KR20120038126A - 발광 소자 - Google Patents

발광 소자 Download PDF

Info

Publication number
KR20120038126A
KR20120038126A KR1020100099715A KR20100099715A KR20120038126A KR 20120038126 A KR20120038126 A KR 20120038126A KR 1020100099715 A KR1020100099715 A KR 1020100099715A KR 20100099715 A KR20100099715 A KR 20100099715A KR 20120038126 A KR20120038126 A KR 20120038126A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light emitting
layer
emitting device
semiconductor layer
light
Prior art date
Application number
KR1020100099715A
Other languages
English (en)
Inventor
정명훈
정성훈
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to KR1020100099715A priority Critical patent/KR20120038126A/ko
Publication of KR20120038126A publication Critical patent/KR20120038126A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0093—Wafer bonding; Removal of the growth substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H01L33/22—Roughened surfaces, e.g. at the interface between epitaxial layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system
    • H01L33/305—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system characterised by the doping materials

Abstract

실시예는 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 형 도전형 반도체층 상의 활성층; 및 상기 활성층 상에 알루미늄과 마그네슘이 도핑된 제2 도전형 도전형 반도체층을 포함하는 발광 소자를 제공한다.

Description

발광 소자{Light emitting device}
실시예는 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하다.
이러한 기술의 발달로 디스플레이 소자뿐만 아니라 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL : Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
여기서, LED의 구조는 기판 상에 P 전극, 활성층, N 전극이 순차적으로 적층되고, 기판과 N 전극이 와이어 본딩되어 있으므로 전류가 상호 통전될 수 있다.
이때, 기판에 전류를 인가하면, 전류가 P전극과 N전극에 공급되기 때문에, P전극으로부터 활성층으로 정공(+)이 방출되고, N 전극으로부터 활성층으로 전자(-)가 방출된다. 따라서, 활성층에서 정공과 전자가 결합하면서 에너지 준위가 낮아지게 되고, 에너지 준위가 낮아짐과 동시에 방출되는 에너지가 빛의 형태로 발산된다.
실시예는 발광소자의 발광효율을 향상시키고자 하는 것이다.
실시예는 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 형 도전형 반도체층 상의 활성층; 및 상기 활성층 상에 알루미늄과 마그네슘이 도핑된 제2 도전형 도전형 반도체층을 포함하는 발광 소자를 제공한다.
여기서, 상기 제2 도전형 반도체층에서, 도핑된 알루미늄/(알루미늄+마그네슘)의 중량비는 0.95 이상이고 1.0 미만일 수 있다.
그리고, 상기 제2 도전형 반도체층 내에서, 상기 알루미늄의 농도는 0.4% 이하일 수 있다.
또한, 상기 제1 도전형 반도체층은 n형 반도체층이고 상기 제2 도전형 반도체층은 p형 반도체층일 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 p형 질화물 반도체층 내의 도펀트의 작용으로 인하여 발광소자의 광효율이 향상된다.
도 1a 내지 도 1d는 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 나타낸 도면이고,
도 2a 내지 도 2f는 발광소자의 다른 실시예의 제조방법을 나타낸 도면이고,
도 3은 실시예에 따른 발광소자 패키지를 나타낸 도면이고,
도 4는 각각의 실시예에서 발광소자의 제2 도전형 반도체층 내에 도핑된 알루미늄과 마그네슘의 중량비이고,
도 5는 실시예 1 내지 실시예 3과 비교예의 발광효율을 나타낸 그래프이고,
도 6은 알루미늄의 도핑비에 따른 발광소자의 발광효율을 나타낸 그래프이고,
도 7은 발광소자 패키지를 포함하는 조명장치의 일실시예의 분해 사시도이고,
도 8a 및 도 8b는 발광소자 패키지를 포함하는 백라이트를 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
상기의 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.
도 1a 내지 도 1d는 실시예에 따른 발광 소자의 제조방법을 나타낸 도면이다. 이하에서, 도 1a 내지 도 1d를 참조하여 실시예에 따른 발광 소자의 제조방법을 설명한다.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이 기판(100)을 준비하다. 상기 기판(100)은 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함하며, 예컨대 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 기판(100) 위에는 요철 구조가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 기판(100)에 대해 습식세척을 하여 표면의 불순물을 제거할 수 있다.
그리고, 상기 기판(100) 상에 제1도전형 반도체층(122)을 성장시킨다.
이때, 상기 제1 도전형 반도체층(122)과 기판(100) 사이에는 버퍼층(110)을 성장시킬 수 있는데, 재료의 격자 부정합 및 열 팽창 계수의 차이를 완화하기 위한 것이다. 상기 버퍼층의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층 위에는 언도프드(undoped) 반도체층이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 상기 제1 도전형 반도체층(122)과 후술할 활성층(124)과 제2 도전형 반도체층(126)은, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy), HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)법과 같은 기상 증착법에 의해 성장될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(122)은 제1 도전형 도퍼트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(122)이 N형 반도체층인 경우, 상기 제1도전형 도펀트는 N형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(212)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 그리고, 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.
상기 제1 도전형 반도체층(122)은 화학증착방법(CVD) 혹은 분자선 에피택시 (MBE) 혹은 스퍼터링 혹은 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 등의 방법을 사용하여 N형 GaN층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(122)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 실리콘(Si)와 같은 n 형 불순물을 포함하는 실란 가스(SiH4)가 주입되어 형성될 수 있다.
그리고, 도 1b에 도시된 바와 같이 상기 제1 도전형 반도체층(122) 상에 활성층(124)을 형성한다.
상기 활성층(124)은 제1 도전형 반도체층(122)을 통해서 주입되는 전자와 후술하는 제2 도전형 반도체층(126)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(발광층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(124)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(124)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
상기 활성층(124)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(114)의 밴드 갭보다는 높은 밴드 갭을 갖을 수 있다.
그리고, 도 1c에 도시된 바와 같이 상기 활성층(124) 상에 제2 도전형 반도체층(126)을 형성된다. 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, 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, 적어도 2 종류의 도펀트를 포함할 수 있다.
여기서, 하나의 도펀트는 Mg, Ca, Sr, Ba 등의 제2 족 원소와 Zn이 사용될 수 있고, 다른 도펀트는 Al 등의 제3 족 원소가 사용될 수 있다. 여기서, 상기 알루미늄의 농도는 0.4%이하일 수 있다. 그리고, 알루미늄과 마그네슘이 도펀트로 사용된 경우, 전체(알루미늄+마그네슘) 도펀트 내에서 알루미늄 도펀트의 중량비는 0.95이상일 수 있으며 이유는 후술한다.
이때, 상기 Al 등의 도펀트가 도핑되더라도 제2 도전형 반도체층 내에서 질화물반도체층의 에너지 밴드 갭 자체는 변하지 않는 점에서, 에너지 밴드 갭 자체가 변화하는 AlGaN 등의 경우와 상이하다.
상기 제2 도전형 반도체층(126)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 마그네슘(Mg)이나 알루미늄(Al)과 같은 p형 불순물을 포함하는 비세틸 사이클로 펜타디에닐 마그네슘(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}가 주입되어 p형 GaN층이 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 상기 제1 도전형 반도체층(122)은 P형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층(126)은 N형 반도체층으로 구현할 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(122)과 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)이 발광 구조물을 이룬다.
또한, 상기 제2 도전형 반도체층(126) 위에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체 예컨대 상기 제 2도전형 반도체층이 P형 반도체층일 경우 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.
그리고, 도 1d에 도시된 바와 같이 상기 제2 도전형 반도체층(126)에서 상기 제1 도전형 반도체층(122)의 일부분까지 RIE(Reactive Ion Etching) 방식으로 메사(Mesa) 식각한다.
즉, 사파이어 기판 등의 절연성 기판을 사용하는 경우 기판(100) 하부에 전극을 형성할 수 없기 때문에, 상기 제2 도전형 반도체층(126)부터 상기 제1 도전형 반도체층(122)의 일부분까지 메사(Mesa) 식각함으로써, 전극을 형성할 수 있는 공간을 확보한다.
그리고, 상기 제1 도전형 반도체층(122)과 제2 도전형 반도체층(126) 상에 각각 제1 전극(130)과 제2 전극(140)을 형성한다.
여기서, 상기 제1 전극(130)과 제2 전극(140)의 형성은 크롬(Cr), 니켈(Ni), 금(Au), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 백금(Pt) 중에서 선택된 어느 하나의 금속 또는 상기 금속들의 합금 등의 금속을 증착하여 이루어진다. 그리고, 본 실시예에서는 수평형 발광소자의 제조를 도시하였으나, 수직형 발광소자의 경우에도 제2 도전형 반도체층에 상술한 바와 같이 알루미늄과 마그네슘 등을 도핑하는 것은 동일하다.
이어서, 상술한 발광소자를 패키지 몸체에 실장시키고, 상기 제1 전극과 제2 전극을 패키지 몸체 상의 전극과 연결한다.
도 2a 내지 도 2f는 발광소자의 다른 실시예의 제조방법을 나타낸 도면이다. 본 실시예는 수직형 발광소자의 제조공정을 나타낸 도면이다.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이 기판(100) 상에 제1 도전형 반도체층(122)과 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)을 포함하는 발광구조물(120)을 형성한다. 이때, 상기 발광 구조물(120)과 기판(100) 사이에는 버퍼층(110)을 성장시킬 수 있는데, 재료의 격자 부정합 및 열 팽창 계수의 차이를 완화할 수 있다.
그리고, 상기 제1 도전형 반도체층(122)과 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)의 조성은 도 1a 내지 도 1d에 도시된 실시예와 동일하다.
그리고, 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 발광구조물(120) 상에 오믹층(150)을 약 200 옹스트롱 정도의 두께로 적층한다.
상기 오믹층(150)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, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다. 그리고, 상기 오믹층(150)은 스퍼터링법이나 전자빔 증착법에 의하여 형성될 수 있다.
그리고, 상기 오믹층(150) 상에 반사층(160)을 약 2500 옹스르통의 두께로 형성할 수 있다. 상기 반사층(160)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 로듐(Rh), 혹은 Al이나 Ag이나 Pt나 Rh를 포함하는 합금을 포함하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 알루미늄이나 은 등은 상기 활성층(124)에서 발생된 빛을 효과적으로 반사하여 발광소자의 광추출 효율을 개선할 수 있다. 상기 오믹층(150)과 반사층(160)은 제2 전극으로 작용할 수 있다.
그리고, 도 2c에 도시된 바와 같이 상기 반사층(160) 상에 도전성 지지기판(180)을 형성할 수 있다.
