KR101938731B1 - 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

실시 예는, Al을 포함하는 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되고 Al을 포함하는 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되고 Al을 포함하는 활성층을 포함하고, 상기 제2 도전형 반도체층, 및 상기 활성층이 제거되어 상기 제1 도전형 반도체층의 일면이 노출되는 제1영역을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1영역에 노출된 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되고, Al을 포함하는 제3 반도체층; 상기 제3 반도체층 상에 배치되고, 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치되고, 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함하고, 상기 제3 반도체층은 상기 제1 도전형 반도체층의 Al 함량보다 낮은 Al 함량을 포함하고, 상기 제3 반도체층은 수직 방향으로 상기 활성층과 어긋나게 배치되고, 상기 제3 반도체층의 두께는 1 nm 내지 100 nm 인 반도체 소자를 개시한다.

Description

발광 소자{Light emitting device}
실시예는 발광 소자에 관한 것이다.
반도체의 Ⅲ-Ⅴ족 또는 Ⅱ-Ⅵ 족 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 있다. 또한, 발광 소자는 형광 물질을 이용하여 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현할 수 있으며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, 액정 표시 장치(LCD:Liquid Crystal Display)의 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 발광 소자의 응용이 확대되고 있다.
도 1은 일반적인 발광 소자의 단면도로서, 기판(10), 제1 도전형 반도체층(22), 활성층(24), 제2 도전형 반도체층(26)으로 구성된 발광 구조물(20), 제1 전극(32) 및 제2 전극(34)으로 구성된다.
도 1에 도시된 발광 소자에서 제1 도전형 반도체층(22)은 Ⅲ-Ⅴ 족 화합물 반도체 예를 들면 GaN으로 구현될 수 있다. 만일, 도 1에 도시된 발광 소자가 자외선(UV:Ultraviolet)이나 심자외선(DUV:Deep UV) 발광 소자일 경우, UV나 DUV는 GaN에 흡수되므로 발광 효율이 저하된다. 이를 개선하기 위해, 일반적으로 UV나 DUV 발광 소자의 제1 도전형 반도체층(22)은 GaN 대신에 AlGaN으로 구현될 수 있다. 그러나, 제1 도전형 예를 들면 실리콘과 같은 n형 도펀트에 의한 AlGaN으로의 도핑 효율은 낮다. 이로 인해, 제1 도전형 반도체층(22)이 GaN으로 구현될 때보다 AlGaN으로 구현되면, 제1 도전형 반도체층(22)의 면 저항이 대략 10배 정도 증가하게 된다. 따라서, AlGaN으로 구현된 도전형 반도체층(22)의 n형 오믹 접촉 저항(ohmic contact resistance)이 높아, 구동 전압이 상승하고 UV나 DUV 발광 소자 제품의 신뢰성이 저하될 수 있다.
실시예는 오믹 저항 특성을 개선시킬 수 있는 발광 소자를 제공하고자 한다.
실시예의 발광 소자는, Al을 포함하는 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되고 Al을 포함하는 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되고 Al을 포함하는 활성층을 포함하고, 상기 제2 도전형 반도체층, 및 상기 활성층이 제거되어 상기 제1 도전형 반도체층의 일면이 노출되는 제1영역을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1영역에 노출된 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되고, Al을 포함하는 제3 반도체층; 상기 제3 반도체층 상에 배치되고, 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치되고, 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함하고, 상기 제3 반도체층은 상기 제1 도전형 반도체층의 Al 함량보다 낮은 Al 함량을 포함하고, 상기 제3 반도체층은 수직 방향으로 상기 활성층과 어긋나게 배치되고, 상기 제3 반도체층의 두께는 1 nm 내지 100 nm 이다.
상기 제1 도전형 반도체층은 n형 도펀트를 포함하고, 상기 제2 도전형 반도체층은 p형 도펀트를 포함하고, 상기 제3 반도체층은 n형 도펀트를 포함하고, 상기 제3 반도체층의 도핑 농도는 상기 제1 도전형 반도체층의 도핑 농도보다 높을 수 있다.
상기 제1 전극과 상기 제1 도전형 반도체층 사이에 배치되는 초격자층을 포함하고, 상기 초격자층은 에너지 밴드갭이 상기 제1 도전형 반도체층보다 작은 복수 개의 제1 층, 및 상기 복수 개의 제1 층보다 에너지 밴드갭이 큰 복수 개의 제2 층이 교번 적층되고, 상기 제3 반도체층은 상기 복수 개의 제1 층 중 하나일 수 있다.
상기 초격자층의 두께는 400 nm 이상 내지 600 nm 일 수 있다.
상기 제1 층은 상기 제1 전극에서 상기 제1 도전형 반도체층을 향할수록 에너지 밴드갭이 커질 수 있다.
상기 제2 층의 에너지 밴드갭은 상기 제1 도전형 반도체층의 에너지 밴드갭과 같을 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층은 상기 제1영역으로 측면이 노출되고, 상기 제3 반도체층은 상기 제1영역으로 노출된 상기 제1 도전형 반도체층의 측면에 접할 수 있다.
상기 제1 층의 도핑 농도는 3E18 내지 6E18 원자수/cm3 일 수 있다.
상기 제1 전극의 저면 전체 영역은 상기 제3 반도체층과 직접 접촉할 수 있다.
상기 제3 반도체층의 수평 방향의 폭은 상기 제1 전극 저면의 수평 방향의 폭보다 작을 수 있다.
상기 제3 반도체층은 상기 제1영역에 노출된 제1 도전형 반도체층에 매립되고, 상기 제3 반도체층의 상면은 상기 제1영역에 노출된 제1 도전형 반도체층의 일면과 동일 평면 상에 배치될 수 있다.
