発光素子、発光素子パッケージおよびこれを含む照明システム
【課題】電気的/光学的信頼性を改善できる発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供すること。
【解決手段】本発明は、発光素子、発光素子パッケージおよび照明システムに関する。本発明の一態様による発光素ｃ子は、第１導電型の第１半導体層と、前記第１導電型の第１半導体層上の活性層と、前記活性層上の第２導電型の第２半導体層と、前記第２導電型の第２半導体層上の信頼性強化層と、前記信頼性強化層上の、光抽出パターンを有する第２導電型の第３半導体層とを備え、前記信頼性強化層と前記活性層との間の距離は０.３μm〜５μmにすることができる。
【解決手段】本発明は、発光素子、発光素子パッケージおよび照明システムに関する。本発明の一態様による発光素ｃ子は、第１導電型の第１半導体層と、前記第１導電型の第１半導体層上の活性層と、前記活性層上の第２導電型の第２半導体層と、前記第２導電型の第２半導体層上の信頼性強化層と、前記信頼性強化層上の、光抽出パターンを有する第２導電型の第３半導体層とを備え、前記信頼性強化層と前記活性層との間の距離は０.３μm〜５μmにすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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する素子である。例えば、ＬＥＤは化合物半導体の組成比を調節することによって多様な色を具現することが可能である。
【０００３】
従来技術による発光素子は、窒化物半導体を利用して形成する。例えば、従来技術による発光素子は、p-GaN層、活性層およびn-GaN層を含む。
【０００４】
一方、従来技術によれば、n-GaN層に光抽出効率を改善するために化学的エッチング方法によって表面粗さを持たせることがある。
【０００５】
ところで、このような化学的エッチング方法は、n-GaNエピ層内でエッチング深さのバラツキを引き起こす問題がある。
【０００６】
例えば、n-GaNエピ層内で一部分が過度にエッチングされ、このような部位は素子作動時、注入電流の漏洩および電気的/光学的信頼性を低下させる要因となる。特に、n-GaNエピ層内の結晶欠陥の周囲における過度なエッチングは、素子の信頼性を深刻に低下させる。
【０００７】
特に、大面積/高出力照明用の発光素子の場合、小面積/低出力発光素子に比べて注入電流量が相対的に多く、発光面積が広いことから、素子の信頼性問題はより重要となる。
【０００８】
また、窒化物半導体発光素子は、本質的に数多い拡散転位(threading dislocations)などの結晶欠陥が存在する。このような結晶欠陥は、特に垂直型発光素子の場合、負電極と正電極の間に直接的な電流の漏洩経路を形成し、またn-GaN層表面に対する化学的エッチング工程時、結晶欠陥の周囲に優先的なエッチングが行われるので、発光素子の電気的信頼性を深刻に低下させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の問題点を解消すべく、電気的/光学的信頼性を改善できる発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様による発光素子は、第１導電型の第１半導体層と、前記第１導電型の第１半導体層上の活性層と、前記活性層上の第２導電型の第２半導体層と、前記第２導電型の第２半導体層上の信頼性強化層と、前記信頼性強化層上の、光抽出パターンを有する第２導電型の第３半導体層とを備え、前記信頼性強化層と前記活性層との間の距離は０.３μm〜５μmにすることができる。
【００１１】
また、本発明の一態様による発光素子は、第１導電型の第１半導体層と、前記第１導電型の第１半導体層上の活性層と、前記活性層上の第２導電型の第２半導体層と、前記第２導電型の第２半導体層上の、突出部を有する信頼性強化層と、前記信頼性強化層上の第２導電型の第３半導体層とを備える。
【００１２】
本発明の一態様による発光素子パッケージは、パッケージ本体部と、前記パッケージ本体部上の少なくとも１つ以上の電極層と、前記電極層と電気的に連結された前記発光素子と、前記発光素子上のモールディング部材とを備える。
【００１３】
本発明の一態様による照明システムは、基板と、前記基板上に配置された前記発光素子パッケージを有する発光モジュール部とを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施例に係る発光素子の断面図。
【図２Ａ】電子注入層の厚さ変化(t)による有効屈折率(modal index)の変化図。
【図２Ｂ】発光素子における信頼性強化層と活性層の間の距離による素子の逆方向降伏電圧(reverse breakdown voltage、Vr)の特性図の例示図。
【図３】第１の実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図４】第１の実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図５】第１の実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図６】第１の実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図７】第１の実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図８】第１の実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図９】第１の実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図１０】第２の実施例に係る発光素子の断面図。
【図１１】第２の実施例に係る発光素子の部分拡大図。
【図１２】本発明の一実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図１３】本発明の一実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図１４】本発明の一実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図１５】本発明の一実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図１６】本発明の一実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図１７】本発明の一実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図１８】本発明の一実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図１９】本発明の一実施例に係る発光素子パッケージの断面図。
【図２０】本発明の一実施例に係る照明ユニットの斜視図。
【図２１】本発明の一実施例に係るバックライトユニットの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の発光素子、発光素子パッケージおよび照明システムを添付された図面を参照して説明する。
【００１６】
本発明の実施例の説明において、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/over)」にまたは「下(under)」に形成されると記載される場合、「上(on/over)」と「下(under)」は「直接(directly)」または「他の層を介在して(indirectly)」形成されるものも全部含む。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。
なお、図面において、各層の厚さや大きさは説明の便宜性および明確性を図り、誇張または省略的に、或いは概略的に図示されており、各構成要素の大きさは実際の大きさを全面的に反映するものではない。
【００１７】
(第１の実施例)
図１は、第１実施例に係る発光素子１００の断面図である。
第１の実施例に係る発光素子１００は、第１導電型の第１半導体層１１１と、前記第１導電型の第１半導体層１１１上に形成された活性層１１５と、前記活性層１１５上に形成された第２導電型の第２半導体層１１２ａと、前記第２導電型の第２半導体層１１２ａ上に信頼性強化層１３５と、前記信頼性強化層１３５上に形成された第２導電型の第３半導体層１１２ｂとを備えることができる。
【００１８】
第１の実施例で、信頼性強化層はエッチングに対する信頼性強化層、漏洩電流の防止による信頼性強化層などの機能をすることができるが、これに限定されない。
【００１９】
前記第２導電型の第２半導体層１１２ａおよび前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂは、電子注入層の機能をする第２導電型の半導体層１１２を構成することができる。
【００２０】
前記第１導電型の第１半導体層１１１、前記活性層１１５および前記第２導電型の半導体層１１２は発光構造物１１０を構成することができ、前記第２導電型の半導体層１１２上にはパッド電極１４０を形成することができる。
【００２１】
第１の実施例は、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂに光抽出パターン(P)を有することで、外部光抽出効率を増大させ、高出力の発光素子を提供することができる。
【００２２】
本実施例によれば、光抽出パターン(P)を形成するための化学的エッチング工程時に発生する薄膜の過度なエッチング問題を、信頼性強化層によって解決することができる。例えば、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂに光抽出パターン(P)を形成するために、第２導電型の第３半導体層１１２ｂに対するエッチングを行う場合、前記信頼性強化層１３５がエッチング防止膜の機能をして前記第２導電型の第２半導体層１１２ａがエッチングされないことで、信頼性を向上させることができる。
【００２３】
具体的に、サファイア基板などの薄膜成長用基板からＬＥＤエピ薄膜を分離した後、露出される第２導電型の半導体層は平坦な表面を有し、露出される第２導電型の半導体層は光抽出効率を改善するために、ウェットエッチングまたはドライエッチングによって、ランダムな形状または規則的な形状の表面粗さが持たされる。
【００２４】
このとき、信頼性強化層１３５は、第２導電型の半導体層に比べて化学的または物理的にエッチングされる速度が遅いので、化学的エッチングの進行は信頼性強化層で実質的に停止することになる。従って、薄膜内で不均一に一定の部位で発生する過度な化学的エッチングの進行は、信頼性強化層によって効果的に遮断される。よって、第２導電型の半導体層は、層全体的に均一なエッチング深さを持つようになる。
【００２５】
また、本実施例で信頼性強化層は光抽出パターンを形成するためのドライエッチングダメージを防止することができ、信頼性強化層にAlの組成が高い場合、ドライエッチングのエッチング遮断層の機能をすることができる。
【００２６】
このため、本実施例によれば、信頼性強化層により層全体的に均一なエッチング深さを提供することで、素子の光学的および電気的特性/信頼性を改善し、素子の生産収率を大きく改善することができる。
【００２７】
前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の半導体層１１２と同一系列の物質で形成することができ、前記第２導電型の半導体層１１２と同一導電型にドーピングすることができるが、これに限定されない。
【００２８】
例えば、前記信頼性強化層１３５は、窒化物系の半導体層、例えばInxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０≦y≦１)を含むことができ、第２導電型にドーピングすることができる。例えば、第２導電型の半導体層１１２がN型窒化物半導体層である場合、前記信頼性強化層はN型InxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０≦y≦１)を含むことができる。
【００２９】
第１の実施例で前記信頼性強化層１３５と前記活性層１１５の間の距離(D)は約０.３μm〜約５μmにすることができる。
【００３０】
電子注入層である第２導電型の半導体層１１２内に挿入された信頼性強化層１３５と活性層(発光層)１１５の間の距離が大きすぎると、エッチングによって形成される表面粗さなどの光抽出パターン(P)の厚さが小さく、光抽出パターン(P)の間の間隔が大きくなり、光抽出パターン(P)の間に平坦な面が形成されて光抽出効率を低下させる。
【００３１】
図２Ａは、電子注入層の厚さ変化(t)による有効屈折率(modal index)の変化図である。
【００３２】
例えば、活性層から発光された光子(photon)のほとんどは基本モード(fundamental mode)を有し、基本モードは有効屈折率が大きいので光抽出が悪い。一方、電子注入層である第２導電型の半導体層１１２の厚さが薄いほど有効屈折率が減少して光抽出効率が増大し、電子注入層である第２導電型の半導体層１１２の厚さが増加するほど有効屈折率が増加して光抽出効率が減少する。
【００３３】
このため、第１の実施例によれば、信頼性強化層１３５と活性層１１５の間の距離(D)が５μmを超えて厚くなると、電子注入層である第２導電型の半導体層１１２の厚さが増加する効果があって有効屈折率が増加し、光抽出パターン(P)の平坦化によって光抽出効率が減少する。よって、信頼性強化層１３５と活性層１１５の間の距離(D)が５μm以下である場合、エッチング遮断機能と共に光抽出効率に寄与することができる。
【００３４】
一方、信頼性強化層と活性層の間の距離が近くなると、エッチングによって表面粗さなどの光抽出パターンを備える第２導電型の第３半導体層１１２ｂが過度にエッチングされ、過度にエッチングされた局部的領域で電流集中が発生し、信頼性強化層が素子の電流漏洩を遮断できなくなることもある。
【００３５】
図２Ｂは、発光素子における信頼性強化層と活性層の間の距離による素子の逆方向降伏電圧の特性図の例示図である。
【００３６】
信頼性強化層と活性層の間の距離が０.３μm未満に近くなると、図２Ｂように素子の逆方向降伏電圧が減少する。
【００３７】
また、信頼性強化層と活性層の間の距離が過度に近くなると、信頼性強化層を通過して第２導電型の第２半導体層１１２ａに注入される電子は、効果的に横方向に分散できない問題点ある。
【００３８】
このように、第２導電型の第２半導体層１１２ａにおいて電子が効果的に横方向に分散されていない状態で活性層に電子が注入される場合、活性層では発光効率が低下し、不均一な発光分布を有することになる問題点がある。窒化物半導体で注入される電子は約０.２μm程度の有効拡散距離特性がある。
【００３９】
このため、第１の実施例によれば、信頼性強化層が効果的に作動して素子の漏洩電流を効果的に遮断すると共に、注入される電子が均一に横方向に分散して活性層に注入されるようにするために、信頼性強化層と活性層の間の距離(D)は約０.３μm以上にすることができる。
【００４０】
また、第１の実施例では、前記信頼性強化層１３５は５nm〜２００nmの厚さにすることができる。
【００４１】
信頼性強化層１３５の厚さが５nm未満であると、エッチング遮断層としての機能をすることが難しいことら、エッチングを遮断できない場合がある。例えば、ドライエッチング工程の場合、エッチングダメージによってエッチング遮断層の表面部位が物理化学的に結晶性が低下する。従って、本実施例では、信頼性強化層１３５の厚さは少なくとも５nm以上とすることが好ましい。
【００４２】
一方、信頼性強化層１３５の厚さが２００nmを超えると、パッド電極１４０から活性層に注入される電流の注入効率が低下し、素子の抵抗が増加する問題がある。信頼性強化層１３５は第２導電型の半導体層１１２の電子注入層に比べて、相対的にＡｌを多く含有しており、エネルギーバンドギャップが大きいので電子伝導度が相対的に低い。従って、信頼性強化層１３５の厚さは５nm〜２００nmにすることが好ましい。
【００４３】
また、第１実施例では、前記信頼性強化層１３５はInxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０＜y≦１)を含むことができ、前記信頼性強化層１３５のAlの組成(y)は０.０５≦y≦０.５にすることができる。
【００４４】
例えば、n-電子注入層である第２導電型の半導体層１１２の母材(matrix)が窒化ガリウム(GaN)或いはこれと等しいエネルギーバンドギャップを有する窒化物半導体から構成される場合、母材中に配置する窒化物半導体信頼性強化層１３５のAlの組成(y)は０.０５≦y≦０.５にすることができる。
【００４５】
Al組成が増加するほど信頼性強化層のエネルギーバンドギャップは増加し、第２導電型の半導体層１１２のn-型電気伝導特性は低下する。第１実施例によれば、信頼性強化層１３５のAl組成が５％以下であれば、n-型電子注入層の窒化ガリウムに対する信頼性強化層のエネルギーバンドギャップの差が小さく、エッチング工程に対するエッチング選択度が下がることから、効果的なエッチング遮断層の機能をすることができない。
【００４６】
また、第１の実施例では、前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエネルギーバンドギャップが大きい。このため、前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエネルギーバンド準位が高いので、エッチング防止膜の機能をすることができる。
【００４７】
例えば、n-電子注入層である第２導電型の半導体層１１２の母材(matrix)が窒化ガリウムアルミニウム、例えばInpAlqGa１-p-qN(０≦p≦１、０≦q≦１、０≦p+q≦１)を含む場合、母材中に配置される窒化物半導体信頼性強化層１３５のAl組成が母材のAl組成より大きい時、効果的にエッチング遮断層として作動する。
【００４８】
例えば、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂがInpAlqGa１-p-qN(０≦p≦１、０≦q≦１、０≦p+q≦１)の組成式を有する半導体物質を含み、前記信頼性強化層１３５がInxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０＜y≦１)を含む場合、第２導電型の第３半導体層１１２ｂのAl組成より多くする、または第２導電型の第３半導体層１１２ｂのIn組成より少なくして、エネルギーバンドギャップを大きくすることができるが、これに限定されない。
【００４９】
例えば、前記信頼性強化層のAlの組成(y)はq+０.０５≦y≦q+０.５(但し、０≦q≦０.５)にすることで、効果的にエッチング遮断層として作動することができる。
【００５０】
また、第１の実施例では、前記信頼性強化層１３５はエネルギーバンドギャップが異なる第１信頼性強化層１３５ａと第２信頼性強化層１３５ｂを含むことができ(図４参照)、多重層はAl組成或いはエネルギーバンドギャップの大きさが成長方向或いは活性層の方向に漸進的に減少する特性を有する。また、前記信頼性強化層１３５のIn組成が前記活性層１１５の方向に漸進的に増加する。
【００５１】
また、第１の実施例の信頼性強化層１３５は、エネルギーバンドギャップが異なる第１信頼性強化層１３５ａと第２信頼性強化層１３５ｂが交互に積層されてなる超格子構造を有することができる。
【００５２】
第１の実施例において、信頼性強化層１３５が多重層に構成される場合、単一層に比べて発光素子の電流注入効率を相対的に良くする長所を有する。
【００５３】
第１の実施例では、前記第２導電型の第２半導体層１１２ａの下側に第２電極層１２０を含むことで、効率的にキャリアを供給して高出力の発光素子を具現することができ、前記第２電極層１２０はオーミック層１２２、反射層１２４、結合層１２６、および第２基板１２８を含むことができるが、これに限定されない。
【００５４】
また、第１の実施例では、前記第２導電型の第２半導体層１１２ａと前記活性層１１５との間に電流拡散層１３１、ストレーン制御層１３２等を備え、前記活性層１１５と前記第１導電型の第１半導体層１１１との間に電子遮断層１３３を備えることで、高出力の発光素子を具現することができる。
【００５５】
本実施例によれば、電気的/光学的信頼性を画期的に改善できる発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。
【００５６】
本実施例によれば、信頼性強化層によって、化学的エッチング工程時に発生する薄膜の過度なエッチング問題を解決できる発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。例えば、光抽出パターンを形成するためのエッチング工程が行われる場合、信頼性強化層は層全体的に均一なエッチング深さを提供することで、素子の光学的および電気的特性信頼性が改善され、素子の生産性収率を大きく改善することができる。
【００５７】
また、本実施例によれば、信頼性強化層を第２導電型の半導体層内に設けることで、転位結晶欠陥を通じて進行される電流漏洩による素子の信頼性低下問題を効果的に克服し、信頼性が高い高出力の発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。
【００５８】
また、本実施例によれば、信頼性強化層で電流の流れが遮断されることで、電流拡散(Current Spreading)効果によって発光効率が増大し、高出力の発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。
【００５９】
以下、図３〜図９を参照しながら、第１の実施例に係る発光素子の製造方法および技術的な特徴をもう少し詳しく説明する。
【００６０】
まず、図３のように第１基板１０５を準備する。前記第１基板１０５は伝導性基板または絶縁性基板を含み、例えば前記第１基板１０５は、サファイア(Al２O３)、SiC、Si、GaAs、GaN、ZnO、GaP、InP、Ge、and Ga２O３中の少なくとも一つを用いることができる。前記第１基板１０５の上には凹凸構造が形成されるが、これに限定されない。前記第１基板１０５に対して湿式洗浄を行い表面の不純物を除去することができる。
【００６１】
以後、前記第１基板１０５上に第２導電型の半導体層１１２、活性層１１５および第１導電型の第１半導体層１１１を含む発光構造物１１０を形成することができる。
【００６２】
前記第１基板１０５の上にはバッファ層(図示しない)を形成することができる。前記バッファ層は、前記発光構造物１１０の材料と第１基板１０５の格子不整合を緩和させることができ、バッファ層の材料は第３族-５族化合物半導体、例えばGaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN中の少なくとも一つから形成することができる。以後、前記第１基板１０５上に第２導電型の第３半導体層１１２ｂを形成する。
【００６３】
前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂは、第２導電型ドーパントがドーピングされた第３族-５族化合物半導体から具現することができ、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂがN型半導体層である場合、前記第２導電型ドーパントは、N型ドーパントとしてSi、Ge、Sn、Se、Teを含むことができるが、これに限定されない。
【００６４】
前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂはInpAlqGa１-p-qN(０≦p≦１、０≦q≦１、０≦p+q≦１)の組成式を有する半導体物質を含むことができる。例えば、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂは、GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、InGaAs、AlInGaAs、GaP、AlGaP、InGaP、AlInGaP、InP中の一つ以上から形成することができる。
【００６５】
前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂは、化学蒸着法(CVD)、分子線エピタキシー法(MBE)、スパッタ法、ハイドライド気相エピタキシー(HVPE)等の方法によりN型GaN層を形成することができる。また、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂは、チャンバーにトリメチルガリウムガス(TMGa)、アンモニアガス(NH３)、窒素ガス(N２)、およびシリコンのようなn型不純物を含むシランガス(SiH４)を注入して形成することができる。
【００６６】
次に、図４のように第１の実施例は、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂ上に信頼性強化層１３５を形成する。
前記信頼性強化層１３５は第２導電型InxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０＜y≦１)を含むことができ、単一層或いは多重層に構成することができる。例えば、前記信頼性強化層１３５は、エネルギーバンドギャップが異なる第１信頼性強化層１３５ａと第２信頼性強化層１３５ｂを含むことができ、多重層はAl組成或いはエネルギーバンドギャップの大きさが成長方向或いは活性層の方向に漸進的に減少する特性を有する。また、前記信頼性強化層１３５のIn組成が前記活性層の方向に漸進的に増加する。
【００６７】
また、第１の実施例の信頼性強化層１３５は、エネルギーバンドギャップが異なる第１信頼性強化層１３５ａと第２信頼性強化層１３５ｂが交互に積層されてなる超格子構造を有することができる。
【００６８】
第１の実施例で、信頼性強化層１３５が多重層に構成される場合、単一層に比べて発光素子の電流注入効率を相対的に良くできる長所がある。
【００６９】
第１の実施例によれば、前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエッチング比率が低い。例えば、第１実施例では、前記信頼性強化層１３５は、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりAlの組成比を高くし、Inの組成比を低くすることで、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエッチング比率を低くすることができる。
【００７０】
例えば、第１の実施例によれば、Al組成が多いほど化学的にエッチングされる速度が遅くなり、In成分が多いほど化学的にエッチングされる速度が速くなる。これは、Al原子とN原子の化学的結合力がGa原子とN原子の化学的結合力より大きく、Ga原子とN原子の結合力がIn原子とN原子間の化学的結合力より大きいためである。
【００７１】
第１の実施例で、前記信頼性強化層１３５は第２導電型の第３半導体層１１２ｂより化学的にエッチングされる速度が遅いので、化学的エッチングの進行は前記信頼性強化層１３５で実質的に止まることになる。従って、発光構造物１１０の薄膜内で、不均一に一定の部位で発生する過度な化学的エッチングの進行は、信頼性強化層１３５によって効果的に遮断される。
【００７２】
本実施例によれば、信頼性強化層によって化学的エッチング工程時に発生する薄膜の過度なエッチング問題を解決できる発光素子および発光素子の製造方法を提供することができる。
【００７３】
第１の実施例によれば、信頼性強化層１３５の電気抵抗(Resistance)が第２導電型の第３半導体層１１２ｂの電気抵抗より大きい。例えば、前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエネルギーバンドギャップが相対的に大きく、化学的に安定したInxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０≦y≦１)を含むことで、第２導電型の第３半導体層１１２ｂより電気抵抗を大きくすることができる。
【００７４】
第１の実施例に係る発光素子は、信頼性強化層１３５を第２導電型の半導体層１１２内に備えることで、転位結晶欠陥を通じて進行される電流漏洩による素子の信頼性低下問題を効果的に克服し、信頼性が高い高出力大面積照明用の発光素子を提供することができる。
【００７５】
また、本実施例は、信頼性強化層で電流の流れが遮断されることで、電流拡散効果により発光効率が増大し、高出力の発光素子を提供することができる。
【００７６】
第１の実施例では、前記信頼性強化層１３５は５nm〜２００nmの厚さにすることができる。信頼性強化層１３５の厚さが５nm未満であれば、エッチング遮断層として機能することができず、エッチングを遮断できなくなることもある。例えば、ドライエッチング工程の場合、エッチングダメージにより信頼性強化層の表面部位が物理化学的に結晶性が低下する。従って、第１実施例によれば、信頼性強化層１３５の厚さは少なくとも５nm以上にすることが好ましい。
【００７７】
一方、信頼性強化層１３５の厚さが２００nmを超えると、n-型電極パッドから活性層に注入される電流の注入効率が低下し、素子の抵抗が増加する問題がある。信頼性強化層は第２導電型の半導体層１１２の電子注入層より、相対的にＡｌを多く含有しており、エネルギーバンドギャップが大きいので、電子伝導度が相対的に低い。従って、信頼性強化層の厚さは５nm〜２００nmの厚さにすることが好ましい。
【００７８】
また、前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の半導体層１１２と同じ系列の物質から形成され、前記第２導電型の半導体層１１２と同一導電型にドーピングされるが、これに限定されない。
【００７９】
例えば、前記信頼性強化層１３５は窒化物系の半導体層、例えばInxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０＜y≦１)を含むことができ、第２導電型にドーピングすることができる。例えば、第２導電型の半導体層１１２がN型窒化物半導体層である場合、前記信頼性強化層はN型InxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０＜y≦１)を含むことができる。
【００８０】
また、第１の実施例で、前記信頼性強化層１３５はInxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０＜y≦１)を含むことができ、前記信頼性強化層１３５のAlの組成(y)は０.０５≦y≦０.５にすることができる。
【００８１】
例えば、n-電子注入層である第２導電型の半導体層１１２の母材(matrix)が窒化ガリウム(GaN)或いはこれと等しいエネルギーバンドギャップを有する窒化物半導体から構成される場合、母材中に配置する窒化物半導体信頼性強化層１３５のAlの組成(y)は０.０５≦y≦０.５にすることができる。
【００８２】
Al組成が増加するほど信頼性強化層のエネルギーバンドギャップは増加し、第２導電型の半導体層１１２のn-型電気伝導特性は低下する。第１実施例によれば、信頼性強化層１３５のAl組成が５％以下であれば、n-型電子注入層の窒化ガリウムに対する信頼性強化層のエネルギーバンドギャップの差が小さく、エッチング工程に対するエッチング選択度が下がることから、効果的なエッチング遮断層の機能をすることができない。
【００８３】
また、第１実施例では、前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエネルギーバンドギャップが大きい。このため、前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエネルギーバンド準位が高いので、エッチング防止膜の機能をすることができる。
【００８４】
例えば、n-電子注入層である第２導電型の半導体層１１２の母材(matrix)が窒化ガリウムアルミニウム、例えばInpAlqGa１-p-qN(０≦p≦１、０≦q≦１、０≦p+q≦１)を含む場合、母材中に配置される窒化物半導体信頼性強化層１３５のAl組成が母材のAl組成より大きい時、効果的にエッチング遮断層として作動する。
【００８５】
例えば、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂがInpAlqGa１-p-qN(０≦p≦１、０≦q≦１、０≦p+q≦１)の組成式を有する半導体物質を含み、前記信頼性強化層１３５がInxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０＜y≦１)を含む場合、第２導電型の第３半導体層１１２ｂのAl組成より多くする、または第２導電型の第３半導体層１１２ｂのIn組成より少なくして、エネルギーバンドギャップを大きくすることができるが、これに限定されない。
【００８６】
例えば、前記信頼性強化層のAlの組成(y)はq+０.０５≦y≦q+０.５(但し、０≦q≦０.５)にすることで、効果的にエッチング遮断層として作動することができる。
【００８７】
次に、図５のように信頼性強化層１３５上に第２導電型の第２半導体層１１２ａを形成する。前記第２導電型の第２半導体層１１２ａは前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂと同一系列の物質から形成することができる。
【００８８】
例えば、前記第２導電型の第２半導体層１１２ａはn型InpAlqGa１-p-qN(０≦p≦１、０≦q≦１、０≦p+q≦１)の組成式を有する半導体物質を含むことができるが、これに限定されない。
【００８９】
次に、前記第２導電型の第２半導体層１１２ａ上に電流拡散層１３１を形成する。前記電流拡散層１３１はノンドープGaN層(undoped GaN layer)からなることができるが、これに限定されない。
【００９０】
以後、第１の実施例は、前記電流拡散層上に電子注入層(図示しない)を形成することができる。前記電子注入層は第２導電型窒化ガリウム層からなることができる。例えば、前記電子注入層は、n型ドーピング元素が６.０×１０１８atoms/cm3〜８.０×１０１８atoms/cm3の濃度でドーピングされることで、効率的に電子を注入することができる。
【００９１】
また、第１の実施例は、電子注入層上にストレーン制御層１３２を形成することができる。例えば、電子注入層上にInyAlxGa(１-x-y)N(０≦x≦１、０≦y≦１)/GaNなどで形成されたストレーン制御層１３２を形成することができる。
【００９２】
前記ストレーン制御層１３２は、第２導電型の半導体層１１２と活性層１１５の間の格子不整合に起因する応力を効果的に緩和させることができる。
【００９３】
また、前記ストレーン制御層１３２は、第１Inx１GaNおよび第２Inx２GaNなどの組成を有する少なくとも６周期で繰返し積層されることで、より多い電子が活性層１１５の低いエネルギー準位に集まることになり、結果的に電子と正孔の再結合確率が増加し、発光効率が向上される。
【００９４】
以後、前記ストレーン制御層１３２上に活性層１１５を形成する。
前記活性層１１５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、または量子点(Quantum Dot)構造中の少なくとも一つからなることができる。例えば、前記活性層１１５は、トリメチルガリウムガス(TMGa)、アンモニアガス(NH３)、窒素ガス(N２)、およ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るが、これに限定されない。
【００９５】
前記活性層１１５の井戸層/障壁層は、InGaN/GaN、InGaN/InGaN、GaN/AlGaN、InAlGaN/GaN、GaAs(InGaAs)/AlGaAs、GaP(InGaP)/AlGaP中のいずれか一つ以上のペア構造からなることができるが、これに限定されない。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からなることができる。
このとき、第１の実施例で、前記活性層と前記信頼性強化層１３５の間の距離は約０.３μm〜約５μmになるように形成することができる。
【００９６】
このため、第１の実施例によれば、信頼性強化層１３５と活性層１１５の間の距離(D)が５μmを超えて厚くなれば、電子注入層である第２導電型の半導体層１１２の厚さが増加して有効屈折率が増加することになり、光抽出パターン(P)の平坦化により光抽出効率が減少する。よって、信頼性強化層１３５と活性層１１５の間の距離(D)は５μm以下である場合に、エッチング遮断機能と共に光抽出効率に寄与することができる。
【００９７】
また、第１の実施例によれば、信頼性強化層が効果的に作動して素子の漏洩電流を効果的に遮断すると共に、注入される電子が均一に横方向に分散して活性層に注入されるようにするために、信頼性強化層と活性層の間の距離(D)は約０.３μm以上にすることが好ましい。
【００９８】
次に、第１の実施例では、前記活性層１１５上には電子遮断層１３３が形成され、電子遮断および活性層のクラッディング(MQW cladding)の役割をすることで、発光効率を改善することができる。例えば、前記電子遮断層１３３はAlxInyGa(１-x-y)N(０≦x≦１、０≦y≦１)系の半導体からなり、前記活性層１１５のより高いエネルギーバンドギャップを有し、約１００Å〜 約６００Åの厚さに形成されるが、これに限定されない。
また、前記電子遮断層１３３はAlzGa(１-z)N/GaN(０≦z≦１)超格子に形成されるが、これに限定されない。
【００９９】
前記電子遮断層１３３は、p型にイオン注入されてオーバーフローされる電子を効率的に遮断し、ホールの注入効率を増大させることができる。例えば、前記電子遮断層１３３は、Mgが約１０１８〜１０２０/cm3の濃度範囲にイオン注入されてオーバーフローされる電子を効率的に遮断し、ホールの注入効率を増大させることができる。
【０１００】
次に、前記電子遮断層１３３上に第１導電型の第１半導体層１１１を形成する。前記第１導電型の第１半導体層１１１は、第１導電型ドーパントがドーピングされた第３族-５族の化合物半導体、例えばInxAlyGa１-x-yN(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むことができる。前記第１導電型の第１半導体層１１１がP型半導体層である場合、前記第１導電型ドーパントはP型ドーパントとしてMg、Zn、Ca、Sr、Baなどを含むことができる。
【０１０１】
前記第１導電型の第１半導体層１１１は、チャンバーにトリメチルガリウムガス(TMGa)、アンモニアガス(NH３)、窒素ガス(N２)、およびマグネシウム(Mg)のようなp型不純物を含むビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム(EtCp２Mg){Mg(C２H５C５H４)２}が注入されてp型GaN層が形成されるが、これに限定されない。
【０１０２】
第１の実施例で、前記第２導電型の半導体層１１２はN型半導体層、前記第１導電型の第１半導体層１１１はP型半導体層で具現することができるが、これに限定されない。また前記第１導電型の第１半導体層１１１の上には前記第１導電型と反対の極性を有する半導体、例えばN型半導体層(図示しない)を形成することができる。このため、発光構造物１１０はN-P接合構造、P-N接合構造、N-P-N接合構造、P-N-P接合構造中のいずれか一つの構造で具現することができる。
【０１０３】
次に、図６のように前記第１導電型の第１半導体層１１１上に第２電極層１２０を形成する。前記第２電極層１２０はオーミック層１２２、反射層１２４、結合層１２６、第２基板１２８等を含むことができる。前記第２電極層１２０はチタン(Ti)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、白金(Pt)、金(Au)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、または不純物が注入された半導体基板中の少なくとも一つから形成することができる。
【０１０４】
例えば、前記第２電極層１２０はオーミック層１２２を含むことができ、正孔注入を効率的にできるように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することができる。例えば、前記オーミック層１２２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、およびNi/IrOx/Au/ITO、Ag、Ni、Cr、Ti、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf中の少なくとも一つを含んで形成されるが、このような材料に限定されない。
【０１０５】
また、前記第２電極層１２０が反射層１２４を含む場合、Al、Ag、或いはAlやAgを含む合金を含む金属層からなることができる。アルミニウムや銀などは活性層から発生した光を効果的に反射し、発光素子の光抽出効率を大きく改善することができる。
【０１０６】
また、前記第２電極層１２０が結合層１２６を含む場合、前記反射層１２４が結合層の機能をすることができ、またニッケル(Ni)、金(Au)等を利用して結合層を形成することができる。
【０１０７】
また、第２電極層１２０は第２基板１２８を含むことができる。前記第２基板１２８は、効率的に正孔を注入することができるように、電気伝導性が優秀な金属、金属合金、或いは伝導性半導体物質からなることができる。例えば、前記第２基板１２８は、銅(Cu)、金(Au)、銅合金(Cu Alloy)、ニッケル(Ni-nickel)、銅-タングステン(Cu-W)、キャリアウェハ(例えば、GaN、Si、Ge、GaAs、ZnO、SiGe、SiCなど)等を選択的に含むことができる。
【０１０８】
前記第２基板１２８を形成する方法としては、電気化学的な金属蒸着方法や共晶金属(eutectic metal)を利用したボンディング方法などを用いることができる。
【０１０９】
次に、図７のように、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂが露出するように前記第１基板１０５を除去する。前記第１基板１０５を除去する方法としては、高出力のレーザを利用して第１基板を分離させることができ、または化学的エッチング方法を用いることができる。また、前記第１基板１０５は物理的に研磨することで除去することもできる。
【０１１０】
例えば、レーザリフトオフ法は、常温で所定のエネルギーを加えると、前記第１基板１０５と発光構造物の界面でエネルギーが吸収され、発光構造物の接合表面が熱分解されることで、第１基板１０５と発光構造物を分離される。
【０１１１】
次に、図８のように第１実施例は、露出する第２導電型の第３半導体層１１２ｂ上に光抽出パターン(P)を形成することができる。
前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂに光抽出パターン(P)を形成するために、第２導電型の第３半導体層１１２ｂに対するエッチングを行う場合、前記信頼性強化層１３５がエッチング防止膜の機能をすることで、前記第２導電型の第２半導体層１１２ａがエッチングされず、その信頼性を向上させることができる。
【０１１２】
例えば、第１の実施例によれば、サファイア基板などの薄膜成長用第１基板１０５から発光構造物１１０のエピ薄膜を分離した後に露出する第２導電型の第３半導体層１１２ｂは平坦な表面を有し、露出する第２導電型の第３半導体層１１２ｂに光抽出効率改善のために、化学的エッチング方法によって表面粗さ、例えば光抽出パターン(P)を形成することができる。
【０１１３】
第１の実施例によれば、前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエッチング比率が低い。
【０１１４】
例えば、第１の実施例によれば、Al組成が多いほど化学的にエッチングされる速度が遅くなり、In成分が多いほど化学的にエッチングされる速度が速くなる。これは、Al原子とN原子の化学的結合力がGa原子とN原子の化学的結合力より大きく、Ga原子とN原子の結合力がIn原子とN原子間の化学的結合力より大きいためである。
【０１１５】
第１の実施例で、前記信頼性強化層１３５は第２導電型の第３半導体層１１２ｂより化学的にエッチングされる速度が遅いので、化学的エッチングの進行は前記信頼性強化層１３５で実質的に止まることになる。従って、発光構造物１１０の薄膜内で、不均一に一定の部位で発生する過度な化学的エッチングの進行は、信頼性強化層１３５によって効果的に遮断される。
【０１１６】
例えば、前記信頼性強化層１３５がInxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０≦y≦１)を含む場合、第２導電型の第３半導体層１１２ｂのAl組成より多くし、第２導電型の第３半導体層１１２ｂのIn組成より少なくして、エネルギーバンドギャップを大きくすることができるが、これに限定されない。
【０１１７】
第１の実施例によれば、信頼性強化層１３５は第２導電型の半導体層より化学的、または物理的にエッチングされる速度が遅いから、化学的エッチングの進行は信頼性強化層で実質的に止まることになる。従って、薄膜内で不均一に一定の部位で発生する過度な化学的エッチングの進行は、信頼性強化層によって効果的に遮断される。よって、第２導電型の半導体層は、層全体的に均一なエッチング深さを持つようになる。
【０１１８】
また、第１の実施例で、信頼性強化層は、光抽出パターンを形成するためのドライエッチングダメージを防止することができ、信頼性強化層にAlの組成が高い場合、ドライエッチングのエッチング遮断層の機能をすることができる。
【０１１９】
このため、第１の実施例によれば、信頼性強化層によって層全体的に均一なエッチング深さを提供することで、素子の光学的および電気的特性信頼性が改善され、素子の生産収率を大きく改善することができる。
【０１２０】
次に、図９のように、前記光抽出パターン(P)が形成された第２導電型の第３半導体層１１２ｂ上にパッド電極１４０を形成し、第１実施例による発光素子１００を形成することができる。
【０１２１】
本実施例は、電気的/光学的信頼性を画期的に改善できる発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。
【０１２２】
本実施例によれば、信頼性強化層によって、化学的エッチング工程時に発生する薄膜の過度なエッチング問題を解決できる発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。例えば、光抽出パターンを形成するためのエッチング工程が行われる場合、信頼性強化層は層全体的に均一なエッチング深さを提供することで、素子の光学的および電気的特性信頼性が改善され、素子の生産性収率を大きく改善することができる。
【０１２３】
また、本実施例によれば、信頼性強化層を第２導電型の半導体層内に設けることで、転位結晶欠陥を通じて進行される電流漏洩による素子の信頼性低下問題を効果的に克服し、信頼性が高い高出力の発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。
【０１２４】
また、本実施例は、信頼性強化層で電流の流れが遮断されることで、電流拡散効果によって発光効率が増大し、高出力の発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。
【０１２５】
(第２の実施例)
図１０は、第２の実施例に係る発光素子１０２の断面図である。
第２の実施例に係る発光素子１０２は、第１の実施例に係る発光素子１００の技術的な特徴を採用することができる。
【０１２６】
第２の実施例に係る発光素子１０２は、第１導電型の第１半導体層１１１と、前記第１導電型の第１半導体層１１１上に形成された活性層１１５と、前記活性層１１５上に形成された第２導電型の第２半導体層１１２ａと、前記第２導電型の第２半導体層１１２ａ上に突出部を有して形成された信頼性強化層１３５と、前記信頼性強化層１３５上に形成された第２導電型の第３半導体層１１２ｂとを備えることができる。
【０１２７】
第２の実施例で、信頼性強化層はエッチングに対する信頼性強化層、漏洩電流の防止による信頼性強化層などの機能をすることができるが、これに限定されない。
【０１２８】
前記第２導電型の第２半導体層１１２ａおよび前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂは、電子注入層の機能をする第２導電型の半導体層１１２を構成することができる。
【０１２９】
前記第１導電型の第１半導体層１１１、前記活性層１１５および前記第２導電型の半導体層１１２は発光構造物１１０を構成することができ、前記第２導電型の半導体層１１２上にはパッド電極１４０を形成することができる。
【０１３０】
前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の半導体層１１２と同一系列の物質で形成することができ、前記第２導電型の半導体層１１２と同一導電型にドーピングすることができる。
【０１３１】
前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエネルギーバンドギャップが大きい。このため、前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエネルギーバンド準位が高いので、エッチング防止膜の機能をすることができる。
【０１３２】
本実施例は、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂに光抽出パターン(P)を含むことで、外部光抽出効率を増大させ、高出力の発光素子を提供することができる。
【０１３３】
このとき、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂに光抽出パターン(P)を形成するために、第２導電型の第３半導体層１１２ｂに対するエッチングを行う場合、前記信頼性強化層１３５がエッチング防止膜の機能をするため、前記第２導電型の第２半導体層１１２ａがエッチングされず、信頼性を向上させることができる。
【０１３４】
第２の実施例に係る発光素子で、信頼性強化層１３５のエネルギーバンドギャップが第２導電型の第３半導体層１１２ｂのエネルギーバンドギャップより大きく、結晶欠陥の周囲でその厚さが相対的に厚い特性から、転位などの結晶欠陥(D)を通じて生じる逆方向と純方向の低電流漏洩による素子の電気的信頼性低下問題を画期的に改善することができる。
【０１３５】
図１１は、第２の実施例に係る発光素子の部分(A)拡大図である。例えば、図１１は、第２の実施例に係る発光素子の信頼性強化層１３５部分に対する拡大図である。
【０１３６】
窒化物半導体発光素子は本質的に多数の転位結晶欠陥を薄膜内に持っており、このような転位結晶欠陥は、主要な電流漏洩経路として作動し、発光素子の電気的信頼性を大きく低下させる。
【０１３７】
第２の実施例で、前記信頼性強化層１３５は結晶欠陥(D)周囲で厚さが厚く形成される。例えば、前記信頼性強化層１３５の突出部(A)は結晶欠陥(D)領域に配置され、これにより、結晶欠陥(D)がある信頼性強化層１３５の突出部(A)領域では突出部がない平坦部(ｂ)より抵抗が高いことから、キャリアである電子(e)が突出部(A)ではなく平坦部(ｂ)を介して移動するので、キャリアが結晶欠陥(D)と会う確率を減らすことで、漏洩を遮断し高出力の発光素子を提供することができる。
【０１３８】
第２の実施例によれば、信頼性強化層１３５の電気抵抗が第２導電型の第３半導体層１１２ｂの電気抵抗より大きい。例えば、前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエネルギーバンドギャップが相対的に大きく、化学的に安定したInxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０≦y≦１)を含むことで、第２導電型の第３半導体層１１２ｂより電気抵抗が大きくなる。
【０１３９】
このため、電子は抵抗が大きい信頼性強化層１３５の突出部(A)を通ることなく、抵抗が相対的に小さい突出部の周辺を通じて流れることになる。
【０１４０】
本実施例による発光素子は、信頼性強化層１３５を第２導電型の半導体層１１２内に備えることで、転位結晶欠陥を通じて進行される電流漏洩による素子の信頼性低下問題を効果的に克服し、信頼性が高い高出力大面積照明用の発光素子を提供することができる。
【０１４１】
また、本実施例は、信頼性強化層で電流の流れが遮断されることで、電流拡散効果によって発光効率が増大し、高出力の発光素子を提供することができる。
【０１４２】
本実施例は、前記第２導電型の第２半導体層１１２ａの下側に第２電極層１２０を含むことで、効率的なキャリア供給をして高出力の発光素子を具現することができ、前記第２電極層１２０はオーミック層１２２、反射層１２４、結合層１２６、および第２基板１２８を含むことができるが、これに限定されない。
【０１４３】
また、本実施例は、前記第２導電型の第２半導体層１１２ａと前記活性層１１５の間に電流拡散層１３１、ストレーン制御層１３２等を含み、前記活性層１１５と前記第１導電型の第１半導体層１１１の間に電子遮断層１３３を備えることで、高出力の発光素子を具現することができる。
【０１４４】
本実施例は、電気的/光学的信頼性を画期的に改善できる発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。
【０１４５】
また、本実施例は、信頼性強化層を第２導電型の半導体層内に備えることで、転位結晶欠陥を通じて進行される電流漏洩による素子の信頼性低下問題を効果的に克服し、信頼性が高い高出力の発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。
【０１４６】
また、本実施例は、信頼性強化層で電流の流れが遮断されることで、電流拡散効果によって発光効率が増大し、高出力の発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。
【０１４７】
以下、図１２〜図１８を参照しながら、第２の実施例による発光素子の製造方法および技術的な特徴をもう少し詳しく説明する。
【０１４８】
まず、図１２のように第１基板１０５を準備する。前記第１基板１０５は伝導性基板または絶縁性基板を含み、例えば前記第１基板１０５は、サファイア(Al２O３)、SiC、Si、GaAs、GaN、ZnO、GaP、InP、Ge、and Ga２O３中の少なくとも一つを用いることができる。
【０１４９】
以後、前記第１基板１０５上に第２導電型の半導体層１１２、活性層１１５および第１導電型の第１半導体層１１１を含む発光構造物１１０を形成することができる。前記第１基板１０５の上にはバッファ層(図示しない)を形成することができる。以後、前記第１基板１０５上に第２導電型の第３半導体層１１２ｂを形成する。
【０１５０】
前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂは第２導電型ドーパントがドーピングされた第３族-５族化合物半導体で具現することができ、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂがN型半導体層である場合、前記第２導電型ドーパントは、N型ドーパントとしてSi、Ge、Sn、Se、Teを含むことができるが、これに限定されない。
【０１５１】
前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂはInpAlqGa１-p-qN(０≦p≦１、０≦q≦１、０≦p+q≦１)の組成式を有する半導体物質を含むことができる。
【０１５２】
前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂは、化学蒸着法(CVD)、分子線エピタキシー法(MBE)、スパッタ法、ハイドライド気相エピタキシー(HVPE)等の方法によりN型GaN層を形成することができる。また、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂは、チャンバーにトリメチルガリウムガス(TMGa)、アンモニアガス(NH３)、窒素ガス(N２)、およびシリコンのようなn型不純物を含むシランガス(SiH４)を注入して形成することができる。
【０１５３】
一方、サファイア或いはシリコンなどの異種基板の上にGaN系の第２導電型の第３半導体層１１２ｂを形成する場合、異種基板とGaN物質は面方向の結晶格子定数が相互異なる。
【０１５４】
従って、成長初期に多数のGaN結晶質粒子が形成され、このような結晶質粒子は成長が進行されながら相互会うようになり、相互会う箇所で図１２のように、第２導電型の第３半導体層１１２ｂの表面に溝(pit)(V)を形成する。
【０１５５】
このような溝(pit)は、薄膜成長条件、例えば成長温度、圧力、速度、時間、注入ガスの比率などを調節することで、その大きさ、密度および深さなどえを制御することができ、このような溝(V)はその下部に拡散転位等の結晶欠陥(D)を有する。
【０１５６】
次に、図１３のように、本実施例は、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂ上に信頼性強化層１３５を形成する。
【０１５７】
前記信頼性強化層１３５は第２導電型InxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０≦y≦１)を含むことができ、単一層或いは多重層に構成することができる。例えば、前記信頼性強化層１３５は、エネルギーバンドギャップが異なる第１信頼性強化層１３５ａと第２信頼性強化層１３５ｂを含むことができ、多重層はAl組成或いはエネルギーバンドギャップの大きさが成長方向或いは活性層の方向に漸進的に減少する特性を有する。
【０１５８】
また、本実施例の信頼性強化層１３５は、エネルギーバンドギャップが異なる第１信頼性強化層１３５ａと第２信頼性強化層１３５ｂが交互に積層されてなる超格子構造を有することができる。
【０１５９】
本実施例で、信頼性強化層１３５が多重層に構成される場合、単一層に比べて発光素子の電流注入効率を相対的に良くできる長所がある。
【０１６０】
本実施例によれば、信頼性強化層１３５の成長条件を調節することで、図１３とのように薄膜表面の溝を埋め、薄膜表面を平坦化することができる。
【０１６１】
前記信頼性強化層１３５は、前記第２導電型の半導体層１１２と同一系列の物質で形成することができ、前記第２導電型の半導体層１１２と同一導電型にドーピングすることができる。
【０１６２】
例えば、前記信頼性強化層１３５は窒化物系の半導体層、例えばInxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０≦y≦１)を含むことができ、第２導電型にドーピングすることができる。例えば、第２導電型の半導体層１１２がN型窒化物半導体層である場合、前記信頼性強化層はN型InxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０≦y≦１)を含むことができる。
【０１６３】
本実施例による発光素子で、信頼性強化層１３５のエネルギーバンドギャップが第２導電型の第３半導体層１１２ｂのエネルギーバンドギャップより大きく、結晶欠陥の周囲でその厚さが相対的に厚い特性から、転位などの結晶欠陥(D)を通じて生じる逆方向と純方向の低電流漏洩による素子の電気的信頼性低下問題を画期的に改善することができる。
【０１６４】
本実施例によれば、前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエッチング比率が低い。例えば、実施例で前記信頼性強化層１３５は、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりAlの組成比を高くし、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりInの組成比を低くすることで、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエッチング比率を低くすることができる。
【０１６５】
例えば、本実施例によれば、Al組成が多いほど化学的にエッチングされる速度が遅くなり、In成分が多いほど化学的にエッチングされる速度が速くなる。これは、Al原子とN原子の化学的結合力がGa原子とN原子の化学的結合力より大きく、Ga原子とN原子の結合力がIn原子とN原子間の化学的結合力より大きいためである。
【０１６６】
本実施例で、前記信頼性強化層１３５は第２導電型の第３半導体層１１２ｂより化学的にエッチングされる速度が遅いので、化学的エッチングの進行は前記信頼性強化層１３５で実質的に止まることになる。従って、発光構造物１１０の薄膜内で、不均一に一定の部位で発生する過度な化学的エッチングの進行は、信頼性強化層１３５によって効果的に遮断される。
【０１６７】
本実施例によれば、信頼性強化層によって化学的エッチング工程時に発生する薄膜の過度なエッチング問題解を決できる発光素子および発光素子の製造方法を提供することができる。
【０１６８】
前記信頼性強化層１３５は結晶欠陥(D)周囲で厚さが厚く形成される。例えば、前記信頼性強化層１３５の突出部(A)は結晶欠陥(D)領域に配置され、これにより、結晶欠陥(D)がある信頼性強化層１３５の突出部(A)領域では突出部がない平坦部(ｂ)より抵抗が高いことから、キャリアである電子(e)が突出部(A)ではなく平坦部(ｂ)を介して移動するので、キャリアが結晶欠陥(D)と会う確率を減らすことで、漏洩を遮断し高出力の発光素子を提供することができる。
【０１６９】
本実施例によれば、前記信頼性強化層１３５は、転位などの結晶欠陥(D)の周囲でその厚さが相対的に厚いので、転位などの結晶欠陥を通じて発生する電流漏洩による素子の電気的信頼性の低下問題を効果的に改善することができる。
【０１７０】
本実施例によれば、信頼性強化層１３５の電気抵抗が第２導電型の第３半導体層１１２ｂの電気抵抗より大きい。例えば、前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエネルギーバンドギャップが相対的に大きく、化学的に安定したInxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０≦y≦１)を含むことで、第２導電型の第３半導体層１１２ｂより電気抵抗を大きくなる。
【０１７１】
このため、電子は抵抗が大きい信頼性強化層１３５の突出部(A)を通ることなく、抵抗が相対的に小さい突出部の周辺を通じて流れることになる。
【０１７２】
本実施例による発光素子は、信頼性強化層１３５を第２導電型の半導体層１１２内に備えることで、転位結晶欠陥を通じて進行される電流漏洩による素子の信頼性低下問題を効果的に克服し、信頼性が高い高出力大面積照明用の発光素子を提供することができる。
【０１７３】
また、本実施例は、信頼性強化層で電流の流れが遮断されることで、電流拡散効果によって発光効率が増大し、高出力の発光素子を提供することができる。
【０１７４】
次に、図１４のように、信頼性強化層１３５上に第２導電型の第２半導体層１１２ａを形成する。前記第２導電型の第２半導体層１１２ａは、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂと同一系列の物質から形成される。
【０１７５】
例えば、前記第２導電型の第２半導体層１１２ａは、n型InpAlqGa１-p-qN(０≦p≦１、０≦q≦１、０≦p+q≦１)の組成式を有する半導体物質を含むことができるが、これに限定されない。
【０１７６】
次に、前記第２導電型の第２半導体層１１２ａ上に電流拡散層１３１を形成する。前記電流拡散層１３１はノンドープGaN層(undoped GaN layer)からなることができるが、これに限定されない。
以後、本実施例は、前記電流拡散層上に電子注入層(図示しない)を形成することができる。前記電子注入層は第２導電型窒化ガリウム層からなることができる。また、実施例は、電子注入層上にストレーン制御層１３２を形成することができる。以後、前記ストレーン制御層１３２上に活性層１１５を形成する。
【０１７７】
前記活性層１１５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、または量子点(Quantum Dot)構造中の少なくとも一つからなることができる。
【０１７８】
本実施例で、前記活性層１１５上には電子遮断層１３３が形成され、電子遮断および活性層のクラッディング(MQW cladding)の役割をすることで、発光効率を改善することができる。
【０１７９】
次に、前記電子遮断層１３３上に第１導電型の第１半導体層１１１を形成する。前記第１導電型の第１半導体層１１１は、第１導電型ドーパントがドーピングされた第３-族-５族の化合物半導体、例えばInxAlyGa１-x-yN(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むことができる。
【０１８０】
次に、図１５のように、前記第１導電型の第１半導体層１１１上に第２電極層１２０を形成する。前記第２電極層１２０は、オーミック層１２２、反射層１２４、結合層１２６、第２基板１２８等を含むことができる。
次に図１６のように、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂが露出するように前記第１基板１０５を除去する。
次に、図１７のように、本実施例は、露出される第２導電型の第３半導体層１１２ｂ上に光抽出パターン(P)を形成することができる。
【０１８１】
前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂに光抽出パターン(P)を形成するために、第２導電型の第３半導体層１１２ｂに対するエッチングを行う場合、前記信頼性強化層１３５がエッチング防止膜の機能をすることで、前記第２導電型の第２半導体層１１２ａがエッチングされず、信頼性を向上させることができる。
【０１８２】
例えば、本実施例によれば、サファイア基板などの薄膜成長用第１基板１０５から発光構造物１１０のエピ薄膜を分離した後に露出する第２導電型の第３半導体層１１２ｂは平坦な表面を有し、露出する第２導電型の第３半導体層１１２ｂに光抽出効率改善のために、化学的エッチング方法によって表面粗さ、例えば光抽出パターン(P)を形成することができる。
【０１８３】
本実施例によれば、前記信頼性強化層１３５が前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエッチング比率が低い。
【０１８４】
本実施例で、前記信頼性強化層１３５は第２導電型の第３半導体層１１２ｂより化学的にエッチングされる速度が遅いので、化学的エッチングの進行は前記信頼性強化層１３５で実質的に止まることになる。従って、発光構造物１１０の薄膜内で、不均一に一定の部位で発生する過度な化学的エッチングの進行は信頼性強化層１３５によって効果的に遮断される。
【０１８５】
本実施例による発光素子で、信頼性強化層１３５のエネルギーバンドギャップが第２導電型の第３半導体層１１２ｂのエネルギーバンドギャップより大きく、結晶欠陥の周囲でその厚さが相対的に厚い特性から、転位などの結晶欠陥(D)を通じて生じる逆方向と純方向の低電流漏洩による素子の電気的信頼性低下問題を画期的に改善することができる。
【０１８６】
次に、図１８のように、前記光抽出パターン(P)が形成された第２導電型の第３半導体層１１２ｂ上にパッド電極１４０を形成し、実施例による発光素子１０２を形成することができる。
【０１８７】
本実施例は、電気的/光学的信頼性を画期的に改善できる発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。
【０１８８】
また、本実施例は、信頼性強化層を第２導電型の半導体層内に備えることで、転位結晶欠陥を通じて進行される電流漏洩による素子の信頼性低下問題を効果的に克服し、信頼性が高い高出力の発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。
【０１８９】
また、本実施例は、信頼性強化層で電流の流れが遮断されることで、電流拡散効果によって発光効率が増大し、高出力の発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。
【０１９０】
図１９は、本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を説明する図面である。
【０１９１】
本発明の一実施例による発光素子パッケージ２００は、パッケージ本体部２０５と、前記パッケージ本体部２０５に設置された第３電極層２１３および第４電極層２１４と、前記パッケージ本体部２０５に設置され、前記第３電極層２１３および第４電極層２１４と電気的に連結される発光素子１００と、前記発光素子１００を包囲するモールディング部材２４０とを含む。
【０１９２】
前記パッケージ本体部２０５は、シリコン材質、合成樹脂材質、または金属材質を含んでなることができ、前記発光素子１００の周囲に傾斜面を形成することができる。
【０１９３】
前記第３電極層２１３および第４電極層２１４は相互電気的に分離され、前記発光素子１００に電源を提供する役割をする。また、前記第３電極層２１３および第４電極層２１４は、前記発光素子１００から発生した光を反射して光効率を増加させる役割をすることができ、前記発光素子１００から発生した熱を外部に排出する役割をすることもできる。
【０１９４】
前記発光素子１００は、図１に例示された垂直型タイプの第１の実施例の発光素子１００が適用されるが、これに限定されるものではなく、第２の実施例の発光素子１０２、および水平型発光素子も適用することができる。
【０１９５】
前記発光素子１００は、前記パッケージ本体部２０５の上、或いは前記第３電極層２１３または第４電極層２１４の上に設置することができる。
【０１９６】
前記発光素子１００は、前記第３電極層２１３および/または第４電極層２１４とワイヤ方式、フリップチップ方式、またはダイボンディング方式のいずれか一つによって電気的に連結される。実施例では、前記発光素子１００が前記第３電極層２１３とワイヤ２３０を介して電気的に連結され、前記第４電極層２１４と直接接触して電気的に連結されたものが例示されている。
【０１９７】
前記モールディング部材２４０は、前記発光素子１００を包囲して前記発光素子１００を保護することができる。また、前記モールディング部材２４０には蛍光体が含まれ、前記発光素子１００から放出された光の波長を変化させることができる。
【０１９８】
本発明の一実施例による発光素子パッケージは、複数個が基板上にアレイされ、前記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、プリズムシート、拡散シート、蛍光シートなどが配置される。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や照明ユニットとして機能することができ、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、街灯を含むことができる。
【０１９９】
図２０は、本発明の一実施例による照明ユニットの斜視図１１００である。なお、図２０の照明ユニット１１００は照明システムの一例であり、これに限定されるものではない。
【０２００】
本実施例で、前記照明ユニット１１００はケース本体１１１０と、前記ケース本体１１１０に設置された発光モジュール部１１３０と、前記ケース本体１１１０に設置され、外部電源から電源が提供される連結端子１１２０とを含むことができる。
【０２０１】
前記ケース本体１１１０は、放熱特性が良好な材質から形成されることが好ましく、例えば金属材質または樹脂材質から形成することができる。
【０２０２】
前記発光モジュール部１１３０は、基板１１３２と、前記基板１１３２に載置される少なくとも一つの発光素子パッケージ２００を含むことができる。
【０２０３】
前記基板１１３２は絶縁体に回路パターンが印刷されたものからなることができ、例えば、一般のプリント基板(PCB)、メタルコアPCB、フレキシブルプリント基板、セラミックPCBなどを含むことができる。
【０２０４】
また、前記基板１１３２は、光を効率的に反射する材質や、表面が光を効率的に反射するカラー、例えば白色、銀色などからなることができる。
【０２０５】
前記基板１１３２上には前記少なくとも一つの発光素子パッケージ２００が載置される。前記発光素子パッケージ２００のそれぞれは、少なくとも一つの発光ダイオード１００を含むことができる。前記発光ダイオード１００は、赤色、緑色、青色、または白色の有色光をそれぞれ発光する有色発光ダイオードおよび紫外線を発光する紫外線発光ダイオードを含むことができる。
【０２０６】
前記発光モジュール部１１３０は色相および輝度を得るために、多様な発光素子パッケージ２００の組合を有して配置されることができる。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および緑色発光ダイオードを組合せて配置することができる。
【０２０７】
前記連結端子１１２０は、前記発光モジュール部１１３０と電気的に連結されて電源を供給することができる。実施例で、前記連結端子１１２０はソケット方式により外部電源と連結されるが、これに限定されない。例えば、前記連結端子１１２０はピン形態に形成されて外部電源に挿入、または配線によって外部電源に連結されることもできる。
【０２０８】
図２１は、本発明の一実施例によるバックライトユニットの分解斜視図である。なお、図２１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、これに限定されるものではない。
【０２０９】
本実施例によるバックライトユニット１２００は、導光板１２１０と、前記導光板１２１０に光を提供する発光モジュール部１２４０と、前記導光板１２１０の下に反射部材１２２０と、前記導光板１２１０、発光モジュール部１２４０および反射部材１２２０を収納するボトムカバー１２３０を含むことができるが、これに限定されない。
【０２１０】
前記導光板１２１０は、光を拡散させて面光源化する役割をする。前記導光板１２１０は透明材質からなることができ、例えば、PMMA(polymethyl metaacrylate)のようなアクリル系樹脂、PET(polyethylene terephthlate)、PC(poly carbonate)、COC(cycloolefin copolymer)、およびPEN(polyethylene naphthalate)樹脂中の一つを含むことができる。
【０２１１】
前記発光モジュール部１２４０は、前記導光板１２１０の少なくとも一側面に光を提供し、究極的には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ことになる。
【０２１２】
前記発光モジュール部１２４０は前記導光板１２１０と接するようにすることができるが、これに限定されない。具体的には、前記発光モジュール部１２４０は基板１２４２と、前記基板１２４２に載置された多数の発光素子パッケージ２００を含み、前記基板１２４２が前記導光板１２１０と接するようにすることができるが、これに限定されない。
【０２１３】
前記基板１２４２は、回路パターン(図示しない)を含むプリント基板(PCB)からなることができる。なお、前記基板１２４２は一般のプリント基板だけでなく、メタルコアPCB、フレキシブルプリント基板等を含むこともでき、これに限定されない。
【０２１４】
そして、前記多数の発光素子パッケージ２００は、前記基板１２４２上に、光が放出される発光面が前記導光板１２１０と所定距離離隔するように載置することができる。
【０２１５】
前記導光板１２１０の下には、前記反射部材１２２０を形成することができる。前記反射部材１２２０は、前記導光板１２１０の下面に入射された光を上方に反射させることで、前記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。前記反射部材１２２０は、例えばPET、PC、PVCレジンなどからなることができるが、これに限定されない。
【０２１６】
前記ボトムカバー１２３０は、前記導光板１２１０、発光モジュール部１２４０および反射部材１２２０等を収納することができる。このために、前記ボトムカバー１２３０は上面が開口されたボックス形状に形成されるが、これに限定されない。
【０２１７】
前記ボトムカバー１２３０は、金属材質、または樹脂材質からなることができ、プレス成形または押出成形などの工程により製造することができる。
【０２１８】
本実施例は、電気的/光学的信頼性を画期的に改善できる発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。
【０２１９】
以上、本発明を実施例を中心に説明したが、これは例示であり、本発明がこれらの実施例に限定されるものではない。本発明が属する分野の通常の知識を持った者であれば、本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲内で、以上で例示されていない多様な変形と応用が可能なことは勿論である。例えば、実施例に具体的に示さ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、このような変形と応用に係る差異点は、添付される請求の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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する素子である。例えば、ＬＥＤは化合物半導体の組成比を調節することによって多様な色を具現することが可能である。
【０００３】
従来技術による発光素子は、窒化物半導体を利用して形成する。例えば、従来技術による発光素子は、p-GaN層、活性層およびn-GaN層を含む。
【０００４】
一方、従来技術によれば、n-GaN層に光抽出効率を改善するために化学的エッチング方法によって表面粗さを持たせることがある。
【０００５】
ところで、このような化学的エッチング方法は、n-GaNエピ層内でエッチング深さのバラツキを引き起こす問題がある。
【０００６】
例えば、n-GaNエピ層内で一部分が過度にエッチングされ、このような部位は素子作動時、注入電流の漏洩および電気的/光学的信頼性を低下させる要因となる。特に、n-GaNエピ層内の結晶欠陥の周囲における過度なエッチングは、素子の信頼性を深刻に低下させる。
【０００７】
特に、大面積/高出力照明用の発光素子の場合、小面積/低出力発光素子に比べて注入電流量が相対的に多く、発光面積が広いことから、素子の信頼性問題はより重要となる。
【０００８】
また、窒化物半導体発光素子は、本質的に数多い拡散転位(threading dislocations)などの結晶欠陥が存在する。このような結晶欠陥は、特に垂直型発光素子の場合、負電極と正電極の間に直接的な電流の漏洩経路を形成し、またn-GaN層表面に対する化学的エッチング工程時、結晶欠陥の周囲に優先的なエッチングが行われるので、発光素子の電気的信頼性を深刻に低下させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の問題点を解消すべく、電気的/光学的信頼性を改善できる発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様による発光素子は、第１導電型の第１半導体層と、前記第１導電型の第１半導体層上の活性層と、前記活性層上の第２導電型の第２半導体層と、前記第２導電型の第２半導体層上の信頼性強化層と、前記信頼性強化層上の、光抽出パターンを有する第２導電型の第３半導体層とを備え、前記信頼性強化層と前記活性層との間の距離は０.３μm〜５μmにすることができる。
【００１１】
また、本発明の一態様による発光素子は、第１導電型の第１半導体層と、前記第１導電型の第１半導体層上の活性層と、前記活性層上の第２導電型の第２半導体層と、前記第２導電型の第２半導体層上の、突出部を有する信頼性強化層と、前記信頼性強化層上の第２導電型の第３半導体層とを備える。
【００１２】
本発明の一態様による発光素子パッケージは、パッケージ本体部と、前記パッケージ本体部上の少なくとも１つ以上の電極層と、前記電極層と電気的に連結された前記発光素子と、前記発光素子上のモールディング部材とを備える。
【００１３】
本発明の一態様による照明システムは、基板と、前記基板上に配置された前記発光素子パッケージを有する発光モジュール部とを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施例に係る発光素子の断面図。
【図２Ａ】電子注入層の厚さ変化(t)による有効屈折率(modal index)の変化図。
【図２Ｂ】発光素子における信頼性強化層と活性層の間の距離による素子の逆方向降伏電圧(reverse breakdown voltage、Vr)の特性図の例示図。
【図３】第１の実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図４】第１の実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図５】第１の実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図６】第１の実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図７】第１の実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図８】第１の実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図９】第１の実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図１０】第２の実施例に係る発光素子の断面図。
