特許 6426377 発光素子及び照明システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6426377

(24)【登録日】2018年11月2日

(45)【発行日】2018年11月21日

(54)【発明の名称】発光素子及び照明システム

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/30 20100101AFI20181112BHJP

   H01L 33/10 20100101ALI20181112BHJP

   H01L 33/14 20100101ALI20181112BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20181112BHJP

   F21Y 101/00 20160101ALN20181112BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/30

   H01L33/10

   H01L33/14

   F21S2/00 216

   F21Y101:00

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-123447(P2014-123447)

(22)【出願日】2014年6月16日

(65)【公開番号】特開2015-5745(P2015-5745A)

(43)【公開日】2015年1月8日

【審査請求日】2017年6月15日

(31)【優先権主張番号】10-2013-0069663

(32)【優先日】2013年6月18日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】513276101

【氏名又は名称】エルジー イノテック カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100114188

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100119253

【弁理士】

【氏名又は名称】金山 賢教

(74)【代理人】

【識別番号】100129713

【弁理士】

【氏名又は名称】重森 一輝

(74)【代理人】

【識別番号】100143823

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 英彦

(74)【代理人】

【識別番号】100146318

【弁理士】

【氏名又は名称】岩瀬 吉和

(72)【発明者】

【氏名】ホン・キヨン

【審査官】 百瀬 正之

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−２２８０２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１７１３６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１２１７９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２２９５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／０１０４９９６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−４２０８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−４５９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−７８７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１７４３３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／６４

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｆ２１Ｙ １０１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導電性材質の基板と、
前記基板の上部領域の一部が露出するように、前記基板の上部領域に配置される反射層と、
前記反射層の上に配置される第１導電型半導体層と、
前記第１導電型半導体層の上に配置されるＡｌＧａＩｎＰ系活性層と、
前記ＡｌＧａＩｎＰ系活性層の上に配置される第２導電型クラッド層と、
前記第２導電型クラッド層の上に配置される第１濃度の第２導電型ＧａＰ層と、
前記第１濃度の第２導電型ＧａＰ層の上に配置される前記第１濃度より高い第２濃度の第２導電型ＧａＰ層と、
前記基板の露出した上部領域の一部に配置される第１電極と、
前記第２濃度の第２導電型ＧａＰ層の上に配置される第２電極と、
を含み、
前記反射層は、ＡｌＧａＩｎＰ／ＡｌＩｎＰ層を１／４波長の厚さで複数蒸着した分布ブラッグ反射層（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ−Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ）鏡構造を含むことを特徴とする発光素子。

【請求項2】

前記第１濃度の第２導電型ＧａＰ層の第１濃度は、前記第２濃度の第２導電型ＧａＰ層の第２濃度の１０％〜３０％の濃度であり、
前記第２濃度の第２導電型ＧａＰ層は、Ｍｇドーピング濃度が１×１０^１７〜９×１０^１７(atoms/cm^３)であり、
前記第１濃度の第２導電型ＧａＰ層でＭｇがトラップされてＭｇの拡散が抑制され、Ｍｇフリー領域（Ｆｒｅｅ Ｒｅｇｉｏｎ）が形成され、
前記基板はＧａＡｓを含み、
前記ＡｌＧａＩｎＰ系活性層は、前記基板の上に格子定数が一致する組成条件で成長することを特徴とする請求項１に記載の発光素子。

【請求項3】

前記第１濃度の第２導電型ＧａＰ層の厚さは、前記第２濃度の第２導電型ＧａＰ層の厚さより小さく、
前記第１濃度の第２導電型ＧａＰ層の厚さは、前記第２濃度の第２導電型ＧａＰ層の厚さの１％〜１０％であり、
前記第２濃度の第２導電型ＧａＰ層の厚さは３μｍ〜４．５μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子。

【請求項4】

前記ＡｌＧａＩｎＰ系活性層と前記第２導電型クラッド層との間にアンドープＡｌＩｎＰ系層をさらに含み、
前記アンドープＡｌＩｎＰ系層のバンドギャップエネルギーは、前記ＡｌＧａＩｎＰ系活性層のバンドギャップエネルギーより大きく、
前記アンドープＡｌＩｎＰ系層は、前記第２導電型クラッド層と接し、
前記アンドープＡｌＩｎＰ系層は、前記第２導電型クラッド層と実質的に同じエネルギー準位を有し、
前記アンドープＡｌＩｎＰ系層は、Ｍｇの拡散を防止し、電子を遮断する機能をすることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の発光素子。

【請求項5】

前記アンドープＡｌＩｎＰ系層は、前記第２導電型クラッド層より薄く、
前記アンドープＡｌＩｎＰ系層は、前記第１濃度の第２導電型ＧａＰ層より薄いことを特徴とする請求項４に記載の発光素子。

【請求項6】

前記反射層は、前記分布ブラッグ反射層（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ−Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ）を前記第１導電型半導体層、前記ＡｌＧａＩｎＰ系活性層、前記第２導電型クラッド層と同じ格子構造層で形成したことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の発光素子。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか一項に記載の発光素子を有する発光ユニットを含むことを特徴とする照明システム。

【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及び照明システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

発光素子(Light Emitting Device)は、電気エネルギーが光エネルギーに変換される特性のp-n接合ダイオードとして、周期表上のＩＩＩ族とＶ族などの化合物半導体から生成でき、化合物半導体の組成比を調節することで、多様な色の具現が可能である。

【0003】

発光素子は、順方向の電圧を印加すると、n層の電子とp層の正孔(hole)が結合して伝導帯(Conduction band)と価電子帯(Valance band)のバンドギャップエネルギーに該当する分のエネルギーを発散するが、このエネルギーは主に熱や光の形態で放出され、光の形態で発散されると発光素子となる。

【0004】

例えば、窒化物半導体は、高い熱的安定性と幅広いバンドギャップエネルギーによって、発光素子及び高出力の電子素子の開発分野で大きい関心を集めている。特に、窒化物半導体を利用した青色(Blue)発光素子、緑色(Green)発光素子、赤色(Red)発光素子、紫外線(UV)発光素子などは、商用化されて広く使用されている。

【0005】

このような可視光領域の発光ダイオードの中で、その活用性が目立つ波長の発光ダイオードは赤色発光素子として、緑色や黄色などに比べて同じ輝度でも可視性が優れるので、信号灯、車両の停止灯、各種表示用ディスプレイなどの用途で、その使用領域が広い。

【0006】

一方、従来の赤色ＬＥＤの場合、要求されるパワー(Power)が低く、低電流(Low Current)で印加されることで、Ｍｇの拡散イシュー(Diffusion Issue)が大きくなかったが、最近、高出力（High Power）の赤色LEDチップの需要の増加で高電流(High Current)による活性層領域(Active Region)へのＭｇの拡散イシューが台頭しており、信頼性テストを行う際にＧａＰウインドウ層に存在するＭｇが活性層領域に拡散して、光出力ドロップ(Po drop)が発生する問題がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、ＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤの光出力（Ｐｏ）の減少を抑制して、信頼性が向上した発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージ及び照明システムを提供しようとする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の発光素子は、第１導電型半導体層１３０と、前記第１導電型半導体層１３０上にＡｌＧａＩｎＰ系活性層１４０と、前記ＡｌＧａＩｎＰ系活性層１４０上に第２導電型クラッド層１５０と、前記第２導電型クラッド層１５０上に第１濃度の第２導電型ＧａＰ層１６２と、前記第１濃度の第２導電型ＧａＰ層１６２上に前記第１濃度より高い第２濃度の第２導電型ＧａＰ層１６４と、を含む。

【0009】

また、本発明の照明システムは、前記発光素子を有する発光ユニットを含む。

【発明の効果】

【0010】

本発明は、ＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤの光出力(Po)の減少を抑制して、信頼性が向上した発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージ及び照明システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施例に係る発光素子の断面図である。

【図2】第１実施例に係る発光素子のバンドギャップエネルギーダイヤグラムの例示図である。

【図3】比較例に係る発光素子のSIMS分析資料である。

【図4】実施例に係る発光素子のSIMS分析資料である。

【図5】比較例と実施例に係る発光素子の信頼性測定データである。

【図6】比較例と実施例に係る発光素子の信頼性測定データである。

【図7】第２実施例に係る発光素子の断面図である。

【図8】第２実施例に係る発光素子のバンドギャップエネルギーダイヤグラムの例示図である。

【図9】実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図である。

【図10】実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図である。

【図11】実施例に係る発光素子パッケージの断面図である。

【図12】実施例に係る照明装置の分解斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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」または「下」に形成されると記載される場合、「上」と「下」は、「直接」または「他の層を介在して」形成されるものも含む。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。

【0013】

また、図面において、各層の厚さや大きさは、説明の便宜や明確性を図って誇張または省略されたり、概略的に図示されてあり、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。
(実施例)

【0014】

図１は第１実施例に係る発光素子１００の断面図であり、図２は第１実施例に係る発光素子のバンドギャップエネルギーダイヤグラムの例示図である。

【0015】

実施例に係る発光素子１００は、第１導電型半導体層１３０と、前記第１導電型半導体層１３０上にＡｌＧａＩｎＰ系活性層１４０と、前記ＡｌＧａＩｎＰ系活性層１４０上に第２導電型クラッド層１５０と、前記第２導電型クラッド層１５０上に第１濃度の第２導電型ＧａＰ層１６２と、前記第１濃度の第２導電型ＧａＰ層１６２上に前記第１濃度より高い第２濃度の第２導電型ＧａＰ層１６４と、を含むことができる。

【0016】

図３は比較例に係る発光素子のＳＩＭＳ分析資料であり、図４は実施例に係る発光素子のＳＩＭＳ分析資料である。

【0017】

図５及び図６は、比較例と実施例に係る発光素子の信頼性測定データである。

【0018】

具体的に、図５は比較例に係る発光素子のＰｏ変化率のデータであり、図６は実施例に係る発光素子のＰｏ変化率のデータである。

【0019】

図５及び図６は、比較例と実施例において、それぞれ信頼性テストを行った二つのサンプルに対する信頼性テストの結果である。

【0020】

上述したように、従来の赤色ＬＥＤの場合、要求されるパワーが低く、低電流で印加されることで、Ｍｇの拡散イシューが大きくなかったが、最近、高出力（High Power）の赤色ＬＥＤチップの需要の増加で高電流印加による活性層領域へのＭｇの拡散イシューが台頭している。

【0021】

例えば、ＡｌＧａＩｎＰ赤色ＬＥＤの場合、一般的にＧａＰウインドウ層（Ｗｉｎｄｏｗ ｌａｙｅｒ）を使用し、ＧａＰウインドウ層にＭｇがハイドーピング(High Doping)される。

【0022】

これにより、信頼性テストを行う際にＧａＰウインドウ層に存在するMgが活性層領域に拡散して、光出力ドロップ(Po drop)が発生する問題がある。

【0023】

具体的に、従来技術によれば、ＧａＰ層(Layer)のＭｇドーピング(Doping)時一定レベルでＧａＰ層全区間をドーピングするが、このようなドーピングプロファイル(Doping Profile)は、ＬＥＤの動作/寿命の試験時の電流(Current)注入による活性層(Active)へのＭｇの拡散(Diffusion)を引き起こす（Ｒ部分)。

【0024】

例えば、図３のように、Ｍｇが拡散（Ｒ部分）されて、ＳＩＭＳ上Ｍｇプロファイルが活性層に隣接する問題が発生する。

【0025】

これにより、図５のように、信頼性テストを行う際、動作または寿命時間(time)の進行につれて、Ｍｇが活性層(Active)に浸透することで、Ｐｏがドロップ(Drop)される結果を招来して信頼性に問題が多い。

【0026】

即ち、光出力(Po)の観点で、信頼性テストの初期(０hr)に比べて６５時間、１６５時間が経過するにつれて、Ｐｏが±１０％の範囲をはみ出た結果が出る。

【0027】

反面、実施例によれば、これを補完するために、第２導電型クラッド層１５０上に第１濃度の第２導電型ＧａＰ層１６２と、前記第１濃度より高い第２濃度の第２導電型ＧａＰ層１６４を配置することができる。

【0028】

即ち、実施例によれば、第２濃度の第２導電型ＧａＰ層１６４の前に、低濃度の第１濃度の第２導電型ＧａＰ層１６２を成長させて、拡散されるＭｇをトラップ（Ｔｒａｐ）する役割をすることができる。

【0029】

具体的に、実施例によれば、図４の「Ｅ領域」のように、第１濃度の第２導電型ＧａＰ層１６２でＭｇをトラップしてＭｇの拡散が抑制されて、Ｍｇフリー領域（Ｆｒｅｅ Ｒｅｇｉｏｎ）が形成される。

【0030】

また、これにより、図６のように信頼性テストの際、即ちＬＥＤの動作/寿命試験の評価時に安定したPo特性を確保して、高い信頼性を得ることができる。

【0031】

即ち、実施例によれば、光出力（Ｐｏ）の観点で、信頼性テストの初期（０ｈｒ）に比べて６５時間、１６５時間が経過するにつれて、Ｐｏが±１０％の範囲内に位置する安定的結果を見せる。

【0032】

実施例で、前記第１濃度の第２導電型ＧａＰ層１６２の濃度は、前記第２濃度の第２導電型ＧａＰ層１６４の濃度の約１０％〜約３０％の濃度を有することができる。

【0033】

例えば、第２濃度の第２導電型GaP層１６４は、Ｍｇドーピング濃度が約１×１０^１７〜９×１０^１７(atoms/cm^３)であり、前記第１濃度の第２導電型ＧａＰ層１６２の濃度は、第２濃度のＭｇドーピング濃度の約１０％〜約３０％の濃度であるが、これに限定されるものではない。

【0034】

前記第１濃度が第２濃度の３０％を超える場合、Ｍｇトラップの機能を果たせにくいことがあり、第１濃度が第２濃度の１０％未満の場合、ホール注入の障壁の役割をすることがある。

【0035】

図４及び図６は、第１濃度が第２濃度の１０％〜３０％の範囲である時の結果として、そのような範囲の濃度である時、ＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤの信頼性評価の際に、Ｐｏドロップ(Drop)を抑制できる発光素子を提供することができる。

【0036】

また、実施例によれば、前記第１濃度の第２導電型ＧａＰ層１６２の厚さは、前記第２濃度の第２導電型ＧａＰ層１６４の厚さの約１％〜約１０％を有することができる。

【0037】

例えば、前記第２濃度の第２導電型ＧａＰ層１６４の厚さは約３μm〜４.５μmであり、第１濃度の第２導電型半導体層１６２はその厚さの約１％〜１０％の範囲を有することができる。

【0038】

第１濃度の第２導電型半導体層１６２の厚さが第２濃度の第２導電型半導体層１６４の厚さの１０％を超える場合、ホール注入の障壁として機能することができ、１％未満の場合、Mg拡散の防止機能を果たせにくいこともある。

【0039】

実施例によれば、第２導電型クラッド層１５０上に第１濃度の第２導電型ＧａＰ層１６２と、前記第１濃度より高い第２濃度の第２導電型ＧａＰ層１６４を含むことで、第１濃度の第２導電型ＧａＰ層１６２でＭｇの拡散を防止することで、ＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤの信頼性評価を行う際にＰｏドロップ(Drop)を抑制できる発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージ及び照明システムを提供することができる。

【0040】

図７は第２実施例に係る発光素子１０２の断面図であり、図８は第２実施例に係る発光素子のバンドギャップエネルギーダイヤグラムの例示図である。

【0041】

第２実施例は、第１実施例の技術的特徴を採用することができる。

【0042】

第２実施例は、前記ＡｌＧａＩｎＰ系活性層１４０と前記第２導電型クラッド層１５０との間にアンドープＡｌＩｎＰ系層１５２をさらに含むことができる。

【0043】

これにより、前記アンドープＡｌＩｎＰ系層１５２でＭｇの拡散を追加的に防止することで、Ｐｏドロップ（Ｄｒｏｐ）を効果的に抑制できる発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージ及び照明システムを提供することができる。

【0044】

実施例で、前記アンドープＡｌＩｎＰ系層１５２は、前記第２導電型クラッド層１５０と実質的に同じエネルギー準位を有することができる。

【0045】

これにより、前記アンドープＡｌＩｎＰ系層１５２のエネルギー準位は活性層１４０のエネルギー準位より高いので、電子遮断機能をして発光効率を増大させることができる。

【0046】

また、実施例で、前記アンドープＡｌＩｎＰ系層１５２は、前記第２導電型クラッド層１５０より薄く形成することができる。

【0047】

また、前記アンドープＡｌＩｎＰ系層１５２は、前記第１濃度の第２導電型ＧａＰ層１６２より薄く形成することができる。以下、図９〜図１０を参照して実施例に係る発光素子の製造方法を説明する。

【0048】

まず、図９のように基板１１０を準備する。前記基板１１０は導電性基板からなることができるが、これに限定されるものではなく、絶縁性基板を用いることもできる。例えば、前記基板１１０はＧａＡｓ基板等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。

【0049】

次に、実施例は、前記基板１１０上に反射層１２０を形成して、光抽出効率を増大させることができる。

【0050】

一般的に、GaAs基板は不透明であるので、活性層から放出される光を吸収して光効率を低下させることがある。そこで、基板１１０上に反射層１２０を形成して、光抽出効率を向上させることができる。

【0051】

例えば、前記反射層１２０は、ＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ或いはＡｌＧａＩｎＰ／ＡｌＩｎＰ層を１/４波長(quarter-wave length)の厚さで順に蒸着したＤＢＲｓ(Distributed Bragg-Reflectors)鏡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。

【0052】

次に、前記反射層１２０上に第１導電型半導体層１３０、ＡｌＧａＩｎＰ系活性層１４０、アンドープＡｌＩｎＰ系層１５２、第２導電型クラッド層１５０と、第１濃度の第２導電型ＧａＰ層１６２、第２濃度の第２導電型ＧａＰ層１６４を順次形成することができる。

【0053】

前記第１導電型半導体層１３０は、ｎ型コンタクト層としてｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系層またはｎ型ＡｌＩｎＰ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。

【0054】

前記ＡｌＧａＩｎＰ系活性層１４０は、赤色発光ダイオード物質のうち発光効率が高い物質であり、前記ＡｌＧａＩｎＰ系活性層１４０がＧａＡｓ基板の上に格子定数が一致する組成条件で成長し、直接遷移が可能なバンドギャップを有する範囲で成長することができる。

【0055】

前記ＡｌＧａＩｎＰ系活性層１４０は、低圧有機金属気相成長法（ＭＯＶＣＤ）により成長させることができる。

【0056】

実施例は、ＡｌＧａＩｎＰ系活性層１４０と以後形成される第２導電型クラッド層１５０との間に、アンドープＡｌＩｎＰ系層１５２をさらに含むことができる。

【0057】

これにより、前記アンドープＡｌＩｎＰ系層１５２でＭｇの拡散を防止することで、Ｐｏドロップ（Ｄｒｏｐ）を効果的に抑制できる発光素子を提供することができる。

【0058】

実施例で、前記アンドープＡｌＩｎＰ系層１５２は、前記第２導電型クラッド層１５０と実質的に同じエネルギー準位を有することができる。

【0059】

これにより、前記アンドープＡｌＩｎＰ系層１５２のエネルギー準位は、活性層１４０のエネルギー準位より高いので、電子遮断機能をして発光効率を増大させることができる。

【0060】

また、実施例で、前記アンドープＡｌＩｎＰ系層１５２は、前記第２導電型クラッド層１５０より薄く形成することができる。

【0061】

また、前記アンドープＡｌＩｎＰ系層１５２は、前記第１濃度の第２導電型ＧａＰ層１６２より薄く形成することができる。

【0062】

次に、実施例は、アンドープAlInP系層１５２上に第２導電型クラッド層１５０と、第１濃度の第２導電型GaP層１６２、第２濃度の第２導電型GaP層１６４を形成することができる。

【0063】

実施例は、反射層１２０、第１導電型半導体層１３０、ＡｌＧａＩｎＰ系活性層１４０、アンドープＡｌＩｎＰ系層１５２、第２導電型クラッド層１５０と、第１濃度の第２導電型ＧａＰ層１６２、第２濃度の第２導電型ＧａＰ層１６４を、同一または類似系列の物質組成から形成することができる。

【0064】

即ち、成長方式の発光ダイオード層の製造過程を考慮して、反射層の形成時、金属反射層でない分布ブラッグ反射層を発光ダイオードと同一格子構造層の成長方法で形成するようにして、結晶成長が容易であるようにしながら、同一または類似の物質組成で構造を形成することができる。

【0065】

実施例によれば、第２濃度の第２導電型ＧａＰ層１６４の前に低濃度の第１濃度の第２導電型ＧａＰ層１６２を成長させて、拡散されるＭｇをトラップ(Trap)する役割をすることができる。

【0066】

実施例によれば、図４のＥ領域のように、第１濃度の第２導電型ＧａＰ層１６２でＭｇトラップによってＭｇの拡散が抑制され、Ｍｇフリー領域が形成される。

【0067】

また、これにより実施例は、ＬＥＤの動作／寿命の試験評価の際に、安定したＰｏ特性を確保することができる。

【0068】

実施例で、前記第１濃度の第２導電型ＧａＰ層１６２の第１濃度は、前記第２濃度の第２導電型ＧａＰ層１６４の第２濃度の約１０％〜約３０％の濃度を有することができる。

【0069】

例えば、第２濃度の第２導電型ＧａＰ層１６４は、Ｍｇドーピング濃度が約１×１０^１７〜９×１０^１７(atoms/cm^３)であり、前記第１濃度の第２導電型GaP層１６２は、前記第２濃度の第２導電型ＧａＰ層１６４の濃度の約１０％〜約３０％の濃度であるが、これに限定されるものではない。

【0070】

前記第１濃度が第２濃度の３０％を超える場合、Ｍｇトラップの機能を果たせにくいことがあり、第１濃度が第２濃度の１０％未満の場合、ホール注入の障壁の役割をすることがある。

【0071】

また、実施例によれば、前記第１濃度の第２導電型ＧａＰ層１６２の厚さは、前記第２濃度の第２導電型ＧａＰ層１６４の厚さの約１％〜約１０％を有することができる。

【0072】

例えば、前記第２濃度の第２導電型ＧａＰ層１６４の厚さは約３μｍ〜４．５μｍであり、第１濃度の第２導電型半導体層１６２はその厚さの約１％〜１０％の範囲を有することができる。

【0073】

第１濃度の第２導電型半導体層１６２の厚さが第２濃度の第２導電型半導体層１６４の厚さの１０％を超える場合、ホール注入の障壁として機能することができ、１％未満の場合、Ｍｇ拡散の防止機能を果たせにくいこともある。

【0074】

実施例によれば、第２導電型クラッド層１５０上に第１濃度の第２導電型ＧａＰ層１６２と、前記第１濃度より高い第２濃度の第２導電型ＧａＰ層１６４を含むことで、第１濃度の第２導電型ＧａＰ層１６２でＭｇの拡散を防止することで、ＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤの信頼性評価を行う際にＰｏドロップ(Drop)を抑制できる発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージ及び照明システムを提供することができる。

【0075】

次に、発光素子チップを水平型構造に形成する場合、基板１１０上部の第２濃度の第２導電型ＧａＰ層１６４、第１濃度の第２導電型ＧａＰ層１６２、アンドープＡｌＩｎＰ系層１５２、第２導電型クラッド層１５０、ＡｌＧａＩｎＰ系活性層１４０、第１導電型半導体層１３０を順次エッチングしてメサ構造を形成して、露出した第２導電型半導体層１３０と第２濃度の第２導電型ＧａＰ層１６４上に、電極１７１及び第２電極１７２をそれぞれ形成することができる。また、前記基板１１０が露出するように前記反射層１２０も一部除去して、基板１１０上に第１電極１７１を形成することができる。この場合、前記基板１１０はＧａＡｓ基板等のような導電性基板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。

【0076】

一方、図１０とは異なるように、垂直型チップに形成しようとする場合、基板１１０の下部に第１電極１７１を、第２濃度の第２導電型ＧａＰ層１６４上に第２電極１７２を、それぞれ形成することができる。

【0077】

実施例は、ＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤの光出力（Ｐｏ）の減少を抑制して、信頼性が向上した発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージ及び照明システムを提供することができる。

【0078】

図１１は、実施例に係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。

【0079】

実施例に係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及び第４電極層２１４と、前記パッケージ本体部２０５に設置されて、前記第３電極層２１３及び第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を取り囲むモールディング部材２３０を含む。

【0080】

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形成され、前記発光素子１００の周囲に傾斜面が形成される。

【0081】

前記第３電極層２１３及び第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及び第４電極層２１４は、前記発光素子１００から発生した光を反射させ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させる役割をすることもできる。

【0082】

前記発光素子１００は、図１及び図７に例示された水平型の発光素子が適用されるが、これに限定されるものではなく、垂直型の発光素子やフリップチップタイプの発光素子も適用することができる。

【0083】

前記発光素子１００は、前記パッケージ本体部２０５の上、または前記第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。

【0084】

前記発光素子１００は、前記第３電極層２１３及び/または第４電極層２１４と、ワイヤー方式、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せることができる。実施例では、前記発光素子１００が前記第３電極層２１３とワイヤー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。

【0085】

前記モールディング部材２３０は、前記発光素子１００を取り囲んで前記発光素子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２３０には蛍光体２３２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。

【0086】

実施例に係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、蛍光シートなどを配置することができる。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または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。

【0087】

次に、図１２は実施例に係る照明装置の分解斜視図であり、実施例に係る照明装置は、カバー２１００、光源モジュール２２００、放熱体２４００、電源提供部２６００、内部ケース２７００、ソケット２８００を含むことができる。また、実施例に係る照明装置は、部材２３００とホルダー２５００のいずれか一つ以上をさらに含むことができる。前記光源モジュール２２００は、実施例に係る発光素子または発光素子パッケージを含むことができる。

【0088】

例えば、前記カバー２１００は、バルブ(bulb)または半球状を有し、中空で一部分が開口された形状で提供される。前記カバー２１００は、前記光源モジュール２２００と光学的に結合される。例えば、前記カバー２１００は、前記光源モジュール２２００から提供される光を拡散、散乱または励起させることができる。前記カバー２１００は、一種の光学部材からなることができる。前記カバー２１００は、前記放熱体２４００と結合される。前記カバー２１００は、前記放熱体２４００と結合される結合部を有することができる。

【0089】

前記カバー２１００の内面には、乳白色の塗料をコーティングすることができる。乳白色の塗料は、光を拡散させる拡散材を含むことができる。前記カバー２１００の内面の表面粗さを、前記カバー２１００の外面の表面粗さより大きく形成することができる。これは、前記光源モジュール２２００からの光を十分に散乱及び拡散させて外部に放出させるためである。

【0090】

前記カバー２１００の材質は、ガラス(glass)、プラスチック、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリカーボネート(PC)等からなることができる。ここで、ポリカーボネートは、耐光性、耐熱性、強度が優れる。前記カバー２１００は、外部から前記光源モジュール２２００が見えるように電子遮断層(１２６)の役割をすることができ、不透明にすることもできる。前記カバー２１００は、ブロー(blow)成形により形成することができる。

【0091】

前記光源モジュール２２００は、前記放熱体２４００の一面に配置することができる。従って、前記光源モジュール２２００からの熱は、前記放熱体２４００に伝導される。前記光源モジュール２２００は、光源部２２１０、連結プレート２２３０、コネクター２２５０を含むことができる。

【0092】

前記部材２３００は、前記放熱体２４００の上面の上に配置され、複数の光源部２２１０とコネクター２２５０が挿入されるガイド溝２３１０を有する。前記ガイド溝２３１０は、前記光源部２２１０の基板及びコネクター２２５０と対応する。

【0093】

前記部材２３００の表面は、光反射物質で塗布またはコーティングされたものからなることができる。例えば、前記部材２３００の表面は、白色の塗料で塗布またはコーティングされたものからなることができる。このような前記部材２３００は、前記カバー２１００の内面に反射されて前記光源モジュール２２００側方向に戻ってくる光を、前記カバー２１００方向に再反射させる。従って、実施例に係る照明装置の光効率を向上させることができる。

【0094】

前記部材２３００は、例えば絶縁物質からなることができる。前記光源モジュール２２００の連結プレート２２３０は、電気伝導性物質を含むことができる。従って、前記放熱体２４００と前記連結プレート２２３０との間が電気的な接触される。前記部材２３００は、絶縁物質で構成され、前記連結プレート２２３０と前記放熱体２４００の電気的短絡を遮断することができる。前記放熱体２４００は、前記光源モジュール２２００と前記電源提供部２６００から伝達された熱を放熱する。

【0095】

前記ホルダー２５００は、内部ケース２７００の絶縁部２７１０の収納溝２７１９を防ぐ。従って、前記内部ケース２７００の前記絶縁部２７１０に収納される前記電源提供部２６００は密閉される。前記ホルダー２５００は、ガイド突出部２５１０を有する。前記ガイド突出部２５１０は、前記電源提供部２６００の突出部２６１０が貫通するホールを有する。

【0096】

前記電源提供部２６００は、外部から提供された電気的信号を処理または変換して、前記光源モジュール２２００に提供する。前記電源提供部２６００は、前記内部ケース２７００の収納溝２７１９に収納され、前記ホルダー２５００によって前記内部ケース２７００の内部に密閉される。

【0097】

前記電源提供部２６００は、突出部２６１０、ガイド部２６３０、ベース２６５０、延長部２６７０を含むことができる。

【0098】

前記ガイド部２６３０は、前記ベース２６５０の一側から外部に突出した形状を有する。前記ガイド部２６３０は、前記ホルダー２５００に挿入することができる。前記ベース２６５０の一面上に多数の部品を配置することができる。多数の部品は、例えば、外部電源から提供される交流電源を直流電源に変換する直流変換装置、前記光源モジュール２２００の駆動を制御する駆動チップ、前記光源モジュール２２００を保護するためのＥＳＤ(ElectroStatic discharge)保護素子などを含むことができるが、これに限定されるものではない。

【0099】

前記延長部２６７０は、前記ベース２６５０の他側から外部に突出した形状を有する。前記延長部２６７０は、前記内部ケース２７００の連結部２７５０の内部に挿入され、外部から電気的信号が提供される。例えば、前記延長部２６７０は、前記内部ケース２７００の連結部２７５０の幅と同一または小さく提供される。前記延長部２６７０には「+電線」と「−電線」のそれぞれの一端が電気的に連結され、「＋電線」と「−電線」の他の一端はソケット２８００に電気的に連結される。

【0100】

前記内部ケース２７００は、内部に前記電源提供部２６００と共にモールディング部を含むことができる。モールディング部は、モールディング液体が固まった部分として、前記電源提供部２６００を前記内部ケース２７００の内部に固定できるようにする。

【0101】

実施例は、ＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤの光出力（Ｐｏ）の減少を抑制して、信頼性が向上した発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージ及び照明システムを提供することができる。

【0102】

以上の実施例で説明された特徴、構造、効果などは、少なくとも１つの実施例に組合せることができ、必ず１つの実施例に限定されるものではない。また、各実施例に例示した特徴、構造、効果などは、当業者であれば、別の実施例に組合せたり変形して実施可能であり、このような組合と変形も本発明の範囲内に含まれるものであると解釈されるべきである。

【0103】

また、以上では実施例を中心に本発明を説明したが、これは例示であり、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲で、以上に例示されていない多様な変形と応用が可能であることは自明である。例えば、実施例に具体的に開示された各構成要素は、変形して実施可能であり、このような変形と応用に係る差異点も、添付された特許請求の範囲の範囲内に含まれるものであると解釈されるべきである。

【符号の説明】

【0104】

１１０：基板、１２０：反射層、１３０：第１導電型半導体層、１４０：ＡｌＧａＩｎＰ系活性層、１５２：アンドープＡｌＩｎＰ系層、１５０：第２導電型クラッド層、１６２：第１濃度の第２導電型ＧａＰ層、１６４：第２濃度の第２導電型ＧａＰ層。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】