(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部ドープ構造層と、
前記下部ドープ構造層の上に配置された活性層と、
前記活性層の上に配置された上部ドープ構造層と、
前記上部ドープ構造層の上に電気結合によって配置された第１電極と、
前記下部ドープ構造層の上に電気結合によって配置された第２電極とを、含む発光構造と、
前記第１電極または前記上部ドープ構造層に接触して配置され、あるいは前記第１電極および前記上部ドープ構造層に接触して配置される、０．０１Ｔ以上の磁場を生成する第１磁性層とを、備えるＧａＮ発光素子。
【請求項２】
下部ドープ構造層と、
前記下部ドープ構造層の上に配置された活性層と、
前記活性層の上に配置された上部ドープ構造層と、
前記上部ドープ構造層の上に電気結合によって配置された第１電極と、
前記下部ドープ構造層の下に電気結合によって配置された第２電極とを、含む発光構造と、
前記第１電極または前記上部ドープ構造層に接触して配置され、あるいは前記第１電極および前記上部ドープ構造層に接触して配置される、０．０１Ｔ以上の磁場を生成する第１磁性層とを、備えるＧａＮ発光素子。
【請求項３】
前記第１磁性層が、前記活性層に対して実質的に垂直方向の０．０１Ｔ以上の磁場を生成する請求項１に記載のＧａＮ発光素子。
【請求項４】
前記発光構造は第１側および第２側を有し、前記第１磁性層は前記第１側に配置され、
前記発光素子は、前記第２側で前記下部ドープ構造層の下に配置され、０．０１Ｔ以上の磁場を生成する第２磁性層を、さらに備える請求項１〜３のいずれか1つに記載のＧａＮ発光素子。
【請求項５】
前記発光構造を取り囲み、０．０１Ｔ以上の磁場を生成する磁気素子を、さらに備える請求項１〜４のいずれか1つに記載のＧａＮ発光素子。
【請求項６】
前記発光構造が、基板をさらに備え、前記第１磁性層が、前記基板の上に配置された請求項１〜５のいずれか1つに記載のＧａＮ発光素子。
【請求項７】
キャリアと、
前記キャリアの上に配置され、０．０１Ｔ以上の磁場を生成し、かつ収容空間を有する磁性層と、
前記収容空間内で、前記キャリアの上に配置された発光構造とを、さらに備えた請求項１〜６のいずれか1つに記載のＧａＮ発光素子。
【請求項８】
前記磁場が、強磁性材料またはセラミック材料により生成される請求項１〜７のいずれか1つに記載のＧａＮ発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子に関するものであり、特に、磁場を有する発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱を発生させて発光する一般の蛍光ランプや白熱電球とは異なり、発光ダイオード（light emitting diode, LED）のような半導体発光素子は、半導体の特性を利用して発光するため、このような発光素子によって発せられた光は、冷光（cold luminescence）と呼ばれる。発光素子は、長寿命、軽量、低消費電力といった利点を有するため、光学ディスプレイ、信号機、データ記憶装置、通信デバイス、照明装置、医療機器等に幅広く利用されている。そのため、発光素子の発光効率をいかに向上させるかが、この技術の論点となっている。
【０００３】
ＬＥＤのような発光素子は、ＬＥＤの活性層を介して電子電流が駆動することによって発光する。しかしながら、電流密度が発光領域の全面に均一に分布しない場合、光の均一性は減少する。さらに、従来の設計において、不透明上部電極は、通常、発光領域の中心領域に配置される。そのため、上部電極の下の電流密度は他の領域よりも大きく、より多くの光を発することができる。しかしながら、上部電極は、光に対して透明ではないため、上部電極の下で発せられた光は遮断される。従来のＬＥＤの上部電極は、強度が最も高い中心領域で発せられた光を遮断するため、その結果、出力光を減少させてしまう。
【０００４】
図１は、従来の発光素子の断面図を示す概略図である。図１を参照すると、発光素子１００は、縦型(vertical type)ＬＥＤであり、電極１１０および１２０と、半導体発光層１３０の半導体積層と、第１導電型半導体層１３２と、第２導電型半導体層１３４とを備える。電流密度の分布は、電極１１０および１２０から離れる距離が増えるにつれて、次第に減少する。図１に示すように、密着した線は、電流密度が高いことを示しており、線の数が最も多い領域は、電極１１０と１２０の間である。しかしながら、先天的欠陥により、発光効率の最も高い領域は、電極１１０によって遮断されるため、発光素子１００の全体の発光効率に影響を及ぼす。
【０００５】
図２は、従来の発光素子の平面図を示す概略図である。図２を参照すると、発光素子２００は、横型(horizontal type)ＬＥＤであり、電極２１０および２２０を備える。電極は、常に、抵抗が最も低い経路を通って伝達するため、電流密度の分布は、電極２１０と２２０の間で不均質であり、電流密度の主分布は、電極２１０と２２０の間の中心経路に沿って分布する。そのため、発光素子２００によって発せられる光の量を増やすために、電流分布の均一な領域を拡大する必要があり、それによって、発光素子２００のサイズが大きくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上に基づいて、発光素子の発光効率は、下記のようないくつかの要因に影響されるものと考えられる。
【０００７】
発光素子の電極間の領域は、電流のキャリア密度（carrier density）が最も高い領域であるだけでなく、光子を最も多く生成する領域でもある。しかしながら、電極間で生成された光子は、不透明な電極によって大部分が遮断されてしまうため、発光効率を向上させるのは難しい。
【０００８】
電流は、常に、抵抗が最も低い経路を通って伝達するため、その結果、発光素子の輝度が不均質になり、発光効率や発光素子のサイズも制限される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、発光構造と第１磁性層とを備えるＧａＮ発光素子を提供する。発光構造は、下部ドープ構造層と、活性層と、上部ドープ構造層と、第１電極と、第２電極とを備える。下部ドープ構造層の上に、活性層が配置される。活性層の上に、上部ドープ構造層が配置される。上部ドープ構造層の上に、電気結合によって、第１電極が配置される。下部ドープ構造層の上に、電気結合によって、第２電極が配置される。０．０１Ｔ以上の磁場を生成する第１磁性層が、第１電極または上部ドープ構造層に接触して配置され、あるいは第１電極および上部ドープ構造層に接触して配置される。
【００１０】
本発明は、発光素子を提供する。発光素子は、発光構造と、磁性構造とを備える。発光構造は、第１ドープ構造層と、第２ドープ構造層と、２つのドープ構造層の間にある活性層と、第１電極と、第２電極とを備え、第１電極および第２電極は、それぞれ第１ドープ構造層および第２ドープ構造層に電気的に結合される。磁性構造は、発光構造に隣接して、発光構造で磁場を生成する。
【００１１】
本発明は、発光構造と、磁性層とを備えた発光素子を提供する。発光構造は、下部ドープ構造層を備える。下部ドープ構造層の上に、活性層が配置される。活性層の上に、上部ドープ構造層が配置される。上部ドープ構造層の上に、電気結合によって、第１電極が配置される。下部ドープ構造層の上に、電気結合によって、第２電極が配置される。第１電極および第２電極は、活性層の同一側または反対側にある。磁性層は、発光層と一体となり、活性層に対して実質的に垂直および／または平行な方向を有する磁場を生成する。
【００１２】
本発明は、発光構造と、磁性層とを備えた発光素子を提供する。発光構造は、第１ドープ構造層と、第２ドープ構造層と、２つのドープ構造層の間にある活性層と、第１電極と、第２電極とを備える。第１電極および第２電極は、それぞれ第１ドープ構造層および第２ドープ構造層に電気的に結合される。磁性層は、パッケージ構造によって、第１電極と第２電極の上の発光構造と連結して、発光構造で磁場を生成する。
【００１３】
本発明は、発光構造と、第１磁性層と、第２磁性層とを備えた発光素子を提供する。発光構造は、第１側および第２側を有し、第１ドープ構造層と、第２ドープ構造層と、２つのドープ構造層の間にある活性層と、第１ドープ構造層の上に電気結合によって配置された第１電極と、第２ドープ構造層の上に電気結合によって配置された第２電極と、第１側で第１電極の上に配置された第１磁性層とを備える。第２磁性層は、第２側で第２電極の上に配置される。
【００１４】
本発明は、発光構造と、熱伝導材料層と、磁性層とを備えた発光素子を提供する。熱伝導材料層は、発光構造と連結して、発光構造によって発生した熱を放散させる。磁性層は、熱伝導材料層と連結して、発光構造で磁場を生成する。
【００１５】
本発明は、ヒートシンクと、構造キャリア（structural carrier）と、発光構造とを備えた発光素子を提供する。構造キャリアは、ヒートシンクの上に積み重なる。発光構造は、構造キャリアの上に積み重なる。構造キャリアおよびヒートシンクの少なくとも一部は、磁気を有し、発光構造で磁場を提供する。
【００１６】
本発明は、ヒートシンクと、構造キャリアと、発光構造と、カプセル材料（encapsulant）とを備えた発光素子を提供する。構造キャリアは、ヒートシンクの上に積み重なり、側壁のある凹状領域を有する。発光構造は、凹状領域内で構造キャリアの上に積み重なる。カプセル材料は、空間内に満たされ、磁性材料粉を含むか、あるいは、磁性材料粉を含まない。
【００１７】
本発明は、発光構造と、電気接続によって発光構造を保持する磁性保持キャリアとを備えた発光素子を提供する。
【００１８】
本発明は、発光構造と、発光構造の下にある磁性層と、磁性層と発光構造を保持する保持キャリアとを備えた発光素子を提供する。
【００１９】
本発明は、キャリアと、キャリアの上に配置されて、収容空間を有する磁性層と、収容空間内でキャリアの上に配置された発光構造とを備えた発光素子を提供する。
【００２０】
本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来の発光素子の断面図を示す概略図である。
【図２】従来の発光素子の平面図を示す概略図である。
【図３ａ】本発明の１つの実施形態に係る発光素子の断面図を示す概略図である。
【図３ｂ】本発明の１つの実施形態に係る発光素子の断面図を示す概略図である。
【図４】本発明の別の実施形態に係る発光素子の平面図である。
【図５】本発明の１つの実施形態に係るＬＥＤの構造を示す断面図である。
【図６】本発明の１つの実施形態に係る磁性基板４２４を有するＬＥＤによって発せられた光の出力電力を示すグラフである。
【図７】本発明の１つの実施形態に係るＬＥＤの構造を示す断面図である。
【図８】本発明の１つの実施形態に係るＬＥＤの構造を示す断面図である。
【図９】本発明の１つの実施形態に係る発光素子の構造を示す断面図である。
【図１０】本発明の１つの実施形態に係る発光素子の構造を示す断面図である。
【図１１】本発明の１つの実施形態に係る発光素子の構造を示す断面図である。
【図１２ａ】発明の実施形態に係る発光素子の構造を概略的に示す断面図である。
【図１２ｂ】発明の実施形態に係る発光素子の構造を概略的に示す断面図である。
【図１２ｃ】発明の実施形態に係る発光素子の構造を概略的に示す断面図である。
【図１３】本発明の１つの実施形態に係る発光素子の構造を概略的に示す断面図である。
【図１４】本発明の１つの実施形態に係る発光素子の構造を概略的に示す断面図である。
【図１５】本発明の１つの実施形態に係る発光素子の構造を概略的に示す断面図である。
【図１６】本発明の１つの実施形態に係る発光素子の構造を概略的に示す断面図である。
【図１７】本発明の１つの実施形態に係る発光素子の構造を概略的に示す断面図である。
【図１８】本発明の実施形態に係る実装によって磁性層と連結した発光素子の構造を概略的に示す断面図である。
【図１９】本発明の１つの実施形態に係る磁性層と一体化した発光素子の別の構造を概略的に示す断面図である。
【図２０】図１９に関する構造を概略的に示す斜視図である。
【図２１】本発明の１つの実施形態に係るパッケージングによって磁性層と一体化した発光素子の構造を概略的に示す断面図である。
【図２２】本発明の１つの実施形態に係る磁場が印加された発光素子の構造を概略的に示す断面図である。
【図２３】本発明の別の実施形態に係る磁場を有する発光素子の構造を概略的に示す断面図である。
【図２４】本発明の別の実施形態に係る磁場を有する発光素子の構造を概略的に示す断面図である。
【図２５】本発明の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの概略的断面図である。
【図２６】本実施形態の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの概略的断面図である。
【図２７】本実施形態の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの概略的断面図である。
【図２８】本発明の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの概略的断面図である。
【図２９】本発明の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの概略的断面図である。
【図３０】本実施形態の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの概略的断面図である。
【図３１】本実施形態の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの概略的断面図である。
【図３２】本発明の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの概略的断面図である。
【図３３】本発明の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの概略的断面図である。
【図３４】本発明の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの概略的断面図である。
【図３５】本発明の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの概略的断面図である。
【図３６】本発明の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの概略的断面図である。
【図３７】本発明の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの概略的断面図である。
【図３８】本発明の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの断面図である。
【図３９】本発明の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、磁性構造または磁性層を備え、光の出力効率を向上させることのできる発光素子を提供する。磁性層等の磁性構造は、例えば、膜または十分な厚さを有する磁性材料のかたまりでもよい。本発明は、ホール効果（Hall Effect）のメカニズムを利用して電極の位置を調整することによって、光の出力効率を少なくとも向上させる磁場を有する発光素子を提供する。また、本発明は、磁気抵抗効果（magneto resistance effect）を利用してインピーダンスを整合し、不均質な電流の分散を減らすことによって、光の出力効率を少なくとも向上させる磁場を有する発光素子を提供する。
【００２３】
磁気抵抗は、例えば、Ｆｅ、ＣｏまたはＮｉのような強磁性材料のＧａＮまたはＧａＡｓ等の半導体層における通常の磁気抵抗でもよい。磁気抵抗は、また、例えば、Ｆｅ、ＣｏまたはＮｉのような磁性層とＣｒ、Ｃｕ、ＡｇまたはＡｕのような非磁性層の積層における巨大磁気抵抗（giant magnetoresistance, GMR）でもよい。
【００２４】
いくつかの実施形態を提供して、本発明を説明するが、本発明は、これらの実施形態のみに限定されない。また、各実施形態を適切に組み合わせて、別の実施形態としてもよい。
【００２５】
図３a及び図３bは、本発明の１つの実施形態に係る発光素子の断面図を示す概略図である。図３aを参照すると、発光素子３００は、縦型ＬＥＤであり、電極３１０および３２０と、積み重ねた半導体発光層３３０と、第１導電型層３３２と、第２導電型層３３４とを備える。発光素子３００は、発光素子３００の外側に配置された磁気源（magnetic source）３４０によって生成され、発光素子３００の断面に向かって内側に向かう磁場によって覆われる。磁場によって誘発された磁力が電子を押して、電流を左へドリフトさせる。図３aに示すように、電流密度の主分布（電流線で示す）は、電極３１０と３２０の間の領域から、出光面の下の領域へ移動する。これは、発光効率の最も高い領域が、電極３１０によって遮断されなくなり、発光素子３００の全体の発光効率が大幅に向上することを示す。
【００２６】
図３bを参照すると、発光素子３００の出光面が延伸し、その上に複数の電極３１０、３５０および３６０が配置される。図３bに示すように、電極３２０と電極３１０、３５０および３６０のそれぞれの間の電流密度の分布（電流線で示す）は、全て電極間の領域から出光面の下の領域へ移動するため、発光素子３００の全体の発光効率が大幅に向上する。また、２つの電極３１０および３５０と、２つの電極３５０および３６０の間の出光面の下の電流密度の分布は、同じである。そのため、本発明の発光素子３００は、光の均質性に影響を与えずに、より高い輝度を提供することができる。
【００２７】
図３a及び図３bに示すように、本実施形態において、磁場は、縦型ＬＥＤの場合、電子の流れがＬＥＤの縦方向に変化している。しかしながら、側面図からわかるように、磁場は、特に横型ＬＥＤの場合、電極面の電子の流れに横方向に影響を及ぼしている。図４は、本発明の別の実施形態に係る発光素子の平面図である。図４を参照すると、発光素子４００は、横型ＬＥＤであり、電極４１０および４０４を備える。上述した実施形態と同じように、磁場４０６が、電極４１０と４０４の間の経路の外へ電子をドリフトさせると、電流密度の分布は、例えば、発光素子４００の左部分へ移動する。図４に示すように、電流経路は、大きい領域（左の領域）に広がって、より均質な電流密度の分布を作り出す。
【００２８】
図５は、本発明の１つの実施形態に係るＬＥＤの構造を示す断面図である。図５を参照すると、ＬＥＤ４２０は、横型ＬＥＤであり、電極４２６および４２８と、基板４２４とを備える。電極４２６と４２８の間に活性層４３０が設けられ、電流がその中を流れた時に、光を生成する。より詳しく説明すると、活性層４３０は、例えば、第１ドープ構造層４３２と第２ドープ構造層４３４の間に設置され、これらはドープ半導体層である。ドープ構造層は、半導体積層、あるいは、一般に知られている他の適切な構造でもよい。基板４２４の下に、磁性基板４２２がさらに配置され、磁場を有するＬＥＤ４２０を提供する。
【００２９】
図６は、本発明の１つの実施形態に係る磁性基板４２２を有するＬＥＤによって発せられた光の出力電力を示すグラフである。Ｘ軸は、ＬＥＤに注入された電流を指し、Ｙ軸は、ＬＥＤによって発せられた光の出力電力を指す。図６を参照すると、例えば、ＬＥＤに０．２５Ｔの磁場を印加すると、光電変換効率は、０．０４ｍＷ／ｍＡまで上昇し、光の全体の出力電力は、２２．６％まで増大した。一方、ＬＥＤに０．１５Ｔの磁場を印加すると、光電変換効率は、０．０２５ｍＷ／ｍＡまで上昇し、光の全体の出力電力は、１５％まで増大した。図9に示すように、外部の磁場の強度が増えると、明らかに、光の出力電力が増大している。基本的に、磁場の強度は、０．０１Ｔまたはそれ以上でもよい。
【００３０】
図７は、本発明の１つの実施形態に係るＬＥＤの構造を示す断面図である。図７を参照すると、ＬＥＤ４５０は、縦型ＬＥＤであり、電極４５２および４５８と、半導体構造積層４５４とを備える。半導体構造積層４５４の中に、活性層４５６があり、電極４５８と４５２の間に設けられ、電流がその中を流れた時に、光を生成する。電極４５２の下に、磁性基板４６０がさらに配置され、磁場を有するＬＥＤ４５０を提供する。
【００３１】
また、本発明は、図８に示すように、ＥＬＯＧ（Epitaxial Lateral Over Growth）構造を利用して、ＬＥＤを形成してもよい。図８を参照すると、磁性基板は、マスクとして使用され、半導体は、エピタキシャル・プロセス（epitaxial process）によって基板上に成長するため、磁性基板をＬＥＤチップ内に埋め込んで、外部の磁場を有するＬＥＤの輝度を高める効果を増やすことができる。
【００３２】
実際の応用では、エポキシ、金属接合、ウェハ接合、エピタキシー埋め込み（epitaxy embedding）、コーティング等の様々な方法によって、発光素子と磁性材料を組み合わせることができる。また、磁性材料を発光素子自体に組み合わせて、基板、サブマウント（submount）、電磁石、スラグ（slug）、ホルダーとして作成するか、あるいは、磁性膜または磁性バルクとして作成することによって、発光素子に磁場を提供してもよい。磁性材料は、Ｒｂ、Ｒｕ、Ｎｄ、Ｆｅ、Ｐｇ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｃｒ2、Ｐｔ、Ｓｍ、Ｓｂ、Ｐｔ、またはその合金等の強磁性材料でもよい。また、磁性材料は、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＣｕおよびＶの酸化物、Ｃｒ2Ｏ3、ＣｒＳ、ＭｎＳ、ＭｎＳｅ、ＭｎＴｅ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＣｏまたはＮｉのフッ化物、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉまたはＣｕの塩化物、Ｃｕ、ＣｒＳｂ，ＭｎＡｓ、ＭｎＢｉ、α-Ｍｎ、ＭｎＣｌ2・４Ｈ2Ｏ、ＭｎＢｒ2・４Ｈ2Ｏ、ＣｕＣｌ2、２Ｈ2Ｏ、Ｃｏ（ＮＨ4）×（ＳＯ4）×Ｃｌ2・６Ｈ2Ｏ、ＦｅＣｏ3およびＦｅＣｏ3・２ＭｇＣＯ3の臭化物等のセラミック材料でもよい。発光素子は、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）、無機ＬＥＤ、縦型ＬＥＤ、横型ＬＥＤ、薄膜ＬＥＤまたはフリップチップＬＥＤでもよい。上記の構造を有する発光素子の実施形態について、それぞれ以下に説明する。
【００３３】
図９は、本発明の１つの実施形態に係る発光素子の構造を示す断面図である。図９を参照すると、本実施形態の発光素子５００は、縦型ＬＥＤであり、発光チップ５１０と、磁性サブマウント５２０とを備える。第１ドープ層５１２の上に、例えば、Ｎｉ／Ａｕまたは酸化インジウムスズ（Indium Tin Oxide, ITO）の透明導電層（transparent conductive layer, TCL）５６２がさらに配置されて、電流の分散を増進させる。発光チップ５１０は、エポキシ、金属接合、ウェハ接合、エピタキシー埋め込みまたは塗布プロセスによって、磁性サブマウント５２０の上に配置される。
【００３４】
発光チップ５１０は、上部から底部に向かって、第１電極５１１と、第１ドープ層５１２と、活性層５１３と、第２ドープ層５１４と、基板５１５と、第２電極５１６とを備え、第１ドープ層５１２、活性層５１３および第２ドープ層５１４で発光積層を形成し、基板５１５の上に配置される。第１電極５１１は、第１ドープ層５１２の上に配置されるとともに、第１ドープ層５１２に電気的に結合され、第２電極５１６は、基板５１５の下に配置されるとともに、第２ドープ層５１４に電気的に結合されて、縦型ＬＥＤ構造を形成する。活性層５１３は、第１電極５１１と第２電極５１６の間に配置され、電流がその中を流れた時に、光を生成することができる。ここで、注意すべきこととして、基板５１５の材料は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、サファイア、ＺｎＯまたはＡｌＮでもよく、発光積層の材料は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＺｎＳまたはＺｎＳｅ等の無機半導体材料、またはポリマー等の有機半導体材料でもよい。
【００３５】
磁性サブマウント５２０によって誘発された磁場は、発光チップ５１０上に印加されるため、発光チップ５１０の電流密度の主分布が、第１電極５１１と第２電極５１６の間の領域から出光面の下の領域へ移動することによって、電流の均質性が増大し、発光素子５００の全体の輝度が上がる。
【００３６】
さらに、設計のオプションで、発光素子５００は、第１電極５１５と第２電極５１６の間に配置され、活性層５１３から発せられた光を反射するミラー層等の反射層５６０をさらに備えることによって、発光素子の輝度が上がる。ここで、注意すべきこととして、別の実施形態において、反射層５６０を第２ドープ層５１４と基板５１５の間、あるいは第２基板５１６と磁性サブマウント５２０の間に配置して、光を反射してもよいが、本発明は、提示したオプションのみに限定されない。
【００３７】
図１０は、本発明の１つの実施形態に係る発光素子の構造を示す断面図である。図１０を参照すると、本実施形態の発光素子において、本実施形態の発光素子は、縦型ＬＥＤであり、例えば、発光チップ５６４と、磁性サブマウント５５０とを備える。発光チップ５６４は、エポキシ、金属接合、ウェハ接合、エピタキシー埋め込み、または塗布プロセス等の一般的な方法によって、磁性サブマウント５５０の上に配置される。
【００３８】
１つの例として、発光チップ５６４は、第１電極５６８と、基板５６１と、第１ドープ層５５８と、活性層５５６と、第２ドープ層５５４と、第２電極５５２とを備え、第１ドープ層５５８、活性層５５６および第２ドープ層５５４により発光積層を形成し、基板５６１の下に配置される。第１電極５６８は、第１ドープ層５５８の上に配置されるとともに、第１ドープ層５５８に電気的に結合され、基板５６１は、ドープ半導体層等の導電基板でもよい。第２電極５５２は、第２ドープ層５５４の下に配置されるとともに、第２ドープ層５５４に電気的に結合され、縦型ＬＥＤ構造を形成する。活性層５５６は、第１電極５６８と第２電極５５２の間に配置され、電流がその中を流れた時に、光を生成することができる。
【００３９】
磁性サブマウント５５０によって誘発された磁場は、発光チップ５６４上に印加されるため、発光チップ５６４の電流密度の主分布が、第１電極５６８と第２電極５５２の間の領域から出光面の下の領域へ移動することによって、電流の均質性が増大し、発光素子５００の全体の輝度が上がる。
【００４０】
図１１は、本発明の１つの実施形態に係る発光素子の構造を示す断面図である。さらに、別の例として、縦型構造を有する薄膜ＬＥＤを挙げる。図１１を参照すると、本実施形態の発光素子６００は、縦型ＬＥＤであり、発光チップ６１０と、磁性サブマウント６２０とを備える。発光チップ６１０は、例えば、エポキシ、金属接合、ウェハ接合、エピタキシー埋め込み、塗布プロセス、または任意の適切なプロセスによって、磁性サブマウント６２０の上に配置される。
【００４１】
発光チップ６１０は、例えば、第１電極６１１と、第１ドープ層６１２と、活性層６１３と、第２ドープ層６１４と、第２電極６１５とを備え、第１ドープ層６１２、活性層６１３および第２ドープ層６１４で発光積層を形成する。実際の必要に応じて、さらに反射層６６０を形成して、後方光を反射し返してもよい。第１電極６１１は、第１ドープ層６１２の上に配置されるとともに、第１ドープ層６１２に電気的に結合され、第２電極６１５は、第２ドープ層６１４の下に配置されるとともに、第２ドープ層６１４に電気的に結合され、縦型ＬＥＤ構造を形成する。反射層６６０は、例えば、電気接続にも用いられる金属層である。活性層６１３は、第１電極６１１と第２電極６１５の間に配置され、電流がその中を流れた時に、光を生成することができる。
【００４２】
磁性サブマウント６２０によって誘発された磁場は、発光チップ６１０上に印加されるため、発光チップ６１０の電流密度の主分布が、第１電極６１１と第２電極６１５の間の領域から出光面の下の領域へ移動することによって、電流の均質性が増大し、発光素子６００の全体の輝度が上がる。
【００４３】
本発明の１つの実施形態において、第１ドープ層６１２と電極６１１の間に、透明導電層（ＴＣＬ）をさらに配置して、輝度を上げる。さらに、第２ドープ層６１４と第２電極６１５の間に、ミラーとして用いる金属層等の反射層６６０をさらに配置し、活性層６１３から発せられる光を反射することによって、発光素子６００の輝度を上げる。ここで、注意すべきこととして、別の実施形態において、第２電極６１５と磁性サブマウント６２０の間に反射層６６０を配置して、光を反射してもよいが、本発明はこれに限定されない。
【００４４】
図１２は、本発明の実施形態に係る発光素子の構造を概略的に示す断面図である。図１２aを参照すると、本実施形態の発光素子７００ａは、縦型ＬＥＤであり、発光チップ７１０と、磁性材料７２０とを備える。発光チップ７１０は、例えば、第１電極７１１と、第１ドープ層７１２と、活性層７１３と、第２ドープ層７１４と、第２電極７１５とを備え、第１ドープ層７１２、活性層７１３および第２ドープ層７１４により発光積層を形成する。第１電極７１１は、第１ドープ層７１２の上に配置されるとともに、第１ドープ層７１２に電気的に結合される。第２電極７１５は、第２ドープ層７１４の下に配置されるとともに、第２ドープ層７１４に電気的に結合され、縦型ＬＥＤ構造を形成する。活性層７１３は、第１電極７１１と第２電極７１５の間に配置され、電流がその中を流れた時に、光を生成することができる。
【００４５】
磁性材料７２０は、第１電極７１１の上に配置され、発光チップ７１０に磁場を印加するため、発光チップ７１０の電流密度の主分布が、第１電極７１１と第２電極７１５の間の領域から出光面の下の領域へ移動することによって、電流の均質性が増大し、発光素子７００ａの全体の輝度が上がる。
【００４６】
別の実施形態では、図１２bに示すように、図１２aの実施形態を基礎として、発光積層の上に磁性層７３０が配置され、第１電極７１１を覆う。あるいは、図１２cに示すように、第１ドープ層７１２の露出した領域の上に、磁性層７４０が配置される。なお、第１ドープ層７１２の露出した領域は、第１電極７１１によって覆われていない。
【００４７】
図１３は、本発明の１つの実施形態に係る発光素子の構造を概略的に示す断面図である。図１３を参照すると、磁性材料は、例えば、複数の凹部を有するサブマウント８１０の中に製造される。各凹部は、発光チップ８２０〜８５０のうちの１つとともに配置される。さらに、オプションで、各凹部が反射面を有して、対応する発光チップによって発せられた光を反射してもよい。
【００４８】
図１４は、本発明の１つの実施形態に係る発光素子の構造を概略的に示す断面図である。図１４において、発光構造は、基板９５２の上に配置された基本構造９６４を備える。基本構造９６４は、例えば、下部ドープ積層９５４を備え、有機／無機半導体、または発光に使用される任意の適切なドープ材料でもよい。基本構造９６４は、例えば、下部ドープ積層９５４と、活性層９５６と、上部ドープ積層９５８とを備える。ここで、下部ドープ積層９５４および上部ドープ積層９５８は、異なる導電型にある。しかしながら、動作電圧によって、下部ドープ積層９５４または上部ドープ積層９５８は、ｐ型またはｎ型でもよい。また、例えば、電極とドープ半導体材料の間の相対的な接触不良のため、例えば、透明導電層（ＴＣＬ）９６０を備えてもよい。さらに、発光領域９７０の光出力の性能がより向上するよう、例えば、透明導電層９６０または上部ドープ積層９５８の上に粗面９６２を形成してもよい。実際には、粗面９６２は、光出力の方向によって、どの適切な面にあってもよい。下部ドープ積層９５４および上部ドープ積層９５８の上にそれぞれ配置される２つの電極９６６および９６８は、横型発光素子とも呼ばれる発光構造の同じ側にある。この横型の設計では、上部ドープ積層９５８において、または、透明導電層を備える場合は透明導電層９６０においても、駆動電流の水平成分（horizontal component）がある。特に、基本構造９６４は、厚さを減らすための薄膜設計であり、駆動電流の水平成分は比較的大きい。
【００４９】
本発明の実施形態において、磁性層９５０をさらに追加して、別の側の基板９５２上に実装する。磁性層９５０を用いて磁場を生成し、図４のメカニズムに基づいて、上部ドープ積層９５８の水平成分の電流密度を再分配する。磁性層９５０は、例えば、磁化を有する人工の強磁性層で、発光領域９７０に実質的に垂直な磁場を提供することによって、水平成分の電流密度を再分配してもよい。電極９６６および９６８の位置は、生成される磁場によって設定される。理解すべきこととして、磁性層９５０は、所期の磁場を生成して駆動電流をシフトさせるために用いられるが、任意の適切な設計変更を実施してもよい。磁性層９５０は、別の基板としても用いられる。例えば、磁性層９５０は、物理的に接触しない外部構造またはユニットでもよい。つまり、磁性層９５０は、磁場を利用する外部ユニット、または発光構造に一体化された構造層でもよい。
【００５０】
図１５は、本発明の１つの実施形態に係る発光素子の構造を概略的に示す断面図である。図１５において、先行技術で知られているフリップチップ・パッケージ・プロセス（flip-chip packaging process）を用いて、接合バンプ９８０および９８２で磁性層９８４を実装する。ここで、光出力の方向が基板９５２に向いていることを考慮すると、本実施形態の透明基板は入射された光を送ることができるため、粗面９６２を基板９５２の外表面に形成し、金属層のような反射層９６０’を基本構造９６４’に実装してもよい。しかしながら、磁性層９８４を実装するためのパッケージ方法は、これに限定されない。
【００５１】
あるいは、接合バンプ９８０および９８２を除外して、例えば、めっき（plating）または任意の適切な半導体製造プロセスによって、電極９６６および９６８が同じ高さを有するよう製造してもよい。電極９６６および９６８が同じ高さを有するため、例えば、磁性層９８４を電極に直接接着してもよい。つまり、磁性層９８４は、任意の適切な方法によって形成することができる。
【００５２】
さらに、例えば、磁性層９５０を底部に追加することによって、図１５の構造と図１４を組み合わせてもよい。結果として、２つの磁性層が実装される。
【００５３】
図１６は、本発明の１つの実施形態に係る発光素子の構造を概略的に示す断面図である。図１６において、代わりに、磁性層９８４を基板として用いてもよい。この場合、基本構造９６４”は、前述したように、磁性層９８４によって実装される。図１５のように、反射層９６０’は、基本構造９６４”内に実装される。また、下部ドープ層９５４は、粗面９６２を有する。その結果、光がより良い性能で粗面９６２を通過できる。
【００５４】
図１７は、本発明の１つの実施形態に係る発光素子の構造を概略的に示す断面図である。図１７は、電極９９２および９９４の別の設計であり、電極９９２は、電極９９４に対して斜めの角に設置されない。この種の電極は、印加される磁場に基づいて設計される。磁場の強度および方向が異なる結果をもたらすこともある。特に、図４で説明したように、磁場を印加した場合、電極９９２は、磁場にしたがって、対照的な位置に存在しない。
