KR101054984B1 - 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지 - Google Patents

발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지 Download PDF

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Abstract

실시예에 따른 발광 소자는 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 위에 형성된 활성층, 상기 활성층 위에 형성된 제2 도전형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층 위에 형성된 초격자층, 및 상기 초격자층 위에 형성된 제3 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 발광 구조물 위에 형성된 투광성 전극층; 상기 제1 도전형 반도체층에 연결된 제1 전극; 상기 발광 구조물 위에, 상기 투광성 전극층과 전기적으로 연결된 제2 전극; 및 상기 제2전극 아래에 투광성의 절연층을 포함한다.

Description

발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지{LIGHT EMITTING DEVICE, METHOD FOR FABRICATING THE LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE}
실시예는 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Device: LED)는 전기에너지가 빛에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드를 주기율표상에서 Ⅲ족과 Ⅴ족의 원소가 화합하여 생성될 수 있다. LED는 화합물 반도체의 조성비 및 재질을 조절함으로써 다양한 색상 구현이 가능하다.
발광 다이오드는 순방향 전압 인가 시 n층의 전자와 p층의 정공(hole)이 결합하여 전도대(Conduction band)와 가전대(Valance band)의 에너지 갭에 해당하는 만큼의 빛 에너지를 생성할 수 있다.
특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) LED, 녹색(Green) LED, 자외선(UV) LED 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
실시예는 새로운 구조를 갖는 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시예는 광 손실이 적은 발광 소자 및 그 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 발광 소자는 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 위에 형성된 활성층, 상기 활성층 위에 형성된 제2 도전형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층 위에 형성된 초격자층, 및 상기 초격자층 위에 형성된 제3 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 발광 구조물 위에 형성된 투광성 전극층; 상기 제1 도전형 반도체층에 연결된 제1 전극; 상기 발광 구조물 위에, 상기 투광성 전극층과 전기적으로 연결된 제2 전극; 및 상기 제2전극 아래에 투광성의 절연층을 포함한다.
실시 예에 따른 발광소자 제조방법은, 제1 도전형 반도체층, 활성층, 제2 도전형 반도체층, 초격자층 및 제3 도전형 반도체층이 순차적으로 적층된 발광구조물을 형성하는 단계; 상기 제3도전형 반도체층부터 제2 도전형 반도체층의 상부가 노출된 리세스(recess)를 형성하는 단계; 상기 리세스에 투광성의 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층 위에 제2전극을 형성하는 단계; 및 상기 제3도전형 반도체층 위에 상기 제2전극에 연결된 투광성 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지는 몸체; 상기 몸체에 설치된 제1 전극층 및 제2 전극층; 및 상기 몸체에 설치되어 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층에 전기적으로 연결되는 상기의 발광 소자를 포함한다.
실시예는 새로운 구조를 갖는 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지를 제공할 수 있다.
실시예는 광 손실이 적은 발광 소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자의 측 단면도
도 2는 도 1의 발광 소자의 상면도
도 3 및 도 4는 도 1의 발광 소자의 A-A'면의 예시들을 나타내는 도면
도 5는 실시예에 따른 발광 소자의 너비에 따른 상대적 전류 밀도를 나타내는 그래프
도 6은 다른 실시예에 따른 발광 소자의 측 단면도
도 7은 도 6의 발광 소자의 절연층(120a)을 확대하여 나타낸 도면
도 8 및 도 12는 실시예에 따른 발광 소자의 제조방법을 설명하는 도면
도 13은 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지의 측 단면도
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 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들에 따른 발광 소자에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자(100)의 측 단면도이고, 도 2는 도 1의 발광 소자(100)의 상면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자(100)는 기판(105)과, 상기 기판(105) 위에 형성된 제1 도전형 반도체층(130)과, 상기 제1 도전형 반도체층(130) 위에 형성된 활성층(140)과, 상기 활성층(140) 위에 형성된 제2 도전형 반도체층(150)과, 상기 제2 도전형 반도체층(150) 위에 형성된 초격자층(Super Lattice Structure Layer, SLS Layer)(160)과, 상기 제2 도전형 반도체층(150) 위에 형성된 투광성의 절연층(120)과, 상기 초격자층(160) 위에 형성된 제3 도전형 반도체층(170)과, 상기 제3 도전형 반도체층(170) 위에 형성된 투광성 전극층(190)과, 상기 제1 도전형 반도체층(130) 위에 형성된 제1 전극(180)과, 상기 절연층(120) 위에 형성되며, 상기 투광성 전극층(190)과 전기적으로 연결된 제2 전극(195)을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(130), 활성층(140), 제2 도전형 반도체층(150), 초격자층(160) 및 제3 도전형 반도체층(170)은 빛을 생성하는 발광구조물(145)을 이룰 수 있다.
