KR20170073925A - 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지 - Google Patents
발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20170073925A KR20170073925A KR1020150182713A KR20150182713A KR20170073925A KR 20170073925 A KR20170073925 A KR 20170073925A KR 1020150182713 A KR1020150182713 A KR 1020150182713A KR 20150182713 A KR20150182713 A KR 20150182713A KR 20170073925 A KR20170073925 A KR 20170073925A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- light emitting
- light
- region
- emitting structure
- layer
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 56
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 claims description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 101
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 7
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 7
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 3
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/08—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a plurality of light emitting regions, e.g. laterally discontinuous light emitting layer or photoluminescent region integrated within the semiconductor body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/50—Wavelength conversion elements
- H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
- H01L33/502—Wavelength conversion materials
- H01L33/504—Elements with two or more wavelength conversion materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
- H01L2924/1204—Optical Diode
- H01L2924/12041—LED
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Led Device Packages (AREA)
Abstract
실시예는 기판; 및 상기 기판 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 복수 개의 제1 발광 구조물과 복수 개의 제2 발광 구조물을 포함하고, 상기 제1 발광 구조물은 상기 기판 상의 제1 영역에 배치되고, 상기 제2 발광 구조물은 상기 기판 상의 상기 제1 영역 둘레의 제2 영역에 배치되며, 상기 제1 발광 구조물은 제1 파장 영역의 광을 방출하고, 상기 제2 발광 구조물은 상기 제1 파장보다 단파장인 제2 파장 영역의 광을 방출하는 발광소자를 제공한다.
Description
실시예는 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지에 관한 것이다.
GaN, AlGaN 등의 3-5 족 화합물 반도체는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점으로 인해 광 전자 공학 분야(optoelectronics)와 전자 소자를 위해 등에 널리 사용된다.
특히, 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Ligit Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
도 1은 종래의 발광소자를 나타낸 도면이다.
종래의 발광소자(100)는 사파이어 등으로 이루어진 기판(110) 위에 제1 도전형 반도체층(122)과 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)을 포함하는 발광구조물(120)이 형성되고, 제1 도전형 반도체층(122)과 제2 도전형 반도체층(126) 상에 각각 제1 전극(150)과 제2 전극(160)이 배치된다.
발광소자(100)는 제1 도전형 반도체층(122)을 통해서 주입되는 전자와 제2 도전형 반도체층(126)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(124)을 이루는 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출한다. 활성층(124)에서 방출되는 빛은 활성층(124)을 이루는 물질의 조성에 따라 다를 수 있으며, 청색광이나 자외선(UV) 또는 심자외선(Deep UV) 또는 다른 파장 영역의 광일 수 있다.
활성층(124)은 이중 접합 구조(Double Hetero Junction Structure), 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 등으로 형성될 수 있다.
상술한 종래의 발광소자는 다음과 같은 문제점이 있다.
기판과 발광 구조물은 이종의 재료이므로 격자 상수 부정합(lattice mismatch)이 매우 크고 이들 사이에 열 팽창 계수 차이도 매우 크기 때문에, 결정성을 악화시키는 전위(dislocation), 멜트 백(melt-back), 크랙(crack), 피트(pit), 표면 모폴로지(surface morphology) 불량 등이 발생할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하고자 도 1에 도시된 바와 같이 버퍼층(115)을 형성할 수도 있으나, 전위가 여전히 형성되어 발광 구조물의 품질을 악화시킬 수도 있다.
상술한 결정 결함으로 인하여 활성층에서 방출된 빛에너지가 열에너지로 변환되어 외부로 방출되어 광효율이 저하될 수 있다.
또한, 발광 구조물(120)에서 방출되는 제1 파장 영역이 형광체(미도시)를 여기시키고 형광체에서 제2 파장 영역의 광이 방출어되어, 제1 파장 영역의 광과 제2 파장 영역의 광이 혼합되어 백색광을 구현할 수 있는데, 이때 빛이 일부 손실되고 색온도나 연색 지수 등의 조절에 어려움이 있다.
실시예는 발광 구조물의 성장에서 전위 등의 결정 결함을 감소시키고, 발광소자 패키지에서 광의 손실을 줄이고 색온도나 연색 지수 등을 용이하게 조절하고자 한다.
실시예는 기판; 및 상기 기판 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 복수 개의 제1 발광 구조물과 복수 개의 제2 발광 구조물을 포함하고, 상기 제1 발광 구조물은 상기 기판 상의 제1 영역에 배치되고, 상기 제2 발광 구조물은 상기 기판 상의 상기 제1 영역 둘레의 제2 영역에 배치되며, 상기 제1 발광 구조물은 제1 파장 영역의 광을 방출하고, 상기 제2 발광 구조물은 상기 제1 파장보다 단파장인 제2 파장 영역의 광을 방출하는 발광소자를 제공한다.
복수 개의 제1 발광 구조물들은, 상기 제2 파장 영역의 광을 반사하도록 포토닉 크리스탈 정지 밴드를 이룰 수 있다.
발광소자는, 상기 기판 상에 배치되고 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 복수 개의 제3 발광 구조물을 더 포함하고, 상기 제3 발광 구조물은 상기 기판 상의 상기 제2 영역 둘에의 제3 영역에 배치되며, 상기 제3 발광 구조물은 상기 제2 파장보다 단파장인 제3 파장 영역의 광을 방출하는 발광소자를 제공한다.
발광소자는, 상기 복수 개의 제2 발광 구조물들은, 상기 제3 파장 영역의 광을 반사하도록 포토닉 크리스탈 정지 밴드를 이루도록 배치될 수 있다.
상기 제1 발광 구조물의 직경은 상기 제2 발광 구조물의 직경보다 클 수 있다.
제2 발광 구조물의 직경은 상기 제3 발광 구조물의 직경보다 클 수 있다.
제1 발광 구조물들의 피치는 상기 제2 발광 구조물들의 피치보다 클 수 있다.
제2 발광 구조물들의 피치는 상기 제3 발광 구조물들의 피치보다 클 수 있다.
각각의 발광 구조물들은 직경이 나노 스케일인 로드 형상일 수 있다.
다른 실시예는 패키지 몸체; 상기 패키지 몸체 상의 제1 전극층과 제2 전극층; 및 상기 제1 전극 패드와 제2 전극 패드에 전기적으로 연결되는 상술한 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지를 제공한다.
실시예들에 따른 발광소자는, 나노 스케일의 발광 구조물의 성장에서 전위 등의 결정 결함을 감소시켜서 품질이 향상될 수 있다. 그리고, 나노 스케일의 각각의 발광 구조물에서 각각 적색과 녹색 및 청색 파장 영역의 광을 방출하고, 상술한 각 발광 구조물들의 배치로 인하여 발광 구조물에서 방출된 광이 다른 발광 구조물에 흡수되지 않고 외부로 방출될 수 있으므로, 형광체 없이 백색광을 구현할 수 있어서 발광소자 패키지의 광의 손실을 줄이고 색온도나 연색 지수 등을 용이하게 조절할 수 있다.
도 1은 종래의 발광소자를 나타낸 도면이고,
도 2는 발광소자의 일실시예를 간략히 나타낸 도면이고,
도 3은 도 2의 발광소자의 발광 영역을 모식적으로 나타낸 도면이고,
도 4는 도 3의 R, G, B 영역의 발광소자들을 나타낸 도면이고,
도 5는 R, G, B 발광소자들의 상호 작용을 나타낸 도면이고,
도 6은 도 2의 발광소자에서 발광 구조물들의 배치를 나타낸 도면이고,
도 7은 발광소자가 플립 칩 타입으로 배치된 발광소자 패키지를 나타낸 도면이다.
도 2는 발광소자의 일실시예를 간략히 나타낸 도면이고,
도 3은 도 2의 발광소자의 발광 영역을 모식적으로 나타낸 도면이고,
도 4는 도 3의 R, G, B 영역의 발광소자들을 나타낸 도면이고,
도 5는 R, G, B 발광소자들의 상호 작용을 나타낸 도면이고,
도 6은 도 2의 발광소자에서 발광 구조물들의 배치를 나타낸 도면이고,
도 7은 발광소자가 플립 칩 타입으로 배치된 발광소자 패키지를 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 상(위) 또는 하(아래)(on or under) 등으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 2는 발광소자의 일실시예를 간략히 나타낸 도면이다.
