KR20100101772A - 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광 소자에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광 소자는 도전성 기판; 상기 도전성 기판 상에 배치된 반사층; 상기 도전성 기판 상의 주변부에 배치된 에칭 보호층; 및 상기 에칭 보호층이 부분적으로 노출되도록 상기 반사층 및 에칭 보호층 상에 형성된 발광 반도체층을 포함한다.
발광 소자
Description
본 발명은 발광 소자에 관한 것이다.
발광 소자의 예로써 발광 다이오드가 많이 사용되고 있다.
발광 다이오드는 제1 도전형의 반도체층과, 활성층과, 제2 도전형의 반도체층을 포함하는 발광 반도체층이 적층되어 인가되는 전원에 따라 상기 발광 반도체층에서 빛이 발생된다.
발광 다이오드는 사파이어와 같은 성장 기판 상에 에피층으로 상기 발광 반도체층을 형성한 후, 상기 발광 반도체층 상에 반사층을 형성한다. 그리고, 상기 반사층 상에 도전성 기판을 형성한 후, 상기 성장 기판을 제거하는 공정을 통해 수직형 구조를 갖는 발광 다이오드를 제작한다.
실시예는 새로운 구조의 발광 소자를 제공한다.
실시예는 광 효율이 향상된 발광 소자를 제공한다.
실시예에 따른 발광 소자는 도전성 기판; 상기 도전성 기판 상에 배치된 반사층; 상기 도전성 기판 상의 주변부에 배치된 에칭 보호층; 및 상기 에칭 보호층이 부분적으로 노출되도록 상기 반사층 및 에칭 보호층 상에 형성된 발광 반도체층을 포함한다.
실시예는 새로운 구조의 발광 소자를 제공할 수 있다.
실시예는 광 효율이 향상된 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1 내지 도 6은 실시예에 따른 발광 소자 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 성장 기판(1) 상에 버퍼층을 포함하는 비전도성 반도체층(2)을 형성하고, 상기 비전도성 반도체층(2) 상에 제1 도전형의 반도체층(3), 활성층(4) 및 제2 도전형의 반도체층(5)을 포함하는 발광 반도체층(6)을 형성한다.
예를 들어, 상기 성장 기판(1)은 사파이어(Al2O3), Si, SiC, GaAs, ZnO, MgO 등 다양한 기판이 사용될 수 있고, 상기 비전도성 반도체층(2)은 Un-doped GaN층으로 형성될 수 있으며, 상기 발광 반도체층(6)은 질화물계 반도체층으로 형성될 수 있다.
상기 제2 도전형의 반도체층(5) 상의 주변부에는 에칭 보호층(7)을 형성한다.
상기 에칭 보호층(7)은 발광 소자를 칩 단위로 분리를 위한 아이솔레이션 에칭(Isolation etching)시 금속 물질이 상기 제1 도전형의 반도체층(3), 활성층(4) 및 제2 도전형의 반도체층(5)으로 튀면서 전기적 단락이 일어나는 것을 방지한다.
상기 에칭 보호층(7)은 서로 다른 굴절률을 가진 두 매질을 교대로 적층하여 형성함으로써, 상기 활성층(4)에서 방출된 빛이 효과적으로 반사되도록 하여 발광 소자의 광 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 에칭 보호층(7)에 대해서는 아래에서 상세히 설명하도록 한다.
도 2를 참조하면, 상기 제2 도전형의 반도체층(5) 상에 반사층(8)을 형성한다.
상기 반사층(8)은 광 반사도가 높은 Ag, Al, Ag-Pd-Cu, 또는 Ag-Cu 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
비록 도시되지는 않았으나, 상기 제2 도전형의 반도체층(5) 상에 오믹 접합을 위한 오믹 접촉층과, 상기 오믹 접촉층 상에 접착층이 형성될 수 있으며, 상기 접착층 상에 상기 반사층(8)이 형성될 수도 있다.
예를 들어, 상기 오믹 접촉층은 ITO(Indium-Tin-Oxide)로 형성될 수 있으며, 상기 오믹 접촉층은 상기 제2 도전형의 반도체층(5)과 오믹 접합을 형성하는 물질이 사용된다.
예를 들어, 상기 접착층은 AZO(Aluminum-Zinc-Oxide) 또는 IZO(Indium-Zinc-Oxide)로 형성되며, 옥사이드 계열의 물질을 사용함으로써 광 투과성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 접착층으로 AZO 또는 IZO을 사용하는 경우, 상기 접착층을 두껍게 형성할 수 있으므로, 반사층(8)으로 사용되는 물질이 발광 반도체층으로 확산되는 것을 방지할 수 있는 장점을 갖는다.
상기 반사층(8)으로 사용되는 재질에 따라 상기 오믹 접촉층 및 접착층은 선택적으로 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 반사층(8) 상에는 씨드층(9)이 형성된다. 상기 씨드층(9)은 Au, Cu, Mo, Pt, 또는 W 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 씨드층(9) 상에는 도전성 기판(10)이 형성된다. 예를 들어, 상기 도전성 기판(10)은 상기 씨드층(9) 상에 구리(Cu)를 도금하여 형성할 수 있다.
다른 예로서, 상기 반사층(8) 상에 상기 씨드층(9)을 형성하는 대신, 상기 반사층(8) 상에 본딩층(미도시)을 형성한 후, 상기 도전성 기판(10)을 본딩할 수 있으며, 이때, 상기 도전성 기판은 Ti, Cu, Cr, Ni, Al, Pt, Au, W, Mo, 또는 불순물이 주입된 반도체 기판 중 적어도 어느 하나가 포함될 수 있다.
도 4를 참조하면, 도 3의 구조에서 상기 성장 기판(1)은 레이저 빔을 통해 제거한다. 이때, 상기 비전도성 반도체층(2)도 제거할 수 있다. 실시예에서는 상기 성장 기판(1)만 제거한 것이 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 상기 발광 소자를 칩 단위로 분리하기 위한 아이솔레이션 에칭을 한다. 아이솔레이션 에칭은 ICP(Induced Coupled Plasma) 식각으로 진행될 수 있으며, 아이솔레이션 에칭을 통해 상기 비전도성 반도체층(2), 제1 도전형의 반도체층(3), 활성층(4) 및 제2 도전형의 반도체층(5)의 주변부를 일부 제거한다.
이때, 상기 에칭 보호층(7)의 일부가 노출되며, 상기 에칭 보호층(7)에 의해 상기 아이솔레이션 에칭으로 상기 발광 반도체층에 이물질이 부착되면서 전기적 단락이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 비전도성 반도체층(2)을 선택적으로 제거하여 상기 제1 도전형의 반도체층(3) 상에 전극층(11)을 형성한다. 그리고, 상기 비전도성 반도체층(2)의 상면에 홀 또는 기둥 형태의 광 결정(2a)을 형성하여 상기 발광 반도체층(6)에서 방출된 광이 상측 방향으로 효과적으로 추출될 수 있도록 한다.
이와 같은 방법으로 실시예에 따른 발광 소자를 제작할 수 있다.
도 7은 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면이다.
도 1 내지 도 6에서 예시한 제조방법을 통해 제작된 발광 소자는 도 7과 같 다.
상기 발광 소자는 상기 도전성 기판(10) 상에 씨드층(9) 또는 본딩층(미도시)이 형성되며, 상기 씨드층(9) 또는 본딩층의 중앙부 상에는 상기 반사층(8)이 형성된다. 그리고, 상기 씨드층(9) 또는 본딩층의 주변부 상에는 상기 에칭 보호층(7)이 형성된다.
상기 에칭 보호층(7)은 발광 소자의 아이솔레이션 에칭시 상기 씨드층(9) 또는 도전성 기판(10)을 구성하는 물질이 상기 발광 반도체층(6)으로 튀면서 전기적 단락이 일어나는 것을 방지하는 보호층의 작용을 한다. 또한, 상기 에칭 보호층(7)은 상기 활성층(4)에서 방출된 광을 반사시킴으로써 상기 활성층(4)에서 방출된 광이 상기 씨드층(9) 또는 도전성 기판(10)으로 진행하여 흡수됨으로써 광 효율이 저하되는 것을 방지하는 작용을 한다.
상기 에칭 보호층(7)은 교번하여 반복적으로 형성된 제1 굴절률을 가진 제1 굴절막(7a)과 상기 제1 굴절률보다 큰 제2 굴절률을 가진 제2 굴절막(7b)을 포함한다.
예를 들어, 상기 제1 굴절막(7a)은 굴절률이 1.4인 SiO2, 굴절률이 1.7인 Al2O3 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있으며, 상기 제2 굴절막(7b)은 굴절률이 4.6인 Si, 굴절률이 3.2인 Si-H, 굴절률이 2.0인 Si3N4, 굴절률이 2.0인 SiN, 굴절률이 2.1~2.4인 TiO2, 굴절률이 2.1인 ZrO2 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 에칭 보호층(7)은 DBR(Distributed Bragg Reflector)의 기능을 수행하 여 반사율을 높일 수 있다.
상기 에칭 보호층(7)은 λ를 발광 소자에서 방출되는 빛의 파장이라고 하고, n을 제1 굴절막(7a) 또는 제2 굴절막(7b)의 굴절률이라 하며, m을 홀수라 할 때, 상기 제1 굴절막(7a) 및 제2 굴절막(7b)을 mλ/4n의 두께로 적층하여 특정 파장대(λ)의 빛에서 95% 이상의 반사율을 얻을 수 있다.
한편, 상기 씨드층(9) 또는 본딩층 상에는 상기 반사층(8)이 형성된다. 상기 반사층(8)은 적어도 일부분이 상기 에칭 보호층(7)에 의해 둘러싸여 형성될 수 있다. 상기 반사층(8)은 상기 활성층(4)에서 방출되어 상기 도전성 기판(10) 방향으로 진행하는 광을 반사시켜 상측 방향으로 진행되도록 하여 발광 소자의 광 효율을 증가시킬 수 있다.
상기 반사층(8) 상에는 제2 도전형의 반도체층(5), 활성층(4) 및 제1 도전형의 반도체층(3)을 포함하는 발광 반도체층(6)이 형성되고, 상기 제1 도전형의 반도체층(3) 상에는 광 결정(2a)이 형성된 상기 비전도성 반도체층(2)이 형성될 수도 있다. 그리고, 상기 제1 도전형의 반도체층(3) 상에는 전극층(11)이 형성된다.
도 7에 화살표로 표시된 바와 같이, 발광 소자에서 방출된 광 중 일부는 상기 발광 반도체층(6)의 측면을 지나 상기 에칭 보호층(7) 방향으로 진행한다. 그리고, 앞서 설명한 바와 같이 상기 에칭 보호층(7)은 광 반사도가 높기 때문에 상기 발광 소자의 광 효율을 증가시킬 수 있다.
도 8과 도 9은 실시예에 따른 발광 소자에서 에칭 보호층의 반사율을 설명하는 예이고, 도 10과 도 11은 실시예에 따른 발광 소자에서 에칭 보호층의 반사율을 설명하는 다른 예이다.
도 8과 도 9를 참조하면, 도 8과 도 9에 예시된 에칭 보호층(7)의 반사율은 460nm의 광을 방출하는 발광 소자에 제1 굴절막(7a)으로서 굴절률이 1.4인 SiO2와 제2 굴절막(7b)으로서 굴절률이 2.0인 SiN을 각각 82.14nm 와 57.5nm의 두께로 반복 형성한 경우를 예시한 도면이다.
도 8에는 발광 소자에서 방출된 광의 파장대 별로 반사율이 %단위로 도시되어 있으며, 도 9에는 제1 굴절막(7a)과 제2 굴절막(7b) 쌍(pair)의 층별 반사율이 도시되어 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 에칭 보호층(7)은 400nm 내지 540nm의 파장의 광에 대해 90% 이상의 반사율을 나타내고 있으며, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 굴절막(7a)과 제2 굴절막(7b) 쌍(pair)의 반복 적층 횟수가 많을수록 반사율이 높은 것을 알 수 있다.
도 10과 도 11을 참조하면, 도 10과 도 11에 예시된 에칭 보호층(7)의 반사율은 460nm의 광을 방출하는 발광 소자에 제1 굴절막(7a)으로서 굴절률이 1.4인 SiO2와 제2 굴절막(7b)으로서 굴절률이 2.1인 TiO2를 각각 82.14nm 와 54.76nm의 두께로 반복 형성한 경우를 예시한 도면이다.
도 10에는 발광 소자에서 방출된 광의 파장대 별로 반사율이 %단위로 도시되어 있으며, 도 11에는 제1 굴절막(7a)과 제2 굴절막(7b) 쌍(pair)의 층별 반사율이 도시되어 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 에칭 보호층(7)은 400nm 내지 540nm의 파장의 광에 대해 90% 이상의 반사율을 나타내고 있으며, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 굴절막(7a)과 제2 굴절막(7b) 쌍(pair)의 반복 적층 횟수가 많을수록 반사율이 높은 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 실시예에 따른 발광 소자는 상기 에칭 보호층(7)을 형성함으로써 광 효율이 향상될 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1 내지 도 6은 실시예에 따른 발광 소자 제조방법을 설명하는 도면.
도 7은 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 8과 도 9은 실시예에 따른 발광 소자에서 에칭 보호층의 반사율을 설명하는 예.
도 10과 도 11은 실시예에 따른 발광 소자에서 에칭 보호층의 반사율을 설명하는 다른 예.
Claims (9)
- 도전성 기판;상기 도전성 기판 상에 배치된 반사층;상기 도전성 기판 상의 주변부에 배치된 에칭 보호층; 및상기 에칭 보호층이 부분적으로 노출되도록 상기 반사층 및 에칭 보호층 상에 형성된 발광 반도체층을 포함하는 발광 소자.
- 제 1항에 있어서,상기 에칭 보호층은 상기 도전성 기판과 수직 방향으로 오버랩되고 상기 발광 반도체층과 수직 방향으로 부분적으로 오버랩되는 발광 소자.
- 제 1항에 있어서,상기 에칭 보호층은 제1 굴절률을 가진 제1 굴절막과, 상기 제1 굴절률보다 큰 제2 굴절률을 가진 제2 굴절막을 포함하는 발광 소자.
- 제 3항에 있어서,상기 제1 굴절막 및 제2 굴절막은 교번하여 반복 적층되는 발광 소자.
- 제 3항에 있어서,상기 제1 굴절막은 SiO2 및 Al2O3 중 적어도 어느 하나로 형성된 발광 소자.
- 제 3항에 있어서,상기 제2 굴절막은 Si, Si-H, Si3N4, SiN, TiO2, ZrO2 중 적어도 어느 하나로 형성된 발광 소자.
- 제 1항에 있어서,상기 도전성 기판과 반사층 사이에 씨드층 또는 본딩층을 포함하는 발광 소자.
- 제 1항에 있어서,상기 반사층과 발광 반도체층 사이에 오믹 접촉층 및 접착층 중 적어도 어느 하나를 포함하는 발광 소자.
- 제 1항에 있어서,상기 발광 반도체층 상에 광 결정이 형성된 비전도성 반도체층을 포함하는 발광 소자.
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