KR20170093574A - 발광소자 - Google Patents
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Abstract
실시 예는, 제1반도체층, 활성층 및 제2반도체층을 포함하는 발광구조물; 상기 제1반도체층과 전기적으로 연결되는 제1패드; 상기 제2반도체층과 전기적으로 연결되는 제2패드; 및 상기 제1반도체층과 제1패드 사이에 배치되는 적어도 하나의 제1전극을 포함하고, 상기 제1전극은 상기 제2패드를 향해 연장되는 제1영역 및 상기 제2패드의 측면을 따라 절곡된 제2영역을 포함하는 발광소자를 개시한다.
Description
실시 예는 발광소자에 관한 것이다.
발광소자(LIGHT EMITTING DEVICE)는 전기에너지를 빛 에너지로 변환하는 화합물 반도체 소자로서, 화합물반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
질화물반도체 발광소자는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비 전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 갖고 있다. 따라서, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트, 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 등으로 응용이 확대되고 있다.
실시 예는 N형 전극과 P형 패드의 쇼트를 방지할 수 있는 발광소자를 제공한다.
실시 예에 따른 발광소자는, 제1반도체층, 활성층 및 제2반도체층을 포함하는 발광구조물; 상기 제1반도체층과 전기적으로 연결되는 제1패드; 상기 제2반도체층과 전기적으로 연결되는 제2패드; 및 상기 제1반도체층과 제1패드 사이에 배치되는 적어도 하나의 제1전극을 포함하고, 상기 제1전극은 상기 제2패드를 향해 연장되는 제1영역 및 상기 제2패드의 측면을 따라 절곡된 제2영역을 포함한다.
상기 제2패드는 서로 마주보는 제1면과 제2면, 및 상기 제1면과 제2면을 연결하고 서로 마주보는 제3면과 제4면을 포함하고, 상기 제1전극의 제1영역은 상기 제1면을 향해 연장되고, 상기 제2영역은 상기 제1면을 따라 절곡될 수 있다.
상기 제1전극은 상기 제3면 또는 제4면을 따라 절곡되는 제3영역을 포함할 수 있다.
상기 제1전극은 상기 제3영역과 연결되고 상기 제4면을 따라 절곡된 제4영역을 포함할 수 있다.
상기 제1전극은 상기 제2패드를 따라 절곡되어 상기 제2패드를 포위하는 루프를 형성할 수 있다.
상기 루프는 상기 제2패드를 향해 돌출되는 복수 개의 가지전극을 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 외부 충격에 의해 미세 크랙이 발생한 경우에도 N형 전극과 P형 패드의 쇼트를 방지할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자의 평면도이고,
도 2는 도 1의 A-A 방향 단면도이고,
도 3은 종래 발광소자의 평면도이고,
도 4는 도 3의 B-B 방향 단면도이고,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광소자의 평면도이고,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 발광소자의 평면도이고,
도 7은 발광소자의 발광분포를 측정한 시뮬레이션 결과이다.
도 2는 도 1의 A-A 방향 단면도이고,
도 3은 종래 발광소자의 평면도이고,
도 4는 도 3의 B-B 방향 단면도이고,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광소자의 평면도이고,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 발광소자의 평면도이고,
도 7은 발광소자의 발광분포를 측정한 시뮬레이션 결과이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예를 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명 실시 예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시 예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 실시 예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 1 구성 요소도 제 2 구성 요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명 실시 예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 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 element 사이에 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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자의 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A 방향 단면도이고, 도 3은 종래 발광소자의 평면도이고, 도 4는 도 3의 B-B 방향 단면도이다.
도 1과 도 2를 참고하면, 실시 예에 따른 발광소자(100)는, 제1반도체층(121), 활성층(122) 및 제2반도체층(123)을 포함하는 발광구조물(120)과, 제1반도체층(121)과 전기적으로 연결되는 제1패드(150), 제2반도체층(123)과 전기적으로 연결되는 제2패드(160), 및 제1반도체층(121)과 제1패드(150) 사이에 배치되는 적어도 하나의 제1전극(151)을 포함한다.
발광구조물(120)의 일측은 절연층에 의해 커버되고, 제1패드(150)과 제2패드(160)는 절연층을 관통하여 각각 제1반도체층(121) 및 제2반도체층(122)과 연결될 수 있다.
제1전극(151)는 제2패드(150)상에 복수개 배치되고, 전기적으로 연결된 서브전극(152)을 포함한다. 최외측에 배치된 제1전극(151)과 연결된 서브전극(152)은 제2패드(160)를 향해 연장되는 제1영역(152a) 및 제2패드(160)의 측면을 따라 절곡된 제2영역(152b, 152c)을 포함할 수 있다. 즉, 평면상에서 서브전극(152)은 제2패드(160)와 오버랩되지 않는다. 제1전극(151)과 서브전극(152)은 Cr/Ni/Au층 구조를 갖고 각각의 두께는 30/100/700nm일 수 있다.
제2패드(160)는 4개의 측면을 포함하는 사각 형상을 가질 수 있다. 제2패드(160)는 서로 마주보는 제1면(160a)과 제2면(160b), 및 제1면(160a)과 제2면(160b)을 연결하고 서로 마주보는 제3면(160c)과 제4면(160d)을 포함한다. 제2패드(160)의 폭은 400um 내지 800um일 수 있다.
서브전극(152)의 제1영역(152a)은 제1면(160a)을 향해 연장된다. 제2영역(152b, 152c)은 제1면(160a)을 따라 절곡되고, 제3면(160c)과 발광소자의 테두리(100a) 사이, 또는 제4면(160d)과 발광소자의 테두리(100a) 사이에 배치될 수 있다. 서브전극(152)의 폭은 10um 내지 20um이고 두께는 0.1um 내지 1.0um일 수 있다.
일 예로, 제2영역(152b, 152c)과 제2패드(160) 사이의 거리는 제2영역(152b, 152c)과 발광소자의 테두리(100a) 사이의 거리보다 좁을 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
서브전극(152)은 제3면(160c) 또는 제4면(160d)을 따라 절곡되어 제2면(160b)을 감싸는 제3영역(152d)을 더 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참고하면, N형 전극(2)이 연장되어 P형 패드(1)상에 배치되는 경우 외부 충격 등에 의해 절연층에 크랙이 발생하면 N형 전극(2)과 P형 패드(1)가 쇼트되어 소자 불량이 발생할 수 있다. 또한, P형 패드(1)에 크랙이 발생하면 솔더가 칩 내부로 확산(Solder diffusion)되어 칩 특성이 파괴될 수도 있다.
실시 예에 따른 발광소자는 평면상에서 제1전극(151)과 제2패드(160)가 오버랩되지 않으므로 외부 충격 등에 의해 크랙이 발생하여도 제1전극(151)과 제2패드(160)의 쇼트가 방지될 수 있다.
도 5를 참고하면, 서브전극(152)은 제2패드(160)의 측면을 전체적으로 감싸는 형태일 수도 있으나, 일부 측면(160b, 160c)만을 감싸는 형태일 수도 있다.
도 6을 참고하면, 제1전극(151)들은 제2패드(160)를 향해 돌출된 가지전극(153)을 포함할 수 있다. 서브전극(152)의 폭은 10um 내지 20um일 수 있고, 가지전극(153)의 폭은 3um 내지 10um일 수 있다. 서로 마주보는 가지전극(153)의 거리는 600nm이내일 수 있다.
제2패드(160)는 가지 전극과 대응되는 부분에 홈(162)이 형성될 수 있다. 따라서, 가지전극(153)과 제2패드(160)는 평면상에서 오버랩되지 않는다.
다시 도 2를 참고하면, 기판(110)은 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함한다. 기판(110)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질이나 캐리어 웨이퍼일 수 있다. 기판(110)은 사파이어(Al2O3), GaN, SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge 중 선택된 물질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
발광구조물(120)은 기판(110)의 일면(111)에 배치되며, 제1반도체층(121), 활성층(122), 및 제2반도체층(123)을 포함한다. 발광구조물(120)은 기판(110)을 절단하는 과정에서 복수 개로 분리될 수 있다.
제1반도체층(121)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체일 수 있으며, 제1반도체층(121)에 제1도펀트가 도핑될 수 있다. 제1반도체층(121)은 Inx1Aly1Ga1 -x1-y1N(0≤x1≤1, 0≤y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN 등에서 선택될 수 있다. 그리고, 제1도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 n형 도펀트일 수 있다. 제1도펀트가 n형 도펀트인 경우, 제1도펀트가 도핑된 제1반도체층(121)은 n형 반도체층일 수 있다.
활성층(122)은 제1반도체층(121)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)과 제2반도체층(123)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나는 층이다. 활성층(122)은 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다. 본 실시 예에서 발광 파장에는 제한이 없다.
활성층(122)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(Multi Quantum Well; MQW) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있으며, 활성층(122)의 구조는 이에 한정하지 않는다.
제2반도체층(123)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2반도체층(123)에 제2도펀트가 도핑될 수 있다. 제2반도체층(123)은 Inx5Aly2Ga1-x5-y2N (0≤x5≤1, 0≤y2≤1, 0≤x5+y2≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 선택된 물질로 형성될 수 있다. 제2도펀트가 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트인 경우, 제2도펀트가 도핑된 제2반도체층(123)은 p형 반도체층일 수 있다.
도시되지는 않았으나 활성층(122)과 제2반도체층(123) 사이에는 전자 차단층(EBL)이 배치될 수 있다. 전자 차단층은 제1반도체층(121)에서 공급된 전자가 제2반도체층(123)으로 빠져나가는 흐름을 차단하여, 활성층(122) 내에서 전자와 정공이 재결합할 확률을 높일 수 있다.
발광구조물(120)은 제2반도체층(123)과 활성층(122)을 관통하여 제1반도체층(121)이 노출되는 제1홈(H1)이 형성될 수 있다. 제1홈(H1)에 의해 제1반도체층(121)도 일부 식각될 수 있다. 제1홈(H1)은 복수 개일 수 있다. 제1홈(H1)에는 제1전극(151)이 배치되어 제1반도체층(121)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2반도체층(123)의 하부에는 제2전극(131)이 배치될 수 있다.
제1전극(151)과 제2전극(131)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), SnO, InO, INZnO, ZnO, IrOx, RuOx, NiO, Ti, Al, Ni, Cr 및 이들의 선택적인 화합물 또는 합금 중에서 선택되며, 적어도 한 층으로 형성될 수 있다. 오믹전극의 두께는 특별히 제한하지 않는다.
보호층(141)은 제1전극(151)을 활성층(122) 및 제2반도체층(123)으로부터 절연할 수 있다. 보호층(141)은 제1전극(151)과 제2전극(131)이 형성되는 영역을 제외하고는 발광구조물(120)에 전체적으로 형성될 수 있다.
보호층(141)은 Al, Cr, Si, Ti, Zn, Zr 중 적어도 하나를 갖는 산화물, 질화물, 불화물, 및 황화물 중 적어도 하나로 형성된 절연물질 또는 절연성 수지를 포함할 수 있다. 보호층(141)은 예컨대, SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 보호층(141)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
반사전극층(132)은 제2전극(131)상에 배치될 수 있다. 반사전극층(132)은 금속성 또는 비금속성 재질로 형성될 수 있다. 금속성 반사전극층(132)은 In, Co, Si, Ge, Au, Pd, Pt, Ru, Re, Mg, Zn, Hf, Ta, Rh, Ir, W, Ti, Ag, Cr, Mo, Nb, Al, Ni, Cu, 및 WTi 중에서 선택된 금속 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
제1절연층(142)은 반사전극층(132)이 배치된 발광구조물(120)을 전체적으로 커버한다. 제1절연층(142)은 Al, Cr, Si, Ti, Zn, Zr 중 적어도 하나를 갖는 산화물, 질화물, 불화물, 및 황화물 중 적어도 하나로 형성된 절연물질 또는 절연성 수지를 포함할 수 있다. 제1절연층(142)은 예컨대, SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 제1절연층(142)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제1절연층(142)은 반사층일 수 있다. 구체적으로 제1절연층(142)은 제1굴절률을 갖는 제1층과 제2굴절률을 갖는 제2층이 교대로 2페어 이상 적층된 구조를 포함하며, 제1층과 제2층은 굴절률이 1.5~2.4 사이인 전도성 또는 절연성 물질로 형성될 수 있다. 이러한 구조는 DBR(distributed bragg reflection) 구조일 수 있다. 또한, 낮은 굴절률을 갖는 유전체층과 금속층이 적층된 구조(Omnidirectional Reflector)일 수도 있다.
이러한 구성에 의하여 활성층(122)에서 제2반도체층(123) 방향으로 방출된 광은 대부분 기판(110)측으로 반사될 수 있다. 따라서, 반사 효율이 증가하고, 광 추출 효율이 개선될 수 있다.
제1패드(150)는 제1절연층(142)을 관통하여 제1전극(151)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1전극(151)은 기판(110)에 가까워질수록 면적이 커지는데 반해, 제1패드(150)는 기판(110)에 가까워질수록 면적이 작아진다.
제2패드(160)는 제1절연층(142)을 관통하여 제2전극(131) 및 반사전극층(132)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1패드(150)와 제2패드(160)는 In, Co, Si, Ge, Au, Pd, Pt, Ru, Re, Mg, Zn, Hf, Ta, Rh, Ir, W, Ti, Ag, Cr, Mo, Nb, Al, Ni, Cu, 및 WTi 중에서 선택된 금속 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
실시 예의 발광 소자는 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등의 광학 부재를 더 포함하여 이루어져 백라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또한, 실시 예의 발광 소자는 표시 장치, 조명 장치, 지시 장치에 더 적용될 수 있다.
이 때, 표시 장치는 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판, 광학 시트, 디스플레이 패널, 화상 신호 출력 회로 및 컬러 필터를 포함할 수 있다. 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판 및 광학 시트는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 이룰 수 있다.
반사판은 바텀 커버 상에 배치되고, 발광 모듈은 광을 방출한다. 도광판은 반사판의 전방에 배치되어 발광 모듈에서 발산되는 빛을 전방으로 안내하고, 광학 시트는 프리즘 시트 등을 포함하여 이루어져 도광판의 전방에 배치된다. 디스플레이 패널은 광학 시트 전방에 배치되고, 화상 신호 출력 회로는 디스플레이 패널에 화상 신호를 공급하며, 컬러 필터는 디스플레이 패널의 전방에 배치된다.
그리고, 조명 장치는 기판과 실시 예의 발광 소자를 포함하는 광원 모듈, 광원 모듈의 열을 발산시키는 방열부 및 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈로 제공하는 전원 제공부를 포함할 수 있다. 더욱이 조명 장치는, 램프, 해드 램프, 또는 가로등 등을 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명 실시 예는 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 실시 예의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명 실시 예가 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
Claims (6)
- 제1반도체층, 활성층 및 제2반도체층을 포함하는 발광구조물;
상기 제1반도체층과 전기적으로 연결되는 제1패드;
상기 제2반도체층과 전기적으로 연결되는 제2패드; 및
상기 제1반도체층과 제1패드 사이에 배치되는 적어도 하나의 제1전극을 포함하고,
상기 제1전극은 상기 제2패드를 향해 연장되는 제1영역 및 상기 제2패드의 측면을 따라 절곡된 제2영역을 포함하는 발광소자. - 제1항에 있어서,
상기 제2패드는 서로 마주보는 제1면과 제2면, 및 상기 제1면과 제2면을 연결하고 서로 마주보는 제3면과 제4면을 포함하고,
상기 제1전극의 제1영역은 상기 제1면을 향해 연장되고, 상기 제2영역은 상기 제1면을 따라 절곡된 발광소자. - 제2항에 있어서,
상기 제1전극은 상기 제3면 또는 제4면을 따라 절곡되는 제3영역을 포함하는 발광소자. - 제3항에 있어서,
상기 제1전극은 상기 제3영역과 연결되고 상기 제4면을 따라 절곡된 제4영역을 포함하는 발광소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1전극은 상기 제2패드를 따라 절곡되어 상기 제2패드를 감싸는 루프를 형성하는 발광소자. - 제5항에 있어서,
상기 루프는 상기 제2패드를 향해 돌출되는 복수 개의 가지전극을 포함하는 발광소자.
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