KR101358620B1 - 반도체 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

일 실시 형태에 따르면, 반도체 발광 소자는, 적층체, 제1 전극, 제2 전극, 반사층, 제1 금속 필러, 제2 금속 필러 및 밀봉부를 포함한다. 적층체는 제1 및 제2 반도체층, 및 발광부를 포함한다. 발광부는 제2 부분과 제2 반도체층 사이에 설치된다. 제1 전극은 제1 반도체층 상에 설치된다. 제2 전극은 제2 반도체층 상에 설치된다. 반사층은 적층체의 측면을 덮고, 절연성 및 반사성을 갖는다. 제1 금속 필러는 제1 전극과 전기적으로 접속된다. 제2 금속 필러는 제2 전극과 전기적으로 접속된다. 밀봉부는 제1 및 제2 금속 필러의 단부가 노출되도록 제1 및 제2 금속 필러를 밀봉한다.

Description

반도체 발광 소자{SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
관련 출원의 상호 참조
본 명세서는 2011년 7월 12일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2011-153995호에 기초하여 우선권의 이익을 주장하며, 그 전체 내용은 본원에 참조로서 원용된다.
본 명세서에 기재된 실시 형태는 일반적으로 반도체 발광 소자에 관한 것이다.
예를 들어, 질화물 반도체를 이용한 LEDs(Light Emitting Diodes) 등의 반도체 발광 소자가 개발되고 있다. 예를 들어, 청색의 광을 방출하도록 구성된 LED와, 청색광을 흡수해서 황색계의 광을 방출하도록 구성된 형광체를 조합하여, 백색의 광을 방출하도록 구성된 반도체 발광 소자도 개발되고 있다.
이러한 반도체 발광 소자에서, 발광층으로부터 방출되는 광의 발광 효율을 증가시키고 광 추출 효율을 증가시키는 것이 바람직하다. 또한, 얻어지는 광의 색의 얼룩(unevenness)을 저감시키는 것이 바람직하다.
일본 특허공개 제2011-71272호
일 실시 형태에 따르면, 반도체 발광 소자는, 적층체, 제1 전극, 제2 전극, 반사층, 제1 금속 필러, 제2 금속 필러 및 밀봉부를 포함한다. 적층체는 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 발광부를 포함한다. 제1 반도체층은 제1 부분과, 상기 제1 부분과 병치(juxtapose)된 제2 부분을 갖고, 제1 도전형을 갖는다. 제2 반도체층은 제2 도전형을 갖는다. 발광부는 제2 부분과 제2 반도체층 사이에 설치된다. 적층체는 제1 반도체층측의 제1 주면과, 제2 반도체층측의 제2 주면을 갖는다. 제1 전극은 제1 부분의 제2 주면측의 면 상에 설치된다. 제2 전극은 제2 반도체층의 제2 주면측의 면 상에 설치된다. 반사층은 적층체의 측면을 덮고, 절연성이며, 발광부에서 방출되는 발광 광에 대하여 반사성을 갖는다. 제1 금속 필러는 제1 반도체층으로부터 제2 반도체층을 향하는 제1 방향으로 연장되어 제1 전극과 전기적으로 접속된다. 제2 금속 필러는 제1 방향으로 연장되어, 제2 전극과 전기적으로 접속된다. 밀봉부는 제1 금속 필러 및 제2 금속 필러의 단부가 노출되도록 제1 금속 필러 및 제2 금속 필러를 밀봉한다.
도 1의 (a) 및 (b)는 제1 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 제1 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자의 일부의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 4의 (a) 및 (b)는 제1 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자의 일부의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 5는 제1 실시 형태에 따른 다른 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 6의 (a) 내지 (d), 도 7의 (a) 내지 (c), 및 도 8의 (a) 내지 (c)는 제1 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자의 제조 방법을 도시하는 공정순 모식적 단면도이다.
도 9의 (a) 및 (b)는 제1 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자의 동작을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 10의 (a) 내지 (c)는 제1 참고예의 반도체 발광 소자의 구성 및 동작을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 11의 (a) 내지 (c)는 제2 내지 제4 참고예의 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 12는 제1 실시 형태에 따른 다른 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 13의 (a) 및 (b)는 제1 실시 형태에 따른 다른 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 14의 (a) 및 (b)는 제1 실시 형태에 따른 다른 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 15의 (a) 및 (b)는 제1 실시 형태에 따른 다른 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 16의 (a) 및 (b)는 제1 실시 형태에 따른 다른 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 17의 (a) 및 (b)는 제1 실시 형태에 따른 다른 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 18의 (a) 내지 (c)는 제2 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 19의 (a) 내지 (c)는 제2 실시 형태에 따른 다른 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 20의 (a) 및 (b)는 제2 실시 형태에 따른 다른 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 21의 (a) 및 (b)는 제2 실시 형태에 따른 다른 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
이하, 본 발명의 다양한 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
도면은 모식적 또는 개념적이며, 각 부분의 두께와 폭 간의 관계, 부분들 간의 크기의 비율 등은 반드시 실제 값과 동일할 필요는 없다. 또한, 동일한 부분에 대하여도, 도면들 간에 치수 및/또는 비율이 상이하게 도시될 수 있다.
본원의 명세서와 도면에서, 상기한 도면과 관련하여 기재된 것과 유사한 구성요소에는 유사한 참조 번호가 표기되고, 그 상세 설명은 적절히 생략된다.
(제1 실시 형태)
도 1의 (a) 및 (b)는 제1 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식도이다.
즉, 도 1의 (a)는 평면도이며, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 A1-A2선을 따른 단면도이다.
도 1의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(110)는 적층체(15), 제1 전극(40), 제2 전극(50), 제1 금속 필러(45), 제2 금속 필러(55) 및 밀봉부(80)를 포함한다.
적층체(15)는 제1 반도체층(10), 제2 반도체층(20) 및 발광부(30)를 포함한다.
제1 반도체층(10)은 제1 부분(11)과 제2 부분(12)을 갖는다. 제2 부분(12)은 제1 부분(11)과 병치된다. 제1 반도체층(10)은 제1 도전형을 갖는다.
제2 반도체층(20)은 제2 도전형을 갖는다. 제2 도전형은 제1 도전형과 상이한 도전형이다. 예를 들어, 제1 도전형은 n형이며, 제2 도전형은 p형이다. 본 실시 형태는 이에 한정되지 않는다. 제1 도전형이 p형이고, 제2 도전형이 n형일 수도 있다. 이하에서는, 제1 도전형이 n형이며, 제2 도전형이 p형인 경우를 설명한다.
발광부(30)는 제2 부분(12)과 제2 반도체층(20) 사이에 설치된다.
제1 반도체층(10), 제2 반도체층(20) 및 발광부(30)는 예를 들어, 질화물 반도체를 포함한다. 예를 들어, 제1 반도체층(10)은 n형 클래드층(cladding layer)을 포함한다. 예를 들어, 제2 반도체층(20)은 p형 클래드층을 포함한다. 발광부(30)의 예에 대하여는 후술한다.
적층체(15)는 제1 주면(15a)과 제2 주면(15b)을 갖는다. 제2 주면(15b)은 제1 주면(15a)과는 반대측의 면이다. 제1 주면(15a)은 제1 반도체층(10)측의 적층체(15)의 주면이다. 제2 주면(15b)은 제2 반도체층(20)측의 적층체(15)의 주면이다.
여기서, 제1 반도체층(10)으로부터 제2 반도체층(20)을 향하는 방향을 Z축 방향(제1 방향)으로 한다. Z축에 수직한 1개의 축을 X축(제2 축)으로 한다. Z축과 X축에 수직한 축을 Y축(제3 축)으로 한다. Z축(제1 축)은 제1 주면(15a)에 수직하고, 제2 주면(15b)에 수직하다.
예를 들어, 기판 상에, 제1 반도체층(10), 발광부(30) 및 제2 반도체층(20)이 이 순서대로 결정 성장에 의해 형성되어, 적층체(15)를 형성하는 데 이용되는 적층 결정막이 형성된다. 그 후, 적층 결정막의 일부는 제1 반도체층(10)에 도달할 때까지 제2 주면(15b)측으로부터 제거된다. 이에 의해, 제1 반도체층(10)의 일부(제1 부분(11))가 노출된다. 제2 부분(12) 상에는 발광부(30) 및 제2 반도체층(20)이 남는다. 이에 의해, 적층체(15)가 형성된다. 제2 부분(12)은 X-Y 평면에서 제1 부분(11)과 병치되어 있다.
후술하는 바와 같이, 예를 들어, 적층체(15)는, 기판 상에 적층체(15)의 결정이 성장된 후에, 기판으로부터 분리된다.
제1 전극(40)은 제1 반도체층(10)의 제1 부분(11)의 제2 주면(15b)측의 면 상에 설치된다. 즉, 상기한 노출된 부분 상에 제1 전극(40)이 설치된다.
제2 전극(50)은 제2 반도체층(20)의 제2 주면(15b)측의 면 상에 설치된다. 이 예에서, 제2 전극(50)은 p측 전극(51)과 p측 도전층(52)을 포함한다. p측 도전층(52)은 제2 반도체층(20)의 제2 주면(15b)측의 면 상에 설치된다. p측 전극(51)과 제2 반도체층(20) 사이에는 p측 도전층(52)의 일부가 설치된다.
그러나, 본 실시 형태는 이에 한정되지 않는다. 제2 전극(50) 상에는 p측 도전층(52)이 설치되지 않을 수 있다. 이 경우에는, p측 전극(51)이 제2 반도체층(20)과 접촉한다.
반사층(60)은 적층체(15)의 측면을 덮는다. 적층체(15)의 측면은 외부 가장자리 측면(10s) 및 경계 측면(10t)을 포함한다. 적층체(15)의 측면에 대하여는 후술한다. 반사층(60)은 발광부(30)로부터 방출되는 발광 광에 대하여 반사성이다.
제1 금속 필러(45)는 제1 전극(40)과 전기적으로 접속된다. 제1 금속 필러(45)는 Z축 방향으로 연장된다.
제2 금속 필러(55)는 제2 전극(50)과 전기적으로 접속된다. 제2 금속 필러(55)는 Z축 방향으로 연장된다. 이 예에서는, 제2 금속 필러(55)로서, 3개의 제2 금속 필러(제2 금속 필러(55a, 55b 및 55c))가 설치된다. 그러나, 본 실시 형태는 이에 한정되지 않는다. 제2 금속 필러(55)의 수는 임의적이다. 제1 금속 필러(45)의 수도 임의적이다.
밀봉부(80)는 제1 금속 필러(45)의 단부(45e) 및 제2 금속 필러(55)의 단부(55e)를 노출시키면서, 제1 금속 필러(45) 및 제2 금속 필러(55)를 밀봉한다. 제1 금속 필러(45)의 단부(45e)는 제1 전극(40)과 반대측의 제1 금속 필러(45)의 단부이다. 제2 금속 필러(55)의 단부(55e)는 제2 전극(50)과 반대측의 제2 금속 필러(55)의 단부이다. 즉, 밀봉부(80)는 제1 금속 필러(45)의 측면 및 제2 금속 필러(55)의 측면을 덮는다. 밀봉부(80)는 또한, 반사층(60)의 적어도 일부를 덮는다.
이에 의해, 높은 효율이 얻어진다.
예를 들어, 발광 광에 대한 반사층(60)의 반사율은 발광 광에 대한 밀봉부(80)의 반사율 이상이다. 후술하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 발광부(30)로부터 방출되는 발광 광은, 반사층(60)에 의해 효율적으로 반사되고, 제1 주면(15a)으로부터 외부로 효율적으로 출사된다. 이에 의해, 높은 효율이 얻어진다.
발광부(30)로부터 방출되는 발광 광은 반사층(60)에 의해 반사되므로, 본 실시 형태의 밀봉부(80)의 반사 특성은 임의적이다. 그러나, 제1 주면(15a)으로부터 출사된 광이, 반도체 발광 소자의 주위에 설치된 구조체에 의해 반사되어, 반도체 발광 소자(110)를 향해 복귀되는 경우가 있다. 이때, 밀봉부(80)가 광 흡수성인 경우에는, 광이 손실된다. 이로 인해, 밀봉부(80)는 발광 광에 대하여 반사성인 것이 보다 바람직하다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(110)에 배치되는 구조체의 구성에 따라, 발광 광에 대한 밀봉부(80)(특히, 밀봉부(80)의 표면)의 반사율은, 발광 광에 대한 반사층(60)의 반사율보다 높게 설정될 수 있다.
이 예에서, 반도체 발광 소자(110)는 하지 절연층(70)을 더 포함한다. 하지 절연층(70)의 적어도 일부는 적층체(15)의 측면과 반사층(60) 사이에 설치된다. 예를 들어, 하지 절연층(70)은 발광 광에 대하여 투과성이다. 예를 들어, 발광 광에 대한 하지 절연층(70)의 반사율은, 발광 광에 대한 반사층(60)의 반사율보다 낮다. 하지 절연층(70)은 절연성이다.
예를 들어, X 축을 따른 반도체 발광 소자(110)의 길이 l3는 약 600 마이크로미터(㎛)이다. 예를 들어, Y 축을 따른 반도체 발광 소자(110)의 길이는, 길이 l3과 동일하다. 그러나, 본 실시 형태는 이에 한정되지 않는다. 반도체 발광 소자(110)의 치수는 임의적이다.
반도체 발광 소자(110)에서는, 제2 주면(15b)측에 제1 전극(40) 및 제2 전극(50)이 설치되고, 발광 광은 제1 주면(15a)으로부터 출사된다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(110)는 플립 칩형의 반도체 발광 소자이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 제1 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식도이다.
이들 도면은, 구성을 더 잘 이해하도록, 제1 금속 필러(45), 제2 금속 필러(55) 및 밀봉부(80)가 제거된 상태의 반도체 발광 소자(110)의 구성을 도시하고 있다. 도 2의 (a)는 평면도이며, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)의 A3-A4선을 따른 단면도이다.
도 2의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 이 예에서는, 제2 전극(50)은 3개의 p측 전극(51)(p측 전극(51a, 51b 및 51c)) 및 1개의 p측 도전층(52)을 포함한다. p측 전극(51a, 51b 및 51c)은 p측 도전층(52)과 전기적으로 접속된다. p측 전극(51a, 51b 및 51c)은, 상기한 제2 금속 필러(55a, 55b 및 55c)와 각각 전기적으로 접속된다.
적층체(15)는 외부 가장자리 측면(10s)과 경계 측면(10t)을 갖는다. 외부 가장자리 측면(10s)은 적층체(15)를 Z축 방향에서 볼 때의 적층체(15)의 외부 가장자리의 측면이다. 경계 측면(10t)은 제1 부분(11)과 제2 부분(12) 사이에 위치되는 적층체(15)의 측면이다.
이 예에서, Z축 방향에서 볼 때의 적층체(15)의 외부 가장자리는 직사각형(예를 들어, 정방형)이다. 외부 가장자리 측면(10s)은 이 직사각형의 외부 가장자리의 측면이다. 예를 들어, 경계 측면(10t)은 Z축 방향에서 볼 때, 제1 전극(40)과 제2 전극(50) 사이에 위치되는 측면이다.
반사층(60)은 외부 가장자리 측면(10s)의 적어도 일부와 경계 측면(10t)의 적어도 일부를 덮고 있다.
하지 절연층(70)은 상기한 외부 가장자리 측면(10s)의 적어도 일부와 반사층(60) 사이에 설치된다. 또한, 하지 절연층(70)은 상기한 경계 측면(10t)의 적어도 일부와 반사층(60) 사이에 설치된다.
이 예에서, 하지 절연층(70)은 경계 측면(10t) 모두를 덮고 있다. 이에 의해, 전류 밀도가 특히 높은 제1 전극(40)과 제2 전극(50) 사이의 적층체(15)의 부분의 절연 특성이 좋아져, 예를 들어, 신뢰성이 특히 증가될 수 있다.
이 예에서, X 축을 따른 적층체(15)의 길이 l2는 예를 들어, 약 580㎛이다. Y 축을 따른 적층체(15)의 길이는 예를 들어, 길이 l2와 동일하다.
제1 전극(40)의 X 축 중심에서 p측 전극(51a)의 X 축 중심까지의 거리 l1은, 예를 들어, 약 380㎛이다. 제1 전극(40)의 Y 축 중심에서 p측 전극(51c)의 Y 축 중심까지의 거리는, 예를 들어, 거리 l1과 동일하다.
이 예에서, Z축 방향에서 볼 때, 제1 부분(11)은, 적층체(15)의 1개의 코너에 설치된다. 이 코너에 연결되는 변에서, 제2 반도체층(20)의 외부 가장자리와 제1 반도체층(10)의 외부 가장자리 사이의 거리 d1은 예를 들어, 약 25㎛이다. 제1 전극(40)의 Y축 중심에서 Y축 방향을 따른 제1 반도체층(10)의 외부 가장자리까지의 거리 d2는 예를 들어, 약 100㎛이다. Y축 방향을 따른 제1 부분(11)의 길이 d3은 예를 들어, 약 200㎛이다. X축 방향을 따른 제1 부분(11)의 길이는 예를 들어, 길이 d3과 동일하다.
이 예에서는, Z축 방향에서 볼 때, p측 전극(51)의 형상은 원형이다. Z축 방향에서 볼 때 p측 전극(51)의 직경 d4(X축 방향을 따른 길이 및 Y축 방향을 따른 길이)는 예를 들어, 100㎛이다. Z축 방향에서 볼 때의 p측 전극(51) 상에 설치된 하지 절연층(70)의 개구부의 직경 d5(X축 방향을 따른 길이 및 Y축 방향을 따른 길이)는 예를 들어, 90㎛이다. Z축 방향에서 볼 때의 p측 전극(51) 상에 설치된 반사층(60)의 개구부의 직경 d6(X축 방향을 따른 길이 및 Y축 방향을 따른 길이)은 예를 들어, 80㎛이다.
본 실시 형태에서, Z축 방향에서 볼 때의 p측 전극(51)의 형상, Z축 방향에서 볼 때의 p측 전극(51) 상의 하지 절연층(70)의 개구부의 형상 및, Z축 방향에서 볼 때의 p측 전극(51) 상의 반사층(60)의 개구부의 형상은 임의적이다.
Z축 방향에서 볼 때의 제1 전극(40)의 형상은 원형이다. Z축 방향에서 볼 때의 제1 전극(40)의 직경은 직경 d4와 동일하다. Z축 방향에서 볼 때의 제1 전극(40) 상에 설치된 하지 절연층(70)의 개구부의 직경은 직경 d5와 동일하다. Z축 방향에서 볼 때의 제1 전극(40) 상에 설치된 반사층(60)의 개구부의 직경은 직경 d6과 동일하다.
본 실시 형태에서, Z축 방향에서 볼 때의 제1 전극(40)의 형상, Z축 방향에서 볼 때의 제1 전극(40) 상의 하지 절연층(70)의 개구부의 형상 및, Z축 방향에서 볼 때의 제1 전극(40) 상의 반사층(60)의 개구부의 형상은 임의적이다.
따라서, 하지 절연층(70)은 제1 전극(40)의 일부와 제2 전극(50)의 일부를 덮는다. 구체적으로는, 하지 절연층(70)은 제1 금속 필러(45)와 접속되는 부분을 제외한 제1 전극(40)의 부분을 덮는다. 하지 절연층(70)은 제2 금속 필러(55)와 접속되는 부분을 제외한 제2 전극(50)의 부분을 덮는다.
반사층(60)은, 제1 전극(40)의 일부(제1 금속 필러(45)와 접속되는 부분을 제외한 제1 전극(40)의 부분)를 덮는 하지 절연층(70)의 부분을 덮는다. 또한, 반사층(60)은 제2 전극(50)의 일부(제2 금속 필러(55)와 접속되는 부분을 제외한 제2 전극(50)의 부분)를 덮는 하지 절연층의 부분을 덮는다. 예를 들어, 반사층(60)은 하지 절연층(70)의 측면을 덮는다.
도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 반사층(60)은 제1 전극(40)과 제1 금속 필러(45) 사이의 부분을 갖는다. 또한, 반사층(60)은 제2 전극(50)과 제2 금속 필러(55) 사이의 부분을 갖는다. 즉, 제1 금속 필러(45)는 반사층(60)의 일부를 덮는다. 제2 금속 필러(55)는 반사층(60)의 다른 일부를 덮는다.
후술하는 바와 같이, 하지 절연층(70)은 필요에 따라 설치될 수 있고, 일부 경우에는 생략될 수도 있다.
이와 같이, 본 구체예에서는, 반사층(60)은 제1 전극(40)의 가장자리부 및 측면을 덮고, 제2 전극(50)의 가장자리부 및 측면을 덮는다.
본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(110)에서는, 발광부(30)로부터 방출된 발광 광의 일부는 직접 제1 주면(15a)으로부터 외부로 출사된다. 예를 들어, 발광 광의 다른 일부는 제1 전극(40) 및 제2 전극(50)에 의해 반사됨으로써 진행 방향을 바꾸어, 제1 주면(15a)으로부터 출사된다. 발광 광의 또 다른 일부는 적층체(15)의 측면(외부 가장자리 측면(10s) 및 경계 측면(10t))에 설치된 반사층(60)에 의해 반사됨으로써 진행 방향을 바꾸어, 제1 주면(15a)으로부터 출사된다.
즉, 반도체 발광 소자(110)에서는, 발광부(30)로부터 출사되는 발광 광은 제1 주면(15a)으로부터 출사된다. 이에 의해, 다른 면으로부터의 출사가 억제되어, 광 추출 효율이 높다. 이에 의해, 높은 효율이 얻어진다.
예를 들어, 반사층(60)은 제1 주면(15a), 전기적 접속용의 제1 전극(40) 상의 개구부 및 전기적 접속용의 제2 전극(50) 상의 개구부를 제외하고, 적층체(15) 전체를 덮는다. 구체적으로는, 제2 전극(50)의 p측 전극(51), 및 제1 전극(40)의 외부 가장자리는, 하지 절연층(70)으로 덮여 있다. 이 후, 하지 절연층(70)의 상면 및 측면은 반사층(60)으로 덮여 있다. 이에 의해, 반도체 발광 소자(110)에서는, 제1 주면(15a)으로부터만, 광이 출사된다. 이에 의해, 높은 광 추출 효율이 얻어진다.
p측 도전층(52)은 제1 반도체층(10)과 제2 반도체층(20) 사이에 흐르는 전류를, p측 전극(51)의 면적보다 넓은 표면적에 걸쳐 확산(spread)시키는 기능을 한다. 이에 의해, 적층체(15)의 넓은 영역에 전류를 흘릴 수 있어, 발광 효율을 향상시킬 수 있다. p측 도전층(52)은 발광부(30)로부터 방출되는 발광 광에 대하여 반사성 또는 투과성을 가질 수 있다.
p측 도전층(52)으로서 광 반사성의 도전층을 이용하는 경우, 예를 들어, p측 도전층(52)의 반사율은 p측 전극(51)의 반사율보다 높다. 이 경우, 발광 광의 일부는 p측 도전층(52)에 의해 반사되어, 제1 주면(15a)을 향해 진행한다. 이에 의해, 높은 광 추출 효율이 얻어진다.
p측 도전층(52)로서 광 투과성의 도전층을 이용하는 경우, 예를 들어, p측 도전층(52)의 투과율은 p측 전극(51)의 투과율보다 높다. 또한, p측 도전층(52)의 투과율은 반사층(60)의 투과율보다 높다. 이 경우, 발광 광의 일부는, p측 도전층(52)을 통과하고, 반사층(60)에 의해 반사되어, 제1 주면(15a)을 향해 진행한다. 이에 의해, 높은 광 추출 효율이 얻어진다.
반도체 발광 소자(110)에서는, 발광부(30)에서 발생되는 열은 제1 금속 필러(45) 및 제2 금속 필러(55)를 통하여 외부에 효율적으로 전달된다. 이에 의해, 높은 방열성이 얻어진다. 이로 인해, 발광부(30)의 온도 상승을 억제할 수 있고, 발광부(30)의 광의 방출 효율(내부 양자 효율)을 높게 할 수 있다.
특히, 도 1의 (a) 및 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 본 구체예에서는, Z축 방향에서 볼 때의 제1 금속 필러(45)의 표면적은 제1 전극(40)의 표면적보다 크다. 또한, Z축 방향에서 볼 때의 제2 금속 필러(55)의 표면적은 제2 전극(50)의 표면적보다 크다. 따라서, X-Y 평면으로 절단된 경우의, 제1 금속 필러(45)의 단면적 및 제2 금속 필러(55)의 단면적을 크게 설정할 수 있다. 이로 인해, 제1 금속 필러(45) 및 제2 금속 필러(55)를 통한 방열성이 높다.
본 실시 형태에서는, 예를 들어, 절연성의 반사층(60)은 제1 전극(40)과 제1 금속 필러(45) 사이의 부분을 갖는다. 이에 의해, 예를 들어, Z축 방향에서 볼 때, 제1 금속 필러(45)는 제2 반도체층(20)의 일부와 겹칠 수 있다. 그 결과, 제1 금속 필러(45)의 단면적이 커질 수 있다. 이에 의해, 높은 방열성이 얻어진다.
따라서, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(110)에서는, 발광부(30)로부터 방출되는 광의 추출 효율이 높고, 내부 양자 효율도 높다. 이에 의해, 발광 효율이 높은 반도체 발광 소자가 얻어진다.
제1 반도체층(10)의 두께는 예를 들어, 1㎛ 이상 10㎛ 이하이다. 본 구체예에서, 제1 반도체층(10)의 두께는 약 5㎛이다. 발광부(30)의 두께는 예를 들어, 5 나노미터(nm) 이상 100nm 이하이다. 본 구체예에서는, 발광부(30)의 두께는 약 10nm이다. 제2 반도체층(20)의 두께는 예를 들어, 5nm 이상 300nm 이하이다. 본 구체예에서는, 제2 반도체층(20)의 두께는 약 100nm이다.
즉, 적층체(15)의 두께는 약 6㎛ 이하이며, 적층체(15)의 기계적 강도는 낮다. 이 경우, 본 실시 형태에서는, 적층체(15)에 설치되는 제1 전극(40) 및 제2 전극(50)에 접속되도록 제1 금속 필러(45) 및 제2 금속 필러(55)가 설치되고, 밀봉부(80)가 설치된다. 제1 금속 필러(45), 제2 금속 필러(55) 및 밀봉부(80)에 의해 적층체(15)가 보강(reinforce)된다. 이에 의해, 반도체 발광 소자(110)에서는, 실용적으로 충분한 강도가 얻어진다.
도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 본 구체예에서는, 제1 반도체층(10)의 외부 가장자리 부분의 두께는 중심 부분(예를 들어, 제2 부분(12))의 두께보다 얇다. 즉, 제1 반도체층(10)은 제2 부분(12)과 병치된 제3 부분(13)을 더 포함한다. 제2 부분(12)은 제1 부분(11)과 제3 부분(13) 사이의 부분을 갖는다. Z축 방향을 따른 제1 부분(11)의 두께 및 Z축 방향을 따른 제3 부분(13)의 두께는 Z축 방향을 따른 제2 부분(12)의 두께보다 얇다.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자의 일부의 구성을 도시하는 모식도이다. 즉, 이 도면은 발광부(30)의 구성의 예를 도시한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 발광부(30)는 복수의 웰층(32)과, 및 복수의 웰층들(32) 사이에 설치된 장벽층(31)을 포함한다. 즉, 복수의 웰층(32)과 복수의 장벽층(31)은 Z축에 따라 교대로 적층된다.
웰층(32)은 복수의 장벽층(31)의 밴드 갭 에너지보다 작은 밴드갭을 갖는다. 예를 들어, 웰층(32)의 정공 및 전자가 재결합한다. 이에 의해, 발광부(30)로부터 광이 방출된다.
예를 들어, 웰층(32)은 Inx1Ga1 -x1N(0<x1<1)을 포함한다. 예를 들어, 장벽층(31)은 GaN을 포함한다. 즉, 장벽층(31)은 In을 실질적으로 포함하지 않는다. 장벽층(31)이 In을 포함하는 경우에는, 장벽층(31)의 In 조성비는 웰층(32)의 In 조성비보다 낮다.
발광부(30)는 다중 양자 웰(MQW: multi quantum well) 구성을 가질 수 있다. 이 경우, 발광부(30)는 3개 이상의 장벽층(31), 및 장벽층들(31) 사이에 각각 설치된 웰층(32)을 포함한다.
발광부(30)는 예를 들어, (n+1)개의 장벽층(31) 및 n개의 웰층(32)을 포함한다(n은, 2 이상의 정수). 제1 장벽층 BL1 내지 제(n+1) 장벽층 BL(n+1)은, 제1 반도체층(10)으로부터 제2 반도체층(20)을 향해 이 순서로 병치된다. 제i 웰층 WLi(i는 1 이상 n 이하의 정수)는 제i 장벽층 BLi와 제(i+1) 장벽층 BL(i+1) 사이에 설치된다.
발광부(30)로부터 방출되는 광(발광 광)의 피크 파장은 예를 들어, 350nm 이상 700nm 이하이다.
발광부(30)는 단일 양자 웰(SQW: single quantum well) 구성을 가질 수 있다. 이 경우, 발광부(30)는 2개의 장벽층(31), 및 장벽층들(31) 사이에 설치된 웰층(32)을 포함한다.
본 실시 형태에서, 발광부(30)의 구성은 임의적이다.
도 4의 (a) 및 (b)는 제1 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자의 일부의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
즉, 이들 도면은 반사층(60)의 구성의 2개의 예를 도시한다.
도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 반사층(60)으로서 다층 유전막(61)(예를 들어, DBR: Distributed Bragg Reflector)을 이용할 수 있다. 즉, 반사층(60)은 복수의 제1 유전체층(61a) 및 복수의 제2 유전체층(61b)을 포함할 수 있다. 제1 유전체층(61a) 및 제2 유전체층(61b)은 교대로 적층되고, 굴절률이 서로 상이하다. 예를 들어, 제1 유전체층(61a)의 굴절률이 n1이고, 발광부(30)로부터 방출되는 발광 광의 파장(예를 들어, 피크 파장)이 λ인 경우, 제1 유전체층(61a)의 두께 t61a는 실질적으로 λ/(4n1)로 설정된다. 예를 들어, 제2 유전체층(61b)의 굴절률이 n2인 경우, 제2 유전체층(61b)의 두께 t61b는 실질적으로 λ/(4n2)로 설정된다. 이에 의해, 발광 광이 효율적으로 반사될 수 있다. 따라서, 발광 광이 제1 주면(15a)으로부터 외부에 효율적으로 출사될 수 있다.
제1 유전체층(61a)은 예를 들어, 산화 실리콘을 포함하고, 제2 유전체층(61b)은 예를 들어, 질화 실리콘을 포함한다. 그러나, 본 실시 형태는 이에 한정되지 않는다. 제1 유전체층(61a) 및 제2 유전체층(61b)은 임의의 절연성의 재료를 포함할 수 있다.
제1 유전체층(61a)의 수 및 제2 유전체층(61b)의 수는 2 이상일 수 있고, 임의적이다. 예를 들어, 제1 유전체층(61a) 및 제2 유전체층(61b)의 형성에는, 스퍼터링, CVD(Chemical Vapor Deposition) 등이 이용될 수 있다.
도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 반사층(60)으로서 반사 절연막(62)을 이용할 수 있다. 예를 들어, 반사층(60)(반사 절연막(62))은, 산화 아연(ZnO), 이산화 티탄(TiO2), 산화 지르코니아(ZrO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 마그네슘(MgO), 티탄산 칼슘(CaTiO2), 황산 바륨(BaSO4), 황화 아연(ZnS) 및 탄산 칼슘(CaCO3)으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이들 재료는 발광 광을 반사시키고, 전기적으로 절연성이다. 반사층(60)은 실질적으로 백색인 재료를 포함할 수 있다. 반사층(60)은, 항상 백색일 필요는 없고, 반사층(60)은 발광 광에 대하여 높은 반사율을 갖는 임의의 절연 재료(예를 들어, 금속 산화물 및 금속을 포함하는 화합물 등)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 반사 절연막(62)의 형성에는, 스퍼터링, 증착, CVD 등이 이용될 수 있다.
그러나, 본 실시 형태에서는, 반사층(60)(반사 절연막(62), 또는 제1 유전체층(61a) 및 제2 유전체층(61b))의 형성 방법은 임의적이다.
반사층(60)의 두께는 예를 들어, 10nm 이상 10,000nm 이하일 수 있다. 반사층(60)의 두께는 광학 특성(예를 들어, 반사율), 전기적 특성(예를 들어, 절연성), 및 생산성의 관점에 기초하여 적절하게 설정된다.
반사층(60)으로서, TiO2막의 반사 절연막(62)을 이용하는 경우에는, 반사층(60)의 두께는 예를 들어, 약 1,000nm로 설정된다.
하지 절연층(70)은 규소 산화물 및 규소 질화물에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하지 절연층(70)은 SiO2, SiN, 인실리케이트 글래스(PSG, phosphosilicate glass) 및 붕소 인실리케이트 글래스(BPSG) 등의 무기 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하지 절연층(70)은 CVD로 형성된다. 이 경우, 하지 절연층(70)의 두께는 예를 들어, 10nm 이상 10,000nm 이하일 수 있다. 구체적으로는, 하지 절연층(70)의 두께는 약 400nm이다. 하지 절연층(70)은, CVD 외에도, 증착, 스퍼터링 등으로 형성될 수 있다.
또한, 하지 절연층(70)으로서, 유기 SOG(Spin on Glass), 무기 SOG 등의 글래스 재료가 이용될 수도 있다. 예를 들어, 유기 SOG막으로서, 메틸 실세스키옥산 막이 이용될 수 있다. 무기 SOG막으로서, 수소화 실세스키옥산막이 이용될 수 있다. 예를 들어, 무기 SOG막으로서, 실라놀(silanol)의 알코올 용액을 도포하고, 열처리를 행하여 형성되는 막이 이용될 수 있다.
하지 절연층(70)으로서, 저유전율 층간 절연막(low-k막) 등이 이용될 수 있다. 또한, 하지 절연층(70)으로서, 폴리이미드, 폴리벤조옥사졸(PBO), 실리콘계 재료 등의 수지계 재료가 이용될 수 있다. 이 경우, 하지 절연층(70)의 두께는 예를 들어, 1,000nm 이상 20,000nm 이하로 설정된다.
발광 광에 대한 하지 절연층(70)의 반사율은 발광 광에 대한 반사층(60)의 반사율보다 낮고, 하지 절연층(70)은 예를 들어, 투광성 재료를 포함할 수 있다.
p측 도전층(52)은 임의의 도전 재료를 포함할 수 있다. p측 도전층(52)은 제2 반도체층(20)에 대한 콘택트 전극으로서 기능할 수 있다.
예를 들어, p측 도전층(52)로서, Ni, Au, Ag, Al 및 Pd 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 막이 이용될 수 있다. p측 도전층(52)으로서, Ni막, Au막, Ag막, Al막 및 Pd막 중에서 선택된 적어도 2개 이상을 포함하는 적층막이 이용될 수 있다.
특히, p측 도전층(52)으로서, Ag막, Al막, Pd막, 또는 Ag막, Al막 및 Pd막 중에서 선택된 적어도 2개를 포함하는 적층막이 이용될 수 있다. 이에 의해, 특히, 단파장을 갖는 광(자외광 내지 청색광)에 대한 높은 반사율이 얻어진다. 이에 의해, 높은 광 추출 효율이 얻어진다.
또한, p측 도전층(52)으로서, 투광성 금속 산화물이 이용될 수 있다. 예를 들어, p측 도전층(52)으로서, ITO(Indium Tin Oxide), SnO2, In2O3 및 ZnO 중에서 선택된 적어도 하나가 이용될 수 있다.
p측 도전층(52)의 형성에는, 예를 들어, 스퍼터링, 증착 등을 이용할 수 있다. p측 도전층(52)이 단층일 경우, p측 도전층(52)의 두께는 예를 들어, 0.2㎛이다.
p측 전극(51) 및 제1 전극(40)은 예를 들어, Ni막과 Au막의 적층막을 포함할 수 있다. 이 경우, Ni막의 두께는 예를 들어, 약 100nm이며, Au막의 두께는 예를 들어, 약 100nm이다. 또는, p측 전극(51) 및 제1 전극(40)은 예를 들어, Ti막, Ni막 및 Au막의 적층막을 포함할 수 있다. 이 경우, Ti막의 두께는 예를 들어, 50nm이고, Ni막의 두께는 예를 들어, 약 100nm이며, Au막의 두께는 예를 들어, 약 100nm이다.
p측 전극(51)의 재료, 두께 및 구성은, 제1 전극(40)의 재료, 두께 및 구성과 동일한 것이 바람직하다. 예를 들어, p측 전극(51) 및 제1 전극(40)의 형성에는, 스퍼터링 및 증착을 이용할 수 있다.
밀봉부(80)는 예를 들어, 에폭시 수지 등의 절연성 수지를 포함할 수 있다. 밀봉부(80)는 예를 들어, 석영 필러, 알루미나 필러 등을 포함할 수 있다. 이들 필러를 포함함으로써, 밀봉부(80)의 열전도성이 증가될 수 있고, 방열성이 향상될 수 있다.
밀봉부(80)는, 예를 들어, ZnO, TiO2, ZrO2, Al2O3, MgO, CaTiO2, BaSO4, ZnS 및 CaCO3로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 필러를 포함할 수 있다. 이에 의해, 밀봉부(80)의 반사율이 증가하고, 밀봉부(80)는 반사층(60)과 함께 반사막으로서 기능하며, 제1 주면(15a) 이외의 적층체(15)의 면으로부터의 누설 광을 또한 억제할 수 있다. 또한, 예를 들어, 주위의 구조체에 의해 반사되어 복귀되는, 제1 주면(15a)으로부터 출사된 광을 효율적으로 반사할 수 있고, 광의 이용 효율을 증가시킬 수 있다.
열전도성을 증가시키는 상기한 필러와, 반사율을 증가시키는 상기한 필러를 혼합하여 이용할 수도 있다.
그러나, 본 실시 형태는 이에 한정되지 않는다. 밀봉부(80)는 임의의 절연 재료를 포함할 수 있다. 필러는 포함되지 않을 수도 있다.
도 5는 제1 실시 형태에 따른 다른 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(110a)는 파장 변환층(90)을 더 포함한다. 이 이외는, 반도체 발광 소자(110a)는 반도체 발광 소자(110)와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
파장 변환층(90)은 적층체(15)의 제1 주면(15a)의 적어도 일부 상에 설치된다. 파장 변환층(90)은 발광 광의 일부를 흡수하고, 발광 광의 파장과는 상이한 파장의 광을 방출한다. 예를 들어, 파장 변환층(90)은 예를 들어, 형광체층을 포함할 수 있다. 파장 변환층(90)으로서, 서로 상이한 파장의 광을 방출하는 복수의 형광체층의 적층막이 이용될 수 있다. 예를 들어, 발광부(30)로부터 방출되는 광은, 자외광, 자색광 또는 청색광이며, 파장 변환층(90)으로부터 방출되는 광은 황색광 또는 적색광이다. 예를 들어, 파장 변환층(90)으로부터 방출되는 광(변환 광)과, 발광 광의 합성 광은 실질적으로 백색광이다.
이 예에서는, 파장 변환층(90)은 제1 주면(15a) 전체를 덮고 있다. 본 실시 형태는 이에 한정되지 않는다. 제1 주면(15a)의 일부는 파장 변환층(90)에 의해 덮여 있지 않을 수 있다.
이하, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자의 제조 방법의 예로서, 반도체 발광 소자(110a)의 제조 방법의 일례에 대하여 설명한다. 이 예에서는, 기판 상에 복수의 반도체 발광 소자(110a)가 일괄로 형성된다.
도 6의 (a) 내지 (d), 도 7의 (a) 내지 (c) 및 도 8의 (a) 내지 (c)는 제1 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자의 제조 방법을 도시하는 공정순 모식적 단면도이다.
도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 기판(5) 상에, 제1 반도체층(10), 발광부(30) 및 제2 반도체층(20)의 적층 결정막이 순차 에피택셜 성장된다. 적층체(15)의 형성에는 적층 결정막이 이용된다.
기판(5)은 예를 들어, 사파이어(Al2O3), 탄화규소(SiC), 스피넬(MgAl2O4), 실리콘(Si) 등을 포함할 수 있다. 기판(5)은 예를 들어, 적층체(15)와 실질적으로 동일한 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(5)의 재료의 격자 상수 및 열팽창 계수가 적층체(15)의 것들과 근접하도록 하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 실시 형태에서, 기판(5)은 임의의 재료를 포함할 수 있다. 기판(5)의 두께는 예를 들어, 30㎛ 이상 5,000㎛ 이하이다.
예를 들어, 기판(5) 상의 적층 결정막의 에피택셜 성장에는, 유기 금속 화학 기상 증착법(MOCVD: metal organic chemical vapor deposition), 하이드라이드 기상 에피택시법(HVPE: hydride vapor phase epitaxy) 및 분자선 에피택시법(MBE: molecular beam epitaxy) 등이 이용될 수 있다. 필요에 따라 기판(5) 상에 버퍼층(도시 생략)이 형성될 수 있고, 이 버퍼층 상에 적층 결정막이 에피택셜 성장될 수 있다.
적층 결정막 성장 후에 적층 결정막의 일부가 제거된다. 이에 의해, 복수의 적층체(15)가 형성된다. 이 후, 제2 반도체층(20) 상에 제2 전극(50)(p측 도전층(52) 및 p측 전극(51))이 형성되고, 제1 반도체층(10) 상에 제1 전극(40)이 형성된다.
계속해서, 적층체(15)의 측면(외부 가장자리 측면(10s) 및 경계 측면(10t)) 상에 하지 절연층(70)이 형성된다. 하지 절연층(70)에는 제1 전극(40)의 일부를 노출하는 개구부가 설치되고, 하지 절연층(70)에는 제2 전극(50)의 일부를 노출하는 개구부가 설치된다.
그 후, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 제1 반도체층(10)을 분단하여 복수의 적층체(15)가 얻어진다.
도 6의 (c)에 도시한 바와 같이, 하지 절연층(70) 상에는 반사층(60)이 형성된다. 반사층(60)은 적층체(15)의 측면(외부 가장자리 측면(10s) 및 경계 측면(10t))을 덮는다. 상술한 바와 같이, 예를 들어, 반사층(60)은 하지 절연층(70)의 측면을 덮도록 형성된다.
도 6의 (d)에 도시한 바와 같이, 가공체 전체면에 도전층 CL이 형성된다. 예를 들어, 도전층 CL은 증착법, 스퍼터링법 등에 의해 형성된다. 예를 들어, 도전층 CL은 후술하는 공정에서 시드층으로서 기능한다.
도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 가공체 상에 레지스트막 RF가 형성된다. 레지스트막 RF는 소정 형상의 개구부(80n 및 80p)를 갖고 있다. 개구부(80n)는 제1 전극(40)에 연결되고, 제1 금속 필러(45)가 형성되는 부분이다. 개구부(80p)는 제2 전극(50)에 연결되고, 제2 금속 필러(55)가 형성되는 부분이다.
도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 개구부(80n) 및 개구부(80p)에, 예를 들어, 도금 등의 방법에 의해 금속이 매립되고, 필요에 따라 표면이 평탄화된다. 이에 의해, 제1 금속 필러(45) 및 제2 금속 필러(55)가 형성된다. 개구부(80n)에서의 도전층 CL은 제1 금속 필러(45)에 포함되는 것으로 한다. 개구부(80p)에서의 도전층 CL은 제2 금속 필러(55)에 포함되는 것으로 한다.
도 7의 (c)에 도시한 바와 같이, 레지스트막 RF가 제거되고, 노출된 도전층 CL이 제거된다. 그 후, 가공체 전체를 덮도록, 밀봉부(80)의 형성에 이용되는 밀봉 절연막(80f)이 형성된다. 예를 들어, 밀봉 절연막(80f)으로서 에폭시 수지층이 형성된다. 밀봉 절연막(80f)은 제1 금속 필러(45)의 단부(45e) 및 제2 금속 필러(55)의 단부(55e)를 매립한다.
도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 기판(5)을 통해 적층체(15)의 제1 주면(15a)에 자외광 Luv가 조사된다. 이에 의해, 기판(5) 측의 적층체(15)의 일부가 분해된다. 그 결과, 적층체(15)와 기판(5)이 서로 분리된다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는, 적층체(15)는, 기판(5) 상에 적층체(15)의 형성에 이용되는 적층막(적층 결정막)이 에피택셜 성장되어, 그 적층막이 기판(5)으로부터 분리되어 형성된다. 이에 의해, 제1 주면(15a)이 노출된다.
적층막(적층 결정막)은 밀봉 절연막(80f)에 의해 지지되어 있다. 밀봉 절연막(80f)으로서 수지 재료를 이용함으로써, 밀봉 절연막(80f)은 부드럽고 변형되기 쉽다. 이에 의해, 적층막(적층체(15))과 기판(5)을 서로 분리할 때에 적층막에 응력이 인가되기 어렵다. 이에 의해, 적층막에 대한 손상을 억제하면서 기판(5)을 분리할 수 있다.
도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 제1 주면(15a) 상에 파장 변환층(90)이 형성된다. 이 후, 도 8의 (c)에 도시한 바와 같이, 밀봉 절연막(80f)을 잘라내어 제1 금속 필러(45) 및 제2 금속 필러(55)를 노출시킨다.
그 후, 복수의 적층체(15)를 세분하여, 복수의 반도체 발광 소자(110a)를 일괄적으로 얻는다.
상기한 공정에서 파장 변환층(90)을 생략하여, 반도체 발광 소자(110)를 형성할 수 있다.
도 9의 (a) 및 도 9의 (b)는 제1 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자의 동작을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 9의 (a)에 도시한 바와 같이, 반도체 발광 소자(110a)는 실장 부품(95) 상에 실장된다. 즉, 발광 장치(510)는 반도체 발광 소자(110a)와 실장 부품(95)을 포함한다. 실장 부품(95)은 기체(base body)(96), n측 배선(46e), p측 배선(56e) 및 절연층(97)을 포함한다. 기체(96) 상에 n측 배선(46e) 및 p측 배선(56e)이 설치된다. 절연층(97)은 n측 배선(46e)의 일부를 노출시킨 채 n측 배선(46e) 상에 설치된다. 절연층(97)은 p측 배선(56e)의 일부를 노출시킨 채, p측 배선(56e) 상에 설치된다. 절연층(97)으로부터 노출된 n측 배선(46e)의 부분은 반도체 발광 소자(110a)의 제1 금속 필러(45)와 대향한다. 절연층(97)으로부터 노출된 p측 배선(56e)의 부분은 제2 금속 필러(55)와 대향한다. n측 배선(46e)과 제1 금속 필러(45) 사이에는 n측 접속 부재(47b)가 설치된다. p측 배선(56e)과 제2 금속 필러(55) 사이에는 p측 접속 부재(57b)가 설치된다.
도 9의 (b)에 도시한 바와 같이, 적층체(15)의 발광부(30)(본 도면에서는 도시하지 않음)로부터 방출된 발광 광 L1은 제1 주면(15a)으로부터 출사된다. 발광 광 L1의 일부의 파장이 변환되어 변환 광 L2가 형성된다.
이 경우, 발광 광 L1과 변환 광 L2의 비율은 Z축(제1 주면(15a)의 법선)과, Z축으로부터 경사진 방향 사이에서 실질적으로 동일하다. 즉, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(110a) 및 발광 장치(510)에서는, 출사 각도에 상관없이 균일한 색의 광이 얻어진다.
이 예에서는, 반도체 발광 소자(110a)에 파장 변환층(90)이 설치되어 있지만, 본 실시 형태는 이에 한정되지 않는다. 반도체 발광 소자(110)를 실장 부품(95) 상에 실장한 후에 파장 변환층(90)을 반도체 발광 소자(110)의 제1 주면(15a)의 적어도 일부 상에 형성할 수 있다.
도 10의 (a) 내지 도 10의 (c)는 제1 참고예의 반도체 발광 소자의 구성 및 동작을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 10의 (a)에 도시한 바와 같이, 제1 참고예의 반도체 발광 소자(119a)에 서는, 적층체(15), 제1 전극(40), 제2 전극(50), 기판(5) 및 하지 절연층(70)이 설치된다. 반사층(60)은 설치되지 않는다. 이 경우에도, 제2 전극(50)은 p측 전극(51)과 p측 도전층(52)을 포함한다. p측 도전층(52)은 차광성의 세선 전극(light-shielding fine wire electrode) 또는 투광성 전극으로 형성된다.
하지 절연층(70)은 적층체(15)의 측면을 덮고 있다. 하지 절연층(70)은 투광성이다.
반도체 발광 소자(119a)에서는, 주로 제2 주면(15b)측으로부터 광이 출사된다. 그러나, 적층체(15)의 측면에 반사층이 설치되어 있지 않기 때문에, 적층체(15)의 측면으로부터도 광이 출사된다. 발광 광의 일부는 기판(5)에 도달하고, 제1 주면(15a)으로부터도 출사된다.
도 10의 (b)에 도시한 바와 같이, 반도체 발광 소자(119a)는 실장 부품(95a) 상에 실장된다. 즉, 참고예의 발광 장치(519)는 반도체 발광 소자(119a)와 실장 부품(95a)을 포함한다. 실장 부품(95a)은 n측 프레임(519c)과 p측 프레임(519d)을 포함한다. 반도체 발광 소자(119a)는 접합 부재(519f)(예를 들어, 수지) 등에 의해 p측 프레임(519d) 상에 고정된다. 반도체 발광 소자(119a)의 제1 전극(40)은 n측 와이어(519a)에 의해 n측 프레임(519c)과 접속된다. 제2 전극(50)은 p측 와이어(519b)에 의해 p측 프레임(519d)과 접속된다. 반도체 발광 소자(119a)는 반사 용기(519e) 내에 저장되어 있다. 반도체 발광 소자(119a) 상에는 형광체를 함유하는 형광체 수지(519g)가 설치되어 있다.
도 10의 (c)에 도시한 바와 같이, 적층체(15)의 발광부(30)(본 도면에서는 도시하지 않음)로부터 방출된 발광 광 L1은 제2 주면(15b)으로부터 출사됨과 함께 적층체(15) 및 기판(5)의 측면 및 하면으로부터도 출사된다. 예를 들어, 측면이나 하면으로부터 출사된 광은, 상기한 프레임 및 반사 용기(519e)의 벽면에 의해 반사되어, 상측 방향을 향해 진행한다. 제2 주면(15b), 측면, 하면 등의 다양한 표면으로부터 출사된 광은 형광체 수지(519g)를 통과한다. 이 후, 발광 광 L1의 일부의 파장이 변환되어 변환 광 L2가 형성된다.
이 경우, Z축을 따른 방향과 Z축에 대하여 경사진 방향 사이에서는 발광 광 L1과 변환 광 L2의 비율이 상이하다. 즉, Z축에 대하여 경사진 방향에서의, 형광체 수지(519g) 내에 전파되는 발광 광 L1의 광로 길이는 Z축을 따른 방향에서의, 형광체 수지(519g) 내에 전파되는 발광 광 L1의 광로 길이보다 길다. 이로 인해, Z축에 대하여 경사진 방향에서의 변환 광 L2의 비율은 Z축을 따른 방향에서의 변환 광 L2의 비율보다 높다. 이로 인해, Z축을 따른 방향과 Z축에 대하여 경사진 방향 사이에서 출사광(발광 광 L1과 변환 광 L2의 합성광)의 파장 특성이 상이하다.
예를 들어, 발광 광 L1은 청색이며, 변환 광 L2는 황색이다. 제1 참고예에서는, 경사 방향으로 출사되는 광의 황색의 강도는 정면 방향(Z축에 대하여 평행 방향)보다 높다. 예를 들어, 정면 방향에서 백색광이 얻어지는 경우에는 경사 방향에서의 광은 황색을 띤 색을 갖는다. 이로 인해, 모든 방향에서 동일한 색의 광이 얻어지지 않는다. 즉, 제1 참고예의 반도체 발광 소자(119a) 및 발광 장치(519)에서는, 발광 광의 색이 각도에 따라 변화한다. 즉, 출사되는 광의 색의 불균일이 크다.
예를 들어, 하면으로부터 출사되는 광은 프레임 및 반사 용기(519e)에 의해 반사되고, 진행함에 따라 흡수되어, 이 광의 적어도 일부가 손실된다.
또한, 반도체 발광 소자(119a) 및 발광 장치(519)에서는, 열전도율이 낮은 기판(5)이 설치되어 있기 때문에 방열성이 낮다. 제1 전극(40) 및 제2 전극(50)이 설치되는 제2 주면(15b)으로부터 광이 출사되는 구성이 이용되고 있기 때문에, 제1 전극(40) 및 제2 전극(50)에 의해 광이 차단되므로, 광 추출 효율이 낮다.
이에 반해, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(110a) 및 발광 장치(510)에서는, 실질적으로 제1 주면(15a)으로부터만 광이 출사되므로, 발광 광 L1과 변환 광 L2의 비율은 Z축과, Z축으로부터 경사진 방향 사이에서 실질적으로 동일하다. 이에 의해, 출사 각도에 관계없이 균일한 색의 광이 얻어진다. 제1 주면(15a)을 제외한 면으로부터는 실질적으로 광이 출사되지 않기 때문에 광의 손실이 억제된다. 또한, 기판(5)을 이용하지 않고, 제1 금속 필러(45)와 제2 금속 필러(55)를 이용하기 때문에, 발생된 열이, n측 접속 부재(47b) 및 p측 접속 부재(57b)를 통해, 외부(예를 들어, n측 배선(46e) 및 p측 배선(56e) 등)로 효율적으로 전달된다. 이에 의해, 우수한 방열성이 얻어진다. 또한, 광이 출사되는 제1 주면(15a)에는 광을 차폐하는 전극(제1 전극(40), 제2 전극(50) 등)이 설치되어 있지 않다. 이에 의해, 높은 광 추출 효율이 얻어진다.
도 11의 (a) 내지 (c)는 제2 내지 제4 참고예의 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 11의 (a)에 도시한 바와 같이, 제2 참고예의 반도체 발광 소자(119b)에서는, 반도체 발광 소자(119a)의, 적층체(15)의 측면 및 기판(5)의 하면에 반사층(69)이 또한 설치되어 있다. 반도체 발광 소자(119b)에서는, 적층체(15)의 측면 및 기판(5)의 하면으로부터 출사되는 광이 반사층(69)에 의해 제2 주면(15b)을 향해 반사된다. 이에 의해, 광로 길이의 변화에 의한 색의 변화가 억제된다. 그러나, 광이 출사되는 제2 주면(15b)에 제1 전극(40) 및 제2 전극(50)이 설치되기 때문에 광의 일부는 차폐된다. 이로 인해, 광 추출 효율이 낮다. 기판(5)이 설치되어 있기 때문에, 방열성이 낮아, 높은 발광 효율은 얻어질 수 없다.
도 11의 (b)에 도시한 바와 같이, 제3 참고예의 반도체 발광 소자(119c)에서는, 제1 전극(40)은 적층체(15)의 제1 주면(15a)에 설치되고, 제2 전극(50)은 적층체(15)의 제2 주면(15b)에 설치되어 있다. 이 후, 결정 성장용의 기판(5)은 제거된다. 계속해서, 제2 전극(50)에는 지지 기판(58)(예를 들어, 실리콘 기판 등의 도전성 기판)이 접합되어 있다. 적층체(15)의 측면에 하지 절연층(70)이 설치되고, 하지 절연층(70)을 덮도록 반사층(69)이 설치되어 있다. 이 예에서는, 광은 제1 주면(15a)으로부터 주로 출사된다. 이 경우에도, 광이 출사되는 제1 주면(15a)에 제1 전극(40)이 설치되어 있기 때문에, 광의 일부가 차폐되어, 광 추출 효율이 낮다.
도 11의 (c)에 도시한 바와 같이, 제4 참고예의 반도체 발광 소자(119d)에서는, 적층체(15)의 측면에 반사층(60)이 설치되어 있다. 이 예에서는, 반사층(60)으로서, 복수의 유전체막(유전체막(65a, 65b 및 65c))이 설치되어 있다. 제1 전극(40)에 접속되는 제1 리드 전극부(49)와, 제2 전극(50)에 접속되는 제2 리드 전극(59)이 설치되어 있다. 밀봉부(80)는 설치되어 있지 않다. 이로 인해, 반도체 발광 소자(119d)의 강도가 낮아, 반도체 발광 소자(119d)가 실장 동안 파괴되기 쉬워 반도체 발광 소자(119d)는 실용적이지 않다. 반도체 발광 소자(119d)에서, 결정 성장용의 기판(5)을 남기는 경우에는, 강도가 낮은 문제는 완화되지만, 방열성은 불충분하다.
이에 반해, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(110) 및 (110a)에서는, 제1 금속 필러(45), 제2 금속 필러(55) 및 적층체(15)를 밀봉하는 밀봉부(80)가 설치되기 때문에, 강도가 높고, 장치가 실용적이며, 우수한 방열성이 얻어지고, 높은 발광 효율이 얻어진다.
적층체(15)의 측면(외부 가장자리 측면(10s)) 상에 도전성의 반사층이 설치되는 구성도 생각할 수 있다. 그러나, 이 구성에서, 제1 금속 필러(45)의 단면적을 증가시키고자 하는 경우에는, 제1 금속 필러(45)와 제2 반도체층(20)(및 p측 도전층(52)) 사이에 층간 절연막을 별도로 설치해야 한다.
이에 반해, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(110) 및 (110a)에서는, 적층체(15)의 측면에 설치되는 반사층(60)이 절연성이므로, 반사층(60)을, 제1 금속 필러(45)를 제2 반도체층(20)(및 p측 도전층(52))으로부터 전기적으로 절연시키는 절연층으로서 이용할 수 있다. 즉, 반사층(60)은 반사 기능과 층간 절연막의 절연 기능의 양쪽 기능을 갖는다. 이에 의해, 구성이 간단해지고, 공정수도 삭감할 수 있다. 반사층(60)이 절연성이므로, 소자의 절연 특성이 증가될 수 있고, 높은 신뢰성이 얻어진다.
도 12는 제1 실시 형태에 따른 다른 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 12에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(110p)는 투광층(91)을 더 포함한다. 투광층(91)은 적층체(15)의 제1 주면(15a)의 적어도 일부 상에 설치된다. 투광층(91)은 발광 광에 대하여 투과성이다. 발광 장치(511)는 반도체 발광 소자(110p)와 실장 부품(95)을 포함한다.
예를 들어, 투광층(91)은 적층체(15)의 제1 주면(15a)을 보호한다. 투광층(91)으로서, 굴절률이 제1 반도체층(10)의 굴절률보다 낮은 재료를 이용할 수 있다. 이에 의해, 발광부(30)로부터 방출되는 광을 제1 주면(15a)으로부터 효율적으로 출사시킬 수 있다. 이 경우에도, 고효율의 반도체 발광 소자를 제공할 수 있다.
도 13의 (a) 및 (b)는 제1 실시 형태에 따른 다른 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 13의 (a)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(110b)에서는, 하지 절연층(70)은 제1 반도체층(10)의 외부 가장자리의 부분의 측면 전체를 덮고 있다. 이에 의해, 더욱 안정한 특성이 얻어진다.
반도체 발광 소자(110b)에서는, 하지 절연층(70)은 외부 가장자리 측면(10s) 전체 및 경계 측면(10t) 전체를 덮고 있다. 이에 의해, 더욱 안정한 특성이 얻어진다.
반도체 발광 소자(110b)에서는, 밀봉부(80)의 측면에서 반사층(60)이 노출되어 있다.
한편, 도 13의 (b)에 도시한 바와 같이, 반도체 발광 소자(110c)에서는, 하지 절연층(70)은 제1 반도체층(10)과 발광부(30) 사이의 외부 가장자리 측면(10s)의 계면 부분, 제2 반도체층(20)과 발광부(30) 사이의 외부 가장자리 측면(10s)의 계면 부분, 제1 반도체층(10)과 발광부(30) 사이의 경계 측면(10t)의 계면 부분 및 제2 반도체층(20)과 발광부(30) 사이의 경계 측면(10t)의 계면 부분을 덮고 있다. 이에 의해 적층체(15)를 보호할 수 있다.
반도체 발광 소자(110c)에서는, 반사층(60)의 측면은 밀봉부(80)로 덮여 있다. 이와 같이 다양한 변형이 가능하다.
도 14의 (a) 및 (b)는 제1 실시 형태에 따른 다른 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 14의 (a)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(110d)에는 하지 절연층(70)이 설치되어 있지 않다. 본 실시 형태에서는 반사층(60)은 반사성이면서 절연성이다. 이로 인해, 반사층(60)은 하지 절연층(70)으로서 기능할 수 있다. 이와 같이, 하지 절연층(70)은 필요에 따라 설치될 수도 있고, 생략될 수도 있다. 이 예에서는, 반사층(60)은 제1 반도체층(10)의 외부 가장자리의 부분의 측면에는 설치되어 있지 않다. 즉, 반사층(60)은 제1 반도체층(10)과 발광부(30) 사이의 외부 가장자리 측면(10s)의 계면 부분, 제2 반도체층(20)과 발광부(30) 사이의 외부 가장자리 측면(10s)의 계면 부분, 제1 반도체층(10)과 발광부(30) 사이의 경계 측면(10t)의 계면 부분 및 제2 반도체층(20)과 발광부(30) 사이의 경계 측면(10t)의 계면 부분을 덮고 있다. 이에 의해, 적층체(15)를 실용적으로 충분히 보호할 수 있다.
도 14의 (b)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(110e)에서는, 반사층(60)은 제1 반도체층(10)의 외부 가장자리의 부분의 측면도 덮고 있다. 이와 같이, 반사층(60)은 외부 가장자리 측면(10s) 전체 및 경계 측면(10t) 전체를 덮을 수 있다. 이에 의해, 더욱 안정한 특성이 얻어진다.
반도체 발광 소자(110d)에서는, 밀봉부(80)는 제1 주면(15a)에 접하는 반사층(60)의 부분의 측면을 노출하고 있다. 반도체 발광 소자(110e)에서는, 밀봉부(80)는 제1 주면(15a)에서 노출된 반사층(60)의 부분을 제외하고 반사층(60)을 덮고 있다. 이와 같이, 밀봉부(80)는 반사층(60)의 적어도 일부를 덮는다.
도 15의 (a) 및 도 15의 (b)는 제1 실시 형태에 따른 다른 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 15의 (a)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(110f)에서는, 제1 전극(40)은 n측 전극(41)과 n측 도전층(42)을 포함한다. n측 도전층(42)은 제1 반도체층(10)의 제2 주면(15b)측의 면 상에 설치되어 있다. n측 전극(41)과 제1 반도체층(10) 사이에는 n측 도전층(42)의 일부가 설치되어 있다.
n측 도전층(42)은 임의의 도전 재료를 포함할 수 있다. n측 도전층(42)은 제1 반도체층(10)에 대한 콘택트 전극으로서 기능할 수 있다.
특히, n측 도전층(42)으로서, Ag막, Al막, Pd막, 또는 Ag막, Al막 및 Pd막 중에서 선택된 적어도 2개를 포함하는 적층막을 이용할 수 있다. 이에 의해, 특히, 단파장의 광(자외광 내지 청색광)에 대한 높은 반사율이 얻어진다. 이에 의해, 높은 광 추출 효율이 얻어진다.
n측 전극(41)은 예를 들어, p측 전극(51)의 재료를 포함할 수 있다.
도 15의 (b)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(110g)에서는, 제1 전극(40)은 n측 전극(41)과 n측 도전층(42)을 포함하고, 제2 전극(50)은 p측 전극(51)과 p측 도전층(52)을 포함한다. 이 예에서는, n측 도전층(42) 및 p측 도전층(52)은 반사성의 도전층을 포함한다. 예를 들어, n측 도전층(42) 및 p측 도전층(52)으로서, Ag막, Al막, Pd막, 또는 Ag막, Al막 및 Pd막 중에서 선택된 적어도 2개를 포함하는 적층막을 이용한다.
반사층(60)은 n측 도전층(42) 및 p측 도전층(52)이 설치되어 있는 부분에는 설치되어 있지 않다. 반도체 발광 소자(110g)에서는, n측 도전층(42) 및 p측 도전층(52)이 반사성이기 때문에, 발광 광 L1이 n측 도전층(42) 및 p측 도전층(52)에 의해 반사되어, 제1 주면(15a)을 향해 진행한다. 이로 인해, 반사층(60)이 n측 도전층(42) 및 p측 도전층(52)이 설치되어 있는 부분에 설치되어 있지 않은 경우에도 높은 광 추출 효율이 얻어진다.
반사층(60)은 n측 도전층(42) 및 p측 도전층(52)이 설치되어 있는 부분을 제외하고, 적층체(15)의 측면의 적어도 일부에 설치되면 충분하다. 이에 의해 높은 광 추출 효율이 얻어진다.
이와 같이, 제1 전극(40) 및 제2 전극(50) 중에서 선택된 적어도 하나는 발광 광에 대하여 반사성인 반사성 부분(예를 들어, n측 도전층(42) 및 p측 도전층(52) 등)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반사성 부분의 반사율은 반사층(60)의 반사율 이상이다. 이 경우에는, 반사층(60)은 반사성 부분 상에는 설치되지 않을 수 있다.
도 16의 (a) 및 (b)는 제1 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
이들 도면에서는, 제1 금속 필러(45), 제2 금속 필러(55) 및 밀봉부(80)는 도시되어 있지 않다.
도 16의 (a)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(111a)에서는, 적층체(15)의 측면이 Z축에 대하여 경사져 있다. 즉, 예를 들어, 외부 가장자리 측면(10s) 및 경계 측면(10t)은, X축 방향(제1 방향에 수직인 제2 방향)을 따른 제2 반도체층(20)의 폭이 X축 방향을 따른 발광부(30)의 폭보다 짧아지도록, Z축 방향에 대하여 경사져 있다. 즉, 적층체(15)의 측면은 순방향-테이퍼(forward-tapered) 구성을 갖는 부분을 갖는다. 이 예에서는, 제1 반도체층(10)의 외부 가장자리의 측면은 Z축에 실질적으로 평행하다.
도 16의 (b)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(111b)에서도, 적층체(15)의 측면은 Z축에 대하여 경사져 있다. 이 예에서는, 제1 반도체층(10)의 외부 가장자리의 측면도 Z축에 대하여 경사져 있다. 즉, 제1 반도체층(10)의 외부 가장자리의 측면은, 제1 주면(15a)측의 제1 반도체층(10)의 외부 가장자리의 측면의 부분의 X축 방향 폭이, 제2 주면(15b)측의 제1 반도체층(10)의 외부 가장자리의 측면의 부분의 X축 방향 폭보다 커지도록 Z축 방향에 대하여 경사져 있다.
이와 같이, 적층체(15)의 측면을 경사(순방향 테이퍼로 경사)지게 함으로써, 하지 절연층(70) 및 반사층(60)에 의한 측면의 피복성이 향상된다. 이에 의해, 하지 절연층(70)의 보호 특성이 향상되기 쉽고, 반사층(60)의 반사 특성이 향상되기 쉽다.
반도체 발광 소자(111a 및 111b)에서, 적층체(15)의 측면의 테이퍼각 θ(측면과 제1 주면(15a) 사이의 각도)는 예를 들어, 45도 이상 90도 미만이다.
도 17의 (a) 및 (b)는 제1 실시 형태에 따른 다른 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 17의 (a)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(112a)에서는, 도 2의 (b)에 도시한 제3 부분(13)이 제1 반도체층(10)에 설치되어 있지 않다.
도 17의 (b)에는, 제1 금속 필러(45), 제2 금속 필러(55) 및 밀봉부(80)는 도시되어 있지 않다. 도 17의 (b)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(112b)에서도 제3 부분(13)은 설치되어 있지 않다. 적층체(15)의 측면은 Z축에 대하여 경사져 있다.
본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(110b 내지 110g, 110p, 111a, 111b, 112a 및 112b)에는, 파장 변환층(90)이 더 설치될 수도 있다. 상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자 및 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자의 변형예에서, 하지 절연층(70)은 필요에 따라 설치될 수도 있고, 생략될 수도 있다.
(제2 실시 형태)
도 18의 (a) 내지 (c)는 제2 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 18의 (a)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(120a)는 피복층(75)을 더 포함한다. 즉, 반도체 발광 소자(120a)는 반도체 발광 소자(110)에 피복층(75)이 더 설치된 소자이다.
피복층(75)은 반사층(60)을 덮는다. 예를 들어, 피복층(75)은 반사층(60)을 보호한다.
피복층(75)의 광학 특성은 임의적이다. 예를 들어, 피복층(75)은 발광 광에 대하여 투과성, 반사성 또는 흡수성이다. 피복층(75)이 투과성인 경우, 피복층(75)은 하지 절연층(70)에 대하여 설명한 재료를 포함할 수 있다. 피복층(75)이 반사성인 경우에는, 피복층(75)은 반사층(60)의 재료를 포함할 수 있다. 피복층(75)이 흡수성인 경우에는, 피복층(75)은 밀봉부(80)의 재료를 포함할 수 있다.
예를 들어, 피복층(75)은 유기 수지를 포함한다. 피복층(75)은 예를 들어, 폴리이미드 등을 포함할 수 있다. 그러나, 본 실시 형태는 이에 한정되지 않는다. 피복층(75)은 무기 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 피복층(75)은 절연성이다. 예를 들어, 피복층(75)을 설치함으로써, 신뢰성이 증대된다.
도 18의 (b)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(120b)는 반도체 발광 소자(110b)에 피복층(75)이 더 설치된 소자이다.
도 18의 (c)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(120c)는 반도체 발광 소자(110e)에 피복층(75)이 더 설치된 소자이다. 반도체 발광 소자(110f 및 110g)에는 피복층(75)이 더 설치될 수도 있다.
반도체 발광 소자(120a 내지 120c)에서는, 밀봉부(80)의 측면에서 반사층(60)이 노출되어 있다.
도 19의 (a) 내지 (c)는 제2 실시 형태에 따른 다른 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 19의 (a) 내지 (c)에 도시한 바와 같이, 반도체 발광 소자(120d 내지 120f)에도 피복층(75)이 설치되어 있다. 이들 소자에서는, 반사층(60)의 측면은 피복층(75)에 의해 덮여 있다. 이와 같이, 다양한 변형이 가능하다.
도 20의 (a) 및 (b)는 제2 실시 형태에 따른 다른 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
이들 도면에는, 제1 금속 필러(45), 제2 금속 필러(55) 및 밀봉부(80)는 도시되어 있지 않다.
도 20의 (a)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(121a)는 반도체 발광 소자(111a)에 피복층(75)이 더 설치된 소자이다.
도 20의 (b)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(121b)는 반도체 발광 소자(111b)에 피복층(75)이 더 설치된 소자이다.
도 21의 (a) 및 (b)는 제2 실시 형태에 따른 다른 반도체 발광 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 21의 (a)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(122a)는 반도체 발광 소자(112a)에 피복층(75)이 더 설치된 소자이다.
도 21의 (b)에는, 제1 금속 필러(45), 제2 금속 필러(55) 및 밀봉부(80)는 도시되어 있지 않다. 도 21의 (b)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(122b)는 반도체 발광 소자(112b)에 피복층(75)이 더 설치된 소자이다.
피복층(75)이 설치되는 구성에서, 하지 절연층(70)은 필요에 따라 설치될 수도 있고, 생략될 수도 있다.
본 실시 형태에 따르면, 효율이 높고, 신뢰성이 높은 반도체 발광 소자를 제공할 수 있다. 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(120a 내지 120f, 121a, 121b, 122a 및 122b)에는 파장 변환층(90)이 더 설치될 수도 있다.
예를 들어, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자는 조명 장치, 표시 장치 등의 광원으로서 이용될 수 있다.
본 실시 형태에 따르면, 고효율의 반도체 발광 소자가 제공된다.
본 명세서에서, "질화물 반도체"는, BxInyAlzGa1 -x-y- zN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, x+y+z≤1)인 화학식의, 조성비 x, y 및 z를 각각의 범위 내에서 변화시킨 반도체의 모든 조성을 포함한다. 또한, "질화물 반도체"는, 상기한 화학식에서, N(질소) 이외의 V족 원소, 도전형 등의 각종 물성을 제어하기 위해 첨가되는 각종 원소 및 의도하지 않게 포함되는 각종 원소를 더 포함한다.
본원 명세서에서, "수직" 및 "평행"은 엄밀한 수직 및 엄밀한 평행뿐만 아니라, 예를 들어, 제조 공정으로 인한 편차 등을 포함한다. 실질적으로 수직 및 실질적으로 평행이면 충분하다.
이상, 구체예를 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 이들 구체예로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 반도체층, 발광부, 적층체, 전극, 금속 필러, 밀봉부, 하지 절연층, 반사층, 피복층, 파장 변환층 등의 반도체 발광 소자에 포함되는 요소의 구체적인 구성을, 당업자가 공지된 범위로부터 적절히 선택함으로써 본 발명을 마찬가지로 실시하여 동일한 효과를 얻을 수 있는 한, 그러한 실시는 본 발명의 범위에 포함된다.
또한, 구체예 중 임의의 2개 이상의 요소는 기술적으로 가능한 범위에서 조합될 수 있고, 본 발명의 요지를 포함하는 한 본 발명의 범위에 포함된다.
또한, 본 발명의 실시 형태로서 상술한 반도체 발광 소자에 기초하여, 당업자가 적절히 설계 변경하여 실시할 수 있는 모든 반도체 발광 소자도 본 발명의 요지를 포함하는 한 본 발명의 범위에 속한다.
그 밖에, 본 발명의 요지가 포함되는 범주에서, 당업자라면 각종 변경예 및 변형예를 상도할 수 있는 것이며, 이들 변경예 및 변형예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해된다.
소정의 실시 형태를 설명하였지만, 이들 실시 형태는 단지 예로서 제시했을 뿐이며 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 실제로, 본원에 개시되는 신규한 실시 형태는 다양한 그 밖의 형태로 구현될 수 있고, 또한, 본 발명의 요지에서 벗어남 없이, 본원에 개시된 실시 형태에 있어서 다양한 생략, 대체 및 변경이 이루어질 수 있다. 그러한 실시 형태 또는 변형은, 본 발명의 범위 및 요지에 포함되는 것과 마찬가지로, 첨부하는 특허청구범위 및 그의 균등한 범위에 포함되는 것이다.
110: 반도체 발광 소자
15: 적층체
45: 제1 금속 필러
55, 55a, 55b, 55c: 제2 금속 필러
60: 반사층
80: 밀봉부

Claims (20)

  1. 제1 부분과, 상기 제1 부분과 병치(juxtapose)된 제2 부분을 갖고, 제1 도전형의 제1 반도체층,
    제2 도전형의 제2 반도체층, 및
    상기 제2 부분과 상기 제2 반도체층 사이에 설치된 발광부
    를 포함하고, 상기 제1 반도체층측의 제1 주면과, 상기 제2 반도체층측의 제2 주면을 갖는 적층체와,
    상기 제1 부분의 상기 제2 주면측의 면 상에 설치된 제1 전극과,
    상기 제2 반도체층의 상기 제2 주면측의 면 상에 설치된 제2 전극과,
    상기 적층체의 측면을 덮고, 절연성이며, 상기 발광부에서 방출되는 발광 광에 대하여 반사성의 반사층과,
    상기 반사층과 상기 적층체 사이에 있는 하지 절연층과,
    상기 제1 반도체층으로부터 상기 제2 반도체층을 향하는 제1 방향으로 연장되어 상기 제1 전극과 전기적으로 접속되는 제1 금속 필러와,
    상기 제1 방향으로 연장되어 상기 제2 전극과 전기적으로 접속되는 제2 금속 필러와,
    상기 제1 금속 필러의 단부 및 상기 제2 금속 필러의 단부가 노출되도록 상기 제1 금속 필러 및 상기 제2 금속 필러를 밀봉하는 밀봉부를 포함하고,
    상기 반사층은, 상기 제1 전극과 상기 제1 반도체층과의 전기적 접속을 위한 개구부와, 상기 제2 전극과 상기 제2 반도체층과의 전기적 접속을 위한 개구부와, 상기 적층체의 상기 제1 주면을 제외하고 상기 적층체의 전체를 덮어서, 상기 제1 주면의 끝에 도달하고,
    상기 하지 절연층의 적어도 일부는, 상기 제1 방향에서 볼 때의 상기 적층체의 외부 가장자리의 외부 가장자리 측면의 적어도 일부와 상기 반사층 사이 및, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 위치된 상기 적층체의 경계 측면의 적어도 일부와 상기 반사층 사이에 설치되고,
    상기 발광 광에 대한 상기 하지 절연층의 반사율은 상기 발광 광에 대한 상기 반사층의 반사율보다 낮은, 반도체 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광 광에 대한 상기 반사층의 반사율은 상기 발광 광에 대한 상기 밀봉부의 반사율 이상인, 반도체 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉부는 상기 발광 광에 대하여 반사성인, 반도체 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉부는 절연성의 수지를 포함하는, 반도체 발광 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 밀봉부는, ZnO, TiO2, ZrO2, Al2O3, MgO, CaTiO2, BaSO4, ZnS 및 CaCO3로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 반도체 발광 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적층체는, 상기 제1 방향에서 볼 때의 외부 가장자리(outer edge)의 외부 가장자리 측면과, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 위치되는 경계 측면을 갖고,
    상기 반사층은, 상기 외부 가장자리 측면의 적어도 일부와 상기 경계 측면의 적어도 일부를 덮는, 반도체 발광 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반사층은 상기 제1 전극과 상기 제1 금속 필러 사이의 부분을 갖는, 반도체 발광 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 반사층은 상기 제2 전극과 상기 제2 금속 필러 사이의 부분을 더 갖는, 반도체 발광 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향에서 볼 때의 상기 제1 금속 필러의 면적은 상기 제1 전극의 면적보다 크고,
    상기 제1 방향에서 볼 때의 상기 제2 금속 필러의 면적은 상기 제2 전극의 면적보다 큰, 반도체 발광 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반사층은 산화 아연(ZnO), 이산화 티탄(TiO2), 산화 지르코늄(ZrO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 마그네슘(MgO), 티탄산 칼슘(CaTiO2), 황산 바륨(BaSO4), 황화 아연(ZnS) 및 탄산 칼슘(CaCO3)으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 반도체 발광 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 반사층은 복수의 제1 유전체층과 복수의 제2 유전체층을 포함하고, 상기 제1 유전체층과 상기 제2 유전체층은 교대로 적층되고, 서로 상이한 굴절률을 갖는, 반도체 발광 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 반사층은 상기 제1 전극의 가장자리부, 상기 제1 전극의 측면, 상기 제2 전극의 가장자리부 및 상기 제2 전극의 측면을 덮고,
    상기 제1 금속 필러는 상기 반사층의 일부를 덮고,
    상기 제2 금속 필러는 상기 반사층의 일부를 덮는, 반도체 발광 소자.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉부는 상기 반사층의 적어도 일부를 덮는, 반도체 발광 소자.
  14. 삭제
  15. 제1항에 있어서,
    상기 하지 절연층은 상기 제1 전극의 일부와 상기 제2 전극의 일부를 덮고,
    상기 반사층은, 상기 제1 전극의 상기 일부를 덮는 상기 하지 절연층의 일부를 덮고, 상기 제2 전극의 상기 일부를 덮는 상기 하지 절연층의 일부를 덮는, 반도체 발광 소자.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 반사층은 상기 하지 절연층의 측면을 덮는, 반도체 발광 소자.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 하지 절연층은 규소 산화물 및 규소 질화물 중 적어도 하나를 포함하는, 발광 소자.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 하지 절연층은 폴리이미드, 폴리벤족사졸(PBO) 및 실리콘계 재료 중 적어도 하나를 포함하는, 반도체 발광 소자.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 반사층을 덮는 피복층을 더 포함하는, 반도체 발광 소자.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 피복층은 절연성인, 반도체 발광 소자.
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