KR100986353B1 - 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지 - Google Patents
발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지 Download PDFInfo
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Abstract
실시예는 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광 소자는 전도성 지지기판; 상기 전도성 지지기판 상에 접합층; 상기 접합층 상에 반사층; 상기 반사층 상에 오믹 접촉층; 상기 오믹 접촉층 상에 전류 차단층; 상기 접합층 상의 둘레 영역에 보호층; 상기 전류 차단층, 오믹 접촉층, 보호층 상에 발광 구조층; 및 상기 발광 구조층 상에 상기 전류 차단층 및 상기 보호층과 적어도 일부분이 오버랩되는 전극을 포함한다.
발광 소자
Description
실시예는 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광 다이오드는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저 소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다. 이에 기존의 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 발광 다이오드는 실내외에서 사용되는 각종 램프, 액정표시장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 사용이 증가되고 있는 추세이다.
실시예는 새로운 구조를 갖는 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시예는 광 효율이 향상된 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시예에 따른 발광 소자는 전도성 지지기판; 상기 전도성 지지기판 상에 접합층; 상기 접합층 상에 반사층; 상기 반사층 상에 오믹 접촉층; 상기 오믹 접촉층 상에 전류 차단층; 상기 접합층 상의 둘레 영역에 보호층; 상기 전류 차단층, 오믹 접촉층, 보호층 상에 발광 구조층; 및 상기 발광 구조층 상에 상기 전류 차단층 및 상기 보호층과 적어도 일부분이 오버랩되는 전극을 포함한다.
실시예에 따른 발광 소자 제조방법은 성장 기판 상에 발광 구조층을 형성하는 단계; 상기 발광 구조층 상의 단위 칩 영역의 둘레 영역에 선택적으로 보호층 및 상기 발광 구조층 상의 단위 칩 영역의 중심 영역에 부분적으로 전류 차단층을 형성하는 단계; 상기 발광 구조층 및 전류 차단층 상에 오믹 접촉층을 형성하는 단계; 상기 오믹 접촉층 상에 반사층을 형성하는 단계; 상기 보호층, 오믹 접촉층, 반사층 상에 접합층을 형성하는 단계; 상기 접합층 상에 전도성 지지기판을 형성하는 단계; 상기 성장 기판을 상기 발광 구조층으로부터 분리하는 단계; 상기 발광 구조층을 상기 단위 칩 영역에 따라 분리하여 상기 보호층이 부분적으로 노출되도 록 하는 아이솔레이션 에칭을 수행하는 단계; 및 상기 발광 구조층 상에 상기 전류 차단층 및 상기 보호층과 적어도 일부분이 오버랩되도록 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 몸체; 상기 패키지 몸체에 설치된 제1 전극층 및 제2 전극층; 및 상기 몸체에 설치되어 상기 제1 전극층 및 제2 전극층에 전기적으로 연결된 발광 소자를 포함하며, 상기 발광 소자는 전도성 지지기판; 상기 전도성 지지기판 상에 접합층; 상기 접합층 상에 반사층; 상기 반사층 상에 오믹 접촉층; 상기 오믹 접촉층 상에 전류 차단층; 상기 접합층 상의 둘레 영역에 보호층; 상기 전류 차단층, 오믹 접촉층, 보호층 상에 발광 구조층; 및 상기 발광 구조층 상에 상기 전류 차단층 및 상기 보호층과 적어도 일부분이 오버랩되는 전극을 포함한다.
실시예는 새로운 구조를 갖는 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지를 제공할 수 있다.
실시예는 광 효율이 향상된 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지를 제공할 수 있다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들에 따른 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지에 대해 설명한다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 발광 소자(100)는 전도성 지지기판(175)과, 상기 전도성 지지기판(175) 상에 접합층(170)과, 상기 접합층(170) 상에 반사층(160)과, 상기 반사층(160) 상에 오믹 접촉층(150)과, 상기 접합층(170)의 상면의 둘레 영역에 보호층(140)과, 상기 오믹 접촉층(150) 및 상기 보호층(140) 상에 빛을 생성하는 발광 구조층(135)과, 상기 발광 구조층(135) 상에 전극(115)을 포함한다.
상기 전도성 지지기판(175)은 상기 발광 구조층(135)을 지지하며 상기 전극(115)과 함께 상기 발광 구조층(135)에 전원을 제공한다. 상기 전도성 지지기판(175)은 예를 들어, 구리(Cu), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예를 들어, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 전도성 지지기판(175) 상에는 상기 접합층(170)이 형성될 수 있다. 상 기 접합층(170)은 본딩층으로서, 상기 반사층(160)과 상기 보호층(140)의 아래에 형성된다. 상기 접합층(170)은 상기 반사층(160), 상기 오믹 접촉층(150), 및 상기 보호층(140)에 접촉되어 상기 반사층(160), 오믹 접촉층(150), 및 보호층(140)이 상기 전도성 지지기판(175)에 강하게 접합될 수 있도록 한다.
상기 접합층(170)은 베리어 금속 또는 본딩 금속 등을 포함하며, 예를 들어, Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag 또는 Ta 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 접합층(170) 상에는 상기 반사층(160)이 형성될 수 있다. 상기 반사층(160)은 상기 발광 구조층(135)로부터 입사되는 광을 반사시켜 주어, 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 반사층(160)은 예를 들어, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다. 또한 상기 반사층(160)은 상기 금속 또는 합금과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있으며, 예를 들어, IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 적층할 수 있다.
상기 반사층(160) 상에는 상기 오믹 접촉층(150)이 형성될 수 있다. 상기 오믹 접촉층(150)은 상기 제2 도전형의 반도체층(130)에 오믹 접촉되어 상기 발광 구조층(135)에 전원이 원활히 공급되도록 하며, ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
즉, 상기 오믹 접촉층(150)은 투광성 전도층과 금속을 선택적으로 사용할 수 있으며, 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), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni, Ag, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 하나 이상을 이용하여 단층 또는 다층으로 구현할 수 있다.
상기 오믹 접촉층(150)과 상기 제2 도전형의 반도체층(130) 사이에는 전류 차단층(Current Blocking Layer, CBL)(145)이 형성될 수 있다. 상기 전류 차단층(145)의 상면은 상기 제2 도전형의 반도체층(130)과 접촉하고, 상기 전류 차단층(145)의 하면 및 측면은 상기 오믹 접촉층(150)과 접촉한다.
상기 전류 차단층(145)은 상기 전극(115)과 수직 방향으로 적어도 일부가 중첩되도록 형성될 수 있으며, 이에 따라 상기 전극(115)과 상기 전도성 지지기판(175) 사이의 최단 거리로 전류가 집중되는 현상을 완화하여 상기 발광 소자(100)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 전류 차단층(145)의 폭은 상기 전극(115)의 폭의 0.9~1.3배의 크기를 갖는다. 예를 들어, 상기 전류 차단층(145)의 폭은 상기 전극(115)의 폭의 1.1~1.3배의 크기를 가질 수 있다.
상기 전류 차단층(145)은 상기 반사층(160) 또는 상기 오믹 접촉층(150)보다 전기 전도성이 낮은 물질, 상기 제2 도전형의 반도체층(130)과 쇼트키 접촉을 형성하는 물질, 또는 전기 절연성 물질을 이용하여 형성될 수 있으며, 예를 들어, 상기 전류 차단층(145)은 ZnO, SiO2, SiON, Si3N4, Al2O3 , TiO2, Ti, Al, Cr 중 적어도 하 나를 포함할 수 있다.
한편, 상기 전류 차단층(145)은 상기 오믹 접촉층(150)과 상기 제2 도전형의 반도체층(130) 사이에 형성되거나, 상기 반사층(160)과 상기 오믹 접촉층(150) 사이에 형성될 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 보호층(140)은 상기 접합층(170)의 상면의 둘레 영역에 형성될 수 있다. 즉, 상기 보호층(140)은 상기 발광 구조층(135)과 상기 접합층(170) 사이의 둘레 영역에 형성되고, 상기 반사층(160) 또는 상기 오믹 접촉층(150)보다 전기 전도성이 낮은 물질, 상기 제2 도전형의 반도체층(130)과 쇼트키 접촉을 형성하는 물질, 또는 전기 절연성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 보호층(140)은 ZnO 또는 SiO2로 형성될 수 있다.
상기 보호층(140)은 상기 접합층(170)과 상기 활성층(120) 사이의 거리를 증가시킨다. 따라서, 상기 접합층(170)과 상기 활성층(120) 사이의 전기적 단락이 발생될 가능성을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 보호층(140)은 상기 발광 구조층(145)과 상기 접합층(170) 사이의 계면이 박리되어 상기 발광 소자(100)의 신뢰성이 저하되는 현상을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 보호층(140)은 칩 분리 공정에서 상기 발광 구조층(145)을 단위 칩으로 분리하기 위해 아이솔레이션 에칭을 실시하는 경우, 상기 접합층(170)에서 파편이 발생되어 상기 파편이 상기 제2 도전형의 반도체층(130)과 활성층(120) 사이 또는 상기 활성층(120)과 제1 도전형의 반도체층(110) 사이에 부착되어 전기적 단락이 발생되는 것을 방지한다. 상기 보호층(140)은 아이솔레이션 에칭시 깨지거나 파편이 발생되지 않는 물질 또는 극히 일부분이 깨지거나 소량의 파편이 발생되더라도 전기적 단락을 일으키지 않는 전기 절연성을 가진 물질로 형성된다.
상기 오믹 접촉층(150) 및 상기 보호층(140) 상에는 상기 발광 구조층(135)이 형성될 수 있다.
상기 발광 구조층(135)의 측면은 단위 칩으로 구분하는 아이솔레이션(isolation) 에칭 과정에서 경사면이 형성될 수 있으며, 상기 경사면은 상기 보호층(140)과 수직 방향에서 오버랩된다.
상기 보호층(140)의 상면의 일부는 상기 아이솔레이션 에칭에 의해 노출될 수 있다. 따라서, 상기 보호층(140)은 상기 발광 구조층(135)과 일부 영역이 수직 방향으로 오버랩되고 상기 발광 구조층(135)과 나머지 영역이 수직 방향으로 중첩되지 않도록 형성된다.
상기 발광 구조층(135)은 복수의 3족 내지 5족 원소의 화합물 반도체층을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 상기 제1 도전형의 반도체층(110), 상기 제1 도전형의 반도체층(110) 아래에 활성층(120), 상기 활성층(120) 아래에 상기 제2 도전형의 반도체층(130)을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형의 반도체층(110)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 원소의 화합물 반도체, 예를 들어, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있다. 상기 제1 도전형의 반도체층(110)이 N형 반도체층인 경우, 상기 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 N형 도펀트를 포함한다. 상기 제1 도전형의 반도체층(110)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 활성층(120)은 상기 제1 도전형의 반도체층(110) 아래에 형성되며, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW), 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 활성층(120)은 3족-5족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층, 예를 들면 InGaN 우물층/GaN 장벽층 또는 InGaN 우물층/AlGaN 장벽층으로 형성될 수 있다.
상기 활성층(120)과 상기 제1 도전형의 반도체층(110) 사이 또는 상기 활성층(120)과 상기 제2 도전형의 반도체층(130) 사이에는 도전형 클래드층이 형성될 수도 있으며, 상기 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있다.
상기 제2 도전형의 반도체층(130)은 상기 활성층(120) 아래에 형성되며, 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 원소의 화합물 반도체 예컨대, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있다. 상기 제2 도전형의 반도체층(130)이 P형 반도체층인 경우, 상기 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn 등과 같은 P형 도펀트를 포함한다. 상기 제2 도전형의 반도체층(130)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
한편, 상기 발광 구조층(135)은 상기 제2 도전형의 반도체층(130) 아래에 N형 반도체층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 발광 구조층(135)은 N-P 접합, P-N 접합, N-P-N 접합 및 P-N-P 접합 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광 구조층(135) 상면에는 상기 전극(115)이 형성된다. 상기 전극(115)은 소정의 패턴 형상으로 분기될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 도전형의 반도체층(110)의 상면은 광 추출 효율을 증가시키기 위해 러프니스 패턴(112)이 형성될 수 있다. 이에 따라 상기 전극(115)의 상면에도 러프니스 패턴이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 전극(115)은 상기 제1 도전형의 반도체층(110)의 상면에 접촉될 수 있다. 또한 상기 전극(115)은 적어도 하나의 패드부, 상기 패드부에 연결된 적어도 한 가지 형상의 전극 패턴이 동일 또는 상이한 적층 구조로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시예에서 상기 전극(115)은 외부 전극(115a), 내부 전극(115b), 패드부(도 13의 115c)를 포함할 수 있다. 상기 전극(115)은 적어도 일부분이 상기 보호층(140) 및 상기 전류 차단층(145)과 수직 방향에서 오버랩된다. 예를 들어, 상기 외부 전극(115a)은 상기 보호층(140)과 수직 방향에서 오버랩되고, 상기 내부 전극(115b)은 상기 전류 차단층(145)과 수직 방향에서 오버랩된다.
상기 보호층(140)은 전기 절연 특성을 갖거나 현저히 낮은 전기 전도성을 갖기 때문에, 상기 보호층(140)을 통해 전류는 거의 흐르지 않는다. 따라서, 상기 보호층(140)의 상측에 배치되는 활성층(120)에는 전류가 흐르지 않아 빛이 발생되지 않으며 결과적으로 발광 소자(100)의 광 효율이 저하될 수 있다.
그러나, 실시예에서는 상기 전극(115)이 상기 보호층(140)과 수직 방향에서 오버랩되는 위치에 배치되기 때문에, 상기 보호층(140)의 상측에 배치된 활성 층(120)으로 더 많은 전류가 흐를 수 있도록 할 수 있다. 따라서, 보다 더 넓은 영역의 활성층(120)에서 빛이 방출되므로 발광 소자(100)의 광 효율이 증가될 수 있다.
도 13은 실시예에 따른 발광 소자에서 전극의 평면 상의 형태를 도시한 도면이다. 도 1에는 전극층을 I-I' 단면으로 절단한 형태가 도시되어 있다.
도 1과 도 13을 참조하면, 상기 전극(115)은 상기 제1 도전형의 반도체층(110)의 상면에 형성되며, 상기 제1 도전형의 반도체층(110)의 상면 주변부를 따라 연장되는 상기 외부 전극(115a)과, 상기 외부 전극(115a)과 외부 전극(115a)을 연결하는 내부 전극(115b)을 포함할 수 있다.
상기 외부 전극(115a)은 4개의 변과 4개의 꼭지점을 갖는 사각형 형태로 형성될 수 있으며, 제1 방향으로 연장된 2개의 외부 전극(115a)과 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 연장된 2개의 외부 전극(115a)을 포함한다.
상기 패드부(115c)는 상기 제1 방향으로 연장된 2개의 외부 전극(115a) 중 어느 하나의 이웃한 2개의 꼭지점 부분에 배치된다.
상기 내부 전극(115a)은 상기 제1 방향으로 연장되어 상기 제2 방향으로 연장된 2개의 외부 전극(115a)을 연결하는 내부 전극(115a)과, 상기 제2 방향으로 연장되어 상기 제1 방향으로 연장된 2개의 외부 전극(115a)을 연결하는 내부 전극(115a)을 포함한다.
상기 내부 전극(115b)은 4개가 형성되며, 상기 내부 전극(115b) 중 3개는 상기 제1 방향을 따라 연장되고, 상기 내부 전극(115b) 중 나머지 1개는 상기 제2 방향을 따라 연장된다.
상기 외부 전극(115a) 중 이웃한 2개의 꼭지점 부분에 패드부(115c)가 형성된 외부 전극(115a)과 상기 제2 방향을 따라 연장된 내부 전극(115b) 사이의 거리는 상기 제2 방향을 따라 연장된 내부 전극(115b)과 상기 이웃한 2개의 꼭지점 부분에 패드부(115c)가 형성된 외부 전극(115a)에 대향하는 외부 전극(115a) 사이의 거리보다 길다. 즉, 도 13에서, A의 거리는 B의 거리보다 길게 설계될 수 있다.
상기 제2 방향으로 연장된 외부 전극(115a)과 인접한 내부 전극(115b) 사이의 거리는 상기 제2 방향을 따라 연장된 내부 전극들(115b) 사이의 거리와 동일하게 설계된다. 즉, 도 13에서 C, D, E, F의 거리는 동일하게 설계될 수 있다.
또한, 상기 외부 전극(115a)의 적어도 일부분의 폭은 상기 내부 전극(115b)의 폭보다 크게 설계될 수 있다. 그리고, 상기 외부 전극(115a)의 적어도 일부분의 폭은 상기 외부 전극(115a)의 나머지 부분의 폭보다 크게 설계될 수 있다.
예를 들어, 상기 외부 전극(115a) 중 이웃한 2개의 꼭지점 부분에 패드부(115c)가 형성된 외부 전극(115a)의 폭은 상기 내부 전극(115b)의 폭보다 크게 설계될 수 있다. 또한, 상기 제2 방향으로 연장된 외부 전극(115a)의 상기 패드부(115c)로부터 상기 제1 방향으로 연장된 내부 전극(115b)이 상기 제2 방향으로 연장된 외부 전극(115a)와 연결되는 부분까지의 폭은 상기 내부 전극(115b)의 폭보다 크게 설계될 수 있다.
상기 내부 전극(115b)은 상기 외부 전극(115a)에 의해 둘러싸인 내부 영역을 복수의 영역으로 구분한다. 상기 복수의 영역 중 폭이 큰 외부 전극(115a)과 접 하는 영역은 폭이 작은 외부 전극(115a)과 접하는 영역에 비해 면적이 넓게 형성된다.
도 13에 도시된 실시예에 따른 발광 소자의 전극(115)은 전극(115)이 차지하는 면적에 비하여 저항을 감소시키고 전류가 효과적으로 퍼질 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 발광 구조층(135)의 적어도 측면에는 상기 패시베이션층(180)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 패시베이션층(180)은 상기 제1 도전형의 반도체층(110)의 상면 및 상기 보호층(140)의 상면에 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 패시베이션층(180)은 상기 발광 구조층(135)을 전기적으로 보호하기 위하여 형성될 수 있으며, 예를 들어, SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3 로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 11은 제2 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면이다.
제2 실시예에 따른 발광 소자는 제1 실시예에 따른 발광 소자와 유사한 구조를 가진다. 다만, 제2 실시예에 따른 발광 소자는 상기 오믹 접촉층(150)이 발광 소자의 측면까지 연장되어 배치된다.
즉, 상기 오믹 접촉층(150)은 상기 보호층(140)의 측면 및 하측면에 배치되고, 상기 보호층(140)과 상기 접합층(170)은 상기 오믹 접촉층(150)에 의해 이격된다.
도 12는 제3 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면이다.
제3 실시예에 따른 발광 소자는 제1 실시예에 따른 발광 소자와 유사한 구조 를 가진다. 다만, 제3 실시예에 따른 발광 소자는 상기 반사층(160)이 발광 소자의 측면까지 연장되어 배치된다.
즉, 상기 반사층(160)은 상기 오믹 접촉층(150) 및 보호층(140)의 하측면에 배치되고, 상기 보호층(140)과 상기 접합층(170)은 상기 반사층(160)에 의해 이격된다. 상기 보호층(140)은 상기 반사층(160) 상에 부분적으로 형성된다.
상기 반사층(160)이 상기 접합층(170)의 상면 전체 영역에 배치되는 경우, 상기 활성층(120)에서 발생된 광을 보다 효과적으로 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있다.
비록 도시되지는 않았지만, 상기 오믹 접촉층(150) 및 상기 반사층(160)이 발광 소자의 측면까지 연장되어 배치되도록 할 수도 있다.
이하, 실시예에 따른 발광 소자의 제조방법에 대해 상세히 설명한다. 다만, 앞에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 2 내지 도 10은 실시예에 따른 발광 소자의 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 성장 기판(101) 상에 상기 발광 구조층(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.
상기 발광 구조층(135)은 상기 성장기판(101) 상에 상기 제1 도전형의 반도체층(110), 활성층(120) 및 제2 도전형의 반도체층(130)을 순차적으로 성장함으로 써 형성될 수 있다.
상기 발광 구조층(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 발광 구조층(135) 및 상기 성장 기판(101) 사이에는 격자 상수 차이를 완화하기 위해 버퍼층(미도시) 및/또는 언도프트 질화물층(미도시)이 형성될 수도 있다
도 3을 참조하면, 상기 발광 구조층(135) 상에 단위 칩 영역에 대응하여 상기 보호층(140)이 형성된다.
상기 보호층(140)은 마스크 패턴을 이용하여 단위 칩 영역의 둘레에 형성될 수 있다. 상기 보호층(140)은 스퍼터링(sputtering) 방법과 같은 다양한 증착 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 제2 도전형의 반도체층(130) 상에 상기 전류 차단층(145)을 형성할 수 있다. 상기 전류 차단층(145)은 마스크 패턴을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 보호층(140)과 상기 전류 차단층(145)은 동일한 재질로 형성될 수도 있다. 이 경우에, 상기 보호층(140)과 전류 차단층(145)은 별도의 공정으로 형성하지 않고 하나의 공정으로 동시에 형성하는 것도 가능하다. 예를 들어, 상기 제2 도전형의 반도체층(130) 상에 SiO2층을 형성한 후, 마스크 패턴을 이용하여 상기 보호층(140)과 전류 차단층(145)을 동시에 형성할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 제2 도전형의 반도체층(130) 및 상기 전류차단층(145) 상에 상기 오믹 접촉층(150)을 형성하고, 상기 오믹 접촉층(150) 상에 상기 반사층(160)을 형성할 수 있다.
상기 오믹 접촉층(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 오믹 접촉층(150)과 반사층(160)이 형성되는 면적은 다양하게 선택될 수 있으며, 상기 오믹 접촉층(150) 및/또는 반사층(160)이 형성되는 면적에 따라 도 11 및 도 12에서 설명한 다른 실시예들의 발광 소자가 제작될 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 반사층(160) 및 상기 보호층(140) 상에 상기 접합층(170)을 형성하고, 상기 접합층(170) 상에 상기 전도성 지지기판(175)을 형성한다.
상기 접합층(170)은 상기 반사층(160), 상기 오믹 접촉층(150)의 단부 및 상기 보호층(140)에 접촉되어, 상기 반사층(160), 오믹 접촉층(150), 및 보호층(140) 사이의 접착력을 강화시켜 줄 수 있다.
상기 전도성 지지기판(175)은 상기 접합층(170) 상에 부착된다. 비록, 실시예에서는 상기 전도성 지지기판(175)이 상기 접합층(170)을 통해 본딩 방식으로 결 합된 것이 예시되어 있으나, 상기 전도성 지지기판(175)을 도금 방식 또는 증착 방식으로 형성하는 것도 가능하다.
도 8을 참조하면, 상기 성장기판(101)을 상기 발광 구조층(135)으로부터 제거한다. 도 8에서는 도 7에 도시된 구조물을 뒤집어서 도시하였다.
상기 성장기판(101)은 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off) 방법 또는 화학적 리프트 오프(Chemical Lift Off) 방법에 의해 제거될 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 발광 구조층(135)에 단위 칩 영역에 따라 아이솔레이션(isolation) 에칭을 실시하여 복수개의 발광 구조층(135)으로 분리한다.
예를 들어, 상기 아이솔레이션 에칭은 ICP(Inductively Coupled Plasma)와 같은 건식 식각 방법에 의해 실시될 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 보호층(140) 및 발광 구조층(135) 상에 패시베이션층(180)을 형성하고, 상기 제1 도전형의 반도체층(110)의 상면이 노출되도록 상기 패시베이션층(180)을 선택적으로 제거한다.
그리고, 상기 제1 도전형의 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.
그리고, 상기 구조물을 칩 분리 공정을 통해 단위 칩 영역으로 분리하면 복수개의 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.
도 14는 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지의 단면도이다.
도 14를 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 몸체(10)와, 상기 패키지 몸체(10)에 설치된 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)과, 상기 패키지 몸체(10)에 설치되어 상기 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)과 전기적으로 연결되는 발광 소자(100)와, 상기 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(40)를 포함한다.
상기 패키지 몸체(10)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 측면이 경사면으로 형성된 캐비티를 가질 수 있다.
상기 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공한다. 또한, 상기 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)은 상기 발광 소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 패키지 몸체(10) 상에 설치되거나 상기 제1 전극층(31) 또는 제2 전극층(32) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 실시예에서는 상기 발광 소자(100)가 상기 제1 전극층(31)과 와이어(50) 를 통해 전기적으로 연결되고 상기 제2 전극층(32)과 직접 접촉하여 전기적으로 연결된 것이 예시되어 있다.
상기 몰딩부재(40)는 상기 발광 소자(100)를 포위하여 상기 발광 소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(40)에는 형광체가 포함되어 상기 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 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 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 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 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 2 내지 도 10은 실시예에 따른 발광 소자의 제조방법을 설명하는 도면
도 11은 제2 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 12는 제3 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 13은 실시예에 따른 발광 소자에서 전극의 평면 상의 형태를 도시한 도면.
도 14는 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지의 단면도.
Claims (20)
- 전도성 지지기판;상기 전도성 지지기판 상에 접합층;상기 접합층 상에 반사층;상기 반사층 상에 오믹 접촉층;상기 오믹 접촉층 상에 전류 차단층;상기 접합층 상의 둘레 영역에 보호층;상기 전류 차단층, 오믹 접촉층, 보호층 상에 발광 구조층; 및상기 발광 구조층 상에 상기 전류 차단층 및 상기 보호층과 적어도 일부분이 오버랩되는 전극을 포함하고,상기 보호층은 상기 반사층 또는 오믹 접촉층보다 전기 전도성이 낮은 물질, 전기 절연성 물질, 또는 상기 발광 구조층과 쇼트키 접촉을 하는 물질로 형성되는 발광 소자.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 발광 구조층은 측면이 경사면으로 형성되고, 상기 경사면은 상기 보호층과 오버랩되는 발광 소자.
- 제 1항에 있어서,상기 발광 구조층의 상면과 측면 및 상기 보호층의 상면에 접하는 패시베이션층을 포함하는 발광 소자.
- 제 1항에 있어서,상기 반사층은 상기 접합층의 상면 전체에 형성되고, 상기 보호층은 상기 반사층 상에 부분적으로 형성되는 발광 소자.
- 제 1항에 있어서,상기 전류 차단층의 하면 및 측면은 상기 오믹 접촉층과 접촉하고, 상기 전류 차단층의 상면은 상기 발광 구조층과 접촉하며, 상기 전류 차단층의 폭은 상기 전극의 폭의 1.1~1.3배의 크기를 갖는 발광 소자.
- 제 1항에 있어서,상기 발광 구조층은 상면에 러프니스 패턴이 형성되는 발광 소자.
- 제 1항에 있어서,상기 전극은 상기 발광 구조층의 상면 주변부를 따라 연장되는 외부 전극과, 상기 외부 전극 내에 배치되어 상기 외부 전극과 외부 전극을 연결하는 내부 전극 과, 상기 외부 전극에 형성된 패드부를 포함하는 발광 소자.
- 제 8항에 있어서,상기 외부 전극의 적어도 일부분은 상기 내부 전극에 비해 폭이 큰 발광 소자.
- 제 8항에 있어서,상기 내부 전극은 제1 방향 및 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 연장되는 발광 소자.
- 제 8항에 있어서,상기 외부 전극의 일부분은 나머지 부분에 비해 폭이 큰 발광 소자.
- 제 11항에 있어서,상기 내부 전극은 상기 외부 전극에 의해 둘러싸인 내부 영역을 복수의 영역으로 구분하고, 상기 복수의 영역 중 폭이 큰 외부 전극과 접하는 영역은 폭이 작은 외부 전극과 접하는 영역에 비해 면적이 넓은 발광 소자.
- 성장 기판 상에 발광 구조층을 형성하는 단계;상기 발광 구조층 상의 단위 칩 영역의 둘레 영역에 선택적으로 보호층 및 상기 발광 구조층 상의 단위 칩 영역의 중심 영역에 부분적으로 전류 차단층을 형성하는 단계;상기 발광 구조층 및 전류 차단층 상에 오믹 접촉층을 형성하는 단계;상기 오믹 접촉층 상에 반사층을 형성하는 단계;상기 보호층, 오믹 접촉층, 반사층 상에 접합층을 형성하는 단계;상기 접합층 상에 전도성 지지기판을 형성하는 단계;상기 성장 기판을 상기 발광 구조층으로부터 분리하는 단계;상기 발광 구조층을 상기 단위 칩 영역에 따라 분리하여 상기 보호층이 부분적으로 노출되도록 하는 아이솔레이션 에칭을 수행하는 단계; 및상기 발광 구조층 상에 상기 전류 차단층 및 상기 보호층과 적어도 일부분이 오버랩되도록 전극을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자 제조방법.
- 제 13항에 있어서,상기 보호층은 상기 반사층 또는 오믹 접촉층보다 전기 전도성이 낮은 물질, 전기 절연성 물질, 또는 상기 발광 구조층과 쇼트키 접촉을 하는 물질로 형성되는 발광 소자 제조방법.
- 제 13항에 있어서,상기 발광 구조층은 측면이 경사면으로 형성되고, 상기 경사면은 상기 보호층과 오버랩되는 발광 소자 제조방법.
- 제 13항에 있어서,상기 아이솔레이션 에칭을 수행한 후 상기 전극을 형성하기 전에,상기 발광 구조층의 상면과 측면 및 상기 보호층의 상면에 접하는 패시베이션층을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자 제조방법.
- 제 16항에 있어서,상기 패시베이션층을 형성한 후 상기 전극을 형성하기 전에,상기 발광 구조층은 상면에 러프니스 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자 제조방법.
- 제 13항에 있어서,상기 전극은 상기 발광 구조층의 상면 주변부를 따라 연장되는 외부 전극과, 상기 외부 전극 내에 배치되어 상기 외부 전극과 외부 전극을 연결하는 내부 전극과, 상기 외부 전극에 형성된 패드부를 포함하는 발광 소자 제조방법.
- 제 18항에 있어서,상기 내부 전극은 제1 방향 및 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 연장되는 발광 소자 제조방법.
- 패키지 몸체;상기 패키지 몸체에 설치된 제1 전극층 및 제2 전극층; 및상기 몸체에 설치되어 상기 제1 전극층 및 제2 전극층에 전기적으로 연결된 발광 소자를 포함하며,상기 발광 소자는 전도성 지지기판; 상기 전도성 지지기판 상에 접합층; 상기 접합층 상에 반사층; 상기 반사층 상에 오믹 접촉층; 상기 오믹 접촉층 상에 전류 차단층; 상기 접합층 상의 둘레 영역에 보호층; 상기 전류 차단층, 오믹 접촉층, 보호층 상에 발광 구조층; 및 상기 발광 구조층 상에 상기 전류 차단층 및 상기 보호층과 적어도 일부분이 오버랩되는 전극을 포함하고,상기 보호층은 상기 반사층 또는 오믹 접촉층보다 전기 전도성이 낮은 물질, 전기 절연성 물질, 또는 상기 발광 구조층과 쇼트키 접촉을 하는 물질로 형성되는 발광 소자 패키지.
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