KR101762259B1 - 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 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층을 가지는 복수의 반도체층; 활성층에서 생성된 빛을 제1 반도체층 측으로 반사하도록 복수의 반도체층 위에 형성된 비도전성 반사막; 비도전성 반사막의 위에 형성된 절연층; 제1 반도체층과 전기적으로 연결되며 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전극부;그리고, 제2 반도체층과 전기적으로 연결되며 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급하는 제2 전극부;를 포함하며, 절연층 위에 형성되는 제1 전극부 및 제2 전극부는 각각 상부전극;을 포함하며, 상부전극 사이의 절연층에 위치하는 중심영역이 평탄한 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자에 관한 것이다.
Description
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 반도체 발광소자에 관한 것으로, 특히 신뢰성이 향상된 반도체 발광소자에 관한 것이다.
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 개시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면이다.
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.
이러한 구조의 칩, 즉 기판(100)의 일 측에 전극(901,902,903) 및 전극(800) 모두가 형성되어 있고, 전극(901,902,903)이 반사막으로 기능하는 형태의 칩을 플립 칩(filp chip)이라 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 일본 공개특허공보 제2006-20913호에 개시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면이다.
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 도전막(600), 투광성 도전막(600) 위에 형성되는 p측 본딩 패드(700) 그리고 식각되어 노출된 n형 반도체층(300) 위에 형성되는 n측 본딩 패드(800)를 포함한다. 그리고 투광성 도전막(600) 위에는 분포 브래그 리플렉터(900; DBR: Distributed Bragg Reflector)와 금속 반사막(904)이 구비되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 금속 반사막(904)에 의한 빛 흡수를 감소하지만, 전극(901,902,903)을 이용하는 것보다 상대적으로 전류 확산이 원활치 못한 단점이 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 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층을 가지는 복수의 반도체층; 활성층에서 생성된 빛을 제1 반도체층 측으로 반사하도록 복수의 반도체층 위에 형성된 비도전성 반사막; 비도전성 반사막의 위에 형성된 절연층; 제1 반도체층과 전기적으로 연결되며 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전극부;그리고, 제2 반도체층과 전기적으로 연결되며 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급하는 제2 전극부;를 포함하며, 절연층 위에 형성되는 제1 전극부 및 제2 전극부는 각각 상부전극;을 포함하며, 상부전극 사이의 절연층에 위치하는 중심영역이 평탄한 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자가 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 개시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 일본 공개특허공보 제2006-120913호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 설명하는 도면,
도 4 내지 도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자를 제조하는 방법의 일 예를 설명하는 도면,
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 예를 설명하는 도면,
도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면,
도 11은 도 10에서 B-B 선을 따라 절단한 단면을 설명하는 도면,
도 12는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면,
도 13은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면,
도 14는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면,
도 15는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면,
도 16은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면.
도 2는 일본 공개특허공보 제2006-120913호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 설명하는 도면,
도 4 내지 도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자를 제조하는 방법의 일 예를 설명하는 도면,
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 예를 설명하는 도면,
도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면,
도 11은 도 10에서 B-B 선을 따라 절단한 단면을 설명하는 도면,
도 12는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면,
도 13은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면,
도 14는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면,
도 15는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면,
도 16은 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 3은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 설명하는 도면이다.
반도체 발광소자는 기판(10), 복수의 반도체층, 반사층(91), 제1 연결 전극(71), 제2 연결 전극(75), 제1 전극(81) 및 제2 전극(85)을 포함한다. 도 3는 도 8의 A-A 선을 따라 절단한 단면을 설명하는 도면이다. 이하, 3족 질화물 반도체 발광소자를 예로 하여 설명한다.
기판(10)으로 주로 사파이어, SiC, Si, GaN 등이 이용되며, 기판(10)은 최종적으로 제거될 수 있다.
복수의 반도체층은 기판(10) 위에 형성된 버퍼층(20), 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(30; 예: Si 도핑된 GaN), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(50; 예: Mg 도핑된 GaN) 및 제1 반도체층(30)과 제2 반도체층(50) 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40; 예: InGaN/(In)GaN 다중양자우물구조)을 포함한다. 복수의 반도체층(30,40,50) 각각은 다층으로 이루어질 수 있고, 버퍼층(20)은 생략될 수 있다.
반사층(91)은 활성층(40)으로부터의 빛을 복수의 반도체층(30,40,50) 측으로 반사한다. 본 예에서 반사층(91)은 금속 반사막에 의한 빛흡수 감소를 위해 비도전성 반사막으로 형성된다. 반사층(91)은, 예를 들어, 분포 브래그 리플렉터(91a; Distributed Bragg Reflector), 유전체 막(91b) 및 클래드 막(91c)을 포함한다. 유전체 막(91b) 또는 클래드 막(91c)은 생략될 수 있다. 분포 브래그 리플렉터(91a)가 비도전성인 경우, 유전체 막(91b), 분포 브래그 리플렉터(91a) 및 클래드 막(91c) 전체가 비도전성 반사막(91)으로 기능한다.
분포 브래그 리플렉터(91a)는 활성층(40)으로부터의 빛을 기판(10) 측으로 반사한다. 분포 브래그 리플렉터(91a)는 빛의 흡수를 방지하도록 투광성 물질(예: SiO2/TiO2)로 형성되는 것이 바람직하다.
유전체 막(91b)은 복수의 반도체층(30,40,50)과 분포 브래그 리플렉터(91a)의 사이에 위치하며, 굴절률이 분포 브래그 리플렉터(91a)의 유효 굴절률보다 작은 유전체(예: SiO2)로 이루어질 수 있다. 여기서, 유효 굴절률은 서로 다른 굴절률을 가진 물질들로 이루어진 도파로에서 진행할 수 있는 빛이 가지는 등가 굴절률을 의미한다. 유전체 막(91b)은 빛의 반사에도 도움을 줄 수 있으며, 제2 반도체층(50) 및 활성층(40)으로부터 제1 연결 전극(71)을 전기적으로 차단하는 절연막으로도 기능할 수 있다.
클래드 막(91c)은 분포 브래그 리플렉터(91a) 위에 형성되며, 클래드 막(91c) 또한 분포 브래그 리플렉터(91a)의 유효 굴절률보다 낮은 물질(예: Al2O3, SiO2, SiON, MgF, CaF)로 이루어질 수 있다.
활성층(40)에서 발생한 빛은 많은 부분이 유전체 막(91b)과 분포 브래그 리플렉터(91a)에 의해 제1 반도체층(30) 측으로 반사된다. 유전체 막(91b), 분포 브래그 리플렉터(91a) 및 클래드 막(91c)의 관계가 광 웨이브가이드(optical waveguide)의 관점에서 설명될 수 있다. 광 웨이브가이드는 빛의 전파부를 그 보다 굴절률이 낮은 물질로 둘러싸서, 전반사를 이용하여, 빛을 안내하는 구조물이다. 이러한 관점에서, 분포 브래그 리플렉터(91a)를 전파부로 보면, 유전체 막(91b)과 클래드 막(91c)은 전파부를 둘러싸는 구성으로서 광 웨이브가이드의 일부로 볼 수 있다.
반사층(91)에는 전기적 연결 통로로 사용되는 적어도 하나의 제1 개구(63), 복수의 제2 개구(5,7) 및 복수의 제3 개구(65)가 형성되어 있다. 본 예에서는 복수의 제1 개구(63)가 반사층(91), 제2 반도체층(50), 활성층(40) 및 제1 반도체층(30)의 일부까지 형성되며, 복수의 제2 개구(5,7)가 반사층(91)을 관통하여 형성되며, 가장자리 근처에 복수의 제3 개구(65)가 형성된다(도 8참조).
복수의 제2 개구(5,7)는 내부 개구(5; internal opening)와, 내부 개구 주위에 위치하는 적어도 2개의 주변 개구들(7; peripheral openings)을 포함한다. 본 예에서 복수의 제2 개구(5,7)는 1개의 내부 개구(5)와 4개의 주변 개구(7)들을 포함한다. 본 예에서 내부 개구(5)와 주변 개구(7)는 정공 공급의 통로이다. 평면상으로 관찰할 때, 내부 개구(5)는 대략 반도체 발광소자의 가운데에 위치하며, 제1 전극(81)과 제2 전극(85)의 사이에 위치한다. 내부 개구(5)와 주변 개구(7)에 대해서는 더 후술된다.
제1 연결 전극(71) 및 제2 연결 전극(75)은 반사층(91) 위에, 예를 들어, 클래드 막(91c) 위에 형성된다. 제1 연결 전극(71)은 복수의 제1 개구(63)로 이어져 제1 반도체층(30)과 전기적으로 연결된다. 제2 연결 전극(75)은 복수의 제2 개구(5,7)를 통해 제2 반도체층(50)과 전기적으로 연결된다. 내부 개구(5) 및 복수의 주변 개구(7)는 제2 연결 전극(75)에 의해 전기적으로 연결된다. 본 예에서 제2 연결 전극(75)은 도 8에 도시된 것과 같이 4각 판 형상을 가지며 내부 개구(5) 및 복수의 주변 개구(7)를 덮고 있다.
본 예에서 제1 연결 전극(71)은 제2 연결 전극(75)을 둘러싸도록 폐루프 형상으로 형성된다. 본 예에서 반도체 발광소자는 제3 연결 전극(73)을 포함한다. 제3 연결 전극(73)은 제3 개구(65)를 통해 제2 반도체층에 정공을 공급한다. 제3 연결 전극(73)은 제2 연결 전극(75)의 바깥에 위치하여 폐루프 형상으로 복수의 제3 개구(65)를 연결한다.
반도체 발광소자는 복수의 반도체층(30,40,50)과 반사층(91) 사이, 예를 들어, 제2 반도체층(50)과 유전체 막(91b)의 사이에 도전막(60)을 포함할 수 있다. 도전막(60)은 전류 확산 전극(ITO 등), 오믹 금속층(Cr, Ti 등), 반사 금속층(Al, Ag, 등) 등으로 형성될 수 있으며, 이들의 조합으로 이루어질 수도 있다. 금속층에 의한 빛흡수를 감소하기 위해 도전막(60)은 투광성 도전성 물질(예: ITO)로 이루어지는 것이 바람직하다. 제2 연결 전극(75) 및 제3 연결 전극(73)은 각각 복수의 제2 개구(5,7) 및 복수의 제3 개구(65)로 이어져 도전막(60)과 전기적으로 연결된다. 본 예에서 유전체 막(91b)은 도전막(60)과 분포 브래그 리플렉터(91a)의 사이로부터 제1 개구(63)의 내측면으로 이어져, 제1 연결 전극(71)을 제2 반도체층(50), 활성층(40) 및 제2 연결 전극(75)으로부터 절연한다. 이와 다르게 유전체 막(91b)과 도전막(60) 사이에 다른 별도의 절연막이 형성될 수도 있다.
본 예에서는 복수의 반도체층(30,40,50)에 전류 확산을 위해 또는, 균일한 전류 공급을 위해, 전술된 것과 같이, 복수의 제1 개구(63), 복수의 제2 개구(5,7) 및 복수의 제3 개구(65)가 형성된다. 복수의 제2 개구(5,7) 중 내부 개구(5)는 내부 개구(5)가 위치한 국부적인 영역에서 내부 개구(5)가 없는 경우에 비하여 발광을 더 증가시키는 기능을 한다. 이에 대해서는 더 후술된다.
제1 개구(63), 제2 개구(5,7) 및 제3 개구(65)의 개수와 간격과 배열 형태는 반도체 발광소자의 사이즈, 전류 확산과 균일한 전류 공급 및 발광의 균일성을 위해 적절히 조절될 수 있다. 도 8에 도시된 것과 다르게 내부 개구(5)가 하나 이상이 형성될 수도 있다, 본 예에서 내부 개구(5)를 기준으로 복수의 주변 개구(7), 복수의 제1 개구(63) 및 복수의 제3 개구(65)가 대칭적(symmetrically)으로 형성되어 있다.
복수의 제1 개구(63) 및 복수의 제2 개구(5,7)를 통해 전류가 공급되는데, 전류가 불균일하면 일부의 제1 개구(63) 및 제2 개구(5,7)에 전류가 편중될 수 있고, 이로 인해 장기적으로 전류가 편중된 위치에서 열화(deterioration)가 발생될 수 있다.
본 개시에서 제1 연결 전극(71)은 제2 연결 전극(75)을 둘러싸도록 폐루프 형상으로 형성되며, 제3 연결 전극(73)도 제2 연결 전극(75)을 둘러싸며 폐루프 형상으로 형성되어 있다. 여기서, 폐루프 형상은 완전한 폐루프 형상에 한정되지 않고 일부가 끈어진 폐루프 형상(도 10참조)도 포함한다.
이와 같이 연결 전극들 및 개구들을 통해 균등한 전류를 공급하면서, 기하학적으로 대칭적이므로 전류 공급의 균일성, 결과적으로 발광면에서 전류 밀도의 균일성을 향상시키는 데에 매우 유리하다. 폐루프 형상이 반도체 발광소자의 발광면의 외곽 형상을 따른 형상을 가지는 것이 전류 분포의 균일성 향상을 위해 더 좋을 것이다.
내부 개구(5)가 복수의 주변 개구(7)와 다른 극성의 전류 통로가 되는 경우 내부 개구(5)로의 전기적 연결이 곤란하거나 다른 복잡한 설계를 고려해야할 수 있기 때문에 본 예에서는 내부 개구(5) 및 복수의 주변 개구(7)는 모두 동일 극성의 전류, 즉 정공 공급 통로가 된다. 이와 같이, 내부 개구(5) 및 복수의 주변 개구(7)가 모두 정공 공급 통로가 되는 경우, 전자 공급의 관점에서, 제2 연결 전극(75) 아래의 복수의 반도체층(30,40,50)에서 전자밀도는 제2 연결 전극(75) 외측의 복수의 반도체층(30,40,50)에서의 전자밀도보다 작을 것으로 예측된다. 그러나 이와 같은 예측과는 반대로 본 개시에서는 내부 개구(5)가 없는 경우에 비하여 제2 연결 전극(75) 아래의 복수의 반도체층(30,40,50)에서 발광이 더 증가하는 것을 확인하였다. 이는 제2 연결 전극(75) 아래의 복수의 반도체층(30,40,50)에서 내부 개구(5)로 인한 상대적으로 높은 밀도의 정공이 상대적으로 정공 밀도가 낮은 영역의 전자를 끌어당겨서 전자와 정공의 재결합률이 증가함으로써 발생 된 것으로 추측된다.
이와 같이, 제2 연결 전극(75)의 외측 영역에서는 제1 연결 전극(71), 제2 연결 전극(75) 및 제3 연결 전극(73)과, 복수의 제1 개구(63), 복수의 제2 개구(5,7) 및 복수의 제3 개구(65)가 폐루프 형상 배열 및 대칭적 배열로 향상된 균일한 전류 분포를 달성하면서, 제2 연결 전극(75)의 내측에는 내부 개구(5)를 구비하여 발광을 유지 또는 증가시킬 수 있다.
발광효율 향상을 위해 제2 연결 전극(75)의 면적 또는 내부 개구(5)와 주변 개구(7) 사이의 거리의 적합한 값을 찾을 수 있다. 예를 들어, 내부 개구(5)와 주변 개구(7) 사이의 거리가 증가하면 제2 연결 전극(75)의 면적이 증가하고 정공 밀도가 상대적으로 높은 영역이 증가한다. 제2 연결 전극(75)의 면적이 증가하면 정공 공급을 더 넓은 면적으로 할 수 있다. 반도체 발광소자의 발광 성능을 유지하는 데에는 발광면에서 위치 간에 온도차가 작은 것이 바람직하다. 제2 연결 전극(75)의 면적이 증가하면 후술된 제2 전극(85)과의 전기적 연결의 개수를 더 증가시킬 수 있고, 제2 전극(85)을 통한 방열에 더 유리할 수 있다. 한편, 제2 연결 전극(75)의 면적이 증가하면 발광면 전체적으로 상대적으로 정공 밀도가 높은 영역이 증가하므로 균일성 측면에서는 좋지 않을 수 있다. 정공이 전자를 끌어당겨 발광이 이루어지는 정도는 제2 연결 전극(75)의 면적 또는 내부 개구(5)와 주변 개구(7) 사이의 거리 및 개수에 영향을 받을 수 있다. 따라서 반도체 발광소자의 설계에 있어서 어떤 장점을 선택할 것인지 정하여 제2 연결 전극(75)의 면적 또는 내부 개구(5)와 주변 개구(7) 사이의 거리 및 개수를 정할 수 있다.
본 예에서, 반도체 발광소자는 반사층(91) 위에서 제1 연결 전극(71), 제2 연결 전극(75) 및 제3 연결 전극(73)을 덮는 절연층(95)을 포함한다. 절연층(95)에는 적어도 하나의 제4 개구(67), 적어도 하나의 제5 개구(68) 및 적어도 하나의 제6 개구(69)가 형성되어 있다. 절연층(95)은 SiO2로 이루어질 수 있다.
제1 전극(81) 및 제2 전극(85)은 절연층(95) 위에 형성된다.
제1 전극(81)은 적어도 하나의 제4 개구(67)를 통해 제1 연결 전극(71)과 전기적으로 연결되어 제1 반도체층(30)에 전자를 공급한다. 제2 전극(85)은 제5 개구(68)를 통해 제2 연결 전극(75)과 전기적으로 연결되고, 제6 개구(69)를 통해 제3 연결 전극(73)와 전기적으로 연결되어 제2 반도체층(50)에 정공을 공급한다. 제1 전극(81) 및 제2 전극(85)은 유테틱 본딩용 전극일 수 있다.
반도체 발광소자는 금속 반사막 대신 분포 브래그 리플렉터(91a)를 포함하는 비도전성 반사막을 사용하여 빛흡수를 감소시킨다. 또한, 복수의 제1 개구(63), 복수의 제2 개구(5,7) 및 복수의 제3 개구(65)를 형성하여 복수의 반도체층(30,40,50)으로의 전류 확산을 용이하게 한다. 또한, 폐루프 형상의 제1 연결 전극(71) 또는 제3 연결 전극(73)으로 전류가 더 균등하게 공급되게 하여 전류 편중에 의한 열화를 방지한다. 또한, 가장 내측의 제2 연결 전극(75)에 의해 덮인 내부 개구(5)를 형성함으로써 내측 영역에서 발광을 유지 또는 증가시킨다.
도 4 내지 도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조방법의 일 예를 설명하는 도면이다.
먼저, 기판(10) 위에 복수의 반도체층(30,40,50)이 성장된다. 예를 들어, 도 4에 도시된 것과 같이, 기판(10; 예: Al2O3, Si, SiC) 위에 버퍼층(예: AlN 또는 GaN 버퍼층)과 도핑되지 않은 반도체층(예: un-doped GaN), 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(30; 예: Si 도핑된 GaN), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40; InGaN/(In)GaN 다중양자우물구조), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(50; 예: Mg 도핑된 GaN)이 성장된다.
버퍼층(20)은 생략될 수 있으며, 복수의 반도체층(30,40,50) 각각은 다층으로 이루어질 수 있다. 제1 반도체층(30)과 제2 반도체층(50)은 도전성을 반대로 하여 형성될 수 있지만, 3족 질화물 반도체 발광소자의 경우에는 바람직하지는 않다.
이후, 제2 반도체층(50) 위에, 도전막(60)이 형성된다. 도전막(60)은 빛흡수 감소를 위해 투광성 도전체(예: ITO)로 형성될 수 있다. 도전막(60)은 생략될 수 있지만, 제2 반도체층(50)으로의 전류확산을 위해 구비되는 것이 일반적이다.
다음으로, 도전막(60) 위에 반사층(91)이 형성된다. 예를 들어, 도전막(60)을 덮는 유전체 막(91b), 분포 브래그 리플렉터(91a) 및 클래드 막(91c)이 형성된다. 유전체 막(91b) 또는 클래드 막(91c)은 생략될 수 있다.
분포 브래그 리플렉터(91a)는, 예를 들어, SiO2와 TiO2의 쌍이 복수 회 적층되어 이루어진다. 이 외에도 분포 브래그 리플렉터(91a)는 Ta2O5, HfO, ZrO, SiN 등 고 굴절률 물질과 이보다 굴절률이 낮은 유전체 박막(대표적으로 SiO2)등의 조합으로 이루어질 수 있다. 분포 브래그 리플렉터(91a)가 TiO2/SiO2로 구성되는 경우 활성층으로부터 나오는 빛의 파장의 1/4의 광학 두께를 기본으로 입사 각도와 파장에 따른 반사율등을 고려해서 최적화 공정을 거치는 것이 바람직하며, 반드시 각 층의 두께가 파장의 1/4의 광학 두께를 지켜야 하는 것은 아니다. 그 조합의 수는 4 ~ 20 페어(pairs)가 적합하다.
빛의 반사 및 가이드를 위해 분포 브래그 리플렉터(91a)의 유효 굴절률이 유전체 막(91b)의 굴절률보다 큰 것이 바람직하다. 분포 브래그 리플렉터(91a)가 SiO2/TiO2로 구성되는 경우에, SiO2의 굴절률이 1.46이고, TiO2의 굴절률이 2.4이므로, 분포 브래그 리플렉턴의 유효굴절률은 1.46과 2.4 사이의 값을 가진다. 따라서, 유전체 막(91b)이 SiO2로 이루어질 수 있으며, 그 두께는 0.2um ~ 1.0um가 적당하다. 정밀성을 요하는 분포 브래그 리플렉터(91a)의 증착에 앞서, 일정 두께의 유전체 막(91b)을 형성함으로써, 분포 브래그 리플렉터(91a)가 안정적으로 제조될 수 있으며, 빛의 반사에도 도움을 줄 수 있다.
클래드 막(91c)은 Al2O3와 같은 금속 산화물, SiO2, SiON와 같은 유전체 막(91b), MgF, CaF, 등의 물질로 이루어질 수 있다. 클래드 막(91c)도 분포 브래그 리플렉터(91a)의 유효굴절률보다 작은 1.46의 굴절률을 가지는 SiO2로 형성될 수 있다. 클래드 막(91c)은 λ/4n 내지 3.0um의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 여기서 λ는 활성층(40)에서 생성된 빛의 파장이고, n은 클래드 막(91c)을 이루는 물질의 굴절률이다. λ가 450nm(4500A)인 경우에, 4500/4*1.46 = 771A 이상의 두께로 형성될 수 있다.
다수 쌍의 SiO2/TiO2로 이루어지는 분포 브래그 리플랙터(91a)의 최상층이 λ/4n의 두께를 가지는 SiO2층으로 이루어질 수 있다는 것을 고려하여, 클래드 막(91c)은 아래에 위치하게 되는 분포 브래그 리플랙터(91a)의 최상층과 차별되도록 λ/4n보다 두꺼운 것이 바람직하다. 그러나 후속하는 복수의 제1 개구(63) 및 복수의 제2 개구(5,7) 형성공정에 부담이 될 뿐만 아니라 두께 증가가 효율 향상에 기여하지 못하고 재료비만 증가시킬 수 있기 때문에 클래드 막(91c)은 3.0um 이상으로 너무 두꺼운 것은 바람직하지 않다. 후속될 복수의 제1 개구(63), 복수의 제2 개구(5,7) 및 복수의 제3 개구 형성공정에 부담을 주지 않기 위해, 클래드 막(91c) 두께의 최대치는 1um ~ 3um 이내로 형성되는 것이 적당할 것이다. 그러나 경우에 따라 3.0um 이상으로 형성되는 것이 불가능한 것은 아니다.
분포 브래그 리플렉터(91a)와 제1 연결 전극(71), 제2 연결 전극(75) 및 제3 연결 전극(73)이 직접 접촉하는 경우에는 분포 브래그 리플렉터(91a)를 통해서 진행하는 빛의 일부가 제1 연결 전극(71), 제2 연결 전극(75) 및 제3 연결 전극(73)에 의해 흡수가 일어날 수 있다. 따라서, 전술된 것과 같이 분포 브래그 리플렉터(91a)보다 낮은 굴절율을 가지는 클래드 막(91c) 및 유전체 막(91b)을 도입하면 빛흡수량을 많이 감소할 수 있다.
유전체 막(91b)이 생략되는 경우를 생각해 볼 수 있으며, 광 웨이브가이드의 관점에서는 바람직하지 않지만, 본 개시의 전체 기술사상의 관점에서, 분포 브래그 리플렉터(91a)와 클래드 막(91c)으로 된 구성을 배제할 이유는 없다. 분포 브래그 리플렉터(91a) 대신에 유전체인 TiO2 재질의 유전체 막(91b)을 포함하는 경우를 생각해 볼 수도 있을 것이다. 분포 브래그 리플렉터(91a)가 가장 위층에 SiO2 층을 구비하는 경우, 클래드 막(91c)을 생략하는 경우 또한 생각해 볼 수 있을 것이다.
이와 같이, 유전체 막(91b), 분포 브래그 리플렉터(91a) 및 클래드 막(91c)은 비도전성 반사막으로서 광 웨이브가이드의 역할을 수행하며, 전체 두께가 1 ~ 8um인 것이 바람직하다.
계속해서, 도 5 및 도 6에 도시된 것과 같이, 예를 들어, 건식 식각 또는 습식 식각 또는 이들의 조합에 의해 반사층(91)에 복수의 제1 개구(63), 복수의 제2 개구(5,7) 및 복수의 제3 개구(65)가 형성된다. 제1 개구(63)는 반사층(91), 제2 반도체층(50), 활성층(40) 및 제1 반도체층(30) 일부까지 형성된다. 제2 개구(5,7) 및 제3 개구(65)는 반사층(91)을 관통하여 도전막(60)의 일부를 노출하도록 형성된다. 제1 개구(63), 제2 개구(5,7) 및 제3 개구(65)는 반사층(91) 형성 후에 형성될 수도 있지만, 이와 다르게, 도전막(60) 형성 전에 또는 도전막(60) 형성 후에 복수의 반도체층(30,40,50)에 제1 개구(63)가 일부 형성되고, 반사층(91)이 제1 개구(63)를 덮도록 형성된 후에, 반사층(91)을 관통하는 추가의 공정을 통해 제1 개구(63)가 형성되고, 추가의 공정과 동시에 또는 다른 공정으로 제2 개구(5,7) 및 제3 개구(65)가 형성될 수 있다.
계속해서, 도 7에 도시된 것과 같이, 반사층(91) 위에 제1 연결 전극(71) 및 제2 연결 전극(75) 및 제3 연결 전극(73)이 형성된다. 예를 들어, 제1 연결 전극(71) 및 제2 연결 전극(75) 및 제3 연결 전극(73)은 스퍼터링 장비, E-빔 장비 등을 이용하여 증착될 수 있다. 제1 연결 전극(71) 및 제2 연결 전극(75) 및 제3 연결 전극(73)은 안정적 전기적 접촉을 위해 Cr, Ti, Ni 또는 이들의 합급을 사용하여 형성될 수 있으며, Al 또는 Ag와 같은 반사 금속층을 포함할 수도 있다. 제1 연결 전극(71)은 복수의 제1 개구(63)를 통해 제1 반도체층(30)과 접촉하도록 형성될 수 있고, 제2 연결 전극(75)은 복수의 제2 개구(5,7)를 통해, 제3 연결 전극(73)은 복수의 제3 개구(65)를 통해 도전막(60)에 접하도록 형성될 수 있다.
다음으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 연결 전극(71) 및 제2 연결 전극(75) 및 제3 연결 전극(73)을 덮는 절연층(95)이 형성된다. 절연층(95)의 대표적인 물질은 SiO2이며, 이에 제한되지 않고 SiN, TiO2, Al2O3, Su-8 등이 사용될 수도 있다. 이후, 절연층(95)에 적어도 하나의 제4 개구(67), 적어도 하나의 제5 개구(68) 및 적어도 하나의 제6 개구(69)가 형성된다.
다음으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 스퍼터링 장비, E-빔 장비 등을 이용하여 절연층(95) 위에 제1 전극(81) 및 제2 전극(85)이 증착될 수 있다. 제1 전극(81)은 적어도 하나의 제4 개구(67)를 통해 제1 연결 전극(71)에 연결되며, 제2 전극(85)은 적어도 하나의 제5 개구(68) 및 적어도 하나의 제6 개구(69)를 통해 제2 연결 전극(75) 및 제3 연결 전극(73)에 연결된다.
제1 전극(81) 및 제2 전극(85)은 스터드 범프, 도전성 페이스트, 유테틱 본딩 등의 방법으로 외부(패키지, COB, 서브마운트 등)에 마련된 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 유테틱 본딩의 경우에, 제1 전극(81) 및 제2 전극(85)의 높이 차가 크게 나지 않는 것이 중요하다. 본 예에 따른 반도체 발광소자에 의하면 제1 전극(81) 및 제2 전극(85)이 절연층(95) 위에 동일한 공정에 의해 형성될 수 있으므로 양 전극의 높이 차가 거의 없다. 따라서 유테틱 본딩의 경우에 이점을 가진다. 반도체 발광소자가 유테틱 본딩을 통해 외부와 전기적으로 연결되는 경우에, 제1 전극(81) 및 제2 전극(85)의 최상부는 Au/Sn 합금, Au/Sn/Cu 합금과 같은 유테틱 본딩 물질로 형성될 수 있다.
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 예를 설명하는 도면이다.
반도체 발광소자는 제2 연결 전극(75)의 형상을 제외하고는 도 3 내지 도 8에서 설명된 반도체 발광소자와 실질적으로 동일하다. 따라서 중복된 설명은 생략한다.
제2 연결 전극(75)은 복수의 주변 개구(7)를 연결하는 폐루프 형상의 가지와, 내부 개구(5)와 복수의 주변 개구(7)를 연결하는 연결 가지(8)를 포함할 수 있다. 제2 연결 전극(75)의 면적이 감소되어 빛흡수량이 감소될 수 있다.
도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 예를 나타내는 도면이고, 도 11은 도 10에서 B-B 선을 따라 절단한 단면을 설명하는 도면이다.
반도체 발광소자는 제1 연결 전극(71)이 정공을 공급하고, 제2 연결 전극(75) 및 제3 연결 전극(73)이 전자를 공급하는 점과, 제2 연결 전극(75)이 폐루프 형상을 가지는 점과, 내부 개구(5)가 주변 개구(7)와 직접적으로 연결되지 않고, 제2 전극(85)에 의해 전기적으로 연결된 점과, 제2 전극(85)이 절연층(95)에 형성된 제5 개구68)를 통해 내부 개구(5)로 직접 연결된 점과, 제3 연결 전극(73)이 일부가 끈어진 폐루프 형상을 가지는 점과, 제1 연결 전극(71)으로부터 제3 연결 전극(73)의 끈어진 사이로 연장된 연결 가지(72)를 포함하는 점과, 제1 전극(81)의 면적이 제2 전극(85)의 면적보다 작은 점 등을 제외하고는 도 3 내지 도 8에서 설명된 반도체 발광소자와 실질적으로 동일하다. 따라서 중복된 설명은 생략한다.
본 예에서는 내부 개구(5)로 인해 내측 영역은 전자 밀도가 상대적으로 높아서 다른 영역으로부터 정공을 끌어당겨 재결합함으로써 내측 영역에서 발광이 유지 또는 향상될 수 있다.
제1 전극(81) 및 제2 전극(85)의 면적을 필요에 따라 변경할 수 있고, 전기적 연결을 위해 연결 가지(72)를 추가할 수 있다.
도 12는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면이다.
반도체 발광소자는 복수의 제1 개구(63)를 폐루프 형상으로 연결하는 추가의 제1 연결 전극(77)과, 복수의 제3 개구(65)를 폐루프 형상으로 연결하는 추가의 제3 연결 전극(79)을 포함하는 점을 제외하고는 도 3 내지 도 8에서 설명된 반도체 발광소자와 실질적으로 동일하다. 따라서 중복된 설명은 생략한다.
반도체 발광소자는 대면적, 고전력(high-power) 발광소자와 같이 사이즈가 증가하는 경우, 폐루프 형상의 연결 전극(77, 79)을 더 포함시켜 전류분포의 균일성을 얻을 수 있다. 이러한 대면적 반도체 발광소자에서는 고휘도의 요구가 크다. 따라서, 내부 개구(5)를 둠으로써 내측 영역에서 발광을 유지 및 증가시키는 본 개시에 따른 반도체 발광소자가 대면적 반도체 발광소자에 잘 적용될 수 있다.
도 13은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면이다.
반도체 발광소자는 제3 연결 전극이 삭제된 점과, 제1 연결 전극이 연결하는 제1 개구(63)의 개수가 증가된 점을 제외하고는 도 3 내지 도 8에서 설명된 반도체 발광소자와 실질적으로 동일하다. 따라서 중복된 설명은 생략한다.
반도체 발광소자의 사이즈가 작은 경우, 2개의 연결 전극(71, 73)만으로 전류분포의 균등성을 달성할 수 있으며, 발광면적이 작은 만큼 최대한 발광을 내기 위해 내측 영역에 내부 개구(5)를 둠으로써 발광의 유지 또는 증가를 달성할 수 있다.
도 14는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
반도체 발광소자는 투광성 도전막(60) 위에 제2 개구(63) 대응하여 오믹 접촉층(52)이 추가된 점과, 제1 연결 전극(71)과 제1 반도체층(30) 사이에 오믹 접촉층(56)이 추가된 점을 제외하고는 도 3 내지 도 8에서 설명된 반도체 발광소자와 실질적으로 동일하다.
제1 연결 전극(71)은 제1 개구(63)로 이어져 오믹 접촉층(56)에 접촉하며, 제2 연결 전극(73. 75)은 제2 개구(65)로 이어져 오믹 접촉층(52)에 접촉된다. 오믹 접촉층(52, 56)으로는 오믹 금속(Cr, Ti 등)이 사용될 수 있고, 반사 금속(Al, Ag) 등으로 형성될 수도 있으며, 이들의 조합으로 이루어져도 좋다. 오믹 접촉층(52, 56)으로 인해 반도체 발광소자의 동작전압이 낮아진다.
제2 반도체층(50)과 투광성 도전막(60) 사이에 오믹 접촉층(52)에 대응하여 빛흡수 방지막 또는 전류차단층(current block layer)을 추가할 수도 있다.
도 15는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 15(a)는 반도체 발광소자를 위에서 바라본 모습이고, 도 15(b)는 도 15(a)의 반도체 발광소자를 C-C'를 따라 자른 단면이다.
반도체 발광소자에 있어서, 반도체 발광소자는 복수의 반도체층(30,40,50), 비도전성 반사막(91), 절연층(95), 제1 전극부(56,71,81), 제2 전극부(52,55,75,85)를 포함한다. 복수의 반도체층(30,40,50)은 제1 반도체층(30), 제2 반도체층(50) 및 활성층(40)을 포함한다. 제1 반도체층(30)은 제1 도전성을 가지며, 제2 반도체층(50)은 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가진다. 활성층(40)은 제1 반도체층(30)과 제2 반도체층(50) 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성한다. 비도전성 반사막(91)은 복수의 반도체층(30,40,50) 위에 형성되며, 활성층(40)에서 생성된 빛을 제1 반도체층(30) 측으로 반사한다. 본 예에서 비도전성 반사막(91)은 금속 반사막에 의한 빛 흡수 감소를 위해 비도전성 물질로 복수의 반도체층(30,40,50) 위에 형성된다. 비도전성 반사막(91)은 반사막으로 기능하되, 빛의 흡수를 방지하도록 투광성 물질로 구성되는 것이 바람직하며, 예를 들어, SiOx, TiOx, Ta2O5, MgF2와 같은 투광성 유전체 물질로 구성될 수 있다. 비도전성 반사막(91)이 SiOx로 이루어지는 경우에, p형 반도체층(50; 예: GaN)에 비해 낮은 굴절률을 가지므로, 임계각 이상의 빛을 반도체층(30,40,50) 측으로 일부 반사시킬 수 있게 된다. 한편, 비도전성 반사막(91)이 분포 브래그 리플렉터(DBR: Distributed Bragg Reflector; 예: SiO2와 TiO2의 조합으로 된 DBR)로 이루어지는 경우에, 더욱 많은 양의 빛을 반도체층(30,40,50) 측으로 반사시킬 수 있게 된다. 절연층(95)은 비도전성 반사막(91) 위에 형성된다. 절연층(95)은 유전체(예:SiO2)로 이루어질 수 있다.
제1 전극부(56,71,81)와 제2 전극부(52,55,75,85)는 각각 상부전극(81,85)을 포함한다. 제1 전극부(56,71,81)는 제1 반도체층(30)과 전기적으로 연결되고, 제2 전극부(52,55,75,85)는 제2 반도체층(50)과 전기적으로 연결된다. 제1 전극부(56,71,81)는 제1 반도체층(30)에 전자와 정공 중 하나를 공급하고, 제2 전극부(52,55,75,85)는 제2 반도체층(50)에 전자와 정공 중 하나를 공급한다. 반도체 발광소자의 중심영역(96)은 절연층(95)에 형성되며, 상부전극(81,85) 사이에 형성된다. 도 15(a)와 같이 반도체 발광소자의 모서리를 잇는 실선(101)이 교차하는 지점이 반도체 발광소자의 중심이며, 반도체 발광소자의 중심으로부터 일정영역을 중심영역(96)이라 한다. 특히, 중심영역(96)에서 절연층(95)은 평탄한 것이 바람직하다.
중심영역(96)에서 절연층(95)은 평탄한 것이 바람직한 이유는 비도전성 반사막(91) 또는 절연층(95)에 발생하는 균열을 방지하기 위함이다. 반도체 발광소자를 제조한 후, 테잎으로부터 반도체 발광소자를 분리하기 위해 핀으로 반도체 발광소자를 밀어올린다. 이때, 핀은 반도체 발광소자의 중심영역(96)에 있는 절연층(95)을 밀게 되는데, 최상층의 중심영역(96)이 돌출부를 가지거나 평탄하지 않으면, 중심영역(96)의 비도전성 반사막(91) 또는 절연층(95)에 균열이 생기거나 깨지기 쉽다. 비도전성 반사막(91) 또는 절연층(95)에 균열이 생기거나 깨지면, 반도체 발광소자의 성능이 현저히 저하되고, 절연성이 떨어져, 반도체 발광소자의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 발생하기 때문이다. 절연층(95) 위에 형성된 돌출부는 ??이상이 주위보다 돌출된 것을 의미한다.(돌출부의 높이가 어느정도부터 문제가 되나요?)
중심영역(96)에서 절연층(95) 아래에 가지전극(55)이 형성되면, 가지전극(55)은 얇고 길어서 중심영역(96)이 형성된 절연층(95) 아래를 지나가게 되면, 중심영역(96)의 절연층(95)이 돌출부를 가지거나 평탄하게 형성되지 않는다. 또한, 중심영역(96)에서 절연층(95) 아래에 중심영역(96)의 넓이보다 넓지 않게 연결전극(71,75)이 형성되면, 중심영역(96)에서 절연층(95)이 돌출부를 가지거나 평탄하지 않게 형성된다. 또한, 중심영역(96)에서 절연층(95)의 아래에 일부의 연결전극(71,75)이 지나가게 되면 중심영역(96)이 돌출부를 가지거나 평탄하게 형성되지 않는 문제점이 있다.
그러므로, 중심영역(96)에서 절연층(95)이 평탄하기 위해서는 중심영역(96)에서 절연층(95) 아래에는 가지전극(55)이 형성되지 않거나, 중심영역(95)보다 넓게 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 중심영역(96)에서 절연층(95) 아래의 연결전극(71,75)은 형성되지 않거나, 중심영역(95) 보다 넓게 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 중심영역(96)에서 절연층(95) 아래에는 가지전극(55)이 형성되지 않는 것이 바람직하다.
하지만, 가지전극(55)이 중심영역(95)보다 넓게 형성되는 것은, 반도체 발광소자의 휘도를 낮출 수 있어 잘 쓰이지 않는다. 가지전극(55)에 흡수되는 빛을 막을 수 있는 방법을 함께 사용한다면 가지전극(55)이 중심영역(95)보다 넓게 형성되는 방법도 사용할 수 있다.
핀은 직경이 32μm이며, 중심영역(96)의 직경은 핀의 직경보다 넓은 것이 바람직하며, 핀의 직경에 따라서 중심영역(96)의 직경이 달라질 수 있다.
제2 전극부(52,55,75,85)는 가지전극(55)을 포함한다. 가지전극(55)은 비도전성 반사막(91) 아래에 형성되며, 제2 반도체층(50) 위에 형성된다. 가지전극(55)은 제2 반도체층(50)의 전류 확산을 위해서 제2 반도체층(50) 위에 길게 형성된다. 가지전극(55)은 금속으로 형성되며, 금속은 빛을 흡수하기 때문에 좁게 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 가지전극(55)은 중심영역(96)을 지나가지 않고 끊어져 형성된다.
제1 전극부(56,71,81)와 제2 전극부(52,55,75,85)는 각각 연결전극(71,75)을 포함한다. 연결전극(71,75)은 비도전성 반사막(91) 위에 형성된다. 연결전극(71,75)은 비도전성 반사막(91) 위를 대부분 덮도록 넓게 형성되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 비도전성 반사막(91) 위에서 연결전극(71,75)이 핀의 충격을 흡수하여 비도전성 반사막(91)의 균열 또는 깨짐을 예방할 수 있기 때문이다. 일반적으로 연결전극(71, 75)은 금속으로 형성되어, 연결전극(71,75)도 빛을 흡수할 수 있으므로, 좁게 형성하는 것이 휘도를 높이는 방법이라고 생각한다. 하지만 비도전성 반사막(91)에서 빛을 대부분 제1 반도체층(30) 측으로 반사하기 때문에 적은 양의 빛만 연결전극(71,75)측으로 들어오고, 그 중 일부가 흡수되므로 연결전극(71,75)이 넓은 것은 휘도에 많은 영향을 끼치지 않는다는 것을 발견하였다. 그러므로, 비도전성 반사막(91) 위에 연결전극(71,75)을 넓게 형성함으로써, 반도체 발광소자의 안정성, 신뢰성을 높일 수 있다. 이때, 연결전극(71,75) 중 하나가 복수의 개구(102)를 형성하고, 다른 하나의 연결전극(71, 75)이 복수의 개구(102) 내에 형성된다. 예를 들면, 도 15(a)와 같이 복수의 개구(102)를 가지는 연결전극(75)이 형성되고, 복수의 개구(102) 내에 연결전극(71)이 형성된다.
가지전극(55)은 제2 반도체층(50)에 형성된다. 비도전성 반사막(91) 위에 형성된 연결전극(75)은 비도전성 반사막(91)에 형성된 2개의 제2 개구(65)를 통해 가지전극(55)과 연결전극(75)이 전기적으로 연결된다. 그 결과, 가지전극(55)이 중심영역(96)에서 제거되어도 가지전극(55)과 연결전극(75)은 제2 반도체층(50)과 전기적으로 연결된다. 도시하지는 않았지만, 복수의 제1 개구(63)를 통해 복수의 오믹 접촉층(56)과 연결전극(71)이 전기적으로 연결된다. 또한, 연결전극(75)이 제1 반도체층(30) 또는 제2 반도체층(50)에 전기적으로 연결되는 것은 한정되지 않는다.
도 16은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 실시 예들을 나타내는 도면이다.
도 16(a)와 도 16(b)는 반도체 발광소자를 위에서 바라본 모습이다. 도 16(a)와 도 16(b)의 반도체 발광소자는 빛을 흡수해 휘도를 낮출 수 있는 연결전극(71,75)이 형성되는 부분을 최소한으로 형성한 예이다.
도 16(a)는 중심영역(96)이 형성된 절연층(95) 아래에는 연결전극(71,75) 중 하나 이상이 형성될 수 있다. 이때, 가지전극(55)은 중심영역(96)이 형성된 절연층(95) 아래는 제외하고 형성될 수 있다. 연결전극(75)은 중심영역(96) 보다 약간 넓게 형성될 수 있다. 이때, 비도전성 반사막(91) 위에 연결전극(71,75) 중 하나이상이 형성됨으로써 비도전성 반사막(91)의 깨짐이나 균열을 일정 부분 보호할 수 있다. 중심영역(96)에 형성된 연결전극(75)의 모양은 원에 국한되지 않고, 핀 모양 또는 필요에 따라서 바뀔 수 있다.
도 16(b)는 중심영역(96)이 형성된 절연층(95)의 아래에는 연결전극(71,75) 및 가지전극(55)이 형성되지 않는다. 연결전극(71,75) 및 가지전극(55)이 형성되지 않는 부분이 중심영역(96)이 될 수 있도록 한 예이다.
도 16에서 설명한 것을 제외하고, 도 15에서 설명된 반도체 발광소자는 실질적으로 동일하다.
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 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층을 가지는 복수의 반도체층; 활성층에서 생성된 빛을 제1 반도체층 측으로 반사하도록 복수의 반도체층 위에 형성된 비도전성 반사막; 비도전성 반사막의 위에 형성된 절연층; 제1 반도체층과 전기적으로 연결되며 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전극부;그리고, 제2 반도체층과 전기적으로 연결되며 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급하는 제2 전극부;를 포함하며, 절연층 위에 형성되는 제1 전극부 및 제2 전극부는 각각 상부전극;을 포함하며, 상부전극 사이의 중심영역에서 절연층이 평탄한 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(2) 제1 전극부와 제2 전극부 중의 적어도 하나는: 복수의 반도체층과 비도전성 반사막 사이에 형성되는 가지전극;을 포함하며, 중심영역의 절연층 아래에서 가지전극이 제거되어 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(3) 제1 전극부와 제2 전극부 중의 적어도 하나는: 비도전성 반사막과 절연층 사이에 형성되는 연결전극;을 포함하며, 중심영역의 절연층 아래에는 연결전극이 형성되며, 연결전극은 중심영역의 절연층 아래에서 중심영역보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(4) 제1 전극부와 제2 전극부 중의 적어도 하나는: 비도전성 반사막과 절연층 사이에 형성되는 연결전극;을 포함하며, 중심영역에서 절연층 아래에는 연결전극이 형성되며, 연결전극은 중심영역의 절연층 아래에서 제거되어 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(5) 제1 전극부와 제2 전극부는: 비도전성 반사막과 절연층 사이에 형성되는 연결전극;을 포함하며, 제1 전극부 및 제2 전극부 중 적어도 하나인 연결전극은 복수의 개구를 형성하며, 제1 전극부 및 제2 전극부 중 다른 하나인 연결전극은 복수의 개구에 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(6) 제1 전극부와 제2 전극부 중의 적어도 하나는: 복수의 반도체층과 비도전성 반사막 사이에 형성되는 가지전극; 그리고, 비도전성 반사막과 절연층 사이에 형성되는 연결전극;을 포함하며, 중심영역의 절연층 아래에서 가지전극과 연결전극이 제거되어 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(7) 비도전성 반사막은 분포 브래그 리플렉터(DBR: Distributed Bragg Reflector)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(8) 절연층은 유전체로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(9) 중심영역의 직경이 32μm 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(10) 제1 전극부와 제2 전극부 중의 적어도 하나는: 복수의 반도체층과 비도전성 반사막 사이에 형성되는 가지전극;그리고, 비도전성 반사막과 절연층 사이에 형성되는 연결전극;을 포함하며, 가지전극과 연결전극은 복수의 개구를 통하여 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
본 개시에 의하면, 충격에 의해 성능이 저하되지 않는 반도체 발광소자를 제공한다.
또한, 본 개시에 의하면, 충격에 의해 손상되지 않는 반도체 발광소자를 제공한다.
또한, 본 개시에 의하면, 충격에 의해 절연층 또는 비도전성 반사막이 손상되지 않는 중심영역을 가지는 반도체 발광소자를 제공한다.
또한, 본 개시에 의하면, 비도전성 반사막 위를 연결전극이 덮음으로써 충격을 연결전극이 흡수하는 반도체 발광소자를 제공한다.
Claims (10)
- 반도체 발광소자에 있어서,
제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층을 가지는 복수의 반도체층;
활성층에서 생성된 빛을 제1 반도체층 측으로 반사하도록 복수의 반도체층 위에 형성된 비도전성 반사막;
비도전성 반사막의 위에 형성된 절연층;
제1 반도체층과 전기적으로 연결되며 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전극부;그리고,
제2 반도체층과 전기적으로 연결되며 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급하는 제2 전극부;를 포함하며,
절연층 위에 형성되는 제1 전극부 및 제2 전극부는 각각 상부전극;을 포함하며,
상부전극 사이의 중심영역에서 절연층이 평탄하고,
제1 전극부와 제2 전극부 중의 적어도 하나는:
복수의 반도체층과 비도전성 반사막 사이에 형성되는 가지전극;을 포함하며,
중심영역에 위치하는 절연층 아래에서는 가지전극이 제거되어 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
제1 전극부와 제2 전극부 중의 적어도 하나는:
비도전성 반사막과 절연층 사이에 형성되는 연결전극;을 포함하며,
중심영역의 절연층 아래에는 연결전극이 형성되며,
연결전극은 중심영역의 절연층 아래에서 중심영역보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
제1 전극부와 제2 전극부 중의 적어도 하나는:
비도전성 반사막과 절연층 사이에 형성되는 연결전극;을 포함하며,
중심영역에서 절연층 아래에는 연결전극이 형성되며,
연결전극은 중심영역의 절연층 아래에서 제거되어 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
제1 전극부와 제2 전극부는:
비도전성 반사막과 절연층 사이에 형성되는 연결전극;을 포함하며,
제1 전극부 및 제2 전극부 중 적어도 하나인 연결전극은 복수의 개구를 형성하며,
제1 전극부 및 제2 전극부 중 다른 하나인 연결전극은 복수의 개구에 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
제1 전극부와 제2 전극부 중의 적어도 하나는:
복수의 반도체층과 비도전성 반사막 사이에 형성되는 가지전극; 그리고,
비도전성 반사막과 절연층 사이에 형성되는 연결전극;을 포함하며,
중심영역의 절연층 아래에서 가지전극과 연결전극이 제거되어 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
비도전성 반사막은 분포 브래그 리플렉터(DBR: Distributed Bragg Reflector)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
절연층은 유전체로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
중심영역의 직경이 32μm 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
제1 전극부와 제2 전극부 중의 적어도 하나는:
복수의 반도체층과 비도전성 반사막 사이에 형성되는 가지전극;그리고,
비도전성 반사막과 절연층 사이에 형성되는 연결전극;을 포함하며,
가지전극과 연결전극은 복수의 개구를 통하여 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
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