KR102263065B1 - 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
발광 소자 및 그 제조 방법이 개시된다. 발광 소자는, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 및 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층의 사이에 위치하는 활성층을 포함하고, 제1 면 및 제2 면을 포함하는 발광 구조체; 제1 및 제2 도전형 반도체층에 각각 오믹 컨택하는 제1 컨택 전극 및 제2 컨택 전극; 발광 구조체의 제1 면 상에 위치하며, 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극; 및 발광 구조체의 제1 면 상에 위치하며, 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극을 포함하고, 제1 및 제2 전극 각각은 금속 입자 소결체를 포함하고, 제1 및 제2 전극 각각은, 그 수직 단면의 측면에 대한 접선 기울기가 변화하는 경사진 측면을 포함한다.
Description
본 발명은 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 기계적 특성이 우수하고 발광 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전극들을 포함하는 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 소형 고출력 발광 소자에 대한 요구가 증가하면서, 방열 효율이 우수한 대면적 플립칩형 발광 소자의 수요가 증가하고 있다. 플립칩형 발광 소자의 전극은 직접 2차 기판에 접합되며, 또한 플립칩형 발광 소자에 외부 전원을 공급하기 위한 와이어를 이용하지 않으므로, 수평형 발광 소자에 비해 열 방출 효율이 매우 높다. 따라서 고밀도 전류를 인가하더라도 효과적으로 열을 2차 기판 측으로 전도시킬 수 있어서, 플립칩형 발광 소자는 고출력 발광원으로 적합하다.
또한, 발광 소자의 소형화를 위하여, 발광 소자를 별도의 하우징 등에 패키징하는 공정을 생략하고, 발광 소자 자체를 패키지로서 이용하는 칩 스케일 패키지(Chip Scale Package)에 대한 요구가 증가하고 있다. 플립칩형 발광 소자의 전극은 패키지의 리드와 유사한 기능을 할 수 있어서, 이러한 칩 스케일 패키지에 있어서도 유용하게 플립칩형 발광 소자가 적용될 수 있다.
한편, 도 1은 종래의 플립칩형 발광 소자의 일반적인 형태를 도시한다. 도 1을 참조하면, 종래의 플립칩형 발광 소자는 n형 반도체층(11), 활성층(13), p형 반도체층(15), 각각 n형 및 p형 반도체층 상에 위치하는 n형 패드(21)와 p형 패드(23), 및 각각 n형 패드(21)와 p형 패드(23) 상에 위치하여 전기적으로 연결된 n형 전극(41)과 p형 전극(43)을 포함한다.
상기 종래의 플립칩형 발광 소자가 칩 스케일 패지에 적용되지 위해서는 n형 전극(21)과 p형 전극(23)이 수십 내지 수백 ㎛의 두께를 가질 것이 요구된다. 전자선 증착과 같은 증착 방법을 이용하면 금속의 성장 속도가 매우 느려 발광 소자의 생산성이 매우 저하된다. 따라서, 상술한 두께의 전극을 구현하기 위하여 종래의 n형 전극(21)과 p형 전극(23)은 도금법을 이용하여 형성된다.
그러나, 도금법을 이용하여 전극을 형성하는 경우, 도금 과정에서의 금속에 의한 반도체층에 스트레스가 인가되어 반도체층에 보잉(bowing)과 같은 변형, 크랙 또는 파손이 발생할 수 있다. 또한, 도금법을 이용하기 위해서는, 도 1에 도시된 바와 같이 별도의 시드층(30)이 패드와 전극 사이에 개재되어야 한다. 따라서 도금법을 이용하는 전극 형성 방법은 그 과정이 복잡하여, 발광 소자의 생산성을 저하시킨다.
나아가, 상기 종래의 플립칩형 발광 소자가 칩 스케일 패지키에 적용하기 위해서 n형 및 p형 전극(21, 23)의 측면을 덮는 절연체를 형성한다. 도금법을 이용하여 형성된 전극과 상기 절연체 간의 계면 각도에 의해, 이들 사이에 이격이 발생하는 문제가 발생한다. 상기 이격에 의해 발광 소자의 불량이 발생할 수 있어, 발광 소자의 신뢰성이 저하된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 신규한 구조의 전극을 포함하여 신뢰성이 우수한 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 소결 방법을 이용하여 전극을 형성함으로써, 신뢰성이 우수한 발광 소자를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 발광 소자는, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층의 사이에 위치하는 활성층을 포함하고, 제1 면 및 상기 제1 면에 반대하여 위치하는 제2 면을 포함하는 발광 구조체; 상기 발광 구조체의 제1 면 상에 위치하며, 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극; 상기 발광 구조체의 제1 면 상에 위치하며, 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 및 제2 전극 각각은 금속 입자 소결체를 포함하고, 상기 제1 및 제2 전극 각각은, 그 수직 단면의 측면에 대한 접선 기울기가 변화하는 경사진 측면을 포함한다.
이에 따라, 기계적 안정성이 향상된 전극을 포함하는 발광 소자를 제공할 수 있다.
상기 경사진 측면은, 상기 접선 기울기가 증가하는 영역 및 상기 접선 기울기가 감소하는 영역을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 전극 각각의 수평 단면적은, 상기 발광 구조체의 제1 면에서 멀어지는 방향으로 갈수록 작아질 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 제1 및 제2 전극의 측면 및 상기 발광 구조체의 제1 면을 덮는 절연부를 더 포함할 수 있고, 상기 제1 및 제2 전극은 상기 절연부의 일 면에 노출될 수 있다.
나아가, 상기 발광 소자는 상기 절연부의 일 면 상에 위치하며, 각각 제1 및 제2 전극 상에 위치하는 제1 패드 전극 및 제2 패드 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 패드 전극 면적은, 각각 상기 절연부의 일 면에 노출된 제1 전극의 면적 및 상기 절연부의 일 면에 노출된 제2 전극의 면적보다 클 수 있다.
상기 발광 소자는, 상기 발광 구조체의 제2 면 상에 위치하는 파장변환부를 더 포함할 수 있다.
상기 금속 입자 소결체는, 복수의 금속 입자 및 상기 금속 입자들 사이에 개재된 비금속성 물질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 금속 입자는 Ag를 포함할 수 있다.
상기 금속 입자 소결체는 80 내지 98 wt%의 금속 입자를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 발광 소자는, 상기 활성층 및 상기 제2 도전형 반도체층이 부분적으로 제거되어 상기 제1 도전형 반도체층이 부분적으로 노출된 영역; 상기 제1 도전형 반도체층이 노출된 영역을 통해 상기 제1 도전형 반도체층에 오믹 컨택하며, 상기 발광 구조체의 제1 면을 부분적으로 덮는 제1 컨택 전극; 상기 제2 도전형 반도체층 상에 위치하여 오믹 컨택하는 제2 컨택 전극; 상기 제1 및 제2 컨택 전극을 서로 절연시키는 제1 절연층; 및 상기 제1 및 제2 컨택 전극을 부분적으로 덮으며, 각각 제1 컨택 전극과 제2 컨택 전극을 노출시키는 제1 개구부 및 제2 개구부를 포함하는 제2 절연층을 더 포함할 수 있고, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 각각 상기 제1 및 제2 개구부를 통해 상기 제1 및 제2 컨택 전극에 직접적으로 접촉할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층이 노출된 영역은, 복수의 홀을 포함할 수 있다.
상기 발광 구조체는 상기 제2 도전형 반도체층과 상기 활성층을 포함하는 하나 이상의 메사를 포함할 수 있고, 상기 제1 도전형 반도체층이 노출된 영역은 상기 메사 주변에 위치할 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층 각각에 오믹 컨택된 제1 컨택 전극 및 제2 컨택 전극을 더 포함할 수 있고, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 각각 상기 제1 및 제2 컨택 전극에 직접적으로 접촉할 수 있다.
또한, 상기 발광 소자는 상기 발광 구조체의 제2 면 상에 위치하는 파장변환부를 더 포함할 수 있다.
나아가 상기 파장변환부는 상기 제1 절연층과 접할 수 있다.
상기 파장변환부는 상기 제1 도전형 반도체층의 측면을 적어도 부분적으로 더 덮을 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 발광 소자는, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층의 사이에 위치하는 활성층을 포함하고, 제1 면 및 상기 제1 면에 반대하여 위치하는 제2 면을 포함하는 발광 구조체; 상기 발광 구조체의 제1 면 상에 위치하며, 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극; 상기 발광 구조체의 제1 면 상에 위치하며, 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 및 제2 전극 각각은 금속 입자 소결체를 포함하고, 상기 금속 입자 소결체는 80 내지 98 wt%의 금속 입자들 및 상기 금속 입자들 사이에 개재된 비금속성 물질을 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 발광 소자 제조 방법은, 성장 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하는 활성층 및 상기 활성층 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조체를 형성하고; 상기 발광 구조체 상에 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층 각각에 전기적으로 연결되며, 금속 입자들을 포함하는 예비 제1 전극 및 예비 제2 전극을 형성하고; 상기 예비 제1 전극 및 예비 제2 전극을 소결하여 각각 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 것을 포함하고, 상기 제1 및 제2 전극 각각은, 그 수직 단면의 측면에 대한 접선 기울기가 변화하는 경사진 측면을 포함한다.
상기 제1 및 제2 전극의 부피는 각각 상기 예비 제1 및 예비 제2 전극의 부피보다 작을 수 있다.
상기 경사진 측면은, 상기 접선 기울기가 증가하는 영역 및 상기 접선 기울기가 감소하는 영역을 포함할 수 있다.
상기 예비 제1 전극 및 예비 제2 전극을 형성하는 것은, 금속 입자들 및 상기 금속 입자들 사이에 개재된 비금속성 물질을 포함하는 점성체를 디스펜싱 또는 도포 방법을 이용하여 상기 발광 구조체 상에 형성하는 것을 포함할 수 있다.
상기 디스펜싱 또는 도포 방법은, 도팅 또는 스크린 프린팅 방법을 포함할 수 있다.
상기 발광 소자 제조 방법은, 상기 발광 구조체 상에 상기 제1 및 제2 전극을 덮는 절연부를 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 발광 소자 제조 방법은, 상기 제1 전극, 제2 전극 및 절연부의 일부를 제거하여, 상기 제1 전극 및 제2 전극을 상기 절연부의 일 표면에 노출시키는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 발광 소자 제조 방법은, 상기 절연부의 일 표면 상에, 상기 제1 전극 및 제2 전극에 각각 접촉하는 제1 패드 전극 및 제2 패드 전극을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 발광 소자 제조 방법은, 상기 제1 및 제2 전극을 형성한 후, 성장 기판을 상기 발광 구조체로부터 분리하고; 및 상기 성장 기판이 분리되어 노출된 발광 구조체의 일 면 상에 파장변환부를 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 발광 구조체를 형성하는 것은, 상기 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층 각각에 오믹 컨택하는 제1 컨택 전극 및 제2 컨택 전극을 형성하는 것을 포함할 수 있고, 상기 예비 제1 전극 및 예비 제2 전극은 각각 상기 제1 컨택 전극 및 제2 컨택 전극에 접촉하도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 금속 입자 소결체를 포함하는 전극을 갖는 발광 소자를 제공함으로써, 전극의 기계적 안정성, 및 반도체층들의 신뢰성을 향상시킬 수 있어, 발광 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 소결 방법을 통해 전극을 형성하는 방법을 제공하여, 안정적이고 공정을 간소화시킬 수 있는 발광 소자 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 플립칩형 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도들 및 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7 내지 도 18b는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 발광 소자 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들 및 단면도들이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도들 및 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7 내지 도 18b는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 발광 소자 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들 및 단면도들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.
도 2의 (a)는 발광 소자(100)의 평면도이고, 도 2의 (b)는 (a)의 S-S선에 따른 단면을 도시하는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 발광 소자(100)는 발광부(100L), 전극(160)을 포함하고, 나아가, 절연부(170), 제1 및 제2 패드 전극(181, 183) 및 파장변환부(190)를 더 포함할 수 있다.
발광부(100L)는 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층의 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 발광 구조체를 포함할 수 있다. 발광부(100L)는 외부 전원에 연결되어 원하는 파장의 광을 방출할 수 있다.
발광 구조체는 제1 면 및 제1 면에 반대하여 위치하는 제2 면을 포함할 수 있고, 상기 제1 면 상에는 제1 전극(161) 및 제2 전극(163)이 위치할 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에 있어서, 도면상으로 발광부(100L)의 하면은 발광 구조체의 제1 면으로 정의될 수 있고, 발광부(100L)의 상면은 발광 구조체의 제2 면으로 정의될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
발광부(100L) 및 발광 구조체의 구조는 제1 전극(161) 및 제2 전극(163)이 그 하부 방향으로 연장되어 형성될 수 있는 구조를 갖는 다양한 형태일 수 있고, 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같은 일반적인 구조의 플립칩형태 또는 도 4에 도시된 바와 같은 형태일 수 있다. 이와 관련하여서는 후술하여 상세하게 설명한다.
전극(160)은 발광 구조체의 제1 면 상에 위치할 수 있고, 또한, 제1 전극(161) 및 제2 전극(163)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 전극(161) 및 제2 전극(163)은 각각 발광 구조체의 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결될 수 있으며, 제1 및 제2 전극(161, 163)은 발광 구조체와 직접적으로 접촉될 수 있다.
제1 전극(161) 및 제2 전극(163) 각각은 경사진 측면을 포함할 수 있다. 특히, 도시된 바와 같이, 제1 전극(161) 및 제2 전극(163) 각각은 그 수직 단면의 측면에 대한 접선(TL)의 기울기가 변화하는 경사진 측면을 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 전극(161) 및 제2 전극(163) 각각의 수직 단면의 측면에 대한 접선(TL)의 기울기는 하부에서 상부를 향하는 방향으로 증가하다가, 소정의 변곡점을 지나 다시 기울기가 감소할 수 있다. 따라서, 제1 전극(161) 및 제2 전극(163) 각각의 경사진 측면은 상기 접선(TL)의 기울기가 증가하는 영역과 상기 접선(TL)의 기울기가 감소하는 영역을 포함할 수 있다.
제1 전극(161) 및 제2 전극(163) 각각은 그 수직 단면의 측면에 대한 접선(TL)의 기울기가 변화하는 경사진 측면을 포함함으로써, 제1 전극(161) 및 제2 전극(163) 각각의 수평 단면적이 상하 방향으로 변화할 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 제1 전극(161) 및 제2 전극(163) 각각의 수평 단면적은 발광부(100L)의 일면, 즉 발광 구조체의 제1 면에서 멀어지는 방향으로 작아질 수 있다.
따라서, 제1 전극(161) 및 제2 전극(163) 각각은 상술한 형태의 측면을 갖도록 그 형상이 결정될 수 있고, 예컨대, 절두아치형과 유사한 형태로 형성될 수 있다. 제1 전극(161) 및 제2 전극(163)이 그 수직 단면의 측면에 대한 접선(TL)의 기울기가 변화하는 경사진 측면을 포함하여, 제1 및 제2 전극(161, 163)과 절연부(170)의 계면에서의 기계적 안정성이 향상될 수 있다.
제1 전극(161) 및 제2 전극(163)은 복수의 금속 입자(160a)를 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 전극(161, 163) 각각은 금속 입자 소결체를 포함할 수 있으며, 상기 금속 입자 소결체는 금속 입자(160a)과 금속 입자(160a)들 사이에 개재된 비금속성 물질(160b)을 포함할 수 있다. 도 2의 (b)에 확대 도시된 바와 같이, 금속 입자(160a)들은 소결되어 복수의 그레인(grain)이 배치된 형태로 형성될 수 있고, 금속 입자(160a)들 사이의 적어도 일부 영역에는 비금속성 물질(160b)이 개재될 수 있다. 이러한 비금속성 물질(160b)은 제1 전극(161) 및 제2 전극(163)에 발생할 수 있는 스트레스를 완화시켜주는 버퍼 역할을 할 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(161) 및 제2 전극(163)의 기계적 안정성이 향상되어, 전극(160)으로부터 발광부(100L)에 인가될 수 있는 스트레스가 감소될 수 있다.
제1 전극(161) 및 제2 전극(163) 각각의 금속 입자(160a)들은 제1 및 제2 전극(161, 163) 각각의 질량 대비 80 내지 98wt%의 비율로 포함될 수 있다. 또한, 제1 전극(161) 및 제2 전극(163) 각각이 금속 입자 소결체를 포함하는 경우, 금속 입자(160a)들은 전체 금속 입자 소결체의 질량 대비 80 내지 98wt%의 비율로 포함될 수 있다. 금속 입자 소결체가 상술한 비율의 금속 입자(160a)를 포함함으로써, 우수한 열전도성 및 전기 전도성을 가질 수 있고, 전극(160)에 발생할 수 있는 스트레스를 효과적으로 완충시켜 전극(160)의 기계적 안정성이 향상될 수 있다.
금속 입자(160a)들은 열전도성 및 전기적 도전성을 갖는 물질이면 한정되지 않으며, 예를 들어, Cu, Au, Ag, Pt 등을 포함할 수 있다. 비금속성 물질(160b)은 전극(160)을 형성하기 위한 소결 대상이 되는 물질로부터 유래된 것일 수 있고, 예를 들어, C를 포함하는 폴리머 물질일 수 있다.
상술한 실시예에서 금속 입자(160a)는 금속 입자 소결체 형태로 제1 및 제2 전극(161, 163)에 포함된 것으로 설명되나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제1 전극(161) 및 제2 전극(163)은 약 70 내지 80㎛의 두께를 가질 수 있다. 본 실시예에 따른 발광 소자가 상술한 범위의 두께를 갖는 전극(160)을 포함하여, 상기 발광 소자는 그 자체로 칩 스케일 패키지로 이용될 수 있다. 나아가, 전극(160)이 금속 입자 소결체를 포함하여, 전극(160)을 상술한 범위의 두께로 형성하더라도 발생하는 스트레스를 충분히 완화시킬 수 있다. 따라서 발광부(100L)에 인가되는 스트레스가 감소하여, 발광 소자의 기계적 안정성 및 신뢰성이 향상될 수 있다. 다만, 전극(160)의 두께가 상술한 범위에 한정되는 것은 아니다.
나아가, 상기 발광 소자는 제1 전극(161) 및 제2 전극(163)과 발광부(100L)의 발광 구조체 사이에 위치하는 제1 및 제2 컨택 전극(미도시)을 더 포함할 수 있다. 제1 및 제2 컨택 전극은 각각 제1 및 제2 도전형 반도체층에 오믹 컨택될 수 있다. 이때, 제1 전극(161)과 제2 전극(163)은 각각 제1 컨택 전극과 제2 컨택 전극에 직접적으로 접촉될 수 있다. 즉, 제1 전극(161)과 제2 전극(163)은 각각 제1 및 제2 컨택 전극 상에 직접적으로 접촉되도록 형성될 수 있어, 도금법을 이용하는 경우 필요한 시드층(seed layer) 또는 솔더를 이용하는 경우 필요한 웨팅층(wetting)과 같은 별도의 추가적인 구성이 생략될 수 있다.
절연부(170)는 발광부(100L)의 하면, 즉 발광 구조체의 제1 면 상에 전극(160)의 측면을 덮도록 형성될 수 있다. 절연부(170)의 하면에는 제1 전극(161) 및 제2 전극(163)이 노출될 수 있다.
절연부(170)는 전기적으로 절연성을 가지며, 제1 전극(161) 및 제2 전극(163)의 측면을 덮어, 효과적으로 이들을 서로 절연시킨다. 동시에, 절연부(170)는 제1 전극(161) 및 제2 전극(163)을 지지하는 역할을 할 수 있다. 절연부(170)의 하면은 제1 전극(161) 및 제2 전극(163)의 하면들과 대체로 동일한 높이로 나란하게 형성될 수 있다.
절연부(170)는 절연성 폴리머 및/또는 절연성 세라믹을 포함할 수 있고, 예를 들어, EMC(Epoxy Molding Compound), Si 수지와 같은 물질을 포함할 수 있다. 또한, 절연부(170)는 TiO2입자와 같은 광 반사성 및 광 산란 입자를 포함할 수도 있다. 절연부(170)가 반사성을 가짐으로써, 발광부(100L)로부터 방출된 광이 상부로 반사되어 발광 소자의 광 효율이 향상될 수 있다.
또한, 도시된 바와 달리, 절연부(170)는 발광부(100L)의 측면을 더 덮을 수도 있으며, 나아가, 절연부(170)의 일부가 파장변환부(190)와 접촉될 수도 있다. 이 경우, 발광부(100L)에서 방출된 광의 발광 각도가 달라질 수 있다. 예를 들어, 절연부(170)가 발광부(100L)의 측면을 더 덮는 경우, 발광부(100L)의 측면으로 방출된 광 중 일부가 상부로 반사될 수 있다. 이와 같이, 절연부(170)가 배치되는 영역을 조절함으로써, 발광 소자(100)의 발광 각도를 조절할 수 있다.
제1 패드 전극(181) 및 제2 패드 전극(183)은 절연부(170)의 일면 상에 위치할 수 있다. 특히, 도시된 바와 같이, 제1 패드 전극(181) 및 제2 패드 전극(183)은 절연부(170)의 일 면들 중 제1 및 제2 전극(161, 163)이 노출된 절연부(170)의 하면 상에 위치할 수 있다.
제1 및 제2 패드 전극(181, 183)은 각각 제1 및 제2 전극(161, 163)에 전기적으로 접촉될 수 있고, 서로 이격되어 배치될 수 있다. 제1 및 제2 패드 전극(181, 183)은 발광 소자를 모듈 등에 적용하는 경우, 별도의 추가적인 기판 등에 더욱 안정적으로 실장될 수 있도록 한다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극(161, 163)이 Cu 또는 Ag 입자 소결체를 포함하는 경우, 제1 및 제2 전극(161, 163)의 하면은 솔더 등에 대한 젖음성이 좋지 않다. 따라서 제1 및 제2 패드 전극(181, 183)을 절연부(170)의 하면 상에 더 배치함으로써, 발광 소자가 안정적으로 실장될 수 있도록 할 수 있다.
한편, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 패드 전극(181, 183) 각각의 수평 면적은 절연부(170)의 하면에 노출된 제1 및 제2 전극(161, 163)의 수평 면적보다 클 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 전극(161, 163)이 노출된 영역은 각각 제1 및 제2 패드 전극(181, 183)이 형성되는 영역 내에 위치할 수 있다.
절연부(170)의 하면에 노출된 제1 및 제2 전극(161, 163) 각각의 영역의 면적보다 제1 및 제2 패드 전극(181, 183) 각각의 면적을 더 크게 형성함으로써, 발광 소자가 별도의 추가적인 기판 등에 더욱 안정적으로 실장될 수 있다.
제1 전극 패드(181) 및 제2 전극 패드(183)는 금속과 같은 도전성 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어, Ni, Pt, Pd, Rh, W, Ti, Al, Ag, Sn, Cu, Ag, Bi, In, Zn, Sb, Mg, Pb 등을 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 전극 패드(181, 183) 각각은 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다.
파장변환부(190)는 발광부(100L)의 상면, 즉 발광 구조체의 제2 면 상에 위치할 수 있다.
파장변환부(190)는 발광부(100L)에서 방출된 광의 파장을 변환시켜, 발광 소자가 원하는 파장대의 광을 방출할 수 있도록 한다. 파장변환부(190)는 형광체 및 상기 형광체가 담지되는 담지체를 포함할 수 있다. 상기 형광체는 통상의 기술자에게 널리 알려진 다양한 형광체들을 포함할 수 있고, 가넷형 형광체, 알루미네이트 형광체, 황화물 형광체, 산질화물 형광체, 질화물 형광체, 불화물계 형광체, 규산염 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 담지체 역시 통상의 기술자에게 널리 알려진 물질을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 에폭시 수지나 아크릴 수지와 같은 폴리머 수지, 또는 실리콘 수지를 포함할 수 있다. 또한, 파장변환부(190)는 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다.
도 2에 따르면, 파장변환부(190)는 발광부(100L)의 상면을 덮도록 형성되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 파장변환부(190)는 발광부(100L)의 측면을 더 덮을 수 있으며, 나아가, 절연부(170)의 측면을 더 덮을 수도 있다. 파장변환부(190)가 절연부(170)의 측면까지 덮는 경우, 발광 소자의 상면 및 적어도 일부의 측면은 파장변환부(190)에 의해 덮인다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도들 및 단면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하여 발광부의 구조에 대하여 예시적으로 자세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 후술하는 구조 및 구성에 한정되는 것은 아니다.
도 3의 (a)는 발광 소자(100a)의 평면도이고, (b)는 홀(120h)의 위치 및 제3 개구부(153a)와 제4 개구부(153b)의 위치를 설명하기 위한 평면도이며, 도 4는 도 3의 (a)와 (b)의 A-A선에 대응하는 영역의 단면을 도시하는 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 발광 소자(100a)는 제1 도전형 반도체층(121), 활성층(123) 및 제2 도전형 반도체층(125)을 포함하는 발광 구조체(120), 제1 컨택 전극(130), 제2 컨택 전극(140), 제1 절연층(151), 제2 절연층(153), 제1 전극(161) 및 제2 전극(163)을 포함할 수 있다. 나아가, 발광 소자(100a)는 절연부(170), 제1 및 제2 패드 전극(181, 183), 성장 기판(미도시) 및 파장변환부(190)를 더 포함할 수 있다.
발광 구조체(120)는 제1 도전형 반도체층(121), 제1 도전형 반도체층(121) 상에 위치하는 활성층(123), 및 활성층(123) 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층(125)을 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(121), 활성층(123) 및 제2 도전형 반도체층(125)은 Ⅲ-Ⅴ 계열 화합물 반도체를 포함할 수 있고, 예를 들어, (Al, Ga, In)N과 같은 질화물계 반도체를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(121)은 n형 불순물 (예를 들어, Si)을 포함할 수 있고, 제2 도전형 반도체층(125)은 p형 불순물 (예를 들어, Mg)을 포함할 수 있다. 또한, 그 반대일 수도 있다. 활성층(123)은 다중양자우물 구조(MQW)를 포함할 수 있다.
또한, 발광 구조체(120)는 제2 도전형 반도체층(125) 및 활성층(123)이 부분적으로 제거되어 제1 도전형 반도체층(121)이 부분적으로 노출된 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 발광 구조체(120)는 제2 도전형 반도체층(125) 및 활성층(123)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(121)을 노출시키는 적어도 하나의 홀(120h)을 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 홀(120h)의 배치 형태 및 개수는 다양하게 변형될 수 있다.
또한, 제1 도전형 반도체층(121)이 노출된 형태는 홀(120h) 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 도전형 반도체층(121) 노출되는 영역은 라인 형태, 홀 및 라인이 복합된 형태 등으로 형성될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(121)이 노출되는 영역이 복수의 라인 형태로 형성되는 경우, 발광 구조체(120)는 상기 라인을 따라 형성되며, 활성층(123) 및 제2 도전형 반도체층(125)을 포함하는 하나 이상의 메사를 포함할 수도 있다.
제2 컨택 전극(140)은 제2 도전형 반도체층(125) 상에 위치한다. 제2 컨택 전극(140)은 제2 도전형 반도체층(125)의 상면을 적어도 부분적으로 덮고, 오믹 컨택될 수 있다. 또한, 제2 컨택 전극(140)은 제2 도전형 반도체층(125)의 상면을 전반적으로 덮도록 배치될 수 있으며, 단일체로 형성될 수 있다. 이에 따라, 발광 구조체(120)의 전체에 대해 전류를 균일하게 공급하여, 전류 분산 효율이 향상될 수 있다.
다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 컨택 전극(140)이 일체로 형성되지 않고, 복수의 단위 반사 전극층들이 제2 도전형 반도체층(125)의 상면 상에 배치될 수도 있다.
제2 컨택 전극(140)은 제2 도전형 반도체층(125)에 오믹 컨택할 수 있는 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어, 금속 물질 및/또는 도전성 산화물을 포함할 수 있다.
제2 컨택 전극(140)이 금속 물질을 포함하는 경우, 제2 컨택 전극(140)은 반사층 및 상기 반사층을 덮는 커버층을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 제2 컨택 전극(140)은 제2 도전형 반도체층(125)과 오믹 컨택되는 것과 더불어, 광을 반사시키는 기능을 할 수 있다. 따라서, 상기 반사층은 높은 반사도를 가지면서 제2 도전형 반도체층(125)과 오믹 접촉을 형성할 수 있는 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 반사층은 Ni, Pt, Pd, Rh, W, Ti, Al, Mg, Ag 및 Au 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 반사층은 단일층 또는 다중층을 포함할 수 있다.
상기 커버층은 상기 반사층과 다른 물질 간의 상호 확산을 방지할 수 있고, 외부의 다른 물질이 상기 반사층에 확산하여 상기 반사층이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 커버층은 상기 반사층의 하면 및 측면을 덮도록 형성될 수 있다. 상기 커버층은 상기 반사층과 함께 제2 도전형 반도체층(125)과 전기적으로 연결될 수 있어서, 상기 반사층과 함께 일종의 전극 역할을 할 수 있다. 상기 커버층은, 예를 들어, Au, Ni, Ti, Cr 등을 포함할 수 있으며, 단일층 또는 다중층을 포함할 수도 있다.
한편, 제2 컨택 전극(140)이 도전성 산화물을 포함하는 경우, 상기 도전성 산화물은 ITO, ZnO, AZO, IZO 등일 수 있다.
제1 절연층(151)은 발광 구조체(120)의 상면 및 제2 컨택 전극(140)을 부분적으로 덮을 수 있다. 또한, 제1 절연층(151)은 복수의 홀(120h)들의 측면을 덮되, 홀(120h)의 상면을 노출시켜 제1 도전형 반도체층(121)을 부분적으로 노출시킬 수 있다. 나아가, 제1 절연층(151)은 발광 구조체(120)의 적어도 일부의 측면을 더 덮을 수 있다.
한편, 제1 절연층(151)이 발광 구조체(120)의 측면을 덮는 정도는, 발광 소자의 제조 과정에서 칩 단위 개별화(isolation)의 여부에 따라 달라질 수 있으며, 이와 관련하여 후술하여 상세하게 설명한다.
제1 절연층(151)은 복수의 홀(120h)들에 대응하는 부분에 위치하는 제1 개구부와 제2 컨택 전극(140)의 일부를 노출시키는 제2 개구부를 포함할 수 있다. 제1 개구부 및 홀(120h)들을 통해 제1 도전형 반도체층(121)이 부분적으로 노출될 수 있고, 제2 개구부를 통해 제2 컨택 전극(140)이 부분적으로 노출될 수 있다.
제1 절연층(151)은 절연성의 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, SiO2, SiNx, MgF2 등을 포함할 수 있다. 나아가, 제1 절연층(151)은 다중층을 포함할 수 있고, 굴절률이 다른 물질이 교대로 적층된 분포 브래그 반사기를 포함할 수도 있다. 특히, 제2 컨택 전극(140)이 도전성 산화물을 포함하는 경우, 제1 절연층(151)이 분포 브래그 반사기를 포함하여 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
제1 컨택 전극(130)은 발광 구조체(120)를 부분적으로 덮을 수 있으며, 복수의 홀(120h) 및 제1 개구부들을 통해 제1 도전형 반도체층(121)과 오믹 컨택할 수 있다. 이때, 제1 컨택 전극(130)은 상기 홀(120h)을 채울 수 있다. 제1 컨택 전극(130)은 제1 절연층(151) 하면의 일부 영역을 제외한 다른 부분을 전체적으로 덮도록 형성될 수 있다. 또한, 제1 컨택 전극(130)은 발광 구조체(120)의 측면까지 덮도록 형성될 수 있다. 제1 컨택 전극(130)이 발광 구조체(120)의 측면에도 형성되는 경우, 활성층(123)으로부터 측면으로 방출되는 광을 상부로 반사시켜 발광 소자(100a)의 상면으로 방출되는 광의 비율을 증가시킬 수 있다. 한편, 제1 컨택 전극(130)은 제1 절연층(151)의 제2 개구부에 대응하는 영역에는 형성되지 않고, 제2 컨택 전극(140)과 이격되어 절연된다.
제1 컨택 전극(130)이 일부 영역을 제외하고 발광 구조체(120)의 상면을 전반적으로 덮도록 형성됨으로써, 전류 분산 효율이 더욱 향상될 수 있다. 또한, 제2 컨택 전극(140)에 의해 덮이지 않는 부분을 제1 컨택 전극(130)이 커버할 수 있으므로, 광을 더욱 효과적으로 반사시켜 발광 소자(100a)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
제1 컨택 전극(130)은 제1 도전형 반도체층(121)과 오믹 컨택함과 아울러, 광을 반사시키는 역할을 할 수 있다. 따라서, 제1 컨택 전극(130)은 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있고, Al층과 같은 고반사 금속층을 포함할 수 있다. 상기 고반사 금속층은 Ti, Cr 또는 Ni 등의 접착층 상에 형성될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 컨택 전극(130)은 홀(120a)들을 통해서 제1 도전형 반도체층(121)과 오믹 컨택되므로, 제1 도전형 반도체층(121)과 연결된 전극 등을 형성하기 위하여 활성층(123)이 제거되는 영역이 복수의 홀(120h)들에 대응하는 영역과 동일하다. 따라서, 제1 도전형 반도체층(121)과 금속층의 오믹 컨택을 위한 영역이 최소화될 수 있고, 전체 발광 구조체의 수평 면적에 대한 발광 영역의 면적 비율이 상대적으로 큰 발광 다이오드가 제공될 수 있다.
발광 소자(100a)는 제2 절연층(153)을 더 포함할 수 있고, 제2 절연층(153)은 제1 컨택 전극(130)을 덮을 수 있다. 제2 절연층(153)은 제1 컨택 전극(130)을 부분적으로 노출시키는 제3 개구부(153a), 및 제2 컨택 전극(140)을 부분적으로 노출시키는 제4 개구부(153b)를 포함할 수 있다. 이때, 제4 개구부(153b)는 제2 개구부(151b)에 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
제3 및 제4 개구부(153a, 153b) 각각은 하나 이상 형성될 수 있다. 또한, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 제3 개구부(153a)가 발광 소자(100a)의 일 측 모서리에 인접하여 위치하는 경우, 제4 개구부(153b)는 타 측 모서리에 인접하도록 위치할 수 있다.
제2 절연층(153)은 절연성의 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, SiO2, SiNx, MgF2을 포함할 수 있다. 나아가, 제2 절연층(153)은 다중층을 포함할 수 있고, 굴절률이 다른 물질이 교대로 적층된 분포 브래그 반사기를 포함할 수도 있다.
제1 전극(161) 및 제2 전극(163)은 제2 절연층(153) 상에 위치할 수 있다. 또한, 제1 전극(161)은 제3 개구부(153a) 상에 위치하여 제1 컨택 전극(130)과 접촉될 수 있고, 제2 전극(163)은 제4 개구부(153b) 상에 위치하여 제2 컨택 전극(140)과 접촉될 수 있다.
이와 같이, 제1 전극(161)과 제2 전극(163) 각각은 제1 및 제2 컨택 전극(130, 140)에 직접적으로 접촉될 수 있다. 따라서, 제1 전극(161)과 제2 전극(163)을 형성하기 전에, 추가적인 시드층 또는 웨팅층을 형성하는 것이 생략될 수 있으므로, 발광 소자의 제조 공정이 단순화될 수 있다.
제1 전극(161) 및 제2 전극(163)과 관련된 설명은 도 2를 참조하여 설명한 바와 대체로 유사하므로, 상세한 설명은 생략한다.
절연부(170)는 제2 절연층(153) 및 제1 전극(161)과 제2 전극(163)의 측면을 덮을 수 있다. 특히, 도시된 바와 같이, 절연부(170)는 발광 구조체(120)의 측면까지 더 덮을 수 있다.
한편, 절연부(170)가 발광 구조체(120)의 측면을 덮는 정도는, 발광 소자의 제조 과정에서 칩 단위 개별화(isolation)의 여부에 따라 달라질 수 있으며, 이와 관련하여 후술하여 상세하게 설명한다.
절연부(170), 제1 패드 전극(181) 및 제2 패드 전극(183)과 관련된 설명은 도 2를 참조하여 설명한 바와 대체로 유사하므로, 상세한 설명은 생략한다.
파장변환부(190)는 발광 구조체(120)의 하면 상에 위치할 수 있다. 파장변환부(190)의 일부는 제1 절연층(151)과 접할 수도 있다. 또한, 도시된 바와 달리, 파장변환부(190)는 발광 구조체(120)의 측면까지 덮도록 형성될 수도 있으며, 나아가, 절연부(170)의 측면까지 더 덮도록 형성될 수도 있다.
파장변환부(190)와 관련된 설명은 도 2를 참조하여 설명한 바와 대체로 유사하므로, 상세한 설명은 생략한다.
한편, 상기 발광 소자(100a)는 발광 구조체(120)의 하면 상에 위치하는 성장 기판(미도시)을 더 포함할 수도 있다. 발광 소자(100a)가 파장변환부(190)를 포함하는 경우, 상기 성장 기판은 발광 구조체(120)와 파장변환부(190)의 사이에 위치할 수 있다.
상기 성장 기판은 발광 구조체(120)를 성장시킬 수 있는 기판이면 한정되지 않는다. 예를 들어, 예를 들어, 사파이어 기판, 실리콘 카바이드 기판, 실리콘 기판, 질화갈륨 기판, 질화알루미늄 기판 등일 수 있다. 성장 기판은 생략될 수도 있으며, 발광 구조체(120)가 성장 완료된 후, 레이저 리프트 오프, 화학적 리프트 오프, 스트레스 리프트 오프, 열적 리프트 오프, 래핑 등의 방법을 이용하여 발광 구조체(120)로부터 분리 및 제거될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 구동 시 수평 방향으로 전류가 균일하게 분산될 수 있는 구조를 갖는 발광 소자에 금속 입자 소결체를 포함하는 제1 및 제2 전극이 채택된다. 따라서, 발광 소자 구동 시 발열로 인하여 제1 및 제2 전극에 스트레스가 인가되더라도, 금속 입자 소결체에 포함된 비금속 물질에 의해 이러한 스트레스가 완화될 수 있다. 따라서, 발광 소자의 신뢰성이 향상될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 상기 발광 장치는 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자(100) 및 기판(200)을 포함한다. 발광 소자(100)는 기판(200) 상에 실장될 수 있다.
기판(200)은, 예를 들어, 제1 도전 패턴(211), 제2 도전 패턴(213) 및 이들을 절연시키는 절연막(220)을 포함하는 PCB일 수 있다. 특히, 상기 PCB는 제1 및 제2 도전 패턴(211, 213)이 금속으로 형성된 금속 PCB일 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(200)은 통상의 기술자에게 널리 알려진 다양한 구조의 기판일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 발광 소자(100)는 별도의 패키징 과정없이 바로 이용될 수 있는 칩 스케일 패키지로써 이용 가능하다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 상기 발광 장치는 본 발명의 실시예들에 따른 복수의 발광 소자(100) 및 기판(300)을 포함한다. 발광 소자(100)들은 기판(300) 상에 실장될 수 있다.
도 6은 복수의 발광 소자(100)들이 하나의 기판(300) 상에 실장된 발광 소자 모듈일 수 있다. 따라서, 기판(300)은 도전성 패턴을 포함하여 전기적 배선이 구비된 형태일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 발광 소자(100)는 별도의 패키징 과정없이, 칩 스케일 패키지로써 바로 발광 소자 모듈에 적용될 수 있다. 따라서 발광 소자 모듈 제조 공정이 단순화될 수 있다.
도 7 내지 도 18b는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 발광 소자 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들 및 단면도들이다.
도 7 내지 도 18b의 실시예들에 따라, 도 3 및 도 4에 도시된 발광 소자(100a)가 제공될 수 있다. 따라서, 도 3 및 도 4의 실시예에서 설명한 바와 동일한 구성에 대해서는 이하 상세한 설명이 생략될 수 있고, 본 실시예들에 따른 설명에 따라 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 또한, 도 7 내지 도 18b에 있어서, 단면도들은 평면도들의 B-B 선에 따른 단면을 도시한다.
먼저, 도 7을 참조하면, 성장 기판(110) 상에 제1 도전형 반도체층(121), 활성층(123) 및 제2 도전형 반도체층(125)을 포함하는 발광 구조체(120)를 형성한다.
성장 기판(110)은 발광 구조체(120)가 성장될 수 있는 성장 기판일 수 있으며, 예를 들어, 사파이어 기판, 실리콘 카바이드 기판, 실리콘 기판, 질화갈륨 기판, 질화알루미늄 기판 등일 수 있다. 본 실시예에 있어서, 기판(110)은 패턴 된 사파이어 기판(Patterned Sapphire Substrate; PSS)일 수 있다.
제1 도전형 반도체층(121), 활성층(123), 및 제2 도전형 반도체층(125)은 순차적으로 성장됨으로써 형성될 수 있다. 발광 구조체(120)는 질화물 반도체를 포함할 수 있으며, MOCVD, HVPE, MBE 등 통상의 기술자에게 공지된 질화물 반도체층 성장 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 제1 도전형 반도체층(121)을 성장시키기 전에, 성장 기판(110) 상에 버퍼층(미도시)을 더 형성할 수 있다.
발광 구조체(120)는 성장 기판(110) 상에 성장되어 웨이퍼 형태로 제공될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법에 따라, 복수의 발광 소자가 제공될 수도 있다. 다만, 본 실시예에서는 단일의 발광 소자에 대해서만 도시 및 설명한다.
이어서, 도 8a를 참조하면, 제2 도전형 반도체층(125) 및 활성층(123)을 부분적으로 제거하여 적어도 하나의 홀(120h)을 형성한다. 홀(120h)이 형성됨에 따라 제1 도전형 반도체층(121)이 부분적으로 노출될 수 있다. 또한, 성장 기판(110) 상에 발광 구조체(120)를 복수의 개별 소자 단위로 분할하는 개별화(isolation) 영역(120i)을 더 형성할 수 있다. 이에 따라, 성장 기판(110) 상에 개별 소자 단위의 발광 구조체(120)들이 형성될 수 있다.
적어도 하나의 홀(120h)은 사진 및 식각 공정을 통해 형성될 수 있다. 이때, 포토레지스트 리플로우 공정을 통해 홀(120h)의 측면을 경사지게 형성할 수 있다. 홀(120h)들의 개수 및 배치 형태는 제한되지 않으나, 도시된 바와 같이, 전반적으로 균일하게 배치될 수 있다.
한편, 도 8b와 같이, 적어도 하나의 홀(120h)을 형성하되, 개별화 영역(120i)을 형성하는 것은 생략할 수도 있다. 이 경우, 성장 기판(110)의 상면은 노출되지 않으며, 후속 공정에서 웨이퍼를 소자 단위로 분할하는 과정에서 발광 구조체(120)가 개별화될 수 있다. 다만, 후술하는 설명에서는 도 8a와 같이 개별화 영역(120i)을 먼저 형성한 경우를 기반으로 발광 소자 제조 방법을 설명한다.
이어서, 도 9를 참조하면, 제2 도전형 반도체층(125) 상에 제2 컨택 전극(140)을 형성한다. 제2 컨택 전극(140)은 제2 도전형 반도체층(125)의 표면을 전반적으로 덮도록 형성되며, 홀(120h)들을 노출시키는 오프닝 영역들을 포함할 수 있다.
제2 컨택 전극(140)이 금속을 포함하는 경우, 도금 및 증착 방법 등을 통해 형성할 수 있으며, 리프트 오프 등의 공정을 통해 패터닝할 수 있다. 또한, 제2 전극(140)이 도전성 산화물을 포함하는 경우에는, 증착 방법을 통해 도전성 산화물을 형성한 후, 식각 등의 공정을 통해 패터닝할 수 있다. 이에 따라, 도시된 바와 같이, 제2 도전형 반도체층(125)의 상면에 위치하며, 일체로 형성된 제2 컨택 전극(140)이 제공될 수 있다.
도 10을 참조하면, 발광 구조체(120) 및 제2 컨택 전극(140)을 부분적으로 덮는 제1 절연층(151)을 형성한다.
제1 절연층(151)은 SiO2, SiNx와 같은 절연성 물질을 증착하여 형성할 수 있으며, 리프트 오프 또는 식각 공정을 통해 제1 개구부(151a) 및 제2 개구부(151b)를 포함하도록 패터닝될 수 있다. 제1 개구부(151a)는 복수의 홀(120h)들의 위치에 대응하여 형성되며, 특히, 제1 절연층(151)은 복수의 홀(120h)의 측면까지 덮을 수 있다. 제2 개구부(151b)는 제2 컨택 전극(140)을 부분적으로 노출시키며, 후술하는 공정에서 제2 전극(163)이 형성되는 영역에 따라 그 위치가 결정된다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 제2 개구부(151b)는 발광 구조체(120)의 일 측면에 치우쳐 위치할 수 있고, 또한 복수로 형성될 수도 있다.
한편, 제1 절연층(151)은 개별화 영역(120i) 아래에 노출된 성장 기판(110)의 표면을 더 덮을 수 있다. 다만, 개별화 영역(120i)을 형성하지 않은 경우, 제1 절연층(151)은 발광 구조체(120)만 덮도록 형성될 수 있다.
이어서, 도 11을 참조하면, 제1 절연층(151)을 덮고, 홀(120h)을 통해 제1 도전형 반도체층(121)과 오믹 컨택하는 제1 컨택 전극(130)을 형성한다.
제1 컨택 전극(130)은 도금 및 증착 방법 등을 통해 형성할 수 있으며, 리프트 오프 등의 공정을 통해 패터닝될 수 있다. 제1 컨택 전극(130)은 홀(120h)을 통해 제1 도전형 반도체층(121)과 접촉되므로, 제1 개구부(151a)의 측면 및 하면을 덮도록 형성될 수 있다. 또한, 제1 컨택 전극(130)은 제1 절연층(151)에 의해 제2 컨택 전극(140)과 이격되어 절연될 수 있다. 따라서, 제1 컨택 전극(130)은 제2 개구부(151a)에 대응하는 영역을 제외하고 발광 구조체(120)를 전반적으로 덮도록 형성될 수 있다.
도 12를 참조하면, 제1 컨택 전극(130), 제1 절연층(151) 및 제2 컨택 전극(140)을 부분적으로 덮는 제2 절연층(153)을 형성한다.
제2 절연층(153)은 SiO2, SiNx와 같은 절연성 물질을 증착하여 형성할 수 있으며, 리프트 오프 또는 식각 공정을 통해 제3 개구부(153a) 및 제4 개구부(153b)를 포함하도록 패터닝될 수 있다. 제3 개구부(153a)는 제1 컨택 전극(130)을 부분적으로 노출시키며, 제1 전극(161)이 제1 컨택 전극(130)과 전기적으로 연결되는 부분을 정의할 수 있다. 이와 유사하게, 제4 개구부(153b)는 제2 컨택 전극(140)을 부분적으로 노출시키며, 제2 전극(163)이 제2 컨택 전극(140)과 전기적으로 연결되는 부분을 정의할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제3 개구부(153a)와 제4 개구부(153b)는 반대하여 위치하는 측면들에 치우쳐 형성될 수 있다.
다음, 도 13a 내지 도 15를 참조하면, 발광 구조체(120) 및 제2 절연층(153) 상에 제1 전극(161), 제2 전극(163), 및 절연부(170)를 형성할 수 있다. 이와 관련하여 이하 상세하게 설명한다.
먼저, 도 13a를 참조하면, 제3 개구부(153a) 및 제4 개구부(153b) 각각 상에 예비 제1 전극(1611) 및 예비 제2 전극(1631)을 형성할 수 있다.
예비 제1 전극(1611) 및 예비 제2 전극(1631)은 금속 입자들과 금속 입자들 사이에 개재된 비금속성 물질을 포함하는 점성체를 포함할 수 있다. 이때, 상기 점성체를 발광 구조체(120) 상에 디스펜싱, 예를 들어 도팅 방식을 이용하여 형성함으로써, 예비 제1 전극(1611) 및 예비 제2 전극(1631)이 형성될 수 있다. 예비 제1 전극(1611) 및 예비 제2 전극(1631)은 각각 제3 개구부(153a) 및 제4 개구부(153b)를 통해, 각각 제1 컨택 전극(130) 및 제2 컨택 전극(140)에 접촉될 수 있다.
예비 제1 전극(1611) 및 예비 제2 전극(1631)은 점성을 가지며, 도시된 바와 같이, 아치형태로 발광 구조체(120) 상에 형성될 수 있다. 또한, 예비 제1 전극(1611) 및 예비 제2 전극(1631)은 점성을 가지므로, 제3 및 제4 개구부들(153a, 153b)을 통해 용이하게 제1 및 제2 컨택 전극(130, 140)과 접촉될 수 있다.
디스펜싱법을 이용하여 예비 제1 전극(1611) 및 예비 제2 전극(1631)을 형성함으로써, 전극(160)이 형성되는 영역을 비교적 정확하게 제어할 수 있으며, 제1 및 제2 전극(161, 163) 간의 간격을 300㎛ 이내로 감소시킬 수 있다.
한편, 이와 달리, 도 13b에 도시된 바와 같이, 다른 방법을 이용하여 예비 제1 전극(1612) 및 예비 제2 전극(1632)을 형성할 수도 있다.
도 13b를 참조하면, 예비 제1 전극(1612) 및 예비 제2 전극(1632)은 도포, 예를 들어 스크린 프린팅 방법을 이용하여 발광 구조체(120) 상에 형성될 수도 있다. 이 경우, 마스크(410)를 이용하여 예비 제1 전극(1612) 및 예비 제2 전극(1632)이 형성될 영역을 정의한 후, 마스크(410) 상면에 상기 점성체를 도포함으로써 도 13b에 도시된 바와 같은 예비 전극들(1612, 1632)이 형성될 수 있다.
스크린 프린팅과 같은 도포 방식을 이용하여 예비 제1 전극(1612) 및 예비 제2 전극(1632)을 형성함으로써, 예비 전극들(1612, 1632)의 형성 시간을 단축시킬 수 있어, 공정 시간을 단축시킬 수 있다.
다만, 이하 후술되는 공정에서, 예비 전극들(1611, 1631)이 도 13a와 같은 디스펜싱법을 이용하여 형성된 경우를 기반으로 설명한다.
이어서, 도 14를 참조하면, 예비 전극들(1611, 1631)을 가열하여 소결시킨다. 이에 따라, 제1 전극(161') 및 제2 전극(163')이 제공될 수 있다.
예비 전극들(1611, 1631)은 300℃ 이하의 저온에서 소결될 수 있으며, 소결 과정에서 금속 입자들은 금속 입자 소결체 형태로 변형된다. 이때, 일부 비금속성 물질은 금속 입자들 사이에 개재되어, 금속 입자 소결체 내에 포함될 수 있다.
예비 전극들(1611, 1631)이 전극(160)으로 소결되는 과정에서, 그 부피가 감소될 수 있다. 이에 따라, 도 14에 도시된 바와 같은 형태로 제1 전극(161') 및 제2 전극(163')이 형성될 수 있다. 구체적으로, 소결 과정에서 예비 전극들(1611, 1631)이 발광 구조체(120) 및 제2 절연층(153)에 접하는 부분에서는 부피 감소가 거의 일어나지 않을 수 있는 반면, 예비 전극들(1611, 1631)이 외부 공기와 접하는 부분에서 부피 감소가 발생할 수 있다. 이에 따라, 도 14와 같이, 제1 전극(161') 및 제2 전극(163')의 측면이 굴곡지게 형성될 수 있다. 따라서, 제1 전극(161') 및 제2 전극(163') 각각은 그 수직 단면의 측면에 대한 접선(TL)의 기울기가 변화하는 경사진 측면을 포함할 수 있다. 특히, 소결 과정의 특성상, 제1 전극(161') 및 제2 전극(163') 각각의 수직 단면의 측면에 대한 접선(TL)의 기울기가 하부에서 상부를 향하는 방향으로 증가하다가, 소정의 변곡점을 지나 다시 기울기가 감소하는 형태로 제공될 수 있다.
한편, 예비 전극들(1611, 1631)은 300℃ 이하의 저온에서 소결될 수 있으므로, 소결 과정에서 발광 구조체(120), 절연층들(151, 153) 및 컨택 전극들(130, 140)이 열에 의해 손상되지 않는다. 특히, 컨택 전극들(130, 140)이 Ag를 포함하는 경우, 저온에서 소결되므로 Ag의 반사도가 열에 의해 악화되지 않아 발광 소자의 발광 효율을 저하시키지 않는다.
이어서, 도 15를 참조하면, 제1 전극(161'), 제2 전극(163') 및 제2 절연층(153)을 덮는 절연부(170)를 형성한다. 나아가, 절연부(170), 제1 전극(161') 및 제2 전극(163')의 윗 부분 일부를 제거하여 그 상면이 노출된 제1 전극(161) 및 제2 전극(163)이 형성될 수 있다.
절연부(170)는 EMC와 같은 절연성 물질을 도포 및 경화하여 형성할 수 있다. 또한, 절연부(170) 형성 후, 소정의 라인(L-L선)을 따라 그라인딩과 같은 물리적 방법을 이용하여 절연부(170), 제1 전극(161') 및 제2 전극(163')의 윗 부분 일부를 제거함으로써, 제1 및 제2 전극(161, 163)이 형성될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 통상의 기술자에게 알려진 다양한 방법, 예를 들어, 식각 또는 물리화학적 방법 등을 이용하여 절연부(170), 제1 전극(161') 및 제2 전극(163')을 부분적으로 제거할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 제1 및 제2 전극(161, 163)은 소결 방법을 이용하여 형성된다. 소결 방법에 의해 제조된 제1 및 제2 전극(161, 163)은 아치형태의 구조를 가지므로, 절연부(170)와의 계면에서 기계적 안정성이 향상되어 발광 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 소결 방법에 의해 제1 및 제2 전극(161, 163) 제조 시, 도금 또는 증착 방법에 의해 전극을 형성하는 경우에 비해 발광 구조체(120)에 인가되는 스트레스가 낮아, 발광 구조체(120)의 크랙 또는 파손을 방지할 수 있다. 나아가, 소결 방법은 도금법이나 솔더를 이용하는 방법에 비해 공정이 단순하며, 시드층 또는 웨팅층과 같은 별도의 구성을 형성하지 않고도 컨택 전극들과 접촉되는 전극들을 형성할 수 있어서, 발광 소자 제조 공정이 간소화될 수 있다.
이어서, 도 16을 참조하면, 제1 및 제2 전극(161, 163)이 노출된 절연부(170) 상에 제1 패드 전극(181) 및 제2 패드 전극(183)을 형성할 수 있다.
제1 패드 전극(181) 및 제2 패드 전극(183)은 각각 제1 전극(161)과 제2 전극(163)에 접촉되도록 형성될 수 있으며, 도금 또는 증착 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
도 17을 참조하면, 발광 구조체(120)로부터 성장 기판(110)을 분리할 수 있다.
성장 기판(110)은 레이저 리프트 오프, 화학적 리프트 오프, 스트레스 리프트 오프, 열적 리프트 오프, 래핑 등의 방법을 이용하여 발광 구조체(120)로부터 분리 및 제거될 수 있다. 이에 따라, 발광 구조체(120)의 일 면, 제1 도전형 반도체층(121)이 노출될 수 있다. 또한, 성장 기판(110)이 제거됨으로써, 제1 절연층(151)의 하면 일부가 노출될 수 있다.
성장 기판(110)을 발광 구조체(120)로부터 분리한 이후, 성장 기판(110)이 분리되어 노출된 제1 도전형 반도체층(121)의 표면의 거칠기를 증가시키는 공정을 더 수행할 수 있다. 이에 따라, 제1 도전형 반도체층(121)의 표면에 ㎛ 내지 nm 스케일의 돌출부 및/또는 오목부를 포함하는 러프니스가 형성될 수 있다. 상기 러프니스는 제1 도전형 반도체층(121)의 표면을 건식 식각, 습식 식각 및/또는 전기 화학 식각하여 형성할 수 있다. 예를 들어, KOH 및 NaOH 중 적어도 하나를 포함하는 용액을 이용하여 발광 구조체(120)의 일면을 습식 식각함으로써 러프니스가 형성될 수 있으며, 또는 PEC 식각을 이용할 수도 있다. 또한, 건식 식각과 습식 식각을 조합하여 러프니스(R)를 형성할 수도 있다. 상술한 러프니스를 형성하는 방법들은 예시들에 해당하며, 통상의 기술자에게 공지된 다양한 방법을 이용하여 발광 구조체(120) 표면에 러프니스를 형성할 수 있다. 발광 구조체(120)의 표면에 러프니스를 형성함으로써, 발광 소자의 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
이어서, 도 18a를 참조하면, 성장 기판(110)이 분리되어 노출된 발광 구조체(120) 상에 파장변환부(190)를 형성할 수 있다. 이에 따라, 도 18a에 도시된 바와 같은 발광 소자가 제공될 수 있다.
파장변환부(190)는 발광 구조체(120) 상에 형광체를 포함하는 담지체를 도포하고 경화하여 제공될 수 있다. 이와 달리, 형광체 시트와 같이 별도로 제조된 파장변환부(190)를 발광 구조체(120) 상에 접착함으로써 제공될 수도 있다. 또한, 파장변환부(190)의 일부는 제1 절연층(151)과 접촉될 수 있다.
또한, 도시된 바와 달리, 파장변환부(190)는 발광 구조체(120)의 측면을 더 덮도록 형성될 수도 있고, 나아가, 절연부(170)의 측면까지 더 덮도록 형성될 수 있다.
이와 달리, 제1 절연층(151) 형성 전에 개별화 영역(120i)을 형성하지 않은 경우, 도 18b의 (a) 및 (b)와 같은 구조의 발광 소자가 제공될 수 있다.
도 18b의 (a)를 참조하면, 제1 절연층(151) 형성 전에 개별화 영역(120i)을 형성하지 않으면, 성장 기판(110)이 분리되더라도 제1 절연층(151)의 하면은 노출되지 않는다. 따라서, 파장변환부(190)는 제1 도전형 반도체층(121)의 하면만 덮도록 형성될 수 있다.
또한, 도 18b의 (b)와 같이, 제1 절연층(151) 형성 전에 개별화 영역(120i)을 형성하지 않더라도, 파장변환부(190)를 제1 도전형 반도체층(121)의 측면까지 더 덮도록 형성할 수도 있다. 이 경우, 제1 절연층(151)의 일부는 파장변환부(190)와 접촉될 수도 있다.
이상에서, 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명하였지만, 상술한 각각의 실시예들 및 특징들에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 실시예들에서 설명하는 기술적 특징들의 결합 및 치환을 통하여 변경된 발명 역시 본 발명의 범위에 모두 포함되며, 본 발명의 특허청구범위에 의한 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능하다.
Claims (27)
- 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층의 사이에 위치하는 활성층을 포함하고, 제1 면 및 상기 제1 면에 반대하여 위치하는 제2 면을 포함하는 발광 구조체;
상기 발광 구조체의 제1 면 상에 위치하며, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층에 각각 오믹 컨택하는 제1 컨택 전극 및 제2 컨택 전극;
상기 제1 및 제2 컨택 전극을 부분적으로 덮으며, 각각 제1 컨택 전극과 제2 컨택 전극을 노출시키는 제1 개구부 및 제2 개구부를 포함하는 절연층;
상기 절연층 상에 위치하며, 상기 제1 개구부를 통해 상기 제1 컨택 전극에 전기적으로 연결된 제1 전극;
상기 절연층 상에 위치하며, 상기 제2 개구부를 통해 상기 제2 컨택 전극에 전기적으로 연결된 제2 전극; 및
상기 제1 및 제2 전극의 측면 및 상기 발광 구조체의 제1 면을 덮는 절연부를 포함하고,
상기 제1 및 제2 전극 각각은 금속 입자들을 포함하고,
상기 제1 및 제2 전극 각각은, 그 수직 단면의 측면에 대한 접선 기울기가 변화하는 경사진 측면을 포함하며,
상기 경사진 측면 중 상기 절연층 상에 위치하여 상기 절연층과 접하는 부분의 일부는 상기 접선 기울기가 증가하여, 상기 제1 및 제2 전극의 상기 절연층 상에 위치하는 일부분이 상기 절연층과 가까워질수록 단면적이 증가하는 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 경사진 측면은, 상기 접선 기울기가 증가하는 영역 및 상기 접선 기울기가 감소하는 영역을 포함하는 발광 소자. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제1 및 제2 전극 각각의 수평 단면적은, 상기 발광 구조체의 제1 면에서 멀어지는 방향으로 갈수록 작아지는 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 및 제2 전극은 상기 절연부의 일 면에 노출된 발광 소자. - 청구항 4에 있어서,
상기 절연부의 일 면 상에 위치하며, 각각 제1 및 제2 전극 상에 위치하는 제1 패드 전극 및 제2 패드 전극을 더 포함하는 발광 소자. - 청구항 5에 있어서,
상기 제1 및 제2 패드 전극 면적은, 각각 상기 절연부의 일 면에 노출된 제1 전극의 면적 및 상기 절연부의 일 면에 노출된 제2 전극의 면적보다 큰 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 발광 구조체의 제2 면 상에 위치하는 파장변환부를 더 포함하는 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 및 제2 전극 각각은 금속 입자 소결체을 포함하고,
상기 금속 입자 소결체는, 상기 금속 입자들 및 상기 금속 입자들 사이에 개재된 비금속성 물질을 포함하는 발광 소자. - 청구항 8에 있어서,
상기 금속 입자는 Ag를 포함하는 발광 소자. - 청구항 8에 있어서,
상기 금속 입자 소결체는 80 내지 98 wt%의 금속 입자를 포함하는 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 활성층 및 상기 제2 도전형 반도체층이 부분적으로 제거되어 상기 제1 도전형 반도체층이 부분적으로 노출된 영역;을 더 포함하며,
상기 절연층은,
상기 제1 및 제2 컨택 전극을 서로 절연시키는 제1 절연층; 및
상기 제1 및 제2 컨택 전극을 부분적으로 덮으며, 각각 제1 컨택 전극과 제2 컨택 전극을 노출시키는 상기 제1 개구부 및 상기 제2 개구부를 포함하는 제2 절연층;을 포함하고,
상기 제1 컨택 전극은 상기 제1 도전형 반도체층이 노출된 영역을 통해 상기 제1 도전형 반도체층에 오믹 컨택하며,
상기 제1 전극 및 제2 전극은 각각 상기 제1 및 제2 개구부를 통해 상기 제1 및 제2 컨택 전극에 직접적으로 접촉하는 발광 소자. - 청구항 11에 있어서,
상기 제1 도전형 반도체층이 노출된 영역은, 복수의 홀을 포함하는 발광 소자. - 청구항 11에 있어서,
상기 발광 구조체는 상기 제2 도전형 반도체층과 상기 활성층을 포함하는 하나 이상의 메사를 포함하고,
상기 제1 도전형 반도체층이 노출된 영역은 상기 메사 주변에 위치하는 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 전극 및 제2 전극은 각각 상기 제1 및 제2 컨택 전극에 직접적으로 접촉하는 발광 소자. - 청구항 11에 있어서,
상기 발광 구조체의 제2 면 상에 위치하는 파장변환부를 더 포함하는 발광 소자. - 청구항 15에 있어서,
상기 파장변환부는 상기 제1 절연층과 접하는 발광 소자. - 청구항 15에 있어서,
상기 파장변환부는 상기 제1 도전형 반도체층의 측면을 적어도 부분적으로 더 덮는 발광 소자. - 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층의 사이에 위치하는 활성층을 포함하고, 제1 면 및 상기 제1 면에 반대하여 위치하는 제2 면을 포함하는 발광 구조체;
상기 발광 구조체의 제1 면 상에 위치하며, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층에 각각 오믹 컨택하는 제1 컨택 전극 및 제2 컨택 전극;
상기 발광 구조체의 제1 면 상에 위치하며, 상기 제1 컨택 전극에 전기적으로 연결된 제1 전극;
상기 발광 구조체의 제1 면 상에 위치하며, 상기 제2 컨택 전극에 전기적으로 연결된 제2 전극; 및
상기 제1 및 제2 전극의 측면 및 상기 발광 구조체의 제1 면을 덮는 절연부를 포함하고,
상기 제1 및 제2 전극 각각은 80 내지 98 wt%의 금속 입자들 및 상기 금속 입자들 사이에 개재된 비금속성 물질을 포함하는 발광 소자. - 삭제
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