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KR20160017905A - 발광소자 및 조명시스템 - Google Patents

발광소자 및 조명시스템 Download PDF

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KR20160017905A
KR20160017905A KR1020140101488A KR20140101488A KR20160017905A KR 20160017905 A KR20160017905 A KR 20160017905A KR 1020140101488 A KR1020140101488 A KR 1020140101488A KR 20140101488 A KR20140101488 A KR 20140101488A KR 20160017905 A KR20160017905 A KR 20160017905A
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KR
South Korea
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electrode
layer
semiconductor layer
ohmic
light emitting
Prior art date
Application number
KR1020140101488A
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English (en)
Inventor
문지형
김명수
김청송
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
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Filing date
Publication date
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Priority to CN201510006933.6A priority patent/CN105826443B/zh
Priority to US14/661,115 priority patent/US9634192B2/en
Priority to JP2015114762A priority patent/JP6714328B2/ja
Priority to EP15175955.2A priority patent/EP2983216B1/en
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Abstract

실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광소자는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 제1 도전형 반도체층과, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 형성된 활성층과, 상기 활성층층성된 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다.
또한 실시예는 상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 오믹층과, 상기 오믹층 상에 형성된 절연층과, 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제1 가지전극과, 상기 제1 가지전극에 연결되어 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제1 패드전극을 포함할 수 있다.
또한 실시예는 상기 절연층을 관통하여 상기 오믹층과 접하는 제2 패드전극과, 상기 제2 패드전극과 연결되어 상기 절연층 상에 배치된 제2 가지전극 및 상기 절연층을 관통하여 상기 제2 가지전극과 상기 오믹층을 연결하는 제2 관통전극을 포함할 수 있다.

Description

발광소자 및 조명시스템{LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHTING SYSTEM}
실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드로서, 주기율표상에서 Ⅲ족과 Ⅴ족 등의 화합물 반도체로 생성될 수 있고 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
발광소자는 순방향전압 인가 시 n층의 전자와 p층의 정공(hole)이 결합하여 전도대(Conduction band)와 가전대(Valance band)의 밴드갭 에너지에 해당하는 만큼의 에너지를 발산하는데, 이 에너지는 주로 열이나 빛의 형태로 방출되며, 빛의 형태로 발산되면 발광소자가 되는 것이다.
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.
종래기술에 의한 발광소자 중 수평형 타입의 발광소자는 기판 상에 질화물 반도체층을 형성하고, 질화물 반도체층의 상측에 두개의 전극층이 배치되도록 형성한다.
한편, 종래기술에 의한 수평형 발광소자는 메사에칭(Mesa etching)을 넓은 면적에 대해 진행하기 때문에 활성층의 손실이 크므로, 이를 보완하기 위해 활성층을 넓게 확보하는 여러가지 시도가 있다.
예를 들어, 종래기술에 의하면 전극층 중의 일부인 관통전극을 통해 질화물 반도체층과 전기적으로 접하게 함으로써 활성층을 넓게 확보하는 시도가 있으나, 이러한 종래기술은 동작전압(VF)이 상승하는 등의 신뢰성의 문제가 있어 개선이 필요하다.
또한 종래기술에 의하면 전극층의 광흡수에 의해 광추출 효율이 저하되는 문제가 있다.
실시예는 신뢰성을 개선할 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
또한 실시예는 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광소자(100)는 기판(105)과, 상기 기판(105) 상에 형성된 제1 도전형 반도체층(112)과, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 형성된 활성층(114)과, 상기 활성층(114) 상에 형성된 제2 도전형 반도체층(116)을 포함할 수 있다.
또한 실시예는 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 형성된 오믹층(120)과, 상기 오믹층(120) 상에 형성된 절연층(130)과, 상기 제1 도전형 반도체층(112)과 전기적으로 연결된 제1 가지전극(140)과, 상기 제1 가지전극(140)에 연결되어 상기 제1 도전형 반도체층(112)과 전기적으로 연결된 제1 패드전극(142)을 포함할 수 있다.
또한 실시예는 상기 절연층(130)을 관통하여 상기 오믹층(120)과 접하는 제2 패드전극(152)과, 상기 제2 패드전극(152)과 연결되어 상기 절연층(130) 상에 배치된 제2 가지전극(150) 및 상기 절연층(130)을 관통하여 상기 제2 가지전극(150)과 상기 오믹층(120)을 연결하는 제2 관통전극(154)을 포함할 수 있다.
실시예에 의하면, 제2 도전형 반도체층은 오믹층과 접하게 하고, 오믹층과 관통전극이 접하여 전류확산 확장 및 동작전압 감소에 기여하여 신뢰성이 개선된 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한 실시예는 가지전극 부분 중 반도체층과 접하는 영역은 오믹특성이 우수한 물질을 이용하고, 그 이외 부분은 반사성이 우수한 물질을 채용함으로써 신뢰성을 유지하면서 광추출 효율을 극대화할 수 있다.
또한 실시예는 패드전극 하단과 반도체층과의 접촉 제어를 통해 전류 확산에 의해 칩 전체적인 발광효율을 향상시켜 광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 상면도.
도 2a는 제1 실시예에 따른 발광소자의 제1 단면도.
도 2b는 다른 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 3은 제1 실시예에 따른 발광소자의 제2 단면도.
도 4는 제2 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 5는 제3 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 6은 제4 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 7은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 8은 실시예에 따른 조명시스템의 분해 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.
(실시예)
도 1은 실시예에 따른 발광소자(100)의 상면도이며, 도 2a는 제1 실시예에 따른 발광소자의 I-I'선을 따른 제1 단면도이고, 도 3은 제1 실시예에 따른 발광소자의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따른 제2 단면도이다.
실시예에 따른 발광소자(100)는 기판(105)과, 상기 기판(105) 상에 형성된 제1 도전형 반도체층(112)과, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 형성된 활성층(114)과, 상기 활성층(114) 상에 형성된 제2 도전형 반도체층(116)을 포함할 수 있다.
또한 실시예는 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 형성된 오믹층(120)과, 상기 오믹층(120) 상에 형성된 절연층(130)과, 상기 제1 도전형 반도체층(112)과 전기적으로 연결된 제1 가지전극(140)과, 상기 제1 가지전극(140)에 연결되어 상기 제1 도전형 반도체층(112)과 전기적으로 연결된 제1 패드전극(142)을 포함할 수 있다.
또한 실시예는 상기 절연층(130)을 관통하여 상기 오믹층(120)과 접하는 제2 패드전극(152)과, 상기 제2 패드전극(152)과 연결되어 상기 절연층(130) 상에 배치된 제2 가지전극(150) 및 상기 절연층(130)을 관통하여 상기 제2 가지전극(150)과 상기 오믹층(120)을 연결하는 제2 관통전극(154)을 포함할 수 있다.
실시예는 수평형 발광소자에 적용될 수 있으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
이하 도 1, 도 2a 및 도 3을 참조하여 실시예에 따른 발광소자의 특징을 설명하기로 한다.
실시예에서 기판(105)은 절연성 기판 또는 전도성 기판을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 기판(105)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나 또는 이들의 조합을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 기판(105) 위에는 소정의 요철 구조(미도시)가 형성되어 외부 광추출 효율을 높일 수 있으나 이에 대해 한정되지 않는다.
실시예에 의하면, 상기 기판(105) 위에 소정의 버퍼층(미도시)이 형성되어 이후 형성되는 발광구조물(110)과 기판(105)의 격자 부정합을 완화시켜 줄 수 있다. 상기 버퍼층은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
실시예는 상기 기판(105) 또는 상기 버퍼층 상에 형성된 발광구조물(110)을 포함할 수 있다. 상기 발광구조물(110)은 상기 기판(105) 상에 제1 도전형 반도체층(112)과, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 활성층(114) 및 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 반도체층(116)을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(112)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(112)이 n형 반도체층인 경우, 상기 제1 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(112)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(112)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
상기 활성층(114)은 제1 도전형 반도체층(112)을 통해서 주입되는 전자와 이후 형성되는 제2 도전형 반도체층(116)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(발광층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(114)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.
상기 활성층(114)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.
실시예에 의하면, 상기 활성층(114) 상에 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(114)의 에너지 밴드 갭보다는 높은 에너지 밴드 갭을 가질 수 있다.
상기 전자차단층(160)은 p형으로 이온주입되어 오버플로우되는 전자를 효율적으로 차단하고, 홀의 주입효율을 증대시킬 수 있다.
실시예에서 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3-족-5족 화합물 반도체층일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 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(116)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
도 2a 또는 도 3과 같이, 실시예는 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 형성된 오믹층(120)과, 상기 오믹층(120) 상에 형성된 절연층(130)과, 상기 제1 도전형 반도체층(112)과 전기적으로 연결된 제1 가지전극(140)과, 상기 제1 가지전극(140)에 연결되어 상기 제1 도전형 반도체층(112)과 전기적으로 연결된 제1 패드전극(142)을 포함할 수 있다.
상기 오믹층(120)은 캐리어 주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 혹은 금속합금, 금속산화물 등을 다중으로 적층하여 형성할 수 있다. 상기 오믹층(120)은 투광성 전극으로 형성되어 광추출 효율을 높임과 아울러 동작전압을 낮추어 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 오믹층(120)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, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나 또는 이들의 조합을 포함하여 형성될 수 있으나, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
상기 절연층(130)은 산화물 또는 질화물 등의 전기적 절연체일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 절연층(130)은 투광성 절연물질로 형성되어 광추출 효율을 증대시킬 수 있다.
실시예에서 제1 패드전극(142)이 형성되는 위치에 활성층(114)이 메사에칭되지 않음으로써 활성층 영역을 확보하여 내부 발광효율을 높일 수 있고, 전류확산에 의해 광효율을 증대시킬 수 있다.
이에 따라, 실시예에서 상기 제1 패드전극(142)은 상기 절연층(130) 상에 배치되어 상기 제1 가지전극(140)에 연결될 수 있다. 상기 제1 패드전극(142)은 상기 절연층(130) 및 상기 오믹층(120)과 상하간에 중첩되도록 배치될 수 있다. 상기 제1 패드전극(142)의 하측에 절연층(130)을 개재하여 오믹층(120)이 배치됨으로써 발광면적으로 넓힘과 동시에 캐리어 주입효율일 증대되어 광효율이 증대될 수 있다.
실시예에 의하면, 도 2a와 같이, 제1 가지전극(140)은 메사공정에 의해 오믹층(120), 제2 도전형 반도체층(116), 활성층(114)이 일부 제거되고, 노출되는 제1 도전형 반도체층(112)과 연결될 수 있다. 이때, 식각에 의해 노출되는 발광구조물과 제1 가지전극(140) 사이에 상기 절연층(130)이 개재되어 전기적인 단락을 방지할 수 있다.
실시예에 의하면, n형 가지전극구조는 n형 반도체층과 접하는 면적을 충분히 확보하여 동작전압 상승을 방지하여 소자의 신뢰성을 높이고, p형 가지전극은 포인트 컨택 구조를 도입하여 전류확산에 기여하고, 제2 도전형 반도체층(116)은 오믹층(120)과 접하게 함으로써 동작전압 증가를 방지하여 소자의 신뢰성 및 발광효율을 극대화할 수 있다.
예를 들어, 도 1과 같이 제1 실시예의 구조에 따라, n형 가지전극구조는 n형 반도체층과 접하는 면적을 충분히 확보하도록 하고, p형 가지전극은 포인트 컨택 구조를 도입하는 경우 하기 표 1과 같이 광도(Po), 월-플러그 효율(△WPE)이 유의미하게 증대되었다.
항목 p-contact 상대 비율 n-contact 상대비율 active 면적 상대비율 광도(Po) △WPE
비교예 100% 100% 100% 96.96 100.00%
실시예 25.6% 43.9% 102.2% 98.44 101.35%
실시예에 의하면, 상기 제1 가지전극(140)은 상기 제1 도전형 반도체층(112)과 접하는 제1 오믹 가지전극(144)과, 상기 제1 오믹 가지전극(144) 상에 배치된 제1 반사 가지전극(146)을 포함할 수 있다.
실시예에 의하면, 제1 도전형 반도체층(112)과 접하는 가지전극은 제1 오믹 가지전극(144)을 채용함으로써 제1 도전형 반도체층(112)과의 오믹특성을 최대한 확보하여 동작전압 감소를 통한 전기적인 신뢰성을 증대시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 오믹 가지전극(144)은 Cr, Ni, Ti, Rh, Pd, Ir, Ru, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
또한 실시예에 의하면, 제1 도전형 반도체층(112)과 접하지 않는 영역의 상기 제1 오믹 가지전극(144) 상에는 제1 반사 가지전극(146)을 구비하여 가지전극에 의한 광흡수를 최소화하여 외부 광추출 효율을 증대시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 반사 가지전극(146)은 복수의 층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 반사 가지전극(146)은 하부 제1 반사 가지전극(146a), 상부 제1 반사 가지전극(146b)을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 반사 가지전극(146)은 Ag, Al, Ni, Ti, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나 또는 이들의 조합을 포함하여 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 상기 제1 반사 가지전극(146)의 두개의 층인경우 Al/Ni 또는 Ag/Ni이거나, 단일층인 경우 DBR(Distributed Bragg Reflector)을 구비할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
도 2b는 다른 실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 2a와 달리, 도 2b에서 제1 가지전극(140)에서 포인트 컨택구조가 가능할 수 있다. 예를 들어 도 2b와 같이, 제1 가지전극(140)은 상기 제1 도전형 반도체층(112)과 접하는 제1 관통전극(145)과, 상기 제1 관통 전극(145) 상에 배치된 제1 반사 가지전극(146)을 포함할 수 있다.
실시예에 의하면, 제1 도전형 반도체층(112)과 접하는 가지전극은 제1 관통전극(145)은 오믹물질을 채용함으로써 제1 도전형 반도체층(112)과의 오믹특성을 최대한 확보하여 동작전압 감소를 통한 전기적인 신뢰성을 증대시킬 수 있다.
상기 제1 반사 가지전극(146)은 복수의 층으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 상기 제1 반사 가지전극(146)은 하부 제1 반사 가지전극(146a), 상부 제1 반사 가지전극(146b)을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
실시예에 의하면, 제1 가지전극(140)에서 포인트 컨택구조를 채용하는 경우, 상기 제1 도전형 반도체층(112)과 접하는 제1 관통전극(145)을 포함할 수 있고, 상기 제1 관통전극(145)이 제1 도전형 반도체층(112)과 접하는 비율은 약 17% 내지 44%일 수 있다.
예를 들어, 표 2는 제1 관통전극(145)이 제1 도전형 반도체층(112)과 접하는 비율에 따른 구체적인 실시예들은 아래 표 2와 같으며, 비교예(포인트 컨택 구조가 아닌 일반적인 수평형 칩)에 비해 광도(Po), 월-플러그 효율(△WPE)이 유의미하게 증대되었다.
항목 p-contact 비율 n-contact 비율 active 상대 비율 광도(Po) △WPE
비교예 97.9% 99.4% 100% 96.77 100%
실시예A 25.6% 43.9% 102.2% 98.44 101.35%
실시예B 25.6% 32.1% 103.3% 98.72 101.35%
실시예C 25.6% 21.9% 104.4% 98.46 101.15%
실시예D 25.6% 17.4% 104.3% 98.78 101.15%
실시예들에서 제1 관통전극(145)이 제1 도전형 반도체층(112)과 접하는 비율은 약 17% 내지 44%일 수 있다.
예를 들어, 실시예 A에서 제1 관통전극(145)은 도 1과 같이 가지전극 자체에서는 포인트 컨택구조가 아닌 하나의 바(bar) 형태일 수 있으며, 제1 패드전극(142)은 절연층(130) 상에 배치되어 제1 도전형 반도체층(112)과 접하지 않을 수 있다. 실시예 A의 경우, p-포인트 컨택구조와 유기적으로 결합하여 광도와 월-플러그 효율이 비교예에 비해 유의미하게 증대되었다.
또한 실시예 B에서 제1 관통전극(145)은 포인트 컨택구조를 채용하는 경우이며, 하나의 n형 가지전극에서 두개의 바(bar) 형태일 수 있으며, 제1 패드전극(142)은 절연층(130) 상에 배치되어 제1 도전형 반도체층(112)과 접하지 않을 수 있다. 제1 관통전극(145)의 포인트 컨택구조와 관련하여, 도 2b에는 하나의 n형 가지전극에서 3개의 바(bar) 형태의 제1 관통전극(145)을 도시한 것이다.
실시예 B 역시, p-포인트 컨택구조와 유기적으로 결합하여 광도와 월-플러그 효율이 비교예에 비해 유의미하게 증대되었다.
또한 실시예 C에서 제1 관통전극(145)은 포인트 컨택구조를 채용하는 경우이며, 하나의 n형 가지전극에서 네개의 바(bar) 형태일 수 있으며, 제1 패드전극(142)은 절연층(130) 상에 배치되어 제1 도전형 반도체층(112)과 접하지 않을 수 있다. 실시예 C 역시, p-포인트 컨택구조와 유기적으로 결합하여 광도와 월-플러그 효율이 비교예에 비해 유의미하게 증대되었다.
또한 실시예 D에서 제1 관통전극(145)은 포인트 컨택구조를 채용하는 경우이며, 하나의 n형 가지전극에서 다섯개의 바(bar) 형태일 수 있으며, 제1 패드전극(142)은 절연층(130) 상에 배치되어 제1 도전형 반도체층(112)과 접하지 않을 수 있다. 실시예 D 역시, p-포인트 컨택구조와 유기적으로 결합하여 광도와 월-플러그 효율이 비교예에 비해 유의미하게 증대되었다.
실시예에서 이후 설명하는 제2 관통전극(154)이 오믹층(120)과 접하는 비율은 약 25% 내지 34%일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 3과 같이, 실시예는 상기 절연층(130)을 관통하여 상기 오믹층(120)과 접하는 제2 패드전극(152)과, 상기 제2 패드전극(152)과 연결되어 상기 절연층(130) 상에 배치된 제2 가지전극(150) 및 상기 절연층(130)을 관통하여 상기 제2 가지전극(150)과 상기 오믹층(120)을 연결하는 제2 관통전극(154)을 포함할 수 있다.
실시예에서 관통전극은 가지전극의 구성요소로 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 관통전극(154)은 제2 오믹 관통전극일 수 있고, 상기 제2 가지전극(150)은 제2 반사 가지전극(156)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 관통전극(154)은 Cr, Ni, Ti, Rh, Pd, Ir, Ru, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 상기 제2 반사 가지전극(156)은 복수의 층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 반사 가지전극(156)은 하부 제2 반사 가지전극(156a), 상부 제2 반사 가지전극(156b)을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제2 반사 가지전극(156)은 Ag, Al, Ni, Ti, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나 또는 이들의 조합을 포함하여 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 상기 제2 반사 가지전극(156)의 두개의 층인경우 Al/Ni 또는 Ag/Ni이거나, 단일층인 경우 DBR(Distributed Bragg Reflector)을 구비할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
실시예에 의하면, 상기 제2 패드전극(152)과 중첩되도록 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 배치된 전류 확산층(160)을 포함하여 전류확산을 증대시켜 전체적인 발광효율을 증대시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 전류 확산층(160)은 비도전형 영역, 제1 도전형 이온주입층, 절연물, 비정질 영역 등을 포함하여 형성할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
도 4는 제2 실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
제2 실시예는 제1 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있다.
제2 실시예에서 상기 제2 가지전극(150)은 제2 반사 가지전극(156)과 제3 반사 관통전극(158)을 포함할 수 있다.
상기 제3 반사 관통전극(158)은 복수의 층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 반사 관통전극(158)은 외측 제3 반사 관통전극(158a), 내측 제3 반사 관통전극(158b)을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
제2 실시예에서 제3 관통전극이 반사전극 물질을 포함함으로써 가지전극에 의한 광흡수를 최소화할 수 있고, 오믹층(120)에서 발광구조물과 접하여 오믹특성을 확보하여 신뢰성을 유지함과 동시에 외부 광추출 효율을 극대화할 수 있다.
도 5는 제3 실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
제3 실시예는 제1 실시예 또는 제2 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있다.
제3 실시예에 의하면, 상기 제2 관통전극(154)은 복수로 구비될 수 있으며, 상기 제2 관통전극(154)이 상기 오믹층(120)과 접하는 면적이 서로 다를 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 관통전극(154)은 상기 오믹층(120)과 접하는 면적이 서로 다른 경우를 적어도 2개 구비할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 관통전극(154)은 상기 제2 패드전극(152)에서 멀어질수록 상기 오믹층(120)과 접하는 면적이 커짐으로써 전류확산에 기여하여 발광효율을 증대시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 관통전극(154)은 상기 제2 패드전극(152)에서 멀어질수록 상기 오믹층(120)과 접하는 면적이 커지는 제2 관통전극들(154a,154b, 154c,154d,154e)를 포함함으로써 전류확산에 기여하여 발광효율을 증대시킬 수 있다.
한편, 상기 제2 관통전극(154)은 상기 제2 패드전극(152)에서 멀어질수록 상기 오믹층(120)과 접하는 면적이 점차 감소할 수도 있다.
또는 상기 제2 관통전극(154)은 상기 제2 패드전극(152)에서 멀어질수록 상기 오믹층(120)과 접하는 면적이 랜덤 하게 변화할 수도 있다.
실시예에서 제2 관통전극들(154a,154b,154c,154d,154e)이 오믹층(120)과 접하는 영역의 수평 폭은 약 20㎛ 내지 약 60㎛ 범위일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 상기 제2 패드전극(152)에 가장 인접한 제2 관통전극(154a)이 오믹층(120)과 접하는 영역의 제1 수평폭은 상기 제2 패드전극(152)과 가장 이격된 제2 관통전극(154e)이 오믹층(120)과 접하는 영역의 제2 수평폭에 비해 약 1/2 내지 1/4 범위일 수 있다.
예를 들어, 실시예에서 상기 제2 패드전극(152)에 가장 인접한 제2 관통전극(154a)이 오믹층(120)과 접하는 영역의 제1 수평폭은 상기 제2 패드전극(152)과 가장 이격된 제2 관통전극(154e)이 오믹층(120)과 접하는 영역의 제2 수평폭에 비해 약 1/3 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 제2 패드전극(152)에 가장 인접한 제2 관통전극(154a)이 오믹층(120)과 접하는 영역의 수평폭은 약 20㎛이며, 상기 제2 패드전극(152)과 가장 이격된 제2 관통전극(154e)이 오믹층(120)과 접하는 영역의 수평폭은 약 60㎛일 수 있으며, 그 사이에 있는 제2 관통전극들(154b, 154c,154d)이 오믹층(120)과 접하는 영역의 수평폭이 각각 약 30㎛, 약 40㎛, 약 50㎛일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 상기 제2 관통전극(154)이 상기 오믹층(120)과 접하는 면적이 상기 제2 패드전극(152)에서 멀어질수록 점차 변화가 있다고 하더라도, 상기 제2 관통전극들(154a,154b, 154c,154d,154e) 사이의 간격은 균일하게 배열되어 균일한 전류확산에 기여할 수 있다.
실시예에서 상기 제2 관통전극(154)이 상기 오믹층(120)과 접하는 형상은 바(bar) 형상, 사각형, 직사각형 등의 다각형 형상이거나, 원형, 타원형 등 다양한 형상일 수 있다.
또한 실시예에서 상기 제2 관통전극(154)의 수직단면 형상은 직사각형 형상으로 도시되어 있으나, 단면형상이 이에 한정되는 것은 아니며, 상부폭이 하부폭보다 넓고, 하부로 갈수록 폭이 좁아질 수 있다. 또한 상기 제2 관통전극(154)의 상부폭이 하부폭보다 좁고, 하부로 갈수록 폭이 넓어질 수도 있다.
한편, 도 1에서 상기 제2 관통전극(154)의 수평단면의 폭은 상기 제2 반사 가지전극(156)의 수평단면의 폭과 같도록 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제2 관통전극(154)의 수평단면의 폭은 상기 제2 반사 가지전극(156)의 수평단면의 폭보다 크거나 작을 수 있다.
도 6은 제4 실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
제4 실시예는 제1 실시예 내지 제3 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있다.
제4 실시예에서 상기 제2 패드전극(152)과 상하간에 중첩되는 영역에서 상기 오믹층(120)이 상기 제2 도전형 반도체층(116)과 접할 수 있다.
예를 들어, 제4 실시예는 상기 제2 패드전극(152)과 중첩되는 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 전류 확산층을 구비하지 않음으로써 상기 오믹층(120)이 상기 제2 도전형 반도체층(116)과 접할 수 있다.
제4 실시예에 의하면 제2 패드전극(152)과 상하간에 중첩되는 오믹층(120)이 상기 제2 도전형 반도체층(116) 접함에 따라 발광특성이 유지 또는 상승되면서, 포인트 컨택트 컨택이 단점 중에 하나인 동작전압 상승이 기존 대비 개선될 수 있다.
실시예에 의하면, 제2 도전형 반도체층은 오믹층과 접하게 하고, 오믹층과 관통전극이 접하여 전류확산 확장 및 동작전압 감소에 기여하여 신뢰성이 개선된 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한 실시예는 가지전극 부분 중 반도체층과 접하는 영역은 오믹특성이 우수한 물질을 이용하고, 그 이외 부분은 반사성이 우수한 물질을 채용함으로써 신뢰성을 유지하면서 광추출 효율을 극대화할 수 있다.
또한 실시예는 패드전극 하단과 반도체층과의 접촉 제어를 통해 전류 확산에 의해 칩 전체적인 발광효율을 향상시켜 광 효율을 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 휴대 단말기 및 노트북 컴퓨터 등의 표시 장치에 제공되거나, 조명장치 및 지시 장치 등에 다양하게 적용될 수 있다.
또한 실시예의 발광소자는 자동채 램프, 가로등, 전광판, 전조등에 적용될 수 있다.
도 7은 실시예들에 따른 발광소자가 설치된 발광소자 패키지를 설명하는 도면이다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지는 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(230)가 포함된다.
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 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.
도 8은 실시예에 따른 조명시스템의 분해 사시도이다.
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.
기판(105), 제1 도전형 반도체층(112), 활성층(114),
제2 도전형 반도체층(116), 오믹층(120), 절연층(130),
제1 가지전극(140), 제1 패드전극(142), 제2 패드전극(152),
제2 가지전극(150), 제2 관통전극(154),
제1 오믹 가지전극(144), 제1 반사 가지전극(146)

Claims (10)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층;
    상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층;
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 오믹층;
    상기 오믹층 상에 절연층;
    상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제1 가지전극;
    상기 제1 가지전극에 연결되어 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제1 패드전극;
    상기 절연층을 관통하여 상기 오믹층과 접하는 제2 패드전극;
    상기 제2 패드전극과 연결되어 상기 절연층 상에 배치된 제2 가지전극; 및
    상기 절연층을 관통하여 상기 제2 가지전극과 상기 오믹층을 연결하는 제2 관통전극;을 포함하는 발광소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 가지전극은
    상기 제1 도전형 반도체층과 접하는 제1 오믹 가지전극;
    상기 제1 오믹 가지전극 상에 배치된 제1 반사 가지전극;을 포함하는 발광소자.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 패드전극은
    상기 절연층 상에 배치되어 상기 제1 가지전극에 연결된 발광소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 패드전극과 중첩되도록 상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치된 전류 확산층을 더 포함하는 발광소자.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 관통전극은 제2 오믹 관통전극을 포함하고,
    상기 제2 가지전극은 제2 반사 가지전극을 포함하는 발광소자.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 가지전극은 제2 반사 가지전극을 포함하고,
    상기 제2 관통전극은 제3 반사 관통전극을 포함하는 발광소자.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 관통전극은 복수로 구비되며,
    상기 오믹층과 접하는 면적이 서로 다른 제2 관통전극이 적어도 2개 구비되는 발광소자.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제2 관통전극은
    상기 제2 패드전극에서 멀어질수록 상기 오믹층과 접하는 면적이 커지는 발광소자.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 패드전극과 상하간에 중첩되는 영역에서 상기 오믹층이 상기 제2 도전형 반도체층과 접하는 발광소자.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나에 기재된 발광소자를 구비하는 발광모듈을 포함하는 조명시스템.
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