KR100587018B1 - 플립칩용 질화물 반도체 발광소자 - Google Patents

플립칩용 질화물 반도체 발광소자 Download PDF

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민복기
황석민
조효경
김민주
박영호
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Abstract

본 발명은 복수의 발광구조물을 갖는 플립칩용 질화물 반도체 발광소자에 있어서, 상기 발광구조물의 상면에 일체형으로 반사막을 형성함으로써, 플립칩 구조에 적용시 상기 복수개의 발광구조물 사이에서 발생하는 광 누설의 방지를 통해 발광효율을 개선한 플립칩용 질화물 반도체 발광소자에 관한 것이다.
본 발명은, 투광성 기판 상에 형성된 n형 질화물 반도체층; 상기 n형 질화물 반도체층 상의 소정 영역에 형성되며, 복수개의 본딩 패드와 상기 본딩 패드 사이를 연결하는 전극지로 이루어진 n측 전극; 상기 n형 질화물 반도체층 상의 상기 n측 전극이 형성되지 않은 영역에 상기 n측 전극에 의해 분리되어 형성되며, 순차적으로 적층된 활성층 및 p형 질화물 반도체층으로 이루어진 복수개의 발광구조물; 상기 p형 질화물 반도체층과 상기 n측 전극을 전기적으로 아이솔레이션 시키며, 상기 복수개의 발광구조물 사이에 위치한 상기 n측 전극의 전극지를 덮도록 형성되는 절연층; 및 상기 복수개의 발광구조물 상부 및 상기 절연층 상에 일체형으로 형성된 반사층을 포함하는 플립칩용 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.
질화물 반도체 발광소자, 반사층, 발광구조물, 절연층, 본딩패드, 전극지

Description

플립칩용 질화물 반도체 발광소자{NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DIODE FOR FLIP CHIP STRUCTURE}
도 1의 (a) 및 (b)는 종래의 대형 질화물 반도체 발광소자의 평면도 및 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 종래의 대형 질화물 반도체 발광소자를 채용한 플립칩 구조의 발광장치의 일례를 도시한 단면도이다.
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일실시형태에 따른 플립칩용 질화물 반도체 발광소자의 평면도 및 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 플립칩용 질화물 반도체 발광소자의 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 본 발명의 일실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자를 채용한 플립칩 구조의 발광장치의 일례를 도시한 단면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
30 : 플립칩용 질화물 반도체 발광소자 300 : 투광성 사파이어 기판
301 : n형 질화물 반도체층 31 : 발광구조물
311 : 활성층 312 : p형 질화물 반도체층
32 : 반사층 33 : n측 전극
331 : n측 전극의 본딩패드 332 : n측 전극의 전극지
35 : 절연층
본 발명은 플립칩용 질화물 반도체 발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 발광구조물을 갖는 플립칩용 질화물 반도체 발광소자에 있어서 상기 발광구조물의 상면에 일체형으로 반사막을 형성함으로써, 플립칩 구조에 적용시 상기 복수개의 발광구조물 사이에서 발생하는 광 누설의 방지를 통해 발광효율을 개선한 플립칩용 질화물 반도체 발광소자에 관한 것이다.
일반적으로, 질화물 반도체는 GaN, InN, AlN 등과 같은 Ⅲ-Ⅴ족 반도체결정으로서, 단파장광(자외선 내지 녹색광), 특히 청색광을 낼 수 있는 발광소자에 널리 사용된다. 질화물 반도체 발광소자는 결정성장을 위한 격자정합조건을 만족하는 사파이어기판이나 SiC기판 등의 절연성 기판을 이용하여 제조되므로, p형 및 n형 질화물 반도체층에 연결된 2개의 전극이 발광구조의 상면에 거의 수평으로 배열되는 플래너 구조를 취하게 된다. 이러한 구조적인 특징으로 인해, 질화물 반도체 발광소자는 플립칩 구조의 발광장치로 적극적으로 개발되고 있다.
한편 플래너(planar)구조 발광소자는, 2개의 전극이 발광구조물 상하면에 각각 배치된 버티컬(vertical)구조 발광소자에 비해 전류흐름이 전체 발광영역에 균일하게 분포하지 못하므로, 발광에 가담하는 유효면적이 크지 못하고, 발광면적당 발광효율도 낮다는 문제가 있다. 플래너구조 반도체 발광소자에서, 두 전극 사이의 전류흐름은 최단거리인 경로에서 집중되므로, 수직방향으로 전류흐름이 제공되는 버터컬 구조(vertical structure) 발광소자에 비해, 전류밀도가 집중되는 전류경로가 협소해지며, 수평방향의 전류흐름을 가지므로 큰 직렬저항으로 인해 비교적 높은 구동전압을 갖는다. 이러한 문제로 인해 실질적으로 발광에 가담하는 면적이 작아진다.
이와 같이 질화물 반도체 발광소자는 플래너 구조라는 제한성으로 인해 단위면적당 전류밀도가 낮을 뿐만 아니라, 발광면적도 작아 면적효율이 낮다는 문제가 있다. 이러한 문제로 인해, 큰 사이즈(예를 들어, 1000㎛ ㅧ1000㎛)를 갖는 조명장치용 발광소자에서 고출력을 보장하는 것은 매우 어려운 과제로 여겨지고 있다.
상기 큰 사이즈의 발광소자에서 고출력을 얻기 위한 방안으로, 사파이어 기판 상에 n형 질화물 반도체층을 성장시킨 후, 이 n형 질화물 반도체층의 상면에 각각 활성층 및 p형 질화물 반도체층이 순차적으로 적층된 복수개의 발광구조물을 형성하고, 상기 발광구조물을 둘러싸는 형태로 상기 n형 질화물 반도체층의 상면에 n 측 전극을 형성한 대형 질화물 반도체 발광소자가 제안되었다.
도 1a 및 1b는 전술한 종래의 대형 질화물 반도체 발광소자의 일례를 도시한다. 도 1a는 종래의 대형 질화물 반도체 발광소자의 평면도이고, 도 1b는 단면도이다. 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 종래의 대형 질화물 반도체 발광소자(10)는, 투광성 사파이어 기판(100) 상에 형성된 n형 질화물 반도체층(101)과, 상기 n형 질화물 반도체층(101) 상의 소정 영역에 형성되며, 복수개의 본딩 패드(131)와 상기 본딩 패드(131) 사이를 연결하는 전극지(132)로 이루어진 n측 전극(13)과, 상기 n형 질화물 반도체층(101) 상의 상기 n측 전극(13)이 형성되지 않은 영역에 상기 전극지(132)에 의해 분리되어 형성되며, 순차적으로 적층된 활성층(111) 및 p형 질화물 반도체층(112)으로 이루어진 복수개의 발광구조물(11)을 포함한다.
한편, 질화물 반도체 발광소자는 플래너 구조를 가지므로, 상기 투광성 사파이어 기판을 광방출면으로 활용하는 플립칩 형태의 발광장치에 적극 채택될 수 있다. 상기 종래의 질화물 반도체 발광소자가 플립칩 형태의 발광장치에 채택되는 경우, 상기 복수개의 발광구조물(11) 상면에는 상기 활성층(111)에서 생성된 빛을 상기 사파이어 기판(100) 방향으로 반사시키기 위한 반사층(12)이 각각 형성된다.
이와 같은 종래의 대형 질화물 반도체 발광소자(10)는 n형 질화물 반도체층(101) 상에 형성된 복수개의 발광구조물(11)이 n측 전극(13)에 의해 둘러싸인 형태를 가지게 되므로, 전류의 흐름을 전체 발광 면적으로 확산시킬 수 있게 됨으로써 대형 질화물 반도체 발광소자의 단점을 해소할 수 있게 된다.
그러나, 도 1a 및 1b에 도시된 종래의 대형 질화물 반도체 발광소자를 플립칩 구조의 발광장치에 적용한 경우, 상기 활성층(111)에서 생성된 빛이 상기 발광구조물(11) 사이에서 반사되지 못하고 누설되어 발광효율이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
도 2는 도 1a 및 1b에 도시된 종래의 대형 질화물 반도체 발광소자를 플립칩 구조의 발광장치에 채용한 일례를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 플립칩 구조의 발광장치는, 사파이어 기판(100)의 하면을 광방출면으로 사용하기 위해, 서브마운트(20) 상에 사파이어 기판(100)이 상부로 향하도록 질화물 반도체 발광소자(10)를 장착한 구조를 갖는다. 상기 질화물 반도체 발광소자(10)의 n측 전극의 본딩패드(131)와, 반사층 상에 형성된 p측 본딩패드(14)는 상기 서브마운트(20) 상에 형성된 리드 패턴(21)에 범프볼(bump ball)(22)을 이용하여 연결되어 외부로부터 전력을 공급받는다.
이와 같은 플립칩 구조에서, 복수개의 발광구조물(11)에 포함된 각각의 활성층(111)에서 생성된 빛은 사파이어 기판(100)을 투과하여 외부로 방출되거나 발광구조물의 상면에 형성된 반사막에서 기판(100) 방향으로 반사되어 사파이어 기판(100)을 통해 방출된다. 그러나, 상기 활성층(111)에서 생성된 빛의 일부는, 도 2에서 'A'로 표시한 것과 같이, 상기 발광구조물(11)의 사이의 공간을 통해 외부로 누설된다. 이와 같이 누설된 빛은 사파이어 기판(100)을 통해 방출되지 못하고 손실되는 빛으로, 플립칩 구조로 채용된 질화물 반도체 발광소자의 발광효율을 저하시키는 문제를 발생시킨다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은, 복수개의 발광구조물을 갖는 대형 질화물 반도체 발광소자에서, 상기 발광구조물 사이에 절연층을 형성하고 상기 복수개의 발광구조물 상부 및 상기 절연층 상에 일체형으로 반사층을 형성함으로써, 상기 발광구조물 사이로 누설되는 빛을 사파이어 기판 방향으로 반사시켜 광손실을 감소시킬 수 있는 플립칩용 대형 질화물 반도체 발광소자를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은,
투광성 기판 상에 형성된 n형 질화물 반도체층;
상기 n형 질화물 반도체층 상의 소정 영역에 형성되며, 복수개의 본딩 패드와 상기 본딩 패드 사이를 연결하는 전극지로 이루어진 n측 전극;
상기 n형 질화물 반도체층 상의 상기 n측 전극이 형성되지 않은 영역에 상기 n측 전극에 의해 분리되어 형성되며, 순차적으로 적층된 활성층 및 p형 질화물 반도체층으로 이루어진 복수개의 발광구조물;
상기 p형 질화물 반도체층과 상기 n측 전극을 전기적으로 아이솔레이션 시키며, 상기 복수개의 발광구조물 사이에 위치한 상기 n측 전극의 전극지를 덮도록 형성되는 절연층; 및
상기 복수개의 발광구조물 상부 및 상기 절연층 상에 일체형으로 형성된 반사층을 포함하는 플립칩용 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 반사층은, 상기 n측 전극의 본딩패드 상부에 상기 n측 전극의 본딩패드를 노출시키는 오픈영역이 형성되어, 상기 발광구조물 사이에 위치한 n측 전극의 본딩패드를 플립칩 본딩에 사용되는 것을 가능하게 할 수 있다.
바람직하게, 상기 반사층은, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 적어도 하나의 층으로 형성될 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 반사층은, Ni, Pd, Ir, Pt 및 Zn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 제1층과, 상기 제1층 상에 형성되어 Ag 및 Al로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 제2층을 포함하는 구조를 가질 수 있다.
가장 바람직하게, 상기 반사층은, Ni로 이루어진 제1층과, 상기 제1층 상에 형성된 Ag로 이루어진 제2층과, 상기 제2층 상에 형성된 Pt로 이루어진 제3층을 포함하는 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일실시형태에 따른 플립칩용 질화물 반도체 발광소자는, 상기 복 수개의 발광구조물 각각의 상면에 형성된 개별 반사층을 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 "플립칩용 질화물 반도체 발광소자"라는 용어는, 플립칩 구조의 발광장치에 채용되는 질화물 반도체 발광소자를 의미하며, p측 본딩패드 및 n측 전극이 형성된 면이 상기 발광장치의 서브마운트에 접합되는 탑재면이 되는 발광소자를 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 플립칩용 질화물 반도체 발광소자를 보다 상세하게 설명한다. 본 발명에 대한 설명에서 참조되는 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 참조부호를 사용할 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시형태에 따른 플립칩용 질화물 반도체 발광소자의 평면도 및 단면도이다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시형태에 따른 플립칩용 질화물 반도체 발광소자(30)는, 투광성 기판(300) 상에 형성된 n형 질화물 반도체층(301); 상기 n형 질화물 반도체층(301) 상의 소정 영역에 형성되며, 복수개의 본딩 패드(331)와 상기 본딩 패드(331) 사이를 연결하는 전극지(332)로 이루어진 n측 전극(33); 상기 n형 질화물 반도체층(301) 상의 상기 n측 전극(33)이 형성되지 않은 영역에 상기 n측 전극(33)에 의해 분리되어 형성되며, 순차적으로 적층된 활성층(311) 및 p형 질화물 반도체층(312)으로 이루어진 복수개의 발광구조물(31); 상기 p형 질화물 반도체층(312)과 상기 n측 전극(33)을 전기적으로 아이솔레이션 시키며, 상기 복수개의 발광구조물(31) 사이에 위치한 상기 n측 전극(33)의 전극지(332)를 덮도록 형성되는 절연층(35); 및 상기 복수개의 발광구조물(31) 상부 및 상기 절연층(35) 상에 일체형으로 형성된 반사층(32)을 포함하여 구성된다.
상기 투광성 기판(300)은, 그 위에 성장되는 질화물 반도체 물질의 결정과 결정구조가 동일하면서 격자정합을 이루는 상업적인 기판이 존재하지 않기 때문에 격자정합을 고려하여 사파이어 기판이 주로 사용된다. 사파이어 기판은 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 방향의 격자상수가 13.001Å, a축 방향으로는 4.765Å의 격자간 거리를 가지며, 사파이어 면방향(orientation plane)으로는 C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는 특징이 있다. 이러한 사파이어 기판의 C면의 경우 비교적 GaN 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 청색 또는 녹색 발광소자용 기판으로 사파이어 기판이 주로 사용된다.
상기 n형 질화물 반도체층(301)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x ≤1, 0 ≤y ≤1, 0 ≤x+y ≤1임)을 갖는 n 도핑된 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 대표적인 질화물 반도체 물질로는 GaN, AlGaN, GaInN가 있다. 상기 n형 질화물 반도체층(301)의 도핑에 사용되는 불순물로는 Si, Ge, Se, Te 또는 C 등이 사용될 수 있다. 상기 n형 질화물 반도체층(301)은, 상기 반도체 물질을 유기금속 기상증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition : MOCVD), 분자빔 성장법(Molecular Beam Epitaxy : MBE) 또는 하이브리드 기상증착법(Hybride Vapor Phase Epitaxy : HVPE)과 같은 공지의 증착공정을 사용하여 상기 투광성 기판(300) 상에 성장시킴으로써 형성된다.
일반적으로, 상기 투광성 기판(300)과 n형 질화물 반도체층(301) 사이에는 격자부정합을 완화하기 위한 버퍼층이 형성될 수 있다. 이 버퍼층으로는 통상 수 십 ㎚의 두께를 갖는 GaN 또는 AlN 등의 저온핵성장층이 사용된다.
상기 n측 전극(33)은 상기 n형 질화물 반도체층(301) 상의 소정 영역에 형성되며, 복수개의 본딩 패드(331)와 상기 본딩 패드(331) 사이를 연결하는 전극지(332)로 이루어진다. 상기 본딩 패드(331)는 플립칩 본딩 시 서브 마운트 상의 리드 패턴에 범프볼을 이용하여 연결됨으로써 외부로부터 전류를 공급받을 수 있게 된다. 대형 질화물 반도체 발광소자의 전류 확산을 향상시키기 위해 상기 본딩 패드(331)는 n형 질화물 반도체층(301) 상에 다수 형성될 수 있으며, 상기 본딩 패드(331)는 전극지(332)를 통해 서로 연결되어 전극지(332)를 통해서도 전류가 흐르도록 함으로써 발광면적을 더욱 증가시킬 수 있게 된다.
도 3a에서는 실질적으로 사각형의 형상을 갖는 n형 질화물 반도체층(301) 상면의 각 모서리 및 중심부에 본딩 패드(331)가 형성되어 있으며, 모서리에 형성된 본딩패드는 서로 전극지를 통해 연결되며, 중심부에 형성된 본딩 패드는 각 변에 형성된 전극지와 전극지로 연결된 형태의 일례를 도시한다.
상기 본딩 패드(331)와 전극지(332)로 둘러싸인 영역에는 활성층(311)을 갖는 발광구조물(31)이 형성된다.
상기 n측 전극(33)은 상기 n형 질화물 반도체층(301) 상에 Ti, Cr, Al, Cu 및 Au로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 단일층 또는 복수층으로 형성될 수 있다. 상기 n측 전극(33)은 화학기상증착법 및 전자빔 증발법과 같은 공지의 증착방법 또는 스퍼터링 등의 공정에 의해 상기 n형 질화물 반도체층(301) 상에 형성될 수 있다.
상기 복수개의 발광구조물(31)은, 상기 n형 질화물 반도체층(301) 상의 상기 n측 전극(33)이 형성되지 않은 영역에 상기 n측 전극(33)에 의해 분리되어 형성되며, 순차적으로 적층된 활성층(311) 및 p형 질화물 반도체층(312)으로 이루어진다. 상기 발광구조물(31)은 상기 n측 전극(33)으로 둘러싸인 형태로 형성되며, 발광구조물(31)의 외부를 둘러싼 n측 전극(33)으로부터 전류를 공급받을 수 있으므로, 전류확산이 용이하며 전류의 집중으로 인한 전류 크라우딩(current crowding) 현상을 방지할 수 있어 발광면적을 증가시킬 수 있다.
상기 발광구조물(31)에 포함된 상기 활성층(311)은 빛을 발광하기 위한 층으로서, 단일 또는 다중 양자우물구조를 갖는 GaN 또는 InGaN 등의 질화물 반도체층으로 구성된다. 상기 활성층(311)은 상기 n형 질화물 반도체층(301)과 같이 유기금 속 기상증착법, 분자빔 성장법 또는 하이브리드 기상증착법과 같은 공지의 증착공정을 사용하여 상기 n형 질화물 반도체층(301) 상에 형성될 수 있다.
상기 발광구조물(31)에 포함된 상기 p형 질화물 반도체층(312)은 상기 n형 질화물 반도체층(301)과 마찬가지로, AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0 ≤x ≤1, 0 ≤y ≤1, 0 ≤x+y ≤1임)을 갖는 p 도핑된 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 대표적인 질화물 반도체 물질로는 GaN, AlGaN, GaInN가 있다. 상기 p형 질화물 반도체층(312)의 도핑에 사용되는 불순물로는 Mg, Zn 또는 Be 등이 있다. 상기 p형 질화물 반도체층(312)은, 상기 반도체 물질을 유기금속 기상증착법, 분자빔 성장법 또는 하이브리드 기상증착법과 같은 공지의 증착공정을 사용하여 상기 활성층(311) 상에 성장시킴으로써 형성된다.
상기 절연층(35)은, 상기 p형 질화물 반도체층(312)과 상기 n측 전극(33)을 전기적으로 아이솔레이션 시키며, 상기 복수개의 발광구조물(31) 사이에 위치한 상기 n측 전극(33)을 덮도록 형성된다. 상기 절연층(35)은 상기 p형 질화물 반도체층(312)과 상기 n측 전극(33) 사이에 형성됨으로써 상기 p형 질화물 반도체층(312) 상면, 즉 발광구조물(31) 상면에 형성되는 반사층(32)과 n측 전극(33)을 전기적으로 아이솔레이션 시키게 된다. 또한, 상기 발광구조물(31) 사이에 위치한 n측 전극(33)의 전극지(332))를 전체적으로 덮어 그 상부에 상기 반사층(32)이 형성될 수 있게 한다. 상기 절연층(35)은 전기적 절연성을 갖는 산화물 또는 질화물로 이루어 질 수 있다.
상기 반사층(32)은, 상기 복수개의 발광구조물(31) 상부 및 상기 절연층(35) 상에 일체형으로 형성된다. 즉, 상기 복수개의 발광구조물(31) 사이에 형성된 절연층(35) 상면까지 반사층(32)이 형성됨으로써, 질화물 반도체 발광소자(30)가 플립칩 구조의 발광장치에 채용되었을 때, 발광구조물(31) 사이의 공간을 통해 방출되는 빛을 투광성 기판(300) 방향으로 반사시켜 발광효율의 향상을 가져오게 된다.
상기 반사층(32)은 플립칩용 질화물 반도체 발광소자의 구조적 측면을 고려하여 높은 반사율을 가짐과 동시에, 비교적 높은 에너지 밴드갭을 갖는 p형 질화물 반도체층(312)과의 접촉저항을 낮추는데 적절한 물질로 형성될 것이 요구된다. 이러한 고반사율 및 접촉저항 개선의 조건을 만족하기 위해서, 상기 반사층(32)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 적어도 하나의 층으로 형성될 수 있으며, 70% 이상의 반사율을 갖는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게, 상기 반사층(32)은 Ni, Pd, Ir, Pt 및 Zn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 제1층과, 상기 제1층 상에 형성되어 Ag 및 Al로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 제2층을 포함하는 이층구조로 형성될 수 있다. 가장 바람직하게, 상기 반사층(32)은 Ni로 이루어진 제1층과, 상기 제1층 상에 형성된 Ag로 이루어진 제2층과, 상기 제2층 상에 형성된 Pt로 이루어진 제3층을 포함하는 삼층 구조로 형성될 수 있다. 상기 반사층(32)은 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition : CVD) 및 전자빔 증발법(E- beam evaporator)과 같은 공지의 증착방법 또는 스퍼터링(sputtering) 등의 공정에 의해 형성될 수 있으며, 오믹콘택의 특성을 향상시키기 위해서 약 400 내지 900℃의 온도에서 열처리될 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 대형 질화물 반도체 발광소자는 발광구조물 사이(도 3a에서는 질화물 반도체 발광소자의 중심부)에도 n측 전극(33)의 본딩패드(331)가 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 반사층(32)은 발광구조물 사이에 형성된 n측 전극(33)의 본딩패드(331)를 활용하기 위해, 상기 본딩패드(331)를 노출시키는 오픈 영역(321)을 구비할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 플립칩용 대형 질화물 반도체 발광소자를 도시한다. 도 4에 도시된 플립칩용 대형 질화물 반도체 발광소자(40)는, 상기 도 3의 질화물 반도체 발광소자와 비교하여, 각각의 발광구조물(31) 상에 별도의 개별 반사층(42)이 형성되는 특징이 있다. 이는 반사효율을 보다 개선하기 위한 것으로, 그 구성 물질은 상기 도 3을 통해 설명한 반사층(32)과 동일하게 이루어질 수 있다.
도 5는 도 3을 통해 설명된 본 발명의 일실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자를 구비한 플립칩 구조의 발광 장치의 일례를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 플립칩 구조의 발광장치는, 질화물 반도체 발광소자(30)의 n측 전극의 본딩패드(331) 및 반사층(32) 상에 형성된 p측 본딩패드(34)를 범프볼(22)을 이용하여 지지체용 서브마운트(20) 상의 리드 패턴(21)상에 융착시킴으로써 제작될 수 있다. 이러한 플립칩 구조의 발광장치에서 상기 질화물 반도체 발광소자(30)의 사파이어 기판(300)은 투광성이므로 광방출면으로 활용될 수 있다.
특히, 복수개의 발광구조물(31)을 갖는 대형 질화물 반도체 발광소자(30)에서, 발광구조물(31) 사이의 공간을 통해 누설되는 빛(l1 내지 l3)이 그 상부에 형성된 반사층(32)을 통해 반사되어 투광성 사파이어 기판(300)을 통해 방출될 수 있으므로, 종래의 질화물 반도체 발광소자에 비해 발광효율이 대폭 개선될 수 있다. 특히, 전술한 설명에서는 4개의 발광구조물이 형성된 일례에 대해 설명하였으나, 보다 많은 수의 발광구조물이 형성된 다른 실시형태에서는 발광구조물 사이의 공간이 증가하게 되므로, 그 발광효율의 개선이 더욱 현저하게 나타날 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 플립칩용 질화물 반도체 발광소자는 복수개의 발광구조물 상에 일체형으로 반사층이 형성되므로, 테스트 시 테스트용 프로브(probe)를 접촉시키기 위한 면적이 증가하게 되어 보다 용이하게 테스트가 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 플립칩용 질화물 반도체 발광소자는 복수개의 발광구조물 상에 일체형으로 반사층이 형성되므로, 플립칩 구조의 발광장치에 탑재 시 p측 본딩전극을 형성할 수 있는 면적이 증가하고, 그 위치를 보다 자유롭게 선택할 수 있다. 이는 질화물 반도체 발광소자를 탑재하기 위한 서브마운트 상에 형성되는 리드 패턴의 형상 또는 위치를 보다 자유롭게 선택할 수 있게 한다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 복수개의 발광구조물을 갖는 대형 질화물 반도체 발광소자에서, 상기 발광구조물 사이에 절연층을 형성하고 상기 복수개의 발광구조물 상부 및 상기 절연층 상에 일체형으로 반사층을 형성함으로써, 상기 발광구조물 사이로 누설되는 빛을 사파이어 기판 방향으로 반사시켜 광손실을 감소시키고 발광효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
부가적으로, 본 발명에 따르면, 테스트 시 프로브의 접촉 위치를 보다 자유롭게 선택할 수 있게 함으로써 테스트를 보다 용이하게 수행할 수 있는 장점이 있다.
부가적으로, 본 발명에 따르면, 플립칩 구조의 발광장치에 탑재하기 위해 형성되는 p측 본딩패드의 위치를 자유롭게 선택할 수 있으며, 이에 따라 탑재용 서브마운트 상에 형성되는 리드 패턴의 형상이나 위치를 보다 자유롭게 선택할 수 있는 장점이 있다.

Claims (6)

  1. 투광성 기판 상에 형성된 n형 질화물 반도체층;
    상기 n형 질화물 반도체층 상의 소정 영역에 형성되며, 복수개의 본딩 패드와 상기 본딩 패드 사이를 연결하는 전극지로 이루어진 n측 전극;
    상기 n형 질화물 반도체층 상의 상기 n측 전극이 형성되지 않은 영역에 상기 n측 전극에 의해 분리되어 형성되며, 순차적으로 적층된 활성층 및 p형 질화물 반도체층으로 이루어진 복수개의 발광구조물;
    상기 p형 질화물 반도체층과 상기 n측 전극을 전기적으로 아이솔레이션 시키며, 상기 복수개의 발광구조물 사이에 위치한 상기 n측 전극의 전극지를 덮도록 형성되는 절연층; 및
    상기 복수개의 발광구조물 상부 및 상기 절연층 상에 일체형으로 형성된 반사층을 포함하는 플립칩용 질화물 반도체 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사층은, 상기 n측 전극의 본딩패드 상부에 상기 n측 전극의 본딩패드를 노출시키는 오픈영역이 형성된 것을 특징으로 하는 플립칩용 질화물 반도체 발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사층은, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 적어도 하나의 층으로 형성된 것을 특징으로 하는 플립칩용 질화물 반도체 발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반사층은, Ni, Pd, Ir, Pt 및 Zn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 제1층과, 상기 제1층 상에 형성되어 Ag 및 Al로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 제2층을 포함하는 것을 특징으로 하는 플립칩용 질화물 반도체 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반사층은, Ni로 이루어진 제1층과, 상기 제1층 상에 형성된 Ag로 이루어진 제2층과, 상기 제2층 상에 형성된 Pt로 이루어진 제3층을 포함하는 것을 특징으로 하는 플립칩용 질화물 반도체 발광소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 발광구조물 각각의 상면에 형성된 개별 반사층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플립칩용 질화물 반도체 발광소자.
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