KR102484799B1 - 발광 소자 - Google Patents

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쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드
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Abstract

실시예는 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광 소자는 기판; 상기 기판 상에 제1도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층 상에 제2도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1도전형 반도체층 위에 제1전극; 상기 제2도전형 반도체층 위에 제2전극; 상기 발광구조물의 측면 및 상면을 둘러싸는 패시베이션층; 및 상기 패시베이션층 상에 배치되는 수산화알루미늄층을 포함하고, 상기 수산화알루미늄층은 플레이크(flake) 형상을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자는 기판; 상기 기판 상에 제1도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층 상에 제2도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1도전형 반도체층 위에 제1전극; 상기 제2도전형 반도체층 위에 제2전극; 상기 발광구조물의 측면 및 상면을 둘러싸는 제1패시베이션층; 및 상기 제1패시베이션층 상에 배치되는 제2패시베이션층을 포함하고, 상기 제1패시베이션층은 Al2O3를 포함하고, 상기 제2패시베이션층은 AlOOH를 포함할 수 있다.

Description

발광 소자{LIGHT EMITTING DEVICE}
실시 예는 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
GaN, AlGaN 등의 화합물을 포함하는 반도체 소자는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점을 가져서 발광 소자, 수광 소자 및 각종 다이오드 등으로 다양하게 사용될 수 있다.
특히, 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드(Laser Diode)와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성의 장점을 가진다.
뿐만 아니라, 광검출기나 태양 전지와 같은 수광 소자도 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용하여 제작하는 경우 소자 재료의 개발로 다양한 파장 영역의 빛을 흡수하여 광 전류를 생성함으로써 감마선부터 라디오 파장 영역까지 다양한 파장 영역의 빛을 이용할 수 있다. 또한 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성 및 소자 재료의 용이한 조절의 장점을 가져 전력 제어 또는 초고주파 회로나 통신용 모듈에도 용이하게 이용할 수 있다.
따라서, 반도체 소자는 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등 및 Gas나 화재를 감지하는 센서 등에까지 응용이 확대되고 있다. 또한, 반도체 소자는 고주파 응용 회로나 기타 전력 제어 장치, 통신용 모듈에까지 응용이 확대될 수 있다.
발광소자(Light Emitting Device)는 예로서 주기율표상에서 3족-5족 원소 또는 2족-6족 원소를 이용하여 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드로 제공될 수 있고, 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 파장 구현이 가능하다.
예를 들어, 질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭 넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 자외선(UV) 발광소자, 적색(RED) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
예를 들어, 자외선 발광소자의 경우, 200nm~400nm의 파장대에 분포되어 있는 빛을 발생하는 발광 다이오드로서, 상기 파장대역에서, 단파장의 경우, 살균, 정화 등에 사용되며, 장파장의 경우 노광기 또는 경화기 등에 사용될 수 있다.
자외선은 파장이 긴 순서대로 UV-A(315nm~400nm), UV-B(280nm~315nm), UV-C (200nm~280nm) 세 가지로 나뉠 수 있다. UV-A(315nm~400nm) 영역은 산업용 UV 경화, 인쇄 잉크 경화, 노광기, 위폐 감별, 광촉매 살균, 특수조명(수족관/농업용 등) 등의 다양한 분야에 응용되고 있고, UV-B(280nm~315nm) 영역은 의료용으로 사용되며, UV-C(200nm~280nm) 영역은 공기 정화, 정수, 살균 제품 등에 적용되고 있다.
일반적으로 발광 소자에 사용되는 상기 발광 소자의 표면을 전기적 쇼트 등으로부터 보호하고 누설 전류(leakage current)를 방지하기 위해 패시베이션층을 형성할 수 있다. 이 때, 발광 소자의 표면을 보호하기 위해 패시베이션층은 발광 소자의 전 표면에 형성되거나, 적어도 일부 표면에 형성할 수 있다. 그러나, 발광 소자의 표면을 보호하기 위해 형성한 패시베이션층이 공기와의 굴절율 차이 또는 낮은 투과율로 인해 발광소자에서 출사되는 빛이 패시베이션층의 내부에서 전반사가 발생할 수 있다. 따라서, 발광소자에서 방출된 빛의 일부가 패시베이션층의 내부 전반사로 인해 상부로 출사되지 못하고 손실되어 발광 소자의 광 추출 효율이 저하되는 문제점이 발생하였다.
실시예에 따른 발광 소자는 패시베이션층의 내부 전반사로 인한 발광 소자의 광 추출 효율이 저하되는 것을 방지하는 것을 기술적 과제로 한다.
실시예에 따른 발광 소자는 광 추출 효율이 향상된 발광 소자를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
실시예에 따른 발광 소자는 투과율이 향상된 수산화알루미늄층을 구비하여 광 추출 효율이 향상된 발광소자를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광 소자는 기판; 상기 기판 상에 제1도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층 상에 제2도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1도전형 반도체층 위에 제1전극; 상기 제2도전형 반도체층 위에 제2전극; 상기 발광구조물의 측면 및 상면을 둘러싸는 패시베이션층; 및 상기 패시베이션층 상에 배치되는 수산화알루미늄층을 포함하고, 상기 수산화알루미늄층은 플레이크(flake) 형상을 포함할 수 있다.
실시예는 상기 수산화알루미늄층은 AlOOH를 포함하는 발광 소자를 포함할 수 있다.
실시예는 상기 수산화알루미늄층은 상기 패시베이션층보다 높은 투과율을 가지는 발광 소자를 포함할 수 있다.
실시예는 상기 수산화알루미늄층의 투과율은 상기 활성층에서 출사되는 빛이 UV일 때 가장 높은 발광 소자를 포함할 수 있다.
실시예는 상기 수산화알루미늄층은 상기 패시베이션층의 두께보다 얇은 발광 소자를 포함할 수 있다.
실시예는 상기 제1전극 및 상기 제2전극은 상기 패시베이션층 및 상기 수산화알루미늄층을 관통하는 발광 소자를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자는 기판; 상기 기판 상에 제1도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층 상에 제2도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1도전형 반도체층 위에 제1전극; 상기 제2도전형 반도체층 위에 제2전극; 상기 발광구조물의 측면 및 상면을 둘러싸는 제1패시베이션층; 및 상기 제1패시베이션층 상에 배치되는 제2패시베이션층을 포함하고, 상기 제1패시베이션층은 Al2O3를 포함하고, 상기 제2패시베이션층은 AlOOH를 포함할 수 있다.
실시예는 상기 제1패시베이션층과 상기 제2패시베이션층의 Al의 함량은 서로 상이한 발광 소자를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자는 수산화알루미늄층 표면에 형성된 플레이크(flake) 형상에 의해 상기 수산화알루미늄층의 투과율이 향상될 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자는 수산화알루미늄층에 의해 발광 소자 상부로 출사되는 광 추출 효율을 향상 시킬 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자는 자외선 파장의 광추출 효율을 향상 시킬 수 있다.
도 1은 제1실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 발광 소자에서 수산화알루미늄층의 표면을 SEM으로 찍은 사진이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 발광 소자에서 수산화알루미늄층의 투과율을 나타내는 도면이다.
도 4는 제1실시예에 따른 발광소자에서 수산화알루미늄층의 광추출 효율을 나타내는 도면이다.
도 5는 제1 실시예에 따른 발광 소자에서 수산화알루미늄층의 투과율을 나타내는 표이다.
도 6 내지 도 10은 제1실시예에 다른 발광 소자의 제조공정을 나타내는 단면도이다.
도 11은 제2실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
이하 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명하나 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1실시예에 따른 발광 소자는 기판(100), 발광 구조물(110), 제1전극(131), 제2전극(132), 패시베이션층(120), 수산화알루미늄층(140) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 발광구조물(110)은 제1도전형 반도체층(113), 활성층(115), 제2도전형 반도체층(117)을 포함할 수 있다.
상기 기판(100)은 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있다. 상기 기판(100)은 전도성 기판 또는 절연성 기판일수 있다. 예를 들어, 상기 기판(100)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 기판(100) 상에는 요철 구조가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정되는 것은 아니다.
상기 기판(100) 상에 발광구조물(110)이 배치될 수 있다. 앞서 기술한 바와 같이, 상기 발광구조물(100)은 제1도전형 반도체층(113), 활성층(115), 제2도전형 반도체층(117)을 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 기판(110) 상에 제1도전형 반도체층(113)이 배치될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(113)은 InxAlyGa1 -x- yP(0≤≤x≤≤1, 0≤≤y≤≤1, 0≤≤x+y≤≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 제1도전형 반도체층(113)은 AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(113) 상에 활성층(115)이 배치될 수 있다. 상기 활성층(115)은 상기 기판(100) 상에 배치될 수 있다. 상기 활성층(115)은 상기 제1도전형 반도체층(113)과 상기 제2도전형 반도체층(117) 사이에 배치될 수 있다.
상기 활성층(115)은 상기 제1도전형 반도체층(113)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제2도전형 반도체층(117)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 서로 만날 수 있다. 상기 활성층(115)은 전자와 정공이 만나서 상기 활성층(115)의 형성물질에 따른 에너지 밴드(Energy Band)의 밴드 갭(Band Gap) 차이에 의해서 빛을 방출할 수 있다. 상기 활성층(115)은 자외선, 청색, 녹색 및 적색 중 적어도 하나의 파장을 발광할 수 있다.
상기 활성층(115)은 단일 양자 우물, 다중 양자 우물(MQW), 양자 선(quantum wire) 구조 또는 양자 점(quantum dot) 구조를 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 활성층(115)는 화합물 반도체로 구성될 수 있다. 상기 활성층(115)은 예로서 3족-5족 또는 2족-6족의 화합물 반도체 중 적어도 하나로 구현될 수 있다.
상기 활성층(115)은 양자우물층과 양자장벽층을 포함할 수 있다. 상기 활성층(115)이 다중 양자 우물 구조로 구현된 경우, 양자우물층과 양자장벽층이 교대로 배치될 수 있다. 상기 양자우물층과 양자장벽층은 각각 InxAlyGa1 -x- yP(0≤≤x≤≤1, 0≤≤y≤≤1, 0≤≤x+y≤≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 배치될 수 있거나, GaInP/AlGaInP, GaP/AlGaP, InGaP/AlGaP, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs/AlGaAs, InGaAs/AlGaAs 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 양자우물층은 상기 양자장벽층보다 밴드갭이 낮은 물질로 형성될 수 있다.
상기 활성층(115) 상에 상기 제2도전형 반도체층(117)이 배치될 수 있다. 예를 들면, 상기 제2도전형 반도체층(117)은 반도체 화합물, 예를 들면, 3족-5족 또는 2족-6족의 화합물 반도체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(117)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(117)은 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예를 들면, 상기 제2도전형 반도체층(117)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제2도전형 반도체층(117)은 InxAlyGa1-x-yP (0≤≤x≤≤1, 0≤≤y≤≤1, 0≤≤x+y≤≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 제2도전형 반도체층(117)은 AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(113) 상에 제1전극(131)이 배치될 수 있다. 노출된 상기 제1도전형 반도체층(113) 상에 상기 제1전극(131)은 패시베이션층(120)을 관통할 수 있다, 상기 제1전극(131)은 수산화알루미늄층(140)을 관통할 수 있다. 상기 제1전극(131)의 상면은 노출될 수 있다. 상기 제1전극(131)은 제1홀(141)에 배치될 수 있다. 상기 제1전극(131)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Cu, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금일 수 있다. 상기 제1전극(131)은 ITO(Indium-Tin-Oxide), IZO(Indium-Zinc-Oxide), IZTO(Indium-Zinc-Tin-Oxide), IAZO(Indium-Aluminum-Zinc-Oxide), IGZO(Indium-Gallium-Zinc-Oxide), IGTO(Indium-Gallium-Tin-Oxide), AZO(Aluminum-Zinc-Oxide), ATO(Antimony-Tin-Oxide) 등의 투명 전도성 물질의 단층 또는 다층일 수 있다.
상기 제2도전형 반도체층(117) 상에 제2전극(132)이 배치될 수 있다. 상기 제2전극(132)은 패시베이션층(120)을 관통할 수 있다, 상기 제2전극(132)은 수산화알루미늄층(140)을 관통할 수 있다. 상기 제2전극(132)의 상면은 노출될 수 있다. 상기 제2전극(132)은 제2홀(142)에 배치될 수 있다. 상기 제2전극(132)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Cu, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금일 수 있다. 상기 제2전극(132)은 상기 금속 또는 합금과 ITO(Indium-Tin-Oxide), IZO(Indium-Zinc-Oxide), IZTO(Indium-Zinc-Tin-Oxide), IAZO(Indium-Aluminum-Zinc-Oxide), IGZO(Indium-Gallium-Zinc-Oxide), IGTO(Indium-Gallium-Tin-Oxide), AZO(Aluminum-Zinc-Oxide), ATO(Antimony-Tin-Oxide) 등의 투명 전도성 물질의 단층 또는 다층일 수 있다.
패시베이션층(120)은 상기 발광 구조물(110)의 측면에 배치될 수 있다. 상기 패시베이션층(120)은 상기 발광 구조물(110)의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 패시베이션층(120)은 상기 발광 구조물(110)의 측면을 감쌀 수 있다. 상기 패시베이션층(120)은 상기 발광 구조물(110) 상에 배치될 수 있다. 상기 패시베이션층(120)은 상기 제2도전형 반도체층(117)의 상면과 접촉할 수 있다. 상기 패시베이션층(120)은 상기 제2도전형 반도체층(117) 상에 배치될 수 있다. 상기 패시베이션층(120)은 상기 제1도전형 반도체층(113) 상에 배치될 수 있다. 상기 패시베이션층(120)은 상기 제1도전형 반도체층(113)의 일부 영역과 접촉할 수 있다. 상기 패시베이션층(120)은 상기 제1전극(131)의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 패시베이션층(120)은 상기 제2전극(132)의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 제1홀(141)은 패시베이션층(120)을 관통할 수 있다. 상기 제2홀(142)은 패시베이션층(120)을 관통할 수 있다. 상기 제1홀(141)의 둘레에 상기 패시베이션층(120)이 배치될 수 있다. 상기 제1홀(141)의 측면을 상기 패시베이션층(120)이 감쌀 수 있다. 상기 제2홀(142)의 둘레에 상기 패시베이션층(120)이 배치될 수 있다. 상기 제2홀(142)의 측면을 상기 패시베이션층(120)이 감쌀 수 있다.
상기 패시베이션층(120)은 상기 발광 구조물(110)의 표면을 전기적 쇼트 등으로부터 보호하고 누설 전류(leakage current)를 방지하기 위해 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 패시베이션층(120)은 상기 발광 구조물(110)의 전 표면에 형성되거나, 적어도 일부 표면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 패시베이션층(120)은 Si02, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2 (0≤≤x, y) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
수산화알루미늄층(140)은 상기 패시베이션층(120) 상에 배치될 수 있다. 상기 수산화알루미늄층(140)은 상기 패시베이션층(120)의 상면과 접촉할 수 있다. 상기 수산화알루미늄층(140)은 상기 제1전극(131)의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 수산화알루미늄층(140)은 상기 제1전극(131)의 측면을 감쌀 수 있다. 상기 수산화알루미늄층(140)은 상기 제2전극(132)의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 수산화알루미늄층(140)은 상기 제2전극(132)의 측면을 감쌀 수 있다. 상기 수산화알루미늄층(140)의 상면은 상기 제1전극(131)의 상면과 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 상기 수산화알루미늄층(140)의 상면은 상기 제1전극(131)의 상면과 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 상기 제1홀(141)은 상기 수산화알루미늄층(140)을 관통할 수 있다. 상기 제2홀(142)은 상기 수산화알루미늄층(140)을 관통할 수 있다. 상기 수산화알루미늄층(140) 및 상기 패시베이션층(120)의 제1홀(141)에 상기 제1전극(131)이 배치될 수 있다. 상기 수산화알루미늄층(140) 및 상기 패시베이션층(120)의 제2홀(142)에 상기 제2전극(132)이 배치될 수 있다. 상기 수산화알루미늄층(140)은 AlOOH를 포함할 수 있다. 상기 수산화알루미늄층(140)은 플레이크(flake)형상을 포함할 수 있다. 상기 수산화알루미늄층(140)은 상기 패시베이션층(120)보다 높은 투과율을 포함할 수 있다. 상기 수산화알루미늄층(140)의 두께는 100 nm 내지 130nm 일 수 있다. 상기 수산화알루미늄(140)의 굴절율은 1 내지 1.21 일 수 있다.
상기 수산화알루미늄층(140)은 상기 패시베이션층(120)보다 높은 투과율을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 활성층(115)에서 출사되어 상기 패시베이션층(120) 및 상기 수산화알루미늄층(140)을 통과하여 발광 소자 상부로 출사되는 빛이 패시베이션층(120) 및 상기 수산화알루미늄층(140)의 계면에서 전반사가 발생하지 않아 발광소자의 광 추출 효율을 향상 시킬 수 있다. 또한, 상기 수산화알루미늄층(140)은 플레이크(flake) 형상을 가짐으로써 상기 수산화알루미늄층(140)의 투과율이 향상되어 발광소자에서 상기 수산화알루미늄층(140)으로 출사되는 빛이 발광 소자 상부로 더 많이 출사될 수 있어 발광 소자의 광 추출 효율을 향상 시킬 수 있다.
도 2는 상기 수산화알루미늄층(140)의 표면을 SEM(Scanning Electron Microscope)으로 찍은 사진이다.
도 2에 도시된 바와 같이 수산화알루미늄층(140)의 표면은 플레이크(flake) 형상으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 수산화알루미늄층(140) 표면의 플레이크(flake) 형상으로 인해 광 탈출 원뿔(light escape cone)의 각이 증가할 수 있다. 이에 따라 상기 수산화알루미늄층(140)에서 내부 전반사되지 않고 상기 수산화알루미늄층(140) 상부로 출사되는 빛이 증가하여 발광 소자의 광 추출 효율이 증가될 수 있다.
도 3은 수산화알루미늄층의 투과율을 나타내는 도면이고, 도 4는 수산화알루미늄층의 광추출 효율을 나타내는 도면이며, 도 5는 수산화알루미늄층의 투과율을 나타내는 표이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 기판 상에 AlOOH를 증착했을 경우 모든 파장에서 투과율이 증가하는 것을 알 수 있다. 특히, 자외선(ultraviolet rays) 파장대, 예를 들면, 300 내지 380nm 파장에서 AlOOH를 증착한 기판의 투과율이 급격하게 증가하는 것을 알 수 있다.
그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 발광 소자 상에 패시베이션층으로 SiO2를 증착했을 경우와 패시베이션층으로 AlOOH/SiO2를 증착했을 경우를 비교하여 보면, 패시베이션층으로 AlOOH/SiO2을 증착했을 경우에 발광소자의 광 추출 효율이 증가하는 것을 알 수 있다.
그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 기판에 AlOOH를 증착할 경우와 유리에 AlOOH를 증착했을 경우에, 250nm 내지 650nm의 파장대에서 전체적인 투과율이 4% 내지 5% 향상된 것을 알 수 있다.
종래의 발광소자에서는 발광소자의 표면에 패시베이션층을 형성하여 발광소자를 외부로부터 보호할 수 있었다. 그러나, 패시베이션층은 공기와의 굴절율 차이 또는 낮은 투과율을 가져 내부 전반사에 의해 손실되는 광이 존재하므로 발광소자의 광 추출 효율이 저하될 수 있었다. 그러나, 실시예에 따른 발광소자에서는 패시베이션층(120) 상에 높은 투과율을 가지는 수산화알루미늄층(140)이 배치되어 패시베이션층(120)과 수산화알루미늄층(140)간의 굴절율 차이를 줄여 발광소자의 광추출 효율을 향상 시키고, 또한, 상기 수산화알루미늄층(140)에 의해 자외선 파장의 투과율이 향상되어 자외선 파장의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 6 내지 도 10은 제1실시예에 따른 발광 소자의 제조공정을 나타내는 도면이다.
먼저, 도 6과 같이, 기판(100)이 준비될 수 있다. 그리고, 상기 기판(100) 상에 제1도전형 반도체층(113), 활성층(115), 제2도전형 반도체층(117)을 포함하는 발광구조물(110)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(100)은 GaAs, 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, 및 Ga3 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
이 후, 도 7과 같이, 마스크(미도시)를 사용하여 제1도전형 반도체층(113)의 일부가 노출되도록 활성층(115) 및 제2도전형 반도체층(117)을 식각할 수 있다. 이 때, 마스크는 N, O, H, F 등을 포함하는 기체 분위기에서 부분적으로 식각될 수 있다.
이후, 도 8과 같이, 발광 구조물(110)의 측면 및 상면에 패시베이션층(120)을 형성할 수 있다. 상기 발광 구조물(110)의 측면 및 상면에 상기 패시베이션층(120)을 형성한 후, 마스크를 이용하여 제1홀(141) 및 제2홀(142)을 형성할 수 있다.
이 후, 도 9와 같이, 제1홀(141) 및 제2홀(142)에 각각 제1전극(131) 및 제2전극(132)을 형성할 수 있다. 이 때, 상기 제1전극(131) 및 상기 제2전극(132)은 상기 패시베이션층(120)의 상면보다 높게 형성될 수 있다.
이 후, 도 10과 같이, 마스크를 이용하여 상기 패시베이션층(120) 상에 알루미늄(Al)을 증착한 후, 상기 Al을 80-100도, 정제수(Deionized water: DI)에 1 내지 10분 수처리할 수 있다. 이에 따라, 상기 패시베이션층(120) 상에 증착된 알루미늄(Al)은 플레이크(flake) 형상의 AlOOH로 변환될 수 있다.
이에 따라, 상기 패시베이션층(120) 상에 투과율이 높은 플레이크(flake) 형상의 AlOOH가 포함된 수산화알루미늄층(140)이 형성되어 발광소자의 광 추출 효율을 향상 시킬 수 있다.
또한, 상기 패시베이션층(120) 상에 알루미늄(Al)을 증착한 후 정제수에 의해 수처리하면 플레이크(flake) 형상의 AlOOH가 포함된 수산화알루미늄층(140)을 형성할 수 있다.
종래의 발광소자에서는 발광소자의 표면에 패시베이션층을 형성하여 발광소자를 외부로부터 보호할 수 있었다. 그러나, 패시베이션층은 공기와의 굴절율 차이 또는 낮은 투과율을 가져 내부 전반사에 의해 손실되는 광이 존재하므로 발광소자의 광 추출 효율이 저하될 수 있었다. 그러나, 실시예에 따른 발광소자에서는 패시베이션층(120) 상에 수산화알루미늄층(140)이 배치되어 패시베이션층(120)과 수산화알루미늄층(140)간의 굴절율 차이를 줄여 발광소자의 광추출 효율을 향상 시키고, 또한, 상기 수산화알루미늄층(140)에 의해 자외선 파장의 투과율이 향상되어 자외선 파장의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 11은 제2실시예에 관한 발광 소자의 단면도이다. 제2실시예에 따른 발광소자는 기판(100), 제1도전형 반도체층(113), 활성층(115), 제2도전형 반도체층(117), 발광 구조물(110), 제1전극(131), 제2전극(132), 제1패시베이션층(150), 제2패시베이션층(160) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 11의 제2실시예에 따른 발광 소자에서는 도 1에 도시된 제1실시예에 따른 발광 소자에서 기설명한 내용을 채택할 수 있고, 하기에서는 제2실시예의 주된 특징에 대해서 기술하기로 한다.
제1패시베이션층(150)은 Al2O3를 포함할 수 있다. 상기 제1패시베이션층(150) 상에 제2패시베이션층(160)이 배치될 수 있다. 상기 제2패시베이션층(160)은 AlOOH를 포함할 수 있다.
상기 제2패시베이션층(160)은 높은 투과율을 가질 수 있어 발광 소자의 광 추출 효율을 향상 시킬 수 있다.
상기 제1패시베이션층(150)과 상기 제2패시베이션층(160)은 다음과 같이 형성할 수 있다. 먼저, 발광 구조물 상에 Al2O3를 형성한 후, 상기 Al2O3가 수처리에 의해 분해되어 Al2O3의 표면이 AlOOH로 변환될 수 있다. 예를 들어, Al2O3 의 수처리에 의한 분해식은 Al2O3 + H2O->2AlOOH 일 수 있다.
이에 따라, 발광 구조물(110) 상에 제1패시베이션층(150)과 상기 제1패시베이션층(150) 상에 제2패시베이션층(160)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 높은 투과율을 가지는 제2패시베이션층(160)이 형성될 수 있어 발광 소자의 광 추출 효율이 향상 될 수 있다.
한편, 실시 예에 따른 발광소자 패키지는 광원 장치에 적용될 수 있다.
또한, 광원 장치는 산업 분야에 따라 표시 장치, 조명 장치, 헤드 램프 등을 포함할 수 있다.
광원 장치의 예로, 표시 장치는 바텀 커버와, 바텀 커버 위에 배치되는 반사판과, 광을 방출하며 발광 소자를 포함하는 발광 모듈과, 반사판의 전방에 배치되며 발광 모듈에서 발산되는 빛을 전방으로 안내하는 도광판과, 도광판의 전방에 배치되는 프리즘 시트들을 포함하는 광학 시트와, 광학 시트 전방에 배치되는 디스플레이 패널과, 디스플레이 패널과 연결되고 디스플레이 패널에 화상 신호를 공급하는 화상 신호 출력 회로와, 디스플레이 패널의 전방에 배치되는 컬러 필터를 포함할 수 있다. 여기서 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판, 및 광학 시트는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 이룰 수 있다. 또한, 표시 장치는 컬러 필터를 포함하지 않고, 적색(Red), 녹색(Gren), 청색(Blue) 광을 방출하는 발광 소자가 각각 배치되는 구조를 이룰 수도 있다.
광원 장치의 또 다른 예로, 헤드 램프는 기판 상에 배치되는 발광소자 패키지를 포함하는 발광 모듈, 발광 모듈로부터 조사되는 빛을 일정 방향, 예컨대, 전방으로 반사시키는 리플렉터(reflector), 리플렉터에 의하여 반사되는 빛을 전방으로 굴절시키는 렌즈, 및 리플렉터에 의하여 반사되어 렌즈로 향하는 빛의 일부분을 차단 또는 반사하여 설계자가 원하는 배광 패턴을 이루도록 하는 쉐이드(shade)를 포함할 수 있다.
광원 장치의 다른 예인 조명 장치는 커버, 광원 모듈, 방열체, 전원 제공부, 내부 케이스, 소켓을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 광원 장치는 부재와 홀더 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 광원 모듈은 실시 예에 따른 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시 예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시 예를 한정하는 것이 아니며, 실시 예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 특허청구범위에서 설정하는 실시 예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 기판 113: 제1도전형 반도체층 115: 활성층 117: 제2도전형 반도체층
110: 발광 구조물 120: 패시베이션층 131: 제1전극 132: 제2전극
140: 수산화알루미늄층

Claims (7)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 제1도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층 상에 배치되는 제2도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 제1도전형 반도체층 상에 배치되며 상기 제1도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1전극;
    상기 제2도전형 반도체층 상에 배치되며 상기 제2도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2전극;
    상기 발광 구조물의 측면 및 상면, 상기 제1전극 및 상기 제2전극을 둘러싸며 배치되는 패시베이션층; 및
    상기 패시베이션층 상에 배치되며 상기 제1전극 및 상기 제2전극을 둘러싸며 배치되는 수산화알루미늄층을 포함하고,
    상기 수산화알루미늄층은 플레이크(flake) 형상을 포함하는 발광 소자.
  2. 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 제1도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층 상에 배치되는 제2도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 제1도전형 반도체층 상에 배치되며 상기 제1도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1전극;
    상기 제2도전형 반도체층 상에 배치되며 상기 제2도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2전극;
    상기 발광 구조물의 측면 및 상면, 상기 제1전극 및 상기 제2전극을 둘러싸며 배치되는 패시베이션층; 및
    상기 패시베이션층 상에 배치되며 상기 제1전극 및 상기 제2전극을 둘러싸며 배치되는 수산화알루미늄층을 포함하고,
    상기 수산화알루미늄층은 플레이크(flake) 형상을 포함하며,
    상기 수산화알루미늄층은 AlOOH를 포함하는 발광 소자.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 수산화알루미늄층의 두께는 100nm 내지 130nm이고,
    상기 수산화알루미늄층은 상기 패시베이션층보다 높은 투과율을 가지며,
    상기 수산화알루미늄층의 굴절률은 1 내지 1.21인 발광 소자.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1전극 및 상기 제2전극은 상기 패시베이션층 및 상기 수산화알루미늄층을 관통하고,
    상기 제1전극 및 상기 제2전극 각각의 상면은 상기 수산화알루미늄층의 상면과 동일한 평면 상에 배치되는 발광 소자.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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