(57)【要約】【課題】ウェーハボンディングまたはメタルボンディングを利用したモノリシック白色発光素子を提供する。【解決手段】白色発光素子５０は、伝導性サブマウント基板３１と、サブマウント基板３１上に金属層２８によって接合され、下からｐ型窒化物半導体層２６、第１活性層２５、ｎ型窒化物半導体層２４、２５及び伝導性基板２２が順次に積層されて成る第１発光部２０と、伝導性基板２１の上面の一領域上に形成され、下からｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層４６、第２活性層４５及びｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層４２が順次に積層されて成る第２発光部４０と、伝導性サブマウント基板３１の下面とｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層４２上面にそれぞれ形成されたｐ側電極３２及びｎ側電極４９とを含む。【選択図】        図２
2006339646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝導性サブマウント基板と、
前記サブマウント基板上に金属層によって接合され、下からｐ型窒化物半導体層、第１活性層、ｎ型窒化物半導体層及び伝導性基板が順次に積層されて成る第１発光部と、
前記伝導性基板の上面の一領域上に形成され、下からｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層、第２活性層及びｎ型ＡｌＧａ  ＩｎＰ系半導体層が順次に積層されて成る第２発光部と、
前記伝導性サブマウント基板の下面と前記ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層上面にそれぞれ形成されたｐ側及びｎ側電極
を含む白色発光素子。
【請求項２】
前記第１発光部の伝導性基板と前記第２発光部のｐ型半導体層は直接ウェーハボンディングによって接合され、前記ｐ側及びｎ側電極は前記第１及び第２発光部の共通電極であることを特徴とする請求項１に記載の白色発光素子。
【請求項３】
前記第１発光部のｐ型窒化物半導体層には前記第２発光部が形成された領域と垂直方向に積み重なった領域に前記サブマウント基板と接する表面に沿って形成された電流遮断層をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の白色発光素子。
【請求項４】
前記電流遮断層はｎ型不純物でドーピングされた領域で成ることを特徴とする請求項３に記載の白色発光素子。
【請求項５】
前記電流遮断層はシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項３に記載の白色発光素子。
【請求項６】
前記第１発光部の伝導性基板の前記一領域に形成された絶縁層をさらに含み、前記絶縁層上に前記第２発光部のｐ型半導体層は追加的な金属層によって接合され、
前記追加的な金属層に接続されたｐ側電極と前記伝導性基板上に接続された ｎ側電極とをさらに含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の白色発光素子。
【請求項７】
前記金属層または前記追加的な金属層はアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及びその合金から成るグループより選択された高反射性金属を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の白色発光素子。
【請求項８】
前記伝導性サブマウント基板はｐ型シリコン基板であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の白色発光素子。
【請求項９】
前記第２発光部が形成された上面面積は前記伝導性基板の残り領域の上面面積より小さいことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の白色発光素子。
【請求項１０】
前記伝導性基板の前記第２発光部が形成されてない上面領域には凹凸パターンが形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の白色発光素子。
【請求項１１】
前記第１活性層は約４５０〜４７５ｎｍの波長光を生成し、前記第２活性層は約５５０〜６００ｎｍの波長光を生成することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の白色発光素子。
【請求項１２】
前記第１活性層はそれぞれ約４５０〜４７５ｎｍの波長光と約５１０〜５３５ｎｍの波長光を生成する２つの活性層を含み、前記第２活性層は約６００〜６３５ｎｍの波長光を生成することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の白色発光素子。
【請求項１３】
上面にｐ側リード端子とｎ側リード端子が形成されたサブマウント基板と、
下からｐ型窒化物半導体層、第１活性層、ｎ型窒化物半導体層及び絶縁性基板が順次に積層されて成り、前記ｐ型及びｎ型窒化物半導体層はそれぞれ前記ｐ側及びｎ側リード端子に各々連結された第１発光部と、
前記絶縁性基板の上面の一領域上に形成された金属層と、
前記金属層の一領域上に接合され、下からｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層、第２活性層及びｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層が順次に積層されて成る第２発光部と、
前記金属層の他領域と前記ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層上にそれぞれ形成されたｐ側及びｎ側電極と、
を含む白色発光素子。
【請求項１４】
前記サブマウント基板はシリコン基板または金属基板であることを特徴とする請求項１３に記載の白色発光素子。
【請求項１５】
前記金属層はアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及びその合金から成るグループより選択された高反射性金属を含むことを特徴とする請求項１３または１４に記載の白色発光素子。
【請求項１６】
前記第１発光部の絶縁性基板はサファイア基板であることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の白色発光素子。
【請求項１７】
前記第２発光部が形成された上面領域は前記絶縁性基板の残り上面面積より小さいことを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の白色発光素子。
【請求項１８】
前記絶縁性基板の前記第２発光部が形成されてない上面領域には凹凸パターンが形成されていることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか一項に記載の白色発光素子。
【請求項１９】
前記第１活性層は約４５０〜４７５ｎｍの波長光を生成し、前記第２活性層は約５５０〜６００ｎｍの波長光を生成することを特徴とする請求項１３〜１８のいずれか一項に記載の白色発光素子。
【請求項２０】
前記第１活性層はそれぞれ約４５０〜４７５ｎｍの波長光と約５１０〜５３５ｎｍの波長光を生成する２つの活性層を含み、前記第２活性層は約６００〜６３５ｎｍの波長光を生成することを特徴とする請求項１３〜１８のいずれか一項に記載の白色発光素子。
【請求項２１】
伝導性基板を用意する段階と、
前記伝導性基板上に、第１波長光を生成する第１活性層を有する第１発光部を形成する段階と、
前記第１発光部の前記一方の面に金属層を形成する段階と、
前記第１発光部をサブマウント基板に接合する段階と、
前記第１波長光と異なり、前記第１波長光と混色することにより白色光を発生する光である、第２の波長光を生成する第２の活性層を有する第２の発光部を形成する段階と、
前記第２の発光部を伝導性基板に接合する段階と、
前記第２の発光部を選択的に除去する段階と、
前記第２の発光部の形成に用いた前記伝導性基板を除去する段階と、
前記白色光発光素子の両面に電極を形成する段階
を備えたことを特徴とする白色発光素子の製造方法。
【請求項２２】
前記第１発光部の一方の面の一部に電流遮断層を形成する段階をさらに備えたことを特徴とする請求項２１に記載の白色発光素子の製造方法。
【請求項２３】
前記第２の発光部の除去された前記第１発光部の露出面に凹凸パターンを形成する段階をさらに備えたことを特徴とする請求項２１または２２に記載の白色発光素子の製造方法。
【請求項２４】
前記第１活性層は約４５０〜４７５ｎｍの波長光を生成し、前記第２活性層は約５５０〜６００ｎｍの波長光を生成することを特徴とする請求項２１〜２３のいずれか一項に記載の白色発光素子の製造方法。
【請求項２５】
前記第１活性層はそれぞれ約４５０〜４７５ｎｍの波長光と約５１０〜５３５ｎｍの波長光を生成する２つの活性層を含み、前記第２活性層は約６００〜６３５ｎｍの波長光を生成することを特徴とする請求項２１〜２３のいずれか一項に記載の白色発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、白色発光素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ＬＥＤを利用した白色発光素子は照明装置またはディスプレイ装置のバックライトとして広く使用される。このような白色発光素子の具現方案には個別ＬＥＤとして製造された青色、赤色及び緑色ＬＥＤを単純に組み合わせる方式と蛍光体を利用する方式とが広く知られている。多色の個別ＬＥＤを同一の印刷回路基板に組み合わせる方式はそのための複雑な駆動回路が要求され、それにより小型化が難しいという短所があるため、近年では蛍光体を利用した白色発光素子製造方法が普遍的に使用される。
【０００３】
従来の蛍光体を利用した白色発光素子製造方法では、青色発光素子を利用する方法と紫外線発光素子を利用する方法とがある。例えば、青色発光素子を利用する場合にはＹＡＧ蛍光体を利用して青色光を白色光に波長変換する。即ち、青色ＬＥＤから発生された青色波長がＹＡＧ（Ｙｉｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）蛍光体を励起させ最終的に白色光を発光させることが可能である。
【０００４】
図１は、従来のＹＡＧ蛍光体を利用した白色発光素子１０の全体構造を示す断面図である。図１を参照すれば、前記リードフレーム２のキャップに実装されたＩｎＧａＮ系青色ＬＥＤ９と前記キャップ内部で青色ＬＥＤ９周辺を取り囲んだＹＡＧ蛍光体５が示されている。また、前記青色ＬＥＤ９はキャップ構造を有する陽極リードフレーム２と陰極リードフレーム４にワイヤでそれぞれ連結され、青色ＬＥＤ９が配されたリードフレーム２、４全体の上部は透明な材質７でモールディングされる。
【０００５】
リードフレーム２、４を通して電源から電流が印加されＩｎＧａＮ系青色ＬＥＤ９から青色光が発光されれば、その一部の青色光はＹＡＧ蛍光体５を励起させる。この際にＹＡＧ蛍光体５はＩｎＧａＮ青色ＬＥＤ９のピーク波長である４６０ｎｍで励起される特性を有しているため、黄緑色の蛍光で発光する。このようにＹＡＧ蛍光体５を通して得られた黄緑色の蛍光は青色ＬＥＤ９から直接発散される別の一部青色光と合成され、発光素子１０は最終的に白色光を発光するようになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１に示された従来の白色発光素子は、ＲＧＢに該当する各ＬＥＤを組み合わせる形態において求められる電流調整が要らないとの利点があるが、その一方で蛍光体粉末による素子特性の不利益な影響が生じたり、蛍光体の励起時に光効率が減少し色補正指数が低下され、優れた色感が得られなかったりする限界がある。
【０００７】
本発明は、上述した従来技術の問題を解決するためのものであり、その目的はウェーハボンディングまたはメタルボンディングを利用して相互異なる波長光を放出する複数の発光部を単一なチップ形態で接合させた新たな白色発光素子およびそ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】
【０００８】
上述の技術的課題を達成するために、本発明は、伝導性サブマウント基板と、前記サブマウント基板上に金属層によって接合され、下からｐ型窒化物半導体層、第１活性層、ｎ型窒化物半導体層及び伝導性基板が順次に積層されて成る第１発光部と、前記伝導性基板の上面の一領域上に形成され、下からｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層、第２活性層及びｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層が順次に積層されて成る第２発光部と、前記伝導性サブマウント基板の下面と前記ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層上面にそれぞれ形成されたｐ側及びｎ側電極を含む白色発光素子を提供する。
【０００９】
本発明の好ましい一実施形態において、前記第１発光部の伝導性基板と前記第２発光部のｐ型半導体層は直接ウェーハボンディングによって接合され、この場合に、前記ｐ側及びｎ側電極は前記第１及び第２発光部の共通電極となる。
【００１０】
本実施形態において、前記第１発光部のｐ型窒化物半導体層では前記第２発光部が形成された領域と垂直方向に積み重なった領域に前記サブマウント基板と接する表面に沿って形成された電流遮断層をさらに含む。前記電流遮断層はｎ型不純物でドーピングされた領域であるか、シリコン酸化膜、あるいはシリコン窒化膜の絶縁膜であり得る。
【００１１】
本発明の他の実施形態においては、前記第１発光部の伝導性基板の前記一領域に形成された絶縁層をさらに含み、前記絶縁層上に前記第２発光部のｐ型半導体層は追加的な金属層によって接合される。この場合、前記追加的な金属層に接続されたｐ側電極と前記伝導性基板上に接続されたｎ側電極をさらに含み、前記第１及び第２発光部は係る個別電極を独立的でも動作することができる。
【００１２】
本発明で使用される金属層または前記追加的な金属層は、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及びその合金から成る群より選択された高反射性金属を含むものが好ましい。前記伝導性サブマウント基板はｐ型シリコン基板であり得る。
【００１３】
本発明では、白色発光のために前記第１発光部からの充分な光抽出を保障するために、前記第２発光部が形成された上面の面積は前記伝導性基板の残り領域の上面の面積より小さいものが好ましい。また、前記伝導性基板の前記第２発光部が形成されてない上面領域に第１発光部の光抽出効率を向上させるために、凹凸パターンを形成することが好ましい。
【００１４】
特定の実施形態において、２つの波長光を組み合わせて白色光を得ることができる。この場合に、前記第１活性層は約４５０〜４７５ｎｍの波長光を生成し、前記第２活性層は約５５０〜６００ｎｍの波長光を生成する。これと異なって、第１ 発光部の第１活性層を異なる波長光を放出する２つの活性層で形成することにより全体的に３波長光を組み合わせて白色光を得ることができる。この場合に、前記第１ 活性層はそれぞれ約４５０〜４７５ｎｍの波長光と約５１０〜５３５ｎｍの波長光を生成する２つの活性層を含み、前記第２活性層は約６００〜６３５ｎｍの波長光を生成する。
【００１５】
本発明の他の実施形態は、第１発光部をフリップチップ形態でサブマウント基板に実装する形態である。本実施形態は、第１発光部に使用される基板がサファイアのような絶縁性基板の場合に有益に適用することができる。
【００１６】
本実施形態による白色発光素子は上面にｐ側リード端子とｎ側リード端子が形成されたサブマウント基板と、下からｐ型窒化物半導体層、第１活性層、ｎ型窒化物半導体層及び絶縁性基板が順次に積層されて成り、前記ｐ型及びｎ型窒化物半導体層はそれぞれ前記ｐ側及びｎ側リード端子に各々連結された第１ 発光部と、前記絶縁性基板の上面の一領域上に形成された金属層と、前記金属層の一領域上に接合され、下からｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層、第２活性層及びｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層が順次に積層されて成る第２発光部と、前記金属層の他領域と前記ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層上にそれぞれ形成されたｐ側及びｎ側電極とを含む。
【００１７】
本発明は、また、白色発光素子の製造方法を提供する。すなわち、本発明の一実施形態による白色発光素子の製造方法は、伝導性基板を用意する段階と、前記伝導性基板上に、第１波長光を生成する第１活性層を有する第１発光部を形成する段階と、前記第１発光部の前記一方の面に金属層を形成する段階と、前記第１発光部をサブマウント基板に接合する段階と、前記第１波長光と異なり、前記第１波長光と混色することにより白色光を生成する光である、第２の波長光を生成する第２の活性層を有する第２の発光部を形成する段階と、前記第２の発光部を伝導性基板に接合する段階と、前記第２の発光部を選択的に除去する段階と、前記第２の発光部の形成に用いた前記伝導性基板を除去する段階を備える。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ウェーハボンディング及び/又はメタルボンディング工程を利用して２つの発光部を一体に接合させることによって比較的簡単な工程を経るだけで所望のモノリシック白色発光素子を提供することができる。本発明では蛍光体を利用せず、相異なる波長光を有する発光部を利用するため、蛍光体による短所が排除された、優れた白色効率を有する白色発光素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳しく説明する。
【００２０】
図２は本発明の一実施形態による白色発光素子を示す斜視図である。
【００２１】
本実施形態による白色発光素子５０は伝導性サブマウント基板３１と、相互異なる波長光を放出する第１及び第２発光部２０、４０とを含む。前記伝導性サブマウント基板３１はｐ型不純物でドープされたシリコンであることができ、その下面にｐ側共通電極３２が形成される。
【００２２】
第１発光部２０は窒化物積層構造として下（サブマウント基板側）からｐ型窒化物半導体層２６、２つの窒化物系活性層２４、２５、ｎ型窒化物半導体層２２及び伝導性基板２１が順次に配するよう配置される。第１発光部２０はそのｐ型窒化物半導体層２６がサブマウント基板３１上に金属層２８によって接合される。金属層２８はＡｕ−Ｓｎ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｕ−Ａｇ及びＰｂ−Ｓｎを含む群から選択された通常の接合用金属を使用してもよい。好ましくは、前記金属層２８は高反射性金属を含むことができる。前記高反射性金属は通常の接合用金属を代替したり、組み合わせたりして使用してもよい。このような高反射性金属としてはアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及びその合金から成る群より選択された金属を使用することができる。
【００２３】
第２発光部４０は伝導性基板２１上面の一領域上に形成され、下（電導性基板側）からｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層４６、ＡｌＧａＩｎＰ系活性層４５及びｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層４２が順次に配するよう配置される。第２ 発光部４０が形成される面積は第１発光部２０の光抽出領域を充分に保障するために、伝導性基板２１の残り領域の上面面積より小さいことが好ましい。さらにまた、伝導性基板２１の第２発光部４０が形成されてない上面領域には凹凸パターン２１ａを形成して第１発光部２０の光抽出効率をより大きく改善することができる。
【００２４】
白色発光素子５０は第１発光部２０と第２発光部４０の波長光を組み合わせて白色発光を得ることができる。図２に示すように、第１発光部２０の２つの活性層２４、２５はそれぞれ約４５０〜４７５ｎｍの波長光と約 ５１０〜５３５ｎｍの波長光を生成し、前記第２発光部４０の活性層４５は約 ６００〜６３５ｎｍの波長光を生成するよう構成され得る。これと異なって、前記第１発光部２０に約４５０〜４７５ｎｍの波長光で生成する一つの活性層のみを採用し、第２発光部４０の活性層を約５５０〜６００ｎｍの波長光を生成するよう構成され得る。
【００２５】
前記伝導性サブマウント基板３１の下面に形成されたｐ側電極３２と前記ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層４２上面に形成されたｎ側電極４９はそれぞれ第１発光部２０と第２発光部４０の共通電極として使用される。
【００２６】
第１発光部２０はｐ型窒化物半導体層２６の上面（金属層２８に面する側の面）の特定領域に電流遮断層２７を含むことができる。本実施形態による白色発光素子５０において、電流遮断層は前記第１発光部２０の電流分散効果を改善する役目を果たす。第１発光部２０は第２発光部４０に形成されたｎ側電極４９を共有し、第２ 発光部４０は第１発光部２０の一側の一部領域に比較的小さな面積で形成されるので、第１発光部２０での電流経路が非常に偏向され、その結果十分な電流分散効果が期待しにくい。従って、電流遮断層２７を第２発光部４０の位置に対応するｐ型窒化物半導体層２６領域に形成することによって、矢印ａに示されたように電流経路を迂回させ第１発光部２０の発光効率を改善することができる。電流遮断層２７はｐ型窒化物半導体層２６の上面（金属層２８に面する側の面）にｎ型不純物を高濃度でドーピングしたり、シリコン酸化物またはシリコン窒化物層を選択的に蒸着したりすることにより形成することが可能である。
【００２７】
図３−ａないし図３−ｈは図２の白色発光素子５０の製造工程を説明するための各工程別断面図である。図３−ａに示すように、第１発光部２０として伝導性基板２１上にｎ型窒化物半導体層２２、活性層２４、２５及びｐ型窒化物半導体層２６を形成する。伝導性基板２１としては、好ましくはｎ型不純物でドープされたＧａＮ基板を使用することができる。
【００２８】
次に、図３−ｂに示すように、ｐ型窒化物半導体層２６の上面（活性層２５とは反対側の面）の一部領域に電流遮断層２７を形成する。電流遮断層２７が形成される領域は先述したように、第２発光部４０が形成される領域と垂直方向に積み重なった領域に形成する。本実施形態において、電流遮断層２７は該領域を所定の深さでエッチングした後に、シリコン酸化物またはシリコン窒化物層を選択的に蒸着することにより形成することが可能である。これとは異なって、ｐ型窒化物半導体層２６の該領域をｎ型不純物を高濃度にドーピングして電流遮断層を形成することも可能である。
【００２９】
次に、図３−ｃに示すように、ｐ型窒化物半導体層２６上に金属層２８を形成する。前記金属層２８はＡｕ−Ｓｎ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｕ−Ａｇ及びＰｂ−Ｓｎを含むグループから選択された通常の接合用金属を使用してもよい。好ましくは、前記金属層２８で通常の接合用金属を代替したり、組み合わせたりして高反射性金属を使用することができる。高反射性金属としては、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及びその合金から成る群より選択して使用してもよい。
【００３０】
次いで、図３−ｄに示すように金属層２８を利用して第１発光部２０を伝導性サブマウント基板３１上に接合させる。伝導性サブマウント基板３１としては、シリコン基板または金属基板を使用することができる。このようなメタルボンディング工程は、熱膨脹による第１発光部２０の欠陥発生が防止されるように、６００℃を超えない範囲で実施するのが好ましい。
【００３１】
次に、図３−ｅに示すようにＡｌＧａＩｎＰ系半導体で構成された第２発光部４０を伝導性基板２１上面（露出面）に接合させる。第２発光部４０はＧａＡｓ基板４１上にｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層４２、第２活性層４５及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層４６を順次に蒸着させることによって得ることができる。本工程はウェーハレベルで行われるウェーハボンディング工程であり得る。前記ウェーハボンディング工程は熱膨脹による応力発生を最小化するために、通常的なウェーハ融合温度より低い温度で行う。このような低温ウェーハボンディング工程はボンディング前に各ウェーハの接合面をプラズマ処理して表面エネルギーを増加させ、低い温度（室温〜４００℃）で接合することにより実現できる。
【００３２】
次に、図３−ｆに示すように、第２発光部４０を選択的に除去して予め備えられた電流遮断層２７に対応する伝導性基板２１の上面領域に限って第２発光部４０を残留させる。このような除去工程は湿式エッチング工程によって容易に具現することができる。また、本工程で露出された伝導性基板２１の上面領域と第２発光部４０の残留領域の面積は窒化物系である第１発光部２０とＡｌＧａＩｎＰ系第２発光部４０の各発光効率と、白色光の具現のための各波長光の輝度比によって決定することができる。一般的には、ＡｌＧａＩｎＰ系第２発光部４０の効率が優れており、白色光で所望の赤色光の割合が小さいため、伝導性基板２１の露出領域が前記第２発光部４０の残留領域より大きく設定するのが好ましい。
【００３３】
次に、図３−ｇに示すように、伝導性基板２１の露出面に凹凸パターン２１ａを形成する。凹凸パターン２１ａは第１発光部２０の光抽出効率を改善するための手段として採用される。このような凹凸パターン２１ａの形成工程は ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ、誘導結合プラズマ）工程のような通常のドライエッチング工程が利用され得る。また、さらに第２発光部４０からＧａＡｓ基板４１を除去する工程を行う。前記ＧａＡｓ基板４１は光透過率が低いため、第２発光部４０から放出される赤色光の効率を低下させてしまう可能性がある。このようなＧａＡｓ基板除去工程は当業界に知られている通常の湿式工程により容易に実施されることが可能である。
【００３４】
最後に、図３−ｈに示すように、伝導性サブマウント基板３１の下面と第２発光部４０のｎ型半導体層４３上にそれぞれｐ側電極３２及びｎ側電極４９を形成する。前記ｐ側の電極３２及びｎ側電極４９は前記第１発光部２０及び第２発光部４０の共通電極として提供される。
【００３５】
先述した実施形態は、各電極を共通電極として使用した形態を例示したが、図４に示すように各発光部が個別的に駆動されるように、電極を別々に構成することができる。
【００３６】
図４は本発明の他の実施形態による白色発光素子を示す断面図である。白色発光素子９０は伝導性サブマウント基板７１と、相互異なる波長光を放出する第１及び第２発光部６０、８０とを含む。伝導性サブマウント基板７１はｐ型不純物でドープされたシリコンまたは金属基板であり得る。
【００３７】
第１発光部６０は窒化物積層構造として、下からｐ型窒化物半導体層６６、２つの窒化物系活性層６４、６５、ｎ型窒化物半導体層６２及び伝導性基板６１が順次に配するよう配置される。ここで、伝導性基板６１は伝導性を有するＧａＮ基板であり得る。第１発光部６０はそのｐ型窒化物半導体層６６がサブマウント基板７１上に第１金属層６８によって接合される。
【００３８】
第１金属層６８はＡｕ−Ｓｎ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｕ−Ａｇ及びＰｂ−Ｓｎを含む群から選択された通常の接合用金属を使用してもよい。好ましくは、前記第１金属層６８は高反射性金属を含むことができる。前記高反射性金属はアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及びその合金から成るグループより選択された金属であり得る。
【００３９】
本実施形態において、前記第２発光部８０が形成される伝導性基板６１の上面領域には絶縁層７７がさらに形成される。絶縁層７７は第１発光部６０と第２発光部８０を電気的に分離させる。第１発光部６０の光抽出領域を充分に補償するために、絶縁層７７の形成面積は伝導性基板７１の残りの上面面積より小さいことが好ましい。絶縁層７７上では第２金属層７８が形成される。第２金属層７８は第１金属層６８と同様の金属で形成することができる。
【００４０】
第２発光部８０は第２金属層７８の上面（露出面）の一部領域上に形成され、下（第２金属層の側）からｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層８６、ＡｌＧａＩｎＰ系活性層８５及びｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層８３が順次に配するよう配置される。伝導性基板６１の第２発光部８０が形成されてない上面領域には凹凸パターン６１ａを形成して第１発光部６０の光抽出効率をより大きく改善することができる。
【００４１】
このような構造において、第１発光部６０と第２発光部８０はそれぞれ独立的な駆動電極を有することができる。第１発光部６０では、伝導性サブマウント基板６１の下面に形成された第１のｐ側電極７２と伝導性基板の他の一領域に形成された第１のｎ側電極６９が提供される。また、第２発光部８０には、第２金属層７８の一領域に形成された第２のｐ側電極８８とｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層８２上面に形成された第２のｎ側電極８９が提供される。
【００４２】
本実施形態のような電極配列を通して各第１発光部６０及び第２発光部８０は独立的に駆動することが可能であり、図２に示した実施形態に比べて直列抵抗を減少させることができるため駆動電圧を下げることができるという長所がある。
【００４３】
白色発光素子９０は、図２で説明された実施形態と同様に、第１発光部６０と第２発光部７０の波長光を組み合わせて白色発光を得ることができる。本実施形態のように、第１発光部６０の２つの活性層６４、６５はそれぞれ約４５０〜４７５ｎｍの波長光と約５１０〜５３５ｎｍの波長光を生成し、第２発光部８０の活性層８５は約６００〜６３５ｎｍの波長光を生成するように構成され得る。
【００４４】
本発明は第１発光部に使用される基板がサファイア基板のような非伝導性の透明基板である場合でも有益に適用され得る。この場合に、第１発光部はサブマウント基板にフリップチップボンディングされた構造を有する。
【００４５】
図５は本発明による実施形態の第１発光部の基板が非伝導性基板である実施形態を示す断面図である。白色発光素子１３０はサブマウント基板１３１と、相互異なる波長光を放出する第１及び第２発光部１２０、１４０を含む。サブマウント基板１３１は上面にｐ側リード電極１３２ａ、ｎ側リード電極１３２ｂを含み、基板１３１はシリコン基板または金属基板であることができ、これに限定されるわけではないが、通常のシリコン基板に熱酸化層（図示せず）を形成した後に電気的に分離されたリード電極１３２ａ、１３２ｂを蒸着する方式により作製することができる。
【００４６】
第１発光部１２０は下（サブマウント基板１３１側）からｐ型窒化物半導体層１２６、２つの窒化物系活性層１２４、１２５、ｎ型窒化物半導体層１２３及び絶縁性基板１２１が順次に配するよう配置され、ｎ型窒化物半導体層１２３の一部領域が露出されるようにメサ構造を持つ。本実施形態において、絶縁性基板１２１はサファイア基板であり得る。ｐ型窒化物半導体層１２６上には第１金属層１２８が形成される。第１金属層１２８は高反射性金属を含むことができる。前記高反射性金属はアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及びその合金から成る群より選択された金属であり得る。第１金属層１２８とｐ型窒化物半導体層１２６の間には別のオーミックコンタクト層（図示せず）を追加することが可能である。好ましくはＣｕがドープされたＩｎ2Ｏ3のような透過性酸化物層が使用され得る。
【００４７】
第１発光部１２０はサブマウント基板１３１上にフリップチップボンディングされる。即ち、ｐ型窒化物半導体層１２６と露出されたｎ型窒化物半導体層１２２はそれぞれｐ側及びｎ側リード電極１３２ａ、１３２ｂにバンプソルダー（Ｓ）によって接合される。
【００４８】
本実施形態において、第２発光部１４０が形成される絶縁性基板１２１の上面領域には第２金属層１３８が形成される。第１発光部１２０の基板１２１は電気的絶縁性を有するため、第２金属層１３８はその基板１２１上面（露出面）に直接形成することが可能である。第２金属層１３８の形成面積は第１発光部１２０の光抽出領域を充分に保障するために、基板１２１の残りの上面面積より小さいことが好ましい。
【００４９】
第２発光部１４０は第２金属層１３８上面の一部領域上に形成され、下からｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層１４６、ＡｌＧａＩｎＰ系活性層１４５ 及びｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層１４３が順次に配するよう配置される。絶縁性基板１２１の第２発光部１４０が形成されていない上面領域には凹凸パターン１２１ａを形成して第１発光部１２０の光抽出効率をより大きく改善することができる。
【００５０】
かかる構造において、第１発光部１２０と第２発光部１４０はそれぞれ独立的に駆動することが可能である。第１発光部１２０はサブマウント基板１３１の上面に備えられた各リード電極１３２ａ、１３２ｂによって駆動され、第２発光部１４０は、第２金属層１３８の一領域に形成されたｐ側電極１４８とｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層１４２上面に形成されたｎ側電極１４９によって駆動される。勿論、白色光を具現するために第１および第２発光部１２０、１４０を同時に駆動することもできる。
【００５１】
本発明は上述した実施形態及び添付の図面により限定されるものではなく、添付の請求範囲により限定されるものである。従って、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内において当技術分野の通常の知識を有する者にとって様々な形態の置換、変形及び変更が可能であるであろうし、これらもまた本発明の範囲に属すると言えるであろう。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、本発明にかかる白色発光素子およびその製造方法は、照明装置またはディスプレイ装置のバックライトとして広く使用される白色発光素子に有用であり、特に、蛍光体の励起時の光効率高く、色補正指数が高く、優れた色感が得られる白色発光素子を提供するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】従来の蛍光体を利用した白色発光素子を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による白色発光素子を示す斜視図である。
【図３−ａ】図２の白色発光素子の製造工程を説明するための各工程別断面図であり、第１発光部を形成する段階を示す。
【図３−ｂ】図２の白色発光素子の製造工程を説明するための各工程別断面図であり、電流遮断層を形成する段階を示す。
【図３−ｃ】図２の白色発光素子の製造工程を説明するための各工程別断面図であり、金属層を形成する段階を示す。
【図３−ｄ】図２の白色発光素子の製造工程を説明するための各工程別断面図であり、サブマウント基板に第１発光部を接合する段階を示す。
【図３−ｅ】図２の白色発光素子の製造工程を説明するための各工程別断面図であり、第２発光部を伝導性基板に結合する段階を示す。
【図３−ｆ】図２の白色発光素子の製造工程を説明するための各工程別断面図であり、第２発光部を選択的に除去する段階を示す。
【図３−ｇ】図２の白色発光素子の製造工程を説明するための各工程別断面図であり、凹凸パターンを形成するとともに、第２発光部形成に用いた基板を除去した段階を示す。
【図３−ｈ】図２の白色発光素子の製造工程を説明するための各工程別断面図であり、各電極を形成した段階を示す。
【図４】本発明の他の実施形態による白色発光素子を示す断面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態による白色発光素子を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
２０  第１発光部
２２  ｎ型窒化物半導体層
２４、２５  青色及び緑活性層
２６  ｐ型窒化物半導体層
２７  電流遮断層
２８  高反射性金属層
３１  シリコンサブマウント基板
３２  ｐ側共通電極
４０  第２発光部
４１  ＧａＡｓ基板
４２  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層
４５  赤色活性層
４６  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層
４９  ｎ側共通電極
６０  第１発光部
６１ａ  凹凸パターン
６１  伝導性基板
６２  ｎ型窒化物半導体層
６４、６５  窒化物系活性層
６６  ｐ型窒化物半導体層
６８  第１金属層
６９  ｎ側電極
７１  伝導性サブマウント基板
７２  ｐ側電極
７７  絶縁層
７８  第２金属層
８０  第２発光部
８２  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層
８８  ｐ側電極
８９  第２のｎ側電極
９０  白色発光素子
１２０  第１発光部
１２１  絶縁性基板
１２１ａ  凹凸パターン
１２３  ｎ型窒化物半導体層
１２４、１２５  窒化物系活性層
１２６  ｐ型窒化物半導体層
１２８  第１金属層
１３０  白色発光素子
１３１  サブマウント基板
１３２ａ  ｐ側リード電極
１３２ｂ  ｎ側リード電極
１３８  第２金属層
１４０  第２発光部
１４２、１４３  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層
１４５  ＡｌＧａＩｎＰ系活性層
１４６  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層
１４８  ｐ側電極
１４９  ｎ側電極
【図１】
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【図２】
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【図３−ａ】
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【図３−ｂ】
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【図３−ｃ】
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【図３−ｄ】
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【図３−ｅ】
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【図３−ｆ】
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【図３−ｇ】
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【図３−ｈ】
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【図４】
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【図５】
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