KR20130079867A - 발광소자 - Google Patents
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Abstract
실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광소자는 제2 전극층; 상기 제2 전극층 상에 제2 도전형 반도체층; 상기 제2 도전형 반도체층 상에 활성층; 상기 활성층 상에 제1 도전형 반도체층; 및 상기 제1 도전형 반도체층 상에 제1 전극;을 포함하고, 상기 제1 전극 사이로 노출되는 상기 제1 도전형 반도체층의 상부 표면에 오목부가 형성될 수 있다.
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Description
실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛에너지로 변환되는 특성의 소자이며, 예를 들어 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
발광소자는 순방향전압 인가 시 n층의 전자와 p층의 정공(hole)이 결합하여 전도대(Conduction band)와 가전대(Valance band)의 에너지 갭에 해당하는 만큼의 에너지를 발산하는데, 이 에너지는 주로 열이나 빛의 형태로 방출되며, 빛의 형태로 발산되면 발광소자가 되는 것이다.
예를 들어, 질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 자외선(UV) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
종래기술에 의한 질화물 반도체 발광소자는 이종기판인 사파이어 기판 위에 유기 화학적으로 증착된 질화물 반도체층을 포함한다.
사파이어 기판은 전기적으로 절연 특성을 갖기 때문에, 질화물 반도체층에 전원을 인가하기 위해서 질화물 반도체층을 일부 식각하거나 사파이어 기판을 제거할 필요가 있다.
질화물 반도체 발광소자는 전극층의 위치에 따라 수평형 타입(Lateral Type)과 수직형 타입(Vertical type)으로 구분할 수 있다.
종래기술에 의한 발광소자는 내부양자효율 및 광 추출효율 향상을 위해 PSS(patterned sapphire substrate) 등의 여러 요소 기술들이 사용되고 있다.
예를 들어, 수직형 발광소자는 열전도도가 상대적 낮은 비전도성 기판을 제거하고 도전성 기판을 사용함으로써 열방출 효과가 좋으며, 반사층을 사용함으로써 상층부로의 광추출 효율에 있어서 향상된 특성을 보이고 있다.
그럼에도, 전류밀집(current crowding) 문제나 열적인 문제 및 광추출 개선 문제 등의 여전히 개선해야 할 부분으로 남아 있다.
실시예는 전류밀집 문제를 해소할 수 있고, 광추출 효율을 개선할 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광소자는 제2 전극층; 상기 제2 전극층 상에 제2 도전형 반도체층; 상기 제2 도전형 반도체층 상에 활성층; 상기 활성층 상에 제1 도전형 반도체층; 및 상기 제1 도전형 반도체층 상에 제1 전극;을 포함하고, 상기 제1 전극 사이로 노출되는 상기 제1 도전형 반도체층의 상부 표면에 오목부가 형성될 수 있다.
실시예에 따른 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 의하면, 전류밀집 문제를 해소할 수 있고, 광추출 효율을 개선할 수 있다.
도 1a는 제1 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 1b는 제1 실시예에 따른 발광소자의 평면도.
도 2는 제2 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 3 내지 도 9는 실시예에 따른 발광소자의 제조방법의 공정 단면도.
도 10은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 11은 실시예에 따른 조명 유닛의 사시도.
도 12는 실시예에 따른 백라이트 유닛의 사시도.
도 1b는 제1 실시예에 따른 발광소자의 평면도.
도 2는 제2 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 3 내지 도 9는 실시예에 따른 발광소자의 제조방법의 공정 단면도.
도 10은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 11은 실시예에 따른 조명 유닛의 사시도.
도 12는 실시예에 따른 백라이트 유닛의 사시도.
실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
(실시예)
도 1a는 제1 실시예에 따른 발광소자(100)의 단면도이며, 도 1b는 제1 실시예에 따른 발광소자(100)의 평면도이다. 도 1a는 도 1b의 I-I'선을 따른 단면도이다.
실시예에 따른 발광소자는 제2 전극층(120)과, 상기 제2 전극층(120) 상에 형성된 제2 도전형 반도체층(116)과, 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 형성된 활성층(114)과 상기 활성층 상에 형성된 제1 도전형 반도체층(112) 및 상기 제1 도전형 반도체층 상에 상호 이격된 복수의 제1 전극(140)을 포함한다.
실시예는 상기 복수의 제1 전극(140) 사이에 의해 노출되는 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 상부 표면에 오목부(O)가 형성될 수 있다. 상기 오목부(O)는 원형으로 형성될 수 있으며, 원형이라 함은 원(circle), 타원(ellipse) 등을 포함하며, 원(circle)에 한정되는 것은 아니다.
이에 따라 상기 오목부(O)의 형상은 구형을 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 오목부(O)의 3차원 형상은 구형의 일부 형상과 유사할 수 있다. 예를 들어, 상기 오목부(O)의 3차원 형상은 반구형일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 오목부(O)의 단면 형상은 원형의 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 오목부(O)의 단면 형상은 반원형 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서의 오목부(O)는 복수의 제1 전극(140)에 의해 노출되는 제1 도전형 반도체층(112)에 형성된 조대한 오목부(O)일 수 있으며, 종래기술에서 발광 구조물 상측에 형성되는 표면 요철구조와는 다른 개념이다.
이에 따라 실시예에서의 상기 오목부의 깊이(d1)는 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 수직 두께(t)의 약 1/3 내지 약 2/3에 해당하는 깊이로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 두께가 약 3㎛ ~4㎛인 경우 상기 오목부의 깊이(d1)는 최대 약 2㎛의 깊이 정도로까지 형성되는 조대한 원형의 오목부 구조일 수 있다.
또한, 실시예에서 상기 오목부(O)의 저면과 상기 활성층(114) 사이의 거리(d2)는 약 1 ㎛ 이상 이격될 수 있다.
실시예는 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상의 표면에 형성된 투광성 전극(130)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(112)과 상기 제1 전극(140) 사이 및 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 오목부(O)의 표면을 따라 배치된 투광성 전극(130)을 포함할 수 있다.
상기 제2 전극층(120)은 오믹층(122), 반사층(124) 및 전도성 기판(126) 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면 제1 전극(140) 사이의 제1 도전형 반도체층(112) 표면에 조대한 원형의 오목부(O)을 형성하여 제1 도전형 반도체층(112)에서의 저항(resistance)를 상대적으로 감소시켜 전류 밀집(current crowding)을 감쇠시킴으로써 전류확산(current spreading) 효과에 의해 활성층에서 고른 발광을 유도하여 발광효율이 증대될 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 제1 도전형 반도체층(112) 표면에 오목부(O)을 형성하여 제1 도전형 반도체층(112)의 두께가 현저히 감소하여 종래기술에 비해 비교적 얇은 제1 도전형 반도체층(112)의 두께를 갖기 때문에 광추출효율에 있어서 증가 효과가 있다.
또한, 실시예에 의하면 제1 도전형 반도체층(112) 표면에 오목부(O)을 형성하여 발광된 빛의 탈출콘의 영역을 확대하여 광추출효율이 증가한다.
도 2는 제2 실시예에 따른 발광소자(102)의 단면도이다.
제2 실시예는 제1 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있다.
제2 실시예에 따른 발광소자(102)에서 제1 도전형 반도체층(112)의 오목부(O)에는 제1 요철(R1)을 포함할 수 있고, 상기 오목부(O) 상에 위치하는 투광성 전극(130)은 제2 요철(R2)을 포함할 수 있다. 상기 제2 요철(R2)는 상기 제1 요철(R1)에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
제2 실시예에 의하면 오목부(O) 의한 광추출 증대 효과와 더불어 제1 요철(R1), 제2 요철(R2)에 의해 광추출 효율이 더욱 향상될 수 있다.
실시예에 따른 발광소자에 의하면 전류밀집 문제를 해소할 수 있고, 광추출 효율을 개선할 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 9를 참조하여 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 설명한다.
먼저, 도 3과 같이 제1 기판(105)을 준비한다. 상기 제1 기판(105)은 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함하며, 예컨대 상기 제1 기판(105)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 제1 기판(105) 위에는 요철 구조가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 기판(105)에 대해 습식세척을 하여 표면의 불순물을 제거할 수 있다.
이후, 상기 제1 기판(105) 상에 제1 도전형 반도체층(112), 활성층(114) 및 제2 도전형 반도체층(116)을 포함하는 발광구조물(110)을 형성할 수 있다.
상기 제1 기판(105) 위에는 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 버퍼층은 상기 발광구조물(110)의 재료와 제1 기판(105)의 격자 부정합을 완화시켜 줄 수 있으며, 버퍼층의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
상기 버퍼층 위에는 언도프드(undoped)(미도시) 반도체층이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(112)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(112)이 N형 반도체층인 경우, 상기 제1도전형 도펀트는 N형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(112)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(112)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(112)은 화학증착방법(CVD) 혹은 분자선 에피택시 (MBE) 혹은 스퍼터링 혹은 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 등의 방법을 사용하여 N형 GaN층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(112)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 실리콘(Si)와 같은 n 형 불순물을 포함하는 실란 가스(SiH4)가 주입되어 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 전류확산층(미도시)을 형성한다. 상기 전류확산층은 언도프트 질화갈륨층(undoped GaN layer)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 전류확산층은 50nm ~ 200nm의 두께일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 실시예는 상기 전류확산층 상에 전자주입층(미도시)을 형성할 수 있다. 상기 전자주입층은 제1 도전형 질화갈륨층일 수 있다. 예를 들어, 상기 전자주입층은 n형 도핑원소가 6.0x1018atoms/cm3~8.0x1018atoms/cm3의 농도로 도핑 됨으로써 효율적으로 전자주입을 할 수 있다.
또한, 실시예는 전자주입층 상에 스트레인 제어층(미도시)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 전자주입층 상에 InyAlxGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1)/GaN 등으로 형성된 스트레인 제어층을 형성할 수 있다.
상기 스트레인 제어층은 제1 도전형 반도체층(112)과 활성층(114) 사이의 격자 불일치에 기이한 응력을 효과적으로 완화시킬 수 있다.
또한, 상기 스트레인제어층은 제1 Inx1GaN 및 제2 Inx2GaN 등의 조성을 갖는 적어도 6주기로 반복 적층됨에 따라, 더 많은 전자가 활성층(114)의 낮은 에너지 준위로 모이게 되며, 결과적으로 전자와 정공의 재결합 확률이 증가되어 발광효율이 향상될 수 있다.
이후, 상기 스트레인 제어층 상에 활성층(114)을 형성한다.
상기 활성층(114)은 제1 도전형 반도체층(112)을 통해서 주입되는 전자와 이후 형성되는 제2 도전형 반도체층(116)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(발광층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(114)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(114)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.
상기 활성층(114)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
실시예에서 상기 활성층(114) 상에는 전자차단층(미도시)이 형성되어 전자 차단(electron blocking) 및 활성층의 클래딩(MQW cladding) 역할을 해줌으로써 발광효율을 개선할 수 있다. 예를 들어, 상기 전자차단층은 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(114)의 에너지 밴드 갭보다는 높은 에너지 밴드 갭을 가질 수 있으며, 약 100Å~ 약 600Å의 두께로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 전자차단층은 AlzGa(1-z)N/GaN(0≤z≤1) 초격자(superlattice)로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자차단층은 p형으로 이온주입되어 오버플로우되는 전자를 효율적으로 차단하고, 홀의 주입효율을 증대시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 전자차단층은 Mg이 약 1018~1020/cm3 농도 범위로 이온주입되어 오버플로우되는 전자를 효율적으로 차단하고, 홀의 주입효율을 증대시킬 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(116)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3-족-5족 화합물 반도체 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(116)이 P형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 P형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(116)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 마그네슘(Mg)과 같은 p 형 불순물을 포함하는 비세틸 사이클로 펜타디에닐 마그네슘(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}가 주입되어 p형 GaN층이 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 상기 제1 도전형 반도체층(112)은 N형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 P형 반도체층으로 구현할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한 상기 제2 도전형 반도체층(116) 위에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체 예컨대 N형 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다. 이에 따라 발광구조물(110)은 N-P 접합 구조, P-N 접합 구조, N-P-N 접합 구조, P-N-P 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다.
다음으로, 도 4와 같이, 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 제2 전극층(120)을 형성한다.
상기 제2 전극층(120)은 오믹층(122), 반사층(124), 결합층(미도시), 전도성 기판(126) 등을 포함할 수 있다. 상기 제2 전극층(120)은 티탄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 또는 불순물이 주입된 반도체 기판 중 적어도 어느 하나로 형성될 수도 있다.
예를 들어, 상기 제2 전극층(120)은 오믹층(122)을 포함할 수 있으며, 정공주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 혹은 금속합금, 금속산화물 등을 다중으로 적층하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 오믹층(122)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
또한, 상기 제2 전극층(120)이 반사층(124)을 포함하는 경우 Al, Ag, 혹은 Al이나 Ag를 포함하는 합금을 포함하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 알루미늄이나 은 등은 활성층에서 발생된 빛을 효과적으로 반사하여 발광소자의 광추출 효율을 크게 개선할 수 있다.
또한, 상기 제2 전극층(120)이 결합층을 포함하는 경우 상기 반사층(124)이 결합층의 기능을 하거나, 니켈(Ni), 금(Au) 등을 이용하여 결합층을 형성할 수 있다.
또한, 제2 전극층(120)은 전도성 기판(126)을 포함할 수 있다. 상기 전도성 기판(126)은 효율적으로 정공을 주입할 수 있도록 전기 전도성이 우수한 금속, 금속합금, 혹은 전도성 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 전도성 기판(126)은 구리(Cu), 금(Au), 구리합금(Cu Alloy), 니켈(Ni-nickel), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: GaN, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiGe, SiC 등) 등을 선택적으로 포함할 수 있다.
상기 전도성 기판(126)을 형성시키는 방법은 전기화학적인 금속증착방법이나 유테틱 메탈을 이용한 본딩 방법 등을 사용할 수 있다.
다음으로, 도 5와 같이 상기 제1 도전형 반도체층(112)이 노출되도록 상기 제1 기판(105)을 제거한다. 상기 제1 기판(105)을 제거하는 방법은 고출력의 레이저를 이용하여 제1 기판을 분리하거나 화학적 식각 방법을 사용할 수 있다. 또한, 상기 제1 기판(105)은 물리적으로 갈아냄으로써 제거할 수도 있다.
예를 들어, 레이저 리프트 오프 방법은 상온에서 소정의 에너지를 가해주게 되면 상기 제1 기판(105)과 발광구조물의 계면에서 에너지가 흡수되어 발광구조물의 접합표면이 열분해 되어 제1 기판(105)과 발광구조물을 분리할 수 있다.
다음으로, 도 6과 같이 이후 형성된 복수의 제1 전극(140) 사이에 의해 노출되는 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 상부 표면에 원형의 오목부(O)가 형성될 수 있다. 상기 오목부(O)에서 원형이라 함은 원(circle), 타원(ellipse) 등을 포함하며, 원(circle)에 한정되는 것은 아니다.
이를 위해, 오목부가 형성될 위치 외의 영역에 소정의 마스크 패턴(210)이 형성되고, 상기 마스크 패턴(210)을 식각마스크로 하여 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 표면을 ICP (Inductively Coupled Plasma) 식각하여 오목부(O)를 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 상기 오목부(O)의 3차원 형상은 구형의 일부 형상과 유사할 수 있다. 예를 들어, 상기 오목부(O)의 3차원 형상은 반구형일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 오목부(O)의 단면 형상은 반원형 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서의 오목부(O)는 복수의 제1 전극(140)에 의해 노출되는 제1 도전형 반도체층(112)에 형성된 조대한 오목부(O)일 수 있으며, 종래기술에서 발광 구조물 상측에 형성되는 표면 요철구조와는 다른 개념이다.
이에 따라 실시예에서의 상기 오목부의 깊이(d1)는 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 수직 두께(t)의 약 1/3 내지 약 2/3에 해당하는 깊이로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 두께가 약 3㎛ ~4㎛인 경우 상기 오목부의 깊이(d1)는 최대 약 2㎛의 깊이 정도로까지 형성되는 조대한 원형의 오목부 구조일 수 있다.
또한, 실시예에서 상기 오목부(O)의 저면과 상기 활성층(114) 사이의 거리(d2)는 약 1 ㎛ 이상 이격될 수 있다.
실시예에 의하면 제1 전극(140) 사이의 제1 도전형 반도체층(112) 표면에 조대한 원형의 오목부(O)을 형성하여 제1 도전형 반도체층(112)에서의 저항(resistance)를 상대적으로 감소시켜 전류 밀집(current crowding)을 감쇠시킴으로써 전류확산(current spreading) 효과에 의해 활성층에서 고른 발광을 유도하여 발광효율이 증대될 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 제1 도전형 반도체층(112) 표면에 오목부(O)을 형성하여 제1 도전형 반도체층(112)의 두께가 현저히 감소하여 종래기술에 비해 비교적 얇은 제1 도전형 반도체층(112)의 두께를 갖기 때문에 광추출효율에 있어서 증가 효과가 있다.
또한, 실시예에 의하면 제1 도전형 반도체층(112) 표면에 오목부(O)을 형성하여 발광된 빛의 탈출콘의 영역을 확대하여 광추출효율이 증가한다.
다음으로, 도 7과 같이 실시예는 제1 도전형 반도체층(112)의 오목부(O)에는 제1 요철(R1)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 오목부(O)의 표면에 습식식각을 진행하여 제1 요철(R1)을 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 8과 같이 실시예는 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상의 표면에 형성된 투광성 전극(130)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(112)과 상기 제1 전극(140) 사이 및 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 오목부(O)의 표면을 따라 배치된 투광성 전극(130)을 포함할 수 있다.
상기 투광성 전극(130)은 캐리어 주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 혹은 금속합금, 금속산화물 등을 다중으로 적층하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 투광성 전극(130)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
상기 오목부(O) 상에 위치하는 투광성 전극(130)은 상기 제1 요철(R1) 상에 형성됨에 따라 제2 요철(R2)을 포함할 수 있다.
실시예에 의하면 오목부(O) 의한 광추출 증대 효과와 더불어 제1 요철(R1), 제2 요철(R2)에 의해 광추출 효율이 더욱 향상될 수 있다.
다음으로, 도 9와 같이 제1 전극(140)을 형성할 수 있다. 상기 제1 전극(140)은 전류 확산을 위해 상면 형태가 격자형태(mesh type)로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 따른 발광소자 및 발광소자에 의하면 전류밀집 문제를 해소할 수 있고, 광추출 효율을 개선할 수 있다.
도 10은 실시예들에 따른 발광소자가 설치된 발광소자 패키지를 설명하는 도면이다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지(200)는 패키지 몸체부(205)와, 상기 패키지 몸체부(205)에 설치된 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과, 상기 패키지 몸체부(205)에 설치되어 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과 전기적으로 연결되는 발광 소자(100)와, 상기 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(240)가 포함된다.
상기 패키지 몸체부(205)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광 소자(100)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)은 상기 발광 소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 역할을 할 수 있으며, 상기 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 발광 소자(100)는 도 1a 및 도 2에 예시된 수직형 타입의 발광 소자가 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 수평형 발광소자도 적용될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 패키지 몸체부(205) 상에 설치되거나 상기 제3 전극층(213) 또는 제4 전극층(214) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 제3 전극층(213) 및/또는 제4 전극층(214)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 실시예에서는 상기 발광 소자(100)가 상기 제3 전극층(213)과 와이어(230)를 통해 전기적으로 연결되고 상기 제4 전극층(214)과 직접 접촉하여 전기적으로 연결된 것이 예시되어 있다.
상기 몰딩부재(240)는 상기 발광 소자(100)를 포위하여 상기 발광 소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(240)에는 형광체가 포함되어 상기 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광 소자 패키지에서 방출되는 광의 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능하거나 조명 유닛으로 기능할 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 백라이트 유닛, 조명 유닛, 지시 장치, 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 11은 실시예에 따른 조명 유닛의 사시도(1100)이다. 다만, 도 11의 조명 유닛(1100)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시예에서 상기 조명 유닛(1100)은 케이스몸체(1110)와, 상기 케이스몸체(1110)에 설치된 발광모듈부(1130)과, 상기 케이스몸체(1110)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(1120)를 포함할 수 있다.
상기 케이스몸체(1110)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 발광모듈부(1130)은 기판(1132)과, 상기 기판(1132)에 탑재되는 적어도 하나의 발광소자 패키지(200)를 포함할 수 있다.
상기 기판(1132)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 일반 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판(1132)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다.
상기 기판(1132) 상에는 상기 적어도 하나의 발광소자 패키지(200)가 탑재될 수 있다. 상기 발광소자 패키지(200) 각각은 적어도 하나의 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)(100)를 포함할 수 있다. 상기 발광 다이오드(100)는 적색, 녹색, 청색 또는 백색의 유색 빛을 각각 발광하는 유색 발광 다이오드 및 자외선(UV, UltraViolet)을 발광하는 UV 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈부(1130)는 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광소자 패키지(200)의 조합을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 고 연색성(CRI)을 확보하기 위해 백색 발광 다이오드, 적색 발광 다이오드 및 녹색 발광 다이오드를 조합하여 배치할 수 있다.
상기 연결 단자(1120)는 상기 발광모듈부(1130)와 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 실시예에서 상기 연결 단자(1120)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 연결 단자(1120)는 핀(pin) 형태로 형성되어 외부 전원에 삽입되거나, 배선에 의해 외부 전원에 연결될 수도 있는 것이다.
도 12는 실시예에 따른 백라이트 유닛의 분해 사시도(1200)이다. 다만, 도 12의 백라이트 유닛(1200)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시예에 따른 백라이트 유닛(1200)은 도광판(1210)과, 상기 도광판(1210)에 빛을 제공하는 발광모듈부(1240)와, 상기 도광판(1210) 아래에 반사 부재(1220)와, 상기 도광판(1210), 발광모듈부(1240) 및 반사 부재(1220)를 수납하는 바텀 커버(1230)를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 도광판(1210)은 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1210)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈부(1240)은 상기 도광판(1210)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 상기 백라이트 유닛이 설치되는 디스플레이 장치의 광원으로써 작용하게 된다.
상기 발광모듈부(1240)은 상기 도광판(1210)과 접할 수 있으나 이에 한정되지 않는). 구체적으로는, 상기 발광모듈부(1240)은 기판(1242)과, 상기 기판(1242)에 탑재된 다수의 발광소자 패키지(200)를 포함하는데, 상기 기판(1242)이 상기 도광판(1210)과 접할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 기판(1242)은 회로패턴(미도시)을 포함하는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 다만, 상기 기판(1242)은 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
그리고, 상기 다수의 발광소자 패키지(200)는 상기 기판(1242) 상에 빛이 방출되는 발광면이 상기 도광판(1210)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있다.
상기 도광판(1210) 아래에는 상기 반사 부재(1220)가 형성될 수 있다. 상기 반사 부재(1220)는 상기 도광판(1210)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 위로 향하게 함으로써, 상기 백라이트 유닛의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사 부재(1220)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1230)는 상기 도광판(1210), 발광모듈부(1240) 및 반사 부재(1220) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1230)는 상면이 개구된 박스(box) 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1230)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다.
실시예에 따른 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 의하면, 전류밀집 문제를 해소할 수 있고, 광추출 효율을 개선할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
112: 제1 도전형 반도체층, 114: 활성층
116: 제2 도전형 반도체층, 120: 제2 전극층
140: 제1 전극, O: 오목부
116: 제2 도전형 반도체층, 120: 제2 전극층
140: 제1 전극, O: 오목부
Claims (8)
- 제2 전극층;
상기 제2 전극층 상에 제2 도전형 반도체층;
상기 제2 도전형 반도체층 상에 활성층;
상기 활성층 상에 제1 도전형 반도체층; 및
상기 제1 도전형 반도체층 상에 제1 전극;을 포함하고,
상기 제1 전극 사이로 노출되는 상기 제1 도전형 반도체층의 상부 표면에 오목부가 형성된 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 오목부의 깊이는 상기 제1 도전형 반도체층의 수직 두께의 1/3 내지 2/3에 해당하는 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 오목부의 저면과 상기 활성층 사이의 거리는 1 ㎛ 이상 이격된 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 오목부의 형상은 구형의 일부를 포함하는 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 오목부의 단면 형상은
원형의 일부를 포함하는 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 도전형 반도체층의 오목부에는 제1 요철을 포함하는 발광소자. - 제1 항 내지 제6 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 제1 도전형 반도체층 상의 표면에는 투광성 전극이 형성된 발광소자. - 제7 항에 있어서,
상기 오목부 상에 위치하는 투광성 전극은 상기 제1 요철과 대응되는 제2 요철을 포함하는 발광소자.
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|---|---|---|---|
| KR1020120000616A KR20130079867A (ko) | 2012-01-03 | 2012-01-03 | 발광소자 |
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| KR (1) | KR20130079867A (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160089119A (ko) * | 2015-01-19 | 2016-07-27 | 엘지이노텍 주식회사 | 자외선 발광소자 및 조명시스템 |
-
2012
- 2012-01-03 KR KR1020120000616A patent/KR20130079867A/ko not_active Application Discontinuation
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