KR20130070283A - 발광 소자 - Google Patents

발광 소자 Download PDF

Info

Publication number
KR20130070283A
KR20130070283A KR1020110137526A KR20110137526A KR20130070283A KR 20130070283 A KR20130070283 A KR 20130070283A KR 1020110137526 A KR1020110137526 A KR 1020110137526A KR 20110137526 A KR20110137526 A KR 20110137526A KR 20130070283 A KR20130070283 A KR 20130070283A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
light emitting
emitting device
intermediate layer
semiconductor layer
Prior art date
Application number
KR1020110137526A
Other languages
English (en)
Inventor
심상균
강동훈
강고운
손성진
정성이
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to KR1020110137526A priority Critical patent/KR20130070283A/ko
Publication of KR20130070283A publication Critical patent/KR20130070283A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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
    • H01L33/20—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H01L33/24—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 particular shape, e.g. curved or truncated substrate of the light emitting region, e.g. non-planar junction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 system
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system containing nitrogen

Abstract

실시예에 따른 발광소자는 제1 반도체층; 장벽층, 장벽층 상에 배치되고, 인듐을 포함하는 우물층, 및 우물층 내에 배치되고, 높이에 따라 인듐 함량이 변하는 중간층을 포함하는 활성층; 및 활성층 상에 배치되는 제2 반도체층;을 포함한다.

Description

발광 소자 {LIGHT EMITTING DEVICE}
실시예는 발광 소자에 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. LED는 활성층에서 정공과 전자의 재결합 확률을 향상시키는 것이 광효율향상을 위하여 중요한 문제이므로 이를 위한 연구가 필요하다. 특히 상용화된 제품의 구동범위 내인 10 내지 60A/cm2에서 광효율이 최대가 될 수 있도록 하는 것이 중요하다.
LED는 활성층에서 p형 반도체층에서 제공된 정공과 n형 반도체층에서 제공된 전자가 재결합하여 빛을 발생시킨다. LED는 활성층에서 정공과 전자의 재결합 확률을 향상시키는 것이 광효율향상을 위하여 중요한 문제이므로 이를 위한 연구가 필요하다. 공개번호 10-2011-0072424에서는 전자와 정공의 재결합 확률을 높이기 위한 활성층에 대한 기술에 대하여 언급되어 있다.
실시예는 광효율이 개선된 발광소자를 제공한다.
실시예에 따른 발광소자는 제1 반도체층; 장벽층, 장벽층 상에 배치되고, 인듐을 포함하는 우물층, 및 우물층 내에 배치되고, 높이에 따라 인듐 함량이 변하는 중간층을 포함하는 활성층; 및 활성층 상에 배치되는 제2 반도체층;을 포함한다.
실시예에 따른 발광소자는 우물층의 내부에 인듐(In)을 포함한 보조 장벽층이 배치되어 활성층 내의 인듐(In)의 함량을 조절하여 결정성을 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 우물층 내부에 보조장벽층을 배치하여 우물층에서의 전자와 정공의 재결합율을 향상시켜 광효율을 향상시킬 수 있다.
도 1a 는 실시예에 따른 발광소자의 구조를 도시한 단면도,
도 1b 는 도 1a 의 A 영역을 확대도시한 확대도,
도 2 는 실시예에 따른 발광소자의 밴드갭 에너지를 도시한 도면,
도 3 은 실시예에 따른 발광소자의 밴드갭 에너지를 도시한 도면,
도 4 는 실시에에 따른 발광소자의 구조를 도시한 단면도,
도 5a 는 실시예의 발광 소자를 포함한 발광소자 패키지를 나타낸 사시도,
도 5b 는 실시예의 발광 소자를 포함한 발광소자 패키지를 나타낸 단면도,
도 6a 는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치를 도시한 사시도,
도 6b 는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치를 도시한 단면도,
도 7 은 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 백라이트 유닛을 도시한 분해 사시도, 그리고
도 8 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 1a 는 일 실시예에 따른 발광소자(100)의 구조를 도시한 단면도이고, 도 1b 는 도 1a 의 A 영역을 확대 도시한 확대도이다.
도 1a 및 도 1b 를 참조하면, 실시예에 따른 발광소자(100)는 제1 반도체층(132), 장벽층(B1, B2, B3), 장벽층(B1, B2, B3) 상에 배치되고, 인듐을 포함하는 우물층(Q1, Q2, Q3), 및 우물층(Q1, Q2, Q3) 내에 배치되고, 높이에 따라 인듐 함량이 변하는 중간층(SB1)을 포함하는 활성층(134) 및 활성층(134) 상에 배치되는 제2 반도체층(136);을 포함한다.
기판(110)은 제1 반도체층(132) 하부에 배치될 수 있다. 기판(110)은 제1 반도체층(132)을 지지할 수 있다. 기판(110)은 제1 반도체층(132)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(132)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(132)과 격자상수의 차이가 존재하여 제1 반도체층(132)과의 사이에 격자상수 차이를 완화시키는 층을 구비할 수 있다.
버퍼층(120)은 기판(110)과 제1 반도체층(132) 사이에 배치될 수 있다. 버퍼층(120)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(120)은 기판(110) 상에 단결정으로 성장될 수 있다.
버퍼층(120)은 기판(110)과 제1 반도체층(132) 사이의 격자부정합을 완화할 수 있다. 버퍼층(120)은 상면에 제1 반도체층(132)이 용이하게 성장될 수 있도록 할 수 있다. 버퍼층(120)은 상면에 배치되는 제1 반도체층(132)의 결정성을 향상시킬 수 있다. 버퍼층(120)은 기판(110)과 제1 반도체층(132) 사이의 격자상수 차이를 완화시켜 줄 수 있는 물질로 이루어 질 수 있다.
발광구조물(130)은 버퍼층(120) 상에 배치될 수 있다. 발광구조물(130)은 제1 반도체층(132), 활성층(134) 및 제2 반도체층(136)을 포함할 수 있다.
제1 반도체층(132)은 기판(110) 상에 배치될 수 있다. 제1 반도체층(132)은 기판(110)과의 격자상수 차이를 정합시키기 위해 버퍼층(120) 상에 배치될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 제1 반도체층(132)은 기판(110) 상에서 성장될 수 있으나, 수평형 발광소자에만 한정되는 것은 아니며 수직형 발광소자에도 적용될 수 있다.
제1 반도체층(132)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(132)은 예를 들어, 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 셀레늄(Se), 텔루늄(Te)와 같은 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
제1 반도체층(132)은 외부에서 전원을 공급받을 수 있다. 제1 반도체층(132)은 활성층(134)에 전자를 제공할 수 있다.
활성층(134)은 제1 반도체층(132) 상에 형성될 수 있다. 활성층(134)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(134)이 양자우물구조로 형성된 경우 예컨데, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 우물층(Q1, Q2, Q3)과 InaAlbGa1 -a- bN (0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤a+b≤1)의 조성식을 갖는 장벽층(B1, B2, B3)을 갖는 단일 또는 다중의 양자우물구조를 갖을 수 있다. 활성층(134)은 우물층(Q1, Q2, Q3)과 장벽층(B1, B2, B3) 복수개가 교대로 적층되는 구조일 수 있다.
상기 우물층(Q1, Q2, Q3)은 상기 장벽층(B1, B2, B3)의 밴드 갭보다 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
우물층(Q1, Q2, Q3)은 인듐을 포함할 수 있다. 우물층(Q1, Q2, Q3)은 장벽층(B1, B2, B3) 보다 밴드갭에너지가 작을 수 있다.
활성층(134)은 우물층(Q1, Q2, Q3) 내에 배치되는 중간층(SB1)을 더 포함할 수 있다.
중간층(SB1)은 인듐(In)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 중간층(SB1)은 InxAlyGazN(x+y+z=1, 0≤x≤1, 0≤y<1, 0≤z<1)을 포함할 수 있다. 중간층(SB1)은 우물층(Q1, Q2, Q3) 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 활성층(134)은 중간층(SB1)의 상면과 하면에 우물층(Q1, Q2, Q3)에 배치되는 구조할 수 있다.
중간층(SB1)은 우물층(Q1, Q2, Q3) 내부의 인듐 함량이 유동적이도록 할 수 있다. 중간층(SB1)은 우물층(Q1, Q2, Q3) 내부의 인듐이 일정영역에 집중되어 결정성이 저하되는 것을 차단할 수 있다. 중간층(SB1)은 우물층(Q1, Q2, Q3)을 복수개로 분리하여 전자와 정공의 집중도를 높여 재결합 확률을 극대화시킬 수 있다.
중간층(SB1)은 장벽층(B1, B2, B3)보다 인듐 함량이 높아 밴드갭에너지가 장벽층(B1, B2, B3)보다 작을 수 있다.
중간층(SB1)은 인듐(In) 함량이 우물층(Q1, Q2, Q3)의 인듐 함량보다 낮을 수 있다. 중간층(SB1)은 우물층(Q1, Q2, Q3)보다 밴드갭에너지가 클 수 있다. 중간층(SB1)과 우물층(Q1, Q2, Q3)은 접하는 부분에서 밴드갭에너지가 근사적으로 같을 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.
장벽층(B1, B2, B3)의 두께는 4nm 내지 15nm 일 수 있다. 장벽층(B1, B2, B3)은 두께가 4nm 이하인 경우 전자와 정공이 우물층(Q1, Q2, Q3)에 집중되지 않고 빠져나갈 수 있어 재결합 확률이 떨어질 수 있고, 두께가 15nm 이상인 경우에는 전자와 정공의 이동도를 떨어뜨려 특정한 우물층(Q1, Q2, Q3)에서만 빛이 발생하는 문제가 발생할 수 있다.
중간층(SB1)은 두께가 장벽층(B1, B2, B3)의 두께의 1/2 이하일 수 있다.
예를 들어, 중간층(SB1)은 두께가 0.1nm 내지 2nm 일 수 있다. 중간층(SB1)은 두께가 0.1nm 이하인 경우에는 인듐(In)의 집중 차단 효과가 미미해질 수 있고, 두께가 2nm 이상인 경우에는 우물층(Q1, Q2, Q3) 내에서의 전자와 정공의 재결합 확률이 줄어들 수 있다. 중간층(SB1)의 두께가 과도하게 두꺼워 지는 경우에 우물층(Q1, Q2, Q3)의 밴드갭에너지가 가장 작은 영역 즉, 전자와 정공의 재결합에 기여하는 공간이 적어질 수 있다.
우물층(Q1, Q2, Q3)은 복수개 일 수 있다. 활성층(134)은 복수개의 우물층(Q1, Q2, Q3)과 장벽층이 교대로 적층된 구조일 수 있다. 중간층(SB1)은 적어도 하나의 우물층(Q1, Q2, Q3)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 중간층(SB1)은 하나의 우물층(Q1, Q2, Q3)의 내부에 배치되거나, 모든 우물층(Q1, Q2, Q3)의 내부에 배치될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.
중간층은 InxAlyGazN(x+y+z=1, 0.001≤x≤0.1, 0≤y<1, 0≤z<1)을 포함할 수 있다. 즉, 중간층(SB1)의 인듐(In) 함량인 x 는 0.001 내지 0.1 일 수 있다. 중간층(SB1)은 인듐(In) 함량인 x 가 0.001 이하인 경우에는 장벽층(B1, B2, B3)의 인듐 함량에 가까워져 활성층(134) 내의 인듐 함량을 유동적으로 하여 인듐의 집중 현상을 완화시키는 효과가 저하될 수 있고, x 가 0.1 이상인 경우에는 우물층(Q1, Q2, Q3)과 밴드갭에너지가 비슷해져서 우물층(Q1, Q2, Q3)의 분리를 통하여 얻는 효과를 유지하기 어려워질 수 있다.
제2 반도체층(136)은 활성층(134) 상에 형성될 수 있다. 제2 반도체층(136)은 p형 도펀트가 도핑된 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 제2 반도체층(136)은 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 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba) 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
제1 반도체층(132), 활성층(134) 및 제2 반도체층(136)은 예를 들어, 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
발광구조물(130)은 제1 반도체층(132) 및 제2 반도체층(136) 내의 도전형 도펀트의 도핑 농도가 균일 또는 불균일하게 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 발광구조물(130)의 층간구조는 다양하게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지 아니한다.
발광구조물(130)은 제2 반도체층(136)상에 제2 반도체층(136)과 반대의 극성을 갖는 제3 반도체층(미도시)을 포함할 수 있다. 발광구조물(130)은 제1 반도체층(132)이 n 형 반도체층이고, 제2 반도체층(136)이 p 형 반도체층으로 구현될 수도 있다. 이에 따라, 발광구조물(130)은 N-P 접합, P-N 접합, N-P-N 접합 및 P-N-P 접합 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제2 반도체층(136) 상에는 투광성 전극층(140)이 배치될 수 있다.
투광성 전극층(140)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(136)의 상부에 형성됨으로써, 전류군집현상을 방지할 수 있다.
활성층(134)과 제2 반도체층(136) 및 투광성 전극층(140)의 일부가 제거되어 제1 반도체층(132)의 일부가 노출되고, 노출된 제1 반도체층(132) 상면에는 제1 전극(150)이 형성될 수 있다. 제2 반도체층(136)의 상면에 제2 전극(160) 이 형성될 수 있다. 제2 전극(160)은, 투광성 전극층(140)의 일부가 제거되고 제2 반도체층(136)의 일부가 노출되어서 제2 반도체층(136)에 연결되거나, 또는 투광성 전극층(140)에 연결되어 제2 반도체층(136)과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 제2 반도체층(136) 상에는 제2 전극(160)이 배치될 수 있다. 제2 반도체층(136)은 제2 전극(160)으로부터 전류를 제공받을 수 있다. 제2 반도체층(136)의 상면에는 광 추출 구조가 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.
한편, 제1 및 2 전극(150, 160)은 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 및 도 3 은 실시예에 따른 발광소자의 밴드갭에너지를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3 을 참조하면 중간층(미도시)의 밴드갭에너지는 높이에 따라 변화할 수 있다.
중간층(미도시)은 높이에 따라 인듐(In) 함량이 변화할 수 있다. 중간층(미도시)은 하부의 우물층과 접하는 지점에서 우물층과 인듐(In) 함량이 동일하다가 높이가 높아지면서 인듐 함량이 적어질 수 있고, 중간층(미도시)의 수직방향의 중간지점에서부터 인듐 함량이 다시 높아질 수 있다.
중간층(미도시)의 밴드갭에너지는 중간층(미도시)의 중심부분으로 갈수록 밴드갭에너지가 점진적으로 커진 후 중심부분에서 멀어질수록 에너지 밴드갭이 점진적으로 작아질 수 있다.
중간층(미도시)의 밴드갭에너지의 형태는 도 2 에 도시된 형태인 포물선형(parabolic)이 될 수 있다. 중간층(미도시)의 밴드갭에너지의 형태가 중간층(미도시)의 하부면에서 중심부분 또는 상부면에서 중심부분으로 갈수록 선형적으로 변하는 경우 도 3 에 도시된 형태인 세모 형태일 수 있다.
중간층(미도시)의 인듐 함량을 변화시킴으로써 우물층(미도시)에서의 전자와 정공의 재결합 효율을 향상시킬 수 있고, 활성층(미도시) 내부에서 인듐의 집중 현상을 방지하여 활성층(미도시)의 결정성을 향상시킬 수 있다.
도 4 는 다른 실시예에 따른 발광소자(200)의 구조를 도시한 단면도이다.
도 4 를 참조하면, 실시예에 따른 발광소자(200)는 기판(210), 기판(210) 상에 제1 전극층(240), 제1 전극층(240) 상에 발광구조물(260) 및 발광구조물(260) 상에 제2 전극층(270)을 포함할 수 있다.
기판(210)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(210)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(210)이 금속으로 형성된 경우 발광 소자에서 발생하는 열의 방출을 용이하게 하여 발광 소자의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다.
기판(210) 상에는 기판(210)과 전도층(230)의 결합을 위하여 결합층(Wafer Bonding Layer)(220)을 형성될 수 있다. 결합층(220)은 예를 들어, 금(Au), 주석(Sn), 인듐(In), 은(Ag), 니켈(Ni), 나이오븀(Nb) 및 구리(Cu)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
결합층(220) 상에는 전도층(230)이 형성될 수 있다. 전도층(230)은 금속의 확산을 방지하는 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 탄탈(Ta), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 니오브(Nb), 바나듐(V), 철(Fe), 티타늄(Ti) 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 합금을 포함할 수 있고, 이에 한정하지 아니한다.
전도층(230)은 발광 소자(200)의 제조 공정상 발생할 수 있는 깨짐, 또는 박리와 같은 기계적 손상을 최소화할 수 있다. 또한, 전도층(230)은 기판(210) 또는 결합층(220)을 구성하는 금속 물질이 발광구조물로 확산되는 것을 방지할 수 있다.
전도층(230)은 스퍼터링 증착 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 스퍼터링 증착 방법을 사용할 경우, 이온화된 원자를 전기장에 의해 가속시켜, 전도층(230)의 소스 재료(source material)에 충돌시키면, 소스 재료의 원자들이 튀어나와 증착된다. 또한, 금속 증착 방법이나, 유테틱 메탈을 이용한 본딩 방법 등을 사용할 수도 있다. 전도층(230)은 복수의 층으로 형성될 수도 있으며 이에 한정하지 않는다.
한편, 전도층(230) 상에는 제1 전극층(240)이 형성될 수 있으며, 제1 전극층(240)은 오믹층(244)(ohmic layer), 반사층(242)(reflective layer) 중 적어도 한 층을 포함할 수 있다. 예를 들어 제1 전극층(240)은 오믹층(244)/반사층(242)의 구조일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예컨대, 제1 전극층(240)은 반사층(242)과 오믹층(244)이 순차로 적층된 형태일 수 있다.
반사층(242)은 오믹층(244)의 하면에 배치될 수 있으며, 반사특성이 우수한 물질, 예를 들어 은(Ag), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 루비듐(Rh), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 백금(Pt), 금(Au), 하프늄(Hf) 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질 중에서 형성되거나, 상기 금속 물질과 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) 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있다. 또한 반사층(242)은 IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 적층할 수 있다. 또한 반사층(242)을 발광구조물(예컨대, 제1 반도체층(262))과 오믹 접촉하는 물질로 형성할 경우, 오믹층(244)은 별도로 형성하지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
오믹층(244)은 발광구조물(260)의 하면에 오믹 접촉되며, 층 또는 복수의 패턴으로 형성될 수 있다. 오믹층(244)은 투광성 전극층과 금속이 선택적으로 사용될 수 있으며, 예를 들어, 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. 오믹층(244)은 제1 반도체층(262)에 캐리어의 주입을 원활히 하기 위한 것으로, 반드시 형성되어야 하는 것은 아니다.
또한 제1 전극층(240)은 본딩층(미도시)을 포함할 수 있으며, 이때 본딩층(미도시)은 배리어 금속(barrier metal) 또는 본딩 금속, 예를 들어, 티타늄(Ti), 금(Au), 주석(Sn), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 갈륨(Ga), 인듐(In), 비스무트(Bi), 구리(Cu), 은(Ag) 또는 Ta(탄탈륨) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며 이에 한정하지 않는다.
한편, 제1 전극층(240)과 후술하는 발광구조물 사이에는 전류제한층(250)(CBL : Current Blocking Layer)이 배치될 수 있다.
전류제한층(250)은 전기 절연성을 갖는 재질, 제1 전극층(240) 또는 결합층(220)보다 전기 전도성이 낮은 재질 및 제1 반도체층(262)과 쇼트키 접촉을 형성하는 재질 중 적어도 하나를 이용하여 형성될 수 있으며, 예를 들어, Si3N4, Al2O3, TiOx, TiO2, Ti, Al, Cr 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 전극층(240)과 발광구조물(260) 사이에 전류제한층(250)이 배치됨으로써, 전류 군집현상이 방지될 수 있다. 전류제한층(250)은 제2 반도체층(266) 상에 배치될 수 있는 제2 전극층(270)과 수직방향으로 적어도 일 영역이 중첩되게 배치될 수 있다.
제1 전극층(240) 상에는 발광구조물(260)이 배치될 수 있다. 발광구조물(260)은 적어도 제1 반도체층(262), 활성층(264) 및 제2 반도체층(266)을 포함할 수 있고, 제1 반도체층(262)과 제2 반도체층(266) 사이에 활성층(264)이 배치된 구성으로 이루어질 수 있다.
제1 반도체층(262)은 활성층(264)에 정공을 주입하도록 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 제1 반도체층(262)은 예를 들어, 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, 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba) 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
활성층(264)은 제1 반도체층(132) 상에 형성될 수 있다. 활성층(264)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(264)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 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
활성층(264)은 우물층(미도시) 내에 배치되는 중간층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
중간층(미도시)은 인듐(In)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 중간층(미도시)은 InxAlyGazN(x+y+z=1, 0≤x≤1, 0≤y<1, 0≤z<1)을 포함할 수 있다. 중간층(미도시)은 우물층(미도시) 내에 배치되어, 예를 들면, 활성층(미도시)은 중간층(미도시)의 상면과 하면에 우물층(미도시)에 배치되는 구조할 수 있다.
중간층(미도시)의 두께나 인듐 함량 등은 도 1 의 실시예에서 상세하게 설명하였으므로 추가로 상세하게 설명하지 아니한다.
활성층(264) 상에는 제2 반도체층(266)이 형성될 수 있다. 제2 반도체층(266)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.
한편, 발광구조물(260)은 제2 반도체층(266) 위에 제2 반도체층(266)과 반대의 극성을 갖는 제3 도전성 반도체층(미도시)을 포함할 수 있다. 또한 제1 반도체층(262)이 n 형 반도체층이고, 제2 반도체층(266)이 p 형 반도체층으로 구현될 수도 있다. 이에 따라 발광구조물은 N-P 접합, P-N 접합, N-P-N 접합 및 P-N-P 접합 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제2 반도체층(266) 상에는 제2 반도체층(266)과 전기적으로 연결된 제2 전극층(270)을 형성될 수 있으며, 제2 전극층(270)은 적어도 하나의 패드(미도시) 또는/및 소정 패턴을 갖는 전극을 포함할 수 있고, 이에 한정하지 아니한다. 제2 전극층(270)은 제2 반도체층(266)의 상면 중 센터 영역, 외측 영역 또는 모서리 영역에 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 한편, 제2 전극층(270)은 패드(미도시) 및 패드(미도시)와 연결되어 적어도 일 방향으로 연장되는 적어도 하나의 브랜치(branch) 전극(미도시)이 연결될 수 있다. 제2 전극층(270)은 제2 반도체층(266)의 위가 아닌 다른 영역에 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제2 전극층(270)은 전도성 물질, 예를 들어 인듐(In), 토발트(Co), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 금(Au), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 레늄(Re), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 은(Ag), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 나이오븀(Nb), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 및 티타늄 텅스텐 합금(WTi) 중에서 선택된 금속 또는 합금을 이용하여 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
한편, 제2 전극층(270)은 제2 반도체층(266)의 평탄한 상면 위에 배치될 수 있고 평탄하지 않는 요철부(268) 위에 배치될 수도 있으며, 이에 한정하지 아니한다.
제2 반도체층(266)은 상부의 표면 일부 영역 또는 전체 영역에 대해 형성된 요철부(268)를 포함할 수 있다. 요철부(268)는 발광구조물의 상면 예컨대, 제2 반도체층(266)의 상면의 적어도 일 영역에 대해 에칭을 수행함으로써 형성될 수 있다. 상기 에칭 과정은 습식 또는/및 건식 에칭 공정을 포함할 수 있다. 한편, 상기 에칭 면은 습식 에칭에 의해 용이하게 에칭되어 더욱 조밀한 요철부(268)가 형성될 수 있는 N(나이트라이드)-face일 수 있으며, Ga(갈륨)-face에 비해 표면 거칠기가 향상될 수 있다. 에칭 과정을 거침에 따라서, 제2 반도체층(266)의 상면은 광 추출 구조를 형성하는 요철부(268)가 형성될 수 있다. 요철부(268)는 랜덤한 크기로 불규칙하게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 요철부(268)는 평탄하지 않는 상면으로서, 텍스쳐(texture) 패턴, 요철 패턴, 평탄하지 않는 패턴(uneven pattern) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나 이에 한정하지 아니한다.
요철부(268)는 측 단면이 원기둥, 다각기둥, 원뿔, 다각뿔, 원뿔대, 다각뿔대 등 다양한 형상을 갖도록 형성될 수 있으며, 뿔 형상을 포함할 수 있으나 이에 한정하지 아니한다.
요철부(268)는 PEC(photo electro chemical), 또는 KOH 용액을 사용한 습식 식각 방법 등의 방법으로 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다. 요철부(268)가 제2 반도체층(266)의 상면에 형성됨에 따라서 활성층(264)으로부터 생성된 빛이 제2 반도체층(266)의 상면으로부터 전반사되어 발광구조물(260)내에서 재흡수되거나 산란되는 것이 방지될 수 있으므로, 발광소자(100)의 광 추출 효율의 향상에 기여할 수 있다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지(300)를 나타낸 사시도이며, 도 5b는 실시예에 따른 발광소자 패키지(300)의 단면을 도시한 단면도이다.
도 5a 및 도 5b 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 있다. 봉지재(330)는 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.
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.
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.
형광체(미도시)는 YAG계, TAG계, 황화물계, 실리케이트계, 알루미네이트계, 질화물계, 카바이드계, 니트리도실리케이트계, 붕산염계, 불화물계, 인산염계 등의 공지된 것일 수 있다.
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 있다. 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 발광소자(320)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수 있다.
도 5b에서는 발광소자(320)가 제1 전극(340) 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.
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. 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 발광 소자 또는 자외선을 방출하는 UV(Ultra Violet) 발광 소자일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 발광 소자(320)는 한 개 이상 실장될 수 있다.
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 모두에 적용 가능하다.
한편, 발광소자(320)는 우물층(미도시)의 내부에 인듐을 포함한 중간층(미도시)을 배치하여 활성층(미도시)의 결정성을 향상시킬 수 있다. 중간층(미도시)은 활성층(미도시)의 결정성을 향상시키고 전자와 정공의 재결합 확률을 극대화하여 발광소자(320) 및 발광소자 패키지(300)의 발광 효율을 향상시킬 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.
발광소자 패키지(300), 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 발광소자(미도시) 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 6a는 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 조명 시스템(400)을 도시한 사시도이며, 도 6b는 도 6a의 조명 시스템의 D-D' 단면을 도시한 단면도이다.
즉, 도 6b 는 도 6a의 조명 시스템(400)을 길이방향(Z)과 높이방향(X)의 면으로 자르고, 수평방향(Y)으로 바라본 단면도이다.
도 6a 및 도 6b를 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(443)이 체결되며, 몸체(410)는 발광소자 패키지(444)에서 발생한 열이 몸체(410)의 상부면을 통해 외부로 방출할 수 있도록 전도성 및 열 발산 효과가 우수한 금속재질로 형성될 수 있고, 이에 한정하지 아니한다.
발광소자 패키지(444)는 발광소자(미도시)를 포함한다. 발광소자(미도시)는 우물층(미도시)의 내부에 인듐을 포함한 중간층(미도시)을 배치하여 활성층(미도시)의 결정성을 향상시킬 수 있다. 중간층(미도시)은 활성층(미도시)의 결정성을 향상시키고 전자와 정공의 재결합 확률을 극대화하여 발광소자 패키지(444) 및 조명 시스템(400)의 광추출 효율이 향상되고 조명 시스템(400)의 신뢰성이 더욱 향상될 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. 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 있으며, 이에 한정되지 않는다.
커버(430)는 내부의 발광소자 모듈(443)을 외부의 이물질 등으로부터 보호할 수 있다. 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.
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 하는바, 커버(430)는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (Polyethylen Terephthalate; PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC), 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA) 등을 포함하는 재질로 형성될 수 있다.
마감캡(450)은 몸체(410)의 양단에 위치하며 전원장치(미도시)를 밀폐하는 용도로 사용될 수 있다. 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 7 은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 7 은 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, 560, 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.
발광소자 패키지(524)는 발광소자(미도시)를 포함한다. 발광소자(미도시)는 우물층(미도시)의 내부에 인듐을 포함한 중간층(미도시)을 배치하여 활성층(미도시)의 결정성을 향상시킬 수 있다. 중간층(미도시)은 활성층(미도시)의 결정성을 향상시키고 전자와 정공의 재결합 확률을 극대화하여, 백라이트 유닛(570)의 광추출 효율이 향상되고 백라이트 유닛(570)의 신뢰성이 더욱 향상될 수 있다.
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 8 은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다. 다만, 도 7에서 도시하고 설명한 부분에 대해서는 반복하여 상세히 설명하지 않는다.
도 8 은 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 7 에서 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.
발광소자 패키지(622)는 발광소자(미도시)를 포함한다. 발광소자(미도시)는 우물층(미도시)의 내부에 인듐을 포함한 중간층(미도시)을 배치하여 활성층(미도시)의 결정성을 향상시킬 수 있다. 중간층(미도시)은 활성층(미도시)의 결정성을 향상시키고 전자와 정공의 재결합 확률을 극대화하여, 백라이트 유닛(670)의 광추출 효율이 향상되고 백라이트 유닛(670)의 신뢰성이 더욱 향상될 수 있다.
반사 시트(624)는 발광소자 패키지(622)에서 발생한 빛을 액정표시패널(610)이 위치한 방향으로 반사시켜 빛의 이용 효율을 향상시킨다.
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: 버퍼층
130: 발광구조물 132: 제1 반도체층
134: 활성층 136: 제2 반도체층
140: 투광성 전극층 150 : 제1 전극
160: 제2 전극

Claims (12)

  1. 제1 반도체층;
    장벽층, 상기 장벽층 상에 배치되고 인듐(In)을 포함하는 우물층, 및 상기 우물층 내에 배치되고, 높이에 따라 인듐 함량이 변하는 중간층을 포함하는 활성층; 및
    상기 활성층 상에 배치되는 제2 반도체층;을 포함하는 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중간층의 두께는 상기 장벽층의 두께의 1/2 이하인 발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 장벽층과 상기 우물층은 복수개가 교대로 적층되는 발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중간층은 두께가 0.1nm 내지 2nm인 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 장벽층은 두께가 4nm 내지 15nm인 발광소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 중간층의 밴드갭에너지는 상기 장벽층의 밴드갭에너지보다 작은 발광소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 중간층의 밴드갭에너지는 상기 우물층의 밴드갭에너지보다 큰 발광소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 중간층의 밴드갭에너지은 포물선형(parabolic)으로 변하는 발광소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 중간층의 밴드갭에너지은 상기 중간층의 중심부분으로 갈수록 밴드갭에너지이 점진적으로 커진 후 중심부분에서 멀어질수록 밴드갭에너지이 점진적으로 작아지는 발광소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 중간층은 InxAlyGazN(x+y+z=1, 0.001≤x≤0.1, 0≤y<1, 0≤z<1)을 포함하는 발광소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 중간층의 상기 인듐(In)함량은 상기 상기 중간층의 중심부분으로 갈수록 증가하고, 상기 중간층의 중심부분으로부터 멀어질수록 감소하는 발광소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 중간층의 에너지 밴드갭은 상기 상기 중간층의 중심부분으로 갈수록 선형적으로 변하는 발광소자.
KR1020110137526A 2011-12-19 2011-12-19 발광 소자 KR20130070283A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110137526A KR20130070283A (ko) 2011-12-19 2011-12-19 발광 소자

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110137526A KR20130070283A (ko) 2011-12-19 2011-12-19 발광 소자

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130070283A true KR20130070283A (ko) 2013-06-27

Family

ID=48865120

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110137526A KR20130070283A (ko) 2011-12-19 2011-12-19 발광 소자

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20130070283A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170009057A (ko) * 2015-07-15 2017-01-25 엘지이노텍 주식회사 자외선 발광소자 및 발광소자 패키지

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170009057A (ko) * 2015-07-15 2017-01-25 엘지이노텍 주식회사 자외선 발광소자 및 발광소자 패키지

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9070832B2 (en) Light-emitting device and fabrication method thereof
US9112114B2 (en) Light emitting device with metal electrode layer having protrusion portions
CN102255017A (zh) 发光器件
KR20120089897A (ko) 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명 시스템
KR101907619B1 (ko) 발광 소자
KR101843740B1 (ko) 발광소자
KR20130031932A (ko) 발광 소자
KR101907618B1 (ko) 발광소자
KR20120133836A (ko) 발광소자
KR101860318B1 (ko) 발광 소자
KR102075119B1 (ko) 발광소자
KR101863732B1 (ko) 발광소자
KR101933443B1 (ko) 발광 소자
KR101818753B1 (ko) 발광소자
KR101865405B1 (ko) 발광소자
KR20130025452A (ko) 발광 소자
KR20140097603A (ko) 발광 소자 및 그를 포함하는 발광소자 패키지
KR102019745B1 (ko) 발광 소자 및 그를 포함하는 발광소자 패키지
KR20130070283A (ko) 발광 소자
KR102008304B1 (ko) 발광 소자 및 그를 포함하는 발광소자 패키지
KR102042236B1 (ko) 발광 소자 및 그를 포함하는 발광소자 패키지
KR101843731B1 (ko) 발광소자
KR101955313B1 (ko) 발광소자
KR20150015983A (ko) 발광소자
KR20120117430A (ko) 발광 소자

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination