KR20170077506A - 자외선 발광소자 및 조명시스템 - Google Patents
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Abstract
실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명장치에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광소자는 제2 전극층(120); 상기 제2 전극층(120) 상에 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(119); 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(119) 상에 배치되는 활성층(117); 상기 활성층(117) 상에 배치된 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116); 소정의 리세스(V)를 구비하여 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116) 상에 배치된 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115); 및 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115) 상에 배치된 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114);을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 제2 전극층(120); 상기 제2 전극층(120) 상에 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(119); 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(119) 상에 배치되는 활성층(117); 상기 활성층(117) 상에 배치된 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116); 소정의 리세스(V)를 구비하여 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116) 상에 배치된 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115); 및 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115) 상에 배치된 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114);을 포함할 수 있다.
Description
실시예는 자외선 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명장치에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device)는 전기 에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드를 주기율표상에서 3족-5족 원소 또는 2족-6족 원소가 화합되어 생성될 수 있고, 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
예를 들어, 질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭 넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 자외선(UV) 발광소자, 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 적색(RED) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
예를 들어, 자외선 발광소자의 경우, 200nm~400nm의 파장 대에 분포되어 있는 빛을 발생하는 발광소자로서, 상기 파장대에서, 단파장의 경우, 살균, 정화 등에 사용되며, 장파장의 경우 노광기 또는 경화기 등에 사용될 수 있다.
예를 들어, 근자외선 발광소자(Near UV LED)는 위폐감식, 수지 경화, 또는 자외선 치료 등에 사용되고 있고, 형광체와 조합되어 다양한 색상의 가시광선을 구현하는 조명 장치에서도 사용되고 있다.
한편, 자외선 발광소자는 청색 발광소자에 비해, 광 취득 효율 및 광 출력이 떨어진다는 문제가 있다. 이는 자외선 발광소자의 실용화에 장벽으로 작용하고 있다.
예를 들어, 자외선 발광소자에 사용되는 Ⅲ족 질화물은 가시광선에서 자외선까지 광범위하게 활용될 수 있으나, 가시광선 대비 자외선의 효율이 떨어지는 문제가 있다. 그 이유는 자외선의 파장으로 갈수록 Ⅲ족 질화물이 자외선을 흡수한다는 것과, 낮은 결정성에 의한 내부 양자효율의 저하가 원인이다.
이에 따라, 종래기술에 의하면 Ⅲ족 질화물에서의 자외선 흡수를 방지하기 위해, 성장기판, GaN층, AlGaN층, 활성층 등을 순차적으로 성장한 후에, 자외선 흡수 가능성이 있는 GaN층을 제거하고 AlGaN층을 노출시키고 있으나, AlGaN층의 낮은 결정성에 의해 내부 양자효율 저하의 문제는 해결하기 어려운 실정이다.
예를 들어, 종래기술에 의하면 GaN층에 AlGaN층 성장시 상호 격자상수 차이 등에 의해 AlGaN층에 인장응력(Tensile Stress)이 발생하여 크랙(Crack)이 발생함에 따라 누설전류가 발생하여 광출력 저하(Po)되는 문제가 있다.
또한 종래기술에 의하면 AlGaN층에 인장응력 발생에 의해 크랙이 발생하는 경우 발광층으로의 크랙 전이로 인해 결정품질 저하에 따라 광속(Luminous Flux)이 저하되는 문제가 있다.
또한 종래기술에 의하면, 텍스처링에 의한 광추출 구조를 형성하게 되는데, GaN층에 AlGaN층 성장시 격자상수 차이 등에 의해 AlGaN층을 두껍게 형성하기 어려우며, 이에 따라 GaN층 제거 후 노출되는 AlGaN층에 텍스처링에 의한 광추출 구조를 형성이 어려워 광추출 효율이 저하되는 문제가 있다.
한편, UV LED는 본래 가시광선 영역이 아니므로 UV는 눈에 보이지 않지만, 주피크(Main peak)이 아닌 파장, 즉 장파장에 해당하는 테일(Tail)에 의해 보라 빛이 나오게 된다.
Tail에서의 보라 빛이 위에서 언급한 점결함(Point defect)들에 의하여 발생하는 550nm~560nm 영역의 Yellow Luminescence와 혼합되어 1개의 기판(Wafer) 안에서 보라-White-Yellow 등의 색 감차가 발생할 수 있고, 이러한 색감차는 감성불량을 야기 시킬 수 있다.
실시예는 광출력이 향상된 자외선 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예는 결정품질 향상에 따라 광속이 향상된 자외선 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
또한 실시예는 광추출 효율이 향상된 자외선 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
또한 실시예는 색감차가 개선할 수 있는 자외선 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광소자는 제2 전극층(120); 상기 제2 전극층(120) 상에 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(119); 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(119) 상에 배치되는 활성층(117); 상기 활성층(117) 상에 배치된 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116); 소정의 리세스(V)를 구비하여 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116) 상에 배치된 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115); 및 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115) 상에 배치된 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114);을 포함할 수 있다.
또한 실시예에 따른 발광소자는 제2 전극층(120); 상기 제2 전극층(120) 상에 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(119); 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(119) 상에 배치되는 활성층(117); 상기 활성층(117) 상에 배치된 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116); 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116) 상에 배치된 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115); 및 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115) 상에 배치된 제2 광추출 패턴(R2)을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 조명장치는 상기 발광소자를 구비하는 발광유닛을 포함할 수 있다.
실시예는 광출력이 향상된 자외선 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
실시예는 결정품질 향상에 따라 광속이 향상된 자외선 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한 실시예는 광추출 효율이 향상된 자외선 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한 실시예는 색감차가 개선할 수 있는 자외선 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 자외선 발광소자의 단면도.
도 2는 제2 실시예에 따른 자외선 발광소자의 단면도.
도 3 내지 도 7은 실시예에 따른 발광소자의 제조방법 공정 단면도.
도 8은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 9는 실시예에 따른 조명 장치의 사시도.
도 2는 제2 실시예에 따른 자외선 발광소자의 단면도.
도 3 내지 도 7은 실시예에 따른 발광소자의 제조방법 공정 단면도.
도 8은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 9는 실시예에 따른 조명 장치의 사시도.
실시예의 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 설명하나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
(실시예)
도 1은 제1 실시예에 따른 자외선 발광소자(100)의 단면도이다.
실시예에 따른 자외선 발광소자(100)는 제2 전극층(120), 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(119), 활성층(117), 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116), 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115), 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114), 제1 전극(131)을 포함할 수 있다. 상기 제2 전극층(120)은 컨택층(122), 반사층(124) 및 전도성 지지부재(126)을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114) 상에 제1 광추출 패턴(R1)이 형성될 수 있다.
예를 들어, 실시예에 따른 발광소자(100)는 제2 전극층(120)과, 상기 제2 전극층(120) 상에 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(119)과, 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116) 상에 배치되는 활성층(117)과, 상기 활성층(117) 상에 배치된 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116)과, 소정의 리세스(V)를 구비하여 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116) 상에 배치된 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115) 및 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115) 상에 배치된 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)을 포함할 수 있다.
실시예는 광출력이 향상된 자외선 발광소자, 결정품질 향상에 따라 광속이 향상된 자외선 발광소자 또는 광추출 효율이 향상된 자외선 발광소자를 제공하고자 한다.
한편, 종래기술에 의하면, GaN층에 AlGaN층 성장시 격자상수 차이 등에 의해 AlGaN층에 인장응력(Tensile Stress)이 발생하여 크랙(Crack)이 발생하는 문제가 있다.
이에 실시예는 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)과 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116) 사이에 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)를 배치함으로써 AlGaN 계열 반도체층에 가해지는 응력을 완화하여 크랙발생을 방지할 수 있다.
예를 들어, 실시예는 GaN 계열의 제1 도전형 반도체층(112)(도 3 참조) 상에 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)을 형성 후, 상기 제1 AlGaN 계열 반도체층(114) 상에 소정의 리세스(V)를 구비하는 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)을 형성할 수 있다.
상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)은 하부 GaN계열 반도체층인 제1 도전형 반도체층(112)과 제1 AlGaN 계열 반도체층(114) 사이에서 발생되는 확산전위(Threading Dislocation)에 의해 V 형태(Shape)로 형성시킬 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
실시예에서 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)은 기존 GaN계열층인 제1 도전형 반도체층(112)과 AlGaN 계열층 사이에 걸리는 인장응력(Tensile Stress)을 완화시킴으로써, 제2 AlGaN 계열 반도체층(116) 형성 시 크랙이 발생하는 것을 방지함으로써 누설전류 발생을 억제하여 전기적 신뢰성이 우수하며 광출력(Po)이 향상된 자외선 발광소자를 제공할 수 있다.
또한 실시예에 의하면 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)에 의해 제1 도전형 반도체층(112)과 AlGaN 계열층 사이에 걸리는 인장응력(Tensile Stress)을 완화시킴으로써, 제2 AlGaN 계열 반도체층(116) 형성 시 크랙이 발생하여 결정품질 향상에 따라 광속(Luminous Flux)이 향상된 자외선 발광소자를 제공할 수 있다.
또한 실시예에서 AlGaN 계열 응력완화층(115)에 형성된 리세스(V)는 상측으로 갈수록 폭이 좁아질 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 리세스(V)에 의해 광 산란에 의해 외부 광추출 효율이 향상될 수 있다.
실시예에서 상기 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)의 Al의 조성은 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116)의 Al의 조성보다 낮게 설정됨으로써 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)과 GaN 계열층인 제1 도전형 반도체층(112)과 Al 조성의 차이를 최소화하여 격자상수 차이를 줄임으로써 응력완화 및 크랙발생의 가능성을 낮추어 전기적 신뢰성의 향상과 광출력의 향상 및 광속을 높일 수 있다.
예를 들어, 실시예에서 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)은 Alx1Ga1 - x1N (단, 0≤≤x1≤≤1)의 조성을 구비할 수 있고, 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116)은 Alx2Ga1 - x2N (단, 0≤≤x2≤1)의 조성을 구비할 수 있다. 이때, 실시예에서 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)에서 Al의 조성(x1)은 3% 내지 5%일 수 있으며, 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116)에서의 Al의 조성(x2)은 6% 내지 8%일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 Al의 조성이 약 3% 미만인 경우 활성층(117)에서 발광하는 빛을 흡수하여 광출력이 저하되는 문제가 있으며, 약 8%를 초과하는 경우 격자상수 차이에 따른 크랙 발생문제가 발생할 수 있다.
이에 따라 실시예에 의하면, 상기 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)의 Al의 조성은 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116)의 Al의 조성보다 낮게 설정됨으로써 격자상수 차이를 줄임으로써 응력완화 및 크랙발생의 가능성을 낮추어 전기적 신뢰성의 향상과 광출력의 향상 및 광속을 높일 수 있다.
또한 실시예에서 의하면, 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)에서의 Al의 조성은 상기 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)의 Al의 조성보다 높으며, 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116)의 Al의 조성보다 높을 수 있다.
상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)은 Alx3Ga1 - x3N (단, 0≤≤x3≤≤1)의 조성을 구비할 수 있고, 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)에서 Al의 조성(x3)은 8% 내지 10%일 수 있으며, 이에 따라 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)에서의 Al의 조성(x3)이 상기 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)의 Al의 조성(x1)보다 높고, 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116)의 Al의 조성(x2)보다 높게 설정됨으로써 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)에서 디스로케이션(D)(도 3 참조)의 발생을 유도 및 소멸시킴으로써 결정품질의 향상, 전기적 특성의 향상에 기여할 수 있다.
이하, 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116)에서 크랙(Crack)이 발생하지 않는 메커니즘을 좀 더 상술하기로 한다.
실시예에 의하면 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116) 보다 Al 조성이 더 높은 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)을 삽입하여 의도적으로 11-20 방향의 미스핏 전위(Misfit dislocation)(D)을 생성하여 기존 응력(Stress)을 완화(relief)하고, 3D mode로 성장되는 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제1 반도체층(116a)에 의해 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115) 삽입으로 유발된 크랙을 메워 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116) 성장시 크랙 발생을 억제함과 동시에 결정 품질(Quality)를 향상시킬 수 있다.
실시예에 의하면, Al 조성이 더 높은 AlGaN 계열 응력완화층(115)에 의해서 발생된 크랙은 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제1 반도체층(116a) 패턴 들에 의해 부분적으로 메워지며, 크랙이 발생하지 않은 부분은 Al 조성이 높은 AlGaN 계열 응력완화층(115) 영역이기 때문에 격자상수가 작아 그 이후에 두껍게 성장되는 Al 농도가 낮은 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116)은 인장응력(Tensile Stress)이 아닌 오히려 압축응력(Compressive Stress)를 받기 때문에 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116)에서의 크랙(Crack) 발생을 억제 할 수 있다.
실시예에서 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)의 두께는 상기 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)은 약 1.0㎛~2.0㎛ 미만으로 형성될 수 있고, 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)은 2.0㎛ 초과 내지 4.0㎛로 형성될 수 있다. 일반적으로, AlGaN 계열 반도체층이 약 2.0 ㎛ 미만인 경우 크랙이 다량 발생하게 된다.
이에 따라 실시예에 의하면, 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)에서 디스로케이션(D) 발생을 유도하여 이를 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)의 V-shape 리세스(V)에서 흡수 소멸시킴으로써 결정 품질을 향상시켜 광학적, 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
실시예에서 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)은 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)의 성장온도 보다 낮게, 예를 들어 약 300
~약400
더 낮은 온도에서 성장됨에 따라 결정성장 속도 저하에 따라 V-Shape 형태의 리세스(V) 형성이 잘 되어 디스로케이션(D)의 흡수 소멸의 효율을 증대시킬 수 있다.
실시예는 색감차가 개선된 자외선 발광소자를 제공하고자 한다.
실시예에 의하면 AlGaN 계열 반도체층의 두께가 증가함에 따라 Yellow Luminescence가 증가 하지만 직선비례(Linear)로 증가하지 않고 그 기울기가 점점 줄어들어 포화(saturation)될 수 있다.
상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116)은 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제1 반도체층(116a)과 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제2 반도체층(116b)을 포함할 수 있다.
실시예에서 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제1 반도체층(116a)의 Al 조성은 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제2 반도체층(116b)의 Al 조성과 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제1 반도체층(116a)의 Al 조성은 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제2 반도체층(116b)의 Al 조성보다 클 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제2 반도체층(116b)의 Al 조성은 약 3% 내지 5%일 수 있고, 그 두께는 약 5nm 내지 약 15nm일 수 있다. 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제2 반도체층(116b)의 Al 조성이 3% 미만이면 광 흡수가 발생될 수 있고, 5% 초과되면 색 감차 개선에 기여하지 못할 수 있다.
실시예에서 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제2 반도체층(116b)의 두께가 5nm 미만의 경우 색감차 개선 효과가 없을 수 있고, 15nm 초과의 경우 광 흡수에 의한 광 손실 발생할 수 있다.
또한 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제1 반도체층(116a)의 Al 조성은 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제2 반도체층(116b)의 Al 조성보다 클 수 있으며, 약 8% 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제1 반도체층(116a)의 Al 조성이 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제2 반도체층(116b)의 Al 조성보다 낮으면 광 흡수에 의한 광 손실 발생할 수 있고, 8% 초과이면 품질(Quality)이 저하될 수 있다.
상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제1 반도체층(116a)의 최대 두께는 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제2 반도체층(116b)의 두께보다 두꺼울 수 있고, 약 30nm 이하일 수 있다.
상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제1 반도체층(116a)의 두께가 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제2 반도체층(116b)의 두께보다 얇을 경우, 색감 차 개선 효과가 저하될 수 있고, 그 두께가 약 30nm 이상일 경우 크랙(Crack) 발생 및 품질(Quality) 저하를 발생시킬 수 있다.
실시예는 수직형 자외선 발광소자에 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 발광구조물(110)은 제2 전극층(120) 상에 배치되고, 상기 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114) 상에 소정의 투광성 전극층(미도시)을 개재하여 제1 전극(131)이 배치될 수 있다.
상기 투광성 전극층은 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) 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
실시예는 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(119)과 상기 활성층(117) 사이에 배치되는 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤≤x≤≤1,0≤≤y≤≤1)계열 반도체층(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤≤x≤≤1,0≤≤y≤≤1)계열 반도체층은 전자차단층으로 기능할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 실시예에 따른 자외선 발광소자는 수평형 자외선 발광소자에도 적용될 수 있다
도2는 제2 실시예에 따른 발광소자(102)의 단면도이다.
제2 실시예는 제1 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제2 실시예의 주된 특징을 중심으로 설명하기로 한다.
제2 실시예에 따른 발광소자(102)는 제2 전극층(120)과, 상기 제2 전극층(120) 상에 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(119)과, 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116) 상에 배치되는 활성층(117)과, 상기 활성층(117) 상에 배치된 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116)과, 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116) 상에 배치된 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115) 및 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115) 상에 배치된 제2 광추출 패턴(R2)을 포함할 수 있다.
제2 실시예는 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115) 상에 배치된 제2 광추출 패턴(R2)을 포함할 수 있다. 또한 제2 실시예는 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116) 상측에 돌출부(P)를 포함할 수 있다. 상기 제2 광추출 패턴(R2)은 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)의 패턴닝에 의해서 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 실시예에서 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)이 약 100nm 내지 약 300nm 두께로 형성될 수 있다. 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)의 두께가 약 100nm 미만인 경우 크랙 완화(Crack Release) 효과가 감소될 수 있으며, 300nm 초과의 경우 이후 형성되는 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116)의 결정성이 저하될 수 있다.
제2 실시예에 의하면, 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116) 상측에 돌출부(P)를 포함하여 외부 광추출 효율을 향상시켜 광출력(Po)을 향상시킬 수 있다.
또한 제2 실시예는 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115) 상에 배치된 제2 광추출 패턴(R2)을 포함하여 광추출 효율을 향상시켜 광출력을 높일 수 있다. 이에 따라 실시예는 광추출 효율이 향상된 자외선 발광소자를 제공할 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여 실시예에 따른 자외선 발광소자의 제조방법을 설명하기로 한다. 이하에서, 제1 실시예를 기준으로 설명하나 실시예의 제조방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
우선, 도 3과 같이 기판(105)을 준비한다. 상기 기판(105)은 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일수 있다. 예를 들어, 상기 기판(105)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 기판(105) 위에는 요철 구조가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 기판(105) 위에는 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 버퍼층은 이후 형성되는 발광구조물(110)의 재료와 기판(105)의 격자 부정합을 완화시켜 줄 수 있으며, 상기 버퍼층의 재료는 3족-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 제1 기판(105) 상에 제1 도전형 반도체층(112)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(112)은 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있고, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(112)이 n형 반도체층인 경우, 상기 제1 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(112)은 GaN 계열 반도체층일 수 있으며, InxAlyGa1 -x- yN (0≤≤x≤≤1, 0≤≤y≤≤1, 0≤≤x+y≤≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(112)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 제1 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(114)이 형성될 수 있고, 이후 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)이 형성될 수 있다.
또한 도 4와 같이, 1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115) 상에 제1 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(116)이 형성될 수 있다.
실시예에서 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)은 Alx1Ga1 - x1N (단, 0≤≤x1≤1)의 조성을 구비할 수 있고, 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)은 Alx3Ga1 - x3N (단, 0≤≤x3≤≤1)의 조성을 구비할 수 있고, 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116)은 Alx2Ga1 - x2N (단, 0≤≤x2≤≤1)의 조성을 구비할 수 있다.
실시예에서 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)은 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)의 성장온도 보다 낮게, 예를 들어 약 300
~약400
더 낮은 온도에서 성장됨에 따라 결정성장 속도 저하에 따라 V-Shape 형태의 리세스(V) 형성이 잘 되어 디스로케이션(D)의 흡수 소멸의 효율을 증대시킬 수 있다.
실시예는 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)과 이후 형성되는 제2 AlGaN 계열 반도체층(116) 사이에 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)를 배치함으로써 AlGaN 계열 반도체층에 가해지는 응력을 완화하여 크랙발생을 방지할 수 있다.
예를 들어, 실시예는 GaN 계열의 제1 도전형 반도체층(112) 상에 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)을 형성 후, 상기 제1 AlGaN 계열 반도체층(114) 상에 소정의 리세스(V)를 구비하는 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)을 형성할 수 있다.
상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)은 하부 GaN계열 반도체층인 제1 도전형 반도체층(112)과 제1 AlGaN 계열 반도체층(114) 사이에서 발생되는 확산전위(Threading Dislocation)(D)에 의해 V 형태(Shape)로 형성시킬 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
실시예에서 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)은 기존 GaN계열층인 제1 도전형 반도체층(112)과 AlGaN 계열층 사이에 걸리는 인장응력(Tensile Stress)을 완화시킴으로써, 제2 AlGaN 계열 반도체층(116) 형성 시 크랙이 발생하는 것을 방지함으로써 누설전류 발생을 억제하여 전기적 신뢰성이 우수하며 광출력(Po)이 향상된 자외선 발광소자를 제공할 수 있다.
또한 실시예에 의하면 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)에 의해 제1 도전형 반도체층(112)과 AlGaN 계열층 사이에 걸리는 인장응력(Tensile Stress)을 완화시킴으로써, 제2 AlGaN 계열 반도체층(116) 형성 시 크랙이 발생하여 결정품질 향상에 따라 광속(Luminous Flux)이 향상된 자외선 발광소자를 제공할 수 있다.
또한 실시예에서 AlGaN 계열 응력완화층(115)에 형성된 리세스(V)는 상측으로 갈수록 폭이 좁아질 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 리세스(V)에 의해 광산란에 의해 외부 광추출 효율이 향상될 수 있다.
실시예에서 상기 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)의 Al의 조성은 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116)의 Al의 조성보다 낮게 설정됨으로써 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)과 GaN 계열층인 제1 도전형 반도체층(112)과 Al 조성의 차이를 최소화하여 격자상수 차이를 줄임으로써 응력완화 및 크랙발생의 가능성을 낮추어 전기적 신뢰성의 향상과 광출력의 향상 및 광속을 높일 수 있다.
예를 들어, 실시예에서 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)은 Alx1Ga1 - x1N (단, 0≤≤x1≤≤1)의 조성을 구비할 수 있고, 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116)은 Alx2Ga1 - x2N (단, 0≤≤x2≤1)의 조성을 구비할 수 있다. 이때, 실시예에서 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)에서 Al의 조성(x1)은 3% 내지 5%일 수 있으며, 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116)에서의 Al의 조성(x2)은 6% 내지 8%일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 Al의 조성이 약 3% 미만인 경우 활성층(117)에서 발광하는 빛을 흡수하여 광출력이 저하되는 문제가 있으며, 약 8%를 초과하는 경우 격자상수 차이에 따른 크랙 발생문제가 발생할 수 있다.
이에 따라 실시예에 의하면, 상기 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)의 Al의 조성은 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116)의 Al의 조성보다 낮게 설정됨으로써 격자상수 차이를 줄임으로써 응력완화 및 크랙발생의 가능성을 낮추어 전기적 신뢰성의 향상과 광출력의 향상 및 광속을 높일 수 있다.
또한 실시예에서 의하면, 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)에서의 Al의 조성은 상기 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)의 Al의 조성보다 높고, 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116)의 Al의 조성보다 낮을 수 있다.
실시예에서 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)의 두께는 상기 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)은 약 1.0㎛~2.0㎛ 미만으로 형성될 수 있고, 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)은 2.0㎛ 초과 내지 4.0㎛로 형성될 수 있다. 일반적으로, AlGaN 계열 반도체층이 약 2.0 ㎛ 미만인 경우 크랙이 다량 발생하게 된다.
이에 따라 실시예에 의하면, 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)에서 디스로케이션(D) 발생을 유도하여 이를 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)의 V-shape 리세스(V)에서 흡수 소멸시킴으로써 결정 품질을 향상시켜 광학적, 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116)은 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제1 반도체층(116a)과 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제2 반도체층(116b)을 포함할 수 있고, 이를 통해 색감차가 개선된 자외선 발광소자를 제공하고자 한다.
실시예에서 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제1 반도체층(116a)의 Al 조성은 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제2 반도체층(116b)의 Al 조성과 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제1 반도체층(116a)의 Al 조성은 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제2 반도체층(116b)의 Al 조성보다 클 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제2 반도체층(116b)의 Al 조성은 약 3% 내지 5%일 수 있고, 그 두께는 약 5nm 내지 약 15nm일 수 있다. 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제2 반도체층(116b)의 Al 조성이 3% 미만이면 광 흡수가 발생될 수 있고, 5% 초과되면 색 감차 개선에 기여하지 못할 수 있다.
실시예에서 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제2 반도체층(116b)의 두께가 5nm 미만의 경우 색감차 개선 효과가 없을 수 있고, 15nm 초과의 경우 광 흡수에 의한 광 손실 발생할 수 있다.
또한 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제1 반도체층(116a)의 Al 조성은 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제2 반도체층(116b)의 Al 조성보다 클 수 있으며, 약 8% 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제1 반도체층(116a)의 Al 조성이 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제2 반도체층(116b)의 Al 조성보다 낮으면 광 흡수에 의한 광 손실 발생할 수 있고, 8% 초과이면 품질(Quality)이 저하될 수 있다.
상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제1 반도체층(116a)의 두께는 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제2 반도체층(116b)의 두께보다 두꺼울 수 있고, 약 30nm 이하일 수 있다.
상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제1 반도체층(116a)의 두께가 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제2 반도체층(116b)의 두께보다 얇을 경우, 색감 차 개선 효과가 저하될 수 있고, 그 두께가 약 30nm 이상일 경우 크랙(Crack) 발생 및 품질(Quality) 저하를 발생시킬 수 있다.
이하, 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116)에서 크랙(Crack)이 발생하지 않는 메커니즘을 좀 더 상술하기로 한다.
실시예에 의하면 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116) 보다 Al 조성이 더 높은 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115)을 삽입하여 11-20 방향의 미스핏 전위(Misfit dislocation)(D)을 생성하여 기존 응력(Stress)을 완화(relief)하고, 3D mode로 성장되는 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제1 반도체층(116a)에 의해 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115) 삽입으로 유발된 크랙을 메워 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116) 성장시 크랙 발생을 억제함과 동시에 결정 품질(Quality)를 향상시킬 수 있다.
Al 조성이 더 높은 AlGaN 계열 응력완화층(115)에 의해서 발생된 크랙은 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제1 반도체층(116a) 패턴 들에 의해 부분부분 메워지며, 크랙이 발생하지 않은 부분은 Al 조성이 높은 AlGaN 계열 응력완화층(115) 영역이기 때문에 격자상수가 작아 그 이후에 두껍게 성장되는 Al 농도가 낮은 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116)은 인장응력(Tensile Stress)이 아닌 오히려 압축응력(Compressive Stress)를 받기 때문에 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116)에서의 크랙(Crack) 발생을 억제 할 수 있다.
다음으로 도 5와 같이, 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116) 상에 활성층(117)과 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(119)이 형성될 수 있다.
상기 활성층(117)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.
예를 들어, 상기 활성층(117)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(117)은 양자우물과 양자벽을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(117)은 AlGaN/GaN, AlGaN/AlGaN, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, InAlGaN/GaN, GaAs/AlGaAs, InGaAs/AlGaAs, GaP/AlGaP, InGaP AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(119)은 반도체 화합물, 예를 들어 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(119)은 AlqGa1 - qN (0≤≤q≤≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(119)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
실시예에서 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116)은 n형 반도체층, 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(119)은 p형 반도체층으로 구현할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
또한 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(119) 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 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(119) 상에 제2 전극층(120)이 형성될 수 있다. 상기 제2 전극층(120)은 컨택층(122), 반사층(124) 및 전도성 지지부재(126)가 형성될 수 있다.
상기 컨택층(122)은 캐리어 주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 혹은 금속합금, 금속산화물 등을 다중으로 적층하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 컨택층(122)은 반도체와 전기적인 접촉인 우수한 물질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 컨택층(122)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, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
상기 컨택층(122) 상에는 반사층(124)이 형성될 수 있다. 상기 반사층(124)은 반사성이 우수하고, 전기적인 접촉이 우수한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 반사층(124)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 반사층(124)은 상기 금속 또는 합금과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있으며, 예를 들어, IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 적층할 수 있다.
다음으로, 상기 반사층(124) 상에 전도성 지지부재(126)가 형성될 수 있다.
상기 전도성 지지부재(126)는 효율적으로 캐리어 주입할 수 있도록 전기 전도성이 우수한 금속, 금속합금, 혹은 전도성 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 전도성 지지부재(126)는 구리(Cu), 금(Au), 구리합금(Cu Alloy), 니켈(Ni-nickel), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: GaN, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiGe, SiC 등) 등을 선택적으로 포함할 수 있다.
상기 전도성 지지부재(126)를 형성시키는 방법은 전기화학적인 금속증착방법이나 유테틱 메탈을 이용한 본딩 방법 등을 사용할 수 있다.
다음으로, 도 6과 같이 상기 기판(105)이 발광구조물(110)로부터 제거될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(105)을 제거하는 방법은 고출력의 레이저를 이용하여 기판을 분리하거나 화학적 식각 방법을 사용할 수 있다. 또한, 상기 기판(105)은 물리적으로 갈아냄으로써 제거할 수도 있다.
예를 들어, 레이저 리프트 오프 방법은 상온에서 소정의 에너지를 가해주게 되면 상기 기판(105)과 발광구조물의 계면에서 에너지가 흡수되어 발광구조물의 접합표면이 열분해 되어 기판(105)과 발광구조물을 분리할 수 있다.
다음으로 도 7과 같이, 제1 도전형 반도체층(112)을 습식 또는 건식 에칭 등으로 제거하여 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)이 노출되도록 할 수 있다. 이후, 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114) 상에 제1 광추출 패턴(R1)이 형성될 수 있으며, 제1 광추출 패턴(R1)은 규칙적인 패턴이거나 불규칙적인 패턴 또는 이들의 혼합일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
실시예에서 상기 제1 광추출 패턴(R1)은 상기 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114) 상에 소정의 수평폭을 구비하며, 상기 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114)과 같은 물질로 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114) 상에 제1 전극(131)을 형성할 수 있고, 이를 통해 실시예에 따른 자외선 발광소자를 제조할 수 있다. 상기 제1 전극(131)은 Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다.
자외선 발광소자는 파장이 긴 순서대로 UV-A((315~400nm)), UV-B(280~315nm), UV-C(200~280nm) 세 가지고 나뉜다.
실시예에 따른 자와선 발광소자(UV LED)는 파장에 따라, UV-A(315~400nm) 영역은 산업용 UV경화, 인쇄 잉크경화, 노광기, 위폐감별, 광촉매 살균, 특수조명(수족관/농업용 등) 등의 다양하게 적용될 수 있고, UV-B (280~315nm) 영역은 의료용으로 사용될 수 있고, UV-C(200~280nm) 영역은 공기 정화, 정수, 살균 제품 등에 적용될 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 패키지 형태로 복수개가 기판 상에 어레이될 수 있으며, 발광소자 패키지에서 방출되는 광의 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 백라이트 유닛, 조명 유닛, 디스플레이 장치, 지시 장치, 램프, 가로등, 차량용 조명장치, 차량용 표시장치, 스마트 시계 등에 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 도 8은 실시예들에 따른 발광소자가 설치된 발광소자 패키지(200)를 설명하는 도면이다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지는 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 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 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.
상기 발광소자(100)는 제1 실시예에 따른 자외선 발광소자일 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 제2 실시예에 따른 발광소자(102) 등을 포함할 수 있다.
상기 몰딩부재(230)에는 형광체(232)가 포함되어 백색광의 발광소자 패키지가 될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 9는 실시예에 따른 조명시스템의 분해 사시도이다.
실시예에 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.
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 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 전원 제공부(2600)는 돌출부(2610), 가이드부(2630), 베이스(2650), 연장부(2670)를 포함할 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.
제2 전극층(120), 컨택층(122), 반사층(124),
전도성 지지부재(126), 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(119), 활성층(117),
제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116), 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115),
제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114), 제1 전극(131), 제1 광추출 패턴(R1)
전도성 지지부재(126), 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(119), 활성층(117),
제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층(116), 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층(115),
제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층(114), 제1 전극(131), 제1 광추출 패턴(R1)
Claims (15)
- 제2 전극층;
상기 제2 전극층 상에 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층;
상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층 상에 배치되는 활성층;
상기 활성층 상에 배치된 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층;
소정의 리세스를 구비하여 상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층 상에 배치된 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층; 및
상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층 상에 배치된 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층;을 포함하는 자외선 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층의 Al의 조성은
상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층의 Al의 조성보다 낮은 자외선 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층은,
소정의 리세스를 구비하는 자외선 발광소자. - 제3 항에 있어서,
상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층의 리세스는
상측으로 갈수록 폭이 좁아지는 자외선 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층 상에 제1 광추출 패턴을 포함하는 자외선 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층에서의 Al의 조성은
상기 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층의 Al의 조성보다 높으며,
상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층의 Al의 조성보다 높은 자외선 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층은
제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제1 반도체층과 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제2 반도체층을 포함하는 자외선 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층의 두께는
상기 제1 도전형 제1 AlGaN 계열 반도체층의 두께보다 두꺼운 자외선 발광소자. - 제2 전극층;
상기 제2 전극층 상에 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층;
상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층 상에 배치되는 활성층;
상기 활성층 상에 배치된 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층;
상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층 상에 배치된 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층; 및
상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층 상에 배치된 제2 광추출 패턴을 포함하는 자외선 발광소자. - 제9 항에 있어서,
상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층 상측에 돌출부를 포함하는 자외선 발광소자. - 제10 항에 있어서,
상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층의 돌출부는
상측으로 갈수록 폭이 좁아지는 자외선 발광소자. - 제9 항에 있어서,
상기 제1 도전형 AlGaN 계열 응력완화층에서의 Al의 조성은
상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층의 Al의 조성보다 높은 자외선 발광소자. - 제9 항에 있어서,
상기 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 반도체층은
제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제1 반도체층과 제1 도전형 제2 AlGaN 계열 제2 반도체층을 포함하는 자외선 발광소자. - 제9 항에 있어서,
상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층 아래에 배치된 제2 전극층을 더 포함하는 자외선 발광소자. - 제1 항 내지 제14 항 중 어느 하나의 발광소자를 구비하는 발광유닛을 포함하는 조명시스템.
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| KR1020150187448A KR102473393B1 (ko) | 2015-12-28 | 2015-12-28 | 자외선 발광소자 및 조명시스템 |
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2015
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