WO2017111372A1 - 발광소자 - Google Patents

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박덕현
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엘지이노텍(주)
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Definitions

  • the embodiment relates to a light emitting device, and more particularly, to a light emitting device that emits light in a specific direction.
  • Group 3-5 compound semiconductors such as GaN and AlGaN, are widely used for optoelectronics and electronic devices due to many advantages, such as having a wide and easy to adjust band gap energy.
  • light emitting devices such as light emitting diodes or laser diodes using semiconductors of Group 3-5 or 2-6 compound semiconductor materials of semiconductors have been developed through the development of thin film growth technology and device materials such as red, green, blue and ultraviolet light.
  • Various colors can be realized, and efficient white light can be realized by using fluorescent materials or combining colors.
  • Low power consumption, semi-permanent life, fast response speed, safety and environment compared to conventional light sources such as fluorescent and incandescent lamps can be realized. Has the advantage of affinity.
  • a white light emitting device that can replace a fluorescent light bulb or an incandescent bulb that replaces a Cold Cathode Fluorescence Lamp (CCFL) constituting a backlight of a transmission module of an optical communication means and a liquid crystal display (LCD) display device.
  • CCFL Cold Cathode Fluorescence Lamp
  • LCD liquid crystal display
  • FIG 1 and 2 are views illustrating a conventional light emitting device and a light emitting device package.
  • a light emitting structure 120 including a first conductive semiconductor layer 122, an active layer 124, and a second conductive semiconductor layer 126 is disposed on a substrate 110.
  • the first electrode 162 and the second electrode 166 are disposed on the first conductive semiconductor layer 122 and the second conductive semiconductor layer 126, respectively.
  • the light emitting device 100 has an energy band inherent to a material in which electrons injected through the first conductive semiconductor layer 122 and holes injected through the second conductive semiconductor layer 126 meet each other to form the active layer 124. It emits light with energy determined by it. In this case, the light emitted from the active layer 124 may also be emitted to the top, bottom or side of the light emitting device 100.
  • the light emitting device package 200 of FIG. 2 includes a body 210 in which a cavity is formed, a first lead frame 221 and a second lead frame 222 installed on the body 210, and a body 210.
  • a light emitting element 100 disposed on a bottom surface of the cavity of the cavity and electrically connected to the first lead frame 221 and the second lead frame 222 through wires 232 and 236, and a molding part formed in the cavity ( 250).
  • the light emitting device package 200 of FIG. 2 since the cavity is formed in the body 210 and the light emitted from the light emitting device 100 is reflected from the bottom surface or the sidewall of the cavity, the light emitting device package 200 emits the light from the light emitting device 100.
  • the direction angle of the light can be adjusted.
  • the structure of the cavity has a limitation in controlling the path of light emitted from the light emitting device.
  • the embodiment attempts to advance the light emitted from the light emitting device in a specific direction and to reduce the volume of the light source.
  • Embodiments include a light emitting structure including a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer; A first ohmic layer disposed on the first conductive semiconductor layer and having an opening formed in a first region; A first electrode disposed on a second region on the first ohmic layer; And a second electrode disposed on the second conductive semiconductor layer.
  • the light emitting device may further include a reflective layer disposed between the second conductive semiconductor layer and the second electrode.
  • the light emitting device may further include a second ohmic layer disposed between the second conductive semiconductor layer and the reflective layer.
  • the light emitting device may further include a light transmissive insulating layer disposed on the second ohmic layer and patterned, and disposed between the second conductive semiconductor layer and the reflective layer.
  • the second ohmic layer may be disposed in a third region corresponding to the opening and a fourth region of an edge of the light emitting structure.
  • the transmissive insulating layer may be disposed in an entire region between the third region and the fourth region between the second conductivity type semiconductor layer and the reflective layer.
  • the sum of the cross-sectional areas in the transverse direction of the second ohmic layer may be 3% to 4% of the cross-sectional area in the transverse direction of the active layer.
  • the second ohmic layer may include a plurality of cells, and the horizontal size of each cell may be 5 micrometers to 15 micrometers.
  • the first conductive semiconductor layer may be doped with an n-type dopant, made of Al x Ga (1-x) As, and may be 0.2 ⁇ x ⁇ 0.5.
  • the second conductivity-type semiconductor layer may be doped with a p-type dopant, made of Al x Ga (1-x) As, and may be 0.2 ⁇ x ⁇ 0.5.
  • the first conductive semiconductor layer may be made of AlGa doped with an n-type dopant, and may include a first layer and a second layer, and an Al composition ratio of the second layer may be greater than an Al composition ratio of the first layer.
  • the thickness of the first layer may be 8 to 9 times the thickness of the second layer.
  • the second conductive semiconductor layer may be made of AlGa doped with a p-type dopant, and may include a first layer and a second layer, and an Al composition ratio of the second layer may be smaller than an Al composition ratio of the first layer.
  • the thickness of the second layer may be about four times that of the first layer.
  • Another embodiment includes a light emitting structure including a first conductive semiconductor layer, an active layer and a second conductive semiconductor layer; A first ohmic layer disposed on the first conductive semiconductor layer and having an opening formed in a first region; Provided is a light emitting device including a second ohmic layer and a light transmissive insulating layer selectively disposed on the second conductive semiconductor layer.
  • a first electrode disposed in a second region on the first conductive semiconductor layer, wherein the second ohmic layer and the light transmissive insulating layer are selectively disposed in the third region facing the first region. Only the translucent insulating layer may be disposed in the fourth region facing the second region.
  • a first electrode disposed in a second region on the first conductive semiconductor layer, wherein only the light-transmissive insulating layer is disposed in the third region facing the first region and the fourth region facing the second region.
  • the second ohmic layer and the transparent insulating layer may be selectively disposed between the third region and the fourth region.
  • the width of the second ohmic layer and the light transmissive insulating layer may be the largest in the third region facing the first region.
  • the second ohmic layer may include a plurality of cells, and each cell may have a size of 5 micrometers to 15 micrometers.
  • Another embodiment is a body; A first electrode layer and a second electrode layer disposed on the body; A light emitting structure disposed on the first electrode layer, a light emitting structure including a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer; and an opening formed in the first region.
  • a light emitting device including a first ohmic layer, a first electrode disposed on a second region on the first ohmic layer, and a second electrode disposed on the second conductive semiconductor layer; And a protective layer disposed to surround a portion of the light emitting device, wherein the protective layer is opened in a region corresponding to the first electrode, and the first electrode and the second conductive layer are connected by a wire.
