KR20150054383A - 반도체 발광소자 - Google Patents

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차남구
이동훈
최민욱
황경욱
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자는, 제1 도전형 반도체 베이스층, 제1 도전형 반도체 베이스층 상에 서로 이격되어 형성되며, 각각 제1 도전형 반도체 코어, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 복수의 나노 발광구조물들, 및 복수의 나노 발광구조물들의 사이에 위치하는 굴절부 및 복수의 나노 발광구조물들 사이에 충진되며 굴절부를 둘러싸는 커버부를 포함하는 충진층을 포함한다.

Description

반도체 발광소자{EMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 반도체 발광소자에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 종래의 광원에 비해 긴 수명, 낮은 소비전력, 빠른 응답 속도, 환경 친화성 등의 장점을 갖는 차세대 광원으로 알려져 있으며, 조명 장치, 디스플레이 장치의 백라이트 등 다양한 제품에서 중요한 광원으로 주목 받고 있다. 특히, GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN 등의 3족 질화물 기반의 LED는 청색 또는 자외선광을 출력하는 반도체 발광소자로서 중요한 역할을 하고 있다.
최근에 LED의 활용범위가 넓어짐에 따라 고전류/고출력 분야의 광원 분야로 그 활용범위가 확대되고 있다. 이와 같이 LED가 고전류/고출력 분야에서 요구됨에 따라 당 기술 분야에서는 발광 특성의 향상을 위한 연구가 계속되어 왔다. 특히, 결정성 향상과 발광 영역의 증대를 통한 광 효율 증가를 위해, 나노 발광구조물을 구비하는 반도체 발광소자 및 그 제조 기술이 제안되었다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 나노 발광구조물들 사이에 굴절부를 포함하는 충진층을 배치함으로써, 광추출 효율이 향상되고 스트레스가 저감된 반도체 발광소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자는, 제1 도전형 반도체 베이스층; 상기 제1 도전형 반도체 베이스층 상에 서로 이격되어 형성되며, 각각 제1 도전형 반도체 코어, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 복수의 나노 발광구조물들; 및 상기 복수의 나노 발광구조물들의 사이에 위치하는 굴절부 및 상기 복수의 나노 발광구조물들 사이에 충진되며 상기 굴절부를 둘러싸는 커버부를 포함하는 충진층;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 굴절부는 상기 커버부 내에 형성된 보이드(void)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 굴절부는 상기 복수의 나노 발광구조물들 및 상기 커버부와 굴절률이 상이한 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 커버부는, 상기 복수의 나노 발광구조물들의 상면 및 측면의 적어도 일부를 덮으며, 상기 복수의 나노 발광구조물들의 사이에서 상기 제1 도전형 반도체 베이스층을 상에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 커버부는 상기 복수의 나노 발광구조물들의 상부에서 적어도 일부가 연결된 형태로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 굴절부는 상부면이 상기 충진층 상으로 노출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 복수의 나노 발광구조물들의 상부면은 상기 충진층 상으로 돌출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 굴절부는 인접하는 상기 복수의 나노 발광구조물들의 사이에 적어도 하나씩 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 복수의 나노 발광구조물들은 상기 제1 도전형 반도체 베이스층의 상면에 평행한 면에서 육각형의 단면을 가지며, 여섯 개의 상기 나노 발광구조물들이 하나의 상기 나노 발광구조물을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 굴절부는 하나의 상기 나노 발광구조물 둘레에 여섯 개 이상 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 복수의 나노 발광구조물들은, 상부에 위치하는 육각 피라미드 형상의 제1 영역 및 상기 제1 영역 하부에 위치하는 육각 기둥 형상의 제2 영역을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 복수의 나노 발광구조물들은 상기 제2 도전형 반도체층 상에 위치하는 투명 전극층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 투명 전극층은 인접하는 상기 복수의 나노 발광구조물들에서 서로 연결되도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 제1 내지 제3 영역을 포함하고, 상기 제1 내지 제3 영역에서, 상기 복수의 나노 발광구조물들은 서로 다른 이격 거리로 배치되고 상기 굴절부의 크기가 상기 이격 거리에 비례하여 서로 다를 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자는, 제1 도전형 반도체 베이스층; 상기 제1 도전형 반도체 베이스층 상에 서로 이격되어 형성되며, 각각 제1 도전형 반도체 코어, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 복수의 나노 발광구조물들; 및 상기 복수의 나노 발광구조물들 사이에 충진되며, 그 내부에 보이드 영역을 포함하는 충진층;를 포함할 수 있다.
나노 발광구조물들 사이에 굴절부를 포함하는 충진층을 배치함으로써, 광추출 효율이 향상되고 스트레스가 저감된 반도체 발광소자가 제공될 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 구조를 설명하기 위한 평면도이다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자에 채용 가능한 제1 도전형 반도체 코어의 개략적인 사시도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 전자현미경 사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 전자현미경 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 단면도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자를 패키지에 적용한 예를 나타낸다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자를 백라이트 유닛에 적용한 예를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 실시예에 의한 반도체 발광소자를 조명 장치에 적용한 예를 나타낸다.
도 15는 본 발명의 실시예에 의한 반도체 발광소자를 헤드 램프에 적용한 예를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 다음과 같이 설명한다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형되거나 여러 가지 실시예가 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시예는 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, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 발광소자(100)는 기판(101), 기판(101) 상에 형성된 제1 도전형 반도체 베이스층(120), 절연층(130), 나노 발광구조물(140), 투명전극층(150) 및 충진층(160)을 포함한다. 나노 발광구조물(140)은 제1 도전형 반도체 베이스층(120)으로부터 성장되어 형성된 제1 도전형 반도체 코어(142), 활성층(144) 및 제2 도전형 반도체층(146)을 포함한다. 반도체 발광소자(100)는 각각 제1 도전형 반도체 베이스층(120) 및 제2 도전형 반도체층(146)과 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 전극(170, 180)을 더 포함할 수 있다.
특별히 다른 설명이 없는 한, 본 명세서에서, '상부', '상면', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.
기판(101)은 반도체 성장용 기판으로 제공되며, 사파이어, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN 등과 같이 절연성, 도전성, 반도체 물질을 이용할 수 있다. 사파이어의 경우, 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a측 방향의 격자상수가 각각 13.001Å과 4.758Å이며, C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는다. 이 경우, 상기 C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로 주로 사용된다. 한편, 기판(101)으로 Si을 사용하는 경우, 대구경화에 보다 적합하고 상대적으로 가격이 낮아 양산성이 향상될 수 있다.
기판(101)의 표면에는 요철이 형성되어 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 요철의 형상은 도면에 도시된 것에 한정되지 않는다. 실시예에 따라, 기판(101) 상에는 제1 도전형 반도체 베이스층(120)의 결정성을 향상시키기 위한 버퍼층이 더 배치될 수 있다. 상기 버퍼층은 예를 들어, 도핑 없이 저온에서 성장된 AlxGa1 - xN으로 이루어질 수 있다.
제1 도전형 반도체 베이스층(120)은 기판(101) 상에 배치될 수 있다. 제1 도전형 반도체 베이스층(120)은 Ⅲ-Ⅴ족 화합물일 수 있으며, 예컨대 GaN일 수 있다. 제1 도전형 반도체 베이스층(120)은 예컨대 n형으로 도핑된 n-GaN일 수 있다.
본 실시예에서, 제1 도전형 반도체 베이스층(120)은 나노 발광구조물(140)의 제1 도전형 반도체 코어(142)를 성장시키기 위한 결정면을 제공할 뿐만 아니라, 각 나노 발광구조물(140)의 일 측에 공통적으로 연결되어 콘택 전극의 역할을 수행할 수 있다.
절연층(130)이 제1 도전형 반도체 베이스층(120) 상에 배치된다. 절연층(130)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, SiOx, SiOxNy, SixNy, Al2O3, TiN, AlN, ZrO, TiAlN, TiSiN 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 절연층(130)은 제1 도전형 반도체 베이스층(120)의 일부를 노출하는 복수의 개구부들을 포함한다. 상기 복수의 개구부들의 크기에 따라 나노 발광구조물(140)의 직경, 길이, 위치 및 성장 조건이 결정될 수 있다. 상기 복수의 개구부들은 원형, 사각형, 육각형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
복수의 나노 발광구조물들(140)이 상기 복수의 개구부들에 해당하는 위치에 각각 배치될 수 있다. 나노 발광구조물(140)은 상기 복수의 개구부에 의해 노출된 제1 도전형 반도체 베이스층(120) 영역으로부터 성장된 제1 도전형 반도체 코어(142)와, 제1 도전형 반도체 코어(142)의 표면에 순차적으로 형성된 활성층(144) 및 제2 도전형 반도체층(146)을 포함하는 코어-셀(core-shell) 구조를 가질 수 있다.
제1 도전형 반도체 코어(142) 및 제2 도전형 반도체층(146)은 각각 n형 및 p형 불순물이 도핑된 반도체로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않고 반대로 각각 p형 및 n형 반도체로 이루어질 수도 있다. 제1 도전형 반도체 코어(142) 및 제2 도전형 반도체층(146)은 질화물 반도체, 예컨대, AlxInyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성을 갖는 물질로 이루어질 수 있으며, 각각의 층은 단일층으로 이루어질 수도 있지만, 도핑 농도, 조성 등의 특성이 서로 다른 복수의 층들을 구비할 수도 있다. 다만, 제1 도전형 반도체 코어(142) 및 제2 도전형 반도체층(146)은 질화물 반도체 외에도 AlInGaP나 AlInGaAs 계열의 반도체를 이용할 수도 있을 것이다. 본 실시예에서, 제1 도전형 반도체 코어(142)은 예를 들어, Si 또는 C가 도핑된 n-GaN이고, 제2 도전형 반도체층(146)은 Mg 또는 Zn이 도핑된 p-GaN일 수 있다.
활성층(144)은 제1 도전형 반도체 코어(142)의 표면에 배치될 수 있다. 활성층(144)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, InGaN 등의 단일 물질로 이루어진 층일 수도 있으나, 양자장벽층과 양자우물층이 서로 교대로 배치된 단일 또는 다중 양자우물(MQW) 구조, 예컨대, 질화물 반도체일 경우, GaN/InGaN 구조가 사용될 수 있다. 활성층(144)이 InGaN을 포함하는 경우, In의 함량을 증가시킴으로써 격자 부정합에 의한 결정 결함이 감소될 수 있으며, 반도체 발광소자(100)의 내부 양자 효율이 증가될 수 있다. 또한, 활성층(144) 내의 In의 함량에 따라, 발광 파장이 조절될 수 있다.
반도체 발광소자(100)가 포함하는 나노 발광구조물(140)의 개수는 도면에 도시된 것에 한정되지 않으며, 반도체 발광소자(100)는 예를 들어, 수십 내지 수백만 개의 나노 발광구조물들(140)을 포함할 수 있다. 본 실시예의 나노 발광구조물(140)은 하부의 육각기둥 영역과 상부의 육각 피라미드 영역으로 이루어질 수 있다. 본 실시예의 나노 발광구조물(140)은 상기 육각기둥 영역이 제1 길이(D1)의 폭을 가지고 하면부터 상부의 육각 피라미드 영역까지 제1 길이(D1)보다 큰 제2 길이(D2)를 가질 수 있다. 나노 발광구조물(140)의 종횡비(aspect ratio)는 약 1:5 내지 1:15의 범위를 가질 수 있다. 나노 발광구조물(140)가 상대적으로 큰 종횡비를 가지는 경우, 나노 발광구조물(140)은 기판(101)에 가까워짐에 따라 폭이 좁아지도록 경사진 측면을 가질 수도 있다. 실시예에 따라, 나노 발광구조물(140)은 피라미드형 또는 기둥형일 수 있다. 나노 발광구조물(140)은 이와 같은 3차원 형상을 가지므로, 발광 표면적이 상대적으로 넓어 광효율이 증가될 수 있다.
투명전극층(150)은 제2 도전형 반도체층(146)과 전기적으로 연결된다. 투명전극층(150)은 나노 발광구조물(140)의 상면 및 측면을 덮으며, 인접하는 나노 발광구조물들(140) 사이에서 서로 연결되도록 배치될 수 있다. 투명전극층(150)은 예를 들어, ITO(Indium tin Oxide), AZO(Aluminium Zinc Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO, GZO(ZnO:Ga), In2O3, SnO2, CdO, CdSnO4, 또는 Ga2O3일 수 있다.
충진층(160)은 굴절부(162) 및 커버부(164)를 포함하며, 나노 발광구조물(140) 및 투명전극층(150) 상에 배치될 수 있다.
굴절부(162)는 인접한 나노 발광구조물들(140) 사이에 배치되며, 굴절률이 나노 발광구조물(140) 및 커버부(164)와 상이한 투광성 물질로 이루어질 수 있다. 굴절부(162)는 예를 들어, 공기로 이루어질 수 있다. 이 경우, 굴절부(162)는 충진층(160) 내에 형성된 보이드(void)일 수 있다. 실시예에 따라, 굴절부(162)는 공기 이외에 나노 발광구조물(140) 및 커버부(164)와 상이한 투광성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 나노 발광구조물(140)이 약 2.3의 굴절률을 가지는 GaN 물질로 이루어지고, 커버부(164)가 약 1.5의 굴절률을 가지는 SiO2로 이루어지는 경우, 굴절부(162)는 굴절률이 1인 공기로 이루어질 수 있으며, 실시예에 따라서, 2.3보다 큰 굴절률을 가지거나 1.5보다 작은 굴절률을 가지는 물질로 이루어질 수 있다.
굴절부(162)는 하부의 폭이 상부의 폭보다 큰 물방울 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 인접한 나노 발광구조물들(140) 사이에서 커버부(164)에 의해 적어도 그 하부면 및 측면이 둘러싸이는 범위 내에서 변화될 수 있다.
커버부(164)는 나노 발광구조물(140) 및 나노 발광구조물(140) 상의 투명전극층(150)을 덮으며 연장되고, 인접한 나노 발광구조물들(140) 사이에 충진되며, 굴절부(162)를 둘러싸도록 배치될 수 있다.
커버부(164)는 투광성 절연 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, SiO2, SiNx, Al2O3, HfO, TiO2 또는 ZrO을 포함할 수 있다. 다만, 실시예에 따라, 커버부(164)는 도전성 물질을 포함할 수도 있으며, 이 경우, 제2 전극(180)과 연결되도록 배치될 수 있다.
충진층(160)을 통해, 활성층(144)으로부터 발생한 빛이 나노 발광구조물(140)로부터 반도체 발광소자(100)의 상부로 방출될 수 있다. 이 경우, 충진층(160)은 굴절부(162)를 포함하므로, 광 방출의 경로를 다양하게 변화시킬 수 있어 광추출 효율이 향상될 수 있다. 시뮬레이션 결과에 의하면, 공기로 이루어진 굴절부(162)가 형성된 경우, 굴절부(162)가 없는 경우에 비하여 광추출 효율이 약 2% 상승하였다.
또한, 굴절부(162)는 반도체 발광소자(100)의 제조 중 또는 제조 후에 가해질 수 있는 열 팽창, 물리적 작용 등에 의한 스트레스(stress) 또는 변형에 대하여 댐퍼(damper)로 작용하여 스트레스를 완화시키고 변형을 방지할 수 있다.
실시예에 따라, 충진층(160)의 상부에 충진층(160)을 덮는 패시베이션층이 더 배치될 수 있으며, 상기 패시베이션층은 제1 및 제2 전극(170, 180)의 상부면만을 노출시키도록 배치될 수 있다.
제1 및 제2 전극(170, 180)은 각각 제1 도전형 반도체 베이스층(120) 및 제2 도전형 반도체층(146)과 전기적으로 연결되도록, 각각 반도체 발광소자(100)의 일 측에서 제1 도전형 반도체 베이스층(120) 및 투명전극층(150) 상에 배치될 수 있다. 제1 및 제2 전극(170, 180)은 도전성 물질의 단일층 또는 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2 전극(170, 180)은 Au, Ag, Cu, Zn, Al, In, Ti, Si, Ge, Sn, Mg, Ta, Cr, W, Ru, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt 등의 물질 또는 그 합금 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 기판(101)이 도전성 물질로 이루어지는 경우, 제1 전극(170)은 기판(101)의 하부에 배치되거나 생략될 수도 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 구조를 설명하기 위한 평면도이다. 도 2a 및 도 2b에서는, 도 1의 반도체 발광소자를 구성하는 하나의 나노 발광구조물(140)을 중심으로, 그에 인접하는 나노 발광구조물들(140) 및 굴절부(162a, 162b)의 평면 상에서의 배치 관계를 도시하였다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 나노 발광구조물들(140)은 기판(101)(도 1 참조)의 상면에 평행한 면에서 육각형의 단면을 가질 수 있으며, 육각형으로 배열될 수 있다. 따라서, 하나의 나노 발광구조물(140)은 6개의 나노 발광구조물들(140)로 둘러싸일 수 있다.
도 2a에서, 굴절부(162a)는 인접하는 나노 발광구조물들(140)의 사이마다 하나씩 배치될 수 있다. 도 2b에서, 굴절부(162b)는 인접하는 나노 발광구조물들(140)의 사이에서 하나보다 많은 수로 배치될 수 있으며, 예시적으로 도 2b에서는 12개의 굴절부(162b)가 하나의 나노 발광구조물(140) 둘레에 배치되는 것으로 도시하였다. 다만, 하나의 나노 발광구조물(140) 둘레에 배치되는 굴절부(162b)의 개수는 도면에 도시된 것에 한정되지 않으며 다양하게 변화될 수 있다. 굴절부(162a, 162b)의 개수가 증가하면, 하나의 굴절부(162a, 162b)의 크기는 상대적으로 작아질 수 있다.
시뮬레이션에 의해, 굴절부(162a, 162b)의 높이가 동일하고 크기 및 개수가 상이한 경우에 대하여, 나노 발광구조물(140)이 받는 열적 스트레스(thermal stress)를 테스트하였다. 상기 시뮬레이션은 굴절부(162a, 162b)가 공기로 이루어진 보이드인 경우에 대하여 수행되었다. 그 결과에 따르면, 폭이 700nm인 굴절부(162a)가 도 2a와 같이 하나의 나노 발광구조물(140) 둘레에 여섯 개 배치될 때, 굴절부(162a, 162b)가 없는 경우에 비하여 열적 스트레스가 17.2% 감소하였다. 또한, 폭이 400nm인 굴절부(162b)가 도 2b와 같이 하나의 나노 발광구조물(140) 둘레에 12개 배치될 때, 굴절부(162a, 162b)가 없는 경우에 비하여 열적 스트레스가 11.0% 감소하였다.
따라서, 열적 스트레스의 감소 효과는 굴절부(162a, 162b)의 총 부피가 증가함에 따라 증가하는 것으로 생각될 수 있으나, 상대적으로 커버부(164)가 얇아짐을 고려하여, 적용되는 반도체 발광소자의 특성에 맞게 적절한 크기 및 개수가 선택될 수 있을 것이다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다. 도 3a 내지 도 3f는 도 1의 반도체 발광소자(100)의 제조 방법을 도시한다.
도 3a를 참조하면, 기판(101)의 상부면에 요철을 형성하고, 기판(101) 상에 제1 도전형 반도체를 성장시켜 제1 도전형 반도체 베이스층(120)을 형성할 수 있다.
제1 도전형 반도체 베이스층(120)은 나노 발광구조물(140)(도 1 참조)을 성장시키는 결정 성장면을 제공할 뿐만 아니라, 나노 발광구조물(140)의 일 측을 서로 전기적으로 연결하는 구조물로서 제공될 수 있다. 따라서, 제1 도전형 반도체 베이스층(120)은 전기적 도전성을 갖는 반도체 단결정으로 형성될 수 있으며, 이 경우, 기판(101)은 결정성장용 기판일 수 있다.
도 3b를 참조하면, 제1 도전형 반도체 베이스층(120) 상에 제1 도전형 반도체 베이스층(120)을 노출시키는 복수의 개구부들(H)을 가지는 절연층(130) 및 마스크층(135)을 형성할 수 있다.
먼저, 절연층(130)을 형성하는 절연 물질 및 마스크층(135)을 형성하는 물질이 순차적으로 증착되고, 도시되지 않은 별도의 마스크 패턴을 이용하여 이를 패터닝함으로써 절연층(130) 및 마스크층(135)이 형성될 수 있다. 절연층(130) 및 마스크층(135)은 특정 식각 조건에서 식각율이 상이한 물질들로 이루어질 수 있으며, 이에 의해 상기 복수의 개구부들(H) 형성 시의 식각 공정이 제어될 수 있다. 예를 들어, 절연층(130)은 SiN이며, 마스크층(135)은 SiO2일 수 있다.
절연층(130) 및 마스크층(135)의 총 두께는 목적하는 나노 발광구조물(140)(도 1 참조)의 높이를 고려하여 설계될 수 있다. 또한, 상기 개구부(H)의 크기는 목적하는 나노 발광구조물(140)의 크기를 고려하여 설계될 수 있다. 예를 들어, 상기 개구부(H)의 폭은 500㎚이하일 수 있다. 상기 개구부(H)의 종횡비는 5:1 이상, 예컨대 10:1 이상으로도 구현될 수 있다.
도 3c를 참조하면, 상기 복수의 개구부들(H)이 충진되도록 제1 도전형 반도체 베이스층(120)이 노출된 영역 상에 제1 도전형 반도체를 성장시킴으로써 복수의 제1 도전형 반도체 코어들(142)을 형성할 수 있다.
제1 도전형 반도체 코어(142)는 예컨대 n형 질화물 반도체로 이루어질 수 있으며, 제1 도전형 반도체 베이스층(120)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 제1 도전형 반도체 코어(142)는 유기 금속 화학 증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD) 또는 분자선 에피택시(Molecular Beam Epitaxy, MBE) 공정을 이용하여 형성될 수 있다.
도 3d를 참조하면, 복수의 제1 도전형 반도체 코어들(142)의 측면이 노출되도록 마스크층(135)을 제거하고, 활성층(144), 제2 도전형 반도체층(146) 및 투명전극층(150)을 형성할 수 있다.
먼저, 마스크층(135)을 절연층(130) 및 제1 도전형 반도체 코어(142)에 대하여 선택적으로 제거하여, 절연층(130)이 잔존되도록 할 수 있다. 상기 제거 공정은, 예를 들어 습식 식각 공정에 의할 수 있다. 절연층(130)은 후속 공정에서, 활성층(144) 및 제2 도전형 반도체층(146)이 제1 도전형 반도체 베이스층(120)과 접속되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.
실시예에 따라, 마스크층(135)을 제거한 후에, 제1 도전형 반도체 코어(142)의 결정면을 반극성 또는 비극성 결정면과 같이 결정성장에 유리한 안정적인 면으로 전환시키기 위한 열처리 공정이 추가적으로 수행될 수도 있다.
다음으로, 제1 도전형 반도체 코어(142) 상에 표면에 활성층(144) 및 제2 도전형 반도체층(146)을 순차적으로 성장시킬 수 있다. 이에 의해, 코어-쉘 구조의 나노 발광구조물(140)이 형성될 수 있다.
다음으로, 나노 발광구조물(140) 상에 투명전극층(150)을 형성할 수 있다. 투명전극층(150)은 인접한 나노 발광구조물들(140) 사이에서 절연층(130)의 상부면을 덮도록 연장되어 복수의 나노 발광구조물들(140) 상에 하나의 층으로 형성될 수 있다.
도 3e 및 도 3f를 참조하면, 투명전극층(150) 상에 충진층(160)이 형성될 수 있다.
먼저, 도 3e와 같이 커버부(164)를 이루는 커버물질층(164P)이 나노 발광구조물들(140) 및 투명전극층(150) 상에 형성될 수 있다. 나노 발광구조물들(140)은 높은 종횡비를 가지므로, 커버물질층(164P)은 인접하는 나노 발광구조물들(140) 사이에서 오버행(overhang) 및 그 하부의 미충진 영역(v)을 형성하며 증착될 수 있다. 오버행은 나노 발광구조물들(140)의 상측면에서의 커버물질층(164P)이 하측면에서보다 돌출되도록 형성된 것을 의미하며, 이에 의해 하부로 증착 물질이 도달하지 못해 미충진 영역(v)이 형성될 수 있다.
커버물질층(164P)이 두꺼워지면서, 커버물질층(164P)이 나노 발광구조물들(140)의 상측면에서 연결될 수 있다. 이에 의해, 최종적으로 도 3f와 같이, 굴절부(162)가 내부에 형성된 커버부(164)가 형성되어, 굴절부(162) 및 커버부(164)를 포함하는 충진층(160)이 형성될 수 있다. 본 실시예의 경우, 굴절부(162)는 공기를 포함하는 보이드일 수 있다.
실시예에 따라, 커버부(164)는 복수의 층들로 이루어질 수 있으며, 상기 복수의 층들은 서로 다른 물질로 이루어지거나, 동일한 물질을 포함하는 경우라도 서로 다른 증착 공정에 의해서 형성될 수 있다. 예를 들어, 커버부(164)가 실리콘 산화물로 이루어지는 경우, 소정 두께까지 SiH3 가스를 포함하는 소스 가스를 사용하여 형성하고, 이후에는 TEOS(Tetraethoxysilane)를 사용하여 형성할 수 있다. 이와 같이, 커버부(164)를 이루는 물질 및 온도와 소스 가스량과 같은 공정 조건을 조절함으로써, 내부에 형성되는 굴절부(162)의 크기 및 위치 등을 조절할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 단면도이다. 이하에서, 도 1과 중복되는 설명은 생략한다.
도 4를 참조하면, 반도체 발광소자(100a)는 기판(101), 기판(101) 상에 형성된 제1 도전형 반도체 베이스층(120), 절연층(130), 나노 발광구조물(140), 투명전극층(150) 및 충진층(160c)을 포함한다. 나노 발광구조물(140)은 제1 도전형 반도체 베이스층(120)으로부터 성장되어 형성된 제1 도전형 반도체 코어(142), 활성층(144) 및 제2 도전형 반도체층(146)을 포함한다. 반도체 발광소자(100a)는 제1 및 제2 전극(170, 180)을 더 포함할 수 있다.
충진층(160c)은 굴절부(162c) 및 커버부(164c)를 포함하며, 나노 발광구조물(140) 및 투명전극층(150) 상에 배치될 수 있다.
특히, 본 실시예의 굴절부(162c)는, 도 1의 실시예에서와 달리, 굴절부(162c)의 상부가 커버부(164c)를 통해 노출되도록 배치될 수 있다. 따라서, 커버부(164c)는 굴절부(162c)의 하부면 및 측면을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 굴절부(162c)는 나노 발광구조물들(140) 사이에서 투명전극층(150)으로부터 제3 길이(D3)만큼 이격되어 형성될 수 있으며, 제3 길이(D3)는 나노 발광구조물들(140) 사이의 간격, 커버부(164c)의 두께, 커버부(164c)의 형성 조건 등에 따라 다양하게 변화될 수 있다. 굴절부(162c)의 상부면은 커버부(164c)의 상부면으로부터 제4 길이(D4)만큼 낮게 위치할 수 있으며, 제4 길이(D4)는 실시예에 따라 변화될 수 있다.
굴절부(162c)는 예를 들어, 물 유리(water glass), SOG(Spin on Glass)층, SOD(Spin on Dielectric)층 등으로 이루어질 수 있다. 굴절부(162c)는, 도 3e를 참조하여 상술한 공정에서, 미충진 영역(v)의 상부가 오픈된 상태에서, 물 유리, SOG층, SOD층 등 굴절률이 커버부(164c) 및 나노 발광구조물(140)과 상이한 물질로 미충진 영역(v)을 매립함으로써 형성될 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 도 3f와 같이 충진층(160)이 형성된 상태에서, 에치백 공정에 의해 굴절부(162)가 노출되도록 커버부(164)의 상부 영역을 소정 두께로 제거하여, 본 실시예의 충진층(160c)을 형성할 수도 있다.
본 실시예의 굴절부(162c)는 상부가 충진층(160c)의 표면에서 노출되도록 형성됨으로써, 굴절률이 커버부(164c) 및 나노 발광구조물(140)과 상이한 물질로 용이하게 매립될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 단면도이다.
도 5를 참조하면, 반도체 발광소자(100b)는 기판(101), 기판(101) 상에 형성된 제1 도전형 반도체 베이스층(120), 절연층(130), 나노 발광구조물(140), 투명전극층(150) 및 충진층(160d)을 포함한다. 나노 발광구조물(140)은 제1 도전형 반도체 베이스층(120)으로부터 성장되어 형성된 제1 도전형 반도체 코어(142), 활성층(144) 및 제2 도전형 반도체층(146)을 포함한다. 반도체 발광소자(100b)는 제1 및 제2 전극(170, 180)을 더 포함할 수 있다.
충진층(160d)은 굴절부(162d) 및 커버부(164d)를 포함하며, 나노 발광구조물(140) 및 투명전극층(150) 상에 배치될 수 있다.
특히, 본 실시예의 커버부(164d)는, 도 1의 실시예에서와 달리, 나노 발광구조물(140)의 상면이 노출되도록 나노 발광구조물(140)의 측면 상에만 배치될 수 있다. 커버부(164d)의 상부면은 나노 발광구조물(140)의 상면에 배치된 투명전극층(150)으로부터 제5 길이(D5)만큼 낮게 위치할 수 있으며, 제5 길이(D5)는 실시예에 따라 변화될 수 있다.
커버부(164d)는, 예를 들어 도 3f와 같이 충진층(160)이 형성된 상태에서, 에치백 공정에 의해 나노 발광구조물(140)이 노출되도록 커버부(164)의 상부 영역을 소정 두께로 제거하여 형성할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자에 채용 가능한 제1 도전형 반도체 코어의 개략적인 사시도이다.
도 6a 참조하면, 제1 도전형 반도체 코어(142a)는 육각기둥 형상을 가질 수 있다. 실시예에 따라, 제1 도전형 반도체 코어(142a)는 원기둥 또는 사각기둥을 포함하는 다각기둥의 형상을 가질 수 있다.
도 6b를 참조하면, 제1 도전형 반도체 코어(142b)는 피라미드 형상을 가질 수 있다. 실시예에 따라, 제1 도전형 반도체 코어(142b)는 상부로 연장되며 단면이 작아지는 다양한 형상을 가질 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 전자현미경 사진이다. 구체적으로, 도 7a 및 도 7b는 주사 전자현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM)에 의해 나노 발광구조물(140) 및 충진층(160)의 단면을 분석한 결과를 도시한다.
도 7a를 참조하면, 나노 발광구조물(140) 상에 플라즈마 강화 CVD(plasma enhanced CVD, PECVD)에 의해 제1 두께로 절연성 물질을 증착하여 형성된 충진층(160)이 보여진다. 도 7b의 경우, 나노 발광구조물(140) 상에 상기 제1 두께의 2배인 제2 두께로 절연성 물질을 증착하여 형성된 충진층(160)이 보여진다.
상대적으로 증착 물질의 두께가 얇은 도 7a의 경우, 굴절부(162)의 상부가 충진층(160) 상으로 노출된다. 상대적으로 증착 물질의 두께가 얇은 도 7b의 경우, 굴절부(162)가 상대적으로 길고 얇은 형상을 가지며, 커버부(164)에 의해 완전히 둘러싸인 형상을 가진다. 따라서, 굴절부(162)의 크기 및 위치가 커버부(164)를 형성하는 물질의 증착 두께에 따라서도 조절될 수 있음이 보여진다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 전자현미경 사진이다. 구체적으로, 도 8은 SEM에 의해 충진층(160)의 상부면을 분석한 결과를 도시한다.
도 8을 참조하면, 육각형 형태로 배열된 나노 발광구조물(140) 상을 덮는 커버부(164) 및 상부가 노출된 굴절부(162)가 보여진다. 이와 같이, 커버부(164)의 충진율을 조절하여 굴절부(162)가 노출되도록 할 수 있으며, 굴절부(162) 내에 예컨대 고굴절률 물질을 충진할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 단면도이다.
도 9를 참조하면, 반도체 발광소자(100c)는 기판(101), 기판(101) 상에 형성된 제1 도전형 반도체 베이스층(120), 절연층(130), 나노 발광구조물(140), 투명전극층(150) 및 충진층(160)을 포함한다. 나노 발광구조물(140)은 제1 도전형 반도체 베이스층(120)으로부터 성장되어 형성된 제1 도전형 반도체 코어(142), 활성층(144) 및 제2 도전형 반도체층(146)을 포함한다. 본 도면에서, 반도체 발광소자(100c)의 일부 구성 요소, 예컨대 도 1의 제1 및 제2 전극(170, 180)은 도시되지 않았다.
본 실시예의 반도체 발광소자(100c)는 제1 내지 제3 영역(R1, R2, R3)을 포함하며, 각 영역들에서 나노 발광구조물들(140) 사이의 이격 거리가 각각 제1 폭 내지 제3 폭(W1, W2, W3)으로 다를 수 있다. 제1 폭(W1)이 가장 작고, 제3 폭(W3)이 가장 클 수 있다. 이에 의해, 각 영역들에서 나노 발광구조물들(140) 사이에 형성되는 굴절부(162)의 폭도 각각 제4 폭 내지 제6 폭(W4, W5, W6)으로 다를 수 있다. 제4 폭(W4)이 가장 작고, 제6 폭(W6)이 가장 클 수 있다.
본 실시예와 같이, 반도체 발광소자(100c)가 나노 발광구조물들(140) 사이의 폭이 상이한 제1 내지 제3 영역(R1, R2, R3)을 포함하는 경우, 각 영역들에서 성장된 나노 발광구조물(140) 내의 활성층(144)의 In의 함량 또는 성장 두께가 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 동일한 성장 조건 하에서 성장된 경우, 나노 발광구조물들(140) 사이의 이격 거리가 클수록, 활성층(144)의 In의 함량이 증가할 수 있으며, 성장 두께가 두꺼워 질 수 있다. 따라서, 제1 내지 제3 영역(R1, R2, R3)의 나노 발광구조물(140)은 서로 다른 파장을 가지는 빛을 방출할 수 있으며, 이를 혼합하여 백색광을 방출할 수 있다.
실시예에 따라, 제1 내지 제3 영역(R1, R2, R3)에서, 나노 발광구조물(140)의 크기도 서로 상이하게 형성될 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자를 패키지에 적용한 예를 나타낸다.
도 10을 참조하면, 반도체 발광소자 패키지(1000)는 반도체 발광소자(1001), 패키지 본체(1002) 및 한 쌍의 리드 프레임(1003)을 포함하며, 반도체 발광소자(1001)는 리드 프레임(1003)에 실장되어 와이어(W)를 통하여 리드 프레임(1003)과 전기적으로 연결될 수 있다. 실시예에 따라, 반도체 발광소자(1001)는 리드 프레임(1003) 아닌 다른 영역, 예컨대, 패키지 본체(1002)에 실장될 수도 있을 것이다. 또한, 패키지 본체(1002)는 빛의 반사 효율이 향상되도록 컵 형상을 가질 수 있으며, 이러한 반사컵에는 반도체 발광소자(1001)와 와이어(W) 등을 봉지하도록 투광성 물질로 이루어진 봉지체(1005)가 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 반도체 발광소자 패키지(1000)는 도 1에 도시된 반도체 발광소자(100)를 포함하는 것으로 도시되었으나, 실시예에 따라, 도 4, 도 5 및 도 9 중 어느 하나의 반도체 발광소자(100a, 100b, 100c)를 포함할 수 있다.
도 11을 참조하면, 반도체 발광소자 패키지(2000)는 반도체 발광소자(2001), 실장 기판(2010) 및 봉지체(2003)를 포함한다. 반도체 발광소자(2001)는 실장 기판(2010)에 실장되어 와이어(W) 및 기판(101)(도 1 참조)을 통하여 실장 기판(2010)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 본 실시예에서, 기판(101)은 도전성 기판일 수 있다.
실장 기판(2010)은 기판 본체(2011), 상면 전극(2013) 및 하면 전극(2014)을 구비할 수 있다. 또한, 실장 기판(2010)은 상면 전극(2013)과 하면 전극(2014)을 연결하는 관통 전극(2012)을 포함할 수 있다. 실장 기판(2010)은 PCB, MCPCB, MPCB, FPCB 등의 기판으로 제공될 수 있으며, 실장 기판(2010)의 구조는 다양한 형태로 응용될 수 있다.
봉지체(2003)는 상면이 볼록한 돔 형상의 렌즈 구조로 형성될 수 있지만, 실시예에 따라, 표면을 볼록 또는 오목한 형상의 렌즈 구조로 형성함으로써 봉지체(2003) 상면을 통해 방출되는 빛의 지향각을 조절하는 것이 가능하다.
본 실시예에서, 반도체 발광소자 패키지(2000)는 도 1에 도시된 반도체 발광소자(100)의 구조에서 제1 전극(170)이 기판(101)으로 대체된 반도체 발광소자(2001)를 포함하는 것으로 도시되었으나, 실시예에 따라, 도 4, 도 5 및 도 9 중 어느 하나의 반도체 발광소자(100a, 100b, 100c)도 제1 전극(170)만이 변형된 형태로 포함될 수 있다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자를 백라이트 유닛에 적용한 예를 나타낸다.
도 12를 참조하면, 백라이트 유닛(3000)은 기판(3002) 상에 광원(3001)이 실장되며, 그 상부에 배치된 하나 이상의 광학 시트(3003)를 구비한다. 광원(3001)은 도 12 및 도 13을 참조하여 상술한 구조 또는 이와 유사한 구조를 갖는 반도체 발광소자 패키지를 이용할 수 있으며, 또한, 반도체 발광소자를 직접 기판(3002)에 실장(소위 COB 타입)하여 이용할 수도 있다.
도 12의 백라이트 유닛(3000)에서 광원(3001)은 액정표시장치가 배치된 상부를 향하여 빛을 방사하는 것과 달리, 도 13에 도시된 다른 예의 백라이트 유닛(4000)은 기판(4002) 위에 실장된 광원(4001)이 측 방향으로 빛을 방사하며, 이렇게 방시된 빛은 도광판(4003)에 입사되어 면광원의 형태로 전환될 수 있다. 도광판(4003)을 거친 빛은 상부로 방출되며, 광 추출 효율을 향상시키기 위하여 도광판(4003)의 하면에는 반사층(4004)이 배치될 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예에 의한 반도체 발광소자를 조명 장치에 적용한 예를 나타낸다.
도 14의 분해사시도를 참조하면, 조명장치(5000)는 일 예로서 벌브형 램프로 도시되어 있으며, 발광모듈(5003)과 구동부(5008)와 외부접속부(5010)를 포함한다. 또한, 외부 및 내부 하우징(5006, 5009)과 커버부(5007)와 같은 외형구조물을 추가적으로 포함할 수 있다. 발광모듈(5003)은 도 1, 도 4, 도 5 및 도 9 중 어느 하나의 반도체 발광소자(100, 100a, 100b, 100c)와 동일하거나 유사한 구조를 가지는 반도체 발광소자(5001)와 그 반도체 발광소자(5001)가 탑재된 회로기판(5002)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서는, 1개의 반도체 발광소자(5001)가 회로기판(5002) 상에 실장된 형태로 예시되어 있으나, 필요에 따라 복수 개로 장착될 수 있다. 또한, 반도체 발광소자(5001)가 직접 회로기판(5002)에 실장되지 않고, 패키지 형태로 제조된 후에 실장될 수도 있다.
외부 하우징(5006)은 열방출부로 작용할 수 있으며, 발광모듈(5003)과 직접 접촉되어 방열효과를 향상시키는 열방출판(5004) 및 조명장치(5000)의 측면을 둘러싸는 방열핀(5005)을 포함할 수 있다. 커버부(5007)는 발광모듈(5003) 상에 장착되며 볼록한 렌즈형상을 가질 수 있다. 구동부(5008)는 내부 하우징(5009)에 장착되어 소켓구조와 같은 외부접속부(5010)에 연결되어 외부 전원으로부터 전원을 제공받을 수 있다. 또한, 구동부(5008)는 발광모듈(5003)의 광원(5001)을 구동시킬 수 있는 적정한 전류원으로 변환시켜 제공하는 역할을 한다. 예를 들어, 이러한 구동부(5008)는 AC-DC 컨버터 또는 정류회로부품 등으로 구성될 수 있다.
또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 조명장치(5000)는 통신 모듈을 더 포함 할 수도 있다.
도 15는 본 발명의 실시예에 의한 반도체 발광소자를 헤드 램프에 적용한 예를 나타낸다.
도 15를 참조하면, 차량용 라이트 등으로 이용되는 헤드 램프(6000)는 광원(6001), 반사부(6005), 렌즈 커버부(6004)를 포함하며, 렌즈 커버부(6004)는 중공형의 가이드(6003) 및 렌즈(6002)를 포함할 수 있다. 광원(6001)은 도 10 및 도 11 중 어느 하나의 발광소자 패키지를 적어도 하나 포함할 수 있다. 또한, 헤드 램프(6000)는 광원(6001)에서 발생된 열을 외부로 방출하는 방열부(6012)를 더 포함할 수 있으며, 방열부(6012)는 효과적인 방열이 수행되도록 히트싱크(6010)와 냉각팬(6011)을 포함할 수 있다. 또한, 헤드 램프(6000)는 방열부(6012) 및 반사부(6005)를 고정시켜 지지하는 하우징(6009)을 더 포함할 수 있으며, 하우징(6009)은 몸체부(6006) 및 일면에 방열부(6012)가 결합하여 장착되기 위한 중앙홀(6008)을 구비할 수 있다. 또한, 하우징(6009)은 상기 일면과 일체로 연결되어 직각방향으로 절곡되는 타면에 전방홀(6007)을 구비할 수 있다. 반사부(6005)는 하우징(6009)에 고정되어, 광원(6001)에서 발생된 빛이 반사되어 전방홀(6007)을 통과하여 외부로 출사되게 할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
101: 기판 120: 제1 도전형 반도체 베이스층
130: 절연층 140: 나노 발광구조물
142: 제1 도전형 반도체 코어 144: 활성층
146: 제2 도전형 반도체층 150: 투명전극층
160: 충진층 162: 굴절부
164: 커버부 170: 제1 전극
180: 제2 전극

Claims (10)

  1. 제1 도전형 반도체 베이스층;
    상기 제1 도전형 반도체 베이스층 상에 서로 이격되어 형성되며, 각각 제1 도전형 반도체 코어, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 복수의 나노 발광구조물들; 및
    상기 복수의 나노 발광구조물들의 사이에 위치하는 굴절부 및 상기 복수의 나노 발광구조물들 사이에 충진되며 상기 굴절부를 둘러싸는 커버부를 포함하는 충진층;을 포함하는 반도체 발광소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 굴절부는 상기 커버부 내에 형성된 보이드(void)인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 굴절부는 상기 복수의 나노 발광구조물들 및 상기 커버부와 굴절률이 상이한 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 커버부는, 상기 복수의 나노 발광구조물들의 상면 및 측면의 적어도 일부를 덮으며, 상기 복수의 나노 발광구조물들의 사이에서 상기 제1 도전형 반도체 베이스층을 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 커버부는 상기 복수의 나노 발광구조물들의 상부에서 적어도 일부가 연결된 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 굴절부는 상부면이 상기 충진층 상으로 노출되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 나노 발광구조물들의 상부면은 상기 충진층 상으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 굴절부는 인접하는 상기 복수의 나노 발광구조물들의 사이에 적어도 하나씩 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 나노 발광구조물들은 상기 제1 도전형 반도체 베이스층의 상면에 평행한 면에서 육각형의 단면을 가지며, 여섯 개의 상기 나노 발광구조물들이 하나의 상기 나노 발광구조물을 둘러싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  10. 제1 항에 있어서,
    제1 내지 제3 영역을 포함하고,
    상기 제1 내지 제3 영역에서, 상기 복수의 나노 발광구조물들은 서로 다른 이격 거리로 배치되고 상기 굴절부의 크기가 상기 이격 거리에 비례하여 서로 다른 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
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