KR102249630B1 - 발광소자 및 조명시스템 - Google Patents

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실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광소자는 기판; 상기 기판 상면에 배치되는 제1 질화물 반도체층; 상기 기판 상에 배치되는 비정질층; 상기 제1 질화물 반도체층 상에 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층; 및 상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층;을 포함할 수 있다.

Description

발광소자 및 조명시스템{LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHTING SYSTEM}
실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드를 주기율표상에서 Ⅲ족과 Ⅴ족의 원소가 화합하여 생성될 수 있다. LED는 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 에너지 갭에 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 의해 기판 상에 질화물 반도체층을 형성한 단면 사진이다. 구체적으로, 도1 은 Si 기판(S) 상에 CVD 법을 이용하여 질화물반도체 박막층(E)을 형성후 기판의 측면을 관측한 이미지이다.
종래기술에 의한 발광소자의 제조방법에 의하면, 이종 기판(S) 위에 저결정품질 질화물 반도체 박막층을 버퍼층(B)으로 성장 후, 고품질 질화물 반도체 박막층(E)으로 발광소자의 에피구조를 성장하며, 발광소자 에피구조는 전자주입층, 발광층, 정공주입층을 포함한다.
한편, 종래기술에 의하면 이종 기판(S) 위에 형성되는 질화물반도체 박막은 보통 화학기상증착법(CVD)으로 형성된다. 이런 방법들은 박막형성에 필요한 소스들을 기판의 상부에서 기판표면으로 공급하여 이루어진다.
따라서, 박막은 기판의 상부에 효과적으로 형성되고 측면에서는 통상 형성되지 않는다.
그런데, 고품질의 질화물반도체 박막은 약 1000℃도 이상의 고온에서 질소원인 암모니아와 캐리어 가스인 수소등의 반응성 가스와 Ga 등의 소스인 유기금속화합물이 존재하는 분위기 속에서 형성된다.
이때, 노출된 기판(S)의 측면은 고온에서 반응성 소스 및 가스 등과 반응하여 측면붕괴 및 부식(C)등의 문제점을 갖게 된다.
이러한 측면 붕괴 및 부식등은 박막 및 기판을 파괴시키거나 측면 근처에서 고품질의 질화물반도체 발광소자 제조를 못하게 한다.
예를 들면, ZnO 기판은 암모니아와 수소와 반응하여 부식되고, Si 기판은 고온에서 Ga과 반응하여 부식된다.
예를 들어 도 1에서와 같이, 기판(S)의 측면에는 질화물반도체박막층(E)이 형성되지 않고, 측면에서 심한 부식(C)이 발생하고 있음을 보여준다.
실시예는 기판의 측면에서 발생하는 측면붕괴 및 화학적 부식등을 효과적으로 방지하여 고품질의 질화물반도체층을 제공할 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광소자는 기판; 상기 기판 상에 배치되고, 상기 기판 상면을 일부 노출하며 서로 이격되어 복수의 나노 라드 형상으로 배치되며 AlN 또는 Al을 포함하는 제1 질화물 반도체층; 상기 기판의 측면에 배치되는 제1비정질층과 상기 제1 질화물 반도체층 사이에 배치되는 제2비정질층을 포함하는 비정질층; 상기 제1 질화물 반도체층 및 상기 제2비정질층 상에 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층; 및 상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층;을 포함하고, 상기 비정질층은 SiNx 또는 SiO2을 포함할 수 있다.
또는 실시예에 따른 발광소자는 기판(105); 상기 기판(105) 상면에 복수의 이격된 절연층(109a); 상기 기판(105)과 상기 절연층(109a) 상에 배치되는 제2 질화물 반도체층(109b); 상기 기판(105) 측면에 배치되는 비정질층(108); 상기 제2 질화물 반도체층(109b) 상에 제1 도전형 반도체층(112); 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 활성층(114); 및 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 반도체층(116);을 포함할 수 있다.
또는 실시예에 따른 조명시스템은 발광소자를 구비하는 발광유닛을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 의하면, 열적 또는 화학적으로 반응성이 있는 이종기판위에 질화물반도체 박막형성시, 기판의 측면에서 발생하는 측면붕괴 및 화학적 부식등을 효과적으로 방지함으로써 고품질의 질화물반도체층을 제공하고, 이를 이용한 질화물반도체 발광소자의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 의해 기판 상에 질화물 반도체층을 형성한 단면 사진.
도 2는 제1 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 3은 제2 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 4는 제3 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 5는 제4 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 6 내지 도 10은 실시예에 따른 발광소자의 공정도.
도 11은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 12는 실시예에 따른 조명 장치의 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.
(실시예)
도 2는 제1 실시예에 따른 발광소자(100)의 단면도이다.
실시예에 따른 발광소자(100)는 기판(105)과, 상기 기판(105) 상에 제1 질화물 반도체층(107)과, 상기 기판(105) 상에 배치되는 비정질층(108)과, 상기 제1 질화물 반도체층(107) 상에 제1 도전형 반도체층(112)과, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 활성층(114)과, 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 반도체층(116)을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(112), 상기 활성층(114) 및 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 발광구조물(110)을 구성할 수 있다.
도 2에 도시된 제1 실시예는 수직형 발광소자의 예로서, 상기 기판(105)은 전도성 기판을 포함할 수 있다.
또한, 제1 실시에는 전도성 기판 저면에 배치되는 제1 전극층(106)과, 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 배치되는 투광성 전극층(122) 및 상기 투광성 전극층(122) 상에 배치되는 제2 전극(124)을 포함할 수 있다.
실시예는 수직형 발광소자 외에 수평형 발광소자에도 적용이 가능하다.
예를 들어 도 3과 같이, 제2 실시예에서 기판(105)은 절연성 기판을 포함할 수 있고, 제2 실시예는 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 배치되는 제1 전극(117)과 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 배치되는 투광성 전극층(122), 상기 투광성 전극층(122) 상에 배치되는 제2 전극(124)을 포함할 수 있다.
실시예는 이종 기판위에 질화물반도체 박막형성시, 기판의 측면에서 발생하는 측면붕괴 및 화학적 부식등을 효과적으로 방지하여 고품질의 질화물반도체층을 제공할 수 있는 발광소자를 제공하고자 한다.
이를 위해, 실시예에 따른 발광소자는 기판(105) 상에 제1 질화물 반도체층(107)과, 상기 기판(105) 상에 배치되는 비정질층(108)을 포함할 수 있다.
상기 기판(105)은 Si, ZnO 등의 산화물 또는 질화물반도체 형성에 적합한 단결정물질로 이루어질 수 있다.
상기 비정질층(108)은 상기 기판(105)의 측면에 배치되는 제1 비정질층(108a)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 비정질층(108a)은 비정질 질화물 혹은 비정질 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 비정질층(108a)은 SiNx, SixNy, SixNyOz, SiO2, GeO2 중에 어느 하나 일수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면, 제1 비정질층(108a)이 비정질 질화물 혹은 비정질 산화물로 포함하여 측면보호층으로 형성됨으로써, 노출된 기판(105)의 측면이 고온 반응성 분위기 속에서 열적, 화학적으로 부식되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 제1 질화물 반도체층(107)은 AlN 또는 Al을 포함하는 질화물 반도체층일 수 있다.
상기 제1 질화물 반도체층(107)은 상기 기판(105)의 상면에 배치되는 단일층 또는 복수의 층일 수 있다.
실시예에 따른 발광소자에 의하면, 열적 또는 화학적으로 반응성이 있는 이종기판위에 질화물반도체 박막형성시, 기판의 측면에서 발생하는 측면붕괴 및 화학적 부식등을 효과적으로 방지함으로써 고품질의 질화물반도체층을 제공하고, 이를 이용한 질화물반도체 발광소자의 생산성을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, AlN의 원자간 결합력은 약 2.88eV로, GaN의 원자간 결합력인 약 2.2eV와 InN의 원자간 결합력인 약 1.93eV 대비 충분히 커서 열적, 화학적 안정성이 우수하다.
따라서 제1 질화물 반도체층(107)이 AlN 혹은 Al 원소를 포함하는 질화물반도체 박막층인 경우, 약 1000℃ 이상의 고온에서 고품질 에피구조 성장공정시, 기판(105)의 상부와 측면부를 열적, 화학적 부식으로부터 보호해주고, 고온에서 고품질의 발광구조물(110) 형성을 도와주는 효과가 있다.
한편, 제1 질화물 반도체층(107)을 성장하는 온도는 기판(105)의 부식되지 않는 온도에서 진행됨으로써 기판의 노출된 측면이 열적, 화학적으로 부식되는 것이 방지될 수 있다.
이후, 제1 비정질층(108a)이 비정질 질화물 혹은 비정질 산화물로 포함하여 측면보호층으로 형성됨으로써, 노출된 기판(105)의 측면이 고온 반응성 분위기 속에서 열적, 화학적으로 부식되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
이종 기판(105)의 측면과 상부가 각각 측면보호층인 제1 비정질층(108a)과 제1 질화물 반도체층(107)으로 덮여 있으므로, 발광구조물(110)은 기판(105)의 손상 또는 부식이 없이 1000℃ 이상의 고온에서 반응성 가스 및 소스 분위기 속에서 최적의 고품질 박막성장조건으로 박막을 고품질로 형성할 수 있게 된다.
이를 통해서 실시예에 의하면, 고품질의 발광소자 구조를 구현하고, 우수한 생산성을 갖고 발광소자를 제조할 수 있다.
한편 실시예에 따른 발광소자에서, 상기 제1 질화물 반도체층(107)은 상기 기판(105)의 상면을 일부 노출하는 상호 이격된 복수의 나노 라드형상을 구비할 수 있다.
또한 상기 비정질층(108)은 상기 나노 라드형상의 제1 질화물 반도체층(107) 사이에 배치되는 제2 비정질층(108b)을 포함할 수 있다.
상기 제2 비정질층(108b)은 비정질 질화물 혹은 비정질 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 비정질층(108b)은 SiNx, SixNy, SixNyOz, SiO2, GeO2 중에 어느 하나 일수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 나노 라드의 직경은 약 5nm 내지 약 500nm 정도일 수 있다. 나노 라드의 직경이 5nm 보다 작으면, 나노 라드들이 서로 만나서 형성되는 계면결함이 증가할 수 있다. 반면 나노 라드의 직경이 500nm 보다 크면, 나노 라드와 기판 계면에서 격자불일치에 의한 결정결함이 발생할 수 있다.
상기 나노 라드는 발광구조물(110) 형성 온도 대비, 상대적으로 낮은 온도에서 스퍼터링 방법 혹은 화학증착법 혹은 물리적 기상 증착법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
실시예에서 비정질층(108)은 나노 라드를 기판(105)에 형성후 노출된 상부면과 기판의 측면에 플라즈마 화학증착법 혹은 용액증착법등을 이용하여 SiNx 혹은 SiO2 등의 비정질 물질을 증착하므로써 형성할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(112)은 나노 라드 형상의 제1 질화물 반도체층(107)을 시드(seed)로 하여 고온에서 화학증착법 혹은 물리적 기상증착법 등을 이용하여서 고품질의 질화물반도체 박막층으로 형성될 수 있다.
실시예에 따른 발광소자에 의하면, 열적 또는 화학적으로 반응성이 있는 이종기판위에 질화물반도체 박막형성시, 기판의 측면에서 발생하는 측면붕괴 및 화학적 부식등을 효과적으로 방지함으로써 고품질의 질화물반도체층을 제공하고, 이를 이용한 질화물반도체 발광소자의 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한 실시예에서 나노 라드 형상의 제1 질화물 반도체층(107)이 구비됨으로써 발광된 빛의 산란, 반사 등에 의해 광추출 효율이 향상될 수 있다.
도 4는 제3 실시예에 따른 발광소자(103)의 단면도이다.
제3 실시예는 제1 실시예 또는 제2 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있으며, 이하, 제3 실시예의 주된 특징 위주로 설명한다.
제3 실시예에 따른 발광소자(103)는 기판(105)과, 상기 기판(105) 상면에 복수의 이격된 절연층(109a)과, 상기 기판(105)과 상기 절연층(109a) 상에 배치되는 제2 질화물 반도체층(109b)과, 상기 기판(105) 측면에 배치되는 비정질층(108)과, 상기 제2 질화물 반도체층(109b) 상에 제1 도전형 반도체층(112)과, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 활성층(114) 및 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 반도체층(116)을 포함할 수 있다.
상기 절연층(109a)은 나노 라드형상을 구비할 수 있으며, 상기 제2 질화물 반도체층(109b)은 AlxGa1-xN(단, 0＜x＜1)을 포함하는 질화물 반도체층일 수 있다.
제3 실시예에서 의하면, 기판(105) 상에 절연층(109a) 패턴을 형성 후, 측면성장 방식으로 제2 질화물 반도체층(109b)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 제2 질화물 반도체층(109b) 및 절연층(109a)에 의해 기판(105)의 상면이 효과적으로 보호됨과 아울러, 전위 차단 등에 의해 고품질의 발광구조물(110)을 형성할 수 있다.
제3 실시예는 수직형 발광소자의 예시도이다. 예를 들어, 상기 기판(105)은 전도성 기판을 포함하고, 상기 전도성 기판 저면에 배치되는 제1 전극층(106)과, 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 배치되는 제2 전극(124)을 포함할 수 있다.
실시예는 도 5와 같이, 수평형 발광소자에도 적용이 가능하다.
예를 들어 제4 실시예에서, 기판(105)은 절연성 기판을 포함하고, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 배치되는 제1 전극(117)과 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 배치되는 제2 전극(124)을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자에 의하면, 열적 또는 화학적으로 반응성이 있는 이종기판위에 질화물반도체 박막형성시, 기판의 측면에서 발생하는 측면붕괴 및 화학적 부식등을 효과적으로 방지하고, 제2 질화물 반도체층(109b) 및 절연층(109a)에 의해 기판(105)의 상면이 효과적으로 보호됨과 아울러, 전위 차단 등에 의해 고품질의 발광구조물(110)을 형성할 수 있다.
이하, 도 6 내지 도 10을 참조하여 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 설명하면서 실시예의 특징을 좀 더 상술하기로 한다. 한편, 도 6 내지 도 10은 제1 실시예에 대한 공정도이나 실시예들의 제조방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6은 실시예의 제조공정의 사시도이다.
우선 도 6과 같이, 기판(105)을 준비한다. 상기 기판(105)은 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일수 있다. 예를 들어, 상기 기판(105)은 SiC, Si, GaAs, GaN, 사파이어(Al2O3), ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나일 수 있다.
다음으로, 기판(105) 상에 제1 질화물 반도체층(107)이 형성될 수 있다. 상기 제1 질화물 반도체층(107)은 상기 기판(105)의 상면에 배치되는 단일층 또는 복수의 층일 수 있다.
AlN의 원자간 결합력은 GaN의 원자간 결합력 또는 InN의 원자간 결합력대비 충분히 커서 열적, 화학적 안정성이 우수하다.
따라서 제1 질화물 반도체층(107)이 AlN 혹은 Al 원소를 포함하는 질화물반도체 박막층인 경우, 약 1000℃ 이상의 고온에서 고품질 에피구조 성장공정시, 기판(105)의 상부와 측면부를 열적, 화학적 부식으로부터 보호해주고, 고온에서 고품질의 발광구조물(110) 형성을 도와주는 효과가 있다.
한편, 제1 질화물 반도체층(107)을 성장하는 온도는 기판(105)의 부식되지 않는 온도에서 진행됨으로써 기판의 노출된 측면이 열적, 화학적으로 부식되는 것이 방지될 수 있다.
한편 실시예에 따른 발광소자에서, 상기 제1 질화물 반도체층(107)은 상기 기판(105)의 상면을 일부 노출하는 상호 이격된 복수의 나노 라드형상을 구비할 수 있다.
상기 나노 라드의 직경은 약 5nm 내지 약 500nm 정도일 수 있다. 나노 라드의 직경이 5nm 보다 작으면, 나노 라드들이 서로 만나서 형성되는 계면결함이 증가할 수 있다. 반면 나노 라드의 직경이 500nm 보다 크면, 나노 라드와 기판 계면에서 격자불일치에 의한 결정결함이 발생할 수 있다.
상기 나노 라드는 발광구조물(110) 형성 온도 대비, 상대적으로 낮은 온도에서 스퍼터링 방법 혹은 화학증착법 혹은 물리적 기상 증착법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
다음으로 도 7과 같이, 제1 비정질층(108a)이 비정질 질화물 혹은 비정질 산화물로 포함하여 측면보호층으로 형성됨으로써, 노출된 기판(105)의 측면이 고온 반응성 분위기 속에서 열적, 화학적으로 부식되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
실시예에 의하면, 이종 기판(105)의 측면과 상부가 각각 측면보호층인 제1 비정질층(108a)과 제1 질화물 반도체층(107)으로 덮여 있으므로, 발광구조물(110)은 기판(105)의 손상 또는 부식이 없이 1000℃ 이상의 고온에서 반응성 가스 및 소스 분위기 속에서 최적의 고품질 박막성장조건으로 박막을 고품질로 형성할 수 있게 된다.
이를 통해서 실시예에 의하면, 고품질의 발광소자 구조를 구현하고, 우수한 생산성을 갖고 발광소자를 제조할 수 있다.
실시예에서 비정질층(108)은 나노 라드를 기판(105)에 형성후 노출된 상부면과 기판의 측면에 플라즈마 화학증착법 혹은 용액증착법등을 이용하여 SiNx 혹은 SiO2 등의 비정질 물질을 증착하므로써 형성할 수 있다.
예를 들어, 제1 질화물 반도체층(107)이 나노 라드형상인 경우, 상기 제1 질화물 반도체층(107) 사이에 배치되는 제2 비정질층(108b)이 형성될 수 있다.
도 7 및 도 8과 같이, 제1 질화물 반도체층(107) 보다 높게 예비 제2 비정질층(108c) 형성 후, 제1 질화물 반도체층(107)의 상면이 노출되도록 일부 제거될 수 있다.
