KR101611479B1 - 반도체 발광소자 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 반도체 발광소자에 있어서, 복수의 반도체층; 복수의 반도체층의 일 측에 구비된 반사층; 육면체 형상을 가지는 성장 기판;으로서, 일면(a face) 및 타면(another face)을 포함하며, 일면이 복수의 반도체층이 형성되는 하면(a lower side), 하면과 대향하는 상면(an upper side), 및 하면과 상면 이어주는 두 개의 측면(lateral sides)을 가지고, 상면이 150㎛이하의 길이를 가지며, 타면은 상기 일면의 일 측면으로부터 이어지며, 복수의 반도체층이 형성되는 하면(a lower side) 및 하면과 대향하는 상면(an upper side)을 가지고, 타면의 상면은 상기 일면의 상면보다 긴 성장 기판; 제1 반도체층과 전기적으로 연통된 제1 전기적 연결(a first electrical connection); 그리고 절연성 반사층을 관통하여 제2 반도체층과 전기적으로 연통되며, 제1 전기적 연결로부터 타면의 상면의 길이방향으로 떨어져 구비되는 제2 전기적 연결(a second electrical connection);을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자에 관한 것이다.

Description

반도체 발광소자{SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 반도체 발광소자에 관한 것으로, 특히 발광효율을 높인 반도체 발광소자 및 제조 방법에 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 1 내지 도 3은 미국 등록특허공보 제5,233,204호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자(100)는 지지 기판(105), 발광부(103), 투광성 윈도우 층(102), 하부 본딩 패드 전극(106) 그리고 상부 본딩 패드 전극(101)을 포함한다. 상면(110)의 길이(A)가 주어진 상태에서, 측면(111)의 길이(D)를 증가시킴으로써, 지지 기판(105)에 의한 광 흡수를 감소시켜 발광효율을 높이는 기술을 제시하고 있다. 즉, 측면(111)의 길이(D)가 (A/2)*tan(θc) 이상으로 되도록 함으로써(θc는 투광성 윈도우 층(102)과 외부와의 임계각), 지지 기판(105)에 의한 광 흡수를 줄이고 있다. 도 3을 참조하면, 반도체 발광소자(100)에서 발광되는 빛을 기준으로 할 때, 영역(R1)의 빛은 상면(110)을 통해 방출되며, 영역(R2)의 빛은 내부 전반사되고, 영역(R3)의 빛(L)은 측면(111)을 통해서 또는 상면(110)에 반사된 다음 측면(111)을 통해 방출된다. 빛(L)이 측면(111)에 입사하는 각은 θeb이며, 각(θeb)은 임계각(θc)보다 작으므로, 영역(R3)의 빛은 하면에 부딪혀서 흡수됨없이 측면(111)을 통해 외부로 방출된다. 이러한 원리는 측면(111)의 길이(D)를 그대로 둔 상태에서, 상면(110)의 길이(A)를 줄이는 경우에도 마찬가지로 적용될 수 있지만, 상면(110)에는 상부 본딩 패드 전극(101)이 존재하므로, 상부 본딩 패드 전극(101)의 크기에 의해 상면(110)의 길이(A)를 줄이는데는 한계가 있으며(이 기술에서 100㎛ 직경의 상부 본딩 패드 전극(101)이 사용되고 있다.), 또한 상면(110)을 통해서도 일정 이상의 광이 외부로 방출되어야 하므로 이러한 요소 또한 상면(110)의 길이(A)를 줄이는데 제약으로 작용한다(이 기술에서 상면(110)의 길이(A)는 250㎛로 예시되어 있다.).
도 4는 미국 등록특허공보 제6,784,463호에 개시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자(200)는 성장 기판(210; 예: 사파이어, SiC, ZnO), 버퍼층(220; 예: GaN), 제1 반도체층(230; 예: Si-doped GaN), 전자와 정공의 재결합을 이용하여 광을 생성하는 활성층(240; 예: InGaN/GaN 다중양자우물구조), 제2 반도체층(250; Mg-doped GaN), 제1 본딩 패드 전극(280) 그리고 활성층(240)에서 생성된 광을 성장 기판(210) 측으로 반사하는 반사막을 가지는 제2 본딩 패드 전극(270)을 포함한다. 도 4에 제시된 반도체 발광소자(200)는 광을 성장 기판(210) 측으로 방출시킨다는 점과 본딩 패드 전극(270,280)이 성장 기판(210) 반대측에 함께 구비된다는 점에서 도 1에 제시된 반도체 발광소자(100)와 차이점이 있으나, 외부와의 전기적 연결을 위해 본딩 패드 전극(270,280)을 구비해야 한다는 점에서는 변함이 없으며, 마찬가지로 성장 기판(210)의 상면 길이를 줄이는데는 한계가 있다.
도 5는 일본 공개특허공보 제2009-164423호에 개시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 성장 기판(310), 제1 반도체층(330), 전자와 정공의 재결합을 이용하여 광을 생성하는 활성층(340), 제2 반도체층(350), 제1 본딩 패드 전극(380), 전류 확산을 위한 투광성 전극(360; 예: ITO), 그리고 제2 본딩 패드 전극(370)을 포함한다. 추가적으로, 활성층(340)에서 생성된 광을 성장 기판(310) 측으로 반사하는 절연성 반사막(390; SiO2/TiO2로 된 DBR(Distributed Bragg Reflector)을 더 구비하며, 제2 본딩 패드 전극(370)은 절연성 반사막(371)에 구비된 복수의 개구(391)를 통해 제2 반도체층(350)과 전기적으로 연통한다. 본딩 패드 전극(370,380)과 반도체층(330,350) 사이에 절연성 반사막(390)이 구비되며, 본딩 패드 전극(370,380)에 의한 광 흡수를 줄일 수 있는 이점을 가지지만, 복수의 개구(391)에서 제2 본딩 패드 전극(380)에 의한 광 흡수는 여전히 문제가 된다.
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, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층 및 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층이 순차로 적층된 복수의 반도체층; 복수의 반도체층의 일 측에 구비되며, 활성층에서 생성된 빛을 반사시키는 반사층; 복수의 반도체층을 기준으로 반사층의 반대 측에 구비되며, 육면체 형상을 가지는 성장 기판;으로서, 일면(a face) 및 타면(another face)을 포함하며, 일면이 복수의 반도체층이 형성되는 하면(a lower side), 하면과 대향하는 상면(an upper side), 및 하면과 상면 이어주는 두 개의 측면(lateral sides)을 가지고, 상면이 150㎛이하의 길이를 가지며, 타면은 상기 일면의 일 측면으로부터 이어지며, 복수의 반도체층이 형성되는 하면(a lower side) 및 하면과 대향하는 상면(an upper side)을 가지고, 타면의 상면은 상기 일면의 상면보다 긴 성장 기판; 제1 반도체층과 전기적으로 연통되며, 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전기적 연결(a first electrical connection); 그리고 절연성 반사층을 관통하여 제2 반도체층과 전기적으로 연통되며, 제1 전기적 연결로부터 타면의 상면의 길이방향으로 떨어져 구비되는 제2 전기적 연결(a second electrical connection);을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자가 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1 내지 도 3은 미국 등록특허공보 제5,233,204호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 미국 등록특허공보 제6,784,463호에 개시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 5는 일본 공개특허공보 제2009-164423호에 개시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 6 및 도 7은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 특징을 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 특징을 설명하기 위한 도면,
도 9 및 도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 특징을 설명하기 위한 도면,
도 11 내지 도 13은 성장 기판의 굴절률에 따른 상면과 측면의 관계를 나타내는 도면,
도 14는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 특징을 설명하기 위한 도면,
도 15 내지 도 17은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 17은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 특징을 설명하기 위한 도면,
도 18 및 도 19는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 20은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 21은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 22는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 23은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예들을 설명하는 도면,
도 24 및 도 25는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예들을 설명하는 도면들,
도 26은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면,
도 27은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면,
도 28은 도 27에서 B-B 선을 따라 취한 단면의 일예를 나타내는 도면,
도 29는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 오믹 전극과 전기적 연결의 접촉의 일 예를 설명하는 도면,
도 30은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면,
도 31은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예들을 설명하는 도면,
도 32는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면,
도 33은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면,
도 34는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면,
도 35는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 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 6 및 도 7은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 특징을 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 도 1에 도시된 반도체 발광소자를 위에서 본 도면으로서, 본딩 패드 전극(101)의 반지름(r)이 50㎛이고, 변(111,112)의 길이가 각각 250㎛인 반도체 발광소자가 도시되어 있다. 변(111,112)의 길이가 직경(2r)의 2배, 그러니까 변(111,112)의 길이가 각각 4r(=200㎛)인 경우를 가정한다면, 본딩 패드 전극(101)의 면적은 πr2이고, 반도체 발광소자의 상면 면적은 (4r)*(4r) = 16r2이 되어, 본딩 패드 전극(101)이 차지하는 면적(πr2)이 전체 면적(16r2)의 π/16 = 19.625%에 이르게 되며, 실제 소자의 형성에서 고려되는 메사 식각면 등을 고려한다면, 20% 이상의 비중을 차지하게 된다. 도 7에는 두 개의 본딩 패드 전극(401,402)이 동일 면 측에 위치하는 래터럴 타입(lateral type) 반도체 발광소자가 예시되어 있다. 본딩 패드 전극(401,402)의 반지름이 r인 경우에, 도 7의 좌측에 도시된 반도체 발광소자의 경우에, 변(411,412)의 길이는 각각 (2+√2)r ≒ 3.414r이 되고, 양자의 면적 비는 2*(πr2)/(3.414r)2 ≒ 53.9%에 이르게 되며, 이러한 소자는 상용의 소자로서 생각하기 어렵다. 도 7의 우측에 도시된 반도체 발광소자의 경우에, 변(411,412)의 길이는 각각 2r과 (3.414)2r/2이 되고, 양자의 면적 비는 마찬가지로 53.9%에 이르게 된다. 예를 들어, 현재 반도체 발광소자에서 사용되는 본딩 패드 전극의 최소 직경인 70㎛를 가정하는 경우에, 좌측의 소자의 경우에, 변(411,412)의 길이가 각각 119.49㎛가 되고, 우측의 소자의 경우에, 변(411, 412)의 길이가 각각 70㎛와 203.97㎛가 되지만, 이러한 소자는 상용의 반도체 발광소자로서는 기능하지 못한다. 좌측의 소자의 경우에, 양자의 면적 비가 20%이하로 되려고만 하여도, 변(411,412)의 길이가 196㎛가 되어야 하며, 우측의 소자의 경우에도 변(412)의 길이를 그대로 두고, 변(411)의 길이를 70㎛로부터 204㎛로 늘려야 양자의 면적 비가 겨우 18.5%가 된다. 따라서, 본딩 패드 전극을 반도체 발광소자의 상부에 두는 경우에, 단변의 길이를 200㎛이하로 한다는 것은 효율적인 소자를 구성할 수 없다.
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 특징을 설명하기 위한 도면으로서, 본 개시에 따른 반도체 발광소자는 전자와 정공을 이용하여 빛을 생성하는 활성층(40; 예: InGaN/(In)GaN 다중 양자우물 구조), 활성층(40)이 성장되는 성장 기판(10; 예: Al2O3) 그리고 활성층(40)에서 생성된 빛을 성장 기판(10) 측으로 반사하는 반사층(R)을 포함한다. 따라서 빛이 방출되는 측인 상면(110)에는 본딩 패드 전극이 구비되지 않으므로, 광 방출면 측에서의 본딩 패드 전극에 의한 설계상의 제약을 근본적으로 제거할 수 있게 된다.
도 9 및 도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 특징을 설명하기 위한 도면으로서, 도 3에서 제한적인 상면(110)의 길이(A)에 대해 측면(111)의 길이(D)를 (A/2)*tan(θc) 이상이 되도록 한 반도체 발광소자에서 한 걸음 더 나아가, 도 9에 도시된 바와 같이, 상면(110)의 길이(B)가 도 3에서의 상면(110)의 길이(A; 2D/tan(θc))의 절반 이하가 되도록 구성한 반도체 발광소자가 제시되어 있다. 이러한 구성을 통해, 영역(R2)에서 내부 전반사되는 빛(L)의 적어도 일부가 반도체 발광소자의 하면에 부딪히지 않고, 반도체 발광소자의 측면(111)에 부딪히게 된다. 실제 반도체 발광소자에서, 측면(111)은 스크라이빙 및/또는 브레이킹에 의해 형성되는 면이므로, 완전한 평탄면이 아니며, 바람직하게는 레이저 또는 식각을 통해 광 산란을 위한 거친 표면이 형성되므로, 임계각(θc) 이상의 입사각으로 측면(111)에 입사되는 광의 경우에도 측면(111)을 통해 외부로 방출되는 것이 가능하며, 따라서 발광효율을 향상시킬 수 있다. 바람직하게는 상면(110)의 길이(B)를 길이(C = (2D)*tan(θc)) 이하로 함으로써, 영역(R2)의 빛 모두가 상면(110)에 반사된 후 측면(111)으로 입사하도록 하는 것이 가능하다. 도 10에 도시된 바와 같이, 측면(111)의 길이(D)를 도 9에서 주어진 (B/2))*tan(θc) 이상으로 높이면, 영역(R2)에서의 빛(L)의 적어도 일부가 상면에 부딪힘없이 직접 측면(111)으로 입사할 수 있게 된다. 측면(111)의 길이(D)의 상한과 하한에 대해서 살피면, 특별히 제한이 있는 것은 아니지만, 너무 얇으면, 복수의 반도체층을 지지하는데 문제를 야기할 수 있고, 너무 두꺼우면, 소자의 브레이킹 공정에서 문제를 야기할 수 있으므로, 70㎛이상 180㎛이하의 길이를 가지는 것이 적합하며, 바람직하게는 80㎛이상 150㎛이하의 길이를 가진다.
도 11 내지 도 13은 성장 기판의 굴절률에 따른 상면과 측면의 관계를 나타내는 도면으로서, 도 11에는 성장 기판(10)이 굴절률이 1.8 정도인 사파이어로 이루어진 경우에 상면(110)과 측면(111)의 길이 관계가 제시되어 있다. 측면(111)의 길이(D)가 70㎛인 경우에 상면(110)의 길이(B)가 102㎛이하여야 도 9에 제시된 관계를 만족하지만(도 9의 경우에, 성장 기판의 좌측 코너에서 빛이 나오는 것으로 가정하였다.), 도 14에 도시된 바와 같이, 실제 반도체 발광소자의 경우에, 활성층(40)이 성장 기판(10)으로부터 거리를 두고 위치하고, 스크라이빙&브레이킹 공정을 위해, 소자의 둘레를 따라, 적어도 제2 반도체층(50)과 활성층(40)을 에칭하여 제1 반도체층(30)에 메사식각면(31)을 형성하는 것이 일반적이다. 메사식각면(31)의 총 길이(M)가 20~40㎛ 정도(한 쪽의 폭이 10~20㎛ 정도)이고, 성장 기판(10)의 하면(113)에서 활성층(40)에 이르는 거리가 3~10㎛ 정도인 것을 감안하면(이는 3족 질화물 반도체를 기준으로 한 것이며, 반도체 발광소자를 구성하는 물질에 따라 차이가 있을 수 있다. 즉 10㎛이상이 되는 경우도 있을 수 있다.), 측면(111)의 길이(B)가 70㎛인 경우에, 활성층(40)까지의 거리가 3~10㎛인 점을 고려하면 상면(110)의 길이(B)의 상한치 102㎛가 14㎛정도까지 확장될 수 있고, 메사식각면의 총 길이(M)를 고려하면 또한 20~40㎛정도까지 확장될 수 있다. 따라서, 성장 기판(10)의 측면(111)의 길이(D)가 70㎛일 때, 상면(110)의 길이(B)가 150㎛인 경우에도 도 9에서 설명된 관계가 만족될 수 있음을 알 수 있다. 도 12에는 성장 기판(10)의 굴절률이 2인 경우에 상면(110)과 측면(111)의 길이 관계가 제시되어 있다. ZnO가 이러한 굴절률에 근접한다. 도 13에는 성장 기판(10)의 굴절률이 1.5인 경우에 상면(110)과 측면(111)의 길이 관계가 제시되어 있다. 이 경우에 임계각이 40°를 넘는 이점이 있으나, 반도체 발광소자를 이루는 반도체 물질(예: GaN)과의 굴절률의 차이가 커진다는 단점도 함께 가진다. 굴절률이 1.4가 되면 임계각이 45°보다 커지게 되나, 마찬가지의 문제점을 가진다.
도 15 및 도 16은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 전체적으로 육면체 형상을 가지는 성장 기판(10; 예: 사파이어 기판), 제1 반도체층(30; 예: n형 GaN), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40; 예: InGaN/(In)GaN 다중양자우물 구조) 및 제2 반도체층(50; p형 GaN), 활성층(40)에서 생성된 빛을 반사시키는 반사층(R; 예: SiO2/TiO2과 같은 절연 물질로 된 DBR 또는 ODR, 유전체막의 반복 적층 구조, 단일층(예: SiO2) 또는 복수층 유전체막 등), 그리고, 전자와 정공을 공급하는 전극(70) 및 전극(80)을 포함한다. 전극(70,80)은 복수의 반도체층(30,40,50)으로부터 절연되어 있으며, 반사층(R)을 관통하여 형성된 전기적 연결(71,81; Electrical Connections)을 통해 복수의 반도체층(30,40,50)과 전기적으로 연통 또는 연결된다. 전기적 연결(81)은 적어도 제2 반도체층(50)과 활성층(40)을 관통하여 제1 반도체층(30)까지 이어져 있다. 반도체 발광소자의 둘레를 따라 도 14에 도시된 바와 같이, 제1 반도체층(30)이 노출되는 메사식각면(31)을 추가로 구비하는 것이 일반적이며, 복수의 반도체층(30,40,50)은 성장 기판(10)과 제1 반도체층(30) 사이에 버퍼층을 더 포함할 수 있고, 제1 반도체층과 제2 반도체층의 도전성은 서로 바뀔 수 있으며, 필요에 따라 추가의 층들이 구비될 수 있다. 반도체 발광소자는 이를 구성하는 물질에 따라, 자외선부터 적외선까지의 빛을 방출할 수 있다. 또한 반사층(R)과 제2 반도체층(50) 사이에 전류 확산을 위한 전류 확산 전극(예: ITO)을 더 구비할 수 있으며, 전기적 연결(71,81)과 반도체층(30,50) 사이에 구동 전압을 낮추기 위한 20~30㎛ 정도의 직경을 가지는 오믹 전극을 구비할 수도 있다. 전기적 연결(71,81)은 전극(70,80)과 함께 형성되어도 좋고, 전극(70,80)과 별도로 형성될 수도 있다. 성장 기판(10)의 일면(12; a face)은 복수의 반도체층(30,40,50)이 형성되는 하면(112; a lower side), 하면(112)과 대향하는 상면(110; an upper side), 및 하면(112)과 상면(110) 이어주는 두 개의 측면(111; lateral sides)을 가진다. 또한 성장 기판(10)은 일면(12)의 일 측면(111)으로부터 이어진 타면(13; another face)을 가지며, 타면(13)은 복수의 반도체층(30,40,50)이 형성되는 하면(113) 및 하면(113)과 대향하는 상면(114)을 가진다.
일면(12)의 상면(110)은 150㎛이하의 길이를 가지며, 따라서 도 9에서 설명된 본 개시에 따른 특징이 그대로 적용된다. 한편 타면(13)의 상면(114)의 길이방향을 따라 전극(70,80)이 배치되며, 타면(13)의 상면(114)을 일면(12)의 상면(110) 보다 길게 형성함으로써, 반도체 발광소자 전체의 발광량을 결정할 수 있게 된다. 이러한 구성을 통해, 광이 방출되는 측에서 전극(70,80)이 위치함으로써 발생하는 여러 제약을 제거할 수 있으며, 나아가 적어도 일면(12)의 상면(110)의 길이방향을 따라 위치되는 전기적 연결(71,81)의 수를 최소화하여 이들에 의한 광 흡수를 줄이는 것이 가능해진다.
도 17은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 특징을 설명하기 위한 도면으로서, DBR과 같은 절연성 반사막(R) 위에 전극(70,80)을 구비한 반도체 발광소자에 있어서, 전극(70)과 전극(80) 사이의 간격(G; 150㎛, 300㎛, 450㎛, 600㎛)을 넓혀가면서, 발광효율을 확인한 결과이다(여기서, w는 1200㎛, c는 600㎛, A는 520㎛, B는 485㎛, 410㎛, 355㎛, 260㎛이 사용되었으며, 효과상의 차이를 확실히 하기 위해 큰 사이크의 칩이 사용되었다). 일반적으로 전극(70,80)에 의해 빛이 흡수되지만, 전극(70,80)을 Ag, Al과 같이 반사율이 높은 금속으로 구성하는 경우에 반사율을 높일 수 있는 것으로 알려져 왔다. 또한 전극(70,80)은 본딩 패드, 반도체 발광소자의 방열을 위해서도 기능해야 하므로, 이러한 요소를 고려하여 그 크기를 결정해야 한다. 그러나, 본 발명자들은 위 실험에서와 같이, DBR과 같은 절연성 반사막(R)이 이용되는 경우에 그 위에 놓이는 전극(70,80)의 크기를 줄일수록, 절연성 반사막(R)에 의한 광 반사율이 높아진다는 것을 확인하였으며, 이러한 실험 결과는 본 개시에서 전극(70,80)의 크기를 종래에 생략할 수 없었던 범위로 줄일 수 있는 일 계기를 제공하였다.
도 18 및 도 19는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 도 15에 도시된 반도체 발광소자와 달리 반사막(R)이 별도로 구비되지 않고, 전극(70)이 반사막으로 기능한다. 전극(70)이 Al, Ag과 같이 반사율이 높은 금속을 함유함으로써, 금속 반사막으로 기능할 수 있다. 전극(80)과 복수의 반도체층(30,40,50)의 전기적 절연을 위해 절연막(90; 예: SiO2)이 구비되어 있으며, 절연막(90)을 관통하여 전기적 연결(81)이 형성되어 있다. 절연막(90)이 전극(70) 위로 걸쳐서 형성될 수 있음은 물론이며, 절연막(90)이 단일층의 유전체막, 복수층의 유전체막, DBR, ODR(Omni-Directional Reflector)로 구성될 수 있음도 물론이다.
도 20은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 복수의 반도체층(30,40,50) 위에 금속 반사막(R)을 구비하며, 절연막(90)을 통해 전극(70,80)을 복수의 반도체층(30,40,50)으로부터 전기적으로 절연한 다음, 전기적 연결(71,81)을 통해 전극(70,80)과 복수의 반도체층(30,40,50)을 전기적으로 연통시킨 구조가 제시되어 있다.
도 21은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 반사막(R) 위에 전극(70,80)이 형성되어 있으며, 전극(70,80)의 배치 방향을 따라 복수 개의 전기적 연결(71,71,81)이 형성되어 있다. 전극(80)이 복수 개 형성될 수 있음은 물론이다. 전극(70,80)의 배치 방향을 따라 소자가 길어짐에 따라 소자로의 전류 공급을 원활히 하기 위함이다.
도 22는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 전극(70,80)과 별개로 방열패드(72)가 구비되어 있다. 열방출이 필요한 경우에, 전기적 연결을 갖지 않는 방열패드(72)를 구비함으로써, 열방출을 도모할 수 있다.
도 23은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예들을 설명하는 도면으로서, 반도체 발광소자는 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나는 반사층을 기준으로 복수의 반도체층의 반대측에 구비되는 플립칩(flip chip)이다. 성장 기판의 일면의 상면은 150㎛ 이하의 길이를 가지며, 따라서, 도 9에서 설명된 본 개시에 따른 특징이 그대로 적용된다. 전술한 바와 같이, 소자의 길이를 길게 하여 발광량 등을 정할 수 있다. 제2 전기적 연결(71)이 복수 개가 타면의 상면(114)의 길이방향으로 배열되어 있으며, 성장 기판의 일면의 상면(110)이 150㎛ 이하로 좁게 형성됨에 따라 제1 전기적 연결(81) 및 제2 전기적 연결(71)이 일렬로 배열되어 있다. 성장 기판의 일면의 측면(111)의 길이는 70㎛이상 180㎛이하의 길이를 가지는 것이 적합하며, 바람직하게는 80㎛이상 150㎛이하의 길이를 가진다. 예를 들어, 타면의 상면(114)의 길이는 일면의 상면(110)의 3배 정도이며, 경우에 따라서는 3배 이상으로 형성하는 것이 좋을 수도 있으며, 물론 3배 이하도 가능하다.
제1 전기적 연결(81) 및 제2 전기적 연결(71)의 직경이 대략 20~30㎛ 정도 또는 그 이하의 직경을 가질 수 있다. 제2 전극은 각 제2 전기적 연결(71)에 대응하며 서로 떨어져 형성되며, 도 17에서 설명된 바와 같이, 잘 선택된 면적비 또는 전극(70,80) 간격을 가짐으로써 전극(70,80)에 의한 광흡수 손실을 줄여서 휘도가 향상된다. 이에 대해서는 도 26에서 더 후술된다.
제1 반도체층(예: n형 GaN)보다 제2 반도체층(p형 GaN)에서 전류확산이 더 문제되기 때문에 도 23a에 제시된 바와 같이, 제2 전기적 연결(71)이 더 많이 구비될 수 있으며, 단변 방향(D1; 성장기판의 일면의 상면의 길이방향)으로 2개 정도의 전기적 연결을 배열하는 것이 불가능한 것은 아니지만, 장변 방향(D2; 성장기판이 타면의 상면의 길이방향)으로 일렬로 배열하여도 전류 공급에 문제가 없으며 광흡수 감소 측면에서 바람직하다. 일렬로 배열된 제2 전기적 연결(71)의 일렬 측 끝에 제1 전기적 연결(81)이 구비되어 있다. 경우에 따라서는 도 23b에 제시된 바와 같이, 소자가 장변방향(D2)으로 더 길어지는 경우 제1 전기적 연결(81) 및 제2 전기적 연결(71)을 모두 복수 개로 일렬로 배열될 수 있다.
도 24 및 도 25는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예들을 설명하는 도면들로서, 성장 기판의 일면의 상면은 150㎛ 이하의 길이를 가지며, 따라서, 도 9에서 설명된 본 개시에 따른 특징이 그대로 적용된다. 도 23에 제시된 예들과 달리 제1 전기적 연결(81)의 양측에 각각 제2 전기적 연결(71)이 구비되어 있거나(도 25a 참조), 전극이 생략되고 전기적 연결(71,81)만 구비되는 실시예(도 25b 참조)도 가능하다. 따라서, 균일성 측면에서는 조금 나을 수 있지만, 반도체 발광소자와 전기적으로 연결되는 외부전극의 형상 등이 달라질 수 있다. 제1 전극(80) 및 제2 전극(70)은 외부전극과의 전기적 연결용 전극으로서, 외부전극과 유테틱 본딩되거나, 솔더링되거나 와이어 본딩도 가능하다. 외부전극은 서브마운트에 구비된 도통부, 패키지의 리드 프레임, PCB에 형성된 전기 패턴 등일 수 있으며, 반도체 발광소자와 독립적으로 구비된 도선이라면 그 형태에 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 솔더링의 경우, 각 전극에 솔더를 디스펜싱 하거나 프린팅하는 등의 방법으로 솔더링할 수 있다. 소자의 길이가 늘어나면 전기적 연결의 개수도 3개, 4개, 5개, 및 6개 등으로 증가시킬 수 있다.
도 26은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면으로서, 도 24a에서 A-A 선을 따라 취한 단면이 일 예이다. 절연성 반사층(R)의 예로 다층구조의 절연성 반사층이 예시되어 있다. 전류확산을 위해 전류 확산 전극(60; 예: ITO)이 제2 반도체층(50)과 절연성 반사층(R) 사이에 형성되어 있다. 절연성 반사층(R)에 형성된 개구(62)에 제2 전기적 연결(71)이 형성되며, 제2 전극(70)과 전류 확산 전극(60)을 전기적으로 연결한다. 개구(63)에 형성된 제1 전기적 연결(81)은 제2 반도체층(50) 및 활성층(40)이 식각되어 노출된 제1 반도체층(30)과 전기적으로 연결된다. 제1 전기적 연결(81)과 제1 반도체층(30), 제2 전기적 연결(71)과 전류 확산 전극(60) 간의 전기적 도통에서 동작전압 상승을 억제 또는 강하하기 위해 오믹 전극(72,82)이 제1 반도체층(30) 및 전류 확산 전극(60) 위에 형성되어 전기적 연결(71,81)과 각각 접촉한다. 오믹 전극(72,82)과 전기적 연결(71,81)의 전기적 연결의 안정성을 향상하기 위해 개구(62,63)가 오믹 전극(72,82)의 주변까지 노출하도록 하고, 전기적 연결(71,81)이 오믹 전극(72,82)을 감싸도록 형성할 수 있다.
절연성 반사층(R)은 DBR(Distributed Bragg Reflector) 또는 ODR(Omni-Directional Reflector)일 수 있다. 본 예에서 절연성 반사층(R)은 금속 반사막에 의한 광흡수 감소를 위해 비도전성 물질로 형성되며, 다층 구조의 일 예로, 절연성 반사층(R)은 유전체막(91b), 분포 브래그 리플렉터(91a) 및 클래드막(91c)을 포함한다.
정밀성을 요하는 분포 브래그 리플렉터(91a)의 증착에 앞서, 일정 두께의 유전체막(91b)을 형성함으로써, 오믹 전극(72,82)과 같은 구조물로 인해 높이차를 완화하여 분포 브래그 리플렉터(91a)를 안정적으로 제조할 수 있게 되며, 빛의 반사에도 도움을 줄 수 있다. 유전체막(91b)의 재질은 SiO2가 적당하며, 그 두께는 0.2㎛ ~ 1.0㎛가 바람직하다. 상기 높이차를 완화하는데(step coverage), 플라즈마 화학 기상 증착법(PECVD; Plasma Enhanced CVD)과 같은 화학 기상 증착법이 전자선 증착법(E-Beam Evaporation) 등과 같은 물리 증착법(PVD; Physical Vapor Deposition)에 비해 유리하므로 소자 신뢰성 확보를 위해 화학 기상 증착법으로 유전체막을 형성하는 것이 바람직하다.
분포 브래그 리플렉터(91a)는 유전체막(91b) 위에 형성된다. 분포 브래그 리플렉터(91a)는 반사율이 다른 물질의 반복 적층, 예를 들어, SiO2/TiO2, SiO2/Ta2O2, 또는 SiO2/HfO의 반복 적층으로 이루어질 수 있으며, Blue 빛에 대해서는 SiO2/TiO2가 반사효율이 좋고, UV 빛에 대해서는 SiO2/Ta2O2, 또는 SiO2/HfO가 반사효율이 좋을 것이다. 분포 브래그 리플렉터(91a)가 SiO2/TiO2로 구성되는 경우 활성층(40)으로부터 나오는 빛의 파장의 1/4의 광학 두께를 기본으로 입사 각도와 파장에 따른 반사율등을 고려해서 최적화 공정을 거치는 것이 바람직하며, 반드시 각 층의 두께가 파장의 1/4 광학 두께를 지켜야 하는 것은 아니다. 그 조합의 수는 4 ~ 40 페어(pairs)가 적합하다. 분포 브래그 리플렉터(91a)가 SiO2/TiO2의 반복적층구조로 이루어지는 경우, 분포 브래그 리플렉터(91a)는 물리 증착법(PVD; Physical Vapor Deposition), 그 중에서도 전자선 증착법(E-Beam Evaporation) 또는, 스퍼터링법(Sputtering) 또는 열 증착법(Thermal Evaporation)에 의해 형성하는 것이 바람직하다.
클래드막(91c)은 Al2O3와 같은 금속 산화물, SiO2, SiON와 같은 유전체막(91b), MgF, CaF, 등의 물질로 이루어질 수 있다. 클래드막(91c)은 λ/4n 내지 3.0㎛의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 여기서 λ는 활성층(40)에서 생성된 빛의 파장이고, n은 클래드막(91c)을 이루는 물질의 굴절률이다. λ가 450nm(4500A)인 경우에, 4500/4*1.46 = 771A 이상의 두께로 형성될 수 있다.
빛의 반사 및 가이드를 위해 분포 브래그 리플렉터(91a)의 유효 굴절률이 유전체막(91b)의 굴절률보다 큰 것이 바람직하다. 분포 브래그 리플렉터(91a)보다 낮은 굴절률을 가지는 클래드막(91c)을 도입하면 전극(70,80)에 의한 광흡수가 많이 감소될 수 있다. 이렇게 굴절률을 선택하면 유전체막(91b)-분포 브래그 리플렉터(91a)-클래드막(91c)이 광 웨이브가이드(optical waveguide)로 볼 수 있다. 분포 브래그 리플렉터(91a)가 SiO2/TiO2로 구성되는 경우에, SiO2의 굴절률이 1.46이고, TiO2의 굴절률이 2.4이므로, 분포 브래그 리플렉터의 유효굴절률은 1.46과 2.4 사이의 값을 가진다. 따라서, 유전체막(91b)이 SiO2로 이루어질 수 있으며, 그 두께는 0.2㎛ ~ 1.0㎛가 적당하다. 클래드막(91c)도 분포 브래그 리플렉터(91a)의 유효굴절률보다 작은 1.46의 굴절률을 가지는 SiO2로 형성될 수 있다.
광 웨이브가이드의 관점에서는 바람직하지 않지만, 본 개시의 전체 기술사상의 관점에서, 유전체막(91b)이 생략되는 경우를 생각해 볼 수 있으며, 분포 브래그 리플렉터(91a)와 클래드막(91c)으로 된 구성을 배제할 이유는 없다. 분포 브래그 리플렉터(91a) 대신에 유전체인 TiO2 재질의 유전체막(91b)을 포함하는 경우를 생각해 볼 수도 있을 것이다. 분포 브래그 리플렉터(91a)가 가장 위층에 SiO2 층을 구비하는 경우, 클래드막(91c)을 생략하는 경우 또한 생각해 볼 수 있을 것이다. 또한, 실질적으로 횡방향으로 진행하는 빛의 반사율을 고려해서 유전체막(91b)과 분포 브래그 리플렉터(91a)가 설계된다면, 분포 브래그 리플렉터(91a)가 가장 위층에 TiO2 층을 구비하는 경우에도 클래드막(91c)을 생략하는 경우 또한 생각해 볼 수 있을 것이다.
이와 같이, 유전체막(91b), 분포 브래그 리플렉터(91a) 및 클래드막(91c)은 절연성 반사층(R)으로서 광 웨이브가이드의 역할을 수행하며, 전체 두께가 1 ~ 8㎛인 것이 바람직하다.
분포 브래그 리플렉터(91a)는 수직 방향에 가까운 빛일 수록 반사율이 높아서, 대략 99% 이상 반사한다. 그러나 비스듬히 입사하는 빛은 분포 브래그 리플렉터(91a)를 통과하며, 클래드 막(91c) 또는 절연성 반사층(R) 상면에 입사하며, 전극(70,80)에 의해 덮이지 않은 부분에서는 빛이 거의 반사되지만, 전극극(70,80)에 입사하는 빛(L2)은 일부가 흡수된다.
다시 도 17을 참조하면, 간격(G)를 150um(도 17a),300um(도 17b),450um(도 17c),600um(도 17d)로 변경하고, 발광소자의 외곽과 전극의 에지와의 겝은 일정하다. 전극이 서로 대향하는 방향으로 발광소자의 에지 간의 거리(W)는 1200um이고, 세로 길이(c)는 600um이고, 전극의 가로(b)는 485,410,335,260um이고, 전극의 세로(a)는 520um로 일정하다. 발광소자의 평면적과 전극의 면적비는 각각 0.7, 0.59, 0.48, 0.38이된다. 비교 기준으로 전극 간격이 80um인 경우, 면적비는 0.75가 된다. 전극 면적이 동일하면, 전극 간격이 변화해도 휘도에 큰 차이가 없음을 알았다.
도 17에 제시된 그래프는 도 17a,17b,17c,17d에서 설명된 실험예들의 결과를 나타내며, 비교 기준휘도를 100으로 할 때, 106.79(도 17a),108.14(도 17b),109.14(도 17c),111.30(도 17d)의 휘도를 확인하였다. 휘도의 상승이 상당히 높은 것을 확인할 수 있다. 전극의 면적비를 0.38 보다 더 작게 하면 휘도 상승이 더 있을 수 있으며, 이런 측면에서 도 25(b)와 같이 전극의 생략을 생략하거나 전기적 연결보다 약간 넓게 하는 실시예, 또는 전기적 연결이 반사층(R)으로부터 약간 돌출되어 전극의 기능까지 하는 실시예를 고려할 수 있다.
도 27은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면이고, 도 28은 도 27에서 B-B 선을 따라 취한 단면의 일 예를 나타내는 도면이다. 성장 기판의 일면의 상면은 150㎛ 이하의 길이를 가지며, 따라서 도 9에서 설명된 본 개시에 따른 특징이 그대로 적용된다. 제1 오믹 전극(82)이 제1 반도체층(30)과 제1 전기적 연결(81) 사이에 개재되어 있고, 제2 오믹 전극(72)이 제2 전기적 연결(71)과 전류 확산 전극(60) 사이에 개재되어 있으며, 제2 오믹 전극(72)은 장변 방향으로 길게 뻗어 전류를 더 잘 확산되도록 한다. 이와 같이, 제2 오믹 전극(72)이 길게 뻗음에 따라 도 27에 제시된 바와 같이 제2 전기적 연결(71) 및 제2 전극(70)의 개수가 감소될 수 있으며, 그 결과 광흡수가 줄어서 휘도 향상에 유리할 수 있다.
반도체 발광소자는 광흡수 방지막(41)을 더 포함한다. 광흡수 방지막(41)은 제2 반도체층(50) 위에 제2 오믹 전극(72)에 대응하여 형성되며, 활성층(40)에서 발생된 빛의 일부 또는 전부를 반사하는 기능만을 가져도 좋고, 제2 오믹 전극(72)으로부터의 바로 아래로 전류가 흐르지 못하도록 하는 기능만을 가져도 좋고, 양자의 기능을 모두 가져도 좋다. 광흡수 방지막(41)은 생략될 수 있다.
도 29는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 오믹 전극과 전기적 연결의 접촉의 일 예를 설명하는 도면으로서, 일면의 상면은 150㎛ 이하의 길이를 가지며, 따라서 도 9에서 설명된 본 개시에 따른 특징이 그대로 적용된다. 성장 기판의 일면의 길이(단변의 길이)가 150㎛ 이하이고 장변 방향으로 길게 형성되어 있어서 한정된 면적에서 전기적 연결의 개수도 제한될 수 있다. 따라서 각 전기적 연결과 복수의 반도체층 간의 전기적 연결의 저항을 줄여서 전류 공급을 원활하게 하고, 동작전압의 상승을 억제하는 것이 바람직하다. 본 예에서 절연성 반사층(R)에 개구(62,63; 도 28 참조) 형성시 개구(62,63)로 노출되는 오믹 전극(72,82) 일면에 전기적 연결에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다. 오믹 전극(72,82)의 일면의 일부를 제거하여(도 28 참조) 전기적 연결에 좋지 않은 영향을 제거하고, 전기적 연결(71,81)은 상기 일부가 제거된 오믹 전극(72,82)과 접촉할 수 있다.
본 예에서는 제2 오믹 전극(72)은 전류 확산 전극(60) 위에 순차로 형성된 접촉층(72a), 반사층(72b), 확산방지층(72c), 산화방지층(72d) 및 식각방지층(72e; 보호층)을 포함한다. 제1 오믹 전극(82)도 이와 동일 유사한 구조를 가진다. 접촉층(72a)은 전류 확산 전극(60; 예: ITO)과의 좋은 전기적 접촉을 이루는 물질(예: Cr, Ti, Ni, TiW, Al, Ag 등)로 이루어지는 것이 바람직하다. 반사층(72b)은 활성층(40)에서 생성된 빛을 복수의 반도체층(30, 40, 50) 측으로 반사하도록 반사율이 우수한 금속(예: Ag, Al 또는 이들의 조합)으로 이루어질 수 있다. 반사층(72b)은 생략될 수 있다. 확산방지층(72c)은 반사층(72b)을 이루는 물질 또는 산화방지층(72d)을 이루는 물질이 다른 층으로 확산되는 것을 방지하도록 Ti, Ni, Cr, W, TiW 등에서 선택된 적어도 하나로 이루질 수 있으며, 높은 반사율이 요구되는 경우에, Al, Ag 등이 사용될 수 있다. 반사층과 확산방지층을 반복적층하는 구조(예: Al/Ni/Al/Ni/Al/Ni)도 가능하다. 산화방지층(72d)은 Au, Pt 등으로 이루어질 수 있고, 외부로 노출되어 산소와 접촉하여 산화가 잘 되지 않는 물질이라면 어떠한 물질이라도 좋다. 산화방지층(72d)으로는 전기 전도도가 좋은 Au가 주로 사용된다. 식각방지층(72e)은 개구(62) 형성을 위한 건식식각공정에서 노출되는 층으로서, 건식식각공정에서 식각방지층(72e)은 오믹 전극(72)을 보호하며 특히, 산화방지층(72d)의 손상을 방지한다. 식각방지층(72e)으로 Au를 사용하는 경우 절연성 반사층(R)과 접합력이 약할 뿐만 아니라 식각시에 Au의 일부가 손상 또는 훼손될 수 있다. 따라서 식각방지층(72e)은 Au 대신에 Ni, W, TiW, Cr, Pd, Mo 등과 같은 물질로 이루어지면, 절연성 반사층(R)과의 접합력이 유지되어 신뢰성이 향상될 수 있다. 개구(62,63) 형성을 위한 건식식각공정(예; 플라스마 식각)의 식각가스(예: CF4, C2F6, C3F8, SF6)와 반응하여 전기적 도통에 좋지 않은 물질(예: NiF)이 형성될 수 있다. 이후, 후속되는 다른 습식식각공정에 의해 개구(62,63)에 대응하는 식각방지층(72e)이 제거되며, 이러한 물질이 함께 제거되며, 전기적 연결(83)이 노출된 산화 방지층(72d)에 접촉하여, 상기 물질로 인한 동작전압 상승 등 문제가 방지된다.
도 30은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면으로서, 성장 기판(10) 일면의 상면(114)은 150㎛ 이하의 길이를 가지며, 따라서 도 9에서 설명된 본 개시에 따른 특징이 그대로 적용된다. 본 예는 도 28에 제시된 실시예와 다르게 복수의 반도체층(30,40,50)과 절연성 반사층(R1) 사이에 제2 오믹 전극과 같이 길게 뻗는 금속 띠 대시 섬형 오믹 전극(72)가 구비되어 광흡수 손실이 감소되며, 절연성 반사층 (R1) 위에서 길게 뻗는 연결 전극(74)이 도입되어 원하는 위치에 전류 공급 통로를 만들 수 있도록 한다. 연결 전극(74)을 덮도록 절연성 반사층(R) 위에 추가의 절연막(R2)이 형성된다. 빛의 반사율 향상을 위해 절연성 반사층(R1) 및 추가의 절연막 (R2) 중 적어도 하나는 ODR 또는 DBR을 포함할 수 있다. 본 예에서 절연성 반사층(R1)은 도 26에서 설명된 것과 같은 유전체막, 분포 브래그 리플렉터, 및 클래드막을 포함한다. 또한, 추가의 절연막(R2)도 다층구조를 가지며, 절연성 반사층(R1)으로부터 차례로 적층된 유전체막(95b), 분포 브래그 리플렉터(95a), 및 유전체막(95c)을 포함한다. 추가의 절연막(R2)도 전술된 광가이드 구조를 가질 수 있다.
도 31은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예들을 설명하는 도면으로서, 성장 기판의 일면의 상면은 150㎛ 이하의 길이를 가지며, 따라서 도 9에서 설명된 본 개시에 따른 특징이 그대로 적용된다. 본 예의 소자는 단변 방향으로 150㎛ 이하의 길이를 가지지만, 도 31a에 제시된 바와 같이, 제2 전기적 연결(71)의 일렬 상에서 제1 전기적 연결(81)을 약간 벗어나게 배열하거나, 제1 전기적 연결(81)과 제2 전기적 연결(81)을 지그재그로 배열하거나, 제1 전기적 연결(81)과 제2 전기적 연결(81)을 서로 다른 열로 배열하는 것도 가능하다. 또 다른 예로, 제2 전극(70)이 복수의 제2 전기적 연결(71)을 연결하는 형태를 가지는 것도 가능하며, 외부전극과의 본딩시 복수의 제2 전기적 연결(71) 중 일부만 본딩되어도 제2 전극(70)을 통해 복수의 제2 전기적 연결(71)로 모두 전류가 공급될 수 있다. 제1 전기적 연결(81)이 복수인 경우 제1 전극(80)도 마찬가지로 이들을 연결하도록 형성할 수 있다.
도 32는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면으로서, 성장 기판의 일면의 상면은 150㎛ 이하의 길이를 가지며, 따라서 도 9에서 설명된 본 개시에 따른 특징이 그대로 적용된다. 반도체 발광소자는 제1 전극(80)과 접합되며 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 도전부(3)와, 제2 전극(70)과 접합되며 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급하는 제2 도전부(2,4)와, 제1 도전부(3) 및 제2 도전부(2,4)가 고정되어 있는 고정부(도시되지 않음)를 포함한다. 제1 도전부(3) 및 제2 도전부(2,4)는 반도체 발광소자의 제1 전극(80) 및 제2 전극(70)의 배열 패턴(예: 도 23 내지 도 31 참조)에 따라 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(80) 양측으로 각각 제2 전극(70)이 구비된 경우, 이에 맞추어 제2 도전부(2,4) 사이에 제1 도전부(3)가 구비되며, 제1 전극(80) 및 제2 전극(70)은 제1 도전부(3) 및 제2 도전부(2,4)에 유테틱 본딩, 솔더링 등의 방법으로 본딩된다. 제1 도전부(3)의 양측이 제2 도전부(2,4)는 서로 분리될 수도 있고, 제1 도전부(3)를 피하도록 일체로 패터닝될 수도 있다. 다수의 반도체 발광소자를 직렬 또는 병렬로 배열할 수 있으며, 이에 맞추어 제1 도전부(3) 및 제2 도전부(2,4)가 패터닝될 수 있다.
도 33은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면으로서, 도 32의 C-C 선을 따라 취한 단면의 일 예일 수 있다. 고정부(8), 제1 도전부(3) 및 제2 도전부(2,4)을 포함하는 인쇄회로기판 위에 반도체 발광소자가 표면실장되는 예가 제시되어 있다. 제1 도전부(3) 및 제2 도전부(2,4)는 인쇄회로기판에 패터닝된 금속층이다.
도 34는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면으로서, 도 32의 C-C 선을 따라 취한 단면의 다른 예일 수 있다. 고정부(8), 제1 도전부(3) 및 제2 도전부(2,4)는 플레이트(5)를 구성한다. 금속막(예: Al,Cu)/절연체막(예; 수지)을 반복적층하고, 이를 적층된 방향과 수직하게 또는 비스듬히 자르면, 금속막으로 된 제1 도전부(3) 및 제2 도전부(2,4)와 이들을 연결 및 고정하는 고정부(8; 절연체)로 이루어진 플레이트(5)가 만들어질 수 있다. 이러한 플레이트(5)에는 도 34에 제시된 바와 같이 복수의 반도체 발광소자를 직렬 또는 병렬로 실장할 수 있다. 복수의 반도체 발광소자를 덮는 봉지부(9)가 형성되어 있다.
도 35는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면으로서, 도 32의 C-C 선을 따라 취한 단면의 또 다른 예일 수 있다. 반도체 발광소자 주변 또는 둘레에 플레이트(5) 위에 화이트 수지를 프린팅하거나, 디스펜싱하고 경화시켜 반사벽(6)이 형성될 수 있다. 반사벽(6)은 반도체 발광소자를 수용하는 공간을 형성하며, 봉지재(9)는 공간을 채우며 반도체 발광소자를 보호한다. 반도체 발광소자의 제1 전극(80) 및 제2 전극(70)은 플레이트(5)의 각 도전부(2,3,4)에 본딩되며, 전류 공급 통로 및 방열 통로로 기능할 수 있다. 반사벽(6)은 플레이트(5)의 상면에 필요한 만큼만 형성되며, 플레이트(5)의 하면으로 불필요한 연장이 없다. 따라서 플레이트(5)는 전원전달과 함께 좋은 히트싱크가 된다. 또한, 플레이트(5)의 상면에 반사율 향상을 위해 Ag와 같은 물질로 반사막을 형성할 수 있다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 반도체 발광소자에 있어서, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층 및 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층이 순차로 적층된 복수의 반도체층; 복수의 반도체층의 일 측에 구비되며, 활성층에서 생성된 빛을 반사시키는 반사층; 복수의 반도체층을 기준으로 반사층의 반대 측에 구비되며, 육면체 형상을 가지는 성장 기판;으로서, 일면(a face) 및 타면(another face)을 포함하며, 일면이 복수의 반도체층이 형성되는 하면(a lower side), 하면과 대향하는 상면(an upper side), 및 하면과 상면 이어주는 두 개의 측면(lateral sides)을 가지고, 상면이 150㎛이하의 길이를 가지며, 타면은 상기 일면의 일 측면으로부터 이어지며, 복수의 반도체층이 형성되는 하면(a lower side) 및 하면과 대향하는 상면(an upper side)을 가지고, 타면의 상면은 상기 일면의 상면보다 긴 성장 기판; 제1 반도체층과 전기적으로 연통되며, 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전기적 연결(a first electrical connection); 그리고 절연성 반사층을 관통하여 제2 반도체층과 전기적으로 연통되며, 제1 전기적 연결로부터 타면의 상면의 길이방향으로 떨어져 구비되는 제2 전기적 연결(a second electrical connection);을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
본 개시는 성장 기판이 반드시 육면체에 한정되는 것은 아니고, 일 면에 비해 타 면이 긴 다면체인 경우를 포함한다.
(2) 제1 전기적 연결 및 제2 전기적 연결 중 적어도 하나는 상기 길이방향으로 복수 개가 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(3) 반사층은 절연성 반사층을 포함하며, 제1 전기적 연결과 연결되도록 절연성 반사층 위에 구비된 제1 전극; 그리고 제2 전기적 연결과 연결되도록 반사층 위에 구비된 제2 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(4) 제2 반도체층과 절연성 반사층 사이에서 뻗으며, 제2 전기적 연결과 연결된 연장형(extending type) 하부전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(5) 제2 반도체층 및 활성층이 식각되어 노출된 제1 반도체층과 제1 전기적 연결 사이에 개재되는 제1 섬형(island type) 하부전극; 그리고 제2 반도체층과 제2 전기적 연결 사이에 개재되는 제2 섬형 하부전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(6) 반사층은: 분포 브래그 리플렉터(Distributed Bragg Reflector);를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(7) 제1 전기적 연결 및 제2 전기적 연결이 길이방향으로 일렬로 구비되고, 제1 전기적 연결 및 제2 전기적 연결 중 적어도 하나는 복수 개가 연속적으로 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(8) 복수의 제2 전기적 연결이 길이방향으로 일렬로 배열되고, 길이방향으로 제1 전기적 연결의 양측에는 각각 제2 전기적 연결이 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(9) 복수의 제2 전기적 연결 및 서로 떨어진 복수의 제2 전극;을 포함하며, 각 제2 전극이 각 제2 전기적 연결에 연결된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(10) 위에서 관찰할 때, 반도체 발광소자의 평면적에 대한 제1 전극 및 제2 전극의 면적의 합이 비율이 0.7 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(11) 제1 전극 및 제2 전극과 떨어져 반사층 위에 구비된 방열패드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(12) 복수의 제2 전기적 연결을 포함하며, 반사층 위에서 뻗으며, 복수의 제2 전기적 연결을 연결하는 연결 전극; 반사층 위에 형성되는 절연층; 절연층 위에 형성되며, 절연층을 관통하여 제1 전기적 연결에 전기적으로 연결되는 제1 전극; 그리고 절연층 위에 형성되며, 절연층을 관통하여 연결 전극에 전기적으로 연결되는 제2 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(13) 제1 전극과 접합되는 제1 도전부; 제2 전극과 접합되는 제2 도전부; 그리고 제1 도전부 및 제2 도전부가 고정되어 있는 고정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(14) 복수의 제2 전기적 연결이 길이방향으로 일렬로 배열되고, 길이방향으로 제1 전기적 연결의 양측에는 각각 제2 전기적 연결이 구비되며, 제2 도전부는 양측의 제2 전극을 전기적으로 연결하며, 제1 도전부를 피하도록 패터닝된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(15) 일면의 상면의 길이(B)는 2D/2*tan(θc)보다 작은 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자(여기서, D는 두 개의 측면의 길이, θc는 전반사 임계각).
(16) 일면의 상면의 길이(B)는 (2D)*tan(θc)이하인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자(여기서, D는 두 개의 측면의 길이, θc는 전반사 임계각).
(17) 두 개의 측면이 70㎛이상의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(18) 두 개의 측면이 180㎛이하의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(19) 두 개의 측면이 80㎛이상 150㎛이하의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(20) 성장 기판은 사파이어 기판인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
본 개시에 따른 하나의 반도체 발광소자에 의하면, 반도체 발광소자 내의 광 흡수를 줄여 광취출효율을 향상할 수 있게 된다.
성장 기판(10), 제1 반도체층(30), 활성층(40), 제2 반도체층(50)

Claims (20)

  1. 반도체 발광소자에 있어서,
    제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층 및 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층이 순차로 적층된 복수의 반도체층;
    복수의 반도체층의 일 측에 구비되며, 활성층에서 생성된 빛을 반사시키는 절연성 반사층;
    복수의 반도체층을 기준으로 반사층의 반대 측에 구비되며, 육면체 형상을 가지는 성장 기판;으로서, 일면(a face) 및 타면(another face)을 포함하며, 일면이 복수의 반도체층이 형성되는 하면(a lower side), 하면과 대향하는 상면(an upper side), 및 하면과 상면 이어주는 두 개의 측면(lateral sides)을 가지고, 상면이 150㎛이하의 길이를 가지며, 타면은 일면의 일 측면으로부터 이어지며, 복수의 반도체층이 형성되는 하면(a lower side) 및 하면과 대향하는 상면(an upper side)을 가지고, 타면의 상면은 상기 일면의 상면보다 긴 성장 기판;
    제1 반도체층과 전기적으로 연통되며, 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전기적 연결(a first electrical connection); 그리고
    절연성 반사층을 관통하여 제2 반도체층과 전기적으로 연통되며, 제1 전기적 연결로부터 타면의 상면의 길이방향으로 떨어져 구비되는 제2 전기적 연결(a second electrical connection);을 포함하며,
    복수의 제2 전기적 연결을 포함하고,
    반사층 위에서 뻗으며, 복수의 제2 전기적 연결을 연결하는 연결 전극;
    반사층 위에 형성되는 절연층;
    절연층 위에 형성되며, 절연층을 관통하여 제1 전기적 연결에 전기적으로 연결되는 제1 전극; 그리고
    절연층 위에 형성되며, 절연층을 관통하여 연결 전극에 전기적으로 연결되는 제2 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제1 전기적 연결 및 제2 전기적 연결 중 적어도 하나는 상기 길이방향으로 복수 개가 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    제2 반도체층과 절연성 반사층 사이에서 뻗으며, 제2 전기적 연결과 연결된 연장형(extending type) 하부전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  5. 청구항 1에 있어서,
    제2 반도체층 및 활성층이 식각되어 노출된 제1 반도체층과 제1 전기적 연결 사이에 개재되는 제1 섬형(island type) 하부전극; 그리고
    제2 반도체층과 제2 전기적 연결 사이에 개재되는 제2 섬형 하부전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  6. 청구항 1에 있어서,
    절연성 반사층은:
    분포 브래그 리플렉터(Distributed Bragg Reflector);를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  7. 청구항 2에 있어서,
    제1 전기적 연결 및 제2 전기적 연결이 길이방향으로 일렬로 구비되고,
    제1 전기적 연결 및 제2 전기적 연결 중 적어도 하나는 복수 개가 연속적으로 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  8. 청구항 2에 있어서,
    복수의 제2 전기적 연결이 길이방향으로 일렬로 배열되고,
    길이방향으로 제1 전기적 연결의 양측에는 각각 제2 전기적 연결이 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  9. 청구항 1에 있어서,
    복수의 제2 전기적 연결 및 서로 떨어진 복수의 제2 전극;을 포함하며,
    각 제2 전극이 각 제2 전기적 연결에 연결된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  10. 청구항 1에 있어서,
    위에서 관찰할 때, 반도체 발광소자의 평면적에 대한 제1 전극 및 제2 전극의 면적의 합이 비율이 0.7 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  11. 청구항 1에 있어서,
    제1 전극 및 제2 전극과 떨어져 반사층 위에 구비된 방열패드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  12. 삭제
  13. 청구항 1에 있어서,
    제1 전극과 접합되는 제1 도전부;
    제2 전극과 접합되는 제2 도전부; 그리고
    제1 도전부 및 제2 도전부가 고정되어 있는 고정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  14. 청구항 13에 있어서,
    복수의 제2 전기적 연결이 길이방향으로 일렬로 배열되고,
    길이방향으로 제1 전기적 연결의 양측에는 각각 제2 전기적 연결이 구비되며,
    제2 도전부는 양측의 제2 전극을 전기적으로 연결하며, 제1 도전부를 피하도록 패터닝된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  15. 청구항 1에 있어서,
    일면의 상면의 길이(B)는 2D/2*tan(θc)보다 작은 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자(여기서, D는 두 개의 측면 각각의 길이, θc는 전반사 임계각).
  16. 청구항 1에 있어서,
    일면의 상면의 길이(B)는 (2D)*tan(θc)이하인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자(여기서, D는 두 개의 측면 각각의 길이, θc는 전반사 임계각).
  17. 청구항 1, 청구항 15, 청구항 16 중의 어느 한 항에 있어서,
    두 개의 측면 각각이 70㎛이상의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  18. 청구항 1, 청구항 15, 청구항 16 중의 어느 한 항에 있어서,
    두 개의 측면 각각이 180㎛이하의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  19. 청구항 18에 있어서,
    두 개의 측면 각각이 80㎛이상 150㎛이하의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  20. 청구항 1에 있어서,
    성장 기판은 사파이어 기판인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
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