KR102376468B1 - 적색 발광소자 및 조명장치 - Google Patents

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Abstract

실시예는 적색 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
실시예에 따른 적색 발광소자는 제1 도전형 제1 반도체층(112); 상기 제1 도전형 제1 반도체층(112) 상에 활성층(114); 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 제3 반도체층(116); 상기 제2 도전형 제3 반도체층(116) 상에 제2 도전형 제4 반도체층(124); 및 상기 제2 도전형 제4 반도체층(124) 상에 제2 도전형 제5 반도체층(125);을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 제5 반도체층(125)은 GaP층(125a)/InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)(125b)의 초격자구조를 포함할 수 있다.

Description

적색 발광소자 및 조명장치{RED LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHTING SYSTEM}
실시예는 적색 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting diode: LED)는 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드로서, 주기율표상에서 반도체화합물의 도펀트가 화합하여 생성될 수 있고, 반도체화합물의 조성비를 조절함으로써 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 자외선(UV) 발광소자, 또는 적색(RED) 발광소자 등 다향한 색상 구현이 가능하다.
예를 들어, 적색 발광소자로서 AlGaInP계 발광다이오드가 있으며, 이는 주입되는 전기에너지를 약 570nm 내지 약 630nm 범위 내의 파장을 가진 광으로 변환시킬 수 있다. 파장변화는 발광다이오드가 가지는 밴드 갭에너지 크기에 의해 좌우되는데, 밴드갭 크기는 Al과 Ga의 조성비를 변화시킴으로써 조절될 수 있고, Al의 조성비를 증가시킬수록 파장이 짧아질 수 있다.
한편, 최근 AlGaInP계 적색 LED는 High CRI(Color Rendering Index) 조명광원 또는 차량용 광원으로 적용영역이 확대되고 있으며, 이에 따른 시장 경쟁이 심화되고 있어, 높은 광 출력 확보 또는 전기적 신뢰성 확보가 중요한 이슈로 대두되고 있다.
실시예는 광 출력이 높은 적색 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
또한 실시예는 신뢰성이 높은 적색 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 적색 발광소자는 제1 도전형 제1 반도체층(112); 상기 제1 도전형 제1 반도체층(112) 상에 활성층(114); 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 제3 반도체층(116); 상기 제2 도전형 제3 반도체층(116) 상에 제2 도전형 제4 반도체층(124); 및 상기 제2 도전형 제4 반도체층(124) 상에 제2 도전형 제5 반도체층(125);을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 제5 반도체층(125)은 GaP층(125a)/InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)(125b)의 초격자구조를 포함할 수 있다.
또한 실시예에 따른 적색 발광소자는 n형 AlInGaP 계열의 제1 반도체층(112); 상기 n형 AlInGaP 계열의 제1 반도체층(112) 상에 활성층(114); 상기 활성층(114) 상에 p형 AlInGaP 계열의 제3 반도체층(116); 상기 p형 AlInGaP 계열의 제3 반도체층(116) 상에 p형 GaInP 계열층의 제4 반도체층(124); 및 상기 p형 GaInP 계열층의 제4 반도체층(124) 상에 p형 GaP 계열의 제5 반도체층(125);을 포함할 수 있다. 상기 p형 GaP 계열의 제5 반도체층(125)은 GaP층(125a)/InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)(125b)의 초격자구조를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 조명시스템은 상기 적색 발광소자를 구비하는 발광유닛을 포함할 수 있다.
실시예는 광출력이 높은 적색 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한 실시예는 신뢰성이 높은 적색 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 적색 발광소자의 단면도.
도 2는 제1 실시예에 따른 적색 발광소자의 부분 확대도.
도 3은 제1 실시예에 따른 적색 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램.
도 4는 제1 실시예에 따른 적색 발광소자의 광도 데이터.
도 5는 제2 실시예에 따른 적색 발광소자의 단면도.
도 6은 제2 실시예에 따른 적색 발광소자의 부분 확대도.
도 7a는 제2 실시예에 따른 적색 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램.
도 7b는 제2 실시예에 따른 적색 발광소자에서 제2 반도체층의 기능 모식도.
도 8은 제2 실시예에 따른 적색 발광소자의 광도 데이터.
도 9는 제3 실시예에 따른 적색 발광소자의 단면도.
도 10은 제3 실시예에 따른 적색 발광소자의 부분 확대도.
도 11a와 도 11b는 비교예와 실시예에 따른 적색 발광소자의 부분 사진.
도 12 내지 도 15는 실시예에 따른 적색 발광소자의 제조방법의 공정단면도.
도 16은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 17은 실시예에 따른 조명 장치의 단면도.
실시예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층, 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위"와 "아래"는 "직접" 또는 "다른 층을 개재하여" 형성되는 것을 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명하기로 한다.
(실시예)
도 1은 제1 실시예에 따른 적색 발광소자(101)의 단면도이다.
제1 실시예에 따른 적색 발광소자(101)는 제1 도전형 제1 반도체층(112)과, 상기 제1 도전형 제1 반도체층(112) 상에 활성층(114)과, 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 제3 반도체층(116)과, 상기 제2 도전형 제3 반도체층(116) 상에 제2 도전형 제4 반도체층(124) 및 상기 제2 도전형 제4 반도체층(124) 상에 제2 도전형 제5 반도체층(125)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 구성 중 미설명 부호는 하기 제조방법에서 설명하기로 한다.
종래 적색 발광소자 기술에 의하면, p형 GaP 윈도우층(Window Layer)의 Mg 확산(Diffusion) 현상이 발생하여 광도(Po)가 저하되는 문제가 있다. 이에 Mg 확산(Diffusion) 현상을 방지하여 광도를 향상시킬 수 있는 방안이 요구된다.
도 2는 제1 실시예에 따른 적색 발광소자(100)에서 A 영역(도 1 참조)의 확대도이며, 도 3은 제1 실시예에 따른 적색 발광소자(100)의 에너지 밴드 다이어그램이다.
도 2와 같이, 제1 실시예에서 상기 제2 도전형 제5 반도체층(125)은 GaP물질을 포함할 수 있고, 상기 제2 도전형 제5 반도체층(125)은 GaP층(125a)/InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)(125b)의 초격자구조를 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 제5 반도체층(125)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 제3 GaP층(125c)을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 도펀트는 p형 도전형 도펀트일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 도전형 제5 반도체층(125)에는 제1 농도의 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있으며, 상기 GaP층(125a)에는 상기 제1 농도보다 낮은 농도의 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)(125b)에는 제2 도전형 도펀트가 도핑되지 않을 수 있다.
예를 들어, 제2 도전형 제5 반도체층(125)에는 약 10X1018 농도의 Mg이 도핑될 수 있으며, GaP층(125a)에는 10X1017 농도의 Mg이 도핑될 수 있고, 상기 InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)(125b)에는 제2 도전형 도펀트가 도핑되지 않을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이에 따라 도 3과 같이, 상기 제2 도전형 제5 반도체층(125)은 GaP층(125a)/InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)(125b)의 초격자구조를 구비할 수 있고, InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)(125b)은 낮은 에너지 준위를 나타내며, GaP층(125a)은 InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)(125b) 보다는 높은 에너지 준위를 나타낼 수 있다.
도 4는 제1 실시예에 따른 적색 발광소자의 광도 데이터(E1)이다.
제1 실시예 적용시 비교예의 광도 데이터(R1)에 비해, 제1 실시예의 광도(Intensity)(E1)가 약 1.5% 이상 증가하는 효과가 있었다.
실시예에 의하면 제2 도전형 제5 반도체층(125)이 p형 GaP 윈도우층(Window Layer) 기능을 하며, Mg 모듈레이션 도핑된(Modulation-doped) GaP층(125a)/InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)(125b)의 초격자구조(Superlattice) 구조 적용 따른 Mg 트랩(Trap) 기능이 강화되어 발광소자 칩의 광도 및 신뢰성 증가될 수 있다.
