。
第２のボンディング層１４５の下部には第３の反射層１４３が形成される。第３の反射層１４３は、第１の反射層１１７の物質のうち選択された物質で形成されてもよい。第３の反射層１４３は、第２のボンディング層１４５の下部に配置され、光反射のために中間連結部材１４４、１４６を除いた領域に形成されてもよい。
第３の反射層１４３は、第２のボンディング層１４５の下部に埋め込まれ、その下面は第２のボンディング層１４５から開放されてもよい。また、第２の反射層１４３は、第２のボンディング層１４５の下面の下に配置されてもよく、これに限定するものではない。
第２のボンディング層１４５及び第３の反射層１４３の下には、第２の絶縁層１４１が形成されてもよい。第２の絶縁層１４１は、第１の絶縁層１０８の物質のうち選択された物質で形成されてもよい。
第２の絶縁層１４１は所定厚さに形成されて、第２の発光構造層２２０の上に放出される光が水平方向に放出される空間を提供することができる。第２の絶縁層１４１は、第２の発光構造層２２０と第２のボンディング層１４５の間の空間を確保することができる厚さに形成され、第２の発光構造層２２０から放出された光を外部に効率的に放出させる。第２の絶縁層１４１は、例えば、１μｍ以上の厚さに形成されてもよく、好ましくは５μｍ以上の厚さに形成されてもよい。
第２の絶縁層１４１には、第３の連結部材１３９及び第４の連結部材１４２が含まれる。第３の連結部材１３９及び第４の連結部材１４２は、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔａ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｇ及びＡｕのうち一つまたは複数の合金で形成されてもよく、これに限定するものではない。前述された連結部材は、層と層の間を電気的に連結する部材として定義され、連結電極、貫通電極、連結部材電極、スルーホールなどの構造として定義することができ、以下では説明の便宜のために連結部材を一例として説明する。
第３の連結部材１３９は、第２のボンディング層１４５の第３の中間連結部材１４６と電気的に接触し、第４の連結部材１４２は、第２のボンディング層１４５の第４の中間連結部材１４４と電気的に接触する。
第３の連結部材１３９及び第４の連結部材１４２の位置及び直径は、第３の中間連結部材１４６及び第４の中間連結部材１４４にそれぞれ接触する程度を考慮して決められてもよい。
第２の絶縁層１４１の下部には第３の伝導層１４０が形成される。第３の伝導層１４０は、第２の発光構造層２２０の第３導電型の半導体層１３１とオーミック接触することができる。第３の伝導層１４０は第４の連結部材１４２に接触し、第４の連結部材１４２から印加される電流を拡散させる。第３の伝導層１４０は形成されないこともあって、これに限定するものではない。また、第３の伝導層１４０または第３の反射層１４３には、光抽出構造であるラフネスまたは所定パターンが形成されてもよい。
第２の発光構造層２２０は、第３の伝導層１４０の下に形成され、３族‐５族化合物半導体を用にた複数の半導体層、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰなどから選択されてもよい。第２の発光構造層２２０は、好ましく、通常ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を有する３‐５族窒化物半導体で形成されてもよいが、これに限定するものではない。第２の発光構造層２２０は、第３導電型の半導体層１３１、第４導電型の半導体層１３３及び第３導電型の半導体層１３１と第４導電型の半導体層１３３との間に介在された第２の活性層１３２からなる構成を有する。
第２の活性層１３２は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造、量子線構造または量子点構造のうち選択された構造で形成されてもよい。第２の活性層１３２は、井戸層／障壁層の周期で形成されてもよく、井戸層及び障壁層は３族‐５族化合物半導体で形成されてもよく、障壁層のバンドギャップは井戸層のバンドギャップよりも大きく形成されてもよい。井戸層／障壁層の周期は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ構造、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ構造、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ構造を含んでもよく、これに限定するものではない。
ここで、第３導電型はＮ型半導体であり、第４導電型はＰ型半導体であってもよい。また、第４導電型の半導体層１３３の下には、Ｎ型半導体層またはＰ型半導体層がさらに形成されてもよい。第３導電型の半導体層１３１は、第１導電型の半導体層１１１の極性と同じ極性の半導体層で形成されてもよく、第４導電型の半導体層１３３は、第２導電型の半導体層１１２の極性と同じ極性の半導体層で形成されてもよい。
第２の発光構造層２２０の第３導電型の半導体層１３１の厚さは、第４導電型の半導体層１３３の厚さより厚くてもよく、これに限定するものではない。第３導電型の半導体層１３１の上面には、凹凸またはラフネスのような光抽出構造がさらに形成されてもよい。
第２の発光構造層２２０の各層は、第１の発光構造層２１０の各層の説明を参照して説明される。また、第２の発光構造層２２０は、Ｎ‐Ｐ接合、Ｐ‐Ｎ接合、Ｎ‐Ｐ‐Ｎ接合、Ｐ‐Ｎ‐Ｐ接合構造のうち何れか一つに具現されてもよく、各層の間に他の層がさらに追加されてもよく、これに限定するものではない。
第４導電型の半導体層１３３の下には、第２の伝導層１３４が形成されてもよい。第２の伝導層１３４は、上記で開示された透明電極物質を用いて選択的に形成されてもよい。第２の伝導層１３４は、第４導電型の半導体層１３３の下面にオーミック接触し、電流拡散層として機能することができる。第２の伝導層１３４の下面にはラフネスが形成されてもよく、これに限定するものではない。
第２の伝導層１３４の下には、第２の反射層１３５が形成される。第２の反射層１３５はＡｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆ及びこれらの選択的な組み合わせで構成された物質で単層または多層に形成されてもよい。第２の反射層１３５はラフネス形状に形成されてもよく、反射効率を増加させるために、第２の伝導層１３４の下面より広い面積に形成されてもよく、これに限定するものではない。
第２の伝導層１３４及び第２の反射層１３５は、支持部材１３６と同じ幅またはそれより小さい幅に形成されてもよい。また、第２の伝導層１３４及び第２の反射層１３５のうち少なくとも一つは、発光素子の幅と同じ幅に形成されてもよく、これに限定するものではない。
第２の発光構造層２２０には第５の連結部材１３８が形成される。第５の連結部材１３８は、第３の連結部材１３９と対応する位置に形成され、第３の連結部材１３９と電気的に接触する。第５の連結部材１３８は、上記で開示された連結部材物質から選択された物質で形成されてもよく、その個数及び直径は、第３の連結部材１３９との接触面積及び電気的な特性を考慮して決められてもよい。
第５の連結部材１３８は、第２の発光構造層２２０を貫通する形状に形成され、その周囲には絶縁物質１３７が形成される。絶縁物質１３７は、他の層（例えば、１３１、１３２、１３３）との電気的短絡を遮断する。絶縁物質１３７は、第４導電型の半導体層１３３の下面まで延長されてもよく、これに限定するものではない。
第５の連結部材１３８は、第４導電型の半導体層１３３、第３の伝導層１３４、第２の反射層１３５または支持部材１３６のうち少なくとも一つと電気的に連結されてもよい。第５の連結部材１３８は、好ましく第２の反射層１３５又は／及び支持部材１３６に連結されてもよい。
第２の反射層１３５の下には支持部材１３６が形成される。支持部材１３６は伝導性支持部材として使用されることができる。支持部材１３６は素子ベース側に配置され、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅‐タングステン（Ｃｕ‐Ｗ）、キャリアウェハ（例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、ＳｉＣなど）などで具現されることができる。支持部材１３６は、電解メッキ方式でまたはシート形状に形成されてもよく、これに限定するものではない。支持部材１３６は、第２の極性の電源を供給する経路として利用されることができる。支持部材１３６は、別の例として絶縁性部材を含んでもよく、この場合、別の側面やビア構造を介して電源を供給してもよい。
第１のチップ構造体１１０の第１の電極１０７には第１の極性の電源が供給され、第２のチップ構造体１３０の支持部材１３６には第２の極性の電源が供給される。
第１の極性の電源は、第１導電型の半導体層１１１、第２の連結部材１１６、第２の中間連結部材１１８、第４の中間連結部材１４４及び第４の連結部材１４２を介して、第３導電型の半導体層１３１に供給されることができる。
第２の極性の電源は、支持部材１３６に供給され、第５の連結部材１３８、第３の連結部材１３９、第２のボンディング層１４５の第３の中間連結部材１４６、第１のボンディング層１１９の第１の中間連結部材１２０を介して第１の連結部材１１５を経て、第２導電型の半導体層１１３に供給される。これにより、第１及び第２の活性層１１２、１３２はそれぞれ発光することができる。
第１のチップ構造体１１０の第１の発光構造層２１０は、第２のチップ構造体１３０の第２の発光構造層２２０と並列に連結されてもよく、光効率を改善することができる。また、第１のチップ構造体１１０と第２のチップ構造体１３０が並列に連結されるため、何れか一つの発光構造層が不良であっても、他の発光構造層は正常に動作することができる。実施形態では、第１のチップ構造体１１０は第２のチップ構造体１３０に直列に連結されることもでき、この場合、Ｎ‐Ｐ‐Ｎ‐Ｐ接合方式で連結されることができる。
第１のチップ構造体１１０内の複数の半導体層１１１、１１２、１１３と第２のチップ構造体１３０内の複数の半導体層１３１、１３２、１３３は、発光素子内に垂直に配列された複数の連結部材によって互いに並列に連結されることができる。別の例として、連結部材は第１のチップ構造体１１０内の複数の半導体層１１１、１１２、１１３と第２のチップ構造体１３０内の複数の半導体層１３１、１３２、１３３のうち同じ極性または互いに反対の極性に対して、互いに連結することができる。極性は、Ｎ型半導体層またはＰ型半導体層であってもよい。
第１の発光構造層２１０は第１の光を発光し、第２の発光構造層２２０は第１の光または第１の光と異なる第２の光を発光することができる。例えば、第１の光は青色、緑色、赤色、ＵＶ波長の光のうち選択され、第２の光は青色、黄色、紫色、緑色、赤色、ＵＶなどを含んでもよい。
図２は、図１のＡ‐Ａ線に沿った断面図である。
図２を参照すると、第２の絶縁層１４１には複数の第３の連結部材１３９が角領域にそれぞれ配置され、中央領域には第４の連結部材１４２が配置される。第３の連結部材１３９は、円形状または多角形状に形成されてもよく、環形状、すなわち開ループまたは閉ループ形状を含んでもよい。
第４の連結部材１４２は円形、多角形及び分岐構造を選択的に有し、少なくとも一つが具備されてもよい。
図３は、図１の発光素子の光放出例を示す図である。
図３を参照すると、第１のチップ構造体１１０と第２のチップ構造体１３０は並列に連結されており、実質的に同時に駆動されることができる。
第１の発光構造層２１０は第１の光Ｌ１を放出し、第１の光Ｌ１は下方向を除いた全方向に放出される。このとき、第１の光Ｌ１の一部は、第１の反射層１１７により側方向及び上方向に反射されて放出されることができる。
第１の発光構造層２１０の第１の光は、緑色、青色、赤色、黄色及びＵＶ（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）の帯域のうち少なくとも一つを含み、第２の発光構造層２２０から放出された第２の光Ｌ２は、緑色、青色、赤色、黄色及びＵＶの帯域のうち少なくとも一つを含む。
第２のチップ構造体１３０は、第２の発光構造層２２０から放出された第２の光Ｌ２を側方向に放出することができる。第２のチップ構造体１３０の第３の反射層１４３及び第２の反射層１３５は、第２の活性層１３２から放出された第２の光Ｌ２を反射して、光抽出効率を改善することができる。
発光素子１００は、白色光を発光することができる。例えば、第２のチップ構造体１３０を介して赤色または緑色の光を放出し、第１のチップ構造体１１０を介して青色光を放出して、複数の色を混合することで白色光を具現することができる。このような白色光を具現することにより、パッケージ上で発光素子チップを密封するモールディング部材に蛍光体を別途に添加する必要がないという効果がある。実施形態では、第１及び第２の活性層１１２、１３２が互いに異なる波長帯域の光または互いに同じ波長帯域の光を放出してもよく、これに限定するものではない。
本発明の実施形態は、図１の発光素子１００を具備したパッケージを提供することができる。このようなパッケージでは、図１の発光素子が青色光を放出するとき、少なくとも一種類の蛍光体を添加することができ、この場合には、光度が同一大きさの他のチップの１．５倍以上になることができる。また、図１の発光素子が複数の色の光を放出する場合、パッケージ上で複数の色を通じてターゲット光（例えば、白色）を具現することができ、モールディング部材に別途の蛍光体を添加しないか、あるいは蛍光体の種類を減らすことができる。
図４〜図２３は、実施形態による発光素子の製造過程を示す図である。第１のチップ構造体の製造過程は図４〜図７を参照して説明する。
図４及び図５を参照すると、第１の成長基板１６０が成長装備にローディングされ、その上には複数の化合物半導体を用いた第１の発光構造層２１０が形成される。成長装備は、電子ビーム蒸着機、ＰＶＤ（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＰＬＤ（ｐｌａｓｍａ ｌａｓｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、二重型の熱蒸着機（ｄｕａｌ‐ｔｙｐｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、ＭＯＣＶＤ（ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などを含んでもよく、このような装備に限定するものではない。
第１の成長基板１６０は、サファイア（Ａｌ２０３）、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ及びＧａ２Ｏ３などからなる群から選択される物質で形成されてもよい。第１の成長基板１６０上にはラフネス（図示せず）が形成されてもよく、ラフネスは半球形状またはストライプ形状などに形成されてもよい。
第１の成長基板１６０上には第１の発光構造層２１０が形成される。第１の成長基板１６０と第１の発光構造層２１０の間には、他の半導体、例えば２族〜６族元素の化合物半導体（例えば、ＺｎＯ、ＧａＮ）を用いて格子定数差を改善したり光抽出効率を改善するための層または構造物として、凹凸パターンまたはラフネスが形成されてもよい。
また、第１の成長基板１６０上にはバッファ層又は／及びアンドープ（ｕｎｄｏｐｅｄ）半導体層が形成されてもよく、バッファ層は、３族‐５族化合物半導体を用いてたＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰなどから選択されてもよい。アンドープ半導体層は、第１導電型の半導体層よりは伝導性が低い層であって、ドーピングされないＧａＮ系半導体で形成されてもよく、Ｎ型半導体特性を有する。
第１の発光構造層２１０は、例えば、第１導電型の半導体層１１１、第１の活性層１１２及び第２導電型の半導体層１１３を含む。第１導電型の半導体層１１１は、第１導電型のドーパントがドーピングされた３族‐５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などから選択されてもよい。第１導電型の半導体層１１１はＮ型半導体層であり、Ｎ型半導体層はＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、ＴｅのようなＮ型ドーパントを含む。第１の活性層１１２は、第１導電型の半導体層１１１上に３族‐５族元素の化合物半導体を用いて単一量子井戸構造、多重量子井戸構造、量子点構造または量子線構造で形成されてもよく、例えばＩｎＧａＮ井戸層／ＧａＮ障壁層の周期で形成されてもよい。井戸層は、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で形成されてもよい。
第１の活性層１１２上には第２導電型の半導体層１１３が形成される。第２導電型の半導体層１１３は、第２導電型の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などのような化合物半導体のうち何れか一つを含んでもよい。第２導電型の半導体層１１３はＰ型半導体層であり、Ｐ型半導体層はＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａのようなＰ型ドーパントを含んでもよい。
第１の発光構造層２１０の第１導電型の半導体層１１１と第２導電型の半導体層１１３のうち、第１の成長基板１６０により近い層がより厚く形成されてもよい。
第１の発光構造層２１０において、第１導電型はＮ型、第２導電型はＰ型半導体で具現されたり、これの逆構造で形成されてもよい。また、第２導電型の半導体層１１３上に第２導電型と反対の極性を有する半導体層を形成してもよい。これによって、第１の発光構造層２１０はＮ‐Ｐ接合、Ｐ‐Ｎ接合、Ｎ‐Ｐ‐Ｎ接合、またはＰ‐Ｎ‐Ｐ接合構造のうち何れか一つを含むことができる。
第２導電型の半導体層１１３上には第１の伝導層１１４が形成されてもよい。第１の伝導層１１４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）、ＩＺＯＮ（ＩＺＯ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＺｎＯ、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、ＮｉＯのうち選択されてもよい。第１の伝導層１１４は他の例として、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆ及びこれらの選択的な組み合わせで構成された物質から形成されてもよい。
第１の伝導層１１４は、マスクパターンによってマスキングした後、マスクパターンが形成されない領域に形成されてもよい。第１の伝導層１１４の間には少なくとも一つの第１のホール１６３が形成される。
第１の発光構造層２１０にエッチングを行って、第１導電型の半導体層１１１の一部を露出させる。このようなエッチングにより第２のホール１６１が形成され、第２のホール１６１は、第２のチップ構造体の第２の連結部材（図６の１１６）に対応する位置に形成されてもよい。エッチングは、マスクパターンによってマスキングした後、所望の領域に対して第１導電型の半導体層１１１が露出する程度までドライエッチングしてもよい。ここで、エッチング過程と第１の伝導層１１４の形成過程は互いに変わってもよく、エッチング過程はウェットエッチングを利用することもできる。
図５及び図６を参照すると、第１の伝導層１１４の上に第１の絶縁層１０８を形成する。第１の絶縁層１０８は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２などの絶縁物質で形成されてもよく、これに限定するものではない。
第１の絶縁層１０８を形成するにあたって、第１のホール１６３及び第２のホール１６１はマスクパターン（例えば、フォトレジストパターン（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ ｐａｔｔｅｒｎ））でマスキングした後に形成してもよい。
第１のホール１６３及び第２のホール１６１には、第１の連結部材１１５及び第２の連結部材１１６が形成される。第１の連結部材１１５は第２導電型の半導体層１１３に電気的に接触し、第１の伝導層１１４と電気的に接触してもよい。第２の連結部材１１６は、第１導電型の半導体層１１１に電気的に接触し、第１の絶縁層１０８により他の層との接触が遮断される。連結部材１１５、１１６と第１の絶縁層１０８の形成順序は互いに変更されてもよく、これに限定するものではない。第１の連結部材１１５及び第２の連結部材１１６は、蒸着方式またはスパッタリング方式を利用して形成した後、メッキ工程を通じて形成してもよく、これに限定するものではない。
第１の連結部材１１５と第２の連結部材１１６は、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔａ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｇ及びＡｕのうち一つまたは複数の合金で形成されてもよく、これに限定するものではない。前述された連結部材は、層と層の間を電気的に連結する部材として定義され、貫通構造、ビア構造、スルーホール構造などで形成されてもよく、以下で説明の便宜のために連結部材を一例として説明する。
第１の連結部材１１５及び第２の連結部材１１６の形状及びその個数は、実施形態の技術的範囲内で様々に変更されてもよく、このような構造に対して限定するものではない。ここで、連結部材１１５、１１６は複数が形成されたり分岐構造で形成されて、電流供給効率を改善することができ、また、光抽出効率を考慮して適切な大きさに形成することができる。
図６及び図７を参照すると、第１の絶縁層１０８上に第１の反射層１１７を形成し、第１の反射層１１７上に第１のボンディング層１１９を形成する。第１の反射層１１７は上記で開示された金属物質を用いて選択的に形成されてもよく、少なくとも５０％以上の反射金属を含んでもよい。第１の反射層１１７は、第１の連結部材１１５及び第２の連結部材１１６から電気的に離隔してもよい。第１の反射層１１７は、蒸着、スパッタリング方式で形成したり、メッキ工程で形成してもよく、これに限定するものではない。
第１のボンディング層１１９内には、第１の中間連結部材１２０及び第２の中間連結部材１１８が配置される。第１の中間連結部材１２０及び第２の中間連結部材１１８は、その周囲に絶縁物質１２２、１２１を具備して、他の物質と電気的に離隔する。
第１のボンディング層１１９は、単層または多層の共晶工程用金属（以下、共晶金属とする）を用いてボンディングされてもよい。共晶金属は、Ａｕ／Ｓｎ、ＳｎＰｂとＰb‐ｆｒｅｅ半田のような合金を共晶工程を通じてボンディングしてもよい。
第１のボンディング層１１９の第１の中間連結部材１２０は第１の連結部材１１５に電気的に連結され、第２の中間連結部材１１８は第２の連結部材１１６に電気的に連結される。このような方式で、第１の光を発光する第１のチップ構造体１１０Ａが形成される。第１のチップ構造体１１０Ａを形成するにあたって、連結部材及び中間連結部材の形成過程は、レーザやドリルなどの工程を通じてホールを形成し、絶縁物質で絶縁した後、連結部材を形成してもよく、このような連結部材形成過程に対して限定するものではない。
図８〜図１６は、第２のチップ構造体の形成過程を示す図である。
図８及び図９を参照すると、第２の成長基板１５０が成長装備にローディングされ、その上には複数の化合物半導体を用いた第２の発光構造層２２０を形成する。成長装備は、電子ビーム蒸着機、 ＰＶＤ（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＰＬＤ（ｐｌａｓｍａ ｌａｓｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、二重型の熱蒸着機（ｄｕａｌ‐ｔｙｐｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、ＭＯＣＶＤ（ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などを含んでもよく、このような装備に限定するものではない。
第２の成長基板１５０は、サファイア（Ａｌ２０３）、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ及びＧａ２Ｏ３などの群から選択される物質で形成されてもよい。第２の成長基板１５０上にはラフネス（図示せず）が形成されてもよく、ラフネスは半球形状またはストライプ形状などに形成されてもよい。
第２の成長基板１５０上には第２の発光構造層２２０が形成される。第２の成長基板１５０と第２の発光構造層２２０の間には、他の半導体層、例えば２族〜６族元素の化合物半導体（例えば、ＺｎＯ、ＧａＮ）を用いて結晶構造を改善したり光抽出効率を改善するための層または構造物として、凹凸パターンまたはラフネスが形成されてもよい。
また、第２の成長基板１５０上にはバッファ層又は／及びアンドープ半導体層が形成されてもよく、バッファ層は、例えば３族‐５族化合物半導体を用いてたＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰなどから選択されてもよい。アンドープ半導体層は、第１導電型の半導体層よりは伝導性が低い層であって、ドーピングされないＧａＮ系半導体で形成されてもよく、Ｎ型半導体特性を有する。
第２の発光構造層２２０は、例えば第３導電型の半導体層１３１、第２の活性層１３２及び第４導電型の半導体層１３３を含む。第３導電型の半導体層１３１は、３族‐５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などから選択されてもよく、好ましくＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を有する半導体材料で形成されてもよい。第３導電型の半導体層１３１はＮ型半導体層であって、Ｎ型半導体層はＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、ＴｅのようなＮ型ドーパントを含んでもよい。
第２の活性層１３２は、第３導電型の半導体層１３１上に、３族‐５族元素の化合物半導体を用いた単一量子井戸構造、多重量子井戸構造、量子線構造または量子点構造で形成されてもよい。第２の活性層１３２は、例えばＩｎＧａＮ井戸層／ＧａＮ障壁層の周期で形成されてもよく、井戸層は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で形成されてもよい。第１の活性層と第２の活性層１３２の物質は同じであっても異なってもよく、バンドギャップは同じであっても異なってもよい。
第２の活性層１３２上には第４導電型の半導体層１３３が形成される。第４導電型の半導体層１３３は、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などのような化合物半導体のうち何れか一つを含んでもよい。第４導電型の半導体層１３３はＰ型半導体層であり、Ｐ型半導体層はＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａのようなＰ型ドーパントを含んでもよい。
第２の発光構造層２２０の第３導電型の半導体層１３１と第４導電型の半導体層１３３のうち、第２の成長基板１５０により近い層がより厚く形成されてもよい。
第２の発光構造層２２０の第３の導電型はＮ型半導体、第４の導電型はＰ型半導体で具現されたり、これの逆構造で形成されてもよい。また、第４導電型の半導体層１３３上に第４の導電型と反対の極性を有する半導体、例えばＮ型半導体層がさらに形成されてもよい。これによって、第２の発光構造層２２０はＮ‐Ｐ接合、Ｐ‐Ｎ接合、Ｎ‐Ｐ‐Ｎ接合、またはＰ‐Ｎ‐Ｐ接合構造のうち少なくとも一つを含むことができる。
第２の発光構造層２２０には少なくとも一つの第５のホール１３７Ｂが形成される。第５のホール１３７Ｂは、第２の発光構造層２２０を通過して第２の成長基板１５０が露出する深さまたは第４導電型の半導体層１３３がエッチングされる深さに形成されてもよい。
第５のホール１３７Ｂには絶縁物質１３７が形成される。絶縁物質１３７はＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２などの絶縁材料で形成されてもよく、この材料に限定するものではない。絶縁物質１３７は、蒸着またはスパッタリング装備を利用して形成してもよい。
絶縁物質１３７には第５のホール１３７Ｂが形成され、第５のホール１３７Ｂは、絶縁物質１３７の形成前または後に、マスク層を利用してまたはエッチング方式で形成されてもよく、これに限定するものではない。
絶縁物質１３７の上端は、第４導電型の半導体層１３３のホールの周囲に延長形成されてもよく、これに限定するものではない。
図９及び図１０を参照すると、第４導電型の半導体層１３３上には第２の伝導層１３４が形成される。第２の伝導層１３４は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｔｉｎｏｘｉｄｅ）、ＩＡＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｇａｌｌｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｇａｌｌｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、ＡＴＯ（ａｎｔｉｍｏｎｙ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、ＧＺＯ（ｇａｌｌｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯＮ（ＩＺＯ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＺｎＯ、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、ＮｉＯのうち選択されてもよい。また、第２の伝導層１３４はＡｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆ及びこれらの選択的な組み合わせで構成された物質のうち形成されてもよい。
第２の伝導層１３４は、複数のパターンまたは層で形成されてもよく、第４導電型の半導体層１３３とオーミック接触することができる。このような第２の伝導層１３４は形成しなくてもよい。
第５のホール１３７Ｂには第５の連結部材１３８が形成される。第５の連結部材１３８は、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔａ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｇ及びＡｕのうち何れか一つまたは複数の合金で形成されてもよく、これに限定するものではない。ここで、第５の連結部材１３８と絶縁物質１３７の形成工程は互いに変更されてもよく、これに限定するものではない。
図１０及び図１１を参照すると、第１の伝導層１３４の上には第２の反射層１３５が形成され、第２の反射層１３５の上には支持部材１３６が形成される。
第２の反射層１３５は、反射物質、例えばＡｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆ及びこれらの選択的な組み合わせで構成された物質のうち少なくとも一つを含み、これに限定するものではない。第２の反射層１３５は、絶縁物質１３７及び第５の連結部材１３８の上まで延長形成されてもよい。
第２の反射層１３５は、第２の極性の電源を供給し、入射する光を反射する。支持部材１３６は、第２の反射層１３４、絶縁物質１３７及び第５の連結部材１３８の上に形成されてもよい。
支持部材１３６は、伝導性支持部材として形成されてもよく、例えば銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅‐タングステン（Ｃｕ‐Ｗ）、キャリアウェハ（例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅなど）などで具現されてもよい。支持部材１３６は、メッキ方式でまたは板状で接着されてもよく、これに限定するものではない。
図１１及び図１２を参照すると、支持部材１３６上には消去基板１５２が形成される。消去基板１５２はグリップ（Ｇｒｉｐ）基板であって、ガラスとサファイア基板などのようにＬＬＯ（Ｌａｓｅｒ Ｌｉｆｔ Ｏｆｆ）可能な基板材料を使用してもよい。消去基板１５２は付着してもよく、別途に蒸着してもよく、これに限定するものではない。
図１２及び図１３を参照すると、の第２のチップ構造体を覆した後、消去基板１５２をベースに位置させ、第２の成長基板１５０を除去する。第２の成長基板１５０は、第２の成長基板１５０に一定波長のレーザを照射して第２の成長基板１５０を除去する物理的除去方式（例えば、ＬＬＯ）で除去されたり、またはウェットエッチングのような化学的方式で除去されてもよく、これに限定するものではない。
図１３及び図１４を参照すると、第２の成長基板１５０が除去されたら、第２の発光構造層２２０の第３導電型の半導体層１３１上に第３の伝導層１４０が形成され、第３の伝導層１４０上には第２の絶縁層１４１が形成される。
第３の伝導層１４０は、マスク層を利用して連結部材ホール以外の領域に層または複数のパターンとして具現されてもよく、これに限定するものではない。
第２の絶縁層１４１は第３の伝導層１４０及び発光構造層上に、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２などの絶縁材料で形成されてもよく、この材料に限定するものではない。
第２の絶縁層１４１上には第３の反射層１４３が形成される。第３の反射層１４３は、第２の絶縁層１４１を透過する光を反射することができる。第２の絶縁層１４１の上面にはラフネス（図示せず）が形成され、それによって第３の反射層１４３の表面にラフネスが形成され、光の抽出効率を改善することができる。
第２の絶縁層１４１は、第２の発光構造層２２０から放出された光が水平方向に効果的に放出される空間を形成することができる。第２の絶縁層１４１は、隣接した媒質の屈折率差を利用して、チップ内部で消滅し得る光を水平方向に放出する役割を果たす。
第２の絶縁層１４１には第３及び第４のホール１５３、１５４が形成される。第３のホール１５３は、第５の連結部材１３８上に対応して形成され、第４のホール１５４は、第３導電型の半導体層１３１が露出するように形成されてもよい。第４のホール１５４は、第３の伝導層１４０の上面がさらに露出するように形成されてもよく、これに限定するものではない。
第３のホール１５３は少なくとも一つが素子の周辺領域に配置されてもよく、第４のホール１５４は少なくとも一つが素子の中央領域に配置されてもよい。このような二つの連結部材ホールは、その位置が互いに変更されたり、様々な配置構造で形成されてもよく、これに限定するものではない。
また、第３及び第４のホール１５３、１５４は、第２の絶縁層１４１の形成後にエッチングで形成してもよく、第２の絶縁層１４１の形成前に形成してもよい。
第３の反射層１４３は、第３及び第４のホール１５３、１５４の形成前または後に形成されてもよく、これに限定するものではない。
図１５は、図１４の第３の反射層を形成する前の平面図である。
図１５を参照すると、第２の絶縁層１４１に形成された第３及び第４のホール１５３、１５４は、その大きさ（例えば、直径）や個数が同じであってもまたは異なってもよく、これに限定するものではない。
第３のホール１５３は、環形状、例えば、閉ループまたは開ループ形状に形成されてもよく、様々なアーム形状、数個のアーム構造などで形成されてもよく、これに限定するものではない。
図１４及び図１６を参照すると、第３のホール１５３には第３の連結部材１３９が形成され、第４のホール１５４には第４の連結部材１４２が形成される。第３の連結部材１３９及び第４の連結部材１４２は、マスクパターンを利用してマスキングし、電極物質で同一工程でまたはそれぞれ別途の工程で形成されてもよい。
第３の連結部材１３９及び第４の連結部材１４２は、第２の絶縁層１４１の厚さと同じ程度または第２の絶縁層１４１の厚さより厚く形成されてもよく、これに限定するものではない。第４の連結部材１４２の下部直径は上部直径より小さく形成されてもよく、これに限定するものではない。第４の連結部材１４２は第３の伝導層１４０に接触してもよく、これにより電流は第３の伝導層１４０を通して拡散することができる。
第２の絶縁層１４１上には第２のボンディング層１４５が形成される。第２のボンディング層１４５は、共晶工程用金属、例えば、Ａｕ／Ｓｎ、ＳｎＰｂとＰb‐ｆｒｅｅ半田のような合金で形成されてもよい。これによって第２のチップ構造体１３０Ａが完成されることができる。第２のチップ構造体１３０Ａを形成するにあたって、連結部材及び中間連結部材の形成過程は、レーザやドリルなどの工程を通じてホールを形成し、絶縁物質で絶縁した後、連結部材を形成してもよく、このような連結部材形成過程に対して限定するものではない。
第２のボンディング層１４５を形成するにあたって、マスクパターンを利用して第２のボンディング層１４５に第３の中間連結部材１４６及び第４の中間連結部材１４４を形成してもよい。または、第２のボンディング層１４５に予め形成された第３の中間連結部材１４６及び第４の中間連結部材１４４を提供してもよい。
第３の中間連結部材１４６の下部は第３の連結部材１３９に電気的に接触し、第４の中間連結部材１４４の下部は第４の連結部材１４２に電気的に接触する。
第２のボンディング層１４５は、第３及び第４の中間連結部材１４６、１４４が電気的に離隔した構造で形成されてもよく、電気的に離隔した構造は第３の連結部材１３９と第４の連結部材１４２の位置によって変わってもよい。第３の中間連結部材１４６及び第４の中間連結部材１４４は、絶縁物質１５１、１４９により第２のボンディング層１４５から絶縁されて、不必要な短絡を遮断する。
第３の中間連結部材１４６及び第４の中間連結部材１４４は、第２のボンディング層１４５の形成後ドリルやレーザなどを利用して形成してもよい。
図１７〜図２３は、複数のチップ構造体の接合を通じて発光素子を製造する過程を示す図である。
図１７を参照すると、第２のチップ構造体１３０Ａ上に第１のチップ構造体１１０Ａを配置した後、第２のボンディング層１４５と第１のボンディング層１１９を互いに接合する。第２のボンディング層１４５と第１のボンディング層１１９の接合方式は、二つの層を整列させた後、第１の中間連結部材１２０と第３の中間連結部材１４６、第２の中間連結部材１１８と第４の中間連結部材１４４を互いに対応させる。
第２のボンディング層１４５と第１のボンディング層１１９は、上記のように整列させた後、共晶ボンディング工程で接合してもよく、これに限定するものではない。
第２のボンディング層１４５と第１のボンディング層１１９が互いに接合されると、第２のボンディング層１４５の第３の中間連結部材１４６は第１のボンディング層１１９の第１の中間連結部材１２０に接触し、第２のボンディング層１４５の第４の中間連結部材１４４は第１のボンディング層１１９の第２の中間連結部材１１８に接触する。
図１７〜図１９を参照すると、第１のチップ構造体１１０Ａ上の第１の成長基板１６０を除去する。第１の成長基板１６０は、物理的又は／及び化学的方法で除去してもよい。物理的方法では、ＬＬＯ方式で除去してもよく、化学的方法では、第１の成長基板１６０と第１の発光構造層２１０の第１導電型の半導体層１１１の間の層（例えば、バッファ層、ＺｎＯ）にウェットエッチング液を注入して除去してもよい。
図１９及び図２０を参照すると、第１のチップ構造体１１０Ａの第１の成長基板１６０が除去されたら、第１の発光構造層２１０の第１導電型の半導体層１１１の上面にラフネス１１１Ａを形成して、外部量子効率を改善できる構造を形成する。
第１のチップ構造体１１０Ａの第１導電型の半導体層１１１の上面には第３の絶縁層１０９が形成されてもよい。第３の絶縁層１０９は、第１の電極１０７の領域を除いた上面に形成されてもよく、これに限定するものではない。ここで、第３の絶縁層１０９は、発光素子の上面だけではなくその周囲に形成されることもでき、この場合、第１の発光構造層２１０と第２の発光構造層２２０とは、層間絶縁されることができる。また、第３の絶縁層１０９は、外部からの湿気の侵透を防止することができる。
第１のチップ構造体１１０Ａの第１導電型の半導体層１１１上に第１の電極１０７を形成する。第１の電極１０７は、単数または複数が配置されてもよく、所定のアーム形状のパターンで形成されてもよく、その上面にはラフネスが形成されてもよい。ここで、第１導電型の半導体層１１１の表面には伝導層（図示せず）が形成されてもよく、このような電極層は電流を全表面に均一な分布で拡散させることができる。
図２１〜図２３を参照すると、第２のチップ構造体１３０のベース側に配置された消去基板１５２は、例えば、デボンディング（Ｄｅｂｏｎｄｉｎｇ）方式で除去する。消去基板１５２が除去されると、第２のチップ構造体１３０のベース側には支持部材１３６が配置される。
第２のチップ構造体１３０上に第１のチップ構造体１１０が一体にボンディング接合されることで、複数のチップ構造体１１０、１３０を有する発光素子１００を完成することができる。
第１のチップ構造体１１０の第１の電極１０７には第１の極性の電源が供給され、第２のチップ構造体１３０の支持部材１３６には第２の極性の電源が供給される。
第１の極性の電源は、第１導電型の半導体層１１１に供給され、第２の連結部材１１６、第２の中間連結部材１１８、第４の中間連結部材１４４、第４の連結部材１４２を通して第２のチップ構造体１３０の第３導電型の半導体層１３１に供給される。
第２の極性の電源は、支持部材１３６を通して第４導電型の半導体層１３３に供給され、第５の連結部材１３８、第３の連結部材１３９、第２のボンディング層１４５の第３の中間連結部材１４６、第１のボンディング層１１９の第１の中間連結部材１２０を通して第１の連結部材１１５を経て、第２導電型の半導体層１１３に供給される。これにより、各構造体１１０、１３０の活性層１１２、１３２は発光することができる。
第１のチップ構造体１１０と第２のチップ構造体１３０は、内部の第１の発光構造層２１０と第２の発光構造層２２０の並列連結構造を通じて並列駆動され、光抽出効率を改善することができる。また、並列連結構造により、何れかひ一つの発光構造層が不良であっても、他の発光構造層は正常に動作することができる。他の実施形態として、第１のチップ構造体１１０と第２のチップ構造体１３０の内部層は直列に連結されてもよく、例えば、Ｎ‐Ｐ‐Ｎ‐Ｐ接合構造またはＰ‐Ｎ‐Ｐ‐Ｎ接合構造を有して直列に連結されることもできる。
発光素子１００は、第２のチップ構造体１３０を通して側方向に光を放出し、第１のチップ構造体１１０を通して側方向及び上方向に光を放出することができる。
また、第２のチップ構造体１３０は、赤色、緑色、青色などのような有色光またはＵＶ光を放出してもよく、第１のチップ構造体１１０は、赤色、緑色、青色などのような有色光またはＵＶ光を放出するように製造されてもよい。これによって、第２のチップ構造体１３０と第１のチップ構造体１１０は同一色の光を発光したり互いに異なる色の光を発光することができる。一例として、一つの発光素子１００を通じて複数色の光を放出し、これら光を混合することで白色光を具現することができる。このような白色光を具現することにより、パッケージ上で発光素子チップを密封するモールディング部材に蛍光体を別途に添加する必要がないという効果がある。
実施形態では、図１の発光素子１００を具備したパッケージを製造することができ、パッケージは中空（ｃａｖｉｔｙ）又は／及びレンズを具備することができる。パッケージは、図１の発光素子のすべてのチップ構造体が青色光を放出するとき、少なくとも一種類の蛍光体を添加してもよく、この場合、光度が同一大きさの他のチップの１．５倍以上になることができる。また、図１の発光素子が複数色の光を放出する場合、パッケージ上で複数の色を通じてターゲット光（例えば、白色）を具現することができ、モールディング部材に別途の蛍光体を添加する必要がなかったり、蛍光体の種類を減らすることができる。
また、実施形態では、第２のチップ構造体１３０上に互いに離隔した複数の第１のチップ構造体１１０を配置してもよい。複数の第１のチップ構造体１１０は、第２のチップ構造体１３０と上記のような連結部材構造を介して電気的に連結（例えば、並列又は／及び直列）されることができ、互いに異なる色の光または同一色の光を発光することができる。
図２４は、実施形態による発光素子を有する発光素子パッケージの断面図である。
図２４を参照すると、発光素子パッケージ３０は、本体２０と、本体２０に設けられた第１のリード電極３２及び第２のリード電極３３と、本体２０に設けられて第１のリード電極３２及び第２のリード電極３３と電気的に連結される実施形態による発光素子１００と、発光素子１００を囲むモールディング部材４０とを含む。
本体２０は、シリコンのような導電性基板、ＰＰＡなどのような合成樹脂材質の基板、セラミック基板、絶縁基板または金属基板（例えば、ＭＣＰＣＢ）を含んで形成されてもよく、発光素子１００の周りに傾斜面が形成されてもよい。本体２０はスルーホール構造を含んでもよく、これに限定するものではない。
本体２０の上部には所定深さの中空２２が形成されてもよく、中空２２内にはリード電極３２、３３及び発光素子１００が配置される。発光素子１００は、他の実施形態の発光素子を使用してもよく、これに限定するものではない。
本体２０の上面はフラットに形成されてもよく、この場合、中空２２は形成されない。
第１のリード電極３２及び第２のリード電極３３は互いに電気的に分離され、発光素子１００に電源を提供する。また、第１のリード電極３２及び第２のリード電極３３は、発光素子１００で発生した光を反射して光効率を増加させることができ、発光素子１００で発生した熱を外部に排出することもできる。
発光素子１００は、本体２０上に設けられたり、第１のリード電極３２または第２のリード電極３３上に設けられてもよい。リード電極３２、３３は、リードフレーム構造、スルーホール構造、メッキ層のうち少なくとも一つを含んで具現することができる。
発光素子１００は、上記の実施形態に開示された素子であって、第１のリード電極３２上にダイボンディングされ、第２のリード電極３３にワイヤ２５でボンディングされてもよい。
モールディング部材４０は、シリコンまたはエポキシのような樹脂材質を含み、発光素子１００を囲んで発光素子１００を保護することができる。また、モールディング部材４０には蛍光体が含まれて、発光素子１００から放出された光の波長を変化させることができる。モールディング部材４０上にはレンズが配置されてもよく、レンズはモールディング部材と接触したり接触しない形に具現されてもよい。
発光素子１００は青色光を放出し、モールディング部材４０には少なくとも一種類の蛍光体が配置されてもよく、この場合、光度が同一大きさの他のチップの１．５倍以上になり得る。また、上記の発光素子１００から複数の色が放出された場合、パッケージ上で複数の色を通じてターゲット光（例えば、白色）を具現することができ、モールディング部材４０に別途の蛍光体を添加する必要がなかったり、蛍光体の種類を減らすることができる。
発光素子パッケージ３０には、上記に開示された実施形態の発光素子のうち少なくとも一つが搭載されてもよく、これに限定するものではない。
発光素子１００は、図１のように複数のチップ構造体を具備し、本体２０上に設けられるか第１のリード電極３２または第２のリード電極３３上に設けられることができる。
＜照明システム＞
実施形態のパッケージはトップビュー形態で図示及び説明したが、サイドビュー方式により具現して上記のような配光分布を改善することができる。また、ボードの上に複数の発光素子パッケージ１００を配置する時、発光素子パッケージ１００の間の間隔を縮めることができる。
実施形態に従う発光素子パッケージはライトユニットに適用できる。上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（配列）された構造を含み、図２５及び図２６に図示された表示装置、図２７に図示された照明装置を含み、照明灯、信号灯、車両前照灯、電光板などが含まれることができる。
図２５は、実施形態に従う表示装置の分解斜視図である。
図２５を参照すると、実施形態に従う表示装置１０００は、導光板１０４１、上記導光板１０４１に光を提供する発光モジュール１０３１、上記導光板１０４１の下に反射部材１０２２、上記導光板１０４１の上に光学シート１０５１、上記光学シート１０５１の上に表示パネル１０６１、上記導光板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を含むことができるが、これに限定されるのではない。
上記ボトムカバー１０１１、反射シート１０２２、導光板１０４１、及び光学シート１０５１は、ライトユニット１０５０と定義できる。
上記導光板１０４１は光を拡散させて面光源化させる役割をする。上記導光板１０４１は透明な材質からなり、例えば、ＰＭＭＡ（polymethyl metaacrylate）のようなアクリル樹脂系列、ＰＥＴ（polyethylene terephthlate）、ＰＣ（poly carbonate）、ＣＯＣ（cycloolefin copolymer）、及びＰＥＮ（polyethylene naphthalate）樹脂のうちの１つを含むことができる。
上記発光モジュール１０３１は、上記導光板１０４１の少なくとも一側面に光を提供し、結果的には表示装置の光源として作用するようになる。
上記発光モジュール１０３１は少なくとも１つを含み、上記導光板１０４１の一側面で直接または間接的に光を提供することができる。上記発光モジュール１０３１は基板１０３３と上記に開示された実施形態に従う発光素子パッケージ３０を含み、上記発光素子パッケージ３０は上記基板１０３３の上に所定間隔でアレイできる。
上記基板１０３３は、回路パターン（図示せず）を含む印刷回路基板（ＰＣＢ；Printed Circuit Board）でありうる。但し、上記基板１０３３は一般のＰＣＢだけでなく、メタルコアＰＣＢ（ＭＣＰＣＢ；Metal Core PCB）、軟性ＰＣＢ（ＦＰＣＢ；Flexible PCB）などを含むこともでき、これに対して限定するのではない。上記発光素子パッケージ３０は、上記ボトムカバー１０１１の側面または放熱プレートの上に載置される場合、上記基板１０３３は除去できる。ここで、上記放熱プレートの一部は上記ボトムカバー１０１１の上面に接触できる。
そして、上記複数の発光素子パッケージ３０は、上記基板１０３３の上に光が放出される出射面が上記導光板１０４１と所定距離離隔するように載置されることができ、これに対して限定するのではない。上記発光素子パッケージ３０は、上記導光板１０４１の一側面である入光部に光を直接または間接的に提供することができ、これに対して限定するのではない。
上記導光板１０４１の下には上記反射部材１０２２が配置できる。上記反射部材１０２２は、上記導光板１０４１の下面に入射された光を反射させて上に向かうようにすることによって、上記ライトユニット１０５０の輝度を向上させることができる。上記反射部材１０２２は、例えば、ＰＥＴ、ＰＣ、ＰＶＣレジンなどで形成できるが、これに対して限定するのではない。上記反射部材１０２２は、上記ボトムカバー１０１１の上面であることがあり、これに対して限定するのではない。
上記ボトムカバー１０１１は、上記導光板１０４１、発光モジュール１０３１、及び反射部材１０２２などを収納することができる。このために、上記ボトムカバー１０１１は上面が開口されたボックス（box）形状を有する収納部１０１２が備えられることができ、これに対して限定するのではない。上記ボトムカバー１０１１はトップカバーと結合されることができ、これに対して限定するのではない。
上記ボトムカバー１０１１は、金属材質または樹脂材質で形成されることができ、プレス成形または押出成形などの工程を用いて製造できる。また、上記ボトムカバー１０１１は、熱伝導性の良い金属または非金属材料を含むことができ、これに対して限定するのではない。
上記表示パネル１０６１は、例えばＬＣＤパネルであって、互いに対向する透明な材質の第１及び第２基板、そして第１及び第２基板の間に介された液晶層を含む。上記表示パネル１０６１の少なくとも一面には偏光板が取り付けられることができ、このような偏光板の取付構造に限定するのではない。上記表示パネル１０６１は、光学シート１０５１を通過した光により情報を表示するようになる。このような表示装置１０００は、各種の携帯端末機、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、テレビなどに適用できる。
上記光学シート１０５１は、上記表示パネル１０６１と上記導光板１０４１との間に配置され、少なくとも一枚の透光性シートを含む。上記光学シート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のようなシートのうち、少なくとも１つを含むことができる。上記拡散シートは入射される光を拡散させ、上記水平または／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、上記輝度強化シートは損失される光を再使用して輝度を向上させる。また、上記表示パネル１０６１の上には保護シートが配置されることができ、これに対して限定するのではない。
ここで、上記発光モジュール１０３１の光経路上には光学部材として、上記導光板１０４１及び光学シート１０５１を含むことができ、これに対して限定するのではない。
図２６は、実施形態に従う表示装置を示す図である。
図２６を参照すると、表示装置１１００は、ボトムカバー１１５２、上記に開示された発光素子パッケージ３０がアレイされた基板１１２０、光学部材１１５４、及び表示パネル１１５５を含む。
上記基板１１２０及び上記発光素子パッケージ３０は、発光モジュール１０６０と定義できる。上記ボトムカバー１１５２、少なくとも１つの発光モジュール１０６０、及び光学部材１１５４は、ライトユニットと定義できる。
上記ボトムカバー１１５２には収納部１１５３を具備することができ、これに対して限定するのではない。
ここで、上記光学部材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などのうち、少なくとも１つを含むことができる。上記導光板はＰＣ材質またはＰＭＭＡ（Polymethy methacrylate）材質からなることができ、このような導光板は除去できる。上記拡散シートは入射される光を拡散させ、上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、上記輝度強化シートは損失される光を再使用して輝度を向上させる。
上記光学部材１１５４は上記発光モジュール１０６０の上に配置され、上記発光モジュール１０６０から放出された光を面光源したり、拡散、集光などを遂行するようになる。
図２７は、実施形態に従う照明装置の斜視図である。
図２７を参照すると、照明装置１５００は、ケース１５１０、上記ケース１５１０に設けられた発光モジュール１５３０、及び上記ケース１５１０に設けられ、外部電源から電源の提供を受ける連結端子１５２０を含むことができる。
上記ケース１５１０は放熱特性が良好な材質で形成されることが好ましく、例えば金属材質または樹脂材質で形成できる。
上記発光モジュール１５３０は、基板１５３２、及び上記基板１５３２に載置される実施形態に従う発光素子パッケージ３０を含むことができる。上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で離隔してアレイできる。
上記基板１５３２は絶縁体に回路パターンが印刷されたものであることができ、例えば、一般印刷回路基板（ＰＣＢ；Printed Circuit Board）、メタルコア（Metal Core）ＰＣＢ、軟性（Flexible）ＰＣＢ、セラミックＰＣＢ、ＦＲ−４基板などを含むことができる。
また、上記基板１５３２は光を効率の良く反射する材質で形成されるか、表面が光が効率的に反射されるカラー、例えば白色、銀色などのコーティング層となることができる。
上記基板１５３２の上には少なくとも１つの発光素子パッケージ３０が載置できる。上記発光素子パッケージ３０の各々は、少なくとも１つのＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップを含むことができる。上記ＬＥＤチップは、赤色、緑色、青色、または白色のような可視光線帯域の発光ダイオード、または紫外線（ＵＶ；Ultra Violet）を発光するＵＶ発光ダイオードを含むことができる。
上記発光モジュール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の組合せを有するように配置できる。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せて配置できる。
上記連結端子１５２０は、上記発光モジュール１５３０と電気的に連結されて電源を供給することができる。上記連結端子１５２０は、ソケット方式により外部電源に螺合されるが、これに対して限定するのではない。例えば、上記連結端子１５２０はピン（pin）形態で形成されて外部電源に挿入されるか、配線により外部電源に連結されることもできる。
実施形態による発光素子の製造方法は、第１導電型の半導体層、第１の活性層及び第２導電型の半導体層を含む第１の発光構造層を形成する段階と、第１の発光構造層上に第１のボンディング層を形成する段階とを含む第１のチップ構造体形成段階と；第３導電型の半導体層、第２の活性層及び第４導電型の半導体層を含む第２の発光構造層を形成する段階と、第２の発光構造層上に支持部材を形成する段階と、第１の発光構造層の下に第２のボンディング層を形成する段階とを含む第２のチップ構造体形成段階と；第２のチップ構造体の第２のボンディング層上に第１のチップ構造体の第１のボンディング層をボンディングする段階と；第１の発光構造層の第１導電型の半導体層に第１の電極を形成する段階とを含む。
実施形態は、光抽出効率を改善することができる。実施形態は、複数のＬＥＤチップを垂直に接合して、チップ収率を改善することができる。実施形態は、各チップ構造体の少なくとも一側に電極層を配置して、光抽出効率を改善することができる。実施形態は、複数のチップ構造体を互いに並列に連結して、発光効率を改善することができる。実施形態は、複数のチップ構造体を並列に連結することで、一つのチップ構造体が不良であっても使用することができる効果がある。実施形態は、複数のチップ構造体を互いに連結することで、チップ構造体を効率的に駆動することができる。
実施形態で説明された特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも一つの実施形態に含まれ、必ずしも一つの実施形態にのみ限定されるものではない。さらに、各実施形態で例示された特徴、構造、効果などは、本発明の属する分野における通常の知識を有する者によって他の実施形態に対しても組合または変形されて実施可能である。したがって、このような組合と変形による内容は本発明の範囲に含まれると解釈されるべきであろう。
１００ 発光素子
１０７ 第１の電極
１０８ 第１の絶縁層
１０８Ａ 第１の絶縁層の一部
１０９ 第３の絶縁層
１１０ 第１のチップ構造体
１１１ 第１導電型の半導体層
１１１Ａ 光抽出構造
１１２ 第１の活性層
１１３ 第２導電型の半導体層
１１４ 第１の伝導層
１１５ 第１の連結部材
１１６ 第２の連結部材
１１７ 第１の反射層
１１８ 第２の中間連結部材
１１９ 第１のボンディング層
１２０ 第１の中間連結部材
１２１、１２２ 絶縁物質
１３０ 第２のチップ構造体
１３１ 第３導電型の半導体層
１３２ 第２の活性層
１３３ 第４導電型の半導体層
１３４ 第２の伝導層
１３５ 第２の反射層
１３６ 支持部材
１３７ 絶縁物質
１３８ 第５の連結部材
１３９ 第３の連結部材
１４０ 第３の伝導層
１４１ 第２の絶縁層
１４２ 第４の連結部材
１４３ 第３の反射層
１４４ 第４の中間連結部材
１４５ 第２のボンディング層
１４６ 第３の中間連結部材
１４９、１５１ 絶縁物質
２１０ 第１の発光構造層
２２０ 第２の発光構造層

Claims (15)

  1. 第１導電型の半導体層、前記第１導電型の半導体層の下に配置された第２導電型の半導体層、及び前記第１導電型の半導体層と前記第２導電型の半導体層の間に介在された第１の活性層を含む第１の発光構造層と、
    前記第１導電型の半導体層に連結された第１の電極と、
    前記第１の発光構造層の下に配置された第１の反射層と、
    前記第１の反射層の下に配置され、第３導電型の半導体層、前記第３導電型の半導体層の下に配置された第４導電型の半導体層、及び前記第３導電型の半導体層と前記第４導電型の半導体層の間に介在された第２の活性層を含む第２の発光構造層と、
    前記第２の発光構造層の下に配置された第２の反射層と、
    前記第２の発光構造層と前記第１の反射層の間に配置されたボンディング層と、
    前記第１の発光構造層の第１導電型の半導体層と前記第２の発光構造層の第３導電型の半導体層を互いに連結する第２の連結部材と、
    前記第１の発光構造層の第２導電型の半導体層と前記第２の発光構造層の第４導電型の半導体層を互いに連結する第１の連結部材と、
    を含む発光素子。
  2. 前記第１導電型の半導体層及び前記第３導電型の半導体層はＮ型半導体であり、
    前記第２導電型の半導体層及び前記第４導電型の半導体層はＰ型半導体である請求項１に記載の発光素子。
  3. 前記第１の発光構造層と前記ボンディング層の間に配置された第１の絶縁層と
    前記第２の発光構造層と前記ボンディング層の間に配置された第２の絶縁層と、をさらに含む請求項１または２に記載の発光素子。
  4. 前記第２の反射層の下に配置された伝導性支持部材をさらに含み、
    前記第１の連結部材は、前記第１の絶縁層、前記ボンディング層、前記第２の絶縁層及び前記第２の発光構造層の内部を貫通して、前記第２導電型の半導体層と前記伝導性支持部材の間を連結し、
    前記第２の連結部材は、前記第１の絶縁層、前記ボンディング層、前記第２の絶縁層の内部を貫通して、前記第１導電型の半導体層と前記第３導電型の半導体層を連結する請求項３に記載の発光素子。
  5. 前記第１の連結部材及び前記第２の連結部材の周囲に、他の層との接触を遮断する絶縁物質をさらに含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の発光素子。
  6. 前記第２導電型の半導体層と前記第１の絶縁層の間に配置され、前記第１の連結部材に連結された第１の伝導層、前記第３導電型の半導体層と前記第２の絶縁層の間に配置され、前記第２の連結部材に連結された第３の伝導層、及び前記第４導電型の半導体層と前記第２の反射層の間に配置された第２の伝導層のうち少なくとも一つをさらに含む請求項３または４に記載の発光素子。
  7. 前記第１、第２及び第３の伝導層は透光性物質を含む請求項６に記載の発光素子。
  8. 前記ボンディング層は、
    前記第１の絶縁層の下に配置された第１のボンディング層と、
    前記第２の絶縁層と前記第１のボンディング層の間に配置され、前記第１のボンディング層と接合された第２のボンディング層と、を含む請求項３、４、６または７のいずれか一項に記載の発光素子。
  9. 前記第１の連結部材及び前記第２の連結部材のうち少なくとも一つは複数である請求項１〜８のいずれか一項に記載の発光素子。
  10. 前記ボンディング層と前記第２の絶縁層の間に第３の反射層をさらに含む請求項３、４、６または７のいずれか一項に記載の発光素子。
  11. 前記第１の発光構造層及び前記第２の発光構造層のうち少なくとも一つの層の表面に光抽出構造をさらに含む請求項１〜１０のいずれか一項に記載の発光素子。
  12. 前記第１の反射層及び前記第３の反射層の少なくとも一部は前記ボンディング層内に埋め込まれる請求項１０に記載の発光素子。
  13. 前記第１の発光構造層は、緑色、青色、赤色、黄色及びＵＶ帯域の光のうち少なくとも一つを発光し、
    前記第２の発光構造層は、緑色、青色、赤色、黄色及びＵＶ帯域の光のうち少なくとも一つを発光する請求項１〜１２のいずれか一項に記載の発光素子。
  14. 本体と、
    前記本体上に配置された複数のリード電極と、
    前記複数のリード電極のうち少なくとも一つのリード電極上にボンディングされ、前記複数のリード電極に電気的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導電型の半導体層、前記第１導電型の半導体層の下に配置された第２導電型の半導体層、及び前記第１導電型の半導体層と前記第２導電型の半導体層の間に介在された第１の活性層を含む第１の発光構造層と、
    前記第１導電型の半導体層に連結された第１の電極と、
    前記第１の発光構造層の下に配置された第１の反射層と、
    第３導電型の半導体層、前記第３導電型の半導体層の下に配置された第４導電型の半導体層、及び前記第３導電型の半導体層と前記第４導電型の半導体層の間に介在された第２の活性層を含む第２の発光構造層と、
    前記第２の発光構造層の下に配置された第２の反射層と、
    前記第２の発光構造層と前記第１の反射層の間に配置されたボンディング層と、
    前記第１の発光構造層の第１導電型の半導体層と前記第２の発光構造層の第３導電型の半導体層とを互いに連結する第２の連結部材と、
    前記第１の発光構造層の第２導電型の半導体層と前記第２の発光構造層の第４導電型の半導体層とを互いに連結する第１の連結部材と、を含む発光素子パッケージ。
  15. 前記第１の発光構造層は、緑色、青色、赤色、黄色及びＵＶ帯域の光のうち少なくとも一つを発光し、
    前記第２の発光構造層は、緑色、青色、赤色、黄色及びＵＶ帯域の光のうち少なくとも一つを発光する請求項１４に記載の発光素子パッケージ。
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