(57)【要約】【課題】  混色の光を放出し、交流電源、特に、高電圧交流電源下で駆動可能な発光ダイオードパッケージを提供すること。【解決手段】  発光ダイオードパッケージが開示される。このパッケージは、第１の基板上に形成され、相対的に短波長の光を放出する発光セルの第１の直列アレイと、第２の基板上に形成され、相対的に長波長の光を放出する発光セルの第２の直列アレイと、を備える。前記第１及び第２の直列アレイは、互いに逆並列で連結されて動作する。これにより、交流電源下で動作可能であり、色再現性及び発光効率に優れた白色光を具現可能である、発光ダイオードパッケージを提供することができる。【選択図】      図１
2009111339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板上に形成され、相対的に短波長の光を放出する発光セルの第１の直列アレイと、
第２の基板上に形成され、相対的に長波長の光を放出する発光セルの第２の直列アレイと、を備え、
前記第１及び第２の直列アレイは、互いに逆並列で連結されて動作することを特徴とする発光ダイオードパッケージ。
【請求項２】
前記第１の直列アレイから放出された光の少なくとも一部を波長変換させる蛍光体をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードパッケージ。
【請求項３】
前記第１の直列アレイ内の発光セルは、青色光を放出し、
前記第２の直列アレイ内の発光セルは、赤色光を放出し、
前記蛍光体は、青色光を緑色光に波長変換させることを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオードパッケージ。
【請求項４】
前記第１及び第２の直列アレイを覆うモールディング部をさらに備え、
前記モールディング部は、拡散剤を含有することを特徴とする請求項３に記載の発光ダイオードパッケージ。
【請求項５】
前記第１の直列アレイ内の発光セルは、青色光を放出し、
前記第２の直列アレイ内の発光セルは、緑色光を放出し、
前記蛍光体は、青色光を赤色光に波長変換させることを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオードパッケージ。
【請求項６】
前記第１及び第２の直列アレイを覆うモールディング部をさらに備え、
前記モールディング部は、拡散剤を含有することを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオードパッケージ。
【請求項７】
前記第１の直列アレイ内の発光セルは、それぞれ第１の導電型半導体層と第２の導電型半導体層との間に介在された第１の活性層を有し、
前記第２の直列アレイ内の発光セルは、それぞれ第１の導電型半導体層と第２の導電型半導体層との間に介在された第２の活性層を有し、
前記第１の活性層は、ＡｌＩｎＧａＮ系化合物で形成され、前記第２の活性層は、ＡｌＩｎＧａＰ系化合物で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードパッケージに関し、より詳しくは、混色の光を放出し、交流電源下で駆動可能な発光ダイオードパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）系発光ダイオードが開発された以来、ＧａＮ系ＬＥＤは、ＬＥＤ技術を相当程度変化させており、現在、天然色ＬＥＤ表示素子、ＬＥＤ交通信号機、白色ＬＥＤ等、様々な応用に用いられている。最近、高効率白色ＬＥＤは、蛍光ランプを代替するものと期待されており、特に、白色ＬＥＤの効率は、通常の蛍光ランプの効率とほぼ同水準に達している。
【０００３】
一般に、発光ダイオードは、順方向電流により光を放出し、直流電流の供給を必要とする。したがって、発光ダイオードは、交流電源に直接連結して使用する場合、電流の方向に応じてオン・オフを繰り返し、その結果、連続的に光を放出せず、逆方向電流により破損しやすいという問題点があった。
【０００４】
このような発光ダイオードの問題点を解決して、高電圧交流電源に直接連結して使用可能な発光ダイオードが、国際公開番号ＷＯ２００４／０２３５６８（Ａ１）号に「発光成分を有する発光素子」（LIGHT-EMITTING DEVICE HAVING LIGHT-EMITTING ELEMENTS）という題目で、サカイ等（Sakai et. al.）により開示されたことがある。
【０００５】
前記国際公開番号ＷＯ２００４／０２３５６８（Ａ１）号によると、ＬＥＤ（発光セル）がサファイア基板のような単一の絶縁性基板上に二次元的に直列連結され、ＬＥＤアレイを形成する。このような二つのＬＥＤアレイが、前記サファイア基板上にて逆並列で連結される。その結果、交流電源により直接駆動される単一チップ発光素子が提供される。一方、前記単一チップ発光素子は、ＧａＮ系化合物で製造され、紫外線又は青色光を放出するので、前記単一チップ発光素子と蛍光体を組み合わせることにより、白色光等の混色を放出する発光ダイオードパッケージを提供することができる。
【０００６】
