WO2015156504A1 - 발광소자 및 이를 구비하는 조명 시스템 - Google Patents

발광소자 및 이를 구비하는 조명 시스템 Download PDF

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WO2015156504A1
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    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched

Definitions

  • the embodiment relates to a light emitting device for improving light efficiency.
  • a light emitting device is a compound semiconductor having a characteristic in which electrical energy is converted into light energy.
  • the light emitting device may be formed of compound semiconductors such as group III and group V on the periodic table, and various colors may be adjusted by adjusting the composition ratio of the compound semiconductor. Implementation is possible.
  • the n-layer electrons and the p-layer holes combine to emit energy corresponding to the bandgap energy of the conduction band and the valence band. Is mainly emitted in the form of heat or light, and emits light in the form of light emitting elements.
  • nitride semiconductors are receiving great attention in the field of optical devices and high power electronic devices due to their high thermal stability and wide bandgap energy.
  • blue light emitting devices, green light emitting devices, and ultraviolet light emitting devices using nitride semiconductors are commercially used and widely used.
  • Conventional nitride semiconductors are formed by sequentially stacking a first conductive semiconductor layer made of GaN, an active layer, and a second conductive semiconductor layer on a silicon (Si) substrate, and between the substrate and the first conductive semiconductor layer.
  • a buffer layer is disposed to prevent strain from occurring due to lattice mismatch and thermal expansion coefficient between GaN layers.
  • the buffer layer is mainly formed by growing AlGaN, and the buffer layer is formed by increasing or decreasing the Al composition ratio from the substrate surface.
  • the strain control is more effective than when the Al composition ratio is increased from the substrate surface, but a strong compressive strain is applied to the GaN growth region, resulting in a plastic deformation. There is a problem that occurs.
  • an embodiment of the present invention is to provide a light emitting device and an illumination system for improving the luminous efficiency by effectively controlling the strain between the substrate and the GaN layer.
  • a light emitting device includes a substrate, a first buffer layer disposed on the substrate, a second buffer layer disposed on the first buffer layer and including Al, and the second buffer layer.
  • the lattice mismatch and thermal expansion coefficient difference between the substrate and the first conductivity-type semiconductor layer are arranged by horizontally arranging the buffer layer with the first layer having a linear increase in Al composition and the second layer having a linear decrease in Al composition.
  • the width of the second layer of the buffer layer is greater than the width of the first layer, so that a very strong compressive strain acts to effectively control the strain.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a light emitting device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a buffer layer of the light emitting device according to the first embodiment.
  • 3 is a graph showing the Al composition ratio of the buffer layer according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a buffer layer and a u-GaN layer of the light emitting device according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a light emitting device according to a second embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a buffer layer of a light emitting device according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a graph illustrating an Al composition ratio of the buffer layer according to the second embodiment.
  • FIG 8 is a sectional view showing a light emitting device according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a buffer layer of a light emitting device according to a third embodiment.
  • FIG 10 is a graph showing the Al composition ratio of the buffer layer according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is a sectional view showing a light emitting device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a buffer layer of a light emitting device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a graph showing an Al composition ratio of the buffer layer according to the fourth embodiment.
  • 14 to 20 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the light emitting device according to the first embodiment.
  • 21 is a cross-sectional view illustrating a package of a light emitting device having a light emitting device according to embodiments.
  • 22 to 24 are exploded perspective views showing embodiments of a lighting system having a light emitting device according to the embodiments.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a light emitting device according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a buffer layer of the light emitting device according to the first embodiment
  • FIG. 3 is a graph showing an Al composition ratio of the buffer layer according to the first embodiment
  • 4 is a cross-sectional view illustrating a buffer layer and a u-GaN layer of the light emitting device according to the first embodiment.
  • the light emitting device includes a substrate 110, a buffer layer 120 disposed on the substrate 110, and a u-GaN layer disposed on the buffer layer 120. 181), a first conductivity type semiconductor layer 130 disposed on the u-GaN 181 layer, a current diffusion layer 182 disposed on the first conductivity type semiconductor layer 130, and the current diffusion layer.
  • the substrate 110 may be formed of a material having excellent thermal conductivity, and may be a conductive substrate or an insulating substrate.
  • the substrate 110 may use at least one of sapphire (Al 2 O 3 ), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga 2 0 3 .
  • the buffer layer 120 may be disposed on the substrate 110.
  • the buffer layer 120 serves to mitigate the lattice mismatch between the material of the light emitting structure and the substrate 110.
  • the buffer layer 120 may include a group III-V compound semiconductor.
  • the buffer layer 120 may be formed of a material including Al.
  • the buffer layer 120 may be formed of at least one of AlN, AlGaN, InAlGaN, and AlInN. The buffer layer 120 will be described in detail later with reference to the drawings.
  • a u-GaN (undoped GaN) layer 181 may be disposed on the buffer layer 120.
  • the u-GaN layer 181 may serve to improve the quality of the film.
  • the first conductivity type semiconductor layer 130 may be disposed on the u-GaN layer 181.
  • the first conductivity-type semiconductor layer 130 may include, for example, an n-type semiconductor layer.
  • the first conductivity type semiconductor layer 130 may be implemented as a compound semiconductor.
  • the first conductivity type semiconductor layer 130 may be implemented as, for example, a group II-VI compound semiconductor or a group III-V compound semiconductor.
  • the first conductive semiconductor layer 130 is a semiconductor material having a compositional formula of In x Al y Ga 1 -x- y N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1) Can be implemented.
  • the first conductive semiconductor layer 130 may be selected from, for example, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP, and the like.
  • N-type dopants such as Se and Te may be doped.
  • the current diffusion layer 182 may increase light efficiency by improving internal quantum efficiency, and may be an undoped gallium nitride layer.
  • An electron injection layer (not shown) may be further formed on the current diffusion layer 182.
  • the electron injection layer may be a conductive gallium nitride layer.
  • the n-type doping element is doped at a concentration of 6.0x10 18 atoms / cm 3 to 3.0x10 19 atoms / cm 3 , thereby enabling efficient electron injection.
  • a strain control layer 183 may be formed on the electron diffusion layer 182.
  • the strain control layer 183 effectively mitigates the stress caused by the lattice mismatch between the first conductivity-type semiconductor layer 130 and the active layer 140.
  • the lattice constant of the strain control layer 183 may be greater than the lattice constant of the first conductive semiconductor layer 130 but smaller than the lattice constant of the active layer 140. Accordingly, stress due to the lattice constant difference between the active layer 140 and the first conductivity-type semiconductor layer 130 can be minimized.
  • the active layer 140 may be disposed on the strain control layer 183.
  • the active layer 140 In the active layer 140, electrons (or holes) injected through the first conductivity type semiconductor layer 130 and holes (or electrons) injected through the second conductivity type semiconductor layer 150 meet each other, and thus, the active layer is formed.
  • the layer emits light due to a band gap difference of an energy band according to the forming material of 140.
  • the active layer 130 may be formed of any one of a single well structure, a multiple well structure, a quantum dot structure, or a quantum line structure, but is not limited thereto.
  • the active layer 140 may be implemented with a compound semiconductor.
  • the active layer 140 may be implemented as, for example, a group II-VI or group III-V compound semiconductor.
  • the active layer 140 may be implemented as an example of a semiconductor material having a compositional formula of In x Al y Ga 1 -x- y N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1) have.
  • the active layer 140 may be implemented by stacking a plurality of well layers and a plurality of barrier layers, for example, an InGaN well layer / GaN barrier layer. Can be implemented in cycles.
  • An electron blocking layer EBL 184 may be disposed on the active layer 140.
  • the electron blocking layer 184 serves as electron blocking and cladding of the active layer, thereby improving luminous efficiency.
  • the electron blocking layer 184 may be formed of an Al x In y Ga (1-xy) N (0 ⁇ x ⁇ 1,0 ⁇ y ⁇ 1) -based semiconductor, and may be higher than the energy band gap of the active layer 140. It may have an energy band gap, and may be formed to a thickness of about 100 kPa to about 600 kPa, but is not limited thereto.
  • the electron blocking layer 184 may be formed of Al z Ga (1-z) N / GaN (0 ⁇ z ⁇ 1) superlattice.
  • the second conductivity type semiconductor layer 150 may be disposed on the electron blocking layer 184.
  • the second conductivity-type semiconductor layer 150 may be implemented with, for example, a p-type semiconductor layer.
  • the second conductivity-type semiconductor layer 150 may be implemented as a compound semiconductor.
  • the second conductivity-type semiconductor layer 150 may be implemented as a group II-VI compound semiconductor or a group III-V compound semiconductor.
  • the second conductive type semiconductor layer 150 is a semiconductor material having a compositional formula of In x Al y Ga 1 -x- y N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1) Can be implemented.
  • the second conductive semiconductor layer 150 may be selected from, for example, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP, and the like, and may include Mg, Zn, Ca, P-type dopants such as Sr and Ba may be doped.
  • the first conductive semiconductor layer 130 may include a p-type semiconductor layer
  • the second conductive semiconductor layer 150 may include an n-type semiconductor layer.
  • a semiconductor layer including an n-type or p-type semiconductor layer may be further formed below the second conductive semiconductor layer 150. Accordingly, the light emitting structure may have at least one of np, pn, npn, and pnp junction structures.
  • Doping concentrations of impurities in the first conductive semiconductor layer 130 and the second conductive semiconductor layer 150 may be uniformly or non-uniformly formed. That is, the structure of the light emitting structure may be formed in various ways, but is not limited thereto.
  • the transmissive electrode layer 185 may be disposed on the second conductive semiconductor layer 150.
  • the translucent electrode layer 185 may be stacked with multiple layers of a single metal, metal alloy, metal oxide, or the like to efficiently carrier injection.
  • the transparent electrode layer 185 may be formed of a material having excellent electrical contact with a semiconductor, and the transparent electrode layer 185 may be indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), or indium zinc tin oxide (IZTO).
  • IAZO Indium aluminum zinc oxide
  • IGZO indium gallium zinc oxide
  • IGTO indium gallium tin oxide
  • ATO antimony tin oxide
  • GZO gallium zinc oxide
  • IZO Nitride AGZO (Al-Ga ZnO), IGZO (In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx / ITO, Ni / IrOx / Au, and Ni / IrOx / Au / ITO, Ag, Ni, Cr , Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf may be formed including at least one, and is not limited to these materials.
  • the second electrode 170 is formed on the light transmissive electrode layer 185, and the first electrode 160 is formed on the first conductive semiconductor layer 130 having a portion of the upper portion exposed.
  • the first electrode 160 and the second electrode 170 for example, Cr, Ti, Ag, Ni, RH, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Cu, Au. It may be formed of a metal or an alloy containing any one of Hf. Thereafter, the first electrode 160 and the second electrode 170 are finally connected to each other, thereby manufacturing the light emitting device.
  • the buffer layer 120 may include a first buffer layer 122 and a second buffer layer 124.
  • the first buffer layer 122 may include AlN. Although the first buffer layer 122 is illustrated as being formed as one layer, it may be formed as two or more layers.
  • the second buffer layer 124 may be disposed on the first buffer layer 122. The height of the second buffer layer 124 may be formed to be the same as the height of the first buffer layer 122.
  • the second buffer layer 124 may include AlGaN.
  • the second buffer layer 124 may be disposed to contact the u-GaN layer 181.
  • the second buffer layer 124 may include a first layer 124a and a second layer 124b.
  • the first layer 124a and the second layer 124b may be arranged in plural horizontally.
  • the plurality of first layers 124a and the second layers 124b may be alternately arranged horizontally.
  • the plurality of first layers 124a and the second layers 124b may be alternately arranged radially.
  • the second layer 124b may be disposed on the outermost side of the second buffer layer 124. By arranging the second layer 124b at the outermost portion of the second buffer layer 124, a greater number of second layers 124b can be formed on the second buffer layer 124.
  • the width W2 of the second layer 124b may be greater than the width W1 of the first layer 124a.
  • the height h1 of the first layer 124a may be the same as the height h2 of the second layer 124b.
  • Widths of the plurality of first layers 124a may be formed to be the same or different widths.
  • Widths of the plurality of second layers 124b may be formed to be the same or different widths from each other.
