KR20130008141A - 발광 소자 - Google Patents
발광 소자 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20130008141A KR20130008141A KR1020110068673A KR20110068673A KR20130008141A KR 20130008141 A KR20130008141 A KR 20130008141A KR 1020110068673 A KR1020110068673 A KR 1020110068673A KR 20110068673 A KR20110068673 A KR 20110068673A KR 20130008141 A KR20130008141 A KR 20130008141A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- light emitting
- semiconductor layer
- emitting device
- disposed
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 99
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims abstract description 35
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 31
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 35
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 239000013589 supplement Substances 0.000 claims description 5
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract description 33
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract description 33
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 326
- 239000000463 material Substances 0.000 description 20
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 18
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 13
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 10
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 8
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- JAONJTDQXUSBGG-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dizinc;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].[Zn+2].[Zn+2] JAONJTDQXUSBGG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 6
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 5
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 5
- SKRWFPLZQAAQSU-UHFFFAOYSA-N stibanylidynetin;hydrate Chemical compound O.[Sn].[Sb] SKRWFPLZQAAQSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 4
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 4
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 4
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 4
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- VRIVJOXICYMTAG-IYEMJOQQSA-L iron(ii) gluconate Chemical compound [Fe+2].OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C([O-])=O.OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C([O-])=O VRIVJOXICYMTAG-IYEMJOQQSA-L 0.000 description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 3
- 230000000153 supplemental effect Effects 0.000 description 3
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 229910019897 RuOx Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- DZLPZFLXRVRDAE-UHFFFAOYSA-N [O--].[O--].[O--].[O--].[Al+3].[Zn++].[In+3] Chemical compound [O--].[O--].[O--].[O--].[Al+3].[Zn++].[In+3] DZLPZFLXRVRDAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- SBYXRAKIOMOBFF-UHFFFAOYSA-N copper tungsten Chemical compound [Cu].[W] SBYXRAKIOMOBFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- YZZNJYQZJKSEER-UHFFFAOYSA-N gallium tin Chemical compound [Ga].[Sn] YZZNJYQZJKSEER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N zinc indium(3+) oxygen(2-) Chemical compound [O--].[Zn++].[In+3] YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000012777 electrically insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- HRHKULZDDYWVBE-UHFFFAOYSA-N indium;oxozinc;tin Chemical compound [In].[Sn].[Zn]=O HRHKULZDDYWVBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 1
- 229920005749 polyurethane resin Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 1
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- TYHJXGDMRRJCRY-UHFFFAOYSA-N zinc indium(3+) oxygen(2-) tin(4+) Chemical compound [O-2].[Zn+2].[Sn+4].[In+3] TYHJXGDMRRJCRY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers 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 having potential barriers 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
- H01L33/14—Semiconductor devices having potential barriers 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 carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
- H01L33/145—Semiconductor devices having potential barriers 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 carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure with a current-blocking structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers 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 having potential barriers 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
- H01L33/025—Physical imperfections, e.g. particular concentration or distribution of impurities
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers 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 having potential barriers 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
- H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers 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 quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
- H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers 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 quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers 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 having potential barriers 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 Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
실시 예는 제1 반도체층과, 상기 제1 반도체층 상에 배치되는 제2 반도체층과, 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 배치되며, 양자 우물층들과 양자 장벽층들을 포함하는 활성층과, 상기 활성층과 상기 제2 반도체층 사이에 배치되는 차단층과, 상기 활성층과 상기 차단층 사이에 배치되는 캐리어 보충층을 포함하며, 상기 캐리어 보충층은 상기 제2 반도체층과 동일한 도전형의 도펀트가 도핑되며, 상기 캐리어 보충층과 상기 제2 반도체층 각각에 도핑되는 도펀트의 농도는 서로 다르다.
Description
실시 예는 발광 소자 및 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Ligit Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광 소자는 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 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
일반적으로 발광 다이오드에 사용되는 에피 구조는 전자 주입층, 활성층, 및 정공 주입층으로 구성되다. 그리고 활성층은 다중 양자 우물 구조일 수 있으며, 일반적으로 도핑되지 않은 3족-5족 반도체의 이종 접합으로 구성될 수 있다.
발광 다이오드의 광도나 동작 전압 등은 전자 주입층 및 정공 주입층으로부터 활성층으로 전달되는 전자와 정공의 주입 효율 및 재결합율로 결정될 수 있다.
이러한 전자와 정공의 주입 효율 및 재결합률 등을 향상시키기 위하여 활성층과 정공 주입층 사이에 전자 차단층(electron blocking layer, EBL)이 형성될 수 있다. 상술한 발광 다이오드의 구조, 전자 주입층, 활성층, 전자 차단층, 및 정공 주입층에 관해서는 공개번호 2008-0010136을 참조할 수 있다.
실시 예는 광도를 향상시키고, 동작 전압을 감소시킬 수 있는 발광 소자를 제공한다.
실시 예에 따른 발광 소자는 제1 반도체층, 상기 제1 반도체층 상에 배치되는 제2 반도체층, 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 배치되며, 양자 우물층들과 양자 장벽층들을 포함하는 활성층, 상기 활성층과 상기 제2 반도체층 사이에 배치되는 차단층, 및 상기 활성층과 상기 차단층 사이에 배치되는 캐리어 보충층을 포함하며, 상기 캐리어 보충층은 상기 제2 반도체층과 동일한 도전형의 도펀트가 도핑되며, 상기 캐리어 보충층과 상기 제2 반도체층 각각에 도핑되는 도펀트의 농도는 서로 다르다.
상기 캐리어 보충층에 도핑되는 제1 도펀트의 농도는 상기 제2 반도체층에 도핑되는 제2 도펀트의 농도보다 작을 수 있다.
상기 캐리어 보충층의 두께는 3nm ~ 15nm일 수 있다.
상기 캐리어 보충층과 상기 제2 반도체층 각각에 도핑되는 도펀트는 P형 도펀트일 수 있다.
상기 제1 도펀트의 농도는 상기 제2 도펀트 농도의 1/20배 ~ 1/2배일 수 있다. 상기 제1 도펀트의 농도는 1*1019 cm-3 ~ 2*1019 cm- 3 이고, 상기 제2 도펀트의 농도는 1*1020cm-3 ~ 2*1020cm-3 일 수 있다.
상기 캐리어 보충층 및 상기 제2 도전형 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지며, Mg, Zn, Ca, Sr, 또는 Ba이 도핑될 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 제1 반도체층 아래에 배치되는 기판, 상기 제2 반도체층 상에 배치되는 전도층, 상기 제1 도전형 반도체층과 오믹 접촉하는 제1 전극; 및 상기 전도층 상에 배치되는 제2 전극을 더 포함할 수 있다.
또한 상기 발광 소자는 상기 제2 반도체층 아래에 배치되는 오믹층, 상기 오믹층 아래에 배치되는 반사층, 상기 발광 구조물 측면에 배치되는 패시베이션층, 및 상기 제1 반도체층 상에 배치되는 제1 전극을 더 포함할 수 있다.
실시 예는 광도를 향상시키고, 동작 전압을 감소시킬 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 소자의 단면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 발광 구조물의 에너지 밴드 다이어그램 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 발광 소자의 동작 전압을 나타낸다.
도 4는 전류 인가시 일반적인 발광 소자의 다중 양자 우물 구조의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸다.
도 5는 전류 인가시 도 1에 도시된 발광 소자의 다중 양자 우물 구조의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸다.
도 6은 다른 실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸다.
도 7은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸다.
도 8은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치의 분해 사시도이다.
도 9a는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치를 나타낸다.
도 9b는 도 9a에 도시된 표시 장치의 광원 부분의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 발광 구조물의 에너지 밴드 다이어그램 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 발광 소자의 동작 전압을 나타낸다.
도 4는 전류 인가시 일반적인 발광 소자의 다중 양자 우물 구조의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸다.
도 5는 전류 인가시 도 1에 도시된 발광 소자의 다중 양자 우물 구조의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸다.
도 6은 다른 실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸다.
도 7은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸다.
도 8은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치의 분해 사시도이다.
도 9a는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치를 나타낸다.
도 9b는 도 9a에 도시된 표시 장치의 광원 부분의 단면도이다.
이하 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
실시 예들의 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 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 이하 첨부된 도면을 참고로 실시 예에 따른 발광 소자를 설명한다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 소자(100)의 단면도를 나타내며, 도 2는 도 1에 도시된 발광 구조물(120)의 에너지 밴드 다이어그램 나타낸다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 발광 소자(100)는 기판(110)과, 제1 도전형 반도체층(122), 활성층(124), 캐리어 보충층(125), 전자 차단층(Electron Blocking Layer, EBL), 제2 도전형 반도체층(128)을 포함하는 발광 구조물(120), 전도층(130), 제1 전극(142), 및 제2 전극(144)을 포함한다.
기판(110)은 발광 구조물(120)을 지지한다. 기판(110)은 사파이어 기판, 실리콘(Si) 기판, 산화아연(ZnO) 기판, 및 질화물 반도체 기판 중 어느 하나 또는 GaN, InGaN, AlGaN, AlInGaN 중에서 적어도 어느 하나가 적층된 템플레이트(Template) 기판일 수 있다.
발광 구조물(120)은 기판(110) 상에 배치되며, 빛을 발생시킨다.
발광 구조물(120)은 제1 도전형 반도체층(122), 활성층(124), 캐리어 보충층(125), 차단층(Electron Blocking Layer, 126), 및 제2 도전형 반도체층(128)이 기판(110) 상에 순차로 적층된 구조일 수 있다. 또한 발광 구조물(120)은 제1 도전형 반도체층(122)의 일부를 노출할 수 있다.
예컨대, 제1 도전형 반도체층(122)의 일부가 노출되도록 제2 도전형 반도체층(126), 활성층(124), 캐리어 보충층(125), 전자 차단층(126), 및 제1 도전형 반도체층(122)의 일부가 식각될 수 있다.
격자 상수 및 열 팽창 계수의 차이를 완화시키기 위하여 기판(110)과 발광 구조물(120) 사이에는 버퍼층(미도시)이 개재될 수 있으며, 또한 제1 도전형 반도체층(122)의 결정성 향상을 위하여 불순물이 도핑되지 않은 언도프트 반도체층(미도시)이 개재될 수 있다.
이때 버퍼층은 저온 성장될 수 있으며, 그 물질은 GaN층 또는 AlN층일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 언도프트 반도체층은 n형 도펀트가 도핑되지 않아 제1 도전형 반도체층(122)에 비하여 낮은 전기 전도성을 갖는 것을 제외하고는 제1 도전형 반도체층(122)과 동일할 수 있다.
전도층(130)은 전반사를 감소시킬 뿐만 아니라, 투광성이 좋기 때문에 활성층(124)으로부터 제2 도전형 반도체층(126)으로 방출되는 빛의 추출 효율을 증가시킬 수 있다.
전도층(130)은 투명 전도성 산화물, 예컨대, ITO(Indium Tin Oxide), TO(Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc 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), IrOx, RuOx,RuOx/ITO, Ni, Ag, Ni/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO 중 하나 이상을 이용하여 단층 또는 다층으로 이루어질 수 있다.
제1 전극(142)은 노출되는 제1 도전형 반도체층(122) 상에 배치되며, 제1 도전형 반도체층(122)과 오믹 접촉한다. 제2 전극(144)은 전도층(130) 상에 배치된다.
이하 발광 구조물(120)에 대하여 구체적으로 설명한다.
제1 도전형 반도체층(122)은 기판(110) 상에 배치되며, 질화물 반도체층일 수 있다. 예컨대, 제1 도전형 반도체층(122)은 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, 및 AlInN 중 어느 하나일 수 있으며, 제1 도전형 도펀트(예컨대, Si, Ge, Sn, Se, 또는 Te 등의 n형 도펀트)가 도핑될 수 있다. 도 2에서는 제1 도전형 반도체층(122)을 전자 주입층으로 표현하고, 제2 도전형 반도체층(128)을 정공 주입층으로 표현한다. 제1 도전형 반도체층(122)의 두께는 6nm ~ 8nm일 수 있다.
제2 도전형 반도체층(126)은 제1 도전형 반도체층(122) 상에 배치되며, 질화물 반도체층일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(126)은 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 주 어느 하나일 수 있으며, 제2 도전형 도펀트(예컨대, Mg, Zn, Ca, Sr, 또는 Ba 등의 p형 도펀트)가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(126)의 두께는 40nm ~ 80nm일 수 있다.
활성층(124)은 제1 도전형 반도체층(122) 및 제2 도전형 반도체층(128) 사이에 배치된다. 활성층(124)은 전자 주입층(122)으로부터 제공되는 전자(electron)와 정공 주입층(128)으로부터 제공되는 정공(hole)의 결합(recombination) 과정에서 발생하는 에너지에 의해 광을 생성할 수 있다.
활성층(124)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조, 양자점 구조, 도는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 활성층(124)이 양자 우물 구조일 경우, 활성층(124)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 우물층과 InaAlbGa1 -a- bN (0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤a+b≤1)의 조성식을 갖는 장벽층을 갖는 단일 또는 양자우물구조를 가질 수 있다.
도 2에서 활성층(124)은 복수의 양자 우물층들(QW1 내지 QWn, n>1인 자연수) 및 양자 장벽층들(QB1 내지 QBm, m>1인 자연수)을 포함 수 있다. 이때 양자 우물층과 양자 장벽층은 제1 도전형 반도체층과 캐리어 보충층(125) 사이에 교번하여 적어도 1회 이상 반복될 수 있다. 양자 장벽층들(QB1 내지 QBm, 예컨대, m=3)의 에너지 밴드 갭은 양자 우물층들(QW1 내지 QWn, 예컨대, n=3)의 에너지 밴드 갭보다 크다. 이때 양자 장벽층들(QB1 내지 QBm, 예컨대, m=3) 및 양자 우물층들(QW1 내지 QWn, 예컨대, n=3)은 도펀트가 도핑되지 않은 언도프트층일 수 있다.
양자 장벽층들(QB1 내지 QBm, 예컨대, m=2) 각각의 두께는 5nm ~ 7nm일 수 있고, 양자 우물층들(QW1 내지 QWn, 예컨대, n=3) 각각의 두께는 2nm ~ 4nm일 수 있다. 예컨대, 양자 장벽층들(QB1 내지 QBm, 예컨대, m=2) 각각의 두께는 6nm 이고, 양자 우물층들(QW1 내지 QWn, 예컨대, n=3) 각각의 두께는 3nm일 수 있다.
이때 정공 주입층(128)으로부터 p형 도펀트(예컨대, Mg)가 활성층(124)으로 확산되는 것을 막기 위하여, 양자 장벽층들(QW1 내지 QWn, 예컨대, n=3) 중 마지막 양자 장벽층(QW3)의 두께는 활성층(124)의 나머지 양자 장벽층들(QB1 내지 QBm, 예컨대, m=2)의 두께와 동일하거나 클 수 있다. 마지막 양자 장벽층(QW3)은 정공 주입층(128)으로부터 p형 도펀트가 활성층(124)으로 침투하는 것을 방지하는 확산 방지층의 역할을 한다.
캐리어 보충층(carrier supplement layer, 125)은 활성층(124) 및 전자 차단층(126) 사이에 배치되어, 활성층(124)에 캐리어(예컨대, 정공)를 보충해주는 역할을 한다.
캐리어 보충층(125)은 질화물 반도체층일 수 있다. 캐리어 보충층(125)은 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, 제2 도전형 도펀트(예컨대, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트)가 도핑될 수 있다.
캐리어 보충층(125)의 두께는 1nm ~ 15nm일 수 있다. 예컨대, 캐리어 보충층(125)의 두께는 3nm ~ 5nm일 수 있다.
캐리어 보충층(125)에 도핑되는 제2 도전형 도펀트의 농도(이하 "제1 농도"라 한다)는 제2 도전형 반도체층(128)에 도핑되는 제2 도전형 도펀트의 농도(이하 "제2 농도"라 한다)와 다르다.
제1 농도는 제2 농도보다 작을 수 있을 수 있다. 또한 제1 농도는 제2 농도의 1/20배 ~ 1/2배일 수 있다. 예컨대, 캐리어 보충층(125)에 도핑되는 Mg의 제1 농도는 1*1019 cm-3 ~ 2*1019 cm-3 일 수 있고, 제2 도전형 반도체층(128)에 도핑되는 Mg의 제2 농도는 1*1020cm-3 ~ 2*1020cm-3 일 수 있다. 여기서 *는 곱셈 연산자이다.
캐리어 보충층(125)의 에너지 밴드 갭은 양자 장벽층들(QW1 내지 QWn, 예컨대, n=3)의 에너지 밴드 갭과 동일할 수 있다.
차단층(126)은 캐리어 보충층(125)과 제2 도전형 반도체층(128) 사이에 배치되며, 제1 도전형 반도체층(122)으로부터 활성층(124)으로 주입된 캐리어가 제2 도전형 반도체층(128)으로 이동하는 것을 차단하여 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
예컨대, 차단층(126)은 도 2에 도시된 바와 같이, 전자 차단층일 수 있다. 이하 전자 차단층으로 설명하나, 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니다.
전자 차단층(126)은 캐리어 보충층(125)과 정공 주입층(128) 사이에 배치되며, 전자 주입층(122)으로부터 활성층(124)으로 주입된 전자가 정공 주입층(128)으로 이동하는 것을 차단하여 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
전자 차단층(126)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료일 수 있다. 예를 들어 전자 차단층(126)은 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 중 어느 하나일 수 있다.
전자 차단층(126)의 에너지 밴드 갭은 활성층(124)의 양자 장벽층들(QW1 내지 QWn, 예컨대, n=3)의 에너지 밴드 갭 및 캐리어 보충층(125)의 에너지 밴드 갭보다 클 수 있다. 또한 전자 차단층(126)의 에너지 밴드 갭은 정공 주입층(128)의 에너지 밴드 갭보다 크다. 전자 차단층(126)의 두께는 10nm ~ 60nm일 수 있다.
캐리어 보충층(125)의 두께는 활성층(124)의 마지막 장벽층(QW3)의 두께보다 작고, 마지막 장벽층(QW3)의 두께는 전자 차단층(126)의 두께보다 작을 수 있다. 또는 마지막 장벽층(QW3)의 두께는 캐리어 보충층(125)의 두께보다 작고, 캐리어 보충층(125)의 두께는 전자 차단층(126)의 두께보다 작을 수 있다.
일반적으로 발광 소자의 광도 또는 동작 전압 등은 전자 주입층 및 정공 주입층으로부터 활성층으로 주입되는 전자 및 정공의 주입 효율 및 발광 재결합율에 의하여 결정될 수 있다. 다중 양자 우물 구조를 갖는 활성층 성장 후 도펀트(예컨대, p형 도펀트)가 도핑된 제2 도전형 반도체층(예컨대, 정공 주입층)이 성장되며, 제2 도전형 반도체층에 도핑되는 도펀트가 활성층으로 확산하는 것을 방지하기 위하여 활성층의 마지막 장벽층은 활성층의 나머지 다른 장벽층보다 두껍게 성장시킬 수 있다. 그러나 활성층 보호를 위하여 활성층의 마지막 장벽층을 두껍게 성장시킬 경우 정공 주입층과 활성층과의 거리가 증가하기 때문에, 정공 주입층으로부터 활성층으로의 정공의 주입 효율이 감소하여 발광 소자의 광도가 저하되고, 동작 전압의 상승을 유발시킬 수 있다.
그러나 실시 예는 활성층(124)의 마지막 장벽층(QB3)과 전자 차단층(126) 사이에 배치되고, 캐리어(예컨대, 정공)을 활성층(124)으로 추가적으로 보충하는 캐리어 보충층(125)을 구비함으로써, 발광 소자(100)의 광도를 향상시키고, 동작 전압을 감소시킬 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 발광 소자의 동작 전압을 나타낸다. 도 3은 일정한 바이어스 전류(예컨대, 20mA)를 얻기 위한 발광 소자(100)의 동작 전압 및 일반적인 발광 소자의 동작 전압을 나타낸다.
f1은 도 1에 도시된 실시 예에 따른 발광 소자(100)의 동작 전압을 나타내고, f2는 일반적인 발광 소자의 동작 전압을 나타낸다. x축은 동작 전압을 나타내며, 단위는 볼트(Volt)이다. y축은 빈도수, 즉 발광 소자의 개수를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 일반적인 발광 소자의 동작 전압과 비교할 때, 실시 예에 따른 발광 소자(100)의 동작 전압이 감소함을 알 수 있다.
도 4는 전류 인가시 일반적인 발광 소자의 다중 양자 우물 구조의 에너지 밴드 다이어그램을 나타내고, 도 5는 전류 인가시 도 1에 도시된 발광 소자(100)의 다중 양자 우물 구조의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸다.
일반적으로 전자 차단층은 활성층의 캐리어가 정공 주입층으로 오버플로우(overflow)되는 것을 차단하는 역할을 하지만, 반대에 정공 주입층의 정공이 활성층으로 이동하는 것을 방해할 수 있다.
그러나, 도 4에 도시된 실선 동그라미(401)는 활성층의 마지막 장벽층, 및 전자 자단층 영역을 나타내며, 도 5에 도시된 실선 동그라미(501)는 활성층(124)의 마지막 장벽층(QW3), 캐리어 보충층(125), 및 전자 차단층(126) 영역을 나타낸다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 일반적인 발광 소자와 비교할 때, 실시 예는 바이어스 인가시 밸런스 밴드(valence band)에서 정공에 대한 전자 차단층(126)의 간섭이 감소하여 정공 주입층으로부터 활성층(124)으로 정공의 이동이 증가할 수 있다.
또한 실시 예는 바이어스 인가시 전자 차단층(126)의 두께가 줄어드는 효과가 나타나기 때문에 정공이 전자 차단층(126)을 터널링(tunneling)할 수 있어 정공 주입층으로부터 활성층(124)으로 정공의 이동이 증가할 수 있다.
즉 실시 예는 정공 주입층으로부터 활성층(124)으로 정공의 이동이 증가하여 광도를 향상시키고, 동작 전압을 감소시킬 수 있다.
또한 실시 예는 캐리어 보충층(125)에 의하여 활성층(124)으로 별도로 정공이 공급되기 때문에 발광 효율 및 광도을 향상시키고, 동작 전압을 감소시킬 수 있다.
도 6은 다른 실시 예에 따른 발광 소자(200)를 나타낸다. 도 6을 참조하면, 발광 소자(200)는 제2 전극층(205)과, 보호층(230)과, 제2 도전형 반도체층(128), 전자 차단층(126), 캐리어 보충층(125), 활성층(124), 및 제1 도전형 반도체층(122)을 포함하는 발광 구조물(240)과, 패시베이션층(250)과, 제1 전극(255)을 포함한다. 도 1과 동일한 도면 부호는 동일한 구성을 나타내며, 앞에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
제2 전극층(205)은 지지 기판(210), 접합층(215), 반사층(220), 및 오믹층(225)을 포함한다. 지지 기판(210)은 발광 구조물(240)을 지지하며, 제1 전극(255)과 함께 발광 구조물(240)에 전원을 제공한다.
지지 기판(210)은 전도성 물질로 형성할 수 있으며, 예를 들어, 구리(Cu), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 또는 구리-텅스텐(Cu-W) 등과 같은 금속 물질 또는 Si, Ge, GaAs, ZnO, 및 SiC 중 적어도 하나를 포함하는 반도체일 수 있다.
접합층(215)은 지지 기판(210) 상에 배치된다. 접합층(215)은 본딩층으로서, 반사층(220) 아래에 형성된다. 접합층(215)은 반사층(220) 및 오믹층(225)에 접촉되어 반사층(220)과 오믹층(225)이 지지 기판(210)에 접합될 수 있도록 한다. 접합층(215)은 베리어 금속 또는 본딩 금속 등을 포함하며, 예를 들어, Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag 또는 Ta 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
반사층(220)은 접합층(215) 상에 배치된다. 반사층(220)은 발광 구조물(240)로부터 입사되는 광을 반사시켜 주어, 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 반사층(220)은 예를 들어, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다. 또한 반사층(220)은 금속(또는 합금)과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 투광성 전도성 물질을 포함하여 다층으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 반사층(220은 IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, 또는 AZO/Ag/Ni 등으로 형성할 수 있다.
오믹층(225)은 반사층(220) 상에 배치된다. 오믹층(225)은 발광 구조물(240)의 제2 도전형 반도체층(128)에 오믹 접촉되어 발광 구조물(240)에 전원이 원활히 공급되도록 할 수 있다. 오믹층(225)은 투광성 전도층과 금속을 선택적으로 사용할 수 있으며, 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), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni, Ag, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 하나 이상을 이용하여 단층 또는 다층으로 구현할 수 있다.
또한 다른 실시 예에서는 오믹층(225)을 생략하고, 반사층(220)으로 사용되는 물질을 제2 도전형 반도체층(242)과 오믹 접촉을 하는 물질로 선택하여 반사층(220)이 제2 도전형 반도체층(128)과 오믹 접촉하도록 할 수 있다.
보호층(230)은 제2 전극층(205)의 가장 자리 영역 상에 배치된다. 보호층(230)은 발광 구조물(240)과 접합층(215) 사이의 계면이 박리되어 발광 소자(200)의 신뢰성이 저하되는 현상을 감소시킬 수 있다.
보호층(230)은 접합층(215)의 가장 자리 영역 상에 배치될 수 있다. 접합층(215)이 형성되지 않는 경우에는 보호층(230)은 지지 기판(210)의 가장 자리 영역 상에 배치될 수 있다.
보호층(230)은 전도성을 갖는 물질 또는 비전도성을 갖는 물질일 수 있다. 예컨대, 전도성 보호층은 투명 전도성 산화막으로 형성되거나 금속 물질, 예컨대, Ti, Ni, Pt, Pd, Rh, Ir, W 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한 예컨대, 비전도성 보호층은 반사층(220) 또는 오믹층(225)보다 전기 전도성이 낮은 물질, 제2 도전형의 반도체층(242)과 쇼트키 접촉을 형성하는 물질, 또는 전기 절연성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 비전도성 보호층은 ZnO 또는 SiO2로 형성될 수 있다.
발광 구조물(240)은 제2 전극층(205) 상에 배치된다. 발광 구조물(240)은 제2 전극층(205) 상에 제2 도전형 반도체층(128), 전자 차단층(126), 캐리어 보충층(125), 활성층(124), 및 제1 도전형 반도체층(122)이 순차로 적층된 구조일 수 있다.
캐리어 보충층(125)은 활성층(124)과 전자 차단층(126) 사이에 배치되며, 제2 도전형 반도체층(128)과는 별도로 활성층에 캐리어(예컨대, hole)를 공급하는 역할을 한다. 또한 캐리어 보충층(125)는 바이어스 인가시 밸런스 밴드(valence band)에서 정공에 대한 전자 차단층(126)의 간섭을 감소시키고, 정공이 전자 차단층(126)을 터널링(tunneling)하도록 하여 제2 도전형 반도체층(128)으로부터 활성층(124)으로의 정공의 이동을 증가시킬 수 있다.
패시베이션층(250)은 발광 구조물(240)을 전기적으로 보호하기 위하여 발광 구조물(240)의 측면 상에 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 패시베이션층(250)은 SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3 로 형성될 수 있다.
제1 도전형의 반도체층(122)의 상면은 광 추출 효율을 증가시키기 위해 러프니스(260)가 형성될 수 있다. 제1 전극(255)은 제1 도전형 반도체층(122) 상에 배치된다. 제1 전극(255) 하부의 제1 도전형 반도체층(122) 부분에 러프니스(260)가 형성되거나 또는 형성되지 않을 수 있다.
도 7은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸다. 도 7을 참조하면, 발광 소자 패키지는 패키지 몸체(710), 제1 금속층(712), 제2 금속층(714), 발광 소자(720), 반사판(725), 와이어(730), 및 봉지층(740)을 포함한다.
패키지 몸체(710)는 일측 영역에 캐버티(cavity)가 형성된 구조이다. 이때 캐버티의 측벽은 경사지게 형성될 수 있다. 패키지 몸체(710)는 실리콘 기반의 웨이퍼 레벨 패키지(wafer level package), 실리콘 기판, 실리콘 카바이드(SiC), 질화알루미늄(aluminum nitride, AlN) 등과 같이 절연성 또는 열전도도가 좋은 기판으로 형성될 수 있으며, 복수 개의 기판이 적층되는 구조일 수 있다. 실시 예는 상술한 몸체의 재질, 구조, 및 형상으로 한정되지 않는다.
제1 금속층(712) 및 제2 금속층(714)은 열 배출이나 발광 소자의 장착을 고려하여 서로 전기적으로 분리되도록 패키지 몸체(710)의 표면에 배치된다. 발광 소자(720)는 제1 금속층(712) 및 제2 금속층(714)과 전기적으로 연결된다. 이때 발광 소자(720)는 도 1 또는 도 2에 도시된 발광 소자(100 또는 200)일 수 있다.
예컨대, 발광 소자(200)의 제2 전극층(205)은 제2 금속층(714)에 전기적으로 연결되고, 제1 전극(255)은 와이어(730)에 의하여 제1 금속층(712)과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한 예컨대, 도 6에는 도시되지 않았지만, 와이어들(미도시)에 의하여 발광 소자(100)의 제1 전극(142)은 제1 금속층(712)과 전기적으로 연결되고, 제2 전극(144)는 제2 금속층(714)과 전기적으로 연결될 수 있다.
반사판(725)은 발광 소자(720)에서 방출된 빛을 소정의 방향으로 지향하도록 패키지 몸체(710)의 캐버티 측벽에 형성된다. 반사판(725)은 광반사 물질로 이루어지며, 예컨대, 금속 코팅이거나 금속 박편일 수 있다.
봉지층(740)은 패키지 몸체(710)의 캐버티 내에 위치하는 발광 소자(720)를 포위하여 발광 소자(720)를 외부 환경으로부터 보호한다. 봉지층(740)은 에폭시 또는 실리콘과 같은 무색 투명한 고분자 수지 재질로 이루어진다. 봉지층(740)은 발광 소자(720)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있도록 형광체가 포함될 수 있다. 발광 소자 패키지는 상기에 개시된 실시 예에 따른 발과 소자들 중 적어도 하나를 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 어레이되며, 발광 소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능할 수 있다.
또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 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.
도 8은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치의 분해 사시도이다. 도 8을 참조하면, 실시 예에 따른 조명 장치는 광을 투사하는 광원(750)과 광원(7500)이 내장되는 하우징(700)과 광원(750)의 열을 방출하는 방열부(740) 및 광원(750)과 방열부(740)를 하우징(700)에 결합하는 홀더(760)를 포함한다.
하우징(700)은 전기 소켓(미도시)에 결합되는 소켓 결합부(710)와, 소켓 결합부(710)와 연결되고 광원(750)이 내장되는 몸체부(730)를 포함한다. 몸체부(730)에는 하나의 공기 유동구(720)가 관통하여 형성될 수 있다.
하우징(700)의 몸체부(730) 상에 복수 개의 공기 유동구(720)가 구비되며, 공기 유동구(720)는 하나이거나, 복수 개일 수 있다. 공기 유동구(720)는 몸체부(730)에 방사상으로 배치되거나 다양한 형태로 배치될 수 있다.
광원(750)은 기판(754) 상에 구비되는 복수 개의 발광 소자 패키지(752)를 포함한다. 기판(754)은 하우징(700)의 개구부에 삽입될 수 있는 형상일 수 있으며, 후술하는 바와 같이 방열부(740)로 열을 전달하기 위하여 열전도율이 높은 물질로 이루어질 수 있다. 복수 개의 발광 소자 패키지는 도 7에 도시된 실시 예일 수 있다.
광원(750)의 하부에는 홀더(760)가 구비되며, 홀더(760)는 프레임 및 다른 공기 유동구를 포함할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나 광원(750)의 하부에는 광학 부재가 구비되어 광원(750)의 발광 소자 패키지(752)에서 투사되는 빛을 확산, 산란 또는 수렴시킬 수 있다.
도 9a는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치를 나타내고, 도 9b는 도 9a에 도시된 표시 장치의 광원 부분의 단면도이다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 표시 장치는 백라이트 유닛 및 액정 표시 패널(860), 탑 커버(Top cover, 870), 고정부재(850)를 포함한다.
백라이트 유닛은 바텀 커버(Bottom cover, 810)와, 바텀 커버(810)의 내부의 일측에 마련되는 발광 모듈(880)과, 바텀 커버(810)의 전면에 배치되는 반사판(820)과, 반사판(820)의 전방에 배치되며 발광 모듈(880)에서 발산되는 빛을 표시 장치 전방으로 안내하는 도광판(830)과, 도광판(30)의 전방에 배치되는 광학 부재(840)를 포함한다. 액정 표시 장치(860)는 광학 부재(840)의 전방에 배치되며, 탑 커버(870)는 액정 표시 패널(860)의 전방에 마련되며, 고정 부재(850)는 바텀 커버(810)와 탑 커버(870) 사이에 배치되어 바텀 커버(810)와 탑 커버(870)를 함께 고정시킨다.
도광판(830)은 발광 모듈(880)에서 방출되는 광이 면광원 형태로 출사되도록 안내하는 역할을 하고, 도광판(830)의 후방에 배치되는 반사판(820)은 발광 모듈(880)에서 방출된 광이 도광판(830)방향으로 반사되도록 하여 광 효율을 높이는 역할을 한다. 다만, 반사판(820)은 본 도면처럼 별도의 구성요소로 마련될 수도 있고, 도광판(830)의 후면이나, 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.
도광판(830)은 발광 모듈(880)에서 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.
광학 부재(840)가 도광판(830)의 상부에 구비되어 도광판(830)에서 출사되는 빛을 소정 각도로 확산시킨다. 광학 부재(840)는 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.
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. 바텀 커버(810) 상에는 반사판(820)이 놓이게 되고, 반사판(820)의 위에는 도광판(830)이 놓이게 된다. 그리하여 반사판(820)은 방열부재(미도시)와 직접 접촉될 수도 있다. 발광 모듈(880)은 발광 소자 패키지(882) 및 인쇄회로기판(881)을 포함한다. 발광 소자 패키지(882)는 인쇄회로기판(881) 상에 실장된다. 여기서 발광 소자 패키지(881)은 도 7에 도시된 실시 예일 수 있다.
인쇄회로기판(881)은 브라켓(812) 상에 접합될 수 있다. 여기서, 브라켓(812)은 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 인쇄회로기판(881)을 고정할 수 있다.
또한, 이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 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.
110,210: 기판 120,240: 발광 구조물
122: 제1 도전형 반도체층 124: 활성층
125: 캐리어 보충층 126: 전자 차단층
128: 제2 도전형 반도체층 130 : 전도층
142,255: 제1 전극 144 : 제2 전극
205: 제2 전극층 220: 반사층
225: 오믹층 230: 보호층
240: 패시베이션층 260: 러프니스
QW1 내지 QW3: 양자 우물층들 QB1 내지 QB3: 양자 장벽층들.
122: 제1 도전형 반도체층 124: 활성층
125: 캐리어 보충층 126: 전자 차단층
128: 제2 도전형 반도체층 130 : 전도층
142,255: 제1 전극 144 : 제2 전극
205: 제2 전극층 220: 반사층
225: 오믹층 230: 보호층
240: 패시베이션층 260: 러프니스
QW1 내지 QW3: 양자 우물층들 QB1 내지 QB3: 양자 장벽층들.
Claims (9)
- 제1 반도체층;
상기 제1 반도체층 상에 배치되는 제2 반도체층;
상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 배치되며, 양자 우물층들과 양자 장벽층들을 포함하는 활성층;
상기 활성층과 상기 제2 반도체층 사이에 배치되는 차단층; 및
상기 활성층과 상기 차단층 사이에 배치되는 캐리어 보충층을 포함하며,
상기 캐리어 보충층은 상기 제2 반도체층과 동일한 도전형의 도펀트가 도핑되며, 상기 캐리어 보충층과 상기 제2 반도체층 각각에 도핑되는 도펀트의 농도는 서로 다른 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 캐리어 보충층에 도핑되는 제1 도펀트의 농도는 상기 제2 반도체층에 도핑되는 제2 도펀트의 농도보다 작은 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 캐리어 보충층의 두께는 3nm ~ 15nm인 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 캐리어 보충층과 상기 제2 반도체층 각각에 도핑되는 도펀트는 P형 도펀트인 발광 소자. - 제2항에 있어서,
상기 제1 도펀트의 농도는 상기 제2 도펀트 농도의 1/20배 ~ 1/2배인 발광 소자. - 제2항에 있어서,
상기 제1 도펀트의 농도는 1*1019 cm-3 ~ 2*1019 cm- 3 이고, 상기 제2 도펀트의 농도는 1*1020cm-3 ~ 2*1020cm- 3 인 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 캐리어 보충층 및 상기 제2 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지며, Mg, Zn, Ca, Sr, 또는 Ba이 도핑되는 발광 소자. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 반도체층 아래에 배치되는 기판;
상기 제2 반도체층 상에 배치되는 전도층;
상기 제1 반도체층과 오믹 접촉하는 제1 전극; 및
상기 전도층 상에 배치되는 제2 전극을 더 포함하는 발광 소자. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 반도체층 아래에 배치되는 오믹층;
상기 오믹층 아래에 배치되는 반사층;
상기 발광 구조물 측면에 배치되는 패시베이션층; 및
상기 제1 반도체층 상에 배치되는 제1 전극을 더 포함하는 발광 소자.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110068673A KR101850433B1 (ko) | 2011-07-12 | 2011-07-12 | 발광 소자 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110068673A KR101850433B1 (ko) | 2011-07-12 | 2011-07-12 | 발광 소자 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130008141A true KR20130008141A (ko) | 2013-01-22 |
| KR101850433B1 KR101850433B1 (ko) | 2018-04-19 |
Family
ID=47838300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110068673A KR101850433B1 (ko) | 2011-07-12 | 2011-07-12 | 발광 소자 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101850433B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104934507A (zh) * | 2015-06-25 | 2015-09-23 | 聚灿光电科技股份有限公司 | Led外延结构及其制备方法 |
| JP2017117845A (ja) * | 2015-12-21 | 2017-06-29 | 株式会社小糸製作所 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
-
2011
- 2011-07-12 KR KR1020110068673A patent/KR101850433B1/ko active IP Right Grant
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104934507A (zh) * | 2015-06-25 | 2015-09-23 | 聚灿光电科技股份有限公司 | Led外延结构及其制备方法 |
| JP2017117845A (ja) * | 2015-12-21 | 2017-06-29 | 株式会社小糸製作所 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101850433B1 (ko) | 2018-04-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9620682B2 (en) | Light emitting device | |
| US8575635B2 (en) | Light emitting device, light emitting device package, and lighting system | |
| KR101799451B1 (ko) | 발광 소자 | |
| US9153622B2 (en) | Series of light emitting regions with an intermediate pad | |
| US9337383B2 (en) | Light emitting device | |
| KR101990095B1 (ko) | 발광소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지 | |
| KR101799450B1 (ko) | 발광 소자 및 발광 소자 패키지 | |
| KR101954205B1 (ko) | 발광 소자 | |
| KR101850433B1 (ko) | 발광 소자 | |
| KR20130065096A (ko) | 발광 소자 | |
| KR20140028231A (ko) | 발광소자 | |
| KR102007401B1 (ko) | 발광소자 | |
| KR101888605B1 (ko) | 발광 소자 | |
| KR101838022B1 (ko) | 발광 소자 | |
| KR101861636B1 (ko) | 발광 소자 | |
| KR101998764B1 (ko) | 발광 소자 | |
| KR20130022439A (ko) | 발광소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지 | |
| KR20120045120A (ko) | 발광 소자 | |
| KR102076242B1 (ko) | 발광 소자 | |
| KR102239624B1 (ko) | 발광 소자 | |
| KR101827974B1 (ko) | 발광 소자 | |
| KR101826980B1 (ko) | 발광소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지 | |
| KR20130024151A (ko) | 발광소자 | |
| KR20120042340A (ko) | 발광 소자 | |
| KR20130064251A (ko) | 발광 소자 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |