WO2016104958A1 - 적색 발광소자 및 조명장치 - Google Patents

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WO2016104958A1
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semiconductor layer
light emitting
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emitting device
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김용준
문성욱
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엘지이노텍 주식회사
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    • Y10S257/918—Light emitting regenerative switching device, e.g. light emitting scr arrays, circuitry

Definitions

  • Embodiments relate to a red light emitting device, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package and an illumination system.
  • a light emitting diode is a pn junction diode that converts electrical energy into light energy.
  • the light emitting diode (LED) may be formed by combining dopants of a semiconductor compound on a periodic table, and may be formed by adjusting the composition ratio of the semiconductor compound.
  • Various colors such as a light emitting device, a green light emitting device, an ultraviolet light emitting device, or a red light emitting device can be realized.
  • an AlGaInP-based light emitting diode as a red light emitting device, which can convert the injected electrical energy into light having a wavelength in the range of about 570nm to about 630nm.
  • the wavelength change depends on the size of the band gap energy of the light emitting diode.
  • the band gap size can be controlled by changing the composition ratio of Al and Ga, and the wavelength can be shortened as the composition ratio of Al is increased.
  • Embodiments provide a red light emitting device having a high light output, a manufacturing method of a light emitting device, a light emitting device package, and an illumination system.
  • embodiments provide a highly reliable red light emitting device, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package and an illumination system.
  • the red light emitting device may include a first conductivity type first semiconductor layer 112; An active layer 114 on the first conductivity type first semiconductor layer 112; A second conductive third semiconductor layer 116 on the active layer 114; A second conductive fourth semiconductor layer 124 on the second conductive third semiconductor layer 116; And a second conductive fifth semiconductor layer 125 on the second conductive fourth semiconductor layer 124.
  • the second conductive fifth semiconductor layer 125 may include a superlattice structure of a GaP layer 125a / In x Ga 1-x P layer (where 0 ⁇ x ⁇ 1) 125b.
  • the red light emitting device includes an n-type AlInGaP-based first semiconductor layer 112; An active layer 114 on the n-type AlInGaP-based first semiconductor layer 112; A p-type AlInGaP-based third semiconductor layer 116 on the active layer 114; A fourth semiconductor layer 124 of a p-type GaInP-based layer on the p-type AlInGaP-based third semiconductor layer 116; And a p-type GaP-based fifth semiconductor layer 125 on the fourth semiconductor layer 124 of the p-type GaInP-based layer.
  • the p-type GaP-based fifth semiconductor layer 125 may include a superlattice structure of a GaP layer 125a / In x Ga 1-x P layer (where 0 ⁇ x ⁇ 1) 125b.
  • the lighting system according to the embodiment may include a light emitting unit having the red light emitting device.
  • the embodiment can provide a red light emitting device having a high light output, a manufacturing method of the light emitting device, a light emitting device package, and an illumination system.
  • the embodiment can provide a highly reliable red light emitting device, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package and an illumination system.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a red light emitting device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of a red light emitting device according to the first embodiment
  • FIG. 3 is an energy band diagram of a red light emitting device according to the first embodiment
  • FIG. 5 is a sectional view of a red light emitting device according to the second embodiment
  • FIG. 6 is a partially enlarged view of a red light emitting device according to the second embodiment
  • FIG. 7A is an energy band diagram of a red light emitting device according to the second embodiment
  • FIG. 7B is a functional schematic diagram of the second semiconductor layer in the red light emitting device according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a sectional view of a red light emitting device according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a partially enlarged view of a red light emitting device according to the third embodiment.
  • 11 to 14 are process cross-sectional views of a method of manufacturing a red light emitting device according to the embodiment.
  • 15 is a cross-sectional view of a light emitting device package according to the embodiment.
  • 16 is a sectional view of a lighting apparatus according to an embodiment.
  • each layer, region, pattern or structure is formed “on / over” or “under” of a substrate, each layer, region, pad or pattern.
  • upper / up and “lower” include those that are formed “directly” or “via another layer”.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a red light emitting device 101 according to the first embodiment.
  • the red light emitting device 101 includes a first conductive type first semiconductor layer 112, an active layer 114 on the first conductive type first semiconductor layer 112, and the active layer 114.
  • the second conductive fifth semiconductor layer 125 may be included on the layer 124.
  • Unexplained reference numerals in the configuration shown in Figure 1 will be described in the manufacturing method.
  • Mg diffusion of the p-type GaP window layer occurs, thereby causing a problem that the light intensity Po is lowered. Therefore, a method for improving the brightness by preventing Mg diffusion is required.
  • FIG. 2 is an enlarged view of region A (see FIG. 1) in the red light emitting device 100 according to the first embodiment
  • FIG. 3 is an energy band diagram of the red light emitting device 100 according to the first embodiment.
  • the second conductive fifth semiconductor layer 125 may include a GaP material, and the second conductive fifth semiconductor layer 125 may include a GaP layer 125a / It may include a superlattice structure of an In x Ga 1-x P layer (0 ⁇ x ⁇ 1) 125b.
  • the second conductive fifth semiconductor layer 125 may include a third GaP layer 125c doped with a second conductive dopant.
  • the second conductivity type dopant may be a p-type conductivity dopant, but is not limited thereto.
  • the second conductivity-type fifth semiconductor layer 125 may be doped with a second conductivity type dopant having a first concentration, and the second conductivity-type dopant having a concentration lower than the first concentration may be doped in the GaP layer 125a. Can be. A second conductive dopant may not be doped into the In x Ga 1-x P layer (where 0 ⁇ x ⁇ 1) 125b.
  • the second conductivity type fifth semiconductor layer 125 has a Mg of about 10X10 18 concentration may be doped, GaP layer (125a) has may be Mg-doped of 10X10 17 concentration, the In x Ga 1
  • the second conductive dopant may not be doped in the -x P layer (0 ⁇ x ⁇ 1) 125b, but is not limited thereto.
  • the second conductivity-type fifth semiconductor layer 125 has a superlattice structure of a GaP layer 125a / In x Ga 1-x P layer (where 0 ⁇ x ⁇ 1) 125b.