  • the light emitting device emits light only in a predetermined region and / or direction through the opening on the first ohmic layer, thereby adjusting the directing angle of the emitted light without having a cavity in the body of the package.
  • FIG. 1 and 2 are views showing a conventional light emitting device and a light emitting device package
  • FIG. 3 is a view showing a first embodiment of a light emitting device
  • FIG. 4 is a top view of FIG. 3;
  • 5A to 5D are cross-sectional views of second to fifth embodiments of light emitting devices.
  • FIGS. 5A-5D are top views of each of FIGS. 5A-5D.
  • FIG. 7 illustrates a driving voltage of a light emitting device according to the amount of aluminum (Al) in the first conductive semiconductor layer or the second conductive semiconductor layer.
  • FIG. 8 is a view illustrating a light emitting device package in which a light emitting device is disposed
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a mobile device in which a light emitting device is disposed.
  • the above (on) or below (on) or under) when described as being formed on the "on or under” of each element, the above (on) or below (on) or under) includes both two elements being directly contacted with each other or one or more other elements are formed indirectly between the two elements.
  • the above (on) or below when expressed as “on” or “under”, it may include the meaning of the downward direction as well as the upward direction based on one element.
  • FIG 3 is a view showing a first embodiment of a light emitting device.
  • the light emitting device 300 includes a light emitting structure 220 including a first conductive semiconductor layer 322, an active layer 324, and a second conductive semiconductor layer 326, and a light emitting structure 320.
  • the first ohmic layer 332 on the upper side, the first electrode 362 on the first ohmic layer 332, the second ohmic layer 336 on the lower portion of the light emitting structure 320, and the transparent insulating layer 340
  • the reflective layer 350 may be disposed under the second ohmic layer 336 and the transparent insulating layer 340, and the substrate 360 under the reflective layer 350 may be formed.
  • the first conductive semiconductor layer 322 may be formed of a compound semiconductor such as a group III-V group or a group II-VI, and may be doped with the first conductive dopant.
  • the first conductive semiconductor layer 322 is a semiconductor material having Al x In y Ga (1-xy) N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1), and AlGaN.
  • GaN, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP may be formed of any one or more.
  • the first conductivity type semiconductor layer 322 may be Al x Ga (1-x) As doped with an n-type dopant, where 0.2 ⁇ x ⁇ 0.5, and in detail, an n-type dopant is doped.
  • the two layers of Al x Ga (1-x) As may be alternately arranged.
  • the first layer constituting the first conductive semiconductor layer 322 is Al 0 doped with n-type dopant . 2 Ga
  • the second layer is Al 0 doped with n-type dopant . It may consist of 3 Ga.
  • the thickness of the second layer is about 400 nanometers, and the thickness of the first layer may be 8 to 9 times the thickness of the second layer.
  • the first conductivity type dopant may include an n type dopant such as Si, Ge, Sn, Se, Te, or the like.
  • the dopant may be included in the first conductivity type semiconductor layer 322 at about 10 17 scales per square centimeter (cm 3 ).
  • the active layer 324 may include any one of a single well structure, a multi well structure, a single quantum well structure, a multi quantum well (MQW) structure, a quantum dot structure, or a quantum line structure, and may have a red or infrared wavelength region. And light in the blue wavelength region.
  • a single well structure a multi well structure, a single quantum well structure, a multi quantum well (MQW) structure, a quantum dot structure, or a quantum line structure, and may have a red or infrared wavelength region. And light in the blue wavelength region.
  • MQW multi quantum well
  • the active layer 324 is formed of a well layer and a barrier layer, for example, AlGaN / AlGaN, InGaN / GaN, InGaN / InGaN, AlGaN / GaN, InAlGaN / GaN, GaAs (InGaAs) using a compound semiconductor material of group III-V elements.
  • a barrier layer for example, AlGaN / AlGaN, InGaN / GaN, InGaN / InGaN, AlGaN / GaN, InAlGaN / GaN, GaAs (InGaAs) using a compound semiconductor material of group III-V elements.
  • / AlGaAs, GaP (InGaP) / AlGaP may be formed of any one or more pair structure, but is not limited thereto.
  • the well layer may be formed of a material having an energy band gap smaller than the energy band gap of the barrier layer.
  • the second conductivity type semiconductor layer 326 may be formed of a semiconductor compound.
  • the second conductive semiconductor layer 326 may be implemented with compound semiconductors such as group III-V and group II-VI, and may be doped with the second conductive dopant.
  • the second conductivity-type semiconductor layer 326 is, for example, a semiconductor material having a compositional formula of In x Al y Ga 1- xy N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1), AlGaN , GaN AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP may be formed of any one or more.
  • the second conductivity-type semiconductor layer 326 may be Al x Ga (1-x) As doped with a p-type dopant, where 0.2 ⁇ x ⁇ 0.5 and in detail, the p-type dopant is doped.
  • the two layers of Al x Ga (1-x) As may be alternately arranged.
  • the first layer constituting the second conductivity-type semiconductor layer 326 is Al 0 doped with a p-type dopant . 33 Ga, and the second layer is Al 0 doped with a p-type dopant . It may consist of 2 Ga.
  • the thickness of the first layer may be about 400 nanometers, and the thickness of the second layer may be about four times the thickness of the first layer.
  • the second conductive dopant may be a p-type dopant such as Mg, Zn, Ca, Sr, or Ba.
  • the dopant may be included in the second conductive semiconductor layer 326 at 10 18 scale or more per square centimeter (cm 3 ).
  • the first ohmic layer 332 is disposed on the first conductivity type semiconductor layer 322, and the first region A on the first conductivity type semiconductor layer 322 is the first ohmic layer.
  • An open region may be formed by opening the mix layer 332 without being disposed, and exposing the first conductive semiconductor layer 322 through the opening. In this case, irregularities are formed on the surface of the first conductivity-type semiconductor layer 322 exposed through the opening, so that light extraction efficiency of the light emitting device 300 may be improved.
  • the first ohmic layer 332 may include gold (Au), germanium (Ge), and the like, and the second ohmic layer 336 may include gold (Au), zinc (Zn), or beryllium (Be). can do.
  • the first electrode 362 may be disposed on the first ohmic layer 332 disposed in the second region B on the first conductive semiconductor layer 322.
  • the reflective layer 350 may be disposed under the second conductive semiconductor layer 326.
  • the reflective layer 350 may be made of a material having excellent reflectance, and may be made of, for example, a conductive material, and specifically, tungsten (W), titanium (Ti), molybdenum (Mo), aluminum (Al), and silver (Ag). ), Nickel (Ni), platinum (Pt), rhodium (Rh), or a metal layer containing Al, Ag, or an alloy containing Pt or Rh.