상기 기판(105)은 예를 들어, 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 또는 Ge 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 기판(105)의 상면은 상기 발광구조물(145)을 원활히 성장하고, 상기 발광 소자(100)의 광 추출 효율을 향상시키기 위해 경사지게 형성되거나, 패턴이 형성될 수 있다.
상기 기판(105) 위에는 상기 제1 도전형 반도체층(130), 활성층(140), 제2 도전형 반도체층(150), 초격자층(160) 및 제3 도전형 반도체층(170)이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있으나, 상기 층들에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광구조물(145)은 3족 내지 5족 화합물 반도체, 예를 들어, AlInGaN, GaAs, GaAsP, GaP 계열의 화합물 반도체 재질로 형성될 수 있으며, 상기 제1,2 도전형 반도체층(130,150)으로부터 제공되는 전자 및 정공이 상기 활성층(140)에서 재결합(Recombination) 됨으로써 빛을 생성할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(130)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 원소의 화합물 반도체, 예를 들어, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(130)이 n형 반도체층인 경우, 상기 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(130)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(130) 위에는 상기 활성층(140)이 형성될 수 있다. 상기 활성층(140)은 제1 도전형 반도체층(130)을 통해서 주입되는 전자와 상기 제2 도전형 반도체층(150)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 화합물 반도체 재질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 파장대를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(140)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW), 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 활성층(140)은 3족-5족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층을 교번하여 적층함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(140)은 InGaN 우물층 및 GaN 장벽층이 교번하여 적층되거나, InGaN 우물층 및 AlGaN 장벽층이 교번하여 적층됨으로써 형성될 수 있다.
또한, 상기 활성층(140)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드(Clad)층이 형성될 수도 있으며, 상기 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있다.
상기 활성층(140) 위에는 상기 제2 도전형 반도체층(150)이 형성될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(150)은 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 도전형 반도체층(150)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn 등과 같은 p형 도펀트를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 도전형 반도체층(150)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
상기 활성층(140) 위에는 상기 초격자층(Super Lattice Structure Layer, SLS Layer)(160)이 형성될 수 있다. 상기 초격자층(160)은 3족-5족 원소의 화합물 반도체 재료를 포함하며, 예를 들어 GaN층 및 AlGaN층을 교번하여 적층함으로써 형성될 수 있다. 또한, 상기 초격자층(160)에는 Mg, Zn 등과 같은 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 초격자층(160)은 위에 형성되는 상기 제3 도전형 반도체층(170)의 결정성을 향상시킬 수 있다. 상기 초격자층(160)은 예를 들어, AlGaN층 및 GaN층이 교번하여 적층되어 형성되는데, 이러한 반복적인 적층 과정에서 결함(defect)이나 전위(dislocation) 등이 줄어들 수 있기 때문이다.
