KR20180076695A - 발광소자 - Google Patents

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KR20180076695A
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전주원
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Abstract

발광소자의 일 실시예는, 기판; 상기 기판 상에 배치되는 제1도전형 반도체층; 상기 제1도전형 반도체층 상에 배치되는 활성층; 상기 활성층 상에 배치되는 제2도전형 반도체층; 상기 제2도전형 반도체층에 형성되는 적어도 하나의 홈; 상기 제1도전형 반도체층의 노출되는 단차부위 상에 배치되는 제1전극; 상기 제2도전형 반도체층 상에 배치되는 제2전극; 상기 제2도전형 반도체층 상에 적어도 일부가 상기 제2전극과 상하방향으로 중첩되도록 배치되는 전류차단층; 및 상기 제2도전형 반도체층 상에 배치되고, 적어도 일부가 상기 전류차단층을 감싸고 상기 제2전극과 접촉하도록 배치되는 도전층을 포함하고, 상기 홈에는 Ag/SiO2 성분의 나노입자(nano particle)가 배치되고, 상기 도전층은 상기 홈을 덮도록 배치되는 것일 수 있다.

Description

발광소자{Light emitting device}
실시예는, 광출력 및 광추출 효율을 높인 발광소자에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
GaN, AlGaN 등의 3-5 족 화합물 반도체는 넓고 조정이 용이한 에너지 밴드갭을 가지는 등의 많은 장점으로 인해 광 전자공학 분야(optoelectronics)와 전자 소자를 위해 등에 널리 사용된다.
특히, 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light 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.
실시예는, 광출력 및 광추출 효율을 높인 발광소자에 관한 것이다.
실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
발광소자의 일 실시예는, 기판; 상기 기판 상에 배치되는 제1도전형 반도체층; 상기 제1도전형 반도체층 상에 배치되는 활성층; 상기 활성층 상에 배치되는 제2도전형 반도체층; 상기 제2도전형 반도체층에 형성되는 적어도 하나의 홈; 상기 제1도전형 반도체층의 노출되는 단차부위 상에 배치되는 제1전극; 상기 제2도전형 반도체층 상에 배치되는 제2전극; 상기 제2도전형 반도체층 상에 적어도 일부가 상기 제2전극과 상하방향으로 중첩되도록 배치되는 전류차단층; 및 상기 제2도전형 반도체층 상에 배치되고, 적어도 일부가 상기 전류차단층을 감싸고 상기 제2전극과 접촉하도록 배치되는 도전층을 포함하고, 상기 홈에는 Ag/SiO2 성분의 나노입자(nano particle)가 배치되고, 상기 도전층은 상기 홈을 덮도록 배치되는 것일 수 있다.
상기 나노입자는, 코어에 Ag가 배치되고, SiO2가 상기 Ag를 둘러싸도록 구비되는 것일 수 있다.
상기 홈은, 상기 제2도전형 반도체층을 관통하여 형성되는 것일 수 있다.
상기 홈은, 직경이 6μm 내지 8μm로 구비되는 것일 수 있다.
상기 홈은, 복수로 구비되고, 상기 홈 사이의 이격거리는 10μm 내지 50μm로 구비되는 것일 수 있다.
상기 홈은 복수로 구비되고, 상기 제2도전형 반도체층의 상면 면적에 대한 상기 홈의 상기 제2도전형 반도체층의 상면에서 측정되는 면적의 비율은 5% 내지 10%인 것일 수 있다.
상기 홈은, 상기 제2전극 및 상기 전류차단층과 상하방향으로 중첩되지 않는 영역에 배치되는 것일 수 있다.
발광소자의 다른 실시예는, 기판; 상기 기판 상에 배치되는 제1도전형 반도체층; 상기 제1도전형 반도체층 상에 배치되는 활성층; 상기 활성층 상에 배치되는 제2도전형 반도체층; 상기 제2도전형 반도체층의 일부를 구성하는 나노입자; 상기 제1도전형 반도체층의 노출되는 단차부위 상에 배치되는 제1전극; 상기 제2도전형 반도체층 상에 배치되는 제2전극; 상기 제2도전형 반도체층 상에 적어도 일부가 상기 제2전극과 상하방향으로 중첩되도록 배치되는 전류차단층; 및 상기 제2도전형 반도체층 상에 배치되고, 적어도 일부가 상기 전류차단층을 감싸고 상기 제2전극과 접촉하도록 배치되는 도전층을 포함하고, 상기 나노입자는 Ag/SiO2인 것일 수 있다.
상기 나노입자는, 상기 활성층과 상기 제2도전형 반도체층의 경계에 배치되는 것일 수 있다.
상기 나노입자는, 상기 제2도전형 반도체층의 상면에 배치되는 것일 수 있다.
상기 제2도전형 반도체층은 복수로 적층되어 배치되고, 상기 나노입자는 복수의 상기 제2도전형 반도체층 경계에 배치되는 것일 수 있다.
실시예에서, 나노입자에 포함되는 Ag는 활성층의 광자와 상호작용을 하여, 발광소자의 광출력 및 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
실시예에서, 제2도전형 반도체층의 상하방향 특정영역에서 횡방향으로 분산되어 분포하는 나노입자는, 이에 포함되는 Ag와 활성층의 광자는 상호작용을 하여, 발광소자의 광출력 및 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예의 발광소자를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에서 홈이 형성된 제2도전형 반도체층의 일부를 나타낸 평면도이다.
도 3은 다른 실시예의 발광소자를 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 6은 도 3의 A부분을 확대한 도면이다. 도 4 내지 도 6에서는 각각 다른 실시예를 나타낸다.
도 7은 일 실시예의 발광소자 패키지의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 실시예를 상세히 설명한다. 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 실시예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 또한, 실시예의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 실시예의 범위를 한정하는 것이 아니다.
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)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서 이용될 수도 있다.
도 1은 일 실시예의 발광소자를 나타낸 도면이다. 실시예의 발광소자는 기판(100), 제1도전형 반도체층(200), 활성층(300), 제2도전형 반도체층(400), 도전층(800), 제1전극(610), 제2전극(620), 전류차단층(700) 및 패시베이션층(900)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1도전형 반도체층(200), 상기 활성층(300) 및 상기 제2도전형 반도체층(400)은 발광구조물을 형성할 수 있다.
상기 기판(100)은 상기 발광구조물을 지지할 수 있다. 상기 기판(100)은 사파이어 기판, 실리콘(Si), 산화아연(ZnO), 질화물 반도체 중 어느 하나 또는 GaN, InGaN, AlGaN, AlInGaN 중에서 적어도 어느 하나가 적층된 템플레이트(Template)로 형성되는 것일 수 있다.
상기 발광구조물은 상기 기판(100) 상에 배치되고, 빛을 발생시키는 역할을 할 수 있다. 이때, 상기 기판(100)과 상기 발광구조물의 격자상수, 열팽창 계수 등의 차이로 인해 상기 기판(100)과 상기 발광구조물의 경계면 부위에 응력(stress)이 발생할 수 있다.
이러한 응력발생을 완화하기 위해 상기 기판(100)과 상기 발광구조물 사이에는 버퍼층(미도시)이 개재될 수 있다. 또한, 상기 제1도전형 반도체층(200)의 결정성 향상을 위하여 언도프트 반도체층(2400)이 개재될 수 있다.
이때, 상기 버퍼층은 저온 성장될 수 있으며, 그 물질은 GaN층 또는 AlN층일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 언도프트 반도체층은 n형 도펀트가 도핑되지 않아 상기 제1도전형 반도체층(200)에 비하여 낮은 전기 전도성을 갖는 것을 제외하고는 상기 제1도전형 반도체층(200)과 동일한 질화물 반도체로 형성될 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(200)은 상기 기판(100) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(200)은 예를 들어, 질화물 반도체로 형성될 수 있다.
즉, 상기 제1도전형 반도체층(200)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 활성층(300)은 상기 제1도전형 반도체층(200) 상에 배치될 수 있다. 상기 활성층(300)은 상기 제1도전형 반도체층(200) 및 상기 제2도전형 반도체층(400)으로부터 제공되는 전자와 정공(hole)의 재결합(recombination) 과정에서 발생하는 에너지에 의해 광을 생성할 수 있다.
상기 활성층(300)은 반도체 화합물, 예컨대, 3족-5족, 2족-6족의 화합물 반도체일 수 있으며, 단일 양자우물 구조, 다중 양자우물 구조, 양자선(Quantum-Wire) 구조, 양자 점(Quantum Dot) 구조 등으로 형성될 수 있다.
상기 활성층(300)이 양자우물 구조인 경우 예를 들어, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 양자우물층과 InaAlbGa1 -a- bN (0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤a+b≤1)의 조성식을 갖는 장벽층을 구비하는 단일 또는 다중 양자우물 구조를 가질 수 있다.
이때, 상기 양자우물층은 상기 장벽층의 에너지 밴드갭보다 낮은 에너지 밴드갭을 갖도록 구비될 수 있다.
상기 제2도전형 반도체층(400)은 상기 활성층(300) 상에 배치될 수 있다. 이때, 상기 제2도전형 반도체층(400)은 예를 들어, 질화물 반도체로 형성될 수 있다.
즉, 상기 제2도전형 반도체층(400)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 도전층(800)은 상기 제2도전형 반도체층(400) 상에 배치될 수 있다. 상기 도전층(800)은 상기 발광구조물로부터 발광하여 조사되는 광의 전반사를 감소시킬 수 있고, 오믹접촉층(Ohmic contact layer)의 역할을 할 수 있다.
상기 도전층(800)은 금속, 금속 산화물 및 금속 질화물 재질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 도전층(800)은 투광성의 물질을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 도전층(800)은 ITO(Indium Tin Oxide), TO(Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide), IZON(IZO Nitride), 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), ZnO(Zinc Oxide), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, Ni/IrOx/Au/ITO, Pt, Ni, Au, Rh 또는 Pd 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1전극(610)은 상기 제1도전형 반도체층(200)의 노출되는 단차부위 상에 배치될 수 있고, 상기 제2전극(620)은 상기 제2도전형 반도체층(400) 상에 배치될 수 있다. 이때, 상기 도전층(800)은 상기 제2전극(620)과 접촉하도록 배치될 수 있다.
이때, 상기 제1도전형 반도체층(200)의 노출되는 단차부위는, 예를 들어, 상기 제1도전형 반도체층(200)의 일부를 메사 식각하여 형성할 수 있다.
상기 제1전극(610)과 상기 제2전극(620)을 통해 전류가 인가되면 실시예의 상기 발광소자는 발광할 수 있다.
상기 전류차단층(700)은 상기 제2도전형 반도체층(400) 상에 적어도 일부가 상기 제2전극(620)과 상하방향으로 중첩되도록 배치될 수 있다. 이때, 상기 도전층(800)의 적어도 일부가 상기 전류차단층(700)을 감싸도록 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 전류차단층(700)에는 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀을 관통하여 상기 제2전극(620)은 상기 제2도전형 반도체층(400)과 직접 접촉하도록 배치될 수 있다. 또한, 상기 관통홀의 가장자리 부위에 상기 도전층(800)이 배치됨으로써, 상기 도전층(800)은 상기 전류차단층(700)의 일부를 감쌀 수 있다.
상기 전류차단층(700)은 상기 제2전극(620)을 통해 인가되는 전류의 흐름을 수평방향으로 분산하여 과전류에 의한 발광소자의 오작동을 억제함으로써, 상기 발광소자의 안정성 및 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.
상기 전류차단층(700)은 상기 도전층(800)보다 전기 전도성이 낮은 물질, 상기 제2도전형 반도체층(400)과 쇼트키 접촉(Schottky contact)을 형성하는 물질, 또는 전기 절연성 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전류차단층(700)은 ZnO, SiO2, SiON, Si3N4, Al2O3, TiO2, Ti, Al, Cr 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 패시베이션층(900)은 상기 발광구조물 즉, 상기 제1도전형 반도체층(200), 상기 활성층(300) 및 상기 제2도전형 반도체층(400)를 적어도 일부를 덮고, 또한 상기 도전층(800)의 적어도 일부를 덮도록 배치될 수 있다.
상기 패시베이션층(900)은 발광구조물의 노출부위를 덮어, 상기 발광구조물의 외부노출로 인한 기계적 식각, 외부장치로부터의 전자기적 간섭을 억제하여 상기 발광구조물을 보호할 수 있고, 예를 들어, SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정되지는 않는다.
도 2는 도 1에서 홈(410)이 형성된 상기 제2도전형 반도체층(400)의 일부를 나타낸 평면도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 실시예의 발광소자는 상기 제2도전형 반도체층(400)에 형성되는 적어도 하나의 홈(410)을 포함하고, 상기 홈(410)에는 Ag/SiO2 성분의 나노입자(500)(nano particle)가 배치될 수 있다. 물론 상기 나노입자(500)는 상기 홈(410)에 다수로 배치될 수 있다.
상기 제2도전형 반도체층(400)에 배치되는 상기 나노입자(500)는 상기 활성층(300)에 영향을 주어 발광소자의 광출력 및 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
실시예의 발광소자에서는, 상기 나노입자(500)에 포함되는 Ag와 상기 활성층(300)에서 생성되는 광자(photon) 사이에 공명이 발생하는, 국부적 표면 플라스몬 공명(localized surface plasmon resonance, LSPR)이 일어날 수 있다.
이러한 LSPR로 인해 상기 활성층(300)에서 생성되는 광자는 더욱 강한 에너지를 가지고, 따라서 상기 활성층(300)으로부터 발생하는 광도 더욱 강한 에너지를 가짐으로써, 상기 발광소자의 광출력 및 광추출 효율이 향상될 수 있다.
실시예에서, 나노입자(500)에 포함되는 Ag는 상기 활성층(300)의 광자와 상호작용을 하여, 상기 발광소자의 광출력 및 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 나노입자(500) Ag/SiO2는 코어에 Ag가 배치되고 다수의 SiO2가 상기 Ag를 둘러싸도록 구비될 수 있다. SiO2는 Ag를 둘러쌈으로써 Ag를 보호할 수 있다.
Ag는 상기 제2도전형 반도체층(400)에 배치하는 과정, 또는 완제품 발광소자의 계속적인 사용과정에서 공기에 노출되거나 고온의 분위기에서 산화될 수 있다. 따라서, Ag를 둘러싼 SiO2는 Ag의 산화를 억제할 수 있다.
또한, Ag는 전이(migration)가 용이하게 일어날 수 있다. 즉, Ag는, 상기 발광소자의 계속적인 사용과정에서, 적어도 일부가 이온화되어 초기위치에서 이탈하여 다른 위치에서 Ag로 재석출 될 수 있다.
따라서, Ag의 전이로 인해 발광소자는 설계범위를 이탈하는 특성을 나타낼 수 있으므로, 발광소자의 안정적인 작동을 위해, Ag의 전이를 억제할 필요가 있다. 실시예에서 Ag를 둘러싸는 SiO2가, Ag의 적어도 일부가 이온화되어 초기위치에서 이탈하는 것을 억제함으로써, Ag의 전이를 효과적으로 억제할 수 있다.
한편, 상기 홈(410)은 상기 제2도전형 반도체층(400)을 관통하여 형성될 수도 있다. 이는 상기 활성층(300)과 상기 나노입자(500)의 거리가 가까울수록 상기한 LSPR이 더 활발하게 일어날 수 있기 때문이다.
다만, 이러한 경우 상기 나노입자(500)가 상기 활성층(300)과 직접 접촉하여 상기 활성층(300)의 작용에 영향을 주는 것을 억제하기 위해, 상기 제2도전형 반도체층(400)과 상기 활성층(300) 사이에 별도의 차단층(미도시)을 형성할 수도 있다.
이때, 상기 차단층은, 예를 들어, 상기 나노입자(500)의 하측과 상기 활성층(300) 상측 사이에 배치되어, 상기 나노입자(500)와 상기 활성층(400)이 서로 직접 접촉하는 것을 억제할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 도전층(800)은 상기 홈(410)을 덮도록 배치될 수 있다. 즉, 상기 도전층(800)이 상기 홈(410)을 덮고, 상기 도전층(800)의 일부는 상기 홈(410)에 충진됨으로써, 상기 나노입자(500)가 상기 홈(410)에 고정적으로 배치되고 상기 홈(410)으로부터 이탈하지 않도록 할 수 있다.
또한, 상기 홈(410)은 상기 제2전극(620) 및 상기 전류차단층(700)과 상하방향으로 중첩되지 않는 영역에 배치될 수 있다. 상기 나노입자(500)는 도전성 금속인 Ag를 포함하므로, 전류의 흐름에 영향을 줄 수 있다.
따라서, 상기 제2전극(620) 및 상기 전류차단층(700)과 상하방향으로 중첩되지 않도록 배치함으로써 상기 나노입자(500)가 상기 제2전극(620)에 인접한 영역에서 전류의 흐름에 영향을 주지 않도록 하고, 상기 전류차단층(700)이 전류의 흐름을 수평방향으로 분산하는 역할을 방해하지 않을 수 있다.
상기 홈(410)은 예를 들어, 직경(D1)이 6μm 내지 8μm로 구비될 수 있다. 상기 홈(410)의 직경(D1)이 6μm 미만인 경우, 상기 홈(410)에 배치되는 상기 나노입자(500)의 개수가 현저히 적어지므로, 상기한 나노입자(500)와 광자 간 LSPR가 활발히 일어나지 못할 수 있다.
상기 홈(410)의 직경(D1)이 8μm를 초과하는 경우, 상기 제2도전형 반도체층(400)과 상기 도전층(800) 간 접촉면적이 줄어들어 발광소자의 동작전압이 높아질 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 홈(410)은 상기 제2도전형 반도체층(400)에 평면상으로 보아 가로 및 세로방향으로 복수로 구비되고, 상기 홈(410) 사이의 이격거리(D2)는 10μm 내지 50μm로 구비될 수 있다.
상기 이격거리(D2)가 10μm 미만인 경우, 상기 홈(410)의 개수는 과도하게 증가하여 상기 제2도전형 반도체층(400)과 상기 도전층(800) 간 접촉면적이 줄어들어 발광소자의 동작전압이 높아질 수 있다.
상기 이격거리(D2)가 50μm를 초과하는 경우, 상기 홈(410)의 개수는 현저히 줄어들고 따라서, 상기 제2도전형 반도체층(400)에 배치되는 상기 나노입자(500)의 개수도 현저히 적어지므로, 상기한 나노입자(500)와 광자 간 LSPR가 활발히 일어나지 못할 수 있다.
또한, 상기 홈(410)은 복수로 구비되고, 상기 제2도전형 반도체층(400)의 상면 면적에 대한 상기 홈(410)의 상기 제2도전형 반도체층(400)의 상면에서 측정되는 면적의 비율은 5% 내지 10%일 수 있다.
상기 비율이 5% 미만인 경우, 상기 제2도전형 반도체층(400)에 배치되는 상기 나노입자(500)의 개수도 현저히 적어지므로, 상기한 나노입자(500)와 광자 간 LSPR가 활발히 일어나지 못할 수 있다.
상기 비율이 10%를 초과하는 경우, 상기 제2도전형 반도체층(400)의 면적이 현저히 줄어들어 오히려 상기 발광소자의 광출력 및 광추출 효율이 저하될 수 있고, 상기 제2도전형 반도체층(400)과 상기 도전층(800) 간 접촉면적이 줄어들어 발광소자의 동작전압이 높아질 수 있다.
한편, 상기 홈(410)의 형상은 그 단면이 원형 이외에 사각형, 타원형 또는 다각형으로 형성될 수 있다.
도 3은 다른 실시예의 발광소자를 나타낸 도면이다. 도 4 내지 도 6은 도 3의 A부분을 확대한 도면이다. 도 4 내지 도 6에서는 각각 다른 실시예를 나타낸다.
이하에서는, 실시예의 명확한 이해를 위하여, 도 1 및 도 2를 참조하여 상술한 발광소자의 구성과 중복되는 부분에 대한 중복설명은 생략한다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 실시예의 발광소자는 상기 제2도전형 반도체층(400)의 일부를 구성하는 상기 나노입자(500)를 포함하고, 상기 나노입자(500)는 Ag/SiO2일 수 있다. 따라서, 상기 제2도전형 반도체층(400)에는 상기 나노입자(500)가 배치되는 상기 홈(410)(도 1 및 도 2 참조)이 형성되지 않을 수 있다.
즉, 상기 나노입자(500)는 상기 제2도전형 반도체층(400)의 상하방향으로 특정영역에서 횡방향으로 불규칙하게 분산되어 분포할 수 있고, 따라서, 상기 나노입자(500)는 상기 제2도전형 반도체층(400)의 일부를 구성할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 일 실시예로, 상기 나노입자(500)는 상기 활성층(300)과 상기 제2도전형 반도체층(400) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 나노입자(500)는 상기 활성층(300)과 상기 제2도전형 반도체층(400)의 경계에 배치될 수 있다.
이러한 구조의 경우, 나노입자(500)와 활성층(300)이 서로 근접하여 배치되므로, 상기한 LSPR이 더 활발하게 일어날 수 있다.
다만, 이러한 경우 상기 나노입자(500)가 상기 활성층(300)과 직접 접촉하여 상기 활성층(300)의 작용에 영향을 주는 것을 억제하기 위해 상기 제2도전형 반도체층(400)과 상기 활성층(300) 사이에 별도의 차단층(미도시)을 형성할 수도 있다.
이때, 상기 차단층은, 예를 들어, 상기 나노입자(500)의 하측과 상기 활성층(300) 상측 사이에 배치되어, 상기 나노입자(500)과 상기 활성층(400)이 서로 직접 접촉하는 것을 억제할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 다른 실시예로, 상기 제2도전형 반도체층(400)은 복수로 적층되어 배치되고, 상기 나노입자(500)는 복수의 상기 제2도전형 반도체층(400) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 나노입자(500)는 복수의 상기 제2도전형 반도체층(400)의 경계에 배치될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 또 다른 실시예로, 상기 나노입자(500)는, 상기 제2도전형 반도체층(400) 상에 배치될 수 있다.
도 5의 실시예의 경우, 상기 나노입자(500)와 상기 활성층(300) 사이의 거리가 더 가까우므로 LSPR이 더 활발하게 일어날 수 있는 유리한 점이 있다.
한편, 도 6의 실시예의 경우, 상기 나노입자(500)와 상기 활성층(300) 사이의 거리가 더 멀기 때문에, 상기 나노입자(500)가 상기 활성층(300)과 직접 접촉하여 상기 활성층(300)의 작용에 영향을 주는 것을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.
상기한 바와 같이, 실시예에서, 상기 제2도전형 반도체층(400)의 상하방향 특정영역에서 횡방향으로 분산되어 분포하는 상기 나노입자(500)는, 이에 포함되는 Ag와 상기 활성층(300)의 광자는 상호작용을 하여, 상기 발광소자의 광출력 및 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 7은 일 실시예의 발광소자 패키지(2000)의 단면도이다.
실시예의 발광소자 패키지(2000)는 패키지 몸체부(2050)와, 상기 패키지 몸체부(2050)에 설치된 제1 및 제2 리드 프레임(2130, 2140)과, 상기 패키지 몸체부(2050)에 배치되어 상기 제1 및 제2 리드 프레임(2130, 2140)과 전기적으로 연결되는 발광소자(2200)와, 상기 발광소자(2200)를 포위하는 몰딩 부재(2400)를 포함한다.
상기 패키지 몸체부(2050)는 실리콘, 합성수지, 또는 금속을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광소자(2200)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 리드 프레임(2130, 2140)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광소자(2200)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 상기 제1 및 제2 리드 프레임(2130, 2140)은 상기 발광소자(2200)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 역할을 할 수도 있으며, 상기 발광소자(2200)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 발광소자(2200)는 도 1 및 도 3에 도시된 발광소자를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 발광소자(2200)는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 제1 또는 제2 리드 프레임(2130, 2140) 상에 배치되거나, 상기 패키지 몸체부(2050) 상에 배치될 수도 있다.
상기 발광소자(2200)는 상기 제1 및/또는 제2 리드 프레임(2130, 2140)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 도 7에 도시된 상기 발광소자(2200)는 상기 제1 리드 프레임(2130)과 와이어(2300)를 통해 전기적으로 연결되고 상기 제2 리드 프레임(2140)과 직접 접촉하여 전기적으로 연결되나 이에 국한되지 않는다.
상기 몰딩 부재(2400)는 상기 발광소자(2200)를 포위하여 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩 부재(2400)는 형광체를 포함하여, 상기 발광소자(2200)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다. 상기 몰딩 부재(2400)의 상면은 그 단면이 볼록하거나 오목하거나 플랫(flat)한 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
실시예의 발광소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광소자 패키지에서 방출되는 광의 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다.
이러한 발광소자 패키지, 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능하거나 조명 유닛으로 기능할 수 있으며, 예를 들어, 조명 장치는 백라이트 유닛, 조명 유닛, 지시 장치, 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
실시예와 관련하여 전술한 바와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시형태로 구현될 수도 있다.
100: 기판
200: 제1도전형 반도체층
300: 활성층
400: 제2도전형 반도체층
410: 홈
500: 나노입자
610: 제1전극
620: 제2전극
700: 전류차단층
800: 도전층
900: 패시베이션층

Claims (11)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 제1도전형 반도체층;
    상기 제1도전형 반도체층 상에 배치되는 활성층;
    상기 활성층 상에 배치되는 제2도전형 반도체층;
    상기 제2도전형 반도체층에 형성되는 적어도 하나의 홈;
    상기 제1도전형 반도체층의 노출되는 단차부위 상에 배치되는 제1전극;
    상기 제2도전형 반도체층 상에 배치되는 제2전극;
    상기 제2도전형 반도체층 상에 적어도 일부가 상기 제2전극과 상하방향으로 중첩되도록 배치되는 전류차단층; 및
    상기 제2도전형 반도체층 상에 배치되고, 적어도 일부가 상기 전류차단층을 감싸고 상기 제2전극과 접촉하도록 배치되는 도전층
    을 포함하고,
    상기 홈에는 Ag/SiO2 성분의 나노입자(nano particle)가 배치되고,
    상기 도전층은 상기 홈을 덮도록 배치되는 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나노입자는,
    코어에 Ag가 배치되고, SiO2가 상기 Ag를 둘러싸도록 구비되는 발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 홈은,
    상기 제2도전형 반도체층을 관통하여 형성되는 발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 홈은,
    직경이 6μm 내지 8μm로 구비되는 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 홈은,
    복수로 구비되고, 상기 홈 사이의 이격거리는 10μm 내지 50μm로 구비되는 발광소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 홈은 복수로 구비되고,
    상기 제2도전형 반도체층의 상면 면적에 대한 상기 홈의 상기 제2도전형 반도체층의 상면에서 측정되는 면적의 비율은 5% 내지 10%인 발광소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 홈은,
    상기 제2전극 및 상기 전류차단층과 상하방향으로 중첩되지 않는 영역에 배치되는 발광소자.
  8. 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 제1도전형 반도체층;
    상기 제1도전형 반도체층 상에 배치되는 활성층;
    상기 활성층 상에 배치되는 제2도전형 반도체층;
    상기 제2도전형 반도체층의 일부를 구성하는 나노입자;
    상기 제1도전형 반도체층의 노출되는 단차부위 상에 배치되는 제1전극;
    상기 제2도전형 반도체층 상에 배치되는 제2전극;
    상기 제2도전형 반도체층 상에 적어도 일부가 상기 제2전극과 상하방향으로 중첩되도록 배치되는 전류차단층; 및
    상기 제2도전형 반도체층 상에 배치되고, 적어도 일부가 상기 전류차단층을 감싸고 상기 제2전극과 접촉하도록 배치되는 도전층
    을 포함하고,
    상기 나노입자는 Ag/SiO2인 발광소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 나노입자는,
    상기 활성층과 상기 제2도전형 반도체층의 경계에 배치되는 발광소자.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 나노입자는,
    상기 제2도전형 반도체층의 상면에 배치되는 발광소자.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제2도전형 반도체층은 복수로 적층되어 배치되고, 상기 나노입자는 복수의 상기 제2도전형 반도체층 경계에 배치되는 발광소자.
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WO2023149784A1 (ko) * 2022-02-07 2023-08-10 서울바이오시스주식회사 개선된 정공 주입 구조체를 갖는 발광 다이오드

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