KR101904044B1 - Light-emitting device - Google Patents
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Abstract
발광 소자는, m-면 사파이어을 포함하는 기판과, m-면 사파이어 상에 형성되는 m-면 GaN을 포함하는 발광 구조물과, m-면 사파이어와 m-면 GaN 사이에 형성되고, 암염 구조(NaCl)를 갖는 질화물 계열을 포함하는 버퍼층을 포함한다.The light emitting device includes a substrate including m-plane sapphire, a light emitting structure including m-plane GaN formed on m-plane sapphire, a light emitting structure formed between m-plane sapphire and m-plane GaN, ) ≪ / RTI > nitride layer.
Description
실시예는 발광 소자에 관한 것이다.An embodiment relates to a light emitting element.
발광 다이오드(Light-Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자이다. Light-emitting diodes (LEDs) are semiconductor light-emitting devices that convert current into light.
반도체 발광 소자는 고 휘도를 갖는 광을 얻을 수 있어, 디스플레이용 광원, 자동차용 광원 및 조명용 광원으로 폭넓게 사용되고 있다.Semiconductor light emitting devices are widely used as light sources for displays, light sources for automobiles, and light sources because they can obtain light having high luminance.
발광 소자는 기판 상에 반도체층을 성장시켜 만드는데, 기판과 반도체층 사이의 격자 부정합에 의한 결함(defects)이 발생된다.The light emitting device is made by growing a semiconductor layer on a substrate, which causes defects due to lattice mismatch between the substrate and the semiconductor layer.
실시예는 격자 부정합을 완화하여 불량을 방지할 수 있는 발광 소자를 제공한다.The embodiment provides a light emitting device capable of mitigating lattice mismatch to prevent defects.
실시예는 안정적으로 발광 구조물을 성장할 수 있는 발광 소자를 제공한다.The embodiment provides a light emitting device capable of stably growing a light emitting structure.
실시예는 물리적 및 전기적 특성이 향상된 발광 소자를 제공한다.Embodiments provide a light emitting device having improved physical and electrical characteristics.
실시예는 내부 발광 효율이 향상된 발광 소자를 제공한다.The embodiment provides a light emitting device having improved internal light emitting efficiency.
실시예에 따르면, 발광 소자는, m-면 사파이어을 포함하는 기판; 상기 m-면 사파이어 상에 형성되는 m-면 GaN을 포함하는 발광 구조물; 및 상기 m-면 사파이어와 m-면 GaN 사이에 형성되고, 암염 구조(NaCl)를 갖는 질화물 계열을 포함하는 버퍼층을 포함한다.According to an embodiment, the luminous means comprises a substrate comprising m-plane sapphire; A light emitting structure including m-plane GaN formed on the m-plane sapphire; And a buffer layer formed between the m-plane sapphire and the m-plane GaN and including a nitride series having a salt structure (NaCl).
실시예는 m-면 사파이어를 포함하는 기판과 m-면 GaN를 포함하는 발광 구조물 사이에 암염 구조의 질화물 계열로 이루어진 버퍼층을 형성함으로써, 반도체층에 결함이 발생하지 않게 되어 안정적인 성장이 가능하다.In the embodiment, a buffer layer made of a nitride-based nitride structure is formed between a substrate including m-plane sapphire and a light-emitting structure including m-plane GaN, so that defects are not generated in the semiconductor layer, and stable growth is possible.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 2는 기판으로 사용되는 사파이어의 결정 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 발광 구조물로 사용되는 GaN의 결정 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 m-면 GaN의 격자 상수를 도시한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 암염 구조의 일실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 기판, 버퍼층 및 발광 구조물 사이의 격자 부정합을 도시한 도면이다.
도 7은 실시예에 따른 수평형 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 8은 실시예에 따른 플립형 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 9는 실시예에 따른 수직형 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 10은 실시예에 따른 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 11은 실시예에 따른 발광 소자를 갖는 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 12는 실시예에 따른 조명 장치의 사시도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a light emitting device according to an embodiment.
2 is a diagram showing a crystal structure of sapphire used as a substrate.
3 is a diagram showing a crystal structure of GaN used as a light emitting structure.
4 is a diagram showing lattice constants of m-plane GaN.
5A and 5B are views showing an embodiment of a rock salt structure.
6 is a diagram showing the lattice mismatch between the substrate, the buffer layer and the light emitting structure.
7 is a cross-sectional view illustrating a horizontal light emitting device according to an embodiment.
8 is a cross-sectional view illustrating a flip-type light emitting device according to an embodiment.
9 is a cross-sectional view illustrating a vertical light emitting device according to an embodiment.
10 is an exploded perspective view of a display device according to an embodiment.
11 is a view showing a display device having a light emitting element according to an embodiment.
12 is a perspective view of a lighting apparatus according to an embodiment.
발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In describing an embodiment according to the invention, in the case of being described as being formed "above" or "below" each element, the upper (upper) or lower (lower) Directly contacted or formed such that one or more other components are disposed between the two components. Also, in the case of "upper (upper) or lower (lower)", it may include not only an upward direction but also a downward direction based on one component.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a light emitting device according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자(1)는 기판(11)과 상기 기판(11) 상에 형성된 발광 구조물(20)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a
상기 발광 구조물(20)은 제1 도전형 반도체층(15), 활성층(17) 및 제2 도전형 반도체층(19)을 포함할 수 있다.The
상기 기판(11)은 열 전도성 및/또는 투과도가 우수한 재질로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 예컨대, 상기 기판(11)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.The
상기 기판(11)과 상기 발광 구조물(20) 사이에는 격자 상수 차이가 발생하고, 이러한 격자 상수 차이로 인하 격자 부정합(lattice mismatch)으로 인해 예컨대 크랙(cracks), 보이드(void), 그레인(grain) 및 굴곡(bowing)과 같은 결함이 발생될 수 있다.A difference in lattice constant occurs between the
실시예에서는 이러한 격자 부정합을 완화시키기 위해, 상기 기판과 상기 발광 구조물(20), 구체적으로 상기 제1 도전형 반도체층(15) 사이에 버퍼층(12)이 형성될 수 있다. In an embodiment, a
상기 버퍼층(12)은 상기 기판의 격자 상수와 상기 발광 구조물(20)의 격자 상수 사이의 격자 상수를 갖는 재질이 선택될 수 있다. The
상기 발광 구조물(20)은 III족 및 V족 화합물 반도체 재질로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 상기 화합물 반도체 재질로는 예컨대, Al, In, Ga 및 N을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. The
상기 발광 구조물(20)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) 및 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 중 어느 하나를 이용하여 성장하여 형성될 수 있다. The
예컨대, MOCVD를 이용하여 상기 버퍼층(12) 상에 제1 도전형 반도체층(15), 활성층(17) 및 제2 도전형 반도체층(19)이 순차적으로 성장됨으로써, 광을 생성하기 위한 발광 구조물(20)이 형성될 수 있다. The first conductivity
상기 버퍼층(12)에 의해 상기 발광 구조물(20)이 결함 없이 성장되면, 상기 발광 구조물(20)에 의해 제조된 발광 소자(1)의 전기적 및 광학적 특성이 향상될 뿐만 아니라 광 효율도 증가될 수 있다.When the
따라서, 기판(11) 상에 우수한 결정성을 갖는 발광 구조물(20)을 성장시키기 위해서는 우선적으로 기판(11)과의 격자 상수 차이를 줄이는 것이 매우 중요하다.Therefore, in order to grow the
도 2에 도시한 바와 같이, 사파이어는 육방정계 우르차이트(hexagonal wurtzite) 결정 구조에서 가장 안정적이다. 이러한 결정 구조는 서로에 대하여 120ㅀ 회전 대칭을 가지고, 수직 방향인 c-축에 대하여 모두 수직인 세 개의 동동한 기저면 축들(base plane axes: a1, a2, a3)을 가진다.As shown in Fig. 2, sapphire is most stable in a hexagonal wurtzite crystal structure. These crystal structures have three base planes axes (a1, a2, a3) that are 120 ㅀ rotational symmetry with respect to each other and are all perpendicular to the vertical c-axis.
c-축을 따라 c-면(110)이 형성되고, c-면에 수직으로 a-면(130)과 m-면(120)이 형성될 수 있다. The c-
아울러, 기저부에서 m-면(120)에 접하여 대각선 방향으로 기울어진 r-면(140)이 형성될 수 있다.In addition, the r-
도 3에 도시한 바와 같이, GaN 또한 우르차이트 결정 구조에서 안정적이다. As shown in Fig. 3, GaN is also stable in a wurtzite crystal structure.
GaN 또한 c-축을 따라 c-면(210)이 형성되고, c-면(210)에 수직으로 a-면(230)과 m-면(220)이 형성될 수 있다. The c-
실시예에서, 기판은 예컨대, 그 상면이 m-면을 갖는 m-면 사파이어로 형성될 수 있고, 상기 발광 구조물(20), 즉 제1 도전형 반도체층(15), 활성층(17) 및 제2 도전형 반도체층(19)은 상기 사파이어의 m-면 상에 m-면으로 성장되는 m-면 GaN로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.In the embodiment, the substrate may be formed of, for example, m-plane sapphire whose upper surface has an m-plane, and the
m-면 사파이어는 a-축 방향으로 4.765Å의 격자 상수를 가지고 c-축 방향으로 13.001Å의 격자 상수를 가질 수 있다. The m-plane sapphire can have a lattice constant of 4.765A in the a-axis direction and a lattice constant of 13.001A in the c-axis direction.
이에 반해, 도 4에 도시한 바와 같이, m-면 GaN은 a-축 방향으로 3.189Å의 격자 상수를 가지고 c-축 방향으로 5.189Å의 격자 상수를 가질 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 4, the m-plane GaN can have a lattice constant of 3.189 angstroms in the a-axis direction and a lattice constant of 5.189 angstroms in the c-axis direction.
이러한 경우, m-면 GaN와 m-면 사파이어 사이에서, m-면 GaN는 m-면 사파이어의 a-축 방향에 대해 8.23%의 격자 부정합을 갖고, m-면 사파이어의 c-축 방향에 대해 -1.92%의 격자 부정합을 가질 수 있다.In this case, between the m-plane GaN and the m-plane sapphire, the m-plane GaN has a lattice mismatch of 8.23% with respect to the a-axis direction of the m-plane sapphire, Lt; / RTI > may have a lattice mismatch of -1.92%.
따라서, m-면 GaN와 m-면 사파이어 사이의 격자 부정합은 비교적 작기 때문에 m-면 사파이어를 포함하는 기판 상에 성장된 m-면 GaN를 포함하는 발광 구조물(20)이 안정적으로 성장될 수 있으므로, 전기적 및 광학적 특성과 광 효율이 향상될 수 있다.Therefore, since the lattice mismatch between the m-plane GaN and the m-plane sapphire is relatively small, the
하지만, 아직도 전기적 및 광학적 특성과 광 효율이 현저하게 향상되지는 않고 있다.However, the electrical and optical characteristics and the light efficiency are still not remarkably improved.
실시예는 m-면 사파이서를 포함하는 기판과 m-면 GaN를 포함하는 발광 구조물(20) 사이에 암염 구조의 질화물 계열로 이루어진 버퍼층(12)을 형성함으로써, 전기적 및 광학적 특성과 광 효율이 현저하게 향상될 수 있다.The embodiment is characterized in that the
도 5a 및 도 5b는 암염 구조의 일실시예를 도시한 도면이다.5A and 5B are views showing an embodiment of a rock salt structure.
세라믹 구조는 같은 수의 양이온과 음이온을 가지는데, 이러한 재료를 AX형 화합물이라고 한다. A는 양이온을 의미하고, X는 음이온을 의미한다.The ceramic structure has the same number of cations and anions, and these materials are called AX type compounds. A represents a cation, and X represents an anion.
AX 화합물에는 여러 가지 결정 구조가 존재한다. 이 중 암염 구조(Rock Salt Structure)란 도 5a와 같이 음이온이 FCC구조를 형성하고 모든 8면체 사이트(octahedral site)에 양이온이 채워지는 구조이다. There are various crystal structures in the AX compound. The rock salt structure is a structure in which the anion forms an FCC structure and all the octahedral sites are filled with cations as shown in FIG. 5A.
도 5b와 같이 암염 구조는 양이온으로 이루어지는 팔면체가 팔면체의 가장자리를 이루는 구조이다. As shown in FIG. 5B, the rock salt structure is a structure in which an octahedron composed of a cation forms the edge of the octahedron.
음이온이 형성하는 FCC 구조에서 8면체 사이트(octahedral site)의 개수는 음이온 개수이고, 화학식은 AX로 정의된다. In the FCC structure formed by anions, the number of octahedral sites is the number of anions, and the formula is defined as AX.
암염구조를 가지는 화합물에는 NaCl, KCl, LiF, MgO, CaO, SrO, NiO, CoO, MnO, PbO, LaN, ThN, PrN, NdN, SmN 등이 포함될 수 있다.The compound having a salt structure may include NaCl, KCl, LiF, MgO, CaO, SrO, NiO, CoO, MnO, PbO, LaN, ThN, PrN, NdN, SmN and the like.
실시예는 암염 구조를 가지는 화합물 중 질화물 계열로 버퍼층(12)을 형성할 수 있다. The embodiment can form the
예를 들어, 버퍼층(12)은 LaN, ThN, PrN, NdN 및 SmN로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나를 포함하여 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.For example, the
표1은 암염 구조의 화합물들의 사이즈를 나타낸다.Table 1 shows the sizes of the compounds of the salt salt structure.
이러한 화합물로 버퍼층(12)이 형성될 때, 상기 버퍼층(12)에 의해 상기 m-사파이어를 포함하는 기판과 m-면 GaN를 포함하는 발광 구조물(20) 사이의 격자 부정합이 현저하게 줄어들게 될 수 있다.When the
도 6은 기판, 버퍼층 및 발광 구조물 사이의 격자 부정합을 도시한 도면이다.6 is a diagram showing the lattice mismatch between the substrate, the buffer layer and the light emitting structure.
상기 기판(11)은 그 상면이 m-면을 갖는 m-면 사파이어이고, 상기 발광 구조물(20)은 상기 m-면 사파이어의 m-면 상에 m-면으로 성장될 수 있는 m-면 GaN을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.The
상기 버퍼층(12)으로서는 LaN, ThN, PrN, NdN 및 SmN로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나를 포함하는 암염 구조의 질화물 계열이 사용될 수 있다.As the
각 질화물 계열의 사이즈는 5.0481Å(SmN) 내지 5.301Å(LaN)의 범위를 가질 수 있다.The size of each nitride series may range from 5.0481 A (SmN) to 5.301 A (LaN).
이러한 경우, 기판, 버퍼층(12) 및 발광 구조물(20) 사이의 격자 부정합은 다음과 같다.In this case, the lattice mismatch between the substrate, the
상기 버퍼층(12)으로서 LaN이 사용되는 경우, LaN은 m-면 사파이어와 a-축 방향으로 10.24%의 격자 부정합을 가지고 c-축 방향으로 8.05%의 격자 부정합을 가질 수 있다. m-면 GaN은 LaN과 a-축 방향으로 0.26%의 격자 부정합을 가지고 c-축 방향으로 -2.24%의 격자 부정합을 가질 수 있다.When LaN is used as the
상기 버퍼층(12)으로서 ThN이 사용되는 경우, ThN은 m-면 사파이어와 a-축 방향으로 8.5%의 격자 부정합을 가지고 c-축 방향으로 6.26%의 격자 부정합을 가질 수 있다. m-면 GaN은 ThN과 a-축 방향으로 2.16%의 격자 부정합을 가지고 c-축 방향으로 -0.29%의 격자 부정합을 가질 수 있다.When ThN is used as the
상기 버퍼층(12)으로서 PrN이 사용되는 경우, PrN은 m-면 사파이어와 a-축 방향으로 7.7%의 격자 부정합을 가지고 c-축 방향으로 5.44%의 격자 부정합을 가질 수 있다. m-면 GaN은 PrN과 a-축 방향으로 3.01%의 격자 부정합을 가지고 c-축 방향으로 0.58%의 격자 부정합을 가질 수 있다.When PrN is used as the
상기 버퍼층(12)으로서 NdN이 사용되는 경우, NdN은 m-면 사파이어와 a-축 방향으로 7.62%의 격자 부정합을 가지고 c-축 방향으로 5.37%의 격자 부정합을 가질 수 있다. m-면 GaN은 NdN과 a-축 방향으로 3.08%의 격자 부정합을 가지고 c-축 방향으로 0.66%의 격자 부정합을 가질 수 있다.When NdN is used as the
상기 버퍼층(12)으로서 SmN이 사용되는 경우, SmN은 m-면 사파이어와 a-축 방향으로 5.74%의 격자 부정합을 가지고 c-축 방향으로 3.44%의 격자 부정합을 가질 수 있다. m-면 GaN은 SmN과 a-축 방향으로 5.02%의 격자 부정합을 가지고 c-축 방향으로 2.64%의 격자 부정합을 가질 수 있다.When SmN is used as the
이상에서 살펴본 본 바와 같이, m-면 사파이어를 포함하는 기판과 m-면 GaN을 포함하는 발광 구조물(20) 사이에 암염 구조를 갖는 질화물 계열을 포함하는 버퍼층(12)이 형성됨으로써, a-축 방향이든 c-축 방향으로 대부분 8% 이하의 격자 부정합을 보이고 있다.As described above, since the
특히, 상기 버퍼층(12)에 대한 m-면 GaN을 포함하는 발광 구조물(20)의 격자 부정합이 a-축 방향으로 5.02% 이하이고 c-축 방향으로 2.64% 이하이다. 이는 곧 상기 버퍼층(12) 상에 m-면 GaN의 발광 구조물(20)이 격자 부정합이 매우 낮으므로 상당히 우수한 결정 성장이 가능하여 전기적 및 광학적 특성과 광 효율이 현저하게 향상될 수 있다. In particular, the lattice mismatch of the m-plane GaN-containing
한편, 상기 발광 구조물(20)은 제1 도전형 반도체층(15), 활성층(17) 및 제2 도전형 반도체층(19)을 포함할 수 있다.The
상기 제1 도전형 반도체층(15), 상기 활성층(17) 및 상기 제2 도전형 반도체층(19) 모두 그 상면이 m-면을 갖도록 성장될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.Although the first conductivity
상기 버퍼층(12) 상에 제1 도전형 반도체층(15)이 형성될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(15)은 예를 들어, n형 도펀트를 포함하는 n형 반도체층일 수 있다. 상기 n형 반도체층은 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN 및 AlInN로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다. The first
상기 제1 도전형 반도체층(15)은 제1 캐리어, 예컨대 전자(electrons)를 상기 활성층(17)으로 공급하여 주기 위한 도전층으로서의 역할을 하며, 상기 활성층(17)의 제2 캐리어, 예컨대 정공(holes)이 상기 버퍼층(12)으로 넘어가지 못하게 하는 장벽층으로서의 역할을 할 수 있다. The first
상기 제1 도전형 반도체층(15)에 고농도의 도펀트가 도핑됨으로써, 전자가 자유롭게 이동할 수 있는 도전층으로서의 역할을 할 수 있다. By doping the first conductivity
상기 제1 도전형 반도체층(15)은 상기 활성층(17)과 같거나 더 큰 밴드갭을 가지는 화합물 반도체 재질로 형성함으로써, 활성층(17)의 정공이 버퍼층(12)으로 넘어가지 못하게 하는 장벽층으로서의 역할을 할 수 있다.The first
상기 제1 도전형 반도체층(15)은 그 상면이 m-면을 갖도록 상기 버퍼층(12)으로부터 성장될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.The first
상기 제1 도전형 반도체층(15) 상에 상기 활성층(17)이 형성될 수 있다.The
상기 활성층(17)은 예컨대 상기 제1 도전형 반도체층(15)으로부터 공급된 전자와 상기 제2 도전형 반도체층(19)으로부터 공급된 정공을 재결합시켜 광을 발광시킬 수 있다. 광의 생성을 위해 상기 활성층(17)은 적어도 와이드 밴드갭을 가져야 한다.The
상기 활성층(17)은 단일 양자 우물 구조(SQW), 다중 양자 우물 구조(MQW), 양자점 구조 및 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다. The
상기 활성층(17)은 GaN, InGaN, AlGaN 및 AlInGaN으로부터 선택된 하나 또는 이들의 주기적인 반복으로 형성될 수 있다. The
상기 활성층(17)은 그 상면이 m-면을 갖도록 상기 제1 도전형 반도체층(15)으로부터 성장될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.The
상기 활성층(17) 상에 상기 제2 도전형 반도체층(19)이 형성될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(19)은 예를 들어, p형 도펀트를 포함하는 p형 반도체층일 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 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN 및 AlInN로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.The second
상기 제2 도전형 반도체층(19)에 고농도의 도펀트가 도핑됨으로써, 상기 제2 도전형 반도체층(19)은 정공이 자유롭게 이동할 수 있는 도전층으로서의 역할을 할 수 있다. The second conductivity
상기 제2 도전형 반도체층(19)은 그 상면이 m-면을 갖도록 상기 활성층(17)으로부터 성장될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.The second
상기 제1 도전형 반도체층(15), 상기 활성층(17) 및 상기 제2 도전형 반도체층(19)에 의해 발광 구조물(20)이 형성될 수 있다.The
도시되지 않았지만, 상기 제2 도전형 반도체층(19) 상에는 투명전극층이 형성될 수 있다. 상기 투명전극층은 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/ITO로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. Although not shown, a transparent electrode layer may be formed on the second
한편, 상기 투명전극층 대신 반사전극층(미도시)이 형성될 수도 있다. 상기 반사전극층은 반사 효율이 높은 은(Ag), 알루미늄(Al), 백금(Pt) 및 팔라딘(Pd)로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. A reflective electrode layer (not shown) may be formed instead of the transparent electrode layer. The reflective electrode layer may include at least one selected from the group consisting of silver (Ag), aluminum (Al), platinum (Pt), and palladium (Pd) having high reflection efficiency.
도 7은 실시예에 따른 수평형 발광 소자를 도시한 단면도이다.7 is a cross-sectional view illustrating a horizontal light emitting device according to an embodiment.
도 7에 도시한 바와 같이, 실시예에 따른 수평형 발광 소자(10A)는 도 1의 발광 소자(1)에서 제1 도전형 반도체층(15)이 일정 깊이가 될 때까지 메사 식각될 수 있다. 이에 따라, 제1 도전형 반도체층(15)이 노출될 수 있다.7, the horizontal
제2 도전형 반도체층(19) 상에 전류 스프레딩을 위해 투명전극층(27)이 형성되고, 상기 제1 도전형 반도체층(15) 상에 제1 전극(31)이 형성되고, 상기 투명전극층(27) 상에 제2 전극(33)이 형성될 수 있다.A
전류 스프레딩이 요구되지 않는 경우, 상기 투명전극층(27)이 형성되지 않을 수도 있다. 이러한 경우, 상기 제2 도전형 반도체층(19) 상에 제2 전극(33)이 형성될 수 있다.If current spreading is not required, the
상기 투명전극층(27)은 광을 외부로 출사되도록 하기 위해 투명성이 우수한 재질로 형성될 수 있다. 상기 투명전극층(27)은 예컨대, 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/ITO로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.The
상기 제1 및 제2 전극(31, 33)은 전기 전도성이 우수한 재질로 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극(31, 33)은 예컨대, Au, Ti, Ni, Cu, Al, Cr, Ag 및 Pt로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.The first and
실시예는 따른 수평형 발광 소자(10A)는 격자 부정합을 완화시키기 위해 암염 구조로 이루어진 질화물 계열을 포함하는 버퍼층(12)이 형성되고, 그 위에 m-면 GaN을 포함하는 발광 구조물(20)을 형성함으로써, 제1 도전형 반도체층(15), 활성층(17) 및 제2 도전형 반도체층(19)을 포함하는 발광 구조물(20)의 결정성을 향상시켜 광 효율을 향상시키고 전기적 특성과 광학적 특성을 향상시킬 수 있다.In order to mitigate lattice mismatch, the horizontal
도 8은 실시예에 따른 플립형 발광 소자를 도시한 단면도이다.8 is a cross-sectional view illustrating a flip-type light emitting device according to an embodiment.
도 8에 도시한 바와 같이, 실시예에 따른 플립형 발광 소자(10B)는 도 7의 수평형 발광 소자(1)를 180도 뒤집어 놓고, 수평형 발광 소자(10B)의 투명전극층(27) 대신에 반사전극층(29)을 형성함으로써, 그 제조가 완성될 수 있다. As shown in Fig. 8, the flip-type
상기 반사전극층(29)은 활성층(17)에서 생성된 광이 하부로 진행되는 경우, 이 광을 반사시켜 상부 방향으로 진행되도록 하여 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. When the light generated in the
상기 반사전극층(29)은 예컨대, 도전성과 반사성이 우수한 금속 물질로 형성될 수 있는데, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 또는 이들의 합금을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. The
실시예에 따른 플립형 발광 소자(10B)는 격자 부정합을 완화시키기 위해 암염 구조로 이루어진 질화물 계열을 포함하는 버퍼층(12)이 형성되고, 그 위에 m-면 GaN을 포함하는 발광 구조물(20)을 형성함으로써, 제1 도전형 반도체층(15), 활성층(17) 및 제2 도전형 반도체층(19)을 포함하는 발광 구조물(20)의 결정성을 향상시켜 광 효율을 향상시키고 전기적 특성과 광학적 특성을 향상시킬 수 있다.In the flip-type
도 9는 실시예에 따른 수직형 발광 소자를 도시한 단면도이다.9 is a cross-sectional view illustrating a vertical light emitting device according to an embodiment.
도 9에 도시한 바와 같이, 도 1의 발광 소자(1)에서 제2 도전형 반도체층(19) 상에 채널층(43), 반사전극층(45), 접합층(47) 및 전도성 지지 부재(49)를 형성하고 180도 뒤집은 다음, 기판(11)을 제거할 수 있다. 이어서, 메사 식각을 통해 발광 구조물(20)의 측면을 경사지게 형성될 수 있다. 이어서, 발광 구조물(20)을 보호하기 위해 발광 구조물(20)의 측면, 채널층(43)의 상면 및 발광 구조물(20)의 상면 일부분에 보호층(51)이 형성되며, 상기 제1 도전형 반도체층(15) 상에 전극(53)이 형성될 수 있다. 이와 같은 방법으로 실시예에 따른 수직형 발광 소자(10C)가 제조될 수 있다. A
상기 반사전극층(45)은 광을 반사시키는 반사 특성을 갖는 한편 발광 구조물(20)에 전원을 공급하는 도전 특성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. The
상기 반사전극층(45)은 예컨대, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 및 Hf로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. The
상기 전도성 지지 부재(49)는 전기가 흐를 수 있는 도전성 재질로 형성되는데, 예컨대 Cu, Au, Ni, Mo 및 Cu-W로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.The
상기 보호층(51)은 채널층(43)과 동일한 재질로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.The
상기 채널층(43)과 상기 보호층(51)은 산화물, 질화물 및 절연 물질 중 하나로 형성될 수 있다. 상기 채널층(43)과 상기 보호층(51)은 예컨대, ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO, GZO, SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, 및 TiO2로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 형성될 수 있다. The
상기 전극(53)은 전기 전도성이 우수한 재질로 형성될 수 있다. 상기 전극(53)은 예컨대, Au, Ti, Ni, Cu, Al, Cr, Ag 및 Pt로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.The electrode 53 may be formed of a material having excellent electrical conductivity. The electrode 53 may include at least one selected from the group consisting of Au, Ti, Ni, Cu, Al, Cr, Ag, and Pt, or an alloy thereof.
한편, 전류의 수직 방향으로의 집중을 방지하기 위한 전류 차단층(41)이 상기 전극(53)과 수직 방향으로 중첩되도록 형성될 수 있다. On the other hand, the
상기 전류 차단층(41)은 상기 보호층(51)과 상기 채널층(43)과 동일한 물질로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. The
실시예에 따른 수직형 발광 소자(10C)에는 비록 버퍼층(12)이 보이지 않는다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 수직형 발광 소자(10C)를 제조하기 위해 기판(11)이 제거될 때 버퍼층(12)도 함께 제거되기 때문이다.Although the
이와 같이 버퍼층(12)이 보이지 않음에도 불구하고, 격자 부정합을 최소화하기 위해 암염 구조로 이루어진 질화물 계열을 포함하는 버퍼층(12) 상에 발광 구조물(20)이 형성됨으로써, 제1 도전형 반도체층(15), 활성층(17) 및 제2 도전형 반도체층(19)을 포함하는 발광 구조물(20)의 결정성을 향상시켜 광 효율을 향상시키고 전기적 특성과 광학적 특성을 향상시킬 수 있다.In order to minimize the lattice mismatching, the
실시예에 따른 발광 소자(10)는 라이트 유닛에 적용될 수 있다. 상기 라이트 유닛은 복수의 발광 소자(10)가 어레이된 구조를 포함하며, 도 8 및 도 9에 도시된 표시 장치와, 도 10에 도시된 조명 장치를 포함하고, 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판, 지시등과 같은 유닛에 적용될 수 있다.The
도 10은 실시예에 따른 표시 장치를 도시한 분해 사시도이다.10 is an exploded perspective view showing a display device according to an embodiment.
도 10을 참조하면, 제1 실시예에 따른 표시 장치(1000)는 도광판(1041)과, 상기 도광판(1041)에 빛을 제공하는 발광 모듈(40)과, 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(40) 및 반사 부재(1022)를 수납하는 바텀 커버(1011)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.10, the
상기 바텀 커버(1011), 반사시트(1022), 도광판(1041), 광학 시트(1051)는 라이트 유닛(1050)으로 정의될 수 있다.The
상기 도광판(1041)은 상기 발광 모듈(40)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. The
상기 발광모듈(40)은 상기 도광판(1041)의 적어도 일 측면에 배치되어 상기 도광판(1041)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 표시 장치의 광원으로써 작용하게 된다.The light emitting module 40 is disposed on at least one side of the
상기 발광모듈(40)은 상기 바텀 커버 내에 적어도 하나가 배치되며, 상기 도광판(1041)의 일 측면에서 직접 또는 간접적으로 광을 제공할 수 있다. 상기 발광 모듈(40)은 모듈 기판(43)과 상기에 개시된 실시예에 따른 발광 패키지(10)를 포함하며, 상기 발광 패키지(10)는 상기 모듈 기판(43) 상에 소정 간격으로 어레이될 수 있다. 상기 발광 패키지(10)는 상기 바텀 커버(1011)의 측면 또는 방열 플레이트 상에 탑재될 경우, 상기 모듈 기판(43)은 제거될 수 있다. 상기 방열 플레이트의 일부는 상기 바텀 커버(1011)의 상면에 접촉될 수 있다. 따라서, 발광 패키지(10)에서 발생된 열은 방열 플레이트를 경유하여 바텀 커버(1011)로 방출될 수 있다.At least one light emitting module (40) is disposed in the bottom cover, and may directly or indirectly provide light from one side of the light guide plate (1041). The light emitting module 40 includes a
상기 복수의 발광 패키지(10)는 상기 모듈 기판(43) 상에 빛이 방출되는 출사면이 상기 도광판(1041)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 패키지(10)는 상기 도광판(1041)의 일측면인 입광부에 광을 직접 또는 간접적으로 제공할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.The plurality of light emitting
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.The
상기 바텀 커버(1011)는 상기 도광판(1041), 발광 모듈(40) 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.The
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.The
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(40)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. The
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.The
상기 발광 모듈(40)의 광 경로 상에는 광학 부재로서, 상기 도광판(1041), 및 광학 시트(1051)를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.The optical path of the light emitting module 40 may include the
도 11은 실시예에 따른 표시 장치를 도시한 단면도이다.11 is a sectional view showing a display device according to the embodiment.
도 11을 참조하면, 제2 실시예에 따른 표시 장치(1100)는 바텀 커버(1152), 상기에 개시된 발광 패키지(10)가 어레이된 모듈 기판(43), 광학 부재(1154), 및 표시 패널(1155)을 포함한다. 11, the
상기 모듈 기판(43)과 상기 발광 패키지(10)는 발광 모듈(40)로 정의될 수 있다. 상기 바텀 커버(1152), 적어도 하나의 발광 모듈(40), 광학 부재(1154)는 라이트 유닛(미도시)으로 정의될 수 있다. The
상기 바텀 커버(1152)에는 수납부(1153)를 구비할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.The
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)로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다. The
상기 광학 부재(1154)는 상기 발광 모듈(40) 위에 배치되며, 상기 발광 모듈(40)로부터 방출된 광을 면 광원하거나, 확산, 집광 등을 수행하게 된다.The
도 12는 실시예에 따른 조명 장치를 도시한 사시도이다.12 is a perspective view showing a lighting apparatus according to an embodiment.
도 12를 참조하면, 실시예에 따른 조명 장치는 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.12, a lighting apparatus according to an embodiment of the present invention includes a
상기 케이스(1510)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.The
상기 발광 모듈(50)은 모듈 기판(55)과, 상기 모듈 기판(55)에 탑재되는 실시예에 따른 발광 패키지(10)를 포함할 수 있다. 상기 발광 패키지(10)는 복수개가 매트릭스 형태 또는 소정 간격으로 이격되어 어레이될 수 있다. The light emitting module 50 may include a
상기 모듈 기판(55)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. The
또한, 상기 모듈 기판(55)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등의 코팅층이 될 수 있다.In addition, the
상기 모듈 기판(55) 상에는 적어도 하나의 발광 패키지(10)가 탑재될 수 있다. 상기 발광 패키지(10) 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.At least one light emitting
상기 발광 모듈(50)은 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광 패키지(10)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.The light emitting module 50 may be arranged to have a combination of various light emitting
상기 연결 단자(1520)는 상기 발광 모듈(50)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.The
1: 발광 소자 10A: 수평형 발광 소자
10B: 플립형 발광 소자 10C: 수직형 발광 소자
11: 기판 12: 버퍼층
15: 제1 도전형 반도체층 17: 활성층
19: 제2 도전형 반도체층 20: 발광 구조물
27: 투명전극층 29, 45: 반사전극층
31: 제1 전극 33: 제2 전극
41: 전류 차단층 43: 채널층
47: 접합층 49: 전도성 지지부재
51: 보호막 53: 전극1:
10B: Flip type light emitting
11: substrate 12: buffer layer
15: first conductivity type semiconductor layer 17: active layer
19: second conductivity type semiconductor layer 20: light emitting structure
27:
31: first electrode 33: second electrode
41: current blocking layer 43: channel layer
47: bonding layer 49: conductive supporting member
51: protective film 53: electrode
Claims (5)
상기 m-면 사파이어 상에 형성되는 m-면 GaN을 포함하는 발광 구조물; 및
상기 m-면 사파이어와 m-면 GaN 사이에 형성되고, 암염 구조(NaCl)를 갖는 질화물 계열을 포함하는 버퍼층을 포함하는 발광 소자. a substrate comprising m-plane sapphire;
A light emitting structure including m-plane GaN formed on the m-plane sapphire; And
And a buffer layer formed between the m-plane sapphire and the m-plane GaN and including a nitride series having a salt structure (NaCl).
상기 버퍼층은 LaN, ThN, PrN, NdN 및 SmN로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나를 포함하는 발광 소자.The method according to claim 1,
Wherein the buffer layer comprises one selected from the group consisting of LaN, ThN, PrN, NdN and SmN.
상기 버퍼층은 상기 기판의 m-면 상에 형성되는 발광 소자.The method according to claim 1,
And the buffer layer is formed on the m-plane of the substrate.
상기 발광 구조물은,
제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 소자.The method according to claim 1,
The light-
A first conductivity type semiconductor layer, an active layer, and a second conductivity type semiconductor layer.
상기 제1 도전형 반도체층은,
상기 버퍼층의 상에 그 상면이 m-면을 갖도록 형성되는 m-면 GaN를 포함하는 발광 소자.5. The method of claim 4,
The first conductivity type semiconductor layer may include a first conductivity type semiconductor layer,
And m-plane GaN formed on the buffer layer such that the upper surface thereof has an m-plane.
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KR1020110141950A KR101904044B1 (en) | 2011-12-26 | 2011-12-26 | Light-emitting device |
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---|---|---|---|
KR1020110141950A KR101904044B1 (en) | 2011-12-26 | 2011-12-26 | Light-emitting device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101904044B1 (en) |
-
2011
- 2011-12-26 KR KR1020110141950A patent/KR101904044B1/en active IP Right Grant
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20130074079A (en) | 2013-07-04 |
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