KR101843895B1 - 발광 소자 및 그를 이용한 조명 시스템 - Google Patents
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Abstract
발광 소자 및 그를 이용한 조명 시스템에 관한 것으로, 제 1, 제 2 도전형 반도체층과, 제 1, 제 2 도전형 반도체층 사이에 형성되는 발광층을 포함하고, 발광층은, 제 1 장벽(barrier)층과, 제 1 장벽층으로부터 돌출되는 다수의 돌기(projection)들과, 돌기 주변의 제 1 장벽층 위에 형성되는 절연층과, 돌기 위에 형성되는 우물(well)층과, 절연층 및 우물층 위에 형성되는 제 2 장벽층을 포함할 수 있다.
Description
실시예는 발광 소자 및 그를 이용한 조명 시스템에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Ligit Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광 소자는 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.
이러한 발광 다이오드는, 발광층에 양자 우물(quantum well) 구조를 이용할 경우, 우물(well)층 내에서, 평면(성장면)상으로 캐리어(carrier)를 속박할 수 있는 구조가 아니므로, 우물층 안에서 캐리어의 평면 이동이 발생할 수 있다.
따라서, 발광 다이오드는 비발광 결합(non-radiative recombination)에 의한 발광 손실이 발생할 수 있다.
또한, 발광 다이오드는 반도체층 성장시, 전위(dislocation) 현상에 의한 결정 결함으로 인하여, 발광 효율을 저하시킬 수도 있다.
이러한 문제들로 인하여, 캐리어를 3차원적으로 강하게 속박하여 발광 효율을 높임과 동시에 전위 현상을 감소시켜 결정 결함을 줄일 수 있는 발광 소자의 개발이 필요할 것이다.
실시예는 발광층의 양자 우물 구조를 변형함으로써, 발광 효율을 높일 수 있는 발광 소자 및 그를 이용한 조명 시스템을 제공하고자 한다.
실시예는, 제 1, 제 2 도전형 반도체층과, 제 1, 제 2 도전형 반도체층 사이에 형성되는 발광층을 포함하고, 발광층은, 제 1 장벽(barrier)층과, 제 1 장벽층으로부터 돌출되는 다수의 돌기(projection)들과, 돌기 주변의 제 1 장벽층 위에 형성되는 절연층과, 돌기 위에 형성되는 우물(well)층과, 절연층 및 우물층 위에 형성되는 제 2 장벽층을 포함할 수 있다.
여기서, 돌기는 제 1, 제 2 장벽층 중 적어도 어느 하나와 동일한 물질이고, 절연층과는 서로 다른 물질일 수 있다.
그리고, 돌기는 갈륨(Ga)를 포함하는 질화물일 수 있고, 절연층은 실리콘(Si)을 포함하는 질화물일 수 있다.
이어, 돌기는 제 1 두께를 가지고, 절연층은 제 2 두께를 가지며, 제 1 두께는 제 2 두께보다 더 두꺼울 수 있다.
여기서, 제 1 두께와 제 2 두께의 비는 1.1 - 10 : 1일 수 있다.
그리고, 돌기들의 전체 면적은 절연층의 전체 면적보다 더 작을 수 있으며, 돌기들의 전체 면적과 절연층의 전체 면적의 비는 1 : 1.1 - 30일 수 있다.
또한, 돌기는 인접하는 돌기와 면적이 다를 수도 있다.
다음, 돌기는 제 1 측면에 인접하는 돌기로부터 제 1 간격을 가지고, 제 2 측면에 인접하는 돌기로부터 제 2 간격을 가지며, 제 1 간격과 제 2 간격은 서로 다를 수 있다.
그리고, 돌기는 절연층에 일부 접촉될 수도 있고, 돌기는 절연층으로부터 일정 간격 떨어져 형성될 수도 있다.
이어, 우물층은 인듐(In)을 포함하는 질화물일 수 있으며, 우물층의 두께는 절연층의 두께보다 더 두꺼울 수 있다.
또한, 우물층의 두께는 돌기의 두께보다 더 두꺼울 수 있으며, 우물층은 돌기의 표면 일부에 접촉될 수도 있다.
그리고, 우물층은 인접하는 우물층과 두께가 다를 수도 있다.
실시예는, 제 1, 제 2 도전형 반도체층과, 제 1, 제 2 도전형 반도체층 사이에 형성되는 발광층을 포함하고, 발광층은, 제 1 장벽(barrier)층과, 제 1 장벽층으로부터 돌출되는 다수의 제 1 돌기(projection)들과, 제 1 돌기 주변의 제 1 장벽층 위에 형성되는 제 1 절연층과, 제 1 돌기 위에 형성되는 제 1 우물(well)층과, 제 1 절연층 및 제 1 우물층 위에 형성되는 제 2 장벽층과, 제 2 장벽층으로부터 돌출되는 다수의 제 2 돌기들과, 제 2 돌기 주변의 제 2 장벽층 위에 형성되는 제 2 절연층과, 제 2 돌기 위에 형성되는 제 2 우물(well)층과, 제 2 절연층 및 제 2 우물층 위에 형성되는 제 3 장벽층을 포함할 수도 있다.
여기서, 제 1 돌기의 개수와 제 2 돌기의 개수는 서로 다를 수 있다.
그리고, 제 1 돌기들의 전체 면적과 제 2 돌기들의 전체 면적은 서로 다를 수도 있다.
여기서, 제 1 돌기들의 전체 면적은 제 2 돌기들의 전체 면적보다 더 작을 수 있다.
이어, 제 1 돌기는 제 2 돌기에 대응하도록 배치될 수도 있고, 제 1 돌기는 제 2 돌기와 서로 어긋나도록 배치될 수도 있다.
다음, 제 1 돌기의 두께와 제 2 돌기의 두께는 서로 다를 수 있다.
또한, 제 1 절연층의 두께와 제 2 절연층의 두께는 서로 다를 수도 있다.
여기서, 제 1 절연층의 두께는 제 2 절연층의 두께보다 더 두꺼울 수 있다.
그리고, 제 1 우물층의 두께와 제 2 우물층의 두께는 서로 다를 수 있다.
실시예는, 평면상으로도 캐리어를 속박할 수 있는 양자점 구조와 유사한 형태의 0차원 양자 우물 구조를 이용하여, 캐리어를 3차원적으로 강하게 속박함으로써, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예는 발광층의 양자 우물 구조에 사용되는 절연층으로 인하여, 전위 현상이 차단되어 결정성이 향상될 수 있다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 발광 소자를 보여주는 단면도
도 2는 도 1의 발광층을 상세히 보여주는 단면도
도 3a 및 도 3b는 절연층에 접촉되는 돌기를 보여주는 단면도
도 4a 및 도 4b는 절연층과 돌기와의 간격을 보여주는 단면도
도 5는 절연층의 오픈영역에 따른 돌기의 두께를 보여주는 단면도
도 6a 내지 도 6c는 절연층, 돌기, 우물층의 두께를 비교한 단면도
도 7a 및 도 7b는 돌기에 완전 접촉되는 우물층을 보여주는 단면도
도 8a 및 도 8b는 돌기에 일부 접촉되는 우물층을 보여주는 단면도
도 9는 돌기의 폭에 따른 우물층의 두께를 보여주는 단면도
도 10은 제 2 실시예에 따른 발광 소자를 보여주는 단면도
도 11a 내지 도 11c는 각 베리어층의 돌기 개수를 보여주는 단면도
도 12a 내지 도 12c는 각 베리어층의 돌기 면적을 보여주는 단면도
도 13a 및 도 13b는 각 베리어층에 형성되는 돌기 위치를 보여주는 단면도
도 14a 내지 도 14c는 각 베리어층의 돌기 두께를 보여주는 단면도
도 15a 내지 도 15c는 각 베리어층의 절연층 두께를 보여주는 단면도
도 16a 내지 도 16c는 각 베리어층의 우물층 두께를 보여주는 단면도
도 17a 내지 도 17g는 실시예에 따른 발광 소자의 제조공정을 보여주는 단면도
도 18a는 실시예에 따른 수평형 발광 소자를 보여주는 단면도
도 18b는 실시예에 따른 수직형 발광 소자를 보여주는 단면도
도 19는 실시예에 따른 발광 소자를 포함한 발광 소자 패키지를 보여주는 단면도
도 20은 실시예에 따른 발광 소자가 배치된 헤드램프를 보여주는 단면도
도 21은 실시예에 따른 발광 소자 패키지가 배치된 표시 장치를 보여주는 사시도
도 2는 도 1의 발광층을 상세히 보여주는 단면도
도 3a 및 도 3b는 절연층에 접촉되는 돌기를 보여주는 단면도
도 4a 및 도 4b는 절연층과 돌기와의 간격을 보여주는 단면도
도 5는 절연층의 오픈영역에 따른 돌기의 두께를 보여주는 단면도
도 6a 내지 도 6c는 절연층, 돌기, 우물층의 두께를 비교한 단면도
도 7a 및 도 7b는 돌기에 완전 접촉되는 우물층을 보여주는 단면도
도 8a 및 도 8b는 돌기에 일부 접촉되는 우물층을 보여주는 단면도
도 9는 돌기의 폭에 따른 우물층의 두께를 보여주는 단면도
도 10은 제 2 실시예에 따른 발광 소자를 보여주는 단면도
도 11a 내지 도 11c는 각 베리어층의 돌기 개수를 보여주는 단면도
도 12a 내지 도 12c는 각 베리어층의 돌기 면적을 보여주는 단면도
도 13a 및 도 13b는 각 베리어층에 형성되는 돌기 위치를 보여주는 단면도
도 14a 내지 도 14c는 각 베리어층의 돌기 두께를 보여주는 단면도
도 15a 내지 도 15c는 각 베리어층의 절연층 두께를 보여주는 단면도
도 16a 내지 도 16c는 각 베리어층의 우물층 두께를 보여주는 단면도
도 17a 내지 도 17g는 실시예에 따른 발광 소자의 제조공정을 보여주는 단면도
도 18a는 실시예에 따른 수평형 발광 소자를 보여주는 단면도
도 18b는 실시예에 따른 수직형 발광 소자를 보여주는 단면도
도 19는 실시예에 따른 발광 소자를 포함한 발광 소자 패키지를 보여주는 단면도
도 20은 실시예에 따른 발광 소자가 배치된 헤드램프를 보여주는 단면도
도 21은 실시예에 따른 발광 소자 패키지가 배치된 표시 장치를 보여주는 사시도
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.
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 제 1 실시예에 따른 발광 소자를 보여주는 단면도로서, 단일 양자 우물(single quantum well) 구조를 갖는 발광층을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 발광 소자(10)는 기판(100)과 발광 구조물(200)을 포함할 수 있다.
여기서, 기판(100)은 반도체 물질 성장에 적합한 재료, 또는 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있다.
또한, 기판(100)은 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일 수 있는데, 예를 들면, 기판(100)은 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
경우에 따라서, 기판(100)은 상부 표면에 요철 패턴이 형성될 수도 있지만, 이에 대해 한정되지는 않는다.
그리고, 기판(100)은, 경우에 따라 습식 세척 과정을 거쳐 표면의 불순물을 제거할 수도 있다.
이와 같이, 준비된 기판(100) 위에는 발광 구조물(200)이 성장될 수 있는데, 기판(100) 위에 발광 구조물(200)을 직접 성장시킬 경우, 기판(100)과 발광 구조물(200) 사이의 격자 정수 부정합 및 열팽창 계수의 차에 의해, 관통 전위(dislocation)와 같은 결정 결함이 발생할 수도 있다.
따라서, 기판(100)과 발광 구조물(200) 사이에 버퍼층(300)을 추가로 형성할 수도 있다.
버퍼층(300)은, 3족-5족 화합물 반도체로 형성될 수 있는데, 예를 들면, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
경우에 따라서, 버퍼층(300) 위에는 언도프드(undoped) 반도체층이 더 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정되지는 않는다.
또한, 버퍼층(300)은 기판(100)에 인접하는 저온 버퍼층과, 발광 구조물(200)에 인접하는 고온 버퍼층을 포함하는 다층 구조로 이루어질 수도 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
여기서, 저온 버퍼층은 약 500 - 600℃에서 형성될 수 있는데, 저온 버퍼층은 AlN, GaN 등을 포함할 수 있으며, AlInN/GaN 적층 구조, InGaN/GaN 적층 구조, AlInGaN/InGaN/GaN 적층 구조 등으로 형성될 수 있다.
이어, 고온 버퍼층은 약 700 - 800℃로 형성될 수 있는데, AlN를 포함할 수 있다.
한편, 발광 구조물(200)은 버퍼층(300) 위에 형성되는데, 발광 구조물(200)은 제 1 도전형 반도체층(210), 제 2 도전형 반도체층(250) 및 제 1, 제 2 도전형 반도체층(210, 250) 사이에 형성되는 발광층(230)을 포함할 수 있다.
여기서, 발광 구조물(200)은, 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있지만, 이에 대해 한정되지는 않는다.
그리고, 발광 구조물(200) 내에는 발광 소자(10)의 광 추출 효율을 향상시키기 위한 광결정(photonic crystal) 구조를 형성할 수도 있다.
광결정 구조란, 굴절률이 다른 두 가지 이상의 유전체가 나노 크기의 주기적인 구조로 무한히 반복되는 구조를 말하는데, 이러한 주기적인 굴절률 차이를 이용하여, 빛의 파장이 매질을 전파할 수 없는 금지 대역인 광 밴드갭(photonic bandgap)을 형성 및 조절함으로써, 빛의 내부 반사 경로를 변환시켜 발광 소자(10)의 광 추출 효율을 극대화시킬 수 있다.
이어, 제 1 도전형 반도체층(210)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, n형 반도체층은 예컨데, 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, 예를 들어, Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 n형 도펀트가 도핑된다.
그리고, 제 1 도전형 반도체층(210)이 p형 반도체층일 경우, 제 1 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
다음, 발광층(230)은 전자와 정공이 만나서 발광층 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
여기서, 발광층(230)은, 제 1 장벽(barrier)층(231), 다수의 돌기(projection)(234)들, 절연층(235), 우물(well)층(232), 및 제 2 장벽층(233)을 포함할 수 있다.
이때, 다수의 돌기(234)들은 제 1 장벽층(231)으로부터 돌출될 수 있고, 절연층(235)은 돌기(234) 주변의 제 1 장벽층(231) 위에 형성될 수 있다.
예를 들면, 절연층(235)은 제 1 장벽층(231) 위에 형성되는데, 제 1 장벽층(231)의 일부가 노출되도록, 다수의 오픈(open) 영역들이 형성될 수 있고, 돌기(234)들은 다수의 오픈 영역들에 의해 노출된 제 1 장벽층(231)으로부터 일정 높이로 돌출될 수 있다.
그리고, 돌기(234)는 제 1, 제 2 장벽층(231, 233) 중 적어도 어느 하나와 동일한 물질일 수 있으며, 절연층(235)과는 서로 다른 물질일 수도 있다.
여기서, 돌기(234)는 갈륨(Ga)를 포함하는 질화물일 수 있는데, 예를 들면, GaN일 수 있으며, 이에 한정하지는 않는다.
또한, 절연층(235)은 실리콘(Si)을 포함하는 질화물일 수 있는데, 예를 들면, SiNx일 수 있다.
그리고, 돌기(234)는 절연층(235)보다 두께가 더 두꺼울 수 있다.
그 이유는, 돌기(234) 위에 형성되는 우물층(232)이 절연층(235)과 접촉되지 않도록 하기 위함이다.
다음, 우물층(232)은 돌기(234) 위에 형성될 수 있는데, 우물층(232)의 두께는 절연층(235)의 두께보다 더 두꺼울 수 있다.
여기서, 우물층(232)은 인듐(In)을 포함하는 질화물일 수 있는데, 예를 들면, InGaN일 수 있으며, 이에 한정하지는 않는다
이어, 제 2 장벽층(233)은 절연층(235) 및 우물층(232) 위에 형성될 수 있다.
일반적으로, 발광층(230)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 양자선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있는데, 실시예에서는, 제 1 장벽층(231)의 돌기(234) 위에 우물층(232)이 형성되므로, 평면상으로도 캐리어를 속박할 수 있는 양자점 구조와 유사한 형태의 0차원 우물 구조일 수 있다.
따라서, 이러한 우물 구조는 캐리어를 3차원적으로 강하게 속박함으로써, 발광 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 발광층의 우물 구조에 사용되는 절연층으로 인하여, 전위 현상이 차단되어 결정성이 향상될 수 있다.
경우에 따라서, 발광층(230)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수도 있다.
도전형 클래드층은 발광층(230)의 장벽층의 밴드갭보다 더 큰 밴드갭을 갖는 반도체로 형성될 수 있으며, 도전형 클래드층은 n형 또는 p형으로 도핑될 수 있다.
이와 같이, 형성된 발광층(230) 위에는 제 2 도전형 반도체층(250)이 형성될 수 있다.
여기서, 제 2 도전형 반도체층(250)은 반도체 화합물로 형성될 수 있으며, 제 2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
제 2 도전형 반도체층(250)이 p형 반도체층인 경우, 제 2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
또한, 제 2 도전형 반도체층(250)이 n형 반도체층인 경우, 제 2 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Te을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
그리고, 제 2 도전형 반도체층(250)의 표면에는 소정의 패턴이 형성되어 발광 소자(10)의 광 추출 효율을 향상시킬 수도 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
한편, 실시예는 제 1 도전형 반도체층(210)은 n형 반도체층이고, 제 2 도전형 반도체층(250)은 p형 반도체층으로 구현될 수 있다.
또한, 제 2 도전형 반도체층(250) 위에는 제 2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체, 예컨대 제 2 도전형 반도체층이 p형 반도체층일 경우, n형 반도체층(미도시)을 형성할 수도 있다.
이에 따라, 발광 구조물(200)은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다.
도 2는 도 1의 발광층을 상세히 보여주는 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 발광층은 제 1 장벽(barrier)층(231), 다수의 돌기(projection)(234)들, 절연층(235), 우물(well)층(232), 및 제 2 장벽층(233)을 포함할 수 있다.
이때, 다수의 돌기(234)들은 제 1 장벽층으로부터 돌출될 수 있고, 절연층(235)은 돌기(234) 주변의 제 1 장벽층(231) 위에 형성될 수 있다.
예를 들면, 절연층(235)은 제 1 장벽층(231) 위에 형성되는데, 제 1 장벽층(231)의 일부가 노출되도록, 다수의 오픈(open) 영역들이 형성될 수 있고, 돌기(234)들은 다수의 오픈 영역들에 의해 노출된 제 1 장벽층(231)으로부터 일정 높이로 돌출될 수 있다.
돌기(234)는 갈륨(Ga)를 포함하는 질화물일 수 있는데, 예를 들면, GaN일 수 있으며, 이에 한정하지는 않는다.
또한, 절연층(235)은 실리콘(Si)을 포함하는 질화물일 수 있는데, 예를 들면, SiNx일 수 있다.
그리고, 돌기(234)는 절연층(235)보다 두께가 더 두꺼울 수 있다.
그 이유는, 돌기(234) 위에 형성되는 우물층(232)이 절연층(235)과 접촉되지 않도록 하기 위함이다.
여기서, 돌기(234)는 제 1 두께 t1를 가지고, 절연층(235)은 제 2 두께 t2를 가질 수 있는데, 돌기(234)의 제 1 두께 t1가 절연층(235)의 제 2 두께 t2보다 더 두꺼울 수 있다.
이때, 제 1 두께 t1와 제 2 두께 t2의 비는 약 1.1 - 10 : 1일 수 있다.
그 이유는, 돌기(234)의 두께가 너무 낮으면, 돌기(234) 위에 형성되는 우물층(232)이 절연층(235)과 접촉되어 발광 효율이 저하될 수 있고, 돌기(234)의 두께가 너무 높으면, 제 2 장벽층(233)의 두께가 두꺼워지므로, 전체적인 발광 소자의 크기가 커질 수 있기 때문이다.
경우에 따라서, 돌기(234)의 제 1 두께 t1은 절연층(235)의 제 2 두께 t2와 동일할 수도 있다.
다음, 우물층(232)은 돌기(234) 위에 형성될 수 있는데, 우물층(232)의 두께 t3는 절연층(235)의 두께 t2보다 더 두꺼울 수 있다.
그리고, 우물층(232)의 두께 t3는 돌기(234)의 두께 t1보다 더 두꺼울 수도 있지만, 경우에 따라, 돌기(234)의 두께 t1와 동일할 수도 있다.
여기서, 우물층(232)은 인듐(In)을 포함하는 질화물일 수 있는데, 예를 들면, InGaN일 수 있으며, 이에 한정하지는 않는다
또한, 제 1 장벽층(231) 위에 형성되는 돌기(234)들의 전체 면적은 절연층(235)의 전체 면적보다 더 작을 수 있다.
여기서, 돌기(234)들의 전체 면적과 절연층(235)의 전체 면적의 비는 약 1 : 1.1 - 30일 수 있다.
그 이유는, 돌기(234)들의 전체 면적이 절연층(235)의 전체 면적보다 작으면, 우물층(232)의 전체 면적이 줄어들어 발광 효율이 저하되고, 돌기(234)들의 전체 면적이 절연층(235)의 전체 면적보다 너무 크면, 하부층으로부터 전이되는 전위(dislocation) 현상을 제대로 차단할 수 없으므로, 결정 결함이 발생할 수 있다.
경우에 따라서, 제 1 장벽층(231) 위에 형성되는 돌기(234)들의 전체 면적은 절연층(235)의 전체 면적과 동일할 수도 있다.
그리고, 돌기(234)는 인접하는 돌기(234)와 면적이 다를 수도 있다.
예를 들면, 제 1 베리어층(231) 위에 형성되는 돌기(234)들 중 어느 하나의 돌기(234)의 면적 S1은 해당 돌기(234)의 주변에 인접하는 돌기(234)의 면적 S2와 서로 다를 수 있다.
경우에 따라서, 돌기(234)는 인접하는 돌기(234)와 면적이 동일할 수도 있다.
또한, 돌기(234)는 제 1 측면(234a)에 인접하는 돌기(234)로부터 제 1 간격 d1을 가지고, 제 2 측면(234b)에 인접하는 돌기(234)로부터 제 2 간격 d2을 가질 수 있는데, 제 1 간격 d1과 제 2 간격 d2은 서로 다를 수 있다.
하지만, 경우에 따라, 제 1 간격 d1과 제 2 간격 d2은 서로 동일할 수도 있다.
이어, 돌기(234)는 절연층(235)에 일부 접촉될 수도 있지만, 경우에 따라서는, 절연층(235)으로부터 일정 간격 떨어져 형성될 수도 있다.
도 3a 및 도 3b는 절연층에 접촉되는 돌기를 보여주는 단면도이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 돌기(234)는 절연층(235)의 오픈 영역에 의해 노출된 제 1 베리어층(231)로부터 돌출되는데, 절연층(235)의 상부면(235b)보다 더 높게 돌출될 수 있다.
여기서, 절연층(235)의 측면(235a)은 돌기(234)에 접촉되고, 절연층(235)의 상부면(235b)은 돌기(234)에 접촉되지 않을 수 있다.
하지만, 도 3b에 도시된 바와 같이, 절연층(235)의 측면(235a)과 상부면(235b)은 모두 돌기(234)에 접촉될 수도 있다.
즉, 돌기(234)는 절연층(235)의 상부면(235b) 일부를 덮도록 형성될 수도 있다.
여기서, 돌기(234)의 일측에 위치하는 절연층(235)은 제 1 간격 d11 만큼 돌기(234)에 덮힐 수 있고, 돌기(234)의 타측에 위치하는 절연층(235)은 제 2 간격 d12 만큼 돌기(234)에 덮힐 수 있다.
여기서, 제 1 간격 d11과 제 2 간격 d12는 서로 다를 수도 있지만, 경우에 따라서는 서로 동일할 수도 있다.
도 4a 및 도 4b는 절연층과 돌기와의 간격을 보여주는 단면도이다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 돌기(234)는 절연층(235)의 오픈 영역에 의해 노출된 제 1 베리어층(231)로부터 돌출되는데, 절연층(235)의 상부면(235b)보다 더 높게 돌출될 수 있다.
여기서, 절연층(235)의 측면(235a)은 돌기(234)에 접촉되지 않을 수 있다.
즉, 돌기(234) 하부의 제 1 측면(234a)은 절연층(235)의 측면(235a)으로부터 제 1 간격 d21을 가지고, 돌기(234) 하부의 제 2 측면(234b)은 절연층(235)의 측면(235a)으로부터 제 2 간격 d22을 가지며, 돌기(234) 상부의 제 1 측면(234a)은 절연층(235)의 측면(235a)으로부터 제 3 간격 d31을 가지고, 돌기(234) 상부의 제 2 측면(234b)은 절연층(235)의 측면(235a)으로부터 제 4 간격 d32을 가질 수 있다.
이때, 도 4a와 같이, 제 1 간격 d21과 제 3 간격 d31은 서로 동일하고, 제 2 간격 d22과 제 4 간격 d32은 서로 동일할 수 있다.
따라서, 돌기(234)의 제 1 측면(234a)과 제 2 측면(234b)는 제 1 베리어층(231)에 대해 수직할 수 있다.
경우에 따라, 제 1 간격 d21과 제 2 간격 d21은 서로 다를 수 있고, 제 3 간격 d31과 제 4 간격 d32은 서로 다를 수 있다.
그리고, 도 4b와 같이, 제 1 간격 d21과 제 3 간격 d31은 서로 다를 수 있고, 제 2 간격 d22과 제 4 간격 d32은 서로 다를 수 있다.
여기서, 제 1 간격 d21은 제 3 간격 d31보다 더 작을 수 있고, 제 2 간격 d22은 제 4 간격 d32보다 더 작을 수 있다.
따라서, 돌기(234)의 제 1 측면(234a)과 제 2 측면(234b)는 제 1 베리어층(231)에 대해 일정 각도로 경사질 수 있다.
경우에 따라, 제 1 간격 d21과 제 2 간격 d21은 서로 다를 수 있고, 제 3 간격 d31과 제 4 간격 d32은 서로 다를 수 있다.
도 5는 절연층의 오픈영역에 따른 돌기의 두께를 보여주는 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 돌기(234)는 절연층(235)의 오픈 영역에 의해 노출된 제 1 베리어층(231)로부터 돌출되는데, 절연층(235)의 상부면(235b)보다 더 높게 돌출될 수 있다.
여기서, 돌기(234)의 두께는 절연층(235)의 오픈 영역의 폭에 따라, 다르게 형성될 수 있다.
예를 들면, 절연층(235)이 제 1 폭 w1을 갖는 오픈 영역, 제 2 폭 w2을 갖는 오픈 영역, 제 3 폭 w3을 갖는 오픈 영역을 가질 경우, 제 2 폭이 제 1 폭보다 작고, 제 3 폭이 제 2 폭보다 크다면, 제 2 폭 w2의 오픈 영역으로부터 형성된 돌기(234)의 두께 t12는 제 1 폭 w1의 오픈 영역으로부터 형성된 돌기(234)의 두께 t11보다 더 두꺼울 수 있다.
또한, 제 3 폭 w3의 오픈 영역으로부터 형성된 돌기(234)의 두께 t13는 제 1 폭 w1의 오픈 영역으로부터 형성된 돌기(234)의 두께 t11보다 더 얇을 수 있다.
따라서, 절연층(235)의 오픈 영역의 폭이 클수록, 돌기(234)의 두께는 더 얇을 수 있고, 절연층(235)의 오픈 영역의 폭이 작을수록, 돌기(234)의 두께는 더 두꺼울 수 있다.
이와 같이, 돌기(234)은 절연층(235)의 오픈 영역의 폭에 따라, 두께가 가변될 수 있으므로, 서로 인접하는 돌기(234)들은 두께가 서로 다를 수도 있고, 경우에 따라서는 서로 동일할 수도 있다.
도 6a 내지 도 6c는 절연층, 돌기, 우물층의 두께를 비교한 단면도이다.
도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이, 돌기(234)는 절연층(235)의 오픈 영역에 의해 노출된 제 1 베리어층(231)로부터 돌출되고, 우물층(232)은 돌기(234) 위에 형성될 수 있다.
여기서, 돌기(234)는 제 1 두께 t1를 가지고, 절연층(235)은 제 2 두께 t2를 가지며, 우물층(232)은 제 3 두께 t3을 가질 수 있다.
이때, 도 6a와 같이, 돌기(234)의 제 1 두께 t1은 절연층(235)의 제 2 두께 t2보다 더 두꺼울 수 있고, 우물층(232)의 제 3 두께 t3보다 더 얇을 수 있다.
이때, 제 1 두께 t1와 제 2 두께 t2의 비는 약 1.1 - 10 : 1일 수 있다.
그 이유는, 돌기(234)의 두께가 너무 낮으면, 돌기(234) 위에 형성되는 우물층(232)이 절연층(235)과 접촉되어 발광 효율이 저하될 수 있고, 돌기(234)의 두께가 너무 높으면, 제 2 장벽층(233)의 두께가 두꺼워지므로, 전체적인 발광 소자의 크기가 커질 수 있기 때문이다.
이어, 도 6b와 같이, 돌기(234)의 제 1 두께 t1은 절연층(235)의 제 2 두께 t2보다 더 두꺼울 수 있고, 우물층(232)의 제 3 두께 t3와 동일 할 수 있다.
또한, 도 6c와 같이, 돌기(234)의 제 1 두께 t1은 절연층(235)의 제 2 두께 t2보다 더 두꺼울 수 있을 뿐만 아니라, 우물층(232)의 제 3 두께 t3보다 더 두꺼울 수 있다.
여기서, 우물층(232)의 제 3 두께 t3는 절연층(235)의 제 2 두께 t2보다 더 두꺼울 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 돌기에 완전 접촉되는 우물층을 보여주는 단면도이다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 돌기(234)는 절연층(235)의 오픈 영역에 의해 노출된 제 1 베리어층(231)로부터 돌출되고, 우물층(232)은 돌기(234) 위에 형성될 수 있다.
여기서, 우물층(232)의 하부면(232d)은 돌기(234)의 상부면(234c) 전체 표면에 접촉될 수 있다.
도 7a와 같이, 우물층(232)의 하부면(232d)과 우물층(232)의 상부면(232c)은 서로 동일한 면적을 가질 수 있다.
여기서, 돌기(234)의 상부면(234c)의 면적 s11은 우물층(232)의 하부면(232d)의 면적 s12과 서로 동일할 수 있다.
또한, 도 7b와 같이, 우물층(232)의 하부면(232d)과 우물층(232)의 상부면(232c)은 서로 다른 면적을 가질 수 있다.
그리고, 우물층(232)의 제 1 측면(232a)과 제 2 측면(232b)는 돌기(234)의 상부면(234c)에 대해 일정 각도로 경사질 수 있다.
여기서, 돌기(234)의 상부면(234c)의 면적 s11은 우물층(232)의 하부면(232d)의 면적 s12과 서로 동일할 수 있고, 우물층(232)의 상부면(232c)의 면적 s13보다 더 클 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 돌기에 일부 접촉되는 우물층을 보여주는 단면도이다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 돌기(234)는 절연층(235)의 오픈 영역에 의해 노출된 제 1 베리어층(231)로부터 돌출되고, 우물층(232)은 돌기(234) 위에 형성될 수 있다.
여기서, 우물층(232)의 하부면(232d)은 돌기(234)의 상부면(234c)의 일부 표면에 접촉될 수 있다.
도 8a와 같이, 우물층(232)의 하부면(232d)과 우물층(232)의 상부면(232c)은 서로 동일한 면적을 가질 수 있다.
여기서, 돌기(234)의 상부면(234c)의 면적 s11은 우물층(232)의 하부면(232d)의 면적 s12보다 더 클 수 있다.
또한, 도 8b와 같이, 우물층(232)의 하부면(232d)과 우물층(232)의 상부면(232c)은 서로 다른 면적을 가질 수 있다.
그리고, 우물층(232)의 제 1 측면(232a)과 제 2 측면(232b)는 돌기(234)의 상부면(234c)에 대해 일정 각도로 경사질 수 있다.
여기서, 돌기(234)의 상부면(234c)의 면적 s11은 우물층(232)의 하부면(232d)의 면적 s12보다 더 클 수 있고, 우물층(232)의 상부면(232c)의 면적 s13보다 더 클 수 있다.
도 9는 돌기의 폭에 따른 우물층의 두께를 보여주는 단면도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 돌기(234)는 절연층(235)의 오픈 영역에 의해 노출된 제 1 베리어층(231)로부터 돌출되고, 우물층(232)은 돌기(234) 위에 형성될 수 있다.
여기서, 우물층(232)의 두께는 돌기(234)의 폭에 따라, 다르게 형성될 수 있다.
예를 들면, 제 1 폭 w11을 갖는 돌기(234), 제 2 폭 w12을 갖는 돌기(234), 제 3 폭 w13을 갖는 돌기(234)가 있을 때, 제 2 폭이 제 1 폭보다 작고, 제 3 폭이 제 2 폭보다 크다면, 제 2 폭 w12의 돌기로부터 형성된 우물층(232)의 두께 t22는 제 1 폭 w11의 돌기로부터 형성된 우물층(232)의 두께 t21보다 더 두꺼울 수 있다.
또한, 제 3 폭 w13의 돌기로부터 형성된 우물층(232)의 두께 t23는 제 1 폭 w11의 돌기로부터 형성된 우물층(232)의 두께 t21보다 더 얇을 수 있다.
따라서, 돌기(234)의 폭이 클수록, 우물층(232)의 두께는 더 얇을 수 있고, 돌기(234)의 폭이 작을수록, 우물층(232)의 두께는 더 두꺼울 수 있다.
이와 같이, 우물층(232)은 돌기(234)의 폭에 따라, 두께가 가변될 수 있으므로, 서로 인접하는 우물층(232)들은 두께가 서로 다를 수도 있고, 경우에 따라서는 서로 동일할 수도 있다.
도 10은 제 2 실시예에 따른 발광 소자를 보여주는 단면도로서, 다중 양자 우물(multi-quantum well) 구조를 갖는 발광층을 포함할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 발광 소자(10)는 기판(100)과 발광 구조물(200)을 포함할 수 있다.
여기서, 발광 구조물(200)은 버퍼층(300) 위에 형성되는데, 발광 구조물(200)은 제 1 도전형 반도체층(210), 제 2 도전형 반도체층(250) 및 제 1, 제 2 도전형 반도체층(210, 250) 사이에 형성되는 발광층(230)을 포함할 수 있다.
그리고, 발광층(230)은, 다수개의 장벽층들과, 장벽층들 사이에 위치하는 다수의 우물층들을 포함할 수 있다.
발광층(230)이 도 10과 같이, 이중 우물 구조인 경우, 발광층(230)은 제 1, 제 2, 제 3 장벽(barrier)층(231, 233, 243), 다수의 제 1, 제 2 돌기(projection)(234, 244)들, 제 1, 제 2 절연층(235, 245), 제 1, 제 2 우물(well)층(232, 242)을 포함할 수 있다.
여기서, 다수의 제 1 돌기(234)들은 제 1 장벽층(231)으로부터 돌출될 수 있고, 제 1 절연층(235)은 제 1 돌기(234) 주변의 제 1 장벽층(231) 위에 형성될 수 있다.
예를 들면, 제 1 절연층(235)은 제 1 장벽층(231) 위에 형성되는데, 제 1 장벽층(231)의 일부가 노출되도록, 다수의 오픈(open) 영역들이 형성될 수 있고, 제 1 돌기(234)들은 다수의 오픈 영역들에 의해 노출된 제 1 장벽층(231)으로부터 일정 높이로 돌출될 수 있다.
그리고, 제 1 돌기(234)는 제 1, 제 2 장벽층(231, 233) 중 적어도 어느 하나와 동일한 물질일 수 있으며, 제 1 절연층(235)과는 서로 다른 물질일 수도 있다.
여기서, 제 1 돌기(234)는 갈륨(Ga)를 포함하는 질화물일 수 있는데, 예를 들면, GaN일 수 있으며, 이에 한정하지는 않는다.
또한, 제 1 절연층(235)은 실리콘(Si)을 포함하는 질화물일 수 있는데, 예를 들면, SiNx일 수 있다.
그리고, 제 1 돌기(234)는 제 1 절연층(235)보다 두께가 더 두꺼울 수 있다.
그 이유는, 제 1 돌기(234) 위에 형성되는 제 1 우물층(232)이 제 1 절연층(235)과 접촉되지 않도록 하기 위함이다.
다음, 제 1 우물층(232)은 제 1 돌기(234) 위에 형성될 수 있는데, 제 1 우물층(232)의 두께는 제 1 절연층(235)의 두께보다 더 두꺼울 수 있다.
여기서, 제 1 우물층(232)은 인듐(In)을 포함하는 질화물일 수 있는데, 예를 들면, InGaN일 수 있으며, 이에 한정하지는 않는다
이어, 제 2 장벽층(233)은 제 1 절연층(235) 및 제 제 1 우물층(232) 위에 형성될 수 있다.
그리고, 다수의 제 2 돌기(244)들은 제 2 장벽층(233)으로부터 돌출될 수 있고, 제 2 절연층(245)은 제 2 돌기(244) 주변의 제 2 장벽층(233) 위에 형성될 수 있다.
다음, 제 2 우물층(242)은 제 2 돌기(244) 위에 형성될 수 있고, 제 3 장벽층(243)은 제 2 절연층(245) 및 제 제 2 우물층(242) 위에 형성될 수 있다.
이와 같이, 실시예는 이중 우물 구조뿐만 아니라, 다중 우물 구조로도 제작이 가능하다.
그리고, 실시예는 각 장벽층의 돌기 위에 우물층이 형성되므로, 평면상으로도 캐리어를 속박할 수 있는 양자점 구조와 유사한 형태의 0차원 우물 구조일 수 있다.
따라서, 이러한 우물 구조는 캐리어를 3차원적으로 강하게 속박함으로써, 발광 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 발광층의 우물 구조에 사용되는 절연층으로 인하여, 전위 현상이 차단되어 결정성이 향상될 수 있다.
도 11a 내지 도 11c는 각 베리어층의 돌기 개수를 보여주는 단면도이다.
도 11a 내지 도 11c에 도시된 바와 같이, 각 베리어층 위에 형성되는 돌기들의 개수는 서로 다를 수도 있고, 경우에 따라서는 서로 동일할 수도 있다.
따라서, 우물층도 돌기 위에 형성되므로, 돌기의 개수에 따라, 우물층의 개수도 결정될 수 있다.
예를 들면, 도 11a와 같이, 제 1 돌기(234)들은 절연층(235)의 오픈 영역들에 의해 노출된 제 1 장벽층(231)으로부터 일정 높이로 돌출될 수 있고, 제 2 돌기(244)들은 제 2 절연층(245)의 오픈 영역들에 의해 노출된 제 2 장벽층(233)으로부터 일정 높이로 돌출될 수 있는데, 제 1 베리어층(231) 위에 형성되는 제 1 돌기(234)의 개수는 제 2 베리어층(233) 위에 형성되는 제 2 돌기(244)의 개수보다 더 적을 수 있다.
그 이유는, 제 1 돌기(234)의 개수가 제 2 돌기(244)의 개수보다 더 적으면, 제 1 절연층(235)의 면적이 제 2 절연층(245)의 면적보다 더 넓어지므로, 하부층으로부터 전이되는 전위(dislocation)의 차단 효과가 우수하여 결정 결함의 발생이 적을 수 있다.
또한, 도 11b와 같이, 제 1 베리어층(231) 위에 형성되는 제 1 돌기(234)의 개수와 제 2 베리어층(233) 위에 형성되는 제 2 돌기(244)의 개수는 서로 동일할 수도 있다.
이 경우는, 양자점인 우물층의 개수를 더 늘려 발광 효율을 향상시키기 위한 우물 구조에 사용할 수 있다.
이어, 도 11c와 같이, 제 1 베리어층(231) 위에 형성되는 제 1 돌기(234)의 개수는 제 2 베리어층(233) 위에 형성되는 제 2 돌기(244)의 개수보다 더 많을 수도 있다.
이 경우는, 절연층의 면적을 늘려, 하부층으로부터 전이되는 전위(dislocation)를 더 차단하고자 하는 구조에 사용할 수 있다.
도 12a 내지 도 12c는 각 베리어층의 돌기 면적을 보여주는 단면도이다.
도 12a 내지 도 12c에 도시된 바와 같이, 각 베리어층 위에 형성되는 돌기들의 면적은 서로 다를 수도 있고, 경우에 따라서는 서로 동일할 수도 있다.
따라서, 우물층도 돌기 위에 형성되므로, 돌기의 면적에 따라, 우물층의 면적도 결정될 수 있다.
예를 들면, 도 12a와 같이, 제 1 돌기(234)들은 절연층(235)의 오픈 영역들에 의해 노출된 제 1 장벽층(231)으로부터 일정 높이로 돌출될 수 있고, 제 2 돌기(244)들은 제 2 절연층(245)의 오픈 영역들에 의해 노출된 제 2 장벽층(233)으로부터 일정 높이로 돌출될 수 있는데, 제 1 베리어층(231) 위에 형성되는 제 1 돌기(234)의 면적 s21은 제 2 베리어층(233) 위에 형성되는 제 2 돌기(244)의 면적 s22보다 더 작을 수 있다.
따라서, 제 1 돌기(234)의 전체 면적은 제 2 베리어층(233) 위에 형성되는 제 2 돌기(244)의 전체 면적보다 더 작을 수 있다.
이와 같이 제작하는 이유는, 제 1 돌기(234)의 면적이 제 2 돌기(244)의 면적보다 더 작으면, 제 1 절연층(235)의 면적이 제 2 절연층(245)의 면적보다 더 넓어지므로, 하부층으로부터 전이되는 전위(dislocation)의 차단 효과가 우수하여 결정 결함의 발생이 적을 수 있다.
경우에 따라서는, 도 12b와 같이, 제 1 베리어층(231) 위에 형성되는 제 1 돌기(234)의 면적 s21과 제 2 베리어층(233) 위에 형성되는 제 2 돌기(244)의 면적 s22는 서로 동일할 수도 있다.
또는, 도 12c와 같이, 제 1 베리어층(231) 위에 형성되는 제 1 돌기(234)의 면적 s21은 제 2 베리어층(233) 위에 형성되는 제 2 돌기(244)의 면적 s22보다 더 클 수도 있다.
도 13a 및 도 13b는 각 베리어층에 형성되는 돌기 위치를 보여주는 단면도이다.
도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이, 각 베리어층 위에 형성되는 돌기들은 서로 대응되도록 위치할 수도 있고, 경우에 따라서는 서로 어긋나도록 위치할 수도 있다.
따라서, 우물층도 돌기 위에 형성되므로, 돌기의 위치에 따라, 우물층의 위치도 결정될 수 있다.
예를 들면, 도 13a와 같이, 제 1 돌기(234)들은 절연층(235)의 오픈 영역들에 의해 노출된 제 1 장벽층(231)으로부터 일정 높이로 돌출될 수 있고, 제 2 돌기(244)들은 제 2 절연층(245)의 오픈 영역들에 의해 노출된 제 2 장벽층(233)으로부터 일정 높이로 돌출될 수 있는데, 제 1 베리어층(231) 위에 형성되는 제 1 돌기(234)와 제 2 베리어층(233) 위에 형성되는 제 2 돌기(244)는 서로 대응되도록 배치될 수 있다.
경우에 따라, 도 13b와 같이, 제 1 베리어층(231) 위에 형성되는 제 1 돌기(234)와 제 2 베리어층(233) 위에 형성되는 제 2 돌기(244)는 서로 어긋나도록 배치될 수도 있다.
또 다른 경우로서, 제 1 베리어층(231) 위에 형성되는 제 1 돌기(234)의 일부는 제 2 베리어층(233) 위에 형성되는 제 2 돌기(244)와 서로 대응되도록 배치되고, 제 1 돌기(234)의 다른 일부는 제 2 돌기(244)와 서로 어긋나도록 배치될 수도 있다.
도 14a 내지 도 14c는 각 베리어층의 돌기 두께를 보여주는 단면도이다.
도 14a 내지 도 14c에 도시된 바와 같이, 각 베리어층 위에 형성되는 돌기들의 두께는 서로 다를 수도 있고, 경우에 따라서는 서로 동일할 수도 있다.
예를 들면, 도 14a와 같이, 제 1 돌기(234)들은 절연층(235)의 오픈 영역들에 의해 노출된 제 1 장벽층(231)으로부터 일정 높이로 돌출될 수 있고, 제 2 돌기(244)들은 제 2 절연층(245)의 오픈 영역들에 의해 노출된 제 2 장벽층(233)으로부터 일정 높이로 돌출될 수 있는데, 제 1 베리어층(231) 위에 형성되는 제 1 돌기(234)의 두께 t31은 제 2 베리어층(233) 위에 형성되는 제 2 돌기(244)의 두께 t32보다 더 얇을 수 있다.
경우에 따라서는, 도 14b와 같이, 제 1 베리어층(231) 위에 형성되는 제 1 돌기(234)의 두께 t31과 제 2 베리어층(233) 위에 형성되는 제 2 돌기(244)의 두께 t32는 서로 동일할 수도 있다.
또는, 도 14c와 같이, 제 1 베리어층(231) 위에 형성되는 제 1 돌기(234)의 두께 t31은 제 2 베리어층(233) 위에 형성되는 제 2 돌기(244)의 두께 t32보다 더 클 수도 있다.
도 15a 내지 도 15c는 각 베리어층의 절연층 두께를 보여주는 단면도이다.
도 15a 내지 도 15c에 도시된 바와 같이, 각 베리어층 위에 형성되는 절연층의 두께는 서로 다를 수도 있고, 경우에 따라서는 서로 동일할 수도 있다.
예를 들면, 도 15a와 같이, 제 1 돌기(234)들은 절연층(235)의 오픈 영역들에 의해 노출된 제 1 장벽층(231)으로부터 일정 높이로 돌출될 수 있고, 제 2 돌기(244)들은 제 2 절연층(245)의 오픈 영역들에 의해 노출된 제 2 장벽층(233)으로부터 일정 높이로 돌출될 수 있는데, 제 1 베리어층(231) 위에 형성되는 제 1 절연층(235)의 두께 t41은 제 2 베리어층(233) 위에 형성되는 제 2 절연층(245)의 두께 t42보다 더 두꺼울 수 있다.
그 이유는, 하부층으로부터 전이되는 전위(dislocation)의 차단 효과가 우수하여 결정 결함의 발생이 적을 수 있기 때문이다.
경우에 따라서는, 도 15b와 같이, 제 1 베리어층(231) 위에 형성되는 제 1 절연층(235)의 두께 t41과 제 2 베리어층(233) 위에 형성되는 제 2 절연층(245)의 두께 t42는 서로 동일할 수도 있다.
또는, 도 15c와 같이, 제 1 베리어층(231) 위에 형성되는 제 1 절연층(235)의 두께 t41은 제 2 베리어층(233) 위에 형성되는 제 2 돌기(245)의 두께 t42보다 더 두꺼울 수도 있다.
도 16a 내지 도 16c는 각 베리어층의 우물층 두께를 보여주는 단면도이다.
도 16a 내지 도 16c에 도시된 바와 같이, 각 베리어층의 돌기 위에 형성되는 우물층의 두께는 서로 다를 수도 있고, 경우에 따라서는 서로 동일할 수도 있다.
예를 들면, 도 16a와 같이, 제 1 장벽층(231)으로부터 돌출된 제 1 돌기(234) 위에는 제 1 우물층(232)이 형성될 수 있고, 제 2 장벽층(233)으로부터 돌출된 제 2 돌기(244) 위에는 제 2 우물층(242)이 형성될 수 있는데, 제 1 돌기(234) 위에 형성되는 제 1 우물층(232)의 두께 t51은 제 2 돌기(244) 위에 형성되는 제 2 우물층(242)의 두께 t52보다 더 얇을 수 있다.
경우에 따라서는, 도 16b와 같이, 제 1 돌기(234) 위에 형성되는 제 1 우물층(232)의 두께 t51와 제 2 돌기(244) 위에 형성되는 제 2 우물층(242)의 두께 t52는 서로 동일할 수도 있다.
또는, 도 16c와 같이, 제 1 돌기(234) 위에 형성되는 제 1 우물층(232)의 두께 t51은 제 2 돌기(244) 위에 형성되는 제 2 우물층(242)의 두께 t52보다 더 두꺼울 수도 있다.
도 17a 내지 도 17g는 실시예에 따른 발광 소자의 제조공정을 보여주는 단면도이다.
먼저, 도 17a에 도시된 바와 같이, 성장 장비에 기판(100)을 로딩한 후, 기판(100) 위에 버퍼층(300)과 제 1 도전형 반도체층(210)을 형성한다.
여기서, 기판(100)은 반도체 물질 성장에 적합한 재료, 또는 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있다.
또한, 기판(100)은 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일 수 있는데, 예를 들면, 기판(100)은 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
경우에 따라, 기판(100)은, 경우에 따라 습식 세척 과정을 거쳐 표면의 불순물을 제거할 수도 있다.
이어, 버퍼층(300)은, 3족-5족 화합물 반도체로 형성될 수 있는데, 예를 들면, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
경우에 따라서, 버퍼층(300) 위에는 언도프드(undoped) 반도체층이 더 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정되지는 않는다.
다음, 제 1 도전형 반도체층(210)은 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있지만, 이에 대해 한정되지는 않는다.
여기서, 제 1 도전형 반도체층(210)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, n형 반도체층은 예컨데, 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, 예를 들어, Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 n형 도펀트가 도핑된다.
그리고, 제 1 도전형 반도체층(210)이 p형 반도체층일 경우, 제 1 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
이어, 도 17b에 도시된 바와 같이, 제 1 도전형 반도체층(210) 위에 제 1 장벽(barrier)층(231)이 형성될 수 있다.
여기서, 제 1 장벽층(231)은 갈륨(Ga)를 포함하는 질화물일 수 있는데, 예를 들면, GaN일 수 있으며, 이에 한정하지는 않는다.
다음, 도 17c에 도시된 바와 같이, 제 1 장벽층(231) 위에 절연층(235)을 형성한다.
여기서, 절연층(235)은 Si2H4 또는 Si2H6 및 NH3 와의 기상 반응을 이용하여, 제 1 장벽층(231)의 일부가 노출되도록, 다수의 오픈(open) 영역들을 형성할 수 있다.
이때, 다수의 오픈 영역들은 성장 조건에 따라, 크기 및 밀도가 조절될 수 있다.
또한, 절연층(235)은 실리콘(Si)을 포함하는 질화물일 수 있는데, 예를 들면, SiNx일 수 있다.
그리고, 도 17d에 도시된 바와 같이, 다수의 오픈 영역들에 의해 노출된 제 1 장벽층(231)으로부터 다수의 돌기(234)들을 일정 높이로 성장시킬 수 있다.
