KR101907618B1 - 발광소자 - Google Patents

발광소자 Download PDF

Info

Publication number
KR101907618B1
KR101907618B1 KR1020110134773A KR20110134773A KR101907618B1 KR 101907618 B1 KR101907618 B1 KR 101907618B1 KR 1020110134773 A KR1020110134773 A KR 1020110134773A KR 20110134773 A KR20110134773 A KR 20110134773A KR 101907618 B1 KR101907618 B1 KR 101907618B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
electrode
semiconductor layer
light emitting
emitting device
Prior art date
Application number
KR1020110134773A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130067441A (ko
Inventor
임동욱
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to KR1020110134773A priority Critical patent/KR101907618B1/ko
Publication of KR20130067441A publication Critical patent/KR20130067441A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101907618B1 publication Critical patent/KR101907618B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H01L33/22—Roughened surfaces, e.g. at the interface between epitaxial layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/10—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/40—Materials therefor
    • H01L33/405—Reflective materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

실시 예에 따른 발광소자는, 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 활성층을 포함한 발광구조물, 상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극 및 상기 제2 반도체층 상에 배치되는 제2 전극을 포함하고, 상기 제2 전극의 하부면은 상기 발광소자의 두께 방향으로 돌출된 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부의 경사면들이 이루는 각은 120도 내지 170도 일 수 있다.

Description

발광소자{Light emitting device}
실시 예는 발광소자에 관한 것이다.
발광소자의 대표적인 예로, LED(Light Emitting Diode; 발광 다이오드)는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 신호를 적외선, 가시광선 또는 빛의 형태로 변환시키는 소자로, 가정용 가전제품, 리모콘, 전광판, 표시기, 각종 자동화 기기 등에 사용되고, 점차 LED의 사용 영역이 넓어지고 있는 추세이다.
보통, 소형화된 LED는 PCB(Printed Circuit Board) 기판에 직접 장착하기 위해서 표면실장소자(Surface Mount Device)형으로 만들어지고 있고, 이에 따라 표시소자로 사용되고 있는 LED 램프도 표면실장소자 형으로 개발되고 있다. 이러한 표면실장소자는 기존의 단순한 점등 램프를 대체할 수 있으며, 이것은 다양한 칼라를 내는 점등표시기용, 문자표시기 및 영상표시기 등으로 사용된다.
이와 같이 LED의 사용 영역이 넓어지면서, 생활에 사용되는 전등, 구조 신호용 전등 등에 요구되는 휘도가 높이지는 바, LED의 발광휘도를 증가시키는 것이 중요하다.
실시 예는 발광효율이 향상되는 발광소자를 제공한다.
실시 예에 따른 발광소자는, 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 활성층을 포함한 발광구조물, 상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극 및 상기 제2 반도체층 상에 배치되는 제2 전극을 포함하고, 상기 제2 전극의 하부면은 상기 발광구조물의 두께 방향으로 돌출된 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부의 경사면들이 이루는 각은 120도 내지 170도 일 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 제2 반도체층과 전극의 접촉면적을 확보하면서 활성층에서 발생하는 광을 전극이 차단하는 면적을 줄여서 발광소자의 발광효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 전극 하부에 경사면에 광이 반사되어서 외부로 배출되므로, 발광소자의 발광효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 발광소자를 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 1의 발광소자의 A-A 단면을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 a 영역을 확대한 확대도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 전극의 모습을 도시한 단면도이다.
도 6은 실시예에 따른 발광소자의 광 진행경로를 설명하는 설명도이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 평면도이다.
도 9은 도 8의 발광소자의 B-B 단면을 나타내는 도면이다.
도 10는 또 다른 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 11 내지 도 15는 실시예에 따른 발광소자를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 16는 실시 예에 따른 발광소자를 포함한 발광소자 패키지를 나타낸 사시도이다.
도 17는 실시 예에 따른 발광소자를 포함한 발광소자 패키지의 단면을 도시한 단면도이다.
도 18는 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 조명장치를 도시한 사시도이다.
도 19은 도 20 의 조명장치의 C-C' 단면을 도시한 단면도이다.
도 20은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 21은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
또한, 실시예에서 발광소자의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 발광소자를 이루는 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.
도 1은 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 사시도, 도 2는 도 1의 발광소자를 나타내는 평면도, 도 3은 도 1의 발광소자의 A-A 단면을 나타내는 도면, 도 4는 도 3의 a 영역을 확대한 확대도, 도 5는 다른 실시예에 따른 전극의 모습을 도시한 단면도, 도 6은 실시예에 따른 발광소자의 광 진행경로를 설명하는 설명도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 실시예의 발광소자(100)는 크게 지지부재(110), 발광구조물 및 전극을 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 발광구조물은 제1 반도체층(120), 제2 반도체층(140) 및 제1 반도체층(120)과 제2 반도체층(140) 사이에 활성층(130)을 포함할 수 있다.
지지부재(110)는 광 투과적 성질을 가지는 재질, 예를 들어 사파이어(Al2O3), GaN, ZnO, AlO 중 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 또한, 사파이어(Al2O3) 지지부재에 비해 열전도성이 큰 SiC 지지부재일 수 있다. 다만, 지지부재(110)의 굴절율은 광 추출 효율을 위해 제1 반도체층(120)의 굴절율보다 작은 것이 바람직하다.
한편, 지지부재(110)에는 광추출 효율을 향상시키는 표면요철패턴이 형성될 수 있다.
표면요철패턴은 발광 구조물이 형성되는 면에 반대되면 면에 형성되는데, 그 형성방법은 식각방법으로 형성될 수 있고 바람직하게는 건식 식각, 습식 식각 등을 방법이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 즉, 표면 요철구조로 인해 발광되는 빛의 전반사를 방지하여 광추출 효율을 증가시킨다.
한편, 지지부재(110) 상에는 지지부재(110)와 제1 반도체층(120) 사이의 격자 부정합을 완화하고 반도체층이 용이하게 성장될 수 있도록 하는 버퍼층(미도시)이 위치할 수 있다. 버퍼층(미도시)은 저온 분위기에서 형성할 수 있으며, 반도체층과 지지부재와의 격자상수 차이를 완화시켜 줄 수 있는 물질로 이루어 질 수 있다. 예를 들어, GaN, InN, AlN, AlInN, InGaN, AlGaN, 및 InAlGaN 과 같은 재질 중 선택할 수 있으며 이에 한정되지 않는다.
버퍼층(미도시) 상에는 제1 반도체층(120), 활성층(130) 및 제2 반도체층(140)을 포함한 발광 구조물이 형성될 수 있다.
버퍼층(미도시) 상에는 제1 반도체층(120)이 위치할 수 있다. 제1 반도체층(120)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 활성층(130)에 전자를 제공할 수 있다. 제1 반도체층(120)은 예를 들어, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
또한, 제1 반도체층(120)아래에 언도프트 반도체층(미도시)을 더 포함할 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 언도프트 반도체층은 제1 반도체층(120)의 결정성 향상을 위해 형성되는 층으로, n형 도펀트가 도핑되지 않아 제1 반도체층(120)에 비해 낮은 전기전도성을 갖는 것을 제외하고는 제1 반도체층(120)과 같을 수 있다.
상기 제1 반도체층(120) 상에는 활성층(130)이 형성될 수 있다. 활성층(130)은 3족-5족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 단일 또는 다중 양자 우물 구조, 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 등으로 형성될 수 있다.
활성층(130)이 양자우물구조로 형성된 경우 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 우물층과 InaAlbGa1 -a- bN (0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤a+b≤1)의 조성식을 갖는 장벽층을 갖는 단일 또는 다중 양자우물구조를 가질 수 있다. 우물층은 장벽층의 밴드 갭보다 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
활성층(130)의 위 또는/및 아래에는 도전성 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 도전성 클래드층(미도시)은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(130)의 밴드 갭보다는 큰 밴드 갭을 가질 수 있다.
제2 반도체층(140)은 활성층(130)에 정공을 주입하도록 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 제2 반도체층(140)은 예를 들어, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
한편, 활성층(130)과 제2 반도체층(140) 사이에 중간층(미도시)이 형성될 수 있으며, 중간층은 고 전류 인가 시 제1 반도체층(120)으로부터 활성층(130)으로 주입되는 전자가 활성층(130)에서 재결합되지 않고, 제2 반도체층(140)으로 흐르는 현상을 방지하는 전자 차단층(Electron blocking layer)일 수 있다. 중간층은 활성층(130)보다 상대적으로 큰 밴드갭을 가짐으로써, 제1 반도체층(120)으로부터 주입된 전자가 활성층(130)에서 재결합되지 않고 제2 반도체층(140)으로 주입되는 현상을 방지할 수 있다. 이에 따라 활성층(130)에서 전자와 정공의 재결합 확률을 높이고 누설전류를 방지할 수 있다.
한편, 상술한 중간층은 활성층(130)에 포함된 장벽층의 밴드갭보다 큰 밴드갭을 가질 수 있으며, p 형 AlGaN 과 같은 Al 을 포함한 반도체층으로 형성될 수 있고, 이에 한정하지 아니한다.
상술한 제1 반도체층(120), 활성층(130) 및 제2 반도체층(140)은 예를 들어, 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy), 스퍼터링(Sputtering) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 제1 반도체층(120) 및 제2 반도체층(140) 내의 도전형 도펀트의 도핑 농도는 균일 또는 불균일하게 형성될 수 있다. 즉, 복수의 반도체층은 다양한 도핑 농도 분포를 갖도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 제1 반도체층(120)이 p형 반도체층으로 구현되고, 제2 반도체층(140)이 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 제2 반도체층(140) 상에는 n형 또는 p형 반도체층을 포함하는 제3 반도체층(미도시)이 형성될 수도 있다. 이에 따라, 발광 소자(100)는 np, pn, npn, pnp 접합 구조 중 적어도 어느 하나를 가질 수 있다.
한편, 지지부재(110) 상에는 복수의 돌기부(112)가 배치되고, 돌기부(112)의 외면에는 돌기부(112)를 코팅하는 반사층(113)을 포함할 수 있다. 또한, 돌기부(112)들은 서로 이격되어 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다.
돌기부(112)의 재질은 제한이 없으나, 지지부재(110)의 재질과 동일한 재질을 가질 수 있다.
돌기부(112)는 원뿔기둥, 원기둥, 반구 및 육면체 중 어느 하나의 형상을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고 돌기부(112)는 다양한 형상을 가질 수 있다.
돌기부(112)는 활성층(130)에서 발생한 빛을 발광소자(100)의 측면으로 진행시키므로, 활성층(130)에서 발생한 광이 발광소자(100)의 내부에서 손실되는 것을 방지하여서 발광소자(100)의 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
돌기부(112)는 예를 들면, E-beam을 사용하여 증착하거나 또는 PR(Photo Resist) 방식으로 부분 증착하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 건식식각 또는 습식식각의 방법도 사용될 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면, 여기서, 돌기부(112)의 외면에는 반사층(113)이 형성될 수 있다. 즉, 돌기부(112)는 반사층(113)에 의해 코팅될 수 있다. 돌기부(112)를 코팅하는 반사층(113)은 적어도 제1 굴절률을 갖는 제1 층(미도시) 및 상기 제1 굴절률과 상이한 제2 굴절률을 갖는 제2 층(미도시)을 포함할 수 있다.
즉, 반사층(113)은 굴절율이 서로 다른 층들이 교번적으로 반복 적층된 구조를 이룰 수 있다. 일 예로 제1 층은 고굴절율층일 수 있으며, 제2 층은 저굴절율층일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 그리고, 반사층(113)은 2층 내지 30층이 적층될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, λ가 활성층(130)에서 발생한 광의 파장이고 n이 매질의 굴절율이고, m을 홀수라 할 때, 반사층(113)은, mλ/4n의 두께로 저굴절율을 가지는 제1 층과 고굴절율을 가지는 제2 층을 교대로 반복 적층하여 특정 파장대(λ)의 광에서 95% 이상의 반사율을 얻을 수 있는 반도체 적층 구조로 이루어진다.
따라서, 저굴절율을 가지는 제1 층과 고굴절율을 가지는 제2 층은 기준 파장의 λ/4배의 두께를 가질 수 있으며, 이때 각 층의 두께는 2Å 내지 10um로 형성할 수 있고, 1 nm 내지 10 nm 인 것이 보통이다.
그리고, 반사층(113)의 두께는 제한이 없으나, 100 Å 내지 10000Å 일수 있다.
또한, 반사층(113)을 형성하는 각 층은 MxOy (M : Metal, O : Oxide, X, Y : 상수)로 구성될 수 있다. 예를 들면, 반사층(113)은 SiO2 , Al2O3 , SiC, AlB, BN 및 TiO2 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 예로 저굴절율을 가지는 제1 층은 굴절율 1.4의 SiO2 또는 굴절율 1.6의 Al2O3가 이용될 수 있으며, 고굴절율을 가지는 제2 층은 굴절율 2 이상의 TiO2 등을 이용할 수 있고, 또는 제1 층은 TiO2가 이용될 수 있고, 제2 층은 SiO2가 이용될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 저굴절율을 가지는 제1 층과 고굴절율을 가지는 제2 층들 사이의 매질의 굴절율을 크게 하는 것에 의해 반사율을 보다 크게 할 수 있다.
이와 같은 반사층(113)은 발진 파장보다 밴드갭 에너지가 커서 광의 흡수가 잘 일어나지 않고, 광의 대부분이 전반사가 되기 때문에 광의 반사도가 크다.
돌기부(112)가 반사층(113)에 의해 코팅되면, 활성층(130)에서 발생한 광 중에 일부가 돌기부(112)에서 반사되지 않고 굴절되어서 진행하는 것을 방지하고, 활성층(130)에서 발생한 광을 발광소자(100)의 측면 등의 외부로 반사시켜서 발광소자(100)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다
전극은 발광소자(100)를 전원과 연결시킨다. 전극은 제1 반도체층(120)과 전기적으로 연결되는 제1 전극(170) 및 제2 반도체층(140) 상에 배치되는 제2 전극(180)을 포함할 수 있다.
제1 전극(170)은 제1 반도체층(120) 상에 형성될 수 있다. 제1 전극(170)이 형성되는 위치는 제한이 없고, 발광소자(100)의 크기 등을 고려하여 복수 개가 형성될 수도 있다. 또한, 도 2에서 도시하는 바와 같이 제2 반도체층(140)과 활성층(130)의 일부 영역이 제거되고, 제1 반도체층(120)의 일부가 노출되며, 노출된 제1 반도체층(120) 상면에 제1 전극(170)이 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 지지부재(110)가 제거되고 제1 반도체층(120)의 노출되는 면에 제1 전극(170)이 형성될 수도 있다.
제1 반도체층(120)의 상면을 제거하는 방법은 제한이 없으나 습식 식각, 건식 식각 등의 방법이 사용될 수 있다.
제2 전극(180)은 제2 반도체층(140) 상에 배치될 수 있다. 제2 전극(180)의 하부면은 상기 발광구조물의 두께 방향으로 돌출된 돌출부(10)를 포함하고, 돌출부(10)의 경사면들이 이루는 각은 120도 내지 170도일 수 있다.
도 6을 참조하면, 돌출부(10)의 경사면들이 이루는 각이 170도 보다 큰 경우 활성층(130)에서 발생한 광 중 제2 전극(180)으로 향하는 광을 효과적으로 발광소자의 외부로 배출시킬 수 없으며, 제2 전극(180)과 제2 반도체층(140)의 접촉 면적이 줄어들게 되는 문제점이 있고, 돌출부(10)의 경사면들이 이루는 각이 120도 보다 작은 경우, 제2 반도체층(140)의 두께를 초과하여서 제2 전극(180)이 형성되는 문제점이 생길 수 있다. 따라서, 돌출부(10)의 경사면들이 이루는 각은 120도 내지 170일 수 있다.
그리고, 효과적으로 발광소자(100)의 외부로 광을 배출시키기 위해서 돌출부(10)의 형상은, 원뿔, 사각뿔 및 삼각뿔 중 어느 하나를 포함하거나, 둘 이상이 형상을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 돌출부(10)의 단면 형상은 삼각형을 포함할 수 있다.
다시, 도 4 및 도 5를 참조하면, 제2 전극(180)은 제2 반도체층(140) 상에 배치되는 반사전극층(180b) 및 반사전극층(180b) 상에 배치되는 산화방지 전극층(180c)을 포함할 수 있다. 또한, 반사전극층(180b)의 아래에는 본딩전극층(180a)이 배치될 수 있다.
돌출부(10)을 이루는 경사면은 도 5b 및 도 5c에 도시하는 바와 같이 라운드지게 형성되거나 곡률을 가질 수 있다.
제2 전극(180)이 제2 반도체층(140)으로 삽입되는 깊이(d1)는 제2 반도체층(140)의 두께의 0.1배 내지 0.5배 일 수 있다.
반사전극층(180b)은 제2 반도체층(140)과 연결될 수 있고, 반사전극층(180b)을 위에서 바라본 형상은 원형, 삼각형, 사각형 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 도 1에서는 원형으로 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
반사전극층(180b)은 반사재질의 금속을 포함할 수 있고, 예를 들면, 알루미늄(Al), 로듐(Rh), 주석(Sn), 은(Ag), 은(Ag)계 합금 및 은(Ag)계 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 반사전극층(180b) 은 단층 또는 다층구조로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 돌출부(10)가 형성되는 위치는 제한이 없지만, 바람직하게는 반사전극층(180b)에 형성될 수 있다.
반사전극층(180b)의 두께는 제한이 없지만, 2800Å 내지 3200Å인 것이 보통이다.
본딩전극층(180a)은 반사전극층(180b)의 아래에 배치될 수 있다. 본딩전극층(180a)의 형상은 제한이 없고, 다양한 형상을 가질 수 있다. 이때, 돌출부(10)는 본딩전극층(180a)에 형성될 수 있다.
본딩전극층(180a)은 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있고, 제2 반도체층(140)과 접착력이 우수한 물질로써, 예를 들면, 크롬(Cr) 및 타이타늄(Ti) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본딩전극층(180a)의 두께는 제한이 없지만, 15Å 내지 25Å인 것이 보통이다.
산화방지 전극층(180c)의 형상은 제한이 없고, 반사전극층(180b) 상에 배치될 수 있다. 산화방지 전극층(180c)은 반사전극층(180b) 의 산화를 방지하는 역할을 한다.
산화방지 전극층(180c)은 산화에 강한 전도성 물질, 예를 들면, 금(Au), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 니켈(Ni), 루세늄(Ru), 이리듐(Ir) 및 백금(Pt) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
산화방지 전극층(180c)의 두께는 제한이 없지만, 2800Å 내지 3200Å 인 것이 보통이다.
그리고, 제2 전극(180)의 상부면은 도 4에서 도시하는 바와 같이 평평할 수도 있고, 도 5에서 도시하는 바와 같이 돌출부(10)에 대응되게 형성될 수도 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6을 참조하면, 제2 전극(180)이 돌출부(10)를 가지면, 제2 반도체층(140)과 제2 전극(180)의 접촉면적을 확보하면서도, 활성층(130)에서 발생하는 광을 흡수하는 면적은 줄어들게 되므로, 발광소자(100)의 발광효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 활성층(130)에서 발생한 광 중 제2 전극(180)으로 향하는 광은 돌출부(10)의 경사면에 반사되어서 발광소자(100)의 외부로 배출되므로 발광효율이 향상될 수 있다.
또한, 활성층(130)에서 발생한 광 중 발광소자(100)의 하부로 향하는 광은 돌기부(112)에 반사되어서 외부로 배출되므로 발광효율이 향상될 수 있다.
도 7은 다른 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 7을 참조하면, 실시예의 발광소자(100A)는 도 3의 실시예와 비교하면, 투광성전극층(150A)과 전류제한층(160A)을 포함하는 차이가 존재한다.
제2 전극(180)과 제2 반도체층(140) 사이에는 투광성전극층(150A)이 포함될 수 있다.
투광성전극층(150A)은 ITO, IZO(In-ZnO), GZO(Ga-ZnO), AZO(Al-ZnO), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 제2 반도체층(140)의 외측 일면 전체에 형성됨으로써, 전류군집현상을 방지할 수 있다.
제2 전극(180)은 투광성전극층(150A)을 관통하여 제2 반도체층(140)에 연결될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 전극(180)이 형성된 위치와 적어도 일부분이 수직적으로 중첩되도록 제2 반도체층(140)에 형성되는 전류제한층(160A)을 더 포함할 수 있다.
전류제한층(160A)은 비전도성 또는 약전도성의 물질을 포함하는데, 바람직하게는 이산화규소(SiO2)를 포함하는 신화알루미늄(Al2O3)으로 구성될 수도 있다.
전류제한층(160A)은 전자가 전극의 하부에 밀집되는 전류군집현상을 방지하기 위해 마련된다.
또한, 전류제한층(160A)의 면적은 제한이 없지만, 제2 전극(180)의 면적 보다 넓게 형성될 수 있다. 따라서, 전류군집현상을 방지할 수 있다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 평면도, 도 9은 도 8의 발광소자의 B-B 단면을 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 실시예의 발광소자(200)는 도 2의 실시예와 비교하면, 제1 전극(270)과 제2 전극(280)의 구조에 차이가 존재한다.
제1 전극(270)은 제1 반도체층(120) 상의 일측에 배치되는 제1 전극패드(272) 및 제1 전극패드(272)에 연결되어 타측으로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극윙(274)을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 전극(280) 은 제2 반도체층(240) 상의 일측에 배치되는 제2 전극패드(282) 및 제2 전극패드(282)에 연결되어 타측으로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극윙(284, 286)을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 제2 전극패드(282) 및 제2 전극윙(284, 286)이 하부면은 도 9에서 도시하는 바와 같이 아래로 돌출된 돌출부(10)를 포함할 수 있다.
이와 같이 제1 전극(270) 및 제2 전극(280)이 배치되면, 발광소자(200)에 전류를 효과적으로 공급하면서, 발광소자(200)의 발광효율을 향상시킬 수 있다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 10을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자(300)는 지지부재(310), 지지부재(310) 상에 배치되는 제1 전극층(370), 제1 전극층(370) 상에 배치되는 제1 반도체층(320), 활성층(330) 및 제2 반도체층(340)을 포함한 발광 구조물 및 제2 반도체층(340) 상에 배치되는 제2 전극(380)을 포함할 수 있다.
지지부재(310)는 열전도성이 우수한 물질을 이용하여 형성할 수 있으며, 또한 전도성 물질로 형성할 수 있는데, 금속 물질 또는 전도성 세라믹을 이용하여 형성할 수 있다. 지지부재(310)는 단일층으로 형성될 수 있고, 이중 구조 또는 그 이상의 다중 구조로 형성될 수 있다.
즉, 지지부재(310)는 금속, 예를 들어 Au, Ni, W, Mo, Cu, Al, Ta, Ag, Pt, Cr중에서 선택된 어느 하나로 형성하거나 둘 이상의 합금으로 형성할 수 있으며, 서로 다른 둘 이상의 물질을 적층하여 형성할 수 있다. 또한 지지부재(310)는 Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC, SiGe, GaN, Ga2O3 와 같은 캐리어 웨이퍼로 구현될 수 있다.
이와 같은 지지부재(310)는 발광소자(300)에서 발생하는 열의 방출을 용이하게 하여 발광소자(300)의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다.
한편, 지지부재(310) 상에는 제1 전극층(370)이 형성될 수 있으며, 제1 전극층(370)은 오믹층(ohmic layer)(미도시), 반사층(reflective layer)(미도시), 본딩층(bonding layer)(미도시) 중 적어도 한 층을 포함할 수 있다. 예를 들어 제1 전극층(370)은 오믹층/반사층/본딩층의 구조이거나, 오믹층/반사층의 적층 구조이거나, 반사층(오믹 포함)/본딩층의 구조일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예컨대, 제1 전극층(370)은 본딩층상에 반사층 및 오믹층이 순차로 적층된 형태일 수 있다.
반사층(미도시)은 오믹층(미도시) 및 본딩층(미도시) 사이에 배치될 수 있으며, 반사특성이 우수한 물질, 예를 들어 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질 중에서 형성되거나, 상기 금속 물질과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있다. 또한 반사층(미도시)은 IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 적층할 수 있다. 또한 반사층(미도시)을 발광 구조물(예컨대, 제1 반도체층(320))과 오믹 접촉하는 물질로 형성할 경우, 오믹층(미도시)은 별도로 형성하지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
오믹층(미도시)은 발광 구조물의 하면에 오믹 접촉되며, 층 또는 복수의 패턴으로 형성될 수 있다. 오믹층(미도시)은 투광성 전극층과 금속이 선택적으로 사용될 수 있으며, 예를 들어, 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), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni, Ag, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 하나 이상을 이용하여 단층 또는 다층으로 구현할 수 있다. 오믹층(미도시)은 제1 반도체층(320)에 캐리어의 주입을 원활히 하기 위한 것으로, 반드시 형성되어야 하는 것은 아니다.
또한 제1 전극층(370)은 본딩층(미도시)을 포함할 수 있으며, 이때 본딩층(미도시)은 배리어 금속(barrier metal), 또는 본딩 금속, 예를 들어, Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag 또는 Ta 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며 이에 한정하지 않는다.
발광 구조물은 적어도 제1 반도체층(320), 활성층(330) 및 제2 반도체층(340)을 포함할 수 있고, 제1 반도체층(320)과 제2 반도체층(340) 사이에 활성층(330)이 게재된 구성으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 전극층(370) 상에는 제1 반도체층(320)이 형성될 수 있다. 상기 제1 반도체층(320)은 p형 도펀트가 도핑된 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 상기 p형 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 제1 반도체층(320) 상에는 활성층(330)이 형성될 수 있다. 상기 활성층(330)은 3족-5족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 단일 또는 다중 양자 우물 구조, 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 등으로 형성될 수 있다.
활성층(330)이 양자우물구조로 형성된 경우 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 우물층과 InaAlbGa1 -a- bN (0≤a≤1, 0 ≤b≤1, 0≤a+b≤1)의 조성식을 갖는 장벽층을 갖는 단일 또는 양자우물구조를 가질 수 있다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
또한, 활성층(330)이 다중 양자우물구조를 가질 경우, 각각의 우물층(미도시)은 서로 상이한 In 함유량 및 서로 상이한 밴드갭을 가질 수 있다.
상기 활성층(330)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 도전형 클래드층(미도시)은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(330)의 밴드 갭보다는 큰 밴드 갭을 가질 수 있다.
한편, 활성층(330)과 제1 반도체층(320) 사이에 중간층(미도시)이 형성될 수 있으며, 중간층은 고 전류 인가 시 제2 반도체층(340)으로부터 활성층(330)으로 주입되는 전자가 활성층(330)에서 재결합되지 않고 제1 반도체층(320)으로 흐르는 현상을 방지하는 전자 차단층(Electron blocking layer)일 수 있다. 중간층(미도시)은 활성층(330)보다 상대적으로 큰 밴드갭을 가짐으로써, 제2 반도체층(340)으로부터 주입된 전자가 활성층(330)에서 재결합되지 않고 제1 반도체층(320)으로 주입되는 현상을 방지할 수 있다. 이에 따라 활성층(330)에서 전자와 정공의 재결합 확률을 높이고 누설전류를 방지할 수 있다.
한편, 상술한 중간층은 활성층(330)에 포함된 장벽층의 밴드갭보다 큰 밴드갭을 가질 수 있으며, 예를 들어 AlGaN 과 같은 Al 을 포함한 반도체층으로 형성될 수 있고, 이에 한정하지 아니한다.
활성층(330) 상에는 제2 반도체층(340)이 형성될 수 있다. 상기 제2 반도체층(340)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 상기 n형 반도체층은 예컨대, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, 예를 들어, Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
한편, 발광 구조물은 제2 반도체층(340) 상에 제2 반도체층(340)과 반대의 극성을 갖는 제3 반도체층(미도시)을 포함할 수 있다. 또한 제1 반도체층(320)이 n 형 반도체층이고, 제2 반도체층(340)이 p 형 반도체층으로 구현될 수도 있다. 이에 따라 발광 구조층은 N-P 접합, P-N 접합, N-P-N 접합 및 P-N-P 접합 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
발광 구조물의 상부에는 광 추출 구조(미도시)가 형성될 수 있다.
광 추출 구조는 제2 반도체층(340)의 상부 표면의 일부 또는 전체 영역에 형성될 수 있다. 광 추출 구조는 투광성 전극층(미도시), 또는 제2 반도체층(340)의 상면의 적어도 일 영역에 대해 에칭을 수행함으로써 형성될 수 있으며 이에 대해 한정하지 않는다. 상기 에칭 과정은 습식 또는/및 건식 에칭 공정을 포함하며, 에칭 과정을 거침에 따라서, 투광성 전극층(미도시)의 상면 또는 제2 반도체층(340)의 상면은 광 추출 구조를 형성하는 러프니스를 포함할 수 있다. 러프니스는 랜덤한 크기로 불규칙하게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 러프니스는 평탄하지 않는 상면으로서, 텍스쳐(texture) 패턴, 요철 패턴, 평탄하지 않는 패턴(uneven pattern) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
러프니스는 측 단면이 원기둥, 다각기둥, 원뿔, 다각뿔, 원뿔대, 다각뿔대 등 다양한 형상을 갖도록 형성될 수 있으며, 바람직하게 뿔 형상을 포함한다.
한편, 상기 광추출구조는 PEC(photo electro chemical) 등의 방법으로 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다. 광추출구조(284)가 투광성 전극층(미도시)의 또는 제2 반도체층(340)의 상부면에 형성됨에 따라서 활성층(330)으로부터 생성된 빛이 투광성 전극층(미도시), 또는 제2 반도체층(340)의 상부면으로부터 전반사되어 재흡수되거나 산란되는 것이 방지될 수 있으므로, 발광소자(300)의 광 추출 효율의 향상에 기여할 수 있다.
발광 구조물의 측면 및 상부 영역에는 패시베이션(390)이 형성될 수 있으며, 패시베이션(390)은 절연성 재질로 형성될 수 있다.
제2 반도체층(340)상에는 제2 반도체층(340)과 전기적으로 연결된 제2 전극(380)이 형성될 수 있으며, 제2 전극(380)은 적어도 하나의 패드 또는/및 소정 패턴을 갖는 전극을 포함할 수 있다. 제2 전극(380)은 제2 반도체층(340)의 상면 중 센터 영역, 외측 영역 또는 모서리 영역에 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 제2 전극(380)은 상기 제2 반도체층(340)의 위가 아닌 다른 영역에 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제2 전극(380)의 하부면은 발광구조물의 두께 방향으로 돌출된 돌출부(10)를 포함하고, 돌출부(10)의 경사면들이 이루는 각은 120도 내지 170도일 수 있다.
제2 전극(380)과 돌출부(10)의 구성은 상술한 바와 같다.
도 11 내지 도 15은 실시예에 따른 발광소자를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 11을 참조하면, 먼저 지지부재(110)를 마련한다.
이후, 지지부재(110) 상에 돌기부(112)를 형성한다. 돌기부(112)의 형성방법은 제한이 없지만, 예를 들면, E-beam을 사용하여 증착하거나 또는 PR(Photo Resist) 방식으로 부분 증착하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 건식식각 또는 습식식각의 방법도 사용될 수 있다.
도 12를 참조하면, 이후, 돌기부(112)의 표면에 반사층(113)을 형성한다. 반사층(113)을 형성하는 방법은 제한이 없지만, 증착방법에 의해 형성될 수 있다.
도 13을 참조하면, 지지부재(110) 상에 제1 반도체층(120), 활성층(130) 및 제2 반도체층(140)을 순차적으로 형성하여 발광구조물을 형성한다.
발광구조물은 예를 들어, 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 14를 참조하면, 이후 발광구조물의 제1 영역(S1)과 제2 반도체층(140)이 상면의 제2 영역(S2)에 메사 에칭을 실시하여 제1 반도체층(120)의 상면의 적어도 일부가 노출되도록 할 수 있다.
메사 에칭은 마스크를 형성한 후, 건식 식각 또는 습식 식각에 의해 실시될 수 있다.
이때, 제2 반도체층(140) 상에 투광성전극층(미도시)을 형성할 수 있다.
투광성전극층(150)은 제2 반도체층(140) 상면의 전 영역에 형성되거나, 일부 영역에 형성될 수 있다.
투광성전극층은 전자빔(E-beam) 증착, 스퍼터링(Sputtering), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 중 어느 하나의 증착 방법에 의해 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 15를 참조하면, 제1 반도체층(120) 상에 제1 전극(170)을 형성하고, 제2 반도체층(140)의 제2 영역(S2) 상에 제2 전극(180)을 형성함으로써, 실시예에 따른 발광 소자(100)를 제공할 수 있다.
제1,2 전극(170,180)은 예를 들어, 증착 방식 또는 도금 방식에 의해 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 16은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지를 나타낸 사시도이고, 도 17는 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 16 및 도 17를 참조하면, 발광소자 패키지(500)는 캐비티(520)가 형성된 몸체(510), 몸체(510)에 실장되는 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)과, 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)과 전기적으로 연결되는 발광소자(530), 및 발광소자(530)를 덮도록 캐비티(520)에 충진되는 봉지재(미도시)를 포함할 수 있다.
몸체(510)는 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 액정폴리머(PSG, photo sensitive glass), 폴리아미드9T(PA9T), 신지오택틱폴리스티렌(SPS), 금속 재질, 사파이어(Al2O3), 베릴륨 옥사이드(BeO), 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 몸체(510)는 사출 성형, 에칭 공정 등에 의해 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
몸체(510)의 내면은 경사면이 형성될 수 있다. 이러한 경사면의 각도에 따라 발광소자(530)에서 방출되는 광의 반사각이 달라질 수 있으며, 이에 따라 외부로 방출되는 광의 지향각을 조절할 수 있다.
광의 지향각이 줄어들수록 발광소자(530)에서 외부로 방출되는 광의 집중성은 증가하고, 반대로 광의 지향각이 클수록 발광소자(530)에서 외부로 방출되는 광의 집중성은 감소한다.
한편, 몸체(510)에 형성되는 캐비티(520)를 위에서 바라본 형상은 원형, 사각형, 다각형, 타원형 등의 형상일 수 있으며, 모서리가 곡선인 형상일 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
발광소자(530)는 제1 리드 프레임(540) 상에 실장되며, 예를 들어, 적색, 녹색, 청색, 백색 등의 빛을 방출하는 발광소자 또는 자외선을 방출하는 UV(Ultra Violet) 발광소자일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한, 발광소자(530)는 한 개 이상 실장될 수 있다.
또한, 발광소자(530)는 그 전기 단자들이 모두 상부 면에 형성된 수평형 타입(Horizontal type)이거나, 또는 상, 하부 면에 형성된 수직형 타입(Vertical type), 또는 플립 칩(flip chip) 모두에 적용 가능하다.
봉지재(미도시)는 발광소자(530)를 덮도록 캐비티(520)에 충진될 수 있다.
봉지재(미도시)는 실리콘, 에폭시, 및 기타 수지 재질로 형성될 수 있으며, 캐비티(520) 내에 충진한 후, 이를 자외선 또는 열 경화하는 방식으로 형성될 수 있다.
또한 봉지재(미도시)는 형광체를 포함할 수 있으며, 형광체는 발광소자(530)에서 방출되는 광의 파장에 종류가 선택되어 발광소자 패키지(500)가 백색광을 구현하도록 할 수 있다.
이러한 형광체는 발광소자(530)에서 방출되는 광의 파장에 따라 청색 발광 형광체, 청록색 발광 형광체, 녹색 발광 형광체, 황녹색 발광 형광체, 황색 발광 형광체, 황적색 발광 형광체, 오렌지색 발광 형광체, 및 적색 발광 형광체중 하나가 적용될 수 있다.
즉, 형광체는 발광소자(530)에서 방출되는 제1 빛을 가지는 광에 의해 여기 되어 제2 빛을 생성할 수 있다. 예를 들어, 발광소자(530)가 청색 발광 다이오드이고 형광체가 황색 형광체인 경우, 황색 형광체는 청색 빛에 의해 여기되어 황색 빛을 방출할 수 있으며, 청색 발광 다이오드에서 발생한 청색 빛 및 청색 빛에 의해 여기 되어 발생한 황색 빛이 혼색됨에 따라 발광소자 패키지(500)는 백색 빛을 제공할 수 있다.
이와 유사하게, 발광소자(530)가 녹색 발광 다이오드인 경우는 magenta 형광체 또는 청색과 적색의 형광체를 혼용하는 경우, 발광소자(530)가 적색 발광 다이오드인 경우는 Cyan형광체 또는 청색과 녹색 형광체를 혼용하는 경우를 예로 들 수 있다.
이러한 형광체는 YAG계, TAG계, 황화물계, 실리케이트계, 알루미네이트계, 질화물계, 카바이드계, 니트리도실리케이트계, 붕산염계, 불화물계, 인산염계 등의 공지된 형광체일 수 있다.
제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)은 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P), 알루미늄(Al), 인듐(In), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 하프늄(Hf), 루테늄(Ru), 철(Fe) 중에서 하나 이상의 물질 또는 합금을 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제1 제2 리드 프레임(540, 550)은 서로 이격되어 서로 전기적으로 분리된다. 발광소자(530)는 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)상에 실장되며, 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)은 발광소자(530)와 직접 접촉하거나 또는 솔더링 부재(미도시)와 같은 전도성을 갖는 재료를 통해서 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 발광소자(530)는 와이어 본딩을 통해 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다. 따라서 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)에 전원이 연결되면 발광소자(530)에 전원이 인가될 수 있다. 한편, 수개의 리드 프레임(미도시)이 몸체(510)내에 실장되고 각각의 리드 프레임(미도시)이 발광소자(530)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다.
도 18는 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 조명장치를 도시한 사시도이며, 도 19 는 도 18 의 조명장치의 C-C' 단면을 도시한 단면도이다.
도 18 및 도 19을 참조하면, 조명장치(600)는 몸체(610), 몸체(610)와 체결되는 커버(630) 및 몸체(610)의 양단에 위치하는 마감캡(650)을 포함할 수 있다.
몸체(610)의 하부면에는 발광소자 모듈(640)이 체결되며, 몸체(610)는 발광소자 패키지(644)에서 발생된 열이 몸체(610)의 상부면을 통해 외부로 방출할 수 있도록 전도성 및 열발산 효과가 우수한 금속재질로 형성될 수 있다.
발광소자 패키지(644)는 PCB(642) 상에 다색, 다열로 실장되어 어레이를 이룰 수 있으며, 동일한 간격으로 실장되거나 또는 필요에 따라서 다양한 이격 거리를 가지고 실장될 수 있어 밝기 등을 조절할 수 있다. 이러한 PCB(642)로 MPPCB(Metal Core PCB) 또는 FR4 재질의 PCB 등을 사용할 수 있다.
발광소자 패키지(644)는 연장된 리드 프레임(미도시)를 포함하여 향상된 방열 기능을 가질 수 있으므로, 발광소자 패키지(644)의 신뢰성과 효율성이 향상될 수 있으며, 발광소자 패키지(622) 및 발광소자 패키지(644)를 포함하는 조명장치(600)의 사용 연한이 연장될 수 있다.
커버(630)는 몸체(610)의 하부면을 감싸도록 원형의 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않음은 물론이다.
커버(630)는 내부의 발광소자 모듈(640)을 외부의 이물질 등으로부터 보호한다. 또한, 커버(630)는 발광소자 패키지(644)에서 발생한 광의 눈부심을 방지하고, 외부로 광을 균일하게 방출할 수 있도록 확산입자를 포함할 수 있으며, 또한 커버(630)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 프리즘 패턴 등이 형성될 수 있다. 또한 커버(630)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 형광체가 도포될 수도 있다.
한편, 발광소자 패키지(644)에서 발생한 광은 커버(630)를 통해 외부로 방출되므로 커버(630)는 광 투과율이 우수하여야 하며, 발광소자 패키지(644)에서 발생한 열에 견딜 수 있도록 충분한 내열성을 구비하고 있어야 하는바, 커버(630)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylen Terephthalate; PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC) 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA) 등을 포함하는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
마감캡(650)은 몸체(610)의 양단에 위치하며 전원장치(미도시)를 밀폐하는 용도로 사용될 수 있다. 또한 마감캡(650)에는 전원핀(652)이 형성되어 있어, 실시예에 따른 조명장치(600)는 기존의 형광등을 제거한 단자에 별도의 장치 없이 곧바로 사용할 수 있게 된다.
도 20 은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 20 은 에지-라이트 방식으로, 액정표시장치(700)는 액정표시패널(710)과 액정표시패널(710)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(770)을 포함할 수 있다.
액정표시패널(710)은 백라이트 유닛(770)으로부터 제공되는 광을 이용하여 화상을 표시할 수 있다. 액정표시패널(710)은 액정을 사이에 두고 서로 대향하는 컬러 필터 기판(712) 및 박막 트랜지스터 기판(714)을 포함할 수 있다.
컬러 필터 기판(712)은 액정표시패널(710)을 통해 디스플레이되는 화상의 색을 구현할 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(714)은 구동 필름(717)을 통해 다수의 회로부품이 실장되는 인쇄회로 기판(718)과 전기적으로 접속되어 있다. 박막 트랜지스터 기판(714)은 인쇄회로 기판(718)으로부터 제공되는 구동 신호에 응답하여 인쇄회로 기판(718)으로부터 제공되는 구동 전압을 액정에 인가할 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(714)은 유리나 플라스틱 등과 같은 투명한 재질의 다른 기판상에 박막으로 형성된 박막 트랜지스터 및 화소 전극을 포함할 수 있다.
백라이트 유닛(770)은 빛을 출력하는 발광소자 모듈(720), 발광소자 모듈(720)로부터 제공되는 빛을 면광원 형태로 변경시켜 액정표시패널(710)로 제공하는 도광판(730), 도광판(730)으로부터 제공된 빛의 휘도 분포를 균일하게 하고 수직 입사성을 향상시키는 다수의 필름(752, 766, 764) 및 도광판(730)의 후방으로 방출되는 빛을 도광판(730)으로 반사시키는 반사 시트(747)로 구성된다.
발광소자 모듈(720)은 복수의 발광소자 패키지(724)와 복수의 발광소자 패키지(724)가 실장되어 어레이를 이룰 수 있도록 PCB기판(722)을 포함할 수 있다. 이 경우 굽어진 발광소자 패키지(724)의 실장의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
한편, 백라이트 유닛(770)은 도광판(730)으로부터 입사되는 빛을 액정 표시 패널(710) 방향으로 확산시키는 확산필름(766)과, 확산된 빛을 집광하여 수직 입사성을 향상시키는 프리즘필름(752)으로 구성될 수 있으며, 프리즘필름(750)를 보호하기 위한 보호필름(764)을 포함할 수 있다.
도 21 은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다. 다만, 도 20 에서 도시하고 설명한 부분에 대해서는 반복하여 상세히 설명하지 않는다.
도 21 은 직하 방식으로, 액정표시장치(800)는 액정표시패널(810)과 액정표시패널(810)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(870)을 포함할 수 있다.
액정표시패널(810)은 도 20에서 설명한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
백라이트 유닛(870)은 복수의 발광소자 모듈(823), 반사시트(824), 발광소자 모듈(823)과 반사시트(824)가 수납되는 하부 섀시(830), 발광소자 모듈(823)의 상부에 배치되는 확산판(840) 및 다수의 광학필름(860)을 포함할 수 있다.
발광소자 모듈(823) 복수의 발광소자 패키지(822)와 복수의 발광소자 패키지(822)가 실장되어 어레이를 이룰 수 있도록 PCB기판(821)을 포함할 수 있다.
반사 시트(824)는 발광소자 패키지(822)에서 발생한 빛을 액정표시패널(810)이 위치한 방향으로 반사시켜 빛의 이용 효율을 향상시킨다.
한편, 발광소자 모듈(823)에서 발생한 빛은 확산판(840)에 입사하며, 확산판(840)의 상부에는 광학 필름(860)이 배치된다. 광학 필름(860)은 확산 필름(866), 프리즘필름(850) 및 보호필름(864)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 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 지의 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.
100 : 발광소자 120 : 제1 반도체층
130 : 활성층 140 : 제2 반도체층

Claims (20)

  1. 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 활성층을 포함한 발광구조물;
    상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극 및
    상기 제2 반도체층 상에 배치되는 제2 전극을 포함하고,
    상기 제2 전극의 하부면은 상기 발광구조물의 두께 방향으로 형성된 돌출부를 포함하고,
    상기 돌출부의 경사면들이 이루는 각은 120도 내지 170도 이고,
    상기 제1 반도체층의 아래에는 지지부재가 더 포함되고,
    상기 지지부재 상에는 광추출 효율을 향상시키는 다수의 돌기부를 포함하며,
    상기 다수의 돌기부의 외면에는 상기 다수의 돌기부를 코팅하는 반사층을 더 포함하는 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부의 형상은, 원뿔, 사각뿔 및 삼각뿔 중 어느 하나를 포함하고,
    상기 돌출부의 단면 형상은, 삼각형을 포함하는 발광소자.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극은,
    상기 제2 반도체층 상에 배치되는 반사전극층 및
    상기 반사전극층 상에 배치되는 산화방지 전극층을 포함하고,
    상기 돌출부는 반사전극층에 형성되고,
    상기 제2 전극은 상기 반사전극층의 아래에 배치되는 본딩전극층을 더 포함하는 발광소자.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제4항에 있어서,
    상기 본딩전극층은 크롬(Cr) 및 타이타늄(Ti) 중 어느 하나를 포함하고,
    상기 본딩전극층의 두께는 15Å 내지 25Å 인 발광소자.
  8. 삭제
  9. 제4항에 있어서,
    상기 반사전극층은,
    알루미늄(Al), 로듐(Rh), 주석(Sn), 은(Ag), 은(Ag)계 합금 및 은(Ag)계 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함하고,
    상기 반사전극층의 두께는 2800Å 내지 3200Å이고,
    상기 산화방지 전극층은 금(Au), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 니켈(Ni), 루세늄(Ru), 이리듐(Ir) 및 백금(Pt) 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 산화방지 전극층의 두께는 2800Å 내지 3200Å 인 발광소자.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극의 상부면은 평평한 형상을 포함하는 발광소자.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극은,
    상기 제2 반도체층 상의 일측에 배치되는 적어도 하나의 제2 전극패드; 및
    상기 제2 전극패드에 연결되어 타측 방향으로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극윙을 포함하는 발광소자.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극과 상기 제2 반도체층 사이에는 투광성전극층; 및
    상기 제2 반도체층의 상기 제2 전극과 수직적으로 중복되는 위치에 배치되는 전류제한층;이 더 포함되고,
    상기 제2 전극은 상기 투광성전극층을 관통하여 상기 제2 반도체층과 연결되는 발광소자.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제1항에 있어서,
    상기 발광구조물의 측면과 상면의 일부 영역을 감싸게 형성되는 패시베이션을 더 포함하는 발광소자.
KR1020110134773A 2011-12-14 2011-12-14 발광소자 KR101907618B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110134773A KR101907618B1 (ko) 2011-12-14 2011-12-14 발광소자

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110134773A KR101907618B1 (ko) 2011-12-14 2011-12-14 발광소자

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130067441A KR20130067441A (ko) 2013-06-24
KR101907618B1 true KR101907618B1 (ko) 2018-10-15

Family

ID=48863270

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110134773A KR101907618B1 (ko) 2011-12-14 2011-12-14 발광소자

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101907618B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101987698B1 (ko) * 2017-02-14 2019-06-11 엘지전자 주식회사 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 이의 제조방법
KR20210149628A (ko) 2021-10-14 2021-12-09 박순형 건물 m형 지붕구조의 경사면 설치구조

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130067441A (ko) 2013-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8766302B2 (en) Light emitting device
JP6320769B2 (ja) 発光素子
KR20130067821A (ko) 발광소자
KR101907619B1 (ko) 발광 소자
KR101843740B1 (ko) 발광소자
KR101907618B1 (ko) 발광소자
KR20140099075A (ko) 발광소자
KR20150032115A (ko) 발광소자
KR20130031932A (ko) 발광 소자
KR101863732B1 (ko) 발광소자
KR101865405B1 (ko) 발광소자
KR101860318B1 (ko) 발광 소자
KR101818753B1 (ko) 발광소자
KR101832165B1 (ko) 발광소자
KR20140097899A (ko) 발광소자
KR20140090282A (ko) 발광소자
KR20140097603A (ko) 발광 소자 및 그를 포함하는 발광소자 패키지
KR20130025452A (ko) 발광 소자
KR101855064B1 (ko) 발광소자
KR101955313B1 (ko) 발광소자
KR101843726B1 (ko) 발광소자
KR20140029585A (ko) 발광소자
KR20150015983A (ko) 발광소자
KR20140142056A (ko) 발광소자
KR20130070283A (ko) 발광 소자

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right