KR101956048B1

KR101956048B1 - 발광소자

Info

Publication number: KR101956048B1
Application number: KR1020120054928A
Authority: KR
Inventors: 강현오; 김태준
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2019-03-11
Also published as: KR20130131116A

Abstract

실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층; 상기 활성층 상에 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(Graded Hole Transfer Layer); 상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL 상에 전자차단층; 및 상기 전자차단층 상에 제2 도전형 반도체층;을 포함할 수 있다.

Description

발광소자{LIGHT EMITTING DEVICE}

실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.

발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 화합물 반도체로서, 주기율표상에서 Ⅲ족과 Ⅴ족 등의 화합물 반도체로 생성될 수 있고 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.

발광소자는 순방향전압 인가 시 n층의 전자와 p층의 정공(hole)이 결합하여 전도대(Conduction band)와 가전대(Valance band)의 밴드갭 에너지에 해당하는 만큼의 에너지를 발산하는데, 이 에너지는 주로 열이나 빛의 형태로 방출되며, 빛의 형태로 발산되면 발광소자가 되는 것이다.

예를 들어, 질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 자외선(UV) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.

도 1은 종래기술에 의한 발광소자에서 에너지 밴드 다이어 그램(Energy Band Diagram)의 예시도이다. 종래기술에 의하면 활성층은 라스트 웰(20a)과 라스트 배리어(20b)를 구비하여, 활성층 상에 전자차단층(32)을 구비할 수 있다.

종래기술에 의하면 캐리어(Carrier)는 구속층(Confinement Layer)을 벗어나 활성층(Active Layer)으로부터 빠져나온다. 이와 같은 캐리어 탈출(Carrier Escape) 현상은 활성층과 구속층 사이 계면(Interface)에 낮은 배리어(Barrier) 장벽에 기인한다.

질화갈륨(GaN) 소자에서 홀에 비해 전자의 확산계수(Diffusion Constant)가 크므로, ELC(Electron Leakage Current)는 HLC(Hole Leakage Current) 보다 크다.

한편, 종래기술에 의하면 활성영역에서 캐리어 리키지(Carrier Leakage)를 감소시키기 위해 CBL(Carrier Blocking Layer)이 사용된다.

예를 들어, AlGaN 구속층(Confinement Layer)은 EBL(Electron Blocking Layers)로 활성영역 밖으로 빠져나오는 전자의 수를 감소시키기 위해 LED 구조에서 주로 사용된다.

그런데, 종래기술에 의하면 가전자대(Valence Band)의 스파크 밴드갭(Spark Bandgap)(S)인 정공 축적(Hole Accumulation) 영역에서 메모리 효과(memory effect)에 의해 홀(hole)의 활성층 영역으로 주입의 장벽역할을 하여 캐리어의 주입효율이 저하되고, 홀이 포논(phonon) 등으로 비발광 손실되어 광효율이 저하되는 문제가 있었다.

이에 따라 종래기술에 의하면 광량이 감소하고 동작전압이 증가하는 문제를 효과적으로 해결하지 못하는 상황이다.

실시예는 광량 및 동작 전압이 개선된 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.

실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층(110); 상기 제1 도전형 반도체층(110) 상에 활성층(120); 상기 활성층(120) 상에 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(Graded Hole Transfer Layer)(140); 상기 GHTL(140) 상에 전자차단층(132); 및 상기 전자차단층(132) 상에 제2 도전형 반도체층(130);을 포함할 수 있다.

실시예는 광량 및 동작 전압이 개선된 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 종래기술에 의한 발광소자에서 에너지 밴드 다이어 그램(Energy Band Diagram)의 예시도.
도 2는 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 3은 실시예에 따른 발광소자에서 에너지 밴드 다이어 그램의 예시도.
도 4는 실시예에 따른 발광소자에서 성장시간에 따른 원소별 조성 예시도.
도 5는 실시예에 따른 발광소자와 종래기술의 내부양자효율(IQE)의 비교 예시도.
도 6은 실시예에 따른 발광소자와 종래기술의 광도(PO)의 비교 예시도.
도 7은 실시예에 따른 발광소자와 종래기술의 동작전압의 비교 예시도.
도 8 내지 10은 실시예에 따른 발광소자의 제조방법의 공정 예시도.
도 11은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 12 내지 도 14는 실시 예에 따른 조명장치를 나타낸 도면이다.
도 15 및 도 16은 실시 예에 따른 조명장치의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 17은 실시예에 따른 백라이트 유닛의 사시도.

실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/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.

(실시예)

도 2는 실시예에 따른 발광소자(100)의 단면도이다.

실시예에 따른 발광소자(100)는 제1 도전형 반도체층(110)과, 상기 제1 도전형 반도체층(110) 상에 활성층(120)과, 상기 활성층(120) 상에 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(Graded Hole Transfer Layer)(140);과, 상기 GHTL(140) 상에 전자차단층(132); 및 상기 전자차단층(132) 상에 제2 도전형 반도체층(130);을 포함한다.

실시예에서 상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(Graded Hole Transfer Layer)(140)은 본건출원의 발명자가 명명한 것으로 In_xAl_yGa_(1-x-y)N FBC 층(Flat Band Control layer), CGHIL(Cross Graded Hole Injection Layer), CGHTL(Cross Graded Hole Transfer Layer), HTL(Hole Transfer Layer), GAEIL(Graded Active-EBL Interface Layer), GEBL(Graded-composition Electron Blocking Layer)등으로 칭할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 활성층(120)은 복수의 웰(미도시)과 배리어(미도시)를 구비할 수 있고, 상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)은 상기 활성층(120)의 라스트 배리어(last barrier)(120b)(도 3 참조)와 상기 전자차단층(132) 사이에 개재될 수 있다. 상기 라스트 배리어(120b)는 상기 활성층(120)에서 상기 전자차단층(132)과 가장 인접한 마지막 웰인 라스트 웰(120a)(도 3 참조)과 상기 전자차단층(132) 사이에 개재된 배리어를 의미할 수 있다.

도 3은 실시예에 따른 발광소자(100)에서 에너지 밴드 다이어 그램의 예시도 이다. 도 3에서 X축은 활성층에서 제2 도전형 반도체층 (130), 예를 들어 p형 반도체층 (130) 방향으로의 거리를 나타낸다.

실시예는 기판 상에 형성되는 발광구조물 중 활성층(120)의 라스트 배리어(Last Barrier)(120b)와 전자차단층(EBL: Electron Blocking Layer)(132) 사이의 계면(Interface)에서 밴드갭 엔지니어링(Bandgap Engineering)을 통해 가전자대(Valence Band)의 스파크 밴드갭(Spark Bandgap)(S)(도 1 참조)인 정공 축적(Hole Accumulation) 영역을 플랫 밴드(Flat Band)로 변화시켜 홀(Hole)의 활성층으로 전달(Transfer)하는 효율을 높임으로써 광도를 향상함과 아울러 동작전압을 감소시킬 수 있다.

예를 들어, 종래기술에 의하면 가전자대(Valence Band)의 스파크 밴드갭(Spark Bandgap)(S)인 정공 축적(Hole Accumulation) 영역에서 메모리 효과(memory effect)에 의해 홀(hole)의 활성층 영역으로 주입의 장벽역할을 하여 캐리어의 주입효율이 저하되고, 홀이 포논(phonon) 등으로 비발광 손실되어 광효율이 저하되는 문제가 있었다.

실시예는 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)에서 Al의 조성은 점차 증가하고, In의 조성은 점차 감소하도록 Al과 In 조성 레벨(Level)을 교차해서 서로 겹치는 영역(Crossing region)을 형성하여 활성층(120)의 라스트 배리어(last barrier)(120b)와 전자차단층(132) 사이에 플랫 전도대(Flat Conduction Band) 및 플랫 가전자대(Flat Valence Band)(F)를 형성시킬 수 있다.

실시예에서 에너지 밴드가 플랫(flat)하다는 의미는 에너지 밴드가 완벽하게 평평한 형태를 의미하는 것에 한정되는 것이 아니며 종래기술에 비해 스파크 밴드갭(Spark Bandgap)인 정공 축적(Hole Accumulation) 영역이 상당부분 완화된 상태를 의미할 수 있다.

또한, 실시예는 도 3에서와 같이 종래기술의 에너지 밴드 다이어그램(도 1 참조)에 비해 전체 에너지 준위를 상승시켜 광효율을 높일 수 있다.

도 4는 실시예에 따른 발광소자에서 성장시간에 따른 원소별 조성 예시도이다. 예를 들어, 도 4에서 X축은 활성층의 라스트 웰(120a)과 라스트 배리어(120b)에서 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140) 및 전자차단층(132) 방향으로 성장됨에 따라 Mg 도핑레벨과 Al 및 In의 농도 %의 관계도이다.

실시예에서 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)은 Al의 조성은 점차 증가하고, In의 조성은 점차 감소하도록 Al과 In 농도%를 교차해서 서로 겹치는 영역(Crossing Region)을 형성함으로써 구현될 수 있으며, 이를 통해 라스트 배리어(120b)와 전자차단층(132) 사이에 플랫 전도대(Flat Conduction Band) 및 플랫 가전자대(Flat Valence Band)를 형성시킬 수 있다.

예를 들어, 실시예에서 상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)에서의 인듐(In)의 농도(x)는 0≤x≤0.05 범위일 수 있다. 실시예에서 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)과 라스트 배리어(120b)와의 경계에서는 In의 농도가 최대일 수 있으며, In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)과 전자차단층(132)과의 경계에서 In의 농도는 O(Zero)일 수 있다.

이에 따라 상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)에서 In의 농도(x)가 상기 활성층(120)에서 상기 전자차단층(132) 방향으로 감소할 수 있다.

또한, 상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)에서 In의 농도(x)가 점차 감소(grading)할 수 있으며, 스텝(step)을 두어 감소할 수도 있다.

실시예에서 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)은 In을 포함하여 막질이 개선됨과 아울러 플랫 전도대(Flat Conduction Band), 플랫 가전자대(Flat Valence Band)를 형성시킬 수 있다.

예를 들어, 종래 전자차단층(132)에서 In이 1% 정도의 극소량 존재하는 것에 비해 실시예의 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)은 인듐(In)의 농도(x)가 0≤x≤0.05 범위에서 점차 변화함으로써 막질을 개선함과 아울러 In이 과량일 경우 정공 축적(Hole Accumulation) 영역이 발생할 수 있는데, 실시예의 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)은 In을 적정히 함유하여 정공 축적의 문제를 방지하여 광도 개선과 아울러 동작전압을 감소시킬 수 있다.

또한, 실시예에서 상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)에서 알루미늄의 농도(y)는 0＜y≤0.15 범위로 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)의 Al의 농도(y)가 상기 활성층(120)의 라스트 배리어(120b)에서 상기 전자차단층(132) 방향으로 증가할 수 있다.

실시예에서 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)과 라스트 배리어(120b)와의 경계에서는 Al의 농도가 최소일 수 있으며, In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)과 전자차단층(132)과의 경계에서 Al의 농도는 최대일 수 있다.

또한, 상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)에서 Al의 농도(y)가 점차 증가(grading)할 수 있으며, 스텝(step)을 두어 증가할 수도 있다.

또한, 실시예에서 상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)에서 Al의 농도(y)가 점차 곡률을 두어 증가하는 경우 초기에는 기울기가 완만하고 후반부에 기울기를 더 커지도록 Al의 농도가 급격히 증가하도록 제어할 수 있다.

또한, 실시예에 의하면 상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)은 p형(p-type)의 In_xAl_yGa_(1-x-y)N일 수 있다. 예를 들어, 상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)에서 p형 도핑원소, 예를 들어, Mg의 도핑농도는 1×10²⁰~2×10²¹일수 있다. 상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)에서 p형 도핑원소의 도핑농도는 라스트 배리어(120b)와의 경계에서 급격히 최대 값으로 증가함으로써 전자를 차단함과 아울러 홀의 장벽기능을 함으로써 광도를 향상시키고 동작전압을 개선시킬 수 있다.

또한, 실시예에서 상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)은 상기 전자차단층(132)에 비해 두께가 얇을 수 있다. 예를 들어, 상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)의 두께는 1nm 내지 3nm일 수 있고, 상기 전자차단층(132)의 두께는 30nm 내지 60nm일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예에서 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)의 두께가 3nm 초과시 저항층으로 기능할 수 있고 이 경우 동작전압이 증가하고 광량이 감소할 수 있는 문제가 있다. 또한, In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)의 두께가 1nm 미만시 인터페이스(interface)로 기능하기 어려운 점이 있다.

이에 따라 실시예에서 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)의 두께는 1nm 내지 3nm인 경우 동작전압의 개선과 아울러 광도개선에 최적의 두께가 될 수 있다.

도 5는 실시예에 따른 발광소자와 종래기술의 내부양자효율(IQE)의 비교 예시도이다.

도 5는 실시예에 따른 발광소자(E1)와 종래기술(R1)의 내부 양자효율의 비교 그래프로서, 실시예에 따라 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)을 구비하는 발광소자의 경우(E1) 일반적인 구조의 종래기술(R1)에 비해 내부양자효율이 증대함과 아울러 고전류 영역에서도 내부 양자효율이 감소되는 드룹현상이 현저히 개선되는 효과가 있다.

또한, 도 6은 실시예에 따른 발광소자와 종래기술의 광도(PO)의 비교 예시도이다. 도 6에 의하면, 실시예에 따른 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)을 구비하는 발광소자(E2)의 광도의 평균은 약 133.0으로 일반적인 구조의 종래기술(R2)의 광도평균인 약 130.6에 비해서 상당부분 증가하였다.

또한, 도 7은 실시예에 따른 발광소자와 종래기술의 동작전압(VF3)의 비교 예시도이다.

실시예에 따른 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)을 구비하는 발광소자(E3)의 동작전압은 약 3.035로 일반적인 구조의 종래기술(R3)의 동작전압인 약 3.054에 비해서 상당부분 감소한다.

이에 따라 실시예는 광량 및 동작 전압이 개선된 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.

이하, 도 8 내지 도 10을 참조하여 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 설명한다.

우선, 도 8과 같이 기판(105)을 준비한다.

상기 기판(105)은 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함하며, 예컨대 상기 기판(105)은 사파이어(Al₂O₃), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga₂0₃ 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 기판(105) 위에는 요철 구조가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 기판(105)에 대해 습식세척을 하여 표면의 불순물을 제거할 수 있다.

이후, 상기 기판(105) 상에 제1 도전형 반도체층(110), 활성층(120) 및 제2 도전형 반도체층(130)을 포함하는 발광구조물을 형성할 수 있다.

상기 기판(105) 위에는 버퍼층(107)이 형성될 수 있다. 상기 버퍼층은 상기 발광구조물의 재료와 기판(105)의 격자 부정합을 완화시켜 줄 수 있으며, 버퍼층의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.

상기 제1 도전형 반도체층(110)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(110)이 N형 반도체층인 경우, 상기 제1 도전형 도펀트는 N형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

상기 제1 도전형 반도체층(110)은 In_xAl_yGa₁ _-x- _yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다.

상기 제1 도전형 반도체층(110)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.

상기 제1 도전형 반도체층(110)은 화학증착방법(CVD) 혹은 분자선 에피택시 (MBE) 혹은 스퍼터링 혹은 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 등의 방법을 사용하여 N형 GaN층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(110)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH₃), 질소 가스(N₂), 및 실리콘(Si)와 같은 n 형 불순물을 포함하는 실란 가스(SiH₄)가 주입되어 형성될 수 있다.

실시예는 상기 제1 도전형 반도체층(110) 상에 전류확산층(112) 및 스트레인 제어층(114)을 더 포함하여 광도 증대와 더불어 동작전압 감소에 기여할 수 있다.

예를 들어, 실시예는 상기 제1 도전형 반도체층(110) 상에 전류확산층(112)을 형성하여 동작전압 감소에 기여할 수 있다. 상기 전류확산층(112)은 언도프트 질화갈륨층(undoped GaN layer)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 전류확산층(112)은 50nm ~ 200nm의 두께일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 실시예는 상기 전류확산층(112) 상에 스트레인 제어층(114)을 형성하여 상기 제1 도전형 반도체층(110)과 활성층(120) 사이의 격자 불일치에 기이한 응력을 효과적으로 완화시켜 광도 향상에 기여할 수 있다. 예를 들어, 상기 스트레인 제어층(114)은 Al_xIn_yGaN_(1-x-y)(0≤x≤1, 0≤y≤1)/GaN 등으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

이후, 상기 스트레인 제어층(114) 상에 활성층(120)을 형성한다.

상기 활성층(120)은 제1 도전형 반도체층(110)을 통해서 주입되는 전자와 이후 형성되는 제2 도전형 반도체층(130)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(발광층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.

상기 활성층(120)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(120)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN , GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP) /AlGaP중 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.

실시예는 상기 활성층(120)과 전자차단층(132) 사이에 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(Graded Hole Transfer Layer)(140)을 구비할 수 있다.

이하 도 9를 참조하여 실시예의 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)을 좀더 상세히 설명한다. 도 9는 실시예에 따른 발광소자에서 성장시간에 따른 원소별 조성 예시도이다.

실시예에서 상기 활성층(120)은 복수의 웰(미도시)과 배리어(미도시)를 구비할 수 있고, 상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)은 상기 활성층(120)의 라스트 배리어(last barrier)(120b)와 상기 전자차단층(132) 사이에 개재될 수 있다.

종래기술에 의하면 가전자대(Valence Band)의 스파크 밴드갭(Spark Bandgap)(S)인 정공 축적(Hole Accumulation) 영역에서 메모리 효과(memory effect)에 의해 홀(hole)의 활성층 영역으로 주입의 장벽역할을 하여 캐리어의 주입효율이 저하되고, 홀이 포논(phonon) 등으로 비발광 손실되어 광효율이 저하되는 문제가 있었다.

이에 실시예는 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)에서 Al과 In 조성 레벨(Level)을 교차해서 서로 겹치는 영역(Crossing region)을 형성하여 활성층(120)의 라스트 배리어(last barrier)(120b)와 전자차단층(132) 사이에 플랫 전도대(Flat Conduction Band) 및 플랫 가전자대(Flat Valence Band)를 형성시킬 수 있다.

또한, 실시예는 종래기술의 에너지 밴드 다이어그램(도 1 참조)에 비해 전체 에너지 준위를 상승시켜 광효율을 높일 수 있다.

도 9에서 X축은 활성층의 라스트 웰(120a)과 라스트 배리어(120b)에서 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140) 및 전자차단층(132) 방향으로 성장됨에 따라 Mg 도핑레벨과 Al 및 In의 농도 %의 관계도이다.

예를 들어 실시예에 의하면 도 5와 같이, 실시예에 따라 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)을 구비하는 발광소자의 경우(E1) 일반적인 구조의 종래기술(R1)에 비해 내부양자효율이 증대함과 아울러 고전류 영역에서도 내부 양자효율이 감소되는 드룹현상이 현저히 개선되는 효과가 있다.

또한, 도 6과 같이 실시예에 따른 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)을 구비하는 발광소자(E2)의 광도의 평균은 약 133.0으로 일반적인 구조의 종래기술(R2)의 광도평균인 약 130.6에 비해서 상당히 증가한다.

또한, 도 7과 같이 실시예에 따른 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140)을 구비하는 발광소자(E3)의 동작전압은 약 3.035로 일반적인 구조의 종래기술(R3)의 동작전압인 약 3.054에 비해서 상당히 감소한다.

이를 통해 실시예는 광량 및 동작 전압이 개선된 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.

다음으로, 다시 도 8을 참조하면, 실시예에서 상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140) 상에 전자차단층(132)이 형성되어 전자 차단(electron blocking) 및 활성층의 클래딩(MQW cladding) 역할을 해줌으로써 발광효율을 개선할 수 있다.

예를 들어, 상기 전자차단층(132)은 Al_xIn_yGa_(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(120)의 에너지 밴드 갭보다는 높은 에너지 밴드 갭을 가질 수 있고, 약 100Å~ 약 600Å의 두께로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 전자차단층(132)은 p형으로 이온주입되어 오버플로우되는 전자를 효율적으로 차단하고, 홀의 주입효율을 증대시킬 수 있다. 예를 들어, Mg이 약 10¹⁸~10²⁰/cm³ 농도 범위로 도핑될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

이후, 상기 전자차단층(132) 상에 제2 도전형 반도체층(130)을 형성한다.

상기 제2 도전형 반도체층(130)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3-족-5족 화합물 반도체 예컨대, In_xAl_yGa₁ _-x- _yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(130)이 P형 반도체층인 경우, 상기 제2 도전형 도펀트는 P형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.

상기 제2 도전형 반도체층(130)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH₃), 질소 가스(N₂), 및 마그네슘(Mg)과 같은 p 형 불순물을 포함하는 비세틸 사이클로 펜타디에닐 마그네슘(EtCp₂Mg){Mg(C₂H₅C₅H₄)₂}가 주입되어 p형 GaN층이 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예에서 상기 제1 도전형 반도체층(110)은 N형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층(130)은 P형 반도체층으로 구현할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한 상기 제2 도전형 반도체층(130) 위에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체 예컨대 N형 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다. 이에 따라 발광구조물은 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.

다음으로, 상기 제2 도전형 반도체층(130) 상에 투광성 오믹층(150)을 형성하여 상기 발광구조물과 이후 형성되는 제2 패드 전극(162)과의 오믹컨택을 형성함하고 아울러 활성층에서 발광된 빛을 투과시켜 외부 발광효율 증대에 기여할 수 있다.

예를 들어, 상기 투광성 오믹층(150)은 캐리어의 주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 혹은 금속합금, 금속산화물 등을 다중으로 적층하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 투광성 오믹층(150)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.

한편, 상기 투광성 오믹층(150)은 도 8과 같이 메사식각 공정 전에 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 메사식각 공정 후에 형성될 수도 있다.

다음으로, 도 10과 같이 발광구조물의 일부를 제거하여 제1 도전형 반도체층(110)을 노출시킨다.

예를 들어, 소정의 마스크 패턴(미도시)을 식각마스크로 하여 제1 패드 영역에 대응하는 상기 투광성 오믹층(150), 제2 도전형 반도체층(130), 전자차단층(132), 활성층(120)을 일부 제거하여 제1 도전형 반도체층(110)을 노출시킨다.

이때, 상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(140), 스트레인 제어층(114), 전류확산층(112) 및 제1 도전형 반도체층(110)의 일부도 제거될 수 있다.

이후, 상기 투광성 오믹층(150) 또는 상기 제2 도전형 반도체층(130) 상에 제2 패드전극(162)을 형성하고, 상기 노출된 제1 도전형 반도체층(110) 상에 제1 패드전극(161)을 형성한다.

도 11은 실시예에 따른 발광소자가 설치된 발광소자 패키지(200)를 설명하는 도면이다.

