KR101693869B1 - 발광 소자, 발광 소자 제조방법, 발광 소자 패키지 및 조명 시스템 - Google Patents

발광 소자, 발광 소자 제조방법, 발광 소자 패키지 및 조명 시스템 Download PDF

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Abstract

실시예에 따른 발광 소자는 언도프트 영역, 상기 언도프트 영역의 내측에 형성되는 제1 도전영역 및 상기 언도프트 영역의 외측에 형성되는 제2 도전영역을 포함하는 전도성 지지부재; 상기 전도성 지지부재 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층, 제2 도전형 반도체층을 포함하고, 상기 제2 도전형 반도체층이 상기 전도성 지지부재와 전기적으로 연결되는 발광부; 상기 발광부 상에 상기 제1 도전형 반도체층과 연결되는 제1 전극; 상기 전도성 지지부재 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층, 제2 도전형 반도체층을 포함하고, 상기 발광부와 이격되는 정전기 보호부; 및, 일단이 상기 정전기 보호부의 제1 도전형 반도체층과 접하고 타단이 상기 전도성 지지부재의 제1 도전영역과 접하는 제2 전극;을 포함한다.

Description

발광 소자, 발광 소자 제조방법, 발광 소자 패키지 및 조명 시스템{LIGHT EMITTING DEVICE, METHOD FOR FABRICATING THE LIGHT EMITTING DEVICE, LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE AND LIGHTING SYSTEM}
본 발명은 발광 소자, 발광 소자 제조방법, 발광 소자 패키지 및 조명 시스템에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광 소자는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성의 장점을 가진다. 이에 기존의 광원을 발광 소자로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 발광 소자는 실내외에서 사용되는 각종 램프, 액정표시장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 사용이 증가되고 있는 추세이다.
실시예는 새로운 구조를 갖는 발광 소자를 제공할 수 있다.
실시예는 수직형 발광 소자에 정전 보호 소자를 내장할 수 있는 발광 소자 및 그 제조방법, 발광 소자 패키지, 조명 시스템을 제공한다.
실시예에 따른 발광 소자는 언도프트 영역, 상기 언도프트 영역의 내측에 형성되는 제1 도전영역 및 상기 언도프트 영역의 외측에 형성되는 제2 도전영역을 포함하는 전도성 지지부재; 상기 전도성 지지부재 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층, 제2 도전형 반도체층을 포함하고, 상기 제2 도전형 반도체층이 상기 전도성 지지부재와 전기적으로 연결되는 발광부; 상기 발광부 상에 상기 제1 도전형 반도체층과 연결되는 제1 전극; 상기 전도성 지지부재 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층, 제2 도전형 반도체층을 포함하고, 상기 발광부와 이격되는 정전기 보호부; 및, 일단이 상기 정전기 보호부의 제1 도전형 반도체층과 접하고 타단이 상기 전도성 지지부재의 제1 도전영역과 접하는 제2 전극;을 포함한다.
실시예는 새로운 구조를 갖는 발광 소자를 제공할 수 있다.
실시예는 수직형 발광 소자에 정전 보호 소자를 내장할 수 있는 발광 소자 및 그 제조방법, 발광 소자 패키지, 조명 시스템을 제공한다.
도 1은 실시 예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도
도 2 내지 도 8은 실시 예에 따른 발광소자 제조과정을 나타낸 도면
도 9는 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지의 단면도
도 10은 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 백라이트 유닛을 도시하는 도면
도 11은 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 조명 유닛의 사시도.
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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 따른 발광 소자에 대해 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 발광 소자(100)는 발광부(101), 정전기 보호부(103), 도전부(104), 상기 발광부(101), 정전기 보호부(103) 및 도전부(104)를 지지하는 전도성 지지부재(190)를 포함한다.
상기 발광부(101)는 제1 도전형 반도체층(110), 활성층(120), 제2 도전형 반도체층(130), 오믹 접촉층(150), 제1 전극(115)을 포함한다.
발광 구조층(135)은 제1 도전형 반도체층(110), 활성층(120), 제2 도전형 반도체층(130)을 포함할 수 있고 상기 발광 구조층(135)의 내측면에는 제1 보호막(140), 제2 보호막(195) 및 제3 보호막(196)이 형성되어 상기 발광부(101) 및 정전기 보호부(103)를 전기적으로 분리한다. 상기 제1,2,3 보호막(140, 195, 196)은 SiO2, Si3N4, Al2O3 또는 TiO2 중 적어도 하나의 절연 물질로 형성될 수 있다.
상기 제1 보호막(140)은 상기 발광부(101) 및 정전기 보호부(103)의 사이에 형성되고, 정전기 보호부(103) 및 도전부(104)의 사이에 형성될 수 있다. 상기 제1 보호막(140)은 상기 제1 도전형 반도체층(110), 활성층(120), 제2 도전형 반도체층(130)이 쇼트되는 것을 방지할 수 있다.
상기 발광부(101) 및 정전기 보호부(103)의 사이에 형성되는 제1 보호막(140)은 홀(109)에 의해 분리될 수 있다. 상기 홀(109)에는 제1 보호막(140)이 형성되고, 상기 제1 보호막(140)의 외측에 제3 보호막(196)이 형성될 수 있다. 또한 상기 정전기 보호부(103) 측에 형성되는 제3 보호막(196)의 외측영역에는 제2 전극(131)이 형성되어 상기 정전기 보호부(103)의 제1 도전형 반도체층(110)과 상기 발광부(101)의 제2 도전형 반도체층(130)을 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 발광부(101) 및 도전부(104)의 사이에 형성되는 제1 보호막(140)은 분리되지 않고 연결될 수 있다. 상기 도전부(104)는 제1 도전형 반도체층(110)이 노출되도록 상기 활성층(120) 및 제2 도전형 반도체층(130)이 식각되어 형성될 수 있다.
상기 제2 보호막(195)은 상기 발광부(103) 및 도전부(104)의 사이에 형성된 제2 리세스(108)의 측면에 형성될 수 있다. 상기 제2 보호막(195)에 의해 상기 발광부(103)의 오믹층(150) 및 반사층(160)과 상기 도전부(104)의 오믹층(150) 및 반사층(160)이 쇼트되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제3 보호막(196)은 상기 홀(109)이 형성된 상기 발광 구조층(135)의 내측면과 오믹층(150) 및 반사층(160)이 쇼트되는 것을 방지하며, 상기 발광부(101) 및 보호부(103)를 전기적으로 분리시킬 수 있다.
상기 제3 보호막(196)과 상기 전도성 지지부재(190)가 접하는 영역에 언도프트 영역(180)이 포함되도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 언도프트 영역(180)은 상기 제3 보호막(196)과 전도성 지지부재(190)가 접하는 영역의 내부에서 정전기 보호부(103)측에 형성된 상기 제3 보호막(196)과 접하도록 형성될 수 있고, 상기 제2 보호막(195)과 전도성 지지부재(190)가 접하는 영역의 내부에서 도전부(104)측에 형성된 상기 제2 보호막(195)과 접하도록 형성될 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(130) 아래에는 오믹 접촉층(150)이 형성될 수 있다. 상기 오믹 접촉층(150)은 상기 제2 도전형 반도체층(130)에 오믹 접촉되어 상기 발광 구조층(135)에 전원이 원활히 공급되도록 한다.
상기 오믹 접촉층(150)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, Pt, Ni/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 이용하여 단층 또는 다층으로 구현할 수 있다.
상기 오믹 접촉층(150) 아래에는 반사층(160)이 형성될 수 있다. 상기 반사층(160)은 상기 발광 구조층(135)으로부터 입사되는 빛을 반사시켜 주어, 상기 발광 소자(100)의 발광 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 반사층(160)은 예를 들어, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 또는 Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다. 또는, 상기 금속 또는 합금과 ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있으며, 구체적으로는, IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni, Ag/Cu, Ag/Pd/Cu 등으로 적층될 수 있다.
상기 반사층(160) 아래에는 확산 방지막(DBL:Diffusion Blocking Layer)(170) 및 웨이퍼 본딩층(WBL:Wafer Bonding Layer)(175)이 형성될 수 있다. 웨이퍼 본딩시 발생하는 확산현상에 의해 금속이 반사층(160) 및 발광 구조층(135)에 도달하는 경우, 반사도 저하로 인하여 광도가 감소될 수 있고, 소자의 신뢰성이 저하할 수 있으므로 상기 확산 방지막(170)에 의하여 이를 방지할 수 있고 상기 확산 방지막(170)은 Ni, Nb, Pt, W 등의 물질로 형성될 수 있다.
그리고 웨이퍼 본딩층(175)은 상기 확산 방지막(170) 및 전도성 지지부재(190)에 접촉되어, 상기 층들 사이의 접착력을 강화시켜 줄 수 있다.
상기 웨이퍼 본딩층(175)은 배리어 금속 또는 본딩 금속 등을 포함하며, 예를 들어, Au/Sn, Pd/In, Pd/Sn, Ag/In, Ni/Sn, Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Al, Si, Ag 또는 Ta 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 확산 방지막(170) 및 웨이퍼 본딩층(175) 아래에는 전도성 지지부재(190)가 형성될 수 있다. 상기 전도성 지지부재(190)는 상기 발광 구조층(135)을 지지할 수 있다.
상기 전도성 지지부재(190)는 내부에 언도프트 영역(180)을 형성할 수 있다. 상기 전도성 지지부재(190)는, 예를 들어 언도프트 기판상에 제2 도전형 도펀트를 선택적으로 주입하여 제1 도전영역(191)과 제2 도전영역(192)을 형성하고 상기 제2 도전형 도펀트가 도핑되지 않은 영역에 언도프트 영역(180)이 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 언도프트 기판상에 제2 도전형 도펀트를 주입하여 제1 도전영역(191)과 제2 도전영역(192)을 형성하였으나 제1 도전형 도펀트를 주입하여 제1 도전영역(191)과 제2 도전영역(192)을 형성할 수도 있다.
상기 도전부(104)의 제2 도전형 반도체층(130) 및 활성층(120)이 식각되므로, 상기 도전부(104)의 제1 도전형 반도체층(110)이 상기 전도성 지지부재(190)의 제2 도전영역(192)을 통해 상기 정전기 보호부(103)의 제2 도전형 반도체층(130)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 반도체 발광소자(100)에는 크게 발광부(101)와 정전기 보호부(103)로 분리되어 형성됨으로써, ESD로부터 발광부(101)를 보호할 수 있다. 즉, 상기 제1 전극(115)과 상기 제2 전극(131)을 통해 순방향 바이어스를 공급하면, 반도체 발광소자(100)는 LED 영역에서 동작하게 된다. 또한 ESD 전압이 인가되면 상기 정전기 보호부(103)가 동작하여 발광부(101)를 보호하게 된다.
삭제
상기 제1 도전형 반도체층(110) 위에는 제1 전극(115)이 형성될 수 있다. 상기 제1 전극(115)은 소정의 패턴 형상으로 분기될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 상기 제1 전극(115)은 적어도 하나의 패드, 상기 패드에 연결된 적어도 한 가지 형상의 전극 패턴이 동일 또는 상이한 적층 구조로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제2 전극(131)은 일단이 정전기 보호부(103)의 제1 도전형 반도체층(110)에 연결되며, 타단이 제2 도전형 도펀트로 일부영역이 도핑된 전도성 지지부재(190)의 제1 도전영역(191)을 통하여 발광부(101)의 제2 도전형 반도체층(130)과 전기적으로 연결되도록 형성될 수 있다.
상기 정전기 보호부(103)는 상기 발광부(101)의 50% 미만의 면적으로 형성될 수 있고, 상기 활성층(120)의 면적을 확보하기 위하여 바람직하게는 10~20%의 면적으로 형성될 수 있다.
상기 구성에 의하여 상기 발광부(101)와 정전기 보호부(103)는 발광 소자(100)의 내부에서 상기 제2전극(131)과 전도성 지지부재(190)의 제1 도전영역(191)을 통해 정전기 보호부(103)의 제1 도전형 반도체층(110)과 발광부(101)의 제2 도전형 반도체층(130)이 전기적으로 연결되고, 상기 언도프트 영역(180)의 외측에 형성된 제2 도전영역(192)을 통해 발광부(101)의 제1 도전형 반도체층(110)과 정전기 보호부(103)의 제2 도전형 반도체층(130)이 전기적으로 연결되어 ESD 전압은 상기 정전기 보호부(103)로 통과하게 되므로, 상기 발광부(101)를 보호할 수 있게 되어 발광 소자(100)의 신뢰성이 향상될 수 있고 언도프트 영역(180)을 포함하여 선택적으로 도핑된 상기 전도성 지지부재(190)가 발광 구조층(135)과 연결되므로 전도성 지지부재(190)의 접착과정에서 정전기 보호부(103)를 형성할 수 있으므로 공정이 단순화될 수 있다.
도 2 내지 도 8은 실시예에 따른 발광소자 제조과정을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 성장 기판(105) 상에 발광 구조층(135)을 형성할 수 있다.
상기 성장 기판(105)은 예를 들어, 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 본 실시예에서는 Si을 예를 들어 설명한다.
상기 발광 구조층(135)은 상기 성장 기판(105) 상에 상기 제1 도전형 반도체층(110), 활성층(120) 및 제2 도전형 반도체층(130)을 순차적으로 성장함으로써 형성될 수 있다.
상기 발광 구조층(135)은 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.
한편, 상기 발광 구조층(135) 및 상기 성장 기판(105) 사이에는 둘 사이의 격자 상수 차이를 완화하기 위해 버퍼층(미도시)이 형성될 수도 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(110)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 Ⅲ―ⅤⅢ―Ⅴ족 원소의 화합물 반도체로 화학식은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)이고, 예를 들어, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP 또는 AlGaInP 중 적어도 하나로 선택될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(110)이 N형 반도체층인 경우, 상기 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 N형 도펀트를 포함한다. 상기 제1 도전형 반도체층(110)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(110) 위에는 활성층(120)이 형성되며, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW), 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 활성층(120)이 양자우물구조로 형성된 경우 예컨데, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 우물층과 InaAlbGa1 -a-bN (0≤a≤1, 0 ≤b≤1, 0≤a+b≤1)의 조성식을 갖는 장벽층을 갖는 단일 또는 양자우물구조를 가질 수 있다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
상기 활성층(120)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수도 있으며, 상기 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있다.
상기 활성층(120) 위에는 제2 도전형 반도체층(130)이 형성되고, 상기 제2 도전형 반도체층(130)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 Ⅲ―Ⅴ족 원소의 화합물 반도체로 화학식은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)이고, 예컨대, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(130)이 P형 반도체층인 경우, 상기 제2 도전형 도펀트는 Mg, Be, Zn 등과 같은 P형 도펀트를 포함할 수 있다.
또한 상기 제2 도전형 반도체층(130) 위에는 제3 도전형 반도체층(미도시)을 형성할 수도 있다. 또한 상기 제1 도전형 반도체층(110)이 p형 반도체층이고, 제2 도전형 반도체층(130)이 n형 반도체층으로 구현될 수도 있다. 여기서 제 3도전형 반도체층은 제2 도전형 반도체층이 n형 반도체층인 경우 p형 반도체층으로 형성되며, p형 반도체층인 경우 n형 반도체층으로 구현될 수 있다. 상기 발광부(101)는 np 접합, pn 접합, npn 접합, 또는 pnp 접합 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 3을 참고하면, 상기 발광 구조층(135)의 일부가 식각되어 상기 제1 도전형 반도체층(110)의 일부가 노출되도록, 제1 리세스(107) 및 제2 리세스(108)를 복수의 영역에 형성할 수 있다. 상기 제1 리세스(107) 및 제2 리세스(108)에 의해 발광부(101), 정전기 보호부(103) 및 도전부(104)가 형성되는 영역으로 분리될 수 있다. 상기 제1 리세스(107) 및 제2 리세스(108)는 ICP(Inductively Coupled Plasma)와 같은 드라이 에칭 또는 KOH, H2SO4, H3PO4와 같은 에천트를 사용한 웨트 에칭을 사용하여 실시될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 리세스(107)는 둘레의 활성층(120)이 식각되지 않도록 형성하고, 상기 제2 리세스(108)는 제2 리세스(108)를 기준으로 상기 제1 리세스(107) 맞은편의 제1 도전형 반도체층(110) 및 활성층(120)이 식각되어 제1 도전형 반도체층(110)이 노출되도록 형성할 수 있다.
도 3에서 상기 제1 리세스(107) 및 제2 리세스(108)를 형성하는 발광 구조층(135)의 측면은 상기 발광 구조층(135)의 주면에 대하여 수직하게 형성되었으나 상기 제1 리세스(107) 및 제2 리세스(108)의 폭이 상기 제2 도전형 반도체층(130)으로부터 상기 제1 도전형 반도체층(110)에 인접할수록 증가하거나 또는 감소하도록 사다리꼴 형상으로 형성될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 상기 제1 리세스(107) 및 제2 리세스(108)를 형성하는 발광 구조층(135)의 내측면에 제1 보호막(140)이 형성된다. 제1 리세스(107)에 형성되는 상기 제1 보호막(140)은 발광 구조층(135)의 내측면과 제2 도전형 반도체층(130) 상에 형성될 수 있고, 상기 제2 리세스(108)에 형성되는 제1 보호막(140)은 일단이 제2 도전형 반도체층(130) 및 발광 구조층(135)의 내측면에 형성되고 제1 도전형 반도체층(110)을 통해 타단이 제1 도전형 반도체층(110)의 일부를 덮도록 형성될 수 있다.
상기 제1 보호막(140)은 전자빔(E-beam) 증착, 스퍼터링(Sputtering), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있으나 이에 대해 한정하지 않는다. 상기 제1 보호막(140)은 SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 등의 절연 물질 중에서 형성될 수 있고, 상기 발광 구조층(135)이 전기적으로 쇼트되는 것을 방지할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 제1,2 도전형 반도체층(110, 130)과 상기 제1 보호막(140) 상에 오믹 접촉층(150), 반사층(160), 확산 방지막(170) 및 웨이퍼 본딩층(175)을 형성할 수 있다.
상기 오믹 접촉층(150), 반사층(160), 확산 방지막(170) 및 웨이퍼 본딩층(175)은 예를 들어, 전자빔(E-beam) 증착, 스퍼터링(Sputtering), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 중 어느 하나의 방법에 의해 형성될 수 있다.
상기 반사층(160)은 상기 발광 구조층(135)으로부터 입사되는 빛을 반사할 수 있으며, 예를 들어, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, 또는 Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다. 또는, 상기 금속 또는 합금과 ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있으며, 구체적으로는, IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 적층될 수 있다.
다음으로, 상기 반사층(160) 위에 확산 방지막(170) 및 웨이퍼 본딩층(175)을 형성할 수 있다.
다음으로, 제2 리세스(108)를 형성하는 발광 구조층(135)의 내측면에 제2 보호막(195)을 형성할 수 있다. 상기 제2 보호막(195)은 상기 제2 리세스(108)의 측면 및 웨이퍼 본딩층(175) 상의 일부에 형성될 수 있고 상기 제2 리세스(108)를 전부 메우도록 형성할 수도 있다.
상기 제2 보호막(195)은 제1 보호막(140)과 동일한 방법으로 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 확산 방지막(170) 및 웨이퍼 본딩층(175) 위에 전도성 지지부재(190)를 형성할 수 있다. 본 실시예에서 상기 전도성 지지부재(190)는 도핑되지 않은 실리콘(Si) 기판상에 제2 도전형 도펀트를 선택적으로 주입(implantation)하여 제2 도전형 도펀트로 도핑된 영역을 선택적으로 형성하여 제1 도전영역(191), 언도프트 영역(180) 및 제2 도전영역(192)을 포함하도록 형성될 수 있다.
상기 언도프트 영역(180)에 의하여 제1 도전영역(191)과 제2 도전영역(192)이 전기적으로 분리될 수 있다.
본 실시예에서 상기 언도프트 영역(180)은 단면이 'ㄷ'자 형상으로 형성되었으나 상기 언도프트 영역(180)의 외측에 형성되는 제2 도전영역(192)을 통하여 정전기 보호부(103)의 제2 도전형 반도체층(130)과 발광부(101)의 제1 도전형 반도체층(110)이 전기적으로 연결되고, 제1 도전영역(191)에 의하여 상기 발광부(101)의 제2 도전형 반도체층(130)과 정전기 보호부(103)의 제1 도전형 반도체층(110)이 절연되는 구조로 형성되면 족하고 특정한 형상으로 한정되지 않는다.
도 7을 참고하면, 도 6의 발광 소자에서 성장 기판(105)을 제거할 수 있다. 상기 성장기판(101)은 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off) 또는 에칭 중 적어도 하나의 방법에 의해 제거될 수 있고, 상기 성장기판(101)을 제거함에 따라, 제1 도전형 반도체층(110)의 표면이 노출된다.
다음으로 제1 리세스(107)가 형성된 제1 도전형 반도체층(110)의 일부를 식각하여 홀(109)을 형성한다. 상기 홀(109)은 상기 제1 도전형 반도체층(110)의 상면에 홀(109)의 형상에 대응하는 패턴을 포함하는 패턴 마스크를 형성하고, 상기 패턴 마스크를 따라 에칭 공정을 실시함으로써 형성될 수 있다.
도 8을 참고하면, 상기 홀(109)이 형성된 발광 구조층(135), 오믹 접촉층(150), 반사층(160), 확산 방지막 및 웨이퍼 본딩층(170)의 측면에 제3 보호막(196)을 형성할 수 있다.
다음으로, 발광부(101)의 제1 도전형 반도체층(110) 위에 제1 전극(115)이 형성되고, 제2 전극(131)이 일단은 보호부(103)의 제1 도전형 반도체층(110)에 접하고 타단은 제1 도전영역(191)에 접하도록 형성되어 보호부(103)의 제1 도전형 반도체층(110)과 발광부(101)의 제2 도전형 반도체층(130)이 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 도전부(104)의 제1 도전형 반도체층(110)과 정전기 보호부(103)의 제2 도전형 반도체층(130)이 상기 제2 도전영역(192)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 전극(115) 및 제2 전극(131)은 전기 전도성이 좋은 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, Ti, Ni, Cr, Au, 또는 Cu 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지 않는다.
도 9를 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 몸체(30)와, 상기 패키지 몸체(30)에 설치된 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)과, 상기 패키지 몸체(30)에 설치되어 상기 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)과 전기적으로 연결되는 발광 소자(100)와, 상기 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(40)를 포함한다.
상기 패키지 몸체(30)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 측면이 경사면으로 형성된 캐비티를 가질 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 패키지 몸체(30) 상에 설치되거나 상기 제1 전극층(31) 또는 제2 전극층(32) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 실시예에서는 상기 발광 소자(100)가 상기 제1 전극층(31)과 와이어(50)를 통해 전기적으로 연결되고 상기 제2 전극층(32)과 직접 접촉하여 전기적으로 연결된 것이 예시되어 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.
실시예에 따른 발광 소자 패키지는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광 소자 패키지에서 방출되는 광의 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능하거나 조명 유닛으로 기능할 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 백라이트 유닛, 조명 유닛, 지시 장치, 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 10은 실시예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 백라이트 유닛을 도시하는 도면이다. 다만, 도 10의 백라이트 유닛(1100)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 10을 참조하면, 상기 백라이트 유닛(1100)은 바텀 프레임(1140)과, 상기 바텀 프레임(1140) 내에 배치된 광가이드 부재(1120)와, 상기 광가이드 부재(1120)의 적어도 일 측면 또는 하면에 배치된 발광 모듈(1110)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 광가이드 부재(1120) 아래에는 반사시트(1130)가 배치될 수 있다.
상기 바텀 프레임(1140)은 상기 광가이드 부재(1120), 상기 발광 모듈(1110) 및 상기 반사시트(1130)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(1110)은 기판(300)과, 상기 기판에 탑재된 복수개의 실시예에 따른 발광 소자 패키지(200)를 포함할 수 있다. 상기 복수개의 발광 소자 패키지(200)는 상기 광가이드 부재(1120)에 빛을 제공할 수 있다.
도시된 것처럼, 상기 발광 모듈(1110)은 상기 바텀 프레임(1140)의 내측면들 중 적어도 어느 하나에 배치될 수 있으며, 이에 따라 상기 광가이드 부재(1120)의 적어도 하나의 측면을 향해 빛을 제공할 수 있다.
다만, 상기 발광 모듈(1110)은 상기 바텀 프레임(1140)의 아래에 배치되어, 상기 광가이드 부재(1120)의 밑면을 향해 빛을 제공할 수도 있으며, 이는 상기 백라이트 유닛(1100)의 설계에 따라 다양하게 변형 가능하므로 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 광가이드 부재(1120)는 상기 바텀 프레임(1140) 내에 배치될 수 있다. 상기 광가이드 부재(1120)는 상기 발광 모듈(1110)로부터 제공받은 빛을 면광원화 하여, 표시 패널(미도시)로 가이드할 수 있다.
상기 광가이드 부재(1120)는 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 광가이드 부재(1120)의 상측에는 광학 시트(1150)가 배치될 수도 있다.
상기 광학 시트(1150)는 예를 들어 확산 시트, 집광 시트, 휘도상승 시트, 및 형광 시트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 시트(1150)는 상기 확산 시트, 집광 시트, 휘도상승 시트 및 형광 시트가 적층되어 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 확산 시트(1150)는 상기 발광 모듈(1110)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 휘도상승 시트는 상기 집광 시트로부터 출사된 광의 편광도를 증가시킬 수 있다. 상기 집광 시트는 예를 들어, 수평 또는/및 수직 프리즘 시트일 수 있다. 또한, 상기 휘도상승 시트는 예를 들어, 조도 강화 필름(Dual Brightness Enhancement film) 일 수 있다. 또한, 상기 형광 시트는 형광체가 포함된 투광성 플레이트 또는 필름이 될 수도 있다.
상기 광가이드 부재(1120)의 아래에는 상기 반사시트(1130)가 배치될 수 있다. 상기 반사시트(1130)는 상기 광가이드 부재(1120)의 하면을 통해 방출되는 빛을 상기 광가이드 부재(1120)의 출사면을 향해 반사할 수 있다.
상기 반사시트(1130)는 반사율이 좋은 수지 재질, 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 11은 실시예들에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 유닛의 사시도이다. 다만, 도 11의 조명 유닛(1200)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 11을 참조하면, 상기 조명 유닛(1200)은 케이스 몸체(1210)와, 상기 케이스 몸체(1210)에 설치된 발광 모듈(1230)과, 상기 케이스 몸체(1210)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(1220)를 포함할 수 있다.
상기 케이스 몸체(1210)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 발광 모듈(1230)은 기판(300)과, 상기 기판(300)에 탑재되는 적어도 하나의 실시예에 따른 발광 소자 패키지(200)를 포함할 수 있다.
상기 기판(300)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 기판(300)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다.
상기 기판(300) 상에는 상기 적어도 하나의 실시예에 따른 발광 소자 패키지(200)가 탑재될 수 있다. 상기 발광 소자 패키지(200)는 각각 적어도 하나의 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)를 포함할 수 있다. 상기 발광 다이오드는 적색, 녹색, 청색 또는 백색의 유색 빛을 각각 발광하는 유색 발광 다이오드 및 자외선(UV, UltraViolet)을 발광하는 UV 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 발광 모듈(1230)은 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광 다이오드의 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. 또한, 상기 발광 모듈(1230)에서 방출되는 광의 진행 경로 상에는 형광 시트가 더 배치될 수 있으며, 상기 형광 시트는 상기 발광 모듈(1230)에서 방출되는 광의 파장을 변화시킨다. 예를 들어, 상기 발광 모듈(1230)에서 방출되는 광이 청색 파장대를 갖는 경우 상기 형광 시트에는 황색 형광체가 포함될 수 있으며, 상기 발광 모듈(1230)에서 방출된 광은 상기 형광 시트를 지나 최종적으로 백색광으로 보여지게 된다.
상기 연결 단자(1220)는 상기 발광 모듈(1230)와 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 도 11에 도시된 것에 따르면, 상기 연결 단자(1220)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 연결 단자(1220)는 핀(pin) 형태로 형성되어 외부 전원에 삽입되거나, 배선에 의해 외부 전원에 연결될 수도 있는 것이다.
상술한 바와 같은 조명 시스템은 상기 발광 모듈에서 방출되는 광의 진행 경로 상에 광가이드 부재, 확산 시트, 집광 시트, 휘도상승 시트 및 형광 시트 중 적어도 어느 하나가 배치되어, 원하는 광학적 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 실시예들에 따른 조명 시스템은 실시예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 포함함으로써 광 효율이 향상될 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.
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.

Claims (8)

  1. 언도프트 영역, 상기 언도프트 영역의 내측에 형성되는 제1 도전영역 및 상기 언도프트 영역의 외측에 형성되는 제2 도전영역을 포함하는 전도성 지지부재;
    상기 전도성 지지부재 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층, 제2 도전형 반도체층을 포함하고, 상기 제2 도전형 반도체층이 상기 전도성 지지부재와 전기적으로 연결되는 발광부;
    상기 발광부 상에 배치되며 상기 발광부의 제1 도전형 반도체층과 연결되는 제1 전극;
    상기 전도성 지지부재 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층, 제2 도전형 반도체층을 포함하고, 상기 발광부와 이격되는 정전기 보호부; 및,
    일단이 상기 정전기 보호부의 제1 도전형 반도체층과 접하고 타단이 상기 전도성 지지부재의 제1 도전영역과 접하는 제2 전극;을 포함하고,
    상기 발광부는 상기 제1 도전형 반도체층이 형성된 도전부를 포함하고,
    상기 도전부의 제 1 도전형 반도체층은 상기 제 2 도전영역을 통해 상기 정전기 보호부의 제 2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 발광 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 정전기 보호부의 제2 도전형 반도체층과 상기 발광부의 제1 도전형 반도체층은 상기 제2 도전영역에 의해 전기적으로 연결되는 발광 소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전도성 지지부재와 제2 도전형 반도체층 사이에 반사층을 더 포함하는 발광 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 정전기 보호부 및 발광부의 사이에 형성되는 제1 리세스 및 상기 발광부의 내부에 형성되는 제2 리세스를 더 포함하는 발광 소자.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1,2 리세스의 측면에 형성되는 보호막을 더 포함하는 발광 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 발광부 및 정전기 보호부 상의 일부 영역과 측면에 형성되는 보호막을 형성하는 발광 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도전영역 및 제2 도전영역은 상기 언도프트 영역에 의해 전기적으로 절연되는 발광 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 도전부와 상기 발광부 사이의 보호막을 포함하는 발광 소자.
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