KR20120018620A - 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
실시예는 발광 소자에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광 소자는 도전성 기판, 도전성 기판 상에 제1 도전층, 제1 도전층 상에 제2 도전층, 제2 도전층 상에 배치되고, 제2 반도체층, 제2 반도체층 상에 활성층, 활성층 상에 제1 반도체층을 포함하는 발광 구조물, 및 절연층을 포함하고, 제1 도전층은 비아 라인부를 포함하고, 비아 라인부는, 제2 도전층, 제2 반도체층 및 활성층을 관통하고 제1 반도체층의 일정 영역까지 돌출되어 형성되되 수평방향으로 연장된 라인형태를 가지며, 절연층은, 제1 도전층과 제2 도전층 사이, 및 비아 라인부의 측벽에 형성된다.
실시예에 따른 발광 소자는 도전성 기판, 도전성 기판 상에 제1 도전층, 제1 도전층 상에 제2 도전층, 제2 도전층 상에 배치되고, 제2 반도체층, 제2 반도체층 상에 활성층, 활성층 상에 제1 반도체층을 포함하는 발광 구조물, 및 절연층을 포함하고, 제1 도전층은 비아 라인부를 포함하고, 비아 라인부는, 제2 도전층, 제2 반도체층 및 활성층을 관통하고 제1 반도체층의 일정 영역까지 돌출되어 형성되되 수평방향으로 연장된 라인형태를 가지며, 절연층은, 제1 도전층과 제2 도전층 사이, 및 비아 라인부의 측벽에 형성된다.
Description
실시예는 발광 소자에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 수직형 발광 소자(100)의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 발광 소자(100)는 기판(110), p형 도전층(120), p형 반도체층(130), 활성층(140), n형 반도체층(150) 및 n형 전극(160)으로 구성된다.
일반적으로 수직형 발광 소자는 리플렉터(reflector)를 이용하여 활성층에서 생성된 빛을 수직으로 방출하는 기능이 중요하다. 그러나 도 1에 도시된 수직형 발광 소자(100)에서 n형 전극(160)은 n형 반도체층(150)의 윗 부분에 형성되어, n형 반도체층(150)을 통하여 방출되는 빛의 일부를 차단하게 된다. 따라서 도 1에 도시된 수직형 발광 소자(100)의 구조는 광 추출 효율이 낮은 단점을 갖는다.
도 2는 종래의 비아 전극 타입의 수직형 발광 소자(200)의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 발광 소자(200)는 기판(210), n형 도전층(220), p형 도전층(240), p형 반도체층(250), 활성층(260) 및 n형 반도체층(270)으로 구성된다.
도 2에 도시된 발광 소자(200)는 n형 도전층(220)에서부터 p형 도전층(240), p형 반도체층(250), 활성층(260)을 관통하고, n형 반도체층(270)의 일정 영역까지 돌출된 복수의 비아홀(220a)이 형성되어 있다. 이러한 구조는 도 1에 도시된 기존의 수직형 발광 소자(100)의 구조와 달리, 실제로 빛이 방출되는 n형 반도체층(270)의 윗 부분이 전극으로 막혀있는 부분이 없기 때문에 광 추출 효율이 좋은 장점을 갖는다.
그러나, 이러한 구조는 비아홀(220a)이 활성층(260)을 뚫고 지나는 형태이기 때문에 소자에 전류를 인가했을 때 비아홀(220a) 주위로 전류가 집중되는 현상이 발생하게 된다. 또한, 이러한 구조로 이루어진 발광 소자는 동일한 면적을 갖는 발광 소자에 비해, 전체적인 볼륨이 작아지게 되어 유효 발광 면적이 상대적으로 작다.
실시예는 전류분포의 균일성이 향상되고 고효율성 및 고신뢰성을 갖는 수직형 발광 소자를 제공함에 목적이 있다.
실시예에 따른 발광 소자는 도전성 기판, 도전성 기판 상에 제1 도전층, 제1 도전층 상에 제2 도전층, 제2 도전층 상에 배치되고, 제2 반도체층, 제2 반도체층 상에 활성층, 활성층 상에 제1 반도체층을 포함하는 발광 구조물, 및 절연층을 포함하고, 제1 도전층은 비아 라인부를 포함하고, 비아 라인부는, 제2 도전층, 제2 반도체층 및 활성층을 관통하고 제1 반도체층의 일정 영역까지 돌출되어 형성되되 수평방향으로 연장된 라인형태를 가지며, 절연층은, 제1 도전층과 제2 도전층 사이, 및 비아 라인부의 측벽에 형성된다.
실시예에 따르면, 전류분포의 균일성이 향상되고 고효율성 및 고신뢰성을 갖는 수직형 발광 소자를 제공할 수 있다.
도 1은 일반적인 수직형 발광 소자의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도.
도 2는 종래의 비아 전극 타입의 수직형 발광 소자의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도.
도 3a은 실시예에 따른 발광 소자의 구성을 나타낸 상면도.
도 3b는 도 3a에 도시된 A-A’ 선을 따라 절취한 발광 소자의 단면을 나타낸 도면.
도 4는 종래의 수직형 발광 소자와 실시예에 따른 발광 소자를 비교한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면.
도 5는 발광소자의 패키지를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 종래의 비아 전극 타입의 수직형 발광 소자의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도.
도 3a은 실시예에 따른 발광 소자의 구성을 나타낸 상면도.
도 3b는 도 3a에 도시된 A-A’ 선을 따라 절취한 발광 소자의 단면을 나타낸 도면.
도 4는 종래의 수직형 발광 소자와 실시예에 따른 발광 소자를 비교한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면.
도 5는 발광소자의 패키지를 개략적으로 나타낸 도면.
이하 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 단, 첨부된 도면은 실시예의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.
[발광 소자]
도 3a은 실시예에 따른 발광 소자(300)의 구성을 나타낸 상면도이다. 도 3b는 도 3a에 도시된 A-A’ 선을 따라 절취한 발광 소자(300)의 단면을 나타낸 도면이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면 실시예에 따른 발광 소자(300)는 도전성 기판(310), 제1 도전층(320), 제2 도전층(330), 발광 구조물, 절연층(370) 및 패시베이션층(280)을 포함한다. 여기서 발광 구조물은 제1 반도체층(340), 제2 반도체층(350), 및 활성층(360)을 포함할 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여, 제1 도전층(320)은 n형 도전층으로, 제2 도전층(330)은 p형 도전층으로, 제1 반도체층(340)은 n형 반도체층으로, 제2 반도체층(350)은 p형 반도체층으로 가정하여 설명하도록 한다.
도전성 기판(310)은 Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, 및 GaAs 중 하나 이상의 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다. 예를 들어, 도전성 기판(310)은 Si와 Al의 합금 형태의 물질로 이루어진 것일 수 있다.
n형 도전층(320)은 도전성 기판(310) 상에 형성되며, 비아 라인부(320A)을 포함할 수 있다. 이러한 n형 도전층(320)은 Ag, Al, Au, Pt, Ti, Cr, 및 W 중 하나 이상의 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다.
비아 라인부(320A)는 도 3b에 도시된 바와 같이, n형 도전층(320)으로부터 p형 도전층(330), p형 반도체층(350), 및 활성층(360)을 관통하고, n형 반도체층(340)의 일정 영역까지 돌출된 수직구조를 갖도록 형성된 것일 수 있다.
비아 라인부(320A)의 상부면은 n형 반도체층(340)과 접촉할 수 있다. 이에 따라 도전성 기판(310)은 비아 라인부(320A)을 통해 n형 반도체층(340)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같이, n형 도전층(320)은 도전성 기판(310) 및 n형 반도체층(340)과 전기적으로 연결되므로, 도전성 기판(310) 및 n형 반도체층(340)과 접촉 저항이 최소화되는 물질로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 비아 라인부(320A)는 도 3a에 도시된 바와 같이 수평방향으로 연장된 라인형태를 갖도록 형성된 것일 수 있다. 비아 라인부(320A)는 기존의 발광 소자의 비아홀 전극 구조와 달리 홀의 형태가 아닌 라인 형태로 형성된다. 비아 라인부(320A)가 이루는 라인 형태는 도 3b에 도시된 바와 같은 ‘S’ 자의 직선 형태일 수 있다. 또한, 비아 라인부(320A)가 이루는 라인 형태는 직선 형태에만 한정되는 것이 아니라 다양한 곡선 형태도 가능하다.
절연층(370)은 n형 도전층(320)이 도전성 기판(310) 및 n형 반도체층(340)을 제외한 다른 층과 전기적으로 절연되도록 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연층(370)은 n형 도전층(320)과 p형 도전층(370) 사이, 그리고 비아 라인부(320A)의 측벽에 형성되어, n형 도전층(320)을 p형 도전층(370), p형 반도체층(350) 및 활성층(360)과 전기적으로 절연시킬 수 있다. 절연층(370)은, 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiOxNy, SixNy), 금속 산화물(Al2O3) 및 플루오린화물(fluoride) 계열의 화합물 중 어느 하나 이상을 포함하여 형성된 것일 수 있다.
p형 도전층(330)은 절연층(370) 상에 형성될 수 있다. 물론, 비아 라인부(320A)이 관통하는 일부 영역들에서는 p형 도전층(230)이 존재하지 않는다.
p형 도전층(330)은 Ag, Al, Pt, Ni, Pt, Pd, Au, Ir, 및 투명 전도성 산화물(ITO, GZO) 중 하나 이상의 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다. 이는 p형 도전층(330)이 p형 반도체층(350)과 전기적으로 접촉하기 때문에, p형 반도체층(350)의 접촉 저항을 최소화하는 특성을 가지는 동시에, 활성층(360)에서 발생된 빛을 반사시켜 외부로 향하게 함으로써, 발광 효율을 높여주기 위해서이다.
p형 도전층(330)은 p형 반도체층(350)과 접촉하는 계면 중 일부가 노출된 영역, 즉 노출 영역(331)을 적어도 하나 이상 구비할 수 있다. 이러한 노출 영역 상에는 외부 전원을 p형 도전층(330)에 연결하기 위한 p형 전극 패드부(333)가 형성될 수 있다. 이러한 노출 영역(331) 상에는 p형 반도체층(350), 활성층(360) 및 n형 반도체층(340)이 형성되어 있지 않다. 또한, p형 전극 패드부(333)는 발광 구조물의 모서리에 형성될 수 있는데, 이는 발광 소자(300)의 발광 면적을 최대화하기 위해서이다.
한편, 외부로 노출된 활성층(360)은 발광 소자(300)의 작동 중에 전류 누설 경로로 작용할 수 있으므로, 발광 구조물의 측벽에 패시베이션층(380)을 형성함으로써 이러한 문제를 방지할 수 있다. 패시베이션층(380)은 발광 구조물 특히, 활성층(360)을 외부로부터 보호하고, 누설 전류가 흐르는 것을 억제하기 위한 것으로서, 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiOxNy, SixNy), 금속 산화물(Al2O3) 및 플루오린화물(fluoride) 계열의 화합물 중 하나 이상을 포함하여 형성된 것일 수 있다.
p형 반도체층(350)은 p형 도전층(330)상에 형성되고, 활성층(360)은 p형 반도체층(350) 상에 형성되며, n형 반도체층(340)은 활성층(360) 상에 형성될 수 있다.
n형 반도체층(340)은 InxAlyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlInN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
p형 반도체층(350)은 InxAlyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlInN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
활성층(360)은 InxAlyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 활성층(360)이 다중 양자 우물 구조(MQW)로 형성된 경우, 활성층(360)은 복수의 우물층과 복수의 장벽층이 적층되어 형성될 수 있으며, 예를 들어, InGaN 우물층/GaN 장벽층의 주기로 형성될 수 있다.
활성층(360)은 n형 반도체층(340) 및 p형 반도체층(350)을 구성하는 물질에 따라 다른 물질을 선택하여 형성될 수 있다. 즉, 활성층(360)은 전자 및 전공의 재결합(recombination)에 따른 에너지를 빛으로 변환하여 방출하는 층이므로, n형 반도체층(340) 및 p형 반도체층(350)의 에너지 밴드 갭보다 적은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성된 것이 바람직하다.
도 4는 종래의 수직형 발광 소자(100)와 실시예에 따른 발광 소자(300)를 비교한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
이하에는 하기의 표와 함께 도 4에 도시된 시뮬레이션 결과에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
<표>
실시예에 따른 발광 소자(300)는 도 1에 도시된 기존의 수직형 발광 소자(100)와 비교하여 n형 반도체층(150)의 윗 부분에 전극이 형성되지 않음으로써 광 추출을 높일 수 있다는 장점이 있다. 단, 실시예에 따른 발광 소자(300)는 활성층(360)을 관통하는 형태로 형성되기 때문에 기존의 수직형 발광 소자(100)에 비해 활성층의 면적은 감소하지만, 반도체층의 윗 부분이 전극에 의해 가려지지 않기 때문에 광 추출 효율이 높아지게 된다.
또한, 실시예에 따른 발광 소자(300)는 도 1에 도시된 종래의 수직형 발광 소자(100)와 비해 평균 전류밀도가 높고 전류의 분포가 균일하기 때문에 더 높은 전력을 보이게 된다.
실시예에 따른 발광 소자(300)는 종래의 발광 소자(100)와 비교하여 활성층의 면적이 작다. 기존의 발광 소자(100)에 비해 줄어든 활성층의 면적만큼 단위 우물당 주입되는 전하량이 증가하게 된다. 따라서 실시예에 따른 발광 소자(300)는 종래의 발광 소자(100)에 비해 활성층의 부피 자체가 감소 되었기 때문에, 감소된 만큼 동일한 전류량에서의 전류밀도는 증가하게 된다.
활성층으로 주입되는 전자는 완전한 수직방향이 아닌 어느 정도 수평방향으로 이동하게 된다. 따라서 실시예에 따른 발광 소자(300)는 기존의 발광 소자(100)에 비해 수평으로 흐를 수 있는 전류 성분이 많이 발생 되기 때문에 전류분포가 보다 더 균일하게 된다.
[발광 소자 패키지]
이하, 도 5를 참조하여 일실시예에 따른 발광 소자 패키지에 관하여 설명한다. 도 5는 발광소자의 패키지(1000)를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 발광 소자 패키지(1000)는 패키지 몸체(1100), 제1 전극층(1110), 제2 전극층(1120), 발광 소자(1200) 및 충진재(1300)를 포함한다.
패키지 몸체(1100)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 발광 소자(1200)의 주위에 경사면이 형성되어 광추출 효율을 높일 수 있다.
제1 전극층(1110) 및 제2 전극층(1120)은 패키지 몸체(1100)에 설치된다. 제1 전극층(1100) 및 제2 전극층(1120)은 서로 전기적으로 분리되며, 발광 소자(1200)에 전원을 제공한다. 또한, 제1 전극층(1110) 및 제2 전극층(1120)은 발광 소자(1200)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 발광 소자(1200)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
발광 소자(1200)는 제1 전극층(1100) 및 제2 전극층(1120)과 전기적으로 연결된다. 발광 소자(1200)는 패키지 몸체(1100) 상에 설치되거나 제1 전극층(1100) 또는 제2 전극층(1120) 상에 설치될 수 있다.
발광 소자(1200)는 제1 전극층(1110) 및 제2 전극층(1120)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.
충진재(1300)는 발광 소자(1200)를 포위하여 보호할 수 있도록 형성될 수 있다. 또한, 충진재(1300)에는 형광체(1310)가 포함되어 발광 소자(1200)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
발광 소자 패키지(1000)는 상기에 개시된 실시 예들의 발광 소자 중 적어도 하나를 하나 또는 복수 개로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지(1000)는 복수 개가 기판 상에 어레이되며, 발광 소자 패키지(1000)의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지(1000), 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다.
또 다른 실시예는 상술한 실시 예들에 기재된 반도체 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
이상에서 보는 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시 될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
300: 발광 소자
310: 도전성 기판
320: 제1 도전층
330: 제2 도전층
340: 제1 반도체층
350: 제2 반도체층
360: 활성층
370: 절연층
380: 패시베이션층
310: 도전성 기판
320: 제1 도전층
330: 제2 도전층
340: 제1 반도체층
350: 제2 반도체층
360: 활성층
370: 절연층
380: 패시베이션층
Claims (9)
- 도전성 기판;
상기 도전성 기판 상에 제1 도전층;
상기 제1 도전층 상에 제2 도전층;
상기 제2 도전층 상에 배치되고,제2 반도체층, 상기 제2 반도체층 상에 활성층, 상기 활성층 상에 제1 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 및
절연층을 포함하고,
상기 제1 도전층은 비아 라인부를 포함하고,
상기 비아 라인부는, 상기 제2 도전층, 상기 제2 반도체층 및 상기 활성층을 관통하고 상기 제1 반도체층의 일정 영역까지 돌출되어 형성되되 수평방향으로 연장된 라인형태를 가지며,
상기 절연층은, 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층 사이, 및 상기 비아 라인부의 측벽에 형성된 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 활성층의 누설 전류를 억제하기 위해 상기 발광 구조물의 측벽에 형성된 패시베이션층을 더 포함하는, 발광 소자.
- 제2항에 있어서,
상기 절연층은 및 패시베이션층은 각각, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 및 플루오린화물(fluoride) 계열의 화합물 중 어느 하나 이상을 포함하는, 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 도전층은 상기 제2 반도체층과 계면을 이루는 표면 중 일부가 노출된 영역을 하나 이상 구비하고,
상기 제2 도전층의 노출된 영역 상에 형성된 전극 패드부를 더 포함하는, 발광 소자.
- 제4항에 있어서,
상기 전극 패드부는 상기 발광 구조물의 모서리에 형성되는, 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 도전성 기판은, Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, 및 GaAs 중 하나 이상의 물질을 포함하는, 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 도전층은, Al, Au, Pt, Ti, Cr, 및 W 중 하나 이상의 물질을 포함하는, 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 도전층은, Ag, Al, Pt, Ni, Pt, Pd, Au, Ir, 및 투명 전도성 산화물 중 하나 이상의 물질을 포함하고,
상기 투명 전도성 산화물은, ITO 및 GZO 중 하나를 포함하는, 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 도전층은 상기 활성층으로부터 발생된 빛을 반사시키는, 발광 소자.
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| KR1020100081578A KR20120018620A (ko) | 2010-08-23 | 2010-08-23 | 발광 소자 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120018620A true KR20120018620A (ko) | 2012-03-05 |
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| KR (1) | KR20120018620A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180011286A (ko) * | 2018-01-17 | 2018-01-31 | 엘지이노텍 주식회사 | 자외선 발광 소자 |
-
2010
- 2010-08-23 KR KR1020100081578A patent/KR20120018620A/ko active Search and Examination
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