KR20130061341A - 발광소자 - Google Patents

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KR20130061341A
KR20130061341A KR1020110127589A KR20110127589A KR20130061341A KR 20130061341 A KR20130061341 A KR 20130061341A KR 1020110127589 A KR1020110127589 A KR 1020110127589A KR 20110127589 A KR20110127589 A KR 20110127589A KR 20130061341 A KR20130061341 A KR 20130061341A
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quantum well
semiconductor layer
light emitting
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energy band
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나종호
심세환
강미나
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예는 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되고, n개의 양자 우물 구조를 포함하는 활성층; 및 상기 활성층 배치되는 제2 도전형 반도체층을 포함하고, 상기 활성층 내에서, 상기 제1 도전형 반도체층에 가장 인접한 n번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭과 (n-1)번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭 중 적어도 하나가 일정하지 않은 발광소자를 제공한다.

Description

발광소자{Light emitting device}
실시예는 발광소자에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Ligit Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는 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.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
발광소자는 제1 도전형 반도체층을 통해서 주입되는 전자와 제2 도전형 반도체층을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(발광층)을 이루는 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출한다. 발광소자 패키지에는 발광소자에서 방출된 빛에 의하여 형광체가 여기되어 활성층에서 방출된 빛보다 장파장 영역의 빛을 방출할 수 있다.
도 1은 종래의 발광소자의 활성층 내의 에너지 밴드 갭을 나타낸 도면이다. 활성층은 이중 접합 구조(Double Hetero Junction Structure), 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 등으로 형성될 수 있다.
활성층의 양자우물/양자벽은 InGaN/GaN 등의 조성으로 하나 이상의 페어 구조를 가지고 형성될 수 있다. 도시된 3개의 양자 우물에서 고르게 전자와 정공이 만나면 각각의 양자 우물에서 고르게 빛이 방출될 수 있으나, 정공은 이동성(mobility)이 전자에 비하여 상대적으로 낮으므로 전자와 정공이 공간적으로 분리될 수 있어서 전자와 정공의 재결합율이 저하되는데, 이러한 현상은 p-GaN 으로부터 멀어질수록 커진다.
따라서, 양자 우물 중 p-GaN에서 가장 먼 n-GaN 가장 인접한 양자 우물에서의 발광은 다른 양자 우물에서의 발광 정도와 차이가 크다.
실시예는 발광소자의 활성층 내에서 p-GaN에 가장 인접한 양자 우물 외에서도 전자와 정공의 재결합에 의한 발광을 증가시키고자 한다.
실시예는 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되고, n개의 양자 우물 구조를 포함하는 활성층; 및 상기 활성층 배치되는 제2 도전형 반도체층을 포함하고, 상기 활성층 내에서, 상기 제1 도전형 반도체층에 가장 인접한 n번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭과 (n-1)번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭 중 적어도 하나가 일정하지 않은 발광소자를 제공한다.
n번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭이 상기 제1 도전형 반도체층과 인접한 영역에서 상기 (n-1)번째 양자 우물과 인접한 영역보다 클 수 있다.
n번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭은, 상기 (n-1)번째 양자 우물과 인접한 영역에서 일정하고 상기 제1 도전형 반도체층과 인접한 영역에서 상기 제1 도전형 반도체층 방향으로 커질 수 있다.
제1 도전형 반도체층 방향으로 커지는 상기 n번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭은 상기 제1 도전형 반도체층의 에너지 밴드 갭과 같아질 수 있다.
n번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭은 계단식으로 커질 수 있다.
(n-1)번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭이, (n-2)번째 양자 우물과 인접한 영역에서 상기 n번째 양자 우물과 인접한 영역보다 클 수 있다.
(n-1)번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭은, 상기 n번째 양자 우물과 인접한 영역에서 일정하고 상기 (n-2)번째 양자 우물과 인접한 영역에서 상기 (n-2)번째 양자 우물 방향으로 커질 수 있다.
(n-2)번째 양자 우물 방향으로 커지는 상기 (n-1)번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭은 상기 (n-2)번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭과 같아질 수 있다.
(n-1)번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭은 계단식으로 커질 수 있다.
n번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭과 상기 (n-1)번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭은, 상기 n번째 양자 우물과 상기 (n-1)번째 양자 우물의 사이의 양자벽을 사이에 두고 대칭을 이룰 수 있다.
다른 실시예는 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되고, n개의 양자 우물 구조를 포함하는 활성층; 및 상기 활성층 배치되는 제2 도전형 반도체층을 포함하고, 상기 활성층 내에서, 상기 제2 도전형 반도체층에 가장 인접한 n번째 양자 우물의 In(인듐) 조성과 (n-1)번째 양자 우물의 In 조성 중 적어도 하나가 고르지 않은 발광소자르르 제공한다.
n번째 양자 우물의 In 조성이, 상기 제2 도전형 반도체층과 인접한 영역에서 상기 (n-1)번째 양자 우물과 인접한 영역보다 작을 수 있다.
n번째 양자 우물의 In 조성이, 상기 (n-1)번째 양자 우물과 인접한 영역에서 일정하고 상기 제2 도전형 반도체층과 인접한 영역에서 상기 제2 도전형 반도체층 방향으로 작아질 수 있다.
제2 도전형 반도체층 방향으로 커지는 상기 n번째 양자 우물의 In 조성은 상기 제2 도전형 반도체층의 In 조성과 같아질 수 있다.
n번째 양자 우물의 In 조성은 계단식으로 작아질 수 있다.
(n-1)번째 양자 우물의 In 조성이, (n-2)번째 양자 우물과 인접한 영역에서 상기 n번째 양자 우물과 인접한 영역보다 작을 수 있다.
(n-1)번째 양자 우물의 In 조성이, 상기 n번째 양자 우물과 인접한 영역에서 일정하고 상기 (n-2)번째 양자 우물과 인접한 영역에서 상기 (n-2)번째 양자 우물 방향으로 작아질 수 있다.
(n-2)번째 양자 우물 방향으로 작아지는 상기 (n-1)번째 양자 우물의 In 조성이 상기 (n-2)번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭과 같아질 수 있다.
(n-1)번째 양자 우물의 In 조성이 계단식으로 작아질 수 있다.
n번째 양자 우물의 인듐 조성과 상기 (n-1)번째 양자 우물의 In 조성은, 상기 n번째 양자 우물과 상기 (n-1)번째 양자 우물의 사이의 양자벽을 사이에 두고 대칭을 이룰 수 있다.
제1 도전형 반도체층은 p형 반도체층이고, 상기 제2 도전형 반도체층은 n형 반도체층일 수 있다.
n번째 양자 우물과 (n-1)번째 양자우물 사이의 양자벽의 두께는 4 나노미터 이하일 수 있다.
실시예에 따르면, 발광소자의 활성층 내에서 인접한 2개의 양자 우물에 속박된 전자와 정공이 상호 교차하여 재결합할 수 있으므로 발광효율이 향상될 수 있다.
도 1은 종래의 발광소자의 활성층 내의 에너지 밴드 갭을 나타낸 도면이고,
도 2는 발광소자의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 3 내지 도 5는 도 2의 발광소자의 활성층 내의 에너지 밴드 갭의 일실시예들을 나타낸 도면이고,
도 6은 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 7은 발광소자 패키지를 포함하는 헤드 램프의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 8은 발광소자 패키지를 포함하는 영상 표시장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 실시예의 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 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하 상기의 목적을 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 발광소자의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도 2의 발광소자(100)는 기판(110)과, 버퍼층(120)과, 발광 구조물(130)과 제1 전극(160) 및 제2 전극(170)를 포함하여 이루어진다.
기판(110)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질, 캐리어 웨이퍼로 형성될 수있다. 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함하며, 예컨대 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 및 Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
버퍼층(120)은, 기판(110)과 발광 구조물 사이의 재료의 격자 부정합 및 열 팽창 계수의 차이를 완화하기 위한 것이다. 상기 버퍼층(120)의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
발광 구조물(130)은 제1 도전형 반도체층(132)과 활성층(134) 및 제2 도전형 반도체층(136)를 포함하여 이루어진다. 제1 도전형 반도체층(132)의 일부 영역이 메사 식각되어 있는데, 사파이어 기판과 같이 절연성 기판의 하부에 전극을 형성할 수 없기 때문에, 식각된 영역에 제1 전극(160)을 배치할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(132)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(132)이 n형 반도체층인 경우, 상기 제1도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
제1 도전형 반도체층(132)은 InxAlyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(132)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
활성층(134)은 제1 도전형 반도체층(132)을 통해서 주입되는 전자와 이후 형성되는 제2 도전형 반도체층(136)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(134)을 이루는 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
활성층(134)은 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well)로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(120)은 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.
활성층(134)의 양자 우물/양자벽은 예를 들면, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, InAlGaN/InAlGaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 양자 우물은 상기 양자벽의 밴드 갭보다 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
활성층(134)은 복수 개의 양자 우물과 각각의 양자 우물을 구분하는 양자벽으로 이루어지며, 양자 우물의 개수가 n개이면 양자벽의 개수는 (n-1)개일 수 있다. 후술하는 도면에서 양자 우물이 3개 도시되어 있는데, 5개나 7개나 또는 그 이상일 수도 있다. 활성층 내에서, p형(p-type) 반도체층에 가장 인접한 n번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭과 (n-1)번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭 중 적어도 하나가 일정하지 않으며, 이에 대하여는 도 3 내지 도 5 등을 참조하여 후술한다.
그리고, 활성층(134) 내의 양자 우물의 에너지 밴드 갭은 양자 우물을 이루는 인듐(In)의 조성의 많고 적음에 따라 달라지는데, 인듐의 조성이 증가할수록 에너지 밴드 갭이 감소하고 인듐의 조성이 감소할수록 에너지 밴드 갭이 증가할 수 있다. 본 실시예에서, 제1 도전형 반도체층(132)에 가장 인접한 n번째 양자 우물의 인듐 조성과 (n-1)번째 양자 우물의 인듐 조성 중 적어도 하나가 고르지 않다.
활성층(134)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 도전형 클래드층은 활성층(134)의 장벽층이나 밴드갭보다 더 넓은 밴드갭을 가지는 반도체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전형 클래드층은 GaN, AlGaN, InAlGaN 또는 초격자 구조 등을 포함할 수 있다. 또한, 도전형 클래드층은 n형 또는 p형으로 도핑될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(136)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제2 도전형 반도체층(136)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
제2 도전형 반도체층(136)의 표면에는 요철이 형성되어 광추출 효율을 향상시킬 수 있는데, 요철의 형상은 원뿔, 피라미드 및 다각형뿔일 수 있다. 제1,2 전극(160, 170)는 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
도 3 내지 도 5는 도 2의 발광소자의 활성층 내의 에너지 밴드 갭의 일실시예들을 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 5에서 3개의 양자 우물이 도시되어 있으나 더 많은 개수의 양자 우물이 활성층 내에 배치될 수 있으며, n번째, (n-1)번째, (n-2)번째 양자 우물은 각각 n형 반도체층에 가장 인접한 양자 우물과 그에 인접한 양자 우물들이다. 도시된 실시예들에서, n형 반도체층에 가장 인접한 3개의 양자 우물들의 에너지 밴드 갭과 인듐 조성을 나타내고 있으나, 활성층의 다중 양자 우물 내에서 인접한 다른 3개의 양자 우물의 에너지 밴드 갭과 인듐 조성일 수도 있다.
도 3에서 활성층 내에서, 상기 n형(n-type) 반도체층에 가장 인접한 n번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭과 (n-1)번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭이 일정하지 않게 형성되고 있다.
n번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭은 n형 반도체층과 인접한 영역에서 (n-1)번째 양자 우물과 인접한 영역보다 크게 형성되고 있으며, 구체적으로 n번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭은 (n-1)번째 양자 우물과 인접한 영역에서 일정하고 n형 반도체층과 인접한 영역에서 n형 반도체층 방향으로 커지고 있다. 여기서, 에너지 밴드 갭이 일정한 영역의 두께가 에너지 밴드 갭이 변화하는 영역의 두께보다 더 크게 도시되어 있으나, 서로 동일하거나 대소 관계가 바뀔 수 있으며 다른 실시예들에서 동일하다.
또한, (n-1)번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭은 (n-2)번째 양자 우물과 인접한 영역에서 n번째 양자 우물과 인접한 영역보다 크게 형성되고 있으며, 구체적으로, (n-1)번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭은 n번째 양자 우물과 인접한 영역에서 일정하고 상기 (n-2)번째 양자 우물과 인접한 영역에서 상기 (n-2)번째 양자 우물 방향으로 커질 수 있다.