  • the In x Ga 1-x P layer (where 0 ⁇ x ⁇ 1) 125b may have a low energy level
  • the GaP layer 125a may have an In x Ga 1-x P layer (where It may represent a higher energy level than 0 ⁇ x ⁇ 1) 125b.
  • the intensity E1 of the first embodiment is increased by about 1.5% or more compared with the light intensity data R1 of the comparative example.
  • the second conductivity-type fifth semiconductor layer 125 functions as a p-type GaP window layer, and the Mg modulation-doped GaP layer 125a / In x Ga 1-x
  • the Mg trap function according to the application of the superlattice structure of the P layer (0 ⁇ x ⁇ 1) 125b may be enhanced to increase the brightness and reliability of the light emitting device chip.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the red light emitting device 102 according to the second embodiment
  • FIG. 6 is an enlarged view of region B of the red light emitting device according to the second embodiment.
  • the second embodiment can employ the technical features of the first embodiment.
  • the second conductivity type fifth semiconductor layer 125 may include a GaP material, and the second conductivity type fifth semiconductor layer 125 may be a GaP layer 125a / In x Ga 1-x. It may include a superlattice structure of a P layer (where 0 ⁇ x ⁇ 1) 125b.
  • the second conductivity-type fifth semiconductor layer 125 may be doped with a second conductivity type dopant having a first concentration, and the second conductivity-type dopant having a concentration lower than the first concentration may be doped in the GaP layer 125a. Can be. A second conductive dopant may not be doped into the In x Ga 1-x P layer (where 0 ⁇ x ⁇ 1) 125b.
  • the operating voltage decreases when the temperature increases due to LED characteristics, but there is a problem in that the brightness is dropped.
  • the dopant is ionized and the resistance is lowered due to the increase in temperature, while the light emission recombination rate is lowered in the active layer region. It is analyzed that the degradation phenomenon occurs, and the ionization rate of the electron (electron) is faster than the hole (hole), it is understood that the lowering of the brightness due to the temperature rise further accelerated.
  • the second exemplary embodiment further includes a first conductive second semiconductor layer 111 on the first conductive first semiconductor layer 112 to solve the problem.
  • the first conductivity-type first semiconductor layer 112 may include an n-type AlInGaP-based layer
  • the first conductivity-type second semiconductor layer 111 may be an AlInP-based layer ( 111b) / AlInGaP-based layer 111a may include a superlattice structure.
  • the active layer 114 may include a well layer 114a / barrier layer 114b.
  • the superlattice structure of the AlInP-based layer 111b / AlInGaP-based layer 111a may be formed of 10 pairs to 14 pairs, but is not limited thereto. If it is less than 10 pairs, the contribution may not be improved, and if it exceeds 14 pairs, electron mobility may be excessively lowered, which may adversely affect the light intensity.
  • FIG. 7A is an energy band diagram of the red light emitting device according to the second embodiment
  • FIG. 7B is a functional schematic diagram of the second semiconductor layer 111 in the red light emitting device according to the second embodiment.
  • the second embodiment includes a first conductivity type second semiconductor layer 111 under the active layer 114, and electrons are cooled in the second semiconductor layer 111 to further add to the active layer 114. Many Radiation Recombination can occur.
  • FIG. 8 is luminance data of a red light emitting device according to a second embodiment.
  • the intensity E2 of the second embodiment is increased by about 1.2% or more, compared to the light intensity data R2 of the comparative example.
  • the AlInP-based layer 111b has an Eg of about 2.6 eV
  • the AlInGaP-based layer 111a is, for example, Al 0.6 Ga 0.4 InP
  • the Eg is reduced to about 2.25 eV.
  • electrons are ionized, electrons are cooled in the AlInGaP series layer 111a where the Eg is small in the superlattice structure, thereby causing more emission recombination to occur in the active layer 114, thereby increasing the temperature. It can contribute to minimizing visual degradation.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the red light emitting device 103 according to the third embodiment
  • FIG. 10 is an enlarged view of region C of the red light emitting device according to the third embodiment.
  • the red light emitting device 103 includes an active layer 114 and the active layer on the n-type AlInGaP-based first semiconductor layer 112, the n-type AlInGaP-based first semiconductor layer 112.
  • the p-type GaP-based fifth semiconductor layer 125 may be included on the fourth semiconductor layer 124 of the type GaInP-based layer.
  • the third embodiment can employ the technical features of the first embodiment or the second embodiment.
  • the p-type GaP-based fifth semiconductor layer 125 includes a superlattice structure of a GaP layer 125a / In x Ga 1-x P layer (where 0 ⁇ x ⁇ 1) 125b. can do.
  • the p-type dopant may be doped to the p-type GaP-based fifth semiconductor layer 125 at a first concentration, and the p-type dopant having a concentration lower than the first concentration may be doped to the GaP layer 125a.
  • a p-type dopant may not be doped into the In x Ga 1-x P layer (0 ⁇ x ⁇ 1) 125b.
  • an n-type second semiconductor layer 111 may be further formed on the n-type AlInGaP-based first semiconductor layer 112.
  • the n-type second semiconductor layer 111 may include a superlattice structure of an AlInP-based layer 111b / AlInGaP-based layer 111a.
  • the GaP window layer is subjected to a tensile strain of about 3% due to the lattice constant difference from that of the p-type cladding layer, and the tensile stress may cause internal defects or dislocations. And adversely affect reliability or current spreading.
  • the third embodiment may include a fourth semiconductor layer 124 between the third semiconductor layer 116 and the fifth semiconductor layer 125.
  • the third semiconductor layer 116 may include a p-type AlInGaP-based layer
  • the fourth semiconductor layer 124 may include a p-type GaInP-based layer
  • the fifth semiconductor layer 125 may be a p-type. It may include a GaP series layer.
  • the fourth semiconductor layer 124 may include a p-type Ga 0.7 In 0.3 P layer, but is not limited thereto.
  • a stress in the fifth semiconductor layer 125 may be provided by including a fourth semiconductor layer 124 including a material in an intermediate region of the material of the third semiconductor layer 116 and the fifth semiconductor layer 125. Can be reduced to less than about 1.5% to improve reliability and brightness.
