KR20130006844A - 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20130006844A
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정명훈
박경욱
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광소자는 기판 상측에 제1 반도체층; 상기 제1 반도체층 상측에 제1 활성층; 상기 제1 활성층 상측에 제2 반도체층; 및 상기 기판 하측에 제3 반도체층; 상기 제3 반도체층 하측에 제2 활성층; 상기 제2 활성층 하측에 제4 반도체층; 및 상기 기판의 측면에 제1 광추출 패턴;을 포함한다.

Description

발광소자 및 그 제조방법{LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지를 빛에너지로 변환시키는 소자이다. 예를 들어, LED는 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
발광소자는 전극의 위치에 따라 수평형 타입(Lateral Type)과 수직형 타입(Vertical type)으로 구분할 수 있다.
종래기술에 따른 발광소자는 기판의 상측에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 순차적으로 형성된 발광구조물 구조이다.
최근 고출력 발광소자가 필요성이 증대됨에 따라 새로운 구조의 발광소자의 필요성이 대두하고 있다.
실시예는 새로운 구조의 발광소자, 그 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 고출력의 발광소자, 그 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광소자는 기판 상측에 제1 반도체층; 상기 제1 반도체층 상측에 제1 활성층; 상기 제1 활성층 상측에 제2 반도체층; 및 상기 기판 하측에 제3 반도체층; 상기 제3 반도체층 하측에 제2 활성층; 상기 제2 활성층 하측에 제4 반도체층; 및 상기 기판의 측면에 제1 광추출 패턴;을 포함한다.
또한, 실시예에 따른 발광소자의 제조방법은 기판 상측에 제1 반도체층을 형성하는 단계; 상기 제1 반도체층 상측에 제1 활성층을 형성하는 단계; 상기 제1 활성층 상측에 제2 반도체층을 형성하는 단계; 상기 기판 하측에 제3 반도체층을 형성하는 단계; 상기 제3 반도체층 하측에 제2 활성층을 형성하는 단계; 상기 제2 활성층 하측에 제4 반도체층을 형성하는 단계; 및 상기 기판의 측면에 제1 광추출 패턴을 형성하는 단계;를 포함한다.
실시예에 따른 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 의하면 고출력의 새로운 구조의 발광소자 구조를 제공한다.
또한, 실시예는 생산성이 우수한 발광소자의 구조 및 그 제조방법을 제공한다.
또한, 실시예에 의하면 기판에 광추출 패턴을 구비하여 광추출 효율을 향상시켜 고출력 발광소자를 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 기판과 발광구조물 간의 열팽창계수 차이에 따른 스트레스를 해소하여 발광구조물의 품질을 높혀 발광효율을 증대시킬 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 2 내지 도 5는 실시예에 따른 발광소자의 제조방법의 공정 단면도.
도 6은 제1 실시예에 따른 발광소자의 제조장치 예시도.
도 7은 제2 실시예에 따른 발광소자의 제조장치 예시도.
도 8은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 9는 실시예에 따른 조명 유닛의 사시도.
도 10은 실시예에 따른 백라이트 유닛의 사시도.
실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/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.
(실시예)
도 1은 실시예에 따른 발광소자(100)의 단면도이다.
실시예에 따른 발광소자(100)는 기판(2) 상측에 형성된 제1 반도체층(12)과, 상기 제1 반도체층(12) 상측에 형성된 제1 활성층(15)과 상기 제1 활성층(15) 상측에 형성된 제2 반도체층(17)과, 상기 기판(2) 하측에 형성된 제3 반도체층(22)과, 상기 제3 반도체층(22) 하측에 형성된 제2 활성층(25), 상기 제2 활성층(25) 하측에 형성된 제4 반도체층(27) 및 상기 기판(2)의 측면에 형성된 제1 광추출 패턴(P1);을 포함할 수 있다.
실시예에 의하면 상기 제1 반도체층(12), 상기 제1 활성층(15) 및 상기 제2 반도체층(17)은 제1 발광구조물(10)을 형성할 수 있고, 상기 제3 반도체층(22), 상기 제2 활성층(25) 및 상기 제4 반도체층(27)은 제2 발광구조물(20)을 형성할 수 있다.
실시예에 의하면 기판(2) 상측에 형성된 제1 발광구조물(10) 및 상기 기판(2) 하측에 형성된 제2 발광구조물(20)을 포함하는 새로운 구조의 발광소자를 제공할 수 있다.
실시예에 의하면 기판(2) 위아래로 에피구조(epi-structure)가 성장되기에 상기와 같은 구조가 가능하다.
또한, 실시예에 의하면 기판(2)의 위아래에 각각 구비되는 제1 발광구조물(10) 및 제2 발광구조물(20)에 의해 고출력 LED를 제작할 수 있는 장점이 있다.
또한, 실시예에 의하면 기판(2)의 위아래로 각각 제1 발광구조물(10) 및 제2 발광구조물(20)을 구비하며, 상기 기판(2)의 측면에 제1 광추출 패턴(P1)을 구비하여 광추출 효율을 증대시킴으로써 고출력 LED를 제공할 수 있다.
일반적인 LED 칩(chip)의 전체 두께는 약 80㎛~100㎛인 반면, 실시예에 따른 발광소자에서 기판(2)의 두께는 약 300㎛~약 1300㎛일 수 있다. 실시예에 따른 발광소자의 두께는 약 320㎛~약 1320㎛일 수 있으며, 발광구조물의 두께는 약 4㎛~10㎛로 총 두께의 대부분은 기판(2)의 두께일 수 있다.
이에 실시예에서 기판(2)의 두께가 두껍기에 빛을 추출하기에 적합한 윈도우층(window layer) 역할을 할 수 있고 지향각을 증가시킬 수 있다. 그러므로, 실시예에 의하면 기판(2) 옆에 요철형태의 제1 광추출 패턴(P1)을 형성시켜 외부 광추출 효율을 극대화할 수 있다.
상기 제1 광추출 패턴(P1)은 원형, 삼각형, 선형 등의 패턴이 가능하며, 제1 광추출 패턴(P1)의 크기(size)는 수㎛~수백㎛ 가능하여, 그 깊이(depth)는 100㎛ 이하일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 실시예는 상기 기판(2) 상면과 저면에 제2 광추출 패턴(P2)을 더 구비하여 광추출 효율을 더욱 증대시킬 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 각 발광구조물의 성장조건을 같거나 다르게 제어함으로써 각 발광구조물에서 발광되는 빛의 파장을 제어함으로써 blue~Green 영역대에서 다른 파장 대의 LED를 동시에 제작할 수 있는 장점이 있다.
예를 들어, 상기 제1 발광구조물(10)의 제1 활성층(15)과 상기 제2 발광구조물(20)의 제2 활성층(25)은 같은 성장조건에서 성장되는 경우 같은 파장의 빛을 발광할 수 있다. 또는, 상기 제1 발광구조물(10)의 제1 활성층(15)과 상기 제2 발광구조물(20)의 제2 활성층(25)은 다른 성장조건에서 성장되는 경우 다른 파장의 빛을 발광할 수 있다.
실시예에서 상기 제1 반도체층(12)과 상기 제3 반도체층(22)은 제1 도전형 반도체층이고, 상기 제2 반도체층(17)과 상기 제4 반도체층(27)은 제2 도전형 반도체층일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 반도체층(12)과 상기 제3 반도체층(22)은 N형 반도체층이고, 상기 제2 반도체층(17)과 상기 제4 반도체층(27)은 P형 반도체층일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면 기판(2)의 상면, 하면에 각각의 발광구조물을 성장시킴으로써 생산성 향상에 따른 단가 절감 효과가 있다.
실시예에서 상기 기판(2)은 절연성 기판을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(2)은 사파이어(Al2O3), 산화아연(ZnO) 등의 재질을 포함할 수 있다.
실시예는 기판(2) 상에 제1 버퍼층(11)을 더 포함할 수 있고, 제1 반도체층(12)과 제1 활성층(15) 사이에 제1 전자주입층(13), 제1 스트레인 제어층(14)을 더 포함할 수 있다.
또한, 실시예는 제1 활성층(15)과 제2 반도체층(17) 사이에 제1 전자차단층(16)을 포함할 수 있고, 제2 반도체층(17) 상에 제1 투광성 전극(18)을 포함한다.
또한, 실시예는 상기 제1 투광성 전극(18) 상에 제1 P 패드전극(19b) 및 메사식각에 의해 노출되는 제1 반도체층(12) 상에 제1 N 패드전극(19a)을 포함할 수 있다.
또한, 실시예는 기판(2) 하측에 제2 버퍼층(21)을 더 포함할 수 있고, 제3 반도체층(22)과 제2 활성층(25) 사이에 제2 전자주입층(23), 제2 스트레인 제어층(24)을 더 포함할 수 있다.
또한, 실시예는 제2 활성층(25)과 제3 반도체층(22) 사이에 제2 전자차단층(26)을 포함할 수 있고, 제4 반도체층(27) 상에 제2 투광성 전극(28)을 포함한다.
또한, 실시예는 상기 제2 투광성 전극(28) 상에 제2 P 패드전극(29b) 및 메사식각에 의해 노출되는 제3 반도체층(22) 상에 제2 N 패드전극(29a)을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 및 그 제조방법에 의하면 고출력의 새로운 구조의 발광소자 구조를 제공한다.
또한, 실시예는 생산성이 우수한 발광소자의 구조 및 그 제조방법을 제공한다.
또한, 실시예에 의하면 기판과 발광구조물 간의 열팽창계수 차이에 따른 스트레스를 해소하여 발광구조물의 품질을 높혀 발광효율을 증대시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 기판(2)의 상면과 하면에 제1 발광구조물(10) 및 제2 발광구조물(20)이 대칭되게 형성됨으로써 상기 기판(2)과 발광구조물 물질의 열팽창 계수 차이가 있더라도 기판의 상면과 하면에서 열팽창 계수 차이에 따른 기판의 휨 방향이 각각 반대방향으로 나타나므로 열팽창계수 차이에 따른 스트레스가 상쇄되고, 이에 따라 발광구조물로 확장되는 전위발생의 최소화하여 고품질의 발광효율을 나타내는 발광소자를 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 발광소자의 기판에 광추출 패턴을 형성하여 외부광추출 효율을 현저히 증대시킬 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 설명한다.
우선, 도 2 및 도 3과 같이 기판(2) 상측에 제1 발광구조물(10)을 형성하고, 상기 기판(2) 하측에 제2 발광구조물(20)을 형성할 수 있다.
상기 제1 발광구조물(10)은 제1 반도체층(12), 제1 활성층(15) 및 제2 반도체층(17)을 포함할 수 있고, 상기 제2 발광구조물(20)은 제3 반도체층(22), 제2 활성층(25) 및 제4 반도체층(27)을 포함할 수 있다.
실시예에 의하면, 기판(2) 상측에 제1 반도체층(12)을 형성하고, 상기 제1 반도체층(12) 상측에 제1 활성층(15)을 형성하고, 상기 제1 활성층(15) 상측에 제2 반도체층(17)을 형성할 수 있다.
또한, 실시예는 상기 기판(2) 하측에 제3 반도체층(22)을 형성하고, 상기 제3 반도체층(22) 하측에 제2 활성층(25)을 형성하고, 상기 제2 활성층(25) 하측에 제4 반도체층(27)을 형성할 수 있다.
실시예에 의하면 상기 제1 발광구조물(10)과 상기 제2 발광구조물(20)은 동시에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 반도체층(12)과 상기 제3 반도체층(22)은 동시에 형성되고, 상기 제1 활성층(15)과 상기 제2 활성층(25)은 동시에 형성되며, 상기 제2 반도체층(17)과 상기 제4 반도체층(27)은 동시에 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면 기판(2) 상측에 형성된 제1 발광구조물(10) 및 상기 기판(2) 하측에 형성된 제2 발광구조물(20)을 포함하는 새로운 구조의 발광소자를 제공할 수 있다. 실시예에 의하면 기판(2) 위아래로 에피구조(epi-structure)가 성장되기에 상기와 같은 구조가 가능하다.
또한, 실시예에 의하면 기판(2)의 위아래에 각각 구비되는 제1 발광구조물(10) 및 제2 발광구조물(20)에 의해 고출력 LED를 제작할 수 있는 장점이 있다.
또한, 실시예에 의하면 각 발광구조물의 성장조건을 같거나 다르게 제어함으로써 각 발광구조물에서 발광되는 빛의 파장을 제어함으로써 blue~Green 영역대에서 다른 파장 대의 LED를 동시에 제작할 수 있는 장점이 있다.
예를 들어, 상기 제1 발광구조물(10)의 제1 활성층(15)과 상기 제2 발광구조물(20)의 제2 활성층(25)은 같은 성장조건에서 성장되는 경우 같은 파장의 빛을 발광할 수 있다. 또는, 상기 제1 발광구조물(10)의 제1 활성층(15)과 상기 제2 발광구조물(20)의 제2 활성층(25)은 다른 성장조건에서 성장되는 경우 다른 파장의 빛을 발광할 수 있다.
실시예에서 상기 제1 반도체층(12)과 상기 제3 반도체층(22)은 제1 도전형 반도체층이고, 상기 제2 반도체층(17)과 상기 제4 반도체층(27)은 제2 도전형 반도체층일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 반도체층(12)과 상기 제3 반도체층(22)은 N형 반도체층이고, 상기 제2 반도체층(17)과 상기 제4 반도체층(27)은 P형 반도체층일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면 기판(2)의 상면, 하면에 각각의 발광구조물을 성장시킴으로써 생산성 향상에 따른 단가 절감 효과가 있다.
이하, 도 2를 참조하여 각 구성요소를 설명한다.
실시예에서 상기 기판(2)은 절연성 기판을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(2)은 사파이어(Al2O3), 산화아연(ZnO), 산화갈륨(Ga203) 등의 재질을 포함할 수 있다.
실시예에 의하면 상기 기판(2) 상면과 저면에 제2 광추출 패턴(P2)을 각각 구비하여 광추출 효율을 증대시킬 수 있다. 상기 제2 광추출 패턴(P2)은 원형, 삼각형, 선형 등의 패턴이 가능하며, 소정의 마스크 패턴(미도시)을 이용하여 식각공정에 의해 형성할 수 있다.
실시예는 기판(2) 상에 제1 버퍼층(11)을 더 포함할 수 있고, 상기 기판(2) 하측에 제2 버퍼층(21)을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 버퍼층(11)과 상기 제2 버퍼층(21)은 발광구조물과 기판(2)의 격자 부정합을 완화시켜 줄 수 있으며, 버퍼층의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제1 버퍼층(11), 제2 버퍼층(21)은 AlxGa(1-x)N(0≤x≤1)/GaN 초격자층일 수 있으며, 발광구조물의 재료와 기판(2)의 격자 부정합에 따른 전위(dislocations)를 더욱 효과적으로 차단시켜줄 수 있다.
실시예는 상기 제1 버퍼층(11), 제2 버퍼층(21) 상에 언도프드(undoped) 반도체층(미도시)을 더 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 반도체층(12)과 상기 제3 반도체층(22)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트는 N형 도펀트일 경우 N형 도펀트로 Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 반도체층(12) 및 상기 제3 반도체층(22)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다.
상기 제1 반도체층(12) 및 상기 제3 반도체층(22)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 반도체층(12) 및 상기 제3 반도체층(22)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 반도체층(12) 및 상기 제3 반도체층(22)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.
실시예는 제1 반도체층(12)과 제1 활성층(15) 사이에 제1 전자주입층(13), 제1 스트레인 제어층(14)을 더 포함할 수 있고, 실시예는 제3 반도체층(22)과 제2 활성층(25) 사이에 제2 전자주입층(23), 제2 스트레인 제어층(24)을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 전자주입층(13) 및 상기 제2 전자주입층(23)은 고농도의 제1 도전형 질화갈륨층일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전자주입층(13) 및 상기 제2 전자주입층(23)은 n형 도핑원소가 6.0x1018atoms/cm3~8.0x1018atoms/cm3의 농도로 도핑 됨으로써 효율적으로 전자주입을 하여 고출력 발광소자를 구현할 수 있다.
상기 제1 스트레인 제어층(14) 및 제2 스트레인 제어층(24)은 InyAlxGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1)/GaN 등으로 형성될 수 있고, 제1 반도체층(12)과 제1 활성층(15) 사이 및 제3 반도체층(22)과 제2 활성층(25) 사이의 격자 불일치에 기이한 응력을 효과적으로 완화시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 스트레인 제어층(14) 및 제2 스트레인 제어층(24)은 제1 Inx1GaN 및 제2 Inx2GaN 등의 조성을 갖는 적어도 6주기로 반복 적층됨에 따라, 더 많은 전자가 활성층의 낮은 에너지 준위로 모이게 되며, 결과적으로 전자와 정공의 재결합 확률이 증가되어 발광효율이 향상되어 고출력 발광소자를 구현할 수 있다.
실시예에서 제1 활성층(15), 제2 활성층(25)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, 활성층은 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.
예를 들어, 제1 활성층(15) 및 제2 활성층(25)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, 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.
다음으로, 도 3과 같이 실시예는 상기 제1 활성층(15) 및 제2 활성층(25) 상에 제1 전자차단층(16) 및 제2 전자차단층(26)이 형성되어 전자 차단(electron blocking) 및 활성층의 클래딩(MQW cladding) 역할을 해줌으로써 발광효율을 개선할 수 있다.
예를 들어, 제1 전자차단층(16), 제2 전자차단층(26)은 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계 반도체로 형성될 수 있으며, 활성층의 에너지 밴드 갭보다는 높은 에너지 밴드 갭을 가질 수 있다.
제1 전자차단층(16), 제2 전자차단층(26)은 p형으로 이온주입되어 오버플로우되는 전자를 효율적으로 차단하고, 홀의 주입효율을 증대시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 전자차단층(16), 제2 전자차단층(26)은 Mg이 약 1018~1020/cm3 농도 범위로 도핑될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이후, 제1 전자차단층(16), 제2 전자차단층(26) 상에 제2 반도체층(17) 및 제4 반도체층(27)이 각각 형성된다.
상기 제2 반도체층(17) 및 상기 제4 반도체층(27)은 제2 도전형 반도체층일 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3-족-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 반도체층이 P형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 P형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 마그네슘(Mg)과 같은 p 형 불순물을 포함하는 비세틸 사이클로 펜타디에닐 마그네슘(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}가 주입되어 p형 GaN층이 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 제1 도전형 반도체층은 N형 반도체층, 제2 도전형 반도체층은 P형 반도체층으로 구현할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한 상기 제2 도전형 반도체층 위에는 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체 예컨대 N형 반도체층(미도시)을 더 형성할 수 있다. 이에 따라 발광구조물은 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.
다음으로, 도 4와 같이 상기 제1 반도체층(12) 및 제3 반도체층(22)이 노출되도록 제1 발광구조물(10) 및 제2 발광구조물(20)의 일부를 제거할 수 있다. 예를 들어, 제1 발광구조물(10) 중 제2 반도체층(17), 제1 전자차단층(16), 제1 활성층(15), 제1 스트레인제어층(14), 제1 전자주입층(13) 등이 메사 식각 등에 의해 일부 제거되어 상기 제1 반도체층(12)의 일부가 노출될 수 있다.
또한, 제2 발광구조물(20) 중 제4 반도체층(27), 제2 전자차단층(26), 제2 활성층(25), 제2 스트레인제어층(24) 및 제2 전자주입층(23) 등이 일부 제거되어 상기 제3 반도체층(22)의 일부가 노출될 수 있다.
이후, 상기 제2 반도체층(17) 및 상기 제4 반도체층(27) 상에 제1 투광성 전극(18) 및 제2 투광성 전극(28)을 각각 형성한다. 상기 제1 투광성 전극(18) 및 제2 투광성 전극(28)은 상기 제1 발광구조물(10) 및 제2 발광구조물(20)에 대한 메사식각 공정 전에 상기 제2 반도체층(17) 및 제4 반도체층(27) 상에 각각 형성 후 메사식각 공정이 진행될수도 있다.
상기 제1 투광성 전극(18) 및 상기 제2 투광성 전극(28)은 투광성 오믹층일 수 있으며, 캐리어주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 혹은 금속합금, 금속산화물 등을 다중으로 적층하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 투광성 전극(18) 및 상기 제2 투광성 전극(28)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, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
다음으로, 상기 제1 투광성 전극(18) 상에 제1 P 패드전극(19b) 및 메사식각에 의해 노출되는 제1 반도체층(12) 상에 제1 N 패드전극(19a)을 형성할 수 있다.
또한, 실시예는 상기 제2 투광성 전극(28) 상에 제2 P 패드전극(29b) 및 메사식각에 의해 노출되는 제3 반도체층(22) 상에 제2 N 패드전극(29a)을 형성할 수 있다.
다음으로, 도 5와 같이 발광소자 칩 공정을 완료한 후 스크라이빙 및 브레이킹 공정 등을 통해 칩별로 분리공정을 진행한다.
이후, 실시예에 의하면 상기 기판(2)의 측면에 제1 광추출 패턴(P1)을 형성할 수 있다.
상기 제1 광추출 패턴(P1)은 상기 기판(2)기판(2)소정의 마스크 패턴(미도시)을 형성하여 식각공정에 의해 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 따른 발광소자의 두께는 약 320㎛~약 1320㎛일 수 있으며, 발광구조물의 두께는 약 4㎛~10㎛로 총 두께의 대부분은 기판(2)의 두께일 수 있다.
이에 실시예에서 기판(2)의 두께가 두껍기에 기판(2)의 측면에 대해 광추출 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 기판(2)의 두께가 두껍기 때문에 빛을 추출하기에 적합한 윈도우층(window layer) 역할을 할 수 있고 지향각을 증가시킬 수 있다. 그러므로, 실시예에 의하면 기판(2) 옆에 요철형태의 제1 광추출 패턴(P1)을 형성시켜 외부 광추출 효율을 극대화할 수 있다.
실시예에 의하면 기판(2)의 위아래로 각각 제1 발광구조물(10) 및 제2 발광구조물(20)을 구비하며, 상기 기판(2)의 측면에 제1 광추출 패턴(P1)을 구비하여 광추출 효율을 증대시킴으로써 고출력 LED를 제공할 수 있다.
상기 제1 광추출 패턴(P1)은 원형, 삼각형, 선형 등의 패턴이 가능하며, 제1 광추출 패턴(P1)의 크기(size)는 수㎛~수백㎛ 가능하여, 그 깊이(depth)는 100㎛ 이하로 가능할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 따른 발광소자, 발광소자의 제조방법에 의하면 고출력의 새로운 구조의 발광소자 구조를 제공한다.
또한, 실시예는 생산성이 우수한 발광소자의 구조 및 그 제조방법을 제공한다.
또한, 실시예에 의하면 기판에 광추출 패턴을 형성함으로써 광추출 효율을 향상시켜 고출력 발광소자를 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 기판과 발광구조물 간의 열팽창계수 차이에 따른 스트레스를 해소하여 발광구조물의 품질을 높혀 발광효율을 증대시킬 수 있다.
이하, 도 6 및 도 7을 참조하여 실시예에 따른 발광소자의 제조장치를 설명한다.
도 6은 제1 실시예에 따른 발광소자의 제조장치(101) 예시도이다.
제1 실시예에 따른 발광소자 제조장치(101)는 진공챔버(110)와, 진공챔버(110) 내부에 위치하여 기판(2)이 안치되는 캐리어(120)와, 진공챔버(110)의 상하면에 위치하는 가열장치(140), 및 진공챔버(110)의 내부에 위치하는 제1 가스주입부(150)를 포함하고, 캐리어(120)는 성장기판을 고정하는 기판고정부(160)를 포함할 수 있다.
진공챔버(110)는 윗벽, 바닥벽 및 측벽을 갖는 반응실일 수 있다. 윗벽과 바닥벽은 투광성의 석영이나 흑연 등으로 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 진공챔버(110)는 중앙의 제1축(130)으로 지지되어 형성될 수 있다. 진공챔버(110)는 그 내부를 진공에 가까운 저기압상태로 유지시키고, 기판(2) 위에 박막을 형성하기에 알맞은 상태를 가질 수 있다.
진공챔버(110)의 내부에는 기판(2)을 안치하기 위한 캐리어(120)가 제1축(130)에 지지된 형태로 형성될 수 있다. 진공챔버(110) 내부의 상, 하면과 캐리어(120)와의 간격은 동일할 수 있다.
캐리어(120)는 탄화규소(SiC), 흑연(Graphite), 스테인레스(SUS) 등으로 형성되거나, 흑연(Graphite)에 탄화규소(SiC)를 코팅하여 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 진공챔버(110)는 제1축(130)으로 지지되어 있고, 캐리어(120)는 제1축(130)을 중심으로 회전하여 기판(2)에 결정막이 균일하게 안착될 수 있도록 할 수 있다. 도 5에서 캐리어(120)는 원판의 형태를 갖도록 도시되었으나, 이에 한정하지 아니하며, 임의의 형상으로 형성될 수 있다.
캐리어(120)는 기판(2)을 위아래로 노출시키도록 하는 적어도 하나 이상의 기판고정부(160)를 가질 수 있다. 기판고정부(160)에는 발광구조물이 증착되는 기판(2)이 안착될 수 있다.
상기 기판(2)은 절연성 기판을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(2)은 사파이어(Al2O3), 산화아연(ZnO) 등의 재질을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 기판(2)은 갈륨나이트라이드(GaN), 실리콘카바이드(SiC), 규소(Si), 갈륨-인(GaP) 그리고 갈륨아세나이드(GaAs) 등의 도전성 재질을 포함할 수도 있다.
기판고정부(160)는 캐리어(120)의 포켓 영역이 관통하여 형성될 수 있다. 기판고정부(160)는 캐리어(120)에 안치되는 기판(2)의 측면을 고정하여, 기판(2)의 상하면이 반응가스와 캐리어가스에 노출되도록 할 수 있다.
도 6의 부분확대도를 참조하면, 기판고정부(160)는 캐리어(120)의 상면에 홈을 형성하여 기판(2)을 지지하는 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 기판고정부(160)는, 이외에도, 관통된 캐리어(120)의 포켓부분에 돌기를 포함할 수 있고, 상기 돌기부분이 기판(2)을 고정시킬 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다.
기판고정부(160)에 기판(2)을 고정시켜 박막을 성장시키면 기판(2)의 상면, 하면에 각각 발광구조물을 성장시킬 수 있다. 실시예에 의하면 기판(2)의 양면에서 발광구조물을 성장시킬 수 있어, 발광소자의 제조시간이 단축되고, 생산단가가 절감되며, 고출력 발광소자를 제조할 수 있다.
실시예에 의하면 기판의 상하면에 성장하는 발광구조물의 성장조건을 같거나 다르게 제어함으로써 각 발광구조물에서 발광되는 빛의 파장을 제어함으로써 blue~Green 영역대에서 다른 파장 대의 LED를 동시에 제작할 수 있는 장점이 있다.
예를 들어, 상기 제1 발광구조물(10)의 제1 활성층(15)과 상기 제2 발광구조물(20)의 제2 활성층(25)은 같은 성장조건에서 성장되는 경우 같은 파장의 빛을 발광할 수 있다.
또는, 상기 챔버(110)에서 기판고정부(160)를 기준으로 상측 챔버영역과 하측 챔버영역이 격리된 경우 제1 발광구조물(10)과 제2 발광구조물(20)의 성장조건을 다르게 제어할 수 있다. 이에 따라 상기 제1 발광구조물(10)의 제1 활성층(15)과 상기 제2 발광구조물(20)의 제2 활성층(25)은 다른 성장조건에서 성장되는 경우 다른 파장의 빛을 발광할 수 있다.
상기 진공 챔버(110)의 위쪽에는 윗벽을 통해서 진공챔버(110)의 내부를 향해서 전사를 하는 가열장치(140)가 배치되고, 진공 챔버(110)의 아래쪽에는 바닥벽을 통해서 진공 챔버(110)의 내부를 향해서 전사를 하는 가열장치(140)가 배치되어 있다.
상면이나 하면에서 보았을 때 가열장치(140)은 나선형, 원형 등으로 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 가열장치(140)는 텅스텐(W), 레늄(Re) 등의 물질로 형성되어 열전도 방식으로 할 수 있으며, 적외선 히터(Infrared ramp:IR Ramp)(미도시)를 사용하여 열에너지를 공급할 수도 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 적외선 히터(미도시)의 열전달 방식은 대류, 복사, 대전 등이 있으며, 박막 성장 중에 공급되는 열에너지는 복사에너지일 수 있다. 적외선 히터(미도시)는 발광하는 열 필라멘트와 필라멘트를 감싸는 퀄츠로 이루어져 있으며, 예를 들어 할로겐 램프가 있으나, 이에 한정하지 아니한다.
진공챔버(110)의 상면에 형성된 가열장치(140)와 캐리어(120)와의 간격과 하면에 형성된 가열장치(140)와 캐리어(120)와의 간격은 서로 동일할 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다. 양면의 가열장치(140)가 캐리어(120)와 간격이 같으면, 기판(2)의 양면에 같은 정도의 열에너지를 공급해 양면의 반도체박막이 균일하게 형성되어 신뢰성이 확보될 수 있다.
가열장치(140)는 제1 가스주입부(150)로 주입된 반응가스와 캐리어가스에 열에너지를 제공하여 기체 상태를 유지시킬 수 있다. 진공 챔버(110)의 상하부로부터, 발광구조물 성장을 위한 열에너지가 기판(2)에 제공되어, 기판(2)의 온도분포가 균일해질 수 있다. 기판(2)의 면 전체에 열이 균일하게 제공됨에 따라, 기판(2)상에 성장되는 박막의 분포가 균일해질 수 있고, 열팽창이 균일하게 이루어짐으로써 기판(2)의 벤딩 등의 결함이 방지될 수 있으며, 이로 인해 반도체 구조물의 기능성 및 신뢰성이 향상될 수 있다.
실시예에 따라서, 진공 챔버(110)를 지지하는 제1축(130)에 기상 성장용 반응가스와 캐리어가스를 제공하는 제1 가스공급부(150)가 형성될 수 있다. 제1축(130)은 제1 가스주입부(150)로 연결되어 가스를 전달하는 가스 유입로(미도시)를 포함할 수 있다. 반응가스와 캐리어가스는 가스 유입로(미도시)를 통해 제1 가스주입부(150)로 전달될 수 있다.
제1 가스주입부(150)는 캐리어(120)를 기준으로 제1 축(130)의 상하부에 형성될 수 있다. 제1 가스주입부(150)는 캐리어(120)를 기준으로 제1 축(130)의 위아래에 형성되어, 캐리어(120)에 안치된 기판(2)의 양면에 반응가스와 캐리어가스를 공급할 수 있다. 제1 가스주입부(150)로부터 공급된 반응가스와 캐리어가스는 기판(2)의 상하면에 증착하여 양면으로 박막을 형성할 수 있다.
제1 가스주입부(150)는 제1축(130)의 둘레를 따라서 원형으로 형성되어, 반응가스와 캐리어가스를 360°각도로 분사하거나, 제1축(130)의 4방, 8방으로 형성되어 반응가스와 캐리어가스를 분사할 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.
제1 가스주입부(150)로부터 캐리어(120)의 위아래에 공급되어, 기판(2)상에 실리콘 단결정 박막을 기상 성장시키는 반응가스로는, 예를 들면, Trimethyl-Gallium(TMGa), Triethyl-Gallium(TEGa), Trimethyl-Indium(TMIn), MO source 등을 사용할 수 있으나 이에 한정하지 않는다. 반응가스는 캐리어가스와 혼합하여 사용할 수 있고, 캐리어가스로는 암모니아(NH3), 질소(N2), 수소(H2) 등의 가스를 사용할 수 있으나 이에 한정하지 않는다. 제1 가스주입부(150)는 반응가스와 캐리어가스를 동시에 진공 챔버(110)내에 제공한다. 반응가스와 캐리어가스는 주입되는 높이를 달리하여, 아래에서부터 캐리어가스/반응가스/캐리어가스의 구조로 동시에 공급될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 제1 가스주입부(150)에서 반응가스와 캐리어가스의 주입 높이를 달리함으로써 제1 가스주입부(150) 내에서 박막이 증착되는 것을 방지할 수 있다.
진공챔버(110)의 측벽의 일 영역에는 가스 배출부(180)가 형성될 수 있다.
가스 배출부(180)는 진공챔버(110) 내부에 주입된 반응가스, 캐리어가스가 화학반응을 일으켜 생성된 잔존물질들을 외부로 배출할 수 있다. 도 5에 의한 실시예에 따르면 가스 배출부(180)는 진공챔버(110)의 측벽의 일 영역에 구멍을 뚫어 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.
제1 실시예에 따른 발광소자 제조장치(101)의 제1 가스주입부(150)에서 공급된 반응가스와 캐리어가스는 캐리어(120)의 중앙으로부터 진공챔버(110)의 측면으로 전달될 수 있다. 진공챔버(110)의 측면으로 전달된 가스들은 가스 배출부(180)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
도 7은 제2 실시예에 따른 발광소자 제조장치(102)의 구조를 도시한 단면도이다.
제2 실시예에 따른 발광소자 제조장치(102)는 상기 제1 실시예에 따른 발광소자 제조장치(101)의 기술적인 특징을 채용할 수 있다.
도 7을 참조하면,제1 실시예에 따른 발광소자 제조장치(102)는 진공챔버(110)의 측면에 제2 축(112)을 포함한다. 제2 축(112)은 진공챔버(110)의 하면의 측부 일 영역에 형성될 수 있으며, 원형형태로 형성될 수 있다. 예를 들어 4방, 8방, 16방 등의 위치에 여러 개로 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
제2 축(112)은 진공챔버(110)를 지지할 수 있다. 제2 축(112)이 진공챔버(110)를 지지함으로써 발광소자 제조장치(102)는 캐리어(120)의 회전으로 인한 진동에 더 안정화될 수 있고, 증착된 반도체 박막의 기능성과 신뢰성이 향상될 수 있다.
제2 축(112)에는 제2 가스 주입부(152)가 포함될 수 있다. 제2 가스 주입부(152)는 캐리어(120)를 기준으로 제2 축(112)의 상하부에 형성될 수 있다. 제2 가스 주입부(152)는 진공챔버(110) 내부의 제2 축(112)의 표면의 일영역에 형성될 수 있다.
제2 가스 주입부(152)가 제2 축(112)에 형성됨으로써 반응가스와 캐리어가스는 진공챔버(110)의 내측면에서 중앙쪽으로 공급될 수 있다. 제2 가스 주입부(152)가 진공챔버(110)의 측면의 제2 축(112)에 형성됨으로써 반응가스와 캐리어가스는 캐리어(120) 양면 면적 전체에 골고루 공급할 수 있고, 기능성과 신뢰성인 향상된 발광구조물을 형성할 수 있다.
제2 축(112)은 제2 가스 주입부(152)와 연결되어 가스를 전달하는 가스유입로(미도시)를 포함할 수 있다. 가스유입로(미도시)를 통해 제2 가스 주입부(152)로 전달된 반응가스와 캐리어가스가 캐리어(120)로 공급될 수 있다.
제1 축(130)에는 제2 가스배출부(182)를 구비할 수 있다. 제2 가스배출부(182)는 진공챔버(110) 내부에 주입된 반응가스, 캐리어가스가 화학반응을 일으켜 생성된 잔존물질들을 외부로 배출할 수 있다. 도 6에 의한 실시예에 따르면 제2 가스 배출구(182)는 캐리어(120)를 기준으로 제1 축(130)의 상하부에 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 제2 가스배출부(182)가 제1 축(130)에 형성됨으로써, 반응가스와 캐리어가스의 화학반응 후의 잔존가스가 캐리어(120) 중앙에서 배출될 수 있다.
실시예에 따른 발광소자, 발광소자의 제조방법에 의하면 고출력의 새로운 구조의 발광소자 구조를 제공한다.
또한, 실시예는 생산성이 우수한 발광소자의 구조 및 그 제조방법을 제공한다.
또한, 실시예에 의하면 기판에 광추출 패턴을 구비하여 광추출 효율을 향상시켜 고출력 발광소자를 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 기판과 발광구조물 간의 열팽창계수 차이에 따른 스트레스를 해소하여 발광구조물의 품질을 높혀 발광효율을 증대시킬 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 발광소자 패키지(200)의 단면도이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(200)는 상기에 개시된 실시 예들의 발광소자(100) 중 적어도 하나를 하나 또는 복수개로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
예를 들어, 상기 발광소자(100)에서 하측의 제2 발광구조물(20) 구조는 플립칩 형태로 소정의 패키지 몸체부(205) 상에 실장되고, 상측의 제1 발광구조물(10) 구조는 와이어 본딩될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 실시예에 따른 발광소자 패키지(200)는 제1 전극(211), 제2 전극(212), 제3 전극(213) 및 제4 전극(214)을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(211) 및 제2 전극(212)은 상기 패키지 몸체부(205)의 캐버티 상측의 양측에 각각 형성될 수 있고, 상기 제3 전극(213) 및 제4 전극(214)은 캐버티 내부 및 패키지 몸체부(205)의 하부 외곽부를 감싸는 형태로 형성될 수 있다.
상기 제1 전극(211) 및 상기 제3 전극(213)은 음의 전극일 수 있고, 상기 제2 전극 및 상기 제4 전극(214)은 양의 전극일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 발광소자(100)의 제2 발광구조물(20) 구조는 플립칩 형태로 패키지 몸체부(205) 상에 실장되고, 제1 발광구조물(10) 구조는 와이어 본딩될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 제2 발광구조물(20)의 제2 P 패드(29b)는 상기 제4 전극(214)과 접하며, 상기 제2 N 패드(29a)는 범퍼(210)를 개재하여 상기 제3 전극(213)과 접하는 형태로 플립칩될 수 있다.
또한, 상기 제1 N 패드(19a)는 상기 제1 전극(211)과 제1 와이어(230a)로 본딩될 수 있고, 상기 제1 P 패드(19b)는 상기 제2 전극(212)과 제2 와이어(230b)로 본딩될 수 있다.
이후, 상기 발광소자(100)를 포위하는 몰딩부재(240)를 형성할 수 있고, 상기 몰딩부재(240)에는 형광체(미도시)가 포함되어 상기 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
상기 패키지 몸체부(205)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 소정의 캐버티를 구비하여 상기 발광 소자(100)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
상기 패키지 몸체부(205)가 전도성 재질인 경우 상기 제1 전극(211), 제2 전극(212), 제3 전극(213) 및 제4 전극(214)과 사이에는 소정의 절연층(미도시)이 형성되어 전기적인 단락을 방지할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(200)는 소정의 패키지 기판상에 어레이되며, 상기 발광소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광소자 패키지, 패키지 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시예는 상술한 실시 예들에 기재된 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 9는 실시예에 따른 조명 유닛의 사시도(1100)이다. 다만, 도 9의 조명 유닛(1100)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시예에서 상기 조명 유닛(1100)은 케이스몸체(1110)와, 상기 케이스몸체(1110)에 설치된 발광모듈부(1130)과, 상기 케이스몸체(1110)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(1120)를 포함할 수 있다.
상기 케이스몸체(1110)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 발광모듈부(1130)은 기판(1132)과, 상기 기판(1132)에 탑재되는 적어도 하나의 발광소자 패키지(200)를 포함할 수 있다.
상기 기판(1132)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 일반 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판(1132)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다.
상기 기판(1132) 상에는 상기 적어도 하나의 발광소자 패키지(200)가 탑재될 수 있다. 상기 발광소자 패키지(200) 각각은 적어도 하나의 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)(100)를 포함할 수 있다. 상기 발광 다이오드(100)는 적색, 녹색, 청색 또는 백색의 유색 빛을 각각 발광하는 유색 발광 다이오드 및 자외선(UV, UltraViolet)을 발광하는 UV 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈부(1130)는 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광소자 패키지(200)의 조합을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 고 연색성(CRI)을 확보하기 위해 백색 발광 다이오드, 적색 발광 다이오드 및 녹색 발광 다이오드를 조합하여 배치할 수 있다.
상기 연결 단자(1120)는 상기 발광모듈부(1130)와 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 실시예에서 상기 연결 단자(1120)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 연결 단자(1120)는 핀(pin) 형태로 형성되어 외부 전원에 삽입되거나, 배선에 의해 외부 전원에 연결될 수도 있는 것이다.
도 10은 실시예에 따른 백라이트 유닛의 분해 사시도(1200)이다. 다만, 도 10의 백라이트 유닛(1200)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시예에 따른 백라이트 유닛(1200)은 도광판(1210)과, 상기 도광판(1210)에 빛을 제공하는 발광모듈부(1240)와, 상기 도광판(1210) 아래에 반사 부재(1220)와, 상기 도광판(1210), 발광모듈부(1240) 및 반사 부재(1220)를 수납하는 바텀 커버(1230)를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 도광판(1210)은 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1210)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈부(1240)은 상기 도광판(1210)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 상기 백라이트 유닛이 설치되는 디스플레이 장치의 광원으로써 작용하게 된다.
상기 발광모듈부(1240)은 상기 도광판(1210)과 접할 수 있으나 이에 한정되지 않는). 구체적으로는, 상기 발광모듈부(1240)은 기판(1242)과, 상기 기판(1242)에 탑재된 다수의 발광소자 패키지(200)를 포함하는데, 상기 기판(1242)이 상기 도광판(1210)과 접할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 기판(1242)은 회로패턴(미도시)을 포함하는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 다만, 상기 기판(1242)은 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
그리고, 상기 다수의 발광소자 패키지(200)는 상기 기판(1242) 상에 빛이 방출되는 발광면이 상기 도광판(1210)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있다.
상기 도광판(1210) 아래에는 상기 반사 부재(1220)가 형성될 수 있다. 상기 반사 부재(1220)는 상기 도광판(1210)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 위로 향하게 함으로써, 상기 백라이트 유닛의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사 부재(1220)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1230)는 상기 도광판(1210), 발광모듈부(1240) 및 반사 부재(1220) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1230)는 상면이 개구된 박스(box) 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1230)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다.
실시예에 따른 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 의하면 고출력의 새로운 구조의 발광소자 구조를 제공한다.
또한, 실시예는 생산성이 우수한 발광소자의 구조 및 그 제조방법을 제공한다.
또한, 실시예에 의하면 기판에 광추출 패턴을 구비하여 광추출 효율을 향상시켜 고출력 발광소자를 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 기판과 발광구조물 간의 열팽창계수 차이에 따른 스트레스를 해소하여 발광구조물의 품질을 높혀 발광효율을 증대시킬 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 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 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 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 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 기판 상측에 제1 반도체층;
    상기 제1 반도체층 상측에 제1 활성층;
    상기 제1 활성층 상측에 제2 반도체층; 및
    상기 기판 하측에 제3 반도체층;
    상기 제3 반도체층 하측에 제2 활성층;
    상기 제2 활성층 하측에 제4 반도체층; 및
    상기 기판의 측면에 제1 광추출 패턴;을 포함하는 발광소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기판의 두께는 300㎛~1300㎛인 발광소자.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 기판 상면과 저면에 제2 광추출 패턴을 더 포함하는 발광소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 활성층과 상기 제2 활성층은 같은 파장의 빛을 발광하는 발광소자.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 활성층과 상기 제2 활성층은 다른 파장의 빛을 발광하는 발광소자.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 기판은 절연성 기판을 포함하는 발광소자.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 반도체층과 상기 제3 반도체층은 제1 도전형 반도체층이고,
    상기 제2 반도체층과 상기 제4 반도체층은 제2 도전형 반도체층인 발광소자.
  8. 기판 상측에 제1 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 제1 반도체층 상측에 제1 활성층을 형성하는 단계;
    상기 제1 활성층 상측에 제2 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 기판 하측에 제3 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 제3 반도체층 하측에 제2 활성층을 형성하는 단계;
    상기 제2 활성층 하측에 제4 반도체층을 형성하는 단계; 및
    상기 기판의 측면에 제1 광추출 패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 발광소자의 제조방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제4 반도체층을 형성하는 단계 후에, 칩 분리 공정을 진행하는 단계를 더 포함하고, 상기 칩 분리 공정 이후에, 상기 제1 광추출 패턴을 형성하는 발광소자의 제조방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 반도체층과 상기 제 3반도체층, 상기 제1 활성층과 상기 제 2활성층, 상기 제2 반도체층과 상기 제 4반도체층은 각각 동시에 형성되는 발광소자의 제조방법.
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