【００５５】
図１７の電極に基づいて、測定を行った。例えば、垂直方向の４２０ｍＴの磁場と、２００ｍＡの駆動電流を適用する。図１７の電極の場合、例えば、約５．６％の向上が見られた。この測定からわかるように、本発明において印加した磁場は、確かに性能を上げることができる。電極の位置は、それに応じて設定される。
【００５６】
図１８は、本発明の実施形態に係る実装によって磁性層と連結した発光素子の構造を概略的に示す断面図である。図１８において、例えば、基板１０００の上に、第１ドープ半導体構造層１００２が配置される。ドープ半導体構造層１００２の上に、活性層１００４が形成される。活性層１００４の上に、第２ドープ半導体構造層１００６が形成される。ここで、ドープ半導体構造層は、設計された構造を有する単一層または積層でもよい。しかしながら、本発明は、半導体構造層を特に限定しない。さらに、例えば、第１半導体構造層１００２の上に、透明導電層（TCL）１００８を形成してもよい。透明導電層１００８は、電極１０１２と接触しているため、既に周知のように、発光効率を上げることができる。さらに、発光方向によっては、ミラーを実装してもよい。この例では、第１半導体構造層１００２の上に、電極１０１０が配置され、透明導電層１００８の上に、電極１０１２が配置される。通常、この構造部分は、例えば、ＬＥＤとして知られている。本発明は、特定の無磁場ＬＥＤに限定されない。
【００５７】
ある実施形態において、磁気源を実装するために、フリップチップ・パッケージ等のパッケージ構造を用いて、発光素子に磁性層を一体化してもよい。磁性層１０１８は、サブマウント１０２０の上に形成される。磁性層１０１８は、例えば、希望する方向の磁化を有する強磁性層である。強磁性層を形成するための材料は、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｂ等である。さらに、人工の磁性材料の代わりに、自然の磁石をその上に固着させて用いることもできる。しかしながら、磁場の方向は、適切に調整しなければならない。それから、接合バンプ等の接合構造１０１４および１０１６によって、または直接接合することによって、磁性層１０１８を有するサブマウント１０２０の上にＬＥＤをパッケージする。その結果、磁性層１０１８は、ＬＥＤに磁場を生成することができる。１つの実施形態において、磁性層１０１８の磁化方向が図面シートの外に出ている場合、磁場は希望する方向にある。磁性層１０１８を有するサブマウント１０２０とＬＥＤは別々に使用されてもよく、所期の磁場はシングルチップ内で自給される。
【００５８】
図１９は、本発明の１つの実施形態に係る磁性層と一体化した発光素子の別の構造を概略的に示す断面図である。図２０は、図１９に関する構造を概略的に示す斜視図である。同じ見解に基づいて、磁性層は、様々な方法によって、発光素子のようにＬＥＤと一体化することができる。
【００５９】
図１９において、代わりの構造として、別の実施形態で説明したように、ＬＥＤ構造は、第１ドープ半導体構造層１００２と、活性層１００４と、第２ドープ半導体構造層１００６とを備える。さらに、透明導電層１００８を備えてもよい。以下の実施形態において、磁性層を実装するＬＥＤ構造を例として挙げる。一つの側にある第１ドープ半導体構造層１００２の上に、第１電極層１０３４が形成され、第１電極層１０３４に対して反対側にある透明導電層１００８の上に、第２電極層１０３６が形成される。発光領域１０４０が形成される。この構造を基礎として、第１磁性層１０３８は、例えば、第２電極層１０３６の上に形成され、好ましくは、第２電極層１０３６の上にのみ形成される。第１磁性層１０３８は、ＬＥＤ内に、例えば、方向を有する磁場が生成されてもよい。さらに、第１電極層１０３４の上に、第２磁性層１０４４が形成されてもよい。
【００６０】
図２０からわかるように、例えば、ストリップパターン（strip pattern）等のパターンを有するいくつかの区域内に、第２電極層１０３６および第１磁性層１０３８を設けて、所期の磁場を生成することができる。つまり、磁場をどのように生成して光出力効果を上げるかによって、磁場を有する上部電極は、一つの部分、またはいくつかの部分の中にあってもよい。
【００６１】
さらに、２つの電極が同じ側に配置されるようにＬＥＤを設計した時は、磁気源を一体化してもよい。ここで、いくつかの例を提供する。図２１は、本発明の１つの実施形態に係るパッケージングによって磁性層と一体化した発光素子の構造を概略的に示す断面図である。図２１は、図１９の構造を基礎として、例えば、第１ドープ半導体構造層１００２が延伸している領域の上の第２電極層１０３６と同じ側に、第１電極層１０３４が形成される。また、第２電極層１０３６の上に、第１磁性層１０３８が形成される。さらに、例えば、第１ドープ半導体構造層１００２の上に、第２磁性層１０４４が直接配置される。
【００６２】
図２２は、本発明の１つの実施形態に係る磁場が印加された発光素子の構造を概略的に示す断面図である。図２２において、磁場を有する電子素子の基本構造は、発光構造１１００と、熱伝導材料層１１０２と、磁性層１１０４とを備える。発光素子の構造１１００は、例えば、通常のＬＥＤのように、２つの対向する側に２つの電極を有する図１の縦型構造、あるいは、同じ側に２つの電極を有する図３の横型構造でもよい。発光構造は、本技術分野において通常の知識を有する者に周知であるため、説明を省略する。熱伝導材料層１１０２と発光構造１１００を結合することによって、発生した熱を発光構造１１００から放散させる。磁性層１１０４を熱伝導材料層１１０２と結合して、発光構造１１００に磁場を生成することによって、駆動電流の分布をシフトさせる効果をもたらすことができる。
【００６３】
熱伝導材料層１１０２の効果は、熱を外へ伝導し、放散させることである。熱伝導材料は、例えば、大きな熱伝導率を有する銅、銀、金、アルミニウム、白金、セラミック、酸化物、またはその組み合わせでもよい。熱伝導材料は、磁場の必要に応じて、例えば、常磁性材料または強磁性材料から得てもよい。または、鉄、コバルト、ニッケル、アルミニウム、白金、錫、プラチナ、またはその合金、あるいはその他の化合物から選ばれる金属を有する材料でもよい。そのため、磁性材料から得た磁場は、発光素子の中で容易に使用することができる。熱伝導材料層が、金、銀、銅、炭素、鉛のような耐磁性または反磁性材料である場合、磁場が過度に減らないよう、厚さを減らさなければならない。通常、熱伝導材料層１１０２の領域は、磁性層１１０４よりも大きいため、放熱ルートは磁性材料を通過せず、それによって、熱抵抗が減少し、放熱効率が上がる。
【００６４】
図２２の実施形態では、熱伝導材料層１１０２の中に磁性層１１０４を埋め込む。つまり、熱伝導材料層１１０２は、磁性層１１０４の上面と側面を取り囲む。この構造により、磁性層１１０４は、発光構造１１００に近づくことができる。
【００６５】
図２３は、本発明の別の実施形態に係る磁場を有する発光素子の構造を概略的に示す断面図である。本実施形態において、凹部を有するＳＯＩ（silicon-on-insulator）構造１１０８を用いて、少なくとも１つの発光構造１１１４に適用する。凹部は、上部シリコン層１１０８ｃおよび絶縁層１１０８ｂ内に形成され、下部シリコン層１１０８ａを露出させる。発光構造１１１４に接続するための電極１１１６ａ、１１１６ｂは、例えば、下部シリコン層１１０８ａの上の接続パッドであり、発光構造１１１４と電極１１１６ａ、１１１６ｂの間にパッケージバンプ１１１７ａ、１１１７ｂが接続される。また、下部シリコン層１１０８ａは、その中に複数の導電プラグ１１２０を有し、接続パッドの電極１１１６ａ、１１１６ｂを下部シリコン層１１０８ａの下表面に延伸させる。下部シリコン層１１０８ａの下表面は、別の電極層１１１０ａ、１１１０ｂとともに形成され、プラグ１１２０によって、発光構造１１１４に電気接続される。熱伝導材料層１１０２は、さらに、ヒートシンクとして用いられ、磁性層１１０４を取り囲む。熱伝導材料層１１０２は、電極層１２０２および１２０４を有し、電極層１１１０ａおよび１１１０ｂに接続する。つまり、動作電圧は、ヒートシンク１１０２上の電極層１２０２および１２０４から、発光構造１１１４に印加される。
【００６６】
図２４は、本発明の別の実施形態に係る磁場を有する発光素子の構造を概略的に示す断面図である。図２４では、代わりに、ワイヤボンディング（wire bonding）によって、発光構造１１１２を実装する。また、ＳＯＩ層１１０８も取り入れる。しかしながら、凹部は、上部シリコン層１１０８の中にのみ形成され、絶縁層１１０８ｂを露出させる。電極層１１１０ａおよび１１１０ｂは、凹部の側壁および下部に形成される。発光構造１１１２は、電極層１１１０ａおよび１１１０ｂにワイヤボンディングしている。電極層１１１０ａおよび１１１０ｂは、絶縁層１１１３によって絶縁される。電極層１１１０ａおよび１１１０ｂは、金属でもよく、追加の反射層としても用いられる。下部シリコン層１１０８ａおよび絶縁層１１０８ｂの中に、別の下部凹部が形成され、上部シリコン層１１０８ｃを露出させる。それから、下部凹部の表面に、追加の導電放散層１１１９が形成される。導電放散層１１１９とともに、追加の熱伝導層１１２１をさらに使用してもよい。熱伝導材料層１１０２は、磁性層１１０４を取り囲み、下部シリコン層１１０８ａを覆う導電放散層１１１９に接着される。また、熱伝導材料層１１０２の上部に、電極層１２０２および１２０４を形成して、導電放散層１１１９と接触してもよい。ある状況においては、発光構造１１１２は、ワイヤボンディングで接続されなくてもよい。代わりのオプションとして、導電放散層１１１９を電極として用いて、電極層１１１０ａおよび１１１０ｂに接続し、それから発光構造１１１２に接続して、動作電圧を供給してもよい。
【００６７】
上述したように、提示した実施形態を相互に組み合わせて、他の実施形態としてもよい。ここでは、それぞれの組み合わせについて説明しないが、本分野において通常の知識を有する者であれば理解できるであろう。
【００６８】
さらに、同じ見解に基づいて、別の実施形態をさらに提供する。図２５は、本発明の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの概略的断面図である。図２５を参照すると、本実施形態の発光素子パッケージ１４００は、上述した発光素子パッケージと類似する。本実施形態の発光素子パッケージ１４００は、さらに、第１キャリア１４１０と、第２キャリア１４２０と、ヒートシンク１４３０とを備える。第１キャリア１４１０は、第２キャリア１４２０の上に配置され、第２キャリア１４２０は、ヒートシンク１４３０の上に配置される。第１キャリア１４１０は、例えば、サブマウントであり、第２キャリア１４２０は、例えば、スラグである。本実施形態において、第１キャリア１４１０、第２キャリア１４２０およびヒートシンク１４３０のうちの少なくとも１つは、磁気を有し、磁気源を形成する。本実施形態において、ヒートシンク１４３０は、例えば、複数のフィンを有する。しかしながら、ヒートシンク１４３０は、フィンを有さないブロックまたは異なる形状のヒートシンクであってもよい。なお、本発明のヒートシンク１４３０は、フィンの形状に限定されない。また、ヒートシンク１４３０は、熱伝導性を有し、選択的に導電性を有してもよい。
【００６９】
本実施形態において、発光構造１３１０と第１キャリア１４１０の間に接続層１４４０ａが配置され、発光構造１３１０と第１キャリア１４１０を接合する。さらに、発光構造１３１０と第１キャリア１４１０の間に反射層１４５０が配置され、発光構造１３１０から光を反射することによって、発光素子パッケージ１４００の発光効率を上げる。しかしながら、別の実施形態において、反射層１４５０は、第１キャリア１４１０と第２キャリア１４２０の間に配置されてもよい。さらに、別の実施形態において、発光構造１３１０は、接続層１４４０ａを介して接合せずに、第１キャリア１４１０の上に直接接合してもよい。本実施形態において、接続層１４４０ｂは、第１キャリア１４１０と第２キャリア１４２０の間に配置され、第１キャリア１４１０と第２キャリア１４２０を接合する。しかしながら、別の実施形態において、第１キャリア１４１０は、接続層１４４０ｂを介して接合せずに、第２キャリア１４２０の上に直接接合してもよい。本実施形態において、接続層１４４０ｃは、第２キャリア１４２０とヒートシンク１４３０の間に配置され、第２キャリア１４２０とヒートシンク１４３０を接合する。しかしながら、別の実施形態において、第２キャリア１４２０は、接続層１４４０ｃを介して接合せずに、ヒートシンク１４３０の上に直接接合してもよい。さらに、本実施形態において、接続層１４４０ａ、１４４０ｂおよび１４４０ｃは、例えば、導電接着剤、絶縁接着剤、放熱接着剤、金属接着剤、非金属接着剤、金属バンプ、または他の適切な材料である。
【００７０】
注意すべきこととして、本発明の発光素子パッケージは、第２キャリア１４２０およびヒートシンク１４３０を備えることに限定されない。別の実施形態において、発光素子パッケージは、ヒートシンク１４３０を備えていなくてもよく、第１キャリア１４１０および第２キャリア１４２０のうちの少なくとも１つは、磁気を有し、磁気源を形成する。あるいは、発光素子パッケージは、第２キャリア１４２０およびヒートシンク１４３０を備えていなくてもよく、第１キャリアは、磁気を有し、例えば、サブマウントまたはスラグである。
【００７１】
図２６は、本発明の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの概略的断面図である。図２６を参照すると、本実施形態の発光素子パッケージ１４００ａは、上述した図２５の発光素子パッケージ１４００と類似するが、以下の点で異なる。本発明は、第１キャリア１４１０、第２キャリア１４２０およびヒートシンク１４３０のうちの少なくとも１つが全体的に磁気を有することに限定されない。代わりに、第１キャリア１４１０、第２キャリア１４２０およびヒートシンク１４３０のうちの少なくとも１つの一部が磁気を有し、磁気源を形成してもよい。
【００７２】
例えば、本実施形態の発光素子パッケージ１４００ａにおいて、第１キャリア１４１０ａは、第１部分１４１２と、第１部分１４１２の上に設けられた第２部分１４１４とを備え、第２キャリア１４２０ａは、第３部分１４２２と、第３部分１４２２の上に設けられた第４部分１４２４とを備え、ヒートシンク１４３０ａは、第５部分１４３２と、第５部分１４３２の上に設けられた第６部分１４３４とを備える。第１部分１４１２および第２部分１４１４のうちの１つは、磁性部であり、もう一方は非磁性部である。また、第３部分１４２２および第４部分１４２４のうちの１つは、磁性部であり、もう一方は非磁性部である。さらに、第５部分１４３２および第６部分１４３４のうちの１つは、磁性部であり、もう一方は非磁性部である。
【００７３】
別の実施形態において、第１キャリア、第２キャリアおよびヒートシンクのうちの２つが、それぞれ磁性部および非磁性部を有し、もう一方が磁気を有する、または有さない単一の部分を備えてもよい。あるいは、第１キャリア、第２キャリアおよびヒートシンクのうちの１つが、磁性部および非磁性部を有し、他が磁気を有する、または有さない単一の部分を備えてもよい。
【００７４】
図２７は、本発明の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの概略的断面図である。図２７を参照すると、本実施形態の発光素子パッケージ１４００ｂは、上述した図２５の発光素子パッケージ１４００と類似するが、以下の点で異なる。発光素子パッケージ１４００ｂにおいて、第２キャリア１４２０ｂは、凹部１４２６を有し、凹部１４２６の中に、発光構造１３１０および第１キャリア１４１０が設けられる。本実施形態において、第２キャリア１４２０ｂは、例えば、スラグであり、底部１４２２ｂと、側壁部１４２４ｂとを備える。側壁部１４２４ｂは、底部１４２２ｂの上に配置され、発光構造１３１０および第１キャリア１４１０を取り囲む。本実施形態において、側壁部１４２４ｂおよび第１キャリア１４１０は、いずれも磁気を有し、２つの磁気源を形成する。そのため、発光構造１３１０に印加された磁場の強度を増加させ、発光素子パッケージ１４００ｂの発光効率をさらに向上させることができる。注意すべきこととして、本発明の凹部１４２６は、図２７に示した形状に限定されないため、別の実施形態において、異なる形状でもよい。
【００７５】
しかしながら、別の実施形態において、底部１４２２ｂは、磁気を有さなくてもよく、側壁部１４２４ｂは、磁気を有してもよい。あるいは、第２キャリア１４２０ｂは、磁気を有する、または有さない単一の部分を備えてもよい。つまり、底部１４２２ｂおよび側壁部１４２４ｂは、一体形成されてもよい。また、第１キャリア１４１０は、磁気を有さなくてもよい。
【００７６】
図２８は、本発明の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの概略的断面図である。図２８を参照すると、本実施形態の発光素子パッケージ１４００ｃは、上述した図２７の発光素子パッケージ１４００ｂと類似するが、以下の点で異なる。本実施形態の発光素子パッケージ１４００ｃは、図２７に示した第２キャリア１４２０ｂを有していない。また、第１キャリア１４１０ｃは、凹部１４１６を有し、凹部１４１６の中に、発光構造１３１０が設けられる。さらに、第１キャリア１４１０ｃは、サブマウントまたはスラグでもよく、底部１４１２ｃおよび側壁部１４１４ｃを有する。側壁部１４１４ｃは、底部１４１２ｃの上に配置され、発光構造１３１０を取り囲む。本実施形態において、底部１４１２ｃまたは側壁部１４１４ｃは、磁気を有する。しかしながら、別の実施形態において、第１キャリア１４１０ｃは、磁気を有する、または有さない単一の部分を備えてもよい。本実施形態において、第１キャリア１４１０ｃとヒートシンク１４３０の間に、接続層１４４０ｂが配置され、第１キャリア１４１０ｃとヒートシンク１４３０を接合する。
【００７７】
図２９は、本発明の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの概略的断面図である。図２９を参照すると、本実施形態の発光素子パッケージ１４００ｄは、上述した図２５の発光素子パッケージ１４００と類似するが、以下の点で異なる。発光素子パッケージ１４００ｄにおいて、ヒートシンク１４３０ｄは、第５部分１４３２ｄと、第６部分１４３４ｄとを備え、これらは図２６の第５部分１４３２および第６部分１４３４の変更形態である。第５部分１４３２ｄは、第６部分１４３４ｄを收納するための凹部１４３６を有する。第２キャリア１４２０は、磁性部である第５部分１４３２ｄおよび第６部分１４３４ｄの両方の上に配置され、第５部分１４３２ｄと第６部分１４３４ｄの間の境界線Ｂを横切る。本実施形態において、第５部分１４３２ｄは、非磁性部であり、第６部分１４３４ｄは、磁性部である。非磁性部の熱伝導率は、磁性部の熱伝導率よりも大きいため、熱伝導経路Ｐは、発光構造１３１０から第１キャリア１４１０および第２キャリア１４２０を通って部分１４３２ｄへ形成される。主な熱伝導経路Ｐは、磁性材料を通過しないため、本実施形態の発光素子パッケージ１４００ｄの放熱効率は、比較的良好である。
【００７８】
しかしながら、別の実施形態において、第５部分１４３２ｄおよび第６部分１４３４ｄは、それぞれ磁性部および非磁性部であってもよい。図３０は、本発明の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの概略的断面図である。図３０を参照すると、本実施形態の発光素子パッケージ１４００ｅは、上述した図２５の発光素子パッケージ１４００と類似するが、以下の点で異なる。発光素子パッケージ１４００ｅにおいて、発光構造１３１０と第１キャリア１４１０の間に、銅、銀、アルミニウムまたはセラミックのような熱伝導素子１４６０が配置され、発光構造１３１０からの放熱率を増加させる。熱伝導素子１４６０は、例えば、熱伝導層である。
【００７９】
図３１は、本発明の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの概略的断面図である。図３１を参照すると、本実施形態の発光素子パッケージ１４００ｆは、上述した図２５の発光素子パッケージ１４００と類似するが、以下の点で異なる。発光素子パッケージ１４００ｆにおいて、第１キャリア１４１０の上に、磁気素子１４７０が配置され、磁気素子１４７０の上に、発光構造１３１０が配置される。磁気素子１４７０は、例えば、磁性層であり、磁気源を形成する。第１キャリア１４１０、第２キャリア１４２０およびヒートシンク１４３０の全てが、磁気を有していなくてもよい。あるいは、第１キャリア１４１０、第２キャリア１４２０およびヒートシンク１４３０のうちの少なくとも１つの少なくとも一部が磁気を有していてもよい。
【００８０】
図３２は、本発明の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの概略的断面図である。図３２を参照すると、本実施形態の発光素子パッケージ１４００ｇは、上述した図２５の発光素子パッケージ１４００と類似するが、以下の点で異なる。本実施形態の発光素子パッケージ１４００ｇは、さらに、カプセル材料１４８０と、磁気フィルム１４９０とを備える。カプセル材料１４８０は、発光構造１３１０および第１キャリア１４１０を包む。本実施形態において、カプセル材料１４８０の材料は、例えば、シリコン樹脂またはその他の樹脂である。また、カプセル材料１４８０は、蛍光体でドーピングされても、またはドーピングされなくてもよい。磁気フィルム１４９０は、カプセル材料１４８０の上に配置され、磁気源を形成する。本実施形態において、発光素子パッケージ１４００ｇは、さらに、磁気フィルム１４９０の上に配置されたレンズキャップ１５１０を備える。また、本実施形態において、第２キャリア１４２０ｇは、凹部１４２６ｇを有し、発光構造１３１０および第１キャリア１４１０を含有する。
【００８１】
本実施形態において、第１キャリア１４１０、第２キャリア１４２０ｇおよびヒートシンク１４３０の全てが、磁気を有していなくてもよい。しかしながら、別の実施形態において、第１キャリア１４１０、第２キャリア１４１０ｇおよびヒートシンク１４３０のうちの少なくとも１つの少なくとも一部が、磁気を有していてもよい。
【００８２】
図３３は、本発明の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの概略的断面図である。図３３を参照すると、本実施形態の発光素子パッケージ１４００ｈは、上述した図３２の発光素子パッケージ１４００ｇと類似するが、以下の点で異なる。発光素子パッケージ１４００ｈにおいて、複数の磁性粉１４８２がカプセル材料１４８０の中でドーピングされて、磁気源を形成する。別の実施形態において、発光素子パッケージは、磁気フィルム１４９０を備えずに、磁性粉１４８２を備えてもよい。
【００８３】
図３４は、本発明の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの概略的断面図である。図３４を参照すると、本実施形態の発光素子パッケージ１４００ｉは、上述した図２７の発光素子パッケージ１４００ｂと類似するが、以下の点で異なる。発光素子パッケージ１４００ｉにおいて、第２キャリア１４２０ｂの底部１４２２ｂおよび第２キャリア１４２０ｂの側壁部１４２４ｂの上、すなわち、凹部１４２６の内表面１４２８の上に、反射層１５２０が配置されて、発光構造１３１０から光を反射し、それによって、発光素子パッケージ１４００ｉの発光効率が上がる。
【００８４】
図３５は、本発明の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの概略的断面図である。図３５を参照すると、本実施形態の発光素子パッケージ１４００ｊは、上述した図２８の発光素子パッケージ１４００ｃと類似するが、以下の点で異なる。発光素子パッケージ１４００ｊにおいて、第１キャリア１４１０ｃの底部１４１２ｃおよび第１キャリア１４１０ｃの側壁部１４１４ｃの上、すなわち、凹部１４１６の内表面１４１８の上に、反射層１５３０が配置される。本実施形態において、接続層１４４０ｂは、第１キャリア１４１０ｃとヒートシンク１４３０を接合する。
【００８５】
図３６は、本発明の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの概略的断面図である。図３６を参照すると、本実施形態の発光素子パッケージ１４００ｋは、上述した図３２の発光素子パッケージ１４００ｇと類似するが、以下の点で異なる。発光素子パッケージ１４００ｋにおいて、第１キャリア１４１０ｋは、リードフレーム（lead frame）であるが、図３２のようなサブマウントではない。本実施形態において、第１キャリア１４１０ｋは、磁気を有する。また、カプセル材料１４８０ｋは、発光構造１３１０と、第１キャリア１４１０ｋの一部を包む。本実施形態において、カプセル材料１４８０ｋの材料は、例えば、エポキシ樹脂、シリコン樹脂またはその他の樹脂である。
【００８６】
図３７は、本発明の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの概略的断面図である。図３７を参照すると、発光素子パッケージ１４００ｌは、上述した図３６の発光素子パッケージ１４００ｋと類似するが、以下の点で異なる。発光素子パッケージ１４００ｌにおいて、複数の磁性粉１４２８ｌは、カプセル材料１４８０ｌの中でドーピングされる。また、磁気素子１４７０ｌは、第１キャリア１４７０ｋの上に配置され、発光構造１３１０は、磁気素子１４７０ｌの上に配置される。本実施形態において、磁気素子１４７０ｌは、例えば、磁性層である。また、発光構造１３１０と磁気素子１４７０ｌの間に接続層１４４０ｄが配置されてもよく、磁気素子１４７０ｌと第１キャリア１４１０ｋの間に別の接続層１４４０ｅが配置されてもよい。
【００８７】
別の実施形態において、発光素子パッケージは、磁性粉１４８２ｌを備えるが、磁気素子１４７０ｌを備えていなくもよく、第１キャリア１４１０ｋは、磁気を有しても、有していなくてもよい。あるいは、発光素子パッケージは、磁気素子１４７０ｌを備えるが、磁性粉１４８２ｌを備えていなくもよく、第１キャリア１４１０ｋは、磁気を有しても、有していなくてもよい。
【００８８】
図３８は、本発明の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの概略的断面図である。図３８を参照すると、本実施形態の発光素子パッケージ１４００ｍは、上述した図３１の発光素子パッケージ１４００ｆと類似するが、以下の点で異なる。発光素子パッケージ１４００ｍは、さらに、発光構造１３１０を取り囲み、磁気源を形成する磁性層１５４０、例えば、磁性リングを備える。キャリア１４１０は、例えば、円形、楕円形、矩形、台形、逆台形、またはカップ形の形状をした収容空間を有する。本実施形態において、第１キャリア１４１０は、磁気を有しても、有していなくてもよい。
【００８９】
図３９は、本発明の１つの実施形態に係る発光素子パッケージの断面図である。図３９を参照すると、本実施形態の発光素子パッケージ１４００ｎは、上述した図３８の発光素子パッケージ１４００ｍと類似するが、以下の点で異なる。発光素子パッケージ１４００ｎにおいて、第１キャリア１４１０および磁気層１５４０の内表面１５４２の両方の上に、反射層１４５０ｍを配置することによって、発光素子パッケージ１４００ｎの発光効率が上がる。
【００９０】
注意すべきこととして、上述した発光素子パッケージ１４００および１４００ａ〜１４００ｎの発光構造１３１０は、縦型でも横型でもよい。発光方向は、それに応じて選択される。
【００９１】
以上のように、本発明の実施形態に係る発光素子パッケージは、磁気源を発光素子のそばに配置して、発光素子に磁場を印加するため、発光素子の電流の経路が磁場によってより好適な経路に変更され、それによって、発光素子パッケージの発光効率が上がる。
【００９２】
本発明の実施形態に係る発光素子パッケージが縦型の発光素子パッケージの時、磁場は、発光素子の中の電流にローレンツ力（Lorentz force）を生成し、電極の下の領域から離れる方向に沿って電流を押し出す。この場合、電流は、電極の下に集まらず、電極の下の領域から離れる方向に沿って広がるため、発光層に生成されたより多くの光子が電極によってブロックされず、それによって、発光素子パッケージの発光効率が上がる。   
【００９３】
本発明の実施形態に係る発光素子パッケージが横型の発光素子パッケージの時、磁場は、負ローレンツ力および磁気抵抗効果を生成して、第１電極と第２電極の間の方向経路の外へ電流を押し出すため、発光素子の中の電流はより均一になり、発光層から発せられた光子をより均一にする。
【００９４】
このように、均一な光を発するためにより大きな領域を必要とする場合でも、発光素子の表面領域は、相対的に小さくてもよい。
【００９５】
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【符号の説明】
【００９６】
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００ａ、７００ｂ、７００ｃ    発光素子
１１０、１２０、２１０、２２０、３１０、３２０、３５０、３６０、４０２、４０４、４２６、４２８、４５２、４５８、９６６、９６８、９９２、９９４、１０１０、１０１２、１１１６ａ、１１１６ｂ、１２０２、１２０４    電極
１３０、３３０    半導体発光層
１３２    第１導電型半導体層
１３４    第２導電型半導体層
３３２    第１導電型層
３３４    第２導電型層
３４０    磁気源
４０６    磁場
４２０、４５０    ＬＥＤ
４２２、４６０    磁性基板
４２４、５１５、５６１、９５２、１０００    基板
４３０、４５６、５１３、５５６、６１３、７１３、９５６、１００４    活性層
４３２    第１ドープ構造層
４３４    第２ドープ構造層
４５４    構造積層
５１０、５６４、６１０、７１０、８２０〜８５０    発光チップ
５１１、５６８、６１１、７１１    第１電極
５１２、５５８、６１２、７１２    第１ドープ層
５１４、５５４、６１４、７１４    第２ドープ層
５１６、５５２、６１５、７１５    第２電極
５２０、５５０、６２０    磁性サブマウント
５６０、６６０、９６０’、１４５０、１４５０ｍ、１５２０、１５３０    反射層
５６２、９６０、１００８    透明導電層
７２０    磁性材料
７３０、７４０、９５０、９８４、１０１８、１０３８、１０４４、１１０４、１５４０    磁性層
８１０、１０２０    サブマウント
９６２    粗面
９５４    下部ドープ積層
９５８    上部ドープ積層
９６４、９６４’、９６４”     基本構造
９７０、１０４０    発光領域
９８０、９８２    接合バンプ
１００２、１００６    ドープ半導体構造層
１０１４、１０１６    接合構造
１０３４    下部電極層
１０３６、１１１０ａ、１１１０ｂ、１２０２、１２０４    電極層
１０４２    方向
１１００、１１１２、１１１４、１３１０    発光構造
１１０２    熱伝導材料層
１１０８    ＳＯＩ構造
１１０８ａ    下部シリコン層
１１０８ｂ、１１１３    絶縁層
１１０８ｃ    上部シリコン層
１１１９    導電放散層
１１２０    導電プラグ
１１２１    熱伝導層
１４００、１４００ａ〜１４００ｎ    発光素子パッケージ
１４１０、１４１０ａ、１４１０ｃ、１４１０ｋ    第１キャリア
１４１２    第１部分
１４１４    第２部分
１４１６、１４２６、１４２６ｇ、１４３６    凹部
１４１８、１４２８、１５４２    内表面
１４２０、１４２０ａ、１４２０ｂ、１４２０ｇ    第２キャリア
１４２２    第３部分
１４２４    第４部分
１４３０、１４３０ａ、１４３０ｄ    ヒートシンク
１４３２、１４３２ｄ    第５部分
１４３４、１４３４ｄ    第６部分
１４４０ａ、１４４０ｂ、１４４０ｃ、１４４０ｄ、１４４０ｅ    接続層
１４２２ｂ、１４１２ｃ    底部
１４２４ｂ、１４１４ｃ    側壁部
１４６０    熱伝導素子
１４７０、１４７０ｌ    磁気素子
１４８０、１４８０ｋ    カプセル材料
１４８２、１４８２ｌ    磁性粉
１４９０    磁気フィルム
１５１０    レンズ
１５４０    磁気リング
１５４２    内表面
Ｂ    境界線
Ｐ    熱伝導経路
【図１】
0005564129.tif 000002
【図２】
0005564129.tif 000003
【図３ａ】
0005564129.tif 000004
【図３ｂ】
0005564129.tif 000005
【図４】
0005564129.tif 000006
【図５】
0005564129.tif 000007
【図６】
0005564129.tif 000008
【図７】
0005564129.tif 000009
【図８】
0005564129.tif 000010
【図９】
0005564129.tif 000011
【図１０】
0005564129.tif 000012
【図１１】
0005564129.tif 000013
【図１２ａ】
0005564129.tif 000014
【図１２ｂ】
0005564129.tif 000015
【図１２ｃ】
0005564129.tif 000016
【図１３】
0005564129.tif 000017
【図１４】
0005564129.tif 000018
【図１５】
0005564129.tif 000019
【図１６】
0005564129.tif 000020
【図１７】
0005564129.tif 000021
【図１８】
0005564129.tif 000022
【図１９】
0005564129.tif 000023
【図２０】
0005564129.tif 000024
【図２１】
0005564129.tif 000025
【図２２】
0005564129.tif 000026
【図２３】
0005564129.tif 000027
【図２４】
0005564129.tif 000028
【図２５】
0005564129.tif 000029
【図２６】
0005564129.tif 000030
【図２７】
0005564129.tif 000031
【図２８】
0005564129.tif 000032
【図２９】
0005564129.tif 000033
【図３０】
0005564129.tif 000034
【図３１】
0005564129.tif 000035
【図３２】
0005564129.tif 000036
【図３３】
0005564129.tif 000037
【図３４】
0005564129.tif 000038
【図３５】
0005564129.tif 000039
【図３６】
0005564129.tif 000040
【図３７】
0005564129.tif 000041
【図３８】
0005564129.tif 000042
【図３９】
0005564129.tif 000043