例えば、青色光を放出する単一チップ発光素子と、青色光を波長変換させて黄色光を放出する蛍光体、又は、緑色光と赤色光を放出する蛍光体とを組み合わせることにより、白色発光ダイオードパッケージを具現することができる。しかしながら、青色発光素子と黄色蛍光体の組合せによる白色光は、色再現性が悪く、青色発光素子と緑色蛍光体及び赤色蛍光体との組合せによる白色光は、蛍光体の過多使用により発光効率を落とすことがあり得る。
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００４／０２３５６８（Ａ１）号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、混色の光を放出し、交流電源、特に、高電圧交流電源下で駆動可能な発光ダイオードパッケージを提供することを目的とする。
【０００８】
また、色再現性及び発光効率に優れた白色光を具現可能な発光ダイオードパッケージを提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明の実施例による発光ダイオードパッケージは、第１の基板上に形成され、相対的に短波長の光を放出する発光セルの第１の直列アレイと、第２の基板上に形成され、相対的に長波長の光を放出する発光セルの第２の直列アレイと、を備える。これに加えて、前記第１及び第２の直列アレイは、互いに逆並列で連結されて動作する。これにより、混色の光を放出し、交流電源下で動作可能な発光ダイオードパッケージが提供され得る。
【００１０】
ここで、「発光セル」とは、動作時に光を放出する単位要素としてのダイオードを意味する。一方、「直列アレイ」とは、そのアレイの両端に電圧を印加したとき、アレイ内の全ての発光セルに順方向電圧が印加され、又は、逆方向電圧が印加されるように、前記発光セルが順次連結されたアレイを意味する。一方、「逆並列」連結とは、並列連結されたアレイの両端に電圧が印加されるとき、一方の直列アレイに順方向電圧が印加され、他方の直列アレイに逆方向電圧が印加される連結を意味する。
【００１１】
一方、前記発光ダイオードパッケージは、前記第１の直列アレイから放出された光の少なくとも一部を波長変換させる蛍光体をさらに備えてもよい。これにより、前記第１及び第２の直列アレイと前記蛍光体の組合せにより、混色の光を放出することができる。
【００１２】
いくつかの実施例において、前記第１の直列アレイ内の発光セルは、青色光を放出し、前記第２の直列アレイ内の発光セルは、赤色光を放出し、前記蛍光体は、青色光を緑色光に波長変換させることができる。他の実施例において、前記第１の直列アレイ内の発光セルは、青色光を放出し、前記第２の直列アレイ内の発光セルは、緑色光を放出し、前記蛍光体は、青色光を赤色光に波長変換させることができる。これにより、色再現性及び発光効率に優れた白色光を具現することができる。
【００１３】
これに加えて、前記発光ダイオードパッケージは、前記第１及び第２の直列アレイを覆うモールディング部をさらに備えてもよく、前記モールディング部は、拡散剤を含有していてもよい。前記拡散剤は、前記直列アレイから放出された光を混合することにより、均一な混色光が外部に放出されるようにする。前記蛍光体は、前記モールディング部内に含有されてもよいが、これに限定されるものではない。
【００１４】
一方、前記第１の直列アレイ内の発光セルは、それぞれ第１の導電型半導体層と第２の導電型半導体層との間に介在された第１の活性層を有してもよい。前記第１の活性層は、ＡｌＩｎＧａＮ系化合物で形成されてもよい。これに加えて、前記第２の直列アレイ内の発光セルは、それぞれ第１の導電型半導体層と第２の導電型半導体層との間に介在された第２の活性層を有してもよく、前記第２の活性層は、ＡｌＩｎＧａＰ系化合物で形成されてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、異なる波長の光を放出する直列アレイを実装することにより、混色の光を放出し、交流電源、特に、高電圧交流電源下で駆動可能な発光ダイオードパッケージを提供することができる。これに加えて、前記直列アレイと蛍光体を組み合わせ、色再現性及び発光効率に優れた白色光を具現する発光ダイオードパッケージを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付した図面に基づき、本発明の好適な実施例について詳述する。以下に紹介される実施例は、本発明の思想を当業者に充分伝達するために、例として提供されるものである。したがって、本発明は、後述する実施例に限定されず、他の形態に具体化され得る。なお、図面において、構成要素の幅、長さ、厚さ等は、便宜のために誇張して表現されることもある。明細書の全体にわたって、同一の参照番号は、同一の構成要素を示す。
【００１７】
図１は、本発明の一実施例による発光ダイオードパッケージを説明するための平面図及び断面図であり、図２は、本発明の一実施例による発光ダイオードパッケージを説明するための概略図である。ここで、リセスされたパッケージ本体４０を有するパッケージを説明するが、これに限定されず、全ての種類のパッケージに適用され得る。
【００１８】
図１および図２を参照すると、パッケージ本体４０のチップ実装領域、例えば、リセス内の底面上に第１の単一チップ１０及び第２の単一チップ５０が実装される。これらの単一チップ１０、５０は、図１に示すように、チップ実装領域上にそれぞれ実装され、ボンディングワイヤ４５により、パッケージのリード電極４１、４３に電気的に連結される。また、前記単一チップ１０、５０は、サブマウント（図示せず）のような他の共通基板上に一緒に実装されてもよく、前記サブマウント又は前記チップ実装領域上にフリップボンディングされてもよい。前記単一チップ１０、５０は、エポキシ又はシリコンのようなモールディング部４７により封止される。前記モールディング部４７は、蛍光体及び／又は拡散剤を含有してもよい。
【００１９】
図２を参照すると、前記第１の単一チップ１０は、第１の基板１１上に互いに直列連結された発光セル１８の第１の直列アレイ２０を有し、前記第２の単一チップ５０は、第２の基板５１上に互いに直列連結された発光セル５８の第２の直列アレイ６０を有する。前記第１の基板及び第２の基板は、絶縁基板であり、又は、上面に絶縁層を有する導電性基板であってもよい。前記第１及び第２の単一チップ１０、５０の構造及び製造方法については、後に詳述する。
【００２０】
一方、前記発光セル１８、５８は、それぞれ配線により互いに直列連結され、直列アレイ２０、６０を形成する。前記直列アレイ２０、６０の両端部に、ボンディングパッド３１、７１が配置されていてもよい。ボンディングパッド３１、７１は、前記直列アレイ２０、６０の両端部にそれぞれ電気的に連結される。前記ボンディングパッド３１、７１にボンディングワイヤ４５がボンディングされていてもよい。
【００２１】
前記第１の直列アレイ２０及び第２の直列アレイ６０は、図２に示すように、互いに逆並列で連結される。すなわち、第１の直列アレイ２０に順方向電圧が印加されるとき、第２の直列アレイ６０に逆方向電圧が印加され、第１の直列アレイ２０に逆方向電圧が印加されるとき、第２の直列アレイ６０に順方向電圧が印加される。したがって、前記第１及び第２の直列アレイ２０、６０の両端に交流電源を連結する場合、前記第１の及び第２の直列アレイ２０、６０が交互に動作して光を放出する。
【００２２】
さらに図１を参照すると、前記第１の単一チップ１０は、相対的に短波長の光を放出し、第２の単一チップ５０は、相対的に長波長の光を放出するように構成される。一方、前記発光ダイオードパッケージは、前記第１の単一チップ１０から放出された光の少なくとも一部を波長変換させる蛍光体を備えてもよい。このような蛍光体は、上述したように、モールディング部４７内に含有されてもよいが、これに限定されず、モールディング部４７の下方又は上方に位置してもよい。また、前記モールディング部４７は、拡散剤を含有し、前記第１の単一チップ１０及び第２の単一チップ５０から放出された光を均一に混合させることができ、また、これらの光と蛍光体から放出された光を均一に混合させることができる。
【００２３】
前記第１の単一チップ１０及び第２の単一チップ５０と前記蛍光体の組合せにより、多様な色の混色光、例えば、白色光を具現することが可能である。例えば、前記第１の単一チップ１０は、青色光を放出し、第２の単一チップ５０は、赤色光を放出することができ、前記蛍光体は、第１の単一チップ１０から放出された青色光の一部を緑色光（又は、黄色光）に波長変換させることができる。また、前記第１の単一チップ１０は、青色光を放出し、第２の単一チップ５０は、緑色光を放出することができ、前記蛍光体は、第１の単一チップ１０から放出された青色光の一部を赤色光に波長変換させることができる。これにより、蛍光体の使用量を増加させることなく、色再現性に優れた白色光を具現することができ、発光効率に優れた発光ダイオードパッケージを提供することができる。
【００２４】
本実施例において、二つの単一チップ１０、５０が実装されたものを例示しているが、より多数の単一チップが交流電源下で駆動するように実装されてもよい。
一方、第１の直列アレイ１０又は第２の直列アレイ５０内において直列連結される発光セル１８又は５８の個数は、各アレイに印加される電圧の大きさ及び発光セルの動作電圧に応じて調節される。このような発光セルの個数は、例えば、一般家庭用の交流電源である１１０Ｖ又は２２０Ｖで、前記発光ダイオードパッケージが駆動可能に定められる。
【００２５】
以下、前記第１の単一チップ１０及び第２の単一チップ５０の構造及び製造方法について、詳述する。
図３及び図４は、本発明の一実施例による第１の単一チップ１０を説明するための部分断面図である。ここで、図３は、エアブリッジ工程で形成された配線２７により発光セル１８が直列連結されたものを説明するための部分断面図であり、図４は、ステップカバー工程で形成された配線３７により発光セルが直列連結されたものを説明するための部分断面図である。
【００２６】
図３を参照すると、第１の基板１１上に、複数個の発光セル１８が互いに離隔して位置する。前記発光セルのそれぞれは、第１の導電型下部半導体層１５、第１の活性層１７、及び第２の導電型上部半導体層１９を有する。前記活性層１７は、単一量子井戸又は多重量子井戸であってもよく、要求される発光波長に応じて、その物質及び組成が選択される。例えば、前記第１の活性層は、窒化ガリウム系化合物、すなわち、ＡｌＩｎＧａＮ系化合物で形成されてもよい。一方、前記下部及び上部半導体層１５、１９は、前記活性層１７に比べて、バンドギャップの大きな物質で形成され、窒化ガリウム系化合物で形成されてもよい。
【００２７】
