(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された下部半導体層と、
前記下部半導体層上に形成された第１乃至第３活性領域がＡＩＧａＩｎＰ系物質で構成されて、赤色または赤外線領域の波長を放出するものであり、
前記下部半導体層上に形成された第１の活性領域と、
前記第１の活性領域上に形成された第１のトンネリング防止層と、
前記第１のトンネリング防止層上に形成された第２の活性領域と、
前記第２の活性領域上に形成された第２のトンネリング防止層と、
前記第２のトンネリング防止層上に形成された第３の活性領域と、
前記第３の活性領域上に形成された上部半導体層と、を含む半導体発光素子であって、
前記第１のトンネリング防止層及び第２のトンネリング防止層はＡｌ組成Ｘが、０≦Ｘ≦１の範囲を有する（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐで構成され、
前記第１のトンネリング防止層及び第２のトンネリング防止層はそれぞれ３μｍ以上の厚さを有し
前記第１のトンネリング防止層及び第２のトンネリング防止層は全体の活性領域のうちいずれか１つの活性領域のみを活性化させるのに十分な印加電圧下では電子または正孔が移動できない半導体層で、
量子領域の範囲で隣接した２つの活性領域を独立的に分離させ、３ｉｎ１パッケージで直列連結された緑色及び青色チップを共にも用いることを特徴とする高電圧駆動発光素子。
【請求項２】
前記第１の活性領域、第２の活性領域及び第３の活性領域はＡｌ組成Ｘが、０≦Ｘ≦０．４５の範囲を有する（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐで構成される  請求項１に記載の高電圧駆動発光素子。
【請求項３】
前記第２のトンネリング防止層と第１のトンネリング防止層は、前記上部半導体層が第１型のドーパントにドープされた場合には、それぞれ第２型及び第１型のドーパントにドープされることができ、前記上部半導体層が第２型のドーパントにドープされた場合はそれぞれ第１型及び第２型のドーパントにドープされて、素子上部の垂直方向からＰＮＰＮまたはＮＰＮＰの直列接合される  請求項１に記載の高電圧駆動発光素子。
【請求項４】
基板と、
前記基板上に形成された下部半導体層と、
前記下部半導体層に形成された活性領域の個数とトンネリング防止層の個数は、パッケージ内に設けられた緑色及び青色チップの直列数によって決定され、
前記活性領域がＡＩＧａＩｎＰ系物質で構成されて、赤色または赤外線領域の波長を放出するものであり、
最後のｎ番目の活性領域上に形成された上部半導体層と、を含む発光素子であって、
第１のトンネリング防止層及び第２のトンネリング防止層はＡｌ組成Ｘが、０≦Ｘ≦１の範囲を有する（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐで構成され、
前記第１のトンネリング防止層及び第２のトンネリング防止層はそれぞれ３μｍ以上の厚さを有し
前記第１のトンネリング防止層及び第２のトンネリング防止層は、全体の活性領域のうちいずれか１つの活性領域のみを活性化させるのに十分な印加電圧下では電子または正孔が移動できない半導体層で、量子領域の範囲で隣接した２つの活性領域を独立的に分離させ、３ｉｎ１パッケージで直列連結された緑色及び青色チップを共にも用いることを特徴とする高電圧駆動発光素子。
【請求項５】
前記ｎ個の活性領域はＡｌ組成Ｘが、０≦Ｘ≦０．４５の範囲を有する（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐで構成される
請求項４に記載の高電圧駆動発光素子。
【請求項６】
前記トンネリング防止層のうち下部から偶数番目のトンネリング防止層と奇数番目のトンネリング防止層は、前記上部半導体層が第１型のドーパントにドープされた場合には、それぞれ第２型及び第１型のドーパントにドープされることができ、上部半導体層（この第２型のドーパントにドープされた場合は、それぞれ第１型及び第２型のドーパントにドープされて、素子上部の垂直方向からＰＮ．．．ＰＮまたはＮＰ．．．ＮＰの直列接合される
請求項４に記載の高電圧駆動発光素子。
【請求項７】
前記高電圧駆動発光素子を含む高電圧駆動パッケージ。
【請求項８】
前記高電圧駆動パッケージを含む高電圧駆動モジュール。  
【請求項９】
前記高電圧駆動モジュールと、
前記モジュールに電源及び制御信号を印加するための配線、ＰＣＢ、ＳＭＰＳ及び制御装置と、を含むフルカラーディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記下部半導体層上に形成された第１乃至第３活性領域がＡＩＧａＩｎＰ系物質で構成されて、赤色または赤外線領域の波長を放出する高電圧駆動発光素子の製造方法であり、
成長基板を設けるステップと、
前記成長基板上に下部半導体層を形成するステップと、
前記下部半導体層上に第１の活性領域を形成するステップと、
前記第１の活性領域上に第１のトンネリング防止層を形成するステップと、
前記第１のトンネリング防止層上に第２の活性領域を形成するステップと、
前記第２の活性領域上に上部半導体層を形成するステップと、
前記第２の活性領域上に第２のトンネリング防止層を形成するステップと、
前記第２のトンネリング防止層上に第３の活性領域を形成するステップと、及び前記第３の活性領域上に前記上部半導体層を形成するステップと、を含み、
第１のトンネリング防止層及び第２のトンネリング防止層はＡｌ組成Ｘが、０≦Ｘ≦１の範囲を有する（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐで構成され、
前記第１のトンネリング防止層及び第２のトンネリング防止層はそれぞれ３μｍ以上の厚さを有し
前記第１のトンネリング防止層及び第２のトンネリング防止層は第１の活性領域、第２の活性領域、第３の活性領域のうちいずれか１つの活性領域のみを活性化させるのに十分な印加電圧下では電子または正孔が移動できない半導体層で、量子領域の範囲で隣接した２つの活性領域を独立的に分離させ、３ｉｎ１パッケージで直列連結された緑色及び青色チップを共にも用いることを特徴とする高電圧駆動発光素子の製造方法。  
【請求項１１】
前記第１の活性領域、第２の活性領域及び第３の活性領域はＡｌ組成Ｘが、０≦Ｘ≦０．４５の範囲を有する（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐに形成される、請求項１０に記載の高電圧駆動発光素子の製造方法。  
【請求項１２】
前記第２のトンネリング防止層と第１のトンネリング防止層は前記上部半導体層が第１型のドーパントにドープされた場合には、それぞれ第２型及び第１型のドーパントにドープされることができ、上部半導体層が第２型のドーパントにドープされた場合はそれぞれ第１型及び第２型のドーパントにドープされて、素子上部の垂直方向からＰＮＰＮまたはＮＰＮＰの直列接合される
請求項１０に記載の高電圧駆動発光素子の製造方法。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体発光素子に関し、より詳細には単一のチップ内に垂直に構成される複数の活性領域を駆動させる高電圧駆動発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子は、ｎ型半導体層を介して供給される電子とｐ型半導体層を介して供給される正孔が活性層で再結合しながら光が発生される原理を利用した半導体素子である。
【０００３】
半導体発光素子の発光波長は、使用された半導体物質のバンドギャップエネルギーにより決められ、青色、緑色または紫外線領域の発光のためにはＧａＮ系の物質が利用され、赤色または赤外線領域の発光のためにはＧａＡｓ係（またはＡｌＧａＩｎＰ係）物質が選択される。
【０００４】
近年、半導体発光素子は照明または高輝度光源として応用されており、このために活性領域を複数含む多重活性領域を構成し、高電圧電源を印加して半導体発光素子を駆動している。
特に、赤色／緑色／青色の３原色を１つのチップに併せてパッケージする３ｉｎ１パッケージにおいて、緑色及び青色に比べて相対的に駆動電圧の低い赤色ＬＥＤチップには赤色ＬＥＤチップから必要とする駆動電圧以上の電圧が印加されて全体的な半導体発光素子の駆動効率を低下させるという問題点が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許公報第２００８−０２５１７９９Ａ号
【特許文献２】米国特許公報第２００５−００６７６２７Ａ号
【特許文献３】米国特許公報第２００５−０２５３１５１Ａ号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の１つの目的は、ＧａＮ系物質に比べて発光素子の駆動電圧が相対的に低いＧａＡｓ系（またはＡｌＧａＩｎＰ系）発光素子において複数の活性領域を垂直位置上に形成して高電圧駆動可能なＧａＡｓ系（またはＡｌＧａＩｎＰ系）発光素子を提供する。
【０００７】
本発明の他の目的は、前記高電圧駆動発光素子を利用して駆動効率及び信頼性が改善される発光素子を提供する。
【０００８】
本発明の他の目的は、前記高電圧駆動発光素子を駆動する駆動回路が簡略化するフルカラーディスプレイを提供する。
【０００９】
本発明のまた他の目的は、前記発光素子、前記発光素子を含むモジュール及びこれを採用したフルカラーディスプレイを製造する適切な方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために本発明の実施形態に係る高電圧駆動半導体発光素子は、１つの活性領域上にトンネリングの長さ以上に離隔されて他の１つ以上の活性領域を形成させて、前記１つの活性領域を駆動させることのできる駆動電圧と前記他の１つ以上の活性領域を駆動させることのできる駆動電圧とを合わせて全体の駆動電圧を印加する高電圧駆動発光素子を設ける。
【００１１】
このため、基板上に形成される下部半導体層と、前記下部半導体層上に電子とホールが結合されて光を放出する第１の活性領域と、前記第１の活性領域上に第１の
トンネリング防止層と、前記第１のトンネリング防止層上に第２の活性領域と、前記第２の活性領域上に上部半導体層と、前記下部半導体層の露出された領域または下部半導体層と連結された導電性基板の一部領域及び上部半導体層に形成されるそれぞれの下部電極及び上部電極を含む半導体発光素子を設け、前記第１のトンネリング防止層と第２の活性領域は反復して複数含まれることができ、前記第１のトンネリング防止層は第１の活性領域と第２の活性領域のうちいずれか１つの活性領域のみを活性化させるのに十分な印加電圧下では電子または正孔が移動できない半導体層で、通常の量子障壁層に比べて厚い半導体層で、量子領域で第１の活性領域と第２の活性領域を独立的に分離させる役割をする。
【００１２】
上記の目的を達成するために本発明の実施形態に係る高電圧駆動半導体発光素子の製造方法は、基板上に下部半導体層を形成するステップと、前記下部半導体層上に電子とホールが結合されて光を放出する第１の活性領域を形成するステップと、前記第１の活性領域上に第１のトンネリング防止層を形成するステップと、前記第１のトンネリング防止層上に第２の活性領域を形成するステップと、前記第２の活性領域上に上部半導体層を形成するステップと、前記下部半導体層が絶縁体基板と結合された場合、前記下部半導体層の一部領域を露出させ前記露出された領域及び前記上部半導体層にそれぞれの下部電極及び上部電極を形成するステップと、または前記下部半導体層が導電性基板と結合された場合、前記導電性基板下部の一部領域及び前記上部半導体層にそれぞれの下部電極及び上部電極を形成するステップと、を含む半導体発光素子を設け、前記第１のトンネリング防止層と第２の活性領域を形成するステップを反復して形成されることができ、前記第１のトンネリング防止層は第１の活性領域と第２の活性領域のうちいずれか１つの活性領域のみを活性化させるのに十分な印加電圧下では電子または正孔が移動できない半導体層で、通常の量子障壁層に比べて厚い半導体層で、量子領域で第１の活性領域と第２の活性領域を独立的に分離させる役割をする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による高電圧駆動半導体発光素子は、半導体発光素子に印加される駆動電圧に、より多くの活性領域を提供することができるので、発光素子から発生される余剰電圧を低減させることができる。
【００１４】
これにより、発光素子からの発熱を低減することができ、駆動効率を向上させて素子の信頼性を改善することができる。
【００１５】
また、パッケージの際、パッケージキャビティ内の余裕空間の提供が可能になり、パッケージ効率を増加させることができる。
【００１６】
なお、本発明に係る高電圧駆動半導体発光素子を採用したフルカラーディスプレイ構成において、駆動電圧に、より多くの活性領域を提供することによる余剰電圧
の低減でシステム内の発熱量が減少して、空冷時に発生する外部のほこりの流入を
顕著に減少させて、システムの信頼性を増加させることができる。
【００１７】
また、駆動電圧に、より多くの活性領域が提供され余剰電圧が低減されて、システムに採用されるＳＭＰＳの必要数量を低減させることができる。
【００１８】
また、高電圧駆動によるモジュール内の電気配線の簡素化で回路構成のためのＰＣＢの使用量を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る代表的な高電圧駆動半導体発光素子を示す簡略図である。
【図２】図１の半導体素子に対応する電気回路図を示したものである。
【図３】図１の半導体素子に対応する電気回路図を示したものである。
【図４】従来の複数の活性領域を有する半導体発光素子を示したものである。
【図５】従来の複数の活性領域を有する半導体発光素子に対応する電気回路図を示したものである。
【図６】従来の複数の活性領域を有する半導体発光素子に対応する電気回路図を示したものである。
【図７】本発明の他の実施形態に係る高電圧駆動半導体発光素子を示す簡略図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る高電圧駆動半導体発光素子を示す簡略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の利点及び特徴、及びそれらを達成する方法は、添付される図面と共に詳細に後述されている実施形態を参照すれば明確になるであろう。しかし、本発明は以下に開示される実施形態に限定されるものではなく、様々な形態で示されるものであり、ただ本実施形態は本発明の開示を完全にし、本発明の属する技術分野において通常の知識を持つ者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されものであり、本発明は請求項の範疇によって定義されるだけである。明細書全体に亘って同一の参照符号は同一の構成要素を指す。
【００２１】
まず、本発明の高電圧駆動半導体発光素子と比較される従来の複数の活性領域を有する半導体発光素子について見てみると、図３には従来の複数の活性領域を有する半導体発光素子が示されている。
【００２２】
従来の複数の活性領域を有する発光素子は、複数の活性領域が主に第１の活性領域、第２の活性領域、第３の活性領域で構成されてそれぞれの活性領域から放出される光が赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のうちいずれか１つに対応するように設計されて、蛍光体を使用せずに白色発光が可能なモノリシック（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ）発光素子が報告されている。
【００２３】
この時、赤色（Ｒ）発光と、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）発光は、それぞれＧａＡｓ系（またはＡｌＧａＩｎＰ系）物質とＧａＮ系（またはＺｎＯ系）物質で具現され、ＭＯＣＶＤまたはＭＢＥのような通常の半導体成長において成長の中断無しに連続的に異種物質間の複数の活性領域を成長するのは極めて難しくなる。このような理由で、図４に示したようにそれぞれの活性領域（５６０、５６２、５６４）間には活性領域を成長チャンバーの外部から接合（ボンディング）させる結合層（５７０、５７２）が存在する。この場合、それぞれの活性領域は互いに量子領域の観点から互いに独立的な活性領域に該当し、駆動電圧はそれぞれの活性領域を駆動できるように高電圧を必要とする。しかし、このような構成は前述したように異種物質の活性層を成長チャンバーの外部で接合（ボンディング）し異種物質の異なる波長を組み合わせて白色光を具現することを発明の目的とする。
【００２４】
また、従来技術の他の実施では、同種物質間の複数の活性領域をｉｎ−ｓｉｔｕ（成長チャンバーの外部にエピ層を抜き出すことのないプロセス）形成したものが報告されているが、このようなｉｎ−ｓｉｔｕ成長された複数の活性領域は、活性領域（５６０、５６２、５６４）間の結合層（５７０、５７２）の厚さが通常の量子障壁またはキャリアの拡散距離未満に形成されて、複数の活性領域が実際１つの多重量子井戸構造と類似して、前記発光素子を駆動するためには１つの活性領域を駆動するのに相応する印加電圧と追加されたエピ層の抵抗での電圧降下補償を含んで、高電圧の印加がなくても低い駆動が可能になる。
【００２５】
このような従来の複数の活性領域を有する半導体発光素子の電気回路図が図５と図６に示されている。ここで注目すべきことは、複数の活性領域を有するにも拘わらず、１つのダイオードで示されているという点である。
【００２６】
図５と図６は、従来の複数の活性領域を有する半導体発光素子の上部半導体５５２がそれぞれｐ型ドーパントにドープされるか、またはｎ型ドーパントにドープされたことに対応する電気回路図（複数の活性領域の形成による追加されたエピ層の抵抗は省略する）である。
【００２７】
以下、添付された図面を参照して、本発明に係る高電圧駆動半導体発光素子及びその製造方法について説明する。
【００２８】
図１は本発明の代表的な実施形態に係る高電圧駆動半導体発光素子を示す簡略図を示し、図２と図３は図１の半導体素子による電気回路図を示したものである。
【００２９】
図１を参照すると、本発明に係る高電圧駆動半導体発光素子を製造する方法は、導電性基板１０を準備するステップと、前記導電性基板１０上に第１の導電型にドープされた下部半導体層５０を成長させるステップと、前記下部半導体層５０上に第１の活性領域６０を成長させるステップと、前記第１の活性領域６０上に第１のトンネリング防止層７０を成長させるステップと、前記第１のトンネリング防止層７０上に第２の活性領域６２を成長させるステップと、前記第２の活性領域６２上に第２のトンネリング防止層７２を成長させるステップと、前記第２のトンネリング防止層７２上に第３の活性領域６４を成長させるステップと、前記第３の活性領域６４上に上部半導体層５２を成長させるステップと、前記導電性基板１０及び前記上部半導体層５２にそれぞれ下部電極８０及び上部電極８２を形成するステップと、を含む。
【００３０】
上記の製造方法において、前記導電性基板は第１ドープされたＧａＡｓ，Ｓｉ，ＳｉＣが選択されることができ、本発明の赤色発光素子エピ層との格子整合を考慮して前記導電性基板のＧａＡｓが望ましく、格子不整合のヘテロ成長においてはバッファ層を（図示せず）を導電性基板上に形成し、前記バッファ層上に下部半導体層５０を成長させることもできる。
【００３１】
前記下部半導体層５０及び上部半導体層５２には、互いに反対のタイプにドープされたＧａＡｓ系またはＡｌＧａＩｎＰ系クラッド層が選択されることができるが、下部半導体層５０には第１ドープされた（ＡｌXＧａ１−X）０．５Ｉｎ０．５Ｐ、上部半導体層５２には第２ドープされた（ＡｌXＧａ１−X）０．５Ｉｎ０．５Ｐが望ましい。
【００３２】
前記第１の活性領域６０、第２の活性領域６２及び第３の活性領域６４はダブルヘテロ構造（ＤＨ）、単一量子井戸構造（ＳＱＷ）、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）のうちいずれか１つで構成されることができ、ＡｌＧａＩｎＰ系物質で構成されることもできる。前記活性領域がダブルヘテロ構造である場合に、第１ドープされた（ＡｌXＧａ１−X）０．５Ｉｎ０．５Ｐ下部半導体層５０と第２ドープされた（ＡｌXＧａ１−X）０．５Ｉｎ０．５Ｐ上部半導体層５２のＡｌ組成Xは、０．５≦X≦１．０の範囲を有し、前記第１乃至第３の活性領域（６０、６２、６４）はＡｌ組成Xが、０≦X≦０．４５の範囲を有する（ＡｌXＧａ１−X）０．５Ｉｎ０．５Ｐで構成される。また、量子井戸構造である場合には、Ａｌ組成Xが、０．５≦X≦１．０である（ＡｌXＧａ１−X）０．５Ｉｎ０．５Ｐ量子障壁層とＡｌ組成Xが、０≦X≦０．４５である（ＡｌXＧａ１−X）０．５Ｉｎ０．５Ｐ量子井戸層で構成されることができる。
【００３３】
各活性領域間に形成されるトンネリング防止層は、量子領域の範囲で隣接した２つの活性領域を独立的に分離させるためのものであって、前記第１のトンネリング防止層７０及び第２のトンネリング防止層７２は、Ａｌ組成Xが、０≦X≦１である（ＡｌXＧａ１−X）０．５Ｉｎ０．５Ｐで構成されることができ、各トンネリング防止層は全体の活性領域のうちいずれか１つの活性領域のみを活性化させるのに十分な印加電圧下では電子または正孔が移動できない半導体層で、通常の量子障壁層に比べて厚い半導体層で、３μｍ以上の厚さを有することができ、量子領域の範囲で隣接した２つの活性領域を独立的に分離させる役割をする。また、前記第２のトンネリング防止層７２と第１のトンネリング防止層７０は前記上部半導体層５２が第１型のドーパントにドープされた場合には、それぞれ第２型及び第１型のドーパントにドープされることができ、上部半導体層５２が第２型のドーパントにドープされた場合は、それぞれ第１型及び第２型のドーパントにドープされて、素子上部方向からＰＮＰＮ接合またはＮＰＮＰ接合の直列接合が形成されて、図２または図３の電気回路図のように表示される。
【００３４】
前述した活性領域を活性化させるのに十分な印加電圧とは、活性領域を構成する半導体のバンドギャップエネルギーによって決められるものであり、青色及び緑色のＧａＮ系発光素子では約３Ｖ、赤色及び赤外線のＧａＡｓ系（またはＡｌＧａＩｎＰ系）発光素子では約２Ｖに該当する。
【００３５】
図２及び図３に示すように、３つの直列ダイオードを有する回路の駆動においては、それぞれのダイオードを駆動するのに必要な電圧の合計だけの印加電圧を必要とする。本実施形態のように、（ＡｌXＧａ１−X）０．５Ｉｎ０．５Ｐ 赤色発光ダイオードの駆動電圧は約２Ｖであり、図１及び図２、図３に示すように独立的な３つの活性領域が含まれた発光素子では、それぞれの発光ダイオードを駆動するために２Ｖ×３つである６Ｖの駆動電圧を必要とする。
【００３６】
本発明の実施形態の前記６Ｖの赤色半導体発光素子の駆動電圧は、単一のチップ内で互いに独立的に直列である３つの活性領域を含む半導体発光素子を駆動するための電圧で、これは通常の赤色発光素子の駆動電圧である約２Ｖに比べて３倍以上高い高電圧に該当する。
【００３７】
また、本発明の高電圧駆動発光素子の活性領域は、従来の１つの活性領域を有する発光素子に比べて、２つ以上の活性領域及び１つ以上のトンネリング防止層を含んで構成されることができ、活性領域及びトンネリング防止層は選択される印加電圧に対応して適切に選択できるものであって、例えば１２Ｖの印加電圧下では６つの活性領域を含む高電圧駆動発光素子が構成されることができる。
【００３８】
本発明に係る他の実施形態を図５に示した。図７に示された他の実施形態では、前述した高電圧駆動半導体発光素子エピ層が成長された導電性基板１０が除去され、前記高電圧駆動半導体発光素子のエピ層をトランスファー基板１２に接合させたもので、前記トランスファー基板は発生された光をトランスファー基板を介しても素子の外部に放出させることのできる透明な基板または発生された光を反射させ発熱機能を強化させた金属基板のうちいずれか選択されることができる。透明なトランスファー基板としては、ＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＧａＮのうちいずれか選択されるか、またはこれらの合成物質であり、金属基板はＡｌ、Ａｇ、ＴｉＷ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｃｕのうちいずれか１つの元素を含む物質で構成されることができる。金属基板が選択された場合、連結層３０内には接合層だけではなく反射層がさらに含まれることができる。
【００３９】
また、本発明の高電圧駆動半導体発光素子は、絶縁体基板上で形成されたり絶縁体基板に移送されることもでき、このような実施形態に係る発光素子が図７に示されている。絶縁体基板１０を採用することによって下部電極は基板でなく下部半導体層５０に形成されており、本実施形態での絶縁体基板が成長基板である場合には連結層３０がバッファ層に該当することができる。本実施形態での絶縁性基板１４としてはサファイア、ダイヤモンド、カーボン、クォーツ（ｑｕａｒｔｚ）、ガラスから選択されることができる。
【００４０】
本発明の高電圧駆動半導体発光素子は、パッケージ、モジュール及びモジュールを結合したフルカラーディスプレイに応用されることができる。特に、モジュールの空間活用に適した３ｉｎ１パッケージの場合、それぞれ１つの赤色、緑色、青色チップが１つのパッケージの中に含まれる構造に該当する。
【００４１】
ここで注目すべき点は、本発明の高電圧駆動半導体発光素子をＧａＡｓ系（またはＡｌＧａＩｎＰ系）素子に制限するということである。これは連続的に垂直であるＮＰＮＰ型またはＰＮＰＮ型構造のＧａＮ系半導体層成長において、ｐ型ＧａＮ系半導体層成長以降のｎ型ＧａＮ系半導体層成長時に先に成長されたｐ型ＧａＮ系半導体層からドーパント拡散で前記ｐ型ＧａＮ系半導体層がこれ以上ｐ型半導体層として存在できず高抵抗化されて素子を具現できなくなるからである。このような理由で、ＧａＮ系半導体素子では複数の個別的活性領域を垂直的に構成できず、その代わりに側面（水平方向）で独立的な構造を形成して追加的な電気的結合により高電圧駆動（ソウル半導体社製造、製品名：Ａｃｒｉｃｈｅ）が可能になる。
【００４２】
本発明の高電圧駆動赤色半導体発光素子を採用した３ｉｎ１パッケージと従来の３ｉｎ１パッケージをそれぞれモジュール化し電気的特性及び効率を比較して表１に要約した。
【００４３】
印加される電圧特性及び効率を考慮して、本発明の高電圧駆動赤色半導体発光素子を採用した３ｉｎ１パッケージモジュールは赤色チップ１つ（３つの個別的活性領域を含む）、緑色及び青色チップがそれぞれ２つずつ含まれてパッケージされ、７Ｖ供給ＳＭＰＳ（Ｍｅａｎｗｅｌｌ社製造、モデル名：ＳＰ−３２０−７．５）で駆動され、比較する従来の３ｉｎ１パッケージモジュールは赤色、緑色及び青色チップがそれぞれ１つずつ含まれてパッケージされ、実際モジュール内で電圧降下を考慮して５Ｖ供給ＳＭＰＳ（Ｍｅａｎｗｅｌｌ社製造、モデル名：ＳＰ−３２０−５）で駆動した。
【００４４】
上記の応用例での緑色及び青色チップは、ワイヤボンディングによってパッケージ上でそれぞれ直列連結されたものであり、赤色チップは３つの独立的活性領域が垂直単一のチップ内に含まれたものであることを知って欲しい。
【００４５】
３ｉｎ１パッケージで、本発明の高電圧駆動赤色発光チップを使用することにより、１つの赤色チップで数個の赤色チップを代替してパッケージ工程を簡素化させることができ、緑色及び青色チップに、より多くのパッケージ空間を提供することができるので、パッケージの作業効率をさらに改善することができる。
【００４６】
さらに、表１に示すように、従来の３ｉｎ１パッケージ対比３７％の省エネルギー（ＤＣ基準）が可能になり、これによって発光効率改善及び発熱減少も可能で、これを採用したモジュール及びディスプレイ装置での性能及び信頼性が顕著に増加する。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
また、本発明の高電圧駆動半導体発光素子を有するパッケージを含むモジュール、ディスプレイ装置では高電圧印加が可能になり、ＳＭＰＳでそれぞれのモジュールに供給される配線選択において、電圧降下を考慮して短く且つ厚い従来の配線に比べて相対的に長く且つ薄い配線が可能なので設計の自由度が増加することができるようになる。
【００４９】
また、モジュール駆動のためのＰＣＢ設計においても、高電圧による低電流が可能なのでＰＣＢ内の配線パターンを薄く設計できることにより、ＰＣＢ内の配線パターン集積が向上されてＰＣＢ使用量が低減され小型化が可能になる。
【００５０】
［実施形態１］
本発明の高電圧駆動赤色半導体発光素子は、以下を含む。
【００５１】
導電性基板１０と、
前記導電性基板１０上に形成された下部半導体層５０と、
前記下部半導体層５０上に形成された第１の活性領域６０と、
前記第１の活性領域６０上に形成された第１のトンネリング防止層７０と、
前記第１のトンネリング防止層７０上に形成された第２の活性領域６２と、
前記第２の活性領域６２上に形成された第２のトンネリング防止層７２と、
前記第２のトンネリング防止層７２上に形成された第３の活性領域６４と、
前記第３の活性領域６４上に形成された上部半導体層５２と、
前記導電性基板１０及び前記上部半導体層５２にそれぞれ形成された下部電極８０及び上部電極８２と、を含む半導体発光素子であって、
前記第１、第２及び第３の活性領域（６０、６２、６４）はＡｌＧａＩｎＰ系物質で構成されることができ、望ましくはＡｌ組成Xが、０≦X≦０．４５の範囲を有する（ＡｌXＧａ１−X）０．５Ｉｎ０．５Ｐで構成されることができ、
前記第１及び第２のトンネリング防止層（７０、７２）は、全体の活性領域のうちいずれか１つの活性領域のみを活性化させるのに十分な印加電圧下では電子または正孔が移動できない半導体層で、量子領域の範囲で隣接した２つの隣接活性領域を独立的に分離させ、
前記第１及び第２のトンネリング防止層（７０、７２）は、ＡｌＧａＩｎＰ系物質で構成されることができ、望ましくはＡｌ組成Xが、０≦X≦１の範囲を有する（ＡｌXＧａ１−X）０．５Ｉｎ０．５Ｐで構成されることができ、
前記第１及び第２のトンネリング防止層（７０、７２）はそれぞれ３μｍ以上の厚さを有し、
前記第２のトンネリング防止層７２と第１のトンネリング防止層７０は、前記上部半導体層５２が第１型のドーパントにドープされた場合には、それぞれ第２型及び第１型のドーパントにドープされることができ、前記上部半導体層５２が第２型のドーパントにドープされた場合はそれぞれ第１型及び第２型のドーパントにドープされて、素子上部の垂直方向からＰＮＰＮまたはＮＰＮＰの直列接合が形成されて、単一の半導体素子内に独立的な複数の活性領域が含まれる高電圧駆動発光素子。
【００５２】
また、前記第１、第２及び第３の活性領域（６０、６２、６４）は、すべて同一の組成の物質で構成され、赤色または赤外線領域で実質的に同一の波長を有する。
【００５３】
［実施形態２］
本発明の他の高電圧駆動的色半導体発光素子は、以下を含む。
【００５４】
導電性基板１０と、
前記導電性基板１０上に形成された下部半導体層５０と、
前記下部半導体層５０上に形成されたｎ個の活性領域と前記活性領域との間に挟持されるｎ−１個のトンネリング防止層（この時、ｎは２以上の自然数）と、
最後のｎ番目の活性領域上に形成された上部半導体層５２と、
前記導電性基板１０及び前記上部半導体層５２にそれぞれ形成された下部電極８０及び上部電極８２と、を含む半導体発光素子であって、
前記ｎ個の活性領域はＡｌＧａＩｎＰ系物質で構成されることができ、望ましくはＡｌ組成Xが、０≦X≦０．４５の範囲を有する（ＡｌXＧａ１−X）０．５Ｉｎ０．５Ｐで構成されることができ、
前記ｎ−１個のトンネリング防止層はＡｌＧａＩｎＰ系物質で構成されることができ、望ましくはＡｌ組成Xが、０≦X≦１の範囲を有する（ＡｌXＧａ１−X）０．５Ｉｎ０．５Ｐで構成されることができ、
前記ｎ−１個のトンネリング防止層は全体の活性領域のうちいずれか１つの活性領域のみを活性化させるのに十分な印加電圧下では電子または正孔が移動できない半導体層で、量子領域の範囲で隣接した２つの活性領域を独立的に分離させ、
前記ｎ−１個のトンネリング防止層はそれぞれ３μｍ以上の厚さを有し、
前記ｎ−１個のトンネリング防止層のうち下部から偶数番目のトンネリング防止層と奇数番目のトンネリング防止層は、前記上部半導体層５２が第１型のドーパントにドープされた場合には、それぞれ第２型及び第１型のドーパントにドープされることができ、前記上部半導体層５２が第２型のドーパントにドープされた場合はそれぞれ第１型及び第２型のドーパントにドープされて、素子上部の垂直方向からＰＮ．．．ＰＮまたはＮＰ．．．ＮＰの直列接合が形成されて、単一の半導体素子内に独立的な複数の活性領域が含まれる、高電圧駆動発光素子。
【００５５】
また、前記ｎ個の活性領域は、すべて同一の組成の物質で構成されて、赤色または赤外線領域で実質的に同一の波長を有する。
【００５６】
［実施形態３］
前記実施形態１または実施形態２での高電圧駆動半導体発光素子を有するパッケージ及びこれを含むフルカラーディスプレイ装置であって、
前記パッケージはランプタイプまたは３ｉｎ１タイプであり、
前記パッケージを含むモジュールと、
前記モジュールに電源及び制御信号を印加するための配線、ＰＣＢ、ＳＭＰＳ及び制御装置を含むフルカラーディスプレイ装置。
【００５７】
［実施形態４］
成長基板を設けるステップと、
前記成長基板上に下部半導体層を形成するステップと、
前記下部半導体層上に第１の活性領域を形成するステップと、
前記第１の活性領域上に第１のトンネリング防止層を形成するステップと、
前記第１のトンネリング防止層上に第２の活性領域を形成するステップと、
前記第２の活性領域上に上部半導体層を形成するステップと、
前記第２の活性領域上に第２のトンネリング防止層を形成するステップと、
前記第２のトンネリング防止層上に第３の活性領域を形成するステップと、及び
前記第３の活性領域上に前記上部半導体層を形成するステップと、を含み、
前記第１のトンネリング防止層及び第２のトンネリング防止層は第１の活性領域、第２の活性領域、第３の活性領域のうちいずれか１つの活性領域のみを活性化させるのに十分な印加電圧下では電子または正孔が移動できない半導体層で、量子領域の範囲で隣接した２つの活性領域を独立的に分離させる、高電圧駆動発光素子の製造方法。
【００５８】
また、上記の製造方法で製造された高電圧駆動発光素子のエピ層をトランスファー基板に接合し、前記成長基板を除去する工程がさらに追加されることができる。
【００５９】
以上、本発明について実施形態を中心として説明したが、これは単に例示であるだけで本発明を限定するものではなく、本発明の属する分野において通常の知識を持つ者であれば、本発明の本質的な特性を外さない範囲内で上記に例示されていない様々な変形と応用が可能であることが分かる。
【００６０】
例えば、本発明で示した各高電圧駆動発光素子を構成する半導体層間には言及していない第３の半導体層がさらに形成されることができる。また、このような変形と応用に係る相違点は、添付された特許請求の範囲に規定する本発明の範囲に含まれる。
【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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