실시예에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 몸체부(205)와, 상기 패키지 몸체부(205)에 설치된 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과, 상기 패키지 몸체부(205)에 설치되어 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과 전기적으로 연결되는 발광 소자(100)와, 상기 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(230)가 포함된다.

상기 패키지 몸체부(205)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광 소자(100)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.

상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)은 상기 발광 소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 역할을 할 수 있으며, 상기 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.

상기 발광 소자(100)는 도 2 에 예시된 발광 소자가 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 발광 소자(100)는 상기 패키지 몸체부(205) 상에 설치되거나 상기 제3 전극층(213) 또는 제4 전극층(214) 상에 설치될 수 있다.

상기 발광 소자(100)는 상기 제3 전극층(213) 및/또는 제4 전극층(214)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 실시예에서는 상기 발광 소자(100)가 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과 각각 와이어를 통해 전기적으로 연결된 것이 예시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 몰딩부재(230)는 상기 발광 소자(100)를 포위하여 상기 발광 소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(230)에는 형광체(232)가 포함되어 상기 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.

실시예에 따른 발광소자 패키지는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 상기 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 12 내지 도 14는 실시 예에 따른 조명장치를 나타낸 도면이다.

도 12는 실시 예에 따른 조명 장치를 위에서 바라본 사시도이고, 도 13은 도 12에 도시된 조명 장치를 아래에서 바라본 사시도이고, 도 14는 도 12에 도시된 조명 장치의 분해 사시도이다.

도 12 내지 도 14를 참조하면, 실시 예에 따른 조명 장치는 커버(2100), 광원 모듈(2200), 방열체(2400), 전원 제공부(2600), 내부 케이스(2700), 소켓(2800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(2300)와 홀더(2500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)은 실시 예에 따른 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.

예컨대, 상기 커버(2100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상을 가지며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)과 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기 시킬 수 있다. 상기 커버(2100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합하는 결합부를 가질 수 있다.

상기 커버(2100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 유백색의 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 상기 커버(2100)의 내면의 표면 거칠기는 상기 커버(2100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 빛이 충분히 산란 및 확산되어 외부로 방출시키기 위함이다.

상기 커버(2100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(2100)는 외부에서 상기 광원 모듈(2200)이 보이도록 투명할 수 있고, 불투명할 수 있다. 상기 커버(2100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.

상기 광원 모듈(2200)은 상기 방열체(2400)의 일 면에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열은 상기 방열체(2400)로 전도된다. 상기 광원 모듈(2200)은 광원부(2210), 연결 플레이트(2230), 커넥터(2250)를 포함할 수 있다.

상기 부재(2300)는 상기 방열체(2400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 광원부(2210)들과 커넥터(2250)이 삽입되는 가이드홈(2310)들을 갖는다. 상기 가이드홈(2310)은 상기 광원부(2210)의 기판 및 커넥터(2250)와 대응된다.

상기 부재(2300)의 표면은 빛 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 부재(2300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 상기 부재(2300)는 상기 커버(2100)의 내면에 반사되어 상기 광원 모듈(2200)측 방향으로 되돌아오는 빛을 다시 상기 커버(2100) 방향으로 반사한다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.

상기 부재(2300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)의 연결 플레이트(2230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 방열체(2400)와 상기 연결 플레이트(2230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 상기 부재(2300)는 절연 물질로 구성되어 상기 연결 플레이트(2230)와 상기 방열체(2400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 상기 방열체(2400)는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열과 상기 전원 제공부(2600)로부터의 열을 전달받아 방열한다.

상기 홀더(2500)는 내부 케이스(2700)의 절연부(2710)의 수납홈(2719)를 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(2700)의 상기 절연부(2710)에 수납되는 상기 전원 제공부(2600)는 밀폐된다. 상기 홀더(2500)는 가이드 돌출부(2510)를 갖는다. 상기 가이드 돌출부(2510)는 상기 전원 제공부(2600)의 돌출부(2610)가 관통하는 홀(2511)을 갖는다.

상기 전원 제공부(2600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 상기 광원 모듈(2200)로 제공한다. 상기 전원 제공부(2600)는 상기 내부 케이스(2700)의 수납홈(2719)에 수납되고, 상기 홀더(2500)에 의해 상기 내부 케이스(2700)의 내부에 밀폐된다.

상기 전원 제공부(2600)는 돌출부(2610), 가이드부(2630), 베이스(2650), 연장부(2670)를 포함할 수 있다.

상기 가이드부(2630)는 상기 베이스(2650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 가이드부(2630)는 상기 홀더(2500)에 삽입될 수 있다. 상기 베이스(2650)의 일 면 위에 다수의 부품이 배치될 수 있다. 다수의 부품은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 상기 광원 모듈(2200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원 모듈(2200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.

상기 연장부(2670)는 상기 베이스(2650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 연장부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750) 내부에 삽입되고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받는다. 예컨대, 상기 연장부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750)의 폭과 같거나 작게 제공될 수 있다. 상기 연장부(2670)에는 "+ 전선"과 "- 전선"의 각 일 단이 전기적으로 연결되고, "+ 전선"과 "- 전선"의 다른 일 단은 소켓(2800)에 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 내부 케이스(2700)는 내부에 상기 전원 제공부(2600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(2600)가 상기 내부 케이스(2700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.

도 15 및 도 16은 실시 예에 따른 조명장치의 다른 예를 나타낸 도면이다.

도 15는 실시 예에 따른 조명 장치의 사시도이고, 도 16은 도 15에 도시된 조명 장치의 분해 사시도이다.

도 15 및 도 16을 참조하면, 실시 예에 따른 조명 장치는 커버(3100), 광원부(3200), 방열체(3300), 회로부(3400), 내부 케이스(3500), 소켓(3600)을 포함할 수 있다. 상기 광원부(3200)는 실시 예에 따른 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.

상기 커버(3100)는 벌브(bulb) 형상을 가지며, 속이 비어 있다. 상기 커버(3100)는 개구(3110)를 갖는다. 상기 개구(3110)를 통해 상기 광원부(3200)와 부재(3350)가 삽입될 수 있다.

상기 커버(3100)는 상기 방열체(3300)와 결합하고, 상기 광원부(3200)와 상기 부재(3350)를 둘러쌀 수 있다. 상기 커버(3100)와 상기 방열체(3300)의 결합에 의해, 상기 광원부(3200)와 상기 부재(3350)는 외부와 차단될 수 있다. 상기 커버(3100)와 상기 방열체(3300)의 결합은 접착제를 통해 결합할 수도 있고, 회전 결합 방식 및 후크 결합 방식 등 다양한 방식으로 결합할 수 있다. 회전 결합 방식은 상기 방열체(3300)의 나사홈에 상기 커버(3100)의 나사산이 결합하는 방식으로서 상기 커버(3100)의 회전에 의해 상기 커버(3100)와 상기 방열체(3300)가 결합하는 방식이고, 후크 결합 방식은 상기 커버(3100)의 턱이 상기 방열체(3300)의 홈에 끼워져 상기 커버(3100)와 상기 방열체(3300)가 결합하는 방식이다.

상기 커버(3100)는 상기 광원부(3200)와 광학적으로 결합한다. 구체적으로 상기 커버(3100)는 상기 광원부(3200)의 발광 소자(3230)로부터의 광을 확산, 산란 또는 여기시킬 수 있다. 상기 커버(3100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 여기서, 상기 커버(3100)는 상기 광원부(3200)로부터의 광을 여기시키기 위해, 내/외면 또는 내부에 형광체를 가질 수 있다.

상기 커버(3100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 여기서, 유백색 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 상기 커버(3100)의 내면의 표면 거칠기는 상기 커버(3100)의 외면의 표면 거칠기보다 클 수 있다. 이는 상기 광원부(3200)로부터의 광을 충분히 산란 및 확산시키기 위함이다.

상기 커버(3100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(3100)는 외부에서 상기 광원부(3200)와 상기 부재(3350)가 보일 수 있는 투명한 재질일 수 있고, 보이지 않는 불투명한 재질일 수 있다. 상기 커버(3100)는 예컨대 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.

상기 광원부(3200)는 상기 방열체(3300)의 부재(3350)에 배치되고, 복수로 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 광원부(3200)는 상기 부재(3350)의 복수의 측면들 중 하나 이상의 측면에 배치될 수 있다. 그리고, 상기 광원부(3200)는 상기 부재(3350)의 측면에서도 상단부에 배치될 수 있다.

도 16에서, 상기 광원부(3200)는 상기 부재(3350)의 6 개의 측면들 중 3 개의 측면들에 배치될 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니고, 상기 광원부(3200)는 상기 부재(3350)의 모든 측면들에 배치될 수 있다. 상기 광원부(3200)는 기판(3210)과 발광 소자(3230)를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자(3230)는 기판(3210)의 일 면 상에 배치될 수 있다.

상기 기판(3210)은 사각형의 판 형상을 갖지만, 이에 한정되지 않고 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 기판(3210)은 원형 또는 다각형의 판 형상일 수 있다. 상기 기판(3210)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, 인쇄회로기판 위에 패키지 하지 않은 LED 칩을 직접 본딩할 수 있는 COB(Chips On Board) 타입을 사용할 수 있다. 또한, 상기 기판(3210)은 광을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 광을 효율적으로 반사하는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다. 상기 기판(3210)은 상기 방열체(3300)에 수납되는 상기 회로부(3400)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 기판(3210)과 상기 회로부(3400)는 예로서 와이어(wire)를 통해 연결될 수 있다. 와이어는 상기 방열체(3300)를 관통하여 상기 기판(3210)과 상기 회로부(3400)를 연결시킬 수 있다.

상기 발광 소자(3230)는 적색, 녹색, 청색의 광을 방출하는 발광 다이오드 칩이거나 UV를 방출하는 발광 다이오드 칩일 수 있다. 여기서, 발광 다이오드 칩은 수평형(Lateral Type) 또는 수직형(Vertical Type)일 수 있고, 발광 다이오드 칩은 청색(Blue), 적색(Red), 황색(Yellow), 또는 녹색(Green)을 발산할 수 있다.

상기 발광 소자(3230)는 형광체를 가질 수 있다. 형광체는 가넷(Garnet)계(YAG, TAG), 실리케이드(Silicate)계, 나이트라이드(Nitride)계 및 옥시나이트라이드(Oxynitride)계 중 어느 하나 이상일 수 있다. 또는 형광체는 황색 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체 중 어느 하나 이상일 수 있다.

상기 방열체(3300)는 상기 커버(3100)와 결합하고, 상기 광원부(3200)로부터의 열을 방열할 수 있다. 상기 방열체(3300)는 소정의 체적을 가지며, 상면(3310), 측면(3330)을 포함한다. 상기 방열체(3300)의 상면(3310)에는 부재(3350)가 배치될 수 있다. 상기 방열체(3300)의 상면(3310)은 상기 커버(3100)와 결합할 수 있다. 상기 방열체(3300)의 상면(3310)은 상기 커버(3100)의 개구(3110)와 대응되는 형상을 가질 수 있다.

상기 방열체(3300)의 측면(3330)에는 복수의 방열핀(3370)이 배치될 수 있다. 상기 방열핀(3370)은 상기 방열체(3300)의 측면(3330)에서 외측으로 연장된 것이거나 측면(3330)에 연결된 것일 수 있다. 상기 방열핀(3370)은 상기 방열체(3300)의 방열 면적을 넓혀 방열 효율을 향상시킬 수 있다. 여기서, 측면(3330)은 상기 방열핀(3370)을 포함하지 않을 수도 있다.

상기 부재(3350)는 상기 방열체(3300)의 상면(3310)에 배치될 수 있다. 상기 부재(3350)는 상면(3310)과 일체일 수도 있고, 상면(3310)에 결합된 것일 수 있다. 상기 부재(3350)는 다각 기둥일 수 있다. 구체적으로, 상기 부재(3350)는 육각 기둥일 수 있다. 육각 기둥의 부재(3350)는 윗면과 밑면 그리고 6 개의 측면들을 갖는다. 여기서, 상기 부재(3350)는 다각 기둥뿐만 아니라 원 기둥 또는 타원 기둥일 수 있다. 상기 부재(3350)가 원 기둥 또는 타원 기둥일 경우, 상기 광원부(3200)의 상기 기판(3210)은 연성 기판일 수 있다.

상기 부재(3350)의 6 개의 측면에는 상기 광원부(3200)가 배치될 수 있다. 6 개의 측면 모두에 상기 광원부(3200)가 배치될 수도 있고, 6 개의 측면들 중 몇 개의 측면들에 상기 광원부(3200)가 배치될 수도 있다. 도 15에서는 6 개의 측면들 중 3 개의 측면들에 상기 광원부(3200)가 배치되어 있다.

상기 부재(3350)의 측면에는 상기 기판(3210)이 배치된다. 상기 부재(3350)의 측면은 상기 방열체(3300)의 상면(3310)과 실질적으로 수직을 이룰 수 있다. 따라서, 상기 기판(3210)과 상기 방열체(3300)의 상면(310)은 실질적으로 수직을 이룰 수 있다.

상기 부재(3350)의 재질은 열 전도성을 갖는 재질일 수 있다. 이는 상기 광원부(3200)로부터 발생되는 열을 빠르게 전달받기 위함이다. 상기 부재(3350)의 재질로서는 예를 들면, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 주석(Sn) 등과 상기 금속들의 합금일 수 있다. 또는 상기 부재(3350)는 열 전도성을 갖는 열 전도성 플라스틱으로 형성될 수 있다. 열 전도성 플라스틱은 금속보다 무게가 가볍고, 단방향성의 열 전도성을 갖는 이점이 있다.

상기 회로부(3400)는 외부로부터 전원을 제공받고, 제공받은 전원을 상기 광원부(3200)에 맞게 변환한다. 상기 회로부(3400)는 변환된 전원을 상기 광원부(3200)로 공급한다. 상기 회로부(3400)는 상기 방열체(3300)에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 회로부(3400)는 상기 내부 케이스(3500)에 수납되고, 상기 내부 케이스(3500)와 함께 상기 방열체(3300)에 수납될 수 있다. 상기 회로부(3400)는 회로 기판(3410)과 상기 회로 기판(3410) 상에 탑재되는 다수의 부품(3430)을 포함할 수 있다.

상기 회로 기판(3410)은 원형의 판 형상을 갖지만, 이에 한정되지 않고 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 회로 기판(3410)은 타원형 또는 다각형의 판 형상일 수 있다. 이러한 회로 기판(3410)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있다. 상기 회로 기판(3410)은 상기 광원부(3200)의 기판(3210)과 전기적으로 연결된다. 상기 회로 기판(3410)과 상기 기판(3210)의 전기적 연결은 예로서 와이어(wire)를 통해 연결될 수 있다. 와이어는 상기 방열체(3300)의 내부에 배치되어 상기 회로 기판(3410)과 상기 기판(3210)을 연결할 수 있다. 다수의 부품(3430)은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 상기 광원부(3200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원부(3200)를 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있다.

상기 내부 케이스(3500)는 내부에 상기 회로부(3400)를 수납한다. 상기 내부 케이스(3500)는 상기 회로부(3400)를 수납하기 위해 수납부(510)를 가질 수 있다. 상기 수납부(3510)는 예로서 원통 형상을 가질 수 있다. 상기 수납부(3510)의 형상은 상기 방열체(3300)의 형상에 따라 달라질 수 있다. 상기 내부 케이스(3500)는 상기 방열체(3300)에 수납될 수 있다. 상기 내부 케이스(3500)의 수납부(3510)는 상기 방열체(3300)의 하면에 형성된 수납부에 수납될 수 있다.

상기 내부 케이스(3500)는 상기 소켓(3600)과 결합될 수 있다. 상기 내부 케이스(3500)는 상기 소켓(3600)과 결합하는 연결부(3530)를 가질 수 있다. 상기 연결부(3530)는 상기 소켓(3600)의 나사홈 구조와 대응되는 나사산 구조를 가질 수 있다. 상기 내부 케이스(3500)는 부도체이다. 따라서, 상기 회로부(3400)와 상기 방열체(3300) 사이의 전기적 단락을 막는다. 예로서 상기 내부 케이스(3500)는 플라스틱 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.

상기 소켓(600)은 상기 내부 케이스(500)와 결합될 수 있다. 구체적으로, 상기 소켓(3600)은 상기 내부 케이스(3500)의 연결부(3530)와 결합될 수 있다. 상기 소켓(3600)은 종래 재래식 백열 전구와 같은 구조를 가질 수 있다. 상기 회로부(3400)와 상기 소켓(3600)은 전기적으로 연결된다. 상기 회로부(3400)와 상기 소켓(3600)의 전기적 연결은 와이어(wire)를 통해 연결될 수 있다. 따라서, 상기 소켓(3600)에 외부 전원이 인가되면, 외부 전원은 상기 회로부(3400)로 전달될 수 있다. 상기 소켓(3600)은 상기 연결부(3550)의 나사산 구조과 대응되는 나사홈 구조를 가질 수 있다.

도 17은 실시예에 따른 백라이트 유닛의 분해 사시도(1200)이다. 다만, 도 17의 백라이트 유닛(1200)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

실시예에 따른 백라이트 유닛(1200)은 도광판(1210)과, 상기 도광판(1210)에 빛을 제공하는 발광모듈부(1240)와, 상기 도광판(1210) 아래에 반사 부재(1220)와, 상기 도광판(1210), 발광모듈부(1240) 및 반사 부재(1220)를 수납하는 바텀 커버(1230)를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

상기 도광판(1210)은 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1210)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.

상기 발광모듈부(1240)은 상기 도광판(1210)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 상기 백라이트 유닛이 설치되는 디스플레이 장치의 광원으로써 작용하게 된다.

상기 발광모듈부(1240)은 상기 도광판(1210)과 접할 수 있으나 이에 한정되지 않는). 구체적으로는, 상기 발광모듈부(1240)은 기판(1242)과, 상기 기판(1242)에 탑재된 다수의 발광소자 패키지(200)를 포함하는데, 상기 기판(1242)이 상기 도광판(1210)과 접할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

상기 기판(1242)은 회로패턴(미도시)을 포함하는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 다만, 상기 기판(1242)은 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

그리고, 상기 다수의 발광소자 패키지(200)는 상기 기판(1242) 상에 빛이 방출되는 발광면이 상기 도광판(1210)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있다.

상기 도광판(1210) 아래에는 상기 반사 부재(1220)가 형성될 수 있다. 상기 반사 부재(1220)는 상기 도광판(1210)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 위로 향하게 함으로써, 상기 백라이트 유닛의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사 부재(1220)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.

상기 바텀 커버(1230)는 상기 도광판(1210), 발광모듈부(1240) 및 반사 부재(1220) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1230)는 상면이 개구된 박스(box) 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.

상기 바텀 커버(1230)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 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 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

발광소자(100), 제1 도전형 반도체층(110)
활성층(120), In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(Graded Hole Transfer Layer)(140)
전자차단층(132), 제2 도전형 반도체층(130)

Claims

제1 도전형 반도체층;
상기 제1 도전형 반도체층 상에 복수 개의 우물층 및 배리어층을 포함하는 활성층;
상기 활성층 상에 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL(Graded Hole Transfer Layer);
상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL 상에 전자차단층; 및
상기 전자차단층 상에 제2 도전형 반도체층;을 포함하며,
상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL은 상기 활성층에서 상기 전자차단층의 방향으로 갈수록, 상기 x는 감소하고, 상기 y는 증가하고,
상기 복수 개의 우물층은, 상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL과 가장 인접한 제 1 우물층을 포함하고,
상기 복수 개의 배리어층은, 상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL과 가장 인접하며 상기 제 1 우물층 및 상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL 사이에 배치되는 제 1 배리어층을 포함하고,
상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL에서, 상기 인듐(In)의 농도(x)는 0≤x≤0.05 범위를 가지고,
상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL은, 상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL과 상기 제 1 배리어층의 경계에서 최대 인듐(In) 농도를 가지며, 상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL과 상기 전자차단층의 경계에서 최소 인듐(In) 농도를 가지고,
상기 최대 인듐(In) 농도는, 상기 제 1 우물층 및 상기 제 1 배리어층의 인듐(In) 농도보다 크고,
상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL에서, 상기 알루미늄(Al)의 농도(y)는 0＜y≤0.15 범위를 가지고,
상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL은, 상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL과 상기 제 1 배리어층의 경계에서 최소 알루미늄(Al) 농도를 가지며, 상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL과 상기 전자차단층의 경계에서 최대 알루미늄(Al) 농도를 가지고,
상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL에서, 상기 전자차단층과 접하는 상기 알루미늄(Al)의 마감 농도는, 상기 전자차단층의 알루미늄(Al) 농도와 동일하고,
상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL은 1nm 내지 3nm의 두께를 가지며 상기 전자차단층의 두께보다 얇고,
상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL은, 알루미늄(Al)과 인듐(In)의 농도가 서로 대응되는 교차 영역을 포함하고, 상기 교차 영역은 상기 전자차단층보다 상기 제 1 배리어층과 인접한 발광소자.
제1 항에 있어서,
상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL은
상기 활성층의 제 1 배리어층과 상기 전자차단층 사이에 개재되는 발광소자.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL에서,
상기 In의 농도(x)가 상기 활성층에서 상기 전자차단층 방향으로 순차적으로 감소하는 발광소자.
제1 항에 있어서,
상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL에서
상기 In의 농도(x)가 곡률을 두어 점차 감소(grading)하거나 스텝(step)을 두어 감소하는 발광소자.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL의 Al의 농도(y)가
상기 활성층에서 상기 전자차단층 방향으로 순차적으로 증가하는 발광소자.
제7 항에 있어서,
상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL의 Al의 농도(y)가
곡률을 두어 점차 증가(grading)하거나 스텝(step)을 두어 증가하는 발광소자.
제7 항에 있어서,
상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL의 Al의 농도(y)가
점차 곡률을 두어 증가하는 경우 초기에는 기울기가 완만하고 후반부에 기울기를 더 커져서 Al의 농도가 급격히 증가하는 발광소자.
제1 항에 있어서,
상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL은
p형(p-type)의 In_xAl_yGa_(1-x-y)N인 발광소자.
삭제
제10 항에 있어서,
상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL의 p형 도핑원소의 도핑농도는, 상기 활성층의 제 1 배리어층과 상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL의 경계에서 최대 값을 가지는 발광소자.
삭제
삭제
제1 항에 있어서,
상기 전자차단층의 두께는 30nm 내지 60nm인 발광소자.
삭제
삭제
제1 항에 있어서,
상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL 및 상기 전자차단층의 경계에서, 상기 In_xAl_yGa_(1-x-y)N GHTL의 마그네슘(Mg) 농도는 상기 전자차단층의 마그네슘(Mg) 농도와 동일한 발광소자.