KR20140103397A - 반도체 발광 소자 - Google Patents

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KR20140103397A
KR20140103397A KR1020130016601A KR20130016601A KR20140103397A KR 20140103397 A KR20140103397 A KR 20140103397A KR 1020130016601 A KR1020130016601 A KR 1020130016601A KR 20130016601 A KR20130016601 A KR 20130016601A KR 20140103397 A KR20140103397 A KR 20140103397A
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metal layer
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송상엽
김기범
김현영
윤주헌
이완호
허원구
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Abstract

반도체 발광 소자는 발광 구조물을 가지는 반도체 영역과, 반도체 영역의 제1 부분과 접하고 발광 구조물로부터의 빛을 반사하는 제1 고반사 금속층과, 반도체 영역의 제2 부분과 접하고 발광 구조물로부터의 빛을 반사하는 제2 고반사 금속층을 포함하는 전극층을 포함하고, 제2 고반사 금속층은 제1 고반사 금속층과 이격된 위치에서 상기 제1 고반사 금속층과 오버랩되어 있다.

Description

반도체 발광 소자 {Semiconductor light-emitting device}
본 발명의 기술적 사상은 발광 소자에 관한 것으로, 특히 반도체층 위에 형성된 전극을 구비한 반도체 발광 소자에 관한 것이다.
반도체 발광 소자의 일종인 발광 다이오드 (light emitting diode: LED)는 백라이트 등에 사용하는 각종 광원, 조명, 신호기, 대형 디스플레이 등에 폭넓게 이용되고 있다. 조명용 LED 시장이 확대되고 그 활용 범위가 고전류, 고출력 분야로 확대됨에 따라, 모듈과 같은 외부 구조체와 LED의 반도체층을 전기적으로 연결하기 위한 전극의 신뢰성을 향상시키고 소자의 광 추출 효율을 향상시키기 위한 기술 개발이 필요하다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 모듈과 같은 외부 구조체와 LED의 반도체층을 전기적으로 연결하기 위한 전극의 신뢰성을 향상시키고 소자의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 반도체 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 반도체 발광 소자는 발광 구조물을 가지는 반도체 영역과, 상기 반도체 영역의 제1 부분과 접하고 상기 발광 구조물로부터의 빛을 반사하는 제1 고반사 금속층과, 상기 반도체 영역의 제2 부분과 접하고 상기 발광 구조물로부터의 빛을 반사하는 제2 고반사 금속층을 포함하는 전극층을 포함하고, 상기 제2 고반사 금속층은 상기 제1 고반사 금속층과 이격된 위치에서 상기 제1 고반사 금속층과 오버랩되어 있다.
상기 제1 고반사 금속층 및 상기 제2 고반사 금속층은 상기 발광 구조물로부터 발생되는 빛에 대하여 적어도 80 %의 반사율을 가진다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 고반사 금속층 및 상기 제2 고반사 금속층은 서로 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 제1 고반사 금속층 및 상기 제2 고반사 금속층은 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.
상기 반도체 영역에서, 상기 제2 부분은 상기 제1 부분을 포위하는 형상을 가지질 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 상호 이격될 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 적어도 일부에서 서로 접해 있을 수 있다.
상기 제1 고반사 금속층은 제1 면적의 상기 반도체 영역을 덮고, 상기 제2 고반사 금속층은 상기 제1 면적보다 더 큰 제2 면적의 상기 반도체 영역을 덮을 수 있다.
상기 제1 고반사 금속층 및 상기 제2 고반사 금속층은 Ag, Al, Ni, Cr, Pd, Cu, Pt, Sn, W, Au, Rh, Ir, Ru, Mg, Zn, 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 전극층은, 상기 제1 고반사 금속층과 상기 제2 고반사 금속층과의 사이에 개재되고 상기 제1 고반사 금속층 및 상기 제2 고반사 금속층과는 다른 물질로 이루어지는 도전성 전극 고정층을 더 포함할 수 있다. 상기 도전성 전극 고정층은, 상기 제1 고반사 금속층과 상기 반도체 영역의 상기 제1 부분과의 사이의 기계적인 밀착력을 형상시키기 위하여 상기 제1 고반사 금속층 위에 형성된 밀착층과, 상기 밀착층과 상기 제2 고반사 금속층과의 사이에 개재된 접착층을 포함할 수 있다.
상기 전극층은 상기 제2 고반사 금속층을 덮는 도전성 확산 방지막을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 양태에 따른 반도체 발광 소자는 제1 반도체층, 활성층, 및 제2 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 가지는 반도체 영역과, 상기 제1 반도체층에 접하는 제1 전극층과, 상기 제2 반도체층에 접하는 제2 전극층을 포함하고, 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 중 적어도 하나는, 서로 이격된 위치에서 적어도 일부가 서로 오버랩되어 있고 각각 상기 반도체 영역에 접하는 반사면을 가지는 복수의 고반사 금속층을 포함한다.
상기 복수의 고반사 금속층은 상기 반도체 영역의 제1 부분과 접하는 제1 반사면을 가지는 제1 고반사 금속층과, 상기 반도체 영역의 제2 부분과 접하는 제2 반사면을 가지는 제2 고반사 금속층을 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 양태에 따른 반도체 발광 소자는, 상기 제1 고반사 금속층과 상기 제2 고반사 금속층과의 사이에 개재되고 상기 제1 고반사 금속층의 제1 반사율 및 상기 제2 고반사 금속층의 제2 반사율보다 더 작은 제3 반사율을 가지는 적어도 하나의 도전층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 반도체 발광 소자는 반도체 영역의 제1 영역에 접하여 발광 구조물로부터의 빛을 반사하는 제1 고반사 금속층과, 상기 제1 고반사 금속층의 주위에서 상기 반도체 영역에 접하여 발광 구조물로부터의 빛을 반사시킬 수 있는 제2 고반사 금속층을 포함하는 전극층을 구비한다. 따라서, 상기 제2 고반사 금속층이 상기 반도체 영역과 접하는 면적만큼 광 추출 효율을 향상시키는 데 더 기여함으로써 광 추출 효율을 극대화시킬 수 있다. 또한, 상기 제2 고반사 금속층의 구성 재료로서 상기 반도체 영역과 오믹 접촉을 이룰 수 있는 금속을 사용함으로써, 상기 제2 고반사 금속층이 없는 경우에 비해 전극층의 유효 면적을 증가시키는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 발광 소자의 동작 전압 (Vf)이 낮아져서 발광소자의 효율이 향상될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자의 단면도이다.
도 1b는 도 1a에 예시된 반도체 발광 소자의 제2 반도체층의 일부를 도시한 평면도이다.
도 1c는 도 1a에 예시된 반도체 발광 소자의 도전성 전극 고정층의 일부를 도시한 단면도이다.
도 1d는 도 1a에 예시된 반도체 발광 소자의 도전성 확산 방지막의 일부를 도시한 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자의 주요 구성을 도시한 단면도이다.
도 2b는 도 2a에 예시된 반도체 발광 소자의 제2 반도체층의 일부를 도시한 평면도이다.
도 3a 내지 3g는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자를 제조하는 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 4a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자의 주요 구성을 도시한 평면 레이아웃이다.
도 4b는 도 4a의 4B - 4B' 선 단면도이다.
도 4c는 도 4a의 반도체 발광 소자의 제1 고반사 금속층의 제1 반사 영역과 제2 고반사 금속층의 제2 반사 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자의 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자의 주요 구성을 도시한 단면도이다.
도 6b는 도 6a의 반도체 발광 소자의 제1 고반사 금속층의 제1 반사 영역과 제2 고반사 금속층의 제2 반사 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자의 주요 구성을 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자의 주요 구성을 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자의 주요 구성을 도시한 단면도이다.
도 10a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자의 요부 구성을 도시한 평면도이다.
도 10b는 도 10a의 10B - 10B' 선 단면에 대응하는 부분의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 광출력을 대조예와 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지의 주요 구성을 도시한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자를 포함하는 조광 시스템 (dimming system)을 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치의 블록도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것으로, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역, 부위, 또는 구성 요소를 다른 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.
첨부 도면에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자(100)의 단면도이다.
도 1a를 참조하면, 반도체 발광 소자(100)는 기판(102)과, 상기 기판(102) 위에 형성된 발광 구조물(110)을 가지는 반도체 영역(120)과, 상기 반도체 영역(120) 위에 형성된 제1 전극층(130) 및 제2 전극층(140)을 포함한다. 상기 반도체 영역(120)의 일부는 제1 절연막(122)에 의해 덮여 있다. 상기 제1 절연막(122)은 산화물, 질화물, 절연성 폴리머, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 상기 제1 전극층(130) 및 제2 전극층(140)은 상기 반도체 영역(120) 중 제1 절연막(122)에 의해 덮이지 않는 영역을 덮는다.
상기 기판(102)은 투명 기판으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 기판(102)은 사파이어 (Al2O3), 산화 갈륨 (Ga2O3), 산화리튬갈륨 (LiGaO2), 산화리튬알루미늄 (LiAlO2), 또는 산화마그네슘알루미늄 (MgAl2O4)으로 이루어질 수 있다.
상기 발광 구조물(110)은 제1 반도체층(112)과, 상기 제1 반도체층(112) 위에 형성된 활성층(114)과, 상기 활성층(114) 위에 형성된 제2 반도체층(116)을 포함한다. 상기 제1 반도체층(112), 활성층(114), 및 제2 반도체층(116)은 각각 InxAlyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)으로 표시되는 질화갈륨계 화합물 반도체로 이루어질 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 반도체층(112)은 전원 공급에 따라 상기 활성층(114)에 전자를 공급하는 n 형 GaN 층으로 이루어질 수 있다. 상기 n 형 GaN 층은 IV 족 원소로 이루어지는 n 형 불순물을 포함할 수 있다. 상기 n 형 불순물은 Si, Ge, Sn 등으로 이루어질 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제2 반도체층(116)은 전원 공급에 따라 상기 활성층(120)에 정공을 공급하는 p 형 GaN 층으로 이루어질 수 있다. 상기 p 형 GaN 층은 II 족 원소로 이루어지는 p 형 불순물을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 p 형 불순물은 Mg, Zn, Be 등으로 이루어질 수 있다.
상기 활성층(114)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 빛을 방출한다. 상기 활성층(114)은 양자우물층 (quantum well) 및 양자장벽층(quantum barrier)이 적어도 1 회 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 상기 양자우물층은 단일 양자우물(single quantum well) 구조 또는 다중 양자우물(multi-quantum well) 구조를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 활성층(114)은 u-AlGaN으로 이루어질 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 활성층(114)은 GaN/AlGaN, InAlGaN/InAlGaN, 또는 InGaN/AlGaN 의 다중 양자 우물 구조로 이루어질 수 있다. 상기 활성층(114)의 발광 효율을 향상시키기 위해, 활성층(114)에서의 양자우물의 깊이, 양자우물층 및 양자장벽층 쌍의 적층 수, 두께 등을 변화시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 발광 구조물(110)은 MOCVD (metal-organic chemical vapor deposition), HVPE (hydride vapor phase epitaxy), 또는 MBE (molecular beam epitaxy) 공정에 의해 형성될 수 있다.
상기 반도체 영역(120)은 상기 기판(102)과 발광 구조물(110)과의 사이에 개재되는 질화물 반도체 박막(104)을 더 포함한다. 상기 질화물 반도체 박막(104)은 기판(102)과 제1 반도체층(112)과의 사이의 격자 부정합을 완화시키기 위한 버퍼층의 역할을 할 수 있다. 상기 질화물 반도체 박막(104)은 InxAlyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)으로 표시되는 질화갈륨계 화합물 반도체로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 질화물 반도체 박막(104)은 GaN 또는 AlN으로 이루어질 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 질화물 반도체 박막(104)은 AlGaN/AlN의 초격자층들 (superlattice layers)로 이루어질 수 있다. 또 다른 일부 실시예들에서, 상기 질화물 반도체 박막(104)은 생략 가능하다.
상기 제1 반도체층(112) 위에는 상기 제1 전극층(130)이 형성되어 있다. 상기 제1 전극층(130)은 Ni, Al, Au, Ti, Cr, Ag, Pd, Cu, Pt, Sn, W, Rh, Ir, Ru, Mg, 및 Zn 중에서 선택되는 단일 금속막, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 다층막 또는 합금막으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 전극층(130)은 Al/Ti/Pt 적층 구조를 가질 수 있다.
상기 제2 반도체층(116) 위에는 상기 제2 전극층(140)이 형성되어 있다. 상기 제2 전극층(140)은 상기 제2 반도체층(116)과 직접 접해 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예들에서, 상기 제2 반도체층(116)과 상기 제2 전극층(140)과의 사이에 다른 반도체층(도시 생략)이 더 개재될 수도 있다.
상기 제2 전극층(140)은 상기 발광 구조물(110)로부터의 빛을 반사하는 제1 고반사 금속층(142)과, 상기 제1 고반사 금속층(142)과 이격된 위치에서 상기 제1 고반사 금속층(142)을 덮는 제2 고반사 금속층(144)을 포함한다. 상기 제1 고반사 금속층(142)은 상기 반도체 영역(120)의 일부와 접하고, 상기 제2 고반사 금속층(144)은 상기 반도체 영역(120)의 다른 부분과 접할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 고반사 금속층(142) 및 상기 제2 고반사 금속층(144)은 상기 발광 구조물(110)로부터 발생되는 빛의 파장에서 적어도 80 %의 반사율을 가지는 금속 또는 합금으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, Ag의 반사율은 약 98.9 %, Al의 반사율은 약 90.3 %, Au의 반사율은 약 92.9 %, 그리고 Cu의 반사율은 95.6 %이다. 이와 같이 비교적 높은 반사율을 가지는 금속들을 단독으로 사용하거나 적어도 하나의 다른 금속과 조합하여 사용하여 상기 제1 고반사 금속층(142) 및 상기 제2 고반사 금속층(144)을 형성할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 고반사 금속층(142) 및 제2 고반사 금속층(144)은 각각 Ag, Al, Ni, Cr, Pd, Cu, Pt, Sn, W, Au, Rh, Ir, Ru, Mg, Zn, 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 합금으로 이루어진다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 고반사 금속층(142) 및 제2 고반사 금속층(144) 중 적어도 하나는 Ag, Al, 이들의 조합, 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다. 상기 제1 고반사 금속층(142) 및 제2 고반사 금속층(144) 중 적어도 하나가 Al 합금으로 이루어지는 경우, 상기 Al 합금은 Al과, Al보다 큰 일함수를 가지는 금속을 포함할 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 제1 고반사 금속층(142) 및 제2 고반사 금속층(144) 중 적어도 하나는 Ag/Pd/Cu, Ag/Pd, Ni/Ag, Zn/Ag, Ni/Al, Zn/Al, Pd/Al, Ir/Ag. Ir/Au, Pt/Ag, Pt/Al, Ni/Ag/Pt, 및 Ni/Ag/Mg 중에서 선택되는 어느 하나의 합금으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또 다른 일부 실시예들에서, 상기 제1 고반사 금속층(142) 및 제2 고반사 금속층(144) 중 적어도 하나는 오믹 특성 및 광 반사 특성을 동시에 가지는 금속층을 포함할 수 있다. 또 다른 일부 실시예들에서, 상기 제1 고반사 금속층(142) 및 제2 고반사 금속층(144) 중 적어도 하나는 오믹 특성을 가지는 제1 금속막 (도시 생략)과, 광 반사 특성을 가지는 제2 금속막 (도시 생략)을 포함하는 다중막으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 고반사 금속층(142) 및 제2 고반사 금속층(144) 중 적어도 하나는 Ag/Ni/Ti 또는 Ni/Ag/Pt/Ti/Pt 적층 구조를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 고반사 금속층(142) 및 제2 고반사 금속층(144)은 서로 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 제1 고반사 금속층(142) 및 상기 제2 고반사 금속층(144)은 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.
도 1b는 도 1a에 예시된 반도체 발광 소자(100)에서 상기 제2 반도체층(116)의 일부를 도시한 평면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 상기 제1 고반사 금속층(142)은 상기 제2 반도체층(116)의 제1 부분(116A)에 접하는 제1 반사 영역(142R)을 포함하고, 상기 제2 고반사 금속층(144)은 상기 제2 반도체층(116)의 제2 부분(116B)에 접하는 제2 반사 영역(144R)을 포함한다.
상기 제2 부분(116B)은 상기 제1 부분(116A)의 적어도 일부를 포위하는 형상을 가질 수 있다. 도 1b에는 상기 제2 부분(116B)이 상기 제1 부분(116A)을 완전히 포위하는 형상을 가지는 경우를 예시하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 제2 부분(116B)은 상기 제1 부분(116A)의 일부 만을 포위하는 형상을 가질 수도 있다. 또한, 도 1b에는 상기 제1 부분(116A) 및 제2 부분(116b)의 평면 형상이 둥근 코너를 가지는 사각형의 아웃라인(outline) 형상인 것으로 도시되었으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 상기 제1 부분(116A) 및 제2 부분(116B)의 형상은 다양하게 변형 및 변경될 수 있다.
상기 제1 부분(116A)과 상기 제2 부분(116B)은 제1 간격(G1) 만큼 상호 이격될 수 있다. 상기 제1 간격(G1)은 상기 제1 부분(116A)과 상기 제2 부분(116B)과의 사이의 이격 공간의 길이 방향을 따라 일정한 폭을 가질 수도 있고 가변적인 크기를 가질 수도 있다.
상기 제1 고반사 금속층(142) 및 제2 고반사 금속층(144)은 서로 이격되어 있으며, 상기 제1 고반사 금속층(142) 및 제2 고반사 금속층(144) 각각의 적어도 일부가 수직 방향, 즉 기판(102)의 주면 연장 방향에 수직인 방향으로 서로 오버랩되어 있다.
일부 실시예들에서, 상기 반도체 영역(120) 중 상기 제1 고반사 금속층(142)에 의해 덮이는 부분의 제1 면적보다 상기 제2 고반사 금속층(144)에 의해 덮이는 부분의 제2 면적이 더 클 수 있다. 그리고, 상기 반도체 영역(120) 중 상기 제1 고반사 금속층(142)이 접촉하는 부분인 제1 부분(116A)의 면적보다 상기 제2 고반사 금속층(144)이 접촉하는 부분인 제2 부분(116B)의 면적이 더 작을 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형 및 변경이 가능하다.
상기 제1 고반사 금속층(142) 및 제2 고반사 금속층(144)은 각각 약 500 ∼ 2500 Å의 두께를 가질 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예들에서, 상기 제2 고반사 금속층(144)의 적어도 일부는 상기 기판(102)의 주면 연장 방향에 직교하는 수직 방향의 두께가 상기 제1 고반사 금속층(142)의 수직 방향의 두께보다 더 클 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 전극층(140)은 상기 제1 고반사 금속층(142)의 주위에서 상기 제2 반도체층(116)과 접하여 활성층(114)으로부터의 빛을 반사시킬 수 있는 제2 고반사 금속층(144)을 포함함으로써, 상기 제2 고반사 금속층(144)이 제2 반도체층(116)과 접하는 면적만큼 광 추출 효율을 향상시키는 데 더 기여할 수 있다. 즉, 활성층(114)에서 발생된 빛 중 제1 고반사 금속층(142)의 주위로 방출되는 빛의 적어도 일부가 상기 제2 고반사 금속층(144)의 제2 반사 영역(144R)에서 반사됨으로써, 활성층(114)으로부터의 빛 중 원하는 방향으로 향하지 않고 실질적으로 소멸되는 빛의 양을 최소화하여, 실질적인 광 추출 효율을 극대화시킬 수 있다. 또한, 상기 제2 고반사 금속층(144)의 구성 재료로서 제2 반도체층(116)과의 오믹 접촉을 이룰 수 있는 금속을 사용함으로써, 상기 제2 고반사 금속층(144)이 없는 경우에 비해 제2 전극층(140)의 유효 면적을 증가시키는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 발광 소자의 동작 전압 (Vf)이 낮아져서 발광소자의 효율이 향상될 수 있다.
상기 제2 전극층(140)은 상기 제1 고반사 금속층(142)과 상기 제2 고반사 금속층(144)과의 사이에 개재되는 도전성 전극 고정층(146)을 더 포함한다. 상기 도전성 전극 고정층(146)은 상기 제1 고반사 금속층(142) 및 제2 고반사 금속층(144)과는 다른 물질로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 도전성 전극 고정층(146)은 상기 제1 고반사 금속층(142)의 제1 반사율 및 상기 제2 고반사 금속층(144)의 제2 반사율보다 더 작은 제3 반사율을 가질 수 있다. 예들 들면, 상기 도전성 전극 고정층(146)은 약 80 % 미만의 반사율을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 도전성 전극 고정층(146)은 생략 가능하다.
도 1c는 상기 도전성 전극 고정층(146)의 예시적인 구성을 설명하기 위하여 상기 도전성 전극 고정층(146)의 일부를 도시한 단면도이다.
도 1c를 참조하면, 상기 도전성 전극 고정층(146)은 밀착층(146A) 및 접착층(146B)을 포함하는 다중층 구조를 가질 수 있다.
상기 밀착층(146A)은 상기 제1 고반사 금속층(142)의 적어도 일부를 덮는다. 상기 밀착층(146A)은 상기 제1 고반사 금속층(142)의 바로 위에 형성될 수 있다. 상기 밀착층(146A)은 상기 제1 고반사 금속층(142)을 완전히 덮도록 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 밀착층(146A)은 상기 제1 고반사 금속층(142)의 일부 만을 덮을 수도 있다.
예를 들면, 상기 제1 고반사 금속층(142)이 Ag를 포함하는 경우, Ag는 열적 및/또는 화학적으로 불안정하여, 공기 중의 황 (sulfur)과 반응하여 황화은을 생성하거나 공기 중의 산소 (oxygen)과 반응하여 산화물을 형성함으로써 제2 반도체층(116)과의 밀착력이 취약해질 수 있으며, 누설 전류를 야기하는 경우가 발생될 수 있다. 그러나, 상기 제1 고반사 금속층(142) 위에 형성되는 상기 밀착층(146A)을 포함함으로써, 상기 제1 고반사 금속층(142)과, 상기 제1 고반사 금속층(142)이 접하는 제2 반도체층(116)의 제1 부분(116A)과의 사이의 기계적인 밀착력을 형상시키고, 상기 제1 고반사 금속층(142)의 열적 안정성 및 화학적 안정성을 향상시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 밀착층(146A)은 Ni로 이루어질 수 있다.
상기 접착층(146B)은 상기 밀착층(146A)과 상기 제2 고반사 금속층(144)과의 사이에 개재되어 이들 사이의 접착력을 향상시킬 수 있다. 상기 접착층(146B)은 상기 밀착층(146A)의 적어도 일부를 덮도록 상기 밀착층(146A) 위에 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 접착층(146B)은 Ti로 이루어질 수 있다.
상기 밀착층(146A) 및 접착층(146B)은 각각 약 30 ∼ 2000 Å의 두께를 가질 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 전극층(140)은 상기 제2 고반사 금속층(144)의 적어도 일부를 덮는 도전성 확산 방지막(148)을 더 포함한다.
도 1d는 상기 도전성 확산 방지막(148)의 예시적인 구성을 설명하기 위하여 상기 도전성 확산 방지막(148)의 일부를 도시한 단면도이다.
도 1d를 참조하면, 상기 도전성 확산 방지막(148)은 복수의 도전층(148A, 148B)이 적어도 1 회 반복하여 적층된 다중층 구조를 가질 수 있다. 상기 복수의 도전층(148A, 148B)은 교대로 적층되어 있는 제1 도전층(148A) 및 제2 도전층(148B)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 도전층(148A)은 Ti로 이루어지고, 상기 제2 도전층(148B)은 Ni 또는 TiW로 이루어질 수 있다. 상기 제1 도전층(148A) 및 제2 도전층(148B)은 각각 약 500 ∼ 1500 Å의 두께를 가질 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 도전성 확산 방지막(148)은 상기 제2 전극층(140)으로부터 금속 물질이 외부로 확산되는 것을 방지함으로써, 반도체 발광 소자(100)의 특성 및 신뢰성 저하를 방지할 수 있다. 또한, 상기 도전성 확산 방지막(148)을 다중층 구조로 형성함으로써, 제2 전극층(140)에서 발생되는 응력을 효과적으로 릴리즈(release)할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 도전성 확산 방지막(148)은 생략될 수 있다.
다시 도 1a를 참조하면, 제1 절연막(122), 제1 전극층(130), 및 제2 전극층(140) 위에는 제2 절연막(160)이 형성되어 있다. 상기 제2 절연막(160)에는 제1 전극층(130)을 일부 노출시키는 제1 홀(160H1)과, 상기 제2 전극층(140)을 일부 노출시키는 제2 홀(160H2)이 형성되어 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제2 절연막(160)은 산화물, 질화물, 절연성 폴리머, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 상기 제2 절연막(160)은 상기 제1 절연막(122)의 구성 물질과 동일한 구성 물질로 이루어질 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 반도체 발광 소자(100)는 제1 전극층(130)에 연결된 제1 본딩용 도전층(172)과, 제2 전극층(140)에 연결된 제2 본딩용 도전층(174)을 포함한다. 상기 제1 본딩용 도전층(172) 및 제2 본딩용 도전층(174)은 각각 반도체 발광 소자(100)의 외부 단자로서 기능할 수 있다. 상기 제1 본딩용 도전층(172)은 제2 절연막(160)에 형성된 제1 홀(160H1)을 관통하여 제1 전극층(130)에 연결된다. 상기 제2 본딩용 도전층(174)은 제2 절연막(160)에 형성된 제2 홀(160H2)을 관통하여 제2 전극층(140)에 연결된다.
상기 제1 본딩용 도전층(172) 및 제2 본딩용 도전층(174)은 각각 Au, Sn, Ni, Pb, Ag, In, Cr, Ge, Si, Ti, W, 및 Pt 중에서 선택되는 단일 물질, 또는 이들 중에서 선택되는 적어도 2 종의 물질을 포함하는 합금으로 이루어지는 단일막, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 다중막으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 본딩용 도전층(172) 및 제2 본딩용 도전층(174)은 Au-Sn 합금, Ni-Sn 합금, Ni-Au-Sn 합금, Pb-Ag-In 합금, Pb-Ag-Sn 합금, Pb-Sn 합금, Au-Ge 합금, 또는 Au-Si 합금을 포함할 수 있다.
상기 제1 본딩용 도전층(172) 및 제2 본딩용 도전층(174)이 다중막으로 이루어지는 경우, 상기 제1 본딩용 도전층(172) 및 제2 본딩용 도전층(174)은 각각 도전성 배리어층 (도시 생략), 도전성 접착층 (도시 생략), 도전성 커플링층 (도시 생략), 및 도전성 본딩층 (도시 생략) 중에서 선택되는 적어도 2 개의 층을 포함할 수 있다. 상기 도전성 배리어층은 Ti, Ti/W, TiN/W, 및 Ni 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 도전성 접착층은 Ti로 이루어질 수 있다. 상기 도전성 커플링층은 상기 도전성 접착층과 상기 도전성 본딩층과의 사이에 형성될 수 있으며, Ni 또는 Ni/Au로 이루어질 수 있다. 상기 도전성 본딩층은 Au-Sn 합금, Ni-Sn 합금, Ni-Au-Sn 합금, Pb-Ag-In 합금, Pb-Ag-Sn 합금, Pb-Sn 합금, Au-Ge 합금, 또는 Au-Si 합금을 포함할 수 있다. 본 발명의 기술적 사상에 의하면, 상기 제1 본딩용 도전층(172) 및 제2 본딩용 도전층(174)의 구성은 상기 예시된 바에 한정되는 것은 아니며, 다양한 도전 물질들의 조합이 가능하다.
도 2a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자(200)의 주요 구성을 도시한 단면도이다. 도 2a에 있어서, 도 1a에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 설명의 간략화를 위하여 이들에 대한 중복 설명은 생략한다.
상기 반도체 발광 소자(200)는 제2 전극층(140) 대신 제2 전극층(240)을 포함하는 것을 제외하고, 도 1a에 예시한 반도체 발광 소자(100)와 대체로 동일한 구성을 가진다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 제2 반도체층(116) 위에는 상기 제2 전극층(240)이 형성되어 있다. 상기 제2 전극층(240)은 상기 발광 구조물(110)로부터의 빛을 반사하는 제1 고반사 금속층(242)과, 상기 제1 고반사 금속층(242)과 이격된 위치에서 상기 제1 고반사 금속층(242)을 덮는 제2 고반사 금속층(244)을 포함한다.
도 2b는 도 2a에 예시된 반도체 발광 소자(200)에서 상기 제2 반도체층(116)의 일부를 도시한 평면도이다.
도 2a 및 도 2b의 예에서, 상기 제2 반도체층(116) 중 상기 제1 고반사 금속층(242)은 상기 제2 반도체층(116)의 제1 부분(116C)에 접하는 제1 반사 영역(242R)을 포함하고, 상기 제2 고반사 금속층(244)은 상기 제2 반도체층(116)의 제2 부분(116D)에 접하는 제2 반사 영역(244R)을 포함한다.
상기 제2 부분(116D)은 상기 제1 부분(116C)의 적어도 일부를 포위하는 형상을 가질 수 있다. 도 2b에는 상기 제2 부분(116D)이 상기 제1 부분(116C)을 완전히 포위하는 형상을 가지는 경우를 예시하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 제2 부분(116D)은 상기 제1 부분(116C)의 일부 만을 포위하는 형상을 가질 수도 있다.
상기 제1 부분(116C)과 상기 제2 부분(116D)은 적어도 일부에서 서로 접해 있을 수 있다. 도 2b에는 상기 제1 부분(116C)의 에지를 따라 상기 제1 부분(116C) 및 제2 부분(116D)이 완전히 접해 있는 것으로 예시되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 예시된 바에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 제1 부분(116C)의 에지 중 일부에서 상기 제1 부분(116C) 및 제2 부분(116D)이 상호 이격되어 있는 부분을 포함할 수도 있다.
상기 제1 고반사 금속층(242)의 에지 부분을 제외한 나머지 부분에서는 상기 제1 고반사 금속층(242) 및 제2 고반사 금속층(244)이 서로 이격되어 있으며, 상기 제1 고반사 금속층(242) 및 제2 고반사 금속층(244) 각각의 적어도 일부가 수직 방향, 즉 기판(102)의 주면 연장 방향에 수직인 방향으로 서로 오버랩되어 있다.
일부 실시예들에서, 상기 반도체 영역(120) 중 상기 제1 고반사 금속층(242)에 의해 덮이는 부분의 제1 면적보다 상기 제2 고반사 금속층(244)에 의해 덮이는 부분의 제2 면적이 더 클 수 있다. 그리고, 상기 반도체 영역(120) 중 상기 제1 고반사 금속층(242)이 접촉하는 부분인 제1 부분(116C)의 면적보다 상기 제2 고반사 금속층(244)이 접촉하는 부분인 제2 부분(116D)의 면적이 더 작을 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 전극층(240)은, 상기 제1 고반사 금속층(242)과 상기 제2 고반사 금속층(244)과의 사이에 개재되는 도전성 전극 고정층(246)을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 도전성 전극 고정층(246)은 상기 제2 반도체층(116)과 접촉하지 않을 수 있다. 이를 위하여, 상기 도전성 전극 고정층(246)은 도 1a에 예시된 반도체 발광 소자의 도전성 전극 고정층(146)보다 더 얇은 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 다른 일부 실시예에서, 상기 제1 고반사 금속층(242)의 에지의 일부 영역에서 상기 도전성 전극 고정층(246)이 제2 반도체층(116)과 접촉할 수도 있다. 또 다른 일부 실시예들에서, 상기 도전성 전극 고정층(246)은 생략될 수 있다.
상기 제2 전극층(240)은 상기 제2 고반사 금속층(244)의 적어도 일부를 덮는 도전성 확산 방지막(248)을 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 도전성 확산 방지막(248)은 생략될 수 있다.
상기 제1 고반사 금속층(242), 제2 고반사 금속층(244), 도전성 전극 고정층(246), 및 도전성 확산 방지막(248)에 대한 보다 상세한 사항은 도 1a 내지 도 1d를 참조하여 반도체 발광 소자(100)의 제1 고반사 금속층(142), 제2 고반사 금속층(144), 도전성 전극 고정층(146), 및 도전성 확산 방지막(148)에 대하여 설명한 바를 참조한다.
상기 제2 전극층(240)은 상기 제1 고반사 금속층(242)의 주위에서 상기 제2 반도체층(116)과 접하여 활성층(114)으로부터의 빛을 반사시킬 수 있는 제2 고반사 금속층(244)을 포함함으로써, 상기 제2 고반사 금속층(244)이 제2 반도체층(116)과 접하는 면적만큼 광 추출 효율을 향상시키는 데 더 기여할 수 있고, 따라서 광 추출 효율을 극대화시킬 수 있다. 또한, 상기 제2 고반사 금속층(244)의 구성 재료로서 제2 반도체층(116)과의 오믹 접촉을 이룰 수 있는 금속을 사용함으로써, 상기 제2 고반사 금속층(244)이 없는 경우에 비해 제2 전극층(240)의 유효 면적을 증가시키는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 발광 소자의 동작 전압 (Vf)이 낮아져서 발광소자의 효율이 향상될 수 있다.
도 3a 내지 3g는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따라 도 1a에 예시한 반도체 발광 소자(100)를 제조하는 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다. 도 3a 내지 도 3g에 있어서, 도 1a에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 설명의 간략화를 위하여 이들에 대한 상세한 설명을 생략한다.
도 3a를 참조하면, 기판(102)상에 버퍼층(104), 제1 반도체층(112), 활성층(114), 및 제2 반도체층(116)을 가지는 발광 구조물(110)을 형성한다.
일부 실시예들에서, 상기 발광 구조물(110)는 MOCVD, HVPE, 또는 MBE 공정에 의해 형성될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 상기 제2 반도체층(116)으로부터 상기 제1 반도체층(112)의 일부 두께 깊이까지 식각되도록 상기 발광 구조물(110)의 일부를 메사 식각하여 제1 반도체층(112)의 낮은 표면부(112L)를 형성한다.
상기 발광 구조물(140)의 메사 식각은 RIE (reactive ion etching) 공정에 의해 행해질 수 있다.
도 3c를 참조하면, 상기 발광 구조물(110)과, 상기 제1 반도체층(112)의 낮은 표면부(112L)의 노출 표면을 덮는 제1 절연막(122)을 형성한다.
상기 제1 절연막(122)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 절연성 폴리머, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 상기 예시된 막들에 제한되는 것은 아니다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 절연막(122)은 PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition), PVD (physical vapor deposition), 또는 스핀 코팅 (spin coating) 공정에 의해 형성될 수 있다.
도 3d를 참조하면, 상기 제1 절연막(122)의 일부를 식각하여 상기 제1 반도체층(112)의 낮은 표면부(112L)를 노출시키는 홀(H1)을 형성한 후, 상기 홀(H1)을 통해 상기 제1 반도체층(112)에 연결되는 제1 전극층(130)을 형성한다.
그리고, 상기 제1 절연막(122)의 다른 일부를 식각하여 상기 제2 반도체층(116)의 상면(116T)을 노출시키는 홀(H2)을 형성한 후, 상기 홀(H2)을 통해 상기 제2 반도체층(116)에 연결되는 제2 전극층(140)을 형성한다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 절연막(122)에 홀(H1, H2)을 형성하기 위하여, RIE 공정 및 BOE (buffered oxide etchant)를 이용하는 습식 식각 공정을 이용할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제1 전극층(130)은 전자빔 증발 (electron beam evaporation)을 이용하는 DVD (Directed Vapor Deposition) 공정에 의해 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제2 전극층(140)을 형성하는 공정은 전자빔 증발을 이용하는 DVD 공정을 이용하여 제1 고반사 금속층(142)을 형성하는 공정과, 스퍼터링 (sputtering) 공정을 이용하여 도전성 전극 고정층(146), 제2 고반사 금속층(144), 및 도전성 확산 방지막(148)을 차례로 형성하는 공정을 포함할 수 있다.
본 예에서는 제1 전극층(130)을 형성한 후, 제2 전극층(140)을 형성하는 것으로 설명하였으나, 제1 전극층(130) 및 제2 전극층(140)의 형성 순서는 예시된 바에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제1 전극층(130)보다 제2 전극층(140)을 먼저 형성할 수도 있다.
도 3e를 참조하면, 상기 제1 절연막(122), 제1 전극층(130), 및 제2 전극층(140)을 각각 덮는 제2 절연막(160)을 형성한다.
상기 제2 절연막(160)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 절연성 폴리머, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 상기 예시된 막들에 제한되는 것은 아니다. 일부 실시예들에서, 상기 제2 절연막(160)은 PECVD, PVD, 또는 스핀 코팅 공정에 의해 형성될 수 있다.
도 3f를 참조하면, 상기 제2 절연막(160)을 일부 식각하여 상기 제1 전극층(130)을 일부 노출시키는 제1 홀(160H1)과, 상기 제2 전극층(140)을 일부 노출시키는 제2 홀(160H2)을 형성한다.
상기 제1 홀(160H1) 및 제2 홀(160H2)을 형성하기 위하여, 상기 제2 절연막(160) 위에 상기 제2 절연막(160)을 일부 노출시키는 복수의 홀이 형성된 마스크 패턴(도시 생략)을 형성하고, 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 제2 절연막(160)을 식각할 수 있다. 그리고, 식각 마스크로 사용된 마스크 패턴을 제거하여, 상기 제2 절연막(160)을 노출시킬 수 있다. 상기 제2 절연막(160)을 식각하기 위하여 RIE 공정을 이용할 수 있다.
도 3g를 참조하면, 상기 제1 홀(160H1)을 통해 제1 전극층(130)에 연결되는 제1 본딩용 도전층(172)과, 상기 제2 홀(160H2)을 통해 제2 전극층(140)에 연결되는 제2 본딩용 도전층(174)을 형성한다.
일부 실시예들에서, 상기와 같은 방법에 의해 형성된 반도체 발광 소자(100)는 상기 제1 본딩용 도전층(172) 및 제2 본딩용 도전층(174)을 본딩층으로 하여, 유텍틱 본딩 (eutectic bonding) 공정에 의해 패키지 기판 (도시 생략) 위에 실장될 수 있다.
이상, 도 3a 내지 도 3g를 참조하여 도 1a에 예시한 반도체 발광 소자(100)를 제조하는 방법에 대하여 설명하였으나, 상기 설명한 바와 유사한 방법을 이용하여 도 2a에 예시한 반도체 소자(200)를 제조할 수 있음은 당업자들에게 자명하다.
도 4a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자(300A)의 주요 구성을 도시한 평면 레이아웃이다. 도 4b는 도 4a의 4B - 4B' 선 단면도이다. 도 4c는 도 4a의 반도체 발광 소자(300A)의 제2 전극층(340)에 포함된 제1 고반사 금속층(342)의 제1 반사 영역(342R)과 상기 제2 고반사 금속층(344)의 제2 반사 영역(344R)을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 반도체 발광 소자(300A)는 기판(302)과, 상기 기판(302)상에 형성된 발광 구조물(310)을 포함한다.
상기 기판(302)은 도 1을 참조하여 기판(102)에 대하여 설명한 바와 동일한 구성을 가질 수 있다.
상기 발광 구조물(310)은 그 일부 영역에 그루브(groove)(310G)가 형성되어 있다. 상기 발광 구조물(310)은 상기 기판(302)상에서 제1 방향 (도 4a에서 Y 방향)으로 연장되는 제1 메사 구조물(310A)과, 일부 영역에서 상기 그루브(310G)를 사이에 두고 서로 이격되어 있으면서 일단에서는 상기 제1 메사 구조물(310A)을 통해 서로 연결되어 있는 복수의 제2 메사 구조물(310B)을 포함한다.
상기 발광 구조물(310)은 상기 기판(302)상에 차례로 형성된 제1 반도체층(312), 활성층(314), 및 제2 반도체층(316)을 포함한다.
상기 제1 반도체층(312)은 상기 그루브(310G)에 의해 서로 이격된 복수의 분기 부분을 가지는 메사 영역(312A, 312B)을 포함한다. 즉, 상기 제1 반도체층(312)은 상기 제1 메사 구조물(310A)의 일부를 구성하는 제1 메사 영역(312A)과, 일부 영역에서 그루브(310G)를 사이에 두고 서로 이격되어 있으면서 일단에서는 상기 제1 메사 영역(312A)을 통해 서로 연결되어 있는 복수의 제2 메사 영역(312B)을 포함한다.
상기 기판(302)의 에지 부분 위에서 발광 구조물(310)의 주위에는 상기 제1 반도체층(312)의 낮은 표면부(312E)가 노출되어 있다. 상기 제1 반도체층(312)의 낮은 표면부(312E)는 그루브(310G)의 저면(310GB)과 대략 동일한 평면상에 있으며, 상기 그루브(310G)의 저면(310GB)과 연결되어 있다. 상기 제1 반도체층(312)의 낮은 표면부(312E)는 후속 공정에서 상기 기판(302)을 칩 단위로 분리하기 위한 공정시 스크라이빙 라인 (scribing line)으로 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 반도체층(312)은 상기 낮은 표면부(312E)를 포함하지 않을 수도 있다.
상기 제1 반도체층(312)은 n형 반도체로 이루어지고, 상기 제2 반도체층(316)은 p형 반도체로 이루어질 수 있다. 상기 제1 반도체층(312), 활성층(314) 및 제2 반도체층(316)에 대한 보다 상세한 구성은 도 1을 참조하여 제1 반도체층(112), 활성층(114) 및 제2 반도체층(116)에 대하여 설명한 바와 같다.
상기 그루브(310G)의 저면(310GB)에는 상기 제1 반도체층(312)이 노출되어 있다. 상기 제1 반도체층(312) 중 상기 그루브(310G)의 저면(310GB)에서 노출되는 부분 위에는 제1 전극층(330)이 형성되어 있다. 상기 제1 전극층(330)은 그루브(310G)의 길이 방향을 따라 연장되어 있다. 상기 제1 전극층(330)은 상기 그루브(310G) 내에 위치되는 복수의 콘택 영역(330C)을 가진다. 상기 복수의 콘택 영역(330C)은 제1 전극층(330)의 다른 부분들보다 큰 폭을 가지는 것으로 예시되어 있으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 전극층(330)에 대한 보다 상세한 구성은 도 1a를 참조하여 제1 전극층(130)에 대하여 설명한 바와 대체로 동일하다.
상기 발광 구조물(310) 위에는 제2 전극층(340)이 형성되어 있다. 상기 제2 전극층(340)은 상기 제2 반도체층(316)에 연결되어 있다.
상기 제2 전극층(340)은 상기 제1 메사 구조물(310A)과, 상기 제1 메사 구조물(310A)로부터 분기되는 복수의 제2 메사 구조물(310B)에 각각 오버랩되도록 상기 발광 구조물(310) 위에 배치되어 있다. 상기 제2 전극층(340) 중 제1 메사 구조물(310A) 위에 있는 일부 영역은 콘택 영역(340C)을 구성하고, 상기 복수의 제2 메사 구조물(310B) 위에 있는 다른 일부 영역은 비콘택 영역(340NC)을 구성한다.
상기 제2 전극층(340)은 발광 구조물(310)로부터의 빛을 반사하는 제1 고반사 금속층(342)과, 상기 제1 고반사 금속층(342)과 이격된 위치에서 상기 제1 고반사 금속층(342)을 덮는 제2 고반사 금속층(344)을 포함한다.
도 4c에 평면 형상을 예시한 바와 같이, 상기 제1 고반사 금속층(342)은 상기 제2 반도체층(316)의 일 부분에 접하는 제1 반사 영역(342R)을 포함하고, 상기 제2 고반사 금속층(344)은 상기 제2 반도체층(316)의 다른 부분에 접하는 제2 반사 영역(344R)을 포함한다. 상기 제2 반사 영역(344R)은 제2 간격(G2)을 상에 두고 상기 제1 반사 영역(442R)의 적어도 일부를 포위하는 형상을 가질 수 있다. 도 4c에는 상기 제2 반사 영역(344R)이 상기 제1 반사 영역(442R)을 완전히 포위하는 형상을 가지는 경우를 예시하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 제2 반사 영역(344R)이 상기 제1 반사 영역(442R)의 일부 만을 포위하는 형상을 가질 수도 있다. 도 4c에는, 도 1a 및 도 1b에 예시한 반도체 발광 소자(100)에서와 유사하게, 상기 제2 반사 영역(344R) 및 상기 제1 반사 영역(442R)이 서로 이격되어 있는 경우를 예시하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 2a 및 도 2b에 예시한 반도체 발광 소자(200)에서와 유사하게, 상기 제2 반사 영역(344R) 및 상기 제1 반사 영역(442R)이 서로 접해 있는 구성을 가질 수도 있다.
상기 제1 고반사 금속층(342) 및 제2 고반사 금속층(344) 각각의 적어도 일부가 수직 방향, 즉 기판(302)의 주면 연장 방향에 수직인 방향으로 서로 오버랩되어 있다.
상기 제2 전극층(340)은, 상기 제1 고반사 금속층(342)과 상기 제2 고반사 금속층(344)과의 사이에 개재되는 도전성 전극 고정층(346)을 더 포함한다. 도 4b에 예시한 바와 같이, 상기 도전성 전극 고정층(346)은 제2 반도체층(316)에 접하는 부분을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 2a 및 도 2b에 예시한 반도체 발광 소자(200)에서와 유사하게, 상기 도전성 전극 고정층(346)은 제2 반도체층(116)과 접촉하지 않을 수도 있다.
상기 제2 전극층(340)은 상기 제2 고반사 금속층(344)의 적어도 일부를 덮는 도전성 확산 방지막(348)을 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 도전성 확산 방지막(348)은 생략될 수도 있다.
상기 제1 고반사 금속층(342), 제2 고반사 금속층(344), 도전성 전극 고정층(346), 및 도전성 확산 방지막(348)에 대한 보다 상세한 사항은 도 1a 내지 도 1d를 참조하여 반도체 발광 소자(100)의 제1 고반사 금속층(142), 제2 고반사 금속층(144), 도전성 전극 고정층(146), 및 도전성 확산 방지막(148)에 대하여 설명한 바를 참조한다.
상기 제2 전극층(340)은 상기 제1 고반사 금속층(342)의 주위에서 상기 제2 반도체층(316)과 접하여 활성층(314)으로부터의 빛을 반사시킬 수 있는 제2 고반사 금속층(344)을 포함함으로써, 상기 제2 고반사 금속층(344)이 제2 반도체층(116)과 접하는 면적만큼 광 추출 효율을 향상시키는 데 더 기여할 수 있고, 따라서 광 추출 효율을 극대화시킬 수 있다. 또한, 상기 제2 고반사 금속층(344)의 구성 재료로서 제2 반도체층(316)과의 오믹 접촉을 이룰 수 있는 금속을 사용함으로써, 상기 제2 고반사 금속층(344)이 없는 경우에 비해 제2 전극층(340)의 유효 면적을 증가시키는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 발광 소자의 동작 전압 (Vf)이 낮아져서 발광소자의 효율이 향상될 수 있다.
상기 제1 전극층(330)과 제2 전극층(340)과의 사이에는 제1 절연막(322)이 형성되어 있다. 상기 제1 절연막(322)은 발광 구조물(310)의 제1 메사 구조물(310A) 및 그로부터 분기되는 복수의 제2 메사 구조물(310B) 각각의 측벽을 덮는다.
상기 제2 전극층(340)의 비콘택 영역(340NC)은 제2 절연막(360)에 의해 덮여 있다. 상기 제2 절연막(360)은 제1 절연막(322)을 사이에 두고 상기 발광 구조물(310)의 측벽을 덮는다.
상기 제2 절연막(360) 위에는 상기 제1 전극층(330)의 복수의 콘택 영역(330C)에 연결되는 제1 본딩용 도전층(372)과, 상기 제2 전극층(340)의 콘택 영역(340C)에 연결되는 제2 본딩용 도전층(374)이 형성되어 있다. 상기 제1 본딩용 도전층(372) 및 제2 본딩용 도전층(374)은 소정 거리(D)를 사이에 두고 상호 이격되어 있다.
상기 제1 본딩용 도전층(372)은 복수의 제2 메사 구조물(310B) 위에서 제1 전극층(330)의 복수의 콘택 영역(340C)과 제2 절연막(360)에 접해 있으며, 상기 복수의 제2 메사 구조물(310B)과 각각 오버랩되도록 연장되어 있다. 상기 제1 본딩용 도전층(372)은 제2 절연막(360)을 사이에 두고 상기 제2 전극층(340)의 비콘택 영역(340NC)을 덮고 있다. 상기 제1 본딩용 도전층(372)과 상기 제2 전극층(340)의 비콘택 영역(340NC)과의 사이에 제2 절연막(360)이 개재되어 이들이 상호 절연될 수 있다.
상기 제2 본딩용 도전층(374)은 제2 절연막(360)에 형성된 복수의 홀(360H)을 관통하여 제2 전극층(340)의 콘택 영역(340C)에 연결된다.
상기 제1 본딩용 도전층(372) 및 제2 본딩용 도전층(374)에 대한 보다 상세한 사항은 도 1a를 참조하여 상기 제1 본딩용 도전층(172) 및 제2 본딩용 도전층(174)에 대하여 설명한 바와 같다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하여 설명한 반도체 발광 소자(300A)는 도 3a 내지 도 3g를 참조하여 설명한 반도체 발광 소자(100)의 제조 방법을 참조하여 용이하게 제조될 수 있다. 따라서, 여기서는 반도체 발광 소자(300A)의 제조 방법에 대한 상세한 설명을 생략한다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자(300B)의 단면도이다. 도 5에 있어서, 도 4a 내지 도 4c에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 설명의 간략화를 위하여 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다.
반도체 발광 소자(300B)는 기판(304)에서 제1 반도체층(312)에 대면하는 표면에 요철 패턴(304P)이 형성된 것을 제외하면, 도 4a 내지 도 4c에 예시한 반도체 발광 소자(300A)와 대체로 동일한 구성을 가진다. 상기 기판(304)에 대한 보다 상세한 설명은 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 기판(302)에 대하여 설명한 바와 같다.
상기 기판(304)의 표면에 요철 패턴(304P)이 형성됨으로써, 기판(304) 위에 형성되는 반도체층들의 결정성이 향상되고 결함 밀도가 감소되어 내부 양자 효율이 개선될 수 있고, 기판(304) 표면에서의 빛의 난반사에 의한 추출 효율이 증가되어 반도체 발광 소자(300B)의 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
도 6a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자(400)의 주요 구성을 도시한 단면도이다. 도 6b는 도 6a의 반도체 발광 소자(400)의 제2 전극층(440)에 포함된 제1 고반사 금속층(442)의 제1 반사 영역(442R)과 상기 제2 고반사 금속층(444)의 제2 반사 영역(444R)을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 반도체 발광 소자(400)는 제2 전극층(340) 대신 제2 전극층(440)을 포함하는 것을 제외하고, 도 4a에 예시한 반도체 발광 소자(300A)와 대체로 동일한 구성을 가진다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 제2 반도체층(316) 위에는 상기 제2 전극층(440)이 형성되어 있다. 상기 제2 전극층(440)은 상기 발광 구조물(310)로부터의 빛을 반사하는 제1 고반사 금속층(442)과, 상기 제1 고반사 금속층(442)과 이격된 위치에서 상기 제1 고반사 금속층(442)을 덮는 제2 고반사 금속층(444)을 포함한다.
상기 제1 고반사 금속층(442)은 상기 제2 반도체층(316)의 일 부분에 접하는 제1 반사 영역(442R)을 포함하고, 상기 제2 고반사 금속층(444)은 상기 제2 반도체층(316)의 다른 부분에 접하는 제2 반사 영역(444R)을 포함한다.
상기 제2 반사 영역(444R)은 상기 제1 반사 영역(442R)의 적어도 일부를 포위하는 형상을 가질 수 있다. 도 6b에는 제2 반사 영역(444R)이 제1 반사 영역(442R)을 완전히 포위하는 형상을 가지는 경우를 예시하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제2 반사 영역(444R)은 제1 반사 영역(442R)의 일부 만을 포위하는 형상을 가질 수도 있다.
상기 제1 반사 영역(442R) 및 제2 반사 영역(444R)은 적어도 일부에서 서로 접해 있을 수 있다. 도 6b에는 상기 제1 반사 영역(442R)의 에지를 따라 상기 제1 반사 영역(442R) 및 제2 반사 영역(444R)이 완전히 접해 있는 것으로 예시되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 예시된 바에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 제1 반사 영역(442R)의 에지 중 일부에서 상기 제1 반사 영역(442R) 및 제2 반사 영역(444R)이 상호 이격되어 있는 부분을 포함할 수도 있다.
상기 제1 고반사 금속층(442)의 에지 부분을 제외한 나머지 부분에서는 상기 제1 고반사 금속층(442) 및 제2 고반사 금속층(444)이 서로 이격되어 있으며, 상기 제1 고반사 금속층(442) 및 제2 고반사 금속층(444) 각각의 적어도 일부가 수직 방향, 즉 기판(302)의 주면 연장 방향에 수직인 방향으로 서로 오버랩되어 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제2 반도체층(316) 중 제1 고반사 금속층(442)에 의해 덮이는 부분의 제1 면적보다 상기 제2 고반사 금속층(444)에 의해 덮이는 부분의 제2 면적이 더 클 수 있다. 그리고, 상기 제2 반도체층(316)과 접촉하는 제1 고반사 금속층(442)의 제1 반사 영역(442R)의 면적보다 상기 제2 반도체층(316)과 접촉하는 제2 고반사 금속층(244)의 제2 반사 영역(444R)의 면적이 더 작을 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 전극층(440)은, 상기 제1 고반사 금속층(442)과 상기 제2 고반사 금속층(444)과의 사이에 개재되는 도전성 전극 고정층(446)을 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 도전성 전극 고정층(446)은 상기 제2 반도체층(116)과 접촉하지 않을 수 있다. 이를 위하여, 상기 도전성 전극 고정층(446)은 도 4b에 예시된 반도체 발광 소자의 도전성 전극 고정층(346)보다 더 얇은 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 제1 고반사 금속층(442)의 에지의 일부 영역에서 상기 도전성 전극 고정층(446)이 제2 반도체층(316)과 접촉할 수도 있다.
상기 제2 전극층(440)은 상기 제2 고반사 금속층(444)의 적어도 일부를 덮는 도전성 확산 방지막(448)을 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 도전성 확산 방지막(448)은 생략될 수 있다.
상기 제1 고반사 금속층(442), 제2 고반사 금속층(444), 도전성 전극 고정층(446), 및 도전성 확산 방지막(448)에 대한 보다 상세한 사항은 도 1a 내지 도 1d를 참조하여 반도체 발광 소자(100)의 제1 고반사 금속층(142), 제2 고반사 금속층(144), 도전성 전극 고정층(146), 및 도전성 확산 방지막(148)에 대하여 설명한 바를 참조한다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자(500)의 주요 구성을 도시한 단면도이다. 상기 반도체 발광 소자(500)는 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 설명한 반도체 발광 소자(300A)가 패키지 기판(510)상에 실장된 구조를 예시한 것이다. 도 7에 있어서, 도 4a 내지 도 4c에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 이들에 대한 상세한 설명을 생략한다.
도 7을 참조하면, 패키지 기판(510)은 복수의 관통홀(512)이 형성된 기판 본체(514)와, 상기 복수의 관통홀(512) 내에 형성된 복수의 관통 전극(522, 524)과, 상기 기판 본체(514)의 양측 표면에 형성된 복수의 도전층(532, 534, 536, 538)을 포함한다. 상기 복수의 도전층(532, 534, 536, 538)은 기판 본체(514)의 양측 표면에서 상기 관통 전극(522)의 양 단부에 각각 연결되어 있는 제1 도전층(532) 및 제2 도전층(534)과, 기판 본체(514)의 양측 표면에서 상기 관통 전극(524)의 양 단부에 각각 연결되어 있는 제3 도전층(536) 및 제4 도전층(538)을 포함한다. 상기 기판 본체(514)의 일면에서, 상기 제1 도전층(532) 및 제3 도전층(536)이 서로 이격되어 있고, 상기 기판 본체(514)의 타면에서, 상기 제2 도전층(534) 및 제4 도전층(538)이 서로 이격되어 있다.
상기 기판 본체(514)는 PCB (Printed Circuit Board), MCPCB (Metal Core PCB), MPCB (Metal PCB), FPCB (Flexible PCB) 등의 회로 기판, 또는 AlN, Al2O3 등의 세라믹 기판으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 7에 예시한 패키지 기판(510) 대신 리드 프레임을 포함하는 구조물을 채용할 수도 있다.
상기 관통 전극(522, 524) 및 복수의 도전층(532, 534, 536, 538)은 각각 Cu, Au, Ag, Ni, W, Cr, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 본딩용 도전층(372)은 상기 제1 도전층(532)에 연결되고, 상기 제2 본딩용 도전층(374)은 상기 제3 도전층(536)에 연결된다. 상기 제1 본딩용 도전층(372) 및 제2 본딩용 도전층(374)은 상기 제1 도전층(532) 및 제3 도전층(536)에 각각 유텍틱 다이 본딩 (eutectic die bonding) 방식에 의해 접합될 수 있다. 이를 위하여, 상기 제1 본딩용 도전층(372) 및 제2 본딩용 도전층(374)이 각각 상기 제1 도전층(532) 및 제3 도전층(536)과 대면하도록 패키지 기판(510)상에 도 4a 및 도 4b에 예시한 반도체 발광 소자(300A)를 위치시킨 후, 약 200 ∼ 700℃의 온도하에서 열압착하는 공정을 이용할 수 있다. 상기 제1 본딩용 도전층(372) 및 제1 도전층(532)과, 제2 본딩용 도전층(374) 및 제3 도전층(536)이 각각 유텍틱 다이 본딩 방식에 의해 접합됨으로써, 신뢰성 있고 강도 높은 접합을 유지할 수 있다.
도 7에서는 패키지 기판(510)상에 도 4a 및 도 4b에 예시한 반도체 발광 소자(300A)를 실장한 경우를 예시하였으나, 도 7을 참조하여 설명한 바와 유사한 방법으로 상기 패키지 기판(510)상에 도 5에 예시한 반도체 발광 소자(300B), 또는 도 6a에 예시한 반도체 발광 소자(400)를 실장할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자(600)의 주요 구성을 도시한 단면도이다. 도 8에 있어서, 도 4a 내지 도 7에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 이들에 대한 상세한 설명을 생략한다.
상기 반도체 발광 소자(600)는 기판(302)의 배면(302B)이 파장 변환부(602)로 덮여 있는 것을 제외하면, 도 7의 반도체 발광 소자(500)의 구성과 대체로 동일하다.
상기 파장 변환부(602)는 반도체 발광 소자(300A)의 발광 구조물(310)로부터 방출되는 빛의 파장을 다른 파장으로 변환하는 역할을 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 파장 변환부(602)는 형광체 또는 양자점을 포함하는 수지층으로 이루어질 수 있다.
도 9는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자(700)의 주요 구성을 도시한 단면도이다. 도 9에 있어서, 도 4a 내지 도 8에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 이들에 대한 상세한 설명을 생략한다.
반도체 발광 소자(700)는 요철 표면(720)을 가지는 제1 반도체층(712)을 포함한다. 상기 반도체 발광 소자(700)를 제조하기 위한 예시적인 공정에서, 도 4b에 예시한 반도체 발광 소자(300A)를 제1 본딩용 도전층(372) 및 제2 본딩용 도전층(374)을 이용하여 패키지 기판(510)에 본딩한 후, 기판(302)을 제거하고, 그 결과 노출되는 제1 반도체층(312)의 표면에 일정한 형태 또는 불규칙한 형태의 요철 패턴을 주기적으로 반복 형성함으로써, 요철 표면(720)을 가지는 제1 반도체층(712)을 형성할 수 있다.
상기 반도체 발광 소자(700)에서 요철 표면(720)을 가지는 제1 반도체층(712)을 포함함으로써, 활성층(314)으로부터 발생되는 빛 중 외부로 방출되는 빛의 양이 증가되어, 광 손실을 억제하고 휘도를 향상시킬 수 있다.
도 10a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자(800)의 요부 구성을 도시한 평면도이다. 도 10b는 도 10a의 반도체 발광 소자(800)의 예시적인 단면 구성을 도시한 것으로서, 도 10a의 10B - 10B' 선 단면에 대응하는 부분의 구성을 예시한 단면도이다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 반도체 발광 소자(800)는 도전성 기판(802)과, 상기 도전성 기판(802)상에 형성된 발광 구조물(810)을 포함한다.
상기 도전성 기판(802)은 금속성 기판, 또는 반도체 기판으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 도전성 기판(802)은 Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, GaAs 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 도전성 기판(802)은 Al이 도핑된 Si 기판으로 이루어질 수 있다.
상기 도전성 기판(802)의 일부는 상기 발광 구조물(810)로 덮여 있다. 상기 도전성 기판(802)상에는 발광 구조물(810)로 덮이지 않은 접속 영역(C)이 위치된다. 도 10a 및 도 10b에서, 상기 접속 영역(C)이 도전성 기판(802)의 코너 부분에 인접하게 위치된 경우가 예시되어 있으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 접속 영역(C)은 상기 도전성 기판(802)의 중앙 부분, 또는 상기 도전성 기판(802)의 에지 부분과 중앙 부분과의 사이의 임의의 위치에 형성될 수 있다. 또한, 도 10a 및 도 10b에서, 상기 반도체 발광 소자(800)가 1 개의 접속 영역(C)을 가지는 것으로 예시되어 있으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 반도체 발광 소자(800)는 적어도 2 개의 접속 영역(C)을 가질 수 있다.
상기 발광 구조물(810)은 제1 반도체층(812), 활성층(814), 및 제2 반도체층(816)을 포함한다. 상기 제1 반도체층(812)에는 제1 전극층(830)이 연결되어 있다. 상기 제2 반도체층(816)에는 제2 전극층(840)이 연결되어 있다. 상기 발광 구조물(810)의 측벽과 상기 제2 전극층(840)의 일부는 절연막(822)으로 덮여 있다.
상기 제1 전극층(830)은 그 일부 영역이 상기 절연층(822), 제2 전극층(840), 제2 반도체층(816), 및 활성층(814)을 관통하여 상기 제1 반도체층(812)의 복수의 콘택 영역(812C)까지 연장되어 있다. 상기 제1 전극층(830)을 통해 상기 제1 반도체층(812)과 상기 도전성 기판(802)이 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 전극층(830)과, 상기 발광 구조물(810)과의 사이는 상기 절연막(822)에 의해 상호 절연될 수 있다.
상기 제1 반도체층(812)에서, 상기 활성층(814)에 대면하는 표면의 반대측 표면(812B)에 일정한 형태 또는 불규칙한 형태의 요철 패턴이 형성되어 있다. 상기 제1 반도체층(812)의 표면(812B)에 요철 패턴을 형성함으로써, 활성층(814)으로부터 발생되는 빛 중 외부로 방출되는 빛의 양이 증가되어, 광 손실을 억제하고 휘도를 향상시킬 수 있다.
상기 제2 전극층(840) 중 접속 영역(C)에 위치되는 부분 위에는 외부 전원을 상기 제2 전극층(840)에 공급하기 위한 전극 패드(850)가 형성되어 있다. 일부 실시예들에서, 외부 전원을 상기 제2 전극층(840)에 공급하기 위하여 상기 전극 패드(850)에 와이어 등과 같은 접속 수단(도시 생략)이 연결될 수 있다.
상기 제1 반도체층(812), 활성층(814), 제2 반도체층(816), 제1 전극층(830), 및 절연막(822)의 구성 재료에 대한 보다 상세한 사항은 도 1a를 참조하여 상기 제1 반도체층(112), 활성층(114), 제2 반도체층(116), 제1 전극층(130), 및 제1 절연막(122)에 대하여 설명한 바를 참조한다.
상기 제2 전극층(840)은 제2 반도체층(816)의 일 부분에 접하는 제1 고반사 금속층(842)과, 상기 제1 고반사 금속층(842)과 이격된 위치에서 상기 제1 고반사 금속층(842)을 덮는 제2 고반사 금속층(844)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 고반사 금속층(842) 및 제2 고반사 금속층(844)은, 도 1a에 예시한 반도체 발광 소자(100)의 제1 고반사 금속층(142) 및 제2 고반사 금속층(144)과 유사하게, 제2 반도체층(816)상에서 서로 이격되어 있을 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 제1 고반사 금속층(842) 및 제2 고반사 금속층(844)은, 도 2a에 예시한 반도체 발광 소자(200)의 제1 고반사 금속층(242) 및 제2 고반사 금속층(244)과 유사하게, 제2 반도체층(816)상의 적어도 일부 영역에서 서로 접해 있을 수 있다.
상기 제2 전극층(840)은, 상기 제1 고반사 금속층(842)과 상기 제2 고반사 금속층(844)과의 사이에 개재되는 도전성 전극 고정층(846)을 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 도전성 전극 고정층(846)은, 도 1a에 예시한 반도체 발광 소자(100)의 도전성 전극 고정층(146)과 유사하게, 상기 제2 반도체층(816)에 접촉하는 부분을 포함할 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 도전성 전극 고정층(846)은, 도 2a에 예시한 반도체 발광 소자(200)의 도전성 전극 고정층(246)과 유사하게, 적어도 일부가 상기 제2 반도체층(816)과 접촉하지 않을 수 있다.
상기 제2 전극층(840)은 상기 제2 고반사 금속층(844)의 적어도 일부를 덮는 도전성 확산 방지막(848)을 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 도전성 확산 방지막(848)은 생략될 수 있다.
상기 제1 고반사 금속층(842), 제2 고반사 금속층(844), 도전성 전극 고정층(846), 및 도전성 확산 방지막(848)에 대한 보다 상세한 사항은 도 1a 내지 도 1d를 참조하여 반도체 발광 소자(100)의 제1 고반사 금속층(142), 제2 고반사 금속층(144), 도전성 전극 고정층(146), 및 도전성 확산 방지막(148)에 대하여 설명한 바를 참조한다.
상기 발광 구조물(810)의 측벽은 패시베이션층(854)으로 덮여 있다. 일부 실시예들에서, 상기 패시베이션층(854)은 산화물, 질화물, 절연성 폴리머, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 패시베이션층(854)은 약 0.1 ∼ 2 ㎛의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 패시베이션층(854)은 발광 구조물(810), 그 중에서도 특히 활성층(814)을 외부로부터 보호할 수 있다. 상기 발광 구조물(810)의 측벽에 상기 패시베이션층(854)을 형성함으로써, 상기 반도체 발광 소자(800)의 작동중에 상기 활성층(814)이 누설 전류 발생 경로로 작용할 가능성을 제거할 수 있다. 상기 패시베이션층(854)은 일정한 형태 또는 불규칙한 형태의 요철 패턴이 형성된 표면을 가질 수 있다. 이와 같이 패시베이션층(854)의 표면에 요철 패턴을 형성함으로써, 반도체 발광 소자(800)에서의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 제2 전극층(840) 중 상기 접속 영역(C)에 대면하는 표면에는 보호막(858)이 형성되어 있다. 상기 보호막(858)은 상기 반도체 발광 소자(800)의 제조 공정 중에 상기 제2 반도체층(816) 위에 상기 제2 전극층(840)을 형성하기 전에 미리 제2 반도체층(816) 위에 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제2 반도체층(816) 및 보호막(858) 위에 제2 전극층(840)을 형성할 수 있다. 상기 반도체 발광 소자(800)의 제조 공정 중에, 접속 영역(C)을 형성하기 위하여 상기 발광 구조물(810)을 구성하는 반도체층들을 식각할 때, 상기 보호층(858)을 식각 정지층으로 이용하여 상기 반도체층들을 식각할 수 있다. 따라서, 상기 접속 영역(C)에서 상기 제2 전극층(840)이 노출되기 전에 상기 반도체층들의 식각 공정을 정지할 수 있고, 상기 제2 전극층(840)이 식각 분위기에 노출되지 않으므로, 상기 제2 전극층(840)의 구성 물질이 접속 영역(C)을 통해 발광 구조물(810)의 측벽에서 노출되는 활성층(814) 표면에 달라붙는 문제를 방지할 수 있다.
도 11은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 광출력을 대조예와 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11의 평가를 위하여, Ag 층 (1000 Å)으로 이루어지는 제1 고반사 금속층, Ni 층 (500 Å)/Ti 층 (100 Å)의 적층 구조로 이루어지는 도전성 전극 고정층, Ag/Pd/Cu 합금층 (1000 Å)으로 이루어지는 제2 고반사 금속층, 및 Ti 층 (1000 Å)/Ni 층 (1000 Å)/Ti 층 (1000 Å)/Ni 층 (1000 Å)의 적층 구조로 이루어지는 도전성 확산 방지막으로 이루어지는 p 전극을 포함하는 반도체 발광 소자 (예 1)를 제조하였다. 또한, p 전극의 제2 고반사 금속층이 2000 Å의 Ag/Pd/Cu 합금층으로 이루어지는 것을 제외하고, 예 1에서와 동일한 조건으로 예 2에 따른 반도체 발광 소자 (예 2)를 제조하였다.
대조예로서, 제2 고반사 금속층을 생략하고 p 전극을 형성한 것을 제외하고, 예 1에서와 동일한 조건으로 반도체 발광 소자를 제조하였다.
도 11의 결과에서, 상기 예 1, 예 2, 및 대조예에 대하여 각각 광출력을 평가한 결과, p 전극에 제2 고반사 금속층을 포함하는 반도체 발광 소자 (예 1 및 예 2)는 대조예의 경우보다 광출력이 증가하여 휘도가 개선됨을 알 수 있다.
도 12는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(900)의 주요 구성을 도시한 단면도이다.
도 12를 참조하면, 발광 소자 패키지(900)는 전극 패턴(912, 914)이 형성된 컵형 패키지 구조물(920)을 포함한다. 상기 패키지 구조물(920)은 표면에 상기 전극 패턴(912, 914)이 형성된 하부 기판(922)과, 홈부(930)를 갖는 상부 기판(924)을 포함한다.
상기 홈부(930)의 저면에는 반도체 발광 소자(940)가 플립칩 방식으로 실장되어 있다. 상기 반도체 발광 소자(940)는 도 1a 내지 도 10b를 참조하여 설명한 반도체 발광 소자(100, 200, 300A, 300B, 400, 500, 600, 700, 800) 중 적어도 하나의 반도체 발광 소자로 구성될 수 있다. 상기 반도체 발광 소자(940)는 유텍틱 다이 본딩 방식에 의해 상기 전극 패턴(912, 914) 위에 고정될 수 있다.
상기 홈부(930)의 내부 측벽에는 반사판(950)이 형성되어 있다. 상기 반도체 발광 소자(940)는 상기 반사판(950) 위에서 홈부(930) 내부를 채우는 투명 수지(960)로 덮여 있다. 상기 투명 수지(960)의 표면에는 광 추출 효율을 향상시키기 위한 요철 패턴(962)이 형성되어 있다. 일부 실시예들에서, 상기 요철 패턴(962)은 생략될 수 있다.
상기 발광 소자 패키지(900)는 고출력/고효율을 갖는 청색 LED로 사용될 수 있으며, 이는 대형 디스플레이, LED TV, RGB 백색 조명, 감성 조명 등을 구현하는 데 이용될 수 있다.
도 13은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자를 포함하는 조광 시스템 (dimming system) (1000)을 도시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 조광 시스템(1000)은 구조물(1010)상에 배치된 발광 모듈(1020) 및 전원 공급부(1030)를 포함한다.
상기 발광 모듈(1020)은 복수의 발광 소자 패키지(1024)를 포함한다. 상기 복수의 발광 소자 패키지(1024)는 도 1a 내지 도 10b를 참조하여 설명한 반도체 발광 소자(100, 200, 300A, 300B, 400, 500, 600, 700, 800) 중 적어도 하나의 반도체 발광 소자를 포함할 수 있다.
상기 전원 공급부(1030)는 전원이 입력되는 인터페이스(1032)와, 발광 모듈(1020)에 공급되는 전원을 제어하는 전원 제어부(1034)를 포함한다. 상기 인터페이스(1032)는 과전류를 차단하는 퓨즈와 전자파 장애 신호를 차폐하는 전자파 차폐필터를 포함할 수 있다. 상기 전원 제어부(1034)는 전원으로서 교류 전원이 입력되는 경우 교류를 직류로 변환하는 정류부 및 평활화부와, 상기 발광 모듈(1020)에 적합한 전압으로 변환시켜주는 정전압 제어부를 포함할 수 있다. 상기 전원 공급부(1030)는 상기 복수의 발광 소자 패키지(1024)에서의 발광량과 미리 설정된 광량과의 비교를 수행하는 피드백 회로 장치와, 원하는 휘도, 연색성 등과 같은 정보를 저장하기 위한 메모리 장치를 포함할 수 있다.
상기 조광 시스템(1000)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, 상기 조광 시스템(1000)은 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 14는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치(1100)의 블록도이다.
도 14를 참조하면, 디스플레이 장치(1100)는 방송 수신부(1110), 영상 처리부(1120) 및 디스플레이(1130)를 포함한다.
상기 디스플레이(1130)는, 디스플레이 패널(1140) 및 백라이트 유닛 (BLU: back light unit)(1150)을 포함한다. 상기 BLU (1150)는 빛을 발생시키는 광원들과 이 광원들을 구동시키는 구동 소자들로 구성된다.
상기 방송 수신부(1110)는 공중(air) 또는 케이블을 통하여 무선 또는 유선으로 수신되는 방송의 채널을 선국하는 장치로서, 다수의 채널 중에서 임의의 채널을 입력 채널로 설정하고, 입력 채널로 설정된 채널의 방송 신호를 수신한다.
상기 영상 처리부(1120)는 방송 수신부(1110)에서 출력되는 방송 컨텐츠에 대해 비디오 디코딩, 비디오 스케일링, FRC (Frame Rate Conversion) 등의 신호처리를 수행한다.
상기 디스플레이 패널(1140)은 LCD (Liquid Crystal Display)로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 디스플레이 패널(1140)은 영상 처리부(1120)에서 신호 처리된 방송 컨텐츠를 표시한다. BLU(1150)는 디스플레이 패널(1140)로 빛을 투사하여 디스플레이 패널(1140)이 영상을 표시할 수 있도록 한다. BLU(1150)는 도 1a 내지 도 10b를 참조하여 설명한 반도체 발광 소자(100, 200, 300A, 300B, 400, 500, 600, 700, 800) 중 적어도 하나의 반도체 발광 소자를 포함할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.
100, 200, 300A, 300B, 400, 500, 600, 700, 800: 반도체 발광 소자, 102: 기판, 110: 발광 구조물, 112: 제1 반도체층, 114: 활성층, 116: 제2 반도체층, 116A: 제1 부분, 116B: 제2 부분, 122: 제1 절연막, 130: 제1 전극층, 140: 제2 전극층, 142: 고반사 금속층, 144: 제2 고반사 금속층, 146: 도전성 전극 고정층, 148: 도전성 확산 방지막, 160: 제2 절연막, 172: 제1 본딩용 도전층, 174: 제2 본딩용 도전층.

Claims (10)

  1. 발광 구조물을 가지는 반도체 영역과,
    상기 반도체 영역의 제1 부분과 접하고 상기 발광 구조물로부터의 빛을 반사하는 제1 고반사 금속층과, 상기 반도체 영역의 제2 부분과 접하고 상기 발광 구조물로부터의 빛을 반사하는 제2 고반사 금속층을 포함하는 전극층을 포함하고,
    상기 제2 고반사 금속층은 상기 제1 고반사 금속층과 이격된 위치에서 상기 제1 고반사 금속층과 오버랩되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 고반사 금속층 및 상기 제2 고반사 금속층은 상기 발광 구조물로부터 발생되는 빛에 대하여 적어도 80 %의 반사율을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 영역에서, 상기 제2 부분은 상기 제1 부분을 포위하는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 상호 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 적어도 일부에서 서로 접해 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 고반사 금속층은 제1 면적의 상기 반도체 영역을 덮고, 상기 제2 고반사 금속층은 상기 제1 면적보다 더 큰 제2 면적의 상기 반도체 영역을 덮는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전극층은, 상기 제1 고반사 금속층과 상기 제2 고반사 금속층과의 사이에 개재되고 상기 제1 고반사 금속층 및 상기 제2 고반사 금속층과는 다른 물질로 이루어지는 도전성 전극 고정층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전극층은 상기 제2 고반사 금속층을 덮는 도전성 확산 방지막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  9. 제1 반도체층, 활성층, 및 제2 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 가지는 반도체 영역과,
    상기 제1 반도체층에 접하는 제1 전극층과,
    상기 제2 반도체층에 접하는 제2 전극층을 포함하고,
    상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 중 적어도 하나는, 서로 이격된 위치에서 적어도 일부가 서로 오버랩되어 있고 각각 상기 반도체 영역에 접하는 반사면을 가지는 복수의 고반사 금속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 고반사 금속층은
    상기 반도체 영역의 제1 부분과 접하는 제1 반사면을 가지는 제1 고반사 금속층과,
    상기 반도체 영역의 제2 부분과 접하는 제2 반사면을 가지는 제2 고반사 금속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
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