KR102510591B1 - 발광소자 및 발광 소자 패키지 - Google Patents

발광소자 및 발광 소자 패키지 Download PDF

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Abstract

실시예는 발광 소자를 개시한다. 개시된 발광 소자는, 제1도전형 반도체층, 제2도전형 반도체층, 및 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광 구조물을 포함한다. 제1전극은 상기 발광 구조물 위에 배치되며 제2전극은 발광 구조물 아래에 배치된다. 전류 블록킹층은 발광 구조물 아래에 반사층을 갖고 배치될 수 있다. 상기 반사층은 상기 제1전극과 대응되는 영역에 배치되며 제2전극과 절연될 수 있다.

Description

발광소자 및 발광 소자 패키지{LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE}
실시 예는 발광소자 및 발광소자 패키지에 관한 것이다.
Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체(group Ⅲ-Ⅴ nitride semiconductor)는 물리적, 화학적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD) 등의 발광 소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다. Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체는 통상 InxAlyGa1 -x- yN (0≤≤x≤≤1, 0≤≤y≤≤1, 0≤≤x+y≤≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어져 있다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 빛으로 변환시켜서 신호를 주고 받거나, 광원으로 사용되는 반도체 소자의 일종이다.
이러한 질화물 반도체 재료를 이용한 LED 혹은 LD는 광을 얻기 위한 발광 소자에 많이 사용되고 있으며, 핸드폰의 키 패드 발광부, 표시 장치, 전광판, 조명 장치 등 각종 제품의 광원으로 응용되고 있다.
실시 예는 발광 구조물 아래의 반사 면적을 개선한 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 발광 구조물의 아래에, 상기 발광 구조물 상에 배치된 제1전극과 대응되는 전류 블록킹층 내에 반사층을 배치한 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 발광 구조물 위에 제1전극 및 아래에 제2전극을 갖고, 발광 구조물 아래의 반사 면적을 개선한 발광 소자를 제공한다.
실시예에 따른 발광 소자는, 제1도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층 아래에 제2도전형 반도체층, 및 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광 구조물; 상기 발광 구조물 위에 제1전극; 상기 발광 구조물 아래에 복수의 오픈 영역을 갖는 전류 블록킹층; 상기 전류 블록킹층 내에 배치된 반사층; 상기 전류 블록킹층의 오픈 영역에 배치되며 상기 제2도전형 반도체층에 접촉된 전도층, 및 상기 전도층의 아래 및 상기 전류 블록킹층의 오픈 영역에 배치된 반사 전극층을 포함하는 제2전극; 및 상기 제2전극 아래에 지지 부재를 포함한다.
실시예는 발광 소자 내의 반사 면적을 개선할 수 있다.
실시 예는 발광 소자 내의 반사 면적 증가로 인한 광 추출 효율이 개선될 수 있다.
실시예는 대면적의 발광 소자 내에서의 전류 블록킹층에 의한 광 손실을 줄여줄 수 있다.
실시 예는 발광 소자 및 이를 구비한 발광 소자 패키지의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 측 단면도이다.
도 2는 도 1의 발광 소자의 제1전극의 패턴을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 발광 소자의 A-A측 단면도이다.
도 4는 도 1의 발광 소자의 센터 영역의 전류 블록킹 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 발광 소자의 에지 영역의 전류 블록킹 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1의 발광 소자의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 실시 예에 따른 발광 소자를 구비한 발광소자 패키지를 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 실시예에 따른 발광소자에 대해서 상세하게 설명한다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다.
도 1은 제1실시 예에 따른 발광소자를 나타낸 측 단면도이다.
도 1을 참조하면, 발광소자(100)는 복수의 화합물 반도체층(41,43,45)을 갖는 발광 구조물(40), 발광 구조물(40) 상에 제1전극(90), 상기 발광 구조물(40) 아래에 전류 블록킹층(163) 및 제2전극(170), 상기 제2전극(170) 아래에 지지 부재(173)를 포함한다.
상기 발광소자(100)는 화합물 반도체 예컨대, Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체를 포함하는 LED(Light emitting diode)로 구현될 수 있으며, 상기 LED는 청색, 녹색, 또는 적색 등과 같은 광을 방출하는 가시 광선 대역의 LED이거나 자외선 대역의 UV LED일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 구조물(40)은 제 1도전형 반도체층(41), 상기 제1도전형 반도체층(41) 아래에 활성층(43), 및 상기 활성층(43) 아래에 제 2도전형 반도체층(45)을 포함한다.
상기 제 1도전형 반도체층(41)은 제1도전형 도펀트가 도핑된 III족-V족 원소의 화합물 반도체 예컨대, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(41)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤≤x≤≤1, 0≤≤y≤≤1, 0≤≤x+y≤≤1)의 조성식을 갖는 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(41)이 n형 반도체층일 수 있으며, 제1도전형의 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(41)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1도전형 반도체층(41)의 상면은 광 추출 효율을 위해 광 추출 구조(47)와 같은 러프니스 또는 패턴이 형성될 수 있으며, 또한 전류 확산과 광 추출을 위해 투명한 전극층이 선택적으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 활성층(43)은 상기 제1도전형 반도체층(41) 아래에 배치되며, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자우물 구조, 양자 선(Quantum-wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 상기 활성층(43)은 Ⅲ족-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 갖는 우물층과 장벽층이 교대로 배치될 수 있다. 상기 우물층과 상기 장벽층의 페어는 2주기 내지 30주기로 형성될 수 있다. 상기 우물층은 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 배치될 수 있다. 상기 장벽층은 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 상기 우물층/장벽층의 주기는 예를 들어, InGaN/GaN, GaN/AlGaN, AlGaN/AlGaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN, GaAs/AlGaAs, InGaAs/GaAs, InGaP/GaP, InGaP/AlInGaP, InP/GaAs의 페어 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 활성층(43)의 위 또는/및 아래에는 제1도전형 또는/및 제2도전형 클래드층이 형성될 수도 있으며, 상기 제1 도는 제2도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있다. 상기 제1,2도전형 클래드층의 밴드 갭은 상기 활성층(43)의 장벽층의 밴드 갭보다 넓을 수 있다.
상기 제 2도전형 반도체층(45)은 상기 활성층(43) 아래에 배치될 수 있다. 상기 제 2도전형 반도체층(45)은 제2도전형 도펀트가 도핑된 III족-V족 원소의 화합물 반도체 예컨대, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(45)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤≤x≤≤1, 0≤≤y≤≤1, 0≤≤x+y≤≤1)의 조성식을 갖는 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(45)은 p형 반도체층일 수 있으며, 상기 제2도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트를 포함한다. 상기 제2도전형 반도체층(45)은 단층 또는 다층으로 배치될 수 있고, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 구조물(40)의 외측은 경사지거나 수직하게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 발광 구조물(40)의 측면 경사 구조로 인해 상기 발광 구조물(40)의 상면 너비는 하면 너비보다 넓을 수 있다. 이러한 상기 발광 구조물(40)의 측면 경사 구조는 진행하는 광의 임계각도를 변화시켜 주어 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 발광 구조물(40)은 상기 제 2도전형 반도체층(45) 아래에 제1도전형의 반도체층을 더 포함할 수 있으며, 상기 제1도전형의 반도체층은 상기 제2도전형 반도체층과 반대의 극성을 가질 수 있다. 다른 예로서, 상기 제 1도전형 반도체층(41)이 p형 반도체층이고, 상기 제 2도전형 반도체층(45)이 n형 반도체층으로 구현될 수도 있다. 이에 따라 상기 발광 구조물(40)은 n-p 접합, p-n 접합, n-p-n 접합, 및 p-n-p 접합 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 상기 발광 구조물(40)의 최하층은 제2도전형 반도체층(45)이 배치된 예로 설명하기로 한다.
상기 발광 구조물(40)의 표면에는 절연층(81)이 형성될 수 있다. 상기 절연층(81)은 상기 제1도전형 반도체층(41)의 상면, 상기 발광 구조물(40)의 측벽에 배치될 수 있다. 상기 절연층(81)은 상기 발광 구조물(40)의 외측에 배치된 전류 블록킹층(163)의 상면에 연장될 수 있다. 상기 절연층(81)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체층의 굴절률보다는 낮은 굴절률을 갖는 층이며, 그 물질은 SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 선택될 수 있다.
상기 제1전극(90)은 상기 제 1도전형 반도체층(41) 위에 배치될 수 있다. 상기 제1전극(90)은 도 2와 같이, 제1패드(90A)와 상기 제1패드(90A)에 연결된 전극 패턴(91,92)를 포함할 수 있다. 상기 제1패드(90A)는 에지 영역 또는 모서리 영역에 하나 또는 복수로 배치될 수 있다. 상기 전극 패턴(91,92)은 십자형 패턴, 직선형 형상, 곡선 형상, 또는 격자 형상 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 예컨대 실시 예의 전극 패턴(91,92)의 외 형상은 격자 형상을 포함할 수 있다. 상기 전극 패턴(91,92)는 센터 영역에 배치된 제1전극 패턴(91)과 에지 영역에 배치된 제2전극 패턴(92)을 포함하며, 상기 제1,2전극 패턴(91,92)의 폭은 서로 동일할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1,2전극 패턴(91,92)의 하면은 상기 광 추출 구조(47)에 의해 요철 형상으로 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1전극(90)은 상기 제1도전형 반도체층(41)의 상면에 접촉될 수 있다. 상기 제1패드(90A) 및 전극 패턴(91,92)은 제1도전형 반도체층(41)의 상면에 접촉될 수 있다. 상기 제1전극(90)은 탑뷰 형상을 보면, 패드(90A)는 하나 또는 복수개가 배치될 수 있으며, 복수의 패드(90A)는 서로 다른 영역에 배치될 수 있다. 여기서, 상기 제1전극 패턴(91)은 패드(90A)의 일부 이거나 상기 패드(90A)일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1,2전극 패턴(91,92) 중 일부 예컨대, 제1전극 패턴(91)의 표면은 절연층(81)이 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 절연층(81)은 상기 제1전극 패턴(91)의 상면 및 측면에 배치되어, 입사되는 광의 흡수를 줄일 수 있고, 상기 제1전극 패턴(91)을 보호할 수 있다. 상기 제1전극 패턴((91)의 표면에는 절연층(81)이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 실시 예는 패드(90A)를 제외한 전극 패턴의 표면에 절연층(81)을 덮어 전극 패턴을 보호할 수 있다.
여기서, 도 2는 도 1의 전극(90) 측에서 바라본 형상으로서, 전극(90)과 반사 전극층(167)의 영역을 비교한 구성이다. 도 1 및 도 2와 같이, 상기 전극 패턴(91,92)은 발광 구조물(40)의 내측 영역 상에 배치된 제1전극 패턴(91)과, 발광 구조물(40)의 에지 영역을 따라 배치된 제2전극 패턴(92)을 포함할 수 있다. 상기 제1,2전극 패턴(91,92)은 서로 연결될 수 있으며, 상기 제1패드(90A)에 연결될 수 있다. 상기 제1,2전극 패턴(91,92)은 탑뷰 형상을 보면, 라인 형상, 직선 형상, 곡선 형상 또는 격자 형상 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 실시 예는 격자 형상의 예로 설명하기로 한다. 도 2와 같이, 상기 제1,2전극 패턴(91,92) 사이의 영역(R1)에는 반사 전극층(167)의 영역이 수직 방향으로 배치될 수 있다. 상기 제1전극(90)은 Cr, Ti, Al, In, Ta, Pd, Co, Ni, Si, Ge, Ag, Cu 및 Au 중 어느 하나 또는 복수의 물질을 포함하여 단층 또는 다층으로 형성할 수 있다.
상기 제2전극(170)은 상기 발광 구조물(40) 아래에 배치될 수 있다. 상기 전류 블록킹층(163)은 상기 제2전극(170)과 상기 발광 구조물(40) 사이의 영역에 배치될 수 있다. 상기 전류 블록킹층(163)은 복수의 오픈 영역(151)을 갖는다. 상기 복수의 오픈 영역(151)은 서로 이격되게 배치될 수 있다.
여기서, 도 3의 도 1의 발광 소자(100)의 A-A측 단면도이다. 도 1 및 도 3과 같이, 상기 복수의 오픈 영역(151)은 상기 제1전극(90)과 수직 방향으로 오버랩되지 않는 반사 전극층(167)의 영역(R2)보다 큰 영역으로 배치될 수 있다. 여기서, 도 2에서 전극 패턴(91,92) 사이의 영역(R1)은 도 3에 도시된 반사 전극층(167)의 영역(R2)과 대응되는 크기를 가질 수 있다.
상기 전류 블록킹층(163)은 직선 형상, 곡선 형상, 십자 형상 또는 격자 형상으로 배열될 수 있다. 실시 예에 따른 전류 블록킹층(163)은 격자 형상으로 배열될 수 있다. 실시 예에 따른 전류 블록킹층(163)은 상기 제1전극(90)과 대응되는 형상 또는 대응되는 패턴 형상으로 형성될 수 있다. 도 1 및 도 4와 같이, 상기 전류 블록킹층(163)은 상기 제1전극(90)과 수직 방향으로 오버랩될 수 있으며, 상기 제1전극(90)의 패턴 폭(E1)보다 넓은 폭(D4)을 가질 수 있다. 상기 전류 블록킹층(163)의 위치는 상기 제1전극(90)과 대응되는 위치에 배치되고, 상기 전류 블록킹층(163)의 적어도 일부는 상기 제1전극(90)의 하면과 상기 발광 구조물(40)의 두께 방향으로 오버랩되는 구조로 배치될 수 있다. 상기 전류 블록킹층(163)은 상면 면적 중 상기 제1전극(90)의 하면 면적과 80% 이상이 오버랩되는 영역에 배치될 수 있다. 상기 전류 블록킹층(163)의 상면 전 영역은 상기 제1전극(90)의 하면 전 영역보다 큰 면적을 가지게 되므로, 전류 블록킹을 효과적으로 수행할 수 있다.
상기 상기 전류 블록킹층(163)은 상기 제1전극(90)으로 전달되는 전류의 경로를 변화시켜 줄 수 있다. 이러한 전류 블록킹층(163)은 제2전극(170)을 통해 전달되는 전류를 상기 제1전극(90)과의 최단 거리로 흐르는 것을 차단하여, 전류가 흐르는 경로를 변경하여 전류 흐름을 확산시켜 줄 수 있다. 상기 전류 블록킹층(163)은 절연 물질로 형성될 수 있다. 상기 절연 물질은 SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiO2 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층으로 형성할 수 있다.
상기 전류 블록킹층(163)은 반사층(161)을 포함할 수 있다. 상기 반사층(161)은 상기 전류 블록킹층(163)과 다른 물질로 형성될 수 있다. 상기 반사층(161)은 금속 재질로 형성될 수 있으며, 예컨대, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질을 선택적으로 이용하여 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 반사층(161)은 상기 활성층(43)으로부터 방출된 광에 대한 반사율이 70% 이상인 물질로 형성될 수 있다. 상기 반사층(161)은 상기 제2전극(170)과 비 접촉되며 전기적으로 연결되지 않을 수 있다. 상기 반사층(161)은 상기 제2도전형 반도체층(45)의 하면과 접촉될 수 있다. 상기 반사층(161)은 상기 제1전극(90)과 수직 방향으로 대응되는 영역에 배치될 수 있다. 도 3과 같이, 상기 반사층(161)은 상기 오픈 영역(151) 내에 상기 오픈 영역(151)의 크기보다는 작은 크기로 배치될 수 있다. 도 4 및 도 5와 같이, 상기 반사층(161)은 상기 제1전극(90)의 전극 패턴(91,92)과 대응되는 패턴을 가질 수 있다. 상기 전류 블록킹층(163) 내에서 상기 반사층(161)의 폭(D1)은 상기 제1전극(90)의 전극 패턴(91,92)의 폭(E1)보다는 작을 수 있다. 이러한 반사층(161)은 상기 전류 블록킹층(163) 내에 배치됨으로써, 상기 발광 구조물(40) 아래의 반사 면적을 증가시켜 줄 수 있다. 이는 LED 칩이 대면적 예컨대, 1mm ⅹ 1mm 이상인 경우, 상기 전류 블록킹층(163) 내에 반사층(161)이 없는 경우 상기 전류 블록킹층(163)에 의한 광 손실이 증가될 수 있다. 실시 예는 대면적의 LED 칩에서 상기 전류 블록킹층(163) 내의 면적 증가에 비례하여 반사층(161)에 의한 반사 면적도 증가시켜 줄 수 있다. 또한 상기 반사층(161)이 전류 블록킹층(163) 내에서 입사되는 광을 반사하게 됨으로써, 반사 전극층(167) 만을 이용한 것보다는 광 효율이 개선될 수 있다.
상기 반사층(161)의 두께는 상기 전류 블록킹층(163)의 80% 이하 예컨대 75% 이하가 될 수 있다. 예컨대, 상기 전류 블록킹층(163)의 두께는 600nm 이상 예컨대, 600nm 내지 800nm의 범위일 수 있으며, 상기 범위보다 작은 경우 반사층(161)의 두께가 얇아져 반사 효과가 저하될 수 있고, 상기 범위보다 큰 경우 전류 블록킹의 개선이 미미할 수 있다. 상기 반사층(161)의 두께는 550nm 이하 예컨대, 525nm 이하일 수 있다. 상기 반사층(161)의 두께가 상기 두께보다 두꺼운 경우 광 반사 효율의 개선이 미미하며, 전류 블록킹층(163)의 두께 증가의 원인이 될 수 있다.
상기 반사층(161)과 상기 제2전극(170) 사이에는 상기 전류 블록킹층(163)이 배치될 수 있다. 상기 전류 블록킹층(163)은 상기 반사층(161)과 상기 제2전극(170) 사이의 접촉을 차단할 수 있다. 상기 전류 블록킹층(163)은 상기 전도층(165)과 상기 반사층(161) 사이에 배치될 수 있다. 상기 전류 블록킹층(163)은 상기 전도층(165)과 상기 반사층(161) 사이의 접촉을 차단할 수 있다.
상기 전류 블록킹층(163)은 측 단면에서 보면, 상부에 리세스(153)를 갖고 상기 리세스(153) 내에 상기 반사층(161)이 배치된 구조를 가질 수 있다. 상기 반사층(161)은 상기 전류 블록킹층(163)의 리세스(153) 내에 매립된 형태로 배치될 수 있다. 상기 반사층(161)의 상면은 상기 전류 블록킹층(163)의 상면과 동일 수평 면으로 배치될 수 있다.
도 1, 4, 5를 참조하면, 상기 전류 블록킹층(163)은 제1블록킹 영역(61)과 제2블록킹 영역(62)을 포함할 수 있으며, 상기 제1블록킹 영역(61)은 상기 제1전극(90)의 제1전극 패턴(91)들과 대응되는 영역으로서 내부 영역일 수 있으며, 상기 제2블록킹 영역(62)은 상기 제1전극(90)의 제2전극 패턴(92)들과 대응되는 영역으로서 외부 영역일 수 있다. 도 4와 같이, 상기 제1블록킹 영역(61)의 폭(D4)은 상기 제1전극 패턴(91)의 폭(E1)보다 넓을 수 있으며, 50㎛ 이상 예컨대, 50㎛ 내지 100㎛의 범위일 수 있다. 상기 제1블록킹 영역(61)의 폭(D1)이 상기 범위보다 작은 경우 전류 블록킹이 미미하며 상기 범위보다 큰 경우 전기적인 특성이 저하될 수 있다. 상기 반사층(161)의 폭(D1)은 상기 제1전극 패턴(91)의 폭(E1)보다는 작거나 같을 수 있으며, 예컨대 90㎛ 이하 예컨대, 40㎛ 내지 90㎛ 범위일 수 있다. 상기 반사층(161)의 폭(D1)이 상기 범위보다 작은 경우 반사 효율의 개선이 미미하며 상기 범위보다 큰 경우 전기적인 특성이 저하될 수 있다.
상기 제1블록킹 영역(61)에서 상기 반사층(161)과 제1전극(170) 사이의 간격(D2)은 5㎛ 이상일 수 있으며, 상기 간격(D2)이 5㎛ 미만일 경우 인접한 제2전극(170)과의 전기적인 간섭이 발생될 수 있다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 상기 전류 블록킹층(163)의 제2블록킹 영역(62)은 상기 발광 구조물(40)에 접촉되는 제1영역(63)과 상기 발광 구조물(40)의 측벽보다 외측에 배치된 제2영역(65)을 포함하며, 상기 제1영역(63)은 전류를 블록킹하는 영역일 수 있으며, 상기 제2영역(65)은 상기 발광 구조물(40)의 외측 둘레를 보호하는 보호 영역일 수 있다. 상기 제2블록킹 영역(62) 내에서 반사층(161)은 제2전극(170)과의 수평한 간격(D2)이 5㎛ 이상일 수 있으며, 상기 간격(D2)이 5㎛ 미만일 경우 인접한 제2전극(170)과의 전기적인 간섭이 발생될 수 있다. 상기 반사층(161)은 상기 제2블록킹 영역(62)의 외측과의 간격(D3)이 간격(D2)과 같거나 더 클 수 있으며(D2≤D3), 이는 제2영역(65)이 상기 발광 구조물(40)의 측벽보다 외측으로 연장되어 칩을 보호할 수 있다. 상기 제2영역(65)은 절연층(81)과 제2전극(170)의 캡핑층(169) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2블록킹 영역(62)은 상기 절연층(81)과 접촉될 수 있다. 상기 제2블록킹 영역(62) 내의 반사층(161)은 상기 발광 구조물(40)의 영역 아래 예컨대, 상기 발광 구조물(40)의 측벽보다 내측에 배치될 수 있다. 만약, 반사층(161)이 상기 발광 구조물(40)의 측벽보다 외측에 노출될 경우, 제조 공정 시 또는 제조 후 금속성 물질의 반사층(161)에 의한 문제가 발생될 수 있다. 예컨대, 반사층(161)이 노출될 경우 칩 분리 과정에서 반사층(161)에 레이저가 조사되는 문제가 있고, 또한 반사층(161)을 따라 습기가 침투하는 문제가 있다.
상기 전류 블록킹층(163)의 제2블록킹 영역(62)의 폭(D5)은 도 4의 제1블록킹 영역(61)의 폭(D4)보다 클 수 있으며, 상기 제2블록킹 영역(62) 내의 반사층(161)의 폭(D1)는 상기 제1블록킹 영역(61) 내의 반사층(161)의 폭(D1)과 동일하거나 더 넓을 수 있다. 이러한 전류 블록킹층(163) 내에 반사층(161)을 배치함으로써, 전류 블록킹과 함께 반사 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
도 1과 같이, 상기 제2전극(170)은 상기 발광 구조물(40) 아래에 배치될 수 있다. 상기 제2전극(170)은 전도층(165), 반사 전극층(167), 캡핑층(169), 및 접합층(171)을 포함할 수 있다. 상기 제2전극(170)은 지지 부재(173)를 포함할 수 있으며, 상기 지지 부재(173)는 전도성 재질로 형성될 수 있다.
상기 전도층(165)은 상기 제2도전형 반도체층(45) 아래에 배치될 수 있다. 상기 전도층(165)은 상기 반사 전극층(167)과 상기 제2도전형 반도체층(45) 사이에 배치될 수 있다. 상기 전도층(165)은 상기 전류 블록킹층(163)의 오픈 영역(151)에 배치될 수 있다. 상기 전도층(165)은 상기 복수의 오픈 영역(151) 내에서 상기 제2도전형 반도체층(45)의 하면에 접촉될 수 있다. 상기 전도층(165)은 상기 전류 블록킹층(163) 아래에 배치될 수 있다. 상기 전도층(165)의 폭은 상기 발광 구조물(40)의 폭보다 작을 수 있다. 상기 전도층(165)의 외곽부는 상기 제2전극(170)의 외측으로 노출되지 않을 수 있다.
상기 전도층(165)의 물질은 전도성 산화물, 또는 전도성 질화물, 또는 금속을 포함하며, 예컨대 ITO(Indium Tin Oxide), ITON(ITO Nitride), IZO(Indium Zinc Oxide), IZON(IZO Nitride), AZO(Aluminum Zinc Oxide), AGZO(Aluminum Gallium Zinc Oxide), IZTO(Indium Zinc Tin Oxide), IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGTO(Indium Gallium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IZON(IZO Nitride), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, Pt, Ag, Ti 중에서 적어도 하나로 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
상기 반사 전극층(167)은 상기 전도층(165) 아래에 배치될 수 있다. 상기 반사 전극층(167)은 도 3과 같이, 전류 블록킹층(163)의 상기 오픈 영역(151) 내에 각각 배치되고 반사층(161)과는 이격되게 배치될 수 있다. 상기 각 오픈 영역(151) 내에서의 반사 전극층(167)은 가로 및 세로의 비율(B1:B2)이 서로 동일하거나 다를 수 있다. 이는 상기 반사층(161)의 패턴이나 도 2의 전극 패턴(91,92)의 형상에 따라 달라질 수 있다. 상기 반사 전극층(167)은 상기 전도층(165)과 상기 캡핑층(169) 사이에 배치될 수 있다. 상기 반사 전극층(167)은 상기 전류 블록킹층(163)의 복수의 오픈 영역(151)에 배치될 수 있다. 상기 반사 전극층(167)은 상기 전도층(165)의 하면 전체 또는 하면 일부에 배치될 수 있다. 상기 반사 전극층(167)은 상기 전도층(165)과 전기적으로 연결되며, 전원을 공급하게 된다. 상기 반사 전극층(167)의 폭은 상기 발광 구조물(40)의 폭과 동일하거나 작을 수 있다.
상기 반사 전극층(167)의 외곽부는 상기 제2전극(170)의 외측에 노출되지 않게 배치되며, 상기 반사 전극층(167)의 물질에 의한 상기 발광 구조물(40)의 외측 영역에서의 손해를 방지할 수 있다. 상기 반사 전극층(167)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질을 선택적으로 이용하여 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 반사 전극층(167)은 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 물질을 이용하여 단층 또는 다층으로 형성할 수 있으며, IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 조합하여 다층으로 적층할 수도 있다. 상기 반사 전극층(167)은 상기 반사층(161)과 동일한 물질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시 예에 따른 발광 소자(100)는 상기 반사 전극층(167)과 상기 반사층(161)이 차지하는 면적은 상기 발광 구조물(40)의 하면 면적의 90% 이상 예컨대, 92%일 수 있다. 이는 대면적의 LED 칩에서 반사 전극층(167) 사이의 영역에 반사층(161)을 갖는 전류 블록킹층(163)을 배치함으로써, 반사 면적을 극대화할 수 있다. 이러한 반사 면적이 증가됨으로써, 광 출력은 개선될 수 있다.
상기 캡핑층(169)은 상기 반사 전극층(167) 아래에 배치될 수 있다. 상기 캡핑층(169)은 상기 반사 전극층(167) 및 상기 전도층(165)의 폭보다는 넓은 폭으로 형성될 수 있다. 상기 캡핑층(169)의 외곽부(169B)는 상기 반사 전극층(167)의 외곽부에 배치될 수 있다. 상기 캡핑층(169)의 외곽부(169B)는 상기 반사 전극층(167) 및 상기 전도층(165)의 외곽부에 배치될 수 있다. 상기 캡핑층(169)은 금속 물질로 형성될 수 있으며, 예컨대 Ti, Ni, Pt, Pd, Rh, Ir, W 및 이들 중 어느 하나를 포함하는 합금 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 접합층(171)은 상기 캡핑층(169) 아래에 배치될 수 있다. 상기 접합층(171)은 상기 지지 부재(173)와 상기 캡핑층(169)을 접합시켜 줄 수 있다. 상기 접합층(171)은 본딩 금속 예를 들어, Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag 또는 Ta 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 접합층(171)의 폭은 상기 반사 전극층(167)의 폭 또는 상기 발광 구조물(40)의 폭보다는 넓을 수 있다. 상기 접합층(171)의 폭은 상기 캡핑층(169)의 폭과 동일할 수 있다. 상기 접합층(171)과 상기 반사 전극층(167) 사이의 영역에는 베리어층(미도시)이 배치될 수 있으며, 상기 베리어층은 접합층(171)의 물질이 반사 전극층(167)에 손해를 주는 것을 차단할 수 있다.
상기 지지 부재(173)는 전도성 재질로 형성될 수 있으며, 발광 소자(100)를 지지하는 지지층일 수 있다. 상기 지지 부재는 베이스 기판으로서, 구리(Cu), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브데늄(Mo), 구리-텅스텐(Cu-W)와 같은 금속으로 구현될 수 있다. 또는 상기 지지부재(173)는 캐리어 웨이퍼(예: Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC, SiGe, Ga203, GaN)으로 구현될 수 있다. 다른 예로서, 상기 지지부재(173)는 형성하지 않거나, 전도성 시트로 구현될 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자(100)는 발광 구조물(40) 아래의 금속 재질의 반사층(161) 및 반사 전극층(167)의 면적이 상기 발광 구조물(40)의 하면 면적의 90% 이상으로 배치됨으로써, 광 반사 효율이 개선되고 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 이는 대면적의 LED 칩에서의 광 손실을 줄이고 광 출력을 증가시켜 줄 수 있다.
도 6은 실시 예에 따른 발광 소자의 다른 예이다. 도 6을 설명함에 있어서, 상기에 개시된 구성과 동일한 구성은 상기의 설명을 참조하기로 한다.
도 6을 참조하면, 발광소자는 복수의 화합물 반도체층(41,43,45)을 갖는 발광 구조물(40), 발광 구조물(40) 상에 제1전극(90), 상기 발광 구조물(40) 아래에 전류 블록킹층(163) 및 제2전극(170A), 상기 제2전극(170A) 아래에 지지 부재(173A)를 포함한다.
상기 제2전극(170A)은 발광 구조물(40) 아래에 전도층(165), 전도층(165) 아래에 반사 전극층(167), 상기 반사 전극층(167) 아래에 캡핑층(169), 상기 캡핑층(169) 아래에 접합층(171)을 포함할 수 있다.
상기 전도층(165), 반사 전극층(167), 캡핑층(169) 및 접합층(171) 중 적어도 하나는 상기 발광 구조물의 측벽보다 외측으로 연장되어 노출될 수 있다. 예컨대, 상기 캡핑층(169)의 접촉부(169A)는 상기 발광 구조물(40)의 측벽보다 외측으로 돌출될 수 있다. 상기 캡핑층(169)의 접촉부(169A)는 절연층(81)으로부터 노출될 수 있으며, 상기 접촉부(169A) 상에 제2패드(93)가 배치될 수 있다. 상기 캡핑층(169)의 접촉부(169A)가 제2패드(93)와 동일한 금속일 경우, 상기 제2패드는 제거될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 캡핑층(169)의 접촉부(169A)는 하나 또는 복수개를 구비할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 캡핑층(169)을 통해 제2전극(170A)에 전원이 공급될 경우, 지지 부재(173A)는 절연성 재질이거나 전도성 재질일 수 있다. 상기 절연성 재질은 사파이어 기판(Al2O3), 수지 재질이거나 세라믹 재질일 수 있다. 상기 전도성 재질은 상기에 개시된 금속 재질이거나 캐리어 웨이퍼일 수 있다.
상기와 같은 발광 소자는 패키징된 후 보드 상에 탑재되거나, 보드 상에 탑재될 수 있다. 이후 상기에 개시된 실시 예(들)의 발광 소자를 갖는 발광 소자 패키지 또는 발광 모듈을 설명하기로 한다.
도 7은 실시 예에 따른 발광 소자를 갖는 발광 소자 패키지의 단면도이다.
도 7을 참조하면, 발광 소자 패키지(500)는 몸체(515)와, 상기 몸체(515)에 배치된 복수의 리드 프레임(521,523)과, 상기 몸체(515)에 배치되어 상기 복수의 리드 프레임(521,523)과 전기적으로 연결되는 실시 예에 따른 발광 소자(100)와, 상기 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩 부재(531)를 포함한다.
상기 몸체(515)는 실리콘과 같은 도전성 기판, 폴리프탈아미드(PPA) 등과 같은 합성수지 재질, 세라믹 기판, 절연 기판, 또는 금속 기판(예: MCPCB-Metal core PCB)을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 몸체(515)는 상기 발광 소자(100)의 주위에 캐비티(517) 구조에 의해 경사면이 형성될 수 있다. 또한 몸체(515)의 외면도 수직하거나 기울기를 가지면서 형성될 수 있다. 상기 몸체(515)는 상부가 개방된 오목한 캐비티(517)을 갖는 반사부(513)와 상기 반사부(513)를 지지하는 지지부(511) 구조를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 몸체(515)의 캐비티(517) 내에는 리드 프레임(521,523) 및 상기 발광 소자(100)가 배치된다. 상기 복수의 리드 프레임(521,523)은 상기 캐비티(517) 바닥에 서로 이격된 제1 리드 프레임(521) 및 제2리드 프레임(523)을 포함한다. 상기 발광 소자(100)는 제2리드 프레임(523) 상에 배치되고 연결부재(503)로 제1리드 프레임(521)과 연결될 수 있다. 상기 제1리드 프레임(521) 및 제2리드 프레임(523)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공한다. 상기 연결 부재(503)는 와이어를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1리드 프레임(521) 및 제2 리드 프레임(523)은 상기 발광 소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있다. 이를 위해 상기 제1리드 프레임(521) 및 제2 리드 프레임(523)상에 별도의 반사층이 더 형성될 수 있으나 이에 한정하지 않는다. 또한, 상기 제1,2 리드 프레임(521,523)은 상기 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다. 상기 제1리드 프레임(521)의 리드부(522) 및 상기 제2리드 프레임(523)의 리드부(524)는 몸체(515)의 하면에 배치될 수 있다.
상기 제1 및 제2리드 프레임(521,523)은 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1, 2리드 프레임(521,523)은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 몰딩 부재(531)는 실리콘 또는 에폭시와 같은 수지 재질을 포함하며, 상기 발광 소자(100)를 포위하여 상기 발광 소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩 부재(531)에는 형광체가 포함되어 상기 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다. 상기 형광체는 YAG, TAG, Silicate, Nitride, Oxy-nitride 계 물질 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 형광체는 적색 형광체, 황색 형광체, 녹색 형광체 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 몰딩 부재(531)는 상면이 플랫하거나 오목 또는 볼록한 형상으로 형성할 수 있다.
상기 몰딩 부재(531) 위에는 렌즈가 배치될 수 있으며, 상기 렌즈는 상기 몰딩 부재(531)와 접촉되거나 비 접촉되는 형태로 구현될 수 있다. 상기 렌즈는 오목 또는 볼록한 형상을 포함할 수 있다. 상기 몰딩 부재(531)는 상면이 평평하거나 볼록 또는 오목하게 형성될 수 있으며 이에 한정하지 않는다.
실시 예에 따른 발광소자 또는 발광소자 패키지는 복수 개가 기판 위에 어레이될 수 있으며, 상기 발광소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 렌즈, 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광소자 패키지, 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 상기 라이트 유닛은 탑뷰 또는 사이드 뷰 타입으로 구현되어, 휴대 단말기 및 노트북 컴퓨터 등의 표시 장치에 제공되거나, 조명장치 및 지시 장치 등에 다양하게 적용될 수 있다. 또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함하는 조명 장치로 구현될 수 있다. 예를 들어, 조명 장치는 램프, 가로등, 전광판, 전조등을 포함할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 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 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 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.
40: 발광 구조물
41: 제1도전형 반도체층
43: 활성층
45: 제2도전형 반도체층
61,62: 블록킹 영역
90: 제1전극
90A: 제1패드
91,92: 전극 패턴
161: 반사층
163: 전류 블록킹층
165: 전도층
167: 반사 전극층
169: 캡핑층
171: 접합층
173,173A: 지지 부재

Claims (12)

  1. 제1도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층 아래에 제2도전형 반도체층, 및 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 발광 구조물의 상면에 연결된 전극 패턴을 갖는 제1전극;
    상기 발광 구조물의 하면에 접촉되며 상기 전극 패턴과 수직 방향으로 중첩된 제1영역을 포함하며 상기 제1영역의 외측에 복수의 오픈 영역을 갖는 전류 블록킹층;
    상기 제1 영역 내에 배치되며 상기 전류 블록킹층과 상기 발광 구조물의 하면 사이에 배치된 반사층;
    상기 전류 블록킹층의 오픈 영역들 각각에 배치되며 상기 제2도전형 반도체층에 접촉된 전도층, 및 상기 전도층의 아래 및 상기 전류 블록킹층의 오픈 영역들 각각에 배치된 반사 전극층을 포함하는 제2전극; 및
    상기 제2전극 아래에 전도성 지지 부재를 포함하며,
    상기 전류 블록킹층은 상기 반사층과 상기 전도층 사이 및 상기 발광 구조물의 하면과 상기 전도층 사이에 배치되며,
    상기 반사층은 상기 제2도전형 반도체층의 하면에 접촉되며, 상기 제2전극과 비 접촉되며,
    상기 발광 구조물의 측벽과 수직 방향으로 중첩하는 상기 전류 블록킹층은 상기 발광 구조물의 측벽의 외측에 배치된 제2영역을 포함하며,
    상기 제1 영역의 외측은 상기 오픈 영역으로부터 떨어져 있고,
    상기 발광 구조물의 측벽과 중첩하는 상기 전류 블록킹층의 상기 제1 영역에 배치된 상기 반사층은 상기 발광 구조물의 측벽의 외측에 노출되지 않으며,
    상기 발광 구조물의 측벽과 중첩하는 상기 전류 블록킹층의 상기 제1 영역에 배치된 상기 반사층 및 상기 제2 영역의 외측벽 사이의 수평 거리는 상기 발광 구조물의 측벽과 중첩하는 상기 전류 블록킹층의 상기 제1 영역에 배치된 상기 반사층 및 상기 제2 전극 사이의 수평 거리 이상인 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사층은 상기 발광 구조물의 하면에서 상기 제1전극의 전극 패턴을 따라 연장되며,
    상기 반사 전극층과 상기 반사층의 면적은 상기 발광 구조물의 하면 면적의 90% 이상인, 발광 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전류 블록킹층은 상면 면적 중 상기 제1전극의 전극 패턴의 하면 면적과 80% 이상이 오버랩되는 영역에 배치되는, 발광 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 패턴의 폭은 상기 전류 블록킹층의 오픈 영역들 각각의 폭보다 작으며,
    상기 오픈 영역들 사이에서 상기 반사층의 폭은 상기 전류 블록킹층의 폭보다 작은 발광 소자.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사 전극층 및 상기 반사층은 동일한 금속 물질을 포함하며,
    상기 제2전극은 상기 반사 전극층과 지지부재 사이에 캡핑층; 및 상기 캡핑층과 상기 지지 부재 사이에 접합층을 포함하며,
    상기 전류 블록킹층은 상기 발광 구조물의 측벽보다 외측으로 연장된 블록킹 영역을 포함하며,
    상기 블록킹 영역 아래에 상기 캡핑층의 외곽부가 배치되는 발광 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 발광 구조물의 표면에 절연층을 포함하며,
    상기 절연층은 상기 전류 블록킹층의 블록킹 영역과 접촉되며,
    상기 반사층은 상기 발광 구조물의 하면 외곽 둘레를 따라 배치되는 발광 소자.
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