도 5는 제2 실시예에 따른 적색 발광소자(102)의 단면도이며, 도 6은 제2 실시예에 따른 적색 발광소자의 B영역 확대도이다.
제2 실시예는 제1 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 도전형 제5 반도체층(125)은 GaP물질을 포함할 수 있고, 상기 제2 도전형 제5 반도체층(125)은 GaP층(125a)/InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1) (125b)의 초격자구조를 포함할 수 있다.
상기 제2 도전형 제5 반도체층(125)에는 제1 농도의 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있으며, 상기 GaP층(125a)에는 상기 제1 농도보다 낮은 농도의 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)(125b)에는 제2 도전형 도펀트가 도핑되지 않을 수 있다.
이하 제2 실시예의 주된 특징 위주로 설명하기로 한다.
종래 적색 발광소자는 LED 특성상 온도가 올라가면 동작전압은 떨어지는 경향이 있으나, 광도가 저하(Drop)되는 문제점이 있다.
적색 발광소자에서 온도(Temp) 증가에 따른 광도저하의 원인으로는, 도펀트(Dopant)들이 이온화되어 저항(resistance)이 떨어지는 반면, 활성층(Active layer) 영역에서 발광재결합률(Recombination Rate)이 떨어져 광도 저하 현상이 발생되는 것으로 분석되며, 홀(hole) 대비 전자(electron)의 이온화속도가 빨라 온도 상승에 따른 광도 저하가 더욱 가속되는 것으로 파악되고 있다.
이에 따라 제2 실시예는 상기 제1 도전형 제1 반도체층(112) 상에 제1 도전형 제2 반도체층(111)을 더 구비하여 상기 문제를 해결하고자 한다.
예를 들어, 도 6과 같이, 상기 제1 도전형 제1 반도체층(112)은 n형 AlInGaP 계열층을 포함할 수 있고, 상기 제1 도전형 제2 반도체층(111)은 AlInP 계열층(111b)/AlInGaP 계열층(111a)의 초격자구조를 포함할 수 있다. 상기 활성층(114)은 우물층(114a)/장벽층(114b) 구조를 포함할 수 있다.
상기 AlInP 계열층(111b)/AlInGaP 계열층(111a)의 초격자구조는 10페어 내지 14페어로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 10페어 미만시 광도향상에 기여도가 미비할 수 있으며, 14페어 초과시 전자이동도가 과도하게 저하되어 오히려 광도에 부정적 영향을 미칠 수 있다.
도 7a는 제2 실시예에 따른 적색 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램이며, 도 7b는 제2 실시예에 따른 적색 발광소자에서 제2 반도체층(111)의 기능 모식도이다. 도 7a와 같이, 제2 실시예는 상기 활성층(114) 하측에 제1 도전형 제2 반도체층(111)을 구비하며, 제2 반도체층(111)에서 전자가 냉각되어 활성층(114)에 더 많은 발광재결합(Radiation Recombination)이 발생될 수 있다.
도 8은 제2 실시예에 따른 적색 발광소자의 광도 데이터이다.
제2 실시예 적용시, 비교예의 광도 데이터(R2)에 비해, 제2 실시예의 광도(Intensity)(E2)가 약 1.2% 이상 증가하였다.
제2 실시예에 의하면, AlInP 계열층(111b)은 약 2.6eV의 Eg을 갖으며, AlInGaP 계열층(111a)이 예를 들어 Al0.6Ga0.4InP인 경우, Eg가 약 2.25eV로 Eg가 줄어 들며, 전자가 이온화되었을 때 초격자 구조에서 Eg가 작은 AlInGaP 계열층(111a) 영역에서 전자가 냉각되어 활성층(114)에 더 많은 발광재결합(Radiation Recombination)이 발생될 수 있어, 온도(Temp) 증가 시 광도 저하를 최소화 하는데 기여 할 수 있다.
도 9는 제3 실시예에 따른 적색 발광소자(103)의 단면도이며, 도 10은 제3 실시예에 따른 적색 발광소자의 C영역 확대도이다.
제3 실시예에 따른 적색 발광소자(103)는 n형 AlInGaP 계열의 제1 반도체층(112)과, 상기 n형 AlInGaP 계열의 제1 반도체층(112) 상에 활성층(114)과, 상기 활성층(114) 상에 p형 AlInGaP 계열의 제3 반도체층(116)과, 상기 p형 AlInGaP 계열의 제3 반도체층(116) 상에 p형 GaInP 계열층의 제4 반도체층(124) 및 상기 p형 GaInP 계열층의 제4 반도체층(124) 상에 p형 GaP 계열의 제5 반도체층(125)을 포함할 수 있다.
제3 실시예는 제1 실시예 또는 제2 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있다.
예를 들어, 상기 p형 GaP 계열의 제5 반도체층(125)은 GaP층(125a)/InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)(125b)의 초격자구조를 포함할 수 있다.
상기 p형 GaP 계열의 제5 반도체층(125)에 p형 도펀트가 제1 농도로 도핑되어 있으며, 상기 GaP층(125a)에는 상기 제1 농도보다 낮은 농도의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)(125b)에는 p형 도펀트가 도핑되지 않을 수 있다.
또한, 상기 n형 AlInGaP 계열의 제1 반도체층(112) 상에 n형 제2 반도체층(111)이 더 형성될 수 있다. 상기 n형 제2 반도체층(111)은 AlInP 계열층(111b)/AlInGaP 계열층(111a)의 초격자구조를 포함할 수 있다.
이하 제3 실시예의 주된 특징 위주로 설명하기로 한다.
종래기술에 의하면, GaP 윈도우층은 p형 클래드층과의 격자상수 차이에 의해 약 3% 정도의 인장응력(tensile strain)을 받게 되며, 이러한 인장응력은 내부 결함(Defect) 또는 전위(Dislocation)를 발생시켜 신뢰성 또는 전류확산(Current Spreading)에 불리하게 작용하게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 제3 실시예는 제3 반도체층(116)과 제5 반도체층(125) 사이에 제4 반도체층(124)을 구비할 수 있다. 상기 제3 반도체층(116)은 p형 AlInGaP 계열층을 포함할 수 있고, 상기 제4 반도체층(124)은 p형 GaInP 계열층을 포함할 수 있으며, 제5 반도체층(125)은 p형 GaP 계열층을 포함할 수 있다.
상기 제4 반도체층(124)은 p형 Ga0.7In0.3P층을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면 상기 제3 반도체층(116)과 상기 제5 반도체층(125)의 물질의 중간영역의 물질을 포함한 제4 반도체층(124)을 구비함으로써 제5 반도체층(125)에서의 응력을 약 1.5% 미만으로 줄여서 신뢰성을 향상시키고 광도를 향상시킬 수 있다.
또한 제3 실시예는 제4 반도체층(124) 상면에 소정의 패턴(R)을 형성하여 제5 반도체층(125)과의 접촉면적을 증가시켜 인장응력을 최소화할 수 있다.
도 11a와 도 11b는 각각 비교예와 제3 실시예에 따른 적색 발광소자의 부분 사진이다.
비교예의 경우 도 11a와 같이, p형 GaP 윈도우층(25)에 결함(Defect) 또는 전위(Dislocation)가 다수 존재하여 결정품질이 저하된 상태이다.
반면, 제3 실시예의 경우 도 11b와 같이, 제4 반도체층(124) 상에 제5 반도체층(125)이 형성됨으로써, 제5 반도체층(125)의 결정품질이 매우 향상됨을 알 수 있다.
나아가, 소정의 패턴(R)이 제4 반도체층(124) 상에 형성되는 경우 제5 반도체층(125)과의 접촉면적을 증가시켜 인장응력을 최소화하여, 제5 반도체층(125)의 품질(Quality) 개선으로 전류확산(Current Spreading) 증대, 광도개선 및 신뢰성 향상의 효과가 있다.
이하, 도 12 내지 도 15를 참조하여 실시예에 따른 적색 발광소자의 제조방법을 설명하기로 한다. 제조방법 설명에서 제1 실시예의 도면을 기준으로 설명하나 필요시 제2 실시예 또는 제3 실시예의 특징도 설명하기로 한다.
먼저, 도 12와 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 GaAs, 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, 및 Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 기판(105) 위에는 요철 구조(P)가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 기판(105)에 대해 습식세척을 하여 표면의 불순물을 제거할 수 있다.
상기 기판(105) 위에는 버퍼층(113)이 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(113)은 상기 발광구조물(110)의 재료와 기판(105)의 격자 부정합을 완화시켜 줄 수 있으며, 버퍼층(113)의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(113) 위에는 언도프드(undoped) 반도체층(미도시)이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
이후, 상기 기판(105) 또는 상기 버퍼층(113) 상에 제1 도전형 제1 반도체층(112), 활성층(114) 및 제2 도전형 제3 반도체층(116)을 포함하는 발광구조물(110)이 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형 제1 반도체층(112)은 반도체 화합물, 예를 들어 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 제1 도전형 제1 반도체층(112)이 n형 반도체층인 경우, n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 도전형 제1 반도체층(112)은 InxAlyGa1-x-yP (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1) 또는 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형 제1 반도체층(112)은 AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형 제1 반도체층(112)은 화학증착방법(CVD) 혹은 분자선 에피택시 (MBE) 혹은 스퍼터링 혹은 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 등의 방법을 사용하여 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 5 및 도 6과 같이, 상기 제1 도전형 제1 반도체층(112)과 상기 활성층(114) 사이에 제1 도전형 제2 반도체층(111)이 더 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 도전형 제1 반도체층(112)은 n형 AlInGaP 계열층을 포함할 수 있고, 상기 제1 도전형 제2 반도체층(111)은 AlInP 계열층(111b)/AlInGaP 계열층(111a)의 초격자구조를 포함할 수 있다.
상기 AlInP 계열층(111b)/AlInGaP 계열층(111a)의 초격자구조는 10페어 내지 14페어로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 10페어 미만시 광도향상에 기여도가 미비할 수 있으며, 14페어 초과시 전자이동도가 과도하게 저하되어 오히려 광도에 부정적 영향을 미칠 수 있다.
실시예에 의하면, 전자가 이온화되었을 때 AlInP 계열층(111b)/AlInGaP 계열층(111a)의 초격자 구조에서 전자가 냉각되어 활성층(114)에 더 많은 발광재결합이 발생될 수 있어, 광도 저하를 방지하여 광도를 향상시킬 수 있다.
다음으로, 제1 도전형 제1 반도체층(112) 또는 제1 도전형 제2 반도체층(111) 상에 활성층(114)이 형성된다.
상기 활성층(114)은 제1 도전형 제1 반도체층(112)을 통해서 주입되는 전자와 이후 형성되는 제2 도전형 제3 반도체층(116)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(발광층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
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.
상기 활성층(114)은 우물층(114a)/장벽층(114b) 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(114)은 GaInP/AlGaInP, GaP/AlGaP, InGaP/AlGaP, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs/AlGaAs, InGaAs/AlGaAs 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 우물층(114a)은 상기 장벽층(114b)의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 제2 도전형 제3 반도체층(116)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다
예를 들어, 상기 제2 도전형 제3 반도체층(116)은 InxAlyGa1-x-yP (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1) 또는 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 제3 반도체층(116)이 p형 반도체층인 경우, p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
실시예에서 상기 제1 도전형 제1 반도체층(112)은 n형 반도체층, 상기 제2 도전형 제3 반도체층(116)은 p형 반도체층으로 구현할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 실시예에서 상기 제1 도전형 제1 반도체층(112)은 p형 반도체층, 상기 제2 도전형 제3 반도체층(116)은 n형 반도체층으로 구현될 수도 있다.
또한 상기 제2 도전형 제3 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 구현될 수 있다.
다음으로, 제2 도전형 제3 반도체층(116) 상에 제2 도전형 제4 반도체층(124), 제2 도전형 제5 반도체층(125)이 형성될 수 있다.
상기 제2 도전형 제3 반도체층(116)은 p형 AlGaInP 계열층을 포함할 수 있고, 상기 제2 도전형 제4 반도체층(124)은 p형 GaInP 계열층을 포함할 수 있으며, 제2 도전형 제5 반도체층(125)은 p형 GaP 계열층을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 제4 반도체층(124)은 p형 Ga0.7In0.3P층을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면 상기 제2 도전형 제3 반도체층(116)과 상기 제2 도전형 제5 반도체층(125)의 물질의 중간영역의 물질을 포함한 제2 도전형 제4 반도체층(124)을 구비함으로써 제2 도전형 제5 반도체층(125)에서의 응력을 약 1.5% 미만으로 줄여서 신뢰성을 향상시키고 광도를 향상시킬 수 있다.
또한 도 9 또는 도 10과 같이, 실시예는 제2 도전형 제4 반도체층(124) 상면에 소정의 패턴(R)을 형성하여 제2 도전형 제5 반도체층(125)과의 접촉면적을 증가시켜 인장응력을 최소화할 수 있다.
다음으로 도 13과 같이, 제1 도전형 제1 반도체층(112)이 일부 노출되도록 그 상측에 배치된 구성을 일부 제거할 수 있다. 이러한 공정은 습식식각 또는 건식식각에 의할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로 도 14와 같이, 제2 전극(152)이 형성될 위치에 전류차단층(130)이 형성될 수 있다. 상기 전류차단층(130)은 비도전형 영역, 제1 도전형 이온주입층, 제1 도전형 확산층, 절연물, 비정질 영역 등을 포함하여 형성할 수 있다.
다음으로, 전류차단층(130)이 형성된 제2 도전형 제5 반도체층(125) 상에 투광성 전극층(140)이 형성될 수 있다. 상기 투광성 전극층(140)은 오믹층을 포함할 수 있으며, 정공주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 혹은 금속합금, 금속산화물 등을 다중으로 적층하여 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 투광성 전극층(140)은 반도체와 전기적인 접촉인 우수한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 투광성 전극층(140)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.
이후, 발광구조물(110) 측면 및 투광성 전극층(140)의 일부에 절연층 등으로 패시베이션층(160)이 형성될 수 있다. 상기 패시베이션층(160)은 제1 전극(151)이 형성될 영역은 노출할 수 있다.
다음으로, 도 15와 같이 상기 전류차단층(130)과 중첩되도록 상기 투광성 전극층(140) 상에 제2 전극(152)을 형성하고, 노출된 제1 도전형 제1 반도체층(112) 상에 제1 전극(151)을 형성하여 실시예에 따른 적색 발광소자를 제조할 수 있다. 상기 제1 전극(151) 또는 제2 전극(152)은 티탄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 중 적어도 어느 하나로 형성될 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 따른 적색 발광소자는 패키지 형태로 복수개가 기판 상에 어레이될 수 있으며, 발광소자 패키지에서 방출되는 광의 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다.
도 16은 실시예들에 따른 적색 발광소자가 설치된 발광소자 패키지(200)를 설명하는 도면이다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지(200)는 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 적색 발광소자(100)와, 형광체(232)를 구비하여 상기 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(230)를 포함할 수 있다.
상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 적색 발광소자(100)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)은 상기 적색 발광소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 역할을 할 수 있으며, 상기 적색 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 적색 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.
실시예에 따른 적색 발광소자는 백라이트 유닛, 조명 유닛, 디스플레이 장치, 지시 장치, 램프, 가로등, 차량용 조명장치, 차량용 표시장치, 스마트 시계 등에 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 17은 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.
제1 도전형 제1 반도체층(112), 제1 도전형 제2 반도체층(111),
활성층(114), 제2 도전형 제3 반도체층(116),
제2 도전형 제4 반도체층(124), 제2 도전형 제5 반도체층(125),
GaP층(125a), InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)(125b)

Claims (12)

  1. 제1 도전형 제1 반도체층;
    상기 제1 도전형 제1 반도체층 상에 활성층;
    상기 활성층 상에 제2 도전형 제3 반도체층;
    상기 제2 도전형 제3 반도체층 상에 제2 도전형 제4 반도체층; 및
    상기 제2 도전형 제4 반도체층 상에 제2 도전형 제5 반도체층;을 포함하고,
    상기 제2 도전형 제5 반도체층은,
    제1 GaP층들;
    상기 제1 GaP층들 사이에 위치되는 제2 GaP층들; 및
    상기 제2 GaP층들 사이에 위치되는 InxGa1-xP층들(단, 0≤x≤1)을 포함하고,
    상기 제1 GaP층들 각각은 제1 농도의 제2 도전형 도펀트를 가지고,
    상기 제2 GaP층들 각각은 상기 제1 농도보다 낮은 제2 농도의 제2 도전형 도펀트를 가지며,
    상기 InxGa1-xP층들 각각은 상기 제2 농도보다 낮은 제3 농도의 제2 도전형 도펀트를 갖는 적색 발광소자.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제3 농도의 상기 제2 도전형 도펀트는 0인 적색 발광소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 제1 반도체층 상에 제1 도전형 제2 반도체층을 더 포함하는 적색 발광소자.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 제2 반도체층은
    AlInP 계열층/AlInGaP 계열층의 초격자구조를 포함하는 적색 발광소자.
  6. n형 AlInGaP 계열의 제1 반도체층;
    상기 n형 AlInGaP 계열의 제1 반도체층 상에 활성층;
    상기 활성층 상에 p형 AlInGaP 계열의 제3 반도체층;
    상기 p형 AlInGaP 계열의 제3 반도체층 상에 p형 GaInP 계열층의 제4 반도체층; 및
    상기 p형 GaInP 계열층의 제4 반도체층 상에 p형 GaP 계열의 제5 반도체층;을 포함하고,
    상기 p형 GaP 계열의 제5 반도체층은,
    제1 GaP층들;
    상기 제1 GaP층들 사이에 위치되는 제2 GaP층들; 및
    상기 제2 GaP층들 사이에 위치되는 InxGa1-xP층들(단, 0≤x≤1)을 포함하고,
    상기 제1 GaP층들 각각은 제1 농도의 상기 제2 도전형 도펀트를 가지고,
    상기 제2 GaP층들 각각은 상기 제1 농도보다 낮은 제2 농도의 상기 제2 도전형 도펀트를 가지며,
    상기 InxGa1-xP층들 각각은 상기 제2 농도보다 낮은 제3 농도의 상기 제2 도전형 도펀트를 갖는적색 발광소자.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 p형 GaInP 계열층의 제4 반도체층에 패턴을 구비하는 적색 발광소자.
  8. 삭제
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 제3 농도의 상기 제2 도전형 도펀트는 0인 적색 발광소자.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 n형 AlInGaP 계열의 제1 반도체층 상에 n형 제2 반도체층을 더 포함하는 적색 발광소자.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 n형 제2 반도체층은
    AlInP 계열층/AlInGaP 계열층의 초격자구조를 포함하는 적색 발광소자.
  12. 제1 항, 제3항 내지 제7항, 제9항 내지 제11 항 중 어느 하나의 적색 발광소자를 구비하는 발광유닛을 포함하는 조명시스템.
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