【図１１】第２の実施例に係る発光素子の部分拡大図。
【図１２】本発明の一実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図１３】本発明の一実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図１４】本発明の一実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図１５】本発明の一実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図１６】本発明の一実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図１７】本発明の一実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図１８】本発明の一実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図。
【図１９】本発明の一実施例に係る発光素子パッケージの断面図。
【図２０】本発明の一実施例に係る照明ユニットの斜視図。
【図２１】本発明の一実施例に係るバックライトユニットの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の発光素子、発光素子パッケージおよび照明システムを添付された図面を参照して説明する。
【００１６】
本発明の実施例の説明において、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/over)」にまたは「下(under)」に形成されると記載される場合、「上(on/over)」と「下(under)」は「直接(directly)」または「他の層を介在して(indirectly)」形成されるものも全部含む。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。
なお、図面において、各層の厚さや大きさは説明の便宜性および明確性を図り、誇張または省略的に、或いは概略的に図示されており、各構成要素の大きさは実際の大きさを全面的に反映するものではない。
【００１７】
(第１の実施例)
図１は、第１実施例に係る発光素子１００の断面図である。
第１の実施例に係る発光素子１００は、第１導電型の第１半導体層１１１と、前記第１導電型の第１半導体層１１１上に形成された活性層１１５と、前記活性層１１５上に形成された第２導電型の第２半導体層１１２ａと、前記第２導電型の第２半導体層１１２ａ上に信頼性強化層１３５と、前記信頼性強化層１３５上に形成された第２導電型の第３半導体層１１２ｂとを備えることができる。
【００１８】
第１の実施例で、信頼性強化層はエッチングに対する信頼性強化層、漏洩電流の防止による信頼性強化層などの機能をすることができるが、これに限定されない。
【００１９】
前記第２導電型の第２半導体層１１２ａおよび前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂは、電子注入層の機能をする第２導電型の半導体層１１２を構成することができる。
【００２０】
前記第１導電型の第１半導体層１１１、前記活性層１１５および前記第２導電型の半導体層１１２は発光構造物１１０を構成することができ、前記第２導電型の半導体層１１２上にはパッド電極１４０を形成することができる。
【００２１】
第１の実施例は、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂに光抽出パターン(P)を有することで、外部光抽出効率を増大させ、高出力の発光素子を提供することができる。
【００２２】
本実施例によれば、光抽出パターン(P)を形成するための化学的エッチング工程時に発生する薄膜の過度なエッチング問題を、信頼性強化層によって解決することができる。例えば、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂに光抽出パターン(P)を形成するために、第２導電型の第３半導体層１１２ｂに対するエッチングを行う場合、前記信頼性強化層１３５がエッチング防止膜の機能をして前記第２導電型の第２半導体層１１２ａがエッチングされないことで、信頼性を向上させることができる。
【００２３】
具体的に、サファイア基板などの薄膜成長用基板からＬＥＤエピ薄膜を分離した後、露出される第２導電型の半導体層は平坦な表面を有し、露出される第２導電型の半導体層は光抽出効率を改善するために、ウェットエッチングまたはドライエッチングによって、ランダムな形状または規則的な形状の表面粗さが持たされる。
【００２４】
このとき、信頼性強化層１３５は、第２導電型の半導体層に比べて化学的または物理的にエッチングされる速度が遅いので、化学的エッチングの進行は信頼性強化層で実質的に停止することになる。従って、薄膜内で不均一に一定の部位で発生する過度な化学的エッチングの進行は、信頼性強化層によって効果的に遮断される。よって、第２導電型の半導体層は、層全体的に均一なエッチング深さを持つようになる。
【００２５】
また、本実施例で信頼性強化層は光抽出パターンを形成するためのドライエッチングダメージを防止することができ、信頼性強化層にAlの組成が高い場合、ドライエッチングのエッチング遮断層の機能をすることができる。
【００２６】
このため、本実施例によれば、信頼性強化層により層全体的に均一なエッチング深さを提供することで、素子の光学的および電気的特性/信頼性を改善し、素子の生産収率を大きく改善することができる。
【００２７】
前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の半導体層１１２と同一系列の物質で形成することができ、前記第２導電型の半導体層１１２と同一導電型にドーピングすることができるが、これに限定されない。
【００２８】
例えば、前記信頼性強化層１３５は、窒化物系の半導体層、例えばInxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０≦y≦１)を含むことができ、第２導電型にドーピングすることができる。例えば、第２導電型の半導体層１１２がN型窒化物半導体層である場合、前記信頼性強化層はN型InxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０≦y≦１)を含むことができる。
【００２９】
第１の実施例で前記信頼性強化層１３５と前記活性層１１５の間の距離(D)は約０.３μm〜約５μmにすることができる。
【００３０】
電子注入層である第２導電型の半導体層１１２内に挿入された信頼性強化層１３５と活性層(発光層)１１５の間の距離が大きすぎると、エッチングによって形成される表面粗さなどの光抽出パターン(P)の厚さが小さく、光抽出パターン(P)の間の間隔が大きくなり、光抽出パターン(P)の間に平坦な面が形成されて光抽出効率を低下させる。
【００３１】
図２Ａは、電子注入層の厚さ変化(t)による有効屈折率(modal index)の変化図である。
【００３２】
例えば、活性層から発光された光子(photon)のほとんどは基本モード(fundamental mode)を有し、基本モードは有効屈折率が大きいので光抽出が悪い。一方、電子注入層である第２導電型の半導体層１１２の厚さが薄いほど有効屈折率が減少して光抽出効率が増大し、電子注入層である第２導電型の半導体層１１２の厚さが増加するほど有効屈折率が増加して光抽出効率が減少する。
【００３３】
このため、第１の実施例によれば、信頼性強化層１３５と活性層１１５の間の距離(D)が５μmを超えて厚くなると、電子注入層である第２導電型の半導体層１１２の厚さが増加する効果があって有効屈折率が増加し、光抽出パターン(P)の平坦化によって光抽出効率が減少する。よって、信頼性強化層１３５と活性層１１５の間の距離(D)が５μm以下である場合、エッチング遮断機能と共に光抽出効率に寄与することができる。
【００３４】
一方、信頼性強化層と活性層の間の距離が近くなると、エッチングによって表面粗さなどの光抽出パターンを備える第２導電型の第３半導体層１１２ｂが過度にエッチングされ、過度にエッチングされた局部的領域で電流集中が発生し、信頼性強化層が素子の電流漏洩を遮断できなくなることもある。
【００３５】
図２Ｂは、発光素子における信頼性強化層と活性層の間の距離による素子の逆方向降伏電圧の特性図の例示図である。
【００３６】
信頼性強化層と活性層の間の距離が０.３μm未満に近くなると、図２Ｂように素子の逆方向降伏電圧が減少する。
【００３７】
また、信頼性強化層と活性層の間の距離が過度に近くなると、信頼性強化層を通過して第２導電型の第２半導体層１１２ａに注入される電子は、効果的に横方向に分散できない問題点ある。
【００３８】
このように、第２導電型の第２半導体層１１２ａにおいて電子が効果的に横方向に分散されていない状態で活性層に電子が注入される場合、活性層では発光効率が低下し、不均一な発光分布を有することになる問題点がある。窒化物半導体で注入される電子は約０.２μm程度の有効拡散距離特性がある。
【００３９】
このため、第１の実施例によれば、信頼性強化層が効果的に作動して素子の漏洩電流を効果的に遮断すると共に、注入される電子が均一に横方向に分散して活性層に注入されるようにするために、信頼性強化層と活性層の間の距離(D)は約０.３μm以上にすることができる。
【００４０】
また、第１の実施例では、前記信頼性強化層１３５は５nm〜２００nmの厚さにすることができる。
【００４１】
信頼性強化層１３５の厚さが５nm未満であると、エッチング遮断層としての機能をすることが難しいことら、エッチングを遮断できない場合がある。例えば、ドライエッチング工程の場合、エッチングダメージによってエッチング遮断層の表面部位が物理化学的に結晶性が低下する。従って、本実施例では、信頼性強化層１３５の厚さは少なくとも５nm以上とすることが好ましい。
【００４２】
一方、信頼性強化層１３５の厚さが２００nmを超えると、パッド電極１４０から活性層に注入される電流の注入効率が低下し、素子の抵抗が増加する問題がある。信頼性強化層１３５は第２導電型の半導体層１１２の電子注入層に比べて、相対的にＡｌを多く含有しており、エネルギーバンドギャップが大きいので電子伝導度が相対的に低い。従って、信頼性強化層１３５の厚さは５nm〜２００nmにすることが好ましい。
【００４３】
また、第１実施例では、前記信頼性強化層１３５はInxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０＜y≦１)を含むことができ、前記信頼性強化層１３５のAlの組成(y)は０.０５≦y≦０.５にすることができる。
【００４４】
例えば、n-電子注入層である第２導電型の半導体層１１２の母材(matrix)が窒化ガリウム(GaN)或いはこれと等しいエネルギーバンドギャップを有する窒化物半導体から構成される場合、母材中に配置する窒化物半導体信頼性強化層１３５のAlの組成(y)は０.０５≦y≦０.５にすることができる。
【００４５】
Al組成が増加するほど信頼性強化層のエネルギーバンドギャップは増加し、第２導電型の半導体層１１２のn-型電気伝導特性は低下する。第１実施例によれば、信頼性強化層１３５のAl組成が５％以下であれば、n-型電子注入層の窒化ガリウムに対する信頼性強化層のエネルギーバンドギャップの差が小さく、エッチング工程に対するエッチング選択度が下がることから、効果的なエッチング遮断層の機能をすることができない。
【００４６】
また、第１の実施例では、前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエネルギーバンドギャップが大きい。このため、前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエネルギーバンド準位が高いので、エッチング防止膜の機能をすることができる。
【００４７】
例えば、n-電子注入層である第２導電型の半導体層１１２の母材(matrix)が窒化ガリウムアルミニウム、例えばInpAlqGa１-p-qN(０≦p≦１、０≦q≦１、０≦p+q≦１)を含む場合、母材中に配置される窒化物半導体信頼性強化層１３５のAl組成が母材のAl組成より大きい時、効果的にエッチング遮断層として作動する。
【００４８】
例えば、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂがInpAlqGa１-p-qN(０≦p≦１、０≦q≦１、０≦p+q≦１)の組成式を有する半導体物質を含み、前記信頼性強化層１３５がInxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０＜y≦１)を含む場合、第２導電型の第３半導体層１１２ｂのAl組成より多くする、または第２導電型の第３半導体層１１２ｂのIn組成より少なくして、エネルギーバンドギャップを大きくすることができるが、これに限定されない。
【００４９】
例えば、前記信頼性強化層のAlの組成(y)はq+０.０５≦y≦q+０.５(但し、０≦q≦０.５)にすることで、効果的にエッチング遮断層として作動することができる。
【００５０】
また、第１の実施例では、前記信頼性強化層１３５はエネルギーバンドギャップが異なる第１信頼性強化層１３５ａと第２信頼性強化層１３５ｂを含むことができ(図４参照)、多重層はAl組成或いはエネルギーバンドギャップの大きさが成長方向或いは活性層の方向に漸進的に減少する特性を有する。また、前記信頼性強化層１３５のIn組成が前記活性層１１５の方向に漸進的に増加する。
【００５１】
また、第１の実施例の信頼性強化層１３５は、エネルギーバンドギャップが異なる第１信頼性強化層１３５ａと第２信頼性強化層１３５ｂが交互に積層されてなる超格子構造を有することができる。
【００５２】
第１の実施例において、信頼性強化層１３５が多重層に構成される場合、単一層に比べて発光素子の電流注入効率を相対的に良くする長所を有する。
【００５３】
第１の実施例では、前記第２導電型の第２半導体層１１２ａの下側に第２電極層１２０を含むことで、効率的にキャリアを供給して高出力の発光素子を具現することができ、前記第２電極層１２０はオーミック層１２２、反射層１２４、結合層１２６、および第２基板１２８を含むことができるが、これに限定されない。
【００５４】
また、第１の実施例では、前記第２導電型の第２半導体層１１２ａと前記活性層１１５との間に電流拡散層１３１、ストレーン制御層１３２等を備え、前記活性層１１５と前記第１導電型の第１半導体層１１１との間に電子遮断層１３３を備えることで、高出力の発光素子を具現することができる。
【００５５】
本実施例によれば、電気的/光学的信頼性を画期的に改善できる発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。
【００５６】
本実施例によれば、信頼性強化層によって、化学的エッチング工程時に発生する薄膜の過度なエッチング問題を解決できる発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。例えば、光抽出パターンを形成するためのエッチング工程が行われる場合、信頼性強化層は層全体的に均一なエッチング深さを提供することで、素子の光学的および電気的特性信頼性が改善され、素子の生産性収率を大きく改善することができる。
【００５７】
また、本実施例によれば、信頼性強化層を第２導電型の半導体層内に設けることで、転位結晶欠陥を通じて進行される電流漏洩による素子の信頼性低下問題を効果的に克服し、信頼性が高い高出力の発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。
【００５８】
また、本実施例によれば、信頼性強化層で電流の流れが遮断されることで、電流拡散(Current Spreading)効果によって発光効率が増大し、高出力の発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。
【００５９】
以下、図３〜図９を参照しながら、第１の実施例に係る発光素子の製造方法および技術的な特徴をもう少し詳しく説明する。
【００６０】
まず、図３のように第１基板１０５を準備する。前記第１基板１０５は伝導性基板または絶縁性基板を含み、例えば前記第１基板１０５は、サファイア(Al２O３)、SiC、Si、GaAs、GaN、ZnO、GaP、InP、Ge、and Ga２O３中の少なくとも一つを用いることができる。前記第１基板１０５の上には凹凸構造が形成されるが、これに限定されない。前記第１基板１０５に対して湿式洗浄を行い表面の不純物を除去することができる。
【００６１】
以後、前記第１基板１０５上に第２導電型の半導体層１１２、活性層１１５および第１導電型の第１半導体層１１１を含む発光構造物１１０を形成することができる。
【００６２】
前記第１基板１０５の上にはバッファ層(図示しない)を形成することができる。前記バッファ層は、前記発光構造物１１０の材料と第１基板１０５の格子不整合を緩和させることができ、バッファ層の材料は第３族-５族化合物半導体、例えばGaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN中の少なくとも一つから形成することができる。以後、前記第１基板１０５上に第２導電型の第３半導体層１１２ｂを形成する。
【００６３】
前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂは、第２導電型ドーパントがドーピングされた第３族-５族化合物半導体から具現することができ、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂがN型半導体層である場合、前記第２導電型ドーパントは、N型ドーパントとしてSi、Ge、Sn、Se、Teを含むことができるが、これに限定されない。
【００６４】
前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂはInpAlqGa１-p-qN(０≦p≦１、０≦q≦１、０≦p+q≦１)の組成式を有する半導体物質を含むことができる。例えば、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂは、GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、InGaAs、AlInGaAs、GaP、AlGaP、InGaP、AlInGaP、InP中の一つ以上から形成することができる。
【００６５】
前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂは、化学蒸着法(CVD)、分子線エピタキシー法(MBE)、スパッタ法、ハイドライド気相エピタキシー(HVPE)等の方法によりN型GaN層を形成することができる。また、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂは、チャンバーにトリメチルガリウムガス(TMGa)、アンモニアガス(NH３)、窒素ガス(N２)、およびシリコンのようなn型不純物を含むシランガス(SiH４)を注入して形成することができる。
【００６６】
次に、図４のように第１の実施例は、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂ上に信頼性強化層１３５を形成する。
前記信頼性強化層１３５は第２導電型InxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０＜y≦１)を含むことができ、単一層或いは多重層に構成することができる。例えば、前記信頼性強化層１３５は、エネルギーバンドギャップが異なる第１信頼性強化層１３５ａと第２信頼性強化層１３５ｂを含むことができ、多重層はAl組成或いはエネルギーバンドギャップの大きさが成長方向或いは活性層の方向に漸進的に減少する特性を有する。また、前記信頼性強化層１３５のIn組成が前記活性層の方向に漸進的に増加する。
【００６７】
また、第１の実施例の信頼性強化層１３５は、エネルギーバンドギャップが異なる第１信頼性強化層１３５ａと第２信頼性強化層１３５ｂが交互に積層されてなる超格子構造を有することができる。
【００６８】
第１の実施例で、信頼性強化層１３５が多重層に構成される場合、単一層に比べて発光素子の電流注入効率を相対的に良くできる長所がある。
【００６９】
第１の実施例によれば、前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエッチング比率が低い。例えば、第１実施例では、前記信頼性強化層１３５は、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりAlの組成比を高くし、Inの組成比を低くすることで、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエッチング比率を低くすることができる。
【００７０】
例えば、第１の実施例によれば、Al組成が多いほど化学的にエッチングされる速度が遅くなり、In成分が多いほど化学的にエッチングされる速度が速くなる。これは、Al原子とN原子の化学的結合力がGa原子とN原子の化学的結合力より大きく、Ga原子とN原子の結合力がIn原子とN原子間の化学的結合力より大きいためである。
【００７１】
第１の実施例で、前記信頼性強化層１３５は第２導電型の第３半導体層１１２ｂより化学的にエッチングされる速度が遅いので、化学的エッチングの進行は前記信頼性強化層１３５で実質的に止まることになる。従って、発光構造物１１０の薄膜内で、不均一に一定の部位で発生する過度な化学的エッチングの進行は、信頼性強化層１３５によって効果的に遮断される。
【００７２】
本実施例によれば、信頼性強化層によって化学的エッチング工程時に発生する薄膜の過度なエッチング問題を解決できる発光素子および発光素子の製造方法を提供することができる。
【００７３】
第１の実施例によれば、信頼性強化層１３５の電気抵抗(Resistance)が第２導電型の第３半導体層１１２ｂの電気抵抗より大きい。例えば、前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエネルギーバンドギャップが相対的に大きく、化学的に安定したInxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０≦y≦１)を含むことで、第２導電型の第３半導体層１１２ｂより電気抵抗を大きくすることができる。
【００７４】
第１の実施例に係る発光素子は、信頼性強化層１３５を第２導電型の半導体層１１２内に備えることで、転位結晶欠陥を通じて進行される電流漏洩による素子の信頼性低下問題を効果的に克服し、信頼性が高い高出力大面積照明用の発光素子を提供することができる。
【００７５】
また、本実施例は、信頼性強化層で電流の流れが遮断されることで、電流拡散効果により発光効率が増大し、高出力の発光素子を提供することができる。
【００７６】
第１の実施例では、前記信頼性強化層１３５は５nm〜２００nmの厚さにすることができる。信頼性強化層１３５の厚さが５nm未満であれば、エッチング遮断層として機能することができず、エッチングを遮断できなくなることもある。例えば、ドライエッチング工程の場合、エッチングダメージにより信頼性強化層の表面部位が物理化学的に結晶性が低下する。従って、第１実施例によれば、信頼性強化層１３５の厚さは少なくとも５nm以上にすることが好ましい。
【００７７】
一方、信頼性強化層１３５の厚さが２００nmを超えると、n-型電極パッドから活性層に注入される電流の注入効率が低下し、素子の抵抗が増加する問題がある。信頼性強化層は第２導電型の半導体層１１２の電子注入層より、相対的にＡｌを多く含有しており、エネルギーバンドギャップが大きいので、電子伝導度が相対的に低い。従って、信頼性強化層の厚さは５nm〜２００nmの厚さにすることが好ましい。
【００７８】
また、前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の半導体層１１２と同じ系列の物質から形成され、前記第２導電型の半導体層１１２と同一導電型にドーピングされるが、これに限定されない。
【００７９】
例えば、前記信頼性強化層１３５は窒化物系の半導体層、例えばInxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０＜y≦１)を含むことができ、第２導電型にドーピングすることができる。例えば、第２導電型の半導体層１１２がN型窒化物半導体層である場合、前記信頼性強化層はN型InxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０＜y≦１)を含むことができる。
【００８０】
また、第１の実施例で、前記信頼性強化層１３５はInxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０＜y≦１)を含むことができ、前記信頼性強化層１３５のAlの組成(y)は０.０５≦y≦０.５にすることができる。
【００８１】
例えば、n-電子注入層である第２導電型の半導体層１１２の母材(matrix)が窒化ガリウム(GaN)或いはこれと等しいエネルギーバンドギャップを有する窒化物半導体から構成される場合、母材中に配置する窒化物半導体信頼性強化層１３５のAlの組成(y)は０.０５≦y≦０.５にすることができる。
【００８２】
Al組成が増加するほど信頼性強化層のエネルギーバンドギャップは増加し、第２導電型の半導体層１１２のn-型電気伝導特性は低下する。第１実施例によれば、信頼性強化層１３５のAl組成が５％以下であれば、n-型電子注入層の窒化ガリウムに対する信頼性強化層のエネルギーバンドギャップの差が小さく、エッチング工程に対するエッチング選択度が下がることから、効果的なエッチング遮断層の機能をすることができない。
【００８３】
また、第１実施例では、前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエネルギーバンドギャップが大きい。このため、前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエネルギーバンド準位が高いので、エッチング防止膜の機能をすることができる。
【００８４】
例えば、n-電子注入層である第２導電型の半導体層１１２の母材(matrix)が窒化ガリウムアルミニウム、例えばInpAlqGa１-p-qN(０≦p≦１、０≦q≦１、０≦p+q≦１)を含む場合、母材中に配置される窒化物半導体信頼性強化層１３５のAl組成が母材のAl組成より大きい時、効果的にエッチング遮断層として作動する。
【００８５】
例えば、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂがInpAlqGa１-p-qN(０≦p≦１、０≦q≦１、０≦p+q≦１)の組成式を有する半導体物質を含み、前記信頼性強化層１３５がInxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０＜y≦１)を含む場合、第２導電型の第３半導体層１１２ｂのAl組成より多くする、または第２導電型の第３半導体層１１２ｂのIn組成より少なくして、エネルギーバンドギャップを大きくすることができるが、これに限定されない。
【００８６】
例えば、前記信頼性強化層のAlの組成(y)はq+０.０５≦y≦q+０.５(但し、０≦q≦０.５)にすることで、効果的にエッチング遮断層として作動することができる。
【００８７】
次に、図５のように信頼性強化層１３５上に第２導電型の第２半導体層１１２ａを形成する。前記第２導電型の第２半導体層１１２ａは前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂと同一系列の物質から形成することができる。
【００８８】
例えば、前記第２導電型の第２半導体層１１２ａはn型InpAlqGa１-p-qN(０≦p≦１、０≦q≦１、０≦p+q≦１)の組成式を有する半導体物質を含むことができるが、これに限定されない。
【００８９】
次に、前記第２導電型の第２半導体層１１２ａ上に電流拡散層１３１を形成する。前記電流拡散層１３１はノンドープGaN層(undoped GaN layer)からなることができるが、これに限定されない。
【００９０】
以後、第１の実施例は、前記電流拡散層上に電子注入層(図示しない)を形成することができる。前記電子注入層は第２導電型窒化ガリウム層からなることができる。例えば、前記電子注入層は、n型ドーピング元素が６.０×１０１８atoms/cm3〜８.０×１０１８atoms/cm3の濃度でドーピングされることで、効率的に電子を注入することができる。
【００９１】
また、第１の実施例は、電子注入層上にストレーン制御層１３２を形成することができる。例えば、電子注入層上にInyAlxGa(１-x-y)N(０≦x≦１、０≦y≦１)/GaNなどで形成されたストレーン制御層１３２を形成することができる。
【００９２】
前記ストレーン制御層１３２は、第２導電型の半導体層１１２と活性層１１５の間の格子不整合に起因する応力を効果的に緩和させることができる。
【００９３】
また、前記ストレーン制御層１３２は、第１Inx１GaNおよび第２Inx２GaNなどの組成を有する少なくとも６周期で繰返し積層されることで、より多い電子が活性層１１５の低いエネルギー準位に集まることになり、結果的に電子と正孔の再結合確率が増加し、発光効率が向上される。
【００９４】
以後、前記ストレーン制御層１３２上に活性層１１５を形成する。
前記活性層１１５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、または量子点(Quantum Dot)構造中の少なくとも一つからなることができる。例えば、前記活性層１１５は、トリメチルガリウムガス(TMGa)、アンモニアガス(NH３)、窒素ガス(N２)、およ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るが、これに限定されない。
【００９５】
前記活性層１１５の井戸層/障壁層は、InGaN/GaN、InGaN/InGaN、GaN/AlGaN、InAlGaN/GaN、GaAs(InGaAs)/AlGaAs、GaP(InGaP)/AlGaP中のいずれか一つ以上のペア構造からなることができるが、これに限定されない。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からなることができる。
このとき、第１の実施例で、前記活性層と前記信頼性強化層１３５の間の距離は約０.３μm〜約５μmになるように形成することができる。
【００９６】
このため、第１の実施例によれば、信頼性強化層１３５と活性層１１５の間の距離(D)が５μmを超えて厚くなれば、電子注入層である第２導電型の半導体層１１２の厚さが増加して有効屈折率が増加することになり、光抽出パターン(P)の平坦化により光抽出効率が減少する。よって、信頼性強化層１３５と活性層１１５の間の距離(D)は５μm以下である場合に、エッチング遮断機能と共に光抽出効率に寄与することができる。
【００９７】
また、第１の実施例によれば、信頼性強化層が効果的に作動して素子の漏洩電流を効果的に遮断すると共に、注入される電子が均一に横方向に分散して活性層に注入されるようにするために、信頼性強化層と活性層の間の距離(D)は約０.３μm以上にすることが好ましい。
【００９８】
次に、第１の実施例では、前記活性層１１５上には電子遮断層１３３が形成され、電子遮断および活性層のクラッディング(MQW cladding)の役割をすることで、発光効率を改善することができる。例えば、前記電子遮断層１３３はAlxInyGa(１-x-y)N(０≦x≦１、０≦y≦１)系の半導体からなり、前記活性層１１５のより高いエネルギーバンドギャップを有し、約１００Å〜 約６００Åの厚さに形成されるが、これに限定されない。
また、前記電子遮断層１３３はAlzGa(１-z)N/GaN(０≦z≦１)超格子に形成されるが、これに限定されない。
【００９９】
前記電子遮断層１３３は、p型にイオン注入されてオーバーフローされる電子を効率的に遮断し、ホールの注入効率を増大させることができる。例えば、前記電子遮断層１３３は、Mgが約１０１８〜１０２０/cm3の濃度範囲にイオン注入されてオーバーフローされる電子を効率的に遮断し、ホールの注入効率を増大させることができる。
【０１００】
次に、前記電子遮断層１３３上に第１導電型の第１半導体層１１１を形成する。前記第１導電型の第１半導体層１１１は、第１導電型ドーパントがドーピングされた第３族-５族の化合物半導体、例えばInxAlyGa１-x-yN(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むことができる。前記第１導電型の第１半導体層１１１がP型半導体層である場合、前記第１導電型ドーパントはP型ドーパントとしてMg、Zn、Ca、Sr、Baなどを含むことができる。
【０１０１】
前記第１導電型の第１半導体層１１１は、チャンバーにトリメチルガリウムガス(TMGa)、アンモニアガス(NH３)、窒素ガス(N２)、およびマグネシウム(Mg)のようなp型不純物を含むビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム(EtCp２Mg){Mg(C２H５C５H４)２}が注入されてp型GaN層が形成されるが、これに限定されない。
【０１０２】
第１の実施例で、前記第２導電型の半導体層１１２はN型半導体層、前記第１導電型の第１半導体層１１１はP型半導体層で具現することができるが、これに限定されない。また前記第１導電型の第１半導体層１１１の上には前記第１導電型と反対の極性を有する半導体、例えばN型半導体層(図示しない)を形成することができる。このため、発光構造物１１０はN-P接合構造、P-N接合構造、N-P-N接合構造、P-N-P接合構造中のいずれか一つの構造で具現することができる。
【０１０３】
次に、図６のように前記第１導電型の第１半導体層１１１上に第２電極層１２０を形成する。前記第２電極層１２０はオーミック層１２２、反射層１２４、結合層１２６、第２基板１２８等を含むことができる。前記第２電極層１２０はチタン(Ti)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、白金(Pt)、金(Au)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、または不純物が注入された半導体基板中の少なくとも一つから形成することができる。
【０１０４】
例えば、前記第２電極層１２０はオーミック層１２２を含むことができ、正孔注入を効率的にできるように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することができる。例えば、前記オーミック層１２２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、およびNi/IrOx/Au/ITO、Ag、Ni、Cr、Ti、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf中の少なくとも一つを含んで形成されるが、このような材料に限定されない。
【０１０５】
また、前記第２電極層１２０が反射層１２４を含む場合、Al、Ag、或いはAlやAgを含む合金を含む金属層からなることができる。アルミニウムや銀などは活性層から発生した光を効果的に反射し、発光素子の光抽出効率を大きく改善することができる。
【０１０６】
また、前記第２電極層１２０が結合層１２６を含む場合、前記反射層１２４が結合層の機能をすることができ、またニッケル(Ni)、金(Au)等を利用して結合層を形成することができる。
【０１０７】
また、第２電極層１２０は第２基板１２８を含むことができる。前記第２基板１２８は、効率的に正孔を注入することができるように、電気伝導性が優秀な金属、金属合金、或いは伝導性半導体物質からなることができる。例えば、前記第２基板１２８は、銅(Cu)、金(Au)、銅合金(Cu Alloy)、ニッケル(Ni-nickel)、銅-タングステン(Cu-W)、キャリアウェハ(例えば、GaN、Si、Ge、GaAs、ZnO、SiGe、SiCなど)等を選択的に含むことができる。
【０１０８】
前記第２基板１２８を形成する方法としては、電気化学的な金属蒸着方法や共晶金属(eutectic metal)を利用したボンディング方法などを用いることができる。
【０１０９】
次に、図７のように、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂが露出するように前記第１基板１０５を除去する。前記第１基板１０５を除去する方法としては、高出力のレーザを利用して第１基板を分離させることができ、または化学的エッチング方法を用いることができる。また、前記第１基板１０５は物理的に研磨することで除去することもできる。
【０１１０】
例えば、レーザリフトオフ法は、常温で所定のエネルギーを加えると、前記第１基板１０５と発光構造物の界面でエネルギーが吸収され、発光構造物の接合表面が熱分解されることで、第１基板１０５と発光構造物を分離される。
【０１１１】
次に、図８のように第１実施例は、露出する第２導電型の第３半導体層１１２ｂ上に光抽出パターン(P)を形成することができる。
前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂに光抽出パターン(P)を形成するために、第２導電型の第３半導体層１１２ｂに対するエッチングを行う場合、前記信頼性強化層１３５がエッチング防止膜の機能をすることで、前記第２導電型の第２半導体層１１２ａがエッチングされず、その信頼性を向上させることができる。
【０１１２】
例えば、第１の実施例によれば、サファイア基板などの薄膜成長用第１基板１０５から発光構造物１１０のエピ薄膜を分離した後に露出する第２導電型の第３半導体層１１２ｂは平坦な表面を有し、露出する第２導電型の第３半導体層１１２ｂに光抽出効率改善のために、化学的エッチング方法によって表面粗さ、例えば光抽出パターン(P)を形成することができる。
【０１１３】
第１の実施例によれば、前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエッチング比率が低い。
【０１１４】
例えば、第１の実施例によれば、Al組成が多いほど化学的にエッチングされる速度が遅くなり、In成分が多いほど化学的にエッチングされる速度が速くなる。これは、Al原子とN原子の化学的結合力がGa原子とN原子の化学的結合力より大きく、Ga原子とN原子の結合力がIn原子とN原子間の化学的結合力より大きいためである。
【０１１５】
第１の実施例で、前記信頼性強化層１３５は第２導電型の第３半導体層１１２ｂより化学的にエッチングされる速度が遅いので、化学的エッチングの進行は前記信頼性強化層１３５で実質的に止まることになる。従って、発光構造物１１０の薄膜内で、不均一に一定の部位で発生する過度な化学的エッチングの進行は、信頼性強化層１３５によって効果的に遮断される。
【０１１６】
例えば、前記信頼性強化層１３５がInxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０≦y≦１)を含む場合、第２導電型の第３半導体層１１２ｂのAl組成より多くし、第２導電型の第３半導体層１１２ｂのIn組成より少なくして、エネルギーバンドギャップを大きくすることができるが、これに限定されない。
【０１１７】
第１の実施例によれば、信頼性強化層１３５は第２導電型の半導体層より化学的、または物理的にエッチングされる速度が遅いから、化学的エッチングの進行は信頼性強化層で実質的に止まることになる。従って、薄膜内で不均一に一定の部位で発生する過度な化学的エッチングの進行は、信頼性強化層によって効果的に遮断される。よって、第２導電型の半導体層は、層全体的に均一なエッチング深さを持つようになる。
【０１１８】
また、第１の実施例で、信頼性強化層は、光抽出パターンを形成するためのドライエッチングダメージを防止することができ、信頼性強化層にAlの組成が高い場合、ドライエッチングのエッチング遮断層の機能をすることができる。
【０１１９】
このため、第１の実施例によれば、信頼性強化層によって層全体的に均一なエッチング深さを提供することで、素子の光学的および電気的特性信頼性が改善され、素子の生産収率を大きく改善することができる。
【０１２０】
次に、図９のように、前記光抽出パターン(P)が形成された第２導電型の第３半導体層１１２ｂ上にパッド電極１４０を形成し、第１実施例による発光素子１００を形成することができる。
【０１２１】
本実施例は、電気的/光学的信頼性を画期的に改善できる発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。
【０１２２】
本実施例によれば、信頼性強化層によって、化学的エッチング工程時に発生する薄膜の過度なエッチング問題を解決できる発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。例えば、光抽出パターンを形成するためのエッチング工程が行われる場合、信頼性強化層は層全体的に均一なエッチング深さを提供することで、素子の光学的および電気的特性信頼性が改善され、素子の生産性収率を大きく改善することができる。
【０１２３】
また、本実施例によれば、信頼性強化層を第２導電型の半導体層内に設けることで、転位結晶欠陥を通じて進行される電流漏洩による素子の信頼性低下問題を効果的に克服し、信頼性が高い高出力の発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。
【０１２４】
また、本実施例は、信頼性強化層で電流の流れが遮断されることで、電流拡散効果によって発光効率が増大し、高出力の発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。
【０１２５】
(第２の実施例)
図１０は、第２の実施例に係る発光素子１０２の断面図である。
第２の実施例に係る発光素子１０２は、第１の実施例に係る発光素子１００の技術的な特徴を採用することができる。
【０１２６】
第２の実施例に係る発光素子１０２は、第１導電型の第１半導体層１１１と、前記第１導電型の第１半導体層１１１上に形成された活性層１１５と、前記活性層１１５上に形成された第２導電型の第２半導体層１１２ａと、前記第２導電型の第２半導体層１１２ａ上に突出部を有して形成された信頼性強化層１３５と、前記信頼性強化層１３５上に形成された第２導電型の第３半導体層１１２ｂとを備えることができる。
【０１２７】
第２の実施例で、信頼性強化層はエッチングに対する信頼性強化層、漏洩電流の防止による信頼性強化層などの機能をすることができるが、これに限定されない。
【０１２８】
前記第２導電型の第２半導体層１１２ａおよび前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂは、電子注入層の機能をする第２導電型の半導体層１１２を構成することができる。
【０１２９】
前記第１導電型の第１半導体層１１１、前記活性層１１５および前記第２導電型の半導体層１１２は発光構造物１１０を構成することができ、前記第２導電型の半導体層１１２上にはパッド電極１４０を形成することができる。
【０１３０】
前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の半導体層１１２と同一系列の物質で形成することができ、前記第２導電型の半導体層１１２と同一導電型にドーピングすることができる。
【０１３１】
前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエネルギーバンドギャップが大きい。このため、前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエネルギーバンド準位が高いので、エッチング防止膜の機能をすることができる。
【０１３２】
本実施例は、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂに光抽出パターン(P)を含むことで、外部光抽出効率を増大させ、高出力の発光素子を提供することができる。
【０１３３】
このとき、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂに光抽出パターン(P)を形成するために、第２導電型の第３半導体層１１２ｂに対するエッチングを行う場合、前記信頼性強化層１３５がエッチング防止膜の機能をするため、前記第２導電型の第２半導体層１１２ａがエッチングされず、信頼性を向上させることができる。
【０１３４】
第２の実施例に係る発光素子で、信頼性強化層１３５のエネルギーバンドギャップが第２導電型の第３半導体層１１２ｂのエネルギーバンドギャップより大きく、結晶欠陥の周囲でその厚さが相対的に厚い特性から、転位などの結晶欠陥(D)を通じて生じる逆方向と純方向の低電流漏洩による素子の電気的信頼性低下問題を画期的に改善することができる。
【０１３５】
図１１は、第２の実施例に係る発光素子の部分(A)拡大図である。例えば、図１１は、第２の実施例に係る発光素子の信頼性強化層１３５部分に対する拡大図である。
【０１３６】
窒化物半導体発光素子は本質的に多数の転位結晶欠陥を薄膜内に持っており、このような転位結晶欠陥は、主要な電流漏洩経路として作動し、発光素子の電気的信頼性を大きく低下させる。
【０１３７】
第２の実施例で、前記信頼性強化層１３５は結晶欠陥(D)周囲で厚さが厚く形成される。例えば、前記信頼性強化層１３５の突出部(A)は結晶欠陥(D)領域に配置され、これにより、結晶欠陥(D)がある信頼性強化層１３５の突出部(A)領域では突出部がない平坦部(ｂ)より抵抗が高いことから、キャリアである電子(e)が突出部(A)ではなく平坦部(ｂ)を介して移動するので、キャリアが結晶欠陥(D)と会う確率を減らすことで、漏洩を遮断し高出力の発光素子を提供することができる。
【０１３８】
第２の実施例によれば、信頼性強化層１３５の電気抵抗が第２導電型の第３半導体層１１２ｂの電気抵抗より大きい。例えば、前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエネルギーバンドギャップが相対的に大きく、化学的に安定したInxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０≦y≦１)を含むことで、第２導電型の第３半導体層１１２ｂより電気抵抗が大きくなる。
【０１３９】
このため、電子は抵抗が大きい信頼性強化層１３５の突出部(A)を通ることなく、抵抗が相対的に小さい突出部の周辺を通じて流れることになる。
【０１４０】
本実施例による発光素子は、信頼性強化層１３５を第２導電型の半導体層１１２内に備えることで、転位結晶欠陥を通じて進行される電流漏洩による素子の信頼性低下問題を効果的に克服し、信頼性が高い高出力大面積照明用の発光素子を提供することができる。
【０１４１】
また、本実施例は、信頼性強化層で電流の流れが遮断されることで、電流拡散効果によって発光効率が増大し、高出力の発光素子を提供することができる。
【０１４２】
本実施例は、前記第２導電型の第２半導体層１１２ａの下側に第２電極層１２０を含むことで、効率的なキャリア供給をして高出力の発光素子を具現することができ、前記第２電極層１２０はオーミック層１２２、反射層１２４、結合層１２６、および第２基板１２８を含むことができるが、これに限定されない。
【０１４３】
また、本実施例は、前記第２導電型の第２半導体層１１２ａと前記活性層１１５の間に電流拡散層１３１、ストレーン制御層１３２等を含み、前記活性層１１５と前記第１導電型の第１半導体層１１１の間に電子遮断層１３３を備えることで、高出力の発光素子を具現することができる。
【０１４４】
本実施例は、電気的/光学的信頼性を画期的に改善できる発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。
【０１４５】
また、本実施例は、信頼性強化層を第２導電型の半導体層内に備えることで、転位結晶欠陥を通じて進行される電流漏洩による素子の信頼性低下問題を効果的に克服し、信頼性が高い高出力の発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。
【０１４６】
また、本実施例は、信頼性強化層で電流の流れが遮断されることで、電流拡散効果によって発光効率が増大し、高出力の発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。
【０１４７】
以下、図１２〜図１８を参照しながら、第２の実施例による発光素子の製造方法および技術的な特徴をもう少し詳しく説明する。
【０１４８】
まず、図１２のように第１基板１０５を準備する。前記第１基板１０５は伝導性基板または絶縁性基板を含み、例えば前記第１基板１０５は、サファイア(Al２O３)、SiC、Si、GaAs、GaN、ZnO、GaP、InP、Ge、and Ga２O３中の少なくとも一つを用いることができる。
【０１４９】
以後、前記第１基板１０５上に第２導電型の半導体層１１２、活性層１１５および第１導電型の第１半導体層１１１を含む発光構造物１１０を形成することができる。前記第１基板１０５の上にはバッファ層(図示しない)を形成することができる。以後、前記第１基板１０５上に第２導電型の第３半導体層１１２ｂを形成する。
【０１５０】
前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂは第２導電型ドーパントがドーピングされた第３族-５族化合物半導体で具現することができ、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂがN型半導体層である場合、前記第２導電型ドーパントは、N型ドーパントとしてSi、Ge、Sn、Se、Teを含むことができるが、これに限定されない。
【０１５１】
前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂはInpAlqGa１-p-qN(０≦p≦１、０≦q≦１、０≦p+q≦１)の組成式を有する半導体物質を含むことができる。
【０１５２】
前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂは、化学蒸着法(CVD)、分子線エピタキシー法(MBE)、スパッタ法、ハイドライド気相エピタキシー(HVPE)等の方法によりN型GaN層を形成することができる。また、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂは、チャンバーにトリメチルガリウムガス(TMGa)、アンモニアガス(NH３)、窒素ガス(N２)、およびシリコンのようなn型不純物を含むシランガス(SiH４)を注入して形成することができる。
【０１５３】
一方、サファイア或いはシリコンなどの異種基板の上にGaN系の第２導電型の第３半導体層１１２ｂを形成する場合、異種基板とGaN物質は面方向の結晶格子定数が相互異なる。
【０１５４】
従って、成長初期に多数のGaN結晶質粒子が形成され、このような結晶質粒子は成長が進行されながら相互会うようになり、相互会う箇所で図１２のように、第２導電型の第３半導体層１１２ｂの表面に溝(pit)(V)を形成する。
【０１５５】
このような溝(pit)は、薄膜成長条件、例えば成長温度、圧力、速度、時間、注入ガスの比率などを調節することで、その大きさ、密度および深さなどえを制御することができ、このような溝(V)はその下部に拡散転位等の結晶欠陥(D)を有する。
【０１５６】
次に、図１３のように、本実施例は、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂ上に信頼性強化層１３５を形成する。
【０１５７】
前記信頼性強化層１３５は第２導電型InxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０≦y≦１)を含むことができ、単一層或いは多重層に構成することができる。例えば、前記信頼性強化層１３５は、エネルギーバンドギャップが異なる第１信頼性強化層１３５ａと第２信頼性強化層１３５ｂを含むことができ、多重層はAl組成或いはエネルギーバンドギャップの大きさが成長方向或いは活性層の方向に漸進的に減少する特性を有する。
【０１５８】
また、本実施例の信頼性強化層１３５は、エネルギーバンドギャップが異なる第１信頼性強化層１３５ａと第２信頼性強化層１３５ｂが交互に積層されてなる超格子構造を有することができる。
【０１５９】
本実施例で、信頼性強化層１３５が多重層に構成される場合、単一層に比べて発光素子の電流注入効率を相対的に良くできる長所がある。
【０１６０】
本実施例によれば、信頼性強化層１３５の成長条件を調節することで、図１３とのように薄膜表面の溝を埋め、薄膜表面を平坦化することができる。
【０１６１】
前記信頼性強化層１３５は、前記第２導電型の半導体層１１２と同一系列の物質で形成することができ、前記第２導電型の半導体層１１２と同一導電型にドーピングすることができる。
【０１６２】
例えば、前記信頼性強化層１３５は窒化物系の半導体層、例えばInxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０≦y≦１)を含むことができ、第２導電型にドーピングすることができる。例えば、第２導電型の半導体層１１２がN型窒化物半導体層である場合、前記信頼性強化層はN型InxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０≦y≦１)を含むことができる。
【０１６３】
本実施例による発光素子で、信頼性強化層１３５のエネルギーバンドギャップが第２導電型の第３半導体層１１２ｂのエネルギーバンドギャップより大きく、結晶欠陥の周囲でその厚さが相対的に厚い特性から、転位などの結晶欠陥(D)を通じて生じる逆方向と純方向の低電流漏洩による素子の電気的信頼性低下問題を画期的に改善することができる。
【０１６４】
本実施例によれば、前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエッチング比率が低い。例えば、実施例で前記信頼性強化層１３５は、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりAlの組成比を高くし、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりInの組成比を低くすることで、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエッチング比率を低くすることができる。
【０１６５】
例えば、本実施例によれば、Al組成が多いほど化学的にエッチングされる速度が遅くなり、In成分が多いほど化学的にエッチングされる速度が速くなる。これは、Al原子とN原子の化学的結合力がGa原子とN原子の化学的結合力より大きく、Ga原子とN原子の結合力がIn原子とN原子間の化学的結合力より大きいためである。
【０１６６】
本実施例で、前記信頼性強化層１３５は第２導電型の第３半導体層１１２ｂより化学的にエッチングされる速度が遅いので、化学的エッチングの進行は前記信頼性強化層１３５で実質的に止まることになる。従って、発光構造物１１０の薄膜内で、不均一に一定の部位で発生する過度な化学的エッチングの進行は、信頼性強化層１３５によって効果的に遮断される。
【０１６７】
本実施例によれば、信頼性強化層によって化学的エッチング工程時に発生する薄膜の過度なエッチング問題解を決できる発光素子および発光素子の製造方法を提供することができる。
【０１６８】
前記信頼性強化層１３５は結晶欠陥(D)周囲で厚さが厚く形成される。例えば、前記信頼性強化層１３５の突出部(A)は結晶欠陥(D)領域に配置され、これにより、結晶欠陥(D)がある信頼性強化層１３５の突出部(A)領域では突出部がない平坦部(ｂ)より抵抗が高いことから、キャリアである電子(e)が突出部(A)ではなく平坦部(ｂ)を介して移動するので、キャリアが結晶欠陥(D)と会う確率を減らすことで、漏洩を遮断し高出力の発光素子を提供することができる。
【０１６９】
本実施例によれば、前記信頼性強化層１３５は、転位などの結晶欠陥(D)の周囲でその厚さが相対的に厚いので、転位などの結晶欠陥を通じて発生する電流漏洩による素子の電気的信頼性の低下問題を効果的に改善することができる。
【０１７０】
本実施例によれば、信頼性強化層１３５の電気抵抗が第２導電型の第３半導体層１１２ｂの電気抵抗より大きい。例えば、前記信頼性強化層１３５は前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエネルギーバンドギャップが相対的に大きく、化学的に安定したInxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０≦y≦１)を含むことで、第２導電型の第３半導体層１１２ｂより電気抵抗を大きくなる。
【０１７１】
このため、電子は抵抗が大きい信頼性強化層１３５の突出部(A)を通ることなく、抵抗が相対的に小さい突出部の周辺を通じて流れることになる。
【０１７２】
本実施例による発光素子は、信頼性強化層１３５を第２導電型の半導体層１１２内に備えることで、転位結晶欠陥を通じて進行される電流漏洩による素子の信頼性低下問題を効果的に克服し、信頼性が高い高出力大面積照明用の発光素子を提供することができる。
【０１７３】
また、本実施例は、信頼性強化層で電流の流れが遮断されることで、電流拡散効果によって発光効率が増大し、高出力の発光素子を提供することができる。
【０１７４】
次に、図１４のように、信頼性強化層１３５上に第２導電型の第２半導体層１１２ａを形成する。前記第２導電型の第２半導体層１１２ａは、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂと同一系列の物質から形成される。
【０１７５】
例えば、前記第２導電型の第２半導体層１１２ａは、n型InpAlqGa１-p-qN(０≦p≦１、０≦q≦１、０≦p+q≦１)の組成式を有する半導体物質を含むことができるが、これに限定されない。
【０１７６】
次に、前記第２導電型の第２半導体層１１２ａ上に電流拡散層１３１を形成する。前記電流拡散層１３１はノンドープGaN層(undoped GaN layer)からなることができるが、これに限定されない。
以後、本実施例は、前記電流拡散層上に電子注入層(図示しない)を形成することができる。前記電子注入層は第２導電型窒化ガリウム層からなることができる。また、実施例は、電子注入層上にストレーン制御層１３２を形成することができる。以後、前記ストレーン制御層１３２上に活性層１１５を形成する。
【０１７７】
前記活性層１１５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、または量子点(Quantum Dot)構造中の少なくとも一つからなることができる。
【０１７８】
本実施例で、前記活性層１１５上には電子遮断層１３３が形成され、電子遮断および活性層のクラッディング(MQW cladding)の役割をすることで、発光効率を改善することができる。
【０１７９】
次に、前記電子遮断層１３３上に第１導電型の第１半導体層１１１を形成する。前記第１導電型の第１半導体層１１１は、第１導電型ドーパントがドーピングされた第３-族-５族の化合物半導体、例えばInxAlyGa１-x-yN(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むことができる。
【０１８０】
次に、図１５のように、前記第１導電型の第１半導体層１１１上に第２電極層１２０を形成する。前記第２電極層１２０は、オーミック層１２２、反射層１２４、結合層１２６、第２基板１２８等を含むことができる。
次に図１６のように、前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂが露出するように前記第１基板１０５を除去する。
次に、図１７のように、本実施例は、露出される第２導電型の第３半導体層１１２ｂ上に光抽出パターン(P)を形成することができる。
【０１８１】
前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂに光抽出パターン(P)を形成するために、第２導電型の第３半導体層１１２ｂに対するエッチングを行う場合、前記信頼性強化層１３５がエッチング防止膜の機能をすることで、前記第２導電型の第２半導体層１１２ａがエッチングされず、信頼性を向上させることができる。
【０１８２】
例えば、本実施例によれば、サファイア基板などの薄膜成長用第１基板１０５から発光構造物１１０のエピ薄膜を分離した後に露出する第２導電型の第３半導体層１１２ｂは平坦な表面を有し、露出する第２導電型の第３半導体層１１２ｂに光抽出効率改善のために、化学的エッチング方法によって表面粗さ、例えば光抽出パターン(P)を形成することができる。
【０１８３】
本実施例によれば、前記信頼性強化層１３５が前記第２導電型の第３半導体層１１２ｂよりエッチング比率が低い。
【０１８４】
本実施例で、前記信頼性強化層１３５は第２導電型の第３半導体層１１２ｂより化学的にエッチングされる速度が遅いので、化学的エッチングの進行は前記信頼性強化層１３５で実質的に止まることになる。従って、発光構造物１１０の薄膜内で、不均一に一定の部位で発生する過度な化学的エッチングの進行は信頼性強化層１３５によって効果的に遮断される。
【０１８５】
本実施例による発光素子で、信頼性強化層１３５のエネルギーバンドギャップが第２導電型の第３半導体層１１２ｂのエネルギーバンドギャップより大きく、結晶欠陥の周囲でその厚さが相対的に厚い特性から、転位などの結晶欠陥(D)を通じて生じる逆方向と純方向の低電流漏洩による素子の電気的信頼性低下問題を画期的に改善することができる。
【０１８６】
次に、図１８のように、前記光抽出パターン(P)が形成された第２導電型の第３半導体層１１２ｂ上にパッド電極１４０を形成し、実施例による発光素子１０２を形成することができる。
【０１８７】
本実施例は、電気的/光学的信頼性を画期的に改善できる発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。
【０１８８】
また、本実施例は、信頼性強化層を第２導電型の半導体層内に備えることで、転位結晶欠陥を通じて進行される電流漏洩による素子の信頼性低下問題を効果的に克服し、信頼性が高い高出力の発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。
【０１８９】
また、本実施例は、信頼性強化層で電流の流れが遮断されることで、電流拡散効果によって発光効率が増大し、高出力の発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。
【０１９０】
図１９は、本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を説明する図面である。
【０１９１】
本発明の一実施例による発光素子パッケージ２００は、パッケージ本体部２０５と、前記パッケージ本体部２０５に設置された第３電極層２１３および第４電極層２１４と、前記パッケージ本体部２０５に設置され、前記第３電極層２１３および第４電極層２１４と電気的に連結される発光素子１００と、前記発光素子１００を包囲するモールディング部材２４０とを含む。
【０１９２】
前記パッケージ本体部２０５は、シリコン材質、合成樹脂材質、または金属材質を含んでなることができ、前記発光素子１００の周囲に傾斜面を形成することができる。
【０１９３】
前記第３電極層２１３および第４電極層２１４は相互電気的に分離され、前記発光素子１００に電源を提供する役割をする。また、前記第３電極層２１３および第４電極層２１４は、前記発光素子１００から発生した光を反射して光効率を増加させる役割をすることができ、前記発光素子１００から発生した熱を外部に排出する役割をすることもできる。
【０１９４】
前記発光素子１００は、図１に例示された垂直型タイプの第１の実施例の発光素子１００が適用されるが、これに限定されるものではなく、第２の実施例の発光素子１０２、および水平型発光素子も適用することができる。
【０１９５】
前記発光素子１００は、前記パッケージ本体部２０５の上、或いは前記第３電極層２１３または第４電極層２１４の上に設置することができる。
【０１９６】
前記発光素子１００は、前記第３電極層２１３および/または第４電極層２１４とワイヤ方式、フリップチップ方式、またはダイボンディング方式のいずれか一つによって電気的に連結される。実施例では、前記発光素子１００が前記第３電極層２１３とワイヤ２３０を介して電気的に連結され、前記第４電極層２１４と直接接触して電気的に連結されたものが例示されている。
【０１９７】
前記モールディング部材２４０は、前記発光素子１００を包囲して前記発光素子１００を保護することができる。また、前記モールディング部材２４０には蛍光体が含まれ、前記発光素子１００から放出された光の波長を変化させることができる。
【０１９８】
本発明の一実施例による発光素子パッケージは、複数個が基板上にアレイされ、前記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、プリズムシート、拡散シート、蛍光シートなどが配置される。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や照明ユニットとして機能することができ、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、街灯を含むことができる。
【０１９９】
図２０は、本発明の一実施例による照明ユニットの斜視図１１００である。なお、図２０の照明ユニット１１００は照明システムの一例であり、これに限定されるものではない。
【０２００】
本実施例で、前記照明ユニット１１００はケース本体１１１０と、前記ケース本体１１１０に設置された発光モジュール部１１３０と、前記ケース本体１１１０に設置され、外部電源から電源が提供される連結端子１１２０とを含むことができる。
【０２０１】
前記ケース本体１１１０は、放熱特性が良好な材質から形成されることが好ましく、例えば金属材質または樹脂材質から形成することができる。
【０２０２】
前記発光モジュール部１１３０は、基板１１３２と、前記基板１１３２に載置される少なくとも一つの発光素子パッケージ２００を含むことができる。
【０２０３】
前記基板１１３２は絶縁体に回路パターンが印刷されたものからなることができ、例えば、一般のプリント基板(PCB)、メタルコアPCB、フレキシブルプリント基板、セラミックPCBなどを含むことができる。
【０２０４】
また、前記基板１１３２は、光を効率的に反射する材質や、表面が光を効率的に反射するカラー、例えば白色、銀色などからなることができる。
【０２０５】
前記基板１１３２上には前記少なくとも一つの発光素子パッケージ２００が載置される。前記発光素子パッケージ２００のそれぞれは、少なくとも一つの発光ダイオード１００を含むことができる。前記発光ダイオード１００は、赤色、緑色、青色、または白色の有色光をそれぞれ発光する有色発光ダイオードおよび紫外線を発光する紫外線発光ダイオードを含むことができる。
【０２０６】
前記発光モジュール部１１３０は色相および輝度を得るために、多様な発光素子パッケージ２００の組合を有して配置されることができる。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および緑色発光ダイオードを組合せて配置することができる。
【０２０７】
前記連結端子１１２０は、前記発光モジュール部１１３０と電気的に連結されて電源を供給することができる。実施例で、前記連結端子１１２０はソケット方式により外部電源と連結されるが、これに限定されない。例えば、前記連結端子１１２０はピン形態に形成されて外部電源に挿入、または配線によって外部電源に連結されることもできる。
【０２０８】
図２１は、本発明の一実施例によるバックライトユニットの分解斜視図である。なお、図２１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、これに限定されるものではない。
【０２０９】
本実施例によるバックライトユニット１２００は、導光板１２１０と、前記導光板１２１０に光を提供する発光モジュール部１２４０と、前記導光板１２１０の下に反射部材１２２０と、前記導光板１２１０、発光モジュール部１２４０および反射部材１２２０を収納するボトムカバー１２３０を含むことができるが、これに限定されない。
【０２１０】
前記導光板１２１０は、光を拡散させて面光源化する役割をする。前記導光板１２１０は透明材質からなることができ、例えば、PMMA(polymethyl metaacrylate)のようなアクリル系樹脂、PET(polyethylene terephthlate)、PC(poly carbonate)、COC(cycloolefin copolymer)、およびPEN(polyethylene naphthalate)樹脂中の一つを含むことができる。
【０２１１】
前記発光モジュール部１２４０は、前記導光板１２１０の少なくとも一側面に光を提供し、究極的には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ことになる。
【０２１２】
前記発光モジュール部１２４０は前記導光板１２１０と接するようにすることができるが、これに限定されない。具体的には、前記発光モジュール部１２４０は基板１２４２と、前記基板１２４２に載置された多数の発光素子パッケージ２００を含み、前記基板１２４２が前記導光板１２１０と接するようにすることができるが、これに限定されない。
【０２１３】
前記基板１２４２は、回路パターン(図示しない)を含むプリント基板(PCB)からなることができる。なお、前記基板１２４２は一般のプリント基板だけでなく、メタルコアPCB、フレキシブルプリント基板等を含むこともでき、これに限定されない。
【０２１４】
そして、前記多数の発光素子パッケージ２００は、前記基板１２４２上に、光が放出される発光面が前記導光板１２１０と所定距離離隔するように載置することができる。
【０２１５】
前記導光板１２１０の下には、前記反射部材１２２０を形成することができる。前記反射部材１２２０は、前記導光板１２１０の下面に入射された光を上方に反射させることで、前記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。前記反射部材１２２０は、例えばPET、PC、PVCレジンなどからなることができるが、これに限定されない。
【０２１６】
前記ボトムカバー１２３０は、前記導光板１２１０、発光モジュール部１２４０および反射部材１２２０等を収納することができる。このために、前記ボトムカバー１２３０は上面が開口されたボックス形状に形成されるが、これに限定されない。
【０２１７】
前記ボトムカバー１２３０は、金属材質、または樹脂材質からなることができ、プレス成形または押出成形などの工程により製造することができる。
【０２１８】
本実施例は、電気的/光学的信頼性を画期的に改善できる発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することができる。
【０２１９】
以上、本発明を実施例を中心に説明したが、これは例示であり、本発明がこれらの実施例に限定されるものではない。本発明が属する分野の通常の知識を持った者であれば、本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲内で、以上で例示されていない多様な変形と応用が可能なことは勿論である。例えば、実施例に具体的に示さ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、このような変形と応用に係る差異点は、添付される請求の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の第１半導体層と、
前記第１導電型の第１半導体層上の活性層と、
前記活性層上に第２導電型の第２半導体層と、
前記第２導電型の第２半導体層上の信頼性強化層と、
前記信頼性強化層上の、光抽出パターンを有する第２導電型の第３半導体層と、
を備え、
前記信頼性強化層と前記活性層との間の距離は０.３μm〜５μmである、発光素子。
【請求項２】
前記信頼性強化層は、前記第２導電型の半導体層と同一系列の物質で形成されている、請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記信頼性強化層は、InxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０＜y≦１)を含む、請求項１または請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記第２導電型の第３半導体層は、InpAlqGa１-p-qN(０≦p≦１、０≦q≦１、０≦p+q≦１)の組成式を有する半導体物質を含む、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発光素子。
【請求項５】
前記信頼性強化層のAlの組成(y)は、前記第２導電型の第３半導体層のAlの組成(q)より高い、請求項４に記載の発光素子。
【請求項６】
前記信頼性強化層のAlの組成(y)は、q+０.０５≦y≦q+０.５(但し、０≦q≦０.５)であることを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれかに記載の発光素子。
【請求項７】
前記第２導電型の第３半導体層は、InpAlqGa１-p-qN(０≦p≦１、０≦q≦１、０≦p+q≦１)の組成式を有する半導体物質を含む場合、前記信頼性強化層は前記第２導電型の第３半導体層よりInの組成比が低い、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の発光素子。
【請求項８】
前記信頼性強化層は、前記第２導電型の半導体層と同一導電型にドーピングされている、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の発光素子。
【請求項９】
前記信頼性強化層は、５nm〜２００nmの厚さを有する、請求項１〜請求項８のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１０】
前記信頼性強化層は、前記第２導電型の第３半導体層よりエネルギーバンドギャップが大きい請求項１〜請求項９のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１１】
前記信頼性強化層は、エネルギーバンドギャップが異なる第１信頼性強化層と第２信頼性強化層とを有する、請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１２】
前記信頼性強化層のAl組成或いはエネルギーバンドギャップの大きさが、前記活性層の方向に漸進的に減少する、請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１３】
前記信頼性強化層のIn組成が前記活性層の方向に漸進的に増加する、請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１４】
前記信頼性強化層は、エネルギーバンドギャップが異なる第１信頼性強化層と第２信頼性強化層とが交互に積層されてなる超格子構造を有する、請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１５】
前記信頼性強化層は、前記第２導電型の第２半導体層上に突出部を有する請求項１〜請求項１４のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１６】
前記信頼性強化層は、結晶欠陥の周囲においてその厚さがより厚い、請求項１〜請求項１５のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１７】
前記信頼性強化層は、前記結晶欠陥の周囲に前記突出部が位置する、請求項１５に記載の発光素子。
【請求項１８】
前記信頼性強化層の電気抵抗は、前記第２導電型の第３半導体層の電気抵抗より大きい、請求項１〜請求項１７のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１】
第１導電型の第１半導体層と、
前記第１導電型の第１半導体層上の活性層と、
前記活性層上に第２導電型の第２半導体層と、
前記第２導電型の第２半導体層上の信頼性強化層と、
前記信頼性強化層上の、光抽出パターンを有する第２導電型の第３半導体層と、
を備え、
前記信頼性強化層と前記活性層との間の距離は０.３μm〜５μmである、発光素子。
【請求項２】
前記信頼性強化層は、前記第２導電型の半導体層と同一系列の物質で形成されている、請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記信頼性強化層は、InxAlyGa(１-x-y)N(但し、０≦x≦１、０＜y≦１)を含む、請求項１または請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記第２導電型の第３半導体層は、InpAlqGa１-p-qN(０≦p≦１、０≦q≦１、０≦p+q≦１)の組成式を有する半導体物質を含む、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発光素子。
【請求項５】
前記信頼性強化層のAlの組成(y)は、前記第２導電型の第３半導体層のAlの組成(q)より高い、請求項４に記載の発光素子。
【請求項６】
前記信頼性強化層のAlの組成(y)は、q+０.０５≦y≦q+０.５(但し、０≦q≦０.５)であることを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれかに記載の発光素子。
【請求項７】
前記第２導電型の第３半導体層は、InpAlqGa１-p-qN(０≦p≦１、０≦q≦１、０≦p+q≦１)の組成式を有する半導体物質を含む場合、前記信頼性強化層は前記第２導電型の第３半導体層よりInの組成比が低い、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の発光素子。
【請求項８】
前記信頼性強化層は、前記第２導電型の半導体層と同一導電型にドーピングされている、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の発光素子。
【請求項９】
前記信頼性強化層は、５nm〜２００nmの厚さを有する、請求項１〜請求項８のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１０】
前記信頼性強化層は、前記第２導電型の第３半導体層よりエネルギーバンドギャップが大きい請求項１〜請求項９のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１１】
前記信頼性強化層は、エネルギーバンドギャップが異なる第１信頼性強化層と第２信頼性強化層とを有する、請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１２】
前記信頼性強化層のAl組成或いはエネルギーバンドギャップの大きさが、前記活性層の方向に漸進的に減少する、請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１３】
前記信頼性強化層のIn組成が前記活性層の方向に漸進的に増加する、請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１４】
前記信頼性強化層は、エネルギーバンドギャップが異なる第１信頼性強化層と第２信頼性強化層とが交互に積層されてなる超格子構造を有する、請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１５】
前記信頼性強化層は、前記第２導電型の第２半導体層上に突出部を有する請求項１〜請求項１４のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１６】
前記信頼性強化層は、結晶欠陥の周囲においてその厚さがより厚い、請求項１〜請求項１５のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１７】
前記信頼性強化層は、前記結晶欠陥の周囲に前記突出部が位置する、請求項１５に記載の発光素子。
【請求項１８】
前記信頼性強化層の電気抵抗は、前記第２導電型の第３半導体層の電気抵抗より大きい、請求項１〜請求項１７のいずれかに記載の発光素子。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１３−２１２９６（Ｐ２０１３−２１２９６Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２８７５０（Ｐ２０１２−２８７５０）
【出願日】平成２４年２月１３日（２０１２．２．１３）
【出願人】（５１００３９４２６）エルジー イノテック カンパニー リミテッド (279)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月１３日（２０１２．２．１３）
【出願人】（５１００３９４２６）エルジー イノテック カンパニー リミテッド (279)
【Ｆターム（参考）】
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