KR101742617B1 - 발광소자 - Google Patents

발광소자 Download PDF

Info

Publication number
KR101742617B1
KR101742617B1 KR1020100107979A KR20100107979A KR101742617B1 KR 101742617 B1 KR101742617 B1 KR 101742617B1 KR 1020100107979 A KR1020100107979 A KR 1020100107979A KR 20100107979 A KR20100107979 A KR 20100107979A KR 101742617 B1 KR101742617 B1 KR 101742617B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light emitting
layer
semiconductor layer
conductive
emitting structure
Prior art date
Application number
KR1020100107979A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120046374A (ko
Inventor
정환희
이상열
송준오
최광기
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to KR1020100107979A priority Critical patent/KR101742617B1/ko
Publication of KR20120046374A publication Critical patent/KR20120046374A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101742617B1 publication Critical patent/KR101742617B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/38—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/075—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00
    • H01L25/0756—Stacked arrangements of devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0093—Wafer bonding; Removal of the growth substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/38—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape
    • H01L33/382—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape the electrode extending partially in or entirely through the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes

Abstract

실시예는 제1 도전형 반도체층과 활성층과 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층 상의 제1 전극을 포함하는 제1 발광 구조물; 제1 도전형 반도체층과 활성층과 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층 상의 제1 전극을 포함하는 제2 발광 구조물; 및 상기 제1 발광 구조물의 제2 도전형 반도체층과 상기 제2 발광 구조물의 제2 도전형 반도체층에 공통된 제2 전극을 포함하는 발광 소자를 제공한다.

Description

발광소자{LIGHT EMITTING DEVICE}
실시예는 발광소자에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Ligit Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
실시예는 발광소자의 광효율을 향상시키고자 하는 것이다.
실시예는 제1 도전형 반도체층과 활성층과 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층 상의 제1 전극을 포함하는 제1 발광 구조물; 제1 도전형 반도체층과 활성층과 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층 상의 제1 전극을 포함하는 제2 발광 구조물; 및 상기 제1 발광 구조물의 제2 도전형 반도체층과 상기 제2 발광 구조물의 제2 도전형 반도체층에 공통된 제2 전극을 포함하는 발광 소자를 제공한다.
여기서, 상기 제1 발광 구조물은 상기 제1 발광 구조물 내의 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층에 전류가 동일한 방향으로부터 공급되는 수평형 발광 소자이고, 제2 발광 구조물은 상기 제2 발광 구조물 내의 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층에 전류가 반대 방향으로부터 공급되는 수직형 발광소자일 수 있다.
그리고, 상기 제1 발광 구조물과 제2 발광 구조물은 상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층에 전류가 반대 방향으로부터 공급되는 수직형 발광소자일 수 있다.
그리고, 상기 제1 발광 구조물은 상기 제1 발광 구조물 내의 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층에 전류가 동일한 방향으로부터 공급되는 수평형 발광 소자이고, 상기 제1 발광 구조물은 절연성 기판 상에 구비되고, 상기 제1 발광 구조물의 제1 전극은 상기 기판 내에 비아 홀 타입으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제1 발광 구조물과 상기 제2 발광 구조물은 도전성 기판을 통하여 연결될 수 있다.
그리고, 상기 제1 발광 구조물의 제1 도전형 반도체층 상의 제1 전극과 상기 제2 발광 구조물의 제1 도전형 반도체층 상의 제1 전극은 통전될 수 있다.
그리고, 상기 발광소자는 상기 제1 발광 구조물과 제2 발광 구조물 중 적어도 하나 상에 구비된 오믹층을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 발광소자는 상기 오믹층 상에 구비된 반사층을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 발광소자는 상기 반사층 상에 구비된 도전층을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 도전층은 니켈, 백금, 티타늄, 텅스텐, 바나듐, 철 및 몰리브덴 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 반사층은 상기 제2 발광 구조물의 제2 도전형 반도체층과 접하고, 상기 제2 전극은 상기 반사층 상에 구비될 수 있다.
다른 실시예는 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 제1 발광 구조물과, 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 제2 발광 구조물을 결합하는 단계; 상기 제1 발광 구조물의 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 발광 구조물의 제1 도전형 반도체층 상에 각각 제1 전극을 형성하는 단계; 및 상기 제1 발광 구조물의 제2 도전형 반도체층과 상기 제2 발광 구조물의 제2 도전형 반도체층에 공통된 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 발광소자의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 제1 발광 구조물은 상기 제1 발광 구조물 내의 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층에 전류가 동일한 방향으로부터 공급되는 수평형 발광 소자이고, 상기 제1 발광 구조물은 절연성 기판 상에 구비되고, 상기 제1 발광 구조물에 제1 전극을 형성하는 단계는 상기 기판에 홀을 형성하고 상기 홀에 전극 재료를 주입할 수 있다.
그리고, 상기 제1 발광 구조물과 상기 제2 발광 구조물을 결합하는 단계는 도전성 기판을 통하여 결합할 수 있다.
또한, 상기 제1 발광 구조물을 식각하여 상기 제1 도전형 반도체층을 노출하고, 상기 노출된 제1 도전형 반도체층 상에 상기 제1 전극을 형성할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 발광구조물의 광효율이 향상된다.
도 1은 발광소자의 제1 실시예를 나타낸 도면이고,
도 2a 내지 도 2k는 도 1의 발광소자의 제조공정을 나타낸 도면이고,
도 3은 발광소자의 제2 실시예를 나타낸 도면이고,
도 4a 내지 도 4j는 도 3의 발광소자의 제조공정을 나타낸 도면이고,
도 5는 발광소자의 제3 실시예를 나타낸 도면이고,
도 6a 내지 도 6i는 도 5의 발광소자의 제조공정을 나타낸 도면이고,
도 7은 발광소자 패키지의 일실시예의 단면도이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
상기의 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 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은 발광소자의 제1 실시예를 나타낸 도면이다. 도 1에서 2개의 발광소자가 도전성 지지기판(270)을 통하여 결합되어 있다.
도 1의 아래의 제1 발광소자는 기판(100) 상에 제1 발광구조물(120)이 구비되어 있다. 상기 기판(100)은 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함하며, 예컨대 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 기판(100) 위에는 요철 구조가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
그리고, 상기 기판(100) 상에 제1도전형 반도체층(122)과 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)을 포함하는 발광 구조물(120)이 구비된다.
이때, 상기 발광 구조물(120)과 기판(100) 사이에는 버퍼층(미도시)이 구비될 수 있는데, 재료의 격자 부정합 및 열 팽창 계수의 차이를 완화하기 위한 것이다. 상기 버퍼층의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층 위에는 언도프드(undoped) 반도체층이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(122)은 제1 도전형 도퍼트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(122)이 N형 반도체층인 경우, 상기 제1도전형 도펀트는 N형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(122)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제1 도전형 반도체층(122)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
상기 활성층(124)은 제1 도전형 반도체층(122)을 통해서 주입되는 전자와 이후 형성되는 제2 도전형 반도체층(126)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(발광층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(124)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(124)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(124)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, AlGaN/GaN, InAlGaN/GaN , GaAs,/AlGaAs(InGaAs), GaP/AlGaP(InGaP) 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
상기 활성층(124)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(124)의 밴드 갭보다는 높은 밴드 갭을 갖을 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(126)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(126)이 P형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 P형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
실시예에서 상기 제1 도전형 반도체층(122)은 P형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층(126)은 N형 반도체층으로 구현할 수 있다. 또한 상기 제2 도전형 반도체층(126) 위에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체 예컨대 상기 제 2도전형 반도체층이 P형 반도체층일 경우 N형 반도체층(미도시)을 형성될 수 있다. 이에 따라 발광 구조물(120)은 N-P 접합 구조, P-N 접합 구조, N-P-N 접합 구조, P-N-P 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다.
그리고, 상기 제2 도전형 반도체층(126)에서 상기 제1 도전형 반도체층(122)의 일부분까지 식각되어 있는데, 사파이어 기판과 같이 절연성 기판을 사용하는 경우 기판 하부에 전극을 형성할 수 없기 때문에 전극(제1 전극)을 형성할 수 있는 공간이 확보된다.
그리고, 상기 제2 도전형 반도체층(126) 상에 오믹층(130)과 반사층(140)이 구비된다. 상기 오믹층(230)은 약 200 옹스트롱의 두께로 구비되는데, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
그리고, 반사층(240)은 약 2500 옹스르통의 두께로 형성되는데, 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 로듐(Rh), 혹은 Al이나 Ag이나 Pt나 Rh를 포함하는 합금을 포함하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 알루미늄이나 은 등은 상기 활성층(224)에서 발생된 빛을 효과적으로 반사하여 발광소자의 광추출 효율을 개선할 수 있다.
그리고, 상기 발광구조물(120)의 노출된 측면과 오믹층(130) 및 반사층(140)의 측면에는 패시베이션층(190)이 구비된다. 상기 패시베이션층(190)은 절연물질로 이루어질 수 있으며, 상기 절연물질은 비전도성인 산화물이나 질화물로 이루어질 수 있다. 일 예로서, 상기 패시베이션층(190)은 실리콘 산화물(SiO2)층, 산화 질화물층, 산화 알루미늄층으로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 반사층(140) 상에는 도전층(150)은 니켈(Ni), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 바나듐(V), 철(Fe) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나의 물질로 이루어지며, 하나의 층(Layer) 또는 복수 개의 층으로 이루어질 수 있다. 상기 도전층(250)은 상기 오믹층(230)과 반사층(240)을 감싸며 지지할 수 있다.
그리고, 상술한 제1 발광소자는 도전성 지지기판(270)을 통하여 하기의 제2 발광소자와 결합된다. 이때, 상기 도전층(150)과 도전성 지지기판(270)의 사이에는 결합층(160)이 형성되는데, 상기 결합층(260)은 금(Au), 주석(Sn), 인듐(In), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 은(Ag), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
그리고, 도전성 지지기판(270)은 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 또한, 금(Au), 구리합금(Cu Alloy), 니켈(Ni-nickel), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: GaN, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiGe, SiC, SiGe, Ga2O3 등) 등을 선택적으로 포함할 수 있다.
상기 도전성 지지기판(270)의 상부에는 제2 발광소자가 구비된다. 상기 도전성 지지기판(270)의 다른 면(도 1에서 상부)에는 결합층(260)을 통하여 도전층(250)이 구비된다. 그리고, 상기 도전층(250) 상에는 반사층(240)과 오믹층(230)이 구비되는데, 상기 도전층(250)이 상기 반사층(240)과 오믹층(230)을 감싸는 형상이다.
그리고, 상기 오믹층(230) 상에는 제2 발광구조물(220)이 구비되어 있다. 상기 제2 발광 구조물(220)은 제2 도전형 반도체층(226)과 활성층(224) 및 제1 도전형 반도체층(222)을 포함한다. 그리고, 상기 제1 도전형 반도체층(222)의 표면에는 요철이 형성되어 있다. 상기 요철 구조는 상기 제1 도전형 반도체층(222)의 표면적을 증가시키는 효과도 있는데, 통상적으로 마루와 골의 개수는 주기적이거나 비주기적일 수 있다. 제2 발광소자에서 발광구조물(220)과 오믹층(230)과 반사층(240)과 도전층(250)과 결합층(260)의 조성은 제1 발광소자 내의 동일한 층의 조성과 동일하다.
그리고, 상기 제1 도전형 반도체층(122, 222) 상에는 각각 제1 전극(180, 280)이 구비된다. 상기 2개의 제1 전극(180, 280)은 서로 분리되어 있으나, 발광소자에 전류를 공급할 때 통전될 수 있다.
그리고, 상기 도전층(250)의 노출된 영역에는 제2 전극(285)이 구비되는데, 상기 제2 전극(285)은 제1 발광소자와 제2 발광소자에 공통전극이 된다. 즉, 상기 제2 전극(285)을 통하여 공급된 전류는 상기 제2 도전형 반도체층(126, 226)에 함께 전류를 공급한다. 상기 제1 전극(180, 280)과 제2 전극(285)는 몰리브덴, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 금(Au), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 백금(Pt), 바나듐(V), 텅스텐(W), 납(Pd), 구리(Cu), 로듐(Rh) 및 이리듐(Ir) 중에서 선택된 어느 하나의 금속 또는 상기 금속들의 합금으로 이루어질 수 있다.
상술한 발광소자는 수평형의 제1 발광소자와 수직형의 제2 발광소자가 함께 발광할 수 있어서 발광효율의 향상을 기대할 수 있다. 또한, 각각의 발광소자에 구비된 반사층의 작용으로 수평 방향과 수직 방향 모두에 고른 광투사로 인하여 휘도의 균일성을 기대할 수 있다.
여기서, 수평형 발광소자는 각 도전형 반도체층에 전류가 주입되는 방향이 동일한 발광소자를 뜻하는데, 도 1을 기준으로 발광 구조물(120)의 제1 도전형 반도체층(122)와 제2 도전형 반도체층(126) 모두 윗 방향으로부터 전류가 공급된다. 그리고, 수직형 발광소자는 각 도전형 반도체층에 전류가 주입되는 방향이 반대인 발광소자를 뜻하는데, 도 1을 기준으로 발광 구조물(220)의 제1 도전형 반도체층(222)에는 윗 방향으로부터 전류가 공급되고 제2 도전형 반도체층(226)에는 아래 방향으로부터 전류가 공급된다. 수직형 발광소자와 수평형 발광소자에 대한 본 명세서에서의 정의는 아래의 다른 실시예에서도 동일하다.
도 2a 내지 도 2k는 도 1의 발광소자의 제조공정을 나타낸 도면이다. 이하에서, 도 2a 내지 도 2k를 참조하여 도 1의 발광소자의 제조공정을 설명한다.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이 기판(100) 상에 발광구조물(120)을 성장시킨다. 상기 기판(100)은 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함하며, 예컨대 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 기판(100) 위에는 요철 구조가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 기판(100)에 대해 습식세척을 하여 표면의 불순물을 제거할 수 있다.
그리고, 상기 기판(100) 상에 제1도전형 반도체층(122)과 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)을 포함하는 발광 구조물(120)을 형성할 수 있다.
이때, 상기 발광 구조물(120)과 기판(100) 사이에는 버퍼층(미도시)을 성장시킬 수 있는데, 재료의 격자 부정합 및 열 팽창 계수의 차이를 완화하기 위한 것이다. 상기 버퍼층의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층 위에는 언도프드(undoped) 반도체층이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 상기 발광 구조물(120)은, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy), HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)법과 같은 기상 증착법에 의해 성장될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(122)은 제1 도전형 도퍼트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(122)이 N형 반도체층인 경우, 상기 제1도전형 도펀트는 N형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(122)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제1 도전형 반도체층(122)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(122)은 화학증착방법(CVD) 혹은 분자선 에피택시 (MBE) 혹은 스퍼터링 혹은 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 등의 방법을 사용하여 N형 GaN층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(122)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 실리콘(Si)와 같은 n 형 불순물을 포함하는 실란 가스(SiH4)가 주입되어 형성될 수 있다.
상기 활성층(124)은 제1 도전형 반도체층(122)을 통해서 주입되는 전자와 이후 형성되는 제2 도전형 반도체층(126)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(발광층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(124)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(124)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(124)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, AlGaN/GaN, InAlGaN/GaN , GaAs,/AlGaAs(InGaAs), GaP/AlGaP(InGaP) 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
상기 활성층(124)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(124)의 밴드 갭보다는 높은 밴드 갭을 갖을 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(126)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(126)이 P형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 P형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(126)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 마그네슘(Mg)과 같은 p 형 불순물을 포함하는 비세틸 사이클로 펜타디에닐 마그네슘(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}가 주입되어 p형 GaN층이 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 상기 제1 도전형 반도체층(122)은 P형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층(126)은 N형 반도체층으로 구현할 수 있다. 또한 상기 제2 도전형 반도체층(126) 위에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체 예컨대 상기 제 2도전형 반도체층이 P형 반도체층일 경우 N형 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다. 이에 따라 발광 구조물(120)은 N-P 접합 구조, P-N 접합 구조, N-P-N 접합 구조, P-N-P 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다.
그리고, 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 제2 도전형 반도체층(126)에서 상기 제1 도전형 반도체층(122)의 일부분까지 RIE(Reactive Ion Etching) 방식으로 메사(Mesa) 식각한다. 즉, 사파이어 기판과 같이 절연성 기판을 사용하는 경우 기판 하부에 전극을 형성할 수 없기 때문에, 상기 제2 도전형 반도체층(126)부터 상기 제1 도전형 반도체층(122)의 일부분까지 메사(Mesa) 식각함으로써, 전극을 형성할 수 있는 공간을 확보한다.
그리고, 도 2c에 도시된 바와 같이 상기 발광구조물(120)의 측면을 식각하여 상기 기판(100)을 노출시킨다. 이때, 도 2b에 도시된 공정에서 식각된 영역은 전극 형성을 위한 공간이므로 손상되지 않도록 한다. 이때, 상기 제2 도전형 반도체층(126) 상에 오믹층(130)과 반사층(140)을 형성할 수 있는데, 오믹층(130)과 반사층(140)의 조성은 후술하는 바와 같다.
그리고, 도 2d에 도시된 바와 같이 도 2c의 공정에서 식각된 상기 발광구조물(120)의 측면에 패시베이션층(Passivation layer, 190)을 증착할 수 있다. 이때, 상기 패시베이션층(190)은 상기 반사층(140)과 동일한 높이로 증착될 수 있다.
여기서, 상기 패시베이션층(190)은 절연물질로 이루어질 수 있으며, 상기 절연물질은 비전도성인 산화물이나 질화물로 이루어질 수 있다. 일 예로서, 상기 패시베이션층(190)은 실리콘 산화물(SiO2)층, 산화 질화물층, 산화 알루미늄층으로 이루어질 수 있다.
상술한 공정으로 제1 발광소자를 준비하였으며, 아래에서 제2 발광소자를 준비한다.
먼저, 도 2e에 도시된 바와 같이 기판(200) 상에 발광구조물(220)을 성장시키는데, 발광구조물(220)은 제1 도전형 반도체층(222)와 활성층(224) 및 제2 도전형 반도체층(226)을 포함한다. 상기 기판과 발광구조물(220)의 구체적인 조성은 도 2a에 기재된 바와 같다.
그리고, 도 2f에 도시된 바와 같이 제2 도전형 반도체층(226) 상에 오믹층(230)을 약 200 옹스트롱의 두께로 적층한다.
상기 오믹층(230)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다. 그리고, 상기 오믹층(230)은 스퍼터링법이나 전자빔 증착법에 의하여 형성될 수 있다.
그리고, 상기 오믹층(230) 상에 반사층(240)을 약 2500 옹스르통의 두께로 형성할 수 있다. 상기 반사층(140)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 로듐(Rh), 혹은 Al이나 Ag이나 Pt나 Rh를 포함하는 합금을 포함하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 알루미늄이나 은 등은 상기 활성층(224)에서 발생된 빛을 효과적으로 반사하여 발광소자의 광추출 효율을 개선할 수 있다.
그리고, 도 2g에 도시된 바와 같이 상기 반사층(240) 상에 도전층(250)을 형성할 수 있다. 상기 도전층(250)은 니켈(Ni), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 바나듐(V), 철(Fe) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나의 물질로 이루어지며, 하나의 층(Layer) 또는 복수 개의 층으로 이루어질 수 있다. 상기 도전층(250)은 상기 오믹층(230)과 반사층(240)을 감싸며 지지할 수 있다.
그리고, 상기 도전층(250) 상에는 결합층(260)이 형성될 수 있는데, 상기 도전층(250)이 결합층의 기능을 수행하거나, 금(Au), 주석(Sn), 인듐(In), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 은(Ag), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 결합층(260)을 형성하여 하기의 도전성 지지기판(270)과 상기 도전층(250)을 결합시킬 수 있다.
그리고, 도 2h에 도시된 바와 같이, 상기 기판(200)을 분리한다. 상기 기판(200)의 제거는 엑시머 레이저 등을 이용한 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off: LLO)의 방법으로 할 수도 있으며, 건식 및 습식 식각의 방법으로 할 수도 있다.
레이저 리프트 오프법을 예로 들면, 상기 기판(200) 방향으로 일정 영역의 파장을 가지는 엑시머 레이저 광을 포커싱(focusing)하여 조사하면, 상기 기판(200)과 발광 구조물(220)의 경계면에 열 에너지가 집중되어 경계면이 갈륨과 질소 분자로 분리되면서 레이저 광이 지나가는 부분에서 순간적으로 기판(200)의 분리가 일어난다.
그리고, 도 2i에 도시된 바와 같이 상기 발광구조물(220)을 소자 단위로 다이싱(dicing)하고, 상기 제1 도전형 반도체층(222)의 표면에 요철 구조를 형성한다. 요철 구조는 상기 제1 도전형 반도체층(222)의 표면을 식각하여 형성할 수 있는데, 식각액(가령, KOH)의 양과 GaN 결정성에 의한 식각 속도 차이 등을 조절함으로써, 미세 크기의 요철의 형상을 조절할 수 있다. 상기 요철 구조는 상기 제1 도전형 반도체층(222)의 표면적을 증가시키는 효과도 있는데, 통상적으로 마루와 골의 개수는 주기적이거나 비주기적일 수 있다.
그리고, 도 2j에 도시된 바와 같이 상술한 공정에 따라 제조된 제1 발광소자와 제2 발광소자를 결합한다. 이때, 상기 제1 발광소자의 제2 도전형 반도체층(126)과 제2 발광소자의 제2 도전형 반도체층(226)이 서로 대향하는 방향으로 결합시키는데, 후술하는 바와 같이 적어도 하나의 전극을 공통 전극으로 형성하기 위하여서이다.
먼저, 제1 발광소자 상에 도전층(150)을 형성한다. 도전층(150)의 조성은 상기 제2 발광소자의 도전층(250)과 동일하며, 하나의 층(Layer) 또는 복수 개의 층으로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 도전층(150)은 상기 발광구조물(120)을 감싸며 지지할 수 있다.
그리고, 상기 도전층(150) 상에는 결합층(160)이 형성될 수 있는데, 상기 도전층(150)이 결합층의 기능을 수행하거나, 금(Au), 주석(Sn), 인듐(In), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 은(Ag), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 결합층(260)을 형성하여 하기의 도전성 지지기판(270)과 상기 도전층(150)을 결합시킬 수 있다.
그리고, 도전성 지지기판(270)을 통하여 제1 발광소자와 제2 발광소자를 결합하는데, 도전층(150, 250)과의 결합을 위하여 결합층(160, 260)을 형성할 수 있음은 상술한 바와 같다. 이때, 도전성 지지기판(270)은 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 또한, 금(Au), 구리합금(Cu Alloy), 니켈(Ni-nickel), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: GaN, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiGe, SiC, SiGe, Ga2O3 등) 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 도전성 지지기판(270)을 형성시키는 방법은 전기화학적인 금속증착방법이나 유테틱 메탈을 이용한 본딩 방법 등을 사용할 수 있다.
그리고, 도 2k에 도시된 바와 같이 전극을 형성한다.
먼저, 제1 발광소자의 제1 도전형 반도체층(122)의 노출된 영역 상에 제1 전극(180)을 형성한다. 상기 제1 전극(180)은 몰리브덴, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 금(Au), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 백금(Pt), 바나듐(V), 텅스텐(W), 납(Pd), 구리(Cu), 로듐(Rh) 및 이리듐(Ir) 중에서 선택된 어느 하나의 금속 또는 상기 금속들의 합금으로 이루어진다. 상기 제1 전극(180)도 상기 제1 도전형 반도체층(122)의 일부 상에 구비되게, 마스크를 이용하여 형성할 수 있다.
그리고, 제2 발광소자의 제1 도전형 반도체층(222)의 상에 또 하나의 제1 전극(280)을 형성하다. 상기 제1 전극(280)의 조성 및 형성 방법은 상술한 제1 전극(180)과 동일하다.
그리고, 제2 발광소자의 도전층(250)의 노출된 면 상에 제2 전극(285)를 형성한다. 상기 제2 전극(285)은 몰리브덴, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 금(Au), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 백금(Pt), 바나듐(V), 텅스텐(W), 납(Pd), 구리(Cu), 로듐(Rh) 및 이리듐(Ir) 중에서 선택된 어느 하나의 금속 또는 상기 금속들의 합금으로 이루어진다. 상기 제2 전극(285)도 마스크를 이용하여 형성할 수 있다.
상기 제2 전극(285)는 제1 발광소자와 제2 발광소자에 공통 전극으로 작용하여, 제2 도전형 반도체층(126, 226)에 전류를 공급할 수 있다. 이때, 상기 제1 발광소자는 수직형 구조로 형성되고, 상기 제2 발광소자는 수평형 구조로 형성된다.
도 3은 발광소자의 제2 실시예를 나타낸 도면이다. 본 실시예에 따른 발광소자는 도면 아래의 제1 발광소자의 구조가 제1 실시예와 상이하다.
즉, 기판(100)의 일부 상에 발광구조물(120)이 구비되고, 상기 발광 구조물(120)의 일부 상에 오믹층(130)과 반사층(140)이 구비된다. 그리고, 발광구조물(120)과 오믹층(130) 및 반사층(140)의 노출된 측면 전체에 패시베이션층(190)이 구비된다. 그리고, 상기 기판(100)에는 홀이 구비되며, 상기 홀의 내부에 전극 재료가 충진되어 제1 전극(180)이 구비된다.
본 실시예에 따른 발광소자는 2개의 수직형 발광소자가 결합되어 있으며, 각각에 구비된 반사층(140, 240)의 작용으로 수평방향과 수직방향의 휘도 향상을 기대할 수 있다.
도 4a 내지 도 4j는 도 3의 발광소자의 제조공정을 나타낸 도면이다. 이하에서, 도 4a 내지 도 4j를 참조하여 도 3의 발광소자의 제조공정을 설명한다.
먼저, 도 4a 내지 도 4c에 도시된 공정으로 제1 발광소자를 준비한다. 도 4a에 도시된 바와 같이 기판(100) 상에 발광구조물(120)을 성장시킨다. 상기 기판(100)과 발광구조물(120)의 조성과 성장 방법 등은 도 2a 등에서 설명한 바와 같다.
그리고, 상기 제2 도전형 반도체층(126) 상에 오믹층(130)과 반사층(140)을 형성하는데, 상기 오믹층(130)과 반사층(140)의 조성과 형성방법은 도 2f 등에서 설명한 바와 동일하다. 그리고, 상기 오믹층(130)과 반사층(140)의 마스크 등을 사용하여 상기 발광 구조물(120)의 일부 상에 형성될 수 있다.
이어서, 4c에 도시된 바와 같이 상기 발광구조물(120)과 오믹층(130) 및 반사층(140)의 측면에 패시베이션층(Passivation layer, 190)을 증착할 수 있다. 이때, 상기 패시베이션층(190)은 상기 반사층(140)과 동일한 높이로 증착될 수 있으며, 적어도 반사층(140)을 덮지 않도록 형성되어야 발광구조물(120)에 전류가 통할 수 있다. 이때, 상기 발광구조물(120)을 소자 단위로 다이싱한 후에 각각의 소자 단위로 패시베이션층(190)을 형성할 수 있다. 여기서, 상기 패시베이션층(190)은 절연물질로 이루어질 수 있으며, 상기 절연물질은 비전도성인 산화물이나 질화물로 이루어질 수 있다. 일 예로서, 상기 패시베이션층(190)은 실리콘 산화물(SiO2)층, 산화 질화물층, 산화 알루미늄층으로 이루어질 수 있다.
상술한 공정으로 제1 발광소자를 준비하였으며, 아래에서 제2 발광소자를 준비한다.
먼저, 도 4d에 도시된 바와 같이 기판(200) 상에 발광구조물(220)을 성장시키는데, 발광구조물(220)은 제1 도전형 반도체층(222)와 활성층(224) 및 제2 도전형 반도체층(226)을 포함한다. 상기 기판과 발광구조물(220)의 구체적인 조성은 상술한 바와 같다.
그리고, 도 4e에 도시된 바와 같이 상기 발광구조물(220)의 일부 상에 오믹층(230)과 반사층(240)을 형성하고, 도 4f에 도시된 바와 같이 상기 발광구조물(220)과 오믹층(230)과 반사층(240) 상에 도전층(250)과 결합층(260)을 형성할 수 있다. 상기 결합층(260)은 도전성 지지기판(270)과의 결합 공정 직전에 형성될 수 있으며, 상술한 그리고 후술할 실시예도 동일하다.
상기 오믹층(230)과 반사층(240)과 도전층(250) 및 결합층(260)의 조성과 형성 공정 등은 상술한 바와 같다.
그리고, 도 4g에 도시된 바와 같이 상기 기판(200)을 분리한다. 상기 기판(200)의 제거는 엑시머 레이저 등을 이용한 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off: LLO)의 방법으로 할 수도 있으며, 건식 및 습식 식각의 방법으로 할 수도 있다.
그리고, 도 4h에 도시된 바와 같이 상기 발광구조물(220)을 소자 단위로 다이싱(dicing)하고, 상기 제1 도전형 반도체층(222)의 표면에 요철 구조를 형성한다.
그리고, 도 4i에 도시된 바와 같이 상술한 공정에 따라 제조된 제1 발광소자와 제2 발광소자를 결합한다. 이때, 상기 제1 발광소자의 제2 도전형 반도체층(126)과 제2 발광소자의 제2 도전형 반도체층(226)이 서로 대향하는 방향으로 결합시키는데, 후술하는 바와 같이 적어도 하나의 전극을 공통 전극으로 형성하기 위하여서이다.
그리고, 제1 발광소자의 오믹층(130)과 결합층(140)은 제2 발광소자의 오믹층(230)과 결합층(240)과 서로 대응되어 동일한 폭으로 형성될 수 있는데, 상술한 실시예와 후술할 실시예도 동일하다.
이때, 제1 발광소자 상에 도전층(150)을 형성한다. 도전층(150)의 조성은 상기 제2 발광소자의 도전층(250)과 동일하며, 하나의 층(Layer) 또는 복수 개의 층으로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 도전층(150)은 상기 발광구조물(120)을 감싸며 지지할 수 있다.
그리고, 상기 도전층(150) 상에는 결합층(160)이 형성될 수 있는데, 상기 도전층(150)이 결합층의 기능을 수행하거나, 금(Au), 주석(Sn), 인듐(In), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 은(Ag), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 결합층(260)을 형성하여 하기의 도전성 지지기판(270)과 상기 도전층(150)을 결합시킬 수 있다.
그리고, 도전성 지지기판(270)을 통하여 제1 발광소자와 제2 발광소자를 결합하는데, 도전층(150, 250)과의 결합을 위하여 결합층(160, 260)을 형성할 수 있음은 상술한 바와 같다. 이때, 도전성 지지기판(270)은 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 또한, 금(Au), 구리합금(Cu Alloy), 니켈(Ni-nickel), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: GaN, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiGe, SiC, SiGe, Ga2O3 등) 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 도전성 지지기판(270)을 형성시키는 방법은 전기화학적인 금속증착방법이나 유테틱 메탈을 이용한 본딩 방법 등을 사용할 수 있다.
그리고, 도 4j에 도시된 바와 같이 전극을 형성한다.
먼저, 제1 발광소자의 기판(100)에 홀(hole)을 형성하고, 재료를 주입하여 제1 전극(180)을 형성할 수 있다. 상기 제1 전극(180)은 몰리브덴, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 금(Au), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 백금(Pt), 바나듐(V), 텅스텐(W), 납(Pd), 구리(Cu), 로듐(Rh) 및 이리듐(Ir) 중에서 선택된 어느 하나의 금속 또는 상기 금속들의 합금으로 이루어진다. 상술한 홀의 형성을 위하여, 상기 기판(100)을 레이저로 식각하거나 드릴(drill)로 홀을 뚫을 수 있다. 그리고, 상기 제1 전극(180)의 주입은 도금법 등으로 이루어질 수 있다.
그리고, 제2 발광소자의 제1 도전형 반도체층(222)의 상에 또 하나의 제1 전극(280)을 형성하다. 상기 제1 전극(280)의 조성 및 형성 방법은 상술한 제1 전극(180)과 동일하다.
그리고, 제2 발광소자의 도전층(250)의 노출된 면 상에 제2 전극(285)를 형성한다. 상기 제2 전극(285)은 상기 제1 전극9180, 280)과 동일한 재료로 이루어질 수 있다. 상기 제2 전극(285)은 마스크를 이용하여 형성할 수 있다.
상기 제2 전극(285)는 제1 발광소자와 제2 발광소자에 공통 전극으로 작용하여, 제2 도전형 반도체층(126, 226)에 전류를 공급할 수 있다. 이때, 상기 제1 발광소자는 수직형 구조로 형성되고, 상기 제2 발광소자는 역시 수직형 구조로 형성된다.
도 5는 발광소자의 제3 실시예를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 발광소자는 제2 실시예와 동일하나, 제1 발광소자 측면의 패시베이션층이 생략된 점에서 상이하다. 즉, 제1 발광구조물(120)의 일부 상에 오믹층(130)과 반사층(140)이 구비되며, 도전층(150)이 상기 오믹층(130)과 상기 반사층(140)을 감싸는 구조이다. 제1 발광소자와 제2 발광소자를 포함하는 전체 발광소자의 측면에는 패시베이션층(미도시)이 구비될 수 있다.
도 6a 내지 도 6i는 도 5의 발광소자의 제조공정을 나타낸 도면이다. 이하에서, 도 6a 내지 도 6i를 참조하여 도 5의 발광소자의 제조공정을 설명한다.
먼저, 도 6a 내지 도 6b에 도시된 공정으로 제1 발광소자를 준비한다. 도 4a에 도시된 바와 같이 기판(100) 상에 발광구조물(120)을 성장시킨다. 상기 기판(100)과 발광구조물(120)의 조성과 성장 방법 등은 도 2a 등에서 설명한 바와 같다.
그리고, 상기 제2 도전형 반도체층(126) 상에 오믹층(130)과 반사층(140)을 형성하는데, 상기 오믹층(130)과 반사층(140)의 조성과 형성방법은 도 2f 등에서 설명한 바와 동일하다. 그리고, 상기 오믹층(130)과 반사층(140)의 마스크 등을 사용하여 상기 발광 구조물(120)의 일부 상에 형성될 수 있다.
상술한 공정으로 제1 발광소자를 준비하였으며, 아래에서 제2 발광소자를 준비한다.
도 6c 내지 도 6g에 제2 발광소자를 준비하는 과정이 도시되어 있으며, 도 4d 내지 도 4h에 도시된 과정과 동일하다.
그리고, 도 6h에 도시된 바와 같이 상술한 공정에 따라 제조된 제1 발광소자와 제2 발광소자를 결합한다. 이때, 상기 제1 발광소자의 제2 도전형 반도체층(126)과 제2 발광소자의 제2 도전형 반도체층(226)이 서로 대향하는 방향으로 결합시키는데, 후술하는 바와 같이 적어도 하나의 전극을 공통 전극으로 형성하기 위하여서이다.
이때, 제1 발광소자 상에 도전층(150)을 형성한다. 도전층(150)의 조성은 상기 제2 발광소자의 도전층(250)과 동일하며, 하나의 층(Layer) 또는 복수 개의 층으로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 도전층(150)은 상기 발광구조물(120)을 감싸며 지지할 수 있다.
그리고, 도전성 지지기판(270) 상에 결합층(160, 260)을 통하여 제1 발광소자와 제2 발광소자가 결합될 수 있으며, 제1 전극(180, 280)과 공통 전극인 제2 전극(285)를 형성하는 과정도 동일하다.
실시예에 따른 발광소자 전체의 측면에 패시베이션층(미도시)을 형성하여, 발광구조물(120, 220)을 보호할 수 있다.
도 7은 발광소자 패키지의 일실시예의 단면도이다.
도시된 바와 같이, 실시예들에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 몸체(320)와, 상기 패키지 몸체(320)에 설치된 제1 전극층(311) 및 제2 전극층(312)과, 상기 패키지 몸체(320)에 설치되어 상기 제1 전극층(311) 및 제2 전극층(312)과 전기적으로 연결되는 실시예에 따른 발광 소자(300)와, 상기 발광 소자(300)를 포위하는 충진재(340)를 포함한다.
상기 패키지 몸체(320)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광 소자(300)의 주위에 경사면이 형성되어 광추출 효율을 높일 수 있다.
상기 제1 전극층(311) 및 제2 전극층(312)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(300)에 전원을 제공한다. 또한, 상기 제1 전극층(311) 및 제2 전극층(312)은 상기 발광 소자(300)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광 소자(300)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 발광 소자(300)는 상기 패키지 몸체(320) 상에 설치되거나 상기 제1 전극층(311) 또는 제2 전극층(312) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(300)는 상기 제1 전극층(311) 및 제2 전극층(312)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.
상기 충진재(340)는 상기 발광 소자(300)를 포위하여 보호할 수 있다. 또한, 상기 충진재(340)에는 형광체가 포함되어 상기 발광 소자(300)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
상기 발광 소자 패키지는 상기에 개시된 실시 예들의 발광 소자 중 적어도 하나를 하나 또는 복수개로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광 소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 반도체 발광소자 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
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, 200 : 기판 120, 220 : 발광구조물
122, 222 : 제1 도전형 반도체층 124, 224 : 활성층
126, 226 : 제2 도전형 반도체층 130, 230 : 오믹층
140, 240 : 반사층 150, 250 : 도전층
160, 260 : 결합층 180, 280 : 제1 전극
190 : 패시베이션층 270 : 도전성 지지기판
285 : 제2 전극 300 : 발광소자
311 : 제1 전극층 312 : 제2 전극층
320 : 패키지 바디 340 : 충진재

Claims (15)

  1. 제1 도전형 반도체층과 활성층과 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층 상의 제1 전극을 포함하는 제1 발광 구조물;제1 도전형 반도체층과 활성층과 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층 상의 제1 전극을 포함하는 제2 발광 구조물;
    상기 제1 발광 구조물의 제2 도전형 반도체층과 상기 제2 발광 구조물의 제2 도전형 반도체층 상에 각각 배치된 반사층;
    상기 제1 발광 구조물의 제2 도전형 반도체층과 상기 반사층의 사이 및 상기 제2 발광 구조물의 제2 도전형 반도체층과 상기 반사층의 사이에 각각 배치된 오믹층;
    상기 제1 발광 구조물의 노출된 측면, 상기 제1 발광 구조물의 제2 도전형 반도체층 상의 상기 반사층의 측면, 및 상기 제1 발광 구조물의 제2 도전형 반도체층과 상기 반사층의 사이의 상기 오믹층의 측면에 배치되는 패시베이션층; 및
    상기 제1 발광 구조물의 제2 도전형 반도체층과 상기 제2 발광 구조물의 제2 도전형 반도체층에 공통된 제2 전극을 포함하고,
    상기 반사층들은 상기 제1 발광 구조물과 제2 발광 구조물의 사이에서 서로 마주보고 배치되는 발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 발광 구조물은 상기 제1 발광 구조물 내의 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층에 전류가 동일한 방향으로부터 공급되는 수평형 발광 소자이고, 제2 발광 구조물은 상기 제2 발광 구조물 내의 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층에 전류가 반대 방향으로부터 공급되는 수직형 발광 소자인 발광소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 발광 구조물과 제2 발광 구조물은 상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층에 전류가 반대 방향으로부터 공급되는 수직형 발광소자인 발광소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 발광 구조물은 상기 제1 발광 구조물 내의 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층에 전류가 동일한 방향으로부터 공급되는 수평형 발광 소자이고, 상기 제1 발광 구조물은 절연성 기판 상에 구비되고, 상기 제1 발광 구조물의 제1 전극은 상기 기판 내에 비아 홀 타입으로 형성된 발광소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 발광 구조물과 상기 제2 발광 구조물은 도전성 기판을 통하여 연결되는 발광소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 발광 구조물의 제1 도전형 반도체층 상의 제1 전극과 상기 제2 발광 구조물의 제1 도전형 반도체층 상의 제1 전극은 통전되는 발광소자.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 반사층 상에 구비된 도전층을 더 포함하고, 상기 도전층과 상기 도전성 기판을 전기적으로 연결하는 결합층을 더 포함하는 발광소자.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 도전층은 니켈, 백금, 티타늄, 텅스텐, 바나듐, 철 및 몰리브덴 중 적어도 하나를 포함하는 발광소자.
  11. 제 9 항 또는 제10 항에 있어서,
    상기 반사층은 상기 제2 발광 구조물의 제2 도전형 반도체층과 접하고, 상기 제2 전극은 상기 반사층 상에 구비된 발광소자.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
KR1020100107979A 2010-11-02 2010-11-02 발광소자 KR101742617B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100107979A KR101742617B1 (ko) 2010-11-02 2010-11-02 발광소자

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100107979A KR101742617B1 (ko) 2010-11-02 2010-11-02 발광소자

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120046374A KR20120046374A (ko) 2012-05-10
KR101742617B1 true KR101742617B1 (ko) 2017-06-01

Family

ID=46265468

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100107979A KR101742617B1 (ko) 2010-11-02 2010-11-02 발광소자

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101742617B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020091507A1 (ko) * 2018-11-02 2020-05-07 서울바이오시스 주식회사 발광 소자
US11888091B2 (en) 2020-05-20 2024-01-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor light emitting device and light emitting device package

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10879419B2 (en) * 2018-08-17 2020-12-29 Seoul Viosys Co., Ltd. Light emitting device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004128175A (ja) 2002-10-02 2004-04-22 Nippon Sheet Glass Co Ltd 発光素子および自己走査型発光素子アレイチップ
JP2008300424A (ja) * 2007-05-29 2008-12-11 Kyocera Corp 発光素子及び発光装置
KR100986560B1 (ko) * 2010-02-11 2010-10-07 엘지이노텍 주식회사 발광소자 및 그 제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004128175A (ja) 2002-10-02 2004-04-22 Nippon Sheet Glass Co Ltd 発光素子および自己走査型発光素子アレイチップ
JP2008300424A (ja) * 2007-05-29 2008-12-11 Kyocera Corp 発光素子及び発光装置
KR100986560B1 (ko) * 2010-02-11 2010-10-07 엘지이노텍 주식회사 발광소자 및 그 제조방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020091507A1 (ko) * 2018-11-02 2020-05-07 서울바이오시스 주식회사 발광 소자
US11888091B2 (en) 2020-05-20 2024-01-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor light emitting device and light emitting device package

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120046374A (ko) 2012-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101707118B1 (ko) 발광소자 및 그 발광 소자의 제조 방법
KR101813935B1 (ko) 발광소자
KR101782081B1 (ko) 발광 소자
KR20120013758A (ko) 발광소자 패키지 및 그 제조방법
KR101719623B1 (ko) 발광소자
EP2482318B1 (en) Light emitting device
KR101125026B1 (ko) 발광소자 및 그 발광 소자의 제조 방법
KR101729268B1 (ko) 발광소자 및 그 발광 소자의 제조 방법
KR101742617B1 (ko) 발광소자
KR101777263B1 (ko) 발광소자 및 그 발광 소자의 제조 방법
KR20120037709A (ko) 발광 소자
KR101827969B1 (ko) 발광소자 및 그 발광 소자의 제조 방법
KR101729269B1 (ko) 발광소자 및 그 발광 소자의 제조 방법
KR101742616B1 (ko) 발광소자 및 그 발광 소자의 제조 방법
KR20120029232A (ko) 발광소자
KR101633814B1 (ko) 발광 소자
KR101832305B1 (ko) 발광소자 및 그 발광 소자의 제조 방법
KR101742618B1 (ko) 발광소자 및 그 발광 소자의 제조 방법
KR101894348B1 (ko) 발광소자 및 그 발광 소자의 제조 방법
KR101874574B1 (ko) 발광소자 및 그 발광 소자의 제조 방법
KR20120015623A (ko) 발광소자
KR101742619B1 (ko) 발광소자 및 그 발광 소자의 제조 방법
KR101650021B1 (ko) 발광 소자
KR101103676B1 (ko) 발광소자 및 그 발광 소자의 제조 방법
KR20120065704A (ko) 발광소자 및 그 발광 소자의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant