KR20130101297A - 반도체 발광소자 - Google Patents

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KR20130101297A
KR20130101297A KR1020120022325A KR20120022325A KR20130101297A KR 20130101297 A KR20130101297 A KR 20130101297A KR 1020120022325 A KR1020120022325 A KR 1020120022325A KR 20120022325 A KR20120022325 A KR 20120022325A KR 20130101297 A KR20130101297 A KR 20130101297A
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심현욱
신동익
김남성
김영선
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 반도체 발광소자에 관한 것으로,
본 발명의 일 측면에 따른 반도체 발광소자는, 두께방향으로 형성된 관통 홀과, 상기 관통 홀의 적어도 일부를 채우는 전도성 나노 와이어를 구비하는 기판 및 상기 기판 상에 형성되며, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 구비하는 발광구조물을 포함할 수 있다.

Description

반도체 발광소자{Semiconductor Light Emitting Device}
본 발명은 반도체 발광소자에 관한 것이다.
일반적으로, 질화물 반도체는 풀컬러 디스플레이, 이미지 스캐너, 각종 신호시스템 및 광 통신기기에 광원으로 제공되는 녹색 또는 청색 발광 다이오드(light emitting diode: LED) 또는 레이저 다이오드(laser diode: LD)에 널리 사용되어 왔다. 이러한 질화물 반도체 발광소자는 전자와 정공의 재결합원리를 이용하는 청색 및 녹색을 포함하는 다양한 광의 방출하는 활성층을 갖는 발광소자로서 제공될 수 있다.
이러한 질화물 발광소자가 개발된 후에, 많은 기술적 발전을 이루어져 그 활용 범위가 확대되어 일반 조명 및 전장용 광원으로 많은 연구가 되고 있다. 특히, 종래에는 질화물 발광소자는 주로 저 전류/저 출력의 모바일 제품에 적용되는 부품으로 사용되었으며, 최근에는 점차 그 활용범위가 고 전류/고 출력 분야로 확대되고 있다.
이에 따라, 반도체 발광소자의 발광 효율과 품질을 개선하기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 구체적으로, 반도체 성장용 기판과 그 상면에서 성장되는 반도체층 사이의 열팽창 계수 및 격자상수 차이로 인해 발생하는 문제를 해결하기 위해 그 사이 계면에 버퍼층을 형성하는 등의 방법이 적용되고 있다. 또한, 활용범위가 고 전류/고 출력 분야로 확대됨에 따라 발광소자에서 발생하는 열을 외부로 효과적으로 방출하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다.
본 발명의 목적 중 하나는, 기판과 반도체층 사이의 스트레스가 완화되고 이에 따라 발광 효율이 개선된 반도체 발광소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적 중 다른 하나는, 방열 특성이 향상되어 소자의 신뢰성 개선된 반도체 발광소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은,
두께방향으로 형성된 관통 홀과, 상기 관통 홀의 적어도 일부를 채우는 전도성 나노 와이어를 포함하는 기판 및 상기 기판 상에 형성되며, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 구비하는 발광구조물을 포함하는 반도체 발광소자를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 전도성 나노 와이어는 탄소나노튜브, 질화물 반도체 및 투명 전도성 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 탄소나노튜브는 탄소나노튜브 분말, 바인더 및 용매를 포함하는 탄소나노튜브 페이스트 형태로 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 질화물 반도체는 GaN, AlGaN, InGaN 및 AlGaInN 중 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 투명 전도성 산화물은 산화 아연(ZnO), 인듐주석산화물(ITO), 주석 산화물(TO), 인듐아연산화물(IZO) 및 인듐주석아연산화물(ITZO) 중 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 전도성 나노 와이어는 상기 관통 홀 내부 표면을 덮되 상기 관통 홀 내부의 적어도 일부가 빈 공간을 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 관통 홀은 복수 개이며, 상기 복수 개의 관통 홀은 서로 이격되어 규칙 또는 불규칙적으로 배열됨으로써 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 복수 개의 관통 홀은 일 방향을 향해 서로 이격 배치되는 라인 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 관통 홀은 원기둥 또는 다각기둥 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 기판은 사파이어, SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2 및 GaN 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제2 도전형 반도체층, 활성층 및 제1 도전형 반도체층의 적어도 일부를 식각하여 형성된 제1 도전형 반도체층 상에 형성된 제1 전극과, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 제2 전극을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 반도체 발광소자는, 상기 기판의 상기 발광구조물이 형성된 면과 대향하는 면이 주된 광 방출면으로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 기판의 상기 발광구조물이 형성된 면과 대향하는 면에 형성된 제1 전극과, 상기 발광구조물 상에 형성된 제2 전극을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 전극은 상기 전도성 나노 와이어와 접촉하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 전도성 나노 와이어는 상기 관통 홀의 일부를 채우도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 전도성 나노 와이어는 상기 제1 도전형 반도체층의 적어도 일부와 접촉하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 기판과 상기 제1 전극 사이에 개재되는 반사층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 기판 상면에서 성장되는 반도체층과 기판 사이의 격자상수 및 열팽창계수의 차이로 인해 발생되는 스트레스가 완화된 반도체 발광소자를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 광 산포와 발광 효율이 개선된 반도체 발광소자를 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 방열 효율이 향상되고 소자의 신뢰성이 개선된 반도체 발광소자를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 반도체 발광소자의 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 반도체 발광소자의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시형태에 적용될 수 있는 기판을 하부에서 바라본 개략적인 도면이다.
도 4는 도 1의 반도체 발광소자의 패키지 실장형태 중 하나를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 2의 반도체 발광소자의 패키지 실장형태 중 하나를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 1의 반도체 발광소자의 패키지 실장형태 중 다른 하나를 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.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 반도체 발광소자의 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1은 참조하면, 본 실시형태에 따른 반도체 발광소자(100)는, 기판(10) 및 상기 기판 상에 형성되며, 제1 도전형 반도체층(21), 활성층(22) 및 제2 도전형 반도체층(23)을 포함하는 발광구조물(20)을 포함할 수 있다.
상기 기판(10)은 관통 홀(11)과, 상기 관통 홀(11)의 적어도 일부를 채우는 전도성 나노 와이어(12)를 포함할 수 있다.
본 실시 형태에서, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 23)은 각각 n형 및 p형 반도체층이 될 수 있으며, 질화물 반도체로 이루어질 수 있다. 따라서, 이에 제한되는 것은 아니지만, 본 실시 형태의 경우 제1 및 제2 도전형은 각각 n형 및 p형을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 23)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.
제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 23) 사이에 형성되는 활성층(22)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, 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 23)과 활성층(22)은 당 기술 분야에서 공지된 MOCVD, MBE, HVPE 등과 같은 반도체층 성장 공정을 이용하여 형성될 수 있을 것이다.
상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 23) 상에는 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 23) 각각과 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 전극(21a, 23a)이 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1 전극(21a)은 상기 제2 도전형 반도체층(23), 활성층(22) 및 제1 도전형 반도체층(21)의 일부가 식각되어 노출된 제1 도전형 반도체층(21) 상에 형성될 수 있으며, 상기 제2 전극(23a)은, 상기 제2 도전형 반도체층(23) 상에 형성될 수 있다. 이 경우, 제2 도전형 반도체층(23)과 제2 전극(23a) 사이의 오믹 컨택 기능을 향상시키기 위하여 ITO, ZnO 등과 같은 투명 전극이 더 구비될 수 있다.
도 1에 도시된 실시형태에서는, 제1 및 제2 전극(21a, 23a)이 동일한 방향을 향하도록 형성되어 있으나, 상기 제1 및 제2 전극(21a, 23a)의 위치 및 연결 구조는 필요에 따라 다양하게 변형될 수 있을 것이다.
상기 기판(10)은 사파이어, SiC, Si, 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 a축 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.
구체적으로 도시하지는 않았으나, 상기 기판 상에 성장되는 발광구조물의 격자 결함 완화를 위해, 질화물 등으로 이루어진 언도프 반도체층으로 이루어진 버퍼층(미도시)이 개재될 수 있다.
상기 기판(10)은 두께 방향으로 형성된 적어도 하나의 관통 홀(11)을 포함할 수 있다. 상기 관통 홀(11)은 그 단면이 원형 또는 다각형인 기둥 형태로 형성될 수 있으며, 복수 개의 관통 홀(11)은 규칙 또는 불규칙적인 패턴을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 기판(10)에 형성되는 홀(11)은 기판과, 기판 상면에서 성장되는 반도체층 사이의 격자상수 및 열팽창계수의 차이로 인해 발생하는 스트레스(stress)를 최소화하고, 기판(10) 상에서 성장되는 발광구조물(20)의 스트레인(strain)을 완화할 수 있으며, 이에 따라, 광 산포와 발광 효율을 개선할 수 있다.
한편, 상기 기판(10)은 상기 관통 홀(11)의 적어도 일부를 채우는 전도성 나노 와이어(12)를 포함할 수 있다. 상기 전도성 나노 와이어(12)는 탄소나노튜브(Carbon nanotube; CNT), 질화물 반도체, 투명 전도성 산화물 중 하나로 이루어질 수 있으며, 높은 열 전도성과 전도 전도성을 갖는 물질이 적용될 수 있다.
전도성 나노 와이어(12)는 상기 기판(10)에 형성된 관통 홀(11)의 전부 또는 일부를 채우도록 형성될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 관통 홀(11) 내부에 빈 공간이 유지되도록 관통 홀(11) 내측 표면을 덮는 형태로 형성될 수 있다.
상기 관통 홀(11)에 열 전도도가 높은 물질로 이루어진 전도성 나노 와이어(12)가 채워짐에 따라 발광구조물(20)에서 방출된 열이 기판(10)에 형성된 관통 홀(11)을 통해 외부로 용이하게 방출될 수 있으며, 이에 따라, 방열 특성이 향상되어 발광소자의 신뢰성이 개선될 수 있다.
즉, 본 실시형태에 따른 반도체 발광소자(100)는, 기판(10)에 형성된 관통 홀(11)을 통해 반도체층과 기판 사이의 격자 상수 불일치 및 열팽창계수 차이로 인한 스트레스를 완화함과 동시에, 그 내부에 전도성 나노 와이어(12)가 채워짐에 따라 방열 효율이 개선되는 효과를 얻을 수 있다.
상기 전도성 나노 와이어(12) 중 하나로 적용될 수 있는 탄소나노튜브는 탄소 6개로 이루어진 육각형들이 서로 연결돼 관 모양을 이루는 튜브(원통)형태의 신소재로써, 상기 튜브의 지름이 수 내지 수십 나노미티에 불과하여 탄소나노튜브라 불린다. 탄소나노튜브는 전기 전도도가 구리와 비슷하고 열전도도는 자연계에서 가장 뛰어난 다이아몬드와 유사하며 강철의 10만 배에 해당하는 강도를 갖는다. 탄소섬유는 1%만 변형되어도 끊어지나 이 소재는 15%가 변형되어도 견딜 수 있다. 인장력도 다이아몬드보다 우수한 특성을 갖는 것으로 알려져 있다.
탄소나노튜브는 매우 우수한 열전도도를 갖는다. 현재 우수한 열전도도를 갖는 금속으로 알려진 Cu(열전도도는 약 400W/mK) 및 Al(열전도도는 약 203W/mK)과 비교하여, 상기 탄소나노튜브의 열전도도는 100K 이상의 온도에서 약 3000W/mK 이고, 100K 이하의 온도에서 약 3700W/mK의 매우 높은 열전도도를 갖는다.
따라서, 탄소나노튜브가 상기 기판(10)에 형성된 홀(11)의 적어도 일부를 채우는 경우, 탄소나노튜브의 높은 열 전도성에 의해 상기 발광구조물(20)에서 발생한 열이 기판(10)을 통해 효과적으로 방출될 수 있다. 또한, 탄소나노튜브는 금속에 비하여 높은 광 투과성을 가지므로, 방열 효율을 최대로 하면서도 금속을 채우는 경우에 비하여 광 흡수를 최소화할 수 있다.
상기 탄소나노튜브는 페이스트 형태로 제조되어 스크린 프린팅법 또는 스핀 코팅법 등을 이용하여 상기 관통 홀(11)의 전부 또는 일부에 채워질 수 있다. 탄소나노튜브 페이스트는, 탄소나노튜브 분말을 바인더, 용매, 분산제와 소정 비율로 혼합하는 단계, 상기 혼합물을 필터링하는 단계 및 상기 필터링된 혼합물을 에이징하여 탄소나노튜브 페이스트를 완성하는 단계를 포함하는 공정을 통해 제조될 수 있다. 상기 탄소나노튜브 페이스트는, 탄소나노튜브 분말, 바인더, 용매, 분산제를 각각 40 내지 50 중량%, 20 내지 30 중량%, 20 내지 30 중량%, 2 내지 5 중량%의 비율로 혼합하여 제조할 수 있다.
예를 들면, 상기 탄소나노튜브 분말은 싱글월(singlewall) 또는 멀티월(multiwall) 탄소나토튜브 분말이 사용될 수 있으며, 상기 바인더는 폴리 비닐 부티랄(Poly Vinyl Butyral), 에틸 셀룰로즈(Ethyl Cellulose), 폴리에스테르(Polyester), 폴리아크릴레이트(Poly Acrylate), 폴리비닐피롤리돈(PolyVinyl Pyrrolidone)가 사용될 수 있으며, 상기 용매로는 에틸알콜, 톨루엔 또는 에틸알콜과 톨루엔의 혼합용매가 사용될 수 있으며, 상기 분산제로는 글리세린, 오일피쉬, DOP(Dioctyl Phtahalate)가 사용될 수 있다.
상기 전도성 나노 와이어(12)는 질화물 반도체 또는 투명 전도성 산화물일 수 있다. 질화물 반도체는 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 물질이 적용될 수 있으며, 예컨대, GaN, AlGaN, InGaN 등의 물질이 이에 해당될 수 있다. 한편, 투명 전도성 산화물은 ZnO(Zinc Oxide), ITO(Indium Tin Oxide), TO(Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 및 ITZO(Indium Tin Zinc Oxide) 중 적어도 하나일 수 있다.
즉, 상기 전도성 나노 와이어(12)는 높은 열 전도성을 갖는 물질로 형성될 수 있으며, 본 실시형태에 따르면, 두께 방향으로 형성된 관통 홀(11)과, 상기 관통 홀(11)의 적어도 일부를 채우는 전도성 나노 와이어(12)를 포함하는 기판(10) 상에 형성된 발광구조물(20)을 포함함으로써, 응력이 완화되고 방열 특성이 개선된 반도체 발광소자를 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 반도체 발광소자의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 실시형태에 따른 반도체 발광소자(101)는, 기판(110) 및 상기 기판(110) 상에 형성되며, 제1 도전형 반도체층(121), 활성층(122) 및 제2 도전형 반도체층(123)을 구비하는 발광구조물(120)을 포함할 수 있다.
상기 기판(110)은 두께 방향으로 형성된 관통 홀(111)과, 상기 관통 홀(111)의 적어도 일부를 채우는 전도성 나노 와이어(112)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 실시형태와는 달리, 본 실시형태에서 상기 전도성 나노 와이어(112)는 상기 관통 홀(111) 내부를 완전히 채우도록 형성될 수 있으며, 이 경우 상기 전도성 나노 와이어(112)에 의한 열 방출 효율이 보다 향상될 수 있다.
상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(121, 123) 상에는 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(121, 123) 각각과 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 전극(121a, 123a)이 형성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 전극(121a)은 상기 기판(110)의 발광구조물(120)이 형성된 면과 대향하는 면에 형성될 수 있으며, 제2 전극(123a)은 제2 도전형 반도체층(123) 상에 형성될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(123)과 제2 전극(123a) 사이에는 오믹 컨택 기능을 향상시키기 위하여 ITO, ZnO 등과 같은 투명 전극이 더 구비될 수 있다.
상기 기판(110)의 관통 홀(111) 내부를 채우는 전도성 나노 와이어(112)는 전기 전도성을 가지므로, 제1 도전형 반도체층(121) 및 제1 전극(121a)과 접촉하여 서로 전기적으로 연결되도록 할 수 있다. 따라서, 반도체 성장용 기판(110)을 제거하지 않고도, 제1 및 제2 전극(121a, 123a)이 수직 방향으로 형성되도록 할 수 있으며, 이 경우, 전류 흐름 영역이 확대되어 전류 분산 기능이 향상될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시형태에 적용될 수 있는 기판을 하부에서 바라본 개략적인 도면이다. 구체적으로, 도 1에 도시된 반도체 발광소자(100)의 저면도를 개략적으로 나타낸 것으로 이해할 수 있다.
도 3을 참조하면, 도 3(a)에 도시된 바와 같이 상기 기판(10)에 형성된 관통 홀(11)은 복수 개이며, 복수 개의 관통 홀(11)이 일정 간격으로 이격 배치될 수 있다. 이때, 상기 관통 홀(11)을 채우는 전도성 나노 와이어(12)는 관통 홀(11)의 일부를 채우는 형태로 형성될 수 있다.
한편, 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 상기 도전성 나노 와이어(12)는 상기 기판(10')의 관통 홀(11')을 완전히 채우는 형태로 형성되는 것도 가능하며, 상기 복수 개의 관통 홀(11')은 불규칙적인 패턴을 형성할 수 있다. 이때, 상기 관통 홀(11')의 패턴의 규칙성과 전도성 나노 와이어(12) 충진 정도 사이에는 상호 관련성이 없으며, 필요에 따라, 규칙 또는 불규칙적인 패턴을 갖도록 형성된 관통 홀(11') 내부를 전도성 와이어(12)가 전부 또는 일부 채우도록 형성될 수 있다.
도 3(c)에 도시된 바와 같이, 상기 관통 홀(11'')은 원기둥뿐만 아니라, 다각기둥 형상을 갖도록 형성될 수 있으며, 복수의 관통 홀(11')이 일 방향으로 일정 간격 이격 배치되는 라인 패턴을 형성할 수 있다. 다만, 상기 관통 홀(11'')의 형상은 도 3에 도시된 형태로 한정되는 것은 아니며, 상기 기판(10'')을 관통하는 홀 형태라면, 필요에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있을 것이다.
또한, 도 3(c)에서는 전도성 와이어(12)가 관통 홀(11'')의 일부를 채우는 형태로 도시되었으나, 전술한 바와 같이, 전도성 나노 와이어(12)는 관통 홀(11')의 내부를 일부 또는 전부를 채우도록 형성될 수 있다.
도 4는 도 1의 반도체 발광소자의 패키지 실장형태 중 하나를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시 형태에 따른 발광소자 패키지(1000)는 제1 내지 제3 단자부(30a, 30b, 30b)를 구비하며, 반도체 발광소자는 제1 및 제2 단자부(30a, 30b)와 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 반도체 발광소자는 도 1과 동일한 구조를 가지며, 상기 제1 도전형 반도체층(21)은 상기 제1 전극(21a)과 연결된 도전성 와이어에 의하여 제2 단자부(30b)에 연결되고, 상기 제2 도전형 반도체층(23)은 상기 제2 전극(230a)에 의해 제1 단자부(30a)에 도전성 와이어로 연결될 수 있다.
상기 제1 및 제2 단자부(30a, 30b)는 서로 전기적으로 분리되며, 상기 반도체 발광소자(100)는 제1 및 제2 단자부(30a, 30b)와 전기적으로 분리된 제3 단자부(30c)에 배치될 수 있다. 제3 단자부(30c)는 방열 단자로 기능할 수 있으며, 복수 개의 관통 홀(11) 및 그 내부를 채우는 전도성 나노 와이어(12)를 포함하는 기판(10)과 직접 접촉하여, 상기 발광소자(100)로부터 방출되는 열이 효과적으로 외부로 방출되도록 할 수 있다.
도 5는 도 2의 반도체 발광소자의 패키지 실장형태 중 하나를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시형태에 따른 발광소자 패키지(1001)는 제1 및 제2 단자부(130a, 130b)를 구비하며, 반도체 발광소자(101)는 이들과 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 반도체 발광소자(101)는 도 2와 동일한 구조를 가지며, 상기 제1 도전형 반도체층(121)은 제1 전극(121a)에 형성된 제1 전극(121a)에 의해 직접 제1 단자부(130a)와 연결되고, 상기 제2 도전형 반도체층(123)은 제2 전극(123a)과 연결된 도전성 와이어에 의하여 제2 단자부(130b)에 연결될 수 있다.
본 실시형태에서 상기 제1 전극(121a)은 상기 기판(110)의 관통 홀(111)을 채우는 전도성 나노 와이어(112)에 의해 제1 도전형 반도체층(121)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 전기적 연결과 동시에 열 방출 효율을 향상시킬 수 있다.
본 실시형태에서는 전도성 나노 와이어(112)가 관통 홀(111)을 완전히 채우는 것으로 도시하였으나 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 전도성 나노 와이어(112)는 상기 관통 홀(111)의 일부만을 채우도록 형성될 수 있다.
구체적으로 도시하지는 않았으나, 상기 기판(110)과 제1 전극(121a) 사이에는 상기 활성층(122)으로부터 하부를 향해 방출된 광을 상부로 유도하기 위한 반사층이 개재될 수 있으며, 이와 달리, 상기 제1 전극(121a) 자체가 반사층으로 기능할 수 있다. 상기 반사층은 고 반사성의 금속, 고반사성의 금속, 예를 들면, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있다.
도 6은 도 1의 반도체 발광소자의 패키지 실장형태 중 다른 하나를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시 형태에 따른 발광소자 패키지(1002)는 제1 및 제2 단자부(230a, 230b)를 구비하며, 반도체 발광소자(100)는 제1 및 제2 단자부(230a, 230b)와 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 반도체 발광소자는 도 1과 동일한 구조를 가지며, 상기 제1 및 제2 전극(21a, 21b)은 상기 제1 및 제2 단자부(230a, 230b)와 직접 접촉함으로써 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
즉, 상기 반도체 발광소자(100)는 상기 제1 및 제2 단자부(230a, 230b) 상에 소위 플립 칩(flip-chip) 본딩될 수 있으며, 이 경우, 상기 기판(10)의 발광구조물(20)이 향상된 면과 대향하는 면이 주된 광 방출면으로 제공될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이며, 이 또한 첨부된 청구범위에 기재된 기술적 사상에 속한다 할 것이다.
100, 101: 반도체 발광소자 10, 110, 210: 기판
11, 111, 211: 관통 홀 12, 112, 212: 전도성 나노 와이어
20, 120, 220: 발광구조물 21, 121, 221: 제1 도전형 반도체층
22, 122, 222: 활성층 23, 123, 223: 제2 도전형 반도체층
21a, 121a, 221a: 제1 전극 23a, 123a, 223a: 제2 전극
30a, 130a, 230a: 제1 단자부 30b, 130b, 230b: 제2 단자부
1000, 1001, 1002: 반도체 발광소자 패키지

Claims (17)

  1. 두께방향으로 형성된 관통 홀과, 상기 관통 홀의 적어도 일부를 채우는 전도성 나노 와이어를 포함하는 기판; 및
    상기 기판 상에 형성되며, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 구비하는 발광구조물;
    을 포함하는 반도체 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 나노 와이어는 탄소나노튜브, 질화물 반도체 및 투명 전도성 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브는 탄소나노튜브 분말, 바인더 및 용매를 포함하는 탄소나노튜브 페이스트 형태로 적용되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 질화물 반도체는 GaN, AlGaN, InGaN 및 AlGaInN 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 투명 전도성 산화물은 산화 아연(ZnO), 인듐주석산화물(ITO), 주석 산화물(TO), 인듐아연산화물(IZO) 및 인듐주석아연산화물(ITZO) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 나노 와이어는 상기 관통 홀 내부 표면을 덮되 상기 관통 홀 내부의 적어도 일부가 빈 공간을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 관통 홀은 복수 개이며, 상기 복수 개의 관통 홀은 서로 이격되어 규칙 또는 불규칙적으로 배열됨으로써 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수 개의 관통 홀은 일 방향을 향해 서로 이격 배치되는 라인 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 관통 홀은 원기둥 또는 다각기둥 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 사파이어, SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2 및 GaN 중 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층, 활성층 및 제1 도전형 반도체층의 적어도 일부를 식각하여 형성된 제1 도전형 반도체층 상에 형성된 제1 전극; 및
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 제2 전극;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자는, 상기 기판의 상기 발광구조물이 형성된 면과 대향하는 면이 주된 광 방출면으로 제공되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 상기 발광구조물이 형성된 면과 대향하는 면에 형성된 제1 전극; 및
    상기 발광구조물 상에 형성된 제2 전극;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 전극은 상기 전도성 나노 와이어와 접촉하도록 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전도성 나노 와이어는 상기 관통 홀의 일부를 채우도록 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 전도성 나노 와이어는 상기 제1 도전형 반도체층의 적어도 일부와 접촉하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 기판과 상기 제1 전극 사이에 개재되는 반사층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
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