一方、前記下部半導体層１５と前記基板１１との間に、バッファ層１３が介在されてもよい。バッファ層１３は、第１の基板１１と下部半導体層１５の格子不整合を緩和させるために採用される。前記バッファ層１３は、図示のように、隣接した他の発光セルのバッファ層と離隔してもよいが、これに限定されず、バッファ層１３が絶縁性であり、又は、抵抗の大きな物質で形成された場合、発光セルを通して互いに連続的に形成してもよい。
【００２８】
前記上部半導体層１９は、図示のように、前記下部半導体層１５の一部領域の上部に位置し、前記活性層は、上部半導体層１９と下部半導体層１５との間に介在される。また、前記上部半導体層１９上に透明電極層２１が位置してもよい。前記透明電極層２１は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）膜又はＮｉ／Ａｕ等の物質で形成されてもよい。
【００２９】
一方、配線２７が、前記発光セル１８を電気的に連結する。前記配線２７は、一つの発光セルの下部半導体層１５と、それに隣接した発光セルの透明電極層２１とを連結する。前記配線は、図示のように、前記透明電極層２１上に形成された電極パッド２４と、前記下部半導体層１５の露出した領域上に形成された電極パッド２５とを連結することができる。ここで、前記配線２７は、エアブリッジ工程で形成されたものであり、接触部を除いた部分は、基板１１及び発光セル１８から物理的に離れている。前記配線２７により、単一の第１の基板１１上において、発光セル１８が直列連結された第１の直列アレイ（図２の１０）が形成される。
【００３０】
図４を参照すると、前記発光セル１８を連結する配線は、ステップカバー工程で形成されてもよい。すなわち、配線３７を接触させるための部分を除き、前記発光セルの全層及び基板１１は、絶縁層３５で覆われる。また、前記配線３７が、前記絶縁層３５上においてパターニングされ、前記発光セル１８を電気的に連結する。
【００３１】
例えば、前記絶縁層３５は、前記電極パッド２４、２５を露出させる開口部を有し、前記配線３７は、前記開口部を介して隣接した発光セルの電極パッド２４、２５を互いに連結し、発光セル１８を直列連結する。
【００３２】
本実施例において、互いに離隔した発光セル１８は、基板１１上にエピ層を順次成長させた後、これらをフォトリソグラフィー及びエッチング技術を用いてパターニングすることにより形成される。これとは異なり、前記発光セル１８は、犠牲基板上にエピ層を順次成長させた後、第１の基板１１上に前記エピ層を接着させ、前記犠牲基板を除去する基板分離技術を用いて形成されてもよい。犠牲基板が分離された後、フォトリソグラフィー及びエッチング技術を用いて前記エピ層をパターニングすることにより、前記発光セル１８が形成されてもよい。
【００３３】
図５及び図６は、本発明の一実施例による第２の単一チップ５０を説明するための部分断面図である。
図５を参照すると、前記第２の単一チップ５０は、第２の基板５１を有する。前記基板は、ＡｌＩｎＧａＰエピ層を成長させるのに適合した単結晶基板であり、ＧａＡｓ又はＧａＰ基板であってもよい。
【００３４】
前記第２の基板５１の上部に、互いに離隔して位置する複数個の発光セル５８が位置する。前記発光セルのそれぞれは、第１の導電型下部半導体層５５、第２の活性層５７、及び第２の導電型上部半導体層５９を有する。前記下部及び上部半導体層５５、５９は、前記活性層５７に比べて、バンドギャップの大きな物質で形成され、ＡｌＩｎＧａＰ系化合物半導体で形成されてもよい。また、前記活性層５７は、ＡｌＩｎＧａＰの単一量子井戸又は多重量子井戸であってもよい。
【００３５】
一方、前記下部半導体層５５の下方に第１の導電型接触層５４が位置してもよく、前記第１の導電型接触層５４の一領域が露出する。前記接触層５４は、前記第１の導電型下部半導体層５５に比べて、比抵抗の低い物質で形成される。これとは異なり、前記接触層５４は、第１の導電型下部半導体層５５と同一の物質で形成されてもよい。この場合、前記接触層５４と下部半導体層５５間の界面が消える。
【００３６】
前記第２の導電型上部半導体層５９は、前記接触層５４の一部分の上部に位置し、前記第２の活性層は、上部半導体層５９と下部半導体層５５との間に介在される。また、前記上部半導体層５９上にウインド層６１が位置してもよい。前記ウインド層は、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓ、又はＧａＰ等の物質で形成されてもよく、上部半導体層５９に比べて、比抵抗が低く、透明な物質で形成される。前記ウインド層６１は、エピ成長技術を用いて、上部半導体層５９上で成長されてもよい。また、前記ウインド層は、ＡｌＩｎＧａＰ活性層５７に比べて、さらに広いバンドギャップを有する物質で形成されてもよいが、順方向電圧Ｖｆを減少させるために、前記活性層５７と同一のバンドギャップを有する物質、例えば、ＡｌＩｎＧａＰで形成されてもよい。
【００３７】
一方、前記第２の基板５１と前記発光セルとの間に半絶縁バッファ層５３が介在されていてもよい。半絶縁バッファ層５３は、図示のように、隣接した他の発光セルの半絶縁バッファ層と離隔してもよいが、これに限定されず、発光セルを通して互いに連続的に形成してもよい。ここで、「半絶縁」層とは、一般に、比抵抗が常温で略１０５Ω・ｃｍ以上である高抵抗物質層を示し、特に断りのない限り、絶縁性物質層も含むものとして用いられる。前記半絶縁バッファ層５３は、前記第２の基板５１が導電性基板である場合、前記基板５１と前記発光セル５８を電気的に絶縁させる。
【００３８】
前記半絶縁バッファ層５３は、ドープ無しに、比抵抗の高いIII‐Ｖ系物質で形成され、又は、電子受容体がドープされたIII‐Ｖ系物質であってもよい。前記電子受容体は、１価又は２価の電子価を有する金属であってもよく、アルカリ金属、アルカリ土金属、及び／又は遷移金属であってもよい。例えば、前記電子受容体は、鉄（Ｆｅ）又はクロム（Ｃｒ）イオンであってもよい。一般に、人為的なドープ無しに、成長された化合物半導体層は、Ｎ型導電型を示し、前記電子受容体は、このような化合物半導体層内において電子を受容し、比抵抗を高め、半絶縁層を作る。
【００３９】
一方、配線６７が、前記発光セルを電気的に連結する。前記配線６７は、一つの発光セルの接触層５４と、それに隣接した発光セルのウインド層６１とを連結する。前記配線は、図示のように、前記ウインド層６１上に形成されたオーム接触層６４と、前記第１の導電型接触層５４の露出した領域上に形成されたオーム接触層６５とを連結することができる。ここで、前記配線６７は、エアブリッジ工程で形成されたものであり、接触部を除いた部分は、第２の基板５１及び発光セル５８から物理的に離れている。
【００４０】
前記配線６７により、前記基板５１上に、第２の直列アレイ（図２の６０）が形成される。
図６を参照すると、発光セルを連結する配線構造を除いては、図５の単一チップと同一の構成要素を有する。すなわち、本実施例による配線８７は、ステップカバー工程で形成された配線である。このため、配線８７を接触させるための部分を除き、前記発光セルの全層及び第２の基板５１は、絶縁層８５で覆われる。また、前記配線８７が、前記絶縁層８５上においてパターニングされ、前記発光セルを電気的に連結する。
【００４１】
例えば、前記絶縁層８５は、前記オーム接触層６４、６５を露出させる開口部を有し、前記配線８７は、前記開口部を介して隣接した発光セルのオーム接触層６４、６５を互いに連結し、発光セル５８を直列連結する。
【００４２】
図７乃至図９は、本発明の一実施例による第２の単一チップ５０の製造方法を説明するための断面図である。
図７を参照すると、第２の基板５１上に、半絶縁バッファ層５３、第１の導電型下部半導体層５５、第２の活性層５７、及び第２の導電型上部半導体層５９を成長させる。また、前記半絶縁バッファ層５３上に、第１の導電型接触層５４が形成されてもよく、前記上部半導体層５９上に、ウインド層６１が形成されてもよい。
【００４３】
前記第２の基板５１は、ＡｌＩｎＧａＰエピ層を成長させるのに適合した格子定数を有する単結晶基板であり、ＧａＡｓ又はＧａＰ基板であってもよい。一方、前記半絶縁バッファ層５３は、有機金属化学気相蒸着法（MetalorganicChemical Vapor Deposition；MOCVD）、分子線エピタキシー法（Molecular Beam Epitaxy；MBE）等を用いて形成される。前記半絶縁バッファ層５３は、ＡｌＩｎＧａＰ系、又はそれに類似した格子定数を有するIII‐Ｖ系物質であってもよい。
【００４４】
一方、前記バッファ層５３を形成する間、電子受容体がドープされてもよい。前記電子受容体は、１価又は２価の電子価を有する金属であってもよく、アルカリ金属、アルカリ土金属及び／又は遷移金属であってもよい。例えば、前記電子受容体は、鉄（Ｆｅ）又はクロム（Ｃｒ）イオンであってもよい。
【００４５】
一方、前記半絶縁バッファ層５３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５３の一部の厚さにわたって電子受容体をドープし、比抵抗の高い半絶縁バッファ層５３を形成することができる。
【００４６】
前記第１の導電型接触層５４は、ＡｌＩｎＧａＰ化合物半導体で形成されてもよく、電流分散のために比抵抗の低い物質で形成されることが好ましい。一方、前記第１の導電型下部半導体層５５及び第２の導電型上部半導体層５９は共に、ＡｌＩｎＧａＰ化合物半導体で形成されてもよく、Ａｌ、Ｇａ及び／又はＩｎの組成比を調節し、前記活性層５７に比べて、バンドギャップの大きな物質で形成される。下部及び上部半導体層５５、５９と第２の活性層５７は共に、ＭＯＣＶＤ又はＭＢＥ技術を用いて形成される。
【００４７】
一方、前記ウインド層６１は、活性層５７で生成した光を透過させながら、比抵抗の低い物質層、例えば、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓ、又はＧａＰで形成されてもよく、また、前記活性層５７と同一のバンドギャップを有する物質、例えば、ＡｌＩｎＧａＰで形成されてもよい。前記ウインド層６１は、エピ成長技術を用いて、上部半導体層５９上において成長されてもよい。前記ウインド層が、前記活性層５７と同一のバンドギャップを有する物質で形成される場合、順方向電圧（Ｖｆ）を低くすることができる。
【００４８】
図８を参照すると、前記ウインド層６１、第２の導電型上部半導体層５９、活性層５７、第１の導電型下部半導体層５５、第１の導電型接触層５４、及び半絶縁バッファ層５３をパターニングしてセルを分離し、第１の導電型接触層５４の一領域を露出させる。その結果、露出した第１の導電型接触層５４を有する発光セルが形成される。
【００４９】
図８を参照すると、前記ウインド層６１上にオーム接触層６４を形成し、前記露出した第１の導電型接触層５４上にオーム接触層６５を形成する。前記オーム接触層６４は、ウインド層６１にオーム接触され、前記オーム接触層６５は、第１の導電型接触層５４にオーム接触される。
【００５０】
次いで、前記発光セルを電気的に連結する配線（図５の６７）が、エアブリッジ工程により形成される。前記配線６７は、発光セルを連結し、第２の直列アレイを形成する。
一方、発光セルを連結する配線は、ステップカバー方式で形成されてもよく、これにより、図６の単一チップが完成する。すなわち、図９のオーム接触層６４、６５が形成された後、第２の基板５１の前面上に絶縁層（図６の８５）が形成される。前記絶縁層は、例えば、ＳｉＯ２で形成されてもよい。次いで、前記絶縁層をパターニングし、前記オーム接触層６４、６５を露出させる開口部を形成する。その後、前記絶縁層８５上に、メッキ又は蒸着技術を用いて、配線８７を形成することにより、発光セルを電気的に連結する。
【００５１】
図１０及び図１１は、本発明のまた他の実施例による第２の単一チップ５０を説明するための部分断面図である。
図１０を参照すると、前記第２の単一チップは、第２の基板であり、ベース基板１７１を含む。本実施例において、前記ベース基板１７１は、ＡｌＩｎＧａＰ系エピ層を成長させるのに適合した単結晶基板であることを要せず、金属基板又はＧａＰ基板のような導電性基板であってもよい。
【００５２】
前記ベース基板１７１上に、複数個の金属パターン１６５が互いに離隔して位置する。前記ベース基板と前記金属パターンとの間に絶縁層１７３が介在され、前記金属パターン１６５をベース基板１７１から電気的に絶縁させる。前記各金属パターン１６５上に、発光セルがそれぞれ位置する。前記発光セルは、それぞれ第１の導電型下部半導体層１５５ａ、第２の活性層１５７ａ、及び第２の導電型上部半導体層１５９ａを有する。
【００５３】
前記下部及び上部半導体層１５５ａ、１５９ａは、前記活性層１５７ａに比べて、バンドギャップの大きな物質で形成され、ＡｌＩｎＧａＰ系化合物半導体で形成されてもよい。また、前記第２の活性層１５７ａは、ＡｌＩｎＧａＰ系の単一量子井戸又は多重量子井戸であってもよい。
【００５４】
一方、前記下部半導体層１５５ａの一領域が露出するように、前記上部半導体層１５９ａは、図示のように、前記下部半導体層１５５ａの一部領域上に位置し、前記活性層１５９ａは、前記下部及び上部半導体層１５５ａ、１５９ａ間に介在されてもよい。これとは異なり、前記金属パターン１６５の一部領域が露出するように、前記半導体層が前記金属パターン１６５の一部領域上に位置してもよい。
【００５５】
一方、前記各第２の導電型上部半導体層１５９ａ上に、ウインド層１５４ａが位置してもよい。前記ウインド層は、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓ、又はＧａＰ等の物質で形成されてもよく、上部半導体層１５９ａに比べて、比抵抗が低く、透明な物質で形成される。前記ウインド層１５４ａは、エピ成長技術を用いて成長されてもよい。前記ウインド層は、第２の活性層１５７ａに比べて、より広いバンドギャップを有する物質で形成されてもよいが、順方向電圧Ｖｆを減少させるために、前記活性層１５７ａと同一のバンドギャップを有する物質で形成されてもよい。
【００５６】
一方、配線１７９が、前記発光セルを電気的に連結する。配線１７９は、一つの発光セルの下部半導体層１５５ａと、それに隣接した発光セルのウインド層１５４ａとを連結する。前記配線は、図示のように、前記ウインド層１５４ａ上に形成されたオーム接触層１７８と、前記第１の導電型下部半導体層１５５ａの露出した領域上に形成されたオーム接触層１７７とを連結することができる。一方、前記金属パターン１６５が露出した場合、前記配線は、前記オーム接触層１７８と金属パターン１６５をそれぞれ連結することができる。ここで、前記配線１７９は、エアブリッジ工程により形成されたものであり、接触部を除いた部分は、ベース基板１７１及び発光セルから物理的に離れている。
【００５７】
図１１を参照すると、本実施例の第２の単一チップは、発光セルを連結する配線構造を除いては、図１０の第２の単一チップと同一の構成要素を有する。すなわち、本実施例による配線１８９は、ステップカバー工程により形成された配線である。このため、配線１８９を接触させるための部分を除き、前記発光セルの全層及びベース基板１７１は、絶縁層１８７で覆われる。また、前記配線１８９が、前記絶縁層１８７上においてパターニングされ、前記発光セルを電気的に連結する。
【００５８】
例えば、前記絶縁層１８７は、前記オーム接触層１７８と、オーム接触層１７７又は金属パターン１６５を露出させる開口部を有し、前記配線１８９は、前記開口部を介して隣接した発光セルを互いに連結して直列連結する。
【００５９】
図１２乃至図１５は、上記した本発明のまた他の実施例による第２の単一チップ５０の製造方法を説明するための断面図である。
図１２を参照すると、犠牲基板１５１上に、第１の導電型半導体層１５５、第２の導電型半導体層１５９と、前記第１及び第２の導電型半導体層間に介在された第２の活性層１５７とを有する半導体層が形成される。また、前記半導体層は、犠牲基板１５１上に形成されたバッファ層１５３を有してもよく、前記第２の導電型半導体層１５９を形成する前にウインド層１５４が形成されてもよい。
【００６０】
前記犠牲基板１５１は、ＡｌＩｎＧａＰ系エピ層を成長させるのに適合した格子定数を有する単結晶基板であり、ＧａＡｓ又はＧａＰ基板であってもよい。一方、前記バッファ層１５３は、有機金属化学気相蒸着法（Metalorganic Chemical Vapor Deposition；MOCVD）、分子線エピタキシー法（Molecular Beam Epitaxy；MBE）等を用いて形成される。前記バッファ層１５３は、ＡｌＩｎＧａＰ系又はそれに類似した格子定数を有するIII‐Ｖ系物質であってもよい。
【００６１】
一方、前記第１の導電型半導体層１５５、第２の活性層１５７、及び第２の導電型半導体層１５９は共に、ＡｌＩｎＧａＰ系化合物半導体で形成されてもよい。前記第１の導電型半導体層１５５及び第２の導電型半導体層１５９は、Ａｌ、Ｇａ及び／又はＩｎの組成比を調節し、前記第２の活性層１５７に比べて、バンドギャップの大きな物質で形成される。第１及び第２の半導体層１５５、１５９と活性層１５７は、全てＭＯＣＶＤ又はＭＢＥ技術を用いて形成される。
【００６２】
前記ウインド層１５４は、活性層１５７で生成した光を透過させながら比抵抗の低い物質層、例えば、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓ、又はＧａＰで形成されてもよく、順方向電圧（Ｖｆ）を減少させるために、前記第２の活性層１５７と同一のバンドギャップを有する物質で形成されてもよい。前記ウインド層１５４は、エピ成長技術を用いて、前記第２の導電型半導体層１５９を成長させる前に成長される。
【００６３】
図１３を参照すると、第２の基板として、ベース基板１７１が前記犠牲基板１５１と別個に用意され、前記ベース基板１７１上に絶縁層１７３が形成される。前記ベース基板１７１は、第２の単一チップ５０の発光効率を向上させるために選択される。特に、前記ベース基板１７１は、熱伝導率の高い導電性基板であってもよく、いくつかの実施例において、投光性基板であってもよい。前記絶縁層１７３は、ＳｉＯ２のような酸化層又は半絶縁層であってもよい。
【００６４】
次いで、前記絶縁層１７３と前記半導体層が互いに向かい合うようにボンディングされる。前記絶縁層は、半導体層上に直接ボンディングされてもよく、これとは異なり、前記絶縁層１７３と前記半導体層との間に介在された接着金属層１７５を通して半導体層にボンディングされてもよい。また、前記接着金属層１７５と前記半導体層との間に、Ａｇ又はＡｌのような反射金属層１６１が介在されてもよい。前記接着金属層１７５は、前記半導体層及び／又は前記絶縁層１７３上に形成されてもよく、前記反射金属層１６１は、前記半導体層上に形成されてもよい。また、接着金属層１７５と反射金属層１６１との間に、拡散防止層が介在されてもよい。前記拡散防止層は、接着金属層１７５から反射金属層１６１へ金属元素が拡散され、反射金属層１６１の反射率を減少させることを防止する。
【００６５】
図１４を参照すると、犠牲基板１５１が半導体層から分離される。犠牲基板１５１は、ウェット又はドライエッチング、研磨、イオンミリング、又はこれらを組み合わせて分離される。この際、前記バッファ層１５３も一緒に除去されてもよい。
【００６６】
前記犠牲基板１５１は、前記絶縁層１７３と前記半導体層をボンディングした後に分離されてもよいが、これに限定されず、前記絶縁層１７３と前記半導体層をボンディングする前に分離されてもよい。この場合、前記絶縁層１７３は、前記犠牲基板１５１から分離された面に位置する半導体層にボンディングされてもよい。また、他の犠牲基板（図示せず）を先に前記半導体層に付着した後、前記犠牲基板１５１を除去し、前記ベース基板１７１の絶縁層１７３を、前記半導体層とボンディングすることができる。その後、前記他の犠牲基板が分離される。一方、前記絶縁層１７３が、犠牲基板１５１から分離された面に位置する半導体層にボンディングされる場合、前記ウインド層１５４は、第１の導電型半導体層１５５上に位置するように形成される。
【００６７】
図１５を参照すると、前記半導体層をパターニングし、互いに離隔した複数個の発光セル１５８を形成する。前記発光セルは、それぞれパターニングされた第１の導電型下部半導体層１５５ａ、第２の活性層１５７ａ、及び第２の導電型上部半導体層１５９ａを有し、また、パターニングされたウインド層１５４ａを有してもよい。前記半導体層は、フォトリソグラフィー及びエッチング工程を用いてパターニングされる。
【００６８】
一方、接着金属層１７５及び／又は反射金属層１６１等が、絶縁層１７３と半導体層との間に介在された場合、これらもパターニングされ、互いに離隔した金属パターン１６５が形成される。前記パターニングされた第１の導電型下部半導体層１５５ａは、図示のように、その一部領域が露出するように形成されてもよい。但し、金属パターン１６５が形成された場合、前記金属パターン１６５の一部領域が露出し、前記第１の導電型下部半導体層１５５ａの一部領域は露出しなくてもよい。
【００６９】
さらに図１０を参照すると、前記各ウインド層１５４ａ上にオーム接触層１７８を形成し、前記各露出した第１の導電型下部半導体層１５５ａ上にオーム接触層１７７を形成する。前記オーム接触層１７８は、ウインド層１５４ａにオーム接触され、前記オーム接触層１７７は、第１の導電型下部半導体層１５５ａにオーム接触される。一方、金属パターン１６５の一部領域が露出した場合、前記オーム接触層１７７は省略されてもよい。この場合、前記金属パターン１６５が、前記第１の導電型下部半導体層１５５ａにオーム接触されることが好ましい。
【００７０】
次いで、前記発光セルを電気的に連結する配線１７９が、エアブリッジ工程により形成される。前記配線１７９は、発光セルを連結し、第２の直列アレイを形成する。
一方、発光セルを連結する配線は、ステップカバー方式で形成されてもよく、これにより、図１１の第２の単一チップが完成する。すなわち、図１０のオーム接触層１７７、１７８が形成された後、ベース基板１７１の前面上に絶縁層１８７が形成される。前記絶縁層１８７は、例えば、ＳｉＯ２で形成されてもよい。次いで、前記絶縁層１８７をパターニングし、前記オーム接触層１７７、１７８を露出させる開口部を形成する。その後、前記絶縁層１８７上に、メッキ又は蒸着技術を用いて配線１８９を形成することにより、発光セルが電気的に連結される。
【００７１】
本発明の実施例において、第１の単一チップ１０がＡｌＩｎＧａＮ系化合物で製造され、第２の単一チップ５０がＡｌＩｎＧａＰ系化合物で製造されるものと説明しているが、これらの材料に限定されるものではない。例えば、前記第２の単一チップ５０が、第１の単一チップ１０と異なる組成を有するＡｌＩｎＧａＮ系化合物で製造されてもよい。
【００７２】
また、本発明の実施例において、第１の単一チップ１０及び第２の単一チップ５０が、パッケージ内に実装されるものと説明しているが、これらの単一チップ１０、５０に加えて、第３の単一チップが一緒に実装されてもよい。前記第３の単一チップは、前記第１及び第２の単一チップと異なる波長の光を放出する発光セルの第３の直列アレイを有する。例えば、第１の単一チップ１０は青色光を放出し、第２の単一チップ５０は赤色光を放出し、第３の単一チップは緑色光を放出することができ、これにより、蛍光体を用いなくても、交流電源下で白色光を具現することができる。前記第３の単一チップは、第１の単一チップ又は第２の単一チップと直列又は並列で連結される。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一実施例による発光ダイオードパッケージを説明するための平面図及び断面図である。
【図２】本発明の一実施例による発光ダイオードパッケージを説明するための概略図である。
【図３】本発明の一実施例による第１の単一チップ１０を説明するための部分断面図である。
【図４】本発明の一実施例による第１の単一チップ１０を説明するための部分断面図である。
【図５】本発明の一実施例による第２の単一チップ５０を説明するための部分断面図である。
【図６】本発明の一実施例による第２の単一チップ５０を説明するための部分断面図である。
【図７】本発明の一実施例による第２の単一チップ５０の製造方法を説明するための断面図である。
【図８】本発明の一実施例による第２の単一チップ５０の製造方法を説明するための断面図である。
【図９】本発明の一実施例による第２の単一チップ５０の製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の他の実施例による第２の単一チップ５０を説明するための部分断面図である。
【図１１】本発明の他の実施例による第２の単一チップ５０を説明するための部分断面図である。
【図１２】本発明の他の実施例による第２の単一チップの製造方法を説明するための断面図である。
【図１３】本発明の他の実施例による第２の単一チップの製造方法を説明するための断面図である。
【図１４】本発明の他の実施例による第２の単一チップの製造方法を説明するための断面図である。
【図１５】本発明の他の実施例による第２の単一チップの製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０…第１の単一チップ、１１…第１の基板、１３、１５３…バッファ層、１５…第１の導電型下部半導体層、１７…第１の活性層、１８、５８、１５８…発光セル、１９…第２の導電型上部半導体層、２０…第１の直列アレイ、２１…透明電極層、２４、２５…電極パッド、２７、３７、６７、８７、１８９…配線、３１、７１…ボンディングパッド、３５、８５…絶縁層、４０…パッケージ本体、４１、４３…リード電極、４５…ボンディングワイヤ、４７…モールディング部、５０…第２の単一チップ、５１…第２の基板、５３…半絶縁バッファ層、５４…第１の導電型接触層、５５…第１の導電型下部半導体層、５７…第２の活性層、５９…第２の導電型上部半導体層、６０…第２の直列アレイ、６１…ウインド層、６４、６５…オーム接触層、１５１…犠牲基板、１５４、１５４ａ…ウインド層、１５５…第１の導電型半導体層、１５５ａ…第１の導電型下部半導体層、１５７、１５７ａ…第２の活性層、１５９、１５９ａ…第２の導電型上部半導体層、１６１…反射金属層、１６５…金属パターン、１７１…ベース基板、１７３…絶縁層、１７５…接着金属層、１７７、１７８…オーム接触層、１８７…絶縁層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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