KR101843420B1 - 발광소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지 - Google Patents

발광소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지 Download PDF

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Abstract

실시 예에 따른 발광 소자는, 제1도전형 반도체층; 상기 제1도전형 반도체층 위에 제2도전형 반도체층; 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 배치되며, 교대로 적층된 복수의 우물층과 복수의 장벽층을 포함하는 활성층; 및 상기 활성층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 상기 장벽층 및 상기 제2도전형 반도체층의 에너지 밴드 갭보다 넓은 밴드 갭을 갖는 전자 장벽층을 포함하며, 상기 전자장벽층은 제1, 2 및 제3층의 적층 구조를 포함하는 AlGaN계 반도체층으로서, 상기 제1층은 상기 Al의 조성이 10%미만이며, 상기 제2층은 상기 Al의 조성이 상기 제1층 및 상기 제3층보다 더 높다.

Description

발광소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지{LIGHT EMITTING DEVICE, METHOD FOR FABRICATING THE SAME, AND LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE}
실시예는 발광소자, 발광소자 제조방법, 및 발광소자 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 발광소자이다. 최근 발광 다이오드는 휘도가 점차 증가하게 되어 디스플레이용 광원, 자동차용 광원 및 조명용 광원으로 사용이 증가하고 있다.
최근에는 청색 또는 녹색 등의 단파장 광을 생성하여 풀 컬러 구현이 가능한 고출력 발광 칩이 개발된바 있다. 이에, 발광 칩으로부터 출력되는 광의 일부를 흡수하여 광의 파장과 다른 파장을 출력하는 형광체를 발광 칩 상에 도포함으로써, 다양한 색의 발광 다이오드를 조합할 수 있으며 백색 광을 발광하는 발광 다이오드도 구현이 가능하다.
실시 예는 새로운 구조의 전자 장벽층을 갖는 발광 소자를 제공한다.
실시예는 활성층과 제2도전형 반도체층 사이에 알루미늄(Al) 조성비가 다른 적어도 2개의 반도체층을 배치한 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 알루미늄의 함량과 도펀트의 농도가 복수의 반도체층을 포함하는 전자 장벽층을 포함하는 발광 소자를 제공한다.
실시 예에 따른 발광 소자는, 제1도전형 반도체층; 상기 제1도전형 반도체층 위에 제2도전형 반도체층; 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 배치되며, 교대로 적층된 복수의 우물층과 복수의 장벽층을 포함하는 활성층; 및 상기 활성층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 상기 장벽층 및 상기 제2도전형 반도체층의 에너지 밴드 갭보다 넓은 밴드 갭을 갖는 전자 장벽층을 포함하며, 상기 전자장벽층은 제1, 2 및 제3층의 적층 구조를 포함하는 AlGaN계 반도체층으로서, 상기 제1층은 상기 Al의 조성이 10%미만이며, 상기 제2층은 상기 Al의 조성이 상기 제1층 및 상기 제3층보다 더 높다.
실시예는 새로운 구조의 전자 장벽층을 제공할 수 있다.
실시예는 발광 소자의 내부 양자 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 발광 소자 및 이를 구비한 발광 소자 패키지의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 2는 도 1의 전자 장벽층의 에너지 밴드 다이어그램이다.
도 3은 도 1의 전자 장벽층의 에너지 밴드 다이어그램의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 실시 예에 있어서, 알루미늄 조성에 따른 밴드 갭과 분극 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5은 도 1의 발광 소자의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1의 발광 소자의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 7는 도 5의 발광 소자를 갖는 발광소자 패키지를 나타낸 도면이다.
도 8은 실시 예에 따른 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 9는 실시 예에 따른 표시 장치의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 실시 예에 따른 조명장치를 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 실시예에 따른 발광소자 및 그 제조방법에 대해서 상세하게 설명한다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/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 제1실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 발광소자(100)는 기판(111), 버퍼층(113), 저전도층(115), 제1도전형 반도체층(117), 활성층(119), 전자 장벽층(121), 및 제2도전형 반도체층(123)을 포함할 수 있다.
상기 기판(111)은 투광성, 절연성 또는 도전성 기판을 이용할 수 있으며, 예컨대, 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, Ga2O3, LiGaO3 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 상기 기판(111)의 상면에는 복수의 돌출부(112)가 형성될 수 있으며, 상기의 복수의 돌출부(112)는 상기 기판(111)의 식각을 통해 형성하거나, 별도의 러프니스와 같은 광 추출 구조로 형성될 수 있다. 상기 돌출부(112)는 스트라이프 형상, 반구형상, 또는 돔(dome) 형상을 포함할 수 있다. 상기 기판(111)의 두께는 30㎛~150㎛ 범위로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 기판(111) 위에는 복수의 화합물 반도체층이 성장될 수 있으며, 상기 복수의 화합물 반도체층의 성장 장비는 전자빔 증착기, PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition), 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 스퍼터링(sputtering), MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 등에 의해 형성할 수 있으며, 이러한 장비로 한정하지는 않는다.
상기 기판(111) 위에는 버퍼층(113)이 형성될 수 있으며, 상기 버퍼층(113)은 II족 내지 VI족 화합물 반도체를 이용하여 적어도 한 층으로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(113)은 III족-V족 화합물 반도체를 이용한 반도체층을 포함하며, 예컨대, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체로서, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 등과 같은 화합물 반도체 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 버퍼층(113)은 서로 다른 반도체층을 교대로 배치하여 초 격자 구조로 형성될 수 있다.
상기 버퍼층(113)은 상기 기판(111)과 질화물 계열의 반도체층과의 격자 상수의 차이를 완화시켜 주기 위해 형성될 수 있으며, 결함 제어층으로 정의될 수 있다. 상기 버퍼층(113)은 상기 기판(111)과 질화물 계열의 반도체층 사이의 격자 상수 사이의 값을 가질 수 있다. 상기 버퍼층(113)은 ZnO 층과 같은 산화물로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 버퍼층(113)은 30~500nm 범위로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 버퍼층(113) 위에 저 전도층(115)이 형성되며, 상기 저 전도층(115)은 언도프드 반도체층일 수 있고, 제1도전형 반도체층(117)보다 낮은 전기 전도성을 가진다. 상기 저 전도층(115)은 3족-5족 화합물 반도체를 이용한 GaN계 반도체로 구현될 수 있으며, 이러한 언도프드 반도체층은 의도적으로 도전형 도펀트를 도핑하지 않더라도 도펀트를 가지며 제1도전형보다 전도성이 낮은 저 전도성 특성을 가지게 된다. 상기 언도프드 반도체층은 형성하지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 저 전도층(115)은 복수의 제1도전형 반도체층(117) 사이에 형성될 수 있다.
상기 저 전도층(115) 위에는 제1도전형 반도체층(117)이 형성될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(117)은 제1도전형 도펀트가 도핑된 III족-V족 화합물 반도체로 구현되며, 예컨대 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(117)이 n형 반도체층인 경우, 상기 제1도전형의 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함한다.
상기 저 전도층(115)와 상기 제1도전형 반도체층(117) 중 적어도 한 층에는 서로 다른 제1층과 제2층이 교대로 배치된 초격자 구조로 형성될 수 있으며, 상기 제1층과 제2층의 두께는 수 Å 이상으로 형성될 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(117)과 상기 활성층(119) 사이에는 제1클래드층(미도시)이 형성될 수 있으며, 상기 제1클래드층은 GaN계 반도체로 형성될 수 있다. 이러한 제1클래드층은 캐리어를 구속시켜 주는 역할을 한다. 다른 예로서, 상기 제1 클래드층(미도시)은 InGaN층 또는 InGaN/GaN 초격자 구조로 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다. 상기 제1 클래드층은 n형 또는/및 p형 도펀트를 포함할 수 있으며, 예컨대 제1도전형 또는 저 전도성의 반도체층으로 형성될 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(117) 위에는 활성층(119)이 형성된다. 상기 활성층(119)은 단일 우물, 단일 양자 우물, 다중 우물, 다중 양자 우물(MQW), 양자 선, 양자 점 구조 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 활성층(119)은 우물층과 장벽층이 교대로 배치되며, 상기 우물층은 에너지 준위가 연속적인 우물층일 수 있다. 또한 상기 우물층은 에너지 준위가 양자화된 양자 우물(Quantum Well)일 수 있다. 상기의 우물층은 양자 우물층으로 정의될 수 있으며, 상기 장벽층은 양자 장벽층으로 정의될 수 있다. 상기 우물층과 상기 장벽층의 페어는 2~30주기로 형성될 수 있다. 상기 우물층은 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 상기 장벽층은 상기 우물층의 밴드 갭보다 더 넓은 밴드 갭을 갖는 반도체층으로 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 상기 우물층과 장벽층의 페어는 예컨대, InGaN/GaN, AlGaN/GaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 우물층의 두께는 1.5~14nm 범위 내에 형성될 수 있으며, 예컨대 2~4nm 범위 내에서 형성될 수 있다. 상기 장벽층의 두께는 상기 우물층의 두께보다 더 두껍고 5~30nm의 범위 내에 형성될 수 있으며, 예컨대 5~7nm 범위 내에서 형성될 수 있다. 상기 장벽층 중 어느 하나는 n형 도펀트를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 활성층(119)은 자외선 대역부터 가시광선 대역의 파장 범위 내에서 선택적으로 발광할 수 있으며, 예컨대 420nm~450nm 범위의 피크 파장을 발광할 수 있다.
