KR102585347B1 - 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치 - Google Patents

발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치 Download PDF

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Abstract

실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명장치에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형의 제1 반도체층(112), 제1 활성층(114) 및 제2 도전형의 제2 반도체층(116)을 포함하는 제1 발광구조물(110); 상기 제1 발광구조물(110)의 일측에 이격되어 배치되며, 제1 도전형의 제3 반도체층(122), 제2 활성층(124) 및 제2 도전형의 제4 반도체층(126)을 포함하는 제2 발광구조물(120); 상기 제1 발광구조물(110)의 제1 도전형의 제1 반도체층(112) 및 상기 제2 발광구조물(120)의 제1 도전형의 제3 반도체층(122)과 공통으로 전기적으로 연결되는 제1 전극부(160); 및 상기 제1 발광구조물(110)의 제2 도전형의 제2 반도체층(116) 및 상기 제2 발광구조물(120)의 제2 도전형의 제4 반도체층(126)과 공통으로 전기적으로 연결되는 제2 전극부(150);를 포함할 수 있다.

Description

발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치{LIGHT EMITTING DEVICE, LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE AND LIGHTING APPARATUS}
실시예는 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치에 관한 것이다.
GaN, AlGaN 등의 화합물을 포함하는 반도체 소자는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점을 가져서 발광 소자, 수광 소자 및 각종 다이오드 등으로 다양하게 사용될 수 있다.
특히, 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드(Laser Diode)와 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 저 소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성의 장점을 가진다. 뿐만 아니라, 광검출기나 태양 전지와 같은 수광 소자도 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용하여 제작하는 경우 소자 재료의 개발로 다양한 파장 영역의 빛을 흡수하여 광 전류를 생성함으로써 감마선부터 라디오 파장 영역까지 다양한 파장 영역의 빛을 이용할 수 있다. 또한 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성 및 소자 재료의 용이한 조절의 장점을 가져 전력 제어 또는 초고주파 회로나 통신용 모듈에도 용이하게 이용할 수 있다.
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 신호등 및 Gas나 화재를 감지하는 센서 등에까지 응용이 확대되고 있다. 또한, 고주파 응용 회로나 기타 전력 제어 장치, 통신용 모듈에까지 응용이 확대될 수 있다.
발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드를 주기율표상에서 3족-5족의 원소 또는 2족-6족 원소가 화합되어 생성될 수 있고, 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
예를 들어, 질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭 넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 자외선(UV) 발광소자, 적색(RED) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
예를 들어, 자외선 발광 다이오드(UV LED)의 경우, 200nm~400nm의 파장대에 분포되어 있는 빛을 발생하는 발광 다이오드로서, 상기 파장대에서, 단파장의 경우, 살균, 정화 등에 사용되며, 장파장의 경우 노광기 또는 경화기 등에 사용될 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
이러한 종래기술에서 고 색재현을 위해, 서로 다른 발광 파장을 발광하는 복수의 발광 칩과 형광체를 이용한 기술이 있다. 예를 들어, 종래기술에서는 블루(Blue) 발광 칩(30)과 그린 (Green) 발광 칩(40)을 패키지 몸체(10)에 실장하고, 몰드(20)에 레드(Red) 형광체(22)를 포함하여 백색 발광소자 패키지를 구현하고 있다.
그런데, 이러한 종래기술에서는 블루(Blue) 발광 칩(30)과 그린 (Green) 발광 칩(40)이 서로 다른 기판에서 각각 성장됨에 따라 발광 칩간의 에피층의 물성이 다르므로 발광소자 패키지 작동 시 전기적, 기계적 신뢰성의 차이가 발생하는 문제가 있다.
또한 이러한 종래기술에서는 발광 칩 마다 와이어 공정이 진행됨에 따라 복잡한 회로 구조가 발생하고, 복수의 칩에 대해 개별 구동회로가 필요한 문제가 발생한다. 예를 들어, 블루(Blue) 발광 칩(30)에 제1 와이어(W1), 제2 와이어(2)가 필요하고, 그린 (Green) 발광 칩(40)에도 제3 와이어(W3)와 제4 와이어(W4)가 필요한 실정이며, 발광 칩마다 개별적으로 구동회로가 필요한 실정이다.
나아가 종래기술에서는 발광 칩 마다 동작전압의 차이가 발생하여 회로 구동의 제어에 어려운 점이 있다.
또한 이러한 종래기술에서는 발광 칩 마다 와이어 공정이 진행되어야 하고, 발광 칩 마다 보호소자(미도시)가 구비되어야 하므로, 발광소자 패키지의 사이즈가 커짐에 따라 컴팩트(compact)한 발광소자 패키지의 제공의 어려움이 있다.
또한 이러한 종래기술에서는 복수의 발광 칩이 개별로 존재함에 따라 발열이 급증하여 방열에 대응이 어려운 점이 있고, 열적 특성이 저하되는 문제가 있다.
한편, 종래기술 중에는, 기판 상에 복수의 발광 층을 형성하는 기술(미도시)이 있으나, 이러한 종래기술에서는 각 발광 층이 수직으로 중첩됨에 따라 각 발광 층에서 발광 된 빛 간의 크로스 토크(cross talk) 발생으로 광 흡수의 문제가 발생한다.
예를 들어, 종래기술에 의하면 제1 활성층에서 발광된 약 450nm의 블루 파장의 빛이 그린 파장의 빛을 발광하는 제2 활성층을 여기시켜서 제2 활성층에서 광 발광(Photo Luminescence)가 발생하여 블루 파장 빛의 광출력이 하락되는 문제가 있다.
또한 종래기술에서는 발광 칩 마다 발광된 빛에 대한 형광체의 여기 특성을 고려하지 못해 광학적 특성이 저하되는 문제가 있다. 예를 들어, 적색 형광체가 그린 파장의 빛을 흡수하는 문제에 따라 발광소자 패키지의 광속이 저하되는 문제가 있다.
실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 복수의 발광 층이 존재하더라도 발광 층간의 에피층의 물성의 차이를 최소화하여 발광소자, 발광소자 패키지의 작동시 전기적, 기계적 신뢰성의 차이를 최소화할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치를 제공함이다.
또한 실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 복수의 발광 층이 존재하더라도 각 발광 층에서 발광 된 빛 간의 크로스 토크(cross talk) 발생으로 광 흡수의 문제를 해소할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치를 제공함이다.
또한 실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 복수의 발광 층이 존재하더라도 복잡한 회로 구조가 발생하거나 전기적 구동이 복잡해지는 문제를 방지할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치를 제공함이다.
또한 실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 복수의 발광 층이 존재하더라도 발광소자나 발광소자 패키지의 사이즈가 커짐에 따라 컴팩트(compact)한 발광소자 패키지의 제공의 어려운 문제를 해결할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치를 제공함이다.
또한 실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 복수의 발광 층이 존재하더라도 방열 이슈나, 열적 특성이 저하되는 문제를 해결할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치를 제공함이다.
또한 실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 복수의 발광 층이 존재하는 경우 발광되는 파장의 빛에 따라 형광체에 흡수되는 문제로 인해 광학적 특성이 저하되는 문제를 해소할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치를 제공함이다.
실시예에서 기술적 과제는 본 항목에 기재된 내용에 한정되는 것이 아니며, 명세서 전체를 통해 파악될 수 있는 기술적 과제를 포함한다.
실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형의 제1 반도체층(112), 제1 활성층(114) 및 제2 도전형의 제2 반도체층(116)을 포함하는 제1 발광구조물(110); 상기 제1 발광구조물(110)의 일측에 이격되어 배치되며, 제1 도전형의 제3 반도체층(122), 제2 활성층(124) 및 제2 도전형의 제4 반도체층(126)을 포함하는 제2 발광구조물(120); 상기 제1 발광구조물(110)의 제1 도전형의 제1 반도체층(112) 및 상기 제2 발광구조물(120)의 제1 도전형의 제3 반도체층(122)과 공통으로 전기적으로 연결되는 제1 전극부(160); 및 상기 제1 발광구조물(110)의 제2 도전형의 제2 반도체층(116) 및 상기 제2 발광구조물(120)의 제2 도전형의 제4 반도체층(126)과 공통으로 전기적으로 연결되는 제2 전극부(150);를 포함할 수 있다.
또한 실시예에 따른 발광소자 패키지는 상기 발광소자를 포함할 수 있다.
또한 실시예에 따른 조명장치는 상기 발광소자를 포함하는 발광유닛을 구비할 수 있다.
실시예의 기술적 효과 중에 하나는, 복수의 발광 층이 존재하더라도 발광 층간의 에피층의 물성의 차이를 최소화하여 발광소자, 발광소자 패키지의 작동시 전기적, 기계적 신뢰성의 차이를 최소화할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예의 기술적 효과 중에 하나는, 복수의 발광 층이 존재하더라도 각 발광 층에서 발광 된 빛 간의 크로스 토크(cross talk) 발생으로 광 흡수의 문제를 해소할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예의 기술적 효과 중에 하나는, 복수의 발광 층이 존재하더라도 복잡한 회로 구조가 발생하거나 전기적 구동이 복잡해지는 문제를 방지할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예의 기술적 효과 중에 하나는, 복수의 발광 층이 존재하더라도 발광소자나 발광소자 패키지의 사이즈가 커짐에 따라 컴팩트(compact)한 발광소자 패키지의 제공의 어려운 문제를 해결할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예의 기술적 효과 중에 하나는, 복수의 발광 층이 존재하더라도 방열 이슈나, 열적 특성이 저하되는 문제를 해결할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예의 기술적 효과 중의 하나는, 복수의 발광 층이 존재하는 경우 발광되는 파장의 빛에 따라 형광체에 흡수되는 문제로 인해 광학적 특성이 저하되는 문제를 해소할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치를 제공할 수 있다.
실시예에서 기술적 효과는 본 항목에 기재된 내용에 한정되는 것이 아니며, 명세서나 도면을 통해 파악될 수 있는 기술적 효과를 포함한다.
도 1은 종래기술에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 2는 실시예에 따른 발광소자의 평면도와 단면도.
도 3a 내지 도 3b는 비교예와 실시예에 따른 발광소자 패키지의 광 특성 비교 데이터.
도 4a 내지 도 4e는 제1 실시예에 따른 발광소자의 제조방법의 전반부 공정 단면도.
도 5a 내지 도 5d는 제2 실시예에 따른 발광소자의 제조방법의 전반부 공정 단면도.
도 6a 내지 도 6e는 제3 실시예에 따른 발광소자의 제조방법의 전반부 공정 단면도.
도 7 내지 도 10은 실시예에 따른 발광소자의 제조방법의 후반부 공정 단면도.
도 11은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 12a 내지 도 12b는 비교예와 실시예에 따른 발광소자 패키지의 광 특성 비교 데이터.
도 13은 실시예에 따른 조명 장치의 사시도.
이하 상기의 과제를 해결하기 위한 구체적으로 실현할 수 있는 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
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 두 개의 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 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
반도체 소자는 발광소자, 수광 소자 등 각종 전자 소자 포함할 수 있으며, 발광소자와 수광소자는 모두 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 반도체 소자는 발광소자일 수 있다. 발광소자는 전자와 정공이 재결합함으로써 빛을 방출하게 되고, 이 빛의 파장은 물질 고유의 에너지 밴드갭에 의해서 결정된다. 따라서, 방출되는 빛은 상기 물질의 조성에 따라 다를 수 있다.
(실시예)
도 2는 실시예에 따른 발광소자의 평면도와 단면도이다.
예를 들어, 도 2(t)는 실시예에 따른 발광소자(100)의 평면도이며, 도 2(a)는 도 2(t)의 AA'선을 따른 단면도이며, 도 2(b)는 도 2(t)의 BB'선을 따른 단면도이다. 도 2(t)에서 상기 AA'선과 상기 BB'선은 제1 축방향(X)과 평행한 방향일 수 있으며, 제2 축방향(Y)은 상기 제1 축방향(X)에 수직한 방향일 수 있다.
도 2는 수평형 발광소자를 도시한 것이나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 수직형 발광소자에도 적용이 가능하고, 수평형 발광소자의 경우 플립칩 형태로도 실장이 가능할 수 있다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 발광소자(100)는 제1 발광구조물(110), 제2 발광구조물(120), 제1 전극부(160), 제2 전극부(150), 절연층(130), 투광성 오믹층(140) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 실시예에 따른 발광소자(100)는 제1 도전형의 제1 반도체층(112), 제1 활성층(114) 및 제2 도전형의 제2 반도체층(116)을 포함하는 제1 발광구조물(110);과, 상기 제1 발광구조물(110)의 일측에 배치되며, 제1 도전형의 제3 반도체층(122), 제2 활성층(124) 및 제2 도전형의 제4 반도체층(126)을 포함하는 제2 발광구조물(120);과, 상기 제1 발광구조물(110)의 제1 도전형의 제1 반도체층(112) 및 상기 제2 발광구조물(120)의 제1 도전형의 제3 반도체층(122)과 공통적으로 전기적으로 연결되는 제1 전극부(160); 및 상기 제1 발광구조물(110)의 제2 도전형의 제2 반도체층(116) 및 상기 제2 발광구조물(120)의 제2 도전형의 제4 반도체층(126)과 공통적으로 전기적으로 연결되는 제2 전극부(150);를 포함할 수 있다.
실시예는 상기 제2 전극부(150)와 상기 제1 발광구조물(110) 사이 및 상기 제2 전극부(150)와 상기 제2 발광구조물(120)의 사이에 배치되는 절연층(130)을 포함할 수 있다.
또한 실시예는 상기 절연층(130)과 상기 제2 전극부(150) 사이에 배치되는 투광성 오믹층(140)을 포함할 수 있다.
이하 기술적 과제를 해결하기 위한 실시예에 따른 발광소자(100)의 기술적 특징을 도 2를 참조하여 상술하기로 한다.
<기판>
도 2(a)와 도 2(b)를 참조하면, 실시예에서 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 하나가 사용될 수 있다. 상기 기판(105) 위에는 요철 구조(미도시)가 형성되어 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
실시예에서 상기 기판(105) 상에 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 버퍼층은 이후 형성되는 제1, 제2 발광구조물(110, 120)와 기판(105)간의 격자 부정합을 완화시켜 줄 수 있다. 상기 버퍼층은 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층 위에는 언도프드(undoped) 반도체층(미도시)이 형성될 수 있다.
<제1 발광구조물, 제2 발광구조물>
도 2(a)와 도 2(b)를 참조하면, 실시예는 제1 도전형의 제1 반도체층(112), 제1 활성층(114) 및 제2 도전형의 제2 반도체층(116)을 포함하는 제1 발광구조물(110)과, 상기 제1 발광구조물(110)의 일측에 이격되어 배치되며, 제1 도전형의 제3 반도체층(122), 제2 활성층(124) 및 제2 도전형의 제4 반도체층(126)을 포함하는 제2 발광구조물(120)을 포함할 수 있다.
상기 제1 발광구조물(110)과 상기 제2 발광구조물(120)은 각각 서로 다른 파장의 빛을 발광을 할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 발광구조물(110)의 제1 활성층(114)은 블루(Blue) 파장의 빛을 발광할 수 있고, 상기 제2 발광구조물(120)의 제2 활성층(124)은 그린(Green), 파장의 빛을 발광할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 제1 발광구조물(110)의 제1 도전형의 제1 반도체층(112)과, 제2 발광구조물(120)의 제1 도전형의 제3 반도체층(122)은 반도체 화합물, 예를 들어 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형의 제1 반도체층(112), 제1 도전형의 제3 반도체층(122)이 n형 반도체층인 경우, n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 제1 도전형의 제1 반도체층(112), 제1 도전형의 제3 반도체층(122)은 InxAlyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 의 제1 반도체층(112), 제1 도전형의 제3 반도체층(122)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 제1 발광구조물(110)의 제1 활성층(114), 제2 발광구조물(120)의 제2 활성층(124)은 단일 양자우물 구조, 다중 양자우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 활성층(114), 제2 활성층(124)은 양자우물/양자벽 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 활성층(114), 제2 활성층(124)은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs/AlGaAs, InGaP/AlGaP, GaP/AlGaP중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
다음으로, 상기 제1 발광구조물(110)의 제2 도전형의 제2 반도체층(116), 상기 제2 발광구조물(120)의 제2 도전형의 제4 반도체층(126)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 도전형의 제2 반도체층(116), 제2 도전형의 제4 반도체층(126)은 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 제2 도전형의 제2 반도체층(116), 제2 도전형의 제4 반도체층(126)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3-족-5족 화합물 반도체 예컨대, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형의 제2 반도체층(116), 제2 도전형의 제4 반도체층(126)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 복수의 발광 층이 존재하더라도 발광 층간의 에피층의 물성의 차이를 최소화하여 발광소자, 발광소자 패키지의 작동시 전기적, 기계적 신뢰성의 차이를 최소화할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치를 제공함이다.
이러한 과제를 해결하기 위해, 실시예는 도 2(a)와 도 2(b)와 같이, 실시예의 제1 발광구조물(110)과 제2 발광구조물(120)이 같은 제1 도전형 제1 반도체층(112)을 기반으로 성장하여 형성될 수 있다.
이를 통해 실시예에 의하면 제1 도전형 제1 반도체층(112)을 성장 템플릿(templet)으로 공유함에 따라 이 위에 성장된 제1 발광구조물(110)과 제2 발광구조물(120)의 에피층의 물성이 공통적인 특성을 보유함에 따라 복수의 발광 층이 존재하더라도 발광 층간의 에피층의 물성의 차이를 최소화하여 발광소자, 발광소자 패키지의 작동시 전기적, 기계적 신뢰성의 차이를 최소화할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
다음으로, 실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 복수의 발광 층이 존재하더라도 각 발광 층에서 발광 된 빛 간의 크로스 토크(cross talk) 발생으로 광 흡수의 문제를 해소할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치를 제공함이다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위해, 실시예는 도 2(a)와 같이, 제1 발광구조물(110)의 제1 활성층(114)의 높이와 상기 제2 발광구조물(120)의 제2 활성층(124)의 높이가 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형의 제1 반도체층(112)의 저면으로부터 제1 활성층(114)까지의 제1 거리(D1)는 상기 제1 도전형의 제1 반도체층(112)의 저면으로부터 상기 제2 활성층(124)까지의 제2 거리(D2) 보다 길 수 있다.
또한 실시예에서, 상기 기판(105)의 상면으로부터 제1 활성층(114)까지의 제1 거리(D1)는 상기 기판(105)의 상면으로부터 상기 제2 활성층(124)까지의 제2 거리(D2) 보다 길 수 있다.
이에 따라 제1 발광구조물(110)의 제1 활성층(114)이 상기 제2 발광구조물(120)의 제2 활성층(124)보다 높게 배치될 수 있다.
실시예에 의하면, 제1 발광구조물(110)의 제1 활성층(114)의 높이를 제2 발광구조물(120)의 제2 활성층(124)의 높이를 다르게 배치함으로써 복수의 발광 층이 존재하더라도 각 발광 층에서 발광 된 빛 간의 크로스 토크(cross talk) 발생으로 광 흡수의 문제를 해소할 수 있는 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 제1 발광구조물(110)의 제1 활성층(114)이 상기 제2 발광구조물(120)의 제2 활성층(124)보다 높게 배치될 수 함으로써, 상기 제1 활성층(114)이 예를 들어 블루(Blue) 빛을 발광하고, 상기 제2 활성층(124)이 그린(Green) 빛을 발광하는 경우, 상기 제1 활성층(114)을 상기 제2 활성층(124)보다 높게 배치됨에 따라 상기 제1 활성층(114)에서 상측으로 발광되는 블루 빛이 상기 제2 활성층(124)에 흡수될 수 있는 가능성을 낮춤으로써 복수의 발광 층이 존재하더라도 각 발광 층에서 발광 된 빛 간의 크로스 토크(cross talk) 발생으로 광 흡수의 문제에 따른 광도 감소의 문제를 해결할 수 있는 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 도 3a와 도 3b는 비교예와 실시예에 따른 발광소자 패키지의 광 스펙트럼 예시도이다. 비교예는 도 1과 같이 개별 발광 칩으로 구현된 예이며, 도 3b의 실시예는 도 2에 도시된 실시예에 따른 발광소자(100)가 패키지 몸체에 실장된 예이며(도 11 참조), 적색 형광체가 채용된 예이다.
도 3a와 같이 비교예는 약 53.9% 정도의 광 효율이 있는 반면에, 도 3b와 같이 실시예에 따른 발광소자 패키지는 약 88.1%의 광 효율이 있다.
실시예에 의하면 복수의 발광 층이 존재하더라도 각 발광 층에서 발광 된 빛 간의 크로스 토크(cross talk) 발생으로 광 흡수의 문제를 해결함에 따라 광 효율이 현저히 증가하는 기술적 효과가 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 제2 발광구조물(120)은 상기 제1 발광구조물(110)의 사이에 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 발광구조물(110)이 제2 축 방향(Y)으로 돌출된 돌출부를 구비하는 핑거 구조로 형성되고, 상기 제2 발광구조물(120)은 핑거 구조의 제1 발광구조물(110) 사이에 이격되어 배치될 수 있다. 이를 통해, 실시예에 의하면 제1 발광구조물(110)과 제2 발광구조물(120)의 최적의 영역 분포로 형성됨에 따라 광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 제1 발광구조물(110)의 영역의 넓이가 제2 발광구조물(120)의 영역의 넓이에 비해 같거나 넓게 형성됨으로써 광 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 발광구조물의 영역의 넓이는 도 2의 평면도인 도 2(t)를 기준으로 평면의 넓이를 기준으로 할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 발광구조물(110)이 블루 파장의 빛을 발광하는 경우이고, 제2 발광구조물(120)이 그린 파장의 빛을 발광하는 경우, 상기 제1 발광구조물(110)의 영역이 넓이가 상기 제2 발광구조물(120)의 영역의 넓이의 약 1 배 내지 4배로 넓게 형성되어 광효율을 향상시킬 수 있다.
실시예에서는 그린 파장 빛의 시감도가 블루 파장 빛의 시감도보다 높음 점을 고려하여, 그린 파장 빛을 발광하는 제2 발광구조물(120)의 넓이보다 블루 파장의 빛을 발광하는 제1 발광구조물(110)의 넓이를 상대적으로 더 넓게 확보할 수 있다.
또한, 실시예에서는 레드 형광체에서는 그린 파장의 빛보다 블루파장의 빛을 더 많이 흡수하는 점을 고려하여, 그린 파장 빛을 발광하는 제2 발광구조물(120)의 넓이보다 블루 파장의 빛을 발광하는 제1 발광구조물(110)의 넓이를 상대적으로 더 넓게 확보할 수 있다.
한편, 제1 발광구조물(110)의 넓이가 제2 발광구조물(120)의 넓이의 4배를 초과하는 경우, 블루 파장의 빛의 분포가 너무 높아 적절한 백색광 구현이 어려울 수 있다.
<제1 전극부(160), 제2 전극부(150), 절연층(130), 투광성 오믹층(140)>
다음으로 도 2를 참조하면, 실시예는 상기 제1 발광구조물(110)의 제1 도전형의 제1 반도체층(112) 및 상기 제2 발광구조물(120)의 제1 도전형의 제3 반도체층(122)과 공통적으로 전기적으로 연결되는 제1 전극부(160); 및 상기 제1 발광구조물(110)의 제2 도전형의 제2 반도체층(116) 및 상기 제2 발광구조물(120)의 제2 도전형의 제4 반도체층(126)과 공통적으로 전기적으로 연결되는 제2 전극부(150);를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극부(160), 제2 전극부(150)는 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P), 알루미늄(Al) 중 적어도 하나 이상을 포함한 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극부(160)와 상기 제2 전극부(150)의 표면에는 은(Ag) 또는 알루미늄(Ag)이 형성되어, 입사되는 광의 반사 효율을 향상시켜 광 효율을 증대시킬 수 있다. 또한 상기 제1 전극부(160)와 상기 제2 전극부(150)가 금층(Au layer)을 포함하여 습기에 의한 부식을 방지할 수 있고, 전기적인 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한 도 2(a) 및 도 2(b)를 참조하면, 실시예에서 제1 발광구조물(110)과 제2 발광구조물(120) 사이에는 소정의 리세스(R)가 형성되며, 노출된 제1 반도체층(112E)이 형성될 수 있다. 상기 노출된 제1 반도체층(112E)은 제1 도전형 반도체층일 수 있고, 상기 제1 도전형의 제1 반도체층(112)에 연장된 구조일 수 있다. 또한, 상기 제2 발광구조물(120)도 기판(105) 상의 제1 도전형의 제1 반도체층(112) 상에 형성될 수 있다.
실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 복수의 발광 층이 존재하더라도 복잡한 회로 구조가 발생하거나 전기적 구동이 복잡해지는 문제를 방지할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치를 제공함이다.
또한 실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 복수의 발광 층이 존재하더라도 발광소자나 발광소자 패키지의 사이즈가 커짐에 따라 컴팩트(compact)한 발광소자 패키지의 제공의 어려운 문제를 해결할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치를 제공함이다.
도 2를 참조하면, 실시예에서 제1 발광구조물(110)과 제2 발광구조물(120) 사이에 배치된 노출된 제1 반도체층(112E) 상에 제1 전극부(160)가 형성될 수 있다. 상기 제1 전극부(160)는 제1 패드전극(162)과 상기 제1 패드전극(162)에서 일측 또는 양측으로 분기되어 연장되는 제1 가지전극(164)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 2(t)와 도 2(a)를 참조하면, 실시예에서 제1 발광구조물(110)과 제2 발광구조물(120) 사이에 배치된 노출된 제1 반도체층(112E) 상에 제1 패드전극(162)과 제1 가지전극(164)이 형성될 수 있다.
이에 따라 실시예에서 상기 제1 전극부(160)는 상기 제1 발광구조물(110)의 제1 도전형의 제1 반도체층(112) 및 상기 제2 발광구조물(120)의 제1 도전형의 제3 반도체층(122)과 공통으로 전기적으로 연결됨에 따라, 복수의 발광 층이 존재하더라도 복잡한 회로 구조가 발생하거나 전기적 구동이 복잡해지는 문제를 방지할 수 있는 기술적 특징이 있다.
또한 실시예에서 상기 제1 전극부(160)는 상기 제1 발광구조물(110)의 제1 도전형의 제1 반도체층(112) 및 상기 제2 발광구조물(120)의 제1 도전형의 제3 반도체층(122)과 공통으로 전기적으로 연결됨에 따라, 복수의 발광 층이 존재하더라도 발광소자나 발광소자 패키지의 사이즈를 줄임으로써 컴팩트(compact)한 발광소자, 발광소자 패키지를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 상기 제1 발광구조물(110)과 상기 제2 발광구조물(120) 사이의 영역은 양자의 경계영역으로서 결정결함이 존재할 수 있는 영역인데, 실시예에서는 제1 발광구조물(110)과 제2 발광구조물(120) 사이의 영역에 공통 전극 기능을 하는 제1 전극부(160)를 배치를 위한 노출된 제1 반도체층(112E)이 형성함과 동시에, 제1 발광구조물(110)과 제2 발광구조물(120) 경계 영역을 일부 제거하는 소정의 리세스(R) 형성공정을 통해 결정 품질에 이슈가 있을 수 있는 영역을 제거함으로써 발광소자의 품질을 향상시킬 수 있는 복합적인 기술적 효과가 있다.
다음으로, 실시예는 상기 제2 전극부(150)와 상기 제1 발광구조물(110) 사이 및 상기 제2 전극부(150)와 상기 제2 발광구조물(120)의 사이에 배치되는 절연층(130)을 포함할 수 있으며, 또한 실시예는 상기 절연층(130)과 상기 제2 전극부(150) 사이에 배치되는 투광성 오믹층(140)을 포함할 수 있다.
상기 절연층(130)은 SiO2, SixOy, Al2O3, TiO2 등의 산화물이나 Si3N4, SixNy, SiOxNy, AlN 등의 질화물층으로 형성될 수 있다.
상기 투광성 오믹층(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 중에 어느 하나 이상일 수 있다.
도 2(a)와 도 2(b)를 참조하면, 상기 투광성 오믹층(140)은 제1 발광구조물(110)과 제2 발광구조물(120) 상에 전체적으로 형성됨에 따라 전류 확산기능을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 2(a)를 참조하면, 상기 절연층(130)은 제2 가지전극(154)과 수직으로 중첩되는 영역에 형성됨으로써 전류차단 기능을 통해 전류 확산효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 2(b)를 참조하면, 상기 절연층(130)은 제2 가지전극(154)과 수직으로 중첩되는 영역에 형성됨과 아울러 리세스 영역에도 연장되어 형성됨으로써 브릿지 형태의 투광성 오믹층(140)과, 브릿지 형태의 제2 가지전극(154)이 형성이 가능하며, 상기 절연층(130)이 노출된 제1 활성층(114), 제2 활성층(124)의 측면에도 형성이 되어 리키지 커런트 등을 방지하여 전기적 신뢰성도 향상시킬 수 있다.
실시예에 의하면 제2 전극부(150)가 형성되는 영역의 하측에 절연층(130)을 배치함으로써 전류확산 기능과 아울러, 제2 가지전극(154)이 제2 발광구조물(120) 뿐만 아니라 제1 발광구조물(110) 영역까지 연장되어 형성됨으로써 제2 전극부(150)가 제1 발광구조물(110)과 제2 발광구조물(120)의 공통전극으로 기능함에 따라, 복수의 발광 층이 존재하더라도 복잡한 회로 구조가 발생하거나 전기적 구동이 복잡해지는 문제를 방지할 수 있는 기술적 효과 이 있으며, 또한 실시예에 의하면, 복수의 발광 층이 존재하더라도 컴팩트(compact)한 발광소자, 발광소자 패키지를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 도 2(a)를 참조하면, 절연층(130)의 수평 폭이 제1 전극부(150)의 제2 가지전극(154)의 수평 폭에 비해 크게 형성됨으로써 전류확산 기능을 향상시킬 수 있음과 아울러, 제1 전극부(150) 하측에 배치되는 절연층(130)의 면적이 제1 전극부(150)의 면적에 비해 넓게 형성됨으로써 전기적인 단락의 방지와 아울러 전류확산 기능을 향상시킬 수 있는 복합적인 기술적 효과가 있다.
한편, 종래기술에서는 발광 칩 마다 동작전압의 차이가 발생하여 회로 구동의 제어에 어려운 점이 있었다.
실시예에서는 이러한 기술적 문제를 해결함과 아울러 공통전극의 기능을 하는 제1 전극부(160)와 제2 전극부(150)의 실효적인 기능을 확보하기 위해 제1 발광구조물(110)과 제2 발광구조물(120)의 동작전압을 같거나 유사한 수준으로 제어함으로써 공통 전극에 의한 효율적인 회로구동이 가능할 수 있다.
예를 들어, 실시예에서 제2 발광구조물(120)의 동작전압이 제1 발광구조물(110)의 동작전압보다 낮은 경우라면, 상기 제1 도전형의 제3 반도체층(122)에 제1 도전형 도펀트의 양을 적게 하면 캐리어 농도의 저하로 동작전압이 다소 높아질 수 있도록 하여 제2 발광구조물(120)과 제1 발광구조물(110)의 동작전압을 같거나 유사한 수준으로 제어할 수 있다.
한편, 실시예에서 제2 발광구조물(120)의 동작전압이 제1 발광구조물(110)의 동작전압보다 높은 경우라면, 상기 제1 도전형의 제3 반도체층(122)에 제1 도전형 도펀트의 양을 많게 하면 캐리어 농도의 증가로 동작전압이 다소 낮아질 수 있도록 하여 제2 발광구조물(120)과 제1 발광구조물(110)의 동작전압을 같거나 유사한 수준으로 제어할 수 있다.
또한 캐리어 농도의 제어와 더불어 제1 도전형의 제3 반도체층(122)의 두께를 제어함으로써 제1 도전형의 제3 반도체층(122)의 도전성을 제어함으로써 제2 발광구조물(120)과 제1 발광구조물(110)의 동작전압을 같거나 유사한 수준으로 제어할 수 있다.
실시예의 기술적 효과 중에 하나는, 복수의 발광 층이 존재하더라도 발광 층간의 에피층의 물성의 차이를 최소화하여 발광소자, 발광소자 패키지의 작동시 전기적, 기계적 신뢰성의 차이를 최소화할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예의 기술적 효과 중에 하나는, 복수의 발광 층이 존재하더라도 각 발광 층에서 발광 된 빛 간의 크로스 토크(cross talk) 발생으로 광 흡수의 문제를 해소할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예의 기술적 효과 중에 하나는, 복수의 발광 층이 존재하더라도 복잡한 회로 구조가 발생하거나 전기적 구동이 복잡해지는 문제를 방지할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예의 기술적 효과 중에 하나는, 복수의 발광 층이 존재하더라도 발광소자나 발광소자 패키지의 사이즈가 커짐에 따라 컴팩트(compact)한 발광소자 패키지의 제공의 어려운 문제를 해결할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치를 제공할 수 있다.
<제조방법>
이하 도 4a 내지 도 7d를 참조하여 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 설명하기로 한다.
우선, 도 4a 내지 도 4e는 제1 실시예에 따른 발광소자의 제조방법의 전반부 공정 단면도이며, 탑-다운 성장(top-down growth)의 성장 예시이다.
도 4a와 같이 기판(105) 상에 제1 발광구조물(110)을 형성할 수 있다. 상기 제1 발광구조물(110)은 제1 도전형의 제1 반도체층(112), 제1 활성층(114), 제2 도전형의 제2 반도체층(116)이 순차적으로 형성될 수 있다. 상기 제1 발광구조물(110)은 블루 파장의 빛을 발광할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이후 도 4b와 같이 제1 마스크(M1)를 형성하고, 도 4c와 같이 제1 마스크(M1)를 식각마스크로 하여 건식 또는 습식의 제1 식각공정(E1)을 진행하여 소정의 리세스(R)를 형성할 수 있다.
실시예에서 제1 식각공정(E1)을 통해 제1 발광구조물(110)의 일부가 제거되어 제1 도전형의 제1 반도체층(112)의 상면일부가 노출될 수 있으며, 상기 리세스(R)의 깊이는 이후 형성될 제2 발광구조물(120)의 성장을 고려하여 제어할 수 있다. 실시예에 의하면, 상기 리세스(R)의 깊이는 약 1 이하의 깊이로 제어함으로써 이후 성장되는 제2 발광구조물(120)의 성장 효율을 증대시킬 수 있다.
다음으로, 도 4d와 같이, 제2 마스크(M2)를 추가 형성한 후, 도 4e와 같이, 제2 발광구조물(120)을 형성할 수 있다. 상기 제2 발광구조물(120)은 제1 도전형의 제3 반도체층(122), 제2 활성층(124), 제2 도전형의 제4 반도체층(126)이 순차적으로 배치된 구조일 수 있다. 이때, 재 성장된 제1 도전형의 제1 반도체층(112a)을 소정의 두께로 형성하여 리세스 형성 공정, 마스크 형성 및 제거 공정에 따른 막질 손상영역을 완화하여 결정품질을 향상시킬 수 있다. 상기 제2 발광구조물(120)은 재 성장된 제1 도전형의 제1 반도체층(112a) 상에 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 발광구조물(120)은 그린 파장의 빛이 발광될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이후 상기 제1 마스크(M1)와 제2 마스크(M2)는 제거될 수 있다.
다음으로, 도 5a 내지 도 5d는 제2 실시예에 따른 발광소자의 제조방법의 전반부 공정 단면도이며, 바텀-업 성장(bottom-up growth) 방법의 예시이다.
우선 도 5a와 같이, 기판(105) 상에 버퍼층(111)을 형성 후, 제1 도전형의 제1 반도체층(112)을 일부 형성 후 제3 마스크(M3)를 형성하고, 제3 마스크(M3)를 성장 마스크로 하여 제1 발광구조물(110)을 형성할 수 있다.
이후 도 5c와 같이, 제3 마스크(M3) 제거 후에, 제1 발광구조물(110) 상에 제4 마스크(M4)를 형성하고, 도 5d와 같이, 상기 제4 마스크(M4)를 성장 마스크로 하여 제2 발광구조물(120)을 성장할 수 있다. 이때, 재 성장된 제1 도전형의 제1 반도체층(112a)을 소정의 두께로 형성하여 리세스 형성 공정, 마스크 형성 및 제거 공정에 따른 막질 손상영역을 완화하여 결정품질을 향상시킬 수 있다. 이후 상기 제4 마스크(M4)는 제거될 수 있다.
다음으로, 도 6a 내지 도 6e는 제3 실시예에 따른 발광소자의 제조방법의 전반부 공정 단면도이며, 식각정지층(etching stop layer)를 활용한 방법이다.
우선 도 6a와 같이, 기판(105) 상에 제1 발광구조물(110)을 형성한 후에, 식각방지층(190)을 형성할 수 있다. 상기 식각방지층(190)은 제1 발광구조물(110)과는 식각특성이 다른 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 식각방지층(190)은 질화물로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이후 도 6b와 같이, 제5 마스크(M5)을 일부 형성 후, 도 6c와 같이 제2 식각공정(E2)을 진행하여 제1 도전형의 제1 반도체층(112)의 상면 일부가 노출될 수 있다. 상기 제5 마스크(M5)는 식각방지층(190)과는 식각특성이 다른 물질일 수 있다. 예를 들어, 상기 제5 마스크(M5)는 SiO2와 같은 산화물로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 6d와 같이 노출된 제1 도전형 반도체층(112) 상에 소정의 재 성장된 제1 도전형의 제1 반도체층(112a)을 형성하여 리세스 형성 공정 등에 따른 막질 손상영역의 결정품질을 향상시킬 수 있다.
이후, 제5 마스크(M5)를 제거한 후에 상기 재 성장된 제1 도전형의 제1 반도체층(112a) 상에 제2 발광구조물(120)이 형성될 수 있다. 이때, 상기 제2 발광구조물(120)의 물질은 식각방지층(190) 상에도 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 6e와 같이, 제6 마스크(M6)를 제2 발광구조물(120) 상에 배치 후 나머지 노출되는 제2 발광구조물 물질을 제거하여 제2 발광구조물(120)을 형성할 수 있다. 이후 제6 마스크(M6)와 식각방지층(190)은 각각 제거될 수 있다.
도 7 내지 도 10은 실시예에 따른 발광소자의 제조방법의 후반부 공정 단면도이다.
우선, 도 7을 참조하면, 소정의 식각마스크(미도시)를 이용하여 제1 발광구조물(110)과 제2 발광구조물(120) 경계 영역을 일부 제거하여 리세스(R)를 형성할 수 있다.
이후 도 8과 같이, 제2 전극부(150)가 형성될 영역에 대응하여 제1 발광구조물(110)과 제2 발광구조물(120) 상에 절연층(130)이 형성될 수 있다.
이후 도 9와 같이, 리세스 영영을 제외하고 투광성 오믹층(140)이 형성될 수 있다.
이후 도 10과 같이, 제1 전극부(160)와 제2 전극부(150)가 형성될 수 있다.
이를 통해, 실시예에 따른 발광소자(100)가 형성될 수 있다.
다음으로, 도 11은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 발광소자(100)가 배치되는 패키지 몸체(210)와, 상기 패키지 몸체(210) 상에 배치되는 제1 패키지 전극(221), 제2 패키지 전극(222)과, 상기 제1, 제2 패키지 전극(221,222)과 상기 발광소자(100)를 전기적으로 연결하는 제1, 제2 와이어(W1, W2)를 포함할 수 있다. 상기 발광소자 패키지는 소정의 몰딩부(220)에 형광체(22)를 포함할 수 있다.
종래기술에서 발광 칩 마다 발광된 빛에 대한 형광체의 여기 특성을 고려하지 못해 광학적 특성이 저하되는 문제가 있다. 예를 들어, 적색 형광체가 그린 파장의 빛을 흡수하는 문제에 따라 발광소자 패키지의 광속이 저하되는 문제가 있다.
이러한 기술적 문제를 해결하고자 실시예에서는 적색 형광체를 제1 발광구조물(110) 상에 배치하되, 상기 제2 발광구조물(120)과는 상하간에 중첩되지 않도록 배치시킬 수 있다.
예를 들어, 제1 발광구조물(110)이 블루 파장의 빛을 발광하는 경구, 소정의 마스크를 제2 발광구조물 상에 배치하고, 컨퍼멀 코팅에 의해 제1 발광구조물(110) 상에 적색 형광체를 배치시킴으로써, 제2 발광구조물(120)에서 발광된 파장이 빛이 적색 형광체에 흡수되는 것을 방지하여 색재현율을 향상시킬 수 있다.
도 12a 내지 도 12b는 비교예와 실시예에 따른 발광소자 패키지의 광 특성 비교 데이터이다.
예를 들어, 도 12a는 비교예의 색재현율이며 복수의 발광 칩 상에 형광체를 배치하는 경우 단일 블루 칩 대비해서는 약 118%의 색재현율을 나타내지만, 도 12b와 같이 실시예에 따른 발광소자 패키지의 경우 약 137.6%라는 현저히 향상된 색재현율을 나타내는 기술적 효과가 있다.
실시예에서 도 12b와 같이 색좌표가 각각 더 넓어지는 이유는 형광체로 나오는 녹색 빛보다 에피층의 발광층에서 나오는 녹색 빛의 반치폭(색순도)가 높기 때문이다. 구체적으로, 실시예에서는 형광체를 이용하여 만들어진 녹색 빛보다, 발광층인 에피층에서 생성되는 색순도 높은 녹색 빛을 효과적으로 구현할 수 있으므로 색좌표 상의 색 재현율이 넓게 확보함으로써 약 137.6%라는 현저히 향상된 색재현율을 나타내는 특유의 기술적 효과가 있다.
실시예에 의하면, 복수의 발광 층이 존재하는 경우 발광되는 파장의 빛에 따라 형광체에 흡수되는 문제로 인해 광학적 특성이 저하되는 문제를 해소할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예에 의하면, 종래 복수의 발광 칩을 배치하여 고색재현을 시도한 것에 비해, 복수의 발광 층이 존재하더라도 기존보다는 컴팩트한(compact) 사이즈에 의해 발열자체가 줄어들고, 제1 발광구조물과 제2 발광구조물 간의 물성의 유사성, 동작전압의 유사성 등에 의해 방열이나 열적 취약성의 문제가 현저히 개선됨에 따라, 방열 이슈나, 열적 특성이 저하되는 문제를 해결할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치를 제공할 수 있다.
도 13은 실시예에 따른 조명 장치의 사시도이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 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.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 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 13을 참조하면, 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.
제1 도전형의 제1 반도체층(112), 제1 활성층(114),
제2 도전형의 제2 반도체층(116), 제1 발광구조물(110),
제1 도전형의 제3 반도체층(122), 제2 활성층(124),
제2 도전형의 제4 반도체층(126), 제2 발광구조물(120);
제1 전극부(160), 제2 전극부(150)

Claims (10)

  1. 제1 도전형의 제1 반도체층, 제1 활성층 및 제2 도전형의 제2 반도체층을 포함하는 제1 발광구조물;
    상기 제1 발광구조물의 일측에 이격되어 배치되며, 상기 제1 도전형의 제3 반도체층, 제2 활성층 및 상기 제2 도전형의 제4 반도체층을 포함하는 제2 발광구조물;
    상기 제1 발광구조물의 제1 도전형의 제1 반도체층 및 상기 제2 발광구조물의 제1 도전형의 제3 반도체층과 공통으로 전기적으로 연결되는 제1 전극부; 및
    상기 제1 발광구조물의 제2 도전형의 제2 반도체층 및 상기 제2 발광구조물의 제2 도전형의 제4 반도체층과 공통으로 전기적으로 연결되는 제2 전극부;를 포함하고
    상기 제1 발광구조물과 상기 제2 발광구조물 사이에는 소정의 리세스가 형성되며, 노출된 제1 반도체층이 형성되며,
    상기 제1 전극부는 상기 제1 발광구조물과 상기 제2 발광구조물 사이에 배치된 상기 노출된 제1 반도체층 상에 배치되고,
    상기 제1 발광구조물의 제1 활성층의 높이와 상기 제2 발광구조물의 제2 활성층의 높이가 다른 발광소자.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반도체층의 저면으로부터 상기 제1 활성층까지의 제1 거리는 상기 제1 반도체층의 저면으로부터 상기 제2 활성층까지의 제2 거리 보다 긴 발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 발광구조물은, 제2 축 방향으로 돌출된 돌출부를 구비하는 핑거 구조로 형성되고,
    상기 제2 발광구조물은 상기 핑거 구조의 제1 발광구조물 사이에 이격되어 배치되는 발광소자.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 전극부와 상기 제1 발광구조물 사이 및 상기 제2 전극부와 상기 제2 발광구조물의 사이에 배치되는 절연층을 더 포함하는 발광소자.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 절연층과 상기 제2 전극부 사이에 배치되는 투광성 오믹층을 더 포함하는 발광소자.
  7. 제1항 및 제3항 내지 제6 항 중 어느 하나의 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 발광소자가 배치되는 패키지 몸체;
    상기 패키지 몸체 상에 배치되는 제1 패키지 전극, 제2 패키지 전극;
    상기 발광소자의 제1 전극부와 상기 제1 패키지 전극을 전기적으로 연결하는 제1 와이어;
    상기 발광소자의 제2 전극부와 상기 제2 패키지 전극을 전기적으로 연결하는 제2 와이어; 및
    상기 발광소자 상에 배치되는 형광체;를 포함하는 발광소자 패키지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 형광체는 상기 제1 발광구조물 상에 배치되되, 상기 제2 발광구조물과는 상하간에 중첩되지 않도록 배치되는 발광소자 패키지.
  10. 제1항 및 제3항 내지 제6항 중 어느 하나에 기재된 발광소자를 구비하는 발광유닛을 포함하는 조명장치.
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