KR20130007030A - 무반사막을 갖는 발광소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 발광소자는 기판 상에 형성된 n형 질화물층, 상기 n형 질화물층의 상부면에 형성된 활성층, 상기 활성층의 상부면에 형성된 p형 질화물층, 상기 p형 질화물층의 상부면에 형성된 p측 전극, 및 상기 n형 질화물층의 노출 영역에 구비된 n측 전극을 포함하고, 상기 기판부터 상기 투명 전극층까지의 외부면을 둘러싸며, 투광성과 비전도성 재질로 이루어진 무반사 패시베이션막을 포함한다.
또한, 본 발명에서 상기 무반사 패시베이션막의 굴절률은 상기 무반사 패시베이션막과 경계 면으로 접하는 양측 물질의 굴절률 기하 평균값인 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에서 상기 무반사 패시베이션막의 두께(d)는 d = (λ/4n)×(m)(단, λ는 활성층에서 발광된 빛의 파장, n은 활성층의 굴절률, m은 0 이상의 홀수)을 만족하는 수치를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 무반사 패시베이션막의 굴절률은 상기 무반사 패시베이션막과 경계 면으로 접하는 양측 물질의 굴절률 기하 평균값인 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에서 상기 무반사 패시베이션막의 두께(d)는 d = (λ/4n)×(m)(단, λ는 활성층에서 발광된 빛의 파장, n은 활성층의 굴절률, m은 0 이상의 홀수)을 만족하는 수치를 갖는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 광 효율을 향상시킬 수 있는 무반사막을 갖는 발광소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근의 개발 추이는 고휘도, 고속응답특성, 높은 발광강도, 전체 제조 공정수 등의 다양한 요구를 만족시키기 위해 LCD(Lyquid Crystal Display, 액정표시장치), PDP(Plasma Display Pannel), 유기 EL(Organic Electrolumine scent), LED(Light Emitting Diode) 등이 기존 디스플레이 장치 시장을 급속하게 대체해 나고 있는 실정이다.
이 중에서 특히, 발광다이오드(LED : Light Emitting Diode)는 소형, 저소비전력, 고신뢰성 등의 특징을 겸비하여 표시용 광원으로서 널리 이용되고 있다. 실용화되어 있는 LED의 재료로서는 AlGaAs, GaAlP, GaP, InGaAlP 등의 5족 원소로 As, P를 사용한 3-5족 화합물 반도체가 적색, 황색, 녹색 발광용으로서 이용되고, 녹색, 청색, 자외선 영역용으로서는 GaN계 화합물 반도체가 이용되고 있다.
이와 같은 일반적인 질화 갈륨계 발광소자에 있어서, 리드 프레임에 인가된 전압에 의해 전류가 도전성이 높은 투명전극을 통해 확산되고, 이러한 전류는 n형 질화물층과 p형 질화물층으로 흐르게 된다.
그리고, n형 질화물층과 p형 질화물층 사이의 활성층에서 전자와 정공의 재결합에 의하여 발생하는 광자 에너지 hυ(h : 프랭크상수, υ = c/λ, c : 광속, λ : 파장)는 LED의 외부로 방출된다.
그리고, 이러한 발광소자에서 발생한 빛의 효율은 내부 양자 효율과 외부 양자 효율로 나누어질 수 있다. 내부 양자 효율은 활성층의 설계나 품질에 따라 결정되고, 외부 양자 효율은 활성층에서 발생한 빛이 LED 발광소자의 외부로 나오는 정도에 따라 결정되되, 외부 양자 효율의 경우는 굴절률(n)과 임계각(θc)에 따라 결정된다고 할 수 있다.
즉, 외부 양자 효율의 경우에는 일정한 굴절율을 갖는 GaN 물질이나 사파이어의 경우 굴절율 1인 공기 중으로 빛이 나오기 위해서는 임계각을 넘지 않아야 한다.
그러나, 도 1에 나타나 있는 바와 같이 굴절률이 서로 다른 GaN과 공기 사이에서 각 물질의 굴절률에 따른 굴절각이 나타나 있으며, 공기로 빛이 방출되는 방출각의 임계각은 θc = sin-1(n1/n2)로 표시되고, 질화 갈륨(GaN)에서 굴절률이 1인 공기중으로 빛이 진행할 때의 임계각(θc)은 약 24.6°가 된다.
이때 임계각 이상의 각도로 방출되는 빛은 발광소자의 내부로 다시 돌아가서 LED의 내부에 갇히는 결과를 초래하고, 질화 갈륨과 기판 내에서 빛의 흡수가 이루어져 외부 양자 효율은 떨어지게 된다.
게다가 최근 TV 모니터, 컴퓨터 모니터, 자동차 헤드라이트 등에 사용되는 대면적 발광소자의 경우, 휴대폰 등의 백라이트로 사용되는 LED의 크기(250㎛～ 400㎛)에 비해 설계와 광 효율 측면에서 발광소자의 크기(500㎛~3㎜)가 클 수밖에 없다. 따라서, 이와 같은 대면적 발광소자의 크기로 인해 측면으로 방출되는 빛이 손실되어 외부 양자 효율은 더욱 떨어지게 된다.
도 2는 발광소자 칩의 측면 "0"을 기준으로 발광 거리에 따라 측면으로 방출되는 빛의 손실을 나타낸 그래프이고, 도 3은 GaN 계열에서의 파장에 따른 흡수계수를 나타내는 그래프이다.
도 2를 참조하면, 측면에서 200㎛ 정도만 떨어져도 발광 손실이 거의 90%에 달하기 때문에 그 이상의 거리에서 발광한 빛이 측면으로는 거의 방출되지 못하고 있다.
특히, 도 3에 도시된 바와 같이, GaN 계열의 경우 녹색 및 청색 계열의 발광다이오드 소자의 재료로 많이 사용되는데, 청색 및 UV 계열의 발광소자로 사용될 경우에 빛의 흡수 정도가 매우 커져, 측면으로 발광하는 빛의 감쇠 정도는 보다 심각한 수준이다.
따라서, 종래 방법에 의한 대면적 발광다이오드의 경우, 일반적으로 발광소자 칩의 크기가 500㎛ ~ 3㎜ 범위 내이므로, 활성층에서 생성되어 측면 또는 내부에서 전반사되어 진행하는 빛은 외부로 방출되지 못하고, 흡수 등에 의해 손실되므로 외부 양자 효율이 더욱 떨어지게 된다.
본 발명의 목적은 측면을 포함한 표면에 빛을 외부로 방출하여 외부양자 효율을 향상시킬 수 있는 무반사막을 가지는 발광소자를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적을 달성하기 위한 무반사막을 가지는 발광소자의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 발광소자는 기판 상에 형성된 n형 질화물층; 상기 n형 질화물층의 상부면에 형성된 활성층; 상기 활성층의 상부면에 형성된 p형 질화물층; 상기 p형 질화물층의 상면에 형성된 p측 전극; 및 상기 n형 질화물층의 노출 영역에 구비된 n측 전극을 포함하고, 상기 기판부터 상기 투명 전극층까지의 외부면을 둘러싸며, 투광성과 비전도성 재질로 이루어진 무반사 패시베이션막을 포함한다.
본 발명의 일실시예에서 상기 무반사 패시베이션막의 굴절률은 상기 무반사 패시베이션막과 경계 면으로 접하는 양측 물질의 굴절률 기하 평균값인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예는 기판의 상부 방향으로 n형 질화물층을 형성하는 단계; 상기 n형 질화물층 상에 활성층을 형성하는 단계; 상기 활성층의 상부 방향으로 p형 질화물층과 투명 전극층을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 투명 전극층을 패터닝하고 n측 전극을 위해 상기 n형 질화물층의 일 영역을 노출하는 단계; 상기 기판의 외부 측면으로부터 상기 활성층의 외부면을 거쳐 상기 패터닝된 투명 전극층과 노출된 n형 질화물 반도체층 영역을 포함한 패턴의 외부면에 무반사 패시베이션막을 형성하는 단계; 상기 패터닝된 투명 전극층과 노출된 n형 질화물층 영역을 덮은 상기 무반사 패시베이션막 영역을 제거하는 단계; 및 상기 패터닝된 투명 전극층 상부면에 p측 전극을 형성하고, 상기 노출된 n형 질화물층 영역의 상면에 n측 전극을 형성하는 단계를 포함하는 발광소자의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 실시예에서 상기 무반사 패시베이션막은 트리아세테이트셀룰로오스(TAC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 디아세틸셀룰로오스, 아세테이트부틸레이트셀룰로오스, 폴리에테르설폰, 아크릴계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리에테르 수지, 트리메틸펜틴, 폴리에테르케톤, (메타)아크릴로니트릴, 니트로셀룰로오스, 아세틸셀룰로오스, 셀룰로오스아세테이트 프로피오네이트, 에틸히드록시에틸셀룰로오스, 에폭시 수지, 알키드 수지, 스피로아세탈 수지, 폴리부타디엔 수지, 폴리티올폴리엔 수지로 이루어진 군 중 적어도 선택된 어느 하나 또는 선택 조합한 합성물인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 n측 오믹 전극의 하부 방향으로 n 타입 클래드층, 활성층, p 타입 클래드층, 본딩 금속층, 전도성 기판, 및 p측 오믹 전극층을 포함한 수직형 질화물 반도체 발광 소자로서, 상기 n 타입 클래드층으로부터 상기 p측 오믹 전극층 까지 외부 측면 중 적어도 상기 활성층의 외부면을 둘러싸는 무반사 패시베이션막을 포함하는 발광소자에 관한 것이다.
본 발명은 질화물 반도체 발광소자가 무반사 패시베이션막을 구비하여 활성층에서 발광하는 빛을 전반사 없이 투과함으로써, 외부양자효율이 향상되고 측면을 포함한 표면에서 외부로의 광출력 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 질화물 반도체 발광소자의 외부면에 무반사 패시베이션막을 구비하여, 외부의 화학적, 물리적 충격에 대해 발광소자를 완충하고 보호할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 GaN에서 공기로 방출되는 광의 임계각을 설명하기 위한 예시도.
도 2는 종래에 발광 다이오드의 측면 방출 지점을 기준으로 발광 거리에 따른 측면으로 방출되는 광의 양을 나타낸 그래프.
도 3은 GaN 계열에서의 파장에 따른 흡수계수를 나타내는 그래프.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자를 설명하기 위한 단면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자를 설명하기 위한 단면도.
도 2는 종래에 발광 다이오드의 측면 방출 지점을 기준으로 발광 거리에 따른 측면으로 방출되는 광의 양을 나타낸 그래프.
도 3은 GaN 계열에서의 파장에 따른 흡수계수를 나타내는 그래프.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자를 설명하기 위한 단면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자를 설명하기 위한 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 여기서, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자는 다중양자우물구조의 활성층을 가진 발광다이오드에 적용하여 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자(100)는 기판(110), 버퍼층(120), n형 질화물층(130), 활성층(140), p형 질화물층(150), 투명 전극층(160), n측 전극(181) 및 p측 전극(182)으로 이루어진 발광다이오드로서, 기판(110)으로부터 p형 질화물층(150)까지 외부면을 덮고, 투명 전극층(160)과 n측 전극(181) 각각의 측면을 둘러싸는 무반사 패시베이션막(170)을 포함한다.
여기서, 본 발명의 일실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자(100)는 선택적으로 기판(110)과 n형 질화물층(130) 사이의 격자 부정합을 해소하기 위해 AlN 또는 GaN 등의 재질로 버퍼층(120)을 형성할 수 있다.
활성층(140)은 단일양자우물구조 또는 양자우물층과 양자장벽층이 교대로 다수 적층된 다중양자우물구조로 구비될 수 있다. 여기서, 활성층(140)은 다중양자우물구조로 이루어지되, 양자장벽층은 예컨대 Al이 포함된 AlGaInN의 4원계 질화물층이고, 양자우물층은 예를 들어 InGaN으로 이루어질 수 있다. 이러한 구조의 활성층(140)은 발생하는 응력과 변형에 의한 자발적인 분극을 억제할 수 있다.
투명 전극층(160)은 투명전도성 산화물로 이루어지고, 그 재질은 In, Sn, Al, Zn, Ga 등의 원소를 포함하며, 예컨대, ITO, CIO, ZnO, NiO, In2O3 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
무반사 패시베이션막(170)은 기판(110)으로부터 p형 질화물층(150)까지 측면을 덮고, p형 질화물층(150)의 상부면에 구비된 투명 전극층(160)의 측면에 접하여 둘러싸며 형성된다. 또한, 무반사 패시베이션막(170)은 노출된 n형 질화물층(130)의 상부면에 구비된 n측 전극(181)의 측면을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 물론, 무반사 패시베이션막(170)이 p측 전극(182)에 접하여 측면을 둘러싸는 형태로 형성될 수도 있다.
이러한 무반사 패시베이션막(170)은 투광성이고 비전도성의 특성을 가진 재질로서, 활성층(140)에서 방출되는 광을 전반사없이 외부로 투과하도록 양측에 접하는 배경 물질의 굴절률에 따른 무반사 조건을 만족하는 특성의 재질로 이루어진다.
여기서, 무반사 조건은 무반사 패시베이션막(170)의 굴절률(n)이 무반사 패시베이션막(170)에 접하여 경계 면을 이루는 양 물질의 굴절률(n1, n2)의 기하 평균값을 굴절률로 갖는 조건으로,
예를 들어 n1 = 2.46의 굴절률을 갖는 GaN와 n2 = 1인 공기 사이에서 무반사 조건을 만족하는 무반사 패시베이션막(170)의 굴절률은 약 1.57이다.
또한, 무반사 패시베이션막(170)의 두께(d)는
(단, λ는 활성층(140)에서 발광된 빛의 파장, n은 활성층(140)의 굴절률, m은 0 이상의 홀수)
을 만족하는 수치로 형성될 수 있다. 예를 들어, 활성층(140)에서 발광된 빛의 파장이 전체 가시광선 범위인 400 내지 700nm에 걸쳐 발광이 요구될 때, 무반사 패시베이션막(170)의 두께는 [수학식 2]를 만족하고 광효율이 높은 범위로 약 135 내지 145nm의 두께 범위를 가질 수 있다.
구체적으로, 무반사 조건을 만족하는 무반사 패시베이션막(170)의 재질은 투광성이고 비전도성의 수지를 들 수 있다. 이러한 수지에는 예컨대, 트리아세테이트셀룰로오스(TAC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 디아세틸셀룰로오스, 아세테이트부틸레이트셀룰로오스, 폴리에테르설폰, 아크릴계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리에테르 수지, 트리메틸펜틴, 폴리에테르케톤, (메타)아크릴로니트릴, 니트로셀룰로오스, 아세틸셀룰로오스, 셀룰로오스아세테이트 프로피오네이트, 에틸히드록시에틸셀룰로오스, 에폭시 수지, 알키드 수지, 스피로아세탈 수지, 폴리부타디엔 수지, 폴리티올폴리엔 수지 등을 이용할 수 있다.
따라서, 무반사 패시베이션막(170)은 경계 면을 이루는 활성층(140)의 굴절률과 공기 굴절률의 기하 평균값을 굴절률로 갖는 무반사 조건을 만족하도록, 상기 재질 중 어느 하나의 재질 또는 선택적으로 조합한 합성물 재질로 형성될 수 있다. 또한, 무반사 패시베이션막(170)은 동시에 활성층(140)에서 발광된 빛의 파장을 기준하여 [수학식 2]를 만족하는 두께로 형성될 수 있다.
이하, 구체적으로 본 발명의 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자(100)의 제조 방법을 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자(100)를 제조하기 위해서, 도 5a에 도시된 바와 같이 기판(110) 상에 버퍼층(120)과 n형 질화물층(130)을 순차적으로 성장시킨다.
기판(110)과 n형 질화물층(130) 사이에 격자 부정합을 해소하기 위해 AlN 또는 GaN 등의 재질을 이용하여 버퍼층(120)을 선택적으로 형성할 수 있다.
버퍼층(120)을 형성한 후, n형 질화물층(130)이 버퍼층(120)의 상부면에 형성된다. n형 질화물층(130)의 성장 방법은 예를 들어, NH3, 트리메탈갈륨(TMG), 및 Si과 같은 n형 도펀트를 포함한 실란 가스를 공급하여 n-GaN층을 n형 질화물층(130)으로 성장시킨다.
n형 질화물층(130)이 형성된 후, n형 질화물층(130)의 상부면에 활성층(140)을 성장시킨다. 활성층(150)은 단일양자우물구조 또는 양자우물층과 양자장벽층이 교대로 다수 적층된 다중양자우물구조로 형성될 수 있고, 본 발명의 일 실시예에 따른 활성층(150)은 양자우물층과 양자장벽층이 교대로 다수 적층된 다중양자우물구조를 적용한다.
예컨대, 활성층(140)의 양자장벽층은 예컨대 Al이 포함된 AlGaInN의 4원계 질화물층이고, 양자우물층은 예를 들어 InGaN으로 다수 적층된 다중양자우물구조로 이루어져 응력과 변형에 의한 자발적인 분극을 억제하도록 형성된다.
이와 같이 활성층(140)을 형성한 후, 일반적인 질화물 반도체 발광소자와 동일하게 활성층(140)의 상부면 방향으로 p형 질화물층(150)과 투명 전극층(160)을 순차적으로 형성한다.
이렇게 투명 전극층(160)까지 형성한 후, 도 5b에 도시된 바와 같이 n형 질화물층(130)의 일부 영역이 노출되도록 노광 에칭할 수 있다.
n형 질화물층(130)의 일부 영역을 노출한 후, 도 5c에 도시된 바와 같이 투명 전극층(160)과 노출된 n형 질화물 반도체층(120)의 외부면에 무반사 패시베이션막(170)을 형성한다.
구체적으로, 무반사 패시베이션막(170)은 무반사 조건을 만족하는 재질로서 투광성이고 비전도성의 수지를 예컨대, CVD(Chemical Vapor Deposition) 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 여기서, 투광성, 비전도성의 수지는 예컨대, 트리아세테이트셀룰로오스(TAC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 디아세틸셀룰로오스, 아세테이트부틸레이트셀룰로오스, 폴리에테르설폰, 아크릴계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리에테르 수지, 트리메틸펜틴, 폴리에테르케톤, (메타)아크릴로니트릴, 니트로셀룰로오스, 아세틸셀룰로오스, 셀룰로오스아세테이트 프로피오네이트, 에틸히드록시에틸셀룰로오스, 에폭시 수지, 알키드 수지, 스피로아세탈 수지, 폴리부타디엔 수지, 폴리티올폴리엔 수지 등을 이용할 수 있다.
또한, 무반사 패시베이션막(170)은 [수학식 1]의 무반사조건을 만족하여 활성층(140)의 굴절률과 공기 굴절률의 기하 평균값을 굴절률로 갖도록, 상기 수지 중 어느 하나의 재질 또는 선택적으로 조합한 합성물 재질로 형성될 수 있다.
상기 투광성, 비전도성의 수지를 이용하여 무반사 패시베이션막(170)을 형성한 후, n측 전극(181)을 형성하기 위한 n형 질화물층(130)의 영역과 p측 전극(190b)을 형성하기 위한 투명 전극층(160)의 영역이 노출되도록 노광 에칭하고 클리닝할 수 있다.
클리닝한 후, p측 전극(190b)이 패터닝된 투명 전극층(160) 상부면에 형성되고, 노출된 n형 질화물층(130) 상부면에는 n측 전극(190a)이 차례로 형성될 수 있다.
여기서, 무반사 패시베이션막(170)은 활성층(140)에서 발광하는 빛의 파장을 기준하여 [수학식 2]를 만족하는 두께로 최종 형성될 수 있다. 예컨대, 활성층(140)에서 발광하는 빛의 파장이 가시광선 범위인 400 내지 700nm 이면, 무반사 패시베이션막(170)의 최종 두께는 [수학식 2]를 만족하여 약 135 내지 145nm의 두께 범위로 형성될 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 질화물 반도체 발광소자(200)를 도 6을 참조하여 설명한다. 여기서, 수직형 질화물 반도체 발광 소자의 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 질화물 반도체 발광소자(200)는 도 6에 도시된 바와 같이, n측 오믹 전극(282)의 하부 방향으로 n-타입 클래드층인 제 1 클래드층(260), 제1 클래드층(260)보다 n형 도펀트의 농도가 낮은 제 2 클래드층(250), 활성층(240), p-타입 클래드층인 제 3 클래드층(230), 본딩 금속층(220), 전도성 기판(210), 및 p측 오믹 전극층(281)을 포함할 수 있다.
이러한 층 구조에 대해 제 1 클래드층(260)으로부터 p측 오믹 전극층(281) 까지 측면을 둘러싸는 무반사 패시베이션막(270)을 구비하며 n측 전극(281)을 둘러싸도록 형성될 수 있다.
이러한 무반사 패시베이션막(270)은 투광성이고 비전도성의 특성을 가진 재질로서, 활성층(240)에서 방출되는 광을 전반사없이 모든 입체각으로 투과하도록 양측에 접하는 배경 물질의 굴절률에 따른 무반사 조건을 만족하는 특성의 재질로 이루어진다.
여기서, 무반사 조건은 무반사 패시베이션막(270)에 접하는 경계 면을 이루는 양 물질의 굴절률의 기하 평균값을 굴절률로 갖는 [수학식 1]의 조건이다. 예를 들어, 무반사 패시베이션막(270)의 굴절률은 제 1 클래드층(260)으로부터 p측 오믹 전극층(281)까지 공통 재질로서 2.46의 굴절률을 갖는 GaN와 공기 사이에서 무반사 조건을 만족하도록 약 1.57의 굴절률을 가질 수 있다.
또한, 활성층(240)에서 발광하는 빛의 파장이 전체 가시광선 범위인 400 내지 700nm에 걸쳐 발광이 요구될 때, 무반사 패시베이션막(270)의 두께는 [수학식 2]를 만족하여 약 135 내지 145nm의 두께 범위를 가질 수 있다.
그리고, [수학식 1]의 무반사 조건을 만족하는 무반사 패시베이션막(270)의 재질은 투광성이고 비전도성의 수지를 들 수 있다. 이러한 수지에는 예컨대, 트리아세테이트셀룰로오스(TAC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 디아세틸셀룰로오스, 아세테이트부틸레이트셀룰로오스, 폴리에테르설폰, 아크릴계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리에테르 수지, 트리메틸펜틴, 폴리에테르케톤, (메타)아크릴로니트릴, 니트로셀룰로오스, 아세틸셀룰로오스, 셀룰로오스아세테이트 프로피오네이트, 에틸히드록시에틸셀룰로오스, 에폭시 수지, 알키드 수지, 스피로아세탈 수지, 폴리부타디엔 수지, 폴리티올폴리엔 수지 등을 예로 들 수 있다.
따라서, 무반사 패시베이션막(270)은 [수학식 1]의 무반사 조건을 만족하도록 상기 재질 중 어느 하나의 재질 또는 선택적으로 조합한 합성물 재질을 이용하여, [수학식 2]를 만족하는 두께로 형성될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자와 종래의 질화물 반도체 발광소자를 비교했을 때, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자는 무반사 패시베이션막을 구비하여 활성층에서 발광하는 빛을 전반사 없이 투과한다. 따라서, 본 발명의 질화물 반도체 발광소자는 외부양자효율이 높아져 측면을 포함한 표면에서 외부로의 광출력 효율이 향상되었다.
또한, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자가 무반사 패시베이션막을 구비하여, 외부의 화학적, 물리적 충격에 대해 발광소자를 완충하고 보호하는 작용을 수행할 수 있다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.
또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100: 질화물 반도체 발광소자 110: 기판
120: 버퍼층 130: n형 질화물층
140: 활성층 150: p형 질화물층
160: 투명 전극층 170: 무반사 패시베이션막
181: n측 전극 182: p측 전극
120: 버퍼층 130: n형 질화물층
140: 활성층 150: p형 질화물층
160: 투명 전극층 170: 무반사 패시베이션막
181: n측 전극 182: p측 전극
Claims (13)
- 기판 상에 형성된 n형 질화물층;
상기 n형 질화물층의 상부면에 형성된 활성층;
상기 활성층의 상부면에 형성된 p형 질화물층;
상기 p형 질화물층의 상부면에 형성된 p측 전극; 및
상기 n형 질화물층의 노출 영역에 구비된 n측 전극을 포함하고,
상기 기판부터 상기 투명 전극층까지의 외부면을 둘러싸며, 투광성과 비전도성 재질로 이루어진 무반사 패시베이션막을 포함하는 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 무반사 패시베이션막은
상기 n측 전극과 p측 전극 각각의 측면을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 발광소자.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 무반사 패시베이션막은 수지로 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무반사 패시베이션막은
트리아세테이트셀룰로오스(TAC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 디아세틸셀룰로오스, 아세테이트부틸레이트셀룰로오스, 폴리에테르설폰, 아크릴계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리에테르 수지, 트리메틸펜틴, 폴리에테르케톤, (메타)아크릴로니트릴, 니트로셀룰로오스, 아세틸셀룰로오스, 셀룰로오스아세테이트 프로피오네이트, 에틸히드록시에틸셀룰로오스, 에폭시 수지, 알키드 수지, 스피로아세탈 수지, 폴리부타디엔 수지, 폴리티올폴리엔 수지로 이루어진 군 중 적어도 선택된 어느 하나 또는 선택 조합한 합성물인 것을 특징으로 하는 발광소자.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무반사 패시베이션막의 굴절률은
상기 무반사 패시베이션막과 경계 면으로 접하는 양측 물질의 굴절률 기하 평균값인 것을 특징으로 하는 발광소자.
- 기판의 상부 방향으로 n형 질화물층을 형성하는 단계;
상기 n형 질화물층 상에 활성층을 형성하는 단계;
상기 활성층의 상부 방향으로 p형 질화물층과 투명 전극층을 순차적으로 형성하는 단계;
상기 투명 전극층을 패터닝하고 n측 전극을 위해 상기 n형 질화물층의 일 영역을 노출하는 단계;
상기 기판의 외부 측면으로부터 상기 패터닝된 투명 전극층과 노출된 n형 질화물층 영역을 포함한 패턴의 외부면에 투광성과 비전도성 재질로 이루어진 무반사 패시베이션막을 형성하는 단계;
상기 패터닝된 투명 전극층과 노출된 n형 질화물 반도체층 영역을 덮은 상기 무반사 패시베이션막 영역을 제거하는 단계; 및
상기 패터닝된 투명 전극층 상부면에 p측 전극을 형성하고, 상기 노출된 n형 질화물층 영역의 상부면에 n측 전극을 형성하는 단계
를 포함하는 발광소자의 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서,
상기 무반사 패시베이션막을 형성하는 단계에서
상기 무반사 패시베이션막의 굴절률이 상기 무반사 패시베이션막과 경계 면으로 접하는 양측 물질의 굴절률 기하 평균값으로 갖는 무반사 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서,
상기 무반사 패시베이션막을 형성하는 단계에서
상기 무반사 패시베이션막은 수지를 CVD(Chemical Vapor Deposition) 방법을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서,
상기 무반사 패시베이션막 영역을 제거하는 단계는
상기 패터닝된 투명 전극층과 노출된 n형 질화물 반도체층 영역에 대해 노광 에칭(lithography etching)하고 클리닝하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조 방법.
- 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무반사 패시베이션막은
트리아세테이트셀룰로오스(TAC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 디아세틸셀룰로오스, 아세테이트부틸레이트셀룰로오스, 폴리에테르설폰, 아크릴계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리에테르 수지, 트리메틸펜틴, 폴리에테르케톤, (메타)아크릴로니트릴, 니트로셀룰로오스, 아세틸셀룰로오스, 셀룰로오스아세테이트 프로피오네이트, 에틸히드록시에틸셀룰로오스, 에폭시 수지, 알키드 수지, 스피로아세탈 수지, 폴리부타디엔 수지, 폴리티올폴리엔 수지로 이루어진 군 중 적어도 선택된 어느 하나 또는 선택 조합한 합성물인 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조 방법.
- n측 오믹 전극의 하부면에 형성된 n 타입 클래드층;
상기 n 타입 클래드층의 하부면에 형성된 활성층;
상기 활성층의 하부면에 형성된 p 타입 클래드층;
상기 p 타입 클래드층의 하부면에 형성된 본딩 금속층;
상기 본딩 금속층의 하부면에 구비된 전도성 기판; 및
상기 전도성 기판의 하부면 일측에 구비된 p측 오믹 전극층
을 포함하고,
상기 n 타입 클래드층으로부터 상기 p측 오믹 전극층까지 외부 측면 중 적어도 상기 활성층의 외부 측면을 둘러싸는 무반사 패시베이션막을 포함하는 발광소자.
- 제 11 항에 있어서,
상기 무반사 패시베이션막은 투광성이고 비전도성의 수지로서,
트리아세테이트셀룰로오스(TAC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 디아세틸셀룰로오스, 아세테이트부틸레이트셀룰로오스, 폴리에테르설폰, 아크릴계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리에테르 수지, 트리메틸펜틴, 폴리에테르케톤, (메타)아크릴로니트릴, 니트로셀룰로오스, 아세틸셀룰로오스, 셀룰로오스아세테이트 프로피오네이트, 에틸히드록시에틸셀룰로오스, 에폭시 수지, 알키드 수지, 스피로아세탈 수지, 폴리부타디엔 수지, 폴리티올폴리엔 수지로 이루어진 군 중 적어도 선택된 어느 하나 또는 선택 조합한 합성물인 것을 특징으로 하는 발광소자.
- 제 11 항에 있어서,
상기 무반사 패시베이션막의 굴절률이 상기 무반사 패시베이션막과 경계 면으로 접하는 양측 물질의 굴절률 기하 평균값인 것을 특징으로 하는 발광소자.
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