KR20120016831A - 반도체 발광 소자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상기 반도체 발광소자는 서로 대향하는 제1 및 제2 주면을 갖는 도전성 기판; 상기 도전성 기판의 제1 주면에 형성되며, 제1 n형 반도체층 및 제1 p형 반도체층과 그 사이에 형성된 제1 활성층을 포함하는 제1 발광구조물; 상기 제1 n형 반도체층과 전기적으로 연결된 제1 n형 전극; 상기 도전성 기판의 제2 주면에 형성되며, 제2 n형 반도체층 및 제2 p형 반도체층과 그 사이에 형성된 제2 활성층을 포함하는 제2 발광구조물; 상기 제2 n형 반도체층의 일면에 형성되고, 투광성과 전기전도성을 갖는 물질로 이루어진 저굴절층 및 금속층이 적층된 구조를 가지며, 상기 제2 활성층으로부터 상기 제2 n형 반도체층을 향해 방출된 빛을 반사하여 외부로 유도하는 단일지향성 반사기 구조를 포함하는 제2 n형 전극;및 상기 제1 발광구조물에서 상기 제1 n형 반도체층, 제1 활성층 및 제1 p형 반도체층의 일부가 제거되어 노출된 상기 제1 p형 반도체층의 일면에 형성된 p형 전극;을 포함하고,
상기 반도체 발광소자 제조방법은 제1 및 제2 반도체 성장용 기판 상에 각각 제1 및 제2 n형 반도체층, 제1 및 제2 활성층, 제1 및 제2 p형 반도체층을 순차적으로 성장시켜 제1 및 제2 발광구조물을 형성하는 단계; 상기 제1 발광구조물 상에 제1 p형 반도체층과 전기적으로 연결되도록 도전성 기판을 형성하는 단계; 상기 제1 발광구조물로부터 상기 제1 성장용 기판을 제거하는 단계; 상기 제2 p형 반도체층 상에 상기 제1 발광구조물 상에 형성된 도전성 기판을 부착하는 단계; 상기 제2 성장용 기판을 제거하는 단계; 상기 제2 성장용 기판이 제거된 제2 n형 반도체층의 일면에 투광성과 전기전도성을 갖는 물질로 이루어진 저굴절층 및 금속층이 적층된 구조를 구비하는 단일지향성 반사기를 형성하는 단계; 상기 제1 n형 반도체층 상에 제1 n형 전극을 형성하는 단계;및 상기 제1 발광구조물에서 제1 n형 반도체층, 제1 활성층 및 제1 p형 반도체층의 일부가 제거되어 노출된 상기 제1 p형 반도체층의 일면에 p형 전극을 형성하는 단계; 를 포함한다.
상기 반도체 발광소자 제조방법은 제1 및 제2 반도체 성장용 기판 상에 각각 제1 및 제2 n형 반도체층, 제1 및 제2 활성층, 제1 및 제2 p형 반도체층을 순차적으로 성장시켜 제1 및 제2 발광구조물을 형성하는 단계; 상기 제1 발광구조물 상에 제1 p형 반도체층과 전기적으로 연결되도록 도전성 기판을 형성하는 단계; 상기 제1 발광구조물로부터 상기 제1 성장용 기판을 제거하는 단계; 상기 제2 p형 반도체층 상에 상기 제1 발광구조물 상에 형성된 도전성 기판을 부착하는 단계; 상기 제2 성장용 기판을 제거하는 단계; 상기 제2 성장용 기판이 제거된 제2 n형 반도체층의 일면에 투광성과 전기전도성을 갖는 물질로 이루어진 저굴절층 및 금속층이 적층된 구조를 구비하는 단일지향성 반사기를 형성하는 단계; 상기 제1 n형 반도체층 상에 제1 n형 전극을 형성하는 단계;및 상기 제1 발광구조물에서 제1 n형 반도체층, 제1 활성층 및 제1 p형 반도체층의 일부가 제거되어 노출된 상기 제1 p형 반도체층의 일면에 p형 전극을 형성하는 단계; 를 포함한다.
Description
본 발명은 반도체 발광소자에 관한 것으로서, 특히, 광출력 및 외부 광 추출 효율이 향상된 반도체 발광소자에 관한 것이다.
반도체 발광소자는 전류가 가해지면 p, n형 반도체의 접합 부분에서 전자와 정공의 재결합에 기하여, 다양한 색상의 빛을 발생시킬 수 있는 반도체 장치이다. 이러한 반도체 발광소자는 필라멘트에 기초한 발광소자에 비해 긴 수명, 낮은 전원, 우수한 초기 구동 특성, 높은 진동 저항 등의 여러 장점을 갖기 때문에 그 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 최근 반도체 발광소자의 적용 분야가 디스플레이, 차량 헤드램프, 조명 등으로 확대됨에 따라 더욱 향상된 광 특성이 요구되어 지고 있다.
기존의 반도체 발광 소자는 하나의 전류 주입 통로를 통해 발광되는 하나의 다중 양자우물구조 또는 단일 양자우물구조의 활성층을 가지므로, 이러한 활성층의 발광 효율과 칩의 구조에 따라 최종 광 특성을 결정하게 된다. 이에 따라, 다양한 구조의 반도체 발광 소자가 개발되고 있으나, 활성영역이 제한되어 있고, 활성층에서 방출된 빛이 발광 소자 외부로 빠져나오지 못한 채 손실되는 비율이 크다는 문제가 있다.
본 발명의 일 목적은, 광출력을 향상시키기 위하여 발광 영역이 증대된 반도체 발광소자를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 반도체층 내부에서 손실되는 광의 비율을 줄여 외부 광 추출 효율이 향상된 반도체 발광소자를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면은,
서로 대향하는 제1 및 제2 주면을 갖는 도전성 기판; 상기 도전성 기판의 제1 주면에 형성되며, 제1 n형 반도체층 및 제1 p형 반도체층과 그 사이에 형성된 제1 활성층을 포함하는 제1 발광구조물; 상기 제1 n형 반도체층과 전기적으로 연결된 제1 n형 전극; 상기 도전성 기판의 제2 주면에 형성되며, 제2 n형 반도체층 및 제2 p형 반도체층과 그 사이에 형성된 제2 활성층을 포함하는 제2 발광구조물; 상기 제2 n형 반도체층의 일면에 형성되고, 투광성과 전기전도성을 갖는 물질로 이루어진 저굴절층 및 금속층이 적층된 구조를 가지며, 상기 제2 활성층으로부터 상기 제2 n형 반도체층을 향해 방출된 빛을 반사하여 외부로 유도하는 단일지향성 반사기 구조를 포함하는 제2 n형 전극;및 상기 제1 발광구조물에서 상기 제1 n형 반도체층, 제1 활성층 및 제1 p형 반도체층의 일부가 제거되어 노출된 상기 제1 p형 반도체층의 일면에 형성된 p형 전극;을 포함하는 반도체 발광 소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 n형 전극은 제1 n형 반도체층의 일면에 형성될 수 있다. 또한, 상기 도전성 기판과 제1 발광구조물 사이 또는 상기 도전성 기판과 제2 발광구조물 사이 중 적어도 하나에 반사금속층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 단일지향성 반사기는 상기 제2 n형 반도체층의 일면에 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 발광구조물과 상기 도전성 기판 사이 또는 상기 제2 발광구조물과 상기 도전성 기판 사이 중 적어도 하나에 상기 단일지향성 반사기를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 단일지향성 반사기는 제1 및 제2 활성층과 가까운 쪽에 상기 저굴절층이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 저굴절층의 두께는 상기 활성층에서 방출된 빛의 파장의 1/(4n)에 비례하며, 여기서, 상기 n은 상기 저굴절층의 굴절률일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 금속층은 Ag, Al 및 Au로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질을 포함할 수 있고, 상기 제1 발광구조물 상면에 요철구조를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 도전성 기판으로부터 연장되어 형성되며, 상기 제1 p형 반도체층 및 제1 활성층을 관통하여 상기 제1 n형 반도체층과 접속된 제1 도전성 비아;및 상기 도전성 기판과 상기 제1 p형 반도체층 사이에 형성된 제1 도전형 컨택층;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 n형 전극은 상기 제1 발광구조물이 제거되어 노출된 상기 도전성 기판 상에 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 도전형 컨택층은 상기 단일지향성 반사기를 포함할 수 있고, 상기 도전성 기판을 상기 제1 p형 반도체층, 제1 활성층 및 제2 p형 반도체층과 전기적으로 분리시키기 위한 절연체를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 발광구조물과 상기 도전성 기판 사이 또는 상기 제2 발광구조물과 상기 도전성 기판 사이 중 적어도 어느 하나에 상기 단일지향성 반사기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 p형 전극은 상기 제1 발광구조물과 상기 도전성 기판 사이에 개재된 단일지향성 반사기 상에 형성될 수 있고, 상기 도전성 기판으로부터 연장되어 형성되며, 상기 제2 p형 반도체층 및 제2 활성층을 관통하여 상기 제2 n형 반도체층과 접속된 제2 도전성 비아; 상기 도전성 기판과 상기 제2 p형 반도체층 사이에 형성된 제2 도전형 컨택층;및 상기 도전성 기판을 상기 제1 p형 반도체층, 제1 활성층, 제2 p형 반도체층 및 제2 활성층과 전기적으로 분리시키기 위한 절연체를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 p형 반도체층과 제2 p형 반도체층을 전기적으로 연결하기 위한 연결 금속층을 더 포함할 수 있고, 이때, 상기 연결 금속층은 상기 제1 또는 제2 도전형 컨택층과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 연결 금속층은 상기 도전성 기판을 관통하여 복수개 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 발광구조물은 상기 도전성 기판의 제1 주면 상에 상기 제1 p형 반도체층, 제1 활성층 및 제1 n형 반도체층이 순차적으로 적층되어 형성되고, 상기 제2 발광구조물은 상기 도전성 기판의 제2 주면상에 상기 제2 p형 반도체층, 상기 제2 활성층 및 제2 n형 반도체층이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 p형 전극은 상기 제1 및 제2 발광구조물의 공통 전극으로 사용될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 n형 전극은 동일한 외부 단자와 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은,
제1 및 제2 반도체 성장용 기판 상에 각각 제1 및 제2 n형 반도체층, 제1 및 제2 활성층, 제1 및 제2 p형 반도체층을 순차적으로 성장시켜 제1 및 제2 발광구조물을 형성하는 단계;상기 제1 발광구조물 상에 제1 p형 반도체층과 전기적으로 연결되도록 도전성 기판을 형성하는 단계;상기 제1 발광구조물로부터 상기 제1 성장용 기판을 제거하는 단계; 상기 제2 p형 반도체층 상에 상기 제1 발광구조물 상에 형성된 도전성 기판을 부착하는 단계; 상기 제2 성장용 기판을 제거하는 단계; 상기 제2 성장용 기판이 제거된 제2 n형 반도체층의 일면에 투광성과 전기전도성을 갖는 물질로 이루어진 저굴절층 및 금속층이 적층된 구조를 구비하는 단일지향성 반사기를 형성하는 단계; 상기 제1 n형 반도체층 상에 제1 n형 전극을 형성하는 단계; 및 상기 제1 발광구조물에서 제1 n형 반도체층, 제1 활성층 및 제1 p형 반도체층의 일부가 제거되어 노출된 상기 제1 p형 반도체층의 일면에 p형 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 p형 반도체층 또는 상기 제2 p형 반도체층 중 적어도 어느 하나의 상면에 상기 단일지향성 반사기를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 p형 전극은 상기 제1 p형 반도체층 상에 형성된 상기 단일지향성 반사기의 일면에 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 발광소자의 경우, 광출력이 향상되고, 외부 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 변형된 실시형태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 변형된 다른 실시형태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도4는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 변형된 다른 실시형태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도5는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도6는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도7 내지 도18은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 반도체 발광 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.
도19은 제1 실시형태에 따른 반도체 발광소자 패키지의 실장형태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 변형된 실시형태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 변형된 다른 실시형태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도4는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 변형된 다른 실시형태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도5는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도6는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도7 내지 도18은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 반도체 발광 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.
도19은 제1 실시형태에 따른 반도체 발광소자 패키지의 실장형태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도1을 참조하면, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광소자(100)는 서로 대향하는 제1 및 제2 주면을 갖는 도전성 기판(110)의 제1 주면에 제1 발광구조물(120)이 형성된다. 제1 발광구조물(120)은 제1 p형 반도체층(121), 제1 활성층(122) 및 제1 n형 반도체층(123)을 구비하는 구조로 이루어질 수 있다. 상기 도전성 기판(110)의 제2 주면에는 제2 발광구조물(130)이 형성되고, 제2 발광구조물(130)은 상기 도전성 기판(110) 제2 주면에 순차로 형성된 제2 p형 반도체층(131), 제2 활성층(132) 및 제2 n형 반도체층(133)으로 이루어질 수 있다. 제1 발광구조물(120) 상에는 제1 n형 전극(124)이 형성되고, 상기 제1 발광구조물(120)의 표면에서 제1 n형 반도체층(123), 제1 활성층(122) 및 제1 p형 반도체층(121)의 일부까지 메사 식각하여 노출된 제1 p형 반도체층(121) 상에 p형 전극(127)을 형성할 수 있다. 상기 제2 n형 반도체층 일면에는 제2 n형 전극(135)이 형성될 수 있다. 상기 제2 n형 전극(135)은 투광성과 전기전도성을 갖는 물질로 이루어진 저굴절층(135a) 및 금속층(135b)이 적층된 구조를 가지며, 상기 제2 활성층(132)으로부터 제2 n형 반도체층(133)을 향해 방출된 빛을 반사하여 외부로 유도하는 단일지향성 반사기구조를 포함할 수 있다.
본 실시 형태에서, 제1 n형 반도체층(123), 제1 p형 반도체층(121), 제2 n형 반도체층(133) 및 제2 p형 반도체층(131)은 질화물 반도체로 이루어질 수 있다. 따라서, 이에 제한되는 것은 아니지만, 본 실시 형태의 경우, n형 및 p형 반도체층(121, 123, 131, 133)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1임)을 가지며, 예컨대, GaN, AlGaN, InGaN 등의 물질이 이에 해당될 수 있다. 또한, n형 불순물로 Si, Ge, Se, Te 등이 사용될 수 있으며, 상기 p형 불순물로는 Mg, Zn, Be 등이 사용될 수 있다.
제1 n형 반도체층(123)과 제1 p형 반도체층(121) 사이, 제2 n형 반도체층(133)과 제2 p형 반도체층(131) 사이에 형성되는 제1 및 제2 활성층(122, 132)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조, 예컨대, InGaN/GaN 구조가 사용될 수 있다. 한편, n형 및 p형 질화물 반도체층(121, 123, 131, 133)과 활성층(122, 132)은 당 기술 분야에서 공지된 MOCVD, MBE, HVPE 등과 같은 반도체층 성장 공정을 이용하여 형성될 수 있을 것이다.
한편, 제1 p형 반도체층(121), 제1 n형 반도체층(123), 제2 p형 반도체층(131) 및 제2 n형 반도체층(133)과 제1 및 제2 활성층(122,132)은 질화물 반도체 외에 다른 반도체 물질, 예컨대, AlxInyGa(1-x-y)P(0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1) 물질로 이루어질 수 있으며, 이러한 물질로 얻어진 소자의 경우, 적색광을 방출하기에 보다 적합하다.
도전성 기판(110)은, 후술하는 레이저 리프트 오프 등의 공정에서 상기 제1 발광구조물(120)을 지지하는 지지체의 역할을 수행하며, 제1 발광구조물(120)과 접합된 상태로 제2 발광구조물(130)의 성장기판(101')을 제거하기 위한 레이저 리프트 오프 등의 공정에서 지지체의 역할을 수행할 수 있다. 도전성 기판(110)은 Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, GaAs 중 어느 하나를 포함하는 물질, 예컨대, Si 기판에 Al이 도핑된 물질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 선택된 물질에 따라, 도전성 기판(110)은 도금 또는 본딩 접합 등의 방법으로 형성될 수 있을 것이다. 본 실시 형태의 경우, 도전성 기판(110)은 제1 및 제2 p형 반도체층(121, 131)과 전기적으로 연결되며, 이에 따라, 도전성 기판(110)을 통하여 제1 및 제2 p형 반도체층(121, 131)에 전기 신호가 인가될 수 있다.
본 발명의 제1 실시형태에 따르면, 상기 도전성 기판(110)에 의하여 제1 및 제2 p형 반도체층(121, 131)이 전기적으로 연결되어 하나의 p형 전극 패드(127)로부터 전류가 인가되고, 제1 n형 반도체층(123) 상에 제1 n형 전극(124)이 형성되며, 제2 n형 반도체층(133)의 일면에는 제2 n형 전극(135)이 형성되어 제1 n형 전극(124)과 제2 n형 전극(135)이 동일한 외부 단자와 연결될 수 있다.
제2 n형 반도체층(133)의 상면에는 전극 구조로서, 단일지향성 반사기( Omnidirectional reflector)가 형성될 수 있다. 단일지향성 반사기는 높은 반사율을 가짐으로써 제2 활성층(132)에서 방출된 빛이 흡수되어 소멸되는 것을 최소화하기 위한 것이며, 저굴절층(135a)과 금속층(135b)이 적층된 구조를 갖는다. 추가적으로 부가될 수 있는 구성으로서, 단일지향성 반사기의 금속층(135b) 상면에는 와이어 본딩 등에 이용되기 위한 본딩 패드(미도시)가 구비될 수 있다.
본 실시 형태의 경우, 단일지향성 반사기가 제2 n형 전극 구조로서 채용되어, 제2 활성층(132)에서 방출된 빛 중 n형 전극(135)으로 향하는 빛은 흡수가 최소화될 수 있으므로, 외부 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
단일지향성 반사기는 n형 전극 구조를 이루며, 제2 활성층(132)으로부터 방출된 빛에 대하여 반사율이 높아 광 추출 효율의 향상에 기여할 수 있다. 상술한 바와 같이, 단일지향성 반사기는 저굴절층(135a)과 금속층(135b)을 구비하여 구성되며, 저굴절층(135a)은 투광성과 전기전도성을 갖는 물질로 이루어진다. 이러한 물질로서 바람직하게 투명 전도성 산화물(TCO)을 사용할 수 있으며, ITO, CIO, ZnO 등이 이에 해당한다.
이 경우, 단일지향성 반사기 구조가 구현되기 위하여, 저굴절층(135a)의 두께(t)는 제2 활성층(132)에서 방출된 빛의 파장의 1/(4n)에 비례하는 것이 바람직하며, 여기서, 상기 n은 저굴절층(135a)의 굴절률에 해당한다. 이러한 두께 조건을 충족함으로써 단일지향성 반사기는 해당 소자, 구체적으로, 발광구조물 중 제2 활성층(132)에서 방출된 빛에 대하여 반사율이 극대화될 수 있다. 단일지향성 반사기를 구성하는 금속층(135b)은 저굴절층(135a)과 접촉되도록 그 위에 형성되며, 소멸 계수(extinction coefficient)가 높은 물질, 예컨대, Ag, Al, Au 등의 물질을 포함할 수 있다.
본 실시형태의 경우, 제2 활성층(132)에서 방출된 빛이 제2 n형 반도체층(133) 상에 형성된 단일지향성 반사기 구조를 포함하는 제2 n형 전극(135)에서 반사되어 상부로 유도되므로, 내부 광손실 비율을 감소시키고, 외부로의 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도2는 본 발명의 제1실시형태에 따른 반도체 발광소자의 변형된 형태를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 본 실시형태에서는, 도1에 도시된 실시형태와는 달리, 상기 도전성 기판(110)과 제1 발광구조물(120) 사이에 반사금속층(126)이 개재될 수 있다.
반사금속층(126)은 제1 활성층(122)에서 방출된 빛을 제1 발광구조물(120)의 상부, 즉, 제1 n형 반도체층(123) 방향으로 반사하는 기능을 수행할 수 있으며, 나아가, 제1 p형 반도체층(121)과 오믹 컨택을 이루는 것이 바람직하다. 이러한 기능을 고려하여, 제1 및 제2 반사금속층(126)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있다. 또한, 도2에 도시된 바와 같이, 상기 반사금속층(126)은 p형 전극(127)과 오믹접촉하는 컨택층의 기능을 동시에 수행할 수 있다.
이 경우, 자세하게 도시하지는 않았으나, 반사금속층(126)은 2층 이상의 구조로 채용되어 반사 효율을 향상시킬 수 있으며, 구체적인 예로서, Ni/Ag, Zn/Ag, Ni/Al, Zn/Al, Pd/Ag, Pd/Al, Ir/Ag. Ir/Au, Pt/Ag, Pt/Al, Ni/Ag/Pt 등을 들 수 있다. 다만, 제1 및 제2 반사금속층(126)은 본 실시 형태에서 반드시 요구되는 구성은 아니며, 도1에 도시된 바와 같이, 사용되지 않을 수 있다. 이 경우에는 제1 p형 반도체층(121)과 도전성 기판(110)이 도전성 접합층 등을 매개로 접합될 수 있다.
제1 및 제2 반사금속층(126, 136)은 제1 및 제2 활성층(122, 132)에서 방출된 빛을 각각 제1 및 제2 발광구조물(120, 130)의 상부, 즉, 제1 n형 반도체층(123) 및 제2 n형 반도체층(133) 방향으로 반사하는 기능을 수행할 수 있으며, 나아가, 각각 제1 및 제2 p형 반도체층(121, 131)과 오믹 컨택을 이루는 것이 바람직하다. 이러한 기능을 고려하여, 제1 및 제2 반사금속층(126, 136)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있다.
이 경우, 자세하게 도시하지는 않았으나, 반사금속층(126, 136)은 2층 이상의 구조로 채용되어 반사 효율을 향상시킬 수 있으며, 구체적인 예로서, Ni/Ag, Zn/Ag, Ni/Al, Zn/Al, Pd/Ag, Pd/Al, Ir/Ag. Ir/Au, Pt/Ag, Pt/Al, Ni/Ag/Pt 등을 들 수 있다. 다만, 제1 및 제2 반사금속층(126, 136)은 본 실시 형태에서 반드시 요구되는 구성은 아니며, 도1에 도시된 바와 같이, 사용되지 않을 수 있다. 이 경우에는 제1 및 제2 p형 반도체층(121, 131)과 도전성 기판(110)이 도전성 접합층 등을 매개로 접합될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 p형 반도체층(121, 131)을 전기적으로 연결하기 위하여 연결 금속층(M)을 형성할 수 있다.
도3은 도2에 도시된 실시형태에 따른 반도체 발광소자에서, 제2 반사금속층(136)과 제2 p형 반도체층(131) 사이에 단일지향성 반사기(135')를 구비하여, 제2 활성층(132)로부터 방출된 빛을 보다 효과적으로 반사할 수 있다. 이 때, 상기 단일지향성 반사기(135')를 구성하는 금속층(135a')는 상기 제2 반사금속층(136)으로 대체 가능하며, 연결 금속층(M)에 의해 상기 제1 및 제2 p형 반도체층(121, 131)은 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 상기 연결금속층(M) 도2에 도시된 반도체 발광 소자와는 달리, 상기 도전성 기판(110)을 관통하여 복수개 형성됨으로써 전류분산효과를 증대시킬 수 있다.
도4는 도2에 도시된 반도체 발광소자에서, 상기 반사 금속층(126, 136)을 단일지향성 반사기(135', 135'') 구조로 형성한 실시형태를 나타낸다. 제1 및 제2 활성층과 가까운 쪽으로 단일지향성 반사기(135', 135'')의 저굴절층(135b', 135b'')이 형성되도록 하여, 각각 제1 및 제2 활성층(122, 132)에서 상기 도전성 기판(110)을 향하여 방출된 빛을 외부로 유도하여, 외부 발광 효율을 증가시킬 수 있다. 이 경우, 상기 제1 p형 반도체층(121)과 상기 도전성 기판(110) 사이에 형성된 단질지향성 반사기(135'')의 금속층(135b'')은 p형 전극(127)과 오믹컨택 기능을 수행할 수 있고, 상기 제1 및 제2 p형 반도체층(121, 131)이 전기적으로 연결될 수 있도록 연결금속층(M)을 형성할 수 있다. 본 실시형태에서, 단일지향성 반사기 구조(135a, 135b)를 포함하는 제2 n형 전극(135)의 금속층(135b) 상면에는 오믹 컨택을 위한 별도의 본딩 패드(134)가 개재될 수 있다.
도5는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 반도체 발광 소자(200)를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도5을 참조하면, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광소자(200)는 서로 대향하는 제1 및 제2 주면을 갖는 도전성 기판(210)의 제1 주면에 제1 발광구조물(220)이 형성되고, 상기 제1 발광구조물(220)은 제1 p형 반도체층(221), 제1 활성층(222) 및 제1 n형 반도체층(223)을 구비하는 구조로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 도전성 기판(220)으로부터 연장되어 형성되며, 상기 제1 p형 반도체층(221) 및 제1 활성층(222)을 관통하여 상기 제1 n형 반도체층(223)과 접속된 제1 도전성 비아 및 상기 도전성 기판(220)과 상기 제1 p형 반도체층(221) 사이에 개재된 제1 도전형 컨택층(229)을 포함할 수 있다.
상기 도전성 기판(210)의 제2 주면에는 제2 발광구조물(230)이 형성되고, 제2 발광구조물(230)은 상기 도전성 기판(210) 제2 주면에 순차로 형성된 제2 p형 반도체층(231), 제2 활성층(232) 및 제2 n형 반도체층(233)으로 이루어질 수 있다. 상기 도전성 기판(210)과 제2 발광구조물(230) 사이에는 단일지향성 반사기(235')가 개재될 수 있으며, 상기 단일지형성 반사기(235')를 구성하는 금속층(235b')은 연결금속층(M)에 의하여 제1 도전형 컨택층(229)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 도전성 비아는 제1 n형 반도체층(223)과 접속되며, 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치, 제1 n형 반도체층(223)과의 접촉 면적 등이 적절히 조절될 수 있다. 본 실시 형태의 경우, 제1 도전성 비아는 제1 n형 반도체층(223)과 그 내부에서 접속되어 있으나, 실시 형태에 따라, 제1 도전성 비아는 제1 n형 반도체층(223)의 표면과 접속되도록 형성될 수도 있을 것이다.
제1 도전성 비아는 제1 활성층(222), 제1 p형 반도체층(221) 및 제1 도전형 컨택층(229)과는 전기적으로 분리될 필요가 있으므로, 제1 도전성 비아와 이들 사이에는 절연층(228)이 형성된다. 절연층(228)은 전기 절연성을 갖는 물체라면 어느 것이나 채용 가능하지만, 빛을 최소한으로 흡수하는 것이 바람직하므로, 예컨대, SiO2, SiOxNy, SixNy 등의 실리콘 산화물, 실리콘 질화물을 이용할 수 있을 것이다.
본 실시형태에서, 제1 도전형 컨택층(229)은 광 반사 기능과 제1 p형 반도체층(221)과 오믹 컨택 기능을 고려하여 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함하도록 형성할 수 있으며, 당 기술 분야에서 공지된 스퍼터링이나 증착 등의 공정을 적절히 이용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서, 제1 발광구조물(220) 표면으로부터 제1 n형 반도체층(223), 제1 활성층(222) 및 제1 p형 반도체층(221)의 일부까지 메사 식각한 영역의 노출면에는 p형 전극(227)이 형성될 수 있으며, 도4에 도시된 바와 같이, 상기 도전성 기판(220)상에 형성된 제1 도전형 컨택층(229)과 오믹접촉을 형성하도록 p형 전극(227)이 형성될 수도 있다. 이때, 제1 도전형 컨택층(229)은 제1 활성층(222)에서 방출된 빛을 상부로 반사하는 기능과 p형 전극(227)과의 오믹 컨택 기능을 동시에 수행할 수 있다.
한편, 상기 제1 도전형 컨택층(229)은 제1 p형 반도체층(221)과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 p형 도전형층(221)과 상기 제2 p형 반도체층(231)을 전기적으로 연결하기 위한 연결금속층(M)이 형성될 수 있다. 상기 연결금속층(M)은 상기 제2 p형 도전형층(231)과 상기 도전성 기판(210) 사이에 형성된 단일지향성 반사기 구조(235')의 금속층(235b')과 연결되어, 제2 p형 반도체층(231)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 연결금속층(M)은, 상기 제1 도전성 비아 사이에서 도전성 기판(210)을 관통하는 형태로 복수개 형성되어 전류분산 효과를 증대시킬 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형 컨택층(229)과 연결금속층(M)은 동일한 물질로 이루어질 수 있고, 상기 p형 전극(227)은 상기 제1 및 제2 발광구조물(120, 130)의 공통 전극으로 사용될 수 있다.
한편, 제1 발광구조물(220)에서 상기 제1 n형 반도체층(223), 제1 활성층(222), 제1 p형 반도체층(221), 제1 도전형 컨택층(229) 및 절연층(228)을 제거하여 노출된 상기 도전성 기판(210) 상에 제1 n형 전극(224)이 형성되고, 상기 제2 발광구조물(230) 제2 n형 반도체층(233)의 일면에는 단일지향성 반사기 구조(235a, 235b)를 포함하는 제2 n형 전극(235)이 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 도전성 기판(210)은 상기 제1 도전성 비아를 통해 상기 제1 n형 반도체층(223)과 전기적으로 연결되고, 제2 n형 반도체층(233)의 표면에 형성된 제2 n형 전극(235)은 상기 제1 n형 전극(224)과 동일한 외부 단자와 연결될 수 있다.
도6은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 반도체 발광 소자(300)를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도6을 참조하면, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광소자(300)는 서로 대향하는 제1 및 제2 주면을 갖는 도전성 기판(310)의 제1 주면에 제1 발광구조물(320)이 형성되고, 상기 제1 발광구조물(320)은 제1 p형 반도체층(321), 제1 활성층(322) 및 제1 n형 반도체층(323)을 구비하는 구조로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 도전성 기판(320)으로부터 연장되어 형성되며, 상기 제1 p형 반도체층(321) 및 제1 활성층(322)을 관통하여 상기 제1 n형 반도체층(323)과 접속된 제1 도전성 비아 및 상기 도전성 기판(320)과 상기 제1 p형 반도체층(321) 사이에 개재된 제1 도전형 컨택층(329)을 포함할 수 있다. 상기 도전성 기판(310)의 제2 주면에는 제2 발광구조물(330)이 형성되고, 제2 발광구조물(330)은 상기 도전성 기판(310) 제2 주면에 순차로 형성된 제2 p형 반도체층(331), 제2 활성층(332) 및 제2 n형 반도체층(333)으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 도전성 기판(320)으로부터 연장되어 형성되며, 상기 제2 p형 반도체층(331) 및 제2 활성층(332)을 관통하여 상기 제2 n형 반도체층(333)과 접속된 제2 도전성 비아 및 상기 도전성 기판(320)과 상기 제1 p형 반도체층(331) 사이에 개재된 제2 도전형 컨택층(329')을 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제1 발광구조물(320) 및 제1 도전성 비아는 도5에 도시한 제2 실시형태와 동일하며, 제2 발광구조물(330)에 상기 도전성 기판(310)과 전기적으로 연결되어 형성된 제2 도전성 비아를 포함한다는 점에서 제2 실시형태와의 차이가 존재한다. 상기 제1 도전성 비아와 제2 도전성 비아는 상기 도전성 기판(310)으로부터 연장되어 형성되고, 상기 제1 도전성 비아는 제1 n형 반도체층(323)과 전기적으로 연결되며, 상기 제2 도전성 비아는 제2 n형 반도체층(333)으로부터 연장되어 형성되므로 결과적으로 제1 및 제2 n형 반도체층(323, 333)은 서로 전기적으로 연결되어 하나의 p형 전극 패드(324)를 가질 수 있다.
상기 제1 도전성 비아는 제1 n형 반도체층(323)과 접속되고, 상기 제2 도전성 비아는 제2 n형 반도체층(333)과 접속되며, 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치, 제2 n형 반도체층(333)과의 접촉 면적 등이 적절히 조절될 수 있다. 본 실시 형태의 경우, 제2 도전성 비아는 제2 n형 반도체층(333)과 그 내부에서 접속되어 있으나, 실시 형태에 따라, 제2 도전성 비아는 제2 n형 반도체층(333)의 표면과 접속되도록 형성될 수도 있을 것이다. 제2 도전성 비아는 제2 활성층(332), 제2 p형 반도체층(331) 및 제2 도전형 컨택층(329')과는 전기적으로 분리될 필요가 있으므로, 제2 도전성 비아와 이들 사이에는 절연층(228)이 형성된다.
상기 도전성 기판(310)과 제1 p형 반도체층(321) 사이에 형성되며, p형 전극(327)과 오믹 콘택을 형성하는 제1 도전형 컨택층(329)은, 상기 도전성 기판(310)과 제2 p형 반도체층(331) 사이에 형성되는 제2 도전형 컨택층(329')과 전기적으로 연결되기 위하여 연결금속층(M)을 더 포함할 수 있으며, 상기 연결금속층(M)은 제1 및 제2 도전형 컨택층(329, 329')과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 따라서, 제1 p형 반도체층(321)과 제2 p형 반도체층(331)은 전기적으로 연결되어 p형 전극(327)을 공통 전극으로 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 실시형태의 경우, 제2 활성층(132)에서 방출된 빛이 제2 n형 반도체층(133) 상에 형성된 단일지향성 반사기 구조(135a, 135b)를 포함하는 제2 n형 전극(135)에서 반사되어 상부로 유도될 뿐만 아니라, 제2 활성층(132)에서 제2 p형 반도체층(131) 방향으로 방출된 빛이 제2 반사금속층(136) 또는 또 다른 단일 지향성 반사기 구조(135a', 135b')에서 반사되어 외부로 유도되거나, 단일지향성 반사기 구조(135a, 135b)를 포함하는 제2 n형 전극(135)에 재반사되어 외부로 유도될 수 있으므로 반도체층 내부의 광손실 비율이 감소하여 외부 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도7 내지 도18은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 반도체 발광소자의 제조방법을 나타내기 위한 도면이다. 구체적으로, 도1에서 설명한 구조를 갖는 반도체 발광소자의 제조방법에 해당한다.
우선, 도 7에 도시된 것과 같이, 반도체 성장용 기판(101)을 마련한다. 반도체 성장용 기판(110)은 사파이어, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2 , GaN 등의 물질로 이루어진 기판을 사용할 수 있다. 이 경우, 사파이어는 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a측 방향의 격자상수가 각각 13.001Å과 4.758Å이며, C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는다. 이 경우, 상기 C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로 주로 사용된다. 성장용 기판(101)과 그 상면에 형성되는 질화물 반도체층의 격자 결함을 완화하기 위하여, 상기 성장용 기판(101) 상면에 버퍼층은(미도시)을 형성할 수 있다. 버퍼층은 질화물 등으로 이루어진 언도프 반도체층으로 채용될 수 있으며, 그 위에 성장되는 발광구조물의 격자 결함을 완화시킬 수 있다.
다음으로 도8에 도시된 바와 같이, 상기 성장용 기판(101) 상에 제1 n형 반도체층(123), 제1 활성층(122) 및 제1 p형 반도체층(121)을 MOCVD, MBE, HVPE 등과 같은 반도체층 성장 공정을 이용하여 순차적으로 성장시켜 제1 발광구조물(120)을 형성한다. 이 경우, 상술한 바와 같이, 구조적인 면에서는 제1 발광구조물(120)을 제1 n형 반도체층(123), 제1 활성층(122) 및 제1 p형 반도체층(121)을 포함하는 구조로 정의하였으나, 성장 및 식각 공정 측면에서는, 버퍼층(미도시)도 발광구조물을 구성하는 요소로 볼 수 있다.
다음으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 n형 반도체층(123) 상에 도전성 기판(110)을 형성한다. 앞서 설명한 바와 같이, 도전성 기판(110)은, Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, GaAs 중 어느 하나를 포함하는 물질, 예컨대, Si 기판에 Al이 도핑된 물질로 이루어질 수 있고, 선택된 물질에 따라, 도금 또는 본딩 접합 등의 방법으로 형성될 수 있을 것이다.
다음으로, 도10에 도시된 바와 같이, 반도체 성장용 기판(101)을 제거한다. 이 경우, 반도체 성장용 기판(101)은 레이저 리프트 오프나 화학적 리프트 오프 등과 같은 공정을 이용하여 제거될 수 있다. 도11은 상기 도전성 기판(110) 및 제1 발광구조물(120)로부터 반도체 성장용 기판(101)이 제거된 상태를 나타낸다.
도12는 또 다른 반도체 성장용 기판(101') 상에 제1 발광구조물(120)과 동일한 방법을 이용하여 형성된 제2 발광구조물(130)이 도시되어 있다. 제2 발광구조물(130)은 성장용 기판(101') 상에 형성된 제2 n형 반도체층(133), 제2 활성층(132) 및 제2 p형 반도체층(131)을 구비하여 이루어질 수 있다.
다음으로, 도13에 도시된 바와 같이, 제2 발광구조물(130)의 상면인 제2 p형 반도체층(131) 상에 제1 발광구조물(120)이 적층된 도전성 기판(110)을 본딩한다.제1 발광구조물(120)이 적층된 면을 도전성 기판의 제1 주면이라 할 때, 상기 제1 주면에 대향하는 제2 주면과 제2 p형 반도체층(131)이 부착될 수 있다. 도 14은 본딩 후 도전성 기판(110)의 제1 및 제2 주면에 제1 및 제2 발광구조물(120, 130)이 적층된 구조를 나타낸다.
다음으로 도15에 도시된 바와 같이, 제1 발광구조물(120) 및 제2 발광구조물(130)이 부착된 도전성 기판(110)을 지지체로 하여 성장용 기판(101')을 제거한다. 이때, 제1 발광구조물(120)로부터 성장용 기판(101)을 제거할 때와 마찬가지로, 레이저 리프트 오프나 화학적 리프트 오프 등과 같은 공정을 이용하여 제거될 수 있다. 도16은 도 15의 상기 성장용 기판(101')이 제거된 제1 및 제2 발광구조물(120, 130)이 부착된 도전성 기판(110)을 180도 회전한 형태를 나타낸다.
다음으로, 도17에 도시된 바와 같이, 성장용 기판(101')이 제거된 제2 n형 반도체층(133)의 일면에 저굴절층(135a) 및 금속층(135b)으로 이루어진 단일지향성 반사기 구조를 포함하는 제2 n형 전극(135)을 형성한다. 상기 제2 n형 전극(135)은 도금, 스퍼터링, 증착 등의 공정으로 적절히 형성될 수 있다.
다음으로 도18에 도시된 바와 같이, 제1 발광구조물(120) 상에 제 n형 전극(124)을 형성하고, 제1 발광구조물(120)에서 제1 n형 반도체층(123), 제1 활성층(122) 및 제1 p형 반도체층(122)의 일부가 제거되어 노출된 상기 제1 p형 반도체층의 일부를 식각하여, 상기 제1 p형 반도체층(121)의 노출된 식각면 상에 p형 전극(127)을 형성할 수 있다. 상기 제1 및 제2 p형 반도체층(121, 131)은 도전성 기판(110)에 의해 전기적으로 연결되고, 공통의 p 전극 패드(127)를 가질 수 있다. 상기 제2 n형 전극(135)과 상기 제1 n형 전극(124)은 동일한 외부 접속 단자에 연결될 수 있다.
도19는 도 1의 반도체 발광소자의 패키지 실장형태를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 17을 참조하면, 본 실시 형태에 따른 발광소자 패키지는 제1 및 제2 단자부(201, 202)를 구비하며, 반도체 발광소자는 이들과 각각 전기적으로 연결된다. 이 경우, 반도체 발광소자는 도 1과 동일한 구조를 가지며, 상기 제1 및 제2 p형 반도체층(121, 131)은 상기 p형 전극(127)과 연결된 도전성 와이어에 의하여 제2 단자부(202)에 연결되고, 상기 제1 및 제2 n형 반도체층(123, 133)은 제1 n형 전극(124) 및 제2 n형 전극(135) 및 본딩 패드(134)에 의해 제1 단자부(201)에 연결될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태 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.
100, 200, 300: 반도체 발광 소자 110, 210, 310: 도전성 기판
101, 101': 성장용 기판 120, 220, 320: 제1 발광구조물
121, 221, 321: 제1 p형 반도체층 122, 222, 322: 제1 활성층
123, 223, 323: 제1 n형 반도체층 124, 224, 324: 제1 n형 전극
127, 227, 327: p형 전극 228, 328: 절연층
229, 329: 제1 도전형 컨택층 329': 제2 도전형 컨택층
130, 230, 330: 제2 발광구조물 131, 231, 331: 제2 p형 반도체층
132, 232, 332: 제2 활성층 133, 233, 333: 제2 n형 반도체층
134: 본딩패드 135, 235, 335: 제2 n형 전극
135', 135'': 단일지향성 반사기 구조 135a, 135a', 135a'': 굴절층
135b, 135b', 135b'': 금속층 201, 202: 제1 및 제2 단자부
101, 101': 성장용 기판 120, 220, 320: 제1 발광구조물
121, 221, 321: 제1 p형 반도체층 122, 222, 322: 제1 활성층
123, 223, 323: 제1 n형 반도체층 124, 224, 324: 제1 n형 전극
127, 227, 327: p형 전극 228, 328: 절연층
229, 329: 제1 도전형 컨택층 329': 제2 도전형 컨택층
130, 230, 330: 제2 발광구조물 131, 231, 331: 제2 p형 반도체층
132, 232, 332: 제2 활성층 133, 233, 333: 제2 n형 반도체층
134: 본딩패드 135, 235, 335: 제2 n형 전극
135', 135'': 단일지향성 반사기 구조 135a, 135a', 135a'': 굴절층
135b, 135b', 135b'': 금속층 201, 202: 제1 및 제2 단자부
Claims (25)
- 서로 대향하는 제1 및 제2 주면을 갖는 도전성 기판;
상기 도전성 기판의 제1 주면에 형성되며, 제1 n형 반도체층 및 제1 p형 반도체층과 그 사이에 형성된 제1 활성층을 포함하는 제1 발광구조물;
상기 제1 n형 반도체층과 전기적으로 연결된 제1 n형 전극;
상기 도전성 기판의 제2 주면에 형성되며, 제2 n형 반도체층 및 제2 p형 반도체층과 그 사이에 형성된 제2 활성층을 포함하는 제2 발광구조물;
상기 제2 n형 반도체층의 일면에 형성되고, 투광성과 전기전도성을 갖는 물질로 이루어진 저굴절층 및 금속층이 적층된 구조를 가지며, 상기 제2 활성층으로부터 상기 제2 n형 반도체층을 향해 방출된 빛을 반사하여 외부로 유도하는 단일지향성 반사기 구조를 포함하는 제2 n형 전극;및
상기 제1 발광구조물에서 상기 제1 n형 반도체층, 제1 활성층 및 제1 p형 반도체층의 일부가 제거되어 노출된 상기 제1 p형 반도체층의 일면에 형성된 p형 전극;
을 포함하는 반도체 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 n형 전극은 제1 n형 반도체층의 일면에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 도전성 기판과 제1 발광구조물 사이 또는 상기 도전성 기판과 제2 발광구조물 사이 중 적어도 하나에 반사금속층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 단일지향성 반사기는 상기 제2 n형 반도체층의 일면에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 발광구조물과 상기 도전성 기판 사이 또는 상기 제2 발광구조물과 상기 도전성 기판 사이 중 적어도 하나에 상기 단일지향성 반사기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제5항에 있어서,
상기 단일지향성 반사기는 제1 및 제2 활성층과 가까운 쪽에 상기 저굴절층이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 저굴절층의 두께는 상기 활성층에서 방출된 빛의 파장의 1/(4n)에 비례하며, 여기서, 상기 n은 상기 저굴절층의 굴절률인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 금속층은 Ag, Al 및 Au로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 발광구조물 상면에 요철구조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 도전성 기판으로부터 연장되어 형성되며, 상기 제1 p형 반도체층 및 제1 활성층을 관통하여 상기 제1 n형 반도체층과 접속된 제1 도전성 비아;및
상기 도전성 기판과 상기 제1 p형 반도체층 사이에 형성된 제1 도전형 컨택층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제10항에 있어서,
상기 제1 n형 전극은 상기 제1 발광구조물이 제거되어 노출된 상기 도전성 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제10항에 있어서,
상기 제1 도전형 컨택층은 상기 단일지향성 반사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제10항에 있어서,
상기 도전성 기판을 상기 제1 p형 반도체층, 제1 활성층 및 제2 p형 반도체층과 전기적으로 분리시키기 위한 절연체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제10항에 있어서,
상기 제1 발광구조물과 상기 도전성 기판 사이 또는 상기 제2 발광구조물과 상기 도전성 기판 사이 중 적어도 어느 하나에 상기 단일지향성 반사기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제14항에 있어서,
상기 p형 전극은 상기 제1 발광구조물과 상기 도전성 기판 사이에 개재된 단일지향성 반사기 상에 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제10항에 있어서,
상기 도전성 기판으로부터 연장되어 형성되며, 상기 제2 p형 반도체층 및 제2 활성층을 관통하여 상기 제2 n형 반도체층과 접속된 제2 도전성 비아;
상기 도전성 기판과 상기 제2 p형 반도체층 사이에 형성된 제2 도전형 컨택층;및
상기 도전성 기판을 상기 제1 p형 반도체층, 제1 활성층, 제2 p형 반도체층 및 제2 활성층과 전기적으로 분리시키기 위한 절연체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제10항 내지 16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 p형 반도체층과 제2 p형 반도체층을 전기적으로 연결하기 위한 연결 금속층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제17항에 있어서,
상기 연결 금속층은 상기 제1 또는 제2 도전형 컨택층과 동일한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제18항에 있어서,
상기 연결 금속층은 상기 도전성 기판을 관통하여 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 발광구조물은 상기 도전성 기판의 제1 주면 상에 상기 제1 p형 반도체층, 제1 활성층 및 제1 n형 반도체층이 순차적으로 적층되어 형성되고,
상기 제2 발광구조물은 상기 도전성 기판의 제2 주면상에 상기 제2 p형 반도체층, 상기 제2 활성층 및 제2 n형 반도체층이 순차적으로 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 p형 전극은 상기 제1 및 제2 발광구조물의 공통 전극으로 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 n형 전극은 동일한 외부 단자와 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제1 및 제2 반도체 성장용 기판 상에 각각 제1 및 제2 n형 반도체층, 제1 및 제2 활성층, 제1 및 제2 p형 반도체층을 순차적으로 성장시켜 제1 및 제2 발광구조물을 형성하는 단계;
상기 제1 발광구조물 상에 제1 p형 반도체층과 전기적으로 연결되도록 도전성 기판을 형성하는 단계;
상기 제1 발광구조물로부터 상기 제1 성장용 기판을 제거하는 단계;
상기 제2 p형 반도체층 상에 상기 제1 발광구조물 상에 형성된 도전성 기판을 부착하는 단계;
상기 제2 성장용 기판을 제거하는 단계;
상기 제2 성장용 기판이 제거된 제2 n형 반도체층의 일면에 투광성과 전기전도성을 갖는 물질로 이루어진 저굴절층 및 금속층이 적층된 구조를 구비하는 단일지향성 반사기를 형성하는 단계;
상기 제1 n형 반도체층 상에 제1 n형 전극을 형성하는 단계;및
상기 제1 발광구조물에서 제1 n형 반도체층, 제1 활성층 및 제1 p형 반도체층의 일부가 제거되어 노출된 상기 제1 p형 반도체층의 일면에 p형 전극을 형성하는 단계;
를 포함하는 반도체 발광 소자 제조방법.
- 제23항에 있어서,
상기 제1 p형 반도체층 또는 상기 제2 p형 반도체층 중 적어도 어느 하나의 상면에 상기 단일지향성 반사기를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 제조방법.
- 제24항에 있어서,
상기 p형 전극은 상기 제1 p형 반도체층 상에 형성된 상기 단일지향성 반사기의 일면에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 제조방법.
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|---|---|---|---|
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR20140018535A (ko) * | 2012-08-02 | 2014-02-13 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 소자 |
| KR101493354B1 (ko) * | 2013-09-25 | 2015-02-16 | 한국광기술원 | 발광 다이오드 장치 및 제조 방법 |
-
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- 2010-08-17 KR KR1020100079309A patent/KR20120016831A/ko not_active Application Discontinuation
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