  • Aluminum, silver, and the like can effectively reflect the light traveling in the lower direction of FIG. 3 in the active layer 324 to greatly improve the light extraction efficiency of the light emitting device.
  • a second ohmic layer 336 and a light transmissive insulating layer 340 may be disposed between the second conductive semiconductor layer 326 and the reflective layer 350, and the second ohmic layer 336 and the light transmissive insulating layer ( 340 may be selectively patterned and disposed as shown.
  • the second ohmic layer 336 may electrically connect the second conductivity-type semiconductor layer 326 and the lower substrate 360, and the transparent insulating layer 340 transmits light reflected from the reflective layer 350 to FIG. 3. It can pass in the upper direction of.
  • the transparent insulating layer 340 may be formed of an insulating material, the insulating material is non-conductive and can be made to an adult oxide or nitride, for example silicon oxide (SiO 2) layer, may be formed of a nitride oxide layer, aluminum oxide layer .
  • SiO 2 silicon oxide
  • the substrate 360 may be disposed below the reflective layer 350.
  • the substrate 360 may be fixed to the reflective layer 350 through the conductive bonding layer 355, and may serve as a second electrode.
  • the bonding layer 355 is made of, for example, gold (Au), tin (Sn), indium (In), aluminum (Al), silicon (Si), silver (Ag), nickel (Ni), and copper (Cu). It may be formed of a material selected from the group consisting of or alloys thereof.
  • the substrate 360 may be made of a conductive material, and for example, may be formed of a metal or a semiconductor material.
  • the material of the substrate 360 may be a metal having excellent electrical conductivity or thermal conductivity, and may be formed of a material having high thermal conductivity because it must be able to sufficiently dissipate heat generated when the light emitting device is operated.
  • it may be made of a material selected from the group consisting of silicon (Si), molybdenum (Mo), silicon (Si), tungsten (W), copper (Cu) and aluminum (Al) or alloys thereof.
  • gold (Au), copper alloy (Cu Alloy), nickel (Ni), copper-tungsten (Cu-W), carrier wafers e.g. GaN, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiGe, SiC, SiGe, Ga) 2 O 3, etc.
  • carrier wafers e.g. GaN, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiGe, SiC, SiGe
  • the substrate 360 may have a mechanical strength that is sufficient to separate it into separate chips through a scribing process and a breaking process without causing warpage of the entire light emitting structure 320.
  • the light emitted from the active layer 324 may proceed through the opening of the first ohmic layer 332 to emit light only in a predetermined region.
  • FIG. 4 is a top view of the light emitting device of FIG. 3.
  • the first conductivity-type semiconductor layer 322 is exposed through the opening at the upper surface of the light emitting device 300, and the opening size R may be 80 to 160 micrometers.
  • the shape of the opening may have a shape other than a circle and a polygon.
  • the size R of the opening may vary depending on the size of the light emitting device 300.
  • the horizontal length W1 of the substrate 360 may be 320 micrometers with a tolerance of ⁇ 25 micrometers, and the longitudinal length W2 may be 220 micrometers with a tolerance of ⁇ 25 micrometers. .
  • the height of the light emitting device is about 175 micrometers but may have a tolerance.
  • FIGS. 5A to 5D are cross-sectional views of second to fifth embodiments of the light emitting device, and FIGS. 6A to 6D are top views of FIGS. 5A to 5D, respectively.
  • the light emitting devices 400a to 400d illustrated in FIGS. 5A to 5D are similar to those of FIG. 3, but the arrangement of the second ohmic layer 436 and the light-transmitting insulating layer 440 is different.
  • the second ohmic layer 436 and the transparent insulating layer 440 are disposed between the second conductive semiconductor layer 426 and the reflective layer 450, and the first region ( The second ohmic layer 436 and the translucent insulating layer 440 are patterned and selectively disposed in the third region C corresponding to the opening of A) in the vertical direction.
  • a second ohmic layer 436 and a light transmissive insulating layer 440 are selectively disposed in the third region C, and only a light transmissive insulating layer 440 is disposed in the fourth region facing the second region. It is deployed.
  • the second ohmic layer 436 is patterned and disposed in the fifth region D at the edge, and only the light-transmitting insulating layer 440 is disposed in the region between the third region C and the fifth region D. FIG. It is deployed.
  • the second ohmic layer 436 and the light transmissive insulating layer 440 are disposed between the second conductive semiconductor layer 426 and the reflective layer 450, and the first region A is formed. Only the transmissive insulating layer 440 is disposed in the third region C corresponding to the opening in the vertical direction and the fourth region corresponding to the second in the vertical direction.
  • the second ohmic layer 436 and the transparent insulating layer 440 are patterned and disposed between the third region C and the fourth region.
  • the second ohmic layer 436 and the translucent insulating layer 440 are also patterned and disposed in the circumferential region of the third region C of the edge and the fifth region D of the edge.
  • the fourth embodiment of the light emitting device according to FIGS. 5C and 6C is similar to the second embodiment of the light emitting device according to FIGS. 5A and 6A, but the first electrode 462 is connected to the first conductive semiconductor layer 422. There is a difference between direct contact. That is, the first ohmic layer 432 is not disposed on the second region B on the first conductivity type semiconductor layer 422, and the first electrode 462 is disposed.
  • the fifth embodiment of the light emitting device according to FIGS. 5D and 6D is similar to the second embodiment of the light emitting device according to FIGS. 5A and 6A, but the second ohmic layer 436 and the light transmitting property in the third region C are illustrated. There is a greater difference in width to size of the insulating layer 440. That is, the size of the second ohmic layer 436 disposed on the third region C corresponding to the opening may be larger than the size of the second ohmic layer 436 disposed on the fifth region D of the edge of the light emitting structure. Larger in size For example, the second ohmic layer 436 disposed on the third region C may not have a dot shape but may have a line shape or a shape of a part of an arc.
  • the second ohmic layer 436 is composed of a plurality of cells, each cell having a size of 5 micrometers to 15 micrometers.
  • 'size' means the diameter of each cell or the length of one side.
  • the size of each cell described above is smaller than 5 micrometers, the amount of current supplied from the second electrode direction to the second conductive semiconductor layer 426 may be reduced, so that the driving voltage of the light emitting device may increase.
  • the size of each cell described above is larger than 15 micrometers, the amount of light reflected by the reflective layer 450 is blocked in the cells forming the second ohmic layer 436, thereby increasing light loss inside the light emitting device. This can happen.
  • the sum of the cross-sectional areas in the horizontal direction may be 3% to 4% of the cross-sectional area in the horizontal direction of the active layer 424. If the sum of the aforementioned cross-sectional areas of the second ohmic layer 436 is less than 3%, current may not be smoothly supplied to the second conductive semiconductor layer 436. If the sum is greater than 4%, the light reflected from the reflective layer 450 The amount of re-reflection in the second ohmic layer 436 may increase.
  • the cells forming the second ohmic layer 436 may have a dot shape rather than a line shape or an arc shape.
  • Table 1 below shows driving voltages and outputs of the second to fifth embodiments of the above-described light emitting devices, and shows driving voltages and outputs when 50 mA of current is supplied to the light emitting devices.
  • Example 2 Example 2 Example 3 Example 4 Drive voltage (V) 1.55 1.59 1.58 1.60 Output (mW) 3.57 2.99 3.52 3.56
  • FIG. 7 illustrates a driving voltage of the light emitting device according to the amount of aluminum (Al) in the first conductive semiconductor layer 422 or the second conductive semiconductor layer 426.
  • the concentration of aluminum in the first conductivity-type semiconductor layer 422 or the second conductivity-type semiconductor layer 426 represented by Al x Ga (1-x) As is less than 0.2, the light efficiency of the light emitting device is reduced. It can be seen that the degradation.
  • the concentration of aluminum is greater than 0.5, the resistance in the semiconductor layer may increase, and the driving voltage of the light emitting device may increase.
  • the above-described light emitting device may emit light in various wavelength regions according to the composition of the active layer, for example, may emit light in the infrared or red wavelength region.
  • FIG. 8 is a view illustrating a light emitting device package in which a light emitting device is disposed.
  • the first electrode layer 522 and the second electrode layer 526 are disposed on the body 510, and the light emitting device 300 includes the conductive adhesive layer 540 on the first electrode layer 522.
  • the second electrode layer 526 may be electrically connected to the second electrode layer 526 through a wire 532.
  • the passivation layer 550 surrounds a portion of the light emitting device 300, the passivation layer 550 is opened in a region corresponding to the first electrode, and the first electrode and the second conductive layer 522. Silver wire 532 may be connected.
  • a protective layer 550 may be disposed around the light emitting device 300, and the protective layer 550 may be a passivation layer or a molding part.
  • the protective layer 550 may include a phosphor. In this case, the phosphor may be excited by light in the first wavelength region emitted from the light emitting device 300 to emit light in the second wavelength region.
  • the above-described light emitting device to light emitting device package may be used as a light source of the lighting system, for example, may be used as a light source of the backlight unit of the image display device and the luminaire or the vehicle lighting device.
  • a light source of a vehicle lighting device When used as a light source of a vehicle lighting device, it can be used as a light source of a headlight or taillight or a direction indicator.
  • the above-described light emitting device to light emitting device package is not provided with a cavity in the body can be used as a light source of a miniaturized device, especially a mobile terminal, because the volume can be adjusted while the volume is small.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a mobile terminal in which a light emitting device package is disposed.
  • the display 620 is disposed in the housing 610 of the mobile terminal 600, and a cover part 650 is disposed at the upper center portion of the housing 610 to protect the sound output unit (not shown).
  • the camera module 630 and the light source 640 may be disposed adjacent to the cover part 650, the light source 640 may be the above-described light emitting device to a light emitting device package, and the light source 640 may include a housing ( 610 may be disposed on the front or rear as shown in FIG.
  • the light emitting device may be used as a light source, and in particular, when used as a light source of a mobile device, it is possible to adjust the direction of light while reducing the volume of the light source.

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Abstract

실시예는 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되고, 제1 영역에 개구부가 형성되는 제1 오믹층; 상기 제1 오믹층 상의 제2 영역 상에 배치되는 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치되는 제2 전극을 포함하는 발광소자를 제공한다.

Description

발광소자
실시예는 발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정 방향으로 광을 방출하는 발광소자에 관한 것이다.
GaN, AlGaN 등의 3-5 족 화합물 반도체는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점으로 인해 광 전자 공학 분야(optoelectronics)와 전자 소자를 위해 등에 널리 사용된다.
특히, 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 발광소자와 발광소자 패키지를 나타낸 도면이다.
종래의 발광소자(100)는, 기판(110) 상에 제1 도전형 반도체층(122)과 활성층(124)과 제2 도전형 반도체층(126)을 포함하는 발광 구조물(120)이 배치되고, 제1 도전형 반도체층(122)과 제2 도전형 반도체층(126) 상에 각각 제1 전극(162)과 제2 전극(166)이 배치된다.
발광소자(100)는 제1 도전형 반도체층(122)을 통해서 주입되는 전자와 제2 도전형 반도체층(126)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(124)을 이루는 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 광을 방출한다. 이때, 활성층(124)에서 방출되는 광은 발광소자(100)의 상부나 하부 또는 측면으로도 방출될 수 있다.
도 2의 발광소자 패키지(200)는, 캐비티(cavity)가 형성된 몸체(210)와, 몸체(210)에 설치된 제1 리드 프레임(221) 및 제2 리드 프레임(222)과, 몸체(210)의 캐비티의 바닥면에 배치되어 상기 제1 리드 프레임(221) 및 제2 리드 프레임(222)과 와이어(232, 236)를 통하여 전기적으로 연결되는 발광소자(100)와, 캐비티에 형성된 몰딩부(250)를 포함한다.
도 2의 발광소자 패키지(200)는, 몸체(210)에 캐비티가 형성되어 발광소자(100)로부터 방출된 광이 캐비티의 바닥면이나 측벽에서 반사된 후 전달되므로, 발광소자(100)로부터 방출된 광의 지향각을 조절할 수 있다.
그러나, 상술한 캐비티의 구조만으로는 발광소자에서 방출되는 광의 경로를 조절하는데 한계가 있으며, 특히 모바일 기기의 광원으로 사용되는 발광소자의 경우 광원을 부피를 감소시킬 필요가 있다.
실시예는 발광소자에서 방출되는 광을 특정 방향으로 진행시키고, 광원의 부피를 감소시키고자 한다.
실시예는 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되고, 제1 영역에 개구부가 형성되는 제1 오믹층; 상기 제1 오믹층 상의 제2 영역 상에 배치되는 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치되는 제2 전극을 포함하는 발광소자를 제공한다.
발광소자는 제2 도전형 반도체층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 반사층을 더 포함할 수 있다.
발광소자는 제2 도전형 반도체층과 상기 반사층 사이에 배치되는 제2 오믹층을 더 포함할 수 있다.
