KR101154320B1 - 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 장치 - Google Patents

발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 장치 Download PDF

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Abstract

실시 예의 발광소자는 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 발광 구조물 아래에 형성되고 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극층; 제2 전극층, 제2 도전형 반도체층, 활성층을 관통하여 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극층; 및 제1 전극층과 제2 전극층 사이, 제2 도전형 반도체층과 제1 전극층 사이 및 활성층과 제1 전극층 사이에 형성되는 절연층;을 포함하고, 제1 전극층은 제1 도전형 반도체층에 접하는 제1 오믹층과; 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 관통하여 제1 도전형 반도체층으로 연장되는 제1 반사층; 및 절연층과 접촉되는 본딩층; 을 포함하고, 제1 반사층은 절연층, 제2 도전형 반도체층 및 활성층을 관통하는 관통부; 및 관통부 아래에 위치하고 관통부의 폭보다 넓은 폭을 갖는 하단부를 포함한다.
이러한 구성에 따르면, 발광 효율을 개선하고, 지향각을 넓힐 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 장치를 제공할 수 있다.

Description

발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 장치{Light emitting device, light emitting device package and lighting installation having the same}

본 발명의 실시예는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 장치에 관한 것이다.

발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 빛으로 변환시켜서 신호를 주고 받거나, 광원으로 사용되는 반도체 소자의 일종이다.

Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체(group Ⅲ-Ⅴ nitride semiconductor)는 물리적, 화학적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD) 등의 발광소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다.

이러한 발광 다이오드는 백열등과 형광등 등의 기존 조명기구에 사용되는 수은(Hg)과 같은 환경 유해물질이 포함되어 있지 않아 우수한 친환경성을 가지며, 긴 수명, 저전력 소비특성 등과 같은 장점이 있기 때문에 기존의 광원들을 대체하고 있다.

실시예는 발광 효율을 개선하고, 지향각을 넓힐 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 장치를 제공한다.

실시예의 발광 소자는, 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 발광 구조물 아래에 형성되고 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극층; 상기 제2 전극층, 상기 제2 도전형 반도체층, 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극층; 및 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이, 상기 제2 도전형 반도체층과 상기 제1 전극층 사이 및 상기 활성층과 상기 제1 전극층 사이에 형성되는 절연층;을 포함하고, 상기 제1 전극층은 상기 제1 도전형 반도체층에 접하는 제1 오믹층과, 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층으로 연장되는 제1 반사층; 을 포함한다.
상기 제1 오믹층은 다층 구조를 갖고, 상기 다층 중 하나는 Ni를 포함한다.
상기 제1 반사층은 상기 제1 오믹층의 하부에 위치한다.
상기 제1 오믹층과 상기 제1 반사층은 경사진 형태를 갖는다.
상기 제1 반사층의 일부는 상기 제1 도전형 반도체층에 접한다.
상기 제1 반사층의 단부는 상기 제1 오믹층을 둘러싼다.
상기 제1 오믹층은 상기 제1 반사층의 단부를 둘러싼다.
상기 제1 오믹층은 상기 제1 반사층을 관통하는 홀을 적어도 하나 이상 포함한다.
상기 제1 반사층은 상기 제1 오믹층보다 두껍게 형성된다.
상기 제1 반사층은 반사율이 80% 이상이다.
상기 제1 반사층은 Ag, Al, Rh 및 이들의 선택적인 조합으로 이루어진다.
상기 제1 전극층은 상기 절연층과 접촉되는 본딩층; 을 더 포함하고, 상기 제1 반사층은 상기 절연층 및 상기 본딩층과 접촉된다. 상기 본딩층은 Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 이루어진다.
상기 제1 도전형 반도체층의 상면에는 러프니스가 형성된다.
상기 제1 도전형 반도체층의 상에는 재흡수 방지층이 더 형성된다.
상기 제2 전극층은 상기 절연층 상에 순차적으로 적층된 제2 반사층 및 제2 오믹층을 포함하고, 상기 발광 소자는 상기 제2 오믹층 및 상기 제2 반사층이 개방된 일측 영역 상에 전극 패드를 더 포함한다.
상기 개방된 일측 영역에 인접하는 상기 발광 구조물의 측면에 형성되어, 상기 발광구조물과 상기 전극 패드 사이의 쇼트를 방지하는 보호층을 더 포함한다.
다른 실시예의 발광소자는 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 발광 구조물 아래에 형성되고 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극층; 상기 제2 전극층, 상기 제2 도전형 반도체층, 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극층; 및 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이, 상기 제2 도전형 반도체층과 상기 제1 전극층 사이 및 상기 활성층과 상기 제1 전극층 사이에 형성되는 절연층;을 포함하고, 상기 제1 전극층은 상기 제1 도전형 반도체층에 접하는 제1 오믹층과; 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층으로 연장되는 제1 반사층; 및 상기 절연층과 접촉되는 본딩층; 을 포함하고, 상기 제1 반사층은 상기 절연층, 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 관통하는 관통부; 및 상기 관통부 아래에 위치하고 상기 관통부의 폭보다 넓은 폭을 갖는 하단부;를 포함한다.
상기 하단부의 폭은 상기 관통부의 폭의 5배 이하로 형성된다.
실시예의 발광소자 패키지는 패키지 몸체; 상기 패키지 몸체 상에 구비되는 전술한 발광소자; 상기 패키지 몸체에 구비되고, 상기 발광소자와 전기적으로 연결되는 리드 프레임; 및 상기 발광소자를 포위하는 몰드재;를 포함한다.
실시예의 조명 장치는 회로기판; 상기 회로기판 상에 구비되는 전술한 발광소자; 상기 발광소자로부터 출사된 광을 안내하는 광가이드;를 포함한다.

실시예에 따르면, 발광 효율을 개선하고, 지향각을 넓힐 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 장치를 제공한다.

도 1은 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 5a 내지 도 5h는 실시예에 따른 발광소자의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 6은 실시예에 따른 발광소자 패키지를 나타낸다.
도 7은 발광소자 패키지를 갖는 조명장치의 일 실시예를 도시하는 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

상기의 실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

도 1은 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.

발광소자(100)는 지지 기판(101), 제1 전극층(110), 제2 전극층(120), 발광 구조물(130), 절연층(140), 재흡수 방지층(150), 보호층(170), 및 제1 전극 패드(190)를 포함할 수 있다.

발광소자(100)는 복수의 화합물 반도체층, 예컨대 3족-5족 원소의 화합물 반도체층을 이용한 LED를 포함하며, LED는 청색, 녹색, 또는 적색 등과 같은 광을 방출하는 유색 LED이거나 UV LED일 수 있다. LED의 방출 광은 다양한 반도체를 이용하여 구현될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

지지 기판(101)은 전도성 기판 또는 절연 기판일 수 있으며, 발광 구조물(130)을 지지한다. 예를 들어, 지지 기판(101)은 구리(Cu), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예를 들어, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC), 및 전도성 시트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

제1 전극층(110)은 지지 기판(101) 상에 형성된다. 예컨대, 제1 전극층(110)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 전극층(110)은 오믹 특성을 갖는 반사 전극 재료로 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 전극층(110)은 상기 금속과 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), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이러한 재료로 한정하지는 않는다. 제1 전극층(110)이 오믹 역할을 수행할 경우, 오믹층은 형성하지 않을 수 있다.

제2 전극층(120)은 제1 전극층(110) 상에 형성되며, 절연층(140)은 제2 전극층(120)과 제1 전극층(110) 사이에 형성되어 제1 전극층(110)과 제2 전극층(120)을 전기적으로 절연시킨다.

제2 전극층(120)은 오믹층/반사층/본딩층의 구조이거나, 반사층(오믹 포함)/본딩층의 구조로 적층될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예컨대, 제2 전극층(120)은 절연층(140) 상에 반사층(122) 및 오믹층(124)이 순차로 적층된 형태일 수 있다.

반사층(122)은 오믹층(124)의 아래에 접촉되며, 반사율이 50% 이상의 반사물질로 형성될 수 있다. 반사층(122)은 예컨대, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질 중에서 형성되거나, 상기 금속 물질과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있다. 예컨대, 반사층(122)은 IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 적층할 수 있다. 반사층(122)을 발광 구조물과 오믹 접촉하는 물질로 형성할 경우, 오믹층(124)은 별도로 형성하지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

오믹층(124)은 투광성 전도층과 금속이 선택적으로 사용될 수 있으며, 예를 들어, 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), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni, Ag, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 하나 이상을 이용하여 단층 또는 다층으로 구현할 수 있다. 오믹층(124)은 제2 도전형 반도체층(132)에 캐리어의 주입을 원활히 하기 위한 것으로, 반드시 형성되어야 하는 것은 아니다.

발광 구조물(130)은 제2 전극층(120) 상에 형성된다. 발광 구조물(130)은 제2 도전형 반도체층(132), 활성층(134) 및 제1 도전형 반도체층(136)이 순차로 적층된 형태일 수 있다.

제2 도전형 반도체층(132)은 오믹층(124)의 상부 면과 오믹 접촉하도록 오믹층(124) 상에 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(132)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 원소의 화합물 반도체, 예컨대 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있다. 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn 등과 같은 P형 도펀트일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(132)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

활성층(134)은 제2 도전형 반도체층(132) 상에 형성되며, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW), 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 활성층(134)은 3족-5족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층, 예를 들면 InGaN 우물층/GaN 장벽층 또는 InGaN 우물층/AlGaN 장벽층으로 형성될 수 있다.

활성층(134)과 제1 도전형 반도체층(136) 사이 또는 활성층(120)과 제2 도전형 반도체층(132) 사이에는 도전형 클래드층이 형성될 수도 있으며, 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있다.

제1 도전형 반도체층(136)은 활성층(134) 상에 형성되며, 제1 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 원소의 화합물 반도체, 예를 들어, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있다. 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 N형 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(136)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 제1 도전형 반도체층(136)의 상면은 광 추출 효율을 위해 러프니스(roughness, 160)가 형성될 수 있다.

제1 전극층(110)은 제2 전극층(120), 제2 도전형 반도체층(132) 및 활성층(134)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(136)과 접촉된다. 즉, 제1 전극층(110)은 지지 기판(101)과 접하는 하부 전극층과, 하부 전극층으로부터 분기하여 제1 도전형 반도체층(136)에 전기적으로 접촉하는 적어도 하나의 접촉 전극(111)을 갖는다.

제1 전극층(110)의 접촉 전극(111)은 제1 도전형 반도층(136)에 전류 공급을 원활하게 수행할 수 있도록 복수 개가 서로 이격되어 형성될 수 있다. 접촉 전극(111)은 방사형 패턴, 십자형 패턴, 라인형 패턴, 곡선형 패턴, 루프 패턴, 고리 패턴, 및 링 패턴 중 적어도 하나의 패턴일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

절연층(140)은 제1 전극층(110)과 제2 전극층(120) 사이에 위치하여, 제1 전극층(110)과 제2 전극층(120)을 전기적으로 절연시킨다. 도시된 상태에서, 절연층(140)은 제1 전극층(110)과 반사층(122) 사이에 형성된다. 절연층(140)은 제1 전극층(110)의 둘레에 형성되어, 제1 전극층(110)과 다른 층들(120, 132, 134)과의 전기적인 쇼트를 차단하게 된다. 절연층(140)은 투광성 물질, 예를 들어 SiO2로 형성될 수 있다.

재흡수 방지층(150)은 제1 도전형 반도체층(136) 상에 형성된다. 재흡수 방지층(150)은 발광소자(100)로부터 방출되는 빛이 재흡수되는 것을 방지함으로써 발광소자(100)의 광 효율을 개선할 수 있다. 재흡수 방지층(150)은 반사 특성을 위하여 Ag, Rh, Ni, Au, Pd, Ir, Ti, Pt, W, Al 및 이들의 합금 또는 고용체로부터 선택되는 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 재흡수 방지층(150)은 접촉 전극(111)과 수직 방향으로 오버랩될 수 있다.

오믹층(124) 및/또는 반사층(122)의 일측 영역은 개방될 수 있으며, 제1 전극 패드(190)는 개방된 일측 영역 상에 형성된다. 제1 전극 패드(190)는 전극 형태일 수 있다.

그리고, 개방된 일측 영역에 인접하는 발광 구조물(130)의 측면에는 보호층(170)이 형성될 수 있다. 보호층(170)은 절연층으로 형성되어, 발광 구조물(130)과 전극 패드(190) 사이의 전기적인 쇼트를 방지한다.

한편, 발광 구조물(130)의 활성층(134)에서 생성되는 광의 일부는 절연층(140)을 투과하여 제1 전극층(110)으로 입사된다. 이러한 광이 제1 전극층(110)에서 흡수되면 발광소자(100)의 광효율이 저하되므로, 제1 전극층(110)으로 입사되는 광이 충분히 반사되는 것이 유리하다. 이와 같이, 제1 전극층(110)은 오믹 특성, 고반사성, 접착성을 갖는 재료로 형성되는 것이 바람직하나, Al 계열의 재료는 오믹 특성 및 접착성을 가지지만, 반사성율이 낮고, Ag는 고반사율을 갖지만, 오믹 특성을 갖지 못하고 접착성이 떨어지는 특성이 있다.

도 2는 다른 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다. 도 1의 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호로 처리하며, 중복 설명은 생략하기로 한다.

도 2를 참조하면, 발광소자(200)는 지지 기판(101), 제1 전극층(210), 제2 전극층(120), 발광 구조물(130), 절연층(140), 재흡수 방지층(150), 보호층(170), 및 제1 전극 패드(190)를 포함할 수 있다.

제1 전극층(210)은 지지 기판(101) 상에 형성된다. 제1 전극층(210)은 본딩층(211), 반사층(212), 오믹층(213)을 포함할 수 있다.

본딩층(211)은 절연층(140)과 지지 기판(101) 사이에 위치된다. 본딩층(211)은 Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 본딩층(211)은 상기 금속 물질과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 전도성 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 본딩층(211)은 접착력이 우수한 물질로 형성될 수 있다.

반사층(212)은 고반사율, 예를 들어 80% 이상의 반사율을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 반사층(212)은 Al, Ag, Rh 및 이들의 선택적인 조합으로 이루어질 수 있고, 단일 또는 여러 층으로 이루어질 수 있다.

반사층(212)은 관통부(212a)와 하단부(212b)를 포함한다. 관통부(212a)는 절연층(140), 제2 도전형 반도체층(132), 활성층(134)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(136)으로 연장된다. 관통부(212a)는 발광 구조물(130), 특히 활성층(134)에서 생성된 광이 관통부(212a)로 입사되는 경우, 잘 반사될 수 있도록 한다. 이는 관통부(212a)에서 흡수되는 광을 줄여 발광소자(200)의 광효율을 향상시키고, 활성층(134)에서 생성된 광이 관통부(212a)에서 반사됨으로써 확산되어 발광소자(200)의 지향각이 넓어지게 하는 효과를 갖는다.

하단부(212b)는 상기 관통부(212a)의 아래에서 절연층(140)과 본딩층(211)의 사이에 위치된다. 하단부(212b)가 고반사율을 갖는 재료로 제작될 경우, 본딩층(211) 보다 상대적으로 약한 접착력을 가질 수 있다. 하단부(212b)가 본딩층(211)을 전체적으로 덮을 경우, 하단부(212b)와 본딩층(211), 하단부(212b)와 절연층(140) 사이의 접착력이 약해서 층 박리가 일어날 수 있다. 따라서, 하단부(212b)는 본딩층(211)을 전체적으로 덮지 않고, 본딩층(211)의 위에 부분적으로 형성되어, 본딩층(211)의 일부는 절연층(140)과 직접 접촉되도록 한다.

하단부(212b)의 폭(W2)은 관통부(212a)의 폭(W1)보다 크게 형성된다. 다만, 하단부(212b)의 폭(W2)은 관통부(212a)의 폭(W1)의 5배 이하로 될 수 있다.

반사층(212)은 상기 하단부(212b)없이 관통부(212a)만으로 구성될 수도 있다. 이 경우, 상기 하단부(212b)가 있는 위치는 본딩층(211)으로 채워지고, 본딩층(211)은 전체적으로 절연층(140)과 접촉된다.

관통부(212a)의 상부에는 제1 도전형 반도체층(136)과 접촉되는 오믹층(213)이 형성된다.

상기 오믹층(213)은 제1 도전형 반도체층(136)과 오믹 접촉(ohmic contact)하며 전극 역할을 수행하는 것으로, 오믹 특성이 좋은 금속, 예컨대 Pt, Ni, Au, Rh, Pd 중 적어도 하나 또는 이들의 합금 형태를 포함할 수 있다. 상기 오믹층(213)은 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, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함하며, 이러한 재료에 한정되지는 않는다. 오믹층(213)은 방사형 패턴, 십자형 패턴, 라인형 패턴, 곡선형 패턴, 루프 패턴, 고리 패턴 및 링 패턴 중 적어도 하나의 패턴일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

반사층(212)은 오믹층(213)보다 두껍게 형성될 수 있다. 반사층(212)이 두껍게 형성되면, 활성층(134)에서 생성된 광이 반사층(212)에 의해 반사가 더욱 잘 일어날 수 있다.

절연층(140)은 제1 전극층(210)과 제2 전극층(120) 사이에 위치하여, 제1 전극층(210)과 제2 전극층(120)을 전기적으로 절연시킨다. 도시된 상태에서, 절연층(140)은 제1 전극층(210)과 반사층(122) 사이에 형성된다. 절연층(140)은 제1 전극층(210)의 둘레에 형성되어, 제1 전극층(110)과 다른 층들(120, 132, 134)과의 전기적인 쇼트를 차단하게 된다.

도 3은 다른 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다. 도 1의 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호로 처리하며, 중복 설명은 생략하기로 한다.

도 3을 참조하면, 발광소자(300)는 지지 기판(101), 제1 전극층(310), 제2 전극층(120), 발광 구조물(130), 절연층(140), 재흡수 방지층(150), 보호층(170), 및 제1 전극 패드(190)를 포함한다.

제1 전극층(310)은 지지 기판(101) 상에 형성된다. 제1 전극층(310)은 본딩층(311), 반사층(312), 오믹층(313)을 포함할 수 있다. 상기 본딩층(311), 반사층(312), 오믹층(313)의 구성은 도 2에 도시된 본딩층(211), 반사층(212), 오믹층(213)의 구성과 대체로 같다. 다만, 본 실시예에서는 반사층(312)의 단부(312a'), 즉 관통부(312a)의 단부(312a')는 오믹층(313)을 둘러싸면서 제1 도전형 반도체층(136)과 접촉되는 점에서 차이가 있다. 이는 반사층(312)이 제1 도전형 반도체층(136)으로 더 연장되게 함으로써, 반사층(312)에 의한 광의 반사효과를 더욱 증진시킬 수 있다.

반사층(312)은 오믹층(313)보다 두껍게 형성될 수 있다. 반사층(312)이 두껍게 형성되면, 활성층(134)에서 생성된 광이 반사층(312)에 의해 반사가 더욱 잘 일어날 수 있다.

도 4는 다른 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다. 도 1의 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호로 처리하며, 중복 설명은 생략하기로 한다.

도 4를 참조하면, 발광소자(400)는 지지 기판(101), 제1 전극층(410), 제2 전극층(120), 발광 구조물(130), 절연층(140), 재흡수 방지층(150), 보호층(170), 및 제1 전극 패드(190)를 포함한다.

제1 전극층(410)은 지지 기판(101) 상에 형성된다. 제1 전극층(410)은 본딩층(411), 반사층(412), 오믹층(413)을 포함할 수 있다. 상기 본딩층(411), 반사층(412), 오믹층(413)의 구성은 도 2에 도시된 본딩층(211), 반사층(212), 오믹층(213)의 구성과 대체로 같다. 다만, 본 실시예에서는 반사층(412)의 단부(412a'), 즉 관통부(412a)의 단부(412a')는 제1 도전형 반도체층(136)과 접촉되도록 연장되고, 오믹층(413)은 관통부(412a)의 단부(412a')를 둘러싼다는 점에서 차이가 있다.

반사층(412)은 오믹층(413)보다 두껍게 형성될 수 있다. 반사층(412)이 두껍게 형성되면, 활성층(134)에서 생성된 광이 반사층(412)에 의해 반사가 더욱 잘 일어날 수 있다.

오믹층(413)과 반사층(412)은 상기 실시예들에 제한되지 않고, 다양한 형태로 실시될 수 있다. 예를 들어, 오믹층(413)과 반사층(412)은 경사진 형태로 될 수도 있고, 여러 개의 홀을 통해 반사층(412)이 오믹층(413)을 관통하는 형태로 될 수도 있다.

도 5a 내지 도 5h는 실시예에 따른 발광소자의 제조 방법을 나타내는 도면이다.

도 5a를 참조하면, 성장 기판(310) 상에 발광 구조물(130)을 성장시킨다. 성장 기판(310)은 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

발광 구조물(130)은 성장 기판(310) 상에 제1 도전형 반도체층(136), 활성층(134) 및 제2 도전형 반도체층(132)을 순차적으로 성장시킴으로써 형성될 수 있다.

발광 구조물(130)는 예를 들어, 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

발광 구조물(130) 및 성장 기판(310) 사이에는 격자 상수 차이를 완화하기 위해 버퍼층(미도시) 및/또는 언도프트 질화물층(미도시)을 형성할 수도 있다.

그리고 제2 도전형의 반도체층(132) 상에 제2 전극층(120)을 형성한다. 제2 전극층(120)은 오믹층/반사층/본딩층, 오믹층/반사층, 반사층/본딩층 중 어느 하나의 형태일 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다. 예컨대, 제2 도전형 반도체층(132) 상에 오믹층(124)을 형성하고, 오믹층(124) 상에 반사층(122)을 형성할 수 있다.

오믹층(124) 및 반사층(122)은 예를 들어, 전자빔(E-beam) 증착, 스퍼터링(Sputtering), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 중 어느 하나의 방법에 의해 형성될 수 있다. 오믹 접촉층(124)과 반사층(122)이 형성되는 면적은 다양하게 선택될 수 있다.

다음으로 도 5b를 참조하면, 제2 전극층(120), 제2 도전형 반도체층(132), 활성층(134)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(136)을 노출시키는 적어도 하나의 구멍(412, 414)을 형성한다.

예컨대, 포토리쏘그라피(photolithography) 공정 및 식각 공정을 이용하여 제2 전극층(120), 제2 도전형 반도체층(132), 활성층(134) 및 제1 도전형 반도체층(136)을 선택적으로 식각하여 제1 도전형 반도체층(136)을 개방하는 적어도 하나의 구멍(412,414)을 형성할 수 있다.

다음으로, 도 5c를 참조하면, 제2 전극층(120) 및 구멍(412,414)의 측면 상에 절연층(140)을 형성한다. 이때, 절연층(140)은 제2 전극층(120)의 측면을 감싸도록 형성될 수 있고, 구멍(412,414)의 바닥에는 형성되지 않는다.

다음으로, 도 5d를 참조하면, 구멍(412, 414)을 오믹층(213)으로 채워 제1 도전형 반도체층(136)과 접하도록 절연층(140) 상에 오믹층(213)을 형성한다. 오믹층(213)을 구성하는 물질은 상술한 바와 같다.

다음으로, 도 5e를 참조하면, 구멍(412, 414)을 반사층(212)으로 채워 오믹층(213)과 접하도록 절연층(140) 상에 반사층(212)을 형성한다. 반사층(212)을 구성하는 물질은 상술한 바와 같다. 상기에서, 반사층(212)은 관통부(212a)와 하단부(212b)로 구성되는 것으로 설명하였지만, 이는 설명을 위한 것이고, 반사층(212)은 오믹층(213)과 접하도록 구멍(412, 414)에 한번에 채워지게 된다.

다음으로, 도 5f를 참조하면, 반사층(212) 및 절연층(140) 위에 본딩층(211)을 형성한다. 본딩층(211)을 구성하는 물질은 상술한 바와 같다. 그리고, 본딩층(211) 위에 지지 기판(101)을 형성한다. 지지 기판(101)은 본딩 방식, 도금 방식 또는 증착 방식으로 형성할 수 있다.

다음으로 도 5g를 참조하면, 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off) 방법 또는 화학적 리프트 오프(Chemical Lift Off) 방법을 이용하여 성장 기판(310)을 발광 구조물(130)로부터 제거한다. 도 5g에서는 도 5f에 도시된 구조물을 뒤집어서 도시한다.

그리고, 단위 칩 영역에 따라 발광 구조물(130)에 아이솔레이션(isolation) 에칭을 실시하여 복수 개의 발광 구조물로 분리한다. 예를 들어, 아이솔레이션 에칭은 ICP(Inductively Coupled Plasma)와 같은 건식 식각 방법에 의해 실시될 수 있다.

아이솔레이션(isolation) 에칭에 의하여 발광 구조물(130)을 식각하여 제2 전극층(120)의 일부를 발광 구조물(130)로부터 개방한다.

그리고, 발광 구조물(130)의 측면을 덮는 보호층(Passivation layer, 170)을 형성한다. 보호층(170)은 적어도 제2 도전형 반도체층(132) 및 활성층(134)에 해당하는 발광 구조물(130)의 측면을 덮도록 형성될 수 있다. 그리고 개방된 제2 전극층(120) 상에 제2 전극 패드(190)를 형성한다.

다음으로, 도 5h를 참조하면, 제1 도전형 반도체층(136) 상면에 러프니스 패턴(160)을 형성한다. 그리고, 제1 도전형 반도체층(136) 상면에 재흡수 방지층(150)을 형성한다. 예컨대, 제1 도전형 반도체층(136) 상에 재흡수 방지 물질을 형성한 후, 포토리쏘그라피 공정 및 식각 공정을 이용하여 재흡수 방지 물질을 패터닝하여 재흡수 방지층(150)을 형성할 수 있다. 이때, 재흡수 방지층(150)은 오믹층(213)과 오버랩되도록 패터닝될 수 있다.

도 6은 실시예에 따른 발광소자 패키지를 나타낸다.

상기 발광소자 패키지는 패키지 몸체(610), 리드 프레임(612, 614), 발광소자(620), 반사판(625), 와이어(630) 및 몰드재(640)를 포함한다.

패키지 몸체(610)의 상면에는 캐비티(cavity)가 형성될 수 있다. 상기 캐비티의 측벽은 경사지게 형성될 수 있다. 패키지 몸체(610)는 실리콘 기반의 웨이퍼 레벨 패키지(wafer level package), 실리콘 기판, 실리콘 카바이드(SiC), 질화알루미늄(aluminum nitride, AlN), 포토 솔더 레지스트(Photo Solder Resist; PSR) 등과 같이 절연성 또는 열전도도가 좋은 기판으로 형성될 수 있으며, 복수 개의 기판이 적층되는 구조일 수 있다. 실시예는 패키지 몸체(610)의 재질, 구조 및 형상으로 한정되지 않는다.

리드 프레임(612, 614)은 열 배출이나 발광소자의 장착을 고려하여 서로 전기적으로 분리되도록 패키지 몸체(610)에 배치된다. 발광소자(620)는 리드 프레임(612, 614)과 전기적으로 연결된다. 발광소자(620)는 도 1 내지 도 4의 실시예에 도시된 발광소자일 수 있다.

반사판(625)은 발광소자에서 방출된 빛을 소정의 방향으로 지향시키도록 패키지 몸체(610)의 캐비티 측벽에 형성된다. 반사판(625)은 광반사 물질로 이루어지며, 예컨대, 금속 코팅이거나 금속 박편일 수 있다.

몰드재(640)는 패키지 몸체(610)의 캐비티 내에 위치하는 발광소자(620)를 포위하여 발광소자(620)를 외부 환경으로부터 보호한다. 몰드재(640)는 에폭시 또는 실리콘과 같은 무색 투명한 고분자 수지 재질로 이루어질 수 있다. 몰드재(640)에는 발광소자(620)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있도록 형광체가 포함될 수 있다.

실시예에 따른 발광소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 배열되며, 발광소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다.

또 다른 실시예는 상술한 실시예들에 기재된 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.

도 7은 발광모듈을 갖는 조명 장치의 일 실시예를 도시하는 도면이다.

이러한 조명 장치는, 발광모듈(20)과, 발광모듈(20)에서 발광된 빛의 출사 지향각을 안내하는 광가이드(30)를 포함하여 구성될 수 있다.

발광모듈(20)은 회로기판(printed circuit board; PCB)(21) 상에 구비되는 적어도 하나의 발광소자(22)를 포함할 수 있으며, 다수의 발광소자(22)가 회로기판(21) 상에 이격되어 배열될 수 있다. 발광소자는 예를 들어, LED(light emitting diode)일 수 있다.

광가이드(30)는 발광모듈(20)에서 발광되는 광을 집속하여 일정 지향각을 가지고 개구부를 통하여 출사될 수 있도록 하며, 내측면에는 미러면을 가질 수 있다. 여기서, 발광모듈(20)과 광가이드는 일정 간격(d)만큼 이격되어 설치될 수 있다.

이와 같은 조명 장치는 상술한 바와 같이, 다수의 발광소자(22)를 집속하여 빛을 얻는 조명등으로 사용될 수 있는 것으로서, 특히 건물의 천장이나 벽체 내에 매입되어 광가이드(30)의 개구부 측이 노출되는 매입등(다운라이트)으로 이용할 수 있다.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 발광소자 101: 지지 기판
110: 제1 전극층 120: 제2 전극층
122: 반사층 124: 오믹층
130: 발광 구조물 132: 제2 도전형 반도체층
134: 활성층 136: 제1 도전형 반도체층
140: 절연층 150: 재흡수 방지층
160: 러프니스 170: 보호층
210 : 제1 전극층 211 : 본딩층
212 : 반사층 212a : 하단부
212b : 관통부 213 : 오믹층

Claims (30)

  1. 삭제
  2. 삭제
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  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 발광 구조물 아래에 형성되고 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극층;
    상기 제2 전극층, 상기 제2 도전형 반도체층, 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극층; 및
    상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이, 상기 제2 도전형 반도체층과 상기 제1 전극층 사이 및 상기 활성층과 상기 제1 전극층 사이에 형성되는 절연층;을 포함하고,
    상기 제1 전극층은
    상기 제1 도전형 반도체층에 접하는 제1 오믹층과;
    상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층으로 연장되는 제1 반사층; 및
    상기 절연층과 접촉되는 본딩층; 을 포함하고,
    상기 제1 반사층은
    상기 절연층, 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 관통하는 관통부; 및
    상기 관통부 아래에 위치하고 상기 관통부의 폭보다 넓은 폭을 갖는 하단부;를 포함하는 발광소자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 하단부의 폭은 상기 관통부의 폭의 5배 이하로 형성되는 발광소자.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층의 상면에는 러프니스가 형성된 발광소자.
  15. 삭제
  16. 제12항에 있어서, 상기 제2 전극층은 상기 절연층 상에 순차적으로 적층된 제2 반사층 및 제2 오믹층을 포함하고,
    상기 발광 소자는 상기 제2 오믹층 및 상기 제2 반사층이 개방된 일측 영역 상에 전극 패드를 더 포함하는 발광소자.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 개방된 일측 영역에 인접하는 상기 발광 구조물의 측면에 형성되어, 상기 발광구조물과 상기 전극 패드 사이의 쇼트를 방지하는 보호층을 더 포함하는 발광소자.
  18. 패키지 몸체;
    상기 패키지 몸체 상에 구비되는 제12항 내지 제14항 및 제16항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 발광소자;
    상기 패키지 몸체에 구비되고, 상기 발광소자와 전기적으로 연결되는 리드 프레임; 및
    상기 발광소자를 포위하는 몰드재;를 포함하는 발광소자 패키지.
  19. 회로기판;
    상기 회로기판 상에 구비되는 제12항 내지 제14항 및 제16항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 발광소자;
    상기 발광소자로부터 출사된 광을 안내하는 광가이드를 포함하는 조명 장치.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 제1 오믹층은 다층 구조를 갖고, 상기 다층 중 하나는 Ni를 포함하는 발광소자.
  21. 제12항에 있어서, 상기 본딩층은 Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 이루어지는 발광소자.
  22. 제12항에 있어서,
    상기 제1 반사층은 상기 제1 오믹층의 하부에 위치하는 발광소자.
  23. 제12항에 있어서,
    상기 제1 오믹층과 상기 제1 반사층은 경사진 형태를 갖는 발광소자.
  24. 제12항에 있어서,
    상기 제1 반사층의 일부는 상기 제1 도전형 반도체층에 접하는 발광소자.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제1 반사층의 단부는 상기 제1 오믹층을 둘러싸는 발광소자.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 제1 오믹층은 상기 제1 반사층의 단부를 둘러싸는 발광소자.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제1 오믹층은 상기 제1 반사층을 관통하는 홀을 적어도 하나 이상 포함하는 발광소자.
  28. 제12항에 있어서,
    상기 제1 반사층은 상기 제1 오믹층보다 두껍게 형성되는 발광소자.
  29. 제12항에 있어서,
    상기 제1 반사층은 반사율이 80% 이상인 발광소자.
  30. 제28항에 있어서,
    상기 제1 반사층은 Ag, Al, Rh 및 이들의 선택적인 조합으로 이루어지는 발광소자.
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