KR20120108411A - 발광소자 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 발광소자는 지지기판,상기 지지기판 상에 배치된 제 1전극, 상기 제 1전극 상에 배치되며, 제 1반도체층, 제 2반도체층 및 상기 제 1반도체층과 상기 제 2반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광구조물, 상기 제 2반도체층의 N(나이트라이드)-face와 오믹 접촉하는 금속층 및 상기 금속층 상에 형성되어 상기 발광구조물과 전기적으로 연결되는 제 2전극을 포함하는 발광소자에 관한 것이다.
Description
실시예는 발광소자에 관한 것이다.
형광등은 흑점 현상, 짧은 수명 등으로 잦은 교체와 형광물질 사용으로 친환경을 지향하는 미래 조명시장의 흐름에 반하므로 점차 타 광원으로 대치되고 있는 추세이다.
이에 타 광원으로 가장 주목받고 있는 것은 LED(Light Emitting Diode)로써, 반도체의 빠른 처리 속도와 낮은 전력 소모 등의 장점과 함께, 환경 친화적이면서도 에너지 절약 효과가 높아서 차세대 광원으로 꼽히고 있다. 따라서, 기존의 형광등을 대체하기 위한 LED의 활용은 활발히 진행 중에 있다.
현재, LED와 같은 반도체 발광 소자는 텔레비전, 모니터, 노트북, 휴대폰, 및 기타 디스플레이장치를 구비하는 다양한 장치에 적용되고 있으며, 특히 기존의 CCFL을 대체하여 백 라이트 유닛으로도 널리 사용되고 있다.
최근에는 발광소자를 조명광원으로 이용하기 위해서 고휘도화가 요구되고 있으며, 이러한 고휘도화를 달성하기 위하여 전류를 균일하게 확산시켜 발광 효율을 증가시킬 수 있는 발광소자를 제작하기 위한 연구가 진행 중에 있다.
실시예는 새로운 구조를 갖는 발광 소자 및 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시예는 발광소자의 발광 효율이 향상되고, 동작 전압이 낮아지며, 안정성 및 신뢰성이 향상된 발광소자를 제공한다.
실시예에 따른 발광소자는, 지지기판, 상기 지지기판 상에 배치된 제 1전극,상기 제 1전극 상에 배치되며, 제 1반도체층, 제 2반도체층 및 상기 제 1반도체층과 상기 제 2반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광구조물, 상기 제 2반도체층의 N(나이트라이드)-face와 오믹 접촉하는 금속층 및 상기 금속층 상에 형성되어 상기 발광구조물과 전기적으로 연결되는 제 2전극을 포함할 수 있다.
실시예의 발광소자는 금속층을 갖도록 형성됨으로써, 전체적인 전류확산 효과를 향상시키는 동시에 동작전압을 감소시킬 수 있다.
따라서, 발광소자의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 단면을 도시한 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 다른 실시예에 따른 발광소자의 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 실시예에 따른 발광소자의 평면을 나타내는 평면도이다.
도 4 내지 도 7은 도 2a의 발광소자의 제조공정을 나타낸 순서도이다.
도 8은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 9a는 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 조명장치를 도시한 사시도이며, 도 9b는 도 9a에 도시된 조명장치의 A-A' 단면을 도시한 단면도이다.
도 10은 실시예의 발광소자가 장착된 전자기기를 도시한 도이다.
도 2a 및 도 2b는 다른 실시예에 따른 발광소자의 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 실시예에 따른 발광소자의 평면을 나타내는 평면도이다.
도 4 내지 도 7은 도 2a의 발광소자의 제조공정을 나타낸 순서도이다.
도 8은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 9a는 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 조명장치를 도시한 사시도이며, 도 9b는 도 9a에 도시된 조명장치의 A-A' 단면을 도시한 단면도이다.
도 10은 실시예의 발광소자가 장착된 전자기기를 도시한 도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
또한, 실시 예에서 발광소자의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 발광소자를 이루는 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 단면을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 발광소자(100)는 지지기판(110), 지지기판(110)상에 형성되는 제 1전극(120), 제 1반도체층(131), 활성층(132) 및 제 2반도체층(133)으로 구성되는 발광구조물(130)을 포함할 수 있다. 또한 발광구조물(130) 상에 형성되는 금속층(140) 및 금속층상에 형성되는 제 2전극(150)을 포함할 수 있다.
지지기판(110)은 발광구조물(130)을 지지하며 발광구조물(130)에 전원을 제공할 수 있다. 지지기판(110)은 열전도성이 우수한 물질을, 또는 전도성 물질로 형성 될 수 있으며, 예를 들어, 금(Au), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 탄탈(Ta), 은(Ag), 백금(Pt), 크롬(Cr), Si, Ge, GaAs, ZnO, GaN, Ga2O3 또는 SiC, SiGe, CuW 중에서 선택된 어느 하나로 형성하거나 둘 이상의 합금으로 형성할 수 있으며, 서로 다른 둘 이상의 물질을 적층하여 형성할 수 있다.
이와 같은 지지기판(110)은 발광소자(100)에서 발생하는 열의 방출을 용이하게 하여 발광소자(100)의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다.
실시 예에서, 지지기판(110)은 전도성을 갖는 것으로 설명하나, 전도성을 갖지 않을 수도 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
제 1전극(120)은 오믹 접촉을 위해 제2 도전형 반도체층(131)의 아래에 층 또는 복수의 패턴으로 형성될 수 있고, 반사 금속으로 오믹 접촉되거나 전도성 산화물을 이용하여 오믹 접촉될 수 있다.
제 1전극(120) 은 금속과 투광성 전도층을 선택적으로 사용할 수 있으며, 발광구조물(130)에 전원을 제공한다. 제 1전극(120)은 전도성 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 니켈(Ni), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 은(Ag), 텅스텐(W), 구리(Cu), 크롬(Cr), 팔라듐(Pd), 바나듐(V), 코발트(Co), 니오브(Nb), 지르코늄(Zr), 산화인듐주석(ITO, Indium Tin Oxide), 알루미늄산화아연(AZO, aluminum zinc oxide), 인듐 아연 산화물(IZO, Indium 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) ), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제 1전극(120)은 오믹 특성을 갖는 반사 전극 재료로 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
제 1전극(120)은 오믹층/반사층/본딩층의 구조이거나, 오믹층/반사층의 적층 구조이거나, 반사층(오믹 포함)/본딩층의 구조일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 이에 대해서는 후술한다. 발광구조물(130)은 제 1전극(120)에 접하며, 제1 반도체층(131), 활성층(132) 및 제2 반도체층(133)을 포함할 수 있고, 제1 반도체층(131)과 제2 반도체층(133) 사이에 활성층(132)이 개재된 구성으로 이루어질 수 있다.
제 2반도체층(133)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, n형 반도체층은 GaN층, AlGaN층, InGAN층 등과 같은 GaN계 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있고, n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
제 2반도체층(133)의 아래에는 활성층(132)이 형성될 수 있다. 활성층(132)은 전자와 정공이 재결합되는 영역으로, 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.
활성층(132)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 또는 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well)로 형성될 수 있다.
따라서, 더 많은 전자가 양자우물층의 낮은 에너지 준위로 모이게 되며, 그 결과 전자와 정공의 재결합 확률이 증가 되어 발광효과가 향상될 수 있다. 또한, 양자선(Quantum wire)구조 또는 양자점(Quantum dot)구조를 포함할 수도 있다.
활성층(132) 아래에는 제1 반도체층(131)이 형성될 수 있다. 제1 반도체층(131)은 p형 반도체층으로 구현되어, 활성층(132)에 정공을 주입할 수 있다. 예를 들어 p형 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
또한 제 2반도체층(133)의 상에는 제3 반도체층(미도시)을 형성할 수도 있다. 여기서 제 3반도체층은 제 2반도체층과 극성이 반대인 반도체층으로 구현될 수 있다.
한편, 상술한 제 1반도체층(131), 활성층(132) 및 제 2반도체층(133)은 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), 스퍼터링(Sputtering) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 상술한 바와는 달리 실시예에서 제 1반도체층(131)이 n형 반도체층으로 구현되고, 제 2반도체층(133)이 p형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
또한, 발광구조물(130)의 외주면 중 일부 영역 또는 전체 영역은 외부의 충격 등으로부터 보호하고, 전기적 쇼트를 방지할 수 있도록 패시베이션(180)이 형성될 수도 있다.
금속층(140)은 니켈(Ni), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 은(Ag), 텅스텐(W), 구리(Cu), 크롬(Cr), 팔라듐(Pd), 바나듐(V), 코발트(Co), 니오브(Nb), 지르코늄(Zr), 징크옥사이드(ZnO) 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 두께는 투광성을 확보할 수 있어야 하며, 바람직하게는 1nm~20nm일 수 있으며, 금속층의 투과율은 85%~95%가 되도록 할 수 있다.
금속층(140)의 두께가 1nm미만인 경우는 금속층(140)의 형성이 제한될 수 있어, 그 기능을 발휘하기 어렵다. 금속층(140)의 두께가 20nm를 초과할 시 금속층(140)의 투과율이 85%이하로 형성되어 광 추출에 제한이 될 수 있다.
금속층(140)은 제 2반도체층(133)의 외측 일면 전체에 형성됨으로써, 전류군집현상을 방지할 수 있다. 따라서, 동작전압을 줄이면서 휘도는 향상시킬 수 있는 수평형 발광소자의 제조가 가능하다.
제 2전극(150)은 제 1전극(120)과 마찬가지로 금속과 투광성 전도층을 선택적으로 사용할 수 있으며, 발광구조물(130)과 전기적으로 연결되어 발광구조물(130)에 전원을 제공한다. 제 2전극(150)은 전도성 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 니켈(Ni), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 은(Ag), 텅스텐(W), 구리(Cu), 크롬(Cr), 팔라듐(Pd), 바나듐(V), 코발트(Co), 니오브(Nb), 지르코늄(Zr), 산화인듐주석(ITO, Indium Tin Oxide), 알루미늄산화아연(AZO, aluminum zinc oxide), 인듐 아연 산화물(IZO, Indium 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), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.
제 2전극(150)은 금속층(140)의 상부면의 일부 영역에 형성될 수 있으며, 복수개로 형성될 수 있다.
도 2(a) 및 도 2(b)는 다른 실시예에 따른 발광소자의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 2(a)를 참조하면, 제 1전극(120)은 본딩층(미도시) 및 반사층(160)을 포함할 수 있으며, 이때 본딩층(미도시)은 배리어 금속(barrier metal), 또는 본딩 금속, 예를 들어, 티탄(Ti), 금(Au), 주석(Sn), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 갈륨(Ga), 인듐(In), 비스무트(Bi), 구리(Cu), 은(Ag) 또는 탄탈(Ta) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제 1전극(120)은 오믹층/반사층/본딩층의 구조이거나, 오믹층/반사층의 적층 구조이거나, 반사층(오믹 포함)/본딩층의 구조일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
반사층(160)은 발광구조물(130)의 활성층(132)에서 발생된 광 중 일부가 지지기판(110) 방향으로 향하는 경우, 발광소자(100)의 상부 방향으로 향하도록 광을 반사시켜 발광소자(100)의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
반사층(160)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 로듐(Rh), 혹은 Al이나 Ag이나 Pt나 Rh를 포함하는 합금을 포함하는 금속층으로 이루어지거나, 상기 금속 물질과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있다. 또한 반사층(160)은 IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 적층할 수 있다. 또한 반사층(160)을 발광 구조물(예컨대, 제 1반도체층(131))과 오믹 접촉하는 물질로 형성할 경우, 오믹층(미도시)은 별도로 형성하지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
오믹층(미도시)은 발광 구조물(예컨대, 제 1반도체층(131))의 하면에 오믹 접촉되며, 층 또는 복수의 패턴으로 형성될 수 있다. 오믹층(미도시)은 투광성 전도층과 금속이 선택적으로 사용될 수 있으며, 약 200 옹스트롱의 두께로 적층될 수 있다. 상기 오믹층(미도시)은 투광성 전도층과 금속을 선택적으로 사용할 수 있으며, 예를 들어, 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(미도시)은 스퍼터링법이나 전자빔 증착법에 의하여 형성될 수 있다.
반사층(160)과 제 1전극(120)은 폭 및 길이가 동일한 것으로 설명하지만, 폭 및 길이 중 적어도 하나가 상이할 수 있으며 이에 한정을 두지 않는다.
다시 도 2(a)를 참조하면, 지지기판(110) 상으로는 지지기판(110)과 전도층(170)의 결합을 위하여 결합층(미도시)을 형성할 수 있다. 결합층(미도시)은 예를 들어, 금(Au), 주석(Sn), 인듐(In), 은(Ag), 니켈(Ni), 나이오븀(Nb) 및 구리(Cu)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
전도층(170)은 니켈(Ni-nickel), 백금(Pt), 티탄(Ti), 텅스텐(W), 바나듐(V), 철(Fe), 몰리브덴(Mo)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들이 선택적으로 포함된 합금으로 이루어질 수 있다.
전도층(170)은 스퍼터링 증착 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 스퍼터링 증착 방법을 사용할 경우, 이온화된 원자를 전기장에 의해 가속시켜, 전도층(170)의 소스 재료(source material)에 충돌시키면, 소스 재료의 원자들이 튀어나와 증착된다. 또한, 실시예에 따라 전기 화학적인 금속 증착 방법이나, 유테틱 메탈을 이용한 본딩 방법 등을 사용할 수도 있다. 실시예에 따라 전도층(170)은 복수의 레이어로 형성될 수도 있다.
전도층(170)은 발광 소자의 제조 공정상 발생할 수 있는 기계적 손상(깨짐 또는 박리 등)을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전도층(170)은 지지기판(110) 또는 결합층(미도시)을 구성하는 금속 물질이 발광 구조물(120)으로 확산되는 것을 방지하는 효과가 있다.
한편, 제 2반도체층(133)의 표면 일부 영역 또는 전체 영역에 대해 소정의 식각 방법으로 광 추출효율을 향상시키기 위한 요철을 형성해 줄 수 있다.
도 2b를 참조하면, 제 2반도체층(133) 및 금속층(140) 상면에 모두 요철이 형성될 수 있다. 여기서, 제 2전극(150)은 요철(148)이 형성된 금속층의 상부면에 형성된 것으로 설명하나, 요철(148)이 형성되지 않은 평탄한 면에 형성될 수 있으며 이에 한정을 두지 않는다.
도 3은 도 1의 실시예에 따른 발광소자의 평면을 나타내는 평면도이다.
도 3을 참조하면, 제 2전극(150)은 금속층(140)의 일부에 형성될 수 있다. 제 2전극(150)은 흡수를 광의 흡수를 최소화 하기 위해 패드 볼의 형상으로 형성될 수 있으나 이에 한정을 두지 않는다.
또한, 제 2전극(150)은 금속층(140)의 가장자리에 위치할 수 있으나 이에 한정하지 않으며, 복수개로 형성될 수 있다.
도 4내지 도 7은 도 2(b)의 발광소자의 제조공정을 나타낸 순서도이다.
실시예에 따른 발광소자 제조방법은 다음과 같다.
도 4를 참조하면, 먼저, 성장기판(101) 상에 순차적으로 제 2반도체층(133), 활성층(132) 및 제 1반도체층(131)을 포함하는 발광구조물(130)이 형성된다.
성장기판(101)은 사파이어 기판(Al203), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, 그리고 GaAs 등으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 도면에 나타내지는 않았으나 성장기판(101)과 발광구조물(130) 사이에는 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있다.
버퍼층(미도시)은 3족과 5족 원소가 결합된 형태이거나 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중에서 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 도펀트가 도핑될 수도 있다.
이러한 성장기판(101) 또는 버퍼층(미도시) 위에는 언도프드 반도체(미도시)층이 형성될 수 있으며, 버퍼층(미도시)과 언도프드 반도체층(미도시) 중 어느 한 층 또는 두 층 모두 형성하거나 형성하지 않을 수도 있으며, 이러한 구조에 대해 한정되지는 않는다.
이후, 제 1반도체층(131) 상에 제 1전극(120)이 형성될 수 있다, 그리고, 제 1 전극(120) 상에 반사층(160)이 형성될 수도 있다.
도 5를 참조하면, 결합층(미도시)과 전도층(170)이 배치된 지지기판(110)이 본딩 접착되며, 이때 제2 반도체층(133) 상에 배치된 성장기판(101)을 분리시킬 수 있다.
이때, 성장기판(101)은 물리적 또는/및 화학적 방법으로 제거할 수 있으며, 물리적 방법은 일 예로 LLO(laser lift off) 방식으로 제거할 수 있다.
도 6을 참조하면, 발광 구조물(130)의 외곽부 영역에 대해 에칭을 수행한다. 이 때, 외곽부 영역은 수직 방향으로 형성될 수 있고, 경사를 가지게 형성될 수도 있다.
도 7을 참조하면, 발광구조물(130)의 외주면 일부 또는 전체 영역에 패시베이션(180)이 형성될 수 있다.
패시베이션(180)을 형성한 후, 패시베이션(180) 영역을 제외한 제 2반도체층(133)상에 금속층(140)을 형성해 준다.
발광구조물(130)의 제 2반도체층(133) 및 금속층(140)의 표면 일부 영역 또는 전체 영역에 대해 소정의 식각 방법으로 요철(148)을 형성해 줄 수 있으며, 이러한 금속층(140)의 표면에 제 2전극(150)을 형성해 준다.
여기서, 요철(148) 구조는 규칙적인 패턴을 갖는 것이 바람직하나 이에 한정하지 않는다. 또한 요철(148) 구조를 형성하지 않을 수도 있으나, 형성하는 경우는 도 5에서 도시한 구조로 한정하지는 않는다.
또한, 도 4 내지 도 7에 나타낸 공정 순서에서 적어도 하나의 공정은 순서가 바뀔 수 있으며 이에 한정을 두지 않는다.
도 8은 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 단면도이다. 도 8을 참조하여 설명하면, 발광 소자 패키지(200)는 몸체(220)와, 몸체(220)에 설치된 제 1전극(231) 및 제 2전극(232)과, 몸체(220)에 설치되어 제 1전극(231) 및 제 2전극(232)과 전기적으로 연결되는 실시예에 따른 발광소자(100)와, 발광소자(100)를 밀봉하는 몰딩부재(240)를 포함한다.
몸체(220)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 발광소자(100)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
제 1전극(231) 및 제 2전극(232)은 서로 전기적으로 분리되며, 발광소자(100)에 전원을 제공한다. 또한, 제 1전극(231) 및 제 2전극(232)은 발광소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 발광소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
발광소자(100)는 몸체(220) 상에 설치되거나 제 1전극(231) 또는 제 2전극(232) 상에 설치될 수 있다.
발광소자(100)는 제 1전극(231) 및 제 2전극(232)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.
몰딩부재(240)는 발광소자(100)를 밀봉하여 보호할 수 있다. 또한, 몰딩부재(240)에는 형광체가 포함되어 발광소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
발광 소자 패키지(200)는 상기에 개시된 실시 예들의 발광 소자 중 적어도 하나 또는 복수 개로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
발광 소자 패키지(200)는 제조가 간단하고 전극층 및 다른 층들의 박피현상 및 이탈현상을 방지할 수 있다.
도 9a는 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 조명장치를 도시한 사시도이며, 도 9b는 도 9a에 도시된 조명장치의 A-A' 단면을 도시한 단면도이다.
한편, 실시 예에 따른 조명장치의 형상을 보다 상세히 설명하기 위해, 조명장치의 길이방향(Z)과, 길이방향(Z)과 수직인 수평방향(Y), 그리고 길이방향(Z) 및 수평방향(Y)과 수직인 높이방향(X)으로 설명하기로 한다.
즉, 도 9b는 도 9a의 조명장치(300)를 길이방향(Z)과 높이방향(X)의 면으로 자르고, 수평방향(Y)으로 바라본 단면도이다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 조명장치(300)는 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지(344), 몸체(310), 몸체(310)와 체결되는 커버(330) 및 몸체(310)의 양단에 위치하는 마감캡(350)을 포함할 수 있다.
몸체(310)의 하부면에는 발광소자모듈(340)이 체결되며, 몸체(310)는 발광소자패키지(344)에서 발생된 열이 몸체(310)의 상부면을 통해 외부로 방출할 수 있도록 전도성 및 열발산 효과가 우수한 금속재질로 형성될 수 있다.
발광소자패키지는(344)는 PCB(342) 상에 다색, 다열로 실장될 수 있어 어레이를 이룰 수 있으며, 동일한 간격으로 실장되거나 또는 필요에 따라 다양한 이격 거리를 가지고 실장될 수 있어 밝기 등을 조절할 수 있다. 이러한 PCB (342)로는 MCPCB(Metal Core PCB) 또는 FR4 재질의 PCB 등을 사용할 수 있다.
한편, 발광소자패키지(344)는 제1 봉지재와 제1 봉지재 상에 형성되는 제2 봉지재로 이중 몰딩되어 형성될 수 있다. 제1 봉지재는 형광체를 포함할 수 있어, 발광소자패키지(344)가 백색광을 구현할 수 있도록 하며, 제2 봉지재는 실리콘과 이산화티탄(TiO2), 이산화규소(SiO2), 산화아연(ZnO), 황산바륨(BASO4), 탄산칼슘(CaSO4), 탄산마그네슘(MgCO3), 수산화알루미늄(Al(OH)3) 및 클레이 중에서 어느 하나를 포함하여, 발광소자패키지(344)에 전원이 인가되지 않은 경우라도 발광면이 흰색을 유지할 수 있도록 할 수 있다.
한편, 제2 봉지재에 포함되는 이산화티탄(TiO2), 이산화규소(SiO2), 산화아연(ZnO), 황산바륨(BASO4), 탄산칼슘(CaSO4), 탄산마그네슘(MgCO3), 수산화알루미늄(Al(OH)3) 및 클레이 등은 휘도저하 및 외관의 백색 유지를 위해 제2 봉지재 대비 1 내지 4wt%로 포함되는 것이 바람직하다.
한편, 커버(330)는 몸체(310)의 하부면을 감싸도록 원형의 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않음은 물론이다.
커버(330)는 내부의 발광소자모듈(340)을 외부의 이물질 등으로부터 보호한다. 또한, 커버(330)는 발광소자패키지(344)에서 발생한 광의 눈부심을 방지하고, 외부로 광을 균일하게 방출할 수 있도록 확산입자를 포함할 수 있으며, 또한 커버(330)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 프리즘 패턴 등이 형성될 수 있다. 또한 커버(330)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 형광체가 도포될 수도 있다.
한편, 발광소자패키지(344)에서 발생한 광은 커버(330)를 통해 외부로 방출되므로 커버(330)는 광투과율이 우수하여야하며, 발광소자패키지(344)에서 발생한 열에 견딜 수 있도록 충분한 내열성을 구비하고 있어야 하는바, 커버(330)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylen Terephthalate; PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC) 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA) 등을 포함하는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
마감캡(350)은 몸체(310)의 양단에 위치하며 전원장치(미도시)를 밀폐하는 용도로 사용될 수 있다. 또한 마감캡(350)에는 전원핀(352)이 형성되어 있어, 본 발명에 따른 조명장치(300)는 기존의 형광등을 제거한 단자에 별도의 장치 없이 곧바로 사용할 수 있게 된다.
도 10은 실시예의 발광소자가 장착된 전자기기를 도시한 도이다.
도 10을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 전자기기의 일 예로, 이동통신 단말기(400)를 도시하나, 본 실시예에 한정되는 것은 아니다.
이동통신 단말기(400)는 발광소자를 포함하는 발광소자패키지(420), 전면에 통화 상대방의 음성신호 등이 출력되는 수화부(480)와, 표시장치로 사용될 수 있는 화면(460)과, 통화 및 통화 종료 등을 위한 조작 스위치(470), 영상통화 또는 사진 등을 촬영하기 위한 카메라(410) 등을 구비할 수 있다. 또한 화면(460)은 터치패널 등을 구비하여 표시장치뿐 아니라 입력장치로도 사용될 수 있다.
한편, 상술한 실시 예들에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자패키지는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 발광소자패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광소자패키지, 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다.
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: 발광소자 101: 성장기판
110: 지지기판 120: 제 1전극
130: 발광구조물 131: 제 1반도체층
132: 활성층 133: 제 2반도체층
140: 금속층 150: 제 2전극
160: 반사층 170: 전도층
180: 패시베이션
110: 지지기판 120: 제 1전극
130: 발광구조물 131: 제 1반도체층
132: 활성층 133: 제 2반도체층
140: 금속층 150: 제 2전극
160: 반사층 170: 전도층
180: 패시베이션
Claims (11)
- 지지기판;
상기 지지기판 상에 배치된 제 1전극;
상기 제 1전극 상에 배치되며, 제 1반도체층, 제 2반도체층 및 상기 제 1반도체층과 상기 제 2반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광구조물;
상기 제 2반도체층의 N(나이트라이드)-face와 오믹 접촉하는 금속층; 및
상기 금속층 상에 형성되어 상기 발광구조물과 전기적으로 연결되는 제 2전극을 포함하는 발광소자. - 제 1항에 있어서,
상기 금속층의 두께는 1nm~20nm인 발광소자. - 제 1항에 있어서,
상기 금속층은,
니켈(Ni), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 은(Ag), 텅스텐(W), 구리(Cu), 크롬(Cr), 팔라듐(Pd), 바나듐(V), 코발트(Co), 니오브(Nb), 지르코늄(Zr) 중 적어도 하나를 포함하는 발광소자. - 제 1항에 있어서,
상기 금속층 및 상기 제 2전극의 재질이 동일한 발광소자. - 제 1항에 있어서,
상기 발광구조물에서 발생한 빛의 상기 금속층에 대한 투과율은 85%~95%인 발광소자. - 제 1항에 있어서,
상기 발광구조물의 외주면 일부 또는 전체에 패시베이션이 형성되는 발광소자. - 제 1항에 있어서,
상기 제 2반도체층 상에 상기 제 2반도체층과 반대되는 극성의 도펀트로 도핑된 제 3반도체층을 더 포함하는 발광소자. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1전극은 반사층을 더 포함하는 발광소자. - 제 1항에 있어서,
상기 지지기판 및 상기 제 1전극 사이에는 결합층이 더 포함되는 발광소자. - 제 1항에 있어서,
상기 제 2반도체층 상에 요철이 형성되는 발광소자. - 제 1항에 있어서,
상기 금속층에는 요철이 형성되는 발광소자.
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|---|---|---|---|---|
| WO2017155284A1 (ko) * | 2016-03-08 | 2017-09-14 | 엘지이노텍 주식회사 | 반도체 소자, 표시패널 및 표시패널 제조방법 |
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- 2011-03-24 KR KR1020110026235A patent/KR20120108411A/ko not_active Application Discontinuation
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