KR20140050810A - 발광소자 - Google Patents

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Abstract

실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층(112); 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 질화갈륨 계열의 초격자층(124); 상기 질화갈륨 계열의 초격자층(124) 상에 활성층(114); 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 질화갈륨계열층; 상기 제2 도전형 질화갈륨계열층 상에 제2 도전형 반도체층(116);을 포함하며, 상기 제2 도전형 질화갈륨계열층은, 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 AlxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N 초격자층(단, 0＜x＜1, 0＜y＜1)(128)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 빛에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드를 주기율표상에서 Ⅲ족과 Ⅴ족의 원소가 화합하여 생성될 수 있다. LED는 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.
최근 고효율 LED 수요가 증가함에 광도 개선이 이슈가 되고 있다.
광도를 개선하는 방안으로 활성층(MQW) 구조 개선, 전자차단층(EBL)의 개선, 활성층 하부 층의 개선 등의 시도가 있으나 큰 효과를 보지 못하는 상황이다.
실시예는 광도를 향상시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층(112); 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 질화갈륨 계열의 초격자층(124); 상기 질화갈륨 계열의 초격자층(124) 상에 활성층(114); 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 질화갈륨계열층; 상기 제2 도전형 질화갈륨계열층 상에 제2 도전형 반도체층(116);을 포함하며, 상기 제2 도전형 질화갈륨계열층은, 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 AlxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N 초격자층(단, 0＜x＜1, 0＜y＜1)(128)을 포함할 수 있다.
실시예에 의하면 광도를 향상시킬 수 있는 최적의 구조를 구비한 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 2는 제1 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램의 예시도.
도 3은 제1 실시예에 따른 발광소자와 비교예의 파장에 따른 광도변화 예시도.
도 4는 제2 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램의 예시도.
도 5는 실시예에 따른 발광소자의 광도(Po)와 동작전압(Vf) 예시도.
도 6은 제3 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 7은 제3 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램의 예시도.
도 8은 제4 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램의 예시도.
도 9는 제5 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 10은 제5 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램의 예시도.
도 11은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 12 내지 도 14는 실시 예에 따른 조명장치를 나타낸 도면.
도 15 및 도 16은 실시 예에 따른 조명장치의 다른 예를 나타낸 도면.
도 17은 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 1은 제1 실시예에 따른 발광소자(100)의 단면도이며, 도 2는 제1 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램의 예시도이다.
실시예에 따른 발광소자(100)는 제1 도전형 반도체층(112)과, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 질화갈륨 계열의 초격자층(124)과, 상기 질화갈륨 계열의 초격자층(124) 상에 활성층(114)과, 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 질화갈륨계열층과, 상기 제2 도전형 질화갈륨계열층 상에 제2 도전형 반도체층(116)을 포함한다.
상기 기판(105)은 열전도성이 뛰어난 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.
실시예는 광반사 패턴(P)을 구비하여 광추출 효율을 증대시킬 수 있다. 예를 들어, 기판(105)에 PSS(Patterned Sapphire Substrate)를 형성하여 광 추출효율을 증대할 수 있다.
또한, 실시예는 기판(105) 상에 버퍼층(107), 언도프드(undoped) 반도체층(108)을 구비하여 상기 발광구조물(110)의 재료와 기판(105)의 격자 부정합을 완화시켜 줄 수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼층(107)의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 상기 언도프드(undoped) 반도체층(108) 상에 제1 도전형 반도체층(112)을 형성한다. 예를 들어, 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 있고, 예를 들어, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예는 제1 도전형 반도체층(112) 상에 질화갈륨계열 초격자층(124)을 형성할 수 있다. 상기 질화갈륨계열 초격자층(124)은 제1 도전형 반도체층(112)과 활성층(114) 사이의 격자 불일치에 기이한 응력을 효과적으로 완화시킬 수 있다.
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.
상기 활성층(114)의 우물층(114w)/배리어층(114b)은 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.
실시예에 의하면 광도를 향상시킬 수 있는 최적의 구조를 구비한 발광소자를 제공하고자 한다.
종래의 질화물계 화합물 반도체에 있어서, 전자의 이동도가 홀의 이동도에 비해 큰 것으로 알려져 있으며, 전자가 홀에 비해 빠르게 다중양자우물 구조 내를 이동하여 p형 질화물반도체층에 도달하고, 이러한 전자들이 홀과 재결합하지 않고 p형 반도체층으로 흘러들어갈 수 있다. 이를 방지하고 전자를 다중양자우물 구조 내에 가두기 위해 AlGaN 계열의 전자 차단층(EBL)이 일반적으로 사용된다.
그러나, AlGaN 계열의 전자 차단층은 에너지 밴드갭이 상대적으로 크기 때문에, 홀이 다중양자우물 구조 내로 유입되는 것을 방해하여, 순방향 전압을 높이는 문제점이 있다.
상기 종래기술의 문제를 해결하기 위해 실시예에 따른 발광소자(100)에서 상기 제2 도전형 질화갈륨계열층은 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 AlxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N 초격자층(단, 0＜x＜1, 0＜y＜1)(128)을 포함할 수 있다.
실시예에서 상기 제2 도전형 AlxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N 초격자층(128) 중 AlxGa(1-x)N에서의 Al의 농도(x)는 AlyGa(1-y)N에서의 Al의 농도(y)보다 클 수 있으며, 상기 제2 도전형 AlxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N 초격자층(128)은 상기 활성층의 양자벽(114b)의 에너지 밴드갭 이상의 에너지 밴드갭을 구비할 수 있다.
상기 제2 도전형 AlxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N 초격자층(128)은 복수의 주기로 형성되며, 상기 AlxGa(1-x)N에서의 Al의 농도(x)와 상기 AlyGa(1-y)N에서의 Al의 농도(y)는 일정할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 도전형 AlxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N 초격자층(128)은 약 3주기 내지 5주기로 형성될 수 있으며, 상기 AlxGa(1-x)N에서의 Al의 농도(x)는 0.20≤x≤0.30이고, 상기 AlyGa(1-y)N에서의 Al의 농도(y)는 0.05≤x≤0.10 범위일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 제2 도전형 AlxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N 초격자층(128)에서 상기 AlxGa(1-x)N층과 상기 AlyGa(1-y)N층은 각각 약 5nm 내지 7nm의 두께로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 제1 실시예에 따른 발광소자의 파장(WD)에 따른 광도(E)와 비교예의 파장에 따른 광도(R) 변화 예시도이다.
도 3에서 실시예에 따른 발광소자는 활성층(114)의 양자우물(114w)과 양자벽(114b)의 주기는 7주기 MQWs를 채용하였으며, 상기 제2 도전형 AlxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N 초격자층(128)은 4주기로 형성하였으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3에서 비교예는 활성층의 양자우물과 양자벽의 주기를 7주기 MQWs를 채용하되, 전자차단층으로는 종래의 AlGaN 계열의 전자차단층을 채용하였다.
실시예에 따른 발광소자에 의하면 제2 도전형 AlxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N 초격자층(128)을 구비함으로써 광도를 개선할 수 있다. 구체적으로, 제2 도전형 AlxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N 초격자층(128)에서 활성층의 디펙트 머징(defect merging)이 가능하여 스트레인 완화(strain relaxing)를 통해 장파장 광도가 향상된다.
또한, 실시예에 의하면 나아가 활성층의 주기가 기존 5 pair에서 7 pair로 증대되어 액티브 볼륨(active vol)이 증가되어 발광효율이 증가하는 경우에도 시리즈(series) 저항을 효과적으로 감축하여 광도를 향상시킬 수 있다.
도 4는 제2 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램의 예시도이다.
제2 실시예는 제1 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제2 실시예의 주된 특징 위주로 설명한다.
제2 실시예에서 상기 제2 도전형 AlxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N 초격자층(128)은 복수의 주기로 형성되며, 상기 각 AlxGa(1-x)N에서의 각 Al의 농도(x)는 상기 활성층(114)에서 상기 제2 도전형 반도체층 방향(116)으로 증가하다가 감소하며, 상기 AlyGa(1-y)N에서의 Al의 농도(y)는 일정할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 도전형 AlxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N 초격자층(128)은 순차적으로 적층된 제2 도전형 제1 Alx1Ga(1-x1)N/AlyGa(1-y)N 초격자층(128a1/128b), 제2 도전형 제2 Alx2Ga(1-x2)N/AlyGa(1-y)N 초격자층(128a2/128b), 제2 도전형 제3 Alx3Ga(1-x3)N/AlyGa(1-y)N 초격자층(128a3/128b) 및 제2 도전형 제4 Alx4Ga(1-x4)N/AlyGa(1-y)N 초격자층(128a4/128b)을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 도 4와 같이, 상기 제2 도전형 제1 Alx1Ga(1-x1)N/AlyGa(1-y)N 초격자층(128a1/128b)의 Alx1Ga(1-x1)N(128a1)에서 Al의 농도(x1)은 상기 제2 도전형 제2 Alx2Ga(1-x2)N/AlyGa(1-y)N 초격자층(128a2/128b)의 Alx2Ga(1-x2)N(128a2)에서의 Al의 농도(x2)보다 낮을 수 있다.
또한, 상기 제2 도전형 제4 Alx4 (1-x4)N/AlyGa(1-y)N 초격자층(128a4/128b)의 Alx4Ga(1-x4)N(128a4)에서 Al의 농도(x4)는 상기 제2 도전형 제3 Alx3Ga(1-x3)N/AlyGa(1-y)N 초격자층(128a3/128b)의 Alx3Ga(1-x3)N(128a3)에서의 Al의 농도(x3)보다 낮을 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 발광소자의 광도(Po)와 동작전압(Vf) 예시도이다.
실시예에 의하면 상기 Alx1Ga(1-x1)N에서 Al의 농도(x1)와 상기 Alx2Ga(1-x2)N에서 Al의 농도(x2)에서는 Al 조성을 줄이는 방향이 칩 광도(Chip Po)를 개선하며 Vf는 낮아지게 되며, Alx3Ga(1-x3)N에서 Al의 농도(x3)와 상기 Alx4Ga(1-x4)N에서 Al의 농도(x4)에서는 Al 조성을 증가하는 방향으로 갈수록 칩 광도(Chip Po)를 개선하며 Vf는 낮아지게 된다. 이에 따라 도 5에 예시된 3가지 실험예(Comp.1, Comp.2, Comp.3) 중 Comp.3이 최적의 실시예가 될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면 각 Alx1Ga(1-x1)N, Alx2Ga(1-x2)N, Alx3Ga(1-x3)N, Alx4Ga(1-x4)N에서 Al의 농도는 8% 보다 클 수 있다.