또한, 상기 초격자층(160)의 AlGaN층은 저항이 비교적 크므로, 상기 발광구조물(145)에 전류를 스프레딩 시킬 수 있다. 즉, 상기 초격자층(160)은 상기 발광구조물(145) 내에 흐르는 전류를 스프레딩 시킴으로써, 상기 제1 전극(180) 및 상기 제2 전극(195) 사이의 최단 거리로 전류가 편중되는 현상을 완화할 수 있다.
상기 초격자층(160) 위에는 상기 제3 도전형 반도체층(170)이 형성될 수 있다. 상기 제3 도전형 반도체층(170)은 상기 제2 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.
즉, 상기 제2 도전형 반도체층(150)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제3 도전형 반도체층(170)도 p형 반도체층일 수 있다. 따라서, 상기 제3 도전형 반도체층(170)에는 상기 제2 도전형 도펀트, 예를 들어, Mg, Zn 등과 같은 p형 도펀트가 도핑될 수 있다. 또한, 상기 제3 도전형 반도체층(170)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 제3 도전형 반도체층(170) 위에 n형 반도체층을 포함할 수 있다. 또한 상기 제1 도전형 반도체층(130)이 p형 반도체층이고, 상기 제2 및 제3 도전형 반도체층(150,170)이 n형 반도체층으로 구현될 수도 있다. 이에 따라 상기 발광 구조물(145)은 np 접합, pn 접합, npn 접합 및 pnp 접합 구조 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제2 도전형 반도체층(150) 위에는 상기 투광성의 절연층(120)이 형성될 수 있다. 이때, 상기 절연층(120)은 상기 제2 전극(195)과 적어도 일부가 수직 방향으로 중첩될 수 있으며, 상기 절연층(120)의 측면 영역은 적어도 일부가 수평 방향으로 상기 초격자층(160)과 중첩되도록 형성될 수 있다.
즉, 상기 절연층(120)의 측면 영역은 상기 초격자층(160)과 접촉할 수 있으며, 상기 제2 도전형 반도체층(150) 및 상기 제3 도전형 반도체층(170)과도 접촉할 수 있다.
도 3 및 도 4는 도 1의 발광 소자(100)의 A-A'면의 예시들을 나타내는 도면이다. 도 3 및 도 4를 참조하여 상기 절연층(120)의 더 구체적인 형상에 대해 설명한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 제2 전극(195)은 와이어(wire) 등이 본딩되는 전극패드(195a)와, 상기 전극패드(195a)로부터 분기되어 전류를 스프레딩 시키는 역할을 하는 전극날개(195b)를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 절연층(120)은 상기 제2 도전형 반도체층(150) 위에 형성되되, 상기 제2 전극(195)에 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 것처럼, 상기 절연층(120)은 상기 전극패드(195a)와 대응하도록 형성될 수 있다.
또는, 도 4에 도시된 것처럼, 상기 절연층(120)은 상기 전극패드(195a) 및 상기 전극날개(195b)에 대응하도록 형성될 수도 있다.
즉, 상기 절연층(120)은 상기 제2 전극(195) 전체와 대응되거나, 상기 제2 전극(195)의 일부 영역과만 대응할 수 있으며 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 절연층(120)은 전기 절연성을 갖는 재질, 예를 들어, SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, MgF2, ZrO2, TaBO3 또는 TiOx 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다. 상기 절연층(120)의 폭은 상기 전극 패드의 폭과 동일한 폭이거나 그 이하로 형성될 수 있다. 또한 상기 절연층(120)의 폭은 상기 전극 패드 및 상기 전극 날개와 동일한 폭이거나 그 이하로 형성될 수 있다.
또는 상기 절연층(120) 위에는 상기 제2,3 도전형 반도체층(150,170) 및 상기 초격자층(160)과 논 오믹(non-ohmic) 접촉, 예를 들어 쇼트키(schottkey) 접촉을 이루는 금속 재질이 더 형성될 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 금속 재질은 투광성인 경우 상기 절연층(120)을 대체하여 형성될 수 있다.
