KR20130011484A - 발광소자 - Google Patents

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KR20130011484A
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Abstract

실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광소자는 지지 기판; 상기 지지 기판 상에 오믹층; 상기 오믹층 상의 일부 영역에 형성된 전류차단층; 및 상기 오믹층과 상기 전류차단층 상에 형성된 발광구조물;을 포함하며, 상기 전류차단층은 아연(Zn)을 포함한다.

Description

발광소자{LIGHT EMITTING DEVICE}
실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device:LED)는 전기에너지를 빛에너지로 변환시키는 소자로서, 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
발광소자는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저 소비 전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
이에 기존의 광원을 발광소자로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 실내 외에서 사용되는 각종 램프, 액정표시장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 발광소자를 사용하는 경우가 증가하고 있는 추세이다.
예를 들어, 질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 자외선(UV) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
발광소자의 응용범위의 확대는 근본적으로 발광소자의 고출력, 고효율화 기술개발을 요구한다.
실시예는 고출력, 고효율의 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 신뢰성이 향상된 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광소자는 지지 기판; 상기 지지 기판 상에 오믹층; 상기 오믹층 상의 일부 영역에 형성된 전류차단층; 및 상기 오믹층과 상기 전류차단층 상에 형성된 발광구조물;을 포함하며, 상기 전류차단층은 아연(Zn)을 포함한다.
실시예에 고출력, 고효율의 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시예는 신뢰성이 향상된 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 2는 제2 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 3 내지 도 10은 실시예에 따른 발광소자의 공정 단면도.
도 11은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 12는 실시예에 따른 조명 유닛의 사시도.
도 13은 실시예에 따른 백라이트 유닛의 사시도.
실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
(실시예)
도 1은 제1 실시예에 따른 발광소자(100)의 단면도이다.
제1 실시예에 따른 발광소자(100)는 지지 기판(190)과, 상기 지지 기판(190) 상에 형성된 오믹층(150)과, 상기 오믹층(150) 상의 일부 영역에 형성된 전류차단층(145) 및 상기 오믹층(150)과 상기 전류차단층(145) 상에 형성된 발광구조물(135)을 포함한다.
상기 발광구조물(135)은 제1 도전형 반도체층(110), 활성층(120) 및 제2 도전형 반도체층(130)을 포함할 수 있다.
실시예에서 상기 오믹층(150)은 아연(Zn)을 포함하는 오믹층일 수 있다. 예를 들어, 상기 오믹층(150)은 IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), AZO(aluminum zinc oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
실시예에 의하면, Zn 계열로 오믹층을 형성하는 경우 광도와 신뢰성이 증대되고, 가격 경쟁력이 있으며, MOCVD 또는 MBE 등의 공정에 의해 양산이 가능하여 양산성이 증대되는 장점이 있다.
종래기술에 의하면 오믹층과 반사층 사이에 SiO2를 포함하는 전류차단층을 형성하는 경우, 열처리시 SiO2 전류차단층과 오믹층 사이의 접촉(adhesion)이 약해져 신뢰성이 저하되는 문제가 있다.
실시예는 Zn 계열로 오믹층을 형성하는 경우에, 전류차단층(145)과 Zn 계열의 오믹층이 맞닿을 경우 고온 열처리시 전류차단층(145)과 오믹층(150) 계면에서의 접촉(adhesion)이 약해지는 것을 보완할 수 있다.
이를 위해, 실시예에서의 전류차단층(145)은 아연(Zn)을 포함하는 산화물일 수 있다. 예를 들어, 상기 전류차단층(145)은 산화아연(ZnO)을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 상기 전류차단층(145)의 상면은 제2 도전형 반도체층(130)과 접촉하고, 상기 전류차단층(145)의 하면 및 측면은 오믹층(150)과 접할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전류차단층(145)은 전극(115)과 수직 방향으로 적어도 일부분이 중첩되도록 형성될 수 있으며, 이에 따라 전극(115)과 지지 기판(190) 사이의 최단 거리로 전류가 집중되는 현상을 완화하여 발광 소자(100)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 전류차단층(145)은 열처리를 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전류차단층(145)은 스퍼터(sputter) 장비로 증착시 약 200℃ 이하의 온도에서 산소분위기로 증착되어 ZnO를 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 전류차단층(145)은 약 500℃ 이하의 온도에서 분자빔 에피택시법(Molecular Beam Epitaxy: MBE)를 이용하여 ZnO를 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 상기 전류차단층(145)의 두께는 약 2nm~약 500nm일 수 있다. 상기 전류차단층(145)의 두께가 약 2nm 미만인 경우 전류차단층의 두께가 너무 얇아 터널링이 발생할 수 있며, 상기 전류차단층(145)의 두께가 약 500nm를 초과하는 경우 전류차단층에 의해 과도한 단차가 발생하여 소자의 평평도를 유지하기 어려울 수 있다.
또한, 실시예에서 상기 전류차단층(145)의 비저항은 약 1×10-3 Ωcm 이상을 유지하여 전류차단 및 전류확산 기능을 할 수 있다.
실시예에 의하면 전류차단층의 재질을 산화아연(ZnO)을 채용함으로써 오믹층과 전류차단층의 접합력을 증대함과 아울러 전류차단기능 및 전류확산 기능을 효율적으로 수행할 수 있다.
실시예는 상기 지지 기판(190)과 발광구조물(135) 사이에 접합층(180), 베리어층(170), 반사층(160)을 더 포함할 수 있다.
상기 발광구조물(135)의 측면으로 패시베이션층(195)이 형성될 수 있고, 상기 제1 도전형 반도체층(110)의 상면의 일부 영역에 전극(115)이 형성되며, 상기 제1 도전형 반도체층(110)의 상면의 다른 영역에 광 추출 효율을 증가시키기 위해 러프니스 패턴(112)이 형성될 수 있다.
도 2는 제2 실시예에 따른 발광소자(102)의 단면도이다.
제2 실시예는 제1 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있으며, 이하 차별되는 특징을 중심으로 설명한다.
제2 실시예는 상기 오믹층(150)과 상기 제2 도전형 반도체층(130) 사이의 외측에는 보호층(140)이 형성될 수 있다. 상기 보호층(140)은 채널층으로 칭할수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 보호층(140)의 상면은 제2 도전형 반도체층(130)과 패시베이션층(195)에 접촉하고, 상기 보호층(140)의 하면 및 측면은 오믹층(150)에 의해 둘러싸일 수 있다. 예를 들어, 상기 오믹층(150)이 상기 보호층(140)을 감싸는 구조를 형성할 수 있다.
따라서, 발광구조물(135)을 단위 칩 영역으로 분리하기 위하여 아이솔레이션 에칭(isolation etching)을 하는 경우, 상기 보호층(140)을 에칭하지 않기 때문에 상기 보호층(140)의 측면에서 발생하던 깨짐 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 보호층(140)은 전기 절연성을 가지는 물질, 반사층(160) 또는 접합층(180) 보다 전기 전도성이 낮은 물질, 또는 제2 도전형 반도체층(130)과 쇼트키 접촉을 형성하는 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 보호층(140)은 ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO, ZnO, SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiOx, TiO2, Ti, Al 또는 Cr 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 보호층(140)은 일부분이 발광구조물(135)과 수직 방향에서 중첩될 수 있다. 이러한 보호층(140)은 오믹층(150)과 활성층(120) 사이의 측면에서의 거리를 증가시켜 오믹층(150)과 활성층(120) 사이의 전기적 단락의 발생 가능성을 줄일 수 있다. 또한, 상기 보호층(140)은 발광구조물(135)과 지지 기판(190) 사이의 틈새로 수분 등이 침투되는 것도 방지할 수 있다.
상기 보호층(140)은 칩 분리 공정에서 전기적 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 좀더 구체적으로 설명하면, 발광구조물(135)을 단위 칩 영역으로 분리하기 위하여 아이솔레이션 에칭(isolation etching)을 하는 경우, 오믹층(150)에서 발생된 파편이 제2 도전형 반도체층(130)과 활성층(120) 사이 또는 활성층(120)과 제1 도전형 반도체층(110) 사이에 부착되어 전기적 단락이 발생할 수 있는데, 상기 보호층(140)은 이러한 전기적 단락을 방지한다.
실시예에 고출력, 고효율의 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시예는 신뢰성이 향상된 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 10을 참조하여 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 설명하면서 실시예의 특징을 좀더 자세히 기술한다.
우선, 도 3과 같이 성장 기판(101) 상에 발광구조물(135)을 형성한다.
상기 성장기판(101)은 예를 들어, 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 성장 기판(101)은 상기 발광 구조물이 성장되며, 상기 사파이어 기판이 사용될 수도 있다.
상기 발광구조물(135)은 상기 성장기판(101) 상에 상기 제1 도전형 반도체층(110), 활성층(120) 및 제2 도전형 반도체층(130)을 순차적으로 성장함으로써 형성될 수 있다.
상기 발광구조물(135)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) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
한편, 상기 발광구조물(135) 및 상기 성장 기판(101) 사이에는 격자 상수 차이를 완화하기 위해 버퍼층(미도시) 및/또는 언도프트 반도체층(미도시)이 형성될 수도 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(110)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(110)이 N형 반도체층인 경우, 상기 제1도전형 도펀트는 N형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(110)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 반도체층(110)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(110)은 화학증착방법(CVD) 혹은 분자선 에피택시 (MBE) 혹은 스퍼터링 혹은 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 등의 방법을 사용하여 N형 GaN층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(110)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 실리콘(Si)와 같은 n 형 불순물을 포함하는 실란 가스(SiH4)가 주입되어 형성될 수 있다.
이후, 상기 제1 도전형 반도체층(110) 상에 전류확산층(미도시), 전자주입층(미도시) 또는 스트레인 제어층(미도시)을 형성할 수 있다.
상기 전류확산층은 언도프트 질화갈륨층(undoped GaN layer)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자주입층(미도시)은 제1 도전형 질화갈륨층일 수 있다. 예를 들어, 상기 전자주입층은 n형 도핑원소가 6.0x1018atoms/cm3~8.0x1018atoms/cm3의 농도로 도핑 됨으로써 효율적으로 전자주입을 할 수 있다.
또한, 실시예는 전자주입층 상에 InyAlxGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1)/GaN 등으로 형성된 스트레인 제어층(미도시)을 형성할 수 있다. 상기 스트레인 제어층은 제1 도전형 반도체층(110)과 활성층(120) 사이의 격자 불일치에 기이한 응력을 효과적으로 완화시킬 수 있다.
또한, 상기 스트레인제어층은 제1 InGaN 및 제2 InGaN 등의 조성을 갖는 적어도 6주기로 반복 적층됨에 따라, 더 많은 전자가 활성층(120)의 낮은 에너지 준위로 모이게 되며, 결과적으로 전자와 정공의 재결합 확률이 증가되어 발광효율이 향상될 수 있다.
이후, 상기 스트레인 제어층 상에 활성층(120)을 형성한다.
상기 활성층(120)은 제1 도전형 반도체층(110)을 통해서 주입되는 전자와 이후 형성되는 제2 도전형 반도체층(130)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(발광층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(120)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(120)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(120)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
다음으로, 실시예에서 상기 활성층(120) 상에는 전자차단층(미도시)이 형성되어 전자 차단(electron blocking) 및 활성층의 클래딩(MQW cladding) 역할을 해줌으로써 발광효율을 개선할 수 있다. 예를 들어, 상기 전자차단층은 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(120)의 에너지 밴드 갭보다는 높은 에너지 밴드 갭을 가질 수 있으며, 약 100Å~ 약 600Å의 두께로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 전자차단층은 AlzGa(1-z)N/GaN(0≤z≤1) 초격자(superlattice)로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자차단층은 p형으로 이온주입되어 오버플로우되는 전자를 효율적으로 차단하고, 홀의 주입효율을 증대시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 전자차단층은 Mg이 약 1018~1020/cm3 농도 범위로 이온주입되어 오버플로우되는 전자를 효율적으로 차단하고, 홀의 주입효율을 증대시킬 수 있다.
이후, 상기 전자차단층 상에 제2 도전형 반도체층(130)을 형성한다.
상기 제2 도전형 반도체층(130)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 도전형 반도체층(130)이 P형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 P형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(130)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 마그네슘(Mg)과 같은 p 형 불순물을 포함하는 비세틸 사이클로 펜타디에닐 마그네슘(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}가 주입되어 p형 GaN층이 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 상기 제1 도전형 반도체층(110)은 N형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층(130)은 P형 반도체층으로 구현할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한 상기 제2 도전형 반도체층(130) 위에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체 예컨대 N형 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다. 이에 따라 발광구조물(135)은 N-P 접합 구조, P-N 접합 구조, N-P-N 접합 구조, P-N-P 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다.
다음으로, 도 4와 같이, 상기 발광구조물(135) 상에 단위 칩 영역에 대응하여 보호층(140) 및 전류 차단층(145)이 형성된다.
상기 보호층(140) 및 상기 전류 차단층(145)은 마스크 패턴을 이용하여 제2 도전형 반도체층(130) 상에 형성될 수 있다. 상기 보호층(140) 및 상기 전류 차단층(145)은 다양한 증착 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 보호층(140)은 전기 절연성을 가지는 물질, 반사층(160) 또는 접합층(180) 보다 전기 전도성이 낮은 물질, 또는 제2 도전형 반도체층(130)과 쇼트키 접촉을 형성하는 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 보호층(140)은, ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO, ZnO, SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiOx, TiO2, Ti, Al 또는 Cr 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시예에서의 전류차단층(145)은 아연(Zn)을 포함하는 산화물일 수 있다. 예를 들어, 상기 전류차단층(145)은 산화아연(ZnO)을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전류차단층(145)은 열처리를 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전류차단층(145)은 스퍼터(sputter) 장비로 증착시 약 200℃ 이하의 온도에서 산소분위기로 증착되어 ZnO를 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 전류차단층(145)은 약 500℃ 이하의 온도에서 분자빔 에피택시법(Molecular Beam Epitaxy: MBE)를 이용하여 ZnO를 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 상기 전류차단층(145)의 두께는 약 2nm~약 500nm일 수 있다. 상기 전류차단층(145)의 두께가 약 2nm 미만인 경우 전류차단층이 균일하게 형성되기 어려워 터널링이 발생할 수 있며, 상기 전류차단층(145)의 두께가 약 500nm를 초과하는 경우 전류차단층에 의해 과도한 단차가 발생하여 소자의 평평도를 유지하기 어려울 수 있다.
또한, 실시예에서 상기 전류차단층(145)의 비저항은 약 1×10-3 Ωcm 이상을 유지하여 전류차단 및 전류확산 기능을 할 수 있다.
다음으로, 도 5 및 도 6과 같이, 상기 제2 도전형 반도체층(130) 및 상기 보호층(140) 상에 오믹층(150)을 형성하고, 상기 오믹층(150) 상에 반사층(160)을 형성할 수 있다. 여기서, 상기 오믹층(150)은 상기 보호층(140)을 둘러싸는 구조로 형성된다.
상기 오믹층(150) 및 상기 반사층(160)은 예를 들어, 전자빔(E-beam) 증착, 스퍼터링(Sputtering), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 중 어느 하나의 방법에 의해 형성될 수 있다.
상기 오믹층(150)과 반사층(160)이 형성되는 면적은 다양하게 선택될 수 있으며, 상기 오믹층(150) 및/또는 반사층(160)이 형성되는 면적에 따라 다양한 종류의 발광 소자가 제작될 수 있다.
실시예에서 상기 오믹층(150)은 아연(Zn)을 포함하는 오믹층일 수 있다. 예를 들어, 상기 오믹층(150)은 IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), AZO(aluminum zinc oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
실시예에 의하면, Zn 계열로 오믹층을 형성하는 경우 광도와 신뢰성이 증대되고, 가격 경쟁력이 있으며, MOCVD 또는 MBE 등의 공정에 의해 양산이 가능하여 양산성이 증대되는 장점이 있다.
상기 반사층(160)은 발광구조물(135)에서 발생되어 반사층(160) 쪽으로 향하는 빛을 반사시켜, 발광 소자(100, 102)의 발광 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
한편, 상기 반사층(160)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 또는 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 반사층(160)은 상술한 금속 또는 합금과, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), AZO(aluminium zinc oxide), ATO(antimony tin oxide) 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 반사층(160)이 IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni, Ag/Cu, Ag/Pd/Cu 등의 적층 구조를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 7과 같이, 상기 반사층(160) 상에 베리어층(170)을 형성하고, 상기 베리어층(170) 상에 접합층(180)을 형성한다. 이후, 상기 접합층(180) 상에 지지 기판(190)을 형성한다.
비록, 실시 예에서는 상기 지지 기판(190)이 상기 접합층(180)을 통해 본딩 방식으로 결합된 것이 예시되어 있으나, 상기 지지 기판(190)을 도금 방식 또는 증착 방식으로 형성하는 것도 가능하다.
상기 베리어층(170)은 확산 장벽층(diffusion barrier layer)으로서, 반사층(160) 상에 형성될 수 있다. 상기 베리어층(170)은 반사층(160)과 접합층(180) 사이에 접촉되어, 상기 반사층(160)과 상기 접합층(180) 사이의 확산을 방지할 있다.
상기 베리어층(170)은 Ni, Pt, Ti, W, V, Fe, Mo 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 베리어층(170)은 단층(single-layer)뿐만 아니라, 다층(multi-layer)으로 형성될 수 있다.
상기 접합층(180)은 본딩층(bonding layer) 또는 시드층(seed layer)으로서, 베리어층(170) 상에 형성될 수 있다. 상기 접합층(180)은 상기 베리어층(170)과 상기 지지 기판(190) 사이에 접촉되어, 상기 베리어층(170)과 상기 지지 기판(190) 사이의 접착력을 강화시켜 줄 수 있다.
상기 접합층(180)은 Cu, Ni, Ag, Mo, Al, Au, Nb, W, Ti, Cr, Ta, Al, Pd, Pt, Si, Al-Si, Ag-Cd, Au-Sb, Al-Zn, Al-Mg, Al-Ge, Pd-Pb, Ag-Sb, Au-In, Al-Cu- Si, Ag-Cd-Cu, Cu-Sb, Cd-Cu, Al-Si-Cu, Ag-Cu, Ag-Zn, Ag-Cu-Zn, Ag-Cd-Cu-Zn, Au-Si, Au-Ge, Au-Ni, Au-Cu, Au-Ag-Cu, Cu-Cu2O, Cu-Zn, Cu-P, Ni-P, Ni-Mn-Pd, Ni-P, Pd-Ni 중 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 층으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 지지 기판(190)은 발광구조물(135)을 지지하며 전극(115)과 함께 발광구조물(135)에 전원을 제공할 수 있다. 그리고, 상기 지지 기판(190)은 Cu, Au, Ni, Mo, Cu-W, Si, Ge, GaAs, ZnO, 또는 SiC 중 적어도 하나를 포함하는 전도성 지지 기판일 수 있다. 그러나 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니며 전도성 지지 기판 대신 절연성의 기판을 사용하고 별도의 전극을 형성하는 것도 가능하다.
상기 지지 기판(190)은 30㎛ 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있다. 그러나 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 8과 같이, 상기 성장기판(101)을 상기 발광구조물(135)으로부터 제거한다. 도 8에서는 도 7에 도시된 발광 소자를 뒤집어서 도시하였다. 여기서, 상기 성장기판(101)은 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off) 방법 또는 화학적 리프트 오프(Chemical Lift Off) 방법에 의해 제거될 수 있다.
다음으로, 도 9와 같이 상기 발광구조물(135)에 단위 칩 영역에 따라 아이솔레이션(isolation) 에칭을 하여 복수 개의 발광구조물(135)으로 분리한다.
예를 들어, 상기 아이솔레이션 에칭은 ICP(Inductively Coupled Plasma)와 같은 건식 식각 방법에 의해 실시될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 10과 같이 상기 보호층(140) 및 상기 발광구조물(135) 상에 패시베이션층(195)을 형성하고, 상기 제1 도전형 반도체층(110)의 상면이 노출되도록 상기 패시베이션층(195)을 선택적으로 제거한다.
상기 제1 도전형 반도체층(110)의 상면에 광 추출 효율 향상을 위한 러프니스 패턴(112)을 형성하고, 상기 러프니스 패턴(112) 상에 전극(115)을 형성한다. 상기 러프니스 패턴(112)은 습식 식각 공정 또는 건식 식각 공정에 의해 형성될 수 있다. 상기 전극(115)은 스퍼터링 또는 전자빔 증착 등의 방법으로 형성될 수 있다.
이후, 상기 구조물을 칩 분리 공정을 통해 단위 칩 영역으로 분리하면 복수 개의 발광 소자를 제작할 수 있다. 상기 칩 분리 공정은 예를 들어, 블레이드(blade)를 이용해 물리적인 힘을 가하여 분리시키는 브레이킹 공정, 칩 경계에 레이저를 조사하여 칩을 분리시키는 레이저 스크라이빙 공정, 습식 식각 또는 건식 식각을 포함하는 식각 공정 등을 포함할 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시 예에서는 보호층(140)을 둘러싸는 전도층인 오믹층(150), 반사층(160), 베리어층(170)을 관통하여 레이저 스크라이빙 공정을 진행함으로써 상기 보호층(140)의 손상을 방지할 수 있다.
실시예에 고출력, 고효율의 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시예는 신뢰성이 향상된 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
도 11은 실시예에 따른 발광소자 패키지(200)의 단면도이다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지(200)는 패키지 몸체부(205)와, 상기 패키지 몸체부(205)에 설치된 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과, 상기 패키지 몸체부(205)에 설치되어 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과 전기적으로 연결되는 발광 소자(100)와, 상기 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(240)가 포함된다.
상기 패키지 몸체부(205)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광 소자(100)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)은 상기 발광 소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 역할을 할 수 있으며, 상기 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 발광 소자(100)는 도 1 에 예시된 제1 실시예에 따른 발광 소자가 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 도 2와 같은 제2 실시예에 따른 발광소자(102)도 적용될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 패키지 몸체부(205) 상에 설치되거나 상기 제3 전극층(213) 또는 제4 전극층(214) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 제3 전극층(213) 및/또는 제4 전극층(214)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 실시예에서는 상기 발광 소자(100)가 상기 제3 전극층(213)과 와이어(230)를 통해 전기적으로 연결되고 상기 제4 전극층(214)과 직접 접촉하여 전기적으로 연결된 것이 예시되어 있다.
상기 몰딩부재(240)는 상기 발광 소자(100)를 포위하여 상기 발광 소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(240)에는 형광체가 포함되어 상기 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광 소자 패키지에서 방출되는 광의 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능하거나 조명 유닛으로 기능할 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 백라이트 유닛, 조명 유닛, 지시 장치, 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 12는 실시예에 따른 조명 유닛의 사시도(1100)이다. 다만, 도 12의 조명 유닛(1100)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시예에서 상기 조명 유닛(1100)은 케이스몸체(1110)와, 상기 케이스몸체(1110)에 설치된 발광모듈부(1130)과, 상기 케이스몸체(1110)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(1120)를 포함할 수 있다.
상기 케이스몸체(1110)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 발광모듈부(1130)은 기판(1132)과, 상기 기판(1132)에 탑재되는 적어도 하나의 발광소자 패키지(200)를 포함할 수 있다.
상기 기판(1132)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 일반 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판(1132)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다.
상기 기판(1132) 상에는 상기 적어도 하나의 발광소자 패키지(200)가 탑재될 수 있다. 상기 발광소자 패키지(200) 각각은 적어도 하나의 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)(100)를 포함할 수 있다. 상기 발광 다이오드(100)는 적색, 녹색, 청색 또는 백색의 유색 빛을 각각 발광하는 유색 발광 다이오드 및 자외선(UV, UltraViolet)을 발광하는 UV 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈부(1130)는 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광소자 패키지(200)의 조합을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 고 연색성(CRI)을 확보하기 위해 백색 발광 다이오드, 적색 발광 다이오드 및 녹색 발광 다이오드를 조합하여 배치할 수 있다.
상기 연결 단자(1120)는 상기 발광모듈부(1130)와 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 실시예에서 상기 연결 단자(1120)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 연결 단자(1120)는 핀(pin) 형태로 형성되어 외부 전원에 삽입되거나, 배선에 의해 외부 전원에 연결될 수도 있는 것이다.
도 13은 실시예에 따른 백라이트 유닛의 분해 사시도(1200)이다. 다만, 도 13의 백라이트 유닛(1200)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시예에 따른 백라이트 유닛(1200)은 도광판(1210)과, 상기 도광판(1210)에 빛을 제공하는 발광모듈부(1240)와, 상기 도광판(1210) 아래에 반사 부재(1220)와, 상기 도광판(1210), 발광모듈부(1240) 및 반사 부재(1220)를 수납하는 바텀 커버(1230)를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 도광판(1210)은 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1210)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈부(1240)은 상기 도광판(1210)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 상기 백라이트 유닛이 설치되는 디스플레이 장치의 광원으로써 작용하게 된다.
상기 발광모듈부(1240)은 상기 도광판(1210)과 접할 수 있으나 이에 한정되지 않는). 구체적으로는, 상기 발광모듈부(1240)은 기판(1242)과, 상기 기판(1242)에 탑재된 다수의 발광소자 패키지(200)를 포함하는데, 상기 기판(1242)이 상기 도광판(1210)과 접할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 기판(1242)은 회로패턴(미도시)을 포함하는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 다만, 상기 기판(1242)은 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
그리고, 상기 다수의 발광소자 패키지(200)는 상기 기판(1242) 상에 빛이 방출되는 발광면이 상기 도광판(1210)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있다.
상기 도광판(1210) 아래에는 상기 반사 부재(1220)가 형성될 수 있다. 상기 반사 부재(1220)는 상기 도광판(1210)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 위로 향하게 함으로써, 상기 백라이트 유닛의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사 부재(1220)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1230)는 상기 도광판(1210), 발광모듈부(1240) 및 반사 부재(1220) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1230)는 상면이 개구된 박스(box) 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1230)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다.
실시예에 고출력, 고효율의 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시예는 신뢰성이 향상된 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
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.
100, 102 : 발광소자 101 : 성장기판 110 : 제1도전형 반도체층
120 : 활성층 130 : 제2도전형 반도체층 135 : 발광구조물
140 : 보호층 145 : 전류차단층 150 : 오믹층
160 : 반사층 170 : 베리어층 180 : 접합층
190 : 지지기판
195 : 페시베이션층 112 : 러프니스 패턴 115 : 전극

Claims (8)

  1. 지지 기판;
    상기 지지 기판 상에 오믹층;
    상기 오믹층 상의 일부 영역에 형성된 전류차단층; 및
    상기 오믹층과 상기 전류차단층 상에 형성된 발광구조물;을 포함하며,
    상기 전류차단층은 아연(Zn)을 포함하는 산화물인 발광소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전류차단층은
    산화아연(ZnO)을 포함하는 발광소자.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 오믹층은
    아연(Zn)을 포함하는 발광소자.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 오믹층은,
    IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), AZO(aluminum zinc oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO 중 적어도 하나를 포함하는 발광소자.
  5. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 전류차단층의 두께는 2nm~500nm인 발광소자.
  6. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 전류차단층의 비저항은
    1×10-3 Ωcm 이상인 발광소자.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 오믹층과 상기 발광구조물 사이의 외측에 보호층을 더 포함하는 발광소자.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 오믹층은
    상기 보호층의 하면 및 측면을 감싸는 발광소자.
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