KR101880131B1 - 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

실시예는 기판 위에 버퍼층을 성장시키는 단계; 상기 버퍼층 상에 스트레스 완화층(stress relaxation layer)를 성장시키는 단계; 상기 스트레스 완화층을 식각하여 홀을 형성하는 단계; 및 상기 스트레스 완화층 상에, 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 성장시키는 단계를 포함하는 발광소자의 제조방법을 제공한다.

Description

발광소자 및 그 제조방법{Light emitting device and method for manufacturing the same}
실시예는 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는 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.
발광 다이오드는 실리콘 등의 기판 위에 GaN 등으로 발광 구조물을 성장시켜서 제조하는데, 실리콘 기판과 GaN의 격자 상수의 불일치 등에 의하여 웨이퍼(wafer)에 warp와 스트레스(stress)에 의한 크랙(crack)이 발생할 수 있다.
대한민국 공개특허공보 10-2006-0121413에 기재된 바와 같이 상호 이격되어 있는 복수개의 나노 로드 구조물에서 광이 방출되는 구조를 적용하여 격자 부정합에 인한 스트레스 및 스트레인을 완화시키고자 하는 시도가 있다.
실시예는 발광소자의 구조적 안정성을 확보하고자 한다.
실시예는 기판 위에 버퍼층을 성장시키는 단계; 상기 버퍼층 상에 스트레스 완화층(stress relaxation layer)를 성장시키는 단계; 상기 스트레스 완화층을 식각하여 홀을 형성하는 단계; 및 상기 스트레스 완화층 상에, 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 성장시키는 단계를 포함하는 발광소자의 제조방법을 제공한다.
기판은 실리콘을 포함할 수 있다.
홀을 건식 식각으로 형성할 수 있다.
건식 식각은 Ar, Cl2, BCl3 중 하나를 사용할 수 있다.
홀을 5~20 마이크로 미터의 직경으로 형성할 수 있다.
스트레스 완화층을 AlN 또는 InN으로 형성할 수 있다.
발광소자의 제조방법은 버퍼층과 스트레스 완화층의 사이에 제1 GaN층을 성장시키는 단계; 및 상기 스트레스 완화층과 발광 구조물 사이에 제2 GaN층을 성장시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
홀을 제2 GaN층부터 스트레스 완화층까지 형성할 수 있다.
제1 GaN층과, 제2 GaN층 및 스트레스 완화층의 총 두께는 2~2.5 마이크로 미터일 수 있다.
홀을 상기 스트레스 완화층의 가장자리로부터 5 밀리미터 이내의 거리에 형성할 수 있다.
제1 GaN층과 제2 GaN층의 성장 중에 크랙이 발생하고, 상기 크랙의 발생은 상기 홀에서 멈출 수 있다.
다른 실시예는 홀이 형성된 스트레스 완화층(stress relaxation layer); 상기 스트레스 완화층 상에 형성된 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 및 상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 상에 각각 형성된 제1 전극과 제2 전극을 포함하고, 상기 발광 구조물에는 상기 홀과 대응하여 패턴이 형성된 발광소자를 제공한다.
실시예에 따른 발광소자는 소자의 구조적 안정성이 확보된다.
도 1 내지 도 7e는 발광소자의 일실시예의 제조방법을 나타낸 도면이고,
도 8a 내지 도 8e는 도 7a의 발광소자에서 발광 구조물 등의 구조를 상세히 나타낸 도면이고,
도 9는 발광소자가 배치된 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 10은 발광소자 패키지가 배치된 조명 장치의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 11은 발광소자 패키지가 배치된 표시장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한, "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다. 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 1 내지 도 7e는 발광소자의 일실시예의 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기판(110) 상에 버퍼층(120)과 제1 질화물 반도체층(130)을 형성한다.
기판(110)은 전도성 기판 또는 절연성 기판을 사용할 수 있는데, 예컨대 실리콘, 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 하나를 사용할 수 있다. 상기 기판(110) 위에는 요철 구조가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 기판(110)에 대해 습식세척을 하여 표면의 불순물을 제거할 수 있다.
버퍼층(120)은 후술할 제1 질화물 반도체층(130)과 기판(110) 사이의 재료의 격자 부정합 및 열 팽창 계수의 차이를 완화하기 위한 것이다. 상기 버퍼층(130)의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층 위에는 언도프드(undoped) 반도체층이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
버퍼층(120) 위에는 제1 질화물 반도체층(130)이 형성되는데, 일 예로써 n-도핑되거나 언도프드된 GaN으로 이루어질 수 있다.
그리고, 도 3a에 도시된 바와 같이, 제1 질화물 반도체층(130) 위에 스트레스 완화층(140, Stress relaxation layer)를 성장할 수 있다. 스트레스 완화층(140)은 AlN 또는 InN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 또한, 스트레스 완화층(140)은 두 개 이상의 층으로 형성될 수 있다.
그리고, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 스트레스 완화층(140)에 홀(hole)을 형성할 수 있다. 상기 홀은 도시된 바와 같이 스트레스 완화층(140)의 에지 영역에만 형성될 수 있는데, 후술할 발광 구조물의 성장시에 발광 구조물의 가장 자리 영역으로부터 크랙(crack)이 발생할 수 있기 때문이다.
홀은 발광 구조물의 성장시에 발생할 수 있는 크랙을 병합 내지 흡수하여, 크랙이 더 이상 성장하는 것을 방지할 수 있다. 홀은 5 내지 20 마이크로 미터의 직경으로 형성될 수 있는데, 홀의 직경이 크면 크랙의 흡수에는 유리하나 발광 구조물의 성장이 되는 기준면에 커다란 홀이 존재하면 발광 구조물의 이상 성장을 유발할 수 있고, 홀의 직경이 너무 작으면 크랙의 흡수에 충분하지 못하다.
홀은 건식 식각으로 스트레스 완화층(140)에 형성될 수 있는데, 스트레스 완화층(140)을 관통하거나, 일부 영역에까지 홈의 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 홀은 스트레스 완화층(140) 아래의 제1 질화물 반도체층(130)의 일부 영역에까지 형성될 수도 있다.
상기 홀은 건식 식각의 방법으로 형성될 수 있는데, 이때 아르곤(Ar), 염소(Cl2) 및 염화붕소(BCl3)를 사용하여 식각할 수 있다. 그리고, 상기 홀은 상기 스트레스 완화층의 가장자리로부터 5 밀리미터 이내의 거리에 형성될 수 있는데, 너무 안쪽에 형성되면 홀의 바깥 영역에서의 크랙의 성장을 방지할 수 없다.
도 3c에 상기 홀의 단면의 일실시예들이 도시되어 있다. 각각의 단면은 도 3a에서 각각의 층과 나란한 방향의 단면이다. 원형, 사각형 및 육각형 외에 다른 다각형의 형상으로 홀이 형성될 수 있는데, 상술한 홀의 직경은 홀의 단면이 원형인 경우에는 지름을 뜻하고, 홀의 단면이 다각형인 경우에는 한 변의 길이 또는 대각선의 길이를 뜻할 수 있다.
도 3d에 도시된 실시예는, 스트레스 완화층(140)에 홀을 형성하는 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 상기 홀을 스트레스 완화층(140)의 에지 영역에 형성하되, 스트레스 완화층(140)의 가장 자리로부터 각각의 홀(hole)까지의 거리가 일정하지 않게 형성하고 있다.
그리고, 도 4a에 도시된 바와 같이 스트레스 완화층(140) 위에 제2 질화물 반도체층(150)을 형성하는데, 일 예로써 n-도핑된 GaN으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 스트레스 완화층(140)에 형성된 홀의 적어도 일부 영역에 상기 제2 질화물 반도체층(150)이 삽입되며 형성될 수 있다.
도 4b에서 제2 질화물 반도체층(150)의 성장 후에 표면에 형성된 크랙을 도시한 도면이다. 스트레스 완화층에 형성된 홀에 의하여 크랙이 흡수되고 성장이 멈추어 후술할 도 4c와 비교하여 많이 소멸된 형상이다.
도 4c는 스트레스 완화층 및/또는 홀이 형성되지 않았을 때, 제2 질화물 반도체층(150)의 성장 후에 표면에 형성된 크랙을 도시된 도면이다. 도 4b에 도시된 실시예에 비하여 상대적으로 크랙이 넓은 영역에 확장되어 있다. 즉, 실리콘 등의 기판에 GaN이 성장할 때 실리콘 기판과 GaN의 격자(lattice)의 불일치(mismatch)에 의하여 웨이퍼(Wafer)의 warp이 발생하고, 이에 따른 스트레스(stress)에 의하여 크랙이 성장하고 확장되어 있다.
도 4b의 실시예에서는 스트레스 완화층 성장 후에 크랙의 성장 경로에 형성된 홀이 크랙을 병합 내지 흡수하여, 크랙의 성장 내지 확장이 저지되어 있다. 따라서, 크랙의 성장 영역이 웨이퍼의 전영역에서 보다 에지 방향에 한정되고 있다.