  • a predetermined pattern R may be formed on the upper surface of the fourth semiconductor layer 124 to increase the contact area with the fifth semiconductor layer 125, thereby minimizing tensile stress.
  • FIGS. 11 to 14 a method of manufacturing a red light emitting device according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 11 to 14. The manufacturing method will be described with reference to the drawings of the first embodiment, but the features of the second embodiment or the third embodiment will be described as necessary.
  • the substrate 105 is prepared as shown in FIG.
  • the substrate 105 may be formed of a material having excellent thermal conductivity, and may be a conductive substrate or an insulating substrate.
  • the substrate 105 may use at least one of GaAs, sapphire (Al 2 O 3 ), SiC, Si, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga 2 O 3 .
  • An uneven structure P may be formed on the substrate 105, but is not limited thereto. Impurities on the surface may be removed by wet cleaning the substrate 105.
  • a buffer layer 113 may be formed on the substrate 105.
  • the buffer layer 113 may mitigate lattice mismatch between the material of the light emitting structure 110 and the substrate 105.
  • the material of the buffer layer 113 may be a Group III-V compound semiconductor, for example, GaN, InN, or AlN. , InGaN, AlGaN, InAlGaN, or AlInN.
  • An undoped semiconductor layer (not shown) may be formed on the buffer layer 113, but is not limited thereto.
  • a light emitting structure 110 including a first conductivity type first semiconductor layer 112, an active layer 114, and a second conductivity type third semiconductor layer 116 on the substrate 105 or the buffer layer 113. ) May be formed.
  • the first conductivity type first semiconductor layer 112 may be implemented as a semiconductor compound, for example, compound semiconductors such as Groups 3 to 5 and 2 to 6, and may be doped with a first conductivity type dopant. .
  • an n-type dopant may include Si, Ge, Sn, Se, Te, but is not limited thereto.
  • the first conductivity type first semiconductor layer 112 may have In x Al y Ga 1-xy P (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1) or In x Al y Ga 1 and a semiconductor material having a compositional formula of -xy N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1).
  • the first conductivity type first semiconductor layer 112 may be formed of any one or more of AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, and GaP. have.
  • the first conductivity type first semiconductor layer 112 may be formed using a chemical vapor deposition method (CVD), molecular beam epitaxy (MBE), sputtering or hydroxide vapor phase epitaxy (HVPE), or the like. It is not.
  • CVD chemical vapor deposition method
  • MBE molecular beam epitaxy
  • HVPE hydroxide vapor phase epitaxy
  • a first conductivity type second semiconductor layer 111 may be further formed between the first conductivity type first semiconductor layer 112 and the active layer 114.
  • the first conductivity-type first semiconductor layer 112 may include an n-type AlInGaP-based layer
  • the first conductivity-type second semiconductor layer 111 may be an AlInP-based layer 111b / AlInGaP-based. It may comprise a superlattice structure of the layer (111a).
  • the superlattice structure of the AlInP-based layer 111b / AlInGaP-based layer 111a may be formed of 10 pairs to 14 pairs, but is not limited thereto. If it is less than 10 pairs, the contribution may not be improved, and if it exceeds 14 pairs, electron mobility may be excessively lowered, which may adversely affect the light intensity.
  • the electrons when the electrons are ionized, the electrons are cooled in the superlattice structure of the AlInP-based layer 111b / AlInGaP-based layer 111a, and thus more light emitting recombination may occur in the active layer 114, thereby reducing the light intensity. It can prevent and improve the brightness.
  • the active layer 114 is formed on the first conductive first semiconductor layer 112 or the first conductive second semiconductor layer 111.
  • an active layer In the active layer 114, electrons injected through the first conductive first semiconductor layer 112 and holes injected through the second conductive third semiconductor layer 116 formed thereafter meet each other to form an active layer (light emitting layer) material. It is a layer that emits light with energy determined by its own energy band.
  • the active layer 114 may be formed of at least one of a single quantum well structure, a multi quantum well structure (MQW), a quantum-wire structure, or a quantum dot structure.
  • MQW multi quantum well structure
  • quantum-wire structure a quantum-wire structure
  • quantum dot structure a quantum dot structure
  • the active layer 114 may include a well layer 114a / barrier layer 114b.
  • the active layer 114 is one or more pairs of GaInP / AlGaInP, GaP / AlGaP, InGaP / AlGaP, InGaN / GaN, InGaN / InGaN, GaN / AlGaN, InAlGaN / GaN, GaAs / AlGaAs, InGaAs / AlGaAs. It may be formed as a structure, but is not limited thereto.
  • the well layer 114a may be formed of a material having a lower band gap than the band gap of the barrier layer 114b.
  • the second conductivity type third semiconductor layer 116 may be formed of a semiconductor compound. It may be implemented as a compound semiconductor, such as Group 3-5, Group 2-6, and the second conductivity type dopant may be doped
  • the second conductivity type third semiconductor layer 116 may have In x Al y Ga 1-xy P (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1) or In x.
  • a semiconductor material having a compositional formula of Al y Ga 1-xy N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1) may be included.
  • the p-type dopant may include Mg, Zn, Ca, Sr, Ba, or the like.
  • the first conductive first semiconductor layer 112 may be an n-type semiconductor layer, and the second conductive third semiconductor layer 116 may be a p-type semiconductor layer, but is not limited thereto.
  • the first conductivity type first semiconductor layer 112 may be a p-type semiconductor layer, and the second conductivity type third semiconductor layer 116 may be an n-type semiconductor layer.
  • the light emitting structure 110 may be implemented as any one of an n-p junction structure, a p-n junction structure, an n-p-n junction structure, and a p-n-p junction structure.
  • a second conductive fourth semiconductor layer 124 and a second conductive fifth semiconductor layer 125 may be formed on the second conductive third semiconductor layer 116.
  • the second conductive third semiconductor layer 116 may include a p-type AlGaInP-based layer
  • the second conductive fourth semiconductor layer 124 may include a p-type GaInP-based layer
  • the conductive fifth semiconductor layer 125 may include a p-type GaP-based layer
  • the second conductive fourth semiconductor layer 124 may include a p-type Ga 0.7 In 0.3 P layer, but is not limited thereto.
  • the second conductive fourth semiconductor layer 124 including the material of the intermediate region of the second conductive third semiconductor layer 116 and the material of the second conductive fifth semiconductor layer 125 may be formed.
  • the embodiment forms a predetermined pattern R on the top surface of the second conductive fourth semiconductor layer 124 to form a contact area with the second conductive fifth semiconductor layer 125. It can be increased to minimize the tensile stress.
  • the structure disposed above the first conductive type first semiconductor layer 112 may be partially removed.
  • Such a process may be by wet etching or dry etching, but is not limited thereto.
  • the current blocking layer 130 may be formed at the position where the second electrode 152 is to be formed.
  • the current blocking layer 130 may include a non-conductive region, a first conductive ion implantation layer, a first conductive diffusion layer, an insulator, an amorphous region, and the like.
  • the transparent electrode layer 140 may be formed on the second conductive fifth semiconductor layer 125 on which the current blocking layer 130 is formed.
  • the light transmissive electrode layer 140 may include an ohmic layer, and may be formed by stacking a single metal or a metal alloy, a metal oxide, or the like in order to efficiently inject holes.
  • the transparent electrode layer 140 may be formed of an excellent material which is in electrical contact with the semiconductor.
  • the translucent electrode layer 140 may be formed of indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium zinc tin oxide (IZTO), indium aluminum zinc oxide (IAZO), indium gallium zinc oxide (IGZO), or IGTO.
  • the passivation layer 160 may be formed on the side of the light emitting structure 110 and a part of the transparent electrode layer 140 as an insulating layer.
  • the passivation layer 160 may expose a region where the first electrode 151 is to be formed.
  • a second electrode 152 is formed on the light transmissive electrode layer 140 so as to overlap the current blocking layer 130, and on the exposed first conductive type first semiconductor layer 112.
  • the red light emitting device according to the embodiment may be manufactured by forming the first electrode 151.
  • the first electrode 151 or the second electrode 152 is titanium (Ti), chromium (Cr), nickel (Ni), aluminum (Al), platinum (Pt), gold (Au), tungsten (W), It may be formed of at least one of molybdenum (Mo), but is not limited thereto.
  • a plurality of red light emitting devices may be arranged on a substrate in the form of a package, and a light guide plate, a prism sheet, a diffusion sheet, a fluorescent sheet, or the like, which is an optical member, may be disposed on a path of light emitted from the light emitting device package. .
  • 15 is a view illustrating a light emitting device package 200 in which a red light emitting device is installed, according to embodiments.
  • the light emitting device package 200 may include a package body 205, a third electrode layer 213 and a fourth electrode layer 214 installed on the package body 205, and the package body 205.
  • a molding member 230 provided at the red light emitting element 100 and electrically connected to the third electrode layer 213 and the fourth electrode layer 214 and the phosphor 232 to surround the light emitting element 100. ) May be included.
  • the third electrode layer 213 and the fourth electrode layer 214 are electrically separated from each other, and serve to provide power to the red light emitting device 100.
  • the third electrode layer 213 and the fourth electrode layer 214 may serve to increase light efficiency by reflecting light generated from the red light emitting device 100, and in the red light emitting device 100. It may also play a role in discharging the generated heat to the outside.
  • the red light emitting device 100 may be electrically connected to the third electrode layer 213 and / or the fourth electrode layer 214 by any one of a wire method, a flip chip method, and a die bonding method.
  • the red light emitting device may be applied to a backlight unit, a lighting unit, a display device, an indicator device, a lamp, a street light, a vehicle lighting device, a vehicle display device, a smart watch, etc., but is not limited thereto.
  • FIG. 16 is an exploded perspective view of a lighting system according to an embodiment.
  • the lighting apparatus may include a cover 2100, a light source module 2200, a heat radiator 2400, a power supply 2600, an inner case 2700, and a socket 2800.
  • 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 or a light emitting device package according to an embodiment.
  • 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 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 power supply unit 2600 may include a protrusion 2610, a guide unit 2630, a base 2650, and an extension unit 2670.
  • 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.

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Abstract

실시예는 적색 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다. 실시예에 따른 적색 발광소자는 제1 도전형 제1 반도체층(112); 상기 제1 도전형 제1 반도체층(112) 상에 활성층(114); 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 제3 반도체층(116); 상기 제2 도전형 제3 반도체층(116) 상에 제2 도전형 제4 반도체층(124); 및 상기 제2 도전형 제4 반도체층(124) 상에 제2 도전형 제5 반도체층(125);을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 제5 반도체층(125)은 GaP층(125a)/InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)(125b)의 초격자구조를 포함할 수 있다.

Description

적색 발광소자 및 조명장치
실시예는 적색 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting diode: LED)는 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드로서, 주기율표상에서 반도체화합물의 도펀트가 화합하여 생성될 수 있고, 반도체화합물의 조성비를 조절함으로써 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 자외선(UV) 발광소자, 또는 적색(RED) 발광소자 등 다향한 색상 구현이 가능하다.
예를 들어, 적색 발광소자로서 AlGaInP계 발광다이오드가 있으며, 이는 주입되는 전기에너지를 약 570nm 내지 약 630nm 범위 내의 파장을 가진 광으로 변환시킬 수 있다. 파장변화는 발광다이오드가 가지는 밴드 갭에너지 크기에 의해 좌우되는데, 밴드갭 크기는 Al과 Ga의 조성비를 변화시킴으로써 조절될 수 있고, Al의 조성비를 증가시킬수록 파장이 짧아질 수 있다.
한편, 최근 AlGaInP계 적색 LED는 High CRI(Color Rendering Index) 조명광원 또는 차량용 광원으로 적용영역이 확대되고 있으며, 이에 따른 시장 경쟁이 심화되고 있어, 높은 광 출력 확보 또는 전기적 신뢰성 확보가 중요한 이슈로 대두되고 있다.
실시예는 광 출력이 높은 적색 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
또한 실시예는 신뢰성이 높은 적색 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 적색 발광소자는 제1 도전형 제1 반도체층(112); 상기 제1 도전형 제1 반도체층(112) 상에 활성층(114); 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 제3 반도체층(116); 상기 제2 도전형 제3 반도체층(116) 상에 제2 도전형 제4 반도체층(124); 및 상기 제2 도전형 제4 반도체층(124) 상에 제2 도전형 제5 반도체층(125);을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 제5 반도체층(125)은 GaP층(125a)/InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)(125b)의 초격자구조를 포함할 수 있다.
또한 실시예에 따른 적색 발광소자는 n형 AlInGaP 계열의 제1 반도체층(112); 상기 n형 AlInGaP 계열의 제1 반도체층(112) 상에 활성층(114); 상기 활성층(114) 상에 p형 AlInGaP 계열의 제3 반도체층(116); 상기 p형 AlInGaP 계열의 제3 반도체층(116) 상에 p형 GaInP 계열층의 제4 반도체층(124); 및 상기 p형 GaInP 계열층의 제4 반도체층(124) 상에 p형 GaP 계열의 제5 반도체층(125);을 포함할 수 있다. 상기 p형 GaP 계열의 제5 반도체층(125)은 GaP층(125a)/InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)(125b)의 초격자구조를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 조명시스템은 상기 적색 발광소자를 구비하는 발광유닛을 포함할 수 있다.
실시예는 광출력이 높은 적색 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한 실시예는 신뢰성이 높은 적색 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 적색 발광소자의 단면도.
도 2는 제1 실시예에 따른 적색 발광소자의 부분 확대도.
도 3은 제1 실시예에 따른 적색 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램.
도 4는 제1 실시예에 따른 적색 발광소자의 광도 데이터.
도 5는 제2 실시예에 따른 적색 발광소자의 단면도.
도 6은 제2 실시예에 따른 적색 발광소자의 부분 확대도.
도 7a는 제2 실시예에 따른 적색 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램.
도 7b는 제2 실시예에 따른 적색 발광소자에서 제2 반도체층의 기능 모식도.
도 8은 제2 실시예에 따른 적색 발광소자의 광도 데이터.
도 9는 제3 실시예에 따른 적색 발광소자의 단면도.
도 10은 제3 실시예에 따른 적색 발광소자의 부분 확대도.
도 11 내지 도 14는 실시예에 따른 적색 발광소자의 제조방법의 공정단면도.
도 15는 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 16은 실시예에 따른 조명 장치의 단면도.
실시예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층, 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위"와 "아래"는 "직접" 또는 "다른 층을 개재하여" 형성되는 것을 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명하기로 한다.
(실시예)
도 1은 제1 실시예에 따른 적색 발광소자(101)의 단면도이다.
제1 실시예에 따른 적색 발광소자(101)는 제1 도전형 제1 반도체층(112)과, 상기 제1 도전형 제1 반도체층(112) 상에 활성층(114)과, 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 제3 반도체층(116)과, 상기 제2 도전형 제3 반도체층(116) 상에 제2 도전형 제4 반도체층(124) 및 상기 제2 도전형 제4 반도체층(124) 상에 제2 도전형 제5 반도체층(125)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 구성 중 미설명 부호는 하기 제조방법에서 설명하기로 한다.
종래 적색 발광소자 기술에 의하면, p형 GaP 윈도우층(Window Layer)의 Mg 확산(Diffusion) 현상이 발생하여 광도(Po)가 저하되는 문제가 있다. 이에 Mg 확산(Diffusion) 현상을 방지하여 광도를 향상시킬 수 있는 방안이 요구된다.
도 2는 제1 실시예에 따른 적색 발광소자(100)에서 A 영역(도 1 참조)의 확대도이며, 도 3은 제1 실시예에 따른 적색 발광소자(100)의 에너지 밴드 다이어그램이다.
도 2와 같이, 제1 실시예에서 상기 제2 도전형 제5 반도체층(125)은 GaP물질을 포함할 수 있고, 상기 제2 도전형 제5 반도체층(125)은 GaP층(125a)/InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)(125b)의 초격자구조를 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 제5 반도체층(125)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 제3 GaP층(125c)을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 도펀트는 p형 도전형 도펀트일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 도전형 제5 반도체층(125)에는 제1 농도의 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있으며, 상기 GaP층(125a)에는 상기 제1 농도보다 낮은 농도의 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)(125b)에는 제2 도전형 도펀트가 도핑되지 않을 수 있다.
예를 들어, 제2 도전형 제5 반도체층(125)에는 약 10X1018 농도의 Mg이 도핑될 수 있으며, GaP층(125a)에는 10X1017 농도의 Mg이 도핑될 수 있고, 상기 InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)(125b)에는 제2 도전형 도펀트가 도핑되지 않을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이에 따라 도 3과 같이, 상기 제2 도전형 제5 반도체층(125)은 GaP층(125a)/InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)(125b)의 초격자구조를 구비할 수 있고, InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)(125b)은 낮은 에너지 준위를 나타내며, GaP층(125a)은 InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)(125b) 보다는 높은 에너지 준위를 나타낼 수 있다.
도 4는 제1 실시예에 따른 적색 발광소자의 광도 데이터(E1)이다.
제1 실시예 적용시 비교예의 광도 데이터(R1)에 비해, 제1 실시예의 광도(Intensity)(E1)가 약 1.5% 이상 증가하는 효과가 있었다.
실시예에 의하면 제2 도전형 제5 반도체층(125)이 p형 GaP 윈도우층(Window Layer) 기능을 하며, Mg 모듈레이션 도핑된(Modulation-doped) GaP층(125a)/InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)(125b)의 초격자구조(Superlattice) 구조 적용 따른 Mg 트랩(Trap) 기능이 강화되어 발광소자 칩의 광도 및 신뢰성 증가될 수 있다.
도 5는 제2 실시예에 따른 적색 발광소자(102)의 단면도이며, 도 6은 제2 실시예에 따른 적색 발광소자의 B영역 확대도이다.
제2 실시예는 제1 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 도전형 제5 반도체층(125)은 GaP물질을 포함할 수 있고, 상기 제2 도전형 제5 반도체층(125)은 GaP층(125a)/InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1) (125b)의 초격자구조를 포함할 수 있다.
상기 제2 도전형 제5 반도체층(125)에는 제1 농도의 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있으며, 상기 GaP층(125a)에는 상기 제1 농도보다 낮은 농도의 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)(125b)에는 제2 도전형 도펀트가 도핑되지 않을 수 있다.
이하 제2 실시예의 주된 특징 위주로 설명하기로 한다.
종래 적색 발광소자는 LED 특성상 온도가 올라가면 동작전압은 떨어지는 경향이 있으나, 광도가 저하(Drop)되는 문제점이 있다.
적색 발광소자에서 온도(Temp) 증가에 따른 광도저하의 원인으로는, 도펀트(Dopant)들이 이온화되어 저항(resistance)이 떨어지는 반면, 활성층(Active layer) 영역에서 발광재결합률(Recombination Rate)이 떨어져 광도 저하 현상이 발생되는 것으로 분석되며, 홀(hole) 대비 전자(electron)의 이온화속도가 빨라 온도 상승에 따른 광도 저하가 더욱 가속되는 것으로 파악되고 있다.
이에 따라 제2 실시예는 상기 제1 도전형 제1 반도체층(112) 상에 제1 도전형 제2 반도체층(111)을 더 구비하여 상기 문제를 해결하고자 한다.
예를 들어, 도 6과 같이, 상기 제1 도전형 제1 반도체층(112)은 n형 AlInGaP 계열층을 포함할 수 있고, 상기 제1 도전형 제2 반도체층(111)은 AlInP 계열층(111b)/AlInGaP 계열층(111a)의 초격자구조를 포함할 수 있다. 상기 활성층(114)은 우물층(114a)/장벽층(114b) 구조를 포함할 수 있다.
상기 AlInP 계열층(111b)/AlInGaP 계열층(111a)의 초격자구조는 10페어 내지 14페어로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 10페어 미만시 광도향상에 기여도가 미비할 수 있으며, 14페어 초과시 전자이동도가 과도하게 저하되어 오히려 광도에 부정적 영향을 미칠 수 있다.
도 7a는 제2 실시예에 따른 적색 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램이며, 도 7b는 제2 실시예에 따른 적색 발광소자에서 제2 반도체층(111)의 기능 모식도이다. 도 7a와 같이, 제2 실시예는 상기 활성층(114) 하측에 제1 도전형 제2 반도체층(111)을 구비하며, 제2 반도체층(111)에서 전자가 냉각되어 활성층(114)에 더 많은 발광재결합(Radiation Recombination)이 발생될 수 있다.
도 8은 제2 실시예에 따른 적색 발광소자의 광도 데이터이다.
제2 실시예 적용시, 비교예의 광도 데이터(R2)에 비해, 제2 실시예의 광도(Intensity)(E2)가 약 1.2% 이상 증가하였다.
제2 실시예에 의하면, AlInP 계열층(111b)은 약 2.6eV의 Eg을 갖으며, AlInGaP 계열층(111a)이 예를 들어 Al0.6Ga0.4InP인 경우, Eg가 약 2.25eV로 Eg가 줄어 들며, 전자가 이온화되었을 때 초격자 구조에서 Eg가 작은 AlInGaP 계열층(111a) 영역에서 전자가 냉각되어 활성층(114)에 더 많은 발광재결합(Radiation Recombination)이 발생될 수 있어, 온도(Temp) 증가 시 광도 저하를 최소화 하는데 기여 할 수 있다.
도 9는 제3 실시예에 따른 적색 발광소자(103)의 단면도이며, 도 10은 제3 실시예에 따른 적색 발광소자의 C영역 확대도이다.
제3 실시예에 따른 적색 발광소자(103)는 n형 AlInGaP 계열의 제1 반도체층(112)과, 상기 n형 AlInGaP 계열의 제1 반도체층(112) 상에 활성층(114)과, 상기 활성층(114) 상에 p형 AlInGaP 계열의 제3 반도체층(116)과, 상기 p형 AlInGaP 계열의 제3 반도체층(116) 상에 p형 GaInP 계열층의 제4 반도체층(124) 및 상기 p형 GaInP 계열층의 제4 반도체층(124) 상에 p형 GaP 계열의 제5 반도체층(125)을 포함할 수 있다.
제3 실시예는 제1 실시예 또는 제2 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있다.
예를 들어, 상기 p형 GaP 계열의 제5 반도체층(125)은 GaP층(125a)/InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)(125b)의 초격자구조를 포함할 수 있다.
상기 p형 GaP 계열의 제5 반도체층(125)에 p형 도펀트가 제1 농도로 도핑되어 있으며, 상기 GaP층(125a)에는 상기 제1 농도보다 낮은 농도의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)(125b)에는 p형 도펀트가 도핑되지 않을 수 있다.
또한, 상기 n형 AlInGaP 계열의 제1 반도체층(112) 상에 n형 제2 반도체층(111)이 더 형성될 수 있다. 상기 n형 제2 반도체층(111)은 AlInP 계열층(111b)/AlInGaP 계열층(111a)의 초격자구조를 포함할 수 있다.
이하 제3 실시예의 주된 특징 위주로 설명하기로 한다.
종래기술에 의하면, GaP 윈도우층은 p형 클래드층과의 격자상수 차이에 의해 약 3% 정도의 인장응력(tensile strain)을 받게 되며, 이러한 인장응력은 내부 결함(Defect) 또는 전위(Dislocation)를 발생시켜 신뢰성 또는 전류확산(Current Spreading)에 불리하게 작용하게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 제3 실시예는 제3 반도체층(116)과 제5 반도체층(125) 사이에 제4 반도체층(124)을 구비할 수 있다. 상기 제3 반도체층(116)은 p형 AlInGaP 계열층을 포함할 수 있고, 상기 제4 반도체층(124)은 p형 GaInP 계열층을 포함할 수 있으며, 제5 반도체층(125)은 p형 GaP 계열층을 포함할 수 있다.
상기 제4 반도체층(124)은 p형 Ga0.7In0.3P층을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면 상기 제3 반도체층(116)과 상기 제5 반도체층(125)의 물질의 중간영역의 물질을 포함한 제4 반도체층(124)을 구비함으로써 제5 반도체층(125)에서의 응력을 약 1.5% 미만으로 줄여서 신뢰성을 향상시키고 광도를 향상시킬 수 있다.
또한 제3 실시예는 제4 반도체층(124) 상면에 소정의 패턴(R)을 형성하여 제5 반도체층(125)과의 접촉면적을 증가시켜 인장응력을 최소화할 수 있다.
이하, 도 11 내지 도 14를 참조하여 실시예에 따른 적색 발광소자의 제조방법을 설명하기로 한다. 제조방법 설명에서 제1 실시예의 도면을 기준으로 설명하나 필요시 제2 실시예 또는 제3 실시예의 특징도 설명하기로 한다.
먼저, 도 11과 같이 기판(105)을 준비한다. 상기 기판(105)은 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일수 있다. 예를 들어, 상기 기판(105)은 GaAs, 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, 및 Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 기판(105) 위에는 요철 구조(P)가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 기판(105)에 대해 습식세척을 하여 표면의 불순물을 제거할 수 있다.
상기 기판(105) 위에는 버퍼층(113)이 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(113)은 상기 발광구조물(110)의 재료와 기판(105)의 격자 부정합을 완화시켜 줄 수 있으며, 버퍼층(113)의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(113) 위에는 언도프드(undoped) 반도체층(미도시)이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
이후, 상기 기판(105) 또는 상기 버퍼층(113) 상에 제1 도전형 제1 반도체층(112), 활성층(114) 및 제2 도전형 제3 반도체층(116)을 포함하는 발광구조물(110)이 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형 제1 반도체층(112)은 반도체 화합물, 예를 들어 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 제1 도전형 제1 반도체층(112)이 n형 반도체층인 경우, n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 도전형 제1 반도체층(112)은 InxAlyGa1-x-yP (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1) 또는 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형 제1 반도체층(112)은 AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형 제1 반도체층(112)은 화학증착방법(CVD) 혹은 분자선 에피택시 (MBE) 혹은 스퍼터링 혹은 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 등의 방법을 사용하여 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 5 및 도 6과 같이, 상기 제1 도전형 제1 반도체층(112)과 상기 활성층(114) 사이에 제1 도전형 제2 반도체층(111)이 더 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 도전형 제1 반도체층(112)은 n형 AlInGaP 계열층을 포함할 수 있고, 상기 제1 도전형 제2 반도체층(111)은 AlInP 계열층(111b)/AlInGaP 계열층(111a)의 초격자구조를 포함할 수 있다.
상기 AlInP 계열층(111b)/AlInGaP 계열층(111a)의 초격자구조는 10페어 내지 14페어로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 10페어 미만시 광도향상에 기여도가 미비할 수 있으며, 14페어 초과시 전자이동도가 과도하게 저하되어 오히려 광도에 부정적 영향을 미칠 수 있다.
실시예에 의하면, 전자가 이온화되었을 때 AlInP 계열층(111b)/AlInGaP 계열층(111a)의 초격자 구조에서 전자가 냉각되어 활성층(114)에 더 많은 발광재결합이 발생될 수 있어, 광도 저하를 방지하여 광도를 향상시킬 수 있다.
다음으로, 제1 도전형 제1 반도체층(112) 또는 제1 도전형 제2 반도체층(111) 상에 활성층(114)이 형성된다.
상기 활성층(114)은 제1 도전형 제1 반도체층(112)을 통해서 주입되는 전자와 이후 형성되는 제2 도전형 제3 반도체층(116)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(발광층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(114)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 활성층(114)은 우물층(114a)/장벽층(114b) 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(114)은 GaInP/AlGaInP, GaP/AlGaP, InGaP/AlGaP, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs/AlGaAs, InGaAs/AlGaAs 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 우물층(114a)은 상기 장벽층(114b)의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 제2 도전형 제3 반도체층(116)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다
예를 들어, 상기 제2 도전형 제3 반도체층(116)은 InxAlyGa1-x-yP (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1) 또는 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 제3 반도체층(116)이 p형 반도체층인 경우, p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
실시예에서 상기 제1 도전형 제1 반도체층(112)은 n형 반도체층, 상기 제2 도전형 제3 반도체층(116)은 p형 반도체층으로 구현할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 실시예에서 상기 제1 도전형 제1 반도체층(112)은 p형 반도체층, 상기 제2 도전형 제3 반도체층(116)은 n형 반도체층으로 구현될 수도 있다.
또한 상기 제2 도전형 제3 반도체층(116) 위에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체 예컨대 n형 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다. 이에 따라 발광구조물(110)은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현될 수 있다.
다음으로, 제2 도전형 제3 반도체층(116) 상에 제2 도전형 제4 반도체층(124), 제2 도전형 제5 반도체층(125)이 형성될 수 있다.
상기 제2 도전형 제3 반도체층(116)은 p형 AlGaInP 계열층을 포함할 수 있고, 상기 제2 도전형 제4 반도체층(124)은 p형 GaInP 계열층을 포함할 수 있으며, 제2 도전형 제5 반도체층(125)은 p형 GaP 계열층을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 제4 반도체층(124)은 p형 Ga0.7In0.3P층을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면 상기 제2 도전형 제3 반도체층(116)과 상기 제2 도전형 제5 반도체층(125)의 물질의 중간영역의 물질을 포함한 제2 도전형 제4 반도체층(124)을 구비함으로써 제2 도전형 제5 반도체층(125)에서의 응력을 약 1.5% 미만으로 줄여서 신뢰성을 향상시키고 광도를 향상시킬 수 있다.
또한 도 9 또는 도 10과 같이, 실시예는 제2 도전형 제4 반도체층(124) 상면에 소정의 패턴(R)을 형성하여 제2 도전형 제5 반도체층(125)과의 접촉면적을 증가시켜 인장응력을 최소화할 수 있다.
다음으로 도 12와 같이, 제1 도전형 제1 반도체층(112)이 일부 노출되도록 그 상측에 배치된 구성을 일부 제거할 수 있다. 이러한 공정은 습식식각 또는 건식식각에 의할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로 도 13과 같이, 제2 전극(152)이 형성될 위치에 전류차단층(130)이 형성될 수 있다. 상기 전류차단층(130)은 비도전형 영역, 제1 도전형 이온주입층, 제1 도전형 확산층, 절연물, 비정질 영역 등을 포함하여 형성할 수 있다.
다음으로, 전류차단층(130)이 형성된 제2 도전형 제5 반도체층(125) 상에 투광성 전극층(140)이 형성될 수 있다. 상기 투광성 전극층(140)은 오믹층을 포함할 수 있으며, 정공주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 혹은 금속합금, 금속산화물 등을 다중으로 적층하여 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 투광성 전극층(140)은 반도체와 전기적인 접촉인 우수한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 투광성 전극층(140)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
이후, 발광구조물(110) 측면 및 투광성 전극층(140)의 일부에 절연층 등으로 패시베이션층(160)이 형성될 수 있다. 상기 패시베이션층(160)은 제1 전극(151)이 형성될 영역은 노출할 수 있다.
다음으로, 도 14와 같이 상기 전류차단층(130)과 중첩되도록 상기 투광성 전극층(140) 상에 제2 전극(152)을 형성하고, 노출된 제1 도전형 제1 반도체층(112) 상에 제1 전극(151)을 형성하여 실시예에 따른 적색 발광소자를 제조할 수 있다. 상기 제1 전극(151) 또는 제2 전극(152)은 티탄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 중 적어도 어느 하나로 형성될 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 따른 적색 발광소자는 패키지 형태로 복수개가 기판 상에 어레이될 수 있으며, 발광소자 패키지에서 방출되는 광의 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다.
도 15는 실시예들에 따른 적색 발광소자가 설치된 발광소자 패키지(200)를 설명하는 도면이다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지(200)는 패키지 몸체부(205)와, 상기 패키지 몸체부(205)에 설치된 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과, 상기 패키지 몸체부(205)에 설치되어 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과 전기적으로 연결되는 적색 발광소자(100)와, 형광체(232)를 구비하여 상기 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(230)를 포함할 수 있다.
상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 적색 발광소자(100)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)은 상기 적색 발광소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 역할을 할 수 있으며, 상기 적색 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 적색 발광 소자(100)는 상기 제3 전극층(213) 및/또는 제4 전극층(214)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.
실시예에 따른 적색 발광소자는 백라이트 유닛, 조명 유닛, 디스플레이 장치, 지시 장치, 램프, 가로등, 차량용 조명장치, 차량용 표시장치, 스마트 시계 등에 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 16은 실시예에 따른 조명시스템의 분해 사시도이다.
실시예에 따른 조명 장치는 커버(2100), 광원 모듈(2200), 방열체(2400), 전원 제공부(2600), 내부 케이스(2700), 소켓(2800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(2300)와 홀더(2500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)은 실시 예에 따른 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
상기 광원 모듈(2200)은 광원부(2210), 연결 플레이트(2230), 커넥터(2250)를 포함할 수 있다. 상기 부재(2300)는 상기 방열체(2400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 광원부(2210)들과 커넥터(2250)이 삽입되는 가이드홈(2310)들을 갖는다.
상기 홀더(2500)는 내부 케이스(2700)의 절연부(2710)의 수납홈(2719)를 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(2700)의 상기 절연부(2710)에 수납되는 상기 전원 제공부(2600)는 밀폐된다. 상기 홀더(2500)는 가이드 돌출부(2510)를 갖는다.
상기 전원 제공부(2600)는 돌출부(2610), 가이드부(2630), 베이스(2650), 연장부(2670)를 포함할 수 있다. 상기 내부 케이스(2700)는 내부에 상기 전원 제공부(2600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(2600)가 상기 내부 케이스(2700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 제1 도전형 제1 반도체층;
    상기 제1 도전형 제1 반도체층 상에 활성층;
    상기 활성층 상에 제2 도전형 제3 반도체층;
    상기 제2 도전형 제3 반도체층 상에 제2 도전형 제4 반도체층; 및
    상기 제2 도전형 제4 반도체층 상에 제2 도전형 제5 반도체층;을 포함하고,
    상기 제2 도전형 제5 반도체층은
    GaP층/InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)의 초격자구조를 포함하는 적색 발광소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 제5 반도체층에 제2 도전형 도펀트가 제1 농도로 도핑되어 있으며,
    상기 GaP층에는 상기 제1 농도보다 낮은 농도의 제2 도전형 도펀트가 도핑된 적색 발광소자.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)에는 제2 도전형 도펀트가 도핑되지 않은 적색 발광소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 제1 반도체층 상에 제1 도전형 제2 반도체층을 더 포함하는 적색 발광소자.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 제2 반도체층은
    AlInP 계열층/AlInGaP 계열층의 초격자구조를 포함하는 적색 발광소자.
  6. n형 AlInGaP 계열의 제1 반도체층;
    상기 n형 AlInGaP 계열의 제1 반도체층 상에 활성층;
    상기 활성층 상에 p형 AlInGaP 계열의 제3 반도체층;
    상기 p형 AlInGaP 계열의 제3 반도체층 상에 p형 GaInP 계열층의 제4 반도체층; 및
    상기 p형 GaInP 계열층의 제4 반도체층 상에 p형 GaP 계열의 제5 반도체층;을 포함하고,
    상기 p형 GaP 계열의 제5 반도체층은 GaP층/InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)의 초격자구조를 포함하는 적색 발광소자.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 p형 GaInP 계열층의 제4 반도체층에 패턴을 구비하는 적색 발광소자.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 p형 GaP 계열의 제5 반도체층에 p형 도펀트가 제1 농도로 도핑되어 있으며,
    상기 GaP층에는 상기 제1 농도보다 낮은 농도의 p형 도펀트가 도핑된 적색 발광소자.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 InxGa1-xP층에는 p형 도펀트가 도핑되지 않은 적색 발광소자.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 n형 AlInGaP 계열의 제1 반도체층 상에 n형 제2 반도체층을 더 포함하는 적색 발광소자.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 n형 제2 반도체층은
    AlInP 계열층/AlInGaP 계열층의 초격자구조를 포함하는 적색 발광소자.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 하나의 적색 발광소자를 구비하는 발광유닛을 포함하는 조명시스템.
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