JP6081062B2 - 発光素子 - Google Patents

Description

本発明の実施例は、発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージ及び照明システムに関する。

発光素子（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）は、電気エネルギーを光エネルギーに変換させる化合物半導体素子であり、化合物半導体の組成比を調節することで、多様な色相の具現が可能である。

最近、ＬＥＤ ＢＬＵ（Ｂｌａｃｋ Ｌｉｇｈｔ Ｕｎｉｔ）市場は、低電圧／高出力（Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ）駆動素子が普遍化されている。動作電圧を改善しながら光度を維持するためにエピ（ｅｐｉ）で多くの開発が行われており、動作電圧（ＶＦ）の改善のために様々な方案が試みられている。

本発明の実施例は、光度を高めるとともに動作電圧を改善することができる発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージ及び照明システムを提供する。

本発明の実施例による発光素子は、第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層の上の発光層と、前記発光層の上の電子遮断層と、前記電子遮断層の上の第２導電型半導体層とを備え、前記電子遮断層は厚さの高低差があるパターンを含む。

本発明の実施例による発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージ及び照明システムによると、光度を高めるとともに動作電圧を改善することができる。

本発明の実施例による発光素子の断面図である。 本発明の実施例による発光素子の動作電圧の改善の例示図である。 本発明の実施例による発光素子の製造方法の工程断面図である。 図３ａの一部の拡大図である。 本発明の実施例による発光素子の製造方法の工程断面図である。 本発明の実施例による発光素子の製造方法の工程断面図である。 本発明の実施例による発光素子パッケージの断面図である。 本発明の実施例による照明ユニットの斜視図である。 本発明の実施例によるバックライトユニットの斜視図である。

以下、本発明の実施例による発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージ及び照明システムを添付した図面を参照して説明する。

（実施例）
図１は、本発明の一実施例による発光素子１００の断面図であり、水平型発光素子を例示としているが、これに限ることはない。
発光素子１００は、第１導電型半導体層１１０、第２導電型半導体層１４０、及び第１導電型半導体層１１０と第２導電型半導体層１４０との間の発光層１２０を備える。

ここで、第１導電型半導体層１１０はｎ型ドーパント（例えばＳｉ）がドーピングされた半導体であってもよく、第２導電型半導体層１４０はｐ型ドーパント（例えばＭｇ）がドーピングされた半導体層であってもよい。以下、明細書ではこれを前提に記述するが、これに限ることはない。

第２導電型半導体層１４０と発光層１２０との間には、電子遮断層１３０が更に形成されてもよい。

電子遮断層１３０は、発光層１２０で電子とホールの再結合の確率を高め、漏洩電流を防止することができる。電子遮断層１３０は高電流印加の際、第１導電型半導体層１１０から発光層１２０に注入される電子が発光層１２０で再結合されずに第２半導体層１４０に流れる現象を防止する。

電子遮断層１３０は、発光層１２０より相対的に大きいバンドギャップを有することで、第１導電型半導体層１１０から注入された電子が発光層１２０で再結合されずに第２導電型半導体層１４０に注入される現象を防止することができる。

電子遮断層が１３０が厚いほど再結合の効率を高めることができるため発光効率は高められるが、厚い電子遮断層１３０は第２導電型半導体層１４０で供給されるホールの移動を妨害し、結果的に動作電圧が高くなるという問題点が発生し得る。

本発明の一実施例による電子遮断層１３０は、厚さの高低差があるパターンを有するように形成されている。一例に、図１に示したように、電子遮断層１３０は相対的に厚さが厚い峰１３１ｂと相対的に厚さが薄い谷１３１ａを有する形態であってもよい。

峰１３１ｂでは第１導電型半導体層１１０から注入される電子をより多く遮断することができ、発光効率を極大化することができる。

そして、谷１３１ａでは第２導電型半導体層１４０から注入されるホールの移動妨害を最小化し、動作電圧の上昇を最小化することができる。即ち、本発明の一実施例による発光素子１００は、厚い厚さの電子遮断層１３０を形成して電子遮断効果を極大化しながらも、ホールが容易に移動し得る薄い厚さの谷１３１ａ部分を提供することで、動作電圧が高くなるという問題点を解決することができる。

このような電子遮断層１３０の厚さは、約１００Å〜約６００Åであってもよい。電子遮断層１３０の効果を極大化するために約３００Å〜約５００Åの厚さに形成してもよいが、これに限ることはない。

電子遮断層１３０は、ｐ型ドーパントを含んでもよい。一例に、電子遮断層１３０にはＭｇが約１０^１８〜１０^２０／ｃｍ^３濃度範囲でドーピングされてもよいが、これに限ることはない。

電子遮断層１３０は、下部に形成される第１電子遮断層１３１と第１電子遮断層１３１の上部の第２電子遮断層１３２で構成されてもよい。

ここで、第１電子遮断層１３１は高低差パターンがない部分であってもよい。第１電子遮断層１３１は電子遮断の役割だけでなく、発光層１２０のクラッディング（ｃｌａｄｄｉｎｇ）の役割を果たしてもよく、発光層１２０と上部層の格子整合（ｌａｔｔｉｃｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ）の役割を果たしてもよい。例えば、第１電子遮断層１３１によって、基板１０５と発光構造物の格子不整合のために発生した転位（ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎｓ）（Ｄ）（図３参照、後述）の電波を遮断してもよい。

第１電子遮断層１３１は薄い層状に形成されてもよく、少なくとも一つ以上の単一層（ｍｏｎｏ ｌａｙｅｒ）を含んでもよく、約５Å以上に形成されてもよい。例えば、第１電子遮断層１３１は約５Å乃至１０Åに形成されてもよいが、これに限ることはない。

第１電子遮断層１３１は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ（０≦ｘ＋ｙ≦１）を含んでもよい。ここで、第１電子遮断層１３１におけるＡｌの含量は１０％以上であってもよい（０．１≦ｘ≦１）。そして、Ｉｎの含量は３０％以下であってもよい（０≦ｙ≦０．３）。

第２電子遮断層１３２は、高低差があるパターンを含む部分であってもよい。第２電子遮断層１３２は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ（０≦ｘ＋ｙ≦１）を含んでもよい。ここで、第２電子遮断層１３２におけるＡｌの含量は１０％以上であってもよい（０．１≦ｘ≦１）。一実施例に、Ａｌの含量は１５％〜１９％（０．１５≦ｘ≦０．１９）であってもよいが、これに限ることはない。

図２は、本発明の実施例による発光素子の動作電圧の改善の例示図である。

図２を参照すると、実施例によると従来平らな電子遮断層（Ｆｌａｔ ＥＢＬ）を採用していたのに比べ、段差がある電子遮断層（Ｒｏｕｇｈ ＥＢＬ）を具備することで光度が向上されるとともに、動作電圧が約０．１２Ｖ以上減少する効果がある。例えば、約９５ｍＡ／ｃｍ^２の動作電流における動作電圧が、従来約３．２５Ｖから約３．１５Ｖに改善された。

再び図１を参照すると、第１導電型半導体層１１０と発光層１２０の間には、電子注入層１１６、電流拡散層１１４が更に含まれてよい。
そして、電流拡散層１１４と接する第１導電型半導体層１１０面は、くさび状の湾入部状に形成されてもよく、くさび状の湾入部面にはクラッディング層１１２が更に形成されてもよい。

例えば、第１導電型半導体層１１０の上面は、成長の際温度又は圧力の調節によってくさび状の湾入部が形成されてもよい。
第１導電型半導体層１１０は、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎの組成式を有する半導体材料に成長してもよく、凹部（Ａ）の断面は三角形を有してもよく、これを上面から見ると六角形状を有して形成されてもよい。例えば、凹部（Ａ）は六角錐状を有してもよいが、これに限ることはない。

このような凹凸部は転位（Ｄ）が形成された部分に選択的に形成されてもよく、凹凸部のうち凹部の抵抗が突出部の抵抗より大きいため、転位（Ｄ）が発生した部位の抵抗を高めて高抵抗領域（Ｒ）を形成してもよい。

従って、静電気が印加される際、高抵抗領域は転位（Ｄ）を介して集中される電流を遮断して転位（Ｄ）による漏洩電流を減少させ、発光素子１００のＥＳＤ耐性が向上され得る。この際、キャリアである電子は、抵抗が低くて結晶性の優れた突出部（Ｄ）領域を介して移動してもよい。

本発明の実施例は、第１導電型半導体層１１０の突出部の上に膣化物半導体超格子層１１２を更に備えてもよく、膣化物半導体超格子層１１２はＮ型ドーピング元素でドーピングされてもよい。例えば、前記第１導電型半導体層１１０の上に１０乃至１０００Åの厚さのＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子層１１２を更に含んでもよく、前記ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子層１１２はＮ型ドーピング元素でドーピングされてもよい。

膣化物半導体超格子層１１２によって転位（Ｄ）が発光層１２０の方に伝達されることを遮断することで発光層１２０の結晶性が向上され、発光素子１００の発光効率が向上され得る。

また、本発明の実施例は第１導電型半導体層１１０の上にアンドープト膣化物半導体層１１４と、電子注入層１１６を更に備えてもよい。

例えば、本発明の実施例は第１導電型半導体層１１０の上にｕｎｄｏｐｅｄ ＧａＮ層１１４と、電子注入層１１６を更に備えてもよい。アンドープト膣化物半導体層１１４は、凹凸部を詰めて上面が平坦な面を有してもよい。

また、電子注入層１１６は第１導電型膣化ガリウム層であってもよい。例えば、電子注入層１１６はｎ型ドーピング元素が６．０Ｘ１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３〜８．０Ｘ１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の濃度でドーピングされることで、効率的に電子注入を行うことができる。電子注入層１１６は約１０００Å以下の厚さに形成してもよいが、これに限ることはない。

一方、発光素子の効率と製造工程などを考慮すると、アンドープト膣化物半導体層１１４と電子注入層１１６の厚さの合計が約１μｍ以下であってもよいが、これにかぎることはない。

本発明の実施例によると、第１導電型半導体層１１０の突出部（Ｂ）領域では電子の供給が円滑なため光度を向上させることができ、第１導電型半導体層１１０の凹部（Ａ）領域は高抵抗領域（Ｒ）として転位の拡張を遮断することができるため、漏洩電流（ｌｅａｋａｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ）を防止して動作電圧が増加することを防止し得る。

第２導電型半導体層１４０の上に形成されたオーミンク層１５０を更に備えてもよく、第１導電型半導体層１１０はメサ蝕刻によって露出されて第１電極１６１が形成され、第２導電型半導体層１４０の上には第２電極１６２が形成されてもよい。

本発明の実施例による発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージ及び照明システムによると、光度を高めるとともに動作電圧を改善することができる。

以下、図３ａ乃至図５を参照して、本発明の実施例による発光素子の製造方法を説明する。

まず、図３ａのように基板１０５を準備する。基板１０５は伝導性基板又は絶縁性基板を含み、例えば、基板１０５はサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３），ＳｉＣ，Ｓｉ，ＧａＡｓ，ＧａＮ，ＺｎＯ，ＧａＰ，ＩｎＰ，Ｇｅ及びＧａ_２Ｏ_３のうち少なくとも一つを使用してもよい。基板１０５の上には凹凸構造が形成されてもよく、これに対して限ることはない。基板１０５に対して湿式洗浄を行い、表面のドーパントを除去してもよい。

本発明の実施例は、基板１０５の上にバッファ層（図示せず）が形成されてもよい。バッファ層は発光構造物の材料と基板１０５の格子不整合を緩和させることができ、バッファ層の材料としては３族−５族化合物半導体、例えば、ＧａＮ，ＩｎＮ，ＡｌＮ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＡｌＧａＮ，ＡｌＩｎＮのうち少なくとも一つで形成されてもよい。

次に、基板１０５又はバッファ層の上に第１導電型半導体層１１０を形成する。

第１導電型半導体層１１０は、第１導電型ドーパントがドーピングされた３族−５族化合物半導体層として具現されてもよく、第１導電型半導体層１１０がＮ型半導体層である場合、第１導電型ドーパントはＮ型ドーパントとしてＳｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｓｅ，Ｔｅを含んでもよいが、これに限ることはない。

第１導電型半導体層１１０は、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を有する半導体物質を含んでもよい。
第１導電型半導体層１１０は、ＧａＮ，ＩｎＮ，ＡｌＮ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＡｌＧａＮ，ＡｌＩｎＮ，ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓ，ＡｌＩｎＧａＡｓ，ＧａＰ，ＡｌＧａＰ、ＩｎＧａＰ，ＡｌＩｎＧａＰ，ＩｎＰのうちいずれか一つ以上で形成されてもよい。

第１導電型半導体層１１０は化学蒸着法（ＣＶＤ）、或いは分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、或いはスパッタリング、或いは水酸化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）などの方法を使用してＮ型ＧａＮ層を形成してもよい。また、第１導電型半導体層１１０は、チェンバーにトリメチルガリウムガス（ＴＭＧａ）、アンモニアガス（ＮＨ_３）、窒素ガス（Ｎ_２）及びシリコン（Ｓｉ）のようなｎ型ドーパントを含むシランガス（ＳｉＨ_４）が注入されて形成されてもよい。

本発明の実施例において、第１導電型半導体層１１０の上面にはくさび状の湾入部が形成されてもよい。

例えば、第１導電型半導体層１１０の上面は、成長の際温度又は圧力の調節によってくさび状の湾入部（Ｑ）が形成されてもよい。
図３ｂは、本発明の実施例による発光素子におけるくさび状の湾入部（Ｑ）領域に対する部分（Ｐ）拡大図である。くさび状の湾入部（Ｑ）は突出部と称してもよいが、これに限ることはない。

例えば、第１導電型半導体層１１０を約５５０〜約９４０℃の温度と約１００〜約５００ｔｏｒｒの圧力で成長させると、上面にくさび状の湾入部が含まれるようにすることができる。

第１導電型半導体層１２０は、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎの組成式を有する半導体材料に成長してもよく、凹部（Ａ）の断面は三角形を有してもよく、これを上面から見ると六角形状を有して形成されてもよい。例えば、凹部（Ａ）は六角錐状を有してもよいが、これに限ることはない。

このような凹凸部は転位（Ｄ）が形成された部分に選択的に形成されてもよく、凹凸部のうち凹部の抵抗が突出部の抵抗より大きいため、転位（Ｄ）が発生した部位の抵抗を高めて高抵抗領域（Ｒ）を形成してもよい。

従って、静電気が印加される際、高抵抗領域は転位（Ｄ）を介して集中される電流を遮断して転位（Ｄ）による漏洩電流を減少させ、発光素子１００のＥＳＤ耐性が向上され得る。この際、キャリアである電子は、抵抗が低くて結晶性の優れた突出部（Ｄ）領域を介して移動してもよい。

例えば、第１導電型半導体層１１０はＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ（０≦ｘ≦１,０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を有する半導体材料に成長するため、前記くさび状の湾入部（Ｑ）は図３ｂに示したように、断面が第１導電型半導体層１１０の成長面（０，０，０，１）と繋がっている２つの傾斜面である第１傾斜面（１，−１，０，２）と第２傾斜面（−１，１，０，２）によって三角形状を有してもよく、これを平面から見ると六角形状を有して形成されてもよい。これによって前記くさび状の湾入部（Ｑ）は六角錐状を有してもよいが、これに限ることはない。

このようなくさび状の湾入部（Ｑ）は転位（Ｄ）が形成された部分に選択的に発生されるようになり、くさび状の湾入部（Ｑ）は頂点部分の抵抗（Ｒ_２）が第１導電型半導体層１１０の成長面（０，０，０，１）の抵抗より大きいため、転位（Ｄ）が発生した部位の抵抗を高めることができる。従って、静電気が印加される際、転位（Ｄ）を介して集中される電流を遮断して転位（Ｄ）による漏洩電流を減少させ、発光素子１００のＥＳＤ耐性が向上され得る。この際、電流は抵抗が低くて結晶性の優れた第１導電型半導体層１１０の成長面（０，０，０，１）を介して移動してもよい。

次に、本発明の実施例は第１導電型半導体層１１０の突出部の上に膣化物半導体超格子層１１２を更に形成してもよく、膣化物半導体超格子層１１２はＮ型ドーピング元素でドーピングされてもよい。例えば、第１導電型半導体層１１０の上に１０乃至１０００Åの厚さのＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子層１１２を形成してもよく、前記ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子層１１２はＳｉのようなＮ型ドーピング元素でドーピングされてもよい。

膣化物半導体超格子層１１２によって転位（Ｄ）が発光層１２０の方に伝達されることを遮断することで発光層１２０の結晶性が向上され、発光素子１００の発光効率が向上され得る。

本発明の実施例によると、第１導電型半導体層１１０の突出部（Ｂ）領域では電子の供給が円滑なため光度を向上させることができ、第１導電型半導体層１１０の凹部（Ａ）領域は高抵抗領域（Ｒ）で転位の拡張を遮断することができるため、漏洩電流を防止して動作電圧が増加することを防止し得る。

また、本発明の実施例は第１導電型半導体層１１０又は膣化物半導体超格子層１１２の上にアンドープト膣化物半導体層１１４を更に形成してもよい。

例えば、アンドープト膣化物半導体層１１４は、約１０００〜１１００℃の温度と約１５０〜２５０ｔｏｒｒの圧力で約３０００〜５０００Å程度の厚さで形成してもよい。

アンドープト膣化物半導体層１１４は第１導電型半導体層１１０の成長温度より高い温度で成長するため、凹凸部を詰めてその上面が平坦な面を有してもよい。従って、アンドープト膣化物半導体層１１４の上に形成される以降の層は、優秀な結晶性を有して形成され得る。

次に、アンドープト膣化物半導体層１１４の上に電子注入層１１６を形成してもよい。電子注入層１１６は、第１導電型膣化ガリウム半導体層であってもよい。例えば、電子注入層１１６はＳｉのようなＮ−型ドーピング元素でドーピングされてもよく、約１０００Å以下の厚さで形成してもよいが、これに限ることはない。

例えば、電子注入層１１６はｎ型ドーピング元素が６．０Ｘ１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３〜８．０Ｘ１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の濃度でドーピングされることで、効率的に電子注入を行うことができる。

一方、発光素子の効率と製造工程などを考慮すると、アンドープト膣化物半導体層１１４と電子注入層１１６の厚さの合計が約１μｍ以下であってもよいが、これにかぎることはない。

次に、第１導電型半導体層１１０又は電子注入層１１６の上に発光層１２０を形成する。

発光層１２０は、第１導電型半導体層１１０を介して注入される電子と、次に形成される第２導電型半導体層１４０を介して注入される正孔が互いに接触して活性層（発光層）物質固有のエネルギーバンドに応じて決定されるエネルギーを有する光を放出する層である。

発光層１２０は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）、量子線（Ｑｕａｎｔｕｍ−Ｗｉｒｅ）構造、又は量子点（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ）構造のうち少なくともいずれか一つで形成されてもよい。例えば、発光層１２０はトリメチルガリウムガス、アンモニアガス、窒素ガス及びトリメチルインジウムガス（ＴＭＩｎ）が注入されて多重量子井戸構造が形成されてもよいが、これに限ることはない。

発光層１２０の井戸層／障壁層は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ，ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ，ＧａＮ／ＡｌＧａＮ，ＩｎＡｌＧａＮ／ＧａＮ，ＧａＡｓ（ＩｎＧａＡｓ）／ＡｌＧａＡｓ，ＧａＰ（ＩｎＧａＰ）／ＡｌＧａＰのうちいずれか一つ以上のペア構造で形成されてもよいが、これに限ることはない。前記井戸層は、前記障壁層のバンドギャップより低いバンドギャップを有する物質で形成されてもよい。

次に、図４のように発光層１２０の上に電子遮断層１３０を形成する。

電子遮断層１３０は、発光層１２０より相対的に大きいバンドギャップを有することで、第１導電型半導体層１１０から注入された電子が発光層１２０で再結合されずに第２導電型半導体層１４０に注入される現象を防止し得る。

電子遮断層１３０は、発光層１２０の上に形成される第１電子遮断層１３１と第１電子遮断層１３１の上部の第２電子遮断層１３２を含んでもよい。

ここで、第１電子遮断層１３１は、高低差パターンがない部分であってもよい。第１電子遮断層１３１は電子遮断の役割だけでなく、発光層１２０のクラッディングの役割を果たしてもよく、発光層１２０と上部層の格子整合の役割を果たしてもよい。例えば、第１電子遮断層１３１によって基板１０５と発光構造物の格子不整合のために発生した転位（Ｄ）の電波を遮断してもよい。

第１電子遮断層１３１は薄い層状に形成されてもよく、少なくとも一つ以上の単一層を含んでもよく、約５Å以上に形成されてもよい。

第1電子遮断層１３１は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ（０≦ｘ＋ｙ≦１）を含んでもよい。ここで、第１電子遮断層１３１におけるＡｌの含量は１０％以上であってもよい（０．１≦ｘ≦１）。そして、Ｉｎの含量は３０％以下であってもよい（０≦ｙ≦０．３）。

第２電子遮断層１３２は、高低差があるパターンを含む部分であってもよい。第２電子遮断層１３２は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ（０≦ｘ＋ｙ≦１）を含んでもよい。ここで、第２電子遮断層１３２におけるＡｌの含量は１０％以上であってもよい（０．１≦ｘ≦１）。一実施例に、Ａｌの含量は１５％〜１９％（０．１５≦ｘ≦０．１９）であってもよいが、これに限ることはない。

これによって、本発明の実施例による電子遮断層１３０は全体的に厚さの高低差があるパターンを有するように形成されてもよい。例えば、電子遮断層１３０は相対的に厚さが厚い峰１３１ｂと相対的に厚さが薄い谷１３１ａを有する形態であってもよい。

峰１３１ｂでは第１導電型半導体層１１０から注入される電子をより多く遮断することができ、発光効率を極大化することができる。

そして、谷１３１ａでは第２導電型半導体層１４０から注入されるホールの移動妨害を最小化し、動作電圧の上昇を最小化することができる。即ち、本発明の一実施例による発光素子１００は、厚い厚さの電子遮断層１３０を形成して電子遮断効果を極大化しながらも、ホールが容易に移動し得る薄い厚さの谷１３１ａ部分を提供することで、動作電圧が高くなるという問題点を解決することができる。

このような電子遮断層１３０の厚さは、約１００Å〜約６００Åであってもよい。電子遮断層１３０の効果を極大化するために約３００Å〜約５００Åの厚さに形成してもよいが、これに限ることはない。

電子遮断層１３０は、ｐ型ドーパントを含んでもよい。一例に、電子遮断層１３０にはＭｇが約１０^１８〜１０^２０／ｃｍ^３濃度範囲でドーピングされてもよいが、これに限ることはない。

本発明の実施例によると、粗いｐ型アルミニウム膣化物層（ｒｏｕｇｈ ｐＡｌＧａＮ ｌａｙｅｒ）技法を利用して動作電圧を改善し、高効率の素子（Ｄｅｖｉｃｅ）を製作することができる。

本発明の実施例によると、従来平らな電子遮断層を採用していたのに比べ、段差がある電子遮断層を具備することで光度が向上されるとともに、動作電圧が約０．１２Ｖ以上減少する効果がある。

次に、電子遮断層１３０の上に第２導電型半導体層１４０を形成する。
第２導電型半導体層１４０は、第２導電型ドーパントがドーピングされた３族−５族化合物半導体、例えば、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を有する半導体物質を含んでもよい。第２導電型半導体層１４０がＰ型半導体層である場合、第２導電型ドーパントはＰ型ドーパントとしてＭｇ，Ｚｎ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａなどを含んでもよい。

第２導電型半導体層１４０はチェンバーにトリメチルガリウムガス、アンモニアガス、窒素ガス及びマグネシウムのようなｐ型ドーパントを含むビセチルサイクロペンタジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ_２Ｍｇ）{Ｍｇ（Ｃ_２Ｈ_５Ｃ_５Ｈ_４）_２}が注入されてｐ型ＧａＮ層が形成されてもよいが、これに限ることはない。

本発明の実施例において、第１導電型半導体層１１０はＮ型半導体層、第２導電型半導体層１４０はＰ型半導体層として具現してもよいが、これに限ることはない。また、第２導電型半導体層１４０の上には、第２導電型半導体層と反対の極性を有する半導体、例えば、Ｎ型半導体層（図示せず）を形成してもよい。これによって、発光構造物はＮ−Ｐ接合構造、Ｐ−Ｎ接合構造、Ｎ−Ｐ−Ｎ接合構造、Ｐ−Ｎ−Ｐ接合構造のうちいずれか一つの構造として具現することができる。

次に、第２導電型半導体層１４０の上にオーミック層１５０を形成する。

例えば、オーミック層１５０はキャリア注入を効率的に行うよう、単一金属或いは金属合金、金属酸化物などを多重に積層して形成してもよい。例えば、オーミック層１５０は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ），ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ），ＩＺＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ），ＩＡＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ），ＩＧＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ），ＩＧＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ），ＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ），ＡＴＯ（Ａｎｔｉｍｏｎｙ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ），ＧＺＯ（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ），ＩＺＯＮ（ＩＺＯ Ｎｉｔｒｉｄｅ），ＡＧＺＯ（Ａｌ−Ｇａ ＺｎＯ），ＩＧＺＯ（Ｉｎ−Ｇａ ＺｎＯ），ＺｎＯ，ＩｒＯｘ，ＲｕＯｘ，ＮｉＯ，ＲｕＯｘ／ＩＴＯ，Ｎｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ及びＮｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ／ＩＴＯ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｈｆのうち少なくとも一つを含んで形成されてもよく、このような材料に限ることはない。

次に、第１導電型半導体層１１０の一部が露出されるようにメサ蝕刻を行った後、露出された第１導電型半導体層１１０の上に第１電極１６１を形成し、第２導電型半導体層１４０又は前記オーミック層１５０の上に第２電極１６２を形成してもよい。

本発明の実施例による発光素子及び発光素子の製造方法によると、光度を高めるとともに動作電圧を改善することができる。

図６は、本発明の実施例による発光素子が設置された発光素子パッケージ２００を説明する図である。

図６を参照すると、本発明の実施例による発光素子パッケージは、パッケージ本体部２０５と、パッケージ本体部２０５に設置された第３電極層２１３及び第４電極層２１４と、パッケージ本体部２０５に設置されて第３電極層２１３及び第４電極層２１４と電気的に連結される発光素子１００と、発光素子１００を囲むモールディング部材２３０とを備える。

パッケージ本体部２０５はシリコン材質、合成樹脂材質又は金属材質を含んで形成されてもよく、前記発光素子１００の周囲に傾斜面が形成されてもよい。

第３電極層２１３及び第４電極層２１４は互いに電気的に分離され、発光素子１００に電源を提供する役割を果たす。また、第３電極層２１３及び第４電極層２１４は、発光素子１００から発生された光を反射させて光高率を増加させる役割を果たしてもよく、発光素子１００から発生された熱を外部に排出させる役割を果たしてもよい。

発光素子１００は図１に例示された水平型タイプの発光素子が適用されてもよいが、これに限ることはない。

発光素子１００はパッケージ本体部２０５の上に設置されるか、第３電極層２１３又は第４電極層２１４の上に設置されてもよい。

発光素子１００は、第３電極層２１３及び／又は第４電極層２１４とワイヤ方式、フリップチップ方式又はダイボンディング方式のうちいずれか一つによって電気的に連結されてもよい。本発明の実施例では発光素子１００が第３電極層２１３及び第４電極層２１４とそれぞれワイヤを介して電気的に連結されることを例示しているが、これに限ることはない。

モールディング部材２３０は、発光素子１００を囲んで発光素子１００を保護してもよい。また、モールディング部材２３０には蛍光体２３２が含まれ、発光素子１００から放出された光の波長を変化させ得る。

本発明の実施例による発光素子パッケージは複数個が基板の上にアレイされ、発光素子パッケージから放出される光の経路上に光学部材である導光板、プラズマシート、拡散シート、蛍光シートなどが配置されてもよい。このような発光素子パッケージ、基板、光学部材はバックライトユニットとして機能するか照明ユニットとして機能してもよく、例えば、照明システムはバックライトユニット、照明ユニット、指示装置、ランプ、街灯などを含んでもよい。
図７は、本発明の実施例による照明ユニットの斜視図１１００である。但し、図７の照明ユニット１１００は照明システムの一例であり、これに対して限ることはない。

図７を参照すると、照明ユニット１１００は、ケース本体１１１０と、ケース本体１１１０に設置された発光モジュール部１１３０と、ケース本体１１１０に設置されて外部電源から電源を供給される連結端子１１２０とを備えていてもよい。

ケース本体１１１０は放熱特性が良好な材質で形成されることが好ましく、例えば、金属材質又は樹脂材質で形成されてもよい。

発光モジュール部１１３０は、基板１１３２と、基板１１３２に搭載される少なくとも一つの発光素子パッケージ２００を含んでもよい。

基板１１３２は絶縁体に回路パターンがプリントされたものであってもよく、例えば、一般プリント回路基板（ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）、メタルコア（Ｍｅｔａｌ Ｃｏｒｅ）ＰＣＢ、軟性（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ）ＰＣＢ、セラミックＰＣＢなどを含んでもよい。

また、基板１１３２は光を効率的に反射する材質で形成されるか、表面が光が効率的に反射されるカラー、例えば、白色、銀色などで形成されてもよい。

基板１１３２の上には、少なくとも一つの発光素子パッケージ２００が搭載されてもよい。発光素子パッケージ２００それぞれは、少なくとも一つの発光ダイオード１００を含んでもよい。発光ダイオード１００は、赤色、緑色、青色又は白色の有色の光をそれぞれ発光する有色発光ダイオード及び紫外線（ＵＶ，Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）を発光するＵＶ発光ダイオードを含んでもよい。

発光モジュール部１１３０は、色感及び輝度を得るために多様な発光素子パッケージ２００の組み合わせを有するように配置されてもよい。例えば、高演色性（ＣＲＩ）を確保するために白色発光ダイオード、赤色発光ダイオード及び緑色発光ダイオードを組み合わせて配置してもよい。

連結端子１１２０は、発光モジュール部１１３０と電気的に接続されて電源を供給してもよい。図７に示したように、連結端子１１２０はソケット方式に外部電源に捻じ曲げられて結合されるが、これに対して限ることはない。例えば、連結端子１１２０はピン（ｐｉｎ）状に形成されて外部電源に挿入されるか、配線によって外部電源に接続されてもよいのである。

図８は、本発明の実施例によるバックライトユニット（１２００）の分解斜視図である。但し、図８のバックライトユニット１２００は照明システムの一例であり、これに対して限ることはない。

本発明の実施例によるバックライトユニット１２００は、導光板１２１０と、導光板１２１０に光を提供する発光モジュール部１２４０と、導光板１２１０の下に反射部材１２２０と、導光板１２１０、発光モジュール部１２４０及び反射部材１２２０を収納するボトムカバー１２３０を含んでもよいが、これに限ることはない。

導光板１２１０は、光を拡散させて面光源化する役割を果たす。導光板１２１０は透明な材質で形成され、例えば、ＰＭＭＡ（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔａａｃｒｙｌａｔｅ）のようなアクリル樹脂系列、ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＣＯＣ（ｃｙｃｌｏｏｌｅｆｉｎ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）及びＰＥＮ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ）樹脂のうち一つを含んでもよい。
発光モジュール部１２４０は、導光板１２１０の少なくとも一側面に光を提供し、究極的に前記バックライトユニットが設置されるディスプレイ装置の光源として作用するようになる。

発光モジュール部１２４０は導光板１２１０と接してもよいが、これに限ることはない。具体的には、発光モジュール部１２４０は、基板１２４２と、基板１２４２に搭載された多数の発光素子パッケージ２００とを備えるが、基板１２４２が導光板１２１０と接してもよいが、これに限ることはない。

基板１２４２は、回路パターン（図示せず）を含むプリント回路基板であってもよい。但し、基板１２４２は一般ＰＣＢだけでなく、メタルコアＰＣＢ、軟性ＰＣＢなどを含んでもよく、これに対して限ることはない。

そして、多数の発光素子パッケージ２００は、基板１２４２の上に光が放出される発光面が導光板１２１０と所定距離離隔されるように搭載されてもよい。

導光板１２１０の下には、反射部材１２２０が形成されてもよい。反射部材１２２０は、導光板１２１０の下面に入射された光を反射させて上に向かうようにすることで、バックライトユニットの輝度を向上させることができる。反射部材１２２０は、例えば、ＰＥＴ，ＰＣ，ＰＶＣレジンなどから形成されてもよいが、これに対して限ることはない。

ボトムカバー１２３０は、導光板１２１０、発光モジュール１２４０及び反射部材１２２０などを収納してもよい。このため、ボトムカバー１２３０は上面が開口された箱（ｂｏｘ）状に形成されてもよいが、これに対して限ることはない。

ボトムカバー１２３０は金属材質又は樹脂材質で形成されてもよく、プレス成形又は圧出成形などの工程を利用して製造されてもよい。

本発明の実施例による発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージ及び照明システムによると、光度を高めるとともに動作電圧を改善することができる。

Claims (15)

1. 第1導電型半導体層と、
   前記第１導電型半導体層の上の発光層と、
   前記発光層の上の電子遮断層と、
   前記電子遮断層の上の第２導電型半導体層と
   を備え、
   前記電子遮断層は、厚さの高低差があるパターンを含み、
   前記電子遮断層は下部に形成される第１電子遮断層と前記第１電子遮断層の上部の第２電子遮断層を含み、
   前記第１電子遮断層は前記高低差があるパターンを含まず、前記第２電子遮断層は前記高低差があるパターンを含み、
   前記第１電子遮断層の物質と前記第２電子遮断層の物質は同一物質で形成され、
   前記第２導電型半導体層の底面に前記電子遮断層に形成された高低差があるパターンに対応する第２パターンを含み、前記第２導電型半導体層の上面は平坦である、発光素子。
2. 前記第２電子遮断層は、峰と谷を有する、請求項１に記載の発光素子。
3. 前記第１導電型半導体層の上面にくさび状の湾入部を有する、請求項１又は請求項２のうちいずれかに記載の発光素子。
4. 前記くさび状の湾入部（Ｑ）の頂点部分の抵抗が、前記第１導電型半導体層の成長面の抵抗より大きい、請求項３に記載の発光素子。
5. 前記くさび状の湾入部の上に膣化物半導体超格子層を更に備える、請求項４に記載の発光素子。
6. 前記膣化物半導体超格子層はＮ型ドーパントでドーピングされている、請求項５に記載の発光素子。
7. 前記くさび状の湾入部の断面は三角形を含む、請求項３に記載の発光素子。
8. 前記くさび状の湾入部の上面は六角形状を含む、請求項３に記載の発光素子。
9. 前記電子遮断層は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ（０．１≦ｘ≦１，０≦ｙ≦０
   ．３，０≦ｘ＋ｙ≦１）を含む、請求項１に記載の発光素子。
10. 前記電子遮断層におけるＡｌの含量は１０％以上であり、Ｉｎの含量は３０％以下である請求項９に記載の発光素子。
11. 前記電子遮断層は、１００Å乃至６００Å以内の厚さで形成されている、請求項１乃至請求項２のうちいずれかに記載の発光素子。
12. 前記電子遮断層は、３００Å乃至５００Å以内の厚さで形成されている、請求項１１に記載の発光素子。
13. 前記第１電子遮断層は、５Å乃至１００Å以内の厚さで形成されている、請求項１１に記載の発光素子。
14. 前記電子遮断層は第２導電型ドーパントを含む、請求項１乃至請求項３のうちいずれかに記載の発光素子。
15. 前記ドーパントはＭｇを含む、請求項１４に記載の発光素子。

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