상기 절연층(120)은 상기 제2 도전형 반도체층(150)의 상면이 일부 노출되도록 리세스(recess)(125)을 형성한 후, 상기 리세스(125)에 증착 공정을 실시함으로써 형성될 수 있다.
한편, 상기 리세스(125)을 형성하는 과정에서, 상기 제2 전극(195)의 아래 영역에 대응하는 위치에는 상기 초격자층(160)이 제거되게 된다. 따라서, 상술한 것과 같은 상기 초격자층(160)의 전류 스프레딩 효과가 상기 제2 전극(195)의 아래 영역에 대응하는 위치에서는 미미해지게 된다.
따라서, 상기 활성층(140)의 영역 중, 상기 제2 전극(195)의 아래 영역에 대응하는 제1 영역(M)에서 발생하는 빛의 양은 다른 영역에 비해 상대적으로 줄어들 수 있다. 즉, 상기 절연층(120)을 형성함으로써, 상기 제2 전극(195)의 아래 영역에 대응하는 상기 활성층(140)의 제1 영역(M)에서 생성되는 빛의 양을 감소시킬 수 있으며, 대신 상기 활성층(140)의 다른 영역에서 생성되는 빛의 양을 증가시킬 수 있다.
이처럼 상기 활성층(140)의 제1 영역(M)에서 생성되는 빛의 양을 감소시키는 경우, 상기 제1 영역(M)에서 발생하여 상기 제2 전극(195)에 의해 흡수됨으로 인해 손실되는 빛의 양이 감소될 수 있다.
상세히 설명하면, 상기 제2 전극(195)은 불투명한 금속 재질로 형성되는 것이 일반적이므로 상기 제2 전극(195)을 향해 입사되는 빛의 양이 많을수록 광 손실량이 많아지게 된다. 그런데, 실시예에 따른 발광 소자(100)는 상기 절연층(120)을 형성함으로써 상기 제2 전극(195)의 아래에 위치한 상기 제1 영역(M)에서 발생하는 빛이 양이 줄어드므로, 결과적으로 상기 제2 전극(195)에 입사되어 손실되는 빛의 양을 최소화시킬 수 있는 것이다.
그리고, 실시예에 따른 발광 소자(100)는 상기 활성층(140) 중 상기 제1 영역(M)을 제외한 영역에서 생성되는 빛의 양은 상대적으로 증가되므로, 상기 발광 소자(100)의 발광 효율이 향상될 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 발광 소자(100)의 너비에 따른 상대적 전류 밀도를 나타내는 그래프이다. 비교예에 따른 발광 소자(100)는 상기 절연층(120)이 형성되지 않은 점을 제외하고는 동일한 조건을 갖는 발광 소자이다.
도 5를 참조하면, 상기 활성층(140)의 상기 제1 영역(M)에서의 전류 밀도는 비교예에 비해 상대적으로 적은 반면에, 상기 제1 영역(M)을 제외한 나머지 영역에서의 전류 밀도는 비교예에 비해 상대적으로 큰 것을 알 수 있다.
다시 말해, 실시예에 따른 발광 소자(100)는 상기 제1 영역(M)을 제외한 나머지 영역에서의 전류 스프레딩이 비교예에 따른 발광 소자에 비해 원활하게 이루어지는 것이다.
즉, 앞에서 설명한 것처럼, 실시예에 따라 상기 절연층(120)을 형성함으로써, 상기 제2 전극(195)에서의 광 손실은 최소화시키고, 상기 활성층(140) 중 상기 제1 영역(M)을 제외한 영역에서 생성되는 빛의 양은 증가시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 제3 도전형 반도체층(170) 위에는 상기 투광성 전극층(190)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 투광성 전극층(190)은 상기 절연층(120)의 일부 영역, 예를 들어, 상면의 일부 영역에도 형성될 수 있다.
상기 투광성 전극층(190)은 투광성을 가지면서 상기 제3 도전형 반도체층(170)과 오믹 접촉을 형성하는 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 투광성 전극층(190)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), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni, Ag, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함하도록 형성될 수 있으며, 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다.
상기 제2 전극(195)은 상기 절연층(120) 위에 형성될 수 있으며, 상기 투광성 전극층(190)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도시된 것처럼, 상기 제2 전극(195)은 상기 절연층(120) 및 상기 투광성 전극층(190) 위에 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제2 전극(195)은 예를 들어, Cu, Cr, Au, Al, Ag, Sn, Ni, Pt, Pd 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다.
상기 제1 전극(180)은 상기 제1 도전형 반도체층(130) 위에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 발광구조물(145)을 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 상면의 일부가 노출되도록 선택적으로 제거한 후에, 상기 제1 전극(180)을 형성할 수 있다.
상기 제1 전극(180)은 예를 들어, Cu, Cr, Au, Al, Ag, Sn, Ni, Pt, Pd 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다.
상기 제1,2 전극(180,195)은 외부 전원과 전기적으로 연결되어 실시예에 따른 발광 소자(100)에 전원을 제공할 수 있다.
도 6은 다른 실시예에 따른 발광 소자(100B)의 측 단면도이고, 도 7은 도 6의 절연층(120a)을 확대하여 나타낸 도면이다.
상기 발광 소자(100B)는 도 1의 발광 소자(100)와 절연층의 구조를 제외하고는 동일하다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 발광 소자(100B)는 기판(105)과, 상기 기판(105) 위에 형성된 제1 도전형 반도체층(130)과, 상기 제1 도전형 반도체층(130) 위에 형성된 활성층(140)과, 상기 활성층(140) 위에 형성된 제2 도전형 반도체층(150)과, 상기 제2 도전형 반도체층(150) 위에 형성된 초격자층(160)과, 상기 제2 도전형 반도체층(150) 위에 형성된 절연층(120a)과, 상기 초격자층(160) 위에 형성된 제3 도전형 반도체층(170)과, 상기 제3 도전형 반도체층(170) 위에 형성된 투광성 전극층(190)과, 상기 절연층(120a) 위에 형성되며, 상기 투광성 전극층(190)과 전기적으로 연결된 제2 전극(195)을 포함할 수 있다.
상기 절연층(120a)은 도 7에 도시된 것처럼, 적어도 두 개의 층이 반복적으로 적층된 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 절연층(120a)은 제1 굴절률을 갖는 제1층(121)과, 상기 제1 굴절률과 상이한 제2 굴절률을 갖는 제2층(122)이 적어도 한 페어로 적층된 다층 구조를 가질 수 있다.
그리고, 상기 제1층(121) 및 상기 제2층(122)의 두께는 각각 λ/4nm (여기서, λ은 상기 활성층(140)에서 방출되는 빛의 파장이고, n은 상기 제1층(121) 또는 상기 제2층(122)의 굴절률이며, m은 자연수)을 만족할 수 있다.
이 경우, 상기 절연층(120a)은 분산 브래그 반사기(DBR, Distributed Bragg Reflector)로 작용할 수 있으며, 이에 따라 상기 절연층(120a)을 향해 입사되는 빛이 효과적으로 반사되게 되어 외부로 추출되는 빛의 양이 증가할 수 있다.
상기 제1층(121)은 예를 들어, 상대적으로 저 굴절률을 갖는 재질인 SiO2, MgF2 중 적어도 하나를 포함하도록 형성되고, 상기 제2층(122)은 예를 들어, 상대적으로 고 굴절률을 갖는 재질인 TiO2, Si3N4, ZrO2, TaBO3 중 적어도 하나를 포함하도록 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 SiO2는 예컨대, 77nm의 두께이며, TiO2는 46nm의 두께이며, 상기 물질들 중 적어도 하나의 굴절율(n(은 1.5<n<1.78 범위를 포함할 수 있다.
이하, 실시예에 따른 발광 소자(100)의 제조방법에 대해 상세히 설명한다. 다만, 앞에서 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 8 및 도 12는 실시예에 따른 발광 소자(100)의 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 상기 기판(105) 위에 상기 발광구조물(145)을 형성할 수 있다.
상기 발광구조물(145)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) 또는 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 중 적어도 하나의 성장 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 9를 참조하면, 상기 발광구조물(145)에 에칭 공정을 실시하여 상기 제2 도전형 반도체층(150)의 상면의 일부가 노출되도록 상기 리세스(125)을 형성할 수 있다. 이때, 상기 리세스(125)을 형성함에 따라, 상기 초격자층(160)이 일부 제거될 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 리세스(125)에 상기 절연층(120)을 형성할 수 있다. 상기 절연층(120)은 예를 들어, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 전자빔(E-beam) 증착, 스퍼터링(Sputtering) 중 적어도 하나의 방법에 의해 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 11을 참조하면, 상기 발광구조물(145)에 메사 에칭(Mesa Etching)을 실시하여 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 상면이 일부 노출되도록 할 수 있다.
상기 메사 에칭은 예를 들어, ICP(Inductively Coupled Plasma)와 같은 드라이 에칭 방법을 사용할 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 12를 참조하면, 상기 제1 도전형 반도체층(130) 위에 상기 제1 전극(180)을 형성하고, 상기 제3 도전형 반도체층(170) 위에 상기 투광성 전극층(190) 및 상기 제2 전극(195)을 형성함으로써 실시예에 따른 발광 소자(100)가 제공될 수 있다.
이때, 제2 전극(195)은 상기 절연층(120)과 적어도 일부가 수직 방향으로 중첩되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 전극(195)은 상기 투광성 전극층(190)과 전기적으로 연결되도록 형성될 수 있다.
상기 투광성 전극층(190)은 예를 들어, 전자빔(E-beam) 증착, 스퍼터링(Sputtering) 및 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 등과 같은 증착 공정에 의해 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1,2 전극(180,195)은 증착 공정 또는 도금 공정에 의해 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 13은 실시예에 따른 발광 소자(100)를 포함하는 발광 소자 패키지의 측 단면도이다.
도 13을 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 몸체(10)와, 상기 몸체(10)에 설치된 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)과, 상기 몸체(10)에 설치되어 상기 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)과 전기적으로 연결되는 실시예에 따른 발광 소자(100)와, 상기 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(40)를 포함한다.
상기 몸체(10)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광 소자(100)의 주위에 경사면이 형성될 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 몸체(10) 위에 설치되거나 상기 제1 전극층(31) 또는 제2 전극층(32) 위에 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.
상기 몰딩부재(40)는 상기 발광 소자(100)를 포위하여 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.
100 : 발광 소자 105 : 기판
120 : 절연층 130 : 제1 도전형 반도체층
140 : 활성층 150 : 제2 도전형 반도체층
160 : 초격자층 170 : 제3 도전형 반도체층
180 : 제1 전극 190 : 투광성 전극층
195 : 제2 전극

Claims (20)

  1. 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 위에 형성된 활성층, 상기 활성층 위에 형성된 제2 도전형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층 위에 형성된 초격자층, 및 상기 초격자층 위에 형성된 제3 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 발광 구조물 위에 형성된 투광성 전극층;
    상기 제1 도전형 반도체층에 연결된 제1 전극;
    상기 발광 구조물 위에, 상기 투광성 전극층과 전기적으로 연결된 제2 전극; 및
    상기 제2 전극 아래로부터 상기 제2 도전형 반도체층의 상부까지 연장되는 절연층을 포함하는 발광 소자.
  2. 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 위에 형성된 활성층, 상기 활성층 위에 형성된 제2 도전형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층 위에 형성된 초격자층, 및 상기 초격자층 위에 형성된 제3 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 발광 구조물 위에 형성된 투광성 전극층;
    상기 제1 도전형 반도체층에 연결된 제1 전극;
    상기 발광 구조물 위에, 상기 투광성 전극층과 전기적으로 연결된 제2 전극; 및
    상기 제2 전극 아래에 절연층을 포함하고,
    상기 절연층의 상면에는 상기 제2 전극 및 상기 투광성 전극층이 직접 접촉되는 발광 소자.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제3 도전형 반도체층은 n형 반도체 또는 p형 반도체인 발광 소자.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 제2전극 아래로부터 상기 제3도전형 반도체층, 상기 초격자층 및 상기 제2도전형 반도체층의 상부까지 연장되는 발광 소자.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제2 전극은 전극패드 및 상기 전극패드로부터 분기된 전극날개를 포함하는 발광 소자.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 전극패드 아래에 배치되는 발광 소자.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 전극날개 아래에 배치되는 발광 소자.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 절연층은 SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, MgF2, ZrO2, TaBO3 또는 TiOx 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자.
  9. 제 1항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 절연층 위에 상기 제2 도전형 반도체층, 상기 제3 도전형 반도체층 및 상기 초격자층과 논오믹 접촉을 형성하는 금속 재질을 포함하는 발광 소자.
  10. 제 1항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 절연층은 제1 굴절률을 갖는 제1층과, 상기 제1 굴절률과 상이한 제2 굴절률을 갖는 제2층이 적어도 한 페어로 적층된 다층 구조를 포함하는 발광 소자.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제1층 및 상기 제2층의 두께는 각각 λ/4nm 이며,
    여기서, λ은 상기 활성층에서 방출되는 빛의 파장이고, n은 상기 제1층 또는 상기 제2층의 굴절률이고, m은 자연수인 발광 소자.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 제1층은 SiO2, 또는 MgF2 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 제2층은 TiO2, Si3N4, ZrO2, 또는 TaBO3 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자.
  13. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 초격자층은 GaN층 및 AlGaN층이 교번하여 적층되어 형성된 발광 소자.
  14. 제 1항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층, 상기 활성층, 상기 제2 도전형 반도체층, 상기 초격자층 및 상기 제3 도전형 반도체층은 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP 또는 AlGaInP 중 적어도 하나의 화합물 반도체를 포함하여 형성된 발광 소자.
  15. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층 아래에 기판을 포함하는 발광 소자.
  16. 제1 도전형 반도체층, 활성층, 제2 도전형 반도체층, 초격자층 및 제3 도전형 반도체층이 순차적으로 적층된 발광구조물을 형성하는 단계;
    상기 제3도전형 반도체층부터 제2 도전형 반도체층의 상부가 노출된 리세스(recess)를 형성하는 단계;
    상기 리세스에 절연층을 형성하는 단계;
    상기 절연층 위에 제2전극을 형성하는 단계; 및
    상기 제3도전형 반도체층 위에 상기 제2전극에 연결된 투광성 전극층을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자 제조방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 절연층을 형성한 후,
    상기 제1 도전형 반도체층 위에 제1 전극을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자 제조방법.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 제2도전형 반도체층과 상기 제3도전형 반도체층은 p형 반도체이며,
    상기 초격자층은 SiO2, MgF2, TiO2, Si3N4, ZrO2, TaBO3, GaN층 또는 AlGaN층중 굴절률 차이가 큰 두 물질을 교번하여 형성하는 발광 소자 제조방법.
  19. 몸체;
    상기 몸체에 설치된 제1 전극층 및 제2 전극층; 및
    상기 몸체에 설치되어 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층에 전기적으로 연결되는 발광 소자를 포함하며,
    상기 발광 소자는 청구항 제1항 및 제2항 중 어느 한 항의 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지.
  20. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 제2 전극과 적어도 일 부분이 수직 방향으로 중첩되는 발광 소자.
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