JP6117541B2 - 紫外線発光素子 - Google Patents

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Description

本発明は、紫外線発光素子に関するものである。
発光ダイオード（Light-Emitting Diode：ＬＥＤ）は電流を光に変換させる半導体発光素子である。
半導体発光素子は高輝度を有する光を得ることができるので、ディスプレイ用光源、自動車用光源、及び照明用光源に幅広く使われている。
近来、紫外線を出力できる紫外線発光素子が提案された。
紫外線光は紫外線発光素子の外部に射出することもあるが、多量の紫外線光が外部に射出できず、紫外線発光素子の内部で吸収または消滅されるので、光抽出効率が低いという問題がある。
本発明の目的は、光抽出効率が向上した紫外線発光素子を提供することにある。
本発明の紫外線発光素子は、基板、上記基板の下に配置され、多数の化合物半導体層を含み、上記化合物半導体層は少なくとも第１導電型半導体層、活性層、及び第２導電型半導体層を含む発光構造物、上記第１導電型半導体層の下に配置される第１電極層、及び上記第２導電型半導体層の下に配置される第２電極層を含む。上記第１電極層は上記活性層の側面から離隔するように配置され、上記活性層の周りに沿って配置される。上記第１及び第２電極層のうちの少なくとも１つは反射層でありうる。
本発明の紫外線発光素子は、基板、上記基板の下に配置され、多数の化合物半導体層を含み、上記化合物半導体層は少なくとも第１導電型半導体層、活性層、及び第２導電型半導体層を含み、上記第１導電型半導体層の背面は中央領域及び上記中央領域を囲み、上記周辺領域に対して突出する周辺領域を含み、上記中央領域の上に上記活性層及び上記第２導電型半導体層が配置される発光構造物、上記第１導電型半導体層の周辺領域の下に配置される第１電極層、上記活性層の側面と上記第１電極層との間に配置される保護層、及び上記第２導電型半導体層の下に配置される第２電極層を含む。上記第１電極層は上記活性層の周りに沿って配置され、上記第１及び第２電極層のうち、少なくとも１つは反射層でありうる。
本発明の紫外線発光素子は、発光領域と上記発光領域を囲む非発光領域を含む基板、上記基板の下に配置され、多数の化合物半導体層を含み、上記化合物半導体層は少なくとも第１導電型半導体層、活性層、及び第２導電型半導体層を含み、上記発光領域の下に上記第１導電型半導体層、活性層、及び第２導電型半導体層が形成され、上記非発光領域の下に上記第１導電型半導体層が形成される発光構造物、上記非発光領域の上記第１導電型半導体層の背面に配置されるオーミック層、上記非発光領域の上記第１導電型半導体層と上記オーミック層の下に配置される第１電極層、及び上記第２導電型半導体層の下に配置される第２電極層を含む。上記オーミック層及び上記上記第１電極層は上記活性層の側面から離隔するように配置され、上記第１及び第２電極層のうちの少なくとも１つは反射層でありうる。
本発明の発光素子パッケージは、胴体、上記胴体の上に配置される第１及び第２リード電極、上記第１及び第２リード電極のうち、いずれか１つのリード電極の上に配置される紫外線発光素子、及び上記発光素子を囲んで配置されるモールディング部材を含む。上記紫外線発光素子は前述した技術的特徴を含むことができる。
本発明によれば、光抽出効率が向上した紫外線発光素子を得ることができる。
本発明の第１実施形態に従う紫外線発光素子を示す底面図である。 図１の紫外線発光素子を示す断面図である。 図１の紫外線発光素子で紫外線光が射出する形態を示す図である。 本発明の第２実施形態に従う紫外線発光素子を示す底面図である。 図４の紫外線発光素子を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に従う紫外線発光素子を示す底面図である。 図６の紫外線発光素子を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に従う紫外線発光素子を示す底面図である。 本発明の第５実施形態に従う紫外線発光素子を示す底面図である。 本発明の実施形態に従う発光素子パッケージを示す断面図である。
本発明を説明するに当たって、各層（膜）、領域、パターン、または構造物が、基板、各層（膜）、領域、パッド、またはパターンの“上（on）”に、または“下（under）”に形成されることと記載される場合において、“上（on）”と“下（under）”は、“直接（directly）”または“他の層を介して（indirectly）”の意味を全て含む。また、各層の上または下に対する基準は、図面を基準として説明する。
以下、添付された図面を参照して実施形態を説明すれば、次の通りである。図面において、各層の厚さやサイズは説明の便宜及び明確性のために誇張、省略、または概略的に図示された。また、各構成要素のサイズは実際のサイズを必ずしも全体的に反映するものではない。
以下の紫外線発光素子は、基板が上に配置され、第１及び第２電極２７、２９が下に配置されるフリップ型紫外線発光素子に限定して説明しているが、これに対しては限定するものではない。
以下の紫外線発光素子は２４０ｎｍ乃至３６０ｎｍの深紫外線（deep ultraviolet）光を生成するが、これに対しては限定するものではない。
図１は本発明の第１実施形態に従う紫外線発光素子を示す底面図であり、図２は図１の紫外線発光素子を示す断面図である。
図１及び図２を参照すると、第１実施形態に従う紫外線発光素子１０は、基板１１、第１導電型半導体層１５、活性層１７、第２導電型半導体層１９、第１及び第２電極層２１、２３、及び第１及び第２電極２７、２９を含む。
第１実施形態に従う紫外線発光素子１０はフリップ型発光素子であることがあるが、これに対しては限定するものではない。
上記第１導電型半導体層１５、上記活性層１７、及び上記第２導電型半導体層１９により発光構造物２０が形成される。
上記発光構造物２０は多数の化合物半導体層を含むことができる。上記化合物半導体層のうちの１つの層は光を生成する活性層１７であり、他の層は上記活性層１７に供給してくれるための第１キャリア、即ち電子を生成する第１導電型半導体層１５であり、更に他の層は上記活性層１７に供給してくれるための第２キャリア、即ち正孔を生成する第２導電型半導体層１９であることがあるが、これに対して限定するものではない。上記電子と上記正孔との再結合により上記活性層で光が生成できる。例えば、上記第１導電型半導体層１５は上記活性層１７の上に配置され、上記第２導電型半導体層１９は上記活性層１７の下に配置されることがあるが、これに対しては限定するものではない。
上記紫外線発光素子１０は、上記基板１１と上記第１導電型半導体層１５との間の格子定数差による格子不整合を緩和させてくれるために、上記基板１１と上記第１導電型半導体層１５との間にバッファ層１３をさらに含むことができるが、これに対しては限定するものではない。
上記バッファ層１３により上記基板１１の上に形成された上記第１導電型半導体層１５、上記活性層１７、及び上記第２導電型半導体層１９に欠陥、例えばクラック（cracks）、ボイド（void）、グレーン（grain）、及び屈曲（bowing）が発生しない。
図示してはいないが、上記バッファ層１３と上記第１導電型半導体層１５との間にドーパントを含まないアンドープ半導体層がさらに含まれることができるが、これに対しては限定するものではない。
上記バッファ層１３、上記第１導電型半導体層１５、活性層１７、及び第２導電型半導体層１９は、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体材質で形成されることがあるが、これに対しては限定するものではない。
上記化合物半導体材質には、例えば、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、及びＮを含むことができるが、これに対しては限定するものではない。
上記基板１１は熱伝導性及び／または透過度に優れる材質で形成されることがあるが、これに対しては限定するものではない。例えば、上記基板１１はサファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＰ、ＩｎＰ、及びＧｅからなるグループから選択された少なくとも１つで形成されることがあるが、これに対しては限定するものではない。
上記基板１１または上記バッファ層１３の下に上記第１導電型半導体層１５が形成される。
上記第１導電型半導体層１５は、例えば、ｎ型ドーパントを含むｎ型半導体層であることがあるが、これに対しては限定するものではない。上記第１導電型半導体層１５は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を有する半導体材質、例えばＩｎＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、及びＡｌＩｎＮからなるグループから選択された少なくとも１つを含むことができるが、これに対しては限定するものではない。上記ｎ型ドーパントはＳｉ、Ｇｅ、またはＳｎを含むことができるが、これに対しては限定するものではない。
上記第１導電型半導体層１５は、例えば電子（electrons）を上記活性層１７に供給してくれるための導電層としての役割をし、上記第２導電型半導体層１９から上記活性層１７に供給された、例えば正孔（holes）が上記バッファ層１３に越えないようにする障壁層としての役割をすることができる。
上記第１導電型半導体層１５に高濃度のドーパントがドーピングされることで、電子が自由に移動できる導電層としての役割をすることができる。
上記第１導電型半導体層１５は、上記活性層１７と等しいか大きいバンドギャップを有する化合物半導体材質で形成することによって、活性層１７の正孔がバッファ層１３に越えないようにする障壁層としての役割をすることができる。
上記第１導電型半導体層１５の下に上記活性層１７が形成される。
上記活性層１７は、例えば上記第１導電型半導体層１５から供給された電子と上記第２導電型半導体層１９から供給された正孔とを再結合させて紫外線光を発光させることができる。紫外線光の生成のために上記活性層１７は少なくともワイドバンドギャップを有しなければならない。例えば、第１実施形態によれば、上記活性層１７は２４０ｎｍ乃至３６０ｎｍ以下の波長を有する深紫外線（deep ultraviolet）光を生成することができるが、これに対しては限定するものではない。
上記活性層１７は単一量子井戸構造（ＳＱＷ）、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）、量子点構造、及び量子線構造のうち、いずれか１つを含むことができる。
上記活性層１７は紫外線光を生成するためのエネルギーバンドのバンドギャップを有するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を井戸層と障壁層の周期で反復形成できるが、これに対しては限定するものではない。
例えば、ＩｎＧａＮ井戸層／ＧａＮ障壁層の周期、ＩｎＧａＮ井戸層／ＡｌＧａＮ障壁層の周期、ＩｎＧａＮ井戸層／ＩｎＧａＮ障壁層の周期などで形成される。上記障壁層のバンドギャップは上記井戸層のバンドギャップより大きく形成される。上記活性層１７の下に上記第２導電型半導体層１９が形成される。
上記第２導電型半導体層１９は、例えばｐ型ドーパントを含むｐ型半導体層であることがあるが、これに対しては限定するものではない。上記第２導電型半導体層１９は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を有する半導体材質、例えばＩｎＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、及びＡｌＩｎＮからなるグループから選択された少なくとも１つを含むことができるが、これに対しては限定するものではない。上記ｐ型ドーパントは、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａを含むことができるが、これに対しては限定するものではない。
上記第２導電型半導体層１９は、正孔を上記活性層１７に供給してくれるための導電層としての役割をすることができる。
上記第２導電型半導体層１９に高濃度のドーパントがドーピングされることで、正孔が自由に移動できる導電層としての役割をすることができる。
上記活性層１７の電子が上記第２導電型半導体層１９に越えて来ないようにするために上記活性層１７と上記第２導電型半導体層１９との間に第３導電型半導体層が形成されることがあるが、これに対しては限定するものではない。
より確実に、上記第３導電型半導体層とは別に、活性層１７の電子が上記第２導電型半導体層１９に越えないようにするために、上記活性層１７と上記第２導電型半導体層１９または上記第３導電型半導体層との間に電子遮断層が形成されることがあるが、これに対しては限定するものではない。
例えば、上記第３導電型半導体層と上記電子遮断層はＡｌＧａＮで形成されることがあるが、これに対しては限定するものではない。例えば、上記電子遮断層は少なくとも上記第２導電型半導体層または上記第３導電型半導体層のバンドギャップより大きいバンドギャップを有することができるが、これに対しては限定するものではない。
例えば、上記第３導電型半導体層と上記電子遮断層がＡｌＧａＮで形成される場合、上記電子遮断層が上記第３導電型半導体層より大きいバンドギャップを有するようにするために、上記電子遮断層が上記第３導電型半導体層より高いＡｌ含量を有することができるが、これに対しては限定するものではない。
上記活性層１７及び上記第２導電型半導体層１９の側面の１つまたは２つ以上の領域は外方に突出形成されることがあるが、これに対しては限定するものではない。
上記第１導電型半導体層１５の側面と上記活性層１７及び上記第２導電型半導体層１９の側面との間の距離は一定でないことがあるが、これに対しては限定するものではない。即ち、上記第１導電型半導体層１５の側面と上記活性層１７及び上記第２導電型半導体層１９の側面との間の距離は位置によって変わることができる。
フリップ型紫外線発光構造において、紫外線光が側方乃至上記基板１１側の前方に進行されることが好ましい。
フリップ型紫外線発光構造において、活性層１７で生成された紫外線光は全ての方向に進行される。
紫外線光の一部は基板１１がある上方または前方に進行されず、上記第２導電型半導体層１９がある下方に進行されることがある。下方に進行された光は前方に進行されるようにしなければ、結局、紫外線発光素子１０の内で吸収または消滅されて、光抽出効率が格段に低下する問題が発生する。
特に、図３に示すように、紫外線光が基板１１側の上方に進行されても基板１１の屈折率と空気の屈折率との差と紫外線光の波長により、紫外線光が基板１１の上面を通じて外部に射出することもあるが、紫外線光の一部は基板１１の上面で反射されて側方や下方に進行されて、結局、紫外線発光素子１０の内で吸収または消滅されたりする。
第１実施形態はこのような問題を解消するために第１及び第２電極層２１、２３を備えて、活性層１７から下方に進行された紫外線光を上方に反射させ、活性層１７から上方に進行されて基板１１の上面で反射された紫外線光をまた上方に反射させることができる。
上記第１電極層２１は上記第１導電型半導体層１５の背面の上に形成され、上記第２電極層２３は上記第２導電型半導体層１９の背面の上に形成される。
上記第１電極層２１を上記第１導電型半導体層１５の背面の上に形成できるようにするために、上記活性層１７と上記第２導電型半導体層１９で覆われた上記第１導電型半導体層１５を露出させなければならない。
即ち、上記第１導電型半導体層１５が露出するように上記第２導電型半導体層１９と上記活性層１７が順次にメサエッチングできる。
メサエッチングにより上記第１導電型半導体層１５も部分的にエッチングされることがあるが、これに対しては限定するものではない。上記第１導電型半導体層１５の中央領域は上記第１導電型半導体層１５の周辺領域に対して下方に突出形成される。上記周辺領域は、上記中央領域を囲むことがあるが、これに対しては限定するものではない。
メサエッチングされて露出した第１導電型半導体層１５の周辺領域を第１領域４１と命名し、メサエッチングされず、そのままに残った活性層１７と第２導電型半導体層１９またはメサエッチングによりされていない第１導電型半導体層１５だけでなく、上記露出していない第１導電型半導体層１５の中央領域に対応する活性層１７及び第２導電型半導体層１９が形成された領域を第２領域４３と命名する。上記第２領域４３は活性層１７で光が生成されるので、発光領域ということができ、上記第１領域４１は光が生成されないので非発光領域ということができるが、これに対しては限定するものではない。
上記第１領域４１は、上記第２導電型半導体層１９、上記活性層１７、及び上記第１導電型半導体層１５の一部領域が除去されたグルーブを含むことができる。即ち、上記グルーブは少なくとも上記活性層１７及び上記第２導電型半導体層１９の厚さ位の深さに形成される。したがって、上記グルーブは上記第２領域４３、即ち、発光領域の周りに沿って形成されることがあるが、これに対しては限定するものではない。言い換えると、上記グルーブは上記活性層１７及び上記第２導電型半導体層１９の周りに沿って形成される。上記グルーブは上記活性層１７及び上記第２導電型半導体層１９の側面の上に形成される。
上記第１導電型半導体層１５のサイズは上記活性層１７及び上記第２導電型半導体層１９のサイズより大きいことがあるが、これに対しては限定するものではない。上記第１導電型半導体層１５は上記活性層１７及び上記第２導電型半導体層１９の側面を基準に外方に延長形成される。このように延長形成された第１導電型半導体層１５の上にグルーブが形成される。
一方、上記第１及び第２領域４１、４３は上記基板１１の上に定義されることもできる。したがって、上記基板１１の第１領域４１の上に第１導電型半導体層１５が形成され、上記基板１１の第２領域４３の上に第１導電型半導体層１５、活性層１７、及び第２導電型半導体層１９が形成される。このような場合、上記第２領域４３の第１導電型半導体層１５の背面は上記第１領域４１の第１導電型半導体層１５の背面に対して下方に突出することがあるが、これに対しては限定するものではない。
上記第２領域４３は、図１に示すように、十字形状に形成されることがあるが、これに対しては限定するものではない。
例えば、第２領域４３は円形状（図８）または星形状（図９）に形成される。
通常的に、第２領域４３は四角形状を有する。このような四角形状に比べて、十字形状、円形状、及び星形状は、露出した外部に活性層１７の側面の面積がより拡大されて光抽出効率がより向上することができる。
上記第１電極層２１は、上記第１導電型半導体層１５の背面、即ち第１領域４１の上に形成される。
例えば、上記第１電極層２１は外部に露出した上記第１導電型半導体層１５の全領域に形成される。
また、上記第１電極層２１による上記第１及び第２導電型半導体層１５、１９の間の電気的なショートを避けるために、上記第１電極層２１の端部は第２領域４３の端部、即ち上記エッチングされた第１導電型半導体層１５または活性層１７の側面から離隔するように形成される。
上記第１電極層２１の背面は上記活性層１７の上面より高い位置に配置される。このために、上記活性層１７に接する上記第１導電型半導体層１５の中央領域は、上記活性層１７が接しない上記第１導電型半導体層１５の周辺領域に対して下方に突出することがあるが、これに対しては限定するものではない。
上記第１電極層２１による上記第１及び第２導電型半導体層１５、１９の間の電気的なショートを完全に除去するために、図７に示すように、第２領域４３の第１導電型半導体層１５の側面、活性層１７の側面、第２導電型半導体層１９の側面、及び第２電極層２３の側面に保護層３１が形成されることもあるが、これに対しては限定するものではない。
併せて、上記保護層３１は第１領域４１の上記第１導電型半導体層１５の背面の一部領域と上記第１電極層２１の背面の一部領域、そして第２領域４３の上記第２電極層２３の背面の一部領域に形成されることもあるが、これに対しては限定するものではない。
言い換えると、上記保護層３１は上記エッチングされた発光構造物、即ち第１導電型半導体層１５、活性層１７、及び第２導電型半導体層１９の側面の周りに沿って形成されることがあるが、これに対しては限定するものではない。
上記第１電極層２１は上記活性層１７から上記基板１１に進行され、上記基板１１の上面により反射されて下方に進行された紫外線光を反射させる役割をすることができるが、これに対しては限定するものではない。
上記活性層１７で生成された紫外線光は四方に進行され、上記紫外線光の一部は上記基板１１がある上方または前方に進行できる。上記基板１１に進行された紫外線光は上記基板１１の上面を通じて外部に射出することもあるが、紫外線光の一部は上記基板１１の上面により反射されて下方に進行できる。上記下方に進行された紫外線光は上記第１電極層２１によりまた反射されて上方に進行されて上記基板１１の上面を通じて、または側方を通じて外部に射出できる。
主波長帯の狭い紫外線光の場合、基板１１の上面により内部に反射される紫外線光が無視できない程度に大きい。また、上記第１導電型半導体層１５が露出した第１領域４１が上記第１導電型半導体層１５が露出しない第２領域４３より相対的に大きい面積を占めることができる。即ち、上記第１領域４１の面積は上記第２領域４３の面積より大きいことがある。このような場合、上記基板１１の上面により反射された紫外線光の消滅に従う光抽出効率の低下は深刻な問題となることができる。
第１実施形態は上記第１導電型半導体層１５の背面または第１領域４１に第１電極層２１を形成することによって、上記基板１１の上面により下方に反射された紫外線光をまた上方または側方に反射させて、光抽出効率を格段に向上させることができる。
一方、上記第２導電型半導体層１９の背面の上に第２電極層２３が形成される。言い換えると、メサエッチングにより露出していない第１導電型半導体層１５に対応する上記第２導電型半導体層１９の背面の上に第２電極層２３が形成される。
上記第２電極層２３は、図３に示すように、上記活性層１７から下方に進行された紫外線光を上方に反射させる役割をすることができる。
上記第２電極層２３は、上記基板１１の上面により反射されて下方に進行され、上記活性層１７と上記第２導電型半導体層１９を経由した紫外線光をまた上方に反射させる役割をすることができる。
併せて、上記第２電極層２３と上記活性層１７との間の距離は、上記第１電極層２１と上記活性層１７との間の距離より大きく形成されることがあるが、これに対しては限定するものではない。
図示してはいないが、上記第２導電型半導体層１９と上記第２電極層２３との間に透明導電層が形成されることがあるが、これに対しては限定するものではない。上記透明導電層は第２電極２９からの電流を側方に拡散させる電流スプレッディンフ機能と電流を上記第２導電型半導体層１９に容易に注入させるオーミックコンタクト機能を有することができるが、これに対しては限定するものではない。
上記透明導電層には、例えばＩＴＯ、ＩＺＯ（Ｉｎ−ＺｎＯ）、ＧＺＯ（Ｇａ−ＺｎＯ）、ＡＺＯ（Ａｌ−ＺｎＯ）、ＡＧＺＯ（Ａｌ−Ｇａ ＺｎＯ）、ＩＧＺＯ（Ｉｎ−Ｇａ ＺｎＯ）、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、ＲｕＯｘ／ＩＴＯ、Ｎｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ、及びＮｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ／ＩＴＯからなるグループから選択された少なくとも１つが使用できるが、これに対しては限定するものではない。
第１実施形態は第２導電型半導体層１９の背面の上に第２電極層２３を形成することによって、上記基板１１の上面により下方に反射された紫外線光や活性層１７から下方に進行された紫外線光をまた上方に反射させて、光抽出効率を格段に向上させることができる。
上記第１電極層２１と上記第２電極層２３は反射性に優れる材質で形成されることがあるが、これに対しては限定するものではない。
上記第１及び第２電極層２１、２３は互いに同一な材質で形成されるか、互いに相異する材質で形成される。
上記第１及び第２電極層２１、２３は単一層で形成されるか、多数の層で形成できる。
上記第１及び第２電極層２１、２３は、例えば、反射性と導電性に優れる不透明な金属物質で形成されるが、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆからなるグループから選択された１つまたはこれらの合金を含むことができるが、これに対しては限定するものではない。
例えば、上記第１及び第２電極層２１、２３は紫外線光に対する反射特性に優れるアルミニウム（Ａｌ）で形成されることがあるが、これに対しては限定するものではない。
例えば、上記第１電極層２１はアルミニウム（Ａｌ）で形成され、上記第２電極層２３はＡｌ／Ｎｉの合金で形成されることがあるが、これに対しては限定するものではない。
実験結果、第１電極層２１にアルミニウム（Ａｌ）を使用する場合、第１実施形態に従う紫外線発光素子１０の光抽出効率は１６．４％であることに反して、第１電極層２１に銀（Ａｇ）を使用する場合、第１実施形態に従う紫外線発光素子１０の光抽出効率は１３．８％であることを確認することができる。したがって、銀（Ａｇ）を含む第１電極層２１よりはアルミニウム（Ａｌ）を含む第１電極層２１が２４０ｎｍ乃至３６０ｎｍの波長を有する紫外線光に対してより優れる反射率を有することが分かる。
図示してはいないが、上記活性層１７の周りに露出した第１導電型半導体層１５の背面と上記第２導電型半導体層１９の背面はラフネス構造（roughness structure）を有することができる。上記ラフネス構造は一定の凹凸を有するか、ランダムな凹凸を有することができるが、これに対しては限定するものではない。
上記第１導電型半導体層１５のラフネス構造の上に第１電極層２１が形成されることによって、上記第１電極層２１は強い接合力で第１導電型半導体層１５に付着されるので、上記第１電極層２１の離脱を遮断することができる。併せて、上記ラフネス構造により上記活性層で生成されて下方に進行される光が反射または散乱されることによって、光抽出効率がより向上できる。
上記第２導電型半導体層１５の背面の上に形成されたラフネス構造も前述した説明と同一な効果を得ることができる。
上記第１電極層２１と上記第２電極層２３は少なくとも上記活性層１７及び上記第２導電型半導体層１９の厚さだけ相異する位置に配置されることがあるが、これに対しては限定するものではない。
一方、上記第１電極層２１の一部領域の上に第１電極２７が形成され、上記第２電極層２３の一部領域の上に第２電極２９が形成される。
上記第１電極２７は上記第１電極層２１より高い電気伝導度を有し、上記第２電極２９は上記第２電極層２３より高い電気伝導度を有することができるが、これに対しては限定するものではない。
上記第１及び第２電極２７、２９は互いに同一な材質で形成されるか、互いに相異する材質で形成される。
上記第１及び第２電極２７、２９は単一層で形成されるか、多数の層で形成される。
上記第１及び第２電極２７、２９は、例えば電気伝導度に優れる金属材質で形成されるが、アルミニウム（Ａｌ）、チタニウム（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、及びモリブデン（Ｍｏ）からなるグループから選択された１つまたはこれらの合金を含むことができるが、これに限定するものではない。
上記第１電極２７は、上記第１領域４１の第１電極層２１の少なくとも１つ以上の領域に形成されることがあるが、これに対しては限定するものではない。
図示してはいないが、上記第１電極２７は上記第１領域４１の第１電極層２１の上面の全体領域に形成されることもあるが、これに対しては限定するものではない。
上記第１電極層２１は紫外線光を反射させる反射層としての役割だけでなく、電源を供給するための電極としての役割をすることもできる。このような場合、上記第１電極２７は形成されないこともあるが、これに対しては限定するものではない。
上記第２電極層２３は、紫外線光を反射させる反射層としての役割だけでなく、電源を供給するための電極としての役割をすることもできる。このような場合、上記第２電極２９は形成されないこともあるが、これに対しては限定するものではない。
上記第１及び第２電極２７、２９は円形状を有することがあるが、これに対しては限定するものではない。
図４は本発明の第２実施形態に従う紫外線発光素子を示す底面図であり、図５は図４の紫外線発光素子を示す断面図である。
第２実施形態はオーミック層２５を除いては第１実施形態とほとんど同一である。
第２実施形態で第１実施形態と同一な構成要素に対しては同一な図面符号を与えて、より詳細な説明は省略する。
図４及び図５を参照すると、第２実施形態に従う紫外線発光素子１０Ａは、基板１１、第１導電型半導体層１５、活性層１７、第２導電型半導体層１９、オーミック層２５、第１及び第２電極層２１、２３、及び第１及び第２電極２７、２９を含むことができる。
上記オーミック層２５は、上記第１導電型半導体層１５と上記第１電極層２１との間に形成される。
上記第１電極層２１は上記オーミック層２５を完全にカバー（cover）したり部分的にカバーすることがあるが、これに対しては限定するものではない。即ち、上記第１電極層２１は上記オーミック層２５の外側面と背面の上に配置されるが、上記オーミック層２５の内側面の上に配置されないことがあるが、これに対しては限定するものではない。
上記オーミック層２５は、上記活性層１７の周りに沿って配置されることがあるが、これに対しては限定するものではない。オーミック層２５は閉ループ形状（closed-loop shape）または開ループ形状（open-loop shape）であることがあるが、これに対しては限定するものではない。
上記オーミック層２５はメサエッチングにより外部に露出した第１導電型半導体層１５により定義された第１領域４１に形成される。
上記オーミック層２５としては透明な導電物質が使用できるが、例えば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）、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、ＲｕＯｘ／ＩＴＯ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｎｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ、及びＮｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ／ＩＴＯからなるグループから選択された少なくとも１つが使用できる。
上記オーミック層２５はメサエッチングにより外部に露出しない第１導電型半導体層１５に対応する第２導電型半導体層１９により定義された第２領域４３の周りに沿って形成された閉ループ構造を有することがあるが、これに対しては限定するものではない。言い換えると、上記オーミック層２５は上記発光構造物２０の周りに沿って上記第１導電型半導体層１５の上に形成される。
例えば、上記第２領域４３の活性層１７の側面に隣接して上記オーミック層２５が形成される。
上記オーミック層２５は上記第２領域４３の活性層１７の側面から離隔するように形成される。
上記オーミック層２５と第２領域４３との間の間隔（ｄ）は略１μｍ乃至略１０μｍであることがあるが、これに対しては限定するものではない。
即ち、上記第２領域４３の上記第１導電型半導体層１５は上記第１領域４１の第１導電型半導体層１５より下方に突出する。上記第１領域４１の第１導電型半導体層１５の下に上記活性層１７及び上記第２導電型半導体層１９が配置される。したがって、上記第１領域４１の第１導電型半導体層１５の背面と上記第２領域４３の第１導電型半導体層１５の背面との間の厚さ位上記第１導電型半導体層１５の側面が存在する。このような場合、上記オーミック層２５の側面と上記第２領域４３の上記第１導電型半導体層１５の側面との間の間隔（ｄ）は略１μｍ乃至略１０μｍであることがあるが、これに対しては限定するものではない。
電流を迅速に上記活性層に供給するためには上記オーミック層２５は上記活性層１７と最大限近く形成されることが好ましい。
図示してはいないが、上記活性層１７との電気的なショートが発生しなければ、上記オーミック層２５は上記第１導電型半導体層１５の側面に接するように形成されることもできる。このような場合、上記第１導電型半導体層１５の背面が上記活性層１７の側面から遠く離隔するように上記第１導電型半導体層１５をより深くエッチングしてくれることができる。
上記オーミック層２５は上記第２領域４３の周りに沿ってバー形状に形成される。
上記オーミック層２５の幅（ｗ）は略５μｍ乃至略３０μｍであることがあるが、これに対しては限定するものではない。
上記オーミック層２５の面積は上記第１電極層２１の面積と等しいか小さいことがあるが、これに対しては限定するものではない。
または、上記オーミック層２５は上記第１領域４１の上記第１導電型半導体層１５の全領域に形成されることもあるが、これに対しては限定するものではない。
第２実施形態は、上記オーミック層２５が第１導電型半導体層１５の背面に形成して電源をより円滑に第１導電型半導体層１５に供給し、また上記第１導電型半導体層１５の内で側方に一層広く電流が流れるようにする電流スプレッディンフの機能を有することによって、発光効率を向上させ、均一な紫外線光を確保することができる。
上記第１電極層２１は上記オーミック層２５の側面と背面を全て覆うように形成される。言い換えると、上記第１電極層２１を上記オーミック層２５を囲んで形成される。上記オーミック層２５が上記第１電極層２１に最大限面接触されるようにすることで、上記第１電極２７からの電源が第１電極層２１を通じて上記オーミック層２５の側面と背面に供給されて、電源がより円滑に第１導電型半導体層１５に供給できる。
図示してはいないが、上記第１電極層２１は上記オーミック層２５の背面の一部領域と外側面にオーバーラップされるように形成されることもあるが、これに対しては限定するものではない。言い換えると、上記第１電極層２１は上記第２領域４３の第１導電型半導体層１５の側面に隣接した第１電極層２１の側面の上に形成されないこともある。
図６は本発明の第３実施形態に従う紫外線発光素子を示す底面図であり、図７は図６の紫外線発光素子を示す断面図である。
第３実施形態は保護層３１を除いては第２実施形態とほとんど同一である。
第３実施形態において、第１及び第２実施形態と同一な構成要素に対しては同一な図面符号を与えて、より詳細な説明は省略する。
図６及び図７を参照すると、第３実施形態に従う紫外線発光素子１０Ｂは、基板１１、第１導電型半導体層１５、活性層１７、第２導電型半導体層１９、オーミック層２５、第１及び第２電極層２１、２３、保護層３１、及び第１及び第２電極２７、２９を含むことができる。
第１実施形態で前述したように、上記第１電極層２１による上記第１及び第２導電型半導体層１５、１９の間の電気的なショートを完全に除去するために、第２領域４３で外部に露出した第１導電型半導体層１５の側面、活性層１７の側面、及び第２導電型半導体層１９の側面に保護層３１が形成されることもあるが、これに対しては限定するものではない。
上記第２領域４３は、メサエッチングによりエッチングされない第１導電型半導体層１５と上記第１導電型半導体層１５に対応する活性層１７と第２導電型半導体層１９とを意味する。
第１領域４１は、メサエッチングによりエッチングされて外部に露出した第１導電型半導体層１５を意味する。
上記第１領域４１は非発光領域であり、上記第２領域４３は発光領域でありうる。
上記保護層３１は上記発光構造物２０の側面の上に配置される。上記保護層３１は少なくとも上記活性層１７の側面の上に配置されることがあるが、これに対しては限定するものではない。上記保護層３１は上記第２領域４３の第１導電型半導体層１５の側面、上記活性層１７の側面、及び上記第２導電型半導体層１９の側面の上に配置される。また、上記保護層３１は上記オーミック層２５と上記第２領域４３の第１導電型半導体層１５の側面との間に配置される。
上記保護層３１は、上記第１電極層２１と上記第２領域４３の第１導電型半導体層１５の側面との間の上記第１領域４１の第１導電型半導体層１５の背面の上に形成される。
上記保護膜３１は第１領域４１の第１導電型半導体層１５の背面の一部領域、上記第１電極層２１の一部領域、発光構造物２０の側面、即ち上記第２領域４３の第１導電型半導体層１５の側面、活性層１７の側面、第２導電型半導体層１９の側面、及び第２電極層２３の側面と共に上記第２電極層２３の背面の一部領域に形成される。
上記保護層３１は透明性に優れて、伝導性の低い材質や絶縁性材質で形成されるが、例えばＳｉＯ２、ＳｉｘＯｙ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉｘＮｙ、Ａｌ２Ｏ３、及びＴｉＯ２からなるグループから選択された少なくとも１つで形成されることがあるが、これに対しては限定するものではない。
実施形態は、第１導電型半導体層１５の背面または第１領域４１に第１電極層２１を形成することによって、基板１１の上面により下方に反射された紫外線光をまた上方に反射させて、光抽出効率を格段に向上させることができる。
実施形態は、第２導電型半導体層１９の背面に第２電極層２３を形成することによって、上記基板１１の上面により下方に反射された紫外線光や活性層から下方に進行された紫外線光をまた上方に反射させて、光抽出効率を格段に向上させることができる。
実施形態は、オーミック層２５を第１領域４１の第１導電型半導体層１５の背面に形成して電源をより円滑に第１導電型半導体層１５に供給し、また上記第１導電型半導体層１５の内で側方に一層広く電流が流れるようにすることによって、発光効率を向上させ、均一な紫外線光を確保することができる。
図１０は、本発明の実施形態に従う発光素子パッケージを示す断面図である。
図１０を参照すると、実施形態に従う発光素子パッケージは、胴体３３０と、上記胴体３３０に設置された第１リードフレーム３１０及び第２リードフレーム３２０と、上記胴体３３０に設置されて上記第１リードフレーム３１０及び第２リードフレーム３２０から電源の供給を受ける第１実施形態乃至第３実施形態に従う発光素子１０と、上記発光素子１０を囲むモールディング部材３４０とを含む。
上記胴体３３０は、シリコン材質、合成樹脂材質、または金属材質を含んで形成され、上記発光素子１０の周囲に傾斜面が形成される。
上記第１リードフレーム３１０及び第２リードフレーム３２０は、互いに電気的に分離され、上記発光素子１０に電源を提供する。
また、上記第１及び第２リードフレーム３１０、３２０は、上記発光素子１０で発生した光を反射させて光効率を増加させることができ、上記発光素子１０で発生した熱を外部に排出させる役割をすることもできる。
上記発光素子１０は、上記第１リードフレーム３１０、第２リードフレーム３２０、及び上記胴体３３０のうち、いずれか１つの上に設置され、ワイヤー方式、ダイボンディング方式などにより上記第１及び第２リードフレーム３１０、３２０に電気的に連結できるが、これに対して限定するものではない。
実施形態では、第１実施形態に従う発光素子１０が例示されており、２つのワイヤー３５０を介して上記第１及び第２リードフレーム３１０、３２０と電気的に連結されたことが例示されているが、第２実施形態に従う発光素子１０の場合、上記ワイヤー３５０無しで上記第１及び第２リードフレーム３１０、３２０と電気的に連結されることができ、第３実施形態に従う発光素子１０の場合、１つのワイヤー３５０を用いて上記第１及び第２リードフレーム３１０、３２０と電気的に連結できる。
上記モールディング部材３４０は、上記発光素子１０を囲んで上記発光素子１０を保護することができる。また、上記モールディング部材３４０には蛍光体が含まれて上記発光素子１０から放出された光の波長を変化させることができる。
また、上記発光素子パッケージ２００は、ＣＯＢ（Chip On Board）タイプを含み、上記胴体３３０の上面は平らで、上記胴体３３０には複数の発光素子１０が設置されることもできる。
以上、実施形態に説明された特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれ、必ずしも１つの実施形態のみに限定されるものではない。延いては、各実施形態で例示された特徴、構造、効果などは、実施形態が属する分野の通常の知識を有する者により他の実施形態に対しても組合または変形されて実施可能である。したがって、このような組合と変形に関連した内容は本発明の範囲に含まれることと解釈されるべきである。
以上、本発明を好ましい実施形態をもとに説明したが、これは単なる例示であり、本発明を限定するものでなく、本発明が属する分野の通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲内で、以上に例示されていない多様な変形及び応用が可能であることが分かる。例えば、実施形態に具体的に表れた各構成要素は変形して実施することができる。そして、このような変形及び応用にかかわる差異点は添付した特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
本特許出願は、２０１１年１２月１３日付で韓国に出願した特許出願番号第１０−２０１１−０１３４０１９号に対し、米国特許法１１９（ａ）条（３５Ｕ．Ｓ．Ｃ§１１９（ａ））により優先権を主張し、その全ての内容は参考文献として本特許出願に併合される。

Claims (25)

  1. 基板と、
    前記基板の上に配置され、多数の化合物半導体層を含み、前記化合物半導体層は少なくとも第１導電型半導体層、活性層、及び第２導電型半導体層を含む発光構造物と、
    前記第１導電型半導体層の第１領域の上に配置される第１電極層と、
    前記第２導電型半導体層の上に配置される第２電極層と、
    前記第１導電型半導体層と前記第１電極層との間に配置されるオーミック層と、を含み、
    前記第１電極層は前記活性層の側面から離隔するように配置され、
    前記第１電極層は前記活性層の周りに沿って配置され、
    前記第１及び第２電極層のうちの少なくとも１つは反射層を含み、
    前記オーミック層は、前記活性層の周りに沿って配置される閉ループ形状（closed-loop shape）であり、
    前記オーミック層は、前記第１導電型半導体層の側面に接するように配置されることを特徴とする、紫外線発光素子。
  2. 前記第１電極層は、１つまたは２つ以上の層を含むことを特徴とする、請求項１に記載の紫外線発光素子。
  3. 前記第１電極層は２４０ｎｍ乃至３６０ｎｍの波長を有する紫外線光を反射させる物質を含むことを特徴とする、請求項１に記載の紫外線発光素子。
  4. 前記物質は不透明な金属物質であることを特徴とする、請求項３に記載の紫外線発光素子。
  5. 前記活性層と前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層がオーバーラップする第２領域を含むことを特徴とする、請求項１に記載の紫外線発光素子。
  6. 前記第１領域に配置された前記第１電極層の上面を含む平面と、前記第２領域に配置された前記第２電極層の下面を含む平面との間の垂直距離は、少なくとも前記第２領域の前記活性層及び前記第２導電型半導体層の厚さより大きいことを特徴とする、請求項５に記載の紫外線発光素子。
  7. 前記第１導電型半導体層は前記活性層の側面を基準に外方に延びることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の紫外線発光素子。
  8. 少なくとも前記活性層と前記第２導電型半導体層の厚さに対応する深さを有するグルーブ(groove)をさらに含むことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の紫外線発光素子。
  9. 前記グルーブは、前記活性層と前記第２導電型半導体層の周りに沿って前記第１導電型半導体層の背面の上に形成されることを特徴とする、請求項８に記載の紫外線発光素子。
  10. 前記第１電極層の背面は前記活性層の上面より高い位置に配置されることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の紫外線発光素子。
  11. 前記第１導電型半導体層は前記活性層が接する中央領域と前記活性層が接しない周辺領域を含むことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の紫外線発光素子。
  12. 前記中央領域は前記周辺領域に対して下方に突出することを特徴とする、請求項１１に記載の紫外線発光素子。
  13. 前記活性層及び前記第２導電型半導体層の側面の１つまたは２つ以上の領域は外方に突出することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の紫外線発光素子。
  14. 前記オーミック層の面積は、前記第１電極層の面積と同一または小さいことを特徴とする、請求項１に記載の紫外線発光素子。
  15. 前記発光構造物の側面上に配置される保護層をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の紫外線発光素子。
  16. 前記第１電極層の上に配置される第１電極と、
    前記第２電極層の上に配置される第２電極と、をさらに含むことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の紫外線発光素子。
  17. 前記第１電極は前記第１電極層より高い電気伝導度を有することを特徴とする、請求項１６に記載の紫外線発光素子。
  18. 前記保護層は、前記第１領域に配置された前記第１導電型半導体層上に配置されることを特徴とする、請求項１５に記載の紫外線発光素子。
  19. 前記オーミック層は前記活性層の周りに沿って前記第１導電型半導体層の背面の上に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の紫外線発光素子。
  20. 前記オーミック層は前記第１電極層により囲まれることを特徴とする、請求項１に記載の紫外線発光素子。
  21. 前記オーミック層は前記第１導電型半導体層の側面に接することを特徴とする、請求項１に記載の紫外線発光素子。
  22. 前記オーミック層の幅は前記第１電極層の幅と相異することを特徴とする、請求項１に記載の紫外線発光素子。
  23. 前記第１電極層は前記オーミック層の側面と背面を両方ともカバーすることを特徴とする、請求項１に記載の紫外線発光素子。
  24. 前記第２反射層と前記活性層との間の距離は第１反射層と前記活性層との間の距離より大きいことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の紫外線発光素子。
  25. フリップ型に構成されたことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の紫外線発光素子。
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