KR20140100115A - 반도체 발광 소자 - Google Patents

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김성준
류영호
박태영
장태성
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삼성전자주식회사
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Abstract

크기를 감소시키거나 광효율을 증가시킬 수 있는 반도체 발광 소자를 제공한다. 본 발명에 따른 반도체 발광 소자는 기판, 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 형성되되, 제2 도전형 반도체층 및 활성층의 일부가 제거되어 제1 도전형 반도체층만이 잔류하는 제1 영역 및 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층 사이에 활성층이 배치되는 제2 영역으로 이루어지며, 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층 중 어느 하나에 광출사면을 가지는 발광구조체, 발광구조체의 광출사면 측의 제2 영역의 적어도 일부분을 덮는 형광체 및 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층 중 서로 다른 하나와 각각 전기적으로 연결되는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하되, 제2 전극은 발광구조체의 광출사면 측의 제1 영역 상에 형성된다.

Description

반도체 발광 소자{Semiconductor light emitting device}
본 발명은 반도체 발광 소자에 관한 것으로, 특히 휘도 향상이 가능한 형광체를 포함하는 반도체 발광 소자에 관한 것이다.
발광 다이오드 (light emitting diode: LED)는 화합물 반도체 (compound semiconductor)의 PN 접합을 통해 전기적인 신호를 빛으로 변화시키는 반도체 발광소자이다. LED의 사용 분야가 실내외 조명, 자동차 헤드라이트, 디스플레이 장치의 백라이트 유닛 (back-light unit: BLU) 등 다양한 분야에 걸쳐 확대됨에 따라 신뢰성 및 안정성을 확보할 수 있는 백색 LED를 개발할 필요가 있다.
이러한 백색 LED는 청색 계열의 단파장 영역의 빛을 발광할 수 있는 LED에 형광체를 사용하여 백색광을 낼 수 있도록 많이 개발되고 있으나, 청색 계열의 단파장 영역의 빛을 백색광으로 완전히 변환시키기 위해서는 형광체를 덮는 면적이 증가하여 반도체 발광 소자의 크기가 증가하거나 광효율이 낮아지는 문제가 있다.
본 발명의 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하고자, 크기를 감소시키거나 광효율을 증가시킬 수 있는 반도체 발광 소자를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 다음과 같은 반도체 발광 소자를 제공한다. 본 발명에 따른 반도체 발광 소자는 기판, 상기 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 형성되되, 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층의 일부가 제거되어 상기 제1 도전형 반도체층만이 잔류하는 제1 영역 및 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 상기 활성층이 배치되는 제2 영역으로 이루어지며, 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층 중 어느 하나에 광출사면을 가지는 발광구조체 및 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층 중 서로 다른 하나와 각각 전기적으로 연결되는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하되, 상기 제2 전극은 상기 발광구조체의 상기 광출사면 측의 상기 제1 영역 상에 형성된다.
상기 제2 전극은 상기 발광구조체의 상면의 가장자리에 인접하도록 배치될 수 있다.
상기 제2 전극은 상기 발광구조체의 상면의 모서리에 인접하도록 배치될 수 있다.
상기 발광구조체의 상기 광출사면 측의 상기 제2 영역의 적어도 일부분을 덮는 형광체를 더 포함하되, 상기 형광체는 상기 제2 전극이 인접하는 상기 발광구조체의 상면의 모서리로부터 이격되도록 형성될 수 있다.
상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 경계에서 노출되는 상기 활성층의 측면을 덮는 절연층을 더 포함할 수 있다.
상기 절연층은 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 경계에서 노출되는 상기 활성층의 측면으로부터 제1 영역 상의 상기 제1 도전형 반도체층을 덮도록 연장될 수 있다.
상기 절연층 상에 형성되는 무반사 금속층을 더 포함할 수 있다.
상기 발광구조체의 상기 광출사면 측의 상기 제2 영역의 적어도 일부분을 덮으며, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 경계로부터 상기 제1 영역 상으로 연장되어, 상기 제1 영역 상의 일부분을 함께 덮는 형광체를 더 포함할 수 있다.
상기 형광체의 상기 제1 영역 상의 가장자리는, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 경계와 이격되며 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 경계로부터 20㎛ 이내에 있을 수 있다.
상기 형광체는 상기 제2 전극 상의 일부분을 더 덮을 수 있다.
상기 제2 전극은 상기 제1 영역 상에서 상기 제1 도전형 반도체 층과 접하며, 상기 제1 전극은 상기 제2 도전형 반도체 층과 전기적으로 연결되며, 상기 기판은 상기 제1 전극의 기능을 하는 전도성 기판일 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체 층과 상기 제1 전극 사이에 형성되는 반사 금속층을 더 포함할 수 있다.
상기 발광구조체는, 상기 제1 영역과 이격되며 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층의 일부가 제거되어 상기 제1 도전형 반도체층이 노출되도록 형성된 제3 영역을 더 포함하여 이루어지며, 상기 발광구조체의 상기 제1 및 제2 영역 상에 걸쳐서 형성되는 전류 분산층을 더 포함하며, 상기 제1 전극은 상기 제3 영역 상에 상기 제1 도전형 반도체층과 접하도록 형성되고, 상기 제2 전극은 상기 전류 분산층을 통하여 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 반도체 발광 소자는 도전성 기판, 상기 도전성 기판 상에 형성되며 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 형성되되, 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 활성층의 일부가 제거되어 제2 도전형 반도체층만이 잔류하는 제1 영역 및 상기 제1 도전형 반도체 및 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 상기 활성층이 배치되는 제2 영역으로 이루어지는 발광구조체, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 경계에서 노출되는 상기 활성층의 측면을 덮는 절연층, 상기 제1 영역 상에 형성되며 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 패드 전극 및 상기 제2 영역을 덮는 형광체를 포함하되, 상기 도전성 기판은 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된다.
상기 패드 전극는 상기 제2 도전형 반도체층의 상면의 가장자리에 인접하도록 배치되며, 상기 형광체는 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 경계로부터 상기 제1 영역 상으로 연장되어 상기 제1 영역의 상기 제2 도전형 반도체층의 상면의 일부분을 덮되, 상기 패드 전극가 인접하는 상기 제2 도전형 반도체층의 상면의 가장자리로부터 이격되도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 발광 소자는 패드 전극 상에 형광체가 덮이는 면적을 최소화하여, 패드 전극의 크기를 상대적으로 적게 형성할 수 있다. 따라서 패드 전극에서 가려지는 발광구조체의 상면이 작아지므로 광효율이 향상될 수 있다. 또는 패드 전극의 크기를 상대적으로 적게 형성할 수 있으므로, 동일한 광출력을 가지는 반도체 발광 소자의 크기를 감소시킬 수 있다.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 발광 소자를 제조하는 방법은 단계적으로 나타내는 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 발광 소자의 제1 양상을 나타내는 평면도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 발광 소자의 제2 양상을 나타내는 단면도 및 평면도이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 발광 소자의 제3 양상을 나타내는 단면도 및 평면도이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 발광 소자의 제4 양상을 나타내는 단면도 및 평면도이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 발광 소자의 제5 양상을 나타내는 단면도 및 평면도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시 예의 변형에 따른 반도체 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
도 19 내지 도 22는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 발광 소자를 제조하는 방법은 단계적으로 나타내는 단면도들이다.
도 23은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 발광 소자를 나타내는 평면도이다.
도 24 및 도 25는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 발광 소자를 포함하는 반도체 발광 소자 패키지의 양상들을 나타내는 단면도들이다.
도 26 및 도 27은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 발광 소자를 포함하는 반도체 패키지의 양상들을 나타내는 단면도들이다.
도 28은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 발광 소자를 포함하는 조광 시스템(dimming system)을 도시한 도면이다.
도 29는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 발광 소자를 포함하는 광 처리 시스템의 블록 다이어그램이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시 예들에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "상에" 있다거나 "접하여" 있다고 기재된 경우, 다른 구성 요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "바로 위에" 있다거나 "직접 접하여" 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, "~사이에"와 "직접 ~사이에" 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 발광 소자를 제조하는 방법은 단계적으로 나타내는 단면도들이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 성장 기판 상에 발광구조체를 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 성장 기판(10) 상에 발광구조체(20)를 형성한다. 성장 기판(10)은 사파이어(Al2O3), 실리콘 탄화물(SiC), 갈륨 질화물(GaN), 갈륨 비소(GaAs), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 아연 산화물(ZnO), 마그네슘 산화물(MgO), 알루미늄 질화물(AlN), 붕산 질화물(BN), 갈륨 인화물(GaP), 인듐 인화물(InP), 리튬-알루미늄 산화물(LiAl2O3), 마그네슘-알루미늄 산화물(MgAl2O4) 등과 같이 절연성, 도전성 또는 반도체 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전기 절연성을 갖는 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 사용될 수 있다. 도시되지는 않았으나, 성장 기판(10)의 상면, 하면, 또는 이들 모두에는 광을 반사시킬 수 있는 요철 패턴이 형성될 수 있으며, 상기 요철 패턴은 스트라이프 형태, 렌즈 형태, 기둥 형태, 뿔 형태 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
성장 기판(10)의 발광구조체(20) 측에는 성장 기판(10)과 발광구조체(20) 사이의 격자 부정합을 완화하기 위한 버퍼층을 더 포함할 수 있다. 상기 버퍼층은 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있고, 예를 들어, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, AlGaInN, AlInN 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한 성장 기판(10)의 발광구조체 측에는 언도프드(undoped) 반도체층이 위치할 수 있고, 상기 언도프드 반도체층은 GaN를 포함할 수 있다.
발광구조체(20)는 성장 기판(100) 상에 위치할 수 있다. 발광구조체(20)는 복수의 도전형 반도체층이 성장 기판(10)을 기준으로 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 이하에서는 발광구조체(20)가 n-p 접합 구조인 경우를 일 예로 설명하기로 한다.
발광구조체(20)는 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층(22), 활성층(24), 및 제2 도전형 반도체층(26)을 포함할 수 있다. 발광구조체(20)는, 예를 들어 전자빔 증착(electron beam evaporation), 물리기상증착(physical vapor deposition, PVD), 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD), 플라즈마 강화 CVD(plasma enhanced CVD, PECVD), 플라즈마 레이저 증착(plasma laser deposition, PLD), 듀얼 타입 열증착(dual-type thermal evaporator), 스퍼터링(sputtering), 유기금속 화학기상증착(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD), 분자빔 에피택시(Molecular Beam Epitaxy, MBE), 수소화물 기상 에피택시(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE) 등을 이용하여 형성할 수 있다.
발광구조체(20)는 예를 들면, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InGaAlN 등의 질화물 반도체를 성장시켜 구성할 수 있다. 또한, 발광구조체(20)는, 질화물 반도체 이외에도 ZnO, ZnS, ZnSe, SiC, GaP, GaAlAs, AlInGaP 등의 반도체를 이용해서 형성할 수 있다.
발광구조체(20)에 순방향으로 전압을 인가하면, 활성층(24)의 전도대에 있는 전자와 가전자대에 있는 정공이 천이되어 재결합하고, 에너지 갭에 해당하는 에너지가 광으로 방출된다. 활성층(24)을 구성하는 물질의 종류에 따라서 방출되는 광의 파장이 결정된다. 또한, 제1 도전형 반도체층(22) 및 제2 도전형 반도체층(26)은 상기 인가되는 전압에 따라 전자 또는 정공을 활성층(24)에 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(22)과 제2 도전형 반도체층(26)은 서로 다른 도전형을 가지도록 서로 다른 불순물들을 포함할 수 있다. 예를 들어 제1 도전형 반도체층(22)은 n형 불순물들을 포함할 수 있고, 제2 도전형 반도체층(6)은 p형 불순물들을 포함할 수 있다. 이러한 경우에는, 제1 도전형 반도체층(22)는 전자를 제공할 수 있고, 제2 도전형 반도체층(26)은 정공을 제공할 수 있다. 또한, 이와 반대로, 제1 도전형 반도체층(22)이 p형이고, 제2 도전형 반도체층(26)이 n형인 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다. 제1 도전형 반도체층(22) 및 제2 도전형 반도체층(26)은 각각 III족-V족 화합물 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 갈륨 질화물계 물질을 포함할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(22)은 n형 도펀트(dopant)가 도핑된 n-형 반도체층으로 구현될 수 있고, 예를 들어 n-형 AlxInyGazN (0≤x, y, z ≤1, x+y+z=1)을 포함할 수 있다. 예를 들어 제1 도전형 반도체층(22)은 n-형 GaN을 포함할 수 있다. 상기 n형 도펀트는 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 셀레늄(Se), 및 텔루륨(Te) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
제2 도전형 반도체층(26)은 p형 도펀트가 도핑된 p-형 반도체층으로 구현될 수 있고, 예를 들어 p-형 AlxInyGazN (0≤x, y, z ≤1, x+y+z=1)을 포함할 수 있다. 예를 들어 제2 도전형 반도체층(116)은 p-형 GaN을 포함할 수 있다. 상기 p형 도펀트는 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 베릴륨(Be), 및 바륨(Ba) 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 도시되지는 않았으나, 제2 도전형 반도체층(26)은 광을 산란 및 굴절시켜 외부로 방출시키도록 요철 패턴이 상측 표면에 형성될 수 있다.
활성층(24)은 제1 도전형 반도체층(22) 및 제2 도전형 반도체층(26)에 비하여 낮은 에너지 밴드갭을 가지므로 발광을 활성화할 수 있다. 활성층(24)은 다양한 파장의 광을 방출할 수 있으며, 예를 들어 적외선, 가시 광선, 또는 자외선을 방출할 수 있다. 활성층(24)은 III족-V족 화합물 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 AlxInyGazN (0≤x, y, z ≤1, x+y+z=1)을 포함할 수 있고, 예를 들어 InGaN 또는 AlGaN을 포함할 수 있다. 또한, 활성층(24)은 단일양자우물(single quantum well, SQW) 또는 다중양자우물(multi quantum well, MQW)을 포함할 수 있다. 활성층(24)은 양자 우물층과 양자 장벽층의 적층 구조를 가질 수 있고, 상기 양자 우물층과 상기 양자 장벽층의 갯수는 설계 상의 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 활성층(24)은, 예를 들어 GaN/InGaN/GaN MQW 구조 또는 GaN/AlGaN/GaN MQW 구조를 포함할 수 있다. 그러나 이는 예시적이며, 활성층(24)는 구성 물질에 따라 방출되는 광의 파장이 달라지며, 예를 들어, 인듐의 양이 약 22%의 경우에는 청색 광을 발광할 수 있고, 약 40%의 경우에는 녹색 광을 발광할 수 있다. 본 발명의 기술적 사상은 활성층(24)의 구성 물질에 대해 한정하는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광구조체의 제1 영역에 형성된 제2 도전형 반도체층 및 활성층을 제거하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 성장 기판(10) 상에 형성된 발광구조체(20)의 일부분을 제거한다. 발광구조체(20) 중 제2 도전형 반도체층(26) 및 활성층(24)의 일부분이 제거되어 제1 도전형 반도체층(22)만이 잔류하는 영역을 제1 영역(I)이라 하고, 제1 도전형 반도체층(22) 및 제2 도전형 반도체층(26) 사이에 활성층(24)이 배치되는 영역을 제2 영역(II)이라 할 수 있다.
즉, 발광구조체(20)의 제1 영역(I)에서 제2 도전형 반도체층(26) 및 활성층(24)을 제거하여 제1 도전형 반도체층(22)이 노출되는 제1 리세스(21)가 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(26) 및 활성층(24)을 제거하기 위하여 예를 들면, 유도결합 플라즈마 반응성 이온 식각(inductively coupled plasma reactive ion etching, ICP-RIE), 습식 식각 또는 건식 식각을 이용할 수 있다. 제2 도전형 반도체층(26) 및 활성층(24)을 제거하는 과정에서 제1 도전형 반도체층(22)도 일부 제거될 수 있으나, 제1 도전형 반도체층(22)의 하부층, 예를 들면 성장 기판(10)은 노출되지 않는다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광구조체 상에 절연층 및 무반사 금속층을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 발광구조체(20) 상에 절연층(32)을 형성한다. 절연층(32)은 예를 들면, SiOx, SiN와 같은 산화물 또는 질화물로 이루어질 수 있다. 절연층(32)은 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계, 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에서 발광구조체(20)의 노출되는 표면을 모두 덮도록 형성할 수 있다. 또는 절연층(32)은 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계, 즉 제1 리세스(21) 내의 측면과 제1 영역(I)의 발광구조체(20)의 노출되는 표면을 선택적으로 덮도록 형성할 수 있다.
절연층(32) 상에는 무반사 금속층(34)을 더 형성할 수 있다. 무반사 금속층(34)은 활성층(22)에서 방출되는 파장대의 빛을 반사하지 않고 흡수할 수 있는 금속 물질로 이루어질 수 있다. 무반사 금속층(34)은 예를 들면, Ti, TiW, TiN과 같은 금속 물질로 이루어질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광구조체 상에 반사 금속층을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 제2 영역(II)에서 절연층(32) 또는 절연청(32)과 무반사 금속층(34)의 일부를 제거하여 제2 도전형 반도체층(26)을 노출시키는 개구부(35)를 형성한 후, 개구부(35)를 채우는 반사 금속층(36)을 형성한다. 반사 금속층(36)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 이들의 합금, 은(Ag)계 산화물(Ag-O) 또는 APC 합금(Ag, Pd, Cu를 포함하는 합금)을 포함할 수 있다. 또한, 반사 금속층(36)은 로듐(Rh), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 티타늄(Ti) 및 백금(Pt) 중의 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
절연층(32)은 개구부(35)가 형성된 후에도 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계, 즉 제1 리세스(21) 내의 측면에서 노출되는 활성층(24)의 측면을 덮을 수 있다. 절연층(32)은 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계, 즉 제1 리세스(21) 내의 측면에서 노출되는 제2 도전형 반도체층(26)의 측면을 함께 덮을 수 있다. 절연층(32)은 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계로부터 제1 영역(I) 상의 제1 도전형 반도체층(22) 상으로 연장될 수 있다. 따라서 절연층(32)은 제1 리세스(21) 내에 노출되는 제1 도전형 반도체층(22) 및 활성층(24)의 표면을 모두 덮을 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 지지 기판을 부착하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 발광구조체(20) 상에 본딩 금속층(40)을 이용하여 지지 기판(12)을 부착한다. 본딩 금속층(40)은 발광구조체(20) 상에 형성된 절연층(32) 및 반사 금속층(36) 또는 무반사 금속층(34) 및 반사 금속층(36)을 모두 덮도록 형성될 수 있다. 본딩 금속층(40)은 예를 들면, Au, Sn, Ni 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 본딩 금속층(40)은 그 상면이 평평하도록 형성하여 지지 기판(12)을 부착할 수 있다. 또는 본딩 금속층(40)은 지지 기판(12)을 부착하는 과정에서 지지 기판(12)에 의하여 압력이 가해져서 그 상면이 평평해질 수 있다. 지지 기판(12)은 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 지지 기판(12)은 예를 들면, Si, SiAl 등으로 이루어질 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 성장 기판을 제거하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 5 및 6을 참조하면, 성장 기판(10)을 제거하고, 발광구조체(20)의 상하를 뒤집어서 지지 기판(12)이 아래를 향하도록 한다. 성장 기판(10)을 제거하기 위하여 예를 들면, 레이저 리프트-오프(Laser Lift-Off, LLO) 방법이 이용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 패드 전극를 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 7을 참조하면, 제1 영역(I) 상에 제1 도전형 반도체층(22)과 전기적으로 연결되는 패드 전극(70)를 형성한다. 패드 전극(70)은 하나의 층 또는 2개 이상의 층으로 이루어질 수 있으며, Au, Ag, Al, Ni, Cr Pd, Cu 등의 금속을 단일 물질 혹은 합금을 증착, 스퍼터링, 도금 등의 방법으로 얻어질 수 있다. 또한, 패드 전극(70)은 공융 금속, 예컨대, AuSn, SnBi 등의 물질을 포함할 수도 있다. 패드 전극(70)은 발광구조체(20)의 상면의 가장자리에 인접하도록 배치될 수 있다.
이후 도 8 내지 도 17을 통하여 구체적으로 설명하겠으나, 패드 전극(70)은 적어도 일부분이 제1 영역(I)과 중첩되도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 패드 전극(70)은 제1 영역(I)과 모두 중첩되되 제2 영역(II)과 이격되도록 형성하거나, (70)은 제1 영역(I)과 모두 중첩되되 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계와 접하거나, 제1 영역(I)과 중첩되되, 일부분이 제2 영역(II)과도 중첩되도록 형성될 수 있다.
지지 기판(12)은 발광구조체(20)의 제1 전극의 기능을 할 수 있으며, 패드 전극(70)은 발광구조체(20)의 제2 전극의 기능을 할 수 있다. 또는 지지 기판(12)과 본딩 금속층(40)은 함께 발광구조체(20)의 제1 전극의 기능을 할 수 있다. 즉, 지지 기판(12)은 제2 도전형 반도체층(26)과 전기적으로 연결되고, 패드 전극(70)은 제1 도전형 반도체층(22)과 전기적으로 연결되어, 활성층(24)에 전자 또는 정공을 제공할 수 있다.
활성층(24)에서 방출되는 광은 제1 도전형 반도체층(22) 상의 광사출면(28)을 통하여 외부로 사출될 수 있다.
또한, 함께 형성된 복수개의 발광구조체(20)를 각각으로 분리하기 위한 트렌치(15)가 형성될 수 있으며, 트렌치(15)의 내면 상에는 보호층(50)이 형성될 수 있다. 보호층(50)은 절연물질 또는 반사도가 높은 물질로 이루어질 수 있다. 또는 트렌치(15)에는 절연물질이 채워져서 소자분리막의 기능을 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 형광체를 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 8을 참조하면, 제2 영역(II)의 광출사면(28)을 형광체(60)로 덮어 반도체 발광 소자(100a)를 형성한다. 형광체(60)는 발광구조체(20) 일부 또는 전부의 발광된 빛을 파장 변환할 수 있는 조합이면, 특별히 한정되지 않는다. 형광체(60)는 발광구조체(20)로부터 발광된 빛을 변환시켜 백색광을 구현할 수 있는 형광물질로 이루어질 수 있다. 형광체(60)의 구성 물질은 발광구조체(20)로부터 방출되는 빛의 파장에 의해 결정될 수 있다.
형광체(60)는 YAG (yttrium aluminum garnet) 계열, TAG (terbium aluminum garnet) 계열, 실리케이트 계열, 설파이드 (sulfide) 계열, 나이트라이드 계열, 또는 양자점 형광 물질 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 형광체(60)는 Y3Al5O12:Ce3+ (YAG:Ce), Eu2+ 이온을 활성제로 넣은 M2Si5N8:Eu2+, MS (M은 알칼리토금속), CaAlSiN3:Eu3+, (Sr,Ca)AlSiN3:Eu, Ca3(Sc,Mg)2Si3O12:Ce, 또는 CaSc2Si3O12:Ce, CaSc2O4:Ce 로 이루어질 수 있다. 상기 양자점 형광 물질은 CdSe, CdTe, ZnSe, CdSe, InGaP, 또는 InP 입자 등으로 이루어질 수 있다.
형광체(60)에 필러 입자들이 포함되는 경우, 상기 필러 입자들은 약 5 ∼ 90 ㎛의 입자 크기를 가질 수 있다. 상기 필러 입자들은 TiO2, SiO2, Al2O3, AlN, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 형광체(60)에 포함되는 고분자 수지는 투명 수지로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 형광체(60)에 포함되는 고분자 수지는 에폭시 수지, 실리콘 수지, PMMA (polymethyl methacrylate), 폴리스티렌 (polystyrene), 폴리우레탄 (polyurethane), 또는 벤조구아나민 수지 (benzoguanamine resin)로 이루어질 수 있다. 형광체(60)은 수지, 형광체, 필러 입자들, 및 용제를 포함하는 형광체 혼합물, 또는 수지, 형광체, 필러 입자들, 및 용제를 포함하는 형광체 혼합물을 분사하는 스프레이 코팅 공정 및 경화 공정을 거쳐 형성될 수 있다. 또는 형광체(60)는 필름 형태로 만들어져서 부착될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 발광 소자의 제1 양상을 나타내는 평면도이다. 구체적으로 도 9는 도 8에 보인 반도체 발광 소자의 제1 양상을 나타내는 평면도이다.
도 8 및 도 9를 함께 참조하면, 패드 전극(70)은 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계로부터 이격되어, 제1 영역(I)에만 중첩되도록 형성될 수 있다. 형광체(60)는 제2 영역(II)의 광출사면(28)을 덮으며, 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계로부터 제1 영역(I) 상으로 연장되어, 제1 영역(I) 상의 일부분을 덮을 수 있다.
형광체(60)의 제1 영역(I) 상의 가장자리는, 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계로부터 제1 거리(D1)만큼 이격될 수 있다. 제1 거리(D1)는 예를 들면, 0㎛보다 크고 20㎛보다 같거나 작을 수 있다. 즉, 형광체(60)는 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계로부터 제1 영역(I) 상으로 20㎛ 이내까지 연장될 수 있다. 형광체(60)는 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계로부터 제1 영역(I) 상으로 소정 거리가 연장되므로, 활성층(24)에서 방출되어 광사출면(28)을 통과하는 광은 모두 형광체(60)를 통과할 수 있다. 제1 영역(I) 상에 형광체(60)가 형성되지 않은 부분은 활성층(24)의 상측으로부터 제1 거리(D1)만큼 이격되는 바, 활성층(24)으로부터 방출된 광이 도달하지 않을 수 있다.
활성층(24)에서 방출된 광 중, 지지 기판(12)을 향하는 광은 반사 금속층(36)에 의하여 반사하여, 광사출면(28)으로 향할 수 있다. 또는 활성층(24)에서 방출되어 지지 기판(12)의 제1 영역(I)을 향하는 광은 무반사 금속층(34)에 의하여 흡수될 수 있다. 활성층(24)에서 방출되어 광사출면(28)을 향하는 광 중 제1 도전형 반도체층(22)의 상면에서 반사되어 제1 영역(I)으로 향하는 광 또한 무반사 금속층(34)에 의하여 흡수될 수 있다. 또는 활성층(24)에서 방출되어 패드 전극(70)의 하면을 향하는 빛은 패드 전극(70)에 흡수되거나, 패드 전극(70)의 하면에서 반사되어 무반사 금속층(34)에 의하여 흡수될 수 있다.
패드 전극(70)은 발광구조체(20)의 광사출면(28) 측의 제1 영역 상에 형성될 수 있다. 패드 전극(70)은 발광구조체(20)의 상면의 가장자리에 인접하도록 배치될 수 있다. 또한 패드 전극(70)은 발광구조체(20) 상면의 모서리, 즉, 발광구조체(20) 상면을 이루는 인접하는 두 개의 변이 만나는 부분에 인접하도록 배치될 수 있다.
형광체(60)는 패드 전극(70)에 인접하는 발광구조체(20)의 상면의 상기 모서리로부터 이격되도록 형성될 수 있다. 또한, 형광체(60)는 패드 전극(70) 상의 일부분을 더 덮을 수 있다. 형광체(60)는 패드 전극(70)의 상기 모서리에 인접하는 측 상에는 형성되지 않고, 제2 영역(II)에 인접하는 측 상에만 형성될 수 있다. 즉, 형광체(60)는 패드 전극(70)의 가장자리를 모두 덮지 않고, 제2 영역(II)에 인접하는 측의 가장자리만을 덮을 수 있다.
패드 전극(70)의 노출되는 면적은 형광체(60)가 패드 전극(70)의 가장자리를 모두 덮을 때에 비해서 넓어질 수 있다. 따라서 패드 전극(70)에 본딩 와이어를 연결하기 위한 마진이 확보될 수 있으며, 형광체(60)가 패드 전극(70)의 가장자리를 모두 덮을 때에 비하여 패드 전극(70)의 크기를 상대적으로 적게 형성할 수 있다. 따라서 패드 전극(70)에서 가려지는 발광구조체(20)의 상면이 작아지므로 광효율이 향상될 수 있다. 또는 패드 전극(70)의 크기를 상대적으로 적게 형성할 수 있으므로, 동일한 광출력을 가지는 반도체 발광 소자의 크기를 감소시킬 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 발광 소자의 제2 양상을 나타내는 단면도 및 평면도이다.
도 10 및 도 11을 함께 참조하면, 반도체 발광 소자(100b)의 패드 전극(70)은 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계로부터 이격되어, 제1 영역(I)에만 중첩되도록 형성될 수 있다. 형광체(60)는 제2 영역(II)의 광출사면(28)을 덮으며, 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계로부터 제1 영역(I) 상으로 연장되어, 제1 영역(I) 상의 일부분을 덮을 수 있다.
형광체(60)의 제1 영역(I) 상의 가장자리는, 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계로부터 제2 거리(D2)만큼 이격될 수 있다. 제2 거리(D2)는 예를 들면, 0㎛보다 크고 20㎛보다 같거나 작을 수 있다. 즉, 형광체(60)는 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계로부터 제1 영역(I) 상으로 20㎛ 이내까지 연장될 수 있다. 형광체(60)과 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계로부터 제1 영역(I) 상으로 소정 거리가 연장되므로, 활성층(24)에서 방출되어 광사출면(28)을 통과하는 광은 모두 형광체(60)를 통과할 수 있다. 제1 영역(I) 상에 형광체(60)가 형성되지 않은 부분은 활성층(24)의 상측으로부터 제2 거리(D2)만큼 이격되는 바, 활성층(24)으로부터 방출된 광이 도달하지 않을 수 있다.
도 8 및 도 9에 보인 반도체 발광 소자(100a)와 달리, 도 10 및 도 11에 보인 반도체 발광 소자(100b)의 형광체(60)는 패드 전극(70) 상에는 형성되지 않고, 패드 전극(70)의 측면과 접하도록 형성할 수 있다. 구체적으로 형광체(60)는 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)의 경계를 향하는 패드 전극(70)의 측면을 덮도록 형성할 수 있다.
즉, 제2 거리(D2)는 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계와 패드 전극(70) 사이의 이격 거리일 수 있다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 발광 소자의 제3 양상을 나타내는 단면도 및 평면도이다.
도 12 및 도 13을 함께 참조하면, 반도체 발광 소자(100c)의 패드 전극(70)은 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계와 접하며, 제1 영역(I)에만 중첩되도록 형성될 수 있다. 형광체(60)는 제2 영역(II)의 광출사면(28)을 덮으며, 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계로부터 제1 영역(I) 상으로 연장되어, 제1 영역(I) 상의 일부분을 덮을 수 있다.
형광체(60)의 제1 영역(I) 상의 가장자리는, 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계로부터 제3 거리(D3)만큼 이격될 수 있다. 제3 거리(D3)는 예를 들면, 0㎛보다 크고 20㎛보다 같거나 작을 수 있다. 즉, 형광체(60)는 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계로부터 제1 영역(I) 상으로 20㎛ 이내까지 연장될 수 있다. 형광체(60)과 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계로부터 제1 영역(I) 상으로 소정 거리가 연장되므로, 활성층(24)에서 방출되어 광사출면(28)을 통과하는 광은 모두 형광체(60)를 통과할 수 있다. 제1 영역(I) 상에 형광체(60)가 형성되지 않은 부분은 활성층(24)의 상측으로부터 제3 거리(D3)만큼 이격되는 바, 활성층(24)으로부터 방출된 광이 도달하지 않을 수 있다.
형광체(60)는 패드 전극(70) 상의 일부분을 더 덮을 수 있다. 형광체(60)는 패드 전극(70)의 모서리에 인접하는 측 상에는 형성되지 않고, 제2 영역(II)에 인접하는 측 상에만 형성될 수 있다. 즉, 형광체(60)는 패드 전극(70)의 가장자리를 모두 덮지 않고, 제2 영역(II)에 인접하는 측의 가장자리만을 덮을 수 있다.
즉, 제3 거리(D3)는 형광체(60)가 패드 전극(70)을 덮고 있는 부분의 폭일 수 있다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 발광 소자의 제4 양상을 나타내는 단면도 및 평면도이다.
도 14 및 도 15를 함께 참조하면, 반도체 발광 소자(100d)의 패드 전극(70)은 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계를 통하여, 제2 영역(II)에도 일부분이 중첩되도록 형성될 수 있다. 형광체(60)는 제2 영역(II)의 광출사면(28)을 덮으며, 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계로부터 제1 영역(I) 상으로 연장되어, 제1 영역(I) 상의 일부분을 덮을 수 있다.
형광체(60)의 제1 영역(I) 상의 가장자리는, 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계로부터 제4 거리(D4)만큼 이격될 수 있다. 제4 거리(D4)는 예를 들면, 0㎛보다 크고 20㎛보다 같거나 작을 수 있다. 즉, 형광체(60)는 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계로부터 제1 영역(I) 상으로 20㎛ 이내까지 연장될 수 있다. 형광체(60)과 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계로부터 제1 영역(I) 상으로 소정 거리가 연장되므로, 활성층(24)에서 방출되어 광사출면(28)을 통과하는 광은 모두 형광체(60)를 통과할 수 있다. 제1 영역(I) 상에 형광체(60)가 형성되지 않은 부분은 활성층(24)의 상측으로부터 제4 거리(D4)만큼 이격되는 바, 활성층(24)으로부터 방출된 광이 도달하지 않을 수 있다.
형광체(60)는 패드 전극(70) 상의 일부분을 더 덮을 수 있다. 형광체(60)는 패드 전극(70)의 모서리에 인접하는 측 상에는 형성되지 않고, 패드 전극(70)이 제2 영역(II) 상에 형성된 부분 및 제2 영역(II)에 인접하는 측 상에만 형성될 수 있다. 즉, 형광체(60)는 패드 전극(70)의 가장자리를 모두 덮지 않을 수 있다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 발광 소자의 제5 양상을 나타내는 단면도 및 평면도이다. 구체적으로 도 16은 도 17의 패드 전극(70) 및 도전성 핑거(72)를 따라서 절단한 단면도이다.
도 16 및 도 17을 함께 참조하면, 반도체 발광 소자(100e)는 발광구조체(20) 상에 패드 전극(70)과 전기적으로 연결되며, 제2 영역(II) 상으로 연장되는 도전성 핑거(72)를 더 포함할 수 있다.
도 16 및 도 17에 도시된 반도체 발광 소자(100e)는 도 8 및 도 9에 도시된 반도체 발광 소자(100a)에 도전성 핑거(72)가 더 형성된 형태인 바, 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
형광체(60)는 도전성 핑거(72)를 모두 덮도록 형성될 수 있다.
또한, 도시하지는 않았으나, 도 10 내지 도 15에 도시된 반도체 발광 소자들(100b, 100c, 100d)에도 도전성 핑거(72)를 더 형성할 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시 예의 변형에 따른 반도체 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
도 18을 참조하면, 반도체 발광 소자(100f)는 제1 도전성 반도체층(22)의 상면, 즉 광출사면(28) 상에 요철 구조(22a)가 형성될 수 있다. 요철 구조(22a)는 제1 도전성 반도체층(22)의 상면을 가공하여 형성할 수 있다. 또는 요철 구조(22a) 도 1에 보인 성장 기판(10)의 상면에 요철 패턴을 형성하여, 제1 도전성 반도체층(22)에 전사되도록 하여 형성할 수 있다. 요철 구조(22a)은 광을 산란 및 굴절시켜 광출사면(28)의 통한 광 방출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 19 내지 도 22는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 발광 소자를 제조하는 방법은 단계적으로 나타내는 단면도들이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광구조체 상에 절연층 및 무반사 금속층을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다. 구체적으로 도 19는 도 1 및 도 2 이후의 단계를 나타내는 단면도이다.
도 19를 참조하면, 제1 리세스(21)의 내면을 덮는 절연층(32a)을 형성한다.
도 3을 참조하면, 발광구조체(20) 상에 절연층(32)을 형성한다. 절연층(32a)은 예를 들면, SiOx, SiN와 같은 산화물 또는 질화물로 이루어질 수 있다. 절연층(32a)의 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계 및 제1 영역(I)에서 노출되는 발광구조체(20)의 표면을 모두 덮도록 형성할 수 있다.
절연층(32a) 상에는 무반사 금속층(34a)을 더 형성할 수 있다. 무반사 금속층(34a)의 제1 리세스(21) 내에 형성된 절연층(32a)의 표면을 모두 덮도록 형성할 수 있다. 무반사 금속층(34a)은 예를 들면, Ti, TiW, TiN과 같은 금속 물질로 이루어질 수 있다.
도 1에서 설명한 것과 달리, 도 19의 성장 기판(10)의 발광구조체(20)측에는 발광구조체(20)에서 방출되는 광을 반사하기 위한 반사층을 더 포함할 수 있다.
도 20은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전류 분산층을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 20을 참조하면, 발광구조체(20)을 덮는 전류 분산층(42)을 형성한다. 전류 분산층(42)은 투명하고 전도성이 있는 물질을 포함할 수 있으며, 투명 전극층으로 지칭될 수 있다. 전류 분산층(42)은 금속을 포함할 수 있고, 예를 들어 니켈(Ni)과 금(Au)의 복합층일 수 있다. 또한, 전류 분산층(42)은 산화물을 포함할 수 있고, 예를 들어 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), GZO(gallium zinc oxide), IGO(indium gallium oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), ATO(aluminum tin oxide), IWO(indium tungsten oxide), CIO(copper indium oxide), MIO(magnesium indium oxide), MgO, ZnO, In2O3, TiTaO2, TiNbO2, TiOx, RuOx, 및 IrOx 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 전류 분산층(42)은 예를 들어 증착(Evaporation) 또는 스퍼터링을 이용하여 형성할 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 전류 분산층(42)의 상면에는 도 18에 보인 제1 도전형 반도체층(22)의 상면에 형성된 요철 구조(22a)와 유사한 요철 패턴이 형성될 수 있다. 상기 요철 패턴은 광을 산란 및 굴절시켜 외부로 방출시키도록 할 수 있다.
도 21은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광구조체에 메쉬 영역을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 20 및 21을 함께 참조하면, 제2 영역(II)의 일부분에서 제2 도전형 반도체층(26) 및 활성층(24)의 일부분을 제거하여 제2 리세스(23)가 형성되는 메쉬 영역을 형성한다. 상기 메쉬 영역은 제1 도전형 반도체층(22)만이 잔류하므로, 제2 영역(II)의 일부분이 아니라 제3 영역(III)이라 호칭할 수 있다. 제3 영역(III)에는 제1 도전형 반도체층(22)이 노출될 수 있다.
도 22 및 도 23은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 발광 소자를 나타내는 단면도 및 평면도이다.
도 22 및 도 23을 함께 참조하면, 제1 패드 전극(80), 제2 패드 전극(70) 및 형광체(60)를 형성하여, 반도체 발광 소자(200)를 형성한다. 제1 패드 전극(80)는 제1 도전형 반도체층(22)과 전기적으로 연결되도록, 제3 영역(III)의 제1 도전형 반도체층(22) 상에 형성할 수 있다. 제2 패드 전극(70)는 제2 도전형 반도체층(26)과 전기적으로 연결되도록, 제1 영역(I)의 전류 분산층(42) 상에 형성할 수 있다. 형광체(60)는 제2 영역(II) 상의 전류 분산층(42) 상에 형성할 수 있다.
제1 패드 전극(80)은 발광구조체(20)의 제1 전극의 기능을 할 수 있으며, 제2 패드 전극(70)은 발광구조체(20)의 제2 전극의 기능을 할 수 있다. 또는 제2 패드 전극(70)과 전류 분산층(42)은 함께 발광구조체(20)의 제2 전극의 기능을 할 수 있다. 즉, 제1 패드 전극(80)은 제1 도전형 반도체층(22)과 전기적으로 연결되고, 제2 패드 전극(80)은 제2 도전형 반도체층(26)과 전기적으로 연결되어, 활성층(24)에 전자 또는 정공을 제공할 수 있다.
제2 패드 전극(70) 및 형광체(60)와 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)의 관계는 도 8 및 도 9에 보인 패드 전극(70) 및 형광체(60)와 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)의 관계와 유사할 수 있다. 즉, 제2 패드 전극(70)은 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계로부터 이격되어, 제1 영역(I)에만 중첩되도록 형성될 수 있다. 형광체(60)는 제2 영역(II)의 광출사면(28a)을 덮으며, 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계로부터 제1 영역(I) 상으로 연장되어, 제1 영역(I) 상의 일부분을 덮을 수 있다.
형광체(60)의 제1 영역(I) 상의 가장자리는, 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계로부터 제5 거리(D5)만큼 이격될 수 있다. 제5 거리(D5)는 예를 들면, 0㎛보다 크고 20㎛보다 같거나 작을 수 있다. 즉, 형광체(60)는 제1 영역(I)과 제2 영역(II)의 경계로부터 제1 영역(I) 상으로 20㎛ 이내까지 연장될 수 있다.
제1 패드 전극(80) 및 형광체(60)와 제2 영역(II) 및 제3 영역(III)의 관계는 도 8 및 도 9에 보인 패드 전극(70) 및 형광체(60)와 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)의 관계와 유사할 수 있다. 즉, 제1 패드 전극(80)은 제2 영역(II)과 제3 영역(III)의 경계로부터 이격되어, 제3 영역(III)에만 중첩되도록 형성될 수 있다. 형광체(60)는 제2 영역(II)의 광출사면(28a)을 덮으며, 제2 영역(II)과 제3 영역(II)의 경계로부터 제3 영역(III) 상으로 연장되어, 제3 영역(III) 상의 일부분을 덮을 수 있다.
형광체(60)의 제3 영역(III) 상의 가장자리는, 제2 영역(II)과 제3 영역(III)의 경계로부터 제6 거리(D6)만큼 이격될 수 있다. 제6 거리(D6)는 예를 들면, 0㎛보다 크고 20㎛보다 같거나 작을 수 있다. 즉, 형광체(60)는 제2 영역(II)과 제3 영역(III)의 경계로부터 제3 영역(III) 상으로 20㎛ 이내까지 연장될 수 있다.
도시하지는 않았으나, 반도체 발광 소자(200)의 제2 패드 전극(70)과 형광체(60)는 도 10 내지 도 17에 보인 반도체 발광 소자(100b, 100c, 100d, 100e)의 패드 전극(70)과 형광체(60)와 유사하게 변형될 수 있다.
또한 도시하지는 않았으나, 반도체 발광 소자(200)의 제1 패드 전극(80)과 형광체(60)는 도 10 내지 도 11에 보인 반도체 발광 소자(100b)의 패드 전극(70)과 형광체(60)와 유사하게 변형될 수 있다.
도 8 내지 도 18에 보인 반도체 발광 소자(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f)는 지지 기판(12)을 포함하고, 도 22 및 도 23에 보인 반도체 발광 소자(200)는 성장 기판(10)을 포함하므로, 이들을 각각 기판이라 호칭할 수 있다.
또한 도 8 내지 도 18에 보인 반도체 발광 소자(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f)는 발광구조체(20)의 제1 도전형 반도체층(22) 측에 광출사면(28)을 가지고, 도 22 및 도 23에 보인 반도체 발광 소자(200)는 발광구조체(20)의 제2 도전형 반도체층(26) 측에 광출사면(28a)을 가질 수 있다.
도 24 및 도 25는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 발광 소자를 포함하는 반도체 발광 소자 패키지의 양상들을 나타내는 단면도들이다.
도 24를 참조하면, 반도체 발광 소자 패키지(1000)는 패키지 기판(300)상에 실장된 반도체 발광 소자(100)를 감싸는 렌즈부(500)를 포함한다.
렌즈부(500) 내부는 예를 들면, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 플라스틱, 또는 유리로 채워질 수 있다. 또한 렌즈부(830) 내부에 굴절 부재가 더 포함되어 있을 수 있다. 상기 굴절 부재는 반도체 발광 소자(100)로부터 방출되는 빛을 굴절 또는 반사시킬 수 있다.
반도체 발광 소자(100)는 도 8 내지 도 17에 보인 반도체 발광 소자(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f)가 대응될 수 있다.
반도체 발광 소자(100)의 제1 전극은 패키지 기판(300)의 제1 도전 영역(320)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 반도체 발광 소자(100)의 제2 전극은 패키지 기판(300)의 제2 도전 영역(340)과 전기적으로 연결될 수 있다.
패키지 기판(300)은 플라스틱 및 세라믹에 비해 열전도도가 높은 금속을 포함할 수 있다. 패키지 기판(300)에서의 방열 특성을 극대화하기 위하여, 제1 도전 영역(320) 및 제2 도전 영역(340)은 각각 금속으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 제1 도전 영역(320) 및 제2 도전 영역(340)은 Al, Cu, Mg, Zn, Ti, Ta, Hf, Nb, AlN, SiC, 및 이들의 합금 중에서 선택되는 적어도 하나의 재료로 이루어질 수 있다.
제1 도전 영역(320) 및 제2 도전 영역(340)이 금속으로 이루어짐으로써, 제1 도전 영역(320) 및 제2 도전 영역(340)이 상기 반도체 발광 소자(100)를 지지하는 역할 뿐 만 아니라, 반도체 발광 소자(100)에서 발생되는 열을 외부로 방출하는 히트 싱크 (heat sink) 역할을 수행할 수도 있다.
상기 제1 전극과 제1 도전 영역(320)은 유텍틱 다이 어태치 (Eutectic die attach) 공정에 의해 접합될 수 있다. 상기 제2 전극과 제2 도전 영역(340)은 본딩 와이어(400)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.
도 25를 참조하면, 발광 소자 패키지(1002)는 캐비티(362)를 한정하는 패키지 바디(360)와, 캐비티(362)를 채우는 수지층(510)과, 패키지 바디(360) 및 수지층(510) 위에 배치되는 렌즈부(500)를 포함할 수 있다.
패키지 바디(360)는 투광성 재료로 이루어질 수 있다. 패키지 바디(360)는 실리콘 수지, 에폭시 수지, 또는 유리로 이루어질 수 있다.
수지층(510)은 실리콘 수지 또는 에폭시 수지와 같은 투광성 수지를 포함할 수 있다. 예를 들면, 수지층(510)은 적어도 한 종류의 형광체, 또는 확산제를 포함할 수 있다.
렌즈부(500)는 반도체 발광 소자(100)에서 방출되는 빛을 수집할 수 있다. 렌즈부(500)는 실리콘 수지, 에폭시 수지, 플라스틱, 또는 유리로 채워질 수 있다.
일부 실시예들에서, 수지층(510) 및 렌즈부(500)는 동일한 재료로 구성될 수 있으며, 상호 일체로 형성될 수 있다. 이 경우, 수지층(510) 및 렌즈부(500)는 동시에 형성될 수도 있다.
도 26 및 도 27은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 발광 소자를 포함하는 반도체 패키지의 양상들을 나타내는 단면도들이다.
도 26을 참조하면, 반도체 발광 소자 패키지(2000)는 도 24에 예시한 발광 소자 패키지(1000)와 대체로 동일한 구성을 갖는다. 단, 반도체 발광 소자(200)는 도 22 및 도 23에 보인 반도체 발광 소자(200)에 대응될 수 있다. 반도체 발광 소자(200)의 제1 전극과 제2 전극은 각각 본딩 와이어(410, 420)에 의하여 제1 도전 영역(320) 및 제2 도전 영역(340)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 27을 참조하면, 반도체 발광 소자 패키지(2002)는 도 25에 예시한 발광 소자 패키지(1002)와 대체로 동일한 구성을 갖는다. 단, 반도체 발광 소자(200)는 도 22 및 도 23에 보인 반도체 발광 소자(200)에 대응될 수 있다. 반도체 발광 소자(200)의 제1 전극과 제2 전극은 각각 본딩 와이어(410, 420)에 의하여 제1 도전 영역(320) 및 제2 도전 영역(340)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 28은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 발광 소자를 포함하는 조광 시스템 (dimming system)을 도시한 도면이다.
도 28을 참조하면, 조광 시스템(3000)은 구조물(3100)상에 배치된 발광 모듈(3200) 및 전원 공급부(3300)를 포함한다.
상기 발광 모듈(3200)은 복수의 반도체 발광 소자(3220)를 포함한다. 복수의 반도체 발광 소자(3220)는 도 8 내지 18, 도 22, 도 23을 참조하여 설명한 반도체 발광 소자(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f, 200) 또는 도 24 내지 도 27을 참조하여 설명한 반도체 발광 소자 패키지(1000, 1002, 2000, 2002) 중 적어도 하나를 포함한다.
전원 공급부(3300)는 전원을 입력받는 인터페이스(3310)와, 발광 모듈(3200)에 공급되는 전원을 제어하는 전원 제어부(3320)를 포함한다. 인터페이스(3310)는 과전류를 차단하는 퓨즈와 전자파 장애 신호를 차폐하는 전자파 차폐필터를 포함할 수 있다. 전원 제어부(3320)는 전원으로서 교류 전원이 입력되는 경우 교류를 직류로 변환하는 정류부 및 평활화부와, 발광 모듈(3200)에 적합한 전압으로 변환시켜주는 정전압 제어부를 포함할 수 있다. 전원 공급부(3300)는 복수의 반도체 발광 소자(3220) 각각에서의 발광량과 미리 설정된 광량과의 비교를 수행하는 피드백 회로 장치와, 원하는 휘도, 연색성 등과 같은 정보를 저장하기 위한 메모리 장치를 포함할 수 있다.
조광 시스템(3000)은 화상 패널을 구비하는 액정 표시 장치 등의 디스플레이 장치에 이용되는 백라이트 유닛, 램프, 평판 조명 등의 실내 조명 가로등, 또는 간판, 표지판 등의 실외 조명 장치로 사용될 수 있다. 또는, 조광 시스템(3000)는 다양한 교통 수단용 조명 장치, 예를 들면 자동차, 선박, 또는 항공기용 조명 장치, TV, 냉장고 등과 같은 가전 제품, 또는 의료기기 등에 사용될 수 있다.
도 29는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 발광 소자를 포함하는 광 처리 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 29를 참조하면, 광 처리 시스템(4000)은 카메라 시스템(4100)과, 광원 시스템(4200)과, 데이터 처리 및 분석 시스템(4300)을 포함한다.
카메라 시스템(4100)은 광 처리 대상물에 직접 접촉하거나 광 처리 대상물로부터 소정 거리 이격된 상태에서 상기 광처리 대상물을 향하도록 배치하여 사용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 광처리 대상물은 피부 또는 치료 부위와 같은 생체 조직일 수 있다. 카메라 시스템(4100)은 광가이드(4150)를 통해 광원 시스템(4200)에 연결되어 있다. 광 가이드(4150)는 광 전송이 가능한 광 섬유(optical fiber) 광 가이드, 또는 액상 광 가이드 (liquid light guide)를 포함할 수 있다.
광원 시스템(4200)은 광 가이드(4150)를 통해 광 처리 대상물에 조사되는 빛을 제공한다. 광원 시스템(4200)은 도 8 내지 18, 도 22, 도 23을 참조하여 설명한 반도체 발광 소자(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f, 200) 또는 도 24 내지 도 27을 참조하여 설명한 반도체 발광 소자 패키지(1000, 1002, 2000, 2002) 중 적어도 하나를 포함한다. 일부 실시예들에서, 광원 시스템(4200)에서 자외선을 발생 및 발진시켜 피부 또는 질환 부위와 같은 생체 조직에 조사할 수 있다.
카메라 시스템(4100)은 케이블(4160)을 통해 데이터 처리 및 분석 시스템(4300)에 연결되어 있다. 카메라 시스템(4100)으로부터 출력되는 영상 신호가 케이블(4160)을 통해 데이터 처리 및 분석 시스템(4300)으로 전송될 수 있다. 데이터 처리 및 분석 시스템(4300)은 제어기(4320) 및 모니터(4340)를 포함한다. 데이터 처리 및 분석 시스템(4300)에서는 카메라 시스템(4100)으로부터 전송된 영상 신호를 처리, 분석, 및 저장할 수 있다.
도 29에 예시한 광 처리 시스템(4000)은 피부 진단, 의료용 치료 기기, 소독 장치, 살균 장치, 세정 장치, 수술 용품, 미용 의료기기, 조명 장치, 정보 감지 장치 등과 같은 다양한 응용 분야에 적용될 수 있다.
10 : 성장 기판, 12 : 지지 기판, 20 : 발광구조체, 22 : 제1 도전형 반도체층, 24 : 활성층, 26 : 제2 도전형 반도체층, 28 : 광사출면, 32 : 절연층, 34 : 무반사 금속층, 36 : 반사 금속층, 40 : 본딩 금속층, 42 : 전류 분산층, 60 : 형광체, 70 : 패드 전극(제2 패드 전극), 80 : 제1 패드 전극, 100a/b/c/d/e/f/200 : 반도체 발광 소자

Claims (10)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 형성되되, 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층의 일부가 제거되어 상기 제1 도전형 반도체층만이 잔류하는 제1 영역 및 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 상기 활성층이 배치되는 제2 영역으로 이루어지며, 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층 중 어느 하나에 광출사면을 가지는 발광구조체; 및
    상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층 중 서로 다른 하나와 각각 전기적으로 연결되는 제1 전극 및 제2 전극;을 포함하되,
    상기 제2 전극은 상기 발광구조체의 상기 광출사면 측의 상기 제1 영역 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 발광구조체의 상면의 모서리에 인접하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 발광구조체의 상기 광출사면 측의 상기 제2 영역의 적어도 일부분을 덮는 형광체를 더 포함하되,
    상기 형광체는 상기 제2 전극이 인접하는 상기 발광구조체의 상면의 모서리로부터 이격되도록 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 경계에서 노출되는 상기 활성층의 측면을 덮는 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 경계에서 노출되는 상기 활성층의 측면으로부터 제1 영역 상의 상기 제1 도전형 반도체층을 덮도록 연장되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 발광구조체의 상기 광출사면 측의 상기 제2 영역의 적어도 일부분을 덮으며, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 경계로부터 상기 제1 영역 상으로 연장되어, 상기 제1 영역 상의 일부분을 함께 덮는 형광체;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 제1 영역 상에서 상기 제1 도전형 반도체 층과 접하며,
    상기 제1 전극은 상기 제2 도전형 반도체 층과 전기적으로 연결되며, 상기 기판은 상기 제1 전극의 기능을 하는 전도성 기판인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 발광구조체는, 상기 제1 영역과 이격되며 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층의 일부가 제거되어 상기 제1 도전형 반도체층이 노출되도록 형성된 제3 영역을 더 포함하여 이루어지며,
    상기 발광구조체의 상기 제1 및 제2 영역 상에 걸쳐서 형성되는 전류 분산층을 더 포함하며,
    상기 제1 전극은 상기 제3 영역 상에 상기 제1 도전형 반도체층과 접하도록 형성되고,
    상기 제2 전극은 상기 전류 분산층을 통하여 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  9. 도전성 기판;
    상기 도전성 기판 상에 형성되며 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 형성되되, 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 활성층의 일부가 제거되어 제2 도전형 반도체층만이 잔류하는 제1 영역 및 상기 제1 도전형 반도체 및 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 상기 활성층이 배치되는 제2 영역으로 이루어지는 발광구조체;
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 경계에서 노출되는 상기 활성층의 측면을 덮는 절연층;
    상기 제1 영역 상에 형성되며 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 패드 전극; 및
    상기 제2 영역을 덮는 형광체;를 포함하되,
    상기 도전성 기판은 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 패드 전극는 상기 제2 도전형 반도체층의 상면의 가장자리에 인접하도록 배치되며,
    상기 형광체는 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 경계로부터 상기 제1 영역 상으로 연장되어 상기 제1 영역의 상기 제2 도전형 반도체층의 상면의 일부분을 덮되, 상기 패드 전극가 인접하는 상기 제2 도전형 반도체층의 상면의 가장자리로부터 이격되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
KR1020130012944A 2013-02-05 2013-02-05 반도체 발광 소자 KR20140100115A (ko)

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