JP6128758B2 - 発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、発光素子に関し、特に、発光素子の切断方法に関する。
発光ダイオード（light-emitting diode, LED）の発光原理は、電子がｎ型半導体とｐ型半導体との間に移動する時のエネルギー差を利用し、光の形式でエネルギーを放出することであり、このような発光原理は、白熱灯の発熱の発光原理と異なるので、発光ダイオードは、冷光源と称されている。また、発光ダイオードは、耐久性が高く、寿命が長く、小さく軽くて精巧であり、消費電力が低いなどの利点を有するので、今の照明市場において重要視されており、次世代の照明工具と見なされている。また、発光ダイオードは、伝統の光源に次第に取って代わり、且つ様々な分野、例えば、交通標識、バックライトモジュール、街灯照明、医療設備などの分野に応用されている。
図１は、従来の発光素子の構造を示す図である。図１に示すように、従来の発光素子１００は、透明基板１０、透明基板１０の上に位置する半導体スタック層１２、及び半導体スタック層１２の上に位置する少なくとも一つの電極１４を含み、そのうち、半導体スタック層１２は、上から下へ少なくとも第一導電型半導体層１２０、活性層１２２、及び第二導電型半導体層１２４を含む。
また、上述の発光素子１００は、さらに、他の素子と組み合わる及び接続することにより、発光装置（light-emitting apparatus）を形成することができる。図２は、従来の発光装置の構造を示す図である。図２に示すように、発光装置２００は、少なくとも一つの回路２０２を有するサブマウント（sub-mount）２０と、サブマウント２０の上に位置する少なくとも一つのはんだ（solder）２２であって、このはんだ２２により発光素子１００をサブマウント２０に固定し、発光素子１００の基板１０とサブマウント２０の回路２０２とを電気接続するはんだ２２と、発光素子１００の電極１４とサブマウント２０の回路２０２とを電気接続する電気接続構造２４とを含み、そのうち、サブマウント２０は、リードフレーム（lead frame）又は大きいサイズのマウント基板（mounting substrate）であってもよく、これにより、発光装置２００は、回路デザインが容易になり、放熱効果が高くなる。
しかし、図１に示すように、従来の発光素子１００では、透明基板１０の表面が平坦な表面であり且つ透明基板１０の屈折率と外部環境の屈折率とが異なるので、活性層１２２からの光線Ａが基板から外部環境に進入する時に、全反射（total internal reflection, TIR）が形成されやすく、発光素子１００の光取り出し効率が低くなる。
本発明の目的は、上述の従来技術の問題に鑑み、発光素子及びその製造方法を提供することにある。
本発明の実施例による発光素子の製造方法は、第一表面及び第二表面を有する基板を提供するステップであって、第一表面は第二表面と相対するステップと、基板の第二表面に複数の発光スタック層を形成するステップと、複数の発光スタック層を覆う支持層を形成するステップと、基板の第一表面から基板内にエネルギーを与えて基板内に複数の不連続な第一変質領域を形成するステップと、基板の第一表面に酸化層を形成するステップと、複数の不連続な第一変質領域に沿って基板を切断するステップと、を含む。
次に、添付した図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
本発明は、発光素子及びその製造方法を開示している。本発明の叙述を更に詳しく且つ充実にさせるために、以下の説明及び図３Ａないし図６Ｂの図示を参照する。
図３Ａないし図３Ｉは、本発明の第一実施例の製造工程における構造を示す図である。図３Ａに示すように、基板３０を提供し、そのうち、基板３０は、第一表面３０２及び第二表面３０４を含み、第一表面３０２は、第二表面３０４と相対する。続いて、図３Ｂに示すように、基板３０の第二表面３０４の上に複数の半導体エピタキシャル層３１を形成し、そのうち、半導体エピタキシャル層３１は、下から上へ少なくとも第一導電型半導体層３１０、活性層３１２、及び第二導電型半導体層３１４を含む。
その後、図３Ｃに示すように、リソグラフィー技術を利用して半導体エピタキシャル層３１をエッチングし、一部の第一導電型半導体層３１０を露出し、且つ、半導体エピタキシャル層３１に複数の台状構造の発光スタック層３２を形成させる。
また、図３Ｄに示すように、第一導電型半導体層３１０の上に第一電極３４２を形成し、また第二導電型半導体層３１４の上に第二電極３４１を形成する。第一実施例では、第一電極３４２及び第二電極３４１の材料は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｐｏ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｗ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｌａ、Ａｇ−Ｔｉ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｚｎ、Ｃｕ−Ｃｄ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｓｂ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｚｎ、Ｎｉ−Ｓｎ、Ｎｉ−Ｃｏ、Ａｕ合金、又は、Ｇｅ−Ａｕ−Ｎｉなどの金属材料を含むが、これらに限定されない。
次に、図３Ｅに示すように、発光スタック３２、第一電極３４２、及び第二電極３４１の上に支持層３６を形成する。他の実施例では、この支持層３６は、発光スタック層３２及び基板３０を同時に覆っても良い。この支持層３６は、発光スタック層３２が後続の工程によりばらばらになって落ちることを防止できる。また、支持層３６の材質は、高分子、酸化物又は金属などの材料であってもよい。
それから、図３Ｆに示すように、レーザーエネルギー（パワー）が約０．０５−０．１、０．０５−０．３、０．０５−０．５、０．０５−０．７又は０．０５−１Ｗであり、速度が約２０−１００、２０−３００、２０−５００、２０−７００又は２０−１０００ｍｍ／ｓｅｃであり、波長が約３５０−５００、３５０−８００、３５０−１２００、５００−１０００、７００−１２００又は３５０−１５００ｍｍであるレーザー光束を以て、基板３０の第一表面３０２から基板３０に照射し、且つ基板３０内に複数の不連続な第一変質領域３０６を形成する。一実施例では、このレーザー光束は、赤外線レーザー、例えば、Ｎｄ−ＹＡＧレーザー、Ｎｄ−ＹＶＯ４レーザー、Ｎｄ−ＹＬＦレーザー又はチタンサファイアレーザー（titanium laser）であっても良い。
一実施例では、第一変質領域３０６は、多光子吸収領域（multiple photon absorption region）、クラック領域（crack region）、溶融領域（molten processed region）、又は、反射率改変領域（refractive index change region）であっても良い。
図３Ｆ−１に示すように、複数の不連続な第一変質領域３０６の幅Ｗは、約１−５、１−１０、１−１５又は１−２０μｍであってもよく、高さＨ１は、約１−１０、１−３０、１−５０、１−７０又は１−１００μｍであってもよい。好適な一実施例では、第一変質領域３０６の下縁と基板３０の第一表面３０２との間の距離Ｄ１は、約１−５０、１−１００、１−１５０又は１−２００μｍであってもよい。
一実施例では、図３Ｆ−２に示すように、第一変質領域３０６の上縁には、少なくとも一つの、第一変質領域３０６と接続される第一延伸部３０６１が形成されてもよく、第一変質領域３０６の下縁には、少なくとも一つの、第一変質領域３０６と接続される第二延伸部３０６２が形成されてもよい。そのうち、第一延伸部３０６１の高さＨ２は、約０．１−１０、０．１−５０、０．１−１００、０．１−１５０、０．１−２００μｍであってもよい。第一延伸部３０６１の頂端と基板３０の第二表面３０４との間の距離Ｄ２は、約０−５０、０−１００、０−１５０、０−２００μｍであってもよい。そのうち、第二延伸部３０６２の高さＨ３は、約０．１−１０、０．１−５０、０．１−１００、０．１−１５０、０．１−２００μｍであってもよい。第二延伸部３０６２の頂端と基板３０の第一表面３０２との間の距離Ｄ３は、約０−５０、０−１００、０−１５０又は０−２００μｍであってもよい。一実施例では、第一延伸部３０６１の高さは、第二延伸部３０６２の高さよりも大きい。
図３Ｆ−３に示すように、他の実施例では、レーザーエネルギーが約０．０５−０．１、０．０５−０．３、０．０５−０．５、０．０５−０．７又は０．０５−１Ｗであり、速度が約２０−１００、２０−３００、２０−５００、２０−７００又は２０−１０００ｍｍ／ｓｅｃであり、波長が約３５０−５００、３５０−８００、３５０−１２００、５００−１０００、７００−１２００又は３５０−１５００ｎｍであるレーザー光束を以て、基板３０の第一表面３０２から基板３０に照射し、且つ、基板３０内に複数の不連続な第二変質領域３０６′を形成し、そのうち、第二変質領域３０６′及び第一変質領域３０６は、基板３０の第一表面３０２に垂直である方向に互いに重なり合ってもよく、重なり合わなくてもよい。一実施例では、このレーザー光束は、赤外線レーザー、例えば、Ｎｄ−ＹＡＧレーザー、Ｎｄ−ＹＶＯ４レーザー、Ｎｄ−ＹＬＦレーザー又はチタンサファイアレーザー（titanium laser）であっても良い。
一実施例では、第二変質領域３０６′は、多光子吸収領域（multiple photon absorption region）、クラック領域（crack region）、溶融領域（molten processed region）、又は、反射率改変領域（refractive index change region）であっても良い。
第一変質領域３０６と同様に、第二変質領域３０６′の上縁には、少なくとも一つの、第二変質領域３０６′と接続される第三延伸部（図示せず）が形成されてもよく、第二変質領域３０６′の下縁には、少なくとも一つの、第二変質領域３０６′と接続される第四延伸部（図示せず）が形成されてもよい。そのうち、第三延伸部の高さは、約０．１−１０、０．１−５０、０．１−１００、０．１−１５０、又は０．１−２００μｍであってもよい。第三延伸部の頂端と基板３０の第二表面３０４との間の距離Ｄ２は、約０−５０、０−１００、０−１５０、又は０−２００μｍであってもよい。第四延伸部の高さは、約０．１−１０、０．１−５０、０．１−１００、０．１−１５０、又は０．１−２００μｍであってもよい。第四延伸部の頂端と基板３０の第一表面３０２との間の距離Ｄ３は、約０−５０、０−１００、０−１５０、又は０−２００μｍであってもよい。一実施例では、第三延伸部の高さは、第四延伸部の高さよりも大きい。
続いて、図３Ｇ−１に示すように、酸化層３８１が基板３０の第一表面３０２の上に形成されてもよく、且つ、酸化層３８１は、基板３０の第一表面３０２を完全に覆う。
他の実施例では、図３Ｇ−２に示すように、酸化層３８１及び金属反射層３８２が基板３０の第一表面３０２の上の形成されてもよい。好適な一実施例では、酸化層３８１の材料は、ＴｉＯｘ、ＳｉＯｘ、ＺｎＯ、ＴａＯｘから選択されてもよく、金属反射層３８２の材料は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｐｏ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｗ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｌａ、Ａｇ−Ｔｉ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｚｎ、Ｃｕ−Ｃｄ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｓｂ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｚｎ、Ｎｉ−Ｓｎ、Ｎｉ−Ｃ０、Ａｕ合金、又はＧｅ−Ａｕ−Ｎｉなどの金属材料から選択されてもよい。
最後に、図３Ｈに示すように、支持層３６を除去する。その後、図３Ｉに示すように、第一変質領域３０６に沿って基板３０を切断し、複数の発光素子３００を形成する。一実施例では、上述の複数の発光素子３００の酸化層３８１は、基板３０の第一表面３０２を完全に覆う。一実施例では、上述の複数の発光素子３００の酸化層３８１は、基板３０の第一表面３０２の９０％以上の面積を覆う。
図３Ｊは、図３Ｉの切断面における基板断面の走査型電子顕微鏡による微細構造を示す図である。そのうち、基板３０の第一表面３０２に形成されている酸化層３８１、及び、基板３０中に形成されている第一変質領域３０６は、含まれている。そのうち、第一変質領域３０６の上縁には、第一変質領域３０６と接続される第一延伸部３０６１が形成されており、第一変質領域３０６の下縁には、第一変質領域３０６と接続される第二延伸部３０６２が形成されており、且つ、第一延伸部３０６１の高さは、第二延伸部３０６２の高さよりも大きい。
図４Ａないし図４Ｈは、本発明の第二実施例の製造工程における構造を示す図である。図４Ａに示すように、基板４０を提供し、そのうち、基板４０は、第一表面４０２及び第二表面４０４を含み、第一表面４０２は第二表面４０４と相対する。次いて、図４Ｂに示すように、複数の半導体エピタキシャル層４１を基板４０の第二表面４０４の上に形成し、そのうち、半導体エピタキシャル層４１は、下から上へ第一導電型半導体層４１０、活性層４１２、及び第二導電型半導体層４１４を含む。
その後、図４Ｃに示すように、リソグラフィー技術を利用して半導体エピタキシャル層４１をエッチングし、一部の第一導電型半導体層４１０を露出し、且つ、半導体エピタキシャル層４１に複数の台状構造の発光スタック層４２を形成させる。
図４Ｄに示すように、第一導電型半導体層４１０の上に第一電極４４２を形成し、また第二導電型半導体層４１４の上に第二電極４４１を形成し、且つ基板４０の第一表面４０２の上に酸化層４８１を形成する。一実施例では、上述の酸化層４８１は、基板４０の第一表面４０２を完全に覆う。好適な一実施例では、酸化層４８１の材料は、ＴｉＯｘ、ＳｉＯｘ、ＺｎＯ、ＴａＯｘから選択されてもよい。
一実施例では、第一電極４４２及び第二電極４４１の材料は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｐｏ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｐｈ、Ｏｓ、Ｗ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｌａ、Ａｇ−Ｔｉ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｚｎ、Ｃｕ−Ｃｄ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｓｂ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｚｎ、Ｎｉ−Ｓｎ、Ｎｉ−Ｃｏ、Ａｕ合金、又はＧｅ−Ａｕ−Ｎｉなどの金属材料を含んでも良いが、これらに限定されない。
次に、図４Ｅに示すように、発光スタック層４２、第一電極４４２及び第二電極４４１の上に支持層４６を形成する。他の実施例では、この支持層４６は、発光スタック層４２及び基板４０を同時に覆ってもよい。この支持層４６は、発光スタック層４２が後続の工程によりばらばらになって落ちることを防止できる。また、上述の支持層４６の材質は、高分子、酸化物又は金属などの材料であってもよい。
その後、図４Ｆに示すように、レーザーエネルギーが約０．０５−０．１、０．０５−０．３、０．０５−０．５、０．０５−０．７又は０．０５−１Ｗであり、速度が約２０−１００、２０−３００、２０−５００、２０−７００又は２０−１０００ｍｍ／ｓｅｃであり、波長が約３５０−５００、３５０−８００、３５０−１２００、５００−１０００、７００−１２００又は３５０−１５００ｍｍであるレーザー光束を以て、基板４０の第一表面４０２から、酸化層４８１を透過し、基板４０に照射し、且つ基板４０内に複数の不連続な第一変質領域４０６を形成する。一実施例では、このレーザー光束は、赤外線レーザー、例えば、Ｎｄ−ＹＡＧレーザー、Ｎｄ−ＹＶＯ４レーザー、Ｎｄ−ＹＬＦレーザー又はチタンサファイアレーザー（titanium laser）であっても良い。
一実施例では、第一変質領域４０６は、多光子吸収領域（multiple photon absorption region）、クラック領域（crack region）、溶融領域（molten processed region）、又は、反射率改変領域（refractive index change region）であっても良い。
図４Ｆ−１に示すように、複数の不連続な第一変質領域４０６の幅Ｗは、約１−５、１−１０、１−１５又は１−２０μｍであってもよく、高さＨ１は、約１−１０、１−３０、１−５０、１−７０又は１−１００μｍであってもよい。好適な一実施例では、第一変質領域４０６の下縁と基板４０の第一表面４０２との間の距離Ｄ１は、約１−５０、１−１００、１−１５０又は１−２００μｍであってもよい。
一実施例では、図４Ｆ−２に示すように、第一変質領域４０６の上縁には、少なくとも一つの、第一変質領域４０６と接続される第一延伸部４０６１が形成されてもよく、第一変質領域４０６の下縁には、少なくとも一つの、第一変質領域４０６と接続される第二延伸部４０６２が形成されてもよい。そのうち、第一延伸部４０６１の高さＨ２は、約０．１−１０、０．１−５０、０．１−１００、０．１−１５０、０．１−２００μｍであってもよい。第一延伸部４０６１の頂端と基板４０の第二表面４０４との間の距離Ｄ２は、約０−５０、０−１００、０−１５０、０−２００μｍであってもよい。そのうち、第二延伸部４０６２の高さＨ３は、約０．１−１０、０．１−５０、０．１−１００、０．１−１５０、０．１−２００μｍであってもよい。第二延伸部４０６２の頂端と基板４０の第一表面４０２との間の距離Ｄ３は、約０−５０、０−１００、０−１５０又は０−２００μｍであってもよい。一実施例では、第一延伸部４０６１の高さは、第二延伸部４０６２の高さよりも大きい。
図４Ｆ−３に示すように、他の実施例では、レーザーエネルギーが約０．０５−０．１、０．０５−０．３、０．０５−０．５、０．０５−０．７又は０．０５−１Ｗであり、速度が約２０−１００、２０−３００、２０−５００、２０−７００又は２０−１０００ｍｍ／ｓｅｃであり、波長が約３５０−５００、３５０−８００、３５０−１２００、５００−１０００、７００−１２００又は３５０−１５００ｎｍであるレーザー光束を以て、基板４０の第一表面４０２から基板４０に照射し、且つ、基板４０内に複数の不連続な第二変質領域４０６′を形成し、そのうち、第二変質領域４０６′及び第一変質領域４０６は、基板４０の第一表面４０２に垂直である方向に互いに重なり合ってもよく、重なり合わなくてもよい。一実施例では、このレーザー光束は、赤外線レーザー、例えば、Ｎｄ−ＹＡＧレーザー、Ｎｄ−ＹＶＯ４レーザー、Ｎｄ−ＹＬＦレーザー又はチタンサファイアレーザー（titanium laser）であっても良い。
一実施例では、第一変質領域４０６は、多光子吸収領域（multiple photon absorption region）、クラック領域（crack region）、溶融領域（molten processed region）、又は、反射率改変領域（refractive index change region）であっても良い。
第一変質領域４０６と同様に、第二変質領域４０６′の上縁には、少なくとも一つの、第二変質領域４０６′と接続される第三延伸部（図示せず）が形成されてもよく、第二変質領域４０６′の下縁には、少なくとも一つの、第二変質領域４０６′と接続される第四延伸部（図示せず）が形成されてもよい。そのうち、第三延伸部の高さは、約０．１−１０、０．１−５０、０．１−１００、０．１−１５０、又は０．１−２００μｍであってもよい。第三延伸部の頂端と基板４０の第二表面４０４との間の距離Ｄ２は、約０−５０、０−１００、０−１５０、又は０−２００μｍであってもよい。第四延伸部の高さは、約０．１−１０、０．１−５０、０．１−１００、０．１−１５０、又は０．１−２００μｍであってもよい。第四延伸部の頂端と基板４０の第一表面４０との間の距離Ｄ３は、約０−５０、０−１００、０−１５０、又は０−２００μｍであってもよい。一実施例では、第三延伸部の高さは、第四延伸部の高さよりも大きい。
続いて、図４Ｇに示すように、金属反射層４８２が酸化層４８１の上に形成され、且つ、支持層４６を除去する。金属反射層４８２の材料は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｐｏ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｗ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｌａ、Ａｇ−Ｔｉ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｚｎ、Ｃｕ−Ｃｄ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｓｂ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｚｎ、Ｎｉ−Ｓｎ、Ｎｉ−Ｃ０、Ａｕ合金、又はＧｅ−Ａｕ−Ｎｉなどの金属材料から選択されてもよい。
最後に、図４Ｈに示すように、第一変質領域４０６に沿って基板４０を切断し、複数の発光素子４００を形成する。一実施例では、上述の複数の発光素子４００の酸化層４８１及び金属反射層４８２は、基板４０の第一表面４０２を完全に覆う。一実施例では、上述の複数の発光素子４００の酸化層４８１及び金属反射層４８２は、基板４０の第一表面４０２の９０％以上の面積を覆う。
図５Ａないし図５Ｃは、発光モジュールを示す図である。図５Ａは、発光モジュールの外部透視図であり、図５Ａに示すように、発光モジュール５００は、キャリア（carrier）５０２と、本発明の任意の実施例による発光素子（図示せず）と、複数のレンズ５０４、５０６及び５１０と、２つの電源供給端子５１２及び５１４とを含んでも良い。
図５Ｂ及び図５Ｃは、発光モジュールの断面図であり、且つ図５Ｃは、図５ＢのＥ領域の拡大図である。そのうち、キャリア５０２は、上キャリア５０３及び下キャリア５０１を含み、そのうち、下キャリア５０１の表面は、上キャリア５０３と接触してもよく、且つ上キャリア５０３に形成されるレンズ５０４及び５０８を含む。上キャリア５０３には、少なくとも一つの貫通孔５１５が形成されてもよく、且つ本発明の第一実施例による発光素子３００は、上述の貫通孔５１５に形成され、また、下キャリア５０１と接触し、且つゴム材５２１により包囲されてもよく、また、ゴム材５２１にはレンズ５０８が形成される。
一実施例では、貫通孔５１５の両側壁には、発光素子３００の発光効率を向上するための反射層５１９が形成されてもよく、下キャリア５０１の表面には、放熱効率を向上するための金属層５１７が形成されてもよい。
図６Ａ及び図６Ｂは、光源装置６００を示す。図６Ａ及び図６Ｂに示すように、光源装置６００は、発光モジュール５００、シェール５４０、発光モジュール５００に電流を提供するための電源供給システム（図示せず）、及び、電源供給システムを制御するための制御ユニット（図示せず）を含む。光源装置６００は、照明装置、例えば、街灯、車用灯、又は室内照明光源であってもよく、また、交通標識、又は平面表示器中のバックライトのバックライト光源であってもよい。
具体的に言えば、光電素子は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、光電ダイオード（photodiode）、フォトレジスタ(photoresistor)、レーザー（laser）、赤外線エミッタ（infrared emitter）、有機発光ダイオード（organic light-emitting diode）、及び、ソーラー電池(solar cell)のうちの少なくとも一つを含む。基板３０、４０は、成長及び／又は積載基礎である。候補材料は、導電材料又は不導電材料、透光材料又は不透光材料を含んでもよい。そのうち、導電材料の一つは、金属であり、例えば、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＬｉＡｌＯ２、ＺｎＯ、ＧａＮ及びＡｌＮである。透光材料の一つは、サファイア（sapphire）、ＬｉＡｌＯ２、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ガラス、ダイヤモンド、ＣＶＤダイヤモンド、ＤＬＣ（diamond-like carbon）、ＭｇＡｌ２Ｏ４（spinel）、ＳｉＯｘ、又はＬｉＧａＯ２である。
上述の第一半導体３１０、４１０及び第二半導体３１４、４１４は、互いの中に少なくとも２つの部分の導電型、極性又は添加物が異なり、或いは、それぞれ電子及び正孔を提供するための半導体材料の単層又は複数層であり、その導電型は、ｐ型、ｎ型、及びｉ型のうちの任意の２つの組合せであってもよい。能動層（活性層）３１２、４１２は、第一半導体層３１０、４１０及び第二半導体層３１４、４１４の間に位置し、電気エネルギー及び光エネルギーが転換発生の可能な領域、又は、誘発されて転換が発生する領域である。電気エネルギーを光エネルギーに転換し又は誘発されて光エネルギーに転換するものは、例えば、発光ダイオード、液晶表示器、有機発光ダイオードであり、光エネルギーを電気エネルギーに転換し又は誘発されて電気エネルギーに転換するものは、例えば、ソーラー電池、光電ダイオードである。上述の第一半導体層３１０、４１０、能動層３１２、４１２、及び第二半導体層３１４、４１４の材料は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｐ、Ｎ、及びＳｉの群から選択される少なくとも一つを含む。
本発明の他の実施例による光電素子は、発光ダイオードであり、その発光スペクトラムは、半導体単層又は複数層の物理又は化学要素を変更することにより調整され得る。常用の材料系は、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＡｌＧａＩｎＮ系、ＺｎＯ系などである。能動層３１２、３１４の構造は、例えば、ＳＨ（single heterostructure）、ＤＨ（double heterostructure）、ＤＤＨ（double-side double heterostructure）、又はＭＱＷ（multi-quantum well）である。また、量子井戸の対数を調整することにより発光波長をすることもできる。
本発明の一実施例では、第一半導体３１０、４１０と基板３０、４０との間は、緩衝層（buffer layer、図示せず）を選択的に含んでもよい。この緩衝層は、二種類の材料系の間に介し、例えば基板の材料系と半導体系の材料との間の“過渡”という役割を果たす。具体的には、例えば発光ダイオードの構造について言えば、一方では、緩衝層は、二種類の材料間の格子不整合を低く抑えるための材料層であり、他方では、緩衝層は、二種類の材料又は２つの分離構造を結合するための単層、複数層又は構造であってもよい。緩衝層の選択可能な材料は、例えば、有機材料、無機材料、金属又は半導体などであってもよく、また、その選択可能な構造は、例えば、反射層、導熱層、導電層、オーミック接触（ohmic contact）層、歪み抵抗層、応力リリース（stress release）層、応力調整（stress adjustment）層、接合（bonding）層、波長転換層、及び機械固定構造などであってもよい。一実施例では、この緩衝層の材料は、ＡｌＮ、ＧａＮであってもよく、且つその形成方法は、スパッタ（sputter）又は原子層堆積（atomic layer deposition, ALD）であってもよい。
第二半導体層３１４、４１４の上は、更に、接触層（図示せず）を選択に形成してもよい。接触層は、第二半導体３１４、４１４の、能動層（図示ぜす）から離れる一方側に設置される。具体的にいえば、接触層は、光学層、電気学層、或いは両者の組合せであってもよい。光学層は、能動層３１２、３１４から又はそれらへの電磁輻射又は光線を変更することができる。ここで言う「変更」とは、電磁輻射又は光の少なくとも一つの光学的特性を変更することを指し、この特性は、周波数、波長、強度、束（Flux）、色温度、演色性（rendering index）、光場（light field）、及び可視角（angle of view）を含むが、これらに限定されない。電気学層は、接触層の任意の一組の相対側間の電圧、抵抗、電流、容量のうちの少なくとも一つの数値、密度、分布に変化又は変化の趨勢を持たせる。接触層の構成材料は、酸化物、導電酸化物、透明酸化物、５０％又はそれ以上の透過率を有する酸化物、金属、相対透光金属、５０％又はそれ以上の透過率を有する金属、有機物質、無機物質、蛍光物、燐光物、陶磁、半導体、添加された半導体、及び、無添加の半導体のうちの少なくとも一つを含む。実際の応用では、接触層の材料は、ＩＴＯ、ＩｎＯ、ＳｎＯ、ＣＴＯ、ＡＴＯ、ＺｎＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＺＴＯのうちの少なくとも一つである。また、相対透光金属であれば、その厚みは0.005μｍ−0.6μｍである。
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、本発明の趣旨を離脱しない限り、本発明に対するあらゆる変更は本発明の範囲に属する。
１００、３００、４００ 発光素子
１０ 透明基板
１２、３２、４２ 半導体スタック層
１４ 電極
１１０、３１０、４１０ 第一導電型半導体層
１１２、３１２、４１２ 活性層
１２４、３２４、４２４ 第二導電型半導体層
２００ 発光装置
２０ サブマウント
２０２ 回路
２２ はんだ
２４ 電気接続構造
３０、４０ 基板
３０２、４０２ 第一表面
３０４、４０４ 第二表面
３６、４６ 支持層
３０６、４０６ 第一変質領域
３０６′、４０６′第二変質領域
３０６１、４０６１ 第一延伸部
３０６２、４０６２ 第二延伸部
３４２、４４２ 第一電極
３４１、４４１ 第二電極
３８１、４８１ 酸化層
３８２、４８２ 金属層
５００ 発光モジュール
５０１ 下キャリア
５０２ キャリア
５０３ 上キャリア
５０４、５０６、５０８、５１０ レンズ
５１２、５１４ 電源供給端子
５１５ 貫通孔
５１９ 反射層
５２１ ゴム材
５４０ シェール
６００ 光源装置
１０ 透明基板
１２、３２、４２ 半導体スタック層
１４ 電極
１１０、３１０、４１０ 第一導電型半導体層
１１２、３１２、４１２ 活性層
１２４、３２４、４２４ 第二導電型半導体層
２００ 発光装置
２０ サブマウント
２０２ 回路
２２ はんだ
２４ 電気接続構造
３０、４０ 基板
３０２、４０２ 第一表面
３０４、４０４ 第二表面
３６、４６ 支持層
３０６、４０６ 第一変質領域
３０６′、４０６′第二変質領域
３０６１、４０６１ 第一延伸部
３０６２、４０６２ 第二延伸部
３４２、４４２ 第一電極
３４１、４４１ 第二電極
３８１、４８１ 酸化層
３８２、４８２ 金属層
５００ 発光モジュール
５０１ 下キャリア
５０２ キャリア
５０３ 上キャリア
５０４、５０６、５０８、５１０ レンズ
５１２、５１４ 電源供給端子
５１５ 貫通孔
５１９ 反射層
５２１ ゴム材
５４０ シェール
６００ 光源装置
Claims (8)
- 発光素子の製造方法であって、少なくとも、
第一表面及び第二表面を有し、該第一表面は該第二表面と相対する基板を提供するステップと、
複数の発光スタック層を前記基板の第二表面に形成するステップと、
酸化層を前記基板の第一表面に形成するステップと、
前記複数の発光スタック層を覆う支持層を形成するステップと、
前記基板の前記第一表面上の前記酸化層からエネルギーを前記基板内に与え、前記基板内に複数の不連続な第一変質領域を形成するステップと、
前記エネルギーを前記基板内に与えた後に、金属反射層を前記酸化層に形成するステップと、
前記複数の不連続な第一変質領域に沿って前記基板を切断するステップと、
を含む、発光素子の製造方法。 - 前記複数の不連続な第一変質領域を形成した後に、前記支持層を除去するステップを更に含む、請求項１に記載の発光素子の製造方法。
- 前記エネルギーを前記基板内に与えるステップは、第一延伸部を前記第一変質領域と前記基板の第二表面との間に形成することを更に含む、請求項１に記載の発光素子の製造方法。
- 前記基板の第一表面からエネルギーを前記基板内に与え、前記基板内に複数の不連続な第二変質領域を形成するステップを更に含み、
前記第二変質領域及び前記第一変質領域は、前記基板の第一表面に垂直である方向に互いに重なり合い又は重なり合わず、
前記複数の不連続な第二変質領域は、前記複数の不連続な第一変質領域の形成後に形成される、請求項１に記載の発光素子の製造方法。 - 第二延伸部を前記第一変質領域の下に形成するステップを更に含み、
前記第二延伸部は、前記第一変質領域と前記基板の第一表面との間に形成され、
前記第二延伸部の高さは、前記第一延伸部の高さよりも小さい、請求項３に記載の発光素子の製造方法。 - 前記酸化層は、前記支持層の形成前に形成される、請求項１に記載の発光素子の製造方法。
- 第一電極及び第二電極を前記発光スタック層に形成し、且つ、前記支持層により、前記発光スタック層、前記基板の第二表面、前記第一電極及び前記第二電極を覆う、請求項１に記載の発光素子の製造方法。
- 前記エネルギーを前記基板内に与える前に、前記複数の発光スタック層を覆う前記支持層を先に形成する、請求項１に記載の発光素子の製造方法。
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