(57)【要約】【課題】  従来、交流駆動型の発光ダイオードの単一基板として用いられた極性の基板の代わりに、非極性の基板を用いることにより、量子効率を向上させ、これにより、1チップ当たりの発光領域が小さい交流駆動型の発光ダイオードの発光効率を上昇させること。【解決手段】  交流電源に直接連結して動作させることができる発光ダイオードが開示される。開示された本発明による発光ダイオードは、単一基板上に二次元的に配列された複数個の発光セルと、発光セルを電気的に連結する配線と、配線により直列連結された複数の発光セルが直列アレイを形成するが、前記単一基板は、非極性の基板であり、前記発光セルは、前記非極性の基板上において成長された非極性の窒化ガリウム系半導体層からなる。【選択図】      図１
2009088482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一基板上に二次元的に配列された複数の発光セルと、
前記発光セルを電気的に連結する配線と、
前記配線により直列連結された複数の発光セルが直列アレイを形成するが、
前記単一基板は、非極性の基板であり、前記発光セルは、前記非極性の基板上において成長された非極性の窒化ガリウム系半導体層からなることを特徴とする交流駆動型の発光ダイオード。
【請求項２】
前記窒化ガリウム系半導体層は、ｒ面サファイア基板またはａ‐ＧａＮ基板を前記非極性の基板として用いて成長されたａ面窒化ガリウム系半導体層であることを特徴とする請求項１に記載の交流駆動型の発光ダイオード。
【請求項３】
前記窒化ガリウム系半導体層は、ｍ面サファイア基板またはｍ‐ＧａＮ基板を前記非極性の基板として用いて成長されたｍ面窒化ガリウム系半導体層であることを特徴とする請求項１に記載の交流駆動型の発光ダイオード。
【請求項４】
前記直列アレイは、交流電源に連結されて動作することを特徴とする請求項１に記載の交流駆動型の発光ダイオード。
【請求項５】
横方向での前記発光セル間の距離は、互いに異なる値を有することを特徴とする請求項１に記載の交流駆動型の発光ダイオード。
【請求項６】
縦方向での前記発光セル間の距離は、互いに異なる値を有することを特徴とする請求項１に記載の交流駆動型の発光ダイオード。
【請求項７】
前記直列アレイは、第１及び第２の直列アレイを含み、前記第１及び第２の直列アレイは、交流電源に互いに逆並列で連結されて動作することを特徴とする請求項１に記載の交流駆動型の発光ダイオード。
【請求項８】
互いに逆並列で連結されて動作する前記第１及び第２の直列アレイ内の対応する配線を電気的に連結する少なくとも一つのシャント配線をさらに備え、動作時、逆方向電圧が印加された直列アレイ内の特定の発光セルに過電圧が印加されることを防止することを特徴とする請求項７に記載の交流駆動型の発光ダイオード。
【請求項９】
前記発光セルのそれぞれは、
前記非極性の基板上に形成された非極性の第１の導電型半導体層と、
前記第１の導電型半導体層の一領域上に位置する非極性の第２の導電型半導体層と、
前記第１の導電型半導体層と前記第２の導電型半導体層との間に介在された非極性の活性層と、を備え、
前記配線は、一つの発光セルの第１の導電型半導体層と、それに隣接した発光セルの第２の導電型半導体層とを電気的に連結することを特徴とする請求項８に記載の交流駆動型の発光ダイオード。
【請求項１０】
前記少なくとも一つのシャント配線は、前記配線と同一の材質で前記配線と一緒に形成されたことを特徴とする請求項９に記載の交流駆動型の発光ダイオード。
【請求項１１】
前記少なくとも一つのシャント配線は、前記発光セル間に配置されたことを特徴とする請求項１０に記載の交流駆動型の発光ダイオード。
【請求項１２】
前記発光セルのそれぞれの前記第２の導電型半導体層上に形成された透明電極層をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の交流駆動型の発光ダイオード。
【請求項１３】
前記発光セルのそれぞれの前記第２の導電型半導体層上に形成された反射層と、
サブマウント基板と、をさらに備え、
前記発光セルは、金属バンプを介して前記サブマウント基板上にフリップボンディングされたことを特徴とする請求項９に記載の交流駆動型の発光ダイオード。
【請求項１４】
前記サブマウント基板上に形成され、前記金属バンプがボンディングされるボンディングパターンをさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の交流駆動型の発光ダイオード。
【請求項１５】
前記配線は、前記サブマウント基板上に形成されることを特徴とする請求項１３に記載の交流駆動型の発光ダイオード。
【請求項１６】
前記基板上に形成されたブリッジ整流器をさらに備え、
前記ブリッジ整流器は、前記発光セルを前記配線で連結することにより形成され、
前記発光セルの直列アレイは、前記ブリッジ整流器に電気的に連結されたことを特徴とする請求項１に記載の交流駆動型の発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源に直接連結して動作させることができる発光ダイオードに関し、より詳しくは、量子効率等の性能が改善した交流駆動型の発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードは、Ｎ型半導体とＰ型半導体が互いに接合された構造を有する光電変換半導体素子であって、電子と正孔の再結合により光を発散する。このような発光ダイオードは、表示素子及びパックライトとして広く用いられている。また、発光ダイオードは、既存の電球または蛍光灯に比べて、低消耗電力、長寿命であり、白熱電球及び蛍光灯を代替して、一般照明用途としてその使用領域を広げている。
【０００３】
発光ダイオードは、交流電源下で電流の方向に応じてオン・オフを繰り返す。したがって、発光ダイオードを交流電源に直接連結して用いる場合、発光ダイオードが連続的に光を放出せず、逆方向電流により破損しやすく、しかも、動作電圧が低く、一般交流電源に直接連結して用いることができなかった。
【０００４】
このような発光ダイオードの問題点を解決するために、発光ダイオードと交流電源との間に整流器を配置し、交流を直流に整流して、発光ダイオードを動作させる方法が用いられてもいるが、このような整流器の必要性は、蛍光灯のような照明器具を発光ダイオードに代替することを難くする。また、複数個の発光ダイオードを互いに逆並列で連結し、高電圧交流電源に直接連結する方法が用いられ得るが、多数の発光ダイオードを連結して動作させなければならないので、発光装置の全体サイズが大きくなり、発光ダイオードをそれぞれ連結することにより、ワイヤ連結等の工程数が増加するという問題点をあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これに対して、従来、単一チップレベルにおいて交流電源に連結して動作可能な交流駆動型の発光ダイオードが提案されたことがある。従来の交流駆動型の発光ダイオードは、単一基板上に複数の発光セルが二次元的に配列された構造からなる。上述した発光セルは、単一基板上において成長された窒化ガリウム系半導体層からなる。
【０００６】
このような従来の交流駆動型の発光ダイオードは、実質的に、基板上の全ての平面領域が発光領域となる直流駆動型の発光ダイオードと比較すると、発光領域の面積が小さいという問題点があった。これは、単一基板上に配列された発光セルでのみ発光が行われていることに起因し、定められた発光ダイオードチップの面積下での発光量を減少させる。
【０００７】
これにより、本発明者らは、発光セルの採用により、発光領域の面積が相対的に減少した交流駆動型の発光ダイオードにおける、発光領域の減少による発光量の低下を、量子効率（特に、内部量子効率）を高めることにより補償する技術を提案するようになった。
【０００８】
交流駆動型の発光ダイオードを製造するに当たって、複数の発光セルを形成するために、単一基板上において窒化ガリウム系半導体層を順次成長させた後、発光セルとなる領域を残し、窒化ガリウム系半導体層を基板に至る深さで除去する工程が用いられる。この際、前記窒化ガリウム系半導体層を成長させる単一基板としては、ｃ面｛０００１｝基板、特に、ｃ面サファイア基板が用いられる。
【０００９】
窒化ガリウムまたはその化合物は、互いに１２０°回転され、固有ｃ軸に全て垂直な等
価基底面の軸で表される、図５に示すような六方晶系結晶構造において最も安定である。図５を参照して説明すると、結晶構造内でのガリウムと窒素原子の位置の結果として、各平面は、ｃ軸に沿って平面別に進行することにより、一種類の原子、すなわち、ＧａまたはＮのみを含む。電荷中性を保つために、ＧａＮ結晶は、窒素原子のみを含む一つのｃ面とガリウム原子のみを含む一つのｃ面とにより境界をなす。その結果、ＧａＮ結晶は、ｃ軸に沿って分極化され、これらの結晶の自発的な分極は、バルク属性としての結晶構造及び組成に依存する。
【００１０】
Ｇａ原子が含まれたｃ面｛０００１｝を成長させる相対的な容易さにより、従来のほぼ全ての窒化ガリウム系発光ダイオードは、極性のｃ軸に平行に成長して形成される。また、隣接した異種層間のインターフェース応力は、圧電分極をさらに引き起こし、この際、全分極は、自発的な分極と圧電による分極の和となる。
【００１１】
上述したように、従来の交流駆動型の発光ダイオードは、ｃ軸方向に沿って成長する窒化ガリウム系半導体層からなる発光セルを含む。このような交流駆動型の発光ダイオードにおいて、強い圧電及び自発的分極により、発光ダイオードのｃ面量子井戸構造は、活性領域内において所望でない量子閉じ込めシュタルク効果（Quantum-Confined Stark Effect；QCSE）の影響を受け、ｃ方向による強い内部電気場により、電子と正孔が空間的に分
離され、電子と正孔との間の再結合効率を大いに落としてしまう。
【００１２】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、従来、交流駆動型の発光ダイオードの単一基板として用いられた極性の基板の代わりに、非極性の基板を用いることにより、量子効率を向上させ、これにより、1チップ当たりの発光領域が小さい交流駆動型の発光
ダイオードの発光効率を上昇させることを目的とする。
【００１３】
また、制限された大きさのチップレベルにおいて、良好な動作特性及び光出力を確保可能に、発光セルを配列させた発光ダイオードを提供することを他の目的とする。
さらに、動作時、特定の発光セルに過電圧が印加されることを防止することができる交流駆動型の発光ダイオードを提供することをまた他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するため、本発明は、交流駆動型の発光ダイオードを提供する。本発明の実施例による交流駆動型の発光ダイオードは、単一基板上に二次元的に配列された複数個の発光セルを含む。一方、配線が前記発光セルを電気的に連結する。前記配線により、前記複数の発光セルが直列アレイを形成する。
【００１５】
この際、前記単一基板は、非極性の基板であり、前記発光セルは、前記非極性の基板上において成長された非極性の窒化ガリウム系半導体層からなる。一実施例により、前記窒化ガリウム系半導体層は、ｒ面サファイア基板またはａ‐ＧａＮ基板を前記非極性の基板として用いて成長されたａ面窒化ガリウム系半導体層であってもよい。他の実施例により、前記窒化ガリウム系半導体層は、ｍ面サファイア基板またはｍ‐ＧａＮ基板を前記非極性の基板として用いて成長されたｍ面窒化ガリウム系半導体層であってもよい。
【００１６】
本明細書における用語「非極性の基板」またはそれに類似した意味の「基板」は、非極性のａ面またはｍ面窒化ガリウム系化合物が成長するｒ面、ｍ面またはａ面を有する基板であると定義される。
【００１７】
前記直列アレイは、交流電源に連結されて動作する。この際、前記直列アレイは、第１及び第２の直列アレイを含んでもよく、前記第１及び第２の直列アレイが、前記交流電源に逆並列で連結されることにより動作することができる。また、前記単一基板上に形成さ
れた発光セルの一部を、配線により連結することにより、ブリッジ整流器を構成することができ、前記発光セルの直列アレイを、前記ブリッジ整流器に電気的に連結することにより、交流電源により前記直列アレイを動作させることができる。これにより、交流電源に連結して動作させることができる交流駆動型の発光ダイオードが提供され得る。
【００１８】
一方、前記発光セルは、１０〜３０μｍ範囲内の距離で互いに離隔し、横方向及び縦方向に配列される。前記発光セルが１０μｍ以下の距離で互いに離隔する場合、発光セル間の距離が狭く、発光セル間にパーティクル等の汚染物質が残留し、発光セル間において漏れ電流を引き起こし、また、発光セルを分離するためのエッチング工程及び配線を形成することが難しくなる。しかも、配線間で短絡が生じ得る。また、前記発光セルが３０μｍ以上の距離で互いに離隔して配列された場合、発光セルの直列アレイのターンオン電圧及び動作電圧が上昇するようになり、これにより、発光セルの動作時間が短くなる。すなわち、交流電源下で発光ダイオードを動作させる場合、交流電源の位相が変わることにより、発光セルのアレイに印加される電圧は、サイン波形を描きながら変わる。この際、発光セルの直列アレイのターンオン電圧及び動作電圧が大きいと、印加電圧が相当増加したとき、発光セルがターンオンされて動作し、印加電圧が小さい状態では、動作しない。したがって、ターンオン電圧及び動作電圧が高い場合、発光セルの動作時間が減少し、その結果、発光ダイオードから放出される光量が減少するだけでなく、発光ダイオードがターンオフされる時間が長くなり、光がちらついて放出される明滅現象（フリッカー）が酷くなる。これに加えて、発光セル間の距離を３０μｍ以上離隔させるためには、半導体層をエッチングする時間が長くなり、長時間のエッチングにより、発光セルにエッチング損傷が生じ得る。
【００１９】
横方向での前記発光セル間の距離ａは、ほぼ同一の値を有してもよいが、これに限定されるものではなく、前記範囲内で互いに異なる値を有してもよい。また、縦方向での発光セル間の距離ｂは、ほぼ同一の値を有してもよいが、これに限定されるものではなく、前記範囲内で互いに異なる値を有してもよい。
【００２０】
一方、前記発光セルのそれぞれは、前記非極性の基板上に形成された非極性の第１の導電型半導体層と、前記第１の導電型半導体層の一領域上に位置する非極性の第２の導電型半導体層と、前記第１の導電型半導体層と前記第２の導電型半導体層との間に介在された非極性の活性層と、を含む。前記第１の導電型半導体層、活性層、及び第２の導電型半導体層は、ＩＩＩ‐Ｖ化合物半導体、特に、（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｎ系窒化物半導体で形成されてもよい。前記配線は、一つの発光セルの第１の導電型半導体層と、それに隣接した発光セルの第２の導電型半導体層とを電気的に連結し、前記発光セルの直列アレイを形成する。
【００２１】
これに加えて、少なくとも一つのシャント配線が互いに逆並列で連結されて動作する前記第１及び第２の直列アレイ内の対応する配線を、電気的に連結してもよい。前記シャント配線は、動作時、逆方向電圧が印加された直列アレイ内の特定の発光セルに過電圧が印加されることを防止する。
【００２２】
前記少なくとも一つのシャント配線は、前記配線と同一の材質で、前記配線と一緒に形成されてもよい。また、前記少なくとも一つのシャント配線は、前記発光セル間に配置されてもよい。
【００２３】
また、透明電極層が、前記発光セルのそれぞれの前記第２の導電型半導体層上に形成されてもよい。前記透明電極層は、前記第２の導電型半導体層内に電流を均一に分散させると共に、前記活性層で生成した光が、前記第２の導電型半導体層の上部に放出されるようにする。
【００２４】
一方、反射層が前記発光セルのそれぞれの前記第２の導電型半導体層上に形成されてもよい。また、前記発光セルは、金属バンプを介してサブマウント基板上にフリップボンディングされてもよい。前記反射層は、前記活性層で生成した光がサブマウント基板側に向かうことを反射させるために採用される。
【００２５】
前記金属バンプを前記サブマウント基板上にボンディングするために、ボンディングパターンが前記サブマウント基板上に形成されてもよい。また、前記サブマウント基板上に形成されたボンディングパターンで前記配線を構成してもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によると、発光セルをなす窒化ガリウム系半導体層の非極性構造の採用により、活性領域内での電子と正孔の再結合効率及びそれによる量子効率の向上が可能であり、したがって、１チップ当たりの発光領域の面積が小さいことに起因する交流駆動型の発光ダイオードの発光量の低下現象が大いに改善され得る。
【００２７】
本発明によると、交流電源に連結され、連続的に動作可能な交流駆動型の発光ダイオードを提供することができ、また、発光セルの離隔距離を１０μｍ〜３０μｍの範囲内とすることにより、ターンオン電圧及び動作電圧を低くし、交流電源による発光ダイオードの発光時間を増加させることができる。これにより、発光ダイオードから放出される光量を増加させ、また、交流駆動型の発光ダイオードの明滅現象（フリッカー）を緩和させることができる。これに加えて、発光セルを１０μｍ以上の離隔距離で配列することにより、発光セルを分離する工程が容易であり、また、前記発光セルを連結する配線を容易に形成し、配線間で生じる短絡を防止することができる。また、発光セルを３０μｍ以下の離隔距離で配列することにより、発光セルを形成するためのエッチング時間を減少させ、よって、発光セルで生じるエッチング損傷を減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
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。
【００２９】
図１は、本発明の一実施例による交流駆動型の発光ダイオードを説明するための平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線による断面図である。
図１および図２を参照すると、基板２１上に複数個の発光セル３０が配列される。通常、前記基板２１は、制限されたサイズを有し、例えば、２０００〜２０００μｍ２以下のサイズを有する。前記基板２１のサイズは、単一チップのサイズを意味し、現在、このような単一チップの規格は、前記サイズ以内で定められている。
【００３０】
前記発光セル３０のそれぞれは、第１の導電型半導体層２５、前記第１の導電型半導体層２５の一領域上に位置する第２の導電型半導体層２９、および前記第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活性層２７を含む。前記第１及び第２の導電型半導体層及び活性層は、ＩＩＩ‐Ｖ化合物半導体で形成され、特に、（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｎで形成されてもよい。この際、前記発光セルは、横方向及び縦方向において、１０〜３０μｍ範囲内の距離ａ、ｂで互いに離隔して配列される。この際、横方向での発光セルの離隔距離ａは、ほぼ同一の値を有してもよいが、これに限定されるものではなく、互いに異なる値を有してもよい。また、縦方向での発光セルの離隔距離ｂは、ほぼ同一の値を有してもよいが、これに限定されるものではなく、互いに異なる値を有してもよい。
本発明により、前記基板２１は非極性の基板であり、本実施例では、ｒ面
【００３１】
【数１】
2009088482.tif 000003
（図５参照）サファイア基板を用いる。また、前記第１の導電型半導体層２５、第２の導電型半導体層２９、及び活性層２７を有する窒化ガリウム系半導体層は、前記ｒ面サファイア基板上で成長し、非極性の窒化ガリウム系半導体層、特に、ａ面
【００３２】
【数２】
2009088482.tif 000004
（図５参照）窒化ガリウム系半導体層となる。
【００３３】
前記ｒ面サファイア基板の代わりに、ａ面
【００３４】
【数３】
2009088482.tif 000005
を成長面とするａ‐ＧａＮ基板が用いられてもよい。この際、ａ‐ＧａＮ基板は、ｒ面サファイア基板に成長させて形成されてもよい。
【００３５】
また、前記非極性の基板は、ｒ面サファイア基板やａ‐ＧａＮ基板の代わりに、ｍ面
【００３６】
【数４】
2009088482.tif 000006
（図５参照）サファイアまたはｍ‐ＧａＮ基板が用いられてもよい。このような非極性の基板上において成長される非極性の窒化ガリウム系半導体層は、ｍ面窒化ガリウム系半導体層となる。
【００３７】
ｒ面またはｍ面サファイア基板上において、または、ａ‐ＧａＮ基板またはｍ‐ＧａＮ基板上において、非極性の窒化ガリウム系半導体層を成長させる方法には、例えば、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）、ＭＯＣＶＤ（Metalorganic Chemical Vapor Deposition）、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）、ＬＰＥ（Liquid Phase Epitaxy）、Ｐ
ＥＣＶＤ（Plasma-Enhanced Chemical Deposition）等が有利に用いられ得る。
【００３８】
上述のようにして得られた非極性の窒化ガリウム系半導体層は、異種界面が極性ｃ軸に平行であるので、活性領域での電子と正孔の再結合率を落とす分極による電磁場を除去し、活性層２７内での電子と正孔の再結合効率の改善により量子効率を向上させる。
【００３９】
前記発光セル３０は、配線３７により互いに電気的に連結される。前記配線３７は、一つの発光セルの第１の導電型半導体層２５と、それに隣接した他の発光セルの第２の導電型半導体層２９とを連結する。この際、前記第１の導電型半導体層２５上に第１の電極パッド３１が形成され、前記第２の導電型半導体層２９上に透明電極層３３が形成されてもよい。前記透明電極層３３は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）膜またはＮｉ／Ａｕ等の
物質で形成されてもよい。一般に、前記第２の導電型半導体層２９が抵抗値の大きいＰ型半導体で形成される場合、前記透明電極層３３は、前記第２の導電型半導体層２９において電流が均一に分散されるようにする。また、前記透明電極層３３は、前記活性層２７で生成した光に対して投光性を有するので、光が第２の導電型半導体層２９の上部に放出され得る。
【００４０】
図示のように、前記配線３７は、隣接した発光セルの第１の電極パッド３１と透明電極層３３を互いに連結することにより、隣接した発光セルの第１の導電型半導体層２５と第２の導電型半導体層２９を電気的に連結することができる。前記透明電極層３３上に第２の電極パッド（図示せず）がさらに形成されてもよく、前記配線３７は、第２の電極パッドを介して前記透明電極層に連結されてもよい。一方、前記配線３７により、発光セル３０内の第１の導電型半導体層２５と第２の導電型半導体層２９が短絡することを防止するために、発光セル３０と配線３７との間に絶縁層３５が介在される。前記絶縁層３５は、発光セル３０、透明電極層３３、及び第１の電極パッド３１等が形成された基板上に、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）またはシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）等を全面蒸着することにより形成されてもよく、前記透明電極層３３及び第１の電極パッド３１を露出させるようにパターニングされる。前記配線３７は、露出した透明電極層３３と第１の電極パッド３１を連結するように、前記絶縁層３５上に形成される。
【００４１】
前記配線３７により発光セル３０が互いに直列連結された第１及び第２の直列アレイ１１、１３が形成される。交流駆動型の発光ダイオードの動作時、前記第１及び第２の直列アレイ１１、１３は、交流電源（図示せず）に互いに逆並列で連結されて動作する。したがって、前記発光ダイオードは、交流電源の位相変化に応じて、前記第１及び第２の直列アレイ１１、１３が交互に動作し、光を放出し続ける。
【００４２】
一方、少なくとも一つのシャント配線３８が、第１及び第２の直列アレイ１１、１３間の対応する発光セルを電気的に連結する。シャント配線３８は、第１及び第２の直列アレイ１１、１３間の対応する発光セルが、互いに同一の電位を有するようにする。これにより、交流電源下で、逆並列で連結された直列アレイ１１、１３が動作する場合、逆方向電圧が印加された直列アレイ内の特定の発光セルに過電圧が印加されることを防止し、発生セルを保護する。前記シャント配線３８は、第１及び第２の直列アレイ１１、１３間の対応する発光セルが、全て同一の電位を有するように、殆どの発光セルを電気的に連結することもできるが、これに限定されるものではなく、若干の発光セルを連結してもよい。
【００４３】
前記シャント配線３８は、発光セル３０間に配置されてもよく、図示のように、第１及び第２の直列アレイ１１、１３内の対応する配線３７を互いに連結してもよい。また、前記シャント配線３８は、配線３７と同一の材質及び同一の工程を用いて一緒に形成されてもよい。
【００４４】
一方、前記発光ダイオードを交流電源に連結するために、前記基板、すなわち、非極性の基板上にパッド４１ａ、４１ｂが形成され、前記第１及び第２の直列アレイ１１、１３は、前記パッドに逆並列で連結されてもよい。
【００４５】
これに加えて、前記配線３７及び前記発光セル３０を保護するために、配線が形成された基板上に保護層３９が形成されてもよい。前記保護層３９は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）またはシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）等で形成されてもよい。
【００４６】
本実施例において、前記発光セルは、１０〜３０μｍ範囲内の横方向及び縦方向距離ａ、ｂで互いに離隔して配列される。前記発光セルを１０μｍよりも小さい距離で離隔させると、発光セルを電気的に孤立させるためのエッチング工程が難しく、また、発光セル間
にパーティクル等の汚染物質が残留し、発光セル間で電流漏れが生じ得る。また、発光セル間の距離が１０μｍよりも小さい場合、絶縁層３３及び配線３７を形成し難く、配線３７間に短絡が生じ得る。したがって、発光セル３０を１０μｍ以上離隔させることにより、エッチング技術を用いて、発光セル３０を容易に形成することができるのみならず、絶縁層３５、配線３７、及びシャント配線３８を容易に形成することができる。これに加えて、発光セル間の電流漏れを防止することができる。一方、前記発光セルを３０μｍよりも大きい距離で離隔させると、直列アレイのターンオン電圧が増加し過ぎ、交流駆動型の発光ダイオードの動作時間が減少し、したがって、発光ダイオードから放出される光量が減少し、光がちらつく明滅現象（フリッカー）が酷くなり、また、半導体層をエッチングして発生セル３０を形成する間、エッチング時間が増加し過ぎ、発光セルにエッチング損傷を引き起こす。よって、発光セル間の距離を３０μｍ以下に制限することにより、交流駆動型の発光ダイオードの明滅現象を緩和すると共に、発光セルで生じ得るエッチング損傷を減少させることができる。
【００４７】
一方、本実施例において、第１及び第２の直列アレイ１１、１３が互いに逆並列で連結されて動作することを説明しているが、単一基板上に配線により発光セルと直列連結された単一の直列アレイが形成されてもよい。この際、前記基板上にブリッジ整流器が形成され、前記直列アレイがブリッジ整流器に連結され、交流電源下で動作することができる。一方、前記ブリッジ整流器は、前記単一基板上に形成された発光セルを、配線を用いて連結することにより形成されてもよい。
【００４８】
図３は、本発明の他の実施例による交流駆動型の発光ダイオードを説明するための断面図である。
図３を参照すると、図１及び図２を参照して説明したように、非極性の基板２１上に、非極性の窒化ガリウム系半導体層からなる複数個の発光セル３０が二次元的に配列される。また、前記発光セル３０の第２の導電型半導体層２９上に透明電極層３３が形成されてもよく、第１の導電型半導体層２５上に第１の電極パッド３１が形成されてもよい。また、配線４７が、前記発光セル３０を電気的に連結し、直列アレイを形成する。ただし、本実施例において、前記発光セル３０を連結する配線４７は、図２を参照して説明した配線３７とは異なり、エアブリッジ工程を用いて形成されたものであり、各配線４７は、接点部を除いた部分が基板から離れて位置する。前記エアブリッジ配線４７と一緒に、直列アレイ間の発光セルを連結するシャント配線（図示せず）が形成されてもよい。一方、前記エアブリッジ配線４７は、発光セルから離れて位置するので、前記配線４７により、発光セルの第１の導電型半導体層２５と第２の導電型半導体層２９が短絡することを防止するための絶縁層３５は、省略される。
