KR20130041642A - 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 발광소자는 기판; 기판 상에 배치되며 내부에 복수의 공극을 포함하며 공극의 상면에 요철이 형성되는 제1 반도체층; 제1 반도체층의 상면에 배치되는 활성층; 및 활성층 상에 배치되는 제2 반도체층;을 포함하고, 공극의 요철이 형성되는 상면은 N-face n-GaN이다.
Description
실시예는 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode; 발광 다이오드)는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 신호를 적외선, 가시광선 또는 빛의 형태로 변환시키는 소자로, 가정용 가전제품, 리모콘, 전광판, 표시기, 각종 자동화 기기 등에 사용되고, 점차 LED의 사용 영역이 넓어지고 있는 추세이다.
보통, 소형화된 LED는 PCB(Printed Circuit Board) 기판에 직접 장착하기 위해서 표면실장소자(Surface Mount Device)형으로 만들어지고 있고, 이에 따라 표시소자로 사용되고 있는 LED 램프도 표면실장소자 형으로 개발되고 있다. 이러한 표면실장소자는 기존의 단순한 점등 램프를 대체할 수 있으며, 이것은 다양한 칼라를 내는 점등표시기용, 문자표시기 및 영상표시기 등으로 사용된다.
LED 반도체는 육방 정계의 구조를 갖는 사파이어(Sapphire)나 실리콘카바이드(SiC)등의 이종 기판에서 금속유기화학기상증착법(MOCVD) 또는 분자선 증착법(molecular beam epitaxy; MBE) 등의 공정을 통해 성장된다.
LED는 활성층에서 p형 반도체층에서 제공된 정공과 n형 반도체층에서 제공된 전자가 재결합하여 빛을 발생시킨다. 활성층에서 만들어진 빛은 일부분만 외부로 발산될 수 있다. 따라서, 내부에서 발생된 빛이 최대한 외부로 발산되도록 하는 구조에 대하여 고려해볼 필요가 있다.
실시예는 광효율이 개선된 발광소자 및 그 제조하는 방법을 제공한다.
실시예에 따른 발광소자는 기판; 기판 상에 배치되며 내부에 복수의 공극을 포함하며 공극의 상면에 요철이 형성되는 제1 반도체층; 제1 반도체층의 상면에 배치되는 활성층; 및 활성층 상에 배치되는 제2 반도체층;을 포함하고, 공극의 요철이 형성되는 상면은 N-face n-GaN이다.
실시예에 따른 발광소자는 공극으로 인하여 광의 난반사를 유도하여 광추출효율이 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 공극의 상면에 요철을 형성하여 내부의 빛의 손실을 최소화할 수 있다.
도 1 은 실시예에 따른 발광소자의 구조를 도시한 단면도,
도 2 내지 5 는 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 나타내는 단면도,
도 6 은 실시예에 따른 발광소자의 공극에 형성된 요철을 도시한 도면,
도 7a 는 실시예의 발광 소자를 포함한 발광소자 패키지를 나타낸 사시도,
도 7b 는 실시예의 발광 소자를 포함한 발광소자 패키지를 나타낸 단면도,
도 8a 는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치를 도시한 사시도,
도 8b 는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치를 도시한 단면도,
도 9 는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 백라이트 유닛을 도시한 분해 사시도, 그리고
도 10 은 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 백라이트 유닛을 도시한 분해 사시도이다.
도 2 내지 5 는 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 나타내는 단면도,
도 6 은 실시예에 따른 발광소자의 공극에 형성된 요철을 도시한 도면,
도 7a 는 실시예의 발광 소자를 포함한 발광소자 패키지를 나타낸 사시도,
도 7b 는 실시예의 발광 소자를 포함한 발광소자 패키지를 나타낸 단면도,
도 8a 는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치를 도시한 사시도,
도 8b 는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치를 도시한 단면도,
도 9 는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 백라이트 유닛을 도시한 분해 사시도, 그리고
도 10 은 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 백라이트 유닛을 도시한 분해 사시도이다.
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 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐 만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 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.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들. 성분들. 영역들. 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 될 것이다.
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 1 은 실시예에 따른 발광소자(100)의 단면도이다.
도 1 을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자(100)는, 기판(110), 기판(110) 상에 배치되며 내부에 수평적으로 공극(122)이 형성되며 공극(122)의 상면에 요철(124)이 형성되는 제1 반도체층(120), 제1 반도체층(120)의 상면에 배치되는 활성층(130), 및 활성층(130) 상에 배치되는 제2 반도체층(140)을 포함한다.
기판(110)은 제1 반도체층(120) 하부에 배치될 수 있다. 기판(110)은 제1 반도체층(120)을 지지할 수 있다. 기판(110)은 제1 반도체층(120)에서 열을 전달받을 수 있다. 기판(110)은 광 투과적 성질을 가질 수 있다. 기판(110)은 광 투과적 물질을 사용하거나, 일정두께 이하로 형성하는 경우 광 투과적 성질을 가질 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 기판(110)의 굴절율은 광 추출 효율을 위해 제1 반도체층(120)의 굴절율보다 작은 것이 바람직하다.
기판(110)은 실시예에 따라 반도체 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 규소(Si), 게르마늄(Ge), 비소화갈륨(GaAs), 산화아연(ZnO), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘게르마늄(SiGe), 질화갈륨(GaN), 갈륨(Ⅲ)옥사이드(Ga2O3)와 같은 캐리어 웨이퍼로 구현될 수 있다.
기판(110)은 실시예에 따라 전도성 물질로 형성될 수 있다. 실시예에 따라서 금속으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 금(Au), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 은(Ag), 백금(Pt), 크롬(Cr)중에서 선택된 어느 하나로 형성하거나 둘 이상의 합금으로 형성할 수 있으며, 위 물질 중 둘 이상의 물질을 적층하여 형성할 수 있다. 기판(110)이 금속으로 형성된 경우 발광 소자에서 발생하는 열의 방출을 용이하게 하여 발광 소자의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다.
기판(110)은 광 추출 효율을 높이기 위해서, 상면에 PSS(Patterned Substrate) 구조를 구비할 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 기판(110)은 발광소자(100)에서 발생하는 열의 방출을 용이하게 하여 발광소자(100)의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다. 기판(110)은 제1 반도체층(120)과 격자상수의 차이가 존재하여 제1 반도체층(120)과의 사이에 격자상수 차이를 완화시키는 층을 구비할 수 있다.
버퍼층(미도시)은 기판(110)과 제1 반도체층(120) 사이에 배치될 수 있다. 버퍼층(미도시)은 질화갈륨(GaN), 질화인듐(InN), 질화알루미늄(AlN), 알루미늄인듐나이트라이드(AlInN), 인듐갈륨나이트라이드(InGaN), 알루미늄갈륨나이트라이드(AlGaN), 및 인듐알루미늄갈륨나이트라이드(InAlGaN) 중의 하나 이상의 물질로 형성될 수 있으나, 그 종류에 한정되지 아니한다. 버퍼층(미도시)은 기판(110) 상에 단결정으로 성장될 수 있다.
버퍼층(미도시)은 기판(110)과 제1 반도체층(120) 사이의 격자부정합을 완화할 수 있다. 버퍼층(미도시)은 상면에 제1 반도체층(120)이 용이하게 성장될 수 있도록 할 수 있다. 버퍼층(미도시)은 상면에 배치되는 제1 반도체층(120)의 결정성을 향상시킬 수 있다. 버퍼층(미도시)은 기판(110)과 제1 반도체층(120) 사이의 격자상수 차이를 완화시켜 줄 수 있는 물질로 이루어 질 수 있다.
제1 반도체층(120)은 기판(110) 상에 배치될 수 있다. 제1 반도체층(120)은 기판(110)과의 격자상수 차이를 정합시키기 위해 버퍼층(미도시) 상에 배치될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 제1 반도체층(120)은 기판(110) 상에서 성장될 수 있다.
제1 반도체층(120)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 상기 n형 반도체층은 예컨데, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN(Gallium nitride), AlN(Aluminium nitride), AlGaN(Aluminium gallium nitride), InGaN(Indium gallium nitride), InN(Indium nitride), InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있다. 제1 반도체층(120)은 예를 들어, 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 셀레늄(Se), 텔루늄(Te)와 같은 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
제1 반도체층(120)은 외부에서 전원을 공급받을 수 있다. 제1 반도체층(120)은 활성층(130)에 전자를 제공할 수 있다.
제1 반도체층(120)은 내부에 공극(122)이 형성될 수 있다. 제1 반도체층(120)은 하부면과 수평된 형태로 공극(122)이 형성될 수 있다. 제1 반도체층(120)은 일측면에 공극(122)의 입구가 배치될 수 있다. 제1 반도체층(120)은 측면이 관통되는 형태로 공극(122)이 형성될 수 있다. 제1 반도체층(120)은 내부에 공극(122)이 패턴을 형성할 수 있다.
공극(122)은 제1 반도체층(120)을 관통할 수 있다. 공극(122)은 제1 반도체층(120)의 하면과 수평되도록 형성될 수 있다. 공극(122)은 제1 반도체층(120)의 내부에 형성될 수 있다. 공극(122)은 상면에 요철(124)이 형성될 수 있다. 공극(122)은 막대형태일 수 있다. 공극(122)은 직육면체 형태일 수 있다. 공극(122)은 형성과정에서 제1 반도체층(120)의 내부에 배치되는 마스크 패턴(126)의 형태와 같을 수 있다. 공극(122)은 복수개일 수 있다. 공극(122)은 패턴 즉, 주기 또는 비주기의 다각형 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 공극(122)은 제1 반도체층(120)을 상면에서 보았을 때 그물 형태 등의 일정한 형태를 가질 수 있다. 공극(122)의 요철(124)이 형성되는 상면은 N-face 일 수 있다. N-face n-GaN은 KOH 용액에 의해서 용이하게 광추출 구조가 형성될 수 있다.
공극(122)은 상면에 요철(124)이 형성되어 활성층(130)에서 생성된 빛이 난반사되도록 할 수 있다. 공극(122)은 제1 반도체층(120)의 내부에 요철(124)이 형성되도록 할 수 있다.
공극(122)은 제1 반도체층(120)의 내부에 배치되는 마스크 패턴(126)이 제거되어 형성될 수 있다. 제1 반도체층(120)의 내부에 배치된 마스크 패턴(126)을 BOE 용액을 이용하여 제거하는 경우 공극(122)이 형성될 수 있다.
공극(122)은 폭이 1nm 내지 50㎛ 일 수 있다. 공극(122)은 폭이 1nm 이하인 경우에는 공극(122)의 폭이 너무 작아서 마스크 패턴(126)을 제거하기가 어려워질 수 있고 공극(122)의 상면에 요철(124)을 형성하여도 빛의 난반사 효과가 미미해질 수 있으며, 공극(122)의 폭이 50㎛ 이상인 경우에는 공극(122)의 형성과정 중에 마스크 패턴(126)의 상면에 제1 반도체층(120)을 추가로 성장시키는 것이 어려워질 수 있다.
요철(124)은 공극(122)의 상면에 형성될 수 있다. 요철(124)은 공극(122)의 상면의 일부 또는 전체 영역에 형성될 수 있다. 요철(124)은 습식식각으로 형성될 수 있다. 공극(122)의 상면의 요철(124)은 KOH 등을 이용하여 형성될 수 있다. 요철(124)은 랜덤한 크기로 불규칙하게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지 아니한다. 요철(124)은 평탄하지 않은 상면으로서, 텍스쳐(texture)패턴, 요철(124) 패턴, 평탄하지 않은 패턴(uneven pattern) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
요철(124)은 측 단면이 원기둥, 다각기둥, 원뿔, 다각뿔, 원뿔대, 다각뿔대 등 다양한 형상을 갖도록 형성될 수 있으며, 바람직하게 뿔 형상을 포함할 수 있다.
요철(124)이 형성됨에 따라 활성층(130)에서 생성된 빛이 난반사되어 외부로 방출되는 정도가 향상될 수 있고 빛이 제1 반도체층(120)의 내부에서 재흡수되어나 산란되는 것을 방지할 수 있어, 발광소자(100)의 광 추출 효율의 향상에 기여할 수 있다.
한편, 제1 반도체층(120), 활성층(130) 및 제2 반도체층(140)은 일부가 제거되어 제1 반도체층(120)의 개구부(128)이 노출될 수 있다. 개구부(128)에는 제1 전극(160)이 배치될 수 있다. 즉, 제1 반도체층(120)은 활성층(130)을 향하는 상면과 기판(110)을 향하는 하면을 포함하고, 상면은 적어도 일 영역이 노출된 영역을 포함하며, 제1 전극(160)은 제1 반도체층(120)의 개구부(128)의 상에 배치될 수 있다.
개구부(128)은 공극(122)보다 제1 반도체층(120)의 하면과 가까울 수 있다.개구부(128)이 공극(122)보다 제1 반도체층(120)의 하면에 가까워져 제1 반도체층(120)의 전면에 전류 공급이 용이해질 수 있고, 발광소자(100)의 광추출효율이 향상될 수 있다.
한편, 제1 반도체층(120)의 일부가 노출되게 하는 방법은 소정의 식각 방법을 사용할 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다. 또한, 식각방법은 습식 식각, 건식 식각방법을 사용할 수 있다.
제1 반도체층(120) 상에는 활성층(130)이 형성될 수 있다. 활성층(130)은 3족-5족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 단일 또는 다중 양자 우물 구조, 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 등으로 형성될 수 있다.
활성층(130)이 양자우물구조로 형성된 경우 예컨데, 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 갖을 수 있다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
활성층(130)의 위 또는/및 아래에는 도전성 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 도전성 클래드층(미도시)은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 활성층(130)의 밴드 갭보다는 큰 밴드 갭을 가질 수 있다.
활성층(130) 상에는 제2 반도체층(140)이 형성될 수 있다. 제2 반도체층(140)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 상기 n형 반도체층은 예컨데, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN(Gallium nitride), AlN(Aluminium nitride), AlGaN(Aluminium gallium nitride), InGaN(Indium gallium nitride), InN(Indium nitride), InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, 예를 들어 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 셀레늄(Se), 텔루늄(Te)와 같은 n형 도펀트가 도핑된다.
제2 반도체층(140) 상에는 투광성 전극층(150)이 배치될 수 있다.
투광성 전극층(150)은 ITO, IZO(In-ZnO), GZO(Ga-ZnO), AZO(Al-ZnO), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 제2 반도체층(140)의 상부에 형성됨으로써, 전류군집현상을 방지할 수 있다.
활성층(130)과 제2 반도체층(140) 및 투광성 전극층(150)의 일부가 제거되어 제1 반도체층(120)의 일부가 노출되고, 노출된 제1 반도체층(120) 상면에는 제1 전극(160)이 형성될 수 있다. 제2 반도체층(140)의 상면에 제2 전극(170) 이 형성될 수 있다. 제2 전극(170)은, 투광성 전극층(150)의 일부가 제거되고 제2 반도체층(140)의 일부가 노출되어서 제2 반도체층(140)에 연결되거나, 또는 투광성 전극층(150)에 연결되어 제2 반도체층(140)과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 제2 반도체층(140) 상에는 제2 전극(170)이 배치될 수 있다. 제2 반도체층(140)은 제2 전극(170)으로부터 전류를 제공받을 수 있다. 제2 반도체층(140)의 상면에는 광 추출 구조가 형성될 수 있다.
한편, 제1 및 2 전극은 전도성 물질, 예를 들어 In, Co, Si, Ge, Au, Pd, Pt, Ru, Re, Mg, Zn, Hf, Ta, Rh, Ir, W, Ti, Ag, Cr, Mo, Nb, Al, Ni, Cu, 및 WTi 중에서 선택된 금속을 포함할 수 있으며, 또는 이들의 합금을 포함할 수 있고, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며 이에 한정하지 아니한다.
도 2 내지 5 는 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
도 2 를 참조하면, 기판(110) 상에 제1 반도체층(120)이 성장되고, 제1 반도체층(120)의 상면에 마스크 패턴(126)이 배치될 수 있다. 마스크 패턴(126)은 막대형태, 직육면체형태 등으로 형성될 수 있다. 마스크 패턴(126)은 그물 형태로 배치될 수 있다. 마스크 패턴(126)은 제1 반도체층(120) 내부에 형성되는 공극(122)의 형태를 결정할 수 있다. 마스크 패턴(126)은 복수개일 수 있다. 마스크 패턴(126)은 복수개가 배치되어 패턴을 형성할 수 있다.
도 3 을 참조하면, 마스크 패턴(126) 상에 제1 반도체층(120)이 추가로 성장될 수 있다. 제1 반도체층(120)은 마스크 패턴(126)을 둘러싸듯이 성장될 수 있다. 제1 반도체층(120) 상에는 활성층(130)이 성장할 수 있다. 활성층(130) 상에는 제2 반도체층(140)이 성장할 수 있다.
마스크 패턴(126)은 그 위에 다른 반도체층이 형성되는 정도를 둔화시킬 수 있다. 마스크 패턴(126)은 산화알루미늄(Al2O3), 산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 및 탄화규소(SiC)를 포함할 수 있다. 마스크 패턴(126)의 폭이 일정수준 이상으로 길어지는 경우 상면에 제1 반도체층(120)이 추가로 성장되지 않을 수 있다.
도 4 를 참조하면, 마스크 패턴(126)은 제거될 수 있고, 마스크 패턴(126)이 제거되어 제1 반도체층(120)의 일영역에 공극(122)이 형성될 수 있다. 공극(122)의 상면은 식각을 통하여 요철이 형성될 수 있다.
마스크 패턴(126)은 BOE(Buffered Oxide Etchant)로 제거될 수 있다. BOE는 NH4F 와 HF의 혼합물이다. HF는 실리콘 산화막을 식각할 수 있고 뛰어난 식각 선택성을 가질 수 있고, NH4F는 식각액의 결빙온도를 낮추어 식각의 균일성을 확보할 수 있다.
공극(122)의 상면이 형성되는 요철은 KOH 용액에 의하여 형성될 수 있다. GaN과 물이 KOH 용액과 반응하여 Ga2O3 와 NH3 를 형성할 수 있다. 공극(122)의 상면은 n-face n-GaN이므로 KOH 용액에 의하여 요철을 만드는 것이 수월할 수 있다.
도 5 를 참조하면, 제1 반도체층(120), 활성층(130) 및 제2 반도체층(140)은 일영역이 제거될 수 있다. 제1 반도체층(120), 활성층(130) 및 제2 반도체층(140)은 식각 등의 방법으로 제1 반도체층(120)의 개구부(128)을 노출시킬 수 있다. 개구부(128)에는 제1 전극(160)이 배치될 수 있다. 제1 전극(160)은 제1 반도체층(120)에 전류를 전달할 수 있다. 제1 반도체층(120)은 개구부(128)이 공극(122, 124)보다 낮은 위치에 형성되어 전류 이동이 용이해질 수 있다.
제2 반도체층(140) 상에는 투광성 전극층(150)이 배치될 수 있다. 투광성 전극층(150) 상에는 제2 전극(170)이 배치될 수 있다. 다른 실시예에 따라 제2 전극(170)이 제2 반도체층(140)과 직접 오믹 접촉(Ohmic Contact)하는 경우 투광성 전극층(150)은 생략되고 제2 전극(170)이 제2 반도체층(140)과 접할 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.
도 6 은 실시예에 따른 발광소자(100)의 공극(122)에 형성된 요철(126)을 도시한 도면이다.
공극(122)의 상면은 n-face n-GaN이므로 BOE 용액으로 식각하는 경우 요철(126)이 삼각뿔 형태로 잘 형성됨을 확인할 수 있다.
도 7a는 실시예에 따른 발광소자를 포함한 발광소자 패키지를 나타낸 사시도이며, 도 7b는 실시예에 따른 발광소자를 포함한 발광소자 패키지의 단면을 도시한 단면도이다.
도 7a 및 도 7b 를 참조하면, 실시예에 따른 발광소자 패키지(300)는 캐비티가 형성된 몸체(310), 몸체(310)에 실장된 제1 및 제2 전극(340, 350) 제1 및 제2 전극과 전기적으로 연결되는 발광소자(320) 및 캐비티에 형성되는 봉지재(330)를 포함할 수 있고, 봉지재(330)는 형광체(미도시)를 포함할 수 있다.
몸체(310)는 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 액정폴리머(PSG, photo sensitive glass), 폴리아미드9T(PA9T), 신지오택틱폴리스티렌(SPS), 금속 재질, 사파이어(Al2O3), 베릴륨 옥사이드(BeO), 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board), 세라믹 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 몸체(310)는 사출 성형, 에칭 공정 등에 의해 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
몸체(310)의 내측면은 경사면이 형성될 수 있다. 이러한 경사면의 각도에 따라 발광소자(320)에서 방출되는 광의 반사각이 달라질 수 있으며, 이에 따라 외부로 방출되는 광의 지향각을 조절할 수 있다.
몸체(310)에 형성되는 캐비티를 위에서 바라본 형상은 원형, 사각형, 다각형, 타원형 등의 형상일 수 있으며, 특히 모서리가 곡선인 형상일 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
봉지재(330)는 캐비티에 충진될 수 있으며, 형광체(미도시)를 포함할 수 있다. 봉지재(330)는 투명한 실리콘, 에폭시, 및 기타 수지 재질로 형성될 수 있으며, 캐비티 내에 충진한 후, 이를 자외선 또는 열 경화하는 방식으로 형성될 수 있다.
형광체(미도시)는 발광소자(320)에서 방출되는 광의 파장에 따라 종류가 선택되어 발광소자 패키지(300)가 백색광을 구현하도록 할 수 있다.
봉지재(330)에 포함되어 있는 형광체(미도시)는 발광소자(320)에서 방출되는 광의 파장에 따라 청색 발광 형광체, 청록색 발광 형광체, 녹색 발광 형광체, 황녹색 발광 형광체, 황색 발광 형광체, 황적색 발광 형광체, 오렌지색 발광 형광체, 및 적색 발광 형광체중 하나가 적용될 수 있다.
즉, 형광체(미도시)는 발광소자(320)에서 방출되는 제1 빛을 가지는 광에 의해 여기 되어 제2 빛을 생성할 수 있다. 예를 들어, 발광소자(320)가 청색 발광 다이오드이고 형광체(미도시)가 황색 형광체인 경우, 황색 형광체는 청색 빛에 의해 여기되어 황색 빛을 방출할 수 있으며, 청색 발광 다이오드에서 발생한 청색 빛 및 청색 빛에 의해 여기 되어 발생한 황색 빛이 혼색됨에 따라 발광소자 패키지(300)는 백색 빛을 제공할 수 있다.
이와 유사하게, 발광소자(320)가 녹색 발광 다이오드인 경우는 magenta 형광체 또는 청색과 적색의 형광체(미도시)를 혼용하는 경우, 발광소자(320)가 적색 발광 다이오드인 경우는 Cyan형광체 또는 청색과 녹색 형광체를 혼용하는 경우를 예로 들 수 있다.
이러한 형광체(미도시)는 YAG계, TAG계, 황화물계, 실리케이트계, 알루미네이트계, 질화물계, 카바이드계, 니트리도실리케이트계, 붕산염계, 불화물계, 인산염계 등의 공지된 것일 수 있다.
한편, 몸체(310)에는 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)이 실장될 수 있다. 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 발광소자(320)와 전기적으로 연결되어 발광소자(320)에 전원을 공급할 수 있다.
제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 서로 전기적으로 분리되며, 발광소자(320)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있고, 또한 발광소자(320)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수 있다.
도 7b 에는 발광소자(320)가 제1 전극(350) 상에 실장되었으나, 이에 한정되지 않으며, 발광소자(320)와 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 와이어 본딩(wire bonding) 방식, 플립 칩(flip chip) 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.
이러한 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P), 알루미늄(Al), 인듐(In), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 하프늄(Hf), 루테늄(Ru), 철(Fe) 중에서 하나 이상의 물질 또는 합금을 포함할 수 있다. 또한, 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
발광소자(320)는 제1 전극(340) 상에 실장되며, 예를 들어, 적색, 녹색, 청색, 백색 등의 빛을 방출하는 발광소자 또는 자외선을 방출하는 UV(Ultra Violet) 발광소자일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한, 발광소자(320)는 한 개 이상 실장될 수 있다.
또한, 발광소자(320)는 그 전기 단자들이 모두 상부 면에 형성된 수평형 타입(Horizontal type)이거나, 또는 상, 하부 면에 형성된 수직형 타입(Vertical type), 또는 플립 칩(flip chip) 모두에 적용 가능하다.
한편, 발광소자(320)는 제1 반도체층(미도시)이 측면을 관통하는 공극(미도시)이 형성될 수 있다. 공극(미도시)의 상면에는 요철(미도시)이 형성되어 활성층(미도시)에서 생성된 빛을 난반사시켜 광추출 효율을 극대화할 수 있고, 발광소자(320) 및 발광소자 패키지(300)의 발광 효율이 개선될 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(300)는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 발광소자 패키지(300)의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다.
이러한 발광소자 패키지(300), 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 발광소자(100) 또는 발광소자 패키지(300)를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 8a는 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 조명 시스템을 도시한 사시도이며, 도 8b는 도 8a의 조명 시스템의 D-D' 단면을 도시한 단면도이다.
즉, 도 8b 는 도 8a의 조명 시스템(400)을 길이방향(Z)과 높이방향(X)의 면으로 자르고, 수평방향(Y)으로 바라본 단면도이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 조명 시스템(400)은 몸체(410), 몸체(410)와 체결되는 커버(430) 및 몸체(410)의 양단에 위치하는 마감캡(450)을 포함할 수 있다.
몸체(410)의 하부면에는 발광소자 모듈(440)이 체결되며, 몸체(410)는 발광소자 패키지(444)에서 발생한 열이 몸체(410)의 상부면을 통해 외부로 방출할 수 있도록 전도성 및 열발산 효과가 우수한 금속재질로 형성될 수 있고, 이에 한정하지 아니한다.
특히, 발광소자 패키지(444)는 발광소자(미도시)를 포함하며, 발광소자(미도시)는 제1 반도체층(미도시)이 측면을 관통하는 공극(미도시)이 형성될 수 있다. 공극(미도시)의 상면에는 요철(미도시)이 형성되어 활성층(미도시)에서 생성된 빛을 난반사시켜 광추출 효율을 극대화할 수 있고, 발광소자 패키지(444) 및 조명 시스템(400)의 발광 효율이 개선될 수 있다.
발광소자 패키지(444)는 기판(442) 상에 다색, 다열로 실장되어 모듈을 이룰 수 있으며, 동일한 간격으로 실장되거나 또는 필요에 따라서 다양한 이격 거리를 가지고 실장될 수 있어 밝기 등을 조절할 수 있다. 이러한 기판(442)으로 MCPCB(Metal Core PCB) 또는 FR4 재질의 PCB 를 사용할 수 있다.
커버(430)는 몸체(410)의 하부면을 감싸도록 원형의 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않음은 물론이다.
커버(430)는 내부의 발광소자 모듈(440)을 외부의 이물질 등으로부터 보호한다. 또한, 커버(430)는 발광소자 패키지(444)에서 발생한 광의 눈부심을 방지하고, 외부로 광을 균일하게 방출할 수 있도록 확산입자를 포함할 수 있으며, 또한 커버(430)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 프리즘 패턴 등이 형성될 수 있다. 또한 커버(430)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 형광체가 도포될 수도 있다.
한편, 발광소자 패키지(444)에서 발생하는 광은 커버(430)를 통해 외부로 방출되므로, 커버(430)는 광투과율이 우수하여야 하며, 발광소자 패키지(444)에서 발생하는 열에 견딜 수 있도록 충분한 내열성을 구비하고 있어야 하는 바, 커버(430)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylen Terephthalate;PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate;PC), 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA) 등을 포함하는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
마감캡(450)은 몸체(410)의 양단에 위치하며 전원장치(미도시)를 밀폐하는 용도로 사용될 수 있다. 또한 마감캡(450)에는 전원 핀(452)이 형성되어 있어, 실시예에 따른 조명 시스템(400)은 기존의 형광등을 제거한 단자에 별도의 장치 없이 곧바로 사용할 수 있게 된다.
도 9는 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 9는 에지-라이트 방식으로, 액정 표시 장치(500)는 액정표시패널(510)과 액정표시패널(510)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(570)을 포함할 수 있다.
액정표시패널(510)은 백라이트 유닛(570)으로부터 제공되는 광을 이용하여 화상을 표시할 수 있다. 액정표시패널(510)은 액정을 사이에 두고 서로 대향하는 컬러 필터 기판(512) 및 박막 트랜지스터 기판(514)을 포함할 수 있다.
컬러 필터 기판(512)은 액정표시패널(510)을 통해 디스플레이되는 화상의 색을 구현할 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(514)은 구동 필름(517)을 통해 다수의 회로부품이 실장되는 인쇄회로기판(518)과 전기적으로 접속되어 있다. 박막 트랜지스터 기판(514)은 인쇄회로기판(518)으로부터 제공되는 구동 신호에 응답하여 인쇄회로기판(518)으로부터 제공되는 구동 전압을 액정에 인가할 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(514)은 유리나 플라스틱 등과 같은 투명한 재질의 다른 기판상에 박막으로 형성된 박막 트랜지스터 및 화소 전극을 포함할 수 있다.
백라이트 유닛(570)은 빛을 출력하는 발광소자 모듈(520), 발광소자 모듈(520)로부터 제공되는 빛을 면광원 형태로 변경시켜 액정표시패널(510)로 제공하는 도광판(530), 도광판(530)으로부터 제공된 빛의 휘도 분포를 균일하게 하고 수직 입사성을 향상시키는 다수의 필름(550, 566, 564) 및 도광판(530)의 후방으로 방출되는 빛을 도광판(530)으로 반사시키는 반사 시트(540)로 구성된다.
발광소자 모듈(520)은 복수의 발광소자 패키지(524)와 복수의 발광소자 패키지(524)가 실장되어 모듈을 이룰 수 있도록 PCB기판(522)을 포함할 수 있다.
특히, 발광소자 패키지(524)는 발광소자(미도시)를 포함하며, 발광소자(미도시)는 제1 반도체층(미도시)이 측면을 관통하는 공극(미도시)이 형성될 수 있다. 공극(미도시)의 상면에는 요철(미도시)이 형성되어 활성층(미도시)에서 생성된 빛을 난반사시켜 광추출 효율을 극대화할 수 있고, 발광소자 패키지(524) 및 백라이트 유닛(570)의 발광 효율이 개선될 수 있다.
한편, 백라이트유닛(570)은 도광판(530)으로부터 입사되는 빛을 액정 표시 패널(510) 방향으로 확산시키는 확산필름(566)과, 확산된 빛을 집광하여 수직 입사성을 향상시키는 프리즘필름(550)으로 구성될 수 있으며, 프리즘필름(550)를 보호하기 위한 보호필름(564)을 포함할 수 있다.
도 10은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정 표시 장치의 분해 사시도이다. 다만, 도 9에서 도시하고 설명한 부분에 대해서는 반복하여 상세히 설명하지 않는다.
도 10은 직하 방식으로, 액정 표시 장치(600)는 액정표시패널(610)과 액정표시패널(610)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(670)을 포함할 수 있다.
액정표시패널(610)은 도 9에서 설명한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
백라이트 유닛(670)은 복수의 발광소자 모듈(623), 반사시트(624), 발광소자 모듈(623)과 반사시트(624)가 수납되는 하부 섀시(630), 발광소자 모듈(623)의 상부에 배치되는 확산판(640) 및 다수의 광학필름(660)을 포함할 수 있다.
발광소자 모듈(623) 복수의 발광소자 패키지(622)와 복수의 발광소자 패키지(622)가 실장되어 모듈을 이룰 수 있도록 PCB기판(621)을 포함할 수 있다.
특히, 발광소자 패키지(622)는 발광소자(미도시)를 포함하며, 발광소자(미도시)는 제1 반도체층(미도시)이 측면을 관통하는 공극(미도시)이 형성될 수 있다. 공극(미도시)의 상면에는 요철(미도시)이 형성되어 활성층(미도시)에서 생성된 빛을 난반사시켜 광추출 효율을 극대화할 수 있고, 발광소자 패키지(622) 및 백라이트 유닛(670)의 발광 효율이 개선될 수 있다.
반사 시트(624)는 발광소자 패키지(622)에서 발생한 빛을 액정표시패널(610)이 위치한 방향으로 반사시켜 빛의 이용 효율을 향상시킨다.
한편, 발광소자 모듈(623)에서 발생한 빛은 확산판(640)에 입사하며, 확산판(640)의 상부에는 광학 필름(660)이 배치된다. 광학 필름(660)은 확산 필름(666), 프리즘필름(650) 및 보호필름(664)를 포함하여 구성된다.
실시예에 따른 발광소자는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다
110: 기판 120: 제1 반도체층
130: 활성층 140: 제2 반도체층
150: 제1 전극 160: 제2 전극
130: 활성층 140: 제2 반도체층
150: 제1 전극 160: 제2 전극
Claims (10)
- 기판;
상기 기판 상에 배치되며 내부에 복수의 공극을 포함하며 상기 공극의 상면에 요철이 형성되는 제1 반도체층;
상기 제1 반도체층의 상면에 배치되는 활성층; 및
상기 활성층 상에 배치되는 제2 반도체층;을 포함하고,
상기 공극의 상기 요철이 형성되는 상면은 N-face n-GaN인 발광소자. - 제1항에 있어서,
상기 공극의 폭은 1nm 내지 50㎛인 발광소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1 반도체층의 일영역이 식각되어 개구부가 형성되는 발광소자 - 제3항에 있어서,
상기 개구부는 상기 공극보다 제1 반도체층의 하면에 더 인접하도록 배치되는 발광소자. - 제1항에 있어서,
상기 공극은 직육면체 형태, 막대형태, 그물형태를 포함하는 다각형 형상인 발광소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1 면과 연결되는 제1 전극층 및
상기 제2 반도체층의 상면과 연결되는 제2 전극층을 더 포함하는 발광소자. - 기판 상에 제1 반도체층을 제1차 형성하는 단계;
상기 제1 반도체층 상에 마스크 패턴을 배치하는 단계;
상기 마스크 패턴 상에 제1 반도체층을 제2차 형성하는 단계;
상기 제1 반도체층 상에 활성층이 형성하는 단계;
상기 활성층 상에 제2 반도체층이 형성하는 단계;
상기 마스크 패턴을 제거하도록 제1차 에칭공정을 수행하는 단계; 및
상기 공극의 상면에 제2차 에칭공정을 수행하는 단계;를 포함하는 발광소자 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 제1 반도체층을 상기 공극보다 상기 제1 반도체층의 하면에 가깝도록을 개구부를 형성하기 위해 상기 제1 반도체층, 상기 활성층 및 상기 제2 반도체층의 일영역을 식각하는 단계를 더 포함하는 발광소자 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 제1 반도체층과 연결되는 제1 전극이 배치되는 단계를 더 포함하는 발광소자 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 제2 반도체층과 연결되는 제2 전극이 배치되는 단계를 더 포함하는발광소자 제조방법.
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| KR (1) | KR20130041642A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105990493A (zh) * | 2015-02-13 | 2016-10-05 | 展晶科技(深圳)有限公司 | 发光二极管封装结构 |
| CN111864019A (zh) * | 2020-07-10 | 2020-10-30 | 武汉大学 | 一种具有嵌入式散射层的倒装发光二极管及其制备方法 |
-
2011
- 2011-10-17 KR KR1020110106032A patent/KR20130041642A/ko not_active Application Discontinuation
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