KR101838986B1 - 발광 소자용 기판, 발광 소자의 제조 방법 및 그 제조 장치 - Google Patents

발광 소자용 기판, 발광 소자의 제조 방법 및 그 제조 장치 Download PDF

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Abstract

실시예에 따르면, 발광 소자에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 형성하기 위해 사용되는 기판에 있어서, 기판의 상면은 1 도전형 반도체층에 접하는 편평한 면을 갖고, 기판의 하면은 오목한 라운드 면을 갖는다.

Description

발광 소자용 기판, 발광 소자의 제조 방법 및 그 제조 장치{Substrate for light emitting device, method of manufacturing the light emitting device and the apparatus for manufacturing the same}
실시예는 발광 소자용 기판, 발광 소자의 제조 방법 및 그 제조 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자이다. 발광 다이오드는 고 휘도를 갖는 광을 얻을 수 있어, 디스플레이용 광원, 자동차용 광원 및 조명용 광원으로 폭넓게 사용되고 있으며, 형광 물질을 이용하거나 다양한 색의 발광 다이오드를 조합함으로써 효율이 우수한 백색 광을 발광하는 발광 다이오드도 구현이 가능하다.
발광 다이오드의 휘도 및 성능을 더욱 향상시키기 위해 광 추출 구조를 개선하는 방법, 활성층의 구조를 개선하는 방법, 전류 퍼짐을 향상하는 방법, 전극의 구조를 개선하는 방법, 발광 다이오드 패키지의 구조를 개선하는 방법 등 다양한 방법들이 시도되고 있다.
실시예는 새로운 구조를 가지는 발광 소자용 기판을 제공한다.
실시예는 품질과 신뢰성이 향상된 발광 소자용 기판을 제공한다.
실시예는 발광 효율이 향상된 발광 소자용 기판을 제공한다.
실시예는 공정수율이 향상된 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.
실시예는 품질과 신뢰성이 향상된 발광 소자를 제조하기 위한 장치를 제공한다.
실시예에 따르면, 발광 소자에서 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 형성하기 위해 사용되는 기판은, 상기 기판의 상면은 상기 제1 도전형 반도체층에 접하는 편평한 면을 갖고, 상기 기판의 하면은 오목한 라운드 면을 갖는다.
실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법은, 하면에 오목한 라운드 형상을 갖는 기판을 편평한 면을 갖는 서셉터에 안착하는 단계; 제1 온도에서 상기 기판 상에 제1 도전형 반도체층을 형성하는 단계; 제2 온도에서 상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계; 및 제3 온도에서 상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 기판의 하면의 전 영역이 상기 서셉터와 접촉되도록 상기 제2 온도에서 상기 기판의 상기 하면은 편평한 면으로 변형된다.
실시예에 따른 발광 소자의 제조 장치는, 위의 실시예에 의한 기판; 및 상기 기판을 안착하기 위한 서셉터를 포함한다.
실시예는 기판의 하면을 오목한 라운드 형상으로 형성하여 줌으로써, 활성층을 형성할 때 기판의 하면이 편평해져 기판의 하면의 전 영역이 서셉터에 접촉되도록 하여 활성층의 인듐(In)이 활성층의 전 영역에 균일하게 산포되도록 한다.
이에 따라, 활성층에서 원하는 광의 파장을 얻을 수 있다. 또한, 활성층의 전 영역에서 광이 발생되어 발광 효율이 향상될 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 발광 구조물을 도시한 단면도이다.
도 3은 제2 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 4는 제3 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 5는 제4 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 6은 제5 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 7 내지 도 10은 제1 및 제5 실시예 중 하나에 따른 발광 소자를 제조하는 방법을 설명하는 공정도이다.
도 11은 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지의 단면도이다.
발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 발광 구조물을 도시한 단면도이다.
도 1를 참조하면, 제1 실시예에 따른 발광 소자(1)는 기판(10)과 상기 기판(10) 상에 형성된 발광 구조물(20)을 포함한다.
상기 기판(10)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 형성될 수 있다.
상기 기판(10)의 상면(18)은 편평한(flat) 면을 갖는데 반해, 상기 기판(10)의 하면(16)은 상기 기판(10)의 내부로 오목한 라운드(concave-round) 면을 가질 수 있다.
상기 기판(10)의 상면(18)은 중심 영역(14)과 에지 영역(12) 모두 편평한 면을 가질 수 있다. 다시 말해, 상기 기판(10)의 상면(18)의 전 영역은 편평한 면을 가질 수 있다.
상기 기판(10)의 상면(18)의 전 영역은 동일한 위치를 가질 수 있다.
상기 기판(10)의 에지 영역(12)에서 상기 기판(10)의 중심 영역(14)으로 갈수록 상기 기판(10)의 두께가 점진적으로 감소되는 형상을 가질 수 있다. 상기 기판(10)의 하면(16)은 상기 중심 영역(14)을 기준으로 양측으로 대칭적으로 형성될 수 있다.
상기 기판(10)의 하면(16)은 상기 중심 영역(14)이 상기 에지 영역(12)보다 적어도 더 높게 위치될 수 있다.
상기 에지 영역(12)의 상기 기판(10)의 두께(h1)는 상기 중심 영역(14)의 상기 기판(10)의 두께(h2)와 상이할 수 있다. 상기 중심 영역(14)의 상기 기판(10)은 상기 에지 영역(12)의 상기 기판(10)보다 작은 두께를 가질 수 있다.
상기 에지 영역(12)의 상기 기판(10)의 두께(h1)는 대략 900㎛ 내지 대략 1500㎛의 범위를 가질 수 있다. 상기 에지 영역(12)의 상기 기판(10)의 두께(h1)는 대략 900㎛ 내지 1300㎛의 범위를 가질 수 있다. 상기 에지 영역(12)의 상기 기판(10)의 두께(h1)는 대략 1000㎛일 수 있다.
상기 중심 영영(14)의 상기 기판(10)의 두께(h2)는 대략 800㎛ 내지 대략 1400㎛의 범위를 가질 수 있다. 상기 중심 영역(14)의 상기 기판(10)의 두께(h2)는 대략 700㎛ 내지 대략 1200㎛의 범위를 가질 수 있다. 상기 중심 영역(14)의 상기 기판(10)의 두께(h2)는 대략 900㎛일 수 있다.
상기 에지 영역(12)의 상기 기판(10)의 두께(h1)와 상기 중심 영역(14)의 상기 기판(10)의 두께(h2)의 차이(D)는 대략 60㎛ 내지 대략 250㎛의 범위를 가질 수 있다. 상기 에지 영역(12)의 상기 기판(10)의 두께(h1)와 상기 중심 영역(14)의 상기 기판(10)의 두께(h2)의 차이(D)는 대략 80㎛ 내지 대략 200㎛의 범위를 가질 수 있다. 상기 에지 영역(12)의 상기 기판(10)의 두께(h1)와 상기 중심 영역(14)의 상기 기판(10)의 두께(h2)의 차이(D)는 대략 150㎛일 수 있다.
상기 에지 영역(12)의 상기 기판(10)의 두께(h1)와 상기 중심 영역(14)의 상기 기판(10)의 두께(h2)의 차이(D)는 상기 발광 구조물(20)의 형성에 사용된 온도에 의해 상기 기판(10)의 하면이 편평한 면으로 변형될 수 있다. 구체적으로는, 상기 에지 영역(12)의 상기 기판(10)의 두께(h1)와 상기 중심 영역(14)의 상기 기판(10)의 두께(h2)의 차이(D)는 상기 발광 구조물(20)의 활성층(24, 도2 참고)을 형성하기 위해 사용된 온도에 의해 상기 기판(10)의 하면이 편평한 면으로 변형될 수 있다.
이때, 상기 기판(10)의 하면이 편평한 면으로 변형됨은 상기 에지 영역(12)의 상기 기판(10)의 두께(h1)와 상기 중심 영역(14)의 상기 기판(10)의 두께(h2) 의 차이(D)가 없음을 의미할 수 있다.
상기 에지 영역(12)의 상기 기판(10)의 두께(h1)와 상기 중심 영역(14)의 상기 기판(10)의 두께(h2)의 차이(D)는 상기 에지 영역(12)의 상기 기판(10)의 두께(h1)의 대략 5% 내지 대략 30%의 범위를 가질 수 있다. 상기 에지 영역(12)의 상기 기판(10)의 두께(h1)와 상기 중심 영역(14)의 상기 기판(10)의 두께(h2)의 차이(D)는 상기 에지 영역(12)의 상기 기판(10)의 두께(h1)의 대략 6% 내지 대략 25%의 범위를 가질 수 있다. 상기 에지 영역(12)의 상기 기판(10)의 두께(h1)와 상기 중심 영역(14)의 상기 기판(10)의 두께(h2)의 차이(D)는 상기 에지 영역(12)의 상기 기판(10)의 두께(h1)의 대략 10%일 수 있다.
상기 에지 영역(12)의 상기 기판(10)의 두께(h1)와 상기 중심 영역(14)의 상기 기판(10)의 두께(h2)의 차이(D)가 상기 에지 영역(12)의 상기 기판(10)의 두께(h1)의 5% 이하인 경우, 다시 말해 상기 에지 영역(12)의 상기 기판(10)의 두께(h1)와 상기 중심 영역(14)의 상기 기판(10)의 두께(h2)의 차이(D)가 작은 경우, 상기 발광 구조물(20) 구체적으로 활성층(24, 도 2 참고)을 형성하기 위해 요구된 고온에 의해 상기 기판(10)의 중심 영역(14)이 하부 방향으로 열 팽창될 때 상기 차이(D)보다 열 팽창력이 크게 되어 상기 기판(10)의 하면의 전 영역이 편평한 면이 되다가 계속적인 열 팽창에 의해 상기 기판(10)의 하면이 볼록한 라운드 면으로 변형될 수 있다. 따라서, 궁극적으로 공정 중인 기판(10)에 요구되는 기판의 하면의 편평한 면이 얻어지지 않게 된다.
반대로, 상기 에지 영역(12)의 상기 기판(10)의 두께(h1)와 상기 중심 영역(14)의 상기 기판(10)의 두께(h2)의 차이(D)가 상기 에지 영역(12)의 상기 기판(10)의 두께(h1)의 30% 이상인 경우, 다시 말해 상기 에지 영역(12)의 상기 기판(10)의 두께(h1)와 상기 중심 영역(14)의 상기 기판(10)의 두께(h2)의 차이(D)가 큰 경우, 상기 발광 구조물(20) 구체적으로 활성층(24, 도 2 참고)을 형성하기 위해 요구된 고온에 의해 상기 기판(10)의 중심 영역(14)이 하부 방향으로 열 팽창될 때 상기 차이(D)보다 열 팽창력이 작게 되어 상기 활성층(24) 형성 공정 중임에도 불구하고 여전히 오목한 라운드 면이 된다. 따라서, 궁극적으로 상기 활성층(24)이 형성될 때 기판(10)의 하면에 편평한 면이 얻어지지 않게 된다.
그러므로, 상기 에지 영역(12)의 상기 기판(10)의 두께(h1)와 상기 중심 영역(14)의 상기 기판(10)의 두께(h2)의 차이(D)는 상기 에지 영역(12)의 상기 기판(10)의 두께(h1)의 대략 5% 내지 대략 30%의 범위를 가질 때, 상기 발광 구조물(20)의 활성층(24, 도 2 참고)을 형성할 때 상기 기판(10)의 하면(16)의 전 영역이 편평한 면으로 변형될 수 있다.
상기 발광 구조물(20)은 상기 기판(10) 상에 형성될 수 있다. 상기 발광 구조물(20)은 III-V족 화합물 반도체 재료로 형성된 다수의 화합물 반도체층들을 포함할 수 있다.
상기 화합물 반도체층들은 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 도전형 반도체층(22), 활성층(24) 및 제2 도전형 반도체층(26)을 포함할 수 있다.
상기 발광 구조물(20)은 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy) 및 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 중 어느 하나를 이용하여 성장하여 형성될 수 있다.
도시되지 않았지만, 상기 제1 도전형 반도체층(22) 아래에 버퍼층 또는/ 및 비도전형 반도체층이 형성될 수 있다. 상기 버퍼층 및 상기 비도전형 반도체층은 III-V족 반도체 재료로 형성될 수 있다.
상기 비 도전형 반도체층은 도전형 도펀트가 도핑되지 않아, 상기 제1 도전형 반도체층(22)에 비해 현저히 낮은 전기 전도성을 가지는 층으로서, 예를 들어, 언도프드(Undoped) GaN 층일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 버퍼층은 상기 제1 도전형 반도체층(22)과 상기 기판(10) 사이에는 두 층(10, 22) 사이의 격자 상수 차이를 완화하기 위한 형성될 수도 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(22)은 예를 들어, n형 도펀트를 포함하는 n형 반도체층일 수 있다. 상기 n형 반도체층은 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN 및 AlInN로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(22) 상에는 상기 활성층(24)이 형성될 수 있다.
상기 활성층(24)은 상기 제1 도전형 반도체층(22)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 상기 제2 도전형 반도체층(26)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 서로 결합되어, 상기 활성층(24)의 구성 물질에 따른 에너지 밴드(Energy Band)의 밴드갭(Band Gap) 차이에 상응하는 파장을 갖는 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(24)은 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조(MQW : Multi Quantum Well)로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(24)의 위 및/또는 아래에는 n형 또는 p형 도펀트가 도핑된 클래드층(미도시)이 형성될 수도 있으며, 상기 클래드층(미도시)은 AlGaN층 또는 InAlGaN층으로 구현될 수 있다.
상기 활성층(24) 상에 상기 제2 도전형 반도체층(26)이 형성될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(26)은 예를 들어, p형 도펀트를 포함하는 p형 반도체층일 수 있다. 상기 p형 반도체층은 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN 및 AlInN로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
도시되지 않았지만, 상기 제2 도전형 반도체층(26) 상에는 투명전극층이 형성될 수 있다. 상기 투명전극층은 ITO, IZO(In-ZnO), GZO(Ga-ZnO), AZO(Al-ZnO), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au 및 Ni/IrOx/Au/ITO로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 상기 투명전극층 대신 반사전극층(미도시)이 형성될 수도 있다. 상기 반사전극층은 반사 효율이 높은 은(Ag), 알루미늄(Al), 백금(Pt) 및 팔라딘(Pd)로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도시되지 않았지만, 상기 제2 도전형 반도체층(26) 상에는 제1 전극이 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(22)의 일부가 노출된 영역에 제2 전극(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극은 상기 발광 소자(1)에 전원을 제공한다.
상기 제2 전극을 형성하기 전에, 상기 제1 도전형 반도체층(22)이 노출되도록 메사 에칭(Mesa Etching)을 수행될 수 있다.
제1 실시예에 따른 발광 소자(1)에서 기판(10)의 하면(16)에 오목하게 들어간 차이(D)가 형성됨에 따라 발광 구조물(20), 예컨대 활성층(24)을 형성하기 위해 요구된 고온에서 기판(10)의 하면(16)이 편평한 면으로 변형되게 되어, 기판(10)의 전 영역에 균일한 온도가 유지되어 신뢰성 있는 발광 구조물을 얻을 수 있다.
특히, 발광 구조물(20)의 활성층(24)을 형성하기 위한 인듐(In)이 기판(10)의 전 영역 상에 균일하게 산포되어, 원하는 파장을 얻을 수 있다. 예컨대, 인듐(In)이 기판의 전 영역 상에 불균일하게 산포되는 경우, 원하는 파장이 아닌 변형된 파장이 얻어지게 되어 발광 소자의 불량이 발생하게 된다.
아울러, 기판(10)의 전 영역 상에 활성층(24)의 형성을 위한 인듐(In)이 균일하게 산포됨으로써, 활성층(24)의 전 영역에서 광이 발생되어 발광 효율이 향상될 수 있다.
도 3은 제2 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
제2 실시예는 요철 구조물(11a)을 제외하고 제1 실시예와 동일하다. 따라서, 제2 실시예는 제1 실시예와 동일한 구성 요소에 대해 동일한 도면 번호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제2 실시예에 따른 발광 소자(1A)는 기판(10), 상기 기판(10)의 상면에 형성된 발광 구조물(20) 및 상기 기판(10)의 하면에 형성된 요철 구조물(11a)을 포함할 수 있다.
상기 발광 구조물(20)은 도 2에 도시한 바와 같이 제1 도전형 반도체층(22), 상기 제1 도전형 반도체층(22) 상에 활성층(24) 및 상기 활성층(24) 상에 제2 도전형 반도체층(26)을 포함할 수 있다.
상기 요철 구조물(11a)은 상기 기판(10)의 하부 방향으로 돌출된 다수의 라운드 패턴들 또는 도트들을 포함할 수 있다. 상기 패턴은 아래에서 위로 쳐다볼 때, 반구형, 타원형, 원뿔형 또는 다각형일 수 있다.
상기 기판(10)의 하면에 오목한 라운드 형상이 형성된 후, 상기 기판(10)의 하면 상에 상기 기판(10)의 하부 방향으로 돌출된 다수의 라운드 패턴들이 형성될 수 있다.
상기 요철 구조물(11a)은 상기 기판(10)과 상이한 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 요철 구조물(11a)은 금속 물질 또는 III-V족 반도체 재료를 포함할 수 있다.
도 4는 제3 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
제3 실시예는 요철 구조물(11a)을 제외하고 제1 실시예와 동일하다. 따라서, 제3 실시예는 제1 실시예와 동일한 구성 요소에 대해 동일한 도면 번호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 제3 실시예에 따른 발광 소자(1B)는 기판(10), 상기 기판(10)의 상면에 형성된 발광 구조물(20) 및 상기 기판(10)의 하면에 형성된 요철 구조물(11a)을 포함할 수 있다.
상기 발광 구조물(20)은 도 2에 도시한 바와 같이 제1 도전형 반도체층(22), 상기 제1 도전형 반도체층(22) 상에 활성층(24) 및 상기 활성층(24) 상에 제2 도전형 반도체층(26)을 포함할 수 있다.
상기 요철 구조물(11a)은 상기 기판(10)의 하부 방향으로 돌출된 다수의 라운드 패턴들 또는 도트들을 포함할 수 있다. 상기 패턴은 아래에서 위로 쳐다볼 때, 반구형, 타원형, 원뿔형 또는 다각형일 수 있다.
상기 기판(10)의 하면에 상부 방향으로 오목한 라운드 형상과 상기 기판(10)의 하부 방향으로 돌출된 다수의 라운드 패턴들이 동시에 형성될 수 있다. 다시 말해, 상기 패턴들은 상기 기판(10)의 하부 방향으로 돌출되어 상기 기판(10)으로부터 연장 형성될 수 있다.
따라서, 상기 요철 구조물(11a)은 상기 기판(10)과 동일한 물질로 형성될 수 있다.
도 5는 제4 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
제4 실시예는 요철 구조물(11c)을 제외하고 제1 실시예와 동일하다. 따라서, 제4 실시예는 제1 실시예와 동일한 구성 요소에 대해 동일한 도면 번호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 제4 실시예에 따른 발광 소자(1C)는 기판(10), 상기 기판(10)의 상면에 형성된 발광 구조물(20) 및 상기 기판(10)의 하면에 형성된 요철 구조물(11c)을 포함할 수 있다.
상기 발광 구조물(20)은 도 2에 도시한 바와 같이 제1 도전형 반도체층(22), 상기 제1 도전형 반도체층(22) 상에 활성층(24) 및 상기 활성층(24) 상에 제2 도전형 반도체층(26)을 포함할 수 있다.
상기 요철 구조물(11c)은 상기 기판(10)의 하부 방향으로 돌출된 다수의 피크 패턴들 또는 도트들을 포함할 수 있다. 상기 패턴은 아래에서 위로 쳐다볼 때, 반구형, 타원형, 원뿔형 또는 다각형일 수 있다.
상기 기판(10)의 하면에 오목한 라운드 형상이 형성된 후, 상기 기판(10)의 하면 상에 상기 기판(10)의 하부 방향으로 돌출된 다수의 피크 패턴들이 형성될 수 있다.
상기 요철 구조물(11c)은 상기 기판(10)과 상이한 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 요철 구조물(11c)은 금속 물질 또는 III-V족 반도체 재료를 포함할 수 있다.
도 6은 제5 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
제5 실시예는 요철 구조물(11d)을 제외하고 제1 실시예와 동일하다. 따라서, 제5 실시예는 제1 실시예와 동일한 구성 요소에 대해 동일한 도면 번호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 제5 실시예에 따른 발광 소자(1D)는 기판(10), 상기 기판(10)의 상면에 형성된 발광 구조물(20) 및 상기 기판(10)의 하면에 형성된 요철 구조물(11d)을 포함할 수 있다.
상기 발광 구조물(20)은 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 도전형 반도체층(22), 상기 제1 도전형 반도체층(22) 상에 활성층(24) 및 상기 활성층(24) 상에 제2 도전형 반도체층(24)을 포함할 수 있다.
상기 요철 구조물(11d)은 상기 기판(10)의 하부 방향으로 돌출된 다수의 피크 패턴들 또는 도트들을 포함할 수 있다. 상기 패턴은 아래에서 위로 쳐다볼 때, 반구형, 타원형, 원뿔형 또는 다각형일 수 있다.
상기 기판(10)의 하면에 오목한 라운드 형상과 상기 기판(10)의 하면 상에 상기 기판(10)의 하부 방향으로 돌출된 다수의 피크 패턴들이 형성될 수 있다. 다시 말해, 상기 패턴들은 상기 기판(10)의 하부 방향으로 돌출되어 상기 기판(10)으로부터 연장 형성될 수 있다.
따라서, 상기 요철 구조물(11d)은 상기 기판(10)과 동일한 물질로 형성될 수 있다.
제2 내지 제5 실시예에 의한 요철 구조물(11a, 11c, 11d)은 열 대류에 의해 기판(10)을 가열하는 경우에 적합하다. 즉, 활성층(24) 형성시 기판(10)의 하면이 편평한 면으로 변형되는 경우, 상기 요철 구조물(11a, 11c, 11d)의 패턴들 또는 도트들이 국부적으로 나중에 설명된 서셉터에 접촉되게 된다. 따라서, 가열 수단에 의해 발생된 열이 대류에 의해 기판을 가열하게 된다. 다시 말해, 상기 기판(10)의 하면의 전 영역이 서셉터에 접촉함으로써, 서셉터의 열이 기판으로 열 전도되는 현상이 발생하지 않게 된다.
결국, 열전도를 사용하기 위해서는 제1 실시예의 기판이 적합하고, 열 대류를 사용하기 위해서는 제2 내지 제5 실시예의 기판이 적합하다.
도 7 내지 도 10은 발광 소자의 제조하는 방법을 설명하는 공정도이다.
도 7을 참조하면, 기판10)이 서셉터(susceptor)(110)에 안착될 수 있다.
상기 기판(10)은 제1 내지 제5 실시예에서 설명된 기판들 중 어느 하나일 수 있다.
즉, 상기 기판(10)은 그 상면(18)은 편평한 면을 갖는 데 반해, 그 하면(16)에는 차이(D)를 갖는 오목한 라운드 면을 가질 수 있다. 상기 기판(10)의 하면(16)은 도 1에 도시한 바와 같이 에지 영역(12)의 상기 기판(10)의 두께(h1)와 상기 중심 영역(14)의 상기 기판(10)의 두께(h2)의 차이(D)는 상기 에지 영역(12)의 상기 기판(10)의 두께(h1)의 대략 5% 내지 대략 30%의 범위를 가질 수 있다.
상기 기판(10)이 안착되는 상기 서셉터(110)의 내부면은 편평한 면을 가질 수 있다. 따라서, 상기 기판(10)의 하면(16)의 양측 에지 영역(12)은 상기 서셉터(110)의 내부면에 접촉되지만, 상기 기판(10)의 하면(16)의 에지 영역(12)을 제외한 나머지 영역은 상기 서셉터(110)의 내부면에 접촉되지 않게 된다.
상기 서셉터(110)는 편평한 바텀 영역과 상기 바텀 영역의 양측으로부터 상부 방향으로 절곡되어 돌출된 제1 및 제2 측 영역을 포함할 수 있다.
도 7에서 상기 제1 및 제2 측 영역은 상기 바텀 영역으로부터 수직으로 절곡되는 것으로 도시되고 있지만, 이는 편의를 위해 도시한 것으로서 상기 제1 및 제2 측 영역은 이에 한정하지 않는다.
따라서, 상기 기판(10)은 상기 서셉터(110)의 상기 제1 및 제2 측 영역 사이의 상기 바텀 영역의 상면 상에 안착될 수 있다. 여기서, 상기 바텀 영역의 상면은 위에 언급된 상기 서셉터(110)의 내부면을 의미한다.
도 8을 참조하면, 상기 기판(10) 상에 발광 구조물이 형성될 수 있다.
상기 발광 구조물은 도 2에 도시한 바와 같이 제1 도전형 반도체층(22), 활성층(24) 및 제2 도전형 반도체층(26)을 포함할 수 있다.
도시되지 않았지만, 상기 제1 도전형 반도체층(22)을 형성하기 전에 버퍼층 또는/및 비도전성 반도체층이 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 도전형 반도체층(26) 상에 투명도전층, 반사층 및 또다른 도전형 반도체층 중 적어도 어느 하나가 형성될 수 있다.
상기 발광 구조물은 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy) 및 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 중 어느 하나를 이용하여 성장하여 형성될 수 있다.
따라서, 상기 서셉터(110)는 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy) 및 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 중 어느 하나에 구비될 수 있다.
먼저 상기 제1 도전형 반도체층(22)을 형성하기 전에 1600℃의 고온이 되도록 상기 기판(10)이 가열된다.
이를 위해, 도시되지 않았지만 상기 서셉터(110)의 하부에는 열을 발생시키는 열선이 배열된 히터가 구비될 수 있다. 또는 상기 서셉터(110)에는 직접 기판에 열을 전달하는 고온 레이저가 구비될 수 있다. 히터나 고온 레이저 외에 상기 기판(10)의 온도를 가열하기 위한 어떠한 가열 수단도 실시예에 포함될 수 있다.
상기 기판(10)이 가열됨에 따라 상기 기판(10)에 열 팽창력이 발생되어, 상기 기판(10)의 중심 영역의 하면(16)이 하부 방향으로 열 팽창되게 되어 상기 기판(10)의 상기 중심 영역의 하면(16)과 상기 기판(10)의 상기 에지 영역의 하면(16)의 차이(D)가 점차 줄어들게 된다.
상기 기판(10)이 고온 가열된 후, 제1 도펀트, 예컨대 n형 도펀트로 도핑된 제1 도전형 반도체층(22)이 형성될 수 있다.
도 9를 참조하면, 활성층(24)을 형성하기에 적합한 온도인 760℃ 내지 800℃의 범위가 되도록 상기 기판(10)이 가열될 수 있다.
이러한 기판(10)의 지속적인 가열에 의해 마침내 상기 기판(10)의 하면(16)의 전 영역이 편평한 면으로 변형되게 되어, 상기 기판(10)의 전 영역이 상기 서셉터(110)의 바텀 영역의 상면, 즉 상기 서셉터(110)의 내부면에 접촉하게 된다.
이와 같은 조건에서, GaN에 인듐(In)이 혼합된 활성층(24)이 상기 제1 도전형 반도체층(22) 상에 형성될 수 있다.
상기 활성층(24)이 다중 양자 우물(MQW)로 구성되는 경우, GaN에 인듐(In)과 알루미늄(Al)이 교대로 혼합되어 InGaN/AlGaN가 주기적으로 배열에 의해 형성될 수 있다. 다중 양자 우물(MQW)은 이외에 GaN/InGaN의 주기적인 배열이나 InGaN/InGaN의 주기적인 배열에 의해서 형성될 수도 있다. 아울러, 실시예는 이에 한정되지 않는다.
이와 같이, 상기 기판(10)의 하면(16)의 전 영역이 상기 서셉터(110)의 내부면에 접함에 따라, 상기 기판(10)의 전 영역에 균일한 온도가 유지되어 인듐(In)이 활성층(24)의 전 영역에 산포되게 되어 원하는 파장의 광을 용이하게 얻을 수 있다. 이에 따라 공정 수율이 현저히 증가될 수 있다.
아울러, 기판(10)의 전 영역에 인듐(In)이 산포됨에 따라 활성층(24)의 전 영역에서 광이 발생될 수 있으므로, 발광 효율이 향상될 수 있다.
도10을 참조하면, 기판(10)의 온도를 다시 900℃로 증가시킨 후, 제2 도펀트, 예컨대 p형 도펀트로 도핑된 제2 도전형 반도체층(26)이 형성될 수 있다.
도 11은 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지의 단면도이다.
도 11을 참조하면, 발광 소자 패키지(30)는 몸체(20)와, 상기 몸체(20)에 설치된 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)과, 상기 몸체(20) 상에 상기 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)과 전기적으로 연결되는 상기 발광 소자(1)와, 상기 몸체(20) 상에 상기 발광 소자(1)를 포위하는 몰딩부재(40)를 포함한다.
상기 몸체(20)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 몸체(20)는 위에서 볼 때 내부에 경사면(53)을 갖는 캐비티(cavity)(50)을 갖는다.
상기 제1 전극층(31) 및 상기 제2 전극층(32)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 몸체(20) 내부를 관통하도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 전극층(31) 및 상기 제2 전극층(32) 각각은 일측 끝단이 상기 캐비티(50) 내부에 배치되고, 타측 끝단이 상기 몸체(20)의 외부면에 부착되어 외부에 노출되게 된다.