  • the first layer 124a may include Al x Ga 1 - x N (0 ⁇ X ⁇ 1). As the first layer 124a is adjacent to the first conductivity type semiconductor layer 130, the composition ratio of Al may increase linearly. The Al composition ratio of the first layer 124a adjacent to the first conductive semiconductor layer 130 may be 100%. As the first layer 124a is adjacent to the substrate 110, the Al composition ratio may decrease linearly. The Al composition ratio of the first layer 124a adjacent to the substrate 110 may be 0%.
  • the second layer 124b may include Al x Ga 1 - x N (0 ⁇ X ⁇ 1). As the second layer 124b is adjacent to the first conductivity type semiconductor layer 130, the composition ratio of Al may linearly decrease. The Al composition ratio of the second layer 124b adjacent to the first conductive semiconductor layer 130 may be 0%. A composition ratio of Al may increase as the second layer 124b is adjacent to the substrate 110. The Al composition ratio of the second layer 124b adjacent to the substrate 110 may be 100%.
  • the buffer layer 120 is closer to the first conductivity type semiconductor layer 130 and the Al composition ratio is linearly closer to the first layer 124a and the first conductivity type semiconductor layer 130.
  • the second layer 124b having a linear decrease, thereby effectively controlling strain due to physical properties (lattice mismatch, difference in coefficient of thermal expansion) between the substrate 110 and the first conductivity-type semiconductor layer 130. It can work.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a light emitting device according to the second embodiment
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a buffer layer of the light emitting device according to the second embodiment
  • FIG. 7 is a graph showing an Al composition ratio of the buffer layer according to the second embodiment. to be.
  • the light emitting device includes a substrate 110, a buffer layer 220 disposed on the substrate 110, and a u-GaN layer disposed on the buffer layer 220. 181), a first conductivity type semiconductor layer 130 disposed on the u-GaN 181 layer, a current diffusion layer 182 disposed on the first conductivity type semiconductor layer 130, and the current diffusion layer.
  • the configuration except for the buffer layer is the same as the components of the light emitting device according to the first embodiment and will be omitted.
  • the buffer layer 220 may include a first buffer layer 222 and a second buffer layer 224.
  • the first buffer layer 222 may include AlN.
  • the second buffer layer 224 may be disposed on the first buffer layer 222.
  • the second buffer layer 224 may include AlGaN.
  • the second buffer layer 224 may include a first layer 224a and a second layer 224b.
  • the first layer 224a and the second layer 224b may be alternately arranged horizontally.
  • the first layer 224a and the second layer 224b may be alternately arranged radially.
  • the second layer 224b may be disposed on the outermost side of the second buffer layer 224.
  • the width of the second layer 224b may be greater than the width of the first layer 224a.
  • the height of the first layer 224a may be the same as the height of the second layer 224b.
  • the first layer 224a may include Al x Ga 1 - x N (0 ⁇ X ⁇ 1). As the first layer 224a is adjacent to the first conductive semiconductor layer 130, the composition ratio of Al may increase nonlinearly. As the first layer 224a is adjacent to the first conductive semiconductor layer 130, the composition ratio of Al may increase non-convexly downward. The Al composition ratio of the first layer 224a adjacent to the first conductive semiconductor layer 130 may be 100%. The Al composition ratio of the first layer 224a adjacent to the substrate 110 may be 0%.
  • the second layer 224b may include Al x Ga 1 - x N (0 ⁇ X ⁇ 1). As the second layer 224b is adjacent to the first conductivity-type semiconductor layer 130, the composition ratio of Al may decrease nonlinearly. As the second layer 224b is adjacent to the first conductive semiconductor layer 130, the composition ratio of Al may be non-convexly reduced upward. The Al composition ratio of the second layer 224b adjacent to the first conductive semiconductor layer 130 may be 0%. The Al composition ratio of the second layer 224b adjacent to the substrate 110 may be 100%.
  • the Al composition ratio is closer to the first layer 224a and the first conductivity type semiconductor layer 130 where the Al composition ratio increases nonlinearly as the buffer layer 220 is adjacent to the first conductivity type semiconductor layer 130.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a light emitting device according to a third embodiment
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a buffer layer of a light emitting device according to a third embodiment
  • FIG. 10 is a graph showing an Al composition ratio of the buffer layer according to the third embodiment. to be.
  • the light emitting device includes a substrate 110, a buffer layer 320 disposed on the substrate 110, and a u-GaN layer disposed on the buffer layer 320. 181), a first conductivity type semiconductor layer 130 disposed on the u-GaN 181 layer, a current diffusion layer 182 disposed on the first conductivity type semiconductor layer 130, and the current diffusion layer.
  • the configuration except for the buffer layer is the same as the components of the light emitting device according to the first embodiment and will be omitted.
  • the buffer layer 320 may include a first buffer layer 322 and a second buffer layer 324.
  • the first buffer layer 322 may include AlN.
  • the second buffer layer 324 may be disposed on the first buffer layer 322.
  • the second buffer layer 324 may include AlGaN.
  • the second buffer layer 324 may include a first layer 324a and a second layer 324b.
  • the first layer 324a and the second layer 324b may be alternately arranged horizontally.
  • the first layer 324a and the second layer 324b may be alternately arranged radially.
  • the second layer 324b may be disposed on the outermost side of the second buffer layer 324.
  • the width of the second layer 324b may be greater than the width of the first layer 324a.
  • the height of the first layer 324a may be the same as the height of the second layer 324b.
  • the first layer 324a may include Al x Ga 1 - x N (0 ⁇ X ⁇ 1). As the first layer 324a is adjacent to the first conductive semiconductor layer 130, the composition ratio of Al may increase nonlinearly. As the first layer 324a is adjacent to the first conductivity type semiconductor layer 130, the composition ratio of Al may increase non-convexly upward. The Al composition ratio of the first layer 324a adjacent to the first conductive semiconductor layer 130 may be 100%. The Al composition ratio of the first layer 324a adjacent to the substrate 110 may be 0%.
  • the second layer 324b may include Al x Ga 1 - x N (0 ⁇ X ⁇ 1). As the second layer 324b is adjacent to the first conductivity type semiconductor layer 130, the composition ratio of Al may decrease nonlinearly. As the second layer 324b is adjacent to the first conductivity type semiconductor layer 130, the composition ratio of Al may be non-convexly reduced downward. The Al composition ratio of the second layer 324b adjacent to the first conductive semiconductor layer 130 may be 0%. The Al composition ratio of the second layer 324b adjacent to the substrate 110 may be 100%.
  • the buffer layer 320 is closer to the first conductivity type semiconductor layer 130, and the Al composition ratio is closer to the first layer 324a and the first conductivity type semiconductor layer 130.
  • the second layer 324b in which the nonlinearity decreases horizontally, the strain due to the physical properties (lattice mismatch, difference in thermal expansion coefficient) between the substrate 110 and the first conductivity-type semiconductor layer 130 can be effectively controlled. It can work.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a light emitting device according to a fourth embodiment
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a buffer layer of a light emitting device according to a fourth embodiment
  • FIG. 13 is a graph showing an Al composition ratio of a buffer layer according to a fourth embodiment. to be.
  • the light emitting device includes a substrate 110, a buffer layer 420 disposed on the substrate 110, and a u-GaN layer disposed on the buffer layer 420. 181), a first conductivity type semiconductor layer 130 disposed on the u-GaN 181 layer, a current diffusion layer 182 disposed on the first conductivity type semiconductor layer 130, and the current diffusion layer.
  • the configuration except for the buffer layer is the same as the components of the light emitting device according to the first embodiment and will be omitted.
  • the buffer layer 420 may include a first buffer layer 422 and a second buffer layer 424.
  • the first buffer layer 422 may include AlN.
  • the second buffer layer 424 may be disposed on the first buffer layer 422.
  • the second buffer layer 424 may include AlGaN.
  • the second buffer layer 424 may include a first layer 424a and a second layer 424b.
  • the first layer 424a and the second layer 424b may be alternately arranged horizontally.
  • the first layer 424a and the second layer 424b may be alternately arranged radially.
  • the second layer 424b may be disposed on the outermost side of the second buffer layer 424.
  • the width of the second layer 424b may be greater than the width of the first layer 424a.
  • the height of the first layer 424a may be the same as the height of the second layer 424b.
  • the first layer 424a may include Al x Ga 1 - x N (0 ⁇ X ⁇ 1). As the first layer 424a is adjacent to the first conductive semiconductor layer 130, the composition ratio of Al may increase stepwise. The Al composition ratio of the first layer 424a adjacent to the first conductive semiconductor layer 130 may be 100%. The Al composition ratio of the first layer 424a adjacent to the substrate 110 may be 0%.
  • the second layer 424b may include Al x Ga 1 - x N (0 ⁇ X ⁇ 1). As the second layer 424b is adjacent to the first conductive semiconductor layer 130, the composition ratio of Al may decrease in a stepped manner. The Al composition ratio of the second layer 424b adjacent to the first conductive semiconductor layer 130 may be 0%. The Al composition ratio of the second layer 424b adjacent to the substrate 110 may be 100%.
  • the buffer layer 420 is closer to the first conductivity type semiconductor layer 130, and the Al composition ratio is closer to the first layer 424a and the first conductivity type semiconductor layer 130.
  • the second layer 424b which decreases stepwise, the strain due to the physical properties (lattice mismatch, difference in thermal expansion coefficient) between the substrate 110 and the first conductivity-type semiconductor layer 130 is effectively controlled. It can work.
  • 14 to 20 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the light emitting device according to the first embodiment.
  • the first buffer layer 122 may deposit AIN on a substrate 110 to a predetermined thickness by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD).
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • the buffer layer 122 may be formed by chemical vapor deposition (CVD), molecular beam growth (MBE), or sputtering.
  • the step of forming the first mask layer M1 on the first buffer layer 12 is performed.
  • the first mask layer M1 may be formed using PR or SiO 2 , and the first mask layer M1 may be formed only in a portion of the first buffer layer 122 through a photo process.
  • the first mask layer M1 when the first mask layer M1 is formed on the first buffer layer 122, forming the first layer 124a of the second buffer layer between the first mask layer M1 is performed. Perform.
  • the first layer 124a may be selectively formed using AlGaN.
  • the first layer 124a may be formed while increasing the Al composition ratio.
  • the first mask layer M1 is removed and the second mask layer (1) is formed on the first layer 124a.
  • the second mask layer M2 may be formed using PR or SiO 2 .
  • the second mask layer M2 when the second mask layer M2 is formed on the first layer 124a, a step of selectively growing the second layer 124b is performed between the first layers 124a. .
  • the second layer 124b may be selectively formed using AlGaN.
  • the second layer 124b may be formed while reducing the Al composition ratio.
  • the second mask layer M2 may be removed.
  • the u-GaN layer 181 is formed on the second buffer layer 124.
  • the u-GaN layer 181 may be formed by depositing GaN by MOCVD.
  • the first conductivity-type semiconductor layer 130 may be formed by depositing GaN by MOCVD.
  • the first conductive semiconductor layer 130 may be formed by depositing a compound of Groups 3-5 and 2-6.
  • the first conductive semiconductor layer 130 may include a silane containing n-type impurities such as trimethyl gallium gas (TMGa), ammonia gas (NH 3 ), nitrogen gas (N 2 ), and silicon (Si) in the chamber.
  • TMGa trimethyl gallium gas
  • NH 3 ammonia gas
  • N 2 nitrogen gas
  • Si silicon
  • the current spreading layer 182 and the strain control layer 183 may be deposited to a predetermined thickness by MOCVD.
  • the active layer 140 is selectively supplied with a source of H 2 or / and TMGa (or TEGa), TNin, TMAI within a predetermined growth temperature, for example, in the range of 700 to 900 degrees, and a well layer made of GaN or InGaN, and GaN A barrier layer made of AlGaN, InGaN or InAlGaN can be formed.
  • the electron blocking layer 184 may be formed by ion implantation.
  • the electron blocking layer 184 may be formed of Al x In y Ga (1-x-y) having an Al composition in a range of 1 to 30%.
  • the second conductivity type semiconductor layer 150 may be formed by implanting bicetyl cyclopentadienyl magnesium (EtCp 2 Mg) ⁇ Mg (C 2 H 5 C 5 H 4 ) 2 ⁇ on the electron blocking layer 184.
  • the p-type GaN layer may be formed in the second conductive semiconductor layer 150.
  • the transparent electrode layer 185 may be formed by depositing ITO.
  • a mesa etching process may be performed to expose a portion of the first conductive semiconductor layer 130.
  • a portion of the transparent electrode layer 185, the second conductive semiconductor layer 150, the electron blocking layer 184, the active layer 140, the strain control layer 183, and the current diffusion layer 182 may be removed to remove the first conductive layer.
  • the upper portion of the semiconductor layer 130 may be formed to be exposed.
  • the first electrode 160 is formed on the first conductive semiconductor layer 130, and the second electrode 170 is formed on the light transmissive electrode layer 188. Forming may be completed the manufacturing process of the light emitting device according to the embodiment.
  • 21 is a cross-sectional view illustrating a package of a light emitting device having a light emitting device according to embodiments.
  • the light emitting device package 500 includes a package body 505, a third electrode layer 513 and a fourth electrode layer 514 disposed on the package body 505, and The light emitting device 100 disposed on the package body 505 and electrically connected to the third electrode layer 513 and the fourth electrode layer 514, and the molding member 530 surrounding the light emitting device 100. Included.
  • the package body 505 may include a silicon material, a synthetic resin material, or a metal material, and an inclined surface may be formed on a circumference of the light emitting device 100.
  • the third electrode layer 513 and the fourth electrode layer 514 are electrically separated from each other, and serve to provide power to the light emitting device 100.
  • the third electrode layer 513 and the fourth electrode layer 514 may serve to increase light efficiency by reflecting the light generated from the light emitting device 100, and generated from the light emitting device 100. It may also serve to release heat to the outside.
  • the light emitting device 100 may be disposed on the package body 505 or on the third electrode layer 513 or the fourth electrode layer 514.
  • the light emitting device 100 may be electrically connected to the third electrode layer 513 and / or the fourth electrode layer 514 by any one of a wire method, a flip chip method, or a die bonding method. In the embodiment, the light emitting device 100 is electrically connected to the first electrode layer 513 and the second electrode layer 514 through wires, respectively, but is not limited thereto.
  • the molding member 530 may surround the light emitting device 100 to protect the light emitting device 100.
  • the molding member 530 may include a phosphor 532 to change the wavelength of light emitted from the light emitting device 100.
  • 22 to 24 are exploded perspective views showing embodiments of a lighting system having a light emitting device according to the embodiments.
  • the lighting apparatus includes a cover 2100, a light source module 2200, a heat radiator 2400, a power supply 2600, an inner case 2700, and a socket 2800. It may include. In addition, the lighting apparatus according to the embodiment may further include any one or more of the member 2300 and the holder 2500.
  • the light source module 2200 may include a light emitting device 100 or a light emitting device package 200 according to the present invention.
  • the cover 2100 may have a shape of a bulb or hemisphere, may be hollow, and may be provided in an open shape.
  • the cover 2100 may be optically coupled to the light source module 2200.
  • the cover 2100 may diffuse, scatter or excite the light provided from the light source module 2200.
  • the cover 2100 may be a kind of optical member.
  • the cover 2100 may be coupled to the heat sink 2400.
  • the cover 2100 may have a coupling part coupled to the heat sink 2400.
  • the inner surface of the cover 2100 may be coated with a milky paint.
  • the milky paint may include a diffuser to diffuse light.
  • the surface roughness of the inner surface of the cover 2100 may be greater than the surface roughness of the outer surface of the cover 2100. This is for the light from the light source module 2200 to be sufficiently scattered and diffused to be emitted to the outside.
  • the cover 2100 may be made of glass, plastic, polypropylene (PP), polyethylene (PE), polycarbonate (PC), or the like.
  • polycarbonate is excellent in light resistance, heat resistance, and strength.
  • the cover 2100 may be transparent and opaque so that the light source module 2200 is visible from the outside.
  • the cover 2100 may be formed through blow molding.
  • the light source module 2200 may be disposed on one surface of the heat sink 2400. Thus, heat from the light source module 2200 is conducted to the heat sink 2400.
  • the light source module 2200 may include a light source unit 2210, a connection plate 2230, and a connector 2250.
  • the member 2300 is disposed on an upper surface of the heat dissipator 2400 and has a plurality of light source parts 2210 and guide grooves 2310 into which the connector 2250 is inserted.
  • the guide groove 2310 corresponds to the board and the connector 2250 of the light source unit 2210.
  • the surface of the member 2300 may be coated or coated with a light reflective material.
  • the surface of the member 2300 may be coated or coated with a white paint.
  • the member 2300 is reflected on the inner surface of the cover 2100 to reflect the light returned to the light source module 2200 side again toward the cover 2100. Therefore, it is possible to improve the light efficiency of the lighting apparatus according to the embodiment.
  • the member 2300 may be made of an insulating material, for example.
  • the connection plate 2230 of the light source module 2200 may include an electrically conductive material. Therefore, electrical contact may be made between the radiator 2400 and the connection plate 2230.
  • the member 2300 may be formed of an insulating material to block an electrical short between the connection plate 2230 and the radiator 2400.
  • the radiator 2400 receives heat from the light source module 2200 and heat from the power supply unit 2600 to radiate heat.
  • the holder 2500 may block the accommodating groove 2719 of the insulating portion 2710 of the inner case 2700. Therefore, the power supply unit 2600 accommodated in the insulating unit 2710 of the inner case 2700 is sealed.
  • the holder 2500 has a guide protrusion 2510.
  • the guide protrusion 2510 has a hole through which the protrusion 2610 of the power supply unit 2600 passes.
  • the power supply unit 2600 processes or converts an electrical signal provided from the outside to provide the light source module 2200.
  • the power supply unit 2600 is accommodated in the accommodating groove 2725 of the inner case 2700, and is sealed in the inner case 2700 by the holder 2500.
  • the power supply unit 2600 may include a protrusion 2610, a guide unit 2630, a base 2650, and an extension unit 2670.
  • the guide part 2630 has a shape protruding outward from one side of the base 2650.
  • the guide part 2630 may be inserted into the holder 2500.
  • a plurality of parts may be disposed on one surface of the base 2650.
  • the plurality of components may include, for example, a DC converter for converting AC power provided from an external power source into DC power, a driving chip for controlling the driving of the light source module 2200, and an ESD for protecting the light source module 2200. (ElectroStatic discharge) protection element and the like, but may not be limited thereto.
  • the extension part 2670 has a shape protruding outward from the other side of the base 2650.
  • the extension part 2670 is inserted into the connection part 2750 of the inner case 2700 and receives an electrical signal from the outside.
  • the extension part 2670 may be provided to be equal to or smaller than the width of the connection part 2750 of the inner case 2700.
  • Each end of the "+ wire” and the “-wire” may be electrically connected to the extension 2670, and the other end of the "+ wire” and the "-wire” may be electrically connected to the socket 2800. .
  • the inner case 2700 may include a molding unit together with the power supply unit 2600 therein.
  • the molding part is a part where the molding liquid is hardened, so that the power supply part 2600 can be fixed inside the inner case 2700.
  • the lighting apparatus may include a cover 3100, a light source unit 3200, a heat radiator 3300, a circuit unit 3400, an inner case 3500, and a socket 3600.
  • the light source unit 3200 may include a light emitting device or a light emitting device package according to the embodiment.
  • the cover 3100 has a bulb shape and is hollow.
  • the cover 3100 has an opening 3110.
  • the light source 3200 and the member 3350 may be inserted through the opening 3110.
  • the cover 3100 may be coupled to the radiator 3300 and may surround the light source unit 3200 and the member 3350. By combining the cover 3100 and the radiator 3300, the light source 3200 and the member 3350 may be blocked from the outside.
  • the cover 3100 and the radiator 3300 may be coupled to each other through an adhesive, and may be coupled in various ways such as a rotation coupling method and a hook coupling method.
  • the rotation coupling method is a method in which a screw thread of the cover 3100 is coupled to a screw groove of the heat sink 3300, and the cover 3100 and the heat sink 3300 are coupled by the rotation of the cover 3100.
  • the hook coupling method is a method in which the jaw of the cover 3100 is fitted into the groove of the heat sink 3300 and the cover 3100 and the heat sink 3300 are coupled to each other.
  • the cover 3100 is optically coupled to the light source 3200.
  • the cover 3100 may diffuse, scatter, or excite light from the light emitting device 3230 of the light source unit 3200.
  • the cover 3100 may be a kind of optical member.
  • the cover 3100 may have a phosphor on the inside / outside or inside to excite the light from the light source unit 3200.
  • An inner surface of the cover 3100 may be coated with a milky paint.
  • the milky white paint may include a diffusion material for diffusing light.
  • the surface roughness of the inner surface of the cover 3100 may be greater than the surface roughness of the outer surface of the cover 3100. This is to sufficiently scatter and diffuse the light from the light source unit 3200.
  • the cover 3100 may be made of glass, plastic, polypropylene (PP), polyethylene (PE), polycarbonate (PC), or the like. Here, polycarbonate is excellent in light resistance, heat resistance, and strength.
  • the cover 3100 may be a transparent material that can be seen by the light source unit 3200 and the member 3350 from the outside, or may be an invisible opaque material.
  • the cover 3100 may be formed through, for example, blow molding.
  • the light source unit 3200 may be disposed on the member 3350 of the radiator 3300 and may be disposed in plural. Specifically, the light source 3200 may be disposed on one or more side surfaces of the plurality of side surfaces of the member 3350. In addition, the light source 3200 may be disposed at an upper end of the side of the member 3350.
  • the light source unit 3200 may be disposed on three side surfaces of six side surfaces of the member 3350. However, the present invention is not limited thereto, and the light source unit 3200 may be disposed on all side surfaces of the member 3350.
  • the light source 3200 may include a substrate 3210 and a light emitting device 3230. The light emitting device 3230 may be disposed on one surface of the substrate 3210.
  • the substrate 3210 has a rectangular plate shape, but is not limited thereto and may have various shapes.
  • the substrate 3210 may have a circular or polygonal plate shape.
  • the substrate 3210 may be a circuit pattern printed on an insulator.
  • a printed circuit board (PCB), a metal core PCB, a flexible PCB, a ceramic PCB, and the like may be printed. It may include.
  • COB Chips On Board
  • the substrate 3210 may be formed of a material that efficiently reflects light, or may be formed of a color that reflects light efficiently, for example, white, silver, or the like.
  • the substrate 3210 may be electrically connected to the circuit unit 3400 accommodated in the radiator 3300.
  • the substrate 3210 and the circuit unit 3400 may be connected by, for example, a wire.
  • a wire may pass through the radiator 3300 to connect the substrate 3210 and the circuit unit 3400.
  • the light emitting device 3230 may be a light emitting diode chip emitting red, green, or blue light or a light emitting diode chip emitting UV.
  • the LED chip may be a horizontal type or a vertical type, and the LED chip may emit blue, red, yellow, or green. Can be.
  • the light emitting device 3230 may have a phosphor.
  • the phosphor may be one or more of a Garnet-based (YAG, TAG), a silicate (Silicate), a nitride (Nitride) and an oxynitride (oxyxyride).
  • the phosphor may be one or more of a yellow phosphor, a green phosphor, and a red phosphor.
  • the radiator 3300 may be coupled to the cover 3100 to radiate heat from the light source unit 3200.
  • the radiator 3300 has a predetermined volume and includes an upper surface 3310 and a side surface 3330.
  • a member 3350 may be disposed on the top surface 3310 of the heat sink 3300.
  • An upper surface 3310 of the heat sink 3300 may be coupled to the cover 3100.
  • the top surface 3310 of the heat sink 3300 may have a shape corresponding to the opening 3110 of the cover 3100.
  • a plurality of heat sink fins 3370 may be disposed on the side surface 3330 of the heat sink 3300.
  • the heat radiating fins 3370 may extend outward from the side surface 3330 of the heat sink 3300 or may be connected to the side surface 3330.
  • the heat dissipation fins 3370 may improve heat dissipation efficiency by widening a heat dissipation area of the heat dissipator 3300.
  • the side surface 3330 may not include the heat dissipation fins 3370.
  • the member 3350 may be disposed on an upper surface 3310 of the heat sink 3300.
  • the member 3350 may be integrated with the top surface 3310 or may be coupled to the top surface 3310.
  • the member 3350 may be a polygonal pillar.
  • the member 3350 may be a hexagonal pillar.
  • the member 3350 of the hexagonal column has a top side and a bottom side and six sides.
  • the member 3350 may be a circular pillar or an elliptical pillar as well as a polygonal pillar.
  • the substrate 3210 of the light source unit 3200 may be a flexible substrate.
  • the light source unit 3200 may be disposed on six side surfaces of the member 3350.
  • the light source unit 3200 may be disposed on all six side surfaces, or the light source unit 3200 may be disposed on some of the six side surfaces. In FIG. 16, the light source unit 3200 is disposed on three side surfaces of the six side surfaces.
  • the substrate 3210 is disposed on the side surface of the member 3350. Side surfaces of the member 3350 may be substantially perpendicular to the top surface 3310 of the heat sink 3300. Accordingly, the substrate 3210 and the top surface 3310 of the heat sink 3300 may be substantially perpendicular to each other.
  • the material of the member 3350 may be a material having thermal conductivity. This is for receiving heat generated from the light source unit 3200 quickly.
  • the material of the member 3350 may be, for example, aluminum (Al), nickel (Ni), copper (Cu), magnesium (Mg), silver (Ag), tin (Sn), or an alloy of the metals.
  • the member 3350 may be formed of a thermally conductive plastic having thermal conductivity. Thermally conductive plastics are lighter than metals and have the advantage of having unidirectional thermal conductivity.
  • the circuit unit 3400 receives power from the outside and converts the received power to match the light source unit 3200.
  • the circuit unit 3400 supplies the converted power to the light source unit 3200.
  • the circuit unit 3400 may be disposed on the heat sink 3300.
  • the circuit unit 3400 may be accommodated in the inner case 3500 and may be accommodated in the radiator 3300 together with the inner case 3500.
  • the circuit unit 3400 may include a circuit board 3410 and a plurality of components 3430 mounted on the circuit board 3410.
  • the circuit board 3410 has a circular plate shape, but is not limited thereto and may have various shapes.
  • the circuit board 3410 may have an oval or polygonal plate shape.
  • the circuit board 3410 may have a circuit pattern printed on an insulator.
  • the circuit board 3410 is electrically connected to the substrate 3210 of the light source unit 3200.
  • the electrical connection between the circuit board 3410 and the substrate 3210 may be connected through, for example, a wire.
  • a wire may be disposed in the heat sink 3300 to connect the circuit board 3410 and the board 3210.
  • the plurality of components 3430 may include, for example, a DC converter for converting an AC power provided from an external power source into a DC power source, a driving chip for controlling the driving of the light source unit 3200, and the protection of the light source unit 3200. Electrostatic discharge (ESD) protection element and the like.
  • ESD Electrostatic discharge
  • the inner case 3500 accommodates the circuit unit 3400 therein.
  • the inner case 3500 may have an accommodating part 3510 for accommodating the circuit part 3400.
  • the accommodating part 3510 may have a cylindrical shape.
  • the shape of the accommodating part 3510 may vary depending on the shape of the heat sink 3300.
  • the inner case 3500 may be accommodated in the heat sink 3300.
  • the accommodating part 3510 of the inner case 3500 may be accommodated in an accommodating part formed on a lower surface of the heat sink 3300.
  • the inner case 3500 may be coupled to the socket 3600.
  • the inner case 3500 may have a connection part 3530 that is coupled to the socket 3600.
  • the connection part 3530 may have a thread structure corresponding to the screw groove structure of the socket 3600.
  • the inner case 3500 is an insulator. Therefore, an electrical short circuit between the circuit part 3400 and the heat sink 3300 is prevented.
  • the inner case 3500 may be formed of plastic or resin.
  • the socket 3600 may be coupled to the inner case 3500.
  • the socket 3600 may be coupled to the connection part 3530 of the inner case 3500.
  • the socket 3600 may have a structure such as a conventional conventional incandescent bulb.
  • the circuit unit 3400 and the socket 3600 are electrically connected to each other. Electrical connection between the circuit unit 3400 and the socket 3600 may be connected through a wire. Therefore, when external power is applied to the socket 3600, the external power may be transferred to the circuit unit 3400.
  • the socket 3600 may have a screw groove structure corresponding to the screw structure of the connection part 3550.
  • an illumination device for example, a backlight unit includes a light guide plate 1210, a light emitting module unit 1240 that provides light to the light guide plate 1210, and a reflective member 1220 under the light guide plate 1210. ) And a bottom cover 1230 for accommodating the light guide plate 1210, the light emitting module unit 1240, and the reflective member 1220, but is not limited thereto.
  • the light guide plate 1210 serves to surface light by diffusing light.
  • the light guide plate 1210 is made of a transparent material, for example, an acrylic resin series such as polymethyl metaacrylate (PMMA), polyethylene terephthlate (PET), polycarbonate (PC), cycloolefin copolymer (COC), and polyethylene naphthalate (PEN). It may include one of the resins.
  • PMMA polymethyl metaacrylate
  • PET polyethylene terephthlate
  • PC polycarbonate
  • COC cycloolefin copolymer
  • PEN polyethylene naphthalate
  • the light emitting module unit 1240 provides light to at least one side of the light guide plate 1210 and ultimately serves as a light source of a display device in which the backlight unit is disposed.
  • the light emitting module unit 1240 may be in contact with the light guide plate 1210, but is not limited thereto.
  • the light emitting module unit 1240 includes a substrate 1242 and a plurality of light emitting device packages 200 mounted on the substrate 1242, wherein the substrate 1242 is connected to the light guide plate 1210. It may be encountered, but is not limited thereto.
  • the substrate 1242 may be a printed circuit board (PCB) including a circuit pattern (not shown).
  • PCB printed circuit board
  • the substrate 1242 may include not only a general PCB but also a metal core PCB (MCPCB, Metal Core PCB), a flexible PCB (FPCB, Flexible PCB), and the like, but is not limited thereto.
  • the plurality of light emitting device packages 200 may be mounted on the substrate 1242 such that a light emitting surface on which light is emitted is spaced apart from the light guide plate 1210 by a predetermined distance.
  • the reflective member 1220 may be formed under the light guide plate 1210.
  • the reflective member 1220 may improve the luminance of the backlight unit by reflecting the light incident on the lower surface of the light guide plate 1210 upward.
  • the reflective member 1220 may be formed of, for example, PET, PC, or PVC resin, but is not limited thereto.
  • the bottom cover 1230 may accommodate the light guide plate 1210, the light emitting module unit 1240, the reflective member 1220, and the like. To this end, the bottom cover 1230 may be formed in a box shape having an upper surface opened, but is not limited thereto.
  • the bottom cover 1230 may be formed of a metal material or a resin material, and may be manufactured using a process such as press molding or extrusion molding.
  • the embodiment can improve the reliability of the light emitting device.

Abstract

실시예에 따른 발광소자는 기판과, 상기 기판 상에 배치된 제1 버퍼층과, 상기 제1 버퍼층 상에 배치되며 Al을 포함하는 제2 버퍼층과, 상기 제2 버퍼층 상에 배치된 제1 도전형 반도체층과, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치된 활성층과, 상기 활성층 상에 배치된 제2 도전형 반도체층;을 포함하고, 상기 제2 버퍼층은 수평으로 배치된 제1 층과 제2 층을 포함하며, 제1 층은 제1 도전형 반도체층에 인접할수록 Al 조성비가 증가하고, 제2 층은 제1 도전형 반도체층에 인접할수록 Al 조성비가 감소하는 것을 특징으로 한다. 실시예는 버퍼층을 Al 조성비가 선형적으로 증가하는 제1 층과 Al 조성비가 선형적으로 감소하는 제2 층을 수평으로 배치함으로써, 기판과 제1 도전형 반도체층 사이의 격자 불일치 및 열팽창 계수 차이에 의한 스트레인을 효과적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.

Description

발광소자 및 이를 구비하는 조명 시스템
실시예는 광 효율을 향상시키기 위한 발광소자에 관한 것이다.
일반적으로, 발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 화합물 반도체로서, 주기율표상에서 Ⅲ족과 Ⅴ족 등의 화합물 반도체로 생성될 수 있고 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
발광소자는 순방향전압 인가 시 n층의 전자와 p층의 정공(hole)이 결합하여 전도대(Conduction band)와 가전대(Valance band)의 밴드갭 에너지에 해당하는 만큼의 에너지를 발산하는데, 이 에너지는 주로 열이나 빛의 형태로 방출되며, 빛의 형태로 발산되면 발광소자가 되는 것이다. 예를 들어, 질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 자외선(UV) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
종래 질화물 반도체는 실리콘(Si) 기판 상에 GaN 재질의 제1 도전형 반도체층과, 활성층과 제2 도전형 반도체층이 순차적으로 적층되어 형성되며, 기판과 제1 도전형 반도체층 사이에는 기판과 GaN층 사이의 격자 불일치 및 열팽창 계수로 인해 스트레인이 발생되는 것을 방지하기 위해 버퍼층이 배치된다.
이러한 버퍼층은 주로 AlGaN을 성장하여 형성하고 있으며, Al 조성비를 기판 표면으로부터 증가 또는 감소등의 방법으로 버퍼층을 형성하고 있다.
하지만, Al 조성비를 기판 표면으로부터 감소시키는 경우, Al 조성비를 기판 표면으로부터 증가시키는 경우에 비해 스트레인 제어가 더욱 효과적이나, GaN 성장 구간에 강한 압축 스트레인(Compressive Strain)이 걸려 소성 변형(Plastic Deformation)이 발생되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 실시예는 기판과 GaN층 사이에 스트레인을 효과적으로 제어하여 발광 효율을 향상시키기 위한 발광소자 및 조명 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 실시예에 따른 발광소자는 기판과, 상기 기판 상에 배치된 제1 버퍼층과, 상기 제1 버퍼층 상에 배치되며 Al을 포함하는 제2 버퍼층과, 상기 제2 버퍼층 상에 배치된 제1 도전형 반도체층과, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치된 활성층과, 상기 활성층 상에 배치된 제2 도전형 반도체층;을 포함하고, 상기 제2 버퍼층은 수평으로 배치된 제1 층과 제2 층을 포함하며, 제1 층은 제1 도전형 반도체층에 인접할수록 Al 조성비가 증가하고, 제2 층은 제1 도전형 반도체층에 인접할수록 Al 조성비가 감소하는 것을 특징으로 한다.
실시예는 버퍼층을 Al 조성비가 선형적으로 증가하는 제1 층과 Al 조성비가 선형적으로 감소하는 제2 층을 수평으로 배치함으로써, 기판과 제1 도전형 반도체층 사이의 격자 불일치 및 열팽창 계수 차이에 의한 스트레인을 효과적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 실시예는 버퍼층의 제2 층 폭을 제1 층 폭보다 크게 형성함으로써, 매우 강한 압축 스트레인(Compressive Strain)이 작용하여 스트레인을 매우 효과적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 발광소자의 버퍼층을 나타낸 단면도이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 버퍼층의 Al 조성비를 나타낸 그래프이다.
도 4는 제1 실시예에 따른 발광소자의 버퍼층 및 u-GaN층을 나타낸 단면도이다.
도 5는 제2 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 6은 제2 실시예에 따른 발광소자의 버퍼층을 나타낸 단면도이다.
도 7은 제2 실시예에 따른 버퍼층의 Al 조성비를 나타낸 그래프이다.
도 8은 제3 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 9는 제3 실시예에 따른 발광소자의 버퍼층을 나타낸 단면도이다.
도 10은 제3 실시예에 따른 버퍼층의 Al 조성비를 나타낸 그래프이다.
도 11은 제4 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 12는 제4 실시예에 따른 발광소자의 버퍼층을 나타낸 단면도이다.
도 13은 제4 실시예에 따른 버퍼층의 Al 조성비를 나타낸 그래프이다.
도 14 내지 도 20은 제1 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 나타낸 단면도이다.
도 21은 실시예들에 따른 발광소자가 구비된 발광소자의 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 22 내지 도 24는 실시예들에 따른 발광소자가 구비된 조명시스템의 실시예들을 나타낸 분해 사시도이다.
이하, 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도이고, 도 2는 제1 실시예에 따른 발광소자의 버퍼층을 나타낸 단면도이고, 도 3은 제1 실시예에 따른 버퍼층의 Al 조성비를 나타낸 그래프이고, 도 4는 제1 실시예에 따른 발광소자의 버퍼층 및 u-GaN층을 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 발광소자는 기판(110)과, 상기 기판(110) 상에 배치된 버퍼층(120)과, 상기 버퍼층(120) 상에 배치된 u-GaN층(181), 상기 u-GaN(181)층 상에 배치된 제1 도전형 반도체층(130)과, 상기 제1 도전형 반도체층(130) 상에 배치된 전류 확산층(182)과, 상기 전류 확산층(182) 상에 배치된 스트레인 제어층(183)과, 상기 스트레인 제어층(183) 상에 배치된 활성층(140)과, 상기 활성층(140) 상에 배치된 전자 차단층(184)과, 상기 전자 차단층(184) 상에 배치된 제2 도전형 반도체층(150)과, 상기 제2 도전형 반도체층(150) 상에 배치된 투광성 전극층(185)과, 상기 제1 도전형 반도체층(130) 상에 배치된 제1 전극(160)과, 상기 투광성 전극층(185) 상에 배치된 제2 전극(170)을 포함한다.
기판(110)은 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(110)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
상기 기판(110) 상에는 버퍼층(120)이 배치될 수 있다.
버퍼층(120)은 상기 발광구조물의 재료와 기판(110)의 격자 불일치를 완화시켜 주는 역할을 한다. 버퍼층(120)으로는 3족-5족 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 버퍼층(120)은 Al을 포함하는 재질로 형성될 수 있다. 버퍼층(120)은 AlN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(120)에 대해서는 추후 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
상기 버퍼층(120) 상에는 u-GaN(undoped GaN)층(181)이 배치될 수 있다. u-GaN층(181)은 막의 질을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
상기 u-GaN층(181) 상에는 제1 도전형 반도체층(130)이 배치될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(130)은 예를 들어, n형 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(130)은 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(130)은 예로서 II족-VI족 화합물 반도체 또는 III족-V족 화합물 반도체로 구현될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(130)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 구현될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(130)은, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 전류 확산층(182)은 내부 양자 효율을 향상시켜 광 효율을 증대시킬 수 있으며, 언도프트 질화갈륨층(undoped GaN layer)일 수 있다. 전류 확산층(182) 상에는 전자 주입층(미도시)이 더 형성될 수도 있다. 상기 전자 주입층은 도전형 질화갈륨층일 수 있다. 예를 들어, 상기 전자 주입층은 n형 도핑원소가 6.0x1018atoms/cm3~3.0x1019atoms/cm3의 농도로 도핑 됨으로써 효율적으로 전자주입을 할 수 있다.
상기 전자 확산층(182) 상에는 스트레인 제어층(183)이 형성될 수 있다.
스트레인 제어층(183)은 제1 도전형 반도체층(130)과 활성층(140) 사이의 격자 불일치에 기이한 응력을 효과적으로 완화시키는 역할을 한다.
상기 스트레인 제어층(183)의 격자상수는 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 격자 상수보다는 크되, 상기 활성층(140)의 격자 상수보다는 작을 수 있다. 이에 따라 활성층(140)과 제1 도전형 반도체층(130) 사이에 격자상수 차이에 의한 스트레스를 최소화할 수 있다.
상기 스트레인 제어층(183) 상에는 활성층(140)이 배치될 수 있다.
활성층(140)은 상기 제1 도전형 반도체층(130)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 상기 제2 도전형 반도체층(150)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 서로 만나서, 상기 활성층(140)의 형성 물질에 따른 에너지 밴드(Energy Band)의 밴드갭(Band Gap) 차이에 의해서 빛을 방출하는 층이다. 상기 활성층(130)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(140)은 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 상기 활성층(140)은 예로서 II족-VI족 또는 III족-V족 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 상기 활성층(140)은 예로서 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 구현될 수 있다. 상기 활성층(140)이 상기 다중 우물 구조로 구현된 경우, 상기 활성층(140)은 복수의 우물층과 복수의 장벽층이 적층되어 구현될 수 있으며, 예를 들어, InGaN 우물층/GaN 장벽층의 주기로 구현될 수 있다.
상기 활성층(140) 상에는 전자 차단층(EBL,184)이 배치될 수 있다.
전자 차단층(184)은 전자 차단(electron blocking) 및 활성층의 클래딩(MQW cladding) 역할을 하며, 이로 인해 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 전자 차단층(184)은 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(140)의 에너지 밴드 갭보다는 높은 에너지 밴드 갭을 가질 수 있으며, 약 100Å~ 약 600Å의 두께로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 달리, 상기 전자 차단층(184)은 AlzGa(1-z)N/GaN(0≤z≤1) 초격자(superlattice)로 형성될 수 있다.
상기 전자 차단층(184) 상에는 제2 도전형 반도체층(150)이 배치될 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(150)은 예를 들어, p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(150)은 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(150)은 예로서 II족-VI족 화합물 반도체 또는 III족-V족 화합물 반도체로 구현될 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(150)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 구현될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(150)은, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(130)이 p형 반도체층을 포함하고 상기 제2 도전형 반도체층(150)이 n형 반도체층을 포함할 수도 있다. 또한, 상기 제2 도전형 반도체층(150) 아래에는 n형 또는 p형 반도체층을 포함하는 반도체층이 더 형성될 수도 있다. 이에 따라, 상기 발광 구조물은 np, pn, npn, pnp 접합 구조 중 적어도 어느 하나를 가질 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(130) 및 상기 제2 도전형 반도체층(150) 내의 불순물의 도핑 농도는 균일 또는 불균일하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 발광 구조물의 구조는 다양하게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제2 도전형 반도체층(150) 상에는 투광성 전극층(185)이 배치될 수 있다.
투광성 전극층(185)은 캐리어 주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 또는 금속합금, 금속 산화물 등을 다중으로 적층할 수도 있다. 예컨대, 투광성 전극층(185)은 반도체와 전기적인 접촉이 우수한 물질로 형성될 수 있으며, 투광성 전극층(185)으로는 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.
투광성 전극층(185) 상에는 제2 전극(170)이 형성되며, 상부 일부가 노출된 제1 도전형 반도체층(130) 상에는 제1 전극(160)이 형성된다. 제1 전극(160) 및 제2 전극(170)으로는 예컨대, Cr, Ti, Ag, Ni, RH, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Cu, Au. Hf 중 어느 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다. 이후, 최종적으로 제1 전극(160) 및 제2 전극(170)이 서로 연결됨으로써 발광 소자의 제작이 완료될 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에 따른 버퍼층(120)은 제1 버퍼층(122)과 제2 버퍼층(124)을 포함할 수 있다.
제1 버퍼층(122)은 AlN을 포함할 수 있다. 제1 버퍼층(122)은 하나의 층으로 형성된 것으로 도시하였으나, 2개 이상의 층으로 형성될 수 있다. 제2 버퍼층(124)은 제1 버퍼층(122) 상에 배치될 수 있다. 제2 버퍼층(124)의 높이는 제1 버퍼층(122)의 높이와 동일하게 형성될 수 있다.
제2 버퍼층(124)은 AlGaN을 포함할 수 있다. 제2 버퍼층(124)은 u-GaN층(181)과 접하도록 배치될 수 있다. 제2 버퍼층(124)은 제1 층(124a)과 제2 층(124b)을 포함할 수 있다. 제1 층(124a)과 제2 층(124b)은 수평으로 다수개가 배치될 수 있다. 다수의 제1 층(124a)과 제2 층(124b)은 수평으로 번갈아가며 배치될 수 있다. 다수의 제1 층(124a)과 제2 층(124b)은 방사형으로 번갈아가며 배치될 수 있다. 제2 버퍼층(124)의 최외곽에는 제2 층(124b)이 배치될 수 있다. 제2 버퍼층(124)의 최외각에 제2 층(124b)을 배치함으로써, 제2 버퍼층(124) 상에 보다 많은 수의 제2 층(124b)을 형성할 수 있게 된다.
제2 층(124b)의 폭(W2)은 제1 층(124a)의 폭(W1)보다 클 수 있다. 제1 층(124a)의 높이(h1)는 제2 층(124b)의 높이(h2)와 동일할 수 있다. 다수의 제1 층(124a)의 폭은 서로 동일하거나 서로 다른 폭으로 형성될 수 있다. 다수의 제2 층(124b)의 폭은 서로 동일하거나 서로 다른 폭으로 형성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 층(124a)은 AlxGa1 - xN (0≤X≤1)을 포함할 수 있다. 제1 층(124a)은 제1 도전형 반도체층(130)에 인접할수록 Al의 조성비가 선형적으로 증가할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(130)에 인접한 제1 층(124a)의 Al 조성비는 100% 일 수 있다. 제1 층(124a)은 기판(110)에 인접할수록 Al 조성비가 선형적으로 감소할 수 있다. 기판(110)에 인접한 제1 층(124a)의 Al 조성비는 0%일 수 있다.
제2 층(124b)은 AlxGa1 - xN (0≤X≤1)을 포함할 수 있다. 제2 층(124b)은 제1 도전형 반도체층(130)에 인접할수록 Al의 조성비가 선형적으로 감소할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(130)에 인접한 제2 층(124b)의 Al 조성비는 0% 일 수 있다. 제2 층(124b)은 기판(110)에 인접할수록 Al의 조성비가 증가할 수 있다. 기판(110)에 인접한 제2 층(124b)의 Al 조성비는 100%일 수 있다.
상기와 같이, 버퍼층(120)은 제1 도전형 반도체층(130)에 인접할수록 Al 조성비가 선형적으로 증가하는 제1 층(124a)과 제1 도전형 반도체층(130)에 인접할수록 Al 조성비가 선형적으로 감소하는 제2 층(124b)을 수평으로 배치함으로써, 기판(110)과 제1 도전형 반도체층(130) 사이의 물리적 특성(격자 불일치, 열팽창 계수 차이)에 의한 스트레인을 효과적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제2 층(124b)의 폭을 제1 층(124a)의 폭보다 크게 형성하게 되면, u-GaN층(181)에 매우 강한 압축 스트레인(Compressive Strain)이 작용하여 스트레인 제어에 매우 효과적이다. 즉, 제1 층(124a)의 폭과 제2 층(124b)의 폭을 동일하게 형성할 경우에 비해 u-GaN층(181)에 압축 스트레인(Compressive Strain)이 더 강하게 작용하여 스트레인 제어에 매우 효과적이다. 더불어, 제2 층(124b)들 사이에 제1 층(124a)을 배치함으로써, 격자 불일치를 완화하여 전위가 높아지는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 5는 제2 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도이고, 도 6은 제2 실시예에 따른 발광소자의 버퍼층을 나타낸 단면도이고, 도 7은 제2 실시예에 따른 버퍼층의 Al 조성비를 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 제2 실시예에 따른 발광소자는 기판(110)과, 상기 기판(110) 상에 배치된 버퍼층(220)과, 상기 버퍼층(220) 상에 배치된 u-GaN층(181), 상기 u-GaN(181)층 상에 배치된 제1 도전형 반도체층(130)과, 상기 제1 도전형 반도체층(130) 상에 배치된 전류 확산층(182)과, 상기 전류 확산층(182) 상에 배치된 스트레인 제어층(183)과, 상기 스트레인 제어층(183) 상에 배치된 활성층(140)과, 상기 활성층(140) 상에 배치된 전자 차단층(184)과, 상기 전자 차단층(184) 상에 배치된 제2 도전형 반도체층(150)과, 상기 제2 도전형 반도체층(150) 상에 배치된 투광성 전극층(185)과, 상기 제1 도전형 반도체층(130) 상에 배치된 제1 전극(160)과, 상기 투광성 전극층(185) 상에 배치된 제2 전극(170)을 포함한다. 여기서, 버퍼층을 제외한 구성은 제1 실시예에 따른 발광소자의 구성 요소들과 동일하므로 생략한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 버퍼층(220)은 제1 버퍼층(222)과 제2 버퍼층(224)을 포함할 수 있다.
제1 버퍼층(222)은 AlN을 포함할 수 있다. 제2 버퍼층(224)은 제1 버퍼층(222) 상에 배치될 수 있다. 제2 버퍼층(224)은 AlGaN을 포함할 수 있다.
제2 버퍼층(224)은 제1 층(224a)과 제2 층(224b)을 포함할 수 있다. 제1 층(224a)과 제2 층(224b)은 수평으로 번갈아가며 배치될 수 있다. 제1 층(224a)과 제2 층(224b)은 방사형으로 번갈아가며 배치될 수 있다. 제2 버퍼층(224)의 최외곽에는 제2 층(224b)이 배치될 수 있다. 제2 층(224b)의 폭은 제1 층(224a)의 폭보다 클 수 있다. 제1 층(224a)의 높이는 제2 층(224b)의 높이와 동일할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 층(224a)은 AlxGa1 - xN (0≤X≤1)을 포함할 수 있다. 제1 층(224a)은 제1 도전형 반도체층(130)에 인접할수록 Al의 조성비가 비선형적으로 증가할 수 있다. 제1 층(224a)은 제1 도전형 반도체층(130)에 인접할수록 Al의 조성비가 아래로 볼록하게 비선형적으로 증가할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(130)에 인접한 제1 층(224a)의 Al 조성비는 100% 일 수 있다. 기판(110)에 인접한 제1 층(224a)의 Al 조성비는 0%일 수 있다.
제2 층(224b)은 AlxGa1 - xN (0≤X≤1)을 포함할 수 있다. 제2 층(224b)은 제1 도전형 반도체층(130)에 인접할수록 Al의 조성비가 비선형적으로 감소할 수 있다. 제2 층(224b)은 제1 도전형 반도체층(130)에 인접할수록 Al의 조성비가 위로 볼록하게 비선형적으로 감소할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(130)에 인접한 제2 층(224b)의 Al 조성비는 0% 일 수 있다. 기판(110)에 인접한 제2 층(224b)의 Al 조성비는 100%일 수 있다.
상기와 같이, 버퍼층(220)은 제1 도전형 반도체층(130)에 인접할수록 Al 조성비가 비선형적으로 증가하는 제1 층(224a)과 제1 도전형 반도체층(130)에 인접할수록 Al 조성비가 비선형적으로 감소하는 제2 층(224b)을 수평으로 배치함으로써, 기판(110)과 제1 도전형 반도체층(130) 사이의 물리적 특성(격자 불일치, 열팽창 계수 차이)에 의한 스트레인을 효과적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 8은 제3 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도이고, 도 9는 제3 실시예에 따른 발광소자의 버퍼층을 나타낸 단면도이고, 도 10은 제3 실시예에 따른 버퍼층의 Al 조성비를 나타낸 그래프이다.
도 8을 참조하면, 제3 실시예에 따른 발광소자는 기판(110)과, 상기 기판(110) 상에 배치된 버퍼층(320)과, 상기 버퍼층(320) 상에 배치된 u-GaN층(181), 상기 u-GaN(181)층 상에 배치된 제1 도전형 반도체층(130)과, 상기 제1 도전형 반도체층(130) 상에 배치된 전류 확산층(182)과, 상기 전류 확산층(182) 상에 배치된 스트레인 제어층(183)과, 상기 스트레인 제어층(183) 상에 배치된 활성층(140)과, 상기 활성층(140) 상에 배치된 전자 차단층(184)과, 상기 전자 차단층(184) 상에 배치된 제2 도전형 반도체층(150)과, 상기 제2 도전형 반도체층(150) 상에 배치된 투광성 전극층(185)과, 상기 제1 도전형 반도체층(130) 상에 배치된 제1 전극(160)과, 상기 투광성 전극층(185) 상에 배치된 제2 전극(170)을 포함한다. 여기서, 버퍼층을 제외한 구성은 제1 실시예에 따른 발광소자의 구성 요소들과 동일하므로 생략한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제3 실시예에 따른 버퍼층(320)은 제1 버퍼층(322)과 제2 버퍼층(324)을 포함할 수 있다.
제1 버퍼층(322)은 AlN을 포함할 수 있다. 제2 버퍼층(324)은 제1 버퍼층(322) 상에 배치될 수 있다. 제2 버퍼층(324)은 AlGaN을 포함할 수 있다.
제2 버퍼층(324)은 제1 층(324a)과 제2 층(324b)을 포함할 수 있다. 제1 층(324a)과 제2 층(324b)은 수평으로 번갈아가며 배치될 수 있다. 제1 층(324a)과 제2 층(324b)은 방사형으로 번갈아가며 배치될 수 있다. 제2 버퍼층(324)의 최외곽에는 제2 층(324b)이 배치될 수 있다. 제2 층(324b)의 폭은 제1 층(324a)의 폭보다 클 수 있다. 제1 층(324a)의 높이는 제2 층(324b)의 높이와 동일할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제1 층(324a)은 AlxGa1 - xN (0≤X≤1)을 포함할 수 있다. 제1 층(324a)은 제1 도전형 반도체층(130)에 인접할수록 Al의 조성비가 비선형적으로 증가할 수 있다. 제1 층(324a)은 제1 도전형 반도체층(130)에 인접할수록 Al의 조성비가 위로 볼록하게 비선형적으로 증가할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(130)에 인접한 제1 층(324a)의 Al 조성비는 100% 일 수 있다. 기판(110)에 인접한 제1 층(324a)의 Al 조성비는 0%일 수 있다.
제2 층(324b)은 AlxGa1 - xN (0≤X≤1)을 포함할 수 있다. 제2 층(324b)은 제1 도전형 반도체층(130)에 인접할수록 Al의 조성비가 비선형적으로 감소할 수 있다. 제2 층(324b)은 제1 도전형 반도체층(130)에 인접할수록 Al의 조성비가 아래로 볼록하게 비선형적으로 감소할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(130)에 인접한 제2 층(324b)의 Al 조성비는 0% 일 수 있다. 기판(110)에 인접한 제2 층(324b)의 Al 조성비는 100%일 수 있다.
상기와 같이, 버퍼층(320)은 제1 도전형 반도체층(130)에 인접할수록 Al 조성비가 비선형적으로 증가하는 제1 층(324a)과 제1 도전형 반도체층(130)에 인접할수록 Al 조성비가 비선형적으로 감소하는 제2 층(324b)을 수평으로 배치함으로써, 기판(110)과 제1 도전형 반도체층(130) 사이의 물리적 특성(격자 불일치, 열팽창 계수 차이)에 의한 스트레인을 효과적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 11은 제4 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도이고, 도 12는 제4 실시예에 따른 발광소자의 버퍼층을 나타낸 단면도이고, 도 13은 제4 실시예에 따른 버퍼층의 Al 조성비를 나타낸 그래프이다.
도 11을 참조하면, 제4 실시예에 따른 발광소자는 기판(110)과, 상기 기판(110) 상에 배치된 버퍼층(420)과, 상기 버퍼층(420) 상에 배치된 u-GaN층(181), 상기 u-GaN(181)층 상에 배치된 제1 도전형 반도체층(130)과, 상기 제1 도전형 반도체층(130) 상에 배치된 전류 확산층(182)과, 상기 전류 확산층(182) 상에 배치된 스트레인 제어층(183)과, 상기 스트레인 제어층(183) 상에 배치된 활성층(140)과, 상기 활성층(140) 상에 배치된 전자 차단층(184)과, 상기 전자 차단층(184) 상에 배치된 제2 도전형 반도체층(150)과, 상기 제2 도전형 반도체층(150) 상에 배치된 투광성 전극층(185)과, 상기 제1 도전형 반도체층(130) 상에 배치된 제1 전극(160)과, 상기 투광성 전극층(185) 상에 배치된 제2 전극(170)을 포함한다. 여기서, 버퍼층을 제외한 구성은 제1 실시예에 따른 발광소자의 구성 요소들과 동일하므로 생략한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 제4 실시예에 따른 버퍼층(420)은 제1 버퍼층(422)과 제2 버퍼층(424)을 포함할 수 있다.
제1 버퍼층(422)은 AlN을 포함할 수 있다. 제2 버퍼층(424)은 제1 버퍼층(422) 상에 배치될 수 있다. 제2 버퍼층(424)은 AlGaN을 포함할 수 있다.
제2 버퍼층(424)은 제1 층(424a)과 제2 층(424b)을 포함할 수 있다. 제1 층(424a)과 제2 층(424b)은 수평으로 번갈아가며 배치될 수 있다. 제1 층(424a)과 제2 층(424b)은 방사형으로 번갈아가며 배치될 수 있다. 제2 버퍼층(424)의 최외곽에는 제2 층(424b)이 배치될 수 있다. 제2 층(424b)의 폭은 제1 층(424a)의 폭보다 클 수 있다. 제1 층(424a)의 높이는 제2 층(424b)의 높이와 동일할 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 제1 층(424a)은 AlxGa1 - xN (0≤X≤1)을 포함할 수 있다. 제1 층(424a)은 제1 도전형 반도체층(130)에 인접할수록 Al의 조성비가 계단형으로 증가할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(130)에 인접한 제1 층(424a)의 Al 조성비는 100% 일 수 있다. 기판(110)에 인접한 제1 층(424a)의 Al 조성비는 0%일 수 있다.
제2 층(424b)은 AlxGa1 - xN (0≤X≤1)을 포함할 수 있다. 제2 층(424b)은 제1 도전형 반도체층(130)에 인접할수록 Al의 조성비가 계단형으로 감소할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(130)에 인접한 제2 층(424b)의 Al 조성비는 0% 일 수 있다. 기판(110)에 인접한 제2 층(424b)의 Al 조성비는 100%일 수 있다.
상기와 같이, 버퍼층(420)은 제1 도전형 반도체층(130)에 인접할수록 Al 조성비가 계단형으로 증가하는 제1 층(424a)과 제1 도전형 반도체층(130)에 인접할수록 Al 조성비가 계단형으로 감소하는 제2 층(424b)을 수평으로 배치함으로써, 기판(110)과 제1 도전형 반도체층(130) 사이의 물리적 특성(격자 불일치, 열팽창 계수 차이)에 의한 스트레인을 효과적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 제1 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 살펴본다. 도 14 내지 도 20은 제1 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 나타낸 단면도이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 기판(110)이 마련되면, 기판(110)의 일면에 제1 버퍼층(122)을 형성하는 단계를 수행한다. 제1 버퍼층(122)은 기판(110) 상에 AIN을 유기금속 화학증착법(MOCVD, Metal Organic Chemical Vapor Deposition)에 의해 일정 두께로 증착할 수 있다. 버퍼층(122)은 MOCVD 외에도 화학 증착법(CVD, Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE, Molecular beam epitaxy), 스퍼터링법(Sputering)으로 형성될 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 기판(110) 상에 제1 버퍼층(122)이 형성되면, 제1 버퍼층(12) 상에 제1 마스크층(M1)을 형성하는 단계를 수행한다. 제1 마스크층(M1)은 PR 또는 SiO2를 사용하여 형성할 수 있으며, 포토 공정을 통하여 제1 마스크층(M1)을 제1 버퍼층(122)의 일부 영역에만 형성할 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 제1 버퍼층(122) 상에 제1 마스크층(M1)이 형성되면, 제1 마스크층(M1) 사이로 제2 버퍼층의 제1 층(124a)을 형성하는 단계를 수행한다. 제1 층(124a)은 AlGaN을 이용하여 선택적으로 형성할 수 있다. 제1 층(124a)은 Al 조성비를 증가시키면서 형성될 수 있다.
도 17에 도시된 바와 같이, 제1 버퍼층(122) 상에 제1 층(124a)이 형성되면, 제1 마스크층(M1)을 제거하고, 제1 층(124a) 상에 제2 마스크층(M2)을 형성하는 단계를 수행한다. 제2 마스크층(M2)은 PR 또는 SiO2를 사용하여 형성할 수 있다.
도 18에 도시된 바와 같이, 제1 층(124a) 상에 제2 마스크층(M2)이 형성되면, 제1 층(124a) 사이에 제2 층(124b)을 선택적으로 성장하는 단계를 수행한다. 제2 층(124b)은 AlGaN을 이용하여 선택적으로 형성할 수 있다. 제2 층(124b)은 Al 조성비를 감소시키면서 형성될 수 있다. 제1 층(124a) 및 제2 층(124b)이 형성되면, 제2 마스크층(M2)을 제거할 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 제1 버퍼층(122) 상에 제2 버퍼층(124)인 제1 층 및 제2 층이 형성되면, 제2 버퍼층(124) 상에 u-GaN층(181), 제1 도전형 반도체층(130), 전류 확산층(182), 스트레인 제어층(183), 활성층(140), 전자 차단층(184), 제2 도전형 반도체층(150), 투광성 전극층(185)을 순차적으로 형성하는 단계를 수행한다.
u-GaN층(181)은 GaN을 MOCVD 법으로 증착하여 형성할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(130)은 GaN을 MOCVD법으로 증착하여 형성될 수 있으며, 그 외에도 3-5족, 2-6족의 화합물을 증착하여 형성할 수 있다. 이와 함께, 제1 도전형 반도체층(130)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 실리콘(Si)와 같은 n형 불순물을 포함하는 실란 가스(SiH4)가 주입되어 형성될 수 있다.
전류 확산층(182), 스트레인 제어층(183)은 MOCVD에 의해 일정 두께로 증착될 수 있다. 활성층(140)은 소정의 성장 온도 예컨대, 700 내지 900도 범위 내에서 H2 또는/및 TMGa(또는 TEGa), TNin, TMAI의 소소로 선택적으로 공급하여, GaN 또는 InGaN으로 이루어진 우물층과, GaN, AlGaN, InGaN 또는 InAlGaN으로 이루어진 장벽층을 형성할 수 있다.
전자 차단층(184)은 이온 주입되어 형성될 수 있으며, 예컨대, Al 조성이 1~30% 범위로 구성된 AlxInyGa(1-x-y)로 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(150)은 상기 전자 차단층(184) 상에 비세틸 사이클로 펜타디에닐 마그네슘(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}가 주입되어 형성될 수 있으며, 이에, 제2 도전형 반도체층(150)은 p형 GaN층이 형성될 수 있다. 투광성 전극층(185)은 ITO를 증착시켜 형성할 수 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, 제2 도전형 반도체층(150) 상에 투광성 전극층(185)이 형성되면, 제1 도전형 반도체층(130)의 일부가 노출되도록 메사 식각 공정을 수행할 수 있다. 예컨대, 투광성 전극층(185), 제2 도전형 반도체층(150), 전자 차단층(184), 활성층(140), 스트레인 제어층(183), 전류 확산층(182)의 일부를 제거하여 제1 도전형 반도체층(130)의 상부 일부가 노출되도록 형성할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(130)의 상부 일부가 노출되면, 제1 도전형 반도체층(130) 상에 제1 전극(160)을 형성하고, 투광성 전극층(188) 상에 제2 전극(170)을 형성하여 실시예에 따른 발광 소자의 제조 공정을 마칠 수 있다.
도 21은 실시예들에 따른 발광소자가 구비된 발광소자의 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 21에 도시된 바와 같이, 발광 소자 패키지(500)는 패키지 몸체부(505)와, 상기 패키지 몸체부(505) 상에 배치된 제3 전극층(513) 및 제4 전극층(514)과, 상기 패키지 몸체부(505) 상에 배치되어 상기 제3 전극층(513) 및 제4 전극층(514)과 전기적으로 연결되는 발광 소자(100)와, 상기 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(530)가 포함된다.
상기 패키지 몸체부(505)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광 소자(100)의 주상에 경사면이 형성될 수 있다.
상기 제3 전극층(513) 및 제4 전극층(514)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 상기 제3 전극층(513) 및 제4 전극층(514)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 패키지 몸체부(505) 상에 배치되거나 상기 제3 전극층(513) 또는 제4 전극층(514) 상에 배치될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 제3 전극층(513) 및/또는 제4 전극층(514)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 실시예에서는 상기 발광 소자(100)가 상기 제1 전극층(513) 및 제2 전극층(514)과 각각 와이어를 통해 전기적으로 연결된 것이 예시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 몰딩부재(530)는 상기 발광 소자(100)를 포위하여 상기 발광 소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(530)에는 형광체(532)가 포함되어 상기 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
도 22 내지 도 24는 실시예들에 따른 발광소자가 구비된 조명시스템의 실시예들을 나타낸 분해 사시도이다.
도 22에 도시된 바와 같이, 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 본 발명에 따른 발광소자(100) 또는 발광소자 패키지(200)를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 커버(2100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상을 가지며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)과 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기 시킬 수 있다. 상기 커버(2100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합하는 결합부를 가질 수 있다.
*상기 커버(2100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 유백색의 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 상기 커버(2100)의 내면의 표면 거칠기는 상기 커버(2100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 빛이 충분히 산란 및 확산되어 외부로 방출시키기 위함이다.
상기 커버(2100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(2100)는 외부에서 상기 광원 모듈(2200)이 보이도록 투명할 수 있고, 불투명할 수 있다. 상기 커버(2100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
상기 광원 모듈(2200)은 상기 방열체(2400)의 일 면에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열은 상기 방열체(2400)로 전도된다. 상기 광원 모듈(2200)은 광원부(2210), 연결 플레이트(2230), 커넥터(2250)를 포함할 수 있다.
상기 부재(2300)는 상기 방열체(2400)의 상면 상에 배치되고, 복수의 광원부(2210)들과 커넥터(2250)이 삽입되는 가이드홈(2310)들을 갖는다. 상기 가이드홈(2310)은 상기 광원부(2210)의 기판 및 커넥터(2250)와 대응된다.
상기 부재(2300)의 표면은 빛 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 부재(2300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 상기 부재(2300)는 상기 커버(2100)의 내면에 반사되어 상기 광원 모듈(2200)측 방향으로 되돌아오는 빛을 다시 상기 커버(2100) 방향으로 반사한다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 부재(2300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)의 연결 플레이트(2230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 방열체(2400)와 상기 연결 플레이트(2230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 상기 부재(2300)는 절연 물질로 구성되어 상기 연결 플레이트(2230)와 상기 방열체(2400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 상기 방열체(2400)는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열과 상기 전원 제공부(2600)로부터의 열을 전달받아 방열한다.
상기 홀더(2500)는 내부 케이스(2700)의 절연부(2710)의 수납홈(2719)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 가이드 돌출부(2510)는 상기 전원 제공부(2600)의 돌출부(2610)가 관통하는 홀을 갖는다.
상기 전원 제공부(2600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 상기 광원 모듈(2200)로 제공한다. 상기 전원 제공부(2600)는 상기 내부 케이스(2700)의 수납홈(2719)에 수납되고, 상기 홀더(2500)에 의해 상기 내부 케이스(2700)의 내부에 밀폐된다.
상기 전원 제공부(2600)는 돌출부(2610), 가이드부(2630), 베이스(2650), 연장부(2670)를 포함할 수 있다.
상기 가이드부(2630)는 상기 베이스(2650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 가이드부(2630)는 상기 홀더(2500)에 삽입될 수 있다. 상기 베이스(2650)의 일 면 상에 다수의 부품이 배치될 수 있다. 다수의 부품은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 상기 광원 모듈(2200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원 모듈(2200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 연장부(2670)는 상기 베이스(2650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 연장부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750) 내부에 삽입되고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받는다. 예컨대, 상기 연장부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750)의 폭과 같거나 작게 제공될 수 있다. 상기 연장부(2670)에는 "+ 전선"과 "- 전선"의 각 일 단이 전기적으로 연결되고, "+ 전선"과 "- 전선"의 다른 일 단은 소켓(2800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 내부 케이스(2700)는 내부에 상기 전원 제공부(2600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(2600)가 상기 내부 케이스(2700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
도 23에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 조명 장치는 커버(3100), 광원부(3200), 방열체(3300), 회로부(3400), 내부 케이스(3500), 소켓(3600)을 포함할 수 있다. 상기 광원부(3200)는 실시 예에 따른 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
상기 커버(3100)는 벌브(bulb) 형상을 가지며, 속이 비어 있다. 상기 커버(3100)는 개구(3110)를 갖는다. 상기 개구(3110)를 통해 상기 광원부(3200)와 부재(3350)가 삽입될 수 있다.
상기 커버(3100)는 상기 방열체(3300)와 결합하고, 상기 광원부(3200)와 상기 부재(3350)를 둘러쌀 수 있다. 상기 커버(3100)와 상기 방열체(3300)의 결합에 의해, 상기 광원부(3200)와 상기 부재(3350)는 외부와 차단될 수 있다. 상기 커버(3100)와 상기 방열체(3300)의 결합은 접착제를 통해 결합할 수도 있고, 회전 결합 방식 및 후크 결합 방식 등 다양한 방식으로 결합할 수 있다. 회전 결합 방식은 상기 방열체(3300)의 나사홈에 상기 커버(3100)의 나사선이 결합하는 방식으로서 상기 커버(3100)의 회전에 의해 상기 커버(3100)와 상기 방열체(3300)가 결합하는 방식이고, 후크 결합 방식은 상기 커버(3100)의 턱이 상기 방열체(3300)의 홈에 끼워져 상기 커버(3100)와 상기 방열체(3300)가 결합하는 방식이다.
상기 커버(3100)는 상기 광원부(3200)와 광학적으로 결합한다. 구체적으로 상기 커버(3100)는 상기 광원부(3200)의 발광 소자(3230)로부터의 광을 확산, 산란 또는 여기시킬 수 있다. 상기 커버(3100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 여기서, 상기 커버(3100)는 상기 광원부(3200)로부터의 광을 여기시키기 위해, 내/외면 또는 내부에 형광체를 가질 수 있다.
상기 커버(3100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 여기서, 유백색 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 상기 커버(3100)의 내면의 표면 거칠기는 상기 커버(3100)의 외면의 표면 거칠기보다 클 수 있다. 이는 상기 광원부(3200)로부터의 광을 충분히 산란 및 확산시키기 위함이다.
상기 커버(3100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(3100)는 외부에서 상기 광원부(3200)와 상기 부재(3350)가 보일 수 있는 투명한 재질일 수 있고, 보이지 않는 불투명한 재질일 수 있다. 상기 커버(3100)는 예컨대 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
상기 광원부(3200)는 상기 방열체(3300)의 부재(3350)에 배치되고, 복수로 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 광원부(3200)는 상기 부재(3350)의 복수의 측면들 중 하나 이상의 측면에 배치될 수 있다. 그리고, 상기 광원부(3200)는 상기 부재(3350)의 측면에서도 상단부에 배치될 수 있다.
상기 광원부(3200)는 상기 부재(3350)의 6 개의 측면들 중 3 개의 측면들에 배치될 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니고, 상기 광원부(3200)는 상기 부재(3350)의 모든 측면들에 배치될 수 있다. 상기 광원부(3200)는 기판(3210)과 발광 소자(3230)를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자(3230)는 기판(3210)의 일 면 상에 배치될 수 있다.
상기 기판(3210)은 사각형의 판 형상을 갖지만, 이에 한정되지 않고 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 기판(3210)은 원형 또는 다각형의 판 형상일 수 있다. 상기 기판(3210)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 일반 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB 등을 포함할 수 있다. 또한, 인쇄회로기판 상에 패키지 하지 않은 LED 칩을 직접 본딩할 수 있는 COB(Chips On Board) 타입을 사용할 수 있다. 또한, 상기 기판(3210)은 광을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 광을 효율적으로 반사하는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다. 상기 기판(3210)은 상기 방열체(3300)에 수납되는 상기 회로부(3400)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 기판(3210)과 상기 회로부(3400)는 예로서 와이어(wire)를 통해 연결될 수 있다. 와이어는 상기 방열체(3300)를 관통하여 상기 기판(3210)과 상기 회로부(3400)를 연결시킬 수 있다.
상기 발광 소자(3230)는 적색, 녹색, 청색의 광을 방출하는 발광 다이오드 칩이거나 UV를 방출하는 발광 다이오드 칩일 수 있다. 여기서, 발광 다이오드 칩은 수평형(Lateral Type) 또는 수직형(Vertical Type)일 수 있고, 발광 다이오드 칩은 청색(Blue), 적색(Red), 황색(Yellow), 또는 녹색(Green)을 발산할 수 있다.
상기 발광 소자(3230)는 형광체를 가질 수 있다. 형광체는 가넷(Garnet)계(YAG, TAG), 실리케이드(Silicate)계, 나이트라이드(Nitride)계 및 옥시나이트라이드(Oxynitride)계 중 어느 하나 이상일 수 있다. 또는 형광체는 황색 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체 중 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 방열체(3300)는 상기 커버(3100)와 결합하고, 상기 광원부(3200)로부터의 열을 방열할 수 있다. 상기 방열체(3300)는 소정의 체적을 가지며, 상면(3310), 측면(3330)을 포함한다. 상기 방열체(3300)의 상면(3310)에는 부재(3350)가 배치될 수 있다. 상기 방열체(3300)의 상면(3310)은 상기 커버(3100)와 결합할 수 있다. 상기 방열체(3300)의 상면(3310)은 상기 커버(3100)의 개구(3110)와 대응되는 형상을 가질 수 있다.
상기 방열체(3300)의 측면(3330)에는 복수의 방열핀(3370)이 배치될 수 있다. 상기 방열핀(3370)은 상기 방열체(3300)의 측면(3330)에서 외측으로 연장된 것이거나 측면(3330)에 연결된 것일 수 있다. 상기 방열핀(3370)은 상기 방열체(3300)의 방열 면적을 넓혀 방열 효율을 향상시킬 수 있다. 여기서, 측면(3330)은 상기 방열핀(3370)을 포함하지 않을 수도 있다.
상기 부재(3350)는 상기 방열체(3300)의 상면(3310)에 배치될 수 있다. 상기 부재(3350)는 상면(3310)과 일체일 수도 있고, 상면(3310)에 결합된 것일 수 있다. 상기 부재(3350)는 다각 기둥일 수 있다. 구체적으로, 상기 부재(3350)는 육각 기둥일 수 있다. 육각 기둥의 부재(3350)는 윗면과 밑면 그리고 6 개의 측면들을 갖는다. 여기서, 상기 부재(3350)는 다각 기둥뿐만 아니라 원 기둥 또는 타원 기둥일 수 있다. 상기 부재(3350)가 원 기둥 또는 타원 기둥일 경우, 상기 광원부(3200)의 상기 기판(3210)은 연성 기판일 수 있다.
상기 부재(3350)의 6 개의 측면에는 상기 광원부(3200)가 배치될 수 있다. 6 개의 측면 모두에 상기 광원부(3200)가 배치될 수도 있고, 6 개의 측면들 중 몇 개의 측면들에 상기 광원부(3200)가 배치될 수도 있다. 도 16에서는 6 개의 측면들 중 3 개의 측면들에 상기 광원부(3200)가 배치되어 있다.
상기 부재(3350)의 측면에는 상기 기판(3210)이 배치된다. 상기 부재(3350)의 측면은 상기 방열체(3300)의 상면(3310)과 실질적으로 수직을 이룰 수 있다. 따라서, 상기 기판(3210)과 상기 방열체(3300)의 상면(3310)은 실질적으로 수직을 이룰 수 있다.
상기 부재(3350)의 재질은 열 전도성을 갖는 재질일 수 있다. 이는 상기 광원부(3200)로부터 발생되는 열을 빠르게 전달받기 위함이다. 상기 부재(3350)의 재질로서는 예를 들면, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 주석(Sn) 등과 상기 금속들의 합금일 수 있다. 또는 상기 부재(3350)는 열 전도성을 갖는 열 전도성 플라스틱으로 형성될 수 있다. 열 전도성 플라스틱은 금속보다 무게가 가볍고, 단방향성의 열 전도성을 갖는 이점이 있다.
상기 회로부(3400)는 외부로부터 전원을 제공받고, 제공받은 전원을 상기 광원부(3200)에 맞게 변환한다. 상기 회로부(3400)는 변환된 전원을 상기 광원부(3200)로 공급한다. 상기 회로부(3400)는 상기 방열체(3300)에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 회로부(3400)는 상기 내부 케이스(3500)에 수납되고, 상기 내부 케이스(3500)와 함께 상기 방열체(3300)에 수납될 수 있다. 상기 회로부(3400)는 회로 기판(3410)과 상기 회로 기판(3410) 상에 탑재되는 다수의 부품(3430)을 포함할 수 있다.
상기 회로 기판(3410)은 원형의 판 형상을 갖지만, 이에 한정되지 않고 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 회로 기판(3410)은 타원형 또는 다각형의 판 형상일 수 있다. 이러한 회로 기판(3410)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있다.
상기 회로 기판(3410)은 상기 광원부(3200)의 기판(3210)과 전기적으로 연결된다. 상기 회로 기판(3410)과 상기 기판(3210)의 전기적 연결은 예로서 와이어(wire)를 통해 연결될 수 있다. 와이어는 상기 방열체(3300)의 내부에 배치되어 상기 회로 기판(3410)과 상기 기판(3210)을 연결할 수 있다.
다수의 부품(3430)은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 상기 광원부(3200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원부(3200)를 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있다.
상기 내부 케이스(3500)는 내부에 상기 회로부(3400)를 수납한다. 상기 내부 케이스(3500)는 상기 회로부(3400)를 수납하기 위해 수납부(3510)를 가질 수 있다.
상기 수납부(3510)는 예로서 원통 형상을 가질 수 있다. 상기 수납부(3510)의 형상은 상기 방열체(3300)의 형상에 따라 달라질 수 있다. 상기 내부 케이스(3500)는 상기 방열체(3300)에 수납될 수 있다. 상기 내부 케이스(3500)의 수납부(3510)는 상기 방열체(3300)의 하면에 형성된 수납부에 수납될 수 있다.
상기 내부 케이스(3500)는 상기 소켓(3600)과 결합될 수 있다. 상기 내부 케이스(3500)는 상기 소켓(3600)과 결합하는 연결부(3530)를 가질 수 있다. 상기 연결부(3530)는 상기 소켓(3600)의 나사홈 구조와 대응되는 나사산 구조를 가질 수 있다. 상기 내부 케이스(3500)는 부도체이다. 따라서, 상기 회로부(3400)와 상기 방열체(3300) 사이의 전기적 단락을 막는다. 예로서 상기 내부 케이스(3500)는 플라스틱 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 소켓(3600)은 상기 내부 케이스(3500)와 결합될 수 있다. 구체적으로, 상기 소켓(3600)은 상기 내부 케이스(3500)의 연결부(3530)와 결합될 수 있다. 상기 소켓(3600)은 종래 재래식 백열 전구와 같은 구조를 가질 수 있다. 상기 회로부(3400)와 상기 소켓(3600)은 전기적으로 연결된다. 상기 회로부(3400)와 상기 소켓(3600)의 전기적 연결은 와이어(wire)를 통해 연결될 수 있다. 따라서, 상기 소켓(3600)에 외부 전원이 인가되면, 외부 전원은 상기 회로부(3400)로 전달될 수 있다. 상기 소켓(3600)은 상기 연결부(3550)의 나사선 구조과 대응되는 나사홈 구조를 가질 수 있다.
도 24에 도시된 바와 같이, 조명장치 예컨대, 백라이트 유닛은 도광판(1210)과, 상기 도광판(1210)에 빛을 제공하는 발광모듈부(1240)와, 상기 도광판(1210) 아래에 반사 부재(1220)와, 상기 도광판(1210), 발광모듈부(1240) 및 반사 부재(1220)를 수납하는 바텀 커버(1230)를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 도광판(1210)은 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1210)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈부(1240)은 상기 도광판(1210)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 상기 백라이트 유닛이 배치되는 디스플레이 장치의 광원으로써 작용하게 된다.
상기 발광모듈부(1240)은 상기 도광판(1210)과 접할 수 있으나 이에 한정되지 않는). 구체적으로는, 상기 발광모듈부(1240)은 기판(1242)과, 상기 기판(1242)에 탑재된 다수의 발광소자 패키지(200)를 포함하는데, 상기 기판(1242)이 상기 도광판(1210)과 접할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 기판(1242)은 회로패턴(미도시)을 포함하는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 다만, 상기 기판(1242)은 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
그리고, 상기 다수의 발광소자 패키지(200)는 상기 기판(1242) 상에 빛이 방출되는 발광면이 상기 도광판(1210)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있다.
상기 도광판(1210) 아래에는 상기 반사 부재(1220)가 형성될 수 있다. 상기 반사 부재(1220)는 상기 도광판(1210)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 위로 향하게 함으로써, 상기 백라이트 유닛의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사 부재(1220)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1230)는 상기 도광판(1210), 발광모듈부(1240) 및 반사 부재(1220) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1230)는 상면이 개구된 박스(box) 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1230)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다.
상기에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 실시예의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 실시예는 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.
실시예는 발광 소자의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.

Claims (20)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치된 제1 버퍼층;
    상기 제1 버퍼층 상에 배치되며 Al을 포함하는 제2 버퍼층;
    상기 제2 버퍼층 상에 배치된 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치된 활성층; 및
    상기 활성층 상에 배치된 제2 도전형 반도체층;을 포함하고,
    상기 제2 버퍼층은 수평으로 배치된 제1 층과 제2 층을 포함하며, 제1 층은 제1 도전형 반도체층에 인접할수록 Al 조성비가 증가하고, 제2 층은 제1 도전형 반도체층에 인접할수록 Al 조성비가 감소하는 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 층은 제1 도전형 반도체층에 인접할 수록 Al 조성비가 선형적으로 증가하고, 상기 제2 층은 제1 도전형 반도체층에 인접할 수록 Al 조성비가 선형적으로 감소하는 발광소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 층은 제1 도전형 반도체층에 인접할 수록 Al 조성비가 비선형적으로 증가하고, 상기 제2 층은 제1 도전형 반도체층에 인접할 수록 Al 조성비가 비선형적으로 감소하는 발광소자.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 층의 Al 조성비는 아래로 볼록하게 비선형적으로 증가하고, 상기 제2 층의 Al 조성비는 위로 볼록한 비선형적으로 감소하는 발광소자.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 층의 Al 조성비는 위로 볼록하게 비선형적으로 증가하고, 상기 제2 층의 Al 조성비는 아래로 볼록하게 비선형적으로 감소하는 발광소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 층은 제1 도전형 반도체층에 인접할 수록 Al 조성비가 계단형으로 증가하고, 상기 제2 층은 제1 도전형 반도체층에 인접할 수록 Al 조성비가 계단형으로 감소하는 발광소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 버퍼층은 AlN을 포함하고, 상기 제2 버퍼층은 AlGaN을 포함하는 발광소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 버퍼층의 상부에는 u-GaN층이 더 배치되는 발광소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층과 활성층 사이에 순차적으로 배치된 전류 확산층 및 스트레인 제어층을 더 포함하는 발광소자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치된 투광성 전극층을 더 포함하는 발광소자.
  11. 기판;
    상기 기판 상에 배치된 제1 버퍼층;
    상기 제1 버퍼층 상에 배치된 제2 버퍼층;
    상기 제2 버퍼층 상에 배치된 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치된 활성층; 및
    상기 활성층 상에 배치된 제2 도전형 반도체층;을 포함하고,
    상기 제2 버퍼층은 수평으로 배치된 제1 층과 제2 층을 포함하며, 상기 제1 층과 제2 층의 폭은 서로 상이한 발광소자.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 층과 제2 층은 번갈아가면서 배치되는 발광소자.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제2 버퍼층의 최와곽에는 제2 층이 배치되는 발광소자.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제2 층의 폭은 제1 층의 폭보다 크게 형성된 발광소자.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제2 버퍼층은 AlxGa1 - xN (0≤X≤1)을 포함하는 발광소자.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제1 층은 제1 도전형 반도체층에 인접할수록 Al 조성비가 증가하고, 제2 층은 제1 도전형 반도체층에 인접할수록 Al 조성비가 감소하는 발광소자.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 버퍼층은 AlN을 포함하는 발광소자.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층과 활성층 사이에 순차적으로 배치된 전류 확산층 및 스트레인 제어층을 더 포함하는 발광소자.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치된 투광성 전극층을 더 포함하는 발광소자.
  20. 제1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항의 발광소자를 포함하는 조명 시스템.
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