KR20060079737A - 질화물 반도체 발광소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 질화물 반도체 발광소자에 관한 것으로서, 광투과성 기판 상에 순차적으로 형성된 제1 도전형 질화물 반도체층, 활성층 및, 제2 도전형 질화물 반도체층을 포함한 질화물 발광소자에 있어서, 상기 질화물 반도체 발광소자의 적어도 일면에 형성된, 광투과율이 50%이상인 절연성 물질로 이루어지며, 그 외부면에 광을 산란시키기 위한 요철패턴이 형성된 절연성 광산란층을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자를 제공한다. 또한, 본 발명은 상기한 절연성 광산란층이 적어도 사파이어기판의 하면에 형성된 질화물 반도체 소자를 포함한 플립칩 발광소자를 제공한다.
질화물 반도체 발광소자(nitride based semiconductor light emitting diode), 광추출효율(light extraction efficiency)

Description

질화물 반도체 발광소자{NITRIDE BASED SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
도1a 및 도1b는 각각 종래의 질화물 반도체 발광소자 및 플립칩 질화물 반도체 발광장치의 측단면도이다.
도2a 및 도2b는 각각 본 발명의 제1 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자 및 플립칩 질화물 반도체 발광소자의 측단면도이다.
도2c는 도2b의 플립칩 질화물 반도체 발광소자의 일부 상세도이다.
도3은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자의 측단면도이다.
도4는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자의 측단면도이다.
도5는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자의 측단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
11,31,51,61,71: 사파이어 기판 21,41: 패키지 기판
12,32,52,62,72: 버퍼층 22a,42a: 제1 도전라인
22b,42b: 제2 도전라인 14,34,54,64,74: 제1 도전형 클래드층
15,35,55,65,75: 활성층 16,36,56,66,76: 제2 도전형 클래드층
37,57,67,77: 절연성 광산란층 68,78: 반사 메탈층
본 발명은 질화물 반도체 발광소자에 관한 것으로서, 특히 광추출효율을 향상시킨 질화물 반도체 발광소자 및 플립칩 질화물 반도체 발광소자에 관한 것이다.
최근에 질화물 반도체 발광소자는 청색 또는 녹색 등의 단파장광을 포함한 넓은 파장대역의 광을 생성할 수 있는 고출력 광소자로서, 관련 기술분야에서 크게 각광을 받고 있다. 상기 질화물 반도체 발광소자는 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 단결정으로 이루어진다.
일반적으로, 질화물 반도체 발광소자의 광효율은 내부양자효율(internal quantum efficiedncy)과 광추출효율(light extraction efficiency, 또는 외부양자효율이라고도 함)에 의해 결정된다. 특히, 광추출효율은 발광소자의 광학적 인자, 즉 각 구조물의 굴절률 및/또는 계면의 평활도(flatness) 등에 의해 결정된다.
이러한 광추출효율측면에서 질화물 반도체 발광소자는 근본적인 제한사항을 가지고 있다. 즉, 반도체 발광소자를 구성하는 반도체층은 외부대기나 기판에 비해 큰 굴절률을 가지므로, 빛의 방출가능한 입사각범위를 결정하는 임계각이 작아지고, 그 결과, 활성층으로부터 발생된 광의 상당부분은 내부전반사되어 실질적으로 원하지 않는 방향으로 전파되거나 전반사과정에서 손실되어 광추출효율이 낮을 수 밖에 없다.
보다 구체적으로, 질화물계 반도체 발광소자에서, GaN의 굴절률은 2.4이므로, 활성층에서 발생된 광은 GaN/대기계면에서의 임계각인 23.6°보다 클 경우에 내부전반사를 일으키면서 측면방향으로 진행되어 손실되거나 원하는 방향으로 방출되지 못하여, 광추출효율은 6%에 불과하고, 이와 유사하게 사파이어기판은 1.78이므로, 사파이어기판/대기계면에서의 광추출효율은 낮다는 문제가 있다.
이러한 광추출효율의 문제점을 개선하기 위해서, 일본특허공개공보 2002-368263호(공개일자: 2002.12.20일, 출원인: 도요타 고세이 가부시키가이샤)에서는, 도1a와 같이 기판의 하면을 거친 면으로 형성한 플립칩 질화물 발광소자를 제안하고 있다.
도1a을 참조하면, 상기 문헌에 따른 질화물 반도체 발광소자(10)는, 사파이어 기판(11)과 그 사파이어 기판(11) 상에 순차적으로 형성된 제1 도전형 질화물 반도체층(14), 활성층(15) 및 제2 도전형 질화물 반도체층(16)을 포함한다. 또한, 상기 사파이어기판 상면에 질화물 반도체층의 결정성을 향상시키기 위한 버퍼층 (12)이 형성되며, 상기 질화물 반도체 발광소자(10)는 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(14)과 상기 제2 도전형 질화물 반도체층(16)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(19a,19b)을 포함한다. 여기서, 사파이어기판(11)의 하면을 에칭공정으로 거칠게 형성하여 광산란면으로 제공한다.
또한, 도1b와 같이, 이러한 질화물 반도체 발광소자(10)는 제1 및 제2 도전라인(22a,22b)을 갖는 패키지기판(21)에 탑재되고, 각 전극(19a,19b)과 상기 제1 및 제2 도전라인(22a,22b)을 솔더링과 같은 접속수단(S)으로 연결시킴으로써 플립칩 질화물 반도체 발광소자(20)로 제조될 수 있다. 이 경우에, 광산란면인 사파이어기판(11)의 하면(11a)은 광방출면으로 제공된다. 활성층(15)으로부터 생성된 광은 하면에서 반사되어 광방출면(11a)으로 향하거나(a) 직접 광방출면(11a)으로 향하고(b), 도달된 광은 상기 사파이어기판(11)의 거친 하면에서 산란되거나, 미세한 요철패턴으로 인해 큰 임계각이 제공되어 효과적으로 빛을 방출시킬 수 있다.
하지만, 일반적으로 질화물 성장에 사용되는 기판은 높은 경도를 갖는 사파이어기판이며, 거친 표면, 즉 미세한 요철패턴을 형성하는 가공공정이 용이하지 않으며, 가공제어가 어려워 원하는 요철패턴을 형성하기 어렵다는 문제가 있다.
또한, 상기한 요철패턴형성공정은 연마제를 이용한 기계적 화학적 공정이나, 화학적 에칭공정을 이용하므로, 질화물 반도체영역에 적용하기에는 여러가지 어려운 점이 있으므로, 주로 사파이어기판에 적용되며, 이러한 이유로 인해 일반적으로 플립칩구조에 적용될 수 있는 기술로서 그 적용범위가 극히 제한되는 문제가 있다.
본 발명은 상술된 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 발광소자의 적어도 한 면에 형성된 광투과성을 갖는 절연물질층을 이용하여 요철패턴을 갖는 절연성 광산란층을 형성하는 질화물 반도체 발광소자 및 플립칩 발광소자를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은
광투과성 기판 상에 순차적으로 형성된 제1 도전형 질화물 반도체층, 활성층 및, 제2 도전형 질화물 반도체층을 포함한 질화물 발광소자에 있어서, 상기 질화물 반도체 발광소자의 적어도 일면에 형성된, 광투과율이 50%이상인 절연성 물질로 이루어지며, 그 외부면에 광을 산란시키기 위한 요철패턴이 형성된 절연성 광산란층을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.
바람직하게는, 상기 절연성 광산란층은 광투과율이 70%이상이며, 상기 절연성 광산란층은 높은 광투과율을 갖는 폴리머계열의 물질일 수 있다. 이와 달리, 상기 절연성 광산란층은, SiO2, SiNx, SiC, SnO2, TiO2, ZrO2 , MgO 및 ZnO으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 절연성 광산란층의 요철패턴 주기는 약 0.001∼1㎛범위인 것이 바람직하며, 일정한 형상과 주기를 갖는 규칙적인 패턴일 수 있다.
본 발명의 제1 실시형태에서는, 상기 절연성 광산란층은 적어도 상기 광투과성 기판의 하면에 형성된다. 이 경우에, 상기 절연성 광산란층을 상기 광투과성 기판보다 낮은 굴절율을 갖는 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 실시형태에서는, 상기 절연성 광산란층은 상기 광투광성 기판과 대향하는 상기 질화물 발광소자의 상면에 형성된다. 이 경우에, 바람직하게는 상기 절연성 광산란층은 상기 질화물 발광소자의 상면으로부터 그 측면의 적어도 일부까지 연장되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 절연성 광산란층을 상기 제1 및 제2 도전형 질화물 반도체층보다 낮은 굴절율을 갖는 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제3 실시형태에서는, 상기 질화물 반도체 발광소자 중 광 방출면을 제외한 적어도 일면에 형성된 반사메탈층을 더 포함할 수 있다. 여기서 상기 반사메탈층은 상기 절연성 광산란층 상에 형성될 수 있다. 본 실시형태에서, 상기 반사 메탈층은 적어도 90%의 반사율을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 반사 메탈층을 구성하는 물질은 Ag, Al, Rh, Ru, Pt, Au, Cu, Pd, Cr, Ni, Co, Ti, In 및 Mo으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종의 금속층 또는 합금층으로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 금속층과 합금층은 적어도 하나의 층으로 구성될 수 있다.
본 발명의 제4 실시형태에서는, 상기 광투광성 기판은 그 측단의 적어도 일부가 경사면으로 이루어지며, 상기 절연성 광산란층은 적어도 상기 광투과성 기판의 하면과 그 경사면에 형성될 수 있다. 바람직하게, 상기 절연성 광산란층은 상기 광투과성 기판보다 낮은 굴절율을 갖는 물질로 형성된다.
또한, 본 발명은 플립칩 질화물 반도체 발광소자를 제공한다. 상기 플립칩 발광소자는, 광투과성 기판 상에 순차적으로 형성된 제1 도전형 질화물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 질화물 반도체층과, 상기 제1 및 제2 도전형 질화물 반도체층에 각각 접속된 제1 및 제2 전극을 갖는 질화물 발광소자와, 상기 제1 및 제2 전극에 각각 연결된 제1 및 제2 도전라인을 갖는 패키지 기판과, 상기 광투과성 기판의 적어도 하면에 형성된, 광투과율이 50%이상인 절연성 물질로 이루어지며, 그 외부면에 광을 산란시키기 위한 요철패턴이 형성된 절연성 광산란층을 포함한다.
본 발명은 종래와 같이 요철패턴을 경도가 높은 사파이어기판에 직접 형성하거나, 다른 질화물 반도체영역에 직접 형성하는 것이 아니라, 발광소자의 적어도 일면에 광투과성을 갖는 절연물질을 증착한 후에 그 절연층에 요철패턴을 형성함으로써 광추출효율을 향상시킬 수 있는 광산란층을 제공할 수 있다. 또한, 이러한 절연성 광산란층을 보호막으로서 작용할 수 있는 절연층이므로, 전극형성위치 외의 모든 면영역에 비교적 자유롭게 형성할 수 있다. 따라서, 플립칩구조 외에도 질화물층 상면이 광방출면으로 제공되는 다른 구조에서도 유익하게 적용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시형태를 보다 상세히 설명한다.
도2a는 각각 본 발명의 제1 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자의 측단면도이다. 도2a에 도시된 질화물 반도체 발광소자는 도2b와 같은 플립칩 발광소자에 채용되는 형태로 이해될 수 있다.
도2a을 참조하면, 본 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자(30)는, 사파이어 기판(31)과 그 사파이어 기판(31) 상에 순차적으로 형성된 제1 도전형 질화물 반도체층(34), 활성층(35) 및 제2 도전형 질화물 반도체층(36)을 포함한다. 상기 사파이어기판(31) 상면에 격자부정합을 완화하기 위해서 버퍼층(32)이 형성될 수 있다.
상기 질화물 반도체 발광소자(30)는 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(34)과 상기 제2 도전형 질화물 반도체층(36)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(39a,39b)을 포함한다.
본 실시형태에서는, 상기 사파이어기판(31)의 하면에 절연성 광산란층(37)이 형성된다. 상기 절연성 광산란층(37)은 광투과율이 50%이상인 절연성 물질로 이루어지며, 바람직하게는 70%이상인 절연성물질로 이루어진다. 또한, 상기 절연성 광산란층(37)은 그 외부면에 광을 산란시키기 위한 미세한 요철패턴이 형성된다. 미세한 요철패턴은 포토리소그래피공정 또는 금속성 마스크를 이용한 에칭공정을 통해 용이하게 형성할 수 있다. 상기 요철패턴은 발광파장에 따라 다양한 크기와 주 기로 형성될 수 있으며 규칙적으로 또는 불규칙적으로 형성될 수 있다. 다만, 청녹색의 단파장광을 방출하는 경우에, 상기 요철패턴의 주기는 0.001∼1㎛범위로 형성하는 것이 바람직하며, 일정한 주기와 패턴으로 형성될 수 있다.
상기 절연성 광산란층(37)은 사파이어기판과 밀착성이 우수하고, 광투과성이 보장되는 절연물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 높은 광투과율을 갖는 폴리머계열이거나, SiO2, SiNx, SiC, SnO2, TiO2, ZrO2, MgO 및 ZnO으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질일 수 있다. 다만, 폴리머계열로 형성하는 경우에는 소자 작동시에 발생되는 열로 인해 변형되지 않아야 하므로, 약 150℃이상의 온도에서 내열성을 갖는 폴리머물질로 선택하는 것이 바람직하다. 이러한 폴리머물질로는 에폭시수지, 실리콘수지 및 PMMA수지가 있을 수 있다.
가장 바람직하게는, 통상의 반도체공정에서 사용되는 SiO2 또는 SiNx을 사용한다. SiO2 또는 SiNx는 통상의 반도체공정을 적용하여 증착공정과 요철패턴 형성공정을 보다 쉽게 형성할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 상기 절연성 광산란층(37)은 사파이어기판(31)보다 낮은 굴절율을 갖는 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 절연성 산란층(37)을 SiO2( 굴절율:1.47)로 형성할 경우에, 이는 사파이어기판(31)의 굴절율(1.78)과 외부공기의 굴절율(1.0)의 중간정도가 되므로, 도2c와 같이, 직접 사파이어기판(31)에서 외부로 방출될 때보다 상기 절연성 광산란층을 통해 높은 임계각(θC)을 갖게 된다.
따라서, 본 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자에서는 임계각보다 클 경우에 발생되는 내부전반사되는 광량을 감소되어 실제 방출되는 광량을 증가되고, 결과적으로 광추출효율을 보다 크게 향상시킬 수 있다.
본 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자는 도2b에 도시된 플립칩구조에 적용되는 형태로서, 상기 절연성 광산란층이 형성된 사파이어기판의 하면이 광방출면이 된다. 도2a에 도시된 질화물 반도체 발광소자(30)는 제1 및 제2 도전라인(42a,42b)을 갖는 패키지기판(41)에 탑재되고, 각 전극(39a,39b)과 상기 제1 및 제2 도전라인(42a,42b)을 솔더링과 같은 접속수단(S)으로 연결시킴으로써 도2b에 도시된 플립칩 질화물 반도체 발광소자(40)로 제조될 수 있다.
도2b에 도시된 바와 같이, 상기 활성층(35)으로부터 생성된 광은 하면에서 반사되어 광방출면으로 향하거나(a), 직접 광방출면으로 향하고(b), 도달된 광은 상기 사파이어기판(31)의 거친 하면에서 산란되거나, 미세한 요철패턴으로 인해 큰 임계각이 제공되어 효과적으로 빛을 방출시킬 수 있다.
도3은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자의 측단면도이다.
도3a을 참조하면, 본 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자(50)는, 사파이어 기판(51)과, 버퍼층(52)이 형성된 사파이어 기판(51) 상에 순차적으로 형성된 제1 도전형 질화물 반도체층(54), 활성층(55) 및 제2 도전형 질화물 반도체층(56) 을 포함한다. 또한, 상기 질화물 반도체 발광소자(50)는 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(54)과 상기 제2 도전형 질화물 반도체층(56)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(59a,59b)을 포함한다.
본 실시형태에서는, 상기 절연성 광산란층(57)은 상기 사파이어 기판(51)과대향하는 상기 질화물 발광소자(50)의 상면에 형성되어 소자(50)의 일부측면의 연장된다. 상기 절연성 광산란층(57)가 형성된 소자 측면부는 웨이퍼 레벨공정에서 메사에칭후에 노출되는 측면영역(C-C'의 상부)으로서, 통상의 공정을 변경하지 않고, 절연물질이 증착될 수 있는 영역이다. 하지만, 공정을 변경함으로써 보다 넓은 측면영역까지 광산란층을 형성할 수 있다.
상기 절연성 광산란층(57)은 도2a 내지 도2c에서 설명된 바와 같이, 광투과성을 갖는 절연물질로 형성될 수 있다. 다만, 상기 제1 및 제2 도전형 질화물 반도체층(54,56)보다 낮은 굴절율을 갖는 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 일반적으로, GaN층의 굴절율 2.74이므로, 사파이어 기판에 형성되는 광산란층에서 고려되는 굴절율범위보다 넓은 조건에서 선택될 수 있다.
본 실시형태는 질화물 반도체 소자(50)의 상면이 광방출면이 되는 형태로서, 활성층(55)으로부터 생성된 광은 a로 표시된 바와 같이 상면에 형성된 절연성 광산란층(57a)을 통해 산란되고, b로 표시된 바와 같이 측면에 형성된 절연성 광산란층(57b)에 의해 산란되어, 광추출효율을 효과적으로 높힐 수 있다.
도4는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자(60)의 측단면 도이다.
도4를 참조하면, 본 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자(60)는, 사파이어 기판(61)과, 버퍼층(62)이 형성된 사파이어 기판(61) 상에 순차적으로 형성된 제1 도전형 질화물 반도체층(64), 활성층(65) 및 제2 도전형 질화물 반도체층(66)을 포함한다. 또한, 상기 질화물 반도체 발광소자(60)는 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(64)과 상기 제2 도전형 질화물 반도체층(66)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(69a,69b)을 포함한다.
본 실시형태에서, 상기 절연성 광산란층(67)은 도2a와 같이 상기 사파이어 기판(61)의 하면에 형성되며, 상기 절연성 광산란층(67)에 대한 구체적인 설명은 도2a의 관련 설명이 참조될 수 있다. 다만, 상기 절연성 광산란층(67)의 요철패턴이 형성된 면에 추가적으로 반사 메탈층(68)이 형성된다는 점이 상이하다. .
종래의 반사메탈층은 광방출측과 반대인 사파이어기판(61)의 하면 또는 질화물 반도체 소자(60)의 상면에 직접 형성되어 사용하였으나, 본 발명에서는 반사메탈층(68)이 절연성 광산란층(67) 상에 형성되는 것을 특징으로 한다.
이 경우에, 반사메탈층(68)은 요철이 형성된 면에 형성되므로, 그 반사면적이 증가될 뿐만 아니라, 광산란효과와 결합되어 광방출효과를 증대시킨다. 보다 구체적으로, a로 표시된 바와 같이 사파이어기판(61) 하면을 향하는 빛은 절연성 광산란층(67)에 의해 반사메탈층 표면까지 보다 많은 양으로 도달되며, 원하는 광방출방향인 상면을 향할 수 있다.
광방출방향으로 향하는 빛은 굴절율이 높은 사파이어기판(61)측으로 진행하 여 낮은 임계각에 의해 반사메탈층(68)으로 다시 반사될 수 있으나, 반사메탈층(68)은 높은 반사율에 의해 상부를 향하여 진행될 수 있도록 반사될 수 있다. 이와 같이, 상기 절연성 광산란층(67)의 광산란효과와 반사메탈층(68)의 고반사성이 결합되어 보다 향상된 광추출효과를 기대할 수 있다.
이러한 광추출효과의 향상을 위해서, 바람직하게 상기 반사메탈층(68)은 90%이상의 반사율을 갖는 금속이 바람직하다. 적절한 반사메탈층(68)으로는 Ag, Al, Rh, Ru, Pt, Au, Cu, Pd, Cr, Ni, Co, Ti, In 및 Mo으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종의 금속층 또는 합금층이 있을 수 있으며, 바람직하게는 높은 반사율을 갖는 Ag, Al 및 그 합금이 사용될 수 있다
본 실시형태는 상기 반사메탈층(68)은 상기 절연성 광산란층(67) 상에 형성된 발광소자를 예시하고 있으나, 상기 반사메탈층의 형성위치는 이에 한정되지 않는다. 즉, 상기 반사메탈층은 광방출면이 아닌 발광소자의 적어도 일면에 형성될 수 있으므로, 상기 절연성 산란층이 형성되지 않는 면에 형성될 수도 있다.
도5는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자의 측단면도이다.
도5를 참조하면, 본 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자(70)는, 사파이어 기판(71)과, 버퍼층(72)이 형성된 사파이어 기판(71) 상에 순차적으로 형성된 제1 도전형 질화물 반도체층(74), 활성층(75) 및 제2 도전형 질화물 반도체층(76)을 포함한다. 또한, 상기 질화물 반도체 발광소자(70)는 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(74)과 상기 제2 도전형 질화물 반도체층(76)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(79a,79b)을 포함한다.
본 실시형태에서, 사파이어기판(71)은 그 하면의 측단 중 적어도 일부가 경사면으로 이루어지며, 절연성 광산란층(77)은 상기 사파이어 기판(71)의 하면과 그 경사면(71a)에 형성될 수 있다. 또한, 상기 절연성 광산란층(77)의 요철패턴이 형성된 면에 추가적으로 반사 메탈층(78)이 형성된다. 사파이어기판(71) 구조가 전체적으로 오목렌즈와 같은 구조를 갖게 되므로, 소자(70)의 상면을 향해 광추출효과를 높힐 뿐만 아니라, 도4의 구조에서 기대하기 어려운 광 포커싱효과를 기대할 수 있다. 도5에 도시된 바와 같이, a로 표시된 하부로 향하는 광은 도4에서 설명된 바와 유사하게 상부로 향하게 되지만, b로 표시된 경사면을 향하는 광은 수직인 상부가 아닌 소자 상면의 중심을 향해 진행하는 경향을 갖는다. 이와 같이, 본 실시형태에서는, 광집중도를 향상시켜 원하는 영역에서 휘도를 보다 높힐 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
상기한 실시형태에서는 질화물 성장용 기판으로 주로 사용되는 사파이어기판 을 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 광투과성 기판이라면 본 발명의 절연성 광산란층이 적용될 수 있다. 예를 들어, SiC 또는 실리콘기판과 같은 다른 이종기판과, InN 또는 GaN과 같은 동종기판도 사용될 수 있다.
또한, 각 실시형태는 독립된 별개의 실시형태일 수도 있으나, 광방출방향이 동일한 범위에서 서로 결합되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 도3에 설명된 소자 상면에 형성된 절연성 광산란층 상에 도4 및 도5에서 설명된 반사메탈층을 결합하여 플립칩에 적용될 수 있는 발광소자를 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 발광소자의 적어도 일면에 광투과성을 갖는 절연물질을 증착한 후에 그 절연층에 요철패턴을 형성함으로써 광추출효율을 향상시킬 수 있는 광산란층을 보다 용이하게 제공할 수 있다. 또한, 이러한 절연성 광산란층은 보호막으로서 작용할 수 있는 절연층이므로 소자의 특성을 저해하지 않을 뿐만 아니라, 전극형성위치 외의 모든 면영역에 비교적 자유롭게 형성할 수 있다. 따라서, 플립칩구조 외에도 질화물층 상면이 광방출면으로 제공되는 다른 구조에서도 유익하게 적용될 수 있다.

Claims (23)

  1. 광투과성 기판 상에 순차적으로 형성된 제1 도전형 질화물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 질화물 반도체층을 포함한 질화물 발광소자에 있어서,
    상기 질화물 반도체 발광소자의 적어도 일면에 형성된, 광투과율이 50%이상인 절연성 물질로 이루어지며, 그 외부면에 광을 산란시키기 위한 요철패턴이 형성된 절연성 광산란층을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연성 광산란층은 광투과율이 70%이상인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 절연성 광산란층은 폴리머 물질인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연성 광산란층은 SiO2, SiNx, SiC, SnO2, TiO2, ZrO 2, MgO 및 ZnO으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절연성 광산란층의 요철패턴의 주기는 약 0.001∼1㎛범위인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 절연성 광산란층은 적어도 상기 광투과성 기판의 하면에 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 절연성 광산란층은 상기 광투과성 기판보다 낮은 굴절율을 갖는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 절연성 광산란층은 상기 광투광성 기판과 대향하는 상기 질화물 발광소자의 상면에 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 절연성 광산란층은 상기 질화물 발광소자의 상면으로부터 그 측면의 적 어도 일부까지 연장되어 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 절연성 광산란층은 상기 제1 및 제2 도전형 질화물 반도체층보다 낮은 굴절율을 갖는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 질화물 반도체 발광소자 중 광 방출면을 제외한 적어도 일면에 형성된 반사메탈층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 반사 메탈층은 상기 절연성 광산란층 상에 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 반사 메탈층은 적어도 90%의 반사율을 갖는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 반사 메탈층은 Ag, Al, Rh, Ru, Pt, Au, Cu, Pd, Cr, Ni, Co, Ti, In 및 Mo으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종의 금속층 또는 그 합금층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 광투광성 기판은 그 측단의 적어도 일부가 경사면으로 이루어지며,
    상기 절연성 광산란층은 적어도 상기 광투과성 기판의 하면과 그 경사면에 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 절연성 광산란층은 상기 광투과성 기판보다 낮은 굴절율을 갖는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  17. 광투과성 기판 상에 순차적으로 형성된 제1 도전형 질화물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 질화물 반도체층과, 상기 제1 및 제2 도전형 질화물 반도체층에 각각 접속된 제1 및 제2 전극을 갖는 질화물 발광소자;
    상기 제1 및 제2 전극에 각각 연결된 제1 및 제2 도전라인을 갖는 패키지 기판; 및,
    상기 광투과성 기판의 적어도 하면에 형성된, 광투과율이 50%이상인 절연성 물질로 이루어지며, 그 외부면에 광을 산란시키기 위한 요철패턴이 형성된 절연성 광산란층을 포함하는 것을 특징으로 하는 플립칩 질화물 반도체 발광소자.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 절연성 광산란층은 상기 광투과성 기판보다 낮은 굴절율을 갖는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 플립칩 질화물 반도체 발광소자.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 절연성 광산란층은 폴리머 물질인 것을 특징으로 하는 플립칩 질화물 반도체 발광소자.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 절연성 광산란층은 SiO2, SiNx, SiC 및 ZnO으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 플립칩 질화물 반도체 발광소자.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 절연성 광산란층의 요철패턴 주기는 약 0.1∼1㎛범위인 것을 특징으로 하는 플립칩 질화물 반도체 발광소자.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 질화물 반도체 발광소자 중 광 방출면을 제외한 적어도 일면에 형성된 반사메탈층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플립칩 질화물 반도체 발광소자.
  23. 제17항에 있어서,
    상기 반사 메탈층은 상기 절연성 광산란층 상에 형성된 것을 특징으로 하는 플립칩 질화물 반도체 발광소자.
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