KR20160046186A - 발광소자 및 조명시스템 - Google Patents
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Abstract
실시예의 발광소자는 라드 형상을 갖는 제 1 도전형 반도체층; 상기 제 1 도전형 반도체층을 감싸도록 배치된 반사층; 상기 반사층을 감싸도록 배치된 활성층; 및 상기 활성층을 감싸도록 배치된 제 2 도전형 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것으로, 좀더 구체적으로, 수직한 라드 형상의 반도체 구조물을 갖는 발광소자에 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 전자(electron)와 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 된다.
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.
특히, 광을 직접적으로 방출하는 발광구조물의 경우, 단순 적층형 에피 구조형태를 탈피하여, 다양한 구조 변화를 통해 광도를 개선하는 방안들이 제안되었다.
이때, 발광구조물의 개선방향으로, 반도체층의 결정 퀄리티가 향상되어야 하고, 발광영역이 확장되어야 하며, 발생한 빛이 발광구조물의 외부로 효과적으로 방출될 것 등이 요구된다.
실시예는 광도를 향상시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예의 발광소자는 라드 형상을 갖는 제 1 도전형 반도체층; 상기 제 1 도전형 반도체층을 감싸도록 배치된 반사층; 상기 반사층을 감싸도록 배치된 활성층; 및 상기 활성층을 감싸도록 배치된 제 2 도전형 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 측면에서, 실시예의 발광소자는 수평형 구조의 라드 형상을 갖는 발광구조물을 포함하는 발광소자로서, 상기 발광구조물은 라드 형상의 제 1 도전형 반도체층과, 상기 제 1 도전형 반도체층 상에 배치된 활성층과, 상기 활성층 상에 배치된 제 2 도전형 반도체층과, 상기 제 1 도전형 반도체층과 상기 활성층 사이에 배치된 반사층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 실시예에 따른 조명시스템은 상기 발광소자를 구비하는 발광모듈을 포함할 수 있다.
실시예에 의하면 광도를 증대시킬 수 있는 최적의 구조를 구비한 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
실시예의 발광구조물은 적층형 나노 라드 구조물에 비하여 활성층이 반도체층과 맞닿는 표면적이 비약적으로 증가하여 발광효율이 크게 향상될 수 있고, 빛이 공진할 수 있는 면적 또한 증가되는 장점이 있다.
또한, 발광구조물 또한 기판에서 성장될 때 기판 계면과 맞닿는 면적이 작아 TDD가 발생할 확률이 줄어들어 활성층의 퀄리티 개선에도 유리한 효과가 있다.
특히 실시예의 발광구조물에는 반사층이 배치되어 제 1 도전형 반도체층을 향해 발광되는 빛을 반사시킴으로써, 제 1 도전형 반도체층의 광 흡수율을 감소시켜 광 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
그리고, 실시예의 발광구조물은 활성층에서 발광구조물의 측면으로 빛이 방출될 때, 발광구조물 측면에 각진 형상으로 인하여 광추출 효율도 향상될 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 복수의 양자우물 전반에 걸쳐 홀과 전자 결합시켜 발광효율이 향상된 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 활성층의 품질을 향상시켜 동작전압을 감소시키고 신뢰성 및 재현성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
그리고, 실시예에 의하면 양자구속효과의 개선, 발광효율의 개선 및 소자신뢰성 개선할 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 남겨진 GaN층의 두께와 광 효율 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 발광소자의 평면도이고, 도 3은 도 1의 발광소자의 단면도다.
도 4는 제 1 실시예에 따른 발광구조물의 사시도다.
도 5는 제 2 실시예에 따른 발광구조물의 사시도다.
도 6은 제 3 실시예에 따른 발광구조물의 단면도다.
도 7은 제 4 실시예에 따른 발광구조물의 단면도다.
도 8은 제 2 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 측 단면도다.
도 9는 제 3 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 측 단면도다.
도 10 내지 도 16은 도 2의 발광소자의 제조 과정을 나타낸 도면이다.
도 17은 도 2의 발광소자를 갖는 발광소자 패키지를 나타낸 도면이다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 발광소자의 평면도이고, 도 3은 도 1의 발광소자의 단면도다.
도 4는 제 1 실시예에 따른 발광구조물의 사시도다.
도 5는 제 2 실시예에 따른 발광구조물의 사시도다.
도 6은 제 3 실시예에 따른 발광구조물의 단면도다.
도 7은 제 4 실시예에 따른 발광구조물의 단면도다.
도 8은 제 2 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 측 단면도다.
도 9는 제 3 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 측 단면도다.
도 10 내지 도 16은 도 2의 발광소자의 제조 과정을 나타낸 도면이다.
도 17은 도 2의 발광소자를 갖는 발광소자 패키지를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
실시예의 설명에 있어서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
최근 자외선 파장대역을 방출하는 발광소자에 대한 관심이 높아지고 있다. 그리고 활성층 주위에 배치되는 반도체층들은 일반적으로 GaN을 포함하도록 구성된다. 그런데 GaN의 에너지 밴드 갭은 자외선 파장대역과 대응되어, GaN을 향해 이동하는 자외선 파장대역의 광이 GaN층에서 흡수되는 문제점이 발생한다.
도 1은 남겨진 GaN층의 두께와 광 효율 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 1을 보면 알 수 있듯이, 활성층 부근에 남겨진 GaN의 두께가 증가할수록 광 효율이 급격하게 하락하는 것을 알 수 있다.
이를 방지하기 위하여, 최근 활성층 주위에 배치된 반도체층에서 GaN을 제거하는 방안 등이 제안되었다. 그러나 라드 형상을 갖는 발광구조물에 경우, GaN을 제거하기 어려운 문제점이 있다.
실시예는 GaN을 포함하는 라드 구조의 발광구조물에 반사층을 삽입하여 광흡수를 줄임으로써, 광 효율을 향상시킬 수 있는 발광소자를 제안하고자 한다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 발광소자의 평면도이고, 도 3은 도 1의 발광소자의 단면도다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 제 1 실시예에 따른 발광소자(100)는 기판(101), 전도성 반도체층(110), 발광구조물(150), 전극층(170) 및 제 1 및 제 2 전극(181, 183)을 포함한다.
기판(101)은 전도성 또는 절연성 재질의 기판일 수 있으며, 또는 투광성 또는 비 투광성 재질의 기판일 수 있다. 기판(101)은 사파이어 기판(Al2O3), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, Ga2O3, GaAs와 같은 군에서 선택될 수 있다. 기판(101)은 발광소자(100)를 지지하기 위한 층으로 사용될 수 있다.
기판(101) 상에는 II족 내지 VI족 원소의 화합물 반도체층이 배치될 수 있다. 기판(101)과 전도성 반도체층(110) 사이에는 질화물 버퍼층(미도시), 및 언도프드(undoped) 반도체층(미도시) 중 적어도 한 층이 배치될 수 있다. 버퍼층 및 언도프드 반도체층은 III족-V족 원소의 화합물 반도체로 배치될 수 있으며, 버퍼층은 기판(101)과의 격자 상수의 차이를 줄여주게 되며, 언도프드 반도체층은 도핑하지 않는 GaN계 반도체로 배치될 수 있다.
전도성 반도체층(110)은 II족 내지 VI족 원소의 화합물 반도체로 배치될 수 있으며, 예컨대 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 전도성 반도체층(110)은 라드(rod) 타입으로 제 1 도전형 반도체층을 형성하기 위한 층으로서, III족-V족 원소의 화합물 반도체 예컨대, GaN으로 형성될 수 있다. 전도성 반도체층(110)은 단층 또는 복수의 층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 전도성 반도체층(110)은 제 1 도전형 도펀트를 포함할 수 있으며, 제 1 도전형 도펀트는 n형 도펀트일 수 있고, 예컨대 Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 도펀트일 수 있다. 전도성 반도체층(110)은 제 1 도전형의 반도체층(115)으로서, 발광구조물(150)에 포함될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
전도성 반도체층(110) 상에는 마스크층(103)이 배치되며, 마스크층(103)은 홀(105)을 갖는다. 홀(105)에는 라드 타입의 제 1 도전형 반도체층(115)이 배치된다. 마스크층(103)은 절연 재질로 형성될 수 있으며, 예컨대 SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 홀(105)은 복수개가 서로 이격될 수 있으며, 예컨대 일정한 간격, 불규칙한 간격, 또는 랜덤한 간격으로 배치될 수 있다. 홀(105)은 탑뷰 형상이 원 형상, 타원 형상 또는 다각형 형상으로 형성될 수 있다.
발광구조물(150)은 제 1 도전형 반도체층(115), 반사층(140), 활성층(120) 및 제 2 도전형 반도체층(130)을 포함한다. 발광구조물(150)은 전도성 반도체층(110)을 더 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 4는 제 1 실시예에 따른 발광구조물(150)의 사시도다.
도 4를 참조하면, 제 1 실시예에 따른 발광구조물(150)은 제 1 도전형 반도체층(115), 반사층(140), 활성층(120) 및 제 2 도전형 반도체층(130)을 포함할 수 있다.
제 1 도전형 반도체층(115)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함한다. 제 1 도전형 반도체층(115)은 제 1 도전형 도펀트가 도핑된 III족-V족 원소의 화합물 반도체, 예컨대, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중에서 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 도전형 반도체층(115)은 수직한 라드 형상으로, GaN을 포함할 수 있다. GaN은 성장 조건에 따라 수직 방향(0001 방향), Facet 방향, 또는 수평 방향 중에서 선택적으로 성장될 수 있으며, 수직한 라드 형상으로 형성될 수 있다.
제 1 도전형 반도체층(115)은 제 1 도전형 도펀트를 포함하며, 에컨대 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제 1 도전형 반도체층(115)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제 1 도전형 반도체층(115)의 라드 형상은, 직경이 5nm <직경 < 2㎛ 범위로 형성될 수 있다. 라드 직경이 2㎛ 이상이 되면 활성층(120)의 면적이 라드 직경에 비례하여 증가되지 않게 되고 활성층(120)이나 제 2 도전형 반도체층(130)의 성장 레이트(rate)가 낮아질 수 있고 양자 효율의 개선도 미미한 문제가 있다. 또한 라드 직경을 5nm 이하로 할 경우 마스크층(103)의 홀(105)을 제조하거나 홀(105)을 통해 성장하는 데 어려움이 있다.
제 1 도전형 반도체층(115)의 라드 형상은, 높이가 10nm < 높이 < 5㎛ 범위 예컨대, 1㎛ < 높이 < 3㎛ 범위로 제공될 수 있다. 라드의 높이가 5㎛이상인 경우, 캐리어의 주입 거리 및 캐리어의 이동도가 저하되며, 또한 라드 성장에 어려움이 있다. 라드의 높이가 10nm이하인 경우 캐리어의 주입 거리, 캐리어의 이동도 및 발광 면적이 수평 LED 칩과 비교할 때 개선되지 않는 문제가 있다.
제 1 도전형 반도체층(115)은 라드 형상이 도 4와 같이, 다각 기둥 형상일 수 있으며, 예컨대 육각 기둥 형상일 수 있다. 제 1 도전형 반도체층(115)은 하부 너비와 상부 너비가 동일할 수 있으며, 공정 조건에 따라 상부 너비를 하부 너비보다 좁게 하거나, 상부 너비를 하부 너비보다 넓게 제공할 수 있다. 라드 형상인 경우 위로 갈수록 제 1 도전형 반도체층(115) 간의 간격이 더 이격되므로, 인접한 제 1 도전형 반도체층(115) 간의 간섭이 작아질 수 있으며, 라드 형상인 경우 발광 면적이 더 개선될 수 있다.
실시예에 따른 라드 형상의 제 1 도전형 반도체층(115)은 복수의 측면 및 상면을 갖고 활성층(120)과 대면하게 되므로, 활성층(120)의 면적을 증대시켜 줄 수 있다. 또한, 전도성 반도체층(110) 상에 라드 형상의 제 1 도전형 반도체층(115)이 배치되므로, 기판(101)으로부터 전달되는 결함 밀도를 줄여줄 수 있다. 이에 따라 활성층(120)의 결정 품질이 개선될 수 있다.
한편, 제 1 도전형 반도체층(115)은 전도성 반도체층(110)과 동일한 재질로 형성될 수 있으며, 예컨대 GaN으로 형성될 수 있다. 제 1 도전형 반도체층(115)은 수직방향 성장이 촉진되어야 하는데, AlGaN 또는 InGaN은 수직방향 형성이 어렵기 때문이다.
그런데, 전술하였듯이, GaN의 경우 파장대역이 400nm 이하인 광을 흡수하기 때문에, 라드 형상의 발광구조물(150)이 자외선 파장대역의 광을 방출할 때 광 효율이 급격하게 저하될 수 있다. 자외선 파장대역의 광뿐만 아니라 라드 형상의 발광구조물(150)의 경우 제 2 도전형 반도체층(130)측을 향해 이동하는 광자가 외부로 방출될 수 있기 때문에, 광자가 제 1 도전형 반도체층(115)을 통과하는 경우, 광자의 에너지가 감소하여 광 추출 효율이 떨어질 수 있다.
실시예는 이러한 문제점을 방지하기 위하여, 제 1 도전형 반도체층(115)과 활성층(120) 사이에 반사층(140)을 배치할 수 있다. 구체적으로, 반사층(140)이 제 1 도전형 반도체층(115)을 둘러싸도록 배치할 수 있다. 좀더 구체적으로, 반사층(140)이 제 1 도전형 반도체층(115)을 감싸도록 배치할 수 있다. 즉, 반사층(140)을 제 1 도전형 반도체층(115)의 복수의 측면 및 상면에 배치할 수 있다. 따라서 반사층(140)은 복수의 측면 및 상면을 포함할 수 있으며, 반사층(140)의 복수의 측면 및 상면은 제 1 도전형 반도체층(115)의 복수의 측면 및 상면에 각각 대면할 수 있다.
그리고 실시예에서 반사층(140)의 표면적은 제 1 도전형 반도체층(115)의 표면적보다 넓게 배치될 수 있다. 반사층(140)은 활성층(120)과 제 1 도전형 반도체층(115) 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로, 반사층(140)은 제 1 도전형 반도체층(115)의 외측면과 활성층(120)의 내측면 사이와, 제 1 도전형 반도체층(115)의 상면과 활성층(120)의 하면 사이에 각각 배치될 수 있다.
이러한 반사층(140)은 서로 다른 굴절률을 갖는 복수의 반도체층(예컨대, 두개의 층)인 분산형 브래그 반사층(Distributed Bragg Reflector: DBR)을 포함할 수 있다. DBR은 서로 다른 굴절률을 가지고 있어, 활성층(120)에서 발광하여 제 1 도전형 반도체층(115)을 향하는 빛을 반사할 수 있다.
구체적으로 실시예에서, 반사층(140)은 AlaInbGa1-a-bN(0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤a+b≤1)으로 형성된 제 1 반도체층 및 AlcIndGa1-c-dN(0≤c≤1, 0≤d≤1, 0≤c+dy≤1)으로 형성된 제 2 반도체층을 포함할 수 있다.
실시예에서, 이러한 제 1 반도체층과 제 2 반도체층의 에너지 밴드 갭 차이는 0.5eV~1.5eV 사이일 수 있다. 좀더 구체적으로, 제 1 반도체층과 제 2 반도체층의 에너지 밴드 갭 차이는 0.7eV~1eV일 수 있다. 에너지 밴드 갭 차이가 0.5eV 미만인 경우, 반사층(140)의 반사율이 떨어질 수 있으며, 에너지 밴드 갭 차이가 1.5eV 초과인 경우, 제 1 반도체층과 제 2 반도체층의 급격한 조성차이로 결정품질이 떨어질 수 있다.
실시예에서, 반사층(140)을 이루는 제 1 반도체층과 제 2 반도체층의 각각의 두께는 20nm~80nm 사이일 수 있다. 각 반도체층의 두께가 20nm 미만일 경우, 반사층(140)의 반사율이 떨어질 수 있고, 각 반도체층의 두께가 80nm를 초과할 경우, 반도체층 품질이 떨어질 수 있다.
또한, 실시예에서 반사층(140)의 전체 두께는 1um~3um 사이일 수 있다. 반사층(140)의 두께가 1um 미만일 경우, 반사층(140)의 반사율이 떨어질 수 있고, 반사층(140)의 두께가 3um를 초과할 경우, 반도체층 품질이 떨어질 수 있다.
그리고 실시예에서 반사층(140)을 이루는 반도체층들은 모두 제 1 도전형 도펀트를 포함할 수 있다. 제 1 도전형 도펀트는 n형 도펀트일 수 있으며, 예컨대 Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 도펀트일 수 있다. 이러한 반사층(140)은 제 1 도전형 반도체층(115)에서 발생된 캐리어를 활성층(120)으로 통과시킬 수 있으며, 반사층(140) 자체에서 발생된 캐리어를 활성층(120)으로 주입할 수 있어, 발광효율을 향상시킬 수 있다.
이러한 실시예의 반사층(140)은 활성층(120)에서 제 1 도전형 반도체층(115)을 향해 발광된 빛을 반사시켜 광 효율을 향상시킬 수 있다. 특히 반사층(140)은 400nm 이하의 파장대역의 빛을 발광하는 발광소자(100)에서 제 1 도전형 반도체층(115)의 광 흡수율을 급격하게 감소시킬 수 있으므로, 그 효과가 탁월할 수 있다.
다른 실시예에서, DBR은 서로 다른 유전체 층이 교대로 증착될 수 있으며, 예컨대 각각 Si, Zr, Ta, Ti 및 Al로 구성된 그룹으로부터 선택된 원소의 산화물 또는 질화물일 수 있으며, 구체적으로, SiO2층과 Si3N4층일 수 있다. 반사층(140)은 서로 다른 유전체층이 수직 방향으로 적층되어, 인접한 발광구조물(150)의 측면으로부터 방출된 광을 반사시켜 줄 수 있다. 수직 방향은 라드의 배열 방향에 평행한 방향이거나 기판(101)의 상면에 대해 수직한 방향이 될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 반사층(140)은 DBR 층이 아닌 무지향성 반사(omni-directional reflector: ODR)층을 채용할 수 있다. ODR층은 발광구조물(150)의 측면에 금속 반사층(미도시)이 배치되고, 금속 반사층 사이에 유전체 층(미도시)이 배치될 수 있다. 즉, ODR층은 수직 방향으로 금속 반사층/유전체층/금속 반사층의 적층 구조로 형성될 수 있다. 금속 반사층은 Ag 또는 Al일 수 있으며, 유전체층은 SiO2, Si3N4과 같은 물질일 수 있다. 수직 방향은 라드의 배열 방향에 평행한 방향이거나 기판(101)의 상면에 대해 수직한 방향이 될 수 있다.
한편, 이러한 반사층(140) 상에는 활성층(120)이 배치될 수 있다. 구체적으로 활성층(120)은 반사층(140)을 감싸도록 배치될 수 있다. 활성층(120)은 반사층(140)의 복수의 측면 및 상면에 배치될 수 있다. 활성층(120)은 복수의 측면 및 상면을 포함하며, 복수의 측면 및 상면은 반사층(140)의 측면 및 상면에 각각 대면할 수 있다.
활성층(120)은 단일 양자 우물, 다중 양자 우물(MQW), 양자 선(quantum wire) 구조 또는 양자 점(quantum dot) 구조를 선택적으로 포함한다. 활성층(120)은 우물층과 장벽층의 주기를 포함한다. 우물층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함하며, 장벽층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함할 수 있다. 우물층/장벽층의 주기는 예컨대, InGaN/GaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/InAlGaN, AlGaAs/GaAs, InGaAs/GaAs, InGaP/GaP, AlInGaP/InGaP, InP/GaAs의 페어로 구현될 수 있다. 우물층/장벽층의 주기는 2주기 이상으로 형성될 수 있으며, 장벽층은 우물층의 밴드 갭보다 넓은 밴드 갭을 가지는 반도체 물질로 형성될 수 있다. 활성층(120)은 가시 광선부터 자외선까지의 파장 범위 내에서 선택적으로 발광할 수 있으며, 예컨대 가시광선의 피크 파장을 갖는 광 또는 청색 피크 파장의 광을 발광할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 실시예에서, 활성층(120)은 자외선 파장 범위 내의 광을 방출하는 것으로 설명하나, 이에 대해 한정하지 않는다.
활성층(120)과 제 2 도전형 반도체층(130) 사이에는 전자 차단층(미도시)이 형성될 수 있다. 전자 차단층은 GaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 활성층(120)의 밴드 갭 이상의 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
제 2도전형 반도체층은 활성층(120)을 감싸게 배치된다. 제 2 도전형 반도체층(130)은 복수의 측면 및 상면을 포함하며, 복수의 측면 및 상면은 활성층(120)의 측면 및 상면과 대면할 수 있다.
제 2 도전형 반도체층(130)은 제 2 도전형 도펀트가 도핑된 반도체 예컨대, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함한다. 제 2 도전형 반도체층(130)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP와 같은 화합물 반도체 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 활성층(120)이 자외선 파장대역의 빛을 발광하는 경우, 제 2 도전형 반도체층(130)은 AlGaN을 포함하도록 구성될 수 있다. 그리고 제 2 도전형 반도체층(130)은 p형 반도체층일 수 있고, 제 2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba을 포함할 수 있다.
실시예의 라드 형상의 발광구조물(150)은 반사층(140)과 제 2 도전형 반도체층(130)이 복수의 측면 및 상면을 갖고 활성층(120)과 대면하게 되므로, 활성층(120)의 면적을 증대시킬 수 있어, 발광효율이 향상될 수 있다. 또한, 전도성 반도체층(110) 상에 라드 형상의 제 1 도전형 반도체층(115)이 배치되므로, 기판(101)으로부터 전달되는 결함 밀도를 줄여줄 수 있다. 이에 따라 활성층(120)의 결정 품질이 개선될 수 있다.
또한 실시예의 반사층(140)은 활성층(120)에서 제 1 도전형 반도체층(115)을 향해 발광된 빛을 반사시켜 광 효율을 향상시킬 수 있다. 특히 반사층(140)은 자외선 파장대역의 빛을 발광하는 발광소자(100)에서 제 1 도전형 반도체층(115)의 광 흡수를 방지할 수 있으므로, 그 효과가 탁월할 수 있다.
도 5는 제 2 실시예에 따른 발광구조물(150)의 사시도이며, 도 6은 제 3 실시예에 따른 발광구조물(150)의 단면도이고, 도 7은 제 4 실시예에 따른 발광구조물(150)의 단면도다.
제 2 내지 제 4 실시예는 제 1 실시예의 발광구조물(150)의 형상을 변형한 것으로, 유사한 구성에는 동일한 도면부호를 부여하며, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 5를 참조하면, 제 2 실시예의 발광구조물(151)의 제 1 도전형 반도체층(115A)은 라드 형상이 육각 기둥 이상 예컨대, 12각형 기둥 형상일 수 있다. 이러한 제 1 도전형 반도체층(115A)의 외 형상에 의해, 이를 감싸는 반사층(141), 활성층(121) 및 제 2 도전형 반도체층(131)의 외 형상은 12각형 기둥 형상일 수 있다. 이에 따라 활성층(121)의 면적은 증가될 수 있으며, 광 추출 효율은 개선될 수 있다. 다른 예로서, 제 1 도전형 반도체층(115A)은 육각 또는 12각 기둥을 제외한 다각 기둥 형상 예컨대, 삼각 기둥 또는 그 이상의 다각 기둥 형상으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 6을 참조하면, 제 3 실시예에 따른 발광구조물(152)은 수평형 구조의 라드 형상일 수 있다. 이때 수평형 구조의 라드 형상이란 제 1 도전형 반도체층(115B), 반사층(142), 활성층(122) 및 제 2 도전형 반도체층(132)이 수직방향으로 차례대로 적층된 구조를 의미한다.
구체적으로, 제 3 실시예에 따른 발광구조물(152)은 삼각 기둥 형상을 가질 수 있으며, 삼각 기둥의 일 측면이 전도성 반도체층(110) 상에 배치되는 구조일 수 있다. 따라서, 삼각 기둥 형상의 발광구조물(152)의 측단면은 삼각 형상일 수 있다.
좀더 구체적으로, 측단면도에서 제 1 도전형 반도체층(115B)은 전도성 반도체층(110)에서 삼각형으로 돌출된 형상일 수 있다. 그리고, 반사층(142)은 제 1 도전형 반도체층(115B)의 상면과 제 1 도전형 반도체층(115B)이 형성되지 않은 전도성 반도체층(110)의 상면을 덮도록 배치될 수 있다. 다른 측면에서 설명하면, 반사층(142)은 제 1 도전형 반도체층(115B) 및 전도성 반도체층(110)과 활성층(122) 사이에 배치될 수 있다.
이러한 반사층(142)은 활성층(122)에서 제 1 도전형 반도체층(115B)과 전도성 반도체층(110)으로 방출된 빛을 반사시켜 광 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고 반사층(142) 상에는 활성층(122)이 배치될 수 있고, 활성층(122) 상에는 제 2 도전형 반도체층(132)이 배치될 수 있다.
도 7을 참조하면, 제 4 실시예에 따른 발광구조물(153)은 수평형 구조의 라드 형상일 수 있다. 이때 수평형 구조의 라드 형상이란 수직방향으로 제 1 도전형 반도체층(115C), 반사층(143), 활성층(123) 및 제 2 도전형 반도체층(133)이 차례대로 적층된 구조를 의미한다.
구체적으로, 제 4 실시예에 따른 발광구조물(153)은 사각 기둥 형상을 가질 수 있으며, 사각 기둥의 일 측면이 전도성 반도체층(110) 상에 배치되는 구조일 수 있다. 따라서, 사각 기둥 형상의 발광구조물(153)의 측단면은 사각 형상일 수 있다.
좀더 구체적으로, 측단면도에서 제 1 도전형 반도체층(115C)은 전도성 반도체층(110)에서 사각형으로 돌출된 형상일 수 있다. 그리고, 반사층(143)은 제 1 도전형 반도체층(115C)의 상면과 제 1 도전형 반도체층(115C)이 형성되지 않은 전도성 반도체층(110)의 상면을 덮도록 배치될 수 있다. 다른 측면에서 설명하면, 반사층(143)은 제 1 도전형 반도체층(115C) 및 전도성 반도체층(110)과 활성층(123) 사이에 배치될 수 있다.
이러한 반사층(143)은 활성층(123)에서 제 1 도전형 반도체층(115C)과 전도성 반도체층(110)으로 방출된 빛을 반사시켜 광 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고 반사층(143) 상에는 활성층(123)이 배치될 수 있고, 활성층(123) 상에는 제 2 도전형 반도체층(133)이 배치될 수 있다.
한편, 복수의 발광구조물(150) 사이의 영역에는 절연층(160)이 배치될 수 있다. 절연층(160)은 복수의 발광구조물(150) 사이에 배치되고 마스크층(103)에 접촉될 수 있다. 절연층(160)은 제 2 도전형 반도체층(130)의 둘레에 접촉될 수 있다. 실시예에서, 절연층(160)은 SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그리고 도 2와 같이, 전극층(170)은 라드 형상의 발광구조물(150) 상에 배치될 수 있다. 전극층(170)은 복수의 라드 형상의 발광구조물(150)을 커버할 수 있다. 전극층(170)은 제 2 도전형 반도체층(130)의 상면에 배치될 수 있다. 전극층(170)은 돌출부를 포함할 수 있으며, 돌출부는 복수의 발광구조물(150) 사이의 영역을 통해 절연층(160) 상에 배치될 수 있다. 전극층(170)은 제 2 도전형 반도체층(130)의 상면에 접촉될 수 있고, 돌출부는 제 2 도전형 반도체층(130)의 측면에 접촉될 수 있다. 이에 따라 전극층(170)은 제 2 도전형 반도체층(130)으로 전원을 공급할 수 있다.
실시예에서, 전극층(170)은 투광성 물질 또는 금속 물질 중에서 선택될 수 있으며, 예컨대 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), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이러한 재료로 한정하지는 않는다. 전극층(170)은 광을 투과하는 물질이 아닌, 광을 반사하는 금속으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시예에서, 제 1 전극(181)은 전도성 반도체층(110) 및 제 1 도전형 반도체층(115) 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되거나 접촉될 수 있다. 제 1 전극(181)은 예컨대 전도성 반도체층(110)의 접촉부(112) 상에 배치될 수 있다. 전도성 반도체층(110)의 접촉부(112)는 다른 영역보다 돌출될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 다른 예로서, 접촉부(112)는 돌출되지 않을 수 있다. 제 1 전극(181)은 전극 패드를 포함하며, 소정의 패턴으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 제 1 전극(181)은 전류 확산을 위해 암(arm) 구조로 분기될 수 있다. 제 1 전극(181)은 금속 예컨대, Ti, Al, In, Ta, Pd, Co, Ni, Si, Ge, Ag 및 Au 중에서 단일 금속 또는 합금을 포함하며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
실시예에서, 제 2 전극(183)은 전극층(170) 및 제 2 도전형 반도체층(130) 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되거나 접촉될 수 있다. 제 2 전극(183)은 전극층(170) 위에 배치될 수 있다. 제 2 전극(183)은 전극 패드를 포함하며, 소정의 패턴으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 제 2 전극(183)은 전류 공급을 위해 암(arm) 구조로 분기될 수 있다. 제 2 전극(183)은 금속 예컨대, Ti, Al, In, Ta, Pd, Co, Ni, Si, Ge, Ag 및 Au 중에서 단일 금속 또는 합금을 포함하며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
실시예는 라드 형상의 제 1 도전형 반도체층(115)/반사층(140)/활성층(120)/제 2 도전형 반도체층(130)을 포함하는 발광구조물(150)에 의해 발광 면적 및 발광효율이 향상될 수 있다. 그리고 실시예의 라드 형상의 발광구조물(150)은 반사층(140)으로 제 1 도전형 반도체층(115)의 광 흡수를 막아 광 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 기판(101)으로부터 전파되는 결함 밀도를 차단할 수 있어, 활성층(120)의 결정 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있으며 내부 양자 효율도 개선시켜 줄 수 있다. 또한 발광구조물(150)의 측면 및 상면을 통해 광이 방출될 때, 발광구조물(150)의 각진 형상으로 인하여 광 추출 효율도 향상될 수 있다.
다른 실시예로서, 발광구조물(150)은 제 1 도전형 반도체층(115)이 p형 반도체층이고, 제 2 도전형 반도체층(130)이 n형 반도체층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 8은 제 2 실시예에 따른 발광소자(101)를 나타낸 측 단면도다.
제 2 실시예의 설명에 있어서, 상기에 개시된 실시예의 구성과 동일한 구성은 상기에 개시된 실시예의 설명을 참조하기로 한다.
도 8을 참조하면, 제 2 실시예에 따른 발광소자(101)는 기판(101), 전도성 반도체층(110), 발광구조물(150), 전극층(170), 절연층(160) 및 제 1 및 제 2 전극(181, 183)을 포함한다.
전도성 반도체층(110)과 발광구조물(150) 사이에 배치된 마스크층(도 2의 103)은 제거될 수 있다. 이에 따라 인접한 발광구조물(150)의 반사층(140), 활성층(120) 및 제 2 도전형 반도체층(130)은 서로 연결될 수 있다. 각 발광구조물(150)의 반사층(140)의 내측 연장부(140A)는 절연층(160)과 전도성 반도체층(110) 사이로 연장되어, 인접한 반사층(140) 간을 연결해 준다. 또한 반사층(140)의 외측 연장부(140B)는 절연층(160)의 내 측면에 접촉될 수 있다. 반사층(140)의 내측 및 외측 연장부(140A, 140B)는 수평 방향으로 연장될 수 있다.
반사층(140)의 연장부(140A) 상에는 활성층(120)의 연장부(120A)가 배치된다. 활성층(120)의 연장부(120A)는 수평 방향으로 연장되고, 다른 발광구조물(150)의 활성층(120)과 연결되거나, 반사층(140)의 외측 연장부(140A) 상에 배치될 수 있다.
그리고 활성층(120)의 연장부(120A) 상에는 제 2 도전형 반도체층(130)의 연장부(130A)가 배치된다. 제 2 도전형 반도체층(130)의 연장부(130A)는 수평 방향으로 연장되고, 다른 발광구조물(150)의 제 2 도전형 반도체층(130)과 연결되거나, 반사층(140)의 외측 연장부(140B) 상에 배치될 수 있다.
반사층(140)의 연장부(140A, 140B), 활성층(120)의 연장부(120A, 120B) 및 제 2 도전형 반도체층(130)의 연장부(130A)는 라드 형상의 제 1 도전형 반도체층(115)을 형성한 후, 마스크층(103)을 제거한 영역 상에 연장되어 형성될 수 있다.
제 2 도전형 반도체층(130)의 연장부(130A)와 전극층(170) 사이에는 절연층(160)이 배치될 수 있다. 절연층(160)의 일부는 발광구조물(150) 중 최 외곽에 배치된 발광구조물(150)의 측면에 배치되어, 반사층(140)의 외측 연장부(140B), 활성층(120)의 외측 연장부(120B) 및 전도성 반도체층(110)에 접촉될 수 있다. 이러한 활성층(120) 및 제 2 도전형 반도체층(130)의 연장부가 추가 배치되므로, 활성층(120) 및 제 2 도전형 반도체층(130)의 전체 표면적은 증가될 있으며, 발광 면적도 더 증가될 수 있다.
도 9는 제 3 실시예에 따른 발광소자(102)를 나타낸 측 단면도이다. 제 3 실시예의 설명에 있어서, 상기에 개시된 실시예의 구성과 동일한 구성은 상기에 개시된 실시예의 설명을 참조하기로 한다.
도 9를 참조하면, 발광소자(102)는 전도성 반도체층(110), 라드 형상의 발광구조물(150), 전극층(170), 절연층(160), 제 1 전극(181A) 및 제 2 전극(183)을 포함한다.
제 1 전극(181A)은 전도성 반도체층(110)의 아래에 배치되며, 다수의 전도층을 포함한다. 제 1 전극(181A)은 접촉층(185), 제 2 반사층(186), 접합층(187) 및 전도성 지지부재(188)를 포함한다.
접촉층(185)은 전도성 반도체층(110)의 아래에 배치된다. 접촉층(185)은 전도성 물질 예컨대, 전도성 반도체층(110)과 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 접촉층(185)은 전도성 반도체층(110)과 오믹 접촉될 수 있다. 접촉층(185)은 투광성 전도 물질 또는 금속 물질 중에서 선택될 수 있으며, 예컨대 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), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이러한 재료로 한정하지는 않는다.
제 2 반사층(186)은 접촉층(185)의 아래에 배치되어, 입사되는 광을 반사시켜 주게 된다. 제 2 반사층(186)은 금속 예컨대, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질 중에서 형성될 수 있으며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
제 2 반사층(186) 아래에는 접합층(187)이 배치되며, 접합층(187)은 금속 재질 예컨대, Au, Sn, Nb, Pb, In, Mo 중에서 적어도 하나를 포함하고, 단층 또는 서로 다른 물질로 다층으로 형성될 수 있다. 접합층(187)은 제 2 반사층(186)과 전도성 지지부재(188) 사이를 접합시켜 주게 된다.
전도성 지지부재(188)는 접합층(187)의 아래에 형성될 수 있다. 전도성 지지부재(188)는 예를 들어, Ti, Cr, Ni, Al, Pt, Au, W, Cu, Mo, Cu-W 중 적어도 하나의 금속 또는 둘 이상의 합금으로 형성되거나, 또는 불순물이 주입된 반도체 기판(예: Si, Ge, GaN, GaAs, ZnO, SiC, SiGe 등)로 형성될 수 있다. 전도성 지지부재(188)는 다층 구조의 금속층이거나 탄소를 포함하는 층일 수 있다.
제 2 전극(183)은 전극층(170) 상에 배치될 수 있다. 제 1 전극(181A)과 제 2 전극(183)은 서로 반대측 방향에 배치될 수 있다. 이러한 발광소자(102)는 제 2 반사층(186)에 의해 대부분의 광이 수직 상 방향으로 반사될 수 있다.
도 10 내지 도 16은 도 2의 발광소자(100)의 제조 과정을 나타낸 도면이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 기판(101) 상에는 성장 장비에 의해 전도성 반도체층(110)이 형성될 수 있다. 기판(101)은 절연성 또는 전도성 기판일 수 있다. 기판(101)은 예를 들어, 사파이어 기판(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
기판(101) 위에 성장된 반도체층은 예를 들어, 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxial), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxial) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
전도성 반도체층(110)은 기판(101) 상에 II족 내지 VI족 원소의 화합물 반도체로 형성될 수 있으며, 예컨대 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 전도성 반도체층(110)과 기판(101) 사이에는 미도시된 버퍼층 및 언도프드 반도체층 중 적어도 하나가 형성될 수 있다.
전도성 반도체층(110) 상에는 마스크층(103)이 형성되고, 마스크층(103)에는 복수의 홀(105)이 형성될 수 있다. 마스크층(103)은 SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3 중 적어도 하나의 재질로 증착되며, 홀(105)은 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의해 소정의 영역에 형성될 수 있다.
홀(105) 상에는 제 1 도전형 반도체층(115)이 성장된다. 제 1 도전형 반도체층(115)은 라드 형상으로 수직 성장 모드로 성장될 수 있다. 전도성 반도체층(110) 및 제 1 도전형 반도체층(115)은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제 1 도전형 반도체층(115)은 수직 성장을 위해 GaN 재질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
라드 형상의 제 1 도전형 반도체층(115)은 홀(105) 위에 배치되며, 복수개가 서로 이격된다. 라드 형상은 다각 기둥 형상 예컨대, 육각 기둥 또는 12각 기둥이거나, 다른 기둥 형상일 수 있다. 여기서, 전도성 반도체층(110)의 일부 영역 예컨대, 접촉부(112) 상에는 마스크층(104)을 더 배치하여, 전도성 반도체층(110)의 접촉부(112)의 두께를 조절할 수 있다. 전도성 반도체층(110)의 접촉부(112)는 형성하지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 12를 참조하면, 라드 형상의 제 1 도전형 반도체층(115)의 표면에는 반사층(140)이 형성되며, 반사층(140)은 제 1 도전형 반도체층(115)을 감싸게 된다. 반사층(140)은 제 1 도전형 반도체층(115)의 측면 및 상면에 배치된다. 반사층(140)은 마스크층(103)의 상면에 접촉될 수 있다.
다음으로, 도 13과 같이, 반사층(140)의 표면에는 활성층(120)이 형성된다.
활성층(120)은 우물층과 장벽층의 주기를 포함한다. 우물층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함하며, 장벽층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함할 수 있다. 우물층/장벽층의 주기는 예컨대, InGaN/GaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/InAlGaN, AlGaAs/GaAs, InGaAs/GaAs, InGaP/GaP, AlInGaP/InGaP, InP/GaAs의 페어로 구현될 수 있다. 우물층/장벽층의 주기는 2주기 이상으로 형성될 수 있으며, 장벽층은 우물층의 밴드 갭보다 넓은 밴드 갭을 가지는 반도체 물질로 형성될 수 있다. 활성층(120)은 가시 광선부터 자외선까지의 파장 범위 내에서 선택적으로 발광할 수 있으며, 예컨대 가시광선을 갖는 피크 파장 또는 청색 피크 파장을 발광할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
이후 도 14와 같이, 활성층(120)의 표면에는 제 2 도전형 반도체층(130)이 형성된다. 제 2 도전형 반도체층(130)은 II족 내지 VI족 원소의 화합물 반도체로 형성될 수 있으며, 예컨대 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
도 14와 15를 참조하면, 라드 형상의 발광구조물(150)사이의 영역(A1)은 마스크층(103)의 상면이 노출된다. 이러한 영역(A1)에는 절연층(160)이 증착되며, 절연층(160)과 제 2 도전형 반도체층(130) 상에는 전극층(170)이 증착된다. 여기서, 전극층(170)의 돌출부는 영역(A1)으로 연장되어, 절연층(160) 및 제 2 도전형 반도체층(130)의 측면에 접촉될 수 있다. 전극층(170)은 투명한 재질 또는 반사성 재질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 전도성 반도체층(110)의 접촉부(112) 상에 배치된 마스크층(104)은 제거된다.
도 15와 16을 참조하면, 전도성 반도체층(110)의 접촉부(112) 상에는 제 1 전극(181)이 배치되며, 전극층(170) 상에는 제 2 전극(183)이 배치된다. 이에 따라 도 2와 같은 발광소자(100)를 제공할 수 있다.
도 17은 도 2의 발광소자(100)를 갖는 발광소자(100) 패키지를 나타낸 도면이다.
도 17을 참조하면, 발광소자(100) 패키지(200)는 몸체(210)와, 몸체(210)에 적어도 일부가 배치된 제 1 리드전극(211) 및 제 2 리드전극(212)과, 몸체(210) 상에 제 1 리드전극(211) 및 제 2 리드전극(212)과 전기적으로 연결되는 발광소자(100)와, 몸체(210) 상에 발광소자(100)를 포위하는 몰딩부재(220)를 포함한다.
몸체(210)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 몸체(210)는 위에서 볼 때 내부에 캐비티(cavity) 및 그 둘레에 경사면을 갖는 반사부(215)를 포함한다.
제 1 리드전극(211) 및 제 2 리드전극(212)은 서로 전기적으로 분리되며, 몸체(210) 내부를 관통하도록 형성될 수 있다. 즉, 제 1 리드전극(211) 및 제 2 리드전극(212)은 일부는 캐비티 내부에 배치되고, 다른 부분은 몸체(210)의 외부에 배치될 수 있다.
제 1 리드전극(211) 및 제 2 리드전극(212)은 발광소자(100)에 전원을 공급하고, 발광소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 발광소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 기능을 할 수도 있다.
발광소자(100)는 몸체(210) 상에 설치되거나 제 1 리드전극(211) 또는/및 제 2 리드전극(212) 상에 설치될 수 있다. 발광소자(100)에 연결된 와이어(216)는 제 1 리드전극(211) 및 제 2 리드전극(212)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
몰딩 부재(220)는 발광소자(100)를 포위하여 발광소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 몰딩부재(220)에는 형광체가 포함되고, 이러한 형광체에 의해 발광소자(100)에서 방출된 광의 파장이 변화될 수 있다.
실시예에 따른 발광소자(100) 또는 발광소자(100) 패키지는 라이트 유닛에 적용될 수 있다. 라이트 유닛은 복수의 발광소자(100) 또는 발광소자(100) 패키지가 어레이된 구조를 포함하며, 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판 등이 포함될 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.
Claims (16)
- 라드 형상을 갖는 제 1 도전형 반도체층;
상기 제 1 도전형 반도체층을 감싸도록 배치된 반사층;
상기 반사층을 감싸도록 배치된 활성층; 및
상기 활성층을 감싸도록 배치된 제 2 도전형 반도체층을 포함하는 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 반사층은 서로 굴절률이 다른 복수의 반도체층을 포함하는 발광소자. - 제 2 항에 있어서,
상기 반사층은 AlaInbGa1-a-bN(0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤a+b≤1)으로 형성된 제 1 반도체층과,
AlcIndGa1-c-dN(0≤c≤1, 0≤d≤1, 0≤c+dy≤1)으로 형성된 제 2 반도체층을 포함하는 발광소자. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 반도체층과 제 2 반도체층의 에너지 밴드 갭 차이는 0.5eV~1.5eV 사이인 발광소자. - 제 3 항에 있어서,
상기 반사층의 전체 두께는 1um~3um 사이인 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 활성층은 자외선 파장 범위 내의 광을 방출하는 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 도전형 반도체층은 12각 기둥 또는 12각 이상의 다각 기둥 형상을 갖는 발광소자. - 제 7 항에 있어서,
상기 반사층의 외형은 12각 기둥 또는 12각 이상의 다각 기둥 형상을 갖는 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 라드 형상의 제 1 도전형 반도체층은 복수개가 서로 이격되며,
상기 복수개의 제 1 도전형 반도체층을 각각 감싸는 제 2 도전형 반도체층 상에 배치된 전극층; 및
상기 전극층에 된 제 2 전극을 포함하는 발광 소자. - 제 9 항에 있어서,
상기 서로 이격된 제 1 도전형 반도체층 아래에 배치된 전도성 반도체층 및 상기 전도성 반도체층에 된 제 1 전극을 포함하는 발광 소자. - 제 10 항에 있어서,
상기 반사층, 상기 활성층 및 상기 제 2 도전형 반도체층과 상기 전도성 지지층 사이에 배치된 마스크층을 포함하며,
상기 마스크층은 상기 라드 형상의 제 1 도전형 반도체층의 일부가 배치된 복수의 홀을 포함하는 발광 소자. - 제 11 항에 있어서,
상기 활성층 및 제 2 도전형 반도체층은 상기 절연층과 상기 전도성 반도체층 사이로 연장된 연장부를 포함하는 발광소자. - 수평형 구조의 라드 형상을 갖는 발광구조물을 포함하는 발광소자로서,
상기 발광구조물은 라드 형상의 제 1 도전형 반도체층과, 상기 제 1 도전형 반도체층 상에 배치된 활성층과, 상기 활성층 상에 배치된 제 2 도전형 반도체층과, 상기 제 1 도전형 반도체층과 상기 활성층 사이에 배치된 반사층을 포함하는 발광소자. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 도전형 반도체층, 상기 반사층, 상기 활성층 및 상기 제 2 도전형 반도체층이 수직방향으로 차례대로 적층된 구조를 갖는 발광소자. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 도전형 반도체층의 측단면은 삼각형 또는 사각형인 발광소자. - 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 하나의 발광소자를 구비하는 발광모듈을 포함하는 조명시스템.
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