상기 복수의 제1 층의 도핑 농도는 상기 활성층과 가까울수록 커질 수 있다.
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실시예의 발광 소자는 제1 도전형 반도체층보다 높은 도핑 농도를 갖는 제1 도전형 초격자층을 단층 또는 복수의 적층 구조로 갖고, 전극이 제1 도전형 반도체층과 직접 접촉하는 대신에 이러한 제1 도전형 초격자층을 경유하여 접촉하기 때문에, 오믹 접촉 저항이 낮아지는 등 터널링(tunneling)에 의한 오믹 접합 특성이 개선되어 구동 전압을 낮춰 높은 신뢰성을 가질 수 있다.
도 1은 일반적인 발광 소자의 단면도이다.
도 2는 실시예에 의한 발광 소자의 단면도이다.
도 3은 다른 실시예에 의한 발광 소자의 단면도이다.
도 4는 또 다른 실시예에 의한 발광 소자의 단면도이다.
도 5는 또 다른 실시예에 의한 발광 소자의 단면도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 의한 발광 소자의 단면도이다.
도 7은 또 다른 실시예에 의한 발광 소자의 단면도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 의한 발광 소자의 단면도이다.
도 9a 내지 도 9k는 도 2에 예시된 발광 소자의 밴드 다이어그램을 나타낸다.
도 10a 내지 도 10d는 도 4에 예시된 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 11은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 12는 실시예에 따른 조명 유닛의 사시도이다.
도 13은 실시예에 따른 백라이트 유닛의 분해 사시도이다.
이하 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시예의 설명에 있어서, 각 구성요소(element)의 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 구성요소(element)가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 구성요소(element)가 상기 두 구성요소(element) 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한 "상(위)"(on) 또는 "하(아래)"(under)로 표현되는 경우 하나의 구성요소(element)를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 2는 실시예에 의한 발광 소자(100A)의 단면도를 나타낸다.
도 2에 예시된 발광 소자(100A)는 기판(110), 제1 도전형 반도체층(122), 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)을 포함하여 구성되는 발광 구조물(120), 제1 및 제2 전극(132 및 134) 및 초격자 구조층(140A)을 포함한다.
기판(110)은 도전형 물질 또는 비도전형 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 사파이어(Al203), GaN, SiC, ZnO, GaP, InP, Ga203 및 GaAs 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또는, 기판(110)은 실리콘 기판일 수도 있다. 예를 들어, 기판(110)이 실리콘 기판일 경우, (111) 결정면을 주면으로서 가질 수도 있다.
발광 구조물(120)은 기판(110) 상에 순차적으로 배치되는 제1 도전형 반도체층(122), 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)을 포함한다.
제1 도전형 반도체층(122)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 Ⅲ-Ⅴ 족 또는 Ⅱ-Ⅵ 족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(122)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 제1 도전형 반도체층(122)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(122)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 만일, 도 2에 예시된 발광 소자(100A)가 자외선(UV:Ultraviolet) 또는 심자외선(Deep UV) 발광 소자일 경우, 제1 도전형 반도체층(122)은 AlGaN을 포함할 수 있다.
활성층(124)은 제1 도전형 반도체층(122)을 통해서 주입되는 전자(또는, 정공)와 제2 도전형 반도체층(126)을 통해서 주입되는 정공(또는, 전자)이 서로 만나서, 활성층(124)을 이루는 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
활성층(124)은 단일 우물 구조(Double Hetero Structure), 다중 우물 구조, 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, 활성층(124)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.
활성층(124)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. 우물층은 장벽층의 밴드갭 에너지보다 낮은 밴드갭 에너지를 갖는 물질로 형성될 수 있다.
활성층(124)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 도전형 클래드층은 활성층(124)의 장벽층의 밴드갭 에너지보다 더 높은 밴드갭 에너지를 갖는 반도체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전형 클래드층은 GaN, AlGaN, InAlGaN 또는 초격자 구조 등을 포함할 수 있다. 또한, 도전형 클래드층은 n형 또는 p형으로 도핑될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(126)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. Ⅲ-Ⅴ 족 또는 Ⅱ-Ⅵ 족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 예컨대, 제2 도전형 반도체층(126)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제2 도전형 반도체층(126)에는 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(126)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다. 만일, 도 2에 예시된 발광 소자(100A)가 UV 또는 DUV 발광 소자일 경우, 제2 도전형 반도체층(126)은 AlGaN을 포함할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(122)은 p형 반도체층으로, 제2 도전형 반도체층(126)은 n형 반도체층으로 구현할 수 있다. 또는, 제1 도전형 반도체층(122)은 n형 반도체층으로, 제2 도전형 반도체층(126)은 p형 반도체층으로 구현할 수도 있다.
발광 구조물(120)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.
한편, 초격자 구조층(140A)은 제1 도전형 반도체층(122)과 제1 전극(132)의 사이 및 제1 도전형 반도체층(122)과 활성층(124)의 사이에 배치될 수 있다. 이때, 초격자 구조층(140A)의 적어도 일부는 제1 도전형 반도체층(122)보다 더 높은 농도의 제1 도전형 도펀트로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 초격자층(141A, 143A)을 형성하기 위한 제1 도전형 도펀트의 도핑 레벨은 3E18 내지 6E18 원자수/㎤ 예를 들어 5E18 원자수/㎤ 일 수 있다.
초격자 구조층(140A)은 복수의 초격자층(141A, 143A)을 포함하며, 중간층(142A)을 더 포함할 수 있다.
도 2의 경우, 2개의 초격자층(141A, 143A)만이 적층된 것으로 예시되어 있지만 이 보다 더 많은 수의 초격자층이 배치될 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 복수의 초격자층(141A, 143A)이 적층된 개수는 2 개 내지 500 개일 수 있다. 또한, 초격자층(141A, 143A)은 AlGaN, InAlGaN 및 AlN 중 적어도 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 예를 들어 Al0 .33Ga0 .67N을 포함할 수 있다.
복수의 초격자층(141A, 143A)을 구성하는 물질을 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다. 또한, 복수의 초격자층(141A, 143A)을 구성하는 물질이 서로 동일하다고 하더라도, 그 물질에 포함된 원자의 함량비는 복수의 초격자층(141A, 143A) 별로 서로 동일할 수도 있고 다를 수 있다. 또한, 복수의 초격자층(141A, 143A)을 구성하는 물질과 함량비가 서로 동일하다고 하더라도, 제1 도전형 도펀트의 도핑 레벨은 복수의 초격자층(141A, 143A) 별로 다를 수 있다.
도 2에 예시된 발광 소자(100A)에서 초격자층(143A)은 제1 전극(132)과 제1 도전형 반도체층(122)의 사이의 제1 영역(A1)에 배치될 뿐만 아니라 활성층(124)과 제1 도전형 반도체층(122)의 사이의 제2 영역(A2)에도 배치되어 있다. 또한, 초격자층(141A)은 활성층(124)과 제1 도전형 반도체층(122)의 사이의 제2 영역(A2)에만 배치되어 있다.
이하, 편의상 제1 전극(132)과 제1 도전형 반도체층(122) 사이에 배치된 초격자층(143A)을 '제1 초격자층'이라 하고, 활성층(124)과 제1 도전형 반도체층(122) 사이에 배치된 초격자층(141A, 143A)을 '제2 초격자층'이라 한다.
제1 영역(A1)에 배치된 제1 초격자층(143A)이 적층된 제1 개수와 제2 영역(A2)에 배치된 제2 초격자층(141A, 143A)이 적층된 제2 개수는 서로 다를 수도 있고 동일할 수도 있다.
한편, 중간층(142A)은 복수의 초격자층(141A, 143A) 사이에 개재된다. 도 2의 경우, 2개의 초격자층(141A, 143A) 사이에 하나의 중간층(142A)이 개재된 것으로 예시되어 있지만, 이에 국한되지 않으며, 초격자층이 3개 이상일 경우, 중간층(142A)은 3개 이상의 초격자층들 사이에 개재될 수 있다. 또한, 중간층(142A) 사이에 적어도 하나의 초격자층이 배치될 수도 있다.
중간층(142A)은 언도프된 반도체층일 수도 있다.
또는, 중간층(142A)은 제1 도전형 반도체층(122)과 동일한 농도의 제1 도전형 도펀트로 도핑된 반도체층일 수도 있다. 이 경우, 초격자층(141A, 143A)이 제1 도전형 반도체층(122)에서 제1 전극(132)의 하부에 삽입된 형태가 된다.
도 3은 다른 실시예에 의한 발광 소자(100B)의 단면도를 나타낸다.
도 2에 예시된 발광 소자(100B)는 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2) 각각에 제1 초격자층(143A)과 제2 초격자층(141A, 143A)이 모두 배치되어 있지만, 실시예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시예에 의하면, 도 3에 예시된 발광 소자(100B)에서 초격자 구조층(140B)은 제1 초격자층(141B, 143B)만을 갖고, 제2 초격자층을 갖지 않는다. 즉, 제1 초격자층(141B, 143B)이 제1 전극(132)과 제1 도전형 반도체층(122) 사이의 제1 영역(A1)에 배치되어 있으며, 활성층(124)과 제1 도전형 반도체층(122) 사이의 제2 영역(A2)에 제2 초격자층이 배치되어 있지 않다. 이를 제외하면, 도 3에 예시된 발광 소자(100B)는 도 2에 예시된 발광 소자(100A)와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 도 3에서, 제1 초격자층(141B, 143B) 사이에는 중간층(142B)이 개재된다.
도 4는 또 다른 실시예에 의한 발광 소자(100C)의 단면도를 나타낸다.
도 4에 예시된 발광 소자(100C)에서, 제1 도전형 반도체층(122)은 제1 도전형 상부 반도체층(122A)과 제1 도전형 하부 반도체층(122B)을 포함한다. 제1 도전형 하부 반도체층(122B)은 초격자 구조층(140C)과 기판(110) 사이에 배치되며, 제1 도전형 상부 반도체층(122A)는 초격자 구조층(140C)과 활성층(124) 사이에 배치된다. 제1 도전형 상부 반도체층(122A)과 제1 도전형 상부 반도체층(122B)은 도 2에 예시된 제1 도전형 반도체층(122)과 동일한 조성 및 물질을 포함할 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.
도 2에 예시된 발광 소자(100A)의 초격자 구조층(140A)에서 초격자층(141A)은 활성층(124)과 직접 접하여 배치되었으나, 실시예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시예에 의하면, 도 4에 예시된 발광 소자(100C)의 초격자 구조층(140C)에서 초격자층(141C)과 활성층(124) 사이에 제1 도전형 상부 반도체층(122A)이 배치될 수도 있다. 이를 제외하면, 도 4에 예시된 발광 소자(100C)는 도 2에 예시된 발광 소자(100A)와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.
예를 들어, 제1 도전형 상부 반도체층(122A)의 두께 즉, 활성층(124)과 초격자 구조층(140C) 사이의 이격 거리는 수 ㎚ 내지 수 ㎛일 수 있다.
도 5 내지 도 8은 또 다른 실시예에 의한 발광 소자(100D ~ 100G)의 단면도를 나타낸다.
도 2 내지 도 4에 예시된 발광 소자(100A, 100B, 100C)에서 초격자 구조층(140A, 140B, 140C)의 제1 영역(A1)에 배치된 제1 초격자층(143A, 141B, 141C)은 제1 전극(132)의 하부면 전체와 중첩되어 오믹 접촉되지만, 실시예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 도 5 내지 도 8에 예시된 초격자 구조층(140D ~ 140G)에서 초격자층(141D, 141E, 141F, 143G)은 제1 전극(132)의 하부면 전체가 아니라 하부면의 일부와 중첩되어 오믹 접촉될 수도 있다.
즉, 도 5 내지 도 7에 예시된 바와 같이, 초격자 구조층(140D, 140E, 140F)은 제1 영역(A1)에만 배치되고, 제2 영역(A2)에 배치되지 않으며, 제1 전극(132)의 하부면의 일부와 오믹 접촉할 수 있다. 이를 제외하면, 도 5 내지 도 7에 예시된 발광 소자(100D, 100E, 100F)는 도 3에 예시된 발광 소자(100B)와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.
또는, 도 8에 예시된 발광 소자(100G)에서, 초격자 구조층(140G)은 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)에 모두 배치되지만, 제1 초격자층(143G)은 제1 영역(A1)에서 제1 전극(132)의 하부면 전체가 아니라 하부면 일부와 오믹 접촉할 수 있다. 이를 제외하면, 도 8에 예시된 발광 소자(100G)는 도 4에 예시된 발광 소자(100C)와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도 2 내지 도 8에 예시된 발광 소자(100A ~ 100G)의 초격자 구조층(140A ~ 140G)의 전체 두께는 400 ㎚ 내지 600 ㎚ 예를 들어, 500 ㎚일 수 있다.
또한, 초격자 구조층(140A ~ 140G)에서 초격자층(141A ~ 141G, 143A ~ 143G)은 중간층(142A ~ 142G)을 사이에 두고 등간격 또는 서로 다른 간격으로 서로 이격되어 적층될 수 있다. 이때, 도 2 내지 도 8에 예시된 바와 달리, 복수의 중간층(142A ~ 142G)이 초격자층(141A ~ 141G, 143A ~ 143G) 사이에 배치될 수도 있다.
도 2 내지 도 8에 예시된 제1 전극(130)은 터널링(tunneling)에 의해 초격자 구조층(140A ~ 140G)과 전기적으로 접촉되고, 제2 전극(134)은 제2 도전형 반도체층(126)과 전기적으로 접촉한다.
제1 및 제2 전극(132, 134) 각각은 금속으로 형성될 수 있다. 또한 오믹 특성을 갖는 반사 전극 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극(132, 134) 각각은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
도 9a 내지 도 9k는 도 2에 예시된 발광 소자(100A)의 밴드 다이어그램을 나타낸다.
도 9a 내지 도 9k에서, 참조부호 126, 124, 140A 및 122는 도 2에 도시된 제2 도전형 반도체층(126), 활성층(124), 초격자 구조층(140A) 및 제1 도전형 반도체층(122)에 각각 대응하므로 동일한 참조부호를 사용한다. 도 2의 경우, 초격자 구조층(140A)에 단지 2개의 초격자층(141A, 143A)만이 예시되어 있지만, 실시예의 이해를 돕기 위해 도 9a 내지 도 9k에서 초격자층의 개수는 5개인 것으로 예시된다. 또한, 도 9a 내지 도 9k은, 밴드갭 에너지에서 가전자 대역(valence band)만을 예시하고 있지만, 전도 대역(conduction)은 가전자 대역과 수직 방향으로 대칭이므로 당업자의 수준에서 이해 가능하므로 생략된다.
도 9a 내지 도 9k에서 빗금친 부분 각각은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 초격자층(141A, 143A, 145A, 147A, 149A)을 나타내며, 초격자층(141A, 143A, 145A, 147A, 149A) 사이에 중간층(142A, 144A, 146A, 148A, 150A)이 개재된다.
이하, 도 9a 내지 도 9k를 참조하여, 도 2에 예시된 초격자 구조층(140A)에 대해 설명하지만, 도 3 내지 도 8에 예시된 다른 초격자 구조층(140B ~ 140G)에 대해서도 이하의 설명이 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다.
실시예에 의하면, 도 9a, 도 9c, 도 9e, 도 9f 및 도 9g에 예시된 바와 같이 복수의 초격자층(141A, 143A, 145A, 147A, 149A) 각각의 두께는 서로 동일하거나, 도 9b, 도 9d, 도 9h, 도 9i 및 도 9j에 예시된 바와 같이 서로 다를 수도 있다. 예를 들어, 도 9b, 도 9d, 도 9h 및 도 9i에 예시된 초격자층의 두께(W1, W2, W3, W4, W5)는 서로 다를 수 있으며, 활성층(124)과 가까울수록 두께가 두꺼워질 수 있다(W1 > W2 > W3 > W4 > W5). 또는, 도 9j에 예시된 바와 같이 동일한 두께(W1)과 다른 두께(W1, W3)가 서로 혼재될 수도 있다.
초격자층(141A, 143A, 145A, 147A, 149A)의 두께가 너무 두꺼울 경우 활성층(124)이 스트레스를 받을 수 있고, 너무 얇을 경우 전자의 터널링 현상이 일어나지 않을 수도 있다. 초격자층(141A, 143A, 145A, 147A, 149A)의 두께는 예를 들어 1 ㎚ 내지 100 ㎚일 수 있다.
또한, 도 9a, 도 9b, 도 9d 및 도 9e에 예시된 바와 같이, 초격자층(141A, 143A, 145A, 147A, 149A)은 우물층을 형성하고, 중간층(142A, 144A, 146A, 148A)은 장벽층을 형성하며, 우물층과 장벽층은 교호적으로 배치될 수도 있다. 또는, 도 9c에 예시된 바와 같이 초격자층(141A, 143A, 145A, 147A, 149A)은 장벽층을 형성하고, 중간층(142A, 144A, 146A, 148A, 150A)은 우물층을 형성하며, 우물층과 장벽층은 교호적으로 배치될 수도 있다. 이때, 초격자층이 우물층이든지 장벽층이든지 무관하게, 우물층의 두께는 장벽층의 두께보다 클 수 있다. 이는 전자의 터널링을 가능하게 하기 위해서이다.
또한, 복수의 초격자층(141A, 143A, 145A, 147A, 149A)의 밴드갭 에너지는 도 9a 내지 도 9c, 도 9f 내지 도 9k에 예시된 바와 같이 서로 동일할 수도 있고, 도 9d 및 도 9e에 예시된 바와 같이 서로 다를 수도 있다. 복수의 초격자층(141A, 143A, 145A, 147A, 149A)의 밴드갭 에너지는 활성층(124)과 가까울수록 감소할 수 있다. 예를 들어, 도 9d를 참조하면, 활성층(124)으로부터 멀어질수록, 복수의 초격자층(141A, 143A, 145A, 147A, 149A)의 밴드갭 에너지가 E1, E2, E3, E4 만큼 감소할 수 있다.
복수의 초격자층(141A, 143A, 145A, 147A, 149A) 각각의 제1 도전형 도펀트의 도핑 농도는 서로 동일하거나 서로 다를 수 있다. 예컨대, 도 9a 내지 도 9c, 도 9f 및 도 9h에 예시된 바와 같이 복수의 초격자층(141A, 143A, 145A, 147A, 149A)의 제1 도전형 도펀트의 도핑 농도는 서로 동일할 수도 있고, 도 9d, 도 9e, 도 9g, 도 9i, 도 9j 및 도 9k에 예시된 바와 같이 복수의 초격자층의 제1 도전형 도펀트의 도핑 농도는 서로 다를 수도 있다. 예를 들어, 제1 도전형 도펀트의 도핑 농도는 활성층(124)과 가까울수록 클 수 있다.
또한, 초격자 구조층(140A)은 적어도 하나의 2중 이상의 초격자층 페어(pair)를 포함할 수 있다. 즉, 초격자 구조층은 도 9j 및 도 9k에 예시된 바와 같이 2중의 초격자층 페어(152, 154)를 포함할 수 있고, 3중이나 그 이상의 초격자층 페어를 포함할 수 있다. 또는, 초격자 구조층은 2중 초격자층 페어와 3중 이상의 초격자층 페어가 복합적으로 포함된 구조일 수도 있다. 이와 같이, 초격자 구조층은 복수의 적층된 초격자층 페어를 포함할 수 있다.
또한, 초격자층 페어에서 활성층(124)과 가까운 초격자층의 밴드갭 에너지는 활성층(124)과 먼 초격자층의 밴드갭 에너지보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 도 9k에 예시된 바와 같이, 2중 초격자층 페어(152, 154)을 가질 수 있다. 즉, 제1 초격자층 페어(152)는 제1 초격자층(141A)/제2 초격자층(143A)이고, 제2 초격자층 페어(154)는 제3 초격자층(145A)/제4 초격자층(147A)일 수 있다. 이때, 제1 및 제2 초격자층 페어(152, 154) 각각에서 활성층(124)과 가까운 제1 초격자층(141A)(또는, 제3 초격자층(145A))의 밴드갭 에너지는 활성층(124)과 먼 제2 초격자층(143A)(또는, 제4 초격자층(147A))의 밴드갭 에너지보다 더 낮을 수 있다.
또한, 초격자층 페어에서 활성층(124)과 가까운 초격자층의 두께는 활성층(124)과 먼 초격자층의 두께보다 클 수 있다. 예를 들어, 도 9k에 예시된 제1 초격자층(141A)의 두께(W1)는 제2 초격자층(143A)의 두께(W2)보다 클 수 있고, 제3 초격자층(145A)의 두께(W3)는 제4 초격자층(147A)의 두께(W4)보다 클 수 있다.
또한, 초격자층 페어에서 활성층(124)과 가까운 초격자층의 구성 물질은 활성층(124)과 먼 초격자층의 구성 물질과 서로 다를 수도 있고, 서로 동일할 수도 있다. 예를 들어, 도 9k에 예시된 제1 초격자층(141A)의 구성 물질은 제2 초격자층(143A)의 구성 물질과 다를 수도 있고 동일할 수도 있다.
초격자층 페어는 AlGaN/AlGaN, AlGaN/InAlGaN, InAlGaN/InAlGaN, InAlGaN/AlGaN, AlGaN/AlN, AlN/AlGaN, AlN/AlN, InGaA/AlGaN, AlGaN/InGaN 중 어느 하나일 수 있다. 이때, 초격자층 페어에서, 초격자층 각각의 구성 물질이 동일하더라도, 그 구성 물질의 함량비는 초격자층 별로 다를 수 있다. 또한, 복수의 초격자층 페어의 구성 물질은 서로 동일하거나 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 초격자층 페어(152)의 구성 물질은 AlGaN/AlGaN일 수 있고, 제2 초격자층 페어(154)의 구성 물질은 AlN/AlGaN일 수 있다.
또한, 초격자 구조층(140A)에서 초격자층(141A, 143A, 145A, 147A, 149A)의 구성 물질의 함량비는 활성층(124)에 가까울수록 커질 수도 있고 작아질 수도 있다. 예를 들어, 초격자층(141A, 143A, 145A, 147A, 149A)이 AlGaN 기반의 물질을 포함할 경우, 도 9d 및 도 9e에 예시된 바와 같이 Al의 함량비는 활성층(124)과 가까울수록 커질 수 있다. 즉, 도 9a 내지 도 9k에 도시된 밴드 다이어그램에서 종축은 밴드갭 에너지를 나타낼 수도 있지만 Al의 함량비를 나타낼 수도 있다.
이하, 도 4에 예시된 발광 소자(100C)의 제조 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 그러나, 도 4에 예시된 발광 소자(100C)는 이에 국한되지 않고 다른 방법에 의해서도 제조될 수 있음은 물론이다. 또한, 다음에 설명되는 제조 방법은 도 2, 도 3, 도 5 내지 도 8에 예시된 발광 소자(100A, 100B, 100D ~ 100G)에 대해서도 비슷하게 적용될 수 있음은 물론이다.
도 10a 내지 도 10d는 도 4에 예시된 발광 소자(100C)의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 10a를 참조하면, 기판(110) 상에 제1 도전형 하부 반도체층(122B)을 형성한다. 여기서, 기판(110)은 도전성 또는 비도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 사파이어(Al203), GaN, SiC, ZnO, GaP, InP, Ga203, GaAs 및 Si 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이후, 도 10b를 참조하면, 제1 도전형 하부 반도체층(122B) 상에 초격자 구조층(140C)을 형성한다. 즉, 제1 도전형 하부 반도체층(122B) 상에 초격자층(143C), 중간층(142C) 및 초격자층(141C)을 순차적으로 적층하여 형성한다. 초격자층(141C, 143C)은 제1 도전형 상부 및 하부 반도체층(122A, 122B) 각각에 도핑된 제1 도전형 도펀트보다 더 높은 농도의 제1 도전형 도펀트로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 초격자층(141C, 143C) 각각을 형성하기 위한 제1 도전형 도펀트의 도핑 레벨은 3E18 내지 6E18 원자수/㎤일 수 있다.
또한, AlGaN, InAlGaN 및 AlN 중 적어도 어느 하나를 포함하도록 초격자층(141C, 143C) 각각을 형성할 수 있다.
초격자 구조층(140C)을 400 ㎚ 내지 600 ㎚ 예를 들어, 500 ㎚의 두께로 형성할 수 있다. 또한, 초격자층(141C, 143C)을 중간층(142C)을 사이에 두고 등 간격 또는 서로 다른 간격으로 서로 이격시켜 형성할 수 있다.
또한, 초격자층(141A, 143A) 각각의 두께를 서로 동일하게 형성하거나 서로 다르게 형성할 수도 있다. 예를 들어, 제1 도전형 하부 반도체층(122B)으로부터 멀어질수록 더 두꺼운 두께로 초격자층(141C, 143C)을 형성할 수 있다.
또한, 초격자층(141C, 143C)의 밴드갭 에너지는 서로 동일할 수도 있고, 서로 다를 수도 있다. 예를 들어, 밴드갭 에너지는 제1 도전형 하부 반도체층(122B)로부터 멀어질수록 낮아지도록, 초격자층(141C, 143C)을 형성할 수 있다.
또한, 복수의 초격자층(141C, 143C) 각각의 제1 도전형 도펀트의 도핑 농도는 서로 동일하거나 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형 하부 반도체층(122B)로부터 멀어질수록 제1 도전형 도펀트의 도핑 농도를 더 크게하여 초격자층(141C, 143C)을 형성할 수 있다.
또한, 초격자층(141C, 143C) 각각을 1 ㎚ 내지 100 ㎚의 두께로 형성할 수 있다. 예를 들어, 초격자층(141C, 143C)을 2 개 내지 500 개 적층하여 초격자 구조층(140C)을 형성할 수도 있다.
또한, 적어도 하나의 2중 이상의 초격자층 페어를 갖도록 초격자 구조층(140C)을 형성할 수 있다. 초격자층 페어에서 제1 도전형 하부 반도체층(122B)로부터 멀리 위치한 초격자층의 밴드갭 에너지가 제1 도전형 하부 반도체층(122B)과 가깝게 위치한 초격자층의 밴드갭 에너지보다 더 낮아지도록, 초격자 구조층(140C)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 초격자층 페어는 AlGaN/AlGaN, AlGaN/InAlGaN, InAlGaN/InAlGaN, InAlGaN/AlGaN, AlGaN/AlN, AlN/AlGaN, AlN/AlN, InGaA/AlGaN, AlGaN/InGaN 중 어느 하나일 수 있다.
이후, 도 10c를 참조하면, 초격자 구조층(140C)의 상부에 제1 도전형 상부 반도체층(122A)을 형성한다. 제1 도전형 상부 반도체층(122A) 및 제1 도전형 하부 반도체층(122B) 각각은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 Ⅲ-Ⅴ 족 또는 Ⅱ-Ⅵ 족 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 상부 및 하부 반도체층(122A, 122B) 각각이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
제1 도전형 상부 및 하부 반도체층(122A, 122B)은 각각은 예를 들어, AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 제1 도전형 상부 및 하부 반도체층(122A, 122B) 각각은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
계속해서, 도 10c를 참조하면, 제1 도전형 상부 반도체층(122A)의 상부에 활성층(124)과 제2 도전형 반도체층(126)을 순차적으로 적층하여 형성할 수 있다.
활성층(124)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조, 양자 선 구조, 또는 양자 점 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 활성층(124)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.
활성층(124)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. 우물층은 장벽층의 밴드 갭보다 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
활성층(124)의 위 또는/및 아래에 도전형 클래드층(미도시)이 더 형성될 수 있다. 도전형 클래드층은 활성층(124)의 장벽층의 밴드 갭보다 더 넓은 밴드 갭을 가지는 반도체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전형 클래드층은 GaN, AlGaN, InAlGaN 또는 초격자 구조 등으로 형성될 수 있다. 또한, 도전형 클래드층은 n형 또는 p형으로 도핑될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(126)은 Ⅲ-Ⅴ 족 또는 Ⅱ-Ⅵ 족 등의 화합물 반도체를 이용하여 형성될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예컨대, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 이용하여 제2 도전형 반도체층(126)을 형성할 수 있다. 제2 도전형 반도체층(126)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
이후, 도 10d에 예시된 바와 같이, 제2 도전형 반도체층(126), 활성층(124) 및 제1 도전형 상부 반도체층(122A)의 일부를 메사 식각(Mesa etching)하여 초격자 구조층(140C)의 초격자층(141C)을 노출시킨다.
이후, 도 4에 예시된 바와 같이, 메사 식각에 의해 노출된 초격자층(141C)의 상부에 제1 전극(132)을 형성하는 동시에, 제2 도전형 반도체층(126)의 상부에 제2 전극(134)을 형성한다. 예를 들어, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 제1 및 제2 전극(132, 134)을 형성할 수 있다.
전술한 발광 소자의 경우, 제1 도전형 반도체층(122)에 제1 전극(132)이 직접 접촉하는 대신에, 제1 전극(132)이 초격자층(140A ~ 140G)과 오믹 접촉하기 때문에, 제1 도전형 반도체층(122)의 면저항이 예를 들면, 50.5 Ω㎠로부터 26.1 Ω㎠까지 줄어들 수 있다. 이러한 이유로, 발광 소자(100A ~ 100G)의 구동 전압(turn on voltage)이 낮아져서 제품의 신뢰성이 향상될 수 있다.
이하, 전술한 발광 소자(100A ~ 100G)를 이용하는 발광 소자 패키지의 구성 및 동작을 설명한다.
도 11은 실시예에 따른 발광소자 패키지(200)의 단면도이다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지(200)는 패키지 몸체부(205)와, 패키지 몸체부(205)에 설치된 제1 및 제2 리드 프레임(213, 214)과, 패키지 몸체부(205)에 배치되어 제1 및 제2 리드 프레임(213, 214)과 전기적으로 연결되는 발광 소자(220)와, 발광 소자(220)를 포위하는 몰딩 부재(240)를 포함한다.
패키지 몸체부(205)는 실리콘, 합성수지, 또는 금속을 포함하여 형성될 수 있으며, 발광 소자(220)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
제1 및 제2 리드 프레임(213, 214)은 서로 전기적으로 분리되며, 발광 소자(220)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 제1 및 제2 리드 프레임(213, 214)은 발광 소자(220)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 역할을 할 수도 있으며, 발광 소자(220)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
발광 소자(220)는 도 2 내지 도 8에 예시된 반도체 소자(100A ~ 100G)를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
발광 소자(220)는 도 11에 예시된 바와 같이 제1 또는 제2 리드 프레임(213, 214) 상에 배치되거나, 패키지 몸체부(205) 상에 배치될 수도 있다.
발광 소자(220)는 제1 및/또는 제2 리드 프레임(213, 214)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 도 11에 예시된 발광 소자(220)는 제1 리드 프레임(213)과 와이어(230)를 통해 전기적으로 연결되고 제2 리드 프레임(214)과 직접 접촉하여 전기적으로 연결되나 이에 국한되지 않는다.
몰딩 부재(240)는 발광 소자(220)를 포위하여 보호할 수 있다. 또한, 몰딩 부재(240)는 형광체를 포함하여, 발광 소자(220)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 발광 소자 패키지에서 방출되는 광의 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능하거나 조명 유닛으로 기능할 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 백라이트 유닛, 조명 유닛, 지시 장치, 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 12는 실시예에 따른 조명 유닛(300)의 사시도이다. 다만, 도 12의 조명 유닛(300)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 조명 유닛(300)은 케이스 몸체(310)와, 케이스 몸체(310)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(320)와, 케이스 몸체(310)에 설치된 발광 모듈부(330)를 포함할 수 있다.
케이스 몸체(310)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성되며, 금속 또는 수지로 형성될 수 있다.
발광 모듈부(330)는 기판(332)과, 기판(332)에 탑재되는 적어도 하나의 발광소자 패키지(200)를 포함할 수 있다.
기판(332)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 등을 포함할 수 있다.
또한, 기판(332)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다.
기판(332) 상에는 적어도 하나의 발광 소자 패키지(200)가 탑재될 수 있다. 발광 소자 패키지(200) 각각은 적어도 하나의 발광 소자(220) 예를 들면 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)를 포함할 수 있다. 발광 다이오드는 적색, 녹색, 청색 또는 백색의 유색 빛을 각각 발광하는 유색 발광 다이오드 및 자외선(UV, UltraViolet)을 발광하는 UV 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
발광 모듈부(330)는 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광 소자 패키지(200)의 조합을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 고 연색성(CRI)을 확보하기 위해 백색 발광 다이오드, 적색 발광 다이오드 및 녹색 발광 다이오드를 조합하여 배치할 수 있다.
연결 단자(320)는 발광 모듈부(330)와 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 실시예에서 연결 단자(320)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 연결 단자(320)는 핀(pin) 형태로 형성되어 외부 전원에 삽입되거나, 배선에 의해 외부 전원에 연결될 수도 있다.
도 13은 실시예에 따른 백라이트 유닛(400)의 분해 사시도이다. 다만, 도 13의 백라이트 유닛(400)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시예에 따른 백라이트 유닛(400)은 도광판(410)과, 도광판(410) 아래의 반사 부재(420)와, 바텀 커버(430)와, 도광판(410)에 빛을 제공하는 발광 모듈부(440)를 포함한다. 바텀 커버(430)는 도광판(410), 반사 부재(420) 및 발광 모듈부(440)를 수납한다.
도광판(410)은 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 도광판(410)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl methacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
발광 모듈부(440)는 도광판(410)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 백라이트 유닛이 설치되는 디스플레이 장치의 광원으로써 작용하게 된다.
발광 모듈부(440)은 도광판(410)과 접할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 구체적으로, 발광 모듈부(440)는 기판(442)과, 기판(442)에 탑재된 다수의 발광 소자 패키지(200)를 포함한다. 기판(442)은 도광판(410)과 접할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
기판(442)은 회로 패턴(미도시)을 포함하는 PCB일 수 있다. 다만, 기판(442)은 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성(flexible) PCB 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
그리고, 다수의 발광 소자 패키지(200)는 기판(442) 상에 빛이 방출되는 발광면이 도광판(410)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있다.
도광판(410) 아래에는 반사 부재(420)가 형성될 수 있다. 반사 부재(420)는 도광판(410)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 위로 향하게 함으로써, 백라이트 유닛의 휘도를 향상시킬 수 있다. 반사 부재(420)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
바텀 커버(430)는 도광판(410), 발광 모듈부(440) 및 반사 부재(420) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 바텀 커버(430)는 상면이 개구된 박스(box) 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
바텀 커버(430)는 금속 또는 수지로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 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.
10, 110: 기판 20, 120: 발광 구조물
22, 122, 122A, 122B: 제1 도전형 반도체층
24, 124: 활성층 26, 126: 제2 도전형 반도체층
32, 132: 제1 전극 34, 134: 제2 전극
100A ~ 100G, 220: 발광 소자 140A ~ 140G: 초격자 구조층
141A ~ 141G, 143A ~ 143G, 145A, 147A, 149A: 초격자층
142A ~ 142G, 144A, 146A, 148A, 150A: 중간층
200: 발광 소자 패키지 205: 패키지 몸체부
213, 214: 제1 및 제2 리드 프레임 240: 몰딩 부재
300: 조명 유닛 310: 케이스 몸체
320: 연결 단자 330, 440: 발광 모듈부
400: 백라이트 유닛 410: 도광판
420: 반사 부재 430: 바텀 커버

Claims (16)

  1. Al을 포함하는 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되고 Al을 포함하는 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되고 Al을 포함하는 활성층을 포함하고, 상기 제2 도전형 반도체층, 및 상기 활성층이 제거되어 상기 제1 도전형 반도체층의 일면이 노출되는 제1영역을 포함하는 발광 구조물;
    상기 제1영역에 노출된 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되고, Al을 포함하는 제3 반도체층;
    상기 제3 반도체층 상에 배치되고, 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치되고, 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함하고,
    상기 제3 반도체층은 상기 제1 도전형 반도체층의 Al 함량보다 낮은 Al 함량을 포함하고,
    상기 제3 반도체층은 수직 방향으로 상기 활성층과 어긋나게 배치되고,
    상기 제3 반도체층의 두께는 1 nm 내지 100 nm 인 반도체 소자.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층은 n형 도펀트를 포함하고, 상기 제2 도전형 반도체층은 p형 도펀트를 포함하고, 상기 제3 반도체층은 n형 도펀트를 포함하고,
    상기 제3 반도체층의 도핑 농도는 상기 제1 도전형 반도체층의 도핑 농도보다 높은 반도체 소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제1 도전형 반도체층 사이에 배치되는 초격자층을 포함하고,
    상기 초격자층은 에너지 밴드갭이 상기 제1 도전형 반도체층보다 작은 복수 개의 제1 층, 및 상기 복수 개의 제1 층보다 에너지 밴드갭이 큰 복수 개의 제2 층이 교번 적층되고,
    상기 제3 반도체층은 상기 복수 개의 제1 층 중 하나인 반도체 소자.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 초격자층의 두께는 400 nm 이상 내지 600 nm 인 반도체 소자.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 층은 상기 제1 전극에서 상기 제1 도전형 반도체층을 향할수록 에너지 밴드갭이 커지는 반도체 소자.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 층의 에너지 밴드갭은 상기 제1 도전형 반도체층의 에너지 밴드갭과 같은 반도체 소자.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층은 상기 제1영역으로 측면이 노출되고,
    상기 제3 반도체층은 상기 제1영역으로 노출된 상기 제1 도전형 반도체층의 측면에 접하는 반도체 소자.
  12. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 층의 도핑 농도는 3E18 내지 6E18 원자수/cm3 인 반도체 소자.
  13. 제1 항 또는 제11 항에 있어서,
    상기 제1 전극의 저면 전체 영역은 상기 제3 반도체층과 직접 접촉하는 반도체 소자.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 제3 반도체층의 수평 방향의 폭은 상기 제1 전극 저면의 수평 방향의 폭보다 작은 반도체 소자.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 제3 반도체층은 상기 제1영역에 노출된 제1 도전형 반도체층에 매립되고,
    상기 제3 반도체층의 상면은 상기 제1영역에 노출된 제1 도전형 반도체층의 일면과 동일 평면 상에 배치된 반도체 소자.
  16. 제4 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 층의 도핑 농도는 상기 활성층과 가까울수록 커지는 반도체 소자.
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