KR101785646B1 - 발광소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 발광소자에 관한 것이다. 실시예의 발광소자는, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제2 도전형 반도체층 아래에 배치되고, 상기 제2 도전형 반도체층과 접촉하는 절연층; 상기 제2 도전형 반도체층 아래에 배치되고, 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 절연층과 접촉하는 오믹층; 상기 오믹층 아래에 배치되고, 상기 오믹층 및 상기 절연층과 접촉하는 반사층; 및 상기 제2 도전형 반도체층 또는 상기 반사층의 아래에 배치되고, 상기 제2 도전형 반도체층, 상기 절연층 및 상기 반사층과 접촉하는 금속 재질의 배리어층; 을 포함한다.
실시예에 따르면, 신뢰성을 향상시킬 수 있는 발광소자를 제공한다.

Description

발광소자 {Light emitting device}
본 발명의 실시예는 발광소자에 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 신뢰성을 향상시킬 수 있는 발광소자를 제공한다.
실시예의 발광소자는, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제2 도전형 반도체층 아래에 배치되고, 상기 제2 도전형 반도체층과 접촉하는 절연층; 상기 제2 도전형 반도체층 아래에 배치되고, 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 절연층과 접촉하는 오믹층; 상기 오믹층 아래에 배치되고, 상기 오믹층 및 상기 절연층과 접촉하는 반사층; 및 상기 제2 도전형 반도체층 또는 상기 반사층의 아래에 배치되고, 상기 제2 도전형 반도체층, 상기 절연층 및 상기 반사층과 접촉하는 금속 재질의 배리어층; 을 포함한다.
또한, 상기 절연층은 80% 이상의 광투과도를 갖는다.
또한, 상기 절연층의 상면은 상기 제2 도전형 반도체층과 접촉되고, 측면은 상기 배리어층 및 상기 오믹층과 접촉되고, 하면은 상기 배리어층, 상기 오믹층 및 상기 반사층과 접촉된다.
또한, 상기 절연층의 두께는 2 내지 2000nm이다.
또한, 상기 절연층은 SiO2, Si3N4, TiOx, Al2O3 중 하나 이상을 포함한다.
또한, 상기 배리어층은 Ni, Pt, Ti, W, V, Fe, Mo 중 하나 이상을 포함한다.
또한, 상기 발광 구조물 상에 형성되고 상기 제1 도전형 반도체층과 접하는 제1 전극; 을 더 포함하고, 상기 절연층은 상기 제1 전극과 적어도 일부 영역이 수직적으로 중첩된다.
또한, 상기 오믹층은 In, Zn, Sn, Ni, Pt, Ag 중 하나 이상을 포함한다.
또한, 상기 반사층은 Ag, Al, Pt, Rh 중 하나 이상을 포함한다.
또한, 상기 배리어층 하부의 본딩층과, 상기 본딩층 하부의 지지 부재를 포함한다.
또한, 상기 오믹층과 상기 반사층 사이에 배치되고, 투광성의 절연물질로 이루어진 확산 방지층; 을 더 포함한다.
또한, 상기 반사층은 이격된 2이상의 반사층으로 구성된다.
또한, 상기 반사층의 양 단부는 각각 상기 절연층과 접촉된다.
또한, 상기 발광 구조물의 측면에 배치되는 패시베이션층; 을 더 포함한다.
또한, 상기 제1 도전형 반도체층의 상면에는 러프니스가 형성된다.
실시예의 발광소자 패키지는, 패키지 몸체; 상기 패키지 몸체 상에 구비되는 상기 발광 소자; 상기 패키지 몸체에 구비되고, 상기 발광 소자와 전기적으로 연결되는 리드 프레임; 및 상기 발광 소자를 포위하는 수지층; 을 포함한다.
실시예에 따르면, 신뢰성을 향상시킬 수 있는 발광소자를 제공한다.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 발광 소자의 AA' 방향으로 절단한 단면도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
도 5는 실시예에 따른 발광소자 패키지를 나타내는 도면이다.
도 6은 발광모듈을 갖는 조명 장치의 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 발광 소자를 나타내는 평면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 발광 소자를 AA' 방향으로 절단한 단면도이다.
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.
도 2를 참조하면, 발광 소자(100)는 지지 부재(support assembly, 110), 본딩층(bonding layer, 120), 배리어층(barrier layer, 130), 반사층(reflector layer, 140), 오믹층(ohmic layer, 150), 절연층(155), 발광 구조물(160), 제1 전극(170)을 포함한다.
지지 부재(110), 본딩층(120), 배리어층(130), 반사층(140) 및 오믹층(150)은 발광 구조물(160)에 전원을 공급하는 제2 전극을 구성할 수 있다.
지지 부재(110)는 전도성 부재 또는 절연 부재일 수 있으며, 발광 구조물(160)을 지지한다. 예를 들어, 지지 부재(110)는 Mo, W, Ni, Cu, Si 등의 금속 또는 Al2O3, SiO2 등의 절연 물질로 이루어질 수 있다.
본딩층(120)은 지지 부재(110)와 배리어층(130) 사이에 배치된다. 본딩층(120)은 지지 부재(110)가 금속층인 배리어층(130)에 접합되도록 한다. 예를 들어, 본딩층(120)은 In, Sn, Ag, Nb, Pd, Ni, Au, Cu 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
배리어층(130)은 본딩층(120)의 금속 이온이 반사층(140)과 오믹층(150) 및 발광 구조물(160)로 확산되는 것을 방지한다. 또한, 배리어층(130)은 금속 재질로 이루어져, 발광 구조물(160)과 제2 전극 사이의 접착력을 향상시키고 계면이 깨어지는 것을 방지하여 발광 소자(100)의 신뢰성이 저하되는 것을 방지한다. 배리어층(130)은 반사층(140) 아래에 배치되어, 제2 도전형 반도체층(162), 절연층(155) 및 반사층(140)과 접촉된다. 예컨대, 배리어층(130)은 Ni, Pt, Ti, W, V, Fe, Mo 중 적어도 하나를 포함하며, 단일층(single layer) 또는 멀티층(multilayer)일 수 있다.
반사층(140)은 배리어층(130) 상에 배치된다. 반사층(140)은 이격된 2이상의 반사층으로 구성되고, 반사층(140)의 양 단부는 각각 절연층(155)과 접촉될 수 있다. 반사층(140)은 발광 구조물(160)로부터 입사되는 광을 반사시켜, 발광 소자(100)의 광 추출 효율을 향상시킨다. 예컨대, 반사층(140)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
또한, 반사층(140)은 금속 또는 합금과 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) 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 반사층(140)은 IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 형성할 수 있다. 반사층(140)은 광 추출 효율을 증가시키기 위한 것으로 반드시 형성되어야 하는 것은 아니다.
오믹층(150)은 반사층(140)과 발광 구조물(160) 사이에 배치된다. 오믹층(150)은 발광 구조물(160), 예컨대, 제2 도전형 반도체층(162)에 오믹 접촉(ohmic contact)되어 제2 전극으로부터 발광 구조물(160)로 전원이 원활히 공급되도록 한다.
예컨대, 오믹층(150)은 In, Zn, Sn, Ni, Pt 및 Ag 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 오믹층(150)은 투광성 전도층과 금속을 선택적으로 사용할 수 있다. 예컨대, 오믹층(150)은 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 포함하며, 단층 또는 다층으로 구현할 수 있다.
절연층(155)은 제2 도전형 반도체층(162) 아래에 배치되고, 제2 도전형 반도체층(162)과 접촉된다. 절연층(155)의 상면은 제2 도전형 반도체층(162)과 접촉되고, 측면은 배리어층(130) 및 오믹층(150)과 접촉되고, 하면은 배리어층(130), 오믹층(150) 및 반사층(140)과 접촉될 수 있다. 절연층(155)의 두께는 2 내지 2000nm 일 수 있다.
절연층(155)은 오믹층(150) 아래에 배치되는 반사층(140)이 제2 도전형 반도체층(162)과 접촉되는 것을 차단하여 발광소자(100)의 신뢰성을 향상시킨다. 반사층(140)을 형성하는 Ag 등은 확산이 잘되는 물질로서, 반사층(140)의 물질이 제2 도전형 반도체층(162)으로 확산되어 활성층(164)과 닿으면 단락이 일어날 수 있다.
절연층(155)은 제1 전극(170)과 적어도 일부 영역이 수직적으로 중첩되도록 배치되어 전류차단층으로 기능할 수 있다. 이 경우, 절연층(155)은 발광 구조물(160)의 특정 부분으로 전류가 집중되는 현상을 완화하여 발광 소자(100)의 발광 효율을 향상시킨다.
절연층(155)은 전기 절연성 물질로 형성되어, 제2 도전형 반도체층(162)과 쇼트키 접촉(Schottky contact)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 절연층(155)은 SiO2, Si3N4, TiOx, Al2O3 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
절연층(155)은 광투과도가 80% 이상인 투과성 물질로 이루어질 수 있다. 그에 따라, 활성층(164)에서 발광되는 광이 절연층(155)에 흡수되지 않고, 반사층(140)에 의해 반사되도록 하여 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
발광 구조물(160)은 배리어층(130), 오믹층(150) 및 절연층(155) 상에 배치된다. 발광 구조물(160)의 측면은 단위 칩으로 구분하는 아이솔레이션(isolation) 에칭 과정에서 경사지게 형성될 수 있다. 즉, 발광 구조물(160)의 측면의 기울기는 지지 부재(110)를 기준으로 0°보다 크고 90°보다 작거나 같을 수 있다. 배리어층(130)의 상면의 일부는 아이솔레이션 에칭에 의해 노출될 수 있다.
발광 구조물(160)은 복수의 3족 내지 5족 원소의 화합물 반도체층들을 포함할 수 있다. 발광 구조물(160)은 배리어층(130), 오믹층(150) 및 절연층(155) 상에 순차적으로 적층되는 제2 도전형 반도체층(162), 활성층(164) 및 제1 도전형 반도체층(166)을 포함할 수 있다.
제2 도전형 반도체층(162)은 배리어층(130), 오믹층(150) 및 절연층(155) 상에 배치되며, 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 원소의 화합물 반도체일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(162)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료를 포함할 수 있다. 제2 도전형 반도체층(162)은 예를 들어, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
활성층(164)은 제2 도전형 반도체층(162) 상에 배치되며, 제2 도전형 반도체층(162) 및 제1 도전형 반도체층(166)으로부터 제공되는 전자(electron)와 정공(hole)의 재결합(recombination) 과정에서 발생하는 에너지에 의해 광을 생성할 수 있다. 활성층(164)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 반도체 재료를 포함할 수 있다. 활성층(164)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW), 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(166)은 활성층(164) 상에 배치되며, 제1 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 원소의 화합물 반도체일 수 있다. 제1 도전형 반도체층(166)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(166)은 예를 들어, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(166)의 상면은 광 추출 효율을 증가시키기 위해 러프니스 패턴(166a)이 형성될 수 있다.
활성층(164)과 제1 도전형 반도체층(166) 사이, 또는 활성층(164)과 제2 도전형 반도체층(162) 사이에는 도전형 클래드층(clad layer)이 형성될 수도 있으며, 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있다.
제1 전극(170)은 발광 구조물(160)의 상면에 배치되어, 제1 도전형 반도체층(166)으로 전원을 공급한다. 제1 전극(170)은 소정의 패턴 형상일 수 있다. 또한, 광 추출 효율을 증가시키기 위하여 제1 전극(170)의 상면에도 러프니스 패턴(미도시)이 형성될 수 있다.
패시베이션층(180)은 발광 구조물(160)을 전기적으로 보호하기 위해 발광 구조물(160)의 측면에 배치될 수 있다. 예컨대, 패시베이션층(180)은 제2 도전형 반도체층(162), 활성층(164), 및 제1 도전형 반도체층(166)의 측면을 감싸도록 배치될 수 있다. 패시베이션층(180)은 절연 물질, 예를 들어, SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3 로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 전극(170)은 제1 도전형 반도체층(166) 위에 소정의 패턴을 형성하고 있다. 제1 전극(170)은 제1 도전형 반도체층(166)의 상면 가장 자리를 따라 배치되는 외부전극(171a 내지 171d)과, 외부전극(171a 내지 171d)의 내부에 배치되는 내부전극(172a, 172b)과, 패드부(173a, 173b)를 포함한다.
외부전극(171a 내지 171d)은 제1 도전형 반도체층(166)의 외곽을 따라서 4개의 변을 갖는 사각형 형태로 배치될 수 있다. 내부전극(172a, 172b)은 외부전극(171a 내지 171d)의 내부에 배치되어 외부전극(171a 내지 171d)의 각각의 변과 연결될 수 있다. 내부전극(172a, 172b)은 외부전극(171a 내지 171d)에 의해 형성되는 공간을 다수의 구획으로 분할할 수 있고, 각각의 구획의 넓이는 동일할 수도 있고, 다를 수도 있다.
외부전극(171a 내지 171d)에는 패드부(173a, 173b)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 패드부(173a, 173b)는 외부전극(171a 내지 171d)에 의해 형성되는 사각형의 꼭지점에 배치될 수 있다. 패드부(173a, 173b)는 전원을 공급하기 위한 와이어와 연결된다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에서 배리어층(130)은 제2 도전형 반도체층(162)과 일부 영역에서 접촉되어, 발광 구조물(160)과 제2 전극 사이의 접착력을 향상시키고 계면이 깨어지는 것을 방지하여 발광 소자(100)의 신뢰성이 저하되는 현상을 감소시킬 수 있다. 또한, 절연층(155)은 반사층(140)의 물질이 제2 도전형 반도체층(162)으로 확산되는 것을 방지하고, 투광성의 절연 물질로 형성되어 발광 효율을 향상시킨다.
도 3은 다른 실시예에 따른 발광 소자를 나타내는 단면도이다. 도 2에 도시된 발광소자와 동일 부분에 대해서는 동일부호로 처리하고, 중복 설명은 생략하기로 한다.
배리어층(230)은 반사층(140) 아래에 배치되어, 제2 도전형 반도체층(162), 절연층(255) 및 반사층(140)과 접촉된다.
절연층(255)은 제2 도전형 반도체층(162) 아래에 배치되고, 제2 도전형 반도체층(162)과 접촉된다. 절연층(255)의 상면은 제2 도전형 반도체층(162)과 접촉되고, 측면은 배리어층(230) 및 오믹층(150)과 접촉되고, 하면은 배리어층(230), 오믹층(150) 및 반사층(140)과 접촉될 수 있다. 절연층(255)의 두께는 2 내지 2000nm 일 수 있다.
절연층(255)은 오믹층(150) 아래에 배치되는 반사층(140)이 제2 도전형 반도체층(162)과 접촉되는 것을 차단하여 발광소자(200)의 신뢰성을 향상시킨다. 반사층(140)을 형성하는 Ag 등은 확산이 잘되는 물질로서, 반사층(140)의 물질이 제2 도전형 반도체층(162)으로 확산되어 활성층(164)과 닿으면 단락이 일어날 수 있다.
절연층(255)은 제1 전극(170)과 적어도 일부 영역이 수직적으로 중첩되도록 배치되어 전류차단층으로 기능할 수 있다. 이 경우, 절연층(255)은 발광 구조물(160)의 특정 부분으로 전류가 집중되는 현상을 완화하여 발광 소자(100)의 발광 효율을 향상시킨다.
절연층(255)은 전기 절연성 물질로 형성되어, 제2 도전형 반도체층(162)과 쇼트키 접촉(Schottky contact)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 절연층(255)은 SiO2, Si3N4, TiOx, Al2O3 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
절연층(255)은 광투과도가 80% 이상인 투과성 물질로 이루어질 수 있다. 그에 따라, 활성층(164)에서 발광되는 광이 절연층(255)에 흡수되지 않고, 반사층(140)에 의해 반사되도록 하여 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서, 발광소자의 가운데에 배치된 절연층(255)은 이격된 2부분으로 형성되고, 절연층(255)의 사이로 배리어층(230)이 관통하여 제2 도전형 반도체층(162)과 접촉될 수 있다.
배리어층(230)은 제1 전극(170)과 적어도 일부 영역이 수직적으로 중첩되도록 배치될 수 있다. 배리어층(230)은 제2 도전형 반도체층(162)과 접촉되는 부분이 오믹 접촉 또는 쇼트키 접촉이 가능하다. 배리어층(230)이 제2 도전형 반도체층(162)과 쇼트키 접촉할 경우에는, 배리어층(230)은 전류차단층의 기능을 하게 된다.
배리어층(230)은 본딩층(120)의 금속 이온이 반사층(140)과 오믹층(150)으로 확산되는 것을 방지한다. 또한, 배리어층(230)은 발광 구조물(160)과 제2 전극 사이의 접착력을 향상시키고 계면이 깨어지는 것을 방지하여 발광 소자(100)의 신뢰성이 저하되는 현상을 감소시킬 수 있다. 예컨대, 배리어층(230)은 Ni, Pt, Ti, W, V, Fe, Mo 중 적어도 하나를 포함하며, 단일층(single layer) 또는 멀티층(multilayer)일 수 있다.
도 4는 다른 실시예에 따른 발광 소자를 나타내는 단면도이다. 도 2에 도시된 발광소자와 동일 부분에 대해서는 동일부호로 처리하고, 중복 설명은 생략하기로 한다.
절연층(355)은 제2 도전형 반도체층(162) 아래에 배치되고, 제2 도전형 반도체층(162)과 접촉된다. 절연층(355)의 상면은 제2 도전형 반도체층(162)과 접촉되고, 측면은 배리어층(330) 및 오믹층(350)과 접촉되고, 하면은 배리어층(330), 오믹층(350) 및 반사층(340)과 접촉될 수 있다. 절연층(355)의 두께는 2 내지 2000nm 일 수 있다.
절연층(355)은 오믹층(350) 아래에 배치되는 반사층(340)이 제2 도전형 반도체층(162)과 접촉되는 것을 차단하여 발광소자(300)의 신뢰성을 향상시킨다. 반사층(340)을 형성하는 Ag 등은 확산이 잘되는 물질로서, 반사층(340)의 물질이 제2 도전형 반도체층(162)으로 확산되어 활성층(164)과 닿으면 단락이 일어날 수 있다.
절연층(355)은 제1 전극(170)과 적어도 일부 영역이 수직적으로 중첩되도록 배치되어 전류차단층으로 기능할 수 있다. 이 경우, 절연층(355)은 발광 구조물(160)의 특정 부분으로 전류가 집중되는 현상을 완화하여 발광 소자(300)의 발광 효율을 향상시킨다.
절연층(355)은 전기 절연성 물질로 형성되어, 제2 도전형 반도체층(162)과 쇼트키 접촉(Schottky contact)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 절연층(355)은 SiO2, Si3N4, TiOx, Al2O3 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
절연층(355)은 광투과도가 80% 이상인 투과성 물질로 이루어질 수 있다. 그에 따라, 활성층(164)에서 발광되는 광이 절연층(355)에 흡수되지 않고, 반사층(140)에 의해 반사되도록 하여 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
발광소자의 가운데에 배치된 절연층(355)은 이격된 2부분으로 형성되고, 절연층(355)의 사이로 배리어층(330)이 관통하여 제2 도전형 반도체층(162)과 접촉될 수 있다.
배리어층(330)은 반사층(340) 아래에 배치되어, 제2 도전형 반도체층(162), 절연층(355) 및 반사층(340)과 접촉된다. 본 실시예에서, 배리어층(330)은 절연층(355)의 사이를 관통하여 제2 도전형 반도체층(162)과 접촉되는 것으로 도시되지만, 도 2에 도시된 것처럼 절연층(155)의 하면과 접촉될 수도 있다.
배리어층(330)은 본딩층(120)의 금속 이온이 반사층(340)과 오믹층(350)으로 확산되는 것을 방지한다. 또한, 배리어층(330)은 발광 구조물(160)과 제2 전극 사이의 접착력을 향상시키고 계면이 깨어지는 것을 방지하여 발광 소자(300)의 신뢰성이 저하되는 현상을 감소시킬 수 있다. 예컨대, 배리어층(330)은 Ni, Pt, Ti, W, V, Fe, Mo 중 적어도 하나를 포함하며, 단일층(single layer) 또는 멀티층(multilayer)일 수 있다.
반사층(340)은 배리어층(330) 상에 배치된다. 반사층(340)은 발광 구조물(160)로부터 입사되는 광을 반사시켜 주어, 발광 소자(100)의 광 추출 효율을 향상시킨다. 예컨대, 반사층(340)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
오믹층(350)은 반사층(340)과 발광 구조물(160) 사이에 배치된다. 오믹층(350)은 발광 구조물(160), 예컨대, 제2 도전형 반도체층(162)에 오믹 접촉(ohmic contact)되어 제2 전극으로부터 발광 구조물(160)로 전원이 원활히 공급되도록 한다.
예컨대, 오믹층(350)은 In, Zn, Sn, Ni, Pt 및 Ag 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 오믹층(350)은 투광성 전도층과 금속을 선택적으로 사용할 수 있다. 예컨대, 오믹층(350)은 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 포함하며, 단층 또는 다층으로 구현할 수 있다.
본 실시예에서, 반사층(340)과 오믹층(350) 사이에 확산방지층(357)이 배치된다. 확산방지층(357)은 투광성을 갖는 절연 물질, 예를 들어, ZnO, SiO2, SiON, Si3N4, Al2O3, TiO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 확산방지층(357)은 반사층(340)의 이온(예컨대, Ag 이온)이 오믹층(350)을 통과하여 제2 도전형 반도체층(162)으로 침투하는 것을 감소시켜, 발광 소자(100)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
확산방지층(357)은 다수의 이격된 도트 형태일 수 있으며, 그 형상은 다각형, 원형, 타원형 등과 같이 다양한 형태일 수 있다. 확산방지층(357)은 반사층(340)과 오믹층(350) 사이의 접착력을 향상시킬 수 있다. 확산방지층(357)의 두께는 0.5nm ~ 1000nm일 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 발광소자 패키지를 나타낸다.
상기 발광소자 패키지(400)는 패키지 몸체(410), 리드 프레임(412, 414), 발광소자(420), 반사판(425), 와이어(430) 및 수지층(440)을 포함한다.
패키지 몸체(410)의 상면에는 캐비티(cavity)가 형성될 수 있다. 상기 캐비티의 측벽은 경사지게 형성될 수 있다. 패키지 몸체(410)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. 실시예는 패키지 몸체(310)의 재질, 구조 및 형상으로 한정되지 않는다.
리드 프레임(412, 414)은 열 배출이나 발광소자의 장착을 고려하여 서로 전기적으로 분리되도록 패키지 몸체(410)에 배치된다. 발광소자(420)는 리드 프레임(412, 414)과 전기적으로 연결된다. 발광소자(420)는 도 1 내지 도 4의 실시예에 도시된 발광소자일 수 있다.
반사판(425)은 발광소자에서 방출된 빛을 소정의 방향으로 지향시키도록 패키지 몸체(410)의 캐비티 측벽에 형성된다. 반사판(425)은 광반사 물질로 이루어지며, 예컨대, 금속 코팅이거나 금속 박편일 수 있다.
수지층(440)은 패키지 몸체(410)의 캐비티 내에 위치하는 발광소자(420)를 포위하여 발광소자(420)를 외부 환경으로부터 보호한다. 수지층(440)은 에폭시 또는 실리콘과 같은 무색 투명한 고분자 수지 재질로 이루어질 수 있다. 수지층(440)에는 발광소자(420)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 6은 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 인쇄회로기판(printed circuit board; PCB)(21) 상에 구비되는 적어도 하나의 발광소자(22)를 포함할 수 있으며, 다수의 발광소자(22)가 인쇄회로기판(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.
110 : 지지 부재 120 : 본딩층
130 : 배리어층 140 : 반사층
150 : 오믹층 155 : 절연층
160 : 발광 구조물 162 : 제2 도전형 반도체층
164 : 활성층 166 : 제1 도전형 반도체층
166a : 러프니스 170 : 제1 전극
171a, 171b, 171c, 171d : 외부전극 172a, 172b : 내부전극
173a, 173b : 패드부 180 : 패시베이션층
230 : 배리어층 255 : 절연층
330 : 배리어층 340 : 반사층
350 : 오믹층 355 : 절연층
357 : 확산방지층 400: 발광소자 패키지
410: 패키지 몸체 412, 414: 리드 프레임
420 : 발광소자 425: 반사판
430 : 와이어 440: 충전재

Claims (16)

  1. 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 제2 도전형 반도체층 아래에 배치되고, 상기 제2 도전형 반도체층과 접촉하는 절연층;
    상기 제2 도전형 반도체층 아래에 배치되고, 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 절연층과 접촉하는 오믹층;
    상기 오믹층 아래에 배치되고, 상기 오믹층 및 상기 절연층과 접촉하는 반사층;
    상기 제2 도전형 반도체층 또는 상기 반사층의 아래에 배치되고, 상기 제2 도전형 반도체층, 상기 절연층 및 상기 반사층과 접촉하는 금속 재질의 배리어층; 및
    상기 오믹층과 상기 반사층 사이에 배치되고, 상기 반사층의 이온이 상기 오믹층을 통과하여 상기 제2 도전형 반도체층으로 침투하는 것을 감소시키는 확산방지층
    을 포함하고,
    상기 확산방지층은,
    상기 오믹층과 상기 반사층의 경계면을 따라 배치되고, 서로 이격된 복수개를 포함하며,
    상기 반사층은,
    복수의 상기 확산방지층을 각각 둘러싸는 복수의 함몰부와 상기 오믹층과 접촉하는 복수의 돌출부로 구성되는 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연층의 상면은 상기 제2 도전형 반도체층과 접촉되고, 측면은 상기 배리어층 및 상기 오믹층과 접촉되고, 하면은 상기 배리어층, 상기 오믹층 및 상기 반사층과 접촉되는 발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발광 구조물 상에 형성되고 상기 제1 도전형 반도체층과 접하는 제1 전극;
    을 더 포함하고,
    상기 절연층은 상기 제1 전극과 적어도 일부 영역이 수직적으로 중첩되는 발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 확산방지층은 투광성의 절연물질로 이루어진 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반사층은 서로 이격된 복수개로 구성되고, 복수의 상기 반사층의 양 단부는 각각 상기 절연층과 접촉되는 발광소자.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 구조물의 측면에 배치되는 패시베이션층을 더 포함하고,
    상기 제1 도전형 반도체층의 상면에는 러프니스가 형성된 발광소자.
  7. 패키지 몸체;
    상기 패키지 몸체 상에 구비되는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 발광 소자;
    상기 패키지 몸체에 구비되고, 상기 발광 소자와 전기적으로 연결되는 리드 프레임; 및
    상기 발광 소자를 포위하는 수지층;
    을 포함하는 발광소자 패키지.
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