상기 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)은 상기 발광 소자(1)에 전원을 공급하고, 상기 발광 소자(1)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광 소자(1)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 기능을 할 수도 있다.
상기 발광 소자(1)는 상기 몸체(20) 상에 설치되거나 상기 제1 전극층(31) 또는 제2 전극층(32) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(1)의 상기 제1,2 와이어(171, 181)는 상기 제1 전극층(31) 또는 제2 전극층(32) 중 어느 하나에 전기적으로 연결될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
상기 몰딩부재(40)는 상기 발광 소자(1)를 포위하여 상기 발광 소자(1)를 외부로부터 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(40)에는 형광체가 포함될 수 있고, 이러한 형광체에 의해 상기 발광 소자(1)에서 방출된 광의 파장이 변화될 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지는 라이트 유닛에 적용될 수 있다. 상기 라이트 유닛은 복수의 발광 소자 또는 발광 소자 패키지가 어레이된 구조를 포함하며, 표시 장치 또는 조명 장치를 포함하고, 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판 등이 포함될 수 있다.
1: 발광 소자 10: 기판
12: 에지 영역 14: 중심 영역
16: 하면 18: 상면
20: 발광 구조물 22: 제1 도전형 반도체층
24: 활성층 26: 제2 도전형 반도체층
11a, 11b, 11c, 11d: 요철 구조물 110: 서셉터

Claims (17)

  1. 발광 소자에서 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 형성하기 위해 사용되는 기판에 있어서,
    상기 기판의 상면은 상기 제1 도전형 반도체층에 접하는 편평한 면을 갖고,
    상기 기판의 하면은 오목한 라운드 면을 가지며,
    상기 활성층을 형성하기 위한 온도에 의해 상기 오목한 라운드 면이 편평한 면으로 변형되도록, 상기 기판의 에지 영역의 두께와 중심 영역의 두께의 차이가 상기 에지 영역의 두께의 5% 내지 30%의 범위를 갖도록 설정되는 발광 소자용 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 에지 영역으로부터 상기 기판의 중심 영역으로 갈수록 상기 기판의 두께는 감소되는 형상을 가지며,
    상기 기판의 하면은 상기 기판의 중심 영역을 기준으로 양측으로 대칭적으로 형성되는 발광 소자용 기판.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기판의 에지 영역의 두께와 상기 기판의 중심 영역의 두께의 차이는 60㎛ 내지 250㎛의 범위를 가지는 발광 소자용 기판.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 기판은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하며,
    상기 기판의 하면으로부터 상기 기판의 상기 상면의 반대 방향을 향해 연장되는 요철 구조물을 포함하며,
    상기 요철 구조물은 적어도 하나 이상의 라운드 형상 또는 피크 형상의 패턴을 포함하는 발광 소자용 기판.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 하면에 오목한 라운드 형상을 갖는 기판을 편평한 면을 갖는 서셉터에 안착하는 단계;
    제1 온도에서 상기 기판 상에 제1 도전형 반도체층을 형성하는 단계;
    제2 온도에서 상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계; 및
    제3 온도에서 상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 기판의 하면의 전 영역이 상기 서셉터와 접촉되도록 상기 제2 온도에서 상기 기판의 상기 하면은 편평한 면으로 변형되는 발광 소자의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 온도는 760℃ 내지 800℃의 범위를 가지며,
    상기 활성층은 인듐(In)을 포함하며,
    상기 기판의 에지 영역의 두께와 상기 기판의 중심 영역의 두께의 차이는 상기 에지 영역의 두께의 5% 내지 30%의 범위를 가지는 발광 소자의 제조 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1 온도가 인가되기 전, 상기 기판의 에지 영역이 상기 서셉터에 안착되며,
    상기 제1 온도에서 제1 도전형 반도체층이 형성되는 동안, 상기 기판의 에지 영역의 두께와 상기 기판의 중심 영역의 두께의 차이는 감소하며,
    상기 서셉터와 접촉되는 상기 기판의 하면의 전 영역이 상기 제2 온도로 가열되어 상기 인듐이 상기 활성층의 전 영역에 산포되는 발광 소자의 제조 방법.
  17. 제5항에 의한 기판; 및
    상기 기판을 안착하기 위한 서셉터를 포함하며,
    상기 서셉터의 상면은 편평한 면을 갖는 발광 소자의 제조 장치.
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