상기 도전성 지지기판(180)은 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 또한, 금(Au), 구리합금(Cu Alloy), 니켈(Ni-nickel), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: GaN, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiGe, SiC, SiGe, Ga2O3 등) 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 도전성 지지기판(160)을 형성시키는 방법은 전기화학적인 금속증착방법이나 유테틱 메탈을 이용한 본딩 방법 등을 사용할 수 있다.
여기서, 상기 반사층(160)과 상기 도전성 지지기판(180)과의 결합을 위하여, 상기 반사층(160)이 결합층의 역할을 기능을 수행하거나, 금(Au), 주석(Sn), 인듐(In), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 은(Ag), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 결합층(170)을 형성할 수 있다.
그리고, 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 기판(100)을 분리한다.
상기 기판(100)의 제거는 엑시머 레이저 등을 이용한 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off: LLO)의 방법으로 할 수도 있으며, 건식 및 습식 식각의 방법으로 할 수도 있다.
레이저 리프트 오프법을 예로 들면, 상기 기판(100) 방향으로 일정 영역의 파장을 가지는 엑시머 레이저 광을 포커싱(focusing)하여 조사하면, 상기 버퍼층(110)과 발광 구조물(120)의 경계면에 열 에너지가 집중되어 경계면이 갈륨과 질소 분자로 분리되면서 레이저 광이 지나가는 부분에서 순간적으로 기판(100)과 버퍼층(110)의 분리가 일어난다.
그리고, 도 2e에 도시된 바와 같이 각각의 발광소자로 다이싱(dicing)한 후, 도 2f에 도시된 바와 같이 상기 제1 도전형 반도체층(122) 상에 요철을 형성할 수 있다. 예를 들어 PEC 방법에서, 식각액(가령, KOH)의 양과 GaN 결정성에 의한 식각 속도 차이 등을 조절함으로써, 미세 크기의 요철의 형상을 조절할 수 있다. 상기 요철 구조는 상기 제1 도전형 반도체층(122)의 표면적을 증가시키는 효과도 있으므로, 주기적이거나 비주기적일 수 있다.
그리고, 상기 제1 도전형 반도체층(122) 상에 제1 전극(130)을 형성한 후, 상기 발광구조물(120)의 측면에 패시베이션층(Passivation layer, 190)을 증착할 수 있다. 여기서, 상기 패시베이션층(190)은 절연물질로 이루어질 수 있으며, 상기 절연물질은 비전도성인 산화물이나 질화물로 이루어질 수 있다. 일 예로서, 상기 패시베이션층(190)은 실리콘 산화물(SiO2)층, 산화 질화물층, 산화 알루미늄층으로 이루어질 수 있다.
도 3은 실시예에 따른 발광소자 패키지를 나타낸 도면이다. 본 실시예에 따른 발광소자 패키지는 상술한 발광소자가 배치된 패키지이다.
도시된 바와 같이, 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 몸체(220)와, 상기 패키지 몸체(220)에 설치된 제1 전극층(211) 및 제2 전극층(212)과, 상기 패키지 몸체(220)에 설치되어 상기 제1 전극층(211) 및 제2 전극층(212)과 전기적으로 연결되는 실시예에 따른 발광 소자(200)와, 상기 발광 소자(200)를 포위하는 충진재(240)를 포함한다.
상기 패키지 몸체(220)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광 소자(200)의 주위에 경사면이 형성되어 광추출 효율을 높일 수 있다.
상기 제1 전극층(211) 및 제2 전극층(212)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(200)에 전원을 제공한다. 또한, 상기 제1 전극층(211) 및 제2 전극층(212)은 상기 발광 소자(200)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광 소자(200)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 발광 소자(200)는 상기 패키지 몸체(220) 상에 설치되거나 상기 제1 전극층(211) 또는 제2 전극층(212) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(200)는 상기 제1 전극층(211) 및 제2 전극층(212)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.
상기 충진재(240)는 상기 발광 소자(200)를 포위하여 보호할 수 있다. 또한, 상기 충진재(240)에는 형광체가 포함되어 상기 발광 소자(200)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
도 4는 각각의 실시예에서 발광소자의 제2 도전형 반도체층 내에 도핑된 알루미늄과 마그네슘의 중량비를 나타낸 것이다. 실시예 1에서, Al/(Al+Mg)의 중량비는 0.77 정도이고, 실시예 2에서 Al/(Al+Mg)의 중량비는 0.92 정도이고, 실시예 3에서 Al/(Al+Mg)의 중량비는 0.95 정도이다.
그리고, 도 5는 실시예 1 내지 실시예 3과 비교예의 발광효율을 나타낸 그래프이다. 여기서, 비교예는 알루미늄과 마그네슘이 도핑되지 않은 제2 도전형 반도체층이 포함된 발광소자의 발광효율을 나타낸 그래프이다.
도시된 바와 같이, 실시예 2와 실시예 3은 발광소자에 공급되는 전류가 증가할수록 오히려 발광효율이 저하되며, 실시예 1에서는 특히 높은 전류 하에서 발광효율이 비교예에 비하여 현저히 증가됨을 알 수 있다.
도 4와 5에서 알루미늄과 알루미늄+마그네슘의 중량비, 즉 전체 도펀트 내에서 알루미늄의 중량비는 0.95 이상이어야 발광소자의 발광효율이 현저히 향상됨을 확인할 수 있다.
도 6은 알루미늄의 도핑비에 따른 발광소자의 발광효율을 나타낸 그래프이다. 도 6에서 비교예는 알루미늄이 포함되지 않은 실시예이고, 알루미늄이 0.4% 이하로 도핑된 경우에 발광소자의 발광효율이 현저히 향상되고, 알루미늄의 도핑 농도가 1.2%와 2.4%인 경우에는 발광소자의 발광효율이 오히려 감소함을 알 수 있다.
즉, 상술한 바와 같이 알루미늄의 도핑 농도가 높아지면 도전형 반도체층의 에너지 밴드 갭 자체가 변할 수 있어서 발광효율이 저하될 수 있으므로, 알루미늄의 도핑농도는 0.4%이하로 할 수 있다.
상기 발광소자 패키지는 상기에 개시된 실시 예들의 발광소자 중 적어도 하나를 하나 또는 복수개로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광소자 패키지, 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 반도체 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 3은 발광소자 패키지를 포함하는 조명장치의 일실시예의 분해 사시도이다.
실시예에 따른 조명 장치는 광을 투사하는 광원(600)과 상기 광원(600)이 내장되는 하우징(400)과 상기 광원(600)의 열을 방출하는 방열부(500) 및 상기 광원(600)과 방열부(500)를 상기 하우징(400)에 결합하는 홀더(700)를 포함하여 이루어진다.
상기 하우징(400)은 전기 소켓(미도시)에 결합되는 소켓 결합부(410)와, 상기 소켓결합부(410)와 연결되고 광원(600)이 내장되는 몸체부(420)를 포함한다. 몸체부(420)에는 하나의 공기유동구(430)가 관통하여 형성될 수 있다.
상기 하우징(400)의 몸체부(420) 상에 복수 개의 공기유동구(430)가 구비되어 있는데, 상기 공기유동구(430)는 하나의 공기유동구로 이루어지거나, 복수 개의 유동구를 도시된 바와 같은 방사상 배치 이외의 다양한 배치도 가능하다.
그리고, 상기 광원(600)은 기판(610) 상에 복수 개의 발광소자 패키지(650)가 구비된다. 여기서, 상기 기판(610)은 상기 하우징(400)의 개구부에 삽입될 수 있는 형상일 수 있으며, 후술하는 바와 같이 방열부(500)로 열을 전달하기 위하여 열전도율이 높은 물질로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 광원의 하부에는 홀더(700)가 구비되는데 상기 홀더(700)는 프레임과 또 다른 공기 유동구를 포함할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나 상기 광원(100)의 하부에는 광학 부재가 구비되어 상기 광원(100)의 발광소자 패키지(150)에서 투사되는 빛을 확산, 산란 또는 수렴시킬 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 발광소자 패키지를 포함하는 백라이트를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 백라이트는 바텀 커버(Bottom cover, 810)와, 상기 바텀 커버의 내부의 일측에 마련되는 발광 소자 패키지 모듈(미도시)과, 상기 바텀 커버(810)의 전면에 배치되는 반사판(820)과, 상기 반사판(820)의 전방에 배치되며 상기 발광모듈에서 발산되는 빛을 표시장치 전방으로 안내하는 도광판(830)과, 상기 도광판(30)의 전방에 배치되는 광학 부재(840)를 포함한다. 그리고, 백라이트를 포함하는 디스플레이 장치는 상술한 구성 외에 상기 광학 부재(840)의 전방에 배치되는 액정 표시 패널(860)과, 상기 액정 표시 패널(860)의 전방에 마련되는 탑 커버(Top cover, 870)와, 상기 바텀 커버(810)와 상기 탑 커버(870) 사이에 배치되어 상기 바텀 커버(810)와 상기 탑 커버(870)를 함께 고정시키는 고정부재(850)를 포함할 수 있다.
상기 도광판(830)은 상기 발광모듈(미도시)에서 방출되는 광이 면광원 형태로 출사되도록 안내하는 역할을 하고, 상기 도광판(30)의 후방에 배치되는 반사판(820)은 상기 발광 소자 패키지 모듈(미도시)에서 방출된 광이 상기 도광판(830)방향으로 반사되도록 하여 광효율을 제고하는 역할을 한다.
다만, 상기 반사판(820)은 본 도면 처럼 별도의 구성요소로 마련될 수도 있고, 상기 도광판(830)의 후면이나, 상기 바텀 커버(810)의 전면에 반사도가 높은 물질로 코팅되는 형태로 마련되는 것도 가능하다.
여기서, 반사판(820)은 반사율이 높고 초박형으로 사용 가능한 소재를 사용할 수 있고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephtalate; PET)를 사용할 수 있다.
그리고, 도광판(830)은 발광 소자 패키지 모듈에서 방출되는 빛을 산란시켜 그 빛이 액정 표시 장치의 화면 전영역에 걸쳐 균일하게 분포되도록 한다. 따라서, 도광판(830)은 굴절률과 투과율이 좋은 재료로 이루어지는데, 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 또는 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE) 등으로 형성될 수 있다.
그리고, 광학 부재(840)가 상기 도광판(830)의 상부에 구비되어 도광판(830)에서 출사되는 빛을 소정 각도로 확산시킨다. 광학 부재(840)는 상기 도광판(830)에 의해 인도된 빛을 액정 표시 패널(860) 방향으로 균일하게 조사되도록 하다.
광학 부재(840)로는 확산 시트, 프리즘 시트 또는 보호 시트 등의 광학 시트가 선택적으로 적층되거나, 마이크로 렌즈 어레이를 사용할 수도 있다. 이때, 복수 개의 광학 시트를 사용할 수도 있으며, 광학 시트는 아크릴 수지, 폴리우레탄 수지 또는 실리콘 수지 등과 같은 투명 수지로 이루어질 수 있다. 그리고, 상술한 프리즘 시트 내에 형광 시트가 포함될 수도 있음은 상술한 바와 동일하다.
그리고, 상기 광학 부재(840)의 전면에는 액정 표시 패널(860)이 구비될 수 있다. 여기서, 액정 표시 패널(860) 외에 광원을 필요로 하는 다른 종류의 디스플레이 장치가 구비될 수 있음은 당연하다.
도 4b는 백라이트의 광원 부분의 단면도이다.
도시된 바와 같이, 바텀 커버(810) 상에는 상기 반사판(820)이 놓이게 되고, 상기 반사판(820)의 위에는 상기 도광판(830)이 놓이게 된다. 그리하여 상기 반사판(820)은 상기 방열부재(미도시)와 직접 접촉될 수도 있다.
그리고, 각각의 발광 소자 패키지(882)가 고정된 인쇄회로기판(881)은 브라켓(812) 상에 접합될 수 있다. 여기서, 브라켓(812)은 상기 발광 소자 패키지(882)의 고정 외에 열방출을 위하여 열전도율이 높은 물질로 이루어질 있고, 도시되지는 않았으나, 브라켓(812)과 발광 소자 패키지(882) 사이에는 열 패드가 구비되어 열 전달을 용이하게 할 수 있다.
그리고, 브라켓(812)는 도시된 바와 같이 'ㄴ'자 타입으로 구비되어, 가로부(812a)는 바텀 커버(810)에 의하여 지지되고, 세로부(812b)는 상기 인쇄회로기판(881)을 고정할 수 있다.
상기 발광소자 패키지는 상기에 개시된 실시 예들의 발광소자 중 적어도 하나를 하나 또는 복수개로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광소자 패키지, 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 반도체 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 7은 발광소자 패키지를 포함하는 조명장치의 일실시예의 분해 사시도이다.
실시예에 따른 조명 장치는 광을 투사하는 광원(600)과 상기 광원(600)이 내장되는 하우징(400)과 상기 광원(600)의 열을 방출하는 방열부(500) 및 상기 광원(600)과 방열부(500)를 상기 하우징(400)에 결합하는 홀더(700)를 포함하여 이루어진다.
상기 하우징(400)은 전기 소켓(미도시)에 결합되는 소켓 결합부(410)와, 상기 소켓결합부(410)와 연결되고 광원(600)이 내장되는 몸체부(420)를 포함한다. 몸체부(420)에는 하나의 공기유동구(430)가 관통하여 형성될 수 있다.
상기 하우징(400)의 몸체부(420) 상에 복수 개의 공기유동구(430)가 구비되어 있는데, 상기 공기유동구(430)는 하나의 공기유동구로 이루어지거나, 복수 개의 유동구를 도시된 바와 같은 방사상 배치 이외의 다양한 배치도 가능하다.
그리고, 상기 광원(600)은 기판(610) 상에 복수 개의 발광소자 패키지(650)가 구비된다. 여기서, 상기 기판(610)은 상기 하우징(400)의 개구부에 삽입될 수 있는 형상일 수 있으며, 후술하는 바와 같이 방열부(500)로 열을 전달하기 위하여 열전도율이 높은 물질로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 광원의 하부에는 홀더(700)가 구비되는데 상기 홀더(700)는 프레임과 또 다른 공기 유동구를 포함할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나 상기 광원(100)의 하부에는 광학 부재가 구비되어 상기 광원(100)의 발광소자 패키지(150)에서 투사되는 빛을 확산, 산란 또는 수렴시킬 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 발광소자 패키지를 포함하는 백라이트를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 백라이트는 바텀 커버(Bottom cover, 810)와, 상기 바텀 커버의 내부의 일측에 마련되는 발광 소자 패키지 모듈(미도시)과, 상기 바텀 커버(810)의 전면에 배치되는 반사판(820)과, 상기 반사판(820)의 전방에 배치되며 상기 발광모듈에서 발산되는 빛을 표시장치 전방으로 안내하는 도광판(830)과, 상기 도광판(30)의 전방에 배치되는 광학 부재(840)를 포함한다. 그리고, 백라이트를 포함하는 디스플레이 장치는 상술한 구성 외에 상기 광학 부재(840)의 전방에 배치되는 액정 표시 패널(860)과, 상기 액정 표시 패널(860)의 전방에 마련되는 탑 커버(Top cover, 870)와, 상기 바텀 커버(810)와 상기 탑 커버(870) 사이에 배치되어 상기 바텀 커버(810)와 상기 탑 커버(870)를 함께 고정시키는 고정부재(850)를 포함할 수 있다.
상기 도광판(830)은 상기 발광모듈(미도시)에서 방출되는 광이 면광원 형태로 출사되도록 안내하는 역할을 하고, 상기 도광판(30)의 후방에 배치되는 반사판(820)은 상기 발광 소자 패키지 모듈(미도시)에서 방출된 광이 상기 도광판(830)방향으로 반사되도록 하여 광효율을 제고하는 역할을 한다.
다만, 상기 반사판(820)은 본 도면 처럼 별도의 구성요소로 마련될 수도 있고, 상기 도광판(830)의 후면이나, 상기 바텀 커버(810)의 전면에 반사도가 높은 물질로 코팅되는 형태로 마련되는 것도 가능하다.
여기서, 반사판(820)은 반사율이 높고 초박형으로 사용 가능한 소재를 사용할 수 있고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephtalate; PET)를 사용할 수 있다.
그리고, 도광판(830)은 발광 소자 패키지 모듈에서 방출되는 빛을 산란시켜 그 빛이 액정 표시 장치의 화면 전영역에 걸쳐 균일하게 분포되도록 한다. 따라서, 도광판(830)은 굴절률과 투과율이 좋은 재료로 이루어지는데, 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 또는 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE) 등으로 형성될 수 있다.
그리고, 광학 부재(840)가 상기 도광판(830)의 상부에 구비되어 도광판(830)에서 출사되는 빛을 소정 각도로 확산시킨다. 광학 부재(840)는 상기 도광판(830)에 의해 인도된 빛을 액정 표시 패널(860) 방향으로 균일하게 조사되도록 하다.
광학 부재(840)로는 확산 시트, 프리즘 시트 또는 보호 시트 등의 광학 시트가 선택적으로 적층되거나, 마이크로 렌즈 어레이를 사용할 수도 있다. 이때, 복수 개의 광학 시트를 사용할 수도 있으며, 광학 시트는 아크릴 수지, 폴리우레탄 수지 또는 실리콘 수지 등과 같은 투명 수지로 이루어질 수 있다. 그리고, 상술한 프리즘 시트 내에 형광 시트가 포함될 수도 있음은 상술한 바와 동일하다.
그리고, 상기 광학 부재(840)의 전면에는 액정 표시 패널(860)이 구비될 수 있다. 여기서, 액정 표시 패널(860) 외에 광원을 필요로 하는 다른 종류의 디스플레이 장치가 구비될 수 있음은 당연하다.
도 4b는 백라이트의 광원 부분의 단면도이다.
도시된 바와 같이, 바텀 커버(810) 상에는 상기 반사판(820)이 놓이게 되고, 상기 반사판(820)의 위에는 상기 도광판(830)이 놓이게 된다. 그리하여 상기 반사판(820)은 상기 방열부재(미도시)와 직접 접촉될 수도 있다.
그리고, 각각의 발광 소자 패키지(882)가 고정된 인쇄회로기판(881)은 브라켓(812) 상에 접합될 수 있다. 여기서, 브라켓(812)은 상기 발광 소자 패키지(882)의 고정 외에 열방출을 위하여 열전도율이 높은 물질로 이루어질 있고, 도시되지는 않았으나, 브라켓(812)과 발광 소자 패키지(882) 사이에는 열 패드가 구비되어 열 전달을 용이하게 할 수 있다.
그리고, 브라켓(812)는 도시된 바와 같이 'ㄴ'자 타입으로 구비되어, 가로부(812a)는 바텀 커버(810)에 의하여 지지되고, 세로부(812b)는 상기 인쇄회로기판(881)을 고정할 수 있다.
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 : 기판 110 : 버퍼층
120 : 발광 구조물 122 : 제1 도전형 반도체층
124 : 활성층 126 : 제2 도전형 반도체층
130 : 제1 전극 140 : 제2 전극
150 : 오믹층 160 : 반사층
170 : 결합층 180 : 도전성 지지기판
190 : 패시베이션층 200 : 발광소자
211 : 제1 전극층 212 : 제2 전극층
220 : 패키지 몸체 240 : 충진재
400 : 하우징 500 : 방열부
600 : 광원 700 : 홀더
810 : 바텀 커버 820 : 반사판
830 : 도광판 840 : 광학부재
860 : 액정 표시 패널 870 : 탑 커버

Claims (4)

  1. 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 형 도전형 반도체층 상의 활성층; 및
    상기 활성층 상에 알루미늄과 마그네슘이 도핑된 제2 도전형 도전형 반도체층을 포함하는 발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층에서, 도핑된 알루미늄/(알루미늄+마그네슘)의 중량비는 0.95 이상이고 1.0 미만인 발광 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층 내에서, 상기 알루미늄의 농도는 0.4% 이하인 발광소자.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 도전형 반도체층은 n형 반도체층이고 상기 제2 도전형 반도체층은 p형 반도체층인 발광소자.
KR1020100099715A 2010-10-13 2010-10-13 발광 소자 KR20120038126A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100099715A KR20120038126A (ko) 2010-10-13 2010-10-13 발광 소자

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100099715A KR20120038126A (ko) 2010-10-13 2010-10-13 발광 소자

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20120038126A true KR20120038126A (ko) 2012-04-23

Family

ID=46139000

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100099715A KR20120038126A (ko) 2010-10-13 2010-10-13 발광 소자

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20120038126A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10141478B2 (en) Structure of a reflective electrode and an OHMIC layer of a light emitting device
EP2581952A2 (en) Light emitting diode, light emitting diode package and lighting apparatus including the same
KR101791175B1 (ko) 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지
KR101941029B1 (ko) 발광소자 및 이를 포함하는 조명시스템
EP2375457B1 (en) Light emitting device with a monolithic re-emission layer
KR20130071077A (ko) 발광소자 및 이의 제조 방법
KR102007401B1 (ko) 발광소자
KR20130139017A (ko) 발광 소자
KR20130138483A (ko) 발광소자 및 이를 포함하는 조명시스템
KR101729267B1 (ko) 발광 소자
KR20120050089A (ko) 발광소자 및 그 제조방법
KR101756334B1 (ko) 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지
KR20130049316A (ko) 발광소자
KR101874573B1 (ko) 발광소자 및 그 발광 소자의 제조 방법
KR101861633B1 (ko) 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지
KR20120038126A (ko) 발광 소자
KR102024294B1 (ko) 발광소자 패키지
KR20130074989A (ko) 발광소자
KR20130058234A (ko) 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지
KR20140001352A (ko) 발광소자
KR20120015623A (ko) 발광소자
KR20120037708A (ko) 발광소자
KR20120045877A (ko) 발광 소자
KR20130010673A (ko) 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지
KR20120139198A (ko) 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application