KR101893919B1 - 발광소자와 발광 어레이, 및 각각의 제조방법 - Google Patents

발광소자와 발광 어레이, 및 각각의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 효율을 향상시키기 위한 발광소자, 발광어레이 및 이들의 제조방법에 관한 것으로, 기판; 상기 기판 상에 형성되는 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 형성되고, 상호 이격하여 수평 배열되고 상기 버퍼층을 노출시키는 하나 이상의 개구부를 포함하는 개구패턴; 및 상기 개구부에 대응하여 상기 노출된 버퍼층으로부터, 상기 개구패턴 상에 돌출되어 형성되는 하나 이상의 발광구조물을 포함하는 발광소자를 제공한다. 이때, 상기 발광구조물은 셋 이상의 경사면을 포함하고 상기 발광구조물의 돌출 방향을 따라 단면적이 감소하는 형상이다.

Description

발광소자와 발광 어레이, 및 각각의 제조방법{LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHT EMITTING ARRAY, AND METHOD FOR MANUFACTURING LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHT EMITTING ARRAY RESPECTIVELY}
본 발명은 발광소자와 그의 제조방법, 및 발광 어레이와 그의 제조방법에 관한 것으로, 효율(efficiency, 여기서, "효율"은 전력 대비 실질적으로 방출된 광량의 비율을 지칭함)을 향상시킬 수 있는 발광소자와 발광 어레이, 및 각각의 제조방법에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device: LED) 및 발광 어레이(Light Emitting Array)는 p-n 접합을 포함한 복수의 반도체층으로 이루어진 발광구조물을 포함하여, 전기에너지를 변환하여 광에너지로 방출하는 광전소자의 일종이다.
발광소자는, 광원으로 이용되는 다른 장치에 비해, 저전압으로 고휘도의 광을 방출할 수 있어, 효율이 높은 장점이 있다. 특히, 발광구조물이 질화갈륨계(GaN) 반도체물질로 형성되는 경우, 발광소자는 적외선 내지 자외선의 광범위한 파장영역의 광을 선택적으로 방출하도록 설계될 수 있다. 이에 따라, 발광소자는 액정표시장치의 백라이트유닛(Backlight Unit), 전광판, 표시장치, 가전제품 등의 각종 기기에 다양하게 응용될 수 있는 장점, 및 비소(As), 수은(Hg) 등의 환경 유해물질을 필요로 하지 않는 장점이 있어, 차세대 광원으로 각광받고 있다.
더불어, 발광 어레이는 적어도 적색광, 청색광 및 녹색광을 방출하는 세 개의 서브화소를 포함하여, 혼색으로 각 색상의 광을 표시하고, 평면 상에 매트릭스(matrix) 배열되는 복수의 화소를 포함한다. 이에, 발광 어레이는 각 서브화소에 대응하여, 발광구조물 및 발광구조물에서 방출되는 광으로 적색, 청색 및 녹색 중 어느 하나의 광을 방출하는 형광층을 포함하여 이루어진다.
이러한 발광 어레이는 각 서브화소에서 방출되는 광량을 조절하여, 영상을 표시하는 디스플레이장치로 이용될 수 있다. 또는, 복수의 화소 전체를 동일 광량의 백색광을 방출하도록 조절하여, 백라이트유닛 및 조명과 같은 기기의 면광원으로 이용될 수도 있다.
한편, 일반적인 발광소자 및 발광 어레이에 있어서, 발광구조물은 n-형 반도체층과 p-형 반도체층, 및 n-형 반도체층과 p-형 반도체층 사이에 끼워진 활성층을 포함한다. 여기서, 활성층은 n-형 반도체층과 p-형 반도체층으로 각각 주입된 전자와 정공의 결합으로 광을 발생시킨다.
이러한 발광구조물은 성장기판의 평평한 성장면 상에 반도체물질을 일정한 두께의 수평층 형태로 성장시켜 형성되는 것이 일반적이다. 이에 따라, n-형 반도체층과 p-형 반도체층 사이에 끼워진 활성층은 성장면에 평행한 일정 두께의 수평층 형태로만 형성된다. 이때, 성장면에 평행한 방향에서, 활성층의 단면적은 발광구조물의 단면적과 동일하고, 이는 성장면의 면적 이하로 제한된다.
즉, 활성층이 일정한 두께의 수평층 형태로 형성됨에 따라, 활성층의 단면적은 발광구조물의 단면적과 동일하게 성장면의 면적 이하로 제한된다. 그러므로, 발광면적(여기서, "발광면적"은 전자와 정공의 결합으로 광을 발생시키는 영역의 표면적을 지칭함) 및 그에 비례하는 내부양자효율(internal quantum efficiency, 여기서, "내부양자효율"은 소자에 주입된 전자와 정공이 광으로 변환되는 비율을 의미함)의 향상에 한계가 있는 문제점이 있다.
이 뿐만 아니라, 반도체물질, 특히, 질화갈륨계 반도체물질은 공기보다 높은 굴절율을 갖는 밀한 매질이므로, 발광구조물에서 발생된 광 중 임계각 이하의 입사각을 갖는 일부는 전반사되어 외부로 방출되지 못하고 소자 내에 속박된다. 그러므로, 광추출효율(여기서, "광추출효율"은 소자에서 발생한 광이 외부로 방출되는 비율을 의미함)의 향상에 한계가 있는 문제점이 있다.
이상과 같이, 일반적인 발광구조물은 일정한 두께의 수평층으로 이루어진 활성층을 포함함에 따라, 내부양자효율 및 광추출효율, 그리고 이들에 비례하는 효율을 향상시키기 어렵다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 일정한 두께의 수평층 대신, 셋 이상의 경사면을 포함하는 형태를 갖는 적어도 하나의 발광구조물을 포함하여, 효율을 향상시킬 수 있는 발광소자와 발광어레이, 및 각각의 제조방법을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 기판; 상기 기판 상에 형성되는 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 형성되고, 상호 이격하여 수평 배열되고 상기 버퍼층을 노출시키는 하나 이상의 개구부를 포함하는 개구패턴; 및 상기 개구부에 대응하여 상기 노출된 버퍼층으로부터, 상기 개구패턴 상에 돌출되어 형성되는 하나 이상의 발광구조물을 포함하는 발광소자를 제공한다.
본 발명은, 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 버퍼층 상에 마스크물질층을 형성하는 단계; 상기 마스크물질층을 패턴하여, 상호 이격하고 수평 배열되며 상기 버퍼층을 노출시키는 하나 이상의 개구부를 포함하도록, 개구패턴을 형성하는 단계; 및 상기 개구부에 대응하여 상기 노출된 버퍼층으로부터 상기 개구패턴 상에 돌출되는 하나 이상의 발광구조물을 형성하는 단계를 포함하는 발광소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 제 1 반도체층, 제 1 반도체층과 상이한 도전형을 갖는 제 2 반도체층, 및 제 1 반도체층과 제 2 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함하는 복수의 발광구조물을 포함하되, 제 3 반도체층; 상기 제 3 반도체층의 일면에 형성되고, 상호 이격하여 수평 배열되고 상기 제 3 반도체층을 노출시키는 복수의 개구부를 포함하는 개구패턴; 상기 개구패턴에 대응하여 상기 제 3 반도체층의 다른 일면에 형성되는 격벽; 및 상기 복수의 발광구조물에 대응하여 상기 제 3 반도체층의 다른 일면에 형성되는 형광층을 더 포함하는 발광 어레이를 제공한다.
본 발명은 복수의 개구부를 포함하는 개구패턴; 상기 개구부로부터 이어져서, 상기 개구패턴 상에 돌출되어 형성되는 복수의 발광구조물; 상기 발광구조물 상의 일부 영역에 형성되는 절연홀과 제 1 절연층; 상기 제 1 절연층 상에 형성되는 제 1 전극; 상기 발광구조물 상의 다른 일부 영역에 형성되는 제 2 전극; 상기 제 1 전극 상에 형성되는 제 1 범프; 상기 제 2 전극 상에 형성되는 제 2 범프; 상기 제 1 및 제 2 범프 상에 형성되는 반사층; 상기 제 1 범프과 제 2 범프 사이의 영역에 형성되는 제 2 절연층; 상기 반사층 상에 부착되는 회로층; 상기 개구패턴의 다른 일면에 형성되는 격벽; 및 상기 복수의 발광구조물의 다른 일면에 형성되는 형광층을 포함하는 발광 어레이를 제공한다.
본 발명은 성장기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 버퍼층 상에 마스크물질층을 형성하는 단계; 상기 마스크물질층을 패턴하여, 상호 이격하여 수평 배열되고 상기 버퍼층을 노출시키는 복수의 개구부를 포함하는 개구패턴을 형성하는 단계; 상기 개구부를 통해 노출된 상기 버퍼층로부터 이어져서, 상기 개구패턴 상에 돌출되는 복수의 발광구조물을 형성하는 단계; 상기 복수의 발광구조물 상부에 회로층을 부착하는 단계; 및 상기 성장기판을 제거하는 단계를 포함하는 발광 어레이의 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 발광구조물은 셋 이상의 경사면을 포함하고 상기 발광구조물의 돌출 방향을 따라 단면적이 감소하는 형상이고, 셋 이상의 경사면을 포함하여 상기 노출된 버퍼층으로부터 돌출 형성되는 제1 반도체층과, 상기 제1반도체층 상에 형성되는 활성층과, 상기 활성층 상에 형성되는 제2반도체층을 포함한다.
본 발명에 따른 발광소자 및 발광 어레이는, 서로 다른 도전성을 갖는 제 1 반도체층과 제 2 반도체층, 및 제 1 반도체층과 제 2 반도체층 사이의 활성층을 포함하고 상호 이격하여 수평 배열된 적어도 하나의 발광구조물을 각각 포함한다. 이때, 각 발광구조물은 개구패턴 상에, 적어도 하나의 개구부를 통해 노출된 성장면 상의 일부들로부터 성장되어, 성장면에 대해 비스듬한 셋 이상의 경사면을 포함하는 형태를 갖도록 형성된다. 이때, 성장면은 버퍼층 또는 제 1 반도체층과 동일한 도전성을 갖는 제 3 반도체층으로 선택된다.
다시 말하면, 발광구조물은, 일정한 두께로 성장면에 대해 수평한 층 형태가 아니라, 성장면에 수평하지 않은 셋 이상의 경사면을 포함하는 형태로 이루어진다. 특히, 발광구조물의 제 1 반도체층은, 발광구조물과 마찬가지로, 성장면에 비스듬한 셋 이상의 경사면을 포함하는 형태를 갖고, 제 1 반도체층 상에 순차적으로 적층되는 활성층 및 제 2 반도체층은, 제 1 반도체층 상부 형상에 대응하여 비스듬한 셋 이상의 경사면을 포함하는 층 형태로 형성된다.
이에, 활성층의 표면적은 발광구조물의 단면적에 따라 제한되지 않으므로, 발광면적 및 그에 비례한 내부양자효율을 종래보다 향상시킬 수 있다. 또한, 활성층의 솟아오른 층 형태로 인해, 활성층 내에 속박된 광의 입사각이 변동될 수 있어, 광추출효율을 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 내부양자효율 및 광추출효율의 향상으로 인해, 효율도 향상될 수 있다.
더불어, 본 발명에 따른 발광 어레이는 복수의 발광구조물에 각각 대응하는 형광층을 더 포함한다. 즉, 발광 어레이에서, 각 서브화소는 수 마이크로 (several ㎛) 사이즈의 발광구조물과 그에 대응한 형광층으로 구현되므로, 마이크로 사이즈(micro size)로 구현된 복수의 화소를 포함할 수 있어, 고화소에 더욱 유리해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1의 발광구조물과, 발광구조물의 다른 예를 나타낸 사시도 및 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 4a 내지 도 4i는 도 3에 도시한 발광소자의 제조방법을 나타낸 공정도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 6b는 도 6a에 도시한 발광소자의 제조방법 중 "임시층을 형성하는 단계"에 대한 공정도이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 11은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 13은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 발광 어레이의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 발광 어레이의 발광면을 나타낸 도면이다.
도 15은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 발광 어레이의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 16a 내지 도 16k는 도 15에 도시한 발광 어레이의 제조방법을 나타낸 공정도이다.
도 17은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 발광 어레이의 단면도이다.
도 18은 본 발명의 제 8 실시예에 따른 발광 어레이의 단면도이다.
도 19는 본 발명의 제 8 실시예에 따른 발광 어레이의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 20a 내지 20j는 도 19에 도시한 발광 어레이의 제조방법을 나타낸 공정도이다.
도 21은 본 발명의 제 9 실시예에 따른 발광 어레이의 단면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 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.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
우선, 본 발명의 각 실시예에 따른 발광소자 및 발광 어레이는 기판의 주면에 대해 비스듬한 셋 이상의 경사면을 갖는 형태로 이루어진 적어도 하나의 발광구조물을 포함한다. 이때, 각 발광구조물은 서로 다른 도전성을 갖는 제 1 반도체층과 제 2 반도체층, 및 제 1 반도체층과 제 2 반도체층 사이에 끼인 활성층을 포함한다.
제 1 실시예
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광소자의 단면도이고, 도 2a 내지 도 2d는 도 1의 발광구조물과, 발광구조물의 다른 예를 나타낸 사시도 및 단면도이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 4a 내지 도 4i는 도 3에 도시한 발광소자의 제조방법을 나타낸 공정도이다.
도 1에 도시된 발광소자(100)는 기판(110), 기판(110) 상에 형성되는 버퍼층(120), 버퍼층(120) 상에 형성되는 개구패턴(130), 적어도 하나의 발광구조물(10), 발광구조물(10)을 덮도록 개구패턴(130) 상에 형성되는 오믹층(140) 및 오믹층(140) 상에 형성되는 전극(150)을 포함한다.
여기서, 개구패턴(130)에 포함되는 개구부(131)는 서로 이격하여 기판(110)의 주면에 대해 수평적으로 배열되고, 버퍼층(120)을 노출시킨다.
그리고, 발광구조물(10)은 개구부(131)에 대응하여 버퍼층(120) 상에 형성되어, 서로 이격하고 수평적으로 배열된다.
각각의 발광구조물(10)은 개구부(131)를 통해 노출된 버퍼층(120)과 이어지고, 개구패턴(130)의 적어도 일부와 접하며, 개구패턴(130) 상에 돌출되어 형성된다. 그리고, 각각의 발광구조물(10)은 기판(110)의 주면에 비스듬한 셋 이상의 경사면 및 돌출방향을 따라 점차 감소하는 단면적을 갖는 형상이다. 또한, 각각의 발광구조물(10)은 제 1 반도체층(11), 제1 반도체층(11)과 상이한 도전형을 갖는 제 2반도체층(13) 및 이들 사이에 개재된 활성층(12)을 포함한다.
기판(110)은 기판(110) 상에 성장되는 반도체물질의 결정결함을 최소화하기 위해 발광구조물(10)로 선택된 반도체물질과 유사한 격자구조를 갖는 재료로 선택된다. 동시에, 기판(110)은 발광구조물(10)과 전기적으로 연결될 수 있도록, 도전성을 갖는 재료로 선택된다.
특히, 발광구조물(10)이 육방정계 우르짜이트(wurtzite) 형의 결정구조를 갖는 질화갈륨(GaN)계 반도체물질로 선택되는 경우, 기판(110)은 SiC, GaN, Si, ZnS, ZnO, AlN, LiMgO, GaAs, MgAl2O3 및 InAlGaN 중 어느 하나로 선택될 수 있다.
버퍼층(120)은 발광구조물(10)로 선택된 반도체물질과 기판(110) 사이의 열팽창계수 차이 및 격자구조 차이로 인한 결정결함을 줄이기 위한 완충층이다. 따라서, 기판(110)이 발광구조물(10)과 동일한 재료로써, 동일한 격자구조 및 동일한 열팽창계수를 갖는 경우에는 버퍼층(120)을 생략하는 것도 가능하다.
버퍼층(120)을 형성하는 경우, 버퍼층(120)은 절연물질 또는 저온성장된 반도체물질로 형성된다.
예시적으로, 버퍼층(120)은 실리콘산화물(SiOx) 또는 실리콘질화물(SiNx)과 같은 절연물질로 형성될 수 있다. 이때, 절연물질로 이루어진 버퍼층(120)은 기판(110) 주면에 듬성듬성하게 형성된다.
또는, 버퍼층(120)은 발광구조물(10)보다 낮은 온도 분위기에서 성장된 반도체물질로 형성될 수 있다. 이때, 반도체물질은 언도프(undoped) 반도체물질 또는 제 1 반도체층과 동일한 불순물로 도핑된 반도체물질일 수 있다.
개구패턴(130)은 버퍼층(120) 상에 적층된 절연물질을 패터닝하여 형성된다. 개구패턴(130)은 절연물질을 관통하여 버퍼층(120)을 노출시키는 적어도 하나의 개구부(131)를 포함한다. 개구부(131)는 서로 이격되어 수평적으로 배열된다.
개구부(131)는 원형 또는 다각형의 패턴으로 형성될 수 있다. 특히, 발광구조물(10)이 육방정계 우르짜이트(wurtzite) 형의 결정구조를 갖는 질화갈륨(GaN)계 반도체물질로 선택되는 경우, 개구부(131)는 육각형의 패턴일 수 있다.
오믹층(140)은 발광구조물(10)과 개구패턴(130)을 덮도록 형성된다. 즉, 오믹층(140)은 제 2 반도체층(13)을 커버하도록, 개구패턴(130) 상에 형성된다.
그리고, 오믹층(140)은 제 2 반도체층(13)보다 작은 면저항 및 광 투과성을 갖는 재료로 선택되어, 캐리어(예를 들면, 정공)를 제 2 반도체층(13)의 되도록 넓은 영역으로 확산시키고, 발광구조물에서 생성된 광을 투과한다. 예시적으로, 오믹층(140)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), IZTO(Indium Zinc Tin Oxide), IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IZTO, IGTO, AZO, AIO 및 GZO 등과 같은 금속산화물, 및 Al, Ag, Pd, Rh 및 Rt와 같은 금속 중 어느 하나의 단일층, 또는 어느 둘 이상의 복수층 또는 합금으로 선택될 수 있다.
전극(150)은 오믹층(140) 상의 적어도 일부에 접하여 형성된다.
이때, 기판(110)은 도전성을 갖는 재료로 선택되어, 제 1 반도체층(11)과 전기적으로 연결되는 제 1 전극으로 기능하며, 상기 전극(150)은 제 2 반도체층(13)과 전기적으로 연결되어 제2전극으로 기능할 수 있다.
예시적으로, 기판(110)은 제 1 전극으로써, 외부 회로에 본딩(bonding)되어, 제 1 반도체층(11)으로 캐리어(예를 들면, 전자)를 주입하고, 전극(150)은 제2 전극으로서 추후 외부 회로와 연결되기 위한 본딩영역이 되고, 제 2 반도체층(13)으로 캐리어(예를 들면, 정공)을 주입할 수 있다.
도 2a 내지 도 2d를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광구조물(10)의 형상에 대해 보다 구체적으로 살펴본다. 도 2a 및 도 2b는 도 1의 발광구조물(10)을 도시한 사시도 및 단면도이다.
발광구조물(10)은 기판(110)의 주면에 대해 비스듬한 셋 이상의 경사면, 및 성장 방향을 따라 점차 좁아지는 단면적을 갖는 형상으로 형성된다. 즉, 발광구조물(10)은 뿔 또는 뿔대 형상으로 이루어진다. 이때, 반도체물질의 성장 시, 온도, 압력 및 유량 등의 공정분위기를 조절함으로써, 발광구조물(10)은 뿔 또는 뿔대 형상으로 형성될 수 있다.
도 2a에는 발광구조물(10)로서 6개의 경사면을 포함하는 6각뿔 형태의 발광구조물(10)을 도시하였으나 이에 한정되지 않는다.
도 2b의 단면도를 참조하면, 발광구조물(10)은 개구부(131)를 통해 노출된 버퍼층(120)으로부터 성장되어, 개구패턴(130) 상에 돌출되도록 형성된다.
예시적으로, 발광구조물(10)이 육방정계 우르짜이트(wurtzite) 형의 결정구조를 갖는 질화갈륨(GaN)계 반도체물질인 경우, 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 발광구조물(10)은 육방정계 우르짜이트(wurtzite) 형의 결정구조를 유지하면서, 돌출 방향을 따라 점진적으로 좁은 단면적을 갖도록 성장되어, 육각뿔의 입체형태인 것일 수 있다.
더불어, 기판(110)의 주면이 C면(0001)인 경우, 발광구조물(10)의 경사면들은 S면(1-101) 및 그의 등가 결정면들로 선택될 수 있다. 이때, 기판(110)의 주면은 C면(0001) 외에, M면(1-100) 또는 A면(11-20) 으로도 선택될 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 발광구조물(10)은 제 1 반도체층(11), 활성층(12) 및 제 1 반도체층(11)과 상이한 도전성의 제 2 반도체층(13)을 포함한다. 이때, 제 1 반도체층(11)은 Si와 같은 n-형 불순물로 도핑되어 전자이동도를 높인 n-형 반도체물질이고, 제 2 반도체층(13)은 Mg와 같은 p-형 불순물로 도핑되어 정공이동도를 높인 p-형 반도체물질일 수 있다.
활성층(12)은 양자우물구조(Multiple quantum well: MQW)의 반도체물질로 형성된다. 이러한 활성층(12)은 제 1 반도체층(11)과 제 2 반도체층(13)으로 각각 주입된 전자와 정공의 결합으로, 광을 발생시킨다.
예를 들어, 발광구조물(10)이 질화갈륨계 반도체물질로 선택되는 경우, 활성층(12)은 Inx(AlyGa(1-y))N의 장벽층과 Inx(AlyGa(1-y))N의 우물층으로 이루어진 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물구조로 형성될 수 있다. 이때, 장벽층과 우물층의 질화물반도체(InGaN, GaN)가 갖는 조성비에 따라, 발광구조물(10)에서 방출되는 광의 파장영역이 장파장에서 AlN(~6.4eV) 밴드갭을 갖는 단파장까지의 범위에서 결정될 수 있다.
제 1 반도체층(11)은 개구부(131)를 통해 노출된 버퍼층(120)에 접하고, 노출된 버퍼층(120)으로부터 성장되어, 기판(110)의 주면에 대해 비스듬한 셋 이상의 경사면 및 상부로 갈수록 점차 좁아지는 단면적을 갖는 형상을 갖도록, 개구패턴(130) 상에 형성된다.
활성층(12)은 제 1 반도체층(11) 상에 형성되어, 제 1 반도체층(11)의 경사면들에 의해, 비스듬한 셋 이상의 경사면을 갖는 층 형상으로 이루어진다. 즉, 활성층(12)은 가장자리가 가운데보다 버퍼층(120) 측에 더 인접하도록, 볼록하게 솟아오른 층 형상이다.
제 2 반도체층(13)은 활성층(12) 상에 형성되어, 활성층(12)의 경사면들에 의해, 비스듬한 셋 이상의 경사면을 갖는 층 형상으로 이루어진다. 즉, 제 2 반도체층(13)은, 활성층(12)과 마찬가지로, 가장자리가 가운데보다 버퍼층(120) 측에 더 인접하도록, 볼록하게 솟아오른 층 형상이다.
예시적으로, 도 2b에 도시한 바와 같이, 발광구조물(10)이 육각뿔 형인 경우, 제 1 반도체층(11)은 육각뿔 형이고, 활성층(12)과 제 2 반도체층(13)은 육각뿔의 뾰족한 상부를 덮는 층 형상이다.
이때, 제 1 반도체층(11)은 개구부(131)를 통해 노출된 버퍼층(120) 상의 일부를 커버하도록, 개구패턴(130) 상에 형성되고, 활성층(12)은 제 1 반도체층(11)을 커버하도록, 개구패턴(130) 상에 형성되며, 제 2 반도체층(13)은 활성층(12)을 커버하도록, 개구패턴(130) 상에 형성된다.
이에, 제 1 반도체층(11), 활성층(12) 및 제 2 반도체층(13) 각각의 적어도 일부는 개구패턴(130)에 접한다. 그러므로, 제 1 반도체층(11)의 돌출된 상부의 표면적 대비, 활성층(12)의 표면적과 그에 대응하는 발광면적을 최대한 향상시킬 수 있다. 따라서, 발광면적에 대응하는 내부양자효율이 향상될 수 있다.
더불어, 활성층(12)은 가운데에서 가장자리로 갈수록 점차 변화하는 두께의 형상으로 이루어질 수 있다. 즉, 활성층(12)의 두께는 가장자리에서 가운데로 갈수록 점차 증가하는 것일 수 있다.
이와 같이, 활성층(12)은 볼록하게 솟아오른 층으로써 변화하는 두께의 형상으로 이루어짐에 따라, 경사진 영역 또는 구부러진 영역을 포함하게 된다. 이로 인해, 활성층(12)은 불균일한 조성의 InGaN으로 이루어지게 되어, 다양한 파장영역의 광을 방출할 수 있다. 따라서, 발광소자(100)는 별도의 형광층을 포함하지 않더라도, 활성층(12)에서 발생된 다양한 파장영역의 광을 적절히 혼색하여, 백색광을 방출하는 광원으로 구현될 수 있다.
이상의 도 2a 및 도 2b는 발광구조물(10) 및 그에 포함되는 제 1 반도체층(11)이 뿔 형상으로 이루어진 것을 도시하였으나, 그와 달리, 발광구조물 및 그에 포함되는 제 1 반도체층은 뿔대 형상으로 이루어질 수도 있다.
즉, 도 2c 및 도 2d에 도시한 바와 같이, 반도체 성장 공정의 공정시간을 조정함으로써, 발광구조물(10')은 뿔대 형상으로 이루어질 수도 있다. 이와 같이, 발광구조물(10')이 육각뿔대 형인 경우, 제 1 반도체층(11')은 육각뿔대 형을 갖고, 활성층(12')과 제 2 반도체층(13')은 육각뿔대의 솟아오른 상부를 덮는 층 형태를 갖는다.
다음, 도 3 및 도 4a 내지 도 4i를 참고하여, 도 1에 도시한 발광소자(100)를 제조하는 방법에 대해 설명한다.도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광소자(100)의 제조방법은 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계(S110), 버퍼층 상에 마스크물질층을 형성하는 단계(S120), 마스크물질층을 패턴하여, 적어도 하나의 개구부를 포함하는 개구패턴을 형성하는 단계(S130), 적어도 하나의 개구부를 통해 노출된 버퍼층에 적어도 하나의 발광구조물을 형성하는 단계(S140), 및 오믹층과 전극을 형성하는 단계(S150)를 포함한다.
이 중, 발광구조물(10)의 형성 단계(S140)는, 개구부(131)를 통해 노출된 버퍼층(120)으로부터 반도체물질을 성장시켜, 제 1 반도체층(11)을 형성하는 단계(S141), 제 1 반도체층(11) 상에 활성층(12)을 형성하는 단계(S142) 및 활성층(12) 상에 제 2 반도체층(13)을 형성하는 단계(S143)를 포함한다. 이때, 발광구조물(10)은 기판(110)의 주면에 대해 비스듬한 셋 이상의 경사면, 및 성장 방향을 따라 점차 좁아지는 단면적을 갖는 형상으로 형성된다. 예시적으로, 발광구조물(10)은 뿔 또는 뿔대 형상일 수 있다.
구체적으로, 도 4a에 도시한 바와 같이, 기판(110) 상의 전면에 버퍼층(120)을 형성하고 (S110), 버퍼층(120) 상의 전면에 마스크물질층(130')을 형성한다(S120).
기판(110)은 발광구조물(10)을 이루는 반도체물질과 유사한 격자구조 및 도전성을 갖는 재료로 선택된다. 예시적으로, 기판(110)은 SiC, GaN, Si, ZnS, ZnO, AlN, LiMgO, GaAs, MgAl2O3 및 InAlGaN 중 어느 하나로 선택될 수 있다.
버퍼층(120)의 형성 단계(S110)는, 실리콘산화물(SiOx) 또는 실리콘 질화물(SiNx)과 같은 절연물질을 기판(110)의 주면에 듬성듬성하게 적층하는 단계를 포함할 수 있다.
또는, 버퍼층(120)의 형성 단계(S110)는 발광구조물(10)보다 낮은 온도분위기에서 반도체물질을 성장시키는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 반도체물질은 언도프(undoped) 반도체물질 또는 제 1 반도체층과 동일한 불순물로 도핑된 반도체물질일 수 있다.
마스크물질층(130')의 형성 단계(S120)에서, 마스크물질층(130')은 절연성을 갖고, 패턴될 수 있는 경화성 수지 재료로 선택된다.
다음, 개구패턴(131)의 형성 단계(S130)는, 마스크물질층(130')을 패턴하여, 상호 이격하고 수평하게 배열되는 적어도 하나의 개구부(131)를 형성하는 단계를 포함한다. 이때, 각각의 개구부(131)는 마스크물질층(130')을 관통하여 그 아래의 버퍼층(120)을 노출시키는 홀이다.
그리고, 개구부(131)는 원형 또는 다각형의 패턴이다.
예시적으로, 도 4b에 도시한 바와 같이, 개구부(131a)는 육각형의 패턴으로써, 마스크물질층(130')에 대해 육각기둥 형의 홀인 것일 수 있다. 또는, 도 4c에 도시한 바와 같이, 개구부(131b)는 원 형의 패턴으로써, 마스크물질층(130')에 대해 원기둥 형의 홀인 것일 수 있다. 또는 도 4d에 도시한 바와 같이, 개구부(131c)는 사각형의 패턴으로써, 마스크물질층(130')에 대해 사각기둥 형의 홀인 것일 수 있다. 다만, 개구부(131, 131a, 131b, 131c)는, 발광구조물(10)에 대응하는 크기와 간격을 갖도록 설계된다.
이어서, 도 4e에 도시한 바와 같이, 기판(110)의 주면에 대해 비스듬한 셋 이상의 경사면 및 상부로 갈수록 점차 좁아지는 단면적을 갖는 형상을 갖는 제 1 반도체층(11)을, 개구패턴(130) 상에 형성한다 (S141). 예시적으로, 제 1 반도체층(11)은 뿔 형상인 것일 수 있다. 그리고, 제 1 반도체층(11) 은 Si와 같은 n-형 불순물로 도핑된 질화갈륨계 반도체물질(n-GaN)로 선택될 수 있다.
도 4f의 도시를 참고하면, 제 1 반도체층(11)은, 개구부(131)를 통해 노출된 버퍼층(120)으로부터 반도체물질을 성장시킴으로써 형성된다. 이러한 반도체물질의 성장 공정 시, 온도, 압력, 유량 및 공정시간을 적절히 변경시킴으로써, 제 1 반도체층(11)은 셋 이상의 경사면 및 상부로 갈수록 점차 좁아지는 단면적을 갖는 형상으로 형성될 수 있다.
그리고, 기판(110)의 주면이 C면(0001)인 경우, 발광구조물(10)의 경사면들은 S면(1-101) 및 그의 등가 결정면들로 선택될 수 있다. 이때, 기판(110)의 주면은 C면(0001) 외에, M면(1-100) 또는 A면(11-20) 으로도 선택될 수 있다.
한편, 제 1 반도체층(11)의 형성 단계(S141)에 있어서, 반도체물질의 성장 공정 시의 공정시간을 적절히 조절하면, 도 4g에 도시한 바와 같이, 제 1 반도체층(11')은, 도 4e 및 도 4f에 도시한 뿔 형상이 아닌, 뿔대 형상으로도 형성될 수 있다.
도 4h에 도시한 바와 같이, 양자우물구조(MQW)의 반도체물질을, 제 1 반도체층(11) 상에 성장시켜서, 활성층(12)을 형성한다 (S142). 이때, 활성층(12)은 제 1 반도체층(11)의 경사면들에 의해, 비스듬한 셋 이상의 경사면을 갖는 층 형상으로 이루어진다. 즉, 활성층(12)은 가장자리가 가운데보다 버퍼층(120) 측에 더 인접하도록, 볼록하게 솟아오른 층 형상이 된다.
그리고, 제 1 반도체층(11)과 상이한 도전형의 반도체물질을, 활성층(12) 상에 성장시켜서, 제 2 반도체층(13)을 형성한다 (S143). 이때, 제 2 반도체층(13)은 활성층(12)의 경사면들에 의해, 비스듬한 셋 이상의 경사면을 갖는 층 형상으로 이루어진다. 즉, 제 2 반도체층(13)은 가장자리가 가운데보다 버퍼층(120) 측에 더 인접하도록, 볼록하게 솟아오른 층 형상이 된다. 그리고, 제 2 반도체층(13)은 Mg와 같은 p-형 불순물로 도핑된 질화갈륨계 반도체물질(p-GaN)로 선택될 수 있다.
이러한 발광구조물(10)에 있어서, 활성층(12)과 제 2 반도체층(13)은 가장자리가 가운데보다 버퍼층(120) 측에 더 인접하도록, 볼록하게 솟아오른 층 형상이 된다.
이로써, 제 1 반도체층(11), 제 1 반도체층(11)과 상이한 도전형을 갖는 제 2 반도체층(13) 및 제 1 반도체층(11)과 제 2 반도체층 사이에 개재된 활성층(12)을 포함하는 발광구조물(10)이 형성된다. 이때, 발광구조물(10)은 개구부(131)를 통해 노출된 버퍼층(120)에 접하고, 개구패턴(130) 상에 돌출되어, 기판(110)의 주면에 대해 비스듬한 셋 이상의 경사면 및 상부로 갈수록 점차 좁아지는 단면적을 갖는 형상으로 이루어진다.
그리고, 제 1 반도체층(11)은 개구부(131)를 통해 노출된 버퍼층(120) 상의 일부를 커버하도록, 개구패턴(130) 상에 형성되고, 활성층(12)은 제 1 반도체층(11)을 커버하도록, 개구패턴(130) 상에 형성되며, 제 2 반도체층(13)은 활성층(12)을 커버하도록, 개구패턴(130) 상에 형성된다. 이에, 제 1 반도체층(11), 활성층(12) 및 제 2 반도체층(13) 각각의 적어도 일부는 개구패턴(130)에 접한다. 그러므로, 제 1 반도체층(11)의 돌출된 상부의 표면적 대비, 활성층(12)의 표면적과 그에 대응하는 발광면적을 최대한 향상시킬 수 있다. 따라서, 발광면적에 대응하는 내부양자효율이 향상될 수 있다.
활성층(12)의 형성 단계(S142)에 있어서, 반도체 물질의 성장 시 공정분위기를 조절하여, 가운데에서 가장자리로 갈수록 점차 변화하는 두께의 형상으로 활성층(12)을 형성할 수 있다. 즉, 활성층(12)의 두께는 가장자리에서 가운데로 갈수록 점차 증가하는 것일 수 있다.
이와 같이, 활성층(12)은 볼록하게 솟아오른 층으로써 변화하는 두께의 형상으로 이루어짐에 따라, 경사진 영역 또는 구부러진 영역을 포함하게 된다. 이로 인해, 활성층(12)은 불균일한 조성의 InGaN으로 이루어지게 되어, 다양한 파장영역의 광을 방출할 수 있다. 따라서, 발광소자(100)는 별도의 형광층을 포함하지 않더라도, 활성층(12)에서 발생된 다양한 파장영역의 광을 적절히 혼색하여, 백색광을 방출하는 광원으로 구현될 수 있다.
도 4i에 도시한 바와 같이, 발광구조물(10)과 개구패턴(130) 상의 전면에 오믹층(140)을 형성한다. 그리고, 기판(110)의 다른 일면에 제 1 전극(151)을 형성하고, 오믹층(14)의 적어도 일부 상에 제 2 전극(150)을 형성한다 (S150).
오믹층(140)은 제 2 반도체층(13)을 커버하도록, 개구패턴(130) 상에 형성된다. 이러한 오믹층(140)은 제 2 반도체층(13)보다 작은 면저항 및 광 투과성을 갖는 재료로 선택된다. 예시적으로, 오믹층(140)은 ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IZTO, IGTO, AZO, AIO 및 GZO 등과 같은 금속산화물, 및 Al, Ag, Pd, Rh 및 Rt와 같은 금속 중 어느 하나로 선택될 수 있다.
제 1 전극(151)은 도전성을 갖는 기판(110)에 형성되어, 제 1 반도체층(11)과 전기적으로 연결된다. 이러한 제 1 전극(151)은 외부 회로에 본딩되어, 제 1 반도체층(11)으로 캐리어(예를 들면, 전자)를 주입한다.
제 2 전극(150)은 오믹층(140)을 통해 제 2 반도체층(13)과 전기적으로 연결된다. 이러한 제 2 전극(150)은 외부 회로에 본딩되어, 제 2 반도체층(13)으로 캐리어(예를 들면, 정공)를 주입한다.
다만, 기판(110)이 도전성을 갖고 있으므로, 설계에 따라, 오믹층과 전극을 형성하는 단계(S150) 중 제 1 전극(151)을 형성하지 않는 것도 가능하다.
제 2 실시예
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광소자의 단면도이다. 그리고, 도 6a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 6b는 도 6a에 도시한 발광소자의 제조방법 중 "임시층을 형성하는 단계"에 대한 공정도이다.
도 5에 도시된 발광소자(101)는, 지지기판(110), 지지기판(110) 상에 형성되는 버퍼층(120), 버퍼층(120) 상에 형성되는 제 3 반도체층(160), 제 3 반도체층(160) 상에 형성되는 개구패턴(130), 적어도 하나의 발광구조물(10), 발광구조물(10)을 덮도록 개구패턴(130) 상에 형성되는 오믹층(140), 제 3 반도체층(160)의 일부 영역 상에 형성되는 제 1 전극(152), 및 오믹층(140) 상에 형성되는 제 2 전극(150)을 포함한다.
즉, 제 2 실시예의 발광소자(101)는, 버퍼층(120)과 개구패턴(130) 사이에 개재된 제 3 반도체층(160) 및 제 3 반도체층(160) 상에 형성되는 제 1 전극(152)을 더 포함하는 점을 제외하면, 도 1의 발광소자(100)과 동일하다. 이에, 이하에서 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
지지기판(110)은 도 1의 기판(110)과 동일하다. 다만, 도 1의 기판(100)과 달리, 도 2의 발광소자(102)는 별도의 제 1 전극(152)을 포함하므로, 도전성을 갖는 재료로 선택될 필요가 없다. 이에, 지지기판(110)은 절연성의 Al2O3으로도 선택될 수 있다. 즉, 지지기판(110)은 Al2O3, SiC, GaN, Si, ZnS, ZnO, AlN, LiMgO, GaAs, MgAl2O3 및 InAlGaN 중 어느 하나로 선택될 수 있다.
그리고, 버퍼층(120), 제 3 반도체층(160) 및 발광구조물(10)을 형성하기 위한 반도체물질의 성장 공정 시에, 별도의 성장기판(미도시, 도 6b의 111에 해당함)을 이용하는 경우, 지지기판(110)은 반도체물질과 유사한 격자구조를 갖는 재료일 필요가 없다.
제 3 반도체층(160)은, 제 3 반도체층(160) 상에 접하는 제 1 반도체층(11)과 동일한 도전성을 갖는 반도체물질로, 버퍼층(120) 상에 형성된다. 예시적으로, 제 1 반도체층(11)이 n-형 반도체물질이라면, 제 3 반도체층(160)도 n-형 반도체물질로 이루어진다. 이러한 제 3 반도체층(160)은 제 1 전극(152)을 통해 주입된 캐리어(예를 들면, 전자)를 발광구조물(10) 각각의 제 1 반도체층(11)으로 확산시킨다.
제 1 전극(152)는 도전성을 갖는 재료로 제 3 반도체층(160)의 일부영역 상에 형성된다. 이러한 제 1 전극(152)는 제 3 반도체층(160)을 통해 제 1 반도체층(11)과 전기적으로 연결된다. 그리고, 제 1 전극(152)는 외부 회로와 본딩(bonding)되어, 제 1 반도체층(11)으로 캐리어(예를 들면, 전자)를 주입한다.
다음, 도 6a 및 도 6b를 참고하여, 제 2 실시예에 따른 발광소자(101)를 제조하는 방법에 대해 설명한다.
도 6a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광소자(101)의 제조방법은, 성장기판 상에 버퍼층과 제 3 반도체층을 형성하는 단계(S210), 제 3 반도체층 상에 마스크물질층을 형성하는 단계(S220), 마스크물질층을 패턴하여, 적어도 하나의 개구부를 포함하는 개구패턴을 형성하는 단계(S230), 적어도 하나의 개구부를 통해 노출된 제 3 반도체층에, 적어도 하나의 발광구조물을 형성하는 단계(S240), 오믹층과 전극을 형성하는 단계(S250), 및 성장기판을 지지기판으로 교체하는 단계(S260)을 포함한다.
여기서, 성장기판을 지지기판으로 교체하는 단계(S260)는, 오믹층 중 전극을 제외한 나머지 영역 상에 임시층을 형성하는 단계(S261), 성장기판을 제거하는 단계(S262), 지지기판을 부착하는 단계(S263) 및 임시층을 제거하는 단계(S263)를 포함한다.
구체적으로, 성장기판(111) 상의 전면에 버퍼층(120)을 형성하고, 버퍼층(120) 상의 전면에 제 3 반도체층(160)을 형성한다 (S210).
제 3 반도체층(160) 상의 전면에 마스크물질층(미도시)을 형성하고 (S220), 이후, 마스크물질층(미도시)을 패턴하여, 적어도 하나의 개구부(131)를 포함하는 개구패턴(130)을 형성한다 (S230). 이때, 각각의 개구부(131)는 마스크물질층(130')을 관통하여 그 아래의 버퍼층(120)을 노출시키는 홀이다.
기판(110)의 주면에 대해 비스듬한 셋 이상의 경사면, 및 성장 방향을 따라 점차 좁아지는 단면적을 갖는 형상으로, 발광구조물(10)을 형성한다 (S240).
이상의 단계들(S210~S240)은 버퍼층(120) 상에 제 3 반도체층(160)을 더 형성하는 것을 제외하고는, 도 4a 내지 도 4h에 도시한 바와 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
이어서, 발광구조물(10)을 커버하도록 개구패턴(130) 상에 오믹층(140)을 형성한다. 그리고, 오믹층(140)과 개구패턴(130)을 제거하여 제 3 반도체층(160)의 일부 영역을 노출시킨 후, 노출된 제 3 반도체층 상에 제 1 전극(152)을 형성한다. 또한, 오믹층(140)의 적어도 일부 상에 제 2 전극(150)을 형성한다 (S250).
이때, 오믹층과 전극을 형성하는 단계(S250)는 노출된 제 3 반도체층 상에 제 1 전극(152)을 형성하는 것을 제외하고는, 도 4i에 도시한 바와 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
다음, 도 6b에 도시한 바와 같이, 오믹층(150) 중 제 1 및 제 2 전극(152, 150)을 제외한 나머지 영역 상에, 임시층(170)을 형성한다 (S261). 즉, 임시층(170)은 오믹층(150)의 나머지 영역 상에 접하여 형성된다.
이러한 임시층(170)은 절연성을 갖고, 겔(GEL) 또는 액상(LIQUID) 상태에서 도포된 후 경화될 수 있는 물질로 선택된다. 예시적으로, 임시층(170)은 SOG(Spin On Glass)으로 선택될 수 있다.
이후, 임시층(170)을 이용하여 발광구조물(10)을 지지한 상태에서, 성장기판(111)을 제거한다 (S262). 이때, 성장기판(111)의 제거 단계(S262)는 LLO(Laser Lift Off) 또는 CLO(Chemical Lift Off) 방식으로 실시될 수 있다.
그리고, 성장기판(111)과 버퍼층(120)이 제거된 제 3 반도체층(160)의 일면에 지지기판(110)을 부착한다 (S263). 이때, 지지기판(110)은 성장기판(111)이 제거된 버퍼층(120)의 일면에 부착될 수도 있다.
다음, 임시층(170)을 제거함 (S264)으로써, 도 5의 발광소자(101)가 제조된다.
한편, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 달리, 도 5의 발광소자(101)는, 도 3에 도시한 제조방법에 있어, 버퍼층(120)을 형성하는 단계(S110)에서 제 3 반도체층(160)을 더 형성하고, 오믹층과 전극을 형성하는 단계(S150)에서 제 1 전극(152)을 더 형성한다면, 도 3에 도시한 제조방법으로도 제조될 수 있다.
제 3 실시예
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광소자의 단면도이고, 도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 7에 도시된 발광소자(102)는, 지지기판(110), 지지기판(110) 상에 형성되는 버퍼층(120), 버퍼층(120) 상에 형성되는 제 3 반도체층(160), 제 3 반도체층(160) 상에 형성되는 개구패턴(130), 적어도 하나의 발광구조물(10), 발광구조물(10)을 덮도록 개구패턴(130) 상에 형성되는 오믹층(140), 제 3 반도체층(160)의 일부 영역 상에 형성되는 제 1 전극(152), 오믹층(140) 상에 형성되는 제 2 전극(150) 및 오믹층(140) 중 제 1 및 제 2 전극(152, 150)을 제외한 나머지 영역 상에 형성되는 형광층(180)을 포함한다.
즉, 도 7에 도시한 발광소자(102)는, 형광층(180)을 더 포함한다는 점을 제외하면, 도 5에 도시한 발광소자(101)와 동일하다. 이에, 이하에서 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
형광층(180)은 발광구조물(10)에서 방출되는 제 1 파장영역의 광에 반응하여, 제 2 파장영역의 광을 방출하는 형광물질로 이루어진다. 이때, 제 1 파장영역과 제 2 파장영역은 서로 중복되는 영역일 수 있다.
이러한 형광층(180)을 포함함에 따라, 발광소자(102)는 발광구조물(10)에서 방출되는 제 1 파장영역의 광과, 제 1 파장영역의 광에 반응한 형광물질로부터 방출되는 제 2 파장영역의 광을 혼색하여, 백색 또는 그 외 다른 색상의 광을 방출하는 광원으로 구현될 수 있다.
다음, 도 8을 참고하여, 제 3 실시예에 따른 발광소자(102)를 제조하는 방법에 대해 설명한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광소자(102)의 제조방법은, 성장기판 상에 버퍼층과 제 3 반도체층을 형성하는 단계(S310), 제 3 반도체층 상에 마스크물질층을 형성하는 단계(S320), 마스크물질층을 패턴하여, 적어도 하나의 개구부를 포함하는 개구패턴을 형성하는 단계(S330), 적어도 하나의 개구부를 통해 노출된 제 3 반도체층에, 적어도 하나의 발광구조물을 형성하는 단계(S340), 오믹층과 전극을 형성하는 단계(S350), 오믹층 중 전극을 제외한 나머지 영역 상에 형광층을 형성하는 단계(S360), 성장기판을 제거하는 단계(S370) 및 지지기판을 부착하는 단계(S380)를 포함한다.
이 중, 버퍼층과 제 3 반도체층을 형성하는 단계(S310), 마스크물질층을 형성하는 단계(S320), 개구패턴을 형성하는 단계(S330), 발광구조물을 형성하는 단계(S340) 및 오믹층과 전극을 형성하는 단계(S350)는, 도 6a 에 도시한 제 2 실시예의 제조방법과 동일하므로, 이하에서 중복되는 설명은 생략한다.
오믹층과 전극의 형성한 후(S350), 제 1 전극(152)과 제 2 전극(150)을 차단하는 마스크를 배치한 상태에서, 형광물질을 포함한 액상(liquid)재료 또는 겔(gel)재료를 도포한 다음, 도포된 재료를 경화시켜서, 형광층(180)을 형성한다 (S360).
이어서, 형광층(180)을 이용하여 발광구조물(10)을 지지한 상태에서, 성장기판(미도시)을 제거한다 (S370). 이때, 성장기판의 제거 단계(S370)는 LLO(Laser Lift Off) 또는 CLO(Chemical Lift Off) 방식으로 실시될 수 있다.
그리고, 성장기판(미도시)과 버퍼층(120)이 제거된 제 3 반도체층(160)의 일면에 지지기판(110)을 부착한다 (S380). 이때, 지지기판(110)은 성장기판(111)이 제거된 버퍼층(120)의 일면에 부착될 수도 있다.
이로써, 도 7의 발광소자(102)가 제조된다.
제 4 실시예
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발광소자의 단면도이고, 도 10은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 9에 도시된 발광소자(103)는, 지지기판(110), 지지기판(110) 상에 형성되는 버퍼층(120), 버퍼층(120) 상에 형성되는 제 3 반도체층(160), 제 3 반도체층(160) 상에 형성되는 개구패턴(130), 적어도 하나의 발광구조물(10), 발광구조물(10)을 덮도록 개구패턴(130) 상에 형성되는 오믹층(140), 제 3 반도체층(160)의 일부 영역 상에 형성되는 제 1 전극(152), 오믹층(140) 상에 형성되는 제 2 전극(150), 오믹층(140) 중 제 1 및 제 2 전극(152, 150)을 제외한 나머지 영역 상에 형성되는 형광층(180) 및 형광층(180)을 긁어내어, 불규칙하게 형성되는 스크래칭홈(181)을 포함한다.
즉, 도 9에 도시한 발광소자(103)는 스크래칭홈(181)을 더 포함한다는 점을 제외하면, 도 7에 도시한 발광소자(102)와 동일하다. 이에, 이하에서 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
형광층(180)은 발광구조물(10)에서 방출되는 제 1 파장영역의 광에 반응하여 제 2 파장영역의 광을 방출하는 형광물질로 이루어진다. 이때, 발광구조물(10)을 덮은 형광물질의 양이 많을수록, 형광층(180)에 의한 제 2 파장영역의 광이, 발광구조물(10)에 의한 제 1 파장영역의 광보다 많은 양으로 발생될 것을 예상할 수 있다.
그런데, 형광층(180)을 형성하는 매 공정마다, 오믹층(140) 상에 동일한 양의 형광물질을 도포하도록 제어하는 것은 매우 어렵다. 이에, 형광물질의 도포 공정 별로, 형광물질의 양에 대한 임계값 이상의 공정오차가 발생한다. 이러한 공정오차로 인해, 소자 간 색특성의 균일도가 낮아질 수 있다.
그러므로, 도 9에 도시한 발광소자(103)은 형광층(180)을 미세하게 긁어내어 형성되는 스크래칭홈(181)을 이용하여, 형광층(180)을 이루는 형광물질의 양을 미세하게 조절할 수 있다. 예시적으로, 형광층(180)이 설계보다 과도한 양의 형광물질로 형성되는 경우, 형광층(180)을 선택적으로 긁어내어, 스크래칭홈(181)을 형성한다. 이와 같이 하면, 형광층(180)을 형성하는 형광물질의 양에 대응하는 소자의 색특성을 미세하게 조절할 수 있어, 색특성에 관한 불량을 감소시킬 수 있으므로, 수율을 향상시킬 수 있다.
더불어, 스크래칭홈(181)은 주요 발광영역이 아닌 영역(예를 들면, 발광면의 외곽 영역)에 배치되어, 스크래칭홈(181)으로 인한 색 오차 또는 광량 오차를 방지할 수 있다.
다음, 도 10을 참고하여, 제 4 실시예에 따른 발광소자(103)를 제조하는 방법에 대해 설명한다.
도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발광소자(103)의 제조방법은, 성장기판 상에 버퍼층과 제 3 반도체층을 형성하는 단계(S410), 제 3 반도체층 상에 마스크물질층을 형성하는 단계(S420), 마스크물질층을 패턴하여, 적어도 하나의 개구부를 포함하는 개구패턴을 형성하는 단계(S430), 적어도 하나의 개구부를 통해 노출된 제 3 반도체층에, 적어도 하나의 발광구조물을 형성하는 단계(S440), 오믹층과 전극을 형성하는 단계(S440), 오믹층과 전극을 형성하는 단계(S450), 오믹층 중 전극을 제외한 나머지 영역 상에 형광층을 형성하는 단계(S460), 형광층에 스크래칭홈을 형성하는 단계(S461), 성장기판을 제거하는 단계(S470) 및 지지기판을 부착하는 단계(S480)를 포함한다.
이 중, 형광층(180)에 스크래칭홈(181)을 형성하는 단계(S461)를 제외한 나머지 단계들(S410~S460, S470, S480)은, 도 8에 도시한 제 3 실시예의 제조방법과 동일하므로, 이하에서 중복되는 설명은 생략한다.
형광층(180)을 형성한 후(S460), 스크래칭홈(181)의 형성 단계(S461)는, 형광층(180)을 형성한 형광물질의 양이 설계보다 과도한 양인지를 판단하는 단계, 및 형광물질의 양이 설계보다 과도한 양이면, 불규칙하게 형광층(180) 상부를 긁어내어 스크래칭홈(181)을 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 스크래칭홈(181)은 형광층(180) 상부 중 주요 발광영역이 아닌 영역(예를 들면, 발광면의 외곽 영역)에 형성되어, 스크래칭홈(181)으로 인한 색 오차 또는 광량 오차를 방지할 수 있다.
이후, 성장기판을 제거하고(S470), 성장기판을 제거한 면에 지지기판을 부착함(S480)으로써, 도 9에 도시한 발광소자(103)가 제조된다.
제 5 실시예
도 11은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 발광소자의 단면도이고, 도 12는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 11에 도시된 발광소자(104)는, 지지기판(110), 지지기판(110) 상에 형성되는 버퍼층(120), 버퍼층(120) 상에 형성되는 제 3 반도체층(160), 제 3 반도체층(160) 상에 형성되는 개구패턴(130), 적어도 하나의 발광구조물(10), 발광구조물(10)을 덮도록 개구패턴(130) 상에 형성되는 오믹층(140), 제 3 반도체층(160)의 일부 영역 상에 형성되는 제 1 전극(152), 오믹층(140) 상에 형성되는 제 2 전극(150), 오믹층(140) 중 제 1 및 제 2 전극(152, 150)을 제외한 나머지 영역 상에 형성되는 형광층(180) 및 형광층(180)을 긁어내어, 규칙적으로 형성되는 스크래칭패턴(182)을 포함한다.
즉, 도 11에 도시한 발광소자(103)는 스크래칭패턴(182)을 더 포함한다는 점을 제외하면, 도 7에 도시한 제 3 실시예에 따른 발광소자(102)와 동일하다. 이에, 이하에서 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
발광구조물(10)은 지지기판(110)의 주면에 대해 비스듬한 셋 이상의 경사면 및 상부로 갈수록 점차 작아지는 단면적을 갖는 형상으로, 개구패턴(130) 상에 돌출되어 형성된다. 그리고, 오믹층(140)도 발광구조물(10) 상에 형성되어, 발광구조물(10)의 상부 형상에 대응한 형상이 된다. 즉, 오믹층(140)의 형상은 발광구조물(10)의 형상에 대응한 능선영역과 발광구조물(10) 간의 간격 형상에 대응한 골 영역을 포함한다.
그리고, 형광층(180)은 오믹층(140) 중 제 1 및 제 2 전극(152, 150)이 형성된 영역을 제외한 나머지 영역 상에 형성되되, 평평한 상부면을 갖는 형상으로 형성된다. 즉, 오믹층(140)의 골 영역에 대응한 형광층(180)의 두께는, 오믹층(140)의 능선 영역에 대응한 두께보다 두껍다. 이와 같이 서로 다른 두께의 형광층(180)으로 덮이는 골 영역과 능선 영역은 미세하게 상이한 색상의 광을 방출하게 되므로, 소자의 발광면이 균일한 색특성을 띄기 어렵다.
그러므로, 도 11에 도시한 발광소자(104)는, 오믹층(140)의 골 영역에 대응하여, 규칙적으로 형광층(180)을 긁어내어 형성되는 스크래치패턴(182)을 포함한다. 이와 같이 스크래치(180)을 이용함으로써, 소자의 발광면이 더욱 균일한 색특성을 띄도록 조절할 수 있어, 소자의 색특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
다음, 도 12을 참고하여, 제 5 실시예에 따른 발광소자(104)를 제조하는 방법에 대해 설명한다.
도 12에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 발광소자(104)의 제조방법은, 성장기판 상에 버퍼층과 제 3 반도체층을 형성하는 단계(S510), 제 3 반도체층 상에 마스크물질층을 형성하는 단계(S520), 마스크물질층을 패턴하여, 적어도 하나의 개구부를 포함하는 개구패턴을 형성하는 단계(S530), 적어도 하나의 개구부를 통해 노출된 제 3 반도체층에, 적어도 하나의 발광구조물을 형성하는 단계(S540), 오믹층과 전극을 형성하는 단계(S550), 오믹층 중 전극을 제외한 나머지 영역 상에 형광층을 형성하는 단계(S560), 형광층에 스크래칭패턴을 형성하는 단계(S561), 성장기판을 제거하는 단계(S570) 및 지지기판을 부착하는 단계(S580)를 포함한다.
이 중, 형광층(180)에 스크래칭패턴(182)을 형성하는 단계(S561)를 제외한 나머지 단계들(S510~S560, S570, S580)은, 도 10에 도시한 제 4 실시예의 제조방법과 동일하므로, 이하에서 중복되는 설명은 생략한다.
형광층(180)을 형성한 후(S560), 오믹층(140)의 골 영역에 대응하여, 규칙적으로 형광층(180)을 긁어내어 스크래칭패턴(182)을 형성한다 (S561).
이후, 성장기판을 제거하고(S570), 성장기판을 제거한 면에 지지기판을 부착함(S580)으로써, 도 11에 도시한 발광소자(104)가 제조된다.
제 6 실시예
도 13은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 발광 어레이의 단면도이고, 도 14는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 발광 어레이의 발광면을 나타낸 도면이다. 그리고, 도 15은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 발광 어레이의 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 16a 내지 도 16k는 도 15에 도시한 발광 어레이의 제조방법을 나타낸 공정도이다.
도 13에 도시된 발광 어레이(200)는, 제 3 반도체층(210), 제 3 반도체층(210)의 일면 상에 형성되는 개구패턴(220), 복수의 발광구조물(10), 제 3 반도체층(210)의 다른 일면 상에 격벽(230)과 형광층(240), 발광구조물(10)을 덮도록 개구패턴(220) 상에 형성되는 오믹층(251), 오믹층(251) 상에 형성되는 반사층(252), 반사층(252) 상에 형성되는 확산방지층(253), 확산방지층(253) 상에 형성되고 평평한 일면을 갖는 지지층(254), 발광구조물(10) 사이의 영역에 형성되는 절연홀(260), 절연홀(260)을 관통하여 형성되는 제 1 전극(270), 및 지지층(254)의 평평한 일면 상에 부착되는 회로층(280)을 포함한다. 이때, 회로층(280)은 점착층(미도시)을 통해 지지층(254)에 부착된다.
여기서, 개구패턴(220)에 포함되는 개구부(221)는 서로 이격하여 제 3 반도체층(210)에 대해 수평적으로 배열되고, 제 3 반도체층(210)을 노출시킨다.
그리고, 발광구조물(10)은 개구부(221)에 대응하여 제 3 반도체층(210) 상에 형성되어, 서로 이격하고 수평적으로 배열된다.
각각의 발광구조물(10)은 개구부(221)를 통해 노출된 제 3 반도체층(210)과 이어지고, 개구패턴(220)의 적어도 일부와 접하며, 개구패턴(220) 상에 돌출되어 형성된다. 그리고, 각각의 발광구조물(10)은 제 3 반도체층(210)에 대해 비스듬한 셋 이상의 경사면 및 돌출방향을 따라 점차 감소하는 단면적을 갖는 형상이다. 또한, 각각의 발광구조물(10)은 제 1 반도체층(11), 제1 반도체층(11)과 상이한 도전형을 갖는 제 2반도체층(13) 및 이들 사이에 개재된 활성층(12)을 포함한다.
제 3 반도체층(210)은 제 3 반도체층(210) 상에 접하는 제 1 반도체층(11)과 동일한 도전성을 갖는 반도체물질로 형성된다. 예시적으로, 제 1 반도체층(11)이 n-형 반도체물질이라면, 제 3 반도체층(210)도 n-형 반도체물질로 이루어진다. 이러한 제 3 반도체층(220)은 제 1 전극(270)을 통해 주입된 캐리어(예를 들면, 전자)를 발광구조물(10) 각각의 제 1 반도체층(11)으로 확산시킨다.
개구패턴(220)은 제 3 반도체층(210)의 일면에 적층된 절연물질을 패터닝하여 형성된다. 개구패턴(220)은 절연물질을 관통하여 제 3 반도체층(210)의 일부를 노출시키는 복수의 개구부(221)를 포함한다. 개구부(131)는 서로 이격되어 수평적으로 배열된다.
개구부(131)는 원형 또는 다각형의 패턴으로 형성될 수 있다. 특히, 발광구조물(10)이 육방정계 우르짜이트(wurtzite) 형의 결정구조를 갖는 질화갈륨(GaN)계 반도체물질로 선택되는 경우, 개구부(131)는 육각형의 패턴일 수 있다.
발광구조물(10)은 개구부(221)를 통해 노출된 제 3 반도체층(210)에 대응하여, 개구패턴(220) 상에 형성된다. 그리고, 발광구조물(10)은 비스듬한 셋 이상의 경사면, 및 성장 방향을 따라 점차 좁아지는 단면적을 갖는 형상이다. 즉, 발광구조물(10)은 뿔 또는 뿔대 형상으로 이루어진다. 이때, 반도체물질의 성장 시, 온도, 압력 및 유량 등의 공정분위기를 조절함으로써, 발광구조물(10)은 뿔 또는 뿔대 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 도 13에 도시한 발광구조물(10)은, 개구부(221)를 통해 노출된 제 3 반도체층(210)로부터 성장되는 것을 제외하면, 도 1 및 도 2a 내지 도 2d에 도시한 발광구조물(10)과 동일하므로, 이하 중복되는 설명은 생략한다.
격벽(230)과 형광층(240)은 제 3 반도체층(210)의 다른 일면 상에 형성된다. 이때, 형광층(240)은 도 13에 도시한 발광어레이(200)를 특정 색상의 광을 방출하는 면광원으로 구현하기 위한 것이고, 격벽(230)은 형광층(240)을 형성하는 서로 다른 재료들을 격리시키기 위한 것이다. 이러한 격벽(230)과 형광층(240)에 대해서는 도 14를 더 참고하여 후술하기로 한다.
오믹층(251)은 복수의 발광구조물(10)과 개구패턴(220)을 덮도록 형성된다. 즉, 오믹층(251)은 제 2 반도체층(13)을 커버하도록, 개구패턴(220) 상에 형성된다. 그리고, 오믹층(251)은 제 2 반도체층(13)보다 작은 면저항 및 광 투과성을 갖는 재료로 선택되어, 캐리어(예를 들면, 정공)를 제 2 반도체층(13)의 되도록 넓은 영역으로 확산시키고, 발광구조물에서 생성된 광을 투과한다. 예시적으로, 오믹층(251)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), IZTO(Indium Zinc Tin Oxide), IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IZTO, IGTO, AZO, AIO 및 GZO 등과 같은 금속산화물, 및 Al, Ag, Pd, Rh 및 Rt와 같은 금속 중 어느 하나의 단일층, 또는 어느 둘 이상의 복수층 또는 합금으로 선택될 수 있다.
반사층(252)은 오믹층(251) 상에 형성된다. 그리고, 반사층(252)은 반사성을 갖는 재료로 선택되어, 광을 제 3 반도체층(210) 측으로 반사시킨다. 이러한 반사층(252)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Mf, IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni 및 AZO/Ag/Ni 중 어느 하나의 단일층, 또는 어느 둘 이상의 복수층 또는 합금으로 선택될 수 있다.
확산방지층(253)은, 오믹층(251)과 반사층(252)으로 선택된 재료들이 고열, 고압으로 인해 확산(diffusion)되는 것을 방지하기 위하여, 반사층(252) 상에 형성된다. 이러한 확산방지층(253)은 Ti, Ni, Cu, N, Zr, Cr, Ta 및 Rh 중 어느 하나의 단일층, 또는 어느 둘 이상의 복수층 또는 합금으로 선택될 수 있다.
지지층(254)은 회로층(280) 상에 복수의 발광구조물(10)을 받치기(supporting) 위하여, 발광구조물(10)과 회로층(280) 사이에 형성된다.
구체적으로, 발광구조물(10)과 오믹층(251)과 확산방지층(252)의 전체 두께는 수 ㎛ 정도이고, 복수의 발광구조물(10)이 수평층 형상이 아니기 때문에, 복수의 발광구조물(10)의 형태 유지력은 비교적 낮다고 예상될 수 있다. 이에 따라, 복수의 발광구조물(10)을 회로층(280)으로부터 소정 간격 이상으로 이격시키고, 패키징 과정에서 복수의 발광구조물(10)을 보호할 수 있도록, 발광구조물(10)과 회로층(280) 사이에 지지층(254)이 형성된다.
그러므로, 도 13에 도시한 발광 어레이(200)는 발광구조물(10)과 회로층(280) 사이에 형성되는 지지층(254)을 포함함으로써, 발광구조물(10)을 회로층(280)으로부터 소정 간격 이상으로 이격시키고, 패키징 과정에서 발광구조물(10)을 보호한다.
한편, 오믹층(251)이 반사성을 갖는 재료로 선택되는 경우, 반사층(252)은 생략될 수 있다. 그리고, 오믹층(251)과 반사층(252)이 고온, 고압에 대해 낮은 확산속도를 갖는 재료인 경우, 확산방지층(253)은 생략될 수 있다.
절연홀(260)은 개구패턴(220), 발광구조물(10), 오믹층(251), 반사층(252), 확산방지층(253) 및 지지층(254)을 관통하도록, 발광구조물(10) 사이의 영역에 형성된다. 즉, 절연홀(260)은 발광구조물(10)의 돌출방향을 따라 제 3 반도체층(210)과 회로층(280) 사이를 가로지르는 기둥 형상의 절연층이다.
예시적으로, 절연홀(260)은 발광구조물(10) 사이의 영역인 개구패턴(220)의 적어도 일부에 대응하여, 개구패턴(220), 발광구조물(10), 오믹층(251), 반사층(252), 확산방지층(253) 및 지지층(254)을 관통하는 제 1 홀(미도시), 및 제 1 홀 내의 절연재료로 형성될 수 있다.
이러한 절연홀(260)은 복수의 발광구조물(10) 사이를 절연시키고, 특히, 복수의 발광구조물(10) 사이의 영역에 형성되는 제 1 전극(270)을 활성층(12)과 제 2 반도체층(13)으로부터 절연시킨다.
제 1 전극(270)은 절연홀(260)을 관통하여 형성된다. 그리고, 제 1 전극(270)은 도전성재료로 형성되어, 제 3 반도체층(210)과 전기적으로 연결된다. 즉, 제 1 전극(270)은 절연홀(260)에 의해 둘러싸이고, 발광구조물(10)의 돌출방향을 따라 제 3 반도체층(210)과 회로층(280) 사이를 가로지르는 기둥 형상의 도전층이다.
예시적으로, 제 1 전극(270)은 발광구조물(10)의 돌출방향으로 절연홀(260)을 관통하는 제 2 홀(미도시), 및 제 2 홀 내에 증착 또는 충진된 도전성 재료로 형성될 수 있다.
이러한 제 1 전극(270)은 회로층(280)과 제 3 반도체층(210) 사이를 전기적으로 연결한다. 이에, 제 1 반도체층(11)은 제 1 전극(270)으로부터 캐리어(예를 들면, 전자)를 주입 받는다.
한편, 오믹층(251), 반사층(252), 확산방지층(253) 및 지지층(254)은 도전성 재료로 선택되어, 제 2 반도체층(13)과 전기적으로 연결되는 제 2 전극으로 기능할 수 있다. 이에, 제 2 반도체층(13)은 오믹층(251), 반사층(252), 확산방지층(253) 및 지지층(254)을 통해 캐리어(예를 들면, 정공)를 주입 받는다.
다음, 격벽(230)과 형광층(240)에 대해 이어서 설명한다.
격벽(230)은 개구패턴(220)에 대응하여, 제 3 반도체층(210)의 다른 일면에 볼록하게 형성된다.
형광층(240)은 발광구조물(10)에 각각 대응하여, 제 3 반도체층(210)의 다른 일면에 형성된다. 그리고, 형광층(180)은 발광구조물(10)에서 방출되는 제 1 파장영역의 광에 반응하여, 제 2 파장영역의 광을 방출하는 형광물질로 이루어진다. 이때, 제 1 파장영역과 제 2 파장영역은 서로 중복되는 영역일 수 있다.
한편, 도 13에 도시한 발광어레이(200)는 복수의 서브화소를 포함한다. 이때, 각 서브화소는 각 발광구조물(10)과 그에 대응하는 형광층(240)으로 구현되어, 특정 색상(예를 들면, 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나)의 광을 방출하는 영역이 된다.
이에 따라, 각 서브화소에 대응하는 색상의 광이 방출되도록, 형광층(240)은 각 발광구조물(10)에 대응하여 서로 다른 형광물질로 이루어지는 것일 수 있다.
예시적으로, 도 14를 참고해보면, 적색광을 방출하는 제 1 서브화소(R)는 제 1 발광구조물과 제 1 발광구조물에 대응하는 영역에 제 3 파장영역의 광을 방출하는 제 1 형광물질로 형성되는 형광층으로 구현되고, 녹색광을 방출하는 제 2 서브화소(G)는 제 2 발광구조물과 제 2 발광구조물에 대응하는 영역에 제 4 파장영역의 광을 방출하는 제 2 형광물질로 형성되는 형광층으로 구현되며, 청색광을 방출하는 제 3 서브화소(B)는 제 3 발광구조물과 제 3 발광구조물에 대응하는 영역에 제 5 파장영역의 광을 방출하는 제 3 형광물질로 형성되는 형광층으로 구현될 수 있다. 이때, 제 1 내지 제 3 형광물질은 격벽(230)에 의해 서로 분리되므로, 결국, 제 1 내지 제 3 서브화소(R, G, B)는 격벽(230)에 의해 서로 이격된다.
이상과 같이, 도 13에 도시한 발광 어레이(200)는 발광구조물(10)과 형광층(240)으로 각각 구현되는 복수의 서브화소를 포함한다. 이때, 복수의 발광구조물(10)에 전류를 인가하면, 복수의 서브화소 전체로부터 동일 광량의 광이 방출되므로, 발광 어레이(200)는 발광면의 전면으로부터 백색광 또는 다른 특정 색의 광을 방출하는 면광원으로 이용될 수 있다. 예시적으로, 복수의 서브화소가 특정 색상의 광을 방출하는 영역이 되도록, 형광층(240)이 하나의 형광물질만으로 형성된 경우, 발광 어레이(200)는 특정 색상의 광을 방출하는 면광원으로 이용될 수 있다. 또는, 복수의 서브화소가 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나의 광을 방출하는 영역이 되도록, 형광층(240)이 둘 이상의 형광물질로 형성된 경우, 발광 어레이(200)는 각 서브화소에서 방출된 적색, 녹색 및 청색의 광을 혼색한 백색의 광을 방출하는 면광원으로 이용될 수도 있다.
다음, 도 15 및 도 16a 내지 도 16k를 참고하여, 도 13에 도시한 발광 어레이(200)를 제조하는 방법에 대해 설명한다.
도 15에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 6 실시예에 따른 발광 어레이(200)의 제조방법은, 성장기판 상에 버퍼층과 제 3 반도체층을 형성하는 단계(S610), 제 3 반도체층의 일면에 마스크물질층을 형성하는 단계(S620), 마스크물질층을 패턴하여, 복수의 개구부를 포함하는 개구패턴을 형성하는 단계(S630), 개구부를 통해 노출된 제 3 반도체층에, 복수의 발광구조물을 형성하는 단계(S640), 복수의 발광구조물과 개구패턴을 덮도록 오믹층, 반사층, 확산방지층 및 지지층을 순차적으로 형성하고, 발광구조물 사이의 영역에 절연홀과 제 1 전극을 형성하는 단계(S650), 지지층의 일면을 평탄화하는 단계(S660), 지지층의 평탄화된 일면에 회로층을 부착하는 단계(S670), 성장기판을 분리하는 단계(S680), 및 제 3 반도체층의 다른 일면에 격벽과 형광층을 형성하는 단계(S690)를 포함한다.
이 중, 발광구조물(10)의 형성 단계(S640)는, 개구부(221)를 통해 노출된 제 3 반도체층(210)으로부터 반도체물질을 성장시켜, 제 1 반도체층(11)을 형성하는 단계(S641), 제 1 반도체층(11) 상에 활성층(12)을 형성하는 단계(S642) 및 활성층(12) 상에 제 2 반도체층(13)을 형성하는 단계(S643)를 포함한다. 이때, 발광구조물(10)은 성장기판(290)의 주면에 대해 비스듬한 셋 이상의 경사면, 및 성장 방향을 따라 점차 좁아지는 단면적을 갖는 형상으로 형성된다. 예시적으로, 발광구조물(10)은 뿔 또는 뿔대 형상일 수 있다.
구체적으로, 도 16a에 도시한 바와 같이, 성장기판(290) 상의 전면에 버퍼층(291)을 형성하고, 버퍼층(291) 상에 제 3 반도체층(210)을 형성한다 (S610). 그리고, 제 3 반도체층(210) 상의 전면에 마스크물질층(220')을 형성한다 (S620).
버퍼층(291)과 제 3 반도체층(210)의 형성 단계(S610)에 있어서, 성장기판(290)은 제 3 반도체층(210)과 발광구조물(10)을 이루는 반도체물질과 유사한 격자구조를 갖는 재료로 선택된다. 예시적으로, 제 3 반도체층(210)과 발광구조물(10)이 육방정계 우르짜이트(wurtzite) 형의 결정구조를 갖는 질화갈륨계 반도체물질로 형성되는 경우, 성장기판(290)은 Al2O3, SiC, GaN, Si, ZnS, ZnO, AlN, LiMgO, GaAs, MgAl2O3 및 InAlGaN 중 어느 하나로 선택될 수 있다.
버퍼층(291)은 실리콘산화물(SiOx) 또는 실리콘 질화물(SiNx)과 같은 절연물질을 성장기판(290)의 주면에 듬성듬성하게 적층하여 형성될 수 있다. 또는, 버퍼층(291)은 성장기판(290)의 주면에 발광구조물(10)보다 낮은 온도분위기에서 반도체물질을 성장시켜서, 형성될 수도 있다. 이때, 반도체물질은 언도프(undoped) 반도체물질 또는 제 1 반도체층과 동일한 불순물로 도핑된 반도체물질일 수 있다.
제 3 반도체층(210)은 제 3 반도체층(160) 상에 접하는 제 1 반도체층(11)과 동일한 도전성을 갖는 반도체물질로 형성될 수 있다. 예시적으로, 제 1 반도체층(11)이 n-형 반도체물질이라면, 제 3 반도체층(210)도 n-형 반도체물질로 선택된다.
마스크물질층(220')의 형성 단계(S620)에서, 마스크물질층(220')은 절연성을 갖고, 패턴될 수 있는 경화성 수지 재료로 선택된다.
다음, 개구패턴(220)의 형성 단계(S630)는, 마스크물질층(220')을 패턴하여, 상호 이격하고 수평하게 배열되는 적어도 하나의 개구부(221)를 형성하는 단계를 포함한다. 이때, 각각의 개구부(221)는 마스크물질층(220')을 관통하여 그 아래의 제 3 반도체층(210)을 노출시키는 홀이다. 그리고, 개구부(221)는 원형 또는 다각형의 패턴이다. 예시적으로, 개구부(221)는 육각기둥 형, 원 형 및 사각기둥 형 중 어느 하나의 홀인 것일 수 있다.
도 16c에 도시한 바와 같이, 제 1 반도체층(11)의 형성 단계(S641)는, 개구부(221)를 통해 노출된 제 3 반도체층(210)을 성장면으로 이용하여, 성장기판(290)의 주면에 대해 비스듬한 셋 이상의 경사면 및 상부로 갈수록 점차 좁아지는 단면적을 갖는 형상으로 반도체물질을 성장시키는 단계를 포함한다. 예시적으로, 제 1 반도체층(11)은 뿔 형상인 것일 수 있다. 그리고, 제 1 반도체층(11)은 Si와 같은 n-형 불순물로 도핑된 질화갈륨계 반도체물질(n-GaN)로 이루어질 수 있다.
여기서, 성장기판(290)의 주면이 C면(0001)인 경우, 발광구조물(10)의 경사면들은 S면(1-101) 및 그의 등가 결정면들로 선택될 수 있다. 한편, 성장기판(290)의 주면은 C면(0001) 외에, M면(1-100) 또는 A면(11-20) 으로도 선택될 수 있다.
그리고, 활성층(12)의 형성 단계(S642)는 제 1 반도체층(11) 상에 양자우물구조(MQW)의 반도체물질을 성장시키는 단계를 포함한다. 이때, 활성층(12)은 제 1 반도체층(11)의 경사면들에 의해, 비스듬한 셋 이상의 경사면을 갖는 층 형상으로 이루어진다. 즉, 활성층(12)은 가장자리가 가운데보다 제 3 반도체층(210) 측에 더 인접하도록, 볼록하게 솟아오른 층 형상이 된다.
또한, 제 2 반도체층(13)의 형성 단계(S643)는 제 1 반도체층(11)과 상이한 도전형의 반도체물질을, 활성층(12) 상에 성장시키는 단계를 포함한다. 이때, 제 2 반도체층(13)은 활성층(12)의 경사면들에 의해, 비스듬한 셋 이상의 경사면을 갖는 층 형상으로 이루어진다. 즉, 제 2 반도체층(13)은 가장자리가 가운데보다 제 3 반도체층(210) 측에 더 인접하도록, 볼록하게 솟아오른 층 형상이 된다. 그리고, 제 2 반도체층(13)은 Mg와 같은 p-형 불순물로 도핑된 질화갈륨계 반도체물질(p-GaN)로 이루어질 수 있다.
이로써, 제 1 반도체층(11), 제 1 반도체층(11)과 상이한 도전형을 갖는 제 2 반도체층(13), 및 제 1 반도체층(11)과 제 2 반도체층 사이에 개재된 활성층(12)을 포함하는 발광구조물(10)이 형성된다. 이때, 발광구조물(10)은 개구부(131)를 통해 노출된 버퍼층(120)에 접하고, 개구패턴(130) 상에 돌출되어, 성장기판(290)의 주면에 대해 비스듬한 셋 이상의 경사면 및 상부로 갈수록 점차 좁아지는 단면적을 갖는 형상을 갖는다.
그리고, 제 1 반도체층(11)은 개구부(221)를 통해 노출된 제 3 반도체층(210) 상의 일부를 커버하도록, 개구패턴(220) 상에 형성되고, 활성층(12)은 제 1 반도체층(11)을 커버하도록, 개구패턴(220) 상에 형성되며, 제 2 반도체층(13)은 활성층(12)을 커버하도록, 개구패턴(220) 상에 형성된다. 이에, 제 1 반도체층(11), 활성층(12) 및 제 2 반도체층(13) 각각의 적어도 일부는 개구패턴(220)에 접한다. 그러므로, 제 1 반도체층(11)의 돌출된 상부의 표면적 대비, 활성층(12)의 표면적과 그에 대응하는 발광면적을 최대한 향상시킬 수 있다. 따라서, 발광면적에 대응하는 내부양자효율이 향상될 수 있다.
활성층(12)의 형성 단계(S642)에 있어서, 반도체 물질의 성장 시 공정분위기를 조절하여, 가운데에서 가장자리로 갈수록 점차 변화하는 두께의 형상으로 활성층(12)을 형성할 수 있다. 즉, 활성층(12)의 두께는 가장자리에서 가운데로 갈수록 점차 증가하는 것일 수 있다.
이와 같이, 활성층(12)은 볼록하게 솟아오른 층으로써 변화하는 두께의 형상으로 이루어짐에 따라, 경사진 영역 또는 구부러진 영역을 포함하게 된다. 이로 인해, 활성층(12)은 불균일한 조성의 InGaN으로 이루어지게 되어, 다양한 파장영역의 광을 방출할 수 있다. 따라서, 발광 어레이(200)는 별도의 형광층을 포함하지 않더라도, 활성층(12)에서 발생된 다양한 파장영역의 광을 적절히 혼색하여, 백색광을 방출하는 광원으로 구현될 수 있다.
오믹층(251), 반사층(252), 확산방지층(253), 지지층(254), 절연홀(260) 및 제 1 전극(270)을 형성하는 단계(S250)는, 발광구조물(10)을 덮도록 개구패턴(220) 사엥 오믹층(251)을 형성하는 단계, 오믹층(251) 상에 반사층(252)을 형성하는 단계, 반사층(252) 상에 확산방지층(253)을 형성하는 단계, 발광구조물(10)에 대응하여 요철의 일면을 갖는 지지층(254')을 확산방지층(253) 상에 형성하는 단계, 발광구조물 사이의 영역에 절연홀(260)을 형성하는 단계 및 절연홀(260)을 관통하는 제 1 전극(270)을 형성하는 단계를 포함한다.
즉, 도 16d에 도시한 바와 같이, 발광구조물(10) 각각의 제 2 반도체층(12)을 커버하도록, 오믹층(251), 반사층(252), 확산방지층(253) 및 지지층(254')을, 개구패턴(220) 상에 순차적으로 형성한다.
이때, 오믹층(251), 반사층(252), 확산방지층(253) 및 지지층(254') 각각은 발광구조물(10) 형상에 대응하여, 요철 형상의 일면을 갖는다. 즉, 오믹층(251), 반사층(252), 확산방지층(253) 및 지지층(254') 각각의 요철 형상은 발광구조물(10)의 상부 형상에 대응한 능선영역과 발광구조물(10) 간의 간격 형상에 대응한 골 영역을 포함한다.
더불어, 오믹층(251)은 제 2 반도체층(13)보다 작은 면저항을 갖는 재료로 선택되어, 제 2 반도체층(13)보다 작은 면저항 및 광 투과성을 갖는 재료로 선택되어, 캐리어(예를 들면, 정공)를 제 2 반도체층(13)의 되도록 넓은 영역으로 확산시키고, 발광구조물에서 생성된 광을 투과한다. 예시적으로, 오믹층(251)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), IZTO(Indium Zinc Tin Oxide), IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IZTO, IGTO, AZO, AIO 및 GZO 등과 같은 금속산화물, 및 Al, Ag, Pd, Rh 및 Rt와 같은 금속 중 어느 하나의 단일층, 또는 어느 둘 이상의 적층 또는 합금으로 선택될 수 있다.
반사층(252)은 반사성을 갖는 재료로 선택 되어, 광을 제 3 반도체층(210) 측으로 반사시킨다. 예시적으로, 반사층(252)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Mf, IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni 및 AZO/Ag/Ni 중 어느 하나의 단일층, 또는 어느 둘 이상의 복수층 또는 합금으로 선택될 수 있다.
확산방지층(253)은 오믹층(251) 및 반사층(252)을 이루는 재료들보다 고열, 고압에 대해 낮은 확산성(diffusivity)을 갖는 재료로 선택된다. 예를 들면, Ti, Ni, Cu, N, Zr, Cr, Ta 및 Rh 중 어느 하나의 단일층, 또는 어느 둘 이상의 복수층 또는 합금으로 선택될 수 있다.
지지층(254)은 오믹층(251), 반사층(252) 및 확산방지층(253)보다 두꺼운 두께로 증착될 수 있는 재료로 선택된다. 이러한 지지층(254)은 복수의 발광구조물(10)을 회로층(280)으로부터 소정 간격 이상으로 이격시키고, 패키징 과정에서 복수의 발광구조물(10)을 보호한다.
다만, 도 16d의 도시와 달리, 오믹층(251)이 반사성을 갖는 재료로 선택되는 경우, 반사층(252)은 생략될 수 있고, 오믹층(251)과 반사층(252)이 고온, 고압에 대해 낮은 확산속도를 갖는 재료인 경우, 확산방지층(253)은 생략될 수 있다.
이어서, 도 16e에 도시한 바와 같이, 개구패턴(220), 발광구조물(10), 오믹층(251), 반사층(252), 확산방지층(253) 및 지지층(254)을 관통하도록, 발광구조물(10) 사이의 영역에 절연홀(260')을 형성한다. 예시적으로, 절연홀(260')의 형성 과정은 절연홀(260)은 발광구조물(10) 사이의 영역인 개구패턴(220)의 적어도 일부에 대응하여, 개구패턴(220), 발광구조물(10), 오믹층(251), 반사층(252), 확산방지층(253) 및 지지층(254)을 관통하는 제 1 홀(미도시)을 형성하는 단계와, 제 1 홀 내에 절연재료를 증착 또는 충진하는 단계를 포함할 수 있다. 이에, 절연홀(260')은 발광구조물(10)의 돌출방향을 따라 개구패턴(220), 발광구조물(10), 오믹층(251), 반사층(252), 확산방지층(253) 및 지지층(254)을 가로질러서 제 3 반도체층(210)에 닿는 기둥 형상의 절연층으로 형성된다.
그리고, 절연홀(260')을 관통하여, 제 3 반도체층(210)과 전기적으로 연결되는 제 1 전극(270')을 형성한다.
도 16f에 도시한 바와 같이, 제 1 전극(270')의 형성 과정은, 발광구조물(10)의 돌출방향을 따라 절연홀(260')을 관통하는 제 2 홀(미도시)을 형성하는 과정과, 제 2 홀 내에 도전성재료를 증착하는 단계를 포함할 수 있다.
또는, 도 16g에 도시한 바와 같이, 제 1 전극(270')의 형성 과정은, 발광구조물(10)의 돌출방향을 따라 절연홀(260')을 관통하는 제 2 홀(미도시)을 형성하는 과정과, 제 2 홀 내에 도전성재료를 삽입 또는 충진하는 단계를 포함할 수 있다.
즉, 제 1 전극(270')은 절연홀(260)에 의해 둘러싸이고, 발광구조물(10)의 돌출방향을 따라 제 3 반도체층(210)과 회로층(280) 사이를 가로지르는 기둥 형상의 도전층으로 형성된다. 이때, 도전성재료의 증착 과정을 통해 제 1 전극(270')을 형성하는 경우, 제 1 전극(270')은 외곽부가 도전성재료로 이루어지고 속이 빈 기둥 형상이 되고, 도전성재료의 삽입 또는 충진 과정을 통해 제 1 전극(270')을 형성하는 경우, 제 1 전극(270')은 전 영역이 도전성재료로 채워진 기둥 형상이 된다.
다음, 도 16h에 도시한 바와 같이, 지지층(254'), 절연홀(260') 및 제 1 전극(270') 각각의 요철 형상을 갖는 일면을 평평하게 평탄화한다 (S660). 이때, 지지층(254), 절연홀(260) 및 제 1 전극(270)은 평평한 일면을 갖는 형상이 된다.
그리고, 도 16i에 도시한 바와 같이, 지지층(254), 절연홀(260) 및 제 1 전극(270) 각각의 평탄화된 일면에, 회로층(280)을 부착한다 (S670). 이때, 회로층(280)은 접착층(미도시)을 이용하여, 지지층(254), 절연홀(260) 및 제 1 전극(270)에 부착될 수 있다.
접착층(미도시)은 Ti, Au, Sn, Ni, Cr, In, B, Cu, Ag 및 Ta 중 어느 하나의 단일층, 또는 둘 이상의 적층 또는 합금으로 선택될 수 있다.
도 16j에 도시한 바와 같이, 제 3 반도체층(210)과 버퍼층(291) 사이 영역의 점착력을 약화시키고, 약화된 영역에 소정의 힘을 가하여, 제 3 반도체층(210)으로부터 성장기판(290)과 버퍼층(291)을 분리시킨다 (S680). 이때, 성장기판(290)의 분리 단계(S780)는 LLO(Laser Lift Off) 또는 CLO(Chemical Lift Off) 방식으로 실시될 수 있다.
한편, 별도로 도시하진 않았으나, 성장기판(290)과 버퍼층(291) 사이 영역의 점착력을 약화시키고, 그에 소정의 힘을 가하여, 버퍼층(291)으로부터 성장기판(290)을 분리시키는 것도 가능하다. 이때, 제 3 반도체층(210) 상에 남겨진 버퍼층(291)을 그라인딩(granding) 방식으로 제거할 수 있고, 또는 그대로 유지시키는 것도 가능하다.
이후, 도 16k에 도시한 바와 같이, 성장기판(290)의 분리 단계(S680)에 의해 노출되는 제 3 반도체층(210)의 다른 일면에, 격벽(230)과 형광층(240)을 형성한다 (S690).
격벽(230)과 형광층(240)을 형성하는 단계(S690)는, 개구패턴(220)에 대응하여, 제 3 반도체층(210)의 다른 일면에 볼록한 격벽(230)을 형성하는 과정, 및 각각의 발광구조물(10)에 대응하여, 제 3 반도체층(210)의 다른 일면에 형광층(240)을 형성하는 과정을 포함한다. 여기서, 형광층(240)의 형성은 각 발광구조물(10)에 대응하여, 제 3 반도체층(210)의 다른 일면에 형광물질을 선택적으로 프린팅(printing)하는 것으로 실시될 수도 있다. 그리고, 형광층(240)에 있어서, 서로 다른 파장영역의 광을 방출하는 다른 종류의 형광물질은 격벽(230)에 의해 서로 격리된다.
이로써, 도 13에 도시한 발광 어레이(200)가 제조된다.
제 7 실시예
도 17은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 발광 어레이의 단면도이다.
도 17에 도시된 발광 어레이(201)는, 제 3 반도체층(210), 제 3 반도체층(210)의 일면 상에 형성되는 개구패턴(220), 복수의 발광구조물(10), 제 3 반도체층(210)의 다른 일면 상에 격벽(230)과 형광층(240), 발광구조물(10) 상에 형성되는 분포 브래그 반사기(255, Distributed Bragg Reflector: DBR), 발광구조물(10)을 덮도록 개구패턴(220) 상에 형성되는 오믹층(251), 오믹층(251) 상에 형성되는 반사층(252), 반사층(252) 상에 형성되는 확산방지층(253), 확산방지층(253) 상에 형성되고 평평한 일면을 갖는 지지층(254), 발광구조물(10) 사이의 영역에 형성되는 절연홀(260), 절연홀(260)을 관통하여 형성되는 제 1 전극(270), 및 지지층(254)의 평평한 일면 상에 부착되는 회로층(280)을 포함한다. 이때, 회로층(280)은 점착층(미도시)을 통해 지지층(254)에 부착된다.
즉, 도 17에 도시한 발광 어레이(201)는, 복수의 발광구조물(10)과 오믹층(251) 사이에 분포 브래그 반사기(255)를 더 포함하는 것을 제외하면, 도 13에 도시한 발광 어레이(200)와 동일하다. 이에, 이하에서 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
분포 브래그 반사기(255)는 서로 다른 굴절율을 갖는 한 쌍의 재료층을 하나 이상 반복 적층한 구조로써, 복수의 발광구조물(10)과 형광층(240)에 의한 파장영역의 광에 대해 90% 이상의 반사율을 갖도록 형성된다.
예를 들어, 분포 브래그 반사기(255)는, 제 1 브래그쌍과 제 2 브래그쌍을 규칙적으로 또는 불규칙적으로 혼합 적층된 구조를 갖는다. 이때, 제 1 브래그쌍은 서로 다른 굴절율을 갖는 제 1 재료층과 제 2 재료층의 적층물이고, 제 2 브래그쌍은 서로 다른 굴절율을 갖는 제 3 재료층과 제 4 재료층의 적층물이다.
이때, 반복 적층된 하나 이상의 제 1 브래그쌍은 청색광보다 적색광(예를 들면, 550-630nm 파장영역의 광)에 대해 더 높은 반사율을 갖고, 반복 적층된 하나 이상의 제 2 브래그쌍은 적색광 및 녹색광보다 청색광(예를 들면, 400-500nm 파장영역의 광)에 대해 더 높은 반사율을 가질 수 있다.
그리고, 제 1 브래그쌍의 제 1 및 제 2 재료층은, 제 2 브래그쌍의 제 3 및 제 4 재료층보다 더 두꺼운 광학두께(여기서, 광학두께는 재료의 굴절율과 층의 두께에 비례하는 파라미터를 지칭함)로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제 1 재료층과 제 3 재료층은 동일한 굴절율을 갖고, 제 2 재료층과 제 4 재료층은 동일한 굴절율을 갖는 것으로 선택될 수 있으며, 특히, 제 1 및 제 3 재료층은 약 2.5의 굴절율을 갖는 TiO2로 선택될 수 있고, 제 2 및 제 4 재료층은 약 1.5의 굴절율을 갖는 SiO2로 선택될 수 있다.
이와 같이 이루어진 분포 브래그 반사기(255)는 적색광, 녹색광 및 청색광을 포함한 넓은 파장영역의 가시광선에 대해 비교적 높은 90%의 반사율을 가질 수 있으므로, 발광 어레이(201)의 광추출효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 별도로 도시하고 있지 않으나, 도 17에 도시한 발광 어레이(201)를 제조하는 방법은, 복수의 발광구조물을 형성하는 단계(S640)와 오믹층을 형성하는 단계(S650) 사이에, 분포 브래그 반사기(255)를 형성하는 단계를 더 포함하는 점을 제외하면, 도 15에 도시한 제 6 실시예의 제조방법과 동일하므로, 이하에서 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
제 8 실시예
도 18은 본 발명의 제 8 실시예에 따른 발광 어레이의 단면도이고, 도 19는 본 발명의 제 8 실시예에 따른 발광 어레이의 제조방법을 나타낸 순서도이며, 도 20a 내지 20j는 도 19에 도시한 발광 어레이의 제조방법을 나타낸 공정도이다.
도 18에 도시된 발광 어레이(300)는 개구패턴(310), 복수의 발광구조물(10), 발광구조물(10) 상의 일부 영역에 형성되는 절연홀(321)과 제 1 절연층(322), 제 1 절연층(322) 상에 형성되는 제 1 전극(331), 발광구조물(10) 상의 다른 일부 영역에 형성되는 제 2 전극(332), 제 1 전극(331) 상에 형성되는 제 1 범프(341), 제 2 전극(332) 상에 형성되는 제 2 범프(342), 제 1 및 제 2 범프(341, 342) 상에 형성되는 반사층(350), 제 1 범프(341)과 제 2 범프(342) 사이의 영역에 형성되는 제 2 절연층(323) 및 반사층(350) 상에 부착되는 회로층(280)을 포함한다. 이때, 회로층(280)은 점착층(미도시)을 통해 반사층(350)에 부착된다.
발광구조물(10)은 개구부(221)에 대응하여 형성되어, 서로 이격하고 수평적으로 배열된다.
각각의 발광구조물(10)은 개구부(221)로부터 이어져서, 개구패턴(310)의 적어도 일부와 접하며, 개구패턴(310) 상에 돌출되어 형성된다. 그리고, 각각의 발광구조물(10)은 개구패턴(310)에 대해 비스듬한 셋 이상의 경사면 및 돌출방향을 따라 점차 감소하는 단면적을 갖는 형상이다. 또한, 각각의 발광구조물(10)은 제 1 반도체층(11), 제1 반도체층(11)과 상이한 도전형을 갖는 제 2반도체층(13) 및 이들 사이에 개재된 활성층(12)을 포함한다.
개구패턴(310)은 절연물질을 패터닝하여 형성된다. 이때, 도 18에서는 도시되어 있지 않으나, 절연물질은 성장기판(미도시) 의 주면 상에 형성된 버퍼층(미도시) 상에 적층되는 것이다.
개구패턴(310)은 절연물질을 관통하는 복수의 개구부(311)를 포함한다. 개구부(311)는 서로 이격되어 수평적으로 배열된다.
개구부(311)는 원형 또는 다각형의 패턴으로 형성될 수 있다. 특히, 발광구조물(10)이 육방정계 우르짜이트(wurtzite) 형의 결정구조를 갖는 질화갈륨(GaN)계 반도체물질로 선택되는 경우, 개구부(311)는 육각형의 패턴일 수 있다.
발광구조물(10)은 개구부(221)에 대응하여, 개구패턴(220)의 일면 상에 형성된다. 그리고, 발광구조물(10)은 비스듬한 셋 이상의 경사면, 및 성장 방향을 따라 점차 좁아지는 단면적을 갖는 형상이다. 즉, 발광구조물(10)은 뿔 또는 뿔대 형상으로 이루어진다. 이때, 반도체물질의 성장 시, 온도, 압력 및 유량 등의 공정분위기를 조절함으로써, 발광구조물(10)은 뿔 또는 뿔대 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 도 18에 도시한 발광구조물(10)은, 개구부(221)를 통해 노출된 버퍼층(120)과 접하지 않는 것을 제외하면, 도 1 및 도 2a 내지 도 2d에 도시한 발광구조물(10)과 동일하므로, 이하 중복되는 설명은 생략한다.
절연홀(321)과 제 1 절연층(322)은 발광구조물(10)의 제 2 반도체층(13) 상의 일부 영역에 형성된다.
절연홀(321)은 제 2 반도체층(13)과 활성층(12)을 관통하도록, 제 2 반도체층(13) 상의 일부 영역에 형성된다. 즉, 절연홀(321)은 발광구조물(10)의 돌출방향을 따라 제 2 반도체층(13)과 활성층(12)을 관통하는 기둥 형상의 절연층이다. 예시적으로, 절연홀(321)은 제 2 반도체층(13)의 일부 영역에 대응하여, 제 2 반도체층(13)과 활성층(12)을 관통하는 제 3 홀(미도시), 및 제 3 홀 내의 절연재료로 형성될 수 있다.
제 1 절연층(322)은 절연홀(321)과 이어지도록, 제 2 반도체층(13) 상의 일부 영역에 형성된다.
이러한 절연홀(321)과 제 1 절연층(322)은 제 2 반도체층(13) 상에 형성되는 제 1 전극(331)을, 활성층(12)과 제 2 반도체층(13)으로부터 절연시킨다.
제 1 전극(331)은 제 1 반도체층(11)에 접하도록 절연홀(321)을 관통하고, 제 1 절연층(322) 상에 형성된다.
예시적으로, 제 1 전극(331)은 발광구조물(10)의 돌출방향을 따라 제 1 절연층(322)과 절연홀(321)을 관통하는 제 4 홀(미도시), 및 제 4 홀 내에 증착 또는 충진된 도전성재료로 이루어진 관통영역(331a), 그리고, 관통영역(331a)에 이어지도록, 제 1 절연층(322) 상에 적층된 도전성재료로 이루어진 층영역(331b)을 포함한다.
즉, 제 1 전극(331)의 관통영역(331a)은 절연홀(321)에 의해 둘러싸이고 발광구조물(10)의 돌출방향을 따라 제 2 반도체층(13)과 활성층(12)을 가로지르는 기둥 형상의 도전층이고, 제 1 전극(331)의 층영역(331b)은 제 1 절연층(322) 상에 적층된 도전층이다.
이러한 제 1 전극(331)은 제 1 반도체층(11)과 전기적으로 연결되어, 제 1 반도체층(11)으로 캐리어(예를 들면, 전자)를 주입한다.
제 2 전극(332)은 발광구조물(10)의 제 2 반도체층(13) 상의 다른 일부 영역에 형성된다. 즉, 제 2 전극(332)는 제 2 반도체층(13) 상부 중 제 1 절연층(321)이 형성되지 않은 나머지 영역 상에 적층된 도전성재료로 형성된다. 이러한 제 2 전극(332)는 제 2 반도체층(13)과 전기적으로 연결되어, 제 2 반도체층(13)으로 캐리어(예를 들면, 정공)를 주입한다.
제 1 범프(341)는 제 1 전극(331)의 층영역(331b) 상에 형성된다. 즉, 제 1 범프(341)는 제 1 전극(331)의 층영역(331b)으로부터 발광구조물(10)의 돌출방향을 따라 연장되는 형상이다.
제 2 범프(342)는 제 2 전극(332) 상에 형성된다. 즉, 제 2 범프(342)는 제 2 전극(332)으로부터 발광구조물(10)의 돌출방향을 따라 연장되는 형상이다.
이러한 제 1 및 제 2 범프(341, 342)는 복수의 발광구조물(10)과 회로층(360) 사이에 형성되어, 회로층(360) 상에 복수의 발광구조물(10)을 받치고(supporting), 제 1 및 제 2 전극(331, 332)의 연장전극으로써 기능한다.
즉, 복수의 발광구조물(10)의 전체 두께는 수 ㎛ 정도이고, 복수의 발광구조물(10)이 수평층 형태가 아니기 때문에, 복수의 발광구조물(10)의 형태 유지력이 비교적 낮다. 그러므로, 도 18에 도시한 발광 어레이(300)는 복수의 발광구조물(10)과 회로층(360) 사이에 형성되는 제 1 및 제 2 범프(341, 342)를 포함함으로써, 발광구조물(10)을 회로층(360)으로부터 소정 간격 이상으로 이격시키고, 패키징 과정에서 발광구조물(10)을 보호한다.
반사층(350)은 제 1 및 제 2 범프(341, 342) 상에 형성된다. 이때, 반사층(250)은 반사성을 갖는 재료로 선택되어, 광을 제 1 반도체층(11) 측으로 반사시킨다. 이러한 반사층(350)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Mf, IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni 및 AZO/Ag/Ni 중 어느 하나의 단일층, 또는 어느 둘 이상의 복수층 또는 합금으로 선택될 수 있다.
한편, 도 18에서 별도로 도시하고 있지 않으나, 제 8 실시예에 따른 발광 어레이(300)는 반사층(350) 상에 형성되는 확산방지층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이때, 확산방지층(미도시)은 제 1 및 제 2 전극(331, 332), 및 반사층(250)을 이루는 재료들의 확산(diffusion)을 방지하기 위한 것으로, Ti, Ni, Cu, N, Zr, Cr, Ta 및 Rh 중 어느 하나의 단일층, 또는 어느 둘 이상의 복수층 또는 합금으로 선택될 수 있다.
회로층(360)은 점착층(미도시)을 통해 반사층(350) 상에 부착된다.
격벽(370)과 형광층(380)은 개구패턴(310)의 다른 일면에 형성된다. 즉, 개구패턴(310)의 일면에는 복수의 개구부(311)로부터 이어지는 복수의 발광구조물(10)이 형성되고, 개구패턴(310)의 다른 일면에는 격벽(370)과 형광층(380)이 형성된다.
격벽(370)은 개구패턴(310)에 대응하여, 개구패턴(310)의 다른 일면에, 볼록하게 형성된다.
형광층(380)은 발광구조물(10)에 각각 대응하여, 개구패턴(310)의 다른 일면에 형성된다. 이때, 형광층(180)은 발광구조물(10)에서 방출되는 제 1 파장영역의 광에 반응하여, 제 2 파장영역의 광을 방출하는 형광물질로 이루어진다. 이때, 제 1 파장영역과 제 2 파장영역은 서로 중복되는 영역일 수 있다.
도 18에 도시한 발광 어레이(300)는 복수의 서브화소를 포함한다. 이때, 각 서브화소는 각 발광구조물(10)과 그에 대응하는 형광층(380)으로 구현되어, 특정 색상(예를 들면, 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나)의 광을 방출하는 영역이 된다.
이에 따라, 각 서브화소에 대응하는 색상의 광이 방출되도록, 형광층(380)은 각 발광구조물(10)에 대응하여 서로 다른 형광물질로 이루어지는 것일 수 있다. 이때, 서로 다른 형광물질은 격벽(370)에 의해 서로 격리된다. 이러한 격벽(370)과 형광층(380)은 도 13 및 도 14에 도시한 발광어레이(200)와 동일하므로, 이하에서 중복되는 설명은 생략한다.
이상과 같이, 도 18에 도시한 발광 어레이(300)는 발광구조물(10)과 형광층(380)으로 각각 구현되는 복수의 서브화소를 포함한다. 이때, 발광구조물(10) 개개에 선택적으로 전류를 인가할 수 있어, 복수의 서브화소 중 선택된 서브화소에서만 광이 방출되므로, 발광어레이(300)는 영상 등을 표시하는 디스플레이장치, 또는 특정 색상의 광을 방출하는 면광원으로 이용될 수 있다.
다음, 도 19 및 도 20a 내지 도 20j를 참고하여, 도 18에 도시한 발광 어레이(200)를 제조하는 방법에 대해 설명한다.
도 19에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 8 실시예에 따른 발광 어레이(300)의 제조방법은 성장기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계(S710), 버퍼층 상에 마스크물질층을 형성하는 단계(S720), 마스크물질층을 패턴하여, 복수의 개구부를 포함하는 개구패턴을 형성하는 단계(S730), 개구부를 통해 노출된 버퍼층에, 복수의 발광구조물을 형성하는 단계 (S640), 발광구조물(10) 상의 일부 영역에 절연홀과 제 1 절연층을 형성하는 단계(S750), 제 1 절연층 상에 제 1 전극을 형성하는 단계(S761), 발광구조물(10) 상의 다른 일부 영역에 제 2 전극을 형성하는 단계(S762), 제 1 및 제 2 전극 상에 제 1 및 제 2 범프를 형성하고, 제 1 및 제 2 범프 상에 반사층을 형성하는 단계(S763), 반사층 상에 회로층을 부착하는 단계(S770), 성장기판을 분리하는 단계(S780), 및 개구패턴의 다른 일면에 격벽과 형광층을 형성하는 단계(S790)를 포함한다.
이 중, 발광구조물(10)의 형성 단계(S740)는, 개구부(221)를 통해 노출된 버퍼층으로부터 반도체물질을 성장시켜, 제 1 반도체층(11)을 형성하는 단계(S741), 제 1 반도체층(11) 상에 활성층(12)을 형성하는 단계(S742) 및 활성층(12) 상에 제 2 반도체층(13)을 형성하는 단계(S743)를 포함한다. 이때, 발광구조물(10)은 개구패턴에 대해 비스듬한 셋 이상의 경사면, 및 성장 방향을 따라 점차 좁아지는 단면적을 갖는 형상으로 형성된다. 예시적으로, 발광구조물(10)은 뿔 또는 뿔대 형상일 수 있다.
구체적으로, 도 20a에 도시한 바와 같이, 성장기판(390) 상의 전면에 버퍼층(391)을 형성한다 (S710). 버퍼층(391) 상의 전면에 마스크물질층(미도시)을 형성한 후 (S720), 마스크물질층(미도시)을 패턴하여, 개구부(311)를 포함하는 개구패턴(310)을 형성한다 (S730). 그리고, 개구부(311)를 통해 노출된 버퍼층(391)을 성장면으로 이용하여, 성장기판(390)의 주면에 대해 비스듬한 셋 이상의 경사면 및 상부로 갈수록 점차 좁아지는 단면적을 갖는 형상으로 반도체물질을 성장시킴으로써, 발광구조물(10)을 형성한다 (S740).
이때, 성장기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계(S710), 버퍼층 상에 마스크물질층을 형성하는 단계(S720), 마스크물질층을 패턴하여, 복수의 개구부를 포함하는 개구패턴을 형성하는 단계(S730) 및 개구부를 통해 노출된 버퍼층에, 복수의 발광구조물을 형성하는 단계 (S740)는, 제 3 반도체층을 형성하지 않는다는 것을 제외하고는, 도 15에 도시한 제 6 실시예의 제조방법과 동일하므로, 이하에서 중복되는 설명은 생략한다.
그리고, 도 20b에 도시한 바와 같이, 제 2 반도체층(13) 상의 일부 영역에, 제 2 반도체층(13)과 활성층(12)을 관통하는 제 3 홀(321')을 형성한다.
그리고, 도 20c에 도시한 바와 같이, 제 3 홀(321') 및 그에 이어지는 제 2 반도체층(13) 상의 일부 영역에 절연재료를 증착 또는 도포하여, 절연홀(321) 및 제 1 절연층(322)을 형성한다 (S750). 이때, 절연홀(321)은 발광구조물(10)의 돌출방향을 따라 제 2 반도체층(13)과 활성층(12)을 관통하는 기둥 형상의 절연층이다.
도 20d에 도시한 바와 같이, 제 1 전극을 형성하는 단계(S761)는, 발광구조물(10)의 돌출방향을 따라 제 1 절연층(322) 및 절연홀(321)을 관통하는 제 4 홀(331a')을 형성한 다음, 도 20d에 도시한 바와 같이, 제 4 홀(331a') 및 그에 이어지는 제 1 절연층(322) 상에 도전성재료를 증착 또는 충진하는 과정으로 실시된다.
이때, 제 1 전극(331)은 절연홀(321)에 의해 둘러싸이고 발광구조물(10)의 돌출방향을 따라 제 2 반도체층(13)과 활성층(12)을 가로지르는 관통영역(331a), 및 제 1 절연층(322) 상에 적층된 층영역(331b)을 포함한다. 이러한 제 1 전극(331)은 제 1 반도체층(11)에 접하는 도전성재료로 이루어지므로, 제 1 반도체층(11)과 전기적으로 연결되어, 제 1 반도체층(11)으로 캐리어(예를 들면, 전자)를 주입한다.
다음, 도 20f에 도시한 바와 같이, 제 2 반도체층(13) 상의 다른 일부 영역에 도전성재료를 적층하여, 제 2 전극(332)을 형성한다 (S762).
이어서, 도 20g에 도시한 바와 같이, 제 1 및 제 2 범프, 및 반사층을 형성하는 단계(S763)는, 제 1 전극(331) 및 제 2 전극(332) 상에 소정 두께의 도전성재료를 적층하여, 제 1 전극(331)에 이어지는 제 1 범프(341) 및 제 2 전극(332)에 이어지는 제 2 범프(342)를 형성하는 과정, 그리고 제 1 및 제 2 범프(341, 342) 상에 반사성을 갖는 재료를 적층하여, 반사층(350)을 형성하는 과정을 포함한다.
도 20h에 도시한 바와 같이, 반사층(350) 상에 회로층(360)을 부착한다 (S770). 이때, 회로층(360)은 접착층(미도시)을 이용하여, 반사층(350)에 부착될 수 있다. 접착층(미도시)은 Ti, Au, Sn, Ni, Cr, In, B, Cu, Ag 및 Ta 중 어느 하나의 단일층, 또는 둘 이상의 적층 또는 합금으로 선택될 수 있다.
도 20i에 도시한 바와 같이, 버퍼층(391)과 개구패턴(310) 사이 영역의 점착력을 약화시키고, 약화된 영역에 소정의 힘을 가하여, 발광구조물(10)으로부터 성장기판(390)과 버퍼층(391)을 분리시킨다 (S780). 이때, 성장기판(290)의 분리 단계(S280)는 LLO(Laser Lift Off) 또는 CLO(Chemical Lift Off) 방식으로 실시될 수 있다.
다만, 별도로 도시하진 않았으나, 성장기판(390)의 분리 단계(S780)에 있어서, 성장기판(390)과 버퍼층(391) 사이 영역의 점착력을 약화시키고, 그에 소정의 힘을 가하여, 버퍼층(291)으로부터 성장기판(290)을 분리시킨 다음, 남겨진 버퍼층(291)을 그라인딩(granding) 방식으로 제거할 수 있다.
도 20j에 도시한 바와 같이, 성장기판(390)의 분리 단계(S780)에 의해 노출되는 개구패턴(310)의 다른 일면에, 격벽(230)을 형성하고, 발광구조물(10)의 다른 일면에 형광층을 형성한다 (S790).
격벽(230)과 형광층(240)을 형성하는 단계(S690)는, 개구패턴(220)의 다른 일면에 볼록한 격벽(370)을 형성하는 과정, 및 각각의 발광구조물(10)의 다른 일면에, 제 3 형광층(380)을 형성하는 과정을 포함한다. 여기서, 형광층(380)의 형성은 각 발광구조물(10)에 대응하여, 제 1 반도체층(11)의 다른 일면에 형광물질을 선택적으로 프린팅(printing)하는 것으로 실시될 수도 있다. 그리고, 형광층(380)에 있어서, 서로 다른 파장영역의 광을 방출하는 다른 종류의 형광물질은 격벽(370)에 의해 서로 격리된다.
이로써, 도 18에 도시한 발광 어레이(300)가 제조된다.
제 9 실시예
도 21은 본 발명의 제 9 실시예에 따른 발광 어레이의 단면도이다.
도 21에 도시한 발광 어레이(301)는 개구패턴(310), 복수의 발광구조물(10), 발광구조물(10) 상에 형성되는 분포 브래그 반사기(333, Distributed Bragg Reflector: DBR), 발광구조물(10) 상의 일부 영역에 형성되는 절연홀(321)과 제 1 절연층(322), 제 1 절연층(322) 상에 형성되는 제 1 전극(331), 발광구조물(10) 상의 다른 일부 영역에 형성되는 제 2 전극(332), 제 1 전극(331) 상에 형성되는 제 1 범프(341), 제 2 전극(332) 상에 형성되는 제 2 범프(342), 제 1 및 제 2 범프(341, 342) 상에 형성되는 반사층(350), 제 1 범프(341)과 제 2 범프(342) 사이의 영역에 형성되는 제 2 절연층(323) 및 반사층(350) 상에 부착되는 회로층(280)을 포함한다. 이때, 회로층(280)은 점착층(미도시)을 통해 반사층(350)에 부착된다.
발광구조물(10)은 개구부(221)에 대응하여 형성되어, 서로 이격하고 수평적으로 배열된다.
각각의 발광구조물(10)은 개구부(221)로부터 이어져서, 개구패턴(310)의 적어도 일부와 접하며, 개구패턴(310) 상에 돌출되어 형성된다. 그리고, 각각의 발광구조물(10)은 개구패턴(310)에 대해 비스듬한 셋 이상의 경사면 및 돌출방향을 따라 점차 감소하는 단면적을 갖는 형상이다. 또한, 각각의 발광구조물(10)은 제 1 반도체층(11), 제1 반도체층(11)과 상이한 도전형을 갖는 제 2반도체층(13) 및 이들 사이에 개재된 활성층(12)을 포함한다.
즉, 도 21에 도시한 발광 어레이(301)는 복수의 발광구조물(10) 상에 형성되는 분포 브래그 반사기(333)를 더 포함하는 것을 제외하면, 도 18에 도시한 발광 어레이(300)와 동일하다. 이에, 이하에서 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 분포 브래그 반사기(333)는 도 17에 도시한 발광 어레이(201)와 동일하므로, 이하에서 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
한편, 별도로 도시하고 있지 않으나, 도 21에 도시한 발광 어레이(301)를 제조하는 방법은, 복수의 발광구조물을 형성하는 단계(S740)와, 절연홀과 제 1 절연층을 형성하는 단계(S750) 사이에, 분포 브래그 반사기(333)를 형성하는 단계를 더 포함하는 점을 제외하면, 도 19에 도시한 제 8 실시예의 제조방법과 동일하므로, 이하에서 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 발광구조물 11: 제 1 반도체층
12: 활성층 13: 제 2 반도체층
100~104: 발광소자 200, 201, 300, 301: 발광 어레이
130, 220, 310: 개구패턴
131, 221, 311: 개구부

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  17. 발광 어레이에 있어서,
    제 1 반도체층, 제 1 반도체층과 상이한 도전형을 갖는 제 2 반도체층, 및 제 1 반도체층과 제 2 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함하는 복수의 발광구조물을 포함하되,
    제 3 반도체층;
    상기 제 3 반도체층의 일면에 형성되고, 상호 이격하여 수평 배열되고 상기 제 3 반도체층을 노출시키는 복수의 개구부를 포함하는 개구패턴;
    상기 개구패턴에 대응하여 상기 제 3 반도체층의 다른 일면에 형성되는 격벽; 및
    상기 복수의 발광구조물에 대응하여 상기 제 3 반도체층의 다른 일면에 형성되는 형광층을 더 포함하고,
    상기 발광구조물은 상기 개구부에 대응하여 상기 노출된 제 3 반도체층으로부터, 상기 개구패턴 상에 돌출되어 형성되고, 셋 이상의 경사면을 포함하고 상기 발광구조물의 돌출 방향을 따라 단면적이 감소하는 형상인 발광 어레이.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 발광구조물은,
    셋 이상의 경사면을 포함하여 상기 노출된 제 3 반도체층으로부터 돌출 형성되는 제1 반도체층;
    상기 제1반도체층 상에 형성되는 활성층; 및
    상기 활성층 상에 형성되는 제2반도체층을 포함하는 발광 어레이.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제1반도체층은 상기 개구패턴의 적어도 일부를 덮도록, 상기 개구패턴 상에 접하여 형성되고,
    상기활성층 및 상기 제2반도체층은 상기 개구패턴의 적어도 일부를 덮도록, 상기 개구패턴 상에 접하여 형성되는 발광 어레이.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 활성층의 두께는 상기 활성층의 가장자리로부터 가운데로 갈수록 점차 증가하는 발광 어레이.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 형광층은,
    상기 발광구조물에서 방출되는 광에 반응하여, 적어도 적색광, 녹색광 및 청색광을 방출하고, 상기 격벽에 의해 서로 격리되는 둘 이상의 형광물질로 형성되는 발광 어레이.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 발광구조물을 커버하도록 상기 개구패턴 상에 형성되는 오믹층;
    상기 오믹층 상에 형성되는 반사층;
    상기 반사층 상에 형성되는 확산방지층;
    상기 확산방지층 상에 형성되고, 평평한 일면을 갖는 지지층;
    상기 지지층에 부착되는 회로층;
    상기 복수의 발광구조물 사이에, 상기 개구패턴, 상기 발광구조물, 상기 오믹층, 상기 반사층 및 상기 지지층을 관통하여 형성되는 절연홀; 및
    상기 절연홀을 관통하는 도전성재료로 형성되어, 상기 제 3 반도체층과 상기 회로층을 전기적으로 연결하는 제 1 전극을 더 포함하되,
    상기 오믹층, 상기 반사층 및 상기 지지층은 도전성 재료로 선택되어, 상기 제 2 반도체층과 상기 회로층을 전기적으로 연결하는 제 2 전극으로 마련되는 발광 어레이.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 2 반도체층과 상기 오믹층 사이에 형성되는 분포 브래그 반사기(distributed bragg reflector)를 더 포함하는 발광 어레이.
  24. 발광 어레이에 있어서,
    복수의 개구부를 포함하는 개구패턴;
    상기 개구부로부터 이어져서, 상기 개구패턴 상에 돌출되어 형성되는 복수의 발광구조물;
    상기 발광구조물 상의 일부 영역에 형성되는 절연홀과 제 1 절연층;
    상기 제 1 절연층 상에 형성되는 제 1 전극;
    상기 발광구조물 상의 다른 일부 영역에 형성되는 제 2 전극;
    상기 제 1 전극 상에 형성되는 제 1 범프;
    상기 제 2 전극 상에 형성되는 제 2 범프;
    상기 제 1 및 제 2 범프 상에 형성되는 반사층;
    상기 제 1 범프과 제 2 범프 사이의 영역에 형성되는 제 2 절연층;
    상기 반사층 상에 부착되는 회로층;
    상기 개구패턴의 다른 일면에 형성되는 격벽; 및
    상기 복수의 발광구조물의 다른 일면에 형성되는 형광층을 포함하되,
    상기 발광구조물은 개구패턴에 대해 비스듬한 셋 이상의 경사면 및 돌출방향을 따라 점차 감소하는 단면적을 갖는 형상인 발광 어레이.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 발광구조물은,
    셋 이상의 경사면을 포함하여 상기 개구부로부터 돌출 형성되는 제1 반도체층;
    상기 제1반도체층 상에 형성되는 활성층; 및
    상기 활성층 상에 형성되는 제2반도체층을 포함하는 발광 어레이.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 제1반도체층은 상기 개구패턴의 적어도 일부를 덮도록, 상기 개구패턴 상에 접하여 형성되고,
    상기활성층 및 상기 제2반도체층은 상기 개구패턴의 적어도 일부를 덮도록, 상기 개구패턴 상에 접하여 형성되는 발광 어레이.
  27. 제 25항에 있어서,
    상기 활성층의 두께는 상기 활성층의 가장자리로부터 가운데로 갈수록 점차 증가하는 발광 어레이.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 형광층은,
    상기 발광구조물에서 방출되는 광에 반응하여, 적어도 적색광, 녹색광 및 청색광을 방출하고, 상기 격벽에 의해 서로 격리되는 둘 이상의 형광물질로 형성되는 발광 어레이.
  29. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 2 반도체층 상에 형성되는 분포 브래그 반사기(distributed bragg reflector)를 더 포함하는 발광 어레이.
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