도 2의 발광소자(200)는 발광 구조물(220)이 나노 로드(nano rod) 형상으로 배치되고 있다. 마스크층(280)를 통하여 부분적으로 성장된 제1 도전형 반도체층(222)의 둘레에 활성층(224)과 제2 도전형 반도체층(226)이 성장되고 있으며, 각각의 나노 로드의 사이를 갭 필링층(270)이 채우고, 제1 도전형 반도체층(222)과 갭 필링층(270) 상에 각각 제1 전극(265)과 제2 전극(275)이 배치된다.
상세히 설명하면 다음과 같다.
기판(210)는 반도체 물질 성장에 적합한 물질이나 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있으며, 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있고, 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함할 수 있다. 예컨대, 사파이어(Al2O3), SiO2, SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
사파이어 등으로 기판(210)를 형성하고, 기판(210) 상에 GaN이나 AlGaN 등을 포함하는 발광 구조물(220)이 배치될 때, GaN이나 AlGaN과 사파이어 사이의 격자 부정합(lattice mismatch)이 매우 크고 이들 사이에 열 팽창 계수 차이도 매우 크기 때문에, 결정성을 악화시키는 전위(dislocation), 멜트 백(melt-back), 크랙(crack), 피트(pit), 표면 모폴로지(surface morphology) 불량 등이 발생할 수 있으므로, AlN 등으로 버퍼층(미도시)을 형성할 수 있다.
도시되지는 않았으나, 버퍼층(미도시)과 발광구조물(220)의 사이에는 언도프드 GaN층이나 AlGaN층이 배치되어, 발광구조물(220) 내로 상술한 전위 등이 전달되는 것을 방지할 수 있다.
발광 구조물(220)은 제1 도전형 반도체층(222)과 활성층(224) 및 제2 도전형 반도체층(226)을 포함하고, 발광 구조물(220)은 복수 개의 나노 로드(nano rod) 형상의 발광 구조물(220)을 이룬다.
제1 도전형 반도체층(222)은 베이스층과 돌출 구조물을 포함하는데, 베이스층은 기판(210)의 전면 상에 얇은 박막 층이고, 돌출 구조물은 베이스층 상에서 마스크 사이로 오픈된 영역에서 성장되어 이루어진다.
돌출 구조물 또는 발광 구조물은 도시된 바와 같이 베이스층으로부터 연장되어 배치되는 측면과, 상기 측면의 상부에 플랫(flat)하게 배치되며 상기 베이스층의 표면과 나란한 상부면을 포함한다. 이때, 상술한 상부면을 플랫 탑(flat top)이라 할 수도 있다.
돌출 구조물의 단면은 6각 기둥이거나 원형 또는 다각형일 수 있고, 각각의 돌출 구조물은 규칙적인 배열 외에 불규칙하게도 배치될 수 있으며, 각각의 돌출 구조물의 크기나 형상은 서로 같을 수 있으나 다를 수도 있다.
도 2에서, 베이스층과 돌출 구조물을 점선으로 구획하고 있으나 동일한 재료로 이루어질 수 있고, 마스크층(280)를 사용하기 이전과 이후에 각각 성장될 수 있다.
마스크층(280)는 베이스층과 돌출 구조물을 나눌 수 있고, 또한 각각의 돌출 구조물을 나눌 수도 있다. 마스크층(280)은 제1 도전형 반도체층(222) 중 베이스층(222a)을 성장시킨 이후에 배치되고 돌출 구조물(222b)이 보다 작은 단면적으로 성장되게 할 수 있다.
도 2에서, 마스크층(280)의 배치 이후에, 제1 도전형 반도체층(222) 중 돌출 구조물(222b)과 활성층(224) 및 제2 도전형 반도체층(226)을 성장시키고 있으며, 이때 활성층(224) 및 제2 도전형 반도체층(226)은 마스크층(280)의 상부에 배치될 수 있다.
그리고, 도 2의 실시예와 상이하게 돌출 구조물(222b)이 성장된 이후에 마스크층(280)을 제거하고, 그 이후에 활성층(224)과 제2 도전형 반도체층(226)을 제1 도전형 반도체층(222) 상의 전 영역에 성장시킬 수 있으며, 후술하는 실시예들에서도 동일하다.
제1 도전형 반도체층(222)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(222)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(222)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(222)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
활성층(224)은 돌출 구조물의 둘레에 얇은 박막으로 성장될 수 있고, 제2 도전형 반도체층(226)은 활성층(224)의 둘레와 마스크층(280) 상에 얇은 박막으로 각각 형성될 수 있다.
활성층(224)은 제1 도전형 반도체층(222)과 제2 도전형 반도체층(226) 사이에 배치되며, 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(MQW:Multi Quantum Well) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
활성층(224)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층, 예를 들면 AlGaN/AlGaN, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, AlGaN/GaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
우물층은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(226)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(226)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(226)은 예컨대, InxAlyGa1 -x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 제2 도전형 반도체층(226)이 AlxGa(1-x)N으로 이루어질 수 있다.
제2 도전형 반도체층(226)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(226)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도시되지는 않았으나, 활성층(224)과 제2 도전형 반도체층(226)의 사이에는 전자 차단층(Electron blocking layer)이 배치될 수 있다. 전자 차단층은 초격자(superlattice) 구조로 이루어질 수 있는데, 초격자는 예를 들어 제2 도전형 도펀트로 도핑된 AlGaN이 배치될 수 있고, 알루미늄의 조성비를 달리하는 GaN이 층(layer)을 이루어 복수 개 서로 교번하여 배치될 수도 있다.
발광 구조물(220)들의 사이에는 갭(gap)이 존재하고, 각각의 갭에는 갭 필링층(gap filling layer, 270)이 배치될 수 있으며, 갭 필링층(270)은 금속층으로 이루어지고 전기도금(electroplating)으로 형성될 수 있다.
갭 필링층(270)은 도전성 재료로 이루어져서, 발광 구조물(220)을 안정적으로 지지하고 또한 제2 도전형 반도체층(226)의 전영역에 고루 정공 내지 전자를 공급할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(222)과 갭 필링층(270) 상에는 각각 제1 전극(265)과 제2 전극(275)이 배치될 수 있다. 제1 전극(265)과 제2 전극(275)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
나노 스케일의 직경을 가지는 발광 구조물(220)에 전극을 형성할 때 발광 구조물(220)의 종횡비로 인하여 안정적인 전극 배치가 어렵고, 발광 구조물(220)의 상부면에 전극이 형성되면 발광 구조물(220)의 전면적에 전류를 공급하기 어려울 수 있으나, 도전층이 전기 도금법 등으로 갭 필링층(270)으로 형성되어 발광 구조물(220)을 안정적으로 지지할 수 있다.
도 2의 발광소자(200)는 발광 구조물(220)이 나노 로드 형상으로 성장되어, 상술한 전위 등의 발생을 줄일 수 있다. 종래의 나노 로드 형상의 발광 구조물(220)은 전위 등의 결정 결함이 감소할 수는 있으나, 각각의 나노 로드 형상의 발광 구조물(220)에서 방출되는 제1 파장 영역의 광이 형광체를 여기시키고 형광체에서 제2 파장 영역의 광이 방출되므로, 빛이 일부 손실되고 색온도나 연색 지수 등의 조절에 어려움이 있다.
따라서, 나노 로드 형상의 발광 구조물(220)이 서로 다른 영역의 광을 방출하는 제1 발광 구조물 내지 제3 발광 구조물을 포함하에 배치할 수 있다.
도 3은 도 2의 발광소자의 발광 영역을 모식적으로 나타낸 도면이다.
즉, 도 2에서 각각의 발광 구조물(220) 내지 나노 로드(nano rod)에서 방출되는 광의 파장 영역이 서로 상이할 수 있으며, 도 3에서 제1 영역인 중앙의 R 영역에는 적색 파장 영역의 광을 방출하는 발광 구조물이 배치되고, 제3 영역인 가장 자리의 B 영역에는 청색 파장 영역의 광을 방출하는 발광 구조물이 배치되고, 제2 영역인 중간의 G 영역에는 녹색 파장 영역의 광을 방출하는 발광 구조물이 배치될 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 도 3의 R, G, B 영역의 발광소자들을 나타낸 도면이다.
도 4a에서 R 영역에는 제1 발광 구조물(RodR)이 배치되고, 각각의 제1 발광 구조물(RodR) 사이의 피치(P1)가 정의되고 있다.도 4b에서 G 영역에는 제2 발광 구조물(RodG)이 배치되고, 각각의 제2 발광 구조물(RodG) 사이의 피치(P2)가 정의되고 있다.도 4c에서 B 영역에는 제3 발광 구조물(RodB)이 배치되고, 각각의 제3 발광 구조물(RodB) 사이의 피치(P3)가 정의되고 있다.
본 실시예에서, 예를 들면 제1 영역의 제1 발광 구조물(RodR)에서는 적색 파장 영역의 광이 방출되고, 제2 발광 구조물(RodG)에서는 녹색 파장 영역의 광이 방출되며, 제3 발광 구조물(RodB)에서는 청색 파장 영역의 광이 방출될 수 있다.
도 5는 R, G, B 발광소자들의 상호 작용을 나타낸 도면이다.
제1 영역의 제1 발광 구조물(RodR)에서 방출된 적색 파장 영역의 광은 제2 발광 구조물(RodG)과 제3 발광 구조물(RodB)에 흡수되지 않고 투과하여 외부로 방출될 수 있다. 그리고, 제2 발광 구조물(RodG)에서 방출된 녹색 파장 영역의 광은 제3 발광 구조물(RodB)로 흡수되지 않고 외부로 방출될 수 있다.
이때, 제3 발광 구조물(RodB)에서 방출된 청색 파장 영역의 광은 제2 발광 구조물(RodG)에 흡수되지 않고 반사될 수 있고, 또한 제2 발광 구조물(RodG)에서 방출된 녹색 파장 영역의 광은 제1 발광 구조물(RodR)로 흡수되지 않고 반사될 수 있다.
상술한 작용을 위하여, 제1 발광 구조물(RodR)들은 제2 파장 영역의 광인 녹색 광을 반사하도록 포토닉 크리스탈 정지 밴드를 이루도록 배치될 수 있다. 또한, 제2 발광 구조물(RodG)들은 제3 파장 영역의 광인 청색 광을 반사하도록 포토닉 크리스탈 정지 밴드를 이루도록 배치될 수 있다.
도 6은 도 2의 발광소자에서 발광 구조물들의 배치를 나타낸 도면이다.
일반적으로 인접한 발광 구조물들 사이의 거리 내지 피치가 클수록, 보다 장파장을 반사하는 포토닉 크리스탈 정지 밴드가 형성될 수 있다.
따라서, 제1 영역의 제1 발광 구조물(RodR) 사이의 피치(P1)는 제2 영역의 제2 발광 구조물(RodG) 사이의 피치(P2)보다 클 수 있고, 제2 영역의 제2 발광 구조물(RodG) 사이의 피치(P2)는 제3 영역의 제3 발광 구조물(RodB) 사이의 피치(P3)보다 클 수 있다.
또한, 제1 영역의 제1 발광 구조물(RodR)의 직경(R1)은 제2 영역의 제2 발광 구조물(RodG)의 직경(R2)보다 클 수 있고, 제2 영역의 제2 발광 구조물(RodG)의 직경(R2)은 제3 영역의 제3 발광 구조물(RodB)의 직경(R3)보다 클 수 있다.
그리고, 제1 영역의 제1 발광 구조물(RodR)과 제2 영역의 제2 발광 구조물(RodG) 사이의 거리(d1)는 제2 영역의 제2 발광 구조물(RodG)과 제3 영역의 제3 발광 구조물(RodB) 사이의 거리(d2)와 다를 수 있다.
또한, 일반적으로 발광 구조물들 사이의 간격이 넓을수록, 발광 구조물 특히 활성층에 인듐이 많이 포함되어 보다 장파장의 광을 방출할 수 있다.
상술한 실시예들에 따른 발광소자는, 나노 스케일의 발광 구조물의 성장에서 전위 등의 결정 결함을 감소시켜서 품질이 향상될 수 있다. 그리고, 나노 스케일의 각각의 발광 구조물에서 각각 적색과 녹색 및 청색 파장 영역의 광을 방출하고, 상술한 각 발광 구조물들의 배치로 인하여 발광 구조물에서 방출된 광이 다른 발광 구조물에 흡수되지 않고 외부로 방출될 수 있으므로, 형광체 없이 백색광을 구현할 수 있어서 발광소자 패키지의 광의 손실을 줄이고 색온도나 연색 지수 등을 용이하게 조절할 수 있다.
도 7은 발광소자가 플립 칩 타입으로 배치된 발광소자 패키지를 나타낸 도면이다.
캐비티를 가지는 지지 기판(700) 위에 제1 전극 패드(721)과 제2 전극 패드(722)가 접합층(710)을 통하여 고정될 수 있다. 도 7에서 지지 기판(700)에 형성되는 캐비티의 측벽은 바닥면과 둔각으로 배치되나, 직각으로 배치될 수도 있다.
그리고, 발광소자(200)는 도 2과 비교하여 상/하가 역전되어 플립 칩 타입으로 배치될 수 있는데, 발광소자(200)의 제1 전극(265)과 제2 전극(275)이 각각 제1 전극 패드(721)와 제2 전극 패드(722)에 직접 본딩될 수 있다.
이때, 제2 전극 패드(722)와의 접촉을 위하여 제2 전극(265)이 길게 연장될 수 있다. 이러한 구조는 전극과 전극 패드 사이의 결합을 위한 별도의 범프(bump)가 필요 없고, 발광 구조물(220)에서 방출된 빛은 도 7의 상부 방향으로 진행할 수 있다.
발광소자 패키지는 상술한 구성 외에 몰딩부 등의 구성을 포함할 수 있다.
발광소자 패키지는 상술한 실시예들에 따른 발광소자 중 하나 또는 복수 개로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상술한 발광소자 내지 발광소자 패키지는 조명 시스템의 광원으로 사용될 수 있는데, 일예로 영상표시장치의 백라이트 유닛과 조명 장치에 사용될 수 있다.
영상표시장치의 백라이트 유닛으로 사용될 때 에지 타입의 백라이트 유닛으로 사용되거나 직하 타입의 백라이트 유닛으로 사용될 수 있고, 조명 장치에 사용될 때 등기구나 벌트 타입의 광원에 사용될 수도 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 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 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 200: 발광소자 115: 버퍼층
110, 210: 기판 120, 220: 발광 구조물
265: 제1 전극 270: 갭 필링층
275: 제2 전극 280: 마스크층
700: 지지 기판
110, 210: 기판 120, 220: 발광 구조물
265: 제1 전극 270: 갭 필링층
275: 제2 전극 280: 마스크층
700: 지지 기판
Claims (10)
- 기판; 및
상기 기판 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 복수 개의 제1 발광 구조물과 복수 개의 제2 발광 구조물을 포함하고,
상기 제1 발광 구조물은 상기 기판 상의 제1 영역에 배치되고, 상기 제2 발광 구조물은 상기 기판 상의 상기 제1 영역 둘레의 제2 영역에 배치되며, 상기 제1 발광 구조물은 제1 파장 영역의 광을 방출하고, 상기 제2 발광 구조물은 상기 제1 파장보다 단파장인 제2 파장 영역의 광을 방출하는 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 복수 개의 제1 발광 구조물들은, 상기 제2 파장 영역의 광을 반사하도록 포토닉 크리스탈 정지 밴드를 이루도록 배치되는 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 기판 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 복수 개의 제3 발광 구조물을 더 포함하고,
상기 제3 발광 구조물은 상기 기판 상의 상기 제2 영역 둘에의 제3 영역에 배치되며, 상기 제3 발광 구조물은 상기 제2 파장보다 단파장인 제3 파장 영역의 광을 방출하는 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 복수 개의 제2 발광 구조물들은, 상기 제3 파장 영역의 광을 반사하도록 포토닉 크리스탈 정지 밴드를 이루도록 배치되는 발광소자. - 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 발광 구조물의 직경은 상기 제2 발광 구조물의 직경보다 큰 발광소자. - 제3 항 또는 제4 항에 있어서,
상기 제2 발광 구조물의 직경은 상기 제3 발광 구조물의 직경보다 큰 발광소자. - 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 발광 구조물들의 피치는 상기 제2 발광 구조물들의 피치보다 큰 발광소자. - 제3 항 또는 제4 항에 있어서,
상기 제2 발광 구조물들의 피치는 상기 제3 발광 구조물들의 피치보다 큰 발광소자. - 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 각각의 발광 구조물들은 직경이 나노 스케일인 로드 형상인 발광소자. - 지지 기판;
상기 지지 기판 상의 제1 전극층과 제2 전극층; 및
상기 제1 전극 패드와 제2 전극 패드에 전기적으로 연결되는 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항의 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150182713A KR102419857B1 (ko) | 2015-12-21 | 2015-12-21 | 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150182713A KR102419857B1 (ko) | 2015-12-21 | 2015-12-21 | 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170073925A true KR20170073925A (ko) | 2017-06-29 |
| KR102419857B1 KR102419857B1 (ko) | 2022-07-12 |
Family
ID=59280132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150182713A KR102419857B1 (ko) | 2015-12-21 | 2015-12-21 | 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102419857B1 (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110129620A (ko) * | 2010-05-26 | 2011-12-02 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지 |
| KR20150064413A (ko) * | 2013-12-03 | 2015-06-11 | 삼성전자주식회사 | 나노구조 반도체 발광소자 |
-
2015
- 2015-12-21 KR KR1020150182713A patent/KR102419857B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110129620A (ko) * | 2010-05-26 | 2011-12-02 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지 |
| KR20150064413A (ko) * | 2013-12-03 | 2015-06-11 | 삼성전자주식회사 | 나노구조 반도체 발광소자 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102419857B1 (ko) | 2022-07-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3016151A1 (en) | Light emitting device | |
| KR102189129B1 (ko) | 발광 소자 모듈 | |
| KR101945808B1 (ko) | 발광 소자 및 발광 소자 패키지 | |
| KR102057725B1 (ko) | 발광 소자 및 발광 소자 패키지 | |
| KR102455223B1 (ko) | 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지 | |
| KR102419857B1 (ko) | 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지 | |
| KR20170082738A (ko) | 발광소자 | |
| KR102302320B1 (ko) | 발광 소자 | |
| KR102542228B1 (ko) | 질화물계 반도체층 및 그 성장 방법 | |
| KR102007408B1 (ko) | 발광소자 | |
| KR102523696B1 (ko) | 발광소자 및 그 제조방법 | |
| KR102449557B1 (ko) | 발광소자 | |
| KR102346720B1 (ko) | 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지 | |
| KR20130061341A (ko) | 발광소자 | |
| KR20120011198A (ko) | 발광 소자, 발광 소자 패키지 및 발광 소자의 제조방법 | |
| KR102369976B1 (ko) | 발광소자 | |
| KR20170073926A (ko) | 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지 | |
| KR102358689B1 (ko) | 발광소자 | |
| KR102393057B1 (ko) | 발광 소자 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지 | |
| KR102464031B1 (ko) | 발광 소자 | |
| KR102455225B1 (ko) | 발광소자 | |
| KR102473764B1 (ko) | 질화물계 반도체층 및 그 성장 방법 | |
| KR102464032B1 (ko) | 렌즈, 이를 포함하는 발광소자 패키지 및 디스플레이 장치 | |
| KR20150085348A (ko) | 발광소자 | |
| KR20150084204A (ko) | 발광소자 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |