KR101064064B1 - 발광 소자 - Google Patents

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KR101064064B1
KR101064064B1 KR1020100064085A KR20100064085A KR101064064B1 KR 101064064 B1 KR101064064 B1 KR 101064064B1 KR 1020100064085 A KR1020100064085 A KR 1020100064085A KR 20100064085 A KR20100064085 A KR 20100064085A KR 101064064 B1 KR101064064 B1 KR 101064064B1
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황성민
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예에 따른 발광 소자는 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 아래에 활성층, 상기 활성층 아래에 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물; 및 상기 제2 도전형 반도체층 아래에 형성된 반사전극층을 포함하며, 상기 반사전극층은 평탄부 및 상기 제2도전형 반도체층과 상기 활성층을 관통하여 상기 제1도전형 반도체층의 내부까지 연장되는 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 적어도 하나의 단차 구조를 포함한다.

Description

발광 소자{LIGHT EMITTING DEVICE}
실시예는 발광 소자에 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 소자를 제공한다.
실시예는 광 추출 효율이 향상된 발광 소자 및 그 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 발광 소자는 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 아래에 활성층, 상기 활성층 아래에 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물; 및 상기 제2 도전형 반도체층 아래에 형성된 반사전극층을 포함하며, 상기 반사전극층은 평탄부 및 상기 제2도전형 반도체층과 상기 활성층을 관통하여 상기 제1도전형 반도체층의 내부까지 연장되는 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 적어도 하나의 단차 구조를 포함한다.
실시 예에 따른 발광 소자 제조방법은, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 순차적으로 성장하여 발광구조물을 형성하는 단계; 상기 발광구조물의 하부를 통해 상기 제1 도전형 반도체층의 일부가 노출될 때까지 에칭하여 하부가 개방된 캐비티를 형성하는 단계; 상기 캐비티의 표면 및 상기 제2도전형 반도체층의 상에 절연층을 형성하는 단계; 및 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 절연층 상에 반사전극층을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지는 몸체; 상기 몸체에 설치된 제1 전극 및 제2 전극; 및 상기 몸체에 설치되며 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전기적으로 연결된 상기의 발광 소자를 포함하다.
실시예는 새로운 구조를 갖는 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지를 제공할 수 있다.
실시예는 광 추출 효율이 향상된 발광 소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자의 측 단면도
도 2는 도 1의 발광 소자의 A-A' 단면을 나타내는 도면
도 3은 도 1의 캐비티 영역의 확대도
도 4 내지 도 12는 실시예에 따른 발광 소자(100)의 제조방법을 설명하는 도면
도 13는 다른 실시예에 따른 발광 소자를 나타내는 측 단면도
도 14는 다른 실시예에 따른 발광 소자를 나타내는 측 단면도
도 15는 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지의 측 단면도
도 16 및 도 17은 실시예에 따른 발광 소자를 사용한 라이트 유닛을 도시하는 도면
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 실시예에 따른 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자(100)의 측 단면도이고, 도 2는 도 1의 발광 소자(100)의 A-A' 단면을 나타내는 도면이고, 도 3은 도 1의 캐비티(125a,125b) 영역의 확대도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자(100)는 제1 도전형 반도체층(112), 상기 제1 도전형 반도체층(112) 아래에 활성층(114), 상기 활성층(114) 아래에 제2 도전형 반도체층(116)을 포함하는 발광구조물(110)과, 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 일부가 노출될 때까지 상기 제2 도전형 반도체층(116)으로부터 상기 발광구조물(110)이 일부 제거되어 형성되며, 측면에 단차(133)를 포함하는 캐비티(125a,125b)와, 상기 캐비티(125a,125b) 및 상기 제2 도전형 반도체층(116)의 하면에 선택적으로 형성된 절연층(120)과, 상기 절연층(120) 및 상기 제2 도전형 반도체층(116) 아래에 형성된 반사전극층(130)과, 상기 반사전극층(130) 아래에 전도성 지지부재(140)와, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 전극(150)을 포함할 수 있다.
상기 발광구조물(110)은 상기 제1 도전형 반도체층(112) 및 상기 제2 도전형 반도체층(116)으로부터 상기 활성층(114)에 제공되는 정공 및 전자의 재결합(Recombination) 과정에 의해 빛을 생성할 수 있다. 다만, 상기 발광구조물(110)은 상기 제1 도전형 반도체층(112), 상기 활성층(114) 및 상기 제2 도전형 반도체층(116) 외에도 다양한 층들을 더 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(112)은 예를 들어, n형 반도체층을 포함할 수 있는데, 상기 n형 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, AlInN, InGaN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 활성층(114)은 예를 들어, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 반도체 재료를 포함하여 형성할 수 있으며, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW : Multi Quantum Well), 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
상기 활성층(114)은 상기 제1 도전형 반도체층(112) 및 상기 제2 도전형 반도체층(116)으로부터 제공되는 전자 및 정공의 재결합(recombination) 과정에서 발생되는 에너지에 의해 빛을 생성할 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(116)은 예를 들어, p형 반도체층으로 구현될 수 있는데, 상기 p형 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, AlInN, InGaN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
또한, 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 상면에는 광 추출 패턴(111)이 형성될 수 있다. 상기 광 추출 패턴(111)은 랜덤한 러프니스(roughness) 형상이거나 규칙적인 패턴을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 광 추출 패턴(111)은 특정 파장대의 빛을 선택적으로 투과 또는 반사하는 광 결정(photonic crystal) 구조를 가질 수 있으며, 50nm 내지 3000nm 의 주기를 가질 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
한편, 상기 제2 도전형 반도체층(116) 아래에 n형 반도체층을 포함할 수 있다. 또한 상기 제1 도전형 반도체층(112)이 p형 반도체층이고, 상기 제2 도전형 반도체층(116)이 n형 반도체층으로 구현될 수도 있다. 이에 따라 상기 발광구조물(110)은 np 접합, pn 접합, npn 접합 및 pnp 접합 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광구조물(110)에는 상기 캐비티(125a,125b)가 형성될 수 있다. 상기 캐비티(125a,125b)는 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 일부가 노출될 때까지 상기 제2 도전형 반도체층(116)으로부터 상기 발광구조물(110)이 일부 제거되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 캐비티(125a,125b)는 측면에 상기 단차(133)를 포함할 수 있으며, 상기 단차(133)은 적어도 한 단차 구조로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 즉, 상기 캐비티(125a)는 제1 캐비티(125a)와, 상기 제1 캐비티(125a)의 바닥면에 대해 형성된 제2 캐비티(125b)를 포함할 수 있으며, 이에 따라 상기 제1,2 캐비티(125a,125b)가 상기 단차(133)를 이룰 수 있다. 상기 캐비티(125a,125b)에 형성된 단차 구조는 상기 활성층(114) 상면으로부터 이격되어 상기 제1도전형 반도체층(116) 하부에 배치될 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 또한, 상기 제1 캐비티(125a) 및 상기 제2 캐비티(125b)는 단차진 구조를 갖고 반사전극층(130)의 상면에 대해 경사지게 형성될 수 있다. 상기 제1,2 캐비티(125a,125b)가 경사지게 형성됨에 따라 상기 제1,2 캐비티(125a,125b)는 하부 영역의 폭이 상부 영역의 폭보다 크게 형성될 수 있다.
상기 캐비티(125a,125b)에는 반사전극층(130)의 돌출부(135,135)이 형성되며, 상기 반사전극층(130)의 돌출부(135,136)은 상기 캐비티(125a,125b)의 형상에 대응하게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 돌출부(135,136)은 반사 전극 물질로 채워지는 것을 그 예로 설명하였으나, 다른 예로서 절연 물질로 채워질 수 있다.
상기 돌출부(135,136)는 상기 캐비티(125a,125b)의 형상에 대응하도록, 제1 돌출부(135)와, 상기 제1 돌출부(135)로부터 돌출된 제2 돌출부(136)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 제1,2 돌출부(135,136)는 측면에 단차를 이룰 수 있으며, 이러한 단차 구조는 표면적을 증가시켜 줄 수 있어, 반사 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 상기 돌출부(135,136)는 상기 제1도전형 반도체층(112) 위에 배치된 전극(150)과 수직 방향으로 오버랩되게 배치될 수 있다.
상기 제1돌출부(135)의 측면은 제1각도(θ1)로 경사지며, 상기 제2돌출부(136)의 측면은 제2각도(θ2)로 경사질 수 있다. 상기 제1각도(θ1)는 0°<θ1≤90°범위로 형성될 수 있으며, 상기 제2각도(θ2)는 상기 제1각도(θ1)와 같거나 제1각도(θ1)보다 큰 각도의 값으로 경사지게 형성될 수 있다. 상기 제1,2돌출부(135,136)는 하부 영역의 폭이 상부 영역의 폭보다 크게 형성될 수 있으며,상기 제2돌출부(136)의 하부 폭은 상기 제1돌출부(135)의 하부 폭보다 좁게 형성된다. 다만, 상기 제1,2 각도(θ1,θ2)는 상기 발광 소자(100)의 설계에 따라 달라질 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 상기 제1,제2돌출부(135,136) 사이의 부분인 단차(133) 구조는 바람직하게, 상기 활성층(114)보다 위에 형성될 수 있다. 이러한 구조는 상기 활성층(114)에 의해 재흡수되는 빛의 양을 감소시킴으로써 실시예에 따른 발광 소자(100)의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 이에 대해서는 자세히 후술한다.
상기 캐비티(125a,125b) 및 상기 돌출부(135,136) 사이에는 상기 절연층(120)이 선택적으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 절연층(120)은 상기 캐비티(125a,125b)에 형성된 제1 절연층과, 상기 제2 도전형 반도체층(116)의 하면에 형성된 제2 절연층을 포함할 수 있다.
상기 제1 절연층은 상기 제1,2 도전형 반도체층(112,116) 및 상기 활성층(114)이 상기 반사전극층(130)과 전기적인 쇼트를 발생시키는 것을 방지할 수 있다. 상기 제2 절연층은 상기 제2 도전형 반도체층(116)의 하면에 형성되는데, 상기 제2 도전형 반도체층(116)과 상기 반사전극층(130)이 통전될 수 있도록 복수의 패턴을 가질 수 있다.
이때, 상기 복수의 패턴들은 서로 이격되어 형성될 수 있는데, 상기 복수의 패턴들 사이의 간격은 내측으로부터 외측으로 갈수록 커질 수 있다. 즉, 상기 복수의 패턴들 사이의 간격은 상기 캐비티(125a,125b)에서 멀어질수록 커질 수 있다. 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 상기 캐비티(125a,125b)에 가장 인접한 복수의 패턴들 사이의 제1 간격(w1)보다 상기 발광 소자(100)의 외측에 가까운 복수의 패턴들의 제2 간격(w2)이 더 클 수 있는 것이다.
상기 절연층(120)의 상기 복수의 패턴들이 이러한 구조를 가짐에 따라 상기 전극(150)과 상기 반사전극층(130) 사이의 일부 영역에 전류가 편중되는 것을 방지하여, 상기 발광구조물(110)에 전류를 효과적으로 스프레딩 시킬 수 있다.
상기 절연층(120)은 투광성 및 전기 절연성을 갖는 재질로 형성될 수 있으며 예를 들어, SiO2, MgF2, TiO2, Si3N4, ZrO2, TaBO3 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 절연층(120) 및 상기 제2 도전형 반도체층(116) 아래에는 상기 반사전극층(130)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 반사전극층(130)은 상기 캐비티(125a,125b)에 상기 절연층(120) 아래로 형성될 수 있다. 상기 반사전극층(130)은 상기 발광구조물(110)로부터 입사되는 빛을 반사시킴으로써 상기 발광 소자(100)의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 반사전극층(130)은 상기 절연층(120)의 복수의 패턴들 사이에 요철 구조로 형성되어 상기 제2 도전형 반도체층(116)과 접촉함으로써 전기적으로 연결될 수 있으며, 이에 따라 전원을 상기 제2 도전형 반도체층(116)에 전달할 수 있다.
상기 반사전극층(130)은 고 반사율을 갖는 재질, 예를 들어, 은(Ag), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 백금(Pt) 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 반사전극층(130)은 양호한 전기 전도성을 갖는 재질을 더 포함하는 것이 바람직하며, 이에 상기 전도성 지지부재(140)로부터 제공받은 전원을 상기 제2 도전형 반도체층(116)에 효과적으로 전달할 수 있다.
상기 반사전극층(130) 아래에는 상기 전도성 지지부재(140)가 형성될 수 있다. 상기 전도성 지지부재(140)는 상기 발광구조물(110)을 지지하며, 상기 전극(150)과 함께 상기 발광구조물(110)에 전원을 제공할 수 있다. 상기 전도성 지지부재(140)는 예를 들어, 구리(Cu), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: Si, Ge, GaAs, ZnO, Sic 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 상기 반사전극층(130)과 상기 전도성 지지부재(140) 사이에는 접합층(미도시)이 더 형성될 수도 있다. 상기 접합층(미도시)은 상기 전도성 지지부재(140)와 상기 반사전극층(130) 사이의 계면 접합력을 향상시키기 위해 형성될 수 있다. 상기 접합층(미도시)은 접착력이 좋은 금속 재질, 예를 들어, Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag 또는 Ta 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다. 다만, 상기 전도성 지지부재(140)를 본딩 방식이 아니라, 도금 또는 증착 방식에 의해 형성하는 경우, 상기 접합층(미도시)은 형성되지 않을 수도 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에는 상기 전극(150)이 형성될 수 있다. 상기 전극(150)은 외부의 전극과 와이어(wire) 등에 의해 전기적으로 연결되어 상기 제1 도전형 반도체층(112)에 전원을 제공할 수 있다.
상기 전극(150)은 예를 들어, Al, Ag, Pt, Pd, Au, Ti, Cu, Ni, Cr 중 적어도 하나를 포함하는 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
이하에서는, 실시예에 따른 발광 소자(100)의 효과에 대해 도 1을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1을 참조하면, 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 상면 또는 측면으로 추출되지 못하고 전반사된 빛 중에서, 상기 단차(133)의 상면 또는 상기 제2 캐비티(125b)로 입사되는 제1빛(a)들은 상기 단차(133)를 포함하는 구조에 의해 상기 활성층(114)으로 입사되는 대신 윗 방향을 향해 반사될 수 있다.
또한, 상기 활성층(114)에서 생성된 빛 중 상기 제1 캐비티(125a)로 입사되는 제2빛(b)들은 상기 반사전극층(130)에 의해 윗 방향으로 반사될 수 있다.
또한, 상기 제2 도전형 반도체층(116) 아래에 반사전극층(130) 영역으로 입사된 제3빛(c)들은 상기 반사전극층(130)에 의해 윗 방향으로 반사될 수 있다.
상술한 것처럼, 실시예에 따른 발광 소자(100)는 상기 단차(133)가 형성된 돌출부(135,136)를 포함하는 반사전극층(130)을 포함함으로써, 상기 활성층(114)에 의해 재흡수되는 빛의 양을 감소시키고, 상기 발광구조물(110)의 상면 또는 측면으로 추출되는 빛의 양을 증가시킬 수 있다.
이하, 실시예에 따른 발광 소자(100)의 제조방법에 대해 설명한다. 다만, 앞에서 설명한 것과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 4 내지 도 12는 실시예에 따른 발광 소자(100)의 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 기판(105) 상에 상기 제1 도전형 반도체층(112), 상기 활성층(114) 및 상기 제2 도전형 반도체층(116)을 순차적으로 성장함으로써 상기 발광구조물(110)을 형성할 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(110)을 원활히 성장하고, 상기 발광 소자(100)의 광 추출 효율을 향상시키기 위해 경사지게 형성되거나, 패턴이 형성될 수 있다.
상기 발광구조물(110)은 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.
도 5를 참조하면, 상기 발광구조물(110)에 상기 제1 캐비티(125a)를 형성할 수 있다. 상기 제1 캐비티(125a)는 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 일부가 노출될 때까지 상기 제2 도전형 반도체층(116)으로부터 상기 발광구조물(110)을 일부 제거하여 형성될 수 있다. 이때, 상기 제1 캐비티(125a)의 측면은 바닥면에 대해 경사지도록 형성될 수 있다.
상기 제1 캐비티(125a)는 예를 들어, 상기 제1 캐비티(125a)의 형상에 대응하는 패턴을 포함하는 패턴마스크를 형성하고, 상기 패턴마스크를 따라 에칭 공정을 실시함으로써 형성할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 제1 캐비티(125a)의 바닥면에 상기 제2 캐비티(125b)를 형성할 수 있다. 이에 따라 상기 제1,2 캐비티(125a,125b)의 측면은 단차(133)를 이룰 수 있다.
상기 제2 캐비티(125a)는 예를 들어, 상기 제1 캐비티(125a)에 상기 제2 캐비티(125b)의 형상에 대응하는 패턴을 포함하는 패턴마스크를 형성하고, 상기 패턴마스크를 따라 에칭 공정을 실시함으로써 형성할 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 캐비티(125a,125b) 및 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 절연층(120)을 형성할 수 있다.
상기 절연층(120)은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 전자빔(E-beam) 증착, 스퍼터링(Sputtering) 중 적어도 하나의 증착 방법에 의해 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 8을 참조하면, 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 형성된 상기 절연층(120)을 선택적으로 제거하여 서로 이격되도록 형성된 복수의 패턴들을 형성할 수 있다. 이때, 상기 복수의 패턴들 사이의 간격은 내측으로부터 외측으로 갈수록 커질 수 있다. 즉, 상기 복수의 패턴들 사이의 간격은 상기 캐비티(125a,125b)에서 멀어질수록 커질 수 있다.
상기 절연층(120)은 예를 들어, 상기 복수의 패턴에 대응하는 패턴을 포함하는 패턴마스크를 형성한 후, 상기 패턴마스크를 따라 에칭 공정을 실시함으로써 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 9를 참조하면, 상기 절연층(120) 및 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 상기 반사전극층(130)을 형성할 수 있다. 상기 반사전극층(130)은 상기 캐비티(125a,125b)에도 형성될 수 있으며, 이에 상기 반사전극층(130)은 상기 캐비티(125a,125b)에 대응하는 상기 돌출부(135,136)를 포함할 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 반사전극층(130) 상에 상기 전도성 지지부재(140)를 형성할 수 있다.
상기 전도성 지지부재(140)는 별도의 시트(sheet)로 준비되어 상기 접합층(미도시) 상에 본딩될 수 있다. 즉, 상기 반사전극층(130) 및 상기 전도성 지지부재(140) 사이에는 상기 접합층(미도시)이 게재되어 두 층 사이의 계면 접합력을 향상시키는 한편, 전원이 상기 전도성 지지부재(140)로부터 상기 반사전극층(130)으로 전달될 수 있게 된다.
다만, 상기 전도성 지지부재(140)를 상술한 본딩 방식이 아닌, 도금 또는 증착 방식에 의해 형성하는 경우 상기 접합층(미도시)은 형성되지 않을 수도 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 기판(105)을 제거할 수 있다. 상기 기판(105)은 레이저 리프트 오프(LLO, Laser Lift Off), 화학적 리프트 오프(CLO, Chemical Lift Off) 또는 물리적 연마 방법 중 적어도 하나의 방법에 의해 제거될 수 있다. 상기 기판(105)이 제거됨에 따라 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 하면이 노출되게 된다.
도 12를 참조하면, 노출된 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 하면에 상기 전극(150)을 형성함으로써 실시예에 따른 발광 소자(100)를 제공할 수 있다.
또한, 노출된 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 하면에는 상기 광 추출 패턴(111)을 형성할 수 있다. 상기 광 추출 패턴(111)은 습식 식각에 의해 랜덤한 형상을 갖도록 형성하거나, 패터닝 공정에 의해 규칙적인 패턴을 갖도록 형성할 수 있으며 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 13은 다른 실시예에 따른 발광 소자를 나타내는 측 단면도이다.
도 13을 참조하면, 상기 발광 소자는 제1 도전형 반도체층(112), 상기 제1 도전형 반도체층(112) 아래에 활성층(114), 상기 활성층(114) 아래에 제2 도전형 반도체층(116)을 포함하는 발광구조물(110)과, 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 일부가 노출될 때까지 상기 제2 도전형 반도체층(116)으로부터 상기 발광구조물(110)이 일부 제거되어 형성되며, 측면에 단차(133)를 포함하는 캐비티(125a,125b)와, 상기 캐비티(125a,125b) 및 상기 제2 도전형 반도체층(116)의 하면에 선택적으로 형성된 절연층(120)과, 상기 절연층(120) 및 상기 제2 도전형 반도체층(116) 아래에 형성되는 반사전극층(130)과, 상기 반사전극층(130) 아래에 전도성 지지부재(140)와, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 전극(150)을 포함할 수 있다.
상기 발광 소자는 도 1의 발광 소자(100)에 비해 상기 반사전극층(130)의 구조를 제외하고는 동일하다.
상기 반사전극층(130)은 상기 절연층(120)의 아래 및 상기 제2 도전형 반도체층(116)의 아래에 반사층(131)과, 상기 반사층(131) 아래에 전도층(132)을 포함할 수 있다.
상기 반사층(131)은 고 반사율을 갖는 재질, 예를 들어 은(Ag), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 백금(Pt) 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 반사층(131)은 상기 제2 도전형 반도체층(116)과 오믹 접촉을 형성하는 재질로 형성될 수 있다. 상기 반사층(131)이 상기 제2 도전형 반도체층(116)과 오믹 접촉하지 않는 경우, 상기 반사층(131) 및 상기 제2 도전형 반도체층(116) 사이에는 별도의 오믹층(미도시)이 더 형성될 수도 있다. 이러한 오믹층(미도시)은 예를 들어 ITO, IZO(In-ZnO), GZO(Ga-ZnO), AZO(Al-ZnO), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
상기 전도층(132)은 높은 전기 전도성을 갖는 재질, 예를 들어, 구리(Cu), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나를 포함하도록 형성될 수 있다. 상기 전도층(132)은 상기 전도성 지지부재(140)로부터 전달되는 전원을 효과적으로 상기 발광구조물(110)로 전달할 수 있다.
도 14는 다른 실시예에 따른 발광 소자의 측 단면도이다.
도 14를 참조하면, 상기 발광 소자는 제1 도전형 반도체층(112), 상기 제1 도전형 반도체층(112) 아래에 활성층(114), 상기 활성층(114) 아래에 제2 도전형 반도체층(116)을 포함하는 발광구조물(110)과, 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 일부가 노출될 때까지 상기 제2 도전형 반도체층(116)으로부터 상기 발광구조물(110)이 일부 제거되어 형성되며, 측면에 단차(133)를 포함하는 캐비티(125a,125b)와, 상기 캐비티(125a,125b) 및 상기 제2 도전형 반도체층(116)의 하면에 선택적으로 형성된 절연층(120)과, 상기 절연층(120) 및 상기 제2 도전형 반도체층(116) 아래에 형성되는 반사전극층(130)과, 상기 반사전극층(130) 아래에 전도성 지지부재(140)와, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 전극(150)과, 상기 발광구조물(110)의 측면에 패시베이션층(170)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 발광구조물(110)은 측면이 경사지도록 형성될 수 있으며, 상기 절연층(120) 중 일부의 상면이 상기 발광구조물(110)의 외측으로 노출될 수 있다. 상기 발광 구조물(110)의 측면 경사 각도는 상부 폭이 하부 폭보다 좁은 각도 예컨대, 1°<각도≤90°범위로 경사질 수 있다.
상기 패시베이션층(170)은 상기 발광구조물(110)이 외부 전극 등과 전기적으로 쇼트되는 것을 방지할 수 있으며, 예를 들어, SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3 로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 패시베이션층(170)은 일단이 상기 발광구조물(110)의 상면에 배치되고, 상기 절연층(120)의 일부 패턴은 상기 발광구조물(110)의 외측에 노출될 수 있다.
상기 발광구조물(110)은 측면은 경사지게 형성될 수 있는데, 이러한 경사는 복수 개의 발광 소자를 개별 발광 소자 단위로 나누기 위해 상기 발광구조물(110)에 아이솔레이션(Isolation) 에칭을 실시하는 과정에서 형성될 수 있다.
구체적으로 설명하면, 상기 아이솔레이션 에칭은 ICP(Inductively Coupled Plasma)와 같은 드라이 에칭 방법 또는 에칭 용액을 사용한 웨트 에칭 방법에 의해 실시되게 되는데, 이러한 아이솔레이션 에칭은 바닥면에 대해 정확히 수직하게 에칭이 이루어지지 않고, 바닥면에 대해 경사를 가지도록 실시되는 것이다.
도 15는 실시예에 따른 발광 소자(100)를 포함하는 발광 소자 패키지의 측 단면도이다.
도 15를 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 몸체(10)와, 상기 몸체(10)에 설치된 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)과, 상기 몸체(10)에 설치되어 상기 제1 전극(31) 및 제2 전극(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 전극(31) 및 제2 전극(32)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공한다. 또한, 상기 제1 전극(31) 및 제2 전극(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) 상에 설치되거나 상기 제1 전극(31) 또는 제2 전극(32) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 제1 전극(31) 및 제2 전극(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.
도 16은 실시예에 따른 발광 소자를 사용한 백라이트 유닛을 도시하는 도면이다. 다만, 도 16의 백라이트 유닛은 라이트 유닛의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 16을 참조하면, 상기 백라이트 유닛은 바텀 커버(1400)와, 상기 바텀 커버(1400) 내에 배치된 광가이드 부재(1100)과, 상기 광가이드 부재(1100)의 적어도 일 측면 또는 하면에 배치된 발광 모듈(1000)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 광가이드 부재(1100) 아래에는 반사시트(1300)가 배치될 수 있다.
상기 바텀 커버(1400)는 상기 광가이드 부재(1100), 상기 발광 모듈(1000) 및 상기 반사시트(1300)가 수납될 수 있도록 상면이 개구된 박스(box) 형성으로 형성될 수 있으며, 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 모듈(1000)은 기판과, 상기 기판에 탑재된 복수개의 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함할 수 있다. 상기 복수개의 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 상기 광가이드 부재(1100)에 빛을 제공할 수 있다.
도시된 것처럼, 상기 발광 모듈(1000)은 상기 바텀 커버(1400)의 내측면 중 적어도 어느 하나에 배치될 수 있으며, 이에 따라 상기 광가이드 부재(1100)의 적어도 일 측면을 향해 빛을 제공할 수 있다.
다만, 상기 발광 모듈(1000)는 상기 바텀 커버(1400)의 밑면에 배치되어, 상기 광가이드 부재(1100)을 밑면을 향해 빛을 제공할 수도 있으며, 이는 상기 백라이트 유닛의 설계에 따라 다양하게 변형 가능하므로 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 광가이드 부재(1100)는 상기 바텀 커버(1400) 내에 배치될 수 있다. 상기 광가이드 부재(1100)은 상기 발광 모듈(1000)로부터 제공받은 빛을 면광원화 하여, 표시 패널(미도시)로 가이드할 수 있다.
상기 발광 모듈(1000)이 상기 광가이드 부재(1100)의 측면에 배치되는 경우, 상기 광가이드 부재(1100)은 예를 들어, 도광판(LGP, Light Guide Panel) 일 수 있다.
상기 도광판은 예를 들어 PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나로 형성될 수 있다.
상기 발광 모듈(1000)이 상기 광가이드 부재(1100)의 하면에 배치되는 경우, 상기 광가이드 부재(1100)는 상기 도광판 또는 광학시트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 광학 시트는 예를 들어 확산 시트, 집광 시트 또는 휘도상승시트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 시트는 상기 확산 시트, 집광 시트 및 휘도상승시트가 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 확산 시트는 상기 발광 모듈(1000)에서 출사된 광을 고르게 확산시켜주고, 상기 확산된 광은 상기 집광 시트에 의해 표시 패널(미도시)로 집광될 수 있다. 이때 상기 집광 시트로부터 출사되는 광은 랜덤하게 편광된 광인데, 상기 휘도상승시트는 상기 집광 시트로부터 출사된 광의 편광도를 증가시킬 수 있다. 상기 집광 시트는 예를 들어, 수평 또는/및 수직 프리즘 시트일 수 있다. 또한, 상기 휘도상승시트는 예를 들어, 조도 강화 필름(Dual Brightness Enhancement film) 일 수 있다.
상기 광가이드 부재(1100) 아래에는 상기 반사시트(1300)가 배치될 수 있다. 상기 반사시트(1300)는 상기 광가이드 부재(1100)의 하면을 통해 방출되는 빛을 상기 광가이드 부재(1100)의 출사면을 향해 반사할 수 있다.
상기 반사시트(1300)는 반사율이 좋은 수지 재질, 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 17은 실시예에 따른 발광 소자 패키지(200)를 사용한 조명 유니트의 사시도(1100)이다. 다만, 도 17의 조명 유니트는 라이트 유닛의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 17을 참조하면, 상기 조명 유니트(1100)는 케이스몸체(1110)와, 상기 케이스몸체(1110)에 설치된 발광모듈부(1130)과, 상기 케이스몸체(1110)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(1120)를 포함할 수 있다.
상기 케이스몸체(1110)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 발광모듈부(1130)은 기판(1132)과, 상기 기판(1132)에 탑재되는 적어도 하나의 실시예에 따른 발광 소자 패키지(200)를 포함할 수 있다.
상기 기판(1132)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 일반 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판(1132)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다.
상기 기판(1132) 상에는 상기 적어도 하나의 실시예에 따른 발광 소자 패키지(200)가 탑재될 수 있다. 상기 발광 소자 패키지(200) 각각은 적어도 하나의 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)를 포함할 수 있다. 상기 발광 다이오드는 적색, 녹색, 청색 또는 백색의 유색 빛을 각각 발광하는 유색 발광 다이오드 및 자외선(UV, UltraViolet)을 발광하는 UV 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈부(1130)는 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광 소자의 조합을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 고 연색성(CRI)을 확보하기 위해 백색 발광 다이오드, 적색 발광 다이오드 및 녹색 발광 다이오드를 조합하여 배치할 수 있다.
상기 연결 단자(1120)는 상기 발광모듈부(1130)와 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 도 8에 도시된 것에 따르면, 상기 연결 단자(1120)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 연결 단자(1120)는 핀(pin) 형태로 형성되어 외부 전원에 삽입되거나, 배선에 의해 외부 전원에 연결될 수도 있는 것이다.
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 110 : 발광구조물
112 : 제1 도전형 반도체층 114 : 활성층
116 : 제2 도전형 반도체층 120 : 절연층
125a : 제1 캐비티 125b : 제2 캐비티
130 : 반사전극층 133 : 단차
140 : 전도성 지지부재 150 : 전극

Claims (14)

  1. 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 아래에 활성층, 상기 활성층 아래에 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물; 및
    상기 제2 도전형 반도체층 아래에 형성된 반사전극층을 포함하며,
    상기 반사전극층은 평탄부 및 상기 제2도전형 반도체층과 상기 활성층을 관통하여 상기 제1도전형 반도체층의 내부까지 연장되는 돌출부를 포함하고,
    상기 돌출부는 적어도 하나의 단차 구조를 포함하는 발광 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 돌출부의 표면에 배치되는 절연층을 더 포함하는 발광 소자.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 제2도전형 반도체층과 상기 반사 전극층의 평탄부 사이에 배치되고 서로 이격된 복수의 패턴을 더 포함하는 발광 소자.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 절연층의 복수의 패턴 중 인접한 패턴들의 폭 또는 간격은 서로 다른 폭 또는 간격을 갖는 발광 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 돌출부의 하부 폭은 상기 돌출부 상부의 폭보다 큰 발광 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 돌출부의 단차 구조의 위치는 상기 활성층으로부터 이격되어 있는 발광 소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 반사전극층은 반사층 및 전도층을 포함하는 다층 구조를 포함하는 발광 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반사전극층은 은(Ag), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 백금(Pt) 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사전극층 아래에 전도성 지지부재를 포함하는 발광 소자.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 전극 또는 광 추출 패턴 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1도전형 반도체층 상에 전극을 포함하며,
    상기 전극과 상기 돌출부의 적어도 일부분은 수직 방향으로 서로 오버랩되게 배치되는 발광 소자.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 제2도전형 반도체층 아래에 배치된 상기 반사전극층의 평탄부는 상기 절연층의 패턴에 대응하여 요철 구조로 형성되는 발광소자.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부의 단차 구조는 상기 반사전극층의 상면에 대해 0°내지 90°범위로 경사진 측면을 갖는 제1돌출부; 및 상기 제1돌출부로부터 연장되며 상기 제1돌출부의 폭보다는 좁고 상기 제1돌출부의 측면 경사 각도와 같거나 큰 각도로 경사진 측면을 갖는 제2돌출부를 포함하는 발광 소자.
  14. 제3항에 있어서,
    상기 반사전극층의 평탄부와 상기 발광구조물 사이에 배치된 상기 절연층의 패턴 중 적어도 일부는 상기 발광 구조물의 외측에 노출되는 발광 소자.
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