KR101611471B1 - 반도체 발광소자 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 반도체 발광소자에 있어서, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 구비되며 전자와 정공의 재결합을 통해 제1 파장의 빛을 생성하는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층; 복수의 반도체층에 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전극; 복수의 반도체층에 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급하는 제2 전극; 활성층에서 생성된 제1 파장의 빛을 반사하도록 설계된 제1 분포 브래그 리플렉터; 그리고, 투광성을 가지며, 복수의 반도체층과 제1 분포 브래그 리플렉터 사이에 구비되고, 복수의 반도체층과 구분되는 요철을 구비하여 활성층에서 생성된 빛과 제1 분포 브래그 리플렉터에서 반사되는 빛 간의 간섭을 줄이는 간섭 방지막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자에 관한 것이다.
Description
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 반도체 발광소자에 관한 것으로, 특히 광효율을 향상시킨 반도체 발광소자에 관한 것이다.
여기서, 반도체 발광소자는 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 반도체 광소자를 의미하며, 3족 질화물 반도체 발광소자를 예로 들 수 있다. 3족 질화물 반도체는 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 된 화합물로 이루어진다. 이외에도 적색 발광에 사용되는 GaAs계 반도체 발광소자 등을 예로 들 수 있다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
도 1은 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 기판(100), 기판(100) 위에 성장되는 위에 성장되는 n형 반도체층(300), n형 반도체층(300) 위에 성장되는 활성층(400), 활성층(400) 위에 성장되는 p형 반도체층(500), p형 반도체층(500) 위에 형성되는 반사막으로 기능하는 전극(901, 902, 903) 그리고 식각되어 노출된 n형 반도체층(300) 위에 형성되는 n측 본딩 패드(800)를 포함한다. n형 반도체층(300)과 p형 반도체층(400)은 그 도전성을 반대로 하여도 좋다. 바람직하게는, 기판(100)과 n형 반도체층(300) 사이에 버퍼층(도시 생략)이 구비된다. 이러한 구조의 칩, 즉 기판(100)의 반대 측에 전극(901, 902, 903) 및 전극(800) 모두가 형성되어 있고, 전극(901, 902, 903)이 반사막으로 기능하는 형태의 칩을 플립 칩이라 한다. 전극(901, 902, 903)은 반사율이 높은 전극(901; 예: Ag), 본딩을 위한 전극(903; 예: Au) 그리고 전극(901) 물질과 전극(903) 물질 사이의 확산을 방지하는 전극(902; 예: Ni)으로 이루어진다. 이러한 금속 반사막 구조는 반사율이 높고, 전류 확산에 이점을 가지지만, 금속에 의한 빛 흡수라는 단점을 가진다.
도 2는 미국 등록특허공보 제6,563,142호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 기판(100), n형 반도체층(300), 활성층(400), p형 반도체층(500) 그리고, 금속 반사막인 전극(901)을 포함한다. 바람직하게는, 전극(901)에 계단 형상의 표면을 형성하여 반도체 발광소자의 광효율을 증가시킨다. 그러나, 이러한 구성은 p형 반도체층(500)의 식각을 필요로 하고, 이는 p형 반도체층(500)이 손상될 수 있다는 것을 의미한다.
도 3은 일본 공개특허공보 제2006-120913호에 제시된 반도체 발광소자의 일예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 기판(100), 기판(100) 위에 성장되는 버퍼층(200), 버퍼층(200) 위에 성장되는 n형 반도체층(300), n형 반도체층(300) 위에 성장되는 활성층(400), 활성층(400) 위에 성장되는 p형 반도체층(500), p형 반도체층(500) 위에 형성되며, 전류 확산 기능을 하는 투광성 전도막(600), 투광성 전도막(600) 위에 형성되는 p측 본딩 패드(700), 그리고 식각되어 노출된 n형 반도체층(300) 위에 형성되는 n측 본딩 패드(800)를 포함한다. 그리고 투광성 전도막(600) 위에는 분포 브래그 리플렉터(900; DBR, Distributed Bragg Reflector)와 금속 반사막(904)이 구비되어 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 반도체 발광소자에는 모두 활성층(400)에서 생성된 빛을 반사하는 층(901,900)이 구비되어 있다. 그러나 활성층(400)과 반사층(금속층, DBR) 사이의 거리가 매우 가까운 경우 활성층(400)에서 생성되는 빛(Ld; 도 2 참조)과 반사층(901,900)에서 반사된 빛이 간섭하여 광효율이 저하될 수 있다. 간섭을 감소시키기 위해서는 요철을 형성하여 반사층(901,900)에서 반사되는 빛의 경로를 다양하게 하거나, 활성층(400)과 반사층(901,900) 사이의 거리를 증가시키는 방법이 있는데, 요철, 계단 또는 거친 표면을 형성하는 경우에는 전술한 바와 같이, 반도체층의 막질이 손상되는 문제점을 가져올 수 있으며, 반도체층의 두께를 증가시키는 경우에 성장의 과정에서 반도체층의 막질이 나빠질 수 있다.
도 4는 종래의 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 소위 수직형 반도체 발광소자 칩(150)과 형광체(160)를 포함한다. 수직형 반도체 발광소자 칩(150)은 와이어(180) 및 그 하면을 통해 각각 리드 프레임(110)과 리드 프레임(120)에 전기적으로 연결되어 있다. 형광체(160)는 봉지제(170)에 함유되어 있고, 몰드(130)에 의해 형상고정되어 있다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 반도체 발광소자에 있어서, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 구비되며 전자와 정공의 재결합을 통해 제1 파장의 빛을 생성하는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층; 복수의 반도체층에 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전극; 복수의 반도체층에 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급하는 제2 전극; 활성층에서 생성된 제1 파장의 빛을 반사하도록 설계된 제1 분포 브래그 리플렉터; 그리고, 투광성을 가지며, 복수의 반도체층과 제1 분포 브래그 리플렉터 사이에 구비되고, 복수의 반도체층과 구분되는 요철을 구비하여 활성층에서 생성된 빛과 제1 분포 브래그 리플렉터에서 반사되는 빛 간의 간섭을 줄이는 간섭 방지막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자가 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 미국 등록특허공보 제 6,563,142호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 일본 공개특허공보 제2006-120913호에 제시된 반도체 발광소자의 일예를 나타내는 도면,
도 4는 종래의 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광소자를 개념적으로 설명하는 도면,
도 6 내지 도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 11은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 개념적으로 나타내는 도면,
도 12는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 13은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 14는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면.
도 2는 미국 등록특허공보 제 6,563,142호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 일본 공개특허공보 제2006-120913호에 제시된 반도체 발광소자의 일예를 나타내는 도면,
도 4는 종래의 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광소자를 개념적으로 설명하는 도면,
도 6 내지 도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 11은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 개념적으로 나타내는 도면,
도 12는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 13은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 14는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광소자를 개념적으로 설명하는 도면으로서, 반도체 발광소자는 기판(10), 기판(10)에 성장되는 버퍼층(20), 버퍼층(20)위에 성장되는 제1 반도체층(30; 예: n형 GaN), 제1 반도체층(30) 위에 성장되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40; 예: InGaN/(In)GaN 양자우물구조), 활성층(40) 위에 성장되는 제2 반도체층(50; 예: p형 GaN)을 구비한다. 제2 반도체층(50) 위에는 투광성 전도막(60; 예: ITO, Ni/Au)이 구비되어 있으며, 그 위에 간섭 방지막(1)과 제1 분포 브래그 리플렉터(91)가 구비되어 있다. 제1 분포 브래그 리플렉터(91; DBR: Distributed Bragg Reflector; 예: SiO2와 TiO2의 조합으로 된 DBR)는 활성층(40)에서 생성된 빛을 기판(10)으로 반사하는 역할을 하며, 제1 분포 브래그 리플렉터(91)를 구성하는 각각의 층의 두께는 λActive의/4n1, λActive/4n2(여기서, λActive는 활성층(40)의 파장, n1, n2는 제1 분포 브래그 리플렉터(91) 물질들의 굴절률)를 기준으로 설계된다. 여기서 기준으로 설계된다는 것의 의미는 제1 분포 브래그 리플렉터(91)가 반드시 이 기준에 맞는 두께를 가져야 한다는 것을 의미하는 것은 아니다. 제1 분포 브래그 리플렉터(91)는 필요에 따라 기준 두께보다 약간 두껍거나 얇게 형성하는 것이 가능하다. 그러나 이러한 필요가 제1 분포 브래그 리플렉터(91)가 Active/4n1, Active/4n2를 기준으로 설계되어야 한다는 사실을 변경하는 것은 아니다. 제1 분포 브래그 리플렉터(91)가 TiO2/SiO2로 구성되는 경우 각 층은 주어진 파장의 1/4의 광학 두께를 가지도록 설계되며, 그 조합의 수는 4 ~ 20 페어(pairs)가 적합하다. 간섭 방지막(1)은 복수의 반도체층(30,40,50)과 제1 분포 브래그 리플렉터(91) 사이에 구비되며, 활성층(40)과 제1 분포 브래그 리플렉터(91) 사이의 거리를 증가시켜 활성층(40)에서 생성된 빛(L40)과 제1 분포 브래그 리플렉터(91)에서 반사되는 빛(L91) 간의 간섭을 줄이는 역할을 한다. 일반적으로 활성층(40)에 가까운 곳에 고반사층이 위치하는 경우에는 생성된 빛과 반사기에 의해 반사된 빛 간의 간섭 효과가 생기는데, 이 때 빛(전자기파의 일종)이 진행하면서 그 자체의 위상(phase)을 일정 시간 동안 유지하면서 진행하는 거리를 Coherent Length(간섭광 거리)라고 하며, 활성층(40)과 고반사층간 거리가 간섭 광거리 이내에 존재할 때, 간섭이 강하게 일어날 수 있다. 전자기파이론에서는 이론적으로 간섭광거리를 다음과 같이 정의하고 있다.
L: 간섭광 거리(coherent length), n: 굴절률 (refractive index)
λ: 파장 (wavelength), Δλ: 반치폭 (spectral width)
간섭 방지막(1)은 간섭 방지막(1)에 의한 광 흡수를 방지하기 위해, 투광성 물질로 구성된다. 활성층(40)과 제1 분포 브래그 리플렉터(91) 사이의 거리를 확보하여 간섭을 줄이기 위한 의미 있는 두께는 활성층(40)에서 생성되는 빛(L40)의 파장과 이들 사이에 놓이는 물질의 굴절률의 영향을 받는다. 예를 들어 활성층(40)에서 방출되는 빛(L40)의 파장이 450nm이고, 제2 반도체층(50)이 GaN인 경우에, 간섭광 거리는 1.5㎛정도 된다. 또한 이러한 거리를 간섭 방지막(1)에 의해 확보할 수 있다면 더욱 바람직하다. 다른 관점에서, 미국 등록특허공보 제6,563,142호에 지적된 것과 같이, 제1 분포 브래그 리플렉터(91)와 활성층(40) 사이의 거리가 간섭광 거리(Coherence Lenght)의 50%이상인 것이 바람직하다.
간섭 방지막(1)은 적어도 하나의 층으로 구성될 수 있으며, SiOx, TiOx, Ta2O5, MgF2와 같은 투광성 유전체 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, SiO2 단일막으로 형성될 수 있으며, 그 두께는 0.2㎛이상으로 구성될 수 있으나, 1.0㎛이상의 두께로 형성되는 것이 바람직하며, 1.5㎛이상의 두께를 가지는 경우에, 자체적으로 간섭을 충분히 방지하는 거리를 확보할 수 있게 된다. 두께가 1.5㎛에 미치지 못하더라도, 제2 반도체층(50), 투광성 전도막(60) 등과 함께 간섭을 방지하는데 충분한 거리를 가지는 것이 가능하다. 간섭 방지막(1)이 분포 브래그 리플렉터로 구성될 수 있으며, 이때 이 분포 브래그 리플렉터는 활성층(40)에 나오는 파장과 다른 파장을 기준으로 설계된다. 간섭 방지막(1)이 유전체 단일막과 분포 브래그 리플렉터를 함께 구비하는 것도 가능하다. 또한, 투광성 전도막(60)을 두껍게 형성하는 것을 고려할 수 있으나, 너무 두꺼운 경우에, 투광성 전도막(60)에 의한 광 흡수량이 증가하는 점을 고려하여야 한다.
도 6 내지 도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 도 6은 도 7의 A-A 라인을 따라 취한 단면도이다. 도 8은 도 7의 B-B 라인을 따라 취한 단면도이다. 도 7에는 설명을 위해 제1 분포 브래그 리플렉터(91), 간섭 방지막(1) 그리고, 전극(92)이 도시되어 있지 않다.
반도체 발광소자는 기판(10), 기판(10)에 성장되는 버퍼층(20), 버퍼층(20)위에 성장되는 제1 반도체층(30), 제1 반도체층(30) 위에 성장되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40), 활성층(40) 위에 성장되는 제2 반도체층(50)을 구비한다. 기판(10)으로 주로 사파이어, SiC, Si, GaN 등이 이용되며, 기판(10)은 최종적으로 제거될 수 있고, 버퍼층(20)은 생략될 수 있다. 기판(10)이 제거되거나 도전성을 가지는 경우에 전극(80)은 기판(10)이 제거된 제1 반도체층(30) 측 또는 도전성 기판(10) 측에 형성될 수 있다. 제1 반도체층(30)과 제2 반도체층(50)은 그 위치가 바뀔 수 있으며, 3족 질화물 반도체 발광소자에 있어서 주로 GaN으로 이루어진다. 각각의 반도체층(20,30,40,50)이 다층으로 구성될 수 있으며, 추가의 층이 구비될 수도 있다. 또한 제1 반도체층(30)으로 전자를 공급하는 전극(80) 및 제2 반도체층(50)으로 정공을 공급하는 전극(92)이 구비된다. 제1 반도체층(30) 내로 뻗어 있는 가지 전극(81)이 전극(80)의 일부를 형성한다. 전극(80)은 별도의 범프를 이용하여 패키지와 결합할 정도의 높이를 가져도 좋고, 도 2에서와 같이 자체가 패키지와 결합될 정도의 높이로 증착되어도 좋다. 활성층(40)으로부터의 빛을, 성장에 사용되는 기판(10) 측 또는 기판(10)이 제거된 경우에 제1 반도체층(30) 측으로 반사하도록 제2 반도체층(50) 위에 제1 분포 브래그 리플렉터(91)가 구비된다. 제1 분포 브래그 리플렉터(91)는 식각되어 노출된 제1 반도체층(30) 및 전극(80) 일부의 위에 형성될 수 있다. 제1 분포 브래그 리플렉터(91)가 기판(10) 반대 측의 반도체층(30,50) 위의 모든 영역을 반드시 덮어야 하는 것은 아니라는 점을 당업자는 염두에 두어야 한다. 제1 분포 브래그 리플렉터(91) 아래에 간섭 방지막(1)이 구비되어 있다. 전극(92)은 활성층(40)으로부터의 빛을, 기판(10) 측 또는 제1 반도체층(30) 측으로 반사하는데 일조한다는 관점에서 제2 반도체층(50) 위에서 제1 분포 브래그 리플렉터(91)의 전부 또는 거의 대부분을 덮는 도전성 반사막인 것이 바람직하다. 이때 반사율이 높은 Al, Ag와 같은 금속이 사용될 수 있다. 제1 분포 브래그 리플렉터(91)와 제2 반도체층(50) 사이에는 전극(92)으로부터 제2 반도체층(50)으로 전류 공급(엄밀하게는 정공의 공급)을 위해 길게 뻗어 있는 가지 전극(93)이 구비되어 있다. 가지 전극(93)을 도입함으로써, 도 1에 제시된 플립 칩과 도 2에 제시된 플립 칩의 문제점을 모두 개선한 플립 칩을 구현할 수 있는 기초가 마련된다. 즉, 금속 반사막에 의한 빛 흡수를 방지하는 한편, DBR 반사막으로 인한 전류 확산 어려움을 해소할 수 있게 된다. 본 개시가 도 2에 도시된 구조를 가질 수 있음은 물론이며, 도 5에 도시된 개념이 적용될 수 있는 구조라는 어떠한 반도체 발광소자에도 적용이 가능하다. 제1 분포 브래그 리플렉터(91)를 개재한 전극(92)과 가지 전극(93)의 전기적 연통을 위해, 수직 방향으로 제1 분포 브래그 리플렉터(91)를 관통한 전기적 연결(94)이 마련되어 있다. 가지 전극(93) 없이 다수의 전기적 연결(94)을 이용하여 전류를 공급하는 것도 가능하다. 가지 전극(93)의 높이는 0.5um ~ 4.0um가 적당하다. 너무 얇은 두께의 경우 동작전압의 상승을 야기하며, 너무 두꺼운 가지 전극은 공정의 안정성과 재료비 상승을 야기할 수 있기 때문이다. 가지 전극(93) 자체에서도 활성층(40)에서 생성된 빛의 흡수가 일부 있으므로, 바람직하게는 이를 방지하기 위하여, 가지 전극(93) 아래에 광 흡수 방지막(95)이 구비된다. 광 흡수 방지막(95)은 활성층(40)에서 발생된 빛의 일부 또는 전부를 반사하는 기능만을 가져도 좋고, 가지 전극(93)으로부터의 전류가 가지 전극(93)의 바로 아래로 흐르지 못하도록 하는 기능만을 가져도 좋고, 양자의 기능을 모두 가져도 좋다. 이들의 기능을 위해, 광 흡수 방지막(95)은 제2 반도체층(50)보다 굴절률이 낮은 투광성 물질로 된 단일층(예: SiO2) 또는 다층막(예: Si02/TiO2/SiO2) 또는 분포 브래그 리플렉터 또는 단일층과 분포 브래그 리플렉터의 결합 등으로 이루어질 수 있다. 또한 광 흡수 방지막(95)은 비도전성 물질(예: SiOx, TiOx와 같은 유전체막)로 이루어질 수 있다. 가지 전극(93) 및 광 흡수 방지막(95)이 없는 경우에도 바람직하게는 투광성 도전막(60)이 구비된다. 가지 전극(93) 및 광 흡수 방지막(95)이 구비되는 경우에, 투광성 도전막(60)은 이들 사이에 구비되는 것이 일반적이다. 높이를 가지는 구조물로서, 간섭 방지막(1)과 함께 광 흡수 방지막(95) 및/또는 가지 전극(93)을 선택적으로 구비함으로써, 특히, 간섭 방지막(1) 아래에 광 흡수 방지막(95) 및/또는 가지 전극(93)을 선택적으로 구비함으로써, 간섭 방지막(1)을 아주 높게 구성하지 않는 경우에라도, 적어도 부분적으로 제1 분포 브래그 리플렉터(91)로부터 활성층(40)의 거리를 간섭을 효과적으로 방지하는 거리로 확보할 수 있게 되는 것을 당업자는 이해할 수 있을 것이다.
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 형광체(220)를 더 구비한다. 형광체(220)는 에폭시 수지와 혼합되어 봉지제(230)를 형성하고 있으며, 반도체 발광소자가 반사컵(210)에 놓여 있다. 전극(80)과 전극(92)이 도전성 접합제(240,250)를 통해 외부와 전기적으로 연결된다. 형광체(220)가 반드시 반사컵(210)에 놓여야 하는 것은 아니며, 컨포멀 코팅, 스텐실 등의 방법으로 칩에 직접 도포되는 것도 가능하다. 활성층(40)에서 나온 빛은 형광체(220)에 흡수되어, 장파장 또는 단파장의 빛(L1)으로 변환되어 외부로 나가지만, 일부의 빛(L2)은 반도체 발광소자 내에 머무르거나, 반사컵(210)에서 반사되어 반도체 발광소자 내부로 다시 돌아오게 되며, 소멸되어 반도체 발광소자의 효율을 떨어뜨리게 된다. 예를 들어, 활성층(40)에서 나오는 빛이 청색인 경우에 파장은 450nm이고, 제1 분포 브래그 리플렉터(91)가 SiO2/TiO2의 조합으로 이루어지는 경우에, SiO2의 굴절률이 n1이고, TiO2의 파장이 n2라면, SiO2의 두께는 450nm/4n1을 기준으로 맞추어지고, TiO2의 두께는 450nm/4n2를 기준으로 맞추어지게 된다. 그러나 형광체(220)가 황색 형광체(예: YAG:Ce, (Sr,Ca,Ba)2SiO4:Eu)인 경우에, 형광체(220)의 파장은 560nm이 되므로, 청색 빛에 맞추어진 제1 분포 브래그 리플렉터(91)로는 560nm 파장에 대해서는 반사율이 떨어지게 된다. 간섭 방지막(1)으로서, 형광체(220)가 여기되어 나오는 파장에 맞추어진 분포 브래그 리플렉터를 구비함으로써 간섭을 방지하는 한편, 이러한 문제점을 해소할 수 있게 된다. 형광체(220)가 청색, 녹색, 오렌지색, 적색 등의 여러 파장들로 구성되면, 간섭 방지막(1) 내에 이들 색 각각에 맞추어진 분포 브래그 리플렉터를 더 포입할 수 있음은 물론이다. 제1 분포 브래그 리플렉터(91)를 구성하는 물질과 분포 브래그 리플렉터(1)를 구성하는 물질의 일부 또는 전부를 달리할 수 있음은 물론이다. 미설명 동일부호에 대한 설명은 생략한다.
도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 간섭 방지막(1)이 단일의 유전체막(예: SiO2)과 활성층(40)에서 나오는 빛의 파장과 다른 파장을 기준으로 설계된 분포 브래그 리플렉터를 구비하고 있다.
도 11은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 개념적으로 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 복수의 반도체층(30,40,50)과 제1 분포 브래그 리플렉터(91) 사이에 높이 차를 가지는 간섭 방지용 요철(2)을 구비한다. 간섭 방지용 요철(2)을 구비함으로써, 요철(2)의 경계면을 기준으로 활성층(40)에서 생성되는 빛(L41,L42) 및 제1 분포 브래그 리플렉터(91)로부터 반사되는 빛(L92,L93)이 다양한 거리차를 두고 서로 간섭하게 되고, 따라서, 간섭을 줄일 수 있게 된다. 요철(2)은 계단형, 경사형, 파형 등 다양한 형태를 가질 수 있으며, 다양한 높이 차를 둔다는 관점에서, 요철(2)은 파형을 가지는 것이 바람직하다. 요철(2)은 연속하여 이어져 형성되어도 좋지만, 단속적으로 형성될 수 있다. 또한 요철(2)은 스트라이형일 수도 있지만, 섬 형태일 수 있고, 전체적으로 파형을 가질 수도 있다. 그리고 이들의 다양한 조합으로 이루어질 수 있으며, 복수의 요철(2)이 다수의 층으로 구성될 수도 있다. 횡단면은 원형, 삼각형, 사각형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 12는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 도 6과 유사한 구조의 반도체 발광소자가 제시되어 있으며, 미설명 동일 부호에 대한 설명은 생략한다. 투광성 전도막(60)에 요철(2)이 형성되어 있다. 요철(2)은 주로 식각 마스크를 두거나 생략한 상태에서 건식 식각(예: ICP 에칭)으로 형성될 수 있다. 간섭을 보다 확실히 방지하고, 요철(2)에 의한 제1 분포 브래그 리플렉터(91)의 균일도 훼손을 방지하기 위해, 도 6에 도시된 것과 같은 간섭 방지막(1)을 구비하여도 좋지만, 이를 생략하여도 좋다. 이 경우에, 투광성 전도막(60)이 단독으로 간섭 방지막(1)을 형성한다. 부가적으로 도 6에 도시된 바와 같이, 가지 전극(93)과 광 흡수 방지막(95)을 구비할 수 있다. 요철(2)은 건식 식각 또는 습식 식각의 방법으로 형성될 수 있으며, 필요에 따라 식각 마스크가 사용될 수 있다.
도 13은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 요철(2)이 도 6에 도시된 간섭 방지막(1)에 형성되어 있다. 투광성 전도막(60)에 비해 상대적으로 두껍게 형성할 수 있는 간섭 방지막(1) 위에 요철(2)을 구비함으로써, 필요에 따라 요철(2)이 상대적으로 완만한 경사 또는 큰 파형을 가지도록 할 수 있으며, 그 위 형성되는 제1 분포 브래그 리플렉터(91)의 기능 저하를 최소화할 수 있게 된다. 투광성 전도막(60)에 추가적으로 요철(2)을 형성할 수 있음은 물론이다. 도 6에 비해 간섭 방지막(1)의 두께를 얇게 할 수 있는 이점도 가진다. 필요에 따라, 투광성 전도막(60), 가지 전극(93; 도 6 참조)과 광 흡수 방지막(95; 도 6 참조)을 구비할 수 있다.
도 14는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 요철(2)이 단속적으로 형성되어 있다. 요철(2)은 간섭 방지막(1) 및/또는 제1 분포 브래그 리플렉터(1)와 별개로 형성되어 있다. 간섭 방지막(1)의 입장에서 보면, 간섭 방지막(1)의 아래에 요철(2)에 의한 요철 모양이 형성된 것으로 볼 수 있다. 간섭 방지막(1)은 생략될 수 있으며, 요철(2) 자체가 간섭 방지막을 형성한다. 요철(2)은 간섭 방지막(1; 예: SiO2)과 다른 물질(예: TiO2)로 형성되며, 투광성이라면 도전성 물질(투광성 산화물; 예: ITO, ZnO)이든, 비도전성 물질(투광성 물질; 예: TiO2 굴절률을 달리하는 SiO2)이든 상관없다. 요철(2)과 간섭 방지막(1)을 구성하는 물질을 바꾸어 형성하여도 좋다. 요철(2)은 요철(2)을 구성하는 물질을 투광성 전도막(60)의 전면에 구성한 다음, 식각 마스크를 이용하여 이를 식각함으로써 형성하여도 좋고, 요철(2)을 구성하는 물질을 단속적으로 형성한 다음, 이를 식각함으로써, 라운드된 형상으로 만드는 것도 가능하다. 요철(2)은 섬 형상이어도 좋고, 스트라이프 형상이어도 좋으며, 그 단면에도 특별한 제한이 있는 것은 아니다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 반도체 발광소자에 있어서, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 구비되며 전자와 정공의 재결합을 통해 제1 파장의 빛을 생성하는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층; 복수의 반도체층에 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전극; 복수의 반도체층에 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급하는 제2 전극; 활성층에서 생성된 제1 파장의 빛을 반사하도록 설계된 제1 분포 브래그 리플렉터; 그리고, 투광성을 가지며, 복수의 반도체층과 제1 분포 브래그 리플렉터 사이에 구비되고, 활성층과 제1 분포 브래그 리플렉터 사이의 거리를 증가시켜 활성층에서 생성된 빛과 제1 분포 브래그 리플렉터에서 반사되는 빛 간의 간섭을 줄이는 간섭 방지막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(2) 반도체 발광소자에 있어서, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 구비되며 전자와 정공의 재결합을 통해 제1 파장의 빛을 생성하는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층; 복수의 반도체층에 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전극; 복수의 반도체층에 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급하는 제2 전극; 활성층에서 생성된 제1 파장의 빛을 반사하도록 설계된 제1 분포 브래그 리플렉터; 그리고, 투광성을 가지며, 복수의 반도체층과 제1 분포 브래그 리플렉터 사이에 구비되고, 복수의 반도체층과 구분되는 요철을 구비하여 활성층에서 생성된 빛과 제1 분포 브래그 리플렉터에서 반사되는 빛 간의 간섭을 줄이는 간섭 방지막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자
(3) 도 5 내지 도 14에 제시된 기술 사상 및 실시예의 다양한 조합
(4) 요철은 도전성 물질에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. 도 12와 도 14에 도시된 예가 여기에 해당한다.
(5) 복수의 반도체층과 제1 분포 브래그 리플렉터 사이에 투광성 전도막;을 포함하며, 요철은 투광성 전도막에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(6) 요철은 비도전성 물질에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. 도 13과 도 14에 도시된 예가 여기에 해당한다.
(7) 간섭 방지막은 비도전성 물질로 이루어지며, 요철은 비도전성 물질 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. 도 13과 도 14에 도시된 예가 여기에 해당한다.
(8) 간섭 방지막은 비도전성 물질로 이루어지며, 요철은 비도전성 물질 아래에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. 도 12와 도 14에 도시된 예가 여기에 해당한다.
(9) 간섭 방지막은 복수의 반도체층과 제1 분포 브래그 리플렉터 사이에 투광성의 비도전성 물질층과 투광성의 비도전성 물질층과 다른 물질로 된 요철을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. 도 12와 도 14에 도시된 예가 여기에 해당한다. 도 13에서 요철(2)이 간섭 방지막(1)과 별도의 물질과 별도로 형성될 수 있음은 물론이다. 도 14에서 간섭 방지막(1) 위에 요철(2)이 추가적으로 형성될 수 있음도 물론이다.
(10) 간섭 방지막은 복수의 반도체층과 제1 분포 브래그 리플렉터 사이에 투광성의 비도전성 물질층과 투광성의 비도전성 물질층을 구비하며, 간섭 방지막의 적어도 일 측에 요철을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(11) 복수의 반도체층은 3족 질화물 반도체 발광소자인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(12) 간섭 방지막을 관통하는 전기적 연결이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
본 개시에 따른 하나의 반도체 발광소자에 의하면, 반사막에 의한 간섭을 줄일 수 있게 된다.
본 개시에 따른 다른 하나의 반도체 발광소자에 의하면, 반사막과 활성층 사이의 거리를 넓혀 반사막에 의한 간섭을 줄일 수 있게 된다.
본 개시에 따른 다른 하나의 반도체 발광소자에 의하면, 반사막과 활성층 사이에 요철을 구비하여 반사막에 의한 간섭을 줄일 수 있게 된다.
기판(10), 버퍼층(20), 제1 반도체층(30), 활성층(40), 제2 반도체층(50)
Claims (1)
- 플립 칩인 반도체 발광소자에 있어서,
제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 구비되며 전자와 정공의 재결합을 통해 제1 파장의 빛을 생성하는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층;으로서, 기판을 이용하여 성장되는 복수의 반도체층;
복수의 반도체층에 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전극;
복수의 반도체층에 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급하는 제2 전극;
복수의 반도체층을 기준으로 기판의 반대측에 위치하며, 활성층에서 생성된 제1 파장의 빛을 반사하도록 설계된 제1 분포 브래그 리플렉터; 그리고,
투광성을 가지며, 복수의 반도체층과 제1 분포 브래그 리플렉터 사이에 구비되고, 복수의 반도체층과 구분되며, 높이차를 가지는 요철을 구비하여 활성층에서 생성된 빛과 제1 분포 브래그 리플렉터에서 반사되는 빛 간의 간섭을 줄이는 간섭 방지막;을 포함하며,
간섭 방지막은 복수의 반도체층과 제1 분포 브래그 리플렉터 사이에 투광성의 비도전성 물질층과 투광성의 비도전성 물질층과 다른 물질로 된 요철을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
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| A107 | Divisional application of patent | ||
| A201 | Request for examination | ||
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| GRNT | Written decision to grant | ||
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