상기 활성층(119) 위에는 전자 장벽층(121)이 형성되며, 상기 전자 장벽층은(121)은 상기 활성층(119)의 장벽층의 밴드 갭보다 더 높은 밴드 갭을 가지며, III족-V족 화합물 반도체 예컨대, AlGaN계 반도체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전자 장벽층(121)은 복수의 반도체층(L1,L2,L3)을 포함할 수 있으며, p형 도펀트를 포함할 수 있다. 상기 복수의 반도체층(L1,L2,L3)은 AlGaN층으로 형성되며, 적어도 하나는 III족 원소의 함량 또는/및 도펀트의 농도가 다른 층과 다르게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 III족 원소는 알루미늄 및 갈륨을 포함한다.
상기 전자 장벽층(121)은 상기 활성층(119) 위에 제1반도체층(L1), 상기 제1반도체층(L1) 위에 제2반도체층(L2) 및 상기 제2반도체층(L2) 위에 제3반도체층(L3)을 포함한다. 상기 전자 장벽층(121)은 제1도전형 반도체층(117)으로 전달되는 전자를 블록킹하고, 정공이 더 주입될 수 있도록 가이드한다.
상기 전자 장벽층(121) 위에는 제2도전형 반도체층(123)이 형성되며, 상기 제2도전형 반도체층(123)은 제2도전형의 도펀트를 포함한다. 상기 제2도전형 반도체층(123)은 III족-V족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 등과 같은 화합물 반도체 중 적어도 하나로 이루어질 수 있으며, 단층 또는 다층을 포함한다. 상기 제2도전형 반도체층(123)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
발광 구조물(150)의 층들의 전도성 타입은 반대로 형성될 수 있으며, 예컨대 상기 제2도전형의 반도체층(123)은 n형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층(117)은 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 또한 상기 제2도전형 반도체층(123) 위에는 상기 제2도전형과 반대의 극성을 갖는 제3도전형 반도체층인 n형 반도체층이 더 형성할 수도 있다. 상기 반도체 발광소자(100)는 상기 제1도전형 반도체층(117), 활성층(119) 및 상기 제2도전형 반도체층(123)을 발광 구조물(150)로 정의될 수 있으며, 상기 발광 구조물(150)은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 적어도 한 구조를 포함할 수 있다. 상기 n-p 및 p-n 접합은 2개의 층 사이에 활성층이 배치되며, n-p-n 접합 또는 p-n-p 접합은 3개의 층 사이에 적어도 하나의 활성층을 포함하게 된다.
도 1 내지 도3을 참조하면, 상기 전자 장벽층(121)은 제 1내지 제3반도체층(L1,L2,L3)의 적층 구조를 포함한다.
상기 제1반도체층(L1)은 AlGaN층으로 형성되며, 상기 제2반도체층(L2)의 알루미늄 함량보다 작은 알루미늄 함량을 갖고, 상기 제2반도체층(L2)의 제2도전형 도펀트 농도보다 더 낮은 농도의 제2도전형 도펀트를 갖는다. 상기 제2반도체층(L2)은 AlGaN층으로 형성되며, 상기 제1 및 제3반도체층(L1,L3)의 알루미늄 함량보다 더 높은 알루미늄 함량을 갖고, 상기 제1 및 제3반도체층(L1,L3)의 제2도전형 도펀트 농도보다 더 높은 농도의 제2도전형 도펀트를 갖는다. 상기 제3반도체층(L3)은 AlGaN층으로 형성되며, 상기 제2반도체층(L2)의 알루미늄 함량보다 작고 상기 제2도전형 반도체층(123)의 알루미늄 함량보다 높은 알루미늄의 함량을 갖고, 상기 제2반도체층(L2)의 제2도전형 도펀트 농도보다 더 낮은 농도의 제2도전형 도펀트를 갖는다. 여기서, 상기 제2도전형 도펀트는 P형 도펀트이다.
상기 제1반도체층(L1)은 AlxGa1 -xN(0<x<0.1)의 조성식으로 형성되며, 상기 제2반도체층(L2)은 AlxGa1 -xN(0.18<x<0.3)의 조성식으로 형성되며 의 조성식으로 형성되며, 상기 제3반도체층(L3)은 AlxGa1 -xN(0.15<x<0.2)의 조성식으로 형성된다. 상기 전자 장벽층(121)은 알루미늄(Al)의 조성비를 변화시켜 주어, 격자 상수 차이에 의해서 발생되는 내부 응력을 감소시켜 줄 수 있다.
상기 제1반도체층(L1)은 알루미늄 조성이 10% 미만이며, 도 4의 그래프에서 구간 D1으로서, 격자 상수 차이가 작아지며, 정공 농도 대비 분극(P)에 의한 전도 대역의 에너지 밴드 갭(B)이 작아지게 된다. 이에 따라 상기 전자 장벽층(121)에 가해지는 압전 전기장이 감소하게 되며, 상기 활성층(119)의 마지막 우물층이 플랫한 에너지 밴드 갭으로 형성될 수 있어, 내부 양자 효율이 증가되는 효과가 있다. 또한 상기 제1반도체층(L1)은 알루미늄 조성이 10% 미만인 경우, AlGaN의 밴드 갭 에너지가 작기 때문에 비교적 적은 농도의 P형 도펀트 농도로 전도성을 가질 수 있으며, 상기 P형 도펀트의 농도가 작기 때문에 저항이 낮아져 저 전류에서 신뢰성이 개선되는 효과가 있다.
상기 제2반도체층(L2)은 알루미늄의 조성이 10%를 초과한 경우(도 4의 구간 D2), 정공의 농도가 선형적으로 증가하게 되며, 전도 대역의 에너지 밴드 갭(B)이 비 선형적으로 증가된다. 이러한 제2반도체층(L2)에 알루미늄의 조성이 30%까지 증가되므로, 실질적인 전자 장벽층으로 기능하게 된다. 또한 상기 제2반도체층(L2)은 알루미늄의 조성이 18% 초과 30% 미만인 조성을 갖고 있기 때문에 에너지 밴드 갭이 제1반도체층(L1)에 비해 더 증가하게 된다. 이러한 에너지 밴드 갭은 전자 장벽층의 역할을 하면서, p형 도펀트의 농도에 의해 전도성이 증가되게 되어, 정공 주입이 용이하게 된다.
상기 제3반도체층(L3)은 알루미늄 조성이 제2반도체층(L2)와 제2도전형 반도체층(123)의 사이의 조성을 갖고(도 4의 구간 D3), 제2도전형 반도체층(123)과 전자 장벽층(121) 간의 격자 상수 차이를 완화시키고, 제1반도체층(L1)과 제2도전형 반도체층(123) 사이에 2차원 전자 가스(2DEG: Two-dimensional electron gas)를 형성하여, 정공의 주입이 원활하게 하는 역할을 한다.
전자 장벽층(121)의 각 층(L1,L2,L3)의 p형 도펀트 농도(z)를 보면, 상기 제1반도체층(L1)은 0<z<5×1019의 도펀트 농도로 형성되며, 상기 제2반도체층(L2)은 5.0×1019<z<2.0×1020의 도펀트 농도로 형성되며, 상기 제3반도체층(L3)은 0<z<5×1019 의 도펀트 농도로 형성된다.
도 2는 전자 장벽층의 에너지 밴드 다이어그램이다. 도 2에서 세로 축은 에너지 밴드 갭의 절대 크기(eV)를 나타내며, 가로 축은 성장 방향을 나타낸다.
도 2를 보면, 제1반도체층(L1)의 에너지 밴드 갭이 우물층(W1) 및 장벽층(B1)보다 높고 다른 제2 및 제3반도체층(L2,L3)보다 좁고, 제2반도체층(L2)의 에너지 밴드 갭이 다른 두 층들(L1,L3)보다 넓고, 상기 제3반도체층(L3)의 에너지 밴드 갭이 제2반도체층(L2)과 상기 제2도전형 반도체층(123) 사이에 배치된다. 이에 따라 상기 제2반도체층(L2)은 전자 장벽층으로 기능하면서, 상기 제3반도체층(L3)을 통해 주입되는 정공을 다른 층(L1,L3)보다 더 높은 도펀트 농도에 의해 상기 활성층(119)으로 전달하게 된다.
한편, 상기 기판(111) 위의 화합물 반도체층(113~123)은 다음과 같은 성장 장비에 의해 성장될 수 있다. 상기 성장 장비는 예컨대, 전자빔 증착기, PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition), 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 스퍼터링(sputtering), MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)에 의해 형성할 수 있으며, 이러한 장비로 한정하지는 않는다.
상기 전자 장벽층(121)의 성장 방법은 예컨대, 소정의 성장 온도(예: 900℃ 이상) 하에서 H2 또는/및 N2를 캐리어 가스로 사용하여 NH3, TMGa(또는 TEGa), TMAl를 소스로 공급하여, AlGaN으로 이루어진 층을 형성할 수 있다. 상기 전자 장벽층(121)의 성장 온도는 상기 활성층(119)의 성장 온도보다 높고, 그 밴드 갭은 상기 활성층(119)의 장벽층과 동일하거나 상기 장벽층보다 더 높은 밴드 갭으로 형성될 수 있다.
도 3은 도 1의 전자 장벽층의 에너지 밴드 다이어그램의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 전자 장벽층(121)의 제1 내지 제3반도체층(L1,L2,L3)은 AlGaN층이며, 알루미늄의 조성이 주기적으로 증가된다. 상기 제1내지 제3반도체층(L1,L2,L3)은 AlxGa1 -xN(0<x<0.2)까지 순차적으로 증가하게 되며, 제1내지 제3반도체층(L1,L2,L3)의 에너지 밴드 갭은 제2도전형 반도체층(123)으로 갈수록 점차 넓어지게 된다.
도 5은 도 1의 발광 소자의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 발광 소자(101)는 발광 구조물(150) 위에 전극층(141) 및 제2전극(145)이 형성되며, 상기 제1도전형 반도체층(117) 위에 제1전극(143)이 형성된다.
상기 전극층(141)은 전류 확산층으로서, 투과성 및 전기 전도성을 가지는 물질로 형성될 수 있다. 상기 전극층(141)은 화합물 반도체층의 굴절률보다 낮은 굴절률로 형성될 수 있다.
상기 전극층(141)은 제2도전형 반도체층(123)의 상면에 형성되며, 그 물질은 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), ZnO, IrOx, RuOx, NiO 등 중에서 선택되며, 적어도 한 층으로 형성될 수 있다. 상기 전극층(141)은 반사 전극층으로 형성될 수 있으며, 그 물질은 예컨대, Al, Ag, Pd, Rh, Pt, Ir 및 이들 중 2이상의 합금 중에서 선택적으로 형성될 수 있다.
상기 제2전극(145)은 상기 제2도전형 반도체층(123) 및/또는 상기 전극층(141) 위에 형성될 수 있으며, 전극 패드를 포함할 수 있다. 상기 제2전극(145)은 암(arm) 구조 또는 핑거(finger) 구조의 전류 확산 패턴이 더 형성될 수 있다. 상기 제2전극(145)은 오믹 접촉, 접착층, 본딩층의 특성을 갖는 금속으로 비 투광성으로 이루어질 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1도전형 반도체층(117)의 일부에는 제1전극(143)이 형성된다. 상기 제1전극(143)과 상기 제2전극(145)은 Ti, Ru, Rh, Ir, Mg, Zn, Al, In, Ta, Pd, Co, Ni, Si, Ge, Ag 및 Au와 이들의 선택적인 합금 중에서 선택될 수 있다.
상기 발광 소자(101)의 표면에 절연층이 더 형성될 수 있으며, 상기 절연층은 발광 구조물(145)의 층간 쇼트(short)를 방지하고, 습기 침투를 방지할 수 있다.
도 6은 도 1의 발광 소자의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 발광 구조물(150) 아래에 전류 블록킹층(161), 채널층(163) 및 제2전극(170)이 배치된다. 상기 전류 블록킹층(161)은 SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 채널층(163) 사이에 적어도 하나가 형성될 수 있다.
상기 전류 블록킹층(161)은 상기 발광 구조물(150) 위에 배치된 제1전극(181)과 상기 발광 구조물(150)의 두께 방향으로 대응되게 배치된다. 상기 전류 블록킹층(161)은 상기 제2전극(170)으로부터 공급되는 전류를 차단하여, 다른 경로로 확산시켜 줄 수 있다.
상기 채널층(163)은 상기 제2도전형 반도체층(123)의 하면 에지를 따라 형성되며, 링 형상, 루프 형상 또는 프레임 형상으로 형성될 수 있다. 상기 채널층(163)은 ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO, SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 채널층(163)의 내측부는 상기 제2도전형 반도체층(123) 아래에 배치되고, 외측부는 상기 발광 구조물(150)의 측면보다 더 외측에 배치된다.
상기 제2도전형 반도체층(123) 아래에 제2전극(170)이 형성될 수 있다. 상기 제2전극(170)은 복수의 전도층(165,167,169)을 포함할 수 있다.
상기 제2전극(170)은 오믹 접촉층(165), 반사층(167), 및 본딩층(169)을 포함한다. 상기 오믹 접촉층(165)은 ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등과 같은 저 전도성 물질이거나 Ni, Ag의 금속을 이용할 수 있다. 상기 오믹 접촉층(165) 아래에 반사층(167)이 형성되며, 상기 반사층(167)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 적어도 하나의 층을 포함하는 구조로 형성될 수 있다. 상기 반사층(167)은 상기 제2도전형 반도체층(123) 아래에 접촉될 수 있으며, 금속으로 오믹 접촉하거나 ITO와 같은 저 전도 물질로 오믹 접촉할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 반사층(167) 아래에는 본딩층(169)이 형성되며, 상기 본딩층(169)은 베리어 금속 또는 본딩 금속으로 사용될 수 있으며, 그 물질은 예를 들어, Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag 및 Ta와 선택적인 합금 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 본딩층(169) 아래에는 지지 부재(173)가 형성되며, 상기 지지 부재(173)는 전도성 부재로 형성될 수 있으며, 그 물질은 구리(Cu-copper), 금(Au-gold), 니켈(Ni-nickel), 몰리브덴(Mo), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC 등)와 같은 전도성 물질로 형성될 수 있다. 상기 지지부재(173)는 다른 예로서, 전도성 시트로 구현될 수 있다.
여기서, 상기 도 1의 기판은 제거하게 된다. 상기 성장 기판의 제거 방법은 물리적 방법(예: Laser lift off) 또는/및 화학적 방법(습식 에칭 등)으로 제거할 수 있으며, 상기 제1도전형 반도체층(117)을 노출시켜 준다. 상기 기판이 제거된 방향을 통해 아이솔레이션 에칭을 수행하여, 상기 제1도전형 반도체층(117) 상에 제1전극(181)을 형성하게 된다.
상기 제1도전형 반도체층(117)의 상면에는 러프니스와 같은 광 추출 구조(117A)로 형성될 수 있다. 상기 발광 구조물(150)의 측벽보다 외측에는 상기 채널층(163)의 외측부가 노출되며, 상기 채널층(163)의 내측부는 상기 제2도전형 반도체층(123)의 하면에 접촉될 수 있다.
이에 따라 발광 구조물(150) 위에 제1전극(181) 및 아래에 지지 부재(173)를 갖는 수직형 전극 구조를 갖는 발광 소자(102)가 제조될 수 있다.
도 7은 도 5의 발광 소자를 갖는 발광소자 패키지를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 발광소자 패키지(200)는 몸체(210)와, 상기 몸체(210)에 적어도 일부가 배치된 제1 리드전극(211) 및 제2 리드전극(212)과, 상기 몸체(210) 상에 상기 제1 리드전극(211) 및 제2 리드전극(212)과 전기적으로 연결되는 상기 발광 소자(101)와, 상기 몸체(210) 상에 상기 발광 소자(101)를 포위하는 몰딩부재(220)를 포함한다.
상기 몸체(210)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 몸체(210)는 위에서 볼 때 내부에 캐비티(cavity) 및 그 둘레에 경사면을 갖는 반사부(215)를 포함한다.
상기 제1 리드전극(211) 및 상기 제2 리드전극(212)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 몸체(210) 내부를 관통하도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 리드전극(211) 및 상기 제2 리드전극(212)은 일부는 상기 캐비티 내부에 배치되고, 다른 부분은 상기 몸체(210)의 외부에 배치될 수 있다.
상기 제1 리드전극(211) 및 제2 리드전극(212)은 상기 발광 소자(101)에 전원을 공급하고, 상기 발광 소자(101)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광 소자(101)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 기능을 할 수도 있다.
상기 발광 소자(101)는 상기 몸체(210) 상에 설치되거나 상기 제1 리드전극(211) 또는/및 제2 리드전극(212) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(101)의 와이어(216)는 상기 제1 리드전극(211) 또는 제2 리드전극(212) 중 어느 하나에 전기적으로 연결될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
상기 몰딩부재(220)는 상기 발광 소자(101)를 포위하여 상기 발광 소자(101)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(220)에는 형광체가 포함되고, 이러한 형광체에 의해 상기 발광 소자(101)에서 방출된 광의 파장이 변화될 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지는 조명 시스템에 적용될 수 있다. 상기 조명 시스템은 복수의 발광 소자 또는 발광 소자 패키지가 어레이된 구조를 포함하며, 도 8 및 도 9에 도시된 표시 장치, 도 10에 도시된 조명 장치를 포함하고, 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판 등이 포함될 수 있다.
도 8은 실시 예에 따른 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 8을 참조하면, 표시 장치(1000)는 도광판(1041)과, 상기 도광판(1041)에 빛을 제공하는 발광 모듈(1031)와, 상기 도광판(1041) 아래에 반사 부재(1022)와, 상기 도광판(1041) 위에 광학 시트(1051)와, 상기 광학 시트(1051) 위에 표시 패널(1061)과, 상기 도광판(1041), 발광 모듈(1031) 및 반사 부재(1022)를 수납하는 바텀 커버(1011)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 바텀 커버(1011), 반사시트(1022), 도광판(1041), 광학 시트(1051)는 라이트 유닛(1050)으로 정의될 수 있다.
상기 도광판(1041)은 상기 발광 모듈(1031)로부터 제공된 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1041)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈(1031)은 상기 도광판(1041)의 적어도 일 측면에 배치되어 상기 도광판(1041)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 표시 장치의 광원으로써 작용하게 된다.
상기 발광모듈(1031)은 적어도 하나를 포함하며, 상기 도광판(1041)의 일 측면에서 직접 또는 간접적으로 광을 제공할 수 있다. 상기 발광 모듈(1031)은 보드(1033)과 상기에 개시된 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(200)를 포함하며, 상기 발광 소자 패키지(200)는 상기 보드(1033) 상에 소정 간격으로 어레이될 수 있다. 상기 보드는 인쇄회로기판(printed circuit board)일 수 있지만, 이에 한정하지 않는다. 또한 상기 보드(1033)은 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자 패키지(200)는 상기 바텀 커버(1011)의 측면 또는 방열 플레이트 상에 탑재될 경우, 상기 보드(1033)은 제거될 수 있다. 상기 방열 플레이트의 일부는 상기 바텀 커버(1011)의 상면에 접촉될 수 있다. 따라서, 발광 소자 패키지(200)에서 발생된 열은 방열 플레이트를 경유하여 바텀 커버(1011)로 방출될 수 있다.
상기 복수의 발광 소자 패키지(200)는 상기 보드(1033) 상에 빛이 방출되는 출사면이 상기 도광판(1041)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자 패키지(200)는 상기 도광판(1041)의 일측면인 입광부에 광을 직접 또는 간접적으로 제공할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 도광판(1041) 아래에는 상기 반사 부재(1022)가 배치될 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 도광판(1041)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 상기 표시 패널(1061)로 공급함으로써, 상기 표시 패널(1061)의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 바텀 커버(1011)의 상면일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 상기 도광판(1041), 발광모듈(1031) 및 반사 부재(1022) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1011)는 상면이 개구된 박스(box) 형상을 갖는 수납부(1012)가 구비될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 바텀 커버(1011)는 탑 커버(미도시)와 결합될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 또한 상기 바텀 커버(1011)는 열 전도성이 좋은 금속 또는 비 금속 재료를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 표시 패널(1061)은 예컨대, LCD 패널로서, 서로 대향되는 투명한 재질의 제 1 및 제 2기판, 그리고 제 1 및 제 2기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 상기 표시 패널(1061)의 적어도 일면에는 편광판이 부착될 수 있으며, 이러한 편광판의 부착 구조로 한정하지는 않는다. 상기 표시 패널(1061)은 상기 발광 모듈(1031)로부터 제공된 광을 투과 또는 차단시켜 정보를 표시하게 된다. 이러한 표시 장치(1000)는 각 종 휴대 단말기, 노트북 컴퓨터의 모니터, 랩탑 컴퓨터의 모니터, 텔레비전과 같은 영상 표시 장치에 적용될 수 있다.
상기 광학 시트(1051)는 상기 표시 패널(1061)과 상기 도광판(1041) 사이에 배치되며, 적어도 한 장 이상의 투광성 시트를 포함한다. 상기 광학 시트(1051)는 예컨대 확산 시트(diffusion sheet), 수평 및 수직 프리즘 시트(horizontal/vertical prism sheet), 및 휘도 강화 시트(brightness enhanced sheet) 등과 같은 시트 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 또는/및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 상기 표시 패널(1061)로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다. 또한 상기 표시 패널(1061) 위에는 보호 시트가 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 모듈(1031)의 광 경로 상에는 광학 부재로서, 상기 도광판(1041), 및 광학 시트(1051)를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 9는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 갖는 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 표시 장치(1100)는 바텀 커버(1152), 상기에 개시된 발광 소자 패키지(200)가 어레이된 보드(1120), 광학 부재(1154), 및 표시 패널(1155)을 포함한다.
