KR20140046904A - 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
버퍼층에서 생기는 전위의 수를 감소시키고 버퍼층의 휨 현상을 개선하기 위해서 본 실시예에 따른 발광소자는 패턴이 형성된 사파이어 기판; 상기 기판 상에 형성되며 GaN를 포함하는 제 1 층, 상기 제 1 층 상에 형성되며 AlGaN를 포함하는 제 2 층, 상기 제 1 층과 상기 제 2 층이 적층된 제 1 버퍼층을 포함할 수 있다.
본 실시예에 또 다른 실시예에 따른 발광소자 제조방법은 패턴이 형성된 사파이어 기판; 상기 기판 상에 형성되며 GaN로 이루어진 제 1 층을 성장시키는 단계; 상기 제 1 층 상에 형성되며 AlGaN로 이루어진 제 2 층을 성장시키는 단계; 상기 제 1 층과 상기 제 2 층이 적층된 제 1 버퍼층을 형성하고, 상기 제 1 버퍼층은 원뿔대 또는 각뿔대의 형상을 가지도록 제 1 버퍼층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 실시예에 또 다른 실시예에 따른 발광소자 제조방법은 패턴이 형성된 사파이어 기판; 상기 기판 상에 형성되며 GaN로 이루어진 제 1 층을 성장시키는 단계; 상기 제 1 층 상에 형성되며 AlGaN로 이루어진 제 2 층을 성장시키는 단계; 상기 제 1 층과 상기 제 2 층이 적층된 제 1 버퍼층을 형성하고, 상기 제 1 버퍼층은 원뿔대 또는 각뿔대의 형상을 가지도록 제 1 버퍼층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
실시예는 발광소자 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. LED는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비 전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
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.
도 1a는 종래 제 1 버퍼층이 형성된 것을 도시한 단면도이고, 도 1b는 제 1 버퍼층 상에 제 2 버퍼층이 형성되어 전위가 생긴 것을 도시한 단면도이다.
종래에는 제 1 버퍼층을 GaN로만 형성하였다. 이 경우, GaN은 이를 1000℃ 이상의 고온에서 성장시키는 경우 수직 방향으로 자라려는 경향보다 수평 방향으로 자라는 경향이 강하게 된다. 도 1a를 참조하면, 제 1 버퍼층은 사파이어 기판의 패턴 사이에서 성장하게 되고, 제 1 버퍼층은 원뿔대 또는 각뿔대 형상으로 성장하게 된다. 이 때, 종래의 경우에는 제 1 버퍼층의 모선과 기판이 이루는 각도가 작게 된다. 전위는 기판에서부터 생기기 시작하여 기판과 수직방향으로 성장하는데, 전위가 성장하다가 모선을 만나면 전위의 방향이 기판과 평행한 방향으로 바뀌게 된다. 따라서 종래의 경우에는 전위가 기판과 수직인 방향으로 성장하다가 모선과 만나는 확률이 줄어들게 되고, 전위의 밀도도 커지게 된다.
도 1b는 종래 제 2 버퍼층이 제 1 버퍼층 상에 형성되어 제 1 버퍼층과 제 2 버퍼층에 전위가 생기는 것을 나타낸 단면도이다. 도 1b를 참조하면, 제 2 버퍼층에 전위가 넓게 퍼져있음을 알 수 있다.
실시예는 전위의 밀도를 줄이고 휨현상이 줄어든 발광소자 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 발광소자는, 패턴이 형성된 사파이어 기판; 상기 기판 상에 형성되며 GaN를 포함하는 제 1 층, 상기 제 1 층 상에 형성되며 AlGaN를 포함하는 제 2 층, 상기 제 1 층과 상기 제 2 층이 성장되어 형성된 제 1 버퍼층을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자 제조방법은 패턴이 형성된 사파이어 기판; 상기 기판 상에 형성되며 GaN로 이루어진 제 1 층을 성장시키는 단계; 상기 제 1 층 상에 형성되며 AlGaN로 이루어진 제 2 층을 성장시키는 단계; 상기 제 1 층과 상기 제 2 층이 성장되어 형성된 제 1 버퍼층을 형성하고, 상기 제 1 버퍼층은 원뿔대 또는 각뿔대의 형상을 가지도록 제 1 버퍼층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 발광소자는 버퍼층을 GaN 과 AlGaN의 적층을 통해서 전위(dislocation)의 밀도가 감소하고, 기판상의 버퍼층의 휨 현상이 개선되어 발광효율이 향상될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 전위의 밀도가 감소하고, 기판 상의 버퍼층의 휨 현상이 개선된 발광소자를 제조할 수 있다.
도 1a는 종래 제 1 버퍼층이 형성되는 것을 나타낸 단면도이다.
도 1b는 종래 제 2 버퍼층이 제 1 버퍼층 상에 형성되어 제 1 버퍼층과 제 2 버퍼층에 전위가 생기는 것을 나타낸 단면도이다.
도 2a는 실시예에 따라 제 1 층과 제 2 층이 제 1 버퍼층을 형성하는 것을 나타낸 단면도이다.
도 2b는 실시예에 따라 제 2 버퍼층이 제 1 버퍼층 상에 형성되어 제 1 버퍼층과 제 2 버퍼층에 전위가 생기는 것을 나타낸 단면도이다.
도 3a는 실시예에 따라 제 1 층과 제 2 층이 제 1 버퍼층을 형성하는 것을 나타낸 단면도이다.
도 3b는 실시예에 따라 제 2 버퍼층이 제 1 버퍼층 상에 형성되어 제 1 버퍼층과 제 2 버퍼층에 전위가 생기는 것을 나타낸 단면도이다.
도 4a는 실시예에 따라 제 1 층과 제 2 층이 제 1 버퍼층을 형성하는 것을 나타낸 단면도이다.
도 4b는 실시예에 따라 제 2 버퍼층이 제 1 버퍼층 상에 형성되어 제 1 버퍼층과 제 2 버퍼층에 전위가 생기는 것을 나타낸 단면도이다.
도 5a는 실시예에 따라 제 1 층과 제 2 층이 제 1 버퍼층을 형성하는 것을 나타낸 단면도이다.
도 5b는 실시예에 따라 제 2 버퍼층이 제 1 버퍼층 상에 형성되어 제 1 버퍼층과 제 2 버퍼층에 전위가 생기는 것을 나타낸 단면도이다.
도 6a 는 실시예의 발광소자를 포함한 발광소자 패키지를 나타낸 사시도이다.
도 6b 는 실시예의 발광소자를 포함한 발광소자 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 7a 는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치를 도시한 사시도이다.
도 7b 는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치를 도시한 단면도이다.
도 8 은 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 백라이트 유닛을 도시한 분해 사시도이다.
도 9 는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 백라이트 유닛을 도시한 분해 사시도이다.
도 1b는 종래 제 2 버퍼층이 제 1 버퍼층 상에 형성되어 제 1 버퍼층과 제 2 버퍼층에 전위가 생기는 것을 나타낸 단면도이다.
도 2a는 실시예에 따라 제 1 층과 제 2 층이 제 1 버퍼층을 형성하는 것을 나타낸 단면도이다.
도 2b는 실시예에 따라 제 2 버퍼층이 제 1 버퍼층 상에 형성되어 제 1 버퍼층과 제 2 버퍼층에 전위가 생기는 것을 나타낸 단면도이다.
도 3a는 실시예에 따라 제 1 층과 제 2 층이 제 1 버퍼층을 형성하는 것을 나타낸 단면도이다.
도 3b는 실시예에 따라 제 2 버퍼층이 제 1 버퍼층 상에 형성되어 제 1 버퍼층과 제 2 버퍼층에 전위가 생기는 것을 나타낸 단면도이다.
도 4a는 실시예에 따라 제 1 층과 제 2 층이 제 1 버퍼층을 형성하는 것을 나타낸 단면도이다.
도 4b는 실시예에 따라 제 2 버퍼층이 제 1 버퍼층 상에 형성되어 제 1 버퍼층과 제 2 버퍼층에 전위가 생기는 것을 나타낸 단면도이다.
도 5a는 실시예에 따라 제 1 층과 제 2 층이 제 1 버퍼층을 형성하는 것을 나타낸 단면도이다.
도 5b는 실시예에 따라 제 2 버퍼층이 제 1 버퍼층 상에 형성되어 제 1 버퍼층과 제 2 버퍼층에 전위가 생기는 것을 나타낸 단면도이다.
도 6a 는 실시예의 발광소자를 포함한 발광소자 패키지를 나타낸 사시도이다.
도 6b 는 실시예의 발광소자를 포함한 발광소자 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 7a 는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치를 도시한 사시도이다.
도 7b 는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치를 도시한 단면도이다.
도 8 은 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 백라이트 유닛을 도시한 분해 사시도이다.
도 9 는 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 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 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.
또한, 실시예에서 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.
이하에서는 도면을 참조하여 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 2a에서 기판(10)은 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(10)은 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 포함하여 형성할 수 있다. 기판(10)이 금속으로 형성된 경우 발광 소자에서 발생하는 열의 방출을 용이하게 하여 발광 소자의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다. 기판(10)은 광 추출 효율을 높이기 위해서, 상면에 PSS(Patterned Sapphire Substrate) 구조를 구비할 수 있다.
도 2a는 실시예에 따라 기판(10) 상에 제 1 층(30)과 제 2 층(50)이 제 1 버퍼층(100)을 형성하는 것을 나타낸 단면도이다. 제 1 층(30)은 InxGaN(0≤x≤1)을 포함하여 형성될 수 있고, 제 2 층(50)은 InxAlyGaN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)을 포함하여 형성될 수 있다. 제 1 층(30)은 예를 들어 GaN(Gallium nitride), InGaN(Indium gallium nitride),등에서 선택될 수 있다. 제 2 층(50)은 예를 들어, AlGaN(Aluminium gallium nitride), InAlGaN, 등에서 선택될 수 있다. 이하에서는 제 1 층(30)을 GaN으로, 제 2 층(50)을 AlGaN으로 형성하는 것으로 설명한다.
종래 도 1a와 비교하여 설명하면, 실시예에서는 제 1 층(30)은 기판(10)상에 성장될 수 있다. 제 2 층(50)은 제 1 층(30)상에 성장될 수 있다. 제 1 층(30)과 제 2 층(50)은 제 1 버퍼층(100)을 형성할 수 있다.
기판(10)상에 제 1 버퍼층(100)을 성장시킬 때, 제 2 층(50)은 제 1 층(30)과 함께 성장될 수 있다. 제 2 층(50)은 AlGaN으로 형성될 수 있고, 제 1 층(30)은 GaN으로 형성될 수 있지만 제 1 층(30)과 제 2 층(50)은 서로 섞여서 형성될 수 있고, 그 층간의 구분이 명확하지 않을 수 있다. 제 2 층(50)은 제 1 층(30) 상에 형성될 수 있고, 제 2 층(50)이 형성된 후 제 1 층(30)이 다시 형성될 수도 있다. 제 1 층(30)과 제 2 층(50)은 번갈아 가면서 성장하여 여러 층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 층(30)과 제 2 층(50)은 초격자 구조로 이루어 형성될 수 있으며 이에 한정하지 않는다.
기판(10)상에 제 1 층(30)과 제 2 층(50)은 금속 유기화학 기상 증착법(MOCVD)으로 성장시킬 수 있다. 제 1 층(30)과 제 2 층(50)은 금속 유기화학 기상 증착 장비에서 전구체(precursor)만 변경하여 쉽게 성장시킬 수 있다. 제 1 층(30)과 제 2 층(50)은 금속 유기 화학 기상 증착법에 따라 전구체의 변경으로 용이하게 성장시킬 수 있어, 기존의 공정 설비 그대로 추가적인 변경 없이 성장시킬 수 있다. 금속 유기 화학 기상 증착법에 따라서 제 1 층(30)과 제 2 층(50)은 순서대로 성장시킬 수도 있고, 번갈아 층을 형성하며 성장시킬 수도 있다.
제 1 층(30)과 제 2 층(50)은 1000℃ 이상의 고온에서 금속 유기화학 기상 증착법으로 성장될 수 있다. 제 1 층(30)과 제 2 층(50)이 1000℃ 이하의 저온에서 성장되는 경우 결정 품질이 좋지 않을 수 있다. 제 1 층(30)과 제 2 층(50)은 성장온도가 낮아짐에 따라서 수직 방향으로 성장하려는 경향이 커질 수 있다., 제 1 층(30)과 제 2 층(50)은 성장온도가 낮을수록 결정 품질이 저하되는 문제가 생길 수 있어, 1000℃ 이상의 고온에서 성장시킬 수 있다.
제 1 층(30)과 제 2 층(50)은 1100℃ 이하에서 금속 유기화학 기상 증착법으로 성장될 수 있다. 제 1 층(30)과 제 2 층(50)이 1100℃ 이상에서 기상 증착법으로 성장되면 증착온도를 높이는 공정이나 높아진 온도를 다시 낮추는데 더 많은 비용이 소모되거나 더 많은 에너지가 소비될 수 있다. 제 1 층(30) 과 제 2 층(50)이 1100℃ 이상에서 증착되는 경우, 제 1 층(30) 과 제 2 층(50)은 수평적으로 성장하려는 경향이 더 커질 수 있다.
기판(10)상에 제 1 층(30)은 제 2 층(50)보다 먼저 성장될 수 있다. 기판(10)상에는 광추출 향상을 위한 패턴이 형성될 수 있으나 이에 한정하지 않는다. 제 1 층(30)은 기판(10)상에서 성장될 수 있다. 예를 들어 제 1 층(30)은 기판(10)의 패턴 사이에서 성장이 시작될 수 있다. 제 1 층(30)은 격자 상수의 차이 때문에 기판(10)상의 패턴이 형성되지 않은 부분에서 주로 성장될 수 있으나 패턴이 형성된 부분에서도 성장될 수 있다. 제 1 층(30)은 기판(10)상의 패턴이 형성되지 않은 부분에서의 성장속도가 패턴이 형성된 부분에서의 성장속도보다 빠를 수 있다.
제 1 층(30)은 제 2 층(50)이 성장되기 전에 0.2㎛ ~ 1㎛ 의 두께로 성장될 수 있다. 예를 들어, 제 1 층(30)이 제 2 층(50)을 성장시키기 전에 1㎛ 이상의 두께로 성장하는 경우, 제 1 층(30)과 제 2 층(50)으로 이루어진 제 1 버퍼층(100)이 너무 두꺼워질 수 있어, 전체적인 버퍼층의 두께가 크게 증가할 수 있고, 이에 따라 박막의 품질이 저하될 수 있다. 제 1 층(30)을 제 2 층(50)을 성장시키기 전에 0.2㎛ 이하의 두께로 성장시키는 경우 제 1 층(30)이 기판의 패턴의 높이보다 낮게 형성될 수 있다. 이상에서 제 1 층(30)을 제 2 층(50)보다 먼저 성장시키는 것으로 설명하였으나 이에 한정하지 않으며 예를 들어, 제 2 층(50)은 제 1 층(30)과 동시에 성장될 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 제 1 층(30)은 원뿔대 형상으로 형성되고 제 2 층(50)은 원뿔 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 제 1 층(30) 및 제 2 층(50)은 원뿔대,각뿔대 형상,원뿔 또는 각뿔의 형상으로 형성될 수 있으며 이에 한정하지 않는다. 제 1 버퍼층(100)은 제 1 층(30) 및 제 2 층(50)으로 형성될 수 있으며, 이에 따라 제 1 층(30) 및/또는 제 2 층(50)의 형상과 동일하게 형성될 수 있다. 종래 GaN만으로 제 1 버퍼층(100)을 형성하는 경우, 제 1 버퍼층(100)은 기판(10)상의 패턴이 형성되지 않은 부분에서 성장을 시작하여 기판(10)을 덮도록 성장될 수 있다. GaN을 포함하여 형성된 제 1 층(30) 상에 AlGaN을 포함하는 제 2 층(50)을 더 성장하는 경우, Al이 들어가면 수직한 방향으로 성장하려는 성질이 수평한 방향으로 성장하려는 성질보다 강해져서 도 2a와 같이 제 1 층(30)의 모선과 기판이 이루는 각은 제 2 층(50)의 모선과 기판이 이루는 각보다 작게 형성될 수 있다.
제 2 층(50)이 Al을 포함하기 때문에 버퍼층(100)이 수평 방향으로 성장하려는 성질보다 수직한 방향으로 성장하려는 성질이 강해질 수 있고, 이를 기판과 원뿔의 모선이 이루는 각을 이용하여 설명할 수 있다. 예를 들어, 수직한 방향으로 성장하려는 성질이 수평한 방향으로 성장하려는 성질보다 강한 경우 원뿔에서 모선과 밑면이 이루는 각이 크게 될 수 있다. 반대로 수평한 방향으로 성장하려는 성질이 수직한 방향으로 성장하려는 성질보다 강한 경우 원뿔에서 모선과 밑면이 이루는 각은 상술한 경우보다 작게 될 수 있다. 즉, 제 1 층(30)의 모선과 기판이 이루는 각은 제 2 층(50)의 모선과 기판이 이루는 각보다 작게 형성될 수 있다.
전위(dislocation; 70)는 제 1 층(30)이 성장하면서 제 1 층(30) 내부에서 형성될 수 있다. 예를 들어, 전위(70)는 기판(10)과 수직인 방향으로 형성될 수 있다. 전위(70)는 기판(10)과 수직인 방향으로 형성되다가 제 1 버퍼층(100)의 모선과 만나면 전위(70)의 형성 방향이 기판(10)과 평행한 방향으로 변할 수 있다. 전위(70)는 기판(10)과 평행한 방향으로 형성되다가 옆의 다른 전위(70)와 만나는 경우 서로 합쳐져서 다시 기판(10)과 수직인 방향으로 형성될 수 있으며 성장 방향에 대해서는 이에 한정하지 않는다.
도 2b는 제 1 층(30) 상에 제 2 층(50)이 성장되어 제 1 버퍼층(100)을 형성하고, 제 1 버퍼층(100) 상에 제 2 버퍼층(150)이 형성되었을 때 전위(70)가 형성되는 방향을 나타낸 것이다. 도 2b를 참조하면, 전위(70)는 기판(10)과 수직인 방향으로 형성되다가 제 1 버퍼층(100)의 모선과 만나는 경우 기판(10)과 수평인 방향으로 형성될 수 있다. 전위(70)는 기판(10)과 수평인 방향으로 형성되다가 다른 전위(70)를 만나면 다시 방향이 바뀌어 기판(10)과 수직인 방향으로 형성될 수 있다.
종래 도 1b와 비교하면, 제 2 버퍼층(150)에 생기는 전위(70)의 수가 감소한 것을 알 수 있다. 제 2 층(50)이 성장되는 경우 제 2 층(50)이 수직한 방향으로 성장하려는 성질이 수평 방향으로 성장하려는 성질보다 더 강하여 제 1 버퍼층(100)의 모선의 길이가 길어지기 때문에 기판에 수직한 방향으로 형성된 전위(70)가 모선을 만나는 확률도 크게 증가하게 된다. 따라서, 전체적인 전위(70)의 수는 종래 GaN으로만 이루어진 제 1 버퍼층(100)을 형성한 경우보다 크게 감소할 수 있다. 전위(70)는 제 2 버퍼층(150)의 결함을 만드는 원인이 될 수 있기 때문에 전위(70)의 숫자가 감소하면 우수한 발광특성을 얻을 수 있다.
AlGaN을 포함하여 형성된 제 2 층(50)이 제 1 층(30) 상에 형성되는 경우 격자상수의 차이가 줄어들어, 제 2 버퍼층(150)의 휨 현상의 발생을 줄일 수 있다. 제 2 버퍼층(150)에 휨 현상이 생기는 경우, 제 2 버퍼층(150)은 각 부분에 따라 온도의 일정성(uniformity)이 떨어질 수 있다. 온도의 일정성이 향상되는 경우, 제 2 버퍼층(150)은 일정한 온도에서 후속공정이 진행될 수 있다.
도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b 도 5a, 도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예들을 나타내고 있다. 상술한 내용과 중복되는 내용은 다시 설명하지 않는다.
도 3a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제 1 층(30)과 제 2 층(50)이 제 1 버퍼층(100)을 형성하는 것을 나타낸 단면도이고, 도 3b는 제 2 버퍼층(150)이 제 1 버퍼층(100) 상에 형성되어 제 1 버퍼층(100)과 제 2 버퍼층(150)에 전위가 생기는 것을 나타낸 단면도이다.
도 3a를 참조하면, 제 2 층(50)은 원뿔대 또는 각뿔대의 형상으로 형성될 수 있다. 제 2 층(50)이 원뿔대 또는 각뿔대의 형상으로 형성되는 경우, Al을 포함하고 있는 제 2 층(50)은 수직으로 성장하려는 경향이 수평으로 성장하려는 경향보다 크기 때문에 종래에 비해서 전위(70)의 숫자를 감소시킬 수 있다. 전위(70)의 숫자가 감소함에 따라서 우수한 발광 특성을 가지는 발광소자를 얻을 수 있다. 또한, 제 2 층(50)이 Al을 포함하고 있기 때문에 제 2 버퍼층(150)의 휨 현상이 줄어들 수 있다. 제 2 버퍼층(150)의 휨 현상이 줄어들면서 제 2 버퍼층(150)은 온도 일정성이 향상될 수 있다. 온도의 일정성이 향상되는 경우, 제 2 버퍼층(150)은 일정한 온도에서 후속공정이 진행될 수 있다.
도 4a와 도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제 1 층(30)과 제 2 층(50)이 제 1 버퍼층(100)을 형성하는 것을 나타낸 단면도이고, 도 4b와 도 5b는 제 2 버퍼층(150)이 제 1 버퍼층(100) 상에 형성되어 제 1 버퍼층(100)과 제 2 버퍼층(150)에 전위가 생기는 것을 나타낸 단면도이다.
도 4a와 도 5a를 참조하면, 제 1 층(30) 상에 제 2 층(50)이 성장된 후 다시 제 1 층(30)과 제 2 층(50)이 더 성장될 수 있다. 수직 방향으로 성장하려는 성질이 수평 방향으로 성장하려는 성질보다 더 강한 제 2 층(50)으로 인하여 전위(70)의 숫자를 감소시킬 수 있고 휨 현상이 줄어든 발광소자를 제조할 수 있다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지(300)를 나타낸 사시도이며, 도 6b는 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지(300)의 단면을 도시한 단면도이다.
도 6a 및 도 6b 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 마젠타(magenta) 형광체 또는 청색과 적색의 형광체(미도시)를 혼용하는 경우, 발광소자(320)가 적색 발광 다이오드인 경우는 시안(Cyan) 형광체 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 6b에서는 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.
발광소자 패키지(300)는 발광소자를 포함할 수 있다.
발광소자(320)는 제1 활성층(미도시), 제2 활성층(미도시), 및 캐리어 주입층(미도시)를 포함할 수 있다. 발광소자(320)는 캐리어 주입층(미도시)을 포함하여 제2 반도체층(미도시)에서 제공된 정공의 이동도를 가속하여 제1 활성층(미도시) 및 제2 활성층(미도시)에 제공할 수 있다.
상기 캐리어 주입층(미도시)을 포함한 발광소자(320)를 포함하여 발광소자 패키지(300)의 신뢰도와 광추출량을 극대화할 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 7a는 일 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 조명 시스템(400)을 도시한 사시도이며, 도 7b는 도 7a의 조명 시스템의 D - D` 단면을 도시한 단면도이다.
즉, 도 7b 는 도 7a의 조명 시스템(400)을 길이방향(Z)과 높이방향(X)의 면으로 자르고, 수평방향(Y)으로 바라본 단면도이다.
도 7a 및 도 7b를 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 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 8은 일 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 8은 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.
상기 발광소자 패키지(524)를 포함하여 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 9는 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다. 다만, 도 8에서 도시하고 설명한 부분에 대해서는 반복하여 상세히 설명하지 않는다.
도 9는 실시예에 따른 직하 방식의 액정 표시 장치(600)이다. 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 8에서 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)은 복수의 발광소자 패키지(622)와 복수의 발광소자 패키지(622)가 실장되어 모듈을 이룰 수 있도록 PCB기판(621)을 포함할 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 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 이해되서는 안될 것이다.
10 : 기판
30 : 제 1 층
50 : 제 2 층
70 : 전위
100 : 제 1 버퍼층
150 : 제 2 버퍼층
30 : 제 1 층
50 : 제 2 층
70 : 전위
100 : 제 1 버퍼층
150 : 제 2 버퍼층
Claims (12)
- 패턴이 형성된 기판;
상기 기판 상에 형성되며 GaN를 포함하는 제 1 층,
상기 제 1 층 상에 형성되며 AlGaN를 포함하는 제 2 층
상기 제 1 층과 상기 제 2 층이 성장되어 형성된 제 1 버퍼층을 포함하는 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 층이 원뿔대 또는 각뿔대의 형상을 가지고, 상기 제 2 층이 상기 제 1 층 상에 성장되어 형성된 상기 제 1 버퍼층이 원뿔 또는 각뿔의 형상을 가지는 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 층이 원뿔대 또는 각뿔대 형상을 가지고, 상기 제 2 층이 상기 제 1 층 상에 성장되어 형성된 상기 제 1 버퍼층이 원뿔대 또는 각뿔대의 형상을 가지는 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 버퍼층은 금속 유기화학 기상 증착법에 따른 성장시 증착온도가 1000℃ 이상 1100℃ 이하에서 형성되는 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 층은 상기 제 2 층이 성장되기 전 그 두께가 0.2㎛ 이상 1㎛ 이하로 형성되는 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 층과 상기 제 2 층은 서로 번갈아 교대로 성장되는 것을 포함하는 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 층과 상기 제 2 층이 동시에 성장되는 것을 포함하는 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 버퍼층 상에 제 2 버퍼층이 형성되는 발광소자. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 2 버퍼층은 GaN으로 형성되는 발광소자. - 패턴이 형성된 기판;
상기 기판 상에 형성되며 GaN로 이루어진 제 1 층을 성장시키는 단계;
상기 제 1 층 상에 형성되며 AlGaN로 이루어진 제 2 층을 성장시키는 단계;
상기 제 1 층과 상기 제 2 층이 성장된 제 1 버퍼층을 형성하고,
상기 제 1 버퍼층은 원뿔대 또는 각뿔대의 형상을 가지도록 제 1 버퍼층을 형성하는 단계를 포함하는 발광소자 제조방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 버퍼층을 성장시키고 GaN을 포함하는 제 2 버퍼층을 성장시키는 단계를 포함하는 발광소자 제조방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 층과 상기 제 2 층을 번갈아 적층하여 상기 제 1 버퍼층을 형성하는 단계를 포함하는 발광소자 제조방법.
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|---|---|---|---|---|
| JP2010147166A (ja) * | 2008-12-17 | 2010-07-01 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体素子の製造方法 |
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