KR20130006846A - 발광소자 - Google Patents

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KR20130006846A
KR20130006846A KR1020110061651A KR20110061651A KR20130006846A KR 20130006846 A KR20130006846 A KR 20130006846A KR 1020110061651 A KR1020110061651 A KR 1020110061651A KR 20110061651 A KR20110061651 A KR 20110061651A KR 20130006846 A KR20130006846 A KR 20130006846A
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electron blocking
emitting device
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문용태
한대섭
오정탁
송용선
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층; 양자우물과 양자벽을 포함하여 상기 제1 도전형 반도체층 상에 형성된 활성층; 상기 활성층 상에 형성된 전자차단층; 상기 전자차단층 상에 형성된 제2 도전형 반도체층;을 포함하며, 상기 활성층은 상기 전자차단층과 접하는 라스트 양자벽을 포함하고, 상기 라스트 양자벽의 에너지 밴드갭은 상기 활성층에서 상기 전자차단층 방향으로 증가할 수 있다.

Description

발광소자{LIGHT EMITTING DEVICE}
실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛에너지로 변환되는 소자이다. 예를 들어, LED는 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
질화물반도체 박막기반의 발광소자는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 갖고 있다. 따라서, LCD(Liquid Crystal Display) 표시장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광소자 백라이트, 형광등이나 백열전구를 대체할 수 있는 백색 발광소자 조명장치 및 자동차 헤드라이트 및 신호 등에까지 응용이 확대되고 있다.
질화물반도체 발광소자 응용범위의 확대는 근본적으로 발광소자의 고출력, 고효율화 기술개발을 요구한다.
종래기술에 의하면 P-GaN층과 활성층 사이에 전자차단층(Eglectron blocking layer)을 형성한다. 전자차단층은 p-AlGaN층일 수 있으며, 활성층의 양자벽보다 에너지 밴드갭이 충분히 커서 N-GaN 층에서 공급된 전자가 발광에 참여하지 않고 활성층을 지나서 P-GaN층로 넘어가는 것을 차단한다.
한편, 종래기술에 의하면 활성층과 전자차단층 사이에 계면층으로서 라스트 양자벽(Last Quantum barrier)이 개재되며, 상기 라스트 양자벽은 도핑이 없는(undoped) GaN층 혹은 InGaN 단일층으로 구성될 수 있다.
종래기술에 의하면 열특성이 취약한 발광층을 저온에서 성장 후 성장조건을 변경하여 상대적으로 고온에서 전자차단층 혹은 P-GaN층을 성장시 라스트 양자벽은 활성층이 열적으로 품질이 저하되는 것을 막는 보호층 기능을 한다.
또한, 라스트 양자벽은 P-형 전자차단층 혹은 P-GaN층 성장시 주입되는 p-형 도펀트가 활성층으로 침투하여 활성층의 발광특성 저하를 차단하는 확산방지층 기능을 한다.
그런데, 종래기술에 의하면 라스트 양자벽은 undoped GaN층 혹은 InGaN 단일층으로 형성되는데, 라스트 양자벽 GaN층과 전자차단층인 p-AlGaN층은 그 면방향 결정격자상수가 서로 다르므로 그 계면에서 결정결함이 생성되는 문제점이 있다.
또한, 종래기술에 의하면 라스트 양자벽 GaN층과 p-AlGaN 전자차단층은 에너지밴드갭이 서로 다르므로 그 계면에서 전도대(Ec)가 불연속적으로 연결되고 전자들이 쉽게 트랩(trap)될수 있는 에너지밴드 벤딩(energy band bending) 현상이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 종래기술에 의하면 라스트 양자벽 GaN층은 활성층 내의 GaN 양자벽과 그 에너지 밴드갭의 크기가 동일하거나 혹은 유사하여 활성층을 통과해온 전자들이 라스트 양자벽을 쉽게 넘어가게 되고, 이러한 오버플로우된 전자들은 라스트 양자벽과 전자차단층 사이의 결정격자차이에 따른 결정결함 계면에의해 비발광손실을 하거나 정공주입층 방향으로 누설되는 문제점을 갖는다.
실시예는 고효율 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층; 양자우물과 양자벽을 포함하여 상기 제1 도전형 반도체층 상에 형성된 활성층; 상기 활성층 상에 형성된 전자차단층; 상기 전자차단층 상에 형성된 제2 도전형 반도체층;을 포함하며, 상기 활성층은 상기 전자차단층과 접하는 라스트 양자벽을 포함하고, 상기 라스트 양자벽의 에너지 밴드갭은 상기 활성층에서 상기 전자차단층 방향으로 증가할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 의하면, 고효율 반도체 발광소자를 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광소자의 에너지밴드 다이어그램 개략도.
도 2는 제1 실시예에 따른 발광소자의 다른 에너지밴드 다이어그램 개략도.
도 3은 제2 실시예에 따른 발광소자의 에너지밴드 다이어그램 개략도.
도 4는 제2 실시예에 따른 발광소자의 다른 에너지밴드 다이어그램 개략도.
도 5는 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 6은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 7은 실시예에 따른 조명 유닛의 사시도.
도 8은 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 제1 실시예에 따른 발광소자의 에너지밴드 다이어그램 개략도이며, 도 2은 제1 실시예에 따른 발광소자의 다른 에너지밴드 다이어그램 개략도이다.
실시예에 따른 발광소자(100)는 제1 도전형 반도체층(112)과, 양자우물(114w)과 양자벽(114b)을 포함하여 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 형성된 활성층(114)과, 상기 활성층(114) 상에 형성된 전자차단층(115)과, 상기 전자차단층(115) 상에 형성된 제2 도전형 반도체층(116)을 포함할 수 있다.
상기 전자차단층(115)은 상기 활성층(114)의 에너지 밴드 갭보다는 큰 에너지 밴드 갭을 가질 수 있으며, 도 1과 같이 AlzGa(1-z)N(0≤z≤1)계 단일 반도체층으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 전자차단층(115)은 도 2와 같이 AlzGa(1-z)N(115a)/GaN(115b)(0≤z≤1) 초격자(superlattice)로 형성될 수 있다.
상기 전자차단층(115)은 p형으로 도핑되어 오버플로우되는 전자를 효율적으로 차단하고, 홀의 주입효율을 증대시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 전자차단층(115)은 Mg이 약 1018~1020/cm3 농도 범위로 도핑되어 오버플로우되는 전자를 효율적으로 차단하고, 홀의 주입효율을 증대시킬 수 있다.
실시예에서 상기 활성층(114)은 상기 전자차단층(115)과 접하는 라스트 양자벽(114bl)을 포함하며, 상기 라스트 양자벽(114bl)의 에너지 밴드갭은 상기 활성층(114)에서 상기 전자차단층(115) 방향으로 증가할 수 있다.
제1 실시예에 따른 발광소자의 에너지밴드 다이어그램은 도 1과 같으며, 제1 실시예에서 상기 라스트 양자벽(114bl)의 에너지 밴드갭은 상기 활성층(114)에서 상기 전자차단층(115) 방향으로 갈수록 점진적으로 증가할 수 있다.
실시예에 의하면 라스트 양자벽(114bl)의 에너지 밴드갭의 크기가 활성층에서 전자차단층 방향으로 점진적으로 증가하여 결국, 전자차단층의 밴드갭 에너지와 동일하게 됨으로써 라스트 양자벽과 전자차단층의 계면에서 전도대(Ec)가 연속적으로 연결되어 전자가 트랩(trap) 될 수 있는 에너지밴드 벤딩(energy band bending)을 현상을 억제하게 된다.
또한, 실시예에 의하면 라스트 배리어의 에너지 밴드갭의 크기가 활성층에서 전자차단층 방향으로 점진적으로 증가함으로써 활성층으로부터 전자차단층 방향으로의 주입전자의 누설을 효과적으로 억제하게 된다.
실시예에 따른 발광소자에 의하면 라스트 양자벽의 에너지 밴드갭은 상기 활성층에서 상기 전자차단층 방향으로 증가함으로써 에너지밴드 벤딩(energy band bending) 문제가 없으며, 활성층으로부터 전자차단층 방향으로의 전자의 누설을 효과적으로 차단할 수 있는 고효율의 질화물반도체 발광소자를 제공할 수 있다.
이에 따라 실시예에 따른 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 의하면, 고효율 반도체 발광소자를 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 상기 라스트 양자벽(114bl)은 AlxInyGa(1-x-y)N(단, 0≤x≤1, 0≤y≤1)를 포함하며, 상기 알루미늄(Al)의 조성(x)이 상기 활성층(114)에서 상기 전자차단층(115) 방향으로 증가할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자에서 알루미늄(Al)의 조성(x)이 점진적으로 증가하는 라스트 양자벽(114bl)은 활성층에서 전자차단층 방향으로 면방향 격자상수크기가 점진적으로 작아져서 결국, 전자차단층의 면방향 격자상수의 크기와 동일하게 됨으로써 라스트 양자벽과 전자차단층의 계면에서 격자상수 크기의 불일치에 의한 결정결함을 발생시키지 않게 된다.
예를 들어, 제1 실시예에 의하면 상기 라스트 양자벽(114bl)의 알루미늄(Al)의 조성(x)이 상기 활성층(114)에서 상기 전자차단층(115) 방향으로 점진적으로 증가할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 발광소자에 의하면 상기 라스트 양자벽(114bl)의 알루미늄(Al)의 조성(x)이 상기 활성층(114)에서 상기 전자차단층(115) 방향으로 점진적으로 증가함으로써 라스트 양자벽의 에너지 밴드갭은 상기 활성층에서 상기 전자차단층 방향으로 점진적으로 증가하고, 이를 통해 에너지밴드 벤딩(energy band bending) 문제가 없으며, 활성층으로부터 전자차단층 방향으로의 전자의 누설을 효과적으로 차단할 수 있는 고효율의 질화물반도체 발광소자를 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 상기 라스트 양자벽(114bl)의 면방향 격자상수의 크기가 상기 활성층(114)에서 상기 전자차단층(115) 방향으로 감소할 수 있다.
예를 들어, 제1 실시예에 의하면 상기 라스트 양자벽(114bl)의 면방향 격자상수의 크기가 상기 활성층(114)에서 상기 전자차단층(115) 방향으로 점진적으로 감소하여 라스트 양자벽(114bl)과 전자차단층(115) 사이에 격자 불일치에 따른 결정결함 발생을 방지할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자에 의하면 라스트 양자벽(114bl)의 면방향 격자상수의 크기가 활성층(114)에서 전자차단층(115) 방향으로 감소함에 따라 격자 불일치에 따른 결정결함 발생을 방지하여 라스트 배리어와 전자차단층 사이의 계면에서의 비발광손실을 제거해 준다.
실시예에 따른 발광소자에 의하면 라스트 배리어와 전자차단층 사이에 격자 불일치에 따른 결정결함이 없고, 에너지밴드 벤딩(energy band bending) 문제가 없으며, 활성층으로부터 전자차단층 방향으로의 주입전자의 누설을 효과적으로 차단할 수 있는 질화물 반도체 라스트 배리어를 제공함으로써 고효율의 질화물반도체 발광소자를 제공할 수 있다.
도 3은 제2 실시예에 따른 발광소자의 에너지밴드 다이어그램의 개략도이며, 도 4는 제2 실시예에 따른 발광소자의 다른 에너지밴드 다이어그램의 개략도이다.
제2 실시예는 상기 제1 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있다. 예를 들어, 전자차단층(115)은 p형으로 도핑될 수 있고, 도 3과 같이 AlzGa(1-z)N(0≤z≤1)계 단일 반도체층으로 형성되거나, 도 4와 같이 AlzGa(1-z)N(115a)/GaN(115b)(0≤z≤1) 초격자(superlattice)로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제2 실시예에서 상기 활성층(114)은 상기 전자차단층(115)과 접하는 라스트 양자벽(114bs)을 포함하며, 상기 라스트 양자벽(114bs)의 에너지 밴드갭은 상기 활성층(114)에서 상기 전자차단층(115) 방향으로 증가할 수 있다.
예를 들어, 제2 실시예에 따른 발광소자의 에너지밴드 다이어그램(103)은 도 3과 같으며, 제2 실시예에서 상기 라스트 양자벽(114bs)의 에너지 밴드갭은 상기 활성층(114)에서 상기 전자차단층(115) 방향으로 갈수록 단계적으로 증가할 수 있다.
실시예에 의하면 라스트 양자벽(114bs)의 에너지 밴드갭의 크기가 활성층에서 전자차단층 방향으로 단계적으로 증가하여 결국, 전자차단층의 밴드갭 에너지와 동일하게 됨으로써 라스트 양자벽과 전자차단층의 계면에서 전도대(Ec)가 연속적으로 연결되어 전자가 트랩(trap) 될 수 있는 에너지밴드 벤딩(energy band bending)을 현상을 억제하게 된다.
또한, 실시예에 의하면 라스트 배리어의 에너지 밴드갭의 크기가 활성층에서 전자차단층 방향으로 단계적으로 증가함으로써 활성층으로부터 전자차단층 방향으로의 주입전자의 누설을 효과적으로 억제하게 된다.
실시예에 따른 발광소자에 의하면 라스트 양자벽의 에너지 밴드갭은 상기 활성층에서 상기 전자차단층 방향으로 증가함으로써 에너지밴드 벤딩(energy band bending) 문제가 없으며, 활성층으로부터 전자차단층 방향으로의 전자의 누설을 효과적으로 차단할 수 있는 고효율의 질화물반도체 발광소자를 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 상기 라스트 양자벽(114bs)은 AlxInyGa(1-x-y)N(단, 0≤x≤1, 0≤y≤1)를 포함하며, 상기 알루미늄(Al)의 조성(x)이 상기 활성층(114)에서 상기 전자차단층(115) 방향으로 증가할 수 있다.
제2 실시예에 따른 발광소자에서 알루미늄(Al)의 조성(x)이 단계적으로 변하는 라스트 양자벽(114bs)은 활성층에서 전자차단층 방향으로 면방향 격자상수 크기가 점진적으로 작아져서 결국, 전자차단층의 면방향 격자상수의 크기와 동일하게 됨으로써 라스트 양자벽과 전자차단층의 계면에서 격자상수 크기의 불일치에 의한 결정결함을 발생시키지 않게 된다.
또한, 제2 실시예에 따른 발광소자에 의하면 라스트 양자벽(114bs)의 알루미늄(Al)의 조성(x)이 상기 활성층(114)에서 상기 전자차단층(115) 방향으로 단계적으로 증가함으로써 라스트 양자벽의 에너지 밴드갭은 상기 활성층에서 상기 전자차단층 방향으로 단계적으로 증가하고, 이를 통해 에너지밴드 벤딩(energy band bending) 문제가 없으며, 활성층으로부터 전자차단층 방향으로의 전자의 누설을 효과적으로 차단할 수 있는 고효율의 질화물반도체 발광소자를 제공할 수 있다.
또한, 제2 실시예에 의하면 상기 라스트 양자벽(114bs)의 면방향 격자상수의 크기가 상기 활성층(114)에서 상기 전자차단층(115) 방향으로 단계적으로 감소하여 라스트 양자벽(114bs)과 전자차단층(115) 사이에 격자 불일치에 따른 결정결함 발생을 방지할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자에 의하면 라스트 양자벽(114bs)의 면방향 격자상수의 크기가 활성층(114)에서 전자차단층(115) 방향으로 감소함에 따라 격자 불일치에 따른 결정결함 발생을 방지하여 라스트 배리어와 전자차단층 사이의 계면에서의 비발광손실을 제거해 준다.
실시예에 따른 발광소자에 의하면 라스트 배리어와 전자차단층 사이에 격자 불일치에 따른 결정결함이 없고, 에너지밴드 벤딩(energy band bending) 문제가 없으며, 활성층으로부터 전자차단층 방향으로의 주입전자의 누설을 효과적으로 차단할 수 있는 질화물 반도체 라스트 배리어를 제공함으로써 고효율의 질화물반도체 발광소자를 제공할 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 발광소자(100)의 단면도이다.
실시예는 수직형 발광소자를 중심으로 설명하고 있으나 이는 예시에 불과한 것으로서, 수평형 발광소자, 플립칩형 발광소자, 비아홀을 포함하는 하이브리드형 발광소자 등에도 적용될 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층(112), 활성층(114), 제2 도전형 반도체층(116)을 포함하는 발광구조물(110)과, 상기 발광구조물(110) 상면 일부에 형성된 패시베이션층(140), 발광구조물(110) 상에 형성된 제1 전극(150)을 포함할 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 실시예에 따른 발광소자(100)의 전체적인 구조에 대해 설명한다.
상기 제1 도전형 반도체층(112)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 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 활성층(114)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.
상기 활성층(114)의 우물층(114w)/장벽층(114b)은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 우물층은 장벽층의 밴드 갭보다 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
상기 활성층은(114) 에너지 준위가 점진적으로 증가하는 라스트 양자벽(114bs) 또는 에너지 준위가 단계적으로 증가하는 라스트 양자벽(114bl)을 포함할 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(116)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 원소의 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)은 예컨대, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있다.
실시예에서 상기 제1 도전형 반도체층(112)은 N형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 P형 반도체층으로 구현할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한 상기 제2 도전형 반도체층(116) 위에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 갖는 반도체 예컨대, 제2 도전형 반도체층(116)이 P형 반도체층인 경우, N형 반도체층(미도시)을 더 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.
상기 발광구조물(110) 상면에는 요철(R)이 형성되어 광추출 효율을 높일 수 있다.
상기 발광구조물(110) 하측에는 제2 전극층(120)이 형성되며, 상기 제2 전극층(120)은 오믹층(122), 반사층(124), 결합층(125), 지지기판(126) 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 오믹층(122)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.
또한, 상기 반사층(124)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 반사층(124)은 상기 금속 또는 합금과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있으며, 예를 들어, IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 적층할 수 있다.
또한, 상기 결합층(125)은 Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag 또는 Ta 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전도성 지지기판(126)는 구리(Cu), 구리합금(Cu Alloy), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예를 들어, Si, Ge, GaAs, GaN, ZnO, SiGe, SiC 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광구조물(110)의 하측 외곽에는 보호 부재(190)가 형성될 수 있고, 상기 발광구조물(110)과 상기 오믹층(122) 사이에는 전류 차단층(current blocking layer, CBL)(130)이 형성될 수 있다.
상기 보호 부재(190)는 상기 발광구조물(110)과 결합층(125) 사이의 둘레 영역에 형성될 수 있으며, 링 형상, 루프 형상, 사각 프레임 형상 등으로 형성될 수 있다. 상기 보호 부재(190)는 일부분이 상기 발광구조물(110)과 수직 방향에서 중첩될 수 있다.
상기 보호 부재(190)는 상기 결합층(125)과 활성층(114) 사이의 측면에서의 거리를 증가시켜 상기 결합층(125)과 활성층(114) 사이의 전기적 단락의 발생 가능성을 줄일 수 있고, 칩 분리 공정에서 전기적 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 보호 부재(140)는 전기 절연성을 가지는 물질이거나, 반사층(124) 또는 결합층(1125)보다 전기 전도성이 낮은 물질, 또는 제2 도전형의 반도체층(116)과 쇼트키 접촉을 형성하는 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 보호 부재(140)는 ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO, ZnO, SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiOx, TiO2, Ti, Al 또는 Cr 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자에 의하면 고출력 발광소자를 제공할 수 있다.
도 6은 실시예들에 따른 발광소자가 설치된 발광소자 패키지(200)를 설명하는 도면이다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 몸체부(205)와, 상기 패키지 몸체부(205)에 설치된 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과, 상기 패키지 몸체부(205)에 설치되어 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과 전기적으로 연결되는 발광 소자(100)와, 상기 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(240)가 포함된다.
상기 패키지 몸체부(205)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광 소자(100)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)은 상기 발광 소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 역할을 할 수 있으며, 상기 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 발광 소자(100)는 수직형 타입의 발광 소자가 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 수평형 발광소자도 적용될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 패키지 몸체부(205) 상에 설치되거나 상기 제3 전극층(213) 또는 제4 전극층(214) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 제3 전극층(213) 및/또는 제4 전극층(214)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 실시예에서는 상기 발광 소자(100)가 상기 제3 전극층(213)과 와이어(230)를 통해 전기적으로 연결되고 상기 제4 전극층(214)과 직접 접촉하여 전기적으로 연결된 것이 예시되어 있다.
상기 몰딩부재(240)는 상기 발광 소자(100)를 포위하여 상기 발광 소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(240)에는 형광체가 포함되어 상기 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광 소자 패키지에서 방출되는 광의 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능하거나 조명 유닛으로 기능할 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 백라이트 유닛, 조명 유닛, 지시 장치, 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 7은 실시예에 따른 조명 유닛의 사시도(1100)이다. 다만, 도 7의 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 8은 실시예에 따른 백라이트 유닛의 분해 사시도(1200)이다. 다만, 도 8의 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 고출력 발광소자를 제공할 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 (9)

  1. 제1 도전형 반도체층;
    양자우물과 양자벽을 포함하여 상기 제1 도전형 반도체층 상에 형성된 활성층;
    상기 활성층 상에 형성된 전자차단층;
    상기 전자차단층 상에 형성된 제2 도전형 반도체층;을 포함하며,
    상기 활성층은 상기 전자차단층과 접하는 라스트 양자벽을 포함하고,
    상기 라스트 양자벽의 에너지 밴드갭은 상기 활성층에서 상기 전자차단층 방향으로 증가하는 발광소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 라스트 양자벽의 에너지 밴드갭은
    상기 활성층에서 상기 전자차단층 방향으로 점진적으로 증가하는 발광소자.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 라스트 양자벽의 에너지 밴드갭은
    상기 활성층에서 상기 전자차단층 방향으로 단계적으로 증가하는 발광소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 라스트 양자벽은 AlxInyGa(1-x-y)N(단, 0≤x≤1, 0≤y≤1)을 포함하며,
    상기 알루미늄(Al)의 조성(x)이 상기 활성층에서 상기 전자차단층 방향으로 증가하는 발광소자.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 라스트 양자벽의 알루미늄(Al)의 조성(x)이 상기 활성층에서 상기 전자차단층 방향으로 점진적으로 증가하는 발광소자.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 라스트 양자벽의 알루미늄(Al)의 조성(x)이 상기 활성층에서 상기 전자차단층 방향으로 단계적으로 증가하는 발광소자.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 라스트 양자벽의 면방향 격자상수의 크기가 상기 활성층에서 상기 전자차단층 방향으로 감소하는 발광소자.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 라스트 양자벽의 면방향 격자상수의 크기가 상기 활성층에서 상기 전자차단층 방향으로 점진적으로 감소하는 발광소자.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 라스트 양자벽의 면방향 격자상수의 크기가 상기 활성층에서 상기 전자차단층 방향으로 단계적으로 감소하는 발광소자.
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KR20150081500A (ko) * 2014-01-06 2015-07-15 엘지이노텍 주식회사 발광소자 및 조명시스템

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