실시예에 의하면, 기판(105) 상에 제1 질화물 반도체층(107) 형성 후에, 비정질층(108) 형성공정이 진행될 수 있다.
반면, 측면보호층인 제1 비정질층(108a)을 먼저 형성한 후 기판(105) 상에 제1 질화물 반도체층(107)을 형성할 경우, 제1 비정질층(108a)에 제1 질화물 반도체층 물질이 다결정형태로 형성되는 문제점이 발생할 수 있으며, 제1 비정질층(108a)을 먼저 형성하는 경우 기판 표면이 손상되어, 기판 표면에 제1 질화물 반도체층(107)이 제대로 형성되지 않을 수 있다.
다음으로 도 9와 같이, 제1 도전형 반도체층(112)은 나로 라드 형상의 제1 질화물 반도체층(107)을 시드(seed)로 하여 고온에서 화학증착법 혹은 물리적 기상증착법 등을 이용하여서 고품질의 질화물반도체 박막층으로 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(112)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(112)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(112)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(112)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
다음으로, 제1 도전형 반도체층(112) 상에 활성층(114)이 형성될 수 있다.
상기 활성층(114)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(114)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(114)은 양자우물과 양자벽을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(114)은 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.
이후, 상기 활성층(114) 상에 전자차단층(미도시)이 형성되어 전자 차단(electron blocking) 및 활성층의 클래딩(MQW cladding) 역할을 해줌으로써 발광효율을 개선할 수 있다. 예를 들어, 상기 전자차단층은 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(114)의 에너지 밴드 갭보다는 높은 에너지 밴드 갭을 가질 수 있다.
다음으로, 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 반도체층(116)이 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(116)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
실시예에서 상기 제1 도전형 반도체층(112)은 n형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 p형 반도체층으로 구현할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
또한 상기 제2 도전형 반도체층(116) 위에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체 예컨대 n형 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다. 이에 따라 발광구조물(110)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.
다음으로 도 10과 같이, 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 투광성 전극층(122)이 형성될 수 있고, 상기 투광성 전극층(122) 상에 제2 전극(124)이 형성될 수 있고, 상기 기판(105) 저면에 제1 전극층(106)이 형성될 수 있다.
상기 투광성 전극층(122)은 캐리어 주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 혹은 금속합금, 금속산화물 등을 다중으로 적층하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 투광성 전극층(122)은 반도체와 전기적인 접촉인 우수한 물질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 투광성 전극층(122)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.
상기 제1 전극층(106)은 반사층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극층(106)은 반사성이 우수하고, 전기적인 접촉이 우수한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극층(106)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 전극층(106)은 상기 금속 또는 합금과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있으며, 예를 들어, IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 적층할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자에 의하면, 열적 또는 화학적으로 반응성이 있는 이종기판위에 질화물반도체 박막형성시, 기판의 측면에서 발생하는 측면붕괴 및 화학적 부식등을 효과적으로 방지함으로써 고품질의 질화물반도체층을 제공하고, 이를 이용한 질화물반도체 발광소자의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 11은 실시예들에 따른 발광소자가 설치된 발광소자 패키지를 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 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 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.
도 12는 실시예에 따른 조명시스템의 분해 사시도이다.
실시예에 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.
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 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 전원 제공부(2600)는 돌출부(2610), 가이드부(2630), 베이스(2650), 연장부(2670)를 포함할 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.
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.
기판(105), 제1 질화물 반도체층(107),
비정질층(108), 제1 도전형 반도체층(112),
활성층(114), 제2 도전형 반도체층(116)

Claims (16)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되고, 상기 기판 상면을 일부 노출하며 서로 이격되어 복수의 나노 라드 형상으로 배치되며 AlN 또는 Al을 포함하는 제1 질화물 반도체층;
    상기 기판의 측면에 배치되는 제1비정질층과 상기 제1 질화물 반도체층 사이에 배치되는 제2비정질층을 포함하는 비정질층;
    상기 제1 질화물 반도체층 및 상기 제2비정질층 상에 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층; 및
    상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층;을 포함하고,
    상기 비정질층은 SiNx 또는 SiO2을 포함하고,
    상기 제1비정질층은 상기 기판과 동일한 높이를 가지고,
    상기 제2비정질층은 상기 제1비정질층의 상면, 상기 제1 질화물 반도체층 사이에 노출된 상기 기판의 상면과 직접 접촉하고,
    상기 제2비정질층의 상면은 상기 제1 질화물 반도체층의 상면과 동일한 평면 상에 배치되고,
    상기 제2비정질층의 수평 방향 너비는 상기 기판의 수평 방향 너비보다 큰 발광소자.
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