KR101861997B1 - 발광소자 및 발광소자 제조방법 - Google Patents

발광소자 및 발광소자 제조방법 Download PDF

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Abstract

실시예에 따른 발광소자는, 제1 반도체층, 제2 반도체층, 및 상기 제1 및 제2 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하고, 육방결정 구조를 갖는 질화물 반도체로 이루어지는 발광 구조물 및 상기 발광 구조물의 측면에 형성되는 요철부를 포함하고, 상기 요철부는 상면이 삼각형 형상을 갖고, 상기 삼각형의 적어도 일 면은 상기 육방결정구조의 비극성 면을 포함할 수 있다.

Description

발광소자 및 발광소자 제조방법{Manufacturing method for light emitting device}
실시예는 발광소자 및 발광소자 제조방법에 관한 것이다.
형광등은 흑점 현상, 짧은 수명 등으로 잦은 교체와 형광물질 사용으로 친환경을 지향하는 미래 조명시장의 흐름에 반하므로 점차 타 광원으로 대치되고 있는 추세이다.
이에 타 광원으로 가장 주목 받고 있는 것은 LED(Light Emitting Diode)로써, 반도체의 빠른 처리 속도와 낮은 전력 소모 등의 장점과 함께, 환경 친화적이면서도 에너지 절약 효과가 높아서 차세대 광원으로 꼽히고 있다. 따라서, 기존의 형광등을 대체하기 위한 LED의 활용은 활발히 진행 중에 있다.
현재, LED와 같은 반도체 발광 소자는 텔레비전, 모니터, 노트북, 휴대폰, 및 기타 디스플레이장치를 구비하는 다양한 장치에 적용되고 있으며, 특히 기존의 CCFL을 대체하여 백 라이트 유닛으로도 널리 사용되고 있다.
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. 질화물 발광소자는 통상 사파이어 기판상에 성장되거나, 또는 사파이어 기판상에 성장된 후, LLO 공정을 이용하여 제거 후 별도의 도전성 기판 위에 형성되는 것이 통상적이다.
그러나, 사파이어 기판상에 질화물 반도체가 성장되고, 질화물 반도체가 아이솔레이션 되면, 질화물 반도체의 측면은 요철구조가 형성되기 어려운 면이 되는 문제가 발생한다.
실시예는 결정결함이 개선된 발광소자, 및 발광소자 제조방법을 제공하는 데 있다.
실시예에 따른 발광소자는, 제1 반도체층, 제2 반도체층, 및 상기 제1 및 제2 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하고, 육방결정 구조를 갖는 질화물 반도체로 이루어지는 발광 구조물 및 상기 발광 구조물의 측면에 형성되는 요철부를 포함하고, 상기 요철부는 상면이 삼각형 형상을 갖고, 상기 삼각형의 적어도 일 면은 상기 육방결정구조의 비극성 면을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 발광구조물의 측면에 용이하게 요철부를 형성할 수 있게 한다.
또한, 실시예의 발광소자는 발광구조물의 측면에 요철부를 형성하여서, 발광소자의 발광효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예에 따른 발광소자 제조방법은 발광구조물의 측면에 용이하게 요철부를 형성할 수 있게 하여서, 작업의 편의성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A'단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 A 영역을 확대한 확대도이다.
도 4 내지 도 7은 기판 및 질화물 반도체층의 결정 구조를 설명하기 위한 참조도면으로서 육방결정구조의 각 면을 도시한 도면이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 10 내지 도 15는 실시예에 따른 발광소자에 제조방법을 나타내는 도면이다.
도 16은 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지를 나타낸 사시도이다.
도 17은 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 단면을 도시한 단면도이다.
도 18는 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 조명장치를 도시한 사시도이다.
도 19은 도 20 의 조명장치의 C-C' 단면을 도시한 단면도이다.
도 20은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 21은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
또한, 실시예에서 발광소자의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 발광소자를 이루는 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 평면도, 도 2는 도 1의 A-A'단면을 도시한 단면도, 도 3은 도 1의 A 영역을 확대한 확대도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예의 발광소자(100)는 크게 기판(110) 및 발광구조물(120)을 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 발광구조물(120)은 육방결정 구조를 갖는 질화물 반도체를 포함하며, 예를 들면, 제1 반도체층(122), 제2 반도체층(126) 및 제1 반도체층(122)과 제2 반도체층(126) 사이에 활성층(124)을 포함할 수 있다.
기판(110)의 광 투과적 성질을 가지는 재질, 예를 들어 육방결정구조를 가지는 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO 중 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 또한, 사파이어(Al2O3) 기판에 비해 열전도성이 큰 SiC 기판일 수 있다. 다만, 기판(110)의 굴절율은 광 추출 효율을 위해 제1 반도체층(122)의 굴절율보다 작은 것이 바람직하다.
한편, 기판(110)에는 광추출 효율을 향상시키는 요철패턴(미도시)이 형성될 수 있다.
요철패턴은 발광 구조물이 형성되는 면의 하부면에 형성될 수 있는데, 그 형성방법은 식각방법으로 형성될 수 있고 바람직하게는 건식 식각, 습식 식각 등을 방법이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 즉, 요철구조로 인해 발광되는 빛의 전반사를 방지하여 광추출 효율을 증가시킨다.
한편, 기판(110) 상에는 기판(110)과 제1 반도체층(122) 사이의 격자 부정합을 완화하고 반도체층이 용이하게 성장될 수 있도록 하는 버퍼층(미도시)이 위치할 수 있다. 버퍼층(미도시)은 저온 분위기에서 형성할 수 있으며, 반도체층과 기판과의 격자상수 차이를 완화시켜 줄 수 있는 물질로 이루어 질 수 있다. 예를 들어, GaN, InN, AlN, AlInN, InGaN, AlGaN, 및 InAlGaN 과 같은 재질 중 선택할 수 있으며 이에 한정되지 않는다.
버퍼층(미도시) 상에는 제1 반도체층(122), 활성층(124) 및 제2 반도체층(126)을 포함한 발광구조물(120)이 형성될 수 있다.
버퍼층(미도시) 상에는 제1 반도체층(122)이 위치할 수 있다. 제1 반도체층(122)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 활성층(124)에 전자를 제공할 수 있다. 제1 반도체층(122)은 예를 들어, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
또한, 제1 반도체층(122)아래에 언도프트 반도체층(미도시)을 더 포함할 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 언도프트 반도체층은 제1 반도체층(122)의 결정성 향상을 위해 형성되는 층으로, n형 도펀트가 도핑되지 않아 제1 반도체층(122)에 비해 낮은 전기전도성을 갖는 것을 제외하고는 제1 반도체층(122)과 같을 수 있다.
상기 제1 반도체층(122) 상에는 활성층(124)이 형성될 수 있다. 활성층(124)은 3족-5족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 단일 또는 다중 양자 우물 구조, 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 등으로 형성될 수 있다.
활성층(124)이 양자우물구조로 형성된 경우 예컨대, 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 다중 양자우물구조를 가질 수 있다. 우물층은 장벽층의 밴드 갭보다 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
활성층(124)의 위 또는/및 아래에는 도전성 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 도전성 클래드층(미도시)은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(124)의 밴드 갭보다는 큰 밴드 갭을 가질 수 있다.
제2 반도체층(126)은 활성층(124)에 정공을 주입하도록 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 제2 반도체층(126)은 예를 들어, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
한편, 활성층(124)과 제2 반도체층(126) 사이에 중간층(미도시)이 형성될 수 있으며, 중간층은 고 전류 인가 시 제1 반도체층(122)으로부터 활성층(124)으로 주입되는 전자가 활성층(124)에서 재결합되지 않고, 제2 반도체층(126)으로 흐르는 현상을 방지하는 전자 차단층(Electron blocking layer)일 수 있다. 중간층은 활성층(124)보다 상대적으로 큰 밴드갭을 가짐으로써, 제1 반도체층(122)으로부터 주입된 전자가 활성층(124)에서 재결합되지 않고 제2 반도체층(126)으로 주입되는 현상을 방지할 수 있다. 이에 따라 활성층(124)에서 전자와 정공의 재결합 확률을 높이고 누설전류를 방지할 수 있다.
한편, 상술한 중간층은 활성층(124)에 포함된 장벽층의 밴드갭보다 큰 밴드갭을 가질 수 있으며, p 형 AlGaN 과 같은 Al 을 포함한 반도체층으로 형성될 수 있고, 이에 한정하지 아니한다.
상술한 제1 반도체층(122), 활성층(124) 및 제2 반도체층(126)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), 스퍼터링(Sputtering) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 제1 반도체층(122) 및 제2 반도체층(126) 내의 도전형 도펀트의 도핑 농도는 균일 또는 불균일하게 형성될 수 있다. 즉, 복수의 반도체층은 다양한 도핑 농도 분포를 갖도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 제1 반도체층(122)이 p형 반도체층으로 구현되고, 제2 반도체층(126)이 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 제2 반도체층(126) 상에는 n형 또는 p형 반도체층을 포함하는 제3 반도체층(미도시)이 형성될 수도 있다. 이에 따라, 발광 소자(100)는 np, pn, npn, pnp 접합 구조 중 적어도 어느 하나를 가질 수 있다.
전극은 발광소자(100)를 전원과 연결시킨다. 전극은 제1 반도체층(122)과 전기적으로 연결되는 제1 전극(130) 및 제2 반도체층(126) 상에 배치되는 제2 전극(140)을 포함할 수 있다. 그리고, 제2 전극(140)과 제2 반도체층(126) 사이에는 투광성전극층(미도시)이 포함될 수 있다.
투광성전극층은 ITO, IZO(In-ZnO), GZO(Ga-ZnO), AZO(Al-ZnO), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 제2 반도체층(126)의 외측 일면 전체 또는 일부에 형성됨으로써, 전류군집현상을 방지할 수 있다.
제1 전극(130)은 제1 반도체층(122) 상에 형성될 수 있다. 제1 전극(130)이 형성되는 위치는 제한이 없고, 발광소자(100)의 크기 등을 고려하여 복수 개가 형성될 수도 있다. 또한, 도 2에서 도시하는 바와 같이 제2 반도체층(126)과 활성층(124)의 일부 영역이 제거되고, 제1 반도체층(122)의 일부가 노출되며, 노출된 제1 반도체층(122) 상면에 제1 전극(130)이 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 기판(110)이 제거되고 제1 반도체층(122)의 노출되는 면에 제1 전극(130)이 형성될 수도 있다.
제1 반도체층(122)의 상면을 제거하는 방법은 제한이 없으나 습식 식각, 건식 식각 등의 방법이 사용될 수 있다.
제2 전극(140)은 제2 반도체층(126) 상에 배치될 수 있다.
다시 도 1 내지 도 3을 참고하면, 발광구조물(120)의 측면에는 요철부(170)를 포함할 수 있다. 또한, 발광구조물(120)의 상면의 외주는 사각형 형상을 가지며, 상기 사각형의 사면은 상기 육방결정구조의 반극성 면일 수 있다. 여기서, 사각형의 사면은 요철부(170)가 형성되는 면이다.
특히, 도 3을 참조하면, 요철부(170)는 상면이 삼각형 형상을 갖고, 상기 삼각형의 적어도 일 면(k)은 상기 육방결정구조의 비극성 면을 포함할 수 있다.
상술한 비극성 면은 M-면{1-100}일 수 있다.
요철부(170)의 크기는 제한이 없고, 발광소자(100)의 크기에 따라서 다양한 크기를 가질 수 있다.
요철부(170)의 삼각형의 꼭지각(θ1)이 둔각일 수 있고, 요철부(170)의 삼각형의 꼭지각(θ1)은 120 도를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다. 도 4 내지 도 7은 기판(110) 및 질화물 반도체층의 결정 구조를 설명하기 위한 참조도면으로서 육방결정구조의 각 면을 도시한 도면이다.
이하 도 4 내지 도 7을 참조하여서 질화물 반도체의 육방결정구조를 설명한다. 도 4 내지 도 7에서는 육방결정구조의 C-면{0001}, A-면{11-20}, R-면{1-102}, M-면{1-100}을 도시한다.
질화물 반도체층 및 그의 합금들은 육방정계 결정구조(특히, hexagonal wurzite structure)에서 가장 안정적이다. 이러한 결정구조는 도 4 내지 도 7에서 도시하는 바와 같이, 서로에 대하여 120도 회전 대칭을 가지고, 수직방향인 C-축[0001]에 대하여 모두 수직인 세 개의 기본 축[a1, a2, a3]들로 표시된다.
결정방향지수는 [0000], 한 결정방향지수와 등가인 결정방향지수의 Family지수는 <0000>로 표시하고, 면방향지수는 (0000), 한 면방향지수와 등가인 면방향지수의 Family지수는 {0000}로 표시한다.
따라서, 위에서 설명한 A-면{11-20}은 (11-20)면 뿐만 아니라, 육방정계 결정구조를 C-축[0001]을 축으로 60도씩 회전시켰을 때 나오는 결정면, 즉 (-1-120), (-12-10), (1-210), (-2110), (2-1-10) 면도 A-면{11-20}에 속한다.
마찬가지로, R-면{1-102}은 (1-102)면 뿐만 아니라, 육방정계 결정구조를 C-축[0001]을 축으로 60도씩 회전시켰을 때 나오는 결정면, 즉 (-1102), (10-12),(-1012), (01-12),(0-112) 면도 R-면{1-102} 에 속한다.
마찬가지로, M-면{1-100}은 (1-100)면 뿐만 아니라, 육방정계 결정구조를 C-축[0001]을 축으로 60도씩 회전시켰을 때 나오는 결정면, 즉 (-1100), (10-10),(-1010), (01-10),(0-110) 면도 M-면{1-100} 에 속한다.
기판(110)과 질화물 반도체층은 육방결정구조를 갖는다. 즉, 기판(110)은 육방결정구조를 갖는 물질, 예를 들어 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO 등의 물질로 형성될 수 있다.
도시된 결정 구조의 기판(110)에서 질화물 반도체층을 성장할 때, 질화물 반도체층을 C-면{0001} 방향으로 성장 시 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로 주로 사용된다. 하지만 C-면{0001} 방향으로 성장되는 질화물 반도체층은 분극효과(polarization effect)가 발생한다. 이러한 분극효과에는 갈륨층과 질소층이 반복되게 적층되면서 결정구조 내에 포함된 대칭 요소들이 C축을 따라서 생성되는 자발분극(spontaneous polarizaion)과 이종접합 구조를 형성할 때 질화물 간의 격자상수 차이 및 같은 C축 배향성을 가진다는 특성으로 인한 응력이 발생하여 생기는 압전분극(piezoelectric polariziton)이 있다. 질화물의 압전계수는 거의 모든 반도체 재료에 비하여 큰 값을 가지므로 작은 변형(strain)에도 매우 큰 분극을 초래할 수 있다. 두 개의 분극으로 유발된 정전기장(electric field)은 양자우물 구조의 에너지 밴드 구조를 변화시켜 이에 따른 전자와 정공의 분포를 왜곡시키게 된다. 이러한 효과를 양자 구속 스타크 효과(quantum confined stark effect, QCSE)라고 하는데 이는 전자와 정공의 재결합으로 빛을 방생시키는 발광소자에 있어서 낮은 내부양자효율을 유발하고 발광 스펙트럼의 적색 편이(red shift) 등 발광소자의 전기적, 광학적 특성에 악영향을 끼칠 수 있다. 또한, C-면{0001}의 빠른 성장 속도는 질화물 반도체층의 결정 결함을 증가시키는 경향이 있다.
육방 결정구조에서 A-면{11-20}, R-면{1-102}, 및 M-면{1-100}은 비극성 또는 반극성의 특징을 가지는 면으로서, C-면{0001}에 비해 질화물 반도체층의 성장이 어려우나, C-면{0001}에서 발생하는 분극 효과에 의한 정전기장을 생성하지 않거나 정전기장의 생성이 감소하는 특징이 있다.
한편, 갈륨나이트라이드(GaN) 결정구조에서 비극성 면은 C-축[0001]에 평행한 M-면{1-100}이고, 반극성 면은 A-면{11-20}과, C-축[0001]과 경사를 갖는 R-면{1-102}이다.
상술한 이론대로, 질화물 반도체층을 C-면{0001} 방향으로 성장 시키면, 발광구조물(120)의 상면은 C-면{0001}이 되고, 발광구조물(120)의 측면은 M-면{1-100}이 된다. 여기서, M-면{1-100}은 비극성 면으로써, 식각용액으로 식각을 하더라도 요철구조의 형성이 어렵게 된다. 그리고, 발광구조물(120)의 측면이 평평한 형상을 가지면, 활성층(124)에서 발생한 광을 전반사시키므로, 발광소자(100)의 광추출 효율도 저하되게 된다.
따라서, 발광구조물(120)의 측면이 육방결정 구조의 반극성 면을 가지게 아이솔레이션 작업을 하고, 발광구조물(120)의 측면에 식각용액 등으로 에칭을 하면, 요철부(170)가 용이하게 형성될 수 있다. 이때, 요철부(170)는 삼각형 형상을 가질 수 있고, 삼각형 형상의 일면은 비극성 면인 M-면{1-100} 일 수 있다. 그리고, 발광구조물(120)의 측면에 요철부(170)가 형성되면, 활성층(124)에서 발생한 광의 전반사를 줄여서 발광소자(100)의 발광효율을 향상시킬 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 8을 참조하면, 실시예의 발광소자(200)는 도 2의 실시예와 비교하면, 발광구조물(220)의 측면이 경사면을 포함하는 것에 차이가 존재한다.
상기 경사면은 발광소자(200)의 아이솔레이션 과정에서 의도적으로 또는 자연적으로 형성될 수 있다. 이에 한정되지 않는다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 9를 참조하면, 실시예의 발광소자(300)는 수직형 타입의 발광소자를 도시하고 있다. 실시예에 따른 발광소자(300)는 지지부재(310), 지지부재(310) 상에 배치되는 제1 전극층(330), 제1 반도체층(322), 활성층(324) 및 제2 반도체층(326)을 포함한 발광 구조물(320) 및 제2 전극(340)을 포함할 수 있다.
지지부재(310)는 열전도성이 우수한 물질을 이용하여 형성할 수 있으며, 또한 전도성 물질로 형성할 수 있는데, 금속 물질 또는 전도성 세라믹을 이용하여 형성할 수 있다. 지지부재(310)는 단일층으로 형성될 수 있고, 이중 구조 또는 그 이상의 다중 구조로 형성될 수 있다.
즉, 지지부재(310)는 금속, 예를 들어 Au, Ni, W, Mo, Cu, Al, Ta, Ag, Pt, Cr중에서 선택된 어느 하나로 형성하거나 둘 이상의 합금으로 형성할 수 있으며, 서로 다른 둘 이상의 물질을 적층하여 형성할 수 있다. 또한 지지부재(310)는 Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC, SiGe, GaN, Ga2O3 와 같은 캐리어 웨이퍼로 구현될 수 있다.
이와 같은 지지부재(310)는 발광소자(300)에서 발생하는 열의 방출을 용이하게 하여 발광소자(300)의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다.
한편, 지지부재(310) 상에는 제1 전극층(330)이 형성될 수 있으며, 제1 전극층(330)은 오믹층(ohmic layer)(미도시), 반사층(reflective layer)(미도시), 본딩층(bonding layer)(미도시) 중 적어도 한 층을 포함할 수 있다. 예를 들어 제1 전극층(330)은 오믹층/반사층/본딩층의 구조이거나, 오믹층/반사층의 적층 구조이거나, 반사층(오믹 포함)/본딩층의 구조일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예컨대, 제1 전극층(330)은 본딩층상에 반사층 및 오믹층이 순차로 적층된 형태일 수 있다.
반사층(미도시)은 오믹층(미도시) 및 본딩층(미도시) 사이에 배치될 수 있으며, 반사특성이 우수한 물질, 예를 들어 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질 중에서 형성되거나, 상기 금속 물질과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있다. 또한 반사층(미도시)은 IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 적층할 수 있다. 또한 반사층(미도시)을 발광 구조물(320)(예컨대, 제1 반도체층(322))과 오믹 접촉하는 물질로 형성할 경우, 오믹층(미도시)은 별도로 형성하지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
오믹층(미도시)은 발광 구조물(320)의 하면에 오믹 접촉되며, 층 또는 복수의 패턴으로 형성될 수 있다. 오믹층(미도시)은 투광성 전극층과 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), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni, Ag, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 하나 이상을 이용하여 단층 또는 다층으로 구현할 수 있다. 오믹층(미도시)은 제1 반도체층(322)에 캐리어의 주입을 원활히 하기 위한 것으로, 반드시 형성되어야 하는 것은 아니다.
또한 제1 전극층(330)은 본딩층(미도시)을 포함할 수 있으며, 이때 본딩층(미도시)은 배리어 금속(barrier metal), 또는 본딩 금속, 예를 들어, Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag 또는 Ta 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며 이에 한정하지 않는다.
발광 구조물(320)은 육방결정 구조를 갖는 질화물 반도체를 포함하며, 적어도 제1 반도체층(322), 활성층(324) 및 제2 반도체층(326)을 포함할 수 있고, 제1 반도체층(322)과 제2 반도체층(326) 사이에 활성층(324)이 게재된 구성으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 전극층(330) 상에는 제1 반도체층(322)이 형성될 수 있다. 상기 제1 반도체층(322)은 p형 도펀트가 도핑된 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 상기 p형 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 제1 반도체층(322) 상에는 활성층(324)이 형성될 수 있다. 상기 활성층(324)은 3족-5족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 단일 또는 다중 양자 우물 구조, 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 등으로 형성될 수 있다.
활성층(324)이 양자우물구조로 형성된 경우 예컨대, 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 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
또한, 활성층(324)이 다중 양자우물구조를 가질 경우, 각각의 우물층(미도시)은 서로 상이한 In 함유량 및 서로 상이한 밴드갭을 가질 수 있으며, 이에 대해서는 도 8 내지 도 10을 참조하여 후술한다.
상기 활성층(324)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 도전형 클래드층(미도시)은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(324)의 밴드 갭보다는 큰 밴드 갭을 가질 수 있다.
한편, 활성층(324)과 제1 반도체층(322) 사이에 중간층(미도시)이 형성될 수 있으며, 중간층은 고 전류 인가 시 제2 반도체층(326)으로부터 활성층(324)으로 주입되는 전자가 활성층(324)에서 재결합되지 않고 제1 반도체층(322)으로 흐르는 현상을 방지하는 전자 차단층(Electron blocking layer)일 수 있다. 중간층(미도시)은 활성층(324)보다 상대적으로 큰 밴드갭을 가짐으로써, 제2 반도체층(326)으로부터 주입된 전자가 활성층(324)에서 재결합되지 않고 제1 반도체층(322)으로 주입되는 현상을 방지할 수 있다. 이에 따라 활성층(324)에서 전자와 정공의 재결합 확률을 높이고 누설전류를 방지할 수 있다.
한편, 상술한 중간층은 활성층(324)에 포함된 장벽층의 밴드갭보다 큰 밴드갭을 가질 수 있으며, 예를 들어 AlGaN 과 같은 Al 을 포함한 반도체층으로 형성될 수 있고, 이에 한정하지 아니한다.
활성층(324) 상에는 제2 반도체층(326)이 형성될 수 있다. 상기 제2 반도체층(326)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 상기 n형 반도체층은 예컨대, 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 도핑될 수 있다.
한편, 발광 구조물(320)은 제2 반도체층(326) 상에 제2 반도체층(326)과 반대의 극성을 갖는 제3 반도체층(미도시)을 포함할 수 있다. 또한 제1 반도체층(322)이 n 형 반도체층이고, 제2 반도체층(326)이 p 형 반도체층으로 구현될 수도 있다. 이에 따라 발광 구조층은 N-P 접합, P-N 접합, N-P-N 접합 및 P-N-P 접합 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
발광 구조물(320)의 상부에는 광 추출 구조(미도시)가 형성될 수 있다.
광 추출 구조는 제2 반도체층(326)의 상부 표면의 일부 또는 전체 영역에 형성될 수 있다. 광 추출 구조는 제2 반도체층(326)의 상면의 적어도 일 영역에 대해 에칭을 수행함으로써 형성될 수 있으며 이에 대해 한정하지 않는다. 상기 에칭 과정은 습식 또는/및 건식 에칭 공정을 포함하며, 에칭 과정을 거침에 따라서, 투광성 전극층(미도시)의 상면 또는 제2 반도체층(326)의 상면은 광 추출 구조를 형성하는 러프니스를 포함할 수 있다. 러프니스는 랜덤한 크기로 불규칙하게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 러프니스는 평탄하지 않는 상면으로서, 텍스쳐(texture) 패턴, 요철 패턴, 평탄하지 않는 패턴(uneven pattern) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
러프니스는 측 단면이 원기둥, 다각기둥, 원뿔, 다각뿔, 원뿔대, 다각뿔대 등 다양한 형상을 갖도록 형성될 수 있으며, 바람직하게 뿔 형상을 포함한다.
한편, 상기 광추출구조는 PEC(photo electro chemical) 등의 방법으로 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다. 광추출구조(284)가 투광성 전극층(미도시)의 또는 제2 반도체층(326)의 상부면에 형성됨에 따라서 활성층(324)으로부터 생성된 빛이 투광성 전극층(미도시), 또는 제2 반도체층(326)의 상부면으로부터 전반사되어 재흡수되거나 산란되는 것이 방지될 수 있으므로, 발광소자(300)의 광 추출 효율의 향상에 기여할 수 있다.
제2 반도체층(326)상에는 제2 반도체층(326)과 전기적으로 연결된 제2 전극(340)이 형성될 수 있으며, 제2 전극(340)은 적어도 하나의 패드 또는/및 소정 패턴을 갖는 전극을 포함할 수 있다. 제2 전극(340)은 제2 반도체층(326)의 상면 중 센터 영역, 외측 영역 또는 모서리 영역에 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 제2 전극(340)은 상기 제2 반도체층(326)의 위가 아닌 다른 영역에 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
발광 구조물(320)의 측면에는 요철부(370)를 포함할 수 있다. 또한, 발광구조물(320)의 상면의 외주는 사각형 형상을 가지며, 상기 사각형의 사면은 상기 육방결정구조의 반극성 면일 수 있다. 여기서, 사각형의 사면은 요철부(370)가 형성되는 면이다.
요철부(370)는 상면이 삼각형 형상을 갖고, 상기 삼각형의 적어도 일 면은 상기 육방결정구조의 비극성 면을 포함할 수 있다. 그리고, 상술한 비극성 면은 M-면{1-100}일 수 있다. 요철부(370)에 대한 설명은 상술한 바와 같다.
따라서, 실시예의 발광소자(300)는 발광 구조물(320)의 측면에 용이하게 요철부를 형성할 수 있고, 발광 구조물(320)의 측면에서 광의 전반사를 감소시키므로, 궁극적으로 발광소자(300)의 발광효율을 향상시킬 수 있다.
도 10 내지 도 15는 실시예에 따른 발광소자에 제조방법을 나타내는 도면이다.
실시예에 따른 발광소자의 제조방법은 다음과 같다.
먼저, 도 10을 참조하면, 육방결정구조를 갖는 기판(110)을 마련한다.
여기서, 기판(110)은 광 투과적 성질을 가지는 재질, 예를 들어 육방결정구조를 가지는 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN 및 ZnO 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
이후, 기판(110) 상에 육방결정구조를 가지며 기판(110)의 육방결정 방향에 대해서 30도 편향된 질화물 반도체층을 성장시킬 수 있다. 여기서, 질화물 반도체층은 발광구조물(120)을 포함할 수 있고, 발광구조물(120)은 예를 들면, 제1 반도체층(122), 제2 반도체층(126) 및 제1 반도체층(122)과 제2 반도체층(126) 사이에 활성층(124)을 포함할 수 있다. 제1 반도체층(122), 활성층(124) 및 제2 반도체층(126)은 도 1에서 상술한 바와 동일하므로 생략하도록 하고, 성장 방법은 상술한 바와 같다.
도면에 나타내지는 않았으나 기판(110)과 발광구조물(120) 사이에는 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있다.
상기 버퍼층은 3족과 5족 원소가 결합 된 형태이거나 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중에서 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 도펀트가 도핑될 수도 있다.
이러한, 기판(110) 또는 버퍼층(미도시) 위에는 언도프드 반도체(미도시)층이 형성될 수 있으며, 버퍼층(미도시)과 언도프드 반도체층(미도시) 중 어느 한 층 또는 두 층 모두 형성하거나 형성하지 않을 수도 있으며, 이러한 구조에 대해 한정되지는 않는다.
도 11은 질화물 반도체층 상에 마스크 패턴을 배치시킨 모습을 도시한 단면도, 도 12는 질화물 반도체층 상에 마스크 패턴을 배치시킨 모습을 상측에서 바라본 평면도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 이후, 상기 질화물 반도체층(예를 들면, 120) 상에 수개의 사각형 마스크 패턴(150)을 배치한다. 여기서, 마스크 패턴(150)는 부식에 강한 재질 예를 들면, SiO2 를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 사각형 마스크 패턴(150)의 측면과 기준면(s) 사이의 각도(θ)는 0도 보다 크고 30도 보다 작거나, 또는 30도 보다 크고 45 도 보다 작게 형성될 수 있다. 여기서, 기준면(s)은, 기판(110)의 육방결정 구조의 A 면으로 형성된 면을 의미할 수 있다. 즉, 기판(110)이 GaN(갈률나이트라이드)를 포함하는 경우 GaN 결정구조의 A 면을 의미한다.
도 13을 참조하면, 이후, 상기 질화물 반도체층을 수개의 일 발광 구조물(s1, s2) 단위로 분할한다(아이솔레이션). 여기서, 분할방법은 습식식각(wet etching) 방법에 의할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
아이솔레이션을 통해서 상기 질화물 반도체층은 일 발광 구조물(s1, s2) 단위로 분할되는데, 마스크 패턴(150)을 상술한 각도로 배치하면, 일 발광 구조물(s1, s2)의 측면이 육방결정구조의 M-면{1-100}을 가지는 것이 아니라, 반극성 면 예를 들면, A-면{11-20}을 가지게 된다. 습식식각(wet etching)에 의해 요철구조가 잘 형성되는 A-면{11-20}이 발광 구조물(s1, s2)의 측면을 형성하게 되므로, 차후 공정에서 발광 구조물(s1, s2)의 측면에 요철구조를 형성하는 것이 용이하다.
도 14를 참조하면, 이후, 발광 구조물(s1, s2)의 제2 반도체층(126) 및 활성층(124)의 일부 영역을 식각하여서 제1 반도체층(122)을 노출시킬 수 있다. 여기서, 식각방법은 습식식각(wet etching), 건식식각(dry etching) 또는 LLO(laser lift off) 방법이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
또한, 상기 질화물 반도체층을 습식 식각하여 일 발광 구조물 단위(s1, s2) 의 측면에 요철부(170)를 형성할 수 있다. 요철부(170)는 발광 구조물(s1, s2)의 전 측면에 형성될 수도 있고, 발광 구조물(s1, s2)의 상면에도 형성될 수 있다. 여기서, 요철부(170)를 형성하는 단계는 KOH, HF, NaOH 및 H3PO4로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 식각액을 이용하여 실시될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
요철부(170)는 상면이 삼각형 형상을 갖고, 상기 삼각형의 적어도 일 면은 상기 육방결정구조의 비극성 면을 포함할 수 있다.
상술한 비극성 면은 M-면{1-100}일 수 있다.
요철부(170)의 크기는 제한이 없고, 발광 구조물(s1, s2)의 크기에 따라서 다양한 크기를 가질 수 있다.
요철부(170)의 삼각형의 꼭지각이 둔각일 수 있고, 요철부(170)의 삼각형의 꼭지각은 120 도를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다.
도 15를 참조하면, 이후, 제1 반도체층(122) 상에 제1 전극(130)을 형성하고, 제2 반도체층(126) 상에 제2 전극(140)을 형성할 수 있다. 또한, 제1 전극(130)은 기판(110)을 제거하고 제1 반도체층(122)의 하면에 형성될 수도 있다. 이에 한정되지 않는다.
이후, 기판(110)도 일 발광 구조물(s1, s2)단위로 절단하는 공정을 실행할 수도 있다.
실시예에 따른 발광소자의 제조방법에 따르면, 발광 구조물(s1, s2)의 측면에 용이하게 요철구조를 형성할 수 있어서, 작업의 편의성을 향상시키며, 발광소자의 발광효율도 향상시킬 수 있다.
도 16은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지를 나타낸 사시도이고, 도 17는 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 발광소자 패키지(500)는 캐비티(520)가 형성된 몸체(510), 몸체(510)에 실장되는 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)과, 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)과 전기적으로 연결되는 발광소자(530), 및 발광소자(530)를 덮도록 캐비티(520)에 충진되는 봉지재(미도시)를 포함할 수 있다.
몸체(510)는 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 액정폴리머(PSG, photo sensitive glass), 폴리아미드9T(PA9T), 신지오택틱폴리스티렌(SPS), 금속 재질, 사파이어(Al2O3), 베릴륨 옥사이드(BeO), 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 몸체(510)는 사출 성형, 에칭 공정 등에 의해 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
몸체(510)의 내면은 경사면이 형성될 수 있다. 이러한 경사면의 각도에 따라 발광소자(530)에서 방출되는 광의 반사각이 달라질 수 있으며, 이에 따라 외부로 방출되는 광의 지향각을 조절할 수 있다.
광의 지향각이 줄어들수록 발광소자(530)에서 외부로 방출되는 광의 집중성은 증가하고, 반대로 광의 지향각이 클수록 발광소자(530)에서 외부로 방출되는 광의 집중성은 감소한다.
한편, 몸체(510)에 형성되는 캐비티(520)를 위에서 바라본 형상은 원형, 사각형, 다각형, 타원형 등의 형상일 수 있으며, 모서리가 곡선인 형상일 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
발광소자(530)는 제1 리드 프레임(540) 상에 실장되며, 예를 들어, 적색, 녹색, 청색, 백색 등의 빛을 방출하는 발광소자 또는 자외선을 방출하는 UV(Ultra Violet) 발광소자일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한, 발광소자(530)는 한 개 이상 실장될 수 있다.
또한, 발광소자(530)는 그 전기 단자들이 모두 상부 면에 형성된 수평형 타입(Horizontal type)이거나, 또는 상, 하부 면에 형성된 수직형 타입(Vertical type), 또는 플립 칩(flip chip) 모두에 적용 가능하다.
봉지재(미도시)는 발광소자(530)를 덮도록 캐비티(520)에 충진될 수 있다.
봉지재(미도시)는 실리콘, 에폭시, 및 기타 수지 재질로 형성될 수 있으며, 캐비티(520) 내에 충진한 후, 이를 자외선 또는 열 경화하는 방식으로 형성될 수 있다.
또한 봉지재(미도시)는 형광체를 포함할 수 있으며, 형광체는 발광소자(530)에서 방출되는 광의 파장에 종류가 선택되어 발광소자 패키지(500)가 백색광을 구현하도록 할 수 있다.
이러한 형광체는 발광소자(530)에서 방출되는 광의 파장에 따라 청색 발광 형광체, 청록색 발광 형광체, 녹색 발광 형광체, 황녹색 발광 형광체, 황색 발광 형광체, 황적색 발광 형광체, 오렌지색 발광 형광체, 및 적색 발광 형광체중 하나가 적용될 수 있다.
즉, 형광체는 발광소자(530)에서 방출되는 제1 빛을 가지는 광에 의해 여기 되어 제2 빛을 생성할 수 있다. 예를 들어, 발광소자(530)가 청색 발광 다이오드이고 형광체가 황색 형광체인 경우, 황색 형광체는 청색 빛에 의해 여기되어 황색 빛을 방출할 수 있으며, 청색 발광 다이오드에서 발생한 청색 빛 및 청색 빛에 의해 여기 되어 발생한 황색 빛이 혼색됨에 따라 발광소자 패키지(500)는 백색 빛을 제공할 수 있다.
이와 유사하게, 발광소자(530)가 녹색 발광 다이오드인 경우는 magenta 형광체 또는 청색과 적색의 형광체를 혼용하는 경우, 발광소자(530)가 적색 발광 다이오드인 경우는 Cyan형광체 또는 청색과 녹색 형광체를 혼용하는 경우를 예로 들 수 있다.
이러한 형광체는 YAG계, TAG계, 황화물계, 실리케이트계, 알루미네이트계, 질화물계, 카바이드계, 니트리도실리케이트계, 붕산염계, 불화물계, 인산염계 등의 공지된 형광체일 수 있다.
제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)은 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P), 알루미늄(Al), 인듐(In), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 하프늄(Hf), 루테늄(Ru), 철(Fe) 중에서 하나 이상의 물질 또는 합금을 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제1 제2 리드 프레임(540, 550)은 서로 이격되어 서로 전기적으로 분리된다. 발광소자(530)는 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)상에 실장되며, 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)은 발광소자(530)와 직접 접촉하거나 또는 솔더링 부재(미도시)와 같은 전도성을 갖는 재료를 통해서 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 발광소자(530)는 와이어 본딩을 통해 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다. 따라서 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)에 전원이 연결되면 발광소자(530)에 전원이 인가될 수 있다. 한편, 수개의 리드 프레임(미도시)이 몸체(510)내에 실장되고 각각의 리드 프레임(미도시)이 발광소자(530)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다.
도 18는 실시예에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 조명장치를 도시한 사시도이며, 도 19 는 도 18 의 조명장치의 C-C' 단면을 도시한 단면도이다.
도 18 및 도 19을 참조하면, 조명장치(600)는 몸체(610), 몸체(610)와 체결되는 커버(630) 및 몸체(610)의 양단에 위치하는 마감캡(650)을 포함할 수 있다.
몸체(610)의 하부면에는 발광소자 모듈(640)이 체결되며, 몸체(610)는 발광소자 패키지(644)에서 발생된 열이 몸체(610)의 상부면을 통해 외부로 방출할 수 있도록 전도성 및 열발산 효과가 우수한 금속재질로 형성될 수 있다.
발광소자 패키지(644)는 PCB(642) 상에 다색, 다열로 실장되어 어레이를 이룰 수 있으며, 동일한 간격으로 실장되거나 또는 필요에 따라서 다양한 이격 거리를 가지고 실장될 수 있어 밝기 등을 조절할 수 있다. 이러한 PCB(642)로 MPPCB(Metal Core PCB) 또는 FR4 재질의 PCB 등을 사용할 수 있다.
발광소자 패키지(644)는 연장된 리드 프레임(미도시)를 포함하여 향상된 방열 기능을 가질 수 있으므로, 발광소자 패키지(644)의 신뢰성과 효율성이 향상될 수 있으며, 발광소자 패키지(622) 및 발광소자 패키지(644)를 포함하는 조명장치(600)의 사용 연한이 연장될 수 있다.
커버(630)는 몸체(610)의 하부면을 감싸도록 원형의 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않음은 물론이다.
커버(630)는 내부의 발광소자 모듈(640)을 외부의 이물질 등으로부터 보호한다. 또한, 커버(630)는 발광소자 패키지(644)에서 발생한 광의 눈부심을 방지하고, 외부로 광을 균일하게 방출할 수 있도록 확산입자를 포함할 수 있으며, 또한 커버(630)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 프리즘 패턴 등이 형성될 수 있다. 또한 커버(630)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 형광체가 도포될 수도 있다.
한편, 발광소자 패키지(644)에서 발생한 광은 커버(630)를 통해 외부로 방출되므로 커버(630)는 광 투과율이 우수하여야 하며, 발광소자 패키지(644)에서 발생한 열에 견딜 수 있도록 충분한 내열성을 구비하고 있어야 하는바, 커버(630)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylen Terephthalate; PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC) 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA) 등을 포함하는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
마감캡(650)은 몸체(610)의 양단에 위치하며 전원장치(미도시)를 밀폐하는 용도로 사용될 수 있다. 또한 마감캡(650)에는 전원핀(652)이 형성되어 있어, 실시예에 따른 조명장치(600)는 기존의 형광등을 제거한 단자에 별도의 장치 없이 곧바로 사용할 수 있게 된다.
도 20 은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 20 은 에지-라이트 방식으로, 액정표시장치(700)는 액정표시패널(710)과 액정표시패널(710)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(770)을 포함할 수 있다.
액정표시패널(710)은 백라이트 유닛(770)으로부터 제공되는 광을 이용하여 화상을 표시할 수 있다. 액정표시패널(710)은 액정을 사이에 두고 서로 대향하는 컬러 필터 기판(712) 및 박막 트랜지스터 기판(714)을 포함할 수 있다.
컬러 필터 기판(712)은 액정표시패널(710)을 통해 디스플레이되는 화상의 색을 구현할 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(714)은 구동 필름(717)을 통해 다수의 회로부품이 실장되는 인쇄회로 기판(718)과 전기적으로 접속되어 있다. 박막 트랜지스터 기판(714)은 인쇄회로 기판(718)으로부터 제공되는 구동 신호에 응답하여 인쇄회로 기판(718)으로부터 제공되는 구동 전압을 액정에 인가할 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(714)은 유리나 플라스틱 등과 같은 투명한 재질의 다른 기판상에 박막으로 형성된 박막 트랜지스터 및 화소 전극을 포함할 수 있다.
백라이트 유닛(770)은 빛을 출력하는 발광소자 모듈(720), 발광소자 모듈(720)로부터 제공되는 빛을 면광원 형태로 변경시켜 액정표시패널(710)로 제공하는 도광판(730), 도광판(730)으로부터 제공된 빛의 휘도 분포를 균일하게 하고 수직 입사성을 향상시키는 다수의 필름(752, 766, 764) 및 도광판(730)의 후방으로 방출되는 빛을 도광판(730)으로 반사시키는 반사 시트(747)로 구성된다.
발광소자 모듈(720)은 복수의 발광소자 패키지(724)와 복수의 발광소자 패키지(724)가 실장되어 어레이를 이룰 수 있도록 PCB기판(722)을 포함할 수 있다. 이 경우 굽어진 발광소자 패키지(724)의 실장의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
한편, 백라이트 유닛(770)은 도광판(730)으로부터 입사되는 빛을 액정 표시 패널(710) 방향으로 확산시키는 확산필름(766)과, 확산된 빛을 집광하여 수직 입사성을 향상시키는 프리즘필름(752)으로 구성될 수 있으며, 프리즘필름(750)를 보호하기 위한 보호필름(764)을 포함할 수 있다.
도 21 은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다. 다만, 도 20 에서 도시하고 설명한 부분에 대해서는 반복하여 상세히 설명하지 않는다.
도 21 은 직하 방식으로, 액정표시장치(800)는 액정표시패널(810)과 액정표시패널(810)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(870)을 포함할 수 있다.
액정표시패널(810)은 도 20에서 설명한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
백라이트 유닛(870)은 복수의 발광소자 모듈(823), 반사시트(824), 발광소자 모듈(823)과 반사시트(824)가 수납되는 하부 섀시(830), 발광소자 모듈(823)의 상부에 배치되는 확산판(840) 및 다수의 광학필름(860)을 포함할 수 있다.
발광소자 모듈(823) 복수의 발광소자 패키지(822)와 복수의 발광소자 패키지(822)가 실장되어 어레이를 이룰 수 있도록 PCB기판(821)을 포함할 수 있다.
반사 시트(824)는 발광소자 패키지(822)에서 발생한 빛을 액정표시패널(810)이 위치한 방향으로 반사시켜 빛의 이용 효율을 향상시킨다.
한편, 발광소자 모듈(823)에서 발생한 빛은 확산판(840)에 입사하며, 확산판(840)의 상부에는 광학 필름(860)이 배치된다. 광학 필름(860)은 확산 필름(866), 프리즘필름(850) 및 보호필름(864)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 기판 122: 제1 반도체층
124: 활성층 126: 제2 반도체층

Claims (12)

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  8. 육방결정구조를 갖는 기판을 마련하는 단계;
    상기 기판 상에 육방결정구조를 가지며 상기 기판의 육방결정 방향에 대해서 30도 편향된 질화물 반도체층을 성장하는 단계;
    상기 질화물 반도체층 상에 수개의 사각형 마스크 패턴을 배치하는 단계; 상기 질화물 반도체층을 수개의 일 발광 구조물 단위로 분할하는 단계; 및
    상기 질화물 반도체층을 습식 식각하여 상기 일 발광 구조물의 전 측면에 요철부를 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 기판은 육방결정 구조의 A 면으로 형성된 기준면을 갖고,
    상기 사각형 마스크 패턴의 측면과 상기 기준면 사이의 각도는 0도 보다 크고 30도 보다 작거나, 또는 30도 보다 크고 45 도 보다 작게 형성되는 발광소자 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 마스크 패턴은 SiO2 를 포함하는 발광소자 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 질화물 반도체층은 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1 및 제2 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하는 발광소자 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 요철부를 형성하는 단계는,
    KOH, HF, NaOH 및 H3PO4로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 식각액을 이용하여 실시되는 것을 특징으로 하는 발광소자 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 반도체층을 노출시키고, 상기 제1 반도체층 상에 제1 전극을 형성하고, 상기 제2 반도체층 상에 제2 전극을 형성하는 전극 형성단계를 더 포함하는 발광소자 제조방법.

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