KR20110108625A - 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지 - Google Patents
발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지 Download PDFInfo
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Abstract
실시예에 따른 발광 소자는 성장기판; 상기 성장기판 상에 질화물계 형광체층; 상기 질화물계 형광체층 상에 형성되며, 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하여 빛을 생성하는 발광구조물; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 반도체층 상에 제2 전극을 포함한다.
Description
실시예는 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광 다이오드는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다. 이에 기존의 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 발광 다이오드는 실내외에서 사용되는 각종 램프, 액정표시장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 사용이 증가되고 있는 추세이다.
실시예는 새로운 구조를 갖는 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시예에 따른 발광 소자는 성장기판; 상기 성장기판 상에 질화물계 형광체층; 상기 질화물계 형광체층 상에 형성되며, 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하여 빛을 생성하는 발광구조물; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 반도체층 상에 제2 전극을 포함한다.
다른 실시예에 따른 발광 소자는 성장기판; 상기 성장기판 상에 형성되며, 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하여 빛을 생성하는 발광구조물; 상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성되며, SiN 계열의 질화물 반도체, 알칼리 토금속 원소 및 희토류 원소를 포함하는 질화물계 형광체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 반도체층 상에 제2 전극을 포함한다.
다른 실시예에 따른 발광 소자는 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하여 빛을 생성하는 발광구조물; 상기 발광구조물 상에 전도성 지지부재; 상기 발광구조물 아래에 형성되며, SiN 계열의 질화물 반도체, 알칼리 토금속 원소 및 희토류 원소를 포함하는 질화물계 형광체층; 및 상기 발광구조물 아래에 제3 전극을 포함한다.
실시예에 따른 발광 소자 제조방법은 성장기판 상에 질화물계 형광체층을 형성하는 단계; 상기 질화물계 형광체층 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 형성하는 단계; 및 상기 제1 도전형 반도체층 상에 제1 전극을 형성하고, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예는 새로운 구조를 갖는 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지를 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광 소자의 측단면도
도 2 내지 도 6은 제1 실시예에 따른 발광 소자의 제조방법을 설명하는 도면
도 7은 제2 실시예에 따른 발광 소자의 측 단면도
도 8은 제3 실시예에 따른 발광 소자의 측 단면도
도 9는 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지의 단면도
도 2 내지 도 6은 제1 실시예에 따른 발광 소자의 제조방법을 설명하는 도면
도 7은 제2 실시예에 따른 발광 소자의 측 단면도
도 8은 제3 실시예에 따른 발광 소자의 측 단면도
도 9는 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지의 단면도
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들에 따른 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지에 대해 설명한다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광 소자(100)의 측단면도이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 발광 소자(100)는 성장기판(101)과, 상기 성장기판(101) 상에 형성된 제1 질화물계 형광체층(105)과, 상기 제1 질화물계 형광체층(105) 상에 형성되며, 제1 도전형 반도체층(112), 활성층(114) 및 제2 도전형 반도체층(116)을 포함하여 빛을 생성하는 발광구조물(110)과, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 제1 전극(150)과, 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 제2 전극(140)을 포함할 수 있다.
상기 성장기판(101)은 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 성장기판(101)의 상면에는 패턴 또는 경사가 형성되어, 상기 발광구조물(110) 및 상기 제1 질화물계 형광체층(105)의 성장을 촉진하는 한편, 발광 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 성장기판(101) 상에는 상기 제1 질화물계 형광체층(105)이 형성될 수 있다.
상기 제1 질화물계 형광체층(105)은 SiN 계열의 질화물 반도체층에 알칼리 토금속(alkaline earth metal) 원소 및 희토류 원소를 주입시킴으로써 형성될 수 있다.
상기 알칼리 토금속 원소는 Ca, Sr, Ba, Ra, Be, Mg 이며, 상기 희토류 원소는 Er, Eu, Pr, Tb, Dy, Ce, Sm, Gd, Ho, Yb, Lu, Nd, Pm, Tm 등이 있다. 즉, 상기 제1 질화물계 형광체층(105)은 상기 알칼리 토금속 원소, 상기 희토류 원소 및 SiN 계열의 질화물 반도체의 다양한 조합으로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, Ba2-xEuxSi5N8, Ca2-xEuxSi5N8, Sr2-xEuxSi5N8 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이러한 질화물계 형광체층은 예를 들어, 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy) 또는 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 중 어느 하나의 성장 방법을 이용하여 SiN 계열의 질화물 반도체층을 성장한 후에, 상기 SiN 계열의 질화물 반도체층에 알칼리 토금속 원소 및 희토류 원소를 열확산법(thermal diffusion) 및 임플란트 이온 주입법(ion implantation) 중 적어도 하나의 방법을 통해 주입시킴으로써 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
이때, 상기 제1 질화물계 형광체층(105)의 두께는 알칼리 토금속 원소 및 희토류 원소를 효과적으로 주입하고, 상기 발광구조물(110)을 효과적으로 성장할 수 있도록 예를 들어, 0.1nm 내지 100μm로 형성될 수 있다.
이하, 상기 희토류 원소들에 대해 상세히 설명한다.
상기 희토류 원소들은 부분적으로 채워진 4f 전자들이 외부의 여기광에 의해서 여기되고 여기된 전자들이 다시 안정한 상태로 내부 천이에 의해 돌아오면서 각 원소마다 갖는 고유한 에너지의 빛을 발광한다. 상기 희토류(rare earth) 원소들과 비슷하게 천이금속 (transition metal) 원소들도 고유의 에너지 빛을 발광할 수 있다.
희토류 원소들은 기지(host matrix)가 되는 결정 격자(실시예에서는 SiN 계열의 질화물 반도체층) 속에 주입되어 기지의 양이온 자리를 차지하고 양이온 형태로 존재할 때 효과적으로 발광한다. 실시예에 따른 SiN 계열의 질화물 반도체 기지는 상기 희토류 원소가 효과적으로 발광할 수 있는 바람직한 기지가 될 수 있다.
상기 희토류 원소는 상기 기지속에 주로 산화수 +2, +3, +4가 등의 양이온 형태로 존재한다. 부분적으로 채워진 4f 전자각 내의 전자들은 완전히 채워진 5s, 5p 전자각에 의해 둘러싸여 있으므로 외부각 전자들의 쉴딩(shielding) 효과에 의해 기지 격자의 결정장(crystal field)에 크게 영향을 받지는 않는다.
희토류 이온들의 고유한 내부 f 전자 천이 (intra-f optical transition)는 가시광선 영역의 빛을 상온에서 방출할 수 있다. 여기광으로는 UV 혹은 청색 계열의 빛을 사용할 수 있다.
SiN 계열의 질화물 반도체 기지속에서 Eu3+ 이온의 경우, 외부 여기광에 의해 여기(excitation) 된 전자는 내부 4f 전이(inner shell transition)를 할 때 적색(파장: 622nm) 빛을 발광한다. Tb3+ 이온의 경우는 녹색(545nm) 빛을 방출하고, Er3+ 이온은 녹색 (537nm, 558nm) 빛을 방출하고, Pr3+ 이온은 적색 (645nm, 652nm) 빛을 방출하고, Tm3+ 이온은 청색 (450nm) 빛을 방출할 수 있다.
따라서, Tm, Er, Eu 등의 원소들이 함께 주입되어 있는 박막에 UV를 조사해 주면 각각의 원소들은 청색, 녹색, 적색을 각각 방출하게 되어 결국 백색 발광을 할 수 있게 된다. 또한, Er과 Eu 원소들이 함께 주입되어 있는 질화갈륨 박막에 청색 여기광을 조사해 준다면 각각의 원소들은 청색 빛을 일부 흡수하여 각각 녹색과 적색을 재방출함으로써 결국 백색 빛을 발광할 수 있다.
상기 제1 질화물계 형광체층(105) 상에는 상기 발광구조물(110)이 형성될 수 있다. 상기 발광구조물(110)은 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(112), 활성층(114) 및 제2 도전형 반도체층(116)을 포함하여 빛을 생성할 수 있다. 상기 발광구조물(110)은 바람직하게는 UV 또는 청색 계열의 빛을 생성하는 재질로 선택되어 형성될 수 있다.
상기 발광구조물(110)은 상기 제1 질화물계 형광체층(105) 상에 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy) 또는 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 중 어느 하나의 성장 방법을 이용하여 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(112)은 예를 들어, n형 반도체층을 포함할 수 있는데, 상기 n형 반도체층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, AlInN, InGaN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 활성층(114)은 예를 들어, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 반도체 재료를 포함하여 형성할 수 있으며, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQWs : Multi Quantum Wells), 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 활성층(114)은 상기 제1 도전형 반도체층(112) 및 제2 도전형 반도체층(116)으로부터 제공되는 전자 및 정공의 재결합(recombination) 과정에서 발생되는 에너지에 의해 빛을 생성할 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(116)은 예를 들어, p형 반도체층으로 구현될 수 있는데, 상기 p형 반도체층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, AlInN, InGaN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
한편, 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에는 n형 또는 p형 반도체층이 더 형성될 수도 있으며, 이에 따라 상기 발광구조물(110)은 np, pn, npn 또는 pnp 중 어느 하나의 접합 구조를 가질 수 있다.
상기 발광구조물(110)의 제2 도전형 반도체층(116) 상에는 상기 투명전극층(120)이 형성될 수 있다. 상기 투명전극층(120)은 전류를 스프레딩 시킴으로써 전류가 상기 제2 전극(140) 주변으로 편중되는 것을 방지할 수 있다.
상기 투명전극층(120)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), IrOx, RuOx, Ni, Ag 또는 Au 중 하나 이상을 이용하여 단층 또는 다층으로 구현할 수 있다.
도 1에 도시된 것처럼, 상기 투명전극층(120)은 상기 제2 도전형 반도체층(116)의 상면이 적어도 일부 노출되도록 형성될 수 있다. 또는 상기 투명전극층(120)은 상기 제2 도전형 반도체층(116)의 상면의 실질적으로 전 영역에 형성될 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제2 전극(140)은 상기 투명전극층(120) 및 상기 제2 도전형 반도체층(116) 중 어느 하나 상에 형성되거나, 상기 투명전극층(120) 및 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 형성될 수 있다.
상기 제2 전극(140)은 상기 제1 전극(150)과 함께 상기 발광구조물(110)에 전원을 제공할 수 있다.
상기 제2 전극(140)은 예를 들어, Au, Al, Ag, Ti, Cu, Ni 또는 Cr 중 적어도 하나를 포함하는 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광구조물(110)의 일부 영역은 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 상면의 일부가 노출되도록 형성될 수 있다. 그리고, 노출된 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 상면에는, 상기 제1 전극(150)이 형성될 수 있다. 상기 제1 전극(150)은 예를 들어, Au, Al, Ag, Ti, Cu, Ni 또는 Cr 중 적어도 하나를 포함하는 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
다만, 상기 제1 전극(150)과 상기 제1 도전형 반도체층(112)이 접촉하는 계면에는 접착력이 높은 재질인 Ti, Ni, Cr 등이 포함되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 전극(150)의 최상층에는 와이어 본딩이 용이하도록 높은 접착력을 갖는 Au, Ti 등이 포함되는 것이 바람직하다.
실시예에 따라, 상기 발광구조물(110)의 활성층(114)에서 생성된 빛은 상기 제1 질화물계 형광체층(105)에 의해 파장이 변화될 수 있다. 특히, 상기 발광구조물(110)에서 UV 또는 청색 계열의 빛을 생성하고, 상기 제1 질화물계 형광체층(105)이 희토류 원소를 포함하는 경우, 상기 파장 변화 효과는 극대화될 수 있다.
또한, 상기 활성층(114)에서 생성된 빛은 일부가 다시 상기 활성층(114)으로 반사되게 되는데, 상기 빛은 파장이 변화된 빛이므로 상기 활성층(114)에 의한 재흡수 비율을 감소시킬 수 있어, 결과적으로는 실시예에 따른 발광 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 제1 실시예에 따른 발광 소자 제조방법에 대해 상세히 설명한다. 다만, 앞에서 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 2 내지 도 6은 제1 실시예에 따른 발광 소자(100)의 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 성장기판(101) 상에 상기 제1 질화물계 형광체층(105)을 형성할 수 있다.
상기 제1 질화물계 형광체층(105)은 SiN 계열의 질화물 반도체층에 알칼리 토금속(alkaline earth metal) 원소 및 희토류 원소를 주입시킴으로써 형성될 수 있다.
이러한 제1 질화물계 형광체층(105)은 예를 들어, 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy) 또는 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 중 어느 하나의 성장 방법을 이용하여 SiN 계열의 질화물 반도체층을 형성한 후에, 상기 SiN 계열의 질화물 반도체층에 알칼리 토금속 원소 및 희토류 원소를 열확산법(thermal diffusion) 및 임플란트 이온 주입법(ion implantation) 중 적어도 하나의 방법을 통해 주입시킴으로써 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 질화물계 형광체층(105)은 상기 발광구조물(110)과 동일한 성장 방법에 의해 형성될 수 있으며, 이 경우 상기 발광 소자 제조 공정의 효율성을 기할 수 있다. 다만, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 3을 참조하면, 상기 제1 질화물계 형광체층(105) 상에 상기 발광구조물(110)을 형성할 수 있다.
상기 발광구조물(110)은 예를 들어, 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 성장 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 4를 참조하면, 상기 발광구조물(110)의 일부 영역(M)에 메사 에칭(Mesa Etching)을 실시하여 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 상면의 적어도 일부가 노출되도록 할 수 있다.
상기 메사 에칭은 마스크를 형성한 후, 건식 식각 또는 습식 식각에 의해 실시될 수 있다. 상기 메사 에칭이 실시된 일부 영역(M)은 바람직하게는 상기 발광구조물(110)의 측면 영역의 모서리 부근일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 5를 참조하면, 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 상기 투명전극층(120)을 형성할 수 있다.
상기 투명전극층(120)은 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상면의 전 영역에 형성되거나, 일부 영역에 형성될 수 있다.
상기 투명전극층(120)은 전자빔(E-beam) 증착, 스퍼터링(Sputtering), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 중 어느 하나의 증착 방법에 의해 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 6을 참조하면, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 상기 제1 전극(150)을 형성하고, 상기 제2 도전형 반도체층(116) 또는/및 상기 투명전극층(120) 상에 상기 제2 전극(140)을 형성함으로써, 제1 실시예에 따른 발광 소자(100)를 제공할 수 있다.
상기 제1,2 전극(140,150)은 예를 들어, 증착 방식 또는 도금 방식에 의해 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 7은 제2 실시예에 따른 발광 소자(100B)의 측 단면도이다. 다만, 제2 실시예의 설명에 있어서, 제1 실시예와 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 7을 참조하면, 상기 발광 소자(100B)는 성장기판(101)과, 상기 성장기판(101) 상에 형성되며, 제1 도전형 반도체층(112), 활성층(114) 및 제2 도전형 반도체층(116)을 포함하여 빛을 생성하는 발광구조물(110)과, 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 제2 질화물계 형광체층(105b)과, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 제1 전극(150)과, 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 제2 전극(140)을 포함할 수 있다.
제2 실시예에 따른 발광 소자(100B)는 제1 실시예에 따른 발광 소자(100)에 비해 상기 제2 질화물계 형광체층(105b)이 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 형성된 점을 제외하고는 동일하다.
상기 제2 질화물계 형광체층(105b)은 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 형성될 수 있으며, 그 제조방법은 제1 실시예의 제1 질화물계 형광체층(105)과 같을 수 있다.
즉, 상기 제2 질화물계 형광체층(105b)은 예를 들어, 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy) 또는 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 중 어느 하나의 성장 방법을 이용하여 SiN 계열의 질화물 반도체층을 형성한 후에, 상기 SiN 계열의 질화물 반도체층에 알칼리 토금속 원소 및 희토류 원소를 열확산법(thermal diffusion) 및 임플란트 이온 주입법(ion implantation) 중 적어도 하나의 방법을 통해 주입시킴으로써 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 질화물계 형광체층(105)의 두께는 알칼리 토금속 원소 및 희토류 원소를 효과적인 주입할 수 있도록 예를 들어, 0.1nm 내지 100μm로 형성될 수 있다.
한편, 상기 제2 질화물계 형광체층(105)의 일부를 제거하고, 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 상기 제2 전극(140)을 형성할 수 있다.
도 8은 제3 실시예에 따른 발광 소자(100C)의 측 단면도이다. 다만, 제3 실시예의 설명에 있어서, 제1 실시예와 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 8을 참조하면, 상기 발광 소자(100C)는 제3 질화물계 형광체층(105c)과, 상기 제3 질화물계 형광체층(105c) 상에 형성되며 제1 도전형 반도체층(112), 활성층(114) 및 제2 도전형 반도체층(116)을 포함하여 빛을 생성하는 발광구조물(110)과, 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 오믹층(171)과, 상기 오믹층(171) 상에 반사층(172)과, 상기 반사층(172) 상에 전도성 지지부재(170)와, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 아래에 제3 전극(160)을 포함할 수 있다.
제3 실시예에 따른 발광 소자(100C)는 제1 실시예에 따른 발광 소자(100)의 발광구조물 상에 상기 오믹층(171), 반사층(172) 및 전도성 지지부재(170)를 형성하고, 성장기판(101, 도 1 참조)을 제거한 후 상기 제3 전극(160)을 형성함으로써 제공될 수 있다.
상기 전도성 지지부재(170)와 상기 제3 전극(160)은 수직 방향으로 적어도 일부가 중첩되어 상기 발광구조물(110)에 전원을 제공할 수 있다.
상기 오믹층(171)은 상기 발광구조물(110)과 상기 반사층(172) 사이의 오믹 접촉을 형성하는 층이다. 상기 오믹층(171)은 예를 들어, 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, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 반사층(172)은 상기 발광구조물(110)로부터 입사되는 빛을 반사시켜 발광 소자의 발광 효율을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 상기 반사층(172)은 고 반사율을 갖는 재질, 예를 들어, Al, Ag, Cu, Pt, Pd 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 전도성 지지부재(170)는 예를 들어, 구리(Cu), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: Si, Ge, GaAs, ZnO, Sic 등) 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
도 1의 성장기판(101)은 상기 전도성 지지부재(170)를 형성한 후에 제거될 수 있다. 상기 성장기판(101)은 예를 들어, 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off), 화학적 에칭(Chemical Lift Off) 또는 물리적 연마 방법 중 적어도 하나의 방법에 의해 제거될 수 있다.
상기 성장기판(101)을 제거한 후, 상기 제3 질화물계 형광체층(105c)을 일부 제거한 후 상기 제3 전극(160)을 형성할 수 있다. 상기 제3 전극(160)은 도금 또는 증착 방법에 의해 예를 들어, Au, Al, Ag, Ti, Cu, Ni 또는 Cr 중 적어도 하나를 포함하는 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
<발광 소자 패키지>
도 9는 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지의 단면도이다.
도 9를 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 몸체(20)와, 상기 몸체(20)에 설치된 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)과, 상기 몸체(20)에 설치되어 상기 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)과 전기적으로 연결되는 실시예에 따른 발광 소자(100)와, 상기 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(40)를 포함한다.
상기 몸체(20)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광 소자(100)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
상기 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공한다. 또한, 상기 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)은 상기 발광 소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 몸체(20) 상에 설치되거나 상기 제1 전극층(31) 또는 제2 전극층(32) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.
상기 몰딩부재(40)는 상기 발광 소자(100)를 포위하여 상기 발광 소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(40)에는 형광체가 포함되어 상기 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 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.
100: 발광 소자, 101:성장 기판, 105:제1질화물계 형광체층, 112:제1도전형 반도체층, 114: 활성층, 116: 제2도전형 반도체층, 110: 발광 구조물, 150: 제1전극, 140: 제2전극
Claims (18)
- 성장기판;
상기 성장기판 상에 질화물계 형광체층;
상기 질화물계 형광체층 상에 형성되며, 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하여 빛을 생성하는 발광구조물;
상기 제1 도전형 반도체층 상에 제1 전극; 및
상기 제2 도전형 반도체층 상에 제2 전극을 포함하는 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 질화물계 형광체층은 SiN 계열의 질화물 반도체, 알칼리 토금속 원소 및 희토류 원소를 포함하는 발광 소자. - 제 2항에 있어서,
상기 알칼리 토금속 원소는 Ca, Sr, Ba, Ra, Be 또는 Mg 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 희토류 원소는 Er, Eu, Pr, Tb, Dy, Ce, Sm, Gd, Ho, Yb, Lu, Nd, Pm 또는 Tm 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 질화물계 형광체층은 Ba2-xEuxSi5N8, Ca2-xEuxSi5N8, Sr2-xEuxSi5N8 중 적어도 하나로 형성된 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 질화물계 형광체층의 두께는 0.1nm 내지 100μm인 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 발광구조물은 UV 또는 청색 계열의 빛을 생성하는 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 발광구조물은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)을 포함하는 발광 소자. - 성장기판;
상기 성장기판 상에 형성되며, 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하여 빛을 생성하는 발광구조물;
상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성되며, SiN 계열의 질화물 반도체, 알칼리 토금속 원소 및 희토류 원소를 포함하는 질화물계 형광체층;
상기 제1 도전형 반도체층 상에 제1 전극; 및
상기 제2 도전형 반도체층 상에 제2 전극을 포함하는 발광 소자. - 제 8항에 있어서,
상기 알칼리 토금속 원소는 Ca, Sr, Ba, Ra, Be 또는 Mg 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 희토류 원소는 Er, Eu, Pr, Tb, Dy, Ce, Sm, Gd, Ho, Yb, Lu, Nd, Pm 또는 Tm 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자. - 제 8항에 있어서,
상기 질화물계 형광체층의 두께는 0.1nm 내지 100μm인 발광 소자. - 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하여 빛을 생성하는 발광구조물;
상기 발광구조물 상에 전도성 지지부재;
상기 발광구조물 아래에 형성되며, SiN 계열의 질화물 반도체, 알칼리 토금속 원소 및 희토류 원소를 포함하는 질화물계 형광체층; 및
상기 발광구조물 아래에 제3 전극을 포함하는 발광 소자. - 제 11항에 있어서,
상기 알칼리 토금속 원소는 Ca, Sr, Ba, Ra, Be 또는 Mg 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 희토류 원소는 Er, Eu, Pr, Tb, Dy, Ce, Sm, Gd, Ho, Yb, Lu, Nd, Pm 또는 Tm 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자. - 제 11항에 있어서,
상기 질화물계 형광체층의 두께는 0.1nm 내지 100μm인 발광 소자. - 성장기판 상에 질화물계 형광체층을 형성하는 단계;
상기 질화물계 형광체층 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 형성하는 단계; 및
상기 제1 도전형 반도체층 상에 제1 전극을 형성하고, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자 제조방법. - 제 14항에 있어서,
상기 질화물계 형광체층을 형성하는 단계는,
SiN 계열의 질화물 반도체층을 형성하는 단계; 및
상기 SiN 계열의 질화물 반도체층에 알칼리 토금속 원소 및 희토류 원소를 주입하는 단계를 포함하는 발광 소자 제조방법. - 제 15항에 있어서,
상기 SiN 계열의 질화물 반도체층은 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy) 또는 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 중 어느 하나의 성장 방법으로 형성되는 발광 소자 제조방법. - 제 15항에 있어서,
상기 알칼리 토금속 원소 및 희토류 원소를 주입하는 단계는 열확산법 및 임플란트 이온 주입법 중 적어도 하나의 방법에 의해 실시되는 발광 소자 제조방법. - 제 14항에 있어서,
상기 발광구조물과 상기 질화물계 형광체층은 동일한 성장 방법으로 형성되는 발광 소자 제조방법.
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| KR1020100027915A KR20110108625A (ko) | 2010-03-29 | 2010-03-29 | 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지 |
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|---|---|---|---|---|
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| KR101877416B1 (ko) * | 2011-11-23 | 2018-07-11 | 엘지이노텍 주식회사 | 산질화물 형광체 및 그를 포함한 발광소자 패키지 |
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2010
- 2010-03-29 KR KR1020100027915A patent/KR20110108625A/ko not_active Application Discontinuation
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