KR20160016981A - 반도체 발광소자 - Google Patents

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KR20160016981A
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박은현
전수근
최일균
진근모
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주식회사 세미콘라이트
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Abstract

본 개시는 반도체 발광소자에 있어서, 복수의 반도체층과 반사층을 가지는 복수의 발광부; 제1 반도체층과 전기적으로 연통하도록 구비된 제1 전극; 제2 반도체층과 전기적으로 연통하도록 구비된 제2 전극;그리고 복수의 반도체층을 기준으로 반사층의 반대 측에 구비되며, 육면체 형상을 가지는 성장 기판;으로서, 일면(a face) 및 타면(another face)을 포함하며, 일면이 복수의 반도체층이 형성되는 하면(a lower side), 하면과 대향하는 상면(an upper side), 및 하면과 상면 이어주는 두 개의 측면(lateral sides)을 가지고, 타면은 일면의 일 측면으로부터 이어지며, 복수의 반도체층이 형성되는 하면(a lower side) 및 하면과 대향하는 상면(an upper side)을 가지고, 타면의 상면은 일면의 상면보다 긴 성장 기판;을 포함하며, 복수의 발광부가 타면의 상면의 길이 방향으로 일렬로 배열되며, 타면의 상면의 길이 방향으로 각 발광부의 길이(P)는 일면의 상면의 길이 방향으로 각 발광부의 길이(W)보다 긴 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자에 관한 것이다.

Description

반도체 발광소자{SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 반도체 발광소자에 관한 것으로, 특히 발광효율을 높인 반도체 발광소자 및 제조 방법에 관한 것이다.
여기서, 반도체 발광소자는 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 반도체 광소자를 의미하며, 3족 질화물 반도체 발광소자를 예로 들 수 있다. 3족 질화물 반도체는 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 된 화합물로 이루어진다. 이외에도 적색 발광에 사용되는 GaAs계 반도체 발광소자 등을 예로 들 수 있다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
도 1 내지 도 3은 미국 등록특허공보 제5,233,204호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자(100)는 지지 기판(105), 발광부(103), 투광성 윈도우 층(102), 하부 본딩 패드 전극(106) 그리고 상부 본딩 패드 전극(101)을 포함한다. 상면(110)의 길이(A)가 주어진 상태에서, 측면(111)의 길이(D)를 증가시킴으로써, 지지 기판(105)에 의한 광 흡수를 감소시켜 발광효율을 높이는 기술을 제시하고 있다. 즉, 측면(111)의 길이(D)가 (A/2)*tan(θc) 이상으로 되도록 함으로써(θc는 투광성 윈도우 층(102)과 외부와의 임계각), 지지 기판(105)에 의한 광 흡수를 줄이고 있다. 도 3을 참조하면, 반도체 발광소자(100)에서 발광되는 빛을 기준으로 할 때, 영역(R1)의 빛은 상면(110)을 통해 방출되며, 영역(R2)의 빛은 내부 전반사되고, 영역(R3)의 빛(L)은 측면(111)을 통해서 또는 상면(110)에 반사된 다음 측면(111)을 통해 방출된다. 빛(L)이 측면(111)에 입사하는 각은 θeb이며, 각(θeb)은 임계각(θc)보다 작으므로, 영역(R3)의 빛은 하면에 부딪혀서 흡수됨없이 측면(111)을 통해 외부로 방출된다. 이러한 원리는 측면(111)의 길이(D)를 그대로 둔 상태에서, 상면(110)의 길이(A)를 줄이는 경우에도 마찬가지로 적용될 수 있지만, 상면(110)에는 상부 본딩 패드 전극(101)이 존재하므로, 상부 본딩 패드 전극(101)의 크기에 의해 상면(110)의 길이(A)를 줄이는데는 한계가 있으며(이 기술에서 100㎛ 직경의 상부 본딩 패드 전극(101)이 사용되고 있다.), 또한 상면(110)을 통해서도 일정 이상의 광이 외부로 방출되어야 하므로 이러한 요소 또한 상면(110)의 길이(A)를 줄이는데 제약으로 작용한다(이 기술에서 상면(110)의 길이(A)는 250㎛로 예시되어 있다.).
도 4는 미국 등록특허공보 제6,784,463호에 개시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자(200)는 성장 기판(210; 예: 사파이어, SiC, ZnO), 버퍼층(220; 예: GaN), 제1 반도체층(230; 예: Si-doped GaN), 전자와 정공의 재결합을 이용하여 광을 생성하는 활성층(240; 예: InGaN/GaN 다중양자우물구조), 제2 반도체층(250; Mg-doped GaN), 제1 본딩 패드 전극(280) 그리고 활성층(240)에서 생성된 광을 성장 기판(210) 측으로 반사하는 반사막을 가지는 제2 본딩 패드 전극(270)을 포함한다. 도 4에 제시된 반도체 발광소자(200)는 광을 성장 기판(210) 측으로 방출시킨다는 점과 본딩 패드 전극(270,280)이 성장 기판(210) 반대측에 함께 구비된다는 점에서 도 1에 제시된 반도체 발광소자(100)와 차이점이 있으나, 외부와의 전기적 연결을 위해 본딩 패드 전극(270,280)을 구비해야 한다는 점에서는 변함이 없으며, 마찬가지로 성장 기판(210)의 상면 길이를 줄이는데는 한계가 있다.
도 5는 일본 공개특허공보 제2009-164423호에 개시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 성장 기판(310), 제1 반도체층(330), 전자와 정공의 재결합을 이용하여 광을 생성하는 활성층(340), 제2 반도체층(350), 제1 본딩 패드 전극(380), 전류 확산을 위한 투광성 전극(360; 예: ITO), 그리고 제2 본딩 패드 전극(370)을 포함한다. 추가적으로, 활성층(340)에서 생성된 광을 성장 기판(310) 측으로 반사하는 절연성 반사막(390; SiO2/TiO2로 된 DBR(Distributed Bragg Reflector)을 더 구비하며, 제2 본딩 패드 전극(370)은 절연성 반사막(371)에 구비된 복수의 개구(391)를 통해 제2 반도체층(350)과 전기적으로 연통한다. 본딩 패드 전극(370,380)과 반도체층(330,350) 사이에 절연성 반사막(390)이 구비되며, 본딩 패드 전극(370,380)에 의한 광 흡수를 줄일 수 있는 이점을 가지지만, 복수의 개구(391)에서 제2 본딩 패드 전극(380)에 의한 광 흡수는 여전히 문제가 된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 반도체 발광소자에 있어서, 복수의 발광부;로서, 각 발광부는: 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층 및 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층이 순차로 적층된 복수의 반도체층; 그리고 복수의 반도체층의 일 측에 구비되며 활성층에서 생성된 빛을 반사하는 반사층;을 포함하는 복수의 발광부; 제1 반도체층과 전기적으로 연통하도록 구비되며, 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전극; 제2 반도체층과 전기적으로 연통하도록 구비되며, 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급하는 제2 전극; 그리고 복수의 반도체층을 기준으로 반사층의 반대 측에 구비되며, 육면체 형상을 가지는 성장 기판;으로서, 일면(a face) 및 타면(another face)을 포함하며, 일면이 복수의 반도체층이 형성되는 하면(a lower side), 하면과 대향하는 상면(an upper side), 및 하면과 상면 이어주는 두 개의 측면(lateral sides)을 가지고, 타면은 일면의 일 측면으로부터 이어지며, 복수의 반도체층이 형성되는 하면(a lower side) 및 하면과 대향하는 상면(an upper side)을 가지고, 타면의 상면은 일면의 상면보다 긴 성장 기판;을 포함하며, 복수의 발광부가 타면의 상면의 길이 방향으로 일렬로 배열되며, 타면의 상면의 길이 방향으로 각 발광부의 길이(P)는 일면의 상면의 길이 방향으로 각 발광부의 길이(W)보다 긴 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자가 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1 내지 도 3은 미국 등록특허공보 제5,233,204호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 미국 등록특허공보 제6,784,463호에 개시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 5는 일본 공개특허공보 제2009-164423호에 개시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 6 및 도 7은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 특징을 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 특징을 설명하기 위한 도면,
도 9 및 도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 특징을 설명하기 위한 도면,
도 11 내지 도 13은 성장 기판의 굴절률에 따른 상면과 측면의 관계를 나타내는 도면,
도 14는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 특징을 설명하기 위한 도면,
도 15 내지 도 17은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 17은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 특징을 설명하기 위한 도면,
도 18 및 도 19는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 20은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 21은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 22는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 23은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 24는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 25는 도 24의 A-A 선을 따라 취한 절단면의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 26은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 27은 도 26에서 B-B 선을 따라 취한 절단면의 일 예를 설명하는 도면,
도 28은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 29는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 30은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 31은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 32는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 33은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면,
도 34는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 35은 도 24의 C-C 선을 따라 취한 절단면의 예들을 설명하기 위한 도면,
도 36은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 37은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 38은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 39는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 40 및 도 41은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 특징을 설명하기 위한 표,
도 42는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면.
도 43는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예들을 설명하기 위한 도면,
도 44는 도 43에서 설명된 반도체 발광소자의 일 특징을 설명하기 위한 도면,
도 45는 도 43에서 설명된 반도체 발광소자의 다른 특징을 설명하기 위한 도면.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 6 및 도 7은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 특징을 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 도 1에 도시된 반도체 발광소자를 위에서 본 도면으로서, 본딩 패드 전극(101)의 반지름(r)이 50㎛이고, 변(111,112)의 길이가 각각 250㎛인 반도체 발광소자가 도시되어 있다. 변(111,112)의 길이가 직경(2r)의 2배, 그러니까 변(111,112)의 길이가 각각 4r(=200㎛)인 경우를 가정한다면, 본딩 패드 전극(101)의 면적은 πr2이고, 반도체 발광소자의 상면 면적은 (4r)*(4r) = 16r2이 되어, 본딩 패드 전극(101)이 차지하는 면적(πr2)이 전체 면적(16r2)의 π/16 = 19.625%에 이르게 되며, 실제 소자의 형성에서 고려되는 메사 식각면 등을 고려한다면, 20% 이상의 비중을 차지하게 된다. 도 7에는 두 개의 본딩 패드 전극(401,402)이 동일 면 측에 위치하는 래터럴 타입(lateral type) 반도체 발광소자가 예시되어 있다. 본딩 패드 전극(401,402)의 반지름이 r인 경우에, 도 7의 좌측에 도시된 반도체 발광소자의 경우에, 변(411,412)의 길이는 각각 (2+√2)r ≒ 3.414r이 되고, 양자의 면적 비는 2*(πr2)/(3.414r)2 ≒ 53.9%에 이르게 되며, 이러한 소자는 상용의 소자로서 생각하기 어렵다. 도 7의 우측에 도시된 반도체 발광소자의 경우에, 변(411,412)의 길이는 각각 2r과 (3.414)2r/2이 되고, 양자의 면적 비는 마찬가지로 53.9%에 이르게 된다. 예를 들어, 현재 반도체 발광소자에서 사용되는 본딩 패드 전극의 최소 직경인 70㎛를 가정하는 경우에, 좌측의 소자의 경우에, 변(411,412)의 길이가 각각 119.49㎛가 되고, 우측의 소자의 경우에, 변(411, 412)의 길이가 각각 70㎛와 203.97㎛가 되지만, 이러한 소자는 상용의 반도체 발광소자로서는 기능하지 못한다. 좌측의 소자의 경우에, 양자의 면적 비가 20%이하로 되려고만 하여도, 변(411,412)의 길이가 196㎛가 되어야 하며, 우측의 소자의 경우에도 변(412)의 길이를 그대로 두고, 변(411)의 길이를 70㎛로부터 204㎛로 늘려야 양자의 면적 비가 겨우 18.5%가 된다. 따라서, 본딩 패드 전극을 반도체 발광소자의 상부에 두는 경우에, 단변의 길이를 200㎛이하로 한다는 것은 효율적인 소자를 구성할 수 없다.
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 특징을 설명하기 위한 도면으로서, 본 개시에 따른 반도체 발광소자는 전자와 정공을 이용하여 빛을 생성하는 활성층(40; 예: InGaN/(In)GaN 다중 양자우물 구조), 활성층(40)이 성장되는 성장 기판(10; 예: Al2O3) 그리고 활성층(40)에서 생성된 빛을 성장 기판(10) 측으로 반사하는 반사층(R)을 포함한다. 따라서 빛이 방출되는 측인 상면(110)에는 본딩 패드 전극이 구비되지 않으므로, 광 방출면 측에서의 본딩 패드 전극에 의한 설계상의 제약을 근본적으로 제거할 수 있게 된다.
도 9 및 도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 특징을 설명하기 위한 도면으로서, 도 3에서 제한적인 상면(110)의 길이(A)에 대해 측면(111)의 길이(D)를 (A/2)*tan(θc) 이상이 되도록 한 반도체 발광소자에서 한 걸음 더 나아가, 도 9에 도시된 바와 같이, 상면(110)의 길이(B)가 도 3에서의 상면(110)의 길이(A; 2D/tan(θc))의 절반 이하가 되도록 구성한 반도체 발광소자가 제시되어 있다. 이러한 구성을 통해, 영역(R2)에서 내부 전반사되는 빛(L)의 적어도 일부가 반도체 발광소자의 하면에 부딪히지 않고, 반도체 발광소자의 측면(111)에 부딪히게 된다. 실제 반도체 발광소자에서, 측면(111)은 스크라이빙 및/또는 브레이킹에 의해 형성되는 면이므로, 완전한 평탄면이 아니며, 바람직하게는 레이저 또는 식각을 통해 광 산란을 위한 거친 표면이 형성되므로, 임계각(θc) 이상의 입사각으로 측면(111)에 입사되는 광의 경우에도 측면(111)을 통해 외부로 방출되는 것이 가능하며, 따라서 발광효율을 향상시킬 수 있다. 바람직하게는 상면(110)의 길이(B)를 길이(C = (2D)*tan(θc)) 이하로 함으로써, 영역(R2)의 빛 모두가 상면(110)에 반사된 후 측면(111)으로 입사하도록 하는 것이 가능하다. 도 10에 도시된 바와 같이, 측면(111)의 길이(D)를 도 9에서 주어진 (B/2))*tan(θc) 이상으로 높이면, 영역(R2)에서의 빛(L)의 적어도 일부가 상면에 부딪힘없이 직접 측면(111)으로 입사할 수 있게 된다. 측면(111)의 길이(D)의 상한과 하한에 대해서 살피면, 특별히 제한이 있는 것은 아니지만, 너무 얇으면, 복수의 반도체층을 지지하는데 문제를 야기할 수 있고, 너무 두꺼우면, 소자의 브레이킹 공정에서 문제를 야기할 수 있으므로, 70㎛이상 180㎛이하의 길이를 가지는 것이 적합하며, 바람직하게는 80㎛이상 150㎛이하의 길이를 가진다.
도 11 내지 도 13은 성장 기판의 굴절률에 따른 상면과 측면의 관계를 나타내는 도면으로서, 도 11에는 성장 기판(10)이 굴절률이 1.8 정도인 사파이어로 이루어진 경우에 상면(110)과 측면(111)의 길이 관계가 제시되어 있다. 측면(111)의 길이(D)가 70㎛인 경우에 상면(110)의 길이(B)가 102㎛이하여야 도 9에 제시된 관계를 만족하지만(도 9의 경우에, 성장 기판의 좌측 코너에서 빛이 나오는 것으로 가정하였다.), 도 14에 도시된 바와 같이, 실제 반도체 발광소자의 경우에, 활성층(40)이 성장 기판(10)으로부터 거리를 두고 위치하고, 스크라이빙&브레이킹 공정을 위해, 소자의 둘레를 따라, 적어도 제2 반도체층(50)과 활성층(40)을 에칭하여 제1 반도체층(30)에 메사식각면(31)을 형성하는 것이 일반적이다. 메사식각면(31)의 총 길이(M)가 20~40㎛ 정도(한 쪽의 폭이 10~20㎛ 정도)이고, 성장 기판(10)의 하면(113)에서 활성층(40)에 이르는 거리가 3~10㎛ 정도인 것을 감안하면(이는 3족 질화물 반도체를 기준으로 한 것이며, 반도체 발광소자를 구성하는 물질에 따라 차이가 있을 수 있다. 즉 10㎛이상이 되는 경우도 있을 수 있다.), 측면(111)의 길이(B)가 70㎛인 경우에, 활성층(40)까지의 거리가 3~10㎛인 점을 고려하면 상면(110)의 길이(B)의 상한치 102㎛가 14㎛정도까지 확장될 수 있고, 메사식각면의 총 길이(M)를 고려하면 또한 20~40㎛정도까지 확장될 수 있다. 따라서, 성장 기판(10)의 측면(111)의 길이(D)가 70㎛일 때, 상면(110)의 길이(B)가 150㎛인 경우에도 도 9에서 설명된 관계가 만족될 수 있음을 알 수 있다. 도 12에는 성장 기판(10)의 굴절률이 2인 경우에 상면(110)과 측면(111)의 길이 관계가 제시되어 있다. ZnO가 이러한 굴절률에 근접한다. 도 13에는 성장 기판(10)의 굴절률이 1.5인 경우에 상면(110)과 측면(111)의 길이 관계가 제시되어 있다. 이 경우에 임계각이 40°를 넘는 이점이 있으나, 반도체 발광소자를 이루는 반도체 물질(예: GaN)과의 굴절률의 차이가 커진다는 단점도 함께 가진다. 굴절률이 1.4가 되면 임계각이 45°보다 커지게 되나, 마찬가지의 문제점을 가진다.
도 15 및 도 16은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 전체적으로 육면체 형상을 가지는 성장 기판(10; 예: 사파이어 기판), 제1 반도체층(30; 예: n형 GaN), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40; 예: InGaN/(In)GaN 다중양자우물 구조) 및 제2 반도체층(50; p형 GaN), 활성층(40)에서 생성된 빛을 반사시키는 반사층(R; 예: SiO2/TiO2과 같은 절연 물질로 된 DBR 또는 ODR, 유전체막의 반복 적층 구조, 단일층(예: SiO2) 또는 복수층 유전체막 등), 그리고, 전자와 정공을 공급하는 전극(70) 및 전극(80)을 포함한다. 전극(70,80)은 복수의 반도체층(30,40,50)으로부터 절연되어 있으며, 반사층(R)을 관통하여 형성된 전기적 연결(71,81; Electrical Connections)을 통해 복수의 반도체층(30,40,50)과 전기적으로 연통 또는 연결된다. 전기적 연결(81)은 적어도 제2 반도체층(50)과 활성층(40)을 관통하여 제1 반도체층(30)까지 이어져 있다. 반도체 발광소자의 둘레를 따라 도 14에 도시된 바와 같이, 제1 반도체층(30)이 노출되는 메사식각면(31)을 추가로 구비하는 것이 일반적이며, 복수의 반도체층(30,40,50)은 성장 기판(10)과 제1 반도체층(30) 사이에 버퍼층을 더 포함할 수 있고, 제1 반도체층과 제2 반도체층의 도전성은 서로 바뀔 수 있으며, 필요에 따라 추가의 층들이 구비될 수 있다. 반도체 발광소자는 이를 구성하는 물질에 따라, 자외선부터 적외선까지의 빛을 방출할 수 있다. 또한 반사층(R)과 제2 반도체층(50) 사이에 전류 확산을 위한 전류 확산 전극(예: ITO)을 더 구비할 수 있으며, 전기적 연결(71,81)과 반도체층(30,50) 사이에 구동 전압을 낮추기 위한 20~30㎛ 정도의 직경을 가지는 오믹 전극을 구비할 수도 있다. 전기적 연결(71,81)은 전극(70,80)과 함께 형성되어도 좋고, 전극(70,80)과 별도로 형성될 수도 있다. 성장 기판(10)의 일면(12; a face)은 복수의 반도체층(30,40,50)이 형성되는 하면(112; a lower side), 하면(112)과 대향하는 상면(110; an upper side), 및 하면(112)과 상면(110) 이어주는 두 개의 측면(111; lateral sides)을 가진다. 또한 성장 기판(10)은 일면(12)의 일 측면(111)으로부터 이어진 타면(13; another face)을 가지며, 타면(13)은 복수의 반도체층(30,40,50)이 형성되는 하면(113) 및 하면(113)과 대향하는 상면(114)을 가진다.
일면(12)의 상면(110)은 150㎛이하의 길이를 가지며, 따라서 도 9에서 설명된 본 개시에 따른 특징이 그대로 적용된다. 한편 타면(13)의 상면(114)의 길이방향을 따라 전극(70,80)이 배치되며, 타면(13)의 상면(114)을 일면(12)의 상면(110) 보다 길게 형성함으로써, 반도체 발광소자 전체의 발광량을 결정할 수 있게 된다. 이러한 구성을 통해, 광이 방출되는 측에서 전극(70,80)이 위치함으로써 발생하는 여러 제약을 제거할 수 있으며, 나아가 적어도 일면(12)의 상면(110)의 길이방향을 따라 위치되는 전기적 연결(71,81)의 수를 최소화하여 이들에 의한 광 흡수를 줄이는 것이 가능해진다.
도 17은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 특징을 설명하기 위한 도면으로서, DBR과 같은 절연성 반사막(R) 위에 전극(70,80)을 구비한 반도체 발광소자에 있어서, 전극(70)과 전극(80) 사이의 간격(G; 150㎛, 300㎛, 450㎛, 600㎛)을 넓혀가면서, 발광효율을 확인한 결과이다(여기서, w는 1200㎛, c는 600㎛, A는 520㎛, B는 485㎛, 410㎛, 355㎛, 260㎛이 사용되었으며, 효과상의 차이를 확실히 하기 위해 큰 사이크의 칩이 사용되었다). 일반적으로 전극(70,80)에 의해 빛이 흡수되지만, 전극(70,80)을 Ag, Al과 같이 반사율이 높은 금속으로 구성하는 경우에 반사율을 높일 수 있는 것으로 알려져 왔다. 또한 전극(70,80)은 본딩 패드, 반도체 발광소자의 방열을 위해서도 기능해야 하므로, 이러한 요소를 고려하여 그 크기를 결정해야 한다. 그러나, 본 발명자들은 위 실험에서와 같이, DBR과 같은 절연성 반사막(R)이 이용되는 경우에 그 위에 놓이는 전극(70,80)의 크기를 줄일수록, 절연성 반사막(R)에 의한 광 반사율이 높아진다는 것을 확인하였으며, 이러한 실험 결과는 본 개시에서 전극(70,80)의 크기를 종래에 생략할 수 없었던 범위로 줄일 수 있는 일 계기를 제공하였다.
도 18 및 도 19는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 도 15에 도시된 반도체 발광소자와 달리 반사막(R)이 별도로 구비되지 않고, 전극(70)이 반사막으로 기능한다. 전극(70)이 Al, Ag과 같이 반사율이 높은 금속을 함유함으로써, 금속 반사막으로 기능할 수 있다. 전극(80)과 복수의 반도체층(30,40,50)의 전기적 절연을 위해 절연막(90; 예: SiO2)이 구비되어 있으며, 절연막(90)을 관통하여 전기적 연결(81)이 형성되어 있다. 절연막(90)이 전극(70) 위로 걸쳐서 형성될 수 있음은 물론이며, 절연막(90)이 단일층의 유전체막, 복수층의 유전체막, DBR, ODR(Omni-Directional Reflector)로 구성될 수 있음도 물론이다.
도 20은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 복수의 반도체층(30,40,50) 위에 금속 반사막(R)을 구비하며, 절연막(90)을 통해 전극(70,80)을 복수의 반도체층(30,40,50)으로부터 전기적으로 절연한 다음, 전기적 연결(71,81)을 통해 전극(70,80)과 복수의 반도체층(30,40,50)을 전기적으로 연통시킨 구조가 제시되어 있다.
도 21은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 반사막(R) 위에 전극(70,80)이 형성되어 있으며, 전극(70,80)의 배치 방향을 따라 복수 개의 전기적 연결(71,71,81)이 형성되어 있다. 전극(80)이 복수 개 형성될 수 있음은 물론이다. 전극(70,80)의 배치 방향을 따라 소자가 길어짐에 따라 소자로의 전류 공급을 원활히 하기 위함이다.
도 22는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 전극(70,80)과 별개로 방열패드(72)가 구비되어 있다. 열방출이 필요한 경우에, 전기적 연결을 갖지 않는 방열패드(72)를 구비함으로써, 열방출을 도모할 수 있다.
도 23은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, 반도체 발광소자는 성장 기판(10), 성장 기판(10)에 형성된 복수의 발광부(101,102,103,104), 제1 전극(도시되지 않음) 및 제2 전극(도시되지 않음)을 포함한다. 성장 기판(10)은 육면체 형상을 가지며, 일면(12; a face) 및 타면(13; another face)을 포함한다. 일면(12)은 복수의 반도체층이 형성되는 하면(112; a lower side), 하면과 대향하는 상면(110; an upper side), 및 하면과 상면 이어주는 두 개의 측면(lateral sides)을 가지고, 타면(13)은 일면의 일 측면(111)으로부터 이어지며, 복수의 반도체층이 형성되는 하면(113; a lower side) 및 하면과 대향하는 상면(114; an upper side)을 가지고, 타면의 상면(114)은 상기 일면의 상면(110)보다 길다. 복수의 발광부는 타면의 상면(114)의 길이방향(D2)으로 배열되어 있다.
성장 기판의 일면의 상면(110)은 150㎛ 이하의 길이를 가지며, 따라서 도 9에서 설명된 본 개시에 따른 특징이 그대로 적용된다. 이하, 도 24 내지 39에서 설명되는 실시예들도 성장 기판의 일면의 상면(110)은 150㎛ 이하의 길이를 가지며, 따라서 도 9에서 설명된 본 개시에 따른 특징이 그대로 적용된다. 성장 기판의 일면의 일 측면(111)의 길이는 70㎛이상 180㎛이하의 길이를 가지는 것이 적합하며, 바람직하게는 80㎛이상 150㎛이하의 길이를 가진다. 예를 들어, 타면의 상면(114)의 길이방향으로 각 발광부의 길이는 일면의 상면(110)의 3배 정도이며, 경우에 따라서는 3배 이상으로 형성하는 것이 좋을 수도 있으며, 물론 3배 이하도 가능하다.
각 발광부는 복수의 반도체층(30,40,50) 및 반사층(R)을 포함한다. 복수의 반도체층(30,40,50)은 제1 반도체층(30), 활성층(40), 및 제2 반도체층(50)을 포함하며, 반사층(R)은 복수의 반도체층(30,40,50)을 기준으로 성장 기판(10)의 반대 측에서 복수의 반도체층(30,40,50)에 구비되며 활성층(40)에서 생성된 빛을 반사한다. 각 발광부는 복수의 반도체층(30,40,50)을 식각하여 형성된 트렌치에 의해 서로 전기적으로 절연되어 있다. 제1 전극은 제1 반도체층과 전기적으로 연통하도록 구비되며, 전자와 정공 중 하나를 공급한다. 제2 전극은 제2 반도체층과 전기적으로 연통하도록 구비되며, 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급한다. 반사층(R)은 절연성을 가지며, 반도체 발광소자는 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나는 반사층(R)을 기준으로 복수의 반도체층의 반대측에 구비되는 플립칩(flip chip)이다.
발광량 증가를 위해 도 15에 제시된 반도체 발광소자의 길이를 늘이는 것을 생각할 수 있지만, 길이방향(D2)으로 전류 확산, HV(high voltage) 구동의 장점을 고려하면, 하나의 성장 기판(10)에 복수의 발광부(101,102,103,104)를 전기적으로 직렬연결하는 것이 좋은 방법이 된다.
도 24는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 25는 도 24의 A-A 선을 따라 취한 절단면의 일 예를 설명하기 위한 도면이다. 본 예에서, 복수의 발광부가 타면의 상면(114)의 길이방향(D2)으로 일렬로 구비되며, 각 발광부는 일면의 상면(110)의 길이방향(D1)보다 타면의 상면(114)의 길이방향(D2)으로 더 길다. 반도체 발광소자는 제1 전기적 연결(81), 제2 전기적 연결(71), 및 연결 전극(92)을 포함한다.
제1 전기적 연결(81)은 반사층(R)을 관통하며, 제2 반도체층(50) 및 활성층(40)이 식각되어 노출된 제1 반도체층(30)과 전기적으로 연통된다. 제2 전기적 연결(71)은 반사층(R)을 관통하며, 제2 반도체층(50)과 전기적으로 연통된다. 연결 전극(92)은 복수의 반도체층의 반대측에서 반사층(R)에 구비되며, 서로 마주하는 2개의 발광부의 제1 반도체층과 제2 반도체층을 전기적으로 연통시킨다. 본 예에서, 연결 전극(92)은 서로 마주하는 2개의 발광부의 제1 전기적 연결(81)과 제2 전기적 연결(71)을 연결한다.
복수의 발광부는 전기적으로 직렬연결되며, 제1 전극(80)은 직렬연결의 일 측 끝의 발광부의 반사층(R) 위에서 제1 전기적 연결(81)을 통해 제1 반도체층(30)에 전기적으로 연통되고, 제2 전극(70)은 직렬연결의 타 측 끝의 발광부의 반사층(R) 위에서 제2 전기적 연결(71)을 통해 제2 반도체층(50)에 전기적으로 연통된다. 바람직하게는 제2 반도체층(50)과 반사층(R) 사이에 전류 확산 전극(60; 예: ITO)을 포함할 수 있다. 접촉저항을 감소하고 안정적인 전기적 연결을 위해 제1 전기적 연결(81)과 제1 반도체층(30) 사이에 개재되는 제1 오믹 전극(82), 제2 전기적 연결(71)과 전류 확산 전극(60) 사이에 개재되는 제2 오믹 전극(72)을 포함할 수 있다. 반사층(R)은 분포 브래그 리플렉터(Distributed Bragg Reflector) 및 ODR(Omni-Directional Reflector) 중 하나를 포함할 수 있다. 반사층(R)은 복수의 발광부의 사이, 즉 트렌치에도 형성되며, 연결 전극(92)은 복수의 발광부의 사이의 절연층(R) 상에서 뻗는다.
전기적 연결(71,81)이 노출되어 연결 전극(92)과 연결되며, 전기적 연결(71,81) 및 연결 전극(92)은 별개로 형성되거나, 일체로 하나의 과정으로 형성될 수 있다. 또한, 전기적 연결(71,81)을 덮는 금속층을 형성하고, 연결 전극(92)을 금속층과 연결되도록 형성하는 것도 물론 가능하다.
도 26은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 27은 도 26에서 B-B 선을 따라 취한 절단면의 일 예를 설명하는 도면이다. 연결 전극(92)은 서로 마주하는 2개의 발광부의 제1 반도체층(30)과 제2 반도체층(50)을 전기적으로 연결한다. 연결 전극(92)은 절연성을 가지는 반사층(R)에 의해 덮여 있고, 연결 전극(92)의 일 측 끝은 제2 반도체층(50) 및 활성층(40)이 식각되어 노출된 제1 반도체층(30)과 전기적으로 연통되며, 연결 전극(92)의 타 측 끝은 제2 반도체층(50)과 반사층(R) 사이에 구비된다. 복수의 발광부들 사이에는 절연체(97)가 형성되며, 연결 전극(92)은 절연체 위에 형성된다. 제1 전극(80)은 직렬연결의 일 측 끝의 발광부의 반사층(R) 위에서 제1 전기적 연결(81)을 통해 제1 반도체층(30)에 전기적으로 연통되고, 제2 전극(70)은 직렬연결의 타 측 끝의 발광부의 반사층(R) 위에서 제2 전기적 연결(71)을 통해 제2 반도체층(50)에 전기적으로 연통된다. 직렬연결의 양측 끝의 발광부들 사이에 있는 발광부(103)의 반사층(R) 위에는 방열 또는 지지 등을 위한 보조패드(93)가 형성되어 있다.
도 28은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, 각 발광부에 제2 전극(70), 제2 전기적 연결(71)이 구비되며, 각 발광부에는 식각되어 노출된 제1 반도체층(30) 위에 제1 오믹 전극(82)이 구비된다. 연결 전극(92)은 서로 마주하는 2개의 발광부의 제1 오믹 전극(82)과 제2 전극(70)을 연결한다. 복수의 발광부들 사이에는 절연체(97)가 형성되며, 연결 전극(92)은 절연체 위에 형성된다.
도 29는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, 다층 구조의 반사층(R)의 일 예가 제시되어 있다. 오믹 전극(72,82)과 전기적 연결(71,81)의 전기적 접속의 안정성을 향상하기 위해 반사층(R)에 형성된 개구에 의해 오믹 전극(72,82)의 주변까지 노출되며, 전기적 연결(71,81)이 오믹 전극(72,82)을 감싸도록 형성할 수 있다. 본 예에서 반사층(R)은 금속 반사막에 의한 광흡수 감소를 위해 비도전성 물질로 형성되며, 다층 구조의 일 예로, 유전체막(91b), 분포 브래그 리플렉터(91a) 및 클래드막(91c)을 포함한다.
정밀성을 요하는 분포 브래그 리플렉터(91a)의 증착에 앞서, 일정 두께의 유전체막(91b)을 형성함으로써, 오믹 전극(72,82)과 같은 구조물로 인해 높이차를 완화하여 분포 브래그 리플렉터(91a)를 안정적으로 제조할 수 있게 되며, 빛의 반사에도 도움을 줄 수 있다. 유전체막(91b)의 재질은 SiO2가 적당하며, 그 두께는 0.2㎛ ~ 1.0㎛가 바람직하며, 상기 높이차를 완화하는데(step coverage), 플라즈마 화학 기상 증착법(PECVD; Plasma Enhanced CVD)과 같은 화학 기상 증착법으로 유전체막을 형성하는 것이 바람직하다.
분포 브래그 리플렉터(91a)는 유전체막(91b) 위에 형성된다. 분포 브래그 리플렉터(91a)는 반사율이 다른 물질의 반복 적층, 예를 들어, SiO2/TiO2, SiO2/Ta2O2, 또는 SiO2/HfO의 반복 적층으로 이루어질 수 있으며, Blue 빛에 대해서는 SiO2/TiO2가 반사효율이 좋고, UV 빛에 대해서는 SiO2/Ta2O2, 또는 SiO2/HfO가 반사효율이 좋을 것이다. 분포 브래그 리플렉터(91a)가 SiO2/TiO2로 구성되는 경우 활성층(40)으로부터 나오는 빛의 파장의 1/4의 광학 두께를 기본으로 입사 각도와 파장에 따른 반사율등을 고려해서 최적화 공정을 거치는 것이 바람직하며, 반드시 각 층의 두께가 파장의 1/4 광학 두께를 지켜야 하는 것은 아니다. 그 조합의 수는 4 ~ 40 페어(pairs)가 적합하다. 분포 브래그 리플렉터(91a)가 SiO2/TiO2의 반복적층구조로 이루어지는 경우, 분포 브래그 리플렉터(91a)는 물리 증착법(PVD; Physical Vapor Deposition)에 의해 형성하는 것이 바람직하다.
클래드막(91c)은 Al2O3와 같은 금속 산화물, SiO2, SiON와 같은 유전체막(91b), MgF, CaF, 등의 물질로 이루어질 수 있다. 클래드막(91c)은 λ/4n 내지 3.0㎛의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 여기서 λ는 활성층(40)에서 생성된 빛의 파장이고, n은 클래드막(91c)을 이루는 물질의 굴절률이다. λ가 450nm(4500A)인 경우에, 4500/4*1.46 = 771A 이상의 두께로 형성될 수 있다.
빛의 반사 및 가이드를 위해 분포 브래그 리플렉터(91a)의 유효 굴절률이 유전체막(91b) 및 클래드막(91c)의 굴절률보다 큰 것이 바람직하다. 이렇게 굴절률을 선택하면 유전체막(91b)-분포 브래그 리플렉터(91a)-클래드막(91c)이 광 웨이브가이드(optical waveguide)로 볼 수 있으며, 전극(70,80)에 의한 광흡수가 많이 감소될 수 있다. 분포 브래그 리플렉터(91a)가 SiO2/TiO2로 구성되는 경우에, SiO2의 굴절률이 1.46이고, TiO2의 굴절률이 2.4이므로, 분포 브래그 리플렉터의 유효굴절률은 1.46과 2.4 사이의 값을 가진다. 따라서, 유전체막(91b)이 SiO2로 이루어질 수 있으며, 그 두께는 0.2㎛ ~ 1.0㎛가 적당하다. 클래드막(91c)도 분포 브래그 리플렉터(91a)의 유효굴절률보다 작은 1.46의 굴절률을 가지는 SiO2로 형성될 수 있다. 유전체막 및 클래드막 중 적어도 하나는 생략하는 것도 가능하다.
도 30은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, 각 발광부에 복수의 제1 전기적 연결(81)과 복수의 제2 전기적 연결(71)이 구비되며, 제1 전기적 연결(81) 및 제2 전기적 연결(71)이 반사층(R) 측으로 노출되어 있다. 복수의 제1 전기적 연결(81)과 복수의 제2 전기적 연결(71)이 길이방향(D2)으로 일렬로 배열되어 있다. 연결 전극(92)은 하나의 발광부의 복수의 제1 전기적 연결(81)을 연결하며, 트렌치에 형성된 반사층(R) 위로 뻗어서 다른 하나의 발광부의 복수의 제2 전기적 연결(71)을 연결한다. 발광부들 사이에서는 연결 전극(92)의 폭을 좁혀서 빛흡수 손실을 줄인다.
도 31은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, 각 발광부에는 복수의 제2 전기적 연결(71)이 구비되며, 복수의 제2 전기적 연결(71) 사이에 제1 전기적 연결(81)이 구비되어 전자와 정공의 밀도의 균일성 향상에 더 유리한 구조가 될 수 있다. 한편, 연결 전극(92)은 하나의 발광부의 복수의 제1 전기적 연결(81)을 연결하며, 트렌치에 형성된 반사층(R) 위로 뻗어서 다른 하나의 발광부의 복수의 제2 전기적 연결(71)을 연결함으로써 복수의 발광부(101,102,103)가 직렬연결된다. 일렬로 배열된 제1 전기적 연결(81) 및 제2 전기적 연결(71)을 연결하도록 서로 다른 연결 전극(92, 92)이 서로 깍지낀 것과 같이 패터닝되어 있다.
도 32는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, 전류 확산 전극 위에 제2 전기적 연결(71)과 접속하는 연장형 오믹 전극(72)이 형성되어 있고, 연장형 오믹 전극(72)은 제1 전기적 연결(81)을 향하여 뻗어 있다. 따라서 제2 전기적 연결(71)의 개수가 감소되어 금속에 의한 빛흡수 손실이 작아진다. 또한, 연장형 오믹 전극(72)에 대응하여 제2 반도체층과 전류 확산 전극 사이에는 빛흡수 방지막(41)이 추가될 수 있다.
도 33은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하는 도면으로서, 본 예에서 복수의 발광부는 전기적으로 병렬연결된다. 경우에 따라서는 병렬로 복수의 발광부를 발광시키는 것이 필요할 수 있다. 각 발광부에는 제1 전기적 연결(81) 및 제2 전기적 연결(71)이 형성되며, 제1 전기적 연결(81) 및 제2 전기적 연결(71)은 대각 방향으로 배치되어 있다. 제1 전극(80)은 복수의 발광부의 제1 전기적 연결(81)을 연결하고, 제2 전극(70)은 복수의 발광부의 제2 전기적 연결(71)을 연결한다.
도 34는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 35는 도 24의 C-C 선을 따라 취한 절단면의 예들을 설명하기 위한 도면이다. 도 24, 도 25, 도 34, 및 도 35를 참조하면, 먼저, 성장 기판(10) 상에 제1 반도체층(30), 활성층(40), 제2 반도체층(50), 전류 확산 전극(60; 예: ITO)을 형성하고, 메사식각하여 제1 반도체층(30)의 일부를 노출시킨다. 메사식각은 전류 확산 전극(60) 형성 전에 수행될 수도 있다. 전류 확산 전극(60)은 생략될 수 있다. 메사식각 공정과 함께 또는 별개로 복수의 발광부(101,102,103,104)를 서로 전기적으로 절연시키는 공정이 수행되어 각 발광부는 성장 기판(10)을 노출하는 트렌치에 의해 서로 전기적으로 절연될 수 있다.
이후, 전류 확산 전극(60) 및 노출된 제1 반도체층(30)에 각각 오믹 전극(72,82)을 형성한다. 오믹 전극(72,82)은 생략될 수 있지만 동작전압 상승을 억제하고 안정적인 전기적 접촉을 위해 구비되는 것이 바람직하다. 이후, 전류 확산 전극(60) 위에 반사층(R)을 형성한다. 본 예에서 반사층(R)은 금속 반사막에 의한 광흡수 감소를 위해 절연성 물질로 형성되며, 바람직하게는 DBR(Distributed Bragg Reflector) 또는 ODR(Omni-Directional Reflector)을 포함하는 다층 구조일 수 있다. 이후, 반사층(R)에 개구를 형성하고, 제1 전기적 연결(81) 및 제2 전기적 연결(71)이 개구를 관통하여 각각 제1 오믹 전극(82) 및 제2 오믹 전극(72)에 접촉하게 형성된다. 제1 전극(80) 및 제2 전극(70)이 각각 제1 전기적 연결(81) 및 제2 전기적 연결(71)과 연결되도록 형성된다. 전기적 연결(71,81)과 전극(70,80)은 별개로 형성될 수도 있지만, 하나의 과정에서 일체로 형성될 수도 있다. 이와 함께, 복수의 발광부(101,102,103,104) 사이, 즉 트렌치에까지 반사층(R)이 형성되므로 연결 전극(92)은 반사층(R) 위에 형성된다. 이와 다르게, 반사층 형성 전에 도 27에서 설명된 바와 같이 연결 전극(92)이 형성될 수 있다. 도 24 및 도 25에 제시된 예에서는, 연결 전극(92)이 복수의 반도체층(30,40,50)과 반사층(R) 사이에 있지 않고, 반사층(R)을 기준으로 복수의 반도체층(30,40,50)의 반대 측에 있기 때문에 빛흡수 손실을 줄이는데 좋다. 발광부들의 사이는 다른 곳보다 빛이 누설될 가능성이 더 크기 때문에 연결 전극(92)의 선폭을 가능하면 작게 하여 금속에 의한 빛흡수를 줄이는 것이 좋다. 마찬가지로 제1 전극(80) 및 제2 전극(70)의 면적을 방열 등의 기능에 문제가 없는 한 가능하면 줄여서 빛흡수를 줄이는 것이 좋다.
이와 같이, 웨이퍼 상에서 복수의 발광부(101,102,103,104)가 형성된 후, 도 34에 제시된 바와 같이, 절단선(SL)을 따라 웨이퍼를 절단함으로써, 복수의 발광부(101,102,103,104)를 포함하는 반도체 발광소자가 제조된다. 절단에 있어서, 스크라이빙 및/또는 브레이킹 공정이 진행될 수 있다. 화학적 식각공정이 추가될 수도 있다. 예를 들어, 스크라이빙&브레이킹에서, 스크라이빙 공정은 레이저를 또는 커터를 이용하며, 반도체 발광소자의 기판(10) 표면 또는 기판 내부에 초점을 맞춰 레이저를 적용하는 방식으로 수행될 수 있다. 레이저를 이용한 스크라이빙 공정에서, 이웃한 반도체 발광소자들이 절단선(SL)을 따라 반도체 발광소자가 예비적으로 절단될 수 있다. 스크라이빙 공정에 이어 수행되는 브레이킹 공정을 통해 예비적으로 절단된 반도체 발광소자가 개별적인 반도체 발광소자로 완전히 분리될 수 있다.
본 예에 따른 반도체 발광소자는 단변(110; 일면의 상면)의 길이가 작고, 장변(114; 타면의 상면)이 긴 형상을 가지므로 절단시 허용오차가 작은 방법이 바람직하며, 커터나 레이저 스크라이빙을 적용하는 방법에 비해 기판의 내부에 레이저의 초점을 맞추는 스텔스 다이싱(Stealth dicing) 방법이 사용될 수 있다. 또한, 성장 기판(10)을 이루는 물질(예: 사파이어)의 결정면과 장변 및 단변 중 하나를 나란하게 절단하는 것이 고려될 수 있다. 예를 들어, 절단면을 기판의 결정면과 나란하게 하는 것이 절단의 선폭의 허용오차가 작다. 따라서, 일면의 상면(110)이 설계된 길이를 가지도록 일면의 상면(110)의 길이방향(D1)으로 허용오차가 작은 것이 바람직하다. 따라서, 타면(13)이 사파이어의 결정면 중 하나와 나란하도록 절단하면, 일면의 상면(110)의 길이방향(D1)으로 허용오차가 작아서 일면의 상면(110)의 길이가 의도하지 않게 작아지는 것을 방지하는 데 도움이 된다.
이와 같이 절단된 반도체 발광소자는 도 35a에 제시된 바와 같이, 성장 기판의 일면 및 타면의 하면의 가장 자리는 복수의 반도체층이 제거되어 노출되며, 노출된 하면에 인접한 복수의 반도체층의 가장자리는 제2 반도체층(50) 및 활성층(40)이 제거되어 제1 반도체층(30)이 노출된다. 반사층(R)은 복수의 발광부, 복수의 발광부의 사이, 가장자리의 노출된 하면, 및 가장자리의 노출된 제1 반도체층을 덮도록 형성될 수 있다. 이와 다르게, 도 28b에 제시된 것과 같이, 복수의 반도체층의 가장자리에 제1 반도체층이 식각되어 노출되지 않게 형성될 수 있다. 이와 또 다르게, 도 28c에 제시된 것과 같이, 복수의 발광부를 메사식각으로만 구분하고, 절단 공정으로 분리하면, 가장 자리에 하면의 노출이 없고, 제1 반도층이 메삭식각된 면이 노출되게 할 수 있다.
도 36은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, 전기소자(예: PCB; printed circuit board)는 복수의 도전부(241,242)와 이들을 고정하며 절연하는 고정부(240)를 포함한다. PCB와 같은 전기소자에 형성된 도전부(241,242)에 직렬연결의 양측 끝의 제1 전극(80) 및 제2 전극(70)이 본딩된 예를 보여준다. 형광체를 함유한 봉지재(210)는 성장 기판을 덮으며, 복수의 발광부의 측면까지 덮을 수 있다. 제1 전극(80) 및 제2 전극(70)보다 성장 기판이 고정부(540)를 기준으로 더 위에 구비된다. 형광체는 복수의 발광부로부터 나온 빛의 파장을 변환한다. 형광체가 없는 것도 물론 가능하다. 이와 같이, 전기소자, 봉지재, 성장 기판, 복수의 발광부가 반도체 발광소자를 구성한다.
도 37은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, 플레이트(241,242,243)에 제1 전극(80) 및 제2 전극(70)이 본딩되어 있다. 플레이트는 복수의 도전부(241,242)와 이들을 고정하며 절연하는 고정부(243)를 포함한다. 복수의 도전부(241,242)는 상하측으로 노출되어 그대로 히트싱크 및/또는 전류 공급 통로가 된다. 예를 들어, 금속막(예: Al,Cu)/절연체막(예; 수지)을 반복적층하고, 이를 적층된 방향과 수직하게 또는 비스듬히 자르면, 금속막으로 된 복수의 도전부(241,242)와 이들을 연결 및 고정하는 고정부(243; 예: 수지)로 이루어진 플레이트가 만들어질 수 있다. 형광체를 함유하며 성장 기판을 덮는 봉지재(210)가 형성되어 있다. 복수의 발광부의 직렬연결의 일측 끝의 발광부의 제1 전극(80)이 도전부에 본딩되며, 타측 끝의 발광부의 제2 전극(70)이 다른 도전부에 본딩된다. 사이에 있는 발광부는 연결 전극(92)이 또 다른 도전부에 접촉되어 있다. 따라서, 연결 전극(92)은 플레이트의 도전부에 접촉하여 반도체 발광소자를 지지하며 방열 통로가 될 수 있다.
도 38은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, 도 27에 제시된 반도체 발광소자의 보조패드(93)가 도전부에 접하여 지지 및 방열 통로가 된다.
도 39는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, 플레이트(241,242,243) 위에 각 발광부의 제1 전극(80) 및 제2 전극(70)이 본딩되어 있다. 본 예에서는 이와 같이 각 발광부에 제1 전극(80) 빛 제2 전극(70)이 반사층(R) 위에 각각 형성되며 전기적 연결에 의해 각각 제1 반도체층 및 제2 반도체층과 전기적으로 연통되어 있다. 각 도전부에는 서로 마주보는 발광부들의 제1 전극(80)과 제2 전극(70)이 본딩되므로, 도전부에 의해 복수의 발광부의 직렬연결이 달성된다. 이와 같은 반도체 발광소자는 연결 전극이 생략되어 빛흡수 손실이 감소되며, 제조공정상으로도 유리한 점이 있다.
반도체 발광소자 주변 또는 둘레에 플레이트 위에 화이트 수지를 프린팅하거나, 디스펜싱하고 경화시켜 댐(250)이 형성된다. 댐(250)은 반도체 발광소자를 수용하는 공간을 형성하며 빛을 반사한다. 봉지재(210)는 공간을 채우며 반도체 발광소자를 보호한다. 댐(210)은 플레이트(241,242,243)의 상면에 필요한 만큼만 형성되며, 플레이트의 하면으로 불필요한 연장이 없다. 따라서 플레이트는 전원전달과 함께 좋은 히트싱크가 된다. 또한, 플레이트의 상면에 반사율 향상을 위해 Ag와 같은 물질로 반사막을 형성할 수 있다.
도 40 및 도 41은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 특징을 설명하기 위한 표로서, 종래의 반도체 발광소자에서는 측면(111)의 길이(D)를 상면(110)의 길이(B)에 비해 상대적으로 길게 함으로써 소자 내 광흡수를 줄였다면, 본 개시에서는 상면(110)의 길이(B)를 줄임으로써 소자 내 광흡수를 줄이는 것을 기술사상으로 한다. 측면(111)의 길이(D)를 높이는 것, 즉, 성장 기판(10)의 두께를 높이거나 반도체층(30,40,40)의 두께를 높이는 것은 발광 영역 즉, 활성층(40)의 면적 감소를 수반하지 않는다. 그러나, 상면(110)의 길이(B)를 줄인다는 것은 활성층(40)의 면적을 감소시킨다는 것을 의미하여, 이는 발광량이 감소한다는 것을 의미한다. 본 발명자들은 상면(110)의 길이(B) 감소에도 불구하고, 소자 내부로부터 방출되는 총 광량에 감소가 크지 않는 영역이 존재한다는 것을 실험을 통해 확인하였다. 이하, 이 점에 대해 살핀다.
도 15에 도시된 바와 같이, 반도체 발광소자는 성장 기판(10), 제1 반도체층(30), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40) 및 제2 반도체층(50), 활성층(40)에서 생성된 빛을 반사시키는 반사층(R)을 가지는 구조로 하였다. 상면(114; 800㎛)의 길이를 고정하고, 상면(110)의 길이(50㎛, 75㎛, 100㎛, 125㎛, 150㎛, 175㎛, 200㎛, 225㎛, 250㎛, 275㎛, 300㎛, 325㎛)를 변경하면서, 외부양자효율(EQE; External Quantum Efficiency)의 변화를 살펴 보았다. 외부양자효율은 내부양자효율(IQE; Internal Quantum Efficiency)과 광취출효율(LEE; Light Extraction Efficiency)의 곱으로 정의된다. 내부양자효율은 얼마나 많은 빛이 활성층(40)에서 생성되느냐와 관련이 있고, 광취출효율은 이렇게 생성된 빛이 얼마나 많이 소자 외부로 방출되느냐와 관련이 있다. 상면(110)의 길이(B)가 감소함에 따라, 활성층(40)의 면적이 감소하고, 활성층(40)의 면적이 감소함에 따라 전류밀도(A/㎠)가 증가하며, 전류밀도의 영향을 받는 내부양자효율은 감소하는 경향을 보였다. 한편, 상면(110)의 길이(B)가 감소함에 따라 광취출효율은 증가하는 경향을 보였다. 그러나, 이들을 통합적으로 살펴본 결과(외부양자효율의 관점에서 파악한 결과), 다음과 같은 결론을 얻게 되었다. 325㎛로부터 상면(110)의 길이가 감소함에 따라, 내부양자효율은 지속적으로 감소하는 경향을 보였으며, 전류밀도가 급격히 증가하는 영역(본 예에서, 75㎛이하, 50A/㎠이상의 전류밀도)에서 내부양자효율 또한 급격히 감소하는 경향을 보였다. 광취출효율은 반대로 지속적으로 상승하는 경향을 보였다. 이들의 곱인 외부양자효율은 200㎛까지 증가하는 경향을 보였으며, 200㎛이후에도 거의 변동이 없다가 내부양자효율이 급격히 떨어지면서, 광취출효율이 그 증가폭이 커지면서 상승함에도 불구하고, 큰 변동을 보였다. 이러한 시뮬레이션 결과는 상면(110)의 길이(B)가 200㎛보다 큰 종래의 반도체 발광소자와 비교하여 상면(110)의 길이(B)가 200㎛이하인 본 개시에 따른 반도체 발광소자로부터 외부로 방출되는 총광량이 동등한 수준을 유지할 수 있다는 것을 의미한다.
본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예는, 성장 기판에 복수의 발광부가 형성되며, 성장 기판의 일면의 상면(110)은 75㎛이상 및 200㎛이하의 길이를 가진다. 따라서, 도 40 및 도 41에서 설명된 특징을 가진다. 타면의 상면(114)은 일면의 상면(110)보다 길며, 복수의 발광부는 상면(114)의 길이 방향으로 일렬로 배열되어 있다. 각 발광부의 길이, 발광부의 개수 및 발광부 간의 트렌치의 폭을 고려하면 타면의 상면(114)의 적합한 길이 범위를 찾을 수 있다.
도 42는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, 본 예에서 성장 기판에 복수의 발광부가 형성된다. 성장 기판(10)의 일면의 상면(110)의 길이(B)가 2D/2*tan(θc) 및 (2D)*tan(θc) 중 큰 것보다 같거나 작게 형성되는 경우(여기서 D는 일면(12)의 길이(예: 측변 111의 길이)이고, θc는 성장 기판(10)을 통해 상면(14)에 입사한 빛의 전반사 임계각), 도 9에서 설명된 바와 같이, 영역(R2)에서 내부 전반사되는 빛(L)의 적어도 일부가 반도체 발광소자의 하면(11)에 부딪히지 않고, 반도체 발광소자의 측면(13)에 부딪히게 된다. 예를 들어, C=(2D)*tan(θc)이고, A/2=2D/2*tan(θc)일 때, 임계각(θc)이 약 35.3도(degree)일 때, C=A/2이고, 임계각(θc)이 35.3도보다 크면(예: 도 13 참조) C > A/2이고(도 42a 참조), 임계각(θc)이 35.3도보다 작으면(예: 도 11, 12 참조) C < A/2이다(도 42b,42c 참조). C > A/2인 경우 성장 기판이 일면의 상면(110)의 길이(B)가 C보다 작으면 영역(R2)에서 내부 전반사되는 빛(L)이 모두 반도체 발광소자의 측면(13)에 부딪히게 된다. C < A/2인 경우 성장 기판이 일면의 상면(110)의 길이(B)가 A/2보다 작으면 영역(R2)에서 내부 전반사되는 빛(L)의 적어도 일부가 반도체 발광소자의 측면(13)에 부딪히게 된다. 따라서 영역(R2)에서 내부 전반사되는 빛(L)이 모두 하면(11)에 부딪히는 경우에 비하여 광취출효율(LEE; Light Extraction Efficiencies)이 향상된다. 이러한 측면에서 본 예에서 성장 기판(10)의 일면의 상면(110)의 길이(B)가 2D/2*tan(θc) 및 (2D)*tan(θc) 중 큰 것보다 같거나 작게 형성된다.
또 다른 실시예로서, 성장 기판과 성장 기판에 형성된 복수의 발광부를 포함하며, 도 9, 및 도 23 내지 도 39에서 설명된 특징과, 도 40 및 도 41에서 설명된 특징과, 도 42에서 설명된 특징이 조합된 실시예들이 가능하다,
예를 들어, 성장 기판의 일면의 상면 길이(B)가 150㎛ 이하이고, 2D/2*tan(θc) 및 (2D)*tan(θc) 중 큰 것보다 같거나 작은 실시예를 고려할 수 있다. 또 다른 예로, 성장 기판의 일면의 상면 길이(B)가 75㎛ 이상 200㎛ 이하이고, 2D/2*tan(θc) 및 (2D)*tan(θc) 중 큰 것보다 같거나 작은 실시예를 고려할 수 있다. 또 다른 예로, 성장 기판의 일면의 상면 길이(B)가 75㎛ 이상 150㎛ 이하인 실시예를 고려할 수 있다.
도 43는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예들을 설명하기 위한 도면으로서, 반도체 발광소자는 성장 기판, 성장 기판에 형성된 복수의 발광부, 제1 전극, 및 제2 전극을 포함하며, 플립칩(flip chip)이다. 복수의 발광부는 전술된 연결 전극의 예들에 의해 전기적으로 직렬연결될 수 있다. 성장 기판은 예를 들어, 도 23에 제시된 형상을 가지며, 일면의 상면보다 타면의 상면이 길다. 다만, 본 예에서 일면의 상면의 길이는 전술된 실시예들의 길이로 한정될 수도 있지만 반드시 이러한 한정이 필수적인 것은 아니다. 본 예에서 복수의 발광부가 타면의 상면의 길이 방향(D2)으로 일렬로 배열되며, 타면의 상면(114)의 길이 방향(D2)으로 각 발광부의 길이(P)는 일면의 상면(110)의 길이 방향(D1)으로 각 발광부의 길이(W)보다 길다. 각 발광부는 다른 발광부와 대면하며 길이(W)를 가지는 제1 면과, 길이(P)를 가지며 봉지재(210; 도 43 참조)와 직접 대면하는 제2 면을 포함한다.
도 43에 제시된 바와 같이, 본 예에서 반도체 발광소자는 직렬연결된 복수의 발광부의 일측 끝의 발광부(예: 101)의 제1 전극과 접합되는 제1 도전부(도시되지 않음), 타측 끝의 발광부(예: 105)의 제2 전극과 접합되는 제2 도전부(도시되지 않음), 제1 도전부 및 제2 도전부가 고정되는 고정부(230), 복수의 발광부를 덮는 봉지재(210)를 포함할 수 있다.
복수의 발광부가 일렬로 직렬연결되도록 형성된 성장 기판은 하나 이상 구비될 수 있으며, 봉지재(210)는 성장 기판을 따라 길게 형성되거나(도 43a 참조), 봉지재(210)는 서로 떨어져 있는 복수의 성장 기판(예: 1,2,3)을 덮을 수 있다(도 43b, 43c, 43d) 참조). 성장 기판에 형성된 복수의 발광부를 서로 연결(201)하여 더 HV로 구동되도록 할 수도 있다(도 43b 참조). 하나의 성장 기판에 형성된 복수의 발광부는 제1 색의 광(예: 청색광)을 내고, 다른 하나의 성장 기판에 형성된 복수의 발광부는 제1 색과 다른 제2 색의 광(예: 녹색광)을 낼 수 있다. 일 예로, 봉지재(210)는 적색 형광체를 함유하여, 서로 다른 성장 기판에 형성된 복수의 발광부로부터 나오는 청색광, 녹색광과 혼색되어 백색광을 낼 수 있다. 청색광을 내는 성장 기판(예: 1)과, 녹색광을 내는 성장 기판(예: 2)의 길이가 다를 수 있다(도 43d 참조).
이와 같이, 길이 방향(D2; 도 23 참조)으로 길게 형성된 성장 기판 위에 일렬로 복수의 발광부를 배열하되, 각 발광부가 길이 방향(D2)으로 더 길도록, 즉 P>W를 만족하도록 반도체 발광소자를 구성함으로써, 각 발광부의 제1 면 방향으로 나오는 빛이 마주보는 발광부에 흡수 손실되는 정도를 감소하고, 형광체를 함유한 봉지재(210)와 직접 대면하는 제2 면의 길이 또는 면적을 가능한 한 늘려서 결과적으로 휘도가 향상된다.
도 44는 도 43에서 설명된 반도체 발광소자의 일 특징을 설명하기 위한 도면으로서, 동일면적 동일 개수의 발광부를 포함하는 반도체 발광소자들을 비교 위한 도면이다. 도 44a에는 3*3으로 9개의 발광부가 구비되며, 도 44b는 1*9으로 W>P인 9개의 발광부가 구비되며, 도 44c는 1*9으로 W<P인 9개의 발광부가 구비되어 있다. 일반적으로 n*m으로 구비된 복수의 발광부와 봉지재가 직접 대면하는 길이는 외곽의 길이로서, n(2W)+m(2P)가 된다. 도 44c와 같이 한줄로 배열된 경우 외곽 길이는 (2W)+k(2P)이 되며(여기서 k=n*m), 여기서 일반적인 경우를 빼면 [(2W)+k(2P)]-[n(2W)+m(2P)]=[(2W)+n*m(2P)]-[n(2W)+m(2P)]=2(n-1)(mP-W)이 된다. n>2인 도 44a와 도 44c의 경우를 비교하면, 2(n-1)(mP-W)>0으로부터 P>W/m을 만족하면, 도 44c의 경우가 봉지재와 직접 대면하는 길이가 더 긴 것을 알 수 있다. 한편, P<W인 도 44b의 경우와 P>W인 도 44c의 경우를 비교하면, 도 44c의 경우가 봉지재와 직접 대면하는 길이가 더 긴 것을 알 수 있다. 본 예에 따른 반도체 발광소자는 L(타면의 상면의 길이)>B(일면의 상면의 길이)인 성장 기판 위에 복수의 발광부가 일렬로 배열되며, 각 발광부가 P>W이므로 도 44c와 같은 형태가 되고, 도 44a, 도 44b인 경우보다 봉지재와 대면하는 길이가 길기 때문에 형광체와 반응할 수 있는 면적이 더 커서 결과적으로 휘도가 향상된다.
도 45는 도 43에서 설명된 반도체 발광소자의 다른 특징을 설명하기 위한 도면으로서, 본 예에서는 성장 기판의 일면(12)의 상면(110)의 길이(B)가 전술한 바와 같이 150㎛ 이하이거나, 성장 기판(10)의 일면(12)의 상면(110)의 길이(B)가 D/tan(θc) 및 (2D)*tan(θc) 중 큰 것보다 같거나 작게 형성되거나, 75㎛~200㎛의 범위 내일 수 있다. 물론 일면(12)의 상면(110)의 길이(B)는 전술된 바와 같이, 이들의 조합된 조건의 길이를 가질 수 있다.
예를 들어, 일면(12)의 상면(110)의 길이(B)가 75㎛(B1)~200㎛(B2)의 범위로 제한되는 경우, 반도체 발광소자에 IQE가 피크(peak)가 되는 또는, IQE가 포화되는 전류밀도(A/cm2)보다 높은 전류밀도에서 동작하는 것이 보통일 것이다. 따라서, 이러한 적절한 전류밀도를 만족하도록 면적(S) = W*P 또는 B*P이 정해질 수 있고, W 또는 B는 주로 광취출효율(LEE) 측면에서 조절되고, P 또는 L은 주로 전류밀도 조절과 복수의 발광부(101,102,103,104)를 직렬연결하여 HV(high voltage) 구동을 위한 필요에서 조절될 수 있다. 각 발광부의 구동 전압 레벨은 발광부에 사용된 특정 재료 및 접합 전압(junction voltage)에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 일부 Ⅲ족 질화물 기반의 발광부는 2.5 내지 3.5V 범위의 구동 전압을 가질 수 있다.
면적 B*P이 정해진 경우, 형광체와의 반응면을 증가시키기 위해 B2*P2보다 B1*P1이 바람직하다(여기서, B1<B2, P1>P2). 예를 들어, 형광체와의 반응면 증가 측면에서, B가 75㎛(B1)~200㎛(B2)인 경우에도, B를 75㎛~150㎛ 정도로 작게 하고 P를 증가시키는 것이 좋고, 더 나아가 도 41에서 제시된 EQE의 피크 근처에서 가능하면 작은 사이즈로서 예를 들어, B를 100㎛±10㎛ 정도로 하고 P를 더 증가시키는 실시예도 가능하다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 반도체 발광소자에 있어서, 복수의 발광부;로서, 각 발광부는: 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층 및 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층이 순차로 적층된 복수의 반도체층; 그리고 복수의 반도체층의 일 측에 구비되며 활성층에서 생성된 빛을 반사하는 반사층;을 포함하는 복수의 발광부; 제1 반도체층과 전기적으로 연통하도록 구비되며, 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전극; 제2 반도체층과 전기적으로 연통하도록 구비되며, 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급하는 제2 전극; 그리고 복수의 반도체층을 기준으로 반사층의 반대 측에 구비되며, 육면체 형상을 가지는 성장 기판;으로서, 일면(a face) 및 타면(another face)을 포함하며, 일면이 복수의 반도체층이 형성되는 하면(a lower side), 하면과 대향하는 상면(an upper side), 및 하면과 상면 이어주는 두 개의 측면(lateral sides)을 가지고, 타면은 일면의 일 측면으로부터 이어지며, 복수의 반도체층이 형성되는 하면(a lower side) 및 하면과 대향하는 상면(an upper side)을 가지고, 타면의 상면은 일면의 상면보다 긴 성장 기판;을 포함하며, 복수의 발광부가 타면의 상면의 길이 방향으로 일렬로 배열되며, 타면의 상면의 길이 방향으로 각 발광부의 길이(P)는 일면의 상면의 길이 방향으로 각 발광부의 길이(W)보다 긴 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
본 개시는 성장 기판이 반드시 육면체에 한정되는 것은 아니고, 일면에 비해 타면이 긴 다면체인 경우를 포함한다.
(2) 반사층은 절연성을 가지며, 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나는 반사층을 기준으로 복수의 반도체층의 반대측에 구비되는 플립칩(flip chip)인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(3) 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 도전부; 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 도전부; 제1 도전부와 제2 도전부를 고정하는 고정부; 그리고 형광체를 함유하며, 성장 기판을 덮는 봉지재;를 포함하며, 성장 기판이 고정부를 기준으로 제1 전극 및 제2 전극보다 상측에 위치하며, 각 발광부는 다른 발광부와 대면하며 길이(W)를 가지는 제1 면과, 길이(P)를 가지며 봉지재와 직접 대면하는 제2 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(4) 제1 도전부 및 제2 도전부는 상하측으로 노출되며, 고정부는 제1 도전부 및 제2 도전부 사이에 개재되어, 제1 도전부, 제2 도전부, 및 고정부가 플레이트(plate)를 이루는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(5) 제1 도전부, 제2 도전부, 및 고정부는 인쇄회로기판을 이루는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(6) 성장 기판의 둘레의 고정부 위에 형성된 댐;을 포함하며, 봉지재는 댐을 채우며 성장 기판을 덮는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(7) 서로 떨어져 있고 봉지재로 덮인 제1 및 제2 성장 기판; 제1 성장 기판에 일렬로 형성된 복수의 제1 발광부; 그리고 제2 성장 기판에 일렬로 형성되며, 복수의 제1 발광부와 다른 색의 광을 내는 복수의 제2 발광부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(8) 복수의 제1 발광부는 청색광을 내고, 복수의 제2 발광부는 녹색광을 내며, 봉지재는 적색 형광체를 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(9) 제1 성장 기판 및 제2 성장 기판은 길이가 서로 다른 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(10) 반사층은 절연성을 가지며, 분포 브래그 리플렉터(Distributed Bragg Reflector) 및 ODR(Omni-Directional Reflector) 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(11) 반사층은: 유전체막; 클래드막; 그리고 유전체막과 클래드막의 사이에 개재되며, 유전체막 및 클래드막보다 높은 굴절률을 가지는 분포 브래그 리플렉터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(12) 서로 마주하는 2개의 발광부의 제1 반도체층과 제2 반도체층을 전기적으로 연결하는 연결 전극;으로서, 연결 전극은 절연성을 가지는 반사층에 의해 덮여 있고, 연결 전극의 일 측 끝은 제2 반도체층 및 활성층이 식각되어 노출된 제1 반도체층과 전기적으로 연통되며, 연결 전극의 타 측 끝은 제2 반도체층과 반사층 사이에 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(13) 반사층을 관통하며, 제2 반도체층 및 활성층이 식각되어 노출된 제1 반도체층과 전기적으로 연통되는 제1 전기적 연결; 반사층을 관통하며, 제2 반도체층과 전기적으로 연통되는 제2 전기적 연결; 그리고 복수의 반도체층의 반대측에서 반사층에 구비되며, 서로 마주하는 2개의 발광부의 제1 전기적 연결과 제2 전기적 연결을 연결하는 연결 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(14) 복수의 발광부는 전기적으로 직렬연결되며, 직렬연결의 일 측 끝의 발광부의 반사층 위에 제1 전극이 구비되고, 직렬연결의 타 측 끝의 발광부의 반사층 위에 제2 전극이 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(15) 성장 기판의 일면의 상면의 길이(B)는 150㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(16) 성장 기판의 일면의 상면은 그 길이가 200㎛일 때의 외부양자효율과 비교하여 내부양자효율의 감소를 광취출효율의 증가가 상쇄할 수 있도록 75㎛이상 200㎛이하의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(17) 일면의 상면의 길이(B)는 2D/2*tan(θc) 및 (2D)*tan(θc) 중 큰 것과 같거나 작은 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자(여기서, D는 두 개의 측면의 길이, θc는 전반사 임계각).
(18) 두 개의 측면이 70㎛이상의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(19) 두 개의 측면이 180㎛이하의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(20) 두 개의 측면이 80㎛이상 150㎛이하의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
본 개시에 따른 하나의 반도체 발광소자에 의하면, 형광체와 직접 대면하는 길이가 상대적으로 더 길어서 휘도가 향상된 반도체 발광소자가 제공된다.
본 개시에 따른 다른 하나의 반도체 발광소자에 의하면, 반도체 발광소자 내의 광 흡수를 줄여 광취출효율을 향상할 수 있게 된다.
본 개시에 따른 또 다른 하나의 반도체 발광소자에 의하면, 일면보다 타면의 길이방향으로 길게 형성된 복수의 발광부가 직렬연결된 반도체 발광소자가 제공된다.
본 개시에 따른 또 다른 하나의 반도체 발광소자에 의하면, 복수의 발광부의 다양한 직렬연결의 전극 구조가 제공된다.
본 개시에 따른 또 다른 하나의 반도체 발광소자에 의하면, 금속막 대신 절연성 반사막을 사용하여 휘도가 향상된 반도체 발광소자가 제공된다.
성장 기판(10), 제1 반도체층(30), 활성층(40), 제2 반도체층(50)
제1 전극(80), 제2 전극(70), 연결 전극(92), 반사층(R), 봉지재(210)

Claims (20)

  1. 반도체 발광소자에 있어서,
    복수의 발광부;로서, 각 발광부는: 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층 및 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층이 순차로 적층된 복수의 반도체층; 그리고 복수의 반도체층의 일 측에 구비되며 활성층에서 생성된 빛을 반사하는 반사층;을 포함하는 복수의 발광부;
    제1 반도체층과 전기적으로 연통하도록 구비되며, 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전극;
    제2 반도체층과 전기적으로 연통하도록 구비되며, 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급하는 제2 전극;그리고
    복수의 반도체층을 기준으로 반사층의 반대 측에 구비되며, 육면체 형상을 가지는 성장 기판;으로서, 일면(a face) 및 타면(another face)을 포함하며, 일면이 복수의 반도체층이 형성되는 하면(a lower side), 하면과 대향하는 상면(an upper side), 및 하면과 상면 이어주는 두 개의 측면(lateral sides)을 가지고, 타면은 일면의 일 측면으로부터 이어지며, 복수의 반도체층이 형성되는 하면(a lower side) 및 하면과 대향하는 상면(an upper side)을 가지고, 타면의 상면은 일면의 상면보다 긴 성장 기판;을 포함하며,
    복수의 발광부가 타면의 상면의 길이 방향으로 일렬로 배열되며, 타면의 상면의 길이 방향으로 각 발광부의 길이(P)는 일면의 상면의 길이 방향으로 각 발광부의 길이(W)보다 긴 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    반사층은 절연성을 가지며, 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나는 반사층을 기준으로 복수의 반도체층의 반대측에 구비되는 플립칩(flip chip)인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 도전부;
    제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 도전부;
    제1 도전부와 제2 도전부를 고정하는 고정부; 그리고
    형광체를 함유하며, 성장 기판을 덮는 봉지재;를 포함하며,
    성장 기판이 고정부를 기준으로 제1 전극 및 제2 전극보다 상측에 위치하며,
    각 발광부는 다른 발광부와 대면하며 길이(W)를 가지는 제1 면과, 길이(P)를 가지며 봉지재와 직접 대면하는 제2 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  4. 청구항 3에 있어서,
    제1 도전부 및 제2 도전부는 상하측으로 노출되며,
    고정부는 제1 도전부 및 제2 도전부 사이에 개재되어, 제1 도전부, 제2 도전부, 및 고정부가 플레이트(plate)를 이루는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  5. 청구항 3에 있어서,
    제1 도전부, 제2 도전부, 및 고정부는 인쇄회로기판을 이루는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  6. 청구항 3에 있어서,
    성장 기판의 둘레의 고정부 위에 형성된 댐;을 포함하며,
    봉지재는 댐을 채우며 성장 기판을 덮는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  7. 청구항 3에 있어서,
    서로 떨어져 있고 봉지재로 덮인 제1 및 제2 성장 기판;
    제1 성장 기판에 일렬로 형성된 복수의 제1 발광부; 그리고
    제2 성장 기판에 일렬로 형성되며, 복수의 제1 발광부와 다른 색의 광을 내는 복수의 제2 발광부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  8. 청구항 7에 있어서,
    복수의 제1 발광부는 청색광을 내고,
    복수의 제2 발광부는 녹색광을 내며,
    봉지재는 적색 형광체를 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  9. 청구항 7에 있어서,
    제1 성장 기판 및 제2 성장 기판은 길이가 서로 다른 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  10. 청구항 1에 있어서,
    반사층은 절연성을 가지며,
    분포 브래그 리플렉터(Distributed Bragg Reflector) 및 ODR(Omni-Directional Reflector) 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  11. 청구항 1에 있어서,
    반사층은:
    유전체막;
    클래드막; 그리고
    유전체막과 클래드막의 사이에 개재되며, 유전체막 및 클래드막보다 높은 굴절률을 가지는 분포 브래그 리플렉터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  12. 청구항 1에 있어서,
    서로 마주하는 2개의 발광부의 제1 반도체층과 제2 반도체층을 전기적으로 연결하는 연결 전극;으로서,
    연결 전극은 절연성을 가지는 반사층에 의해 덮여 있고, 연결 전극의 일 측 끝은 제2 반도체층 및 활성층이 식각되어 노출된 제1 반도체층과 전기적으로 연통되며, 연결 전극의 타 측 끝은 제2 반도체층과 반사층 사이에 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  13. 청구항 1에 있어서,
    반사층을 관통하며, 제2 반도체층 및 활성층이 식각되어 노출된 제1 반도체층과 전기적으로 연통되는 제1 전기적 연결;
    반사층을 관통하며, 제2 반도체층과 전기적으로 연통되는 제2 전기적 연결; 그리고
    복수의 반도체층의 반대측에서 반사층에 구비되며, 서로 마주하는 2개의 발광부의 제1 전기적 연결과 제2 전기적 연결을 연결하는 연결 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  14. 청구항 12 및 13 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 발광부는 전기적으로 직렬연결되며,
    직렬연결의 일 측 끝의 발광부의 반사층 위에 제1 전극이 구비되고,
    직렬연결의 타 측 끝의 발광부의 반사층 위에 제2 전극이 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  15. 청구항 1에 있어서,
    성장 기판의 일면의 상면의 길이(B)는 150㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  16. 청구항 1에 있어서,
    성장 기판의 일면의 상면은 그 길이가 200㎛일 때의 외부양자효율과 비교하여 내부양자효율의 감소를 광취출효율의 증가가 상쇄할 수 있도록 75㎛이상 200㎛이하의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  17. 청구항 1에 있어서,
    일면의 상면의 길이(B)는 2D/2*tan(θc) 및 (2D)*tan(θc) 중 큰 것과 같거나 작은 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자(여기서, D는 두 개의 측면의 길이, θc는 전반사 임계각).
  18. 청구항 1, 청구항 15, 청구항 16, 청구항 17 중의 어느 한 항에 있어서,
    두 개의 측면이 70㎛이상의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  19. 청구항 1, 청구항 15, 청구항 16, 청구항 17 중의 어느 한 항에 있어서,
    두 개의 측면이 180㎛이하의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  20. 청구항 19에 있어서,
    두 개의 측면이 80㎛이상 150㎛이하의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
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