발광소자는 제2 오믹층은 패터닝되어 배치되고, 상기 제2 도전형 반도체층과 상기 반사층 사이에 배치되는 투광성 절연층을 더 포함할 수 있다.
제2 오믹층은 상기 개구부와 대응되는 제3 영역과 상기 발광 구조물의 가장 자리의 제4 영역에 배치될 수 있다.
투광성 절연층은, 상기 제2 도전형 반도체층과 상기 반사층 사이에서 상기 제3 영역과 상기 제4 영역 사이의 전 영역에 배치될 수 있다.
제2 오믹층의 가로 방향의 단면적의 합은, 상기 활성층의 가로 방향의 단면적의 3% 내지 4% 일 수 있다.
제2 오믹층은 복수 개의 셀(cell)로 이루어지고, 상기 각각의 셀의 가로 방향의 크기는 5 마이크로 미터 내지 15 마이크로 미터일 수 있다.
제1 도전형 반도체층은, n형 도펀트가 도핑되고 AlxGa(1-x)As로 이루어지고, 0.2≤x≤0.5일 수 있다.
제2 도전형 반도체층은, p형 도펀트가 도핑되고 AlxGa(1-x)As로 이루어지고, 0.2≤x≤0.5일 수 있다.
제1 도전형 반도체층은 n형 도펀트가 도핑된 AlGa로 이루어지고, 제1 층과 제2 층을 포함하고, 상기 제2 층의 Al 조성비가 상기 제1 층의 Al 조성비보다 클 수 있다.
제1 층의 두께는 상기 제2 층의 두께의 8배 내지 9배일 수 있다.
제2 도전형 반도체층은 p형 도펀트가 도핑된 AlGa로 이루어지고, 제1 층과 제2 층을 포함하고, 상기 제2 층의 Al 조성비가 상기 제1 층의 Al 조성비보다 작을 수 있다.
제2 층의 두께는 상기 제1 층의 4배 정도일 수 있다.
다른 실시예는 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되고, 제1 영역에 개구부가 형성되는 제1 오믹층; 상기 제2 도전형 반도체층 상에 선택적으로 배치되는 제2 오믹층과 투광성 절연층을 포함하는 발광소자를 제공한다.
제1 도전형 반도체층 상의 제2 영역에 배치된 제1 전극을 더 포함하고, 상기 제1 영역과 마주보는 제3 영역에는 상기 제2 오믹층과 상기 투광성 절연층이 선택적으로 배치되고, 상기 제2 영역과 마주보는 제4 영역에는 상기 투광성 절연층 만이 배치될 수 있다.
제1 도전형 반도체층 상의 제2 영역에 배치된 제1 전극을 더 포함하고, 상기 제1 영역과 마주보는 제3 영역 및 상기 제2 영역과 마주보는 제4 영역에는 상기 투광성 절연층 만이 배치되고, 상기 제3 영역과 제4 영역의 사이에는 상기 제2 오믹층과 상기 투광성 절연층이 선택적으로 배치될 수 있다.
제2 오믹층과 투광성 절연층의 폭은, 상기 제1 영역과 마주보는 제3 영역에서 가장 클 수 있다.
상기 제2 오믹층은 복수 개의 셀로 이루어지고, 상기 각각의 셀은 5 마이크로 미터 내지 15 마이크로 미터의 크기를 가질 수 있다.
또 다른 실시예는 몸체; 상기 몸체에 배치된 제1 전극층과 제2 전극층; 상기 제1 전극층 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물과 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되고, 제1 영역에 개구부가 형성되는 제1 오믹층과 상기 제1 오믹층 상의 제2 영역 상에 배치되는 제1 전극 및 상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치되는 제2 전극을 포함하는 발광소자; 및 상기 발광소자의 일부 영역을 둘러싸고 배치되는 보호층을 포함하고, 상기 제1 전극에 대응되는 영역에서 상기 보호층이 오픈되고, 상기 제1 전극과 상기 제2 도전층은 와이어로 연결되는 발광소자 패키지를 제공한다.
실시예들에 따른 발광소자는 제1 오믹층 상의 개구부를 통하여 일정한 영역 및/또는 방향으로만 광이 방출되어, 패키지의 몸체에 캐비티를 구비하지 않고도 방출되는 광의 지향각을 조절할 수 있다.
도 1은 및 도 2는 종래의 발광소자와 발광소자 패키지를 나타낸 도면이고,
도 3은 발광소자의 제1 실시예를 나타낸 도면이고,
도 4는 도 3의 상면도이고,
도 5a 내지 도 5d는 발광소자의 제2 실시예 내지 제5 실시예의 단면도이고,
도 6a 내지 도 6d는 도 5a 내지 도 5d 각각의 상면도이고,
도 7은 제1 도전형 반도체층 또는 제2 도전형 반도체층 내의 알루미늄(Al) 양에 따른 발광소자의 구동 전압을 나타내고,
도 8은 발광소자가 배치된 발광소자 패키지를 나타낸 도면이고,
도 9는 발광소자가 배치된 모바일 기기를 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 3은 발광소자의 제1 실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 발광소자(300)는, 제1 도전형 반도체층(322)과 활성층(324) 및 제2 도전형 반도체층(326)을 포함하는 발광 구조물(220)과, 발광 구조물(320) 상부의 제1 오믹층(332)과, 제1 오믹층(332) 상부의 제1 전극(362)과, 발광 구조물(320) 하부의 제2 오믹층(336)과 투광성 절연층(340)과, 제2 오믹층(336) 및 투광성 절연층(340)의 하부에 배치된 반사층(350)과, 반사층(350) 하부의 기판(360)을 포함하여 이루어질 수 있다.
제1 도전형 반도체층(322)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(322)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
예를 들면, 제1 도전형 반도체층(322)은 n형 도펀트가 도핑된 AlxGa(1-x)As일 수 있고, 이때 0.2≤x≤0.5일 수 있으며 상세하게는 n형 도펀트가 도핑된 AlxGa(1-x)As로 이루어지는 2개의 층이 번갈아 배치될 수 있다. 이때, 제1 도전형 반도체층(322)을 이루는 제1 층은 n형 도펀트가 도핑된 Al0 . 2Ga로 이루어질 수 있고, 제2 층은 n형 도펀트가 도핑된 Al0 . 3Ga로 이루어질 수 있다. 그리고, 제2 층의 두께는 400 나노미터 내외이고, 제1 층의 두께는 제2 층의 두께의 8배 내지 9배일 수 있다.
제1 도전형 반도체층(322)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(322) 내에는 도펀트가 1 평방 센티미터(cm3) 당 1017 스케일 정도로 포함될 수 있다.
활성층(324)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(MQW:Multi Quantum Well) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 적색이나 적외선 파장 영역의 광 내지 청색 파장 영역의 광 등을 방출할 수 있다.
활성층(324)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층, 예를 들면 AlGaN/AlGaN, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, AlGaN/GaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
우물층은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(326)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(326)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(326)은 예컨대, InxAlyGa1 -x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
예를 들면, 제2 도전형 반도체층(326)은 p형 도펀트가 도핑된 AlxGa(1-x)As일 수 있고, 이때 0.2≤x≤0.5일 수 있으며 상세하게는 p형 도펀트가 도핑된 AlxGa(1-x)As로 이루어지는 2개의 층이 번갈아 배치될 수 있다. 이때, 제2 도전형 반도체층(326)을 이루는 제1 층은 p형 도펀트가 도핑된 Al0 . 33Ga로 이루어질 수 있고, 제2 층은 p형 도펀트가 도핑된 Al0 . 2Ga로 이루어질 수 있다. 그리고, 제1 층의 두께는 400 나노미터 내외이고, 제2 층의 두께는 제1 층의 두께의 4배 정도일 수 있다.
제2 도전형 반도체층(326)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(326) 내에는 도펀트가 1 평방 센티미터(cm3) 당 1018 스케일 또는 그 이상 포함될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 도전형 반도체층(322) 상에 제1 오믹층(332)이 배치되고, 제1 도전형 반도체층(322) 상의 제1 영역(A)은 제1 오믹층(332)이 배치되지 않고 오픈되어 개구부(open region)가 형성되어, 개구부를 통하여 제1 도전형 반도체층(322)이 노출될 수 있다. 이때, 개구부를 통하여 노출되는 제1 도전형 반도체층(322)의 표면에 요철이 형성되어 발광소자(300)의 광추출 효율이 향상될 수 있다.
제1 오믹층(332)은 금(Au)과 저마늄(Ge)등을 포함할 수 있고, 제2 오믹층(336)은 금(Au)과 아연(Zn) 또는 베릴륨(Be) 등을 포함할 수 있다.
그리고, 제1 도전형 반도체층(322) 상의 제2 영역(B)에 배치된 제1 오믹층(332) 상에는 제1 전극(362)이 배치될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(326)의 하부에는 반사층(350)이 배치될 수 있다. 반사층(350)은 반사율이 우수한 재료로 이루어질 수 있고, 예를 들면 도전성 물질로 이루어질 수 있고, 상세하게는 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 로듐(Rh), 혹은 Al이나 Ag이나 Pt나 Rh를 포함하는 합금을 포함하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 알루미늄이나 은 등은 활성층(324)에서 도 3의 하부 방향으로 진행한 빛을 효과적으로 반사하여 발광소자의 광추출 효율을 크게 개선할 수 있다.
제2 도전형 반도체층(326)과 반사층(350)의 사이에는, 제2 오믹층(336)과 투광성 절연층(340)이 배치될 수 있으며, 제2 오믹층(336)과 투광성 절연층(340)은 도시된 바와 같이 선택적으로 패터닝되어 배치될 수 있다.
제2 오믹층(336)은 제2 도전형 반도체층(326)과 하부의 기판(360)을 전기적으로 연결시킬 수 있고, 투광성 절연층(340)은 반사층(350)에서 반사된 광을 도 3의 상부 방향으로 통과시킬 수 있다.
투광성 절연층(340)은 절연물질로 이루어질 수 있으며, 절연물질은 비전도성인 산화물이나 질화물로 이루어질 수 있으며, 예를 들면 실리콘 산화물(SiO2)층, 산화 질화물층, 산화 알루미늄층으로 이루어질 수 있다.
반사층(350)의 하부에는 기판(360)이 배치될 수 있는데, 기판(360)은 도전성의 접합층(355)를 통하여 반사층(350)에 고정될 수 있으며, 제2 전극으로 작용할 수 있다.
접합층(355)은 예를 들면, 금(Au), 주석(Sn), 인듐(In), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 은(Ag), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 형성할 수 있다.
기판(360)은 도전성 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들면, 금속 또는 반도체 물질로 형성될 수 있다. 기판(360)의 재료는 전기 전도도 내지 열전도도가 우수한 금속일 수 있고, 발광소자 작동시 발생하는 열을 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로 열 전도도가 높은 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 실리콘(Si), 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 또한, 금(Au), 구리합금(Cu Alloy), 니켈(Ni), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어웨이퍼(예: GaN, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiGe, SiC, SiGe, Ga2O3 등) 등을 선택적으로 포함할 수 있다.
기판(360)은 전체 발광 구조물(320)에 휨을 가져오지 않으면서, 스크라이빙(scribing) 공정 및 브레이킹(breaking) 공정을 통하여 별개의 칩으로 잘 분리시키기 위한 정도의 기계적 강도를 가질 수 있다.
상술한 실시예에 따른 발광소자(100)는, 활성층(324)에서 방출된 광이 제1 오믹층(332)의 개구부를 통하여만 진행되어, 광을 일정한 영역으로만 방출할 수 있다.
도 4는 도 3의 발광소자의 상면도이다.
도 4에서, 발광소자(300)의 상부면에서 개구부를 통하여 제1 도전형 반도체층(322)이 노출되고, 개구부의 크기(R)는 80 내지 160 마이크로 미터일 수 있다. 개구부의 형상은 원형 외에 다각형 등 다를 형상일 수 있다. 개구부의 크기(R)는 발광소자(300)의 크기에 따라 달라질 수 있다.
발광 구조물의 크기보다 기판(360)의 크기가 더 커서, 도 4에서 제1 도전형 반도체층(322)의 가장 자리로 기판(360)이 돌출되어 도시될 수 있다. 기판(360)의 가로 방향의 길이(W1)는 320 마이크로 미터이되 ±25 마이크로 미터의 공차를 가질 수 있고, 세로 방향의 길이(W2)는 220 마이크로 미터이되 ±25 마이크로 미터의 공차를 가질 수 있다. 그리고, 발광소자의 높이는 175 마이크로 미터 정도이되 공차를 가질 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 발광소자의 제2 실시예 내지 제5 실시예의 단면도이고, 도 6a 내지 도 6d는 도 5a 내지 도 5d 각각의 상면도이다.
도 5a 내지 도 5d에 도시된 발광소자(400a~400d)는 도 3의 실시예와 유사하나, 제2 오믹층(436) 및 투광성 절연층(440)의 배치가 상이하다.
도 5a의 발광소자(400a)에서, 제2 도전형 반도체층(426)과 반사층(450)의 사이에, 제2 오믹층(436)과 투광성 절연층(440)이 배치되고, 제1 영역(A)의 개구부와 수직 방향으로 대응되는 제3 영역(C)에서 제2 오믹층(436)과 투광성 절연층(440)이 패터닝되어 선택적으로 배치된다.
도 5a와 도 6a에서 제3 영역(C)에는 제2 오믹층(436)과 투광성 절연층(440)이 선택적으로 배치되고, 제2 영역과 마주보는 제4 영역에는 투광성 절연층(440) 만이 배치되고 있다. 그리고, 가장 자리의 제5 영역(D)에는 제2 오믹층(436)이 패터닝되어 배치되고 있으며, 제3 영역(C)과 제5 영역(D) 사이의 영역에는 투광성 절연층(440)만이 배치되고 있다.
도 5b와 도 6b에서는, 제2 도전형 반도체층(426)과 반사층(450)의 사이에, 제2 오믹층(436)과 투광성 절연층(440)이 배치되고, 제1 영역(A)의 개구부와 수직 방향으로 대응되는 제3 영역(C) 및 제2 영역과 수직 방향으로 대응되는 제4 영역에서 투광성 절연층(440) 만이 배치된다.
그리고, 도 5b와 도 6b에서 제3 영역(C)과 제4 영역의 사이에는, 제2 오믹층(436)과 투광성 절연층(440)이 패터닝되어 배치되고 있다. 그리고, 가장 자리의 제3 영역(C)의 둘레의 영역과 가장 자리의 제5 영역(D)에도 제2 오믹층(436)과 투광성 절연층(440)이 패터닝되어 배치되고 있다.
도 5c와 도 6c에 따른 발광소자의 제4 실시예는, 도 5a 및 도 6a에 따른 발광소자의 제2 실시예와 유사하나 제1 전극(462)이 제1 도전형 반도체층(422)과 직접 접촉하는 차이점이 있다. 즉, 제1 도전형 반도체층(422) 상의 제2 영역(B) 상에 제1 오믹층(432)이 배치되지 않고, 제1 전극(462)이 배치되고 있다.
도 5d와 도 6d에 따른 발광소자의 제5 실시예는, 도 5a 및 도 6a에 따른 발광소자의 제2 실시예와 유사하나, 제3 영역(C)에서 제2 오믹층(436) 및 투광성 절연층(440)의 폭 내지 크기가 더 큰 차이점이 있다. 즉, 발광 구조물의 가장 자리의 제5 영역(D)에 배치된 제2 오믹층(436)의 크기보다, 개구부와 대응되는 제3 영역(C) 상에 배치된 제2 오믹층(436)의 크기가 더 크다. 예를 들면, 제3 영역(C) 상에 배치된 제2 오믹층(436)은 도트(dot) 형상이 아니고 라인(line) 형상 내지 원호의 일부의 형상일 수 있다.
실시예들에 따른 발광소자에서, 제2 오믹층(436)은 복수 개의 셀(cell)로 이루어지는데, 각각의 셀은 크기가 5 마이크로 미터 내지 15 마이크로 미터일 수 있다. 여기서, '크기'는 각각의 셀의 지름 내지 한 변의 길이 등을 뜻한다.
상술한 각각의 셀의 크기가 5 마이크로 미터보다 작으면, 제2 전극 방향으로부터 제2 도전형 반도체층(426) 방향으로 전류의 공급량이 줄어들어서, 발광소자의 구동 전압이 상승할 수 있다. 그리고, 상술한 각각의 셀의 크기가 15 마이크로 미터보다 크면, 반사층(450)에서 반사된 광이 제2 오믹층(436)을 이루는 셀에서 차단되는 양이 증가하여, 발광소자의 내부에서 광손실이 발생할 수 있다.
그리고, 제2 오믹층(436)의 도면에서 가로 방향의 단면적의 합은 활성층(424)의 가로 방향의 단면적의 3% 내지 4% 일 수 있다. 제2 오믹층(436)의 상술한 단면적의 합이 3%보다 작으면 제2 도전형 반도체층(436)에 전류 공급이 원활하지 않을 수 있고, 4%보다 크면 반사층(450)에서 반사된 광 중에서 제2 오믹층(436)에서 재반사되는 양이 증가할 수 있다.
제2 도전형 반도체층(426)의 전영역에 전류를 고루 공급하기 위하여, 제2 오믹층(436)을 이루는 셀들은 라인 형상이나 원호 형상보다는 도트 형상이 유리할 수 있다.
아래의 표 1은 상술한 발광소자의 제2 실시예 내지 제5 실시예의 구동 전압과 출력을 나타내며, 발광소자에 50mA의 전류를 공급한 경우의 구동 전압과 출력을 나타낸다.
실시예 2 실시예 2 실시예 3 실시예 4
구동 전압(V) 1.55 1.59 1.58 1.60
출력(mW) 3.57 2.99 3.52 3.56
표 1에서 발광소자의 제2 실시예의 구동 전압이 가장 낮고 출력이 가장 큰 것을 알 수 있다.
도 7은 제1 도전형 반도체층(422) 또는 제2 도전형 반도체층(426) 내의 알루미늄(Al) 양에 따른 발광소자의 구동 전압을 나타낸다.
도시된 바와 같이, AlxGa(1-x)As로 표시되는 제1 도전형 반도체층(422) 또는 제2 도전형 반도체층(426) 내의 알루미늄의 농도가 0.2보다 작으면 발광소자의 광효율이 저하되는 것을 알 수 있다. 또한, 알루미늄의 농도가 0.5보다 크면, 반도체층 내의 저항이 증가하여, 발광소자의 구동 전압이 상승할 수 있다.
상술한 발광소자는 활성층의 조성 등에 따라 다양한 파장 영역의 광을 방출할 수 있으며, 예를 들면 적외선이나 적색 파장 영역의 광을 방출할 수 있다.
도 8은 발광소자가 배치된 발광소자 패키지를 나타낸 도면이다.
발광소자 패키지(500)는 몸체(510)에 제1 전극층(522)과 제2 전극층(526)이 배치되고, 상술한 발광소자(300)가 제1 전극층(522)에 도전성 접착층(540)을 통하여 전기적으로 연결되고 제2 전극층(526)에 와이어(532)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.
상세하게는 보호층(550)은 발광소자(300)의 일부 영역을 둘러싸고 배치되고, 제1 전극에 대응되는 영역에서 보호층(550)이 오픈되고, 제1 전극과 제2 도전층(522)은 와이어(532)로 연결될 수 있다.
발광소자(300)의 둘레에는 보호층(550)이 배치될 수 있는데, 보호층(550)은 패시베이션층 또는 몰딩부일 수 있다. 보호층(550)에는 형광체가 포함될 수 있는데, 이때 발광소자(300)에서 방출된 제1 파장 영역의 광에 의하여 형광체가 여기되어 제2 파장 영역의 광을 방출할 수 있다.
상술한 발광소자 패키지(500)는, 발광소자(300)에서 개구부를 통하여 일정한 영역 및/또는 방향으로만 광이 방출되어, 종래와 같이 몸체(510)에 캐비티를 구비하지 않고도 방출되는 광의 지향각을 조절할 수 있다.
상술한 발광소자 내지 발광소자 패키지는, 조명 시스템의 광원으로 사용될 수 있는데, 일 예로 영상표시장치의 백라이트 유닛과 등기구 또는 차량용 조명 장치의 광원으로 사용될 수 있다.
차량용 조명 장치의 광원으로 사용될 때, 전조등이나 후미등 또는 방향 표시등의 광원으로 사용될 수 있다.
또한, 상술한 발광소자 내지 발광소자 패키지는 몸체에 캐비티를 구비하지 않아서 부피가 작으면서도 지향각을 조절할 수 있어서, 소형화된 장치 특히 이동 단말기의 광원으로 사용될 수 있다.
도 9는 발광소자 패키지가 배치된 이동 단말기를 나타내는 도면이다.
이동 단말기(600)의 하우징(610)에는 디스플레이(620)가 배치되고, 하우징(610)의 상단 중앙부에는 음향출력부(도시되지 않음)를 보호하는 덮개부(650)가 배치된다.
그리고, 덮개부(650)에 인접하여 카메라 모듈(630)과 광원(640)이 배치될 수 있으며, 광원(640)은 상술한 발광소자 내지 발광소자 패키지일 수 있으며, 광원(640)은 하우징(610)의 도 8과 같이 전면에 배치되거나 또는 후면에 배치될 수도 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
실시예들에 따른 발광소자는 광원으로 사용될 수 있으며, 특히 모바일 기기의 광원으로 사용될 때 광원의 부피를 줄이면서도 광의 지향각을 조절할 수 있다.

Claims (20)

  1. 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되고, 제1 영역에 개구부가 형성되는 제1 오믹층;
    상기 제1 오믹층 상의 제2 영역 상에 배치되는 제1 전극; 및
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치되는 제2 전극을 포함하는 발광소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 반사층을 더 포함하는 발광소자.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층과 상기 반사층 사이에 배치되는 제2 오믹층을 더 포함하는 발광소자.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 오믹층은 패터닝되어 배치되고, 상기 제2 도전형 반도체층과 상기 반사층 사이에 배치되는 투광성 절연층을 더 포함하는 발광소자.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 오믹층은 상기 개구부와 대응되는 제3 영역과 상기 발광 구조물의 가장 자리의 제4 영역에 배치되는 발광소자.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 투광성 절연층은, 상기 제2 도전형 반도체층과 상기 반사층 사이에서 상기 제3 영역과 상기 제4 영역 사이의 전 영역에 배치되는 발광소자.
  7. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 오믹층의 가로 방향의 단면적의 합은, 상기 활성층의 가로 방향의 단면적의 3% 내지 4% 인 발광소자.
  8. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 오믹층은 복수 개의 셀(cell)로 이루어지고, 상기 각각의 셀의 가로 방향의 크기는 5 마이크로 미터 내지 15 마이크로 미터인 발광소자.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층은, n형 도펀트가 도핑되고 AlxGa(1-x)As로 이루어지고, 0.2≤x≤0.5인 발광소자.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층은, p형 도펀트가 도핑되고 AlxGa(1-x)As로 이루어지고, 0.2≤x≤0.5인 발광소자.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층은 n형 도펀트가 도핑된 AlGa로 이루어지고, 제1 층과 제2 층을 포함하고, 상기 제2 층의 Al 조성비가 상기 제1 층의 Al 조성비보다 큰 발광소자.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 층의 두께는 상기 제2 층의 두께의 8배 내지 9배인 발광소자.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층은 p형 도펀트가 도핑된 AlGa로 이루어지고, 제1 층과 제2 층을 포함하고, 상기 제2 층의 Al 조성비가 상기 제1 층의 Al 조성비보다 작은 발광소자.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제2 층의 두께는 상기 제1 층의 4배 정도인 발광소자.
  15. 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되고, 제1 영역에 개구부가 형성되는 제1 오믹층;
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 선택적으로 배치되는 제2 오믹층과 투광성 절연층을 포함하는 발광소자.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층 상의 제2 영역에 배치된 제1 전극을 더 포함하고,
    상기 제1 영역과 마주보는 제3 영역에는 상기 제2 오믹층과 상기 투광성 절연층이 선택적으로 배치되고, 상기 제2 영역과 마주보는 제4 영역에는 상기 투광성 절연층 만이 배치되는 발광소자.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층 상의 제2 영역에 배치된 제1 전극을 더 포함하고,
    상기 제1 영역과 마주보는 제3 영역 및 상기 제2 영역과 마주보는 제4 영역에는 상기 투광성 절연층 만이 배치되고, 상기 제3 영역과 제4 영역의 사이에는 상기 제2 오믹층과 상기 투광성 절연층이 선택적으로 배치되는 발광소자.
  18. 제15 항에 있어서,
    제2 오믹층과 투광성 절연층의 폭은, 상기 제1 영역과 마주보는 제3 영역에서 가장 큰 발광소자.
  19. 제15 항에 있어서,
    상기 제2 오믹층은 복수 개의 셀로 이루어지고, 상기 각각의 셀은 5 마이크로 미터 내지 15 마이크로 미터의 크기를 가지는 발광소자.
  20. 몸체;
    상기 몸체에 배치된 제1 전극층과 제2 전극층;
    상기 제1 전극층 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물과 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되고, 제1 영역에 개구부가 형성되는 제1 오믹층과 상기 제1 오믹층 상의 제2 영역 상에 배치되는 제1 전극 및 상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치되는 제2 전극을 포함하는 발광소자; 및
    상기 발광소자의 일부 영역을 둘러싸고 배치되는 보호층을 포함하고,
    상기 제1 전극에 대응되는 영역에서 상기 보호층이 오픈되고, 상기 제1 전극과 상기 제2 도전층은 와이어로 연결되는 발광소자 패키지.
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