상기 보드(1120)과 상기 발광 소자 패키지(200)는 발광 모듈(1060)로 정의될 수 있다. 상기 바텀 커버(1152), 적어도 하나의 발광 모듈(1060), 광학 부재(1154)는 라이트 유닛(미도시)으로 정의될 수 있다.
상기 바텀 커버(1152)에는 수납부(1153)를 구비할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 광학 부재(1154)는 렌즈, 도광판, 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 도광판은 PC 재질 또는 PMMA(Poly methy methacrylate) 재질로 이루어질 수 있으며, 이러한 도광판은 제거될 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 상기 표시 패널(1155)으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다.
상기 광학 부재(1154)는 상기 발광 모듈(1060) 위에 배치되며, 상기 발광 모듈(1060)로부터 방출된 광을 면 광원하거나, 확산, 집광 등을 수행하게 된다.
도 10은 실시 예에 따른 조명 장치의 사시도이다.
도 10을 참조하면, 조명 장치(1500)는 케이스(1510)와, 상기 케이스(1510)에 설치된 발광모듈(1530)과, 상기 케이스(1510)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(1520)를 포함할 수 있다.
상기 케이스(1510)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 발광 모듈(1530)은 보드(1532)과, 상기 보드(1532)에 탑재되는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(200)를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자 패키지(200)는 복수개가 매트릭스 형태 또는 소정 간격으로 이격되어 어레이될 수 있다.
상기 보드(1532)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, FR-4 기판 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 보드(1532)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등의 코팅층될 수 있다.
상기 보드(1532) 상에는 적어도 하나의 발광 소자 패키지(200)가 탑재될 수 있다. 상기 발광 소자 패키지(200) 각각은 적어도 하나의 LED(LED: Light Emitting Diode) 칩을 포함할 수 있다. 상기 LED 칩은 적색, 녹색, 청색 또는 백색 등과 같은 가시 광선 대역의 발광 다이오드 또는 자외선(UV, Ultra Violet)을 발광하는 UV 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈(1530)은 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광 소자 패키지(200)의 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(1520)는 상기 발광모듈(1530)과 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 상기 연결 단자(1520)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 연결 단자(1520)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.
111:기판 113: 버퍼층
115: 저 전도층 117: 제1도전형 반도체층
119: 활성층 121: 전자 장벽층
123: 제2도전형 반도체층 L1: 제1반도체층
L2: 제2반도체층 L3: 제3반도체층

Claims (9)

  1. 제1도전형 반도체층;
    상기 제1도전형 반도체층 위에 제2도전형 반도체층;
    상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 배치되며, 교대로 적층된 복수의 우물층과 복수의 장벽층을 포함하는 활성층; 및
    상기 활성층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 상기 장벽층 및 상기 제2도전형 반도체층의 에너지 밴드 갭보다 넓은 밴드 갭을 가지며 p형 도펀트를 포함하는 전자 장벽층을 포함하며,
    상기 전자장벽층은 제1층, 제2층 및 제3층이 순서대로 적층되는 AlGaN계 반도체층을 포함하고,
    상기 제1층의 Al 조성은 상기 제2층의 Al 조성보다 낮고,
    상기 제2층의 Al 조성은 상기 제1층과 상기 제3층의 Al 조성보다 높으며,
    상기 제3층은 상기 제2도전형 반도체의 Al조성과 상기 제2층의 Al 조성 사이의 Al 조성을 가지고,
    상기 제2층에 포함된 p형 도펀트의 농도는 상기 제1층과 상기 제3층에 포함된 p형 도펀트의 농도보다 높은 발광소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1층은 AlxGa1 -xN(0<x<0.1)의 조성식을 포함하며,
    상기 제2층은 AlxGa1 -xN(0.18<x<0.3)의 조성식을 포함하는 발광 소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제3층은 AlxGa1 -xN(0.15<x<0.2)의 조성식을 포함하는 발광 소자.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제3층의 p형 도펀트 농도(z)는 0<z<5×1019 의 범위를 포함하는 발광 소자.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서, 상기 제3층의 에너지 밴드 갭은 상기 제2층 및 상기 제1층의 에너지 밴드 갭 사이의 밴드 갭을 가지며,
    상기 제2층은 상기 제2도전형 반도체층의 Al 조성보다 높고 상기 제2도전형 반도체층의 에너지 밴드 갭보다 넓은 밴드 갭을 갖는 넓은 발광 소자.
  9. 삭제
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