KR20120006409A - 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

실시예는 발광 소자에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광 소자는, 도전성 기판 및 도전성 기판 상에 제1 도전층, 제1 도전층 상에 제2 도전층, 제2 도전층 상에 제2 반도체층, 제2 반도체층 상에 활성층, 활성층 상에 제1 반도체층, 절연층을 포함하는 발광 구조물을 포함하고, 제1 도전층은, 제2 도전층, 제2 반도체층 및 활성층을 관통하고 제1 반도체층의 일정 영역까지 돌출하여, 제1 반도체층과 전기적으로 연결되도록 형성된 하나 이상의 비아홀을 포함하고, 절연층은, 제1 도전층과 제2 도전층 사이, 및 비아홀의 측벽에 위치하고, 제1 반도체층의 상부면, 및 제1 반도체층과 접촉하는 비아홀의 상부면의 적어도 일부는 요철 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

발광 소자{LIGHT EMITTING DEVICE}
실시예는 발광 소자에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광 다이오드는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저 소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다. 이에 기존의 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 발광 다이오드는 실내 외에서 사용되는 각종 램프, 액정표시장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 사용이 증가되고 있는 추세이다.
고출력 LED 시장이 확대됨에 따라, 기존의 LED 소자의 구조와 달리, 전극이 위쪽과 아래쪽에 형성된 구조를 갖는 수직형 LED 소자가 개발되고 있다. 수직형 LED 소자는 전류가 위에서 아래로 흐르므로, 전류 주입이 소자의 전 면적으로 고르게 분포하여 동작전압이 낮고, 활성 영역에서의 전류 균일도가 좋은 특성이 있다.
또한, 수직형 LED 소자는 고출력 어플리케이션(ex. 디스플레이, 내/외관 조명 모듈, 등기구 등)에 적용될 경우, 열 특성을 향상시키는 것과 그에 맞는 디자인 개발이 필요하다. 이러한 측면에서 수직형 LED는 열전도성이 떨어지는 사파이어 기판 제거, 금속 계열의 전극 삽입을 통한 열 저항 개선, 및 제품 수명시간 향상 등의 이점을 가지게 된다.
실시예는, 광 추출이 개선된 수직형 발광 소자를 제공함에 목적이 있다.
실시예는, 오믹 컨택(ohmic contact) 특성이 개선된 발광 소자를 제공함에 목적이 있다.
일 실시예에 따른 발광 소자는, 도전성 기판 및 도전성 기판 상에 제1 도전층, 제1 도전층 상에 제2 도전층, 제2 도전층 상에 제2 반도체층, 제2 반도체층 상에 활성층, 활성층 상에 제1 반도체층, 절연층을 포함하는 발광 구조물을 포함하고, 제1 도전층은, 제2 도전층, 제2 반도체층 및 활성층을 관통하고 제1 반도체층의 일정 영역까지 돌출하여, 제1 반도체층과 전기적으로 연결되도록 형성된 하나 이상의 비아홀을 포함하고, 절연층은, 제1 도전층과 제2 도전층 사이, 및 비아홀의 측벽에 위치하고, 제1 반도체층의 상부면, 및 제1 반도체층과 접촉하는 비아홀의 상부면의 적어도 일부는 요철 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
다른 실시예에 따른 발광 소자는 도전성 기판 및 도전성 기판 상에 제1 도전층, 제1 도전층 상에 제2 도전층, 제2 도전층 상에 제2 반도체층, 제2 반도체층 상에 활성층, 활성층 상에 제1 반도체층, 및 절연층을 포함하는 발광 구조물을 포함하고, 제1 도전층은, 제2 도전층, 제2 반도체층 및 활성층을 관통하고 제1 반도체층의 일정 영역까지 돌출하여, 제1 반도체층과 전기적으로 연결되도록 형성된 하나 이상의 비아홀을 포함하고, 절연층은, 제1 도전층과 제2 도전층 사이, 및 비아홀의 측벽에 위치하고, 제1 반도체층의 상부에는 하나 이상의 에칭홀이 형성되고, 제1 반도체의 상부면 및 에칭홀의 저면의 적어도 일부는 요철 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
또 다른 실시예에 따른 발광 소자는 도전성 기판 및 도전성 기판 상에 제1 도전층, 제1 도전층 상에 제2 도전층, 제2 도전층 상에 제2 반도체층, 제2 반도체층 상에 활성층, 활성층 상에 제1 반도체층, 절연층을 포함하는 발광 구조물을 포함하고, 제1 도전층은, 제2 도전층, 제2 반도체층 및 활성층을 관통하고 제1 반도체층의 일정 영역까지 돌출하여, 제1 반도체층과 전기적으로 연결되도록 형성된 하나 이상의 비아홀을 포함하고, 절연층은, 제1 도전층과 제2 도전층 사이, 및 비아홀의 측벽에 위치하고, 제1 반도체층의 상부에는 하나 이상의 에칭홀이 형성되고, 제1 반도체의 상부면, 에칭홀의 저면, 및 제1 반도체층과 접촉하는 비아홀의 상부면의 적어도 일부는 요철 구조를 갖는 발광 소자.
실시예에 따르면, 광 추출이 개선된 수직형 발광 소자를 제공할 수 있다.
실시예에 따르면, 오믹 컨택(ohmic contact) 특성이 개선된 발광 소자를 제공할 수 있다.
도 1a는 제1 실시예에 따른 발광 소자의 상면을 나타낸 도면.
도 1b는 도 1에 도시된 a-a’선에 따른 발광 소자의 단면을 나타낸 도면.
도 1c는 도 1b에 도시된 B1 영역을 확대한 전자 현미경 사진.
도 1d는 도 1b에 도시된 AA’ 영역을 확대하여 나타낸 도면.
도 2a는 제2 실시예에 따른 발광 소자의 상면을 나타낸 도면.
도 2b는 도 2a에 도시된 a-a’선 및 b-b’선에 따른 발광 소자의 단면을 나타낸 도면.
도 3a는 제3 실시예에 따른 발광 소자의 상면을 나타낸 도면.
도 3b는 도 3a에 도시된 a-a’선 및 b-b’선에 따른 발광 소자의 단면을 나타낸 도면.
도 3c는 도 3b에 도시된 CC’ 영역을 확대하여 나타낸 도면.
도 4는 발광소자의 패키지를 개략적으로 나타낸 도면.
이하 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 단, 첨부된 도면은 실시예의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.
[제1 실시예 ]
도 1a는 제1 실시예에 따른 발광 소자(100)의 상면을 나타낸 도면이다. 도 1b는 도 1에 도시된 a-a’선에 따른 발광 소자(100)의 단면을 나타낸 도면이다. 도 1c는 도 1b에 도시된 B1 영역을 확대한 전자 현미경 사진이다. 도 1d는 도 1b에 도시된 AA’ 영역을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 1a, 도 1b, 도 1d를 참조하면, 제1 실시예에 따른 발광 소자(100)는, 도전성 기판(110) 및 발광 구조물을 포함한다.
도전성 기판(110)은 Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, 및 GaAs 중 하나 이상의 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다. 예를 들어, 도전성 기판(110)은 Si와 Al의 합금 형태의 물질로 이루어진 것일 수 있다.
발광 구조물은, 제1 도전층(120), 제2 도전층(130), 제1 반도체층(140), 제2 반도체층(150), 활성층(160), 절연층(170), 및 반사층(375)을 포함할 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여, 제1 도전층(120)은 n형 도전층으로, 제2 도전층(130)은 p형 도전층으로, 제1 반도체층(140)은 n형 반도체층으로, 제2 반도체층(150)은 p형 반도체층으로 가정하여 설명하도록 한다.
n형 도전층(120)은 도전성 기판(110) 상에 형성되며, 하나 이상의 비아홀(120a)을 포함할 수 있다. 이러한 n형 도전층(120)은 Al, Au, Pt, Ti, Cr, 및 W 중 하나 이상의 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다.
비아홀(120a)은 n형 도전층(120)으로부터 p형 도전층(130), p형 반도체층(150), 및 활성층(160)을 관통하고, n형 반도체층(140)의 일정 영역까지 돌출되도록 형성된 것일 수 있다. 이때, 비아홀(120a)의 상부면은 n형 반도체층(140)과 접촉할 수 있다. 이에 따라, 도전성 기판(110)은 n형 도전층(120)의 비아홀(120a)을 통해 n형 반도체층(140)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같이, n형 도전층(120)은 도전성 기판(110) 및 n형 반도체층(140)과 전기적으로 연결되므로, 도전성 기판(110) 및 n형 반도체층(140)과 접촉 저항이 최소화되는 물질로 구성되는 것이 바람직하다.
n형 반도체층(140)의 상부면(B1), 및 n형 반도체층(140)과 직접적으로 접촉하는 비아홀(120a)의 상부면(B2)의 적어도 일부는 각각 요철 표면(roughness surface) 구조를 가질 수 있다. 요철 표면의 주기는 마이크로 단위일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 요철 표면 구조는 도 1c에 도시된 바와 같이 V-shape의 형태를 가질 수 있다. 또한, 비아홀(120a)의 상부면(B2)이 요철 표면 구조를 갖도록 형성됨에 따라, 이와 접촉하는 n형 반도체층(140)의 저항 접촉(ohmic contact)면도 요철 표면 구조를 갖게 된다.
이와 같이 저항 접촉면과 비아홀(120a)의 상부면(B2)의 표면 요철 구조에 의한 표면적 증가에 따라 접촉 저항치가 감소될 수 있어, 발광 소자(100)의 오믹 컨택(ohmic contact) 특성이 개선될 수 있다.
또한, n형 반도체층(140)의 상부면(B1)과 비아홀(120a)의 상부면(B2)의 요철 표면 구조는, 표면의 요철이 광의 임계각을 변화시켜 보다 용이하게 광을 추출할 수 있도록 함으로써, 발광 소자(100)의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
반사층(375)은 비아홀(120a)의 측면에 형성될 수 있다. 반사층(375)은 Ag, Al, Pt, Ni, Pt, Pd, Au, Ir, 및 투명 전도성 산화물 중 하나 이상의 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다. 여기서, 투명 전도성 산화물로는 ITO 또는 GZO가 가능하다. 이러한 반사층(375)은 비아홀(120a)의 측면에 형성됨으로써, 비아홀(120a) 전극 측면에서의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
절연층(170)은 n형 도전층(120)이 도전성 기판(110) 및 n형 반도체층(140)을 제외한 다른 층과 전기적으로 절연되도록 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연층(170)은 n형 도전층(120)과 p형 도전층(170) 사이, 그리고 반사층(375) 상에 형성되어, n형 도전층(120)을 p형 도전층(170), p형 반도체층(150), 및 활성층(160)과 전기적으로 절연시킬 수 있다. 이러한 절연층(170)은, 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiOxNy, SixNy), 금속 산화물(Al2O3) 및 플루오린화물(fluoride) 계열의 화합물 중 어느 하나 이상을 포함하여 형성된 것일 수 있다.
p형 도전층(130)은 절연층(170) 상에 형성될 수 있다. 비아 전극 영역(B1)이 관통하는 일부 영역들에서는 p형 도전층(130)이 존재하지 않는다. 이러한 p형 도전층(130)은 Ag, Al, Pt, Ni, Pt, Pd, Au, Ir, 및 투명 전도성 산화물(ITO, GZO) 중 하나 이상의 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다. 이는 p형 도전층(130)이 p형 반도체층(150)과 전기적으로 접촉하기 때문에, p형 반도체층(150)의 접촉 저항을 최소화하는 특성을 가지는 동시에, 활성층(160)에서 발생된 빛을 반사시켜 외부로 향하게 함으로써, 발광 효율을 높여줄 수 있다.
P형 도전층(130)은 p형 반도체층(150)과 접촉하는 계면 중 일부가 노출된 영역, 즉 노출 영역을 적어도 하나 이상 구비할 수 있다. 이러한 노출 영역 상에는 외부 전원을 p형 도전층(130)에 연결하기 위한 p형 전극 패드부(131a, 131b)가 형성될 수 있다. 이러한 노출 영역 상에는 p형 반도체층(150), 활성층(160), 및 n형 반도체층(140)이 형성되어 있지 않다. 또한, p형 전극 패드부(131a, 131b)는 발광 소자(100)의 모서리에 형성될 수 있어, 발광 소자(100)의 발광 면적을 최대화할 수도 있다.
한편, 외부로 노출된 활성층(160)은 발광 소자(100)의 작동 중에 전류 누설 경로로 작용할 수 있으므로, 발광 구조물의 측벽에 패시베이션층(180)을 형성함으로써 이러한 문제를 방지할 수 있다. 패시베이션층(180)은 발광 구조물 특히, 활성층(160)을 외부로부터 보호하고, 누설 전류가 흐르는 것을 억제하기 위한 것으로서, 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiOxNy, SixNy), 금속 산화물(Al2O3) 및 플루오린화물(fluoride) 계열의 화합물 중 어느 하나 이상을 포함하여 형성된 것일 수 있다.
p형 반도체층(150)은 p형 도전층(130)상에 형성되고, 활성층(160)은 p형 반도체층(150) 상에 형성되며, n형 반도체층(140)은 활성층(160) 상에 형성될 수 있다.
n형 반도체층(140)은 InxAlyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlInN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
p형 반도체층(150)은 InxAlyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlInN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
활성층(160)은 InxAlyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 활성층(160)이 다중 양자 우물 구조(MQW)로 형성된 경우, 활성층(160)은 복수의 우물층과 복수의 장벽층이 적층되어 형성될 수 있으며, 예를 들어, InGaN 우물층/GaN 장벽층의 주기로 형성될 수 있다.
활성층(160)은 n형 반도체층(140) 및 p형 반도체층(150)을 구성하는 물질에 따라 다른 물질을 선택하여 형성될 수 있다. 즉, 활성층(160)은 전자 및 전공의 재결합(recombination)에 따른 에너지를 빛으로 변환하여 방출하는 층이므로, n형 반도체층(140) 및 p형 반도체층(150)의 에너지 밴드 갭보다 적은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성된 것이 바람직하다.
[제2 실시예 ]
도 2a는 제2 실시예에 따른 발광 소자(200)의 상면을 나타낸 도면이다. 도 2b는 도 2a에 도시된 a-a’선 및 b-b’선에 따른 발광 소자(200)의 단면을 나타낸 도면이다. 발광 소자(200)의 단면 구조에 대한 이해를 돕기 위해, 도 2b는 a-a’선에 따른 발광 소자(200)의 단면 구조뿐만 아니라, b-b’선에 따른 에칭홀(Bb1)의 단면 구조도 함께 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 제2 실시예에 따른 발광 소자(200)는, 도전성 기판(210) 및 발광 구조물을 포함한다.
도전성 기판(210)은 Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, 및 GaAs 중 하나 이상의 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다. 예를 들어, 도전성 기판(210)은 Si와 Al의 합금 형태의 물질로 이루어진 것일 수 있다.
발광 구조물은, 제1 도전층(220), 제2 도전층(230), 제1 반도체층(240), 제2 반도체층(250), 활성층(260), 및 절연층(270)을 포함할 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여, 제1 도전층(220)은 n형 도전층으로, 제2 도전층(230)은 p형 도전층으로, 제1 반도체층(240)은 n형 반도체층으로, 제2 반도체층(250)은 p형 반도체층으로 가정하여 설명하도록 한다.
n형 도전층(220)은 도전성 기판(210) 상에 형성되며, 하나 이상의 비아홀(220a)을 포함할 수 있다. 이러한 n형 도전층(220)은 Al, Au, Pt, Ti, Cr, 및 W 중 하나 이상의 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다.
비아홀(220a)은 n형 도전층(220)으로부터 p형 도전층(230), p형 반도체층(250), 및 활성층(260)을 관통하고, n형 반도체층(240)의 일정 영역까지 돌출되도록 형성된 것일 수 있다. 이때, 비아홀(220a)의 상부면은 n형 반도체층(240)과 접촉할 수 있다. 이에 따라, 도전성 기판(210)은 n형 도전층(220)을 통해 n형 반도체층(240)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같이, n형 도전층(220)은 도전성 기판(210) 및 n형 반도체층(240)과 전기적으로 연결되므로, 도전성 기판(210) 및 n형 반도체층(240)과 접촉 저항이 최소화되는 물질로 구성되는 것이 바람직하다.
절연층(270)은 n형 도전층(220)이 도전성 기판(210) 및 n형 반도체층(240)을 제외한 다른 층과 전기적으로 절연되도록 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연층(270)은 n형 도전층(220)과 p형 도전층(270) 사이, 그리고 비아홀(220a)의 측벽에 형성되어, n형 도전층(220)을 p형 도전층(270), p형 반도체층(250), 및 활성층(260)과 전기적으로 절연시킬 수 있다. 이러한 절연층(270)은, 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiOxNy, SixNy), 금속 산화물(Al2O3) 및 플루오린화물(fluoride) 계열의 화합물 중 어느 하나 이상을 포함하여 형성된 것일 수 있다.
p형 도전층(230)은 절연층(270) 상에 형성될 수 있다. 물론, 비아홀(220a)이 관통하는 일부 영역들에서는 p형 도전층(230)이 존재하지 않는다. 이러한 p형 도전층(230)은 Ag, Al, Pt, Ni, Pt, Pd, Au, Ir, 및 투명 전도성 산화물(ITO, GZO) 중 하나 이상의 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다. 이는 p형 도전층(230)이 p형 반도체층(250)과 전기적으로 접촉하기 때문에, p형 반도체층(250)의 접촉 저항을 최소화하는 특성을 가지는 동시에, 활성층(260)에서 발생된 빛을 반사시켜 외부로 향하게 함으로써, 발광 효율을 높여줄 수 있다.
P형 도전층(230)은 p형 반도체층(250)과 접촉하는 계면 중 일부가 노출된 영역, 즉 노출 영역을 적어도 하나 이상 구비할 수 있다. 이러한 노출 영역 상에는 외부 전원을 p형 도전층(230)에 연결하기 위한 p형 전극 패드부(231a, 231b)가 형성될 수 있다. 이러한 노출 영역 상에는 p형 반도체층(250), 활성층(260), 및 n형 반도체층(240)이 형성되어 있지 않다. 또한, p형 전극 패드부(231a, 231b)는 발광 소자(200)의 모서리에 형성되어, 발광 소자(200)의 발광 면적을 최대화할 수 있다.
한편, 외부로 노출된 활성층(260)은 발광 소자(200)의 작동 중에 전류 누설 경로로 작용할 수 있으므로, 발광 구조물의 측벽에 패시베이션층(180)을 형성함으로써 이러한 문제를 방지할 수 있다. 패시베이션층(280)은 발광 구조물 특히, 활성층(260)을 외부로부터 보호하고, 누설 전류가 흐르는 것을 억제하기 위한 것으로서, 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiOxNy, SixNy), 금속 산화물(Al2O3) 및 플루오린화물(fluoride) 계열의 화합물 중 어느 하나 이상을 포함하여 형성된 것일 수 있다.
n형 반도체층(240)의 상부면(Ba1)의 적어도 일부는은 마이크로 단위의 요철 표면(roughness surface) 구조를 갖는다. 또한, n형 반도체층(240)의 상부의 적어도 일부에는 하나 이상의 에칭홀(Bb1)이 형성되어 있다. 이러한 에칭홀(Bb1)의 바닥면도 마이크로 단위의 요철 표면 구조를 갖는다. 또한, 도 2a에 도시된 바와 같이, 에칭홀(Bb1)은 비아홀 전극(BB’)과 전극 사이에 배치될 수 있다.
이와 같이, n형 반도체층(240) 상부면(Ba1) 및 에칭홀(Bb1) 저면(Bb1)의 요철 표면 구조와, 에칭홀(Bb1) 구조 자체는, 광의 임계각을 변화시켜 보다 용이하게 광을 추출할 수 있도록 함으로써, 발광 소자(200)의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 에칭홀(Bb1)이 비아홀 전극(BB’)과 전극 사이에 균일하게 배열되어, 보다 균일하게 광을 방출할 수 있다.
p형 반도체층(250)은 p형 도전층(230)상에 형성되고, 활성층(260)은 p형 반도체층(250) 상에 형성되며, n형 반도체층(240)은 활성층(260) 상에 형성될 수 있다.
n형 반도체층(240)은 InxAlyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlInN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
p형 반도체층(250)은 InxAlyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlInN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
활성층(260)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW : Multi Quantum Well), 양자선 구조 및 양자점 구조 중 어느 하나로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
활성층(260)은 InxAlyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 활성층(260)이 다중 양자 우물 구조(MQW)로 형성된 경우, 활성층(260)은 복수의 우물층과 복수의 장벽층이 적층되어 형성될 수 있으며, 예를 들어, InGaN 우물층/GaN 장벽층의 주기로 형성될 수 있다.
활성층(260)은 n형 반도체층(240) 및 p형 반도체층(250)을 구성하는 물질에 따라 다른 물질을 선택하여 형성될 수 있다. 즉, 활성층(260)은 전자 및 전공의 재결합(recombination)에 따른 에너지를 빛으로 변환하여 방출하는 층이므로, n형 반도체층(240) 및 p형 반도체층(250)의 에너지 밴드 갭보다 적은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성된 것이 바람직하다.
[제3 실시예 ]
도 3a는 제3 실시예에 따른 발광 소자(300)의 상면을 나타낸 도면이다. 도 3b는 도 3a에 도시된 a-a’선 및 b-b’선에 따른 발광 소자(300)의 단면을 나타낸 도면이다. 발광 소자(300)의 단면 구조에 대한 이해를 돕기 위해, 도 3b는 a-a’선에 따른 발광 소자(300)의 단면 구조뿐만 아니라, b-b’선에 따른 에칭홀(Bb2)의 단면 구조도 함께 나타낸 도면이다. 도 3c는 도 3b에 도시된 CC’ 영역을 확대하여 나타낸 도면이다.
도전성 기판(310)은 Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, 및 GaAs 중 하나 이상의 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다. 예를 들어, 도전성 기판(310)은 Si와 Al의 합금 형태의 물질로 이루어진 것일 수 있다.
발광 구조물은, 제1 도전층(320), 제2 도전층(330), 제1 반도체층(340), 제2 반도체층(350), 활성층(360), 절연층(370), 및 반사층(375)을 포함할 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여, 제1 도전층(320)은 n형 도전층으로, 제2 도전층(330)은 p형 도전층으로, 제1 반도체층(340)은 n형 반도체층으로, 제2 반도체층(350)은 p형 반도체층으로 가정하여 설명하도록 한다.
n형 도전층(320)은 도전성 기판(310) 상에 형성되며, 하나 이상의 비아홀(320a)을 포함할 수 있다. 이러한 n형 도전층(320)은 Al, Au, Pt, Ti, Cr, 및 W 중 하나 이상의 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다.
비아홀(320a)은 n형 도전층(320)으로부터 p형 도전층(330), p형 반도체층(350), 및 활성층(360)을 관통하고, n형 반도체층(340)의 일정 영역까지 돌출되도록 형성된 것일 수 있다. 이때, 비아홀(320a)의 상부면은 n형 반도체층(340)과 접촉할 수 있다. 이에 따라, 도전성 기판(310)은 n형 도전층(320)을 통해 n형 반도체층(340)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같이, n형 도전층(320)은 도전성 기판(310) 및 n형 반도체층(340)과 전기적으로 연결되므로, 도전성 기판(310) 및 n형 반도체층(340)과 접촉 저항이 최소화되는 물질로 구성되는 것이 바람직하다.
n형 반도체층(340)과 직접적으로 접촉하는 비아홀(320a)의 상부면(Ba2)의 적어도 일부는 마이크로 단위의 요철 표면(roughness surface) 구조를 갖는다. 이러한 요철 표면 구조는 도 1c에 도시된 바와 같이 V-shape의 형태를 가질 수 있다. 또한, 비아홀(320a)의 상부면(B2)의 적어도 일부는 요철 표면 구조를 갖도록 형성됨에 따라, 이와 접촉하는 n형 반도체층(340)의 저항 접촉(ohmic contact)면도 요철 표면 구조를 갖게 된다.
이와 같이 저항 접촉면과 비아홀(320a)의 상부면(B2)의 표면 요철 구조에 의한 표면적 증가에 따라 접촉 저항치가 감소될 수 있어, 발광 소자(300)의 오믹 컨택(ohmic contact) 특성이 개선될 수 있다.
한편, n형 반도체층(340)의 상부면(Ba1)의 적어도 일부는 마이크로 단위의 요철 표면(roughness surface) 구조를 갖는다. 또한, n형 반도체층(340)의 상부에는 하나 이상의 에칭홀(Bb1)이 형성되어 있다. 이러한 에칭홀(Bb1)의 바닥면도 마이크로 단위의 요철 표면 구조를 갖는다. 또한, 도 3a에 도시된 바와 같이, 에칭홀(Bb1)은 비아홀 전극(CC’)과 전극 사이에 배치될 수 있다.
이와 같이, 반도체층(340) 상부면(Ba1), 에칭홀(Bb1) 저면, 및 비아홀(320a) 상부면(B2)의 요철 표면 구조와, 에칭홀(Bb1) 구조 자체는, 광의 임계각을 변화시켜 보다 용이하게 광을 추출할 수 있도록 함으로써, 발광 소자(300)의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 에칭홀(Bb1)이 비아홀 전극(CC’)과 전극 사이에 균일하게 배열되어, 보다 균일하게 광을 방출할 수 있다.
반사층(375)은 비아홀(320a)의 측면에 형성될 수 있다. 반사층(375)은 Ag, Al, Pt, Ni, Pt, Pd, Au, Ir, 및 투명 전도성 산화물 중 하나 이상의 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다. 여기서, 투명 전도성 산화물로는 ITO 또는 GZO가 가능하다. 이러한 반사층(375)은 비아홀(320a)의 측면에 형성됨으로써, 비아홀(320a) 전극 측면에서의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
절연층(370)은 n형 도전층(320)이 도전성 기판(310) 및 n형 반도체층(340)을 제외한 다른 층과 전기적으로 절연되도록 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연층(370)은 n형 도전층(320)과 p형 도전층(370) 사이, 그리고 반사층(375) 상에 형성되어, n형 도전층(320)을 p형 도전층(370), p형 반도체층(350), 및 활성층(360)과 전기적으로 절연시킬 수 있다. 이러한 절연층(370)은, 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiOxNy, SixNy), 금속 산화물(Al2O3) 및 플루오린화물(fluoride) 계열의 화합물 중 어느 하나 이상을 포함하여 형성된 것일 수 있다.
p형 도전층(330)은 절연층(370) 상에 형성될 수 있다. 물론, 비아 전극 영역(B1)이 관통하는 일부 영역들에서는 p형 도전층(330)이 존재하지 않는다. 이러한 p형 도전층(330)은 Ag, Al, Pt, Ni, Pt, Pd, Au, Ir, 및 투명 전도성 산화물(ITO, GZO) 중 하나 이상의 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다. 이는 p형 도전층(330)이 p형 반도체층(350)과 전기적으로 접촉하기 때문에, p형 반도체층(350)의 접촉 저항을 최소화하는 특성을 가지는 동시에, 활성층(360)에서 발생된 빛을 반사시켜 외부로 향하게 함으로써, 발광 효율을 높여줄 수 있다.
P형 도전층(330)은 p형 반도체층(350)과 접촉하는 계면 중 일부가 노출된 영역, 즉 노출 영역을 적어도 하나 이상 구비할 수 있다. 이러한 노출 영역 상에는 외부 전원을 p형 도전층(330)에 연결하기 위한 p형 전극 패드부(131a, 131b)가 형성될 수 있다. 이러한 노출 영역 상에는 p형 반도체층(350), 활성층(360), 및 n형 반도체층(340)이 형성되어 있지 않다. 또한, 전극 패드부(131a, 131b)는 발광 소자(300)의 모서리에 형성되어 발광 소자(300)의 발광 면적을 최대화할 수 있다.
한편, 외부로 노출된 활성층(360)은 발광 소자(300)의 작동 중에 전류 누설 경로로 작용할 수 있으므로, 발광 구조물의 측벽에 패시베이션층(380)을 형성함으로써 이러한 문제를 방지할 수 있다. 패시베이션층(380)은 발광 구조물 특히, 활성층(360)을 외부로부터 보호하고, 누설 전류가 흐르는 것을 억제하기 위한 것으로서, 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiOxNy, SixNy), 금속 산화물(Al2O3) 및 플루오린화물(fluoride) 계열의 화합물 중 어느 하나 이상을 포함하여 형성된 것일 수 있다.
p형 반도체층(350)은 p형 도전층(330)상에 형성되고, 활성층(360)은 p형 반도체층(350) 상에 형성되며, n형 반도체층(340)은 활성층(360) 상에 형성될 수 있다.
활성층(360)은 n형 반도체층(340) 및 p형 반도체층(350)을 구성하는 물질에 따라 다른 물질을 선택하여 형성될 수 있다. 즉, 활성층(360)은 전자 및 전공의 재결합(recombination)에 따른 에너지를 빛으로 변환하여 방출하는 층이므로, n형 반도체층(340) 및 p형 반도체층(350)의 에너지 밴드 갭보다 적은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성된 것이 바람직하다.
실시예에 따르면, n 반도체층의 상부면, 에칭홀의 저면, 비아홀의 상부면의 요철 표면 구조와, 에칭홀의 의해 광자 산란(photon scattering)에 의한 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
또한, 비아홀의 측면에 형성된 반사층에 의해 광 추출 효율이 더욱 향상될 수 있다.
또한, 오믹 접촉면과 비아홀의 상부면의 표면 요철 구조에 의한 표면적 증가에 따라, 오믹 컨택(ohmic contact) 특성이 더욱 향상될 수 있다.
[발광 소자 패키지]
이하, 도 4를 참조하여 일실시예에 따른 발광 소자 패키지에 관하여 설명한다. 도 4는 발광소자의 패키지(1000)를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 발광 소자 패키지(1000)는 패키지 몸체(1100), 제1 전극층(1110), 제2 전극층(1120), 발광 소자(1200) 및 충진재(1300)를 포함한다.
패키지 몸체(1100)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 발광 소자(1200)의 주위에 경사면이 형성되어 광추출 효율을 높일 수 있다.
제1 전극층(1110) 및 제2 전극층(1120)은 패키지 몸체(1100)에 설치된다. 제1 전극층(1100) 및 제2 전극층(1120)은 서로 전기적으로 분리되며, 발광 소자(1200)에 전원을 제공한다. 또한, 제1 전극층(1110) 및 제2 전극층(1120)은 발광 소자(1200)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 발광 소자(1200)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
발광 소자(1200)는 제1 전극층(1100) 및 제2 전극층(1120)과 전기적으로 연결된다. 발광 소자(1200)는 패키지 몸체(1100) 상에 설치되거나 제1 전극층(1100) 또는 제2 전극층(1120) 상에 설치될 수 있다.
발광 소자(1200)는 제1 전극층(1110) 및 제2 전극층(1120)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.
충진재(1300)는 발광 소자(1200)를 포위하여 보호할 수 있도록 형성될 수 있다. 또한, 충진재(1300)에는 형광체(1310)가 포함되어 발광 소자(1200)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
발광 소자 패키지(1000)는 상기에 개시된 실시 예들의 발광 소자 중 적어도 하나를 하나 또는 복수 개로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지(1000)는 복수 개가 기판 상에 어레이되며, 발광 소자 패키지(1000)의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지(1000), 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다.
또 다른 실시예는 상술한 실시 예들에 기재된 반도체 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
이상에서 보는 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시 될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100, 200, 300: 발광 소자
110, 210, 310: 도전성 기판
120, 220, 320: 제1 도전층
130, 230, 330: 제2 도전층
140, 240, 340: 제1 반도체층
150, 250, 350: 제2 반도체층
160, 260, 360: 활성층
170, 270, 370: 절연층
180, 280, 380: 패시베이션층

Claims (15)

  1. 도전성 기판; 및
    상기 도전성 기판 상에 제1 도전층, 상기 제1 도전층 상에 제2 도전층, 상기 제2 도전층 상에 제2 반도체층, 상기 제2 반도체층 상에 활성층, 상기 활성층 상에 제1 반도체층, 절연층을 포함하는 발광 구조물을 포함하고,
    상기 제1 도전층은, 상기 제2 도전층, 상기 제2 반도체층 및 상기 활성층을 관통하고 상기 제1 반도체층의 일정 영역까지 돌출하여, 상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되도록 형성된 하나 이상의 비아홀을 포함하고,
    상기 절연층은, 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층 사이, 및 상기 비아홀의 측벽에 위치하고,
    상기 제1 반도체층의 상부면, 및 상기 제1 반도체층과 접촉하는 상기 비아홀의 상부면의 적어도 일부는 요철 구조를 갖는 발광 소자.
  2. 도전성 기판; 및
    상기 도전성 기판 상에 제1 도전층, 상기 제1 도전층 상에 제2 도전층, 상기 제2 도전층 상에 제2 반도체층, 상기 제2 반도체층 상에 활성층, 상기 활성층 상에 제1 반도체층, 및 절연층을 포함하는 발광 구조물을 포함하고,
    상기 제1 도전층은, 상기 제2 도전층, 상기 제2 반도체층 및 상기 활성층을 관통하고 상기 제1 반도체층의 일정 영역까지 돌출하여, 상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되도록 형성된 하나 이상의 비아홀을 포함하고,
    상기 절연층은, 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층 사이, 및 상기 비아홀의 측벽에 위치하고,
    상기 제1 반도체층의 상부에는 하나 이상의 에칭홀이 형성되고,
    상기 제1 반도체의 상부면 및 상기 에칭홀의 저면의 적어도 일부는 요철 구조를 갖는 발광 소자.
  3. 도전성 기판; 및
    상기 도전성 기판 상에 제1 도전층, 상기 제1 도전층 상에 제2 도전층, 상기 제2 도전층 상에 제2 반도체층, 상기 제2 반도체층 상에 활성층, 상기 활성층 상에 제1 반도체층, 절연층을 포함하는 발광 구조물을 포함하고,
    상기 제1 도전층은, 상기 제2 도전층, 상기 제2 반도체층 및 상기 활성층을 관통하고 상기 제1 반도체층의 일정 영역까지 돌출하여, 상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되도록 형성된 하나 이상의 비아홀을 포함하고,
    상기 절연층은, 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층 사이, 및 상기 비아홀의 측벽에 위치하고,
    상기 제1 반도체층의 상부에는 하나 이상의 에칭홀이 형성되고,
    상기 제1 반도체의 상부면, 상기 에칭홀의 저면, 및 상기 제1 반도체층과 접촉하는 상기 비아홀의 상부면의 적어도 일부는 요철 구조를 갖는 발광 소자.
  4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 비아홀의 측벽과 상기 비아홀의 측벽에 형성된 절열층 사이에 반사층을 더 포함하는, 발광 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 반사층은, Ag, Al, Pt, Ni, Pt, Pd, Au, Ir, 및 투명 전도성 산화물 중 하나 이상의 물질을 포함하고,
    상기 투명 전도성 산화물은, ITO 및 GZO 중 하나 이상을 포함하는, 발광 소자.
  6. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 비아홀의 상부면의 면적은 상기 비아홀의 하부면의 면적보다 큰, 발광 소자.
  7. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제2 도전층은 상기 제2 반도체층과 계면을 이루는 표면 중 일부가 노출된 영역을 하나 이상 구비하고,
    상기 제2 도전층의 노출된 영역 상에 형성된 전극 패드부를 더 포함하는, 발광 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전극 패드부는 상기 발광 소자의 모서리 부분에 형성된, 발광 소자.
  9. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 활성층의 누설 전류를 억제하기 위해, 상기 발광 구조물의 측벽에 형성된 패시베이션층을 더 포함하는, 발광 소자.
  10. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 절연층 및 상기 패시베이션층은 각각, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 금속 산화물 플루오린화물(fluoride) 계열의 화합물 중 어느 하나 이상을 포함하여 형성된, 발광 소자.
  11. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 도전성 기판은, Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, 및 GaAs 중 하나 이상의 물질을 포함하는, 발광 소자.
  12. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1 도전층은, Al, Au, Pt, Ti, Cr, 및 W 중 하나 이상의 물질을 포함하는, 발광 소자.
  13. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제2 도전층은 상기 활성층으로부터 발생한 빛을 반사시키는, 발광 소자.
  14. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제2 도전층은, Ag, Al, Pt, Ni, Pt, Pd, Au, Ir, 및 투명 전도성 산화물 중 하나 이상의 물질을 포함하고,
    상기 투명 전도성 산화물은, ITO 및 GZO 중 하나를 포함하는, 발광 소자.
  15. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 에칭홀은 상기 비아홀과 비아홀 사이에 배치된, 발광 소자.
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