이때, n번째 양자 우물의 인듐 조성은 n형 반도체층과 인접한 영역에서 (n-1)번째 양자 우물과 인접한 영역보다 작을 수 있고, (n-1)번째 양자 우물의 In 조성은 (n-2)번째 양자 우물과 인접한 영역에서 n번째 양자 우물과 인접한 영역보다 작을 수 있다.
또한, n번째 양자 우물의 인듐 조성이, (n-1)번째 양자 우물과 인접한 영역에서 일정하고 n형 반도체층과 인접한 영역에서 n형 반도체층 방향으로 작아질 수 있다. 그리고, (n-1)번째 양자 우물의 인듐 조성이, n번째 양자 우물과 인접한 영역에서 일정하고 (n-2)번째 양자 우물과 인접한 영역에서 (n-2)번째 양자 우물 방향으로 작아질 수 있다.
그리고, n번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭과 (n-1)번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭은 n번째 양자 우물과 상기 (n-1)번째 양자 우물의 사이의 양자벽을 사이에 두고 대칭을 이룰 수도 있으며, 이러한 대칭 구조는 아래의 다른 실시예들에서도 동일할 수 있다.
이때, n번째 양자 우물의 인듐 조성과 (n-1)번째 양자 우물의 인듐 조성은, n번째 양자 우물과 (n-1)번째 양자 우물의 사이의 양자벽을 사이에 두고 대칭을 이룰 수 있다.
n번째 양자 우물과 (n-1)번째 양자우물 사이의 양자벽의 두께는 4 나노미터 이하일 수 있는데, n번째 양자 우물과 (n-1)번째 양자 우물로 주입되는 전자와 정공을 서로 한 곳으로 모아줄 수 있고 얇은 장벽 두께로 인하여 인접한 2개의 양자 우물 내의 전자와 정공이 상호 간에 교차하여 재결합할 수도 있으므로, 정공 주입이 어려운 n번째 양자 우물에서도 (n-1)번째 양자 우물에서의 재결합율에 상응하는 효과를 얻을 수 있다.
도 4에 도시된 실시예에서, n번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭은 계단식으로 n형 반도체층 방향으로 커지고 있으며, (n-1)번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭은 계단식으로 (n-2)번째 양자 우물 방향으로 커지고 있다.
이때, n번째 양자 우물의 인듐 조성은 계단식으로 n형 반도체층 방향으로 작아질 수 있고, (n-1)번째 양자 우물의 인듐 조성은 계단식으로 (n-2)번째 양자 우물 방향으로 작아질 수 있다.
도 5에 도시된 실시예에서 n번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭은, (n-1)번째 양자 우물과 인접한 영역에서는 일정하고, n형 반도체층과 인접한 영역에서는 점차 증가하여 n형 반도체층의 에너지 밴드 갭과 같아지고 있다. 그리고, (n-1)번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭은, n번째 양자 우물과 인접한 영역에서는 일정하고, (n-2)번째 양자 우물과 인접한 영역에서는 점차 증가하여 (n-2)번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭과 같아질 수 있다.
이때, n형 반도체층 방향으로 커지는 n번째 양자 우물의 인듐 조성은 n형 반도체층의 인듐 조성과 같아질 수 있고, (n-2)번째 양자 우물 방향으로 작아지는 (n-1)번째 양자 우물의 인듐 조성은 (n-2)번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭과 같아질 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 n-GaN 쪽에 인접한 2개의 양자 우물에 상술한 바와 같은 인듐 조성과 에너지 밴드 갭을 형성하므로, n번째 양자 우물에 속박된 전자와 정공은 (n-1)번째 양자 우물 방향으로 집중되고 (n-1)번째 양자 우물에 속박된 전자와 정공은 n번째 양자 우물 방향으로 집중되므로, 첫번째와 두번째 양자우물로 주입되는 전자와 정공을 서로 한곳으로 모아주고 상대적으로 얇은 양자벽의 두께로 인하여 첫번째와 두번째 양자우물로 주입되는 전자와 정공 간에 교차하여 재결합이 가능해진다. 따라서, 정공 주입이 어려운 n번째 양자우물에서도 두번째 양자 우물에서의 재결합율과 상응하는 재결합과 발광효율을 얻을 수 있다.
이러한 효과는 n-GaN에 가장 인접한 2개의 양자 우물에서 현저하나, 다른 인접한 2개의 양자 우물에서도 유사한 효과를 얻을 수 있다.
도 6은 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(300)는 패키지 몸체(310)와, 상기 패키지 몸체(310)에 설치된 제1 리드 프레임(321) 및 제2 리드 프레임(322)과, 상기 패키지 몸체(310)에 설치되어 상기 제1 리드 프레임(321) 및 제2 리드 프레임(322)과 전기적으로 연결되는 상술한 발광소자(100)와, 상기 발광소자(100)의 표면 또는 측면을 덮는 몰딩부(350)를 포함한다.
상기 패키지 몸체(310)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광소자(100)의 주위에 경사면이 형성되어 광추출 효율을 높일 수 있다.
상기 제1 리드 프레임(321) 및 제2 리드 프레임(322)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광소자(100)에 전원을 제공한다. 또한, 상기 제1 리드 프레임(321) 및 제2 리드 프레임(322)은 상기 발광소자(100)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 발광소자(100)는 수평형 발광소자나 수직형 발광소자일 수 있으며, 상기 패키지 몸체(310) 상에 설치되거나 상기 제1 리드 프레임(321) 또는 제2 리드 프레임(322) 상에 설치될 수 있다. 상기 발광소자(100)는 상기 제1 리드 프레임(321) 및 제2 리드 프레임(322)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 본 실시예에서 발광소자(100)는 제1 리드 프레임(321)과 도전성 접착층(330)으로 연결되고 제2 리드 프레임(322)과 와이어(340) 본딩되고 있다.
몰딩부(350)는 상기 발광소자(100)를 둘러싸며 보호할 수 있다. 또한, 몰딩부(350)에는 형광체(360)가 포함되어 상기 발광소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(300)는 내부에 배치된 발광소자(100)가 상술한 바와 같이 양자 우물에서의 전자와 정공의 재결합율이 향상되어 발광효율이 향상될 수 있다.
발광소자 패키지(300)는 상술한 실시예들에 따른 발광소자 중 하나 또는 복수 개로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광소자 패키지, 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 반도체 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다. 이하에서는 상술한 발광소자 패키지가 배치된 조명 시스템의 일실시예로서, 헤드 램프와 백라이트 유닛을 설명한다.
도 7은 발광소자 패키지를 포함하는 헤드 램프의 일실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 헤드 램프(400)는 발광소자 패키지가 배치된 발광소자 모듈(401)에서 방출된 빛이 리플렉터(402)와 쉐이드(403)에서 반사된 후 렌즈(404)를 투과하여 차체 전방을 향할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 발광소자 모듈(401)에 사용되는 내부에 배치된 발광소자가 상술한 바와 같이 양자 우물에서의 전자와 정공의 재결합율이 향상되어 발광효율이 향상될 수 있다.
도 8은 발광소자 패키지를 포함하는 영상 표시장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 영상표시장치(500)는 광원 모듈과, 바텀 커버(510) 상의 반사판(520)과, 상기 반사판(520)의 전방에 배치되며 상기 광원모듈에서 방출되는 빛을 영상표시장치 전방으로 가이드하는 도광판(540)과, 상기 도광판(540)의 전방에 배치되는 제1 프리즘시트(550)와 제2 프리즘시트(560)와, 상기 제2 프리즘시트(560)의 전방에 배치되는 패널(570)과 상기 패널(570)의 전반에 배치되는 컬러필터(580)를 포함하여 이루어진다.
광원 모듈은 회로 기판(530) 상의 발광소자 패키지(535)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 회로 기판(530)은 PCB 등이 사용될 수 있고, 발광소자 패키지(535)는 도 1에서 설명한 바와 같다.
바텀 커버(510)는 영상표시장치(500) 내의 구성 요소들을 수납할 수 있다. 반사판(520)은 본 도면처럼 별도의 구성요소로 마련될 수도 있고, 도광판(540)의 후면이나, 상기 바텀 커버(510)의 전면에 반사도가 높은 물질로 코팅되는 형태로 마련되는 것도 가능하다.
반사판(520)은 반사율이 높고 초박형으로 사용 가능한 소재를 사용할 수 있고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephtalate; PET)를 사용할 수 있다.
도광판(540)은 발광소자 패키지 모듈에서 방출되는 빛을 산란시켜 그 빛이 액정 표시 장치의 화면 전영역에 걸쳐 균일하게 분포되도록 한다. 따라서, 도광판(530)은 굴절률과 투과율이 좋은 재료로 이루어지는데, 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 또는 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE) 등으로 형성될 수 있다. 또한, 도광판(540)이 생략되면 에어 가이드 방식의 표시장치가 구현될 수 있다.
상기 제1 프리즘 시트(550)는 지지필름의 일면에, 투광성이면서 탄성을 갖는 중합체 재료로 형성되는데, 상기 중합체는 복수 개의 입체구조가 반복적으로 형성된 프리즘층을 가질 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 패턴은 도시된 바와 같이 마루와 골이 반복적으로 스트라이프 타입으로 구비될 수 있다.
상기 제2 프리즘 시트(560)에서 지지필름 일면의 마루와 골의 방향은, 상기 제1 프리즘 시트(550) 내의 지지필름 일면의 마루와 골의 방향과 수직할 수 있다. 이는 광원 모듈과 반사시트로부터 전달된 빛을 상기 패널(570)의 전방향으로 고르게 분산하기 위함이다.
본 실시예에서 상기 제1 프리즘시트(550)과 제2 프리즘시트(560)가 광학시트를 이루는데, 상기 광학시트는 다른 조합 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이로 이루어지거나 확산시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 또는 하나의 프리즘 시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 등으로 이루어질 수 있다.
상기 패널(570)은 액정 표시 패널(Liquid crystal display)가 배치될 수 있는데, 액정 표시 패널 외에 광원을 필요로 하는 다른 종류의 디스플레이 장치가 구비될 수 있다.
상기 패널(570)은, 유리 바디 사이에 액정이 위치하고 빛의 편광성을 이용하기 위해 편광판을 양 유리바디에 올린 상태로 되어있다. 여기서, 액정은 액체와 고체의 중간적인 특성을 가지는데, 액체처럼 유동성을 갖는 유기분자인 액정이 결정처럼 규칙적으로 배열된 상태를 갖는 것으로, 상기 분자 배열이 외부 전계에 의해 변화되는 성질을 이용하여 화상을 표시한다.
표시장치에 사용되는 액정 표시 패널은, 액티브 매트릭스(Active Matrix) 방식으로서, 각 화소에 공급되는 전압을 조절하는 스위치로서 트랜지스터를 사용한다.
상기 패널(570)의 전면에는 컬러 필터(580)가 구비되어 상기 패널(570)에서 투사된 빛을, 각각의 화소마다 적색과 녹색 및 청색의 빛만을 투과하므로 화상을 표현할 수 있다.
본 실시예에 따른 영상표시장치는 내부에 배치된 발광소자가 상술한 바와 같이 양자 우물에서의 전자와 정공의 재결합율이 향상되어 발광효율이 향상될 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 발광소자 110: 기판
120 : 버퍼층 132, 136 : 제1,2 도전형 반도체층
134 : 활성층 160, 170 : 제1,2 전극
300 : 발광소자 패키지 310 : 패키지 몸체
321, 322 : 제1,2 리드 프레임 330 : 도전성 접착층
340 : 와이어 350 : 몰딩부
360 : 형광체 400 : 헤드 램프
410 : 발광소자 모듈 420 : 리플렉터
430 : 쉐이드 440 : 렌즈
500 : 표시장치 510 : 바텀 커버
520 : 반사판 530 : 회로 기판 모듈
540 : 도광판 550, 560 : 제1,2 프리즘 시트
570 : 패널 580 : 컬러필터

Claims (22)

  1. 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되고, n개의 양자 우물 구조를 포함하는 활성층; 및
    상기 활성층 배치되는 제2 도전형 반도체층을 포함하고,
    상기 활성층 내에서, 상기 제1 도전형 반도체층에 가장 인접한 n번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭과 (n-1)번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭 중 적어도 하나가 일정하지 않은 발광소자.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 n번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭이,
    상기 제1 도전형 반도체층과 인접한 영역에서 상기 (n-1)번째 양자 우물과 인접한 영역보다 큰 발광소자.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 n번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭은,
    상기 (n-1)번째 양자 우물과 인접한 영역에서 일정하고 상기 제1 도전형 반도체층과 인접한 영역에서 상기 제1 도전형 반도체층 방향으로 커지는 발광소자.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층 방향으로 커지는 상기 n번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭은 상기 제1 도전형 반도체층의 에너지 밴드 갭과 같아지는 발광소자.
  5. 제2 항에 있어서, 상기 n번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭은,
    계단식으로 커지는 발광소자.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 (n-1)번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭이,
    (n-2)번째 양자 우물과 인접한 영역에서 상기 n번째 양자 우물과 인접한 영역보다 큰 발광소자.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 (n-1)번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭은,
    상기 n번째 양자 우물과 인접한 영역에서 일정하고 상기 (n-2)번째 양자 우물과 인접한 영역에서 상기 (n-2)번째 양자 우물 방향으로 커지는 발광소자.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 (n-2)번째 양자 우물 방향으로 커지는 상기 (n-1)번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭은 상기 (n-2)번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭과 같아지는 발광소자.
  9. 제6 항에 있어서, 상기 (n-1)번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭은,
    계단식으로 커지는 발광소자.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 n번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭과 상기 (n-1)번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭은, 상기 n번째 양자 우물과 상기 (n-1)번째 양자 우물의 사이의 양자벽을 사이에 두고 대칭을 이루는 발광소자.
  11. 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되고, n개의 양자 우물 구조를 포함하는 활성층; 및
    상기 활성층 배치되는 제2 도전형 반도체층을 포함하고,
    상기 활성층 내에서, 상기 제2 도전형 반도체층에 가장 인접한 n번째 양자 우물의 In(인듐) 조성과 (n-1)번째 양자 우물의 In 조성 중 적어도 하나가 고르지 않은 발광소자.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 n번째 양자 우물의 In 조성이,
    상기 제2 도전형 반도체층과 인접한 영역에서 상기 (n-1)번째 양자 우물과 인접한 영역보다 작은 발광소자.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 n번째 양자 우물의 In 조성이,
    상기 (n-1)번째 양자 우물과 인접한 영역에서 일정하고 상기 제2 도전형 반도체층과 인접한 영역에서 상기 제2 도전형 반도체층 방향으로 작아지는 발광소자.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층 방향으로 커지는 상기 n번째 양자 우물의 In 조성은 상기 제2 도전형 반도체층의 In 조성과 같아지는 발광소자.
  15. 제12 항에 있어서, 상기 n번째 양자 우물의 In 조성은,
    계단식으로 작아지는 발광소자.
  16. 제11 항에 있어서, 상기 (n-1)번째 양자 우물의 In 조성이,
    (n-2)번째 양자 우물과 인접한 영역에서 상기 n번째 양자 우물과 인접한 영역보다 작은 발광소자.
  17. 제16 항에 있어서, 상기 (n-1)번째 양자 우물의 In 조성이,
    상기 n번째 양자 우물과 인접한 영역에서 일정하고 상기 (n-2)번째 양자 우물과 인접한 영역에서 상기 (n-2)번째 양자 우물 방향으로 작아지는 발광소자.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제(n-2)번째 양자 우물 방향으로 작아지는 상기 (n-1)번째 양자 우물의 In 조성이 상기 (n-2)번째 양자 우물의 에너지 밴드 갭과 같아지는 발광소자.
  19. 제16 항에 있어서, 상기 (n-1)번째 양자 우물의 In 조성이,
    계단식으로 작아지는 발광소자.
  20. 제11 항에 있어서,
    상기 n번째 양자 우물의 인듐 조성과 상기 (n-1)번째 양자 우물의 In 조성은, 상기 n번째 양자 우물과 상기 (n-1)번째 양자 우물의 사이의 양자벽을 사이에 두고 대칭을 이루는 발광소자.
  21. 제1 항 또는 제11 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층은 n형 반도체층이고, 상기 제2 도전형 반도체층은 p형 반도체층인 발광소자.
  22. 제1 항 또는 제11 항에 있어서,
    상기 n번째 양자 우물과 (n-1)번째 양자우물 사이의 양자벽의 두께는 4 나노미터 이하인 발광소자.
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