KR102427642B1 - 반도체 발광소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자는 제1 도전형 반도체층, 활성층, 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치된 제1 투명 전극층, 상기 제1 투명 전극층 상에 배치되고, 복수의 홀을 가지는 제1 절연층, 상기 제1 절연층 상에 배치되고, 상기 복수의 홀을 통하여 상기 제1 투명 전극층에 접속되는 반사 전극층, 및 상기 반사 전극층의 상면 및 측면을 덮으며, 상기 제1 절연층의 일 영역 상에 배치되는 투명 보호층을 포함한다.

Description

반도체 발광소자{Semiconductor light emitting device}
본 발명의 기술적 사상은 발광소자에 관한 것이다.
반도체 발광소자는 종래의 광원에 비해 긴 수명, 낮은 소비전력, 빠른 응답 속도, 환경 친화성 등의 장점을 갖는 차세대 광원으로 알려져 있으며, 조명 장치, 디스플레이 장치의 백라이트 등 다양한 제품에서 중요한 광원으로 주목받고 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하려는 과제는 광속이 개선되고 신뢰성이 향상된 반도체 발광소자를 제공하는 데 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자는 제1 도전형 반도체층, 활성층, 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치된 제1 투명 전극층, 상기 제1 투명 전극층 상에 배치되고, 복수의 홀을 가지는 제1 절연층, 상기 제1 절연층 상에 배치되고, 상기 복수의 홀을 통하여 상기 제1 투명 전극층에 접속되는 반사 전극층, 및 상기 반사 전극층의 상면 및 측면을 덮으며, 상기 제1 절연층의 일 영역 상에 배치되는 투명 보호층을 포함한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자는 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층의 적층 구조를 가지며, 상기 제2 도전형 반도체층, 상기 활성층 및 상기 제1 도전형 반도체층의 일부가 제거된 리세스 영역과, 상기 리세스 영역 주위의 메사 영역을 포함하는 발광 구조물, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치된 제1 투명 전극층, 상기 제1 투명 전극층을 덮으며, 상기 메사 영역에 위치한 복수의 홀을 가지는 제1 절연층, 상기 제1 절연층 상에 배치되고, 상기 복수의 홀을 통하여 상기 제1 투명 전극층과 접촉하는 제2 투명 전극층, 상기 제2 투명 전극층 상에 배치되는 반사 전극층, 및 상기 반사 전극층의 상면 및 측면을 덮으며, 상기 제1 절연층의 일 영역 상에 배치되는 투명 보호층을 포함한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자는 기판, 상기 기판 상에 차례로 적층되는 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 적어도 하나의 발광 구조물, 상기 제2 도전형 반도체층에 접속되는 제1 투명 전극층, 상기 제1 투명 전극층을 부분적으로 덮는 제1 절연층, 상기 제1 절연층을 관통하여 상기 제1 투명 전극층에 접속되는 제2 투명 전극층, 상기 제2 투명 전극층에 접속되는 반사 전극층, 상기 반사 전극층의 상면 및 측면을 덮으며, 상기 제1 절연층의 일 영역 상에 배치되는 투명 보호층, 상기 활성층 및 상기 제2 도전형 반도체층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층에 접속되는 제1 연결 전극, 및 상기 투명 보호층을 관통하여 상기 반사 전극층에 접속되는 제2 연결 전극을 포함한다.
본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따르면, 광속이 개선되고 신뢰성이 향상된 반도체 발광소자를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자(10)의 일 예를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 I-I'선을 따라 취해진 영역을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 'A'로 표시된 부분을 확대한 부분 확대도들이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 변형 예들을 개략적으로 나타낸 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 다른 변형 예를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7, 도 9, 도 11, 도 13, 도 15, 도 17, 및 도 19는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 제조방법을 나타낸 평면도들이다.
도 8, 도 10, 도 12, 도 14, 도 16, 도 18, 및 도 20은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 형성 방법을 나타낸 단면도들이다.
도 21은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자를 패지지에 적용한 일 예를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자(10)의 일 예를 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 2는 도 1의 I-I'선을 따라 취해진 영역을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
우선, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자(10)의 일 예를 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자(10)는 기판(105), 발광 구조물(110), 제1 절연층(130), 제2 절연층(150), 제3 절연층(160), 제1 투명 전극층(140), 반사 전극층(142), 제2 투명 전극층(144), 투명 보호층(138), 제1 연결 전극(155n), 제2 연결 전극(155p), 제1 전극 패드(165n), 제2 전극 패드(165p), 제1 솔더 기둥(170n) 및 제2 솔더 기둥(170p)을 포함할 수 있다.
상기 기판(105)은 전면(105s1) 및 상기 전면(105s1)에 대향하는 후면(105s2)을 가질 수 있다. 상기 기판(105)은 반도체 성장용 기판일 수 있으며, 사파이어, Si, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN 등과 같이 절연성, 도전성, 반도체 물질을 이용할 수 있다. 상기 사파이어는 전기적으로 절연성을 가지며 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체일 수 있으며, 질화물 반도체 성장용 기판으로 이용될 수 있다.
명세서 전체에 걸쳐서, "전면" 및 "후면" 등의 용어는 구성요소에 있어 상대적인 위치를 구별하기 위해 사용되는 것으로써, 이들 용어들에 의하여 본 발명의 기술적 사상이 한정되는 것이 아니다. 따라서, 이들 "전면" 및 "후면" 등과 같은 용어는 다른 용어, 예를 들어 "제1면" 및 "제2면" 등과 같은 용어, 또는 "상면" 및 "하면" 등과 같은 용어로 대체되어 명세서의 구성요소들을 설명하기 위하여 사용될 수도 있다. 따라서, 상기 기판(105)의 상기 전면(105s1) 및 상기 후면(105s2)은 상기 기판(105)의 상면(105s1) 및 하면(105s2)로 대체되거나, 또는 상기 기판(105)의 제1면(105s1) 및 제2면(105s2)로 대체되어 사용될 수 있다.
상기 발광 구조물(110)은 상기 기판(105)의 상기 전면(105s1) 상에 배치될 수 있다.
일 예에서, 상기 기판(105)의 상기 전면(105s1)은 요철 구조로 형성될 수 있으며, 이러한 요철 구조는 상기 발광 구조물(110)을 구성하는 반도체 층들의 결정성과 광 방출 효율을 향상시킬 수 있다. 본 실시예에서는 상기 기판(105)의 상기 전면(105s1)의 요철 구조는 돔 형상의 볼록한 형태를 가지는 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 기판(105)의 상기 전면(105s1)의 요철 구조는 사각형, 삼각형 등의 다양한 형태로 형성될 수 있다. 또한, 상기 기판(105)의 상기 전면(105s1)의 요철 구조는 선택적으로 형성될 수 있으며, 생략될 수도 있다.
일 예에서, 상기 기판(105)은 실시 형태에 따라서 추후 제거될 수도 있다. 예를 들어, 상기 발광 구조물(110)을 성장시키기 위한 성장용 기판으로 제공된 후 분리 공정을 거쳐 제거될 수 있다. 상기 기판(105)의 분리는 레이저 리프트 오프(LLO), 케미컬 리프트 오프(CLO) 등의 방식을 통해 상기 발광 구조물(110)과 분리될 수 있다.
도면에는 도시되지 않았으나, 상기 기판(105)의 전면(105s1)에는 버퍼층이 더 구비될 수 있다. 상기 버퍼층은 기판(105) 상에 성장되는 반도체층의 격자 결함 완화를 위한 것으로, 질화물 등으로 이루어진 언도프 반도체층으로 이루어질 수 있다. 상기 버퍼층은 언도프 GaN, AlN, InGaN 등이 적용될 수 있으며, 500℃ 내지 600℃의 저온에서 수십 내지 수백 Å의 두께로 성장시켜 형성할 수 있다. 여기서, 언도프라 함은 반도체층에 불순물 도핑 공정을 따로 거치지 않은 것을 의미한다. 다만, 이러한 버퍼층은 필수적인 요소는 아니며 실시 형태에 따라 생략될 수도 있다.
상기 발광 구조물(110)은 제1 도전형 반도체층(115), 활성층(120) 및 제2 도전형 반도체층(125)을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(115)은 상기 기판(105)의 상기 전면(105s1)으로부터 성장되어 형성될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(115)은 n형 불순물이 도핑된 반도체로 이루어질 수 있으며, n형 질화물 반도체층일 수 있다.
평면으로 보았을 때, 상기 제1 도전형 반도체층(115)은 사각형 모양일 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(115)은 제1 모서리(S1), 제2 모서리(S2), 제3 모서리(S3), 및 제4 모서리(S4)를 가질 수 있다. 따라서, 상기 제1 및 제3 모서리들(S1, S3)은 서로 대향할 수 있고, 상기 제2 및 제4 모서리들(S2, S4)은 서로 대향할 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(125)은 p형 불순물이 도핑된 반도체로 이루어질 수 있으며, p형 질화물 반도체층일 수 있다.
일 예에서, 실시 형태에 따라서 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층들(115, 125)은 위치가 바뀌어 적층될 수도 있다. 이러한 제1 및 제2 도전형 반도체층들(115, 125)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1임)을 가지며, 예컨대, GaN, AlGaN, InGaN, AlInGaN 등의 물질이 이에 해당될 수 있다.
상기 활성층(120)은 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층들(115, 125) 사이에 개재될 수 있다. 상기 활성층(120)은 상기 반도체 발광소자(10)의 동작 시에 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출할 수 있다. 상기 활성층(120)은 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층들(115, 125)의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 도전형 반도체층들(115, 125)이 GaN계 화합물 반도체인 경우, 상기 활성층(120)은 GaN의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 InGaN계 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 활성층(120)은 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(Multiple Quantum Wells, MQW) 구조, 예컨대, InGaN/GaN 구조가 사용될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니므로 상기 활성층(120)은 단일 양자우물 구조(Single Quantum Well, SQW)가 사용될 수도 있다.
상기 발광 구조물(110)은, 상기 제2 도전형 반도체층(125), 상기 활성층(120) 및 상기 제1 도전형 반도체층(115)의 일부가 식각된 리세스 영역(E)과, 상기 리세스 영역(E) 주위의 메사 영역(M)을 포함할 수 있다. 도면들에서, 도면 부호 "B"는 상기 리세스 영역(E)과 상기 메사 영역(M) 사이의 경계(B)를 나타낼 수 있다. 상기 메사 영역(M)의 상면은 상기 리세스 영역(E)의 상면보다 높을 수 있다. 일 예에서, 상기 메사 영역(M)은 하부에서 상부로 갈수록 점점 좁아지는 모양일 수 있다. 따라서, 상기 메사 영역(M)은 경사진 측면을 가질 수 있다.
일 예에서, 상기 리세스 영역(E)의 상면의 일부는 제1 콘택 영역(CT1)으로 정의할 수 있다. 일 예에서, 상기 메사 영역(M)의 상면의 적어도 일부는 제2 콘택 영역(CT2)으로 정의할 수 있다.
상기 메사 영역(M)은 상기 제1 내지 제4 모서리들(S1 ~ S4)과 이격될 수 있고, 상기 메사 영역(M)과 상기 제1 내지 제4 모서리들(S1 ~ S4) 사이에 상기 리세스 영역(E)이 배치될 수 있다. 그리고, 상기 발광 구조물(110)의 중앙부에도 원형을 가지고 서로 이격된 리세스 영역들(E)이 더 배치될 수 있다.
상기 제1 투명 전극층(140)이 상기 발광 구조물(110)의 상기 제2 도전형 반도체층(125) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1 투명 전극층(140)은 상기 제2 도전형 반도체층(125)의 상기 제2 콘택 영역(CT2)에 배치되어 상기 제2 도전형 반도체층(125)과 전기적으로 접속될 수 있다.
상기 제1 절연층(130)은 상기 제1 투명 전극층(140) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1 절연층(130)은 상기 제1 도전형 반도체층(115)의 일부 및 상기 제2 도전형 반도체층(125)의 일부를 덮을 수 있다. 상기 제1 절연층(130)은 상기 메사 영역(M)에 위치하는 복수의 홀들(PD)을 포함할 수 있다. 상기 제1 절연층(130)은 상기 메사 영역(M)에서 상기 제1 투명 전극층(140)을 부분적으로 덮을 수 있다. 본 실시예에서 복수의 홀들(PD)은 육방 조밀 격자 형태로 배치되는 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 복수의 홀들(PD)은 사각 격자 형태 등의 다양한 형태로 배치될 수 있다. 복수의 홀들(PD)은 원형의 단면을 가지는 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 복수의 홀들(PD)은 다각형 또는 링 형상의 단면을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 투명 전극층(140)은 상기 복수의 홀들(PD)과 어긋하는 복수의 홀들을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 제1 절연층(130)이 상기 제1 투명 전극층(140)의 상기 복수의 홀들을 채울 수 있다.
상기 제1 절연층(130)은 상기 제2 도전형 반도체층보다 낮은 굴절률을 가지는 물질로 이루어질 수 있다. 상기 제1 절연층(130)은 예를 들어, SiO2, SiN, TiO2, HfO 및 MgF2로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제1 절연층(130)은 서로 다른 굴절률을 갖는 절연막들이 교대로 적층된 분산 브래그 반사체(Distributed Bragg Reflector) 구조를 가질 수 있다.
상기 제2 투명 전극층(142)상기 제1 절연층(130) 상에 배치되고, 상기 복수의 홀들(PD)을 통하여 상기 제1 투명 전극층(140)과 접촉할 수 있다.
상기 제1 투명 전극층 및 상기 제2 투명 전극층은 ITO(Indium Tin Oxide), ZITO(Zinc-doped Indium Tin Oxide), ZIO(Zinc Indium Oxide), GIO(Gallium Indium Oxide), ZTO(Zinc TinOxide), FTO(Fluorine-doped Tin Oxide), AZO(Aluminium-doped Zinc Oxide), GZO(Gallium-doped Zinc Oxide), In4Sn3O12 및 Zn(1-x)MgxO(Zinc Magnesium Oxide, 0≤x≤1)로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 반사 전극층(144)은 상기 제2 투명 전극층(142) 상에 배치될 수 있다. 상기 제2 투명 전극층(142)은 상기 반사 전극층(144)과 상기 제1 절연층(130) 사이의 접착 특성을 개선할 수 있다. 상기 반사 전극층(144)은 Ag, Cr, Ni, Ti, Al, Rh, Ru 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 투명 보호층(138)은 상기 반사 전극층(144)의 상면 및 측면을 덮으면서 상기 반사 전극층(144)을 보호할 수 있다. 상기 투명 보호층(138)은 상기 제2 투명 전극층(142)의 측면을 덮을 수 있다. 상기 투명 보호층(138)은 상기 반사 전극층(144)의 상면을 덮으며 볼록한 표면을 가지는 상면부(R1)및 상기 반사 전극층(144)의 측면 및 상기 제2 투명 전극층(142)의 측면을 덮으며 경사진 표면을 가지는 측면부(R2)를 포함할 수 있다. 상기 투명 보호층(138)을 형성함으로써, 상기 반사 전극층(144)의 접착 특성이 향상되고, 상기 반사 전극층(144)을 이루는 금속 원소의 마이그레이션(migration)이 억제될 수 있다.
제1 절연층(130), 제2 투명 전극층(142) 및 반사 전극층(144)은 전방향 반사체(omni-directional reflector)를 구성할 수 있다. 상기 전방향 반사체(omni-directional reflector)은 활성층(120)으로부터 방출되는 광에 대한 반사율을 증가시키므로, 광추출 효율이 향상될 수 있다.
상기 투명 보호층(138)은 투명한 도전성 물질로 형성되거나, 투명한 절연성 물질로 형성될 수 있다. 상기 투명한 도전성 물질은 ITO(Indium Tin Oxide), ZITO(Zinc-doped Indium Tin Oxide), ZIO(Zinc Indium Oxide), GIO(Gallium Indium Oxide), ZTO(Zinc TinOxide), FTO(Fluorine-doped Tin Oxide), AZO(Aluminium-doped Zinc Oxide), GZO(Gallium-doped Zinc Oxide), In4Sn3O12 및 Zn(1-x)MgxO(Zinc Magnesium Oxide, 0≤x≤1)로부터 선택된 적어도 하나를 포함하거나, 전도성 고분자를 포함할 수 있다. 상기 투명한 절연성 물질은 SiO2, SiN, TiO2, HfO 및 MgF2로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 절연층(150)은 상기 투명 보호층(138) 및 상기 제1 절연층(130) 상에 배치될 수 있다.
도 3a를 함께 참조하면, 상기 투명 보호층(138)이 투명한 절연성 물질로 이루어진 경우, 상기 제1 절연층(130) 및 상기 제2 절연층(150)을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층(115)의 상기 제1 콘택 영역(CT1)을 노출시키는 제1 개구부(OPa) 및 상기 반사 전극층(144)의 제3 콘택 영역(CT3)을 노출시키는 제2 개구부(OPb)가 형성될 수 있다. 상기 제1 개구부(OPa)는 상기 리세스 영역(E)에 위치하고, 상기 제2 개구부(OPb)는 상기 메사 영역(M)에 위치할 수 있다.
상기 제1 연결 전극(155n)은 상기 제2 절연층(150) 상에 배치되며 상기 제1 개구부(OPa)를 통해 상기 제1 도전형 반도체층(115)의 상기 제1 콘택 영역(CT1) 상으로 연장되어 상기 제1 도전형 반도체층(115)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 연결 전극(155n)은 상기 제1 도전형 반도체층(115)의 상기 제1 콘택 영역(CT1)과 접촉할 수 있다. 일 예에서, 상기 제1 연결 전극(155n)과 상기 제1 도전형 반도체층(115)의 상기 제1 콘택 영역(CT1) 사이의 접촉 저항 특성을 개선하기 위하여, 상기 제1 연결 전극(155n)과 상기 제1 도전형 반도체층(115)의 상기 제1 콘택 영역(CT1) 사이에 도전성 버퍼층이 배치될 수 있다.
상기 제2 도전성 패턴(155p)은 상기 제2 절연층(150) 상에 배치되며 상기 제2 개구부(OPb)를 통해 상기 반사 전극층(144)의 상기 제3 콘택 영역(CT3) 상으로 연장되어 상기 반사 전극층(144)과 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 상기 제2 도전성 패턴(155p)은 상기 반사 전극층(144)을 통하여 상기 제2 도전형 반도체층(125)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 3b를 함께 참조하면, 상기 투명 보호층(138)이 투명한 도전성 물질로 이루어진 경우, 도 3a와 달리, 상기 제2 절연층(150)을 관통하여 상기 투명 보호층(138)의 제3 콘택 영역(CT3')을 노출시키는 제2 개구부(OPb')가 형성될 수 있다. 상기 제1 개구부(OPa)는 상기 리세스 영역(E)에 위치하고, 상기 제2 개구부(OPb')는 상기 메사 영역(M)에 위치할 수 있다.
상기 제1 연결 전극(155n)은 상기 제2 절연층(150) 상에 배치되며 상기 제1 개구부(OPa)를 통해 상기 제1 도전형 반도체층(115)의 상기 제1 콘택 영역(CT1) 상으로 연장되어 상기 제1 도전형 반도체층(115)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 연결 전극(155n)은 상기 제1 도전형 반도체층(115)의 상기 제1 콘택 영역(CT1)과 접촉할 수 있다. 일 예에서, 상기 제1 연결 전극(155n)과 상기 제1 도전형 반도체층(115)의 상기 제1 콘택 영역(CT1) 사이의 접촉 저항 특성을 개선하기 위하여, 상기 제1 연결 전극(155n)과 상기 제1 도전형 반도체층(115)의 상기 제1 콘택 영역(CT1) 사이에 도전성 버퍼 패턴이 배치될 수 있다.
상기 제2 도전성 패턴(155p)은 상기 제2 절연층(150) 상에 배치되며 상기 제2 개구부(OPb)를 통해 상기 반사 전극층(144)의 상기 제3 콘택 영역(CT3) 상으로 연장되어 상기 반사 전극층(144)과 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 상기 제2 도전성 패턴(155p)은 상기 반사 전극층(144)을 통하여 상기 제2 도전형 반도체층(125)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 연결 전극(155n) 및 상기 제2 연결 전극(155p)은 상기 제2 절연층(150) 상에 배치되며 서로 동일한 물질로 형성되고 서로 이격될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 연결 전극(155n) 및 상기 제2 연결 전극(155p)은 Al, Au, W, Pt, Si, Ir, Ag, Cu, Ni, Ti, Cr 등의 물질 및 그 합금 중 하나 이상을 포함한 물질로 형성될 수 있다.
평면으로 보았을 때, 상기 제1 연결 전극(155n)은 상기 제1 모서리(S1)에 인접할 수 있고, 상기 제2 도전성 패턴(155p)은 상기 제3 모서리(S3)에 인접할 수 있다.
상기 제3 절연층(160)은 상기 제1 연결 전극(155n) 및 상기 제2 도전성 패턴(155p) 상에 배치되면서 상기 제1 연결 전극(155n)의 제4 콘택 영역(CT4)를 노출시키는 제3 개구부(160a) 및 상기 제2 도전성 패턴(155p)의 제5 콘택 영역(CT5)을 노출시키는 제4 개구부(160b)를 가질 수 있다.
상기 제1 연결 전극(155n)의 상기 제4 콘택 영역(CT4) 상에 제1 전극 패드(165n)가 배치될 수 있고, 상기 제2 도전성 패턴(155p)의 상기 제5 콘택 영역(CT5) 상에 제2 전극 패드(165p)가 배치될 수 있다. 상기 제1 전극 패드(165n) 상에 제1 솔더 기둥(170n)이 배치되고, 상기 제2 전극 패드(165p) 상에 제2 솔더 기둥(170p)이 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 솔더 기둥들(170n, 170p)은 Sn, AuSn 등과 같은 도전성 물질로 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 솔더 기둥들(170n, 170p)의 측면을 덮는 몰딩부(172)가 형성될 수 있다. 상기 몰딩부(172)는 TiO2, Al2O3 등의 광반사성 분말들을 포함할 수 있다. 상기 몰딩부(172)의 상면은 상기 제1 및 제2 솔더 기둥들(170n, 170p)의 상면보다 낮을 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 변형 예들을 개략적으로 나타낸 단면도들이다. 도 4 및 도 5에 도시된 반도체 발광소자는 도 2의 반도체 발광소자와 유사한 구조를 가지므로, 차이점을 위주로 설명한다.
도 4를 참조하면, 상기 반도체 발광소자는 도 2와 달리, 제1 절연층(130) 상에 직접 배치된 반사 전극층(144)을 포함할 수 있다. 즉, 본 실시예에서 도 2의 제2 투명 전극층(142)이 형성되지 않을 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 반도체 발광소자는 도 2와 달리, 반사 전극층(144) 상에 배치된 캡핑 전극층(146)을 더 포함할 수 있다. 상기 캡핑 전극층(146)은 Ti 및 Ni이 교대로 적층된 다층 구조를 가질 수 있다. 상기 캡핑 전극층(146)은 예를 들어, Ti/Ni/Ti/Ni/Ti의 다층 구조를 가질 수 있다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 다른 변형 예를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6을 참조하면, 상기 반도체 발광소자는 기판(105) 상에 상기 제1 도전형 반도체층(115)이 제거된 분리 영역(ISO)에 의해 구분되는 복수의 발광 구조물(110)을 포함할 수 있다. 상기 분리 영역(ISO)에서 제1 절연층(130)은 기판(105)의 전면(105S1)에 접촉할 수 있다.
상기 복수의 발광 구조물(110)은 서로 전기적으로 직렬 연결될 수 있다.
상기 분리 영역(ISO) 상에 배치되고, 상기 복수의 발광 구조물(110) 중 제1 발광 구조물(110)의 제1 연결 전극(155n)을 상기 제1 발광 구조물(110)에 인접한 제2 발광 구조물(110)의 제2 연결 전극(155p)과 연결하는 상호 연결부(155c)를 더 포함할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자(10)의 제조방법의 일 예에 대하여 도 7 내지 도 20을 참조하여 설명하기로 한다. 도 7, 도 9, 도 11, 도 13, 도 15, 도 17 및 도 19는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자(10)의 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 평면도들이고, 도 8 도 10, 도 12, 도 14, 도 16, 도 18 및 도 20은 각각 도 7, 도 9, 도 11, 도 13, 도 15, 도 17 및 도 19의 I-I'선을 따라 취해진 영역을 개략적으로 나타낸 단면도들이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 기판(105) 상에 발광 구조물(110)을 형성할 수 있다. 상기 기판(105)은 전면(105s1) 및 상기 전면(105s1)에 대향하는 후면(105s2)을 가질 수 있다.
일 예에서, 상기 기판(105)의 상기 전면(105s1) 상에 요철 구조를 형성할 수 있다. 실시 형태에 따라, 상기 기판(105)의 상기 전면(105s1)의 요철 구조를 형성하는 것은 생략될 수 있다.
상기 기판(105)의 상기 전면(105s1) 상에 발광 구조물(110)을 형성할 수 있다. 상기 발광 구조물(110)은 유기 금속 화학 증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD), 수소화 기상 에피택시(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE), 분자선 에피택시(Molecular Beam Epitaxy, MBE) 등과 같은 공정을 이용하여 형성되는 복수의 층들로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 발광 구조물(110)은 상기 기판(105)의 상기 전면(105s1) 상에 차례로 형성된 제1 도전형 반도체층(115), 활성층(120) 및 제2 도전형 반도체층(125)을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(115)과 상기 제2 도전형 반도체층(125)은 서로 다른 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(115)은 n형의 도전형을 가질 수 있고, 상기 제2 도전형 반도체층(125)은 p형의 도전형을 가질 수 있다.
그리고, 상기 발광 구조물(110) 상에 제1 투명 전극층(140)을 형성할 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 사진 및 식각 공정을 이용하여 상기 제1 투명 전극층(140), 상기 제2 도전형 반도체층(125), 상기 활성층(120) 및 상기 제1 도전형 반도체층(115)의 일부를 식각할 수 있다. 따라서, 상기 발광 구조물(110)은 제2 도전형 반도체층(125), 상기 활성층(120) 및 상기 제1 도전형 반도체층(115)의 일부가 제거된 리세스 영역(E) 및 그 주위의 메사 영역(M)을 포함할 수 있다. 메사 영역(M)은 제2 도전형 반도체층(125), 상기 활성층(120) 및 상기 제1 도전형 반도체층(115)이 식각되지 않은 영역으로 정의할 수 있다. 상기 메사 영역(M)은 상기 리세스 영역(E)과 비교하여 상대적으로 돌출된 모양일 수 있다. 상기 리세스 영역(E)은 식각 영역으로 지칭될 수도 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 발광 구조물(110) 상에 복수의 홀(PD)를 가지는 제1 절연층(130)을 형성할 수 있다.
상기 제1 절연층(130)의 상기 복수의 홀들(PD)은 상기 제1 투명 전극층(140)의 일부를 노출시킬 수 있다. 상기 복수의 홀들(PD)은 상기 메사 영역(M)에 위치할 수 있다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 상기 제1 절연층(130) 상에 제2 투명 전극층(142) 및 반사 전극층(144)을 형성할 수 있다. 제2 투명 전극층(142) 및 반사 전극층(144)은 상기 메사 영역(M) 상에 형성되며, 상기 제1 절연층(130)의 일 영역 상에 형성될 수 있다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 상기 반사 전극층(144) 상에 투명 보호층(138)을 형성할 수 있다. 상기 투명 보호층(138)은 상기 반사 전극층(144)의 상면 및 측면, 그리고, 상기 제2 투명 전극층의 측면을 덮을 수 있다. 상기 투명 보호층(138)은 상기 반사 전극층(144)에 인접한 상기 제1 절연층(130)의 일부를 덮을 수 있다. 상기 투명 보호층(138)은 예를 들어, 상기 투명 보호층(138)이 형성될 영역을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 스퍼터링 등의 물리적 증착 공정에 의해 형성될 수 있다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 제1 절연층(130) 및 투명 보호층(138) 상에 제2 절연층(150)을 형성할 수 있다.
상기 제1 절연층(130) 및 상기 제2 절연층(150)을 관통하고, 상기 리세스 영역(E)의 상기 제1 도전형 반도체층(115)의 일부를 노출시키는 제1 개구부(OPa) 및 상기 투명 보호층(138) 및 상기 제2 절연층(150)을 관통하고, 상기 메사 영역(M)의 상기 반사 전극층(144)의 일부를 노출시키는 제2 개구부(OPb)가 형성될 수 있다.
상기 제1 개구부(OPa)에 의해 노출된 상기 제1 도전형 반도체층(115)의 표면은 제1 콘택 영역(CT1)으로 지칭될 수 있고, 상기 제2 개구부(OPb)에 의해 노출되는 상기 반사 전극층(144)의 표면은 제3 콘택 영역(CT3)으로 지칭될 수 있다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 상기 제2 절연층(150)을 갖는 기판(105) 상에 제1 연결 전극(155n) 및 제2 연결 전극(155p)이 형성될 수 있다.
상기 제1 연결 전극(155n) 및 상기 제2 연결 전극(155p)을 형성하는 것은 상기 제2 절연층(150)을 갖는 기판(105) 상에 도전성 물질 층을 형성하고, 사진 및 식각 공정을 이용하여 상기 도전성 물질 층의 일부를 식각하는 것을 포함할 수 있다. 상기 제1 연결 전극(155n) 및 상기 제2 연결 전극(155p)은 서로 동일한 공정에 의해 형성되므로, 서로 동일한 물질로 형성될 수 있다. 상기 제1 연결 전극(155n) 및 상기 제2 연결 전극(155p)은 서로 동일한 두께로 형성될 수 있다.
상기 제1 연결 전극(155n)은 상기 제1 도전형 반도체층(115)의 상기 제1 콘택 영역(CT1)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 연결 전극(155p)은 상기 반사 전극층(144)의 상기 제3 콘택 영역(CT3)과 전기적으로 연결될 수 있다.
다시, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 제1 연결 전극(155n) 및 상기 제2 연결 전극(155p)을 갖는 기판(105) 상에 제3 개구부(160a) 및 제4 개구부(160b)를 갖는 제3 절연층(160)이 형성될 수 있다.
상기 제3 절연층(160)의 상기 제3 개구부(160a)는 상기 제1 연결 전극(155n)의 일부 영역을 노출시킬 수 있고, 상기 제3 절연층(160)의 상기 제4 개구부(160b)는 상기 제2 연결 전극(155p)의 일부 영역을 노출시킬 수 있다.
상기 제3 절연층(160)의 상기 제1 개구부(160a)에 의해 노출되는 상기 제3 연결 전극(155n)의 일부 영역은 제4 콘택 영역(CT4)으로 지칭될 수 있고, 상기 제3 절연층(160)의 상기 제4 개구부(160b)에 의해 노출되는 상기 제2 도전성 패턴(155p)의 일부 영역은 제5 콘택 영역(CT5)으로 지칭될 수 있다.
상기 제3 절연층(160)을 갖는 기판(105) 상에 제1 및 제2 전극 패드들(165n, 165p)이 형성될 수 있다. 상기 제1 전극 패드(165n)는 상기 제1 연결 전극(155n)의 상기 제4 콘택 영역(CT4) 상에 형성될 수 있고, 상기 제2 전극 패드(165p)는 상기 제2 도전성 패턴(155p)의 상기 제5 콘택 영역(CT5) 상에 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극 패드들(165n, 165p)은 UBM(under bump metallurgy)일 수 있다. 일 예에서, 상기 제1 및 제2 전극 패드들(165n, 165p)의 개수와 배치 구조는 다양하게 변형될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극 패드들(165n, 165p)을 갖는 기판(105) 상에 제1 및 제2 솔더 기둥들(170n, 170p)을 형성할 수 있다. 상기 제1 솔더 기둥(170n)은 상기 제1 전극 패드(165n) 상에 형성될 수 있고, 상기 제2 솔더 기둥(170p)은 상기 제2 전극 패드(165p) 상에 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 솔더 기둥들(170n, 170p)의 측면을 덮는 몰딩부(172)가 형성될 수 있다.
상술한 바와 같은 상기 반도체 발광소자(10)는 패키지 형태로 제품화될 수 있다. 이하에서, 상술한 바와 같은 상기 반도체 발광소자(10)를 패키지에 적용한 일 예를 도 21을 참조하여 설명하기로 한다. 도 21은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자를 패지지에 적용한 일 예를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 21a를 참조하면, 반도체 발광소자 패키지(1000)는 광원인 반도체 발광소자(1001), 패키지 본체(1002), 한 쌍의 리드 프레임(1010) 및 봉지부(1005)를 포함할 수 있다. 여기서 반도체 발광소자(1001)는 상기 도 1 내지 도 6의 반도체 발광소자일 수 있으며, 이에 대한 설명은 생략한다.
상기 반도체 발광소자(1001)는 상기 리드 프레임(1010)에 실장되고, 상기 리드 프레임(1010)과 전기적으로 연결될 수 있다.
한 쌍의 리드 프레임(1010)은 제1 리드 프레임(1012)과 제2 리드 프레임(1014)을 포함할 수 있다. 상기 도 2을 참조하면, 반도체 발광소자(1001)는 제1 및 제2 솔더 기둥들(170n, 170p)에 의해 상기 제1 리드 프레임(1012) 및 제2 리드 프레임(1014)과 연결될 수 있다.
패키지 본체(1002)에는 빛의 반사 효율 및 광 추출 효율이 향상되도록 반사컵을 구비할 수 있으며, 이러한 반사컵에는 반도체 발광소자(1001)를 봉지하도록 투광성 물질로 이루어진 봉지부(1005)가 형성될 수 있다. 상기 봉지부(1005)는 형광체나 양자점 등의 파장 변환 물질을 포함할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
105: 기판 110: 발광 구조물
115: 제1 도전형 반도체층 120: 활성층
125: 제2 도전형 반도체층 130: 제1 절연층
138: 투명 보호층 140: 제1 투명 전극층
142: 제2 투명 전극층 144: 반사 전극층
150: 제2 절연층 155n: 제1 연결 전극
155p: 제2 연결 전극 160: 제3 절연층
165n: 제1 전극 패드 165p: 제2 전극 패드
170n: 제1 솔더 기둥 170p: 제2 솔더 기둥
172: 몰딩부

Claims (20)

  1. 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층의 적층 구조를 가지며, 상기 제2 도전형 반도체층, 상기 활성층, 및 상기 제1 도전형 반도체층의 일부가 제거된 리세스 영역과 상기 리세스 영역에 인접한 메사 영역을 포함하는 발광 구조물;
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치된 제1 투명 전극층;
    상기 제1 투명 전극층 및 상기 발광 구조물의 상기 리세스 영역 상에 배치되고, 상기 리세스 영역에서 상기 제2 도전형 반도체층의 측면, 상기 활성층의 측면, 및 상기 제1 도전형 반도체층을 덮고, 복수의 홀을 가지는 제1 절연층;
    상기 제1 절연층 상에 배치되고, 상기 메사 영역 상에서 상기 복수의 홀을 통하여 상기 제1 투명 전극층에 접속되는 반사 전극층;
    상기 반사 전극층의 상면 및 측면을 덮으며, 상기 제1 절연층의 일 영역 상에 배치되는 투명 보호층;
    상기 투명 보호층의 상면 및 측면을 덮는 제2 절연층;
    상기 리세스 영역에서 상기 제1 절연층을 관통하여 상기 제1 도전형 활성층과 연결되는 제1 연결 전극; 및
    상기 메사 영역 상에서 상기 제2 절연층을 관통하여 상기 투명 보호층 또는 상기 반사 전극층과 연결되는 제2 연결 전극을 포함하는 반도체 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투명 보호층은 상기 반사 전극층의 상면을 덮으며 볼록한 표면을 가지는 상면부 및 상기 반사 전극층의 측면을 덮으며 경사진 표면을 가지는 측면부를 포함하는 반도체 발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 투명 보호층은 투명한 절연성 물질로 이루어진 반도체 발광소자.
  4. 제1 도전형 반도체층, 활성층, 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치된 제1 투명 전극층;
    상기 제1 투명 전극층 상에 배치되고, 복수의 홀을 가지는 제1 절연층;
    상기 제1 절연층 상에 배치되고, 상기 복수의 홀을 통하여 상기 제1 투명 전극층에 접속되는 반사 전극층; 및
    상기 반사 전극층의 상면 및 측면을 덮으며, 상기 제1 절연층의 일 영역 상에 배치되는 투명 보호층을 포함하고,
    상기 투명 보호층은 투명한 도전성 물질로 이루어진 반도체 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 절연층은 SiO2, SiN, TiO2, HfO 및 MgF2로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 반도체 발광소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 절연층은 서로 다른 굴절률을 갖는 절연막들이 교대로 적층된 분산 브래그 반사기(Distributed Bragg Reflector) 구조를 가지는 반도체 발광소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반사 전극층은 Ag, Cr, Ni, Ti, Al, Rh, Ru 또는 이들의 조합을 포함하는 반도체 발광소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 절연층과 상기 반사 전극층 사이에 배치된 제2 투명 전극층을 더 포함하는 반도체 발광소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 투명 전극층은 상기 복수의 홀들을 통해 상기 제1 투명 전극층과 접촉하는 반도체 발광소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반사 전극층과 상기 투명 보호층 사이에 배치된 캡핑 전극층을 더 포함하는 반도체 발광소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 연결 전극은 상기 투명 보호층을 관통하여 상기 반사 전극층과 연결되는 반도체 발광소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 발광 구조물은 제1 발광 구조물 및 제2 발광 구조물을 포함하고,
    상기 제1 발광 구조물과 상기 제2 발광 구조물은 상기 제1 도전형 반도체층이 제거된 분리 영역에 의해 분리되는 반도체 발광소자.
  13. 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층의 적층 구조를 가지며, 상기 제2 도전형 반도체층, 상기 활성층 및 상기 제1 도전형 반도체층의 일부가 제거된 리세스 영역과, 상기 리세스 영역에 인접한 메사 영역을 포함하는 발광 구조물;
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치된 제1 투명 전극층;
    상기 제1 투명 전극층을 덮으며, 상기 메사 영역 상에 위치한 복수의 홀을 가지는 제1 절연층;
    상기 제1 절연층 상에 배치되고, 상기 복수의 홀을 통하여 상기 제1 투명 전극층과 접촉하는 제2 투명 전극층;
    상기 제2 투명 전극층 상에 배치되는 반사 전극층;
    상기 반사 전극층의 상면 및 측면을 덮으며, 상기 제1 절연층의 일 영역 상에 배치되는 투명 보호층;
    상기 투명 보호층의 상면 및 측면을 덮는 제2 절연층;
    상기 리세스 영역에서 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층과 이격되며, 상기 제1 도전형 활성층과 연결되는 제1 연결 전극; 및
    상기 메사 영역 상에서 상기 제2 절연층을 관통하여 상기 투명 보호층 또는 상기 반사 전극층과 연결되는 제2 연결 전극을 포함하는 반도체 발광소자.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 투명 보호층은 상기 반사 전극층의 상면을 덮으며 볼록한 표면을 가지는 상면부 및 상기 반사 전극층의 측면을 덮으며 경사진 표면을 가지는 측면부를 포함하는 반도체 발광소자.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 투명 보호층은 절연성 물질 또는 도전성 물질로 이루어진 반도체 발광소자.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1 절연층은 상기 제2 도전형 반도체층보다 낮은 굴절률을 가지는 물질로 이루어진 반도체 발광소자.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 반사 전극층과 상기 투명 보호층 사이에 배치된 캡핑 전극층을 더 포함하는 반도체 발광소자.
  18. 기판;
    상기 기판 상에 차례로 적층되는 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 적어도 하나의 발광 구조물;
    상기 제2 도전형 반도체층에 접속되는 제1 투명 전극층;
    상기 제1 투명 전극층을 부분적으로 덮는 제1 절연층;
    상기 제1 절연층을 관통하여 상기 제1 투명 전극층에 접속되는 제2 투명 전극층;
    상기 제2 투명 전극층에 접속되는 반사 전극층;
    상기 반사 전극층의 상면 및 측면을 덮으며, 상기 제1 절연층의 일 영역 상에 배치되는 투명 보호층;
    상기 투명 보호층의 상면 및 측면을 덮는 제2 절연층;
    상기 활성층 및 상기 제2 도전형 반도체층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층에 접속되는 제1 연결 전극; 및
    상기 제2 절연층 및 상기 투명 보호층을 관통하여 상기 반사 전극층에 접속되는 제2 연결 전극을 포함하는 반도체 발광소자.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 발광 구조물은 복수의 발광 구조물을 포함하며,
    상기 복수의 발광 구조물은 상기 기판을 공유하며 상기 제1 도전형 반도체층이 제거된 분리 영역에 의해 구분되고, 서로 전기적으로 직렬 연결되고,
    상기 분리 영역 상에 배치되고, 상기 복수의 발광 구조물 중 제1 발광 구조물의 제1 연결 전극을 상기 제1 발광 구조물에 인접한 제2 발광 구조물의 제2 연결 전극과 연결하는 상호 연결부를 더 포함하는 반도체 발광소자.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 연결 전극에 각각 접속되는 제1 및 제2 전극 패드;
    상기 제1 및 제2 전극 패드에 각각 접속된 제1 및 제2 솔더 기둥; 및
    상기 제1 및 제2 솔더 기둥의 측면을 덮는 몰딩부를 더 포함하는 반도체 발광소자.
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KR101627010B1 (ko) * 2011-08-31 2016-06-02 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤 반도체 발광소자

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