KR101876274B1 - 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 소자에 대한 것으로, 기판 위에 n개(n ≥ 2)의 발광셀이 배치되는 제1 그룹, 상기 발광셀 사이의 이격 공간을 매립하는 절연층, 그리고 상기 절연층 및 기판을 관통하며 이웃한 발광셀을 전기적으로 연결하는 연결층을 포함하는 교류용 발광 소자를 제공한다. 따라서, 교류 전원으로 구동되는 반도체 발광 소자를 제공할 수 있으며, 발광소자 내에서 발광 면적을 확보할 수 있는 반도체 발광 소자를 제공할 수 있다.

Description

발광 소자{THE LIGHT EMITTING DEVICE}
실시예는 발광 소자에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)는 GaAs 계열, AlGaAs 계열, GaN 계열, InGaN 계열 및 InGaAlP 계열 등의 화합물 반도체 재료를 이용하여 발광 원을 구성할 수 있다.
이러한 발광 다이오드는 패키지화되어 다양한 색을 방출하는 발광 장치로 이용되고 있으며, 발광 장치는 칼라를 표시하는 점등 표시기, 문자 표시기 및 영상 표시기 등의 다양한 분야에 광원으로 사용되고 있다.
실시예는 교류 전원에 의해 발광하는 발광 소자를 제공하는 것이다.
실시예는 기판과, 상기 기판 위에 n개(n ≥ 2)의 발광셀이 행으로 번갈아가며 배열되는 제1 그룹 및 제2그룹과, 상기 제1그룹 및 상기 제2그룹의 발광셀 사이의 이격 공간을 매립하는 절연층과 같은 행의 이웃한 상기 발광셀을 전기적으로 연결하는 연결층을 포함하고, 상기 발광셀은, 상기 기판 위에 제1도전형 반도체층과 상기 제1도전형 반도체층 위에 활성층과 상기 활성층 위에 제2도전형 반도체층을 포함하고, 상기 연결층은 상기 기판의 배면에 배치되는 반사부와 상기 반사부로부터 연장되며 상기 기판을 관통하여 m번째(0<m<n) 배열된 상기 발광셀의 제1도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 가지부와 상기 반사부로부터 연장되며 상기 기판 및 상기 절연층을 관통하는 기둥부와 상기 기둥부로터 연장되며 m+1번째 배열된 상기 발광셀의 제2도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 전극부를 포함하고, 상기 제1그룹의 n번째 발광셀의 연결층은 상기 제1그룹과 상기 제2그룹을 역병렬로 연결하는 교류용 발광 소자를 제공할 수 있다.
실시 예는 교류 전원으로 구동되는 반도체 발광 소자를 제공할 수 있다.
실시 예는 발광소자 내에서 발광 면적을 확보할 수 있는 반도체 발광 소자를 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광 장치의 회로도이다.
도 2는 도 1의 발광소자의 상면도이다.
도 3은 도 2의 발광소자를 Ⅰ-Ⅰ'으로 절단한 단면도이다.
도 4 내지 도 8은 도 2의 발광소자의 제조 방법을 설명하는 단면도이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한 각 구성요소의 상 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.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)" 으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하에서는 도 1 내지 도 3을 참고하여 실시예에 따른 발광 소자를 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 발광 장치의 회로도이고, 도 2는 도 1의 발광 소자의 상면도이며, 도 3은 도 2의 발광소자를 Ⅰ-Ⅰ'으로 절단한 단면도이다.
도 1을 참조하면, AC 전원의 정극성 전류는 반주기 동안 제1그룹(101)의 발광 구조물을 순차적으로 구동시키고, 나머지 반주기 동안에는 부극성의 전류가 제2그룹(103)의 발광 구조물을 순차적으로 구동시키다.
이러한 방식으로 AC 전원이 한 주기 동안 발광 소자의 제1그룹(101)과 제2그룹(103)의 발광 구조물을 차례대로 온, 오프시켜 줄 수 있다.
상기 AC 전원단과 상기 반도체 발광소자 사이에는 저항, 정류회로 등이 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한 상기 반도체 발광소자는 제1그룹(101)과 제2그룹(103)을 별도로 구동할 수 있다.
이때, 제1 그룹(101)과 제2 그룹(103)은 하나의 발광소자 내에 형성되므로 상기 발광소자는 모든 주기에서 빛을 발생한다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 발광소자는 복수의 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)가 각각의 셀을 이루며 형성된다.
도 2와 같이 제1 그룹(101)과 제2 그룹(103)은 행을 번갈아가며 형성될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
상기 발광소자는 모서리 영역에 1개의 패드(128)가 형성되어 있으며, 하나의 패드(129)는 기판(110)의 배면에 형성될 수 있다.
기판(110) 위에 복수개의 발광셀이 배열되어 있다.
복수의 발광셀은 기판(110) 위에 매트릭스 형태로 배열되어 있으며, 발광셀이 6개인 경우, 2X3의 매트릭스 형태를 가질 수 있으며, 패드(128)가 형성되어 있는 발광셀이 이웃하는 발광셀보다 큰 면적을 가질 수 있다.
상기 반도체 발광소자는 적어도 n개(n ≥ 2)의 발광 구조물(A1~An)이 직렬로 연결된 제1그룹(101)과, 적어도 n개(n ≥ 2)의 발광 구조물(B1~Bn)이 직렬로 연결된 제2그룹(103)이 배치되는 구조이다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 도면에 개시된 구조를 참조하여 설명하기로 한다. 상기 각 발광 구조물의 사이즈는 서로 동일한 사이즈 또는 다른 사이즈로 제조할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 기판(110)은 절연 또는 도전성 기판(110)일 수 있으며, 예컨대 사파이어 또는 탄화규소(SiC)일 수 있다.
상기 발광셀 각각은 3족-5족 화합물 반도체를 이용한 복수의 반도체층 예컨대, 제1도전형 반도체층(112)이 형성되며, 상기 제1도전형 반도체층(112) 위에 형성된 활성층(114)이 형성되고, 상기 활성층(114) 위에 형성된 제2도전형 반도체층(116)을 포함한다. 상기 3족-5족 원소의 화합물 반도체는 예컨대, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등을 포함한다. 상기 제1도전형은 N형 반도체인 경우, 상기 제2도전형은 P형 반도체일 수 있으며, 이의 반대로 형성할 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층 위에는 제3도전형 반도체층 즉, N형 반도체층 또는 P형 반도체층을 포함한다. 이에 따라 상기 발광 구조물(A1~An)(B1~Bn)은 N-P, P-N, N-P-N, P-N-P 접합 구조 중 어느 하나로 구현될 수 있다.
상기 제 1도전형 반도체층(112)이 N형 반도체인 경우, n형 도펀트(예; Si, Ge, Sn , Se, Te 등)가 도핑된다.
상기 기판(110)과 제1 도전형 반도체층(112) 사이에는 격자 상수를 보상하기 위한 버퍼층(111)이 형성될 수 있으나, 상기 버퍼층(111)은 생략가능하다.
상기 활성층(114)는 상기 제1도전형 반도체층(112) 위에 형성되며, 단일 또는 다중 양자우물 구조로 형성될 수 있다. 상기 활성층(114) 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층이 형성될 수도 있다.
상기 제2도전형 반도체층(116)은 상기 활성층(120) 위에 형성되며, Mg, Be, Zn 등의 원소계열의 P형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 발광 구조물(A1~An)(B1~Bn)의 사이는 이격 공간(150)을 통해 서로 이격되며, 전기적으로 분리된다.
상기 이격 공간(150)에는 절연층(151)이 형성되어 있다.
상기 절연층(151)은 SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 등의 절연 물질 중에서 형성될 수 있다.
상기 발광 구조물(A1~An)(B1~Bn)의 제2도전형 반도체층(116) 위에는 오믹 접촉층(118)이 형성되며, 상기 오믹 접촉층(118)의 위에는 다른 구조물과의 연결을 위해 연결층(121, 122, 123, 125)이 배치된다.
상기 오믹 접촉층(118)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), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, Ni/IrOx/Au/ITO, 전도성 산화물(TC0), 전도성 질화물(TCN) 등으로 형성할 수 있다.
상기 연결층(121, 122, 123, 125)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf, W, Ti 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질 중에서 선택되며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 이러한 연결층(121, 122, 123, 125)은 전기적으로 오믹 접촉되고, 높은 반사율(예: 50% 이상)을 가지므로 반사 전극층으로 기능할 수 있다.
상기 연결층(121, 122, 123, 125)은 발광 구조물 상면으로 노출되어 있으며, 상기 오믹 접촉층(118)과 접촉하는 전극부(122), 상기 전극부(122)로부터 절곡되어 상기 절연층(151) 및 기판(110)을 관통하는 기둥부(121), 상기 기판(110) 배면에 형성되어 있는 반사부(123) 및 상기 제1 도전형 반도체층(112)과 연결되는 가지부(125)를 포함한다.
