KR20140145742A

KR20140145742A - 발광소자 및 조명시스템

Info

Publication number: KR20140145742A
Application number: KR1020130068240A
Authority: KR
Inventors: 최은실
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2014-12-24
Also published as: EP2814070B1; KR102075644B1; US20140367637A1; EP2814070A1; US9269864B2; CN104241481A; CN104241481B

Abstract

실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광소자는 제1 전극층(87); 상기 제1 전극층(87) 상에 제2 도전형 반도체층(13); 상기 제2 도전형 반도체층(13) 상에 활성층(12); 상기 활성층(12) 상에 제1 도전형 반도체층(11); 상기 제1 도전형 반도체층(11) 상에 Al_yGa₁ _-yN층(단,0〈y≤1)(16); 상기 Al_yGa₁ _- _yN층(16) 상에 In_xGa₁ _- _xN패턴(단,0〈x≤1)(15); 상기 In_xGa₁ _- _xN패턴(15) 상에 질화갈륨 반도체층(14); 및 상기 질화갈륨 반도체층(14) 상에 패드 전극;을 포함할 수 있다.

Description

발광소자 및 조명시스템{LIGHT EMITTING DEVICE, AND LIGHTING SYSTEM}

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.

발광소자는 순방향전압 인가 시 n층의 전자와 p층의 정공(hole)이 결합하여 전도대(Conduction band)와 가전대(Valance band)의 밴드갭 에너지에 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.

종래기술은 광추출효율 향상을 위해 에칭(etching)에 기초한 표면 텍스쳐링(surface texturing)을 이용하고 있는데, 에칭에 의한 GaN 에피 대미지(damage)에 의해 소자의 신뢰성이 낮아지고 발광효율이 저하되는 문제가 있다.

또한, 에칭에 의한 표면 텍스쳐링은 재현성에 문제점이 있다.

실시예는 소자의 신뢰성을 유지하면서 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.

실시예에 따른 발광소자는 제1 전극층(87); 상기 제1 전극층(87) 상에 제2 도전형 반도체층(13); 상기 제2 도전형 반도체층(13) 상에 활성층(12); 상기 활성층(12) 상에 제1 도전형 반도체층(11); 상기 제1 도전형 반도체층(11) 상에 Al_yGa₁ _-yN층(단,0〈y≤1)(16); 상기 Al_yGa₁ _- _yN층(16) 상에 In_xGa₁ _- _xN패턴(단,0〈x≤1)(15); 상기 In_xGa₁ _- _xN패턴(15) 상에 질화갈륨 반도체층(14); 및 상기 질화갈륨 반도체층(14) 상에 패드 전극(81);을 포함할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 발광소자는 기판(5); 상기 기판(5) 상에 질화갈륨 반도체층(14); 상기 질화갈륨 반도체층(14) 상에 In_xGa₁ _- _xN패턴(단,0〈x≤1)(15); 상기 In_xGa_1-xN패턴(15) 상에 Al_yGa₁ _- _yN층(단,0〈y≤1)(16); 상기 Al_yGa₁ _- _yN층(16) 상에 제1 도전형 반도체층(11); 상기 제1 도전형 반도체층(11) 상에 활성층(12); 상기 활성층(12) 상에 제2 도전형 반도체층(13);을 포함할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 조명시스템은 상기 발광소자를 구비하는 조명유닛을 포함할 수 있다.

실시예는 소자의 신뢰성을 유지하면서 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 제1 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 2는 제1 실시예에 따른 발광소자의 부분 사진.
도 3은 제2 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 4 내지 도 6은 실시예에 따른 발광소자의 제조방법 공정 단면도.
도 7은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 8은 실시예에 따른 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 단면도이며, 도 2는 제1 실시예에 따른 발광소자의 부분 AFM(Atomic Force Microscope) 사진이다.

제1 실시예에 따른 발광소자(100)는 제1 전극층(87)과, 상기 제1 전극층(87) 상에 제2 도전형 반도체층(13)과, 상기 제2 도전형 반도체층(13) 상에 활성층(12)과, 상기 활성층(12) 상에 제1 도전형 반도체층(11)과, 상기 제1 도전형 반도체층(11) 상에 Al_yGa₁ _- _yN층(단,0〈y≤1)(16)과, 상기 Al_yGa₁ _- _yN층(16) 상에 In_xGa₁ _- _xN패턴(단,0〈x≤1)(15)과, 상기 In_xGa₁ _- _xN패턴(15) 상에 질화갈륨 반도체층(14)과, 상기 질화갈륨 반도체층(14) 상에 패드 전극(81)을 포함할 수 있다.

종래기술은 광추출효율 향상을 위해 에칭에 기초한 표면 텍스쳐링을 이용하고 있는데, 이러한 에칭은 GaN 에피에 손상을 가할 수 있고, 이에 따라 소자의 신뢰성이 낮아지고 발광효율이 저하되는 문제가 있고, 이러한 에칭에 의한 표면 텍스쳐링은 재현성에 문제점도 있다.

실시예는 에피 성장 중에 굴절률 제어 및 광추출 패턴의 형상제어를 통해 에피층에 손상을 가하지 않음으로써 소자의 신뢰성을 유지하면서 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 발광소자를 제공하고자 한다.

실시예에 의하면 상기 In_xGa₁ _- _xN패턴(15)은 나선형 성장(Spiral Growth)됨으로써 이에 따라 상기 In_xGa₁ _- _xN패턴(15)은 아래로 볼록한 단면을 포함할 수 있다.

또한, 상기 Al_yGa₁ _- _yN층(16)은 상기 In_xGa₁ _- _xN패턴(15)의 표면을 따라 아래로 볼록한 단면을 포함할 수 있다.

이를 통해 활성층에서 발광된 빛은 In_xGa₁ _- _xN패턴(15)과 Al_yGa₁ _- _yN층(16) 볼록한 단면을 통해 외부산란 등에 의해 광추출 효율이 증대될 수 있다.

구체적으로, 실시예에 의하면 In_xGa₁ _- _xN패턴(15)은 질화갈륨 반도체층(14), 예를 들어 GaN층 상에 MOCVD 방법으로 트리메틸 갈륨 가스(TMGa)의 양을 줄이는 조건에서 나선형으로 성장(Spiral Growth)될 수 있다.

상기 In_xGa₁ _- _xN패턴(15)은 섬(islands) 형태로 될 수 있으며,이는 질화갈륨 반도체층(14) 상에 다이실레인(disilane) 전처리를 수행하면 분리된 섬 구조의 In_xGa_1-xN패턴(15)을 얻을 수 있다.

이와 같은 나노스케일의 섬 구조의 In_xGa₁ _- _xN패턴(15)은 매우 효과적인 광추출 패턴으로 기능을 수행할 수 있다.

또한, 상기 In_xGa₁ _- _xN패턴(15)은 질화갈륨 반도체층(14) 상에 Si을 전처리(predeposition)를 수행하여 섬(islands) 형태로 될 수 있다. 이는 질화갈륨 반도체층(14) 상에 Si을 전처리(predeposition)를 수행하면 In_xGa₁ _- _xN패턴(15) 증착시 측면 스트레인이 완화되어 분리된 섬 구조의 In_xGa₁ _- _xN패턴(15)을 얻을 수 있기 때문이다.

상기 In_xGa₁ _- _xN패턴(15)은 직경이 약 100 nm 내지 약 400nm로 성장될 수 있으며, In_xGa₁ _- _xN패턴(15)의 직경은 성장속도(growth rate)를 낮추거나 트리메틸 갈륨 가스(TMGa)의 양을 줄이는 조건에서 직경이 증가될 수 있다.

실시예에 의하면 활성층 상에 볼록하면서 미세한 크기의 볼록단면을 구비한 광추출 구조를 통해 빛이 발광소자 칩 내부로 다시 반사되는 양을 최소화하고 방출되는 빛의 양을 최대화활 수 있다.

아울러, 실시예는 재현가능하며 제어 가능한 광추출 패턴을 구비한 발광소자를 제공할 수 있다.

또한, 실시예에 의하면 In_xGa₁ _- _xN패턴(15)의 볼록한 단면의 직경이 빛의 파장보다 작은 경우 In_xGa₁ _- _xN패턴(15)의 굴절률이 계단형 굴절률(graded refractive index)을 구비한 복수의 층으로 형성됨으로써 빛의 반사가 거의 없이 외부로 추출될 수 있다.

또한, 실시예에 의하면 In_xGa₁ _- _xN패턴(15)의 볼록한 단면의 직경이 빛의 파장에 근접하는 경우 In_xGa₁ _- _xN패턴(15)은 산란점(scattering ceter)로 역할하여 입사광의 방향을 바꾸어 광추출 효율을 증대시킬 수 있다.

상기 Al_yGa₁ _- _yN층(16)은 AlN층 또는 AlGaN 계열층이거나, AlN층/GaN층 또는 AlGaN층/GaN층의 초격자 구조를 포함할 수 있다. 또한, 상기 Al_yGa₁ _- _yN층(16)에서 Al 조성은 0.01~30% 까지 변화시킴으로써 굴절률 제어를 통해 빛의 반사를 최소화하고 외부로 추출할 수 있다.

실시예에 의하면 소자의 신뢰성을 유지하면서 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 발광소자를 제공할 수 있다.

도 3은 제2 실시예에 따른 발광소자(102)의 단면도이다.

제2 실시예는 제1 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있다.

제2 실시예에 따른 발광소자(102)는 기판(5)과, 상기 기판(5) 상에 질화갈륨 반도체층(14)과, 상기 질화갈륨 반도체층(14) 상에 In_xGa₁ _- _xN패턴(단,0〈x≤1)(15)과, 상기 In_xGa₁ _- _xN패턴(15) 상에 Al_yGa₁ _- _yN층(단,0〈y≤1)(16)과, 상기 Al_yGa₁ _- _yN층(16) 상에 제1 도전형 반도체층(11)과, 상기 제1 도전형 반도체층(11) 상에 활성층(12)과, 상기 활성층(12) 상에 제2 도전형 반도체층(13)을 포함할 수 있다.

제2 실시예에 따른 발광소자(102)는 수평형 칩에 대한 구조로서, 제2 도전형 반도체층(13) 상에 제1 전극층(87)이 배치될 수 있고, 제1 전극층(87)은 투명 오믹층을 포함할 수 있다.

제1 패드 전극(81)과 제2 패드 전극(82)이 제2 전극층(87)과 노출된 제1 도전형 반도체층(11) 상에 배치될 수 있다.

상기 In_xGa₁ _- _xN패턴(15)은 상기 질화갈륨 반도체층(14) 상에 나선형 성장(Spiral Growth)될 수 있으며, 상기 In_xGa₁ _- _xN패턴(15)은 위로 볼록한 단면을 포함할 수 있다.

상기 Al_yGa₁ _- _yN층(16)은 상기 In_xGa₁ _- _xN패턴(15)의 표면을 따라 위로 볼록한 단면을 포함할 수 있다.

이하, 도 4 내지 도 8을 참조하여 실시예에 따른 발광소자 제조방법을 설명하기로 한다. 한편, 제1 실시예를 중심으로 설명하나, 실시예에가 이에 한정되는 것은 아니다.

실시 예에 따른 발광소자 제조방법에 의하면, 도 4와 같이, 기판(5) 위에 제1 도전형 반도체층(11), 활성층(12), 제2 도전형 반도체층(13)을 형성할 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(11), 상기 활성층(12), 상기 제2 도전형 반도체층(13)은 발광구조물(10)로 정의될 수 있다.

상기 기판(5)은 예를 들어, 사파이어 기판(Al₂O₃), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1 도전형 반도체층(11)과 상기 기판(5) 사이에는 버퍼층(미도시)이 더 형성될 수 있다.

예로써, 상기 제1 도전형 반도체층(11)이 제1 도전형 도펀트로서 n형 도펀트가 첨가된 n형 반도체층으로 형성되고, 상기 제2 도전형 반도체층(13)이 제2 도전형 도펀트로서 p형 도펀트가 첨가된 p형 반도체층으로 형성될 수 있다. 또한 상기 제1 도전형 반도체층(11)이 p형 반도체층으로 형성되고, 상기 제2 도전형 반도체층(13)이 n형 반도체층으로 형성될 수도 있다.

상기 제1 도전형 반도체층(11)은 예를 들어, n형 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(11)은 In_xAl_yGa₁ _-x- _yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(11)은, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, AlInN, InGaN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.

상기 활성층(12)은 상기 제1 도전형 반도체층(11)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 상기 제2 도전형 반도체층(13a)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 서로 만나서, 상기 활성층(12a)의 형성 물질에 따른 에너지 밴드(Energy Band)의 밴드갭(Band Gap) 차이에 의해서 빛을 방출하는 층이다. 상기 활성층(12)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 활성층(12)은 In_xAl_yGa₁ _-x- _yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 상기 활성층(12)이 상기 다중 우물 구조로 형성된 경우, 상기 활성층(12)은 복수의 우물층과 복수의 장벽층이 적층되어 형성될 수 있으며, 예를 들어, InGaN 우물층/GaN 장벽층의 주기로 형성될 수 있다.

상기 제2 도전형 반도체층(13)은 예를 들어, p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(13)은 In_xAl_yGa₁ _-x- _yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(13)은, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlInN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.

한편, 상기 제1 도전형 반도체층(11)이 p형 반도체층을 포함하고 상기 제2 도전형 반도체층(13)이 n형 반도체층을 포함할 수도 있다. 또한, 상기 제2 도전형 반도체층(13) 위에는 n형 또는 p형 반도체층을 포함하는 반도체층이 더 형성될 수도 있으며, 이에 따라, 상기 발광구조물(10)은 np, pn, npn, pnp 접합 구조 중 적어도 어느 하나를 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(11) 및 상기 제2 도전형 반도체층(13) 내의 불순물의 도핑 농도는 균일 또는 불균일하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 발광구조물(10)의 구조는 다양하게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

또한, 상기 제1 도전형 반도체층(11)과 상기 활성층(12) 사이에는 제1 도전형 InGaN/GaN 슈퍼래티스 구조 또는 InGaN/InGaN 슈퍼래티스 구조가 형성될 수도 있다. 또한, 상기 제2 도전형 반도체층(13)과 상기 활성층(12) 사이에는 제2 도전형의 AlGaN층이 형성될 수도 있다.

이를 위해, 실시예는 기판(5) 상에 질화갈륨 반도체층(14)과, 상기 질화갈륨 반도체층(14) 상에 In_xGa₁ _- _xN패턴(단,0〈x≤1)(15)과, 상기 In_xGa₁ _- _xN패턴(15) 상에 Al_yGa₁ _- _yN층(단,0〈y≤1)(16)을 형성한 후, 상기 Al_yGa₁ _- _yN층(16) 상에 제1 도전형 반도체층(11)과, 상기 제1 도전형 반도체층(11) 상에 활성층(12)과, 상기 활성층(12) 상에 제2 도전형 반도체층(13)을 형성할 수 있다.

상기 질화갈륨 반도체층(14)은 GaN층을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 질화갈륨 반도체층(14)은 언도프트 반도체층이거나 n형 반도체층일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예에 의하면 In_xGa₁ _- _xN패턴(15)은 질화갈륨 반도체층(14), 예를 들어 GaN층 상에 MOCVD 방법으로 트리메틸 갈륨 가스(TMGa)의 양을 줄이는 조건에서 나선형으로 성장(Spiral Growth)될 수 있다.

또한, 상기 In_xGa₁ _- _xN패턴(15)은 질화갈륨 반도체층(14) 상에 Si을 전처리(predeposition)를 수행하면 In_xGa₁ _- _xN패턴(15) 증착시 측면 스트레인이 완화되어 분리된 섬 구조의 In_xGa₁ _- _xN패턴(15)을 얻을 수도 있다.

상기 In_xGa₁ _- _xN패턴(15)은 직경이 약 100 nm 내지 약 400nm로 성장될 수 있으며, In_xGa_1-xN패턴(15)의 직경은 성장속도(growth rate)를 낮추거나 트리메틸 갈륨 가스(TMGa)의 양을 줄이는 조건에서 직경이 증가될 수 있다.

다음으로, 도 5와 같이, 상기 발광구조물(10)에 대한 에칭을 행하여 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 일부 영역을 노출시킬 수 있다. 이때, 상기 에칭은 습식에칭 또는 건식에칭으로 수행될 수 있다.

이후, 상기 발광구조물(10)에 채널층(30), 오믹접촉패턴(15), 반사층(17)을 형성할 수 있다.

예를 들어, 상기 채널층(30)은 Si0₂, Si_xO_y, Si₃N₄, Si_xN_y, SiO_xN_y, Al₂O₃, TiO₂, AlN 등으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택되어 형성될 수 있다.

상기 반사층(17)과 상기 제2 도전형 반도체층(13) 사이에 상기 오믹접촉패턴(15)이 배치될 수 있다. 상기 오믹접촉패턴(15)은 상기 제2 도전형 반도체층(13)에 접촉되어 배치될 수 있다.

상기 오믹접촉패턴(15)은 상기 발광구조물(10)과 오믹 접촉이 되도록 형성될 수 있다. 상기 반사층(17)은 상기 제2 도전형 반도체층(13)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 오믹접촉패턴(15)은 상기 발광구조물(10)과 오믹 접촉되는 영역을 포함할 수 있다.

상기 오믹접촉패턴(15)은 예컨대 투명 전도성 산화막으로 형성될 수 있다. 상기 오믹접촉패턴(15)은 예로서 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(Aluminum Zinc Oxide), AGZO(Aluminum Gallium Zinc Oxide), IZTO(Indium Zinc Tin Oxide), IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGTO(Indium Gallium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IZON(IZO Nitride), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, Pt, Ag, Ti 중에서 선택된 적어도 하나의 물질로 형성될 수 있다.

상기 반사층(17)은 고 반사율을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 예컨대 상기 반사층(17)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Cu, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 반사층(17)은 상기 금속 또는 합금과 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) 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 실시 예에서 상기 반사층(17)은 Ag, Al, Ag-Pd-Cu 합금, 또는 Ag-Cu 합금 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

예를 들면, 상기 반사층(17)은 Ag 층과 Ni 층이 교대로 형성될 수도 있고, Ni/Ag/Ni, 혹은 Ti 층, Pt 층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 오믹접촉패턴(15)은 상기 반사층(17) 아래에 형성되고, 적어도 일부가 상기 반사층(17)을 통과하여 상기 발광구조물(10)과 오믹 접촉될 수도 있다.

이어서, 상기 반사층(17) 위에 금속층(50), 본딩층(60), 지지부재(70), 임시기판(90)이 형성될 수 있다.

상기 금속층(50)은 Au, Cu, Ni, Ti, Ti-W, Cr, W, Pt, V, Fe, Mo 물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 금속층(50)은 확산장벽층의 기능을 수행할 수도 있다.

실시 예에 의하면, 상기 제2 도전형 반도체층(13)에 전기적으로 연결된 제1 전극층은 반사층, 오믹접촉층, 금속층 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시 예에 의하면 제1 전극층은 반사층, 오믹접촉층, 금속층을 모두 포함할 수도 있으며, 그 중에서 1 개의 층 또는 2 개의 층을 포함할 수도 있다.

상기 금속층(50)은 상기 본딩층(60)이 제공되는 공정에서 상기 본딩층(60)에 포함된 물질이 상기 반사층(17) 방향으로 확산되는 것을 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 제2 금속층(50)은 상기 본딩층(60)에 포함된 주석(Sn) 등의 물질이 상기 반사층(17)에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.

상기 본딩층(60)은 베리어 금속 또는 본딩 금속 등을 포함하며, 예를 들어, Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag, Nb, Pd 또는 Ta 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 지지부재(70)는 실시 예에 따른 발광구조물(10)을 지지하며 방열 기능을 수행할 수 있다. 상기 본딩층(60)은 시드층으로 구현될 수도 있다.

상기 지지부재(70)는 예를 들어, Ti, Cr, Ni, Al, Pt, Au, W, Cu, Mo, Cu-W 또는 불순물이 주입된 반도체 기판(예: Si, Ge, GaN, GaAs, ZnO, SiC, SiGe 등) 중에서 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 또한 상기 지지부재(70)는 절연물질로 형성될 수도 있다.

상기 임시기판(90)은 상기 지지부재(70) 위에 형성될 수 있다. 상기 임시기판(90)은 금속물질, 반도체 물질, 또는 절연물질 중에서 적어도 하나로 형성될 수 있다.

다음으로 도 6과 같이, 상기 질화갈륨 반도체층(14)으로부터 상기 기판(5)을 제거한다. 하나의 예로서, 상기 기판(5)은 레이저 리프트 오프(LLO: Laser Lift Off) 공정에 의해 제거될 수 있다. 레이저 리프트 오프 공정(LLO)은 상기 기판(5)의 하면에 레이저를 조사하여, 상기 기판(5)과 상기 질화갈륨 반도체층(14)을 서로 박리시키는 공정이다.

그리고, 아이솔레이션 에칭 공정, 패드 전극(81) 형성 공정, 스크라이빙 공정, 반사부(40) 형성 공정, 상기 임시기판(90) 제거 공정이 진행될 수 있다. 이러한 공정은 하나의 예시이며, 필요에 따라 공정 순서는 다양하게 변형될 수 있다.

실시 예에 의하면, 아이솔레이션 에칭을 수행하여 상기 발광구조물(10)의 측면을 식각하고 상기 채널층(30)의 일부 영역이 노출될 수 있게 된다. 상기 아이솔레이션 에칭은 예를 들어, ICP(Inductively Coupled Plasma)와 같은 건식 식각에 의해 실시될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.

상기 발광구조물(10)의 상부 면에 러프니스(roughness)(85)가 형성될 수 있다. 상기 발광구조물(10)의 상부 면에 광 추출 패턴이 제공될 수 있다. 상기 발광구조물(10)의 상부 면에 요철 패턴이 제공될 수 있다. 상기 발광구조물(10)에 제공되는 광 추출 패턴은 하나의 예로서 PEC (Photo Electro Chemical) 식각 공정에 의하여 형성될 수 있다. 이에 따라 실시 예에 의하면 외부 광 추출 효과를 상승시킬 수 있게 된다.

다음으로, 상기 발광구조물(10) 위에 패드 전극(81)이 형성될 수 있다.

상기 패드 전극(81)은 상기 제1 도전형 반도체층(11)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 패드 전극(81)의 일부 영역은 상기 제1 도전형 반도체층(11)에 접촉될 수 있다. 실시 예에 의하면, 상기 패드 전극(81) 및 상기 제1 전극층(87)을 통하여 상기 발광구조물(10)에 전원이 인가될 수 있게 된다.

상기 패드 전극(81)은 오믹층, 중간층, 상부층으로 구현될 수 있다. 상기 오믹층은 Cr, V, W, Ti, Zn 등에서 선택된 물질을 포함하여 오믹 접촉을 구현할 수 있다. 상기 중간층은 Ni, Cu, Al 등에서 선택된 물질로 구현될 수 있다. 상기 상부층은 예컨대 Au를 포함할 수 있다. 상기 패드 전극(81)은 Cr, V, W, Ti, Zn,Ni, Cu, Al, Au 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.

그리고, 스크라이빙 공정이 수행되어 상기 채널층(30), 상기 지지부재(70)의 측면이 노출될 수 있게 된다. 이어서 상기 채널층(30)의 측면과 상기 지지부재(70)의 측면에 상기 반사부(40)가 형성될 수 있다. 이후 상기 임시기판(90)이 제거됨으로써 개별 발광소자가 형성될 수 있게 된다.

실시 예에 의하면, 상기 반사부(40)는 상기 채널층(30)의 상부에 배치될 수 있다. 상기 반사부(40)는 상기 채널층(30) 위에 접촉되어 배치될 수 있다. 상기 반사부(40)는 상기 지지부재(70)의 측면에 배치될 수 있다. 상기 반사부(40)는 상기 지지부재(70)의 측면에 접촉되어 배치될 수 있다. 실시 예에 의하면, 상기 반사부(40)는 상기 채널층(30)의 상부에 배치된 제1 영역과 상기 지지부재(70)의 측면에 배치된 제2 영역이 서로 연결되어 배치될 수 있다.

또한 상기 반사부(40)는 상기 금속층(50)의 측면에 배치될 수도 있다. 상기 반사부(40)는 상기 금속층(50)의 측면에 접촉되어 배치될 수 있다. 상기 반사부(40)는 상기 본딩층(60)의 측면에 배치될 수 있다. 상기 반사부(40)는 상기 본딩층(60)의 측면에 접촉되어 배치될 수 있다. 상기 반사부(40)는 상기 발광구조물(10)과 이격되어 배치될 수 있다. 상기 반사부(40)는 상기 발광구조물(10)과 전기적으로 절연되어 배치될 수 있다.

상기 반사부(40)는 반사율이 좋은 물질로 구현될 수 있다. 예로서 상기 반사부(40)는 Ag, Al, Pt 중에서 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 상기 반사부(40)는 예로서 50 나노미터 내지 5000 나노미터의 두께로 형성될 수 있다.

상기 반사부(40)는 상기 발광구조물(10)에서 발광된 빛이 상기 채널층(30), 상기 금속층(50), 상기 본딩층(60), 상기 지지부재(70)로 입사되어 흡수되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 상기 반사부(40)는 외부로부터 입사되는 빛을 반사시킴으로써 상기 채널층(30), 상기 금속층(50), 상기 본딩층(60), 상기 지지부재(70)에서 빛이 흡수되어 소실되는 것을 방지할 수 있게 된다.

상기 반사부(40)가 배치됨에 따라, 상기 채널층(30)의 측면, 상기 금속층(50)의 측면, 상기 본딩층(60)의 측면, 상기 지지부재(70)의 측면 중의 어느 하나에 거칠기가 형성된 경우에도, 실시 예에 따른 발광소자의 측면은 모두 매끄럽게 구현될 수 있게 된다. 즉, 상기 반사부(40)의 표면이 매끄럽게 형성될 수 있으므로 스크라이빙 공정 등에서 상기 채널층(30)의 측면, 상기 금속층(50)의 측면, 상기 본딩층(60)의 측면, 상기 지지부재(70)의 측면 중의 어느 하나에 거칠기 또는 버(burr)가 형성된 경우에도, 실시 예에 따른 발광소자의 측면은 모두 매끄럽게 구현될 수 있게 된다.

실시예에 의하면 소자의 신뢰성을 유지하면서 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.

도 7은 실시 예에 따른 발광소자가 적용된 발광소자 패키지를 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 실시 예에 따른 발광소자 패키지는 몸체(120)와, 상기 몸체(120)에 배치된 제1 리드전극(131) 및 제2 리드전극(132)과, 상기 몸체(120)에 제공되어 상기 제1 리드전극(131) 및 제2 리드전극(132)과 전기적으로 연결되는 실시 예에 따른 발광소자(100)와, 상기 발광소자(100)를 포위하는 몰딩부재(140)를 포함할 수 있다.

상기 몸체(120)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광소자(100)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.

상기 제1 리드전극(131) 및 제2 리드전극(132)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광소자(100)에 전원을 제공한다. 또한, 상기 제1 리드전극(131) 및 제2 리드전극(132)은 상기 발광소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.

상기 발광소자(100)는 상기 몸체(120) 위에 배치되거나 상기 제1 리드전극(131) 또는 제2 리드전극(132) 위에 배치될 수 있다.

상기 발광소자(100)는 상기 제1 리드전극(131) 및 제2 리드전극(132)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.

상기 몰딩부재(140)는 상기 발광소자(100)를 포위하여 상기 발광소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(140)에는 형광체가 포함되어 상기 발광소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.

실시 예에 따른 발광소자 또는 발광소자 패키지는 복수 개가 기판 위에 어레이될 수 있으며, 상기 발광소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 렌즈, 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광소자 패키지, 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 상기 라이트 유닛은 탑뷰 또는 사이드 뷰 타입으로 구현되어, 휴대 단말기 및 노트북 컴퓨터 등의 표시 장치에 제공되거나, 조명장치 및 지시 장치 등에 다양하게 적용될 수 있다. 또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함하는 조명 장치로 구현될 수 있다. 예를 들어, 조명 장치는 램프, 가로등, 전광판, 전조등을 포함할 수 있다.

도 9는 실시예에 따른 조명장치의 분해 사시도이다.

도 9를 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 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 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 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)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 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.

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(11), 활성층(12),
제2 도전형 반도체층(13), 질화갈륨 반도체층(14),
In_xGa₁ _- _xN패턴(15), Al_yGa₁ _- _yN층(16),
패드 전극(81), 제1 전극층(87)

Claims

제1 전극층;
상기 제1 전극층 상에 제2 도전형 반도체층;
상기 제2 도전형 반도체층 상에 활성층;
상기 활성층 상에 제1 도전형 반도체층;
상기 제1 도전형 반도체층 상에 Al_yGa₁ _- _yN층(단,0〈y≤1);
상기 Al_yGa₁ _- _yN층 상에 In_xGa₁ _- _xN패턴(단,0〈x≤1);
상기 In_xGa₁ _- _xN패턴 상에 질화갈륨 반도체층; 및
상기 질화갈륨 반도체층 상에 패드 전극;을 포함하는 발광소자.
기판;
상기 기판 상에 질화갈륨 반도체층;
상기 질화갈륨 반도체층 상에 In_xGa₁ _- _xN패턴(단,0〈x≤1);
상기 In_xGa₁ _- _xN패턴 상에 Al_yGa₁ _- _yN층(단,0〈y≤1);
상기 Al_yGa₁ _- _yN층 상에 제1 도전형 반도체층;
상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층;
상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층;을 포함하는 발광소자.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 Al_yGa₁ _- _yN층은,
AlN층/GaN층 또는 AlGaN층/GaN층의 초격자 구조를 포함하는 발광소자.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 In_xGa₁ _- _xN패턴은
볼록한 단면을 포함하는 발광소자.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 Al_yGa₁ _- _yN층은
볼록한 단면을 포함하는 발광소자.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 In_xGa₁ _- _xN패턴은
계단형 굴절률을 구비한 복수의 층으로 형성된 발광소자.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 In_xGa₁ _- _xN패턴은
분리된 섬(separated islands) 형태인 발광소자.
제5 항에 있어서,
상기 Al_yGa₁ _- _yN층은
상기 In_xGa₁ _- _xN패턴의 표면을 따라 볼록한 단면을 포함하는 발광소자.