KR101575367B1 - 발광 소자, 발광 소자 제조방법, 발광 소자 패키지 및 라이트 유닛 - Google Patents

발광 소자, 발광 소자 제조방법, 발광 소자 패키지 및 라이트 유닛 Download PDF

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Abstract

실시예에 따른 발광 소자는 기판; 상기 기판 상에 복수의 나노로드; 상기 복수의 나노로드 사이에 에어갭; 상기 복수의 나노로드 및 상기 에어갭 상에 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층; 및 상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층을 포함하며, 상기 복수의 나노로드 사이의 간격은 1nm 내지 1000nm 이다.

Description

발광 소자, 발광 소자 제조방법, 발광 소자 패키지 및 라이트 유닛{LIGHT EMITTING DEVICE, METHOD FOR FABRICATING THE LIGHT EMITTING DEVICE, LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE AND LIGHTING UNIT}
실시예는 발광 소자, 발광 소자 제조방법, 발광 소자 패키지 및 라이트 유닛에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자이다. 최근 발광 다이오드는 휘도가 점차 증가하게 되어 디스플레이용 광원, 자동차용 광원 및 조명용 광원으로 사용이 증가하고 있으며, 형광 물질을 이용하거나 다양한 색의 발광 다이오드를 조합함으로써 효율이 우수한 백색 광을 발광하는 발광 다이오드도 구현이 가능하다.
발광 다이오드의 휘도 및 성능을 더욱 향상시키기 위해 광 추출 구조를 개선하는 방법, 활성층의 구조를 개선하는 방법, 전류 퍼짐을 향상하는 방법, 전극의 구조를 개선하는 방법, 발광 다이오드 패키지의 구조를 개선하는 방법 등 다양한 방법들이 시도되고 있다.
실시예는 새로운 구조를 가지는 발광 소자, 발광 소자 제조방법, 발광 소자 패키지 및 라이트 유닛을 제공한다.
실시예는 광 추출 효율이 향상된 발광 소자 및 그 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 발광 소자는 기판; 상기 기판 상에 복수의 나노로드; 상기 복수의 나노로드 사이에 에어갭; 상기 복수의 나노로드 및 상기 에어갭 상에 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층; 및 상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층을 포함하며, 상기 복수의 나노로드 사이의 간격은 1nm 내지 1000nm 이다.
실시예에 따른 발광 소자 제조방법은 기판 상에 질화물 반도체층을 형성하는 단계; 상기 질화물 반도체층을 선택적으로 제거하여 서로 1nm 내지 1000nm의 간격을 가지도록 복수의 나노로드를 형성하는 단계; 상기 복수의 나노로드 사이에 에어갭이 형성되도록 상기 복수의 나노로드 상에 제1 도전형 반도체층을 형성하는 단계; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계; 및 상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지는 몸체부; 상기 몸체부에 설치된 제1 전극층 및 제2 전극층; 상기 몸체부에 설치되어 상기 제1 전극층 및 제2 전극층에 전기적으로 연결되는 발광 소자; 및 상기 발광 소자를 포위하는 몰딩 부재를 포함하며, 상기 발광 소자는 기판; 상기 기판 상에 복수의 나노로드; 상기 복수의 나노로드 사이에 에어갭; 상기 복수의 나노로드 및 상기 에어갭 상에 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층; 및 상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층을 포함하며, 상기 복수의 나노로드 사이의 간격은 1nm 내지 1000nm 이다.
실시예에 따른 라이트 유닛은 모듈 기판; 및 상기 모듈 기판에 탑재된 복수의 발광 소자를 포함하며, 상기 복수의 발광 소자 각각은, 기판과, 상기 기판 상에 복수의 나노로드와, 상기 복수의 나노로드 사이에 에어갭과, 상기 복수의 나노로드 및 상기 에어갭 상에 제1 도전형 반도체층과, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층과, 상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층을 포함하며, 상기 복수의 나노로드 사이의 간격은 1nm 내지 1000nm 이다.
실시예는 새로운 구조를 가지는 발광 소자, 발광 소자 제조방법, 발광 소자 패키지 및 라이트 유닛을 제공할 수 있다.
실시예는 광 추출 효율이 향상된 발광 소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 2 내지 도 7은 제1 실시예에 따른 발광 소자의 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 8은 제2 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 9는 제3 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 10은 제4 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 11은 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지의 단면도이다.
도 12 및 도 13은 실시예에 따른 발광 소자를 사용한 라이트 유닛을 나타내는 도면이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 복수의 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 복수의 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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들에 따른 발광 소자, 발광 소자 제조방법, 발광 소자 패키지 및 라이트 유닛에 대해 설명한다.
<제1 실시예>
도 1은 제1 실시예에 따른 발광 소자(100)의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 발광 소자(100)는 기판(110), 상기 기판(110) 상에 복수의 나노로드(123), 상기 복수의 나노로드(123)들 사이에 에어갭(125), 상기 복수의 나노로드(123) 및 상기 에어갭(125) 상에 제1 도전형 반도체층(130), 상기 제1 도전형 반도체층(130) 상에 활성층(140), 상기 활성층(140) 상에 제2 도전형 반도체층(150)을 포함한다.
또한, 상기 제1 도전형 반도체층(130) 및 제2 도전형 반도체층(150) 상에는 각각 제1 전극(131) 및 제2 전극(151)이 형성되어, 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공할 수 있다.
상기 복수의 나노로드(123), 제1 도전형 반도체층(130), 활성층(140) 및 제2 도전형 반도체층(150)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 질화물 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(130), 활성층(140) 및 제2 도전형 반도체층(150)은 빛을 발광하는 최소한의 발광 구조물을 이룬다.
또한, 상기 복수의 나노로드(123), 제1 도전형 반도체층(130), 활성층(140) 및 제2 도전형 반도체층(150)은 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.
상기 기판(110)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 기판(110)에는 복수의 패턴(115)이 형성될 수 있으며, 상기 복수의 패턴(115)의 형태는 도시된 것과 같이 돔 형상을 가질 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 복수의 패턴(115)은 돔 형상 이외에도, 다각 기둥, 원기둥, 원뿔대 또는 다각뿔대 형상 중 적어도 하나를 가질 수 있다.
또한, 상기 복수의 패턴(115)의 높이(h1)는 예를 들어, 0.5μm 내지 2μm 일 수 있다. 상기 복수의 패턴(115)들은 서로 규칙적 또는 불규칙적인 간격을 가지고 배치될 수 있다.
상기 복수의 패턴(115)은 상기 발광 소자(100)에서 생성된 빛을 외부로 효과적으로 난반사시킴으로써, 상기 발광 소자(100)의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 기판(110) 상에는 상기 복수의 나노로드(123) 및 상기 복수의 나노로드(123)들 사이로 상기 에어갭(125)이 형성될 수 있다.
상기 복수의 나노로드(123)는 예를 들어, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 질화물 반도체층을 일부 형성한 후, 상기 질화물 반도체층을 포토리소그래피(photolithography) 공정에 의해 선택적으로 제거함으로써 형성될 수 있다.
상기 복수의 나노로드(123)는 원 기둥 또는 다각 기둥의 형상을 가질 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 복수의 나노로드(123)의 높이(h2)는 상기 복수의 패턴(115)의 높이(h1)보다 크도록 형성되며, 예를 들어, 2μm 내지 10μm 일 수 있다.
또한, 상기 복수의 나노로드(123)들 사이의 간격(w1)은 1nm 내지 1000nm 일 수 있으며, 상기 복수의 나노로드(123)들은 규칙적 또는 불규칙적인 간격으로 형성될 수 있다. 상기 복수의 나노로드(123)들이 상기 간격(w1)을 가짐으로써, 상기 복수의 나노로드(123)들 사이로 상기 에어갭(125)이 형성될 수 있게 된다.
한편, 상기 에어갭(125)을 형성하기 위해서는, 상기 복수의 나노로드(123)들이 서로 상기 간격(w1)을 가지도록 형성하는 것 외에 상기 복수의 나노로드(123) 상에 상기 제1 도전형 반도체층(130)을 수평 성장시키는 ELO(Epitaxy Lateral Overgrowth) 공정의 조건을 적절히 조절하는 것이 필요하다.
즉, 상기 제1 도전형 반도체층(130)을 비롯한 질화물 반도체층의 성장에 사용되는 상기 ELO 공정의 온도, 압력 등의 조건을 조절함으로써, 상기 복수의 나노로드(123) 사이에 상기 제1 도전형 반도체층(130)이 성장되지 않도록 할 수 있다.
상기 에어갭(125)은 상기 활성층(140)에서 생성된 빛을 산란시킴으로써, 상기 발광 소자(100)의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 에어갭(125)에 의해 상기 제1 도전형 반도체층(130)과 상기 기판(110) 사이의 격자 상수 차이에 의한 전위(dislocation)의 발생을 감소시키는 효과도 있을 수 있다.
상기 복수의 나노로드(123) 및 상기 에어갭(125) 상에는 상기 제1 도전형 반도체층(130)이 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(130)은 예를 들어, n형 반도체층을 포함할 수 있는데, 상기 n형 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
예를 들어, 상기 유기금속 화학 증착법(MOCVD)을 사용하는 경우, 상기 제1 도전형 반도체층(130)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 트리메틸 인듐 가스(TMIn), 트리메틸 알루미늄 가스(TMAl), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 수소 가스(H2) 중 적어도 하나의 가스와 및 실리콘(Si)과 같은 n형 도펀트를 포함하는 실란 가스(SiH4)가 주입되어 형성될 수 있다. 다만, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 앞에서 설명한 것처럼, 상기 제1 도전형 반도체층(130)을 수평 성장 시키기 위한 ELO 공정의 조건을 적절히 조절함으로써, 상기 제1 도전형 반도체층(130)은 상기 복수의 나노로드(123)들 사이에 상기 에어갭(125)이 형성되도록 성장될 수 있다.
또한, 상기 제1 도전형 반도체층(130) 및 상기 복수의 나노로드(123)은 서로 같은 재질로 형성될 수 있다.
한편, 상기 n형 도펀트는 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 전 영역에 분포되지 않고 일부 영역에만 분포하거나, 그 도핑 농도가 점차적으로 증가하거나 감소할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한, 상기 복수의 나노로드(123)에도 상기 n형 도펀트가 포함될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(130) 상에는 상기 활성층(140)이 형성될 수 있다. 상기 활성층(140)은 상기 활성층(140)은 상기 제1 도전형 반도체층(130)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 상기 제2 도전형 반도체층(150)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 서로 만나서, 상기 활성층(140)의 형성 물질에 따른 에너지 밴드(Energy Band)의 밴드갭(Band Gap) 차이에 의해서 빛을 생성하는 층이다.
상기 활성층(140)은 예를 들어, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 반도체 재료를 포함하여 형성할 수 있으며, 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조(MQW : Multi Quantum Well)로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 유기금속 화학 증착법(MOCVD)을 사용하는 경우, 상기 활성층(140)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 트리메틸 인듐 가스(TMIn), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2) 등을 주입하여 InGaN/GaN 구조를 갖는 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(140) 상에는 상기 제2 도전형 반도체층(150)이 형성될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(150)은 예를 들어, p형 반도체층으로 구현될 수 있는데, 상기 p형 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
예를 들어, 상기 유기금속 화학 증착법(MOCVD)을 사용하는 경우, 상기 제2 도전형 반도체층(150)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 트리메틸 인듐 가스(TMIn), 트리메틸 알루미늄 가스(TMAl), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 수소 가스(H2) 중 적어도 하나의 가스 및 마그네슘(Mg)과 같은 p형 도펀트를 포함하는 비세틸 사이클로 펜타디에닐 마그네슘(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}가 주입되어 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 제1 도전형 반도체층(130)은 p형 반도체층을 포함하고, 상기 제2 도전형 반도체층(150)은 n형 반도체층을 포함할 수도 있다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층 상에는 제3 도전형 반도체층(미도시)이 형성될 수 있다. 이에, 상기 발광 소자(100)는 np, pn, npn 또는 pnp 접합 구조 중 적어도 어느 하나를 가질 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(130) 상에는 상기 제1 전극(131)이 형성되고, 상기 제2 도전형 반도체층(150) 상에는 상기 제2 전극(151)이 형성될 수 있다.
상기 제1 전극(131) 및 제2 전극(151)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
상기 제1 전극(131)은 상기 발광 소자(100)에 상기 제1 도전형 반도체층(130)이 노출되도록 메사 에칭(mesa etching)을 실시한 후에, 노출된 상기 제1 도전형 반도체층(130) 상에 형성될 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(150)에 비교적 질량이 큰 p형 도펀트가 도핑된 경우, 상기 제2 전극(151) 및 상기 제2 도전형 반도체층(150) 사이에는 전류 퍼짐 효과를 향상시키기 위한 투명전극층 또는 반사전극층이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 도시되지는 않았지만, 상기 제2 도전형 반도체층(150) 및 노출된 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 상면에는 광 추출 효율을 향상시키기 위한 요철 패턴이 형성될 수 있다.
이하, 제1 실시예에 따른 발광 소자(100)의 제조방법에 대해 상세히 설명한다. 다만, 앞에서 설명한 것과 중복되는 내용에 대해서는 간략히 설명하거나 생략한다.
도 2 내지 도 7은 상기 발광 소자(100)의 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 기판(110) 상에 질화물 반도체층(120)을 형성한다.
상기 기판(110)에는 상기 복수의 패턴(115)이 형성될 수 있다. 상기 복수의 패턴(115)의 높이(h1)는 예를 들어, 0.5μm 내지 2μm 일 수 있다.
상기 질화물 반도체층(120)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가질 수 있다. 상기 질화물 반도체층(120)의 높이(h2)는 상기 복수의 패턴(115)의 높이(h1)보다 크도록 형성되며, 예를 들어, 2μm 내지 10μm 일 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 질화물 반도체층(120) 상에 마스크 복수의 패턴(121)을 형성한다. 상기 마스크 복수의 패턴(121)은 상기 복수의 나노로드의 형상에 대응하도록 형성될 수 있으며, 그 재질은 예를 들어, 포토 레지스트(PR : Photo Resist) 일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 마스크 복수의 패턴(121)을 따라 에칭 공정을 실시하여 상기 질화물 반도체층(120)을 선택적으로 제거함으로써 상기 복수의 나노로드(123)를 형성할 수 있다.
상기 복수의 나노로드(123)의 높이(h2)는 예를 들어, 0.5μm 내지 2μm 일 수 있으며, 상기 복수의 나노로드(123)들 사이의 간격(w1)은 예를 들어, 1nm 내지 1000nm 일 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 복수의 나노로드(123) 상에 제1 도전형 반도체층(130), 활성층(140) 및 제2 도전형 반도체층(150)을 포함하는 발광 구조물을 순차적으로 형성할 수 있다.
특히, 상기 제1 도전형 반도체층(130)을 성장하는 ELO(Epitaxial Lateral Overgrowth)의 공정 조건을 적절히 조절함으로써, 상기 제1 도전형 반도체층(130)은 상기 복수의 나노로드(123)들 사이에 상기 에어갭(125)이 형성되도록 성장할 수 있다.
상기 에어갭(125)은 상기 활성층(140)에서 생성된 빛을 산란시킴으로써, 상기 발광 소자(100)의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 에어갭(125)에 의해 상기 제1 도전형 반도체층(130)과 상기 기판(110) 사이의 격자 상수 차이에 의한 전위(dislocation)의 발생을 감소시키는 효과도 있을 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 제1 도전형 반도체층(130) 상에 제1 전극(131), 상기 제2 도전형 반도체층(150) 상에 제2 전극(151)을 형성함으로써, 실시예에 따른 발광 소자(100)가 제공될 수 있다.
<제2 실시예>
이하, 제2 실시예에 따른 발광 소자(100B) 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명한다. 제2 실시예에 대한 설명에 있어서, 제1 실시예와 중복되는 내용에 대해서는 간략히 설명하거나 생략한다.
도 8은 제2 실시예에 따른 발광 소자(100B)의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 상기 발광 소자(100B)는 복수의 패턴(115)이 형성된 기판(110), 상기 복수의 패턴(115) 상에 복수의 나노로드(123), 상기 복수의 나노로드(123)들 사이에 에어갭(125), 상기 복수의 나노로드(123) 및 상기 에어갭(125) 상에 제1 도전형 반도체층(130), 상기 제1 도전형 반도체층(130) 상에 활성층(140), 상기 활성층(140) 상에 제2 도전형 반도체층(150)을 포함한다.
상기 복수의 나노로드(123)는 상기 복수의 패턴(115) 상에 형성된다. 따라서, 상기 복수의 패턴(115)들 사이의 간격과 상기 복수의 나노로드(123)들 사이의 간격(w1)은 서로 대응될 수 있으며, 예를 들어, 1nm 내지 1000nm 일 수 있다. 또한, 상기 복수의 패턴(115)들은 규칙적 또는 불규칙적인 간격을 가질 수 있다.
상기 복수의 나노로드(123) 및 상기 복수의 패턴(115)이 서로 대응되는 간격을 가짐으로써, 상기 발광 소자(100B)의 광 추출 효율이 향상될 수 있다. 즉, 상기 복수의 나노로드(123) 및 상기 복수의 패턴(115)의 간격은 상기 발광 소자(100B)에서 방출되는 빛의 파장 등을 고려하여 상기 발광 소자(100B)의 광 추출 효율을 극대화 시킬 수 있도록 설계될 수 있다.
<제3 실시예>
이하, 제3 실시예에 따른 발광 소자(100C) 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명한다. 제3 실시예에 대한 설명에 있어서, 제1 실시예와 중복되는 내용에 대해서는 간략히 설명하거나 생략한다.
도 9는 제3 실시예에 따른 발광 소자(100C)의 단면도이다.
도 9를 참조하면, 상기 발광 소자(100C)는 복수의 패턴(115)이 형성된 기판(110), 상기 기판(110) 상에 상기 복수의 패턴(115) 사이로 형성된 복수의 나노로드(123), 상기 복수의 나노로드(123)들 사이에 에어갭(125), 상기 복수의 나노로드(123) 및 상기 에어갭(125) 상에 제1 도전형 반도체층(130), 상기 제1 도전형 반도체층(130) 상에 활성층(140), 상기 활성층(140) 상에 제2 도전형 반도체층(150)을 포함한다.
상기 복수의 나노로드(123)는 상기 기판(110) 상에 상기 복수의 패턴(115) 사이로 형성된다. 이때, 상기 복수의 패턴(115)들 사이의 간격은 예를 들어, 1nm 내지 1000nm 일 수 있다.
한편, 상기 복수의 나노로드(123) 및 상기 복수의 패턴(115)의 간격은 상기 발광 소자(100C)에서 방출되는 빛의 파장 등을 고려하여 상기 발광 소자(100C)의 광 추출 효율을 극대화 시킬 수 있도록 설계될 수 있다.
<제4 실시예>
이하, 제4 실시예에 따른 발광 소자(100D) 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명한다. 제4 실시예에 대한 설명에 있어서, 제1 실시예와 중복되는 내용에 대해서는 간략히 설명하거나 생략한다.
도 10은 제4 실시예에 따른 발광 소자(100D)의 단면도이다.
도 10을 참조하면, 상기 발광 소자(100D)는 복수의 패턴(115)이 형성된 기판(110), 상기 기판(110) 상에 복수의 나노로드(123), 상기 복수의 나노로드(123)들 사이에 에어갭(125), 상기 복수의 나노로드(123)의 상면 및 측면과 상기 에어갭(125) 상에 제1 도전형 반도체층(130), 상기 제1 도전형 반도체층(130) 상에 활성층(140), 상기 활성층(140) 상에 제2 도전형 반도체층(150)을 포함한다.
상기 제1 도전형 반도체층(130)의 성장 과정에서, 상기 복수의 나노로드(123)들 사이로 상기 제1 도전형 반도체층(130)이 일부 성장될 수 있다. 따라서, 상기 복수의 나노로드(123)의 상면 및 측면에 상기 제1 도전형 반도체층(130)이 형성될 수 있다.
<발광 소자 패키지>
도 11은 실시예에 따른 발광 소자(100)를 포함하는 발광 소자 패키지의 단면도이다.
도 11을 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 몸체부(20)와, 상기 몸체부(20)에 설치된 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)과, 상기 몸체부(20)에 설치되어 상기 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)과 전기적으로 연결되는 실시예에 따른 발광 소자(100)와, 상기 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(40)를 포함한다.
상기 몸체부(20)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광 소자(100)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
상기 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공한다. 또한, 상기 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)은 상기 발광 소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 몸체부(20) 상에 설치되거나 상기 제1 전극층(31) 또는 제2 전극층(32) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 와이어를 통해 상기 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)과 전기적으로 연결되는 와이어 방식으로 도시되었으나, 이에 대해 한정하지는 않으며, 예를 들어, 상기 발광 소자(100)는 상기 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)과 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.
상기 몰딩부재(40)는 상기 발광 소자(100)를 포위하여 상기 발광 소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(40)에는 형광체가 포함되어 상기 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
<라이트 유닛>
도 12는 실시예에 따른 발광 소자를 사용한 백라이트 유닛을 도시하는 도면이다. 다만, 도 12의 백라이트 유닛은 라이트 유닛의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 12를 참조하면, 상기 백라이트 유닛은 바텀 커버(1400)와, 상기 바텀 커버(1400) 내에 배치된 광가이드 부재(1100)과, 상기 광가이드 부재(1100)의 적어도 일 측면 또는 하면에 배치된 발광 모듈(1000)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 광가이드 부재(1100) 아래에는 반사시트(1300)가 배치될 수 있다.
상기 바텀 커버(1400)는 상기 광가이드 부재(1100), 상기 발광 모듈(1000) 및 상기 반사시트(1300)가 수납될 수 있도록 상면이 개구된 박스(box) 형성으로 형성될 수 있으며, 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 모듈(1000)은 실시예에 따른 발광 소자를 포함할 수 있다. 즉, 상기 발광 모듈(1000)에는 실시예에 따른 발광 소자가 탑재될 수 있으며, 이에 따라 상기 광가이드 부재(1100)에 빛을 제공할 수 있다.
구체적으로는, 상기 발광 모듈(1000)은 모듈 기판과, 상기 모듈 기판에 탑재된 복수의 발광 소자 패키지를 포함하는데, 상기 발광 소자 패키지 각각에는 실시예에 따른 발광 소자가 적어도 하나 탑재될 수 있다.
도시된 것처럼, 상기 발광 모듈(1000)은 상기 바텀 커버(1400)의 내측면 중 적어도 어느 하나에 배치될 수 있으며, 이에 따라 상기 광가이드 부재(1100)의 적어도 일 측면을 향해 빛을 제공할 수 있다.
다만, 상기 발광 모듈(1000)는 상기 바텀 커버(1400)의 밑면에 배치되어, 상기 광가이드 부재(1100)을 밑면을 향해 빛을 제공할 수도 있으며, 이는 상기 백라이트 유닛의 설계에 따라 다양하게 변형 가능하므로 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 광가이드 부재(1100)는 상기 바텀 커버(1400) 내에 배치될 수 있다. 상기 광가이드 부재(1100)은 상기 발광 모듈(1000)로부터 제공받은 빛을 면광원화 하여, 표시 패널(미도시)로 가이드할 수 있다.
상기 발광 모듈(1000)이 상기 광가이드 부재(1100)의 측면에 배치되는 경우, 상기 광가이드 부재(1100)은 예를 들어, 도광판(LGP, Light Guide Panel) 일 수 있다.
상기 도광판은 예를 들어 PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나로 형성될 수 있다.
상기 발광 모듈(1000)이 상기 광가이드 부재(1100)의 하면에 배치되는 경우, 상기 광가이드 부재(1100)는 상기 도광판 또는 광학시트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 광학 시트는 예를 들어 확산 시트, 집광 시트 또는 휘도상승시트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 시트는 상기 확산 시트, 집광 시트 및 휘도상승시트가 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 확산 시트는 상기 발광 모듈(1000)에서 출사된 광을 고르게 확산시켜주고, 상기 확산된 광은 상기 집광 시트에 의해 표시 패널(미도시)로 집광될 수 있다. 이때 상기 집광 시트로부터 출사되는 광은 랜덤하게 편광된 광인데, 상기 휘도상승시트는 상기 집광 시트로부터 출사된 광의 편광도를 증가시킬 수 있다. 상기 집광 시트는 예를 들어, 수평 또는/및 수직 프리즘 시트일 수 있다. 또한, 상기 휘도상승시트는 예를 들어, 조도 강화 필름(Dual Brightness Enhancement film) 일 수 있다.
상기 광가이드 부재(1100) 아래에는 상기 반사시트(1300)가 배치될 수 있다. 상기 반사시트(1300)는 상기 광가이드 부재(1100)의 하면을 통해 방출되는 빛을 상기 광가이드 부재(1100)의 출사면을 향해 반사할 수 있다.
상기 반사시트(1300)는 반사율이 좋은 수지 재질, 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 13은 실시예에 따른 발광 소자를 사용한 조명 유니트의 사시도(1100)이다. 다만, 도 13의 조명 유니트는 라이트 유닛의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 13을 참조하면, 상기 조명 유니트(1100)는 케이스몸체(1110)와, 상기 케이스몸체(1110)에 설치된 발광모듈부(1130)과, 상기 케이스몸체(1110)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(1120)를 포함할 수 있다.
상기 케이스몸체(1110)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 발광모듈부(1130)은 모듈 기판(1132)과, 상기 모듈 기판(1132)에 탑재되는 적어도 하나의 발광 소자 패키지(200)를 포함할 수 있다.
상기 모듈 기판(1132)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 일반 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 모듈 기판(1132)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다.
상기 모듈 기판(1132) 상에는 상기 적어도 하나의 발광 소자 패키지(200)가 탑재될 수 있다. 상기 발광 소자 패키지(200) 각각은 적어도 하나의 실시예에 따른 발광 소자를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈부(1130)는 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광 소자의 조합을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 고 연색성(CRI)을 확보하기 위해 백색 발광 다이오드, 적색 발광 다이오드 및 녹색 발광 다이오드를 조합하여 배치할 수 있다.
상기 연결 단자(1120)는 상기 발광모듈부(1130)와 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 도시된 것에 따르면, 상기 연결 단자(1120)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 연결 단자(1120)는 핀(pin) 형태로 형성되어 외부 전원에 삽입되거나, 배선에 의해 외부 전원에 연결될 수도 있는 것이다.
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.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 발광 소자 110 : 기판
123 : 복수의 나노로드 125 : 에어갭
130 : 제1 도전형 반도체층 140 : 활성층
150 : 제2 도전형 반도체층

Claims (19)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 복수의 나노로드;
    상기 복수의 나노로드 사이에 에어갭;
    상기 복수의 나노로드 및 상기 에어갭 상에 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층; 및
    상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층을 포함하며,
    상기 복수의 나노로드 사이의 간격은 1nm 내지 1000nm 이며,
    상기 기판 상에는 복수의 패턴이 규칙적 또는 불규칙적인 간격으로 배치되며,
    상기 복수의 나노로드는 상기 복수의 패턴 상에 배치된 발광 소자.
  2. 기판;
    상기 기판 상에 복수의 나노로드;
    상기 복수의 나노로드 사이에 에어갭;
    상기 복수의 나노로드 및 상기 에어갭 상에 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층; 및
    상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층을 포함하며,
    상기 복수의 나노로드 사이의 간격은 1nm 내지 1000nm 이며,
    상기 제1도전형 반도체층의 하면은 상기 복수의 나노 로드에 접촉되며,
    상기 에어갭은 상기 제1도전형 반도체층의 하면과 상기 기판 사이의 간격과 동일한 높이를 갖는 발광 소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 또는 Ge 중 어느 하나로 형성된 발광 소자.
  4. 제 1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 복수의 패턴은 상기 기판으로부터 돌출되며 돔 형상, 다각 기둥, 원기둥, 원뿔대 또는 다각뿔대 형상 중 적어도 하나를 가지는 발광 소자.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 복수의 패턴의 높이는 0.5μm 내지 2μm 인 발광 소자.
  6. 제 1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 복수의 나노로드의 높이는 상기 복수의 패턴의 높이보다 높으며, 2μm 내지 10μm 인 발광 소자.
  7. 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 나노로드 및 상기 제1 도전형 반도체층은 같은 재질로 형성된 발광 소자.
  8. 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 나노로드, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 질화물 반도체로 형성된 발광 소자.
  9. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 에어갭은 상기 제1도전형 반도체층의 하면과 상기 기판 사이의 간격과 동일한 높이를 갖는 발광 소자.
  10. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 복수의 나노로드는 상기 복수의 패턴에 접촉되는 발광 소자.
  11. 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 나노로드는 규칙적 또는 불규칙적인 간격으로 형성된 발광 소자.
  12. 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층의 하부는 상기 복수의 나노로드의 상면 및 측면에 배치된 발광 소자.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 기판의 상면은 복수의 패턴을 갖고 상기 복수의 나노로드는 상기 복수의 패턴과 적어도 일부가 접촉하는 발광 소자.
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 나노로드는 원 기둥 또는 다각 기둥의 형상을 갖는 발광 소자.
  15. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 나노로드의 상부는 상기 제1도전형 반도체층의 하면보다 위에 배치되는 발광 소자.
  16. 기판 상에 질화물 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 질화물 반도체층을 선택적으로 제거하여 서로 1nm 내지 1000nm의 간격을 가지도록 복수의 나노로드를 형성하는 단계;
    상기 복수의 나노로드 사이에 에어갭이 형성되도록 상기 복수의 나노로드 상에 제1 도전형 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계; 및
    상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 기판에는 복수의 패턴이 형성되며,
    상기 복수의 나노로드는 상기 복수의 패턴 상에 형성되는 발광 소자 제조방법.
  17. 기판 상에 질화물 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 질화물 반도체층을 선택적으로 제거하여 서로 1nm 내지 1000nm의 간격을 가지도록 복수의 나노로드를 형성하는 단계;
    상기 복수의 나노로드 사이에 에어갭이 형성되도록 상기 복수의 나노로드 상에 제1 도전형 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계; 및
    상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 질화물 반도체층을 선택적으로 제거하는 단계는,
    상기 질화물 반도체층 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 마스크 패턴을 따라 상기 질화물 반도체층에 에칭 공정을 실시하는 단계를 포함하는 발광 소자 제조방법.
  18. 몸체부;
    상기 몸체부에 설치된 제1 전극층 및 제2 전극층;
    상기 몸체부에 설치되어 상기 제1 전극층 및 제2 전극층과 전기적으로 연결되는 발광 소자; 및
    상기 발광 소자를 포위하는 몰딩 부재를 포함하며,
    상기 발광 소자는 청구항 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지.
  19. 모듈 기판; 및
    상기 모듈 기판에 탑재된 복수의 발광 소자를 포함하며,
    상기 복수의 발광 소자는, 청구항 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 발광 소자를 포함하는 라이트 유닛.
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