여기서, 돌기(234)는 갈륨(Ga)를 포함하는 질화물일 수 있는데, 예를 들면, GaN일 수 있으며, 이에 한정하지는 않는다.
이때, 돌기(234)는 절연층(235)보다 두께가 더 두꺼울 수 있다.
그 이유는, 돌기(234) 위에 형성되는 우물층(232)이 절연층(235)과 접촉되지 않도록 하기 위함이다.
다음, 도 17e에 도시된 바와 같이, 우물층(232)은 돌기(234) 위에 형성될 수 있는데, 우물층(232)의 두께는 절연층(235)의 두께보다 더 두꺼울 수 있다.
여기서, 우물층(232)은 인듐(In)을 포함하는 질화물일 수 있는데, 예를 들면, InGaN일 수 있으며, 이에 한정하지는 않는다
이어, 도 17f에 도시된 바와 같이, 제 2 장벽층(233)이 절연층(235) 및 우물층(232) 위에 형성됨으로써, 발광층(230)이 형성될 수 있다.
그리고, 도 17g에 도시된 바와 같이, 발광층(230) 위에는 제 2 도전형 반도체층(250)이 형성될 수 있다.
여기서, 제 2 도전형 반도체층(250)은 반도체 화합물로 형성될 수 있으며, 제 2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
제 2 도전형 반도체층(250)이 p형 반도체층인 경우, 제 2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
또한, 제 2 도전형 반도체층(250)이 n형 반도체층인 경우, 제 2 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Te을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
그리고, 제 2 도전형 반도체층(250)의 표면에는 소정의 패턴이 형성되어 발광 소자(10)의 광 추출 효율을 향상시킬 수도 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
도 18a는 실시예에 따른 수평형 발광 소자를 보여주는 단면도이다.
도 18a에 도시된 바와 같이, 기판(100) 위에 버퍼층(300)이 형성되고, 버퍼층(300) 위에 제 1 도전형 반도체층(210), 발광층(230) 및 제 2 도전형 반도체층(250)을 포함하는 발광 구조물(200)을 성장시킨다.
여기서, 발광층(230)은 장벽층, 장벽층 위에 형성되는 절연층과 돌기, 및 돌기 위에 형성되는 우물층을 포함할 수 있다.
그리고, 발광 구조물(200)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.
이어, 제 2 도전형 반도체층(250)과 발광층(230) 및 제 1 도전형 반도체층(210)의 일부를 메사 식각하여, 노출된 제 1 도전형 반도체층(210) 위에 제 1 전극(410)을 배치한다.
여기서, 제 1 전극(410)은 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 금(Au), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 백금(Pt), 바나듐(V), 텅스텐(W), 납(Pd), 구리(Cu), 로듐(Rh) 또는 이리듐(Ir) 중에서 선택된 어느 하나의 금속 또는 상기 금속들의 합금으로 이루어질 수 있다.
그리고, 제 2 도전형 반도체층(250) 위에 제 2 전극(420)을 배치한다.
또한, 제 2 도전형 반도체층(250)과 제 2 전극(420) 사이에는 오믹층(400)이 형성될 수 있다.
여기서, 제 2 도전형 반도체층(250)은 불순물 도핑 농도가 낮아 접촉 저항이 높으며, 그로 인해 금속과의 오믹 특성이 좋지 못할 수 있으므로, 오믹층(400)은 이러한 오믹 특성을 개선하기 위한 것으로 반드시 형성되어야 하는 것은 아니다.
오믹층(400)은 발광 구조물(200)과 제 2 전극(420) 사이에 배치되므로, 투명 전극 등으로 형성할 수 있고, 층 또는 복수의 패턴으로 형성될 수 있다.
또한, 오믹층(400)은 투광성 전도층과 금속이 선택적으로 사용될 수 있으며, 예를 들어, 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), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
도 18b는 실시예에 따른 수직형 발광 소자를 보여주는 단면도이다.
도 18b에 도시된 바와 같이, 기판 위에 버퍼층(300)이 형성되고, 버퍼층(300) 위에 제 1 도전형 반도체층(210), 발광층(230) 및 제 2 도전형 반도체층(250)을 포함하는 발광 구조물(200)을 성장시킨다.
여기서, 발광층(230)은 장벽층, 장벽층 위에 형성되는 절연층과 돌기, 및 돌기 위에 형성되는 우물층을 포함할 수 있다.
다음, 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off: LLO)의 방법 또는 건식 및 습식 식각의 방법으로 기판을 분리한다.
이때, 기판 분리 공정시, 기판뿐만 아니라, 버퍼층(300)도 함께 분리할 수 있다.
이어, 발광 구조물(200)의 제 2 도전형 반도체층(250) 상부에 지지기판(110)을 배치한다.
이때, 발광 구조물(200)과 지지기판(110) 사이에는 오믹층(400) 및/또는 반사층(440)이 배치될 수도 있다.
또한, 지지기판(110)은 제 2 전극의 역할을 할 수 있으므로 전기 전도도가 우수한 금속을 사용할 수 있고, 발광 소자 작동시 발생하는 열을 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로, 열전도도가 높은 금속을 사용할 수 있다.
그리고, 지지기판(110)은 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 구리(Cu), 은(Ag) 또는 알루미늄(Al)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 또한, 금(Au), 구리합금(Cu Alloy), 니켈(Ni), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: GaN, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiGe, SiC, SiGe, Ga2O3 등) 등을 선택적으로 포함할 수 있다.
또한, 지지기판(110)은 질화물 반도체를 포함하는 발광 구조물에 휨을 가져오지 않으면서, 스크라이빙(scribing) 공정 및 브레이킹(breaking) 공정을 통하여 별개의 칩으로 잘 분리시키기 위한 정도의 기계적 강도를 가질 수 있다.
오믹층(400)은 투광성 전도층과 금속이 선택적으로 사용될 수 있으며, 예를 들어, 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), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
그리고, 반사층(440)은 예를 들어, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 또는 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질 중에서 형성되거나, 금속 물질과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성될 수 있다.
또한, 반사층(440)은 IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 적층할 수 있다.
이어, 반사층(440)이 발광 구조물(예컨대, 제 2 도전형 반도체층(250))과 오믹 접촉하는 물질로 형성될 경우, 오믹층(400)은 별도로 형성하지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
오믹층(400)과 반사층(440)은 예를 들어, 전자빔(E-beam) 증착, 스퍼터링(Sputtering), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 중 어느 하나의 방법에 의해 형성할 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
그리고, 발광 구조물(200)의 표면 위에는 패시베이션층(430)이 형성될 수 있다.
여기서, 패시베이션층(430)은 절연물질로 이루어질 수 있으며, 절연물질은 비전도성인 산화물이나 질화물로 이루어질 수 있다.
일 예로서, 패시베이션층(430)은 실리콘 산화물(SiO2)층, 산화 질화물층, 산화 알루미늄층으로 이루어질 수 있다.
도 19는 실시예에 따른 발광 소자를 포함한 발광 소자 패키지를 보여주는 단면도이다.
도 19에 도시된 바와 같이, 발광 소자 패키지(500)는 캐비티가 형성된 몸체(510)와, 몸체(510)에 설치된 제 1 리드 프레임(521) 및 제 2 리드 프레임(522)과, 몸체(510)에 설치되어 제 1 리드 프레임(521) 및 제 2 리드 프레임(522)과 전기적으로 연결되는 상술한 실시예들에 따른 발광 소자(10)와, 캐비티에 형성된 몰딩부(540)를 포함한다.
여기서, 몸체(510)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다.
몸체(510)가 금속 재질 등 도전성 물질로 이루어지면, 도시되지는 않았으나 몸체(510)의 표면에 절연층이 코팅되어 제 1, 제 2 리드 프레임(521, 522) 간의 전기적 단락을 방지할 수 있다.
그리고, 제 1 리드 프레임(521) 및 제 2 리드 프레임(522)은 서로 전기적으로 분리되며, 발광 소자(10)에 전류를 공급한다.
또한, 제 1 리드 프레임(521) 및 제 2 리드 프레임(522)은 발광 소자(10)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 발광 소자(10)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수도 있다.
이어, 발광 소자(10)는 몸체(510) 위에 설치되거나, 제 1 리드 프레임(521) 또는 제 2 리드 프레임(522) 위에 설치될 수 있다.
실시예에서는 제 1 리드 프레임(521)과 발광 소자(10)가 직접 통전되고, 제 2 리드 프레임(522)과 발광 소자(10)는 와이어(330)를 통하여 연결되어 있다.
여기서, 발광 소자(10)는 와이어 본딩 방식 외에 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 등에 의하여 제 1, 제 2 리드 프레임(521, 522)과 연결될 수 있다.
그리고, 몰딩부(540)는 발광 소자(10)를 포위하여 보호할 수 있다.
또한, 몰딩부(540)의 캐비티에는 형광체(550)가 포함되어, 발광 소자(10)로부터 방출되는 빛의 파장을 변화시킬 수 있다.
여기서, 형광체(550)는 가넷(Garnet)계 형광체, 실리케이트(Silicate)계 형광체, 니트라이드(Nitride)계 형광체, 또는 옥시니트라이드(Oxynitride)계 형광체를 포함할 수 있다.
예를 들어, 가넷계 형광체는 YAG(Y3Al5O12:Ce3 +) 또는 TAG(Tb3Al5O12:Ce3 +)일 수 있고, 실리케이트계 형광체는 (Sr,Ba,Mg,Ca)2SiO4:Eu2 +일 수 있으며, 니트라이드계 형광체는 SiN을 포함하는 CaAlSiN3:Eu2 +일 수 있고, 옥시니트라이드계 형광체는 SiON을 포함하는 Si6 - xAlxOxN8 -x:Eu2 +(0<x<6)일 수 있다.
그리고, 발광 소자(10)에서 방출된 제 1 파장 영역의 광이 형광체(550)에 의하여 여기되어, 제 2 파장 영역의 광으로 변환되고, 제 2 파장 영역의 광은 렌즈(미도시)를 통과하면서 광 경로가 변경될 수 있다.
이하에서는 상술한 발광 소자 패키지가 배치된 조명 시스템의 일실시예로서, 헤드램프와 백라이트 유닛을 설명한다.
도 20은 실시예에 따른 발광 소자가 배치된 헤드램프를 보여주는 단면도이다.
도 20에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 발광 소자가 배치된 발광 모듈(610)에서 방출된 빛이, 리플렉터(620)와 쉐이드(630)에서 반사된 후, 렌즈(640)를 투과하여 차체 전방을 향할 수 있다.
여기서, 발광 모듈(610)이 포함된 발광 소자 패키지는 발광 소자를 복수 개로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지 않는다.
도 21은 실시예에 따른 발광 소자 패키지가 배치된 표시 장치를 보여주는 사시도이다.
도 21에 도시된 바와 같이, 표시 장치(800)는 회로 기판(830)과 발광 소자 패키지(835)을 포함하는 광원 모듈과, 바텀 커버(810) 위의 반사판(820)과, 반사판(820)의 전방에 배치되며 광원 모듈에서 방출되는 빛을 표시 장치 전방으로 가이드하는 도광판(840)과, 도광판(840)의 전방에 배치되는 제 1 프리즘시트(850)와 제 2 프리즘시트(860)와, 제 2 프리즘시트(860)의 전방에 배치되는 패널(870)과 상기 패널(870)의 전반에 배치되는 컬러 필터(880)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 광원 모듈은 회로 기판(830) 위에 형성된 발광 소자 패키지(835)를 포함하여 이루어지는데, 회로 기판(830)은 PCB 등이 사용될 수 있고, 발광 소자 패키지(835)는 상술한 실시예들에서 설명한 바와 같다.
그리고, 바텀 커버(810)는 표시 장치(800) 내의 구성 요소들을 수납할 수 있다.
이어, 반사판(820)은 도 21과 같이, 별도의 구성요소로 마련될 수도 있고, 도광판(840)의 후면이나, 바텀 커버(810)의 전면에 반사도가 높은 물질로 코팅되는 형태로 마련되는 것도 가능하다.
여기서, 반사판(820)은 반사율이 높고 초박형으로 사용 가능한 소재를 사용할 수 있고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephtalate; PET)를 사용할 수 있다.
그리고, 도광판(840)은 발광 소자 패키지 모듈에서 방출되는 빛을 산란시켜 그 빛이 액정 표시 장치의 화면 전체 영역에 걸쳐 균일하게 분포되도록 한다.
따라서, 도광판(830)은 굴절률과 투과율이 좋은 재료로 이루어지는데, 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 또는 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE) 등으로 형성될 수 있다.
또한, 도광판(830)이 생략되어 반사시트(820) 위의 공간에서 빛이 전달되는 에어 가이드 방식도 가능하다.
다음, 제 1 프리즘 시트(850)는 지지필름의 일면에, 투광성이면서 탄성을 갖는 중합체 재료로 형성되는데, 중합체는 복수 개의 입체구조가 반복적으로 형성된 프리즘층을 가질 수 있다.
여기서, 복수 개의 패턴은 도시된 바와 같이, 마루와 골이 반복적으로 형성되는 스트라이프 타입으로 구비될 수 있다.
또한, 제 2 프리즘 시트(860)에서 지지필름 일면의 마루와 골의 방향은, 제 1 프리즘 시트(850) 내의 지지필름 일면의 마루와 골의 방향과 수직할 수 있다.
이는 광원 모듈과 반사시트로부터 전달된 빛을 패널(870)의 전방향으로 고르게 분산하기 위함이다.
실시예에서, 제 1 프리즘시트(850)과 제 2 프리즘시트(860)가 광학 시트를 이루는데, 광학 시트는 다른 조합 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이로 이루어지거나 확산시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 또는 하나의 프리즘 시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 등으로 이루어질 수 있다.
이어, 패널(870)은 액정 표시 패널(Liquid crystal display)가 배치될 수 있는데, 액정 표시 패널(860) 외에 광원을 필요로 하는 다른 종류의 디스플레이 장치가 구비될 수 있다.
그리고, 패널(870)은, 유리 바디 사이에 액정이 위치하고 빛의 편광성을 이용하기 위해 편광판을 양 유리바디에 올린 상태로 되어있다.
여기서, 액정은 액체와 고체의 중간적인 특성을 가지는데, 액체처럼 유동성을 갖는 유기분자인 액정이 결정처럼 규칙적으로 배열된 상태를 갖는 것으로, 상기 분자 배열이 외부 전계에 의해 변화되는 성질을 이용하여 화상을 표시한다.
또한, 표시 장치에 사용되는 액정 표시 패널은, 액티브 매트릭스(Active Matrix) 방식으로서, 각 화소에 공급되는 전압을 조절하는 스위치로서 트랜지스터를 사용한다.
이어, 패널(870)의 전면에는 컬러 필터(880)가 구비되어 패널(870)에서 투사된 빛을, 각각의 화소마다 적색과 녹색 및 청색의 빛만을 투과하므로 화상을 표현할 수 있다.
또 다른 실시예는 상술한 실시예들에 기재된 절연층, 돌기, 우물층을 갖는 발광층이 포함된 발광 소자, 발광 소자를 포함하는 광원 모듈, 광원 모듈을 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
이러한 조명 시스템은 다수의 LED를 집속하여 빛을 얻는 조명등으로 사용될 수 있는 것으로서, 특히 건물의 천장이나 벽체 내에 매입되어 셰이드의 개구부 측이 노출되게 장착 될 수 있도록 하는 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.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 기판 200 : 발광 구조물
210 : 제 1 도전형 반도체층 230 : 발광층
231 : 제 1 장벽층 232 : 우물층
233 : 제 2 장벽층 234 : 돌기
235 : 절연층 250 : 제 2 도전형 반도체층
210 : 제 1 도전형 반도체층 230 : 발광층
231 : 제 1 장벽층 232 : 우물층
233 : 제 2 장벽층 234 : 돌기
235 : 절연층 250 : 제 2 도전형 반도체층
Claims (28)
- 제 1, 제 2 도전형 반도체층;
상기 제 1, 제 2 도전형 반도체층 사이에 형성되는 발광층을 포함하고,
상기 발광층은,
제 1 장벽(barrier)층;
상기 제 1 장벽층으로부터 돌출되는 다수의 돌기(projection)들;
상기 돌기 주변의 제 1 장벽층 위에 형성되는 절연층;
상기 돌기 위에 형성되는 우물(well)층; 그리고,
상기 절연층 및 우물층 위에 형성되는 제 2 장벽층을 포함하고,
상기 돌기는 상기 제 1, 제 2 장벽층 중 적어도 어느 하나와 동일한 물질이고, 상기 절연층과는 서로 다른 물질인 발광 소자. - 제 1 항에 있어서, 상기 돌기는 제1 두께를 가지고, 상기 절연층은 제2 두께를 가지며, 상기 제 1 두께와 제 2 두께의 비는 1.1 - 10 : 1인 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 돌기들의 전체 면적과 상기 절연층의 전체 면적의 비는 1 : 1.1 - 30인 발광 소자. - 제 1 항에 있어서, 상기 우물층은 인접하는 우물층과 두께가 다른 발광 소자.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 발광 소자를 포함하는 조명 시스템.
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Legal Events
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| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |