KR100986518B1 - 반도체 발광소자 - Google Patents

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KR100986518B1
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김성균
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Abstract

실시 예는 반도체 발광소자에 관한 것이다.
실시 예에 따른 반도체 발광소자는, 제 1도전성 반도체층; 상기 제1도전성 반도체층 위에 형성된 활성층; 상기 활성층 위에 형성된 제2도전성 반도체층; 및 상기 제1도전성 반도체층 위에 형성되며, 양측에 반사층이 형성된 제1반사 패드를 포함한다.
반도체, 발광소자, 광 효율

Description

반도체 발광소자{Semiconductor light emitting device}
실시 예는 반도체 발광소자에 관한 것이다.
Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체(group Ⅲ-Ⅴ nitride semiconductor)는 물리적, 화학적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD) 등의 발광 소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다. Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체는 통상 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어져 있다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 빛으로 변환시켜서 신호를 주고 받거나, 광원으로 사용되는 반도체 소자의 일종이다.
이러한 질화물 반도체 재료를 이용한 LED 혹은 LD(Laser Diode)의 광을 얻기 위한 발광 소자에 많이 사용되고 있으며, 단말기의 키패드 발광부, 전광판, 조명 장치 등 제품의 광원으로 응용되고 있다.
실시 예는 양측에 반사층이 형성된 반사 패드에 의해 광 효율을 개선시켜 줄 수 있는 반도체 발광소자를 제공한다.
실시 예는 적어도 하나의 제1반사 패드 및 제2반사 패드에 반사층을 형성할 수 있도록 한 반도체 발광소자를 제공한다.
실시 예에 따른 반도체 발광소자는, 제 1도전성 반도체층; 상기 제1도전성 반도체층 위에 형성된 활성층; 상기 활성층 위에 형성된 제2도전성 반도체층; 및 상기 제1도전성 반도체층 위에 형성되며, 양측에 반사층이 형성된 제1반사 패드를 포함한다.
실시 예에 따른 반도체 발광소자에 의하면, 광 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 실시 예에 따른 반도체 발광소자를 나타낸 도면이며, 도 2는 도 1의 반사패드를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 반도체 발광소자(100)는 기판(110), 버퍼층(120), 제 1도전성 반도체층(130), 활성층(140), 제 2도전성 반도체층(150), 투명전극(160), 제 1반사패드(170) 및 제 2반사패드(180)을 포함한다.
상기 기판(110)은 사파이어 기판(Al203), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, 그리고 GaAs, 도전성 기판 등으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 기판(110) 위에는 버퍼층(120)이 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(120)은 상기 기판(110)과의 격자 상수 차이를 줄여주기 위한 층으로서, GaN 버퍼층, AlN 버퍼층, AlGaN 버퍼층, InGaN 버퍼층 등이 선택적으로 형성될 수 있으며, 이에 한정하지는 않는다. 또한 상기 버퍼층(120) 또는 상기 기판(110) 위에는 언도프드(undopped) 반도체층(미도시)이 형성될 수 있으며, 상기 언도프드 반도체층은 GaN계로 형성될 수 있다. 상기 기판(110) 위에는 상기 버퍼층 및 언도프드 반도체층 중 적어도 한 층이 존재하거나, 두 층 모두가 존재하지 않을 수도 있다.
상기 버퍼층(120) 위에는 제 1도전성 반도체층(130)이 형성된다. 상기 제 1도전성 반도체층(130)은 적어도 한 층의 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 상기 n형 반도체층은 GaN, AlGaN, InGaN, InN, AlN, AlInGaN 등 중에서 선택될 수 있으 며, Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트가 선택적으로 도핑된다.
여기서 상기 제 1도전성 반도체층(130) 위에는 활성층(140)이 형성된다. 상기 활성층(140)은 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조로 형성된다. 상기 활성층(140)의 일측 또는 양측에는 도전성 클래드층이 형성될 수도 있다.
상기 활성층(140) 위에는 제 2도전성 반도체층(150)이 형성된다. 상기 제 2도전성 반도체층(150)은 적어도 한 층의 p형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 상기 p형 반도체층은 GaN, AlGaN, InGaN, InN, AlN, AlInGaN 등 중에서 선택될 수 있으며, p형 도펀트(예: Mg, Ze)가 도핑된다.
여기서, 상기 제 1도전성 반도체층(130)은 n형 반도체층이고, 상기 제 2도전성 반도체층(150)의 p형 반도체층으로 형성하였으나, 이의 역 구조 예컨대, 상기 제 1도전성 반도체층(130)이 p형 반도체층이고, 상기 제 2도전성 반도체층(150)이 n형 반도체층으로 형성될 수 있다. 또한 상기 제 2도전성 반도체층(150) 위에 n형 반도체층 또는 p형 반도체층인 제 3도전성 반도체층(미도시)을 형성한 경우, 반도체 발광소자는 n-p-n 또는 p-n-p 구조를 포함할 수 있다.
상기 제 2도전성 반도체층(150) 위에는 투명전극(160)이 형성될 수 있다. 상기 투명전극(160)은 ITO, ZnO, RuOx, TiOx, IrOx 등에서 선택적으로 형성될 수 있다.
메사 에칭 공정을 통해 상기 제1도전성 반도체층(130)의 일부 영역을 노출시켜 준다.
그리고 상기 제 1도전성 반도체층(130) 위에는 제 1반사패드(170)가 형성되 고, 상기 제2도전성 반도체층(150) 위에는 제 2반사패드(180)가 형성된다. 여기서, 상기 제 2반사패드(180)는 투명전극(160) 또는/및 제 2도전성 반도체층(150) 위에 형성되거나, 제 3도전성 반도체층이 존재하는 경우 그 위에 형성될 수 있다.
상기 제1반사패드(170)와 제2반사패드(180)는 어느 하나는 반사 패드가 아닌 일반 패드로 형성할 수 있다.
또한 상기 제1반사패드(170) 및 제2반사패드(180)은 동일한 층의 구조로 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 제1반사패드(170)는 제1접착층(171), 제1반사층(172), 제1베리어 금속층(173), 제2반사층(174)을 포함한다. 상기 제1접착층(171)은 상기 제1도전성 반도체층(130) 위에 형성되며, 상기 제1도전성 반도체층(130)과의 접착력이 좋은 물질 예컨대, Cr, Ti, APC(Ag+Pd+Cu) 합금, Cr-금속의 합금, Ti-금속의 합금 중에서 적어도 하나를 이용할 수 있다. 여기서, 상기 Cr과 합금되는 금속은 Fe, Tu, Mo, Al, Ag 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 Ti와 합금되는 금속은 Fe, Tu, Mo, Al, Ag 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 상기 제1접착층(171)의 두께는 1~60000Å로 형성될 수 있다.
상기 제1접착층(171)의 두께가 두꺼우면 광을 흡수하기 때문에, 상대적으로 얇게 도포하게 된다. 또한 상기 제1접착층(171)은 입사된 광이 투과되어 그 위의 제1반사층(172)에 의해 효과적으로 반사될 수 있는 두께로 형성될 수 있다.
상기 제1반사층(172)은 상기 제1접착층(171) 위에 형성되며, 반사율이 높은 물질 예컨대, Al, Ag, APC(Ag+Pd+Cu) 합금, Al-금속의 합금, Ag-금속의 합금 중 적 어도 하나로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 Al과 합금되는 금속은 Cr, Fe, Mo, Tu 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 Ag와 합금되는 금속은 Cr, Fe, Mo, Tu 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1반사층(172)의 두께는 1Å ~ 50000Å로 형성될 수 있다.
상기 제1베리어 금속층(173)은 상기 제1반사층(172) 위에 형성되며, 상기 제1베리어 금속층(173) 위에는 제2반사층(174)이 형성된다. 상기 제1베리어 금속층(173)은 제1반사층(172)과 제2반사층(174)의 경계층으로서, 상기 제1반사층(172)과 제2반사층(174)이 효율적으로 광 반사를 수행할 수 있도록 형성된다. 또한 상기 제1반사층(172)과 제2반사층(174)이 서로 반응하는 것을 막아주는 역할을 한다. 상기 제1베리어 금속층(173)은 다양한 종류의 금속으로 형성될 수 있으며, 예컨대, Ni, Ni-N 등을 이용할 수 있으며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
상기 제2반사층(174)은 Al, Ag, APC(Ag+Pd+Cu) 합금, Al-금속의 합금, Ag-금속의 합금 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 Al과 합금되는 금속은 Cr, Fe, Mo, Tu 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 Ag과 합금되는 금속은 Cr, Fe, Mo, Tu 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2반사층(174)의 두께는 1Å ~ 50000Å로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 제1반사층(172)은 상기 제2반사층(174)와 동일한 물질 또는 다른 물질로 형성할 수도 있다.
그리고, 상기 제2반사패드(180)는 제2접착층(181), 제3반사층(182), 제2베리어 금속층(183), 제4반사층(184)를 포함하며, 상기 제1반사패드(170)와 동일한 층 의 구조로 형성되므로, 제1반사패드(170)의 각 층을 참조하며, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 제1반사패드(170) 및 제2반사패드(180)의 형성시, 예컨대, 감광막을 도포하고 제1패드 형성 영역 및 제 2패드 형성 영역을 노출시킨 후, 제1 패드 형성 영역 및 제2패드 형성 영역에 제1반사패드(170) 및 제2반사패드(180)의 각 층(171~174)(181~184)을 차례대로 형성하게 된다. 그리고 상기 감광막 위에 형성된 불필요한 층들을 제거하게 된다. 이러한 제1반사패드(170) 및 제2반사패드(180)의 형성 방법은 변경될 수 있으며, 상기의 형성 방법으로 한정하지는 않는다.
이러한 반도체 발광 소자(100)는 제1반사패드(170) 및 제2반사패드(180)에 전류를 흘려주면, 활성층(140)에 의해 생성된 광이 방출된다. 이때 방출된 광은 전 방향으로 방사되는 데, 상기 방사된 광 중에서 소자 외부로 진행하는 광의 일부는 상기 제1반사패드(170)의 제1반사층(172) 및 제2반사패드(180)의 제3반사층(182)에 의해 아래 방향으로 반사되고, 외부에서 소자 방향으로 진행하는 광의 일부는 상기 제2반사층(174) 및 제4반사층(184)에 의해 반사된다. 이에 따라 광 방출 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 반도체 발광소자(100)는 수평형 반도체 발광소자이며, 다른 예로서 도시하지 않는 수직형 반도체 발광소자로 구현될 수도 있다. 상기 수직형 반도체 발광소자는 도전성 기판, 상기 도전성 기판 위에 반사전극층이 형성되고, 상기 반사전극층 위에 제2도전성 반도체층, 활성층, 제1도전성 반도체층이 형성된다. 상기 제1도전성 반도체층 위에 상기의 실시 예에 설명된 제1반사패드를 형성할 수도 있 다.
도 3은 도 1이 이용한 발광 소자 패키지를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 발광 소자 패키지(200)는 캐비티(215)를 갖는 몸체(210), 복수개의 전극층(220,222), 반도체 발광소자(100), 와이어(213), 수지물(230)을 포함한다.
상기 몸체(210)는 합성 수지 재질이며, 일측 영역에 캐비티(215)가 형성된 구조이다. 여기서, 상기 몸체(210)는 실리콘(silicon) 기반의 wafer level package(WLP), 실리콘(silicon) 기판, 실리콘카바이드(silicon carbide;SiC), 질화알루미늄(aluminum nitride;AlN) 등과 같이 절연성 또는 열전도도가 우수한 기판으로 형성될 수 있으며, 복수개의 기판이 적층되는 구조로 형성할 수도 있다. 실시 예는 상기 몸체(210)의 재질, 구조, 형상으로 한정하지는 않는다.
상기 몸체(210) 위에 형성된 캐비티(215)는 둘레면(211)이 경사지게 형성된다. 상기 몸체(210)의 표면 및 캐비티(215)의 표면에는 제1전극층(222) 및 제2전극층(220)이 형성되며, 상기 제1전극층(222) 및 제2전극층(220)은 반사 특성이 좋은 금속으로 형성될 수 있다.
상기 제1전극층(222) 및 제2전극층(220)은 몸체(210)의 외측으로 돌출되어, 외부 전극으로 기능하게 된다.
상기 캐비티(215) 내의 제1전극층(222) 또는 제2전극층(220) 위에 접착제를 이용하여 반도체 발광소자(100)를 접착한 후, 상기 반도체 발광소자(100)의 제1반사패드(170)와 제2반사패드(180)는 와이어(213)로 제1전극층(222) 및 제2전극 층(220)에 연결된다.
그리고, 상기 캐비티(215)의 영역에는 수지물(230)에 형성되며, 상기 수지물(230)은 에폭시 또는 실리콘 재질로 형성될 수 있다. 상기 수지물(230)에는 형광체가 첨가될 수도 있으며, 상기 수지물(230) 위에 렌즈가 부착될 수도 있다.
이러한 발광 소자 패키지(200)는 제1전극층(222) 및 제2전극층(220)에 전류를 흘려주면, 상기 반도체 발광소자(100)에서 광이 발생된다. 이때 발생된 광은 전 방향으로 방사되는 데, 상기 방사된 광의 일부는 제1반사패드(170))의 양측에 배치된 제1반사층(도 2의 172) 및 제2반사층(도 2의 174)에 의해 각각 반사되며, 또 제2반사패드(180)의 양측에 배치된 제3반사층(도2의 182) 및 제4반사층(도2의 184)에 의해 각각 반사된다. 이에 따라 발광 소자 패키지(200)의 광 방출 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예의 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 "directly"와 "indirectly"의 의미를 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 구체 적으로 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 실시 예에 따른 반도체 발광소자의 측 단면도.
도 2는 도 1의 반사패드를 나타낸 도면.
도 3은 도 1의 반도체 발광소자를 구비한 발광 소자 패키지를 나타낸 도면.

Claims (10)

  1. 제 1도전성 반도체층;
    상기 제1도전성 반도체층 위에 형성된 활성층;
    상기 활성층 위에 형성된 제2도전성 반도체층; 및
    상기 제1도전성 반도체층 위에 형성된 제1전극을 포함하며,
    상기 제1전극은 적어도 4층으로 형성되며, 상기 제1도전성 반도체층 위에 형성된 제1접착층; 상기 제1접착층 위에 형성된 제1반사층; 상기 제1반사층 위에 형성된 제1베리어 금속층; 상기 제1베리어 금속층 위에 형성된 제2반사층을 포함하는 반도체 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2도전성 반도체층 위에 형성된 제2전극을 포함하며,
    상기 제2전극은 상기 제2도전성 반도체층 위에 형성된 제2접착층; 상기 제2접착층 위에 형성된 제3반사층; 상기 제3반사층 위에 형성된 제2베리어 금속층; 상기 제2베리어 금속층 위에 형성된 제4반사층을 포함하는 반도체 발광소자.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1전극 및 제2전극은 동일 층의 구조로 형성되는 반도체 발광소자.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제1접착층 및 제2접착층은 Cr, Ti, APC(Ag+Pd+Cu) 합금, Cr-금속의 합금, Ti-금속의 합금 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 Cr과 합금되는 금속은 Fe, Tu, Mo, Al, Ag 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 Ti와 합금되는 금속은 Fe, Tu, Mo, Al, Ag 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 발광소자.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제1접착층 및 제2접착층은 Ni 및 Ni-N 중 적어도 하나로 단층 또는 다층으로 형성되며, 1~60000Å의 두께로 각각 형성되는 반도체 발광소자.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 제1내지 제4반사층은 Al, Ag, APC(Ag+Pd+Cu) 합금, Al-금속의 합금, Ag-금속의 합금 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 Al과 합금되는 금속은 Cr, Fe, Mo, Tu 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 Ag와 합금되는 금속은 Cr, Fe, Mo, Tu 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 발광소자.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1도전성 반도체층의 아래에 형성된 언도프드 반도체층, 버퍼층, 및 기판 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 발광소자.
  8. 제2항에 있어서, 상기 제2도전형 반도체층 위에 투명 전극층을 포함하며, 상기 제2전극은 상기 제2도전형 반도체층 및 상기 투명 전극층 중 적어도 한 층 위에 형성되는 반도체 발광소자.
  9. 제2항에 있어서, 상기 제1내지 제4반사층은 각각 1Å ~ 50000Å의 두께로 각각 형성되는 반도체 발광소자.
  10. 도전성 기판;
    상기 도전성 기판 위에 반사 전극층;
    상기 반사 전극층 위에 제2도전성 반도체층;
    상기 제2도전성 반도체층 위에 활성층;
    상기 활성층 위에 제1도전성 반도체층;
    상기 제1도전성 반도체층 위에 다층 구조의 전극을 포함하며,
    상기 전극은 상기 제1도전성 반도체층 위에 형성된 접착층; 상기 접착층 위에 형성된 반사층; 상기 반사층 위에 형성된 베리어 금속층; 및 상기 베리어 금속층 위에 형성된 반사층을 포함하는 반도체 발광소자.
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