상기 전극부(122)는 상기 오믹 접촉층(118)과 접촉하며, 첫번째 발광 구조물에 형성되는 전극부(122)는 패드(128)로서 기능할 수 있다.
패드(128)로 기능하는 전극부(122)는 다른 전극부(122)보다 큰 면적을 가질 수 있다.
상기 절연층(151) 및 기판(110)은 상기 기둥부(121)가 형성되는 개구부(120)를 가지며, 상기 개구부(120)를 매립하며 상기 기둥부(121)가 형성된다.
상기 기둥부(121)는 상기 전극부(122)로부터 절곡하여 상기 절연층(151) 및 기판(110)을 관통한다. 상기 기둥부(121)는 도 2와 같이 상기 전극부(122)와 동일한 폭을 갖도록 형성될 수 있으며, 이와 달리 상기 전극부(122)보다 작은 폭을 가질 수도 있다.
상기 반사부(123)는 상기 기둥부(121)로부터 절곡 및 확장되어 상기 기판(110)의 배면을 덮으며 형성되며, 상기 발광 구조물과 대응되는 면적에 전부 또는 일부 형성될 수 있다.
상기 반사부(123)는 상기 발광 구조물의 하부에 형성되어 하부로 방출되는 빛을 상부로 반사한다.
상기 반사부(123) 중 마지막 발광 구조물에 형성되는 반사부(123)는 패드(129)로서 기능할 수 있다.
상기 가지부(125)는 반사부(123)로부터 연장되어 기판(110) 및 버퍼층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층(112)과 접촉한다.
상기 가지부(125)는 제1 도전형 반도체층(112)의 일부를 제거하여 형성될 수 있으며 표면에서 접속할 수도 있다.
하나의 발광 구조물은 복수의 가지부(125)를 포함할 수 있으며, 상기 가지부(125)의 개수 및 분포는 다양하게 구현할 수 있다.
이와 같이 이웃한 발광 구조물을 직렬 연결하는 연결층(121, 122, 123, 125)을 절연층(151) 및 기판(110)을 관통하도록 형성함으로써, 기판(110) 상면에서 연결이 이루어지지 않고 배면에서 이루어지도록 할 수 있다.
따라서, 기판(110) 위에서 발광 구조물의 면적이 확장될 수 있으며, 상기 연결부(121, 122, 123, 125)의 일부가 반사층으로 기능할 수 있다.
또한, 상기 기판(110)의 하면을 통하여 제1 도전형 반도체층(112)과 연결함으로써 전류 스프레드에 유리하다.
이하에서는 도 4 내지 도 8을 참고하여, 도 3의 발광 소자를 제조하는 방법을 설명한다.
도 4 내지 도 8은 제1실시 예에 따른 반도체 발광소자의 제조과정을 나타낸 도면이다. 상기 설명에 있어서, 반도체 발광소자의 제1그룹(101)의 제조과정에 대해 설명하며, 제1그룹(101)은 복수의 발광 구조물의 예로 설명하기로 한다. 그리고, 제2그룹(103)의 제조과정에 대한 상세한 구조는 제1그룹(101)의 제조과정을 참조하기로 한다.
도 4를 참조하면, 기판(110)은 성장 장비에 로딩되며, 그 위에 2족 내지 6족 원소의 화합물 반도체를 층 또는 패턴 형태로 형성할 수 있다.
상기 성장 장비는 전자빔 증착기, PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition), 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 스퍼터링(sputtering), MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 등에 의해 형성할 수 있으며, 이러한 장비로 한정하지는 않는다.
상기 기판(110)은 사파이어 기판(110)(Al203), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, Ga203, 도전성 기판(110), 그리고 GaAs 등으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 이러한 기판(110)의 상면에는 요철 패턴이 형성될 수 있다. 또한 상기 기판(110) 위에는 2족 내지 6족 원소의 화합물 반도체를 이용한 층 또는 패턴이 예컨대, ZnO층(미도시), 버퍼층(111), 언도프드 반도체층(미도시) 중 적어도 한 층이 형성될 수도 있다.
상기 버퍼층(111) 또는 언도프드 반도체층은 3족-5족 원소의 화합물 반도체를 이용하여 형성될 수 있으며, 상기 버퍼층(111)은 상기 기판(110)과의 격자 상수의 차이를 줄여주게 되며, 상기 언도프드 반도체층은 도핑하지 않는 GaN계 반도체로 형성될 수 있다.
상기 기판(110) 위에는 발광 구조물인 복수의 화합물 반도체층이 형성된다. 상기 기판(110) 위에는 제 1도전형 반도체층(112)이 형성되고, 상기 제 1도전형 반도체층(112) 위에는 활성층(114)이 형성되며, 상기 활성층(114) 위에는 제 2도전형 반도체층(116)이 형성된다.
상기 제1도전형 반도체층(112)은 제1도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 원소의 화합물 반도체 예컨대, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있다. 상기 제1도전형이 N형 반도체인 경우, 상기 제1도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 N형 도펀트를 포함한다. 상기 제1도전형 반도체층(112)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1도전형 반도체층(112) 위에는 활성층(114)이 형성되며, 상기 활성층(114)은 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조로 형성될 수 있다. 상기 활성층(114)은 3족-5족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층의 주기, 예를 들면 InGaN 우물층/GaN 장벽층의 주기로 형성될 수 있다.
상기 활성층(114)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층이 형성될 수 있으며, 상기 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있다.
상기 활성층(114) 위에는 상기 제2도전형 반도체층(116)이 형성되며, 상기 제 2도전형 반도체층(116)은 제2도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 원소의 화합물 반도체 예컨대, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있다. 상기 제2도전형이 P형 반도체인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 Mg, Ze 등과 같은 P형 도펀트를 포함한다. 상기 제2도전형 반도체층(116)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있고, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1도전형 반도체층(112), 상기 활성층(114) 및 상기 제2도전형 반도체층(116)은 발광 구조물로 정의될 수 있다. 또한 상기 제2도전형 반도체층(116) 위에는 제3도전형 반도체층 예컨대, N형 반도체층 또는 P형 반도체층이 형성될 수 있다. 이에 따라 상기 발광 구조물은 N-P 접합, P-N 접합, N-P-N 접합, P-N-P 접합 구조 중 적어도 하나가 형성될 수 있다.
상기 제2도전형 반도체층(116)의 상면 일측에는 오믹 접촉층(118)이 형성된다.
상기 오믹 접촉층(118)은 투광성 전도 재료는 예컨대, 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), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 오믹 접촉층(118)은 층 또는 패턴 형태로 형성될 수 있으며, 이러한 층 또는 패턴 형태는 상기 제2도전형 반도체층(116)과의 오믹 저항을 변경시켜 줄 수 있다.
도 5를 참조하면, 복수의 발광 구조물 사이를 이격하도록 이격 공간(150)을 형성한다.
상기 이격 공간(150)은 기판(110)의 상면이 노출될 때까지 식각함으로써 형성되며, 상기 복수의 발광 구조물이 매트릭스 형상으로 배치되는 경우, 격자형을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 발광 구조물의 측면은 기판(110)의 상면에 대하여 수직하게 형성될 수 있다. 상기 이격 공간(150)은 레이저 스크라이빙 등을 통하여 수행될 수 있다.
다음으로, 도 6과 같이 이격 공간(150)에 절연층(151)을 형성한다.
상기 절연층(151)은 이격 공간(150)을 전체 매립하며 형성되며, 투광성 절연물질, SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 중 하나의 물질을 스퍼터링 등을 통하여 형성할 수 있다.
도 7과 같이, 상기 절연층(151) 및 기판(110)을 관통하는 개구부(120)를 형성한다.
상기 개구부(120)는 이웃한 발광 구조물과 연결되는 연결층(121, 122, 123, 125)이 형성되는 발광 구조물의 측면의 절연층(151)에 형성된다.
이때, 상기 기판(110)의 하면에 상기 제1 도전형 반도체층(112)을 노출하도록 복수의 가지홈(127)을 형성할 수 있다.
상기 개구부(120)와 가지홈(127)의 형성은 동시에 진행될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 개구부(120)와 가지홈(127)의 폭은 동일할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
다음으로, 도 8과 같이 상기 개구부(120) 및 가지홈(127)을 매립하며 기둥부(121) 및 가지부(125)를 형성하고, 상기 오믹 콘택층(118) 상부에 전극부(122) 및 기판(110) 배면에 반사부(123)를 형성함으로써 연결층(121, 122, 123, 125)을 완성한다.
상기 연결층(121, 122, 123, 125)의 형성은 동시에 진행될 수 있으나, 기둥부(121)와 가지부(125)를 먼저 형성한 뒤 반사부(123)와 전극부(122)를 형성할 수 있다.
상기 연결층(121, 122, 123, 125)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf, W, Ti 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질 중에서 선택적으로 형성될 수 있다.
이러한 발광 구조물의 전면에 패드(128, 129)를 제외한 영역을 덮는 보호층을 더 형성할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
이하에서는 도 9를 참고하여, 제2 실시예를 설명한다.
도 9를 참고하면, 발광소자(100A)는 상기 기판(110)은 절연 또는 도전성 기판(110)일 수 있으며, 예컨대 사파이어 또는 탄화규소(SiC)일 수 있다.
상기 발광셀 각각은 3족-5족 화합물 반도체를 이용한 복수의 반도체층 예컨대, 제1도전형 반도체층(112)이 형성되며, 상기 제1도전형 반도체층(112) 위에 형성된 활성층(114)이 형성되고, 상기 활성층(114) 위에 형성된 제2도전형 반도체층(116)을 포함한다. 상기 3족-5족 원소의 화합물 반도체는 예컨대, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등을 포함한다. 상기 제1도전형은 N형 반도체인 경우, 상기 제2도전형은 P형 반도체일 수 있으며, 이의 반대로 형성할 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층 위에는 제3도전형 반도체층 즉, N형 반도체층 또는 P형 반도체층을 포함한다. 이에 따라 상기 발광 구조물(A1~An)(B1~Bn)은 N-P, P-N, N-P-N, P-N-P 접합 구조 중 어느 하나로 구현될 수 있다.
상기 제 1도전형 반도체층(112)이 N형 반도체인 경우, n형 도펀트(예; Si, Ge, Sn , Se, Te 등)가 도핑된다.
상기 기판(110)과 제1 도전형 반도체층(112) 사이에는 격자 상수를 보상하기 위한 버퍼층(111)이 형성될 수 있으나, 상기 버퍼층(111)은 생략가능하다.
상기 활성층(114)는 상기 제1도전형 반도체층(112) 위에 형성되며, 단일 또는 다중 양자우물 구조로 형성될 수 있다. 상기 활성층(114) 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층이 형성될 수도 있다.
상기 제2도전형 반도체층(116)은 상기 활성층(120) 위에 형성되며, Mg, Be, Zn 등의 원소계열의 P형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 발광 구조물(A1~An)(B1~Bn)의 사이는 이격 공간(150)을 통해 서로 이격되며, 전기적으로 분리된다.
상기 이격 공간(150)에는 절연층(151)이 형성되어 있다.
상기 절연층(151)은 SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 등의 절연 물질 중에서 형성될 수 있다.
상기 발광 구조물(A1~An)(B1~Bn)의 제2도전형 반도체층(116) 위에는 오믹 접촉층(118)이 형성되며, 상기 오믹 접촉층(118)의 위에는 다른 구조물과의 연결을 위해 연결층(121, 122, 123, 125)이 배치된다.
상기 오믹 접촉층(118)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), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, Ni/IrOx/Au/ITO, 전도성 산화물(TC0), 전도성 질화물(TCN) 등으로 형성할 수 있다.
상기 연결층(121, 122, 123, 125)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf, W, Ti 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질 중에서 선택되며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 이러한 연결층(121, 122, 123, 125)은 전기적으로 오믹 접촉되고, 높은 반사율(예: 50% 이상)을 가지므로 반사 전극층으로 기능할 수 있다.
상기 연결층(121, 122, 123, 125)은 발광 구조물 상면으로 노출되어 있으며, 상기 오믹 접촉층(118)과 접촉하는 전극부(122), 상기 전극부(122)로부터 절곡되어 상기 절연층(151) 및 기판(110)을 관통하는 기둥부(121), 상기 기판(110) 배면에 형성되어 있는 반사부(123) 및 상기 제1 도전형 반도체층(112)과 연결되는 가지부(125)를 포함한다.
상기 전극부(122)는 상기 오믹 접촉층(118)과 접촉하며, 첫번째 발광 구조물에 형성되는 전극부(122)는 패드(128)로서 기능할 수 있다.
패드(128)로 기능하는 전극부(122)는 다른 전극부(122)보다 큰 면적을 가질 수 있다.
상기 절연층(151) 및 기판(110)은 상기 기둥부(121)가 형성되는 개구부(120)를 가지며, 상기 개구부(120)를 매립하며 상기 기둥부(121)가 형성된다.
상기 기둥부(121)는 상기 전극부(122)로부터 절곡하여 상기 절연층(151) 및 기판(110)을 관통한다. 상기 기둥부(121)는 도 2와 같이 상기 전극부(122)와 동일한 폭을 갖도록 형성될 수 있으며, 이와 달리 상기 전극부(122)보다 작은 폭을 가질 수도 있다.
상기 반사부(123)는 상기 기둥부(121)로부터 절곡 및 확장되어 상기 기판(110)의 배면을 덮으며 형성되며, 상기 발광 구조물과 대응되는 면적에 전부 또는 일부 형성될 수 있다.
상기 반사부(123)는 상기 발광 구조물의 하부에 형성되어 하부로 방출되는 빛을 상부로 반사한다.
상기 반사부(123) 중 마지막 발광 구조물에 형성되는 반사부(123)는 패드(129)로서 기능할 수 있다.
상기 가지부(125)는 반사부(123)로부터 연장되어 기판(110) 및 버퍼층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층(112)과 접촉한다.
상기 가지부(125)는 제1 도전형 반도체층(112)의 일부를 제거하여 형성될 수 있으며 표면에서 접속할 수도 있다.
하나의 발광 구조물은 복수의 가지부(125)를 포함할 수 있으며, 상기 가지부(125)의 개수 및 분포는 다양하게 구현할 수 있다.
상기 발광 구조물은 전극부(122)와 오믹 콘택층(118) 사이에 전류 블록층(130)을 더 포함한다.
상기 전류 블록층(130)은 절연성 물질로 형성될 수 있으며, SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
이와 같이 오믹 콘택층(118)과 전극부(122)가 연결되는 영역에 전류 블록층(130)이 형성됨으로써 상기 전류가 전극부(122)가 형성되는 하부로 직진하지 않고, 오믹 콘택층(118)을 따라 발광 구조물 전면으로 스프레드될 수 있다.
실시 예에 따른 반도체 발광소자는 휴대 단말기 및 노트북 컴퓨터 등에 라이트 유닛으로 제공되거나, 조명장치 및 지시 장치 등에 다양하게 적용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
발광소자 패키지 100, 100A
제1 도전형 반도체층 112
활성층 114
제2 도전형 반도체층 116
연결층 121, 122, 123, 125

Claims (11)

  1. 기판;
    상기 기판 위에 n개(n ≥ 2)의 발광셀이 행으로 번갈아가며 배열되는 제1 그룹 및 제2그룹;
    상기 제1그룹 및 상기 제2그룹의 발광셀 사이의 이격 공간을 매립하는 절연층; 및
    같은 행의 이웃한 상기 발광셀을 전기적으로 연결하는 연결층을 포함하고,
    상기 발광셀은,
    상기 기판 위에 제1도전형 반도체층과 상기 제1도전형 반도체층 위에 활성층과 상기 활성층 위에 제2도전형 반도체층을 포함하고,
    상기 연결층은,
    상기 기판의 배면에 배치되는 반사부;
    상기 반사부로부터 연장되며 상기 기판을 관통하여 m번째(0<m<n) 배열된 상기 발광셀의 제1도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 가지부;
    상기 반사부로부터 연장되며 상기 기판 및 상기 절연층을 관통하는 기둥부;
    상기 기둥부로터 연장되며 m+1번째 배열된 상기 발광셀의 제2도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 전극부를 포함하고,
    상기 제1그룹의 n번째 발광셀의 연결층은 상기 제1그룹과 상기 제2그룹을 역병렬로 연결하는 교류용 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1그룹의 n번째 발광셀의 연결층은,
    상기 기판의 배면에 배치되는 제1반사부;
    상기 제1반사부로부터 연장되며 상기 기판을 관통하여 상기 제1그룹 n번째 발광셀의 상기 제1도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1가지부;
    상기 제1반사부로부터 연장되며 상기 기판 및 상기 절연층을 관통하여 제1기둥부;
    상기 제1기둥부로부터 연장되어 상기 제2그룹 n번째 발광셀의 상기 제2도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1전극부를 포함하는 교류용 발광 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기판 및 상기 절연층을 관통하는 개구부를 포함하고,
    상기 기둥부 및 상기 제1기둥부는 상기 개구부에 배치되는 교류용 발광 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기판을 관통하는 복수의 가지홈을 포함하고,
    상기 가지부 및 상기 제1가지부는 상기 가지홈에 배치되며,
    상기 가지홈의 폭과 상기 개구부의 폭은 동일한 교류용 발광 소자.
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