JP2011129920A - 発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明による発光素子は、発光ダイオードチップ、基板及び接合層を含む。発光ダイオードチップは、複数の発光ダイオードユニット、複数の電極及び少なくとも一つの電気接続層を含む。複数の発光ダイオードユニットは、電気接続層を介して互いに電気的に接続され、また、接合層を介して基板と接合される。基板の中は、複数の通路を有し、その上は、発光素子の発光に必要な電力を提供する複数の外部電極を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光素子及びその製造方法に関し、特に、外部電極を用いることにより光取り出し効率を向上する発光素子及びその製造方法に関する。

近年、エピタキシー及びそのプロセス技術の進歩により、発光ダイオード（LED）が、大きな潜在力のある固体発光素子の一つになる。物理メカニズムの制限により、LEDは、直流電流で駆動するしかできないので、LEDを光源とする照明設計の中では、整流及び降圧用電子素子などと組み合わせて、電力会社などにより直接供給される交流電流を、LEDに使用可能な直流電流に転換する必要がある。しかし、整流及び降圧用電子素子などを増やすと、照明のコストを増やさせるのみならず、整流及び降圧用電子素子などの低い直流−交流転換率及び大きい体積などにより、LEDは日常照明に使用されるときの信頼度及び使用寿命に悪影響を与えることもある。

交流駆動型発光ダイオード（ACLED）素子が整流及び降圧用電子素子などを使用せずに交流電流により直接駆動され得るので、将来、固体照明の主要製品になる可能性が非常に高い。また、ACLEDに適用な電力工率、ウェハのサイズ、効率及び歩留まりの向上などの要素が、素子の将来の実用性及び普及性を大きく左右する。

ACLEDは、今は、主に二つの構造がある。一つは、回路上での逆方向直並列の設計であり、もう一つは、回路上でのホイートストンブリッジ回路の設計である。逆方向直並列の設計では、操作時に、僅か５０％のLEDチップが点灯され、一方、ホイートストンブリッジ回路の設計では、ホイートストンブリッジ回路の中の半分のLEDチップ及びホイートストンブリッジ回路に電気接続されるLEDチップが同時に点灯され得る。比較すれば分かるように、ホイートストンブリッジ回路の設計は、発光面積を増やすことができ、ACLEDの発光効率の向上に有利である。

しかし、ACLED構造では、逆方向直並列の設計にしろ、ホイートストンブリッジ回路の設計にしろ、LEDチップ間の電気接続層が必要である。図１は、従来のACLEDにおける電極配置方式を示すものであり、そのうち、電極３２は、ACLEDの電気接続層である。しかし、ACLEDの中の各LEDチップ間の電気接続層３２は、発光領域３１の一部を遮るので、ACLEDの発光効率が大幅に低下する。

本発明の目的は、低遮光の効果を有する発光ダイオード及びその製造方法を提供することにある。

本発明は、発光ダイオードチップ、基板及び接合層を含む発光素子を提供する。発光ダイオードチップは、複数の発光ダイオードユニットユニット、複数の電極及び少なくとも一つの電気接続層を含み、発光ダイオードユニットユニット間は、電気接続層を経由して互いに電気的に接続され、また、接合層により基板と接合される。基板の中は、複数の通路があり、その上は、発光素子の発光に必要な電力を供給するための複数の外部電極がある。

また、本発明は、発光ダイオードチップ、サブマウント（sub mount）及び導電材を含む発光素子を提供する。サブマウントは、少なくとも一つの回路を有しても良く、導電材は、サブマウントの上に位置し、導電材により、発光ダイオードチップをサブマウントに粘着及び／又は固定させ、また、発光ダイオードチップとサブマウントとの間の電気的な接続を形成させる。そのうち、サブマウントは、リッドフレーム(lead
frame)であっても良く、大きなサイズのマウント基板（mounting substrate）であっても良く、これにより、発光ダイオード構造の回路のレイアウト作りが容易になり、また、放熱効果も向上される。

また、本発明は、電気接続構造の配列により、発光ダイオードチップ内の各発光ダイオードユニットと電気的に接続し、各発光ダイオード間が互いに直列、並列又は直並列接続となり、又は、各発光ダイオードユニット間が電気的に接続されてホイートストンブリッジ回路となる発光素子を提供する。また、各発光ダイオードユニットの間には、蛍光粉及び／又は乱反射粒子(scattering particles)が充填されてもよく、これにより、発光ダイオード素子の発光効率を向上し、及び／又は、光線の波長変換を行い混光することができる。

また、本発明は、発光素子を形成する方法を提供する。この方法は、成長基板にｎ型半導体層、能動層及びｐ型半導体層を形成するステップと、一部のｎ型半導体層、能動層及びｐ型半導体層を除去し、複数の発光ダイオードユニットを形成するステップと、各発光ダイオードユニット内の一部の能動層及びｐ型半導体層を除去し、ｎ型半導体層の一部の上表面を露出するステップと、露出したｎ型半導体層の表面にｎ型電極を形成し、ｐ型半導体の表面にｐ型電極を形成するステップと、発光ダイオードユニットの間に絶縁構造を形成するステップと、発光ダイオードユニットの間に電気接続構造を形成するステップと、電気接続構造を有する発光ダイオードチップの一方側に絶縁材料を塗布するステップと、絶縁構造に対する発光ダイオードチップの他方側に反射層を形成するステップと、発光ダイオードチップに対する反射層の他方側に接合層（bonding layer）を形成するステップと、接合層を用いて永久基板と接合するステップと、成長基板内において発光ダイオードチップの電極に対応する箇所に複数の通路を形成するステップと、複数の通路により、発光ダイオードチップの電極を成長基板の反対側に電気的に接続するステップと、成長基板の反対側において複数の通路に対応する部分に、夫々、発光ダイオードチップの電極に対応する複数の外部電極に形成するステップと、を含む。

本発明は、低遮光の効果を有する発光ダイオード及びその製造方法を提供することができる。

従来のACLEDの電極配置方式を示す図である。 本発明による発光素子１００を示す図である。 本発明による発光素子１００の製造方法を示す図である。 本発明による発光素子１００の製造方法を示す図である。 本発明による発光素子１００の製造方法を示す図である。 本発明による発光素子１００の製造方法を示す図である。 本発明による発光素子１００の製造方法を示す図である。 本発明による発光素子１００の製造方法を示す図である。 本発明による発光素子１００の製造方法を示す図である。 本発明による他の発光素子２００の構造を示す図である。 本発明による他の発光素子３００の構造を示す図である。 本発明による他の発光素子３００の他の構造を示す図である。 本発明による他の発光素子４００の上面図である。 本発明による他の発光素子４００のＡ−Ａ′−Ａ′′に沿った断面図である。

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。

図２を参照する。図２は、本発明による発光素子１００を示す図である。発光素子１００は、発光ダイオードチップ１１０、絶縁層１２０、反射層１３０、接合層１４０及び永久基板１５０を含む。

発光ダイオードチップ１１０の一方側の表面は、絶縁層１２０を有し、絶縁層１２０により、発光ダイオードチップ１１０と反射層１３０、接合層１４０及び永久基板１５０との間の電気伝導が隔絶される。発光ダイオードチップ１１０に対する絶縁層１２０の他方側は、反射層１３０を有し、反射層１３０は、発光ダイオードチップ１１０からの光線を同一の側に反射し、発光素子１００の光取り出し効率を向上させる。発光ダイオードチップ１１０に対する反射層１３０の他方側は、接合層１４０を有し、接合層１４０は、永久基板１５０と発光ダイオードチップ１１０とを接合する。本実施例では、永久基板１５０は、例えば、シリコン基板である。

発光ダイオードチップ１１０は、成長基板１１１、複数の発光ダイオードユニット１１２、複数の電極１１３ａと１１３ｂ、絶縁構造１１４、電気接続構造１１５、通路１１６及び外部電極１１７を含む。発光ダイオードユニット１１２は、例えば、有機金属化学気相成長法により、成長基板１１１に形成される。本実施例では、発光ダイオードユニット１１２は、少なくとも、成長基板１１１に順番に形成されたｎ型半導体層１１２ａ、能動層１１２ｂ及びｐ型半導体層１１２ｃを含み、そのうち、能動層１１２ｂは、多重量子井戸構造を含んでも良く、ｎ型半導体層１１２ａと成長基板との間には、イオン添加又は他の成長方法で緩衝層が形成されても良く、能動層１１２ｂに対するｐ側半導体層１１２ｃの他方側には、さらに、電流分散層が形成されても良く、電流分散層により、電流がさらに均一に能動層１１２ｂに拡散することができる。電極１１３ａは、ｎ型電極であり、ｎ型半導体層１１２ａに位置し、電極１１３ｂは、ｐ型電極であり、ｐ型半導体１１２ｃに位置し、電極１１３ａと電極１１４ｂは、好ましくは、ｎ型半導体層１１２ａ及びｐ型半導体層１１２ｃと夫々オーミック接触を形成する。発光ダイオードユニット１１２間は、絶縁構造１１４を有し、本実施例では、絶縁構造１１４の幅は、絶縁構造１１４の両側の発光ダイオードユニット１１２の間の、電気接続構造１１５じゃないものによる電気伝導を隔絶し、有効な絶縁を形成できるとのことを満足する必要がある。絶縁構造１１４により、発光ダイオードユニット１１２に必要な静電及び短絡保護を提供し、これにより、発光ダイオードユニット１１２の側面、特に、能動層１１２ｂが、異常な電気伝導により影響又は破壊されることを防ぐことができる。本実施例では、絶縁構造１１４は、スピンオンガラス法で、局部的な平坦化を達成しても良い。

絶縁構造１１４の一方側は、電気接続構造１１５を有し、この電気接続構造１１５により、発光ダイオードユニット１１２の中の発光ダイオードユニットのｎ型電極１１３ａともう一つの発光ダイオードユニットのｐ型電極１１３ｂとを接続し、このような接続を繰り返すことにより、ダイオードチップ１１０内の各発光ダイオード１１２を直列又は並列方式で接続し、これにより、各発光ダイオード１１２が互いに直列接続、並列接続、直並列接続又は逆方向の直並列接続である発光ダイオードチップ１１０を構成する。また、各発光ダイオードユニット１１２を直列接続することにより、複数の発光ダイオードユニットを有する単一マルチダイチップ（multi-die chip：ＭＣ）を成しても良く、動作電圧に合わせて、マルチダイチップ構造又は複数のマルチダイチップ構造は、直流電源又は整流後の交流電源に応用されることができる。また、交流電源に用いられるために、単一マルチダイチップ内に複数の発光ダイオードユニット１１２を電気的に接続し、ホイートストンブリッジ回路を含むレイアウトを成しても良い。電気接続構造１１５により、各発光ダイオードユニット１１２間は互いに電気接続する。一実施例では、前述の電気的な接続方式により、発光ダイオードシップ１１０は、二つの電極（即ち、電気接続した後の複数の発光ダイオードユニット１１２の中の一つの発光ダイオードユニット１１２のｎ型電極及びもう一つの発光ダイオードユニット１１２のｐ型電極）のみを用いることで各発光ダイオードユニット１１２に必要な操作電力を供給することができる。

本実施例では、成長基板１１１は、サファイア基板であり、研磨された後の好ましい厚みが１０μｍである。成長基板１１１は、成長基板１１１を貫通又は突抜した複数の通路１１６を有し、ここでいう貫通とは、直線での通過といい、突抜とは、不均一又は非直線での通過といいが、何れでも、成長基板１１１を貫通する。通路１１６は、成長基板１１１内において複数の外部電極１１７に対応する箇所に形成され、通路１１６内は、導電性材料を有し、この導電性材料により、外部電極１１７と発光ダイオードユニット１１２とを電気接続する。外部電極１１７は、成長基板１１１上に位置し、発光ダイオードチップ１１０の電極と電気接続し、これにより、発光ダイオードチップ１１０は、外部電極１１７及び通路１１６内の導電性材料により、電力の供給を受ける。なお、発光ダイオードユニット１１２間の電気接続は、電気接続構造１１５により直接形成されても良く、各発光ダイオードユニット１１２は、単独で電極が形成される必要がなく、即ち、外部電極１１７に対応する位置で電極を形成し電気的な接続を成すことだけで良いので、製造の工程を減少し、発光ダイオードチップの信頼性を向上することができる。

図３Ａ−３Ｇを参照する。これらの図は、本発明による発光素子１００を製造する方法を示す。まず、図３Ａにおいて、成長基板１１１の上に順次にｎ型半導体層１１２ａ、能動層１１２ｂ及びｐ型半導体層１１２ｃを形成し、次に、一部のｎ型半導体層１１２ａ、能動層１１２ｂ及びｐ型半導体層１１２ｃを除去し、複数のエピタキシー構造を形成し、その後、図３Ｂにおいて、各エピタキシー構造内の一部の能動層１１２ｂ及びｐ型半導体層１１２ｃを除去し、一部のｎ型半導体層１１２ａの上表面を露出させ、それから、図３Ｃにおいて、ｎ型半導体層１１２ａの露出した表面にｎ型電極１１３ａを形成し、ｐ型半導体層１１２ｃの表面にｐ型電極１１３ｐを形成し、発光ダイオードユニット１１２を形成し、さらに、図３Ｄにおいて、発光ダイオードユニット１１２間に絶縁構造１１４を形成し、絶縁構造１１４は、発光ダイオードユニット１１２の側面に形成されても良く、或いは、さらにｐ型半導体１１２ｃの表面を覆っても良い。また、絶縁構造１１４は、成長基板１１１の表面を覆っても良い。その後、電気接続構造１１５を形成し、各発光ダイオードユニット１１２を互いに電気的に接続させ、電気接続構造１１５の接続方式は、発光ダイオードユニット１１２のｎ型電極１１３ａともう一つの発光ダイオードユニット１１２のｐ型電極１１３ｂとを電気的に接続することであり、或いは、各発光ダイオードユニット１１２に電極を形成せずに、電気接続構造１１５を以って各発光ダイオードユニット１１２と直接接続し、直列接続又は並列接続方式で発光ダイオードチップ１１０内の各発光ダイオードユニット１１２を電気接続し、各発光ダイオードユニット１１２間が互いに直列接続、並列接続、又は直並列接続である発光ダイオードチップ１１０を構成し、各発光ダイオードユニット１１２間が直列接続し、複数の発光ダイオードユニットを有するマルチダイチップ（ＭＣ）を成してもよく、動作電圧に合わせて、マルチダイチップ構造又は複数のマルチダイチップ構造を組み合わせる構造を以って直流電源又は整流後の交流電源に応用されてもよい。また、交流電源に応用されるために、マルチダイチップ構造において各発光ダイオードユニット１１２を電気的に接続し、ホイートストンブリッジ回路を含むレイアウトを成しても良い。電気接続構造１１５は、一部又は全部的に絶縁構造１１４上に形成され、絶縁構造１１４により、電気接続構造１１５じゃないものによる電気伝導を隔絶し、有効な絶縁を形成し、発光ダイオードユニット１１２を損害から守る。前述のステップにより形成された後の発光ダイオードチップ１１０は、図３Ｅにおいて、発光ダイオードチップ１００の、電気接続構造１１５を有する一方側に、絶縁層１２０を塗布し、また、絶縁層１２０の、発光ダイオードチップ１１０に対する他方側に、反射層１３０を形成し、或いは、複数層の、異なる屈折率を有する、発光ダイオードチップ１１０から射出した光線を屈折できる構造、例えば、ブラッグ反射層を形成する。その後、反射層１３０の、絶縁層１２０の他方側に、接合層１４０、例えば、ウェハ接合層又は金属接合層を形成する。図３Ｆにおいて、接合層１４０を用いて永久基板１５０と接合し、本実施例では、ウェハ接合方式で永久基板１５０と接合層１４０とを接合するが、これに限定されない。そのうち、永久基板１５０は、シリコン基板である。接合を行った後に、研磨などの方法で成長基板１１１を薄化し、好ましくは、１０μｍに薄化する。その後、図３Ｇにおいて、エッチングなどの方法で、成長基板１１１内において発光ダイオードチップ１１０の複数の電極に対応する箇所で、成長基板１１１を貫通又は突抜した複数の通路１１６を形成し、また、通路１１６に導電性材料を充填する方式で、発光ダイオードチップ１１０の複数の電極を成長基板１１１の反対側まで電気的に接続させる。最後に、成長基板１１１の反対側において、通路１１６に対応する部分に、夫々、発光ダイオードチップ１１０の電極に対応する複数の外部電極１１７を形成する。

図４を参照する。図４は、本発明によるもう一つの発光素子２００の構造を示す。本実施例では、符号が図２の符号と同じであるものは、本実施例の中に述べた特徴と組成以外は、図２のものと同じ特性と使用方式を有する。本実施例では、永久基板２５０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板であり、通路１１６は、永久基板２５０を貫通し、永久基板２５０の、発光ダイオードチップ１１０から離れる表面に外部電極１１７は形成される。

図５を参照する。図５は、本発明によるもう一つの発光素子３００の構造を示す。本実施例では、符号が図２の符号と同じであるものは、本実施例の中に述べた特徴と組成以外は、図２のものと同じ特性と使用方式を有する。本実施例では、発光素子３００は、発光ダイオードチップ１１０、サブマウント３１０及び少なくとも一つの導電材３２０を含む。サブマウント３１０は、少なくとも一つの回路を有しても良い。導電材３２０は、サブマウント３１０の上に位置し、或いは、同時に夫々発光ダイオードチップ１１０及びサブマウント３１０の上に位置し、この導電材３２０により、発光ダイオードチップ１１０は、サブマウント３１０の上に粘着及び／又は固定され、また、サブマウント３１０と電気的な接続が形成される。また、導電材３２０は、外部電極１１７と電気的な接続を形成しても良い。発光ダイオードチップ１１０とサブマウント３１０は、溶接プロセス又は粘着プロセスにより互いに固定され、電気的な接続を完成する。溶接プロセスの場合、導電材３２０は、金属はんだ凸塊又は合金はんだ凸塊であっても良い。導電材料３２０は合金はんだ凸塊である場合、その形成方法は、発光ダイオードチップ１１０及びサブマウント３１０の上に夫々単一金属を形成し、共晶溶接（eutectic soldering）プロセスにより合金を形成することを含んでも良い。導電材３２０は、等方性導電性接着剤であっても良い。また、粘着プロセスの場合、ペースト状又は薄膜の形式である異方性導電性接着剤、即ち、異方性導電膜などを用いて、発光ダイオードチップ１１０とサブマウント３１０とを接続させる。結合圧力及び熱の共同作用の下で、電気的な接続が完成し、また、粘着剤が永久的に固化し熱安定性も有する。サブマウント３１０は、リードフレーム、大きなサイズのマウント基板又は回路板(例えば、ＰＣＢ回路板)等であっても良く、これにより、発光素子３００の回路レイアウトを実現し、放熱効果を向上する。本実施例では、発光ダイオードチップ１１０の上の成長基板１１１を選択的に除去しても良く、また、発光ダイオードチップ１１０とサブマウント３１０との間に導熱構造３３０を充填又は形成しても良く、これにより、発光素子３００の放熱効率を向上する。また、成長基板が除去された後の発光ダイオードチップ１１０の表面に粗化ステップを実施しても良く、これにより、発光ダイオードチップ１１０は、粗化表面又は粗化構造を有することになり、発光素子３００の光取り出し効率をさらに向上する。また、絶縁構造１１４に蛍光粉及び乱反射粒子（scattering
particle）を添加しても良く、そのうち、蛍光粉は、混光を行うために、発光ダイオードユニット１１２からの光線を、異なる色の光線に変換し、言い換えると、発光ダイオードユニット１１２からの光線を、波長が比較的に長い他の光線を変換する。例えば、青色の光線を赤色の光線及び黄色の光線に変換し、これにより、白色の光を形成して出力し、或いは、その他の色の光線から別の色の光線への変換を行っても良い。また、乱反射粒子は、絶縁構造１１４に進入した光線を外へ乱反射させ、これにより、発光ダイオードチップ１１０の光取り出し効率をさらに向上する。乱反射粒子の材質は、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、二酸化シリコン(ＳｉＯ２)及びその組合せであっても良いが、これらに限定されない。前述の絶縁構造１１４の中の蛍光粉及び乱反射粒子は、一緒に、又は、単独で、絶縁構造１１４に添加されても良く、これにより、絶縁構造１１４の中は、蛍光粉及び乱反射粒子のうち一つ、及び、その組合せを含むようになる。蛍光粉及び乱反射粒子の組成及び濃度は、異なる製品により、調整されることができる。

また、図６を参照する。図６に示すように、発光素子３００は、成長基板１１１を除去せず、成長基板１１１に対して粗化ステップを実施しても良く、これにより、成長基板１１１は、粗化表面又は粗化構造を有し、発光素子３００の光取り出し効率を向上する。図５と同様に、絶縁構造１１４に蛍光粉及び乱反射粒子を添加しても良く、そのうち、蛍光粉は、混光を行うために、発光ダイオードユニットからの光線を、異なる色の光線に変換することができ、例えば、青色の光線を、赤色又は黄色の光線に変換し、白色の光線を形成して出力し、或いは、その他の色の光線を別の色の光線に変換しても良い。また、乱反射粒子は、絶縁構造１１４に進入した光線を外へ乱反射させ、これにより、発光ダイオードチップ１１０の光取り出し効率をさらに向上する。乱反射粒子の材質は、二酸化チタン、二酸化シリコン及びその組合せであっても良いが、これらに限定されない。前述の絶縁構造１１４の中の蛍光粉及び乱反射粒子は、一緒に、又は、単独で、絶縁構造１１４に添加されても良く、これにより、絶縁構造１１４の中は、蛍光粉及び乱反射粒子のうち一つ、又は、その組合せを含むようになる。蛍光粉及び乱反射粒子の組成及び濃度は、異なる製品により、調整されても良い。

図７Ａ及び図７Ｂを参照する。これらの図に示すのは、本発明による発光素子４００の他の実施例である。図７Ａは、発光素子４００の上面図であり、図７Ｂは、発光素子４００のＡ−Ａ′−Ａ′′に沿った断面図である。本実施例では、サブマウント３１０と発光ダイオードチップ１１０との間の電気的な接続を利用することにより、発光素子４００は、柔軟性のある電気的な配置が可能になる。サブマウント３１０と発光ダイオードチップ１１０との間は、少なく、三つの電気接点を有し、電気接点の材料は、導電材３２０と同じであっても良く、また、発光ダイオードチップ１１０の中は、少なくとも二組の発光ダイオードユニット群４１１及び４１２を含んでも良く、発光ダイオードユニット群４１１及び４１２は、少なくとも、複数の、互いに直列接続される発光ダイオードユニット１１２を含む。例えば、発光ダイオードユニット群４１１及び４１２は、二乗平均平方根（root mean square）の値が約１２０Ｖ及び２４０Ｖである順方向電圧、或いは、ピーク値又は二乗平均平方根の値が約３３Ｖ又は７２Ｖである順方向電圧を受けることができる。発光ダイオードユニット群４１１及び４１２は、各自に、少なくとも、二つの電気接点を有しても良く、或いは、発光ダイオードユニット群４１１及び４１２は、一つの電気接点を共用しても良い。本実施例では、発光ダイオードユニット群４１１及び４１２は、一つの電気接点(即ち、共通ノードＣ)を共有し、これにより、共通ノードに印加された電気信号又は電力が共に発光ダイオードユニット群４１１及び４１２に伝達されることができ、或いは、共通ノード構造による他の電気的な特徴を有する。また、発光ダイオードユニット群４１１は、共通ノード以外に、もう一つの電気接点４２０′(即ち、ノードＢ)を有し、また、発光ダイオードユニット群４１２は、共通ノード以外に、もう一つの電気接点４２０′′(即ち、ノードＤ)を有する。本実施例では、サブマウント３１０は、導電材３２０を用いて、夫々、ノードＢ、Ｃ及びＤと電気的に接続され、これにより、サブマウント３１０上において、ノードＢ、Ｃ及びＤに対応するノードＢ′、Ｃ′及びＤ′を形成し、また、ノードＢ′、Ｃ′及びＤ′に印加された電気信号又は電力が対応のノードＢ、Ｃ及びＤに伝達される。このような構造では、ノードＢ′及びＤ′が、電源と接続され、ノードＣ′が、外部電源と電気的に接続されない時は、発光ダイオードユニット群４１１と４１２との間は電気的な直列接続となり、また、ノードＣ′が、電源の二つの電源極の一つに電気的に接続され、ノードＢ′及びＤ′が、もう一つの電源極に電気的に接続される時は、発光ダイオードユニット群４１１と４１２との間は、逆方向の電気的な並列接続となる。このような構造を単一チップ及びパッケージの構造のように使うと、発光ダイオードユニット群４１１と４１２との間の複数種類の電気的な接続を実現することができる。例えば、発光素子４００が、二乗平均平方根の値が１２０Ｖである電力システムに用いられるときは、発光素子４００を、逆方向の電気的な並列接続になるように、パッケージ及び配線をし、これにより、発光素子４００は、二乗平均平方根の値が１２０Ｖである電力システムに用いられることができるようになる。また、発光素子４００が、二乗平均平方根の値が２４０Ｖである電力システムに用いられるときは、発光素子４００を、電気的な直列接続になるように、パッケージ及び配線をし、これにより、発光素子４００は、二乗平均平方根の値が２４０Ｖである電力システムに用いられることができるようになる。従って、本実施例は、同じ種類の発光素子４００のみを使用することにより、複数の電力システムに応用されることができ、また、サブマウントを、電力システムと電気的に接続するための接点として利用することにより、発光素子４００の応用上の信頼性が高まり、生産コストが低まり、発光ダイオードの応用分野を広げることができる。また、サブマウント上の回路設計を利用することにより、発光ダイオードユニット群４１１及び４１２は、電気的な並列接続になるようにパッケージ及び配線を行うこともできる。なお、前述の発光ダイオードユニット群４１１及び４１２は、夫々、同一の発光ダイオードチップ１１０の一部であるが、その代わりに、二つの発光ダイオードチップ１００を使って、同じ趣旨で、本実施例を実施することもできる。

本発明による発光素子は、基板側から光を取り出すフリップチップパッケージ構造を含んでも良く、フリップチップパッケージ構造は、基板側から光を取り出すという特徴により、光取り出し効率が、発光領域を遮蔽することによって減少しないので、発光ダイオードユニット間の導電材料を透明材質のものにしなくても良く、また、遮光面積が縮小されるという問題を解消するための導電材料の形状またはプロセスに対しての特別な設計をしなくても良い。従って、光取り出し効率を向上し、コストを削減することができ、また、導電材料の選択にも限定がない。

また、本発明による発光ダイオード構造は、従来のパッケージング方法でこの発光ダイオード構造をパッケージングする以外に、ウェハレベルでのプロセスにてパッケージング操作を行っても良い。ここでいうウェハレベルでのプロセスは、発光ダイオード構造と、サイズが非常に大きな別のパッケージ体とをパッケージングする一般の方法とは異なり、即ち、本発明による発光ダイオード構造は、同一のウェハレベルで、パッケージングされることができるので、パッケージ体の中の各素子は、ほぼ同じサイズ(例えば、同一の冪指数、又は、１０の１乗以内)を有し、これにより、製造プロセスが簡単になり、発光ダイオード構造自体をパッケージングする必要がない。或いは、本発明による発光ダイオード構造を、単独で、又は、複数で、パッケージキャリアとさらにパッケージングすることもでき、これにより、本発明による発光ダイオード構造は、配線などのパッケージング工程をさらに簡易化することができる。従って、パッケージングのコストを削減すると同時に、パッケージングの信頼性を向上することもできる。

前述の諸実施例では、前記ｎ型半導体層、ｐ型半導体層及び能動層の材料は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物を含み、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）系又はリン化ガリウム（ＧａＰ）系材料である。前記成長基板は、例えば、サファイア、炭化シリコン、窒化ガリウム及び窒化アルミニウムからなるグループから選択された少なくとも一つの材料を含む。前記ｎ型半導体層、ｐ型半導体層及び能動層は、単層又は複数層構造であっても良く、例えば、超格子構造である。また、本発明による前述の発光ダイオードチップは、接合方法で導熱又は導電基板に直接又は媒介物などを介して接合することにより形成されるが、これに限定されず、その他の形成方法、例えば、成長方法で前述の導熱又は導電基板上に形成されることも、本発明の範囲に属する
前述の電流分散層は、透明金属酸化物を含み、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、金属又は金属合金である。前述の成長基板は、例えば、サファイア、炭化シリコン、窒化ガリウム及び窒化アルミニウムからなるグループから選択された少なくとも一つの透明材料又は絶縁材料を含む。前述の永久基板は、例えば、リン化ガリウム、サファイア、炭化シリコン、窒化ガリウム及び窒化アルミニウムからなるグループから選択された透明材料を含み、或いは、例えば、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）、酸化亜鉛、金、銀、アルミニウムなどの金属材料からなるグループから選択された導熱材料を含む。前述の接合層は、金属酸化物、非金属酸化物、高分子重合体、金属又は金属合金からなるグループから選択された少なくとも一つの材料を含む。

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 発光素子
１１０ 発光ダイオードチップ
１２０ 絶縁層
１３０ 反射層
１４０ 接合層
１５０ 永久基板
１１１ 成長基板
１１２ 発光ダイオードユニット
１１２ａ ｎ型半導体層
１１２ｂ 能動層
１１２ｃ ｐ型半導体層
１１３ａ、１１３ｂ 電極
１１４ 絶縁構造
１１５ 電気接続構造
１１６ 通路
１１７ 外部電極
２００ 発光素子
２５０ 永久基板
３００ 発光素子
３１０ サブマウント
３２０ 導電材
３３０ 導熱構造
４００ 発光素子
４１１、４１２ 発光ダイオードユニット群
４２０ 電気接点
Ｂ、Ｃ、Ｄ ノード
Ｂ′、Ｃ′、Ｄ′ ノード

Claims (25)

1. 発光素子であって、
   複数の発光ダイオードユニットと、少なくとも一つの電気接続層と、を含む発光ダイオードチップであって、前記複数の発光ダイオードユニットは、前記電気接続層を介して互いに電気的に接続され、前記複数の発光ダイオードユニットの各々は、第一半導体層と、第二半導体層と、能動層とを含む、発光ダイオードチップと、
   接合層と、
   前記接合層を介して前記発光ダイオードチップと接合される永久基板と、
   を含み、
   前記電気接続層は、前記複数の発光ダイオードユニットと、前記接合層との間に位置する、発光素子。
2. 前記第一半導体層は、ｐ型半導体層であり、前記第二半導体層は、ｎ型半導体層である、
   請求項１に記載の発光素子。
3. 前記複数の発光ダイオードユニットの間は、絶縁構造を有し、該絶縁構造は、複数の乱反射粒子及び／又は蛍光物質を含む、
   請求項１に記載の発光素子。
4. 前記複数の発光ダイオードユニットは、第一波長を有する第一可視光を発し、前記絶縁構造に含まれる前記蛍光物質は、前記第一可視光の少なくとも一部を、第二波長を有する第二可視光に変換し、前記第二波長は、前記第一波長より大きい、
   請求項３に記載の発光素子。
5. 前記複数の発光ダイオードユニットは、二つの発光ダイオードユニット群を形成し、該二つの発光ダイオードユニット群は、少なくとも一つの共通ノードを有する、
   請求項１に記載の発光素子。
6. 前記二つの発光ダイオードユニット群は、前記共通ノードを介して、直列接続、並列接続、直並列接続、逆方向直並列接続及びブリッジ回路接続のうち一つを形成する、
   請求項５に記載の発光素子。
7. 前記発光ダイオードチップと、前記接合層との間に反射層をさらに有する、
   請求項１に記載の発光素子。
8. 前記発光ダイオードチップは、前記複数の発光ダイオードユニットに必要な電力を提供する複数の電極をさらに含む、
   請求項１に記載の発光素子。
9. 前記発光ダイオードチップに電気的に接続される複数の外部電極をさらに含む、
   請求項７に記載の発光素子。
10. 前記発光ダイオードチップは、複数の通路を有し、前記複数の外部電極は、前記複数の通路を介して前記発光ダイオードチップの前記複数の電極に電気的に接続される、
    請求項９に記載の発光素子。
11. 前記発光ダイオードチップは、成長基板をさらに有し、前記複数の発光ダイオードユニットは、前記成長基板の一方側に形成され、前記複数の外部電極は、前記成長基板の他方側に形成される、
    請求項１０に記載の発光素子。
12. 前記発光ダイオードチップは、前記永久基板と同じ次数のサイズを有する、
    請求項１に記載の発光素子。
13. 発光素子であって、
    複数の発光ダイオードユニットと、少なくとも二つの電極と、少なくとも一つの電気接続層と、を含む発光ダイオードチップであって、前記複数の発光ダイオードユニットは、前記電気接続層を介して互いに電気的に接続され、前記複数の発光ダイオードユニットの各々は、第一半導体層と、第二半導体層と、能動層とを含む、発光ダイオードチップと、
    基板であって、前記基板の一方側には前記発光ダイオードチップは形成され、前記基板の他方側には前記発光ダイオードチップに電気的に接続される複数の外部電極を有する、基板と、
    を含む、発光素子。
14. 前記基板に対する前記発光ダイオードチップの他方側は、粗化表面を有する、
    請求項１３に記載の発光素子。
15. 絶縁層と、反射層と、接合層と、をさらに含み、
    前記絶縁層は、前記発光ダイオードチップの表面に位置し、前記反射層は、発光ダイオードチップに対する前記絶縁層の他方側に位置し、前記接合層は、前記絶縁層に対する前記反射層の他方側に位置し、前記発光ダイオードチップと前記基板とを接合する、
    請求項１４に記載の発光素子。
16. 発光素子であって、
    複数の発光ダイオードユニットと、少なくとも一つの電気接続層と、を含む発光ダイオードチップであって、前記複数の発光ダイオードユニットは、前記電気接続層を介して互いに電気的に接続され、前記複数の発光ダイオードユニットの各々は、第一半導体層と、第二半導体層と、能動層とを含む、発光ダイオードチップと、
    少なくとも一つの導電材を有するサブマウントであって、前記導電材は、前記サブマウント上に位置し、前記導電材により、前記発光ダイオードチップが前記サブマウントの上に粘着固定され、また、前記発光ダイオードチップの電気的な接続が形成される、サブマウントと、
    を含む、発光素子。
17. 前記サブマウントは、リードフレーム、大きなサイズのマウント基板及び回路板のうち一つである、
    請求項１６に記載の発光素子。
18. 前記サブマウントと、前記発光ダイオードチップとの間に導熱構造がさらに形成される、
    請求項１６に記載の発光素子。
19. 発光素子の製造方法であって、
    基板の上に複数の発光ダイオードユニットを有する発光ダイオードチップを形成するステップであって、前記発光ダイオードチップは複数の電極を有する、ステップと、
    前記複数の発光ダイオードユニットの間に少なくとも一つの絶縁構造と形成するステップと、
    前記絶縁構造の上に、前記複数の発光ダイオードユニットに電気的に接続するための電気接続構造を形成するステップと、
    前記電気接続構造を有する前記発光ダイオードチップの一方側に、絶縁層を塗布するステップと、
    前記基板に複数の通路を形成するステップと、
    前記通路に、前記発光ダイオードチップの複数の電極に電気的に接続するための導電性材料を形成するステップと、
    前記基板の上に、前記複数の電極に電気的に接続される複数の外部電極を形成するステップと、
    を含む、発光素子の製造方法。
20. 前記発光ダイオードチップに対する絶縁層の他方側に反射層を形成するステップと、
    前記絶縁層に対する前記反射層の他方側に接合層を形成するステップと、
    前記接合層により、永久基板と接合するステップと、
    をさらに含む、
    請求項１９に記載の発光素子の製造方法。
21. 前記発光ダイオードチップと、前記永久基板との間の接合方法は、金属接合及びウェハ接合のうち一つ、又は、金属接合とウェハ接合との組合せである、
    請求項２０に記載の発光素子の製造方法。
22. 前記基板を除去するステップをさらに含む、
    請求項１９に記載の発光素子の製造方法。
23. 少なくとも一つの導電材により、前記発光ダイオードチップをサブマウントに粘着固定し、前記発光ダイオードチップと前記サブマウントとの間に電気的な接続を形成するステップをさらに含む、
    請求項１９に記載の発光素子の製造方法。
24. 前記発光ダイオードチップと前記サブマウントとの間の接合方法は、溶接プロセス及び粘着プロセスのうち一つ、又は、溶接プロセスと粘着プロセスとの組合せである、
    請求項２３に記載の発光素子の製造方法。
25. 前記サブマウントと前記発光ダイオードチップとの間に導熱構造をさらに形成する、
    請求項１９に記載の発光素子の製造方法。

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