【００４９】
本実施例において、前記発光セルは、図１及び図２を参照して説明したように、横方向及び縦方向において、１０〜３０μｍ範囲内で互いに離隔して配列される。
図４は、本発明のまた他の実施例による交流駆動型の発光ダイオードを説明するための断面図である。
【００５０】
図４を参照すると、図３を参照して説明したように、非極性の基板２１上に、非極性の窒化ガリウム系半導体層からなる複数個の発光セル３０が二次元的に配列される。ただし、本実施例において、前記第１の導電型半導体層及び前記第２の導電型半導体層にそれぞれ金属バンプ５１、５５が形成され、前記発光セル３０は、金属バンプ５１、５５を介してサブマウント基板６１上にフリップボンディングされる。この際、前記第２の導電型半導体層２９上に反射層５３が形成され、活性層３７で生成してサブマウント基板６１側に向かう光を反射させる。また、前記金属バンプ５１と前記第１の導電型半導体層２５との間に、第１の電極パッド３１が介在されてもよい。
【００５１】
一方、前記サブマウント基板上に、前記金属バンプ５１、５５をボンディングするためのボンディングパターン６３が形成されてもよい。また、発光ダイオードを交流電源に電気的に連結するためのパッド（図示せず）が、前記サブマウント基板６１上に形成されてもよい。図示のように、一つの発光セルの第１の導電型半導体層２５と、それに隣接した発光セルの第２の導電型半導体層が、一つのボンディングパターン６３に電気的にボンディングされるように、前記発光セルをフリップボンディングすることにより、前記ボンディングパターン６３を用いて、前記発光セル３０を直列連結することができる。すなわち、前記ボンディングパターン６３が、発光セルを連結する配線として機能することができる。これにより、前記ボンディングパターン６３により前記発光セル３０が連結され、第１及び第２の直列アレイ（図１の１１、１３）が形成され得る。
【００５２】
本実施例において、前記発光セル３０がサブマウント基板６１にフリップボンディングされるので、交流駆動型の発光ダイオードの動作中、発光セル３０で生成した熱を、サブマウント基板６１を介して放出し、発光効率を向上させることができる。
【００５３】
一方、本実施例において、ボンディングパターン６３により発光セル３０が互いに連結されるものと説明しているが、これに限定されるものではない。すなわち、前記発光セルを電気的に連結する配線（図２の３７または図３の４７）が別途に形成され、前記発光セル３０は、対応するボンディングパターンにそれぞれ金属バンプを介してフリップボンディングされてもよい。この場合、第１の導電型半導体層上に形成された金属バンプ５１は、省略されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施例による交流駆動型の発光ダイオードを説明するための平面図である。
【図２】図１のＡ‐Ａ線による断面図である。
【図３】本発明の他の実施例による交流駆動型の発光ダイオードを説明するための断面図である。
【図４】本発明のまた他の実施例による交流駆動型の発光ダイオードを説明するための断面図である。
【図５】窒化ガリウム系半導体層の成長面及び成長方向を説明するための六方晶系の構造を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１１    第１の直列アレイ
１３    第２の直列アレイ
２１    基板
２５    第１の導電型半導体層
２７    活性層
２９    第２の導電型半導体層
３０    発光セル
３１    第１の電極パッド
３３    透明電極層
３５    絶縁層
３７、４７  配線
３８    シャント配線
３９    保護層
４１ａ、４１ｂ  パッド
５１、５５    金属バンプ
５３    反射層
６１    サブマウント基板
６３    ボンディングパターン
【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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