KR101688043B1 - 발광 소자 및 발광 소자 패키지 - Google Patents
발광 소자 및 발광 소자 패키지 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101688043B1 KR101688043B1 KR1020100110314A KR20100110314A KR101688043B1 KR 101688043 B1 KR101688043 B1 KR 101688043B1 KR 1020100110314 A KR1020100110314 A KR 1020100110314A KR 20100110314 A KR20100110314 A KR 20100110314A KR 101688043 B1 KR101688043 B1 KR 101688043B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- light emitting
- lattice structure
- emitting device
- type semiconductor
- Prior art date
Links
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 88
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 63
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 35
- 230000001788 irregular Effects 0.000 claims abstract description 33
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 36
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 36
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 10
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 306
- 239000000463 material Substances 0.000 description 16
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 7
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 6
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 6
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 5
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- JAONJTDQXUSBGG-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dizinc;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].[Zn+2].[Zn+2] JAONJTDQXUSBGG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- SKRWFPLZQAAQSU-UHFFFAOYSA-N stibanylidynetin;hydrate Chemical compound O.[Sn].[Sb] SKRWFPLZQAAQSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 InGaP Chemical class 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- TYHJXGDMRRJCRY-UHFFFAOYSA-N zinc indium(3+) oxygen(2-) tin(4+) Chemical compound [O-2].[Zn+2].[Sn+4].[In+3] TYHJXGDMRRJCRY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- SBYXRAKIOMOBFF-UHFFFAOYSA-N copper tungsten Chemical compound [Cu].[W] SBYXRAKIOMOBFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- YZZNJYQZJKSEER-UHFFFAOYSA-N gallium tin Chemical compound [Ga].[Sn] YZZNJYQZJKSEER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- HRHKULZDDYWVBE-UHFFFAOYSA-N indium;oxozinc;tin Chemical compound [In].[Sn].[Zn]=O HRHKULZDDYWVBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N zinc indium(3+) oxygen(2-) Chemical compound [O--].[Zn++].[In+3] YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/025—Physical imperfections, e.g. particular concentration or distribution of impurities
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
- H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/10—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/16—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/16—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
- H01L33/18—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous within the light emitting region
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/44—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/52—Encapsulations
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
실시예에 따른 발광 소자는 기판, 상기 기판 상의 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 불규칙 격자 구조를 갖는 장벽층 및 규칙 격자 구조를 갖는 우물층을 적어도 하나 이상 포함하는 활성층, 및 상기 활성층 상의 제2 도전형 반도체층을 포함하며, 상기 불규칙 격자 구조는 랜덤한 원자 배열을 갖는 구조이고, 상기 규칙 격자 구조는 규칙적인 원자 배열을 갖는 구조이고, 규칙 격자 구조는 동일한 조성의 불규칙 격자 구조보다 에너지 밴드 갭이 낮다.
Description
실시예는 발광 소자 및 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Ligit Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
실시예는 내부 양자 효율을 향상시킬 수 있는 발광 소자 및 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시예에 따른 발광 소자는 기판, 상기 기판 상의 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 불규칙 격자 구조를 갖는 장벽층 및 규칙 격자 구조를 갖는 우물층을 적어도 하나 이상 포함하는 활성층, 및 상기 활성층 상의 제2 도전형 반도체층을 포함하며, 상기 불규칙 격자 구조는 랜덤한 원자 배열을 갖는 구조이고, 상기 규칙 격자 구조는 규칙적인 원자 배열을 갖는 구조이고, 규칙 격자 구조는 동일한 조성의 불규칙 격자 구조보다 에너지 밴드 갭이 낮다.
상기 활성층은 불규칙 격자 구조를 갖는 제1 장벽층, 규칙 격자 구조를 갖는 우물층, 및 불규칙 격자 구조를 갖는 제2 장벽층을 포함할 수 있다.
상기 활성층은 3족-5족 화합물이고, 상기 장벽층은 3족 부격자 상의 3족 원자의 배열에 있어서 랜덤한 분포 상태를 가지며, 상기 우물층은 3족 부격자 상의 3족 원자의 배열에 있어서 규칙적인 분포 상태를 가질 수 있다.
상기 우물층, 상기 장벽층의 조성은 InxAlyGazN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1)으로 서로 동일하며, 상기 우물층의 에너지 밴드 갭은 상기 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작을 수 있다.
상기 우물층의 조성은 InxAlyGazN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1)이고, 상기 장벽층의 조성은 InaAlbGacN(0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤c≤1)이며, 여기서 x≠a, y≠b 및 z≠c 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
또한 상기 장벽층 및 상기 우물층의 조성은 InxGazN(x=0.5, z=0.5), AlyGazN(y=0.5, z=0.5) 및 InxAlyN(x=0.5, y=0.5) 중 어느 하나일 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 제1 도전형 반도체층의 일부를 노출하도록 상기 제2 도전형 반도체층, 상기 활성층 및 상기 제1 도전형 반도체층의 일부가 식각되며, 식각에 의하여 노출되는 상기 제1 도전형 반도체층 상의 제1 전극, 상기 제2 도전형 반도체층 상의 전도층, 및 상기 전도층 상의 제2 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 발광 구조물과 상기 기판 사이에 배치되는 반사층, 상기 반사층과 상기 발광 구조물과 상기 반사층 사이에 배치되는 오믹층, 상기 기판과 상기 반사층 사이에 배치되는 접합층, 상기 발광 구조물의 측면 상의 패시베이션층, 및 상기 발광 구조물 상의 제1 전극을 더 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 몸체, 상기 패키지 몸체에 배치되는 제1 금속층 및 제2 금속층, 상기 제1 금속층 및 제2 금속층과 전기적으로 연결되도록 상기 패키지 몸체에 장착되는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 발광 소자, 및 상기 발광 소자를 포위하는 봉지층을 포함한다.
실시예는 내부 양자 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 활성층의 에너지 밴드 갭의 일 실시예를 나타낸다.
도 3는 도 1에 도시된 활성층의 에너지 밴드 갭의 다른 실시예를 나타낸다.
도 4는 도 1에 도시된 활성층의 에너지 밴드 갭의 다른 실시예를 나타낸다.
도 5는 다른 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸다.
도 6은 도 5에 도시된 활성층의 에너지 밴드 갭의 일 실시예를 나타낸다.
도 7은 도 5에 도시된 활성층의 에너지 밴드 갭의 다른 실시예를 나타낸다.
도 8은 다른 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸다.
도 9는 다른 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸다.
도 10은 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸다.
도 11은 다른 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 활성층의 에너지 밴드 갭의 일 실시예를 나타낸다.
도 3는 도 1에 도시된 활성층의 에너지 밴드 갭의 다른 실시예를 나타낸다.
도 4는 도 1에 도시된 활성층의 에너지 밴드 갭의 다른 실시예를 나타낸다.
도 5는 다른 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸다.
도 6은 도 5에 도시된 활성층의 에너지 밴드 갭의 일 실시예를 나타낸다.
도 7은 도 5에 도시된 활성층의 에너지 밴드 갭의 다른 실시예를 나타낸다.
도 8은 다른 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸다.
도 9는 다른 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸다.
도 10은 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸다.
도 11은 다른 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸다.
이하 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 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.
동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다. 도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자(100)를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 발광 소자(100)는 기판(110), 발광 구조물(120), 전도층(130), 제1 전극(142), 및 제2 전극(144)을 포함한다.
기판(110)은 예를 들어, 사파이어 기판(Al203), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, Ga203, 도전성 기판, 그리고 GaAs 등으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 기판(110)의 상면에는 요철 패턴(미도시)이 형성될 수 있다.
발광 구조물(120)은 기판(110) 상에 배치되며, 제1 도전형 반도체층(122), 활성층(124), 및 제2 도전형 반도체층(126)이 적층된 구조이다. 이때 기판(110)과 발광 구조물(120)의 격자 상수의 차이를 줄이기 위하여 기판(110)과 제1 도전형 반도체층(122) 사이에 버퍼층(미도시) 및 언도프트 반도체층(미도시, 예컨대, undoped GaN))이 개재될 수 있다. 제1 도전형은 n형이고, 제2 도전형은 p형일 수 있다있으나, 이에 한정하지는 않는다.
발광 구조물(120)은 제1 도전형 반도체층(122)의 일부를 노출하도록 제2 도전형 반도체층(126), 활성층(124) 그리고 제1 도전형 반도체층(122)의 일부가 식각된다.
전도층(130)은 활성층(124)으로부터 제2 도전형 반도체층(126)으로 방출되는 빛의 추출 효율을 증가시키기 위하여 제2 도전형 반도체층(126) 상에 배치될 수 있다. 전도층은 투과율이 높은 투명한 산화물계 물질, 예컨대, ITO(Indium Tin Oxide), TO(Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide) 및 ZnO(Zinc Oxide) 등으로 이루어질 수 있다.
제1 전극(142)은 식각에 의하여 노출되는 제1 도전형 반도체층(122) 상에 배치되며, 제2 전극(144)은 전도층(130) 상에 배치된다. 제1 전극(142) 및 제2 전극(144)은 예를 들어, Ti, Al, Al alloy, In, Ta, Pd, Co, Ni, Si, Ge, Ag, Ag alloy, Au, Hf, Pt, Ru 및 Au 등 중에서 하나 이상의 물질 또는 합금을 이용하여 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다
제1 도전형 반도체층(122)은 기판(110) 상에 배치되며, n형 반도체층일 수 있다. 예컨대, 제1 도전형 반도체층(122)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
활성층(124)은 제1 도전형 반도체층(122) 상에 배치된다.
제2 도전형 반도체층(126)은 활성층(124) 상에 배치되며, p형 반도체층일 수 있다. 예컨대, 제2 도전형 반도체층(126)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
활성층(124)은 제1 도전형 반도체층(122) 및 제2 도전형 반도체층(126)으로부터 제공되는 캐리어(carrier)의 결합(recombination) 과정에서 광을 생성할 수 있다.
활성층(124)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 반도체 재료를 포함할 수 있으며, 활성층(124)은 양자 우물층 및 양자 장벽층이 적층되는 구조일 수 있다.
활성층(124)은 제1 장벽층(QB1), 우물층(QW), 및 제2 장벽층(QB2)이 순차로 적층된 구조이다. 이때 우물층(QW)은 규칙 격자 구조(ordered structure, Or-St)이며, 제1 장벽층(QB1) 및 제2 장벽층(QB2)은 불규칙 격자 구조(disordered structure, Dis-St)를 갖는다.
동일한 조성을 갖는 물질, 예컨대, InGaP, InGaAsP, GaAsP, AlGaAs, InGaAs, GaAsSb, AlInGaN 등과 같은 3족-5족 화합물에서 성장 조건, 예컨대, 성장 온도, 3족-5족 비율, 및 기판 기울기(substrate tilt) 등에 따라 규칙 격자 구조(Or-St)를 갖는 3족-5족 화합물은 불규칙 격자 구조(Dis-St)를 갖는 3족-5족 화합물에 비하여 에너지 밴드 갭 에너지가 작으며, 격자 상수는 동일하다.
예컨대, 불규칙 격자 구조(Dis-St)를 갖는 InGaP의 에너지 밴드 갭이 1.9eV일 때, 규칙 격자 구조(Or-St)를 갖는 InGaP의 에너지 밴드 갭은 1.9eV 보다 50 ~ 130meV 낮은 값일 수 있다.
여기서 규칙 격자 구조 및 불규칙 격자 구조는 3족-5족 화합물 또는 2족-6족 화합물, 예컨대, InGaP, InGaAsP, GaAsP, AlGaAs, InGaAs, GaAsSb, AlInGaN 등과 같은 물질을 이루는 원자의 배열과 관련이 있다. 즉 불규칙 격자 구조는 랜덤한 원자 배열을 갖는 구조를 말하며, 규칙 격자 구조는 규칙적인 원자 배열을 갖는 구조를 말하며, 규칙 격자 구조를 갖는 3족-5족 화합물은 이와 동일한 조성의 불규칙 격자 구조를 갖는 3족-5족 화합물보다 에너지 밴드 갭 에너지가 작다.
규칙 격자 구조를 갖는 3족-5족 화합물은 3족 부격자 상의 3족 원자의 배열에 있어서 규칙적인 분포 상태(ordered distribution state)를 가지며, 불규칙 격자 구조를 갖는 3족-5족 화합물은 3족 부격자 상의 3족 원자의 배열에 있어서 랜덤한 분포 상태(random distribution state)를 갖는다.
예컨대, 규칙 격자 구조를 갖는 GaxInyP(x=0.5, y=0.5)는 3족 부격자(column Ⅲ sublattice) 상의 Ga과 In의 배열에 있어서 규칙적인 분포 상태를 가지며, 불규칙 격자 구조를 갖는 GaxInyP(x=0.5, y=0.5)는 3족 부격자(column Ⅲ sublattice) 상의 Ga과 In의 배열에 있어서 랜덤한 분포 상태를 가질 수 있다.
우물층(QW), 제1 장벽층(QB1), 및 제2 장벽층(QB2)의 조성은 InxAlyGazN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1)으로 동일할 수 있다.
예컨대, 제1 장벽층(QB1), 제2 장벽층(QB2), 및 우물층(QW) 각각의 조성은 InxGazN(x=0.5, z=0.5), AlyGazN(y=0.5, z=0.5), 또는 InxAlyN(x=0.5, y=0.5)일 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 활성층(124)의 에너지 밴드 갭의 일 실시예를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 우물층(QW), 제1 장벽층(QB1) 및 제2 장벽층(QB2)의 조성은 InxAlyGazN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1)으로 모두 동일하며, 제1 장벽층(QB1) 및 제2 장벽층(QB2)은 불규칙 격자 구조(Dis-St)를 가지고, 우물층(QW)은 규칙 격자 구조(Or-St)를 갖는다.
규칙 격자 구조(Or-St)를 갖는 물질은 동일한 조성의 불규칙 격자 구조(Dis-St)를 갖는 물질에 비하여 에너지 밴드 갭 에너지가 작으로므로, 우물층(QW)의 에너지 밴드 갭(E2)은 제1 장벽층(QB1) 및 제2 장벽층(QB2)의 에너지 밴드 갭(E1)보다 작다.
또한 우물층(QW), 제1 장벽층(QB1), 및 제2 장벽층(QB2)은 서로 격자 상수가 동일하므로 변형유도압전기장(strain induced piezoelectric field)은 감소하거나 존재하지 않는다. 변형유도전기장이 감소하거나 존재하지 않기 때문에 에너지 밴드의 왜곡을 일으키지 않으므로 내부양자효율이 증가할 수 있고, 발광 소자(100)의 발광 효율은 향상될 수 있다.
도 3는 도 1에 도시된 활성층(124)의 에너지 밴드 갭의 다른 실시예를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 우물층(QW)의 조성은 제1 장벽층(QB1) 및 제2 장벽층(QB2)의 조성과 서로 다르다. 우물층(QW)의 조성은 InxAlyGazN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1)이고, 제1 장벽층(QB1) 및 제2 장벽층(QB2)의 조성은 InaAlbGacN(0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤c≤1)이며, 제1 장벽층(QB1) 및 제2 장벽층(QB2)은 불규칙 격자 구조(Dis-St)를 가지고, 우물층(QW)은 규칙 격자 구조(Or-St)를 갖는다. 여기서 x≠a, y≠b 및 z≠c 중 적어도 어느 하나이다.
우물층(QW)의 에너지 밴드 갭(E4)이 제1 장벽층(QB1) 및 제2 장벽층(QB2)의 에너지 밴드 갭(E3)보다 작도록 우물층(QW), 제1 장벽층(QB1), 및 제2 장벽층(QB2)의 조성이 결정된다. 이때 우물층(QW)은 제1 장벽층(QB1) 및 제2 장벽층(QB2)과 조성이 달라 격자 상수에 차이가 있다.
그러나 규칙 격자 구조(Or-St)를 갖는 우물층(QW)의 에너지 밴드 갭(E4)은 불규칙 격자 구조(Dis-St)를 갖는 동일한 조성의 우물층의 에너지 밴드 갭보다 작기 때문에, 규칙 격자 구조(Or-St)를 갖는 우물층(QW)을 사용할 경우 제1 장벽층(QB1) 및 제2 장벽층(QB2)과의 격자 상수의 차이를 감소시킬 수 있다.
이에 따라, 변형유도압전기장(strain induced piezoelectric field)은 감소하고 변형유도압전기장이 감소하기 때문에 에너지 밴드의 왜곡을 일으키지 않으므로서, 내부양자효율이 증가할 수 있고, 발광 소자(100)의 발광 효율은 향상될 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 활성층(124)의 에너지 밴드 갭의 다른 실시예를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 우물층(QW)의 조성은 InxGazN(x≤0.2, z=1)이고, 제1 장벽층(QB1) 및 제2 장벽층(QB2)의 조성은 GacN(c=1)이다.
우물층(QW), 제1 장벽층(QB1) 및 제2 장벽층(QB2)이 모두 불규칙 격자 구조(Dis-St)를 갖는 경우(이하 "경우 1"이라 한다), 우물층(QW)의 에너지 밴드 갭은 "E5"이고, 제1 장벽층(QB1) 및 제2 장벽층(QB2)의 에너지 밴드 갭은 "E6"일 수 있다.
반면에 실시예와 같이 제1 장벽층(QB1) 및 제2 장벽층(QB2)은 불규칙 격자 구조(Dis-St)이나 우물층(QW)은 규칙 격자 구조(Or-St)를 갖는 경우(이하 "경우 2"라 한다), 우물층(QW)의 에너지 밴드 갭은 "E7"이고, 제1 장벽층(QB1) 및 제2 장벽층(QB2)의 에너지 밴드 갭은 "E6"일 수 있다. 규칙 격자 구조(Or-St)는 동일한 조성을 갖는 불규칙 격자 구조(Dis-St)에 비하여 에너지 밴드 갭이 낮기 때문에 경우 2의 우물층(QW)의 에너지 밴드 갭("E7")은 경우 1의 우물층(QW)의 에너지 밴드("E5")보다 작다.
"E5"인 에너지 밴드 갭을 갖는 우물층(QW)을 얻기 위하여, 경우 1에서는 인듐(In)의 함유량(x)이 0.2이어야 한다. 그러나 경우 2에서는 규칙 격자 구조(Or-St)는 동일한 조성을 갖는 불규칙 격자 구조(Dis-St)에 비하여 에너지 밴드 갭이 작기 때문에 "E5"인 에너지 밴드 갭을 갖는 우물층(QW)을 얻기 위하여 인듐(In)의 함유량(x)을 0.2보다 작게 할 수 있다.
규칙 격자 구조(Or-St)를 갖는 우물층(QW)은 불규칙 격자 구조(Dis-St)를 갖는 우물층보다 낮은 인듐(In) 함유량(x < 0.2)을 갖더라도, 동일한 에너지 밴드 갭(E5)을 가질 수 있다. 또한 인듐 함유량(x < 0.2)이 감소함에 따라 규칙 격자 구조(Or-St)를 갖는 우물층(QW)은 제1 장벽층(QB1) 및 제2 장벽층(QB2)과의 격자 상수가 감소하여 변형유도압전기장은 감소하고 변형유도압전기장이 감소하기 때문에 에너지 밴드의 왜곡을 일으키지 않으므로서, 내부양자효율이 증가할 수 있고, 발광 소자(100)의 내부 양자 효율(Internal Quantum Efficiency, IQE)이 향상될 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 발광 소자(200)를 나타낸다. 도 1과 동일한 도면 부호는 동일한 구성을 나타내며, 앞에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 5를 참조하면, 발광 소자(200)는 기판(110), 발광 구조물(120-1), 전도층(130), 제1 전극(142), 및 제2 전극(144)을 포함한다. 발광 구조물(120-1)은 기판(110) 상에 배치되며, 제1 도전형 반도체층(122), 활성층(124-1), 및 제2 도전형 반도체층(126)이 적층된 구조이다. 발광 구조물(120-1)은 제1 도전형 반도체층(122)의 일부를 노출하도록 제2 도전형 반도체층(126), 활성층(124-1) 그리고 제1 도전형 반도체층(122)의 일부가 식각된다.
활성층(124-1)은 장벽층(QB1 내지 QBn+1) 및 우물층(QW1 내지 QWn, n>1인 자연수)이 교대로 적층되는 다중 양자 우물 구조이다. 이때 우물층들(QW1 내지 QWn)은 규칙 격자 구조(Or-St)이며, 장벽층들(QB1 내지 QBn+1)은 불규칙 격자 구조(Dis-St)를 갖는다.
장벽층들(QB1 내지 QBn+1) 및 우물층들(QW1 내지 QWn)은 동일한 조성, 예컨대, InxAlyGazN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1)일 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 활성층(124-1)의 에너지 밴드 갭의 일 실시예를 나타낸다. 도 6을 참조하면, 규칙 격자 구조(Or-St)를 갖는 우물층들(QW1 내지 QWn)의 에너지 밴드 갭(E2)은 동일한 조성의 불규칙 격자 구조(Dis-St)를 갖는 장벽층들(QB1 내지 QBn+1)의 에너지 밴드 갭(E1)보다 작다.
또한 우물층들(QW1 내지 QWn)과 장벽층들(QB1 내지 QBn+1)은 서로 격자 상수가 동일하므로 변형유도압전기장(strain induced piezoelectric field)은 감소하거나 존재하지 않는다. 변형유도압전기장이 감소하거나 존재하지 않기 때문에 에너지 밴드의 왜곡을 일으키지 않으므로서, 내부양자효율이 증가하여 발광 소자(200)의 발광 효율은 향상될 수 있다.
장벽층들(QB1 내지 QBn+1) 및 우물층들(QW1 내지 QWn)은 서로 다른 조성을 가질 수 있다.
도 7은 도 5에 도시된 활성층(124-1)의 에너지 밴드 갭의 다른 실시예를 나타낸다. 도 7을 참조하면, 우물층들(QW1 내지 QWn)의 조성은 InxAlyGazN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1)이고, 장벽층들(QB1 내지 QBn+1)의 조성은 InaAlbGacN(0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤c≤1)이며, 장벽층들(QB1 내지 QBn+1)은 불규칙 격자 구조(Dis-St)를 가지고, 우물층들(QW1 내지 QWn)은 규칙 격자 구조(Or-St)를 가질 수 있다. 여기서 x≠a, y≠b 및 z≠c 중 적어도 어느 하나이다.
규칙 격자 구조(Or-St)를 갖는 우물층들(QW1 내지 QWn)을 사용할 경우 상술한 바와 같이 우물층들(QW1 내지 QWn)과 장벽층들(QB1 내지 QBn+1) 사이의 격자 상수의 차이를 감소시킬 수 있기 때문에 변형유도압전기장(strain induced piezoelectric field)은 감소하고 변형유도압전기장이 감소하기 때문에 에너지 밴드의 왜곡을 일으키지 않으므로서, 내부양자효율이 증가할 수 있고, 발광 소자(300)의 발광 효율은 향상될 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 발광 소자(300)를 나타낸다. 도 8을 참조하면, 발광 소자(300)는 제2 전극층(205), 보호층(230), 발광 구조물(240), 패시베이션층(250), 및 제1 전극(255)을 포함한다.
제2 전극층(205)은 지지 기판(210), 접합층(215), 반사층(220), 및 오믹층(225)을 포함할 수 있다. 지지 기판(210)은 발광 구조물(240)을 지지하며, 오믹층(225)과 함께 발광 구조물(240)에 전원을 제공한다. 지지 기판(210)은 전도성이며, 예를 들어, 구리(Cu), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예를 들어, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
접합층(215)은 지지 기판(210) 상에 형성된다. 접합층(215)은 본딩층으로서, 반사층(220) 아래에 형성된다. 접합층(215)은 반사층(220) 및 오믹층(225)에 접촉되어 반사층(220)과 오믹층(225)이 지지 기판(210)에 접합될 수 있도록 한다. 접합층(215)은 베리어 금속 또는 본딩 금속 등을 포함하며, 예를 들어, Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag 또는 Ta 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
반사층(220)은 접합층(215) 상에 형성된다. 반사층(220)은 발광 구조물(240)로부터 입사되는 광을 반사시켜 주어, 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 반사층(220)은 예를 들어, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다. 또한 반사층(220)은 금속 또는 합금과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있으며, 예를 들어, IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 적층할 수 있다. 반사층(220)은 광 효율을 증가시키기 위한 것으로 반드시 형성되어야 하는 것은 아니다.
오믹층(225)은 반사층(220) 상에 형성된다. 오믹층(225)은 발광 구조물(240)의 제2 도전형 반도체층(242)에 오믹 접촉되어 발광 구조물(240)에 전원이 원활히 공급되도록 한다. 오믹층(225)은 투광성 전도층과 금속을 선택적으로 사용할 수 있으며, 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(225)은 제2 도전형 반도체층(242)에 캐리어의 주입을 원활히 하기 위한 것으로, 반드시 형성되어야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 오믹층(225)을 따로 형성하지 않고, 반사층(220)으로 사용되는 물질은 제2 도전형 반도체층(242)과 오믹 접촉을 하는 물질로 선택하여 오믹 접촉을 이룰 수 있다.
보호층(230)은 제2 전극층(205) 상에 형성된다. 보호층(135)은 발광 구조물(240)과 접합층(215) 사이의 계면이 박리되어 발광 소자(200)의 신뢰성이 저하되는 현상을 감소시킬 수 있다. 보호층(135)은 전도성을 갖는 물질로 형성된 전도성 보호층 또는 비전도성을 갖는 물질로 형성된 비전도성 보호층일 수 있다.
발광 구조물(240)은 제2 전극층(205) 상에 형성된다. 발광 구조물(240)은 제2 전극층(205) 상에 제2 도전형 반도체층(242), 활성층(244), 및 제1 도전형 반도체층(246)이 순차로 적층된 구조일 수 있다.
활성층(244)은 도 1에서 설명한 제1 장벽층(QB1), 우물층(QW), 및 제2 장벽층(QB2)을 포함한다. 제1 장벽층(QB1) 및 제2 장벽층(QB2)은 불규칙 격자 구조(Dis-St)를 가지고, 우물층(QW)은 규칙 격자 구조(Or-St)를 가진다.
제1 장벽층(QB1), 제2 장벽층(QB2), 및 우물층(QW)은 동일한 조성을 가질 수 있으며, 이때 활성층(244)을 구성하는 층들(QB1,QW,QB2)의 조성 및 에너지 밴드 갭은 도 2에서 설명한 바와 동일할 수 있다.
또한 제1 장벽층(QB1) 및 제2 장벽층(QB2)은 우물층(QW)과 서로 다른 조성을 가질 수 있으며, 이때 활성층(244)을 구성하는 층들(QB1,QW,QB2)의 조성 및 에너지 밴드 갭은 도 3 또는 도 4에서 설명한 바와 동일할 수 있다.
패시베이션층(250)은 발광 구조물(240)을 전기적으로 보호하기 위하여 발광 구조물(240)의 측면 상에 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 패시베이션층(250)은 SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3 로 형성될 수 있다.
제1 도전형의 반도체층(246)의 상면은 광 추출 효율을 증가시키기 위해 러프니스 패턴(260)이 형성될 수 있다. 제1 전극(255)은 발광 구조물(240) 상면과 접촉하도록 형성된다. 제1 전극(255) 하부의 제1 도전형 반도체층(246) 부분에 러프니스 패턴(260)이 형성되거나 또는 형성되지 않을 수도 있다.
도 9는 다른 실시예에 따른 발광 소자(400)를 나타낸다. 도 8과 동일한 도면 부호는 동일한 구성을 나타내며, 앞에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 9를 참조하면, 발광 소자(400)는 제2 전극층(205), 보호층(230), 발광 구조물(240-1), 패시베이션층(250), 및 제1 전극(255)을 포함한다. 발광 구조물(240-1)은 제2 전극층(205) 상에 제2 도전형 반도체층(242), 활성층(244-1), 및 제1 도전형 반도체층(246)이 순차로 적층된 구조일 수 있다.
활성층(244-1)은 장벽층(QB1 내지 QBn+1) 및 우물층(QW1 내지 QWn, n>1인 자연수)이 교대로 적층되는 다중 양자 우물 구조이다. 이때 우물층들(QW1 내지 QWn)은 규칙 격자 구조(Or-St)이며, 장벽층들(QB1 내지 QBn+1)은 불규칙 격자 구조(Dis-St)를 갖는다.
장벽층들(QB1 내지 QBn+1) 및 우물층들(QW1 내지 QWn)은 동일한 조성을 가질 수 있으며, 이때 장벽층들(QB1 내지 QBn+1) 및 우물층들(QW1 내지 QWn)의 조성 및 에너지 밴드 갭은 도 6에서 설명한 바와 동일할 수 있다.
또한 장벽층들(QB1 내지 QBn+1)은 우물층들(QW1 내지 QWn)과 서로 다른 조성을 가질 수 있으며, 이때 장벽층들(QB1 내지 QBn+1) 및 우물층들(QW1 내지 QWn)의 조성 및 에너지 밴드 갭은 도 7에서 설명한 바와 동일할 수 있다.
도 10은 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸다. 도 10을 참조하면, 발광 소자 패키지는 패키지 몸체(510), 제1 금속층(514), 제2 금속층(512), 발광 소자(520), 제1 와이어(524), 제2 와이어(522), 반사판(530), 및 봉지층(540)을 포함한다.
패키지 몸체(510)는 일측 영역에 캐버티(cavity)가 형성된 구조이다. 이때 캐버티의 측벽은 경사지게 형성될 수 있다. 패키지 몸체(510)는 실리콘 기반의 웨이퍼 레벨 패키지(wafer level package), 실리콘 기판, 실리콘 카바이드(SiC), 질화알루미늄(aluminum nitride, AlN) 등과 같이 절연성 또는 열전도도가 좋은 기판으로 형성될 수 있으며, 복수 개의 기판이 적층되는 구조일 수 있다. 실시 예는 상술한 몸체의 재질, 구조, 및 형상으로 한정되지 않는다.
제1 금속층(514) 및 제2 금속층(512)은 열 배출이나 발광 소자의 장착을 고려하여 서로 전기적으로 분리되도록 패키지 몸체(510)의 표면에 배치된다. 발광 소자(520)는 제1 금속층(514) 및 제2 금속층(512)과 전기적으로 연결되도록 캐버티 바닥에 본딩된다. 이때 발광 소자(520)는 도 1 또는 도 2에 도시된 발광 소자(100, 또는 200)일 수 있다.
예컨대, 발광 소자(100)의 제1 전극(142)은 제1 와이어(524)를 통하여 제1 금속층(514)에 전기적으로 연결되고, 제2 전극(144)은 제2 와이어(522)를 통하여 제2 금속층(512)에 전기적으로 연결될 수 있다.
반사판(530)은 발광 소자(100)에서 방출된 빛을 소정의 방향으로 지향하도록 패키지 몸체(510)의 캐버티 측벽에 형성된다. 반사판(530)은 광반사 물질로 이루어지며, 예컨대, Ag과 같은 금속 코팅이거나 금속 박편일 수 있다.
봉지층(540)은 패키지 몸체(510)의 캐버티 내에 위치하는 발광 소자(520)를 포위하여 발광 소자(520)를 외부 환경으로부터 보호한다. 봉지층(540)은 에폭시 또는 실리콘과 같은 무색 투명한 고분자 수지 재질로 이루어진다. 봉지층(540)은 발광 소자(520)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있도록 형광체가 포함될 수 있다. 발광 소자 패키지는 상기에 개시된 실시예들의 발광 소자들 중 적어도 하나를 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 11은 다른 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸다. 도 10과 동일한 도면 부호는 동일한 구성을 나타내며, 앞에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 11을 참조하면, 발광 소자 패키지는 패키지 몸체(510), 제1 금속층(512), 제2 금속층(514), 발광 소자(610), 와이어(620), 반사판(530), 및 봉지층(540)을 포함한다.
발광 소자(610)는 제1 금속층(712) 및 제2 금속층(714)과 전기적으로 연결되도록 배치된다. 이때 발광 소자(610)는 도 8 또는 도 9에 도시된 발광 소자(300 또는 400)일 수 있다.
예컨대, 발광 소자(300 또는 400)의 제2 전극층(205)은 제2 금속층(514)에 전기적으로 연결되도록 본딩되고, 제1 전극(255)은 와이어(620)를 통하여 제1 금속층(512)에 전기적으로 연결될 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 어레이되며, 발광 소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능할 수 있다.
또 다른 실시예는 상술한 실시 예들에 기재된 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
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.
110,210 : 기판 120,120-1, 240, 240-1 : 발광 구조물
122,246: 제1 도전형 반도체층 124, 124-1, 244, 244-1 : 활성층
126,242: 제2 도전형 반도체층 130: 전도층
142,255: 제1 전극 144: 제2 전극
QW: 우물층 QB1: 제1 장벽층
QB2: 제2 장벽층 QW1 내지 QWn: 우물층들
QB1 내지 QBn+1: 장벽층들 205: 제2 전극층
215: 접합층 220: 반사층
225: 오믹층 230: 보호층
250: 패시베이션층 510: 패키지 몸체
514: 제1 금속층 512: 제2 금속층
520,610: 발광 소자 530: 반사판
524,620: 제1 와이어 522: 제2 와이어
540: 봉지층.
122,246: 제1 도전형 반도체층 124, 124-1, 244, 244-1 : 활성층
126,242: 제2 도전형 반도체층 130: 전도층
142,255: 제1 전극 144: 제2 전극
QW: 우물층 QB1: 제1 장벽층
QB2: 제2 장벽층 QW1 내지 QWn: 우물층들
QB1 내지 QBn+1: 장벽층들 205: 제2 전극층
215: 접합층 220: 반사층
225: 오믹층 230: 보호층
250: 패시베이션층 510: 패키지 몸체
514: 제1 금속층 512: 제2 금속층
520,610: 발광 소자 530: 반사판
524,620: 제1 와이어 522: 제2 와이어
540: 봉지층.
Claims (9)
- 기판:
상기 기판 상의 제1 도전형 반도체층;
상기 제1 도전형 반도체층 상에 불규칙 격자 구조를 갖는 장벽층 및 규칙 격자 구조를 갖는 우물층을 적어도 하나 이상 포함하는 활성층; 및
상기 활성층 상의 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 소자. - 제1항에 있어서, 상기 활성층은,
불규칙 격자 구조를 갖는 제1 장벽층, 규칙 격자 구조를 갖는 우물층, 및 불규칙 격자 구조를 갖는 제2 장벽층을 포함하는 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 활성층은 3족-5족 화합물이고,
상기 장벽층은 3족 부격자 상의 3족 원자의 배열에 있어서 랜덤한 분포 상태를 가지며, 상기 우물층은 3족 부격자 상의 3족 원자의 배열에 있어서 규칙적인 분포 상태를 가지는 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 우물층, 상기 장벽층의 조성은 InxAlyGazN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1)으로 서로 동일하며, 상기 우물층의 에너지 밴드 갭은 상기 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작은 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 우물층의 조성은 InxAlyGazN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1)이고, 상기 장벽층의 조성은 InaAlbGacN(0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤c≤1)이며, 여기서 x≠a, y≠b 및 z≠c 중 적어도 어느 하나인 발광 소자. - 제3항에 있어서,
상기 장벽층 및 상기 우물층의 조성은 InxGazN(x=0.5, z=0.5), AlyGazN(y=0.5, z=0.5) 및 InxAlyN(x=0.5, y=0.5) 중 어느 하인 발광 소자. - 제1항에 있어서, 상기 발광 소자는,
상기 제1 도전형 반도체층의 일부를 노출하도록 상기 제2 도전형 반도체층, 상기 활성층 및 상기 제1 도전형 반도체층의 일부가 식각되며,
식각에 의하여 노출되는 상기 제1 도전형 반도체층 상의 제1 전극;
상기 제2 도전형 반도체층 상의 전도층; 및
상기 전도층 상의 제2 전극을 더 포함하는 발광 소자. - 기판:
상기 기판 상에 배치되는 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되고, 불규칙 격자 구조를 갖는 장벽층 및 규칙 격자 구조를 갖는 우물층을 적어도 하나 이상 포함하는 활성층을 포함하는 발광 구조물;
상기 발광 구조물과 상기 기판 사이에 배치되는 반사층;
상기 발광 구조물과 상기 반사층 사이에 배치되는 오믹층;
상기 기판과 상기 반사층 사이에 배치되는 접합층;
상기 발광 구조물의 측면 상에 배치되는 패시베이션층; 및
상기 발광 구조물 상에 배치되는 제1 전극을 포함하는 발광 소자. - 패키지 몸체;
상기 패키지 몸체에 배치되는 제1 금속층 및 제2 금속층;
상기 제1 금속층 및 제2 금속층과 전기적으로 연결되도록 상기 패키지 몸체에 장착되는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 발광 소자; 및
상기 발광 소자를 포위하는 봉지층(sealing layer)을 포함하는 발광 소자 패키지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100110314A KR101688043B1 (ko) | 2010-11-08 | 2010-11-08 | 발광 소자 및 발광 소자 패키지 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100110314A KR101688043B1 (ko) | 2010-11-08 | 2010-11-08 | 발광 소자 및 발광 소자 패키지 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120048880A KR20120048880A (ko) | 2012-05-16 |
| KR101688043B1 true KR101688043B1 (ko) | 2016-12-20 |
Family
ID=46266969
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020100110314A KR101688043B1 (ko) | 2010-11-08 | 2010-11-08 | 발광 소자 및 발광 소자 패키지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101688043B1 (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4378255A (en) | 1981-05-06 | 1983-03-29 | University Of Illinois Foundation | Method for producing integrated semiconductor light emitter |
| US4905060A (en) | 1987-05-29 | 1990-02-27 | Hitachi, Ltd. | Light emitting device with disordered region |
| JP2004071645A (ja) | 2002-08-01 | 2004-03-04 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体素子 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08107253A (ja) * | 1994-08-12 | 1996-04-23 | Mitsubishi Electric Corp | 光導波路，半導体レーザ・導波路集積装置，半導体レーザ・導波路・フォトダイオード集積装置，半導体レーザ・導波路・モード整合集積装置，モード整合素子，及びその製造方法 |
-
2010
- 2010-11-08 KR KR1020100110314A patent/KR101688043B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4378255A (en) | 1981-05-06 | 1983-03-29 | University Of Illinois Foundation | Method for producing integrated semiconductor light emitter |
| US4905060A (en) | 1987-05-29 | 1990-02-27 | Hitachi, Ltd. | Light emitting device with disordered region |
| JP2004071645A (ja) | 2002-08-01 | 2004-03-04 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20120048880A (ko) | 2012-05-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI479693B (zh) | 發光裝置及其製造方法 | |
| US8314414B2 (en) | Light emitting device and light emitting device package for improving a light emission efficency | |
| KR102019914B1 (ko) | 발광 소자 | |
| KR101813935B1 (ko) | 발광소자 | |
| US20120025249A1 (en) | Light emitting device and light emitting device package | |
| JP2011228696A (ja) | 発光素子、発光素子パッケージ | |
| KR20120040427A (ko) | 발광소자 및 그 발광 소자의 제조 방법 | |
| KR20130066308A (ko) | 발광소자 | |
| KR20120086485A (ko) | 발광소자 및 그 발광 소자의 제조 방법 | |
| KR101663192B1 (ko) | 발광 소자 | |
| KR20120056467A (ko) | 발광소자 및 그 발광 소자의 제조 방법 | |
| KR101700792B1 (ko) | 발광 소자 | |
| KR20130006846A (ko) | 발광소자 | |
| KR102066609B1 (ko) | 발광 소자 | |
| KR102007401B1 (ko) | 발광소자 | |
| KR101688043B1 (ko) | 발광 소자 및 발광 소자 패키지 | |
| KR101662242B1 (ko) | 발광 소자 및 발광 소자 패키지 | |
| KR101672321B1 (ko) | 발광 소자 | |
| KR101861636B1 (ko) | 발광 소자 | |
| KR20120069212A (ko) | 발광소자 및 그 발광 소자의 제조 방법 | |
| KR101103676B1 (ko) | 발광소자 및 그 발광 소자의 제조 방법 | |
| KR101874574B1 (ko) | 발광소자 및 그 발광 소자의 제조 방법 | |
| KR20130061342A (ko) | 발광소자 | |
| KR20120065704A (ko) | 발광소자 및 그 발광 소자의 제조 방법 | |
| KR20140056929A (ko) | 발광소자 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20191111 Year of fee payment: 4 |