(57)【要約】【課題】正孔の注入を増やして発光効率を向上させることができる発光素子を提供すること。【解決手段】本発明の発光素子は、第１導電型ドーパントを含む第１半導体層と、前記第１半導体層上に配置された活性層と、前記活性層上に配置された電子遮断層と、前記活性層と電子遮断層との間に配置されたキャリア注入層と、前記電子遮断層上に配置され、第２導電型ドーパントを含む半導体層と、を含む。前記キャリア注入層は、第１導電型ドーパントと第２導電型ドーパントを含み、前記キャリア注入層の第１導電型ドーパントは少なくとも第２導電型ドーパントの濃度より低いドーパント濃度を有する。【選択図】図１
2014086729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型ドーパントを含む第１半導体層と、
前記第１半導体層上に配置された活性層と、
前記活性層上に配置された電子遮断層と、
前記活性層と前記電子遮断層との間に配置されたキャリア注入層と、
前記電子遮断層上に配置され、第２導電型ドーパントを含む第２半導体層と、を含み、
前記キャリア注入層は、前記第１導電型ドーパントと前記第２導電型ドーパントを含み、
前記キャリア注入層の前記第１導電型ドーパントは、少なくとも前記第２導電型ドーパントの濃度より低いドーパント濃度を有する発光素子。
【請求項２】
前記第１導電型ドーパントはn型ドーパントを含み、前記第２導電型ドーパントはp型ドーパントを含む請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記活性層と前記キャリア注入層との間に配置されるスペーサー層をさらに含む請求項１または２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記スペーサー層は、InGaN、AlGaNおよびInAlGaN中の一つを含む請求項３に記載の発光素子。
【請求項５】
前記スペーサー層は、InGaNまたはInAlGaNで形成され、インジウム(In)の含有量は０.０１％〜５％である請求項３または４に記載の発光素子。
【請求項６】
前記スペーサーは、AlGaNまたはInAlGaNで形成され、アルミニウム(Al)の含有量は０.０１％〜１０％である請求項３または４に記載の発光素子。
【請求項７】
前記電子遮断層は、前記キャリア注入層上に配置された第１電子遮断層と、前記第１電子遮断層上に配置され、前記第１電子遮断層のバンドギャップより大きいバンドギャップを有する第２電子遮断層とを含む請求項３乃至６のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
【請求項８】
前記第１電子遮断層はInAlGaNを含み、前記第２電子遮断層はAlGaNを含む請求項７に記載の発光素子。
【請求項９】
前記キャリア注入層のp型ドーパントの濃度は１E１９〜５E２０である請求項３乃至８のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記スペーサー層は、前記活性層の障壁層と連結され、前記障壁層のバンドギャップより広いバンドギャップを有する請求項３乃至９のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記キャリア注入層は、前記スペーサー層のバンドギャップより低いバンドギャップを有する請求項３乃至１０のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１２】
前記キャリア注入層は、前記活性層の障壁層と同一バンドギャップを有する請求項１１に記載の発光素子。
【請求項１３】
前記キャリア注入層は、
前記p型ドーパントを含む第３半導体層と、
前記第３半導体層上に配置され、アンドープ(undoped)された第４半導体層と、
前記第４半導体層上に配置され、前記p型ドーパントを含む第５半導体層と、を含む請求項３乃至１２のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１４】
前記第３半導体層と第５半導体層のp型ドーパントは相互同一ドーピング濃度を有する請求項１３に記載の発光素子。
【請求項１５】
前記第３半導体層と前記第５半導体層のそれぞれの厚さは、前記第２導電型半導体層の厚さの５％〜５０％である請求項１４に記載の発光素子。
【請求項１６】
前記第４半導体層は、前記第３半導体層と前記第５半導体層のそれぞれの厚さより薄い厚さを有する請求項１４または１５に記載の発光素子。
【請求項１７】
前記第３〜第５半導体層は、相互同一半導体で形成され、同一エネルギーバンドギャップを有する請求項１３乃至１６のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１８】
前記第４半導体層は、多数の層からなる超格子構造を有する請求項１３乃至１７のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１９】
前記キャリア注入層のn型ドーパントの濃度は１E１６〜１E２０である 請求項１３乃至１８のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子および発光素子パッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光素子を備えた発光素子パッケージに対する研究が活発に行われている。発光素子は、例えば、半導体物質で形成され、電気エネルギーを光に変換する半導体発光素子または半導体発光ダイオードである。
【０００３】
半導体発光素子は、蛍光灯、白熱灯などの既存の光源に比べて、低消費電力、半永久的な寿命、速い応答速度、安全性、環境親和性などで優れている。これに、既存の光源を半導体発光素子で代替するための研究が多く行われている。
【０００４】
半導体発光素子は、室内外で用いられる各種ランプ、液晶表示装置、電光掲示板、街灯などの照明装置の光源として、その使用が増加する傾向である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の様々な実施形態は、正孔の注入を増やして発光効率を向上させることができる発光素子を提供しようとする。
【０００６】
本発明の様々な実施形態は、正孔の濃度を増やして発光効率を向上させることができる発光素子を提供しようとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る発光素子は、第１導電型ドーパントを含む第１半導体層と、前記第１半導体層上に配置された活性層と、前記活性層上に配置された電子遮断層と、前記活性層と前記電子遮断層との間に配置されたキャリア注入層と、前記電子遮断層上に配置され、第２導電型ドーパントを含む半導体層と、を含む。前記キャリア注入層は、前記第１導電型ドーパントと前記第２導電型ドーパントを含み、前記キャリア注入層の前記第１導電型ドーパントは、少なくとも前記第２導電型ドーパントの濃度より低い。
【０００８】
また、本発明の一態様に係る発光素子は、第１導電型ドーパントを含む第１半導体層と、前記第１半導体層上に配置された活性層と、前記活性層上に配置された電子遮断層と、前記活性層と前記電子遮断層との間に配置されたキャリア注入層と、前記電子遮断層上に配置され、第２導電型ドーパントを含む第２半導体層と、を含む。前記キャリア注入層は、前記第２導電型ドーパントを含む第３半導体層と、前記第３半導体層上に配置され、アンドープされた第４半導体層と、前記第４半導体層上に配置され、前記第２導電型ドーパントを含む第５半導体層と、を含む。
【０００９】
また、本発明の一態様に係る発光素子パッケージは、本体と、前記本体上に配置された第１および第２リード電極と、前記本体、前記第１および第２リード電極のいずれか一つの上に配置される発光素子と、前記発光素子を取り囲むモールディング部材と、を含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の様々なによれば、活性層と電子遮断層の間にp型ドーパントとn型ドーパントを含むキャリア注入層が形成され、n型ドーパントがp型ドーパントを束縛して正孔が活性層に容易に注入されるようにすることで、発光効率を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明の様々なによれば、活性層と電子遮断層の間に正孔を生成するキャリア注入層が形成され、第２導電型半導体層だけでなく、キャリア注入層でも正孔を生成して全体的に正孔の濃度を増加さることで、発光効率を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明の様々なによれば、活性層と電子遮断層の間に正孔を生成する少なくとも一つ以上の半導体層と、膜質を向上させるためのアンドープ半導体層からなるキャリア注入層を形成することで、より多くの正孔を生成できるだけでなく、キャリア注入層以後に成長する半導体層、例えば第２導電型半導体層の膜質が向上され、発光効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る発光素子を示す断面図である。
【図２】図１の発光素子における電子遮断層を示す断面図である。
【図３】図１の発光素子のエネルギーバンドダイヤグラムを示す図面である。
【図４】図１の発光素子のキャリア注入層におけるキャリア注入を示す図面である。
【図５】第２実施形態に係る発光素子を示す断面図である。
【図６】図５の発光素子のエネルギーバンドダイヤグラムを示す図面である。
【図７】図５の発光素子のキャリア注入層におけるキャリア注入を示す図面である。
【図８】実施形態に係る発光素子パッケージを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態の説明において、各構成要素の「上または下」に形成されると記載される場合、上または下は、二つの構成要素が相互直接接触するものと、一つ以上の他の構成要素が二つの構成要素の間に配置されて形成されるものを全部含む。また「上または下」と表現される場合、一つの構成要素を基準として上側方向だけでなく下側方向の意味も含むことができる。
【００１５】
図１は、第１実施形態に係る発光素子を示す断面図である。
【００１６】
図１に示すように、第１実施形態に係る発光素子１は、基板１０、第１導電型半導体層１２、活性層１４、スペーサー層１６、キャリア注入層１８、電子遮断層２０および第２導電型半導体層２２を含むことができるが、これに限定されるものではない。
【００１７】
前記第１導電型半導体層１２、前記活性層１４、前記スペーサー層１６、前記キャリア注入層１８、前記電子遮断層２０および前記第２導電型半導体層２２により発光構造物が形成される。
【００１８】
実施形態に係る発光素子１は、前記基板１０と前記第１導電型半導体層１２の間に配置されたバッファ層(図示されない)をさらに含むことができる。
【００１９】
実施形態に係る発光素子１は、前記第１導電型半導体層１２の下及び/又は前記第２導電型半導体層２２の上に配置された半導体層(図示されない)をさらに含むことができる。
【００２０】
実施形態に係る発光素子１は、前記バッファ層と前記第１導電型半導体層１２の間に配置されたアンドープ半導体層(図示されない)をさらに含むことができる。
【００２１】
前記基板１０は、前記発光構造物を容易に成長させる役割をするが、これに限定されるものではない。
【００２２】
前記発光構造物を安定的に成長させるために、前記基板１０は、前記発光構造物との格子定数の差ができるだけ小さい物質で形成することが好ましい。
【００２３】
前記基板１０は、サファイア(Al２O３)、SiC、Si、GaAs、GaN、ZnO、Si、GaP、InPおよびGeからなるグループから選択された少なくとも一つで形成することができる。
【００２４】
前記基板１０と前記発光構造物の間に前記バッファ層２２を配置することができる。前記バッファ層は、前記基板１０と前記発光構造物の格子定数の差を緩和することができる。
【００２５】
前記バッファ層、前記アンドープ半導体層、前記第１導電型半導体層１２、前記活性層１４、前記スペーサー１６、前記キャリア注入層１８、前記電子遮断層２０および前記第２導電型半導体層２２は、II〜VI族化合物半導体材質で形成することができる。
【００２６】
前記第１導電型半導体層１２は、前記基板１０上に形成することができる。
【００２７】
前記第１導電型半導体層１２は、例えば、n型ドーパントを含むn型半導体層からなることができる。前記第１導電型半導体層１２は、InxAlyGa１-x-yN(０≦x≦１、０≦y≦１、０≦x+y≦１)の組成式を有する半導体材質、例えばInAlGaN、GaN、AlGaN、InGaN、AlN、InNおよびAlInNからなるグループから選択された少なくとも一つを含むことができ、Si、Ge、Snなどのn型ドーパントをドーピングすることができる。
【００２８】
前記第１導電型半導体層１２上には前記活性層１４を形成することができる。
【００２９】
前記活性層１４は、前記第１導電型半導体層１２を介して注入される第１キャリア、例えば電子と前記第２導電型半導体層２２を介して注入される第２キャリア、例えば正孔が相互結合され、前記活性層１４の形成物質によるエネルギーバンドのバンドギャップに相応する波長を有する光を放出する層である。
【００３０】
前記活性層１４は、多重量子井戸構造(MQW)、量子点構造または量子線構造のいずれか一つを含むことができる。前記活性層１４は、II族〜VI族化合物半導体からなる井戸層と障壁層の周期で反復形成される。
【００３１】
前記活性層１４は、例えばInGaN井戸層/GaN障壁層の周期、InGaN井戸層/AlGaN障壁層の周期、InGaN井戸層/InGaN障壁層の周期などで形成することができる。前記障壁層は、前記井戸層より大きいバンドギャップを有することができる。
【００３２】
前記活性層１４上にスペーサー層１６を形成することができる。
【００３３】
前記スペーサー層１６は、InGaN、AlGaNおよびAlInGaNの少なくとも一つを含むことができる。前記スペーサー層１６は、単一層であるバルク構造や多数の層である超格子構造を有することができるが、これに限定されるものではない。前記スペーサー層１６は、InGaNまたはAlInGaNで形成され、インジウム(In)の含有量は０.０１％〜５％であるが、これに限定されるものではない。前記スペーサー層１６は、AlGaNまたはAlInGaNで形成され、アルミニウム(Al)の含有量は０.０１％〜１０％であるが、これに限定されるものではない。
【００３４】
前記スペーサー層１６は、前記活性層１４と前記電子遮断層２０の間にかかるエネルギーバンドのバンド屈曲(band  bending)を最小化することができる。前記スペーサー層１６は、いかなるドーパントも含まれないが、これに限定されるものではない。前記スペーサー層１６は、前記活性層１４の障壁層と連結され、前記活性層１４の障壁層とキャリア注入層１８の間に配置されることができる。前記スペーサー層１６のエネルギーバンドギャップは、前記障壁層のエネルギーバンドギャップより広く形成される。
【００３５】
前記スペーサー層１６上にキャリア注入層１８が形成される。前記キャリア注入層１８は、キャリア、例えば正孔の生成を増加させると共に、正孔を前記活性層１４に容易に注入されるようにする役割をすることができる。前記キャリア注入層１８は、Mg、Zn、Ca、Sr、Baなどのp型ドーパントを含むことができるが、これに限定されるものではない。また、前記キャリア注入層１８は、Si、Ge、Snなどのn型ドーパントを含むことができるが、これに限定されるものではない。
【００３６】
前記キャリア注入層１８がp型特性を有するように、前記キャリア注入層１８でのp型ドーパントの濃度は少なくともn型ドーパントの濃度より大きい。例えば、前記p型ドーパントの濃度は１E１９〜５E２０であるが、これに限定されるものではない。例えば、前記n型ドーパントの濃度は１E１６〜１E２０であるが、これに限定されるものではない。
【００３７】
前記キャリア注入層１８は、InxAlyGa１-x-yN(０≦x≦１、０≦y≦１、０≦x+y≦１)の組成式を有する半導体材質、例えばInAlGaN、GaN、AlGaN、InGaN、AlN、InNおよびAlInNからなるグループから選択された少なくとも一つを含むことができる。
【００３８】
図４に示すように、前記キャリア注入層１８にはp型ドーパントであるマグネシウム(Mg)原子とn型ドーパントであるシリコン(Si)原子を含むことができる。このような場合、シリコン(Si)原子はマグネシウム(Mg)原子と構造的に結合されることができる。よって、前記キャリア注入層１８の正孔１８aがマグネシウム(Mg)原子の妨害によって前記活性層１４に注入され難いことを防止することができる。
【００３９】
ここで、シリコン(Si)原子がないと、前記キャリア注入層１８の正孔１８aはマグネシウム(Mg)原子に妨害されて、前記活性層１４への注入が不容易となることがある。そこで、シリコン(Si)原子は、マグネシウム(Mg)原子を束縛して、前記キャリア注入層１８への正孔１８aの通過を円滑にさせる。
【００４０】
前記マグネシウム(Mg)原子とシリコン(Si)原子は、コドーピング(co-doping)法によって、前記キャリア注入層１８にドーピングすることができるが、これに限定されるものではない。前記キャリア注入層１８は、前記障壁層と同一または広いエネルギーバンドギャップを有し、前記スペーサー層１６よりは狭いエネルギーバンドギャップを有することができる。
【００４１】
前記キャリア注入層１８上に電子遮断層２０が形成される。前記電子遮断層２０は、前記第１導電型半導体層１２で生成されて前記活性層１４に供給された電子が、前記活性層１４を離脱して前記第２導電型半導体層２２に移動することを防止することができる。
【００４２】
前記スペーサー層１６とキャリア注入層１８は、前記活性層１４と電子遮断層２０の間に配置される。
【００４３】
図２に示すように、前記電子遮断層２０は、第１電子遮断層５１と第２電子遮断層５３を含む少なくとも２つ以上の層を含むことができるが、これに限定されるものではない。
【００４４】
ここで、前記第１電子遮断層５１はp-InAlGaN層からなり、前記第２電子遮断層５３はp-AlGaN層からなることができる。このような場合、前記第２電子遮断層５３は前記第１電子遮断層５１より大きいエネルギーバンドギャップを有することができる(図３参照)。
【００４５】
このように、前記活性層１４から前記第２導電型半導体層２２にいくほど、第１電子遮断層５１のエネルギーバンドギャップより大きい第２電子遮断層５３のエネルギーバンドギャップを有することで、前記活性層１４から離脱した電子が前記第１電子遮断層５１により一次的に遮断される。前記第１電子遮断層５１を通過する一部電子は、前記第１電子遮断層５１より大きいエネルギーバンドギャップを有する第２電子遮断層５３により２次的に遮断される。
【００４６】
従って、前記電子遮断層２０が相互異なるエネルギーバンドギャップを有する多数の層を有するようにして、前記活性層１４から離脱した電子の前記第２導電型半導体層２２への移動を最小化することができる。前記第１および第２電子遮断層５１、５３のエネルギーバンドギャップは、前記スペーサー層１６および前記キャリア注入層１８のエネルギーバンドギャップより広く配置される。これによって、前記第２導電型半導体層２２への電子の移動を最小化することができる。
【００４７】
前記電子遮断層２０上に前記第２導電型半導体層２２が形成される。前記第２導電型半導体層２２は、例えば、p型ドーパントを含むp型半導体層からなることができる。前記第２導電型半導体層２２は、InxAlyGa１-x-yN(０≦x≦１、０≦y≦１、０≦x+y≦１)の組成式を有する半導体材質、例えばInAlGaN、GaN、AlGaN、InGaN、AlN、InNおよびAlInNからなるグループから選択された少なくとも一つを含むことができ、Mg、Zn、Ca、Sr、Baなどのp型ドーパントをドーピングすることができる。前記第２導電型半導体層２２は前記電子遮断層２０のバンドギャップより低いバンドギャップで形成される。
【００４８】
前記第２導電型半導体層２２は正孔を生成して、前記電子遮断層２０を経由して前記活性層１４に供給することができる。
【００４９】
このような場合、前記キャリア注入層１８は、前記第２導電型半導体層２２で生成された正孔が前記活性層１４に容易に注入されるようにする。また、前記キャリア注入層１８も正孔を生成して前記活性層１４に注入することができる。
【００５０】
一方、前記第２導電型半導体層２２で生成された正孔は、前記電子遮断層２０によって前記活性層１４に供給され難くなることがある。
【００５１】
前記キャリア注入層１８は正孔を生成することができるので、前記キャリア注入層１８で生成された正孔が活性層１４に容易に供給されることになる。
【００５２】
よって、前記キャリア注入層１８は、前記第２導電型半導体層２２で生成された正孔が前記活性層１４に供給されないことを補充することができ、発光素子の発光効率を向上させることができる。
【００５３】
また、前記キャリア注入層１８は、p型ドーパントであるマグネシウム(Mg)原子をn型ドーパントであるシリコン(Si)原子で束縛して、前記第２導電型半導体層２２で生成された正孔または前記キャリア注入層１８自体で生成された正孔を容易に活性層１４に注入させることで、発光素子の発光効率を向上させることができる。
【００５４】
一方、図３に示すように、前記第１導電型半導体層１２、前記活性層１４、前記スペーサー層１６、前記キャリア注入層１８、前記電子遮断層２０および前記第２導電型半導体層２２は、相互異なるエネルギーバンドギャップを有することができる。
【００５５】
例えば、前記第１導電型半導体層１２、前記スペーサー層１６、前記キャリア注入層１８および前記第２導電型半導体層２２は、前記活性層１４の障壁層と同一またはより大きいバンドギャップを有することができ、前記活性層１４の井戸層より大きいバンドギャップを有することができる。
【００５６】
例えば、前記第１導電型半導体層１２、前記スペーサー層１６、前記キャリア注入層１８および前記第２導電型半導体層２２は、GaN系半導体からなることができるが、これに限定されるものではない。
【００５７】
従って、第１導電型半導体層１２で生成された電子と前記第２導電型半導体層２２で生成された正孔が前記活性層１４に供給され、前記活性層１４で光が生成されることになる。
【００５８】
前記スペーサー層１６は、前記活性層１４の障壁層と同一またはより大きいエネルギーバンドギャップを有することができる。前記スペーサー層１６は、前記活性層１４の障壁層のバンドギャップと前記電子遮断層２０のバンドギャップの間のバンドギャップを有することができる。例えば、前記スペーサー層１６は、AlInGaNまたはAlGaNからなることができるが、これに限定されるものではない。
【００５９】
従って、前記スペーサー層１６は、前記活性層１４と前記電子遮断層２０の間にかかるエネルギーバンドのバンド屈曲を最小化することができる。前記電子遮断層２０は、前記スペーサー層１６または前記キャリア注入層１８より大きいエネルギーバンドギャップを有することができる。
【００６０】
例えば、前記電子遮断層２０は、AlInGaNまたはAlGaNからなることができるが、これに限定されるものではない。従って、前記電子遮断層２０は、前記活性層１４から離脱した電子が前記第２導電型半導体層２２に移動することを防止することができる。前記キャリア注入層１８は、前記スペーサー層１６および前記電子遮断層２０のバンドギャップより小さいバンドギャップを有するので、正孔が容易に注入できるようにする。
【００６１】
図５は、第２実施形態に係る発光素子を示す断面図である。
【００６２】
第２実施形態は、キャリア注入層１８を除いては第１実施形態と実質的に同一である。従って、第２実施形態では、第１実施形態と同一構造または機能を有する構成要素に対しては同一図面符号を付与し、その詳細な説明は省略することにする。
【００６３】
図５に示すように、第２実施形態に係る発光素子１Aは、基板１０、第１導電型半導体層、活性層１４、スペイソツン１６、キャリア注入層１８、電子遮断層２０および第２導電型半導体層２２を含むことができるが、これに限定されるものではない。
【００６４】
第１実施形態とは違い、第２実施形態のキャリア注入層１８は、第１半導体層６１、前記第１半導体層６１の上にアンドープ半導体層６３、前記アンドープ半導体層６３の上に第２半導体層６５を含む。
【００６５】
前記第１半導体層６１、アンドープ半導体層６３および第２半導体層６１、６３、６５は、同じ半導体材質、例えばGaN系半導体で形成することができる。
【００６６】
前記第１半導体層６１、アンドープ半導体層６３および第２半導体層６１、６３、６５は、同一バンドギャップを有することができ、前記スペーサー層１６および電子遮断層２０のバンドギャップより低いバンドギャップを有することができる。
【００６７】
前記第１および第２半導体層６１、６３、６５は、p型半導体層、例えばp-GaN系半導体で形成することができる。前記アンドープ半導体層６３は、いかなる種類のドーパントをドーピングしない層であり、例えばアンドープGaN系半導体で形成することができる。
【００６８】
第１半導体層６１、アンドープ半導体層６３および第２半導体層６５を含むことができるが、これに限定されるものではない。
【００６９】
前記第１半導体層６１と前記第２半導体層６５のそれぞれの厚さは、前記第２導電型半導体層２２の厚さの５％〜５０％であるが、これに限定されるものではない。
【００７０】
前記アンドープ半導体層６３の厚さは第１および第２半導体層６１、６５のそれぞれの厚さより薄く形成される。例えば、前記アンドープ半導体層６３の厚さは、前記第１および第２半導体層６１、６５のそれぞれの厚さの５％〜３０％であるが、これに限定されるものではない。
【００７１】
ここで、第１半導体層６１と第２半導体層６５は、Mg、Zn、Ca、Sr、Baなどのp型ドーパントを含むことができる。例えば、前記p型ドーパントの濃度は１E１９〜５E２０であるが、これに限定されるものではない。例えば、アンドープ半導体層６３は、いかなるドーパントもドーピングされないが、これに限定されるものではない。
【００７２】
前記第１半導体層６１と前記第２半導体層６５は、第２キャリア、すなわち正孔を生成する役割をすることができる。
【００７３】
前記アンドープ半導体層６３は、以後に成長する半導体層、例えば、前記第２半導体層６５、前記電子遮断層２０および前記第２導電型半導体層２２に欠陥がないようにし、これら半導体層の膜質を向上させる役割をすることができる。
【００７４】
また、図７に示すように、前記アンドープGaN層６３は、トンネル効果(tunneling  effect)を発生させるために、多数の層からなる超格子構造を有することができる。前記アンドープ半導体層６３は、第２半導体層６５で生成された正孔１８aをトンネル効果によって容易に第１半導体層６１に供給することができる。
【００７５】
一方、前記第２導電型半導体層２２で生成された正孔１８aは、前記電子遮断層２０によって、前記活性層１４に容易に供給されないこともある。
【００７６】
前記第１および第２半導体層６１、６５はいずれも正孔１８aを生成することがあるので、前記第１および第２半導体層６１、６５で生成された正孔１８aが活性層１４に容易に供給されることになる。従って、前記第１および第２半導体層６１、６５は、前記第２導電型半導体層２２で生成された正孔１８aが前記活性層１４に供給されないことを補充することができ、発光素子の発光効率を向上させることができる。
【００７７】
図６に示すように、前記第１導電型半導体層１２、前記活性層１４、前記スペーサー層１６、前記キャリア注入層１８、前記電子遮断層２０および前記第２導電型半導体層２２は、相互異なるエネルギーバンドギャップを有することができる。
【００７８】
前記第１半導体層層６１、前記アンドープ半導体層６３および前記第２半導体層６５は相互同じエネルギーバンドギャップを有することができる。
【００７９】
前記第１半導体層６１、前記アンドープ半導体層６３および前記第２半導体層６５は、前記第１導電型半導体層１２、前記スペーサー１６および前記第２導電型半導体層２２と同一または相異異なるエネルギーバンドギャップを有することができるが、これに限定されるものではない。
【００８０】
例えば、前記第１半導体層６１、前記アンドープ半導体層６３および前記第２半導体層６５は、GaN系半導体、例えばGaNで形成することができるが、これに限定されるものではない。
【００８１】
従って、第１導電型半導体層１２で生成された電子と前記第２導電型半導体層２２で生成された正孔が前記活性層１４に供給され、前記活性層１４で光が生成されることになる。
【００８２】
一方、第１および第２実施形態に係る発光素子は、水平型発光素子、フリップ型発光素子および垂直型発光素子として製品化されることができる。
【００８３】
前記水平型発光素子では、前記第１および第２実施形態に係る発光素子で、前記第２導電型半導体層２２上に透明導電層が形成され、前記第１導電型半導体層１２上に第１電極が形成され、前記透明導電層上に第２電極が形成される。
【００８４】
前記透明導電層は、光を透過させる優れた透光性と電気的伝導度を有する導電性物質で形成されるが、例えばITO、IZO(In-ZnO)、GZO(Ga-ZnO)、AZO(Al-ZnO)、AGZO(Al-Ga ZnO)、IGZO(In-Ga ZnO)、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni/IrOx/AuおよびNi/IrOx/Au/ITOからなるグループから選択された少なくとも一つを含むことができる。
【００８５】
このような場合、前記活性層１４で生成された光は、前記基板を介するよりは、前記透明導電層を介した方が容易に外部に出射されることになる。
【００８６】
前記フリップ型発光素子では、前記第１および第２実施形態に係る発光素子で、前記第２導電型半導体層２２上に反射層が形成され、前記第１導電型半導体層１２上に第１電極が形成され、前記反射層上に第２電極が形成される。このような場合、前記活性層１４で生成されて光は、前記反射層によって反射され、前記基板を介して外部に出射されることになる。
【００８７】
前記垂直型発光素子では、前記第１および第２実施形態に係る発光素子で、前記基板が除去され、前記第２導電型半導体層２２上に電極役割をする反射層と支持基板が形成され、前記第１導電型半導体層１２上に電極が形成される。このような場合、電流が反射層と電極の間で垂直で流れるので、前記水平型発光素子に比べて発光効率がより向上することになる。また、前記活性層１４で生成された光は、前記反射層によって反射され、前記第１導電型半導体層１２を介して外部に出射されることになる。
【００８８】
前記水平型発光素子と前記フリップ型発光素子での第１および第２電極、そして前記垂直型発光素子での電極は、同じ電極物質または異なる電極物質で形成することができる。
【００８９】
前記水平型発光素子と前記フリップ型発光素子での第１および第２電極、そして前記垂直型発光素子での電極は、不透明な金属材質、例えばアルミニウム(Al)、チタニウム(Ti)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、金(Au)、タングステン(W)、銅(Cu)およびモリブデン(Mo)からなるグループから選択された一つまたはこれらの合金を含むことができるが、これに限定されるものではない。
【００９０】
前記フリップ型発光素子での反射層と前記垂直型発光素子での反射層は、Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、AuおよびHfからなるグループから選択された少なくとも一つまたは二以上の合金を含むことができるが、これに限定されるものではない。
【００９１】
実施形態は、活性層と電子遮断層の間にp型ドーパントとn型ドーパントを含むキャリア注入層が形成され、n型ドーパントがp型ドーパントを束縛して正孔が活性層に容易に注入されるようにすることで、発光効率を向上させることができる。
【００９２】
実施形態は、活性層と電子遮断層の間に正孔を生成するキャリア注入層が形成され、第２導電型半導体層だけでなく、キャリア注入層でも正孔を生成して全体的に正孔の濃度を増加さることで、発光効率を向上させることができる。
【００９３】
実施形態は、活性層と電子遮断層の間に正孔を生成する少なくとも一つ以上の半導体層と膜質を向上させるためのアンドープ半導体層からなるキャリア注入層を形成することで、より多くの正孔を生成できるだけでなく、キャリア注入層以後に成長する半導体層、例えば第２導電型半導体層の膜質が向上され、発光効率を向上させることができる。
【００９４】
図８は、実施形態に係る発光素子パッケージを示す断面図である。
【００９５】
図８に示すように、実施形態に係る発光素子パッケージは、本体１０１と、前記本体１０１に設置された第１リード電極１０３および第２リード電極１０５と、前記本体１０１に設置されて前記第１リード電極１０３および第２リード電極１０５から電源が供給される第１実施形態および第２実施形態に係る発光素子１と、前記発光素子１を取り囲むモールディング部材１１３と、を含む。
【００９６】
前記本体１０１は、シリコン材質、合成樹脂材質、または金属材質からなることができ、前記発光素子１の周囲に傾斜面を形成することができる。
【００９７】
前記第１リード電極１０３および第２リード電極１０５は相互電気的に分離され、前記発光素子１に電源を提供する。
【００９８】
また、前記第１および第２リード電極１０３、１０５は、前記発光素子１で発生した光を反射させて光効率を増加させることができ、前記発光素子１で発生した熱を外部に排出する役割をすることもできる。
【００９９】
前記発光素子１は、前記第１リード電極１０３、第２リード電極１０５および前記本体１０１中のいずれか一つの上に設置され、ワイヤー方式、ダイボンディング方式などによって前記第１および第２リード電極１０３、１０５に電気的に連結されるが、これに限定されるものではない。
【０１００】
実施形態では、一つのワイヤー１０９を介して発光素子１を前記第１および第２リード電極１０３、１０５のいずれか一つに電気的に連結させるものが例示されているが、これに限定されるものではなく、２つのワイヤーを用いて発光素子１を前記第１および第２リード電極１０３、１５に電気的に連結させるか、ワイヤーなしに発光素子１を前記第１および第２リード電極１０３、１０５に電気的に連結させることもできる。
【０１０１】
前記モールディング部材１１３は、前記発光素子１を取り囲んで前記発光素子１を保護することができる。また、前記モールディング部材１１３には蛍光体が含まれ、前記発光素子１から放出された光の波長を変化させることができる。
【０１０２】
実施形態に係る発光素子パッケージ２００はCOB(Chip  On  Board)タイプを含み、前記本体１０１の表面は平坦であり、前記本体１０１には複数の発光素子を設置することもできる。
【０１０３】
実施形態に係る発光素子や発光素子パッケージは、ライトユニットに適用することができる。前記ライトユニットは、表示装置と照明装置、例えば照明灯、信号灯、車両前照灯、電光掲示板、指示などのようなユニットに適用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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