KR102015127B1 - 질화물계 발광소자 - Google Patents

질화물계 발광소자 Download PDF

Info

Publication number
KR102015127B1
KR102015127B1 KR1020130115377A KR20130115377A KR102015127B1 KR 102015127 B1 KR102015127 B1 KR 102015127B1 KR 1020130115377 A KR1020130115377 A KR 1020130115377A KR 20130115377 A KR20130115377 A KR 20130115377A KR 102015127 B1 KR102015127 B1 KR 102015127B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light emitting
emitting cells
emitting device
nitride
substrate
Prior art date
Application number
KR1020130115377A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150035149A (ko
Inventor
이승원
정동열
김일수
이규환
Original Assignee
엘지디스플레이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지디스플레이 주식회사 filed Critical 엘지디스플레이 주식회사
Priority to KR1020130115377A priority Critical patent/KR102015127B1/ko
Publication of KR20150035149A publication Critical patent/KR20150035149A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102015127B1 publication Critical patent/KR102015127B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H01L33/24—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate of the light emitting region, e.g. non-planar junction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
    • H01L27/153—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars
    • H01L27/156—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars two-dimensional arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/12—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a stress relaxation structure, e.g. buffer layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/40—Materials therefor
    • H01L33/42—Transparent materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 질화물계 발광소자를 개시한다. 개시된 본 발명의 질화물계 발광소자는, 기판; 및 상기 기판 상에 각각 버퍼층, 제1 도전형 반도체층, 활성층, 제2 반도체층 및 투명전극층을 포함하는 복수개의 발광셀들을 포함하고, 상기 복수개의 발광셀들은 상기 발광셀들이 직렬 접속된 복수의 그룹을 포함하고, 상기 직렬 접속된 복수의 그룹은 서로 병렬 접속된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 발광셀들은 삼각 기둥 형상이고, 상기 발광셀의 일측 경사면은 인접한 발광셀의 경사면과 서로 마주하게 배치되며, 상기 발광셀들은 적색, 녹색, 청색 및 자외선 중 어느 하나의 광을 출사한다.
본 발명에 따른 질화물계 발광소자는, 단일 기판 상에 복수개의 삼각형 형상을 갖는 발광셀들을 구현하여 내부 전반사에 의한 광손실을 줄인 효과가 있다.

Description

질화물계 발광소자{Nitride light emitting device}
본 발명은 질화물계 발광소자에 관한 것이다.
질화물계 발광소자는 보통 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)로 불리며, 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자이다. 발광 다이오드에 의해 방출되는 빛의 파장은 상기 발광 다이오드를 제조하는데 사용되는 반도체 재료에 따라 결정된다. 이는 방출된 빛의 파장이 가전자대(valence band) 전자들과 전도대(conduction band) 전자들 사이의 에너지 차를 나타내는 반도체 재료의 밴드갭(band-gap)에 따라 결정되기 때문이다.
최근 발광 다이오드는 휘도가 점차 증가하게 되어 디스플레이용 광원, 자동차용 광원 및 조명용 광원으로 사용이 증가하고 있으며, 형광 물질을 이용하거나 다양한 색의 발광 다이오드를 조합함으로써 효율이 우수한 백색광을 발광하는 발광 다이오드로 구현이 가능하다.
한편, 발광 다이오드의 휘도는 활성층의 구조, 빛을 외부로 효과적으로 추출할 수 있는 광 추출 구조, 칩의 크기, 발광 다이오드를 포위하는 몰딩부재의 종류 등 다양한 조건들에 의해 좌우된다.
도 1은 종래 기술에 따른 질화물계 발광소자의 구조를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 질화물계 발광소자(10)는 기판(20), 버퍼층(12), 제1 도전형 반도체층(13), 활성층(14), 제2 도전형 반도체층(15), 투명전극층(16), 제2 전극(17), 제1 전극(18)을 포함할 수 있다.
상기 버퍼층(12)은 상기 기판(20)과 상기 제1 도전형 반도체층(13) 사이의 격자 상수 차이를 줄이기 위해 형성될 수 있으며 예를 들어, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, AlInGaN 중에서 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 활성층(14)은 제1 도전형 반도체층(13)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 이후 형성되는 제2 도전형 반도체층(15)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 서로 만나서, 상기 활성층(14)의 형성 물질에 따른 에너지 밴드(Energy Band)의 밴드갭(Band Gap) 차이에 의해서 빛을 방출하는 층이다.
상기와 같은 종래 질화물계 발광소자는 일반적으로 사각형 형상으로 되어 있어, 상기 활성층(14)에서 발생하는 광이 발광소자 내부에서 전반사가 발생하는 문제가 있다. 따라서, 발광소자의 내부에서 발생된 광이 외부로 용이하게 추출되지 못하여 광손실이 발생된다.
또한, 높은 휘도 특성을 구현하기 위해 발광소자의 크기를 크게 형성하면 발광 소자의 내부에서 균일하게 전류가 퍼지 못하는 문제가 있다.(전류 스프레딩(Spreading) 저하)
도 2는 종래 기술에 따른 질화물계 발광소자의 광 분포를 도시한 도면이고, 도 3은 종래 기술에 따른 질화물계 발광소자의 전류 스프레딩 특성을 도시한 도면이며, 도 4는 종래 기술에 따른 질화물계 발광소자의 광 효율 특성을 나타내는 그래프이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 발광소자의 광분포를 보면 내부 전반사로 인하여 광 추출 효율이 떨어져 출사되는 광의 수가 적은 것을 볼 수 있다. 또한, 출사되는 광의 영역을 보면, 가장자리로 갈수록 현저하게 광량이 줄어드는 것을 볼 수 있다. 또한, 도 3에서와 같이, 발광소자의 전극들을 기준으로 전극과 전극이 인접한 영역에서는 전류 스프레딩이 잘되고 있으나(A영역), 전극들로부터 멀어질수록 전류 스프레딩이 저하되는 것을 볼 수 있다(B영역). 특히, 고출력 발광소자를 구현하기 위해 발광소자의 크기를 크게 할 경우, 이러한 전류 불균일 현상은 더욱 두드러진다.
도 4를 참조하면, 종래 발광소자는 공급되는 순방향 전류(If[mA])가 커질수록 광효율(lm/W)이 현저히 떨어지는 것을 볼 수 있다.
이와 같이, 종래 발광소자는 구조적으로 내부에서 전반사가 일어날 확률이 높기 때문에 광 손실이 커지고 광효율이 저하되는 문제를 안고 있다.
본 발명은, 단일 기판 상에 복수개의 삼각형 형상을 갖는 발광셀들을 구현하여 내부 전반사에 의한 광손실을 줄인 질화물계 발광소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 단일 기판 상에 복수개의 발광셀들을 형성하고, 이들을 직렬과 병렬 구조로 연결하여 광효율을 개선한 질화물계 발광소자를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 질화물계 발광소자는, 기판; 및 상기 기판 상에 각각 버퍼층, 제1 도전형 반도체층, 활성층, 제2 반도체층 및 투명전극층을 포함하는 복수개의 발광셀들을 포함하고, 상기 복수개의 발광셀들은 상기 발광셀들이 직렬 접속된 복수의 그룹을 포함하고, 상기 직렬 접속된 복수의 그룹은 서로 병렬 접속된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 발광셀들은 삼각 기둥 형상이고, 상기 발광셀의 일측 경사면은 인접한 발광셀의 경사면과 서로 마주하게 배치되며, 상기 발광셀들은 적색, 녹색, 청색 및 자외선 중 어느 하나의 광을 출사한다.
또한, 상기 복수개의 발광셀들은 연결부들에 의해 각각 직렬 또는 병렬 구조로 연결되고, 상기 연결부들과 각각의 발광셀들은 전기적 단락 방지를 위해 절연막패턴이 개재되어 있다.
본 발명에 따른 질화물계 발광소자는, 단일 기판 상에 복수개의 삼각형 형상을 갖는 발광셀들을 구현하여 내부 전반사에 의한 광손실을 줄인 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 질화물계 발광소자는, 단일 기판 상에 복수개의 발광셀들을 형성하고, 이들을 직렬과 병렬 구조로 연결하여 광효율을 개선한 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 질화물계 발광소자의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 질화물계 발광소자의 광 분포를 도시한 도면이다.
도 3은 종래 기술에 따른 질화물계 발광소자의 전류 스프레딩 특성을 도시한 도면이다.
도 4는 종래 기술에 따른 질화물계 발광소자의 광 효율 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 발광소자를 포함하는 발광 다이오드 패키지의 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 상기 도 5의 Ⅰ-Ⅰ'선을 절단한 단면도이다.
도 7a는 본 발명의 제1실시예에 따른 발광소자의 구조를 도시한 도면이다.
도 7b는 상기 도 7a의 발광소자에 대한 등가회로를 도시한 도면이다.
도 8a는 본 발명의 제1실시예에 따른 발광소자의 구조를 도시한 도면이다.
도 8b는 상기 도 8a의 발광소자에 대한 등가회로를 도시한 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 상기 도 7a의 Ⅱ-Ⅱ'선과 Ⅲ-Ⅲ'선을 절단한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자의 전류 스프레딩 특성을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 질화물계 발광소자의 광 분포를 도시한 도면이다.
도 12는 종래 질화물계 발광소자와 본 발명의 질화물계 발광소자의 광효율 특성을 비교한 도면이다.
도 13은 본 발명의 질화물 발광소자의 크기에 따른 광효율 특성을 비교한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명에 따른 발광소자는 패키지에 실장되어, 평판형 표시장치의 광원으로 사용하거나, 조명으로 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 발광소자를 포함하는 발광 다이오드 패키지의 구조를 도시한 도면이고, 도 6은 상기 도 5의 Ⅰ-Ⅰ'선을 절단한 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 발광 다이오드 패키지(100)는 우물 구조를 갖는 패키지 몸체(120)와, 상기 패키지 몸체(120) 내부에 실장된 제 1 발광소자(50) 및 제 2 발광소자(60)와, 상기 패키지 몸체(120)의 우물 영역에 상기 제 1 및 제 2 발광 소자(50, 60)를 덮도록 적층된 몰드층(200)과 형광체층(300)을 포함한다. 상기 패키지 몸체(120) 양측에는 외부 신호패턴들과 전기적 접속을 위한 제 1 리드프레임(150a)과 제 2 리드프레임(150b)이 형성되어 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 발광소자(50, 60)들의 실장 방법은 와이어를 이용하여 발광소자의 양극과 음극을 신호패턴들과 연결하는 와이어 본딩방법과, 발광소자를 직접 솔더 볼을 사이에 두고 신호패턴들과 연결하는 플립칩 본딩 방법이 있다.
또한, 상기 패키지 몸체(120)의 하측에는 베이스 기판(122)이 배치되어 있어, 상기 제 1 발광소자(50)와 제 2 발광소자(60)가 실장된다.
상기 패키지 몸체(120)의 내측 둘레에는 소정의 경사면(250)이 형성되어 있고, 상기 몰드층(200)과 형광체층(300)의 분리를 위해 경사면(250)에는 돌출부(260)가 형성되어 있다.
이와 같이, 상기 몰드층(200)과 형광체층(300)을 분리하여 형성하면, 각각의 층들을 균일한 두께로 형성할 수 있다.
특히, 상기 제1 및 제2 발광소자들(50, 60)은 단일한 기판 상에 삼각형 형상으로된 다수의 발광셀들로 형성하였다. 이와 관련된 구체적인 발광소자의 구조는 도 7a 및 도 8a에서 설명한다.
도 7a는 본 발명의 제1실시예에 따른 발광소자의 구조를 도시한 도면이고, 도 7b는 상기 도 7a의 발광소자에 대한 등가회로를 도시한 도면이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 발광소자는, 단일한 기판(S) 상에 삼각형 형상을 갖는 다수의 발광셀들(C1, C2, C3, C4)을 형성하여 구현한다.
도면에 도시된 바와 같이, 기판(S) 상에는 제1 내지 제4 발광셀(C1, C2, C3, C4)들로 구성되어 있고, 이들 각각의 구조는 아래 도 9에 도시된 바와 같이, 질화물계 발광소자로써, 버퍼층, 제1 도전형 반도체층, 활성층, 제2 도전형 반도체층 및 투명전극층을 포함한다. 이와 관련된 구체적인 내용은 도 9에서 설명한다.
또한, 상기 활성층의 특성에 따라 각각의 발광셀들은 적색, 녹색, 청색 및 자외선 중 어느 하나의 광을 발생할 수 있다. 따라서, 각각의 발광셀들은 서로 다른 광들을 발생할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자는 기판(S) 상에 배치된 제1 내지 제4 발광셀들(C1, C2, C3, C4)의 직렬과 병렬 조합으로 구현된다.
도면에 도시된 바와 같이, 제1 발광셀(C1=D1)과 제2 발광셀(C2=D2)은 제4연결부(214)에 의해 서로 직렬 접속된 제1 그룹을 형성하고, 제3 발광셀(C3=D3)과 제4 발광셀(C4=D4)은 제2 연결부(212)에 의해 서로 직렬 접속된 제 2 그룹을 형성한다.
그런 다음, 상기 제1 발광셀(C1=D1)의 양극과 제3 발광셀(C3=D3)의 양극 및 제2 발광셀(C2=D2)의 음극과 제4 발광셀(C4=D4)의 음극은 각각 제3 연결부(213)와 제1 연결부(211)에 의해 접속되어, 직렬 접속된 제1 그룹의 제1과 제2 발광셀들(C1, C2)과 제2 그룹의 제3과 제4 발광셀들(C3, C4)은 서로 병렬 접속된다. 특히, 병렬 접속을 위한 제3 연결부(213)와 제1 연결부(211)에는 일부의 면적을 크게 형성한 P 패드(210)와 N 패드(220)가 형성되어 있다.
또한, 본 발명의 발광소자에 형성되는 다수의 발광셀들(C1 내지 C4)은 각각 삼각형 형상(삼각 기둥)으로 형성하여 광의 내부 전반사에 의한 광손실을 줄였다.
또한, 하나의 기판(S) 상에 다수의 발광셀들(C1 내지 C4)이 직렬 및 병렬 구조로 연결되어 있어, 전류 스프레딩 특성이 개선된다. 왜냐하면, 삼각형 구조로 형성된 발광셀들은 각각의 경사면들이 인접한 발광셀들과 서로 마주하도록 배치되어 삼각형의 경사면을 통해 전류가 흐르기 때문이다.
도 8a는 본 발명의 제1실시예에 따른 발광소자의 구조를 도시한 도면이고, 도 8b는 상기 도 8a의 발광소자에 대한 등가회로를 도시한 도면이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 발광소자는, 단일한 기판(S) 상에 삼각형 형상을 갖는 다수의 발광셀들(C1 내지 C6)을 형성하여 구현한다.
도면에 도시된 바와 같이, 기판(S) 상에는 제1 내지 제6 발광셀(C1, C2, C3, C4, C5, C6)들로 구성되어 있고, 이들의 각각의 구조는 도 7a에서 설명한 바와 같이, 삼각형 형상을 갖는다.
본 발명의 제2 실시예에서는 발광소자의 기판(S) 상에 제1 내지 제6 발광셀들(C1, C2, C3, C4, C5, C6)을 직렬과 병렬 조합으로 구현한다.
도면에 도시된 바와 같이, 제1 발광셀(C1=D1)과 제2 발광셀(C2=D2)은 제6연결부(316)에 의해 서로 직렬 접속되고, 제2 발광셀(C2=D2)와 제3 발광셀(C3=D3)은 제1 연결부(311)에 직렬 접속되어 제1 그룹을 형성한다.
또한, 제4 발광셀(C4=D4)과 제5 발광셀(C5=D5)은 제4 연결부(314)에 의해 서로 직렬 접속되고, 제5 발광셀(C5=D5)과 제6 발광셀(C6=D6)은 제3 연결부(313)에 의해 직렬 접속되어 제2 그룹을 형성한다.
그런 다음, 상기 제1 발광셀(C1=D1)의 양극과 제4 발광셀(C4=D4)의 양극 및 제3 발광셀(C3=D3)의 음극과 제6 발광셀(C6=D6)의 음극은 각각 제5 연결부(315)와 제2 연결부(312)에 의해 접속되어, 직렬 접속된 제1 그룹의 제1 내지 제3 발광셀들(C1, C2, C3)과 제2 그룹의 제4 내지 제6 발광셀들(C4, C5, C6)은 서로 병렬 접속된다. 특히, 병렬 접속을 위한 제5 연결부(315)와 제2 연결부(312)에는 일부 면적을 크게 형성한 P 패드(310)와 N 패드(320)가 형성되어 있다.
또한, 본 발명의 발광소자에 형성되는 다수의 발광셀들(C1 내지 C6)은 각각 삼각형 형상(삼각기둥)으로 형성하여 광의 내부 전반사에 의한 광손실을 줄였다.
또한, 하나의 기판(S) 상에 다수의 발광셀들(C1 내지 C6)이 직렬 및 병렬 구조로 연결되어 있어, 전류 스프레딩 특성이 개선된다.
도 9a 및 도 9b는 상기 도 7a의 Ⅱ-Ⅱ'선과 Ⅲ-Ⅲ'선을 절단한 단면도이다.
도 7a와 함께, 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 본 발명의 발광 소자는 기판(S:400) 상에 삼각형 형상을 갖는 제1 내지 제2 발광셀들(C1 내지 C4)이 형성되어 있고, 이들은 각각 버퍼층(401, 501, 601), 제1 도전형 반도체층(402, 502, 602), 활성층(403, 503, 603), 제2 도전형 반도체층(404, 504, 604) 및 투명전극층(405, 505, 605)을 포함한다.
상기 버퍼층(401, 501, 601), 제1 도전형 반도체층(402, 502, 602), 활성층(403, 503, 603), 제2 도전형 반도체층(404, 504, 604) 및 투명전극층(405, 505, 605)은 화학증착방법(CVD), 분자선 에피택시법(MBE), 스퍼터링법(Sputtering), 수산화물 증기상 에피택시법(HVPE) 등의 방법에 의해 상기 기판(400) 상에 형성될 수 있으며 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 기판(400)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.
상기 버퍼층(401, 501, 601)은 상기 기판(400)과 상기 제1 도전형 반도체층(402, 502, 602) 사이의 격자 상수 차이를 줄이기 위해 형성될 수 있다.
상기 버퍼층(401, 501, 601)의 재질은 알루미늄(Al)을 포함하도록 형성될 수 있으며, 예를 들어, AlxGa1 - xN (0.5≤x≤1)으로 형성될 수도 있다. 상기 x는 0.5 내지 1의 범위를 가지며 바람직하게는 대략 0.8의 값을 가질 수 있으며, 상기 버퍼층(401, 501, 601)의 재질은 알루미늄(Al)이 갈륨(Ga)보다 같거나 높은 비율로 포함되도록 형성된다. 다만, 상기 버퍼층(401, 501, 601)의 재질에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(402, 502, 602)은 예를 들어, n형 반도체층으로 형성될 수 있으며, 그 재질은 AlxGa1 - xN (0.02≤x≤0.08) 일 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(130)에는 Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑된다. 상기 x는 0.02 내지 0.08의 범위의 값을 가지며, 바람직하게는 대략 0.05의 값을 가질 수 있다. 다만, 상기 제1 도전형 반도체층(402, 502, 602)의 재질에 대해 한정하지는 않는다.
상기 활성층(403, 503, 603)은 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well)로 형성될 수 있으며, 실시예에서는 상기 활성층(403, 503, 603)이 다중 양자 우물 구조로 형성된 것을 중심으로 설명하지만, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 활성층(403, 503, 603)은 복수개의 장벽층과, 상기 복수개의 장벽층 사이에 형성된 복수개의 양자우물층을 포함할 수 있으며, 상기 활성층(140)의 적층 구조에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제2 도전형 반도체층(404, 504, 604)은 예를 들어, p형 반도체층으로 형성될 수 있으며, 그 재질은 AlxGa1 - xN (0.1≤x≤0.3) 일 수 있다. 또한, 상기 제2 도전형 반도체층(404, 504, 604)에는 Mg, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑된다. 상기 x는 0.1 내지 0.3의 범위의 값을 가지며, 바람직하게는 대략 0.2의 값을 가질 수 있다. 다만, 상기 제2 도전형 반도체층(404, 504, 604)의 재질에 대해 한정하지는 않는다.
한편, 상기 제2 도전형 반도체층(404, 504, 604)은 복수의 층이 적층되어 형성될 수도 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(150) 상에는 투명전극층(405, 505, 605)이 형성될 수 있다. 상기 투명전극층(405, 505, 605)은 ITO, IZO(In-ZnO), GZO(Ga-ZnO), AZO(Al-ZnO), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함하며, 이러한 재료로 한정하지는 않는다.
즉, 상기와 같이, 기판(400) 상에 버퍼층, 제1 도전형 반도체층, 활성층, 제2 도전형 반도체층 및 투명전극층들이 순차적으로 형성되면, 도 7a, 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 식각 공정을 진행하여 삼각형 형상의 제1 내지 제 4 발광셀들(C1 내지 C4)을 패터닝한다. 이때, 제 1 내지 제4 연결부들(211, 212, 213, 214)과 접속되는 제1 내지 제4 발광셀들(C1 내지 C4)의 음극 영역의 제1 도전형 반도체층들은 일부가 노출되도록 식각한다.
상기와 같은 식각 고정으로 각각의 발광셀들에 대응하는 버퍼층(401, 501, 601), 제1 도전형 반도체층(402, 502, 602), 활성층(403, 503, 603), 제2 도전형 반도체층(404, 504, 604) 및 투명전극층들(405, 505, 605)이 형성된다.
그런 다음, 도면에 도시된 바와 같이, 기판(400) 상에 절연막을 형성한 후, 이후 형성될 제1 내지 제4 연결부들(211, 212, 213, 214)과 대응되는 제1 내지 제4 발광셀들(C1 내지 C4)의 일측면에 절연막패턴(410)을 형성한다.
상기와 같이, 절연막패턴(410)이 형성되면, 기판(400) 상에 금속막을 형성하고, 이를 식각하여 도 7a에 도시된 제1 내지 제4 연결부들(211, 212, 213, 214)을 형성한다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 제1 및 제2 발광셀들(C1, C2)은 제4 연결부(214)에 의해 상기 제1 발광셀(C1)의 제1 도전형 반도체층(502)과 제2 발광셀(C2)의 투명전극층(405)이 전기적으로 연결된다. 따라서, 제1 및 제2 발광셀들(C1, C2)은 제4 연결부(214)에 의해 직렬 접속된다.
상기 제2 및 제4 발광셀들(C2, C4)은 제1 연결부(211)에 의해 제2 및 제3 발광셀들(C2, C4)의 제1 도전형 반도체층들(402, 602)이 서로 전기적으로 연결된다. 따라서, 상기 제2 및 제4 발광셀들(C2, C4)은 병렬 접속된다.
상기와 같이, 기판(400) 상에 제1 내지 4 발광셀들(C1, C2, C3, C4)과 제1 내지 제4 연결부들(211, 212, 213, 214)이 형성되면, 기판(400) 전면에 보호막(415)을 형성하여, 발광소자의 발광셀들을 외부로부터 보호한다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자의 전류 스프레딩 특성을 도시한 도면이고, 도 11은 본 발명에 따른 질화물계 발광소자의 광 분포를 도시한 도면이다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 기판 상에 삼각형 형상의 제1 내지 제2 발광셀들(C1, C2, C3, C4)이 형성되어 있고, 이들이 직렬과 병렬 혼합 연결 구조로 접속되어 있다.
상기 제1 및 제2 발광셀들(C1, C2)의 직렬 접속에 의해 전류는 제1 발광셀(C1)의 경사면을 통해 인접한 제2 발광셀(C2)로 흐르고, 제3 및 제4 발광셀들(C3, C4) 역시 동일한 형태로 전류가 흐른다. 따라서, 종래 발광소자에서는 전극이 형성된 중심부에 집중적으로 전류가 흘렀으나, 본 발명의 발광소자에서는 다수의 발광셀들의 연결구조에 의해 전류가 발광소자의 전체 영역에서 균일하게 흐른다. 따라서, 본 발명의 다수의 발광셀들을 구비한 발광소자는 종래 기술에 비해 전류 스프레딩 특성이 개선된다.
도 2와 도 11을 비교해보면 본 발명의 발광소자가 종래 기술에 의한 발광소자에 비해 현저히 광추출 효율이 개선된 것을 볼 수 있다.
도 12는 종래 질화물계 발광소자와 본 발명의 질화물계 발광소자의 광효율 특성을 비교한 도면이고, 도 13은 본 발명의 질화물 발광소자의 크기에 따른 광효율 특성을 비교한 도면이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 종래 질화물계 발광소자와 본 발명의 질화물계 발광소자가 모두 높은 전력(전류)에서 광효율이 떨어지나, 본 발명의 질화물계 발광소자가 종래 질화물계 발광소자에 비해 높은 광효율 특성을 갖는 것을 볼 수 있다.
또한, 도 13에서와 같이, 사례 1(case 1)은 크기가 40*30[mil]인 발광소자이고, 사례 2(case 2)는 40*30[mil]의 크기를 갖는 두 개의 발광소자로 구현한 것으로서, 두 개의 발광소자로 구성된 사례 2의 광효율이 우수한 것을 볼 수 있다.
하지만, 사례 3(case 3)과 같이, 발광소자를 단일 소자로 하고 크기를 40*60[mil]로 크게 할 경우, 크기가 40*30[mil]인 두 개의 발광소자와 같은 광효율을 갖는 것을 볼 수 있다.
따라서, 본 발명에서와 같이 다수의 발광셀들로 구성된 발광소자를 사용할 경우, 발광 다이오드 패키지에 실장되는 두 개의 발광소자를 하나의 발광소자로 줄일 수 있어 제조 비용이 절감된다. 또한, 다수개의 발광소자들이 실장되는 영역에 본 발명의 발광소자를 적용할 경우, 다양한 설계 마진 확보가 가능하다.
100: 발광 다이오드 패키지 120: 패키지 몸체
50: 제 1 발광소자 60: 제 2 발광소자
200: 몰드층 300: 형광체층
401,501,601: 버퍼층 402,502,602: 제1 도전형 반도체층
403,503,603: 활성층 404,504,604: 제2 도전형 반도체층
405,505,605: 투명전극층
C1,C2,C3,C4: 제1, 2, 3 및 제4 발광셀들

Claims (6)

  1. 사각형상의 기판; 및
    상기 기판 상에 상호 나란하게 배열되고 상호 이격하며 삼각형상을 갖는 복수개의 발광셀들을 포함하고,
    상기 각 발광셀은 버퍼층, 제1 도전형 반도체층, 활성층, 제2 반도체층 및 투명전극층을 포함하며,
    상기 복수개의 발광셀들 중 상호 직렬 접속된 발광셀들로 각각 이루어지는 복수의 그룹은 상호 병렬로 연결되고,
    상기 각 발광셀의 삼각형상은 상기 기판의 상기 사각형상의 가장자리에 대향하는 모서리와, 상기 기판의 상기 사각형상의 중점에 인접한 꼭지점을 포함하는 질화물계 발광소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각 발광셀은 삼각 기둥 형상인 질화물계 발광소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 발광셀의 일측 경사면은 인접한 발광셀의 경사면과 서로 마주하게 배치되는 질화물계 발광소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 발광셀들은 적색, 녹색, 청색 및 자외선 중 어느 하나의 광을 출사하는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 발광셀들 중 상호 인접한 두 개의 발광셀을 직렬 또는 병렬로 연결하는 복수의 연결부를 더 포함하고,
    상기 각 연결부는 상기 상호 인접한 두 개의 발광셀의 상호 마주하는 모서리를 가로지르며 상기 상호 인접한 두 개의 발광셀 각각과 적어도 일부 중첩하는 질화물계 발광소자.
  6. 제5항에 있어서, 상기 각 연결부와 상기 각 발광셀의 일측면 사이에 배치되는 절연막패턴을 더 포함하는 질화물계 발광소자.
KR1020130115377A 2013-09-27 2013-09-27 질화물계 발광소자 KR102015127B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130115377A KR102015127B1 (ko) 2013-09-27 2013-09-27 질화물계 발광소자

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130115377A KR102015127B1 (ko) 2013-09-27 2013-09-27 질화물계 발광소자

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150035149A KR20150035149A (ko) 2015-04-06
KR102015127B1 true KR102015127B1 (ko) 2019-08-27

Family

ID=53030199

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130115377A KR102015127B1 (ko) 2013-09-27 2013-09-27 질화물계 발광소자

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102015127B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013062279A (ja) * 2011-09-12 2013-04-04 Stanley Electric Co Ltd 半導体発光素子アレイ及び車両用灯具

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101665932B1 (ko) * 2010-02-27 2016-10-13 삼성전자주식회사 멀티셀 어레이를 갖는 반도체 발광장치, 발광모듈 및 조명장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013062279A (ja) * 2011-09-12 2013-04-04 Stanley Electric Co Ltd 半導体発光素子アレイ及び車両用灯具

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150035149A (ko) 2015-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10593836B2 (en) Light-emitting device
JP6706900B2 (ja) 発光素子及び照明システム
US8536591B2 (en) Light emitting device and lighting system
KR20100094243A (ko) 발광소자 및 그 제조방법
KR102623615B1 (ko) 발광소자, 발광소자 패키지 및 발광장치
KR20130069215A (ko) 발광소자
KR102212666B1 (ko) 발광소자
US10069035B2 (en) Light-emitting device and lighting system
KR102376468B1 (ko) 적색 발광소자 및 조명장치
KR20130019279A (ko) 발광소자
KR20120129029A (ko) 발광 소자
US10385266B2 (en) Phosphor composition, light emitting element package comprising same, and lighting system
US10510925B2 (en) Light-emitting device and lighting system comprising same
KR102359824B1 (ko) 자외선 발광소자 및 발광소자 패키지
KR20130019275A (ko) 발광소자
KR102015127B1 (ko) 질화물계 발광소자
KR102212781B1 (ko) 발광소자 및 조명시스템
KR102175346B1 (ko) 발광소자 및 발광 소자 패키지
KR102224164B1 (ko) 발광소자 및 이를 구비하는 조명 시스템
KR20120063953A (ko) 발광 소자 및 발광 소자 패키지
KR102237119B1 (ko) 발광소자 및 조명시스템
KR102353844B1 (ko) 자외선 발광소자 및 발광소자 패키지
KR102249647B1 (ko) 발광소자 및 조명시스템
KR102163961B1 (ko) 발광소자 및 조명시스템
KR102322696B1 (ko) 자외선 발광소자 및 발광소자 패키지

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant