KR20140049689A - 발광소자 - Google Patents

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Abstract

실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광소자는 기판; 상기 기판상에 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층; 상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층; 상기 기판을 관통하는 제1 비아홀을 통해 상기 제1 도전형 반도체층과 접하는 제1 비아 전극; 상기 기판, 상기 제1 도전형 반도체층, 상기 활성층을 관통하는 제2 비아홀을 통해 상기 제2 도전형 반도체층과 접하는 제2 비아 전극;을 포함할 수 있다.

Description

발광소자{LIGHT EMITTING DEVICE}
실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드로서, 주기율표상에서 Ⅲ족과 Ⅴ족 등의 화합물 반도체로 생성될 수 있고 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
종래기술에 의한 발광소자는 전극층의 위치에 따라 수평형(Lateral Type) 발광소자와 수직형(Vertical type) 발광소자로 구분할 수 있다.
한편, 종래기술에 의한 발광소자 패키징 기술 중 플리칩(flip-chip) 발광소자(LED)는 수평형 발광소자를 기반으로 하며 n형 전극 제작을 위해서 정공주입 반도체층 및 활성층을 식각한다. 이에 따라 발광면적이 줄어들어 광속이 줄어드는 문제가 있다.
또한, 종래기술에 의한 플립칩 발광소자는 수평형 발광소자를 기반으로 하기때문에 캐리어의 흐름이 확산되지 못해 전류의 집중이 발생하여 발광효율이 저하되는 문제가 있다.
또한, 종래기술에 의한 플립칩 발광소자에서 채용하는 전극은 광투광성이 낮고, 오히려 전극에서는 빛을 반사하도록 하여 사파이어 기판을 통해 광 추출되도록 함으로써 광추출 효율이 낮은 문제가 있다.
실시예는 플립칩 형태의 발광소자에서 발광면적을 확보하여 광속을 향상시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 플립칩 형태의 발광소자에서 전류 확산을 통해 발광효율을 향상시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 플립칩 형태의 발광소자에서 광투광성이 높은 전극물질을 채용하여 광 추출 효율을 증대시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광소자는 기판; 상기 기판상에 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층; 상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층; 상기 기판을 관통하는 제1 비아홀을 통해 상기 제1 도전형 반도체층과 접하는 제1 비아 전극; 상기 기판, 상기 제1 도전형 반도체층, 상기 활성층을 관통하는 제2 비아홀을 통해 상기 제2 도전형 반도체층과 접하는 제2 비아 전극;을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 의하면, 플립칩 형태의 발광소자에서 발광면적을 확보하여 광속을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 플립칩 형태의 발광소자에서 비아 전극물질에 열적 안정성이 높은 전이금속물질을 채용함으로써 신뢰성이 높은 발광소자를 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 플립칩 형태의 발광소자에서 전류 확산을 통해 발광효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 플립칩 형태의 발광소자에서 광투광성이 높은 전극물질을 채용하여 광 추출 효율을 증대시킬 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 2 내지 도 8은 제1 실시예에 따른 발광소자의 제조방법의 공정 단면도.
도 9는 제2 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 10은 제3 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 11은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 12는 실시예에 따른 발광소자를 구비하는 조명장치의 분해 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 1은 제1 실시예에 따른 발광소자(100)의 단면도이다.
제1 실시예에 따른 발광소자(100)는 기판(105)과, 상기 기판(105)상에 제1 도전형 반도체층(112)과, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 활성층(114)과, 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 반도체층(116)과, 상기 기판(105)을 관통하는 제1 비아홀(h1)을 통해 상기 제1 도전형 반도체층(112)과 접하는 제1 비아 전극(131) 및 상기 기판(105), 상기 제1 도전형 반도체층(112), 상기 활성층(114)을 관통하는 제2 비아홀(h2)을 통해 상기 제2 도전형 반도체층(116)과 접하는 제2 비아 전극(132)을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(112), 상기 활성층(114) 및 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 발광소자에 있어서 빛을 발광하는 발광구조물(110)을 구성할 수 있다.
또한, 실시예는 상기 기판(105)과 상기 제1 도전형 반도체층(112) 사이에 버퍼층(107)을 구비하여 상기 기판(105)과 발광구조물(110) 사이에 격자 상수 차이 등에 의해 발생하는 스트레스를 줄여줄 수 있다.
또한, 실시예는 상기 제1 비아 전극(131)의 측면을 감싸는 제1 절연층(121)과 상기 제2 비아 전극(132)의 측면을 감싸는 제2 절연층(122)을 더 포함하여 전기적인 쇼트를 방지할 수 있다.
앞서 기술한 바와 같이, 종래기술에 의한 발광소자 패키징 기술 중 플리칩(flip-chip) 발광소자(LED)는 수평형 발광소자를 기반으로 하기 때문에, n형 전극 제작을 위해서 정공주입 반도체층 및 활성층을 식각하여 전자 주입층을 노출시키게 되며, 이러한 과정에서 활성층의 상당부분이 제거되어 발광면적이 줄어들어 광속이 줄어드는 문제가 있다.
이에 따라 실시예에 의하면 종래기술에 의한 플립칩 형태의 발광소자의 전극 구조와 전혀 다른 관점에서 접근하여 플립칩 형태의 발광소자에 최적화된 비아 전극을 적용함으로써 플립칩 형태의 발광소자에서 활성층이 제거되는 것을 최소화하여 발광면적을 확보함으로써 광속을 향상시킬 수 있으며, 발광된 빛이 전극에 의해 차된되거나 반사되는 것을 최소화하여 광추출 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 상기 제1 비아 전극(131)과 상기 제2 비아 전극(132)에 사용되는 전극물질에 질화물 전이금속을 포함할 수 있다.
예를 들어, 실시예에 의하면 상기 제1 비아 전극(131)과 상기 제2 비아 전극(132)의 전극물질로 CrN, TiN, CrAlN 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면 상기 제1 비아 전극(131)과 상기 제2 비아 전극(132) 물질로 녹는점이 1500℃ 이상인 질화물 전이금속을 포함하여, 플립칩 형태의 발광소자에서 비아 전극물질에 열적 안정성이 높은 전이금속물질을 채용함으로써 신뢰성이 높은 발광소자를 제공할 수 있다.
예를 들어, 실시예에서 비아 전극 물질로 채용하는 질화물 전이금속으로서 CrN는 녹는점이 약 1770℃이며, TiN는 녹는점이 약 2930℃이며, 이를 통해 비아 전극 형성 후 진행되는 발광구조물의 에피공정에도 불구하고 비아 전극의 높은 열적 안정성에 의해 신뢰성이 높은 발광소자를 제공할 수 있으며, 칩 완성 후 칩 작동시의 경우에도 높은 열적 안정성으로 인해 신뢰성이 높은 발광소자를 제공할 수 있다.
한편, 종래기술에 의한 플립칩 발광소자에서 채용하는 전극은 광투광성이 낮아 대부분의 빛은 사파이어 기판을 통해 광 추출되어 광 추출 효율이 낮은 문제가 있다.
이에 실시예는 상기 제1 비아 전극(131)과 상기 제2 비아 전극(132) 물질로 광투광성(Optical transmittance rate)이 70%이상인 질화물 전이금속을 포함할 수 있다.
예를 들어, TiN는 300nm 이상의 파장에서 광투광성이 약 80% 이상을 유지하며, CrAlN는 250nm 이상의 파장에서 광투광성이 약 70% 이상을 유지한다.
이를 통해, 실시예에 의하면 플립칩 형태의 발광소자에 최적화된 비아 전극을 적용함으로써 플립칩 형태의 발광소자에서 활성층이 제거되는 것을 최소화하여 발광면적을 확보함으로써 광속을 향상시킬 수 있으며, 나아가 플립칩 형태의 발광소자에서 광투광성이 높은 전극물질을 채용하여 광 추출 효율을 더욱 증대시킬 수 있다.
또한, 종래기술에 의한 플립칩 발광소자는 수평형 발광소자를 기반으로 하기때문에 전류의 집중이 발생하여 발광효율이 저하되는 문제가 있다.
이에 실시예는 상기 제1 비아 전극(131)과 상기 제2 비아 전극(132)의 물질로 전기전도성이 높은 질화물 전이금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, TiN는 전기저항이 약 30~70[μΩ㎝]이며, CrN는 전기저항이 약 25[μΩ㎝] 정도로 낮은 저항을 구비함으로써 전기전도성이 우수하다.
이에 따라 실시예에 의하면 상기 제1 비아 전극(131)과 상기 제2 비아 전극(132)의 물질로 전기전도성이 높은 질화물 전이금속을 포함함으로써 플립칩 형태의 발광소자에서 활성층이 제거되는 것을 최소화하여 발광면적을 확보함으로써 광속을 향상시킬 수 있음과 함께 높은 전기전도성에 의한 전류확산을 통해 발광효율을 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 발광소자에 의하면, 플립칩 형태의 발광소자에서 발광면적을 확보하여 광속을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 플립칩 형태의 발광소자에서 비아 전극물질에 열적 안정성이 높은 전이금속물질을 채용함으로써 신뢰성이 높은 발광소자를 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 플립칩 형태의 발광소자에서 전류 확산을 통해 발광효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 플립칩 형태의 발광소자에서 광투광성이 높은 전극물질을 채용하여 광 추출 효율을 증대시킬 수 있다..
이하, 도 2 내지 도 8을 참조하여 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 설명한다.
먼저, 도 2와 같이 기판(105)을 준비한다. 상기 기판(105)은 열전도성이 우수한 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(105)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 기판(105)에는 요철 구조가 형성되어 광추출 효율을 높일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
이후, 상기 기판(105)에 복수의 비아 홀(h1, h2)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 비아 홀은 제1 비아 홀(h1)과 제2 비아 홀(h2)을 포함할 수 있으며, 비아 홀은 적어도 2개 이상 형성될 수 있다.
상기 비아 홀은 기판(105)에 대해 레이저 드릴링 또는 식각 등의 방법에 의해 물리적 또는 화학적 방법 등으로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 3과 같이 상기 비아 홀이 형성된 기판(105) 상에 버퍼층(107)과 1차 제1 도전형 반도체층(112a)을 형성할 수 있다.
상기 버퍼층(107)과 상기 1차 제1 도전형 반도체층(112a)은 상기 기판(105)이 존재하는 영역에 선택적으로 형성될 수 있다. 한편, 상기 버퍼층(107)이나 상기 1차 제1 도전형 반도체층(112a)이 성장하면서 머지(merge)되는 것을 방지하기 위해 비아 홀 내에 감광막 등의 제1 희생막(미도시)를 채울 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 버퍼층(107)은 상기 발광구조물(110)과 기판(105) 사이의 격자 부정합을 완화시켜 줄 수 있으며, 상기 버퍼층(107)의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
상기 1차 제1 도전형 반도체층(112a)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 III족-V족 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 상기 1차 제1 도전형 반도체층(112a)은 InxAlyGa1 -x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함한다. 상기 1차 제1 도전형 반도체층(112a)은 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP와 같은 화합물 반도체 중 적어도 하나를 포함하는 층들의 적층 구조를 포함할 수 있다. 상기 1차 제1 도전형 반도체층(112a)은 n형 반도체층일 수 있고, 상기 1차 제1 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있다.
다음으로, 도 4와 같이 제1 비아 홀(h1)의 측벽에 제1 절연층(121)을 형성하고, 제1 비아 홀(h1)을 메우는 제1 비아 전극(131)을 형성할 수 있다. 이때, 상기 제2 비아 홀(h2)에는 감광막 등의 제2 희생막(192)를 채울 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 절연층(121)은 산화물, 질화물 등의 전기적 절연물질일 수 있고, 증착등의 방법으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 비아 전극(131)은 전극물질에 질화물 전이금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 비아 전극(131)의 전극물질로 CrN, TiN, CrAlN 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면 상기 제1 비아 전극(131)의 물질로 녹는점이 1500℃ 이상인 질화물 전이금속을 포함하여, 플립칩 형태의 발광소자에서 비아 전극물질에 열적 안정성이 높은 전이금속물질을 채용함으로써 신뢰성이 높은 발광소자를 제공할 수 있다.
또한, 실시예는 상기 제1 비아 전극(131) 물질로 광투광성(Optical transmittance rate)이 70%이상인 질화물 전이금속을 포함함으로써, 플립칩 형태의 발광소자에 최적화된 비아 전극을 적용함으로써 플립칩 형태의 발광소자에서 활성층이 제거되는 것을 최소화하여 발광면적을 확보함으로써 광속을 향상시킬 수 있으며, 나아가 플립칩 형태의 발광소자에서 광투광성이 높은 전극물질을 채용하여 광 추출 효율을 더욱 증대시킬 수 있다.
또한, 실시예는 상기 제1 비아 전극(131) 물질로 전기전도성이 높은 질화물 전이금속을 포함함으로써 플립칩 형태의 발광소자에서 활성층이 제거되는 것을 최소화하여 발광면적을 확보함으로써 광속을 향상시킬 수 있음과 함께 높은 전기전도성에 의한 전류확산을 통해 발광효율을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 도 5와 같이 1차 제1 도전형 반도체층(112a) 상에 2차 제1 도전형 반도체층(112b)을 형성하여 제1 비아 전극(131)의 상면과 2차 제1 도전형 반도체층(112b) 접하게 할 수 있다. 상기 1차 제1 도전형 반도체층(112a)과 상기 2차 제1 도전형 반도체층(112b)은 제1 도전형 반도체층(112)을 구성할 수 있다.
다음으로, 도 6과 같이 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 활성층(114)과 1차 제2 도전형 반도체층(116a)을 형성한다.
상기 활성층(114)과 상기 1차 제2 도전형 반도체층(116a)은 상기 제2 희생막(192) 상에는 성장되지 않음으로써 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상면에 선택적으로 성장될 수 있다.
상기 활성층(114)은 단일 양자 우물, 다중 양자 우물(MQW), 양자 선(quantum wire) 구조 또는 양자 점(quantum dot) 구조를 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 활성층(114)은 우물층(미도시)과 장벽층(미도시)의 주기를 포함한다. 상기 우물층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함하며, 상기 장벽층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함할 수 있다. 상기 우물층/장벽층의 주기는 예컨대, InGaN/GaN, GaN/AlGaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN, InAlGaN/InAlGaN의 적층 구조를 이용하여 1주기 이상으로 형성될 수 있다. 상기 장벽층은 상기 우물층의 밴드 갭보다 높은 밴드 갭을 가지는 반도체 물질로 형성될 수 있다.
상기 1차 제2 도전형 반도체층(116a)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 반도체 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함한다. 상기 1차 제2 도전형 반도체층(116a)은, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP와 같은 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 상기 1차 제2 도전형 반도체층(116a)은 p형 반도체층일 수 있고, 상기 1차 제2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba을 포함할 수 있다.
다음으로, 도 7과 같이 제2 희생막(192)을 제거 후 제2 비아 홀(h2) 내에 제2 절연층(122) 및 제2 비아 전극(132)을 형성할 수 있다.
상기 제2 절연층(122)은 제1 절연층(121)과 같이 산화물, 질화물 등의 전기적 절연물질일 수 있고, 증착등의 방법으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 비아 전극(132)은 상기 제1 비아 전극(131)과 같이 질화물 전이금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 비아 전극(132)의 전극물질로 CrN, TiN, CrAlN 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면 상기 제2 비아 전극(132)의 물질로 녹는점이 1500℃ 이상인 질화물 전이금속을 포함하여, 플립칩 형태의 발광소자에서 비아 전극물질에 열적 안정성이 높은 전이금속물질을 채용함으로써 신뢰성이 높은 발광소자를 제공할 수 있다.
또한, 실시예는 상기 제2 비아 전극(132) 물질로 광투광성(Optical transmittance rate)이 70%이상인 질화물 전이금속을 포함함으로써, 플립칩 형태의 발광소자에 최적화된 비아 전극을 적용함으로써 발광면적을 확보함으로써 광속을 향상시킬 수 있으며, 나아가 플립칩 형태의 발광소자에서 광투광성이 높은 전극물질을 채용하여 광 추출 효율을 더욱 증대시킬 수 있다.
또한, 실시예는 상기 제2 비아 전극(132) 물질로 전기전도성이 높은 질화물 전이금속을 포함함으로써 플립칩 형태의 발광소자에서 발광면적을 확보함으로써 광속을 향상시킬 수 있음과 함께 높은 전기전도성에 의한 전류확산을 통해 발광효율을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 도 8과 같이 상기 1차 제2 도전형 반도체층(116a) 상에 2차 제2 도전형 반도층(116b)을 형성하고, 제1 비아 전극(131) 하측에 제1 전극(141)과 상기 제2 비아 전극(132) 하측에 제2 전극(142)을 형성할 수 있다.
상기 1차 제2 도전형 반도체층(116a)과 상기 2차 제2 도전형 반도체층(116b)은 제2 도전형 반도체층(116)을 구성할 수 있다.
상기 제1 전극(141)과 상기 제2 전극(142)은 오믹층(미도시), 반사층(미도시), 결합층(미도시) 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 상기 발광구조물(110)의 도전형을 반대로 배치할 수 있으며, 예컨대 제1 도전형 반도체층(112)은 p형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 n형 반도체층으로 배치할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(116) 위에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 제1 도전형의 반도체층(미도시)이 더 배치될 수도 있다.
상기 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. 여기서, 상기 p는 p형 반도체층이며, 상기 n은 n형 반도체층이며, 상기 -은 p형 반도체층과 n형 반도체층이 직접 접촉되거나 간접 접촉된 구조를 포함한다.
실시예에 따른 발광소자 및 그 제조방법에 의하면, 플립칩 형태의 발광소자에서 발광면적을 확보하여 광속을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 플립칩 형태의 발광소자에서 비아 전극물질에 열적 안정성이 높은 전이금속물질을 채용함으로써 신뢰성이 높은 발광소자를 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 플립칩 형태의 발광소자에서 전류 확산을 통해 발광효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 플립칩 형태의 발광소자에서 광투광성이 높은 전극물질을 채용하여 광 추출 효율을 증대시킬 수 있다.
도 9는 제2 실시예에 따른 발광소자(102)의 단면도이다.
제2 실시예는 상기 제1 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제2 실시예의 추가적인 특징을 위주로 설명한다.
제2 실시예는 상기 제1 비아 전극(131)의 상면과 접하면서 상기 제1 비아 전극(131)의 수평방향으로 연장되는 제1 연장 전극(133)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 비아 전극(132)의 상면과 접하면서 상기 제2 비아 전극(132)의 수평방향으로 연장되는 제2 연장 전극(134)을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 연장 전극(133) 또는 상기 제2 연장 전극(134)은 상기 제1 비아 전극(131) 또는 상기 제2 비아 전극(132)의 일측 수평방향으로 연장되어 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
종래기술에 의한 플립칩 발광소자는 수평형 발광소자를 기반으로 하기때문에 전류의 집중이 발생하여 발광효율이 저하되는 문제가 있고, 또한, 종래기술에 의한 플립칩 발광소자에서 채용하는 전극은 광투광성이 낮아 대부분의 빛은 사파이어 기판을 통해 광 추출되어 광 추출 효율이 낮은 문제가 있었다.
이에 실시예는 제1 비아 전극(131), 제2 비아 전극(132) 중 어느 하나로부터 수평방향으로 연장되는 제1 연장 전극(133) 또는 제2 연장 전극(134)을 구비함으로써 전류확산을 통한 캐리어 주입효율의 증대를 통해 발광효율이 현저히 증대될 수 있다.
특히, 제2 실시예에 의하면 비아 전극을 최소화함으로써 활성층의 제거 영역을 최소화하여 발광면적을 증대시킴으로써 내부 발광효율을 증대시킬 수 있고, 홀(hole)을 주입하는 홀 주입 반도체층, 예를 들어 제2 도전형 반도체층(116)에 수평 연장 전극을 구비하는 경우 홀 캐리어의 확산을 도모하여 캐리어 주입효율의 증대를 통한 광 효율의 증대를 최적화할 수 있다.
나아가 실시예에 의하면 수평 전극의 물질로, 비아 전극과 마찬가지로 광투광성이 높은 물질을 채용함으로써 발광된 빛의 외부 광추출 효율에도 기여함으로써 전체적인 발광소자 칩의 발광효율을 더욱 증대시킬 수 있다.
도 10는 제3 실시예에 따른 발광소자(103)의 단면도이다.
제3 실시예는 상기 제1 실시예 및 제2 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제3 실시예의 추가적인 특징을 위주로 설명한다.
제3 실시예에서 제1 연장 전극(133b) 또는 제2 연장 전극(134b)은 상기 제1 비아 전극(131) 또는 제2 비아 전극(132)의 양측 수평방향으로 연장됨으로써 전류확산에 더욱 기여하여 발광효율을 증대시킬 수 있다.
이를 통해 제3 실시예에 의하면 비아 전극의 개수를 최소화함으로써 발광면적을 증대시킴으로써 내부 발광효율을 향상시킬 수 있고, 비아 전극의 양측으로 캐리어의 확산을 더욱 도모하여 캐리어 주입효율의 증대를 통한 광 효율의 증대를 최적화할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 및 그 제조방법에 의하면, 플립칩 형태의 발광소자에서 발광면적을 확보하여 광속을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 플립칩 형태의 발광소자에서 비아 전극물질에 열적 안정성이 높은 전이금속물질을 채용함으로써 신뢰성이 높은 발광소자를 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 플립칩 형태의 발광소자에서 전류 확산을 통해 발광효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 플립칩 형태의 발광소자에서 광투광성이 높은 전극물질을 채용하여 광 추출 효율을 증대시킬 수 있다.
도 11은 실시예에 따른 발광소자 패키지(200)의 단면도이다.
실시예에 따른 발광소자 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(230)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 1 에 예시된 플립칩 타입의 발광소자가 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 도 9 또는 도 10의 발광소자도 적용될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과 플립칩 방식으로 전기적으로 연결될 수도 있다. 예를 들어, 제1 전극(141)은 제3 전극층(213)과 제2 전극(142)은 제4 전극층(214)과 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제3 전극층(213)과 상기 제4 전극층(214) 사이에는 절연부재(250)가 구비될 수 있다.
상기 몰딩부재(230)는 상기 발광 소자(100)를 포위하여 상기 발광 소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(230)에는 형광체(232)가 포함되어 상기 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
도 12는 실시예에 따른 발광소자를 구비하는 조명장치의 분해 사시도이다.
실시예에 따른 조명장치는 커버(2100), 광원 모듈(2200), 방열체(2400), 전원 제공부(2600), 내부 케이스(2700), 소켓(2800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(2300)와 홀더(2500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)은 실시 예에 따른 발광소자 또는 발광 소자 패키지를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 커버(2100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상을 가지며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)과 광학적으로 결합되고, 상기 방열체(2400)와 결합될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합하는 결합부를 가질 수 있다.
상기 커버(2100)의 내면에는 확산재를 갖는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 이러한 유백색 재료를 이용하여 상기 광원 모듈(2200)로부터의 빛을 산란 및 확산되어 외부로 방출시킬 수 있다.
상기 커버(2100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(2100)는 외부에서 상기 광원 모듈(2200)이 보이도록 투명할 수 있고, 불투명할 수 있다. 상기 커버(2100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
상기 광원 모듈(2200)은 상기 방열체(2400)의 일 면에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열은 상기 방열체(2400)로 전도된다. 상기 광원 모듈(2200)은 발광 소자(2210), 연결 플레이트(2230), 커넥터(2250)를 포함할 수 있다.
상기 부재(2300)는 상기 방열체(2400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 조명소자(2210)들과 커넥터(2250)이 삽입되는 가이드홈(2310)들을 갖는다. 상기 가이드홈(2310)은 상기 조명소자(2210)의 기판 및 커넥터(2250)와 대응된다.
상기 부재(2300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 상기 부재(2300)는 상기 커버(2100)의 내면에 반사되어 상기 광원 모듈(2200)측 방향으로 되돌아오는 빛을 다시 상기 커버(2100) 방향으로 반사한다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 부재(2300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)의 연결 플레이트(2230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 방열체(2400)와 상기 연결 플레이트(2230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 상기 부재(2300)는 절연 물질로 구성되어 상기 연결 플레이트(2230)와 상기 방열체(2400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 상기 방열체(2400)는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열과 상기 전원 제공부(2600)로부터의 열을 전달받아 방열한다.
상기 홀더(2500)는 내부 케이스(2700)의 절연부(2710)의 수납홈(2719)을 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(2700)의 상기 절연부(2710)에 수납되는 상기 전원 제공부(2600)는 밀폐된다. 상기 홀더(2500)는 가이드 돌출부(2510)를 갖는다. 상기 가이드 돌출부(2510)는 상기 전원 제공부(2600)의 돌출부(2610)가 관통하는 홀을 구비할 수 있다.
상기 전원 제공부(2600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 상기 광원 모듈(2200)로 제공한다. 상기 전원 제공부(2600)는 상기 내부 케이스(2700)의 수납홈(2719)에 수납되고, 상기 홀더(2500)에 의해 상기 내부 케이스(2700)의 내부에 밀폐된다.
상기 전원 제공부(2600)는 돌출부(2610), 가이드부(2630), 베이스(2650), 연장부(2670)를 포함할 수 있다.
상기 가이드부(2630)는 상기 베이스(2650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 가이드부(2630)는 상기 홀더(2500)에 삽입될 수 있다. 상기 베이스(2650)의 일 면 위에 다수의 부품이 배치될 수 있다. 다수의 부품은 예를 들어, 직류변환장치, 상기 광원 모듈(2200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원 모듈(2200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 연장부(2670)는 상기 베이스(2650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 연장부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750) 내부에 삽입되고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받는다. 예컨대, 상기 연장부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750)의 폭과 같거나 작게 제공될 수 있다. 상기 연장부(2670)는 전선을 통해 소켓(2800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 내부 케이스(2700)는 내부에 상기 전원 제공부(2600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(2600)가 상기 내부 케이스(2700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
실시예에 따른 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 의하면, 플립칩 형태의 발광소자에서 발광면적을 확보하여 광속을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 플립칩 형태의 발광소자에서 비아 전극물질에 열적 안정성이 높은 전이금속물질을 채용함으로써 신뢰성이 높은 발광소자를 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 플립칩 형태의 발광소자에서 전류 확산을 통해 발광효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 플립칩 형태의 발광소자에서 광투광성이 높은 전극물질을 채용하여 광 추출 효율을 증대시킬 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.
발광소자(100), 기판(105), 버퍼층(107)
제1 도전형 반도체층(112), 활성층(114), 제2 도전형 반도체층(116)
제1 비아홀(h1), 제1 비아 전극(131),
제2 비아홀(h2), 제2 비아 전극(132),
제1 전극(141), 제2 전극(142)

Claims (11)

  1. 기판;
    상기 기판상에 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층;
    상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층;
    상기 기판을 관통하는 제1 비아홀을 통해 상기 제1 도전형 반도체층과 접하는 제1 비아 전극;
    상기 제1 도전형 반도체층, 상기 활성층을 관통하는 제2 비아홀을 통해 상기 제2 도전형 반도체층과 접하는 제2 비아 전극;을 포함하는 발광소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 비아 전극의 측면을 감싸는 제1 절연층과 상기 제2 비아 전극의 측면을 감싸는 제2 절연층을 더 포함하는 발광소자.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 비아 전극과 상기 제2 비아 전극은
    질화물 전이금속을 포함하는 발광소자.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 비아 전극과 상기 제2 비아 전극은
    CrN, TiN, CrAlN 중 어느 하나 이상을 포함하는 발광소자.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 비아 전극과 상기 제2 비아 전극은
    녹는점이 1500℃ 이상인 질화물 전이금속을 포함하는 발광소자.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 비아 전극과 상기 제2 비아 전극은
    광투광성이 70%이상인 질화물 전이금속을 포함하는 발광소자.
  7. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 비아 전극과 상기 제2 비아 전극은
    전기저항이 70 [μΩ㎝]이하인 질화물 전이금속을 포함하는 발광소자.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 비아 전극의 상면과 접하면서 상기 제1 비아 전극의 수평방향으로 연장되는 제1 연장 전극을 더 포함하는 발광소자.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 비아 전극의 상면과 접하면서 상기 제2 비아 전극의 수평방향으로 연장되는 제2 연장 전극을 더 포함하는 발광소자.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 연장 전극은
    상기 제2 비아 전극의 일측 수평방향으로 연장되는 발광소자.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 연장 전극은
    상기 제2 비아 전극의 양측 수평방향으로 연장되는 발광소자.
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