그리고, 도 5에 도시된 바와 같이 제2 질화물 반도체층(150) 상에 발광 구조물(160)을 성장시키는데, 발광 구조물(160)은 제1 도전형 반도체층(162), 활성층(164) 및 제2 도전형 반도체층(166)을 포함할 수 있다.
상기 발광 구조물(160)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.
제1 도전형 반도체층(162)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(162)이 N형 반도체층인 경우, 상기 제1도전형 도펀트는 N형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(162)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(122)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
활성층(164)은 제1 도전형 반도체층(162)을 통해서 주입되는 전자와 이후 형성되는 제2 도전형 반도체층(166)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(발광층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이고, 활성층(164)에서 방출되는 빛은 가시광선 영역 외에 자외선 영역의 광이 방출될 수도 있다.
상기 활성층(164)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(120)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(164)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
상기 활성층(164)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(164)의 밴드 갭보다는 높은 밴드 갭을 갖을 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(166)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(166)이 P형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 P형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
그리고, 도 6에 도시된 바와 같이 제2 도전형 반도체층(166)과 활성층(164) 그리고, 제1 도전형 반도체층(162)의 일부 영역까지 메사 식각하여 상기 제1 도전형 반도체층(166)의 일부를 노출시킨다. 즉, 절연성 물질로 기판(110)을 형성할 때, 제1 도전형 반도체층(162)의 일부 영역에 전류를 공급하기 위하여 전극이 형성될 공간을 확보한다.
그리고, 도 7a에 도시된 바와 같이 제2 도전형 반도체층(166)과 노출된 제1 도전형 반도체층(162) 각각에 제2 전극(175)과 제1 전극(170)을 형성한다. 상기 제1 전극(170)과 제2 전극(175)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
상술한 홀은 스트레스 완화층(140) 뿐만 아니라 다른 층에도 형성될 수 있다. 즉, 도 7b에 도시된 실시예와 같이 홀이 제2 질화물 반도체층(150)으로부터 스트레스 완화층(140)까지 형성될 수 있고, 도 7c에 도시된 바와 같이 홀이 제2 질화물 반도체층(150)으로부터 스트레스 완화층(140)을 관통하고 제1질화물 분반도체층(130)에까지 형성될 수 있고, 도 7d에 도시된 바와 같이 홀이 제2 질화물 반도체층(150)으로부터 스트레스 완화층(140)과 제1질화물 분반도체층(130)을 관통하고 버퍼층(120)의 일부에까지 형성될 수도 있으며, 도 7e에 도시된 바와 같이 홀은 스트레스 완화층(140)으로부터 제1 질화물 반도체층(130)의 일부에까지 형성될 수도 있다.
그리고, 제2 도전형 반도체층(166)의 표면에 요철 구조가 형성되어 발광 소자의 광추출 효율을 높일 수 있다. 이때, 요철 구조는 습식 식각 또는 건식 식각으로 제2 도전형 반도체층(166)의 표면을 패터닝하여 형성될 수 있으며, 요철 구조는 불규칙적이거나 규칙적일 수 있다.
도 7에서, 제1 질화물 반도체층(130)과 스트레스 완화층(140) 및 제2 질화물 반도체층(150) 전체의 두께(t)는 2 내지 2.5 마이크로 미터일 수 있다. 상술한 두께(t)가 너무 얇으면 홀의 형성과 크랙의 확장 방지에 충분하지 않을 수 있다.
도 8a 내지 도 8e는 도 7a의 발광소자에서 발광 구조물 등의 구조를 상세히 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 7a의 공정으로 제조된 발광소자는 스트레스 완화층 내의 홀이 크랙의 성장을 저지하여, 크랙은 줄어드나 홀로 인하여 발광 구조물 등에 움푹 파인 구조 등이 잔존할 수 있다. 이때, 스트레스 완화층 내의 홀은 웨이퍼 레벨에서 스트레스 완화층의 가장 자리 영역에 형성될 수 있으므로, 상기 홀이 발광소자 단위로 다이싱 된 후에 각각의 소자 내의 스트레스 완화층의 가장 자리 영역에서만 관찰 가능한 것은 아니다.
도 8a에서 도 7의 'A' 내의 각 층의 경계를 모식적으로 나타내고 있다.
제1 질화물 반도체층(130)의 위에서 스트레스 완화층(140)에 홀이 형성되고, 상기 홀과 대응하여 상기 스트레스 완화층(140) 위의 제2 질화물 반도체층(150)과 발광 구조물(160) 에도 패턴(b, c)이 형성되고 있다.
이러한 패턴은 웨이퍼 레벨에서 가장 자리 영역에 형성되는 발광 구조물 등에서 발견된다. 도 8b는 상술한 패턴(b, c)이 형성되는 영역 위에 발광 구조물의 메사 영역이 존재할 때의 구조를 나타낸 도면이다. 메사 영역 위로 스트레스 완화층(140)에 홀이 형성되고, 상기 홀에 대응하여 제2 질화물 반도체층(150)과 발광 구조물 내의 제1 도전형 반도체층(162)에도 패턴(b, c)가 형성되고 있다.
도 8c에 도시된 구조는 수평형 발광소자에서 상술한 패턴(b, c)이 메사 영역 외에 존재하는 구조를 나타낸 도면이다.
상술한 내부 경계 구조를 가진 발광소자는, 에피 성장시에 크랙의 성장을 줄이고 그 확산을 차단하여, 발광 구조물의 안정적인 성장을 통하여 소자의 안정성과 광효율 향상을 기대할 수 있다.
도 8d와 도 8e는 도 7a에서 스트레스 완화층(140)의 단면도를 나타낸 도면이다. 발광소자의 단면이 사각형이거나 그와 유사할 때, 도 8d에서 홀(hole)은 스트레스 완화층(140)의 꼭지점 부근에 형성될 수 있고, 도 8e에서 홀은 스트레스 완화층(140)의 변의 부근에 형성되므로, 두 실시예 모두 발광소자 내에서 스트레스 완화층(140)의 가장 자리 영역에 홀이 형성되고 있다.
도 9는 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(200)는 캐비티를 포함하는 몸체(210)와, 상기 몸체(210)에 설치된 제1 리드 프레임(Lead Frame, 221) 및 제2 리드 프레임(222)과, 상기 몸체(210)에 설치되어 상기 제1 리드 프레임(221) 및 제2 리드 프레임(222)과 전기적으로 연결되는 상술한 실시예들에 따른 발광 소자(100)와, 상기 캐비티에 형성된 몰딩부(270)를 포함한다.
상기 몸체(210)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 몸체(210)가 금속 재질 등 도전성 물질로 이루어지면, 도시되지는 않았으나 상기 몸체(210)의 표면에 절연층이 코팅되어 상기 제1,2 리드 프레임(221, 222) 간의 전기적 단락을 방지할 수 있다.
상기 제1 리드 프레임(221) 및 제2 리드 프레임(222)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100)에 전류를 공급한다. 또한, 상기 제1 리드 프레임(221) 및 제2 리드 프레임(222)은 상기 발광 소자(100)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수도 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 몸체(210) 상에 설치되거나 상기 제1 리드 프레임(221) 또는 제2 리드 프레임(222) 상에 설치될 수 있다. 본 실시예에서는 제1 리드 프레임(221)과 발광소자(250)가 직접 통전되고, 제2 리드 프레임(222)과 상기 발광소자(100)는 와이어(260)를 통하여 연결되어 있다. 발광소자(250)는 와이어 본딩 방식 외에 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 등에 의하여 리드 프레임(221, 222)과 연결될 수 있다.
상기 몰딩부(270)는 상기 발광 소자(100)를 포위하여 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부(270) 상에는 형광체(280)가 몰딩부(270)와 별개의 층으로 컨포멀(Conformal) 코팅되어 있다. 이러한 구조는 형광체(280)가 균일하게 분포되어, 발광소자(250)로부터 방출되는 빛의 파장을 발광소자 패키지(200)의 빛이 출사되는 전 영역에서 변환시킬 수 있다.
상기 발광소자(100)에서 방출된 제1 파장 영역의 광이 상기 형광체(280)에 의하여 여기되어 제2 파장 영역의 광으로 변환되고, 상기 제2 파장 영역의 광은 렌즈(미도시)를 통과하면서 광경로가 변경될 수 있다.
상술한 발광소자 패키지(200)는 발광소자(100) 내에서 에피 성장시에 크랙의 성장을 줄이고 그 확산을 차단하여, 발광 구조물의 안정적인 성장을 통하여 소자의 안정성과 광효율 향상을 기대할 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광소자 패키지, 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 반도체 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
이하에서는 상술한 발광소자 패키지가 배치된 조명 시스템의 일실시예로서, 조명장치와 백라이트 유닛을 설명한다.
도 10은 발광소자 패키지가 배치된 조명장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 조명 장치는 광을 투사하는 광원(600)과 상기 광원(600)이 내장되는 하우징(400)과 상기 광원(600)의 열을 방출하는 방열부(500) 및 상기 광원(600)과 방열부(500)를 상기 하우징(400)에 결합하는 홀더(700)를 포함하여 이루어진다.
상기 하우징(400)은 전기 소켓(미도시)에 결합되는 소켓 결합부(410)와, 상기 소켓결합부(410)와 연결되고 광원(600)이 내장되는 몸체부(420)를 포함한다. 몸체부(420)에는 하나의 공기유동구(430)가 관통하여 형성될 수 있다.
상기 하우징(400)의 몸체부(420) 상에 복수 개의 공기유동구(430)가 구비되어 있는데, 상기 공기유동구(430)는 하나의 공기유동구로 이루어지거나, 복수 개의 유동구를 도시된 바와 같은 방사상 배치 이외의 다양한 배치도 가능하다.
상기 광원(600)은 회로 기판(610) 상에 복수 개의 상술한 발광소자 패키지(650)가 구비된다. 여기서, 상기 회로 기판(610)은 상기 하우징(400)의 개구부에 삽입될 수 있는 형상일 수 있으며, 후술하는 바와 같이 방열부(500)로 열을 전달하기 위하여 열전도율이 높은 물질로 이루어질 수 있다.
상기 광원의 하부에는 홀더(700)가 구비되는데 상기 홀더(700)는 프레임과 또 다른 공기 유동구를 포함할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나 상기 광원(100)의 하부에는 광학 부재가 구비되어 상기 광원(100)의 발광소자 패키지(150)에서 투사되는 빛을 확산, 산란 또는 수렴시킬 수 있다.
상술한 조명 장치는 발광소자 패키지 내의 발광소자 내에서 에피 성장시에 크랙의 성장을 줄이고 그 확산을 차단하여, 발광 구조물의 안정적인 성장을 통하여 소자의 안정성과 광효율 향상을 기대할 수 있다.
도 11은 발광소자 패키지가 배치된 표시장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 표시장치(800)는 광원 모듈(830, 835)과, 바텀 커버(820) 상의 반사판(820)과, 상기 반사판(820)의 전방에 배치되며 상기 광원모듈에서 방출되는 빛을 표시장치 전방으로 가이드하는 도광판(840)과, 상기 도광판(840)의 전방에 배치되는 제1 프리즘시트(850)와 제2 프리즘시트(860)와, 상기 제2 프리즘시트(860)의 전방에 배치되는 패널(870)과 상기 패널(870)의 전반에 배치되는 컬러필터(880)를 포함하여 이루어진다.
광원 모듈은 회로 기판(830) 상의 상술한 발광소자 패키지(835)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 회로 기판(830)은 PCB 등이 사용될 수 있고, 발광소자 패키지(835)는 도 13에서 설명한 바와 같다.
상기 바텀 커버(810)는 표시 장치(800) 내의 구성 요소들을 수납할 수 있다.상기 반사판(820)은 본 도면처럼 별도의 구성요소로 마련될 수도 있고, 상기 도광판(840)의 후면이나, 상기 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.
도광판(840)은 발광소자 패키지 모듈에서 방출되는 빛을 산란시켜 그 빛이 액정 표시 장치의 화면 전영역에 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. 그리고, 도광판이 생략되어 반사시트(820) 위의 공간에서 빛이 전달되는 에어 가이드 방식도 가능하다.
상기 제1 프리즘 시트(850)는 지지필름의 일면에, 투광성이면서 탄성을 갖는 중합체 재료로 형성되는데, 상기 중합체는 복수 개의 입체구조가 반복적으로 형성된 프리즘층을 가질 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 패턴은 도시된 바와 같이 마루와 골이 반복적으로 스트라이프 타입으로 구비될 수 있다.
상기 제2 프리즘 시트(860)에서 지지필름 일면의 마루와 골의 방향은, 상기 제1 프리즘 시트(850) 내의 지지필름 일면의 마루와 골의 방향과 수직할 수 있다. 이는 광원 모듈과 반사시트로부터 전달된 빛을 상기 패널(870)의 전방향으로 고르게 분산하기 위함이다.
본 실시예에서 상기 제1 프리즘시트(850)과 제2 프리즘시트(860)가 광학시트를 이루는데, 상기 광학시트는 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.
상기 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.
상기 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.
표시장치에 사용되는 액정 표시 패널은, 액티브 매트릭스(Active Matrix) 방식으로서, 각 화소에 공급되는 전압을 조절하는 스위치로서 트랜지스터를 사용한다.
상기 패널(870)의 전면에는 컬러 필터(880)가 구비되어 상기 패널(870)에서 투사된 빛을, 각각의 화소마다 적색과 녹색 및 청색의 빛만을 투과하므로 화상을 표현할 수 있다.
상술한 표시장치는 발광소자 패키지 내의 발광소자 내에서 에피 성장시에 크랙의 성장을 줄이고 그 확산을 차단하여, 발광 구조물의 안정적인 성장을 통하여 소자의 안정성과 광효율 향상을 기대할 수 있다.
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 : 발광소자 110 : 기판
120 : 버퍼층 130, 150 : 제1,2 질화물 반도체층
140 : 스트레스 완화층 160 : 발광 구조물
162, 166 : 제1,2 도전형 반도체층 164 : 활성층
170 : 제1 전극 175 : 제2 전극
200 : 발광소자 패키지 210 : 몸체
221, 222 : 제1,2 리드 프레임 260 : 와이어
270 : 몰딩부 280 : 형광체층
400 : 하우징 500 : 방열부
600 : 광원 700 : 홀더
800 : 표시장치 810 : 바텀 커버
820 : 반사판 830 : 회로 기판 모듈
840 : 도광판 850, 860 : 제1,2 프리즘 시트
870 : 패널 880 : 컬러필터

Claims (16)

  1. 기판 위에, AlN으로 이루어지는 버퍼층을 성장시키는 단계;
    상기 버퍼층 상에, 언도프드 GaN으로 이루어지는 제1 질화물 반도체층을 성장시키는 단계;
    상기 제1 질화물 반도체층 상에, AlN으로 이루어지는 스트레스 완화층(stress relaxation layer)를 성장시키는 단계;
    상기 스트레스 완화층 상에, 제2 질화물 반도체층을 성장시키는 단계;
    상기 제2 질화물 반도체층의 상면과 하면을 관통하여 상기 스트레스 완화층의 일부 영역까지 연장되어 배치되는 홀을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 질화물 반도체층 상에, 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 성장시키는 단계를 포함하고,
    상기 홀은 상기 스트레스 완화층의 가장 자리 영역에만 형성되는 발광소자의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘을 포함하는 발광소자의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀을 건식 식각으로 형성하는 발광소자의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 건식 식각은 Ar, Cl2, BCl3 중 하나를 사용하는 발광소자의 제조방법.
  5. 제 1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홀을 5~20 마이크로 미터의 직경으로 형성하는 발광소자의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 질화물 반도체층과, 제2 질화물 반도체층 및 스트레스 완화층의 총 두께는 2~2.5 마이크로 미터인 발광소자의 제조방법.
  10. 제 1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홀을 상기 스트레스 완화층의 가장자리로부터 5 밀리미터 이내의 거리에 형성하는 발광소자의 제조방법.
  11. 제 1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 질화물 반도체층과 제2 질화물 반도체층의 성장 중에 크랙이 발생하고, 상기 크랙의 발생은 상기 홀에서 멈추는 발광소자의 제조방법.
  12. 기판;
    상기 기판 위에 배치되고, AlN으로 이루어지는 버퍼층;
    상기 버퍼층 위에 배치되고, 언도프드 GaN으로 이루어지는 제1 질화물 반도체층;
    상기 제1 질화물 반도체층 상에 배치되고, AlN으로 이루어지는 스트레스 완화층(stress relaxation layer);
    상기 스트레스 완화층 상에 배치되는 제2 질화물 반도체층;
    상기 제2 질화물 반도체층 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 및
    상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 상에 각각 형성된 제1 전극과 제2 전극을 포함하고,
    상기 제2 질화물 반도체층의 상면과 하면을 관통하여 상기 스트레스 완화층의 일부 영역까지 연장되어 홀이 형성되고, 상기 홀은 상기 스트레스 완화층의 가장 자리 영역에만 형성되고, 상기 발광 구조물의 상면은 상기 홀과 대응하는 패턴을 갖는 발광소자.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 홀은 5~20 마이크로 미터의 직경으로 형성된 발광소자.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 12 항 또는 제13 항에 있어서,
    상기 제1 질화물 반도체층과, 상기 제2 질화물 반도체층 및 상기 스트레스 완화층의 총 두께는 2~2.5 마이크로 미터인 발광소자.
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