제2 실시예에서 상기 제2 도전형 AlxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N 초격자층(128)은 복수의 주기로 형성되며, 상기 각 AlxGa(1-x)N에서의 각 Al의 농도(x)는 상기 활성층(114)에서 상기 제2 도전형 반도체층 방향(116)으로 증가하다가 감소하도록 제어함으로써 홀(Hole)의 이동도가 증가하여 동작전압(Vf)이 감소하며, 전자를 효율적으로 차단하여 저전류 리키지 특성 개선 및 광도가 증가할 수 있다.
도 6은 제3 실시예에 따른 발광소자의 단면도이며, 도 7은 제3 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램의 예시도이고, 도 8은 제4 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램의 예시도이다.
제3 실시예 및 제4 실시예는 제1 실시예 및 제2 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제3 실시예, 제4 실시예의 주된 기술적인 특징을 위주로 설명한다.
제3 실시예 및 제4 실시예에 의하면 상기 제2 도전형 질화갈륨계열층(129)은, 상기 활성층(114) 상에 제2 농도의 제2 도전형 InxAlyGa(1-x-y)N층(단, 0＜x＜1, 0＜y＜1)(127)과, 상기 제2 농도의 제2 도전형 InxAlyGa(1-x-y)N층(127) 상에 제1 농도의 제2 도전형 GaN층(126) 및 상기 제1 농도의 제2 도전형 GaN층(126) 상에 상기 제2 도전형 AlxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N 초격자층(128)을 포함할 수 있다.
상기 제2 도전형 AlxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N 초격자층(128)은 제3 농도의 제2 도전형 AlxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N 초격자층(128)이며, 상기 제1 농도는 상기 제2 농도 및 상기 제3 농도보다 높을 수 있다.
실시예에서 제2 농도의 제2 도전형 InxAlyGa(1-x-y)N층(127)에 의해 활성층(114)과 제3 농도의 제2 도전형 AlzGa(1-z)N층(128) 사이의 격자부정합을 완화하고, 활성층(114)의 열해리를 방지할 수 있으며, 제3 농도의 제2 도전형 AlzGa(1-z)N층(128)이 더욱 효율적으로 전자를 차단할 수 있도록 한다.
제3 실시예, 제4 실시예에 의하면 제2 농도의 제2 도전형 InxAlyGa(1-x-y)N층(127)이 제3 농도의 제2 도전형 AlzGa(1-z)N층(128)보다 활성층(114)에 더 근접하여 배치될 수 있다.
이에 따라 상기 제1 농도의 제2 도전형 GaN층(126)이 상기 제2 농도의 제2 도전형 InxAlyGa(1-x-y)N층(127)과 상기 제3 농도의 제2 도전형 AlzGa(1-z)N층(128) 사이에 개재될 수 있다.
이와 같이, 상기 제2 농도의 제2 도전형 InxAlyGa(1-x-y)N층(127)과 상기 제3 농도의 제2 도전형 AlzGa(1-z)N층(128) 사이에 상기 제1 농도의 제2 도전형 GaN층(126)이 상기 제3 농도 및 제2 농도 보다 도핑 농도가 크도록 형성됨으로써, 제1 도전형 반도체층(112), 제2 농도의 제2 도전형 InxAlyGa(1-x-y)N층(127) 및 상기 제3 농도의 제2 도전형 AlzGa(1-z)N층(128)을 형성하는 과정에서 도핑농도를 올리기 어려운 문제를 해결하였다.
즉, 제2 농도의 제2 도전형 InxAlyGa(1-x-y)N층(127)과 상기 제3 농도의 제2 도전형 AlzGa(1-z)N층(128)에는 Al의 조성비율이 높을수록, AlN의 결합 에너지가 커서 도핑은 어려워지게 된다. 따라서, 상대적으로 도핑 농도가 큰 제1 농도의 제2 도전형 GaN층(126)을 삽입함으로써, 광도가 향상되게 되고, 동작전압도 감소하게 된다.
또한, 상기 제2 농도의 제2 도전형 InxAlyGa(1-x-y)N층(127)과 상기 제3 농도의 제2 도전형 AlzGa(1-z)N층(128)만을 사용할 때보다 제1 농도의 제2 도전형 GaN층(126)이 유기적으로 결합되어 형성되는 경우 상대적으로 도핑농도가 큰 제1 농도의 제2 도전형 GaN층(126)에서 활성층(114)에 풍부한 정공을 제공할 수 있어서, 발광소자의 동작전압 감소하는 효과가 있고, 발광소자의 발열량이 줄어드는 효과가 있다.
도 9는 제5 실시예에 따른 발광소자(105)의 에너지 밴드 다이어그램의 예시도이다.
제5 실시예에서 상기 질화갈륨 계열의 초격자층(124)은 상기 제1 도전형 반도체층(112)에서 상기 활성층(114) 방향으로 밴드갭 에너지 준위가 변할 수 있다.
예를 들어, 상기 질화갈륨 계열의 초격자층(124)은 상기 제1 도전형 반도체층(112)에서 상기 활성층(114) 방향으로 밴드갭 에너지 준위가 스텝을 두어 감소할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 질화갈륨 계열의 초격자층(124)은 제1 도전형 반도체층(112)과 인접하는 A 영역에 제1 밴드갭 에너지를 구비하는 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121)과, 상기 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121) 상에(B 영역에) 상기 제1 밴드갭 에너지보다 작은 제2 밴드갭 에너지를 구비하는 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(122)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 질화갈륨 계열의 초격자층(124)은 활성층(114)과 인접하는 C 영역에 상기 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(122) 상에 제3 밴드갭 에너지를 구비하는 제3 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(123)을 더 포함할 수 있다.
상기 제3 밴드갭 에너지는 상기 제2 밴드갭 에너지와 같거나 작을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이때 상기 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121)은 제1 군의 웰(121w)과 제1 군의 배리어(121b)를 포함하고, 상기 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(122)은 제2 군의 웰(122w)과 제2 군의 배리어(122b)를 포함하고, 상기 제3 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(123)은 제3 군의 웰(123w)과 제3 군의 배리어(123b)를 포함할 수 있다.
상기 질화갈륨 계열의 초격자층(124)은 InxGa1 - xN/GaN 초격자층(단, 0＜x＜1)을 포함할 수 있으며, 상기 제1 밴드갭 에너지 준위와 상기 제2 밴드갭 에너지의 준위의 차이(D)는 상기 질화갈륨 계열의 초격자층의 포톤에너지 준위 이상일 수 있다.
예를 들어, 상기 각 군의 질화갈륨 계열의 초격자층의 각 웰 간의 깊이(에너지 차이)는 InGaN의 포논에너지(약 88 meV) 이상이어야 핫 전자(Hot electron)의 에너지 중의 일부가 포논에너지 형태로 전달이 가능하다.
실시예에서의 질화갈륨 계열의 초격자층(124)은 2개 이상의 스텝이 가능하며, 활성층(114)의 양자 우물(MQW의 Well)(114w)의 깊이는 약 200 meV이므로 이를 최소 포논에너지로 나눈 만큼 복수의 스텝이 가능하다.
실시예에서 각 군의 에너지 준위는 각군의 웰의 인듐의 농도제어를 통해 조절이 가능하다.
예를 들어, 상기 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(122)의 인듐의 농도는 상기 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121)의 인듐의 농도보다 높게 설정함으로써 제2 군의 웰(122w)의 에너지 준위는 제1 군의 웰(121w)의 에너지 준위보다 낮을 수 있다.
실시예에 의하면 핫 전자(Hot electron)를 복수의 스텝으로 구비되는 질화갈륨 계열의 초격자층에 의해 냉각(cooling)시킴으로써 효율적인 전자 주입층을 구비한 고출력 발광소자를 제공할 수 있다.
실시예는 핫 전자(Hot electron)를 보다 효율적으로 냉각(cooling)시켜 전자 주입 효율을 증대시키기 위해 각 군의 질화갈륨 계열의 초격자층의 두께를 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121)의 두께는 상기 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층보다 얇을 수 있다.
이때, 상기 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121)의 상기 제1 군의 웰(121w)의 두께와 상기 제1 군의 배리어(121b)의 두께가 동일할 수 있으며, 복수의 주기로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 군의 웰(121w)의 두께와 상기 제1 군의 배리어(121b)의 두께는 약 1nm 내지 약 3nm 범위 내에서 같도록 제어되고, 복수의 주기로 형성됨으로써 단일의 두꺼운 웰과 배리어가 존재하는 것에 비해 핫 캐리어의 냉각을 효율적으로 유도할 수 있다.
또한, 상기 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(122)에서도 상기 제2 군의 웰(122w)의 두께와 상기 제2 군의 배리어(122b)의 두께는 약 1nm 내지 약 3nm 범위 내에서 같게 제어되고, 복수의 주기로 형성됨으로써 단일의 두꺼운 웰과 배리어가 존재하는 것에 비해 핫 캐리어의 냉각을 효율적으로 유도할 수 있다.
이때, 상기 제2 군의 웰(122w)의 두께는 상기 제1 군의 웰(121w)의 두께와 동일할 수 있으며, 상기 제2 군의 배리어(122b)의 두께는 상기 제1 군의 배리어(121b)의 두께와 동일할 수 있다. 이를 통해, 캐리어가 질화갈륨 계열의 초격자층 내에서 소정의 에너지 배리어를 인식하더라도 규칙적인 두께의 웰과 배리어를 통해 질화갈륨 계열의 초격자층 내에 갇혀서 소멸하지 않도록 하여 캐리어 주입이 원활히 진행될 수 있다.
실시예에서 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(122)의 전체 두께는 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121)의 전체 두께보다 두꺼울 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(122)은 제2 군의 웰(122w)과 제2 군의 배리어(122b)가 약 8 내지 12 주기로 형성될 수 있으며, 상기 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121)은 제1 군의 웰(121w)과 제1 군의 배리어(121b)가 약 3 내지 5 주기로 형성될 수 있다.
실시예에 의하면 핫 캐리어를 첫 번째 만나는 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121) 보다는 일부 냉각된 핫 캐리어를 만나는 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(122)에서 더 오랫동안 안정된 상태에서 냉각시킴으로써 핫 캐리어의 냉각을 보다 효율적으로 진행할 수 있고, 핫 캐리어가 오버플로우 되는 현상을 막을 수 있다.
또한, 실시예에서 상기 제3 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(123)의 상기 제3 군의 웰(123w)의 두께는 상기 제2 군의 웰(122w)의 두께와 동일할 수 있으며, 상기 제3 군의 배리어(123b)의 두께보다는 얇을 수 있다.
예를 들어, 상기 제3 군의 웰(123w)의 두께는 약 1nm 내지 3nm일 수 있으며, 상기 제3 군의 배리어(123b)의 두께는 약 7 내지 11 nm일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 제3 군의 배리어(123b)는 활성층과 인접하게 배치될 수 있고, 마지막 배리어인 제3 군의 배리어(123b)를 다른 군의 배리어나 웰에 비해 두껍게 형성할 수 있다.
실시예에 의하면 상기 제3 군의 배리어(123b)에는 제1 도전형 원소가 도핑됨으로써 전자의 주입효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 실시예는 상기 제3 군의 배리어(123b)와 상기 활성층(114)의 양자 우물(114w) 사이에 언도프트 질화갈륨층(125)을 더 포함함으로써 제3 군의 배리어(123b)에 도핑된 제1 도전형 원소가 활성층으로 확산하여 발광 재결합을 저지하는 것을 막을 수 있다.
실시예에 의하면 핫 전자(Hot electron)를 복수의 스텝으로 구비되는 질화갈륨 계열의 초격자층에 의해 냉각(cooling)시킴으로써 효율적인 전자 주입층을 구비한 고출력 발광소자를 제공할 수 있다.
다음으로, 도 1을 참조하면, 상기 제2 도전형 질화갈륨계열층(129) 상에 제2 도전형 반도체층(116)을 형성된다.
상기 제2 도전형 반도체층(116)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 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.
다음으로, 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 투광성 전극(130)을 형성되며, 상기 투광성 전극(130)은 투광성 오믹층을 포함할 수 있으며, 캐리어 주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 혹은 금속합금, 금속산화물 등을 다중으로 적층하여 형성할 수 있다.
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 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
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, 상기 제1 도전형 반도체층(112)이 노출되도록 투광성 전극(130), 제2 도전형 반도체층(116), 제2 도전형 질화갈륨계열층(129), 활성층(114) 및 질화갈륨계열의 초격자층(124)의 일부를 제거할 수 있다.
다음으로, 상기 투광성 전극(130) 상에 제2 전극(132)을 형성하고, 상기 노출된 제1 도전형 반도체층(112) 상에 제1 전극(131)을 형성한다.
실시예에 의하면 광도를 향상시킬 수 있는 최적의 구조를 구비한 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
도 11은 실시예들에 따른 발광소자가 설치된 발광소자 패키지(200)를 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(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, 도 6 및 도 9에 예시된 수평형 타입의 발광 소자가 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 수직형 발광소자, 플립칩 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(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.
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, 조명시스템은 백라이트 유닛, 조명 유닛, 지시 장치, 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 12 내지 도 14는 실시 예에 따른 조명장치를 나타낸 도면이다.
도 12는 실시 예에 따른 조명 장치를 위에서 바라본 사시도이고, 도 13은 도 12에 도시된 조명 장치를 아래에서 바라본 사시도이고, 도 14는 도 13에 도시된 조명 장치의 분해 사시도이다.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 실시 예에 따른 조명 장치는 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 발광소자 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 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기 시킬 수 있다. 상기 커버(2100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 상기 커버(2100)는 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 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 유백색의 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 상기 커버(2100)의 내면의 표면 거칠기는 상기 커버(2100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 빛이 충분히 산란 및 확산되어 외부로 방출시키기 위함이다.
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 전자차단층(126)할 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 광원부(2210), 연결 플레이트(2230), 커넥터(2250)를 포함할 수 있다.
상기 부재(2300)는 상기 방열체(2400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 광원부(2210)들과 커넥터(2250)이 삽입되는 가이드홈(2310)들을 갖는다. 상기 가이드홈(2310)은 상기 광원부(2210)의 기판 및 커넥터(2250)와 대응된다.
상기 부재(2300)의 표면은 빛 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 예를 들면, 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)를 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 갖는다.
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, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 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)에는 "+ 전선"과 "- 전선"의 각 일 단이 전기적으로 연결되고, "+ 전선"과 "- 전선"의 다른 일 단은 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.
도 15 및 도 16은 실시 예에 따른 조명장치의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 15는 실시 예에 따른 조명 장치의 사시도이고, 도 16은 도 15에 도시된 조명 장치의 분해 사시도이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 실시 예에 따른 조명 장치는 커버(3100), 광원부(3200), 방열체(3300), 회로부(3400), 내부 케이스(3500), 소켓(3600)을 포함할 수 있다. 상기 광원부(3200)는 실시 예에 따른 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
상기 커버(3100)는 벌브(bulb) 형상을 가지며, 속이 비어 있다. 상기 커버(3100)는 개구(3110)를 갖는다. 상기 개구(3110)를 통해 상기 광원부(3200)와 부재(3350)가 삽입될 수 있다.
상기 커버(3100)는 상기 방열체(3300)와 결합하고, 상기 광원부(3200)와 상기 부재(3350)를 둘러쌀 수 있다. 상기 커버(3100)와 상기 방열체(3300)의 결합에 의해, 상기 광원부(3200)와 상기 부재(3350)는 외부와 차단될 수 있다. 상기 커버(3100)와 상기 방열체(3300)의 결합은 접착제를 통해 결합할 수도 있고, 회전 결합 방식 및 후크 결합 방식 등 다양한 방식으로 결합할 수 있다. 회전 결합 방식은 상기 방열체(3300)의 나사홈에 상기 커버(3100)의 나사산이 결합하는 방식으로서 상기 커버(3100)의 회전에 의해 상기 커버(3100)와 상기 방열체(3300)가 결합하는 방식이고, 후크 결합 방식은 상기 커버(3100)의 턱이 상기 방열체(3300)의 홈에 끼워져 상기 커버(3100)와 상기 방열체(3300)가 결합하는 방식이다.
상기 커버(3100)는 상기 광원부(3200)와 광학적으로 결합한다. 구체적으로 상기 커버(3100)는 상기 광원부(3200)의 발광 소자(3230)로부터의 광을 확산, 산란 또는 여기시킬 수 있다. 상기 커버(3100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 여기서, 상기 커버(3100)는 상기 광원부(3200)로부터의 광을 여기시키기 위해, 내/외면 또는 내부에 형광체를 가질 수 있다.
상기 커버(3100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 여기서, 유백색 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 상기 커버(3100)의 내면의 표면 거칠기는 상기 커버(3100)의 외면의 표면 거칠기보다 클 수 있다. 이는 상기 광원부(3200)로부터의 광을 충분히 산란 및 확산시키기 위함이다.
상기 커버(3100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(3100)는 외부에서 상기 광원부(3200)와 상기 부재(3350)가 보일 수 있는 투명한 재질일 수 있고, 보이지 않는 불투명한 재질일 수 있다. 상기 커버(3100)는 예컨대 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
상기 광원부(3200)는 상기 방열체(3300)의 부재(3350)에 배치되고, 복수로 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 광원부(3200)는 상기 부재(3350)의 복수의 측면들 중 하나 이상의 측면에 배치될 수 있다. 그리고, 상기 광원부(3200)는 상기 부재(3350)의 측면에서도 상단부에 배치될 수 있다.
도 16에서, 상기 광원부(3200)는 상기 부재(3350)의 6 개의 측면들 중 3 개의 측면들에 배치될 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니고, 상기 광원부(3200)는 상기 부재(3350)의 모든 측면들에 배치될 수 있다. 상기 광원부(3200)는 기판(3210)과 발광 소자(3230)를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자(3230)는 기판(3210)의 일 면 상에 배치될 수 있다.
상기 기판(3210)은 사각형의 판 형상을 갖지만, 이에 한정되지 않고 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 기판(3210)은 원형 또는 다각형의 판 형상일 수 있다. 상기 기판(3210)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, 인쇄회로기판 위에 패키지 하지 않은 LED 칩을 직접 본딩할 수 있는 COB(Chips On Board) 타입을 사용할 수 있다.
또한, 상기 기판(3210)은 광을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 광을 효율적으로 반사하는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다. 상기 기판(3210)은 상기 방열체(3300)에 수납되는 상기 회로부(3400)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 기판(3210)과 상기 회로부(3400)는 예로서 와이어(wire)를 통해 연결될 수 있다. 와이어는 상기 방열체(3300)를 관통하여 상기 기판(3210)과 상기 회로부(3400)를 연결시킬 수 있다.
상기 발광 소자(3230)는 적색, 녹색, 청색의 광을 방출하는 발광 다이오드 칩이거나 UV를 방출하는 발광 다이오드 칩일 수 있다. 여기서, 발광 다이오드 칩은 수평형(Lateral Type) 또는 수직형(Vertical Type)일 수 있고, 발광 다이오드 칩은 청색(Blue), 적색(Red), 황색(Yellow), 또는 녹색(Green)을 발산할 수 있다.
상기 발광 소자(3230)는 형광체를 가질 수 있다. 형광체는 가넷(Garnet)계(YAG, TAG), 실리케이드(Silicate)계, 나이트라이드(Nitride)계 및 옥시나이트라이드(Oxynitride)계 중 어느 하나 이상일 수 있다. 또는 형광체는 황색 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체 중 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 방열체(3300)는 상기 커버(3100)와 결합하고, 상기 광원부(3200)로부터의 열을 방열할 수 있다. 상기 방열체(3300)는 소정의 체적을 가지며, 상면(3310), 측면(3330)을 포함한다. 상기 방열체(3300)의 상면(3310)에는 부재(3350)가 배치될 수 있다. 상기 방열체(3300)의 상면(3310)은 상기 커버(3100)와 결합할 수 있다. 상기 방열체(3300)의 상면(3310)은 상기 커버(3100)의 개구(3110)와 대응되는 형상을 가질 수 있다.
상기 방열체(3300)의 측면(3330)에는 복수의 방열핀(3370)이 배치될 수 있다. 상기 방열핀(3370)은 상기 방열체(3300)의 측면(3330)에서 외측으로 연장된 것이거나 측면(3330)에 연결된 것일 수 있다. 상기 방열핀(3370)은 상기 방열체(3300)의 방열 면적을 넓혀 방열 효율을 향상시킬 수 있다. 여기서, 측면(3330)은 상기 방열핀(3370)을 포함하지 않을 수도 있다.
상기 부재(3350)는 상기 방열체(3300)의 상면(3310)에 배치될 수 있다. 상기 부재(3350)는 상면(3310)과 일체일 수도 있고, 상면(3310)에 결합된 것일 수 있다. 상기 부재(3350)는 다각 기둥일 수 있다.
구체적으로, 상기 부재(3350)는 육각 기둥일 수 있다. 육각 기둥의 부재(3350)는 윗면과 밑면 그리고 6 개의 측면들을 갖는다. 여기서, 상기 부재(3350)는 다각 기둥뿐만 아니라 원 기둥 또는 타원 기둥일 수 있다. 상기 부재(3350)가 원 기둥 또는 타원 기둥일 경우, 상기 광원부(3200)의 상기 기판(3210)은 연성 기판일 수 있다.
상기 부재(3350)의 6 개의 측면에는 상기 광원부(3200)가 배치될 수 있다. 6 개의 측면 모두에 상기 광원부(3200)가 배치될 수도 있고, 6 개의 측면들 중 몇 개의 측면들에 상기 광원부(3200)가 배치될 수도 있다. 도 11에서는 6 개의 측면들 중 3 개의 측면들에 상기 광원부(3200)가 배치되어 있다.
상기 부재(3350)의 측면에는 상기 기판(3210)이 배치된다. 상기 부재(3350)의 측면은 상기 방열체(3300)의 상면(3310)과 실질적으로 수직을 이룰 수 있다. 따라서, 상기 기판(3210)과 상기 방열체(3300)의 상면(3310)은 실질적으로 수직을 이룰 수 있다.
상기 부재(3350)의 재질은 열 전도성을 갖는 재질일 수 있다. 이는 상기 광원부(3200)로부터 발생되는 열을 빠르게 전달받기 위함이다. 상기 부재(3350)의 재질로서는 예를 들면, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 주석(Sn) 등과 상기 금속들의 합금일 수 있다. 또는 상기 부재(3350)는 열 전도성을 갖는 열 전도성 플라스틱으로 형성될 수 있다. 열 전도성 플라스틱은 금속보다 무게가 가볍고, 단방향성의 열 전도성을 갖는 이점이 있다.
상기 회로부(3400)는 외부로부터 전원을 제공받고, 제공받은 전원을 상기 광원부(3200)에 맞게 변환한다. 상기 회로부(3400)는 변환된 전원을 상기 광원부(3200)로 공급한다. 상기 회로부(3400)는 상기 방열체(3300)에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 회로부(3400)는 상기 내부 케이스(3500)에 수납되고, 상기 내부 케이스(3500)와 함께 상기 방열체(3300)에 수납될 수 있다. 상기 회로부(3400)는 회로 기판(3410)과 상기 회로 기판(3410) 상에 탑재되는 다수의 부품(3430)을 포함할 수 있다.
상기 회로 기판(3410)은 원형의 판 형상을 갖지만, 이에 한정되지 않고 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 회로 기판(3410)은 타원형 또는 다각형의 판 형상일 수 있다. 이러한 회로 기판(3410)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있다. 상기 회로 기판(3410)은 상기 광원부(3200)의 기판(3210)과 전기적으로 연결된다. 상기 회로 기판(3410)과 상기 기판(3210)의 전기적 연결은 예로서 와이어(wire)를 통해 연결될 수 있다. 와이어는 상기 방열체(3300)의 내부에 배치되어 상기 회로 기판(3410)과 상기 기판(3210)을 연결할 수 있다.
다수의 부품(3430)은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 상기 광원부(3200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원부(3200)를 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있다.
상기 내부 케이스(3500)는 내부에 상기 회로부(3400)를 수납한다. 상기 내부 케이스(3500)는 상기 회로부(3400)를 수납하기 위해 수납부(3510)를 가질 수 있다. 상기 수납부(3510)는 예로서 원통 형상을 가질 수 있다. 상기 수납부(3510)의 형상은 상기 방열체(3300)의 형상에 따라 달라질 수 있다. 상기 내부 케이스(3500)는 상기 방열체(3300)에 수납될 수 있다. 상기 내부 케이스(3500)의 수납부(3510)는 상기 방열체(3300)의 하면에 형성된 수납부에 수납될 수 있다.
상기 내부 케이스(3500)는 상기 소켓(3600)과 결합될 수 있다. 상기 내부 케이스(3500)는 상기 소켓(3600)과 결합하는 연결부(3530)를 가질 수 있다. 상기 연결부(3530)는 상기 소켓(3600)의 나사홈 구조와 대응되는 나사산 구조를 가질 수 있다. 상기 내부 케이스(3500)는 부도체이다. 따라서, 상기 회로부(3400)와 상기 방열체(3300) 사이의 전기적 단락을 막는다. 예로서 상기 내부 케이스(3500)는 플라스틱 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 소켓(3600)은 상기 내부 케이스(3500)와 결합될 수 있다. 구체적으로, 상기 소켓(3600)은 상기 내부 케이스(3500)의 연결부(3530)와 결합될 수 있다. 상기 소켓(3600)은 종래 재래식 백열 전구와 같은 구조를 가질 수 있다. 상기 회로부(3400)와 상기 소켓(3600)은 전기적으로 연결된다. 상기 회로부(3400)와 상기 소켓(3600)의 전기적 연결은 와이어(wire)를 통해 연결될 수 있다. 따라서, 상기 소켓(3600)에 외부 전원이 인가되면, 외부 전원은 상기 회로부(3400)로 전달될 수 있다. 상기 소켓(3600)은 상기 연결부(3550)의 나사선 구조과 대응되는 나사홈 구조를 가질 수 있다.
도 17은 실시예에 따른 백라이트 유닛의 분해 사시도(1200)이다. 다만, 도 17의 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 의하면 광도를 향상시킬 수 있는 최적의 구조를 구비한 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 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.
제1 도전형 반도체층(112),
질화갈륨 계열의 초격자층(124),
제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121),
제1 군의 웰(121w), 제1 군의 배리어(121b),
제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(122),
제2 군의 웰(122w), 제2 군의 배리어(122b),
제3 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(123),
제3 군의 웰(123w), 제3 군의 배리어(123b),
활성층(114), 제2 도전형 반도체층(116)
제2 도전형 질화갈륨계열층(129), 제1 농도의 제2 도전형 GaN층(126),
제2 농도의 제2 도전형 InxAlyGa(1-x-y)N층(단, 0＜x＜1, 0＜y＜1)(127)
제3 농도의 제2 도전형 AlzGa(1-z)N층(단, 0＜z＜1)(128)

Claims (16)

  1. 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 질화갈륨 계열의 초격자층;
    상기 질화갈륨 계열의 초격자층 상에 활성층;
    상기 활성층 상에 제2 도전형 질화갈륨계열층;
    상기 제2 도전형 질화갈륨계열층 상에 제2 도전형 반도체층;을 포함하며,
    상기 제2 도전형 질화갈륨계열층은,
    상기 활성층 상에 제2 도전형 AlxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N 초격자층(단, 0＜x＜1, 0＜y＜1)을 포함하는 발광소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 AlxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N 초격자층 중 AlxGa(1-x)N에서의 Al의 농도(x)는 AlyGa(1-y)N에서의 Al의 농도(y)보다 큰 발광소자.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 AlxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N 초격자층은 복수의 주기로 형성되며,
    상기 AlxGa(1-x)N에서의 Al의 농도(x)와 상기 AlyGa(1-y)N에서의 Al의 농도(y)는 일정한 발광소자.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 AlxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N 초격자층은 복수의 주기로 형성되며,
    상기 각 AlxGa(1-x)N에서의 각 Al의 농도(x)는 상기 활성층에서 상기 제2 도전형 반도체층 방향으로 증가하다가 감소하며,
    상기 AlyGa(1-y)N에서의 Al의 농도(y)는 일정한 발광소자.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 AlxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N 초격자층은
    순차적으로 적층된 제2 도전형 제1 Alx1Ga(1-x1)N/AlyGa(1-y)N 초격자층, 제2 도전형 제2 Alx2Ga(1-x2)N/AlyGa(1-y)N 초격자층, 제2 도전형 제3 Alx3Ga(1-x3)N/AlyGa(1-y)N 초격자층 및 제2 도전형 제4 Alx4Ga(1-x4)N/AlyGa(1-y)N 초격자층을 포함하는 발광소자.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 제1 Alx1Ga(1-x1)N/AlyGa(1-y)N 초격자층의 Alx1Ga(1-x1)N에서 Al의 농도(x1)은 상기 제2 도전형 제2 Alx2Ga(1-x2)N/AlyGa(1-y)N의 Alx2Ga(1-x2)N에서의 Al의 농도(x2)보다 낮은 발광소자.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 제4 Alx4 (1-x4)N/AlyGa(1-y)N 초격자층의 Alx4Ga(1-x4)N에서 Al의 농도(x4)는 상기 제2 도전형 제3 Alx3Ga(1-x3)N/AlyGa(1-y)N의 Alx3Ga(1-x3)N에서의 Al의 농도(x3)보다 낮은 발광소자.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 제2 도전형 질화갈륨계열층은,
    상기 활성층 상에 제2 농도의 제2 도전형 InxAlyGa(1-x-y)N층(단, 0＜x＜1, 0＜y＜1)(127);
    상기 제2 농도의 제2 도전형 InxAlyGa(1-x-y)N층 상에 제1 농도의 제2 도전형 GaN층; 및
    상기 제1 농도의 제2 도전형 GaN층 상에 상기 제2 도전형 AlxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N 초격자층을 포함하는 발광소자.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 AlxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N 초격자층은 제3 농도의 제2 도전형 AlxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N 초격자층이며,
    상기 제1 농도는 상기 제2 농도 및 상기 제3 농도보다 높은 발광소자.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 질화갈륨 계열의 초격자층은,
    상기 제1 도전형 반도체층에서 상기 활성층 방향으로 밴드갭 에너지 준위가 변하는 발광소자.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 질화갈륨 계열의 초격자층은,
    제1 밴드갭 에너지를 구비하는 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층; 및
    상기 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층 상에 상기 제1 밴드갭 에너지보다 작은 제2 밴드갭 에너지를 구비하는 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층;을 포함하는 발광소자.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 밴드갭 에너지 준위와 상기 제2 밴드갭 에너지의 준위의 차이는 상기 질화갈륨 계열의 초격자층의 포톤에너지 준위 이상인 발광소자.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 질화갈륨 계열의 초격자층은,
    상기 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층 상에 상기 제3 밴드갭 에너지를 구비하는 제3 군의 질화갈륨 계열의 초격자층;을 더 포함하는 발광소자.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 질화갈륨 계열의 초격자층은,
    InxGa1 - xN/GaN 초격자층(단, 0＜x＜1)을 포함하는 발광소자.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층의 인듐의 농도는
    상기 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층의 인듐의 농도보다 높은 발광소자.
  16. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층의 두께는
    상기 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층보다 얇은 발광소자.
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